JP4472440B2

JP4472440B2 - 光スイッチ

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Publication number: JP4472440B2
Application number: JP2004183834A
Authority: JP
Inventors: 淳一中野; 賢治村上
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2003-07-28
Filing date: 2004-06-22
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2024-06-22
Also published as: JP2005062831A

Description

本発明は、光信号の接続を変更するための光スイッチに関し、特に可動ミラーによる光の偏向を利用する光スイッチに関する。

米国特許出願公開２００２／０１９６５２０Ａ１号明細書は、波長多重された信号を伝送する入力光ファイバと出力光ファイバとの間の接続を波長毎に切り替え可能な光スイッチを開示されている。同装置は、入力光ファイバと出力光ファイバの数により、ＭＵＸ（合波器）、ＤＥＭＵＸ（分波器）、光スイッチに適用可能である。

この光スイッチでは、入力光ファイバからの光を平行光とした後にグレーティングで分波し、レンズを通して収束光として、各波長毎にＭＥＭＳミラーに照射する。ＭＥＭＳミラーの向きを変えることにより、その反射光は、入力光とは別の経路を辿り、入力光ファイバとは別の位置にある出力光ファイバへと結合する。これにより、波長毎に、ＭＥＭＳミラーの向きの変更によって出力先の光ファイバの選択を行うことが出来る。
米国特許出願公開２００２／０１９６５２０Ａ１号明細書

光スイッチにおいて、出力光ファイバに入射すなわち結合している特定の光を、現在の出力光ファイバから別の出力光ファイバに切り替える（スイッチ動作する）際、切り替え前の出力光ファイバと切り替え後の出力光ファイバとが隣り合っていない限り、ＭＥＭＳミラーの向きを変更していく過程で、入力光ファイバからの光をスイッチ動作と関係の無い中間の出力ファイバに結合させてしまう。

つまり、米国特許出願公開２００２／０１９６５２０Ａ１号明細書に開示されている光スイッチは、スイッチ動作時に関係の無い出力光ファイバに対してクロストークを発生させてしまう。クロストークは、光通信システムの誤動作を引き起こす可能性があり、極力防止されることが望まれる。

本発明は、この様な実状を考慮して成されたものであり、その主な目的は、スイッチング動作時に出力光ファイバに対してクロストークを発生させない光スイッチを提供することである。

本発明は、ひとつには、光スイッチに向けられている。本発明の光スイッチは、複数の波長成分を含む波長多重された光が入力される少なくとも一本の入力光ファイバと、前記入力光ファイバから射出された光ビームを前記波長成分に基づいて複数の光ビームに分離する分光器と、複数本の出力光ファイバと、前記分光器によって分離された前記複数の光ビームをそれぞれ前記複数本の出力光ファイバのいずれかひとつに選択的に方向付けるための複数の可動ミラーと、前記分光器から前記複数の可動ミラーに向かう前記複数の光ビームをそれぞれ適宜遮断するための複数のシャッターとを有しており、前記可動ミラーはその向きを変更可能であり、前記可動ミラーの向きが変更されることにより、前記可動ミラーで反射された光ビームが結合する出力光ファイバが切り替えられ、前記シャッターは、前記可動ミラーの向きが変更される間、リレーレンズを介した前記可動ミラーと光学的に共焦点関係の位置において前記可動ミラーに向かう光ビームを遮断する。

本発明によれば、スイッチング動作時に出力光ファイバに対してクロストークを発生させない光スイッチが提供される。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。

第一実施形態
本実施形態は、波長多重された信号光を波長毎に切り替える光スイッチに向けられている。図１は、本発明の第一実施形態の光スイッチの構成を示している。

図１に示されるように、本実施形態の光スイッチ１００は、波長多重された信号光（複数の波長成分を含む光）が入力される一本の入力光ファイバ１１と、光を出力する複数本の出力光ファイバ１８と、入力光ファイバ１１から射出される発散光ビームを平行光ビームに変えるコリメートレンズ１２と、出力光ファイバ１８に方向付けられた平行光ビームを収束光ビームに変える出力光ファイバ１８と同数の収束レンズ１９とを有している。

光スイッチ１００は更に、コリメートレンズ１２からの平行光ビームを収束光ビームに変える凸レンズ１３と、凸レンズ１３からの一旦収束した後の発散光ビームを平行光ビームに変える凸レンズ１４と、凸レンズ１４からの平行光ビームを波長成分毎に異なる方向に偏向するグレーティング１５とを有している。

グレーティング１５は、入射する波長多重された光を波長に基づいて分離する分光器を構成している。グレーティング１５で偏向された平行光ビームは、凸レンズ１４に入射して、収束光ビームに変えられる。

光スイッチ１００は更に、凸レンズ１４からの収束光ビームを複数本の出力光ファイバ１８のひとつに方向付ける可動ミラーアレイ１７と、可動ミラーアレイ１７の手前すなわち光ビームの入射側の近くに配置されたシャッターアレイ１６と、可動ミラーアレイ１７とシャッターアレイ１６を制御する制御回路１２０とを有している。

