JP4540951B2 - マトリックス光スイッチ - Google Patents
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Description
本発明は、光通信分野における光クロスコネクト装置などに利用されるマトリックス型光スイッチに関する。
従来より、１以上の光通信機器と１以上の光伝送路とを切り替え可能に接続する装置として、光クロスコネクト装置が利用されている。通常、光クロスコネクト装置は、マトリックス光スイッチと、このマトリックス光スイッチの光経路の切り替えを行う制御部とから構成されている。
前記マトリックス光スイッチとして、Ｎ×Ｍマトリックスの各格子点に設けられた可動ミラーと、マトリックスの各行と各列の延長線上に設けられた入出力ポートとを具備し、マトリックスの行又は列の延長線上に位置する入出力ポートから入射した信号光を可動ミラーによって直角方向に反射して、マトリックスの列又は行の延長線上に位置する入出力ポートから出射することにより光経路の切り替えを行うＮ×Ｍマトリックス光スイッチが知られている（特許文献１参照。）。
しかし、この種のマトリックス光スイッチにおいては、Ｎ×Ｍ型の構造では、Ｎ×Ｍ個のＭＥＭＳミラー（MEMS：Micro Electro Mechanical System）等の可動ミラーが必要となり、この可動ミラー自体の構造が複雑で高価であることから、このマトリックス光スイッチを用いた光クロスコネクト装置は、高価となり、また大型化するという欠点がある。
しかし、この種のマトリックス光スイッチにおいては、Ｎ×Ｍ型の構造では、Ｎ×Ｍ個のＭＥＭＳミラー（MEMS：Micro Electro Mechanical System）等の可動ミラーが必要となり、この可動ミラー自体の構造が複雑で高価であることから、このマトリックス光スイッチを用いた光クロスコネクト装置は、高価となり、また大型化するという欠点がある。
ところで、一般に光通信機器あるいは光伝送路では、送受信の２つの光経路が一対となって使用される用途が多い。このことを考慮に入れると、マトリックス光スイッチを備えた光クロスコネクト装置で、必要となる可動ミラーの個数を低減するために、入出力ポートの個数が必要個数の半分であるマトリックス光スイッチを２つ備えたものを提案することができる。
以下に、一例を挙げて説明する。
一対の送信部と受信部を備えた光通信機器をＪ個と、送受信が一対となった双方向の光伝送路をＪ本とを光クロスコネクト装置によって接続する場合、光クロスコネクト装置として、入出力ポートが（２Ｊ＋２Ｊ）個設けられたものが必要となる。
このような光クロスコネクト装置として、従来の一般的な技術では、２Ｊ×２Ｊマトリックス光スイッチを１つ備えたものが適用される。この場合、２Ｊ×２Ｊマトリックス光スイッチには、２Ｊ×２Ｊ個の可動ミラーが必要となる。
以下に、一例を挙げて説明する。
一対の送信部と受信部を備えた光通信機器をＪ個と、送受信が一対となった双方向の光伝送路をＪ本とを光クロスコネクト装置によって接続する場合、光クロスコネクト装置として、入出力ポートが（２Ｊ＋２Ｊ）個設けられたものが必要となる。
このような光クロスコネクト装置として、従来の一般的な技術では、２Ｊ×２Ｊマトリックス光スイッチを１つ備えたものが適用される。この場合、２Ｊ×２Ｊマトリックス光スイッチには、２Ｊ×２Ｊ個の可動ミラーが必要となる。
これに対して、入出力ポートの個数が必要個数の半分のＪ×Ｊマトリックス光スイッチが２つ備えられた構成とすることによって、入出力ポートが（２Ｊ＋２Ｊ）個設けられた光クロスコネクト装置とすることもできる。
この場合、Ｊ×Ｊマトリックス光スイッチでは、必要となる可動ミラーがＪ×Ｊ個であり、２Ｊ×２Ｊマトリックス光スイッチに比べて１／４でよいことになる。
このため、光クロスコネクト装置としてＪ×Ｊマトリックス光スイッチが２つ備えられた構成とした場合、必要となる可動ミラーは、２Ｊ×２Ｊマトリックス光スイッチに比べて１／２でよいことになり、光クロスコネクト装置を安価で、小型化できる。
特開２０００−２５８７０５号公報
この場合、Ｊ×Ｊマトリックス光スイッチでは、必要となる可動ミラーがＪ×Ｊ個であり、２Ｊ×２Ｊマトリックス光スイッチに比べて１／４でよいことになる。
このため、光クロスコネクト装置としてＪ×Ｊマトリックス光スイッチが２つ備えられた構成とした場合、必要となる可動ミラーは、２Ｊ×２Ｊマトリックス光スイッチに比べて１／２でよいことになり、光クロスコネクト装置を安価で、小型化できる。
しかしながら、マトリックス光スイッチを２つ備えた構成とする場合、２つのマトリックス光スイッチをそれぞれ独立して制御することとなり、光クロスコネクト装置の制御部が複雑化する。また、マトリックス光スイッチが２つ並べられた構成であるため、筐体などのマトリックス光スイッチの部品が２倍必要となり、必要となる可動ミラーが少ない利点を生かして、光クロスコネクト装置を十分に安価で、小型化することが難しい。
本発明は、上記した事情に鑑みなされたものである。すなわち、光ファイバ通信システムで主に利用される光クロスコネクト装置の更なる小型化、低価格化を可能とするマトリックス光スイッチを提供する。
本発明は、上記した事情に鑑みなされたものである。すなわち、光ファイバ通信システムで主に利用される光クロスコネクト装置の更なる小型化、低価格化を可能とするマトリックス光スイッチを提供する。
かかる課題を解決するため、請求項１に係る発明は、Ｎ×Ｍマトリックス（Ｎ，Ｍは共に１以上の整数である。）の各格子点に設けられた可動ミラーと、マトリックスの各行の延長線上に設けられたＮ個の入出力ポートと、マトリックスの各列の延長線上に設けられたＭ個の入出力ポートとを具備し、所望の位置の可動ミラーによって、マトリックスの行又は列の延長線上に位置する入出力ポートから入射した信号光を直角方向に反射して、マトリックスの列又は行の延長線上に位置する入出力ポートから出射することにより光経路の切り替えを行うマトリックス光スイッチにおいて、前記入出力ポートの各々のポートが、位置決め部材と該位置決め部材に固定された２つのコリメータレンズを有し、各コリメータレンズに送信用及び受信用の光導波路が別々に接続され、該光導波路が、送受信が一対となった双方向の光経路として機能し、１つの可動ミラーによって、マトリックスの行の延長線上に位置する１つの入出力ポートと、マトリックスの列の延長線上に位置する１つの入出力ポートとの間で形成される、一対の双方向の光経路の切り替えを行うことを特徴とするマトリックス光スイッチである。
請求項２に係る発明は、前記２つのコリメータレンズは、その外周の間隔が５μｍ以下で並べられた状態で固定されていることを特徴とする請求項１に記載のマトリックス光スイッチである。
請求項３に係る発明は、前記２つのコリメータレンズは、その外周の間隔が２μｍで並べられた状態で固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のマトリックス光スイッチである。
請求項４に係る発明は、前記光導波路が、通信用光ファイバであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のマトリックス光スイッチである。
請求項５に係る発明は、前記コリメータレンズの外径が、前記通信用光ファイバの外径と略同一であることを特徴とする請求項４に記載のマトリックス光スイッチである。
請求項６に係る発明は、２つのコリメータレンズは、マトリックス面に対して平行に並べられた状態で固定され、前記可動ミラーの反射面が、以下の式（１）及び式（２）
Ｗ≧（２Ｐ＋Ｑ）×√２ （１）
Ｔ≧Ｐ （２）
（但し、Ｗ，Ｔは、可動ミラーの反射面の横幅、可動ミラーの反射面の高さをそれぞれ示し、Ｐ，Ｑは、コリメータレンズ及び通信用光ファイバの外径，２つのコリメータレンズの外周の間隔をそれぞれ示す。）を満たすことを特徴とする請求項５に記載のマトリックス光スイッチである。
請求項７に係る発明は、２つのコリメータレンズは、マトリックス面に対して垂直方向に並べられた状態で固定され、前記可動ミラーの反射面が、以下の式（３）及び式（４）
Ｗ≧Ｐ×√２ （３）
Ｔ≧（２Ｐ＋Ｑ） （４）
（但し、Ｗ，Ｔは、可動ミラーの反射面の横幅、可動ミラーの反射面の高さをそれぞれ示し、Ｐ，Ｑは、コリメータレンズ及び通信用光ファイバの外径，２つのコリメータレンズの外周の間隔をそれぞれ示す。）を満たすことを特徴とする請求項５に記載のマトリックス光スイッチである。
請求項８に係る発明は、２つのコリメータレンズは、マトリックス面に対して４５°傾いた方向に並べられた状態で固定され、前記可動ミラーの反射面が、以下の式（５）及び式（６）
Ｗ≧｛Ｐ＋（Ｐ＋Ｑ）／√２｝×√２ （５）
Ｔ≧｛Ｐ＋（Ｐ＋Ｑ）／√２｝ （６）
