(57)【要約】【課題】複数の光ファイバからなる光路のうち光通信上必要な光路の長さを等しくする。【解決手段】非等間隔で平行な光ファイバ２〜５をＡＤＤ、ＯＵＴ、ＩＮ、ＤＲＯＰと設定し、アド・ドロップ用途とする。光ファイバ２から固定ミラー６ａと可動ミラー７ａを介して光ファイバ３に至る光路長Ａ＋２ＥのＡＤＤ−ＯＵＴ光路と、光ファイバ４から可動ミラー７ｂと固定ミラー６ｄを介して光ファイバ５に至る光路長Ｃ＋２ＥのＩＮ−ＤＲＯＰ光路が形成される。可動ミラー７ａ，７ｂが退避すると、光ファイバ２から固定ミラー６ａと６ｄを介して光ファイバ５に至る光路長Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋２ＥのＡＤＤ−ＤＲＯＰ光路と、光ファイバ４から固定ミラー６ｃと６ｂを介して光ファイバ３に至る光路長Ｂ＋２Ｄ＋２ＥのＩＮ−ＯＵＴ光路が形成される。Ａ＝Ｃ＝Ｂ＋２ＤとしてＡＤＤ−ＤＲＯＰ以外の３光路を同じ長さにする。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非等間隔で平行に配列されている複数の光ファイバと、
前記複数の光ファイバの前方に位置して、第１の光ファイバから出射されたビームを第２の光ファイバに導くことができる固定ミラー手段と、
前記複数の光ファイバの前方に進入および退出可能であり、前記光ファイバの前方に進入したときに、前記第１の光ファイバから出射されたビームを第３の光ファイバに導いて、前記固定ミラー手段によって構成可能な前記第１の光ファイバから前記第２の光ファイバに至る光路と実質的に同じ長さの光路を形成することができる可動ミラー手段とを有する光スイッチ。
【請求項２】
前記複数の光ファイバの前方に位置して、第４の光ファイバから出射されたビームを前記第３の光ファイバに導くことができる他の固定ミラー手段と、
前記複数の光ファイバの前方に進入および退出可能であり、前記光ファイバの前方に進入したときに、前記第４の光ファイバから出射されたビームを前記第２の光ファイバに導くことができる他の可動ミラー手段とをさらに有する、請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項３】
前記他の固定ミラー手段により構成される前記第４の光ファイバから前記第３の光ファイバに至る光路と、前記他の可動ミラー手段により構成される前記第４の光ファイバから前記第２の光ファイバに至る光路の、いずれか一方または両方は、前記固定ミラー手段により構成される前記第１の光ファイバから前記第２の光ファイバに至る光路および前記可動ミラー手段により構成される前記第１の光ファイバから前記第３の光ファイバに至る光路と、実質的に同じ長さである、請求項２に記載の光スイッチ。
【請求項４】
アド・ドロップ方式の光通信に用いられ、前記第１の光ファイバがインと設定され、前記第２の光ファイバおよび前記第３の光ファイバのうちの一方がアウト、他方がドロップと設定され、前記第４の光ファイバがアドと設定される、請求項３に記載の光スイッチ。
【請求項５】
アドと設定された前記第４の光ファイバから、ドロップと設定された前記第２または第３の光ファイバに至る光路のみが、他の光路と長さが異なっている、請求項４に記載の光スイッチ。
【請求項６】
アドと設定された前記第４の光ファイバから、ドロップと設定された前記第２または第３の光ファイバに至る光路は、途中で遮断されている、請求項４に記載の光スイッチ。
【請求項７】
前記固定ミラー手段および前記他の固定ミラー手段は、少なくとも合計４つの固定ミラーを含み、前記可動ミラー手段および前記他の可動ミラー手段は、前記複数の光ファイバの前方に進入または退出するように同時に移動可能な、少なくとも合計４つの可動ミラーを含んでいる、請求項３〜６のいずれか１項に記載の光スイッチ。
【請求項８】
前記固定ミラー手段および前記他の固定ミラー手段は、少なくとも合計４つの固定ミラーを含み、前記可動ミラー手段および前記他の可動ミラー手段は、前記複数の光ファイバの前方に進入または退出するように同時に移動可能であり、前記固定ミラーのいずれかと協働して前記光路を構成可能である合計２つの可動ミラーを含んでいる、請求項３〜６のいずれか１項に記載の光スイッチ。
【請求項９】
前記可動ミラーおよび前記固定ミラーは、それぞれ１つのビームの反射のみが可能である、請求項７または８に記載の光スイッチ。
【請求項１０】
前記可動ミラーおよび前記固定ミラーは、前記光路を構成するのに必要な、ビームを反射すべき部分と同数だけ設けられており、前記可動ミラーはビーム径の３倍以下の大きさに形成されている、請求項９に記載の光スイッチ。
【請求項１１】
全ての前記ミラーが前記光ファイバの光軸に対して４５度の角度に配置されている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光スイッチ。
【請求項１２】
前記光ファイバと前記ミラーとの間に、前記光ファイバ内を伝播してきた前記ビームを集光する、または平行光とするレンズ機能部品が配置されている、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の光スイッチ。
【請求項１３】
前記可動ミラーの、光路中への進入量および退出量を制御することにより、前記光ファイバから出射されたビームが前記光ファイバと光路を形成している他の光ファイバへ結合する光量を調節可能である、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の光スイッチ。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の複数の光スイッチが、前記光ファイバが並列に配列された面内において、光軸が略平行になるように配置されている光スイッチ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光スイッチおよび光スイッチ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光通信分野などにおいて様々な光学デバイスが使用されており、例えば、光ファイバ伝送路の光路の切り換えや遮断を行う光スイッチ装置として、複数の光ファイバとミラーを有する構成のものがある。
【０００３】
