(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を光スイッチ内部に入力する複数の光入力ポートを有する光入力部と、
前記光信号を出力する複数の光出力ポートを有する光出力部とを有し、
前記光入力ポートから入力された光信号を偏向させ、選択された光出力ポートに出力する光スイッチにおいて、
前記光入力ポートおよび光出力ポートは、それぞれ複数の支持部材に二次元的に配列されて支持されており、
前記光入力部および光出力部は、それぞれ前記複数の支持部材の集合体によって形成され、
前記光入力部の前記集合体を構成する支持部材と、前記光出力部の前記集合体を構成する支持部材とは、複数の支持部材を結合させて集合させるフレームに段部を形成することにより、光入力ポートと光出力ポートとの間の光路長の差が減少する位置に配置されていることを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
請求項１記載の光スイッチにおいて、
前記光入力ポートおよび光出力ポートは、光ファイバまたはファイバコリメータであることを特徴とする光スイッチ。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の光スイッチにおいて、
前記光入力部と前記光出力部との間には、傾動可能な複数のマイクロミラーを用いて前記光入力部からの光信号を偏向させて前記光出力部に伝達するマイクロ可動ミラーアレイが設けられていることを特徴とする光スイッチ。
【請求項４】
請求項３記載の光スイッチにおいて、
前記マイクロ可動ミラーアレイは、前記光入力部からの光信号を偏向する入力側マイクロ可動ミラーアレイと、この入力側マイクロ可動ミラーアレイによって偏向された光信号を前記光出力部に向けて偏向する出力側マイクロ可動ミラーアレイとによって構成され、
これらの入力側マイクロ可動ミラーアレイと出力側マイクロ可動ミラーアレイとの間には、前記入力側マイクロ可動ミラーアレイにより偏向された信号光の出射角度を前記出力側マイクロ可動ミラーアレイ上の到達位置に１対１で対応させるフーリエ変換光学素子が設けられていることを特徴とする光スイッチ。
【請求項５】
請求項４記載の光スイッチにおいて、
前記フーリエ変換光学素子は凹面ミラーであることを特徴とする光スイッチ。
【請求項６】
光信号を光スイッチ内部に入力する複数の光入力ポートを有する光入力部と、
前記光信号を出力する複数の光出力ポートを有する光出力部とを有し、
前記光入力ポートから入力された光信号を偏向させ、選択された光出力ポートに出力する光スイッチにおいて、
前記光入力ポートおよび光出力ポートは、それぞれ複数の支持部材に二次元的に配列されて支持されており、
前記光入力部および光出力部は、それぞれ前記複数の支持部材の集合体によって形成され、
前記光入力部と前記光出力部との間には、傾動可能な複数のマイクロミラーを用いて前記光入力部からの光信号を偏向させて前記光出力部に伝達するマイクロ可動ミラーアレイが設けられ、
前記マイクロ可動ミラーアレイは、前記光入力部からの光信号を偏向する入力側マイクロ可動ミラーアレイと、この入力側マイクロ可動ミラーアレイによって偏向された光信号を前記光出力部に向けて偏向する出力側マイクロ可動ミラーアレイとによって構成され、
これらの入力側マイクロ可動ミラーアレイと出力側マイクロ可動ミラーアレイとの間には、前記入力側マイクロ可動ミラーアレイにより偏向された信号光の出射角度を前記出力側マイクロ可動ミラーアレイ上の到達位置に１対１で対応させるフーリエ変換光学素子が設けられ、
前記フーリエ変換光学素子は凹面ミラーであり、
前記凹面ミラーの反射面はトロイダル面であることを特徴とする光スイッチ。
【請求項７】
請求項６記載の光スイッチにおいて、
前記光入力ポートおよび光出力ポートは、光ファイバまたはファイバコリメータであることを特徴とする光スイッチ。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のうちいずれか一つに記載の光スイッチにおいて、
前記光入力部および光出力部は、それぞれ独立した一対のフレームに装着され、
前記一対のフレームは、少なくとも前記光入力部から光出力部に向けて光信号が伝搬する経路上に開口部を有し、かつ前記光入力部および光出力部が所定の位置関係を保って配置されるための位置決め手段を有していることを特徴とする光スイッチ。
【請求項９】
光信号を光スイッチ内部に入力する複数の光入力ポートを有する光入力部と、
前記光信号を出力する複数の光出力ポートを有する光出力部とを有し、
前記光入力ポートから入力された光信号を偏向させ、選択された光出力ポートに出力する光スイッチにおいて、
前記光入力ポートおよび光出力ポートは、それぞれ複数の支持部材に二次元的に配列されて支持されており、
前記光入力部および光出力部は、それぞれ前記複数の支持部材の集合体によって形成され、
前記光入力部と前記光出力部との間には、傾動可能な複数のマイクロミラーを用いて前記光入力部からの光信号を偏向させて前記光出力部に伝達するマイクロ可動ミラーアレイが設けられ、
前記マイクロ可動ミラーアレイは、前記光入力部からの光信号を偏向する入力側マイクロ可動ミラーアレイと、この入力側マイクロ可動ミラーアレイによって偏向された光信号を前記光出力部に向けて偏向する出力側マイクロ可動ミラーアレイとによって構成され、
これらの入力側マイクロ可動ミラーアレイと出力側マイクロ可動ミラーアレイとの間には、前記入力側マイクロ可動ミラーアレイにより偏向された信号光の出射角度を前記出力側マイクロ可動ミラーアレイ上の到達位置に１対１で対応させるフーリエ変換光学素子が設けられ、
前記光入力部および光出力部は、それぞれ独立した一対の支持構造体に装着され、
前記光入力部を装着した支持構造体には所定の位置関係を保って前記入力側マイクロ可動ミラーアレイが装着され、
前記光出力部を装着した支持構造体には所定の位置関係を保って前記出力側マイクロ可動ミラーアレイが装着され、
前記一対の支持構造体は、少なくとも前記光入力部から光出力部に向けて光信号が伝搬する経路上に開口部を有し、
前記一対の支持構造体の嵌合部、あるいは前記一対の支持構造体とこれを搭載するベースの間に、前記光入力部および光出力部が所定の位置関係を保って配置されるための第１の位置決め手段を有し、
前記一対の支持構造体、あるいは前記一対の支持構造体を搭載するベースに、前記フーリエ変換光学素子が、前記入力側マイクロ可動ミラーアレイと出力側マイクロ可動ミラーアレイの間で所定の位置関係を保って配置されるための第２の位置決め手段を有していることを特徴とする光スイッチ。
【請求項１０】
光信号を光スイッチ内部に入力する複数の光入力ポートを有する光入力部と、
前記光信号を出力する複数の光出力ポートを有する光出力部とを有し、
前記光入力ポートから入力された光信号を偏向させ、選択された光出力ポートに出力する光スイッチにおいて、
前記光入力ポートおよび光出力ポートは、それぞれ複数の支持部材に二次元的に配列されて支持されており、
前記光入力部および光出力部は、それぞれ前記複数の支持部材の集合体によって形成され、
前記光入力部と前記光出力部との間には、傾動可能な複数のマイクロミラーを用いて前記光入力部からの光信号を偏向させて前記光出力部に伝達するマイクロ可動ミラーアレイが設けられ、
前記マイクロ可動ミラーアレイは、前記光入力部からの光信号を偏向する入力側マイクロ可動ミラーアレイと、この入力側マイクロ可動ミラーアレイによって偏向された光信号を前記光出力部に向けて偏向する出力側マイクロ可動ミラーアレイとによって構成され、
これらの入力側マイクロ可動ミラーアレイと出力側マイクロ可動ミラーアレイとの間には、前記入力側マイクロ可動ミラーアレイにより偏向された信号光の出射角度を前記出力側マイクロ可動ミラーアレイ上の到達位置に１対１で対応させるフーリエ変換光学素子が設けられ、
前記入力側マイクロ可動ミラーアレイおよび出力側マイクロ可動ミラーアレイは、前記光入力部あるいは光出力部に対する相対位置を調整する調整機構を備えていることを特徴とする光スイッチ。
【請求項１１】
請求項９または請求項１０記載の光スイッチにおいて、
前記フーリエ変換光学素子は凹面ミラーであることを特徴とする光スイッチ。
【請求項１２】
請求項１１記載の光スイッチにおいて、
前記凹面ミラーの反射面はトロイダル面であることを特徴とする光スイッチ。
【請求項１３】
光信号を光スイッチ内部に入力する複数の光入力ポートを有する光入力部と、
前記光信号を出力する複数の光出力ポートを有する光出力部とを有し、
前記光入力ポートから入力された光信号を偏向させ、選択された光出力ポートに出力する光スイッチにおいて、
前記光入力ポートおよび光出力ポートは、それぞれ複数の支持部材に二次元的に配列されて支持されており、
前記光入力部および光出力部は、それぞれ前記複数の支持部材の集合体によって形成され、
前記光入力部および光出力部を形成する前記複数の支持部材の集合体は、前記複数の支持部材の相対位置を調整する調整機構を備えていることを特徴とする光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信で用いられる光スイッチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＷＷＷ（World Wide Web）やビデオ等のストリームデータに代表されるデータトラヒックの急激な増大により、インターネットを構成する基幹ネットワークの大容量化が求められている。ネットワークの伝送路部分には、１０Ｇｂｉｔ／ｓを越える高速大容量光通信装置や、同一光ファイバ上に波長の異なる光信号を多重化することでさらなる大容量化を実現したＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）光通信装置が導入されている。
【０００３】
一方、ネットワークのノード部分においては、光信号を一旦電気信号に変換し、従来の電気回路を用いたスイッチで方路の切り替えを行った後、再び光信号に変換してネットワークに戻す方法を採ることが一般的である。ここに示した電気信号から光信号に変換する装置、あるいは光信号から電気信号に変換する装置のコストや消費電力は、信号帯域の向上に伴って大幅に上昇することが指摘されている。特に、信号速度が４０Ｇｂｉｔ／ｓに到達する場合には、光信号を光のままスイッチングする光スイッチを用いることが有効であるとされている。光スイッチの中でも、光ビームを用いた高密度立体配線を用いるフリースペース型光スイッチは、１０００ポートを越える大規模光スイッチをコンパクトに構成することができるため、光クロスコネクト装置を構成するスイッチ部への導入が見込まれる。
【０００４】
この種のフリースペース型光スイッチとしては、例えば非特許文献１に記載されているものがある。非特許文献１に開示されているフリースペース型光スイッチを図１２によって説明する。図１２は、フリースペース型光スイッチの第１の従来例を示す側面図である。図１２に示す光スイッチ１００は、入力光ファイバアレイ１０１と、コリメート用マイクロレンズアレイ１０２と、入力側マイクロ可動ミラーアレイ１０３と、出力側マイクロ可動ミラーアレイ１０４と、集光用マイクロレンズアレイ１０５と、出力光ファイバアレイ１０６とから構成されている。
【０００５】
光ファイバアレイ１０１，１０６は、それぞれファイバ整列用部材（図示せず）を用いることで、光ファイバ１０１ａ，１０６ａがある一定の間隔をおいて二次元的に整列配置されたものである。マイクロレンズアレイ１０２，１０５は、それぞれ光ファイバアレイ１０１，１０６と同様に、マイクロレンズ１０２ａ，１０５ａがある一定の間隔をおいて二次元的に整列配置されたものである。また、マイクロ可動ミラーアレイ１０３，１０４は、それぞれ光ファイバアレイ１０１，１０６と同様に、マイクロ可動ミラー１０３ａ，１０４ａがある一定の間隔をあけて二次元的に整列配置されたものである。なお、図１２において、各部品は側面図のため一次元の配列として表示されている。図１２において、矢印は光ビーム１０７の進行方向を示している。
