JP2012181498A - 波長選択スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】偏向部における集光ずれを補正し通信品質を向上した波長選択スイッチを提供する。
【解決手段】波長選択スイッチ１は、少なくとも一つの入力ポート１０ａ〜１０ｃ及び１０ｅと、入力ポート１０ａ〜１０ｃ及び１０ｅから入射される波長多重された入力光を、波長毎の光に分散する分散素子１５と、分散素子１５により分散される波長毎の光を集光する集光素子１６と、集光素子１６により集光される波長毎の光をそれぞれ偏向する偏光素子１８を有する偏向器１７と、偏向器１７で偏向された波長毎の光を出力光として出射する少なくとも一つの出力ポート１０ｄとを有する。この波長選択スイッチ１の入出力ポート１０ａ〜１０ｅと分散素子１５との間の光路中または前記分散部内に、入出力ポート１０ａ〜１０ｃ及び１０ｅの配置に基づいて生じる偏向素子１８に対する波長毎の光の集光位置のずれを補正する、集光位置ずれ補正素子２０を配置する。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、異なる波長の光を分岐させまたは結合させることが可能な波長選択スイッチに関する。

従来、光波長多重通信に用いられる波長選択スイッチとしては、例えば、特許文献１や特許文献２に記載されているように、少なくとも一つの入力ポートおよび少なくとも一つの出力ポートと分散素子と集光素子と偏向器とを備えた装置が用いられている。

例えば、引用文献１の波長選択スイッチによれば、光ファイバアレイ（入力ポートおよび出力ポート）の一つの光ファイバから波長選択スイッチ内に入力された波長多重された光が、マイクロレンズアレイにより平行光束にコリメートされ、回折格子（分散素子）により波長毎に分散され、集光レンズにより波長毎にＭＥＭＳミラーアレイ（偏向部）の異なるミラー素子（偏向素子）に集光され、波長毎に異なる方向へ偏向され出力される。

また、引用文献２に記載の波長選択スイッチよれば、アレイ状に配置された入力ポートおよび出力ポートから入力された波長多重された光を、回折格子の前段で、レンズおよびシリンドリカルレンズを用いて収束させ、この焦点位置を通過した後拡大した光を凸レンズにより平行光束にして回折格子（分散素子）に入射させている。この場合、シリンドリカルレンズは、入出力ポートの配列方向と直交する方向に屈折力を有しており、偏向部であるＭＥＭＳミラーアレイのミラー素子上に楕円形状のスポットを形成する。

波長選択スイッチは、波長多重された光を波長毎に分散して、異なる出力ポートから出力するだけでなく、波長の異なる光を、ミラー素子を制御して同一の出力ポートに合波して出力させることもできる。

特開２０１０−１３４０２７号公報 特開２００８−３１０２４４号公報

波長選択スイッチは、それぞれ、波長選択スイッチの異なる位置の入力ポートから光を入力し、異なる位置の出力ポートから出力させる。典型的には、入力ポートおよび出力ポートは、光が入射・出射する端面が、直列に配列され、波長選択スイッチ内へ光を入力または出力させる。このため、入力および出力ポートを通る光の高さ位置は、入力ポートおよび出力ポート毎にそれぞれ異なっている。したがって、集光位置である偏向素子の偏向素子面近傍で、ポート毎の光軸からの距離に起因する像面湾曲を生じる。言い換えれば、入出力ポートの配列方向の位置に依存して、集光位置の位置ずれが生じる。入出力ポートが増加するに従ってこの集光位置の位置ズレが顕著になることは明らかである。

このように、偏向素子近傍で集光位置がずれると、偏向素子のミラー等の偏向素子面上での光のスポットが大きくなる。それによって、出力光の入出力ポートへの結合効率が低下し、通信品質が劣化する。特に、偏向素子は、分散素子の分散方向に直列に配列されるので、この分散方向へのビームの広がりは、通信品質を大きく低下させる。さらに、今後１本の光ファイバを用いて、より高速に変調された光信号を多重化するためには、波長毎の透過帯域幅をますます広帯域化しなければならない。このため、分散方向の集光スポットをより狭くすることが必要となり、集光位置ずれに対する結合効率等の品質劣化の感度がより高くなる。

したがって、これらの点に着目してなされた本発明の目的は、偏向部における集光位置ずれを補正し通信品質を向上した波長選択スイッチを提供することにある。

上記目的を達成する第１の観点に係る波長選択スイッチの発明は、
少なくとも一つの入力ポートと、
入力ポートから入力される波長多重された入力光を、波長毎の光に分散する分散部と、
分散部により分散される波長毎の光を集光する集光素子と、
集光素子により集光される波長毎の光をそれぞれ偏向する偏向素子を有する偏向部と、
偏向部で偏向された波長毎の光を出力光として出力する少なくとも一つの出力ポートと、
入力ポートと分散部との間の光路中または分散部内に配置され、入力ポートの配置に基づいて生じる偏向素子に対する波長毎の光の集光位置のずれを補正する、集光位置ずれ補正素子と、
を備えることを特徴とするものである。

なお、「集光位置のずれを補正する」とは、集光位置を出力ポートの出射端面と共役になるように補正することを意味し、必ずしも集光位置を偏向素子の偏向素子面（ミラー面）上に一致させるものではない。

本発明によれば、集光位置ずれ補正素子を用いて、入力ポートの配置に基づいて生じる、偏向素子の偏光面に対する波長毎の光の集光位置のずれを補正するようにしたので、偏向部における集光位置ずれを補正し通信品質を向上することができる。

本発明の第１実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す側面図である。 本発明の第１実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す上面図である。 図１の入出力ポートから集光点近傍までおよび偏向ミラー素子近傍におけるビームを示す斜視図である。 図２の一次集光面Ｓｆでのビームスポットを示す図である。 図２のダミー平面Ｓｄでのビームスポットを示す図である。 図２の偏向素子面Ｓｍでのビームスポットを示す図である。 図１の集光位置ずれ補正素子の一例を示す斜視図である。 図４Ａの集光位置ずれ補正素子の屈折面の形状を説明する図である。 図１の集光位置ずれ補正素子の他の例を示す斜視図である。 図５Ａの集光位置ずれ補正素子の屈折面の形状を説明する図である。 図１の集光位置ずれ補正素子の更に他の例を示す斜視図である。 図６Ａの集光位置ずれ補正素子の屈折面の形状を説明する図である。 本発明の第２実施の形態に係る波長選択スイッチの構成の一部を示す上面図である。 図７の集光位置ずれ補正素子の一例を示す斜視図である。 図７の集光位置ずれ補正素子の他の例を示す斜視図である。 本発明の第３実施の形態に係る波長選択スイッチの構成およびこれを通るビームを説明する斜視図である。 図９の集光位置ずれ補正素子の一例を示す斜視図である。 図１０Ａの集光位置ずれ補正素子の屈折面の形状を説明する図である。 図９の集光位置ずれ補正素子の設計例を示すグラフである。 出入力ポートのポート高さに対する偏向素子面での集光位置のずれのシミュレーション結果を示すグラフである。 本発明の第４実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す上面図である。 本発明の第５実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す側面図である。 本発明の第５実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す上面図である。 本発明の第６実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す側面図である。 本発明の第６実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す上面図である。 本発明の第７実施の形態に係る波長選択スイッチの入出力ポートから一次集光点近傍までの構成およびこれを通るビームを説明する斜視図である。 図１６の集光位置ずれ補正素子のｘｚ平面に平行な面での断面の位置及び形状を示す図である。 図１６の集光位置ずれ補正素子のｙｚ平面による断面図である。 本発明の第８実施の形態に係る波長選択スイッチの構成の一部を示す斜視図である。 マイクロレンズと集光位置ずれ補正素子とを一体として構成する例を示す図である。 入出力ポートとマイクロレンズアレイとの間の距離およびマイクロレンズの曲率半径の調整を説明する図である。 本発明の第９実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す側面図である。 本発明の第９実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す上面図である。 一般的な分散素子の格子を正面から見た図である。 図２１Ａおよび図２１Ｂの分散素子の格子を示す図である。 図２１Ａおよび図２１Ｂの分散素子の一部を断面と共に示す斜視図である。 図２１Ａおよび図２１Ｂの入出力ポートから一次集光面近傍までの光束を示す斜視図である。 一次集光面Ｓｆ近傍から偏向器１７までの光路を説明する側面図である。 一次集光面Ｓｆ近傍から偏向器１７までの光路を説明する上面図である。 本発明の第１０実施の形態に係る波長選択スイッチの一次集光面近傍から偏向器までの構成および光路を示す上面図である。 図２７の分散素子のピッチを示すグラフである。 ミラー面Ｓｍと各ポートからの光線の集光位置Ｓｍ’との距離Δz'を示すグラフである。 本発明の第１１実施の形態に係る波長選択スイッチの構成の一部、および、入出力ポートから集光点近傍までおよび偏向ミラー素子近傍におけるビームを示す斜視図である。 図３０のマイクロミラーをミラーの回動軸に対して回動した際の偏向素子面Ｓｍの変位を示す模式図である。 各入出力ポートから入射した光束を、偏向素子面Ｓｍｂの位置に固定的に集光させた場合のミラー素子近傍の光束を模式的に示す図である。 結合効率の低下を抑制するための各入出力ポートからの光束の集光位置を説明する図である。 偏向素子面Ｓｍの変位を考慮した集光位置ずれ補正素子の一例を示す斜視図である。 図３２Ａの集光位置ずれ補正素子の屈折面の形状を説明する図である。 本実施の形態の集光位置ずれ補正素子の変形例を示す斜視図である。 図３３Ａの集光位置ずれ補正素子の屈折面の形状を説明する図である。

以下、本発明のある態様に係る実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１実施の形態）
図１Ａおよび図１Ｂは、それぞれ本発明の第１実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す側面図および上面図である。

波長選択スイッチ１は、入出力部１０、マイクロレンズアレイ１１、集光位置ずれ補正素子２０、シリンドリカルレンズ１２および１３、レンズ１４、分散部を構成する分散素子（回折格子）１５、集光素子を構成するレンズ（集光レンズ）１６、偏向部を構成する偏向器１７を含んで構成されている。なお、シリンドリカルレンズ１２は、第１の光学部材であり、シリンドリカルレンズ１３は第２の光学部材である。

図１において、入出力部１０は、アレイ状に配置された光ファイバにより構成される入力ポート１０ａ〜１０ｃ及び１０ｅと出力ポート１０ｄとを備える。この入力ポート１０ａ〜１０ｃ及び１０ｅおよび出力ポート１０ｄは、それぞれ、波長選択スイッチ１の外部からの波長多重された信号光を入力させ、また、外部へ信号光を出力させるものである。以下、説明の便宜上、入力ポート１０ａ〜１０ｃ及び１０ｅおよび出力ポート１０ｄを、適宜、入出力ポート１０ａ〜１０ｅとまとめて表記する。各光ファイバの一端は波長選択スイッチ１内にあり、他端は波長選択スイッチ１の外部と接続されている。入出力ポートの数は例えば１０以上とし、より多数の入出力ポートを設けることができるが、図１Ａにおいては、説明の都合から、入出力ポート１０ｃを中心とする５つの入出力ポート１０ａ〜１０ｅのみを図示している。