図１１，１２に示すように、基板２１上に複数の光ファイバ２２ａ〜２２ｄが平行に整列し、それらの先端部の前方に、２つの反射面（ミラー）２３ａ，２３ｂを組み合わせた可動反射部材２３が、図示しないカンチレバーにより上下動可能に配置されている構成の光スイッチ装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。図示しないが、この構成では、カンチレバーに磁性体が設けられ、基板２１の下方に電磁石が設けられている。そして、電磁石の作動によってカンチレバーを上下させて、可動反射部材２３が光ファイバ２２ｂ，２２ｃの先端の前方に進入した状態とそこから退出した状態とを切り換えることができる。可動反射部材２３が光ファイバ２２ｂ，２２ｃの先端の前方に進入した状態では、反射面２３ａ，２３ｂが光ファイバ２２ａ，２２ｃからのビームの光路中に位置するため、固定されている反射面２４ａ，２４ｂと協働して、光ファイバ２２ａから光ファイバ２２ｂへの光路と、光ファイバ２２ｃから光ファイバ２２ｄへの光路が形成される。これに対し、可動反射部材２３が光ファイバ２２ｂ，２２ｃの先端の前方から退出した状態では、反射面２３ａ，２３ｂが光ファイバ２２ａ，２２ｃの光路中に位置せず、その奥に固定されている反射面２４ａ，２４ｂが用いられて、光ファイバ２２ａから光ファイバ２２ｄへの光路と、光ファイバ２２ｃから光ファイバ２２ｂへの光路が形成される。このようにして、光ファイバの光路を切り換えられる光スイッチが構成されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１３７１７７号公報（段落［００１７］〜［００２７］、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記した従来の構成では、光ファイバ２２ａ〜２２ｄは等間隔（ピッチＡ）で平行に配列されている。これは、光ファイバ２２ａ〜２２ｄの保持構成を簡単にできるという利点を有している。ところが、このように等間隔で平行に並んでいる光ファイバ２２ａ〜２２ｄの前方に可動の反射板２３ａ，２３ｂと固定の反射板２４ａ，２４ｂを配置した構成では、光路切り換え時の光路長差が大きくなる可能性がある。すなわち、図１２に示すように、反射板２３ａ，２３ｂが挿入されている場合の、光ファイバ２２ａから光ファイバ２２ｂへの光路と光ファイバ２２ｃから光ファイバ２２ｄへの光路が、反射板２３ａ，２３ｂが挿入されていない場合の、光ファイバ２２ａから光ファイバ２２ｄへの光路と光ファイバ２２ｃから光ファイバ２２ｂへの光路に比べて長さが異なっている。具体的には、光ファイバ２２ａから光ファイバ２２ｂへの端部間の光路長はＥ＋Ａ＋Ｅ＝Ａ＋２Ｅであり、光ファイバ２２ｃから光ファイバ２２ｄへの端部間の光路長もＥ＋Ａ＋Ｅ＝Ａ＋２Ｅであるが、光ファイバ２２ａから光ファイバ２２ｄへの端部間の光路長はＥ＋Ａ＋Ａ＋Ａ＋Ｅ＝３Ａ＋２Ｅであり、光ファイバ２２ｃから光ファイバ２２ｂへの端部間の光路長はＥ＋Ｄ＋Ａ＋Ｄ＋Ｅ＝Ａ＋２Ｄ＋２Ｅである。このように、光スイッチによる切り換えの前後で光路長に大きな差が出てしまう。
【０００６】
光スイッチなどの光学デバイスには、グレーデッドインデックス型光ファイバを備えた比較的小径のファイバコリメータが用いられる場合が多く、ファイバコリメータから出射される光は、一旦収束した後で再び広がって進行する。一例として、表１および図１３，１４に、出射された光の進行の様子を示しているように、光ファイバの端面からの距離に応じてビーム径は変動する。
【０００７】
【表１】
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【０００８】
そこでこのファイバコリメータを光学デバイスに組み込む場合には、光の収束と拡がりの状態に基づいて、光学的に接続される１対のファイバコリメータを、それらの端部間の間隔が最適になるような位置関係に配置することによって、結合効率が最も良い状態に保つことができる。すなわち、出射側と入射側に同じファイバコリメータを用いる場合、中間地点において焦点を持つようにファイバコリメータを設定することが好ましい。
【０００９】
このようにして光学デバイス内のファイバコリメータの設置位置は決められるが、図１２に示すような構成の場合、例えば、切り換え前の光路の光路長（Ａ＋２Ｅ）が最適になるように光ファイバを配置した場合、切り換え後の光路の光路長（３Ａ＋２Ｅ、Ａ＋２Ｄ＋２Ｅ）では、ビーム径が太くなり過ぎた状態など光の状態が不適当なまま、もう一方の光ファイバに入射する構成になる可能性が高い。その場合、光の損失が大きくなる。
【００１０】
ここで、１対の光ファイバ間の間隔と結合効率との関係について説明する。一方（左側）の光ファイバからのビームが焦点を結ぶ位置（ビーム半径が最小の１６．６μｍになる位置）を０μｍとして距離を表示し、もう一方（右側）の光ファイバの先端面の位置を変えた場合について図１５（ａ）〜（ｃ）に示している。ここで、両光ファイバからの焦点位置が一致するかどうかという観点で考えると、以下に示すマーカスの式によって結合効率が求められる。
【００１１】
【数１】
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【００１２】
このマーカスの式に基づいて結合効率を求め、さらに損失を算出した結果を表２および図１６に示す。ここでは、一例として、半径約５０μｍのビームを出射し、出射端から２５０μｍの距離で焦点を結ぶ、すなわちビーム径が最小となるＢＷ（Ｂｅａｍ  Ｗａｉｓｔ）点となるように設定された、屈折率分布定数が３．５で直径が１２５μｍ（コア径が１００μｍ）のファイバコリメータを用いている。
【００１３】
【表２】
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【００１４】
これらの結果から明らかなように、図１５（ａ）に示すように、両光ファイバの焦点（ＢＷ点）を一致させるため、先端部間の間隔が５００μｍになるように配置した場合に、最も結合効率がよく損失が少なくなるが、両光ファイバの間隔が僅かに狂っただけでも、結合効率が大幅に低下し損失が増大する。例えば、図１５（ｂ）に示すように、出射側（左側）の光ファイバを固定したままで、入射側（右側）の光ファイバを１００μｍ遠ざけると、結合効率は５４．２％にまで低下する。図１５（ｃ）に示すように、一方（左側）の光ファイバを固定したままで、他方（右側）の光ファイバを１００μｍ近づけた場合でも、結合効率は７３．１％に低下する。損失を０．５ｄＢ以下に抑えるためには、＋２５μｍ〜−５０μｍの範囲で光学的結合するように両光ファイバを配置する必要がある。
【００１５】
このように、光学的に接続される光ファイバ間の間隔が数十μｍ変動しただけでも結合効率が大きく低下し損失が増大するので、前記の通り、光スイッチの切り換えの前後で光路長が変わるような構成であると、切り換え前の光路または切り換え後の光路のいずれか一方は高結合効率で良好な光の伝播が行えても、他方は結合効率が低く光の伝播が不良になる可能性が高い。
【００１６】
