光スイッチ
【課題】部品の数を減らすことができ、これにより小型化が容易な光スイッチを提供する。
【解決手段】波長多重された光を入力する１以上の入力ポート及び１以上の出力ポートを構成するｎ本のファイバからなるファイバアレイと、ファイバアレイの各ファイバにそれぞれ対応するｎ個のレンズからなるレンズアレイと、レンズアレイからの光を各波長に分光する分光素子と、分光された各波長を受光し、波長毎に独立に偏向可能な複数の偏向素子により、各波長毎に出力ポート選択せしめる偏向手段と、を備え、ファイバアレイのファイバは一列に配列されており、ファイバアレイの各ファイバにそれぞれ入射又は出射する光が交差する領域を交差位置Ｃとし、ファイバアレイのファイバと平行で、かつ、交差位置Ｃを通る軸を軸Ｚとしたとき、ファイバのコアとこれに対応するレンズの光軸との距離δは、軸Ｚからの距離Ｓに応じて異なっている。
【解決手段】波長多重された光を入力する１以上の入力ポート及び１以上の出力ポートを構成するｎ本のファイバからなるファイバアレイと、ファイバアレイの各ファイバにそれぞれ対応するｎ個のレンズからなるレンズアレイと、レンズアレイからの光を各波長に分光する分光素子と、分光された各波長を受光し、波長毎に独立に偏向可能な複数の偏向素子により、各波長毎に出力ポート選択せしめる偏向手段と、を備え、ファイバアレイのファイバは一列に配列されており、ファイバアレイの各ファイバにそれぞれ入射又は出射する光が交差する領域を交差位置Ｃとし、ファイバアレイのファイバと平行で、かつ、交差位置Ｃを通る軸を軸Ｚとしたとき、ファイバのコアとこれに対応するレンズの光軸との距離δは、軸Ｚからの距離Ｓに応じて異なっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光スイッチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に示すマルチプレクサのような光スイッチでは、ファイバアレイからの光束をマイクロレンズアレイで平行光とし、以降の光学系に導いている。平行となった光束は、例えば図５では、２枚のレンズで拡大されて分光素子に導れ、その後集光されてミラーアレイに導かれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６６５７７７０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のような構成の光スイッチでは、入出力ポートから出射した光をレンズアレイで平行とした後、様々な光学素子を用いて偏向手段に集光し、再び入出力ポートに光を戻す必要があるため、小型化が難しく、また、各光学素子の特性と、調整誤差の総和によって最終的な品質が劣化するおそれがある。また、光学素子の数が多ければ多いほど理想的な状態からの乖離が大きくなることは避けられなかった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、部品の数を減らすことができ、これにより小型化が容易な光スイッチを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光スイッチは、波長多重された光を入力する１以上の入力ポート及び１以上の出力ポートを構成するｎ本のファイバからなるファイバアレイと、ファイバアレイの各ファイバにそれぞれ対応するｎ個のレンズからなるレンズアレイと、レンズアレイからの光を各波長に分光する分光素子と、分光された各波長を受光し、波長毎に独立に偏向可能な複数の偏向素子により、各波長毎に出力ポート選択せしめる偏向手段と、を備え、ファイバアレイのファイバは一列に配列されており、ファイバアレイの各ファイバにそれぞれ入射又は出射する光が交差する領域を交差位置Ｃとし、ファイバアレイのファイバと平行で、かつ、交差位置Ｃを通る軸を軸Ｚとしたとき、ファイバのコアとこれに対応するレンズの光軸との距離δは、軸Ｚからの距離Ｓに応じて異なっていることを特徴としている。
【０００７】
本発明の光スイッチにおいては、ファイバアレイのファイバ間のピッチをＰ１とし、レンズアレイのレンズ間のピッチをＰ２とし、ファイバアレイの端面から交差位置Ｃまでの距離をＬ１とし、レンズアレイの中心から交差位置Ｃまでの距離をＬ２としたとき、次式（１）が成り立つことが好ましい。
Ｐ２／Ｌ２＝Ｐ１／Ｌ１ ・・・（１）
【０００８】
本発明の光スイッチにおいて、上述の交差位置Ｃは、収差補正に対応する有限の幅をもった領域であることが好ましい。
【０００９】
本発明の光スイッチにおいて、上述の交差位置Ｃは、レンズアレイに対して偏向手段側にあることが好ましい。
【００１０】
本発明の光スイッチにおいて、上述の交差位置Ｃは、レンズアレイに対してファイバ側にあることが好ましい。
【００１１】
本発明の光スイッチにおいて、上述の距離Ｓは、ファイバの配列方向と平行な方向への距離であることが好ましい。
この場合、軸Ｚからｍ番目のファイバのコアと、これに対応するレンズの光軸と、の距離をδmとしたとき、次式（２）が成り立つことが好ましい。
δm+1＞δm・・・（２）
【００１２】
本発明の光スイッチにおいては、軸Ｚに最も近いファイバに対応する距離δ0は略ゼロであることが好ましい。
【００１３】
本発明の光スイッチにおいて、上述の距離Ｓは、ファイバの配列方向と直交する方向への距離であることが好ましい。
この場合、軸Ｚからｍ番目のファイバのコアと、これに対応するレンズの光軸と、の距離をδmとしたとき、次式（３）が成り立つことが好ましい。
δm+1＞δm・・・（３）
【００１４】
本発明の光スイッチにおいて、上述の偏向手段は、角度調整機能を有する複数のミラーがファイバの配列方向と直交する方向に配列して構成されていることが好ましい。
【００１５】
本発明の光スイッチにおいて、上述の偏向手段は、角度調整機能を有する複数のミラーがファイバの配列方向と平行な方向に配列して構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る光スイッチは、部品の数を減らすことができ、これにより小型化が容易となる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光スイッチの全体構成を示す平面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る光スイッチの全体構成を示す側面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る光スイッチにおけるファイバアレイとレンズアレイとの位置関係を示す正面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るファイバアレイ、レンズアレイ、及び交差位置の位置関係を示す平面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る光スイッチの全体構成を示す平面図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る光スイッチの全体構成を示す側面図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係るファイバアレイ、レンズアレイ、及び交差位置の位置関係を示す平面図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係る光スイッチにおけるファイバアレイとレンズアレイとの位置関係を示す正面図である。
【図９】本発明の第５実施形態に係る光スイッチの全体構成を示す平面図である。
【図１０】本発明の第５実施形態に係る光スイッチの全体構成を示す側面図である。