可動ミラーアレイ１７は、信号光中の多重されている波長の種類に対応して、複数の可動ミラー１７ａを有している。シャッターアレイ１６は、可動ミラーアレイ１７の可動ミラー１７ａと同数のシャッター１６ａを有している。シャッター１６ａは、それぞれ、可動ミラー１７ａに対応しており、可動ミラー１７ａに向かう光ビームを適宜遮断する。

光スイッチ１００において、入力光ファイバ１１には、波長多重された信号光すなわち複数の波長成分を含む光が入力される。入力光ファイバ１１から射出される光は発散光ビームとなりコリメートレンズ１２を通り平行光ビームに変えられる。コリメートレンズ１２からの平行光ビームは凸レンズ１３を通り収束光ビームに変えられる。この収束光ビームは、一旦収束した後、発散光ビームとなる。この発散光ビームは凸レンズ１４を通り平行光ビームに変えられ、グレーティング１５に入射する。グレーティング１５に入射した光ビームは、グレーティング１５の回折作用により波長成分毎に異なる方向に偏向され、複数の波長成分の光ビームに分割される。別の言い方をすれば、グレーティング１５に入射した光は波長毎に分離される。

ひとつの波長成分の光ビームは、凸レンズ１４を通過することで、収束光ビームに変えられると共に、可動ミラーアレイ１７の一つの可動ミラー１７ａに方向付けられる。この可動ミラー１７ａに対応するシャッターアレイ１６のシャッター１６ａが開状態であれば、その可動ミラーに方向付けられた収束光ビームは、可動ミラーの近くで収束し、可動ミラーで反射される。

可動ミラー１７ａは、その向き（法線方向）が一本の軸周りに所定範囲内で変更可能である。つまり、可動ミラー１７ａは所定の角度範囲で一本の軸周りに回転し得る。可動ミラー１７ａの向きは制御回路１２０によって制御される。これにより、可動ミラー１７ａで反射された光ビームの方向を調整することが可能である。その結果、可動ミラー１７ａで反射された光ビームを、複数本の出力光ファイバ１８のひとつに方向付けることができる。

可動ミラー１７ａで反射された光ビームは、凸レンズ１４を通り平行光ビームに変えられ、グレーティング１５で偏向され、再び凸レンズ１４を通過して収束光ビームに変えられる。この収束光ビームは、一旦収束した後、発散光ビームとなり、凸レンズ１３を通り平行光ビームに変えられる。この平行光ビームは、可動ミラー１７ａの向きが適切に調整された状態では、収束レンズ１９を通り収束光ビームに変えられ、出力光ファイバ１８のひとつ、例えば図１において一番上に位置する出力光ファイバ１８に入る。出力光ファイバ１８に入った光は、出力光ファイバ１８から出力される。

可動ミラー１７ａで反射された光ビームが入る出力光ファイバ１８は、その可動ミラー１７ａの向き（振れ角）に依存している。つまり、可動ミラー１７ａで反射された光ビームが入る出力光ファイバ１８は、その可動ミラー１７ａの向きを変更することにより、選択的に切り替えられ得る。

このような光スイッチの動作は、例えば、米国特許出願公開２００２／０１９６５２０Ａ１号明細書に記載されているものと同様であるので、その詳細な説明はここでは割愛する。

図２は、図１の光スイッチにおいて用いられる可動ミラーアレイ１７を示している。可動ミラーアレイ１７は、一列に整列した複数のミラー２３と、それらのミラー２３の並びに沿って両側に延びている一対のフレーム２１と、ミラー２３とフレーム２１とを連結している複数のヒンジ２２とを有している。ミラー２３の各々は、一直線上に延びる二本のヒンジ２２を介して二本のフレーム２１に接続されている。ヒンジ２２は比較的容易に捻れるため、ミラー２３はヒンジ２２を軸として所定の角度範囲で向きを変更し得る。

可動ミラーアレイ１７は、それぞれのミラー２３のうら面側に別体で設けられた（図示しない）駆動電極と、ミラー２３のうら面に設けられた（図示しない）固定電極（ＧＮＤ電極）とを有しており、これらの駆動電極と固定電極の間に電圧が印加されることで発生される静電力により、ミラー２３の向きを変えることができる。

このような静電駆動可能な可動ミラーは、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いて作製可能であり、例えば特開２００１−１７４７２４号公報やＷＯ０１／６１４００Ａ２号公報でも紹介されているので、その詳細な説明はここでは割愛する。

図３は、図１の光スイッチにおいて用いられるシャッターアレイ１６を示している。シャッターアレイ１６内の一つのシャッター１６ａは、光を遮るための平板状の遮光部３１と、遮光部３１を支持する梁部３２と、梁部３２を片持ち支持している固定部３３とを有している。遮光部３１は、梁部３２の自由端に接合されており、梁部３２に対してほぼ垂直に延びている。本明細書において「ほぼ垂直」とは、ちょうど垂直であることと、垂直に近いこととをいう。梁部３２は、比較的柔らかく、弾性的に撓み変形し得る。梁部３２の撓み変形に伴い、遮光部３１は図３の上下方向に移動する。