また、図１１，１２に示す従来の構成では、固定側の反射板２４ａが光ファイバ２２ａと２２ｂの前方に位置してビームの反射を行い、反射板２４ｂが光ファイバ２２ｃと２２ｄの前方に位置してビームの反射を行うために、反射板２４ａ，２４ｂは比較的大面積である必要がある。さらに、可動の反射板２３ａ，２３ｂは可動反射部材２３としてユニット化されているために大型化している。このように、反射板（ミラー）の配置される領域が大きくなるため、必然的に、光ファイバ２２ａ，２２ｃから出射して反射板に到達するまでの距離が長くなり、それによって光ファイバ２２ｂ，２２ｄに至るまでの光路長が長くなる。光路長が長くなると、光ファイバ２２ａ〜２２ｄおよび反射板２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂの位置や角度の相対的なずれが、たとえ微小であっても大きな影響を及ぼすようになり、光の損失が大きくなる。そのことは非常に精緻で煩雑な組立作業を必要とすることを意味する。また、可動反射板２３が大型であるため、その駆動手段であるカンチレバーの大型化や電磁石の高出力化を必要とするとともに、共振周波数が低くなって、切り換え速度を遅くせざるを得ず高速光通信に適さなくなるおそれがある。さらに、結果的に光スイッチ全体が大型化するため、１枚のウエハから製造できる光スイッチの個数が少なくなるため、製造コストの上昇を招くという問題がある。
【００１７】
また、従来の光スイッチの用途は光路の切り換えに限定されていたが、光通信には、光路切り換え機能部品の他に、光量を減衰させる機能を持つ部品が必要である。これら作用の異なる機能部品を使用する場合、形状が異なることにより、整列させることができず、設置面積を小さくできなかったり、構成が異なることにより、使用する部品および製造工程が異なり、コストを抑えられないといった問題があった。
【００１８】
そこで本発明の目的は、複数の光ファイバからなる光路のうち少なくとも光通信上必要な光路の光路長差をできるだけ小さくするとともに、ミラーの設けられている領域を小型化し、光路長を短くした光スイッチを提供することにある。さらに、本発明のもう１つの目的は、１つの光スイッチが複数の機能を有することにより、異なる作用を示す機能部品を整列させることが可能となり設置面積を小さくする、また、同一部品を用いることや同一工程の作製が可能となり、コストを抑えた光スイッチを提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴は、非等間隔で平行に配列されている複数の光ファイバと、複数の光ファイバの前方に位置して、第１の光ファイバから出射されたビームを第２の光ファイバに導くことができる固定ミラー手段と、複数の光ファイバの前方に進入および退出可能であり、光ファイバの前方に進入したときに、第１の光ファイバから出射されたビームを第３の光ファイバに導いて、固定ミラー手段によって構成可能な第１の光ファイバから第２の光ファイバに至る光路と実質的に同じ長さの光路を形成することができる可動ミラー手段とを有するところにある。そして、複数の光ファイバの前方に位置して、第４の光ファイバから出射されたビームを第３の光ファイバに導くことができる他の固定ミラー手段と、複数の光ファイバの前方に進入および退出可能であり、光ファイバの前方に進入したときに、第４の光ファイバから出射されたビームを前記第２の光ファイバに導くことができる他の可動ミラー手段とをさらに有することが好ましく、他の固定ミラー手段により構成される第４の光ファイバから第３の光ファイバに至る光路と、他の可動ミラー手段により構成される第４の光ファイバから第２の光ファイバに至る光路の、いずれか一方または両方は、固定ミラー手段により構成される第１の光ファイバから第２の光ファイバに至る光路および可動ミラー手段により構成される第１の光ファイバから第３の光ファイバに至る光路と、実質的に同じ長さであることが好ましい。
【００２０】
このような構成では、各光ファイバの組み合わせによって構成可能な光路のうちの全て、または１つを除いて全てが、光路長が等しくなるように設定されており、これらの光路について、光の良好な伝播状態が確保できる。
【００２１】
アド・ドロップ方式の光通信に用いられる場合、第１の光ファイバがインと設定され、第２の光ファイバおよび第３の光ファイバのうちの一方がアウト、他方がドロップと設定され、第４の光ファイバがアドと設定されるとよい。その場合、アドと設定された第４の光ファイバから、ドロップと設定された第２または第３の光ファイバに至る光路のみが、他の光路と長さが異なっていてもよい。また、アドと設定された第４の光ファイバから、ドロップと設定された第２または第３の光ファイバに至る光路は、途中で遮断されていてもよい。一般に、アド・ドロップ方式の光通信においては、１つの光路（アド−ドロップの光路）のみは光の伝播状態が悪くても問題にならないので、本発明を適用するのに特に適している。
【００２２】
固定ミラー手段および他の固定ミラー手段は、少なくとも合計４つの固定ミラーを含み、可動ミラー手段および他の可動ミラー手段は、複数の光ファイバの前方に進入または退出するように同時に移動可能な、少なくとも合計４つの可動ミラーを含んでいる。または、固定ミラー手段および他の固定ミラー手段は、少なくとも合計４つの固定ミラーを含み、可動ミラー手段および他の可動ミラー手段は、複数の光ファイバの前方に進入または退出するように同時に移動可能であり、固定ミラーのいずれかと協働して光路を構成可能である合計２つの可動ミラーを含んでいる。
【００２３】
また、本発明は、複数の光ファイバと、１対の光ファイバの端部間が光学的に接続されることによって構成される光路を、複数の光ファイバの光学的接続の組み合わせを変えることによって、異なる光路に切り換え得る切り換え手段とを有し、複数の光ファイバは、非等間隔で平行に配列され、切り換え手段によって切り換えられる様々な光路の光ファイバの端部間の経路が、全て実質的に同じ長さになるような相対位置関係に配置された構成であってもよい。
【００２４】
または、複数の光ファイバは、非等間隔で平行に配列され、切り換え手段によって切り換えられる様々な光路の光ファイバの端部間の経路が、１つの光路を除いてその他は全て実質的に同じ長さになるような相対位置関係に配置された構成にすることもできる。その場合、アド・ドロップ方式の光通信に用いられるために、少なくとも、アド、ドロップ、イン、およびアウトとしてそれぞれ使用される４本の光ファイバを有し、複数の光ファイバは、アドとして使用される光ファイバとドロップとして使用される光ファイバとからなる光路を除いて、その他の光路（すなわち、イン−アウト、イン−ドロップ、アド−アウトの３つの光路）の光ファイバの端部間の経路が実質的に同じ長さになるような相対位置関係に配置されていてもよい。
【００２５】
これらの構成でも、前記したのと同様に、各光ファイバの組み合わせによって構成可能な光路のうちの全て、または１つを除いて全てが、光路長が等しくなるように設定されており、これらの光路について、光の良好な伝播状態が確保できる。
【００２６】
切り換え手段は可動ミラーと固定ミラーを含み、可動ミラーが光ファイバの光軸上の位置と光軸外の位置とを移動することによって光路の切り換えを行うものであってもよい。
【００２７】
