(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長１．２μｍから１．７μｍの範囲内の光を用いる光通信用の光接続モジュールであって、
複数の入力用光導波路と、
複数の出力用光導波路と、
前記入力用光導波路の光射出側に配置された１つの両側テレセントリック光学系を備え、
前記両側テレセントリック光学系は、前記入力用光導波路からの少なくとも２本以上の光束が通過する大きさを有し、高分散の硝材と低分散の硝材の組み合わせで構成されており、
前記両側テレセントリック光学系を挟んで、前記入力用光導波路と向かい合う位置に、複数の傾斜角可変ミラー素子からなるミラー列が配置されており、
前記入力用光導波路相互の間隔は、前記傾斜角可変ミラー素子相互の間隔よりも小さく、前記両側テレセントリック光学系の倍率が、１倍よりも大きく３０倍以下であることを特徴とする光接続モジュール。
【請求項２】
前記両側テレセントリック光学系は、前記両側テレセントリック光学系の光軸に対して直交する２方向において、前記両側テレセントリック光学系の倍率が互いに異なるアナモルフィック光学系であることを特徴とする請求項１記載の光接続モジュール。
【請求項３】
前記ミラー列は、前記両側テレセントリック光学系の光軸に対して傾斜して配置され、前記直交する２方向のうち一方を前記傾斜方向とするとき、前記傾斜方向における倍率が、残りの方向における倍率よりも小さいことを特徴とする請求項２記載の光接続モジュール。
【請求項４】
前記両側テレセントリック光学系の光軸に対して直交する２方向のうち、一方の方向において、前記ミラー列は前記光軸に対して傾斜して配置され、前記入力用光導波路又は前記出力用光導波路の少なくとも一方の光導波路の端面は、前記光導波路の光軸に対して角度をもって傾斜してカットされ、前記２方向のうち、他方の方向において、前記端面が前記両側テレセントリック光学系の光軸に対して傾斜して配置されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の光接続モジュール。
【請求項５】
硝材の波長１．５５μｍでのアッベ数相当値νを、
ν＝（ｎ1.55−１）／（ｎ1.26−ｎ1.675 ）              ・・・（ａ）
と定義（ｎ1.26は波長１．２６μｍでの屈折率、ｎ1.675 は波長１．６７５μｍでの屈折率、ｎ1.55は波長１．５５μｍでの屈折率）するとき、前記高分散の硝材の波長１．５５μｍでのアッベ数相当値ν1 が、
７０＜ν1 ＜１２０                                    ・・・（１）
を満足し、前記低分散の硝材の波長１．５５μｍでのアッベ数相当値ν2 が、
１２０＜ν2 ＜２５０                                  ・・・（２）
を満足することを特徴とする１から４の何れか１項記載の光接続モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光接続モジュール及び赤外光用光学系に関し、特に、光通信の分野において複数の光ファイバー等の光導波路同士間の光信号を切り替え可能等で接続する光接続モジュールと赤外域で使用可能な光学系に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ファイバー等の光導波路同士を光接続するのに、特公昭６２−３９４０２、特開平５−１０７４８５、特開２００１−１７４７２４等に示されるように、１つのファイバーに対して１組のレンズを使用するものが知られている。
【０００３】
一方、複数の光ファイバーに対して一組のレンズを使用するものが、IEEE Photonics Technology Letters,Vol.12,No.7,pp.882-884(2000)において知られており、これは２×２の光スイッチのファイバー２本に対応して１つの望遠光学系らしきものが配置されているものである。
【０００４】
ところで、特開２００１−１７４７２４においては、ＭＥＭＳ（Micro Eletro-Mechanical Sysytems）傾斜ミラー列を用いて、複数の入力用光ファイバーから受光した光学信号を複数の出力ファイバーに選択的に向ける光学クロスコネクトが提案されている。これは、図１３に示すように、２次元的にアレイ状に配列されたＭＥＭＳミラー列４２０を備え、このミラー列４２０は、スプリングに搭載され電極により制御された複数の傾斜ミラー４２０ａ〜４２０ｄを有し、各傾斜ミラー４２０ａ〜４２０ｄは、１００〜５００μｍの大きさで四角形、円形、楕円形のような形状をしており、電極に加えられた電圧により決定される傾斜角でもってＸ−Ｙ軸の周囲に回転、すなわち、傾斜するものである。図１３において、１つのファイバー列４１０と１つのレンズ列４１６と１つのＭＥＭＳミラー列４２０が折り重なった状態のクロスコネクト構成で用いられ、１個のファイバー列は、組み合わされた入力／出力列として機能する。入力信号４１２は光ファイバー４１４によりレンズ列４１６に与えられ、ＭＥＭＳミラー列４２０ａ上にイメージを形成する。その後このビームはミラー４３０に反射され、さらに、ＭＥＭＳミラー列４２０ｂに反射して戻され、レンズ列４１６を介して出力用ファイバー４２２に出力する。この構成においては入力ポートと出力ポートとの間の区別は存在しないものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上の従来の１つのファイバーに対して１組のレンズを使用する光接続の場合、各種部品及び組み立て精度が厳しい。すなわち、レンズアレイ同士の間隔精度、各光ファイバーと各レンズアレイの光軸調整（シフト、ティルト）が厳しく、また、ＭＥＭＳミラー列を用いるスイッチの場合には、光ファイバーとマイクロレンズアレイの光軸がＭＥＭＳミラーの中心と高精度で一致させる必要がある。
