(57)【要約】【課題】  信頼性を向上させる。【解決手段】  光スイッチ装置は、入力ポートから第１レーザー光を受け、第１レーザー光を偏向させて第２レーザー光を出射する光偏向素子１５と、光偏向素子１５と平行に配置され、第２レーザー光を第１レーザー光と平行になるように偏向させて第３レーザー光を出射する光偏向素子１７と、光偏向素子１７から第３レーザー光を受ける複数の光ファイバー２２と、光偏向素子１５の偏向角、及び光偏向素子１７の偏向角を制御する制御回路３２とを含む。光偏向素子１５は、複数の光ファイバー２２の１つを選択するようにして、複数の第１偏向角の１つで第１レーザー光を偏向させる。光偏向素子１７は、複数の光ファイバー２２に対応するように配置された複数の領域を有し、複数の領域の各々は、第２レーザー光を偏向させる。【選択図】  図１
2019113752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶層を有し、入力ポートから第１レーザー光を受け、前記第１レーザー光を偏向させて第２レーザー光を出射する第１光偏向素子と、
液晶層を有し、前記第１光偏向素子と平行に配置され、前記第２レーザー光を前記第１レーザー光と平行になるように偏向させて第３レーザー光を出射する第２光偏向素子と、
前記第２光偏向素子から前記第３レーザー光を受ける複数の光ファイバーと、
前記第１光偏向素子の偏向角、及び前記第２光偏向素子の偏向角を制御する制御回路と
を具備し、
前記第１光偏向素子は、前記複数の光ファイバーの１つを選択するようにして、複数の第１偏向角の１つで前記第１レーザー光を偏向させ、
前記第２光偏向素子は、前記複数の光ファイバーに対応するように配置された複数の領域を有し、
前記複数の領域の各々は、前記第２レーザー光を偏向させる
光スイッチ装置。
【請求項２】
前記入力ポートと前記第１光偏向素子との間に設けられ、透過軸と平行な光を透過する偏光板をさらに具備する
請求項１に記載の光スイッチ装置。
【請求項３】
前記第１光偏向素子は、屈折率の勾配を有し、
前記複数の領域の各々は、屈折率の勾配を有する
請求項１又は２に記載の光スイッチ装置。
【請求項４】
前記第１及び第２光偏向素子の各々は、積層された第１及び第２液晶パネルを含み、
前記第１液晶パネルは、第１及び第２基板と、前記第１及び第２基板間に充填された第１液晶層と、前記第１基板に設けられた第１電極と、前記第１基板に設けられ、前記第１電極より長い第２電極と、前記第２基板に設けられた第１共通電極とを含み、
前記第２液晶パネルは、第３及び第４基板と、前記第３及び第４基板間に充填された第２液晶層と、前記第３基板に設けられ、前記第１電極より長い第３電極と、前記第３基板に設けられ、前記第２電極より短い第４電極と、前記第４基板に設けられた第２共通電極とを含む
請求項１乃至３のいずれかに記載の光スイッチ装置。
【請求項５】
前記制御回路は、前記第１電極、前記第３電極、前記第１共通電極、及び前記第２共通電極に第１電圧を印加し、前記第２電極、及び前記第４電極に第２電圧を印加する
請求項４に記載の光スイッチ装置。
【請求項６】
それぞれが液晶層を有する入力領域及び出力領域を含み、前記入力領域において入力ポートから第１レーザー光を受け、前記第１レーザー光を偏向させて第２レーザー光を出射する光偏向素子と、
前記第２レーザー光を前記出力領域に向けて反射させる反射部材と、
前記出力領域から出射される第３レーザー光を受ける複数の光ファイバーと、
前記入力領域の偏向角、及び前記出力領域の偏向角を制御する制御回路と
を具備し、
前記入力領域は、前記複数の光ファイバーの１つを選択するようにして、複数の第１偏向角の１つで前記第１レーザー光を偏向させ、
前記出力領域は、前記複数の光ファイバーに対応するように配置された複数の領域部分を有し、
前記複数の領域部分の各々は、前記第２レーザー光を前記第１レーザー光と平行になるように偏向させて前記第３レーザー光を出射する
光スイッチ装置。
【請求項７】
前記反射部材は、プリズムミラーから構成される
請求項６に記載の光スイッチ装置。
【請求項８】
前記入力ポートと前記光偏向素子との間、及びに前記光偏向素子と前記複数の光ファイバーとの間に設けられ、透過軸と平行な光を透過する偏光板をさらに具備する
請求項６又は７に記載の光スイッチ装置。
【請求項９】
前記入力領域は、屈折率の勾配を有し、
前記複数の領域部分の各々は、屈折率の勾配を有する
請求項６乃至８のいずれかに記載の光スイッチ装置。
【請求項１０】
前記入力領域及び前記複数の領域部分の各々は、積層された第１及び第２液晶パネルを含み、
前記第１液晶パネルは、第１及び第２基板と、前記第１及び第２基板間に充填された第１液晶層と、前記第１基板に設けられた第１電極と、前記第１基板に設けられ、前記第１電極より長い第２電極と、前記第２基板に設けられた第１共通電極とを含み、
前記第２液晶パネルは、第３及び第４基板と、前記第３及び第４基板間に充填された第２液晶層と、前記第３基板に設けられ、前記第１電極より長い第３電極と、前記第３基板に設けられ、前記第２電極より短い第４電極と、前記第４基板に設けられた第２共通電極とを含む
請求項６乃至９のいずれかに記載の光スイッチ装置。
【請求項１１】
前記制御回路は、前記第１電極、前記第３電極、前記第１共通電極、及び前記第２共通電極に第１電圧を印加し、前記第２電極、及び前記第４電極に第２電圧を印加する
請求項１０に記載の光スイッチ装置。
【請求項１２】
入力信号を受け、前記入力信号を波長の異なる第１及び第２光信号に分波する分波器と、
前記第１光信号を受け、前記第１光信号を出力する複数の出力ポートを切り替える第１光スイッチ装置と、
前記第２光信号を受け、前記第２光信号を出力する複数の出力ポートを切り替える第２光スイッチ装置と
を具備し、
前記第１及び第２光スイッチ装置の各々は、前記請求項１乃至１１のいずれかの光スイッチ装置から構成される
波長選択スイッチ。
【請求項１３】
レーザー光を発光するレーザー光源と、
前記レーザー光源からのレーザー光を出力する複数の出力ポートを切り替える光スイッチ装置と、
前記複数の出力ポートにそれぞれ接続された複数の光ファイバーと、
前記複数の光ファイバーにそれぞれ接続された複数のランプと
を具備し、
前記光スイッチ装置は、前記請求項１乃至１１のいずれかの光スイッチ装置から構成される
照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光スイッチ装置に関し、さらに、光スイッチ装置を用いた波長選択スイッチ及び照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバー網を用いた情報通信の技術が現在広く用いられている。光信号の伝搬に光ファイバーを用いることで、単一の光源から発生する光を任意の位置にほとんど減衰することなく送ることが可能である。また、光信号の伝搬に金属配線を用いた場合と比較して、膨大な情報量を一度に送受信可能であるほか、省エネルギー、軽量、ノイズの影響を受けにくい点も利点として挙げられる。
【０００３】
光通信の分野では、ネットワークの冗長性や拡張性を得るため、電気信号に変換せず光のまま信号の行き先を切り替える光スイッチ装置が用いられている。しかし、光スイッチ装置には高価な電子部品及び光学部品が用いられているため、コストダウンが難しい。安価で高信頼性、小型の光スイッチ装置の登場が待望されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第６０２７６２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、信頼性を向上させることが可能な光スイッチ装置、波長選択スイッチ及び照明装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る光スイッチ装置は、液晶層を有し、入力ポートから第１レーザー光を受け、前記第１レーザー光を偏向させて第２レーザー光を出射する第１光偏向素子と、液晶層を有し、前記第１光偏向素子と平行に配置され、前記第２レーザー光を前記第１レーザー光と平行になるように偏向させて第３レーザー光を出射する第２光偏向素子と、前記第２光偏向素子から前記第３レーザー光を受ける複数の光ファイバーと、前記第１光偏向素子の偏向角、及び前記第２光偏向素子の偏向角を制御する制御回路とを具備する。前記第１光偏向素子は、前記複数の光ファイバーの１つを選択するようにして、複数の第１偏向角の１つで前記第１レーザー光を偏向させる。前記第２光偏向素子は、前記複数の光ファイバーに対応するように配置された複数の領域を有する。前記複数の領域の各々は、前記第２レーザー光を偏向させる。
【０００７】
本発明の一態様に係る光スイッチ装置は、それぞれが液晶層を有する入力領域及び出力領域を含み、前記入力領域において入力ポートから第１レーザー光を受け、前記第１レーザー光を偏向させて第２レーザー光を出射する光偏向素子と、前記第２レーザー光を前記出力領域に向けて反射させる反射部材と、前記出力領域から出射される第３レーザー光を受ける複数の光ファイバーと、前記入力領域の偏向角、及び前記出力領域の偏向角を制御する制御回路とを具備する。前記入力領域は、前記複数の光ファイバーの１つを選択するようにして、複数の第１偏向角の１つで前記第１レーザー光を偏向させる。前記出力領域は、前記複数の光ファイバーに対応するように配置された複数の領域部分を有する。前記複数の領域部分の各々は、前記第２レーザー光を前記第１レーザー光と平行になるように偏向させて前記第３レーザー光を出射する。
【０００８】
本発明の一態様に係る波長選択スイッチは、入力信号を受け、前記入力信号を波長の異なる第１及び第２光信号に分波する分波器と、前記第１光信号を受け、前記第１光信号を出力する複数の出力ポートを切り替える第１光スイッチ装置と、前記第２光信号を受け、前記第２光信号を出力する複数の出力ポートを切り替える第２光スイッチ装置とを具備する。前記第１及び第２光スイッチ装置の各々は、前記一態様に係る光スイッチ装置から構成される。
【０００９】
本発明の一態様に係る照明装置は、レーザー光を発光するレーザー光源と、前記レーザー光源からのレーザー光を出力する複数の出力ポートを切り替える光スイッチ装置と、前記複数の出力ポートにそれぞれ接続された複数の光ファイバーと、前記複数の光ファイバーにそれぞれ接続された複数のランプとを具備する。前記光スイッチ装置は、前記一態様に係る光スイッチ装置から構成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、信頼性を向上させることが可能な光スイッチ装置、波長選択スイッチ及び照明装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態に係る光スイッチ装置の断面図。
