(57)【要約】【課題】マイクロミラーアレイを用いた三次元光マトリクススイッチを小型、薄型にする。【解決手段】光ファイバに連絡されるコリメータを複数備えたコリメータアレイと、前記コリメータアレイの第一のコリメータから出た光が光学的に連絡される可動ミラーを複数備えたミラーアレイと、前記ミラーアレイのミラーから出た光が光学的に連絡される第一のミラーと、前記第一のミラーから出た光が光学的に連絡される第二のミラーと、前記第二のミラーを出た光が連絡する前記コリメータアレイの第二のコリメータと、を備え、前記第二のミラーから出た光が前記第一のミラーと前記ミラーアレイとを経由して前記第二のコリメータに光学的に連絡するよう形成されたことを特徴とする光スイッチである。【選択図】  図１
2004302427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバに連絡されるコリメータを複数備えたコリメータアレイと、
前記コリメータアレイの第一のコリメータから出た光が光学的に連絡される可動ミラーを複数備えたミラーアレイと、
前記ミラーアレイのミラーから出た光が光学的に連絡される第一のミラーと、
前記第一のミラーから出た光が光学的に連絡される第二のミラーと、
前記第二のミラーを出た光が連絡する前記コリメータアレイの第二のコリメータと、を備え、
前記第二のミラーから出た光が前記第一のミラーと前記ミラーアレイとを経由して前記第二のコリメータに光学的に連絡するよう形成されたことを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
光ファイバに連絡される光射出部を複数備えた入力部と、
前記光射出部から射出された光が照射される可動ミラーを複数備えたミラーアレイと、
前記ミラーアレイのミラーから出た光が照射される第一ミラーと、
前記第一のミラーから出た光が照射される第二のミラーと、
光ファイバに連絡する光受光部を複数備えた出力部と、を備え，
前記第二のミラーから出た光が前記第一のミラーと前記ミラーアレイとを経由して前記出力部の中の選択された光受光部に照射されるよう配置されたことを特徴とする光スイッチ。
【請求項３】
請求項１において、前記第一のミラーと前記第二のミラーは固定ミラーであることを特徴とする光スイッチ。
【請求項４】
光ファイバに連絡されるコリメータを複数備えたコリメータアレイと、
前記コリメータアレイの第一のコリメータから出た光が光学的に連絡される可動ミラーを複数備えたミラーアレイと、
前記ミラーアレイのミラーから出た光が光学的に連絡される第一のミラーと、
前記第一のミラーから出た光が光学的に連絡される第二のミラーと、
前記第二のミラーを出た光が連絡する前記コリメータアレイの第二のコリメータと、を備え、
前記第一のミラーと第二のミラーとの間の前記光の光路は前記コリメータの長手方向における前記コリメータと前記光ファイバとの連絡部よりも前記光ファイバ側に位置する領域を含むよう形成されることを特徴とする光スイッチ。
【請求項５】
請求項４において、前記ミラーアレイと前記第一のミラーは前記コリメータの長手方向における前記コリメータと前記ファイバとの連絡部よりも前記コリメータ側に配置されるよう形成されることを特徴とする光スイッチ。
【請求項６】
光ファイバに連絡されるコリメータを複数備えたコリメータアレイと、
前記コリメータアレイの第一のコリメータから出た光が光学的に連絡される可動ミラーを複数備えたミラーアレイと、
前記ミラーアレイのミラーから出た光が光学的に連絡される第一のミラーと、
前記第一のミラーから出た光が光学的に連絡される第二のミラーと、
前記第二のミラーを出た光が連絡する前記コリメータアレイの第二のコリメータと、を備え、
前記ミラーアレイと前記第一のミラー間の光路方向に平行な方向に見て、前記第一のミラーと前記第二のミラー間の光路は前記コリメータアレイと重なる領域を含むよう配置されることを特徴とする光スイッチ。
【請求項７】
請求項１において、前記ミラーアレイの可動ミラーと前記第一のミラーとの光路より前記第一のミラーと前記第二のミラー間の光路が長くなるよう形成されることを特徴とする光スイッチ。
【請求項８】
請求項１において、ベースと、前記ベースに設置された第一の支持体を備え、前記第一の支持体に前記コリメータアレイと前記ミラーアレイとが設置されることを特徴とする光スイッチ。
【請求項９】
請求項１において、前記ミラーアレイから前記第一のミラ−が配置された方向に沿って配置される前記コリメータの配列数は前記方向に直交する方向に沿って配置される前記コリメータの配列数より少なく形成されることを特徴とする光スイッチ。
【請求項１０】
請求項８において、前記ベースに設置された第二の支持体を備え、前記第二の支持体に前記第二のミラーが設置され、第一の支持体と第二の支持体との間の領域のベースに外部からミラーに電圧を印加する複数のコネクタが設置されることを特徴とする光スイッチ。
【請求項１１】
ボードと、
前記ボード上に複数の光ファイバが連絡され、第一の光ファイバから入力された光を可動ミラーを駆動して選択された第二の光ファイバに出力する光スイッチと、
入力された光を選択された前記第二の光ファイバに出力するよう前記可動ミラーの傾きを制御する制御ＩＣと、を備え、
前記、光スイッチは、前記光ファイバに連絡されるコリメータを複数備えたコリメータアレイと、
前記第一の光ファイバに連絡する第一のコリメータから出た光が光学的に連絡される前記可動ミラーを複数備えたミラーアレイと、
前記ミラーアレイのミラーから出た光が光学的に連絡される第一のミラーと、
前記第一のミラーから出た光が光学的に連絡される第二のミラーと、
前記第二のミラーを出た光が連絡する前記第二の光ファイバに連絡する第二のコリメータと、を備え、
前記第二のミラーから出た光が前記第一のミラーと前記ミラーアレイとを経由して前記主力コリメータに光学的に連絡するよう形成されることを特徴とする光スイッチシステム。
【請求項１２】
光ファイバに連絡されるコリメータを複数備えた第一のコリメータアレイと、
前記コリメータアレイのコリメータから出た光が光学的に連絡される可動ミラーを複数備えたミラーアレイと、
前記ミラーアレイのミラーから出た光が光学的に連絡される第一のミラーと、
前記第一のミラーを出た光が連絡され、光ファイバに連絡されるコリメータを複数備えた第二のコリメータアレイのコリメータと、を有し、
前記ミラーアレイは、前記複数の可動ミラーを駆動する共通電極を備えることを特徴とする光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
光信号の接続を切替える光スイッチおよび光スイッチをそなえる光スイッチシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバを用いた光通信においては、N×Nの光スイッチ、すなわち、N個の入力ポートに光ファイバを通して送られてきた光信号のうちの任意の１つを、N個の出力ポートのうちの１つに接続でき、これらの接続を切替えることのできる装置が用いられる。
【０００３】
三次元（あるいは空間型）光マトリクススイッチと呼ばれるスイッチの一般的な構成では、光信号を光ビームにして空間に射出するためのコリメータを複数アレイ状に配列したコリメータアレイと、通常MEMS(Micro Electro-mechanical System)技術を用いて製造される複数の可動マイクロミラーをアレイ状に配列したマイクロミラーアレイの組を、入力側と出力側にそれぞれ配置する。入力側のコリメータから出たビームは、２つのマイクロミラーにより方向を制御され、出力側の任意のコリメータに導かれる。
【０００４】
