(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスイッチセルを備えた光スイッチであって、
前記光スイッチはｎ（ｎは自然数）の入力とｍ（ｍは自然数）の出力とを有し、
前記光スイッチは隣り合う二つのスイッチセル間の距離として定義される単位サイズを有し、
前記各スイッチセルは、各行と各列が直交し、Ｋ行（Ｋはｎ≦Ｋを満たす整数）×Ｌ（Ｌはｍ≦Ｌを満たす整数）列のマトリクスの格子上に配置され、
前記光スイッチは、
前記Ｋ及びＬ並びに前記単位サイズで規定されるスイッチサイズを有し、前記各スイッチセルを含む基板と、
前記基板の主面に対して垂直で且つ互いに平行な第１及び第２のミラーと、
前記第１及び第２のミラーの反射面に対して傾斜した前記入力のための複数の入力光路並びに前記第１及び第２のミラーに対して傾斜した前記出力のための複数の出力光路を提供する光学ユニットとを備え、
各スイッチセルは前記基板に対して可動的に設けられ、光をスルーして直進、又は反射して光の進路を変更するスイッチミラーを含み、
ｎ≧３，ｍ≧３、且つ任意の入力と任意の出力とを結ぶ光パスが前記第１のミラー、前記第２のミラー、及び前記スイッチミラーで合わせて２回反射するよう、前記第１及び第２のミラー、並びに前記複数のスイッチセルが配置され、且つ該スイッチセルの前記スイッチミラーのスルー又は反射が制御される光スイッチ。
【請求項２】
複数の入力ポートからの光を任意に複数の出力ポートに導くよう配置した可動可能な光反射部を有し、光をスルーして直進、又は反射して光の進路を変更する複数の光路切換手段と、
該入力ポートからの光または該光反射部からの光を該出力ポートまたは該光反射部に向けて反射する反射手段を設け、
前記入力ポート及び前記出力ポートの個数は３個以上であり、任意の入力ポートと任意の出力ポートとを結ぶ光パスが前記反射手段、及び前記光反射部で合わせて２回反射するよう、前記複数の光路切換手段及び反射手段が配置され、且つ前記光路切換手段の前記光反射部のスルー又は反射が制御される光スイッチ。
【請求項３】
複数の光入力ポートと、
複数の光出力ポートと、
該複数の光入力ポートと該複数の光出力ポート間に設けられた可動可能な光反射部を有し、光をスルーして直進、又は反射して光の進路を変更する複数の光路切換手段と、
該複数の光入力ポートと該複数の光出力ポート間で該複数の光路切換手段の外側に設けられ、光入力ポートからの光または光路切換手段からの光を反射する反射手段とにより構成され、
前記光入力ポート及び前記光出力ポートの個数は３個以上であり、任意の光入力ポートと任意の光出力ポートとを結ぶ光パスが前記反射手段及び前記光反射部で合わせて２回反射するよう前記複数の光路切換手段及び前記反射手段が配置され、且つ前記光路切換手段の前記光反射部のスルー又は反射が制御される光スイッチ。
【請求項４】
複数の光入力ポートと、
複数の光出力ポートと、
該複数の光入力ポートと該複数の光出力ポート間に設けられた可動可能な光反射部を有し、光をスルーして直進、又は反射して光の進路を変更する複数の光路切換手段と、
該複数の光入力ポートと該複数の光出力ポート間で該複数の光路切換手段を挟むように設けられ、入力ポートからの光または光路切換手段からの光を反射する反射手段とにより構成され、
前記光入力ポート及び前記光出力ポートの個数は３個以上であり、任意の光入力ポートと任意の光出力ポートとを結ぶ光パスが前記反射手段、及び前記光反射部で合わせて２回反射するよう前記複数の光路切換手段及び前記反射手段が配置され、且つ前記光路切換手段の前記光反射部のスルー又は反射が制御される光スイッチ。
【請求項５】
請求項１記載の光スイッチであって、
ｎ＝ｍ＝Ｋ、Ｌ＝ｎ＋１、ｎは偶数であり、
前記光スイッチは前記マトリクスの（ｎ／２＋１）列目に設けられたｎ個のレンズを更に備えている光スイッチ。
【請求項６】
請求項１に記載の光スイッチであって、
ｎ＝ｍ＝Ｋ、Ｌ＝ｎ＋１、ｎは奇数であり、
前記光スイッチは前記マトリクスの（（ｎ＋１）／２＋１）列目に設けられたｎ個のレンズを更に備えている光スイッチ。
【請求項７】
請求項１に記載の光スイッチであって、
ｎ＝ｍ＝Ｋ、Ｌ＝ｎ＋１であり、
前記光スイッチは任意の列に設けられたｎ個のレンズを更に備えている光スイッチ。
【請求項８】
請求項１に記載の光スイッチであって、
ｎ＝ｍ、Ｋ＝ｎ＋１、Ｌ＝ｎ＋２であり、
前記光スイッチは前記主面の概ね対角線上に設けられた２ｎ個のレンズを更に備えた光スイッチ。
【請求項９】
請求項１に記載の光スイッチであって、
前記複数の入力光路は互いに平行であり、前記複数の出力光路は互いに平行であり、
前記複数のスイッチセルは、前記入力の側に設けられたｎ個の第１のスイッチセル群と、相対的に前記出力の側に設けられた少なくとも（ｎ２−１）個の第２のスイッチセル群とを含み、
前記第１のスイッチセル群の各々は、各入力を前記第１のミラーでの反射を含む第１の光路と前記第１のミラーでの反射を含まない第２の光路とに切換え、
前記第２のスイッチセル群の各々は、前記第１及び第２の光路の各々に対応して設けられており、各出力に至る最終的な光路を決定する光スイッチ。
【請求項１０】
請求項１に記載の光スイッチであって、
前記複数の入力光路は互いに平行であり、前記複数の出力光路は互いに平行であり、
前記複数のスイッチセルは、前記入力の側に設けられたｎ個の第１のスイッチセル群と、相対的に前記出力の側に設けられた少なくとも（ｎ２−１）個の第２のスイッチセル群とを含み、
前記第１のスイッチセル群の配置位置が、行列表示で、
（１，ｉ）；ｉ＝１〜ｎ
前記第２のスイッチセル群の配置位置が、行列表示で、
（ｎ／２＋ｉ，２（ｎ−１）−ｎ／２＋１−ｉ）；ｉ＝０〜（ｎ−１）
（ｎ／２＋ｉ，２（ｎ−１）−ｎ／２＋２−ｉ）；ｉ＝０〜（ｎ−１）
（ｎ／２＋ｉ＋１，２（ｎ−１）−ｎ／２＋１−ｉ）；ｉ＝０〜（ｎ−１）
（ｎ−１＋ｉ，２（ｎ−１）−ｉ）；ｉ＝０〜（ｎ−１）
（ｎ＋ｉ，２（ｎ−１）−ｉ）；ｉ＝０〜（ｎ−１）
である光スイッチ。
【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し、特に、波長分割多重（ＷＤＭ）を用いたフォトニックネットワークにおけるノード装置に適した光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
波長分割多重（ＷＤＭ）システムは、伝送容量を飛躍的に増大することができる通信システムとして、開発及び実用化が進められている。ＷＤＭシステム同士を接続して、広大なフォトニックネットワークを構築するために、各装置間を光ファイバによりループ状に接続するリング型ネットワークが検討されている。
【０００３】
リング型ネットワークでは、ネットワークの規模が大きくなると、ループ内の伝送容量が増大する。しかし、各ノードでは、比較的小規模な光スイッチを用いた処理で足りる。
【０００４】
これに対して、メッシュ型ネットワークでは、ルート毎の伝送容量が少なくて済むのに対して、各ノードにおいて大規模な光スイッチを用いた処理が必要になる。
【０００５】
また、リング型ネットワークだけでなく、一点対一点のシステムにおいては、従来、ノードにおいて低次群の信号を取り出すために電気スイッチが用いられていた。この電気スイッチを光スイッチにすることにより、ノード内のコストを削減することができるので、大規模な光スイッチは、様々な形態のネットワークにおいて開発が進められている。
【０００６】
従来から実用化されている小規模な光スイッチとして、導波路型の光スイッチがある。導波路型光スイッチは、スイッチ素子と、スイッチ素子に接続される入力及び出力のためのファイバアレイとを備えている。
【０００７】
スイッチ素子を大規模化させるには、スイッチ素子上に形成される各スイッチセル自身の歩留まりを上げる必要があるが、製造トレランスが狭いのでこれは比較的難しい。また、損失要因は、スイッチセルでの損失と、入出力ファイバのスイッチ素子との接続部分における損失である。
【０００８】
従って、導波路型の光スイッチを大規模化させるためには、製造方法を改良することによる歩留まりの向上だけでなく、素子性能を各段にアップさせる必要がある。
【０００９】
一方、伝統的な技術として、光を空間的にスイッチングさせる構成が考えられる。光路を変更する素子として、反射ミラーを用いれば、導波路スイッチで問題となるオン／オフ比、クロストークなどの性能はほとんど問題ない。
【００１０】
しかし、スイッチの体積が大きくなるので、その大きさの観点から大規模化が困難であった。
【００１１】
このような状況を打破するために、最近、この空間スイッチを半導体技術で小さくするようにした技術が開発されている。この技術は、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）と称され、特に光分野に適用したものは光ＭＥＭＳと言われることもある。
【００１２】
ＭＥＭＳによる光スイッチは、小さなミラーを半導体製造技術で基板上に作製し、静電気によりこのミラーを立ち上げて、光路を切り換えるというものである。
