(57)【要約】【課題】光信号を効果的に集光して収差の影響を無くし、コストの低減を実現した光スイッチを提供する。【解決手段】光スイッチ１００は、予め放物面鏡３０ａの焦点が光ファイバ２０ａ，２０ｂ，２０ｃいずれかの端部内の中心の位置となるように反射集光部材３０を位置決めしておく。この状態で外部から光信号１０が伝送されると、放物面鏡３０ａで反射された光信号は、接続先となる光ファイバ２０ｂの端部内の中心に集光される。また接続先は、反射集光部材３０をスライド移動させることで容易に切り換えることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号が入射するための開口された端部を有する複数の光伝送路と、
外部から伝送された光信号を反射するとともに、前記光伝送路の端部に向けて集光する反射集光手段と、
前記反射集光手段により反射された光信号が集光する焦点の位置を、いずれかの前記光伝送路の端部内に設定するべく前記反射集光手段を移動させる光移動手段とを備えたことを特徴とする光スイッチ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光スイッチ装置において、
前記反射集光手段は、焦点の位置が前記光伝送路の端部内に設定された状態に配置された放物面鏡を含み、
前記光移動手段は、前記放物面鏡の焦点の位置を、いずれかの前記光伝送路の端部内に設定するべく前記放物面鏡をスライド移動させる駆動機構を含むことを特徴とする光スイッチ装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光スイッチ装置において、
前記複数の光伝送路は、開口された端部が同一面内にてマトリックス状に配列されていることする特徴とする光スイッチ装置。
【請求項４】
請求項１から３の何れかに記載の光スイッチ装置において、
前記各光伝送路の光軸に対し、前記反射集光手段により反射及び集光される光信号が入射する際の角度は、前記各光伝送路に固有の開口数に基づいて受光が許容される角度の範囲内に設定されていることを特徴とする光スイッチ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導入した光信号を複数の光伝送路のうちのいずれかに切り換えて伝送する光スイッチ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ファイバ等の複数の光伝送路（導波路）間で光信号の接続先（伝送先）を選択的に切り換える光スイッチにおいては、例えば外部から伝送された光信号を固定された平面のミラーで反射させ、この反射光をさらに可動式の平面ミラーで反射させて接続先となる光伝送路に入射させている。光スイッチの内部では、可動式のミラーが予め接続先となる光伝送路の端部（光ファイバ端面）に反射光を正対させる角度で位置決めされている。このため光スイッチは、光伝送路の端部に合わせて可動式のミラーの位置を変えることで、外部から伝送された光信号を複数の光伝送路の中から選択的に切り換えて接続することができる。
【０００３】
以下の特許文献１に記載されたマトリックス光スイッチは、マトリックスの各格子点に設けられた複数の可動ミラーと、マトリックスの各行および各列の延長線上に設けられた複数の入出力ポートとを備えている。この公知の光スイッチは、マトリックスの１つの側部に配置された入出力ポートから入射した信号光を可動ミラーによって直角方向に反射させ、この入出力ポートと直角を成す側部に配置された入出力ポートに入射させて光経路の切り替えを行っている。各入出力ポートは２つのコリメータレンズを有し、各コリメータレンズには光導波路が１本ずつ接続されている。２本の光導波路は、送受信が１対となった双方向の光経路として機能し、これら２本の光導波路に対しては、格子点のいずれか１つの可動ミラーを直立させることで双方向の光経路の切り替えを行っている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、別の特許文献２に記載された光スイッチでは、信号入力部の光ファイバアレイから出射された光信号を２枚のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラーで反射させ、信号出力部の光ファイバアレイに入射させている。このとき、ＭＥＭＳミラーの角度を適宜変更することにより、信号入力部の光ファイバから出射された光信号を、信号出力部の任意の光ファイバに入射させることができる。
【特許文献１】特開２００５−６２４７１号公報（図１）
【特許文献２】特開２００３−２４１００２号公報（図７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、例えば特許文献１に記載されたマトリックス光スイッチでは、各入出力ポートについて１つずつコリメータレンズを設置したり、マトリックスの各格子点に可動ミラーを設置したりするなど、数多くの部品を必要としているため、それだけコストが高くなるという問題がある。