また、各入出力ポート１０ａ〜１０ｅとマイクロレンズアレイ１１内の各マイクロレンズは対になっている。この各マイクロレンズは、各入出力ポート１０ａ〜１０ｃ及び１０ｅから入力される光を平行光束に変換し、また、入出力ポート１０ｄに向けて出力される平行光束を光ファイバに結合させる。また、各入出力ポート１０ａ〜１０ｃ及び１０ｅと各マイクロレンズアレイ１１のマイクロレンズを通って波長選択スイッチ１内に入力された光、および、入出力ポート１０ｄを通って波長選択スイッチ１から出力される光は、それぞれ互いに平行な光束となる。

以下において、入出力ポート１０ａ〜１０ｅおよびマイクロレンズアレイ１１を透過した平行光束の進行方向を光軸方向（ｚ方向：図１Ａにおいて水平方向）とする。この光軸方向は、シリンドリカルレンズ１２，１３による合成レンズおよびレンズ１４からなる光学系の光軸方向でもある。また、入出力ポート１０ａ〜１０ｅおよびマイクロレンズアレイ１１の配列された方向を第１の方向（ｙ方向：図１Ａにおいて鉛直方向）とする。光軸方向と第１の方向とは、互いに直交する。さらに、光軸方向および第１の方向（ｙ方向）のそれぞれに直交する方向を第２の方向（ｘ方向）と呼ぶ。なお、現実の波長選択スイッチの光路中に、図示しないミラー、プリズム等の偏向部材が光路を折り曲げるために配置されている場合には、ｘ方向及びｙ方向との説明は、このような偏向部材が無いものとした仮想的な光学系を前提として用いられることとする。

集光位置ずれ補正素子２０は、第２の方向（ｘ方向）にのみ屈折力を有する透過型の素子である。この第２の方向（ｘ方向）の屈折力は、第１の方向（ｙ方向）の位置に依存して変化する。シリンドリカルレンズ１２は、第１の方向（ｙ方向）に光束を縮める、すなわち、第１の方向（ｙ方向）に屈折力を有するレンズである。シリンドリカルレンズ１２による第１の方向（ｙ方向）の焦点距離はｆ_１である。また、シリンドリカルレンズ（アナモルフィックレンズ）１３は、第２の方向（ｘ方向）に光束を縮める、すなわち、第２の方向（ｘ方向）にのみ屈折力を有するレンズである。なお、本願では「屈折力」の語は所謂光学パワーを意味するものであり、平行光束を収束させる方向に偏向させる度合いを正の屈折力、拡散させる方向に偏向させる度合いを負の屈折力と呼ぶ。本願は、この定義に基づいて、透過型の光学素子のみならず、反射型の素子や、回折を伴う素子について用いても「屈折力」の語を用いている。

シリンドリカルレンズ１３による第２の方向（ｘ方向）の焦点距離及びレンズ配置は、第２の方向（ｘ方向）の集光位置がシリンドリカルレンズ１２により集光される第１の方向（ｘ方向）の集光位置と一致するように設定される。すなわち、シリンドリカルレンズ１３の焦点距離は、シリンドリカルレンズ１２の焦点距離ｆ_１よりも短い。これによって、マイクロレンズアレイ１１により平行光束となった入力光は、集光位置ずれ補正素子２０、シリンドリカルレンズ１２およびシリンドリカルレンズ１３によって、ほぼ一次集光面Ｓｆ上に集光される。なお、集光位置ずれ補正素子２０、シリンドリカルレンズ１２およびシリンドリカルレンズ１３は、ビーム整形光学系２５を構成する。

レンズ１４の前側焦点位置は、集光位置ずれ補正素子２０、シリンドリカルレンズ１２およびシリンドリカルレンズ１３による入力光の焦点位置と一致する。言い換えれば、レンズ１４は前側焦点位置が一次集光面Ｓｆ上に位置する。さらに、シリンドリカルレンズ１２，１３およびレンズ１４を含む光学系の光軸は、例えば、ｚ軸方向に沿い入出力ポート１０ｃを通るように配置される。また、分散素子１５は、一次集光面Ｓｆとレンズ１４との距離と、レンズ１４と分散素子１５の分散（回折）面との距離とが、共に等しくレンズ１４の焦点距離ｆ_３となる位置に配置される。分散素子１５は、例えば、分散面上に第１の方向（ｙ方向）に平行な格子が形成された回折格子である。分散素子としては、波長毎の光の分解性能が高くより分散角が大きいものが望ましい。

図１Ｂに示すように、レンズ１４を透過した入力光は、略平行光束となって分散素子１５に入射し、分散素子１５の分散面上でｘ方向に波長毎に異なる角度で回折される。すなわち、分散素子１５は入力光を入力光に含まれる波長毎の光に分離する。なお、簡単のために、図１Ａでは入出力部１０から偏向器１７に至るｚ方向の光路を、直線的に示している。

さらに、レンズ１６および偏向器１７は、分散素子１５の分散面からレンズ１６までの距離およびレンズ１６から偏向器１７の偏向素子１８の偏向素子面（ミラー面）までの距離が、それぞれ、レンズ１６の焦点距離ｆ_４となるように配置される。これにより、図１Ｂに示すように、分散素子１５で分散された波長毎の光は、レンズ１６により互いに平行な収斂光束となって、各波長に対応した偏向素子１８ａ〜１８ｅに略垂直に入射する。また、図１Ａに示すように、一次集光面Ｓｆ上の集光点を通過した入力光は、分散素子１５で分散された後、ｙｚ平面内でレンズ１６の光軸と偏向素子１８の偏向素子面とが交わる高さ位置（ｙ方向の位置）に集光する。このことは、入出力ポート１０ａ〜１０ｃ及び１０ｅの何れから入力された入力光も、同じ高さ位置の偏向素子１８（波長に応じて１８ａ〜１８ｅのいずれか）に集光されることを意味する。

偏向器１７は、例えば、ＭＥＭＳミラーアレイであり、偏向素子１８は、ＭＥＭＳミラーアレイを構成するマイクロミラーである。偏向素子１８は、分離される波長に対応して、上述のレンズ１６の光軸の高さ位置に、並列に配置される。この偏向素子１８は、それぞれのミラーを独立に制御して傾きを変えることができる。特に、図１Ａにおけるｙｚ平面内での傾きを変えることにより、入射した波長毎の光を入射方向とは異なる高さ方向へ反射する。なお、図１Ｂに示すように、ｙ軸方向から見たとき、波長毎の光は偏向素子１８ａ〜１８ｅに垂直に入射し、垂直に反射される。なお，マイクロミラーの傾き制御方向はｙｚ平面内に限るものではない。例えばｙｚ平面に傾く際の回転軸と直交する回転軸について傾きを与えることも出来る。この傾きを与えることによって、ｙ軸方向から見たとき、該マイクロミラーに入射する波長の光は入射方向とは異なる角度へ反射し、隣接する入力ポートから出力ポートへのクロストークを抑制して任意の光減衰を行うことが出来る。また、図１Ｂにおいて、偏向素子１８は、５つのみ図示されているが、偏向素子１８の数は、５つに限定されない。

各偏向素子１８ａ〜１８ｅにより反射された波長毎の光は、それぞれレンズ１６を通り分散素子１５で回折され、入力光と反対方向の光路を経て、入出力部１０のうち入力用に用いられた入出力ポート以外の入出力ポート１０ｄに出力される。

なお、何れの入出力ポート１０ａ〜１０ｅを入力用または出力用として用いるかは、適宜設計することが可能である。すなわち、入出力ポート１０ａのみを入力用として用いて、それ以外の入出力ポートを出力用に用いてもよいし、入力用のポートと、出力用のポートと、を複数ずつ設けても良い。図１Ａおよび図１Ｂでは、入出力ポート１０ａ〜１０ｃ及び１０ｅが入力ポートであり、入出力ポート１０ｄが出力ポートである場合において、入出力ポート１０ａから波長多重された入力光が入力され、特定の波長の出力光が入出力ポート１０ｄから出力される場合を図示している。

図１Ａにおいて、入出力ポート１０ａはシリンドリカルレンズ１２，１３およびレンズ１４による光学系の光軸からの距離位置がＹ_１である。入出力ポート１０ａからの入力光は、図１Ａにおいて実線で示されるように、ビーム整形光学系２５によって、一次集光面Ｓｆ上に集光した後、レンズ１４により光軸からの距離がＹ_２の平行光束となり、分散素子１５により波長毎に分散され、レンズ１６を通り、それぞれ波長毎に偏向素子１８ａ〜１８ｅに集光する。

ここで、偏向素子１８ａ〜１８ｅに入力した光のうち、少なくとも１つの波長の光を入出力ポート１０ｄから出力する場合は、対応する偏向素子１８の偏向方向を制御して、図１Ａに破線で示すように、所定の方向に特定の波長の光を反射させる。偏向素子１８によって反射された特定波長の光は、レンズ１６を通り、分散素子１５、レンズ１４、ビーム整形光学系２５およびマイクロレンズアレイ１１の対応するマイクロレンズを経て、入出力ポート１０ｄから出力される。同じ入出力ポート１０ｄに出力する波長の光が複数ある場合は、それら複数の波長の光が分散素子１５で合波される。

次に、ビーム整形光学系２５の機能を、図２および図３を用いて説明する。図２は、図１の入出力ポート１０ａ〜１０ｅから集光点近傍までおよび偏向素子１８近傍におけるビームを示す斜視図である。また、図３Ａ、図３Ｂおよび図３Ｃはそれぞれ、一次集光面Ｓｆ、後述するダミー平面Ｓｄ、および偏向素子面Ｓｍにおける、ビームの形状を示す図である。これらの図では、入出力ポート１０ａおよび入出力ポート１０ｃが、ともに入力用ポートとして用いられる。

まず、本実施の形態では、屈折力が第１の方向（ｙ方向）のシリンドリカルレンズ１２と屈折力が第２の方向（ｘ方向）のシリンドリカルレンズ１３とを、光路上の位置を異ならせて配置し、シリンドリカルレンズ１３により大きな屈折力を持たせている。すなわち、この光学系は第２の方向（ｘ方向）により大きな開口数を有する。このため、一次集光面Ｓｆ上では、入出力ポート１０ｃからの入力光が、図３Ａに実線で示すように楕円形状Ｂ_１となる。この楕円形状のスポットは、図３Ｃに実線で示すように、レンズ１４および１６により共役な関係にある偏向素子面Ｓｍ上に、楕円形状のスポットＢ_１として結像される。このスポットは、分散素子１５によって波長毎に分離されているので、複数のスポットが波長の分離方向である水平方向に並列に並ぶことになる。ここで、この波長選択スイッチ１でより多くの波長の切り換えを行うためには、入力光に含まれる波長毎の光の周波数間隔をより狭くすることが必要となる。とくに、占有波長帯域幅が狭くなる５０ＧＨｚスペーシングでは、より波長の分離方向に狭い偏向素子１８を用いて、その偏向素子１８により幅の狭いスポットを集光させる必要がある。本実施の形態のように、ビーム整形光学系２５を用いてビームのスポット形状を分散素子１５の分散方向に短軸を有する楕円形状に整形することによって、波長の分解度を高め、異なる波長の光が同一の偏向素子１８に入射することによるクロストークの発生を防止することができる。