【図１１】本発明の第５実施形態に係る光スイッチにおけるファイバアレイとレンズアレイとの位置関係を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明に係る光スイッチの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１９】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る光スイッチ１０の全体構成を示す平面図である。図２は、第１実施形態に係る光スイッチ１０の全体構成を示す側面図である。図３は、第１実施形態に係る光スイッチ１０におけるファイバアレイ２０とレンズアレイ３０との位置関係を示す正面図である。図４は、第１実施形態に係るファイバアレイ２０、レンズアレイ３０、及び交差位置の位置関係を示す平面図である。
【００２０】
図１、図２に示すように、第１実施形態に係る光スイッチ１０は、ファイバアレイ２０と、レンズアレイ３０と、光学素子４０と、分光素子としての回折格子５０と、偏向手段としてのミラーアレイ６０と、を備える。
【００２１】
ファイバアレイ２０は、入力ポートを構成する１本の入力ファイバと、出力ポートを構成するｎ本の出力ファイバと、からなる。レンズアレイ３０は、ファイバアレイ２０の各入出力ファイバに対応した複数のマイクロレンズを備える。入力ファイバは、波長多重された光を入力する。ここで、図１から図４においては、ファイバアレイ２０を構成するファイバ、及び、レンズアレイ３０を構成するマイクロレンズは、一部のみを表示している。
【００２２】
光学素子４０は、レンズアレイ３０から入射した光を平行光に変換するために、例えば、レンズ、凹面鏡を用いる。回折格子５０（グレーティング）は、分光方向が光スイッチ１０の高さ方向（図２の上下方向）となるように配置され、光学素子４０から入射した光を各波長に分光する。分光素子としては、回折格子のほか、プリズムその他の素子を使用することも可能である。
【００２３】
ミラーアレイ６０は、互いに独立して動作可能な角度調整機能を備え、ファイバアレイ２０の各ファイバの配列方向と直交する方向に配列された、複数のマイクロミラーを備える。マイクロミラーは、回折格子５０によって分光された各波長の光をそれぞれ受光し、波長ごとに独立に偏向可能であり、これにより、波長ごとに出力ポートを選択できる。
【００２４】
図３及び図４に示すように、ファイバアレイ２０を構成するファイバ２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８の各コア間のピッチＰ１と、レンズアレイ３０を構成するマイクロレンズ３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８の各頂点間のピッチＰ２と、が同一でない。さらに、図１、図２に示すように、ファイバアレイ２０の各ファイバから出力された光束がレンズアレイ３０を通過した後に点Ｃ１（交差位置Ｃ）で交わるように、ファイバアレイ２０のそれぞれのファイバ及びレンズアレイ３０のそれぞれのマイクロレンズが配置されている。ここで、交差点Ｃ１は、レンズアレイ３０に対して、偏向手段としてのミラーアレイ６０側にある。
【００２５】
次に、光スイッチ１０での光の伝播について図１、図２を用いて説明する。ファイバアレイ２０の各入力ポートから出力された光束はレンズアレイ３０の対応するマイクロレンズにより集光される。レンズアレイ３０によって集光された光束は、点Ｃ１（交差位置Ｃ）で交わった後に、集光作用を有する光学素子４０に入射する。この入射光は光学素子４０によって平行光に変換された後に回折格子５０に入射する。
【００２６】
回折格子５０に入射した光束は、集光作用を有する光学素子４０に再び入射した後に、波長毎にミラーアレイ６０に入射する。ミラーアレイ６０によって角度が変化したそれぞれの光束は、逆の経路をたどり、ファイバアレイ２０の任意の出力ファイバに結合される。結合される出力ファイバの位置は、ミラーアレイ６０によって制御された偏向角によって選ばれる。
【００２７】
ここで、図４を参照して、ファイバアレイ２０を構成する各ファイバと、レンズアレイ３０を構成する各マイクロレンズと、の位置関係について説明する。
図４において、ファイバアレイ２０は、ファイバ２０c、２０n、２０n+1を備え、レンズアレイ３０は、ファイバ２０c、２０n、２０n+1にそれぞれ対応する、マイクロレンズ３０c、３０n、３０n+1を備える。
【００２８】
ファイバ２０c、２０n、２０n+1は、それぞれ一定のピッチＰ１をおいて、一列に配置されている。ファイバ２０cは、そのコアが、ファイバ２０c、２０n、２０n+1（マイクロレンズ３０c、３０n、３０n+1）に入射又は出射する光が交差する点Ｃ１を通る軸Ｚ上に載るように配置されている。ファイバアレイ２０の各ファイバの配列方向に平行な方向、すなわち光スイッチ１０の幅方向（図１、図４の上下方向）において、軸Ｚとファイバ２０nとの距離はＳnであり、軸Ｚとファイバ２０n+1との距離はＳn+1である。また、ファイバ２０c、２０n、２０n+1は、レンズアレイ３０側の端面と点Ｃ１との距離がそれぞれＬ１となっている。
【００２９】
マイクロレンズ３０c、３０n、３０n+1は、それぞれ一定のピッチＰ２をおいて、互いに平行に順に配置されている。マイクロレンズ３０cは、その光軸が軸Ｚ上に載るように配置されている。ファイバ２０nのコアとマイクロレンズ３０nの光軸との距離はδnであり、ファイバ２０n+1のコアとマイクロレンズ３０n+1の光軸との距離はδn+1である。また、マイクロレンズ３０c、３０n、３０n+1は、その光学的中心と点Ｃ１との距離がそれぞれＬ２となっている。なお、図４に示す例に限らず、軸Ｚに最も近いファイバに対応する距離δは略ゼロであることが好ましい。この「略ゼロ」はゼロを含む。
【００３０】
光スイッチ１０においては、距離Ｌ１、距離Ｌ２、ファイバアレイ２０のピッチＰ１、レンズアレイ３０のピッチＰ２との間に以下の式（１）で示される関係が成り立つ。
Ｐ２／Ｌ２＝Ｐ１／Ｌ１ ・・・（１）
【００３１】
また、光スイッチ１０においては、次式（２）で示される関係が成立する。
δm+1＞δm ・・・（２）
ここで、δmは、軸Ｚからｍ番目のファイバのコアと、これに対応するレンズの光軸と、の距離である。
δm+1は、軸Ｚから（ｍ＋１）番目のファイバのコアと、これに対応するレンズの光軸と、の距離となる。ここでδmおよびδm+1はファイバのコアとこれに対応するレンズの光軸との距離δの一例である。
【００３２】
本発明の光スイッチにおいては、レンズアレイのピッチＰ２は、ファイバアレイのピッチＰ１と異なっており、第１実施形態の光スイッチ１０では、レンズアレイ３０のピッチＰ２がファイバアレイ２０のピッチＰ１よりも小さくなっている。このため、レンズアレイ３０を構成するそれぞれのマイクロレンズは、ファイバアレイ２０から出射、ないしはファイバアレイ２０に入射する光の広がり角を変えるだけではなく、ファイバアレイ２０の光軸を、ファイバ毎に異なる角度で変更させる機能を有している。したがって、ひとつのレンズアレイで、あたかも、従来のレンズアレイともう一つの光学素子とを組み合わせた場合と同じ機能を持つことができる。これにより、部品点数を減らすことができ、小型化も可能となる。
【００３３】
なお、第１実施形態の光スイッチ１０では、ファイバアレイ２０の各ファイバ間のピッチ、及び、レンズアレイ３０の各マイクロレンズ間のピッチ、をそれぞれ等間隔としている。レンズアレイ３０を構成する個々のレンズが無収差と見なせる範囲ならば、レンズアレイ３０は等ピッチでも一点に集光させることが可能である。しかし、完全に一点に集光させるためにはレンズアレイ３０を構成する各レンズの軸外収差を考慮し、等間隔からずらした、最適化されたピッチとすることがより有効である。同様にレンズアレイ２０を構成する各ファイバの間隔を等間隔からずらした、最適化されたピッチとしてもよい。
【００３４】