【０００６】
また特許文献１，２に示されているように、一般に多くの光スイッチではコリメータレンズに凸レンズや球面レンズを用いており、この場合、レンズの中心部分と周辺部分とで光の収差が現れやすいし、波長が異なる複数種類の光信号を伝送すると、屈折率の違いによって収差が現れることがある。また、コリメータレンズと光導波路との間に間隙があると、収差の影響で光が漏れることにもなるという問題がある。
【０００７】
そこで本発明は、光信号を効果的に集光して収差の影響を無くし、コストの低減を実現することができる光スイッチ装置の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上のような課題を達成するために、本発明の光スイッチ装置は、光信号が入射するための開口された端部を有する複数の光伝送路と、外部から伝送された光信号を反射するとともに、前記光伝送路の端部に向けて集光する反射集光手段と、前記反射集光手段により反射された光信号が集光する焦点の位置を、いずれかの前記光伝送路の端部内に設定するべく前記反射集光手段を移動させる光移動手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の光スイッチ装置によれば、反射集光手段が光信号の反射とともに集光の機能を有するため、コリメータレンズ等の光学系部品を必要としない。このため、複数ある光伝送路の１つ１つにコリメータレンズを配置することなく、反射集光手段によって反射及び集光された光信号をそのまま光伝送路に導入することができる。また本発明の光スイッチ装置では、光移動手段でいずれかの光伝送路の開口された端部内に反射光の焦点を設定することで、光信号の接続先となる伝送経路を選択的に切り換えることができる。特に本発明ではコリメータレンズを使用しないため、収差の影響を受けることなく光信号を効率的に集光して伝送することができる。また、複数の光伝送路に応じて多数のコリメータレンズやミラー等の部品を必要としないため、それだけコストの低減を実現することができる。
上述の光スイッチ装置において、前記反射集光手段は、焦点の位置が前記光伝送路の端部内に設定された状態に配置された放物面鏡を含むものであり、前記光移動手段は、前記放物面鏡の焦点の位置を、いずれかの前記光伝送路の端部内に設定するべく前記放物面鏡をスライド移動させる駆動機構を含むものであってもよい。
【００１０】
このような構成により、放物面鏡を用いて外部から伝送された光信号を反射及び集光することで、その焦点の位置に端部の位置が対応する光伝送路に対して光信号を入射させることができる。放物面鏡は、その光軸に対して直角な方向に並行移動すると、それに合わせて焦点の位置が平行移動する。このため、複数の光伝送路が端部を連ねて配列されている場合、その配列方向に放物面鏡を平行移動させるだけで、光信号の接続先となる光伝送路を容易に切り換えることができる。
【００１１】
更に、上述の光スイッチ装置において、複数の光伝送路は、開口された端部が同一面内にてマトリックス状に配列されていても良い。このような構成により、マトリックス状に配列された複数の光伝送路に対して、放物面鏡を２軸方向（光伝送路の端部が配列された面と平行な方向）にスライド移動させるだけで容易に伝送経路を切り換えることができる。
【００１２】
なお本発明の光スイッチ装置では、前記各光伝送路の光軸に対し、前記反射集光手段により反射及び集光される光信号が入射する際の角度は、前記各光伝送路に固有の開口数に基づいて受光が許容される角度の範囲内に設定されている。この場合、開口数に規定された範囲内で各光伝送路に対して光信号を効率的に入射させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の光スイッチ装置によれば、光学的な収差の影響を排除して光信号を効率的に集光することができる。また、コリメータレンズ等の光学部品を必要とせず、それだけコストの低減を実現することができる。
【００１４】
また本発明では、複数ある光伝送路の切り換え（スイッチング動作）を放物面鏡等の単純移動だけで実現可能であり、機械的な構造を簡素にすることができるため、それだけ光ファイバの他芯化が容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００１６】
〔第１実施形態〕
図１は第１実施形態としての光スイッチ１００の全体構成を示す説明図である。光スイッチ１００は複数の光ファイバ２０ａ，２０ｂ，２０ｃを備え、いずれかの光ファイバ２０ａ，２０ｂ，２０ｃに対し、外部から伝送されて入射した光信号１０を選択操作等により切り換えて伝送することができる。なお、ここでは３本の光ファイバ２０ａ，２０ｂ，２０ｃを例示しているのみであるが、これ以外に多数の光ファイバが設けられていてもよい。
【００１７】