ファイバアレイとＭＥＭＳミラーアレイを備え、光路の中間点に折り返しミラーを配置した形態については、特開２００２−１６９１０７号公報に開示されており、構成の簡略化により光学部品の容易な実装を図ろうとしている。また、２００２年電子情報通信学会通信ソサイティ大会予稿集Ｂ−１２−４（ｐ．４４４）「小型・組立簡易  ３次元ＭＥＭＳ光スイッチファブリックの開発」に記載もルーフトップ型の折り返しミラーを配置した形態について開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１６９１０７号公報
【０００６】
【非特許文献１】２００２年電子情報通信学会通信ソサイティ大会予稿集Ｂ−１２−４（ｐ．４４４）「小型・組立簡易  ３次元ＭＥＭＳ光スイッチファブリックの開発」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、前記従来技術では、光スイッチの十分な小型化を図ることはできなかった。三次元光マトリクススイッチの小型化のためには、スイッチを構成する部品やビーム伝播のための空間を効果的に配置する必要がある。
【０００８】
三次元光マトリクススイッチの設計において、コリメータレンズの能力から決まる最大光路長の制限と、ＭＥＭＳミラーデバイスの最大振り角の制限の中で、効率よく多くのチャンネルを結合するために、実際に光路の切替に使用される光路域である入力ミラーから出力ミラーまでの光路長ができるだけ長くできるようにするため、この部分の光路スペースをどう配置するかが一つのポイントになることを本発明者らは検討した。
【０００９】
また、ファイバは、光の伝送損失を防止するために十分緩やかなカーブ（通常Ｒ３ｃｍ以上）を保って引き回される必要があり、ファイバの引き出し方向によっては、その引き回しに比較的大きなスペースが必要になる。
【００１０】
前述の従来技術の三次元光スイッチでは、入出力ミラー間の光路と、ファイバ引出し方向がほぼ直交した構成となっているため、例えばこれを直方体のパッケージに収めようとすると、パッケージ内のデッドスペースが大きくなってしまう。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記のような課題を克服し、構成部品を効率よく配置し、小型あるいは薄型の光スイッチを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は上記課題を解決するために、例えば以下の構成を有する。
これにより、３次元に切替える多数の入出力ファイバが連結される場合であっても、小型化・薄型化した光スイッチを提供できる。
（１）光ファイバに連絡されるコリメータを複数備えたコリメータアレイと、前記コリメータアレイの第一のコリメータから出た光が光学的に連絡される可動ミラーを複数備えたミラーアレイと、前記ミラーアレイのミラーから出た光が光学的に連絡される第一のミラーと、前記第一のミラーから出た光が光学的に連絡される第二のミラーと、前記第二のミラーを出た光が連絡する前記コリメータアレイの第二のコリメータと、を備え、前記第二のミラーから出た光が前記第一のミラーと前記ミラーアレイとを経由して前記第二のコリメータに光学的に連絡するよう形成されたことを特徴とする光スイッチである。
（２）また、光ファイバに連絡されるコリメータを複数備えたコリメータアレイと、前記コリメータアレイの第一のコリメータから出た光が光学的に連絡される可動ミラーを複数備えたミラーアレイと、前記ミラーアレイのミラーから出た光が光学的に連絡される第一のミラーと、前記第一のミラーから出た光が光学的に連絡される第二のミラーと、前記第二のミラーを出た光が連絡する前記コリメータアレイの第二のコリメータと、を備え、前記第一のミラーと第二のミラーとの間の前記光の光路は前記コリメータの長手方向における前記コリメータと前記光ファイバとの連絡部よりも前記光ファイバ側に位置する領域を含むよう形成されることを特徴とする光スイッチである。
【００１３】
例えば、入力コリメータアレイとミラーアレイ間と第一ミラと第二ミラー間の光路が逆でほぼ平行になるような配置であることができる
または、前記ミラーアレイと前記第一のミラーは前記コリメータの長手方向における前記コリメータと前記ファイバとの連絡部よりも前記コリメータ側に配置されるよう形成されることが好ましい。
（３）または、前記ミラーアレイと前記第一のミラー間の光路方向に平行な方向に見て、前記第一のミラーと前記第二のミラー間の光路は前記コリメータアレイと重なる位置に形成されることを特徴とする光スイッチである。
【００１４】
また、前記ミラーアレイの可動ミラーと前記第一のミラーとの光路より前記第一のミラーと前記第二のミラー間の光路が長くなるよう形成されることが好ましい。また、前記コリメータと前記ミラーアレイの可動ミラーとの光路より前記第一のミラーと前記第二のミラー間の光路が長くなるよう形成されることが好ましい。
（４）また、光スイッチシステムとしては、ボードと、前記ボード上に複数の光ファイバが連絡され、第一の光ファイバから入力された光を可動ミラーを駆動して選択された第二の光ファイバに出力する前述したいずれかの光スイッチと、入力された光を選択された前記第二の光ファイバに出力するよう前記可動ミラーの傾きを制御する制御ＩＣと、を備える。
【００１５】
本発明により、ビームの光路を折り曲げることで、筐体内のデッドスペースを小さくし、小型あるいは薄型の光スイッチを実現できる。
【００１６】
例えば、本発明の光スイッチでは、コリメータアレイの任意の入力コリメータと任意の出力コリメータ間で光ビームを結合することができる。入力コリメータから射出されたビームはマイクロミラーアレイの対応する入力マイクロミラーにより反射され、第一のミラーを経て第二のミラーから第一のミラーを経由してマイクロミラーアレイの出力コリメータに対応する出力マイクロミラーに反射され、出力コリメータに入射する。入力マイクロミラーはビームが出力マイクロミラーに正しく入射するように、また、出力マイクロミラーはビームが出力コリメータに正しく入射するように、それぞれ角度を制御することができる。
【００１７】
また、コリメータアレイからミラーアレイまで、或はミラーアレイから第１のミラーまでの光路と比べて、第１のミラーから第２のミラーまでの光路が長くなるように配置することで、筐体の高さをおさえて薄型の光スイッチを実現でき、また第１のミラーから第２のミラーまでの光路の下の、コリメータの裏のスペースを、ファイバを引き回して束ねるスペースに活用できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明により、小型あるいは薄型の光スイッチを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に本発明の実施例を添付図面を用いて説明する。
なお、本発明は、本明細書で開示した内容は一例を開示したものであり、その開示形態に限定するものではない。また、本発明について、周知技術を付加或いは修正することを阻害するものでない。
【００２０】
図１は本発明の第１の実施例を示す断面模式図である。本発明の光スイッチ１は、ファイバ２を伝播する光をビームにして射出できるコリメータ３が複数配列してなるコリメータアレイ４と、ビームの反射方向を制御できる可動のマイクロミラー５が複数配列してなるマイクロミラーアレイ６と、第１の固定ミラー７、および第２の固定ミラー８を有し、コリメータアレイ４の任意の２つのコリメータ間で光信号を結合することができる。説明のため、図１中に示すように図面の奥行き方向をＸ、高さ方向をＹ、長さ方向をＺとする。図１の実施例は、コリメータ３がＹ方向に２列配列した場合の例を示しており、Ｘ方向にも複数のコリメータ３が配列している。例えば８列あるとすると、コリメータ３の数は１６である。マイクロミラーアレイ６のマイクロミラー５は、コリメータ３から射出されたビームが入射する位置に、各コリメータ３に対応して配列している。
【００２１】
