波長選択スイッチ用光学ユニットおよび波長選択スイッチ
【課題】波長選択スイッチの筐体内の光学系の光路を筐体外部から調整することが可能な波長選択スイッチを提供する。
【解決手段】本発明に係る波長選択スイッチ用光学ユニット101は、入力ポート110aと、入力ポート110aから入力された入力光を波長分散させる分散部112と、分散部112により分散される光を集光する集光素子113と、出力ポート110bと、分散部112により分散される光をシフトさせる光路補正部と、光路補正部によるシフト量を変化させる調整部121と、入力ポート110a、分散部112、集光素子113、出力ポート110b及び光路補正部を密閉する筐体118とを備え、筐体118は、集光素子113により集光された光が入射する位置に光学的に透明な透明部119を有し、調整部121は、筐体118の外部に配置され、光路補正部は、調整部121により筐体118の外部から制御可能である。
【解決手段】本発明に係る波長選択スイッチ用光学ユニット101は、入力ポート110aと、入力ポート110aから入力された入力光を波長分散させる分散部112と、分散部112により分散される光を集光する集光素子113と、出力ポート110bと、分散部112により分散される光をシフトさせる光路補正部と、光路補正部によるシフト量を変化させる調整部121と、入力ポート110a、分散部112、集光素子113、出力ポート110b及び光路補正部を密閉する筐体118とを備え、筐体118は、集光素子113により集光された光が入射する位置に光学的に透明な透明部119を有し、調整部121は、筐体118の外部に配置され、光路補正部は、調整部121により筐体118の外部から制御可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長選択スイッチ用光学ユニットおよび波長選択スイッチに関するものである。
【０００２】
波長選択スイッチとは、周波数に基づいて光を分光して出力する機能を有するものである。波長選択スイッチは、例えば、リングネットワークを接続するノードに備えられ、複数のリングネットワークを接続して、メトロネットワークを構成する。このとき、波長選択スイッチは、リングネットワークを構成する光ファイバから入射された光を、周波数に基づいて経路を切り替えるように動作する。
【背景技術】
【０００３】
従来、波長選択スイッチとして、分散性素子、複数の光学部品、及びＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）アレイ（ミラーアレイ）が筐体内部に密閉した状態で収容される波長選択スイッチが提案されてきた（例えば、特許文献１参照）。このような波長選択スイッチでは、製造段階で適切に光路調整を行って固定し筐体を密閉すれば、気圧等の変化による屈折率等の変動が回避され、筐体内の光路は適切に維持される。
【０００４】
波長選択スイッチは、光ファイバ等により構成される入出力部から入力された波長多重された光を、波長に基づいて分散し、ミラーアレイ（偏向部）を構成する各ミラー素子（偏向素子）に光をそれぞれ入射させ、各ミラー素子を所定の角度に制御して、所望の入出力部から光を出射させる。一般的に、ミラーアレイは、入射光に略垂直な平面でｘ軸方向に一列に並んだミラー素子により構成される。ｘ軸方向に波長分散された光束がミラー素子上に入射される。各ミラー素子の中心に来る光の波長は、規格によって決められた所定の値に近いことが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１４５８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、筐体に対してミラーアレイを接着固定する場合には、接着剤の凝固時にミラーアレイの位置が全体に１０μｍ程度ずれるおそれがある。また、波長選択スイッチに備えられるミラーアレイ等の偏向部は、可動に構成されるので、波長選択スイッチの筐体内部に備えられた他の光学素子と比較して、破損や故障の危険性が高い。したがって、波長選択スイッチの設計にあたって、ミラーアレイ等を筐体の外部に備える構成として、破損や故障の際の交換や修理を容易にすることが考えられる。更には、ミラーアレイ以外の光学系を筐体内に密閉内蔵した波長選択スイッチ用光学ユニットとして設計し、当該波長選択スイッチ用光学ユニットに対して、ミラーアレイ等を着脱可能に取り付けて、波長選択スイッチとして機能させることが考えられる。
【０００７】
このような構成では、特許文献１に記載の波長選択スイッチのように、分散性素子、複数の光学部品、及びミラーアレイが、製造時に適切に光路調整された状態で一つの筐体内に密閉されない。すなわち、このような波長選択スイッチは、分散部及び集光のための光学系が筐体に密閉され、ミラーアレイが筐体の外部に取り付けられた構成となる。よって、このような波長選択スイッチにおいて、筐体に密閉された分散部並びに集光のための光学系（以下、分散部及び集光のための光学系を併せて、「筐体内の光学系」と称する）を、筐体外部に備えられたミラーアレイに対して調整することが望まれる。
【０００８】
したがって、かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、波長選択スイッチの筐体内の光学系の光路を筐体外部から調整することが可能な波長選択スイッチを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成する本発明に係る波長選択スイッチ用光学ユニットは、少なくとも一つの入力ポートと、該入力ポートから入力された入力光を波長分散させる分散部と、該分散部により分散される光を集光する集光素子と、少なくとも一つの出力ポートと、前記分散部により分散される光をシフトさせる光路補正部と、前記光路補正部によるシフト量を変化させる調整部と、前記入力ポート、前記分散部、前記集光素子、前記出力ポート及び前記光路補正部を密閉する筐体と、を備え、前記筐体は、前記集光素子により集光された光が入射する位置に光学的に透明な透明部を有し、前記調整部は、前記筐体の外部に配置され、前記光路補正部は、前記調整部により前記筐体の外部から制御可能である。
【００１０】
また、本発明に係る波長選択スイッチ用光学ユニットにおいて、前記光路補正部は、前記入力ポートと、前記分散部との間の光路中に配置されることが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る波長選択スイッチ用光学ユニットにおいて、前記光路補正部は、前記分散部と、前記透明部との間の光路中に配置されることが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係る波長選択スイッチ用光学ユニットにおいて、前記光路補正部は、光路補正用の光学素子と、該光学素子を駆動するアクチュエータを備え、前記調整部は、前記アクチュエータを駆動して、前記シフト量を調整することが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る波長選択スイッチ用光学ユニットにおいて、前記分散部は、透過型の分散素子と、反射素子とを備えるリットマン・メトカルフ構造からなり、前記反射素子は、前記光路補正部を構成し、前記調整部は、前記反射素子を変位させることによって、前記シフト量を調整することが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係る波長選択スイッチ用光学ユニットにおいて、前記光路補正部は、電気光学素子を備え、前記調整部は、前記電気光学素子に印加する電圧を制御して、前記シフト量を調整することが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係る波長選択スイッチ用光学ユニットにおいて、前記筐体は少なくとも一部に非磁性体部を備え、前記光路補正部は、光路補正用の光学素子と、該光学素子に取り付けられた磁性体又は磁石を備え、前記調整部は、前記非磁性体部を介して前記磁性体又は磁石と協働して、磁力により前記光学素子を変位させて、前記シフト量を調整する磁石又は磁性体を備えることが好ましい。
【００１６】
また、本発明に係る波長選択スイッチ用光学ユニットにおいて、前記光路補正用の光学素子は、平行平板を備えることが好ましい。
【００１７】
また、本発明に係る波長選択スイッチ用光学ユニットにおいて、前記筐体は前記光路補正部を、紫外線硬化型接着剤により、当該筐体に固定するための透明窓を有することが好ましい。
【００１８】
上記目的を達成する本発明に係る波長選択スイッチは、上述のいずれか１つの波長選択スイッチ用光学ユニットと、前記筐体の外側に取り付けられ、前記集光素子により集光される光を偏向する偏向部と、を備える。
【００１９】
また、本発明に係る波長選択スイッチにおいて、前記光路補正部は、前記分散部により分散される光の前記偏向部に対する入射位置をシフトさせることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、波長選択スイッチの筐体内の光学系の光路を筐体外部から調整することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１Ａ】第１実施形態による波長選択スイッチの概略構成を示す平面図である。
【図１Ｂ】第１実施形態による波長選択スイッチの概略構成を説明する側面図である。
【図２Ａ】第１実施形態による波長選択スイッチの光路補正部の概略構成を説明するための図である。
【図２Ｂ】第１実施形態による波長選択スイッチの光路補正部の概略構成を説明するための図である。
【図２Ｃ】第１実施形態による光路補正部の機能を説明するための図である。
【図３Ａ】第２実施形態による波長選択スイッチの概略構成を示す平面図である。
【図３Ｂ】第２実施形態による波長選択スイッチの概略構成を示す側面図である。
【図３Ｃ】第２実施形態による光路補正部の機能を説明するための図である。
【図４Ａ】第３実施形態による波長選択スイッチの概略構成を示す平面図である。
【図４Ｂ】第３実施形態による波長選択スイッチの概略構成を説明する側面図である。
【図５Ａ】第３実施形態による光路補正部の概略構成を説明するための図である。
【図５Ｂ】第３実施形態による光路補正部の概略構成を説明するための図である。
【図５Ｃ】第３実施形態による光路補正部の機能を説明するための図である。
【図６】第４実施形態による波長選択スイッチの概略構成を示す平面図である。
【図７Ａ】第４実施形態による光路補正部の概略構成を説明するための図である。
【図７Ｂ】第４実施形態による光路補正部の概略構成を説明するための図である。
【図７Ｃ】第４実施形態による光路補正部の概略構成を説明するための図である。
【図８Ａ】第４実施形態による波長選択スイッチの変形例を示す図である。
【図８Ｂ】図９Ａに示す変形例による光路補正部の概略構成を説明するための図である。
【図９】本発明による波長選択スイッチにおける光束調整方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明による波長選択スイッチ及び波長選択スイッチ用光学ユニットの実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
（第１実施形態）
図１Ａは、本発明の第１実施形態による波長選択スイッチ１００の概略構成を示す平面図である。図１Bは、本実施形態による波長選択スイッチ１００の概略構成を説明する側面図である。図１Ａ及び図１Ｂでは、明瞭のために、各光束を中心線で示し、分散部１１２によって分散された少なくとも１つ以上の光束についても、代表的な波長の光束を中心線で示した。
【００２４】
本実施形態による波長選択スイッチ１００は、光ファイバアレイ１０９、入出力ポート１１０、レンズアレイ１１１、第１集光素子１１３ａ、第２集光素子１１３b、分散部１１２、第３集光素子１１３ｃ、ミラー部１１４、補正板１１６、アクチュエータ１１７、並びに、支持体１２２を密閉内蔵すると共に窓１１９を有する筐体１１８、及び調整部１２１を備える波長選択スイッチ用光学ユニット１０１と、偏向部１１５を内蔵する偏向部筐体１２０とを備える。
【００２５】