（但し、Ｗ，Ｔは、可動ミラーの反射面の横幅、可動ミラーの反射面の高さをそれぞれ示し、Ｐ，Ｑは、コリメータレンズ及び通信用光ファイバの外径，２つのコリメータレンズの外周の間隔をそれぞれ示す。）を満たすことを特徴とする請求項５に記載のマトリックス光スイッチである。
請求項９に係る発明は、前記コリメータレンズ及び前記通信用光ファイバの外径が共に１２５μｍであり、前記２つのコリメータレンズの外周の間隔が２μｍであり、前記可動ミラーの反射面は、その横幅が３５６μｍ以上であり、その高さが１２５μｍ以上であることを特徴とする請求項６に記載のマトリックス光スイッチである。
請求項１０に係る発明は、前記コリメータレンズ及び前記通信用光ファイバの外径が共に１２５μｍであり、前記２つのコリメータレンズの外周の間隔が２μｍであり、前記可動ミラーの反射面は、その横幅が１７７μｍ以上であり、その高さが２５２μｍ以上であることを特徴とする請求項７に記載のマトリックス光スイッチである。
請求項１１に係る発明は、前記コリメータレンズ及び前記通信用光ファイバの外径が共に１２５μｍであり、前記２つのコリメータレンズの外周の間隔が２μｍであり、前記可動ミラーの反射面は、その横幅が３０３μｍ以上であり、その高さが２１５μｍ以上であることを特徴とする請求項８に記載のマトリックス光スイッチである。
請求項１２に係る発明は、前記コリメータレンズ及び前記通信用光ファイバの外径が共に８０μｍであり、前記２つのコリメータレンズの外周の間隔が２μｍであり、前記可動ミラーの反射面は、その横幅が２２８μｍ以上であり、その高さが８０μｍ以上であることを特徴とする請求項６に記載のマトリックス光スイッチである。
請求項１３に係る発明は、前記コリメータレンズ及び前記通信用光ファイバの外径が共に８０μｍであり、前記２つのコリメータレンズの外周の間隔が２μｍであり、前記可動ミラーの反射面は、その横幅が１１３μｍ以上であり、その高さが１６２μｍ以上であることを特徴とする請求項７に記載のマトリックス光スイッチである。
請求項１４に係る発明は、前記コリメータレンズ及び前記通信用光ファイバの外径が共に８０μｍであり、前記２つのコリメータレンズの外周の間隔が２μｍであり、前記可動ミラーの反射面は、その横幅が１４０μｍ以上であり、その高さが１３８μｍ以上であることを特徴とする請求項８に記載のマトリックス光スイッチである。
請求項１５に係る発明は、前記位置決め部材が、Ｖ溝基板であることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のマトリックス光スイッチである。
請求項２に係る発明は、前記２つのコリメータレンズは、その外周の間隔が５μｍ以下で並べられた状態で固定されていることを特徴とする請求項１に記載のマトリックス光スイッチである。
請求項３に係る発明は、前記２つのコリメータレンズは、その外周の間隔が２μｍで並べられた状態で固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のマトリックス光スイッチである。
請求項４に係る発明は、前記光導波路が、通信用光ファイバであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のマトリックス光スイッチである。
請求項５に係る発明は、前記コリメータレンズの外径が、前記通信用光ファイバの外径と略同一であることを特徴とする請求項４に記載のマトリックス光スイッチである。
請求項６に係る発明は、２つのコリメータレンズは、マトリックス面に対して平行に並べられた状態で固定され、前記可動ミラーの反射面が、以下の式（１）及び式（２）
Ｗ≧（２Ｐ＋Ｑ）×√２ （１）
Ｔ≧Ｐ （２）
（但し、Ｗ，Ｔは、可動ミラーの反射面の横幅、可動ミラーの反射面の高さをそれぞれ示し、Ｐ，Ｑは、コリメータレンズ及び通信用光ファイバの外径，２つのコリメータレンズの外周の間隔をそれぞれ示す。）を満たすことを特徴とする請求項５に記載のマトリックス光スイッチである。
請求項７に係る発明は、２つのコリメータレンズは、マトリックス面に対して垂直方向に並べられた状態で固定され、前記可動ミラーの反射面が、以下の式（３）及び式（４）
Ｗ≧Ｐ×√２ （３）
Ｔ≧（２Ｐ＋Ｑ） （４）
（但し、Ｗ，Ｔは、可動ミラーの反射面の横幅、可動ミラーの反射面の高さをそれぞれ示し、Ｐ，Ｑは、コリメータレンズ及び通信用光ファイバの外径，２つのコリメータレンズの外周の間隔をそれぞれ示す。）を満たすことを特徴とする請求項５に記載のマトリックス光スイッチである。
請求項８に係る発明は、２つのコリメータレンズは、マトリックス面に対して４５°傾いた方向に並べられた状態で固定され、前記可動ミラーの反射面が、以下の式（５）及び式（６）
Ｗ≧｛Ｐ＋（Ｐ＋Ｑ）／√２｝×√２ （５）
Ｔ≧｛Ｐ＋（Ｐ＋Ｑ）／√２｝ （６）
（但し、Ｗ，Ｔは、可動ミラーの反射面の横幅、可動ミラーの反射面の高さをそれぞれ示し、Ｐ，Ｑは、コリメータレンズ及び通信用光ファイバの外径，２つのコリメータレンズの外周の間隔をそれぞれ示す。）を満たすことを特徴とする請求項５に記載のマトリックス光スイッチである。
請求項９に係る発明は、前記コリメータレンズ及び前記通信用光ファイバの外径が共に１２５μｍであり、前記２つのコリメータレンズの外周の間隔が２μｍであり、前記可動ミラーの反射面は、その横幅が３５６μｍ以上であり、その高さが１２５μｍ以上であることを特徴とする請求項６に記載のマトリックス光スイッチである。
請求項１０に係る発明は、前記コリメータレンズ及び前記通信用光ファイバの外径が共に１２５μｍであり、前記２つのコリメータレンズの外周の間隔が２μｍであり、前記可動ミラーの反射面は、その横幅が１７７μｍ以上であり、その高さが２５２μｍ以上であることを特徴とする請求項７に記載のマトリックス光スイッチである。
請求項１１に係る発明は、前記コリメータレンズ及び前記通信用光ファイバの外径が共に１２５μｍであり、前記２つのコリメータレンズの外周の間隔が２μｍであり、前記可動ミラーの反射面は、その横幅が３０３μｍ以上であり、その高さが２１５μｍ以上であることを特徴とする請求項８に記載のマトリックス光スイッチである。
請求項１２に係る発明は、前記コリメータレンズ及び前記通信用光ファイバの外径が共に８０μｍであり、前記２つのコリメータレンズの外周の間隔が２μｍであり、前記可動ミラーの反射面は、その横幅が２２８μｍ以上であり、その高さが８０μｍ以上であることを特徴とする請求項６に記載のマトリックス光スイッチである。
請求項１３に係る発明は、前記コリメータレンズ及び前記通信用光ファイバの外径が共に８０μｍであり、前記２つのコリメータレンズの外周の間隔が２μｍであり、前記可動ミラーの反射面は、その横幅が１１３μｍ以上であり、その高さが１６２μｍ以上であることを特徴とする請求項７に記載のマトリックス光スイッチである。
請求項１４に係る発明は、前記コリメータレンズ及び前記通信用光ファイバの外径が共に８０μｍであり、前記２つのコリメータレンズの外周の間隔が２μｍであり、前記可動ミラーの反射面は、その横幅が１４０μｍ以上であり、その高さが１３８μｍ以上であることを特徴とする請求項８に記載のマトリックス光スイッチである。
請求項１５に係る発明は、前記位置決め部材が、Ｖ溝基板であることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のマトリックス光スイッチである。
本発明のマトリックス光スイッチでは、１つの可動ミラーによって、一対の双方向の光経路の切り替えを行う。このため、光クロスコネクト装置に適用した場合、従来のように１つの可動ミラーによって一方向の光経路の切り替えを行うマトリックス光スイッチが１つ設けられた構成のものに比べて、必要な可動ミラーの個数を１／４にすることができる。
また、可動ミラーの個数を低減することを目的とした、入出力ポートの個数が必要個数の半分の従来のマトリックス光スイッチが２つ設けられた構成のものと比較しても、必要な可動ミラーの個数を１／２にすることができる。
更に、１つのマトリックス光スイッチで光クロスコネクト装置を形成できるため、本体収容用筐体などのマトリックス光スイッチの部品が１つ分でよい。
以上により、本発明のマトリックス光スイッチを光クロスコネクト装置に適用した場合、マトリックス光スイッチが２つ設けられた構成のものに比べて、光クロスコネクト装置の更なる小型化、低価格化が実現できる。
また、可動ミラーの個数を低減することを目的とした、入出力ポートの個数が必要個数の半分の従来のマトリックス光スイッチが２つ設けられた構成のものと比較しても、必要な可動ミラーの個数を１／２にすることができる。
更に、１つのマトリックス光スイッチで光クロスコネクト装置を形成できるため、本体収容用筐体などのマトリックス光スイッチの部品が１つ分でよい。