【０００６】
入力光ファイバアレイ１０１を構成する個々の入力光ファイバ１０１ａと、コリメート用マイクロレンズアレイ１０２を構成する個々のマイクロレンズ１０２ａとは１対１で対応し、各々が光ファイバ１０１ａからの出射光を光ビーム１０７に変換する光コリメータとして機能する。これと同様に、出力光ファイバアレイ１０６を構成する個々の出力光ファイバ１０６ａと、集光用マイクロレンズアレイ１０５を構成する個々のマイクロレンズ１０５ａとは１対１で対応し、各々がマイクロレンズ１０５ａに到達した光ビーム１０７を光ファイバ１０６ａに集光する光コリメータとして機能する。各々の光コリメータが形成する光ビーム１０７のビームウェストは、入出力マイクロ可動ミラーアレイ１０３，１０４の中間に配置されている。本光スイッチはこのビームウェスト位置を中心とした点対称の構成であり、光学的に可逆であるため、光ビームの進行方向を逆にしても光スイッチの機能として何ら変わるところなく、光信号の方路切換が成立する。
【０００７】
マイクロ可動ミラー１０３ａ，１０４ａは、マイクロマシン技術を用いて半導体基板上に形成された、直交する２つの回転軸を有する能動素子である。このマイクロ可動ミラー１０３ａ，１０４ａにおいては、前記２つの回転軸を中心としてミラー面を任意の方向に回転させ、その傾き角度θを調整することが可能である。入力光ファイバアレイ１０１を構成する個々の入力光ファイバ１０１ａと、入力側マイクロ可動ミラーアレイ１０３を構成する個々のマイクロ可動ミラー１０３ａとは１対１で対応している。一方、出力光ファイバアレイ１０６を構成する個々の出力光ファイバ１０６ａと、出力側マイクロ可動ミラーアレイ１０４を構成する個々のマイクロ可動ミラー１０４ａとは１対１で対応している。この構成により、二次元的に配列された任意の入力光ファイバ１０１ａと出力光ファイバ１０６ａ間を選択的に接続することができる。
【０００８】
続いて、第１の従来例のフリースペース型光スイッチ１００における光信号の方路切換方法について説明する。光スイッチ１００の光入力ポートである入力光ファイバアレイ１０１のうち、特定の入力光ファイバ１０１ａに光信号が入力され、対応するマイクロレンズ１０２ａにより光ビーム１０７に変換される。この光ビーム１０７は、他のポートの光ビームと干渉することなく、入力側マイクロ可動ミラーアレイ１０３上の前記入力光ファイバ１０１ａと一意に対応するマイクロ可動ミラー１０３ａに到達する。
【０００９】
前記マイクロ可動ミラー１０３ａは、直交する２つの回転軸を中心としてミラー面の回転角度θ１を変化させることにより、ミラー面で反射した光ビーム１０７の進行方向を偏向させ、出力側マイクロ可動ミラーアレイ１０４上の特定のマイクロ可動ミラー１０４ａを選択する。前記マイクロ可動ミラー１０４ａ上に到達した光ビーム１０７は、その入射角度に応じて出力光ファイバ１０６ａへ垂直入射するようマイクロ可動ミラー１０４ａの回転角度θ２を調整することにより、マイクロレンズ１０５ａを介して対応する出力光ファイバ１０６ａに一意に光結合する。これにより、特定の光出力ポートへ光信号を出力することができる。図１２中の実線は、入力側マイクロ可動ミラー１０３ａの回転角度θが０［ｒａｄ］の場合の光ビーム１０７の進行方向を示し、破線は、回転角度θがθ１［ｒａｄ］の場合の光ビーム１０７の進行方向をそれぞれ示している。
【００１０】
上述した第１の従来例において、マイクロ可動ミラーアレイ１０３，１０４に要求される回転角度は、対応する入出力光ファイバ１０１ａ，１０６ａの位置により変化する。具体的には、入力光ファイバアレイ１０１の上端又は下端に位置する入力ポートから出射した光ビーム１０７の方路制御に必要なマイクロ可動ミラーの最大回転角度は、入力光ファイバアレイ１０１の中央部に位置する入力ポートから出射した光ビーム１０７の方路制御に必要なマイクロ可動ミラーの最大回転角度の概ね２倍となる。
【００１１】
以上のように、第１の従来例に示した構成のフリースペース型光スイッチ１００においては、入出力マイクロ可動ミラーアレイ１０３，１０６に要求される回転角度が、対応する入出力光ファイバ１０１ａ，１０６ａの位置により変化する。このため、特に入出力光ファイバアレイ１０１，１０６のコーナー部に位置する入出力光ファイバ１０１ａ，１０６ａに対応する入出力マイクロ可動ミラー１０３ａ，１０６ａについて、回転動作範囲に対する要求条件が高くなるという問題がある。他方で、光スイッチ１００の光学系は、光入出力部すなわち光ファイバアレイ１０１，１０６およびマイクロレンズアレイ１０２，１０５から構成される光コリメータアレイと、光ビームの方路制御部すなわち入出力マイクロ可動ミラーアレイ１０３，１０４によって成り立つ簡易な構成であり、光部品の実装誤差に由来する過剰損失の抑制や光スイッチの小型化の点で有利である。
【００１２】
フリースペース型光スイッチとしては、図１２に示すものの他に、例えば非特許文献２に記載されているものがある。この非特許文献２に開示されたフリースペース型光スイッチの第２の従来例を図１３および図１４を使用して説明する。なお、以降では、前述した第１の従来例の部材と同様な部材については、前述の説明で用いた符号と同一の符号を用いることにより重複する説明を省略する。
【００１３】
図１３および図１４は、非特許文献２に記載されているフリースペース型光スイッチの第２の従来例を示す側面図である。図１３および図１４における光スイッチ１１０は、入力光ファイバアレイ１０１と、コリメート用マイクロレンズアレイ１０２と、入力側マイクロ可動ミラーアレイ１０３と、出力側マイクロ可動ミラーアレイ１０４と、集光用マイクロレンズアレイ１０５と、出力光ファイバアレイ１０６および凹面ミラー１１１とから構成されている。図１３および図１４において、矢印は光ビーム１１２ａの進行方向を示している。なお、図１３において、各部品は側面図のため一次元の配列として表示されている。
【００１４】
続いて、第２の従来例のフリースペース型光スイッチ１１０における光信号の方路切換方法について説明する。入力光ファイバアレイ１０１から出射した光信号は、コリメート用マイクロレンズアレイ１０２により光ビーム群１１２に変換され、入力側マイクロ可動ミラーアレイ１０３に到達する。ここで、図１３に示す通り、マイクロ可動ミラーアレイ１０３を構成する各ミラーのＹ軸（図１３の紙面と直交する方向の軸）を中心とする回転角度θ１を０［ｒａｄ］とする場合、光ビーム群１１２の全ての光ビームは、一定の出射角度α１［ｒａｄ］の方向に進行する。その後、凹面ミラー１１１で反射された光ビーム群１１２の光ビームは、凹面ミラー１１１の焦点位置に集光する。
【００１５】
ここで、出力側マイクロ可動ミラーアレイ１０４の中央部のマイクロ可動ミラー１０４ａを凹面ミラー１１１の焦点位置に配置すると、凹面ミラー１１１で反射されたすべての光ビームは、出力側マイクロ可動ミラーアレイ１０４の中央部のマイクロ可動ミラー１０４ａに到達する。図１３中の実線１１２ａは、入力光ファイバアレイ１０１の中央部に位置する入力光ファイバ１０１ａから出射した光ビームを示している。この光ビーム１１２ａは、入力側マイクロ可動ミラーアレイ１０３の中央部のマイクロ可動ミラー１０３ａで反射された後、凹面ミラー１１１の光軸中心において反射されて進行方向を変え、出力側マイクロ可動ミラーアレイ１０４の中央部のマイクロ可動ミラー１０４ａで再び反射された後、集光用マイクロレンズアレイ１０５の中央部のマイクロレンズ１０５ａにより集光され、出力光ファイバアレイ１０６の中央部の出力光ファイバ１０６ａに光結合する。
【００１６】
また、図１４に示す通り、入力側マイクロ可動ミラーアレイ１０３を構成する各マイクロ可動ミラー１０３ａのＹ軸を中心とする回転角度θ１を＋σ１［ｒａｄ］とする場合、光ビーム群１１２の全ての光ビームは、一定の出射角度α２［ｒａｄ］の方向に進行する。 その後、凹面ミラー１１１で反射された光ビーム群１１２の光ビームは、回転角度θ１が０［ｒａｄ］の場合と同様に凹面ミラー１１１の焦点位置に集光するが、このときの集光位置は、出力側マイクロ可動ミラーアレイ１０４の中央部よりＸshift だけシフトしている。シフト量Ｘshift は、凹面ミラー１１１の焦点距離ｆと凹面ミラー１１１に入射する光ビームの入射角度によって一意に定まり、凹面ミラー１１１における各収差の影響が無視できる場合には、以下の関係が成り立つ。 
【００１７】
Ｘshift ＝ｆ・（α2−α1） ・・・（１）  
σ1 ＝（α2−α1）／２ ・・・（２）  
上記式（１）および式（２）より、出力側マイクロ可動ミラーアレイ１０４に到達する光ビームの位置は、入力光ファイバ１０１ａの位置に依存することなく、凹面ミラー１１１の焦点距離ｆと入力側マイクロ可動ミラーアレイ１０３を構成するマイクロ可動ミラー１０３ａの回転角度θ１によって決定される。一般に、式（１）に示した光ビームの入射角度と光ビームの到達位置との変換作用は「光学的フーリエ変換」と呼称されている。なお、この変換作用は、凸レンズや組み合わせレンズ等を用いても実現することが可能である（例えば、非特許文献３参照）。 
【００１８】
前記光学的フーリエ変換は、図１３，１０中のＸ−Ｚ平面内のみではなく、Ｙ−Ｚ平面内にも適用可能である。この場合には、入力側マイクロ可動ミラーアレイ１０３を構成する各マイクロ可動ミラー１０３ａを、Ｘ軸を中心とする回転方向に動作させることにより、同様に光ビーム入射角度と光ビーム到達位置との変換作用が実現可能である。なお、本光スイッチはこの凹面ミラーの光軸に対して線対称の構成であり、光学的に可逆であるため、光ビームの進行方向を逆にしても光スイッチの機能として何ら変わるところなく光信号の方路切換が成立する。
以上説明したとおり、第２の従来例の形態によれば、凹面ミラー１１１に代表される光学的フーリエ変換光学素子の焦点位置に入力側マイクロ可動ミラーアレイ１０３および出力側マイクロ可動ミラーアレイ１０４を配置することにより、入力側マイクロ可動ミラー１０３ａの回転角度に応じて一意に出力光ファイバ１０６ａに対応する出力側マイクロ可動ミラー１０４ａが選択されるため、入力側マイクロ可動ミラーアレイ１０３の各マイクロ可動ミラー１０３ａの回転動作範囲に対する要求条件が入出力光ファイバ１０１ａ，１０６ａの位置に依存することなく等しくなる。
【００１９】
この結果、第１の従来例に示した構成と比較して、特にコーナー部に位置する入出力光ファイバ１０１ａ，１０６ａに対応するマイクロ可動ミラー１０３ａ，１０４ａの最大回転角度を概ね１／２に軽減し、マイクロ可動ミラーアレイ１０３，１０４の回転動作範囲に対する要求条件を緩和することができる。他方で、第２の従来例の形態では、光学的フーリエ変換光学素子のそれぞれの焦点位置にコリメート用マイクロレンズアレイ１０２、および集光用マイクロレンズアレイ１０５が形成する光ビームのビームウェストを配置する必要があることから、第１の従来例と比較して光スイッチの小型化の点では不利である。また、光学的フーリエ変換光学素子が増えることで、部品の実装誤差等の累積による過剰損失が増加する可能性もある。このため、光スイッチを構成する際は、マイクロ可動ミラーの最大回転角度や光ビームのコリメート長、光学部品のレイアウト等を考慮し、第１の従来例と第２の従来例とのうちいずれの光学系の構成が適しているかを総合的に判断することになる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００２０】
【非特許文献１】山本他，「３−Ｄ ＭＥＭＳ大規模光スイッチ」，信学技報，ＰＳ２００２，２００２年
【非特許文献２】M. Kozhevnikov,et al., “Compact 64×64 Micromechanical Optical Cross Connect”, IEEE Photonics Tecnology Letters, Vol.15, No.7, July 2003.
