(57)【要約】【課題】構成の簡易化及び低コスト化が可能な光スイッチを提供する。【解決手段】光スイッチ１は、光を入出射するポート３ａ〜３ｃと、焦点距離が可変に構成され光軸が互いに一致するように並設された一対の液体レンズ２と、を備えている。ポート３ａ，３ｂは、液体レンズ２の光軸方向の一方側の液体レンズ２ａにおける一方面１１に対向するように配置され、ポート３ｃは、液体レンズ２のうち光軸方向他方側の液体レンズ２ｂにおける他方面１２に対向するように配置されている。また、ポート３ａの光軸とポート３ｃの光軸とは、互いに一致していると共に、液体レンズ２の光軸は、ポート３ａの光軸とポート３ｂの光軸との間に位置している。この光スイッチ１では、液体レンズ２の焦点距離を第１の焦点距離から第２の焦点距離に変更することで、ポート３ｂ，３ｃ間の光路をポート３ａ，３ｃ間の光路に切り換える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を入出射する少なくとも第１、第２及び第３のポートと、
焦点距離が可変に構成され、光軸が互いに一致するように並設された一対の焦点距離可変レンズと、を備え、
前記第１及び第２のポートのそれぞれは、前記一対の焦点距離可変レンズにおける光軸方向一方側の焦点距離可変レンズの一方面に対向するように配置され、
前記第３のポートは、前記一対の焦点距離可変レンズにおける光軸方向他方側の焦点距離可変レンズの他方面に対向するように配置され、
前記第１のポートの光軸と前記第３のポートの光軸とは、互いに一致していると共に、前記一対の焦点距離可変レンズの光軸は、前記第１のポートの光軸と第２のポートの光軸との間に位置していることを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
前記一対の焦点距離可変レンズは、液体レンズであることを特徴とする請求項１記載の光スイッチ。
【請求項３】
光を入出射する第４のポートをさらに備え、
前記第４のポートは、前記一対の焦点距離可変レンズにおける光軸方向他方側の焦点距離可変レンズの前記他方面に対向するように配置され、
前記第２のポートの光軸と前記第４のポートの光軸とは、互いに一致していることを特徴とする請求項１又は２記載の光スイッチ。
【請求項４】
前記ポートは、ファイバとレンズとを含んで構成され、コリメートされた光を入出射することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項記載の光スイッチ。
【請求項５】
請求項１記載の光スイッチにおける光路切り換え方法であって、
前記一対の焦点距離可変レンズの前記焦点距離のそれぞれを、前記一対の焦点距離可変レンズの焦点位置が前記一対の焦点距離可変レンズ間の中心に位置するときの第１の焦点距離にすることで、前記第２のポートと前記第３のポートとの間に光路を形成する工程と、
前記一対の焦点距離可変レンズの前記焦点距離のそれぞれを、前記第１の焦点距離よりも長い第２の焦点距離にすることで、前記第１のポートと前記第３のポートとの間に光路を形成する工程と、を含むことを特徴とする光路切り換え方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光路を切り換えるための光スイッチ、及びこれを用いた光路切り換え方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光スイッチとしては、光が入出射する複数のポートと、ＭＥＭＳミラーと、を備えたものが知られている（例えば、非特許文献１参照）。このような光スイッチでは、ＭＥＭＳミラーを回動駆動することで、ＭＥＭＳミラーにて反射する光の伝搬方向を変更させ、光路を切り換えることが図られている。
【非特許文献１】M.Kozhevnikov, et al., “Integrated Arry of 1xN Optical Switches for Wavelength-Independentand WDM Applications”, IEEE, Journal of Lightwave Technology, Vol.24, No.2, pp.884-890,2006
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、光通信の分野での光スイッチでは、通常、必要とされるポート数は比較的少なく、また、特性よりもコストが重視される傾向にある。よって、上述したような光スイッチにあっては、多数のポート数を有する場合には有用であるものの、光通信の分野では、その構成が複雑で高価とされるおそれがある。
【０００４】