以上により、本発明のマトリックス光スイッチを光クロスコネクト装置に適用した場合、マトリックス光スイッチが２つ設けられた構成のものに比べて、光クロスコネクト装置の更なる小型化、低価格化が実現できる。
また、本発明のマトリックス光スイッチでは、前記したように、１つの可動ミラーによって、一対の双方向の光経路の切り替えを行うため、従来の１つの可動ミラーによって１つの光経路の切り替えを行う場合に比べて、可動ミラーや部品点数を低減でき、マトリックス光スイッチの小型化、低価格化も実現できる。
以下に本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
図１は、本実施形態のマトリックス光スイッチ１の一例を示す図である。マトリックス光スイッチ１は、図示しない筐体に納められており、この筐体は、外部からの漏光が侵入しないような平方体状のものである。図中符号２は、可動ミラーを擁する基板状のＭＥＭＳ素子を示す。ＭＥＭＳ素子２上には、多数の可動ミラーＡ１１〜Ａ４４がマトリックス状に配置されている。この例では、１行に４個、１列に４個の可動ミラーＡ１１〜Ａ４４が設けられて、４×４マトリックスを形成している。
また、これら可動ミラーＡ１１〜Ａ４４は、ＭＥＭＳ素子２の基板等の基準面上に、その高さ方向を整えた状態で規則正しく設置されている。本発明では、この基準面をマトリックス面と言う。
マトリックス光スイッチ１は、前記可動ミラーＡ１１〜Ａ４４を含むＭＥＭＳ素子２と、マトリックスの各行の延長線上に位置決め固定された４個の入出力ポートＢ１〜Ｂ４と、マトリックスの各列の延長線上に位置決め固定された４個の入出力ポートＣ１〜Ｃ４と、可動ミラーＡ１１〜Ａ４４の反射面３の状態を調整する回路（図示省略）と筐体（図示省略）とから構成されている。
図１は、本実施形態のマトリックス光スイッチ１の一例を示す図である。マトリックス光スイッチ１は、図示しない筐体に納められており、この筐体は、外部からの漏光が侵入しないような平方体状のものである。図中符号２は、可動ミラーを擁する基板状のＭＥＭＳ素子を示す。ＭＥＭＳ素子２上には、多数の可動ミラーＡ１１〜Ａ４４がマトリックス状に配置されている。この例では、１行に４個、１列に４個の可動ミラーＡ１１〜Ａ４４が設けられて、４×４マトリックスを形成している。
また、これら可動ミラーＡ１１〜Ａ４４は、ＭＥＭＳ素子２の基板等の基準面上に、その高さ方向を整えた状態で規則正しく設置されている。本発明では、この基準面をマトリックス面と言う。
マトリックス光スイッチ１は、前記可動ミラーＡ１１〜Ａ４４を含むＭＥＭＳ素子２と、マトリックスの各行の延長線上に位置決め固定された４個の入出力ポートＢ１〜Ｂ４と、マトリックスの各列の延長線上に位置決め固定された４個の入出力ポートＣ１〜Ｃ４と、可動ミラーＡ１１〜Ａ４４の反射面３の状態を調整する回路（図示省略）と筐体（図示省略）とから構成されている。
前記可動ミラーＡ１１〜Ａ４４は、反射面３と、この反射面３を動かすための可動機構とから構成されている。可動ミラーＡ１１〜Ａ４４は、その反射面３がマトリックスの行及び列に対して４５°の傾きをもつように配置されている。
入出力ポートＢ１〜Ｂ４，Ｃ１〜Ｃ４がマトリックスの行又は列の延長線上に位置しているため、可動ミラーＡ１１〜Ａ４４は、マトリックスの行の延長線上に位置する入出力ポートＢ１〜Ｂ４から入射した信号光を直角方向に反射して、マトリックスの列の延長線上に位置する入出力ポートＣ１〜Ｃ４から出射させ、かつマトリックスの列の延長線上に位置する入出力ポートＣ１〜Ｃ４から入射した信号光を直角方向に反射して、マトリックスの行の延長線上に位置する入出力ポートＢ１〜Ｂ４から出射させるように機能する。
入出力ポートＢ１〜Ｂ４，Ｃ１〜Ｃ４がマトリックスの行又は列の延長線上に位置しているため、可動ミラーＡ１１〜Ａ４４は、マトリックスの行の延長線上に位置する入出力ポートＢ１〜Ｂ４から入射した信号光を直角方向に反射して、マトリックスの列の延長線上に位置する入出力ポートＣ１〜Ｃ４から出射させ、かつマトリックスの列の延長線上に位置する入出力ポートＣ１〜Ｃ４から入射した信号光を直角方向に反射して、マトリックスの行の延長線上に位置する入出力ポートＢ１〜Ｂ４から出射させるように機能する。
可動機構は、反射面３を直立した状態とし、入出力ポートＢ１〜Ｂ４，Ｃ１〜Ｃ４から入射した信号光を反射できるようにするか、又は反射面３を倒した状態とし、入出力ポートＢ１〜Ｂ４，Ｃ１〜Ｃ４から入射した信号光を反射しないようにするものである。
可動機構としては、例えば、反射面３に設けられた電極板から構成され、電極板に電圧を印加して電荷を発生させ、電荷の静電引力により反射面３を動かす機構のものや、反射面３に設けられたコイルと外部に設けられた磁石とから構成され、コイルに電流を流してフレミングの法則により力を発生させて反射面３を動かす機構のもの等が挙げられる。
前記反射面３と可動機構とが設けられた可動ミラーＡ１１〜Ａ４４としては、例えば、半導体加工技術を用いて形成されたＭＥＭＳミラー等が挙げられる。
可動機構としては、例えば、反射面３に設けられた電極板から構成され、電極板に電圧を印加して電荷を発生させ、電荷の静電引力により反射面３を動かす機構のものや、反射面３に設けられたコイルと外部に設けられた磁石とから構成され、コイルに電流を流してフレミングの法則により力を発生させて反射面３を動かす機構のもの等が挙げられる。
前記反射面３と可動機構とが設けられた可動ミラーＡ１１〜Ａ４４としては、例えば、半導体加工技術を用いて形成されたＭＥＭＳミラー等が挙げられる。
次に、入出力ポートＢ１〜Ｂ４，Ｃ１〜Ｃ４について説明する。
入出力ポートＢ１〜Ｂ４，Ｃ１〜Ｃ４は、位置決め部材４と、２つのコリメータレンズ５とから構成されている。２つのコリメータレンズ５は、所定の間隔で並列に配置された状態で位置決め部材４に固定されている。
各コリメータレンズ５に、光導波路６が接続されている。２つのコリメータレンズ５に接続された光導波路６の一方は送信用光経路であり、他方は受信用光経路である。このため、２つの光導波路６は、送受信が一対となった双方向の光経路として機能するようになっている。
入出力ポートＢ１〜Ｂ４，Ｃ１〜Ｃ４は、位置決め部材４と、２つのコリメータレンズ５とから構成されている。２つのコリメータレンズ５は、所定の間隔で並列に配置された状態で位置決め部材４に固定されている。
各コリメータレンズ５に、光導波路６が接続されている。２つのコリメータレンズ５に接続された光導波路６の一方は送信用光経路であり、他方は受信用光経路である。このため、２つの光導波路６は、送受信が一対となった双方向の光経路として機能するようになっている。
前記位置決め部材４としては、２つのコリメータレンズ５を所望の間隔で並列に配置された状態で固定できるものであれば特に限定されず使用できる。
特に位置決め部材４としては、基板にＶ溝が設けられたＶ溝基板（以下、位置決め部材４と同様に符号４を付す。）が好ましく用いられる。Ｖ溝基板４は、各種光通信用光部品において、光ファイバ整列固定用途に量産、使用されており、一般にその配列精度は０．５μｍ以下である。このため、位置決め部材として、Ｖ溝基板４を用いることによって、０．５μｍ以下の配列精度でコリメータレンズ５を安価に精度良く並列の配置させることができる。
特に位置決め部材４としては、基板にＶ溝が設けられたＶ溝基板（以下、位置決め部材４と同様に符号４を付す。）が好ましく用いられる。Ｖ溝基板４は、各種光通信用光部品において、光ファイバ整列固定用途に量産、使用されており、一般にその配列精度は０．５μｍ以下である。このため、位置決め部材として、Ｖ溝基板４を用いることによって、０．５μｍ以下の配列精度でコリメータレンズ５を安価に精度良く並列の配置させることができる。
また、前記コリメータレンズ５は、レンズの外周部から中心点に向かって屈折率が高くなる形状の屈折率分布を有する円柱状のレンズ又は屈折率分布型光ファイバである。
特にコリメータレンズ５は、接続する光ファイバ６と同一の材質とすることが好ましく、これによりコリメータレンズ５と光ファイバ６との接続損失を低減できる。
また、コリメータレンズ５の端面にＡＲコート等を行い、光の反射を防止することが好ましく、これにより信号光のクロストークノイズを低減できる。このようにコリメータレンズ５の端面や可動ミラーの反射面３に適切な処理を施すことによって、マトリックス光スイッチ１の反射減衰量を十分大きなものとすることができる。
特にコリメータレンズ５は、接続する光ファイバ６と同一の材質とすることが好ましく、これによりコリメータレンズ５と光ファイバ６との接続損失を低減できる。