【００１３】
尚、ＭＥＭＳに関しては、ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  ｖｏｌ．１０，  Ｎｏ．４，  ＡＰＲＩＬ  １９９８，ＰＰ５２５−５２７を参照されたい。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ＭＥＭＳによる光スイッチは、ミラーを用いているので、スイッチ性能は導波路型よりも優れており、且つ、サイズも導波路型と同等に小さい。しかしながら、後述するようにスイッチングパスによる光路長が異なるので、損失にパス依存性がある。また、空間結合なので、大規模化したときに光路長が長くなると、ビーム広がりによる損失増加も懸念される。
【００１５】
よって、本発明の目的は、小型化に適した光スイッチを提供することである。
【００１６】
本発明の他の目的は、損失にパス依存性のない光スイッチを提供することである。
【００１７】
本発明のさらに他の目的は、以下の説明から明らかになる。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、複数のスイッチセルを備えた光スイッチが提供される。光スイッチはｎ（ｎは自然数）の入力とｍ（ｍは自然数）の出力とを有し、光スイッチは隣り合う二つのスイッチセル間の距離として定義される単位サイズを有する。各スイッチセルは、各行と各列が直交し、Ｋ行（Ｋはｎ≦Ｋを満たす整数）×Ｌ（Ｌはｍ≦Ｌを満たす整数）列のマトリクスの格子上に配置される。光スイッチは、Ｋ及びＬ並びに単位サイズで規定されるスイッチサイズを有し、各スイッチセルを含む基板と、基板の主面に対して垂直で且つ互いに平行な第１及び第２のミラーと、第１及び第２のミラーの反射面に対して傾斜した前記入力のための複数の入力光路並びに前記第１及び第２のミラーに対して傾斜した前記出力のための複数の出力光路を提供する光学ユニットとを備え、各スイッチセルは前記基板に対して可動的に設けられ、光をスルーして直進、又は反射して光の進路を変更するスイッチミラーを含み、ｎ≧３，ｍ≧３、且つ任意の入力と任意の出力とを結ぶ光パスが第１のミラー、第２のミラー、及びスイッチミラーで合わせて２回反射するよう、第１及び第２のミラー、並びに複数のスイッチセルが配置され、且つ該スイッチセルのスイッチミラーのスルー又は反射が制御される。
【００１９】
本発明の他の側面によると、複数の入力ポートからの光を任意に複数の出力ポートに導くよう配置した可動可能な光反射部を有し、光をスルーして直進、又は反射して光の進路を変更する複数の光路切換手段と、該入力ポートからの光または該光反射部からの光を該出力ポートまたは該光反射部に向けて反射する反射手段を設け、前記入力ポート及び前記出力ポートの個数は３個以上であり、任意の入力ポートと任意の出力ポートとを結ぶ光パスが前記反射手段、及び前記光反射部で合わせて２回反射するよう、前記複数の光路切換手段及び反射手段が配置され、且つ前記光路切換手段の前記光反射部のスルー又は反射が制御される光スイッチが提供される。
【００２２】
発明の他の側面によると、複数の光入力ポートと、複数の光出力ポートと、該複数の光入力ポートと該複数の光出力ポート間に設けられた可動可能な光反射部を有し、光をスルーして直進、又は反射して光の進路を変更する複数の光路切換手段と、該複数の光入力ポートと該複数の光出力ポート間で該複数の光路切換手段の外側に設けられ、光入力ポートからの光または光路切換手段からの光を反射する反射手段とにより構成され、前記光入力ポート及び前記光出力ポートの個数は３個以上であり、任意の光入力ポートと任意の光出力ポートとを結ぶ光パスが前記反射手段及び前記光反射部で合わせて２回反射するよう前記複数の光路切換手段及び前記反射手段が配置され、且つ前記光路切換手段の前記光反射部のスルー又は反射が制御される光スイッチが提供される。
【００２３】
本発明の他の側面によると、複数の光入力ポートと、複数の光出力ポートと、該複数の光入力ポートと該複数の光出力ポート間に設けられた可動可能な光反射部を有し、光をスルーして直進、又は反射して光の進路を変更する複数の光路切換手段と、該複数の光入力ポートと該複数の光出力ポート間で該複数の光路切換手段を挟むように設けられ、入力ポートからの光または光路切換手段からの光を反射する反射手段とにより構成され、前記光入力ポート及び前記光出力ポートの個数は３個以上であり、任意の光入力ポートと任意の光出力ポートとを結ぶ光パスが前記反射手段、及び前記光反射部で合わせて２回反射するよう前記複数の光路切換手段及び前記反射手段が配置され、且つ前記光路切換手段の前記光反射部のスルー又は反射が制御される光スイッチが提供される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の望ましい実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２７】
図１を参照すると、ＭＥＭＳを用いた従来の光スイッチが示されている。この光スイッチは、４つの入力チャネル＃１〜＃４と４つの出力チャネル＃１〜＃４とを互いに直交するように配置し、各入力チャネルと各出力チャネルとが任意に光学的に結合されるように１６個のスイッチセルを配置して構成されている。スイッチセルは、４×４の格子位置に設けられている。
【００２８】
各スイッチセルは、小さなミラーを半導体製造技術で基板上に作製し、静電力によりこのミラーを駆動して光路を切り換えることができるようになっている。例えば、スイッチセルは、ミラーが基板の主面（紙面に平行）に平行な第１の状態と、ミラーが主面に垂直な第２の状態とを切り換えることができる。
【００２９】
この光スイッチにあっては、ミラーを用いているので、スイッチ性能は導波路型よりも優れており、しかも、サイズを導波路型と同等に小さくすることができる。しかし、図１に示されるように、スイッチングパスにより光路長が異なることに起因して、損失にパス依存性がある。また、空間結合であるので、大規模化した際に光路長が長くなると、ビーム広がりによる損失増加も懸念される。
【００３０】
図２を参照すると、パス無依存型の従来の光スイッチが示されている。この光スイッチは、４つの入力チャネル＃１〜＃４と４つの出力チャネル＃１〜＃４とを概ね平行に配置し、これらの間に１６個のスイッチセルをマトリクス状に設けて構成されている。１６個のスイッチセルは、４つの１×２スイッチセルと８つの２×２スイッチセルと４つの２×１スイッチセルとを含む。スイッチセルは導波路基板上に一括して作成することができる。
【００３１】
この光スイッチでは、スイッチセル相互間の接続を適切に行うことによって、入力チャネルと出力チャネルとの間の損失がパスに依存しなくなる。
【００３２】
図１に示される光スイッチでは、各入力チャネルと各出力チャネルは１回の９０°反射によって光学的に結合される。従って、図１に示される光スイッチでは、光導波路では比較的自由に設定し得る図２に示されるような光路設定を行うことができない。損失のパス依存性は、光スイッチの規模が大きくなるのに従って致命的になるので、図１に示されるような反射型のスイッチセルを用いて構成される光スイッチにおいて、損失のパス依存性を排除することが切望されている。
【００３３】
図３は本発明による光スイッチの斜視図である。この光スイッチは、ＭＥＭＳによって形成された１６個のスイッチセル（光路切換手段）を一体に有する基板２と、基板２の主面２Ａに対して垂直で且つ互いに平行なミラー４及び６と、入力チャネル（入力ポート）＃１〜＃４のための入力光路Ｐ１及び出力チャネル（出力ポート）＃１〜＃４のための出力光路Ｐ２を提供する光学ユニット８とを備えている。
【００３４】
光学ユニット８は、入力チャネル＃１〜＃４にそれぞれ対応して設けられた光ファイバ１０と、出力チャネル＃１〜＃４にそれぞれ対応して設けられた光ファイバ１２とを含み、光ファイバ１０と光ファイバ１２との間には図示しないレンズによってコリメート光学系が形成されている。光ファイバ１０は、入力光路Ｐ１が互いに平行で且つミラー（反射手段）４及び６に対して傾斜するように設けられており、光ファイバ１２は、出力光路Ｐ２が互いに平行で且つミラー４及び６に対して傾斜するように設けられている。ここでは、光ファイバ１０及び１２は同一平面上で平行になるように設けられている。
【００３５】
スイッチセルは基板２の主面２Ａ上に設けられている。各スイッチセルは、基板２に対して可動的に設けられたスイッチミラー１４を含み、スイッチミラー１４が主面２Ａに平行な第１の状態とスイッチミラー１４が主面２Ａに垂直な第２の状態とを切り換えることができる。ここでは、第２の状態では、スイッチミラー１４はミラー４及び６に対して平行である。
【００３６】
この光スイッチにおいては、最も近接する２つのスイッチセル間の距離を単位サイズとして定義するときに、基板２は４×４のスイッチサイズを有している。１６個のスイッチセルは４×４の格子位置に設けられる。基板２はスイッチサイズより大きいものでもよい。
【００３７】