そこで、本発明は、構成の簡易化及び低コスト化が可能な光スイッチを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明に係る光スイッチは、光を入出射する少なくとも第１、第２及び第３のポートと、焦点距離が可変に構成され、光軸が互いに一致するように並設された一対の焦点距離可変レンズと、を備え、第１及び第２のポートのそれぞれは、一対の焦点距離可変レンズにおける光軸方向一方側の焦点距離可変レンズの一方面に対向するように配置され、第３のポートは、一対の焦点距離可変レンズにおける光軸方向他方側の焦点距離可変レンズの他方面に対向するように配置され、第１のポートの光軸と第３のポートの光軸とは、互いに一致していると共に、一対の焦点距離可変レンズの光軸は、第１のポートの光軸と第２のポートの光軸との間に位置していることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明に係る光路切り替え方法は、上記の光スイッチにおける光路切り換え方法であって、一対の焦点距離可変レンズの焦点距離のそれぞれを、一対の焦点距離可変レンズの焦点位置が一対の焦点距離可変レンズ間の中心に位置するときの第１の焦点距離にすることで、第２のポートと第３のポートとの間に光路を形成する工程と、一対の焦点距離可変レンズの焦点距離のそれぞれを、第１の焦点距離よりも長い第２の焦点距離にすることで、第１のポートと第３のポートとの間に光路を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
このような本発明では、一対の焦点距離可変レンズにおける焦点距離のそれぞれを、例えば焦点距離可変レンズの焦点位置が焦点距離可変レンズ間の中心に位置するときの第１の焦点距離とすると、第２のポートから出射した光は、一の焦点距離可変レンズで焦点距離可変レンズ間の中心にて集光され、そして、再び拡がって他の焦点距離可変レンズで第３のポートに入射される。つまり、第２のポートと第３のポートとの間に光路が形成される。一方、一対の焦点距離可変レンズにおける焦点距離のそれぞれを、例えば第１の焦点距離よりも長い第２の焦点距離とすると、第１のポートから出射した光は、一対の焦点距離可変レンズを通過して第３のポートに結合される。つまり、第１のポートと第３のポートとの間に光路が形成される。従って、一対の焦点距離可変レンズの焦点距離を第１の焦点距離と第２の焦点距離との間で変更することで、光路が切り換わることとなる。その結果、光スイッチにおける構成の簡易化及び低コスト化が可能となる。
【０００８】
ここで、一対の焦点距離可変レンズは、具体的には、液体レンズであることが好ましい。この場合、光スイッチの構成を一層簡易にすることが可能となる。
【０００９】
また、光を入出射する第４のポートをさらに備え、第４のポートは、一対の焦点距離可変レンズにおける光軸方向他方側の焦点距離可変レンズの他方面に対向するように配置され、第２のポートの光軸と第４のポートの光軸とは、互いに一致していることが好ましい。この場合、例えば、一対の焦点距離可変レンズにおける焦点距離のそれぞれを、例えば上記の第１の焦点距離とすると、第２のポートと第３のポートとの間に光路が形成されると共に、第１のポートと第４のポートとの間に光路が形成される。一方、一対の焦点距離可変レンズにおける焦点距離のそれぞれを、例えば第１の焦点距離よりも長い第２の焦点距離とすると、第１のポートと第３のポートとの間に光路が形成されると共に、第２のポートと第４のポートとの間に光路が形成される。従って、光路が入れ替わるように光路を切り換えることができる。
【００１０】
また、ポートは、ファイバとレンズとを含んで構成され、コリメートされた光を入出射する場合がある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、光スイッチにおける構成の簡易化及び低コスト化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１３】
図１は本発明の一実施形態に係る光スイッチの構成を示す概略断面図、図２は図１の光スイッチの液体レンズを示す概略断面図である。図１に示すように、光スイッチ１は、いわゆる２×２スイッチであり、例えば光通信ネットワーク等において光路を切り換えるためのものである。この光スイッチ１は、焦点距離が可変に構成された２つ（一対）の液体レンズ２（２ａ，２ｂ）と、光を入出射する４つの入出射ポート３（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）と、を備えている。
【００１４】
