JPH03141326A - Optical switch array - Google Patents

Optical switch array

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JPH03141326A
JPH03141326A JP28117289A JP28117289A JPH03141326A JP H03141326 A JPH03141326 A JP H03141326A JP 28117289 A JP28117289 A JP 28117289A JP 28117289 A JP28117289 A JP 28117289A JP H03141326 A JPH03141326 A JP H03141326A
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JP
Japan
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light
diffraction grating
array
optical switch
shutter array
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Application number
JP28117289A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Jun Tokumitsu
徳光 純
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Publication of JPH03141326A publication Critical patent/JPH03141326A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide the optical switch array with simple constitution by disposing a diffraction grating between a luminous flux exit part and a shutter array, splitting the light emitted from the luminous flux exit part by the diffraction grating to plural pieces and admitting the split light rays to the shutter array. CONSTITUTION:Light sources 1a to 1d, 2a to 2d, 3a to 3d, 4a to 4d are respectively connected to 1st to 4th terminals on a transmission side. The respective light sources emit light by having the function as one signal line. The diffraction grating 6 is utilized in order to distribute or join the light. Namely, the system is so constituted that the plural diffracted light rays generated by the inserted diffraction grating 6 to to the corresponding positions of an aperture mask 9 if an example is taken of the incident side. The incident part and exit part of the light are so constituted as to be adaptable thereto. The efficient optical switch array is obtd. with the simple constitution in this way.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は光を媒介として通信網や計算機等の信号線の接
続を行う際、有用な光スイッチアレイに関するものであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to an optical switch array useful when connecting signal lines of communication networks, computers, etc. using light as a medium.

(従来の技術) 従来よりスイッチアレイは通信及び計算機の分野では必
須の装置であり、特にクロスバ−スイッチはその特性を
生かした非常に有用なものである。しかしながら、前記
クロスバ−スイッチアレイは接続端子が多くなると製造
が難しく、現在の半導体技術を駆使しても大規校なスイ
ッチアレイを作るのは容易ではない。このため最近、光
技術を導入して接続を行う光スイッチアレイが注目され
ている。
(Prior Art) Switch arrays have traditionally been indispensable devices in the fields of communications and computers, and crossbar switches in particular are extremely useful devices that take advantage of their characteristics. However, the crossbar switch array is difficult to manufacture when the number of connection terminals increases, and even if current semiconductor technology is used, it is not easy to manufacture a large-scale switch array. For this reason, optical switch arrays that perform connections by introducing optical technology have recently been attracting attention.

但し、光スイッチアレイといってもただ単に従来の電気
的なものを光に置き換えれば良いというものではなく、
シャッターアレイの数を低減するといった1失が要求さ
れる。発明者は接続する信号の対応性に着目して特開昭
64−49019に示すような光スイッチアレイを提案
している。
However, optical switch arrays do not simply mean replacing conventional electrical devices with light.
One drawback is required, such as reducing the number of shutter arrays. The inventor has proposed an optical switch array as shown in Japanese Patent Laid-Open No. 64-49019, focusing on the compatibility of connected signals.

第7図は従来知られている光スイッヂアレイを示す斜視
図である。Iota、10fb。
FIG. 7 is a perspective view showing a conventionally known optical switch array. Iota, 10fb.

101cm・−,104c、104dは!i7i型発光
光発光光源5はシャッターアレイ、106は開「Jマス
ク、107a、107b、107c、−−110c、1
j−Odは面型光検出器である。固型光源101a〜d
は送信側の第1のターミナルの4本の信号線に接続され
ている。同様にf02a 〜d、103a 〜d、10
4a〜dはそれぞれ送信側の第2.第3及び第4のター
ミナルの各4本の信号線に対して接続されている。
101cm・-, 104c, 104d are! The i7i type light emitting light source 5 is a shutter array, 106 is an open "J mask, 107a, 107b, 107c, --110c, 1
j-Od is a surface photodetector. Solid light sources 101a-d
are connected to the four signal lines of the first terminal on the transmitting side. Similarly f02a to d, 103a to d, 10
4a to 4d are respectively the second . It is connected to each of the four signal lines of the third and fourth terminals.

固型光@ 101 a〜104dの発光は人力信号に応
じてfii(制御される。シャッター105は送信側に
人力された信号を受信側のどのターミナルに送るか決定
するものである。送信側のi番目のターミナルの信号を
受信側のj番目のターミナルへ送るときには、i行j列
にあるシャッターが透過状態になる。開口マスク106
は1つのシャッターに対してほぼ対角線上に並ぶ開[」
部を持っており、送信側と受信側の信号線同志の接続の
相関性を表わしたものである。即ち、開[1マスク10
6による光束の規制により、送信側のターミナルのに番
[1の信号線は受信filのターミナルにおいてもに番
L1の信号線に対応して接続されるようになる。
The light emission of the solid-state lights @ 101 a to 104 d is fii (controlled) according to human signals. The shutter 105 determines which terminal on the receiving side the signal manually inputted on the transmitting side is sent to. When the signal from the i-th terminal is sent to the j-th terminal on the receiving side, the shutter in the i-th row and j-column becomes transparent.Aperture mask 106
is an opening lined up almost diagonally to one shutter.
It represents the correlation between the connections between the signal lines on the transmitting side and the receiving side. That is, open [1 mask 10
Due to the regulation of the luminous flux by 6, the signal line numbered 1 on the transmitting side terminal is also connected to the signal line numbered L1 on the receiving terminal.