【非特許文献３】V. A. Aksyuk,et al., “238×238 Micromechanical Optical Cross Connect”, IEEE Photonics Tecnology Letters, Vol.15, No.4, April 2003.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
ところで、これまで述べてきたフリースペース型光スイッチの従来例においては、光入出力ポート数が数百を越える大規模な光スイッチを構成するにあたり、次のような問題があった。
（１）先ず、光スイッチの入出力ポート数を拡大するのに伴い、光信号の入出力に用いる光ファイバアレイと、光ファイバアレイから入出力する光信号を光ビームに変換するマイクロレンズアレイ、ならびに光ビームを偏向するマイクロ可動ミラーアレイのそれぞれについて、配列規模を拡大する必要がある。
【００２２】
これらのうち、特に光ファイバアレイは、半導体プロセスを用いて一括形成するマイクロ可動ミラーアレイや、半導体プロセスや成型技術を用いて一体形成することが可能なマイクロレンズアレイとは異なり、個々の光ファイバを整列させて実装する必要があることから、配列規模を拡大するほど配列誤差が累積しやすい。光ファイバアレイの配列誤差は、光ビームの進行方向に垂直な平面内における光ファイバとマイクロレンズの間の光軸ずれとなり、光ビームに光軸傾きを発生させる。
【００２３】
このため、光ファイバアレイの配列規模を単に拡大すると、レンズ開口におけるケラレ損失や、マイクロ可動ミラーによるケラレ損失、出力側光ファイバに対する光ビームの角度ずれに由来する光結合損失が増加するという問題があった。さらに、前記光軸傾きを有する光ビームは、隣接するポートに対してクロストークを発生させ、光通話品質の劣化を引き起こすという問題があった。
加えて、光ファイバアレイの配列規模を拡大するほど、個々の光ファイバを整列させ実装する工程の難易度が高くなり、製造歩留まりが低下して製造コストが高くなるという問題があった。
【００２４】
（２）また、光スイッチを構成する光学部品の配列規模が拡大すると、最も離れた入出力ポート間を接続する経路と、最も近接した入出力ポート間を接続する経路との間で、光ビームが伝搬する距離（以下、光路長と称する）の差が大きくなるという問題があった。この光路長差は、光ビームの進行方向に対する光軸ずれとなり、光結合損失のばらつきを増加させて、光受信器のダイナミックレンジに対する要求値を厳しくしてしまうという問題があった。
【００２５】
（３）さらに、光スイッチを構成する光部品の配列規模が拡大すると、個々の光部品の累積配列誤差を抑制しても、光部品間を相対的に位置合わせすることが難しくなるという問題があった。例えば、入力光ファイバアレイ１０１およびコリメート用マイクロレンズアレイ１０２から構成される光コリメータアレイと、入力側マイクロ可動ミラーアレイ１０３との間で位置合わせを行う場合、光部品が二次元的に整列配置された面に垂直な軸について回転する方向のずれθrotが発生すると、そのずれ量がわずかであっても、配列の端部における相対的な位置ずれ量Δは次式の通り配列規模Ｎに応じて増大し、光コリメータから出射する光ビームがマイクロ可動ミラーの中心から外れてケラレ損失を増大させる。
【００２６】
Δ＝ｔａｎ（θrot）×（Ｎ−１）×（光学部品の配列間隔）・・・（３）
また、このずれは隣接する光ポートへの漏光を発生させて光スイッチ性能を劣化させる要因にもなる。従って、フリースペース型光スイッチの入出力ポート数を拡大する場合、特に光ファイバアレイとコリメート用マイクロレンズアレイで構成される光コリメータアレイと、マイクロ可動ミラーアレイの間において、並進方向のみならず回転方向についても相対的な位置関係を高い精度で一致させることが重要となる。
【００２７】
本発明は、かかる事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、大規模な光スイッチを構成する光学系において、光入出力部の配列規模拡大に伴う光結合損失の増加を抑制し、低損失な光スイッチを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
この目的を達成するために、本発明に係る光スイッチは、光信号を光スイッチ内部に入力する複数の光入力ポートを有する光入力部と、前記光信号を出力する複数の光出力ポートを有する光出力部とを有し、前記光入力ポートから入力された光信号を偏向させ、選択された光出力ポートに出力する光スイッチにおいて、前記光入力ポートおよび光出力ポートは、それぞれ複数の支持部材に二次元的に配列されて支持されており、前記光入力部および光出力部は、それぞれ前記複数の支持部材の集合体によって形成され、前記光入力部の前記集合体を構成する支持部材と、前記光出力部の前記集合体を構成する支持部材とは、複数の支持部材を結合させて集合させるフレームに段部を形成することにより、光入力ポートと光出力ポートとの間の光路長の差が減少する位置に配置されているものである。
【００２９】
本発明は、前記発明において、前記光入力ポートおよび光出力ポートを光ファイバまたはファイバコリメータとしたものである。
本発明は、前記発明において、前記光入力部と前記光出力部との間には、傾動可能な複数のマイクロミラーを用いて前記光入力部からの光信号を偏向させて前記光出力部に伝達するマイクロ可動ミラーアレイが設けられているものである。
【００３０】
本発明は、前記発明において、前記マイクロ可動ミラーアレイは、前記光入力部からの光信号を偏向する入力側マイクロ可動ミラーアレイと、この入力側マイクロ可動ミラーアレイによって偏向された光信号を前記光出力部に向けて偏向する出力側マイクロ可動ミラーアレイとによって構成され、これらの入力側マイクロ可動ミラーアレイと出力側マイクロ可動ミラーアレイとの間には、前記入力側マイクロ可動ミラーアレイにより偏向された信号光の出射角度を前記出力側マイクロ可動ミラーアレイ上の到達位置に１対１で対応させるフーリエ変換光学素子が設けられているものである。
【００３１】
本発明は、前記発明において、前記フーリエ変換光学素子を凹面ミラーとしたものである。
本発明は、光信号を光スイッチ内部に入力する複数の光入力ポートを有する光入力部と、前記光信号を出力する複数の光出力ポートを有する光出力部とを有し、前記光入力ポートから入力された光信号を偏向させ、選択された光出力ポートに出力する光スイッチにおいて、前記光入力ポートおよび光出力ポートは、それぞれ複数の支持部材に二次元的に配列されて支持されており、前記光入力部および光出力部は、それぞれ前記複数の支持部材の集合体によって形成され、前記光入力部と前記光出力部との間には、傾動可能な複数のマイクロミラーを用いて前記光入力部からの光信号を偏向させて前記光出力部に伝達するマイクロ可動ミラーアレイが設けられ、前記マイクロ可動ミラーアレイは、前記光入力部からの光信号を偏向する入力側マイクロ可動ミラーアレイと、この入力側マイクロ可動ミラーアレイによって偏向された光信号を前記光出力部に向けて偏向する出力側マイクロ可動ミラーアレイとによって構成され、これらの入力側マイクロ可動ミラーアレイと出力側マイクロ可動ミラーアレイとの間には、前記入力側マイクロ可動ミラーアレイにより偏向された信号光の出射角度を前記出力側マイクロ可動ミラーアレイ上の到達位置に１対１で対応させるフーリエ変換光学素子が設けられ、前記フーリエ変換光学素子は凹面ミラーであり、前記凹面ミラーの反射面をトロイダル面としたものである。
本発明は、前記発明において、前記光入力ポートおよび光出力ポートを、光ファイバまたはファイバコリメータとしたものである。
【００３２】
本発明は、前記発明において、前記光入力部および光出力部は、それぞれ独立した一対のフレームに装着され、前記一対のフレームは、少なくとも前記光入力部から光出力部に向けて光信号が伝搬する経路上に開口部を有し、かつ前記光入力部および光出力部が所定の位置関係を保って配置されるための位置決め手段を有しているものである。
【００３３】
本発明は、光信号を光スイッチ内部に入力する複数の光入力ポートを有する光入力部と、前記光信号を出力する複数の光出力ポートを有する光出力部とを有し、前記光入力ポートから入力された光信号を偏向させ、選択された光出力ポートに出力する光スイッチにおいて、前記光入力ポートおよび光出力ポートは、それぞれ複数の支持部材に二次元的に配列されて支持されており、前記光入力部および光出力部は、それぞれ前記複数の支持部材の集合体によって形成され、前記光入力部と前記光出力部との間には、傾動可能な複数のマイクロミラーを用いて前記光入力部からの光信号を偏向させて前記光出力部に伝達するマイクロ可動ミラーアレイが設けられ、前記マイクロ可動ミラーアレイは、前記光入力部からの光信号を偏向する入力側マイクロ可動ミラーアレイと、この入力側マイクロ可動ミラーアレイによって偏向された光信号を前記光出力部に向けて偏向する出力側マイクロ可動ミラーアレイとによって構成され、これらの入力側マイクロ可動ミラーアレイと出力側マイクロ可動ミラーアレイとの間には、前記入力側マイクロ可動ミラーアレイにより偏向された信号光の出射角度を前記出力側マイクロ可動ミラーアレイ上の到達位置に１対１で対応させるフーリエ変換光学素子が設けられ、前記光入力部および光出力部は、それぞれ独立した一対の支持構造体に装着され、前記光入力部を装着した支持構造体には所定の位置関係を保って前記入力側マイクロ可動ミラーアレイが装着され、前記光出力部を装着した支持構造体には所定の位置関係を保って前記出力側マイクロ可動ミラーアレイが装着され、前記一対の支持構造体は、少なくとも前記光入力部から光出力部に向けて光信号が伝搬する経路上に開口部を有し、前記一対の支持構造体の嵌合部、あるいは前記一対の支持構造体とこれを搭載するベースの間に、前記光入力部および光出力部が所定の位置関係を保って配置されるための第１の位置決め手段を有し、前記一対の支持構造体、あるいは前記一対の支持構造体を搭載するベースに、前記フーリエ変換光学素子が、前記入力側マイクロ可動ミラーアレイと出力側マイクロ可動ミラーアレイの間で所定の位置関係を保って配置されるための第２の位置決め手段を有しているものである。
【００３４】
本発明は、光信号を光スイッチ内部に入力する複数の光入力ポートを有する光入力部と、前記光信号を出力する複数の光出力ポートを有する光出力部とを有し、前記光入力ポートから入力された光信号を偏向させ、選択された光出力ポートに出力する光スイッチにおいて、前記光入力ポートおよび光出力ポートは、それぞれ複数の支持部材に二次元的に配列されて支持されており、前記光入力部および光出力部は、それぞれ前記複数の支持部材の集合体によって形成され、前記光入力部と前記光出力部との間には、傾動可能な複数のマイクロミラーを用いて前記光入力部からの光信号を偏向させて前記光出力部に伝達するマイクロ可動ミラーアレイが設けられ、前記マイクロ可動ミラーアレイは、前記光入力部からの光信号を偏向する入力側マイクロ可動ミラーアレイと、この入力側マイクロ可動ミラーアレイによって偏向された光信号を前記光出力部に向けて偏向する出力側マイクロ可動ミラーアレイとによって構成され、これらの入力側マイクロ可動ミラーアレイと出力側マイクロ可動ミラーアレイとの間には、前記入力側マイクロ可動ミラーアレイにより偏向された信号光の出射角度を前記出力側マイクロ可動ミラーアレイ上の到達位置に１対１で対応させるフーリエ変換光学素子が設けられ、前記入力側マイクロ可動ミラーアレイおよび出力側マイクロ可動ミラーアレイは、前記光入力部あるいは光出力部に対する相対位置を調整する調整機構を備えているものである。
本発明は、前記発明において、前記フーリエ変換光学素子を凹面ミラーとしたものである。
本発明は、前記発明において、前記凹面ミラーの反射面をトロイダル面としたものである。
【００３５】