光ファイバアレイ１０９は、少なくとも２以上のファイバから構成されている。そして、光ファイバアレイ１０９は、筐体１１８に設けられた貫通孔を介して、筐体１１８の外部から内部に延出している。ここで、筐体１１８に形成された光ファイバアレイ１０９を通すための貫通孔と、光ファイバアレイ１０９とは、隙間がない状態で、配置されている。このため、光ファイバアレイ１０９が筐体１１８の外部から内部に延びているにもかかわらず、筐体１１８の内部は、密閉状態が保たれている。
【００２６】
入出力ポート１１０は、少なくとも１つの入力ポート１１０ａと、少なくとも１つの出力ポート１１０ｂを備える。入力ポート１１０ａは、光ファイバアレイ１０９からの波長多重光信号を波長選択スイッチ１００の光学系に入力する。出力ポート１１０ｂは、波長選択スイッチ１００の光学系からの光信号を光ファイバアレイ１０９に出力する。
【００２７】
なお、本願においては、光ファイバアレイ１０９の先端近傍を、特に入力ポート１１０ａまたは出力ポート１１０ｂとして説明する。すなわち、入力ポート１１０ａまたは出力ポート１１０ｂは、光ファイバアレイ１０９と、別の部材とは限らない。また、図１ａにおいて、入出力ポート１１０の部分を、光ファイバアレイ１０９の部分に比して、太径にしているが、実際には、このように径に差があるとは限らない。
【００２８】
また、入出力ポート１１０を構成するポートの数は、例えば２以上とし、より多数の入出力ポートを設けることができるが、図１Ｂにおいては、説明の都合から、代表的な入出力ポートを４つのみ図示している。また、入出力ポート１１０を構成するポートの数に応じて、光ファイバアレイ１０９を構成する光ファイバの数も変更する。また、何れの入出力ポートを入力用または出力用として用いるかは、適宜設計することが可能である。すなわち、入出力ポート一つのみを入力用として用いて、それ以外の入出力ポートを出力用に用いてもよいし、入力用のポートと、出力用のポートと、を複数ずつ設けても良い。
【００２９】
レンズアレイ１１１は、入出力ポート１１０からの光束を平行光にするとともに偏向部１１５から戻ってくる光束を入出力ポート１１０に集光するための、球面または、非球面形状の、複数のマイクロレンズを備える。レンズアレイ１１１を構成する各マイクロレンズは、入出力ポート１１０を構成する各ポートと対になっている。
【００３０】
第１集光素子１１３ａは、レンズアレイ１１１の各マイクロレンズからの光束を１点に集光する、とともに偏向部１１５から戻ってくる光束をレンズアレイ１１１の各マイクロレンズに分配する。
【００３１】
補正板１１６は、第１集光素子１１３ａと第２集光素子１１３ｂとの間に配置されている。補正板１１６は、アクチュエータ１１７により、駆動されて、光路を補正する。補正板１１６とアクチュエータ１１７によって、光路補正部が構成される。光路補正部は、分散部１１２により分散される光をシフトさせる。具体的には、筐体１１８外部に配置された偏向部１１５に入射する光束の、偏向部１１５に対する集光位置をシフトさせる。光路補正部の詳細については、後述する。
【００３２】
第２集光素子１１３bは、第１集光素子１１３ａにより１点に集光された光束を平行光にする、とともに偏向部１１５から戻ってくる光束を１点に集光する。
【００３３】
分散部１１２は、第２集光素子１１３bにより平行にされた光束を、波長毎に分散（波長分散）する、とともに偏向部１１５から戻ってくる光束の進行方向を同一にし、第２集光素子１１３bに入力する。分散部１１２は、例えば、透過型の分散素子（グレーティング）で構成される。また、分散部１１２は、分散素子と、ミラーとを組み合わせた、リットマン−メトカルフ型の構成でもよい。さらに、この実施形態では透過型の分散素子を用いたが、これに限られるものではなく、反射型回折格子、Ｇｒｉｓｍ、スーパープリズム等を用いることもできる。
【００３４】
第３集光素子１１３ｃは、分散部１１２により分散される光束を偏向部１１５上で集光する。また、第３集光素子１１３ｃは、偏向部１１５からの戻ってくる光束をコリメートして、分散部１１２に入射させる。
【００３５】
ミラー部１１４は、集光素子１１３ｃからの光を反射させて、窓１１９を経て偏向部１１５に導くものである。なお、集光素子１１３ｃからの光の進行方向上に偏向部１１５が設けられていないため、ミラー部１１４が必要になるが、本実施形態はこの態様に限定されるわけではない。例えば、集光素子１１３ｃからの光の進行方向上に偏向部１１５が設けられている場合には、ミラー部１１４を省略することができる。
【００３６】
偏向部１１５は、第３集光素子１１３ｃにより集光された少なくとも１つ以上の光束を、それぞれ異なる角度で偏向させる１つ以上の偏向素子を有し、第３集光素子１１３ｃからの光束を入射した角度とは異なる角度で反射し、第３集光素子１１３ｃへ光束を戻す。
【００３７】
偏向部１１５は、例えば、ＭＥＭＳミラーアレイや反射型の液晶表示パネルであるＬＯＣＳ（Liquid crystal on silicon）である。偏向部１１５がＭＥＭＳミラーアレイである場合、偏向部１１５は、波長に対応する複数のマイクロミラーがアレイ状に配置されているものである。各マイクロミラーは、ケーブル（図示しない）からの電力供給により駆動され、これにより、マイクロミラー自体の傾きを変え、波長毎に光の進行方向を変更する。偏向部１１５の備える偏向素子の数は、特に限定されない。
【００３８】
第１、２、３集光素子１１３a、ｂ、ｃは、それぞれ偏向部１１５に向かう光束と、偏向部１１５から戻る光束が通過する。すなわち、第１、２、３集光素子１１３ａ、ｂ、ｃは、通過する方向によって、光束を集光させる集光素子、または１点からの光束を平行光にするコリメータ素子として機能するが、ここではすべて、集光素子と呼んでいる。
【００３９】
筐体１１８は、入出力ポート１１０、レンズアレイ１１１、分散部１１２、第１、２、３集光素子１１３ａ、ｂ、ｃ、ミラー部１１４、光路補正部（補正板１１６及びアクチュエータ１１７)、その他の筐体内の配置された素子を密閉して内蔵する。光ファイバアレイ１０９及びアクチュエータ１１７に電源供給する導線は、例えば、シール部材を介して筐体１１８の外に出る。これにより、筐体１１８の内部の密閉性を保持しつつ、筐体１１８の外部から光路補正部を調整することが可能となる。
【００４０】
窓１１９は、第３集光素子１１３ｃにより集光された光が入射する位置に配置された光学的に透明な透明部を構成する。具体的には、窓１１９は筐体１１８の一部に形成された透明素材からなり、ミラー部１１４によって直下方向に反射された光を透過させる。窓１１９は、例えば、石英により構成される。また、窓１１９に代えて、透明素材からなるプレートを筐体１１８に設けてもよい。この場合、プレート上には、筐体１１８に配置される部材を取り付けることができる。
【００４１】
偏向部筐体１２０は、偏向部１１５を内蔵する。偏向部筐体１２０と、筐体１１８は別体とし、偏向部筐体１２０を筐体１１８に後付け可能である。また、偏向部筐体１２０は、筐体１１８に対して着脱可能であり、仮に、偏向部１１５が故障した時には、利用者は、偏向部筐体１２０を交換することが可能である。
【００４２】
なお、筐体１１８および偏向部筐体１２０は、接着剤等により固定されていてもよく、あるいは、ねじ等の固定部材で固定されていてもよい。さらに、筐体１１８および／または偏向部材１２０には、必要に応じて、取り付け部材を設けていても良い。
【００４３】
調整部１２１は、光路補正部（補正板１１６及びアクチュエータ１１７）によるシフト量を変化させる。具体的には、調整部１２１は、アクチュエータ１１７を駆動して、分散部１１２により分散される光の偏向部１１５に対する入射位置のシフト量を調整する。アクチュエータ１１７がピエゾ素子により構成される場合、調整部１２１は、ピエゾ素子に印加する電圧を制御することで、ピエゾ素子を伸縮させる。ピエゾ素子の収縮により、補正板１１６を所望の回転角で回転させて、偏向部１１５に対する光の入射位置を、所望量シフトさせる。
【００４４】
以上に説明したように、入力ポート１１０ａからの光束は、レンズアレイ１１１、第１集光素子１１３ａ、補正板１１６、第２集光素子１１３ｂ、分散部１１２、第３集光素子１１３ｃ、ミラー部１１４、窓１１９を順次通過して、偏向部１１５で反射して、全く上記と逆の経路を通過し、出力ポート１１０ｂに戻る。
【００４５】
次に、図２Ａおよび図２Ｂを参照して光路補正部の概略構成について説明する。図２Ａは、光路補正部の概略構成を説明するための図である。図２Ａは、光路補正部を図１Ａにおけるａ方向から見た図である。上述の通り、光路補正部は、補正板１１６とアクチュエータ１１７によって、構成される。補正板１１６は、例えば、平行平板によって構成される。平行平板は、比較的安価である。補正板１１６は、支持体１２２に支持されている。支持体１２２は、筐体１１８に固定された回転軸１２３について回転可能である。アクチュエータ１１７は、回転軸１２３とは反対側の支持体１２２の端部に当接して配置されている。アクチュエータ１１７は、例えば、ピエゾ素子によって構成される。具体的には、ピエゾ素子は、積層型ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）でありうる。
【００４６】
図２Ｂは、光路補正部の概略構成を説明するための図である。図２Ｂは、光路補正部を図１Ａにおけるｂ方向から見た図である。支持体１２２に当接して弾性体１２４が配置される。そして、弾性体１２４に当接してストッパー１２５が配置される。調整部１２１によってアクチュエータ１１７が駆動されることで、支持体１２２が回転軸１２３に対して回転移動する。アクチュエータ１１７がピエゾ素子により構成される場合、ピエゾ素子に印加する電圧が変更され、ピエゾ素子が電圧に応じて伸縮して支持体１２２を回転軸１２３に対して回転移動させる。支持体１２２の回転に応じて、補正板１１６の傾きが変化する。
【００４７】
ここで、補正板１１６の回転により、偏向部１１５に入射する光束の集光位置がシフトすることを、図２Ｃを参照して説明する。図２Ｃは、第１実施形態による光路補正部の機能を説明するための図である。図２Ｃにおいて、分散部１１２で分散された光束は、特定波長の１光束のみで、偏向部１１５に向かう光束を示している。ミラー部１１４は、省略している。補正板１１６を回転することにより、第２集光素子１１３ｂに入射する光束が発散する点Ａのみかけの位置が、点線で示すように、シフトする。シフトする量ｄｘは補正板１１６の屈折率をｎ、厚さをｔ、回転角度θとすると、
ｄｘ ＝ ｔ θ ／ ｎ
で近似できる。
【００４８】
すなわち、シフト量ｄｘは補正板１１６の回転角度にほぼ比例する。第２集光素子１１３ｂと第３集光素子１１３ｃの焦点距離が等しいと、光束が第３集光素子１１３ｃで集光される点のシフト量は、点Ａのシフト量と等しくなる。
【００４９】
以上により、補正板１１６の回転により、第３集光素子１１３ｃによる特定波長の光束の集光位置が偏向部１１５の偏向素子上でシフトすることがわかる。よって、波長選択スイッチ１００に入射された波長帯域の光束全体が偏向部１１５を構成するほとんどの偏向素子上でシフトすることになる。
【００５０】
このように、本実施形態による波長選択スイッチ１００及び波長選択スイッチ用光学ユニット１０１は、光路補正部によって、光が偏向部１１５に入射する位置をシフトさせることができる。そして、光路補正部は、筐体１１８の外部に設けられた調整部１２１によってシフト量が調整されるため、波長選択スイッチ１００及び波長選択スイッチ用光学ユニット１０１を組立てて、筐体１１８に密閉内蔵させた後であっても、筐体内の光学系の光路を調整することができる。したがって、波長選択スイッチ用光学ユニット１０１又は筐体１１８に対して、偏向部１１５を含む偏向部筐体１２０を外付する場合、接着材の硬化時やねじ止め時に偏向部筐体１２０が正規の取り付け位置から微動しても、波長選択スイッチ用光学ユニット１０１の光学系又は筐体１１８に内蔵された光学系を、偏向部１１５に合わせて調整することができる。
【００５１】