シャッター１６ａは更に、梁部３２の上方に間隔を置いて配置された永久磁石３４と、梁部３２に設けられた駆動線３５と、駆動線３５に電流を供給するためのパッド３６とを有している。永久磁石３４と駆動線３５は、梁部を撓み変形させて遮光部を移動させる駆動部を構成している。

駆動線３５に電流を供給すると、駆動線３５を流れる電流と永久磁石３４によって形成される磁界との相互作用により引き起こされる電磁力により、梁部３２が図３の上方に撓み変形し、遮光部３１は上方に移動される。また、駆動線３５への電流の供給を停止すると、梁部３２の撓み変形が無くなり、遮光部３１は元の位置に戻る。つまり、シャッター１６ａは、電気信号すなわち電流により駆動され、電気信号すなわち電流を制御することにより、遮光部３１を図３の上下に移動させることができる。このシャッターアレイ１６のうち、遮光部３１と梁部３２と駆動線３５とパッド３６は、ＭＥＭＳ技術により、容易に一体的に製造することができる。

図４は、可動ミラーアレイ１７とシャッターアレイ１６の斜視図である。図４に示されるように、可動ミラーアレイ１７のミラー２３とシャッターアレイ１６の遮光部３１は同じピッチで並んでいる。梁部３２が撓み変形していない状態においては、遮光部３１はミラー２３のちょうど前方に位置している。

図５Ａは、シャッターアレイ１６の一つのシャッター１６ａの「閉状態」を示し、図５Ｂは、シャッター１６ａの「開状態」を示している。シャッター１６ａは、電気信号の非供給状態では、図５Ａに示されるように、梁部３２が撓み変形を起こさず、遮光部３１はミラー２３のちょうど前方に位置する「閉状態」をとる。このため、ミラー２３にほぼ正面から向かう光ビームがその手前に位置する遮光部３１で遮られる。また、電気信号の供給状態では、図５Ｂに示されるように、梁部３２が撓み変形を起こし、遮光部３１が上方に移動されてミラー２３の前方から外れた「開状態」をとる。このため、ミラー２３にほぼ正面から向かう光ビームは、遮光部３１で遮られることなく、ミラー２３に入射し得る。つまり、ミラー２３への光ビームの入射が許される。

図４と図５Ａと図５Ｂにおいて、シャッターアレイ１６や可動ミラーアレイ１７を駆動するための配線（外部からの給電線）は図示されていないが、機械的な干渉を避けるため、配線は、シャッターアレイ１６に関しては図の上方から接続され、可動ミラーアレイ１７に関しては図の下方から接続されるとよい。

続いて、本実施形態の光スイッチにおけるスイッチング動作、すなわちクロストーク発生を抑えながら可動ミラーにより出力光ファイバを選択的に切り替える動作について、図６のフローチャートを参照しながら説明する。ここでは、一例として、出力チャンネルを、図１において、一番上の出力光ファイバ１８から三番目の出力光ファイバ１８に切り替える場合について述べる。

通常、光信号を通している状態では、シャッターアレイ１６のすべてのシャッターは開状態となっている。つまり、すべてのシャッターアレイ１６が、駆動線３５に給電されている状態である。

図示しない上位のコントローラから制御回路１２０にスイッチ指令が与えられると（Ｓ６０１）、制御回路１２０はスイッチング対象となる波長に対応するシャッター１６ａの駆動線３５への給電を停止し、シャッターを閉状態とする（Ｓ６０２）。この後、制御回路１２０は対応する可動ミラー、すなわち先ほど閉状態としたシャッターと対になっている可動ミラー１７ａに駆動信号を与え、光ビームが新たな出力先である三番目の出力光ファイバ１８へ方向付けられるように可動ミラー１７ａの向きを制御する（Ｓ６０３）。

このときシャッター１６ａが閉状態となっているため、入力光ファイバ１１からの光ビームは遮光部３１で遮断され、可動ミラー１７ａに到達しない。このため、可動ミラー１７ａの向きが変更される間、可動ミラー１７ａからの反射光ビームは発生しない。従って、いずれの出力光ファイバ１８にも、更には入力光ファイバ１１にも、可動ミラー１７ａからの光ビームは到達しない。その結果、スイッチング動作と関係のない光ファイバに対するクロストークの発生を避けられる。

可動ミラー１７ａの向きの変更が終了した後、制御回路１２０はシャッター１６ａの駆動線３５への給電を再開し、シャッター１６ａを開状態に戻す（Ｓ６０４）。その結果、入力光ファイバ１１から三番目の出力光ファイバ１８への新たな光接続が確立される。制御回路１２０はスイッチング動作の終了を上位のコントローラに対して報告し（Ｓ６０５）、これで一連のスイッチング動作が終了となる。

