JP4064052B2 - ティルトミラーを用いた光スイッチ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信用の各種装置に適用される光スイッチに関し、特に、反射面の角度が制御可能な複数のティルトミラーを用いた空間光結合型の光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、光クロスコネクト装置などの各種光通信用装置に適用される従来の光スイッチとしては、光ファイバを機械的に切り換える構成や導波路デバイスを用いた構成などが一般に知られている。しかし、このような構成の従来の光スイッチは数十チャネル程度の規模が限界であり、近年求められているような数千チャネルにもおよぶ大規模な光スイッチの実現には、新規技術の導入が必要である。
【０００３】
光スイッチの大規模化を実現するための１つの技術として、例えば、マイクロマシン（ＭＥＭＳ：Micro Electric Mechanical system）技術を応用して作製したマイクロティルトミラーアレイを用いた空間光結合型の光スイッチの開発が進んでいる。具体的には、例えば、論文；D.T. Neilson et al., “Fully provisioned 112×112 micro-mechanical optical crossconnect with 35.8Tb/s demonstrated capacity, ” Optical Fiber Communications Conference (OFC 2000), Postdeadline paper PD-12, March 2000. や、国際公開公報WO 00/20899等で公知の光スイッチがある。また、ＭＥＭＳによるマイクロティルトミラーに関しては、例えば、U.S.Patent Number:6,044,705号明細書等に記載された技術が知られている。
【０００４】
このような従来のティルトミラーを用いた光スイッチの基本構成は、例えば図１３の斜視図および図１４の上面図に示すように、入力コリメータアレイ５１Ａ、出力コリメータアレイ５１Ｂおよび２枚のＭＥＭＳティルトミラーアレイ５２Ａ，５２Ｂからなり、１枚目のティルトミラーアレイ５２Ａにより入力コリメータアレイ５１Ａからの入力光の角度を変えることで光路が切り換えられ、２枚目のティルトミラーアレイ５２Ｂによりビームの角度が戻されることで、光路の切り換えられた光が出力コリメータアレイ５１Ｂに入射される。
【０００５】
ところで、上記のような従来のティルトミラーを用いた光スイッチについては、入出力コリメータ５１Ａ，５１Ｂやティルトミラーアレイ５２Ａ，５２Ｂの実装に高精度が要求されるという課題があった。このような課題に対処するための技術としては、例えば図１５の斜視図および図１６の上面図に示すように、入力光をミラー５３で折り返し、入力側と出力側とを一体化したコリメータアレイ５１およびティルトミラーアレイ５２を用いることで、部材および調整部分の削減を図った構成などが提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の図１５および図１６に示したような折り返しミラー５３を用いた構成の光スイッチは、ティルトミラーアレイ５２の入力部および出力部が同一平面上に配置されるため、前述の図１３および図１４に示したような構成の場合に比べて、例えば入力ティルトミラーの振角を同様に設定したとき、スイッチ内におけるビームの空間伝搬距離（光路長）が２倍程度に長くなってしまう。このため、光スイッチが大型化してしまうという欠点があった。光路長を短くするためには、例えば入力ティルトミラーの振角を大きくすればよいが、ティルトミラーの制御可能な振角の範囲には限界があり、また、振角の大きなティルトミラーは構造上サイズが大きくなってしまうため、光スイッチ全体の小型化を図ることは難しかった。
【０００７】
本発明は上記の点に着目してなされたもので、構成の簡略化により光学部品の容易な実装を可能にし、かつ、光ビームの短い空間伝搬距離を実現したティルトミラーを用いた光スイッチを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のティルトミラーを用いた光スイッチは、複数の入力コリメータを配列した入力部および複数の出力コリメータを配列した出力部が同一平面内に並べて形成されたコリメータアレイと、反射面の角度が制御可能な複数の入力ティルトミラーを配列した入力部および反射面の角度が制御可能な複数の出力ティルトミラーを配列した出力部が同一平面内に並べて形成されたティルトミラーアレイと、ティルトミラーアレイの入力部からの光を反射する固定の第１反射面、および、該第１反射面からの光を反射して前記ティルトミラーアレイの出力部に出射する固定の第２反射面を有し、第１反射面への入射光の光路を、ティルトミラーアレイの入力部および出力部が並ぶ方向にのみシフトし、かつ、折り返して出射するシフト型折り返しミラーと、を備え、コリメータアレイの各入力コリメータから出射された光が、ティルトミラーアレイの対応する入力ティルトミラーで反射され光路が切り換えられてシフト型折り返しミラーに送られ、該シフト型折り返しミラーでシフトされ折り返された光が、ティルトミラーアレイの対応する出力ティルトミラーで反射されて、コリメータアレイの各出力コリメータからそれぞれ出力される構成としたものである。
【０００９】
かかる構成では、ティルトミラーアレイの入力部で反射された光の伝搬方向を、シフト型折り返しミラーの固定の第１反射面および第２反射面によりティルトミラーアレイの入力部および出力部が並ぶ方向にのみシフトして折り返した後に、ティルトミラーアレイの出力部に送るようにしたことで、スイッチ内における光の空間伝搬距離を長くすることなく、コリメータアレイおよびティルトミラーアレイの入出力部を一体化した構成を実現できるようになる。これにより、光学部品の実装が容易で小型のティルトミラーを用いた光スイッチを提供することが可能になり、また、光学部品の数が削減されることで温度変動や振動等の外乱に対する安定性の向上を図ることもできるようになる。
【００１０】
また、上記ティルトミラーを用いた光スイッチの具体的な構成として、ティルトミラーアレイは、入力ティルトミラーおよび出力ティルトミラーの各反射面が配列される平面の法線方向と、コリメータアレイの入力部から出射される光の伝搬方向とが非平行となるように配置されるようにする。特に、法線方向とコリメータアレイからの光の伝搬方向とのなす角度が略４５°となるようにティルトミラーアレイを配置するのが好ましい。このように配置することで、各ティルトミラーの振角に対するティルトミラーアレイの入力部および出力部間の距離を最も短くすることが可能になる。
【００１１】
さらに、上記のティルトミラーを用いた光スイッチは、コリメータアレイの入力部および出力部が並ぶ方向、ティルトミラーアレイの入力部および出力部が並ぶ方向、並びに、シフト型折り返しミラーの光路のシフト方向が、それぞれ、ティルトミラーアレイについての法線方向とコリメータアレイの入力部から出射される光の伝搬方向とを含んだ基準平面に対して平行になるようにしてもよい。或いは、基準平面に対して各方向が垂直になるようにしてもよく、この場合には、スイッチ内における光の空間伝搬距離をより短くすることができるようになる。
【００１２】
加えて、前述した光スイッチについては、各入力ティルトミラーおよび各出力ティルトミラーが、マイクロマシン技術を応用して作製したマイクロティルトミラーであることが望ましい。このようなマイクロティルトミラーを用いることにより、光スイッチの更なる小型化および多チャンネル化を図ることが可能になる。
【００１３】