【図２】第１実施形態に係る光スイッチ装置のブロック図。
【図３】第１光偏向素子の断面図。
【図４】図３に示した１つの液晶パネルの平面図。
【図５】図４のＡ−Ａ´線に沿った液晶パネルの断面図。
【図６】第２光偏向素子の断面図。
【図７】第１及び第２光偏向素子の具体例を説明する断面図。
【図８】他の構成例に係る光偏向素子の断面図。
【図９】図８に示した１つの液晶パネルの平面図。
【図１０】図９のＡ−Ａ´線に沿った液晶パネルの断面図。
【図１１】第１及び第２光偏向素子の配線構造を示す模式図。
【図１２】第２実施形態に係る光スイッチ装置の断面図。
【図１３】第３実施形態に係る光スイッチ装置の断面図。
【図１４】第３実施形態に係る光スイッチ装置のブロック図。
【図１５】光偏向素子の配線構造を示す模式図。
【図１６】第４実施形態に係る光スイッチ装置の断面図。
【図１７】第４実施形態に係る光スイッチ装置のブロック図。
【図１８】第５実施形態に係る光スイッチ装置の断面図。
【図１９】第５実施形態に係る光スイッチ装置のブロック図。
【図２０】第６実施形態に係る光スイッチ装置の断面図。
【図２１】第６実施形態に係る光スイッチ装置のブロック図。
【図２２】第７実施形態に係る光スイッチ装置の断面図。
【図２３】第８実施形態に係る波長選択スイッチのブロック図。
【図２４】第９実施形態に係る照明装置の構成を示す概略図。
【図２５】第９実施形態に係る照明装置のブロック図。
【図２６】図２４に示したランプの断面図。
【図２７】照明装置を備えた自動車の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施形態について図面を参照して説明する。ただし、図面は模式的または概念的なものであり、各図面の寸法および比率等は必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、図面の相互間で同じ部分を表す場合においても、互いの寸法の関係や比率が異なって表される場合もある。特に、以下に示す幾つかの実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置および方法を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置等によって、本発明の技術思想が特定されるものではない。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【００１３】
［第１実施形態］
第１実施形態は、光スイッチ装置の構成例である。光スイッチ装置は、電気信号に変換することなく光信号を分岐したり行き先を切り替えたりすることが可能である。入力ポート数がＮ、出力ポート数がＭである光スイッチ装置（Ｎ×Ｍスイッチ）である場合、Ｎ個の入力ポートとＭ個の出力ポートとの間で光路を切り替えることが可能である。
【００１４】
［１］  光スイッチ装置１０の構成
［１−１］  光スイッチ装置１０の断面構成
図１は、第１実施形態に係る光スイッチ装置１０の断面図である。光スイッチ装置１０は、複数の入力側光ファイバー（入力側光ファイバーアレイ）１１、入力側レンズアレイ１２、第１光偏向素子（入力側光偏向素子）１５、第２光偏向素子（出力側光偏向素子）１７、出力側レンズアレイ１９、及び複数の出力側光ファイバー（出力側光ファイバーアレイ）２２を備える。
【００１５】
複数の入力側光ファイバー１１の各々は、外部からレーザー光を受け、このレーザー光を伝搬する。光ファイバー１１は、レーザー光の入力ポートとして機能する。図１では、一例として、５本の光ファイバー１１−１〜１１−５を示している。なお、入力側光ファイバー１１、すなわち入力ポートは、１個であってもよい。
【００１６】
入力側レンズアレイ１２は、基材１３、及び複数のレンズ（マイクロレンズ）１４を備える。基材１３は、レーザー光を透過する透明材料で構成される。複数のレンズ１４は、基材１３上に配列される。複数のレンズ１４はそれぞれ、複数の光ファイバー１１に対応して設けられ、複数の光ファイバー１１から出射されたレーザー光を受ける。図１では、５本の光ファイバー１１−１〜１１−５にそれぞれ対応して、５個のレンズ１４−１〜１４−５を示している。各レンズ１４は、対応する光ファイバー１１から出射されたレーザー光を平行光に整形する。レンズ１４は、例えば平凸レンズからなる。光ファイバー１１の光軸は、基材１３の垂線と平行に設定される。
【００１７】
第１光偏向素子１５は、液晶層を備える液晶素子から構成される。第１光偏向素子１５は、レンズアレイ１２を透過したレーザー光を透過すると共に、このレーザー光を偏向させる。第１光偏向素子１５は、複数の液晶パネル１６が積層されて構成される。第１光偏向素子１５の具体的な構成については後述する。光ファイバー１１の光軸は、第１光偏向素子１５の垂線と平行に設定される。
【００１８】
第２光偏向素子１７は、液晶層を備える液晶素子から構成される。第２光偏向素子１７は、第１光偏向素子１５を透過したレーザー光を透過すると共に、このレーザー光を偏向させる。この際、第２光偏向素子１７は、図１の水平方向、すなわち、入力側光ファイバー１１から出射されたレーザー光と平行な方向に、レーザー光を偏向させる。第２光偏向素子１７は、複数の液晶パネル１８が積層されて構成される。第２光偏向素子１７の具体的な構成については後述する。第１光偏向素子１５と第２光偏向素子１７とは、互いに平行に配置される。
【００１９】
出力側レンズアレイ１９は、基材２０、及び複数のレンズ（マイクロレンズ）２１を備える。基材２０は、レーザー光を透過する透明材料で構成される。各レンズ２１は、第２光偏向素子１７を透過したレーザー光を受け、このレーザー光を集光する。レンズ２１は、例えば平凸レンズからなる。複数のレンズ２１（２１−１〜２１−５）はそれぞれ、複数の光ファイバー２２に対応して設けられ、複数の光ファイバー２２に向けてレーザー光を出射する。基材２０と第２光偏向素子１７とは、平行に配置される。
【００２０】
複数の出力側光ファイバー２２の各々は、レンズアレイ１９からレーザー光を受け、このレーザー光を伝搬する。光ファイバー２２は、レーザー光の出力ポートとして機能する。図１では、一例として、５本の光ファイバー２２−１〜２２−５を示している。光ファイバー２２の光軸は、第２光偏向素子１７の垂線と平行に設定される。
【００２１】
光ファイバーに用いる光の波長は、例えば１．５５μｍである。レンズアレイ１２によって整形された平行光の直径は、例えば４００μｍである。光の波長、及び平行光の直径は、要求される装置コストやサイズなど要求仕様に応じて調整が可能である。
【００２２】
光ファイバー１１を伝搬するレーザー光は、直線偏光である。第１光偏向素子１５及び第２光偏向素子１７の偏光方向（偏光軸）は、レーザー光の偏光方向と平行に設定される。第１光偏向素子１５及び第２光偏向素子１７の偏光軸とは、液晶分子の長軸（ダイレクタ）が電界に応じて動く面と平行な方向である。
【００２３】
［１−２］  光スイッチ装置１０のブロック図
図２は、第１実施形態に係る光スイッチ装置１０のブロック図である。光スイッチ装置１０は、第１光偏向素子１５、第２光偏向素子１７、駆動回路３０、電圧発生回路３１、制御回路３２、及び操作部３３を備える。
【００２４】
後述するように、第１光偏向素子１５及び第２光偏向素子１７の各々は、液晶層の配向を制御するための複数の電極を備える。駆動回路３０は、第１光偏向素子１５が備える複数の電極に電気的に接続される。駆動回路３０は、第１光偏向素子１５に複数の電圧を印加することで、第１光偏向素子１５を駆動する。同様に、駆動回路３０は、第２光偏向素子１７が備える複数の電極に電気的に接続される。駆動回路３０は、第２光偏向素子１７に複数の電圧を印加することで、第２光偏向素子１７を駆動する。
【００２５】
電圧発生回路３１は、外部電源を用いて、光スイッチ装置１０の動作に必要な複数の電圧を発生する。電圧発生回路３１により発生された電圧は、光スイッチ装置１０内の各モジュール、特に駆動回路３０に供給される。
【００２６】
操作部３３は、ユーザーの入力操作を受け付ける。ユーザーは、操作部３３を介して、レーザー光の光路を切り替えることが可能である。
【００２７】
制御回路３２は、光スイッチ装置１０の動作を統括的に制御する。制御回路３２は、操作部３３に入力された情報を受け、この情報を用いて、駆動回路３０及び電圧発生回路３１を制御することが可能である。
【００２８】
［１−３］  光偏向素子１５、１７の構成
次に、光偏向素子１５、１７の構成について説明する。図３は、光偏向素子１５の断面図である。
【００２９】
光偏向素子１５は、複数の液晶パネル１６が積層されて構成される。図３では、一例として、１０個の液晶パネル１６−１〜１６−１０を示している。液晶パネル１６−１〜１６−１０は、例えば、透明な接着材を用いて積層される。
【００３０】
図４は、図３に示した１つの液晶パネル１６の平面図である。図５は、図４のＡ−Ａ´線に沿った液晶パネル１６の断面図である。
【００３１】
液晶パネル１６は、透過型の液晶素子である。液晶パネル１６は、対向配置された基板４０、４１と、基板４０、４１間に挟持された液晶層４２とを備える。基板４０、４１の各々は、透明基板（例えば、ガラス基板、又はプラスチック基板）から構成される。例えば、基板４０は、光ファイバー１１側に配置され、光ファイバー１１からのレーザー光は、基板４０側から液晶層４２に入射する。
【００３２】
液晶層４２は、基板４０、４１間に充填される。具体的には、液晶層４２は、基板４０、４１と、シール材４３とによって包囲された領域内に封入される。シール材４３は、例えば、紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂、又は紫外線・熱併用型硬化樹脂等からなり、製造プロセスにおいて基板４０又は基板４１に塗布された後、紫外線照射、又は加熱等により硬化させられる。
【００３３】