ここで、特許文献１記載の光スイッチでは、ファイバアレイとレンズアレイを通った光束は平行なまま分光素子であるグレーティングに入射している。このような構成の場合、各光束の径をサブミリ以下の小さな物にするとビーム径が広がってしまい、互いに干渉を生じるため、ポート間隔を数ミリメートル程度とる必要があり、多ポートの波長選択スイッチを構成することはできない。これに対して、第１実施形態の光スイッチ１０では、ファイバアレイ２０とレンズアレイ３０との位置関係により、ファイバアレイ２０のそれぞれのポート（ファイバ）の光軸を傾けることができるので、ポート間の干渉が無く、多ポートの波長選択スイッチを実現することができる。
【００３５】
（第２実施形態）
図５は、第２実施形態に係る光スイッチ１１０の全体構成を示す平面図である。図６は、第２実施形態に係る光スイッチ１１０の全体構成を示す側面図である。
第２実施形態の光スイッチ１１０では、分光素子としての回折格子１５０（グレーティング）の分光方向をファイバアレイ１２０の各ファイバの配列方向と同じ方向としている。すなわち、回折格子１５０の分光方向を、光スイッチ１１０の幅方向（図５における上下方向）としている。これにより、ファイバアレイ１２０の各ファイバの配列方向とミラーアレイ１６０の各ミラーの配列方向も同じ方向になるため、非常にコンパクトな光学系を得ることができる。
【００３６】
第２実施形態に係る光スイッチ１１０は、ファイバアレイ１２０と、レンズアレイ１３０と、光学素子１４０と、分光素子としての回折格子１５０と、偏向手段としてのミラーアレイ１６０と、を備え、回折格子１５０の分光方向をファイバアレイ１２０の各ファイバの配列方向と同じ方向にした以外は、第１実施形態の光スイッチ１０と同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。ここで、図５、図６に示すように、ファイバアレイ１２０の各ファイバから出力された光束は、レンズアレイ１３０を通過した後に点Ｃ２（交差位置Ｃ）で交わる。
【００３７】
第２実施形態の光スイッチ１１０では、第１実施形態の光スイッチ１０が奏する作用効果に加え、側面側のサイズ（高さ方向のサイズ）を非常に小さくすることが可能になるため、コンパクトな光学系を提供することが可能になる。
また、ファイバアレイ１２０の各ファイバの配列方向、レンズアレイ１３０の各レンズの配列方向、及び、ミラーアレイ１６０のミラーの配列方向がすべて同じになるため、光軸がほぼ同一平面上になり、組立性に優れた光スイッチの提供が可能となる。
【００３８】
なお、図６に示すように、第２実施形態の光スイッチ１１０では、ファイバアレイ１２０とミラーアレイ１６０の高さ方向の位置が完全には同一ではないが、ファイバアレイ１２０をミラーアレイ１６０の横に並べて配置することにより、完全に同一平面上に配置することが可能である。
【００３９】
（第３実施形態）
図７は、第３実施形態に係るファイバアレイ２２０、レンズアレイ２３０、及び、交差位置Ｃ３（交差位置Ｃ）の位置関係を示す平面図である。図７では、第３実施形態の光スイッチが備えるファイバアレイ２２０、レンズアレイ２３０、及び、レンズアレイ２３０から出射する光束のみを示している。これ以外の構成は、第１実施形態の光スイッチ１０と同様である。
【００４０】
第３実施形態のファイバアレイ２２０とレンズアレイ２３０では、レンズアレイ２３０の各マイクロレンズから出た光束は、第１実施形態及び第２実施形態のように１点では交わるのではなく、一定の幅を持った領域としての交差位置Ｃ３を通る。このための構成として、交差位置Ｃ３の中心を通る軸に対する、ファイバアレイ２２０の各ファイバの位置に応じて、レンズアレイ２３０の各レンズの光軸の位置が異なるようにレンズアレイ２３０を配置している。
【００４１】
このような構成のファイバアレイ２２０とレンズアレイ２３０を用いて光スイッチを構成することにより、交差位置Ｃ３の後の光学系で生じる非点収差、像面湾曲収差を完全に補正することが可能になる。従来の光スイッチでは、レンズアレイより出射された光束が球面よりなる光学素子に入射した場合、球面光学素子の軸の外側に行くほど、光束の焦点は近くにずれてしまう。これに対して、第３実施形態のような構成を取ることにより、この収差を完全に補正することが可能となる。
すなわち、交差位置Ｃ３は収差補正に対応する有限の幅とすることが好ましく、ファイバアレイ２２０とレンズアレイ２３０の組み合わせだけで、ファイバアレイ２２０とレンズアレイ２３０に加え、光学特性に優れた非球面レンズを用いた場合と同様の光学的作用を実現することができる。これによって、パスバンド特性と挿入損失特性の非常に優れた光スイッチを提供することが可能となる。
【００４２】
（第４実施形態）
図８は、第４実施形態に係る光スイッチにおけるファイバアレイ３２０とレンズアレイ３３０との位置関係を示す正面図である。図８では、光スイッチを構成するファイバアレイ３２０と、レンズアレイ３３０とを、光線の出射方向から見た場合の、ファイバアレイ３２０の各ファイバのコアの位置と、レンズアレイ３３０の各レンズの光軸の位置と、を示している。
【００４３】
第４実施形態のファイバアレイ３２０とレンズアレイ３３０は、ファイバアレイ３２０の各アレイ、すなわちファイバ３２１、３２２、３２３、３２４、３２５、３２６、３２７、３２８の配列方向（図８の左右方向）と直交する方向（図８の上下方向）のピッチが互いに異なっている。さらに、レンズアレイ３２０の各マイクロレンズ３３１、３３２、３３３、３３４、３３５、３３６、３３７、３３８らの光軸は、第１、第２、及び第３実施形態のように直線上に配置されているのではなく、円弧上に配置されている。これ以外の構成は、第１実施形態の光スイッチ１０と同様である。
【００４４】
第４実施形態の光スイッチにおいては、次式（２）で示される関係が成立する。
δm+1＞δm ・・・（２）
ここで、δmは、軸Ｚからｍ番目のファイバのコアと、これに対応するレンズの光軸と、の距離である。
δm+1は、軸Ｚから（ｍ＋１）番目のファイバのコアと、これに対応するレンズの光軸と、の距離となる。
【００４５】
以上の構成のファイバアレイ３２０とレンズアレイ３３０を用いて光スイッチを構成することにより、レンズアレイ３３０を出たそれぞれの光束がファイバアレイ３２０の各ファイバが配列された方向を含む面内だけでなく、ファイバアレイ３２０の各ファイバの配列方向と垂直な方向（図８の上下方向）にも角度を変更させることが可能となる。
これによって、レンズアレイ３３０の後に配置される光学素子に入射する角度の補正なども可能となるため、光学設計の自由度を飛躍的に増大することができ、よりコンパクトで高性能な光スイッチの提供が可能となる。
【００４６】
なお、第４実施形態ではファイバアレイ３２０のファイバ３２１、３２２、３２３、３２４、３２５、３２６、３２７、３２８を一直線上に並べ、レンズアレイ３３０のマイクロレンズ３３１、３３２、３３３、３３４、３３５、３３６、３３７、３３８を円弧上に並べたが、逆にファイバアレイのファイバを円弧上に、レンズアレイのマイクロレンズを直線上に並べても同様の効果が得られる。さらに、ファイバアレイとレンズアレイを双方とも曲線状に配置しても同様の効果が得られる。
【００４７】
また、レンズアレイは、第４実施形態では円弧上に配置したが、光学系の構成によっては円弧ではなく、放物線、楕円、指数曲線、正弦波、あるいは任意の曲線をとることによって最適の光学性能を得ることができる。
【００４８】
（第５実施形態）
図９は、第５実施形態に係る光スイッチ４１０の全体構成を示す平面図である。図１０は、第５実施形態に係る光スイッチ４１０の全体構成を示す側面図である。図１１は、第５実施形態に係る光スイッチ４１０におけるファイバアレイ４２０とレンズアレイ４３０との位置関係を示す正面図である。
【００４９】