本発明の光スイッチは、コリメータアレイ４のうちの任意の２つのコリメータを、入力コリメータ３aおよび出力コリメータ３bとし、入力コリメータ３aと出力コリメータ３bとの間で光信号を結合することができるものである。結合は、入力コリメータ３aから射出されたビーム９が、マイクロミラーアレイ６の入力コリメータ３aに対応する入力マイクロミラー５aに反射され、次に第１の固定ミラー７に反射され、第２の固定ミラー８に反射し、再び第１の固定ミラー７に反射して、マイクロミラーアレイ６の出力コリメータ３bに対応する出力マイクロミラー５bに反射され、出力コリメータ３bに入射して達成される。ビームがマイクロミラー５bに正しく入射するように入力マイクロミラー５aの角度を調節し、また、ビームが出力コリメータ３bに正しく入射するように出力マイクロミラー５bの角度を調節する。なお、図１中の入出力コリメータの選び方は一例であり、Ｘ方向に配列するものも含めてさまざまに選択できる。前記のような構成では、入出力の組合せが多いため、多数の切替えに対応できるが、入力側と出力側のコリメータ群が既に決まっているものであってもよい。
【００２２】
ここで第２の固定ミラー８は、光路を中間点で折り返すために設置されており、これにより、マイクロミラーおよびコリメータを、それぞれ入出力一体とすることができる。
【００２３】
第１の固定ミラー７は、マイクロミラーアレイ６から第２の固定ミラー８までの光路をさらに折り曲げることにより、できるだけ小さな空間の中に光路を収めることができる。
【００２４】
図２は、本発明の第１の固定ミラー７にあたる部品を持たない比較例の光スイッチ１０１の断面模式図を示している。ビーム１０９の方向の切替に用いられるのは、光路中の入力マイクロミラー１０５aと出力マイクロミラー１０５bの間の部分であるため、限られたミラーの最大振り角と光路長の中で、できるだけ多くのチャンネルの結合を得るためには、入出力ミラー間の光路長をできるだけ長く、その分コリメータ１０３からマイクロミラー１０５までの光路を短くすることが好ましい。図２に示した比較例の光スイッチでは、光路を長くとりたい入出力マイクロミラー間（マイクロミラーアレイ１０６と折り返し固定ミラー１０７との間）の光路と、コリメータ１０３およびファイバ１０２の軸方向が直交したレイアウトになってしまう。この構成を筐体１０８内に収めるレイアウトはさまざま考えられるが、ボックス状の筐体に収めようとすると、筐体内に発生するデッドスペースが大きくなり、小型の光スイッチを実現しにくい。
【００２５】
図１に示した本発明の光スイッチでは、第１の固定ミラー７により光路を折り曲げて、第１の固定ミラー７から第２の固定ミラー８までの光の進路方向が、コリメータアレイ４からマイクロミラーアレイ６までのそれとほぼ平行逆向きになるようにすることで、光スイッチの筐体１０内のデッドスペースを小さくし、小型の光スイッチを実現できる。
【００２６】
第１の固定ミラー７は、第１の固定ミラー７で反射されたビームがコリメータアレイ４にぶつからない範囲でマイクロミラーアレイ６の近くに配置し、第１の固定ミラー７から第２の固定ミラー８までの光路が長くなるようにすることで、筐体１０の高さをおさえて薄型にでき、またコリメータアレイ４の後ろのスペースにファイバ２の引き回しに用いることで、ファイバ２を束ねて一ヶ所から筐体１０外に引き出すことができ、引き出し部の封止が容易になり、ファイバ２の光スイッチ筐体外部での引き回しも容易になるなどし、そうした点で、筐体１０内部のスペースが有効活用される。
【００２７】
上記のような光路構成をとる限りは、コリメータアレイ４、マイクロミラーアレイ６、第１の固定ミラー７の相対的な位置関係はどのようにしてもよいが、図３に示すように、マイクロミラー５を動作しない状態において、マイクロミラー５におけるビームの反射角度１２が約９０度で、第１の固定ミラーにおけるビームの反射角度１３も約９０度となるように配置を決定することにより、上記の光路はより自然に実現される。
【００２８】
また、他の形態としては、上記マイクロミラー５におけるビームの反射角度１２は、９０度でない角度とすることができる。例えば、図４に示すように、コリメータ３の光軸とマイクロミラーアレイ６の相対角度１４を４５度より大きくし、上記の反射角度１２を９０度より小さい角度にする。ビームがマイクロミラー５により反射された後、第２の固定ミラー８で折り返してマイクロミラーアレイ６に戻ってきたときの、ビームが図４のX方向に振られる距離を考えると、上記反射角度１２が小さいほど、マイクロミラー５の振り角が同じでも、ビームが振られる距離が大きくなる。よって、より小さいマイクロミラーの振り角でポート間を接続するためには、コリメータ３の光軸とマイクロミラーアレイ６の角度１３は大きくすることが好ましい。例えば、上記相対角度１３を４５度から６０度にすることで、X方向にビームが振られる距離は約２３％増加するため好ましい。より好ましくは、マイクロミラー５で反射したビームがコリメータアレイ４に当たらないようにマイクロミラーアレイ６の位置と角度を調節する。
【００２９】
また、光スイッチの筐体の高さを抑えるためには、第１の固定ミラー７と第２の固定ミラー８の間の光路は、マイクロミラー５を動作させない状態で、コリメータ３の光軸と製造誤差の範囲内で平行であることが好ましい。そのためには、例えば、マイクロミラーアレイ６と第１の固定ミラー７の相対角度１５が約９０度になるようにし、第２固定ミラー８は、コリメータレンズ３の光軸と垂直な姿勢になるように設置する。
【００３０】
マイクロミラー５には、ＭＥＭＳ（Micro Electromechanical System）技術を用いて製作される静電駆動ミラーなどを用いることができる。静電駆動ミラーの場合、マイクロミラーアレイ６のミラー駆動用電極に外部から電圧を印加するために、例えばフレキシブル配線板１１を用いてマイクロミラーアレイ６から光スイッチ筐体外部に設置した制御系に電気的に接続することができる。また、ファイバ２のコリメータと反対側の端部には、通信システムに接続するための光コネクタを取り付けることができ、必要に応じて、出力コリメータに接続するファイバの先に、光ビームを部分的に取り出すための光カプラと、光強度を検出するためのフォトダイオードを接続して、光信号の強度をモニタするようにすることができる。モニタした信号強度の情報をマイクロミラー５の制御にフィードバックすることで、信号強度をリアルタイムに一定に保つようにすることもでき、チャンネルごとの信号強度のばらつきをなくし、また信号強度を安定化して信頼性の高い光スイッチシステムを実現できる。
【００３１】
このように、第二のミラーに行く光と第二のミラーから来る光が共に第一のミラーを経るよう配置されていることが好ましい。
【００３２】
例えば、光ファイバに連絡される光射出部（例えばコリメータ）を複数備えた入力部（例えばコリメータアレイ）と、光射出部から射出された光が照射される可動ミラー（例えばマイクロミラー５）を複数備えたミラーアレイ（例えばマイクロミラーアレイ６）と、そのミラーアレイのミラーから出た光が照射される第一ミラー（例えば、第一の固定ミラー７）と、第一のミラーから出た光が照射される第二のミラーと（例えば、第二の固定ミラー）、光ファイバに連絡する光受光部を複数備えた出力部と、を備え、第二のミラーから出た光が第一のミラーとミラーアレイとを経由して出力部の中から選択された光受光部に照射されるよう配置された形態を有する。また具体的形態として、光ファイバ２に連絡されるコリメータ３を複数備えたコリメータアレイ４と、コリメータアレイ４のある第一のコリメータから出た光が光学的に連絡される可動ミラーであるマイクロミラー５を複数備えたマイクロミラーアレイ６と、ミラーアレイ６のミラー５から出た光が光学的に連絡される第一のミラーとしての第一の固定ミラー７と、第一のミラーから出た光が光学的に連絡される第二のミラーとしての第二の固定ミラー８と、第二のミラーを出た光が連絡するコリメータアレイ４の第二のコリメータと、を備え、第二の固定ミラー８から出た光が第一の固定ミラー７、そしてマイクロミラーアレイ６とを経由して前記第二のコリメータに光学的に連絡するよう形成される形態をとることにより、３次元に切替える多数の入出力ファイバが連結される場合であっても、小型化・薄型化した光スイッチを提供できる。