【０００６】
また、複数の光ファイバーに対して一組のレンズを使用するものにおいては、そのレンズの詳細、スイッチングミラー列（ＭＥＭＳミラー列）と光ファイバーアレイとの関係等が何ら検討されていない。
【０００７】
また、上記の何れも広範囲の波長帯に対応できない。光通信では、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing：波長分割多重）によって伝送量を増大させる方向にあり、現在使用されている波長帯はいくつかあり、それら全てを合わせると波長１．２〜１．６７５μｍ程度に及ぶ。
【０００８】
使用する光学系が特定の波長域毎のみの対応しかしていない場合は、使用者の利便性を著しく落とすのみでなく、経済的にも不利である。
【０００９】
光接続は、上記の波長帯全てに対応していることが望ましいが、現在使われているマイクロレンズアレイ等では基本的に単レンズが主流であり、それ以外では半導体プロセスにより高精度に造り込めるレリーフＤＯＥ等があるが、原理的に回折により光束を集光させているので、波長ｖｓ回折効率特性や、色分散が大きく出る等の問題がある。
【００１０】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の光ファイバー等同士を接続する光接続モジュールであって、広範囲の波長帯に対応でき、かつ、１つのレンズのみの調整で高精度に接続できる光接続モジュールを提供することである。
【００１１】
本発明のもう１つの目的は、光ファイバーアレイの配置に係わらずＭＥＭＳミラー列等に効率良く光を入射させて効率良く接続できる光接続モジュールを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の光接続モジュールは、波長１．２μｍから１．７μｍの範囲内の光を用いる光通信用の光接続モジュールであって、
複数の入力用光導波路と、
複数の出力用光導波路と、
前記入力用光導波路の光射出側に配置された１つの両側テレセントリック光学系を備え、
前記両側テレセントリック光学系は、前記入力用光導波路からの少なくとも２本以上の光束が通過する大きさを有し、高分散の硝材と低分散の硝材の組み合わせで構成されており、
前記両側テレセントリック光学系を挟んで、前記入力用光導波路と向かい合う位置に、複数の傾斜角可変ミラー素子からなるミラー列が配置されており、
前記入力用光導波路相互の間隔は、前記傾斜角可変ミラー素子相互の間隔よりも小さく、前記両側テレセントリック光学系の倍率が、１倍よりも大きく３０倍以下であることを特徴とするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の光接続モジュールの第１の形態として、複数の入力用光導波路から射出した波長１．２μｍから１．７μｍの範囲内の光信号を、複数の出力用光導波路に入射させる光通信用の光接続モジュールであって、
１つの両側テレセントリック光学系により、前記入力用光導波路からの少なくとも２本以上の光束を前記出力用光導波路に光学的に接続することを特徴とする光接続モジュールとして構成し得る。
第２の形態の光接続モジュールは、第１の形態において、複数の傾斜角可変ミラー素子からなるミラー列が間に配置され、前記入射用光導波路からの光束の反射方向を前記ミラー列の傾斜角可変ミラー素子で変えることにより、前記出力用光導波路への接続が切り換え可能になっていることを特徴とする光接続モジュールとして構成し得る。
第３の形態の光接続モジュールは、第２の形態において、前記複数の傾斜角可変のミラー素子からなるミラー列が平板上に配置されており、前記平板は前記両側テレセントリック光学系の光軸に対して角度をもって傾斜配置されていることを特徴とする光接続モジュールとして構成し得る。
第４の形態の光接続モジュールは、第１〜３の形態において、前記両側テレセントリック光学系の倍率が、光軸に直交し相互に直交する２方向で異なるアナモルフィック光学系であることを特徴とする光接続モジュールとして構成し得る。
第５の形態の光接続モジュールは、第１〜３の形態において、前記入力用光導波路又は前記出力用光導波路の少なくとも一方の光導波路同士の並べ方が最密充填となっていることを特徴とする光接続モジュールとして構成し得る。
第６の形態の光接続モジュールは、第３の形態において、前記入力用光導波路又は前記出力用光導波路の少なくとも一方の光導波路の端面は光導波路の光軸に対して角度をもって傾斜面にカットされ、その傾斜面が傾いている面と、前記ミラー列が傾斜している面とのなす角が略９０°であることを特徴とする光接続モジュールとして構成し得る。
第７の形態の赤外光用光学系は、波長１．２μｍから１．７μ  ｍの範囲内で使用する赤外光用光学系において、少なくとも２つの異なる硝材を用いており、硝材の波長１．５５μｍでのアッベ数相当値νを、
ν＝（ｎ1.55−１）／（ｎ1.26−ｎ1.675 ）              ・・・（ａ）
と定義（ｎ1.26は波長１．２６μｍでの屈折率、ｎ1.675 は波長１．６７５μｍでの屈折率、ｎ1.55は波長１．５５μｍでの屈折率）するとき、少なくとも２つの異なる硝材の１つの波長１．５５μｍでのアッベ数相当値ν1 が、
７０＜ν1 ＜１２０                                    ・・・（１）
を満足し、もう１つの波長１．５５μｍでのアッベ数相当値ν2 が、