また、集光位置ずれ補正素子２０は、ビーム整形光学系２５をシリンドリカルレンズ１２および１３で構成した場合に生じる像面湾曲を補正するために設けた素子である。集光位置ずれ補正素子２０を設けない場合、シリンドリカルレンズ１２，１３およびレンズ１４を含む光学系の光軸からの距離が大きい入出力ポート１０ａから射出された入力光は、偏向素子面Ｓｍよりも手前で集光してしまう。特に、図２の偏向素子面Ｓｍにおけるｘ方向のスポットの広がりは、波長選択スイッチ１の通信品質を劣化させる。そこで、集光位置ずれ補正素子２０を設けて、入出力ポート１０ａから出射された入力光を、図３Ｃに破線で示すように、偏向素子面Ｓｍ上でｘ方向の幅が最も狭いスポットＢ_２を形成するように補正している。

集光位置ずれ補正素子２０を用いた場合は、図３Ａに破線で示すように、一次集光面Ｓｆでは、入出力ポート１０ａからの入力光のスポットＢ_２の幅は最小とせず、図３Ｂに示すように、これよりレンズ１４側で、最小となるようにする。この入出力ポート１０ａからの入力光の横幅が最小となる位置を含む光軸に直交する平面を、ダミー平面Ｓｄとして図２Ｂに示す。集光位置ずれ補正素子２０は、言わば、一次集光面Ｓｆとダミー平面Ｓｄとのずれ量ΔＺを調整することによって、偏向素子面Ｓｍにおける集光位置のずれ量ΔＺ’が０となるように調整するものである。なお、図３Ａから図３Ｃにおいて、スポットは、それぞれ模式的に記載されたものであり、その大きさは限定されない。また、一次集光面Ｓｆとダミー平面Ｓｄとの位置関係も設計例であり、必ずしもダミー平面Ｓｄが一次集光面よりレンズ１４側にある必要はない。

図４Ａは、図１の集光位置ずれ補正素子２０の一例を示す斜視図である。また、図４Ｂは、図４Ａの集光位置ずれ補正素子２０ａの屈折面の形状を説明する図である。この集光位置ずれ補正素子２０ａは、ガラス等光透過性の部材で構成されている。図４Ａにおいて手前側が屈折力を有する曲面であり、その背面側は平面となっている。ｉ，ｉｉおよびｉｉｉは、それぞれ、ｙ方向の位置の異なるｘｚ平面に平行な平面による集光位置ずれ補正素子２０ａの屈折面の断面形状を示している。図４Ａおよび図４Ｂに示すように、集光位置ずれ補正素子２０ａは、第１の方向（ｙ方向）に屈折力を実質的に有さない。また、集光位置ずれ補正素子２０ａは、第２の方向（ｘ方向）の屈折力が第１の方向（ｙ方向）の位置により異なっている。より具体的には、第１の方向（ｙ方向）の中心位置では、第２の方向（ｘ方向）の屈折力が０であり、この中心位置から第１の方向（ｙ方向）に離れるに従って、第２の方向（ｘ方向）により大きな負の屈折力を有する。これによって、第１の方向（ｙ方向）に光軸から離れた位置を通る光束の集光位置をレンズ１４の方向にずらしている。なお、第１の方向（ｙ方向）の中心位置は、シリンドリカルレンズ１２、１３の合成レンズおよびレンズ１４の光軸が通る位置である。

また、集光位置ずれ補正素子２０として、別の形状の素子を用いることもできる。図５Ａは、図１の集光位置ずれ補正素子２０の他の例を示す斜視図である。また、図５Ｂは、図５Ａの集光位置ずれ補正素子２０ｂの屈折面の形状を説明する図である。この集光位置ずれ補正素子２０ｂは、第１の方向（ｙ方向）の中心位置では、第２の方向（ｘ方向）に正の屈折力を有し、この中心位置から第１の方向（ｙ方向）に離れるに従って、第２の方向（ｘ方向）の屈折力が小さくなる。この集光位置ずれ補正素子２０ｂを用いた場合は、入出力ポート１０ｃから入力された光軸を通る入力光に対しても、第２の方向（ｘ方向）に屈折力を及ぼすので、シリンドリカルレンズ１３についても焦点距離および／または位置を調整して、第２方向（ｘ方向）の集光位置が一次集光面Ｓｆ上になるようにする。

図６Ａは、図１の集光位置ずれ補正素子２０の更に他の例を示す斜視図である。また、図６Ｂは、図６Ａの集光位置ずれ補正素子２０ｃの屈折面の形状を説明する図である。この集光位置ずれ補正素子２０ｃは、図５Ａおよび図５Ｂの集光位置ずれ補正素子２０ｂに代えて用いることができる。図５Ａおよび図５Ｂの集光位置ずれ補正素子２０ｂの屈折面が、滑らかに曲率が変化する曲面で構成されているのに対して、この集光位置ずれ補正素子２０ｃの屈折面は、各入出力ポート１０ａ〜１０ｃ及び１０ｅからの入力光の第１の方向（ｙ方向）の入射位置に対応して、第２の方向（ｘ方向）に曲率の異なる円筒面を組み合わせたものである。ここで、ｚ軸を含むｙｚ面内では屈折面が直線をなすように、各円筒面が配置されている。その他の部分では、それぞれ異なる入出力ポート１０ａ〜１０ｅに対応する円筒状の屈折面の境界には、段差が設けられている。このような集光位置ずれ補正素子２０ｃを用いれば、入出力ポート１０ａ〜１０ｃ及び１０ｅからのそれぞれの入力光の入力光束に対して、それぞれ第２の方向（ｘ方向）に一様な屈折力を及ぼすことができる。また、ｚ軸を含むｙｚ面内に屈折面が直線となっていなくても良い。例えば、それぞれ異なる入出力ポート１０ａ〜１０ｅに対応する円筒状の屈折面が同芯の円筒を積み上げたように形成されても良い。この場合も入出力ポート１０ａ〜１０ｃ及び１０ｅからのそれぞれの入力光の入力光束に対して、それぞれ第２の方向（ｘ方向）に一様な屈折力を及ぼすことができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、入出力ポート１０ａ〜１０ｃ及び１０ｅから入力された入力光を、いずれの入出力ポート１０ａ〜１０ｃ及び１０ｅから入力されたかに係らず、各偏向素子１８の偏向素子面で最も幅の狭い楕円形状のスポットを形成して集光させる集光位置ずれ補正素子２０を設けたので、分散素子１５により分散された波長毎の光を、入力光が入力される入出力ポート１０ａ〜１０ｃ及び１０ｅの位置に依存することなく、偏向素子１８の偏向素子面上に高い精度で集光させることができる。したがって、異なる波長の光が同一の偏向素子に入射することによるクロストークの発生や出力ポートへの結合効率の低下を抑制し、通信品質を高めることができる。さらに、チャネルごとの分解度が高まるので、光通信の高速化のために要求されるより広い透過帯域幅に対応することができる。なお、出力ポート１０ｄを入力ポートとして使用した際にも、入出力ポート１０ｄから入力された入力光が、偏向素子１８の偏向素子面上に高い精度で集光するように補正素子２０が構成されているのが望ましい。

また、集光位置ずれ補正素子２０は、入出力ポート１０ａ〜１０ｃ及び１０ｅから入力された入力光を一次集光面Ｓｆにいったん集光させるビーム整形光学系２５内に設けたので、小型に構成することができる。

（第２実施の形態）
図７は、本発明の第２実施の形態に係る波長選択スイッチ１の構成の一部を示す上面図である。本実施の形態は、第１実施の形態のビーム整形光学系２５を図７のビーム整形光学系２５’に置き換えたものであり、シリンドリカルレンズ１３の後段には第１実施の形態の波長選択スイッチ１と同様にレンズ１４、分散素子１５、レンズ１６および偏向素子１８を備えた偏向器１７が配置されている。この光学系のビーム整形光学系２５’は、第２の方向（ｘ方向）にのみ屈折力を有する反射型の集光位置ずれ補正素子２０’と球面ミラー１２’と、第２の方向（ｘ方向）にのみ屈折力を有するシリンドリカルレンズ１３とを備える。ここで、球面ミラー１２’は第１の光学部材であり、シリンドリカルレンズ１３は第２の光学部材である。

図８Ａは、図７の集光位置ずれ補正素子２０’の一例を示す斜視図である。この図８Ａにおいて、手前側の面が反射面となっている。この集光位置ずれ補正素子２０’ａは、第１の方向（ｙ方向）に屈折力を実質的に有さない。また、集光位置ずれ補正素子２０’ａは、第２の方向（ｘ方向）の屈折力が第１の方向（ｙ方向）の位置により異なっている。より具体的には、第１の方向（ｙ方向）の中心位置では、第２の方向（ｘ方向）の屈折力が０であり、この中心位置から第１の方向（ｙ方向）に離れるに従って、第２の方向（ｘ方向）により大きな負の屈折力を有する。これによって、第１の方向（ｙ方向）に光軸から離れた位置を通る入力光の集光位置をレンズ１４の方向にずらしている。

図８Ｂは、図７の集光位置ずれ補正素子２０’の更に他の例を示す斜視図である。この集光位置ずれ補正素子２０’ｂは、第１の方向（ｙ方向）に屈折力を実質的に有さない。また、集光位置ずれ補正素子２０’ｂは、第１の方向（ｙ方向）の中心位置では、第２の方向（ｘ方向）の正の屈折力を有し、この中心位置から第１の方向（ｙ方向）に離れるに従って、第２の方向（ｘ方向）の屈折力が小さくなる。この集光位置ずれ補正素子２０’ｂを用いた場合は、入出力ポート１０ｃから入力された光軸を通る入力光に対しても、第２の方向（ｘ方向）に屈折力を及ぼすので、シリンドリカルレンズ１３について焦点距離および／または位置を調整して、第２の方向（ｘ方向）の集光位置が一次集光面Ｓｆ上になるようにする。その他の構成、作用は第１実施の形態と同様である