【００３３】
入力ミラー出力ミラー間の光路十分な距離をとるようにする。また、入出力ファイバ接続部はある程度スペース要である。このため、ミラーを介して入出力レンズと折返しミラーが略直交配置/ミラーを介して入力レンズと出力レンズが略直交配置するように配置されることが好ましい。
【００３４】
前記出力部と入力部が明確に区別されている場合だけでなく、入力部と出力部の機能を兼ね備えた入出力部が形成されていてもよい。これにより、３次元に切替える多数の入出力ファイバが連結される場合であっても、小型化・薄型化した光スイッチを提供できる。
【００３５】
また、第一のミラーである第一の固定ミラー７と第二のミラーである第二の固定ミラー８との間の光路はコリメータ３の長手方向におけるコリメータ３と光ファイバ２との連絡部よりも光ファイバ２側に位置する領域を含むよう形成されることが好ましい。また、マイクロミラーアレイ６と第一の固定ミラー７はコリメータ３の長手方向におけるコリメータ３とファイバ２との連絡部よりもコリメータ側に配置されるものであることが好ましい。
【００３６】
例えば、入力コリメータアレイとミラーアレイ間と第一ミラーと第二ミラー間の光路が逆でほぼ平行になるような配置であることができる。具体的には、例えば、マイクロミラーアレイのマイクロミラーを動作しない状態で、前記コリメータアレイから前記マイクロミラーアレイまでのビーム伝播方向と、前記第１の固定ミラーから前記第２の固定ミラーまでのビーム伝播方向を、ほぼ平行逆向きにする。ほぼ平行とは製造誤差により平行から外れる程度を含むものである。
【００３７】
また、コリメータアレイからマイクロミラーアレイまでのビームの進行方向と、第１の固定ミラーから第２の固定ミラーまでのビームの進行方向が、ほぼ平行逆向きになるようにすることより、第１の固定ミラーと第２の固定ミラー間の光路と、コリメータおよびコリメータから引き出されるファイバが同一方向に整列し、光スイッチの筐体内部のデッドスペースを小さくして小型の光スイッチが実現できる。
【００３８】
見方を変えると、マイクロミラーアレイ６と第一の固定ミラー７間の光路方向に平行な方向に見ると、第一の固定ミラー７と第二の固定ミラー８間の光路は前記コリメータアレイ４と重なる位置に形成されることが好ましい。
【００３９】
また、マイクロミラーアレイ６の可動ミラーであるマイクロミラー５と第一の固定ミラー７との光路より第一の固定ミラー７と第二の固定ミラー８間の光路が長くなるよう形成される。
【００４０】
なお、この光路は各ミラー間の最長光路に基づいて測定することができる。
【００４１】
また、コリメータとマイクロミラーアレイの可動ミラーとの光路より第一の固定ミラーと第二の固定ミラー間の光路が長くなるよう形成されるようにすることもできる。
【００４２】
また、コリメータアレイからマイクロミラーアレイまで、およびマイクロミラーアレイから第１の固定ミラーまでの光路と比べて、第１の固定ミラーから第２の固定ミラーまでの光路が長くなるように配置することで、筐体の高さをおさえて薄型の光スイッチを実現でき、また第１の固定ミラーから第２の固定ミラーまでの光路の下の、コリメータの裏のスペースを、ファイバを引き回して束ねるスペースに活用できる。
【００４３】
また、前述において言及したが、前記マイクロミラーアレイおよび前記第１の固定ミラーにおいてビームが約９０度の角度で反射し、前記第２の固定ミラーにおいてビームが約１８０度の角度で反射するように前記コリメータアレイ、前記マイクロミラーアレイ、前記第１の固定ミラーおよび前記第２の固定ミラーが配置されていることが好ましい（マイクロミラーアレイのマイクロミラーが動作していない状態で計測するものとすることができる）。
【００４４】
なお、前記実施例では、ミラーアレイからの光が第一のミラーを経て第二のミラーに至り、第二のミラーからの光が再度第一のミラーを経てミラーアレイに至る形態を示したが、複雑化のデメリットが生じるが、入力側コリメータと出力側コリメータとに分けて設置し、ミラーアレイの可動ミラーの振り角幅を小さくする観点から、第二のミラーから第一のミラーの代わりに第三のミラーを経てミラーアレイに至るよう形成することもできる。
【００４５】
上記のような周辺部品を含めた光スイッチシステム２０を、例えば図４の模式図に示すように構成できる。マイクロミラーを制御するための制御ＩＣ２１やアンプＩＣ２２などを実装し、それらをつなぐ配線２３を有するボード２４上に、光スイッチ２５を搭載し、さらに光カプラ２６やフォトダイオード２７も実装して、一枚のボード２４上にシステムを実現する。ファイバ２８は光コネクタ２９を介して光通信系に接続できる。また、電源供給線３０、高圧電源供給線３１、制御信号線３２などが外部から接続される。なお、図４の例は２×２スイッチの場合であるが、チャンネル数はそれに限ったものではない。また、光カプラ２６およびフォトダイオード２７に代えて、両者を一体化したタップを用いることにより集積度を向上できる。
【００４６】
上記のような光スイッチシステム２０を上位の光通信システムに搭載する際には、光通信システムのラックにボードを並列に配置することが考えられる。その際には、ボード上の部品の高さを低くすることで、ラックに搭載できるボードの枚数を増やすことができる。光スイッチシステムの中で、光スイッチ１は他の部品に比べて高くなると考えられるので、光スイッチ１はできるだけ薄型であることが望ましい。
【００４７】
このように、ＭＥＭＳミラーを用いたスイッチシステムでは、ＭＥＭＳミラーを駆動するための制御ＩＣやアンプＩＣなどを実装したボードを備えている。また、光出力を検出してフィードバック制御を行うためにフォトディテクタ（ＰＤ）や光カプラなども実装する必要がある場合もある。本実施例の光スイッチを用いることにより、こうしたボード上に光スイッチ本体のパッケージも搭載して一つのボード上にシステムを構築するのに好適である。その際に光スイッチ本体だけが高さのあるパッケージであると、本ボードが搭載される上位システムのラックのスペースを占有してしまうが、その点でも、本実施例の光スイッチを用いることにより薄型のパッケージにすることが容易である。
【００４８】
このように、光スイッチシステムとしては、ボードと、前記ボード上に複数の光ファイバが連絡され、第一の光ファイバから入力された光を可動ミラーを駆動して選択された第二の光ファイバに出力する前述したいずれかの光スイッチと、入力された光を選択された前記第二の光ファイバに出力するよう前記可動ミラーの傾きを制御する制御ＩＣと、を備え、前述した形態を有する光スイッチを備えることにより、小型化或は薄型化を図ることができる光スイッチシステムを形成できる。
【００４９】
好ましくは、前述のように、入力する光或は出力する光の一部を分岐して取出す光カプラ２６と、光カプラ２６で分岐された前記光を受光するフォトダイオード２７と、を備え、制御ＩＣはフォトダイオード２７からの信号に基づいてミラーの傾きを補正するために印加電圧などの制御を行うことが好ましい。
【００５０】
本実施例で示した形態は前述のように薄型の光スイッチを実現するのに適している。さらに、２次元的に配列したコリメータ３の２方向の配列数を不均一にし、配列数が少ない方向を、マイクロミラーアレイ６によって反射されたビームが進む方向と一致させることにより、より薄型の光スイッチが実現できる。図１においては、Ｘ方向の配列数に対してＹ方向の配列数を小さくする。さらに、望ましくは、小さいほうの配列数を２ないし１にすることで、例えば１０ｍｍ前後の高さの光スイッチが実現できる。