また、コリメータレンズ５の端面にＡＲコート等を行い、光の反射を防止することが好ましく、これにより信号光のクロストークノイズを低減できる。このようにコリメータレンズ５の端面や可動ミラーの反射面３に適切な処理を施すことによって、マトリックス光スイッチ１の反射減衰量を十分大きなものとすることができる。
２つのコリメータレンズ５の間隔は、特に限定されず、使用用途に応じて適宜決定されるが、本発明では、２つのコリメータレンズ５は、その外周の間隔が５μｍ以下で並べられた状態で固定されていることが好ましい。これにより、通常の実装技術で、精度良くコリメータレンズを配置でき、かつ小型のマトリックス光スイッチが実現できる。
また、前記光導波路６としては、通信用光ファイバ（以下、光ファイバとも言う。また、光導波路６と同様に符号６を付す。）や石英ガラス基板にコアが形成されたもの等が挙げられる。
通信用光ファイバ６は、通常、光通信分野にて使用されるものであり、シングルモード光ファイバ，マルチモード光ファイバ等が挙げられる。光ファイバ６の外径は特に限定されず、使用用途に応じて適宜決定される。
通信用光ファイバ６は、通常、光通信分野にて使用されるものであり、シングルモード光ファイバ，マルチモード光ファイバ等が挙げられる。光ファイバ６の外径は特に限定されず、使用用途に応じて適宜決定される。
光導波路６としては、光ファイバが好ましく、これにより光伝送装置又は光伝送路との接続が簡便に行え、また低損失かつ高い信頼性を有するマトリックス光スイッチ１が実現できる。
また、光導波路６として光ファイバを用いる場合、コリメータレンズ５の外径が、光ファイバ６の外径と略同一であることが好ましい。これにより、コリメータレンズ５と光ファイバ６との接合部付近に応力が集中することを抑えることができ、確実にコリメータレンズ５と光ファイバ６とを接続でき、強固に固定できる。更に、位置決め部材４としてＶ溝基板を用いた場合、同一のＶ溝によって、コリメータレンズ５と共に光ファイバ６も収容、固定でき、コリメータレンズ５と光ファイバ６を精度良く所定の位置に配列でき、かつ強固に固定できる。
光ファイバ６を用いる場合、光ファイバ６に、ストレインリリーフとして機能する引止め部（図示省略）を設け、この引止め部によってマトリックス光スイッチ１の本体収容用筐体（図示省略）に光ファイバ６を固定するようにする。
また、光導波路６として光ファイバを用いる場合、コリメータレンズ５の外径が、光ファイバ６の外径と略同一であることが好ましい。これにより、コリメータレンズ５と光ファイバ６との接合部付近に応力が集中することを抑えることができ、確実にコリメータレンズ５と光ファイバ６とを接続でき、強固に固定できる。更に、位置決め部材４としてＶ溝基板を用いた場合、同一のＶ溝によって、コリメータレンズ５と共に光ファイバ６も収容、固定でき、コリメータレンズ５と光ファイバ６を精度良く所定の位置に配列でき、かつ強固に固定できる。
光ファイバ６を用いる場合、光ファイバ６に、ストレインリリーフとして機能する引止め部（図示省略）を設け、この引止め部によってマトリックス光スイッチ１の本体収容用筐体（図示省略）に光ファイバ６を固定するようにする。
次に、入出力ポートＢ１〜Ｂ４，Ｃ１〜Ｃ４の２つコリメータレンズ５の配置方法について、３つの代表例を示し、各例における可動ミラーＡ１１〜Ａ４４の反射面３の好ましい大きさ等について以下に説明する。
可動ミラーＡ１１〜Ａ４４の反射面３の大きさは、入出力ポートＢ１〜Ｂ４，Ｃ１〜Ｃ４のコリメータレンズ５から出射される光の大きさ等に応じて決定する必要がある。
入出力ポートＢ１〜Ｂ４，Ｃ１〜Ｃ４のコリメータレンズ５からの出射光は、若干広がって空間を伝播するが、コリメータレンズ５の外径に対して十分細い径の平行光である。
以下、コリメータレンズ５の外径が光ファイバ６の外径と略同一の場合について、その外径をＰμｍとし、２つのコリメータレンズの外周の間隔をＱμｍとして説明する。
可動ミラーＡ１１〜Ａ４４の反射面３の大きさは、入出力ポートＢ１〜Ｂ４，Ｃ１〜Ｃ４のコリメータレンズ５から出射される光の大きさ等に応じて決定する必要がある。
入出力ポートＢ１〜Ｂ４，Ｃ１〜Ｃ４のコリメータレンズ５からの出射光は、若干広がって空間を伝播するが、コリメータレンズ５の外径に対して十分細い径の平行光である。
以下、コリメータレンズ５の外径が光ファイバ６の外径と略同一の場合について、その外径をＰμｍとし、２つのコリメータレンズの外周の間隔をＱμｍとして説明する。
一例として、２つのコリメータレンズ５が、マトリックス面に対して平行に並べられた状態で固定された場合の反射面３の大きさについて説明する。
図２は、２つのコリメータレンズ５が、マトリックス面に対して平行に並べられた状態で固定された入出力ポートＢ１〜Ｂ４，Ｃ１〜Ｃ４を有するマトリックス光スイッチの一例を示す図である。
図２は、２つのコリメータレンズ５が、マトリックス面に対して平行に並べられた状態で固定された入出力ポートＢ１〜Ｂ４，Ｃ１〜Ｃ４を有するマトリックス光スイッチの一例を示す図である。
２つのコリメータレンズ５に入出力する光は、その光軸に垂直な面において、横幅が（２Ｐ＋Ｑ）μｍ、高さがＰμｍの範囲内の空間を伝播することになる。
可動ミラーＡ１１〜Ａ４４は、図１に示されたように、その反射面３が入出力ポートＢ１〜Ｂ４，Ｃ１〜Ｃ４の中心軸の延長線に対して４５°の傾きをもって配置されている。
このため、可動ミラーＡ１１〜Ａ４４の反射面３の横幅Ｗと高さＴが、以下の式（１）及び式（２）を満たすようにすることによって、小型のマトリックス光スイッチ１でありながら、可動ミラーＡ１１〜Ａ４４の大きさを十分なものとし、光の損失を最小とすると共に漏洩光に起因するクロストーク特性の劣化を抑制できる。
可動ミラーＡ１１〜Ａ４４は、図１に示されたように、その反射面３が入出力ポートＢ１〜Ｂ４，Ｃ１〜Ｃ４の中心軸の延長線に対して４５°の傾きをもって配置されている。
このため、可動ミラーＡ１１〜Ａ４４の反射面３の横幅Ｗと高さＴが、以下の式（１）及び式（２）を満たすようにすることによって、小型のマトリックス光スイッチ１でありながら、可動ミラーＡ１１〜Ａ４４の大きさを十分なものとし、光の損失を最小とすると共に漏洩光に起因するクロストーク特性の劣化を抑制できる。
Ｗ≧（２Ｐ＋Ｑ）×√２ （１）
Ｔ≧Ｐ （２）
他の一例として、２つのコリメータレンズ５が、マトリックス面に対して垂直方向に並べられた状態で固定された場合の反射面３の大きさについて説明する。
図３は、２つのコリメータレンズ５が、マトリックス面に対して垂直方向に並べられた状態で固定された入出力ポートＢ１〜Ｂ４，Ｃ１〜Ｃ４を有するマトリックス光スイッチの一例を示す図である。
この例では、コリメータレンズ５が、マトリックス面に対して垂直方向に並べられた状態で固定されており、マトリックス面に対して平行に並べられた場合に比べて、位置決め部材４のうちマトリックス面の面内方向の大きさを小さくすることができ、これによりマトリックス光スイッチ１０１の底面を小さくすることができる。
このため、マトリックス光スイッチ１０１を設置するために必要となるスペースを低減できる。
図３は、２つのコリメータレンズ５が、マトリックス面に対して垂直方向に並べられた状態で固定された入出力ポートＢ１〜Ｂ４，Ｃ１〜Ｃ４を有するマトリックス光スイッチの一例を示す図である。
この例では、コリメータレンズ５が、マトリックス面に対して垂直方向に並べられた状態で固定されており、マトリックス面に対して平行に並べられた場合に比べて、位置決め部材４のうちマトリックス面の面内方向の大きさを小さくすることができ、これによりマトリックス光スイッチ１０１の底面を小さくすることができる。
このため、マトリックス光スイッチ１０１を設置するために必要となるスペースを低減できる。
この場合、２つのコリメータレンズ５に入出力する光は、その光軸に垂直な面において、横幅がＰμｍ、高さが（２Ｐ＋Ｑ）μｍの範囲内の空間を伝播することになる。
このため、可動ミラーＡ１１〜Ａ４４の反射面３の横幅Ｗと高さＴが、以下の式（３）及び式（４）を満たすようにすることによって、小型のマトリックス光スイッチでありながら、可動ミラーＡ１１〜Ａ４４の大きさを十分なものとし、光の損失を最小とすると共に漏洩光に起因するクロストーク特性の劣化を抑制できる。
このため、可動ミラーＡ１１〜Ａ４４の反射面３の横幅Ｗと高さＴが、以下の式（３）及び式（４）を満たすようにすることによって、小型のマトリックス光スイッチでありながら、可動ミラーＡ１１〜Ａ４４の大きさを十分なものとし、光の損失を最小とすると共に漏洩光に起因するクロストーク特性の劣化を抑制できる。
Ｗ≧Ｐ×√２ （３）
Ｔ≧（２Ｐ＋Ｑ） （４）
更に他の一例として、２つのコリメータレンズ５が、マトリックス面に対して４５°傾いた方向に並べられた状態で固定された場合の反射面３の大きさについて説明する。
