波長選択スイッチ
【課題】温度変化が起きて分散素子の分散特性が変化したとしても、正確なスイッチングができる波長選択スイッチを提供する。
【解決手段】基板を備えた波長選択スイッチであって、基板上に、波長選択スイッチ内に波長多重された光を入射させる少なくとも一つの入力部と、入力部からの光を受光し、光を分散させる分散素子と、分散素子によって分散された光を波長ごとに集光する集光要素と、集光要素からの波長ごとの光を波長ごとに独立に偏向可能な、複数の偏向素子を有する光偏向部材と、光偏向部材によって偏向された波長ごとの光を受光する出力部と、分散素子、集光要素、及び光偏向部材の少なくともひとつを駆動させる駆動機構と、を備え、駆動機構による駆動は、分散素子の場合は基板に対して垂直な軸の周りの回転駆動であり、集光要素もしくは光偏光部材の場合は基板に対して波長分散方向の並進である。
【解決手段】基板を備えた波長選択スイッチであって、基板上に、波長選択スイッチ内に波長多重された光を入射させる少なくとも一つの入力部と、入力部からの光を受光し、光を分散させる分散素子と、分散素子によって分散された光を波長ごとに集光する集光要素と、集光要素からの波長ごとの光を波長ごとに独立に偏向可能な、複数の偏向素子を有する光偏向部材と、光偏向部材によって偏向された波長ごとの光を受光する出力部と、分散素子、集光要素、及び光偏向部材の少なくともひとつを駆動させる駆動機構と、を備え、駆動機構による駆動は、分散素子の場合は基板に対して垂直な軸の周りの回転駆動であり、集光要素もしくは光偏光部材の場合は基板に対して波長分散方向の並進である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長選択スイッチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には光アドドロップ多重化装置という名称で、波長選択スイッチの基本的な構成が開示されている。
【０００３】
ここで、波長選択スイッチとは、ＲＯＡＤＭ（大容量ネットワークに用いられる、波長多重化された光信号を、光信号のまま分岐／挿入が行えるシステムや技術）におけるノードにおかれるデバイスであって、波長多重されている光信号の伝送経路の切換えを波長ごとに行うスイッチである。
【０００４】
各ノードでは波長選択スイッチによって、波長多重された光信号から任意の波長の光信号を取り出すことや、波長多重された光信号に任意の波長の光を混ぜることが可能である。この光スイッチにおいては分散素子として回折格子が用いられている。
【０００５】
また、特許文献２においては、光分散装置であって、分散素子として回折素子を備え、回折素子は温度に対して鈍感で、出射角度が変化しないものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３９３７４０３号明細書
【特許文献２】特表２００３−５０９７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２では、温度変化によって分散特性が変化することを課題としてあげ、その対策を行っている。特許文献２では温度変化によって分散特性が変化することの原因を回折格子の本体の熱膨張に求めているが、大気の屈折率の変化や、分散素子内を光線が通る場合には温度変化による分散素子自身の屈折率の変化が、分散特性の変化の主たる原因となりうる場合も多い。分散特性が変化すると、波長選択スイッチ内のそれぞれの偏向素子が受け持つ周波数帯域が、温度変化により変化するという不都合が起こる。
【０００８】
特に高い屈折率を持つ材料を分散素子に使用している場合は分散特性の変化が大きい。このような理由で従来の波長選択スイッチでは、温度変化に対する安定した分散特性を持つことは困難であった。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、その課題は、温度変化が起きて分散素子の分散特性が変化したとしても、正確なスイッチングができる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】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る波長選択スイッチは、基板を備えた波長選択スイッチであって、基板上に、波長選択スイッチ内に波長多重された光を入射させる少なくとも一つの入力部と、入力部からの光を受光し、光を分散させる分散素子と、分散素子によって分散された光を波長ごとに集光する集光要素と、集光要素からの波長ごとの光を波長ごとに独立に偏向可能な、複数の偏向素子を有する光偏向部材と、光偏向部材によって偏向された波長ごとの光を受光する出力部と、分散素子、集光要素、及び光偏向部材の少なくともひとつを駆動させる駆動機構と、を備え、駆動機構による駆動は、分散素子の場合は基板に対して垂直な軸の周りの回転駆動であり、集光要素もしくは光偏光部材の場合は基板に対して波長分散方向の並進であることを特徴としている。
【００１１】
本発明に係る波長選択スイッチにおいては、すべてのνｉＬ≦νｉ≦νｉＨ−１、ＴＬ＜Ｔ＜ＴＨに対して次式（１）が成り立つことが好ましい。
【００１２】
【数１】
【００１３】
ただし、
νｉはグリッド周波数、
νｉＬは使用帯域の最低グリッド周波数、
νｉＨは同最高グリッド周波数、
ｉＬ、ｉ、ｉＨはｉＬ≦ｉ≦ｉＨを満たす整数、
νｉ＜νｉ＋１、
Ｔは温度、
ＴＬは使用温度の範囲の最低温度、
ＴＨは使用温度の範囲の最高温度、
ＴＬ＜Ｔ＜ＴＨ、
Ｓ（νｉ，Ｔ）は温度Ｔのときに周波数νｉの光の主光線と光偏向部材と重なる面との交点、であり、
Ｓ１、Ｓ２の２点間距離を次式（２）で表す。
【００１４】
【数２】
【００１５】
本発明に係る波長選択スイッチにおいては、装置内の温度を測定する測温部と、測温部から温度情報を受け取り、温度情報に基づく駆動量で駆動機構を駆動させる制御系と、を備えることが好ましい。
【００１６】
本発明に係る波長選択スイッチにおいては、駆動機構が、温度変化によってそれ自体が伸縮する伸縮部材を含んでいることが好ましい。
【００１７】
本発明に係る波長選択スイッチにおいては、すべてのνｉＬ≦νｉ≦νｉＨ−１、ＴＬ＜Ｔ＜ＴＨに対して次式（３）が成り立つことが好ましい。
【００１８】
【数３】
【００１９】
ただし、
θＧ（νｉ，Ｔ）は温度Ｔのときに周波数νｉの光の偏光素子による偏向角である。
【００２０】
本発明に係る波長選択スイッチにおいては、装置内の温度を測定する測温部と、測温部から温度情報を受け取り、温度情報に基づく駆動量で駆動機構を駆動させる制御系と、を備えることが好ましい。
【００２１】
本発明に係る波長選択スイッチにおいては、駆動機構が、温度変化によってそれ自体が伸縮する伸縮部材を含んでいることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る波長選択スイッチは、温度変化が起きて分散素子の分散特性が変化したとしても、正確なスイッチングができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる波長選択スイッチの構成例を示す図である。
【図２】第１実施形態のグレーティングの構成例を示す平面図である。
【図３】第１実施形態のＭＥＭＳミラーアレイの構成を示す斜視図である。