【００５１】
本発明の実施例の光スイッチの具体的な組立方法について説明する。図５は本発明の光スイッチの組立構造の一例を示す平面模式図である。また、図５の断面Ａ−Ａにおける断面模式図を図６に示す。本例では、コリメータ３を保持してコリメータアレイ６を形成するための構造部品であるコリメータアレイブロック４０に、マイクロミラーアレイ６および第１の固定ミラー７を直接設置することで、コリメータ３、マイクロミラー５および第１の固定ミラー７間の相対位置決めおよび固定を行う。図５の平面図に示すように、コリメータアレイブロック４０は、中央部にコリメータ３を配列し、周辺部でマイクロミラーアレイ６、第１の固定ミラー７との位置決めを行う。図６の断面図に示すように、コリメータアレイブロック４０には、マイクロミラーアレイ６に接してその面方向を決定するための第１の斜面４１と、同じく第１の固定ミラー７に接してその面方向を決定するための第２の斜面４２を有する。
【００５２】
マイクロミラーアレイ６の各マイクロミラー５は、コリメータアレイ４の対応する各コリメータ３から射出されたビームが正しく入射するように位置決めされなければならない。本例では、ガイドピン４３を用いて両者を位置決めする。そのため、マイクロミラーアレイ６には位置合わせ用貫通孔４４を形成し、この位置決め用貫通孔４４にガイドピン４３を通すことで位置決めを行う。マイクロミラーアレイ６の固定は、マイクロミラーアレイ６に接する第３の斜面を有する押さえブロック４５と、コリメータアレイブロック４０によりマイクロミラーアレイ６をはさみ、ガイドピン４３先端にねじを形成しておいて、ナット４６を用いて締め付けるなどして実現される。ガイドピン４３はコリメータ３の光軸と同一方向に設置され、よって、マイクロミラーアレイ６はガイドピン４３に対して、例えば４５度などの角度で斜めに位置合わせされる。この構成により、ガイドピン４３やナット４６のために光スイッチの高さが高くなるということがない。また、マイクロミラーアレイ６の位置合わせを容易にするために、ガイドピン４３をマイクロミラーアレイ６と垂直になる方向に設置してもよい。
【００５３】
マイクロミラーアレイ６は、例えば静電駆動ミラーを用いる場合には、可動のマイクロミラー構造を形成したミラー基板４７と、マイクロミラーを駆動するための電極が配置された電極基板４８と、マイクロミラーと電極の間のギャップを形成するためのスペーサ基板４９をそれぞれ積層することで構成することができる。マイクロミラー５は、ビームをＸ、Ｙ両方向に振ることができるように、２つの軸まわりに回転できる構造にする。Ｙ方向の配列数が１の場合は、原理的にはＸ方向のみの１軸可動のマイクロミラーで可能であるが、位置合わせ誤差や熱変形による光路のずれなどが発生しても、ビーム方向を正しく制御できるようにするため、Ｙ方向にも振ることのできる２軸可動のマイクロミラーを用いることが望ましい。静電駆動ミラーの具体的構成例については、特願２００２−１１４０９９号公報に詳しく記載している。ミラー基板４７、電極基板４８、スペーサ基板４９それぞれに位置合わせ用貫通孔４４を形成し、ガイドピン４３に対して位置決めを行う。
【００５４】
本実施例の形態を適用しない三次元光マトリクススイッチでは、マイクロミラーアレイとコリメータアレイを、光ビームの入射位置を見ながらアクティブに調芯する必要のあるものが多かったが、本発明の光スイッチでは、上記の位置決め方法によりパッシブに位置決めが可能である。高さ方向（Ｙ方向）の配列数を小さくすることにより、薄型にできるだけでなく、コリメータ３とマイクロミラー５間の距離の最大値を小さくすることができるため、両者の位置合わせ精度への要求を緩和でき、上記したようなパッシブな位置合わせ方法を適用しやすくなる効果もある。
【００５５】
第１の固定ミラー７は、面の角度を、任意のチャンネル間で結合を実現するためのマイクロミラー５の振り角がその最大振り角の能力を越えない程度に位置合わせされればよく、設置する位置には高精度を必要としない。そのため、第２の斜面４２に接するように設置されればよく、第２の斜面４２に直接接着するなどして固定してよい。
【００５６】
第２の固定ミラー８は、例えば図６に示すように、固定ミラー取付ブロック５０に接着して、この固定ミラー取付ブロック５０とコリメータアレイブロック４０を共通のベース５１上に設置することで、位置決めすることができる。第２の固定ミラー８の面方向は、任意のチャンネル間で結合を実現するためのマイクロミラーの振り角が、その最大振り角の能力を越えない程度に位置合わせされればよく、例えばベース５１上に形成した第１の押し当て面５２および第２の押し当て面５３にコリメータアレイブロック４０および固定ミラー取付ブロック５０を押し当てることで位置決めできる。必要に応じて、ビームの光路を見ながらアクティブに位置を決めてもよい。
【００５７】
コリメータアレイブロック４０、固定ミラー取付ブロック５０、ベース５１の材質は、熱変形による挿入損失の低下を防ぐ観点から、マイクロミラーアレイ６およびコリメータレンズ３の材質と線膨張係数が近いものを選択することが好ましい。より好ましくは、両者の間の線膨張係数にする。例えば、マイクロミラーアレイ６の材質は例えば単結晶シリコンで、コリメータレンズ３の材質は例えば石英や光学ガラスなどである。コリメータアレイブロック４０、固定ミラー取付ブロック５０、ベース５１には、例えば、４２アロイ、コバール、石英などの材質が適している。
【００５８】
第１の固定ミラー７と第２の固定ミラー８間の光路スペースの直下で、コリメータアレイ３のビーム射出方向とは反対側のスペースを有効に利用することで、より本発明の光スイッチの利便性を高めることができる。
【００５９】
まず、コリメータ３から引き出されたファイバ２は、上記スペースで引き回して束ねて筐体外部に引き出すことができる。光スイッチをパッケージングする筐体は、下面に設置されるベース５１と、例えば側面および上面を覆うカバー５４を用いて構成することができる。マイクロミラー５の動作の安定性のため、筐体内部にごみや水分が侵入しないように封止されていることが望ましい。ファイバ２は、例えばカバー５４あるいはベース５１に設置したファイバ取出し口５５から筐体５４外部へ引き出すことができる。一箇所から引き出せることで、ファイバ取り出し口５５での封止が容易になり、また筐体外部でのファイバ２の引き回しも容易になる。取り出し口５５では、例えばファイバ整列用の溝を形成した板状にファイバを整列し、別の板でフタをして隙間を樹脂あるいは金属で封止する。封止部では、ファイバの樹脂被覆を除去することで耐湿性がより向上する。
【００６０】
さらに、図５および図６に示すように、マイクロミラー５を駆動する電圧を筐体外部から供給するための電気インターフェースとなるコネクタピン５６を上記スペースに配置することができる。コネクタピン５６がベース５１の下面から突き出る構成とすることにより、配線ボードやソケットに本光スイッチを直接挿し込むことができるため実装が容易になり、図４に示したような光スイッチシステムを構成するのに有利になる。コネクタピン５６の配列ピッチは、規格に合った、例えば2.54 mmや1.27 mmなどにしておくと利便性が良い。図６に示すように配列領域が分割されている場合も、両者の間のピッチは2.54 mmや1.27 mmなどの整数倍にしておくことが好ましい。ベース５１が金属の場合、コネクタピン５６とショートするのを避けるため、例えば、ベース５１に開けたコネクタピン外形よりも大きい径の貫通孔にコネクタピン５６を通し、隙間を封止部材５８により封止することができる。封止部材５８の材質としては例えば低融点ガラスを用いることができる。コネクタピン５６と、マイクロミラーアレイ６の電極基板４８との間の電気的接続は、例えばフレキシブル配線板５７を用い、コリメータアレイブロック４０の下面に形成した隙間を通して接続することができる。