本発明は、光信号を光スイッチ内部に入力する複数の光入力ポートを有する光入力部と、前記光信号を出力する複数の光出力ポートを有する光出力部とを有し、前記光入力ポートから入力された光信号を偏向させ、選択された光出力ポートに出力する光スイッチにおいて、前記光入力ポートおよび光出力ポートは、それぞれ複数の支持部材に二次元的に配列されて支持されており、前記光入力部および光出力部は、それぞれ前記複数の支持部材の集合体によって形成され、前記光入力部および光出力部を形成する前記複数の支持部材の集合体は、前記複数の支持部材の相対位置を調整する調整機構を備えているものである。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、光入力部あるいは光出力部を１つの光ファイバアレイにより構成することなく、複数の（少なくとも２つ以上の）支持部材（例えば複数の光ファイバを二次元的に配列して支持した整列基板）の集合体を用いて構成することにより、個々の支持部材の配列規模を小さくし、配列誤差の累積を抑制することができる。この結果、本発明によれば、光入力ポートおよび光出力ポートにおける光ビームの進行方向と垂直な方向の位置の精度を向上させることができるから、光入出力部の配列規模が拡大された光スイッチを提供することができる。
光入力ポートおよび光出力ポートが光ファイバである場合は、光ファイバとレンズの間の光軸ずれを許容値内に収めて、光結合損失の増加を抑えることができる。また、光ファイバとコリメートレンズが予め一体化されたファイバコリメータによって光入力ポートと光出力ポートとを構成する場合は、光入力部と光出力部との間で光軸ずれが生じることを防ぐことができる。
【００３７】
また、本発明においては、光入力ポートおよび光出力ポートをそれぞれ大型で単一の支持部材に支持させる場合と比較して、一つの支持部材当たりのポート数が減少することに伴って支持部材に各ポートの構成部材を支持させる組立工程の難易度が低くなる。このため、本発明によれば、光入力部と光出力部とをより安定した製造歩留まりで作製することが可能となり、製造コストを低く抑えることができる。  
【００３８】
さらに、前記光入力部あるいは光出力部を構成する際に、前記複数の光ファイバアレイ、もしくはファイバコリメータアレイを、光ビームの進行方向に対して所定のオフセットを与えて配置することにより、最も離れた入出力ポート間を接続する経路と、最も近接した入出力ポート間を接続する経路との間で生じる光路長差を低減し、光ビームの進行方向に対する光軸ずれを抑制して、光結合損失のばらつきを抑えることができる。
これらの光結合損失低減の効果は、第１および第２の従来例に示したいずれの光スイッチについても有効である。
【００３９】
なお、第２の従来例の光スイッチについては、前記フーリエ変換光学素子として凹面ミラーを用い、光ビームの進行方向を折り返すことにより、同様のフーリエ変換作用を有するレンズを用いる場合と較べて光スイッチの容積を小さくすることができる。この第２の従来例の光スイッチにおいては、光ビームの折り返しが行われる平面（図１３，１０中のＸ−Ｚ平面）上で入力側および出力側マイクロ可動ミラーアレイが凹面ミラーに対し所定の傾き角をもって配置されることから、マイクロ可動ミラーアレイにより反射された光ビームが軸外光線となり、凹面ミラーにおける収差が無視できない値となる場合がある。この軸外収差については、前記凹面ミラーをＸ軸とＹ軸で曲率の異なるトロイダル面とすることで補正することができる。
【００４０】
また、本発明においては、光スイッチを一対の支持構造体で構成し、それぞれに入力側の光ポートとマイクロ可動ミラーアレイ、および出力側の光ポートとマイクロ可動ミラーアレイを搭載し、この２つの支持構造体を高精度な位置決め手段を用いて組み合わせることにより、空間的に離れた位置にある各光学部品を高い精度で配置させることができる。
前記一対の支持構造体は、少なくとも光信号が伝搬する経路上に開口部を有しており、そのうち入出力の光ポート、およびマイクロ可動ミラーアレイを取り付ける開口部にも位置決めピンなどに代表される高精度な位置決め手段を有している。
【００４１】
この位置決め手段を、例えば前記開口の外周部に２箇所設けることにより、光ポートとマイクロ可動ミラーアレイの間で、光学部品が二次元的に整列配置された面内における並進方向（前記面と平行な方向）のみならず、前記の面に垂直な軸を中心とした回転方向の相対的な位置関係も、短時間かつ受動的に決定することができる。このような位置決め手段は、光学部品を位置合わせする方法として一般的に用いられている手法である。
【００４２】
ところで、実際には、位置決め手段の嵌め合いに必要な間隙やわずかな位置誤差が原因で光学部品の取り付けが傾き、光ポートとマイクロ可動ミラーアレイの双方に、前記の回転方向のずれが発生する可能性がある。特に、光学部品の配列規模が大きい場合、前記回転方向のずれに由来する光ポートとマイクロ可動ミラーアレイ間の位置ずれが、先述のように光スイッチ性能に悪影響を及ぼす可能性がある。本発明では、光スイッチを入力側と出力側で独立した支持構造体に分離することにより、この一対の支持構造体を組み合わせる面の開口部から前記のずれの有無、あるいはその程度を観察し、評価することができる。さらに、評価した結果に基づいて光学部品の取り付け位置を修正し、この工程を繰り返すことにより、前記のずれを補正することもできる。
【００４３】
本発明における光スイッチは光学的に可逆であることから、この一対の支持構造体は入力側、出力側ともに概ね同一の構造にすることができ、評価手法も同一で構わない。このため、入力側と出力側で組立や検査の工程を独立して進めることができ、組立時間を短縮することができる。
なお、前記一対の支持構造体の間、すなわち入出力マイクロ可動ミラー間の相対的な位置誤差は、数百μｍ程度の範囲であれば光スイッチ動作時に各々のマイクロ可動ミラーの傾き角度を微調整することにより概ね補正可能であり、一対の支持構造体を組み合わせる時に高精度な調整を行う必要はない。
【００４４】
このように、光入出力ポートとマイクロ可動ミラーアレイ間の位置ずれの有無を評価し位置ずれを補正した後、前記光学部品を搭載した一対の支持構造体を、互いに組み合わせる面に設けた位置決め手段を用いて嵌合するか、あるいは支持構造体とは独立したベースに一対の支持構造体を位置合わせする位置決め手段を設けて設置することにより、低損失な光スイッチを実現することができる。
【００４５】
また、本発明において入力側マイクロ可動ミラーアレイと出力側マイクロ可動ミラーアレイとの間にフーリエ変換光学素子を設ける場合、入力側マイクロ可動ミラーアレイから反射した光は、入力側マイクロ可動ミラーに電圧を印加しない組立初期状態では全て出力側マイクロ可動ミラーアレイの中央に集光するため、入力側マイクロ可動ミラーアレイに対する出力側マイクロ可動ミラーアレイ、およびフーリエ変換光学素子の相対位置を能動的に調整することは非常に困難である。
【００４６】
本発明は、光スイッチを一対の支持構造体で構成することにより、前記の発明と同様に光入出力ポートとマイクロ可動ミラーアレイ間の位置ずれの有無を評価し、位置ずれを予め補正することができる。さらに、前記一対の支持構造体を用いて入出力のマイクロ可動ミラーアレイとフーリエ変換素子を相対的に位置決めすることにより、これらの間で受動的な位置合わせを実現する。
【００４７】
具体的には、入力側、および出力側のそれぞれについて、光ポートとマイクロ可動ミラーアレイを前記の発明と同様に搭載した後、この一対の支持構造体のフーリエ変換光学素子が配置される面の開口部に位置決め手段を設けるか、あるいは支持構造体とは独立したベース上に同様の位置決め手段を設けて、一対の支持構造体とフーリエ変換素子との相対的な位置関係を決定する。
【００４８】
なお、入出力マイクロ可動ミラー、およびフーリエ変換光学素子の間の相対的な位置誤差は、数百μｍ程度の範囲であれば、光スイッチ動作時に各々のマイクロ可動ミラーの傾き角度を微調整することにより概ね補正可能である。このため、前記発明と同様に、一対の支持構造体を組み合わせる時に高精度な調整を行う必要はない。また、フーリエ変換光学素子についても、一般的な光学素子の外径公差を有するものであれば、特に高精度なホルダに搭載したりしなくても、その外径を基準として受動的な位置合わせを行うことが可能である。
【００４９】
また、本発明においては、光入力ポートあるいは光出力ポートを構成する複数の支持部材をフレームに搭載し、このフレームに例えば光ファイバが二次元的に整列配置された面内における並進方向、ならびにこの面に垂直な軸を中心とした回転方向に可動な微調整機構を設けることにより、光入出力ポートの位置をマイクロ可動ミラーアレイに対して相対的に位置合わせすることができる。これにより、例えば光学部品の取り付け直しだけでは調整することの難しい回転軸方向の僅かな誤差についても、高い精度で修正することができる。
【００５０】
また、本発明においては、入力側マイクロ可動ミラーアレイ、あるいは出力側マイクロ可動ミラーアレイをフレームに搭載し、このフレームに例えばマイクロ可動ミラーが二次元的に整列配置された面内における並進方向、ならびにこの面に垂直な軸を中心とした回転方向に可動な微調整機構を設けることにより、入出力マイクロ可動ミラーアレイの位置を光入出力ポートに対して相対的に位置合わせすることができる。これにより、前記発明と同様に、例えば光学部品の取り付け直しだけでは調整することの難しい回転軸方向の僅かな位置誤差についても高精度な調整を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係る光スイッチの第１の実施形態の構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示した光ファイバアレイを構成する各部分の分解斜視図である。
【図３】図１に示した光ファイバアレイの斜視図である。
【図４】光コリメータアレイを構成する各部分を示す斜視図である。
【図５】光コリメータアレイを構成する各部分を示す斜視図である。
【図６】本発明に係る光スイッチの第２の実施形態の構成を示す側面図である。
【図７】図６に示した光の進行方向にオフセットを有する光ファイバアレイの構造を示す斜視図である。
【図８】本発明に係る光スイッチの第３の実施形態の構成を示す分解斜視図である。
【図９】本発明に係る光スイッチの第４の実施形態の構成を示す斜視図である。
【図１０】本発明に係る光スイッチの第５の実施形態の構成を示す斜視図である。
【図１１】本発明に係る光スイッチの第６の実施形態の構成を示す斜視図である。
【図１２】フリースペース型光スイッチの第１の従来例の概略的な構成を示す側面図である。
【図１３】フリースペース型光スイッチの第２の従来例の概略的な構成を示す側面図である。
【図１４】フリースペース型光スイッチの第２の従来例の概略的な構成を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
［第１の実施の形態］
以下、図面を用いて本発明の第１の実施形態の光スイッチについて説明する。
図１は２個のマイクロ可動ミラーを用いた光スイッチの斜視図であり、図中の矢印は光ビームの進行方向を示している。図１において、１は本発明に係る光スイッチ、２は光入力部、３は入力側マイクロ可動ミラーアレイ、４は出力側マイクロ可動ミラーアレイ、５は光出力部をそれぞれ示している。なお、本発明に関わる光スイッチ１は光学的に可逆な構成を有しているため、光ビームの進行方向を逆にしても光スイッチの機能として何ら変わるところはない。従って、本説明において光の入出力の向きは説明のために便宜的に与えた設定であり、本実施の形態を採るとき入力側あるいは出力側としての役割に限定されないことは言うまでもない。
【００５３】
光入力部２は、４つの入力光ファイバアレイ６〜９を２行×２列の配列となるように集合させて配置することによって構成されている。これと同様に、光出力部５は、４つの出力光ファイバアレイ１１〜１４を２行×２列の配列となるように集合させて配置することによって構成されている。前記入力光ファイバアレイ６〜９と、前記出力光ファイバアレイ１１〜１４とは、それぞれ８行×８列の配列数を有する二次元光ファイバアレイである。