図４は、２つのコリメータレンズ５が、マトリックス面に対して４５°傾いた方向に並べられた状態で固定された入出力ポートＢ１〜Ｂ４，Ｃ１〜Ｃ４を有するマトリックス光スイッチの一例を示す図である。
この例では、コリメータレンズ５が、マトリックス面に対して４５°傾いた方向に並べられた状態で固定されており、マトリックス面に対して平行に並べられた場合に比べて、位置決め部材４のうちマトリックス面の面内方向の大きさを小さくすることができ、これによりマトリックス光スイッチ２０１の底面を小さくすることができる。
このため、マトリックス光スイッチ２０１を設置するために必要となるスペースを低減できる。
また、２つのコリメータレンズ５が、マトリックス面に対して垂直に並べられた場合に比べて、可動ミラーＡ１１〜Ａ４４の形状バランスが良く実装が容易となる。
図４は、２つのコリメータレンズ５が、マトリックス面に対して４５°傾いた方向に並べられた状態で固定された入出力ポートＢ１〜Ｂ４，Ｃ１〜Ｃ４を有するマトリックス光スイッチの一例を示す図である。
この例では、コリメータレンズ５が、マトリックス面に対して４５°傾いた方向に並べられた状態で固定されており、マトリックス面に対して平行に並べられた場合に比べて、位置決め部材４のうちマトリックス面の面内方向の大きさを小さくすることができ、これによりマトリックス光スイッチ２０１の底面を小さくすることができる。
このため、マトリックス光スイッチ２０１を設置するために必要となるスペースを低減できる。
また、２つのコリメータレンズ５が、マトリックス面に対して垂直に並べられた場合に比べて、可動ミラーＡ１１〜Ａ４４の形状バランスが良く実装が容易となる。
この場合、２つのコリメータレンズ５に入出力する光は、その光軸に垂直な面において、横幅が｛Ｐ＋（Ｐ＋Ｑ）／√２｝μｍ、高さが｛Ｐ＋（Ｐ＋Ｑ）／√２｝μｍの範囲内の空間を伝播することになる。
このため、可動ミラーＡ１１〜Ａ４４の反射面３の横幅Ｗと高さＴが、以下の式（５）及び式（６）を満たすようにすることによって、小型のマトリックス光スイッチでありながら、可動ミラーＡ１１〜Ａ４４の大きさを十分なものとし、光の損失を最小とすると共に漏洩光に起因するクロストーク特性の劣化を抑制できる。
このため、可動ミラーＡ１１〜Ａ４４の反射面３の横幅Ｗと高さＴが、以下の式（５）及び式（６）を満たすようにすることによって、小型のマトリックス光スイッチでありながら、可動ミラーＡ１１〜Ａ４４の大きさを十分なものとし、光の損失を最小とすると共に漏洩光に起因するクロストーク特性の劣化を抑制できる。
Ｗ≧｛Ｐ＋（Ｐ＋Ｑ）／√２｝×√２ （５）
Ｔ≧｛Ｐ＋（Ｐ＋Ｑ）／√２｝ （６）
次に、マトリックス光スイッチ１の光経路の切り替え動作について、マトリックス光スイッチ１が光クロスコネクト装置に用いられた場合を例示して説明する。
光クロスコネクト装置とは、マトリックス光スイッチ１と、このマトリックス光スイッチ１の光経路の切り替えを行う制御部とから構成されたものである。
制御部と各可動ミラーＡ１１〜Ａ４４の可動機構とが接続されており、また、制御部には制御通信入出力回線が接続されている。
制御部は、この制御通信入出力回線を介して外部から切り替え指令を受信できるようになっており、この外部からの指令に基づいて各可動機構に作動信号を送るようになっている。
可動機構は、作動信号に応じて、可動ミラーＡ１１〜Ａ４４の反射面３を直立した状態又は倒した状態とするように機能し、これにより、所定の入出力ポートＢ１〜Ｂ４と入出力ポートＣ１〜Ｃ４との間において光経路が形成されるようになっている。
光クロスコネクト装置とは、マトリックス光スイッチ１と、このマトリックス光スイッチ１の光経路の切り替えを行う制御部とから構成されたものである。
制御部と各可動ミラーＡ１１〜Ａ４４の可動機構とが接続されており、また、制御部には制御通信入出力回線が接続されている。
制御部は、この制御通信入出力回線を介して外部から切り替え指令を受信できるようになっており、この外部からの指令に基づいて各可動機構に作動信号を送るようになっている。
可動機構は、作動信号に応じて、可動ミラーＡ１１〜Ａ４４の反射面３を直立した状態又は倒した状態とするように機能し、これにより、所定の入出力ポートＢ１〜Ｂ４と入出力ポートＣ１〜Ｃ４との間において光経路が形成されるようになっている。
次に、光経路の切り替え動作について説明する。
マトリックス光スイッチ１では、一対の双方向の光経路は、１つの入出力ポートと１つの入出力ポートとの間で形成され、１つの入出力ポートと２つ以上の複数の入出力ポートとの間で光経路が形成されることがない。このため、一対の双方向の光経路を形成するために反射面３が直立した状態となる可動ミラーが、他の一対の双方向の光経路上に位置し、光経路の妨げとなることが無く、複数の光経路を同時に形成することができ、同時に複数の光経路の切り替えを行うことができる。
通常、マトリックス光スイッチ１では、複数の光経路の切り替えを同時に行うが、まず一対の入出力ポート間で光経路を形成する場合を例示して光経路の切り替え動作について詳細に説明する。
マトリックス光スイッチ１では、一対の双方向の光経路は、１つの入出力ポートと１つの入出力ポートとの間で形成され、１つの入出力ポートと２つ以上の複数の入出力ポートとの間で光経路が形成されることがない。このため、一対の双方向の光経路を形成するために反射面３が直立した状態となる可動ミラーが、他の一対の双方向の光経路上に位置し、光経路の妨げとなることが無く、複数の光経路を同時に形成することができ、同時に複数の光経路の切り替えを行うことができる。
通常、マトリックス光スイッチ１では、複数の光経路の切り替えを同時に行うが、まず一対の入出力ポート間で光経路を形成する場合を例示して光経路の切り替え動作について詳細に説明する。
一例として、入出力ポートＢ２と入出力ポートＣ２間で光経路を形成する場合を示す。
まず、制御部に、光経路を形成する入出力ポートＢ２，Ｃ２を指定するための指令が入力される。
制御部より、形成する光経路に応じて各可動ミラーＡ１１〜Ａ４４の可動機構に作動信号を送り、光経路を形成する入出力ポートＢ２，Ｃ２の中心軸の延長線の交点に位置する可動ミラーＡ２２の反射面３を直立した状態とし、かつ形成する光経路、すなわち入出力ポートＢ２と可動ミラーＡ２２とを結んだ線上と、入出力ポートＣ２と可動ミラーＡ２２とを結んだ線上とに位置する可動ミラーＡ２３，Ａ２４，Ａ３２，Ａ４２の反射面３を倒れた状態とする。
まず、制御部に、光経路を形成する入出力ポートＢ２，Ｃ２を指定するための指令が入力される。
制御部より、形成する光経路に応じて各可動ミラーＡ１１〜Ａ４４の可動機構に作動信号を送り、光経路を形成する入出力ポートＢ２，Ｃ２の中心軸の延長線の交点に位置する可動ミラーＡ２２の反射面３を直立した状態とし、かつ形成する光経路、すなわち入出力ポートＢ２と可動ミラーＡ２２とを結んだ線上と、入出力ポートＣ２と可動ミラーＡ２２とを結んだ線上とに位置する可動ミラーＡ２３，Ａ２４，Ａ３２，Ａ４２の反射面３を倒れた状態とする。
入出力ポートＢ２の光導波路６を伝搬した信号光は、直立した状態の可動ミラーＡ２２へ出射され、この可動ミラーＡ２２にて直角方向に反射され、入出力ポートＣ２のコリメータレンズに結合し、外部に出射される。
同時に、入出力ポートＣ２の光導波路６を伝搬した信号光は、可動ミラーＡ２２へ出射され、この可動ミラーＡ２２にて直角方向に反射され入出力ポートＢ２のコリメータレンズに結合し、外部に出射される。
同時に、入出力ポートＣ２の光導波路６を伝搬した信号光は、可動ミラーＡ２２へ出射され、この可動ミラーＡ２２にて直角方向に反射され入出力ポートＢ２のコリメータレンズに結合し、外部に出射される。
以上により、１つの可動ミラーＡ２２によって、マトリックスの行の延長線上に設けられた入出力ポートＢ２と、マトリックスの列の延長線上に設けられた入出力ポートＣ２間において、一対の双方向の光経路が形成される。
入出力ポートＢ２，Ｃ２間以外の入出力ポート間においても、前記した方法と同様にして光経路を形成することができる。これによりマトリックス光スイッチ１の光経路の切り替えが行える。
入出力ポートＢ２，Ｃ２間以外の入出力ポート間においても、前記した方法と同様にして光経路を形成することができる。これによりマトリックス光スイッチ１の光経路の切り替えが行える。
次に、２以上の複数の光経路の切り替えを同時に行う動作について、一例として、入出力ポートＢ１と入出力ポートＣ４間と、入出力ポートＢ３と入出力ポートＣ１間とで同時に光経路を形成する場合をもとに詳細に説明する。
制御部より、形成する光経路に応じて各可動ミラーＡ１１〜Ａ４４の可動機構に作動信号を送り、光経路を形成する入出力ポートＢ１，Ｃ４のそれぞれの中心軸の延長線の交点に位置する可動ミラーＡ１４の反射面３を直立した状態とし、かつ形成する光経路に位置する可動ミラーＡ２４，Ａ３４，Ａ４４の反射面３を倒れた状態とする。
