(57)【要約】【解決手段】複数の入力ポートおよび複数の出力ポートと、選択した入力ポートから選択した出力ポートへビームを向ける複数の移動可能な光学素子とを備えた光学スイッチであって、移動可能な素子の数は、入力ポートの数または出力ポートの数のいずれかにほぼ対応する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の入力ポートおよび複数の出力ポートと、選択された入力から選択された出力へビームを向けさせる複数の移動可能な光学素子とを含む光学スイッチであって、移動可能な素子の数が実質的に入力ポートの数または出力ポートの数のいずれかに対応する光学スイッチ。
【請求項２】
前記複数の入力ポートおよび前記複数の出力ポートが適切な位置に固定され、前記スイッチが、入力ポートからビームを捉えて第２の反射構成の方向へビームを向ける第１の反射構成を備え、前記第２の反射構成は、前記第１の反射構成から出るビームを捉えてビームを出力ポートへ向け、前記反射構成の１つが前記移動可能な光学素子であるとともに、これに対応する固定された反射構成と連通し、第１および第２の反射構成の複数のペアが、選択された入力ポートから選択された出力ポートへビームを向けるように備えられている、請求項１に記載の光学スイッチ。
【請求項３】
前記光学スイッチは、入力ポートからビームを捉えて第２のペリスコープ・プリズムの方向へビームを向ける第１のペリスコープ・プリズムを備え、前記第２のペリスコープ・プリズムは、前記第１のペリスコープ・プリズムから出るビームを捉えてビームを出力ポートへ向け、前記ペリスコープ・プリズムの１つが、前記移動可能な光学素子であるとともに、これに対応するペリスコープ・プリズムと連通して、選択された入力ポートから選択された出力ポートへビームを向ける、請求項１に記載の光学スイッチ。
【請求項４】
前記反射構成のいずれかまたは両方がプリズムである、請求項２に記載の光学スイッチ。
【請求項５】
前記プリズムがペリスコープ・プリズムである、請求項４に記載の光学スイッチ。
【請求項６】
前記複数の入力ポートおよび／または前記複数の出力ポートがそれぞれ弧状に配置され、前記移動は回転であるとともに、前記第１および第２の反射構成が回転の軸に沿って連通する、請求項２以降に記載の光学スイッチ。
【請求項７】
前記入力ポートおよび出力ポートの弧が同心である、請求項６に記載の光学スイッチ。
【請求項８】
前記第１および第２の反射構成の両方が、受容的な入力ポートおよび出力ポートの弧の半径に対応し異なる長さになっているペリスコープ・プリズムである、請求項４に記載の光学スイッチ。
【請求項９】
スイッチングの間、ある位置へ移動させる手段を移動可能な反射構成が備え、該位置では、移動の間に前記構成が、スイッチングの対象となっているポート以外のポート間での連通を干渉しない、請求項２以降に記載の光学スイッチ。
【請求項１０】
１つ以上のポートが、ロッドレンズを組み込んでおり、前記ロッドレンズは、該ロッドレンズの縦軸に実質的に垂直な方向に前記レンズから支持構造へ延びる少なくとも２つの屈曲部を有する屈曲マウントに支持され、前記屈曲部は離間され、相対的な支持位置の変化が前記ロッドレンズの位置を変化させるようになっている、請求項２以降に記載の光学スイッチ。
【請求項１１】
前記入力ポートおよび／または前記出力ポートの前にスロット付きプリズムが配置されている、請求項２以降に記載の光学スイッチ。
【請求項１２】
前記移動可能な反射構成の前記移動が、前記スイッチの前記縦軸にほぼ垂直に積み重ねられた複数の回転モータにより行なわれ、前記反射構成が前記スイッチの前記縦軸の周りを回転するように、機構によって前記回転モータを前記移動可能な反射構成に結合させる、請求項２以降に記載の光学スイッチ。
【請求項１３】
前記複数の入力ポートが適切な位置に固定され、前記複数の出力ポートが前記入力ポートと光学連通し、前記スイッチが、前記入力ポートから光ビームを受信して前記ビームを前記出力ポートへ向ける第１の反射体を備え、前記出力ポートまたは各出力ポートも反射体を組み込んでおり、前記反射体には、ビームが前記反射体を通過して前記出力ポートを通って出ることができる通路があり、ビームを１つ以上のさらに別の出力ポートに向ける位置または入射するビームを前記反射体の前記通路を介し出すことができる位置のいずれかに、前記反射体のいずれかまたは両方を移動させるための手段が備えられている、請求項１に記載の光学スイッチ。
【請求項１４】
前記出力反射体が二次元圧電曲げ梁によって移動可能である、請求項１３に記載の光学スイッチ。
【請求項１５】
前記出力ポートが、前記移動可能なポートに加えポートのパッシブアレイを組み込んでいる、請求項１３に記載の光学スイッチ。
【請求項１６】
前記スイッチに回折格子が備えられている、請求項１３以降に記載のいずれかの光学スイッチ。
【請求項１７】
支持構造に取り付けられている２つの二次元圧電曲げ梁を備えるアクチュエータであって、前記梁が共同で素子に作用し前記素子を配置するアクチュエータ。