この構成によると、後で種々の光路を検討するとわかるように、スイッチングパスによらず光路長を一定にすることができ、パスによる損失変動をなくすことができる。
【００３８】
図４の（Ａ）及び（Ｂ）を参照すると、図３に示される光スイッチにおけるパスの設定例が示されている。図４の（Ａ）には、入力チャネル＃１〜＃４がそれぞれ出力チャネル＃１〜＃４に接続される場合が示されている。この場合、第３行第１列及び第２列並びに第２行第３列及び第４列のスイッチセルが第２状態にされ、それ以外のスイッチセルは第１状態である。
【００３９】
図４の（Ｂ）には、入力チャネル＃１〜＃４がそれぞれ出力チャネル＃４〜＃１に接続される場合が示されている。この場合、第１行第１列及び第２列、第３行第１列及び第４列並びに第４行第２列及び第４列のスイッチセルが第２状態にされ、それ以外のスイッチセルは第１状態である。このように、図３に示されるような光スイッチの構成によると、固定されているミラー４及び６と各スイッチセルのスイッチミラー１４とにより任意のパスを張ることができ、非閉塞の光スイッチの提供が可能になる。
【００４０】
図５及び図６は図３に示される光スイッチにおけるパスの全ての設定例を示す図であり、その見方は図４の（Ａ）及び（Ｂ）と同じである。
【００４１】
ここでは、４入力４出力であるので、スイッチサイズは、最も近接する２つのスイッチセル間の距離として定義される単位サイズを１とすると、４×４となる。また、光路長は、一つのスイッチセルの対角長を１とすると、全ての場合４になる。ミラー面での反射回数は、２回、４回、０回の３通りである。スイッチセルは１６個あり、そのうち、図中で下向きのみのミラーを有するスイッチセルが５個、上向きのみのミラーを有するスイッチセルが５個、両方向のミラーを有するスイッチセルが６個である。
【００４２】
図７の（Ａ）を参照すると、３入力３出力の場合における全スイッチング状態が模式的に示されている。スイッチサイズは３×３、光路長は３である。ミラー面での反射回数は、２回、４回、０回の３通りである。スイッチセルは９個で、そのうち、下向きのみのミラーを有するスイッチセルが４個、上向きのみのミラーを有するスイッチセルが４個、両方向のミラーを有するスイッチセルが１個である。
【００４３】
図７の（Ｂ）を参照すると、２入力２出力の場合での全スイッチング状態（２通り）が示されている。この場合、スイッチサイズは２×２であり、光路長は、一つのスイッチセルの対角長を１とすると、２である。ミラー面での反射回数は、２回、１回の２通りである。スイッチセルは４個であり、そのうち、下向きのみのミラーを有するスイッチセルが２個、上向きのみのミラーを有するスイッチセルが２個である。
【００４４】
図８はｎ（ｎはここでは２より大きい整数）入力ｎ出力の場合におけるスイッチセルの配置を説明するための図である。スイッチサイズはｎ×ｎであり、光路長は、一つのスイッチセルの対角長を１とするときに、ｎとなる。スイッチセルのミラー面での反射回数は、２回、４回、０回の３通りである。スイッチセルの数はｎ2個であり、そのうち、下向きのみのミラーを有するスイッチセルが（ｎ＋１）個、上向きのみのミラーを有するスイッチセルが（ｎ＋１）個、両方向のミラーを有するスイッチセルが（ｎ2−２ｎ−２）である。
【００４５】
ｉ行ｊ列のスイッチセルは、第１の状態では、受けた光を（ｉ−１）行（ｊ＋１）列のスイッチセルへ向けて透過し、第２の状態においては、（ｉ＋１）行（ｊ＋１）列のスイッチセルへ反射する。
【００４６】
これまでの実施形態では、行方向に隣り合う２つのスイッチセル間の距離と列方向に隣り合う２つのスイッチセル間の距離とは等しく、入射角度は４５°である。本発明は入射角度が４５°であることによって限定されない。
【００４７】
例えば、図９に示されるように、入射角度が３０°である場合には、行方向に隣り合う２つのスイッチセル間の間隔を列方向に隣り合う２つのスイッチセル間の間隔の２倍にすれば良い。
【００４８】
さらに、任意の入射角度（θｉ）の場合には、図１０に示されるように、行方向の間隔と列方向の間隔とを１：ｔａｎ（θｉ）にすれば良い。
【００４９】
一方、第１行のスイッチセルとミラー４との間の距離ｄmは、行方向に隣り合う２つのスイッチセル間の間隔をａとするときに、ｄm＝（１／２）・ａ・ｔａｎθiとなる。
【００５０】
本発明による光スイッチは拡張性を有している。例えば、図３に示される４入力４出力用の基板２を４つ用いて８入力８出力の光スイッチを得ることができる。
【００５１】
図１１に示されるように、４×４の基板２を４つ並べ、これらを共通のミラー４及び６により挟み込むことによって、８入力８出力の光スイッチを得ることができる。
【００５２】
尚、各スイッチセルとしては、ＭＥＭＳを用いて構成されるもののほか、流体を用いた反射型光スイッチを用いることもできる。この光スイッチは、ある屈折率を有する固体の内部に形成された空洞に気泡を含む液体を密閉し、ヒーター等を用いて気泡を移動させるようにして構成される。液体の屈折率は固体の屈折率にほぼ同じに設定される。従って、空洞を貫くように光路を設定しておくことによって、気泡の有無によって透過と全反射とを切り換えることができる。
【００５３】
図１２の（Ａ）及び（Ｂ）を参照すると、光導波路として提供される４×４光スイッチ及び８×８光スイッチがそれぞれ示されている。各光スイッチはパス無依存型である。
【００５４】
各スイッチセルは本発明における第１の状態に対応するクロス状態と第２の状態に対応するバー状態とを切り換える。また、スイッチセルを表す丸の中に示されている（１３）及び（２３）等の数字は、入力及び出力を関連付けている。例えば（１３）は入力チャネル＃１と出力チャネル＃３を接続するスイッチエレメントであることを示している。また、各スイッチエレメントは、電気的なオフ状態でクロス状態を維持し、電気的にオンになるとバー状態となる。
【００５５】
図１３の（Ａ）は、図１２の（Ａ）に示される光スイッチの論理構成を本発明に適用したものである。具体的には、入力光路の奇数チャネル及び偶数チャネルが交差しており、出力光路の奇数チャネル及び偶数チャネルが交差している。
【００５６】
ＬＮ（ＬｉＮｂＯ3）等の光導波路では、このような交差が存在していても製造技術上特に問題は生じないが、光ファイバアレイ等を用いて入力光路及び出力光路を提供させる場合、交差させることが製造技術上困難になることがある。そこで、図１３の（Ａ）に示される論理構成を維持したまま、上述のような製造技術上の問題を排除させたものが、図１３の（Ｂ）に示されている。
【００５７】
ここでは、入力光路は互いに平行であり、出力光路も互いに平行である。ここでは、奇数チャネルの入力側のスイッチセルと奇数チャネルの出力側のスイッチセルの論理を反転させるか、或いは偶数チャネルの入力側のスイッチセルと偶数チャネルの出力側のスイッチセルの論理を反転させることにより、通常時にはスイッチセルで光を反射させ、そのスイッチセルをアクティブにしてパスを張る場合には、光を反射させないようにしている。
【００５８】
図１３の（Ａ）及び（Ｂ）の各々において、上向きに反射させるスイッチセルの個数は８、下向きに反射させるスイッチセルの個数は８である。また、図１３の（Ａ）において、スイッチセルでの反射回数は、１回、２回、３回の３通りであり、図１３の（Ｂ）に示される構成では、スイッチセルでの反射回数は、０回、２回、４回の３通りである。
【００５９】
さらに、図１２の（Ａ）に示される構成においては、各スイッチミラーは通常は第１の状態にあり、アクティブにしてパスを張るときに第２の状態となる。図１２の（Ｂ）では、丸印で囲まれたスイッチセルは通常は第２の状態で、パスを張るときに第１の状態となり、その他のスイッチセルは図１２の（Ａ）と同じである。
【００６０】
図１４の（Ａ）及び（Ｂ）にそれぞれ図１３の（Ａ）及び（Ｂ）に示される光スイッチの動作例を示し、図１５及び図１６にそれぞれ図１３の（Ａ）及び（Ｂ）に示される４×４光スイッチと同様に構成される８×８光スイッチの構成を示しておく。
【００６１】
このように、本発明によると、パス依存性がなく且つ非閉塞な光スイッチの提供が可能になる。
【００６２】
ところで、光ＭＥＭＳを用いた光スイッチでは、入力と出力の間が空間結合であるので、光路長が長くなると光ビームの拡大に伴って損失が大きくなる可能性がある。本発明では、光路の中間位置でビームを絞り込むことができる。まず、これを図１７の（Ａ）及び（Ｂ）により４入力４出力の場合について説明する。
【００６３】
図１７の（Ａ）及び（Ｂ）は、球レンズを付加した本発明による４入力４出力の光スイッチの動作を説明するための図である。一つのスイッチセルの大きさを１とすると、この光スイッチのスイッチサイズは４×５であり、光路長は、一つのスイッチセルの対角長を１とすると、５となる。ここでは、３列目に４個の球レンズが設けられている。
【００６４】
図１７の（Ａ）に示される状態では、入力チャネル＃１〜＃４はそれぞれ出力チャネル＃１〜＃４に接続され、図１７の（Ｂ）に示される状態では、入力チャネル＃１〜＃４はそれぞれ出力チャネル＃４〜＃１に接続される。
【００６５】