【００５４】
また、前記入出力光ファイバアレイ６〜９，１１〜１４は、各々８行×８列の配列数を有する二次元マイクロレンズアレイ１５〜１８，２１〜２４を装着することにより、８行×８列の配列数を有する二次元光コリメータアレイとして機能する。前記マイクロ可動ミラーアレイ３，４は、それぞれ半導体製造技術により１チップのシリコン基板上に作製された、光入出力部２，５と同一の配列を有する１６行×１６列のマイクロ可動ミラーアレイである。
【００５５】
前記光入力部２および光出力部５は、８行×８列の配列となる比較的小規模な二次元光ファイバアレイ６〜９，１１〜１４と、二次元マイクロレンズアレイ１５〜１８，２１〜２４とを集合化して１６行×１６列のアレイとすることにより、ポート数が２５６個ある光入出力ポートを実現する。
【００５６】
前記マイクロレンズアレイ１５〜１８，２１〜２４は、前記光ファイバアレイ６〜９，１１〜１４と同一の配列間隔となるように形成されており、前記光ファイバアレイ６〜９，１１〜１４と各々の光軸が一致するよう位置合わせされることによって、光コリメータアレイとして機能する。
【００５７】
各々のマイクロレンズアレイ１５〜１８，２１〜２４は、金型成型技術により作製されている。これらのマイクロレンズアレイ１５〜１８，２１〜２４におけるレンズ中心の配列精度は、±１μｍ以内である。また、これらのマイクロレンズアレイ１５〜１８，２１〜２４の光入出力端面には、反射防止膜が設けられている。なお、これらのマイクロレンズアレイ１５〜１８，２１〜２４は低融点ガラスや光学ポリマを用いた金型成型技術により作製する他、石英やシリコンを半導体プロセス技術により加工し作製したものであってもよい。
【００５８】
また、マイクロレンズアレイ１５〜１８，２１〜２４は、前記いずれの加工技術においても、特に半導体プロセス技術において、例えば８行×８列の配列数で分割形成する場合に較べて１６行×１６列の配列数で一括形成する方が容易である場合は、光ファイバアレイ６〜９，１１〜１４と同一の配列を有することを前提として、単一のマイクロレンズアレイ部品として作製することができる。
【００５９】
前記入力光ファイバアレイ６〜９および出力光ファイバアレイ１１〜１４は、図２および図３に示すように、光ファイバ２５を保持したフェルール２６と、このフェルール２６を支持する整列基板２７〜３０と、これらの整列基板２７〜３０を互いに結合させて集合させる額縁状のフレーム３１とによって構成されている。この実施の形態においては、前記光ファイバ２５によって本発明でいう光入力ポートおよび光出力ポートが構成され、前記整列基板２７〜３０によって本発明でいう支持部材が構成され、整列基板２７〜３０とフレーム３１との組立体によって本発明でいう複数の支持部材の集合体が構成されている。
【００６０】
前記フェルール２６は、円筒状に形成されており、光ファイバ２５を軸心部に嵌入し位置決めした状態で保持している。光ファイバ２５の光入出射端面２５ａには、反射防止膜が形成されている。
整列基板２７〜３０は、例えば８行×８列の配列となるように所定の間隔をおいて二次元的に配列された複数の貫通孔３２がそれぞれ穿設されている。これらの整列基板２７〜３０は、これらの貫通孔３２に前記フェルール２６を挿入することにより、複数の光ファイバ２５を二次元的に配列される状態で支持するとともに、複数の光ファイバ２５の光入出射端面２５ａを整列基板２７〜３０の端面に露出しかつ互いに平行になるように整列させる。
【００６１】
また、整列基板２７〜３０における前記複数の貫通孔３２より外側に位置する外縁部には、他の整列基板との位置を決めて固定するために、ガイド孔３３が穿設されている。このガイド孔３３の孔径は、フレーム３１に立設された嵌合ピン３４が嵌合可能な孔径に形成されている。嵌合ピン３４がガイド孔３３に嵌合することにより、フレーム３１に各光ファイバアレイ６〜９，１１〜１４を高い精度で位置決め、固定することができる。
【００６２】
この位置決めは、嵌合ピン３４をフレーム３１の所定の位置に高い精度で位置付けておくことにより、高精度にかつ特別な位置決め操作を何ら行うことなく受動的に行うことができる。また、前記嵌合ピン３４がガイド孔３３に嵌合することにより、光ファイバアレイ６〜９，１１〜１４と同一の配置でガイド孔３５（図４参照）を設けたマイクロレンズアレイ１５〜１８，２１〜２４の光軸合わせを行うことができる。
【００６３】
前記フェルール２６は、光コネクタ用フェルールとして一般に市販されており、その外形精度は±１μｍ以下である。かつ、フェルール２６の外径中心と、それに保持される光ファイバ２５のコア中心とのずれである偏心量は、一般に１μｍ以下と高い精度を有している。さらに、前記複数の貫通孔３２の内径は、前記円筒形状のフェルール２６の外形状と略等しいものとなっている。加えて、整列基板２７〜３０は、ポリマ系熱可塑性材料の他、金属やセラミック、またガラスから構成してもよい。
【００６４】
これらの材料を機械加工、あるいは金型を用いて成型することにより、各々の貫通孔３２の位置を、二次元アレイの全領域において±２μｍ以下の高精度で配列させることが可能であり、またフレーム３１の嵌合ピン３４に対するガイド孔３３の位置精度も同様の精度で形成することができる。特に、整列基板２７〜３０を熱可塑性樹脂から構成する場合、トランスファ成型法により高い精度を保ちつつ安価に作製することが可能である。
【００６５】
アレイ規模が大きくなった場合、１つの整列基板内に全ての貫通孔３２を設けると、その配列精度は整列基板の製造精度により制限されるため、高精度に配列することは困難になる。この製造精度の限度は、機械加工の場合には工具の送り誤差の累積であったり、また成型の場合には成型部材の収縮率の不均一さなどに起因するものである。本発明では１つの光ファイバアレイの大きさを光ファイバの配列精度が損なわれることがない大きさに制限し、複数の光ファイバアレイを一つのフレーム３１上に整列することで、光ファイバアレイの配列精度を損なうことなく、光スイッチ１の入出力ポート規模を拡大することができる。
【００６６】
なお、本実施の形態においては、光入出力ポートを構成する光コリメータアレイとして、図４に示したように、光ファイバアレイ６〜９，１１〜１４とマイクロレンズアレイ１５〜１８，２１〜２４の組み合わせを挙げたが、光コリメータとしては、図５に示すように、例えば先端を非球面加工したロッドレンズ４１｛図５（Ｂ）参照｝に光ファイバ２５を光学接着剤あるいは融着により固定した単一部品でもあってもよい。
【００６７】
前記のようにロッドレンズ４１と光ファイバ２５とを接続して構成するファイバコリメータ４２は、一般に市販されており、その外形精度は±２μｍ以下である。図５にファイバコリメータ４２を整列基板２７〜３０に配列させてなるファイバコリメータアレイ４３の構成例を示す。ファイバコリメータ４２から出射する光ビームの光軸の角度ずれ、すなわちポインティング精度は０．１°以下である。このポインティング精度は、マイクロ可動ミラー上に光ビームが到達したとき、その光ビームの光軸傾きによるビーム中心位置のシフト量が数十μｍであり、光学損失に与える影響としては十分無視できる値である。
【００６８】
このため、複数のファイバコリメータ４２を整列させる際にその角度ずれの方向を揃える必要はない。この実施の形態においては、前記ファイバコリメータ４２によって本発明でいう光入力ポートおよび光出力ポートが構成されている。なお、前記ファイバコリメータ４２を構成するレンズ部分は、先端を非球面加工したロッドレンズの他、セルフォックレンズに代表される屈折率分布型のロッドレンズや、内部が空洞の金属製チューブの内側に平凸型もしくは両凸型のコリメートレンズを固定したものなどを用いることができる。
【００６９】
前記整列基板２７〜３０に配列された複数の貫通孔３２は、前記円筒形状のレンズ部分を有するファイバコリメータ４２が嵌合可能な形状に形成されている。すなわち、貫通孔３２の孔形状は、ファイバコリメータ４２の外形と略等しい形状に形成されている。このため、前記整列基板２７〜３０の複数の貫通孔３２に前記ファイバコリメータ４２を挿入し整列させるだけで、配列誤差のきわめて小さいファイバコリメータアレイ４３を低コストで作製することができる。
なお、本実施の形態において、光入出力部２，５のポート数は１６行×１６列の２５６ポートであるが、前記ポート数についてはこの値に限定されるものではない。
また、本実施の形態において、光入出力部２，５は、入出力光ファイバアレイ６〜９，１１〜１４とマイクロレンズアレイ１５〜１８，２１〜２４の組み合わせによって構成されているが、これらについては、図５に示したように、ファイバコリメータアレイによって構成することができる。
また、入出力光ファイバアレイ６〜９，１１〜１４と入出力マイクロ可動ミラーアレイ３，４との幾何的配置、およびこれらを構成する光ファイバ２５、マイクロレンズアレイ１５〜１８，２１〜２４、マイクロ可動ミラーアレイ３，４の配列間隔は、本実施の形態を採るとき値に限定されないことは言うまでもない。
【００７０】
このように構成された本実施の形態における光スイッチ１においては、例えば、整列基板２７〜３０の貫通孔３２やガイド孔３３の位置や形状等を高い寸法精度で形成し、光ファイバ２５を貫通孔３２にフェルール２６あるいはファイバコリメータ４２を介して挿入して整列基板２７〜３０に固定すれば、光スイッチ１の主要部品である二次元光コリメータアレイを極めて小さい配列誤差で作製することができる。さらに、ガイド孔３３を介して複数の整列基板２７〜３０をフレーム３１に配列することによって、例えばポート数が２００個を超える大規模な光スイッチの光入出力ポートを高精度かつ簡易に構成することが可能となる。
【００７１】
［第２の実施の形態］
本発明に係る光スイッチは、図６および図７に示すように構成することができる。
図６は２個のマイクロ可動ミラーと凹面ミラーとを用いた光スイッチの側面図、図７はこの実施の形態による光ファイバアレイの斜視図である。図６中の矢印は光ビームの進行方向を示している。図６および図７において、前記図１〜図５によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。なお、本発明に関わる光スイッチは光学的に可逆な構成を有しているため、光ビームの進行方向を逆にしても光スイッチの機能として何ら変わるところはない。従って、本説明において光の入出力の向きは説明のために便宜的に与えた設定であり、本実施の形態を採るとき入力側あるいは出力側としての役割に限定されないことは言うまでもない。
【００７２】
図６に示す光スイッチ５１は、光入力部５２と、入力側マイクロ可動ミラーアレイ５３と、凹面ミラー５４と、出力側マイクロ可動ミラーアレイ５５と、光出力部５６とを備えている。図６において、符号５７は光ビーム群を示している。
前記光入力部５２は、各々８行×８列の配列規模を有する４つの入力光ファイバアレイ６〜９に、この入力光ファイバアレイと同一の配列を有する入力マイクロレンズアレイ１５〜１８を位置合わせすることにより４つの光コリメータアレイとし、これを２行×２列に配置することにより、全体としてポート数２５６の光入力ポートを構成する。
【００７３】
また、光出力部５６は、光入力部５２と同様に、出力光ファイバアレイ１１〜１４と出力マイクロレンズアレイ２１〜２４とからなる８行×８列の光コリメータアレイが２行×２列に配置されてポート数２５６の光出力ポートを構成する。前記入出力光ファイバアレイ６〜９，１１〜１４および前記入出力マイクロレンズアレイ１５〜１８，２１〜２４は、各々を構成する光ファイバ、もしくはマイクロレンズが、概ね１ｍｍの間隔で二次元的に配列されている。
【００７４】
前記マイクロ可動ミラーアレイ５３，５５は、それぞれ半導体製造技術により１チップのシリコン基板上に作製された、光コリメータアレイと同一の配列を有する１６行×１６列のマイクロ可動ミラーアレイである。