【請求項１８】
請求項１による光学スイッチの前記入力ポートおよび／または出力ポートを配置するようになっている、請求項１７に記載のアクチュエータ。
【請求項１９】
添付の明細書および／または図面の任意の適切な組み合わせを参照および／または図示しながらすでに詳述したような光学スイッチ。
【請求項２０】
添付の明細書および／または図面の任意の適切な組み合わせを参照および／または図示しながらすでに詳述したようなアクチュエータ。
【請求項２１】
使用時に適切な位置に固定される複数の入力ポートおよび複数の出力ポートと、入力ポートからビームを捉えて第２の反射構成の方向へビームを向ける第１の反射構成を備える光学スイッチであって、前記第２の反射構成は、前記第１の反射構成から出るビームを捉えてビームを出力ポートへ向け、前記反射構成の１つが移動可能であるとともに、これに対応する固定された反射構成と連通し、第１および第２の反射構成の複数のペアが、選択された入力ポートから選択された出力ポートへビームを向けるように備えられている光学スイッチ。
【請求項２２】
複数の入力ポートおよび複数の出力ポートと、入力ポートからビームを捉えて第２のペリスコープ・プリズムの方向へビームを向ける前記第１のペリスコープ・プリズムを備える光学スイッチであって、前記第２のペリスコープ・プリズムは、前記第１のペリスコープ・プリズムから出るビームを捉えてビームを出力ポートへ向け、前記ペリスコープ・プリズムの１つが前記移動可能な光学素子であるとともに、これに対応するペリスコープ・プリズムと連通し、選択された入力ポートから選択された出力ポートへビームを向ける光学スイッチ。
【請求項２３】
使用時に適切な位置に固定された複数の入力ポートと、前記入力ポートと光学連通する複数の出力ポートと、前記入力ポートから光ビームを受信し、前記ビームを前記出力ポートへ向ける第１の反射体とを備える光学スイッチであって、前記出力ポートまたは各出力ポートもまた反射体を組み込んでおり、前記反射体には、ビームが前記反射体を通過して前記出力ポートを通って出ることができる通路があり、ビームを１つ以上のさらに別の出力ポートに向ける位置または入射するビームを前記反射体の前記通路を介して出すことができる位置のいずれかに、前記反射体のいずれかまたは両方を移動させるための手段が備えられている光学スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学スイッチに関し、特に、入力および出力ポート間を切り換えることができるよう複数の移動可能な光学素子を有する複数の入力および出力ポートを備えた光学スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明に関連する背景となる関連技術には３つのカテゴリーがある。
【０００３】
第１のカテゴリーの関連技術は、複数の固定出力ポートに面した移動可能な光学素子をたった１つ備えたスイッチに関するものである。この種類のスイッチの例は数多くある。例えば、自身の中心軸の周りを回転するディスクに単一の可動コリメータが固定されている米国特許第６，３３５，９９３Ｂ１号明細書（高橋）、放射状に延びる一連のコリメータへ向かうように１つの移動可能なコリメータが回転可能になっている米国特許第４，８９６，９３５号明細書（リー（Ｌｅｅ））、および収縮性の１次元圧電構成を貫通する単一の移動可能なファイバが２つの固定ファイバの配置位置の間を曲がることができる米国特許第６５７，３３９号明細書（フィック（Ｆｉｃｋ））などが挙げられる。このカテゴリーの他の例として、特開２００４−２８７１２４号公報（任占祥）および加国特許出願第２００２２３８６３０９号明細書（サン・デ‐ギー（Ｓｕｎ  Ｄｅ‐Ｇｕｉ））のような、単一の固定入力ポートおよび複数の固定出力ポートが備えられ、スイッチングを行なうために移動される１つの光学素子が備えられている構造が挙げられる。
【０００４】
第２のカテゴリーの関連技術としては、ポートの合計数と同じ数である複数のアクチュエータを備えた複数の入力および出力スイッチがある。ということは、このような構成にすると多くの場合、スイッチングを行なうには、入力および出力ポートを移動させることができるようにしなければならない。国際公開第０１／５０１７６号パンフレット（ポラティス（Ｐｏｌａｔｉｓ））および米国特許第６，００５，９９８号明細書（リー（Ｌｅｅ））ではどちらも、ポート１つにつき少なくとも１つのアクチュエータが示されている。すなわち、光学素子を移動するために、Ｍ＋Ｎポートの合計に対して少なくともＭ＋Ｎ個のアクチュエータが設けられている。米国特許第６，８５９，１２０号明細書（スウェット・ウィリアム（Ｓｗｅａｔｔ  Ｗｉｌｌｉａｍ）ら）もまた、光学素子の入力側および出力側の両方にアクチュエータを用いたシステムを示している。
【０００５】
