(57)【要約】【課題】透過帯域を拡大するとともに、入出力ポート数を増加させることができる波長選択スイッチを提供する。【解決手段】第１偏向素子４０に入射する信号光と第２偏向素子５０から出射する信号光は、光軸が互いに平行であり進行方向が互いに逆向きであり、対となる第１偏向素子４０のＳＷミラー４１〜４４と第２偏向素子５０の偏向チップ５１〜５４が、入出力ポートの組み合わせに応じて複数配置されている。これより、第１，第２偏向素子４０，５０をＺ方向にオフセットさせたり、このオフセットにより偏向素子ペア間の光路長差を低減したり、入力ミラーおよび出力ミラー上でのビームサイズをほぼ一致させたりすることができる。結果として、ＭＥＭＳミラー上におけるビームのサイズばらつきや、入出力ポートの組み合わせに依存するビームのサイズばらつきを、実用上問題ない範囲に低減することができる。【選択図】  図１
2011145462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入出力ポートと、
入射される光を任意の方向に偏向させる複数の可動偏向素子から構成される可動偏向素子アレイと、
前記入出力ポートと前記可動偏向素子アレイとの間に配設され、多重化された光信号を波長毎に分波して所定の前記可動偏向素子に入射させるとともに、前記可動偏向素子によって反射された少なくとも１つの所定波長の光を合波して出力する合分波光学系と、
前記入出力ポートと前記合分波光学系との間に設けられ、前記合分波光学系から出力された光信号を、光軸を平行移動させて再び前記合分波光学系に入力させる偏向光学系と
を備えた波長選択スイッチであって、
前記可動偏向素子アレイは、
前記入出力ポートから入力され前記合分波光学系によって分波された光信号を任意の方向に反射して、所定の前記偏向光学系に入力させる入力可動偏向素子と、
前記偏向光学系によって偏向され前記合分波光学系によって分波された光信号を任意の方向に反射して前記合分波光学系に入力し、前記入出力ポートに合波された光信号を出力させる出力可動偏向素子と
から構成されることを特徴とする波長選択スイッチ。
【請求項２】
前記合分波光学系は、回折素子と、この回折素子と前記偏向光学系との間に配設された第１の集光素子と、前記回折素子と前記可動偏向素子アレイとの間に配設された第２の集光素子とから構成され、
前記第２の集光素子の一方の焦点面には、前記回折素子が配設され、
前記第２の集光素子の他方の焦点面には、前記可動偏向素子アレイが配設される
ことを特徴とする請求項１記載の波長選択スイッチ。
【請求項３】
前記可動偏向素子は、前記回折素子の波長分散方向に光線を偏向させる
ことを特徴とする請求項２記載の波長選択スイッチ。
【請求項４】
前記第１の集光素子は、前記回折素子の波長分散方向に複数配設される
ことを特徴とする請求項２記載の波長選択スイッチ。
【請求項５】
前記偏向光学系は、前記合分波光学系から光信号が入力される第１の偏向素子と、この第１の偏向素子に入力された光信号を前記合分波光学系に出力する第２の偏向素子とからなる偏向素子対を備える
ことを特徴とする請求項１記載の波長選択スイッチ。
【請求項６】
前記第１の偏向素子は、プリズムおよびミラーの何れか一方から構成され、
前記第２の偏向素子は、プリズムおよびミラーの何れか一方から構成される
ことを特徴とする請求項５記載の波長選択スイッチ。
【請求項７】
前記第１の偏向素子および前記第２の偏向素子は、一体形成されている
ことを特徴とする請求項５記載の波長選択スイッチ。
【請求項８】
前記偏向光学系は、前記第１の偏向素子に入力された光信号を前記第２の偏向素子に向けて偏向させる第３の偏向素子をさらに備える
ことを特徴とする請求項５記載の波長選択スイッチ。
【請求項９】
前記偏向光学系は、任意の前記偏向素子対に対して、少なくとも１つの他の前記偏向素子対が前記合分波光学系の方向にオフセット配置されている
ことを特徴とする請求項５記載の波長選択スイッチ。
【請求項１０】
前記入力可動偏向素子および前記出力可動偏向素子は、同一平面上に配設される
ことを特徴とする請求項１記載の波長選択スイッチ。
【請求項１１】
前記入出力ポートと前記偏向光学系との間に配設され、前記入出力ポートから入力された光信号のビーム強度分布を楕円形状に整形するアナモルフィック光学系をさらに備える
ことを特徴とする請求項１記載の波長選択スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の波長の光信号を一本の伝送路に多重して伝送する波長多重通信技術に関するものであり、特に、波長信号毎に接続ポートを切り替えることができる波長選択スイッチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、波長多重（ＷＤＭ:Wavelength Division Multiplexing）技術は、二地点間の伝送容量を増やすためだけでなく、リング型ネットワークにおいて任意のノード間に特定波長からなる光信号の経路、すなわち波長パスを接続するためにも用いられるようになっている。特に、波長パスを柔軟に再構成できるＲＯＡＤＭ（ＲＯＡＤＭ:Reconfigurable Optical Add/drop Multiplexer）リングネットワーク（以下、「ＲＯＡＤＭリング」と呼ぶ。）は、ネットワークの保守コストや管理コストを劇的に削減し、波長パスを有効利用できるので、研究開発が盛んに行われている。
【０００３】
ＲＯＡＤＭリングの各ノードは、任意の波長信号を任意のポートに接続する機能が必要であるが、この機能を実現するための装置として、空間光学系に光回折素子と光偏向素子を組み込んだ波長選択スイッチ（ＷＳＳ:Wavelength Selective Switch）が用いられている。空間光学系のＷＳＳは、導波路系のＷＳＳと比較すると、広帯域性や低損失性に優れているため、最近急激に普及しつつある。この空間光学系のＷＳＳで用いられる光偏向素子は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術により作製された鏡面反射型と、ＬＣｏＳ（Ｒ）（Liquid crystal on silicon）技術により作製された波面整形型に大別され、前者は主に大規模用、後者は主に帯域可変用というように、目的に応じて使い分けられている。なお、以下において、空間光学系のＷＳＳを単に「ＷＳＳ」と呼ぶ。また、現在普及しているＷＳＳは、入力ポートが１つで出力ポートが複数のいわゆるＤＲＯＰ型と、入力ポートが複数で出力ポートが１つのいわゆるＡＤＤ型があるが、これらを総称して「１ｘＮ型ＷＳＳ」と呼ぶ。
【０００４】
今後、ＲＯＡＤＭリングは、複数のＲＯＡＤＭリングを連結した全光ＷＤＭメッシュネットワークに発展していくと予想されるが、ＲＯＡＤＭリング間の接続ノード（以下、「ＷＸＣノード」と呼ぶ。）は、入力ポートも出力ポートも複数有することになるため、複数の入力ポートから同一波長信号が入力されてもその信号をブロックさせない機能（以下、「ノンブロック機能」と呼ぶ。）が必要になる。ところが、ＷＸＣノードを１ｘＮ型ＷＳＳで構成すると多数のＷＳＳが必要になるため、サイズ、コストおよび損失が増大してしまう。そこで今後は、複数の入力ポートと複数の出力ポートを有し、複数の１ｘＮ型ＷＳＳの機能を単一の光学系に統合した次世代ＷＳＳへの需要が高まると予想される。なお、以下において、この次世代ＷＳＳを「ＭｘＮ型ＷＳＳ」と呼ぶ。
【０００５】
一例として、ＷＸＣノードが２つの入力ポートと４つの出力ポートを必要とする場合について説明する。これを、１ｘＮ型ＷＳＳで実現しようとする場合には、図３０に示すように、入力ポートが１つ、出力ポートが４つの１ｘ４ＤＲＯＰ型ＷＳＳ１００１，１００２と、入力ポートが２つ、出力ポートが１つの２ｘ１ＡＤＤ型ＷＳＳ１０１１〜１０１４という、６つの１ｘＮ型ＷＳＳが必要となる。これに対して、ＭｘＮ型ＷＳＳの場合は、入力ポートが２つ、出力ポートが４つの２ｘ４型ＷＳＳ１０２１のみで実現することができる。したがって、ＭｘＮ型ＷＳＳでは、図３１に示すように、１ｘＮ型ＷＳＳと比較して、主要光学部品数を約１／６、モジュールサイズを約１／６に削減することができるので、ファイバ余長処理スペース、ファイバ結合損およびコネクタ接続損を大幅に削減可能であり、結果として、ＷＸＣノードのサイズ、コスト、損失を劇的に低減させることができる。
【０００６】
＜ＭｘＮ型ＷＳＳの構成＞
このようなＭｘＮ型ＷＳＳの光学系の一例を図３２に示す（例えば、特許文献１参照。）。なお、この図３２に示すＭｘＮ型ＷＳＳ２０００は、特許文献１のFIG.6およびFIG.7の記載に基づくものであるが、可動偏向素子としてＭＥＭＳミラーアレイ、回折素子として透過型回折格子を用いており、入力ポートと出力ポートが２つずつ設けられた２ｘ２型ＷＳＳを示すものである。なお、一般的なＷＳＳにおいて広帯域化を目的として付与されているアナモルフィック光学系を追加している。
【０００７】
ＭｘＮ型ＷＳＳ２０００は、光軸がＺ軸方向に沿って配設された光ファイバアレイ２１００と、マイクロレンズアレイ２２００と、Ｙ整形レンズアレイ２３１０およびＸ整形レンズ２３２０からなるアナモルフィック光学系２３００と、ＳＷレンズ２４００と、回折格子２５００と、合分波レンズ２６００と、ＭＥＭＳミラーアレイ２７００とを備えており、これらをこの順番でＺ軸方向に沿って配列した構成を有する。また、ＭＥＭＳミラーアレイ２７００に対してＺ軸方向に直交するＹ軸方向には、折り返しミラー２８００が設けられている。
【０００８】
ここで、光ファイバアレイ２１００は、各々の光軸をＺ軸方向に沿わせた複数の光ファイバ２１０１〜２１０４を、Ｚ軸と直交するＹ軸方向に並設した構成を有する。光ファイバ２１０１〜２１０４のマイクロレンズアレイ２２００側の端部は、光入出力ポートとして動作する。ここで、光ファイバ２１０２は、光信号を出射する入力ポート（以下、「第１入力ポート」と呼ぶ。）として動作する。同様に、光ファイバ２１０３は、光信号を出射する入力ポート（以下、「第２入力ポート」と呼ぶ。）として動作する。一方、光ファイバ２１０１は、光信号を受光する出力ポート（以下、「第１出力ポート」と呼ぶ。）として動作する。同様に、光ファイバ２１０４は、光信号を受光する出力ポート（以下、「第２出力ポート」と呼ぶ。）として動作する。
【０００９】
マイクロレンズアレイ２２００は、複数のマイクロレンズ２２０１〜２２０４をＹ軸方向に並設したものである。このようなマイクロレンズアレイ２２００は、図３２に示すように光ファイバアレイ２１００に対してＺ軸方向の正の側に、各マイクロレンズ２２０１〜２２０４が対応する光入出力ポートと対向するように配設される。
【００１０】
アナモルフィック光学系２３００は、マイクロレンズアレイ２２００に対してＺ軸方向の正の側に設けられたＹ整形レンズアレイ２３１０と、このＹ整形レンズアレイ２３１０に対してＺ軸方向の正の側に設けられたＸ整形レンズ２３２０とを備えている。
ここで、Ｙ整形レンズアレイ２３１０は、Ｚ軸およびＹ軸と直交するＸ軸方向に軸線が沿った円柱の形状を有するレンズ２３１１〜２３１４を、Ｙ軸方向に並設した構成を有する。このレンズ２３１１〜２３１４は、対応するマイクロレンズ２２０１〜２２０４と対向するように配設される。
また、Ｘ整形レンズ２３２０は、軸線がＹ軸方向に沿った円柱の形状を有する。
【００１１】
ＳＷレンズ２４００は、公知のレンズから構成され、アナモルフィック光学系２３００に対してＺ軸方向の正の側に設けられる。なお、光学レイアウトによっては、凹面ミラーなどが用いられる場合もある。
【００１２】
回折格子２５００は、光信号を合分波する公知の回折格子から構成され、ＳＷレンズ２４００に対してＺ軸方向の正の側に設けられ、波長分散軸がＸ軸方向に沿うように配設されている。
【００１３】
合分波レンズ２６００は、公知のレンズから構成され、回折格子２５００に対してＺ軸方向の正の側に設けられる。なお、光学レイアウトによっては、凹面ミラーなどが用いられる場合もある。
【００１４】
ＭＥＭＳミラーアレイ２７００は、Ｘ軸方向およびこのＸ軸方向に直交する軸方向に並設され、少なくともＸ軸回りに回動可能に支持された複数のＭＥＭＳミラー２７１１〜２７１７，２７２１〜２７２７，２７３１〜２７３７，２７４１〜２７４７から構成されている。これらのＭＥＭＳミラー２７１１〜２７４７は、マトリクス状に行方向（Ｘ軸）に７個、列方向（Ｙ軸）に４個配列されている。ここで、Ｙ軸方向における最も負の側の行のＭＥＭＳミラー（以下、「第１出力ミラー」と呼ぶ。）２７１１〜２７１７には、第１出力ポートに出力される光信号が入射する。また、Ｙ軸方向における最も正の側の行のＭＥＭミラー（以下、「第２出力ミラー」と呼ぶ。）２７４１〜２７４７には、第２出力ポートに出力される光信号が入射する。また、ＭＥＭＳミラー２７１１〜２７１７に隣接する行のＭＥＭＳミラー（以下、「第１入力ミラー」と呼ぶ。）２７２１〜２７２７には、第１入力ポートから入射した光信号が入射する。また、ＭＥＭミラー２７４１〜２７４７に隣接する行のＭＥＭＳミラー（以下、「第２入力ミラー」と呼ぶ。）２７３１〜２７３７には、第２入力ポートから入射した光信号が入射する。これらのＭＥＭＳミラーは、同一平面上に配置されており、この平面は、ＸＺ平面をＸ軸回りに４５度回転させたもの、すなわち、Ｚ軸に対して４５度傾斜したものとなっている。
【００１５】
折り返しミラー２８００は、平面状のミラーから構成されており、ＭＥＭＳミラーアレイ２７００に対してＹ軸方向の正の側に設けられ、ＸＺ平面に対してほぼ平行になるように配設されている。
【００１６】
＜ＭｘＮ型ＷＳＳの動作＞
このようなＭｘＮ型ＷＳＳ２０００において、光ファイバ２１０２，２１０３に入力された波長多重された信号光は、第１，第２入力ポートから出射され、マイクロレンズアレイ２２００のマイクロレンズ２２０２，２２０３で平行光とされる。この平行光とされた信号光は、Ｙ整形レンズアレイ２３１０とＸ整形レンズ２３２０からなるアナモルフィック光学系２３００により、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に収束され、光路途中に楕円形状の強度プロファイルを有するビームウェスト（以下、楕円ビームウェストと呼ぶ）を形成する。
【００１７】