【００６１】
このように、ベース５１と、ベース５１に設置された第一の支持体としてコリメータアレイブロック４０を備える。この第一の支持体にコリメータ３を複数備えたコリメータアレイとマイクロミラーアレイ６とが設置される。このため、高精度の位置合わせが必要であったコリメータアレイとミラーアレイの位置合わせを精度良く合わせるのが簡便にできる．さらには、前記第一の支持体に第一のミラーである第一の固定ミラー７が設置されるのが好ましい。さらには，ベース５１には第一の支持体と別体の第二の支持体が設置されることができる。この第二の支持体として例えば固定ミラー取り付けブロックがあり、第二のミラーである第二の固定ミラー８が設置される。このようにすることにより、距離があるので構造体が複雑になることを抑制して簡易な構造を構成することができる。
【００６２】
また、アレイ状にコリメータが配列し、ミラーアレイと第一ミラーの間の光路方向の数より、それと直交する方向の数が多くなるようにすることが好ましい。
【００６３】
また、第一の支持体と第二の支持体との間の領域のベース５１に外部からミラーに電圧を印加する複数のコネクタが設置されることが好ましい。例えば、複数のコネクタは間隔を介して複数のコネクタグループが配置され，各コネクタグループの間の領域に前記コリメータに連絡する光ファイバが配置されるようにすることができる。また、ミラーアレイとコネクタとの連絡経路が第一の支持体とベース間の間隙を通るよう配置されることが好ましい。
【００６４】
上記した、本発明の光スイッチの組立構造の一例を示す斜視図を図７に示す。図７では、フレキシブル配線板５７とファイバ２の大部分、およびカバー５４は省略している。コリメータアレイブロック４０は、第１の固定ミラー７から第２の固定ミラー８の間の光路を干渉しないように、中央部がえぐれた形状にする。
【００６５】
図７の例は、コリメータ３のＸ方向配列数が９、Ｙ方向配列数が２で、合計１８チャンネルとしたときの例である。本例の光スイッチでは、１８チャンネルを任意に入力チャンネルと出力チャンネルに振り分けることができ、たとえば、８×８（予備２）、１×１６（予備１）、２×１６、２×２を４基（予備２）、１×２を９基などのさまざまな構成の光スイッチを同一の構造で実現することができる。
【００６６】
特に、コリメータアレイのコリメータは２次元的に配列しており、前記マイクロミラーから前記第１の固定ミラーまでのビーム伝播方向に等しい方向の配列数が、それと直交する方向の配列数に比べて小さくなるよう配置することが好ましい。
【００６７】
また一例としては、前記コリメータアレイのコリメータは２次元的に配列しており、前記マイクロミラーから前記第１の固定ミラーまでのビーム伝播方向に等しい方向の配列数が、１または２であることができる。
【００６８】
マイクロミラーアレイ６を構成するミラー基板４７、電極基板４８およびスペーサ基板４９の具体的構造の例について説明する。
【００６９】
図９aおよび図９bに、ミラー基板４７の構成の一例を示す平面模式図および断面模式図を示す。ここでは簡単のため、２×４列の例を用いて説明する。図９bの断面図に示すように、ミラー基板４７は、第１のシリコン層８４と第２のシリコン層８５がシリコン酸化膜層８６を介して積層されたSOI（Silicon On Insulator）ウエハを加工して形成することができる。ミラー構造を第２のシリコン層８５に形成し、ミラー構造を含む領域において、第１のシリコン層８５およびシリコン酸化膜層８６を除去してキャビティ９１を形成することにより、ミラー構造がリリースされる。ミラー構造は、 図９aに示すように、可動ミラー８７が第１のねじり梁８８を介して可動枠８９に接続され、また可動枠８９が第２のねじり梁９０を介して周辺部に接続した構成になっている。可動ミラー８７が第１のねじり梁８８を回転軸として、また、可動枠８９が第２のねじり梁９０を回転軸として回転することができ、その組み合わせで可動ミラー８７は２軸まわりに回転することができる。ミラー基板４７の両端には、位置決め用の貫通孔９２を形成し、ここに位置決めピン４３を通すことで、位置決めができる。
【００７０】
可動ミラー８７は、キャビティ９１側の面をビームを反射する面とする。その反対側の面は電極面として、駆動電極との間に静電引力を発生させる。そのため、ミラー基板４７の両面には金属薄膜を形成する。金属薄膜の内部応力による可動ミラー８７の反りを小さくするため、表裏に形成する金属薄膜は同じ材料および厚さにすることが好ましい。例えば、Ti／Au薄膜をスパッタリングを用いて形成する。
【００７１】
図１０は電極基板４８の構造の一例を示す平面模式図である。断面図は省略するが、単一のシリコン基板上に、シリコン酸化膜を形成し、その上に電極膜を形成してパターニングすることで構成できる。ミラー基板４７の各ミラーに対して、可動ミラー８７を駆動するための２つの第１の駆動電極９３と、可動枠８９を駆動するための２つの第２の駆動電極９４の、合計４つの電極を配置する。各電極に電圧を供給するため、各電極は、電極基板４８周辺部に配置した外部接続用電極９５と、配線９６により接続される。隣接する電極間にできるシリコン酸化膜の露出部に、時間をかけて電荷が蓄積されていく現象により、駆動電極の電圧を一定に保っても、ミラー角度が徐々に変動してしまう場合がある。そのため、隣接する第１の駆動電極９３、第２の駆動電極９４、および配線９６との間のギャップがなるべく小さくなるようにすることが好ましい。すなわち、前記ギャップの間でショートが発生しない程度まで前記ギャップを小さくするように、第１の駆動電極９３および第２の駆動電極９４を広げた構成とする。電極基板４８の両端には、ミラー基板４７と同様に、位置決め用の貫通孔９７を形成し、ここに位置決めピン４３を通すことで位置決めを行うことができる。
【００７２】
図１１はスペーサ４９の構造の一例を示す平面模式図である。シリコン基板を材料として加工することができ、ミラーアクチュエータの設計に従って、ミラー基板４７と電極基板４８との間に適切な高さのギャップをつくるために、例えばシリコンのウェットエッチングなどを用いて厚さを調整する。本例では、ミラー基板４７および電極基板４８の２つの位置決め用貫通孔に対応して、１つの位置決め用貫通孔９８を形成したスペーサを２つ配置した構成としている。位置決め用貫通孔９８に位置決めピンを通すことで位置決めを行う。ただし、スペーサ４９の水平方向位置は高精度に合わせる必要がないので、位置決め用貫通孔９８の寸法精度は、ミラー基板４７および電極基板４８に形成する位置決め用貫通孔と比べて低くてよい。
【００７３】
ミラーの駆動方法については、例えば、すべての可動ミラー８７および可動枠８９をグランド電位に保ち、第１の駆動電極９３あるいは第２の駆動電極９４に選択的に適切な電圧を供給することで、各ミラーの角度を個別に制御できる。可動ミラー８７および可動枠８８をグランドに接続する方法としては、図１０に示すように、電極基板４８上で、外部接続用電極９５の一つに配線９６で接続したミラー基板接続用電極９９を位置決め用貫通孔の周囲に配置し、かつスペーサ４９の表面に導電膜を形成しておく。ミラー基板４７表面は全て金属膜で覆われているので、全ての可動ミラー８７と可動枠８９は、スペーサ４９とミラー基板接続用電極９９を介して、外部接続用電極９５の一つに接続する。
【００７４】
電極基板４８の外部接続用電極９５は、例えばフレキシブル配線板などを介して、制御系に接続される。例えば、図８の光スイッチの構成例においては、電極基板から引き出されたフレキシブル配線板は、コリメータブロック４０とベース５１の間を通して、他端の電極をコネクタピン５６に接続することで、コネクタピン５６を介して制御基板などに実装することができる。
【００７５】