１２０＜ν2 ＜２５０                                  ・・・（２）
を満足することを特徴とする赤外光用光学系として構成し得る。
第８の形態の赤外光用光学系は、第７の形態において、前記赤外光用光学系が両側テレセントリック光学系であることを特徴とする赤外光用光学系として構成し得る。
次に、以下に、本発明の光接続モジュール及び赤外光用光学系の実施例を説明する。
【００２１】
図１は、本発明の１実施例の光クロスコネクトスイッチの構成を示す図であり、入力用光導波路、射出用光導波路共に光ファイバーの例である。
【００２２】
光ファイバー１１1 、・・・１１7 、・からなる光ファイバー列１０の端面に面して倍率が１５倍の両側テレセントリック光学系１が配置され、両側テレセントリック光学系１の出射側にＭＥＭＳミラー列１６が傾斜して配置され、光ファイバー列１０の何れかの光ファイバー１１1 、・・・１１7 、・の端面から出て、両側テレセントリック光学系１を経てＭＥＭＳミラー列１６の何れかのＭＥＭＳミラー１７1 、・・・１７7 、・で反射された光束の集光位置（結像位置）に折り返しミラー（平面ミラー）１９が配置されてなる。
【００２３】
ここで、両側テレセントリック光学系１は、模式的には、２個の正レンズ１1 、１2 が共焦点で配置されてなるもので、一点鎖線で示される光軸に平行に入射した主光線は光軸に平行に射出する性質があるものである。実際には、後記の数値例のように、２枚以上のレンズから構成されるものである。
【００２４】
また、ＭＥＭＳミラー列１６は、光ファイバー列１０の配列に対応してＭＥＭＳミラー１７1 、・・・１７7 、・が配列され、各ＭＥＭＳミラー１７1 、・・・１７7 、・は、スプリングに搭載され電極により制御され、各々四角形、円形、楕円形のような形状をしており、電極に加えられた電圧により決定される傾斜角だけ傾斜するものである。
【００２５】
このような構成であるので、光ファイバー列１０の例えば光ファイバー１１1 の端面から出た光束は両側テレセントリック光学系１を経てＭＥＭＳミラー列１６の対応するＭＥＭＳミラー１７1 に入射し、そのＭＥＭＳミラー１７1 の傾斜角に応じた角度で反射し、その反射光は折り返しミラー１９上に結像し、その反射光はＭＥＭＳミラー１７1 の傾斜角に対応するＭＥＭＳミラー１７7 に入射してそのＭＥＭＳミラー１７7 の傾斜角に応じた角度で反射し、両側テレセントリック光学系１を反対に経て光ファイバー列１０のＭＥＭＳミラー１７7 の傾斜角に対応する光ファイバー１１7 の端面に結像して光接続される。したがって、ＭＥＭＳミラー１７1 と１７7 の傾きを制御して光ファイバー１１1 、・・・１１7 、・間の任意の組み合わせで光接続することができる。
【００２６】
図２は、本発明の別の実施例の光クロスコネクトスイッチの構成を示す図であり、この場合も、入力用光導波路、射出用光導波路共に光ファイバーの例である。
【００２７】
光ファイバー１１1 、・・・１１7 、・からなる光ファイバー列１０の端面に面して倍率が１５倍の両側テレセントリック光学系１Ａが配置され、両側テレセントリック光学系１Ａの出射側にＭＥＭＳミラー列１６Ａが傾斜して配置され、ＭＥＭＳミラー列１６Ａの反射側に平行にＭＥＭＳミラー列１６Ｂが配置され、ＭＥＭＳミラー列１６Ｂの反射側に倍率が１／１５倍の両側テレセントリック光学系１Ｂが配置され、その射出側に面して光ファイバー列２０が配置されている。
【００２８】
光ファイバー列１０と光ファイバー列２０は同様の配列からなり、両側テレセントリック光学系１Ａと両側テレセントリック光学系１Ｂは、入射方向を逆にしただけで同一のものからなり、ＭＥＭＳミラー列１６ＡとＭＥＭＳミラー列１６Ｂは同一仕様で同様の配列からなる。
【００２９】
そして、図１の場合の折り返しミラー１９の中心を中心とした１８０°回転対称に光ファイバー列１０と光ファイバー列２０、両側テレセントリック光学系１Ａと両側テレセントリック光学系１Ｂ、ＭＥＭＳミラー列１６ＡとＭＥＭＳミラー列１６Ｂが配置されている。
【００３０】
この配置において、光ファイバー列１０の特定の光ファイバーの端面から出た光束は両側テレセントリック光学系１Ａを経てＭＥＭＳミラー列１６Ａの対応するＭＥＭＳミラーに入射し、そのＭＥＭＳミラーの傾斜角に応じた角度で反射し、その反射光は一旦結像し、その結像点を通った光はＭＥＭＳミラー列１６ＡのＭＥＭＳミラーの傾斜角に対応する位置のＭＥＭＳミラー列１６ＢのＭＥＭＳミラーに入射してそのＭＥＭＳミラーの傾斜角に応じた角度で反射し、両側テレセントリック光学系１Ｂを経て光ファイバー列２０のＭＥＭＳミラー列１６ＢのＭＥＭＳミラーの傾斜角に対応する光ファイバーの端面に結像して光接続される。したがって、ＭＥＭＳミラー列１６ＡとＭＥＭＳミラー列１６ＢのＭＥＭＳミラーの傾きを制御して、光ファイバー列１０と光ファイバー列２０の間の任意の組み合わせで光接続することができる。
【００３１】
図１と図２の比較行うと、図１の場合は、折返しミラー１９を用いてテレセントリック光学系１を１つにした点に特徴があり、装置全体をコンパクトにまとめることができる。図２の場合は、折返しミラーを用いずにテレセントリック光学系１Ａ、１Ｂを２つ使った例であり、光ファイバー列１０と光ファイバー列２０のアレーの数（行×列）が図１の場合と同じものを用いて、２倍の入出力チャネル数が確保できる特徴がある。したがって、光ファイバー列１０、２０全体の大きさが小さくてすむので、設計上の利点がある。
【００３２】
図１、図２の具体的な仕様例としては、
ＭＥＭＳミラー列１６、１６Ａ、１６Ｂの光軸に対する全体の傾き角：２２．５°