以上説明した本発明の各構成において、可動ミラーおよび固定ミラーは、それぞれ１つのビームの反射のみが可能であり、可動ミラーおよび固定ミラーは、前記光路を構成するのに必要な、ビームを反射すべき部分と同数だけ設けられており、可動ミラーはビーム径の３倍以下の大きさに形成されているのが好ましい。このような構成では、各ミラーを小型化でき、ミラー配置領域を小さくできるので、それに伴って光ファイバの先端部をより近接させて、光路長を短くすることができる。それによって、光ファイバおよび各ミラーの位置や角度のずれに対する許容範囲が大きくなる。さらに、可動ミラーが小型であるため、可動部全体を小型軽量化して、共振周波数を高くしてスイッチング速度を速くすることができる。また、電磁石などの駆動手段の出力を小さく抑えることも可能である。さらに、全てのミラーが光ファイバの光軸に対して４５度の角度に配置されていることが好ましい。これによって、ミラーの光軸に対する角度が均一化され、調芯などの光学的調整が容易になり、製造工程におけるばらつきを小さく抑えることができる。
【００２８】
また、本発明により、可動ミラーを電磁アクチュエータまたは静電アクチュエータを用いて高精度に位置制御することにより、光の伝播量を任意に変化させる可変光減衰器（ＶＯＡ：Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ）を構成することもできる。この構成によれば、アクチュエータを電気的に制御して可動ミラーを高精度に位置制御することにより、伝播する光量を制御することが可能となる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３０】
［第１の実施形態］
図１，２に本発明の光スイッチの第１の実施形態を示している。まず、この光スイッチの基本構成について説明する。
【００３１】
この光スイッチは、光スイッチ本体である基板１と、基板１上に配置されている光ファイバ２〜５と、固定ミラー６ａ〜６ｄと、可動ミラー７ａ，７ｂと、基板１の上方または下方に配置されている図示しない駆動手段を有している。
【００３２】
本実施形態では、光ファイバ２〜５は、被覆部２ｂ〜５ｂと、その先端に位置し被覆が剥がされたむき出しのベア部２ａ〜５ａとからなり、被覆部２ｂ〜５ｂは基板１上で密着して平行に並んでいる。そして、被覆部２ｂ〜５ｂよりも小径であるベア部２ａ〜５ａは、先端部が非等間隔に並び、光路長を後述するように調整するように配置されている。なお、基板１には、ベア部２ａ〜５ａ用のガイド溝８ａと被覆部２ｂ〜５ｂ用のガイド溝８ｂを有するガイド部材１２ａ，１２ｂが形成されており、光ファイバ２〜５は、これらのガイド溝８ａ，８ｂ内に挿入されることによって基板１上に位置決めされ固定されている。本実施形態では、光ファイバ２および４の組と、光ファイバ３および５の組に分けられ、いずれか一方の組（例えば光ファイバ２および４）が出射側光ファイバで、他方の組（例えば光ファイバ３および５）が入射側光ファイバとなる。なお、ガイド部材１２ａ，１２ｂは、本実施形態のように基板１に形成される構成に限られず、基板１とは別にガラスなどにより形成されて、基板１上に配置される構成であってもよい。また、光ファイバとして、テープファイバを用いることもできる。テープファイバを用いる場合には、ガイド部材１２ｂの代わりに、基板１上にテープファイバをガイドおよび固定する溝が形成される。それ以外の構成や作用等については、テーパファイバを用いる場合も、被覆部２ｂ〜５ｂとベア部２ａ〜５ａとからなる、図示されている光ファイバ２〜５を用いる場合と同様である。
【００３３】
固定ミラー６ａ〜６ｄは、基板１上に直接固定されている。一方、可動ミラー７ａ，７ｂは、基板１に対して上方または下方に移動可能な可動部９に設けられている。可動部９は、基板１に設けられた凹部１ａ内に位置し、平面部９ａと、この平面部９ａを凹部１ａの内周面に接続するバネ性を有する梁部９ｂと、平面部から連続して形成されたステージ部９ｃとからなる。そして、ステージ部９ｃ上に、可動ミラー７ａ，７ｂが設けられている。図２に拡大して模式的に示すように、平面的に見ると、光ファイバ２のベア部２ａの先端部の前方に固定ミラー６ａが位置し、光ファイバ３のベア部３ａの先端部の前方に可動ミラー７ａと固定ミラー６ｂが位置し、光ファイバ４のベア部４ａの先端部の前方に可動ミラー７ｂと固定ミラー６ｃが位置し、光ファイバ５のベア部５ａの先端部の前方に固定ミラー６ｄが位置している。なお、基板１の厚さ方向に見ると、可動ミラー７ａ，７ｂは、可動部９が図示されている状態にあるときに（停止位置にあるときに）光ファイバ３，４と対向し、可動部９が上方または下方に移動すると光ファイバ３，４と対向しない位置に来る。光ファイバ２〜５のベア部２ａ〜５ａの先端部は非等間隔に並んでいるが、これらの光軸は全て平行であり、固定ミラー６ａ〜６ｄおよび可動ミラー７ａ，７ｂは全てこれらの光軸に対して４５度傾いた姿勢である。
【００３４】
本実施形態では、可動部９の、光ファイバ２〜５と反対側にも、前記したのと全く同じ、ダミーのステージ部９ｃおよび可動ミラー７ａ，７ｂと固定ミラー６ａ〜６ｄが設けられている。これによって、可動部９は完全に対称形状になるため、移動時にねじり等の不要な動きを生じることがない。それによって、各可動ミラー７ａ，７ｂのビームに対する相対角度や相対位置が正確に保たれる。
【００３５】
なお、本実施形態の光ファイバ２〜５は、グレーデッドインデックス型光ファイバを備えたファイバコリメータであり、端面がクリーブまたは研磨により３〜８度程度傾斜させられ、反射防止コーティングが施されて、反射損失を減じてある。そして、各光ファイバ２〜５は、ベア部２ａ〜５ａの先端部がほぼ一直線上に並ぶように配置されている。なお、グレーデッドインデックス型光ファイバの代わりに、同様のレンズ効果を示すセルフォックレンズや非球面レンズを用いてもよい。セルフォックレンズや非球面レンズを用いる場合にも、反射防止コーティングが施されて、反射損失を減じてあることが望ましい。
【００３６】
基板１の上方または下方に設けられている駆動手段は、可動部９に吸引力または反発力を働かせる電磁石または静電アクチュエータであるが、これは従来から周知の構成であるためここでは図示および説明を省略する。なお、駆動手段として電磁石を用いる場合には、図示しない磁性体が可動部９に設けられる。駆動手段として静電アクチュエータを用いる場合には、１対の電極（図示せず）の間に可動部９が挿入される。
【００３７】
このような構成の光スイッチにおいて、図１に示されている状態では、可動部９の梁部９ｂは変形せず、平面部９ａ上の可動ミラー７ａ，７ｂは、光ファイバ３，４と対向するように位置する。従って、例えば、図２に実線で示すように、光ファイバ２から出射されたビームは、固定ミラー６ａに反射され、さらに可動ミラー７ａに反射されて光ファイバ３に入射する。光ファイバ４から出射されたビームは、可動ミラー７ｂに反射され、さらに固定ミラー６ｄに反射されて光ファイバ５に入射する。このようにして、光ファイバ２から３に至る光路と、光ファイバ４から５に至る光路が形成されている。