なお、楕円ビームウェストが形成される面のうち、ファイバ直近の面を、便宜上「共焦点面」と呼ぶ。共焦点面および回折格子２５００はＳＷレンズ２４００の、回折格子２５００およびＭＥＭＳミラーアレイ２７００は合分波レンズ２６００の前後の焦点面にそれぞれ配設されており、これらの光学素子の全体が４f光学系を構成している。以下において、光ファイバアレイ２１００から共焦点面までの光学系を「入出力光学系」、共焦点面から回折格子２５００までの光学系を「合波光学系」、回折格子２５００からＭＥＭＳミラーアレイ２７００までの光学系を「分波光学系」と呼ぶ。
【００１８】
共焦点面を通過した光信号は、ＳＷレンズ２４００により収束され、回折格子２５００に到達する。この回折格子２５００を通過する際、信号光は、信号波長に応じてＸ方向に分散され、合分波レンズ２６００により互いに平行な光軸を有する信号光群となり、各信号波長に対応してＸ方向にアレイ化されている別々の第１入力ミラー２７２１〜２７２７または第２入力ミラー２７３１〜２７３７に入射し、この入力ミラー付近に、再び楕円ビームウェストを形成する。
【００１９】
第１入力ミラー２７２１〜２７２７または第２入力ミラー２７３１〜２７３７に到達した信号光は、その入力ミラーにより反射され、折り返しミラー２８００を経由して対応する第１出力ミラー２７１１〜２７１７または第２出力ミラー２７４１〜２７４７に到達する。このとき、信号光は、第１入力ミラー２７２１〜２７２７または第２入力ミラー２７３１〜２７３７のＸ軸回りの角度にしたがって、第１出力ポートに対応する第１出力ミラー２７１１〜２７１７または第２出力ポートに対応する２７４１〜２７４７に選択的に反射される。一方、第１出力ミラー２７１１〜２７１７または第２出力ミラー２７４１〜２７４７は、Ｘ軸回りの角度を調整し、折り返しミラー２８００から入射した光信号をＺ軸と平行にさせてＺ軸方向の負の側に反射させる。第１出力ミラー２７１１〜２７１７または第２出力ミラー２７４１〜２７４７により所定の方向に反射された信号光群は、合分波レンズ２６００により収束され、回折格子２６００により合波され、ＳＷレンズ２４００により楕円ビームウェストが形成され、アナモルフィック光学系２３００により再び第１，第２入力ポートから出射されたときのビーム形状に戻される。続いて、マイクロレンズアレイ２２００のマイクロレンズ２２０１，２２０４で収束されて、第１，第２出力ポートに入射される。この入射した信号光は、光ファイバ２１０１，２１０４を伝播してゆく。
【００２０】
なお、「入出力光学系」は、入力ポートと出力ポートの合計数だけ行方向にアレイ化されているので、以上の説明は任意の入力ポートと任意の出力ポートの組み合わせにおいて成り立つ。したがって、このＭｘＮ型ＷＳＳ２０００は、ＷＸＣノードに必要なノンブロック機能を実現できる光学系となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】米国特許第６８１９８２３号（FIG.6，FIG.7）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
しかしながら、上述したようなＭｘＮ型ＷＳＳでは、透過帯域を拡大したり、入出力ポート数を拡張したりする際に、いくつかの課題が発生する。
【００２３】
第１の課題は、ＭＥＭＳミラー上における光信号のビームのサイズばらつきである。上述したように、一般的なＷＳＳでは、透過帯域を拡大するために、ＭＥＭＳミラー上に楕円ビームウェストが形成されるようにアナモルフィック光学系が設けられており、その楕円ビームの短軸が、いわゆる波長分散軸であるＸ軸と一致するように設計されている。１ｘＮ型ＷＳＳの場合は、ＭＥＭＳミラーが１つに限られているため、楕円ビームウェストをＭＥＭＳミラー上に形成させることが可能であり、透過帯域を最大限拡大することができた。ところが、ＭｘＮ型ＷＳＳの場合、入力側と出力側のそれぞれにＭＥＭＳミラーが存在するので、どちらか一方のＭＥＭＳミラーにしか楕円ビームウェストを形成できず、透過帯域を最大限拡大することができなくなってしまう。
【００２４】
例えば、図３３に示すように、入力ミラー２７２４に楕円ビームウェストを配置させると第１出力ミラー２７１４のＸ軸方向のビームサイズが大きくなってしまう。一方、第１出力ミラー２７１７に楕円ビームウェストを配置させると第１入力ミラー２７２７のＸ軸方向のビームサイズが大きくなってしまう。また、第１入力ミラー２７２１と第１出力ミラー２７１１を結ぶ光路の中間に楕円ビームウェストを配置させると、２つのミラー上のビームサイズはほぼ同じ大きさになるが、ミラー上のＸ軸方向のビームサイズが楕円ビームウェストのビームサイズよりも大きくなってしまう。このように、いずれの場合も、全てのＭＥＭＳミラー上に楕円ビームウェストを配置することができず、１ｘＮ型ＷＳＳと比べた場合、透過帯域が減少してしまっていた。
【００２５】
第２の課題は、入出力ポートの組み合わせに依存するビームのサイズばらつきである。例えば、図３４に示すように、第１入力ミラー２７２１〜２７２７に入射した伝搬ビームは、第１出力ミラー２７１１〜２７１７へ伝搬される場合と、第２出力ミラー２７４１〜２７４７へ伝搬される場合とがあるが、光路長を比較すると、前者の方が後者よりも長い。したがって、第１入力ミラー上に楕円ビームウェストが配置されている場合、第２出力ミラー上のビームサイズより、第１出力ミラー上のビームサイズが大きくなってしまう。したがって、第１入力ポートから第２出力ポートへのポート接続時よりも、第１入力ポートから第１出力ポートへのポート接続時の方が、透過帯域が減少してしまう。なお、図３４では、入力ポートと出力ポートがそれぞれ２つの場合を例を示しているが、入出力ポート数が増加すると、透過帯域のポート間ばらつきはより顕著になる。
【００２６】
第３の課題は、ポート数を拡張する際のＭＥＭＳミラー回転角への制約である。上述したように、ＭＥＭＳミラー近傍に楕円ビームウェストが形成されるため、ＭＥＭＳミラー形状は矩形とされる場合が多い。ＭＥＭＳミラーは、ミラー下部の電極に電圧を印加して発生させる静電気力によって回動する。例えば、図３５に示す出力ミラー２７１１の場合、ミラー２７１１ａは、その下部に配設された４つの電極２７１１ｂ〜２７１１ｅに電圧を印加することで発生する静電気力によって回動する。その静電気力は、主にミラーと電極間のギャップ、ならびに、ミラーの面積および印加電圧に依存する。これらのうち、ミラー面積は光学設計により、印加電圧は電気回路部品により制約を受けるので、最大回動角を拡大するには、ミラーと電極間のギャップを適切に設定する必要がある。そのギャップは、大きすぎると静電気力が減少し、小さすぎると回動スペースが減少するので、最大回転角を増大させることができなくなる。また、矩形の形状を有するミラーの場合、回動方向によって最大回転角への制約が異なる。一定のギャップ条件の下で比較した場合、電極と物理的に干渉するようになるため、ミラー短軸よりミラー長軸が回転しにくくなってしまう。図３５の場合では、ポート選択に使用する回動方向であるθx方向の回動が制約を受けることになってしまう。すなわち、入出力ポート数を拡張するため、ＭＥＭＳミラーの回動角を増大させることが困難になってしまう。
【００２７】
そこで、本願発明は上述したような課題を解決するためになされたものであり、透過帯域を拡大するとともに、入出力ポート数を増加させることができるＭｘＮ型波長選択スイッチを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
上述したような課題を解決するために、本発明に係る波長選択スイッチは、入出力ポートと、入射される光を任意の方向に偏向させる複数の可動偏向素子から構成される可動偏向素子アレイと、入出力ポートと可動偏向素子アレイとの間に配設され、多重化された光信号を波長毎に分波して所定の可動偏向素子に入射させるとともに、可動偏向素子によって反射された少なくとも１つの所定波長の光を合波して出力する合分波光学系と、入出力ポートと合分波光学系との間に設けられ、合分波光学系から出力された光信号を、光軸を平行移動させて再び合分波光学系に入力させる偏向光学系とを備えた波長選択スイッチであって、可動偏向素子アレイは、入出力ポートから入力され合分波光学系によって分波された光信号を任意の方向に反射して、所定の偏向光学系に入力させる入力可動偏向素子と、偏向光学系によって偏向され合分波光学系によって分波された光信号を任意の方向に反射して合分波光学系に入力し、入出力ポートに合波された光信号を出力させる出力可動偏向素子とから構成されることを特徴とするものである。
【００２９】
上記波長選択スイッチにおいて、合分波光学系は、回折素子と、この回折素子と偏向光学系との間に配設された第１の集光素子と、回折素子と可動偏向素子アレイとの間に配設された第２の集光素子とから構成され、第２の集光素子の一方の焦点面には、回折素子が配設され、第２の集光素子の他方の焦点面には、可動偏向素子アレイが配設されるようにしてもよい。ここで、可動偏向素子は、回折素子の波長分散方向に光線を偏向させるようにしてもよい。また、第１の集光素子は、回折素子の波長分散方向に複数配設されるようにしてもよい。
【００３０】
また、上記波長選択スイッチにおいて、偏向光学系は、合分波光学系から光信号が入力される第１の偏向素子と、この第１の偏向素子に入力された光信号を合分波光学系に出力する第２の偏向素子とからなる偏向素子対を備えるようにしてもよい。
ここで、第１の偏向素子は、プリズムおよびミラーの何れか一方から構成され、第２の偏向素子は、プリズムおよびミラーの何れか一方から構成されるようにしてもよい。
また、第１の偏向素子および第２の偏向素子は、一体形成されているようにしてもよい。
また、偏向光学系は、第１の偏向素子に入力された光信号を第２の偏向素子に向けて偏向させる第３の偏向素子をさらに備えるようにしてもよい。
また、偏向光学系は、任意の偏向素子対に対して、少なくとも他の偏向素子対が合分波光学系の方向にオフセット配置されているようにしてもよい。
【００３１】
また、上記波長選択スイッチにおいて、入力可動偏向素子および出力可動偏向素子は、同一平面上に配設されるようにしてもよい。
【００３２】
また、上記波長選択スイッチにおいて、入出力ポートと偏向光学系との間に配設され、入出力ポートから入力された光信号のビーム強度分布を楕円形状に整形するアナモルフィック光学系をさらに備えるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、
入出力ポートと、入射される光を任意の方向に偏向させる複数の可動偏向素子から構成される可動偏向素子アレイと、入出力ポートと可動偏向素子アレイとの間に配設され、多重化された光信号を波長毎に分波して所定の可動偏向素子に入射させるとともに、可動偏向素子によって反射された少なくとも１つの所定波長の光を合波して出力する合分波光学系と、入出力ポートと合分波光学系との間に設けられ、合分波光学系から出力された光信号を、光軸を平行移動させて再び合分波光学系に入力させる偏向光学系とを備えた波長選択スイッチであって、可動偏向素子アレイは、入出力ポートから入力され合分波光学系によって分波された光信号を任意の方向に反射して、所定の偏向光学系に入力させる入力可動偏向素子と、偏向光学系によって偏向され合分波光学系によって分波された光信号を任意の方向に反射して合分波光学系に入力し、入出力ポートに合波された光信号を出力させる出力可動偏向素子とを備えることにより、可動偏向素子上でのビームサイズを最小化することができるとともに、可動偏向素子の回動角も確保することができるので、透過帯域を拡大し、入出力ポート数を拡張することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す図である。
【図２】図２は、図１の波長選択スイッチにおける光信号の伝搬概念を説明するための図である。
【図３】図３は、図１の波長選択スイッチにおける各光信号の伝搬を説明するための図である。
【図４】図４は、第１偏向素子および第２偏向素子の具体例を示す図である。
【図５】図５は、第１偏向素子の具体例を示す図である。
【図６】図６は、第２偏向素子の具体例を示す図である。
【図７】図７は、第２偏向素子の変形例を示す図である。
【図８】図８は、本発明の第２の実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す図である。
【図９】図９は、図８における第１偏向素子の構成を示す図である。
【図１０】図１０は、図８における第２偏向素子の構成を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の第３の実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す図である。
【図１２】図１２は、偏向素子ブロックの構成を示す図である。
【図１３】図１３は、偏向素子ブロックの変形例を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の第４の実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す図である。
【図１５】図１５は、偏向素子ブロックの構成を示す図である。
【図１６】図１６は、偏向素子ブロックの構成を示す図である。
【図１７】図１７は、偏向素子ブロックの構成を示す図である。
【図１８】図１８は、本発明の第５の実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す図である。
【図１９】図１９は、偏向素子ブロックの構成を示す図である。
【図２０】図２０は、本発明の第６の実施の形態に係る波長選択スイッチの構成を示す図である。
【図２１】図２１は、偏向素子ブロックの構成を示す図である。
【図２２】図２２は、回折角の変化を説明するための図である。
【図２３】図２３は、回折角の補正動作を説明するための図である。
【図２４】図２４は、回折角の補正動作を説明するための図である。
【図２５】図２５は、ＳＷレンズアレイの変形例を示す図である。
【図２６】図２６は、アナモルフィック光学系の変形例を示す図である。
【図２７】図２７は、アナモルフィック光学系の変形例を示す図である。
【図２８】図２８は、回折格子の変形例を示す図である。
【図２９】図２９は、回折格子の変形例を示す図である。