また、上述したティルトミラーを用いた光スイッチについて、シフト型折り返しミラーの具体的な構成として、第１反射面と第２反射面のなす角度は略９０°に設定するのが好ましい。このように設定することで、入射光の伝搬方向に平行な方向に光ビームが折り返されるようになるため、光学系の設計を容易に行うことが可能になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明のティルトミラーを用いた光スイッチの第１の基本構成を示す斜視図である。また、図２は、図１の光スイッチの上面図である。
図１および図２において、本光スイッチは、入力部１Ａおよび出力部１Ｂを同一平面上に並べて形成した入出力一体型のコリメータアレイ１と、入力部２Ａおよび出力部２Ｂを同一平面上に並べて形成した入出力一体型のティルトミラーアレイ２と、入射光の光路を所定の方向にシフトし、かつ、折り返して出射するシフト型折り返しミラー３と、からなる第１の基本構成を有する。
【００１５】
コリメータアレイ１の入力部１Ａは、複数の入力コリメータ（図１で白抜き丸印）が２次元に配列されている。また、コリメータアレイ１の出力部１Ｂにも、複数の出力コリメータ（図１で斜線付き丸印）が２次元に配列されている。このコリメータアレイ１の入力部１Ａには、図２に示すように、各入力コリメータに対応させて複数の光ファイバを２次元に配列した入力光ファイバアレイ１０Ａが接続され、各入力光ファイバから出射された光が各々のコリメータを通過して平行光となりティルトミラーアレイ２の入力部２Ａに向けて送られる。また、コリメータアレイ１の出力部１Ｂにも、各出力コリメータに対応させて複数の光ファイバを２次元に配列した出力光ファイバアレイ１０Ｂが接続され、ティルトミラーアレイ２の出力部２Ｂで反射された光が、各コリメータを通過して各々の出力光ファイバに結合される。なお、ここでは、入力コリメータおよび出力コリメータをそれぞれ横４×縦４に配列する一例を示したが、本発明における入出力コリメータの配列はこれに限定されるものではない。
【００１６】
ティルトミラーアレイ２の入力部２Ａは、コリメータアレイ１の各入力コリメータにそれぞれ対応した複数の入力ティルトミラー（図１で白抜き丸印）が２次元に配列されている。また、ティルトミラーアレイ２の出力部２Ｂにも、コリメータアレイ１の各出力コリメータにそれぞれ対応した複数の出力ティルトミラー（図１で斜線付き丸印）が２次元に配列されている。
【００１７】
このティルトミラーアレイ２は、各ティルトミラーの鏡面が配列された一方の平面の法線方向ｎと、コリメータアレイ１から送られてくる入力光の伝搬方向（光軸方向）ａとが非平行となるように配置される。具体的には、ティルトミラーアレイ２の法線方向ｎと入力光の伝搬方向ａとのなす角度θ（図２の右下を参照）が略４５°になるように設定するのが好ましい。角度θを略４５°に設定することで、各ティルトミラーの振角に対する入力部２Ａおよび出力部２Ｂ間の距離を最も短くすることが可能になる。
【００１８】
図１の構成例におけるティルトミラーアレイ２の配置は、入力部２Ａおよび出力部２Ｂの並ぶ方向ｂ２が、上記ティルトミラーアレイ２の法線方向ｎおよび入力光の伝搬方向ａを含む基準平面（以下、ｎ−ａ平面とする）に対して平行となるように設定されている。なお、コリメータアレイ１の配置についても、入力部１Ａおよび出力部１Ｂの並ぶ方向ｂ１がｎ−ａ平面に対して平行となるようにされる。
【００１９】
入力側および出力側の各ティルトミラーとしては、例えば、マイクロマシン（ＭＥＭＳ）技術を応用して作製した公知のマイクロティルトミラーを用いることが可能である。ＭＥＭＳによるマイクロティルトミラーは、トーションバーにより支持され上面にミラーが形成された可動板をシリコン基板に一体に設け、該可動板を電磁力によりトーションバーを軸にして回動させることでミラーの振角を可変制御するものである。具体的には、例えば、U.S.Patent Number:6,044,705号明細書に記載された技術などを利用することができる。
【００２０】
シフト型折り返しミラー３は、ティルトミラーアレイ２の入力部２Ａから送られる光を所要の方向にシフトさせながら折り返してティルトミラーアレイ２の出力部２Ｂに送るものである。このシフト型折り返しミラー３は、図１の構成例では、光ビームのシフト方向ｂ３がｎ−ａ平面に対して平行となるように配置される。シフト型折り返しミラー３の具体例としては、図３に示すように所要の２面に反射コーティングＲを施した三角プリズム３Ａや、図４に示すようにＶ字谷ミラー３Ｂなどを用いることが可能である。シフト型折り返しミラー３の２つの反射面のなす角度α（以下、頂角αとする）は、ティルトミラーアレイ２の構成および配置に応じて任意に設定することが可能である。図３（Ａ）および図４（Ａ）には、頂角αを鈍角に設定した場合の光路を示し、図３（Ｂ）および図４（Ｂ）には、頂角αを９０°に設定した場合の光路を示し、図３（Ｃ）および図４（Ｃ）には、頂角αを鋭角に設定した場合の光路を示しておく。
【００２１】
次に、上記のような第１の基本構成を備えた光スイッチの動作について説明する。
ここでは、例えば図１に示すように、コリメータアレイ１の入力部１Ａにおいて上から１段目および左から１列目に位置するコリメータに入力される光を、コリメータアレイ１の出力部１Ｂにおいて上から２段目および右から２列目に位置するコリメータを介して出力する場合を考える。なお、以下の説明では、コリメータアレイ１の入力部１Ａについて上からｉ段目および左からｊ列目に位置するコリメータを１ａi-jで表し、コリメータアレイ１の出力部１Ａについて上からｉ段目および右からｋ列目に位置するコリメータを１ｂi-kで表すことにする。また、ティルトミラーアレイ２の入力部２Ａおよび出力部２Ｂについても、コリメータアレイ１の場合と同様にして、入力ティルトミラーを２ａi-jで表し、出力ティルトミラーを２ｂi-kで表すことにする。
【００２２】
本光スイッチでは、入力光ファイバアレイ１０Ａから出射された光が、コリメータアレイ１の入力コリメータ１ａ1-1を通ってティルトミラーアレイ２の入力部２Ａに入射し、該入力部２Ａに配置された対応する入力ティルトミラー２ａ1-1で反射されることにより伝搬方向が切り換えられてシフト型折り返しミラー３に送られる。そして、シフト型折り返しミラー３に入射した光は、所要の頂角αをなす２つの反射面で反射されることにより伝搬方向がシフトされながら折り返されティルトミラーアレイ２の出力ティルトミラー２ｂ2-2に送られる。なお、ティルトミラー２ａ1-1，２ｂ2-2の各反射面の振角は、入力コリメータ１ａ1-1および出力コリメータ１ｂ2-2の各位置に応じた角度にそれぞれ制御されているものとする。
【００２３】
ここで、シフト型折り返しミラー３における光の折り返し動作について、前述の図３および図４を参照しながら具体的に説明しておく。
ティルトミラーアレイ２の入力部２Ａからの入射光は、反射コーティングＲが施された２つの面のうちの入力側反射面（各図において下方に位置する斜面）で反射され、シフト方向ｂ２に伝搬して出力側反射面（各図において上方に位置する斜面）に送られる。出力側反射面で反射された光は、シフト型折り返しミラー３に入射してきた位置とは異なる位置から出射され、ティルトミラーアレイ２の出力部２Ｂに向けて送られる。このようにシフト型折り返しミラー３を用いることで、入射光をシフトしながら折り返すことが可能になる。特に、図３（Ｂ）および図４（Ｂ）に示したように、入力側反射面および出力側反射面のなす角度αを略９０°に設定した場合には、入射光の伝搬方向に平行な方向に光ビームが折り返されるようになるため、光学系の設計を容易に行うことが可能になる。
【００２４】
シフト型折り返しミラー３からティルトミラーアレイ２に送られた光は、出力ティルトミラー２ａ2-2で反射されることにより光ビームの角度がコリメータアレイ１および出力光ファイバアレイ１０Ｂの光軸方向に調整され、出力コリメータ１ｂ2-2を介して出力光ファイバアレイ１０Ｂに入射される。
