(57)【要約】【目的】ミラーの制御が容易で装置の簡素化を図ることができる光スイッチを提供す。【解決手段】第一光ファイバからのビームが導入される第一コリメータと、前記第一コリメータから出たビームが当たる第一のミラーと、前記第一のミラーを経たビームが導入される第二コリメータと、前記第二コリメータからのビームが導入される第二の光ファイバと、を備え、前記第一コリメータは光ファイバに連結されたレンズを備えたファイバコリメータを複数備え、前記第一コリメータを構成するファイバコリメータは、前記レンズの軸心を延長する線に対するビーム軸との振れ方向が、１８０度以内にあるよう実装されたことを特徴とする光スイッチである。【効果】ミラーの制御が容易で装置の簡素化を図ることができる光スイッチを提供できる。【選択図】  図１
2004348010.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一光ファイバからのビームが導入される第一コリメータと、前記第一コリメータから出たビームが導入される第一のミラーと、前記第一のミラーを経たビームが導入される第二コリメータと、前記第二コリメータからのビームが導入される第二の光ファイバと、を備え、
前記第一コリメータは光ファイバに連結されたレンズを備えたファイバコリメータを複数備え、
前記複数のファイバコリメータを保持するレンズホルダを有し、
前記レンズホルダに保持される前記ファイバコリメータの中で、前記ビームが出力されるレンズの端面が配置する側の主面の法線に対する、前記レンズから出るビームの軸とのずれ方向の差が、１８０度以内に形成されたことを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
請求項１において、前記差が９０度以内に形成される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、前記ファイバコリメータは、前記ずれ方向に対応した位置にマーカーを有することを特徴とする光スイッチ。
【請求項４】
第一光ファイバからのビームが導入される第一コリメータと、前記第一コリメータから出たビームが導入される第一のミラーと、前記第一のミラーを経たビームが導入される第二コリメータと、前記第二コリメータからのビームが導入される第二の光ファイバと、を備え、
前記第一コリメータは光ファイバに連結されたレンズを備えたファイバコリメータを複数備え、
前記第一コリメータを構成するファイバコリメータの中で、前記レンズの軸心を延長する線に対するビーム軸とのずれ方向の差が、１８０度以内にあるよう形成された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、前記差が９０度以内に形成されることを特徴とする光スイッチ。
【請求項６】
請求項４において、前記ファイバコリメータは、前記ずれ方向に対応するマーカーを有することを特徴とする光スイッチ。
【請求項７】
第一光ファイバからのビームが導入される第一コリメータと、前記第一コリメータから出たビームが導入される第一のミラーと、前記第一のミラーを経たビームが導入される第二コリメータと、前記第二コリメータからのビームが導入される第二の光ファイバと、を備え、
前記第一コリメータは光ファイバに連結されたレンズを備えたファイバコリメータを複数備え、複数の前記ファイバコリメータからなる列が２つ積層配置され、一段目に位置する第一のファイバコリメータの前記レンズの光ファイバ側端の中心とレーザ出力側端の中心を結ぶ第一の延長線と、二段目に位置する第二のファイバコリメータの前記レンズの光ファイバ側端の中心とレーザ出力側端の中心とを結ぶ延長線と、で挟まれる前記積層方向における領域の外側に前記第一及び第二のファイバコリメータから出力されるビームの延長線が位置することを特徴とする光スイッチ。
【請求項８】
第一光ファイバからのビームが導入される第一コリメータと、前記第一コリメータから出たビームが導入される第一のミラーと、前記第一のミラーを経たビームが導入される第二コリメータと、前記第二コリメータからのビームが導入される第二の光ファイバと、を備え、
前記コリメータは光ファイバに連結されたレンズを備えたファイバコリメータを複数備え、複数の前記ファイバコリメータからなる列が２つ積層配置され、