【図３０】図３０は、１ｘＮ型ＷＳＳで構成されるＷＸＣノードを説明するための図である。
【図３１】図３１は、ＭｘＮ型ＷＳＳで構成されるＷＸＣノードを説明するための図である。
【図３２】図３２は、ＭｘＮ型ＷＳＳの構成を模式的に示す図である。
【図３３】図３３は、光信号とＭＥＭＳミラーの配置との関係を説明するための図である。
【図３４】図３４は、光信号の光路長とＭＥＭＳミラーの配置との関係を説明するための図である。
【図３５】図３５は、ＭＥＭＳミラーの構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００３６】
［第１の実施の形態］
まず、本発明の第１の実施の形態について説明する。
【００３７】
＜波長選択スイッチの構成＞
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る波長選択スイッチ１は、ＭｘＮ型ＷＳＳ光学系、すなわち、入力ポートおよび出力ポートがそれぞれ２個の２ｘ２型ＷＳＳ光学系からなる。このような波長選択スイッチ１は、光軸がＺ軸方向に沿って配設された光ファイバアレイ１０と、マイクロレンズアレイ２０と、Ｙ整形レンズアレイ３１およびＸ整形レンズ３２からなるアナモルフィック光学系３０と、第１偏向素子４０と、第２偏向素子５０と、ＳＷレンズアレイ６０と、回折格子７０と、合分波レンズ８０と、ＭＥＭＳミラーアレイ９０とを備えており、これらをこの順番でＺ軸方向に沿って配列した構成を有する。
【００３８】
ここで、光ファイバアレイ１０は、各々の光軸をＺ軸方向に沿わせた複数の光ファイバ１１〜１４を、Ｚ軸と直交するＹ軸方向に並設した構成を有する。光ファイバ１１〜１４のマイクロレンズアレイ２０側の端部は、光入出力ポートとして動作する。ここで、光ファイバ１２は、光信号を出射する入力ポート（以下、「第１入力ポート」と呼ぶ。）として動作する。同様に、光ファイバ１３は、光信号を出射する入力ポート（以下、「第２入力ポート」と呼ぶ。）として動作する。一方、光ファイバ１１は、光信号を受光する出力ポート（以下、「第１出力ポート」と呼ぶ。）として動作する。同様に、光ファイバ１４は、光信号を受光する出力ポート（以下、「第２出力ポート」と呼ぶ。）として動作する。
【００３９】
マイクロレンズアレイ２０は、複数のマイクロレンズ２１〜２４をＹ軸方向に並設したものである。このようなマイクロレンズアレイ２０は、光ファイバアレイ１０に対してＺ軸方向の正の側に、各マイクロレンズ２１〜２４が対応する光入出力ポートと対向するように配設される。
【００４０】
アナモルフィック光学系３０は、マイクロレンズアレイ２０に対してＺ軸方向の正の側に設けられたＹ整形レンズアレイ３１と、このＹ整形レンズアレイ３１に対してＺ軸方向の正の側に設けられたＸ整形レンズ３２とを備えている。
ここで、Ｙ整形レンズアレイ３１は、Ｚ軸およびＹ軸と直交するＸ軸方向に軸線が沿った円柱の形状を有するレンズ３１ａ〜３１ｄを、Ｙ軸方向に並設した構成を有する。このレンズ３１ａ〜３１ｄは、対応するマイクロレンズ２１〜２４と対向するように配設される。
また、Ｘ整形レンズ３２は、軸線がＹ軸方向に沿った円柱の形状を有する。
【００４１】
第１偏向素子４０は、Ｚ軸方向の正の側に反射面を有し、Ｘ軸方向における光ファイバ１１〜１４の光軸の両側の、Ｙ軸方向における第１入力ポートと第２入力ポートと同じ位置に設けられた４個のＳＷミラー４１〜４４を備えている。具体的には、ＳＷミラー４１は、光ファイバ１１〜１４の光軸からＸ軸方向における正の側で、第１入力ポートと同じＹ座標に配設されている。また、ＳＷミラー４２は、ＳＷミラー４１とＸ軸方向における同じ位置で、第２の入力ポートと同じＹ座標に配設されている。また、ＳＷミラー４３は、光ファイバ１１〜１４の光軸からＸ軸方向における負の側で、第２入力ポートと同じＹ座標に配設されている。また、ＳＷミラー４４は、ＳＷミラー４３とＸ軸方向における同じ位置で、第１の入力ポートと同じＹ座標に配設されている。
【００４２】
第２偏向素子５０は、プリズム等、入射光を所定の方向に偏向させる偏向チップからなり、Ｘ軸方向における光ファイバ１１〜１４の光軸の両側の、Ｙ軸方向における第１出力ポートと第２出力ポートと同じ位置に設けられた４個の偏向チップ５１〜５４を備えている。具体的には、偏向チップ５１は、光ファイバ１１〜１４の光軸からＸ軸方向における正の側で、第１出力ポートとＹ軸方向における同じ位置に配設されている。また、偏向チップ５２は、偏向チップ５１とＸ軸方向における同じ位置で、第２の出力ポートとＹ軸方向における同じ位置に配設されている。また、偏向チップ５３は、光ファイバ１１〜１４の光軸からＸ軸方向における負の側で、第１出力ポートとＹ軸方向における同じ位置に配設されている。また、偏向チップ５４は、偏向チップ５３とＸ軸方向における同じ位置で、第２の出力ポートとＹ軸方向における同じ位置に配設されている。
【００４３】
ここで、ＳＷミラー４１と偏向チップ５２、ＳＷミラー４２と偏向チップ５１、ＳＷミラー４３と偏向チップ５４、および、ＳＷミラー４４と偏向チップ５３は、対をなして互いに対応付けられており、ＳＷミラーにより反射された信号光が対応する偏向チップに入射するように形成されている。
【００４４】
ＳＷレンズアレイ６０は、同一焦点距離を有するレンズをＸ軸方向に３個並設したものから構成される。
【００４５】
回折格子７０は、透過型回折格子、反射型回折格子、プリズムおよびこれらを組み合わせた回折光学ブロックなど光信号を合分波する公知の回折格子から構成され、ＳＷレンズアレイ６０に対してＺ軸方向の正の側に設けられ、波長分散軸がＸ軸方向に沿うように配設されている。
【００４６】
合分波レンズ８０は、公知のレンズから構成され、回折格子７０に対してＺ軸方向の正の側に設けられている。なお、光学レイアウトによっては凹面ミラーなどで構成してもよい。
【００４７】
ＭＥＭＳミラーアレイ９０は、Ｘ軸方向およびこのＸ軸方向に直交する軸方向に並設され、少なくともＹ軸回りに回動可能に支持された複数のＭＥＭＳミラー９１ａ〜９１ｇ，９２ａ〜９２ｇ，９３ａ〜９３ｇ，９４ａ〜９４ｇから構成されている。これらのＭＥＭＳミラー９１ａ〜９４ｇは、ＸＹ平面にマトリクス状に配設されており、行方向（Ｘ軸）に７個、列方向（Ｙ軸）に４個設けられている。ここで、Ｙ軸方向における最も負の側の行のＭＥＭＳミラー（以下、「第１出力ミラー」と呼ぶ。）９１ａ〜９１ｇには、第１出力ポートに出力される光信号が入射する。また、Ｙ軸方向における最も正の側の行のＭＥＭミラー（以下、「第２出力ミラー」と呼ぶ。）９４ａ〜９４ｇには、第２出力ポートに出力される光信号が入射する。また、ＭＥＭＳミラー９１ａ〜９１ｇに隣接する行のＭＥＭＳミラー（以下、「第１入力ミラー」と呼ぶ。）９２ａ〜９２ｇには、第１入力ポートから入射した光信号が入射する。また、ＭＥＭＳミラー９４ａ〜９４ｇに隣接する行のＭＥＭＳミラー（以下、「第２入力ミラー」と呼ぶ。）９３ａ〜９３ｇには、第２入力ポートから入射した光信号が入射する。
【００４８】
なお、図３２を参照して説明した従来のＭｘＮ型ＷＳＳ光学系の場合と同様、楕円ビームウェストが形成される面のうち、ファイバ直近の面を、便宜上「共焦点面」と呼ぶ。共焦点面および回折格子７０はＳＷレンズアレイ６０の、回折格子７０およびＭＥＭＳミラーアレイ９０は合分波レンズ８０の前後の焦点面にそれぞれ配設されており、これらの光学素子の全体が４ｆ光学系を構成している。以下において、光ファイバアレイ１０から共焦点面までの光学系を「入出力光学系」、共焦点面から回折格子７０までの光学系を「合波光学系」、回折格子７０からＭＥＭＳミラーアレイ９０までの光学系を「分波光学系」と呼ぶ。
【００４９】
＜光信号の伝搬概念＞
次に、図２を参照して、波長選択スイッチ１における光信号の伝搬概念について説明する。なお、図２において、紙面に対して左側は回折素子７０の波長分散方向に垂直方向の平面（ＹＺ面）から見た光路図、紙面に対して右側は回折素子７０の波長分散方向の平面（ＸＺ面）から見た光路図を示している。なお、図２においては、一般的な特徴についてのみ説明する。
【００５０】
光ファイバアレイ１０とマイクロレンズアレイ２０は、光学系外部の光信号と、光学系内部の光信号を相互変換する。アナモルフィック光学系３０を構成するＹ整形レンズアレイ３１とＸ整形レンズ３２は、円筒レンズなどで構成されており、円形の強度プロファイルを有する光信号と楕円形の強度プロファイルを有する光信号を相互変換する。このアナモルフィック光学系３０により、光信号のビームウェストが共焦点面に配置されるようになっている。また、ＹＺ面よりもＸＺ面の方がビームウェストサイズが小さくなるように設定されている。
【００５１】
共焦点面からＭＥＭＳミラーアレイ９０までの光路には、ＳＷレンズアレイ６０、回折格子７０、合分波レンズ８０が配置されており、これらはいわゆる４ｆ光学系を構成するように光学設計されている。共焦点面からＳＷレンズアレイ６０までの距離、ＳＷレンズアレイ６０から回折格子７０までの距離は、いずれもＳＷレンズの焦点距離（Ｌｄ）に等しくなるように設定されている。このため、回折格子７０上にも楕円形の強度プロファイルが照射されるが、共焦点面とは逆に、ＸＺ面よりもＹＺ面の方がビームサイズが小さくなる。
【００５２】
回折格子７０から合分波レンズ８０までの距離、合分波レンズ８０からＭＥＭＳミラーアレイ９０までの距離は、いずれも合分波レンズ８０の焦点距離（Ｌｄ）に等しくなるように設定されている。このため、ＭＥＭＳミラー上にも共焦点面と同じサイズの楕円形の強度プロファイルを有するビームウェストが形成されることとなる。また、回折格子７０において信号波長に応じて所定の角度で分散された光信号は、合分波レンズ８０によりその伝搬方向が互いに平行になるように位置および角度が変換される。さらに、各信号波長に対応するように配置された別々のＭＥＭＳミラーに入射し、信号毎に伝搬ビームの偏向方向が制御されることとなる。
【００５３】
＜波長選択スイッチの動作＞
次に、波長選択スイッチ１の動作について説明する。まず、図１を参照して、信号光の伝搬動作の概略について説明した後、図３を参照して、各信号光の伝搬動作について説明する。
【００５４】
≪伝搬動作の概略≫
光ファイバ１２，１３に入力された波長多重された信号光は、第１，第２入力ポートから出射され、マイクロレンズアレイ２０のマイクロレンズ２２，２３で平行光とされる。この平行光とされた信号光は、Ｙ整形レンズアレイ３１とＸ整形レンズ３２からなるアナモルフィック光学系３０により、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に収束され、光路途中に楕円形状の強度プロファイルを有する楕円ビームウェストを形成する。
【００５５】
共焦点面を通過した光信号は、ＳＷレンズアレイ６０の中央のレンズにより再び平行光となり、回折格子７０に到達する。この回折格子７０を通過する際、信号光は、信号波長に応じてＸ方向に分散され、合分波レンズ８０により互いに平行な光軸を有する信号光群となり、各信号波長に対応してＸ方向にアレイ化されている別々の第１入力ミラー９２ａ〜９２ｇまたは第２入力ミラー９３ａ〜９３ｇに入射し、この入力ミラー付近に、再び楕円ビームウェストを形成する。
【００５６】
本実施の形態において、第１入力ミラー９２ａ〜９２ｇおよび第２入力ミラー９３ａ〜９３ｇは、Ｙ軸回りに回動する。これにより、第１入力ミラー９２ａ〜９２ｇまたは第２入力ミラー９３ａ〜９３ｇに到達した信号光は、Ｙ軸回りの角度において、そのミラーに入射した角度とは異なる角度で反射される。したがって、その信号光は、ＹＺ面内においては入力光路と同じ光路、ＸＺ面内においては入力光路と異なる光路を経て分波光学系、合波光学系を逆向きに伝搬することとなる。具体的には、第１入力ミラー９２ａ〜９２ｇまたは第２入力ミラー９３ａ〜９３ｇにより反射された信号光群は、合分波レンズ８０により収束され、回折格子７０により合波され、ＳＷレンズアレイ６０の１つのレンズにより収束される。
【００５７】
続いて、信号光は、入力ミラーによる反射角度に応じて、ＳＷミラー４１〜４４の何れかに入射する。上述したように、ＳＷミラー４１，４４は第１入力ポート、ＳＷミラー４２，４３は第２入力ポートとＹ軸方向で同じ位置に設けられており、かつ、ＳＷミラー４１〜４４はＸ軸方向における光ファイバ１１〜１４の光軸の両側に設けられている。したがって、第１入力ミラー９２ｇ〜９２ｇにより反射された信号光はＳＷミラー４１またはＳＷミラー４４に、第２入力ミラー９３ｇ〜９３ｇにより反射された信号光はＳＷミラー４２またはＳＷミラー４３に入射することが可能となる。
【００５８】
ＳＷミラー４１〜４４に入射した信号光は、このＳＷミラー４１〜４４により反射され、対となる偏向チップ５１〜５４に入射する。この偏向チップ５１〜５４に入射した信号光は、所定の方向に偏向され、再び合波光学系、分波光学系を経て、第１または第２の出力ミラーに入射する。具体的には、光信号は、ＳＷレンズアレイ６０の１つのレンズにより再び平行光となり、回折格子７０に到達し、この回折格子７０を通過する際に信号波長に応じてＸ方向に分散され、合分波レンズ８０により互いに平行な光軸を有する信号光群となり、各信号波長に対応してＸ方向にアレイ化されている別々の第１出力ミラー９１ａ〜９１ｇまたは第２出力ミラー９４ａ〜９４ｇに入射し、この出力ミラー付近に、再び楕円ビームウェストを形成する。
【００５９】
本実施の形態においては、第１出力ミラー９１ａ〜９１ｇおよび第２出力ミラー９４ａ〜９４ｇもＹ軸回りに回動する。これにより、第１出力ミラー９１ａ〜９１ｇまたは第２出力ミラー９４ａ〜９４ｇに到達した信号光は、Ｙ軸回りの角度において、そのミラーに入射した角度とは異なる角度で反射される。したがって、その信号光は、ＹＺ面内においては出力ミラーに対する入力光路と同じ光路、ＸＺ面内においては出力ミラーに対する入力光路と異なる光路を経て分波光学系、合波光学系を逆向きに伝搬することとなる。なお、ＸＺ面内においては、入力ミラーに対する入力光路と同じ光路を経て伝搬する。
【００６０】
具体的には、第１出力ミラー９１ａ〜９１ｇまたは第２出力ミラー９４ａ〜９４ｇにより反射された信号光群は、合分波レンズ８０により収束され、回折格子７０により合波され、ＳＷレンズアレイ６０の中央のレンズにより楕円ビームウェストとされる。この楕円ビームウェストとされた信号光は、アナモルフィック光学系３０により再び第１，第２入力ポートから出射されたときのビーム形状に戻される。続いて、マイクロレンズアレイ２０のマイクロレンズ２１，２４で収束されて、第１，第２出力ポートに入射される。この入射した信号光は、光ファイバ１１，１４を伝播してゆく。