液晶層４２を構成する液晶材料は、基板４０、４１間に印加された電圧（電界）に応じて液晶分子の配向が操作されて光学特性が変化する。本実施形態の液晶パネル１６は、例えばホモジニアスモードである。すなわち、液晶層４２として正の誘電率異方性を有するポジ型（Ｐ型）のネマティック液晶が用いられ、液晶分子は、電圧（電界）を印加しない時には基板面に対して概略水平方向に配向する。ホモジニアスモードでは、電圧を印加しない時に液晶分子の長軸（ダイレクタ）が概略水平方向に配向し、電圧を印加した時に液晶分子の長軸が垂直方向に向かって傾く。液晶分子の傾斜角は、印加される実効電圧に応じて変化する。液晶層４２の初期配向は、液晶層４２を挟むようにして基板４０、４１にそれぞれ設けられた２つの配向膜によって制御される。
【００３４】
なお、液晶モードとして、ネガ型（Ｎ型）のネマティック液晶を用いた垂直配向（ＶＡ：Vertical Alignment）モードを用いてもよい。ＶＡモードでは、電界を印加しない時に液晶分子の長軸が概略垂直方向に配向し、電圧を印加した時に液晶分子の長軸が水平方向に向かって傾く。
【００３５】
基板４０の液晶層４２側には、それぞれがＹ方向に延びる複数の電極４４、及び複数の電極４５が設けられる。複数の電極４４と複数の電極４５とは、Ｙ方向に直交するＸ方向に沿って、交互に配置される。複数の電極４４は、同じ幅を有する。複数の電極４５は、同じ幅を有する。図４及び図５では、一例として、４個の電極４４と、４個の電極４５とを示している。複数の電極４４と複数の電極４５とは、互いの間隔が同じであり、例えば、この間隔は、電極を加工する際の製造工程に起因する最小加工寸法である。
【００３６】
１つの電極４４と１つの電極４５との対が繰り返し単位４６を構成する。繰り返し単位４６の幅は、屈折率変化の周期幅Ｗである。液晶パネル１６−１〜１６−１０は、同じ周期幅Ｗを有する。
【００３７】
基板４０、及び電極４４、４５上には、液晶層４２の初期配向を制御する配向膜４７が設けられる。
【００３８】
基板４１の液晶層４２側には、共通電極４８が設けられる。共通電極４８は、基板４１全面に平面状に設けられる。基板４１、及び共通電極４８上には、液晶層４２の初期配向を制御する配向膜４９が設けられる。なお、基板４０に共通電極４８を配置し、基板４１に電極４４、４５を配置してもよい。
【００３９】
電極４４、４５、及び共通電極４８はそれぞれ、透明電極から構成され、例えば、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）が用いられる。
【００４０】
図２には、一例として、６個の繰り返し単位４６を示している。図２では、図面が煩雑になるのを避けるために、電極４４が占める領域と、電極４５が占める領域とを四角で表しているが、実際の断面構造は、図５に示す通りである。前述したように、液晶パネル１６−１〜１６−１０は、同じ繰り返し単位４６の幅（周期幅Ｗ）を有する。
【００４１】
液晶パネル１６−１〜１６−１０において、同じ列の１０個の繰り返し単位４６に含まれる１０個の電極４４は、液晶パネル１６−１〜１６−１０の順に長くなる。液晶パネル１６−１〜１６−１０において、同じ列の１０個の繰り返し単位４６に含まれる１０個の電極４５は、液晶パネル１６−１〜１６−１０の順に短くなる。
【００４２】
換言すると、同じ列の１０個の電極４４は、逆階段状に形成される。１０個の電極４４の増加分は一定である。例えば、最小の電極４４（液晶パネル１６−１の電極４４）の幅が最小値１０μｍ、最大の電極４４（液晶パネル１６−１０の電極４４）の幅が最大値１００μｍであり、液晶パネル１６ごとに１０μｍずつ大きくなる。
【００４３】
同じ列の１０個の電極４５は、階段状に形成される。１０個の電極４５の減少分は一定である。例えば、最大の電極４５（液晶パネル１６−１の電極４５）の幅が最大値１００μｍ、最小の電極４５（液晶パネル１６−１０の電極４５）の幅が最小値１０μｍであり、液晶パネル１６ごとに１０μｍずつ小さくなる。
【００４４】
なお、液晶パネル１６−１〜１６−１０の積層順序は、図３の通りでなくてもよく、任意に入れ替えることが可能である。すなわち、順に幅が広くなる１０個の電極４４と、順に幅が狭くなる１０個の電極４５とをそれぞれ有する液晶パネル１６−１〜１６−１０を光偏向素子１５が備えていればよく、階段状に電極に並べなくてもよい。
【００４５】
液晶パネル１６として、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）方式を用いた透過型液晶素子（透過型ＬＣＯＳ）を用いてもよい。透過型ＬＣＯＳを用いることで、電極を微細加工することが可能となり、より小型の液晶パネル１６を実現できる。透過型ＬＣＯＳでは、シリコン基板（又は透明基板上に形成されたシリコン層）が用いられる。シリコン基板は、バンドギャップとの関係で、特定の波長以上の波長を有する光（赤外線を含む）を透過するため、ＬＣＯＳを透過型液晶素子として使用することができる。ＬＣＯＳを使用することにより、セル電極がより小さい液晶素子を実現することができるため、液晶素子を小型化することが可能となる。
【００４６】
（光偏向素子１７の構成）
光偏向素子１７は、光偏向素子１５と同じ構成である。図６は、光偏向素子１７の断面図である。
【００４７】
光偏向素子１７は、複数の液晶パネル１８が積層されて構成される。図６では、一例として、１０個の液晶パネル１８−１〜１８−１０を示している。液晶パネル１８−１〜１８−１０は、例えば、透明な接着材を用いて積層される。
【００４８】
液晶パネル１８−１〜１８−１０の構成は、図３の液晶パネル１６−１〜１６−１０の構成と同じである。液晶パネル１８の平面図及び断面図も、図４及び図５の液晶パネル１６と同じである。
【００４９】
［１−４］  光偏向素子１５、１７の具体例
次に、光偏向素子１５、１７の具体例について説明する。図７は、光偏向素子１５、１７の具体例を説明する断面図である。
【００５０】
入力ポートの数（すなわち、光ファイバー１１の数）が６個であり、出力ポートの数（すなわち、光ファイバー２２の数）が６個であるものとする。光偏向素子１５は、６個の入力ポートに対応する６個の偏向領域ａ〜ｆを備える。偏向領域ａ〜ｆの各々は、図７の例では、５個の繰り返し単位４６で構成される。１つの偏向領域に含まれる５個の繰り返し単位４６は、同じ電圧制御が行われる。
【００５１】
光偏向素子１７は、６個の出力ポートに対応する６個の偏向領域Ａ〜Ｆを備える。偏向領域Ａ〜Ｆの各々は、図７の例では、５個の繰り返し単位４６で構成される。１つの偏向領域に含まれる５個の繰り返し単位４６は、同じ電圧制御が行われる。
【００５２】
［１−５］  光偏向素子１５、１７の他の構成例
次に、光偏向素子１５、１７の他の構成例について説明する。図８は、他の構成例に係る光偏向素子１５の断面図である。なお、光偏向素子１７の構成は、光偏向素子１５の構成と同じであるため、説明は省略する。
【００５３】
光偏向素子１５は、複数の液晶パネル１６が積層されて構成される。図８では、一例として、７個の液晶パネル１６−１〜１６−７を示している。液晶パネル１６−１〜１６−７は、例えば、透明な接着材を用いて積層される。
【００５４】
図９は、図８に示した１つの液晶パネル１６の平面図である。図１０は、図９のＡ−Ａ´線に沿った液晶パネル１６の断面図である。
【００５５】
基板４０の液晶層４２側には、それぞれがＹ方向に延びる複数の電極４４、及び複数の電極４５が設けられる。複数の電極４４と複数の電極４５とは、Ｙ方向に直交するＸ方向に沿って、交互に配置される。複数の電極４４、及び複数の電極４５はそれぞれ、同じ幅を有する。図９及び図１０では、一例として、４個の電極４４と、４個の電極４５とを示している。複数の電極４４と複数の電極４５とは、互いの間隔が同じである。
【００５６】
図８において、液晶パネル１６−１に含まれる複数の電極４４及び複数の電極４５は、電極ピッチＰ１を有する。液晶パネル１６−１の電極パターンをパターン“ａ”と呼ぶ。図８では、図面が煩雑になるのを避けるために、電極４４が占める領域と、電極４５が占める領域とを四角で表しているが、実際の断面構造は、図１０に示す通りである。
【００５７】
２個の液晶パネル１６−２、１６−３は、同じ構造を有する。液晶パネル１６−２に含まれる複数の電極４４及び複数の電極４５は、電極ピッチＰ２を有する。液晶パネル１６−３も、電極ピッチＰ２を有する。液晶パネル１６−２、１６−３の電極パターンをパターン“ｂ”と呼ぶ。パターン“ｂ”の電極ピッチＰ２は、パターン“ａ”の電極ピッチＰ１の２倍である。
【００５８】
４個の液晶パネル１６−４〜１６−７は、同じ構造を有する。液晶パネル１６−４に含まれる複数の電極４４及び複数の電極４５は、電極ピッチＰ３を有する。液晶パネル１６−５〜１６−７も、電極ピッチＰ３を有する。液晶パネル１６−４〜１６−７の電極パターンをパターン“ｃ”と呼ぶ。パターン“ｃ”の電極ピッチＰ３は、パターン“ｂ”の電極ピッチＰ２の２倍である。
【００５９】
最大の電極幅を有する液晶パネル１６−７において、１つの電極４４と１つの電極４５との対が繰り返し単位４６であり、この繰り返し単位の幅は、屈折率変化の周期幅Ｗである。周期幅Ｗごとに、屈折率の勾配が繰り返される。
【００６０】
光偏向素子１５が７個の液晶パネル１６−１〜１６−７を備える構成例である場合、パターン“ａ”、“ｂ”、“ｃ”の３種類の液晶パネルを用いて、光偏向素子１５を構成することができる。
【００６１】
積層される液晶パネル１６の数がさらに増えた場合でも、上記と同様の電極ピッチ及び電極パターンの関係が適用される。例えば、光偏向素子１５が１５個の液晶パネル１６を備える構成例である場合、４種類の電極パターンをそれぞれ有する４種類の液晶パネルを用いて、光偏向素子１５を構成することができる。
【００６２】
一般化すると、最小パターンであるパターン“ａ”の電極ピッチＰ１の２（ｎ−１）倍の電極ピッチを有する液晶パネルの枚数は、２（ｎ−１）である。“ｎ”は、１から連続する自然数である。また、“ｎ”は、最低で２まで増分（インクリメント）される。上記関係を満たすように、液晶パネルを積層することで、光偏向素子１５に屈折率の勾配を形成できる。
【００６３】
具体的には、パターン“ｂ”の電極ピッチＰ２は、パターン“ａ”の電極ピッチＰ１の２倍であるため、パターン“ｂ”の液晶パネルの数は２個である。パターン“ｃ”の電極ピッチＰ３は、パターン“ａ”の電極ピッチＰ１の４倍であるため、パターン“ｃ”の液晶パネルの数は４個である。液晶パネル１６の積層数が３個以上であれば、上記関係が成り立つ。
【００６４】