同時に、光経路を形成する入出力ポートＢ３，Ｃ１のそれぞれの中心軸の延長線の交点に位置する可動ミラーＡ３１の反射面３を直立した状態とし、かつ形成する光経路に位置する可動ミラーＡ３２，Ａ３３，Ａ３４，Ａ４１の反射面３を倒れた状態とする。
同時に、光経路を形成する入出力ポートＢ３，Ｃ１のそれぞれの中心軸の延長線の交点に位置する可動ミラーＡ３１の反射面３を直立した状態とし、かつ形成する光経路に位置する可動ミラーＡ３２，Ａ３３，Ａ３４，Ａ４１の反射面３を倒れた状態とする。
入出力ポートＢ１，Ｃ４の各光導波路６を伝搬した信号光は、直立した状態の可動ミラーＡ１４へ出射され、この可動ミラーＡ１４にて直角方向に反射されて、入出力ポートＣ４，Ｂ１の各コリメータレンズ５に結合し、外部に出射される。
同時に、入出力ポートＢ３，Ｃ１の各光導波路６を伝搬した信号光は、直立した状態の可動ミラーＡ３１へ出射され、この可動ミラーＡ３１にて直角方向に反射されて、入出力ポートＣ１，Ｂ３の各コリメータレンズ５に結合し、外部に出射される。
以上により、入出力ポートＢ１と入出力ポートＣ４間と、入出力ポートＢ３と入出力ポートＣ１間とにそれぞれ一対の双方向の光経路が同時に形成される。
入出力ポートＢ１と入出力ポートＣ４間と、入出力ポートＢ３と入出力ポートＣ１間以外の入出力ポート間においても、前記した方法と同様にして光経路を形成することができる。
同時に、入出力ポートＢ３，Ｃ１の各光導波路６を伝搬した信号光は、直立した状態の可動ミラーＡ３１へ出射され、この可動ミラーＡ３１にて直角方向に反射されて、入出力ポートＣ１，Ｂ３の各コリメータレンズ５に結合し、外部に出射される。
以上により、入出力ポートＢ１と入出力ポートＣ４間と、入出力ポートＢ３と入出力ポートＣ１間とにそれぞれ一対の双方向の光経路が同時に形成される。
入出力ポートＢ１と入出力ポートＣ４間と、入出力ポートＢ３と入出力ポートＣ１間以外の入出力ポート間においても、前記した方法と同様にして光経路を形成することができる。
本発明のマトリックス光スイッチ１では、１つの可動ミラーによって一対の双方向の光経路の切り替えを行うため、従来のように、１つの可動ミラーによって一方向の光経路の切り替えを行うマトリックス光スイッチに比べて、必要な可動ミラーＡ１１〜Ａ４４の個数を１／４にすることができる。
このため、光クロスコネクト装置に適用した場合、従来のように１つの可動ミラーによって一方向の光経路の切り替えを行うマトリックス光スイッチが１つ設けられた構成のものに比べて、必要な可動ミラーの個数を１／４にすることができる。
また、可動ミラーの個数を低減することを目的とした、入出力ポートの個数が必要個数の半分の従来のマトリックス光スイッチが２つ設けられた構成のものと比較しても、必要な可動ミラーの個数を１／２にすることができる。
更に、１つのマトリックス光スイッチ１で光クロスコネクト装置を形成できるため、本体収容用筐体などのマトリックス光スイッチ１の部品が１つ分でよい。
以上により、本実施形態のマトリックス光スイッチ１を光クロスコネクト装置に適用した場合、従来のマトリックス光スイッチが１つ又は２つ設けられた構成のものに比べて、光クロスコネクト装置の更なる小型化、低価格化が実現できる。
また、前記したように、１つの可動ミラーによって、一対の双方向の光経路の切り替えを行うため、従来の１つの可動ミラーによって１つの光経路の切り替えを行う場合に比べて、可動ミラーや部品点数を低減でき、マトリックス光スイッチ１の小型化、低価格化が実現できる。
このため、光クロスコネクト装置に適用した場合、従来のように１つの可動ミラーによって一方向の光経路の切り替えを行うマトリックス光スイッチが１つ設けられた構成のものに比べて、必要な可動ミラーの個数を１／４にすることができる。
また、可動ミラーの個数を低減することを目的とした、入出力ポートの個数が必要個数の半分の従来のマトリックス光スイッチが２つ設けられた構成のものと比較しても、必要な可動ミラーの個数を１／２にすることができる。
更に、１つのマトリックス光スイッチ１で光クロスコネクト装置を形成できるため、本体収容用筐体などのマトリックス光スイッチ１の部品が１つ分でよい。
以上により、本実施形態のマトリックス光スイッチ１を光クロスコネクト装置に適用した場合、従来のマトリックス光スイッチが１つ又は２つ設けられた構成のものに比べて、光クロスコネクト装置の更なる小型化、低価格化が実現できる。
また、前記したように、１つの可動ミラーによって、一対の双方向の光経路の切り替えを行うため、従来の１つの可動ミラーによって１つの光経路の切り替えを行う場合に比べて、可動ミラーや部品点数を低減でき、マトリックス光スイッチ１の小型化、低価格化が実現できる。
なお、本実施形態では、１行に４個、１列に４個の可動ミラーＡ１１〜Ａ４４が設けられて、４×４マトリックスを形成したマトリックス光モジュール１を例示したが、可動ミラーＡ１１〜Ａ４４の個数は特に限定されず、同様の作用効果が得られることは言うまでも無い。
例えば、Ｎ×Ｍマトリックス（Ｎ，Ｍは共に１以上の整数である。）の各格子点に可動ミラーが設けられたマトリックス光モジュールの場合、マトリックスの各行の延長線上にＮ個の入出力ポートが位置決め固定され、更に、マトリックスの各列の延長線上にＭ個の入出力ポートが位置決め固定された構成とする。これにより本実施形態のマトリックス光モジュール１の場合と同様にして可動ミラーを動作することによって、光経路の切り替えを行うことができる。
例えば、Ｎ×Ｍマトリックス（Ｎ，Ｍは共に１以上の整数である。）の各格子点に可動ミラーが設けられたマトリックス光モジュールの場合、マトリックスの各行の延長線上にＮ個の入出力ポートが位置決め固定され、更に、マトリックスの各列の延長線上にＭ個の入出力ポートが位置決め固定された構成とする。これにより本実施形態のマトリックス光モジュール１の場合と同様にして可動ミラーを動作することによって、光経路の切り替えを行うことができる。
［具体例１］
具体例１では、図２に示されたように、入出力ポートＢ１〜Ｂ４，Ｃ１〜Ｃ４において、２つのコリメータレンズ５が、マトリックス面に対して平行に並べられた状態で固定されている。
コリメータレンズ５として、外径が１２５μｍの石英系の屈折率分布型光ファイバが用いられ、光導波路６として、外径がコリメータレンズ５と略同一の１２５μｍの石英系シングルモード光ファイバが用いられている。
コリメータレンズ５の一方の端面と光ファイバ６の先端とが接続されている。
１２５μｍの屈折率分布型光ファイバと１２５μｍのシングルモード光ファイバとが接続されたものとしては、例えば特開２００２−１９６１８１号公報にて開示されたもの等が使用できる。
具体例１では、図２に示されたように、入出力ポートＢ１〜Ｂ４，Ｃ１〜Ｃ４において、２つのコリメータレンズ５が、マトリックス面に対して平行に並べられた状態で固定されている。
コリメータレンズ５として、外径が１２５μｍの石英系の屈折率分布型光ファイバが用いられ、光導波路６として、外径がコリメータレンズ５と略同一の１２５μｍの石英系シングルモード光ファイバが用いられている。
コリメータレンズ５の一方の端面と光ファイバ６の先端とが接続されている。
１２５μｍの屈折率分布型光ファイバと１２５μｍのシングルモード光ファイバとが接続されたものとしては、例えば特開２００２−１９６１８１号公報にて開示されたもの等が使用できる。
また、位置決め部材４として、１２７μｍのピッチで２つのＶ溝が設けられたＶ溝基板が用いられている。このＶ溝にそれぞれコリメータレンズ５が収容され、接着剤７等により固定されている。このため、２つのコリメータレンズ５は、その外周の間隔が２μｍとなるように、マトリックス面に対して平行に並べられた状態で固定されたことになる。
コリメータレンズ及び通信用光ファイバ６の外径Ｐが１２５μｍ，２つのコリメータレンズ５の外周の間隔Ｑが２μｍの場合、前述した式（１），（２）より、前記可動ミラーＡ１１〜Ａ４４の反射面３として、その横幅が３５６μｍ以上であり、その高さが１２５μｍ以上のものを用いることによって、現在最も普及している外径が１２５μｍの通信用光ファイバ６を用いて、小型のマトリックス光スイッチ１でありながら、可動ミラーＡ１１〜Ａ４４の大きさを十分なものとし、光の損失を最小とすると共に漏洩光に起因するクロストーク特性の劣化を抑制できる。
また、外径が１２５μｍの通信用光ファイバ６が備えられたことによって、既存の光通信システムに広く適用できる。
更に、２つのコリメータレンズ５を、その外周の間隔が２μｍとなるように並列に配置したことによって、通常の実装技術によって簡便に、整列精度を低下させること無くコリメータレンズ５を配置させることができ、小型のマトリックス光スイッチ１が実現できる。