ＭＥＭＳミラー素子数：８×８＝６４枚
ＭＥＭＳミラー素子間隔：δＤ＝２．０２９５ｍｍ（紙面内方向）
１．８７５０ｍｍ（紙面垂直方向）
光ファイバー列１０、２０本数：８×８＝６４本
光ファイバー間隔：δｄ＝１２５μｍ（光ファイバークラッド径と同じ：紙面内、垂直方向共）
テレセントリック光学系１、１Ａ倍率：１５倍
テレセントリック光学系１Ｂ倍率：１／１５倍
なお、テレセントリック光学系１、１Ａ、１Ｂの具体例は後記する。
【００３３】
ＭＥＭＳミラー列を用いる従来例（例えば、特開平５−１０７４８５）では、光ファイバー列の光ファイバー相互の間隔とミラー素子相互の間隔が同じでなければならなかった。ＭＥＭＳミラー列のミラー素子相互の間隔は製作上の問題や光学的な問題から間隔が広くなりがちになる。それに合わせて光ファイバー相互の間隔を広くすると、装置の小型化等が難しくなる。
【００３４】
これに対して、上記実施例のような任意の倍率の両側テレセントリック光学系１、１Ａ、１Ｂを使用することで、ＭＥＭＳミラー列１６、１６Ａ、１６Ｂのミラー素子相互の間隔が広くても、光ファイバー列１０、２０の光ファイバー相互の間隔を小さくすることができる。したがって、両側テレセントリック光学系１、１Ａ、１Ｂに倍率を持たせることで（ここでは、１５倍、１／１５倍）、光ファイバーの間隔とＭＥＭＳミラー素子の間隔を同じにする必要がなくなり、設計上の自由度を増すことができる。
【００３５】
両側テレセントリック光学系の倍率は任意にとれるが、光ファイバー相互の間隔をＭＥＭＳミラー素子相互の間隔より広くすることにはメリットがないので、入射側の両側テレセントリック光学系１、１Ａの倍率は１倍より大にすることが望ましい。装置の小型化の観点を考慮すると、３０倍以内とすることが望ましい。
【００３６】
図１、図２に示したような光クロスコネクトスイッチの構成においては、光ファイバー列１０、２０の光ファイバーを縦横等間隔の正方格子状に並べ、対応するＭＥＭＳミラー列１６、１６Ａ、１６Ｂの要素のＭＥＭＳミラー１７も図３（ａ）に示すように縦横等間隔の正方格子状に並べる場合、ＭＥＭＳミラー列１６、１６Ａ、１６Ｂが光軸方向に対して傾いて取り付けられるため、ＭＥＭＳミラー列１６、１６Ａ、１６Ｂを光軸方向から見ると、ＭＥＭＳミラー１７は縦横等間隔にならず、図３（ｂ）に示すように、図１、図２の紙面内方向と紙面垂直方向とで間隔が異なることになる。
【００３７】
ＭＥＭＳミラー列１６、１６Ａ、１６Ｂの製作上の制限やコストの問題等により、縦横でＭＥＭＳミラー１７間の間隔を自由に設定できない場合がある。その場合、光ファイバー列１０、２０の光ファイバー相互の間隔を、図３（ｂ）の見かけの縦横の間隔に対応するように縦横で異ならせる方法もあるが、それとは別の方法として、両側テレセントリック光学系１、１Ａ、１Ｂを両側テレセントリックアナモルフィックレンズ系として、例えば図１の紙面内方向と紙面垂直方向の倍率（縦横倍率）を変えるようにすることで対応することが可能となる。
【００３８】
図４に、図１の両側テレセントリック光学系１の代わりに両側テレセントリックアナモルフィックレンズ系１Ｃを用いる実施例のＹ−Ｚ面投影図（ａ）とＸ−Ｚ面投影光路図（ｂ）とを示す。ここで、Ｚ軸を光軸方向としている。この例の場合は、光ファイバー列１０の光ファイバーは縦横等間隔の正方格子状に並べられ、ＭＥＭＳミラー列１６のＭＥＭＳミラー１７も同様に縦横等間隔で正方格子状に並べられており、光軸に対して傾いて取り付けられたＭＥＭＳミラー列１６の光軸方向から見た見かけのＭＥＭＳミラー１７のＹ軸方向の間隔縮小分、両側テレセントリックアナモルフィックレンズ系１ＣのＹ−Ｚ断面方向（図４（ａ））の倍率がＸ−Ｚ断面方向の倍率（図４（ｂ））より小さく設定されている。そのため、光ファイバー列１０の何れの光ファイバーから出た光束もＭＥＭＳミラー列１６の対応するＭＥＭＳミラー１７に入射することができるようになる。なお、その他の動作は図１の場合と同様である。
【００３９】
ところで、ＭＥＭＳミラー列１６、１６Ａ、１６ＢのＭＥＭＳミラー１７個々の形状は、ミラーを直交するＸＹ両軸周りに同じ機械的特性で回転させるため、一般的には、図３（ａ）に示すように円形のものが用いられる。円形のＭＥＭＳミラー１７の場合、ＭＥＭＳミラー列１６、１６Ａ、１６Ｂは光軸方向に対して傾いて取り付けられるため、光軸方向へ射影した形状（光軸方向から見た見かけの形状）は、図３（ｂ）に示すように、Ｘ軸方向（図４）に長軸を持った楕円形となる。
【００４０】
このような見かけ上楕円形のＭＥＭＳミラー１７に光ファイバー列１０の個々の光ファイバーから出た光束を効率良く入射させて反射させるには、図１の構成の場合、両側テレセントリック光学系１から出る光束もその長軸方向に偏平の断面を持つ光束とすることが望ましい。
【００４１】
一方、両側テレセントリックアナモルフィックレンズ系の倍率とそれから出る光束のＮＡ（開口数）は反比例の関係にあるので、Ｘ軸方向（図４）に長軸を持った楕円形の光束とするには、図４の実施例とは反対に、両側テレセントリックアナモルフィックレンズ系１ＣのＸ−Ｚ断面方向の倍率（図４（ｂ））がＹ−Ｚ断面方向（図４（ａ））の倍率より小さものを用いればよい。このように両側テレセントリックアナモルフィックレンズ系１Ｃの縦横の倍率を設定することで、ＭＥＭＳミラー列１６の各ＭＥＭＳミラー１７に入射する光束の断面形状を、ＭＥＭＳミラー１７の見かけの形状と同じ楕円形にすることができ、ＭＥＭＳミラー１７のミラー面積を有効に利用することができるようになり、高効率の光接続が可能になる。ただし、この構成の場合は、両側テレセントリックアナモルフィックレンズ系１Ｃの縦横の倍率の違いと、ＭＥＭＳミラー列１６の見かけ上のＭＥＭＳミラー１７の縦横の間隔の変化分を考慮して、光ファイバー列１０の光ファイバーの縦横の配置間隔と、ＭＥＭＳミラー列１６のＭＥＭＳミラー１７の縦横の配置間隔とを設定しなければならない。