以上説明したように、本実施の形態によれば、集光位置ずれ補正素子２０’として反射型の素子を用いることができる。したがって、波長選択スイッチ１の光学系の空間的な配置のニーズや、使用する光の周波数特性に応じて、適宜透過型または反射型の集光位置ずれ補正素子を選択して使用することができる。なお、球面ミラー１２’は、第１の方向（ｙ方向）にのみ屈折力を有するシリンドリカルミラーでもよい。
また、出力ポート１０ｄを入力ポートとして使用した際にも、入出力ポート１０ｄから入力された入力光が、偏向素子１８の偏向素子面上に高い精度で集光するように集光位置ずれ補正素子２０が構成されているのが望ましい。

（第３実施の形態）
図９は、本発明の第３実施の形態に係る波長選択スイッチ１の構成およびこれを通るビームを説明する斜視図である。この波長選択スイッチ１では、第１実施の形態の波長選択スイッチ１における、集光位置ずれ補正素子２０およびシリンドリカルレンズ１３を、一つの集光位置ずれ補正素子２１に置き換えている。すなわち、集光位置ずれ補正素子２１は、第２の方向（ｘ方向）への集光作用と、第１の方向（ｙ方向）の位置に応じた第２の方向（ｘ方向）の集光位置ずれを補正する作用とを有する。

図１０Ａは、図９の集光位置ずれ補正素子２１の一例を示す斜視図である。また、図１０Ｂは、図１０Ａの集光位置ずれ補正素子２１の屈折面の形状を説明する図である。この集光位置ずれ補正素子２１は、図１０Ａの手前側の曲面２１ａが屈折力を有する曲面であり、その背面側は平面となっている。ｉ，ｉｉおよびｉｉｉは、それぞれ、ｙ方向の位置の異なるｘｚ平面に平行な平面による集光位置ずれ補正素子２１の屈折面の断面形状を示している。図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、集光位置ずれ補正素子２１の屈折面は、シリンドリカル面に修正を加えた形状となっている。すなわち、集光位置ずれ補正素子２１の屈折面は、第１の方向（ｙ方向）に屈折力を実質的に有さない。また、第１の方向（ｙ方向）の中心位置では、第２の方向（ｘ方向）の屈折力が光軸方向の入力光を一次集光面Ｓｆに集光させる曲率を有し、この中心位置から第１の方向（ｙ方向）に離れるに従って、第２の方向（ｘ方向）の屈折力が小さくなる。これによって、第２の方向（ｘ方向）に光軸から離れた位置を通る光束の集光位置を、一次集光面Ｓｆよりもレンズ１４の方向にずらしている。これによって、入出力ポート１０ａおよび１０ｃから光が入力された場合、一次集光面Ｓｆ、ダミー平面Ｓｄおよび偏向素子面Ｓｍには、それぞれ、図３Ａ，図３Ｂおよび図３Ｃに示したものと同様の形状のスポットが形成される。

図１１は、図９の集光位置ずれ補正素子２１の設計例を示すグラフである。このグラフの横軸は、集光位置ずれ補正素子２１内の高さ位置、すなわち、第１の方向（ｙ方向）の位置を示し、０は光軸と同じ高さ位置であり、１および−１は最上部および最下部を示している。また、縦軸は第１の方向（ｙ方向）に垂直な断面、すなわち、ｘｚ断面における屈折面の曲率半径Ｒを光学素子の高さ位置が０の時を１とした相対値で表したものである。図１１から分かるように、光学素子の高さ位置が中央から離れるに従って、曲率半径Ｒを大きくしている。

また、図１２は、図１１で示した光学素子の設計例に基づいて設計した集光位置ずれ補正素子２１を用いた場合の、入出力ポートのポート高さに対する偏向素子面Ｓｍでの結像位置のずれΔｚ’のシミュレーション結果を実線で示すグラフである。このグラフには、集光位置ずれ補正素子２１を用いずに、集光位置のずれを補正する作用の無いシリンドリカルレンズを用いた場合の集光位置のずれを破線で示している。グラフの縦軸のΔｚ’は、シリンドリカルレンズの場合の集光位置のずれΔｚ’の最大値を１とする相対値で示している。図１２から分かるように、集光位置ずれ補正素子２１を用いることによって集光位置のずれΔｚ’を、入出力ポートのポート高さに依存することなく、集光位置ずれの補正作用の無いシリンドリカルレンズを用いた場合の１／１０以下に抑制することができる。

その他の構成は、第１実施の形態と同様であるので、同一構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。

以上説明したように本実施の形態によれば、ビーム整形光学系２５をシリンドリカルレンズ１２と集光位置ずれ補正素子２１との２つの光学素子で構成しながら、集光位置のずれを補正し、第１実施の形態と同様の効果を得ることができる。したがって、第２の方向（ｘ方向）の集光位置ずれを補正しない場合と比べて、部品点数が増加しない。また、従来のシリンドリカルレンズの製造プロセスを修正して製作することができるので、新たな集光位置ずれ補正用の部材を製作するよりも容易に製造することができる。さらに、第１実施の形態のように、別途集光位置ずれ補正素子を設けた場合と比べ、光学系の調整が容易である。なお、集光位置ずれ補正素子２１の加工方法としては、ＮＣ加工により直接的にレンズ形状を作製する方法や、型を作製して成形する方法、リソグラフィ技術を使用した方法などがある。成形により作製する場合、成形に適した光学ガラスや樹脂を適宜選択する。また、集光位置ずれ補正素子２１を反射型の素子にしてもよい。

（第４実施の形態）
図１３は、本発明の第４実施の形態に係る波長選択スイッチ１の構成を示す上面図である。この波長選択スイッチ１は、入出力部１０、マイクロレンズアレイ１１、シリンドリカルレンズ１２，１３、集光レンズ３１、透過型の分散素子３２、ミラー（反射素子）３３、および偏向器１７を含んで構成される。

入出力部１０、マイクロレンズアレイ１１、シリンドリカルレンズ１２，１３は、第１実施の形態と同様の光学素子である。集光レンズ３１は、この集光レンズ３１とシリンドリカルレンズ１２，１３による集光点とのｚ方向の距離、および、分散素子３２の中心との距離が集光レンズ３１の焦点距離に等しくなるように、シリンドリカルレンズ１３と分散素子３２との間に配置されている。ここで、ｘｚ平面内におけるマイクロレンズアレイ１１、シリンドリカルレンズ１２，１３からなる光学系の光軸と、集光レンズ３１の光軸とは第２の方向（ｘ方向）にずらして配置する。なお、これらの光軸の第１方向（ｙ方向）の高さ位置は同じである。また、偏向器１７は、偏向素子１８を集光レンズ３１側に向けた状態で、シリンドリカルレンズ１２，１３による集光点とｚ方向の位置が略等しい位置であって、集光レンズ３１の光軸が通る側に第２の方向（ｘ方向）にずらして配置されている。すなわち、集光レンズ３１と偏向器１７の偏向素子との間の距離も、集光レンズ３１の焦点距離である。

分散素子３２とミラー３３とは、いわゆるリットマン−メトカルフ型の構成を有する分散部を形成している。すなわち、分散素子３２で回折（分散）された光は、ミラー３３で反射され、再び分散素子３２で回折（分散）される。このように、２度分散素子を透過して回折（分散）されることによって、分散角を大きくすることができる。

また、ミラー３３は反射面３３ａが平面ではなく、第１の方向（ｙ方向）の位置に応じて分散素子３２の分散方向に屈折力を有する集光位置ずれ補正素子としての機能を併せて有する。例えば、ミラー３３は、反射面３３ａが第１の方向（ｙ方向）に屈折力を有さない。ミラー３３は、反射面３３ａの第１の方向（ｙ方向）が光軸と同じ高さ位置におけるｘｚ断面は直線であり、この高さ位置から第１の方向（ｙ方向）にずれるに従って負の屈折力を有する曲面となるように構成することができる。

以上のような構成によって、入出力部１０のいずれかの入出力ポート１０ａ〜１０ｃ及び１０ｅから入力された入力光は、マイクロレンズアレイ１１内の対応するマイクロレンズで平行光束となり、シリンドリカルレンズ１２および１３で集光された後、集光レンズ３１により平行光束として、分散素子３２で波長毎の光に分散され、ミラー３３で折り返され、分散素子３２でさらに分散されて、集光レンズ３１により偏向器１７の偏向素子１８上に集光される。この波長毎の光は偏向素子１８によって波長毎に異なる角度で反射され、偏向素子１８で反射されるまでの光路を折り返して、入力部１０の入出力ポート１０ｄに出力される。

ここで、光軸からの距離が離れた入出力ポートから入力された入力光は、偏向素子１８での第２の方向（ｘ方向）の集光位置の位置ずれが、ミラー３３の反射面３３ａによって補正される。したがって、第１実施の形態と同様に、分散素子３２により分散された波長毎の光を、入力光が入力される入出力ポート１０ａ〜１０ｃ及び１０ｅの位置に依存することなく、偏向素子１８の偏向素子面上に高い精度で集光させることができる。さらに、ミラー３３を用いて光学系を折り返しており、且つ、第１実施の形態に比べて少ないレンズの数で装置を構成しているので、実装に必要とされるスペースが小さくて良く、装置を小型化することができる。なお、出力ポート１０ｄを入力ポートとして使用した際にも、入出力ポート１０ｄから入力された入力光が、偏向素子１８の偏向素子面上に高い精度で集光するように集光位置ずれ補正素子２０が構成されているのが望ましい。

（第５実施の形態）
図１４Ａおよび図１４Ｂは、それぞれ、本発明の第５実施の形態に係る波長選択スイッチ１の構成を示す側面図および上面図である。本実施の形態は、第１実施の形態において、集光位置ずれ補正素子２０を、マイクロレンズアレイ１１とシリンドリカルレンズ１２との間ではなく、レンズ１４と分散素子１５との間に配置したものである。この場合、ビーム整形光学系２５は、シリンドリカルレンズ１２および１３により構成される。その他の構成、作用は第１実施の形態と同様なので、同一構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。このようにしても、第１実施の形態と同様に、分散素子１５により分散された波長毎の光を、入力光が入力される入出力ポートの位置に依存することなく、偏向素子１８の偏向素子面上に高い精度で集光させることができる。したがって、異なる波長の光が同一の偏向素子に入射することによるクロストークの発生および出力光の出力ポートへの結合効率の低下を抑制し、通信品質を高めることができる。なお、出力ポート１０ｄを入力ポートとして使用した際にも、入出力ポート１０ｄから入力された入力光が、偏向素子１８の偏向素子面上に高い精度で集光するように集光位置ずれ補正素子２０が構成されているのが望ましい。

（第６実施の形態）
図１５Ａおよび図１５Ｂは、それぞれ、本発明の第６実施の形態に係る波長選択スイッチ１の構成を示す側面図および上面図である。本実施の形態は、第１実施の形態において、ビーム整形光学系２５とレンズ１４とを設けず、マイクロレンズアレイ１１と分散素子１５との間に集光位置ずれ補正素子２０を配置したものである。これによって、入出力ポート１０ａ〜１０ｃ及び１０ｅから入力された入力光はマイクロレンズアレイ１１により平行光束として分散素子１５に入射する。その他の構成および作用は、第１実施の形態と同様であるので、同一構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。