なお、パターン“ａ”、“ｂ”、“ｃ”それぞれの液晶パネルの枚数が規定した通りであればよく、積層順序は、図８と同じでなくてもよい。すなわち、同じパターンの液晶パネルを連続して積層しなくてもよい。
【００６５】
［１−６］  光偏向素子１５、１７の配線構造
次に、光偏向素子１５、１７の配線構造について説明する。図１１は、光偏向素子１５、１７の配線構造を示す模式図である。
【００６６】
前述したように、光偏向素子１５は、複数の液晶パネル１６（例えば１０個の液晶パネル１６−１〜１６−１０）が積層されて構成される。また、光偏向素子１５は、Ｘ方向に並んだ複数の繰り返し単位４６を備える。図１１では、一例として、光偏向素子１５が６個の繰り返し単位４６−１〜４６−６を備える場合を示している。各繰り返し単位４６は、複数の液晶パネル１６の数に対応する複数の電極４４と、複数の液晶パネル１６の数に対応する複数の電極４５とを備える。
【００６７】
繰り返し単位４６−１に含まれる１０個の電極４４は、配線５０−１に共通接続される。繰り返し単位４６−１に含まれる１０個の電極４５は、配線５１−１に共通接続される。配線５０−１、５１−１は、駆動回路３０にも接続される。すなわち、繰り返し単位４６−１に含まれる１０個の電極４４には、同じ電圧が印加され、繰り返し単位４６−１に含まれる１０個の電極４５には、同じ電圧が印加される。
【００６８】
配線５０−２〜５０−６、及び配線５１−２〜５１−６はそれぞれ、繰り返し単位４６−２〜４６−６に接続される。
【００６９】
同様に、光偏向素子１７は、Ｘ方向に並んだ複数の繰り返し単位４６を備える。図１１では、一例として、光偏向素子１７が６個の繰り返し単位４６−１〜４６−６を備える場合を示している。光偏向素子１７には、電極４４用の配線５２−１〜５２−６と、電極４５用の配線５３−１〜５３−６とが接続される。
【００７０】
［２］  動作
次に、上記のように構成された光スイッチ装置１０の動作について説明する。
【００７１】
図１に示すように、例えば光ファイバー１１−４から出射したレーザー光は、レンズ１４−４によって平行光に整形される。レンズ１４−４を透過したレーザー光は、光偏向素子１５に垂直に（入射角＝０で）入射する。光偏向素子１５は、偏向角θでレーザー光を偏向させる。光偏向素子１５の偏向角θは、制御回路３２によって制御される。
【００７２】
光偏向素子１５を透過したレーザー光は、入射角θで光偏向素子１７に入射する。光偏向素子１７は、偏向角θでレーザー光を偏向させる。これにより、光偏向素子１７から出射したレーザー光は、光偏向素子１７の垂線と平行になる。すなわち、光偏向素子１７から出射したレーザー光は、光偏向素子１５に入射するレーザー光と平行になる。光偏向素子１７を透過したレーザー光は、レンズ２１−２で集光され、その後、光ファイバー２２−２に入射する。その後、光ファイバー２２−２によってレーザー光が伝搬される。
【００７３】
図３に示すように、駆動回路３０は、光偏向素子１５の所定の偏向領域に含まれる複数の電極４４に電圧Ｖ１を印加し、複数の電極４５及び共通電極４８に電圧Ｖ２（＜Ｖ１、例えばＶ２＝０Ｖ）を印加する。電圧Ｖ１と電圧Ｖ２とは、所定時間毎に極性反転され、すなわち、交流駆動される。
【００７４】
これにより、電極４４が占める領域は、液晶層に電界が印加され、液晶層の屈折率が低くなる。一方、電極４５が占める領域は、液晶層に電界が印加されず、液晶層の屈折率が高いままである。図３の各液晶パネル１６において、ハッチングがない領域は、液晶層の屈折率が相対的に高い領域を表しており、ドットハッチングの領域は、液晶層の屈折率が相対的に低い領域を表している。
【００７５】
偏向領域は、右に向かって順に高くなる屈折率の勾配を有する。偏向領域において、最も左側の領域は、屈折率が最も低く、最も右側の領域は、屈折率が最も高い。屈折率が最も低い領域は、光が進む速度が最も速く、屈折率が最も高い領域は、光が進む速度が最も遅い。すなわち、屈折率が最も低い領域を透過したレーザー光と、屈折率が最も高い領域を透過したレーザー光とは、所定の位相差を有する。よって、図３の例では、光偏向素子１５は、レーザー光を右側に偏向させることができる。レーザー光を左側に偏向させる場合は、電極４４と電極４５との電圧関係を図３と逆にすればよい。
【００７６】
また、０Ｖ以外に１種類の電圧を用いるのみで、光偏向素子１５に屈折率の勾配を形成することができる。すなわち、制御回路３２の電圧制御を容易にすることができる。また、電極４４に印加する電圧Ｖ１のレベルを変化させることで、屈折率の勾配の大きさを変化させることができる。これにより、光偏向素子１５の偏向角θを制御することができる。
【００７７】
図６に示すように、駆動回路３０は、光偏向素子１７の所定の偏向領域に含まれる複数の電極４５に電圧Ｖ１を印加し、複数の電極４４及び共通電極４８に電圧Ｖ２（０Ｖ）を印加する。これにより、偏向領域には、屈折率の勾配が形成される。よって、図６の例では、光偏向素子１７は、レーザー光を左側に偏向させることができる。
【００７８】
図７を用いて、光偏向素子１５、１７のより具体的な動作について説明する。図７には、光偏向素子１５の偏向領域ｃにレーザー光が入射し、光偏向素子１７の偏向領域Ｄからレーザー光が出射する例を示している。
【００７９】
駆動回路３０は、偏向領域ｃに含まれる複数の電極４４に電圧Ｖ１を印加し、複数の電極４５及び共通電極４８に電圧Ｖ２（０Ｖ）を印加する。駆動回路３０は、偏向領域ｃ以外の偏向領域に含まれる複数の電極４４、４５、及び共通電極４８に、０Ｖを印加する。
【００８０】
駆動回路３０は、偏向領域Ｄに含まれる複数の電極４５に電圧Ｖ１を印加し、複数の電極４４及び共通電極４８に電圧Ｖ２（０Ｖ）を印加する。駆動回路３０は、偏向領域Ｄ以外の偏向領域に含まれる複数の電極４４、４５、及び共通電極４８に、０Ｖを印加する。
【００８１】
以上のような電圧制御により、図７に示すように、光偏向素子１５、１７内にそれぞれ、鋸歯状の屈折率分布を持つブレーズド回折格子のような屈折率分布を形成することができる。これにより、レーザー光の光路を切り替えることができる。
【００８２】
偏向角θ、屈折率変化の周期幅（位相変化ピッチ）をＷ、周期幅Ｗ内の位相差（リタデーション）をＲｅ、液晶層の屈折率異方性をΔｎ、全ての液晶パネルの液晶ギャップの合計をｄとする。液晶ギャップとは、液晶パネルの２つの基板間の距離、又は液晶層の厚さを意味する。本実施形態では、１０個の液晶パネル１６−１〜１６−１０の液晶ギャップの合計が“ｄ”である。偏向角θは以下の式（１）で表され、リタデーションＲｅは以下の式（２）で表される。  
θ＝ａｓｉｎ（Ｒｅ／Ｗ）        ・・・（１）
Ｒｅ＝Δｎ・ｄ        ・・・（２）
ａｓｉｎは、アークサインを意味する。
【００８３】
例えば、屈折率異方性Δｎ＝０．２、各液晶パネル１６のギャップが７μｍ、各液晶パネル１６のリタデーションが１，４００ｎｍ、１０個の液晶パネル１６で得られるＲｅが１４,０００ｎｍ、１０個の液晶パネル１６で構成される周期幅Ｗ＝１００μｍであるとすると、式（１）、（２）から、片側の最大偏向角は８度と計算される。
【００８４】
光偏向素子１５に含まれる偏向領域ａ〜ｆの各々の幅は、使用されるレーザー光の直径と同じかそれより大きいことが望ましく、本実施形態では、１，０００μｍとする。光偏向素子１７に含まれる偏向領域Ａ〜Ｆの条件についても、光偏向素子１５と同じである。
【００８５】
光偏向素子１５、１７による偏向角が±８度であるので、光偏向素子１５と光偏向素子１７との距離が１０ｃｍである場合、約±１．４ｃｍ（全体で２．８ｃｍ）の範囲で光偏向素子１７の偏向領域を選択することができる。光偏向素子１７の偏向領域の幅が１，０００μｍであるので、１つの入力ポートに入力されたレーザー光の出力先を、最大で２７個の出力ポートの中から１つを選択することができる。
【００８６】
他の例として、屈折率異方性Δｎ＝０．２５、各液晶パネル１６のギャップが７μｍ、各液晶パネル１６のリタデーションが１，７５０ｎｍ、１０個の液晶パネル１６で得られるＲｅが１７，５００ｎｍ、１０個の液晶パネル１６で構成される周期幅Ｗ＝１００μｍであるとすると、式（１）、（２）から、片側の最大偏向角は１０度と計算される。
【００８７】
光偏向素子１５、１７による偏向角が±１０度であるので、光偏向素子１５と光偏向素子１７との距離が１０ｃｍである場合、約±１．７６ｃｍ（全体で３．５２ｃｍ）の範囲で光偏向素子１７の偏向領域を選択することができる。光偏向素子１７の偏向領域の幅が１，０００μｍであるので、１つの入力ポートに入力されたレーザー光の出力先を、最大で３５個の出力ポートの中から１つを選択することができる。
【００８８】
なお、光偏向素子における液晶ギャップ、液晶材料、及び電極ピッチなどを調整することで、最大偏向角や応答速度を要求される仕様に調整することができる。
【００８９】
［３］  第１実施形態の効果
以上詳述したように第１実施形態では、光スイッチ装置１０は、光ファイバー（入力ポート）１１から第１レーザー光を受け、第１レーザー光を偏向させて第２レーザー光を出射する第１光偏向素子１５と、第１光偏向素子１５と平行に配置され、第２レーザー光を第１レーザー光と平行になるように偏向させて第３レーザー光を出射する第２光偏向素子１７と、第２光偏向素子１７から第３レーザー光を受ける複数の光ファイバー（出力ポート）２２と、第１光偏向素子１５の偏向角、及び第２光偏向素子１７の偏向角を制御する制御回路３２とを備える。第１光偏向素子１５は、複数の光ファイバー２２の１つを選択するようにして、複数の第１偏向角の１つで第１レーザー光を偏向させる。第２光偏向素子１７は、複数の光ファイバー２２に対応するように配置された複数の偏向領域Ａ〜Ｆを有し、複数の偏向領域Ａ〜Ｆの各々は、第２レーザー光を偏向させる。
【００９０】
従って第１実施形態によれば、第１光偏向素子１５の偏向角と第２光偏向素子１７の偏向角とを制御することで、入力側の複数の光ファイバー１１と、出力側の複数の光ファイバー２２との間の光路を切り替えることが可能である。
【００９１】
また、高価な電子部品及び光学部品を使用せず、液晶素子を用いて光スイッチ装置１０を構成することができる。これにより、光スイッチ装置１０のコストを低減することができる。また、光スイッチ装置１０の消費電力を低減できる。
【００９２】
また、機械動作を行う部品を使用しないため、光スイッチ装置１０の信頼性を向上させることができる。また、光スイッチ装置１０を小型化することができる。
【００９３】
［第２実施形態］