図１８及び図１９は図１７の（Ａ）及び（Ｂ）に示される光スイッチの２４種類の全スイッチング状態を模式的に示す図である。スイッチセルの数は１６であり、そのうち、下向きのみの反射ミラーを有するスイッチセルが４個、上向きのみの反射ミラーを有するスイッチセルが４個、両方向の反射ミラーを有するスイッチセルが８個である。８個のうち５個は、同時に両方向の反射を行う。この場合、反射ミラーが厚いと、２つの入射ビームに対して同時に所定の反射点で反射させることが困難になるので、反射ミラーの厚みをスイッチ規模に応じて薄くすることが望ましい。
【００６６】
図２０は、図１８及び図１９に準じて、本発明による３入力３出力の光スイッチの全スイッチング状態（６種類）を模式的に示す図である。スイッチサイズは、一つのスイッチセルの大きさを１とすると、３×４である。光路長は、一つのスイッチセルの対角長を１とすると、４である。ミラー面での反射回数は、２回、４回の２通りである。スイッチセルの数は９であり、そのうち、下向きのみの反射ミラーを有するスイッチセルが３個、上向きのみの反射ミラーを有するスイッチセルが３個、両方向の反射ミラーが３個である。
【００６７】
図２１は、図１７の（Ａ）及び（Ｂ）、図１８、図１９並びに図２０に示される本発明による光スイッチにおける一般的な配置形態を説明するための図である。ｎ（ｎは２より大きい整数）入力ｎ出力の光スイッチにおけるスイッチセル及び球レンズの配置が示されている。
【００６８】
この光スイッチは、ｎが偶数であるときに、（ｎ／２＋１）列目に設けられたｎ個のレンズを有しており、ｎが奇数であるときに、（（ｎ＋１）／２＋１）列目に設けられたｎ個のレンズを有している。図１９はｎが偶数であるとして図示されている。
【００６９】
スイッチサイズは、一つのスイッチセルの大きさを１とすると、ｎ（ｎ＋１）であり、光路長は、一つのスイッチセルの対角長を１とすると、（ｎ＋１）である。ミラー面での反射回数は、２回、４回、６回の３通り或いはこれらから選ばれる２通りである。スイッチセルの数はｎ2であり、そのうち、下向きのみの反射ミラーを有するスイッチセルがｎ個（一列目）、上向きのみの反射ミラーを有するスイッチセルがｎ個（ｎ列目）、両方向反射のミラーを有するスイッチセルが（ｎ2−２ｎ）個（他）である。
【００７０】
ｎが偶数である場合、各球レンズに対して入力側及び出力側の光路が等しくなるので、レンズ光学系の設計が容易である。
【００７１】
次に、ロッドレンズを適用可能な本発明による光スイッチを説明する。図１７の（Ａ）及び（Ｂ）、図１８〜２１で説明した実施形態においては、一つのレンズを通過する光路が異なる方向で２つ存在するので、球レンズ等の異方性のないレンズの使用が必要である。これに対して、以下に説明する実施形態では、一つのレンズを通過する光路が一つになるようにして、レンズの実装を容易にするとともに、光軸調整を容易にしている。ロッドレンズの位置合わせの許容度は一般的に球レンズのそれよりも大きい。
【００７２】
図２２はロッドレンズを適用した本発明による４入力４出力の光スイッチを示している。スイッチサイズは、スイッチセルの大きさを１とすると、５×６であり、光路長は一つのスイッチセルの対角長を１とすると、６になる。そして、スイッチセルが設けられている基板２（図３参照、ここでは図示せず）の対角線上には８個のロッドレンズが交互に逆方向に偏って配列されている。
【００７３】
スイッチセルの数は２０であり、そのうち、下向きのみの反射ミラーが６個、上向きのみの反射ミラーが６個、両方向の反射ミラーが８個である。この実施形態では、両方向ともに同時に反射するためのミラーは必要ない。ミラー面での反射回数は、２回、４回の２通りである。８個のロッドレンズは２〜５列目に各々２個ずつ斜めに設けられている。入力光路及び出力光路の向きが右上がりである場合、各ロッドレンズは右下がりに配置される。
【００７４】
図２３及び図２４は図２２に示される光スイッチの２４種類の全スイッチング状態を模式的に示したものである。
【００７５】
また、図２５は、図２２に示される光スイッチに準じて構成される３入力３出力の光スイッチにおける６種類の全スイッチング状態を模式的に示した図である。スイッチサイズは、一つのスイッチセルの大きさを１とすると、４×５であり、光路長は、一つのスイッチセルの対角長を１とすると、５である。ミラー面での反射回数は、２回、４回の２通りである。スイッチセルの数は１２であり、そのうち、下向きのみの反射ミラーが５個、上向きのみの反射ミラーが５個、両方向の反射ミラーが２個である。尚、全てのロッドレンズが図示されずに、ロッドレンズの存在領域が示されている場合もある。
【００７６】
図２６は、図２２に示される光スイッチに準じて構成される２入力２出力の光スイッチにおける全２種類のスイッチング状態を模式的に示した図である。スイッチサイズは、一つのスイッチセルの大きさを１とするときに、３×４であり、光路長は、一つのスイッチセルの対角長を１とするときに、４である。ミラー面での反射回数は常に２回である。スイッチセルの数は６であり、下向き及び上向きの反射ミラーが３つずつである。
【００７７】
図２７は、図２２に示される光スイッチの構成に準じて構成されるｎ入力ｎ出力の光スイッチにおけるスイッチセル及びロッドレンズの配置形態を示す図である。スイッチサイズは、一つのスイッチセルの大きさを１とすると、（ｎ＋１）（ｎ＋２）であり、光路長は、一つのスイッチセルの対角長を１とすると、（ｎ＋２）である。入力からロッドレンズまでの光路長と、ロッドレンズから出力までの光路長は、ロッドレンズの配置される列により異なるが、レンズの種類は約（ｎ／２）で済む。ロッドレンズの位置は、（行、列）の表示で、
（１，ｎ＋１）、（２，ｎ）、（２，ｎ＋１）、・・・、（ｉ，ｎ−ｉ＋２）、（ｉ，ｎ−ｉ＋３）、・・・、（ｎ，２）、（ｎ，３）、（ｎ＋１，２）
である。
【００７８】
ミラー面での反射回数は、２回、４回の２通りである。
【００７９】
スイッチセルの数はｎ（ｎ＋１）である。下向きのみの反射ミラーを有するスイッチセルの数は、ｎ＝２のときに３、ｎ＝３のときに５、３を越えるｎに関して（２ｎ−２）であり、上向きの反射ミラーを有するスイッチセルの数は、下向きの反射ミラーを有するスイッチセルの数と同じであり、両方向の反射ミラーを有するスイッチセルの数は、ｎ＝２のときに０、ｎ＝３のときに２、３を越えるｎに関して（ｎ2−３ｎ＋４）である。
【００８０】
これまでに説明した実施形態では、ミラー４又は６での反射を含むミラー反射の回数にパスの依存性が生じてしまい、反射損失が無視し得ない場合、反射回数により損失のパス依存性が出てしまう。そこで、損失のパス依存性をなくすために反射回数を常に２回にするようにした実施形態を説明する。
【００８１】
図２８は本発明による４入力４出力の光スイッチの構成及び動作を説明するための図である。入力側の第１列に４個のスイッチセルを配置し、各スイッチセルからの光信号を専用のスイッチセルでスイッチングさせるものである。各スイッチセルを表す丸の中に示されている数字は入力チャネルを表している。各チャネルには、５個の専用セルが割り振られているので、輻輳することなく必ず２回の反射を経て光信号は出力される。
【００８２】
スイッチサイズは、一つのスイッチセルの大きさを１とすると、６×６であり、光路長は、一つのスイッチセルの対角長を１とすると６である。ミラー面での反射回数が常に２回になることがこの光スイッチの特徴である。スイッチセルの数は１９であり、そのうち、下向きのみの反射ミラーを有するスイッチセルが４個、上向きのみの反射ミラーを有するスイッチセルが１５個である。
【００８３】
図２９は本発明によるｎ入力ｎ出力の光スイッチを示す図であり、ここでは８入力８出力のものが図示されている。第１列に入力チャネルを２通りの光路に分ける下向き反射用のスイッチセルをｎ個配置してある。一方の光路は各スイッチセルの第１の状態によって提供され、この光路はミラー４での反射を含む。他方の光路は各スイッチセルの第２の状態によって提供され、この光路はミラー４での反射を含まない。また、これらの光路が結合される（ｎ2−１）個の上向き反射用のスイッチセルが設けられている。上向き反射用の各スイッチセルは、各信号光路に合わせた位置に設けられてあり、出力に至る最終的な光路を決定する。
【００８４】
スイッチサイズは２（ｎ−１）×２（ｎ−１）であり、全体の光路長は、一つのスイッチセルの対角長を１とすると、２（ｎ−１）である。スイッチセルの総数は（ｎ2＋ｎ−１）個である。両面反射用のミラーを有するスイッチセルは不要である。
【００８５】
ミラー面での反射回数は常に２回であるが、光路長が長くなり易いので、光路中にロッドレンズを配置することが望ましい。図２９に示されるように、ロッドレンズ用スペースが発生するので、ここにロッドレンズを配置することができる。
【００８６】
ただし、チャネル数が５以下の場合にはロッドレンズ用のスペースが発生しないので、図３０に示されるように、１行１列を追加してスペースを作ることが望ましい。
【００８７】