方、面型検出器107a〜110dには4つずつ順に受
信側の第1から第4のターミナルが接続されている。1
つのターミナルには4木の信号線が接続され、それぞれ
が順に面型検出器107a〜110dに対応する構成と
なっている。
On the other hand, first to fourth terminals on the receiving side are connected in sequence to each of the four surface detectors 107a to 110d. 1
Four signal lines are connected to the two terminals, each of which corresponds in turn to the surface detectors 107a to 110d.

第7図において、シャッターアレイ105及び開口マス
クioaの斜線部は透過状態にある事を示すようになっ
ている。例えば送信側の第4ターミナルの第3番Hの信
号線がらの信号を例にとって考えてみる。この信号線は
固型光源104cに接続されている。固型光源104c
からの光束はシャッターアレイの対向している縦長の領
域全体を照明する。第7図ではシャッターアレイ105
は第2行第4列目が透過状態にある。このため104c
からの光束はこの部分を透過して、次いて開L1マスク
106を透過し、この開口部に対向している筒型光検出
器108Cで受光される。
In FIG. 7, the shaded portions of the shutter array 105 and the aperture mask ioa indicate that they are in a transparent state. For example, consider a signal from the 3rd H signal line of the 4th terminal on the transmitting side. This signal line is connected to solid light source 104c. Solid light source 104c
The light flux from the shutter array illuminates the entire facing vertically elongated area. In FIG. 7, the shutter array 105
The second row, fourth column is in the transparent state. For this reason 104c
The light beam from the opening passes through this portion, then passes through the open L1 mask 106, and is received by the cylindrical photodetector 108C facing this opening.

108Cは受光側の第2ターミナルの3番目の信号線に
接続されている。この結果、送信側の第4ターミナルの
3番目の信月線からの13号が受信側の第2ターミナル
の3番目の信号線に送られたことになる。このような対
応は他の信号線についても同様に成立している。
108C is connected to the third signal line of the second terminal on the light receiving side. As a result, No. 13 from the third Shingetsu line of the fourth terminal on the transmitting side is sent to the third signal line of the second terminal on the receiving side. Such correspondence holds true for other signal lines as well.

第7図に示した光スイッチアレイと同じ原理で作動する
他の構成例も、本出願人による特開昭64−49109
に示されている。この中には光源とシャッターアレイと
の間にアナモルフィック光学系を配置して、光源からの
光束を1方向に広げてシャッターアレイに入射させる方
法や、光源からの光束を光ファイバーで分岐し、開L1
マスクの開口部に対応するシャッターアレイの位置にそ
の光ファイバーの射出端を置く方法などが示されている
Another configuration example that operates on the same principle as the optical switch array shown in FIG.
is shown. Among these methods, there is a method in which an anamorphic optical system is placed between the light source and the shutter array, and the light beam from the light source is spread in one direction and then incident on the shutter array. Open L1
A method is shown in which the exit end of the optical fiber is placed at the position of the shutter array corresponding to the opening of the mask.

(発明が解決しようとする問題点) しかしながら上記従来例では筒型光源やアナモルフィッ
ク光学系の使用によって1方向に細長い光束を得ていた
ため、開口マスクを透過する光束は全体の掻く1部であ
り5先の利用効率が悪いという欠点があった。この結果
S/N比が悪くなり、受信信号の増幅回路に高性能なも
のが要求されることになって、光スイッチアレイが複雑
化しコスト高になるといった問題点があフた。
(Problem to be Solved by the Invention) However, in the conventional example described above, a long and narrow light beam is obtained in one direction by using a cylindrical light source or an anamorphic optical system, so the light beam that passes through the aperture mask is only a small part of the whole. There was a drawback that the utilization efficiency of 5 customers was poor. As a result, the S/N ratio deteriorates, requiring a high-performance amplification circuit for the received signal, and the optical switch array becomes complicated and costs increase.

又、従来例で知られている他の実施例である光フアイバ
ー分岐器を用いた場合には、光の利用効率は良いものの
、多数のファイバーの射出端を開口マスクの位置に合わ
せて配列するのは手間のかかる仕事であり、全体として
光スイッチアレイを複雑往つ高価なものにするという欠
点があった。
In addition, when using an optical fiber splitter, which is another conventional example, although the light utilization efficiency is good, the exit ends of a large number of fibers are arranged to match the position of the aperture mask. This is a time-consuming task, and has the drawback of making the optical switch array as a whole complicated and expensive.

(問題点を解決するための1段) 本発明は従来の光の利用効率の悪さやシステム全体の複
雑化を考慮して行われたもので、光の分配あるいは合流
を行うのに回折格子を利用したことを特徴としている。
(1st step to solve the problem) The present invention was developed in consideration of the inefficiency of conventional light usage and the complexity of the entire system. It is characterized by its use.