図１２は、第２実施形態に係る光スイッチ装置１０の断面図である。第２実施形態では、光ファイバー１１を伝搬するレーザー光は、直線偏光でなくても構わない。
【００９４】
レンズアレイ１２と第１光偏向素子１５との間には、偏光板（直線偏光子）２３が設けられる。偏光板２３は、面内において、互いに直交する透過軸及び吸収軸を有する。偏光板２３は、ランダムな方向の振動面を有する光から、透過軸と平行な一方向の振動面を有する光を透過する、すなわち直線偏光（直線偏光した光成分）を透過する。偏光板２３の透過軸は、第１光偏向素子１５及び第２光偏向素子１７の偏光軸と平行に設定される。その他の構成は、第１実施形態と同じである。
【００９５】
第２実施形態によれば、光ファイバー１１から出射するレーザー光の偏光条件に制限なく、かつ第１実施形態と同じ動作を実現できる。
【００９６】
［第３実施形態］
第３実施形態は、反射型の光スイッチ装置の構成例である。第３実施形態は、レーザー光を反射する反射部材と、１つの光偏向素子とを用いて光スイッチ装置を構成している。
【００９７】
［１］  光スイッチ装置１０の構成
［１−１］  光スイッチ装置１０の断面構成
図１３は、第３実施形態に係る光スイッチ装置１０の断面図である。光スイッチ装置１０は、複数の入力側光ファイバー（入力側光ファイバーアレイ）１１、複数の出力側光ファイバー（出力側光ファイバーアレイ）２２、レンズアレイ１２、偏光板２３、光偏向素子１５、及び反射部材２４を備える。
【００９８】
複数の入力側光ファイバー１１、及び複数の出力側光ファイバー２２は、光偏向素子１５に対して同じ側に配置される。図１３では、一例として、３本の入力側光ファイバー１１−１〜１１−３、及び３本の出力側光ファイバー２２−１〜２２−３を示している。なお、入力側光ファイバー１１、すなわち入力ポートは、１個であってもよい。
【００９９】
レンズアレイ１２は、基材１３、複数の入力側レンズ１４、及び複数の出力側レンズ２１を備える。複数のレンズ１４はそれぞれ、複数の光ファイバー１１に対応して設けられ、図１３では、３本の光ファイバー１１−１〜１１−３にそれぞれ対応して、３個のレンズ１４−１〜１４−３を示している。複数のレンズ２１はそれぞれ、複数の光ファイバー２２に対応して設けられ、図１３では、３本の光ファイバー２２−１〜２２−３にそれぞれ対応して、３個のレンズ２１−１〜２１−３を示している。
【０１００】
偏光板２３は、透過軸に平行な直線偏光を透過する。偏光板２３の透過軸は、光偏向素子１５の偏光軸と平行に設定される。なお、光ファイバー１１を出射するレーザー光が直線偏光である場合は、偏光板２３を省略することが可能である。
【０１０１】
光偏向素子１５は、液晶層を備える液晶素子から構成される。光偏向素子１５は、レンズアレイ１２を透過したレーザー光を透過すると共に、このレーザー光を偏向させる。また、光偏向素子１５は、反射部材２４によって反射されたレーザー光を透過すると共に、このレーザー光を偏向させる。光偏向素子１５は、入射光を偏向させる入力領域１５−１と、出射光を偏向させる出力領域１５−２とを備える。
【０１０２】
光偏向素子１５は、複数の液晶パネル１６が積層されて構成される。光偏向素子１５の入力領域１５−１の構成は、図３の光偏向素子１５と同じである。また、入力領域１５−１は、図７の光偏向素子１５と同様に、複数の偏向領域ａ〜ｆを備える。光偏向素子１５の出力領域１５−２の構成は、図６の光偏向素子１７と同じである。また、出力領域１５−２は、図７の光偏向素子１７と同様に、複数の偏向領域Ａ〜Ｆを備える。
【０１０３】
反射部材２４は、例えば、三角柱からなるプリズムで構成され、プリズムの平面形状は、例えば直角二等辺三角形である。換言すると、反射部材２４は、直角プリズムミラーで構成してもよい。反射部材２４は、光偏向素子１５の面内方向に対して４５度の角度を持つ第１反射面２４Ａと、第１反射面２４Ａに直交する第２反射面２４Ｂとを有する。プリズムの反射面に反射膜を形成することで、反射面の反射率を向上させるようにしてもよい。反射膜としては、アルミニウム（Ａｌ）などの金属を用いることができる。反射部材２４は、入射光を２回反射させることで、入射光の入射位置と異なる位置からレーザー光を出射することが可能である。反射部材２４に入射するレーザー光と、反射部材２４から出射するレーザー光とは平行である。
【０１０４】
［１−２］  光スイッチ装置１０のブロック図
図１４は、第３実施形態に係る光スイッチ装置１０のブロック図である。光スイッチ装置１０は、光偏向素子１５、駆動回路３０、電圧発生回路３１、制御回路３２、及び操作部３３を備える。光偏向素子１５は、入射光を偏向させる入力領域１５−１と、出射光を偏向させる出力領域１５−２とを備える。
【０１０５】
駆動回路３０は、光偏向素子１５の入力領域１５−１に複数の電圧を印加することで、入力領域１５−１を駆動する。また、駆動回路３０は、光偏向素子１５の出力領域１５−２に複数の電圧を印加することで、出力領域１５−２を駆動する。その他の構成は、第１実施形態と同じである。
【０１０６】
［１−３］  光偏向素子１５の配線構造
図１５は、光偏向素子１５の配線構造を示す模式図である。図１５では、一例として、入力領域１５−１が６個の繰り返し単位４６−１〜４６−６を備え、出力領域１５−２が６個の繰り返し単位４６−１〜４６−６を備える場合を示している。各繰り返し単位４６は、複数の液晶パネル１６の数に対応する複数の電極４４と、複数の液晶パネル１６の数に対応する複数の電極４５とを備える。
【０１０７】
入力領域１５−１には、配線５０−１〜５０−６、及び配線５１−１〜５１−６が接続される。配線５０−１〜５０−６はそれぞれ、繰り返し単位４６−１〜４６−６に含まれる複数の電極４４に接続される。配線５１−１〜５１−６はそれぞれ、繰り返し単位４６−１〜４６−６に含まれる複数の電極４５に接続される。
【０１０８】
出力領域１５−２には、配線５２−１〜５２−６、及び配線５３−１〜５３−６が接続される。配線５２−１〜５２−６はそれぞれ、繰り返し単位４６−１〜４６−６に含まれる複数の電極４４に接続される。配線５３−１〜５３−６はそれぞれ、繰り返し単位４６−１〜４６−６に含まれる複数の電極４５に接続される。
【０１０９】
［２］  動作
次に、上記のように構成された光スイッチ装置１０の動作について説明する。
【０１１０】
図１３に示すように、例えば光ファイバー１１−２から出射したレーザー光は、レンズ１４−２によって平行光に整形される。レンズ１４−２を透過したレーザー光は、光偏向素子１５の入力領域１５−１に垂直に（入射角＝０で）入射する。光偏向素子１５は、偏向角θでレーザー光を偏向させる。光偏向素子１５の偏向角θは、制御回路３２によって制御される。
【０１１１】
光偏向素子１５の入力領域１５−１を透過したレーザー光は、反射部材２４によって反射される。具体的には、レーザー光は、反射部材２４が備える２つの反射面２４Ａ、２４Ｂで２回反射される。反射面２４Ａに入射するレーザー光と、反射面２４Ｂで反射されたレーザー光とは、平行になる。
【０１１２】
反射部材２４によって反射されたレーザー光は、入射角θで光偏向素子１５の出力領域１５−２に入射する。光偏向素子１５は、偏向角θでレーザー光を偏向させる。これにより、光偏向素子１５の出力領域１５−２から出射したレーザー光は、光偏向素子１５の垂線と平行になる。すなわち、出力領域１５−２から出射したレーザー光は、入力領域１５−１に入射するレーザー光と平行になる。光偏向素子１５の出力領域１５−２を透過したレーザー光は、レンズ２１−３で集光され、その後、光ファイバー２２−３に入射する。その後、光ファイバー２２−３によってレーザー光が伝搬される。
【０１１３】
［３］  第３実施形態の効果
以上詳述したように第３実施形態では、光スイッチ装置１０は、入力領域１５−１及び出力領域１５−２を含み、入力領域１５−１において光ファイバー（入力ポート）１１から第１レーザー光を受け、第１レーザー光を偏向させて第２レーザー光を出射する光偏向素子１５と、第２レーザー光を出力領域１５−２に向けて反射させる反射部材２４と、出力領域１５−２から出射される第３レーザー光を受ける複数の光ファイバー（出力ポート）２２と、入力領域１５−１の偏向角、及び出力領域１５−２の偏向角を制御する制御回路３２とを備える。入力領域１５−１は、複数の光ファイバー２２の１つを選択するようにして、複数の第１偏向角の１つで第１レーザー光を偏向させる。出力領域１５−２は、複数の光ファイバー２２に対応するように配置された複数の偏向領域Ａ〜Ｆを有し、複数の偏向領域Ａ〜Ｆの各々は、第２レーザー光を第１レーザー光と平行になるように偏向させて第３レーザー光を出射する。
【０１１４】
従って第３実施形態によれば、入力領域１５−１の偏向角と出力領域１５−２の偏向角とを制御することで、入力側の複数の光ファイバー１１と、出力側の複数の光ファイバー２２との間の光路を切り替えることが可能である。
【０１１５】
また、１つの光偏向素子１５を用いて、光スイッチ装置１０を実現できる。その他の効果は、第１実施形態と同じである。
【０１１６】
［第４実施形態］
第４実施形態は、入力側のレーザー光源として、レーザーダイオードを用いるようにしている。
【０１１７】
図１６は、第４実施形態に係る光スイッチ装置１０の断面図である。図１７は、第４実施形態に係る光スイッチ装置１０のブロック図である。光スイッチ装置１０は、レーザーダイオードアレイ（ＬＤアレイ）２５を備える。
【０１１８】
レーザーダイオードアレイ２５は、基板２６、及び複数のレーザーダイオード２７を備える。図１６では、一例として、５個のレーザーダイオード２７−１〜２７−５を示している。なお、複数のレーザーダイオードを配置した構造以外のレーザーアレイを用いてもよい。例えば、単体の素子で多チャンネルのレーザーを出射できる、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）を用いてもよい。
【０１１９】
制御回路３２は、レーザーダイオードアレイ（ＬＤアレイ）２５の動作を制御する。具体的には、制御回路３２は、複数のレーザーダイオード２７のうち少なくとも１つを選択し、選択したレーザーダイオード２７からレーザー光を出射させる。
【０１２０】
（動作）
次に、上記のように構成された光スイッチ装置１０の動作について説明する。
【０１２１】