すなわち、図２９に示される構成において、ロッドレンズ用スペースの大きさは（ｎ／２−２）であり、ｎが６以上である場合に一つ分以上のスペースが発生する。
【００８８】
スイッチセルの配置位置を行列表示で示す。下向き反射用のミラーを有するスイッチセルに関しては、
（１，ｉ）；ｉ＝１〜ｎ
である。また、上向き反射用のミラーを有するスイッチセルに関しては、
（ｎ／２＋ｉ，２（ｎ−１）−ｎ／２＋１−ｉ）；ｉ＝０〜（ｎ−１）
（ｎ／２＋ｉ，２（ｎ−１）−ｎ／２＋２−ｉ）；ｉ＝０〜（ｎ−１）
（ｎ／２＋ｉ＋１，２（ｎ−１）−ｎ／２＋１−ｉ）；ｉ＝０〜（ｎ−１）
（ｎ−１＋ｉ，２（ｎ−１）−ｉ）；ｉ＝０〜（ｎ−１）
（ｎ＋ｉ，２（ｎ−１）−ｉ）；ｉ＝０〜（ｎ−１）
図３１により、ｎ入力ｎ出力の本発明による光スイッチ（図２９参照）の動作を説明する。まず、第１列目のスイッチセルで、出力チャネルが偶数か奇数かに応じて切り換える。例えば、入力チャネル＃２について、出力チャネルが奇数の場合、入力チャネル＃２に対応する第１列のスイッチセルのスイッチミラーを立てて（第２の状態にして）、光路を対角線上に切り換える。出力チャネルが偶数であれば、そのスイッチセルのスイッチミラーを立てずに（第１の状態にして）、図中上側に設けられている固定されたミラー４で光路を変更する。
【００８９】
次に、右斜め上から左下方向に配置されたスイッチセル群で最終的な出力チャネルを決定する。図中の（ｉn）のスイッチセルは、入力チャネルが＃ｉで出力チャネルが＃ｎの場合にスイッチミラーを立てるスイッチセルを示している。
【００９０】
この光スイッチのスイッチサイズについて考察する。今、入力チャネル＃ｎについて、出力チャネルが偶数であるとすると、固定されたミラー４により反射点Ｒｎで反射され、ｎ2、ｎ4、・・・、ｎnで表されるスイッチセルに光信号が入力される。このとき、ミラー４から離れていない位置に、図に示されるように、上向きのスイッチセル群を配置すると、出力ビームの一部が基板２の側面ではなくミラー４に対応する位置から出力されてしまい、扱いが難しくなる。図３１では、出力チャネル＃１〜＃４がミラー４に対応する位置から出力するように図示されている。
【００９１】
そこで、図３２に示されるように、出力チャネル＃１が基板２の丁度頂点部に係るように、ｎ2、ｎ4、・・・ｎnで表されるスイッチセルを配置すれば良い。この場合、基板２の一辺のサイズは、ｎ＋２（ｎ／２−１）＝２ｎ−２となるので、スイッチサイズは、（２ｎ−２）×（２ｎ−２）である。尚、この構成の場合、出力チャネル＃ｎは、ｎn-1で表されるスイッチセルに対応する下側のミラー６での反射点で生じる光路が適用されている。
【００９２】
スイッチセル数は、下向きスイッチセル（第１列のスイッチセル）がｎ、上向きスイッチセル（右上から左下方向に配置されたスイッチセル群）が（ｎ2−１）であり、トータルで（ｎ2＋ｎ−１）となる。反射回数は、光路によらず常に２回である。光路長は、一つのスイッチセルの対角長を１とすると、（２ｎ−２）である。
【００９３】
図３３及び３４を参照すると、出力チャネルに対応する上向きスイッチセルの位置を変えた例が示されている。図３３に示される構成では、奇数チャネルに対応する上向きスイッチセルが右上に位置しており、偶数チャネルに対応する上向きスイッチセルが左下に位置している。これに対して、図３４に示される構成では、偶数出力チャネルに対応する上向きスイッチセルが右上に位置し、奇数出力チャネルに対応する上向きスイッチセルが左下に位置している。
【００９４】
何れの場合にも、下向きスイッチセル（第１列のスイッチセル）の数はｎ、上向きスイッチセル（右上から左下方向に配置されたスイッチセル群）の数はｎ2であり、トータルのスイッチセルの数は（ｎ2＋ｎ）である。
【００９５】
図３３に示される光スイッチのスイッチサイズは（２ｎ−１）×（２ｎ−１）であり、光路長は、一つのスイッチセルの対角長を１とするときに、（２ｎ−１）である。図３４に示される光スイッチのスイッチサイズは２ｎ×２ｎであり、光路長は２ｎである。
【００９６】
何れの場合にも、反射回数は２回であり、反射回数による損失のパス依存性を排除することができる。その結果、反射損失が小さくないミラーの使用が可能になる。
【００９７】
さらに、図３３及び図３４に示される実施形態では、下側に対応するミラー（他の実施形態におけるミラー６）が不要になるので、光スイッチの製造が容易になるという効果がある。
【００９８】
次に、図２８〜図３４で説明した実施形態と同様に、ミラー反射回数による損失のパス依存性が生じない実施形態を説明する。
【００９９】
図３５は、本発明によるｎ入力ｎ出力の光スイッチを示している。複数のスイッチセルが（ｎ＋１）×（ｎ＋１）の格子状に配置されている。（行、列）表示で、（（ｎ＋１）、１）、（（ｎ＋１）、（ｎ＋１））及び（１，ｎ）の位置のスイッチセルが不要であるので、スイッチセルの数は（ｎ2＋２ｎ−２）である。
【０１００】
スイッチサイズは（ｎ＋１）×（ｎ＋１）であり、光路長は、一つのスイッチセルの対角長を１とするときに、（ｎ＋１）である。ミラー反射回数は、パスに依存せず、常に２回である。
【０１０１】
下向きのみの反射ミラーを有するスイッチセルの数は、（ｎ（ｎ＋１）／２−１）であり、上向きのみの反射ミラーを有するスイッチセルの数は（ｎ（ｎ＋１）／２−１＋ｎ）である。尚、この実施形態では、両方向のミラーを有するスイッチセルは不要である。
【０１０２】
図３６は本発明による３入力３出力の光スイッチの全スイッチング状態（６通り）を模式的に示したものである。反射回数は全ての場合で２回である。
【０１０３】
スイッチサイズは、一つのスイッチセルの大きさを１とすると、４×４であり、光路長は、一つのスイッチセルの対角長を１とすると４である。スイッチセルの数は１３であり、そのうち下向きのみの反射ミラーを有するスイッチセルが５個、上向きのみの反射ミラーを有するスイッチセルが８個である。両方向の反射ミラーを有するスイッチセルは不要である。
【０１０４】
図３７は本発明による２入力２出力の光スイッチの全スイッチング状態（２通り）を示している。スイッチサイズは、一つのスイッチセルの大きさを１とすると、３×３である。光路長は、一つのスイッチセルの対角長を１とすると、３である。
【０１０５】
ミラー面での反射回数は常に２回である。スイッチセルの数は６であり、そのうち、下向きのみの反射ミラーを有するスイッチセルが２個、上向きのみの反射ミラーを有するスイッチセルが４個である。両方向の反射ミラーを有するスイッチセルは不要である。
【０１０６】
図３８〜４０は本発明による４入力４出力の光スイッチの全スイッチング状態（２４通り）を示している。スイッチサイズは、一つのスイッチセルの大きさを１とすると、５×５である。光路長は、一つのスイッチセルの対角長を１とすると、５である。ミラー面での反射回数は、常に２回である。スイッチセルの数は２２であり、そのうち下向きのみの反射ミラーを有するスイッチセルが９個、上向きのみの反射ミラーを有するスイッチセルが１３個である。両方向反射のミラーは不要である。
【０１０７】
次に、図４１により、図３５に示される構成に複数のロッドレンズを付加して得られるｎ入力ｎ出力の光スイッチの実施形態を説明する。光ＭＥＭＳが採用されている場合、入力ファイバ端及び出力ファイバ端の各々にコリメートレンズを配置したとしても、光路長が長くなると光ビームが拡大して損失が大きくなる可能性がある。これに対処するために、取扱が容易なロッドレンズを光スイッチ内部の各光路長に配置することが有効である。
【０１０８】
図４１に示される実施形態では、複数のスイッチセルが（ｎ＋２）×（ｎ＋２）の格子状に配置され、さらに、複数のロッドレンズのスペースを確保するために、基板２における正方格子配置における対角部分にスペースが設けられている。
【０１０９】
スイッチサイズは、一つのスイッチセルの大きさを１とするときに、（ｎ＋２）×（ｎ＋２）であり、光路長は、一つのスイッチセルの対角長を１とするときに（ｎ＋２）である。
【０１１０】
ロッドレンズの総数は２ｎ個であり、ロッドレンズの種類はｎ／２種類である（詳細は後述）。
【０１１１】
スイッチセルの数は、（ｎ2＋２ｎ−２）である。下向きのみの反射ミラーを有するスイッチセルの数は、（（ｎ＋１）／２−１）であり、上向きのみの反射ミラーを有するスイッチセルの数は、（ｎ（ｎ＋１）／２−１＋ｎ）である。両方向の反射ミラーを有するスイッチセルは不要である。ミラー反射回数はパスに依存せずに常に２回である。
【０１１２】
ロッドレンズの位置は、（１，ｎ＋１），（２，ｎ），（２，ｎ＋１），・・・，（ｉ，ｎ−ｉ＋２），（ｉ，ｎ−ｉ＋３），・・・，（ｎ，２），（ｎ，３），（ｎ＋１，２）である。
【０１１３】
図４２及び図４３は本発明による４入力４出力の光スイッチの全スイッチング状態（２４通り）を示している。また、図４４は図４２及び４３を整理してスイッチセルの向きが明確になるようにしたものである。
【０１１４】
スイッチサイズは、一つのスイッチセルの大きさを１とすると、６×６である。光路長は、一つのスイッチセルの対角長を１とすると、６である。ミラー面での反射回数は常に２回である。