第５実施形態の光スイッチ４１０では、ファイバアレイ４２０の各ファイバ４２１、４２２、４２３、４２４、４２５、４２６、４２７、４２８のコアのピッチと、レンズアレイ４３０の各マイクロレンズ４３１、４３２、４３３、４３４、４３５、４３６、４３７、４３８の光軸間のピッチとが同一でない。
【００５０】
さらに、各ファイバ４２１、４２２、４２３、４２４、４２５、４２６、４２７、４２８から出力された光束がレンズアレイ４２０の後ろの一点Ｃ５（交差位置Ｃ）で交わるように、それぞれのファイバ４２１、４２２、４２３、４２４、４２５、４２６、４２７、４２８及びマイクロレンズ４３１、４３２、４３３、４３４、４３５、４３６、４３７、４３８が配置されている。
言い換えれば、交差位置Ｃとしての集光点Ｃ５は、レンズアレイ４３０に対してファイバアレイ４２０側にある。したがって、レンズアレイに対して回折格子（偏向手段）側に集光点があった第１、第２、第３、及び第４実施形態の光スイッチとは異なる。
【００５１】
これら以外の構成は、第１実施形態の光スイッチ１０と同様である。すなわち、第４実施形態に係る光スイッチ４１０は、ファイバアレイ４２０と、レンズアレイ４３０と、光学素子４４０と、分光素子としての回折格子４５０と、偏向手段としてのミラーアレイ４６０と、を備える。
【００５２】
ここで、ファイバアレイ４２０の各ファイバのレンズアレイ４３０側の端面と交差点Ｃ５との距離をＬ３、レンズアレイ４３０の各マイクロレンズの光学的中心と交差点Ｃ５との距離をＬ４、ファイバアレイ４２０のピッチをＰ１、レンズアレイ４３０のピッチをＰ２、とすると、第１実施形態の式（１）と同様の次式（３）が成り立つ。
Ｐ２／Ｌ４＝Ｐ１／Ｌ３ ・・・（３）
【００５３】
第５実施形態の光スイッチでは、ファイバアレイ４２０とレンズアレイ４３０の組み合わせだけで、従来のファイバアレイとレンズアレイに加え、凹レンズを用いた場合と同様の光学的作用を奏することが可能となる。
また、ファイバアレイ４２０とレンズアレイ４３０を上述のように構成することで凹レンズと同様の作用を持たせしめたことにより、凸レンズの作用を持たせた場合に比べ、ファイバアレイ４２０からなる入出力ポートと光学素子４４０との距離を小さくすることが可能となり、よりコンパクトな波長選択スイッチを提供することが可能となった。
【００５４】
以上説明したように、本発明に係る光スイッチは、ファイバアレイの各入出力ポートとレンズアレイの各マイクロレンズのピッチを一致させていない構成としている。レンズアレイのピッチを入出力ポートのピッチと異なるものとすることにより、レンズアレイに各ファイバの光軸を独立に偏向する手段としての機能を持たせることができる。これにより、構成部品の少ない光スイッチを実現することができ、従って光スイッチとして非常に重要な特性である、パスバンド、及び挿入損失に優れた光スイッチを提供することができる。
【００５５】
また、本発明の光スイッチによれば、ファイバアレイ、レンズアレイ、凹面鏡、グレーティング、及び、マイクロミラー以外の光学部品を一切使わず、波長選択スイッチを構成することができる。波長選択スイッチの光学系は部品点数が多く、組立調整に大きな工数がかかる。構成部品の点数を減らすことにより、調整部が少なくなるので組立調整が簡単となり、低コストの実現が期待できる。さらに、性能的にも、部品が少ないので挿入損失特性及びパスバンド特性に優れた光スイッチが期待できる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
以上のように、本発明に係る光スイッチは、部品点数の削減及び小型化が要求される用途に適している。
【符号の説明】
【００５７】
１０ 光スイッチ
２０ ファイバアレイ
２０ｃ、２０ｎ、２０ｎ＋１ ファイバ
２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８ ファイバ
３０ レンズアレイ
３０ｃ、３０ｎ、３０ｎ＋１ マイクロレンズ
３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８ マイクロレンズ
４０ 光学素子
５０ 回折格子
６０ ミラーアレイ
１１０ 光スイッチ
１２０ ファイバアレイ
１３０ レンズアレイ
１４０ 光学素子
１５０ 回折格子
１６０ ミラーアレイ
２２０ ファイバアレイ
２３０ レンズアレイ
３２０ ファイバアレイ
３２１、３２２、３２３、３２４、３２５、３２６、３２７、３２８ ファイバ
３３０ レンズアレイ
３３１、３３２、３３３、３３４、３３５、３３６、３３７、３３８ マイクロレンズ
４１０ 光スイッチ
４２０ ファイバアレイ
４２１、４２２、４２３、４２４、４２５、４２６、４２７、４２８ ファイバ
４３０ レンズアレイ
４３１、４３２、４３３、４３４、４３５、４３６、４３７、４３８ マイクロレンズ
４４０ 光学素子
４５０ 回折格子
４６０ ミラーアレイ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光スイッチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に示すマルチプレクサのような光スイッチでは、ファイバアレイからの光束をマイクロレンズアレイで平行光とし、以降の光学系に導いている。平行となった光束は、例えば図５では、２枚のレンズで拡大されて分光素子に導れ、その後集光されてミラーアレイに導かれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６６５７７７０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のような構成の光スイッチでは、入出力ポートから出射した光をレンズアレイで平行とした後、様々な光学素子を用いて偏向手段に集光し、再び入出力ポートに光を戻す必要があるため、小型化が難しく、また、各光学素子の特性と、調整誤差の総和によって最終的な品質が劣化するおそれがある。また、光学素子の数が多ければ多いほど理想的な状態からの乖離が大きくなることは避けられなかった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、部品の数を減らすことができ、これにより小型化が容易な光スイッチを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光スイッチは、波長多重された光を入力する１以上の入力ポート及び１以上の出力ポートを構成するｎ本のファイバからなるファイバアレイと、ファイバアレイの各ファイバにそれぞれ対応するｎ個のレンズからなるレンズアレイと、レンズアレイからの光を各波長に分光する分光素子と、分光された各波長を受光し、波長毎に独立に偏向可能な複数の偏向素子により、各波長毎に出力ポート選択せしめる偏向手段と、を備え、ファイバアレイのファイバは一列に配列されており、ファイバアレイの各ファイバにそれぞれ入射又は出射する光が交差する領域を交差位置Ｃとし、ファイバアレイのファイバと平行で、かつ、交差位置Ｃを通る軸を軸Ｚとしたとき、ファイバのコアとこれに対応するレンズの光軸との距離δは、軸Ｚからの距離Ｓに応じて異なっていることを特徴としている。
【０００７】
本発明の光スイッチにおいては、ファイバアレイのファイバ間のピッチをＰ１とし、レンズアレイのレンズ間のピッチをＰ２とし、ファイバアレイの端面から交差位置Ｃまでの距離をＬ１とし、レンズアレイの中心から交差位置Ｃまでの距離をＬ２としたとき、次式（１）が成り立つことが好ましい。
Ｐ２／Ｌ２＝Ｐ１／Ｌ１ ・・・（１）
【０００８】
本発明の光スイッチにおいて、上述の交差位置Ｃは、収差補正に対応する有限の幅をもった領域であることが好ましい。
【０００９】
本発明の光スイッチにおいて、上述の交差位置Ｃは、レンズアレイに対して偏向手段側にあることが好ましい。
【００１０】
本発明の光スイッチにおいて、上述の交差位置Ｃは、レンズアレイに対してファイバ側にあることが好ましい。