【図４】２つの信号光の距離について説明する図である。
【図５】第１実施形態にかかる波長選択スイッチの構成例を示すブロック図である。
【図６】第１実施形態の駆動機構の構成を示す図である。
【図７】第１実施形態の波長選択スイッチの動作の流れを示すフローチャートである。
【図８】第１実施形態のピエゾ素子の駆動制御値を温度に対応させて示した表である。
【図９】第２実施形態の駆動機構の構成を示す図である。
【図１０】（ａ）は、常温における駆動機構の状態を示す図、（ｂ）は常温よりも高い温度になったときの入射光線のアレイ方向のシフトを示す図、（ｃ）は常温よりも高い温度になったときのＭＥＭＳミラーアレイのアレイ方向のシフトを示す図である。
【図１１】第２実施形態の変形例に係る駆動機構の構成を示す図である。
【図１２】第３実施形態の駆動機構の構成を示す図である。
【図１３】（ａ）は、常温における駆動機構の状態を示す図、（ｂ）は常温よりも高い温度になったときの入射光線のアレイ方向のシフトを示す図、（ｃ）は常温よりも高い温度になったときのＭＥＭＳミラーアレイのアレイ方向のシフトを示す図である。
【図１４】第４実施形態の回転機構の構成を示す図である。
【図１５】温度変化に対する、第４実施形態のグレーティングによる偏向角の変化を示す図である。
【図１６】（ａ）は、常温における回転機構の状態を示す図、（ｂ）は常温よりも高い温度になったときの偏向角の変化を示す図、（ｃ）は常温よりも高い温度になったときの台座４０９の回転を示す図である。
【図１７】第５実施形態の回転機構の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明に係る波長選択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。
【００２５】
（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係る波長選択スイッチの構成及び常温における動作について説明する。図１は、第１実施形態にかかる波長選択スイッチの構成例を示す図である。
第１実施形態の波長選択スイッチ１００は、いわゆる透過型の波長選択スイッチである。この波長選択スイッチ１００は、基板１０９の上に、複数の光ファイバからなるファイバアレイ１０１と、マイクロレンズアレイ１０２と、グレーティング１０３と、レンズ１０４と、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）モジュールであるＭＥＭＳミラーアレイ１０５と、を備えている。
【００２６】
ファイバアレイ１０１（入力部、出力部）内の各光ファイバと、マイクロレンズアレイ１０２内の各マイクロレンズは対になっており、これらの対がアレイ状に配置されている。ファイバアレイ１０１は光入出力ポートとして機能する。その光ファイバのひとつ（以下、「第１の光ファイバ」という。）から、波長多重された信号光が、グレーティング１０３に向けて出射される。光ファイバから出射した光は、マイクロレンズアレイ１０２で平行光束に変換される。
【００２７】
マイクロレンズアレイ１０２から出射した光は、グレーティング１０３（分散素子）に入射する。グレーティング１０３は、波長多重光を帯状に分散する。
レンズ１０４はグレーティング１０３によって分散された光を、光偏向部材であるＭＥＭＳミラーアレイ１０５の波長ごとの所定位置に導く。
【００２８】
グレーティング１０３は、例えば、頂角３４度のシリコンプリズムに反射型グレーティングＧが形成されている、いわゆるイマージョン・グレーティングである（図２）。グレーティング１０３の回折面１１２はシリコンで満たされおり、１ｍｍあたり２５００本の溝が形成されている。ここで、図２は、グレーティングの構成例を示す平面図である。図２の例において、頂角αのグレーティング１０３の入射面１１１への光線の入射角及び出射角はβであり、屈折角はθである。
【００２９】
ＭＥＭＳミラーアレイ１０５（光偏向部材）は、グレーティング１０３で帯状に分散された光の波長に対応して波長分散方向に並ぶように配置された、複数のマイクロミラーＭのアレイ（図３）を有する。また、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５には後述する駆動機構１０８がついている。
【００３０】
図３は、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５の構成を示す斜視図である。
マイクロミラーＭは、図３に示すように、それぞれのミラーがローカルのｘ軸とｙ軸の周りに回転が可能で、主にｙ軸に関する回転により、入射した光を入射方向とは異なる方向へ反射する。
【００３１】
ミラーアレイの複数のマイクロミラーにより、入射方向とは異なる、同じ方向（Ａ）に反射された光は、レンズ１０４によりグレーティング１０３上に統合され、回折後は再び多波長成分の同一光束となる。これに対して、異なるマイクロミラーにより、入射方向ともＡとも異なる方向に反射された光は、レンズ１０４によりグレーティング１０３上にリレーされ、回折されるが、Ａの方向に反射された光とは統合されない。
これらの光はファイバアレイ１０１の入力ポート以外の、異なるファイバに入射する。
【００３２】
このように、第１の光ファイバから出射した多波長成分の光は、波長ごとにＭＥＭＳミラーアレイのそれぞれのミラーＭの傾き角により選択的に他のファイバに入射させることができる。
【００３３】
なお、この実施形態ではひとつの光入力ポートから複数の光出力ポートへの結合に関して説明したが、複数の光入力ポートからひとつの光出力ポートへの結合を行うことも可能である。
【００３４】
第１実施形態において、ファイバアレイ１０１は波長選択スイッチ内に波長多重された光を入射させる入力部、グレーティング１０３はファイバアレイ１０１からの光を受光し、光を分散させる分散素子、レンズ１０４は分散された波長ごとに光を集光する集光要素、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５はレンズ１０４からの光を、波長ごとに独立に偏向可能な光偏向部材、ファイバアレイ１０１はＭＥＭＳミラーアレイ１０５からの光を受光する出力部である。
【００３５】
次に、温度が変化した場合の動作について説明する。
波長選択スイッチは、温度が変化した場合に光学特性が変化する。光学特性の変化の主な原因はグレーティング１０３のイマージョン媒質の屈折率変化である。これ以外の原因としては、例えば、グレーティング１０３の線膨張と、レンズ１０４の屈折率変化と、グレーティング１０３、レンズ１０４、またはＭＥＭＳミラーアレイ１０５の温度変化に伴う基板１０９に対する位置ズレと、がある。
【００３６】
グレーティング１０３のイマージョン媒質に用いているシリコンは、温度変化に対する屈折率変化が通常の光学ガラスに比べて数十倍になる。したがって、ファイバアレイ１０１の第１の光ファイバから出射した光がグレーティング１０３を透過した後に向かう方向が常温とは異なり、この光がＭＥＭＳミラーアレイ１０５と当たる位置も常温のときとは異なってしまう。
【００３７】