即ち、本発明では入射側を例に取ると挿入した回折格子
によって生じる複数個の回折光が開[−1マスクの対応
する位置に行くように系を構成するとともに、それに適
合するように光の入射部及び射出部を構成したことを特
徴としており、これによって簡便な構成で効率の良いシ
ステムを実現したものである。
That is, in the present invention, taking the incident side as an example, the system is configured so that a plurality of diffracted lights generated by the inserted diffraction grating go to the corresponding position of the open [-1 mask, and the light is It is characterized by having an entrance section and an exit section, thereby realizing a highly efficient system with a simple configuration.

(実施例) 第1図は本発明の第1実施例を示す斜視図である。la
、lb、lc、  ・・ 、4dは光源でLEDあるい
は゛ト導体レーザーなとが用いられる。光源!a〜1d
、2a〜2d 3a〜3d4a〜4dはそれぞれ送イ3
側の第1〜4のターミナルに接続されており、その各々
が1つの信号線としての機能をもって発光する。
(Embodiment) FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of the present invention. la
, lb, lc, . . . , 4d are light sources, such as LEDs or conductor lasers. light source! a~1d
, 2a to 2d 3a to 3d 4a to 4d are respectively feed 3
It is connected to the first to fourth terminals on the side, each of which functions as one signal line and emits light.

次に5は第1のレンズであり、6は第1の回折格子であ
る。回折格子自体は銀塩感材やフォトレジストに格子パ
ターンを露光投影したり、コヒーレント光で2光束干渉
パターンを形成させ露光するなど公知の手段で作製する
ことができる。又、インジェクションなどの手法でプラ
スチック基板を成形して作製することも可能である。回
折効率が良い点などを考えると、位相透過率の分布をも
ち、振幅透過率か−・定のいわゆる位相型の回折格子を
用いると効率の良いシステムを構成することかできる。
Next, 5 is a first lens, and 6 is a first diffraction grating. The diffraction grating itself can be produced by known means, such as by exposing and projecting a grating pattern onto a silver salt sensitive material or photoresist, or by forming and exposing a two-beam interference pattern with coherent light. Further, it is also possible to fabricate it by molding a plastic substrate using a technique such as injection. Considering that the diffraction efficiency is good, it is possible to construct an efficient system by using a so-called phase type diffraction grating which has a distribution of phase transmittance and has a constant amplitude transmittance.

7は第2のレンズである。8はシャッターアレイで、液
晶、P L ZT、 L i N b 03等の電気光
学材料を用いた空間光変調器、或はBi置換YIGの様
な磁気光学材料を用いたもの、または透過率を制御する
タイプのデイスプレー、例えばエレクトロクロミーなど
が用いられる。シャッターアレイ8はその反射光を利用
するような構成とすれば、反射率を変化させる反射型の
空間光変調器も用いることができる。
7 is a second lens. 8 is a shutter array, which is a spatial light modulator using an electro-optic material such as liquid crystal, P L ZT, L i N b 03, or a magneto-optic material such as Bi-substituted YIG, or a shutter array using a transmittance A control type display, such as electrochromy, is used. If the shutter array 8 is configured to utilize the reflected light, a reflective spatial light modulator that changes the reflectance can also be used.

9は開口マスクで開口部か全面に多数設けられている。Reference numeral 9 denotes an aperture mask, which is provided in large numbers at the openings or over the entire surface.

開口部のパターンは金属に機械的な加工を加えて穴を開
けたり、或はAIやCrをガラスJ、(板に蒸着してフ
ォトリングラフィによりエツチングするなとの方法で作
製される。又、第1図でシャッターアレイ8、開L1マ
スク9の斜線部は光束を透過させる部分を示している。
The opening pattern is created by mechanically processing metal to make holes, or by depositing AI or Cr on a glass plate and etching it using photolithography. In FIG. 1, the shaded portions of the shutter array 8 and the open L1 mask 9 indicate portions through which light beams are transmitted.

次にシャッターアレイ8と開口マスク9の関係であるが
第2図は両者の相対的な関係を示したものである。第2
図(A)はシャッターアレイ8の部分拡大図、第2図(
B)は開口マスク9の部分拡大図で、夫々対応する部分
が示されている。
Next, regarding the relationship between the shutter array 8 and the aperture mask 9, FIG. 2 shows the relative relationship between the two. Second
Figure (A) is a partially enlarged view of the shutter array 8, and Figure 2 (
B) is a partially enlarged view of the aperture mask 9, showing corresponding parts.

又、これまでの図と同じように斜線部は光束を透過する
部分を示す。シャッターアレイ8の1つのシャッター8
aに対応する開口マスク9の1区画9aの中には4x4
=16個のセグメントがある。第1図の実施例では1区
画の中で対角の4個のセグメントが開口部(透過部)と
して固定されており、該4X4=16個のセグメントパ
ターンか全体にわたって繰り返されて開口マスク9が構
成されている。
Also, as in the previous figures, the shaded area indicates the part through which the light beam passes. One shutter 8 of shutter array 8
In one section 9a of the aperture mask 9 corresponding to a, 4x4
= There are 16 segments. In the embodiment shown in FIG. 1, four diagonal segments are fixed as apertures (transmissive parts) in one section, and the aperture mask 9 is formed by repeating the 4×4=16 segment pattern over the entire area. It is configured.