【００１１】
本発明の光スイッチにおいて、上述の距離Ｓは、ファイバの配列方向と平行な方向への距離であることが好ましい。
この場合、軸Ｚからｍ番目のファイバのコアと、これに対応するレンズの光軸と、の距離をδmとしたとき、次式（２）が成り立つことが好ましい。
δm+1＞δm・・・（２）
【００１２】
本発明の光スイッチにおいては、軸Ｚに最も近いファイバに対応する距離δ0は略ゼロであることが好ましい。
【００１３】
本発明の光スイッチにおいて、上述の距離Ｓは、ファイバの配列方向と直交する方向への距離であることが好ましい。
この場合、軸Ｚからｍ番目のファイバのコアと、これに対応するレンズの光軸と、の距離をδmとしたとき、次式（３）が成り立つことが好ましい。
δm+1＞δm・・・（３）
【００１４】
本発明の光スイッチにおいて、上述の偏向手段は、角度調整機能を有する複数のミラーがファイバの配列方向と直交する方向に配列して構成されていることが好ましい。
【００１５】
本発明の光スイッチにおいて、上述の偏向手段は、角度調整機能を有する複数のミラーがファイバの配列方向と平行な方向に配列して構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る光スイッチは、部品の数を減らすことができ、これにより小型化が容易となる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光スイッチの全体構成を示す平面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る光スイッチの全体構成を示す側面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る光スイッチにおけるファイバアレイとレンズアレイとの位置関係を示す正面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るファイバアレイ、レンズアレイ、及び交差位置の位置関係を示す平面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る光スイッチの全体構成を示す平面図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る光スイッチの全体構成を示す側面図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係るファイバアレイ、レンズアレイ、及び交差位置の位置関係を示す平面図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係る光スイッチにおけるファイバアレイとレンズアレイとの位置関係を示す正面図である。
【図９】本発明の第５実施形態に係る光スイッチの全体構成を示す平面図である。
【図１０】本発明の第５実施形態に係る光スイッチの全体構成を示す側面図である。
【図１１】本発明の第５実施形態に係る光スイッチにおけるファイバアレイとレンズアレイとの位置関係を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明に係る光スイッチの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１９】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る光スイッチ１０の全体構成を示す平面図である。図２は、第１実施形態に係る光スイッチ１０の全体構成を示す側面図である。図３は、第１実施形態に係る光スイッチ１０におけるファイバアレイ２０とレンズアレイ３０との位置関係を示す正面図である。図４は、第１実施形態に係るファイバアレイ２０、レンズアレイ３０、及び交差位置の位置関係を示す平面図である。
【００２０】
図１、図２に示すように、第１実施形態に係る光スイッチ１０は、ファイバアレイ２０と、レンズアレイ３０と、光学素子４０と、分光素子としての回折格子５０と、偏向手段としてのミラーアレイ６０と、を備える。
【００２１】
ファイバアレイ２０は、入力ポートを構成する１本の入力ファイバと、出力ポートを構成するｎ本の出力ファイバと、からなる。レンズアレイ３０は、ファイバアレイ２０の各入出力ファイバに対応した複数のマイクロレンズを備える。入力ファイバは、波長多重された光を入力する。ここで、図１から図４においては、ファイバアレイ２０を構成するファイバ、及び、レンズアレイ３０を構成するマイクロレンズは、一部のみを表示している。
【００２２】
光学素子４０は、レンズアレイ３０から入射した光を平行光に変換するために、例えば、レンズ、凹面鏡を用いる。回折格子５０（グレーティング）は、分光方向が光スイッチ１０の高さ方向（図２の上下方向）となるように配置され、光学素子４０から入射した光を各波長に分光する。分光素子としては、回折格子のほか、プリズムその他の素子を使用することも可能である。
【００２３】
ミラーアレイ６０は、互いに独立して動作可能な角度調整機能を備え、ファイバアレイ２０の各ファイバの配列方向と直交する方向に配列された、複数のマイクロミラーを備える。マイクロミラーは、回折格子５０によって分光された各波長の光をそれぞれ受光し、波長ごとに独立に偏向可能であり、これにより、波長ごとに出力ポートを選択できる。
【００２４】
図３及び図４に示すように、ファイバアレイ２０を構成するファイバ２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８の各コア間のピッチＰ１と、レンズアレイ３０を構成するマイクロレンズ３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８の各頂点間のピッチＰ２と、が同一でない。さらに、図１、図２に示すように、ファイバアレイ２０の各ファイバから出力された光束がレンズアレイ３０を通過した後に点Ｃ１（交差位置Ｃ）で交わるように、ファイバアレイ２０のそれぞれのファイバ及びレンズアレイ３０のそれぞれのマイクロレンズが配置されている。ここで、交差点Ｃ１は、レンズアレイ３０に対して、偏向手段としてのミラーアレイ６０側にある。
【００２５】
次に、光スイッチ１０での光の伝播について図１、図２を用いて説明する。ファイバアレイ２０の各入力ポートから出力された光束はレンズアレイ３０の対応するマイクロレンズにより集光される。レンズアレイ３０によって集光された光束は、点Ｃ１（交差位置Ｃ）で交わった後に、集光作用を有する光学素子４０に入射する。この入射光は光学素子４０によって平行光に変換された後に回折格子５０に入射する。
【００２６】
回折格子５０に入射した光束は、集光作用を有する光学素子４０に再び入射した後に、波長毎にミラーアレイ６０に入射する。ミラーアレイ６０によって角度が変化したそれぞれの光束は、逆の経路をたどり、ファイバアレイ２０の任意の出力ファイバに結合される。結合される出力ファイバの位置は、ミラーアレイ６０によって制御された偏向角によって選ばれる。
【００２７】
ここで、図４を参照して、ファイバアレイ２０を構成する各ファイバと、レンズアレイ３０を構成する各マイクロレンズと、の位置関係について説明する。
図４において、ファイバアレイ２０は、ファイバ２０c、２０n、２０n+1を備え、レンズアレイ３０は、ファイバ２０c、２０n、２０n+1にそれぞれ対応する、マイクロレンズ３０c、３０n、３０n+1を備える。
【００２８】
ファイバ２０c、２０n、２０n+1は、それぞれ一定のピッチＰ１をおいて、一列に配置されている。ファイバ２０cは、そのコアが、ファイバ２０c、２０n、２０n+1（マイクロレンズ３０c、３０n、３０n+1）に入射又は出射する光が交差する点Ｃ１を通る軸Ｚ上に載るように配置されている。ファイバアレイ２０の各ファイバの配列方向に平行な方向、すなわち光スイッチ１０の幅方向（図１、図４の上下方向）において、軸Ｚとファイバ２０nとの距離はＳnであり、軸Ｚとファイバ２０n+1との距離はＳn+1である。また、ファイバ２０c、２０n、２０n+1は、レンズアレイ３０側の端面と点Ｃ１との距離がそれぞれＬ１となっている。