以上説明したように本実施形態によれば、可動ミラーの向きの変更つまり回転により出力光ファイバを選択的に切り替える光スイッチにおいて、可動ミラーの近くにシャッターを設け、可動ミラーの向きの変更の最中は、可動ミラーに向かう光ビームをシャッターにより遮断するため、可動ミラーの向きの変更中にスイッチ動作と関係しない出力光ファイバにクロストークが発生することがなくなる。つまり、スイッチング（出力光ファイバの切り替え）動作中のクロストーク発生をスイッチングの単位すなわち波長毎に独立に抑制できる。

更に本実施形態によれば、シャッター１６ａは駆動線３５に駆動信号を与えない状態では閉状態となるため、例えば、電源オフ時に入力光ファイバに光が入力されても、出力光ファイバから光が出力されることはない。これにより、装置の誤動作が防止され、オペレーションの容易性が高まる。

本実施形態では簡単な構造でシャッター１６ａを実現でき、小型化とコスト抑制とを両立できる。

遮光部３１のおもて面（光ビームが入射する面）は、反射率が低いとよい。更には、遮光部３１のおもて面は、非正反射性であるとよい。例えば、遮光部３１のおもて面は、入射する光ビームを拡散するように、粗面になっているとよい。あるいは、遮光部３１のおもて面は、入射する光ビームを特定の方向に偏向するグレーティングが形成されていてもよい。この構成は不所望な迷光を低減する効果を有している。つまり、遮光部３１のおもて面による反射光が散乱され入力光ファイバあるいは出力光ファイバに戻りにくくなるので、クロストークの発生をより効果的に抑制できる。

シャッターは例えばＭＥＭＳ技術を用いて作製され、その場合、遮光部３１は一般にＳｉで作られる。また、長距離の光通信では一般に赤外光（１．３〜１．６μｍ）が用いられる。赤外光は不所望なことにＳｉをある程度透過してしまう。このため、遮光部３１を透過しようとする光ビームを確実に遮るため、遮光部３１のうら面に金属の膜などを更に設けておくとよい。

また、図５Ａに示されるように、閉状態において、遮光部３１のおもて面は、可動ミラー１７ａに向かう光ビームの主光線に対して、特に可動ミラー１７ａの回転軸にほぼ直交し可動ミラー１７ａのおもて面に沿う方向の軸の周りに、ある程度（例えば１度以上）傾斜しているとよい。この構成は不所望な迷光を低減する効果を有している。つまり、遮光部３１のおもて面による反射光がどの出力光ファイバにも入射すなわち結合しなくなるので、クロストークの抑制を確実に行える。

本実施形態の場合、可動ミラー１７ａとシャッター１６ａの距離が重要となる。距離が近すぎると両者が機械的に干渉するが、距離が離れていると、スイッチング対象の波長の光ビームの遮断（クロストーク抑制）を十分に行えなかったり、逆にスイッチング対象でない波長の光ビームに影響を与えたりする。これらの問題を避けるため、シャッター１６ａの遮光部は、図７に矢印で示されるように、光ビームが重ならない範囲に配置される必要がある。

代表的あるいは設計が容易な値として、ミラー２３のピッチが０．５ｍｍ、ミラー２３上でのビーム径が０．１ｍｍ、光ビームのＮＡ（Numerical Aperture）がミラー２３の回転角も含めて０．１の場合について考える。光ビームのエッジ間の距離は０．４ｍｍで、ここからＮＡ＝０．１（片側約５．７度）で光ビームが広がるため、ミラー２３から遮光部３１までの距離ｄは、ｄ＜０．４／２／ｔａｎ５．７°≒２ｍｍとなり、ミラー２３から２ｍｍ以内の位置に遮光部３１を配置されるとよいことがわかる。これにより、スイッチング動作を行う対象について確実にクロストーク抑制を行うと同時に、他のチャンネルへの影響（光損失など）の発生も抑制することができる。実際の設計ではグレーティング１５の製造上の制約（ミラー間隔すなわち波長間隔を広げるには溝ピッチを狭小化する必要がある）や可動ミラーアレイ１７の小型化のためにミラー２３のピッチはより狭い設計とするのが望ましく、その場合にはシャッター１６ａの位置を、より可動ミラー１７ａに近い側にする必要がある。

また図４と図５Ａと図５Ｂに示されるように、シャッター１６ａの梁部３２が遮光部３１より可動ミラー１７ａの側に位置しているため、すなわち梁部３２が可動ミラー１７ａへの入射光ビームと逆側に延びているため、遮光部３１よりも凸レンズ１４の側に突出する部材がなく、光学設計の自由度が増す。例えば、凸レンズ１４を複数枚数のレンズで設計するといったことが行い易くなり、結果として光学特性が向上し、例えば挿入損失の改善などが可能となる。