液体レンズ（焦点距離可変レンズ）２ａ，２ｂは、その光軸が互いに一致するように並設されている。つまり、液体レンズ２ａ，２ｂは、光軸Ｇが一直線上に存在するように配置されている。この液体レンズ２は、図２に示すように、一軸方向（図示左右方向）に集光性を有するシリンドリカルレンズとして機能するものであり、互いに平行に配置された一対の平板状のＳｉ基板１３と、これらのＳｉ基板１３の間に密閉空間Ｏが形成されるように配設されたガラス板４と、を有している。そして、密閉空間Ｏには、オイル５及び水溶液６が満たされている。
【００１５】
Ｓｉ基板１３には、図１に示すように、制御部７が接続されている。この制御部７は、液体レンズ２の焦点距離を制御するための制御手段であり、Ｓｉ基板１３に電圧を印加するものである。ガラス板４としては、例えば、透過率の高いガラス材が用いられている。オイル５は、その電位がグランド（ＧＮＤ）レベルとされ、このオイル５としては、例えば、水とグリセリンとの混合液にＫＣＬが僅かに加えられたものが用いられている。水溶液６は、密閉空間Ｏにおいてオイル５よりも入出射ポート３側に位置するようになっており、この水溶液６としては、オイル５の界面５ａの制御性（後述）が高めるため、オイル５と混合しないものが用いられている。
【００１６】
また、図２に示すように、Ｓｉ基板１３において密閉空間Ｏ側の表面には、例えばフッ化ポリマー等の絶縁体８が１μｍ程度の厚さでコーティングされている。
【００１７】
図１に戻り、この液体レンズ２では、基板１３に制御部７から電圧を印加することで、印加する電圧値に応じてオイル５の表面張力が変化し、オイル５の界面５ａの曲率が変化し、焦点距離が変化することとなる。例えば、液体レンズ２のレンズ幅が４ｍｍ、印加される電圧が０Ｖのとき、焦点距離は６ｍｍとなる（図３の(ａ)参照）。一方、例えば、印加される電圧が７０Ｖのとき、焦点距離は無限遠となる（図３（ｂ）参照）。
【００１８】
なお、電圧と焦点距離との関係は、上記に限られない。例えば、Ｓｉ基板１３とオイル５との間に撥水性の高いコーティング部材を設けること等により、制御部７から印加される電圧が０Ｖのときに、液体レンズ２の焦点距離を無限遠とする場合もある。
【００１９】
入出射ポート３は、ファイバ９とレンズ１０とを含んで構成され、コリメートされた平行光を入出射するものである。入出射ポート（第１のポート）３ａ及び入出射ポート（第２のポート）３ｂのそれぞれは、光軸Ｇ方向の一方側（図示左側）の液体レンズ２ａにおける一方面１１に対向するように配置されている。具体的には、入出射ポート３ａ，３ｂは、それらの光軸Ｌａ，Ｌｂが液体レンズ２の光軸Ｇと平行になるようにして、液体レンズ２ａの光軸Ｇ方向の一方側に、液体レンズ２ａに向かい合うように並設されている。
【００２０】
また、入出射ポート（第３のポート）３ｃ及び入出射ポート（第４のポート）３ｄのそれぞれは、光軸Ｇ方向の他方側（図示右側）の液体レンズ２ｂにおける他方面１２に対向するように配置されている。具体的には、入出射ポート３ｃ，３ｄは、それらの光軸Ｌｃ，Ｌｄが液体レンズ２の光軸Ｇと平行になるようにして、液体レンズ２ｂの光軸Ｇ方向の他方側に、液体レンズ２ｂに向かい合うように並設されている。
【００２１】
ここで、光スイッチ１では、液体レンズ２の光軸Ｇ及び入出射ポート３ａ〜３ｄの光軸Ｌａ〜Ｌｄが以下の関係となるように、液体レンズ２及び入出射ポート３がそれぞれ配置されて構成されている。
【００２２】
すなわち、入出射ポート３ａの光軸Ｌａと入出射ポート３ｃの光軸Ｌｃとは、互いに一致し、入出射ポート３ｂの光軸Ｌｂと入出射ポート３ｄの光軸Ｌｄとは、互いに一致している。また、液体レンズ２の光軸Ｇは、入出射ポート３ａの光軸Ｌａと入出射ポート３ｂの光軸Ｌｂとの間の中間（間）に位置している。換言すると、光軸Ｌａ及び光軸Ｌｂは、光軸Ｇに関して対称とされている。また、液体レンズ２の光軸Ｇは、入出射ポート３ｃの光軸Ｌｃと入出射ポート３ｄの光軸Ｌｄとの間の中間（間）に位置している。換言すると、光軸Ｌｃ及び光軸Ｌｄは、光軸Ｇに関して対称とされている。
【００２３】
次に、光スイッチ１における光路の切り換え方法の一例について説明する。
【００２４】
まず、図３（ａ）に示すように、液体レンズ２のＳｉ基板１３に制御部７（図１参照）から所定電圧を印加し、オイル５の界面５ａをその中央が膨らむような曲面状に変化させ、液体レンズ２の焦点距離を、液体レンズ２ａ，２ｂ間の中心Ｐで結像するような第１の焦点距離（以下、単に「第１の焦点距離」という）に設定する。これにより、入出射ポート３ａから出射された光Ｂ１が、液体レンズ２ａで液体レンズ２ａ，２ｂの中心Ｐで集光され、その後、再び拡がって液体レンズ２ｂに入射され、平行光として入出射ポート３ｄに結合されて、入出射ポート３ａと入出射ポート３ｄとの間に光路が形成される。同様にして、入出射ポート３ｂから出射された光Ｂ２も、入出射ポート３ｃに結合されて、入出射ポート３ｂと入出射ポート３ｃとの間に光路が形成される。
【００２５】