第1図で光源!a〜4dは送信信号に応じて発光を行う
。第3図は第1図に示した本発明の第1実施例の光学系
の作用を示す図である。説明を簡単にするため光源側は
光源1a〜4dの中から3dを代表として示しである。
Figure 1 shows the light source! A to 4d emit light in response to a transmission signal. FIG. 3 is a diagram showing the operation of the optical system of the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1. To simplify the explanation, light source 3d is shown as a representative from among light sources 1a to 4d.

図中11は光源3dより射出される光束である。12は
0次の回折光、13.14はそれぞれ+1次、+2次の
回折光、15.16はまた一1次、−2次の回折光であ
る。
In the figure, numeral 11 indicates a light beam emitted from the light source 3d. 12 is the 0th order diffracted light, 13.14 is the +1st order and +2nd order diffracted light, and 15.16 is the 11th order and -2nd order diffracted light.

光源3dからの射出光束11は第1のレンズ5によって
平行にされた後、第1の回折格子6に入射する。第2の
レンズ7は第1の回折格子6を射出した光束を集光する
役割をするもので、この結果光@3dからの光はシャッ
ターアレイ8及び開口マスク9の上にスポットとして結
像される。このとき本発明では第1の回折格子6の働き
により入射した光束が回折の次数に従って複数個に別れ
、シャッターアレイ8及び開口マスク9の位置で広がる
事が大きな特徴となっている。即ち0次の回折光12、
+1次、+2次、−1次の光束13.14.15はそれ
ぞれシャッターアレイ8及び開11マスク9上の炭なる
位置にスポットを結ふ。この1tは光源3dからの光束
か異なる4つの場所に分配されたことを意味している。
The emitted light beam 11 from the light source 3d is made parallel by the first lens 5, and then enters the first diffraction grating 6. The second lens 7 serves to condense the light beam emitted from the first diffraction grating 6, and as a result, the light from the light @3d is imaged as a spot on the shutter array 8 and the aperture mask 9. Ru. At this time, a major feature of the present invention is that the incident light beam is divided into a plurality of pieces according to the order of diffraction due to the action of the first diffraction grating 6, and is spread out at the positions of the shutter array 8 and the aperture mask 9. That is, the 0th order diffracted light 12,
The +1st-order, +2nd-order, and -1st-order light beams 13, 14, and 15 form spots on the shutter array 8 and the aperture mask 9, respectively. This 1t means that the light flux from the light source 3d is distributed to four different locations.

方、光源3dは光軸上にないため、−2次の回折光16
は系の外部に外れていく。光源の位置と回折次数によっ
てはシャッターアレイ8及び開[−1マスク9から外れ
た所にスポットを形成するような回折光も存在している
。このような光は信号の伝達に何等寄Ig−シないで光
1j1の損失となるため、なるへく減らす事が望ましい
。各回折次数の光の強さは第1の回折格子6の複素透過
率分布で定まる。従って分配したい数、イア7置及び所
望の回折効率さえ決まれば、その仕様に対して最適化し
た回折格子6の設計が可能である。
On the other hand, since the light source 3d is not on the optical axis, -2nd order diffracted light 16
goes outside the system. Depending on the position of the light source and the order of diffraction, there may also be diffracted light that forms a spot away from the shutter array 8 and the open [-1 mask 9. Since such light has no contribution to signal transmission and results in a loss of light 1j1, it is desirable to reduce it as much as possible. The intensity of light of each diffraction order is determined by the complex transmittance distribution of the first diffraction grating 6. Therefore, once the desired number of distributions, the location of the ears 7, and the desired diffraction efficiency are determined, it is possible to design the diffraction grating 6 optimized for the specifications.

今、ここで第1の回折格子6のピッチをp、第2のレン
ズ7の焦点距離なf、光束の波長をλとすると、シャッ
ターアレイ8及び開[1マスク9上に生じるスポットの
間隔dは近似的に次の式で表わされる。
Now, let us assume that the pitch of the first diffraction grating 6 is p, the focal length of the second lens 7 is f, and the wavelength of the light beam is λ. is approximately expressed by the following formula.

d=fλ/p シャッターアレイ8のサイズを1インチ角とし、信号を
分配する数を16とするとスポットの間隔dとしては1
.6mm程度の値が適当である。波長λを0.871m
、焦点比711fを10mmとすると、第1の回折格子
のピッチpは上式より5μmとなる。即ちImrn当り
200本の回折格子を用意すればこのような系を構成で
きることになる。
d=fλ/p If the size of the shutter array 8 is 1 inch square and the number of signals to be distributed is 16, the spot interval d is 1
.. A value of about 6 mm is appropriate. The wavelength λ is 0.871m
, when the focal ratio 711f is 10 mm, the pitch p of the first diffraction grating is 5 μm from the above equation. That is, such a system can be constructed by preparing 200 diffraction gratings per Imrn.

0次の回折光がスポットを作る位置は、第1の回折路f
″6がないとき第1のレンズ5と第2のレンズ7で光源
3dの像を作る位置である。他の回折光のスポットはこ
の0次光の位置を基準とし゛〔、先の式で与えられる間
隔dずつ離れて形成される。
The position where the 0th order diffracted light creates a spot is the first diffraction path f
This is the position where the image of the light source 3d is created by the first lens 5 and the second lens 7 when ``6'' is not present.The other diffracted light spots are based on the position of this 0th-order light. They are formed at intervals d apart from each other.