図５Ａと図５Ｂにおいて、可動ミラー１７ａに向かう光ビームは、可動ミラー１７ａのほぼ中央に入射するように設定されているが、光ビームの入射位置は可動ミラー１７ａのほぼ中央からオフセットされてもよい。本明細書において「ほぼ中央」とは、ちょうど中央と、中央の近くとをいう。一般に可動ミラーの振れ角を確保するには、可動ミラーの駆動力を高めた方が有利なため、ミラー部分は大きい方がよい。この場合、図８に示されるように、可動ミラーを大きく設計する一方で、光ビームの入射位置を可動ミラーの中央からオフセットさせる（端に寄せる）とよい。これにより、駆動力を高めて可動ミラーの振れ角を確保しながら、シャッターの遮光部や可動範囲の大型化を避けることが出来る。

また、本実施形態では、シャッター１６ａは大きな駆動力が発生できる電磁駆動により駆動されるため、シャッターの開閉によるスイッチ時間の増加を最小限に抑えることができる。また、駆動力が大きいので遮光部の大きなストロークを実現することもでき、これによりシャッターをはじめとする可動ミラー周辺部分の設計自由度を向上させることができる。

勿論、シャッター１６ａの駆動方式は、電磁駆動に限定されるものではなく、種々の方式が考えられる。例えば、本実施形態の可動ミラーと同様の静電力による駆動も考えられる。この場合、駆動力はやや小さくなるが、シャッター構造の簡略化や小型化が可能である。

図１３は、本実施形態の光スイッチ１００に適用可能な別のシャッターの斜視図である。図１４は、図１３に示されるシャッタ−の側面図である。図１３と図１４に示すように、本変形例のシャッター７０は、固定部７１によって片持ち支持された弾性的に変形可能な平板状の梁部７２を有している。梁部７２は、可動ミラー１７ａに向かう光ビームの主光線に対してほぼ平行に支持されている。本明細書において「ほぼ平行」とは、ちょうど平行であることと、平行に近いこととをいう。梁部７２は、遮光部７３と、遮光部７３と固定部７１を接続しているバネ部７４とからなる。つまり梁部７２はその自由端部に遮光部７３を有している。バネ部７４の曲げ剛性は遮光部７３の曲げ剛性よりも小さく、従って実質的にバネ部７４だけが弾性的に撓み変形し得る。バネ部７４の撓み変形に伴い、遮光部７３は図１４の上下方向に移動する。

シャッター７０は更に、遮光部７３から間隔を置いて配置された永久磁石７９と、遮光部７３に設けられた駆動コイル７５とを有している。永久磁石７９の磁束と駆動コイル７５を流れる電流は相互作用により電磁力を発生させ、発生された電磁力によって遮光部７３が移動される。すなわち、永久磁石７９と駆動コイル７５は、梁部７２を撓み変形させて遮光部７３を移動させる駆動部を構成している。

駆動コイル７５は、バネ部７４を延びている配線７６を介して固定部７１に形成された引出し電極７７に接続されており、外部から電流を供給することができる。永久磁石７９は遮光部７３が移動する方向に分極されており、一端は遮光部７３にもう一端は固定部７１にかかるように配置される。これにより、遮光部７３の自由端近くの駆動コイル７５の部分だけに電磁力を発生させることができる。

これまで説明したように、反射光を散乱させるためにカーボンやＴｉＮ等を遮光部７３のおもて面（光ビームが入射する面すなわち駆動コイル７５が形成された面の反対側の面）に成膜してもよい。しかし、このシャッターの場合には、入射光線に対して小さな角度で遮光部７３が入るため、言い換えれば正反射光の進行方向が入射光線の進行方向と大きく異なるため、むしろ遮光部７３のおもて面に反射率の高い金属膜などを設けて光を正反射させてしまうとよい。その方が結果的に入力光ファイバ１１や出力光ファイバ１８へ再入射する不所望な迷光の発生をより好適に抑制できる。つまり、遮光部７３のおもて面に光に対して正反射性をもたせるとよい。これにより、遮光部７３のおもて面での反射角が大きく、反射光がどの出力光ファイバにも入射すなわち結合しなくなるので、クロストークの抑制を確実に行える。

更に、前述したように、遮光部７３は一般にＳｉで作られ、長距離の光通信では一般に赤外光（１．３〜１．６μｍ）が用いられる。赤外光は不所望なことにＳｉをある程度透過する。このため、遮光部３１を透過しようとする光ビームを確実に遮るため、遮光膜７８の駆動コイル７５が形成されている面に金属膜などの遮光膜７８が形成されている。

本変形例のシャッターは、例えば特開平１０−２０２２６号公報に開示されている作製方法に基づいて作製することができる。

本変形例のシャッター７０によれば、図１４に示すように、可動ミラー１７ａがスイッチされる間、すなわち可動ミラー１７ａの向きが変更される間、シャッターに駆動電流を供給することによって可動ミラー１７ａに向かう光を遮光することができ、クロストークを抑制することができる。また本変形例では、シャッター７０の構造を簡略化できる。更に本変形例のシャッター７０は、比較的小さい遮光部７３の移動によって光ビームを遮断できるので、設計上の自由度が向上する。