前記ファイバコリメータの積層方向に見て、第一の列のファイバコリメータの前記レンズの光ファイバ側端の中心とレーザ出力側端の中心とを結ぶ延長線に対して、隣接する列が位置する側とは反対側に前記ファイバコリメータから出力されるビームの延長線が位置するよう配置されることを特徴とする光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】特開平６−２５８５５４号公報に，Ｖ溝を設けたシリコン基板上に，複数のファイバとレンズを搭載してファイバコリメータを得る方法が開示されている。
【特許文献１】
特開平６−２５８５５４号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では，ファイバコリメータの光軸精度はシリコン基板，レンズ，ファイバなどの部品によって決定される。シリコン板は高精度なエッチング加工が可能であるが，レンズやファイバには０．５から数ミクロンの寸法誤差があり，これらに基づく光軸ずれを生じることがある。
【０００４】
このようなファイバとコリメータレンズとの接合時に製造誤差などによる各部材の光軸の並進ずれにより光軸角度ずれが生じる。これによりコリメータからの出力光の軸とコリメータの光軸とのずれ生じる。この場合ミラーでずれを救出しようとすると、ずれ分の距離を考慮した大きいミラーを用いる必要があり、装置の小型化・或は簡素化が困難である。
【０００５】
そこで、本発明は、前記課題の少なくとも一つを解決することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために，ファイバコリメータの最も大きく光軸ずれが発生している方向をそろえて配置・実装したファイバコリメータとレンズホルダを有するファイバコリメータアレイを構成する。
【０００７】
具体例としては以下の形態を有することができる。
（１）第一光ファイバからのビームが導入される第一コリメータと、前記第一コリメータから出たビームが当たる第一のミラーと、前記第一のミラーを経たビームが導入される第二コリメータと、前記第二コリメータからのビームが導入される第二の光ファイバと、を備え、前記第一コリメータは光ファイバに連結されたレンズを備えたファイバコリメータを複数備え、前記各ファイバコリメータを保持するレンズホルダを有し、前記レンズホルダに保持される前記ファイバコリメータの中で、前記ビームが出力されるレンズの端面が配置する側の主面の法線に対する、前記レンズから出るビームの軸とのずれ方向の差が、１８０度以内に形成されたことを特徴とする光スイッチである。
【０００８】
これらのファイバコリメータには、前記ずれ方向に対応した位置にマーカーを有し、マーカーが前述の角度内に揃っていることができる。
【０００９】
これにより、ミラー上下方向の一方側の大きさを低減できる。これにより、上下方向のうち外側方向に向く方向の電極を減らせることができる。
【００１０】
また、ミラーに入る光のばらつきを１／２にすることができるので、ミラーの余裕分のための大きさが不要となり小型化できる。光の当たるミラー部分の２０％程度辺長さ増加してしまう。また、本形態によって、ミラーを単純化できる。
（２）なお、より好ましくは前記角度が９０度以内に形成される。
【００１１】
ミラー左右方向についてみると、回転軸を含んで９０に限定する場合√１／２減少し、回転軸を境に９０度に限定する場合左右のうち余裕として両側１０％とっていたのを片側の１０％減にできる。ミラーの更なる単純化を図ることができる。
（３）前記第一コリメータを構成するファイバコリメータは、前記レンズの軸心を延長する線に対するビーム軸との振れ方向が、１８０度以内にあるよう実装されたことを特徴とする光スイッチである。
（４）第一光ファイバからのビームが導入される第一コリメータと、前記第一コリメータから出たビームが当たる第一のミラーと、前記第一のミラーを経たビームが導入される第二コリメータと、前記第二コリメータからのビームが導入される第二の光ファイバと、を備え、前記第一コリメータは光ファイバに連結されたレンズを備えたファイバコリメータを複数備え、複数の前記ファイバコリメータからなる列が２つ積層配置され、一段目に位置する第一のファイバコリメータの前記レンズの光ファイバ側端の中心とレーザ出力側端の中心を結ぶ第一の延長線と、二段目に位置する第二のファイバコリメータの前記レンズの光ファイバ側端の中心とレーザ出力側端の中心とを結ぶ延長線と、で挟まれる前記積層方向における領域の外側に前記第一及び第二のファイバコリメータからでるビームの延長線が位置することを特徴とする光スイッチである。
【００１２】
また、これらのファイバコリメータは、前記ずれ方向に対応した位置にマーカーを有する。
【００１３】