つづいて、温度変化があった場合の隣り合う２つの信号光の距離に関して説明する。図４は、２つの信号光の距離について説明する図である。ここで、νｉはグリッド周波数、νｉＬは使用帯域の最低グリッド周波数、νｉＨは同最高グリッド周波数、ｉＬ、ｉ、ｉＨはｉＬ≦ｉ≦ｉＨを満たす整数、νｉ＜νｉ＋１、Ｔは温度、ＴＬは使用温度範囲の最低温度、ＴＨは使用温度範囲の最高温度、ＴＬ＜Ｔ＜ＴＨ、Ｓ（νｉ，Ｔ）は温度Ｔのときに周波数νｉの光の主光線と前記光偏向部材と重なる面との交点、である。
【００３８】
２点Ｓ１、Ｓ２の２点間距離を次式（２）で表すと、使用温度範囲の最低温度ＴＬにおける、離散化した隣り合う信号波長がＭＥＭＳミラーアレイと交わる２点間距離は次式（４）で表される。
【００３９】
【数４】
【００４０】
【数５】
【００４１】
また、温度が最低温度ＴＬから温度Ｔ（ＴＬ＜Ｔ）に変化した場合の最低グリッド周波数νｉＬの光とグリッド周波数νｉの光とのスポット間距離（図４のＡ１０）の変化は次式（５）で表される。
【００４２】
【数６】
【００４３】
温度が変化するたびに、上式（５）を上式（４）で割った比が十分に小さいように、すなわち次式（１）が成り立つように、
【００４４】
【数７】
【００４５】
ＭＥＭＳミラーアレイ１０５の全体を基板１０９に対して動かして、最低グリッド周波数νｉＬの光の位置にＭＥＭＳミラーアレイ１０５の端のミラーを合わせれば、グリッド周波数νｉの光は最低温度ＴＬのときと同じミラーの同じ位置のごく近くに当たることとなる。
【００４６】
これが、次式（６）、（７）で示す範囲内のグリッド周波数νｉ、温度Ｔに対して成り立つように、光学系を設計しておくことが好ましい。
νｉＬ≦νｉ≦νｉＨ−１ ・・・（６）
ＴＬ＜Ｔ＜ＴＨ ・・・（７）
このような光学系に対し、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５の全体を使用温度に対応して適切に動かせば、各信号光はそれぞれの波長に対応したＭＥＭＳミラーアレイ１０５でスイッチングされる位置に来ることになる。
【００４７】
次に、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５の制御機構１０６及び駆動機構１０８について図５および図６を参照して説明する。
図５は第１実施形態にかかる波長選択スイッチ１００の構成例を示すブロック図である。図６は第１実施形態の駆動機構１０８の構成を示す図である。
【００４８】
まず、図５にてＭＥＭＳミラーアレイ１０５の駆動機構１０８と制御機構１０６の構成を説明する。
波長選択スイッチ１００は、ファイバアレイ１０１側から順に、マイクロレンズアレイ１０２、グレーティング１０３、温度センサ１０７、レンズ１０４、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５、温度に応じて伸縮するピエゾ素子１４１、及び制御機構１０６を備える。
【００４９】
温度センサ１０７は、波長選択スイッチ１００の内部の温度、特にグレーティング１０３の近くの温度を監視し、温度に応じてＭＥＭＳミラーアレイ１０５の位置をピエゾ素子１４１により制御するために、グレーティング１０３の温度変化を検出する。ＭＥＭＳミラーアレイ１０５には、駆動機構１０８としてのピエゾ素子１４１が接続されており、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５をアレイが並んでいる方向へ動かす。
【００５０】
制御機構１０６は、温度センサ１０７での検出値に基づいて、ピエゾ素子１４１の駆動量をＬＵＴ（Ｌｏｏｋ Ｕｐ Ｔａｂｌｅ）１３３から参照し、ピエゾ素子１４１の駆動制御を行う。
制御機構１０６は、温度センサ１０７の出力を温度値としてモニタする温度モニタ１３５と、温度モニタ１３５の温度値を保存、記録するためのメモリ１３４と、ピエゾ素子１４１を駆動するためのドライバ回路１３２と、任意の温度に対してピエゾ素子１４１を駆動するドライバ回路１３２の制御値が記録されているＬＵＴ１３３と、温度モニタ１３５の温度値とメモリ１３４に記録された温度値とを比較しＬＵＴ１３３にて参照しドライバ回路１３２に制御信号を出力するＣＰＵ１３１と、を備える。
【００５１】
図６を用いて駆動機構１０８の構成を説明する。ＭＥＭＳミラーアレイ１０５は、保持部材１４３の内部において、アレイ方向（アレイが並ぶ方向）に摺動可能に配置されている。ＭＥＭＳミラーアレイ１０５のアレイ方向の一端には、ピエゾ素子１４１の一端が固定され、他端には、弾性部材１４２（例えばバネ）の一端が固定されている。ピエゾ素子１４１の他端は保持部材１４３の内壁に固定され、弾性部材１４２の他端も保持部材１４３の内壁に固定されている。ピエゾ素子１４１及び弾性部材１４２の固定は、例えば接着によって行う。これにより、ピエゾ素子１４１、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５、及び弾性部材１４２は、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５のアレイ方向（アレイが並ぶ方向）に沿って並び、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５は、ピエゾ素子１４１の伸縮に応じて摺動する。
【００５２】
次に第１実施形態の波長選択スイッチ１００の動作について図７を用いて説明する。図７は第１実施形態の波長選択スイッチ１００の動作の流れを示すフローチャートである。図８は、ピエゾ素子１４１の駆動制御値を温度に対応させて示した表である。
【００５３】
ＬＵＴ１３３には、例えば図８のような、各温度に対するドライバ制御値がリファレンスとして取得されている。図８において、例えば温度Ｔｘの時の駆動制御値として０ｘＸＸＸＸが格納されている。ここで、「０ｘＸＸＸＸ」は６桁の１６進数を示している。
以下の説明において、メモリ１３４には、温度値Ｔｙが格納されており、初期値はＴｙ＝０としている。また、温度モニタ１３５の温度値は、Ｔｘとする。
【００５４】
波長選択スイッチ１００の内部の温度は温度モニタ１３５で取得し、ＣＰＵ１３１により波長選択スイッチ１００の内部の温度変化を監視している。
まず、ＣＰＵ１３１は、温度モニタ１３５の温度値Ｔｘを読み取る（ステップＳ１０１）。次に、ＣＰＵ１３１は、読み取ったＴｘと、メモリ１３４に格納されている温度値Ｔｙと、の比較を行う（ステップＳ１０２）。
【００５５】
比較の結果、Ｔｘ＝Ｔｙであれば（ステップＳ１０３でＴ）、温度変化が起こるまでステップＳ１０１からＳ１０３までを繰り返す。
【００５６】
これに対して、比較の結果、Ｔｘ≠Ｔｙであれば（ステップＳ１０３でＦ）、メモリ１３４内のＴｙの値をＴｘに書き換える（ステップＳ１０４）。次に、ＣＰＵ１３１は、ＬＵＴ１３３を参照し、Ｔｘに対応するドライバ回路１３２の制御値０ｘＸＸＸＸを取得する（ステップＳ１０５）。さらに、ＣＰＵ１３１は、取得した制御値を制御信号としてドライバ回路１３２に出力する（ステップＳ１０６）。
【００５７】
つづいて、ドライバ回路１３２は、制御値０ｘＸＸＸＸに対応した電圧をピエゾ素子１４１に印加する（ステップＳ１０７）。これにより、ピエゾ素子１４１が駆動し、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５は、温度Ｔｘ時の位置に移動する（ステップＳ１０８）。
【００５８】