図１３は、駆動コイル７５に電流が供給されたときに遮光状態をとる構成であるが、電流が供給されていないときに遮光状態をとり、電流が供給されたときに遮光部７３が永久磁石７９に引きつけられて非遮光状態をとるように変更してもよい。この場合、第一実施形態で既に述べたように、装置の誤動作防止やオペレーション容易性の向上を図ることが可能である。

第二実施形態
本実施形態は、波長多重された信号光を波長毎に切り替える別の光スイッチに向けられている。図９は、本発明の第二実施形態の光スイッチの構成を示している。図９において、図１に示された部材と同一の参照符号で指示された部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略する。

図９に示されるように、本実施形態の光スイッチ２００は、図１に示される第一実施形態の光スイッチと比較して、固定ミラー４２とリレーレンズ４３が追加され、可動ミラー１７ａがシャッター１６ａから離して配置されている。

シャッター１６ａは、凸レンズ１４からの収束光ビームの収束点付近に配置されている。固定ミラー４２は、シャッター１６ａを通り過ぎた光ビームをリレーレンズ４３に向けて偏向する。凸レンズ１４からの収束光ビームはシャッター１６ａを通り過ぎて発散光ビームとなり、リレーレンズ４３は、この発散光ビームを収束光ビームに変える。可動ミラー１７ａは、リレーレンズ４３からの収束光ビームの収束点付近に配置されている。

シャッター１６ａと可動ミラー１７ａはリレーレンズ４３を介して共焦点関係の位置に配置されている。このため、本実施形態の光スイッチ２００は、第一実施形態の光スイッチ１００と光学的に等価である。従って、本実施形態の光スイッチ２００は、第一実施形態の光スイッチ１００と全く同様に動作する。

本実施形態の光スイッチ２００は、第一実施形態の光スイッチ１００に比べて、固定ミラーやリレーレンズが増えている分、全体のサイズは大きくなるが、可動ミラーとシャッターの位置が離れるため、可動ミラーやシャッターの設計自由度が高い。つまり、本実施形態は、第一実施形態の光スイッチにおける可動ミラー１７ａを光学的に等価な位置に移動させることにより、全体のレイアウトに余裕の向上を図っている。

本実施形態のように、可動ミラーとシャッターとを光学的に等価な位置に配置する場合、シャッターは、可動ミラーと完全に共焦点関係の位置か、第一実施形態で述べたように、その位置から２ｍｍ以内の位置に配置することが望ましい。

図１０は、本実施形態の光スイッチ２００に好適に適用可能なシャッターの構成を示している。図１０に示されるように、このシャッターは、一対の固定部５３に両持ち支持された弾性的に変形可能な梁部５２と、梁部５２のほぼ中央に支持された平板状の遮光部５１とを有している。梁部５２は遮光部５１のおもて面（光ビームが入射する面）に沿って延びている。梁部５２の中央付近に設けた（図示しない）駆動電極による静電力によって遮光部５１を図の上下方向に駆動している。このシャッターの詳細については、例えば特開２０００−２５８７０４号公報などで開示されている。

このシャッターの場合、奥行き方向（光の進行方向）について小型化が可能となるので、シャッター部分をより小型に構成できる。

図１１は、本実施形態の光スイッチ２００に好適に適用可能な別のシャッターの構成を示している。図１１に示されるように、本変形例のシャッター６０は、固定部６３によって片持ち支持された弾性的に変形可能な平板状の梁部６１を有し、この梁部６１はその自由端部に遮光部６２を有している。シャッターは更に、梁部６１から側方に間隔を置いて配置された永久磁石６４と、梁部６１に設けられた駆動線６５と、駆動線６５に電流を供給するためのパッド６６とを有している。永久磁石６４と駆動線６５は、梁部６１を撓み変形させて遮光部６２を移動させる駆動部を構成している。

このシャッターは、図３に示されたシャッターと同様に、駆動線６５を流れる電流と永久磁石６４により形成される磁界との相互作用により引き起こされる電磁力により、梁部６１が撓み変形されることにより、遮光部６２が移動される。

本変形例のシャッター６０においては、小型化と共に構造の簡略化が可能となる。また、光ビームと直交する方向のサイズを小さくしやすいため、光学設計上の自由度が向上する。

ここに示したシャッターの構成は本実施形態の光スイッチだけでなく、第一実施形態に示した光スイッチにも適用可能である。

第一実施形態と第二実施形態においては、四本の出力光ファイバを有する光スイッチについて説明したが、出力光ファイバの本数は、これに限定されるものではなく、二本または三本あるいは五本以上であってもよい。