このように本光スイッチは、ティルトミラーアレイ２の入力部２Ａで反射された光の伝搬方向を、シフト型折り返しミラー３によりシフトして折り返した後に、ティルトミラーアレイ２の出力部２Ｂに送るようにしたことで、入出力一体型のコリメータアレイ１およびティルトミラーアレイ２を適用しても、前述の図１３および図１４に示した従来の入力部および出力部を個別に設けている場合と同等の幾何学的構造とすることが可能になる。
【００２５】
すなわち、図５の概念図に示すように、ティルトミラーアレイ２の入力部２Ａに対する出力部２Ｂの位置を考えると、前述の図１３および図１４に示した構成の場合には、出力部がＰ１の位置に配置されることになり、また、前述の図１５および図１６に示した折り返し構成の場合には、出力部がＰ２に相当する位置に配置されることになる。これに対して図１および図２に示した本発明にかかる構成の場合には、出力部がＰ１と同等のＰ３に相当する位置に配置されることになる。なお、折り返し構造における出力部２Ｂの位置Ｐ２，Ｐ３は、折り返し面に相当する位置を基準に実際の出力部を射影した位置を示している。このように、シフト型折り返しミラー３を用いたことで、光ビームの空間伝搬距離を長くすることなく、コリメータアレイおよびティルトミラーアレイの入出力部を一体化した構成を実現することができる。これにより、光学部品の実装が容易で小型の光スイッチを提供することが可能になる。もちろん、図１３および図１４に示した構成に比べて光学部品の数が削減されるため、温度変動や振動等の外乱に対する安定性の向上を図ることも可能である。
【００２６】
次に、本発明のティルトミラーを用いた光スイッチの第２の基本構成について説明する。
図６は、本発明による光スイッチの第２の基本構成を示す斜視図である。また、図７は、図６の光スイッチのティルトミラーアレイ２およびシフト型折り返しミラー３をＸ方向から見た平面図である。さらに、図８は、図６の光スイッチをＹ方向から見た平面図である。
【００２７】
図６〜図８において、本光スイッチの第２の基本構成が上述した第１の基本構成と異なる点は、コリメータアレイ１に対するティルトミラーアレイ２およびシフト型折り返しミラー３の配置を変更した点である。なお、コリメータアレイ１、ティルトミラーアレイ２およびシフト型折り返しミラー３の各構成は、第１の基本構成の場合と同様である。
【００２８】
具体的には、ティルトミラーアレイ２については、各ティルトミラーが配列された一方の平面の法線方向ｎが、コリメータアレイ１から送られてくる入力光の伝搬方向ａと非平行となるように配置されるとともに、入力部２Ａおよび出力部２Ｂの並ぶ方向ｂ２が、ｎ−ａ平面（上記の法線方向ｎおよび入力光の伝搬方向ａを含む平面）に対して垂直となるように配置される。なお、コリメータアレイ１の入力部２Ａおよび出力部２Ｂが並ぶ方向ｂ２も、ｎ−ａ平面に対して垂直となるように配置される。ここでも、ティルトミラーアレイ２の法線方向ｎと入力光の伝搬方向ａとのなす角度θ（図８の右下を参照）を略４５°に設定するのが好ましく、これにより各ティルトミラーの振角に対する入力部２Ａおよび出力部２Ｂ間の距離を最も短くすることが可能になる。また、シフト型折り返しミラー３については、光ビームのシフト方向ｂ３がｎ−ａ平面に対して垂直となるように配置される。
【００２９】
上記のような第２の基本構成を備えた光スイッチでは、光ビームの空間伝搬距離を第１の基本構成の場合に比べてさらに短くすることが可能になる。すなわち、第１の基本構成においては、コリメータアレイ１に対してティルトミラーアレイ２を傾ける方向とシフト型折り返しミラー３における光ビームのシフト方向とが同一の平面内にあるため（図２参照）、ティルトミラーアレイ２を入力部２Ａおよび出力部２Ｂが並ぶ方向ｂ２に傾ける必要がある。図１および図２の構成例では、コリメータアレイ１に対してティルトミラーアレイ２の出力部２Ｂが入力部２Ａよりも遠くに位置するように傾けている。このため、ティルトミラーアレイ２の傾きが大きくなるほど、ティルトミラーアレイ２の出力部２Ｂからコリメータアレイ１の出力部までの距離が長くなり、スイッチ内における光の空間伝搬距離も長くなってしまう。これに対して、第２の基本構成においては、コリメータアレイ１に対してティルトミラーアレイ２を傾ける方向とシフト型折り返しミラー３における光ビームのシフト方向ｂ３とが垂直になるため（図８参照）、ティルトミラーアレイ２を方向ｂ２とは垂直な方向に傾ければよい。したがって、ティルトミラーアレイ２の傾きが大きくなっても、コリメータアレイ１およびティルトミラーアレイ２間の距離は殆ど変化しないため、スイッチ内における光の空間伝搬距離を最も短くすることが可能である。
【００３０】
図９は、上記の内容を模式的に示したものであって、（Ａ）が第１の基本構成に対応し、（Ｂ）が第２の基本構成に対応する。図９に示すように、第２の基本構成では、第１の基本構成に比べて空間伝搬距離がΔ１＋Δ２だけ短くなることが分かる。
次に、上述した第１、２の基本構成を適用した光スイッチの具体的な実施形態について説明する。
【００３１】
図１０は、第１の基本構成を適用した光スイッチにかかる実施形態の構成例を示す斜視図である。
図１０の構成例では、入出力部を一体化したコリメータアレイ１およびティルトミラーアレイ２並びにシフト型折り返しミラー３がケース４の同一平面上に載置され、さらに、複数の入力光ファイバおよび出力光ファイバを一体にした光ファイバアレイ１０がコリメータアレイ１に取り付けられる。このような構成の光スイッチでは、１６チャネルの光クロスコネクトに対応可能である。
【００３２】
図１１は、第２の基本構成を適用した光スイッチにかかる実施形態の構成例を示す斜視図である。
図１１の構成例では、入出力部を一体化したコリメータアレイ１およびティルトミラーアレイ２がケース４の第１の平面４Ａ上に載置され、また、シフト型折り返しミラー３がケース４の第１の平面４Ａに垂直な第２の平面４Ｂ上に載置され、さらに、光ファイバアレイ１０がコリメータアレイ１に取り付けられる。
【００３３】
図１２は、前述の図１０に示した光スイッチの応用例を示す斜視図である。
図１２の応用例では、光ファイバアレイ１０に入出力される光を監視するモニタ系５が、コリメータアレイ１および光ファイバアレイ１０の間に設けられる。このモニタ系５は、例えば、コリメータアレイ１の出力部１Ｂから出力光ファイバに送られる光の一部を分岐し、該分岐光のパワー等を測定することで、本スイッチ内における光路の切り換えが正常に行われているか否かを監視または制御するためなどに使用される。なお、ここではコリメータアレイ１および光ファイバアレイ１０の間にモニタ系５を設けるようにしたが、モニタ系５の配置は上記に限定されるものではなく、コリメータアレイ１とティルトミラーアレイ２の間などに配置してもよい。
【００３４】
（付記１） 複数の入力コリメータを配列した入力部および複数の出力コリメータを配列した出力部が同一平面内に並べて形成されたコリメータアレイと、
反射面の角度が制御可能な複数の入力ティルトミラーを配列した入力部および反射面の角度が制御可能な複数の出力ティルトミラーを配列した出力部が同一平面内に並べて形成されたティルトミラーアレイと、
入射光の光路を所定の方向にシフトし、かつ、折り返して出射するシフト型折り返しミラーと、を備え、
前記コリメータアレイの各入力コリメータから出射された光が、前記ティルトミラーアレイの対応する入力ティルトミラーで反射され光路が切り換えられて前記シフト型折り返しミラーに送られ、該シフト型折り返しミラーでシフトされ折り返された光が、前記ティルトミラーアレイの対応する出力ティルトミラーで反射されて、前記コリメータアレイの各出力コリメータからそれぞれ出力される構成としたことを特徴とするティルトミラーを用いた光スイッチ。
【００３５】
（付記２） 付記１に記載のティルトミラーを用いた光スイッチであって、