第３のカテゴリーのスイッチは、入力および出力ポートの固定アレイ間に少なくとも２つの移動可能な光学素子を用いることによるものである。例えば、米国特許第６，４５６，７５１Ｂ１号明細書（バウワーズ（Ｂｏｗｅｒｓ）ら）では、微作動される２つのミラーのアレイが示されている。別の例としては、複数の入力および複数の出力スイッチにおいて、少なくとも２つの一連の可動プリズムがビームを１つのポートから別のポートへ切り換える特開２００１−３５０１０５号公報がある。このカテゴリーのスイッチも、ポートの合計数と少なくとも同じ数の作動光学素子が必要となる。
【０００６】
ポートの数が増え、多数のアクチュエータが必要となるため、これらのスイッチは不必要に嵩が大きくなり、正確な制御が必要となる高価なアクチュエータが多数必要となる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の広い独立態様によれば、本発明は、複数の入力ポートおよび複数の出力ポートと、選択された入力から選択された出力へビームを向ける複数の移動可能な光学素子とを含む光学スイッチであって、移動可能な素子の数が実質的に入力ポートの数または出力ポートの数のいずれかに対応する光学スイッチを提供する。この構造は、複数の入力および出力スイッチングに必要となるアクチュエータの数を激減させるため、特に有利である。したがって、非常に小型のスイッチをコスト効率よく作ることが可能となる。またこれにより、必要となる制御システムが簡単になり、必要となる可動コンポーネントの動きも少なくなる。
【０００８】
本発明の第１の広い独立態様に係る従属態様では、前記複数の前記入力ポートおよび前記複数の出力ポートが適切な位置に固定され、スイッチが、入力ポートからビームを捉えて第２の反射構成の方向へビームを向ける第１の反射構成を備え、前記第２の反射構成は、前記第１の反射構成から出るビームを捉えてビームを出力ポートへ向ける、前記反射構成の１つが前記移動可能な光学素子であるとともに、その対応する固定された反射構成と連通し、第１および第２の反射構成の複数のペアが、選択された入力ポートから選択された出力ポートへビームを向けるように備えられている。
【０００９】
この構造は、１つのポートに１つのアクチュエータを有するスイッチと比べ、より小型でコスト効率がよく、複数の入力および出力システムから質の高いスイッチングが得られるため、特に有利である。
【００１０】
さらなる従属態様では、入力ポートからビームを捉えて第２のペリスコープ・プリズムの方向へビームを向ける第１のペリスコープ・プリズムがあり、前記第２のペリスコープ・プリズムは、前記第１のペリスコープ・プリズムから出るビームを捉えてビームを出力ポートへ向け、前記ペリスコープ・プリズムの１つが、前記移動可能な光学素子であるとともに、その対応するペリスコープ・プリズムと連通して、選択された入力ポートから選択された出力ポートへビームを向ける。
【００１１】
さらなる従属態様では、前記反射構成のいずれかまたは両方がプリズムである。これは、プリズムの軸および半径の配置に左右されることのない光学性能のスイッチを得ることができるため、特に有利である。また、ペリスコープ・プリズムにすれば、その幾何的形態により、プリズムによって制限されていた系の許容角度がさらに厳しく制限され、市販品としての製造も容易である。
【００１２】
さらなる従属態様では、前記プリズムはペリスコープ・プリズムである。
【００１３】
さらなる従属態様では、複数入力ポートおよび／または複数の出力ポートがそれぞれ弧状に配置され、前記移動は回転であるとともに、第１および第２の反射構成が回転の軸に沿って連通する。これによって、特に正確なスイッチングが達成できる。
【００１４】
さらなる従属態様では、入力ポートおよび出力ポートの弧が同心である。このことにより、正確なスイッチングを行なうのに必要な素子の数が同心でない場合に比べ少なくなる。
【００１５】
さらなる従属態様では、第１および第２の反射構成の両方が、それぞれの入力および出力ポートの弧の半径に対応し異なる長さになっているペリスコープ・プリズムである。これによって、ペリスコープ・プリズム構成を通過せずに入力ポートから出力ポートへ光が直接連通することがなくなる。
【００１６】
さらなる従属態様では、スイッチングの間、ある位置へ移動させる手段を移動可能な反射構成が備え、この位置では、移動の間に前記構成が、スイッチングの対象となっているポート以外のポート間での連通を干渉することはない。
【００１７】
さらなる従属態様では、１つ以上のポートが、ロッドレンズを組み込んでおり、ロッドレンズは、ロッドレンズの縦軸に実質的に垂直な方向にレンズから支持構造へ延びる少なくとも２つの屈曲部を有する屈曲マウントに支持され、屈曲部は離間され、相対的な支持位置の変化が前記ロッドレンズの位置を変化させるようになっている。
【００１８】
さらなる従属態様では、入力ポートおよび／または出力ポートの前にスロット付きプリズムが配置されている。これにより、より多数の入力／出力ポートがスイッチと共に使用できるようになる。
【００１９】