【００２９】
マイクロレンズ３０c、３０n、３０n+1は、それぞれ一定のピッチＰ２をおいて、互いに平行に順に配置されている。マイクロレンズ３０cは、その光軸が軸Ｚ上に載るように配置されている。ファイバ２０nのコアとマイクロレンズ３０nの光軸との距離はδnであり、ファイバ２０n+1のコアとマイクロレンズ３０n+1の光軸との距離はδn+1である。また、マイクロレンズ３０c、３０n、３０n+1は、その光学的中心と点Ｃ１との距離がそれぞれＬ２となっている。なお、図４に示す例に限らず、軸Ｚに最も近いファイバに対応する距離δは略ゼロであることが好ましい。この「略ゼロ」はゼロを含む。
【００３０】
光スイッチ１０においては、距離Ｌ１、距離Ｌ２、ファイバアレイ２０のピッチＰ１、レンズアレイ３０のピッチＰ２との間に以下の式（１）で示される関係が成り立つ。
Ｐ２／Ｌ２＝Ｐ１／Ｌ１ ・・・（１）
【００３１】
また、光スイッチ１０においては、次式（２）で示される関係が成立する。
δm+1＞δm ・・・（２）
ここで、δmは、軸Ｚからｍ番目のファイバのコアと、これに対応するレンズの光軸と、の距離である。
δm+1は、軸Ｚから（ｍ＋１）番目のファイバのコアと、これに対応するレンズの光軸と、の距離となる。ここでδmおよびδm+1はファイバのコアとこれに対応するレンズの光軸との距離δの一例である。
【００３２】
本発明の光スイッチにおいては、レンズアレイのピッチＰ２は、ファイバアレイのピッチＰ１と異なっており、第１実施形態の光スイッチ１０では、レンズアレイ３０のピッチＰ２がファイバアレイ２０のピッチＰ１よりも小さくなっている。このため、レンズアレイ３０を構成するそれぞれのマイクロレンズは、ファイバアレイ２０から出射、ないしはファイバアレイ２０に入射する光の広がり角を変えるだけではなく、ファイバアレイ２０の光軸を、ファイバ毎に異なる角度で変更させる機能を有している。したがって、ひとつのレンズアレイで、あたかも、従来のレンズアレイともう一つの光学素子とを組み合わせた場合と同じ機能を持つことができる。これにより、部品点数を減らすことができ、小型化も可能となる。
【００３３】
なお、第１実施形態の光スイッチ１０では、ファイバアレイ２０の各ファイバ間のピッチ、及び、レンズアレイ３０の各マイクロレンズ間のピッチ、をそれぞれ等間隔としている。レンズアレイ３０を構成する個々のレンズが無収差と見なせる範囲ならば、レンズアレイ３０は等ピッチでも一点に集光させることが可能である。しかし、完全に一点に集光させるためにはレンズアレイ３０を構成する各レンズの軸外収差を考慮し、等間隔からずらした、最適化されたピッチとすることがより有効である。同様にレンズアレイ２０を構成する各ファイバの間隔を等間隔からずらした、最適化されたピッチとしてもよい。
【００３４】
ここで、特許文献１記載の光スイッチでは、ファイバアレイとレンズアレイを通った光束は平行なまま分光素子であるグレーティングに入射している。このような構成の場合、各光束の径をサブミリ以下の小さな物にするとビーム径が広がってしまい、互いに干渉を生じるため、ポート間隔を数ミリメートル程度とる必要があり、多ポートの波長選択スイッチを構成することはできない。これに対して、第１実施形態の光スイッチ１０では、ファイバアレイ２０とレンズアレイ３０との位置関係により、ファイバアレイ２０のそれぞれのポート（ファイバ）の光軸を傾けることができるので、ポート間の干渉が無く、多ポートの波長選択スイッチを実現することができる。
【００３５】
（第２実施形態）
図５は、第２実施形態に係る光スイッチ１１０の全体構成を示す平面図である。図６は、第２実施形態に係る光スイッチ１１０の全体構成を示す側面図である。
第２実施形態の光スイッチ１１０では、分光素子としての回折格子１５０（グレーティング）の分光方向をファイバアレイ１２０の各ファイバの配列方向と同じ方向としている。すなわち、回折格子１５０の分光方向を、光スイッチ１１０の幅方向（図５における上下方向）としている。これにより、ファイバアレイ１２０の各ファイバの配列方向とミラーアレイ１６０の各ミラーの配列方向も同じ方向になるため、非常にコンパクトな光学系を得ることができる。
【００３６】
第２実施形態に係る光スイッチ１１０は、ファイバアレイ１２０と、レンズアレイ１３０と、光学素子１４０と、分光素子としての回折格子１５０と、偏向手段としてのミラーアレイ１６０と、を備え、回折格子１５０の分光方向をファイバアレイ１２０の各ファイバの配列方向と同じ方向にした以外は、第１実施形態の光スイッチ１０と同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。ここで、図５、図６に示すように、ファイバアレイ１２０の各ファイバから出力された光束は、レンズアレイ１３０を通過した後に点Ｃ２（交差位置Ｃ）で交わる。
【００３７】
第２実施形態の光スイッチ１１０では、第１実施形態の光スイッチ１０が奏する作用効果に加え、側面側のサイズ（高さ方向のサイズ）を非常に小さくすることが可能になるため、コンパクトな光学系を提供することが可能になる。
また、ファイバアレイ１２０の各ファイバの配列方向、レンズアレイ１３０の各レンズの配列方向、及び、ミラーアレイ１６０のミラーの配列方向がすべて同じになるため、光軸がほぼ同一平面上になり、組立性に優れた光スイッチの提供が可能となる。
【００３８】
なお、図６に示すように、第２実施形態の光スイッチ１１０では、ファイバアレイ１２０とミラーアレイ１６０の高さ方向の位置が完全には同一ではないが、ファイバアレイ１２０をミラーアレイ１６０の横に並べて配置することにより、完全に同一平面上に配置することが可能である。
【００３９】
（第３実施形態）
図７は、第３実施形態に係るファイバアレイ２２０、レンズアレイ２３０、及び、交差位置Ｃ３（交差位置Ｃ）の位置関係を示す平面図である。図７では、第３実施形態の光スイッチが備えるファイバアレイ２２０、レンズアレイ２３０、及び、レンズアレイ２３０から出射する光束のみを示している。これ以外の構成は、第１実施形態の光スイッチ１０と同様である。
【００４０】
第３実施形態のファイバアレイ２２０とレンズアレイ２３０では、レンズアレイ２３０の各マイクロレンズから出た光束は、第１実施形態及び第２実施形態のように１点では交わるのではなく、一定の幅を持った領域としての交差位置Ｃ３を通る。このための構成として、交差位置Ｃ３の中心を通る軸に対する、ファイバアレイ２２０の各ファイバの位置に応じて、レンズアレイ２３０の各レンズの光軸の位置が異なるようにレンズアレイ２３０を配置している。
【００４１】
このような構成のファイバアレイ２２０とレンズアレイ２３０を用いて光スイッチを構成することにより、交差位置Ｃ３の後の光学系で生じる非点収差、像面湾曲収差を完全に補正することが可能になる。従来の光スイッチでは、レンズアレイより出射された光束が球面よりなる光学素子に入射した場合、球面光学素子の軸の外側に行くほど、光束の焦点は近くにずれてしまう。これに対して、第３実施形態のような構成を取ることにより、この収差を完全に補正することが可能となる。
すなわち、交差位置Ｃ３は収差補正に対応する有限の幅とすることが好ましく、ファイバアレイ２２０とレンズアレイ２３０の組み合わせだけで、ファイバアレイ２２０とレンズアレイ２３０に加え、光学特性に優れた非球面レンズを用いた場合と同様の光学的作用を実現することができる。これによって、パスバンド特性と挿入損失特性の非常に優れた光スイッチを提供することが可能となる。
【００４２】
（第４実施形態）