基板型光導波路部品において、外径が１２５μｍの光ファイバ６を用いる場合、一般に位置決め部材４として、１２７μｍのピッチで２つのＶ溝が設けられたＶ溝基板が広く用いられており、安価で容易に入手できる。
２つのコリメータレンズ５の外周の間隔が２μｍ未満の場合、コリメータレンズ５の外径やＶ溝基板４の溝間隔等それぞれの製造誤差を考慮すると、実際の間隔が狭くなってしまい、不十分な事例が発生すると考えられる。また、製造工程において接着剤７がコリメータレンズ５とＶ溝基板４との接触面に十分行き渡らず、気泡が残りやすくなる等組立作業が困難となる。また、コリメータレンズ５同士が接触してしまうような事例では軸ズレ等が生じて歩留まりが悪化するため、好ましくない。
更に、２つのコリメータレンズ５を、その外周の間隔が２μｍとなるように並列に配置したことによって、通常の実装技術によって簡便に、整列精度を低下させること無くコリメータレンズ５を配置させることができ、小型のマトリックス光スイッチ１が実現できる。
基板型光導波路部品において、外径が１２５μｍの光ファイバ６を用いる場合、一般に位置決め部材４として、１２７μｍのピッチで２つのＶ溝が設けられたＶ溝基板が広く用いられており、安価で容易に入手できる。
２つのコリメータレンズ５の外周の間隔が２μｍ未満の場合、コリメータレンズ５の外径やＶ溝基板４の溝間隔等それぞれの製造誤差を考慮すると、実際の間隔が狭くなってしまい、不十分な事例が発生すると考えられる。また、製造工程において接着剤７がコリメータレンズ５とＶ溝基板４との接触面に十分行き渡らず、気泡が残りやすくなる等組立作業が困難となる。また、コリメータレンズ５同士が接触してしまうような事例では軸ズレ等が生じて歩留まりが悪化するため、好ましくない。
［具体例２］
具体例２が具体例１と異なる点は、図３に示されたように、各入出力ポートＢ１〜Ｂ４，Ｃ１〜Ｃ４の２つのコリメータレンズ５が、マトリックス面に対して垂直方向に並べられた状態で固定されている点である。
具体例２のマトリックス光スイッチ１０１は、具体例１のマトリックス光スイッチ１において、入出力ポートＢ１〜Ｂ４，Ｃ１〜Ｃ４がその中心軸に対して９０°回転された状態で位置決め固定されたものである。
具体例２が具体例１と異なる点は、図３に示されたように、各入出力ポートＢ１〜Ｂ４，Ｃ１〜Ｃ４の２つのコリメータレンズ５が、マトリックス面に対して垂直方向に並べられた状態で固定されている点である。
具体例２のマトリックス光スイッチ１０１は、具体例１のマトリックス光スイッチ１において、入出力ポートＢ１〜Ｂ４，Ｃ１〜Ｃ４がその中心軸に対して９０°回転された状態で位置決め固定されたものである。
コリメータレンズ５及び通信用光ファイバ６の外径Ｐが１２５μｍ，２つのコリメータレンズ５の外周の間隔Ｑが２μｍの場合、前述した式（３），（４）より、前記可動ミラーＡ１１〜Ａ４４の反射面３として、その横幅が１７７μｍ以上であり、その高さが２５２μｍ以上のものを用いることによって、現在最も普及している外径が１２５μｍの通信用光ファイバ６を用いて、具体例１と同一の作用効果が得られる。
更に、具体例２では、具体例１に比べて、コリメータレンズ５が、マトリックス面に対して垂直方向に並べられた状態で固定されており、位置決め部材４のうちマトリックス面の面内方向の大きさを小さくすることができる。
このため、マトリックス光スイッチ１０１の底面を小さくすることができる。これにより、マトリックス光スイッチ１０１を設置するために必要となるスペースを低減できる。
このため、マトリックス光スイッチ１０１の底面を小さくすることができる。これにより、マトリックス光スイッチ１０１を設置するために必要となるスペースを低減できる。
［具体例３］
具体例３が具体例１と異なる点は、図４に示されたように、各入出力ポートＢ１〜Ｂ４，Ｃ１〜Ｃ４の２つのコリメータレンズ５が、マトリックス面に対して４５°傾いた方向に並べられた状態で固定されている点である。
具体例３のマトリックス光スイッチ２０１は、具体例１のマトリックス光スイッチ１において、入出力ポートＢ１〜Ｂ４，Ｃ１〜Ｃ４がその中心軸に対して４５°回転された状態で位置決め固定されたものである。
具体例３が具体例１と異なる点は、図４に示されたように、各入出力ポートＢ１〜Ｂ４，Ｃ１〜Ｃ４の２つのコリメータレンズ５が、マトリックス面に対して４５°傾いた方向に並べられた状態で固定されている点である。
具体例３のマトリックス光スイッチ２０１は、具体例１のマトリックス光スイッチ１において、入出力ポートＢ１〜Ｂ４，Ｃ１〜Ｃ４がその中心軸に対して４５°回転された状態で位置決め固定されたものである。
コリメータレンズ及び通信用光ファイバの外径Ｐが１２５μｍ，２つのコリメータレンズの外周の間隔Ｑが２μｍの場合、前記式（５），（６）より、前記可動ミラーＡ１１〜Ａ４４の反射面３として、その横幅が３０３μｍ以上であり、その高さが２１５μｍ以上のものを用いることによって、現在最も普及している外径が１２５μｍの通信用光ファイバ６を用いて、具体例１と同様の作用効果が得られる。
更に、具体例３では、具体例１に比べて、コリメータレンズ５が、マトリックス面に対して垂直方向に並べられた状態で固定されており、位置決め部材４のうちマトリックス面の面内方向の大きさを小さくすることができる。
このため、マトリックス光スイッチ２０１の底面を小さくすることができる。これにより、マトリックス光スイッチ２０１を設置するために必要となるスペースを低減できる。
また、可動ミラーＡ１１〜Ａ４４の形状バランスが良く実装が容易となる。
このため、マトリックス光スイッチ２０１の底面を小さくすることができる。これにより、マトリックス光スイッチ２０１を設置するために必要となるスペースを低減できる。
また、可動ミラーＡ１１〜Ａ４４の形状バランスが良く実装が容易となる。
［具体例４］
具体例４が、具体例１と異なる点は、コリメータレンズ５の外径が８０μｍであり、かつこのコリメータレンズ５を収容、固定する位置決め部材となるＶ溝基板４のＶ溝のピッチが８２μｍである点である。このため、２つのコリメータレンズ５は、その外周の間隔が２μｍで横方向、すなわちマトリックスに対して平行に並列に並べられた状態で固定されている。
外径が８０μｍのコリメータレンズ５としては、外径８０μｍの屈折率分布型光ファイバ等が適用できる。例えば、特願２００２−１９９９５９にて外径が８０μｍの石英系シングルモード光ファイバが開示されている。この外径が８０μｍの光ファイバや、通常の外径が１２５μｍの屈折率分布型光ファイバの製造方法を適用することによって、外径８０μｍの屈折率分布型光ファイバを製造することができる。
具体例４が、具体例１と異なる点は、コリメータレンズ５の外径が８０μｍであり、かつこのコリメータレンズ５を収容、固定する位置決め部材となるＶ溝基板４のＶ溝のピッチが８２μｍである点である。このため、２つのコリメータレンズ５は、その外周の間隔が２μｍで横方向、すなわちマトリックスに対して平行に並列に並べられた状態で固定されている。
外径が８０μｍのコリメータレンズ５としては、外径８０μｍの屈折率分布型光ファイバ等が適用できる。例えば、特願２００２−１９９９５９にて外径が８０μｍの石英系シングルモード光ファイバが開示されている。この外径が８０μｍの光ファイバや、通常の外径が１２５μｍの屈折率分布型光ファイバの製造方法を適用することによって、外径８０μｍの屈折率分布型光ファイバを製造することができる。
前述した式（１），（２）より、前記可動ミラーＡ１１〜Ａ４４の反射面３として、その横幅が２２８μｍ以上であり、その高さが８０μｍ以上のものを用いることによって、外径が８０μｍのコリメータレンズ５を用い、小型のマトリックス光スイッチ１でありながら、可動ミラーＡ１１〜Ａ４４の大きさを十分なものとし、光の損失を最小とすると共に漏洩光に起因するクロストーク特性の劣化を抑制できる。
具体例４では、外径が８０μｍのコリメータレンズ５を用いたことによって、外径が１２５μｍのコリメータレンズ５を用いた場合に比べて入出力ポートＢ１〜Ｂ４，Ｃ１〜Ｃ４を更に小型化できる。
また、外径が８０μｍの光ファイバ６は、外径が１２５μｍの光ファイバ６に比べて、小さい曲げ半径で使用しても光学特性の劣化が少なく、長期安定性に優れる。
このため、外径が８０μｍのコリメータレンズ５と光ファイバ６を用いることによって、入出力ポートＢ１〜Ｂ４，Ｃ１〜Ｃ４を更に小型化でき、かつ光ファイバ６を小さい曲げ半径で収容することができ、マトリックス光スイッチ１の更なる小型化が可能となる。
また、外径が８０μｍの光ファイバ６は、外径が１２５μｍの光ファイバ６に比べて、小さい曲げ半径で使用しても光学特性の劣化が少なく、長期安定性に優れる。
このため、外径が８０μｍのコリメータレンズ５と光ファイバ６を用いることによって、入出力ポートＢ１〜Ｂ４，Ｃ１〜Ｃ４を更に小型化でき、かつ光ファイバ６を小さい曲げ半径で収容することができ、マトリックス光スイッチ１の更なる小型化が可能となる。