【００４２】
ところで、図６に模式的に示すように、光ファイバー１１の端面をその軸に対して斜めに（例えば法線が軸から８°程度の角度をなすように）カットした傾斜面１２とすると、光ファイバー１１から出射する光束の光軸はその傾斜面１２の屈折プリズム効果により傾斜面１２に沿う方向に偏向されると共に、光束の広がり角（ＮＡ）がその偏向方向により大きくなり、ＮＡが等方的でなく、偏向方向においてより大きくなる。この現象を利用して、上記の見かけ上楕円形のＭＥＭＳミラー１７に光ファイバー列１０の個々の光ファイバーから出た光束を効率良く入射させて反射させるようにすることができる。
【００４３】
その実施例を図５に示す。この実施例は、光ファイバー列１０の端面の形状、配置位置を除いて図１の実施例と同じである。図５（ａ）はそのＹ−Ｚ面投影図、図５（ｂ）はそのＸ−Ｚ面投影光路図である。座標の取り方は図４と同様である。この例の場合は、光ファイバー列１０全体を束ねた後に斜めにカットし、その傾斜面１２がＸ−Ｚ断面内で傾き、Ｙ−Ｚ断面内では傾かないように、光ファイバー列１０をＸ−Ｚ断面内で傾けて配置しており、上記の原理により、光ファイバー列１０の各光ファイバーから出て回転対称な両側テレセントリック光学系１を通ってＭＥＭＳミラー列１６の各ＭＥＭＳミラー１７に入射する光束の断面形状は、ＭＥＭＳミラー１７の見かけの形状と略同じ楕円形であり、ＭＥＭＳミラー１７のミラー面積を有効に利用することができるようになり、高効率の光接続が可能になる。
【００４４】
図５の場合は、１本１本の光ファイバーの端面を斜めにカットした後に束ねるようにしてもよいが、光ファイバー列１０全体を束ねた後に斜めにカットして各光ファイバーの端面を斜めにカットした方が光ファイバーの端面の向きを一度に揃えられるという利点がある。
【００４５】
なお、この実施例においては、各光ファイバーの端面をその軸に対して斜めにカットしているので、光ファイバー端面での光反射が入力側に戻ってノイズになるのを防止できるメリットもある。
【００４６】
上記の両側テレセントリックアナモルフィックレンズ系を使用してＭＥＭＳミラー１７の見かけの形状に合致するように入射する光束の断面形状を楕円形にする実施例、及び、各光ファイバーの傾斜面にしてＭＥＭＳミラー１７の見かけの形状に合致するように入射する光束の断面形状を楕円形にする実施例何れにおいても、ＭＥＭＳミラー１７に入射する光束の楕円形の長軸とＭＥＭＳミラー１７の見かけの楕円形の長軸とは一致していた方が、ＭＥＭＳミラー１７の面積を有効に使用することができる。したがって、両者の長軸のなす角の大きさについては、１５°以内、より望ましくは１０°以内、最も望ましくは５°以内が好ましい。
【００４７】
さて、前記したように、本発明においては、以上の実施例のように、任意の倍率の両側テレセントリック光学系１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃを使用することにより、光ファイバー列１０、２０の光ファイバー間の間隔とＭＥＭＳミラー列１６、１６Ａ、１６ＢのＭＥＭＳミラー間の間隔を同じにする必要がない。したがって、光ファイバー列１０の光ファイバー１１間の間隔を、図７に示すように、光ファイバー１１のクラッド径と同じ（１２５μｍ）にし、光ファイバー１１をそのまま１列ずつ敷き詰めた状態で相互に位置決め固定をすることができる。光ファイバー１１のクラッド径は非常に精度良く管理されているので、光ファイバー１１相互の正確な間隔を実現することができる。光ファイバー１１の上記のような並べ方として、図７（ａ）に示すように正方格子状に並べること、図７（ｂ）に示すように最密充填タイプに並べることの何れも可能である。その場合、ＭＥＭＳミラー列１６、１６Ａ、１６ＢのＭＥＭＳミラー１７の並べ方も、光ファイバー列１０の光ファイバー１１の並べ方に合わせる必要がある。図７（ｂ）の最密充填タイプの並べ方は、光ファイバー１１を２次元にまとめたときに自然にまとまる形であり、また、断面が最も小さな面積になるため、光ファイバーを並べるときの容易さと共に小型化に対して有利である。
【００４８】
ところで、後記の具体例に示すように、両側テレセントリック光学系１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃを波長１．２μｍから１．７μｍの範囲内の広い波長域帯に対応させるため、使用する両側テレセントリック光学系１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃには複数の硝材を使用し、色分散を良好に補正する必要がある。
【００４９】
そのためには、高分散の硝材と低分散の硝材を組み合わせることで良好に色収差を補正できる。後記の具体例である数値例１では、ガラス１とガラス２の２種類を用いており、数値例２では、ガラス１とガラス３の２種類を用いている。それらの屈折率は次の通りである。
波長（ｎｍ）  1675.00      1550.00      1460.00      1260.00
ガラス１      1.758271     1.760827     1.762720     1.767294
ガラス２      1.429464     1.430200     1.430722     1.431886