前記ティルトミラーアレイは、前記入力ティルトミラーおよび前記出力ティルトミラーの各反射面が配列される平面の法線方向と、前記コリメータアレイの入力部から出射される光の伝搬方向とが非平行となるように配置されることを特徴とするティルトミラーを用いた光スイッチ。
【００３６】
（付記３） 付記２に記載のティルトミラーを用いた光スイッチであって、
前記ティルトミラーアレイは、前記法線方向と前記コリメータアレイからの光の伝搬方向とのなす角度が略４５°となるように配置されることを特徴とするティルトミラーを用いた光スイッチ。
【００３７】
（付記４） 付記２に記載のティルトミラーを用いた光スイッチであって、
前記コリメータアレイは、前記ティルトミラーアレイについての法線方向と前記コリメータアレイの入力部から出射される光の伝搬方向とを含んだ基準平面に対して、入力部および出力部が並ぶ方向が平行になるように配置され、
前記ティルトミラーアレイは、前記基準平面に対して、入力部および出力部が並ぶ方向が平行になるように配置され、
前記シフト型折り返しミラーは、前記基準平面に対して、光路のシフト方向が平行になるように配置されることを特徴とするティルトミラーを用いた光スイッチ。
【００３８】
（付記５） 付記２に記載のティルトミラーを用いた光スイッチであって、
前記コリメータアレイは、前記ティルトミラーアレイについての法線方向と前記コリメータアレイの入力部から出射される光の伝搬方向とを含んだ基準平面に対して、入力部および出力部が並ぶ方向が垂直になるように配置され、
前記ティルトミラーアレイは、前記基準平面に対して、入力部および出力部が並ぶ方向が垂直になるように配置され、
前記シフト型折り返しミラーは、前記基準平面に対して、光路のシフト方向が垂直になるように配置されることを特徴とするティルトミラーを用いた光スイッチ。
【００３９】
（付記６） 付記１に記載のティルトミラーを用いた光スイッチであって、
前記各入力ティルトミラーおよび前記各出力ティルトミラーが、マイクロマシン技術を応用して作製したマイクロティルトミラーであることを特徴とするティルトミラーを用いた光スイッチ。
【００４０】
（付記７） 付記１に記載のティルトミラーを用いた光スイッチであって、
前記シフト型折り返しミラーは、前記ティルトミラーアレイの入力部からの光を反射して光路をシフトさせる第１反射面と、該第１反射面からの光を反射して前記ティルトミラーアレイの出力部に折り返す第２反射面と、を有することを特徴とするティルトミラーを用いた光スイッチ。
【００４１】
（付記８） 付記７に記載のティルトミラーを用いた光スイッチであって、
前記シフト型折り返しミラーは、前記第１反射面と前記第２反射面のなす角度を略９０°に設定したことを特徴とするティルトミラーを用いた光スイッチ。
【００４２】
（付記９） 付記７に記載のティルトミラーを用いた光スイッチであって、
前記シフト型折り返しミラーは、光の入出射面を除く２つの面をミラーとした三角プリズムを用いたことを特徴とするティルトミラーを用いた光スイッチ。
【００４３】
（付記１０） 付記７に記載のティルトミラーを用いた光スイッチであって、前記シフト型折り返しミラーは、２つの斜面を反射面とするＶ字谷構造のミラーを用いたことを特徴とするティルトミラーを用いた光スイッチ。
【００４４】
（付記１１） 付記１に記載のティルトミラーを用いた光スイッチであって、
スイッチ内部における光の伝搬状態を監視するモニタ系を備えたことを特徴とするティルトミラーを用いた光スイッチ。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明にかかるティルトミラーを用いた光スイッチによれば、ティルトミラーアレイの入力部で反射された光を、シフト型折り返しミラーの固定の第１反射面および第２反射面を用いてティルトミラーアレイの入力部および出力部が並ぶ方向にのみシフトしながら折り返してティルトミラーアレイの出力部に送るようにしたことで、光の空間伝搬距離を長くすることなく、コリメータアレイおよびティルトミラーアレイの入出力部を一体化した構成を実現できるため、光学部品の実装が容易で小型の光スイッチを提供することが可能になり、また、温度変動や振動等の外乱に対する安定性の向上を図ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるティルトミラーを用いた光スイッチの第１の基本構成を示す斜視図である。
【図２】図１の光スイッチの上面図である。
【図３】本発明のティルトミラーを用いた光スイッチでシフト型折り返しミラーとして用いられる三角プリズムを示す図であって、（Ａ）は頂角α＞９０°の場合、（Ｂ）は頂角α＝９０°の場合、（Ｃ）は頂角α＜９０°の場合を表した図である。
【図４】本発明のティルトミラーを用いた光スイッチでシフト型折り返しミラーとして用いられるＶ字谷ミラーを示す図であって、（Ａ）は頂角α＞９０°の場合、（Ｂ）は頂角α＝９０°の場合、（Ｃ）は頂角α＜９０°の場合を表した図である。
【図５】本発明によるティルトミラーを用いた光スイッチの幾何学的構造を説明する概念図である。
【図６】本発明によるティルトミラーを用いた光スイッチの第２の基本構成を示す斜視図である。
【図７】図６の光スイッチのティルトミラーアレイおよびシフト型折り返しミラーをＸ方向から見た平面図である。
【図８】図６の光スイッチをＹ方向から見た平面図である。
【図９】本発明によるティルトミラーを用いた光スイッチの第１および第２の基本構成における空間伝搬距離を比較した模式図である。
【図１０】本発明の第１の基本構成を適用した光スイッチにかかる実施形態の構成例を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第２の基本構成を適用した光スイッチにかかる実施形態の構成例を示す斜視図である。
【図１２】図１０に示した光スイッチの応用例を示す斜視図である。
【図１３】従来のティルトミラーを用いた光スイッチの基本構成を示す斜視図である。
【図１４】図１３の従来の光スイッチの上面図である。
【図１５】従来の折り返し型光スイッチの基本構成を示す斜視図である。
【図１６】図１５の従来の折り返し型光スイッチの上面図である。
【符号の説明】
１ コリメータアレイ
２ ティルトミラーアレイ
１Ａ，２Ａ 入力部
１Ｂ，２Ｂ 出力部
３ シフト型折り返しミラー
３Ａ 三角プリズム
３Ｂ Ｖ字谷ミラー
４ ケース
５ モニタ系
１０ 光ファイバアレイ
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信用の各種装置に適用される光スイッチに関し、特に、反射面の角度が制御可能な複数のティルトミラーを用いた空間光結合型の光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、光クロスコネクト装置などの各種光通信用装置に適用される従来の光スイッチとしては、光ファイバを機械的に切り換える構成や導波路デバイスを用いた構成などが一般に知られている。しかし、このような構成の従来の光スイッチは数十チャネル程度の規模が限界であり、近年求められているような数千チャネルにもおよぶ大規模な光スイッチの実現には、新規技術の導入が必要である。
【０００３】
光スイッチの大規模化を実現するための１つの技術として、例えば、マイクロマシン（ＭＥＭＳ：Micro Electric Mechanical system）技術を応用して作製したマイクロティルトミラーアレイを用いた空間光結合型の光スイッチの開発が進んでいる。具体的には、例えば、論文；D.T. Neilson et al., “Fully provisioned 112×112 micro-mechanical optical crossconnect with 35.8Tb/s demonstrated capacity, ” Optical Fiber Communications Conference (OFC 2000), Postdeadline paper PD-12, March 2000. や、国際公開公報WO 00/20899等で公知の光スイッチがある。また、ＭＥＭＳによるマイクロティルトミラーに関しては、例えば、U.S.Patent Number:6,044,705号明細書等に記載された技術が知られている。