【００６１】
このように、本実施の形態は、第１偏向素子４０に入射する信号光と第２偏向素子５０から出射する信号光について、これらの光軸が互いに平行であり進行方向が互いに逆向きであること、および、対となる第１偏向素子４０のＳＷミラー４１〜４４と第２偏向素子５０の偏向チップ５１〜５４が、入出力ポートの組み合わせに応じて複数配置されていることを特徴とするものである。対となるＳＷミラー４１〜４４と偏向チップ５１〜５４（以下、「偏向素子ペア」と呼ぶ。）は、合波光学系に配置されているので、波長信号毎に偏向素子ペアを準備する必要が無い。また、信号光の一本のビームに波長多重信号が重ねられており、それが楕円ビームウェストとなり、ビームサイズが縮小されるため、複数のビームを空間的に分離する光学設計が可能である。したがって、第１，第２偏向素子４０，５０をＺ方向にオフセットさせ、このオフセットにより偏向素子ペア間の光路長差を低減し、それにより入力ミラーおよび出力ミラー上でのビームサイズをほぼ一致させることができる。結果として、ＭＥＭＳミラー上におけるビームのサイズばらつきや、入出力ポートの組み合わせに依存するビームのサイズばらつきを、実用上問題ない範囲に低減することができる。
【００６２】
また、本実施の形態のように、第１偏向素子４０が平面ミラーであり、第２偏向素子５０がプリズムから構成される場合には、偏向素子ペア間の光路長差を低減するため、第１偏向素子４０を共焦点面に配置し、第２偏向素子をＳＷレンズに近接させるように配置するのが望ましい。一方、第１偏向素子４０も第２偏向素子５０も平面ミラーから構成される場合には、偏向素子ペア間の光路長差を低減するため、第１偏向素子４０と第２偏向素子５０でコーナーキューブリフレクタを構成するように配置し、そのコーナーキューブリフレクタを共焦点面からＳＷレンズ側に必要量だけＺ軸方向にオフセットさせるのが望ましい。
【００６３】
さらに、本実施の形態では、ＭＥＭＳミラーのＹ軸回り（θy）に回動、すなわちミラー短軸方向への回動により接続ポートを選択するため、ミラーと電極間のギャップがあまり大きくない場合でも、回転角への制約が小さくなる。すなわち、従来よりも入出力ポート数を拡張できるため、ＭＥＭＳミラーの回転角を増大させることが容易になる。
なお、第１集光素子６０と第２集光素子８０の焦点距離は、必ずしも同一でなくてもよい。両者の焦点距離が同一であれば、ＭＥＭＳミラーアレイ９０におけるＭＥＭＳミラーのＹ軸方向のピッチと入出力ポートのＹ軸方向のピッチがほぼ同一となるが、入出力ポートのピッチをＭＥＭＳミラーのピッチよりも拡大したい場合には、第１集光素子の焦点距離を第２集光素子よりも長く設計すればよい。
【００６４】
≪各信号光の伝搬動作≫
次に、図３を参照して、各信号光の伝搬動作について説明する。なお、図３は、紙面に対して左側はＹＺ平面から見た波長選択スイッチ１における信号光の光路を模式的に示す図、中央はＸＺ平面から見た第１入力ポートから出射された信号光の光路を模式的に示す図、右側はＸＺ平面から見た第２入力ポートから出射された信号光の光路を模式的に示す図である。
【００６５】
まず、左側の光路図に示すように、本実施の形態において、入出力ポートは、Ｙ軸方向の正の側（「上」と呼ぶ。）から順に第１出力ポート、第１入力ポート、第２入力ポート、第２出力ポートに相当し、ＭＥＭＳミラーは、上から順に第２出力ミラー、第２入力ミラー、第１入力ミラー、第１出力ミラーに相当する。
【００６６】
第１入力ポートまたは第２入力ポートから出射された信号光は、マイクロレンズアレイ２０およびアナモルフィック光学系３０を通過した後、ＳＷレンズアレイ６０の中央のレンズにより偏向されて、回折格子７０に斜め入射する。続いて、合分波レンズ８０により再度偏向され、Ｚ軸を法線にもつ第１入力ミラーまたは第２入力ミラーにその主表面に対して垂直に入射する。第１入力ミラーまたは第２入力ミラーは、Ｙ軸を回動中心として回動し入射してきた信号光を偏向させる。このとき、ＹＺ面内では、入射してきた信号光と同一の光路を逆向きに伝搬し共焦点面付近まで到達する。共焦点面に配置された第１偏向素子４０および第２偏向素子５０により、信号光は、その光軸のＹ方向座標が変換され、第１または第２出力ミラーに入射する光路を伝搬してゆく。第１または第２出力ミラーは、Ｙ軸を回動中心として回動して入射してきた信号光を偏向させる。このとき、ＹＺ面内では、入射してきた信号光と同一の光路を逆向きに伝搬し、共焦点面を通過して、第１または第２出力ポートに結合することとなる。
【００６７】
このように、第１または第２入力ポートから出射された信号光は、第１または第２出力ポートに結合するまでに回折格子を４回通過し、この何れの場合も斜め入射する。したがって、強度プロファイルの変化や回折格子の実効分散能力の変化が発生するため、ＹＺ面内における入射角はできるだけ小さい方が望ましい。
【００６８】
次に、図３の中央および右側の光路図を参照して説明する。この光路図では、ＭＥＭＳミラーが７ｃｈ分設けた場合を示しており、複数の入力ポートから１つの出力ポートに同一波長信号が出力されないようにＭＥＭＳミラーが回動している様子を示している。具体的には、第１入力ミラー９２ａ〜９２ｇはＹ軸に対して時計回りに回動することにより、第１出力ポートへの光路に接続され、逆に反時計回りに回動することにより、第２出力ポートへの光路に接続される。一方、第２入力ミラー９３ａ〜９３ｇはＹ軸に対して反時計回りに回動することにより、第２出力ポートへの光路に接続され、逆に時計回りに回転することにより、第１出力ポートへの光路に接続される。
【００６９】
ここで、第１入力ポートから第１出力ポートへの光路接続動作について以下に説明するが、その他の入出力ポートの光路接続動作も、ミラーの回動方向や信号光のＹ座標を除いて、基本的に同様である。
【００７０】
第１入力ポートから入射した信号光αは、入出力光学系、合波光学系、分波光学系を経て、信号波長毎に別々の第１入力ミラー９２ａ〜９２ｇに入射する。そのうち、第１出力ポートに結合される信号波長に対応するＭＥＭＳミラーは、Ｙ軸に対して時計回りに回動して、入射した信号光を偏向させる。この偏向された信号光は、合分波レンズ８０により再度偏向され、回折格子７０に入射する。この回折格子７０もＭＥＭＳミラーも合分波レンズ８０の焦点距離に配置されているので、回折格子７０により回折され、再度合波光学系に入射した信号光（以下、「第２合波ビーム」と呼ぶ。）の光軸は、最初に合波光学系を通過したときの信号光（以下、「第１合波ビーム」と呼ぶ。）の光軸と互いに平行となっている。ただし、第１合波ビームと第２合波ビームのＸ座標は異なっており、このＸ座標は第１入力ミラーの回動角によって決定される。第１出力ポートを目指す第２合波ビームβのＸ座標には、ＳＷレンズアレイ６０の１つのレンズ、第１偏向素子４４、第２偏向素子５３が配置されており、第１偏向素子４４に入射する第２合波ビームβは、共焦点面付近で再度楕円ビームウェストを形成する。なお、出力ポート毎に別々のＸ座標に、ＳＷレンズアレイ６０のそれぞれのレンズ、第１偏向素子４０、第２偏向素子５０が配置されているため、これらの素子はそれぞれ同一面内にアレイ化された状態で配置されている。
【００７１】
第１偏向素子４４および第２偏向素子５３により、第２合波ビームの光軸はＸ座標を維持したままＹ座標のみシフトされる。再度合波光学系を通過する光信号（以下、「第３合波ビーム」と呼ぶ。）は、ＳＷレンズアレイ６０の１つのレンズ、回折格子７０を経て分波され第１出力ミラーへ入射する分波ビームγとなる。第１出力ミラーは第１入力ミラーと同じ方向に回動し、第１出力ミラーで反射されて偏向された分波ビームγは、回折格子７０を経て他の波長信号と合波され再度合波光学系を通過する伝搬ビーム（以下、「第４合波ビーム」と呼ぶ。）となり、共焦点面を通過して、入出力光学系を経て第１出力ポートに結合される。
【００７２】
以上の説明を、合波ビームの光軸座標の観点から整理すると、光軸のＸ座標が一致しているのは、第１合波ビームと第４合波ビーム、および、第２合波ビームと第３合波ビームであり、光軸のＹ座標が一致しているのは、第１合波ビームと第２合波ビーム、および、第３合波ビームと第４合波ビームである。すなわち、出力ポートを選択するには光信号の光軸のＹ座標を変換する必要があるが、これは、合波光学系に配置された第１偏向素子４０および第２偏向素子５０により実現されている。また、第１偏向素子４０および第２偏向素子５０は、入出力ポートの組み合わせ毎に異なるＸ座標に配置されているので、合波ビームの光軸のＸ座標を選択する必要があるが、これは、信号波長毎配置された入出力ミラーのＹ軸回りの回動動作により実現されている。
【００７３】
なお、本実施の形態では、７ｃｈ分の信号波長に対応するＭＥＭＳミラーアレイ９０を適用した場合を例に説明したが、チャネル数は７に限定されず適宜自由に設定することができる。ここで、透過帯域を拡大するため、Ｘ方向のＭＥＭＳミラーのサイズは、隣接するミラーと物理的に干渉しない範囲で可能な限り大きくすることが望ましい。
【００７４】
＜第１偏向素子および第２偏向素子の具体例＞
次に、図４〜図６を参照して、本実施の形態における第１偏向素子４０および第２偏向素子５０の具体例について説明する。
【００７５】
第１偏向素子４０は、ＳＷミラー４１〜４４と、これらを貼り付けたガラス等の光学的に透明な平板４５とから構成される。本実施の形態においては、２つの入力ポートおよび２つの出力ポートの組み合わせに対応して、合計４個のＳＷミラーが配置されており、それらの偏向角は全て異なる。第１偏向素子４０は共焦点面付近に配置されているためビームサイズは十分小さく、ミラーチップの有効サイズも十分小さくすることが可能であり、高密度にミラーチップを配置することが可能である。
【００７６】
第２偏向素子５０は、プリズムチップからなる偏向チップ５１〜５４と、これらを貼り付けたガラス等の光学的に透明な平板５５とから構成される。本実施の形態においては、２つの入力ポートおよび２つの出力ポートの組み合わせに対応して、合計４個の偏向チップが配置されており、それらの偏向角は全て異なる。異なる入力ポートからの信号光を同じ出力ポートの信号光に変換するため、Ｙ軸方向の光軸座標をそろえ、入力ポートに応じた各Ｘ座標に、偏向角の異なるプリズムチップが配置されている。ＹＺ方向から見た場合、図４の左側の光路は２つの光路が交差する「Ｘ字」型、右側の光路は２つの光路が交差しない「ハの字」型の光路となっている。なお、プリズムは偏向機能とともに分散機能を有しているが、本実施の形態では、第２偏向素子５０は合波光学系に配置されているため、ビームが分散されるのは望ましくない。したがって、プリズム硝材はできるだけ分散能の小さなものを利用するのが望ましい。また、偏向角が大きくなると分散の影響が大きくなるため、偏向角を小さくするため、第２偏向素子５０はできるだけＳＷレンズアレイ６０側に配置するのが望ましい。
【００７７】
次に、第２偏向素子の変形例について図７を参照して説明する。この図７に示す第２偏向素子５０’は、ミラーブロックから構成されている。この場合、第２偏向素子５０の偏向チップ５１〜５４に対応する箇所、および、入力ポートから入射した信号光の光軸上に開口を設け、偏向チップ５１〜５４に対応する箇所の上面または下面の角度を、入射してきた信号光を所定の方向に反射させるように設定すればよい。このように、第２偏向素子としてプリズムの代わりにミラーを利用する場合、ミラーは分散機能を有していないため第２偏向素子でビームが分散されることは無い。したがって、第２偏向素子の材料や配置位置の設計自由度を向上させることができる。
【００７８】
なお、本実施の形態では、可動偏向素子アレイとして、ＭＥＭＳ技術を応用したミラーアレイを適用した場合を例に説明したが、可動偏向素子アレイはＭＥＭＳミラーアレイに限定されず、例えば、電圧印可時の屈折率変化を利用した液晶セルアレイ方式、ＬＣｏＳ（Ｒ）（Liquid crystal on silicon）技術やDMD（Digital Micromirror Device）技術に代表されるようなビームの波面を整形して伝搬方向を変化させるフェーズドアレイ方式などを用いるようにしてもよい。
【００７９】
［第２の実施の形態］
次に、本発明に係る第２の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態において、第１の実施の形態と同等の構成要素については同じ名称および符号を付し、適宜説明を省略する。
【００８０】
図８に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る波長選択スイッチ２は、入力ポートが２個、出力ポートが４個のＭｘＮ型ＷＳＳ光学系からなる。このような波長選択スイッチ４は、光ファイバ１１〜１６を備えた光ファイバアレイ１０と、マイクロレンズ２１〜２６を備えたマイクロレンズアレイ２０と、レンズ３１ａ〜３１ｆを備えたＹ整形レンズアレイ３１およびＸ整形レンズ３２からなるアナモルフィック光学系３０と、第１偏向素子１４０と、第２偏向素子１５０と、ＳＷレンズアレイ６０と、回折格子７０と、合分波レンズ８０と、ＭＥＭＳミラーアレイ９０とを備えており、これらをこの順番でＺ軸方向に沿って配列した構成を有する。  
【００８１】
ここで、光ファイバアレイ１０は、各々の光軸をＺ軸方向に沿わせた複数の光ファイバ１１〜１６を、Ｚ軸と直交するＹ軸方向に並設した構成を有する。光ファイバ１１，１２，１５，１６は、光信号を受光する出力ポート（第１〜第４出力ポート）として動作し、光ファイバ１３，１４は、光信号を出射する入力ポート（第１，第２入力ポート）として動作している。
【００８２】