また、第一実施形態や第二実施形態は、一本の入力光ファイバと複数本の出力光ファイバとを有する１：ｎの分波型の光スイッチであるが、入力光ファイバと出力光ファイバ光とを逆にすることにより、ｎ：１の合波型の光スイッチとしてもよい。

第三実施形態
本実施形態は、複数本の入力光ファイバと複数本の出力光ファイバとを有するクロスコネクト型の光スイッチに向けられている。図１２は、本発明の第三実施形態の光スイッチの構成を示している。図１２において、図１に示された部材と同一の参照符号で指示された部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略する。

図３と図４に示されるように、本実施形態の光スイッチ３００は、複数本の入力光ファイバ１１と、入力光ファイバ１１と同数のコリメートレンズ１１２と、複数本の出力光ファイバ１８と、出力光ファイバ１８と同数の収束レンズ１１９とを有している。

コリメートレンズ１１２は、それぞれ、入力光ファイバ１１と対応しており、対応する入力光ファイバ１１から射出される発散光ビームを平行光ビームに変える。収束レンズ１１９は、それぞれ、出力光ファイバ１８と対応しており、出力光ファイバ１８に方向付けられた平行光ビームを収束光ビームに変える。

光スイッチ３００は更に、シャッターアレイ１１６と、入力側可動ミラーアレイ１１７と、出力側可動ミラーアレイ１１８とを有している。

シャッターアレイ１１６は、入力光ファイバ１１とコリメートレンズ１１２の間に位置し、入力光ファイバ１１と同数のシャッター１１６ａを有している。シャッター１１６ａは、それぞれ、入力光ファイバ１１と対応しており、対応する入力光ファイバ１１から射出される光ビームを適宜遮断する。シャッター１１６ａは、これまでに述べた様々なシャッターで構成されてよい。

入力側可動ミラーアレイ１１７は、入力光ファイバ１１と同数の可動ミラー１１７ａを有している。可動ミラー１１７ａは、それぞれ、入力光ファイバ１１と対応しており、対応する入力光ファイバ１１からの光ビームを方向を変更する。

出力側可動ミラーアレイ１１８は、出力光ファイバ１８と同数の可動ミラー１１８ａを有している。可動ミラー１１８ａは、それぞれ、出力光ファイバ１８と対応しており、入力側可動ミラーアレイ１１７からの光ビームを対応する出力光ファイバ１８へ方向付ける。

本実施形態の光スイッチ３００においては、入力光ファイバ１１から射出された発散光ビームは、対応するコリメートレンズ１１２を通り平行光ビームとなり、入力側可動ミラーアレイ１１７内の対応する可動ミラー１１７ａに入射する。可動ミラー１１７ａは、入射した光ビームを、出力すべき出力光ファイバ１８に対応する出力側可動ミラーアレイ１１８内の対応する可動ミラー１１８ａに方向付ける。可動ミラー１１８ａは、入力側可動ミラーアレイ１１７からの光ビームを、対応する出力光ファイバ１８に方向付ける。可動ミラー１１８ａからの平行光ビームは、対応する収束レンズ１１９を通り収束光ビームとなり、対応する出力光ファイバ１８に入射すなわち結合する。これにより、光接続が確立される。

本実施形態の光スイッチ３００において、入力光ファイバ１１からの光ビームの出力先を切り替える際、その入力光ファイバ１１に対応する可動ミラー１１７ａと、切り替え先の出力光ファイバ１８に対応する可動ミラー１１８ａとの向きが変更される。

その際、第一実施形態と同様に、まず、可動ミラー１１７ａと可動ミラー１１８ａの向きの変更を開始する前に、対応するシャッター１１６ａを閉状態として、入力光ファイバ１１から可動ミラー１１７ａに向かう光ビームを遮断する。続いて、シャッター１１６ａを閉状態に維持している間に、可動ミラー１１７ａと可動ミラー１１８ａの向きを変更する。次に、可動ミラー１１７ａと可動ミラー１１８ａの向きの変更が終了した後、シャッター１１６ａを開状態に切り替え、入力光ファイバ１１から可動ミラー１１７ａへの光ビームの入射を許可する。

これにより、入力光ファイバ１１から射出された光ビームは、可動ミラー１１７ａと、新しい切り替え先の出力光ファイバ１８に対応する可動ミラー１１８ａとを経て、新しい切り替え先の出力光ファイバ１８に入射すなわち結合する。その結果、光接続が確立される。

本実施形態によれば、可動ミラーの向きが変更される間、シャッターによって可動ミラーに向かう光ビームが遮光されるため、クロスコネクト型の光スイッチにおいても、出力光ファイバ側での不所望なクロストークの発生を抑制できる。

なお、クロスコネクト型の光スイッチの構成や動作の詳細は、例えば特開２００１−１７４７２４号公報などに開示されている。

本実施形態は、図１２あるいは特開２００１−１７４７２４号公報に示されるような、いわゆる３Ｄ−ＭＥＭＳ型の光スイッチについて説明したが、２Ｄ−ＭＥＭＳ型の光スイッチをはじめ、種々のタイプの光スイッチに適用可能である。