【０００４】
このような従来のティルトミラーを用いた光スイッチの基本構成は、例えば図１３の斜視図および図１４の上面図に示すように、入力コリメータアレイ５１Ａ、出力コリメータアレイ５１Ｂおよび２枚のＭＥＭＳティルトミラーアレイ５２Ａ，５２Ｂからなり、１枚目のティルトミラーアレイ５２Ａにより入力コリメータアレイ５１Ａからの入力光の角度を変えることで光路が切り換えられ、２枚目のティルトミラーアレイ５２Ｂによりビームの角度が戻されることで、光路の切り換えられた光が出力コリメータアレイ５１Ｂに入射される。
【０００５】
ところで、上記のような従来のティルトミラーを用いた光スイッチについては、入出力コリメータ５１Ａ，５１Ｂやティルトミラーアレイ５２Ａ，５２Ｂの実装に高精度が要求されるという課題があった。このような課題に対処するための技術としては、例えば図１５の斜視図および図１６の上面図に示すように、入力光をミラー５３で折り返し、入力側と出力側とを一体化したコリメータアレイ５１およびティルトミラーアレイ５２を用いることで、部材および調整部分の削減を図った構成などが提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の図１５および図１６に示したような折り返しミラー５３を用いた構成の光スイッチは、ティルトミラーアレイ５２の入力部および出力部が同一平面上に配置されるため、前述の図１３および図１４に示したような構成の場合に比べて、例えば入力ティルトミラーの振角を同様に設定したとき、スイッチ内におけるビームの空間伝搬距離（光路長）が２倍程度に長くなってしまう。このため、光スイッチが大型化してしまうという欠点があった。光路長を短くするためには、例えば入力ティルトミラーの振角を大きくすればよいが、ティルトミラーの制御可能な振角の範囲には限界があり、また、振角の大きなティルトミラーは構造上サイズが大きくなってしまうため、光スイッチ全体の小型化を図ることは難しかった。
【０００７】
本発明は上記の点に着目してなされたもので、構成の簡略化により光学部品の容易な実装を可能にし、かつ、光ビームの短い空間伝搬距離を実現したティルトミラーを用いた光スイッチを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のティルトミラーを用いた光スイッチは、複数の入力コリメータを配列した入力部および複数の出力コリメータを配列した出力部が同一平面内に並べて形成されたコリメータアレイと、反射面の角度が制御可能な複数の入力ティルトミラーを配列した入力部および反射面の角度が制御可能な複数の出力ティルトミラーを配列した出力部が同一平面内に並べて形成されたティルトミラーアレイと、ティルトミラーアレイの入力部からの光を反射する固定の第１反射面、および、該第１反射面からの光を反射して前記ティルトミラーアレイの出力部に出射する固定の第２反射面を有し、第１反射面への入射光の光路を、ティルトミラーアレイの入力部および出力部が並ぶ方向にのみシフトし、かつ、折り返して出射するシフト型折り返しミラーと、を備え、コリメータアレイの各入力コリメータから出射された光が、ティルトミラーアレイの対応する入力ティルトミラーで反射され光路が切り換えられてシフト型折り返しミラーに送られ、該シフト型折り返しミラーでシフトされ折り返された光が、ティルトミラーアレイの対応する出力ティルトミラーで反射されて、コリメータアレイの各出力コリメータからそれぞれ出力される構成としたものである。
【０００９】
かかる構成では、ティルトミラーアレイの入力部で反射された光の伝搬方向を、シフト型折り返しミラーの固定の第１反射面および第２反射面によりティルトミラーアレイの入力部および出力部が並ぶ方向にのみシフトして折り返した後に、ティルトミラーアレイの出力部に送るようにしたことで、スイッチ内における光の空間伝搬距離を長くすることなく、コリメータアレイおよびティルトミラーアレイの入出力部を一体化した構成を実現できるようになる。これにより、光学部品の実装が容易で小型のティルトミラーを用いた光スイッチを提供することが可能になり、また、光学部品の数が削減されることで温度変動や振動等の外乱に対する安定性の向上を図ることもできるようになる。
【００１０】
また、上記ティルトミラーを用いた光スイッチの具体的な構成として、ティルトミラーアレイは、入力ティルトミラーおよび出力ティルトミラーの各反射面が配列される平面の法線方向と、コリメータアレイの入力部から出射される光の伝搬方向とが非平行となるように配置されるようにする。特に、法線方向とコリメータアレイからの光の伝搬方向とのなす角度が略４５°となるようにティルトミラーアレイを配置するのが好ましい。このように配置することで、各ティルトミラーの振角に対するティルトミラーアレイの入力部および出力部間の距離を最も短くすることが可能になる。
【００１１】
さらに、上記のティルトミラーを用いた光スイッチは、コリメータアレイの入力部および出力部が並ぶ方向、ティルトミラーアレイの入力部および出力部が並ぶ方向、並びに、シフト型折り返しミラーの光路のシフト方向が、それぞれ、ティルトミラーアレイについての法線方向とコリメータアレイの入力部から出射される光の伝搬方向とを含んだ基準平面に対して平行になるようにしてもよい。或いは、基準平面に対して各方向が垂直になるようにしてもよく、この場合には、スイッチ内における光の空間伝搬距離をより短くすることができるようになる。
【００１２】
加えて、前述した光スイッチについては、各入力ティルトミラーおよび各出力ティルトミラーが、マイクロマシン技術を応用して作製したマイクロティルトミラーであることが望ましい。このようなマイクロティルトミラーを用いることにより、光スイッチの更なる小型化および多チャンネル化を図ることが可能になる。
【００１３】
また、上述したティルトミラーを用いた光スイッチについて、シフト型折り返しミラーの具体的な構成として、第１反射面と第２反射面のなす角度は略９０°に設定するのが好ましい。このように設定することで、入射光の伝搬方向に平行な方向に光ビームが折り返されるようになるため、光学系の設計を容易に行うことが可能になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明のティルトミラーを用いた光スイッチの第１の基本構成を示す斜視図である。また、図２は、図１の光スイッチの上面図である。
図１および図２において、本光スイッチは、入力部１Ａおよび出力部１Ｂを同一平面上に並べて形成した入出力一体型のコリメータアレイ１と、入力部２Ａおよび出力部２Ｂを同一平面上に並べて形成した入出力一体型のティルトミラーアレイ２と、入射光の光路を所定の方向にシフトし、かつ、折り返して出射するシフト型折り返しミラー３と、からなる第１の基本構成を有する。
【００１５】
コリメータアレイ１の入力部１Ａは、複数の入力コリメータ（図１で白抜き丸印）が２次元に配列されている。また、コリメータアレイ１の出力部１Ｂにも、複数の出力コリメータ（図１で斜線付き丸印）が２次元に配列されている。このコリメータアレイ１の入力部１Ａには、図２に示すように、各入力コリメータに対応させて複数の光ファイバを２次元に配列した入力光ファイバアレイ１０Ａが接続され、各入力光ファイバから出射された光が各々のコリメータを通過して平行光となりティルトミラーアレイ２の入力部２Ａに向けて送られる。また、コリメータアレイ１の出力部１Ｂにも、各出力コリメータに対応させて複数の光ファイバを２次元に配列した出力光ファイバアレイ１０Ｂが接続され、ティルトミラーアレイ２の出力部２Ｂで反射された光が、各コリメータを通過して各々の出力光ファイバに結合される。なお、ここでは、入力コリメータおよび出力コリメータをそれぞれ横４×縦４に配列する一例を示したが、本発明における入出力コリメータの配列はこれに限定されるものではない。