以後、温度変化が起こるまで上述のステップＳ１０１からＳ１０３までを繰り返し、Ｔｘ≠Ｔｙを検出する（ステップＳ１０３でＦ）たびに、上記ステップＳ１０４からＳ１０８を実行する。
【００５９】
以上の動作により、波長選択スイッチ１００内で温度変化が起きると、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５が移動してその位置を変更することができる。したがって、温度変化が起きて分散素子の分散特性が変化したとしても、正確なスイッチングができる。
【００６０】
なお、第１実施形態の波長選択スイッチ１００では、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５をアレイ方向に駆動するためにピエゾ素子１４１を用いているが、ピエゾ素子１４１に代えて、モーター付マイクロメータや他のアクチュエータなどの駆動手段を用いることもできる。
【００６１】
また、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５を基板１０９に対して波長分散方向に並進駆動することに代えて、又は、並進駆動することに加えて、レンズ１０４を波長分散方向に並進駆動させてもよい。レンズ１０４の並進駆動は、例えば、上述のＭＥＭＳミラーアレイ１０５の並進駆動と同様にピエゾ素子１４１を用いた駆動機構で行うことができる。
【００６２】
また、第１実施形態の波長選択スイッチ１００では、ＣＰＵ１３１、ＬＵＴ１３３、及びメモリ１３４を用いてＭＥＭＳミラーアレイ１０５の駆動量に相当するドライバ回路１３２の制御値を参照しているが、ＬＵＴ１３３を用いずに温度から制御値を換算しても良い。例えば、ＬＵＴ１３３ではなく温度に対するドライバ回路１３２の制御値を換算する換算式をメモリ１３４にあらかじめ保存しておき、受信した温度に応じて換算式を基に制御値を算出しても良い。
【００６３】
第１実施形態波長選択スイッチ１００においては、駆動量を参照する制御機構１０６を有するため、経年変化などによってＭＥＭＳミラーアレイ１０５と各波長光との位置ズレ量が変化したとしても、テーブルの書き換えやプログラムの修正を行うことにより駆動量を変化させやすい。
【００６４】
（第２実施形態）
図９は、第２実施形態の駆動機構の構成を示す図である。第２実施形態の波長選択スイッチは、第１実施形態に対し、制御機構１０６と温度センサ１０７がなく、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５の駆動機構１０８として伸縮部材２０１を用いている（図９）。以下の説明では、第１実施形態と構成が異なる駆動機構について説明し、それ以外の構成についての詳細な説明は省略する。
【００６５】
ＭＥＭＳミラーアレイ１０５は、ケース部材２０３内に収容され、ケース部材２０３は、ＭＥＭＳミラー保持部材２０２内に保持されている。ケース部材２０３の外面には、ＭＥＭＳミラー保持部材２０２の内壁２０７と接触する突起部２０３ａと、ＭＥＭＳミラー保持部材２０２の内壁２０７にあってケース部材２０３と対向する内壁２０４と接触する突起部２０３ｂ、２０３ｃが設けられている。
【００６６】
伸縮部材２０１は、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５への入射光の波長分散方向（アレイ方向、図９の左右方向）にのみ伸縮するように、一方がＭＥＭＳミラーアレイ１０５と連結され、他方がＭＥＭＳミラー保持部材２０２と連結されている。
伸縮部材２０１は、例えば、線膨張係数の大きなアルミで構成されており、温度変化に伴って伸縮する。
【００６７】
以上の構成により、温度変化に伴い、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５は、ＭＥＭＳミラー保持部材２０２に対して摺動しつつ、伸縮部材２０１の伸縮量分だけ位置を変化することが可能となる。すなわち、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５への入射光の光学系の波長分散方向に位置を変更することが可能となる。
【００６８】
第２実施形態の駆動機構の動作について、図１０を用いて説明する。図１０（ａ）は、常温における駆動機構の状態を示す図、（ｂ）は常温よりも高い温度になったときの入射光線のアレイ方向のシフトを示す図、（ｃ）は常温よりも高い温度になったときのＭＥＭＳミラーアレイ１０５のアレイ方向のシフトを示す図である。
【００６９】
図１０（ａ）に示す例では、常温において、入射光線がＭＥＭＳミラーアレイ１０５の各ミラーに入射するように設定している。
これに対して、周辺雰囲気が変化し、波長選択スイッチ内の温度が上昇していくと、グレーティング１０３の屈折率変化等により、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５への入射光線が、波長分散方向へシフトしていく（図１０（ｂ））。
【００７０】
一方、伸縮部材２０１は、温度変化による伸縮量を、同じ温度変化による入射光線のシフト量に対応させている。このため、温度上昇に伴って伸縮部材２０１が所定量伸縮し、これにより、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５は、入射光線のシフト分に対応する量Ｅ２１だけ位置を変更する（図１０（ｃ））。図１０では温度が上昇する場合を示しているが、温度が下降した場合も上昇時とは逆方向に同様である。
尚、駆動機構の動作を分かりやすく説明するために、図１０（ｂ）と図１０（ｃ）を別々に記載しているが、実際には、伸縮部材２０１の伸縮と入射光線のシフトは同時に進行しており、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５が所望の位置へ移動する際に、遅れが生じるわけではない。
【００７１】
なお、伸縮部材２０１と、ＭＥＭＳミラー保持部材２０２及びケース部材２０３と、のそれぞれの波長分散方向の境界は、固定されずに当接されていてもよい。この場合、例えば、図１１に示すように、伸縮部材２０１の両端が、ＭＥＭＳミラー保持部材２０２の内壁２０５、及びケース部材２０３の一端にそれぞれ当接しているとともに、緩衝部材２１２及び弾性部材２１１が、ケース部材２０３の、伸縮部材２０１と相対する他端に連結している。緩衝部材２１２としては、例えばダンパーがあり、弾性部材２１１としては、例えば第１実施形態の弾性部材１４２と同様のバネを用いる。また、緩衝部材２１２及び弾性部材２１１は、ＭＥＭＳミラー保持部材２０２の内壁であって内壁２０５に対向する内壁２０６に連結されている。ここで、図１１は、第２実施形態の変形例に係る駆動機構の構成を示す図である。
【００７２】
第２実施形態の波長選択スイッチによれば、第１実施形態における、駆動機構１０８と制御機構１０６からの配線、測温部（温度センサ１０７及び温度モニタ１３５）、及び、制御機構１０６が不要であるため、波長選択スイッチ全体を簡略化できる。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。
【００７３】
（第３実施形態）
図１２は、第３実施形態の駆動機構の構成を示す図である。