また、外径が８０μｍの光ファイバ６は、外径１２５μｍの光ファイバ６と融着接続した際、接続損失を十分に低い値とすることができる。このため、既存の外径１２５μｍの光ファイバ６を用いた光通信システムに低損失で接続できる。
［具体例５］
具体例５が、具体例２と異なる点は、コリメータレンズ５の外径が８０μｍであり、かつこのコリメータレンズ５を収容、固定する位置決め部材となるＶ溝基板４のＶ溝のピッチが８２μｍである点である。このため、２つのコリメータレンズ５は、その外周の間隔が２μｍでマトリックス面に対して垂直方向に並べられた状態で固定されている。
具体例５が、具体例２と異なる点は、コリメータレンズ５の外径が８０μｍであり、かつこのコリメータレンズ５を収容、固定する位置決め部材となるＶ溝基板４のＶ溝のピッチが８２μｍである点である。このため、２つのコリメータレンズ５は、その外周の間隔が２μｍでマトリックス面に対して垂直方向に並べられた状態で固定されている。
前述した式（３），（４）より、前記可動ミラーＡ１１〜Ａ４４の反射面３として、その横幅が１１３μｍ以上であり、その高さが１６２μｍ以上のものを用いることによって、外径が８０μｍのコリメータレンズ５を用い、小型のマトリックス光スイッチ１でありながら、具体例２，４と同様の作用効果が得られる。
［具体例６］
具体例６が、具体例３と異なる点は、コリメータレンズ５の外径が８０μｍであり、かつこのコリメータレンズ５を収容、固定する位置決め部材となるＶ溝基板４のＶ溝のピッチが８２μｍである点である。このため、２つのコリメータレンズ５は、その外周の間隔が２μｍでマトリックス面に対して４５°傾いた方向に並べられた状態で固定されている。
具体例６が、具体例３と異なる点は、コリメータレンズ５の外径が８０μｍであり、かつこのコリメータレンズ５を収容、固定する位置決め部材となるＶ溝基板４のＶ溝のピッチが８２μｍである点である。このため、２つのコリメータレンズ５は、その外周の間隔が２μｍでマトリックス面に対して４５°傾いた方向に並べられた状態で固定されている。
前述した式（５），（６）より、前記可動ミラーＡ１１〜Ａ４４の反射面３として、その横幅が１４０μｍ以上であり、その高さが１３８μｍ以上のものを用いることによって、外径が８０μｍのコリメータレンズ５を用い、小型のマトリックス光スイッチ１でありながら、具体例３，４と同様の効果が得られる。
本発明のマトリックス光スイッチを用いることによって、光クロスコネクト装置の更なる小型化、低価格化が実現できるため、高密度に入出力部が集積された光通信機器に適用できる。
１，１０１，２０１‥‥マトリックス光スイッチ、３‥‥可動ミラーの反射面、４‥‥位置決め部材（Ｖ溝基板）、５‥‥コリメータレンズ、６‥‥光導波路（光ファイバ）、Ａ１１〜Ａ４４‥‥可動ミラー、Ｂ１〜Ｂ４‥‥マトリックスの各行の延長線上に設けられた入出力ポート、Ｃ１〜Ｃ４‥‥マトリックスの各列の延長線上に設けられた入出力ポート
Claims (15)
- Ｎ×Ｍマトリックス（Ｎ，Ｍは共に１以上の整数である。）の各格子点に設けられた可動ミラーと、マトリックスの各行の延長線上に設けられたＮ個の入出力ポートと、マトリックスの各列の延長線上に設けられたＭ個の入出力ポートとを具備し、
所望の位置の可動ミラーによって、マトリックスの行又は列の延長線上に位置する入出力ポートから入射した信号光を直角方向に反射して、マトリックスの列又は行の延長線上に位置する入出力ポートから出射することにより光経路の切り替えを行うマトリックス光スイッチにおいて、
前記入出力ポートの各々のポートが、位置決め部材と該位置決め部材に固定された２つのコリメータレンズを有し、各コリメータレンズに送信用及び受信用の光導波路が別々に接続され、該光導波路が、送受信が一対となった双方向の光経路として機能し、
１つの可動ミラーによって、マトリックスの行の延長線上に位置する１つの入出力ポートと、マトリックスの列の延長線上に位置する１つの入出力ポートとの間で形成される、一対の双方向の光経路の切り替えを行うことを特徴とするマトリックス光スイッチ。 - 前記２つのコリメータレンズは、その外周の間隔が５μｍ以下で並べられた状態で固定されていることを特徴とする請求項１に記載のマトリックス光スイッチ。
- 前記２つのコリメータレンズは、その外周の間隔が２μｍで並べられた状態で固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のマトリックス光スイッチ。
- 前記光導波路が、通信用光ファイバであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のマトリックス光スイッチ。
- 前記コリメータレンズの外径が、前記通信用光ファイバの外径と略同一であることを特徴とする請求項４に記載のマトリックス光スイッチ。
- ２つのコリメータレンズは、マトリックス面に対して平行に並べられた状態で固定され、
前記可動ミラーの反射面が、以下の式（１）及び式（２）
Ｗ≧（２Ｐ＋Ｑ）×√２ （１）
Ｔ≧Ｐ （２）
（但し、Ｗ，Ｔは、可動ミラーの反射面の横幅、可動ミラーの反射面の高さをそれぞれ示し、Ｐ，Ｑは、コリメータレンズ及び通信用光ファイバの外径，２つのコリメータレンズの外周の間隔をそれぞれ示す。）
を満たすことを特徴とする請求項５に記載のマトリックス光スイッチ。 - ２つのコリメータレンズは、マトリックス面に対して垂直方向に並べられた状態で固定され、
前記可動ミラーの反射面が、以下の式（３）及び式（４）
Ｗ≧Ｐ×√２ （３）
Ｔ≧（２Ｐ＋Ｑ） （４）
（但し、Ｗ，Ｔは、可動ミラーの反射面の横幅、可動ミラーの反射面の高さをそれぞれ示し、Ｐ，Ｑは、コリメータレンズ及び通信用光ファイバの外径，２つのコリメータレンズの外周の間隔をそれぞれ示す。）
を満たすことを特徴とする請求項５に記載のマトリックス光スイッチ。 - ２つのコリメータレンズは、マトリックス面に対して４５°傾いた方向に並べられた状態で固定され、
前記可動ミラーの反射面が、以下の式（５）及び式（６）
Ｗ≧｛Ｐ＋（Ｐ＋Ｑ）／√２｝×√２ （５）
Ｔ≧｛Ｐ＋（Ｐ＋Ｑ）／√２｝ （６）
（但し、Ｗ，Ｔは、可動ミラーの反射面の横幅、可動ミラーの反射面の高さをそれぞれ示し、Ｐ，Ｑは、コリメータレンズ及び通信用光ファイバの外径，２つのコリメータレンズの外周の間隔をそれぞれ示す。）
を満たすことを特徴とする請求項５に記載のマトリックス光スイッチ。 - 前記コリメータレンズ及び前記通信用光ファイバの外径が共に１２５μｍであり、前記２つのコリメータレンズの外周の間隔が２μｍであり、
前記可動ミラーの反射面は、その横幅が３５６μｍ以上であり、その高さが１２５μｍ以上であることを特徴とする請求項６に記載のマトリックス光スイッチ。 - 前記コリメータレンズ及び前記通信用光ファイバの外径が共に１２５μｍであり、前記２つのコリメータレンズの外周の間隔が２μｍであり、
前記可動ミラーの反射面は、その横幅が１７７μｍ以上であり、その高さが２５２μｍ以上であることを特徴とする請求項７に記載のマトリックス光スイッチ。 - 前記コリメータレンズ及び前記通信用光ファイバの外径が共に１２５μｍであり、前記２つのコリメータレンズの外周の間隔が２μｍであり、
前記可動ミラーの反射面は、その横幅が３０３μｍ以上であり、その高さが２１５μｍ以上であることを特徴とする請求項８に記載のマトリックス光スイッチ。 - 前記コリメータレンズ及び前記通信用光ファイバの外径が共に８０μｍであり、前記２つのコリメータレンズの外周の間隔が２μｍであり、
前記可動ミラーの反射面は、その横幅が２２８μｍ以上であり、その高さが８０μｍ以上であることを特徴とする請求項６に記載のマトリックス光スイッチ。 - 前記コリメータレンズ及び前記通信用光ファイバの外径が共に８０μｍであり、前記２つのコリメータレンズの外周の間隔が２μｍであり、
前記可動ミラーの反射面は、その横幅が１１３μｍ以上であり、その高さが１６２μｍ以上であることを特徴とする請求項７に記載のマトリックス光スイッチ。 - 前記コリメータレンズ及び前記通信用光ファイバの外径が共に８０μｍであり、前記２つのコリメータレンズの外周の間隔が２μｍであり、
前記可動ミラーの反射面は、その横幅が１４０μｍ以上であり、その高さが１３８μｍ以上であることを特徴とする請求項８に記載のマトリックス光スイッチ。 - 前記位置決め部材が、Ｖ溝基板であることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のマトリックス光スイッチ。
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