前記光入力部５２、入力側マイクロ可動ミラーアレイ５３、凹面ミラー５４、出力側マイクロ可動ミラーアレイ５５、光出力部５６は、図６に示すように、それぞれ光ビームの進行方向に対してδ［ｒａｄ］の傾き角度を持ってＷ型に配置されている。
【００７５】
前記入出力マイクロ可動ミラーアレイ５３，５５は、焦点距離１５０ｍｍの凹面ミラー５４の焦点位置にそれぞれ配置されている。また、前記光入出力部５２、５６は、それぞれ入力側もしくは出力側マイクロ可動ミラーアレイ５３，５５と、概ね１５０ｍｍの距離をおいてそれぞれ配置されている。この実施の形態で示す前記凹面ミラー５４は、Ｘ方向の曲率半径が３１５ｍｍ、Ｙ方向の曲率半径が３００ｍｍのトロイダルミラーである。
【００７６】
本実施の形態による光スイッチにおいて、入出力光ファイバアレイ間の最も離れた光ファイバどうしを接続する場合は、最も近接した光ファイバどうしを接続する場合と比較して、概ね２０ｍｍの光路長差を生じる。この実施の形態においては、この光路長差を低減するために、前記光入出力部を構成する４個の光ファイバアレイについて、図６中のＹ方向（図６の紙面と直交する方向）に並ぶ２個を１組として、光の進行方向に対し所定のオフセットを付与してある。
【００７７】
このようにオフセットを付与した光入力部５２の構成を図７に示す。前記入力光ファイバアレイ６〜９については、凹面ミラー５４に近接する位置にある光ファイバアレイ７，９を入力側マイクロ可動ミラーアレイ５３に概ね１０ｍｍ近接させた。このように光ファイバアレイにオフセットを付与するに当たっては、図７に示すように、フレーム３１に段部６１を形成することによって行っている。
【００７８】
これと同様に、前記出力光ファイバアレイ１１〜１４については、凹面ミラー５４に近接する位置にある光ファイバアレイ１１，１３を出力側マイクロ可動ミラーアレイ５５に概ね１０ｍｍ近接させてフレーム３１に固定し配置した。
このような構成を採ることにより、光スイッチ全体の光路長ばらつきを概ね１０ｍｍの範囲内に抑制し、光路長差による光結合損失ばらつきを０．１ｄＢ以下に収めることができた。
【００７９】
凹面ミラー５４の反射面５４ａの光軸、すなわち曲率中心を通る軸に対し、大きく角度を持った斜め入射で光ビームが入射する場合、先に示したようにビーム群の集光位置は１点に定まらず、位置誤差が生じる。凹面ミラー光軸に対して斜め入射する面（この場合Ｘ−Ｚ面）での曲率半径を垂直な面（Ｙ−Ｚ面）の曲率半径に対し大きくするトロイダル面とすることで、この位置誤差を低減することができ、各マイクロ可動ミラーの回転動作範囲に対する要求条件を均一にすることができ、ミラー回転角度を有効に使用する光スイッチが構成できる。
また、凹面ミラー５４の反射面５４ａをトロイダル面とすることにより、曲率がＸ軸とＹ軸とで等しく形成されている場合と比較して、凹面ミラー５４における軸外収差を低減し、その値を０．５ｄＢ以下とすることができた。
なお、本実施の形態において、光入出力部５２，５６のポート数は１６行×１６列の２５６ポートであるが、前記ポート数についてはこの値に限定されるものではない。また、光入出力部５２，５６は、８行×８列の配列を有する光ファイバアレイを４個ずつ使用して構成し、これを２つずつ組にしてそのうちの一方をマイクロ可動ミラー５３，５５に近接させているが、必要に応じて１６行×８列の光ファイバアレイ２個の組み合わせとし、そのうちの一方を近接させる構成を採ることもできる。
【００８０】
また、本実施の形態においては、光ファイバアレイ７，９，１１，１３をマイクロ可動ミラーアレイ５３，５５に近接させることによって光路長差を低減しているが、必要に応じてマイクロ可動ミラーアレイ５３，５５から遠ざけることもできる。さらに、例えばポート数が１０００を超える、よりポート数の多い光スイッチの光入出力部を構成する場合、これらを構成する光ファイバアレイの数を２個あるいは４個に限定する必要はなく、例えば１６個の光ファイバアレイで構成し、これらを多段にして近接あるいは遠ざける構成を採ることができる。
【００８１】
また、本実施の形態において、光入出力部５２，５６は、入出力光ファイバアレイ６〜９，１１〜１４とマイクロレンズアレイ１５〜１８，２１〜２４の組み合わせによって構成されているが、これらについては、図５に示したように、ファイバコリメータアレイによって構成することができる。
また、入出力光ファイバアレイ６〜９，１１〜１４と凹面ミラー５４、入出力マイクロ可動ミラーアレイ５３，５５との幾何的配置、およびこれらを構成する光ファイバ２５、マイクロレンズアレイ１５〜１８，２１〜２４、マイクロ可動ミラーアレイ５３，５５の配列間隔は、本実施の形態を採るとき値に限定されないことは言うまでもない。
【００８２】
このように構成された本実施の形態における光スイッチ５１においては、例えば、光入出力部５２，５６をそれぞれ４個の入出力光ファイバアレイ６〜９，１１〜１４によって構成し、そのうちの２個について光ビームの進行方向に対し相対的にオフセットを与えることにより、光スイッチ５１の大規模化に伴う光路長差の拡大を抑制し、光路長差に由来する光結合損失のばらつきを極めて小さくすることができる。また、凹面ミラー５４の反射面５４ａをＸ軸とＹ軸とで曲率が異なるトロイダル面とすることにより、凹面ミラー５４における軸外収差を０．５ｄＢ程度に抑制することができる。
【００８３】
［第３の実施の形態］
以下、図面を用いて本発明の第３の実施の形態の光スイッチについて説明する。本発明に係る光スイッチは、図８に示すように構成することができる。
図８は第３の実施の形態による光スイッチの分解斜視図である。図８において、前記図１〜図７によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。なお、本発明に関わる光スイッチは光学的に可逆な構成を有しているため、光ビームの進行方向を逆にしても光スイッチの機能として何ら変わるところはない。従って、本説明において光の入出力の向きは説明のために便宜的に与えた設定であり、本実施の形態を採るとき入力側あるいは出力側としての役割に限定されないことは言うまでもない。
【００８４】
図８に示す光スイッチ１は、本発明の第１の実施の形態で示した光スイッチの構造を分解して示したものであり、光スイッチの入力側を構成する支持構造体６０ａに光入力部２と入力側マイクロ可動ミラーアレイ３を、光スイッチの出力側を構成する支持構造体６０ｂに出力側マイクロ可動ミラーアレイ４と光出力部５をそれぞれ搭載している。この実施の形態においては、前記支持構造体６０ａ，６０ｂによって請求項９記載の発明でいう「一対の支持構造体」が構成されている。光入出力部および入出力マイクロ可動ミラーアレイは、それぞれ配列規模が１６行×１６列でポート数が２５６である。なお、説明を簡易にするため、出力側の支持構造体６０ｂの上面は描画を省略する。また、各光学部品の配列規模も図面上は略して表示する。
【００８５】
前記の支持構造体６０ａ，６０ｂは、光入出力部２，５を搭載するための開口部６１と、マイクロ可動ミラーアレイ３，４を搭載するための開口部６３と、入出力の支持構造体同士を組み合わせて入出力マイクロ可動ミラーアレイ間の光結合を成立させるための開口部６６とを備えている。
光入出力部２，５を搭載するための開口部６１には、所定の位置に、光ファイバアレイ６〜９，１１〜１４を搭載した整列基板２７〜３０を搭載するための複数の位置決めピン６２を高い位置精度で設けている。この位置決めピン６２を、前記整列基板２７〜３０に形成された複数のガイド孔３３に嵌合させることにより、光ファイバアレイを図８中のＸ−Ｙ平面における並進方向だけでなく、この面に垂直なＺ軸を中心とした回転方向に対しても高い精度で受動的に位置決めし、固定することができる。
【００８６】
マイクロ可動ミラーアレイ３，４を搭載する開口部６３にも同様に、マイクロ可動ミラーアレイ３，４を搭載するための複数の位置決めピン６４を高い位置精度で設けている。この位置決めピン６４をマイクロ可動ミラーアレイ側に設けた複数のガイド孔６５に嵌合させることにより、マイクロ可動ミラーアレイ３，４を高い精度で受動的に位置決めし、固定することができる。前記の支持構造体６０ａ，６０ｂのそれぞれを、例えば金属ブロックの削り出しや成型加工等により一体形成部品として作製すると、前記光ファイバアレイ６〜９，１１〜１４を搭載するための複数の位置決めピン６２の位置誤差とマイクロ可動ミラーアレイ３，４を搭載するための位置決めピン６４の位置誤差、ならびにこれらの位置決めピン６２，６４の間の相対的な位置誤差は、概ね１０μｍから２５μｍに収めることが可能である。
【００８７】
このように、一対の支持構造体６０の上に高い位置精度で設けられた複数の位置決めピン６２，６４を用いて光入出力部２，５とマイクロ可動ミラーアレイ３，４の相対的な配置を決定することにより、アレイ部品が整列配置された面内における並進方向、およびこの面に垂直な軸を中心とした回転方向の自由度を拘束し、空間的に離れた位置にある光入出力部２，５とマイクロ可動ミラーアレイ３，４の間を高い精度で受動的に位置合わせすることができる。ただし、前記入力側および出力側の支持構造体６０а、６０ｂをそれぞれ一体形成する場合、加工が難しくなると同時に高額になるため、前記支持構造体６０ａ，６０ｂを構成する板や枠組みを複数の部材で構成し、これらをネジで止めるなどすることにより一体化するのでも構わない。
【００８８】
この場合、前記光ファイバアレイ６〜９，１１〜１４を搭載するための複数の位置決めピン６２とマイクロ可動ミラーアレイ３，４を搭載するための位置決めピン６４の間の位置誤差は、先に述べた値よりも大きくなる。あるいは、一体形成技術で作製する場合でも、支持構造体６０ａ，６０ｂの形状によっては、前記光ファイバアレイを搭載するための複数の位置決めピン６２同士、およびマイクロ可動ミラーアレイ３，４を搭載するための位置決めピン６４同士を高い位置精度で形成することはできても、これらの間の相対的な位置精度を出すことが難しくなる場合もある。
【００８９】
このような場合は、支持構造体６０а、６０ｂ同士を組み合わせる以前に、前記のように光入力部２と入力側マイクロ可動ミラーアレイ３、あるいは光出力部５と出力側マイクロ可動ミラーアレイ４を一方の支持構造体に搭載した後、光入出力部２，５を構成する光ファイバアレイ６〜９，１１〜１４から光を入力して光ビームを形成し、入出力の支持構造体６０ａ，６０ｂの開口部６６から前記光ビームに照射されたマイクロ可動ミラーアレイ３，４を光学顕微鏡で観察することにより、光ファイバアレイ６〜９，１１〜１４とマイクロ可動ミラーアレイ３，４の相対的な位置ずれの有無およびその程度を予め確認することができる。マイクロ可動ミラーアレイ３，４は全箇所観察してもよいが、アレイ領域の四隅など回転方向のずれの影響が最も顕著に現れる複数の箇所のみに限定しても、光学部品の配列規模が大きい場合に特に問題となる前記の回転方向の位置ずれについて、その影響を感度良く評価することができる。
【００９０】
評価する手段としては、同様に光ビームを形成してマイクロ可動ミラーアレイ３，４で反射させ、その反射光の光強度を光検出器により測定して、ケラレ損失による過剰損失の有無を確認する方法などもある。しかしながら、光学顕微鏡を用いるほうが、光ビームとマイクロ可動ミラーの中心ずれの量とその方向を視覚的に容易に検出することができる。ここで、光学部品の配列規模が大きい場合、例えばアレイ領域の四隅が数ｍｍから数十ｍｍの間隔をあけて存在することになる。これらの測定箇所を一度に観測しようとすると、顕微鏡の倍率を下げたり光検出器の受光面積を大きくしたりしなければならず、個々の箇所に対する測定分解能が低下する。
【００９１】
光入出力部２，５とマイクロ可動ミラーアレイ３，４の間で許容される位置ずれ量はマイクロ可動ミラー径と光ビーム径の関係にも依存するが概ね１００μｍ程度であり、このような精度で位置ずれの影響を検出するには、高分解能の測定機器をリニアステージ等に搭載して移動させ、観察する箇所を個々に測定する必要がある。このように、回転方向のずれを高精度に評価するには、ある程度の空間を確保することが要求されるため、光スイッチの支持構造体６０を入出力で分離せずに評価することは事実上困難である。