第３実施形態の波長選択スイッチは、第２実施形態に対し、伸縮部材３０１の伸縮方向と、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５の移動方向と、の関係が異なる。別言すれば、第２実施形態では、伸縮部材２０１の伸縮方向が、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５の移動方向上にあったが、第３実施形態では、両者の方向が互いに一定の角度（例えば９０度）をなしている。
【００７４】
第３実施形態では、第１実施形態の波長選択スイッチ１００に対して、ピエゾ素子１４１及び弾性部材１４２に代えて伸縮部材３０１及び弾性部材３１１をそれぞれ備え、さらに、緩衝部材３１２を有している。
【００７５】
ＭＥＭＳミラーアレイ１０５は、ケース部材３０３内に収容され、ケース部材３０３は、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５がアレイ方向に移動可能に、ＭＥＭＳミラー保持部材３０２内に保持されている。ケース部材３０３の外面には、ＭＥＭＳミラー保持部材３０２の内壁と接触する突起部３０３ａと、ＭＥＭＳミラー保持部材３０２の内壁と接触する、突起部３０３ｂ、３０３ｃが設けられている。ケース部材３０３のアレイ方向の一端には、伸縮部材３０１の下端面３０１ｃが当接する接触端面３０３ｄが設けられている。下端面３０１ｃ及び接触端面３０３ｄはいずれも平面である。伸縮部材３０１の下端面３０１ｃとケース部材３０３の接触端面３０３ｄは、アレイ方向に対して一定の角度をなして互いに当接するように形成されている。
【００７６】
伸縮部材３０１の上端はＭＥＭＳミラー保持部材３０２の内壁３０５に固定されている。また、伸縮部材３０１の外面には、ＭＥＭＳミラー保持部材３０２の内壁３０４と接触する突起部３０１ａ、３０１ｂが設けられている。
【００７７】
伸縮部材３０１は、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５への入射光線の波長分散方向（図１２の左右方向）にのみ伸縮が反映されるよう、一端がＭＥＭＳミラーアレイ１０５と当接し、他方が、ＭＥＭＳミラー保持部材３０２の内壁３０４と連結されている。さらに、伸縮部材３０１は、その伸縮方向が、波長分散方向と一定の角度を持って配されるよう構成されている。
【００７８】
弾性部材３１１及び緩衝部材３１２は、波長分散方向にそれぞれ伸縮するよう、一方をＭＥＭＳミラーアレイ１０５と連結もしくは当接されており、他方を、ＭＥＭＳミラー保持部材３０２の左側内壁３０６と連結もしくは当接されるよう構成されている。
【００７９】
伸縮部材３０１は、例えば、線膨張係数の大きなアルミなどで構成されており、温度変化に伴って伸縮する。よって、温度変化に伴い、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５は、ＭＥＭＳミラー保持部材３０２に対し、伸縮部材３０１の伸縮量分に比例して位置を変化することが可能となる。すなわち、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５は、波長分散方向に線形に位置を変更することが可能となる。
【００８０】
尚、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５と伸縮部材３０１の当接部を曲線（曲面）形状とすると、温度変化に伴う、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５の、波長分散方向の位置変化を非線形とすることが可能となる。
【００８１】
本構成の動作について、図１３を用いて説明する。図１３（ａ）は、常温における駆動機構の状態を示す図、（ｂ）は常温よりも高い温度になったときの入射光線のアレイ方向のシフトを示す図、（ｃ）は常温よりも高い温度になったときのＭＥＭＳミラーアレイのアレイ方向のシフトを示す図である。
【００８２】
図１３（ａ）の状態から、周辺雰囲気が変化し、温度が上昇していくと、グレーティング１０３の屈折率変化等で、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５への入射光線が、波長分散方向（図１２、１３の左右方向）へシフトしていく（図１３（ｂ））。
【００８３】
一方、伸縮部材３０１は、温度変化による伸縮量が最適化されている。具体的には、温度変化による入射光線のシフト量（図１３（ｂ））と、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５の移動量と、が対応するように、伸縮部材３０１の線膨張係数から求められる伸縮量が最適化されている。これにより、温度上昇に伴い、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５は、入射光線のシフト分に対応する量Ｅ３１だけ位置を変更する（図１３（ｃ））。図１３では温度が上昇する場合を示しているが、温度が下降した場合も上昇時とは逆方向に同様である。
尚、駆動機構の動作を分かりやすく説明するために、図１３（ｂ）と図１３（ｃ）を別々に記載しているが、実際には、同時に進行しており、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５が所望の位置へ移動する際に、遅れが生じるわけではない。
【００８４】
以上の説明ではケース部材３０３の接触端面３０３ｄ及び伸縮部材３０１の下端面３０１ｃを平面としてＭＥＭＳミラーアレイ１０５の波長分散方向への移動量の変化を線形としたが、接触端面３０３ｄ及び下端面３０１ｃを互いに当接可能な曲面形状とすれば、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５の波長分散方向への移動量を非線形にすることも可能である。
【００８５】
第３実施形態の波長選択スイッチにおいては、線形の伸縮部材の伸縮により非線形の運動が可能となる。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態又は第２実施形態と同様である。
【００８６】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態に係る波長選択スイッチについて説明する。図１４は、第４実施形態の回転機構（駆動機構）の構成を示す図である。この回転機構は、グレーティング４０３の向きを変えるためのものである。第４実施形態に係る波長選択スイッチは、第１実施形態に係る波長選択スイッチ１００からＭＥＭＳミラーアレイ１０５の駆動装置１０８、温度センサ１０７、制御機構１０６を省き、第１実施形態のグレーティング１０３と同様の構成のグレーティング４０３に対して、図１４に示す回転機構を取り付けたものである。なお、常温時において、グレーティング４０３の配置は第１の実施形態と同様であり、装置全体の動作も同様である。
【００８７】
図１５は、温度変化に対する、グレーティング４０３による偏向角の変化を示す図である。
グレーティング４０３への入射光線Ｌ４１の出射光線のなす角を偏向角とし、温度Ｔのときに周波数νｉの光のグレーティング４０３による偏向角をθＧ（νｉ，Ｔ）とする。
【００８８】