第１偏向素子１４０は、図９に示すように、ＳＷミラー１４１〜１４８と、これらを貼り付けたガラス等の光学的に透明な平板１４９とから構成される。ここで、ＳＷミラー１４１〜１４４は、この順番でＸ軸方向の正の側から負の側に向かって並設され、第１入力ポートと同じＹ座標に配設されている。ＳＷミラー１４５〜１４８は、この順番でＸ軸方向の正の側から負の側に向かって並設され、第２入力ポートと同じＹ座標に配設されている。また、ＳＷミラー１４１とＳＷミラー１４５、ＳＷミラー１４２とＳＷミラー１４６、ＳＷミラー１４３とＳＷミラー１４７、ＳＷミラー１４４とＳＷミラー１４８は、それぞれ同じＸ座標に配設されている。さらに、ＸＺ面内において、ＳＷミラー１４２とＳＷミラー１４３との間には、光ファイバ１１〜１６から入出力される信号光の光軸が位置するように設定されている。このように、本実施の形態においては、２つの入力ポートおよび４つの出力ポートの組み合わせに対応して、合計８個のＳＷミラー１４１〜１４８が配置されており、それらの偏向角は全て異なる。
【００８３】
第２偏向素子１５０は、図１０に示すように、プリズムチップからなる偏向チップ１５１〜１５８と、これらを貼り付けたガラス等の光学的に透明な平板１５９とから構成される。ここで、偏向チップ１５１〜１５４は、この順番でＸ軸方向の正の側から負の側に向かって並設されており、偏向チップ１５１，１５４は第１出力ポート、偏向チップ１５２，１５３は第２出力ポートと同じＹ座標に配設されている。偏向チップ１５５〜１５８は、この順番でＸ軸方向の正の側から負の側に向かって並設され、偏向チップ１５５，１５８は第４出力ポート、偏向チップ１５６，１５７は第３出力ポートと同じＹ座標に配設されている。また、偏向チップ１５１とＳＷミラー１５５、偏向チップ１５２と偏向チップ１５６、偏向チップ１５３と偏向チップ１５７、偏向チップ１５４と偏向チップ１５８は、それぞれ同じＸ座標に配設されている。さらに、ＸＺ面内において、偏向チップ１５２と偏向チップ１５３との間には、光ファイバ１１〜１６から入出力される信号光の光軸が位置するように設定されている。本実施例においては、２つの入力ポートと４つの出力ポートの組み合わせに対応して、合計８個の偏向チップ１５１〜１５８が配置されており、それらの偏向角は全て異なる。
【００８４】
ここで、ＳＷミラー１４１と偏向チップ１５５、ＳＷミラー１４２と偏向チップ１５６、ＳＷミラー１４３と偏向チップ１５３、ＳＷミラー１４４と偏向チップ１５４、ＳＷミラー１４５と偏向チップ１５１、ＳＷミラー１４６と偏向チップ１５２、ＳＷミラー１４７と偏向チップ１５７、ＳＷミラー１４８と偏向チップ１５８は、対をなして互いに対応付けられており、ＳＷミラーにより反射された信号光が対応する偏向チップに入射するように形成されている。
【００８５】
ＭＥＭＳミラーアレイ９０は、Ｘ軸方向およびこのＸ軸方向に直交する軸方向に並設され、少なくともＹ軸回りに回動可能に支持された複数のＭＥＭＳミラー９１ａ〜９１ｇ，９２ａ〜９２ｇ，９３ａ〜９３ｇ，９４ａ〜９４ｇ，９５ａ〜９５ｇ，９６ａ〜９６ｇ，から構成されている。これらのＭＥＭＳミラー９１ａ〜９６ｇは、ＸＹ平面にマトリクス状に配設されており、行方向（Ｘ軸）に７個、列方向（Ｙ軸）に６個設けられている。
【００８６】
ここで、Ｙ軸方向における最も負の側の行のＭＥＭＳミラー（以下、「第１出力ミラー」と呼ぶ。）９１ａ〜９１ｇには、第１出力ポートに出力される光信号が入射する。
また、この第１出力ミラー９１ａ〜９１ｇにＹ軸方向の正の側に隣接する行のＭＥＭＳミラー（以下、「第２出力ミラー」と呼ぶ。）９２ａ〜９２ｇには、第２出力ポートに出力される光信号が入射する。
また、この第２出力ミラー９２ａ〜９２ｇにＹ軸方向の正の側に隣接する行のＭＥＭＳミラー（以下、「第１入力ミラー」と呼ぶ。）９３ａ〜９３ｇには、第１入力ポートから出射した光信号が入射する。
また、この第１入力ミラー９３ａ〜９３ｇにＹ軸方向の正の側に隣接する行のＭＥＭＳミラー（以下、「第２入力ミラー」と呼ぶ。）９４ａ〜９４ｇには、第２入力ポートから出射した光信号が入射する。
また、この第２入力ミラー９４ａ〜９４ｇにＹ軸方向の正の側に隣接する行のＭＥＭＳミラー（以下、「第３出力ミラー」と呼ぶ。）９５ａ〜９５ｇには、第３出力ポートに出力される光信号が入射する。
また、この第３出力ミラー９５ａ〜９５ｇにＹ軸方向の正の側に隣接する行のＭＥＭＳミラー（以下、「第４出力ミラー」と呼ぶ。）９６ａ〜９６ｇには、第４出力ポートに出力される光信号が入射する。
【００８７】
このような本実施の形態は、上述した第１の実施の形態と比較すると、出力ポートの数が２つ増えて４つになっている点が特徴であるが、基本的な動作原理は第１の実施の形態と同等であるので省略する。なお、本実施の形態は、入力ポートが２つ、出力ポートが４つの場合を例に示しているが、光信号の進行方向を逆転させれば、入力ポートが４つ、出力ポートが２つの光学系としても成立する。以降、入出力ポートの数が異なる実施例においても、同様である。
【００８８】
ＸＺ面内の光路を第１の実施の形態と比較すると、本実施の形態では、ＭＥＭＳミラーの回転角が増大し、合分波レンズ８０の有効径が拡大し、ＳＷレンズ６０のアレイ数が増加し、第１および第２偏向素子の数が増加している点が特徴である。したがって、本実施の形態においてポート数を拡大するには、合分波レンズ８０を大口径化および低収差化して、ＭＥＭＳミラーの駆動電圧増大または電極とミラー間ギャップの拡大などが必要になる。また、可動偏向素子としてはＬＣｏＳ技術よりも偏向角の拡大設計が容易なＭＥＭＳ技術を採用するのが望ましい。
【００８９】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、第２の実施の形態における第１偏向素子４０および第２偏向素子５０が単一の偏向素子ブロックで形成されたものである。したがって、上述した第２の実施の形態と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付して適宜説明を省略する。
【００９０】
図１１に示すように、本発明の第３の実施の形態に係る波長選択スイッチ３は、入力ポートが２個、出力ポートが４個のＭｘＮ型ＷＳＳ光学系からなり、光ファイバ１１〜１６を備えた光ファイバアレイ１０と、マイクロレンズ２１〜２６を備えたマイクロレンズアレイ２０と、レンズ３１ａ〜３１ｆを備えたＹ整形レンズアレイ３１およびＸ整形レンズ３２からなるアナモルフィック光学系３０と、偏向素子ブロック２００と、ＳＷレンズアレイ６０と、回折格子７０と、合分波レンズ８０と、ＭＥＭＳミラーアレイ９０とを備えており、これらをこの順番でＺ軸方向に沿って配列した構成を有する。  
【００９１】
ここで、偏向素子ブロック２００は、図１２に示すように、偏向角度が９０度のミラーチップから構成される１６個の偏向素子２１１，２１２，２２１，２２２，２３１，２３２，２４１，２４２，２５１，２５２，２６１，２６２，２７１，２７２，２８１，２８２と、これらを貼り付けたガラス等の光学的に透明な平板２９０とから構成される。このような偏向素子ブロック２００のＺ座標は共焦点面とほぼ一致しているが、偏向素子間の光路長増大分をキャンセルするため、多少ＳＷレンズアレイ６０側にオフセットして配置するのが望ましい。
【００９２】
偏向素子２１１，２１２は、同じＸ座標上に配設されており、偏向素子２１１は第１入力ポートと同じＹ座標、偏向素子２１２は第３出力ポートと同じＹ座標に配設されている。このような偏向素子２１１，２１２は、対をなして互いに対応付けられており、第１入力ミラーからの信号光が偏向素子２１１により反射されて偏向素子２１２に入射し第３出力ミラーに出射するように形成されている。
【００９３】
偏向素子２２１，２２２、２３１，２３２は、偏向素子２１１，２１２のＸ座標よりもＸ軸方向の負の側における、同じＸ座標上に配設されており、偏向素子２２１は第２出力ポート、偏向素子２２２は第１入力ポート、偏向素子２３１は第２入力ポート、偏向素子２３２は第３出力ポートとそれぞれ同じＹ座標に配設されている。ここで、偏向素子２２１，２２２は、対をなして互いに対応付けられており、第１入力ミラーからの信号光が偏向素子２２２により反射されて偏向素子２２１に入射し第２出力ミラーに出射するように形成されている。また、偏向素子２３１，２３２は、対をなして互いに対応付けられており、第２入力ミラーからの信号光が偏向素子２３１により反射されて偏向素子２３２に入射し第３出力ミラーに出射するように形成されている。
【００９４】
偏向素子２４１，２４２は、偏向素子２２１〜２３２のＸ座標よりもＸ軸方向の負の側における、同じＸ座標上に配設されており、偏向素子２４１は第１入力ポート、偏向素子２４２は第４出力ポートとそれぞれ同じＹ座標に配設されている。ここで、偏向素子２４１，２４２は、対をなして互いに対応付けられており、第１入力ミラーからの信号光が偏向素子２４１により反射されて偏向素子２４２に入射し第４出力ミラーに出射するように形成されている。
【００９５】
偏向素子２５１，２５２は、偏向素子２４１〜２４２のＸ座標よりもＸ軸方向の負の側における、同じＸ座標上に配設されており、偏向素子２５１は第１出力ポート、偏向素子２５２は第２入力ポートとそれぞれ同じＹ座標に配設されている。また、ＸＺ面内において、偏向素子２４１，２４２と偏向素子２５１，２５２との間には、光ファイバ１１〜１６から入出力される信号光の光軸が位置するように設定されている。ここで、偏向素子２５１，２５２は、対をなして互いに対応付けられており、第２入力ミラーからの信号光が偏向素子２５２より反射されて偏向素子２５１に入射し第１出力ミラーに出射するように形成されている。
【００９６】
偏向素子２６１，２６２、２７１，２７２は、偏向素子２５１，２５２のＸ座標よりもＸ軸方向の負の側における、同じＸ座標上に配設されており、偏向素子２６１は第１出力ポート、偏向素子２６２は第１入力ポート、偏向素子２７１は第２入力ポート、偏向素子２７２は第４出力ポートとそれぞれ同じＹ座標に配設されている。ここで、偏向素子２６１，２６２は、対をなして互いに対応付けられており、第１入力ミラーからの信号光が偏向素子２６２により反射されて偏向素子２６１に入射し第１出力ミラーに出射するように形成されている。また、偏向素子２７１，２７２は、対をなして互いに対応付けられており、第２入力ミラーからの信号光が偏向素子２７１により反射されて偏向素子２７２に入射し第４出力ミラーに出射するように形成されている。
【００９７】
このように偏向素子ブロック上に高密度に偏向素子を配置することで、入出力ミラーに要求される偏向角増大量を最小限としてポート切り替えを実現することができる。また、全ての偏向素子を単一の偏向素子ブロックに形成しているため、部品点数を削減することができる。
【００９８】
＜偏向素子ブロックの変形例＞
なお、偏向素子ブロック２００は、上述したような構成に限定されず、例えば、図１３に示すような構成を採るようにしてもよい。この図１３に示す偏向素子ブロック３００は、偏向角度が９０度のミラーチップから構成される第１偏向素子３１１〜３１８と、この第１偏向素子３１１〜３１８よりもＸ軸方向の長さが長い第２偏向素子３２１〜３２８と、ＹＺ面に沿った反射面を有する第３偏向素子３３１〜３３４と、これらを貼り付けたガラス等の光学的に透明な平板３４０とから構成される。
【００９９】
第１偏向素子３１１〜３１８は、Ｙ座標上の位置が同一の入力ポートと光路を結ぶ入力ミラーから入射する光信号を、対応付けられた第２偏向素子３２１〜３２８または第３偏向素子３３１〜３３４に向けて反射させる。
第２偏向素子３２１〜３２８は、対応付けられた第１偏向素子３１１〜３１８または第３偏向素子３３１〜３３４から入射する信号光を、Ｙ座標上の位置が同一の出力ポートと光路を結ぶ出力ミラーに向けて反射させる。
第３偏向素子３３１〜３３４は、対応付けられた第１偏向素子３１３〜３１６から入射した信号光を、対応付けられた第２偏向素子３２３〜３２６に向けて反射する。
このような第１偏向素子３１１〜３１８，第２偏向素子３２１〜３２８および第３偏向素子３３１〜３３４の具体的な配置は以下の通りである。
【０１００】
第１偏向素子３１１，３１２および第２偏向素子３２１，３２２は、同じＸ座標上に配設されており、第１偏向素子３１１は第１入力ポート、第１偏向素子３１２は第２入力ポート、第２偏向素子３２１は第２出力ポート、第２偏向素子３２２は第３出力ポートとそれぞれ同じＹ座標に配設されている。
ここで、第１偏向素子３１１と第２偏向素子３２１は、対をなして互いに対応付けられている。したがって、第１入力ミラーからの信号光は、第１偏向素子３１１により反射されて第２偏向素子３２１に入射し第２出力ミラーに向かって伝播する。
また、第１偏向素子３１２と第２偏向素子３２２は、対をなして互いに対応付けられている。したがって、第２入力ミラーからの信号光は、第１偏向素子３１２により反射されて第２偏向素子３２２に入射し第３出力ミラーに向かって伝播する。
【０１０１】
第１偏向素子３１３，３１４および第２偏向素子３２３，３２４は、第１偏向素子３１１のＸ座標よりもＸ軸方向の負の側における、同じＸ座標上に配設されており、第１偏向素子３１３は第１入力ポート、第１偏向素子３１４は第２入力ポート、第２偏向素子３２３は第１出力ポート、第２偏向素子３２４は第４出力ポートとそれぞれ同じＹ座標に配設されている。また、第３偏向素子３３１は、第１偏向素子３１３のＸ軸方向における正の側の近傍に配設され、第３偏向素子３３２は、第１偏向素子３１４のＸ軸方向における負の側の近傍に配設されている。
ここで、第１偏向素子３１３、第２偏向素子３２４および第３偏向素子３３２は、互いに対応付けられている。したがって、第１入力ミラーからの信号光は、第１偏向素子３１３により反射されて第３偏向素子３３２に入射し、この第３偏向素子３３２により反射されて第２偏向素子３２４に入射し第４出力ミラーに向かって伝播する。このとき、この信号光は、平面視略「く」の字状の光路を描くこととなる。
また、第１偏向素子３１４、第２偏向素子３２３および第３偏向素子３３１は、互いに対応付けられている。したがって、第２入力ミラーからの信号光は、第１偏向素子３１４により反射されて第３偏向素子３３１に入射し、この第３偏向素子３３１により反射されて第２偏向素子３２３に入射し第１出力ミラーに向かって伝播する。このとき、この信号光は、平面視略「く」の字状の光路を描くこととなる。
【０１０２】