これらにより、必要以上に大きいミラーを用いずに、装置の小型化・或は簡素化を図ることができる。
【００１４】
また、繰り返し温度変動などによりレンズ位置が変動することを防止でき，耐環境信頼性を向上することができる。
【００１５】
また、これにより、ミラーの制御が容易で装置の簡素化を図ることができる光スイッチを提供できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明は、明細書或は図面に開示の形態に限定するものではなく、また、周知技術或は技術情報に基づいて変更をすることはできるものと考えます。
図１は本発明に係るコリメータアレイの基本構成と原理を示す概念図である。１０１はレンズ外形中心，１０２は最大光軸ずれ方向と対応したマーカー，１０３はコリメータレンズ，１０４は実際の光ビーム光軸，１０５は理想の光ビーム光軸，１０６はマイクロミラーである。
最大光軸ずれを示すマーカー１０２は，例えばファイバコリメータの外形中心に対するビームの最大振れ方向に対応するマーカーを有することができる。これにより、製造の効率化及びメンテナンスの効率化を図ることができる。
【００１７】
すれ方向との対応が予め定められていればよく，必ずしも最大ずれ方向に一致させて設置する必要はない。コリメータレンズ１０３から射出された光ビーム１０４は，レンズ外形中心に一致した理想の光ビーム中心とずれているが，同図に示すとおりマーカー１０２を揃えてコリメータレンズ１０３を外形基準にて配列固定することにより，上下方向の光軸ずれを防止することができる，さらに左右方向のずれ範囲もマーカーを用いない場合よりも小さくできる。
【００１８】
例えば、コリメータレンズ列を構成する複数のコリメータレンズ１０３がの軸心を延長する線に対するビーム軸との振れ方向が、１８０度以内にあるよう実装される。
【００１９】
これにより、ビームが当たるミラー上下方向に両側１０％程度余裕をとっていたのを、一方側１０％低減できる。また、ミラーに入る光のばらつきを１／２にすることができるので、ミラーの余裕分のための大きさが不要となり小型化できる。また、ミラーの駆動を単純化することもできる。
【００２０】
より好ましくは、前述の角度が９０度以内に形成される。ミラーの上下方向については、前述の場合と同様であるが、ミラー左右方向についてみると、▲１▼回転軸を含んで９０に限定する場合√１／２減少、▲２▼回転軸を境に９０度に限定する場合左右のうち片側辺の長さの１０％減となることができる「。
【００２１】
図２はビームが当たるミラー上でのずれ範囲が減少する状況を示す概念図である。２０１はマーカーを用いない場合のマイクロミラー上での光ビーム位置，２０２はマーカーを用いない場合の光ビームばらつき範囲，２０３はマーカーを用いない場合の光ビームばらつき範囲の中心，２０４はマーカーを用いるなどして、ビームずれをそろえた場合の光ビーム位置，２０５はマーカーを用いた場合の光ビームばらつき範囲である。
【００２２】
マーカーを用いない場合の光ビームばらつき範囲２０２が角度で±２θとなる場合，マーカーを用いてずれ方向を右方向にあわせれば，光ビーム位置２０４に示す通り光ビームは１直線上に並ぶ。その場合のばらつき範囲２０５は±θとなり，マーカーを用いることで，光軸ばらつき範囲を１／２に減少させることができる。
【００２３】
図３はコリメータレンズをマイクロミラーと固定ミラーを組み合わせた光スイッチに適用した場合の，主要構成を示す断面概要図である。尚図３（ａ）では、スイッチを動作させていない場合の光路に関する状態を示している。１０３ａ及び１０３ｂはコリメータレンズ，３０１及び３０３は固定ミラー，３０２及び３０４は光ビームである。４０３はレンズホルダである。
【００２４】
マイクロミラーはコリメータレンズに対して、斜めに配置された断面を示すように、コリメータレンズ１０３ａの方がコリメータレンズ１０３ｂより近い位置に配置されている。また、コリメータレンズ１０３ａ、１０３ｂは、レンズホルダ４０３に設置され、レンズホルダのマイクロミラー側の主面の法線、或いは面に直交する線は実線のようになる。或いは実線はレンズ外形中心と一致する線であることができる。なお、本光スイッチは一例を示したものであり、他の同様の入出力切替ができる形態を用いることができる。
【００２５】