【００１６】
ティルトミラーアレイ２の入力部２Ａは、コリメータアレイ１の各入力コリメータにそれぞれ対応した複数の入力ティルトミラー（図１で白抜き丸印）が２次元に配列されている。また、ティルトミラーアレイ２の出力部２Ｂにも、コリメータアレイ１の各出力コリメータにそれぞれ対応した複数の出力ティルトミラー（図１で斜線付き丸印）が２次元に配列されている。
【００１７】
このティルトミラーアレイ２は、各ティルトミラーの鏡面が配列された一方の平面の法線方向ｎと、コリメータアレイ１から送られてくる入力光の伝搬方向（光軸方向）ａとが非平行となるように配置される。具体的には、ティルトミラーアレイ２の法線方向ｎと入力光の伝搬方向ａとのなす角度θ（図２の右下を参照）が略４５°になるように設定するのが好ましい。角度θを略４５°に設定することで、各ティルトミラーの振角に対する入力部２Ａおよび出力部２Ｂ間の距離を最も短くすることが可能になる。
【００１８】
図１の構成例におけるティルトミラーアレイ２の配置は、入力部２Ａおよび出力部２Ｂの並ぶ方向ｂ２が、上記ティルトミラーアレイ２の法線方向ｎおよび入力光の伝搬方向ａを含む基準平面（以下、ｎ−ａ平面とする）に対して平行となるように設定されている。なお、コリメータアレイ１の配置についても、入力部１Ａおよび出力部１Ｂの並ぶ方向ｂ１がｎ−ａ平面に対して平行となるようにされる。
【００１９】
入力側および出力側の各ティルトミラーとしては、例えば、マイクロマシン（ＭＥＭＳ）技術を応用して作製した公知のマイクロティルトミラーを用いることが可能である。ＭＥＭＳによるマイクロティルトミラーは、トーションバーにより支持され上面にミラーが形成された可動板をシリコン基板に一体に設け、該可動板を電磁力によりトーションバーを軸にして回動させることでミラーの振角を可変制御するものである。具体的には、例えば、U.S.Patent Number:6,044,705号明細書に記載された技術などを利用することができる。
【００２０】
シフト型折り返しミラー３は、ティルトミラーアレイ２の入力部２Ａから送られる光を所要の方向にシフトさせながら折り返してティルトミラーアレイ２の出力部２Ｂに送るものである。このシフト型折り返しミラー３は、図１の構成例では、光ビームのシフト方向ｂ３がｎ−ａ平面に対して平行となるように配置される。シフト型折り返しミラー３の具体例としては、図３に示すように所要の２面に反射コーティングＲを施した三角プリズム３Ａや、図４に示すようにＶ字谷ミラー３Ｂなどを用いることが可能である。シフト型折り返しミラー３の２つの反射面のなす角度α（以下、頂角αとする）は、ティルトミラーアレイ２の構成および配置に応じて任意に設定することが可能である。図３（Ａ）および図４（Ａ）には、頂角αを鈍角に設定した場合の光路を示し、図３（Ｂ）および図４（Ｂ）には、頂角αを９０°に設定した場合の光路を示し、図３（Ｃ）および図４（Ｃ）には、頂角αを鋭角に設定した場合の光路を示しておく。
【００２１】
次に、上記のような第１の基本構成を備えた光スイッチの動作について説明する。
ここでは、例えば図１に示すように、コリメータアレイ１の入力部１Ａにおいて上から１段目および左から１列目に位置するコリメータに入力される光を、コリメータアレイ１の出力部１Ｂにおいて上から２段目および右から２列目に位置するコリメータを介して出力する場合を考える。なお、以下の説明では、コリメータアレイ１の入力部１Ａについて上からｉ段目および左からｊ列目に位置するコリメータを１ａi-jで表し、コリメータアレイ１の出力部１Ａについて上からｉ段目および右からｋ列目に位置するコリメータを１ｂi-kで表すことにする。また、ティルトミラーアレイ２の入力部２Ａおよび出力部２Ｂについても、コリメータアレイ１の場合と同様にして、入力ティルトミラーを２ａi-jで表し、出力ティルトミラーを２ｂi-kで表すことにする。
【００２２】
本光スイッチでは、入力光ファイバアレイ１０Ａから出射された光が、コリメータアレイ１の入力コリメータ１ａ1-1を通ってティルトミラーアレイ２の入力部２Ａに入射し、該入力部２Ａに配置された対応する入力ティルトミラー２ａ1-1で反射されることにより伝搬方向が切り換えられてシフト型折り返しミラー３に送られる。そして、シフト型折り返しミラー３に入射した光は、所要の頂角αをなす２つの反射面で反射されることにより伝搬方向がシフトされながら折り返されティルトミラーアレイ２の出力ティルトミラー２ｂ2-2に送られる。なお、ティルトミラー２ａ1-1，２ｂ2-2の各反射面の振角は、入力コリメータ１ａ1-1および出力コリメータ１ｂ2-2の各位置に応じた角度にそれぞれ制御されているものとする。
【００２３】
ここで、シフト型折り返しミラー３における光の折り返し動作について、前述の図３および図４を参照しながら具体的に説明しておく。
ティルトミラーアレイ２の入力部２Ａからの入射光は、反射コーティングＲが施された２つの面のうちの入力側反射面（各図において下方に位置する斜面）で反射され、シフト方向ｂ２に伝搬して出力側反射面（各図において上方に位置する斜面）に送られる。出力側反射面で反射された光は、シフト型折り返しミラー３に入射してきた位置とは異なる位置から出射され、ティルトミラーアレイ２の出力部２Ｂに向けて送られる。このようにシフト型折り返しミラー３を用いることで、入射光をシフトしながら折り返すことが可能になる。特に、図３（Ｂ）および図４（Ｂ）に示したように、入力側反射面および出力側反射面のなす角度αを略９０°に設定した場合には、入射光の伝搬方向に平行な方向に光ビームが折り返されるようになるため、光学系の設計を容易に行うことが可能になる。
【００２４】
シフト型折り返しミラー３からティルトミラーアレイ２に送られた光は、出力ティルトミラー２ａ2-2で反射されることにより光ビームの角度がコリメータアレイ１および出力光ファイバアレイ１０Ｂの光軸方向に調整され、出力コリメータ１ｂ2-2を介して出力光ファイバアレイ１０Ｂに入射される。
このように本光スイッチは、ティルトミラーアレイ２の入力部２Ａで反射された光の伝搬方向を、シフト型折り返しミラー３によりシフトして折り返した後に、ティルトミラーアレイ２の出力部２Ｂに送るようにしたことで、入出力一体型のコリメータアレイ１およびティルトミラーアレイ２を適用しても、前述の図１３および図１４に示した従来の入力部および出力部を個別に設けている場合と同等の幾何学的構造とすることが可能になる。
【００２５】
すなわち、図５の概念図に示すように、ティルトミラーアレイ２の入力部２Ａに対する出力部２Ｂの位置を考えると、前述の図１３および図１４に示した構成の場合には、出力部がＰ１の位置に配置されることになり、また、前述の図１５および図１６に示した折り返し構成の場合には、出力部がＰ２に相当する位置に配置されることになる。これに対して図１および図２に示した本発明にかかる構成の場合には、出力部がＰ１と同等のＰ３に相当する位置に配置されることになる。なお、折り返し構造における出力部２Ｂの位置Ｐ２，Ｐ３は、折り返し面に相当する位置を基準に実際の出力部を射影した位置を示している。このように、シフト型折り返しミラー３を用いたことで、光ビームの空間伝搬距離を長くすることなく、コリメータアレイおよびティルトミラーアレイの入出力部を一体化した構成を実現することができる。これにより、光学部品の実装が容易で小型の光スイッチを提供することが可能になる。もちろん、図１３および図１４に示した構成に比べて光学部品の数が削減されるため、温度変動や振動等の外乱に対する安定性の向上を図ることも可能である。