第1図に示したように光源1a〜4dは4個ずつ組にな
って斜めに配置されている。従ってシャッターアレイ8
及び開口マスク9上に生じる回折光のスポット群は、こ
の光源1a〜4dがその形を保ったまま回折が生じる方
向に繰り返されたものになる。
As shown in FIG. 1, the light sources 1a to 4d are arranged diagonally in groups of four. Therefore, shutter array 8
A group of spots of diffracted light generated on the aperture mask 9 are obtained by repeating the light sources 1a to 4d in the direction in which diffraction occurs while maintaining their shapes.

第4図はシャッターアレイ8及び開口マスク9十に生じ
た回折光スポットの分布を示す図である。21は回折光
スポット群を代表し、22a〜22dはそれらの回折光
スポットの中で光源3dによって作られたものを示して
いる。結像に伴う像の反転のためスポットの位置が光源
側と180°回転していることに注意が必要である。
FIG. 4 is a diagram showing the distribution of diffracted light spots generated on the shutter array 8 and the aperture mask 90. 21 represents a group of diffracted light spots, and 22a to 22d show those created by the light source 3d among these diffracted light spots. It should be noted that the spot position is rotated by 180 degrees from the light source side due to image inversion accompanying imaging.

第2図(B)と比較すれば分かるように、この回折光ス
ポットの分布は開口マスク9の開[71部のパターンと
同一であり、光の分配か効率良く行われているJTか分
かる。殊に従来例ではアナモルフィック光学系などで対
応しない所にまで一様に広げていた光を、開口部の所に
集中できたことで効率は飛躍的に向上している。
As can be seen from a comparison with FIG. 2(B), the distribution of this diffracted light spot is the same as the pattern of the opening 71 of the aperture mask 9, and it can be seen that this is due to light distribution or efficient JT. In particular, efficiency has been dramatically improved by being able to concentrate light at the aperture, which in the conventional example was uniformly spread out to areas not covered by anamorphic optical systems.

回折光スポット21で同一の光源によ)て生じたスポッ
ト群は、回折格子6の方向性に従い縦1列に並ぶ。光源
3dによって作られる回折光スポットはシャッタ−アレ
イ8Q〕2列目の左端の列に生じる。第3図との比較よ
り、光源3dによって角られる回折光スポット22a〜
22dはそれぞれ一1次、0次、+1次、+2次の回折
光15.12,13.14に対応している。開口マスク
9は回折光スポット21の分布が開口部のパターンと同
一のため必ずしも必要ないが、迷光などによって生じる
クロストークを低減させるため挿入しておくことが好ま
しい。
A group of spots generated by the same light source in the diffraction light spot 21 are arranged in a vertical line according to the directionality of the diffraction grating 6. The diffracted light spot created by the light source 3d occurs in the leftmost column of the second column of the shutter array 8Q. From a comparison with FIG. 3, the diffracted light spot 22a ~ angled by the light source 3d
22d correspond to the 11th-order, 0th-order, +1st-order, and +2nd-order diffracted lights 15.12 and 13.14, respectively. Although the aperture mask 9 is not necessarily necessary because the distribution of the diffracted light spots 21 is the same as the pattern of the apertures, it is preferable to insert it in order to reduce crosstalk caused by stray light and the like.

以上が入射光を分配する側の光学配置の概略である。従
来例で示した光スイッチアレイの面型光源による実施例
と同じ動作が、回折格子の利用で簡単に、しかも効率良
く達成されていることが分かる。
The above is an outline of the optical arrangement on the side that distributes incident light. It can be seen that the same operation as the conventional example using the planar light source of the optical switch array can be achieved easily and efficiently by using the diffraction grating.

第5図は本発明の第1実施例の光分配部に続く光合流部
を示す斜視図である。図中31は第3レンズ、32は第
2の回折格子を示す。第5図の32で用いられている回
折格子は第1の回折格子6と同一のものとしであるが、
ただ格子の方向は6と直交するように配置されている。
FIG. 5 is a perspective view showing a light combining section following the light distribution section in the first embodiment of the present invention. In the figure, numeral 31 indicates a third lens, and numeral 32 indicates a second diffraction grating. The diffraction grating used at 32 in FIG. 5 is the same as the first diffraction grating 6, but
However, the direction of the grid is arranged perpendicular to 6.

次いで33は第4レンズ、34a〜37dは光検出器で
ある。光検出器としてはビンフォトダイオード、アバラ
ンシェフォトダイオードなど′が用いられる。34a〜
37dは第5図に示しである様に斜めに並んだ4個が1
つの組となって縦方向に配置されている。34a〜34
d、35a〜35d、36a 〜36d、37a〜37
dは4個ずつそれぞれ受イに側の第1から第4のターミ
ナルに接続されており、その各々は対応する信号線に1
本ずつ受光仁−号を送るようになっている。
Next, 33 is a fourth lens, and 34a to 37d are photodetectors. As the photodetector, a bin photodiode, an avalanche photodiode, or the like is used. 34a~
37d has four pieces arranged diagonally as shown in Figure 5.
They are arranged vertically in groups of two. 34a-34
d, 35a-35d, 36a-36d, 37a-37
Four terminals d are connected to the first to fourth terminals on the receiving side, and each one is connected to the corresponding signal line.
The number of recipients is now sent one book at a time.