ビーム軸とレンズ外形中心などが一致している場合は、実線で示したように、光ファイバ３０１ａから入射した光は，コリメータレンズ１０３ａでコリメートビームにされ，マイクロミラー１０６に入射する。マイクロミラー１０６で反射した光は固定ミラー３０１を経て固定ミラー３０３に到る。固定ミラー３０３で反射した光は再度固定ミラー３０１を経てマイクロミラー１０６に行き、マイクロミラー１０６で反射した光は出力のためにコリメータレンズ１０３ｂに導入される。マイクロミラーが駆動されていない状態では，光ビーム３０２は図示のごとくコリメータレンズ１０３ｂに戻り，光ファイバ３０１ｂへ出力されるように設定されているとした。ここでコリメータレンズ１０３ａの光軸が上方にずれていると，光ビームは破線で示すごとく光ビーム３０４で示す経路を通る。この状態では光ビームはコリメータレンズ１０３ｂに効率よく入射することができない。また，仮に入射できたとしても光ビーム３０４は光ファイバ３０１ｂに効率よく結合することができず，損失が大きくなる。したがってマイクロミラー１０６を駆動して，光ビーム３０４が光ファイバ３０１ｂに効率よく結合するように調整する必要が生じる。ここで、前述したコリメータアレイを用いて光軸ずれの方向を揃えることにより、ミラーのマージンを小さくして装置の簡素化を図ることができる。
【００２６】
前述したコリメータの配置関係以外にも、以下の観点の配置を有することができる。レンズホルダ１１０で保持されるファイバコリメータからビームが出入りする側の前記レンズホルダの主面の法線に対する、保持されるファイバコリメータのレンズから出るビームの軸との振れ方向が、１８０度以内にあるよう実装される。これにより、ビームが照射されるミラーの上下方向の一方側の辺の長さの１０％低減できる。また、ミラーに入る光のばらつきを１／２にすることができるので、ミラーの余裕分のための大きさが不要となり小型化できる。
【００２７】
より、好ましくは、前記角度が９０度以内に形成する。ミラー上下方向は前述のように揃えた場合と同様であるが、ミラー左右方向についてみると▲１▼回転軸を含んで９０に限定する場合√１／２減少、▲２▼回転軸を境に９０度に限定する場合たとえば左右のうち片側の１０％減とすることができる。これにより、ミラーの更なる単純化を図ることができる。
【００２８】
例えば，コリメータレンズ１０３ａ及び１０３ｂの光軸の上下方向ずれを防止すれば，マイクロミラー１０６を駆動しなくともよい。光軸ずれを紙面奥行き方向（複数のコリメータが配置されている場合、ミラーまでの距離が変わる方向でなく、ミラーまでの距離が実質同じ列方向）にズレ方向を揃えることが好ましい。したがって，スイッチを駆動していない場合でも光出力を得ることができる。
【００２９】
なお、レンズホルダとして穴明き板を用いることにより，コリメータ周囲を均等に拘束できるので，繰り返し温度変動などによりレンズ位置が変動することを防止でき，耐環境信頼性を向上することができる。
【００３０】
図４は図３に示した光スイッチの斜視概要図である。４０１は図３に示したマイクロミラー１００を備えたマイクロミラーアレイ，４０２はミラー固定部材，  ４０３は複数の穴をあけた板を用いたレンズホルダ，４０４はベース，４０５及び４０６は光ビームの光路，４０７はファイバコリメータアレイである。ファイバコリメータアレイ４０７は、ミラー固定部材４０２に保持されている。ファイバコリメータアレイは前述したように所定の方向にずれ方向が揃えられている。
【００３１】
一例として、ファイバコリメータアレイ４０７から射出された光ビームはマーカー４０８を用いて光軸ずれ方向が右方向に統一されている。ファイバコリメータアレイ４０７から射出された光ビームはマイクロミラーアレイ４０１の中でレンズ正面にある一つのマイクロミラーにあたり，マイクロミラーを１軸回転させることにより光ビーム４０５で示す光路をとることができる。光ビーム４０５は固定ミラー３０１，３０３で反射され，再度固定ミラー３０１の別の場所で反射されて出射するコリメータレンズの正面にあるマイクロミラーに入射する。このマイクロミラーを同様に１軸回転させることにより，出射するレンズに光を入れることができる。光ビーム４０５は出射レンズにて光ファイバに結合される。
【００３２】
ここで，最初に光ビームがあたるマイクロミラーの傾きを変えると，光ビームは破線で示すとおり，光路４０６をとり，別のコリメータレンズに結合することができる。こ同様にして，上段にあるレンズから出射された光ビームは，下段の任意のレンズに結合させることができ，光マトリクススイッチを構成することができる。
【００３３】