光束調整の具体的な方法には、例えば、以下に記載する方法が挙げられる。波長選択スイッチ用光学ユニット１０１又は筐体１１８に対して、偏向部１１５を内蔵する偏向部筐体１２０を外付けした後に、一つの出力ポート１１０ｂに全波長が入力されるように、偏向部１１５の偏向素子を傾ける。一つの出力ポート１１０ｂから出力された光信号を、光ファイバアレイ１０９を介して光スペクトルアナライザで観測する。偏向部１１５の偏向素子は不連続なため、不連続部分の波長の光は戻ってこないので図９に示すような信号が観測される。偏向部１１５の各偏向素子から戻ってくる光の波長が一つのチャンネルの帯域となる。その帯域の中心の波長を中心波長とする。上述の方法に従って光路補正部によって、光が偏向部１１５に入射する位置をシフトすると中心波長がシフトする。各チャンネルの中心波長が規格で定まった波長に近くなるように光路補正部の状態を保持する。
【００５２】
さらに、本実施形態では、光路補正部は、入出力ポート１１０と、分散部１１２との間の光路中に配置されるため、光路補正部に備えられる補正板１１６の大きさを比較的小さくすることが可能である。これは、光路補正部を分散部１１２と偏向部１１５との間の光路に配置し、補正板１１６によって分散された光をシフトさせる場合とは違い、補正板１１６の大きさは、複数の分散された光の全てを受光可能な程度に大きくする必要がないからである。補正板１１６の大きさを比較的小さくすることで、本実施形態に係る波長選択スイッチ１００及び波長選択スイッチ用光学ユニット１０２の小型化に貢献することができる。
【００５３】
さらに、本実施形態による波長選択スイッチ１００にて、光路補正部は、光路補正用の光学素子である補正板１１６と、アクチュエータ１１７を備え、当該アクチュエータ１１７は筐体１１８の外部に設けられた調整部１２１からの電気信号により制御されるので、筐体１１８内の密閉性を維持しつつ、光路補正部を駆動させることができる。
【００５４】
なお、筐体内の光学系にて、第１集光素子１１３ａは、入力光を成形するため径の異なる２つのシリンドリカルレンズにすることも可能である。例えば、２つのシリンドリカルレンズは、入力ポートから入射した光の断面を楕円に成形する。或いは、入力光を成形するためのレンズの形状は、必ずしもシリンドリカルである必要は無く、光の断面を楕円状に成形することができるあらゆるレンズでありうる。
【００５５】
（第２実施形態）
図３Ａは、本発明の第２実施形態による波長選択スイッチ２００の概略構成を示す平面図である。図３Ｂは、本実施形態による波長選択スイッチ２００の概略構成を示す側面図である。
【００５６】
本実施形態による波長選択スイッチ２００は、光ファイバアレイ２０９、入出力ポート２１０、レンズアレイ２１１、第１集光素子２１３ａ、第２集光素子２１３ｂ、分散素子２１２ａ、反射素子２１２ｂ、反射素子移動部材２１２ｃ、ミラー部２１４、並びにアクチュエータ２１７を密閉内蔵すると共に窓２１９を有する筐体２１８、及び調整部２２１を備える波長選択スイッチ用光学ユニット２０１と、偏向部２１５を内蔵する偏向部筐体２２０とを備える。第１実施形態の構成要素と同一または対応する構成要素については、第１実施形態の参照符号に１００を足した数の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５７】
第１実施形態では、分散部１１２の前後に１つずつあった２個の集光素子１１３ｂ、１１３ｃを、本実施形態では共通にして、集光素子２１３ｂとしている。また、第１実施形態では、分散部１１２と記載していたが、本実施形態では、分散素子２１２ａ、反射素子２１２ｂ、反射素子移動部材２１２ｃ、によって分散部２１２が構成される。そして、入出力ポート２１０と分散部２１２の間の光路と、分散部２１２と偏向部２１５の間の光路の両方が集光素子２１３ｂを通過する構成となっている。
【００５８】
本実施形態による波長選択スイッチ２００では、分散部２１２を構成する、透過型の分散素子２１２ａと、反射素子２１２ｂは、リットマン・メトカルフ（Littman-Metcalf）構造となるように配置される。反射素子２１２ｂは、反射素子移動部材２１２ｃに取り付けられている。反射素子移動部材２１２ｃに当接してアクチュエータ２１７が備えられる。アクチュエータ２１７は、例えば、ＰＺＴにより構成され、印加される電圧に応じて伸縮する。図示しないが、反射素子移動部材２１２ｃを挟んでアクチュエータ２１７とは反対側に、弾性体が設けられる。そして、弾性体に当接してストッパー（図示しない）が配置される。
【００５９】
本実施形態による波長選択スイッチ２００及び波長選択スイッチ用光学ユニット２０１の調整部２２１は、アクチュエータ２１７に印加する電圧を制御する。調整部２２１により印加された電圧に応じて、アクチュエータ２１７が駆動し、回転軸（図示しない）を中心として反射素子移動部材２１２ｃを回転させる。そして、反射素子移動部材２１２ｃの回転により、偏向部２１５に入射する光束はシフトする。すなわち、本実施形態では、反射素子２１２ｂ、反射素子移動部材２１２ｃ、アクチュエータ２１７が、光路補正部として機能する。
【００６０】
ここで、図３Ｃを参照して、反射素子移動部材２１２ｃの回転により、偏向部２１５に入射する光束がシフトする原理を説明する。入出力ポート２１０から分散部２１２までの光路は第１実施形態とほぼ同様なので省略する。図３Ｃにおいて、反射素子２１２ｂから偏向部２１５に向かう特定の１波長の光束のみを示す。反射素子２１２ｂには、特定波長の光束が平行光束として入射した後、入射した光束は、反射される。反射された光束は、分散素子２１２ａで、入出力ポート２１０から来る光束とは、少し違う角度の方向に偏向される。偏向された光束は、第２集光素子２１３ｂに入射し、第２集光素子２１３ｂにより、偏向部２１５を構成する偏向素子の一つに集光される。反射素子移動部材２１２ｃが回転することにより、反射素子移動部材２１２ｃに固定してある反射素子２１２ｂが回転し、第２集光素子２１３ｂに入射する光束の入射角度が変化する。第２集光素子２１３ｂに入射する光束の入射角度が変化すると、偏向部２１５を構成する偏向素子上の光束の集光位置が変化する。すなわち、第２集光素子２１３ｂによる集光位置のシフト量は、第２集光素子２１３ｂに入射する光束角度変化量と第２集光素子２１３ｂの焦点距離の積となる。第２集光素子２１３ｂに入射する光束角度変化量は、反射素子移動部材２１２ｃの回転角の２倍となる。よって、反射素子移動部材２１２ｃの回転角に比例した量で、第２集光素子２１３ｂによって偏向部２１５の偏向素子上に集光される集光点はシフトする。
【００６１】
本実施形態による波長選択スイッチ２００は、リットマン・メトカルフ構造となるように配置された分散素子２１２ａ及び反射素子２１２ｂを備え、波長選択スイッチ２００の筐体２１８の外部に設けられた調整部２２１は、反射素子２１２ｂを変位させることによって偏向部２１５に対する光の入射位置をシフトさせる。このため、本実施形態による波長選択スイッチ２００は、密閉性を維持しつつ、筐体２１８の外部から光路補正部を駆動することができる。また、筐体２１８内の光学系に対して、光路補正用の光学素子を追加する必要がないため、波長選択スイッチ２００を構成する部品点数の増加を押さえつつ、光束調整機能を付与することができる。
【００６２】
（第３実施形態）
図４Ａは本発明の第３実施形態による波長選択スイッチ３００の概略構成を示す平面図である。図４Bは、本実施形態による波長選択スイッチ３００の概略構成を説明する側面図である。本実施形態による波長選択スイッチ３００は、光ファイバアレイ３０９、入出力ポート３１０、レンズアレイ３１１、第１集光素子３１３ａ、第１ミラー部３１４ａ、第２集光素子３１３ｂ、温度補正プリズム３２６、グリズム３１２、第２ミラー部３１４ｂ、第３集光素子３１３ｃ、補正板３１６、回転軸３２３、並びに第３ミラー部３１４ｃを密閉内蔵すると共に窓３１９を有する筐体３１８、及び磁石（図示しない）を保持する保持部３２７により構成される調整部を備える波長選択スイッチ用光学ユニット３０１と、偏向部３１５を内蔵する偏向部筐体３２０とを備える。第１実施形態と同様の機能を有する構成要素については、第１実施形態における対応する構成要素の参照符号に対して２００を加えた数の参照符号を付し、ここでは説明を省略する。
【００６３】
温度補正プリズム３２６は、入力光を偏向してグリズム３１２へ出射させるプリズムである。この温度補正プリズム３２６は、偏向部３１５からの光の出力ポートに入射する入射角度が、本実施形態による波長選択スイッチ３００の使用温度範囲内の温度変化に対してほぼ一定になるように、形状、配置、媒質その他の条件が設定されうる。グリズム３１２は、プリズムと回折格子とを組み合わせた、分散素子の一種である。本実施形態における光路補正部は、光路補正用の光学素子を構成する補正板３１６と、磁性体３３０とを備える。
【００６４】
次に、図５Ａおよび図５Ｂを参照して本実施形態に係る波長選択スイッチ３００の光路補正部の概略構成について説明する。図５Ａは、光路補正部の概略構成を説明するための図である。図５Ａは、光路補正部を図４Ａにおけるａ方向から見た図である。第１実施形態と同様に、補正板３１６は支持体３２２に支持されており、例えば、平行平板により構成される。支持体３２２は、筐体３１８に固定された回転軸３２３について回転可能である。ここで、本実施形態では、支持体３２２に対して回転軸３２３とは反対側の端部に磁性体３３０が設けられる。
【００６５】
そして、磁性体３３０の上部付近に、筐体３１８に非磁性体部３２９が設けられる。そして、非磁性体部３２９に設けられた凹部に、光路補正部（補正板３１６及び磁性体３３０）による偏向部３１５に対する光の入射位置のシフト量を調整する調整部を構成する磁石３２８が配置される。磁石３２８は、保持部３２７によって保持される。
【００６６】
図５Ｂは、光路補正部の概略構成を説明するための図であり、光路補正部を図４Ａにおけるｂ方向から見た図である。磁石３２８の一側面には、弾性部材３３１が取り付けられる。弾性部材３３１の他端は、保持部３２７に取り付けられる。マイクロメータ３３２を回転することで、磁石３２８が図示した矢印Ｘの方向に移動する。磁石３２８の移動に応じて、補正板３１６が回転軸３２３について回転する。補正板３１６が回転することにより偏向部３１５に入射する光束がシフトする。
【００６７】
ここで、図５Ｃを参照して、補正板３１６が回転することにより偏向部３１５に入射する光束がシフトする説明をする。入出力ポート３１０から第３集光素子３１３ｃまでの光路は第１実施形態とほぼ同様なので省略する。図５Ｃにおいては、偏向部３１５に入射する光束は、特定の１波長の光束のみ示している。第３集光素子３１３ｃには平行光束が入射し、偏向部３１５の１つの偏向素子上に集光する。第３集光素子３１３ｃと偏向部３１５の間にある補正板３１６が、回転すると図からも明らかなように集光位置がシフトする。シフト量ｄｘは補正板３１６の屈折率をｎ、厚さをｔ、回転角をθとすると
ｄｘ ＝ ｔ θ ／ ｎ
で近似でき、シフト量は補正板３１６の回転角に比例する。よって、補正板３１６が回転により偏向部３１５に入射する光束がシフトする。
【００６８】
上述したように、本実施形態による波長選択スイッチ３００及び波長選択スイッチ用光学ユニット３０１は、調整部を構成する磁石３２８を移動させることで、偏向部３１５に対する光の入射位置がシフトする。このように、本実施形態による波長選択スイッチ３００及び波長選択スイッチ用光学ユニット３０１によれば、筐体３１８内の密閉性を維持しつつ、光路補正部を駆動させることができる。さらに、本実施形態による波長選択スイッチ３００は、磁石３２８により補正部３１６を回転させているため、電力の消費を低減することができる。
【００６９】
なお、本実施形態による波長選択スイッチ３００及び波長選択スイッチ用光学ユニット３０１では、補正板３１６は、例えば、平行平板により構成され、磁石３２８によって変位するように構成されたが、補正板３１６は、電気光学素子（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ、以下、ＥＯＤと称する）によって構成されることもできる。ＥＯＤとは、印加される電圧に応じて屈折率が変化する素子である。すなわち、ＥＯＤは、印加された電圧に応じた量だけ、光路をシフトさせる機能を有する。補正板３１６がＥＯＤによって構成される場合、光をＥＯＤに対して斜めに入射させるために、補正板３１６は傾斜して設けられる。また、この場合、回転軸３２３は不要である。代表的なＥＯＤとしては、ＫＴＮ（タンタル酸ニオブ酸カリウム）、ＰＺＴ（登録商標）（チタン酸ジルコン酸鉛）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ４）等が挙げられる。