【００３８】
これに対し、駆動手段が駆動されて可動部９に吸引力または反発力を及ぼすと、バネ性を有する梁部９ｂが撓み変形して、平面部９ａおよびステージ部９ａが基板１の上方または下方に移動する。これによって、ステージ部９ｃ上の可動ミラー７ａ，７ｂは、光ファイバ２〜５の先端部に対向しない位置に移動する。すなわち、可動ミラー７ａ，７ｂは光ファイバ２〜５の光路から退出するため、例えば、図２に１点鎖線で示すように、光ファイバ２から出射されたビームは、固定ミラー６ａに反射され、さらに固定ミラー６ｄに反射されて光ファイバ５に入射する。光ファイバ４から出射されたビームは、可動ミラー７ａ，７ｂが光路上に存在しないため、固定ミラー６ｃに反射され、さらに固定ミラー６ｂに反射されて、光ファイバ３に入射する。このようにして、光ファイバ２から５に至る光路と、光ファイバ４から３に至る光路が形成されている。
【００３９】
この場合の光路長について説明する。まず、可動部９が図示されている位置にある状態（切り換え前）では、光ファイバ２から、固定ミラー６ａおよび可動ミラー７ａを介して光ファイバ３に至る光路が形成されており、その光路長（光ファイバのベア部の先端部間の距離）は、図２に示すように、Ｅ＋Ａ＋Ｅ＝Ａ＋２Ｅである。そして、光ファイバ４から、可動ミラー７ｂおよび固定ミラー６ｄを介して光ファイバ５に至る光路も形成され、その光路長はＥ＋Ｃ＋Ｅ＝Ｃ＋２Ｅである。これに対し、可動部９が移動した状態では、光ファイバ２から、固定ミラー６ａおよび固定ミラー６ｄを介して光ファイバ５に至る光路が形成されており、その光路長はＥ＋Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｅ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋２Ｅである。そして、光ファイバ４から、固定ミラー６ｃおよび固定ミラー６ｂを介して光ファイバ３に至る光路も形成され、その光路長はＥ＋Ｄ＋Ｂ＋Ｄ＋Ｅ＝Ｂ＋２Ｄ＋２Ｅである。ここで、各光ファイバ２〜５と固定ミラー６ａ〜６ｄおよび可動ミラー７ａ，７ｂの相対位置関係を、Ａ＝Ｃ＝Ｂ＋２Ｄと設定することにより、考えられる４通りの光路のうちの３つの光路長が等しくなる。従って、これらの３つの光路に関しては、光ファイバ２〜５がファイバコリメータである場合にも全て最適な条件で光ファイバ間の光の伝達が行える。
【００４０】
一般にアド・ドロップ方式といわれる光通信方式の光学手段では、「ＩＮ」、「ＯＵＴ」、「ＡＤＤ」、「ＤＲＯＰ」という４つの光ファイバを組み合わせて光路を構成するが、特に切り換え前後の「ＩＮ」−「ＯＵＴ」という光路と「ＡＤＤ」−「ＯＵＴ」という光路と、「ＩＮ」−「ＤＲＯＰ」という光路が重要であり、これらの光路ができるだけ低損失で良好に光の伝達を行えるようにしたいため、少なくともこれらの光路長、具体的には光ファイバの端部間の距離を一致させて、かつファイバコリメータの特性に応じて最適な距離になるように配置する。しかし、「ＡＤＤ」−「ＤＲＯＰ」という光路は、アド・ドロップ方式の光通信において通常はあまり必要とされないので、光路長についても特に問わない。従って、図２に示す構成では、光ファイバ２〜５を、例えば「ＡＤＤ」、「ＯＵＴ」、「ＩＮ」、「ＤＲＯＰ」の順に設定すれば、「ＩＮ」−「ＯＵＴ」光路の光路長（Ｂ＋２Ｄ＋２Ｅ）と、「ＡＤＤ」−「ＯＵＴ」光路の光路長（Ａ＋２Ｅ）と、「ＩＮ」−「ＤＲＯＰ」光路の光路長（Ｃ＋２Ｅ）を等しくすることができ、「ＡＤＤ」−「ＤＲＯＰ」光路の光路長（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋２Ｅ）のみ異なるようにすることができる。これによると、全ての光路の光路長が同一ではないが、十分な効果が得られる。なお、「ＡＤＤ」、「ＯＵＴ」、「ＩＮ」、「ＤＲＯＰ」の組み合わせは前記したものに限られず、光の入射と出射の関係が適正であり、「ＡＤＤ」−「ＤＲＯＰ」以外の３つの光路の光路長が全て等しくなるような組み合わせであれば、自由に設定することができる。
【００４１】
なお、本実施形態では、例えば、光ファイバ２が第４の光ファイバで、光ファイバ３，５のいずれか一方が第２の光ファイバで他方が第３の光ファイバで、光ファイバ４が第１の光ファイバである。その場合、固定ミラー６ｂと６ｃが固定ミラー手段を構成し、固定ミラー６ａと６ｄが他の固定ミラー手段を構成し、可動ミラー７ｂが可動ミラー手段を構成し、可動ミラー６ａが他の可動ミラー手段を構成する。
【００４２】
表３に、本実施形態の構成における具体的な設計例を示している。
【００４３】
【表３】
2004233951.tif 000006
【００４４】
前記した通り、Ａ＝Ｃ＝Ｂ＋２Ｄと設定することにより３つの光路（アド・ドロップ方式の場合、「ＩＮ」−「ＯＵＴ」、「ＡＤＤ」−「ＯＵＴ」、「ＩＮ」−「ＤＲＯＰ」）の光路長を等しくできる。実際には、例えば表１，２に示されているようなファイバコリメータの特性や、ファイバの径（表３の設計例では直径１２５μｍと設定）や各ミラーの大きさ等を考慮した上で、適切な寸法が選択される。
【００４５】
本実施形態では、１枚のミラーで複数のビームを同時に反射する構成にはなっておらず、１枚のミラーでは１つのビームのみを反射する構成であるため、各ミラーを小型化でき、ミラー配置領域を小さくできるので、それに伴って光ファイバ２〜５のベア部２ａ〜５ａの先端部をより近接させて、光路長を短くすることができる。そして、光路長を短くすることによって、光ファイバ２〜５および各ミラー６ａ〜６ｄ，７ａ，７ｂの位置や角度のずれに対する許容範囲が大きくなる。
【００４６】
また、可動ミラー７ａ，７ｂが、好ましくはビーム径の３倍以下、より好ましくは１．５倍程度と小型であるため、可動部全体を小型軽量化して、電磁石などの駆動手段の出力を小さく抑えることができるとともに、共振周波数を高くして高速光通信用にスイッチング速度を速くすることができる。さらに、光スイッチ全体を小型化して１枚のウエハから製造できる光スイッチの個数を増やし、製造コストを低減することも可能である。
【００４７】
この光スイッチ装置の製造方法について簡単に説明すると、まず、シリコンからなる基板１をパターンエッチングして、凹部１ａと、この凹部１ａ内に位置する可動部９（平面部９ａと梁部９ｂとステージ部９ｃ）とを形成すると同時に、基板１上の固定ミラー６ａ〜６ｄと、可動部９のステージ部９ｃ上の可動ミラー７ａ，７ｂと、ガイド溝８ａ，８ｂを有するガイド部材１２ａ，１２ｂとを形成する。各ミラー６ａ〜６ｄ，７ａ，７ｂの表面には、用いられる光の波長に対して反射率を向上させるために金またはアルミニウムを蒸着する。さらに、ガイド部材１２ａ，１２ｂのガイド溝８ａ，８ｂ内に光ファイバ２〜５を挿入して位置決めしてＵＶ接着剤などを用いて固定する。なお、ガイド溝８ａ，８ｂによって、各光ファイバ２〜５は、前記した相対位置関係を満たすように配置される。その後、図示しないが電磁石などの駆動手段を配置して、光スイッチ装置を完成させる。