これまで、図面を参照しながら本発明の実施の形態を述べたが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。

本発明の第一実施形態の光スイッチの構成を示している。図１の光スイッチにおいて用いられる可動ミラーアレイを示している。図１の光スイッチにおいて用いられるシャッターアレイを示している。図２の可動ミラーアレイと図３のシャッターアレイの斜視図である。図４に示される一つのシャッターの「閉状態」を示している。図５Ａに示されるシャッターの「開状態」を示している。図１に示される光スイッチにおけるスイッチング動作のフローチャートを示している。図３と図４と図５Ａと図５Ｂに示されるシャッターの遮光部が配置可能な範囲を説明するための図である。図５Ａと図５Ｂに示されるシャッターに代えて適用可能な別のシャッターの構成を示している。本発明の第二実施形態の光スイッチの構成を示している。図９に示される光スイッチに好適に適用可能なシャッターの構成を示している。図９に示される光スイッチに好適に適用可能な別のシャッターの構成を示している。本発明の第三実施形態の光スイッチの構成を示している。本発明の第一実施形態の光スイッチに適用可能な別なシャッターの斜視図である。図１３に示されるシャッタ−の側面図である。

符号の説明

１１…入力光ファイバ、１２…コリメートレンズ、１３…凸レンズ、１４…凸レンズ、１５…グレーティング、１６…シャッターアレイ、１６ａ…シャッター、１７…可動ミラーアレイ、１７ａ…可動ミラー、１８…出力光ファイバ、１９…収束レンズ、２１…フレーム、２２…ヒンジ、２３…ミラー、３１…遮光部、３２…梁部、３３…固定部、３４…永久磁石、３５…駆動線、３６…パッド、４２…固定ミラー、４３…リレーレンズ、５１…遮光部、５２…梁部、５３…固定部、６０…シャッター、６１…梁部、６２…遮光部、６３…固定部、６４…永久磁石、６５…駆動線、６６…パッド、７０…シャッター、７１…固定部、７２…梁部、７３…遮光部、７４…バネ部、７５…駆動コイル、７６…配線、７７…引出し電極、７８…遮光膜、７９…永久磁石、１００…光スイッチ、１１２…コリメートレンズ、１１６…シャッターアレイ、１１６ａ…シャッター、１１７…入力側可動ミラーアレイ、１１７ａ…可動ミラー、１１８…出力側可動ミラーアレイ、１１８ａ…可動ミラー、１１９…収束レンズ、１２０…制御回路、２００…光スイッチ、３００…光スイッチ。

Claims

複数の波長成分を含む波長多重された光が入力される少なくとも一本の入力光ファイバと、
前記入力光ファイバから射出された光ビームを前記波長成分に基づいて複数の光ビームに分離する分光器と、
複数本の出力光ファイバと、
前記分光器によって分離された前記複数の光ビームをそれぞれ前記複数本の出力光ファイバのいずれかひとつに選択的に方向付けるための複数の可動ミラーと、
前記分光器から前記複数の可動ミラーに向かう前記複数の光ビームをそれぞれ適宜遮断するための複数のシャッターとを有しており、
前記可動ミラーはその向きを変更可能であり、前記可動ミラーの向きが変更されることにより、前記可動ミラーで反射された光ビームが結合する出力光ファイバが切り替えられ、
前記シャッターは、前記可動ミラーの向きが変更される間、リレーレンズを介した前記可動ミラーと光学的に共焦点関係の位置において前記可動ミラーに向かう光ビームを遮断する、光スイッチ。
前記シャッターは、片持ち支持された弾性的に変形可能な梁部と、前記梁部の自由端に接合された平板状の遮光部であって、前記梁部に対してほぼ垂直に延びている遮光部と、前記梁部を撓み変形させて前記遮光部を移動させる駆動部とを有し
前記シャッターが前記可動ミラーに向かう光ビームを遮断している状態において、前記遮光部は、前記可動ミラーに向かう光ビームの主光線に対して、前記可動ミラーの回転軸にほぼ直交し光ビームが入射する前記可動ミラーのおもて面に沿う方向の軸の周りに１度以上傾斜している、請求項１に記載の光スイッチ。
前記可動ミラーは、前記シャッターの前記遮光部の移動方向に関する寸法が前記遮光部に比べて長く、前記可動ミラーに向かう光ビームは前記可動ミラーの中心からオフセットした位置に入射する、請求項２に記載の光スイッチ。
前記シャッターは、片持ち支持された弾性的に変形可能な平板状の梁部であって、その自由端部に遮光部を有する梁部と、前記梁部を撓み変形させて前記遮光部を移動させる駆動部とを有し、前記梁部は前記可動ミラーに向かう光ビームの主光線に対してほぼ平行に支持され、光ビームが入射する前記遮光部のおもて面は光に対して正反射性を有している、請求項１に記載の光スイッチ。