本実施の形態によれば、偏向素子１８上で楕円形のスポットを形成するためのビームの整形は行わないが、第１実施の形態と同様に、偏向素子１８上での第２の方向（ｘ方向）への集光位置のずれを補正することができる。したがって、分散素子１５により分散された波長毎の光を、入力光が入力される入出力ポートの位置に依存することなく、偏向素子１８の偏向素子面上に高い精度で集光させることができる。したがって、異なる波長の光が同一の偏向素子に入射することによるクロストークの発生や、出力ポートへの結合効率の劣化を抑制し、通信品質を高めることができる。なお、出力ポート１０ｄを入力ポートとして使用した際にも、入出力ポート１０ｄから入力された入力光が、偏向素子１８の偏向素子面上に高い精度で集光するように集光位置ずれ補正素子２０が構成されているのが望ましい。

（第７実施の形態）
図１６は、本発明の第７実施の形態に係る波長選択スイッチ１の入出力ポート１０から一次集光面Ｓｆ近傍までの構成およびこれを通るビームを説明する斜視図である。本実施の形態は、第１実施の形態において、集光位置ずれ補正素子２０およびシリンドリカルレンズ１３に代えて、集光位置ずれ補正素子２０とは形状の異なる集光位置ずれ補正素子４１を、第１実施の形態におけるシリンドリカルレンズ１３の配置されていた位置に設けたものである。

図１７Ａは、図１６の集光位置ずれ補正素子４１のｘｚ平面に平行な面での断面の位置及び形状を示す図である。また、図１７Ｂは、図１６の集光位置ずれ補正素子４１のｙｚ平面による断面図である。図１７Ａに示すように、集光位置ずれ補正素子４１のｘｚ平面に平行な断面は、第１の方向（ｙ方向）の光軸からの高さ位置に係らず、円弧を有する、例えば略半円形の形状となっている。この半円形の断面形状は、光軸からの距離が離れるに従って、ｚ軸に沿って入力光の進行方向（一次集光面Ｓｆ側）にシフトする。また、図１７Ｂに示すように、集光位置ずれ補正素子４１は、第２の方向（ｘ方向）に直交する屈折面の断面が、第１の方向（ｙ方向）の位置に応じて入力光の進行方向（ｚ方向）に傾いている。すなわち、集光位置ずれ補正素子４１は、ｙ軸方向の中央部に比べてｙ軸方向の両端部がｚ軸方向にせり出した形状となっている。

この集光位置ずれ補正素子４１は、第１〜第５実施の形態で用いられた集光位置ずれ補正素子と異なり、光軸からの第１の方向（ｙ方向）の距離に係らず、第２の方向（ｘ方向）の屈折力は一定である。この集光位置ずれ補正素子４１は、光軸からの距離に応じて屈折面を光軸方向にずらすことによって、集光位置を調整している。その他の構成および作用は、第１実施の形態と同様であるので、同一構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。

本実施の形態によれば、第２の方向（ｘ方向）に屈折力分布を有さない集光位置ずれ補正素子４１を用いて、第１実施の形態と同様に、偏向素子１８上での第２の方向（ｘ方向）への集光位置のずれを補正することができる。したがって、分散素子１５により分散された波長毎の光を、入力光が入力される入出力ポート１０ａ〜１０ｃ及び１０ｅの位置に依存することなく、偏向素子１８の偏向素子面上に高い精度で集光させることができる。したがって、異なる波長の光が同一の偏向素子１８に入射することによるクロストークの発生や、出力ポートへの結合効率の劣化を抑制し、通信品質を高めることができる。なお、出力ポート１０ｄを入力ポートとして使用した際にも、入出力ポート１０ｄから入力された入力光が、偏向素子１８の偏向素子面上に高い精度で集光するように集光位置ずれ補正素子２０が構成されているのが望ましい。

（第８実施の形態）
図１８は、本発明の第８実施の形態に係る波長選択スイッチの構成の一部を示す斜視図である。特に、入出力ポート１０ａ〜１０ｅから一次集光面Ｓｆ近傍までおよび偏向素子１８近傍におけるビームを示している。本実施の形態は、第１実施の形態の集光位置ずれ補正素子２０を図１８の集光位置ずれ補正素子２０ｄに置き換えたものであり、シリンドリカルレンズ１３の後段には、図１８では省略されているが、第１実施の形態の波長選択スイッチ１と同様にレンズ１４、分散素子１５、レンズ１６および偏向素子１８を備えた偏向器１７が配置されている。この光学系の集光位置ずれ補正素子２０ｄは、第１の方向（ｙ方向）、第２の方向（ｘ方向）ともに屈折力を持たず、入出力ポート１０ａ〜１０ｅからの入力光の各々が通る光路の空気換算長が異なるように構成されている。「空気換算長」とは、屈折率ｎの媒質中を光路に沿って距離ｄだけ光が進行するとき、ｄ／ｎで表される長さである。

本実施の形態において、集光位置ずれ補正素子２０ｄは、入力光の進行方向（ｚ方向）の厚さが第１の方向（ｙ方向）の中心領域で薄く、光軸から第１の方向（ｙ方向）に離れるに従って階段状の段差を伴って厚くなっていくように構成されている。また、入出力ポート１０ａ〜１０ｅの各ポートからの光が入射する領域については、段差を跨がずそれぞれ同一の素子厚さになっている。また、入出力ポートに向き合った面に関しては同一面になるように構成されている。なお、入力光をガウスビームと想定した場合、光束は空間的に無限に広がりを持つが、ここでは、例えばビームのパワーが中心の１／ｅ^２になるまでの領域をビーム径とする。

集光位置ずれ補正素子２０ｄは、使用波長帯において透明な素材からなり、例えば光学ガラス、樹脂やシリコンのような半導体等を用いて構成される。素子の厚さを抑えて大きな補正効果を持たせるには、屈折率の大きな材料を使用するのが好適である。

集光位置ずれ補正素子２０ｄを設置することにより、入出力ポートから、シリンドリカルレンズ１２及び１３までの物理的距離は変えないまま、空気換算長にポート位置依存性を持たせることができ、これによって、第１の方向（ｙ方向）に光軸から離れた位置を通る入力光の集光位置をレンズ１４の方向にずらしている。

したがって、第１実施の形態と同様に、分散素子１５により分散された波長毎の光を、入力光が入力される入出力ポート１０ａ〜１０ｃ及び１０ｅの位置に依存することなく、偏向素子１８の偏向素子面上に高い精度で集光させることができる。さらに、集光位置ずれ補正素子２０ｄは屈折力を持たない素子により構成されているため、ｚ軸方向の調整に高い精度を必要とせず、組み立てを容易にすることができる。

また、本実施の形態において図１９に示すように、マイクロレンズアレイ１１のマイクロレンズと集光位置ずれ補正素子２０ｄとが一体になるように構成しても良い。すなわち、ビーム整形光学系２５と、マイクロレンズアレイ１１と、が一体になるように構成されても良い。一つの部材からマイクロレンズアレイ１１の機能部と集光位置ずれ補正素子２０ｄの機能部とを形成しても良いし、それぞれ個別に製造したマイクロレンズと集光位置ずれ補正素子とを接合して形成しても良い。接合により形成する場合、界面の反射によるノイズを低減するための工夫が必要となる。例えば、同一素材から製造したマイクロレンズおよび集光位置ずれ補正素子を、オプティカルコンタクトや陽極接合といった直接接合によって接合したり、屈折率を整合した接着剤を用いて接合したりするのが好適である。

また、本実施の形態において図２０に示すように、集光位置ずれ補正素子２０ｄの厚さｄ_１に加え、入出力ポート１０ａ〜１０ｅとマイクロレンズアレイ１１との距離ｄ_０、および、マイクロレンズアレイ１１の曲率半径Ｒを併せて設定しても良い。これにより分散素子１５により分散された波長毎の光を、入力光が入力される入出力ポート１０ａ〜１０ｃ及び１０ｅの位置に依存することなく、偏向素子１８の偏向素子面上により高い精度と自由度で集光させることができる。また、マイクロレンズアレイ１１の各々のレンズ形状が回転対称にならない（アナモルフィック）ように構成しても良い。これにより第１の方向（ｙ方向）の補正効果と第２の方向（ｘ方向）の補正効果とをより独立性の高い状態で設計することが可能となる。

さらに、光路の空気換算長は、必ずしも入出力ポート１つ１つに対応して異なっている必要はなく、少なくとも光軸中心付近の入出力ポートに対する空気換算長と、光軸から離れた入出力ポートに対する空気換算長と、の少なくとも２種類を有していれば良い。その場合、隣接する入出力ポートからの光束が、集光位置ずれ補正素子２０ｄの空気換算長が変わる境界を挟む場合は、それらの入出力ポート間隔を、他のポート間隔に対して大きくするように構成しても良い。これにより１つの入出力ポートから入射する光が前記境界により分離されることを抑制することが出来る。

また、本実施の形態における集光位置ずれ補正素子２０ｄは素子の厚さが第１の方向（ｙ方向）に異なっているのが特徴ではなく、光路の空気換算長が異なっていることが特徴である。したがって素子の厚さを第１の方向に均一にしながら、集光位置ずれ補正素子２０ｄを構成する材料を第１の方向の位置に応じて変えることによって、屈折率が変わるように構成しても良い。

さらに、上述の本実施の形態の構成は、集光位置ずれ補正素子２０ｄの設置位置を、最適な効果の得られる場所に設定して説明を行ったものである。しかし、集光位置ずれ補正素子２０ｄの配置はこれに限られず、各入出力ポートからの入射光がポートごとに分離されているところに配置すれば、補正効果を得ることは可能である。

また、上述の本実施の形態の構成は、集光位置ずれ補正素子２０ｄと、シリンドリカルレンズ１２と、を離間して配置しているが、これに代えて、集光位置ずれ補正素子２０ｄをｚ方向に反転して、集光位置ずれ補正素子２０ｄとシリンドリカルレンズ１２との互いに対向する平面が接するように、あるいは、集光位置ずれ補正素子２０ｄとシリンドリカルレンズ１２とを一体として構成しても良い。

（第９実施の形態）
図２１Ａおよび図２１Ｂは、本発明の第９実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す図である。この波長選択スイッチは、図１Ａおよび図１Ｂの第１実施の形態の波長選択スイッチにおいて、ビーム整形光学系２５内に集光位置ずれ補正素子２０を設けず、分散素子１５’に集光位置ずれ補正素子の機能を持たせたものである。すなわち、本実施の形態における、分散素子と集光位置ずれ補正素子とは一体として構成されている。