第１偏向素子３１５，３１６および第２偏向素子３２５，３２６は、第１偏向素子３１３のＸ座標よりもＸ軸方向の負の側における、同じＸ座標上に配設されており、第１偏向素子３１５は第１入力ポート、第１偏向素子３１６は第２入力ポート、第２偏向素子３２５は第２出力ポート、第２偏向素子３２６は第３出力ポートとそれぞれ同じＹ座標に配設されている。また、第３偏向素子３３３は、第１偏向素子３１５のＸ軸方向における正の側の近傍に配設され、第３偏向素子３３４は、第１偏向素子３１６のＸ軸方向における負の側の近傍に配設されている。さらに、ＸＺ面内において、第３偏向素子３３２と第３偏向素子３３３との間には、光ファイバ１１〜１６から出力される信号光の光軸が位置するように設定されている。
ここで、第１偏向素子３１５、第２偏向素子３２６および第３偏向素子３３４は、互いに対応付けられている。したがって、第１入力ミラーからの信号光は、第１偏向素子３１５により反射されて第３偏向素子３３４に入射し、この第３偏向素子３３４により反射されて第２偏向素子３１６に入射し第３出力ミラーに向かって伝播する。このとき、その信号光は、平面視略「く」の字状の光路を描くこととなる。
また、第１偏向素子３１６、第２偏向素子３２５および第３偏向素子３３３は、互いに対応付けられている。したがって、第２入力ミラーからの信号光は、第１偏向素子３１６により反射されて第３偏向素子３３３に入射し、この第３偏向素子３３３により反射されて第２偏向素子３２５に入射し第２出力ミラーに向かって伝播する。このとき、その信号光は、平面視略「く」の字状の光路を描くこととなる。
【０１０３】
第１偏向素子３１７，３１８および第２偏向素子３２７，３２８は、第１偏向素子３１５のＸ座標よりもＸ軸方向の負の側における、同じＸ座標上に配設されており、第１偏向素子３１７は第１入力ポート、第１偏向素子３１８は第２入力ポート、第２偏向素子３２７は第１出力ポート、第２偏向素子３２８は第４出力ポートとそれぞれ同じＹ座標に配設されている。
ここで、第１偏向素子３１７と第２偏向素子３２７は、対をなして互いに対応付けられている。したがって、第１入力ミラーからの信号光は、第１偏向素子３１７により反射されて第２偏向素子３２７に入射し第１出力ミラーに向かって伝播する。
また、第１偏向素子３１８と第２偏向素子３２８は、対をなして互いに対応付けられている。したがって、第２入力ミラーからの信号光は、第１偏向素子３１８により反射されて第２偏向素子３２８に入射し第４出力ミラーに向かって伝播する。
【０１０４】
偏向素子ブロック２００では、対となる偏向素子間の光路が長くなると、光路が干渉するので、同一Ｘ座標に１つの偏向素子ペアしか配置できない場合があった。これに対して、偏向素子ブロック３００では、第１および第２偏向素子間の光路が長くても、その光路上に第３の偏向素子を配置し、光路を「く」の字状に屈曲させることにより、光路干渉を回避するレイアウトを実現することができる。これにより、全てのＸ座標に複数の偏向素子ペアを配置し、より高密度に偏向素子を配置することができる。結果として、入出力ポート数が増えても、入出力ＭＥＭＳミラーに要求される偏向角増大量を最小限に抑制することができる。
【０１０５】
［第４の実施の形態］
次に、本発明に係る第４の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態において、上述した第１〜第３の実施の形態と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付し、適宜説明を省略する。
【０１０６】
図１４に示すように、本発明の第４の実施の形態に係る波長選択スイッチ４は、入力ポートが３個、出力ポートが３個のＭｘＮ型ＷＳＳ光学系からなる。このような波長選択スイッチ４は、光ファイバ１１〜１６を備えた光ファイバアレイ１０と、マイクロレンズ２１〜２６を備えたマイクロレンズアレイ２０と、レンズ３１ａ〜３１ｆを備えたＹ整形レンズアレイ３１およびＸ整形レンズ３２からなるアナモルフィック光学系３０と、偏向素子ブロック４００と、ＳＷレンズアレイ６０と、回折格子７０と、合分波レンズ８０と、ＭＥＭＳミラーアレイ９０とを備えており、これらをこの順番でＺ軸方向に沿って配列した構成を有する。
【０１０７】
ここで、光ファイバアレイ１０は、各々の光軸をＺ軸方向に沿わせた複数の光ファイバ１１〜１６を、Ｚ軸と直交するＹ軸方向に並設した構成を有する。光ファイバ１１，１３，１５は、光信号を受光する出力ポート（第１〜第３出力ポート）として動作し、光ファイバ１２，１４，１６は、光信号を出射する入力ポート（第１〜第３入力ポート）として動作する。
【０１０８】
ＭＥＭＳミラーアレイ９０は、Ｘ軸方向およびこのＸ軸方向に直交する軸方向に並設され、少なくともＹ軸回りに回動可能に支持された複数のＭＥＭＳミラー９１ａ〜９１ｇ，９２ａ〜９２ｇ，９３ａ〜９３ｇ，９４ａ〜９４ｇ，９５ａ〜９５ｇ，９６ａ〜９６ｇ，から構成されている。これらのＭＥＭＳミラー９１ａ〜９６ｇは、ＸＹ平面にマトリクス状に配設されており、行方向（Ｘ軸）に７個、列方向（Ｙ軸）に６個設けられている。
【０１０９】
ここで、Ｙ軸方向における最も負の側の行のＭＥＭＳミラー（以下、「第１出力ミラー」と呼ぶ。）９１ａ〜９１ｇには、第１出力ポートに出力される光信号が入射する。
また、この第１出力ミラー９１ａ〜９１ｇにＹ軸方向の正の側に隣接する行のＭＥＭＳミラー（以下、「第１入力ミラー」と呼ぶ。）９２ａ〜９２ｇには、第１入力ポートから出射した光信号が入射する。
また、この第１入力ミラー９２ａ〜９２ｇにＹ軸方向の正の側に隣接する行のＭＥＭＳミラー（以下、「第２出力ミラー」と呼ぶ。）９３ａ〜９３ｇには、第２出力ポートに出力される光信号が入射する。
また、この第２出力ミラー９３ａ〜９３ｇにＹ軸方向の正の側に隣接する行のＭＥＭＳミラー（以下、「第２入力ミラー」と呼ぶ。）９４ａ〜９４ｇには、第２入力ポートから出射した光信号が入射する。
また、この第２入力ミラー９４ａ〜９４ｇにＹ軸方向の正の側に隣接する行のＭＥＭＳミラー（以下、「第３出力ミラー」と呼ぶ。）９５ａ〜９５ｇには、第３出力ポートに出力される光信号が入射する。
また、この第３出力ミラー９５ａ〜９５ｇにＹ軸方向の正の側に隣接する行のＭＥＭＳミラー（以下、「第３入力ミラー」と呼ぶ。）９６ａ〜９６ｇには、第３入力ポートから出射した光信号が入射する。
【０１１０】
偏向素子ブロック４００は、図１５に示すように、偏向角度が９０度のミラーチップから構成される第１偏向素子４１１〜４１９と、この第１偏向素子４１１〜４１９よりもＸ軸方向の長さが長い第２偏向素子４２１〜４２９と、ＹＺ面に沿った反射面を有する第３偏向素子４３１，４３２と、これらを貼り付けたガラス等の光学的に透明な平板４４０とから構成される。
【０１１１】
第１偏向素子４１１〜４１９は、Ｙ座標上の位置が同一の入力ポートと光路を結ぶ入力ミラーから入射する光信号を、対応付けられた第２偏向素子４２１〜４２９または第３偏向素子４３１，４３２に向けて反射させる。
第２偏向素子４２１〜４２９は、対応付けられた第１偏向素子４１１〜４１９または第３偏向素子４３１，４３２から入射する信号光を、Ｙ座標上の位置が同一の出力ポートと光路を結ぶ出力ミラーに向けて反射させる。
第３偏向素子４３１，４３２は、対応付けられた第１偏向素子４１１，４１２から入射した信号光を、対応付けられた第２偏向素子４２１，４２２に向けて反射する。
このような第１偏向素子４１１〜４１９，第２偏向素子４２１〜４２９および第３偏向素子４３１，４３２の具体的な配置は以下の通りである。なお、上述した第３の実施の形態における偏向素子ブロック３００に関する説明からもわかるように、偏向素子の具体的な配置と偏向素子間の対応付けがわかれば、偏向素子、入出力ポートおよび入出力ミラーを結ぶ光路は一意にわかるので、以下においてその光路の説明を省略する。
【０１１２】
第１偏向素子４１１，４１２および第２偏向素子４２１，４２２は、同じＸ座標上に配設されており、第１偏向素子４１１は第２入力ポート、第１偏向素子４１２は第３入力ポート、第２偏向素子４２１は第１出力ポート、第２偏向素子４２２は第２出力ポートとそれぞれ同じＹ座標に配設されている。また、第３偏向素子４３１は、Ｘ座標が第２偏向素子４２２よりもＸ軸方向の正の側で、Ｙ座標が第１入力ポートと第２出力ポートの間の位置に配設され、第３偏向素子４３２は、Ｘ座標が第３偏向素子４３１と同じで、Ｙ座標が第２入力ポートと第３出力ポートの間の位置に配設されている。
ここで、第１偏向素子４１１、第２偏向素子４２１および第３偏向素子４３１は、互いに対応付けられている。また、第１偏向素子４１２、第２偏向素子４２２および第３偏向素子４３２は、互いに対応付けられている。
【０１１３】
また、第１偏向素子４１３，４１４および第２偏向素子４２３，４２４は、第１偏向素子４１１のＸ座標よりもＸ軸方向の負の側における、同じＸ座標上に配設されており、第１偏向素子４１３は第１入力ポート、第１偏向素子４１４は第２入力ポート、第２偏向素子４２３は第２出力ポート、第２偏向素子４２４は第３出力ポートとそれぞれ同じＹ座標に配設されている。ここで、第１偏向素子４１３と第２偏向素子４２３は、対をなして互いに対応付けられている（偏向素子ペア）。また、第１偏向素子４１４と第２偏向素子４２４は、対をなして互いに対応付けられている。
【０１１４】
また、第１偏向素子４１５〜４１７および第２偏向素子４２５〜４２７は、第１偏向素子４１３のＸ座標よりもＸ軸方向の負の側における、同じＸ座標上に配設されており、第１偏向素子４１５は第１入力ポート、第１偏向素子４１６は第２入力ポート、第１偏向素子４１７は第３入力ポート、第２偏向素子４２５は第１出力ポート、第２偏向素子４２６は第２出力ート、第２偏向素子４２７は第３出力ポートとそれぞれ同じＹ座標に配設されている。また、ＸＺ面内において、第１偏向素子４１３，４１４および第２偏向素子４２３，４２４と第１偏向素子４１５〜４１７および第２偏向素子４２５〜４２７との間には、光ファイバ１１〜１６から入出力される信号光の光軸が位置するように設定されている。
ここで、第１偏向素子４１５と第２偏向素子４２５は、対をなして互いに対応付けられている。また、第１偏向素子４１６と第２偏向素子４２６は、対をなして互いに対応付けられている。さらに、第１偏向素子４１７と第２偏向素子４２７は、対をなして互いに対応付けられている。
【０１１５】
また、第１偏向素子４１８および第２偏向素子４２８は、第１偏向素子４１５〜４１７のＸ座標よりもＸ軸方向の負の側における、同じＸ座標上に配設されており、第１偏向素子４１８は第１入力ポートと同じＹ座標に配設されており、第２偏向素子４２８は第３出力ポートと同じＹ座標に配設されている。このような第１偏向素子４１８および第２偏向素子４２８は、互いに対応付けられている。
【０１１６】
また、第１偏向素子４１９および第２偏向素子４２９は、第１偏向素子４１８のＸ座標よりもＸ軸方向の負の側における、同じＸ座標上に配設されており、第１偏向素子４１９は第３入力ポートと同じＹ座標に配設されており、第２偏向素子４２９は第１出力ポートと同じＹ座標に配設されている。このような第１偏向素子４１９および第２偏向素子４２９は、互いに対応付けられている。
【０１１７】
本実施の形態と上述した第３の実施の形態とを比較すると、入出力ポート数の総量は同じであるが、本実施の形態の方がＳＷレンズアレイ６０のアレイ数が多く、入出力ＭＥＭＳミラーに要求される偏向角も大きくなっている。これは、第３の実施の形態が入力ポート数が２個、出力ポート数が４個であり、偏向素子ペアの数が８個であるのに対して、本実施の形態は入力ポート数が３個、出力ポート数が３個であり、偏向素子ペアの数が９個に増えているためである。
【０１１８】
また、本実施の形態においては、入力ポートと出力ポートが交互に配置されているため、第１偏向素子と第２偏向素子とが近接して配置される割合が高くなっている。したがって、同一Ｘ座標に複数の偏向素子ペアを集積しやすくなっている。本実施の形態では、最大３つの偏向素子ペアが同一Ｘ座標に配置されている。
【０１１９】
＜偏向素子ブロックの変形例１＞
なお、偏向素子ブロック４００は、上述したような構成に限定されず、例えば、図１６に示すような構成を採るようにしてもよい。この図１６に示す偏向素子ブロック４０１は、上述した偏向素子ブロック４００における第１偏向素子４１９と平板４４０との間にオフセット４１９ａを、第２偏向素子４２９と平板４４０との間にオフセット４２９ａをそれぞれ設けたものである。このオフセット４１９ａ，４２９ａは、Ｚ軸方向に同じ長さを有する柱状の形状を有する。これにより、第１偏向素子４１９および第２偏向素子４２９は、Ｚ軸方向の正の側にオフセット４１９ａ，４２９ａの長さ分だけ移動することとなる。
【０１２０】
図１５に示した偏向素子ブロック４００の場合、隣接する入出力ポート間を結合する偏向素子ペア（例えば第１出力ポートと第１入力ポート）と、隣接しない入出力ポート間を結合する偏向素子ペア（例えば第１出力ポートと第３入力ポート）とでは、第１偏向素子と第２偏向素子とを結ぶ光路長を比較すると、後者の方が長くなってしまう。すでに述べたように、この偏向素子ブロックは共焦点面付近に配置されるため、光路長差はデフォーカスとなり、出力ミラー上に結像するビームサイズのばらつき要因となってしまい、最終的には、入出力ポートの組み合わせによって透過帯域のばらつきを発生させてしまう。
【０１２１】
そこで、図１６に示す偏向素子ブロック４０１のように、光路長が比較的長い入出力ポートに対応する第１偏向素子および第２偏向素子を、あらかじめＺ軸方向にオフセットさせ、光路長差を相殺させることにより、上述した光路長差による透過帯域のばらつきを補正することができる。
【０１２２】
＜偏向素子ブロックの変形例２＞
偏向素子ブロック４００の別の変形例を、図１７に示す。この図１７に示す偏向素子ブロック４０２は、上述した偏向素子ブロック４０１におけるそれぞれオフセットを設けた第１偏向素子４１９と第２偏向素子４２９とを、第１偏向素子４１８および第２偏向素子４２８と同じＸ座標上に設けたものである。
【０１２３】
第１偏向素子および第２偏向素子のＺ軸方向へのオフセットは、上述したような光路長差をキャンセルする効果だけでなく、他の偏向素子ペアとの光路干渉を回避できる効果ももたらす。例えば、図１７に示すように、第３入力と第１出力を結ぶ偏向素子ペア（第１偏向素子４１９と第２偏向素子４２９）をＺ軸方向にオフセットさせるとともに、Ｘ軸方向の正の側にもオフセットさせて、第１入力と第３出力を結ぶ偏向素子ペア（第１偏向素子４１８と第２偏向素子４２８）と同一Ｘ座標に配置することができる。これにより、図１６に示す偏向素子ブロック４０１では、入出力ＭＥＭＳミラーに要求される偏向角が３水準であったが、図１７に示す偏向素子ブロック４０２では２水準に低減することができる。このように、特定の偏向素子ペアをＺ軸およびＸ軸方向にオフセットさせることにより、入出力ＭＥＭＳミラーに要求される偏向角増大量を抑制することができる。