【００２６】
次に、本発明のティルトミラーを用いた光スイッチの第２の基本構成について説明する。
図６は、本発明による光スイッチの第２の基本構成を示す斜視図である。また、図７は、図６の光スイッチのティルトミラーアレイ２およびシフト型折り返しミラー３をＸ方向から見た平面図である。さらに、図８は、図６の光スイッチをＹ方向から見た平面図である。
【００２７】
図６〜図８において、本光スイッチの第２の基本構成が上述した第１の基本構成と異なる点は、コリメータアレイ１に対するティルトミラーアレイ２およびシフト型折り返しミラー３の配置を変更した点である。なお、コリメータアレイ１、ティルトミラーアレイ２およびシフト型折り返しミラー３の各構成は、第１の基本構成の場合と同様である。
【００２８】
具体的には、ティルトミラーアレイ２については、各ティルトミラーが配列された一方の平面の法線方向ｎが、コリメータアレイ１から送られてくる入力光の伝搬方向ａと非平行となるように配置されるとともに、入力部２Ａおよび出力部２Ｂの並ぶ方向ｂ２が、ｎ−ａ平面（上記の法線方向ｎおよび入力光の伝搬方向ａを含む平面）に対して垂直となるように配置される。なお、コリメータアレイ１の入力部２Ａおよび出力部２Ｂが並ぶ方向ｂ２も、ｎ−ａ平面に対して垂直となるように配置される。ここでも、ティルトミラーアレイ２の法線方向ｎと入力光の伝搬方向ａとのなす角度θ（図８の右下を参照）を略４５°に設定するのが好ましく、これにより各ティルトミラーの振角に対する入力部２Ａおよび出力部２Ｂ間の距離を最も短くすることが可能になる。また、シフト型折り返しミラー３については、光ビームのシフト方向ｂ３がｎ−ａ平面に対して垂直となるように配置される。
【００２９】
上記のような第２の基本構成を備えた光スイッチでは、光ビームの空間伝搬距離を第１の基本構成の場合に比べてさらに短くすることが可能になる。すなわち、第１の基本構成においては、コリメータアレイ１に対してティルトミラーアレイ２を傾ける方向とシフト型折り返しミラー３における光ビームのシフト方向とが同一の平面内にあるため（図２参照）、ティルトミラーアレイ２を入力部２Ａおよび出力部２Ｂが並ぶ方向ｂ２に傾ける必要がある。図１および図２の構成例では、コリメータアレイ１に対してティルトミラーアレイ２の出力部２Ｂが入力部２Ａよりも遠くに位置するように傾けている。このため、ティルトミラーアレイ２の傾きが大きくなるほど、ティルトミラーアレイ２の出力部２Ｂからコリメータアレイ１の出力部までの距離が長くなり、スイッチ内における光の空間伝搬距離も長くなってしまう。これに対して、第２の基本構成においては、コリメータアレイ１に対してティルトミラーアレイ２を傾ける方向とシフト型折り返しミラー３における光ビームのシフト方向ｂ３とが垂直になるため（図８参照）、ティルトミラーアレイ２を方向ｂ２とは垂直な方向に傾ければよい。したがって、ティルトミラーアレイ２の傾きが大きくなっても、コリメータアレイ１およびティルトミラーアレイ２間の距離は殆ど変化しないため、スイッチ内における光の空間伝搬距離を最も短くすることが可能である。
【００３０】
図９は、上記の内容を模式的に示したものであって、（Ａ）が第１の基本構成に対応し、（Ｂ）が第２の基本構成に対応する。図９に示すように、第２の基本構成では、第１の基本構成に比べて空間伝搬距離がΔ１＋Δ２だけ短くなることが分かる。
次に、上述した第１、２の基本構成を適用した光スイッチの具体的な実施形態について説明する。
【００３１】
図１０は、第１の基本構成を適用した光スイッチにかかる実施形態の構成例を示す斜視図である。
図１０の構成例では、入出力部を一体化したコリメータアレイ１およびティルトミラーアレイ２並びにシフト型折り返しミラー３がケース４の同一平面上に載置され、さらに、複数の入力光ファイバおよび出力光ファイバを一体にした光ファイバアレイ１０がコリメータアレイ１に取り付けられる。このような構成の光スイッチでは、１６チャネルの光クロスコネクトに対応可能である。
【００３２】
図１１は、第２の基本構成を適用した光スイッチにかかる実施形態の構成例を示す斜視図である。
図１１の構成例では、入出力部を一体化したコリメータアレイ１およびティルトミラーアレイ２がケース４の第１の平面４Ａ上に載置され、また、シフト型折り返しミラー３がケース４の第１の平面４Ａに垂直な第２の平面４Ｂ上に載置され、さらに、光ファイバアレイ１０がコリメータアレイ１に取り付けられる。
【００３３】
図１２は、前述の図１０に示した光スイッチの応用例を示す斜視図である。
図１２の応用例では、光ファイバアレイ１０に入出力される光を監視するモニタ系５が、コリメータアレイ１および光ファイバアレイ１０の間に設けられる。このモニタ系５は、例えば、コリメータアレイ１の出力部１Ｂから出力光ファイバに送られる光の一部を分岐し、該分岐光のパワー等を測定することで、本スイッチ内における光路の切り換えが正常に行われているか否かを監視または制御するためなどに使用される。なお、ここではコリメータアレイ１および光ファイバアレイ１０の間にモニタ系５を設けるようにしたが、モニタ系５の配置は上記に限定されるものではなく、コリメータアレイ１とティルトミラーアレイ２の間などに配置してもよい。
【００３４】
（付記１） 複数の入力コリメータを配列した入力部および複数の出力コリメータを配列した出力部が同一平面内に並べて形成されたコリメータアレイと、
反射面の角度が制御可能な複数の入力ティルトミラーを配列した入力部および反射面の角度が制御可能な複数の出力ティルトミラーを配列した出力部が同一平面内に並べて形成されたティルトミラーアレイと、
入射光の光路を所定の方向にシフトし、かつ、折り返して出射するシフト型折り返しミラーと、を備え、
前記コリメータアレイの各入力コリメータから出射された光が、前記ティルトミラーアレイの対応する入力ティルトミラーで反射され光路が切り換えられて前記シフト型折り返しミラーに送られ、該シフト型折り返しミラーでシフトされ折り返された光が、前記ティルトミラーアレイの対応する出力ティルトミラーで反射されて、前記コリメータアレイの各出力コリメータからそれぞれ出力される構成としたことを特徴とするティルトミラーを用いた光スイッチ。
【００３５】
（付記２） 付記１に記載のティルトミラーを用いた光スイッチであって、
前記ティルトミラーアレイは、前記入力ティルトミラーおよび前記出力ティルトミラーの各反射面が配列される平面の法線方向と、前記コリメータアレイの入力部から出射される光の伝搬方向とが非平行となるように配置されることを特徴とするティルトミラーを用いた光スイッチ。
【００３６】
（付記３） 付記２に記載のティルトミラーを用いた光スイッチであって、
前記ティルトミラーアレイは、前記法線方向と前記コリメータアレイからの光の伝搬方向とのなす角度が略４５°となるように配置されることを特徴とするティルトミラーを用いた光スイッチ。
【００３７】
（付記４） 付記２に記載のティルトミラーを用いた光スイッチであって、
前記コリメータアレイは、前記ティルトミラーアレイについての法線方向と前記コリメータアレイの入力部から出射される光の伝搬方向とを含んだ基準平面に対して、入力部および出力部が並ぶ方向が平行になるように配置され、
前記ティルトミラーアレイは、前記基準平面に対して、入力部および出力部が並ぶ方向が平行になるように配置され、
前記シフト型折り返しミラーは、前記基準平面に対して、光路のシフト方向が平行になるように配置されることを特徴とするティルトミラーを用いた光スイッチ。
【００３８】
（付記５） 付記２に記載のティルトミラーを用いた光スイッチであって、
前記コリメータアレイは、前記ティルトミラーアレイについての法線方向と前記コリメータアレイの入力部から出射される光の伝搬方向とを含んだ基準平面に対して、入力部および出力部が並ぶ方向が垂直になるように配置され、