第5図に示す光合流部は第1図に示す光分配部と接続さ
れることにより、全体として光スイッチアレイを構成す
る。第5図に示した開「1マスクの番号か9となってい
るのは第1図との関係を明白に示すためのもので、両者
が同じものであることを意味している。
The light combining section shown in FIG. 5 is connected to the light distribution section shown in FIG. 1, thereby forming an optical switch array as a whole. The number 9 in the open mask shown in FIG. 5 is to clearly show the relationship with FIG. 1, and means that the two are the same.

次に第5図の系の作用について説明を行う。開1−1マ
スク9から射出する光束は第3レンズ31で平行にされ
た後、第2の回折格子32で第1の回折格子6の場合と
同しように回折格子固有の回折光に分解される。分解さ
れた光は第4レンズ33て集光される。第5図と第1図
の類似点、及び第3図より明らかな様に、第3のレンズ
31から第4のレンズ33に至る系は開口マスク9の1
つの開口部から射出してくる光束を光検出器34a〜3
7dの置かれている面で横力向1列の回折光のスポット
列に分配する。このスポット列のピッチは回折格子32
のピッチとレンズ系の焦点距離によって決定される。
Next, the operation of the system shown in FIG. 5 will be explained. The light beam emerging from the aperture 1-1 mask 9 is made parallel by the third lens 31, and then decomposed by the second diffraction grating 32 into diffracted light specific to the diffraction grating, in the same way as in the case of the first diffraction grating 6. Ru. The decomposed light is focused by the fourth lens 33. As is clear from the similarities between FIG. 5 and FIG. 1 and from FIG. 3, the system from the third lens 31 to the fourth lens 33
The light beams emerging from the two apertures are detected by the photodetectors 34a to 3.
7d, the diffracted light is distributed into one row of spots in the lateral force direction. The pitch of this spot row is the diffraction grating 32
is determined by the pitch of the lens and the focal length of the lens system.

第6図は受光部で回折光スポット列を検出する部分の拡
大図である。38a〜38cは開口マスク9−トの回折
光スポット22aによって作られる回折光スポット列で
ある。また39a〜39c。
FIG. 6 is an enlarged view of the portion where the diffracted light spot array is detected in the light receiving section. 38a to 38c are diffracted light spot rows created by the diffracted light spots 22a of the aperture mask 9-t. Also 39a-39c.

40a〜40eは開L1マスク9上の他の回折光スポッ
トによって作られる回折光スポット列である。38a〜
38cはそれぞれ第2の回折jPrf32により生じた
一2次、−1次、0次の回折によって作られる回折光ス
ポットで、そのなかで38bか光検出器37dで受光さ
れる。
40a to 40e are diffracted light spot rows created by other diffracted light spots on the open L1 mask 9. 38a~
Reference numerals 38c denote diffracted light spots created by the 12th-order, -1st-order, and 0th-order diffraction generated by the second diffraction jPrf32, among which 38b or photodetector 37d receives the light.

このほかに光検出337dで検出されるスポット光とし
ては第6図に示すように39b、40bなどがある。回
折格子32の方向性より回折光は横一線に広がる。従っ
て第4図に示される開ロマスクトでの回折光スポットの
分布で22aの右隣りにある回折光スポットが第6図上
ではスポット39a〜39cを形成し、22aの左隣り
にある回折光スポットが第6図でスポット40a〜40
cを形成する。回折の次数で言えばスポット39a〜3
9cは第2の回折格子による回折の一1次、0次、+1
次に対応し、又スポット40a〜40cは一3次、−2
次、−1次に対応している。
Other spot lights detected by the photodetector 337d include 39b and 40b as shown in FIG. Due to the directionality of the diffraction grating 32, the diffracted light spreads in a horizontal line. Therefore, in the distribution of diffracted light spots in the aperture mask shown in FIG. 4, the diffracted light spot to the right of 22a forms spots 39a to 39c in FIG. 6, and the diffracted light spot to the left of 22a forms spots 39a-39c. Spots 40a to 40 in Figure 6
form c. In terms of diffraction orders, spots 39a to 3
9c is the 1st order, 0th order, +1 diffraction by the second diffraction grating
The spots 40a to 40c correspond to
It corresponds to the next and -1st orders.

このように光検出器37dが38b、39b。In this way, the photodetectors 37d are 38b and 39b.

40bといった回折スポット光を受光することかできる
ということは、本実施例で構成された系に光合成作用が
あるということを意味している。光検出:≦37a〜3
7cについても同様のことか成つ−する。第1図に示し
た光分配部が人力信号の光を開「lマスク9上で縦方向
に広げたのに対して、第5図に示す光合流部では開口マ
スク9で選択された信号光が横方向に合流され、対応す
る光検出334 c〜37dに導かれる。この2次元的
な接続の選択を行っているのがシャッターアレイ8であ
る。
The ability to receive a diffraction spot light such as 40b means that the system configured in this example has a photosynthetic effect. Light detection: ≦37a~3
The same holds true for 7c. While the light distribution section shown in FIG. are laterally merged and guided to corresponding photodetectors 334c to 37d.The shutter array 8 selects this two-dimensional connection.