【０１２４】
［第５の実施の形態］
次に、本発明に係る第５の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態において、上述した第１〜第４の実施の形態と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付し、適宜説明を省略する。
【０１２５】
図１８に示すように、本発明の第５の実施の形態に係る波長選択スイッチ５は、入力ポートが４個、出力ポートが４個のＭｘＮ型ＷＳＳ光学系からなる。このような波長選択スイッチ５は、光ファイバ１１〜１８を備えた光ファイバアレイ１０と、マイクロレンズ２１〜２８を備えたマイクロレンズアレイ２０と、レンズ３１ａ〜３１ｈを備えたＹ整形レンズアレイ３１およびＸ整形レンズ３２からなるアナモルフィック光学系３０と、偏向素子ブロック５００と、ＳＷレンズアレイ６０と、回折格子７０と、合分波レンズ８０と、ＭＥＭＳミラーアレイ９０とを備えており、これらをこの順番でＺ軸方向に沿って配列した構成を有する。
【０１２６】
ここで、光ファイバアレイ１０は、各々の光軸をＺ軸方向に沿わせた複数の光ファイバ１１〜１８を、Ｚ軸と直交するＹ軸方向に並設した構成を有する。光ファイバ１１，１３，１５，１７は、光信号を受光する出力ポート（第１〜第４出力ポート）として動作し、が形成され、光ファイバ１２，１４，１６，１８は、光信号を出射する入力ポート（第１〜第４入力ポート）として動作する。
【０１２７】
ＭＥＭＳミラーアレイ９０は、Ｘ軸方向およびこのＸ軸方向に直交する軸方向に並設され、少なくともＹ軸回りに回動可能に支持された複数のＭＥＭＳミラー９１ａ〜９１ｇ，９２ａ〜９２ｇ，９３ａ〜９３ｇ，９４ａ〜９４ｇ，９５ａ〜９５ｇ，９６ａ〜９６ｇ，９７ａ〜９７ｇ，９８ａ〜９８ｇから構成されている。これらのＭＥＭＳミラー９１ａ〜９６ｇは、ＸＹ平面にマトリクス状に配設されており、行方向（Ｘ軸）に７個、列方向（Ｙ軸）に８個設けられている。以下において、これらのＭＥＭＳミラーは、上述した第１〜第４の実施の形態の場合と同様、入出力ポートと結ぶ光路の関係に基づき、ＭＥＭＳミラー９１ａ〜９１ｇ，９２ａ〜９２ｇ，９３ａ〜９３ｇ，９４ａ〜９４ｇ，９５ａ〜９５ｇ，９６ａ〜９６ｇ，９７ａ〜９７ｇ，９８ａ〜９８ｇの順番で、第１出力ミラー、第１入力ミラー、第２出力ミラー、第２入力ミラー、第３出力ミラー、第３入力ミラー、第４出力ミラー、第４入力ミラーと呼ぶこととする。
【０１２８】
偏向素子ブロック５００は、図１９に示すように、偏向角度が９０度のミラーチップから構成される第１偏向素子５１１〜５２６と、この第１偏向素子５１１〜５２６よりもＸ軸方向の長さが長い第２偏向素子５３１〜５４６と、ＹＺ面に沿った反射面を有する第３偏向素子５５１〜５５４と、これらを貼り付けたガラス等の光学的に透明な平板５６０とから構成される。
【０１２９】
第１偏向素子５１１〜５２６は、Ｙ座標上の位置が同一の入力ポートと光路を結ぶ入力ミラーから入射する光信号を、対応付けられた第２偏向素子５３１〜５４６または第３偏向素子５５１〜５５４に向けて反射させる。
第２偏向素子５３１〜５４６は、対応付けられた第１偏向素子５１１〜５２６または第３偏向素子５５１〜５５４から入射する信号光を、Ｙ座標上の位置が同一の出力ポートと光路を結ぶ出力ミラーに向けて反射させる。
第３偏向素子５５１〜５５４は、対応付けられた第１偏向素子５２０〜５２３から入射した信号光を、対応付けられた第２偏向素子５４０〜５４３に向けて反射する。
このような第１偏向素子５１１〜５２６，第２偏向素子５３１〜５４６および第３偏向素子５５１〜５５４の具体的な配置は以下の通りである。なお、上述した第３の実施の形態における偏向素子ブロック３００に関する説明からもわかるように、偏向素子の具体的な配置と偏向素子間の対応付けがわかれば、偏向素子、入出力ポートおよび入出力ミラーを結ぶ光路は一意にわかるので、以下においてその光路の説明を省略する。
【０１３０】
第１偏向素子５１１〜５１４および第２偏向素子５３１〜５３４は、同じＸ座標上に配設されており、第１偏向素子５１１〜５１４は同じ順番の第１〜第４出力ポートと同じＹ座標に配設され、第２偏向素子５３１〜５３４は同じ順番の第１〜第４入力ポートと同じＹ座標に配設されている。ここで、第１偏向素子５１１と第２偏向素子５３１、第１偏向素子５１２と第２偏向素子５３２、第１偏向素子５１３と第２偏向素子５３３、第１偏向素子５１４と第２偏向素子５３４は、それぞれ対応付けられており偏向素子ペアを構成している。
【０１３１】
第１偏向素子５１５，５１６および第２偏向素子５３５，５３６は、第１偏向素子５１１のＸ座標よりもＸ軸方向の負の側における、同じＸ座標上に配設されており、第１偏向素子５１５は第２入力ポート、第１偏向素子５１６は第４入力ポート、第２偏向素子５３５は第１出力ポート、第２偏向素子５３６は第３出力ポートとそれぞれ同じＹ座標に配設されている。ここで、第１偏向素子５１５と第２偏向素子５３５、および、第１偏向素子５１６と第２偏向素子５３６は、それぞれ対応付けられており偏向素子ペアを構成している。
【０１３２】
第１偏向素子５１７〜５１９および第２偏向素子５３７〜５３９は、第１偏向素子５１５のＸ座標よりもＸ軸方向の負の側における、同じＸ座標上に配設されており、第１偏向素子５１７は第１入力ポート、第１偏向素子５１８は第３入力ポート、第１偏向素子５１９は第４入力ポート、第２偏向素子５３７は第１出力ポート、第２偏向素子５３８は第２出力ポート、第２偏向素子５３９は第４出力ポートとそれぞれ同じＹ座標に配設されている。ここで、第１偏向素子５１７と第２偏向素子５３９、第１偏向素子５１８と第２偏向素子５３８、および、第１偏向素子５１９と第２偏向素子５３７は、それぞれ対応付けられており偏向素子ペアを構成している。なお、第１偏向素子５１７と第２偏向素子５３９には、それぞれ１段のオフセット（５１７ａ，５３９ａ）が設けられている。また、第１偏向素子５１９と第２偏向素子５３７には、それぞれ２段のオフセット（５１９ａ，５１９ｂ、５３７ａ，５３７ｂ）が設けられている。
【０１３３】
第１偏向素子５２０，５２１および第２偏向素子５４０，５４１は、第１偏向素子５１７のＸ座標よりもＸ軸方向の負の側における、同じＸ座標上に配設されており、第１偏向素子５２０は第３入力ポート、第１偏向素子５２１は第４入力ポート、第２偏向素子５４０は第１出力ポート、第２偏向素子５４１は第２出力ポートとそれぞれ同じＹ座標に配設されている。また、第３偏向素子５５１は、Ｘ座標が第２偏向素子５４１からＸ軸方向の正の側の所定距離移動した位置に、Ｙ座標が第２出力ポートと第２入力ポートの間の位置に配設されておいる。第３偏向素子５５２は、Ｘ座標が第３偏向素子５５１と同じ位置、Ｙ座標が第３出力ポートと第３入力ポートの間の位置に配設されている。さらに、ＸＺ面内において、第３偏向素子５５１，５５２と第１偏向素子５１７〜５１９および第２偏向素子５３７〜５３９との間には、光ファイバ１１〜１８から入出力される信号光の光軸が位置するように設定されている。
ここで、第１偏向素子５２０、第２偏向素子５４０および第３偏向素子５５１は、互いに対応付けられている。また、第１偏向素子５２１、第２偏向素子５４１および第３偏向素子５５２は、互いに対応付けられている。
【０１３４】
第１偏向素子５２２，５２３および第２偏向素子５４２，５４３は、第１偏向素子５２０のＸ座標よりもＸ軸方向の負の側における、同じＸ座標上に配設されており、第１偏向素子５２２は第１入力ポート、第１偏向素子５２３は第２入力ポート、第２偏向素子５４２は第３出力ポート、第２偏向素子５４３は第４出力ポートとそれぞれ同じＹ座標に配設されている。また、第３偏向素子５５３は、Ｘ座標が第１偏向素子５２０のＸ座標と第１偏向素子５２２のＸ座標の間の位置、Ｙ座標が第３偏向素子５５１と同じＹ座標の位置に配設されている。第３偏向素子５５４は、Ｘ座標が第３偏向素子５５３と同じ位置、Ｙ座標が第３偏向素子５５２と同じ位置に配設されている。
ここで、第１偏向素子５２２、第２偏向素子５４２および第３偏向素子５５３は、互いに対応付けられている。また、第１偏向素子５２３、第２偏向素子５４３および第３偏向素子５５４も互いに対応付けられている。
【０１３５】
第１偏向素子５２４〜５２６および第２偏向素子５４４〜５４６は、第１偏向素子５２２のＸ座標よりもＸ軸方向の負の側における、同じＸ座標上に配設されており、第１偏向素子５２４は第１入力ポート、第１偏向素子５２５は第２入力ポート、第１偏向素子５２６は第３入力ポート、第２偏向素子５４４は第２出力ポート、第２偏向素子５４５は第３出力ポート、第２偏向素子５４６は第４出力ポートとそれぞれ同じＹ座標に配設されている。
ここで、第１偏向素子５２４と第２偏向素子５４４、第１偏向素子５２５と第２偏向素子５４５、第１偏向素子５２６と第２偏向素子５４６は、それぞれ対応付けられており偏向素子ペアを構成している。
【０１３６】
本実施の形態と上述した第４の実施の形態とを対比すると、入出力ポート数の総量は６から８に増加したが、ＳＷレンズアレイ６０のアレイ数や入出力ミラーに要求される最大偏向角は維持されている。これは、偏向素子ペアを高密度に偏向素子ブロック５００に集積しているためである。
【０１３７】
［第６の実施の形態］
次に、本発明に係る第６の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、第５の実施の形態におけるＭＥＭＳミラーアレイ９０において、入力ポートを中央部に集約配置したものである。したがって、上述した第５の実施の形態と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付し、適宜説明を省略する。
【０１３８】
図２０に示すように、本発明の第６の実施の形態に係る波長選択スイッチ６は、入力ポートが４個、出力ポートが４個のＭｘＮ型ＷＳＳ光学系からなる。このような波長選択スイッチ６は、光ファイバ１１〜１８を備えた光ファイバアレイ１０と、マイクロレンズ２１〜２８を備えたマイクロレンズアレイ２０と、レンズ３１ａ〜３１ｈを備えたＹ整形レンズアレイ３１およびＸ整形レンズ３２からなるアナモルフィック光学系３０と、偏向素子ブロック６００と、ＳＷレンズアレイ６０と、回折格子７０と、合分波レンズ８０と、ＭＥＭＳミラーアレイ９０とを備えており、これらをこの順番でＺ軸方向に沿って配列した構成を有する。
【０１３９】
ここで、光ファイバアレイ１０は、各々の光軸をＺ軸方向に沿わせた複数の光ファイバ１１〜１８を、Ｚ軸と直交するＹ軸方向に並設した構成を有する。光ファイバ１１，１２，１７，１８は、光信号を受光する出力ポート（第４〜第１出力ポート）として動作し、光ファイバ１３〜１６は、光信号を出射する入力ポート（第４〜第１入力ポート）として動作する。
【０１４０】
ＭＥＭＳミラーアレイ９０は、Ｘ軸方向およびこのＸ軸方向に直交する軸方向に並設され、少なくともＹ軸回りに回動可能に支持された複数のＭＥＭＳミラー９１ａ〜９１ｇ，９２ａ〜９２ｇ，９３ａ〜９３ｇ，９４ａ〜９４ｇ，９５ａ〜９５ｇ，９６ａ〜９６ｇ，９７ａ〜９７ｇ，９８ａ〜９８ｇから構成されている。これらのＭＥＭＳミラー９１ａ〜９６ｇは、ＸＹ平面にマトリクス状に配設されており、行方向（Ｘ軸）に７個、列方向（Ｙ軸）に８個設けられている。以下において、これらのＭＥＭＳミラーは、入出力ポートと結ぶ光路の関係に基づき、ＭＥＭＳミラー９１ａ〜９１ｇ，９２ａ〜９２ｇ，９３ａ〜９３ｇ，９４ａ〜９４ｇ，９５ａ〜９５ｇ，９６ａ〜９６ｇ，９７ａ〜９７ｇ，９８ａ〜９８ｇの順番で、第４出力ミラー、第３出力ミラー、第４入力ミラー、第３入力ミラー、第２入力ミラー、第１入力ミラー、第２出力ミラー、第１出力ミラーと呼ぶこととする。
【０１４１】
偏向素子ブロックは、図２１に示すように、偏向角度が９０度のミラーチップから構成される第１偏向素子６１１〜６２２と、この第１偏向素子６１１〜６２２よりもＸ軸方向の長さが長い第２偏向素子６３１〜６４２と、第１偏向素子６１１〜６２２と同等の形状を有し偏向角度が９０度より小さい第４偏向素子６５１〜６５４と、第２偏向素子６３１〜６４２と同様の形状を有し偏向角度が９０度より大きい第５偏向素子６６１〜６６４と、これらを貼り付けたガラス等の光学的に透明な平板６７０とから構成される。  
【０１４２】
第１偏向素子６１１〜６２２は、Ｙ座標上の位置が同一の入力ポートと光路を結ぶ入力ミラーから入射する光信号を、対応付けられた第２偏向素子６３１〜６４２に向けて反射させる。
第２偏向素子６３１〜６４２は、対応付けられた第１偏向素子６１１〜６２２から入射する信号光を、Ｙ座標上の位置が同一の出力ポートと光路を結ぶ出力ミラーに向けて反射させる。
第４偏向素子６５１〜６５４は、Ｙ座標上の位置が同一の入力ポートと光路を結ぶ入力ミラーから入射する光信号を、対応付けられた第５偏向素子６６１〜６６４に向けて反射させる。
第５偏向素子６６１〜６６４は、対応付けられた第４偏向素子６５１〜６５４から入射した信号光を、Ｙ座標上の位置が同一の出力ポートと光路を結ぶ出力ミラーに向けて反射させる。
このような偏向素子の具体的な配置は以下の通りである。なお、上述した第３の実施の形態における偏向素子ブロック３００に関する説明からもわかるように、偏向素子の具体的な配置と偏向素子間の対応付けがわかれば、偏向素子、入出力ポートおよび入出力ミラーを結ぶ光路は一意にわかるので、以下においてその光路の説明を省略する。
【０１４３】
第１偏向素子６１１，６１２および第２偏向素子６３１，６３２は、同じＸ座標上に配設されており、第１偏向素子６１１は第３入力ポート、第１偏向素子６１２は第２入力ポート、第２偏向素子６３１は第３出力ポート、第２偏向素子６３２は第２出力ポートとそれぞれ同じＹ座標に配設されている。ここで、第１偏向素子６１１および第２偏向素子６３１、第１偏向素子６１２および第２偏向素子６３２は、それぞれ対応付けられており偏向素子ペアを構成している。
【０１４４】