これにより，ファイバコリメータアレイ光軸のずれ方向をレンズの配列方向にそろえることにより，１軸駆動のマイクロミラーを配列したマイクロミラーアレイを用いて光マトリクススイッチを構成することができるので，２軸のマイクロミラーアレイを用いる場合と比較して，駆動回路の規模を半減することができる。さらに軸数が減少することでマイクロミラーアレイの加工が容易となる。
【００３４】
ここで、一軸駆動とは通常のミラー駆動時が主として一軸であり、位置補正のために他の方向の軸を有することを妨げるものではない。
【００３５】
また、一例として、以下の形態を有することができる。
【００３６】
図３の（ｂ）ように複数のファイバコリメータからなる列が２つ積層配置され、一段目に位置する第一のファイバコリメータのレンズの光ファイバ側端の中心とレーザ出力側端の中心を結ぶ第一の延長線と、二段目に位置する第二のファイバコリメータの前記レンズの光ファイバ側端の中心とレーザ出力側端の中心とを結ぶ延長線（実線）と、で挟まれる前記積層方向（図では上下方向）における領域の外側に前記第一及び第二のファイバコリメータからでるビームの延長線（破線）が位置する。
【００３７】
例えば、一段目のコリメータは二段目と反対側の領域において前述した１８０度以内のずれ方向差を有し、二段目のコリメータは一段目と反対側の領域において前述した１８０度以内のずれ方向差を有するよう形成する。
【００３８】
少なくとも、ファイバコリメータの積層方向に見て、ビームを出力するファイバコリメータに関して、第一の列のファイバコリメータの前記レンズの光ファイバ側端の中心とレーザ出力側端の中心とを結ぶ延長線（実線）に対して、隣接する列が位置する側とは反対側に当該ファイバコリメータからでるビームの延長線（破線）が位置するよう配置される。
【００３９】
または、ファイバコリメータの積層方向に見て、ビームを出力するファイバコリメータに関して、第一の列のファイバコリメータの前記レンズの光ファイバ側端の中心とレーザ出力側端の中心とを結ぶ延長線（実線）を結ぶ面に対して、隣接する列が位置する側とは反対側面に当該ファイバコリメータからでるビームの延長線（破線）が位置するよう配置される。
【００４０】
これにより、下段のコリメータで入力する場合は、もし、ずれがないと下段出力でも上段出力でもミラーの駆動させる方向は上方向については一方のみとなる。一方、ランダムなずれだと上方向だけでなく下方向に向ける回転が補正のためには必要となる。そこで、前述のような方向のずれだと（列の外側方向のみのずれ（下方向のずれ））上方向においてはの一方向のミラー駆動機構ですみ、構造の簡素化を図ることができる。或いは一方向のみの駆動機構としない場合であっても制御が容易となり全体としての簡素化を図ることができる。
【００４１】
以上のように記載した形態を用いることにより、光軸ずれを一方向について極めて小さくできるので，その方向については調芯を容易にし，構造及び製造工程を簡略化することができる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明により、ミラーの制御が容易で装置の簡素化を図ることができる光スイッチを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のコリメータアレイの基本構成と原理を示す概念図
【図２】本発明の一実施例のずれ範囲が減少する状況を示す概念図
【図３】本発明の一実施例のコリメータレンズを備えた光スイッチの光路概要図
【図４】本発明の一実施例の光スイッチの斜視図
【符号の説明】１０１・・・レンズ外形中心，１０２・・・最大光軸ずれ方向と対応したマーカー，１０３・・・コリメータレンズ，１０４・・・実際の光ビーム光軸，１０５・・・理想の光ビーム光軸，１０６・・・マイクロミラー，２０１・・・マーカーを用いない場合のマイクロミラー上での光ビーム位置，２０２・・・マーカーを用いない場合の光ビームばらつき範囲，２０３・・・マーカーを用いない場合の光ビームばらつき範囲の中心，２０４・・・マーカーを用いた場合の光ビーム位置，２０５・・・マーカーを用いた場合の光ビームばらつき範囲，１０３ａ及び１０３ｂ・・・コリメータレンズ，３０１及び３０３・・・固定ミラー，３０２及び３０４・・・光ビーム，４０１・・・マイクロミラーアレイ，４０２・・・ミラー固定部材，４０３・・・レンズホルダ，４０４・・・ベース，４０５及び４０６・・・光ビームの光路，４０７・・・ファイバコリメータアレイ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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