以下に分散素子１５’の構成について、図２２〜図２４を参照して説明するｘｄ、ｙｄ、ｚｄは分散素子１５’上のローカル座標を示す。図２２は、一般的な分散素子を正面から見た図である。この分散素子は回折格子を有し、回折格子のピッチは全面に渡って等間隔のピッチを有している。第１実施の形態の分散素子１５は、このような均一なピッチを有している。

一方、図２３は、本実施の形態に係る分散素子１５’の格子を示す図である。分散素子１５’は図２３に示すように、ｙｄ方向に３区分され、領域ａおよび領域ｃは同じ特性の格子ピッチになっている。領域ａおよび領域ｃにおいて、ピッチは第２の方向ｘｄに沿って連続的に変化している。一方、中心領域ｂは、第１実施の形態と同じ等間隔のピッチの格子となっている。中心部領域ｂの格子と、領域ａおよび領域ｂの格子とは不連続である。

分散素子１５’の斜視図を図２４に示す。回折面を構成する格子の凸部１５’ａの高さ、および、凹部１５’ｂと凸部１５’ａとの幅の比は回折光が最大になるように最適化する。回折格子で光を回折させると、そのままではｐ偏向とｓ偏向との光量に差異が発生する。このため、凸部１５’ａは偏光方向による回折光の光量の差をなくすように、複数の誘電体を積層して構成しても良い。

上記のような構成によって、本実施の形態の波長選択スイッチでは、集光位置ずれ補正素子２０が無いため、図２５に示すように、光学系の光軸から離れた入出力ポート、たとえば、入出力ポート１０ａからの光線は、一次集光面Ｓｆでは集光せず、シリンドリカルレンズ１３側にΔz離れたダミー平ら面Ｓｄで集光する。

一次集光面Ｓｆ以降について図２６Ａおよび図２６Ｂに示す。入出力ポート１０ａからの光線を実線で、入出力ポート１０ｃからの光線を破線で示す。入出力ポート１０ｃからの入力光は、ほぼ光学系の軸上付近を通過する。この入力光は、一次集光面Ｓｆに集光し、レンズ１４で光軸に沿う平行光束になり分散素子１５’で波長毎に分散され、レンズ１６で、分散された各波長の光束が、偏向器１７上にある各偏向素子１８の素子面（ミラー面）Ｓｍに集光される。

一方、入出力ポート１０ａからの入力光は、一次集光面Ｓｆからシリンドリカルレンズ１３側にΔz離れたＳｄに集光するため、その後レンズ１４により、平行光束より少し収束する光束になり、分散素子１５’に入射する。分散素子１５’に入射する位置は、光軸からｙｄ方向に離れた位置、つまり図２３の領域ｃとなる。

領域ｃの格子は、ピッチ間隔をｘｄ方向に沿って変化させることによって屈折力を有し、収束光束として入射された光束を、平行光束として各波長の光に分散する。従って、入出力ポート１０ｃからの光束と同様に、レンズ１６により、分散された各波長の光束が、偏向器１７上にある各偏向素子１８の素子面(ミラー面)に集光される。図２６Ｂの上面図に示すように、第１の方向（ｙ方向）から見た場合、分散素子１５’で分散された以降では、入出力ポート１０ｃからの光線も入出力ポート１０ａからの光線も重なってみえる。各偏向素子１８の素子面Ｓｍで反射した光線は、上記説明の光路を逆方向に戻り、入出力ポート１０ｄに集光され出力される。

なお、領域ａと領域ｂの境界のように、格子の特性が変化するところで、格子が不連続になる。この境界部分にいずれかの入出力ポート１０ａ〜１０ｃおよび１０ｅからの光束または入出力ポート１０ｄへ向かう光束が入射しないように、上記境界の上下に光束が通る入出力ポートの間の間隔を他の入出力ポート間の間隔より少し広くすることが好ましい。また、本実施の形態では、分散素子１５’の回折面を格子の延びる方向に３つの領域に区分されているが、仮に中心領域から離れた領域ｃが、それぞれ２つの入出力ポート１０ａおよび１０ｂに対応する場合、最軸外にある入出力ポート１０ａのΔzにあわせて、格子ピッチを最適化すると、最軸外の入出力ポート１０ａの内側の入出力ポート１０ｂの偏向素子１８での集光位置が補正され過ぎる場合がある。そこで、区分された領域の数を増やして、それぞれの入出力ポートのΔzに応じて、格子ピッチを最適化することにより全ての入出力ポート１０ａ〜１０ｃおよび１０ｅからの光線の集光位置から、偏向素子１８での素子面Ｓｍまでの距離を小さくすることができる。

(第１０実施の形態)
図２７は、本発明の第１０実施の形態に係る波長選択スイッチの一次集光面近傍から偏向器までの構成及び光路を示す上面図である。この波長選択スイッチは、図１３に示した第４実施の形態に係るリットマン−メトカルフ型の分散部を有する波長選択スイッチにおいて、ビーム整形光学系２５内に集光位置ずれ補正素子を設けず、分散素子３２’を集光位置ずれ補正素子と一体として構成したものである。分散素子３２’は、第９実施の形態の分散素子１５’と同様にｙｄ方向に格子が不連続で、ｘｄ方向のピッチ間隔が不等間隔である。その他の構成は、第４実施の形態と同様なので、同一の構成要素には同一の参照符号を付して説明を省略する。

次に、本実施の形態による波長選択スイッチの光路について説明する。図２７において、入出力ポート１０ａからの光束を実線、入出力ポート１０ｃからの光束を破線で示している。入出力ポート１０ｃからの光束は一次集光面Ｓｆに集光する。集光後、Ｓｆから発散する光束は、集光レンズ３１により平行光束となり、分散素子３２’により波長毎の光に分散される。この波長毎の光は、ミラー３３で反射され、分散素子３２’でさらに分散され、集光レンズ３１に入射する。集光レンズ３１は、分散された各波長の平行光束を、偏向器１７の偏向素子１８の偏向面(ミラー面)Ｓｍ上に集光する。

一方、入出力ポート１０ａからの光束は、一次集光面Ｓｆよりも入出力ポート側の面Ｓｄに集光されるので、集光レンズ３１により、平行光束より少し収束する光束に変換される。分散素子３２’は、図２３に示した分散素子１５’と同様にｙｄ方向に中心領域ｂとその外側の領域ａおよび領域ｃに区分されている。入出力ポート１０ａからの光線は外側の領域ｃを通過する。外側の領域ｃは、ピッチが不等間隔で、少し収束された光束を波長毎の光束に分散させるとともに、各波長の光が平行光束に近くなるように発散方向に変換する屈折力を有している。これらの各波長の光束は、ミラー３３で反射され、再度分散素子３２’に入射される。入射した光束は、さらに分散されるとともに、さらに発散方向に変換され、各波長に分散された平行光束となる。集光レンズ３１は各波長に分散された平行光束を偏向器１７の偏向素子１８の偏向素子面Ｓｍ(ミラー面)上に集光する。偏向素子面（ミラー面）Ｓｍで反射した光は、上述の光路を逆方向に戻り、入出力ポート１０ｄの出射面に集光される。

次に、分散素子３２’のピッチの例を図２８のグラフを用いて説明する。図２８の横軸は、図２７のｘｄ方向の座標を示し、縦軸は、偏向素子３２’の中心領域ｂのピッチを１として規格化したピッチの値を示している。また、破線は中心領域ｂについてのグラフであり、実線は領域ａおよび領域ｃについてのグラフである。本実施の形態では、中心領域ｂのピッチを等間隔としているので、破線のグラフの横軸の値は座標ｘｄによらず１である。また、実線のグラフに示されるように、領域ａ、ｃでは座標ｘｄの正の方向でピッチが少し狭くなっている。

図２９は、偏向素子面（ミラー面）Ｓｍと各ポートからの光線の集光位置Ｓｍ’との間の距離Δz'を示すグラフである。図２９において、横軸は光軸からのポート高さの相対値を示し、入出力ポート１０ａのポート高さを１としている。また、縦軸はΔz’の相対値を示す。また、破線は、等間隔なピッチを有する通常のグレーティングを用いた場合について算出したΔz’であり、実線は、本実施の形態に係る分散素子３２’を用いた場合のΔz’の値を示している。グラフ上の３点は、左から順に入出力ポート１０ｃ、１０ｂ、１０ａに対応している。ここで、縦軸は等間隔なピッチを有する分散素子を用いた場合の入出力ポート１０ａについてのΔz’の値を１としている。入出力ポート１０ａから入射した入力光は、分散素子３２’の領域ｃを通り、入出力ポート１０ｂおよび１０ｃから入射した入力光は、分散素子３２’の中心領域ｂを通る。本実施の形態の分散素子３２’を使用することで、入出力ポート１０ａから入射した光束のΔz'を小さくできることがわかる。

本実施の形態では、集光位置ずれ補正素子のような部品を別途追加することなく、集光位置ずれ補正をすることができる。また、本実施の形態で使用する集光位置ずれ補正機能を含ませた分散素子は、マスクパターンを変更するだけで、従来の分散素子と同じ方法で製造することができ、コストもほとんど変わらない。

以上のことから、第１実施の形態と同様に、分散素子３２’により分散された波長毎の光を、入力光が入力される入出力ポート１０ａ〜１０ｃ及び１０ｅの位置に依存することなく、出力ポートとして機能する入出力ポート１０ｄの出射面と光学的に共役になる位置に高い精度で集光させることができ、安価で、入出力ポートによらず結合効率の低下を原因とする挿入ロスの少ない波長選択スイッチを提供することができる。

（第１１実施の形態）
図３０は、本発明の第１１実施の形態に係る波長選択スイッチの構成の一部を示す斜視図である。図３０は、入出力ポート１０ａ〜１０ｅから集光点近傍までおよび偏向素子１８’近傍におけるビームを示している。本実施の形態は、第１実施の形態に係る波長選択スイッチにおいて、偏向素子１８’として、該偏向素子１８’の偏向面上でそれぞれの入力ポートからの波長毎の光が偏向される位置に対して、回動中心が第１の方向側にずれたミラー素子を用いるとともに、集光位置ずれ補正素子２０を図３０の集光位置ずれ補正素子２０ｅに置き換えたものであり、シリンドリカルレンズ１３の後段には、図３０では省略しているが、第１実施の形態の波長選択スイッチ１と同様にレンズ１４、分散素子１５、レンズ１６および偏向素子１８’を備えた偏向器１７が配置されている。その他、第１実施の形態と同一の構成要素には同一の参照符号を付して説明を省略する。

偏向器１７は、例えば、ＭＥＭＳミラーアレイであり、偏向素子１８’は、ＭＥＭＳミラーアレイを構成するマイクロミラーを含む素子である。ここで、本実施の形態において偏向素子１８’の図１Ａにおけるｙｚ平面内での傾きを変える際の回動軸は、波長ごとに分散された光束が偏向される位置に対して、第１の方向側にずれている。このようなミラー配置の構成は、ＭＥＭＳミラーアレイのピッチが小さくなった場合に電極配置のスペースを確保する要請や、カンチレバータイプの製作が容易なミラー構成に起因するものである。このようなミラーアレイを使用した場合、図３０にＳｍａおよびＳｍｂとして示すように、偏向素子面Ｓｍは固定面ではなくなる。