そして、図３（ｂ）に示すように、液体レンズ２に印加する電圧値を切り換えて、オイル５の界面５ａを平面状に変化させ、液体レンズ２の焦点距離を、第１の焦点距離より長い無限遠の距離である第２の焦点距離（以下、単に「第２の焦点距離」という）に変更する。これにより、入出射ポート３ａから出射された光Ｂ１が、平行光のまま液体レンズ２を通過し、その後、入出射ポート３ｃに結合されて、入出射ポート３ａと入出射ポート３ｃとの間に光路が形成される。同様にして、入出射ポート３ｂから出射された光Ｂ２も、入出射ポート３ｄに結合されて、入出射ポート３ｂと入出射ポート３ｄとの間に光路が形成される。
【００２６】
従って、液体レンズ２に印加する電圧値を切り換えて、液体レンズ２の焦点距離を第１の焦点距離と第２の焦点距離との間で切り換えることにより、入出射ポート３ａから出射された光Ｂ１の結合先が、入出射ポート３ｄと入出射ポート３ｃとの間で切り換えられると共に、入出射ポート３ｂから出射された光の結合先が、入出射ポート３ｃと入出射ポート３ｄとの間で切り換えられることになる。すなわち、液体レンズ２の焦点距離を第１の焦点距離と第２の焦点距離との間で変更することで、光Ｂ１，Ｂ２の光路を互いに入れ替わるように切り替えることができる。よって、光スイッチ１の構成の簡易化及び低コスト化が可能となる。換言すると、光スイッチ１を単純な構成で実現でき、安価な光スイッチ１を提供することが可能となる。
【００２７】
また、本実施形態では、焦点距離可変レンズとして液体レンズ２が用いられていることから、液体レンズ２に印加する電圧値を切り替えることで当該液体レンズ２の焦点距離を切り替えることができるため、光スイッチ１の構成を一層簡易にすることが可能となる。
【００２８】
ちなみに、Ｓｉ基板１３に印加される電圧を制御部７で連続的に変化させることにより、光Ｂ１，Ｂ２の光路の結合効率を低下させることも可能である。すわなち、液体レンズ２に光減衰器としての機能を付加することも可能である。
【００２９】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、図４に示すように、Ｓｉ基板１３を円筒状にすることで軸対称な液体レンズ２２を構成してもよい。また、上記実施形態では、焦点距離可変レンズとして液体レンズ２を用いたが、この液体レンズ２に代えて、又は加えて通常の固体レンズを用いてもよい。
【００３０】
また、上記実施形態では、入出射ポート３ａ，３ｂから光Ｂ１，Ｂ２を出射し、入出射ポート３ｃ，３ｄに光Ｂ１，Ｂ２を入射したが、これとは逆に、入出射ポート３ｃ，３ｄから光を出射し、入出射ポート３ａ，３ｂに光を入射してもよい。
【００３１】
また、上記実施形態では、４つの入出射ポート３ａ〜３ｄを有する２×２スイッチの構成としたが、Ｎ×Ｎスイッチ（Ｎは３以上の整数、以下同じ）の構成としてもよい。さらに、２×２スイッチの構成からいずれか１つの入出射ポートを除いて１×２スイッチの構成としてもよく、また、１×Ｎスイッチの構成としてもよい。
【００３２】
また、上記実施形態では、液体レンズ２の焦点距離を、第１の焦点距離から第２の焦点距離に変更したが、第２の焦点距離から第１の焦点距離に変更しても勿論よい。また、液体レンズ２ａ，２ｂ間の中心Ｐで結像するような第１の距離は、液体レンズ２ａ，２ｂ間の略中心で結像するような距離を含むものである。さらに、無限遠の距離である第２の焦点距離は、略無限遠の距離を含むものであり、要は、第１の焦点距離よりも長い距離であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態に係る光スイッチの構成を示す概略断面図である。
【図２】図１の光スイッチの液体レンズを示す概略断面図である。
【図３】図１の光スイッチにおける光路の切り換え方法の説明図である。
【図４】図１の光スイッチの液体レンズの他の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…光スイッチ、２，２ａ，２ｂ，２２…液体レンズ（焦点距離可変レンズ）、３ａ…入出射ポート（第１のポート）、３ｂ…入出射ポート（第２のポート）、３ｃ…入出射ポート（第３のポート）、３ｄ…入出射ポート（第４のポート）、９…ファイバ、１０…レンズ、１１…一方面、１２…他方面、Ｂ１，Ｂ２…光、Ｇ…液体レンズの光軸（焦点距離可変レンズの光軸）、Ｌａ…入出射ポートの光軸（第１のポートの光軸）、Ｌｂ…入出射ポートの光軸（第２のポートの光軸）、Ｌｃ…入出射ポートの光軸（第３のポートの光軸）、Ｌｄ…入出射ポートの光軸（第４のポートの光軸）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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