【０１１５】
スイッチセルの数は２２であり、そのうち下向きの反射ミラーを含むスイッチセルの数は９、上向きの反射ミラーを有するスイッチセルの数は１３である。両方向の反射ミラーを有するスイッチセルは不要である。
【０１１６】
次に、図４５を用いて、複数あるロッドレンズの種類について考察する。入力から出力に至る４つのコリメート系により提供される光路に４つのロッドレンズが設けられている。ここで、ロッドレンズを表す長方形の中に示されている１〜４の数字はロッドレンズを区別するために付されている。
【０１１７】
各チャネルにおいて、光路長は、一つのスイッチセルの対角長を１とすると５で一定である。例えば、入力ファイバとロッドレンズ間の距離と出力ファイバ及びロッドレンズ間の距離の比は、チャネル＃１〜＃４に対して、それぞれ、１：４，２：３，３：２，４：１である。従って、焦点距離等に関するロッドレンズの種類は２種類で済むことになる。尚、一般的に、ｎ×ｎの光スイッチでは、ｎ／２種類のロッドレンズとなる。
【０１１８】
図４６は本発明による８入力８出力の光スイッチを示している。この光スイッチは、これまで同様光路によらず反射回数は常に２回であり、非閉塞光スイッチである。この光スイッチの動作を図４７及び図４８により説明する。
【０１１９】
まず、図４７に示されるように、入力が偶数チャネルで出力が偶数チャネルになる場合を考える。図中、破線のルートは、入力が奇数チャネルであり出力が偶数チャネルになるルートを示している。これらは各入力奇数チャネルに応じた専用ルートであり、ミラー４により光路が折り返されている。左半分に示される実線のルートは、入力が偶数チャネルで出力が偶数チャネルのルートであり、内訳は次の通りである。
【０１２０】
（ａ）  ２チャネルから８チャネルまで行くことが可能なルートが３本（図中の（１），（２）及び（３））。（１）は入力第１チャネルの専用ルートにもなっている。
【０１２１】
（ｂ）  第２チャネルから第６チャネルまで行くことが可能なルートが一本（図中の（４））
（ｃ）  第２チャネルから第４チャネルまで行くことが可能なルートが一本（図中の（５））
（ｄ）  第２チャネルにまでしか行けないルートが一本（図中の（６））
偶数の入力チャネルに対応して、行くことが可能なルートを図中に表でまとめてある。ルートが最も輻輳するケースとして、入力第８チャネルから出力第８チャネル、入力第６チャネルから出力第６チャネル、入力第４チャネルから出力第４チャネル、入力第２チャネルから出力第２チャネルを考えると、入力第２チャネルから出力第８チャネルまで行くことが可能なルートを３つ用意しておけば良いことがわかる。
【０１２２】
そこで、ルートとして、図中の（１），（２）及び（３）を使えるようにスイッチセルを配置すれば良い。
【０１２３】
尚、ルート（１）は、入力第１チャネルの専用ルートにもなっているが、偶数の出力チャネルが既に偶数の入力チャネルに割りつけられていることになるので、このルート（１）は最早不要になる。従って、ルート（１）を入力偶数チャネルで使用することができる。
【０１２４】
このようなスイッチセルの配置を行うと、スイッチサイズは、図中上方向に１行下方向に２行増やし、１１×１１となる。
【０１２５】
次に、図４８に示されるように、入力が奇数チャネルであり、出力が奇数チャネルである場合を考える。図中破線のルートは、入力が偶数チャネルで出力が奇数チャネルになるルートを示している。これらは、各偶数入力チャネルに応じた専用ルートであり、ミラー４で光路が折り返されている。
【０１２６】
左半分の実線のルートは、入力が奇数チャネルで出力が奇数チャネルのルートであり、これらは５つある。図中の表に示したように出力が奇数の第１チャネルから第７チャネルまで行くことができるルートとして、２本あれば良いことが分かる。このルート数は、入力が偶数チャネルで出力が偶数チャネルのルートを設定すれば自動的に達成されるので、これによりスイッチサイズを容易に検討することができる。
【０１２７】
次に、図４９により本発明によるｎ入力ｎ出力の光スイッチについて考察する。最も重要な点は、入力の第２チャネルから出力の第ｎチャネルまで行くことが可能なルート数がいくつ必要かということである。図からわかるように、必要ルート数は、（ｎ／４＋１）である。尚、ｎが４の倍数にならない場合には、（ｎ−２）をｎに代入して考えれば良い。
【０１２８】
このルート数を得るためには、正方格子のサイズは、図からわかるように、ｎ＋（ｎ／４−１）＋（ｎ／４）＝（１．５ｎ−１）となる。ｎが大きいときには、ほぼ１．５ｎの正方格子サイズとなるので、この構成を「１．５ｎ正方格子」と称することにする。
【０１２９】
尚、図３５等に示される（ｎ＋１）正方格子のタイプは、１．５ｎ正方格子のタイプでｎが６以下の場合に相当している。次に、スイッチセル数について考察する。
【０１３０】
図５０に計算式を示すように、上向きの反射ミラーを有するスイッチセルの数は、（３ｎ2／４＋ｎ／２−１）、下向きの反射ミラーを有するスイッチセルの数は、（ｎ2／２）、従って、全スイッチセル数は（５ｎ2／４＋ｎ／２−１）である。
【０１３１】
ロッドレンズ等の集光手段を光スイッチ内に配置するスペースは、ｎが８以上の場合に生じ、レンズ個数は（５ｎ／２−２）である。
【０１３２】
尚、図４９に示される実施形態において、ｎが４の倍数である場合には、スイッチサイズは、（３ｎ／２−１）×（３ｎ／２−１）であり、ｎが４の倍数ではない場合には、（３ｎ／２−２）×（３ｎ／２−２）である。ｎ×ｎのスイッチサイズから大きくなる分は、（ｎ／２−１）である。
【０１３３】
表１は図４９等に示される実施形態において、入出力チャネル数と、入力第２チャネルから出力第ｎチャネルまでのルート数と、サイズの増分と、スイッチサイズの関係を表している。
【０１３４】
【表１】
0004023584.tif 000002
【０１３５】
尚、固定ミラーとしてミラー４及び６を用いているが、その反射ポイントにスイッチセルを配置しても本発明を実施することができる。また、ｎ入力ｎ出力の光スイッチとして、ｎの値が偶数であるとして説明したが、奇数でも同様な機能が得られる。
【０１３６】
図５１に示されるように、ｎが８以上である場合、基板２上にロッドレンズ等の集光手段を配置するレンズ領域が発生する。レンズの個数は、図から明らかなように、（５ｎ／２−２）である。
【０１３７】
本発明の種々の実施形態の構成を比較して表２及び表３にまとめておく。
【０１３８】
【表２】
0004023584.tif 000003
【０１３９】
【表３】
0004023584.tif 000004
【０１４０】
本発明は以下の付記を含むものである。
【０１４１】
（付記１）  複数のスイッチセルを備えた光スイッチであって、
前記光スイッチはｎ（ｎは自然数）の入力とｍ（ｍは自然数）の出力とを有し、
前記光スイッチは隣り合う二つのスイッチセル間の距離として定義される単位サイズを有し、
前記光スイッチは、
Ｋ・Ｌ（Ｋはｎ≦Ｋを満たす整数、Ｌはｍ≦Ｌを満たす整数）のスイッチサイズを有する基板と、
前記基板の主面に対して垂直で且つ互いに平行な第１及び第２のミラーと、
前記第１及び第２のミラーに対して傾斜した前記入力のための複数の入力光路並びに前記第１及び第２のミラーに対して傾斜した前記出力のための複数の出力光路を提供する光学ユニットとを備え、
各スイッチセルは前記基板に対して可動的に設けられたスイッチミラーを含む光スイッチ。
【０１４２】
（付記２）  付記１に記載の光スイッチであって、
各スイッチセルは、前記スイッチミラーが前記基板の主面に平行な第１の状態と、前記スイッチミラーが前記主面に垂直な第２の状態とを切換える光スイッチ。
【０１４３】
（付記３）  付記１に記載の光スイッチであって、
前記複数のスイッチセルはｎ・ｍのスイッチセルを含み、
前記ｎ・ｍのスイッチセルは前記主面上のｎ・ｍの格子位置に設けられている光スイッチ。
【０１４４】
（付記４）  付記１に記載の光スイッチであって、
ｎ＝ｍ＝Ｋ＝Ｌである光スイッチ。
【０１４５】
（付記５）  付記１に記載の光スイッチであって、
前記複数の入力光路の奇数チャネル及び偶数チャネルは交差しており、前記複数の出力光路の奇数チャネル及び偶数チャネルは交差している光スイッチ。
【０１４６】
（付記６）  付記１に記載の光スイッチであって、
前記複数の入力光路は互いに平行であり、前記複数の出力光路は互いに平行である光スイッチ。
【０１４７】
（付記７）  付記６に記載の光スイッチであって、
前記入力の側のスイッチセルの論理が交互に反転しており、前記出力の側のスイッチセルの論理が交互に反転している光スイッチ。
【０１４８】
（付記８）  付記１に記載の光スイッチであって、
ｎ＝ｍ＝Ｋ、Ｌ＝ｎ＋１、ｎは偶数であり、
Ｋ及びＬがそれぞれ行及び列を表すときに、
前記光スイッチは（ｎ／２＋１）列目に設けられたｎ個のレンズを更に備えている光スイッチ。
【０１４９】
（付記９）付記８に記載の光スイッチであって、
各レンズは球レンズである光スイッチ。
【０１５０】
（付記１０）  付記１に記載の光スイッチであって、