これに伴って必要となる光学的考慮について図３１Ａ，３１Ｂおよび３１Ｃを用いて説明する。これらの図３１Ａ，３１Ｂおよび３１Ｃの上段にｘｚ断面から見た図を、下段にｙｚ断面から見た図をそれぞれ示す。

図３１Ａは、偏向素子１８’のマイクロミラー５２を回動軸５１に対して回動した際の偏向素子面Ｓｍの変位を模式的に示す図である。マイクロミラー５２の回動軸５１がレンズ１６の光軸Ｏと第１の方向（ｙ方向）にずれているため、入出力ポートの組み合わせを変えるために、マイクロミラー５２を異なる偏向角度に変えると、Ｓｍａ、Ｓｍｂ、Ｓｍｃのそれぞれに示すように、偏向素子面Ｓｍはｚ軸方向に偏向角度依存性をもって変位（図のｄ１およびｄ２）する。ここで、Ｓｍａ、Ｓｍｂ、Ｓｍｃとなるマイクロミラー１８’の偏向角度は、入出力ポート１０ａと１０ｄ、１０ｂと１０ｄ、および、１０ｅと１０ｄを光学的に結合させる状態をそれぞれ表しているものとする。

図３１Ｂは、それぞれ入出力ポート１０ａ、１０ｂおよび１０ｅから入射した光束を、偏向素子面Ｓｍｂの位置に固定的に集光させた場合の偏向素子１８’近傍での光束を模式的に示す図である。すなわち、ミラー面の回動による偏向素子面Ｓｍの変位を考慮しない場合の光束を示している。この図において、Ｌ_１、Ｌ_２およびＬ_３は、それぞれ、入出力ポート１０ａ、１０ｂおよび１０ｅから入射する光束を示し、特に下段においては、これら光束の外形を模式的に示している。また、Ｌ_１’、Ｌ_２’およびＬ_３’は、それぞれ、Ｌ_１、Ｌ_２およびＬ_３がマイクロミラー５２で反射され入出力ポート１０ｄへ向かう光束を示している。

入出力ポート１０ｂと１０ｄとを光学的に結合させる場合、マイクロミラー１８’の位置はＳｍｂにあり、入出力ポート１０ｂからの光束Ｌ_２は、マイクロミラー５２で反射され、光束Ｌ_２’となる。偏向素子面Ｓｍｂ上の集光点は、入出力ポート１０ｄの入出射面と共役の位置に配置されているので、反射された光束Ｌ_２’は、入出力ポート１０ｄに効率良く結合する。一方、入出力ポート１０ｅと１０ｄとを光学的に結合させる場合、マイクロミラー１８’の位置はＳｍａにあるため、入出力ポート１０ｅから出射した光束Ｌ_３はＳｍａで反射され光束Ｌ_３’となり、Ｓｍａからｄ１だけ入出力ポート側に進んだところに集光する。この集光位置（ガウス像面）は入出力ポート１０ｄの入出射面と光学的に共役でないため結合の効率が下がってしまう。入出力ポート１０ａと１０ｄとを光学的に結合させる場合も同様に結合の効率が下がってしまう。

そこで、本実施の形態では、結合効率の低下を抑制するために各入出力ポート１０ａ、１０ｂおよび１０ｅからの光束の集光位置を図３１Ｃのように設定している。この図に示すように、入出力ポート１０ｅからの光束Ｌ_３は、偏向素子面Ｓｍａより手前の点Ｐ_１に集光位置（ガウス像面）を有するように構成されている。より詳細には、出力ポートとして振る舞っている入出力ポート１０ｄから出射した光の集光位置（Ｓｍｂに一致）と、入力ポートとして振舞っている入出力ポート１０ｅから入射した光の集光位置Ｐ_１とが、偏向素子面Ｓｍａに対して、ｚ軸方向に対称な位置に形成されているのが望ましい。これにより入出力ポート１０ｅと１０ｄそれぞれから出射した光の集光位置（ガウス像面）を偏向素子１８’での反射を介して一致させることができ、効率よく結合させることが出来る。言い換えれば、入出力ポート１０ｅからの光束Ｌ_３は、偏向素子面Ｓｍａで反射されるが、反射された光束Ｌ_３’は偏向素子面Ｓｍｂで集光した後発散する光と同じであり、入出力ポート１０ｄに効率良く結合する。

これは、入出力ポート１０ａと１０ｄとを光学的に結合させる場合も同様に考えることができる。すなわち、入出力ポート１０ａからの入射した光束Ｌ_１は、偏向素子面Ｓｍｃから距離ｄ２進んだ位置Ｐ_２に集光位置を有するように構成される。ここで、入出力ポート１０ａからの光の集光位置と入出力ポート１０ｅからの光の集光位置とでは空間上の固定された点であるＳｍ（Ｓｍｂ）からずらす方向が逆になっている。

以上の説明のような光学的な振る舞いをさせるために、本実施の形態の集光位置ずれ補正素子２０ｅは以下のように構成されている。

図３２Ａは、偏向素子面Ｓｍの変位を考慮した集光位置ずれ補正素子の一例を示す斜視図である。また、図３２Ｂは、図３２Ａの集光位置ずれ補正素子２０ｅの屈折面の形状を説明する図である。この集光位置ずれ補正素子２０ｅは、ガラス等光透過性の部材で構成されている。図３２Ａにおいて手前側が屈折力を有する曲面であり、その背面側は平面となっている。ｉ、ｉｉおよびｉｉｉは、それぞれ、ｙ方向の位置の異なるｘｚ平面に平行な平面による集光位置ずれ補正素子２０ｅの屈折面の断面形状を示している。図３２Ａおよび図３２Ｂに示すように、集光位置ずれ補正素子２０ｅは、第１の方向（ｙ方向）に屈折力を実質的に有さない。また、集光位置ずれ補正素子２０ｅは、第２の方向（ｘ方向）の屈折力が第１の方向（ｙ方向）の位置により異なっている。より具体的には、第１の方向（ｙ方向）に正の方向の端部近傍では、第２の方向（ｘ方向）の屈折力が０に近く（断面ｉｉｉ）、この端部から第１の方向（ｙ方向）に負の方向に中心位置に近づくに従って、第２の方向（ｘ方向）により大きな正の屈折力を有する（断面ｉ）。さらに、中心位置から第１の方向（ｙ方向）に負の方向に離れるに従って、第２の方向（ｘ方向）により小さな正の屈折力を有する（断面ｉｉ）。第１の方向（ｙ方向）に正の方向に離れた場合に比べ、負の方向に同じ距離だけ離れたときの屈折力は小さい。これによって、第１の方向（ｙ方向）に光軸から離れた位置を通る光束の集光位置を、第１の方向（ｙ方向）に非対称にレンズ１４の方向にずらしている。すなわち、集光位置ずれ補正素子２０ｅは、第１の方向（ｙ方向）に非対称な構造を有する。なお、第２の方向（ｘ方向）の中心位置は、シリンドリカルレンズ１２、１３の合成レンズおよびレンズ１４の光軸が通る位置である。

なお、上述の集光位置ずれ補正素子２０ｅの形状は、一例であって、他の形状の集光位置ずれ補正素子を用いても同様の効果を得ることができる。例えば、第１の方向（ｙ方向）の中心位置では、第２の方向（ｘ方向）の屈折力が０であり、この中心位置から第１の方向（ｙ方向）に正および負の方向に離れるに従って、第２の方向（ｘ方向）により大きな負の屈折力を有し、且つ、正の方向に離れた場合よりも負の方向に離れた場合の方がより屈折力が小さい形状とすることもできる。この場合、シリンドリカルレンズ１２および１３の曲率を、集光位置ずれ補正素子２０ｅの形状に応じて変える必要がある。

また、実際の面形状は、マイクロミラーの振れ角および回動中心から集光面までの距離で決まるミラー回動時のＺ軸方向のずれ量や、レンズ１４、分散素子１５、レンズ１６といった後段の光学系の収差特性にも依存して決定される。それゆえ、集光位置ずれ補正素子２０ｅの屈折力はｙ方向に対し単調減少、単調増加、偏曲点を１つ以上有する関数のいずれにもなり得る。

さらに、入出力ポート１０ａ〜１０ｅからの光は集光位置ずれ補正素子２０ｅ面上で、ポートごとの重なりをほぼ有さないため、図３３Ａおよび図３３Ｂに示すような本実施の形態の変形例に係る集光位置ずれ補正素子２０ｆを、集光位置ずれ補正素子２０ｅに代えて用いることができる。集光位置ずれ補正素子２０ｅの屈折面が、滑らかに曲率が変化する曲面で構成されているのに対して、この集光位置ずれ補正素子２０ｆの屈折面は、各入出力ポート１０ａ〜１０ｃ及び１０ｅからの入力光の第１の方向（ｙ方向）の入射位置に対応して、第２の方向（ｘ方向）に曲率の異なる円筒面の一部を組み合わせたものである。ここで、ｚ軸を含むｙｚ面内では屈折面が直線をなすように、各円筒面が配置されている。その他の部分では、それぞれ異なる入出力ポート１０ａ〜１０ｅに対応する円筒状の屈折面の境界には、段差が設けられている。

このような集光位置ずれ補正素子２０ｆを用いれば、入出力ポート１０ａ〜１０ｃ及び１０ｅからのそれぞれの入力光の入力光束に対して、それぞれ第２の方向（ｘ方向）に一様な屈折力を及ぼすことができる。また、ｚ軸を含むｙｚ面内に屈折面が直線となっていなくても良い。例えば、それぞれ異なる入出力ポート１０ａ〜１０ｅに対応する円筒状の屈折面が同芯の円筒を積み上げたように形成されても良い。この場合も入出力ポート１０ａ〜１０ｃ及び１０ｅからのそれぞれの入力光の入力光束に対して、それぞれ第２の方向（ｘ方向）に一様な屈折力を及ぼすことができる。

以上説明したように、本実施の形態に係る波長選択スイッチによれば、選択する入出力ポート１０ａ〜１０ｅの組み合わせに応じて偏向素子１８の素子面Ｓｍが変位する場合であっても、第１実施の形態と同様に、分散素子１５により分散された波長毎の光を、入力光が入力される入出力ポート１０ａ〜１０ｃ及び１０ｅの位置に依存することなく、出力ポートとして機能する入出力ポート１０ｄの出射面と光学的に共役になる位置に高い精度で集光させることができる。さらに、集光位置ずれ補正素子２０ｅおよび２０ｆは第１の方向（ｙ方向）について、光軸に関して非対称な屈折力を持つようになっているため、回動中心が反射面中心から離れたマイクロミラーからなる偏向素子に対しても高い自由度を持って、集光位置を最適に合わせることが可能である。