さらなる従属態様では、前記移動可能な反射構成の移動が、スイッチの縦軸にほぼ垂直に積み重ねられた複数の回転モータにより行なわれ、反射構成がスイッチの縦軸に沿って回転するように、機構によって前記回転モータを前記移動可能な反射構成に結合させる。これにより、スイッチの縦軸にモータが配置されるスイッチよりも、スイッチをより小型化することができる。したがって、この構成はスイッチ全体を小型化し改善する。
【００２０】
さらなる従属態様では、前記複数の入力ポートが適切な位置に固定され、前記複数の出力ポートが前記入力ポートと光学連通し、スイッチが、前記入力ポートから光ビームを受信して前記ビームを前記出力ポートへ向ける第１の反射体を備え、出力ポートまたは各出力ポートも反射体を組み込んでおり、反射体には、ビームが前記反射体を通過して前記出力ポートを通って出ることができる通路があり、ビームが１つ以上のさらに別の出力ポートに向けられる位置または入射するビームが前記反射体の通路を通って出ることが可能な位置のいずれかに、前記反射体のいずれかまたは両方を移動させるための手段が備えられている。
【００２１】
これにより、このスイッチでＭ個のアクチュエータのみを用いるだけで、各入力および出力ポート間のスイッチングを実現できる。
【００２２】
さらなる従属態様では、出力反射体が二次元圧電曲げ梁によって移動可能である。
【００２３】
さらなる従属態様では、出力ポートが、前記移動可能なポートに加えポートのパッシブアレイを組み込んでいる。これにより、パッシブアレイが適切に配置されると、出力ポートで捉えられなかったどのビームもパッシブアレイが捉えることができるようになる。
【００２４】
さらなる従属態様では、前記スイッチに回折格子が備えられている。これにより、スイッチを周波数選択スイッチとすることができる。
【００２５】
第２の広い独立態様において本発明は、支持構造に取り付けられている２つの二次元圧電曲げ梁を備えるアクチュエータであって、梁が共同で素子に作用し前記素子を配置するアクチュエータを提供する。これは特に、スイッチを作動させる前にコリメータを入力および出力アレイに正確に配置させるのに役立つ。
【００２６】
さらなる従属態様では、アクチュエータは、第１の広い独立態様で定義された光学スイッチの入力および／または出力ポートを配置するようになっている。
【００２７】
第３の広い独立態様において本発明は、使用時に適切な位置に固定される複数の入力ポートおよび複数の出力ポートと、入力ポートからビームを捉えて第２の反射構成の方向へビームを向ける第１の反射構成を備える光学スイッチであって、第２の反射構成は、前記第１の反射構成から出るビームを捉えてビームを出力ポートへ向け、前記反射構成の１つが移動可能であるとともに、その対応する固定された反射構成と連通し、第１および第２の反射構成の複数のペアが、選択された入力ポートから選択された出力ポートへビームを向けるように備えられている光学スイッチを提供する。
【００２８】
第４の広い独立態様において本発明は、複数の入力ポートおよび複数の出力ポートと、入力ポートからビームを捉えて第２のペリスコープ・プリズムの方向へビームを向ける前記第１のペリスコープ・プリズムを備える光学スイッチであって、第２のペリスコープ・プリズムは、前記第１のペリスコープ・プリズムから出るビームを捉えてビームを出力ポートへ向け、前記ペリスコープ・プリズムの１つが前記移動可能な光学素子であるとともに、その対応するペリスコープ・プリズムと連通し、選択された入力ポートから選択された出力ポートへビームを向ける光学スイッチを提供する。
【００２９】
第５の広い独立態様において本発明は、使用時に適切な位置に固定された複数の入力ポートと、前記入力ポートと光学連通する複数の出力ポートと、前記入力ポートから光ビームを受信し、前記ビームを前記出力ポートへ向ける第１の反射体とを備える光学スイッチであって、出力ポートまたは各出力ポートもまた反射体を組み込んでおり、前記反射体には、ビームが前記反射体を通過して前記出力ポートを通って出ることができる通路があり、ビームが１つ以上のさらに別の出力ポートに向けられる位置または入射するビームが前記反射体の通路を通って出ることが可能な位置のいずれかに、前記反射体のいずれかまたは両方を移動させるための手段が備えられている光学スイッチを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図１は、２で示されるような２４個の入力ポートおよび３で示されるような出力ポートを有し、全体を１で示す概念的な光学スイッチを示している。本実施形態において、ポートはロッドレンズコリメータを備え、コリメータは、４で示されるような対応するファイバに取り付けられている。使用時には、入力ポートも出力ポートも固定されている。実際には、スイッチを介して正確に光学連通させるために組み合わせる時に各ポートを調節するとよい。各出力ポート３は、対応する固定ペリスコープ・プリズムを有する。