【００７０】
補正板３１６がＥＯＤによって構成される場合には、補正板３１６は、筐体３１８外部に設けられた調整部と、例えば、導線等で接続される。このとき、調整部は補正板３１６に印加する電圧を制御して補正板３１６の屈折率を変化させ、補正板３１６を通る光の光路を変化させる。これにより、調整部は、偏向部３１５に対する光の入射位置のシフト量を調整する。このようにして、本実施形態による波長選択スイッチ３００及び波長選択スイッチ用光学ユニット３０１は、密閉性を維持しつつ筐体３１８内の光路補正部（補正板３１６）を調整することができる。
【００７１】
なお、本実施形態では、光路補正部が磁性体３３０を、調整部が磁石３２８をそれぞれ有するものとして説明したが、本発明の思想は、光路補正部と調整部とが磁力により協働することにある。このため、本実施形態による波長選択スイッチにて、光路補正部が磁石を、調整部が磁性体を、それぞれ有するような構成とすることも可能である。また、本実施形態では、温度補正プリズム３２６を配置したが、必ずしも配置しなくてもよい。また、グリズム３１２に代えて、第１実施形態で例示した種々の分散部１１２を用いてもよい。
【００７２】
（第４実施形態）
図６は、本発明の第４実施形態による波長選択スイッチ４００の概略構成を示す平面図である。筐体４１８内の構成は、アクチュエータが設けられていないことを除いて、第１実施形態と略同様であるため、第１〜３実施形態の構成要素と同一または対応する構成要素については、第１実施形態の参照符号に３００を足した数の参照符号を付し、説明を省略する。ここでは、第１実施形態とは異なる構成要素についてのみ説明する。なお、図示しないが、本実施形態による波長選択スイッチ４００は、第１実施形態と共通する種々の光学素子を密閉内蔵すると共に窓（図示しない）を有する筐体４１８、及び調整部（図示しない）を備える波長選択スイッチ用光学ユニットと、偏光部を内蔵する偏向部筐体（図示しない）とを備える。
【００７３】
図７Ａ及び図７Ｂは、第４実施形態による光路補正部の概略構成を説明するための図である。図７Ａは、本実施形態による支持体４２２の平面図である。図７Ｂは、光路補正部を図６のａ方向から見た図である。支持体４２２は、上面（補正板４１６を支持する面の反対側の面）に、磁性体４３０を備え、接着剤封入部４４１を有する。接着剤封入部４４１には、紫外線硬化接着剤４４２が封入されている。
【００７４】
図７Ｃは、光路補正部を図６のｂ方向から見た図である。筐体４１８は、接着剤封入部４４１の上に透明窓４４３を備え、磁性体４３０の上に磁石４２８を備える。磁石４２８は、保持部４２７によって保持される。磁石４２８による光路補正部の調整機構は、図５Ａ及び図５Ｂに示した第３実施の形態に係る磁石３２８及び保持部３２７と同様の機構に従う。
【００７５】
以下、本実施形態による波長選択スイッチ４００及び波長選択スイッチ用光学ユニットの光路補正部の固定方法について説明する。まず、上述のように、調整部を構成する磁石４２８によって、光路補正部を構成する補正板４１６を所望の角度だけ傾斜させる。そして、透明窓４４３を介して紫外線照射することで、接着剤封入部４４１に封入された紫外線硬化接着剤４４２を硬化させる。このようにして、本実施形態による波長選択スイッチ４００及び波長選択スイッチ用光学ユニットは、筐体４１８の密閉性を維持しつつ、筐体４１８内の光路補正部を調整し、且つ、調整後の状態で光路補正部を筐体４１８に固定することができる。
【００７６】
さらに、本実施形態おいて、接着剤封入部４４１に封入する接着剤を熱硬化型接着剤とし、透明窓４４３を高熱伝導部材に置き換えて、所望の角度だけ補正板４１６を傾斜させた後に、熱硬化型接着剤を熱により硬化させて、補正板４１６を所望の傾斜角で固定することも可能である。
【００７７】
図８Ａは、本発明の第４実施形態による波長選択スイッチの変形例を示す図である。接着剤封入部４４１に封入する接着剤を、２液硬化型接着剤とする。この２液硬化型接着剤は第１液４４２ａ及び第２液４４２ｂからなるものとする。第１液４４２ａは、接着剤封入部４４１内に封入されている。第２液４４２ｂは、図８Ｂに示すように、微小な磁性ビーズ４４５と、当該磁性ビーズ４４５の周囲に、第２液４４２ｂが吸着された状態で存在する。そして、第２液４４２ｂが付着した磁性ビーズ４４５を、筐体４１８の外部から接着剤用磁石４４４で引き付け、図８Ａに示す第２液４４２ｂのように、筐体４１８の内壁に固定する。そして、磁石４２８によって光路補正部を作用させ、補正板４１６を所望の角度だけ傾斜させた後に、接着剤用磁石４４４を筐体４１８からとり外す。すると、接着剤用磁石４４４によって引き付けられていた磁性ビーズ４４５が第１液４４２ａの中に落下し、第１液４４２ａ及び第２液４４２ｂが混合されて、硬化する。
【００７８】
本変形例によれば、筐体４１８内の光学系を上述したような方法により調整した後に、磁性ビーズ及び２液硬化型接着剤を利用して、密閉性を維持しつつ、光束調整した光路補正部を固定することができる。
【００７９】
上述したように、本実施形態による波長選択スイッチ４００及び波長選択スイッチ用光学ユニットは、光路補正部を接着剤で固定するので、偏向部４１５の故障による偏向筐体の交換はできないが、偏向部筐体（図示しない）を後付するときの接着剤の硬化時の微動に対して、筐体４１８に内蔵された光学系を、偏向部４１５に合わせて調整することができる。光路補正部を接着剤で固定しているので、筐体４１８外の磁石４２８を調整後はずすことができる。また、光路補正部を保持する電力を必要としない。また、光路補正部は、接着剤によって強固に固定されているので、外部からの衝撃に対して光路補正部の移動を抑制することができる。
【００８０】
なお、第３実施形態と同様に、本実施形態では、光路補正部が磁性体４３０を、調整部が磁石４２８をそれぞれ有するものとして説明したが、本発明の思想は、光路補正部と調整部とが磁力により協働することにある。このため、本実施形態による波長選択スイッチにて、光路補正部が磁石を、調整部が磁性体を、それぞれ有するような構成とすることも可能である。
【００８１】
このように、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。従って、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
【００８２】
例えば、第１、第４実施形態に示した光学系、第２実施形態に示した光学系、第３実施形態に示した光学系は、それぞれ異なる構成を有するが、各光学系は一例に過ぎず、上述した光路補正部の各構成について何ら限定するものではない。すなわち、第１、第４実施形態に示した光路補正部の構成を、第２又は、第３実施形態に示した光学系に適用することは可能である。反対に、第２、第３実施形態に示した光路補正部の構成を第１、第４、第５実施形態に示した光学系に適用することも可能である。
【００８３】
より具体的には、第１実施形態における、筐体１１８内の各部材の配置において、補正板１１６をアクチュエータ１１７により駆動することに代えて、第３実施形態のように、磁性体３３０等を用いて補正板１１６を回転させてもよい。また、第２実施形態において、反射素子２１２ｂの回転をアクチュエータ２１７によって駆動することに代えて、第３実施形態にように、磁性体３３０等を用いて反射素子２１２ｂを回転させてもよい。また、光ファイバアレイは、光導波路であってもよい。さらに、第１、２、３、集光素子１１３ａ、ｂ、ｃは、集光作用を奏すればよく、レンズに限らず、集光ミラーや、回折型集光素子等を用いることができる。さらに、光路を折り曲げるための反射ミラーは、必要に応じて配置しても良いし、配置しなくても良い。また、入力ポートから入力される光束が、平行光束であるならば、必ずしも、マイクロレンズアレイ等のコリメート素子により、光束を平行にしなくても構わない。
【符号の説明】
【００８４】
１００、２００、３００、４００ 波長選択スイッチ
１０１、２０１、３０１ 波長選択スイッチ用光学ユニット
１０９、２０９、３０９、４０９ 光ファイバアレイ
１１０、２１０、３１０、４１０ 入出力ポート
１１０ａ 入力ポート
１１０ｂ 出力ポート
１１１、２１１、３１１、４１１ レンズアレイ
１１２、４１２ 分散部
１１３ａ、２１３ａ、３１３ａ 第１集光素子
１１３ｂ、２１３ｂ、３１３ｂ 第２集光素子
１１３ｃ、２１３ｃ、３１３ｃ 第３集光素子
１１４ ミラー部
１１５、２１５、３１５ 偏向部
１１６、３１６、４１６ 補正板
１１７、２１７ アクチュエータ
１１８、２１８、３１８ 筐体
１１９、２１９、３１９ 窓
１２０、２２０、３２０ 偏向部筐体
１２１、２２１ 調整部
１２２、３２２ 支持体
１２３、３２３ 回転軸
１２４ 弾性体
１２５ ストッパー
２１２ａ 分散素子
２１２ｂ 反射素子
２１２ｃ 反射素素子移動部材
３１２ グリズム
３１４ａ 第１ミラー部
３１４ｂ 第２ミラー部
３２６ 温度補正プリズム
３２７、４２７ 保持部
３２８、４２８ 磁石
３３０ 弾性体
４４１ 接着剤封入部
４４２ 紫外線硬化接着剤
４４２ａ 第１液
４４２ｂ 第２液
４４３ 透明窓
４４４ 接着剤用磁石
４４５ 磁性ビーズ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長選択スイッチ用光学ユニットおよび波長選択スイッチに関するものである。
【０００２】
波長選択スイッチとは、周波数に基づいて光を分光して出力する機能を有するものである。波長選択スイッチは、例えば、リングネットワークを接続するノードに備えられ、複数のリングネットワークを接続して、メトロネットワークを構成する。このとき、波長選択スイッチは、リングネットワークを構成する光ファイバから入射された光を、周波数に基づいて経路を切り替えるように動作する。
【背景技術】
【０００３】
従来、波長選択スイッチとして、分散性素子、複数の光学部品、及びＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）アレイ（ミラーアレイ）が筐体内部に密閉した状態で収容される波長選択スイッチが提案されてきた（例えば、特許文献１参照）。このような波長選択スイッチでは、製造段階で適切に光路調整を行って固定し筐体を密閉すれば、気圧等の変化による屈折率等の変動が回避され、筐体内の光路は適切に維持される。
【０００４】
波長選択スイッチは、光ファイバ等により構成される入出力部から入力された波長多重された光を、波長に基づいて分散し、ミラーアレイ（偏向部）を構成する各ミラー素子（偏向素子）に光をそれぞれ入射させ、各ミラー素子を所定の角度に制御して、所望の入出力部から光を出射させる。一般的に、ミラーアレイは、入射光に略垂直な平面でｘ軸方向に一列に並んだミラー素子により構成される。ｘ軸方向に波長分散された光束がミラー素子上に入射される。各ミラー素子の中心に来る光の波長は、規格によって決められた所定の値に近いことが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１４５８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、筐体に対してミラーアレイを接着固定する場合には、接着剤の凝固時にミラーアレイの位置が全体に１０μｍ程度ずれるおそれがある。また、波長選択スイッチに備えられるミラーアレイ等の偏向部は、可動に構成されるので、波長選択スイッチの筐体内部に備えられた他の光学素子と比較して、破損や故障の危険性が高い。したがって、波長選択スイッチの設計にあたって、ミラーアレイ等を筐体の外部に備える構成として、破損や故障の際の交換や修理を容易にすることが考えられる。更には、ミラーアレイ以外の光学系を筐体内に密閉内蔵した波長選択スイッチ用光学ユニットとして設計し、当該波長選択スイッチ用光学ユニットに対して、ミラーアレイ等を着脱可能に取り付けて、波長選択スイッチとして機能させることが考えられる。
【０００７】
このような構成では、特許文献１に記載の波長選択スイッチのように、分散性素子、複数の光学部品、及びミラーアレイが、製造時に適切に光路調整された状態で一つの筐体内に密閉されない。すなわち、このような波長選択スイッチは、分散部及び集光のための光学系が筐体に密閉され、ミラーアレイが筐体の外部に取り付けられた構成となる。よって、このような波長選択スイッチにおいて、筐体に密閉された分散部並びに集光のための光学系（以下、分散部及び集光のための光学系を併せて、「筐体内の光学系」と称する）を、筐体外部に備えられたミラーアレイに対して調整することが望まれる。