光ファイバ２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、例えば公知の光ファイバケーブル等を用いた光信号（図中参照符号１０）を伝送可能な光伝送路（光導波路）である。個々の光ファイバ２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、反射集光部材３０に対向する一端部が切り取られること等によって光信号が入射できるように開口されている。また各光ファイバ２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、開口された端部（受光面）が反射集光部材３０に対向した状態で図中の縦方向に並ぶように配列されている。
【００１８】
光スイッチ１００は、外部から入射した光信号１０を反射するとともに光ファイバ２０ａ，２０ｂ，２０ｃのうちのいずれかの端部に集光する反射集光部材３０を備えている。図２中（Ａ）は反射集光部材３０の構成を示す斜視図である。反射集光部材３０は、光スイッチ１００に入射された光信号１０とともに、光ファイバ２０ａ，２０ｂ，２０ｃの端部に対向するように放物面鏡３０ａが設けられている。
【００１９】
図２中（Ｂ），（Ｃ）は、図２中（Ａ）に示す反射集光部材３０をそれぞれ図中の矢印Ｂ方向及び矢印Ｃ方向から見た構成図である。この放物面鏡３０ａは、例えば回転放物面を有するブロック状部材を４分割したうちの１つを鏡面加工したものである。このときブロック状部材の分割線は、放物面鏡３０ａの光軸をＺ軸としたとき、このＺ軸に対してそれぞれ直角な開きをなし、かつ互いに直交する２軸（Ｙ軸，Ｘ軸）に沿うものとなる。反射集光部材３０は、その放物面鏡３０ａにより光を反射して集光する焦点が光ファイバ２０ａ，２０ｂ，２０ｃの端部を並べた平面上に位置するべく配置されている。
【００２０】
また反射集光部材３０は、図示しないモータを用いた駆動機構により上下方向にスライド移動し、光ファイバ２０ａ，２０ｂ，２０ｃのうちのいずれかの端部内の中心に焦点を設定することができる。これにより反射集光部材３０は、光信号１０の平行光を反射及び集光していずれかの光ファイバ２０ａ，２０ｂ，２０ｃに入射させ、接続先となる伝送経路を切り換えることができる。なお駆動機構には、例えばフィードスクリューとナットの組み合わせや、ラックとピニオンの組み合わせ等、公知のものを適用することができる。
【００２１】
ここで、光ファイバ２０ａ，２０ｂ，２０ｃのうちのいずれかの端部内の中心に焦点を設定する際には、放物面鏡３０ａで反射された光の入射する角度が開口数ＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）以下となるように光ファイバ２０ａ，２０ｂ，２０ｃと反射集光部材３０との相対的な位置関係が調整されている。
【００２２】
続いて、第１実施形態における光スイッチ１００の動作について説明する。図３は、光スイッチ１００の動作例を説明するための説明図である。まず、光スイッチ１００は、予め光スイッチ１００を制御する制御部（図示されていない）からの選択操作により反射集光部材３０が位置決めされている。例えば図３に示すように、反射集光部材３０は、その放物面鏡３０ａの焦点（幾何学的に決まる点）が１つの光ファイバ２０ｂの端部内の中心に位置する状態で位置決めされている。
【００２３】
この状態で外部から光信号１０が伝送されると、この光信号１０は放物面鏡３０ａにより反射され、光ファイバ２０ｂの端部内の中心に集光される。そして光信号１０は、光ファイバ２０ｂの端部を通じて入射し、光ファイバ２０ｂ内を伝送される。
【００２４】
光スイッチ１００が接続先を別の光ファイバ２０ｃに切り換える場合には、放物面鏡３０ａの焦点が光ファイバ２０ｃの端部内の中心に位置するところまで反射集光部材３０をスライド移動させて位置決めしておく。この状態で光信号１０を放物面鏡３０ａにより反射させると、今度は光ファイバ２０ｂの端部内の中心に光信号が集光するので、接続先を光ファイバ２０ｂに切り換えることができる。
【００２５】
以下同様に、接続先となる光ファイバ２０ａ〜２０ｃの端部内の中心に合わせて反射集光部材３０の位置を調整することで、接続先となる光ファイバ２０ａ〜２０ｃを選択的に切り換えることができる。
【００２６】
このように第１実施形態の光スイッチ１００は、コリメータレンズ等の光学部品を使用することなく、反射集光部材３０の平行移動だけで伝送経路を容易に切り換えることができる。したがって、従来のように複数の伝送経路に応じて１つずつコリメータレンズや反射ミラー等を配置する必要がなく、それだけ部品点数を削減することができるため、大幅なコストの低減を実現することができる。
【００２７】
また第１実施形態の光スイッチ１００では、光信号の集光に際して凸レンズや球面レンズ等のコリメータレンズを使用しないので、収差が現れることがない。このため、収差の影響を受けることなく効率的に光信号１０を集光して伝送することができる。
【００２８】
〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態について説明する。なお、以下の説明では第１実施形態と共通する事項については図示とともに共通の符号を付し、重複した説明を省略するものとする。
【００２９】
第１実施形態では、光ファイバ２０ａ，２０ｂ，２０ｃが一方向（縦方向）に並ぶように配列されていたが、第２実施形態では、更に光ファイバ２０ｄ，２０ｅ，２０ｆ，２０ｇ，２０ｈ，２０ｉを用いて、各端部が反射集光部材３０に対向した状態で縦方向及び横方向にマトリックス状に並ぶように配列されているものとする。
【００３０】
図４は、光ファイバ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆ，２０ｇ，２０ｈ，２０ｉがマトリックス状に配列された様子を斜め上方から見た説明図である。このような構成においても、反射集光部材３０を駆動機構により上下左右（図中Ｘ軸方向，Ｙ軸方向）の２軸方向にスライド移動させることで、いずれかの光ファイバ２０ａ〜２０ｉの端部内の中心に放物面鏡３０ａの焦点を設定することにより、接続先となる伝送経路を切り換えて光信号１０を伝送することが可能である。
【００３１】
第２実施形態では、反射集光部材３０を２軸方向に移動させるため、各軸方向について個別の駆動機構が用いられている。このような駆動機構は、光ファイバ２０ａ〜２０ｉの端部が配列された同一の平面に対して平行な面に沿って反射集光部材３０を平行移動（２次元）させることができる。
【００３２】
図５は、第２実施形態における反射集光部材３０の動作例を示した平面図である。第２実施形態において、先ず縦方向に３列をなして配置された光ファイバ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ、又は光ファイバ２０ｄ，２０ｅ，２０ｆ、あるいは光ファイバ２０ｇ，２０ｈ，２０ｉについて光信号の接続先を切り換える場合、放物面鏡３０ａの焦点の位置をいずれかの縦列の中心線（図５の例では光ファイバ２０ａ〜２０ｃの列）に対して位置決めする。この場合、図４中のＸ軸方向に反射集光部材３０をスライド移動させてその位置決めを行う。
【００３３】
そしてこの後、第１実施形態と同様に縦方向に反射集光部材３０をスライド移動させて位置決めする（図３参照）。これにより、各縦列の光ファイバのいずれかを接続先として選択的に切り換えることができる。
【００３４】
一方、第２実施形態において横方向に３列をなして配置された光ファイバ２０ａ，２０ｄ，２０ｇ（上段）、又は光ファイバ２０ｂ，２０ｅ，２０ｈ（中段）、あるいは光ファイバ２０ｃ，２０ｆ，２０ｉ（下段）について光信号の接続先を切り換える場合、先ず放物面鏡３０ａの焦点の位置をいずれかの横列の中心線に対して位置決めする。この場合、図４中のＹ軸方向に反射集光部材３０をスライド移動させてその位置決めを行う（図３参照）。
【００３５】
そしてこの後、横方向に反射集光部材３０をスライド移動させて位置決めすることで、各横列の光ファイバのいずれかを接続先として選択的に切り換えることができる。
【００３６】
さらに第２実施形態においては、反射集光部材３０を２軸方向（Ｘ軸及びＹ軸）に組み合わせてスライド移動させることにより、マトリックス状に配列された光ファイバ２０ａ〜２０ｉの任意の１つを接続先として選択することができる。
【００３７】
本発明は上述した各実施形態に制約されることなく、種々の変形を伴って実施することができる。例えば、放物面鏡は回転放物面の４分の１より大きい面積を有するものであってもよい。
【００３８】
また、各実施形態では連続した回転放物面を用いて光信号の反射及び集光を行っているが、多数の微細な平面鏡を回転放物面に沿って配置することで、全体として放物面鏡として機能する反射集光領域を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】第１実施形態の光スイッチの構成を示す説明図である。
【図２】第１実施形態の光スイッチの反射集光部材の構成を示す説明図である。
【図３】第１実施形態の光スイッチの動作例を示す説明図である。
【図４】第２実施形態の光スイッチの構成を示す斜視図である。
【図５】第２実施形態の光スイッチの動作例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０      光信号
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ  光ファイバ
２０ｄ，２０ｅ，２０ｆ  光ファイバ
２０ｇ，２０ｈ，２０ｉ  光ファイバ
３０      反射集光部材
３０ａ    放物面鏡
１００    光スイッチ
【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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