このプリズムは、それぞれ参照符号５、６、７および８（図ではプリズム８は最下部先端のみが見える）によって示されている。各ペリスコープ・プリズムは、参照符号６で示されるように、光を反射させて光の方向を変える対角面９および１０を組み込んでいる。さらに、ペリスコープ・プリズムは、長さが幅よりも何倍も長くなるように細長い形をしている。本実施形態において、固定プリズムは、対応する可動プリズム１１、１２、１３、１４および１５の長さのおよそ半分の長さである。可動プリズム１１は、ステッピングモータ１６の回転軸に対して垂直に延びる連結アーム１７を介してステッピングモータに取り付けられ連結されている。連結アーム１７は、プリズムのおよそ半分の位置の所でプリズムに取り付けられている。任意の入力ポートを選択できるように、プリズム１１の半径は弧状に並んだ入力ポートの弧の半径に対応するように示されている。
【００３１】
可動プリズムの下部先端およびこれに対応する固定プリズムは、光ビームが可動プリズムから固定プリズムを通って出力方向に向かうように、相互連通するよう重なって配置される。固定プリズムは、弧状に並んだ出力ポートの弧に対応する半径になるように選択される。固定プリズムの半径は、さらに小型化することができるように可動プリズムの半径とは異なるように選択される。
【００３２】
このような構成にすれば、どのように接続してもアーティクル・パック長（ａｒｔｉｃｌｅ  ｐａｃｋ  ｌｅｎｇｔｈ）を一定にすることができる。ペリスコープ・プリズムを用いると、この系の角度許容精度がプリズムによってそもそも厳しく制限されており、プリズム自体市販品としての製造も容易であることから、有利となる。さらに、プリズムの軸および半径の配置に光学パフォーマンスが左右されないことにも利点がある。必要なのは各プリズムの回転軸を同心にすることのみである。これは厳しい許容精度要件であるが、工業的に知られているように、ギアヘッド位置の許容精度を適用することで満たすことができる。
【００３３】
可能な作動モータの一例では、１２０：１精度のゼロバックラッシュ・ギアヘッドによって１回転あたり２０ステップ駆動するときに、マイクロステッピング無しで０．１５°のステップサイズを得ることができるようにすればよい。１２ｍｍ半径のアームプリズムを用いると、１ステップあたり３０ミクロンの移動になる。これによって、十分に細かい分解能および許容可能な損失寄与を有するシステムが提供される。
【００３４】
本実施形態の入力ポートは、１２ｍｍの弧半径で２ｍｍピッチの２４個のコリメータを組み込むことができる。プリズムは、１ｍｍ×１ｍｍ×１３ｍｍとすればよく、２つの４５°端面によるビーム変位が１２ｍｍとなる。ステッパのゼロポイントは、ホールセンサおよび小さい磁石を使用して、プリズムおよび磁石が通過する時に磁束変化を検出することで設定することもできる。
【００３５】
他にも可能と考えられるスイッチがある。例えば、複数のコリメータをそれぞれ組み込む入力ポートの弧および出力の弧を有するスイッチなどがある。各弧は、複数のコリメータ・ポートを支持できる。入力ポートも出力ポートも使用時には一旦固定されるように設計するとよい。入力および出力ポートの間に、２つの異なる種類の可動スイッチング素子を設けてもよい。１つの可動スイッチング素子に回転モータを備えさせ、そのシャフトを様々な角度位置に正確に駆動させるようにしてもよい。プリズムを受け取るのに適しているサイズおよび構成をもつスロットを組み込んだディスクを用いて、このシャフトを可動プリズムに取り付けることもできる。プリズムとの対角線上に先端に磁石の付いたアームをディスクに取り付けることもできる。回転子支持部材の下部に位置するホール効果センサの一部を磁石で形成してもよい。設定時間を減らし精度を向上させるために、ホール効果センサ構成の代わりに、各回転プリズムのシャフトにプリント基板ベースの誘導性または容量性エンコーダなどのエンコーディング装置を含めることもできる。
【００３６】
回転プリズムは、固定プリズムを通って光ビームをコリメータに伝える。コリメータと、向かい側のポート・アレイの中心コリメータとの連通は、１つの可動プリズム構成を用いるだけで確立することができる。本実施形態の中心コリメータは図には示されていないが、プリズムの回転軸に沿って正確に配置されることになる。
【００３７】
図に示された回転モータの代わりに、適切であればサーボモータを使用することもできる。スイッチを介した適切な回転を維持するために、５０％未満の効率のギアヘッドを用いたり、出力にフリクション・プレートを追加したり、あるいはブレーキを出すアクチュエータを出力に備えたりすることも想定される。さらに速い速度が必要な場合は、直接的な電気機械駆動（すなわち、ギアヘッドが無く、プリズムが直接シャフトに取り付けられている）を用いることもできる。また、超小型のアクチュエータを形成する圧電ディスク・モータを使用するか、あるいはプリズムが取り付けられた歯車またはディスクの端を駆動する圧電インチウォーム・アレイを用いることも想定される。