【０００８】
したがって、かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、波長選択スイッチの筐体内の光学系の光路を筐体外部から調整することが可能な波長選択スイッチを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成する本発明に係る波長選択スイッチ用光学ユニットは、少なくとも一つの入力ポートと、該入力ポートから入力された入力光を波長分散させる分散部と、該分散部により分散される光を集光する集光素子と、少なくとも一つの出力ポートと、前記分散部により分散される光をシフトさせる光路補正部と、前記光路補正部によるシフト量を変化させる調整部と、前記入力ポート、前記分散部、前記集光素子、前記出力ポート及び前記光路補正部を密閉する筐体と、を備え、前記筐体は、前記集光素子により集光された光が入射する位置に光学的に透明な透明部を有し、前記調整部は、前記筐体の外部に配置され、前記光路補正部は、前記調整部により前記筐体の外部から制御可能である。
【００１０】
また、本発明に係る波長選択スイッチ用光学ユニットにおいて、前記光路補正部は、前記入力ポートと、前記分散部との間の光路中に配置されることが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る波長選択スイッチ用光学ユニットにおいて、前記光路補正部は、前記分散部と、前記透明部との間の光路中に配置されることが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係る波長選択スイッチ用光学ユニットにおいて、前記光路補正部は、光路補正用の光学素子と、該光学素子を駆動するアクチュエータを備え、前記調整部は、前記アクチュエータを駆動して、前記シフト量を調整することが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る波長選択スイッチ用光学ユニットにおいて、前記分散部は、透過型の分散素子と、反射素子とを備えるリットマン・メトカルフ構造からなり、前記反射素子は、前記光路補正部を構成し、前記調整部は、前記反射素子を変位させることによって、前記シフト量を調整することが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係る波長選択スイッチ用光学ユニットにおいて、前記光路補正部は、電気光学素子を備え、前記調整部は、前記電気光学素子に印加する電圧を制御して、前記シフト量を調整することが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係る波長選択スイッチ用光学ユニットにおいて、前記筐体は少なくとも一部に非磁性体部を備え、前記光路補正部は、光路補正用の光学素子と、該光学素子に取り付けられた磁性体又は磁石を備え、前記調整部は、前記非磁性体部を介して前記磁性体又は磁石と協働して、磁力により前記光学素子を変位させて、前記シフト量を調整する磁石又は磁性体を備えることが好ましい。
【００１６】
また、本発明に係る波長選択スイッチ用光学ユニットにおいて、前記光路補正用の光学素子は、平行平板を備えることが好ましい。
【００１７】
また、本発明に係る波長選択スイッチ用光学ユニットにおいて、前記筐体は前記光路補正部を、紫外線硬化型接着剤により、当該筐体に固定するための透明窓を有することが好ましい。
【００１８】
上記目的を達成する本発明に係る波長選択スイッチは、上述のいずれか１つの波長選択スイッチ用光学ユニットと、前記筐体の外側に取り付けられ、前記集光素子により集光される光を偏向する偏向部と、を備える。
【００１９】
また、本発明に係る波長選択スイッチにおいて、前記光路補正部は、前記分散部により分散される光の前記偏向部に対する入射位置をシフトさせることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、波長選択スイッチの筐体内の光学系の光路を筐体外部から調整することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１Ａ】第１実施形態による波長選択スイッチの概略構成を示す平面図である。
【図１Ｂ】第１実施形態による波長選択スイッチの概略構成を説明する側面図である。
【図２Ａ】第１実施形態による波長選択スイッチの光路補正部の概略構成を説明するための図である。
【図２Ｂ】第１実施形態による波長選択スイッチの光路補正部の概略構成を説明するための図である。
【図２Ｃ】第１実施形態による光路補正部の機能を説明するための図である。
【図３Ａ】第２実施形態による波長選択スイッチの概略構成を示す平面図である。
【図３Ｂ】第２実施形態による波長選択スイッチの概略構成を示す側面図である。
【図３Ｃ】第２実施形態による光路補正部の機能を説明するための図である。
【図４Ａ】第３実施形態による波長選択スイッチの概略構成を示す平面図である。
【図４Ｂ】第３実施形態による波長選択スイッチの概略構成を説明する側面図である。
【図５Ａ】第３実施形態による光路補正部の概略構成を説明するための図である。
【図５Ｂ】第３実施形態による光路補正部の概略構成を説明するための図である。
【図５Ｃ】第３実施形態による光路補正部の機能を説明するための図である。
【図６】第４実施形態による波長選択スイッチの概略構成を示す平面図である。
【図７Ａ】第４実施形態による光路補正部の概略構成を説明するための図である。
【図７Ｂ】第４実施形態による光路補正部の概略構成を説明するための図である。
【図７Ｃ】第４実施形態による光路補正部の概略構成を説明するための図である。
【図８Ａ】第４実施形態による波長選択スイッチの変形例を示す図である。
【図８Ｂ】図９Ａに示す変形例による光路補正部の概略構成を説明するための図である。
【図９】本発明による波長選択スイッチにおける光束調整方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明による波長選択スイッチ及び波長選択スイッチ用光学ユニットの実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
（第１実施形態）
図１Ａは、本発明の第１実施形態による波長選択スイッチ１００の概略構成を示す平面図である。図１Bは、本実施形態による波長選択スイッチ１００の概略構成を説明する側面図である。図１Ａ及び図１Ｂでは、明瞭のために、各光束を中心線で示し、分散部１１２によって分散された少なくとも１つ以上の光束についても、代表的な波長の光束を中心線で示した。
【００２４】
本実施形態による波長選択スイッチ１００は、光ファイバアレイ１０９、入出力ポート１１０、レンズアレイ１１１、第１集光素子１１３ａ、第２集光素子１１３b、分散部１１２、第３集光素子１１３ｃ、ミラー部１１４、補正板１１６、アクチュエータ１１７、並びに、支持体１２２を密閉内蔵すると共に窓１１９を有する筐体１１８、及び調整部１２１を備える波長選択スイッチ用光学ユニット１０１と、偏向部１１５を内蔵する偏向部筐体１２０とを備える。
【００２５】
光ファイバアレイ１０９は、少なくとも２以上のファイバから構成されている。そして、光ファイバアレイ１０９は、筐体１１８に設けられた貫通孔を介して、筐体１１８の外部から内部に延出している。ここで、筐体１１８に形成された光ファイバアレイ１０９を通すための貫通孔と、光ファイバアレイ１０９とは、隙間がない状態で、配置されている。このため、光ファイバアレイ１０９が筐体１１８の外部から内部に延びているにもかかわらず、筐体１１８の内部は、密閉状態が保たれている。
【００２６】
入出力ポート１１０は、少なくとも１つの入力ポート１１０ａと、少なくとも１つの出力ポート１１０ｂを備える。入力ポート１１０ａは、光ファイバアレイ１０９からの波長多重光信号を波長選択スイッチ１００の光学系に入力する。出力ポート１１０ｂは、波長選択スイッチ１００の光学系からの光信号を光ファイバアレイ１０９に出力する。
【００２７】
なお、本願においては、光ファイバアレイ１０９の先端近傍を、特に入力ポート１１０ａまたは出力ポート１１０ｂとして説明する。すなわち、入力ポート１１０ａまたは出力ポート１１０ｂは、光ファイバアレイ１０９と、別の部材とは限らない。また、図１ａにおいて、入出力ポート１１０の部分を、光ファイバアレイ１０９の部分に比して、太径にしているが、実際には、このように径に差があるとは限らない。
【００２８】
また、入出力ポート１１０を構成するポートの数は、例えば２以上とし、より多数の入出力ポートを設けることができるが、図１Ｂにおいては、説明の都合から、代表的な入出力ポートを４つのみ図示している。また、入出力ポート１１０を構成するポートの数に応じて、光ファイバアレイ１０９を構成する光ファイバの数も変更する。また、何れの入出力ポートを入力用または出力用として用いるかは、適宜設計することが可能である。すなわち、入出力ポート一つのみを入力用として用いて、それ以外の入出力ポートを出力用に用いてもよいし、入力用のポートと、出力用のポートと、を複数ずつ設けても良い。
【００２９】
レンズアレイ１１１は、入出力ポート１１０からの光束を平行光にするとともに偏向部１１５から戻ってくる光束を入出力ポート１１０に集光するための、球面または、非球面形状の、複数のマイクロレンズを備える。レンズアレイ１１１を構成する各マイクロレンズは、入出力ポート１１０を構成する各ポートと対になっている。
【００３０】
第１集光素子１１３ａは、レンズアレイ１１１の各マイクロレンズからの光束を１点に集光する、とともに偏向部１１５から戻ってくる光束をレンズアレイ１１１の各マイクロレンズに分配する。
【００３１】
補正板１１６は、第１集光素子１１３ａと第２集光素子１１３ｂとの間に配置されている。補正板１１６は、アクチュエータ１１７により、駆動されて、光路を補正する。補正板１１６とアクチュエータ１１７によって、光路補正部が構成される。光路補正部は、分散部１１２により分散される光をシフトさせる。具体的には、筐体１１８外部に配置された偏向部１１５に入射する光束の、偏向部１１５に対する集光位置をシフトさせる。光路補正部の詳細については、後述する。
【００３２】
第２集光素子１１３bは、第１集光素子１１３ａにより１点に集光された光束を平行光にする、とともに偏向部１１５から戻ってくる光束を１点に集光する。
【００３３】
分散部１１２は、第２集光素子１１３bにより平行にされた光束を、波長毎に分散（波長分散）する、とともに偏向部１１５から戻ってくる光束の進行方向を同一にし、第２集光素子１１３bに入力する。分散部１１２は、例えば、透過型の分散素子（グレーティング）で構成される。また、分散部１１２は、分散素子と、ミラーとを組み合わせた、リットマン−メトカルフ型の構成でもよい。さらに、この実施形態では透過型の分散素子を用いたが、これに限られるものではなく、反射型回折格子、Ｇｒｉｓｍ、スーパープリズム等を用いることもできる。
【００３４】
第３集光素子１１３ｃは、分散部１１２により分散される光束を偏向部１１５上で集光する。また、第３集光素子１１３ｃは、偏向部１１５からの戻ってくる光束をコリメートして、分散部１１２に入射させる。
【００３５】
ミラー部１１４は、集光素子１１３ｃからの光を反射させて、窓１１９を経て偏向部１１５に導くものである。なお、集光素子１１３ｃからの光の進行方向上に偏向部１１５が設けられていないため、ミラー部１１４が必要になるが、本実施形態はこの態様に限定されるわけではない。例えば、集光素子１１３ｃからの光の進行方向上に偏向部１１５が設けられている場合には、ミラー部１１４を省略することができる。
【００３６】
偏向部１１５は、第３集光素子１１３ｃにより集光された少なくとも１つ以上の光束を、それぞれ異なる角度で偏向させる１つ以上の偏向素子を有し、第３集光素子１１３ｃからの光束を入射した角度とは異なる角度で反射し、第３集光素子１１３ｃへ光束を戻す。
【００３７】