図１６に示すように、制御回路３２は、例えばレーザーダイオード２７−３からレーザー光を出射させる。レーザーダイオード２７−３から出射したレーザー光は、レンズ１４−３によって平行光に整形される。レンズ１４−３を透過したレーザー光は、光偏向素子１５に垂直に（入射角＝０で）入射する。光偏向素子１５は、偏向角θでレーザー光を偏向させる。光偏向素子１５の偏向角θは、制御回路３２によって制御される。
【０１２２】
光偏向素子１５を透過したレーザー光は、入射角θで光偏向素子１７に入射する。光偏向素子１７は、偏向角θでレーザー光を偏向させる。これにより、光偏向素子１７から出射したレーザー光は、光偏向素子１７の垂線と平行になる。すなわち、光偏向素子１７から出射したレーザー光は、光偏向素子１５に入射するレーザー光と平行になる。光偏向素子１７を透過したレーザー光は、レンズ２１−１で集光され、その後、光ファイバー２２−１に入射する。その後、光ファイバー２２−１によってレーザー光が伝搬される。
【０１２３】
第４実施形態によれば、複数のレーザーダイオード２７で発生されたレーザー光の光路を切り替えると共に、光ファイバー２２から出射させることができる。
【０１２４】
［第５実施形態］
第５実施形態は、振動面（振動方向）が異なる複数の光を含むレーザー光を扱うことが可能な光スイッチ装置の構成例である。
【０１２５】
図１８は、第５実施形態に係る光スイッチ装置１０の断面図である。図１９は、第５実施形態に係る光スイッチ装置１０のブロック図である。
【０１２６】
光スイッチ装置１０は、複数の入力側光ファイバー（入力側光ファイバーアレイ）１１、入力側レンズアレイ１２、第１光偏向素子（入力側光偏向素子）１５−ｐ、第２光偏向素子（入力側光偏向素子）１５−ｓ、第３光偏向素子（出力側光偏向素子）１７−ｐ、第４光偏向素子（出力側光偏向素子）１７−ｓ、出力側レンズアレイ１９、及び複数の出力側光ファイバー（出力側光ファイバーアレイ）２２を備える。
【０１２７】
光ファイバー１１から出射したレーザー光は、互いに振動面が直交するｐ偏光及びｓ偏光を含む。第１光偏向素子１５−ｐ、及び第３光偏向素子１７−ｐは、ｐ偏光用の光偏向素子である。第２光偏向素子１５−ｓ、及び第４光偏向素子１７−ｓは、ｓ偏光用の光偏向素子である。
【０１２８】
第１光偏向素子１５−ｐは、光ファイバー１１から出射したレーザー光に含まれるｐ偏光を偏向させる。第２光偏向素子１５−ｓは、光ファイバー１１から出射したレーザー光に含まれるｓ偏光を偏向させる。第１光偏向素子１５−ｐの偏光軸と第２光偏向素子１５−ｓの偏光軸とは、概略直交する。
【０１２９】
第３光偏向素子１７−ｐは、第１光偏向素子１５−ｐを透過したｐ偏光を偏向させる。第４光偏向素子１７−ｓは、第２光偏向素子１５−ｓを透過したｓ偏光を偏向させる。第３光偏向素子１７−ｐの偏光軸は、第１光偏向素子１５−ｐの偏光軸と平行である。第４光偏向素子１７−ｓの偏光軸は、第２光偏向素子１５−ｓの偏光軸と平行である。
【０１３０】
第１光偏向素子１５−ｐ、及び第２光偏向素子１５−ｓは、偏向軸以外は第１実施形態の光偏向素子１５と同じ構成を有する。第３光偏向素子１７−ｐ、及び第４光偏向素子１７−ｓは、偏向軸以外は第１実施形態の光偏向素子１７と同じ構成を有する。第１光偏向素子１５−ｐと第３光偏向素子１７−ｐとの距離Ｄ１は、第２光偏向素子１５−ｓと第４光偏向素子１７−ｓとの距離Ｄ２と同じに設定される。
【０１３１】
第１光偏向素子１５−ｐ、及び第２光偏向素子１５−ｓは、制御回路３２によって、同じ電圧制御が行われる。すなわち、第１光偏向素子１５−ｐ、及び第２光偏向素子１５−ｓにおいて、同じ列に配置された２つの偏向領域に同じ電圧が印加される。
【０１３２】
同様に、第３光偏向素子１７−ｐ、及び第４光偏向素子１７−ｓは、制御回路３２によって、同じ電圧制御が行われる。すなわち、第３光偏向素子１７−ｐ、及び第４光偏向素子１７−ｓにおいて、同じ列に配置された２つの偏向領域に同じ電圧が印加される。
【０１３３】
（動作）
次に、上記のように構成された光スイッチ装置１０の動作について説明する。
【０１３４】
図１８に示すように、例えば光ファイバー１１−４から出射したレーザー光は、レンズ１４−４によって平行光に整形される。レンズ１４−４を透過したレーザー光は、光偏向素子１５−ｐ、１５−ｓに入射する。光偏向素子１５−ｐは、レーザー光に含まれるｐ偏光を偏向角θで偏向させる。光偏向素子１５−ｓは、レーザー光に含まれるｓ偏光を偏向角θで偏向させる。光偏向素子１５−ｐ、１５−ｓの偏向角θは、制御回路３２によって制御される。
【０１３５】
光偏向素子１５−ｐを透過したｐ偏光は、入射角θで光偏向素子１７−ｐに入射する。光偏向素子１７−ｐは、ｐ偏光を偏向角θで偏向させる。これにより、光偏向素子１７−ｐから出射したｐ偏光は、光偏向素子１７−ｐの垂線と平行になる。
【０１３６】
光偏向素子１５−ｓを透過したｓ偏光は、入射角θで光偏向素子１７−ｓに入射する。光偏向素子１７−ｓは、ｓ偏光を偏向角θで偏向させる。これにより、光偏向素子１７−ｓから出射したｓ偏光は、光偏向素子１７−ｓの垂線と平行になる。
【０１３７】
光偏向素子１７−ｐ、１７−ｓを透過したレーザー光は、レンズ２１−２で集光され、その後、光ファイバー２２−２に入射する。その後、光ファイバー２２−２によってレーザー光が伝搬される。
【０１３８】
第５実施形態によれば、ｐ偏光及びｓ偏光を含むレーザー光、換言すると、複数の振動面を有する複数の光を含むレーザー光の光路を切り替えることができる。また、第５実施形態では、直線偏光を生成するための偏光板が不要である。
【０１３９】
［第６実施形態］
第６実施形態は、第３実施形態の変形例であり、反射型の光スイッチ装置の構成例である。また、第６実施形態は、振動面（振動方向）が異なる複数の光を含むレーザー光を扱うことが可能な光スイッチ装置の構成例である。
【０１４０】
図２０は、第６実施形態に係る光スイッチ装置１０の断面図である。図２１は、第６実施形態に係る光スイッチ装置１０のブロック図である。
【０１４１】
光スイッチ装置１０は、複数の入力側光ファイバー（入力側光ファイバーアレイ）１１、複数の出力側光ファイバー（出力側光ファイバーアレイ）２２、レンズアレイ１２、偏光板２３、第１光偏向素子１５−ｐ、第２光偏向素子１５−ｓ、位相差板２８、及び反射部材２４を備える。
【０１４２】
複数の入力側光ファイバー１１、及び複数の出力側光ファイバー２２は、光偏向素子１５−ｐ、１５−ｓに対して同じ側に配置される。図２０では、一例として、４本の入力側光ファイバー１１−１〜１１−４、及び３本の出力側光ファイバー２２−１〜２２−３を示している。
【０１４３】
レンズアレイ１２は、４本の光ファイバー１１−１〜１１−４にそれぞれ対応して、４個のレンズ１４−１〜１４−４を備え、また３本の光ファイバー２２−１〜２２−３にそれぞれ対応して、３個のレンズ２１−１〜２１−３を備える。
【０１４４】
光ファイバー１１から出射したレーザー光は、互いに振動面が直交するｐ偏光及びｓ偏光を含む。第１光偏向素子１５−ｐは、ｐ偏光用の光偏向素子である。第２光偏向素子１５−ｓは、ｓ偏光用の光偏向素子である。第１光偏向素子１５−ｐの偏光軸と第２光偏向素子１５−ｓの偏光軸とは、概略直交する。第１光偏向素子１５−ｐ、及び第２光偏向素子１５−ｓは、偏向軸以外は第３実施形態の光偏向素子１５と同じ構成を有する。
【０１４５】
第１光偏向素子１５−ｐは、光ファイバー１１から出射したレーザー光に含まれるｐ偏光を偏向させる。また、第１光偏向素子１５−ｐは、反射部材２４によって反射されたレーザー光に含まれるｐ偏光を偏向させる。
【０１４６】
第２光偏向素子１５−ｓは、光ファイバー１１から出射したレーザー光に含まれるｓ偏光を偏向させる。また、第２光偏向素子１５−ｓは、反射部材２４によって反射されたレーザー光に含まれるｓ偏光を偏向させる。
【０１４７】
位相差板２８は、屈折率異方性を有しており、光の進行方向に直交する平面内において、互いに直交する遅相軸及び進相軸を有する。位相差板２８は、遅相軸と進相軸とをそれぞれ透過する所定波長の光の間に所定のリタデーション（λを透過する光の波長としたとき、λ／２の位相差）を与える機能を有する。すなわち、位相差板２８は、１／２波長板（λ／２板）から構成される。位相差板２８の遅相軸は、第１光偏向素子１５−ｐの偏光軸に対して概略４５度の角度をなすように設定される。
【０１４８】
反射部材２４の構成は、第３実施形態の図３と同じである。
【０１４９】
第１光偏向素子１５−ｐの入力領域１５−１、及び第２光偏向素子１５−ｓの入力領域１５−１は、制御回路３２によって、同じ電圧制御が行われる。すなわち、第１光偏向素子１５−ｐの入力領域１５−１、及び第２光偏向素子１５−ｓの入力領域１５−１において、同じ列に配置された２つの偏向領域に同じ電圧が印加される。
【０１５０】
同様に、第１光偏向素子１５−ｐの出力領域１５−２、及び第２光偏向素子１５−ｓの出力領域１５−２は、制御回路３２によって、同じ電圧制御が行われる。すなわち、第１光偏向素子１５−ｐの出力領域１５−２、及び第２光偏向素子１５−ｓの出力領域１５−２において、同じ列に配置された２つの偏向領域に同じ電圧が印加される。
【０１５１】
（動作）
次に、上記のように構成された光スイッチ装置１０の動作について説明する。
【０１５２】
図２０に示すように、例えば光ファイバー１１−３から出射したレーザー光は、レンズ１４−３によって平行光に整形される。レンズ１４−３を透過したレーザー光は、光偏向素子１５−ｐの入力領域１５−１、及び光偏向素子１５−ｓの入力領域１５−１に入射する。光偏向素子１５−ｐは、レーザー光に含まれるｐ偏光を偏向角θで偏向させる。光偏向素子１５−ｓは、レーザー光に含まれるｓ偏光を偏向角θで偏向させる。光偏向素子１５−ｐ、１５−ｓの偏向角θは、制御回路３２によって制御される。
【０１５３】
光偏向素子１５−ｐによって偏向されたｐ偏光は、１／２波長板２８によって、ｓ偏光に変換される。続いて、反射部材２４によって反射されたｓ偏光は、光偏向素子１５−ｓの出力領域１５−２に入射し、光偏向素子１５−ｓは、ｓ偏光を偏向角θで偏向させる。これにより、光偏向素子１５−ｓから出射したｓ偏光は、光偏向素子１５−ｓの垂線と平行になる。
【０１５４】
光偏向素子１５−ｓによって偏向されたｓ偏光は、１／２波長板２８によって、ｐ偏光に変換される。続いて、反射部材２４によって反射されたｐ偏光は、光偏向素子１５−ｐの出力領域１５−２に入射し、光偏向素子１５−ｐは、ｐ偏光を偏向角θで偏向させる。これにより、光偏向素子１５−ｐから出射したｐ偏光は、光偏向素子１５−ｐの垂線と平行になる。