第１偏向素子６１３〜６１６および第２偏向素子６３３〜６３６は、第１偏向素子６１１１のＸ座標よりもＸ軸方向の負の側における、同じＸ座標上に配設されており、第１偏向素子６１３は第４入力ポート、第１偏向素子６１４は第３入力ポート、第１偏向素子６１５は第２入力ポート、第１偏向素子６１６は第１入力ポート、第２偏向素子６３３は第４出力ポート、第２偏向素子６３４は第３出力ポート、第２偏向素子６３５は第２出力ポート、第２偏向素子６３６は第１出力ポートとそれぞれ同じＹ座標に配設されている。ここで、第１偏向素子６１３と第２偏向素子６３３、第１偏向素子６１４と第２偏向素子６３６、第１偏向素子６１５と第２偏向素子６３４、第１偏向素子６１６と第２偏向素子６３５は、それぞれ対応付けられており偏向素子ペアを構成している。なお、第１偏向素子６１３，６１４には、ゲート型オフセット６１３ｃ、６１４ｃが設けられている。このゲート型オフセットとは、Ｙ軸方向に沿った貫通孔が設けられている。この貫通孔を設けることにより、例えば第１偏向素子６１５により反射された信号光は、その貫通孔を通過できるので、第２偏向素子６３４に到達することができる。また、第２偏向素子６３３および第１偏向素子６３６には、それぞれオフセット６３３ａ，６３６ａが設けられている。
【０１４５】
第４偏向素子６５１，６５２および第５偏向素子６６１，６６２は、第１偏向素子６１３のＸ座標よりもＸ軸方向の負の側における、同じＸ座標上に配設されており、第４偏向素子６５１は第４入力ポート、第４偏向素子６５２は第１入力ポート、第５偏向素子６６１は第４出力ポート、第５偏向素子６６２は第１出力ポートとそれぞれ同じＹ座標に配設されている。ここで、第４偏向素子６５１と第５偏向素子６６２、および、第４偏向素子６５２と第５偏向素子６６１は、互いに対応付けられており偏向素子ペアを構成している。なお、第５偏向素子６６１，６６２には、オフセット（６６１ａ，６６２ａ）が設けられており、対応する第５偏向素子６６２，６６１とＺ座標が異なってしまうが、上述したように第４偏向素子の偏向角度が９０度より小さく、第５偏向素子の偏向角度が９０度より大きく設定されているので、偏向素子ペア間で光路を接続することができる。
【０１４６】
第１偏向素子６１７〜６２０および第２偏向素子６３７〜６４０は、第４偏向素子６５１のＸ座標よりもＸ軸方向の負の側における、同じＸ座標上に配設されており、第１偏向素子６１７は第４入力ポート、第１偏向素子６１８は第３入力ポート、第１偏向素子６１９は第２入力ポート、第１偏向素子６２０は第１入力ポート、第２偏向素子６３７は第４出力ポート、第２偏向素子６３８は第３出力ポート、第２偏向素子６３９は第２出力ポート、第２偏向素子６４０は第１出力ポートとそれぞれ同じＹ座標に配設されている。また、ＸＺ面内において、第１偏向素子６１７〜６２０および第２偏向素子６３７〜６４０と第４偏向素子６５１，６５２および第５偏向素子６６１，６６２との間には、光ファイバ１１〜１８から入出力される信号光の光軸が位置するように設定されている。
ここで、第１偏向素子６１７と第２偏向素子６３８、第１偏向素子６１８と第２偏向素子６３９、第１偏向素子６１９と第２偏向素子６３７、第１偏向素子６２０と第２偏向素子６４０は、互いに対応付けられている。
なお、第１偏向素子６１７，６１８および第２偏向素子６３８，６３９には、ゲート型オフセット（６１７ｃ、６１８ｃ、６３８ｃ、６３９ｃ）が設けられている。
【０１４７】
第４偏向素子６５３，６５４および第５偏向素子６６３，６６４は、第１偏向素子６１７のＸ座標よりもＸ軸方向の負の側における、同じＸ座標上に配設されており、第４偏向素子６５３は第４入力ポート、第４偏向素子６５４は第１入力ポート、第５偏向素子６６３は第３出力ポート、第５偏向素子６６４は第２出力ポートとそれぞれ同じＹ座標に配設されている。ここで、第４偏向素子６５３と第５偏向素子６６４、および、第４偏向素子６５４と第５偏向素子６６３は、互いに対応付けられている。なお、第４偏向素子６５３，６５４には、オフセット６５３ａ，６５４ａが設けられている。
【０１４８】
第１偏向素子６２１，６２２および第２偏向素子６４１，６４２は、第４偏向素子６５３のＸ座標よりもＸ軸方向の負の側における、同じＸ座標上に配設されており、第１偏向素子６２１は第３入力ポート、第１偏向素子６２２は第２入力ポート、第２偏向素子６４１は第４出力ポート、第２偏向素子６４２は第１出力ポートとそれぞれ同じＹ座標に配設されている。ここで、第１偏向素子６２１と第２偏向素子６４１、第１偏向素子６２２と第２偏向素子６４２は、互いに対応付けられている。  
【０１４９】
本実施の形態では、入力ポートを中央部に集約配置することにより、第１合波ビームの回折格子入射角のθx成分ばらつきを抑制することができる。このθx成分ばらつきは、回折格子７０の分散角ばらつき要因であり、最終的に透過帯域シフトの入出力ポートばらつきをもたらすため、できるだけ抑制するのが望ましい。
【０１５０】
また、本実施の形態と第５の実施の形態とを対比すると、偏向素子ブロックにおいて、第１偏向素子と第２偏向素子間の最長光路長、第１偏向素子と第２偏向素子間の最短光路長の出現頻度、第３の偏向素子の有無などの点で相違する。具体的には、第１偏向素子と第２偏向素子間の光路長は、第５の実施の形態の場合、第４入力ポートと第１出力ポートを結ぶ偏向素子ペアが最長であり、７ポート分離れていたが、本実施の形態では、第４入力ポートと第１出力ポートとを結ぶ偏向素子ペアが最長であり、５ポート分しか離れていない。また、第５の実施の形態では、１ポート分しか離れていない偏向素子ペアが７組存在したが、本実施の形態では、１ポート分しか離れていない偏向素子ペアが２組しか存在しない。さらに、第５の実施の形態では、第３の偏向素子が４箇所配置されていたが、本実施の形態では、第３の偏向素子が配置されていない。
【０１５１】
また、第５の実施の形態では、第３の偏向素子が配置されている場合を除き、第１偏向素子および第２偏向素子による偏向角は全て９０度であった。これに対して、本実施の形態では、偏向素子ペアの一部において、偏向角が９０度より小さい第４偏向素子と、偏向角が９０度より小さい第５偏向素子を用いることにより、第３の偏向素子を配置しなくても偏向素子ペア間の光路干渉を回避することができ、同一Ｘ座標に複数の偏向素子ペアを配置することができる。
【０１５２】
また、本実施の形態では、ゲートオフセットを用いている。第５の実施の形態においては、Ｚ方向にオフセットさせた偏向素子ペアを同一Ｘ座標に複数集積する場合、短い光路長の偏向素子ペアを長い光路長の偏向素子ペアで包含する構成を取らざるを得ず、光路長が同一である偏向素子ペアを同一Ｘ座標に集積することができなかった。これに対して、本実施の形態によれば、上記ゲートオフセットが、そのＺ軸方向の下部を他のビームが通過できる貫通孔を有する構造となっている。なお、他のビームが通過できればよいので、物理的なゲート構造のみならず、光学透明な部材で偏向素子をＺ方向にオフセットさせて、その表面をＡＲコートするようにしてもよい。これにより、偏向素子ペア間の光路干渉を回避することができ、光路長が同一である偏向素子ペアでも、同一Ｘ座標に複数の偏向素子ペアを配置することができる。
【０１５３】
なお、上述した第１〜第６の実施の形態では、同一の回折格子７０に信号光が４回通過するため、この信号光の通過時にその入射角（出射角）のθy成分が変化すると回折角も変化してしまう。その回折角変化は各波長信号光がＭＥＭＳミラーに入射する位置の変化をもたらし、最終的に透過帯域を減少させてしまう。この現象について、図２２を参照して説明する。なお、図２２において、実線は回折格子通過前の分波ビームおよび第２合波ビーム、点線は第３合波ビームおよび回折格子通過後の分波ビーム、一点鎖線は第１合波ビーム、第４合波ビームおよび回折格子通過前後の分波ビームを示している。
【０１５４】
図２２において、第１合波ビームと第２合波ビームの入出射角θy成分は同じであり、第３合波ビームと第４合波ビームの入出射角θy成分は同じであるが、第１合波ビームと第３合波ビームの入出射角θy成分は異なっている。この入出射角θy成分の変化量は、入力ポートと出力ポートの物理的な離間距離にほぼ比例しているため、ポート数を増加させていくと、入出射角θy成分の変化量が大きくなる入出力ポートの組み合わせが増加し、最終的に透過帯域のポート間ばらつきが発生してしまう。図２２は、第１合波ビームよりも第３合波ビームの分散能が大きくなってしまった場合の光路図を示しており、短波側（または長波側）の分波ビームに注目すると、入力ミラーへの入射Ｘ位置（第１合波ビームの回折光）と出力ＭＥＭＳミラーへの入射Ｘ位置（第３合波ビームの回折光）が一致せず、透過帯域が減少してしまう。
【０１５５】
そこで、このような課題を解決するには、回折格子を通過する信号光の入出射角のθy成分の変化に伴う分散能の変化を、θx成分の変化でキャンセルする手法が考えられる。基本的には、回折格子への入射角度のみオフセットさせ入射位置はオフセットさせないようにする必要があるが、ＳＷレンズで位置や角度が変換されることに注意が必要である。すなわち、図２４に示すように、第１偏向素子に入射する信号光と第２偏向素子から出射される信号光を、その光軸角度が互いに平行であるように維持しつつ、光軸位置のみＸ軸方向にオフセットさせることにより、回折格子への入射角度のみオフセットさせることができる。より具体的には、図２４（ａ）に示す状態から、第１偏向素子に入射する伝播ビームと第２偏向素子から出射される伝播ビームについて、その光軸角度は互いに平行であるように維持しつつ、光軸位置のみＸ方向にオフセットさせて、図２４（ｂ）に示すような状態とすることにより、第１および第２偏向素子の偏向角を調整すればよい。
【０１５６】
また、第１〜第６の実施の形態では、ＳＷレンズアレイ６０は同一焦点距離を有するレンズをＸ方向に３つアレイ化した場合の例で説明したが、レンズの数量は３つに限定されず、入出力ポート数やＭＥＭＳミラーの回転角水準数の変化に伴って適宜自由に設定することができる。なお、レンズ系内部における多重反射による各種の悪影響を回避するには、平凸レンズよりも両凸レンズを採用する方が望ましい。
また、ＳＷレンズアレイ６０の構成についても適宜自由に設定することができる。例えば、図２５に示すように、軸線がＹ方向に沿った１枚の円筒レンズと、軸線がＸ方向に沿った３枚の円筒レンズを組み合わせた構成を有するＳＷレンズアレイ６１を採用するようにしてもよい。このＳＷレンズアレイ６１は、表面と背面の円筒レンズを別々に製造し、別途貼り合わせことにより製造することができるが、表面と裏面の集光パワーが直交しているため、貼り合わせ時のＸＹ方向の公差は非常に大きく、レンズ製造歩留まりを向上させることができる。
【０１５７】
また、第１〜第６の実施の形態では、アナモルフィック光学系３０として、Ｙ方向の円筒レンズアレイとＸ方向の円筒レンズを組み合わせた場合を例に説明したが、その円筒レンズの替わりにアナモルフィックプリズムを組み合わせた光学系を用いるようにしてもよい。また、可動偏向素子としてＬＣｏＳなどを採用する場合、必要に応じて偏波ダイバーシティ光学系を挿入するようにしてもよい。また、入出力ポートのＹ方向ピッチによっては、マイクロレンズアレイまたはＹ方向の円筒レンズアレイのどちらか一方を省略するようにしてもよい。例えば、図２６に示す光学系３１のように、Ｙ方向の円筒レンズアレイとＸ方向の円筒レンズを一体化するようにしてもよい。これにより、レンズ歩留まり向上を実現することができる。また、図２７に示す光学系３２のように、マイクロレンズアレイを省略するようにしてもよい。これにより、部品点数削減による部材や調芯コスト低減を実現することができる。
【０１５８】
また、第１の実施の形態では、回折格子７０はＸ方向に３つアレイ化した場合の例で説明したが、入出力ポート数やＭＥＭＳミラーの回転角水準数の増加に伴って、アレイ数も増加させるようにしてもよい。回折格子上のビームサイズが十分小さく、Ｘ方向のピッチが十分大きい場合には、図２８に示す回折格子７１のように、実際にビームが通過する領域にのみ回折格子を配置するようにしてもよい。これにより、回折格子の総面積を必要最小限に抑制し、結果として部材コストを低減することができる。一方、図２９に示すように、回折格子上のビームサイズが相対的に大きくなり、Ｘ方向のピッチが相対的に小さい場合には、回折格子上のビームが重なる領域が発生する。このような場合は、回折格子を分割せず、Ｘ方向の有効径が十分大きい単一の矩形回折格子７２を利用するのが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【０１５９】
本発明は、波長多重通信等に用いることができる。
【符号の説明】
【０１６０】
１〜６…波長選択スイッチ、１０…光ファイバアレイ、１１〜１８…光ファイバ、２０…マイクロレンズアレイ、３０…アナモルフィック光学系、３１…Ｙ整形レンズアレイ、３１ａ〜３１ｈ…レンズ、３２…Ｘ整形レンズ、４０…第１偏向素子、４１〜４４…ＳＷミラー、５０…第２偏向素子、５１〜５４…偏向チップ、６０…ＳＷレンズアレイ、７０…回折格子、８０…合分波レンズ、９０…ＭＥＭＳミラーアレイ、９１ａ〜９１ｇ，９２ａ〜９２ｇ，９３ａ〜９３ｇ，９４ａ〜９４ｇ，９５ａ〜９５ｇ，９６ａ〜９６ｇ，９７ａ〜９７ｇ，９８ａ〜９８ｇ…ミラー、１４０…第１偏向素子、１４１〜１４８…ＳＷミラー、１４９…平板、１５０…第２偏向素子１５０、１５１〜１５８…偏向チップ、１５９…平板、２１１，２１２，２２１，２２２，２３１，２３２，２４１，２４２，２５１，２５２，２６１，２６２，２７１，２７２，２８１，２８２…偏向素子、３００…偏向素子ブロック、３１１〜３１８…第１偏向素子、３２１〜３２８…第２偏向素子、３３１〜３３４…第３偏向素子、３４０…平板、４００〜４０２…偏向素子ブロック、４１１〜４１９…第１偏向素子、４２１〜４２９…第２偏向素子、４１９ａ，４２９ａ…オフセット、４３１，４３２…第３偏向素子、４４０…平板、５００…偏向素子ブロック、５１１〜５２６…第１偏向素子、５３１〜５４６…第２偏向素子、５５１〜５５４…第３偏向素子、５６０…平板、６００…偏向素子ブロック、６１１〜６２２…第１偏向素子、６３１〜６４２…第２偏向素子、６５１〜６５４…第４偏向素子、６６１〜６６４…第５偏向素子、６７０…平板。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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