偏向部１１５は、例えば、ＭＥＭＳミラーアレイや反射型の液晶表示パネルであるＬＯＣＳ（Liquid crystal on silicon）である。偏向部１１５がＭＥＭＳミラーアレイである場合、偏向部１１５は、波長に対応する複数のマイクロミラーがアレイ状に配置されているものである。各マイクロミラーは、ケーブル（図示しない）からの電力供給により駆動され、これにより、マイクロミラー自体の傾きを変え、波長毎に光の進行方向を変更する。偏向部１１５の備える偏向素子の数は、特に限定されない。
【００３８】
第１、２、３集光素子１１３a、ｂ、ｃは、それぞれ偏向部１１５に向かう光束と、偏向部１１５から戻る光束が通過する。すなわち、第１、２、３集光素子１１３ａ、ｂ、ｃは、通過する方向によって、光束を集光させる集光素子、または１点からの光束を平行光にするコリメータ素子として機能するが、ここではすべて、集光素子と呼んでいる。
【００３９】
筐体１１８は、入出力ポート１１０、レンズアレイ１１１、分散部１１２、第１、２、３集光素子１１３ａ、ｂ、ｃ、ミラー部１１４、光路補正部（補正板１１６及びアクチュエータ１１７)、その他の筐体内の配置された素子を密閉して内蔵する。光ファイバアレイ１０９及びアクチュエータ１１７に電源供給する導線は、例えば、シール部材を介して筐体１１８の外に出る。これにより、筐体１１８の内部の密閉性を保持しつつ、筐体１１８の外部から光路補正部を調整することが可能となる。
【００４０】
窓１１９は、第３集光素子１１３ｃにより集光された光が入射する位置に配置された光学的に透明な透明部を構成する。具体的には、窓１１９は筐体１１８の一部に形成された透明素材からなり、ミラー部１１４によって直下方向に反射された光を透過させる。窓１１９は、例えば、石英により構成される。また、窓１１９に代えて、透明素材からなるプレートを筐体１１８に設けてもよい。この場合、プレート上には、筐体１１８に配置される部材を取り付けることができる。
【００４１】
偏向部筐体１２０は、偏向部１１５を内蔵する。偏向部筐体１２０と、筐体１１８は別体とし、偏向部筐体１２０を筐体１１８に後付け可能である。また、偏向部筐体１２０は、筐体１１８に対して着脱可能であり、仮に、偏向部１１５が故障した時には、利用者は、偏向部筐体１２０を交換することが可能である。
【００４２】
なお、筐体１１８および偏向部筐体１２０は、接着剤等により固定されていてもよく、あるいは、ねじ等の固定部材で固定されていてもよい。さらに、筐体１１８および／または偏向部材１２０には、必要に応じて、取り付け部材を設けていても良い。
【００４３】
調整部１２１は、光路補正部（補正板１１６及びアクチュエータ１１７）によるシフト量を変化させる。具体的には、調整部１２１は、アクチュエータ１１７を駆動して、分散部１１２により分散される光の偏向部１１５に対する入射位置のシフト量を調整する。アクチュエータ１１７がピエゾ素子により構成される場合、調整部１２１は、ピエゾ素子に印加する電圧を制御することで、ピエゾ素子を伸縮させる。ピエゾ素子の収縮により、補正板１１６を所望の回転角で回転させて、偏向部１１５に対する光の入射位置を、所望量シフトさせる。
【００４４】
以上に説明したように、入力ポート１１０ａからの光束は、レンズアレイ１１１、第１集光素子１１３ａ、補正板１１６、第２集光素子１１３ｂ、分散部１１２、第３集光素子１１３ｃ、ミラー部１１４、窓１１９を順次通過して、偏向部１１５で反射して、全く上記と逆の経路を通過し、出力ポート１１０ｂに戻る。
【００４５】
次に、図２Ａおよび図２Ｂを参照して光路補正部の概略構成について説明する。図２Ａは、光路補正部の概略構成を説明するための図である。図２Ａは、光路補正部を図１Ａにおけるａ方向から見た図である。上述の通り、光路補正部は、補正板１１６とアクチュエータ１１７によって、構成される。補正板１１６は、例えば、平行平板によって構成される。平行平板は、比較的安価である。補正板１１６は、支持体１２２に支持されている。支持体１２２は、筐体１１８に固定された回転軸１２３について回転可能である。アクチュエータ１１７は、回転軸１２３とは反対側の支持体１２２の端部に当接して配置されている。アクチュエータ１１７は、例えば、ピエゾ素子によって構成される。具体的には、ピエゾ素子は、積層型ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）でありうる。
【００４６】
図２Ｂは、光路補正部の概略構成を説明するための図である。図２Ｂは、光路補正部を図１Ａにおけるｂ方向から見た図である。支持体１２２に当接して弾性体１２４が配置される。そして、弾性体１２４に当接してストッパー１２５が配置される。調整部１２１によってアクチュエータ１１７が駆動されることで、支持体１２２が回転軸１２３に対して回転移動する。アクチュエータ１１７がピエゾ素子により構成される場合、ピエゾ素子に印加する電圧が変更され、ピエゾ素子が電圧に応じて伸縮して支持体１２２を回転軸１２３に対して回転移動させる。支持体１２２の回転に応じて、補正板１１６の傾きが変化する。
【００４７】
ここで、補正板１１６の回転により、偏向部１１５に入射する光束の集光位置がシフトすることを、図２Ｃを参照して説明する。図２Ｃは、第１実施形態による光路補正部の機能を説明するための図である。図２Ｃにおいて、分散部１１２で分散された光束は、特定波長の１光束のみで、偏向部１１５に向かう光束を示している。ミラー部１１４は、省略している。補正板１１６を回転することにより、第２集光素子１１３ｂに入射する光束が発散する点Ａのみかけの位置が、点線で示すように、シフトする。シフトする量ｄｘは補正板１１６の屈折率をｎ、厚さをｔ、回転角度θとすると、
ｄｘ ＝ ｔ θ ／ ｎ
で近似できる。
【００４８】
すなわち、シフト量ｄｘは補正板１１６の回転角度にほぼ比例する。第２集光素子１１３ｂと第３集光素子１１３ｃの焦点距離が等しいと、光束が第３集光素子１１３ｃで集光される点のシフト量は、点Ａのシフト量と等しくなる。
【００４９】
以上により、補正板１１６の回転により、第３集光素子１１３ｃによる特定波長の光束の集光位置が偏向部１１５の偏向素子上でシフトすることがわかる。よって、波長選択スイッチ１００に入射された波長帯域の光束全体が偏向部１１５を構成するほとんどの偏向素子上でシフトすることになる。
【００５０】
このように、本実施形態による波長選択スイッチ１００及び波長選択スイッチ用光学ユニット１０１は、光路補正部によって、光が偏向部１１５に入射する位置をシフトさせることができる。そして、光路補正部は、筐体１１８の外部に設けられた調整部１２１によってシフト量が調整されるため、波長選択スイッチ１００及び波長選択スイッチ用光学ユニット１０１を組立てて、筐体１１８に密閉内蔵させた後であっても、筐体内の光学系の光路を調整することができる。したがって、波長選択スイッチ用光学ユニット１０１又は筐体１１８に対して、偏向部１１５を含む偏向部筐体１２０を外付する場合、接着材の硬化時やねじ止め時に偏向部筐体１２０が正規の取り付け位置から微動しても、波長選択スイッチ用光学ユニット１０１の光学系又は筐体１１８に内蔵された光学系を、偏向部１１５に合わせて調整することができる。
【００５１】
光束調整の具体的な方法には、例えば、以下に記載する方法が挙げられる。波長選択スイッチ用光学ユニット１０１又は筐体１１８に対して、偏向部１１５を内蔵する偏向部筐体１２０を外付けした後に、一つの出力ポート１１０ｂに全波長が入力されるように、偏向部１１５の偏向素子を傾ける。一つの出力ポート１１０ｂから出力された光信号を、光ファイバアレイ１０９を介して光スペクトルアナライザで観測する。偏向部１１５の偏向素子は不連続なため、不連続部分の波長の光は戻ってこないので図９に示すような信号が観測される。偏向部１１５の各偏向素子から戻ってくる光の波長が一つのチャンネルの帯域となる。その帯域の中心の波長を中心波長とする。上述の方法に従って光路補正部によって、光が偏向部１１５に入射する位置をシフトすると中心波長がシフトする。各チャンネルの中心波長が規格で定まった波長に近くなるように光路補正部の状態を保持する。
【００５２】
さらに、本実施形態では、光路補正部は、入出力ポート１１０と、分散部１１２との間の光路中に配置されるため、光路補正部に備えられる補正板１１６の大きさを比較的小さくすることが可能である。これは、光路補正部を分散部１１２と偏向部１１５との間の光路に配置し、補正板１１６によって分散された光をシフトさせる場合とは違い、補正板１１６の大きさは、複数の分散された光の全てを受光可能な程度に大きくする必要がないからである。補正板１１６の大きさを比較的小さくすることで、本実施形態に係る波長選択スイッチ１００及び波長選択スイッチ用光学ユニット１０２の小型化に貢献することができる。
【００５３】
さらに、本実施形態による波長選択スイッチ１００にて、光路補正部は、光路補正用の光学素子である補正板１１６と、アクチュエータ１１７を備え、当該アクチュエータ１１７は筐体１１８の外部に設けられた調整部１２１からの電気信号により制御されるので、筐体１１８内の密閉性を維持しつつ、光路補正部を駆動させることができる。
【００５４】
なお、筐体内の光学系にて、第１集光素子１１３ａは、入力光を成形するため径の異なる２つのシリンドリカルレンズにすることも可能である。例えば、２つのシリンドリカルレンズは、入力ポートから入射した光の断面を楕円に成形する。或いは、入力光を成形するためのレンズの形状は、必ずしもシリンドリカルである必要は無く、光の断面を楕円状に成形することができるあらゆるレンズでありうる。
【００５５】
（第２実施形態）
図３Ａは、本発明の第２実施形態による波長選択スイッチ２００の概略構成を示す平面図である。図３Ｂは、本実施形態による波長選択スイッチ２００の概略構成を示す側面図である。
【００５６】
本実施形態による波長選択スイッチ２００は、光ファイバアレイ２０９、入出力ポート２１０、レンズアレイ２１１、第１集光素子２１３ａ、第２集光素子２１３ｂ、分散素子２１２ａ、反射素子２１２ｂ、反射素子移動部材２１２ｃ、ミラー部２１４、並びにアクチュエータ２１７を密閉内蔵すると共に窓２１９を有する筐体２１８、及び調整部２２１を備える波長選択スイッチ用光学ユニット２０１と、偏向部２１５を内蔵する偏向部筐体２２０とを備える。第１実施形態の構成要素と同一または対応する構成要素については、第１実施形態の参照符号に１００を足した数の参照符号を付し、説明を省略する。
【００５７】
第１実施形態では、分散部１１２の前後に１つずつあった２個の集光素子１１３ｂ、１１３ｃを、本実施形態では共通にして、集光素子２１３ｂとしている。また、第１実施形態では、分散部１１２と記載していたが、本実施形態では、分散素子２１２ａ、反射素子２１２ｂ、反射素子移動部材２１２ｃ、によって分散部２１２が構成される。そして、入出力ポート２１０と分散部２１２の間の光路と、分散部２１２と偏向部２１５の間の光路の両方が集光素子２１３ｂを通過する構成となっている。
【００５８】
本実施形態による波長選択スイッチ２００では、分散部２１２を構成する、透過型の分散素子２１２ａと、反射素子２１２ｂは、リットマン・メトカルフ（Littman-Metcalf）構造となるように配置される。反射素子２１２ｂは、反射素子移動部材２１２ｃに取り付けられている。反射素子移動部材２１２ｃに当接してアクチュエータ２１７が備えられる。アクチュエータ２１７は、例えば、ＰＺＴにより構成され、印加される電圧に応じて伸縮する。図示しないが、反射素子移動部材２１２ｃを挟んでアクチュエータ２１７とは反対側に、弾性体が設けられる。そして、弾性体に当接してストッパー（図示しない）が配置される。
【００５９】
本実施形態による波長選択スイッチ２００及び波長選択スイッチ用光学ユニット２０１の調整部２２１は、アクチュエータ２１７に印加する電圧を制御する。調整部２２１により印加された電圧に応じて、アクチュエータ２１７が駆動し、回転軸（図示しない）を中心として反射素子移動部材２１２ｃを回転させる。そして、反射素子移動部材２１２ｃの回転により、偏向部２１５に入射する光束はシフトする。すなわち、本実施形態では、反射素子２１２ｂ、反射素子移動部材２１２ｃ、アクチュエータ２１７が、光路補正部として機能する。
【００６０】