前記ティルトミラーアレイは、前記基準平面に対して、入力部および出力部が並ぶ方向が垂直になるように配置され、
前記シフト型折り返しミラーは、前記基準平面に対して、光路のシフト方向が垂直になるように配置されることを特徴とするティルトミラーを用いた光スイッチ。
【００３９】
（付記６） 付記１に記載のティルトミラーを用いた光スイッチであって、
前記各入力ティルトミラーおよび前記各出力ティルトミラーが、マイクロマシン技術を応用して作製したマイクロティルトミラーであることを特徴とするティルトミラーを用いた光スイッチ。
【００４０】
（付記７） 付記１に記載のティルトミラーを用いた光スイッチであって、
前記シフト型折り返しミラーは、前記ティルトミラーアレイの入力部からの光を反射して光路をシフトさせる第１反射面と、該第１反射面からの光を反射して前記ティルトミラーアレイの出力部に折り返す第２反射面と、を有することを特徴とするティルトミラーを用いた光スイッチ。
【００４１】
（付記８） 付記７に記載のティルトミラーを用いた光スイッチであって、
前記シフト型折り返しミラーは、前記第１反射面と前記第２反射面のなす角度を略９０°に設定したことを特徴とするティルトミラーを用いた光スイッチ。
【００４２】
（付記９） 付記７に記載のティルトミラーを用いた光スイッチであって、
前記シフト型折り返しミラーは、光の入出射面を除く２つの面をミラーとした三角プリズムを用いたことを特徴とするティルトミラーを用いた光スイッチ。
【００４３】
（付記１０） 付記７に記載のティルトミラーを用いた光スイッチであって、前記シフト型折り返しミラーは、２つの斜面を反射面とするＶ字谷構造のミラーを用いたことを特徴とするティルトミラーを用いた光スイッチ。
【００４４】
（付記１１） 付記１に記載のティルトミラーを用いた光スイッチであって、
スイッチ内部における光の伝搬状態を監視するモニタ系を備えたことを特徴とするティルトミラーを用いた光スイッチ。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明にかかるティルトミラーを用いた光スイッチによれば、ティルトミラーアレイの入力部で反射された光を、シフト型折り返しミラーの固定の第１反射面および第２反射面を用いてティルトミラーアレイの入力部および出力部が並ぶ方向にのみシフトしながら折り返してティルトミラーアレイの出力部に送るようにしたことで、光の空間伝搬距離を長くすることなく、コリメータアレイおよびティルトミラーアレイの入出力部を一体化した構成を実現できるため、光学部品の実装が容易で小型の光スイッチを提供することが可能になり、また、温度変動や振動等の外乱に対する安定性の向上を図ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるティルトミラーを用いた光スイッチの第１の基本構成を示す斜視図である。
【図２】図１の光スイッチの上面図である。
【図３】本発明のティルトミラーを用いた光スイッチでシフト型折り返しミラーとして用いられる三角プリズムを示す図であって、（Ａ）は頂角α＞９０°の場合、（Ｂ）は頂角α＝９０°の場合、（Ｃ）は頂角α＜９０°の場合を表した図である。
【図４】本発明のティルトミラーを用いた光スイッチでシフト型折り返しミラーとして用いられるＶ字谷ミラーを示す図であって、（Ａ）は頂角α＞９０°の場合、（Ｂ）は頂角α＝９０°の場合、（Ｃ）は頂角α＜９０°の場合を表した図である。
【図５】本発明によるティルトミラーを用いた光スイッチの幾何学的構造を説明する概念図である。
【図６】本発明によるティルトミラーを用いた光スイッチの第２の基本構成を示す斜視図である。
【図７】図６の光スイッチのティルトミラーアレイおよびシフト型折り返しミラーをＸ方向から見た平面図である。
【図８】図６の光スイッチをＹ方向から見た平面図である。
【図９】本発明によるティルトミラーを用いた光スイッチの第１および第２の基本構成における空間伝搬距離を比較した模式図である。
【図１０】本発明の第１の基本構成を適用した光スイッチにかかる実施形態の構成例を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第２の基本構成を適用した光スイッチにかかる実施形態の構成例を示す斜視図である。
【図１２】図１０に示した光スイッチの応用例を示す斜視図である。
【図１３】従来のティルトミラーを用いた光スイッチの基本構成を示す斜視図である。
【図１４】図１３の従来の光スイッチの上面図である。
【図１５】従来の折り返し型光スイッチの基本構成を示す斜視図である。
【図１６】図１５の従来の折り返し型光スイッチの上面図である。
【符号の説明】
１ コリメータアレイ
２ ティルトミラーアレイ
１Ａ，２Ａ 入力部
１Ｂ，２Ｂ 出力部
３ シフト型折り返しミラー
３Ａ 三角プリズム
３Ｂ Ｖ字谷ミラー
４ ケース
５ モニタ系
１０ 光ファイバアレイ
Claims (4)
- 複数の入力コリメータを配列した入力部および複数の出力コリメータを配列した出力部が同一平面内に並べて形成されたコリメータアレイと、
反射面の角度が制御可能な複数の入力ティルトミラーを配列した入力部および反射面の角度が制御可能な複数の出力ティルトミラーを配列した出力部が同一平面内に並べて形成されたティルトミラーアレイと、
前記ティルトミラーアレイの入力部からの光を反射する固定の第１反射面、および、該第１反射面からの光を反射して前記ティルトミラーアレイの出力部に出射する固定の第２反射面を有し、前記第１反射面への入射光の光路を、前記ティルトミラーアレイの入力部および出力部が並ぶ方向にのみシフトし、かつ、折り返して出射するシフト型折り返しミラーと、を備え、
前記コリメータアレイの各入力コリメータから出射された光が、前記ティルトミラーアレイの対応する入力ティルトミラーで反射され光路が切り換えられて前記シフト型折り返しミラーに送られ、該シフト型折り返しミラーでシフトされ折り返された光が、前記ティルトミラーアレイの対応する出力ティルトミラーで反射されて、前記コリメータアレイの各出力コリメータからそれぞれ出力される構成としたことを特徴とするティルトミラーを用いた光スイッチ。 - 請求項１に記載のティルトミラーを用いた光スイッチであって、
前記ティルトミラーアレイは、前記入力ティルトミラーおよび前記出力ティルトミラーの各反射面が配列される平面の法線方向と、前記コリメータアレイの入力部から出射される光の伝搬方向とが非平行となるように配置されることを特徴とするティルトミラーを用いた光スイッチ。 - 請求項２に記載のティルトミラーを用いた光スイッチであって、
前記コリメータアレイは、前記ティルトミラーアレイについての法線方向と前記コリメータアレイの入力部から出射される光の伝搬方向とを含んだ基準平面に対して、入力部および出力部が並ぶ方向が平行になるように配置され、
前記ティルトミラーアレイは、前記基準平面に対して、入力部および出力部が並ぶ方向が平行になるように配置され、
前記シフト型折り返しミラーは、前記基準平面に対して、光路のシフト方向が平行になるように配置されることを特徴とするティルトミラーを用いた光スイッチ。 - 請求項２に記載のティルトミラーを用いた光スイッチであって、
前記コリメータアレイは、前記ティルトミラーアレイについての法線方向と前記コリメータアレイの入力部から出射される光の伝搬方向とを含んだ基準平面に対して、入力部および出力部が並ぶ方向が垂直になるように配置され、
前記ティルトミラーアレイは、前記基準平面に対して、入力部および出力部が並ぶ方向が垂直になるように配置され、
前記シフト型折り返しミラーは、前記基準平面に対して、光路のシフト方向が垂直になるように配置されることを特徴とするティルトミラーを用いた光スイッチ。
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