また、駆動電極９３の数を少なくするために、例えば図１２に示すような電極配置にすることもできる。光スイッチにおいて任意のポート間を結合する場合に、ミラーの角度は、反射したビームが別の任意のミラーに当たるように調整されるので、基本的に、ビームがミラー配列領域の外側に飛び出すような方向にミラーを傾けることはない。すなわち、本例のY方向２段の場合の例では、下段に配列したミラーに対して可動枠を下方に傾けるための駆動電極、および上段に配列したミラーに対して可動枠を上方に傾けるための駆動電極は、本来必要の無いものである。しかし、実際には、組み立てにより誤差が発生するため、上記の駆動電極も必要になる場合がある。そこで、上記駆動電極を互いに接続しておき、一定の電圧をあらかじめかけておくことで、ビームをミラー配列領域の外側にあらかじめ振っておく。そうすることで、組み立て誤差が発生したとしても、ビームをミラー配列領域の内側に向ける駆動電極だけで、全てのミラーにビームを向けることができるようになる。上記のようにあらかじめ電圧をかけておく電極をプリチャージ電極と呼ぶことにする。図１２は、上段、下段それぞれにプリチャージ電極を設けた例を示している。並んだ電極列の外周側に位置する電極をこのように形成した。例えば、複数のミラーを制御する共通電極を形成する。例えば、下段に、可動枠を下向きに振るための４つの駆動電極をつないだ第１のプリチャージ電極１２０を設け、一つの外部接続用電極１２１と配線で接続する。上段には、可動枠を上向きに振るための４つの駆動電極を接続した第２のプリチャージ電極１２２を設ける。上段では、配線の引き回しのために下段のように直接電極を接続できないので、駆動電極間接続配線１２３を用いて電極間を接続し、一つの外部接続用電極１２４に接続する。こうすることにより、８つの電極を２つにまとめることができ、電極数を６減らすことができる。X方向のミラー配列数が多くなるほど、低減できる電極数は増加する。電極数を低減することにより、電圧制御のための、マルチチャンネルのアンプICやデジタル／アナログ変換のICなどの数を減らすことができ、製造コストが低減できるとともに、制御基板も小さくすることができる。
【００７６】
上段と下段のプリチャージ電極も接続して一つの電極にしてもよい。また、X方向の両端のミラーに対しては、可動ミラーをミラー配列領域の外側に振るための駆動電極に関しても同様のことが言え、互いに接続してプリチャージ電極としてもよい。また、配列されたミラーのうち、どのミラーを入力にするか決まっている場合は、出力側の全てのミラーにビームを向けるために必要のない駆動電極を省くことができる。例えば、組立時にミラーを駆動しない状態でビームを照射した場合、隣接するミラー列側にビームが戻ってくる場合に、プリチャージ電極に補正値を加える。ミラーによって程度が異なるのであれば、例えば、程度の大きいものに合わせる。プリチャージ電極が駆動すると照射したビームが初期に当ったミラーに反射ビームが来るように調整する。より好ましくは、ビームが初期に当ったミラー列よりも外側（隣接するミラー列がある側とは反対側）に反射光がくるようにバイアスを設定する。光スイッチを駆動する際には、他の電極を作動してミラーを駆動させる際にもプリチャージ電極を動作させる。これにより、電極数を少なくでき、シンプルな構成にすることができる。
【００７７】
図１３および図１４は、８列２段のミラー配列にして、８入力８出力の光スイッチを構成したときの、駆動電極配置を示した模式図である。本構成において、可動ミラーの最大振り角をなるべく小さくするためには、図１３に示すように、中央の８つを入力ミラー群１３０として、周囲の８つを出力ミラー群１３１とする（または入出力を逆にする）ことが好ましい。これにより両端のミラーはともに出力なので互いに接続することがなく、最も遠い接続は、X方向に６ミラー分となる。この場合、入力ミラー群１２０のミラーは左右ともに振る必要があるが、出力ミラー群のミラーは内側に向けてしか振る必要はないので、可動ミラー駆動用の駆動電極のうち片方は非駆動電極１３２とすることができる。非駆動電極１３２は、グランド電極と接続し、常にグランド電位がかかるようにすることが好ましい。また、上述したように、上段の上側と下段の下側の電極はプリチャージ電極１３３とすることができる。以上より、本例では、プリチャージ電極の導入により１４電極、非駆動電極を省略することにより８電極の、合計２２電極を低減できる。
【００７８】
図１４は、入力ミラー群１３０と出力ミラー群１３１を左右に分割して配置した場合を示している。この場合は両端のミラー同士を接続する必要があり、ミラーの最大振り角は図１３の例よりも大きくなる。一方で、入力ミラー群１３０、出力ミラー群１３１ともに、可動ミラーを駆動する駆動電極のうち片方を非駆動電極とすることができるので、非駆動電極が１６電極となり、プリチャージ電極の導入による１４電極とあわせて、合計３０電極を低減できる。
【００７９】
プリチャージ電極にかけておく電圧が大きくなると、対向する駆動電圧に電圧をかけてミラーを回転させた際に、ミラーの両側に大きな駆動電圧をかけることになり、ミラーの全体的な沈み込みが大きくなり、十分なミラー振り角がとれなくなる恐れがある。プリチャージ電極の電圧を下げるには、組み立て誤差を小さくすることが望ましい。そのための方策として、コリメータレンズの光軸ずれを制御する方法が効果がある。コリメータレンズは、一般的に、外形軸に対する光軸のずれをある程度有する。図８に示したように、ホールアレイブロック４０にコリメータレンズ３を挿入する際に、コリメータレンズ３の光軸ずれ方向を、ビームがミラー配列領域の外に向くようにして設置する。すねわち、上段であれば、ビームが上を向くようにする。そのように光軸方向を揃えておくことで、プリチャージによってあらかじめミラーを振る角度を小さくすることができ、プリチャージ電極の電圧を小さくできる。
【００８０】
また、同様に、光軸ずれの方向を、対応するミラーへの要求振り角が最大の方向にあわせることで、ミラーへの要求振り角を小さくすることができる。例えば、図１４の例では、入力ミラー群１３０に対応するレンズは、出力ミラー群１３１の方向に、同様に、出力ミラー群１３１に対応するレンズは、入力ミラー群１３０の方向にビームが傾くようにコリメータレンズの向きを合わせて設置することが好ましい。
【００８１】
上記効果をより大きく得るために、わざと光軸ずれの大きいコリメータレンズを用意しても良い。ただし、ビームがミラーからはみ出して挿入損失を著しく低下させないように、ミラー位置を調節したり、ミラーのサイズにマージンを与えるなどすることが好ましい。
【００８２】
図１５は、本発明の第２の実施例を示す断面模式図である。図１に示した第１の実施例では、光路の中間点で第２の固定ミラーを用いて光路を折り返したが、本実施例の光スイッチ６０では、光路を折り返さずに、出力側にもコリメータアレイ、マイクロミラーアレイ、固定ミラーを設置する。すなわち、入力コリメータアレイ６１の任意の入力コリメータ６２と出力コリメータアレイ６３の任意の出力コリメータ６４間を結合するときの光路は、入力コリメータ６３から出たビーム６５が入力マイクロミラーアレイ６６の対応する入力マイクロミラー６７で反射され、次に入力固定ミラー６８で反射され、出力固定ミラー６９で反射され、出力マイクロミラーアレイ７０の出力コリメータ６４に対応する出力マイクロミラー７１に反射され、出力コリメータ６４に入射するというように構成される。本構成では、第１の実施例と比較して、最大光路長、コリメータの配列、マイクロミラーの最大振り角などが同一のとき、結合可能なチャンネル数を増加できる。一方で、光スイッチはＺ方向にサイズが拡大し、また、一方のコリメータアレイ内の２つのコリメータ間で結合することはできない。
【００８３】