ここで、図３Ｃを参照して、反射素子移動部材２１２ｃの回転により、偏向部２１５に入射する光束がシフトする原理を説明する。入出力ポート２１０から分散部２１２までの光路は第１実施形態とほぼ同様なので省略する。図３Ｃにおいて、反射素子２１２ｂから偏向部２１５に向かう特定の１波長の光束のみを示す。反射素子２１２ｂには、特定波長の光束が平行光束として入射した後、入射した光束は、反射される。反射された光束は、分散素子２１２ａで、入出力ポート２１０から来る光束とは、少し違う角度の方向に偏向される。偏向された光束は、第２集光素子２１３ｂに入射し、第２集光素子２１３ｂにより、偏向部２１５を構成する偏向素子の一つに集光される。反射素子移動部材２１２ｃが回転することにより、反射素子移動部材２１２ｃに固定してある反射素子２１２ｂが回転し、第２集光素子２１３ｂに入射する光束の入射角度が変化する。第２集光素子２１３ｂに入射する光束の入射角度が変化すると、偏向部２１５を構成する偏向素子上の光束の集光位置が変化する。すなわち、第２集光素子２１３ｂによる集光位置のシフト量は、第２集光素子２１３ｂに入射する光束角度変化量と第２集光素子２１３ｂの焦点距離の積となる。第２集光素子２１３ｂに入射する光束角度変化量は、反射素子移動部材２１２ｃの回転角の２倍となる。よって、反射素子移動部材２１２ｃの回転角に比例した量で、第２集光素子２１３ｂによって偏向部２１５の偏向素子上に集光される集光点はシフトする。
【００６１】
本実施形態による波長選択スイッチ２００は、リットマン・メトカルフ構造となるように配置された分散素子２１２ａ及び反射素子２１２ｂを備え、波長選択スイッチ２００の筐体２１８の外部に設けられた調整部２２１は、反射素子２１２ｂを変位させることによって偏向部２１５に対する光の入射位置をシフトさせる。このため、本実施形態による波長選択スイッチ２００は、密閉性を維持しつつ、筐体２１８の外部から光路補正部を駆動することができる。また、筐体２１８内の光学系に対して、光路補正用の光学素子を追加する必要がないため、波長選択スイッチ２００を構成する部品点数の増加を押さえつつ、光束調整機能を付与することができる。
【００６２】
（第３実施形態）
図４Ａは本発明の第３実施形態による波長選択スイッチ３００の概略構成を示す平面図である。図４Bは、本実施形態による波長選択スイッチ３００の概略構成を説明する側面図である。本実施形態による波長選択スイッチ３００は、光ファイバアレイ３０９、入出力ポート３１０、レンズアレイ３１１、第１集光素子３１３ａ、第１ミラー部３１４ａ、第２集光素子３１３ｂ、温度補正プリズム３２６、グリズム３１２、第２ミラー部３１４ｂ、第３集光素子３１３ｃ、補正板３１６、回転軸３２３、並びに第３ミラー部３１４ｃを密閉内蔵すると共に窓３１９を有する筐体３１８、及び磁石（図示しない）を保持する保持部３２７により構成される調整部を備える波長選択スイッチ用光学ユニット３０１と、偏向部３１５を内蔵する偏向部筐体３２０とを備える。第１実施形態と同様の機能を有する構成要素については、第１実施形態における対応する構成要素の参照符号に対して２００を加えた数の参照符号を付し、ここでは説明を省略する。
【００６３】
温度補正プリズム３２６は、入力光を偏向してグリズム３１２へ出射させるプリズムである。この温度補正プリズム３２６は、偏向部３１５からの光の出力ポートに入射する入射角度が、本実施形態による波長選択スイッチ３００の使用温度範囲内の温度変化に対してほぼ一定になるように、形状、配置、媒質その他の条件が設定されうる。グリズム３１２は、プリズムと回折格子とを組み合わせた、分散素子の一種である。本実施形態における光路補正部は、光路補正用の光学素子を構成する補正板３１６と、磁性体３３０とを備える。
【００６４】
次に、図５Ａおよび図５Ｂを参照して本実施形態に係る波長選択スイッチ３００の光路補正部の概略構成について説明する。図５Ａは、光路補正部の概略構成を説明するための図である。図５Ａは、光路補正部を図４Ａにおけるａ方向から見た図である。第１実施形態と同様に、補正板３１６は支持体３２２に支持されており、例えば、平行平板により構成される。支持体３２２は、筐体３１８に固定された回転軸３２３について回転可能である。ここで、本実施形態では、支持体３２２に対して回転軸３２３とは反対側の端部に磁性体３３０が設けられる。
【００６５】
そして、磁性体３３０の上部付近に、筐体３１８に非磁性体部３２９が設けられる。そして、非磁性体部３２９に設けられた凹部に、光路補正部（補正板３１６及び磁性体３３０）による偏向部３１５に対する光の入射位置のシフト量を調整する調整部を構成する磁石３２８が配置される。磁石３２８は、保持部３２７によって保持される。
【００６６】
図５Ｂは、光路補正部の概略構成を説明するための図であり、光路補正部を図４Ａにおけるｂ方向から見た図である。磁石３２８の一側面には、弾性部材３３１が取り付けられる。弾性部材３３１の他端は、保持部３２７に取り付けられる。マイクロメータ３３２を回転することで、磁石３２８が図示した矢印Ｘの方向に移動する。磁石３２８の移動に応じて、補正板３１６が回転軸３２３について回転する。補正板３１６が回転することにより偏向部３１５に入射する光束がシフトする。
【００６７】
ここで、図５Ｃを参照して、補正板３１６が回転することにより偏向部３１５に入射する光束がシフトする説明をする。入出力ポート３１０から第３集光素子３１３ｃまでの光路は第１実施形態とほぼ同様なので省略する。図５Ｃにおいては、偏向部３１５に入射する光束は、特定の１波長の光束のみ示している。第３集光素子３１３ｃには平行光束が入射し、偏向部３１５の１つの偏向素子上に集光する。第３集光素子３１３ｃと偏向部３１５の間にある補正板３１６が、回転すると図からも明らかなように集光位置がシフトする。シフト量ｄｘは補正板３１６の屈折率をｎ、厚さをｔ、回転角をθとすると
ｄｘ ＝ ｔ θ ／ ｎ
で近似でき、シフト量は補正板３１６の回転角に比例する。よって、補正板３１６が回転により偏向部３１５に入射する光束がシフトする。
【００６８】
上述したように、本実施形態による波長選択スイッチ３００及び波長選択スイッチ用光学ユニット３０１は、調整部を構成する磁石３２８を移動させることで、偏向部３１５に対する光の入射位置がシフトする。このように、本実施形態による波長選択スイッチ３００及び波長選択スイッチ用光学ユニット３０１によれば、筐体３１８内の密閉性を維持しつつ、光路補正部を駆動させることができる。さらに、本実施形態による波長選択スイッチ３００は、磁石３２８により補正部３１６を回転させているため、電力の消費を低減することができる。
【００６９】
なお、本実施形態による波長選択スイッチ３００及び波長選択スイッチ用光学ユニット３０１では、補正板３１６は、例えば、平行平板により構成され、磁石３２８によって変位するように構成されたが、補正板３１６は、電気光学素子（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ、以下、ＥＯＤと称する）によって構成されることもできる。ＥＯＤとは、印加される電圧に応じて屈折率が変化する素子である。すなわち、ＥＯＤは、印加された電圧に応じた量だけ、光路をシフトさせる機能を有する。補正板３１６がＥＯＤによって構成される場合、光をＥＯＤに対して斜めに入射させるために、補正板３１６は傾斜して設けられる。また、この場合、回転軸３２３は不要である。代表的なＥＯＤとしては、ＫＴＮ（タンタル酸ニオブ酸カリウム）、ＰＺＴ（登録商標）（チタン酸ジルコン酸鉛）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ４）等が挙げられる。
【００７０】
補正板３１６がＥＯＤによって構成される場合には、補正板３１６は、筐体３１８外部に設けられた調整部と、例えば、導線等で接続される。このとき、調整部は補正板３１６に印加する電圧を制御して補正板３１６の屈折率を変化させ、補正板３１６を通る光の光路を変化させる。これにより、調整部は、偏向部３１５に対する光の入射位置のシフト量を調整する。このようにして、本実施形態による波長選択スイッチ３００及び波長選択スイッチ用光学ユニット３０１は、密閉性を維持しつつ筐体３１８内の光路補正部（補正板３１６）を調整することができる。
【００７１】
なお、本実施形態では、光路補正部が磁性体３３０を、調整部が磁石３２８をそれぞれ有するものとして説明したが、本発明の思想は、光路補正部と調整部とが磁力により協働することにある。このため、本実施形態による波長選択スイッチにて、光路補正部が磁石を、調整部が磁性体を、それぞれ有するような構成とすることも可能である。また、本実施形態では、温度補正プリズム３２６を配置したが、必ずしも配置しなくてもよい。また、グリズム３１２に代えて、第１実施形態で例示した種々の分散部１１２を用いてもよい。
【００７２】
（第４実施形態）
図６は、本発明の第４実施形態による波長選択スイッチ４００の概略構成を示す平面図である。筐体４１８内の構成は、アクチュエータが設けられていないことを除いて、第１実施形態と略同様であるため、第１〜３実施形態の構成要素と同一または対応する構成要素については、第１実施形態の参照符号に３００を足した数の参照符号を付し、説明を省略する。ここでは、第１実施形態とは異なる構成要素についてのみ説明する。なお、図示しないが、本実施形態による波長選択スイッチ４００は、第１実施形態と共通する種々の光学素子を密閉内蔵すると共に窓（図示しない）を有する筐体４１８、及び調整部（図示しない）を備える波長選択スイッチ用光学ユニットと、偏光部を内蔵する偏向部筐体（図示しない）とを備える。
【００７３】
図７Ａ及び図７Ｂは、第４実施形態による光路補正部の概略構成を説明するための図である。図７Ａは、本実施形態による支持体４２２の平面図である。図７Ｂは、光路補正部を図６のａ方向から見た図である。支持体４２２は、上面（補正板４１６を支持する面の反対側の面）に、磁性体４３０を備え、接着剤封入部４４１を有する。接着剤封入部４４１には、紫外線硬化接着剤４４２が封入されている。
【００７４】
図７Ｃは、光路補正部を図６のｂ方向から見た図である。筐体４１８は、接着剤封入部４４１の上に透明窓４４３を備え、磁性体４３０の上に磁石４２８を備える。磁石４２８は、保持部４２７によって保持される。磁石４２８による光路補正部の調整機構は、図５Ａ及び図５Ｂに示した第３実施の形態に係る磁石３２８及び保持部３２７と同様の機構に従う。
【００７５】
以下、本実施形態による波長選択スイッチ４００及び波長選択スイッチ用光学ユニットの光路補正部の固定方法について説明する。まず、上述のように、調整部を構成する磁石４２８によって、光路補正部を構成する補正板４１６を所望の角度だけ傾斜させる。そして、透明窓４４３を介して紫外線照射することで、接着剤封入部４４１に封入された紫外線硬化接着剤４４２を硬化させる。このようにして、本実施形態による波長選択スイッチ４００及び波長選択スイッチ用光学ユニットは、筐体４１８の密閉性を維持しつつ、筐体４１８内の光路補正部を調整し、且つ、調整後の状態で光路補正部を筐体４１８に固定することができる。
【００７６】
さらに、本実施形態おいて、接着剤封入部４４１に封入する接着剤を熱硬化型接着剤とし、透明窓４４３を高熱伝導部材に置き換えて、所望の角度だけ補正板４１６を傾斜させた後に、熱硬化型接着剤を熱により硬化させて、補正板４１６を所望の傾斜角で固定することも可能である。
【００７７】
図８Ａは、本発明の第４実施形態による波長選択スイッチの変形例を示す図である。接着剤封入部４４１に封入する接着剤を、２液硬化型接着剤とする。この２液硬化型接着剤は第１液４４２ａ及び第２液４４２ｂからなるものとする。第１液４４２ａは、接着剤封入部４４１内に封入されている。第２液４４２ｂは、図８Ｂに示すように、微小な磁性ビーズ４４５と、当該磁性ビーズ４４５の周囲に、第２液４４２ｂが吸着された状態で存在する。そして、第２液４４２ｂが付着した磁性ビーズ４４５を、筐体４１８の外部から接着剤用磁石４４４で引き付け、図８Ａに示す第２液４４２ｂのように、筐体４１８の内壁に固定する。そして、磁石４２８によって光路補正部を作用させ、補正板４１６を所望の角度だけ傾斜させた後に、接着剤用磁石４４４を筐体４１８からとり外す。すると、接着剤用磁石４４４によって引き付けられていた磁性ビーズ４４５が第１液４４２ａの中に落下し、第１液４４２ａ及び第２液４４２ｂが混合されて、硬化する。
【００７８】