【００４８】
図３には、本実施形態の変形例が示されている。この例では、光ファイバ２〜５が全く被覆されておらず、ガイド部材１２ｂに支持されている部分では等間隔で平行に配列され、ガイド部材１２ｂとガイド部材１２ａとの間で、前記した位置関係になるように曲げられている。
【００４９】
図４には、本実施形態のさらに他の変形例が示されている。この例では、ダミーのステージ部９ｃおよび可動ミラー７ａ，７ｂと固定ミラー６ａ〜６ｄが設けられておらず、平面部９ａが４本の梁部９ｂによって四方から吊られた状態になっている。この構成では、可動部９のさらなる小型化および軽量化が図れる。また、この光スイッチは、図５に示すミラー構造部１１ａと図６に示すコリメータ構造部１１ｂが別々に形成されて接合された構成である。これによると、製造工程が簡単になるとともに、各ミラーと光ファイバの相対位置合わせ調整が比較的容易に行える。
【００５０】
図７には、本実施形態のさらに他の変形例が示されている。この例の可動部１３は、凹部１ａ内に位置する片持ち梁状の２つの可動プレート１３ａからなり、その２つの可動プレート１３ａによって可動ミラー７ａ，７ｂが保持されている。このように、本発明の可動部の形態については特に限定されるものではない。
【００５１】
また、可動ミラー７ａを配置せずに、可動ミラー７ｂを高精度に位置制御する、すなわち、可動ミラー７ｂの光路中への進入量および退出量を高精度に制御することにより、可変減衰器（ＶＯＡ）を構成することが可能である。例えば、可動ミラー７ｂをビームサイズの半分まで光路中に進入させると、「ＩＮ」ポートからの光は半分が可動ミラー７ｂに反射されて「ＤＲＯＰ」ポートへ伝播し、残りの半分の光が可動ミラー７ｂに邪魔されずに「ＯＵＴ」ポートへ伝播する。すなわち、「ＩＮ」ポートからの信号光を、「ＯＵＴ」ポートと「ＤＲＯＰ」ポートに半分ずつ分割して伝播することができる。また、例えば可動ミラー７ｂをビームサイズの７割まで光路中に進入させると、７割の光が可動ミラー７ｂに反射されて「ＤＲＯＰ」ポートへ伝播し、残りの３割の光が可動ミラー７ｂに邪魔されずに「ＯＵＴ」ポートへ伝播することになる。従って、可動ミラー７ｂの位置、すなわち光路中への進入量および退出量を高精度に制御することにより、各ポートへ伝播する光量を制御することが可能となる。可動ミラー７ｂは、電磁アクチュエータや静電アクチュエータを用いることにより、高精度に位置制御することが可能となる。電磁アクチュエータを用いる場合には、電磁アクチュエータに流す電流を制御して可動ミラーを高精度に位置制御できる。また、静電アクチュエータを用いる場合には、静電アクチュエータにかかる電圧を制御して可動ミラーを高精度に位置制御できる。さらに、可動ミラー７ｂを配置せずに可動ミラー７ａを配置する構成として、可動ミラー７ａの光路中への進入量および退出量を高精度に制御することによっても、同様にＶＯＡを構成することが可能であることは言うまでもない。
【００５２】
また、光ファイバを整列させた面内において、本発明による前記した構成の光スイッチＳを複数個並列に配列して使用することにより、アレイ状の光スイッチ装置を構成することができる。その具体的な例としては、図１７（ａ）に示すように複数の光スイッチＳを１列に並べた構成や、図１７（ｂ）に示すように複数の光スイッチＳを千鳥状に並べて、幅方向（図１７の上下方向）に小型化した構成等が挙げられる。さらに、図１７（ｃ）に示すように、実質的に図１７（ａ）と同様に光スイッチＳを複数個並列に配置した構成であるが、基板１などの部材を共通化することによって複数の光スイッチＳを一体化した構成の光スイッチ装置を形成することもできる。すなわち、固定ミラーや可動ミラー部分などを同一のウエハ内に並列に配置して作製することにより、より小型で低コストなアレイ状の光スイッチ装置が作製可能である。この場合、光スイッチ装置の製造や取り扱いが非常に簡単になる。なお、これらの光スイッチ装置においては、各光スイッチＳは、それぞれの光ファイバの光軸が実質的に平行になるように配置される。
【００５３】
このようにアレイ状の光スイッチ装置を構成する場合には、可動ミラーを駆動させるための磁力および静電力などの駆動力が、隣接する光スイッチＳへ影響を与えない構造とする必要がある。静電力を用いる場合には、作用範囲が１０μｍ程度と小さいことにより、光スイッチＳ同士を接近させやすい。また、磁力を用いる場合には、作用範囲が数百μｍ程度であるため、隣接する光スイッチへ影響を与えないように磁気を遮断する磁気シールドなどの構造が必要となる。
【００５４】
［第２の実施形態］
次に、図８に示す本発明の光スイッチの第２の実施形態について説明する。本実施形態は、光ファイバと各ミラーの配置のみが第１の実施形態と異なっており、その他の構成や製造方法は第１の実施形態と実質的に同一であるので説明を省略する。
【００５５】
本実施形態では、４つの固定ミラー１４ａ〜１４ｄが各光ファイバ２〜５の先端部の前方にそれぞれ配置され、固定ミラー１４ａと光ファイバ２の間に可動ミラー１５ａが、固定ミラー１４ｃと光ファイバ４の間に可動ミラー１５ｂがそれぞれ配置されている。本実施形態では、光ファイバ２および５の組と、光ファイバ３および４の組に分けられ、いずれか一方の組（例えば光ファイバ２および５）が出射側光ファイバで、他方の組（例えば光ファイバ３および４）が入射側光ファイバとなる。
【００５６】
この光スイッチにおいて、図８に示されている状態では、例えば、実線で示すように、光ファイバ２から出射されたビームは、可動ミラー１５ａに反射され、さらに可動ミラー１５ｂに反射されて光ファイバ４に入射する。光ファイバ５から出射されたビームは、固定ミラー１４ｄおよび１４ｃに反射されるが、可動ミラー１５ｂの裏面に遮断されて、他の光ファイバには到達しない。結局、光ファイバ２から４に至る光路のみが形成されている。図示しない駆動手段が可動部を駆動すると、可動ミラー１５ａ，１５ｂは、光ファイバ２〜５の先端部に対向しない位置に移動するため、例えば、１点鎖線で示すように、光ファイバ２から出射されたビームは、固定ミラー１４ａに反射され、さらに固定ミラー１４ｂに反射されて光ファイバ３に入射する。光ファイバ５から出射されたビームは、固定ミラー１４ｄに反射され、さらに固定ミラー１４ｃに反射されて、光ファイバ４に入射する。このようにして、光ファイバ２から３に至る光路と、光ファイバ５から４に至る光路が形成されている。
【００５７】
図示されている状態における光ファイバ２から４に至る光路の光路長はＥ＋Ａ＋Ｂ＋Ｅ＝Ａ＋Ｂ＋２Ｅである。そして、可動ミラー１５ａ，１５ｂ移動時の光ファイバ２から３に至る光路の光路長はＥ＋Ｄ＋Ａ＋Ｄ＋Ｅ＝Ａ＋２Ｄ＋２Ｅ、光ファイバ５から４に至る光路の光路長はＥ＋Ｄ＋Ｃ＋Ｄ＋Ｅ＝Ｃ＋２Ｄ＋２Ｅである。従って、各光ファイバ２〜５と固定ミラー１４ａ〜１４ｄおよび可動ミラー１５ａ，１５ｂの相対位置関係を、Ａ＝ＣかつＢ＝２Ｄと設定することにより、３つの光路の光路長が等しくなる。アド・ドロップ方式の場合、光ファイバ２〜５を、例えば「ＩＮ」、「ＤＲＯＰ」、「ＯＵＴ」、「ＡＤＤ」の順に設定すれば、必ずしも必要ではない「ＡＤＤ」−「ＤＲＯＰ」光路を省略し、その他の「ＩＮ」−「ＯＵＴ」、「ＡＤＤ」−「ＯＵＴ」、「ＩＮ」−「ＤＲＯＰ」の３つの光路の光路長を等しくすることができる。その具体的な設計例を表４に示している。