【００９２】
なお、評価の結果、前記のずれが許容範囲を超えた場合、光ファイバアレイ６〜９，１１〜１４あるいはマイクロ可動ミラーアレイ３，４のいずれかの固定を緩めてその取り付け位置を微調整することにより、ずれを補正することも可能である。本実施の形態では、この補正と前記のずれの評価を繰り返し実施することにより、配列規模が１６行×１６列でポート数が２５６の光スイッチについて、その回転方向のずれ量を、光ビームとマイクロ可動ミラーの相対的な中心ずれを１００μｍ以下に収めることができた。
【００９３】
さらに、入力側、および出力側のそれぞれについて前記ずれを補正した支持構造体６０ａ、６０ｂ同士を、開口部６６の端面に設けた嵌合ピン６７および嵌合孔６８を合わせて固定し、光スイッチ１を完成する。この実施の形態においては、前記嵌合ピン６７と嵌合孔６８との嵌合部と、前記位置決めピン６２とガイド孔３３との嵌合部と、前記位置決めピン６４とガイド孔６５との嵌合部とによって、請求項８記載の発明でいう位置決め手段が構成されている。
この結果、光スイッチ１の挿入損失評価において、マイクロ可動ミラーにおけるケラレ損失を０．５ｄＢ以内に抑制し、挿入損失の平均値１．１ｄＢを実現することができた。
なお、本実施の形態では、光学部品を１６行×１６列に配列した例を示したが、本発明の効果はこの配列規模に限定されないことはいうまでもない。
【００９４】
また、本実施の形態では光入出力部２，５を光ファイバアレイ６〜９，１１〜１４としたが、これらは光ファイバとマイクロレンズが予め一体となった光コリメータアレイであっても構わない。
また、本実施の形態では光入出力部２，５を同一面上に配置したが、本発明の第２の実施の形態のようにオフセットを与えて光路長差を与えて配置しても構わない。
また、本実施の形態では、マイクロ可動ミラーアレイ３，４を複数の基板に分割した形で個々に取り付ける例を示したが、これらは同一の電極基板上に搭載されていてもよく、この場合、前記電極基板の複数の箇所に貫通孔６５を設けても良い。
【００９５】
また、本実施の形態では、支持構造体６０ａ，６０ｂの開口部は光入出力部２，５を搭載する面６１、マイクロ可動ミラーアレイ３，４を搭載する面６３および一対の支持構造体６０を嵌合する面６６の３箇所としているが、必要に応じて支持構造体６０ａ，６０ｂを枠組みのみの形状とし、他に開口を設けても構わない。
また、本実施の形態では、一対の支持構造体６０を組み合わせる手段として、支持構造体６０ａ，６０ｂの開口部６６に嵌合ピン６７と嵌合孔６８を設けて位置決めし嵌合させているが、位置決め構造はピンと孔の組み合わせに限定するものではない。同様に、一対の支持構造体６０と光入出力部２，５、およびマイクロ可動ミラーアレイ３，４を位置決めし嵌合する構造についても、例えば精密な外径精度を有する微小ボールと矩形の受け穴の組み合わせ等を用いてもよく、ピンと孔の組み合わせに限定するものではないことは言うまでもない。
【００９６】
さらに、一対の支持構造体６０を組み合わせる手段としては、入力側および出力側の支持構造体６０ａ，６０ｂ同士を前記の通り嵌合させる他、図８中に二点鎖線で示すように、支持構造体６０ａ，６０ｂとは独立したベース６９に一対の支持構造体６０を位置合わせする嵌合ピン７０を設け、入力側および出力側の支持構造体６０ａ，６０ｂのそれぞれについて開口部６１、６３、６６以外の面に嵌合孔６８を設けて、これらを嵌合させることにより実現しても構わない。なお、前記ベース６９と支持構造体６０ａ，６０ｂの位置決め構造については、ここに記したピンと孔の組み合わせに限定するものではない。
【００９７】
［第４の実施の形態］
以下、図面を用いて本発明の第４の実施形態の光スイッチについて説明する。本発明に係る光スイッチは、図９に示すように構成することができる。
図９は第４の実施の形態の形態による光スイッチの分解斜視図である。図９において、前記図１〜図８によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。なお、本発明に関わる光スイッチは光学的に可逆な構成を有しているため、光ビームの進行方向を逆にしても光スイッチの機能として何ら変わるところはない。従って、本説明において光の入出力の向きは説明のために便宜的に与えた設定であり、本実施の形態を採るとき入力側あるいは出力側としての役割に限定されないことは言うまでもない。
【００９８】
図９に示す光スイッチ５１は、本発明の第２の実施の形態で示した光スイッチの構造を分解して示したものであり、光スイッチの入力側を構成する支持構造体６０ａに光入力部５２と入力側マイクロ可動ミラーアレイ５３を、光スイッチの出力側を構成する支持構造体６０ｂに出力側マイクロ可動ミラーアレイ５５と光出力部５６をそれぞれ搭載している。光入出力部５２，５６および入出力マイクロ可動ミラーアレイ５３，５５は、それぞれ配列規模が１６行×１６列でポート数が２５６である。なお、説明を簡易にするため、支持構造体６０ａおよび支持構造体６０ｂの外面は描画を一部省略する。また、各光学部品の配列規模も図面上は略して表示する。前記の支持構造体６０ａ，６０ｂは、光入出力部５２，５６を搭載するための開口部６１、入出力マイクロ可動ミラーアレイ５３，５５を搭載する開口部６３、凹面ミラー５４を搭載する開口部７１、ならびに入出力マイクロ可動ミラーアレイ５３，５５と凹面ミラー５４の間の光結合を成立させるための開口部６６を備えている。
【００９９】
入力側および出力側の支持構造体６０ａ、６０ｂには、上述した第３の実施の形態と同様に、高い位置精度で設けられた複数の位置決めピン６２、６４を用いて、光ファイバアレイ６〜９，１１〜１４で構成された光入出力部５２，５６と入出力マイクロ可動ミラーアレイ５３，５５を、整列配置された面内における並進方向、およびこの面に垂直な軸を中心とした回転方向について高い精度で搭載した。さらに、第３の実施の形態と同様に、入力側ならびに出力側のそれぞれについて、光入出力部５２，５６を構成する光ファイバアレイ６〜９，１１〜１４から光を入力して光ビームを形成し、支持構造体の開口部６６から前記光ビームに照射されたマイクロ可動ミラーアレイ５３，５５を光学顕微鏡で観察することにより、光ファイバアレイ６〜９，１１〜１４とマイクロ可動ミラーアレイ５３，５５の相対的な位置ずれの有無を評価し、配列規模が１６行×１６列でポート数が２５６の光スイッチについて、光ビームとマイクロ可動ミラーの相対的な中心ずれを１００μｍ以下に収めることができた。
【０１００】
続いて、前記入力側および出力側の支持構造体６０ａ，６０ｂ、ならびに凹面ミラー５４の配置に合わせて複数の位置決めピン７０を設けたベース６９の上に、底面に位置決め用の複数の嵌合孔６８を設けた支持構造体６０ａ、６０ｂをそれぞれ搭載し、前記位置決めピン７０と嵌合孔６８を合わせて固定する。最後に、前記ベース６９上の凹面ミラー５４を配置する位置に設けた複数の位置決めピン７０に、凹面ミラー５４の背部および側部の平坦面を突き当てることにより、凹面ミラーを位置決めして固定し、光スイッチ５１を完成させる。
【０１０１】
この結果、光スイッチ５１の挿入損失評価において、マイクロ可動ミラーにおけるケラレ損失を０．５ｄＢ以内に抑制し、光スイッチの挿入損失の平均値４．２ｄＢを実現することができた。この実施の形態においては、ベース６９に支持構造体６０ａ，６０ｂを位置決めするための位置決めピン７０と嵌合孔６８とによって、請求項９記載の発明でいう第１の位置決め手段が構成されている。また、この実施の形態においては、ベース６９に凹面ミラー５４を位置決めするために設けた位置決めピン７０によって、請求項９記載の発明でいう第２の位置決め手段が構成されている。
【０１０２】
本実施の形態にあるように、入力側マイクロ可動ミラーアレイ５３と出力側マイクロ可動ミラーアレイ５５との間にフーリエ変換光学素子（凹面ミラー５４）を設ける場合、入力側マイクロ可動ミラーアレイ５３から反射した光は、入力側マイクロ可動ミラー５３に電圧を印加しない組立初期状態では全て出力側マイクロ可動ミラーアレイ５５の中央に集光する。そのため、入力側マイクロ可動ミラーアレイ５３に対する出力側マイクロ可動ミラーアレイ５５、およびフーリエ変換光学素子の相対位置および相対傾きを能動的に調整することは非常に困難である。そのため光入力部５２からの入力光を基準に入力側から順次、部材を位置合わせしていくような組立手法では要求される位置合わせ精度を実現できない。
【０１０３】
一方、本実施の形態で用いるようなフーリエ光学素子の焦点距離は数十ｍｍと長く、その光軸方向、および並進方向の位置決めに要求される精度は、先述の光ビームとマイクロ可動ミラー間に要求させる精度に比べると大幅に緩められる。本実施の形態では、より高精度な位置合わせが要求される光入力部５２と入力側マイクロ可動ミラー５３、および光出力部５６と出力側マイクロ可動ミラー５５を、それぞれ支持構造体６０ａ、６０ｂに搭載し、さらに個別に高精度に位置合わせを行った後、比較的要求精度の緩い、フーリエ変換光学素子（本実施の形態では凹面ミラー５４）、および支持構造体６０ａ、６０ｂの３部材間を別途受動的な位置合わせを行うような構成を採用している。これにより非常に簡単な手順で要求される位置合わせ精度を実現することが可能になる。
【０１０４】
なお、本実施の形態では、光学部品を１６行×１６列に配列した例を示したが、本発明の効果はこの配列規模に限定されないことはいうまでもない。
また、本実施の形態では光入出力部５２，５６を光ファイバアレイ６〜９，１１〜１４としたが、これらは光ファイバとマイクロレンズが予め一体となった光コリメータアレイであっても構わない。
また、本実施の形態では光入出力部５２，５６を同一面上に配置したが、本発明の第２の実施の形態のようにオフセットを与えて光路長差を与えて配置しても構わない。
【０１０５】
また、本実施の形態では、フーリエ変換素子として凹面ミラー５４を用いているが、本発明の範囲を逸脱しない範囲で他のフーリエ変換素子を適用しても構わない。
また、本実施の形態では、マイクロ可動ミラーアレイ５３，５５を複数の基板に分割した形で個々に取り付ける例を示したが、これらは同一の電極基板上に搭載されていてもよく、この場合、前記電極基板の複数の箇所に貫通孔６５を設けても良い。
【０１０６】
また、本実施の形態では、支持構造体６０ａ，６０ｂの開口部は光入出力部５２，５６を搭載する面６１、マイクロ可動ミラーアレイ５３，５５を搭載する面６３および一対の支持構造体６０を嵌合する面６６の３箇所としているが、必要に応じて支持構造体を枠組みのみの形状とし、他に開口を設けても構わない。
また、一対の支持構造体６０と凹面ミラー５４を組み合わせる手段としては、前記の通り複数の位置決めピン７０を設けたベース６９上に各部品を搭載する他、支持構造体６０ａ，６０ｂの凹面ミラー５４を搭載する開口部７１に複数の位置決めピン７０を搭載した枠を設け、一対の支持構造体６０を互いの開口部６６に設けた位置決め手段により嵌合させた後、前記開口部７１に設けた複数の位置決めピン７０に凹面ミラー５４の外形を突き当てて位置決めを行うことにより実現しても構わない。なお、前記ベース６９と支持構造体６０ａ，６０ｂの位置決め構造については、ここに記したピンと孔の組み合わせに限定するものではない。また、一対の支持構造体６０と光入出力部５２，５６、およびマイクロ可動ミラーアレイ５３，５５を位置決めし嵌合する構造についても、第４の実施の形態と同様に、ピンと孔の組み合わせに限定するものではないことは言うまでもない。
【０１０７】
［第５の実施の形態］
以下、図面を用いて本発明の第５の実施形態の光スイッチについて説明する。