本構成においても、第１の実施例について説明した組立構造を実施できる。すなわち、入出力それぞれで、コリメータアレイとマイクロミラーアレイと固定ミラーをコリメータアレイブロックを用いて位置合わせ・固定し、入出力のコリメータアレイブロックを共通のベースに形成した押し当て面に押し当てるなどして位置合わせすることができる。ファイバについては、入力コリメータアレイと出力コリメータアレイの間のスペースで引き回して、入力ファイバ７２と出力ファイバ７３を一緒に束ねて筐体７４外部に引き出すことができる。また、マイクロミラー駆動用の電圧を外部から印加するために、フレキシブル配線板７５を用いて、筐体７４外部に引き出すことができるが、入力コリメータアレイ６１と出力コリメータアレイ６３の間のスペースに筐体下面に突き出すコネクタピンを設置して、コネクタピンと入出力それぞれのマイクロミラーアレイとをフレキシブル配線板７５で接続し、コネクタピンからミラー駆動用の電圧を印加できるようにすることができる。
【００８４】
このように、折り返しミラーを設けない場合は、入力側に、光ファイバに連絡されるコリメータを複数備えた入力側コリメータアレイと、前記コリメータアレイの第一のコリメータから出た光が光学的に連絡される可動ミラーを複数備えたミラーアレイと、前記ミラーアレイのミラーから出た光が光学的に連絡される第一のミラーと、を備え、出力側に、光ファイバに連絡されるコリメータを複数備えた出力側コリメータアレイと、前記コリメータアレイの第二のコリメータに光学的に連絡される可動ミラーを複数備えたミラーアレイと、前記ミラーアレイのミラーに光学的に連絡される第二のミラーと、を備え、前記第一のミラーを出た光が第二のミラーに照射されるよう配置されることが好ましい。
【００８５】
また、第一のミラーと第二のミラーとの間の前記光の光路は前記入力側或は出力側のコリメータの長手方向における前記コリメータと前記光ファイバとの連絡部よりも前記光ファイバ側に位置する領域を含むよう形成されることが好ましい。
【００８６】
また、例えば、入力側のミラーアレイと前記第一のミラー間の光路方向に平行な方向に見て、前記第一のミラーと前記第二のミラー間の光路は前記コリメータアレイと重なる位置に形成されることが好ましい。
【００８７】
また、例えば、入力側の前記ミラーアレイの可動ミラーと前記第一のミラーとの光路より前記第一のミラーと前記第二のミラー間の光路が長くなるよう形成されることが好ましい。
【００８８】
また、入力側或は出力側のモジュールは図５−７のように、ベースと、前記ベースに設置された第一の支持体のような入力側用及び出力側用の各支持体を備え、前記第一の支持体に前記コリメータアレイと前記ミラーアレイとが設置される。このような支持体を入力側と出力側に各々設ける。さらに好ましくは、入力側の支持体には第一のミラー、出力側の支持体には第二のミラーを搭載する形態であることが好ましい。
【００８９】
また、両支持体間の領域のベースに外部からミラーに電圧を印加する複数のコネクタが設置されることが好ましい。
【００９０】
このように、ビームを光路の中間点で折り返さず、コリメータアレイ、マイクロミラーアレイおよび固定ミラーの組を入出力それぞれに設ける構成にする構成では、前述の構成と比較して、最大光路長、コリメータの配列、マイクロミラーの最大振り角などが同一のとき、結合可能なチャンネル数を増加できる。また本構成においても、前述の構成と同様に、小型あるいは薄型の光スイッチを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の一実施形態である光スイッチの構成を示す断面模式図。
【図２】比較例の光スイッチの構成を示す断面模式図。
【図３】本発明の一実施形態である光スイッチにおいてマイクロミラーが動作しない状態でのビーム光路を示す断面模式図。
【図４】本発明の一実施形態である光スイッチにおいてマイクロミラーが動作しない状態でのビーム光路を示す断面模式図。
【図５】本発明の光スイッチを搭載した光スイッチシステムの一例を示す斜視模式図。
【図６】本発明の一実施形態である光スイッチの組立構造の一例を示す平面模式図。
【図７】図５のＡ−Ａ断面における断面模式図。
【図８】本発明の一実施形態である光スイッチの組立構造の一例を示す斜視模式図。
【図９】図９aはマイクロミラーアレイを構成するミラー基板の構造の一例を示す平面模式図。図９bはマイクロミラーアレイを構成するミラー基板の構造の一例を示す断面模式図。
【図１０】マイクロミラーアレイを構成する電極基板の構造の一例を示す平面模式図。
【図１１】マイクロミラーアレイを構成するスペーサ基板の構造の一例を示す平面模式図。
【図１２】マイクロミラーアレイを構成する電極基板の構造の一例を示す平面模式図。
【図１３】入出力ミラーの配置の一例における駆動電極配置を示す平面模式図
【図１４】入出力ミラーの配置の一例における駆動電極配置を示す平面模式図
【図１５】本発明の一実施形態である光スイッチの構成を示す断面模式図。
【符号の説明】
【００９２】
１…光スイッチ、２…ファイバ、３…コリメータ、３a…入力コリメータ、３b…出力コリメータ、４…コリメータアレイ、５…マイクロミラー、５a…入力マイクロミラー、５b…出力マイクロミラー、６…マイクロミラーアレイ、７…第１の固定ミラー、８…第２の固定ミラー、９…ビーム、１０…筐体、１１…フレキシブル配線板、１２…マイクロミラーアレイにおけるビーム反射角度、１３…第１の固定ミラーにおけるビーム反射角度、１４…コリメータの光軸とマイクロミラーアレイの相対角度、１５…マイクロミラーアレイと第１の固定ミラーの相対角度、２０…光スイッチシステム、２１…制御IC、２２…アンプIC、２３…配線、２４…ボード、２５…光スイッチ、２６…光カプラ、２７…フォトダイオード、２８…ファイバ、２９…光コネクタ、３０…電源供給線、３１…高圧電源供給線、３２…制御信号線、４０…コリメータアレイブロック、４１…第１の斜面、４２…第２の斜面、４３…ガイドピン、４４…位置合わせ用貫通孔、４５…押さえブロック、４６…ナット、４７…ミラー基板、４８…電極基板、４９…スペーサ基板、５０…固定ミラー取付ブロック、５１…ベース、５２…第１の押し当て面、５３…第２の押し当て面、５４…カバー、５５…ファイバ取り出し口、５６…コネクタピン、５７…フレキシブル配線板、５８…封止部材、６０…光スイッチ、６１…入力コリメータアレイ、６２…入力コリメータ、６３…出力コリメータアレイ、６４…出力コリメータ、６５…ビーム、６６…入力マイクロミラーアレイ、６７…入力マイクロミラー、６８…入力固定ミラー、６９…出力固定固定ミラー、７０…出力マイクロミラーアレイ、７１…出力マイクロミラー、７２…入力ファイバ、７３…出力ファイバ、７４…筐体、７５…フレキシブル配線板、８４…厚膜シリコン層、８５…薄膜シリコン層、８６…シリコン酸化膜層、8７…可動ミラー、8８…第１のねじり梁、8９…可動枠、9０…第２のねじり梁、9１…キャビティ、9２…位置決め用貫通孔、9３…第１の駆動電極、9４…第２の駆動電極、9５…外部接続用電極、9６…配線、9７…位置決め用貫通孔、9８…位置決め用貫通孔、9９…ミラー基板接続用電極１０１…光スイッチ、１０２…ファイバ、１０３…コリメータ、１０３a…入力コリメータ、１０３b…出力コリメータ、１０４…コリメータアレイ、１０５５…マイクロミラー、１０５a…入力マイクロミラー、１０５b…出力マイクロミラー、１０６…マイクロミラーアレイ、１０７…折り返し固定ミラー、１０８…筐体、１０９…ビーム１２０…第１のプリチャージ電極、１２１…外部接続用電極、１２２…第２のプリチャージ電極、１２３…駆動電極間接続配線、１２４…外部接続用電極、１３０…入力ミラー群、１３１…出力ミラー群、１３２…プリチャージ電極、１３３…非駆動電極
【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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