【００３８】
各コリメータは、コリメータの前部を固定する第１の屈曲プレートおよびコリメータの後部を固定する屈曲プレートに固定されてリング内に保持されることになる。コリメータは、屈曲部に適切に配置されたアイ部分を介して屈曲部に固定されることになる。屈曲部は中央リングと取り外し可能な前部リングとの間に狭持されるようにすればよく、同時に屈曲プレートは中央リングと後部リングとの間に狭持される。リングは、ねじ機構または他の適切な機構によって連結すればよい。各屈曲プレートには、２つのさらなるアイ部分のほか、屈曲プレートの上部の最外側領域に切り欠きを備えていてもよい。これらを用いてコリメータの配置をその支持構造に対して調整し、スイッチを介した光学連通を最適化することができる。
【００３９】
別のスイッチとして、蜜集した出力アレイに関連付けられている入力アレイを含んでもよい。第１のアレイの各コリメータは、もう一方のアレイの入力コリメータのいずれかから発せられるビームを捉えるように選択された半径を有する回転可能ペリスコープ・プリズムと連通する固定ペリスコープ・プリズムに対応させればよい。この入力アレイのコリメータは一連のプリズムの間に挟まれて、これによりスロット付きプリズムを形成することもできる。このため、ペリスコープ・プリズムがスイッチの軸の周りを回転するとき、コリメータの弧からの光ビームとプリズムの弧からの光ビームを交互に捉える。最大限に小型化するためには、ディスクの側面に実際のモータが配置されているギア式機構によって個々の可動ペリスコープ・プリズム・ディスクを駆動するとよい。
【００４０】
さらに別の光学スイッチでは、５個の出力ポートと共に動作するおよそ２４個の入力ポートを有するように構成されていてもよい。このポートには、２つの屈曲部を介してリング状の支持部材に支持されたファイバに取り付けられたロッドレンズコリメータを組み込めばよい。同じく他の各コリメータも、対応する支持構造に支持される。各出力ポートは、スイッチの中央の軸からの光ビームを捉えて出力ポートの方向にビームを反射するように配置され使用時に固定されるペリスコープ・プリズムと光学連通するものとすればよい。各固定プリズムは、スイッチの中央軸の周りを回転可能な可動プリズムと共に動作し、入力ポートのいずれかから発せられた光ビームを捉える。
【００４１】
ペリスコープ・プリズムを、回転ディスクに取り付けてもよい。回転ディスクは、適時ディスクが光ビームを横断することができるように、その最外周辺部に複数の開口部を備えていてもよい。ディスク駆動歯車がディスクに係合し、ステッピングモータのような回転モータの軸に直接取り付けられたウォームギアによって歯車自体が駆動されてもよい。歯車、ウォームギアおよび回転モータは共に動作するようにすればよい。スイッチは、５つの移動機構を組み込んでいてもよい。これらは、一連の縦の梁によって一緒に保持されればよい。各リングは、アイ部分のある複数の突出部を備え、適切なビームの入射を可能にすることができる。
【００４２】
スイッチは、モジュラ型に作られていてもよい。スイッチは、前述の５個のアクチュエータの代わりに２０個の中間アクチュエータを備えていてもよい。各アクチュエータには、ポートからの光ビームを捉えて、中央のスイッチの軸の方へ光を向けるプリズムが取り付けられた固定ディスクを組み込んでもよい。また、光をポートの方へ向けるように移動可能な第２のプリズムを有する移動可能ディスクを各アクチュエータが組み込んでいてもよい。個々のアクチュエータ・ユニットについては、端部支持ユニットの突出部がアクチュエータ・ユニットの突出部に係合するように、隣接するアクチュエータまたは端部支持構造に連動式に取り付けることもできる。
【００４３】
スイッチは、９６ポート×２０ポートを有するように設計することもできる。
【００４４】
図２は、作動されたプリズムのペアの別構成を示している。この構成では、２つのプリズムが共に駆動される。プリズム８６および８７は、軸８８が回転するにつれて回転する。第２のペアのプリズム８９および９０は、光学接着剤９１によって互いに結合されている。このシステムによって、破線９２および一点鎖線９３に示されるような光の屈折が可能となる。
【００４５】
スイッチおよびフィルタにおけるコリメータなどの光学素子では、光を効率的に結合させるために正確な配置が必要となる。図３は、互いにほぼ平行に位置する２つの二次元圧電アクチュエータである圧電アクチュエータ梁９４および９５の使用を示している。これらの梁は、最後端部で任意の適切な支持構造９６および９７に支持される。最前端部９８および９９の圧電梁は、それぞれ拡張ロッド１００および１０１に取り付けられている。拡張ロッド１０１は、周知の種類の二重屈曲構成を有するマウント１０３を介してコリメータ１０２に取り付けられている。可能な一実施形態における各二次元圧電梁は長さ３１ｍｍで、先端においてＸおよびＹの両方向に＋／−１２５ミクロンの移動が可能である。拡張ロッド１００は、例えば＋／−３７５ミクロンの移動になるようファイバを駆動するように設計することもできる。拡張ロッド１０１は長さ４６ｍｍで、コリメータの端部を駆動するようになっており、その先端では＋／−５００ミクロン    である。この構成によって、コリメータのファイバ端部周辺で、例えば＋／−０．２ｍｍの移動および＋／−０．３ｍｍ／１０ｍｍラジアンの傾きをもたらすことができる。光路が１３０ｍｍの場合、ＸおよびＹの両方向の範囲は＋／−４ｍｍとなり、パッシブコリメータアライメントで１００ｍｍ超の光路長（２ｍｒａｄまたは０．１２°）の場合に必要とされる＋／−２００ミクロンの精度を持つ。これは、例えば図４に示されるような１×１６スイッチに適している。