図８は、第４実施形態に係る光スイッチにおけるファイバアレイ３２０とレンズアレイ３３０との位置関係を示す正面図である。図８では、光スイッチを構成するファイバアレイ３２０と、レンズアレイ３３０とを、光線の出射方向から見た場合の、ファイバアレイ３２０の各ファイバのコアの位置と、レンズアレイ３３０の各レンズの光軸の位置と、を示している。
【００４３】
第４実施形態のファイバアレイ３２０とレンズアレイ３３０は、ファイバアレイ３２０の各アレイ、すなわちファイバ３２１、３２２、３２３、３２４、３２５、３２６、３２７、３２８の配列方向（図８の左右方向）と直交する方向（図８の上下方向）のピッチが互いに異なっている。さらに、レンズアレイ３２０の各マイクロレンズ３３１、３３２、３３３、３３４、３３５、３３６、３３７、３３８らの光軸は、第１、第２、及び第３実施形態のように直線上に配置されているのではなく、円弧上に配置されている。これ以外の構成は、第１実施形態の光スイッチ１０と同様である。
【００４４】
第４実施形態の光スイッチにおいては、次式（２）で示される関係が成立する。
δm+1＞δm ・・・（２）
ここで、δmは、軸Ｚからｍ番目のファイバのコアと、これに対応するレンズの光軸と、の距離である。
δm+1は、軸Ｚから（ｍ＋１）番目のファイバのコアと、これに対応するレンズの光軸と、の距離となる。
【００４５】
以上の構成のファイバアレイ３２０とレンズアレイ３３０を用いて光スイッチを構成することにより、レンズアレイ３３０を出たそれぞれの光束がファイバアレイ３２０の各ファイバが配列された方向を含む面内だけでなく、ファイバアレイ３２０の各ファイバの配列方向と垂直な方向（図８の上下方向）にも角度を変更させることが可能となる。
これによって、レンズアレイ３３０の後に配置される光学素子に入射する角度の補正なども可能となるため、光学設計の自由度を飛躍的に増大することができ、よりコンパクトで高性能な光スイッチの提供が可能となる。
【００４６】
なお、第４実施形態ではファイバアレイ３２０のファイバ３２１、３２２、３２３、３２４、３２５、３２６、３２７、３２８を一直線上に並べ、レンズアレイ３３０のマイクロレンズ３３１、３３２、３３３、３３４、３３５、３３６、３３７、３３８を円弧上に並べたが、逆にファイバアレイのファイバを円弧上に、レンズアレイのマイクロレンズを直線上に並べても同様の効果が得られる。さらに、ファイバアレイとレンズアレイを双方とも曲線状に配置しても同様の効果が得られる。
【００４７】
また、レンズアレイは、第４実施形態では円弧上に配置したが、光学系の構成によっては円弧ではなく、放物線、楕円、指数曲線、正弦波、あるいは任意の曲線をとることによって最適の光学性能を得ることができる。
【００４８】
（第５実施形態）
図９は、第５実施形態に係る光スイッチ４１０の全体構成を示す平面図である。図１０は、第５実施形態に係る光スイッチ４１０の全体構成を示す側面図である。図１１は、第５実施形態に係る光スイッチ４１０におけるファイバアレイ４２０とレンズアレイ４３０との位置関係を示す正面図である。
【００４９】
第５実施形態の光スイッチ４１０では、ファイバアレイ４２０の各ファイバ４２１、４２２、４２３、４２４、４２５、４２６、４２７、４２８のコアのピッチと、レンズアレイ４３０の各マイクロレンズ４３１、４３２、４３３、４３４、４３５、４３６、４３７、４３８の光軸間のピッチとが同一でない。
【００５０】
さらに、各ファイバ４２１、４２２、４２３、４２４、４２５、４２６、４２７、４２８から出力された光束がレンズアレイ４２０の後ろの一点Ｃ５（交差位置Ｃ）で交わるように、それぞれのファイバ４２１、４２２、４２３、４２４、４２５、４２６、４２７、４２８及びマイクロレンズ４３１、４３２、４３３、４３４、４３５、４３６、４３７、４３８が配置されている。
言い換えれば、交差位置Ｃとしての集光点Ｃ５は、レンズアレイ４３０に対してファイバアレイ４２０側にある。したがって、レンズアレイに対して回折格子（偏向手段）側に集光点があった第１、第２、第３、及び第４実施形態の光スイッチとは異なる。
【００５１】
これら以外の構成は、第１実施形態の光スイッチ１０と同様である。すなわち、第４実施形態に係る光スイッチ４１０は、ファイバアレイ４２０と、レンズアレイ４３０と、光学素子４４０と、分光素子としての回折格子４５０と、偏向手段としてのミラーアレイ４６０と、を備える。
【００５２】
ここで、ファイバアレイ４２０の各ファイバのレンズアレイ４３０側の端面と交差点Ｃ５との距離をＬ３、レンズアレイ４３０の各マイクロレンズの光学的中心と交差点Ｃ５との距離をＬ４、ファイバアレイ４２０のピッチをＰ１、レンズアレイ４３０のピッチをＰ２、とすると、第１実施形態の式（１）と同様の次式（３）が成り立つ。
Ｐ２／Ｌ４＝Ｐ１／Ｌ３ ・・・（３）
【００５３】
第５実施形態の光スイッチでは、ファイバアレイ４２０とレンズアレイ４３０の組み合わせだけで、従来のファイバアレイとレンズアレイに加え、凹レンズを用いた場合と同様の光学的作用を奏することが可能となる。
また、ファイバアレイ４２０とレンズアレイ４３０を上述のように構成することで凹レンズと同様の作用を持たせしめたことにより、凸レンズの作用を持たせた場合に比べ、ファイバアレイ４２０からなる入出力ポートと光学素子４４０との距離を小さくすることが可能となり、よりコンパクトな波長選択スイッチを提供することが可能となった。
【００５４】
以上説明したように、本発明に係る光スイッチは、ファイバアレイの各入出力ポートとレンズアレイの各マイクロレンズのピッチを一致させていない構成としている。レンズアレイのピッチを入出力ポートのピッチと異なるものとすることにより、レンズアレイに各ファイバの光軸を独立に偏向する手段としての機能を持たせることができる。これにより、構成部品の少ない光スイッチを実現することができ、従って光スイッチとして非常に重要な特性である、パスバンド、及び挿入損失に優れた光スイッチを提供することができる。
【００５５】
また、本発明の光スイッチによれば、ファイバアレイ、レンズアレイ、凹面鏡、グレーティング、及び、マイクロミラー以外の光学部品を一切使わず、波長選択スイッチを構成することができる。波長選択スイッチの光学系は部品点数が多く、組立調整に大きな工数がかかる。構成部品の点数を減らすことにより、調整部が少なくなるので組立調整が簡単となり、低コストの実現が期待できる。さらに、性能的にも、部品が少ないので挿入損失特性及びパスバンド特性に優れた光スイッチが期待できる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
以上のように、本発明に係る光スイッチは、部品点数の削減及び小型化が要求される用途に適している。
【符号の説明】
【００５７】
１０ 光スイッチ
２０ ファイバアレイ
２０ｃ、２０ｎ、２０ｎ＋１ ファイバ
２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８ ファイバ
３０ レンズアレイ
３０ｃ、３０ｎ、３０ｎ＋１ マイクロレンズ
３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８ マイクロレンズ
４０ 光学素子
５０ 回折格子
６０ ミラーアレイ
１１０ 光スイッチ
１２０ ファイバアレイ
１３０ レンズアレイ
１４０ 光学素子
１５０ 回折格子
１６０ ミラーアレイ
２２０ ファイバアレイ
２３０ レンズアレイ
３２０ ファイバアレイ
３２１、３２２、３２３、３２４、３２５、３２６、３２７、３２８ ファイバ
３３０ レンズアレイ
３３１、３３２、３３３、３３４、３３５、３３６、３３７、３３８ マイクロレンズ
４１０ 光スイッチ
４２０ ファイバアレイ
４２１、４２２、４２３、４２４、４２５、４２６、４２７、４２８ ファイバ
４３０ レンズアレイ
４３１、４３２、４３３、４３４、４３５、４３６、４３７、４３８ マイクロレンズ
４４０ 光学素子
４５０ 回折格子