この例として再び第1図に戻り、光源3dからの光束が
どのようにして光検出器に導かれるかを考えてみる。3
dからの光束は回折格子6の作用でシャッターアレイ8
及び開口マスク9−トで複数のスポットとなるが、その
なかで斜線を引いた透過部に相当する22aというスポ
ットだけがシャッター及び開口マスク部を通過する。開
口マスクを通過して第5図に示される系に入った光は回
折格子32の作用で横方向に複数個のスポットを形成し
、第6図で示したように光検出器37dに導かれる。こ
れは送信側の第3ターミナルの第4信号線からの信号が
、受信側の第4ターミナルの第4信号線に送られたこと
を意味している。
As an example of this, let us return to FIG. 1 again and consider how the light beam from the light source 3d is guided to the photodetector. 3
The light beam from d is transmitted to the shutter array 8 by the action of the diffraction grating 6.
A plurality of spots are formed by the aperture mask 9 and the aperture mask 9, but among them, only the spot 22a corresponding to the hatched transparent portion passes through the shutter and the aperture mask portion. The light that passes through the aperture mask and enters the system shown in FIG. 5 forms a plurality of spots in the horizontal direction by the action of the diffraction grating 32, and is guided to the photodetector 37d as shown in FIG. . This means that the signal from the fourth signal line of the third terminal on the transmitting side is sent to the fourth signal line of the fourth terminal on the receiving side.

光源3dからの光を受信側の別のターミナルに伝達する
際には、シャッターアレイ8の2列Ltのシャッターの
透過部を変えてやれば良い。その場合は第4図の回折光
スポットの22bや22cあるいは22dがシャッター
8で選択されて開[1部9を透過し、対応する光検出器
36d、35d。
When transmitting the light from the light source 3d to another terminal on the receiving side, the transmitting portions of the shutters in the second row Lt of the shutter array 8 may be changed. In that case, the diffracted light spots 22b, 22c, or 22d in FIG. 4 are selected by the shutter 8 and transmitted through the first part 9 and the corresponding photodetectors 36d and 35d.

34dで出力が検出される。入力信号はこのようにシャ
ッター8の選択に応じて第3、第2及び第1のターミナ
ルへ送られる。他のターミナルや信号線同志の信−号伝
達についても同様であり、この系トータルとしてクロス
バ−スイッチが構成されていることが分かる。
The output is detected at 34d. The input signal is thus sent to the third, second and first terminals depending on the selection of the shutter 8. The same applies to signal transmission between other terminals and signal lines, and it can be seen that this system as a whole constitutes a crossbar switch.

又、第6図の検出面でのスポットの市なり具合より分か
るように、光源部及び検出部の個々のターミナル内での
斜め配置は接続される信号同志の対応に基ついて最適化
されている。一方、第6図に示す回折スポット光の集光
する位置は回折光の次数に応じて複数個ある。回折格子
はPめ使用する次数が分かっているので、どこでもほぼ
同等の受光イ1)号が得られる様に特性を定めることが
できる。
Furthermore, as can be seen from the alignment of the spots on the detection surface in Figure 6, the diagonal arrangement of the light source section and the detection section within each terminal is optimized based on the correspondence between the connected signals. . On the other hand, there are a plurality of positions where the diffracted spot light shown in FIG. 6 is focused, depending on the order of the diffracted light. Since the Pth order of the diffraction grating used is known, the characteristics can be determined so that almost the same light reception (1) can be obtained anywhere.

以上の説明においては光の分配部及び合流部の両方に回
折路fを利用した系を採用した。回折格子による効率の
向上は著しいので、系の一方、例えば光合流部を従来の
アナモルフィック系で代用することも勿論可能である。
In the above description, a system using a diffraction path f is employed in both the light distribution section and the light convergence section. Since the efficiency is significantly improved by the diffraction grating, it is of course possible to substitute one side of the system, for example, the light combining section, with a conventional anamorphic system.

又、光源や光検出器の位置に光ファイバーの列を置いて
系を構成することも可能である。この場合には光ファイ
バーの射出端及び入射端が光源18〜4d、光検出器3
4a〜37dの配置と同じように並べられる。
It is also possible to construct a system by placing an array of optical fibers at the positions of the light source and photodetector. In this case, the exit end and the entrance end of the optical fiber are the light sources 18 to 4d and the photodetector 3.
They are arranged in the same way as the arrangement of 4a to 37d.

(発明の効果) 以ト説明したように本発明においては回折格子を用いて
光の分配や合流を行うとともに、回折光スポットの特性
と人出力の信号の対応の特性に着目して光の入力部及び
検出部の配列を最適化し、簡単な構成で光スイッチアレ
イを実現することを可能とした。この系は本発明者の先
願にあるようなシャッターアレイの個数の低減という特
徴を維持するとともに、回折格子以外に特殊な素Y−を
使わずに系を構成したということで安価に系を実現でき
る。
(Effects of the Invention) As explained above, in the present invention, a diffraction grating is used to distribute and combine light, and light input is performed by focusing on the characteristics of the diffracted light spot and the characteristics of the correspondence between the human output signal. By optimizing the arrangement of the optical switch section and the detection section, we have made it possible to realize an optical switch array with a simple configuration. This system maintains the feature of reducing the number of shutter arrays as described in the inventor's previous application, and is also inexpensive because the system is constructed without using any special element Y- other than the diffraction grating. realizable.