本変形例によれば、筐体４１８内の光学系を上述したような方法により調整した後に、磁性ビーズ及び２液硬化型接着剤を利用して、密閉性を維持しつつ、光束調整した光路補正部を固定することができる。
【００７９】
上述したように、本実施形態による波長選択スイッチ４００及び波長選択スイッチ用光学ユニットは、光路補正部を接着剤で固定するので、偏向部４１５の故障による偏向筐体の交換はできないが、偏向部筐体（図示しない）を後付するときの接着剤の硬化時の微動に対して、筐体４１８に内蔵された光学系を、偏向部４１５に合わせて調整することができる。光路補正部を接着剤で固定しているので、筐体４１８外の磁石４２８を調整後はずすことができる。また、光路補正部を保持する電力を必要としない。また、光路補正部は、接着剤によって強固に固定されているので、外部からの衝撃に対して光路補正部の移動を抑制することができる。
【００８０】
なお、第３実施形態と同様に、本実施形態では、光路補正部が磁性体４３０を、調整部が磁石４２８をそれぞれ有するものとして説明したが、本発明の思想は、光路補正部と調整部とが磁力により協働することにある。このため、本実施形態による波長選択スイッチにて、光路補正部が磁石を、調整部が磁性体を、それぞれ有するような構成とすることも可能である。
【００８１】
このように、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。従って、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
【００８２】
例えば、第１、第４実施形態に示した光学系、第２実施形態に示した光学系、第３実施形態に示した光学系は、それぞれ異なる構成を有するが、各光学系は一例に過ぎず、上述した光路補正部の各構成について何ら限定するものではない。すなわち、第１、第４実施形態に示した光路補正部の構成を、第２又は、第３実施形態に示した光学系に適用することは可能である。反対に、第２、第３実施形態に示した光路補正部の構成を第１、第４、第５実施形態に示した光学系に適用することも可能である。
【００８３】
より具体的には、第１実施形態における、筐体１１８内の各部材の配置において、補正板１１６をアクチュエータ１１７により駆動することに代えて、第３実施形態のように、磁性体３３０等を用いて補正板１１６を回転させてもよい。また、第２実施形態において、反射素子２１２ｂの回転をアクチュエータ２１７によって駆動することに代えて、第３実施形態にように、磁性体３３０等を用いて反射素子２１２ｂを回転させてもよい。また、光ファイバアレイは、光導波路であってもよい。さらに、第１、２、３、集光素子１１３ａ、ｂ、ｃは、集光作用を奏すればよく、レンズに限らず、集光ミラーや、回折型集光素子等を用いることができる。さらに、光路を折り曲げるための反射ミラーは、必要に応じて配置しても良いし、配置しなくても良い。また、入力ポートから入力される光束が、平行光束であるならば、必ずしも、マイクロレンズアレイ等のコリメート素子により、光束を平行にしなくても構わない。
【符号の説明】
【００８４】
１００、２００、３００、４００ 波長選択スイッチ
１０１、２０１、３０１ 波長選択スイッチ用光学ユニット
１０９、２０９、３０９、４０９ 光ファイバアレイ
１１０、２１０、３１０、４１０ 入出力ポート
１１０ａ 入力ポート
１１０ｂ 出力ポート
１１１、２１１、３１１、４１１ レンズアレイ
１１２、４１２ 分散部
１１３ａ、２１３ａ、３１３ａ 第１集光素子
１１３ｂ、２１３ｂ、３１３ｂ 第２集光素子
１１３ｃ、２１３ｃ、３１３ｃ 第３集光素子
１１４ ミラー部
１１５、２１５、３１５ 偏向部
１１６、３１６、４１６ 補正板
１１７、２１７ アクチュエータ
１１８、２１８、３１８ 筐体
１１９、２１９、３１９ 窓
１２０、２２０、３２０ 偏向部筐体
１２１、２２１ 調整部
１２２、３２２ 支持体
１２３、３２３ 回転軸
１２４ 弾性体
１２５ ストッパー
２１２ａ 分散素子
２１２ｂ 反射素子
２１２ｃ 反射素素子移動部材
３１２ グリズム
３１４ａ 第１ミラー部
３１４ｂ 第２ミラー部
３２６ 温度補正プリズム
３２７、４２７ 保持部
３２８、４２８ 磁石
３３０ 弾性体
４４１ 接着剤封入部
４４２ 紫外線硬化接着剤
４４２ａ 第１液
４４２ｂ 第２液
４４３ 透明窓
４４４ 接着剤用磁石
４４５ 磁性ビーズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの入力ポートと、
該入力ポートから入力された入力光を波長分散させる分散部と、
該分散部により分散される光を集光する集光素子と、
少なくとも一つの出力ポートと、
前記分散部により分散される光をシフトさせる光路補正部と、
前記光路補正部によるシフト量を変化させる調整部と、
前記入力ポート、前記分散部、前記集光素子、前記出力ポート及び前記光路補正部を密閉する筐体と、を備え、
前記筐体は、前記集光素子により集光された光が入射する位置に光学的に透明な透明部
を有し、
前記調整部は、前記筐体の外部に配置され、前記光路補正部は、前記調整部により前記筐体の外部から制御可能である、
波長選択スイッチ用光学ユニット。
【請求項２】
前記光路補正部は、前記入力ポートと、前記分散部との間の光路中に配置される、請求項１に記載の波長選択スイッチ用光学ユニット。
【請求項３】
前記光路補正部は、前記分散部と前記透明部との間の光路中に配置される、請求項１に記載の波長選択スイッチ用光学ユニット。
【請求項４】
前記光路補正部は、光路補正用の光学素子と、該光学素子を駆動するアクチュエータを備え、
前記調整部は、前記アクチュエータを駆動して、前記シフト量を調整する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の波長選択スイッチ用光学ユニット。
【請求項５】
前記分散部は、透過型の分散素子と、反射素子とを備えるリットマン・メトカルフ構造からなり、
前記反射素子は、前記光路補正部を構成し、
前記調整部は、前記反射素子を変位させることによって、前記シフト量を調整する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の波長選択スイッチ用光学ユニット。
【請求項６】
前記光路補正部は、電気光学素子を備え、
前記調整部は、前記電気光学素子に印加する電圧を制御して、前記シフト量を調整する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の波長選択スイッチ用光学ユニット。
【請求項７】
前記筐体は少なくとも一部が非磁性体部を備え、
前記光路補正部は、光路補正用の光学素子と、該光学素子に取り付けられた磁性体又は磁石を備え、
前記調整部は、前記非磁性体部を介して前記磁性体又は磁石と協働して、磁力により前記光学素子を変位させて、前記シフト量を調整する磁石又は磁性体を備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の波長選択スイッチ用光学ユニット。
【請求項８】
前記光路補正用の光学素子は、平行平板を備える、請求項４又は７に記載の波長選択スイッチ用光学ユニット。
【請求項９】
前記筐体は前記光路補正部を、紫外線硬化型接着剤により、当該筐体に固定するための透明窓を有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の波長選択スイッチ用光学ユニット。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の波長選択スイッチ用光学ユニットと、
前記筐体の外側に取り付けられ、前記集光素子により集光される光を偏向する偏向部と、
を備えた波長選択スイッチ。
【請求項１１】
前記光路補正部は、前記分散部により分散される光の前記偏向部に対する入射位置をシフトさせる、請求項１０に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１】
少なくとも一つの入力ポートと、
該入力ポートから入力された入力光を波長分散させる分散部と、
該分散部により分散される光を集光する集光素子と、
少なくとも一つの出力ポートと、
前記分散部により分散される光をシフトさせる光路補正部と、
前記光路補正部によるシフト量を変化させる調整部と、
前記入力ポート、前記分散部、前記集光素子、前記出力ポート及び前記光路補正部を密閉する筐体と、を備え、
前記筐体は、前記集光素子により集光された光が入射する位置に光学的に透明な透明部
を有し、
前記調整部は、前記筐体の外部に配置され、前記光路補正部は、前記調整部により前記筐体の外部から制御可能である、
波長選択スイッチ用光学ユニット。
【請求項２】
前記光路補正部は、前記入力ポートと、前記分散部との間の光路中に配置される、請求項１に記載の波長選択スイッチ用光学ユニット。
【請求項３】
前記光路補正部は、前記分散部と前記透明部との間の光路中に配置される、請求項１に記載の波長選択スイッチ用光学ユニット。
【請求項４】
前記光路補正部は、光路補正用の光学素子と、該光学素子を駆動するアクチュエータを備え、
前記調整部は、前記アクチュエータを駆動して、前記シフト量を調整する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の波長選択スイッチ用光学ユニット。
【請求項５】
前記分散部は、透過型の分散素子と、反射素子とを備えるリットマン・メトカルフ構造からなり、
前記反射素子は、前記光路補正部を構成し、
前記調整部は、前記反射素子を変位させることによって、前記シフト量を調整する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の波長選択スイッチ用光学ユニット。
【請求項６】
前記光路補正部は、電気光学素子を備え、
前記調整部は、前記電気光学素子に印加する電圧を制御して、前記シフト量を調整する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の波長選択スイッチ用光学ユニット。
【請求項７】
前記筐体は少なくとも一部が非磁性体部を備え、
前記光路補正部は、光路補正用の光学素子と、該光学素子に取り付けられた磁性体又は磁石を備え、
前記調整部は、前記非磁性体部を介して前記磁性体又は磁石と協働して、磁力により前記光学素子を変位させて、前記シフト量を調整する磁石又は磁性体を備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の波長選択スイッチ用光学ユニット。
【請求項８】
前記光路補正用の光学素子は、平行平板を備える、請求項４又は７に記載の波長選択スイッチ用光学ユニット。
【請求項９】
前記筐体は前記光路補正部を、紫外線硬化型接着剤により、当該筐体に固定するための透明窓を有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の波長選択スイッチ用光学ユニット。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の波長選択スイッチ用光学ユニットと、
前記筐体の外側に取り付けられ、前記集光素子により集光される光を偏向する偏向部と、
を備えた波長選択スイッチ。
【請求項１１】
前記光路補正部は、前記分散部により分散される光の前記偏向部に対する入射位置をシフトさせる、請求項１０に記載の波長選択スイッチ。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１８１４５８（Ｐ２０１２−１８１４５８Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４５７１３（Ｐ２０１１−４５７１３）
【出願日】平成２３年３月２日（２０１１．３．２）
【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２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２日（２０１１．３．２）
【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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