【０１５５】
光偏向素子１５−ｐ、１５−ｓを透過したレーザー光は、レンズ２１−３で集光され、その後、光ファイバー２２−３に入射する。その後、光ファイバー２２−３によってレーザー光が伝搬される。
【０１５６】
第６実施形態によれば、ｐ偏光及びｓ偏光を含むレーザー光の光路を切り替えることができる。また、第６実施形態では、直線偏光を生成するための偏光板が不要である。また、第６実施形態によれば、２個の光偏向素子１５−ｐ、１５−ｓを用いて、レーザー光の光路を切り替えることが可能である。
【０１５７】
［第７実施形態］
第７実施形態は、第６実施形態の変形例であり、反射型の光スイッチ装置の構成例である。また、第７実施形態は、振動面（振動方向）が異なる複数の光を含むレーザー光を扱うことが可能な光スイッチ装置の構成例である。
【０１５８】
図２２は、第７実施形態に係る光スイッチ装置１０の断面図である。光スイッチ装置１０のブロック図は、図２１と同じである。
【０１５９】
位相差板２９は、遅相軸と進相軸とをそれぞれ透過する所定波長の光の間にλ／４の位相差を与える機能を有する。すなわち、位相差板２９は、１／４波長板（λ／４板）から構成される。位相差板２９の遅相軸は、第１光偏向素子１５−ｐの偏光軸に対して概略４５度の角度をなすように設定される。
【０１６０】
このように構成された光スイッチ装置１０において、第１光偏向素子１５−ｐによって偏向されたｐ偏光は、１／４波長板２９によって、円偏光に変換される。続いて、反射部材２４によって反射された円偏光は、１／４波長板２９によって、ｓ偏光に変換される。１／４波長板２９を透過したｓ偏光は、第２光偏向素子１５−ｓによって偏向される。
【０１６１】
第２光偏向素子１５−ｓによって偏向されたｓ偏光は、１／４波長板２９によって、円偏光に変換される。続いて、反射部材２４によって反射された円偏光は、１／４波長板２９によって、ｐ偏光に変換される。１／４波長板２９を透過したｐ偏光は、第１光偏向素子１５−ｐによって偏向される。
【０１６２】
第７実施形態によれば、ｐ偏光及びｓ偏光を含むレーザー光の光路を切り替えることができる。
【０１６３】
［第８実施形態］
第８実施形態は、第１乃至第７実施形態で示した光スイッチ装置の応用例である。第８実施形態は、光通信ネットワークの構築に用いられる波長選択スイッチ（ＷＳＳ：wavelength selective switch）の構成例である。具体的には、波長選択スイッチは、波長の異なる複数の光信号が多重された波長多重光信号を通信するための波長多重光通信に用いることが可能である。
【０１６４】
図２３は、第８実施形態に係る波長選択スイッチ（ＷＳＳ）６０のブロック図である。ＷＳＳ６０は、分波器６１、スイッチモジュール６２、複数の合波器６３、及び制御モジュール６４を備える。スイッチモジュール６２は、複数の光スイッチ装置１０を備える。複数の光スイッチ装置１０の各々は、第１乃至第７実施形態で示した光スイッチ装置１０のいずれかに対応する。図２３では、一例として、スイッチモジュール６２は、４個の光スイッチ装置１０−１〜１０−４を備える。合波器６３−１〜６３−４はそれぞれ、光スイッチ装置１０−１〜１０−４に対応して設けられる。
【０１６５】
分波器６１は、入力ポート６５を介して、外部から入力信号を受ける。入力ポート６５に入力される入力信号は、波長の異なる複数の光信号が多重された波長多重光信号である。分波器６１は、入力信号を、波長の異なる複数の光信号（レーザー光）に分波する。図２３の例では、分波器６１は、波長の異なる４つの光信号を出力ポートから出力する。
【０１６６】
光スイッチ装置１０−１〜１０−４はそれぞれ、分波器６１から、互いに波長の異なる４つの光信号を受ける。各光スイッチ装置１０は、例えば、１つの入力ポート（入力側光ファイバー）１１と、４つの出力ポート（出力側光ファイバー）２２とを備える。光スイッチ装置１０は、入力ポート１１と出力ポート２２との光路を切り替える。
【０１６７】
合波器６３−１〜６３−４の各々は、光スイッチ装置１０−１〜１０−４から光信号を受ける。各合波器６３は、入力された複数の光信号を合波する。合波器６３−１〜６３−４はそれぞれ、出力ポート６６−１〜６６−４を介して、出力信号を出力する。
【０１６８】
なお、分波器６１と光スイッチ装置１０との間の光信号の伝搬、及び光スイッチ装置１０と合波器６３との間の光信号の伝搬は、例えば光ファイバーを用いて行われる。
【０１６９】
制御モジュール６４は、スイッチモジュール６２の動作を制御する。具体的には、制御モジュール６４は、前述した駆動回路３０、電圧発生回路３１、制御回路３２、及び操作部３３などを備える。光スイッチ装置１０−１〜１０−４は、制御モジュール６４の制御に基づいて、光信号の光路を切り替える。
【０１７０】
図２３に示した動作例では、光スイッチ装置１０−１は、第１波長（第１波長領域）の光信号（図２３の実線）を、光ファイバーを介して合波器６３−１に出力する。光スイッチ装置１０−２は、第２波長（第２波長領域）の光信号（図２３の破線）を、光ファイバーを介して合波器６３−４に出力する。光スイッチ装置１０−３は、第３波長（第３波長領域）の光信号（図２３の一点鎖線）を、光ファイバーを介して合波器６３−１に出力する。光スイッチ装置１０−４は、第４波長（第３波長領域）の光信号（二点鎖線）を、光ファイバーを介して合波器６３−３に出力する。
【０１７１】
これにより、第１波長の光信号と第３波長の光信号とが合波された出力信号が出力ポート６６−１から出力される。また、第４波長の出力信号が出力ポート６６−３から出力される。また、第２波長の出力信号が出力ポート６６−４から出力される。
【０１７２】
第８実施形態によれば、第１乃至第７実施形態に示した光スイッチ装置１０を用いて波長選択スイッチ（ＷＳＳ）を構成することができる。
【０１７３】
［第９実施形態］
第９実施形態は、第１乃至第７実施形態で示した光スイッチ装置の応用例である。第９実施形態は、レーザー光を用いた照明装置の構成例である。
【０１７４】
［１］  照明装置の構成
複数のレーザー光源７１は、互いに異なる色のレーザー光を発光する。図  図２４は、第９実施形態に係る照明装置７０の構成を示す概略図である。照明装置７０は、複数のレーザー光源７１、複数の光スイッチ装置１０、及び複数のランプ７５を備える。複数の光スイッチ装置１０は、第１乃至第７実施形態で示した光スイッチ装置１０のいずれかに対応する。
２４では、一例として、３個のレーザー光源７１−１〜７１−３を示している。レーザー光源７１−１〜７１−３の出力には、光ファイバー７２−１〜７２−３が接続される。なお、レーザー光源７１の数は、１つであってもよい。
【０１７５】
複数の光スイッチ装置１０の各々は、第１乃至第７実施形態で示した光スイッチ装置１０のいずれかに対応する。図２４では、一例として、５個の光スイッチ装置１０−１〜１０−５を示している。
【０１７６】
光スイッチ装置１０−１は、３個の入力ポートと、４個の出力ポートとを備える。光スイッチ装置１０−１の３個の入力ポートにはそれぞれ、光ファイバー７２−１〜７２−３が接続される。光スイッチ装置１０−１の４個の出力ポートにはそれぞれ、光ファイバー７３−１〜７３−４が接続される。光スイッチ装置１０−１は、レーザー光源７１−１〜７１−３から受けたレーザー光を、光ファイバー７３−１〜７３−４から出力することができる。
【０１７７】
光スイッチ装置１０−２は、１個の入力ポートと、複数の出力ポートとを備える。光スイッチ装置１０−２の１個の入力ポートは、光ファイバー７３−１に接続される。光スイッチ装置１０−２の複数の出力ポートは、複数の光ファイバー７４を介して、複数のランプ７５に接続される。
【０１７８】
光スイッチ装置１０−３は、１個の入力ポートと、複数の出力ポートとを備える。光スイッチ装置１０−３の１個の入力ポートは、光ファイバー７３−２に接続される。光スイッチ装置１０−３の複数の出力ポートは、複数の光ファイバー７４を介して、複数のランプ７５に接続される。
【０１７９】
光スイッチ装置１０−４は、１個の入力ポートと、複数の出力ポートとを備える。光スイッチ装置１０−４の１個の入力ポートは、光ファイバー７３−３に接続される。光スイッチ装置１０−４の複数の出力ポートは、複数の光ファイバー７４を介して、複数のランプ７５に接続される。
【０１８０】
光スイッチ装置１０−５は、１個の入力ポートと、複数の出力ポートとを備える。光スイッチ装置１０−５の１個の入力ポートは、光ファイバー７３−４に接続される。光スイッチ装置１０−５の複数の出力ポートは、複数の光ファイバー７４を介して、複数のランプ７５に接続される。
【０１８１】
図２５は、第９実施形態に係る照明装置７０のブロック図である。照明装置７０は、複数のレーザー光源７１−１〜７１−ｍ、複数の光スイッチ装置１０−１〜１０−ｎ、駆動回路３０、電圧発生回路３１、及び制御回路３２を備える。“ｍ”及び“ｎ”はそれぞれ、１以上の整数である。図２４の例では、ｍ＝３、ｎ＝５である。
【０１８２】
駆動回路３０は、複数の光スイッチ装置１０−１〜１０−ｎを駆動する。
【０１８３】
電圧発生回路３１は、外部電源を用いて、照明装置７０の動作に必要な複数の電圧を発生する。
【０１８４】
制御回路３２は、照明装置７０の動作を統括的に制御する。制御回路３２は、外部から入力信号を受け、この入力信号を用いて、レーザー光源７１、駆動回路３０、及び電圧発生回路３１を制御することが可能である。
【０１８５】
（ランプ７５の構成）
次に、ランプ７５の構成の一例について説明する。図２６は、図２４に示したランプ７５の断面図である。ランプ７５は、発光部（蛍光体）８０、反射部材８１、及び透過フィルター８２を備える。
【０１８６】
発光部８０は、前述した光ファイバー７４に接続される。発光部８０は、光ファイバー７４から出射されるレーザー光を受ける。発光部８０は、このレーザー光を波長変換して、所望の色の照明光を放射する。
【０１８７】
反射部材８１は、発光部８０から放射された照明光を反射すると共に、レーザー光を吸収又は反射する機能を有する。また、反射部材８１は、レーザー光の漏れを抑制し、発光部８０から放射された照明光を、一定の方向に投光する機能を有する。反射部材８１は、例えば、所望の形状を有する基材と、基材の内面に設けられた反射膜とから構成される。図２６の例では、反射部材８１は、お椀形の形状を有する。反射部材８１は、光ファイバー７４を通す開口部を有する。
【０１８８】