また本発明では光学系の効率が向トしたことて光量ロス
が低減し、その結果S/N比の向−トが実現できる。そ
の結果として電気系が簡単となり、やはり安価に系を構
成できるというメリットも生じる。
Further, in the present invention, the efficiency of the optical system is improved, so that the loss of light amount is reduced, and as a result, an improved S/N ratio can be realized. As a result, the electrical system becomes simple, and there is also the advantage that the system can be constructed at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の第1実施例の光分配部を示す斜視図、
第2図(A)はシャッターアレイ8、第2図(B)は開
口マスク9と両者の相対関係を示す図、第3図は本発明
の第1実施例の光学系の作用を示す図、第4図はシャッ
ターアレイ8上の回折光スポットの分布を示す図、第5
図は本発明の第1実施例の光合流部を示す斜視図、第6
図は本発明の第1実施例の受光部の部分拡大図、第7図
は従来の光スイッチアレイを示す斜視図である。 図中、1a〜4d:光源、6:第1の回折路r−18:
シャッターアレイ、9:開口マスク、12:0次の回折
光、13:+1次の回折光、14:+2次の回折光、1
5ニ一1次の回折光、16 ニー2次の回折光、21:
回折光スポット、22a〜22d:光源3dによフてシ
ャッターアレイトに作られる回折光スポット、32:第
2の回折路f−534a 〜37d:光検出器、38a
〜38C:回折光スポット22aによって受光面に作ら
れるスポット、101a〜104d:面型光源、101
a〜104d:面型光検出器を示す。 第 1 図 第 図 第 図 第 図 (B) 第 図 逸 第 6 図 9d Uc1 9b Ub :5υC UC 第 図
FIG. 1 is a perspective view showing a light distribution section according to a first embodiment of the present invention;
FIG. 2(A) is a diagram showing the shutter array 8, FIG. 2(B) is a diagram showing the relative relationship between the two, and FIG. 3 is a diagram showing the operation of the optical system of the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing the distribution of diffracted light spots on the shutter array 8, and FIG.
The figure is a perspective view showing the light convergence section of the first embodiment of the present invention,
The figure is a partially enlarged view of the light receiving section of the first embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a perspective view showing a conventional optical switch array. In the figure, 1a to 4d: light source, 6: first diffraction path r-18:
Shutter array, 9: aperture mask, 12: 0th order diffracted light, 13: +1st order diffracted light, 14: +2nd order diffracted light, 1
5 Ni-first-order diffracted light, 16 Ni-second-order diffracted light, 21:
Diffraction light spots, 22a to 22d: Diffraction light spots created on the shutter array by light source 3d, 32: Second diffraction path f-534a to 37d: Photodetector, 38a
~38C: Spot created on the light receiving surface by the diffracted light spot 22a, 101a~104d: Surface light source, 101
a to 104d: Indicates a surface type photodetector. Figure 1 (B) Figure 6 Figure 9d Uc1 9b Ub :5υC UC Figure

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)所定の繰り返しパターンで配列された光束射出部
と、所定の繰り返しパターンで配列された光検出部と、
前記光束射出部と前記光検出部の間にスイッチ作用をも
つシャッターアレイを有する光スイッチアレイにおいて
、前記光束射出部と前記シャッターアレイとの間に回折
格子が配されており、該回折格子により前記光束射出部
から出た光が複数個に分割され、前記シャッターアレイ
に入射することを特徴とする光スイッチアレイ。
(1) A light beam emitting section arranged in a predetermined repeating pattern, a light detecting section arranged in a predetermined repeating pattern,
In the optical switch array having a shutter array having a switching function between the light beam emitting section and the photodetecting section, a diffraction grating is disposed between the light beam emitting section and the shutter array, and the diffraction grating allows the An optical switch array characterized in that light emitted from a light beam emitting part is divided into a plurality of parts and enters the shutter array.
(2)前記シャッターアレイと前記光検出部との間に第
2の回折格子が配されており、前記第2の回折格子によ
り前記シャッターアレイ部から出た光が複数個に分割さ
れ、前記光検出部で受光されることを特徴とする請求項
1記載の光スイッチアレイ。
(2) A second diffraction grating is disposed between the shutter array and the light detection section, and the second diffraction grating divides the light emitted from the shutter array section into a plurality of pieces, and the light The optical switch array according to claim 1, wherein the light is received by a detection section.
(3)前記第1の回折格子と、前記第2の回折格子の格
子の方向がほぼ直交することを特徴とする請求項2記載
の光スイッチアレイ。
(3) The optical switch array according to claim 2, wherein the grating directions of the first diffraction grating and the second diffraction grating are substantially perpendicular to each other.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009186761A (en) * 2008-02-06 2009-08-20 Olympus Corp Shutter device for camera

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