なお、本実施の形態では、第１実施の形態において、入出力ポート１０ａ〜１０ｅの近くに配置された集光位置ずれ補正素子２０を集光位置ずれ補正素子２０ｅに置き換えている。さらに、上述の他の実施の形態においても、偏向素子１８が回動軸の位置が集光位置からずれたミラーの場合、集光位置ずれ補正素子を、入力ポートからの光の集光位置が、出力ポートの位置と共役になるように、非対称な構造とすることによって、同様の効果を得ることができる。

例えば、第９実施の形態では、分散素子１８’の格子特性をｙｄ方向で軸対称にしているが、格子特性を非対称に構成すれば良い。すなわち、領域ａ、ｂ、ｃの全てで格子特性を異ならせれば良い。分散素子のピッチを異なる屈折力を有するように変化させ、さらに第１の方向(ｙｄ方向)に格子を不連続にすることで、分散素子に分散機能と集光位置ずれ補正機能とを持たせることができ、分散素子で分散された各波長の光を、入力光が入力される入出力ポート１０ａ〜１０ｃ及び１０ｅの位置に依存することなく、入出力ポート１０ｄに入出射面と光学的に共役になる位置に高い精度で集光させることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。たとえば、入力ポートと出力ポートとは、複数の共通の入出力用のポートを設け、適宜入力ポートと出力ポートとを切り替えられるように構成してもよい。また、実施の形態において、入力ポートと出力ポートとは、それぞれの端面が直列に配置されているが、それぞれ分離して別個の位置に配置しても良い。

各実施の形態では、本発明の集光位置ずれ補正素子は、偏向素子面上で第２の方向（ｘ方向）の幅が最も狭いスポットを形成するように入力光を補正するものとしたが、第２の方向（ｘ方向）の幅が最小値とならなくとも、集光位置ずれ補正素子を設けない場合に比べて第２の方向（ｘ方向）のスポットの幅が小さくなれば、本発明による通信品質の改善効果は得られる。したがって、本発明の範囲は、そのような効果が得られる限り、第２の方向（ｘ方向）のスポットが最小値とならない場合も含む。

また、各実施の形態において、入出力ポートから出力された入力光の光軸方向（ｚ方向）に直交する鉛直方向を第１の方向（ｙ方向）、水平方向を第２の方向（ｘ方向）としたが、第１の方向（ｙ方向）は鉛直方向に限られず、第２の方向（ｘ方向）は水平方向に限られない。第１の方向（ｙ方向）および第２の方向（ｘ方向）は、入力光の進行方向に直交し且つ互いに直交する２方向であれば良い。

さらに、ビーム整形光学系は、第１の方向（ｙ方向）に屈折力を有するシリンドリカルレンズと、第１の方向（ｙ方向）に直交する第２の方向（ｘ方向）に屈折力を有するシリンドリカルレンズとを組み合わせたものに限られない。例えば、ビームのスポットを円形として良いならば、単一の球面レンズを用いることができる。あるいは、第１の方向（ｙ方向）に屈折力を有するシリンドリカルレンズに代えて、他の少なくとも第１の方向（ｙ方向）に屈折力を有するレンズ、例えば、球面レンズを用い、その後段にシリンドリカルレンズを配置することもできる。その場合も、集光位置に楕円形状のビームウェストを形成することができる。また、一方向に屈折力を有するレンズとして、シリンドリカルレンズに代えて一方向に屈折力を有するフレネル形状のレンズ（リニアフレネルレンズ）を用いることもできる。

また、各実施の形態で例示した集光位置ずれ補正素子の形状は例示に過ぎない。例えば、ビーム整形光学系に配置した集光位置ずれ補正素子は、屈折面が入力部側にある形態に限られず、分散素子側の面あるいは両面を屈折面として構成しても良い。さらに、偏向部は、ＭＥＭＳミラーアレイに限られず、液晶素子や光学結晶を用いて構成することもできる。また、レンズ１４は、集光位置ずれ補正素子２０と同様の機能を備えていても良い。この場合、補正機能を有する面は、第１の方向（ｙ方向）に屈折力を有していても、有していなくても良い。また、レンズ１４およびレンズ１６は、集光作用を奏すればよく、集光ミラーや、回折型集光素子等を用いることができる。また、分散素子は、透過型に限られず、反射型回折格子、Ｇｒｉｓｍ、スーパープリズム等を用いることもできる。

１ 波長選択スイッチ
１０ 入出力部
１０ａ〜１０ｅ 入出力ポート
１１ マイクロレンズアレイ
１２ シリンドリカルレンズ
１２’ 球面ミラー
１３ シリンドリカルレンズ（アナモルフィックレンズ）
１４ レンズ
１５ 分散素子（回折格子）
１５’ 分散素子（集光位置ずれ補正機能を備えた回折格子）
１６ レンズ（集光レンズ）
１７ 偏向器
１８，１８’ 偏向素子（ミラー）
２０，２０ａ〜２０ｆ 集光位置ずれ補正素子
２０’ 集光位置ずれ補正素子（反射型）
２１ 集光位置ずれ補正素子
２５ ビーム整形光学系
３１ 集光レンズ
３２ 分散素子
３２’ 分散素子（集光位置ずれ補正機能を備えた回折格子）
３３ ミラー
３３ａ 反射面
４１ 集光位置ずれ補正素子
５１ 回動軸
５２ マイクロミラー
Ｙ１，Ｙ２ 光軸からの距離
Ｓｆ 一次集光面
Ｓｄ ダミー平面
Ｓｍ 偏向素子面

Claims (15)

1. 少なくとも一つの入力ポートと、
   該入力ポートから入力される波長多重された入力光を、波長毎の光に分散する分散部と、
   該分散部により分散される前記波長毎の光を集光する集光素子と、
   該集光素子により集光される前記波長毎の光をそれぞれ偏向する偏向素子を有する偏向部と、
   該偏向部で偏向された前記波長毎の光を出力光として出力する少なくとも一つの出力ポートと、
   前記入力ポートと前記分散部との間の光路中または前記分散部内に配置され、前記入力ポートの配置に基づいて生じる前記偏向素子に対する前記波長毎の光の集光位置のずれを補正する、集光位置ずれ補正素子と、
   を備えることを特徴とする波長選択スイッチ。
2. 前記入力ポートは第１の方向に配置され、前記集光位置ずれ補正素子は、前記入力光の進行方向に直交し、かつ、前記第１の方向に直交する第２の方向に屈折力を有し、前記第２の方向の屈折力が前記第１の方向の位置により異なる請求項１に記載の波長選択スイッチ。
3. 前記偏向素子上に集光される前記波長毎の光のスポットが楕円形状となるように、前記入力ポートから入力された前記入力光を整形するビーム整形光学系を備え、前記集光位置ずれ補正素子は、前記ビーム整形光学系内に設けられている請求項２に記載の波長選択スイッチ。
4. 前記ビーム整形光学系は、前記入力光の前記進行方向に沿って、前記集光位置ずれ補正素子と、少なくとも前記第１の方向に屈折力を有する第１の光学部材と、前記第２の方向にのみ屈折力を有する第２の光学部材とを備える請求項３に記載の波長選択スイッチ。
5. 前記ビーム整形光学系は、前記入力光の前記進行方向に沿って、少なくとも前記第１の方向に屈折力を有する第１の光学部材と、前記集光位置ずれ補正素子とを備える請求項３に記載の波長選択スイッチ。
6. 前記分散部は、前記入力光を波長毎の光に分散する分散素子と、前記分散素子により分散された前記波長毎の光を反射させて再び前記分散素子に入射させる反射素子とを備え、前記集光位置ずれ補正素子は前記反射素子と一体として形成されている請求項１または２に記載の波長選択スイッチ。
7. 前記偏向素子上に集光される前記波長毎の光のスポットが楕円形状となるように、前記入力ポートから入力された前記入力光を整形するビーム整形光学系を備え、前記集光位置ずれ補正素子は、前記ビーム整形光学系内に設けられている請求項１に記載の波長選択スイッチ。
8. 前記入力ポートは、第１の方向に配置され、前記集光位置ずれ補正素子は、前記入力光の進行方向に直交し、かつ、前記第１の方向に直交する第２の方向に屈折力を有し、且つ、前記第２の方向に直交する屈折面の断面が、前記第１の方向の位置に応じて前記入力光の進行方向に傾いている請求項１または７に記載の波長選択スイッチ。
9. 前記集光位置ずれ補正素子は屈折力が無く、且つ、前記入力光が前記集光位置ずれ補正素子を通る空気換算長が、前記集光位置のずれを補正するように異なる長さに設定される請求項１または７に記載の波長選択スイッチ。
10. 前記入力ポートは第１の方向に配置され、前記集光位置ずれ補正素子は、それぞれの前記入力ポートに対応して、前記第１の方向の位置に対する、前記入力光の進行方向の厚さが、段差を有して変化する部材で構成される請求項９に記載の波長選択スイッチ。
11. 前記集光位置ずれ補正素子の前記入力ポート側の面に配置され、前記入力光をそれぞれコリメートするマイクロレンズを備え、前記集光位置のずれを補正するように、前記マイクロレンズの曲率半径および前記入力ポートと前記マイクロレンズとの間の距離が、前記集光位置ずれ補正素子の前記空気換算長とともに設定される請求項９または１０に記載の波長選択スイッチ。
12. 前記偏向素子上に集光される前記波長毎の光のスポットが楕円形状となるように、前記入力ポートから入力された前記入力光を整形するビーム整形光学系を備える請求項１に記載の波長選択スイッチ。
13. 前記入力ポートは第１の方向に配置され、前記分散部は、前記集光位置ずれ補正素子と一体として構成され、前記入力光の進行方向に直交し、かつ、前記第１の方向に直交する第２の方向に入力光を波長毎の光に分散するととともに、前記第２の方向に屈折力を有し、該屈折力が前記第１の方向の位置により異なる請求項１または１２に記載の波長選択スイッチ。
14. 前記分散部は回折格子を含み、
    該回折格子は、前記第１の方向に区分された複数の領域を有し、
    隣接する前記複数の領域の境界で前記回折格子の格子ピッチは不連続であり、かつ、少なくとも一つの前記領域の前記格子ピッチは、前記第２の方向に沿って変化する請求項１３に記載の波長選択スイッチ。
15. 前記入力ポートおよび前記出力ポートは第１の方向に配置され、前記偏向素子は、回動軸が前記波長毎の光の前記集光位置からずれたミラーであり、前記集光位置ずれ補正素子は、前記入力ポートと前記出力ポートとの組み合わせに応じて異なる前記偏向素子の偏向角度に対応して、前記入力ポートからの前記波長毎の光の前記集光位置を、前記出力ポートの位置と共役になるように補正する、前記第１の方向に非対称な構造を持つ素子である請求項１から１４に記載の波長選択スイッチ。

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