透過フィルター８２は、発光部８０で波長変換された光を透過し、波長変換されないレーザー光（紫外光など）を透過しない性質を有する。透過フィルター８２は、人体への悪影響や部材の劣化を招く紫外光や高エネルギー紫光がランプ外に漏れるのを防ぐ役割を担う。
【０１８９】
このように構成されたランプ７５の動作を説明する。光ファイバー７４は、例えば、励起光として紫色の可視光（例えば、波長λ＝４０５ｎｍ）を出射するものとする。光ファイバー７４から出射された紫光は、発光部８０に入射する。発光部８０は、これに含まれる蛍光体によって紫光を波長変換し、インコヒーレントな照明光を放射する。
【０１９０】
発光部８０から放射された照明光は、透過フィルター８２を透過し、反射部材８１によって一定の方向に投光される。透過フィルター８２は、余分な励起光を吸収する。
【０１９１】
なお、レーザー光源で発生したレーザー光をそのまま照明光に用いる場合は、蛍光体及び透過フィルターは不要である。
【０１９２】
［２］  照明装置７０の実施例
次に、照明装置７０の実施例について説明する。照明装置７０を自動車（車両）の方向指示器に応用した例について説明する。
【０１９３】
近年、自動車の方向指示器において、複数のランプを順番に点灯させることによってデザイン性を向上させたシーケンシャルターンランプ（シーケンシャル点灯が可能な方向指示器）が採用され始めている。ＬＥＤや電球などの光源を用いた場合、発光部毎に発光素子が必要になる。一方、光スイッチ装置を用いることで、単一、もしくは少数の光源でシーケンシャル点灯が可能であり、信頼性の向上、コストダウン、低消費電力、発熱の抑制、及び省スペース化に貢献できる。
【０１９４】
図２７は、照明装置７０を備えた自動車９０の概略図である。照明装置７０は、自動車９０のヘッドライトを構成する。
【０１９５】
照明装置７０は、一般的なランプ８１−１〜８１−３に加えて、方向指示器７５_Ａ〜７５_Ｇを備える。方向指示器７５_Ａ〜７５_Ｇの各々は、図２６のランプで構成される。
【０１９６】
制御回路３２は、方向指示器７５_Ａ〜７５_Ｇの動作を制御する。例えば、制御回路３２は、方向指示器７５_Ａ〜７５_Ｇをシーケンシャルに点灯させる。
【０１９７】
なお、１つのレーザー光源から同時に選択可能な出力は１つであるが、高速で光スイッチ装置を切り替えることで、複数のランプが同時に点灯しているように見せることもできる。また、光ネットワーク内に複数のレーザー光源を設けることも可能である。本実施例では、方向指示器への利用を示したが、メインランプ、ブレーキランプ、フォグランプ、ハザードランプ、テールランプ、及び室内灯などに用いてもよい。
【０１９８】
液晶は光の波長によって屈折率が変化する特性を持つため、光源に用いるレーザー光は単一の波長に揃っていることが望ましい。レーザー光は光ファイバー及び光スイッチ装置を通過した後、任意の出力ポートから放射される。放射されたレーザー光をランプに設けられた蛍光体に入射することによって任意の色にて発光させることができる。光源に用いるレーザー光の波長は蛍光による波長変換で複数色の照明光を利用する場合、紫外光か青色光が好ましい。照明光が単色に決まっている場合は、単色の波長のレーザー光を光源として用い、このレーザー光をそのまま、ランプの照明光に用いてもよい。
【０１９９】
［３］  第９実施形態の効果
近年、自動車のランプは、かつてのフィラメント球から、高輝度で、長寿命、低電力消費のＬＥＤを用いた光源に移り変わりつつある。特に動力に電力を用いる電動自動車では、各種ランプの消費電力が航続可能距離に直接的に影響するため、フィラメント球から、光変換効率が高く消費電力の少ないＬＥＤへの置き換えが進んでいる。ＬＥＤは点光源であるため、発光領域を線や面としてデザインするためには多数の素子を用意する必要がある。さらに、ＬＥＤは、電流密度が高くなると発光効率が低下するドループ現象が知られている。このため、光量を確保する上でも複数のＬＥＤを用いる必要がある。このことによってパーツ数やコストが上昇してしまう。
【０２００】
これに対し、第９実施形態によれば、レーザー光を用いた照明装置を実現できる。また、第１乃至第７実施形態に示した光スイッチ装置１０を用いて照明装置を構成することができる。
【０２０１】
また、高価な電子部品及び光学部品を使用せず、液晶素子を用いて照明装置を構成することができる。これにより、照明装置のコストを低減することができる。
【０２０２】
また、機械動作やＭＥＭＳミラー方式のスイッチを利用する場合、自動車など振動が懸念される環境での信頼性確保が難しい。しかし、本実施形態では、機械動作を行う部品を使用しないため、照明装置の信頼性を向上させることができる。また、照明装置を小型化することができる。
【０２０３】
また、レーザーダイオードは、ドループ現象が起きず、高出力でも高効率を維持することができる。また、レーザー光は、光ファイバーを利用して、ほとんど損失無く任意のポイントに光を送ることが可能である。この特性を利用すれば、少数のレーザーダイオードを用いて多数の発光点を点灯させることができる。また、光ファイバーによる光の伝達には、電線と比べ、軽量でノイズに強く、発火の原因になりにくいなどのメリットもある。
【０２０４】
このような、光スイッチを用いた照明装置は、自動車のほかにも、屋内照明、看板、建造物のイルミネーション、航空機、船舶、及びパチンコ台など幅広い用途に応用できる。この本実施形態によれば、発光箇所毎に光源を設ける必要がなくなるため、部品数やコストの低減、ランプの省スペース化、軽量化、発熱の抑制が実現できる。また、光ネットワーク上に複数の光源を持つことで、一部の光源が故障した場合の冗長性も確保することができる。
【０２０５】
［変形例］
上記各実施形態では、１次元でレーザー光の光路を切り替える構成について示している。例えば１次元の構成を図面の奥行き方向に複数セット並べることで、２次元で入射するレーザー光の光路を切り替えるように構成することも可能である。
【０２０６】
なお、前述した偏光板及び位相差板を規定する角度は、所望の動作を実現可能な誤差、及び製造工程に起因する誤差を含むものとする。例えば、前述した概略４５度は、４５°±５°の範囲を含むものとする。例えば、前述した直交は、９０°±５°の範囲を含むものとする。
【０２０７】
本明細書において、「平行」とは、完全に平行であることが好ましいが、必ずしも厳密に平行である必要はなく、本発明の効果に鑑みて実質的に平行と同視できるものを含み、また、製造プロセス上発生しうる誤差を含んでいてもよい。また、「垂直」とは、必ずしも厳密に垂直である必要はなく、本発明の効果に鑑みて実質的に垂直と同視できるものを含み、また、製造プロセス上発生しうる誤差を含んでいてもよい。
【０２０８】
本明細書において、板やフィルムは、その部材を例示した表現であり、その構成に限定されるものではない。例えば、偏光板及び位相差板は、板状の部材に限定されるものではなく、明細書で記載した機能を有するフィルムやその他の部材であってもよい。
【０２０９】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で、構成要素を変形して具体化することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、１つの実施形態に開示される複数の構成要素の適宜な組み合わせ、若しくは異なる実施形態に開示される構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を構成することができる。例えば、実施形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素が削除されても、発明が解決しようとする課題が解決でき、発明の効果が得られる場合には、これらの構成要素が削除された実施形態が発明として抽出されうる。
【符号の説明】
【０２１０】
１０…光スイッチ装置、１１…光ファイバー、１２…レンズアレイ、１３…基材、１４…レンズ、１５…光偏向素子、１６…液晶パネル、１７…光偏向素子、１８…液晶パネル、１９…レンズアレイ、２０…基材、２１…レンズ、２２…光ファイバー、２３…偏光板、２４…反射部材、２５…レーザーダイオードアレイ、２６…基板、２７…レーザーダイオード、２８，２９…位相差板、３０…駆動回路、３１…電圧発生回路、３２…制御回路、３３…操作部、４０，４１…基板、４２…液晶層、４３…シール材、４４，４５…電極、４５…電極、４７，４９…配向膜、４８…共通電極、５０〜５３…配線、６０…波長選択スイッチ、６１…分波器、６２…スイッチモジュール、６３…合波器、６４…制御モジュール、６５…入力ポート、６６…出力ポート、７０…照明装置、７１…レーザー光源、７２〜７４…光ファイバー、７５…ランプ、８０…発光部、８１…反射部材、８２…透過フィルター、９０…自動車、９１…ランプ
【図１】
2019113752.tif 000003
【図２】
2019113752.tif 000004
【図３】
2019113752.tif 000005
【図４】
2019113752.tif 000006
【図５】
2019113752.tif 000007
【図６】
2019113752.tif 000008
【図７】
2019113752.tif 000009
【図８】
2019113752.tif 000010
【図９】
2019113752.tif 000011
【図１０】
2019113752.tif 000012
【図１１】
2019113752.tif 000013
【図１２】
2019113752.tif 000014
【図１３】
2019113752.tif 000015
【図１４】
2019113752.tif 000016
【図１５】
2019113752.tif 000017
【図１６】
2019113752.tif 000018
【図１７】
2019113752.tif 000019
【図１８】
2019113752.tif 000020
【図１９】
2019113752.tif 000021
【図２０】
2019113752.tif 000022
【図２１】
2019113752.tif 000023
【図２２】
2019113752.tif 000024
【図２３】
2019113752.tif 000025
【図２４】
2019113752.tif 000026
【図２５】
2019113752.tif 000027
【図２６】
2019113752.tif 000028
【図２７】
2019113752.tif 000029