４６０ ミラーアレイ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長多重された光を入力する１以上の入力ポート及び１以上の出力ポートを構成するｎ本のファイバからなるファイバアレイと、
前記ファイバアレイの各ファイバにそれぞれ対応するｎ個のレンズからなるレンズアレイと、
前記レンズアレイからの光を各波長に分光する分光素子と、
前記分光された各波長を受光し、波長毎に独立に偏向可能な複数の偏向素子により、各波長毎に出力ポート選択せしめる偏向手段と、を備え、
前記ファイバアレイのファイバは一列に配列されており、
前記ファイバアレイの各ファイバにそれぞれ入射又は出射する光が交差する領域を交差位置Ｃとし、
前記ファイバアレイのファイバと平行で、かつ、前記交差位置Ｃを通る軸を軸Ｚとしたとき、
前記ファイバのコアとこれに対応する前記レンズの光軸との距離δは、前記軸Ｚからの距離Ｓに応じて異なっていることを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
前記ファイバアレイのファイバ間のピッチをＰ１とし、
前記レンズアレイのレンズ間のピッチをＰ２とし、
前記ファイバアレイの端面から前記交差位置Ｃまでの距離をＬ１とし、
前記レンズアレイの中心から前記交差位置Ｃまでの距離をＬ２としたとき、
次式（１）が成り立つことを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
Ｐ２／Ｌ２＝Ｐ１／Ｌ１ ・・・（１）
【請求項３】
前記交差位置Ｃは、収差補正に対応する有限の幅をもった領域であることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項４】
前記交差位置Ｃは、前記レンズアレイに対して前記偏向手段側にあることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項５】
前記交差位置Ｃは、前記レンズアレイに対して前記ファイバ側にあることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項６】
前記距離Ｓは、前記ファイバの配列方向と平行な方向への距離であることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項７】
前記軸Ｚからｍ番目のファイバのコアと、これに対応するレンズの光軸と、の距離をδmとしたとき、次式（２）が成り立つことを特徴とする請求項６に記載の光スイッチ。
δm+1＞δm ・・・（２）
【請求項８】
前記軸Ｚに最も近いファイバに対応する距離δ0は略ゼロであることを特徴とする請求項７に記載の光スイッチ。
【請求項９】
前記距離Ｓは、前記ファイバの配列方向と直交する方向への距離であることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項１０】
前記軸Ｚから前記ｍ番目のファイバのコアと、これに対応するレンズの光軸と、の距離をδmとしたとき、次式（３）が成り立つことを特徴とする請求項９に記載の光スイッチ。
δm+1＞δm・・・（３）
【請求項１１】
前記偏向手段は、角度調整機能を有する複数のミラーが前記ファイバの配列方向と直交する方向に配列して構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項１２】
前記偏向手段は、角度調整機能を有する複数のミラーがファイバの配列方向と平行な方向に配列して構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項１】
波長多重された光を入力する１以上の入力ポート及び１以上の出力ポートを構成するｎ本のファイバからなるファイバアレイと、
前記ファイバアレイの各ファイバにそれぞれ対応するｎ個のレンズからなるレンズアレイと、
前記レンズアレイからの光を各波長に分光する分光素子と、
前記分光された各波長を受光し、波長毎に独立に偏向可能な複数の偏向素子により、各波長毎に出力ポート選択せしめる偏向手段と、を備え、
前記ファイバアレイのファイバは一列に配列されており、
前記ファイバアレイの各ファイバにそれぞれ入射又は出射する光が交差する領域を交差位置Ｃとし、
前記ファイバアレイのファイバと平行で、かつ、前記交差位置Ｃを通る軸を軸Ｚとしたとき、
前記ファイバのコアとこれに対応する前記レンズの光軸との距離δは、前記軸Ｚからの距離Ｓに応じて異なっていることを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
前記ファイバアレイのファイバ間のピッチをＰ１とし、
前記レンズアレイのレンズ間のピッチをＰ２とし、
前記ファイバアレイの端面から前記交差位置Ｃまでの距離をＬ１とし、
前記レンズアレイの中心から前記交差位置Ｃまでの距離をＬ２としたとき、
次式（１）が成り立つことを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
Ｐ２／Ｌ２＝Ｐ１／Ｌ１ ・・・（１）
【請求項３】
前記交差位置Ｃは、収差補正に対応する有限の幅をもった領域であることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項４】
前記交差位置Ｃは、前記レンズアレイに対して前記偏向手段側にあることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項５】
前記交差位置Ｃは、前記レンズアレイに対して前記ファイバ側にあることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項６】
前記距離Ｓは、前記ファイバの配列方向と平行な方向への距離であることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項７】
前記軸Ｚからｍ番目のファイバのコアと、これに対応するレンズの光軸と、の距離をδmとしたとき、次式（２）が成り立つことを特徴とする請求項６に記載の光スイッチ。
δm+1＞δm ・・・（２）
【請求項８】
前記軸Ｚに最も近いファイバに対応する距離δ0は略ゼロであることを特徴とする請求項７に記載の光スイッチ。
【請求項９】
前記距離Ｓは、前記ファイバの配列方向と直交する方向への距離であることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項１０】
前記軸Ｚから前記ｍ番目のファイバのコアと、これに対応するレンズの光軸と、の距離をδmとしたとき、次式（３）が成り立つことを特徴とする請求項９に記載の光スイッチ。
δm+1＞δm・・・（３）
【請求項１１】
前記偏向手段は、角度調整機能を有する複数のミラーが前記ファイバの配列方向と直交する方向に配列して構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項１２】
前記偏向手段は、角度調整機能を有する複数のミラーがファイバの配列方向と平行な方向に配列して構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−６４７２１（Ｐ２０１１−６４７２１Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１２７０４（Ｐ２００９−２１２７０４）
【出願日】平成２１年９月１５日（２００９．９．１５）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１５日（２００９．９．１５）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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