温度が変化したときはグレーティング４０３の光学特性が変わる。主な原因はグレーティング４０３のイマージョン媒質の屈折率変化である。このため、グレーティング４０３に対し入射角が同じであっても出射角が変化する。すなわちＴ≠ＴＬのときθＧ（νｉ，Ｔ）≠θＧ（νｉ，ＴＬ）となる。
【００８９】
しかし、温度Ｔのときにグレーティング４０３をある角度Δθ（Ｔ）だけ回転させることによりθＧ（νｉ，Ｔ）＝θＧ（νｉ，ＴＬ）とすることはできる。ＴＬ＜Ｔ＜ＴＨのそれぞれのＴに対するグレーティング４０３の回転Δθ（Ｔ）を与えることにより、すべてのνｉＬ≦νｉ≦νｉＨ−１に対して次式（３）が成り立つようにすれば、温度範囲ＴＬ＜Ｔ＜ＴＨにおいて、それぞれの周波数νｉの光の偏向角はほとんど変わらないと言える。
【００９０】
【数８】
【００９１】
なお、式（３）の分子は図１５の角度Ａ４０に対応し、式（３）の分母は図１５の角度Ａ４１に対応する。
また、分散素子が２以上の部材に分かれているときは、それらを一体とみなして入射角と出射角を定義する。また、回転させる部材はそのうちの少なくともひとつでよい。
【００９２】
グレーティング４０３の回転機構の構成について、図１４を参照しつつ説明する。
図１４に示す回転機構は、台座４０９と、伸縮部材４０８と、弾性部材４１１と、緩衝部材４１２と、を有している。
【００９３】
台座４０９は、上面として、軸４０９ｄを中心とする円形の平面形状を備える。軸４０９ｄは、台座４０９の平面内で互いに垂直な２つの軸４０９ｂ、４０９ｃのそれぞれに直交する。台座４０９の円形平面の外周からは、軸４０９ｃ方向に延びる腕部４０９ａが形成されている。台座４０９は、不図示の軸部材によって、基板１０９（図１）に対し、波長分散方向にも光軸方向にも垂直（図１４の紙面に垂直）な軸４０９ｄに関し、回転可能に軸支されている。また、台座４０９の上面には、グレーティング４０３が固定保持される。
【００９４】
伸縮部材４０８は、柱状の部材であって、その軸方向の一端は、台座４０９の軸４０９ｃに連結もしくは当接されている。また、伸縮部材４０８の軸方向の他端は、基板１０９に固定された基部４１０に連結もしくは当接されている。伸縮部材４０８と、基部４１０及び軸４０９ｃと、がそれぞれ連結もしくは当接する位置を結ぶ直線は、台座４０９を回転可能に軸支されている軸４０９ｄを通らないよう構成されている。別言すると、伸縮部材４０８の軸方向は、軸４０９ｄと交差していない。
【００９５】
伸縮部材４０８は、例えば、線膨張係数の大きなアルミなどで構成されており、温度変化に伴って伸縮する。よって、温度変化に伴い、グレーティング４０３は、基部４１０、４１３に対し、波長分散方向にも光軸方向にも垂直な軸４０９ｄに関して、角度を変更することが可能となる。
【００９６】
弾性部材４１１は、例えばバネであり、一端が台座４０９の軸４０９ｃに連結もしくは当接されており、他端が、基板１０９に固定された基部４１３に連結もしくは当接している。したがって、弾性部材４１１と伸縮部材４０８は、台座４０９の軸４０９ｃを挟んで相対するように配置されている。
【００９７】
緩衝部材４１２は、例えばダンパーであり、弾性部材４１１と同様に、一端が台座４０９の軸４０９ｃに連結もしくは当接され、他端が、基部４１３に連結もしくは当接しており、台座４０９の軸４０９ｃを挟んで伸縮部材４０８と相対するように配置されている。
【００９８】
本構成の動作について、図１６を用いて説明する。図１６（ａ）は、常温における回転機構の状態を示す図、（ｂ）は常温よりも高い温度になったときの偏向角の変化を示す図、（ｃ）は常温よりも高い温度になったときの台座４０９の回転を示す図である。
【００９９】
図１６（ａ）に示す常温状態では、マイクロレンズアレイ１０２からの入射光は、グレーティング４０３の斜面上であって軸４０９ｄと一致する点で分散され、レンズ１０４側へ出射される。図１６（ａ）の常温状態から、周辺雰囲気が変化し、温度が上昇していくと、グレーティング４０３の屈折率変化等で、レンズ１０４へ向かう光線のグレーティング４０３からの出射角度も変化する（図１６（ｂ））。このためファイバアレイ１０１から来た光線と、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５に向かう光線のなす角、つまり偏向角が減少する。
【０１００】
第４実施形態の波長選択スイッチでは、温度変化による、偏向角の変化量と伸縮部材４０８の線膨張係数から求められる伸縮量と、を互いに対応させている。具体的には、偏向角の変化量に対応した量Ｅ４１だけ伸縮部材４０８が基部４１３側に伸張し、これにより台座４０９が軸４０９ｄの周りを回転する。これにより、回折面４０３ａに対するマイクロレンズアレイ１０２からの光の入射角が減少する（図１６（ｃ））。したがって、温度上昇に伴い、グレーティング４０３は、偏向角の変化分を補正するだけ入射光に対する角度を変更することができる。
つまり、図１６（ａ）と図１６（ｃ）において、偏向角は等しくなる。また、温度が下降した場合も上昇時とは逆方向に同様である。
尚、回転機構の動作を分かりやすく説明するために、図１６（ｂ）と図１６（ｃ）を別々に記載しているが、実際には、同時に進行しており、グレーティング４０３が所望の位置へ移動する際に、遅れが生じるわけではない。
【０１０１】
第４実施形態の波長選択スイッチでは、台座４０９の回転中心である軸４０９ｄから、伸縮部材４０８と台座４０９の軸４０９ｃとが互いに当接する位置までの距離を適切に設定することにより、所望の回転量を得ることができる。
【０１０２】
また、伸縮部材４０８は、第１実施形態のピエゾ素子１４１のように制御可能な駆動手段を設けたものであってもよい。その場合は温度センサ１０７と制御機構１０６も備えることが好ましい。制御機構１０６に含まれるＣＰＵ１３１、ＬＵＴ１３３、メモリ１３４を用いて分散素子の回転駆動量に相当するドライバ回路１３２の制御値を参照してもよいし、ＬＵＴ１３３を用いずに温度から制御値を換算しても良い。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。
【０１０３】
（第５実施形態）
図１７を参照して、第５実施形態に係る波長選択スイッチについて説明する。図１７は、第５実施形態の回転機構（駆動機構）の構成を示す図である。
第５実施形態の波長選択スイッチは、第４実施形態に対し、グレーティング５０３の向きを変える回転機構の構成が異なる。
【０１０４】
グレーティング５０３は、第４実施形態のグレーティング４０３と同様の構成である。図１７に示す回転機構は、台座５０９と、伸縮部材５１１と、を有している。
台座５０９は、基板１０９（図１）に固定された基部５１０に対し、波長分散方向にも光軸方向にも垂直（図１７の紙面に垂直）な軸５０９ａに関し、回転可能に軸支されている。台座５０９は、上面として、軸５０９ａを中心とする円形の平面形状を備える。台座５０９の上面には、グレーティング５０３が保持される。
【０１０５】
伸縮部材５１１は、例えば、渦巻きバネであって、台座５０９の軸５０９ａ側から外周側へ発条状に配置される。さらに、伸縮部材５１１は、台座５０９の上面に設けた溝（不図示）内に摺動可能に保持され、軸５０９ａ側の一端は台座５０９に固定され、他端は基部５１０に固定されている。
【０１０６】