ｎ＝ｍ＝Ｋ、Ｌ＝ｎ＋１、ｎは奇数であり、
Ｋ及びＬがそれぞれ行及び列を表すときに、
前記光スイッチは（（ｎ＋１）／２＋１）列目に設けられたｎ個のレンズを更に備えている光スイッチ。
【０１５１】
（付記１１）付記１０に記載の光スイッチであって、
各レンズは球レンズである光スイッチ。
【０１５２】
（付記１２）  付記１に記載の光スイッチであって、
ｎ＝ｍ＝Ｋ、Ｌ＝ｎ＋１、
Ｋ及びＬがそれぞれ行及び列を表すときに、
前記光スイッチは任意の列に設けられたｎ個のレンズを更に備えている光スイッチ。
【０１５３】
（付記１３）  付記１に記載の光スイッチであって、
ｎ＝ｍ、Ｋ＝ｎ＋１、Ｌ＝ｎ＋２であり、
前記光スイッチは前記主面の概ね対角線上に設けられた２ｎ個のレンズを更に備えた光スイッチ。
【０１５４】
（付記１４）  付記１３に記載の光スイッチであって、
前記レンズはロッドレンズである光スイッチ。
【０１５５】
（付記１５）  付記６に記載の光スイッチであって、
前記複数のスイッチセルは、前記入力の側に設けられたｎの第１のスイッチセル群と、相対的に前記出力の側に設けられた少なくとも（ｎ2−１）の第２のスイッチセル群とを含む光スイッチ。
【０１５６】
（付記１６）  付記１５に記載の光スイッチであって、
前記第１のスイッチセル群の各々は、各入力を前記第１のミラーでの反射を含む第１の光路と前記第１のミラーでの反射を含まない第２の光路とに切換え、
前記第２のスイッチセル群の各々は、前記第１及び第２の光路の各々に対応して設けられており、各出力に至る最終的な光路を決定する光スイッチ。
【０１５７】
（付記１７）  付記１５に記載の光スイッチであって、
前記第１のスイッチセル群の配置位置が、行列表示で、
（１，ｉ）；ｉ＝１〜ｎ
前記第２のスイッチセル群の配置位置が、行列表示で、
（ｎ／２＋ｉ，２（ｎ−１）−ｎ／２＋１−ｉ）；ｉ＝０〜（ｎ−１）
（ｎ／２＋ｉ，２（ｎ−１）−ｎ／２＋２−ｉ）；ｉ＝０〜（ｎ−１）
（ｎ／２＋ｉ＋１，２（ｎ−１）−ｎ／２＋１−ｉ）；ｉ＝０〜（ｎ−１）
（ｎ−１＋ｉ，２（ｎ−１）−ｉ）；ｉ＝０〜（ｎ−１）
（ｎ＋ｉ，２（ｎ−１）−ｉ）；ｉ＝０〜（ｎ−１）
である光スイッチ。
【０１５８】
（付記１８）  付記１５に記載の光スイッチであって、
Ｋ＝Ｌ＝２（ｎ−１）である光スイッチ。
【０１５９】
（付記１９）  付記１５に記載の光スイッチであって、
Ｋ＝Ｌ＝２ｎ−１である光スイッチ。
【０１６０】
（付記２０）  付記１９に記載の光スイッチであって、
前記少なくとも（ｎ2−１）の第２のスイッチセル群はｎ2のスイッチセルから本質的になり、それにより前記第２のミラーが不要になる光スイッチ。
【０１６１】
（付記２１）  付記１５に記載の光スイッチであって、
Ｋ＝Ｌ＝２ｎである光スイッチ。
【０１６２】
（付記２２）  付記２１に記載の光スイッチであって、
前記少なくとも（ｎ2−１）の第２のスイッチセル群はｎ2のスイッチセルから本質的になり、それにより前記第２のミラーが不要になる光スイッチ。
【０１６３】
（付記２３）  付記１５に記載の光スイッチであって、
前記第１のスイッチセル群と前記第２のスイッチセル群との間に設けられた複数のレンズを更に備えた光スイッチ。
【０１６４】
（付記２４）  付記２３に記載の光スイッチであって、
前記複数のレンズの各々はロッドレンズである光スイッチ。
【０１６５】
（付記２５）  付記２３に記載の光スイッチであって、
前記複数のレンズは２ｎのレンズを含む光スイッチ。
【０１６６】
（付記２６）  付記２３に記載の光スイッチであって、
ｎは６より小さく、
前記基板の主面は過剰スペースを有し、
前記複数のレンズは前記過剰スペース上に設けられている光スイッチ。
【０１６７】
（付記２７）  付記２３に記載の光スイッチであって、
ｎは５より大きく、
前記複数のレンズは前記基板の主面上に設けられている光スイッチ。
【０１６８】
（付記２８）  付記１に記載の光スイッチであって、
Ｋ＝Ｌ＝ｎ＋１＝ｍ＋１であり、
前記複数のスイッチセルは前記主面上の（ｎ＋１）・（ｎ＋１）の格子位置に設けられている光スイッチ。
【０１６９】
（付記２９）  付記２８に記載の光スイッチであって、
前記複数のスイッチセルは第１及び第２のスイッチセル群を含み、
前記第１のスイッチセル群の各スイッチセルのスイッチミラーは第１の方向に向いており、
前記第２のスイッチセル群の各スイッチセルのスイッチミラーは前記第１の方向と逆の第２の方向に向いている光スイッチ。
【０１７０】
（付記３０）  付記２９に記載の光スイッチであって、
前記第１及び第２のスイッチセル群の間に設けられた複数のレンズをさらに備えた光スイッチ。
【０１７１】
（付記３１）  付記３０に記載の光スイッチであって、
各レンズはロッドレンズである光スイッチ。
【０１７２】
（付記３２）  付記１に記載の光スイッチであって、
前記基板の上に設けられたレンズをさらに備えた光スイッチ。
【０１７３】
（付記３３）  付記１に記載の光スイッチであって、
ｎ＝ｍである光スイッチ。
【０１７４】
（付記３４）  複数の入力ポートからの光を任意に複数の出力ポートに導くよう配置した可動可能な光反射部を有する複数の光路切換手段と、
該入力ポートからの光または該光反射部からの光を該出力ポートまたは該光反射部に向けて反射する反射手段を設けたことを特徴とする光スイッチ。
【０１７５】
（付記３５）  複数の入力ポートからの光を任意に複数の出力ポートに導くよう配置した可動可能な光反射部を有する複数の光路切換手段を設け、
該入力ポートからの該出力ポートまでの光路は全て同じ光路長にすることを特徴とした光スイッチ。
【０１７６】
（付記３６）  複数の入力ポートからの光を任意に複数の出力ポートに導くよう配置した可動可能な光反射部を有する複数の光路切換手段を設け、
該入力ポートからの該出力ポートまでの光損失が全て同じになるようにすることを特徴とした光スイッチ。
【０１７７】
（付記３７）  複数の光入力ポートと、
複数の光出力ポートと、
該複数の光入力ポートと該複数の光出力ポート間に設けられた可動可能な光反射部を有する複数の光路切換手段と、
該複数の光入力ポートと該複数の光出力ポート間で該複数の光路切換手段の外側に設けられ、入力ポートからの光または光路切換手段からの光を反射する反射手段とにより構成された光スイッチ。
【０１７８】
（付記３８）  複数の光入力ポートと、
複数の光出力ポートと、
該複数の光入力ポートと該複数の光出力ポート間に設けられた可動可能な光反射部を有する複数の光路切換手段と、
該複数の光入力ポートと該複数の光出力ポート間で該複数の光路切換手段を挟むように設けられ、入力ポートからの光または光路切換手段からの光を反射する反射手段とにより構成された光スイッチ。
【０１７９】
（付記３９）  複数の光入力ポートと、
複数の光出力ポートと、
該複数の光入力ポートと該複数の光出力ポート間に設けられた可動可能な光反射部を有する複数の光路切換手段とを設け、
該光路切換手段への該光入力ポートからの光入力は隣接する該光路切換手段への光入力とは交差する方向にあることを特徴とする光スイッチ。
【０１８０】
（付記４０）  付記３９の光スイッチにおいて、
該複数の光入力ポートと該複数の光出力ポート間で該複数の光路切換手段を挟むように光入力ポートからの光または光路切換手段からの光を反射する反射手段をさらに設けたことを特徴とする光スイッチ。
【０１８１】
（付記４１）  複数の光入力ポートと、
複数の光出力ポートと、
該複数の光入力ポートと該複数の光出力ポート間に設けられた可動可能な光反射部を有する複数の光路切換手段とを設け、
該光入力ポートから最初に光が通過する該光路切換手段は隣接する該光路切換手段と初期の動作状態が反転した状態にあることを特徴とする光スイッチ。
【０１８２】
（付記４２）  付記４１の光スイッチにおいて、
該複数の光入力ポートと該複数の光出力ポート間で該複数の光路切換手段を挟むように光入力ポートからの光または光路切換手段からの光を反射する反射手段をさらに設けたことを特徴とする光スイッチ。
【０１８３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、損失にパス依存性が生じない小型化が可能な光スイッチの提供が可能になるという効果が生じる。
【０１８４】
本発明の特定の実施形態に得られる効果は以上説明した通りであるので、その説明を省略する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はＭＥＭＳを用いた従来の光スイッチを示す図である。
【図２】図２はパス無依存型の従来の光スイッチを示す図である。
【図３】図３は本発明による光スイッチの実施形態を示す斜視図である。
【図４】図４の（Ａ）及び（Ｂ）は図３に示される光スイッチにおけるパスの設定例を示す図である。
【図５】図５は図３に示される光スイッチにおけるパスの全ての設定例を示す図（その１）である。
【図６】図６は図３に示される光スイッチにおけるパスの全ての設定例を示す図（その２）である。