【００４６】
位置および角度の検出は、図で示されるセンサ・プレート１０４上の８個の電極のセットによって行なうことができる。これらは、信号発生器からの別々の信号によって起動することもできる。４個はコリメータの先端が貫通する穴の周辺にあり、他の４個は、コリメータひいてはセンサ出力増幅器に電気的に接続された金属プレート・センサ・リングに面したセンサ・プレートの平坦部にある。また、本発明は、スイッチを使用する前またはスイッチの稼働中にコリメータの位置を細かく調整するためのツールとして、例えば図３に示される種類の２つの二次元圧電アクチュエータの組み合わせを用いることも想定している。このようにペアにしておけば、各入力および出力リングが固定ポートの位置調整を順次行なうには十分となる。
【００４７】
図５、６および７は、Ｍ＋Ｎ個のコリメータに対してＭ個のアクチュエータのみを備える小型のＭ×Ｎスイッチのさらなる実施形態を示している。
【００４８】
スイッチ１０５は、１６個のイン／アウト・ポート１０６を備えており、各ポートがそれぞれコリメータおよびファイバを有している。これらのポートは、パッシブアレイの一部を形成している。このアレイから発せられるビームは、固定ミラー１０８の任意の点に焦点を合わせるために用いられるレンズ１０７を通過する。この固定ミラーは、凹部を有するミラーとして示されているが、実際には平坦なミラーでもよい。このミラーは、二次元圧電アクチュエータ１１０が（後ろにコリメータ付きのファイバのある）凹レンズの非金属化開口部１１１を配置させて、平坦なミラーから受ける各ビームを遮断することができるような形態で、凹型ミラー１０９に向かって光を屈折させる。開口部のコリメータ・プレートの方向に向かうビームが無い場合、ビームは固定ミラーの方向へ向きが変えられ次の凹レンズへ向けられる。ビームは固定ミラーと凹型ミラーとの間を行き来し、開口部が適切に配置されていれば、これらビームのうちのいずれかが開口部に受け取られる。どの開口部にも入射されなかった光ビームを捉えるには、固定コリメータのさらなるアレイを、最後の凹型ミラー１１２または固定ミラーと光学連通するように配置すればよい。凹レンズ／ファイバ・アセンブリは、アクチュエータの中心の周りにアセンブリを効率的に回転させる周知の種類の二次元圧電アクチュエータの端部に取り付けられる。ミラーの球面の中心をこの回転ポイントに合わせておき、スイッチによって選択されたビームに凹レンズの反射ビームの経路が関わらないようにする。ユーザが所望のスイッチ設定を選択できるように、二次元容量センサ・アレイ１１３を用いて光学素子の位置を感知し、制御電子回路１１４によって圧電アクチュエータに対するフィードバック・ループを形成することもできる。固定ミラー１０８は、可動ミラー１１１の焦点距離と等しい焦点距離を有する凹面のアレイである。示されているスイッチは、シングルモードファイバ（ＳＭＦ２８、１５５０ｎｍ）を有する４×１６スイッチである。アクチュエータの梁の長さは３ｌｍｍで、断面が１．５ｍｍ平方、固定ミラーと可動ミラーとの間の光路長は１５．５ｍｍとすることもできる。ミラー間の経路中心のビームウェストは、ラレー長さ７．７５ｍｍであり、ミラーにおけるガウスビームの直径は８０ミクロンである。ミラーにおける像と像との間隔は１６０ミクロンとすることもできる。アクチュエータのその端部での移動可能量は＋／−２４０ミクロンとすることもできる。可動ミラー全体の開口は１．３ｍｍ平方で、可動ミラーの有効口径は１６０ミクロン平方とすることもできる。ビーム・ミラー／アクチュエータのピッチは２ｍｍとすることもできる。出力コリメータの波面は、有効凹レンズおよび被覆のないミラーの厚さに合わせて調節とすることもできる。コリメータ・アレイ１０６は、第１の固定ミラーレンズ素子から２５ｍｍであり、０．２５ｍｍのピッチを有することもできる。ビームの直径は１２５ミクロンとすることもできる。レンズ１０７は、焦点距離２４ｍｍの屈折率の高い収束レンズとすることもできる。
【００４９】
本発明は、一次元のパッシブアライメントされたコリメータ・アレイに従来の一次元圧電アクチュエータおよびセンサを使用することも想定している。また、本発明は、作動されたポートにスイッチングされないビームをすべて集めるよう、出力コリメータのパッシブアレイと共に固定ミラーを使用することも想定している。このアレイの端部では必要に応じ、スイッチを介して残りのビームを入力コリメータへ反射して戻すことができる。