伸縮部材５１１は、例えば、線膨張係数の大きなアルミ材などで構成されており、温度変化に伴って伸縮する。したがって、温度変化に伴って伸縮部材５１１が溝内で伸縮すると、伸縮に対応して台座５０９が軸５０９ａの周りを回転し、グレーティング５０３は、基部５１０に対し、軸５０９ａに関して、角度を変更することが可能となる。
この構成によれば、第４実施形態の伸縮部材４０８よりも、伸縮部材５１１の方が台座５０９の回転量を大きくしやすい。
【０１０７】
第５実施形態の波長選択スイッチにおいては、伸縮部材５１１の巻き数を適切に設定することによって、所望の回転量を得ることができる。
なお、伸縮部材５１１は、第１実施形態のように制御可能な駆動手段を設けたものであってもよい。
【０１０８】
また、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５の波長分散方向への移動とグレーティング１０３の角度の変更が同時に起こるようになっていてもかまわない。
なお、その他の構成、作用、効果については、第４実施形態と同様である。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
以上のように、本発明に係る波長選択スイッチは、温度変化が起きても正確なスイッチングが求められる波長選択スイッチに有用である。
【符号の説明】
【０１１０】
１００ 波長選択スイッチ
１０１ ファイバアレイ
１０２ マイクロレンズアレイ
１０３ グレーティング
１０４ レンズ
１０５ ＭＥＭＳミラーアレイ
１０６ 制御機構
１０７ 温度センサ
１０８ 駆動機構
１０９ 基板
１１１ 入射面
１１２ 回折面
１３２ ドライバ回路
１３３ ＬＵＴ
１３４ メモリ
１３５ 温度モニタ
１４１ ピエゾ素子
１４２ 弾性部材
１４３ 保持部材
２０１ 伸縮部材
２０２ ＭＥＭＳミラー保持部材
２０３ ケース部材
２０４、２０５、２０６、２０７ 内壁
２１１ 弾性部材
２１２ 緩衝部材
３０１ 伸縮部材
３０２ ＭＥＭＳミラー保持部材
３０３ ケース部材
３０３ｄ 接触端面
３０４、３０５、３０６ 内壁
３１１ 弾性部材
３１２ 緩衝部材
４０３ グレーティング
４０８ 伸縮部材
４０９ 台座
４０９ａ 腕部
４０９ｂ、４０９ｃ、４０９ｄ 軸
４１０ 基部
４１１ 弾性部材
４１２ 緩衝部材
４１３ 基部
５０３ グレーティング
５０９ 台座
５０９ａ 軸
５１０ 基部
５１１ 伸縮部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長選択スイッチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には光アドドロップ多重化装置という名称で、波長選択スイッチの基本的な構成が開示されている。
【０００３】
ここで、波長選択スイッチとは、ＲＯＡＤＭ（大容量ネットワークに用いられる、波長多重化された光信号を、光信号のまま分岐／挿入が行えるシステムや技術）におけるノードにおかれるデバイスであって、波長多重されている光信号の伝送経路の切換えを波長ごとに行うスイッチである。
【０００４】
各ノードでは波長選択スイッチによって、波長多重された光信号から任意の波長の光信号を取り出すことや、波長多重された光信号に任意の波長の光を混ぜることが可能である。この光スイッチにおいては分散素子として回折格子が用いられている。
【０００５】
また、特許文献２においては、光分散装置であって、分散素子として回折素子を備え、回折素子は温度に対して鈍感で、出射角度が変化しないものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３９３７４０３号明細書
【特許文献２】特表２００３−５０９７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２では、温度変化によって分散特性が変化することを課題としてあげ、その対策を行っている。特許文献２では温度変化によって分散特性が変化することの原因を回折格子の本体の熱膨張に求めているが、大気の屈折率の変化や、分散素子内を光線が通る場合には温度変化による分散素子自身の屈折率の変化が、分散特性の変化の主たる原因となりうる場合も多い。分散特性が変化すると、波長選択スイッチ内のそれぞれの偏向素子が受け持つ周波数帯域が、温度変化により変化するという不都合が起こる。
【０００８】
特に高い屈折率を持つ材料を分散素子に使用している場合は分散特性の変化が大きい。このような理由で従来の波長選択スイッチでは、温度変化に対する安定した分散特性を持つことは困難であった。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、その課題は、温度変化が起きて分散素子の分散特性が変化したとしても、正確なスイッチングができる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】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る波長選択スイッチは、基板を備えた波長選択スイッチであって、基板上に、波長選択スイッチ内に波長多重された光を入射させる少なくとも一つの入力部と、入力部からの光を受光し、光を分散させる分散素子と、分散素子によって分散された光を波長ごとに集光する集光要素と、集光要素からの波長ごとの光を波長ごとに独立に偏向可能な、複数の偏向素子を有する光偏向部材と、光偏向部材によって偏向された波長ごとの光を受光する出力部と、分散素子、集光要素、及び光偏向部材の少なくともひとつを駆動させる駆動機構と、を備え、駆動機構による駆動は、分散素子の場合は基板に対して垂直な軸の周りの回転駆動であり、集光要素もしくは光偏光部材の場合は基板に対して波長分散方向の並進であることを特徴としている。
【００１１】
本発明に係る波長選択スイッチにおいては、すべてのνｉＬ≦νｉ≦νｉＨ−１、ＴＬ＜Ｔ＜ＴＨに対して次式（１）が成り立つことが好ましい。
【００１２】
【数１】
【００１３】
ただし、
νｉはグリッド周波数、
νｉＬは使用帯域の最低グリッド周波数、
νｉＨは同最高グリッド周波数、
ｉＬ、ｉ、ｉＨはｉＬ≦ｉ≦ｉＨを満たす整数、
νｉ＜νｉ＋１、
Ｔは温度、
ＴＬは使用温度の範囲の最低温度、
ＴＨは使用温度の範囲の最高温度、
ＴＬ＜Ｔ＜ＴＨ、
Ｓ（νｉ，Ｔ）は温度Ｔのときに周波数νｉの光の主光線と光偏向部材と重なる面との交点、であり、
Ｓ１、Ｓ２の２点間距離を次式（２）で表す。
【００１４】
【数２】
【００１５】
本発明に係る波長選択スイッチにおいては、装置内の温度を測定する測温部と、測温部から温度情報を受け取り、温度情報に基づく駆動量で駆動機構を駆動させる制御系と、を備えることが好ましい。
【００１６】
本発明に係る波長選択スイッチにおいては、駆動機構が、温度変化によってそれ自体が伸縮する伸縮部材を含んでいることが好ましい。
【００１７】
本発明に係る波長選択スイッチにおいては、すべてのνｉＬ≦νｉ≦νｉＨ−１、ＴＬ＜Ｔ＜ＴＨに対して次式（３）が成り立つことが好ましい。
【００１８】
【数３】
【００１９】
ただし、
θＧ（νｉ，Ｔ）は温度Ｔのときに周波数νｉの光の偏光素子による偏向角である。
【００２０】
本発明に係る波長選択スイッチにおいては、装置内の温度を測定する測温部と、測温部から温度情報を受け取り、温度情報に基づく駆動量で駆動機構を駆動させる制御系と、を備えることが好ましい。