図１０は第５の実施の形態の形態による光スイッチの光入力部の分解斜視図である。図１０において、前記図１〜図９によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。なお、本発明に関わる光スイッチは光学的に可逆な構成を有しているため、光ビームの進行方向を逆にしても光スイッチの機能として何ら変わるところはない。従って、本説明において光の入出力の向きは説明のために便宜的に与えた設定であり、本実施の形態を採るとき入力側あるいは出力側としての役割に限定されないことは言うまでもない。
【０１０８】
図１０に示す光入力部２あるいは５２は、本発明の第１および第２の実施の形態で示した光スイッチ１、５１の光入力部の構造を分解して示したものである。光入力部２，５２および入力側マイクロ可動ミラーアレイ３，５３は、それぞれ配列規模が１６行×１６列でポート数が２５６である。
光入出力部２，５２を搭載するための開口部６１は、図１０中のＸ−Ｙ平面における並進方向、およびこの面に垂直なＺ軸を中心とした回転方向に駆動可能な微調整機構７２を有している。微調整機構７２は、同一平面上に配置された外枠７２аと内枠７２ｂを備え、これらの間は複数の板ばね７２ｃによって接続されている。内枠７２ｂには、入力光ファイバアレイ６〜９を搭載した複数の整列基板２７〜３０を取り付けるための複数の位置決めピン６２を概ね±１０μｍの位置精度で設けており、これらを前記整列基板２７〜３０に設けた複数のガイド孔３３に嵌合させて高い精度で受動的に位置決めする。
【０１０９】
内枠７２ｂは、整列部材２７〜３０に対して分離された４つの部分から構成されており、内枠７２ｂに取り付けられた整列部材２７〜３０を外枠７２ａに対して独立に位置調整することができる。すなわち光入力部２，５２を構成する整列部材２７〜３０（支持部材）を個別に入力側マイクロ可動ミラーアレイ３，５３に対して位置調整することができる。このように複数の整列部材２７〜３０（支持部材）に対して個別に調整可能な調整機構を備えることにより、整列部材２７〜３０の製造精度の個体差や、各整列部材を取り付ける際の位置誤差を調整することが可能になり、より高精度な組立が実現できる。
【０１１０】
前記外枠７２аと分割された内枠７２ｂの各分割部分との間には、そのＹ方向の一辺に２箇所の調整ネジ（図示せず）が取り付けられ、これらをねじ込むことによりＸ方向の並進、およびＺ軸を中心とした回転について、内枠７２ｂを移動させることができる。同様に、前記外枠７２аと内枠７２ｂの各分割部分のＸ方向の一辺には１箇所の調整ネジ（図示せず）が取り付けられ、これをねじこむことにより、Ｙ方向の並進について内枠７２ｂを移動させることができる。これらのネジの動きを組み合わせることにより、Ｘ−Ｙ平面内の任意の方向に対して、数十μｍ以下のごく僅かな位置ずれを補正することが可能となる。なお、前記の調整ネジは、直交する辺の一方に２個所、他方の一辺に１箇所設けることにより並進方向の移動および回転の両方を実現するものであり、例えばＸ方向の一辺に２個所、Ｙ方向の一辺に１箇所設けても前記と同様の補正を実現することができる。
【０１１１】
本実施の形態では、内枠７２ｂが分割され、各分割部分が外枠７２ａに対して調整可能な調整機構を示したが、内枠７２ｂが分割されず、一体で外枠７２ａに対して調整できるような調整機構であっても、光入力部２，５２を一体で入力側マイクロ可動ミラーアレイ３，５３に対して簡易に位置調整することができる。
【０１１２】
本実施の形態では、光入力部２，５２を構成する光ファイバアレイ６〜９から光を入力して光ビームを形成し、支持構造体６０ａの支持構造体同士を嵌合させるための開口部６６から前記光ビームに照射されたマイクロ可動ミラーアレイ３、５３を光学顕微鏡で観察しながら、前記微調整機構７２を用いて、入力側マイクロ可動ミラーアレイ３，５３に対する光入力部２，５２のずれの補正を実施した。その結果、光入力部２，５２あるいは入力側マイクロ可動ミラーアレイ３，５３の位置が、支持構造体６０ａの開口部６１あるいは６３の中心からわずかに偏って取り付けられており、図１０中のＺ軸を中心とする回転方向を調整すると同時にＸ方向とＹ方向がずれてしまうような場合についても、光ビームとマイクロ可動ミラーの相対的な中心ずれを概ね５０μｍ以下に収めることができた。
【０１１３】
なお、本実施の形態では、光学部品を１６行×１６列に配列した例を示したが、本発明の効果はこの配列規模に限定されないことはいうまでもない。
また、本実施の形態では光入力部２，５２を光ファイバアレイとしたが、これらは光ファイバとマイクロレンズが予め一体となった光コリメータアレイであっても構わない。
また、本実施の形態では光入力部２，５２を同一面上に配置したが、本発明の実施の形態２のようにオフセットを与えて光路長差を与えて配置しても構わない。
また、本実施の形態では、支持構造体６０ａの開口部は光入力部２，５２を搭載する面６１、マイクロ可動ミラーアレイ３，５３を搭載する面６３および一対の支持構造体６０を嵌合する面６６の３箇所としているが、必要に応じて支持構造体を枠組みのみの形状とし、他に開口を設けても構わない。
また、支持構造体６０ａと光入力部２，５２、およびマイクロ可動ミラーアレイ３，５３を位置決めし嵌合する構造についても、第４の実施の形態と同様に、ピンと孔の組み合わせに限定するものではない。
【０１１４】
［第６の実施の形態］
以下、図面を用いて本発明の第６の実施形態の光スイッチについて説明する。
図１１は第６の実施の形態の形態による光スイッチの光入力部の分解斜視図である。図１１において、前記図１〜図１０によって説明したものと同一もしくは同等の部材については、同一符号を付し詳細な説明を適宜省略する。なお、本発明に関わる光スイッチは光学的に可逆な構成を有しているため、光ビームの進行方向を逆にしても光スイッチの機能として何ら変わるところはない。従って、本説明において光の入出力の向きは説明のために便宜的に与えた設定であり、本実施の形態を採るとき入力側あるいは出力側としての役割に限定されないことは言うまでもない。
【０１１５】
図１１に示す光入力部２あるいは５２は、本発明の第１および第２の実施の形態で示した光スイッチ１、５１の光入力部の構造を分解して示したものである。光入力部２、５２および入力側マイクロ可動ミラーアレイ３、５３は、それぞれ配列規模が１６行×１６列でポート数が２５６である。
入力側マイクロ可動ミラーアレイ３、５３を搭載するための開口部６３は、図１１中のＸ−Ｙ平面における並進方向、およびこれと直交するＺ軸を中心とした回転方向に駆動可能な微調整機構７２を有している。
【０１１６】
微調整機構７２は、同一平面上に配置された外枠７２аと内枠７２ｂを備え、これらの間は複数の板ばね７２ｃによって接続されている。内枠７２ｂには、入力側マイクロ可動ミラーアレイ３、５３を取り付けるための複数の位置決めピン６２を概ね±１０μｍの位置精度で設けており、これらを前記入力側マイクロ可動ミラーアレイ３、５３に設けた複数のガイド孔６５に嵌合させて高い精度で受動的に位置決めする。
【０１１７】
内枠７２ｂは、入力側マイクロ可動ミラーアレイ３，５３に対して分離された４つの部分から構成されており、内枠７２ｂに取り付けられた入力側マイクロ可動ミラーアレイ３，５３を外枠７２ａに対して独立に位置調整することができる。このように複数の入力側マイクロ可動ミラーアレイ３，５３に対して個別に調整可能な調整機構を備えることにより、入力側マイクロ可動ミラーアレイ３，５３の製造精度の個体差や、各入力側マイクロ可動ミラーアレイを取り付ける際の位置誤差を調整することが可能になり、より高精度な組立が実現できる。
【０１１８】
前記外枠７２аと分割された内枠７２ｂの各分割部分との間には、そのＹ方向の一辺に２箇所の調整ネジ（図示せず）が取り付けられ、これらをねじ込むことによりＸ方向の並進、およびＺ軸を中心とした回転について、内枠７２ｂを移動させることができる。同様に、前記外枠７２аと内枠７２ｂの各分割部分のＸ方向の一辺には１箇所の調整ネジ（図示せず）が取り付けられ、これをねじこむことにより、Ｙ方向の並進について内枠７２ｂを移動させることができる。これらのネジの動きを組み合わせることにより、Ｘ−Ｙ平面内の任意の方向に対して、数十μｍ以下のごく僅かな位置ずれを補正することが可能となる。なお、前記の調整ネジは、直交する辺の一方に２個所、他方の一辺に１箇所設けることにより並進方向の移動および回転の両方を実現するものであり、例えばＸ方向の一辺に２個所、Ｙ方向の一辺に１箇所設けても前記と同様の補正を実現することができる。
【０１１９】
本実施の形態では、内枠７２ｂが分割され、各分割部分が外枠７２ａに対して調整可能な調整機構を示したが、内枠７２ｂが分割されず、一体で外枠７２ａに対して調整できるような調整機構であっても、入力側マイクロ可動ミラーアレイ３，５３を一体で光入力部２，５２に対して簡易に位置調整することができる。
本実施の形態では、光入力部２，５２を構成する光ファイバアレイ６〜９から光を入力して光ビームを形成し、支持構造体６０ａの支持構造体同士を嵌合させるための開口部６６から前記光ビームに照射された入力側マイクロ可動ミラーアレイ３、５３を光学顕微鏡で観察しながら、前記微調整機構を用いて、光入力部２，５２に対する入力側マイクロ可動ミラーアレイ３，５３のずれの補正を実施した。
【０１２０】
その結果、光入力部２，５２あるいは入力側マイクロ可動ミラーアレイ３，５３の位置が、支持構造体６０ａの開口部６１あるいは６３の中心からわずかに偏って取り付けられており、図１０中のＺ軸を中心とする回転方向を調整すると同時にＸ方向とＹ方向がずれてしまうような場合についても、上述した第５の実施の形態と同様に、光ビームとマイクロ可動ミラーの相対的な中心ずれを概ね５０μｍ以下に収めることができた。
【０１２１】
なお、本実施の形態では、光学部品を１６行×１６列に配列した例を示したが、本発明の効果はこの配列規模に限定されないことはいうまでもない。
また、本実施の形態では光入力部２，５２を光ファイバアレイとしたが、これらは光ファイバとマイクロレンズが予め一体となった光コリメータアレイであっても構わない。
また、本実施の形態では光入力部２，５２を同一面上に配置したが、本発明の第２の実施の形態のようにオフセットを与えて光路長差を与えて配置しても構わない。
また、本実施の形態では、支持構造体６０аの開口部は支持構造体６０ａの開口部は光入力部２，５２を搭載する面６１、マイクロ可動ミラーアレイ３，５３を搭載する面６３および一対の支持構造体６０を嵌合する面６６の３箇所としているが、必要に応じて支持構造体を枠組みのみの形状とし、他に開口を設けても構わない。
また、支持構造体６０ａと光入力部２，５２、およびマイクロ可動ミラーアレイ３，５３を位置決めし嵌合する構造についても、第４の実施の形態と同様に、ピンと孔の組み合わせに限定するものではない。
【符号の説明】
【０１２２】
１，５１…光スイッチ、２，５２…光入力部、３，５３…入力側マイクロ可動ミラーアレイ、４，５５…出力側マイクロ可動ミラーアレイ、５，５６…光出力部、６〜９…入力光ファイバアレイ、１１〜１４…出力光ファイバアレイ、１５〜１８，２１〜２４…二次元マイクロレンズアレイ、２７〜３０…整列基板、２５…光ファイバ、２６…フェルール、３１…フレーム、３２…貫通孔、３３，３５…ガイド孔、３４…嵌合ピン、４２…ファイバコリメータ、５４…凹面ミラー、５４ａ…反射面、６０…一対の支持構造体、６０ａ…入力側の支持構造体、６０ｂ…出力側の支持構造体、６１…光ファイバアレイ搭載用の開口部、６２…光ファイバアレイ搭載用の位置決めピン、６３…マイクロ可動ミラーアレイ搭載用の開口部、６４…マイクロ可動ミラーアレイ搭載用の位置決めピン、６５…貫通孔、６６…一対の支持構造体を組み合わせる開口部、６７…支持構造体の嵌合ピン、６８…支持構造体の嵌合孔、６９…ベース、７０…ベース上の嵌合ピン、７１…凹面ミラー搭載用の開口部、７２…微調整機構、７２а…微調整機構の外枠、７２ｂ…微調整機構の内枠、７２ｃ…板ばね。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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