【図７】図７の（Ａ）は３入力３出力の場合における全スイッチング状態を示す図、図７の（Ｂ）は２入力２出力の場合の全スイッチング状態を示す図である。
【図８】図８はｎ入力ｎ出力の場合におけるスイッチセルの配置を説明するための図である。
【図９】図９は入射角度が３０°である場合の実施形態を示す図である。
【図１０】図１０は入射角度がθｉである場合の実施形態を示す図である。
【図１１】図１１は本発明による実施形態の拡張性を説明するための図である。
【図１２】図１２の（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ光導波路として提供される４×４光スイッチ及び８×８光スイッチ（パス無依存型）を示す図である。
【図１３】図１３の（Ａ）は図１２の（Ｂ）に示される光スイッチの論理構成を本発明に適用した場合を説明するための図、図１３の（Ｂ）は図１３の（Ａ）に示される論理構成を維持したまま製造技術上の問題を回避するための実施形態を示す図である。
【図１４】図１４の（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ１３の（Ａ）及び（Ｂ）に示される光スイッチの動作例を示す図である。
【図１５】図１５は図１３の（Ａ）に示される４×４光スイッチと同様に構成される８×８光スイッチの実施形態を示す図である。
【図１６】図１６は図１３の（Ｂ）に示される４×４光スイッチと同様に構成される８×８光スイッチの実施形態を示す図である。
【図１７】図１７の（Ａ）及び（Ｂ）は球レンズを付加した本発明による４入力４出力の光スイッチの動作を説明するための図である。
【図１８】図１８は図１７の（Ａ）及び（Ｂ）に示される光スイッチの２４種類の全スイッチング状態を模式的に示す図（その１）である。
【図１９】図１９は図１７の（Ａ）及び（Ｂ）に示される光スイッチの２４種類の全スイッチング状態を模式的に示す図（その２）である。
【図２０】図２０は図１８及び図１９に準じて本発明による３入力３出力の光スイッチの全スイッチング状態（６種類）を模式的に示す図である。
【図２１】図２１は図１７の（Ａ）及び（Ｂ）、図１８、図１９並びに図２０に示される本発明による光スイッチにおける一般的な配置形態を説明するための図である。
【図２２】図２２はロッドレンズを適用した本発明による４入力４出力の光スイッチを示す図である。
【図２３】図２３は図２２に示される光スイッチの２４種類の全スイッチング状態を模式的に示す図（その１）である。
【図２４】図２４は図２２に示される光スイッチの２４種類の全スイッチング状態を模式的に示す図（その２）である。
【図２５】図２５は図２２に示される光スイッチに準じて構成される３入力３出力の光スイッチにおける６種類の全スイッチング状態を模式的に示す図である。
【図２６】図２６は図２２に示される光スイッチに準じて構成される２入力２出力の光スイッチにおける全２種類のスイッチング状態を模式的に示す図である。
【図２７】図２７は図２２に示される光スイッチの構成に準じて構成されるｎ入力ｎ出力の光スイッチにおけるスイッチセル及びロッドレンズの配置形態を示す図である。
【図２８】図２８は本発明による４入力４出力の光スイッチの構成及び動作を説明するための図である。
【図２９】図２９は本発明によるｎ入力ｎ出力の光スイッチを示す図である。
【図３０】図３０はチャネル数が６より小さい場合にロッドレンズ用の過剰スペースを設けることを説明するための図である。
【図３１】図３１はｎ入力ｎ出力の本発明による光スイッチ（図２９参照）の動作を説明するための図である。
【図３２】図３２は図３１に示される光スイッチの改良を説明するための図である。
【図３３】図３３は図３１に示される光スイッチの他の改良を説明するための図である。
【図３４】図３４は図３１に示される光スイッチのさらに他の改良を説明するための図である。
【図３５】図３５は本発明によるｎ入力ｎ出力の光スイッチを示す図である。
【図３６】図３６は本発明による３入力３出力の光スイッチの全スイッチング状態（６通り）を模式的に示す図である。
【図３７】図３７は本発明による２入力２出力の光スイッチの全スイッチング状態（２通り）を示す図である。
【図３８】図３８は本発明による４入力４出力の光スイッチの全スイッチング状態（２４通り）を示す図（その１）である。
【図３９】図３９は本発明による４入力４出力の光スイッチの全スイッチング状態（２４通り）を示す図（その２）である。
【図４０】図４０は本発明による４入力４出力の光スイッチの全スイッチング状態（２４通り）を示す図（その３）である。
【図４１】図４１は図３５に示される光スイッチに複数のロッドレンズを付加して得られるｎ入力ｎ出力の光スイッチを示す図である。
【図４２】図４２は本発明による４入力４出力の光スイッチの全スイッチング状態（２４通り）を示す図（その１）である。
【図４３】図４３は本発明による４入力４出力の光スイッチの全スイッチング状態（２４通り）を示す図（その２）である。
【図４４】図４４は図４２及び４３を整理してスイッチセルの向きが明確になるようにしたものである。
【図４５】図４５はロッドレンズの種類を説明するための図である。
【図４６】図４６は本発明による８入力８出力の光スイッチを示す図である。
【図４７】図４７は図４６に示される光スイッチの動作を説明するための図である。
【図４８】図４８は図４６に示される光スイッチの動作を説明するための他の図である。
【図４９】図４９は本発明によるｎ入力ｎ出力の光スイッチを示す図である。
【図５０】図５０は付記された計算式とともにスイッチセルの数を説明するための図である。
【図５１】図５１はレンズを配置するためのレンズ領域を説明するための図である。
【符号の説明】
２  基板
２Ａ  主面
４，６  ミラー
１０，１２  光ファイバ
１４  スイッチミラー
Ｐ１  入力光路
Ｐ２  出力光路
【図１】
0004023584.tif 000005
【図２】
0004023584.tif 000006
【図３】
0004023584.tif 000007
【図４】
0004023584.tif 000008
【図５】
0004023584.tif 000009
【図６】
0004023584.tif 000010
【図７】
0004023584.tif 000011
【図８】
0004023584.tif 000012
【図９】
0004023584.tif 000013
【図１０】
0004023584.tif 000014
【図１１】
0004023584.tif 000015
【図１２】
0004023584.tif 000016
【図１３】
0004023584.tif 000017
【図１４】
0004023584.tif 000018
【図１５】
0004023584.tif 000019
【図１６】
0004023584.tif 000020
【図１７】
0004023584.tif 000021
【図１８】
0004023584.tif 000022
【図１９】
0004023584.tif 000023
【図２０】
0004023584.tif 000024
【図２１】
0004023584.tif 000025
【図２２】
0004023584.tif 000026
【図２３】
0004023584.tif 000027
【図２４】
0004023584.tif 000028
【図２５】
0004023584.tif 000029
【図２６】
0004023584.tif 000030
【図２７】
0004023584.tif 000031
【図２８】
0004023584.tif 000032
【図２９】
0004023584.tif 000033
【図３０】
0004023584.tif 000034
【図３１】
0004023584.tif 000035
【図３２】
0004023584.tif 000036
【図３３】
0004023584.tif 000037
【図３４】
0004023584.tif 000038
【図３５】
0004023584.tif 000039
【図３６】
0004023584.tif 000040
【図３７】
0004023584.tif 000041
【図３８】
0004023584.tif 000042
【図３９】
0004023584.tif 000043
【図４０】
0004023584.tif 000044
【図４１】
0004023584.tif 000045
【図４２】
0004023584.tif 000046
【図４３】
0004023584.tif 000047
【図４４】
0004023584.tif 000048
【図４５】
0004023584.tif 000049
【図４６】
0004023584.tif 000050
【図４７】
0004023584.tif 000051
【図４８】
0004023584.tif 000052
【図４９】
0004023584.tif 000053
【図５０】
0004023584.tif 000054
【図５１】
0004023584.tif 000055