ガラス３      1.485046     1.485973     1.486631     1.488103
ここで、波長１．５５μｍでのアッベ数相当値をνとし、
ν＝（ｎ1.55−１）／（ｎ1.26−ｎ1.675 ）              ・・・（ａ）
と定義する。ここで、ｎ1.26は波長１．２６μｍでの屈折率、ｎ1.675 は波長１．６７５μｍでの屈折率、ｎ1.55は波長１．５５μｍでの屈折率である。
【００５０】
本発明の波長１．２μｍから１．７μｍの範囲内の赤外光で使用する光学系においては、少なくとも２つの異なる硝材を用いており、その１つの波長１．５５μｍでのアッベ数相当値ν1 は、
７０＜ν1 ＜１２０                                    ・・・（１）
を満足し、もう１つの波長１．５５μｍでのアッベ数相当値ν2 は、
１２０＜ν2 ＜２５０                                  ・・・（２）
を満足するようにすることが、回折光学素子を用いずに、屈折レンズの組み合わせにより波長１．２μｍから１．７μｍの範囲において色収差を良好に補正するために望ましい。
【００５１】
さらに好ましくは、
７５＜ν1 ＜１１５                                ・・・（１−１）
１２０＜ν2 ＜２５０                              ・・・（２−１）
を満足することが望ましい。
【００５２】
さらに好ましくは、
８０＜ν1 ＜１１５                                ・・・（１−２）
１２５＜ν2 ＜２００                              ・・・（２−２）
を満足することが望ましい。
【００５３】
なお、前記ガラス１のνは８４．３、ガラス２のνは１７７．６、ガラス３のνは１５９．０である。
【００５４】
さらに、波長１．５５μｍでのアッベ数相当値ν1 を持つ硝材の波長１．５５μｍでの屈折率をｎ1 とするとき、
ｎ1 ＞１．７                                          ・・・（３）
を満足することで、ペッツバール和等がより良く補正された光学系とすることができる。
【００５５】
ところで、本発明による任意の倍率の両側テレセントリック光学系１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃは、図１、図２、図４、図５等の光学クロスコネクトだけでなく、光導波路同士、例えば、光ファイバー列と導波プレートを光接続するのに用いることができる。図８に、光ファイバー列１０と導波プレート３０の対応する光ファイバー１１1 、・・・１１7 、・と光導波路３１1 、・・・３１7 、・を１対１で高効率で光接続する場合の構成を示す。
【００５６】
このように複数の光ファイバーと光導波路とを同時に１つの両側テレセントリック光学系１で光接続することができ、相互のアライメントは両側テレセントリック光学系１だけを調整すればよく、容易にアライメントできる。なお、モードフィールド径が異なる光導波路同士の接続も、両側テレセントリック光学系１の倍率を変えることで対応可能となる。
【００５７】
次に、図１、図２の構成のテレセントリック光学系１、１Ａ、１Ｂの具体例として、数値例１と数値例２を示す。
【００５８】
図９は数値例１のテレセントリック光学系１の光路図であり、物体側から順に、ｒ0 で示された光ファイバー列１０の端面と、両凸レンズ２枚と、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、両凸レンズと、両凹レンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズと、両凸レンズとの９枚からなり、その後にｒ19で示されたＭＥＭＳミラー列１６と、ｒ20で示された像面である折り返しミラー１９とが配置されており、ＭＥＭＳミラー列１６はその基板の法線が光軸に対して２２．５°傾いて配置されている。
【００５９】
図１０は数値例２のテレセントリック光学系１の光路図であり、物体側から順に、ｒ0 で示された光ファイバー列１０の端面と、両凸レンズ２枚と、両凹レンズと、両凸レンズと、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズと、物体側に凹面を向けた負メニスカスレンズと、物体側に凹面を向けた正メニスカスレンズと、両凸レンズとの９枚からなり、その後にｒ19で示されたＭＥＭＳミラー列１６と、ｒ20で示された像面である折り返しミラー１９とが配置されており、ＭＥＭＳミラー列１６はその基板の法線が光軸に対して２２．５°傾いて配置されている。
【００６０】
以下に、上記各数値例の数値データを示すが、記号は、ＮＡO は物体側開口数βは倍率、ｒ0 は物体面、ｒ1 、ｒ2 …は各レンズ面の曲率半径、ｒ20は像面、ｄ0 は物体面と第１レンズ面との間の間隔、ｄ1 、ｄ2 …は各レンズ面間の間隔、ｄ19はＭＥＭＳミラー列１６と折り返しミラー１９との間の間隔である。また、“ＭＥＭＳ”はＭＥＭＳミラー列１６を示す。なお、ガラス１〜３の屈折率は前記した通りであり、基準波長は１．５５０μｍである。
【００６１】
（数値例１）
ＮＡO ＝０．１８７５０
β＝×１５．００００
ｒ0 =     ∞（物体）        ｄ0 =  9.999660
ｒ1 =    13.37556           ｄ1 =  3.000000       ガラス２
ｒ2 =    -8.60009           ｄ2 =  1.200000