【００５０】
また、本発明は、固定されるが、固定ミラーの凹型ミラー素子を個々に傾動させることができる凹型のミラー／コリメータ・アセンブリの使用も想定している。これには、コリメータの周辺のミラーが、ミラーの中央の出力ファイバがアレイの像のどこにあってもアレイ像全体を反射するのに十分な開口部を有していることが必要となる。これは、同じ出力がスイッチングしていないポートで維持されている場合に、傾動するミラー素子が傾動した前のミラーの動作を補正して調節することが必要となる。作動されるミラーおよび出力ファイバのセットが同等であれば、固定ミラーの代わりとしてもよい。
【００５１】
ビームが固定ミラー上の同じ凹型素子に集中するようにパッシブコリメータ・アレイを１つ以上のコリメータの１次元垂直アレイに代え、そのあとに回折素子および適切な光学部品が続くようにしてもよい。これにより、多くのビームの中から所望の波長を取り出すシステムが得られる。非分散スイッチと同じく、同様の（光学／分散素子コリメータ）構成をスイッチの端部に取り付け、使用されていないビームを（複数の）ファイバに戻し集めることもできる。あるいは、回折格子および光学部品を再び使用するために、反射素子を用いスイッチを介して信号を戻し、スイッチングされなかった波長をファイバに渡すこともできる。
【００５２】
図６では、ファイバ・コリメータ１１５とミラー１１６とが組み立てられた状態で示されている。図７は、それぞれが側部平面図で示されるバック・ツー・バック・アクチュエータを示している。この構成では、第１の圧電梁１１７がミラー１１８に取り付けられ、第２の梁１１９が第２のミラー１２０に取り付けられている。使用時には、ミラーの配置が調整されると、どの光学ビームを開口部１２１に通過させるかをスイッチが選択し、残りのビームはミラー１１８またはその開口部１２２の方向へ屈折される。
【００５３】
図８は、５つの入力ポート１２４および３つの出力ポート１２５を備えたスイッチ１２３として本発明のさらなる実施形態を示しており、複数の滑動部１２６、１２７および１２８がコリメータ１２９、１３０および１３１を一末端部でそれぞれ固定するよう設けられている。これらのコリメータは、滑動駆動部Ｍ１、Ｍ２およびＭ３の作用により、それぞれの滑動部に従い移動される。よって、３つの出力コリメータを動かすことのできる適切なファイバ操作が得られるものと考えられる。各滑動部は、プリズム１３２、１３３および１３４をそれぞれ備える。プリズムは、入力コリメータから受信した光ビームを１２９などの出力コリメータへ屈折させるファセット１３５を有する構成になっている。プリズムの位置に応じて、入力コリメータから発せられる任意のビームを捉え、任意の適切な出力コリメータの方向へ向けさせることができる。
【００５４】
図９ａ、ｂ、ｃおよびｄは、直線滑動部が実装されたコリメータの２つのアレイ１３６および１３７が備えられている別の実施形態をそれぞれ示す図である。アレイ１３７のコリメータは、アレイ１３６のコリメータと面するように配置される。これらのアレイは、互いのなす角度が直角となる方向に直線的に滑動する。これにより、ポート１が例えばポート４と光学連通し、ポート４がポート５と連通し、ポート３がポート６と連通できるようになる（図９ｃを参照）。各コリメータの位置については、例えばポート１がポート５に連通し、ポート２がポート４に連通し、ポート３がポート６に連通するように調整すればよい。この構成によって、任意の入力ポートと出力ポートとの間に光学連通を生じさせることができ、スイッチを再設定する間にどのビームもブロックされないようにすることもできる。これにより、入力コリメータと出力コリメータとの間の光路長をほぼゼロにすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】ペリスコープ・プリズムを用いた本発明の第１の実施形態によるスイッチの斜視図である。
【図２】互いに移動可能なペリスコープ・プリズムのペアを用いた本発明のさらなる実施形態を示す図である。
【図３】光学スイッチで用いられる４軸のアクチュエータを示す図である。
【図４】１×１６スイッチで用いられる４軸アクチュエータの平面図である。
【図５】非対称スイッチの平面図である。
【図６】出力移動可能なミラーおよびコリメータの平面図である。
【図７】図５の非対称スイッチの別の実施形態を示す図である。
【図８】滑動スイッチの平面図である。
【図９】滑動ロッドを有するスイッチの別の実施形態を示す図である。
【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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【国際調査報告】
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