【００５８】
【表４】
2004233951.tif 000007
【００５９】
これによると、第１の実施形態と実質的に同じ効果を得ることができる。
【００６０】
なお、本実施形態では、例えば、光ファイバ２が第１の光ファイバで、光ファイバ３，４のいずれか一方が第２の光ファイバで他方が第３の光ファイバで、光ファイバ５が第４の光ファイバである。その場合、固定ミラー１４ａと１４ｂが固定ミラー手段を構成し、固定ミラー１４ｃと１４ｄが他の固定ミラー手段を構成し、可動ミラー１５ａと１５ｂが可動ミラー手段を構成する。
【００６１】
［第３の実施形態］
次に、図９に示す本発明の光スイッチの第３の実施形態について説明する。本実施形態は、光ファイバと各ミラーの配置のみが第１の実施形態と異なっており、その他の構成や製造方法は第１の実施形態と実質的に同一であるので説明を省略する。
【００６２】
本実施形態では、４つの固定ミラー１６ａ〜１６ｄが各光ファイバ２〜５の先端部の前方にそれぞれ配置され、各固定ミラー１６ａ〜１６ｄと各光ファイバ２〜５の間に可動ミラー１７ａ〜１７ｄがそれぞれ配置されている。本実施形態では、光ファイバ２および５の組と、光ファイバ３および４の組に分けられ、いずれか一方の組（例えば光ファイバ２および５）が出射側光ファイバで、他方の組（例えば光ファイバ３および４）が入射側光ファイバとなる。
【００６３】
この光スイッチにおいて、図９に示されている状態では、例えば、実線で示すように、光ファイバ２から出射されたビームは、可動ミラー１７ａに反射され、さらに可動ミラー１７ｃに反射されて光ファイバ４に入射する。光ファイバ５から出射されたビームは、可動ミラー１７ｄに反射され、さらに可動ミラー１７ｂに反射されて光ファイバ３に入射する。こうして、光ファイバ２から４に至る光路と、光ファイバ５から３に至る光路が形成されている。図示しない駆動手段が可動部を駆動すると、可動ミラー１７ａ〜１７ｄは、光ファイバ２〜５の先端部に対向しない位置に移動するため、例えば、１点鎖線で示すように、光ファイバ２から出射されたビームは、固定ミラー１６ａに反射され、さらに固定ミラー１６ｂに反射されて光ファイバ３に入射する。光ファイバ５から出射されたビームは、固定ミラー１６ｄに反射され、さらに固定ミラー１６ｃに反射されて、光ファイバ４に入射する。このようにして、光ファイバ２から３に至る光路と、光ファイバ５から４に至る光路が形成されている。
【００６４】
図９に示されている状態における光ファイバ２から４に至る光路の光路長はＦ＋Ｅ＋Ａ＋Ｂ＋Ｅ＋Ｆ＝Ａ＋Ｂ＋２Ｅ＋２Ｆ、光ファイバ５から３に至る光路の光路長はＦ＋Ｃ＋Ｂ＋Ｆ＝Ｂ＋Ｃ＋２Ｆである。そして、可動ミラー１７ａ〜１７ｄ移動時の光ファイバ２から３に至る光路の光路長はＦ＋Ｅ＋Ｄ＋Ａ＋Ｄ＋Ｅ＋Ｆ＝Ａ＋２Ｄ＋２Ｅ＋２Ｆ、光ファイバ５から４に至る光路の光路長はＦ＋Ｅ＋Ｄ＋Ｃ＋Ｄ＋Ｅ＋Ｆ＝Ｃ＋２Ｄ＋２Ｅ＋２Ｆである。従って、各光ファイバ２〜５と固定ミラー１６ａ〜１６ｄおよび可動ミラー１７ａ〜１７ｄの相対位置関係を、Ａ＝ＣかつＢ＝２Ｄと設定することにより、考えられる４つの光路のうちの３つの光路長が等しくなる。アド・ドロップ方式の場合、光ファイバ２〜５を、例えば「ＩＮ」、「ＤＲＯＰ」、「ＯＵＴ」、「ＡＤＤ」の順に設定すれば、「ＩＮ」−「ＯＵＴ」、「ＡＤＤ」−「ＯＵＴ」、「ＩＮ」−「ＤＲＯＰ」の３つの光路の光路長を等しくし、「ＡＤＤ」−「ＤＲＯＰ」光路の光路長のみわずかに異なる構成にできる。その具体的な設計例を表５に示している。
【００６５】
【表５】
2004233951.tif 000008
【００６６】
これによると、可動ミラーの数が増えるものの、唯一異なる「ＡＤＤ」−「ＤＲＯＰ」光路の光路長も、他の３つの光路に非常に近づけることができる。なお、それ以外は第１の実施形態と実質的に同じ効果を得ることができる。
【００６７】
なお、本実施形態では、例えば、光ファイバ２が第１の光ファイバで、光ファイバ３，４のいずれか一方が第２の光ファイバで他方が第３の光ファイバで、光ファイバ５が第４の光ファイバである。その場合、固定ミラー１６ａと１６ｂが固定ミラー手段を構成し、固定ミラー１６ｃと１６ｄが他の固定ミラー手段を構成し、可動ミラー１７ａと１７ｃが可動ミラー手段を構成し、可動ミラー１７ｂと１７ｄが他の可動ミラー手段を構成する。
【００６８】
［第４の実施形態］
次に、図１０に示す本発明の光スイッチの第４の実施形態について説明する。本実施形態は、光ファイバと各ミラーの配置のみが第１の実施形態と異なっており、その他の構成や製造方法は第１の実施形態と実質的に同一であるので説明を省略する。
【００６９】
本実施形態では、４つの固定ミラー１８ａ〜１８ｄが各光ファイバ２〜５の先端部の前方にそれぞれ配置され、各固定ミラー１８ａ〜１８ｄと各光ファイバ２〜５の間に可動ミラー１９ａ〜１９ｄがそれぞれ配置されている。本実施形態では、光ファイバ２および４の組と、光ファイバ３および５の組に分けられ、いずれか一方の組（例えば光ファイバ２および４）が出射側光ファイバで、他方の組（例えば光ファイバ３および５）が入射側光ファイバとなる。
【００７０】
この光スイッチにおいて、図１０に示されている状態では、例えば、実線で示すように、光ファイバ２から出射されたビームは、可動ミラー１９ａに反射され、さらに可動ミラー１９ｄに反射されて光ファイバ５に入射する。光ファイバ４から出射されたビームは、可動ミラー１９ｃに反射され、さらに可動ミラー１９ｂに反射されて光ファイバ３に入射する。こうして、光ファイバ２から５に至る光路と、光ファイバ４から３に至る光路が形成されている。図示しない駆動手段が可動部を駆動すると、可動ミラー１９ａ〜１９ｄは、光ファイバ２〜５の先端部に対向しない位置に移動するため、例えば、１点鎖線で示すように、光ファイバ２から出射されたビームは、固定ミラー１８ａに反射され、さらに固定ミラー１８ｂに反射されて光ファイバ３に入射する。光ファイバ４から出射されたビームは、固定ミラー１８ｃに反射され、さらに固定ミラー１８ｄに反射されて、光ファイバ５に入射する。このようにして、光ファイバ２から３に至る光路と、光ファイバ４から５に至る光路が形成されている。
【００７１】