ｒ3 =     6.47030           ｄ3 =  3.000000       ガラス２
ｒ4 =    -9.62240           ｄ4 =  1.200000
ｒ5 =    -5.21155           ｄ5 =  3.000000       ガラス１
ｒ6 =   -40.46389           ｄ6 =  1.200000
ｒ7 =     5.45445           ｄ7 =  3.000000       ガラス２
ｒ8 =    -6.31941           ｄ8 =  2.121958
ｒ9 =    -3.18422           ｄ9 =  3.000000       ガラス１
ｒ10=    32.43681           ｄ10=  1.200000
ｒ11=     4.58169           ｄ11=  5.000000       ガラス２
ｒ12=     3.67509           ｄ12= 15.678483
ｒ13=    -9.85987           ｄ13=  4.678525       ガラス１
ｒ14=   -15.78896           ｄ14= 11.762677
ｒ15=   -48.51610           ｄ15=  4.958357       ガラス２
ｒ16=   -22.77635           ｄ16=  1.200000
ｒ17=   105.03661           ｄ17=  5.000000       ガラス２
ｒ18=   -42.25490           ｄ18= 46.999986
ｒ19=     ∞（ＭＥＭＳ）    ｄ19= 52.073197
ｒ20=     ∞（像面）                                                。
【００６２】
（数値例２）
ＮＡO ＝０．１８７５０
β＝×１５．００００
ｒ0 =     ∞（物体）        ｄ0 =  9.999882
ｒ1 =    14.78347           ｄ1 =  3.000000       ガラス３
ｒ2 =    -9.54881           ｄ2 =  1.200000
ｒ3 =     6.45567           ｄ3 =  3.000000       ガラス３
ｒ4 =   -10.56397           ｄ4 =  1.200000
ｒ5 =    -5.52042           ｄ5 =  3.000000       ガラス１
ｒ6 =    21.43280           ｄ6 =  1.200000
ｒ7 =     4.35030           ｄ7 =  3.460151       ガラス３
ｒ8 =    -5.23286           ｄ8 =  1.200000
ｒ9 =    -2.75628           ｄ9 =  3.000000       ガラス１
ｒ10=  -282.04741           ｄ10=  1.200000
ｒ11=     4.55744           ｄ11=  5.000000       ガラス３
ｒ12=     3.43153           ｄ12= 17.302785
ｒ13=    -9.99130           ｄ13=  4.414133       ガラス１
ｒ14=   -17.07494           ｄ14= 11.646068
ｒ15=   -45.14269           ｄ15=  3.976863       ガラス３
ｒ16=   -22.07351           ｄ16=  1.200000
ｒ17=   187.25014           ｄ17=  5.000000       ガラス３
ｒ18=   -41.28883           ｄ18= 46.999986
ｒ19=     ∞（ＭＥＭＳ）    ｄ19= 52.007290
ｒ20=     ∞（像面）                                                。
【００６３】
上記数値例１、２の像面での収差図を図１１、図１２に示す。
【００６４】
以上の本発明の光接続モジュール及び赤外光用光学系は例えば次のように構成することができる。
【００６５】
〔１〕  複数の入力用光導波路から射出した波長１．２μｍから１．７μｍの範囲内の光信号を、複数の出力用光導波路に入射させる光通信用の光接続モジュールであって、
１つの両側テレセントリック光学系により、前記入力用光導波路からの少なくとも２本以上の光束を前記出力用光導波路に光学的に接続することを特徴とする光接続モジュール。
【００６６】
〔２〕  複数の傾斜角可変ミラー素子からなるミラー列が間に配置され、前記入射用光導波路からの光束の反射方向を前記ミラー列の傾斜角可変ミラー素子で変えることにより、前記出力用光導波路への接続が切り換え可能になっていることを特徴とする上記１記載の光接続モジュール。
【００６７】
〔３〕  前記複数の傾斜角可変のミラー素子からなるミラー列が平板上に配置されており、前記平板は前記両側テレセントリック光学系の光軸に対して角度をもって傾斜配置されていることを特徴とする上記２記載の光接続モジュール。
【００６８】
〔４〕  前記両側テレセントリック光学系の倍率が１倍より大きく３０倍以内であることを特徴とする上記１から３の何れか１項記載の光接続モジュール。
【００６９】
〔５〕  前記両側テレセントリック光学系の倍率が、光軸に直交し相互に直交する２方向で異なるアナモルフィック光学系であることを特徴とする上記１から４の何れか１項記載の光接続モジュール。
【００７０】
〔６〕  前記入力用光導波路又は前記出力用光導波路の少なくとも一方の光導波路同士の並べ方が最密充填となっていることを特徴とする上記１から３の何れか１項記載の光接続モジュール。
【００７１】
〔７〕  前記入力用光導波路又は前記出力用光導波路の少なくとも一方の光導波路の端面は光導波路の光軸に対して角度をもって傾斜面にカットされ、その傾斜面が傾いている面と、前記ミラー列が傾斜している面とのなす角が略９０°であることを特徴とする上記３記載の光接続モジュール。
【００７２】
〔８〕  前記なす角が９０°±１５°以内であることを特徴とする上記７記載の光接続モジュール。
【００７３】
〔９〕  波長１．２μｍから１．７μｍの範囲内で使用する赤外光用光学系において、少なくとも２つの異なる硝材を用いており、硝材の波長１．５５μｍでのアッベ数相当値νを、
ν＝（ｎ1.55−１）／（ｎ1.26−ｎ1.675 ）              ・・・（ａ）
と定義（ｎ1.26は波長１．２６μｍでの屈折率、ｎ1.675 は波長１．６７５μｍでの屈折率、ｎ1.55は波長１．５５μｍでの屈折率）するとき、少なくとも２つの異なる硝材の１つの波長１．５５μｍでのアッベ数相当値ν1 が、
７０＜ν1 ＜１２０                                    ・・・（１）
を満足し、もう１つの波長１．５５μｍでのアッベ数相当値ν2 が、
１２０＜ν2 ＜２５０                                  ・・・（２）
を満足することを特徴とする赤外光用光学系。
【００７４】
〔１０〕  次の関係を満足することを特徴とする上記９記載の赤外光用光学系。
【００７５】
７５＜ν1 ＜１１５                                ・・・（１−１）
１２０＜ν2 ＜２５０                              ・・・（２−１）
〔１１〕  次の関係を満足することを特徴とする上記９記載の赤外光用光学系。
【００７６】
８０＜ν1 ＜１１５                                ・・・（１−２）
１２５＜ν2 ＜２００                              ・・・（２−２）
〔１２〕  波長１．５５μｍでのアッベ数相当値ν1 を持つ硝材の波長１．５５μｍでの屈折率をｎ1 とするとき、
ｎ1 ＞１．７                                          ・・・（３）
を満足することを特徴とする上記９から１１の何れか１項記載の赤外光用光学系。
【００７７】
〔１３〕  前記赤外光用光学系が両側テレセントリック光学系であることを特徴とする上記９から１２の何れか１項記載の赤外光用光学系。
【００７８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の接続モジュールによると、１つの両側テレセントリック光学系を用いて入力用光導波路からの少なくとも２本以上の光束を出力用光導波路に光学的に接続するので、両側テレセントリック光学系のみの調節で複数の光導波路を同時に容易にアライメントすることができる。また、複数の硝種を組み合わせることで、１．２μｍから１．７μｍの広い波長帯域に対応する赤外光用光学系を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例の光クロスコネクトスイッチの構成を示す図である。
【図２】本発明の別の実施例の光クロスコネクトスイッチの構成を示す図である。
【図３】縦横等間隔に並べられたＭＥＭＳミラー列の正面図とその光軸方向から見た見かけの縦横の間隔を示す図である。
【図４】図１の両側テレセントリック光学系の代わりに両側テレセントリックアナモルフィックレンズ系を用いる実施例をの構成を示す図である。
【図５】光ファイバーの端面を斜めにカットしてＮＡを非等方的にした光クロスコネクトスイッチの実施例の構成を示す図である。
【図６】光ファイバーの端面を斜めにカットした場合の出射光束の様子を示す図である。
【図７】光ファイバーを相互に接触させて密に配置する光ファイバー列の並べ方を示す図である。
【図８】両側テレセントリック光学系を用いて光ファイバー列と導波プレートを光接続する実施例の構成を示す図である。
【図９】数値例１のテレセントリック光学系の光路図である。
【図１０】数値例２のテレセントリック光学系の光路図である。
【図１１】数値例１の像面での収差図である。
【図１２】数値例２の像面での収差図である。
【図１３】従来公知の光学クロスコネクトを説明するための図である。
【符号の説明】
１、１Ａ、１Ｂ…両側テレセントリック光学系
１Ｃ…両側テレセントリックアナモルフィックレンズ系
１1 、１2 …正レンズ
１０、２０…光ファイバー列
１１、１１1 、・・・１１7 …光ファイバー
１２…傾斜面
１６、１６Ａ、１６Ｂ…ＭＥＭＳミラー列
１７、１７1 、・・・１７7 …ＭＥＭＳミラー
１９…折り返しミラー（平面ミラー）
３０…導波プレート
３１1 、・・・３１7 …光導波路
【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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