図１０に示されている状態における光ファイバ２から５に至る光路の光路長はＦ＋Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｆ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋２Ｆ、光ファイバ４から３に至る光路の光路長はＦ＋Ｅ＋Ｂ＋Ｅ＋Ｆ＝Ｂ＋２Ｅ＋２Ｆである。そして、可動ミラー１９ａ〜１９ｄ移動時の光ファイバ２から３に至る光路の光路長はＦ＋Ｅ＋Ｄ＋Ａ＋Ｄ＋Ｅ＋Ｆ＝Ａ＋２Ｄ＋２Ｅ＋２Ｆ、光ファイバ４から５に至る光路の光路長はＦ＋Ｅ＋Ｄ＋Ｃ＋Ｄ＋Ｅ＋Ｆ＝Ｃ＋２Ｄ＋２Ｅ＋２Ｆである。従って、各光ファイバ２〜５と固定ミラー１８ａ〜１８ｄおよび可動ミラー１９ａ〜１９ｄの相対位置関係を、Ａ＝ＣかつＡ＋Ｂ＝２Ｄ＋２Ｆと設定することにより、考えられる４つの光路のうちの３つの光路長が等しくなる。アド・ドロップ方式の場合、光ファイバ２〜５を、例えば「ＩＮ」、「ＤＲＯＰ」、「ＡＤＤ」、「ＯＵＴ」の順に設定すれば、「ＩＮ」−「ＯＵＴ」、「ＡＤＤ」−「ＯＵＴ」、「ＩＮ」−「ＤＲＯＰ」の３つの光路の光路長を等しくし、「ＡＤＤ」−「ＤＲＯＰ」光路の光路長のみわずかに短い構成にできる。その具体的な設計例を表６に示している。
【００７２】
【表６】
2004233951.tif 000009
【００７３】
これによると、第３の実施形態と同様に、可動ミラーの数が増えるものの、唯一異なる「ＡＤＤ」−「ＤＲＯＰ」光路の光路長も、他の３つの光路に非常に近づけることができる。それ以外は第１の実施形態と実質的に同じ効果を得ることができる。
【００７４】
なお、本実施形態では、例えば、光ファイバ２が第１の光ファイバで、光ファイバ３，５のいずれか一方が第２の光ファイバで他方が第３の光ファイバで、光ファイバ４が第４の光ファイバである。その場合、固定ミラー１８ａと１８ｂが固定ミラー手段を構成し、固定ミラー１８ｃと１８ｄが他の固定ミラー手段を構成し、可動ミラー１９ａと１９ｄが可動ミラー手段を構成し、可動ミラー１９ｂと１９ｃが他の可動ミラー手段を構成する。
【００７５】
本発明は、以上説明した４つの実施形態に限られず、光ファイバおよび固定ミラーおよび可動ミラーを、考えられる様々な位置関係に配置することができ、いかなる場合であっても、構成可能な多数の光路のうち、少なくとも、１つを除いては全て同じ光路長になるように配置される。これによって、特にアド・ドロップ方式の光通信に適した、良好な光の伝播が可能な光スイッチが実現できる。もちろん、構成可能な全ての光路の光路長が等しくなるように光ファイバおよび固定ミラーおよび可動ミラーを配置することも、本発明の技術的思想に含まれるものである。その場合、例えば、前記した各実施形態のように全てのミラーを光軸に対して４５度に傾けて配置するのではなく、各ミラーの角度をそれぞれ細かく設定するなどの調整を行うのが好ましい。各光路の光路長は、実際には、使用されるファイバコリメータの特性や、ファイバの径や各ミラーの大きさ等を考慮した上で、適切な寸法が選択される。また、光ファイバの数やそれぞれの用途（入射側または出射側など）や、可動ミラーの駆動手段の形態等については、自由に変更することができる。
【００７６】
【発明の効果】
本発明では、各光ファイバの組み合わせによって構成可能な光路のうちの全て、または１つを除いて全てが、光路長が等しくなるように設定されており、これらの光路について、光の良好な伝播状態が確保できる。アド・ドロップ方式の光通信においては、１つの光路（アド−ドロップの光路）のみは光の伝播状態が悪くても問題にならないので、本発明を適用するのに特に適している。
【００７７】
また、本発明では、各ミラーを小型化でき、ミラー配置領域を小さくできるので、それに伴って光ファイバの先端部をより近接させて、光路長を短くすることができ、それによって、光ファイバおよび各ミラーの位置や角度のずれに対する許容範囲が大きくなる。さらに、可動ミラーが小型であるため、可動部全体を小型軽量化して、共振周波数を高くしてスイッチング速度を速くすることができる。また、電磁石などの駆動手段の出力を小さく抑えることもできる。
【００７８】
また、本発明では、１つの光スイッチ装置が複数の機能を有することにより、設置面積の縮小やコストの低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の光スイッチの第１の実施形態の平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ線断面図である。
【図２】（ａ）は図１に示す光スイッチの要部の模式図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。
【図３】本発明の光スイッチの第１の実施形態の変形例の平面図である。
【図４】本発明の光スイッチの第１の実施形態の他の変形例の平面図である。
【図５】図４に示す光スイッチのミラー構造部の拡大図である。
【図６】図４に示す光スイッチのコリメータ構造部の拡大図である。
【図７】本発明の光スイッチの第１の実施形態のさらに他の変形例の平面図である。
【図８】本発明の光スイッチの第２の実施形態の要部の模式図である。
【図９】本発明の光スイッチの第３の実施形態の要部の模式図である。
【図１０】本発明の光スイッチの第４の実施形態の要部の模式図である。
【図１１】従来の光スイッチの平面図である。
【図１２】図１１に示す従来の光スイッチの要部の模式図である。
【図１３】光ファイバから出射した光の進行状況を示す模式図である。
【図１４】光ファイバから出射した光の焦点からの距離とビーム半径との関係を示すグラフである。
【図１５】１対の光ファイバ間の光学的接続を説明する模式図である。
【図１６】１対の光ファイバ間の光学的接続位置の焦点からの距離と損失との関係を示すグラフである。
【図１７】（ａ）は本発明の光スイッチを複数個含む光スイッチ装置の例を示す概略平面図、（ｂ）は光スイッチ装置の他の例を示す概略平面図、（ｃ）は光スイッチ装置のさらに他の例を示す概略平面図である。
【符号の説明】
１          基板
１ａ        凹部
２〜５      光ファイバ
６ａ〜６ｄ，１４ａ〜１４ｄ，１６ａ〜１６ｂ，１８ａ〜１８ｄ    固定ミラー７ａ，７ｂ，１５ａ，１５ｂ，１７ａ〜１７ｄ，１９ａ〜１９ｄ    可動ミラー８ａ，８ｂ  ガイド溝
９          可動部
【図１】
2004233951.tif 000010
【図２】
2004233951.tif 000011
【図３】
2004233951.tif 000012
【図４】
2004233951.tif 000013
【図５】
2004233951.tif 000014
【図６】
2004233951.tif 000015
【図７】
2004233951.tif 000016
【図８】
2004233951.tif 000017
【図９】
2004233951.tif 000018
【図１０】
2004233951.tif 000019
【図１１】
2004233951.tif 000020
【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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