【００２１】
本発明に係る波長選択スイッチにおいては、駆動機構が、温度変化によってそれ自体が伸縮する伸縮部材を含んでいることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る波長選択スイッチは、温度変化が起きて分散素子の分散特性が変化したとしても、正確なスイッチングができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる波長選択スイッチの構成例を示す図である。
【図２】第１実施形態のグレーティングの構成例を示す平面図である。
【図３】第１実施形態のＭＥＭＳミラーアレイの構成を示す斜視図である。
【図４】２つの信号光の距離について説明する図である。
【図５】第１実施形態にかかる波長選択スイッチの構成例を示すブロック図である。
【図６】第１実施形態の駆動機構の構成を示す図である。
【図７】第１実施形態の波長選択スイッチの動作の流れを示すフローチャートである。
【図８】第１実施形態のピエゾ素子の駆動制御値を温度に対応させて示した表である。
【図９】第２実施形態の駆動機構の構成を示す図である。
【図１０】（ａ）は、常温における駆動機構の状態を示す図、（ｂ）は常温よりも高い温度になったときの入射光線のアレイ方向のシフトを示す図、（ｃ）は常温よりも高い温度になったときのＭＥＭＳミラーアレイのアレイ方向のシフトを示す図である。
【図１１】第２実施形態の変形例に係る駆動機構の構成を示す図である。
【図１２】第３実施形態の駆動機構の構成を示す図である。
【図１３】（ａ）は、常温における駆動機構の状態を示す図、（ｂ）は常温よりも高い温度になったときの入射光線のアレイ方向のシフトを示す図、（ｃ）は常温よりも高い温度になったときのＭＥＭＳミラーアレイのアレイ方向のシフトを示す図である。
【図１４】第４実施形態の回転機構の構成を示す図である。
【図１５】温度変化に対する、第４実施形態のグレーティングによる偏向角の変化を示す図である。
【図１６】（ａ）は、常温における回転機構の状態を示す図、（ｂ）は常温よりも高い温度になったときの偏向角の変化を示す図、（ｃ）は常温よりも高い温度になったときの台座４０９の回転を示す図である。
【図１７】第５実施形態の回転機構の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明に係る波長選択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。
【００２５】
（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係る波長選択スイッチの構成及び常温における動作について説明する。図１は、第１実施形態にかかる波長選択スイッチの構成例を示す図である。
第１実施形態の波長選択スイッチ１００は、いわゆる透過型の波長選択スイッチである。この波長選択スイッチ１００は、基板１０９の上に、複数の光ファイバからなるファイバアレイ１０１と、マイクロレンズアレイ１０２と、グレーティング１０３と、レンズ１０４と、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）モジュールであるＭＥＭＳミラーアレイ１０５と、を備えている。
【００２６】
ファイバアレイ１０１（入力部、出力部）内の各光ファイバと、マイクロレンズアレイ１０２内の各マイクロレンズは対になっており、これらの対がアレイ状に配置されている。ファイバアレイ１０１は光入出力ポートとして機能する。その光ファイバのひとつ（以下、「第１の光ファイバ」という。）から、波長多重された信号光が、グレーティング１０３に向けて出射される。光ファイバから出射した光は、マイクロレンズアレイ１０２で平行光束に変換される。
【００２７】
マイクロレンズアレイ１０２から出射した光は、グレーティング１０３（分散素子）に入射する。グレーティング１０３は、波長多重光を帯状に分散する。
レンズ１０４はグレーティング１０３によって分散された光を、光偏向部材であるＭＥＭＳミラーアレイ１０５の波長ごとの所定位置に導く。
【００２８】
グレーティング１０３は、例えば、頂角３４度のシリコンプリズムに反射型グレーティングＧが形成されている、いわゆるイマージョン・グレーティングである（図２）。グレーティング１０３の回折面１１２はシリコンで満たされおり、１ｍｍあたり２５００本の溝が形成されている。ここで、図２は、グレーティングの構成例を示す平面図である。図２の例において、頂角αのグレーティング１０３の入射面１１１への光線の入射角及び出射角はβであり、屈折角はθである。
【００２９】
ＭＥＭＳミラーアレイ１０５（光偏向部材）は、グレーティング１０３で帯状に分散された光の波長に対応して波長分散方向に並ぶように配置された、複数のマイクロミラーＭのアレイ（図３）を有する。また、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５には後述する駆動機構１０８がついている。
【００３０】
図３は、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５の構成を示す斜視図である。
マイクロミラーＭは、図３に示すように、それぞれのミラーがローカルのｘ軸とｙ軸の周りに回転が可能で、主にｙ軸に関する回転により、入射した光を入射方向とは異なる方向へ反射する。
【００３１】
ミラーアレイの複数のマイクロミラーにより、入射方向とは異なる、同じ方向（Ａ）に反射された光は、レンズ１０４によりグレーティング１０３上に統合され、回折後は再び多波長成分の同一光束となる。これに対して、異なるマイクロミラーにより、入射方向ともＡとも異なる方向に反射された光は、レンズ１０４によりグレーティング１０３上にリレーされ、回折されるが、Ａの方向に反射された光とは統合されない。
これらの光はファイバアレイ１０１の入力ポート以外の、異なるファイバに入射する。
【００３２】
このように、第１の光ファイバから出射した多波長成分の光は、波長ごとにＭＥＭＳミラーアレイのそれぞれのミラーＭの傾き角により選択的に他のファイバに入射させることができる。
【００３３】
なお、この実施形態ではひとつの光入力ポートから複数の光出力ポートへの結合に関して説明したが、複数の光入力ポートからひとつの光出力ポートへの結合を行うことも可能である。
【００３４】
第１実施形態において、ファイバアレイ１０１は波長選択スイッチ内に波長多重された光を入射させる入力部、グレーティング１０３はファイバアレイ１０１からの光を受光し、光を分散させる分散素子、レンズ１０４は分散された波長ごとに光を集光する集光要素、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５はレンズ１０４からの光を、波長ごとに独立に偏向可能な光偏向部材、ファイバアレイ１０１はＭＥＭＳミラーアレイ１０５からの光を受光する出力部である。
【００３５】
次に、温度が変化した場合の動作について説明する。
波長選択スイッチは、温度が変化した場合に光学特性が変化する。光学特性の変化の主な原因はグレーティング１０３のイマージョン媒質の屈折率変化である。これ以外の原因としては、例えば、グレーティング１０３の線膨張と、レンズ１０４の屈折率変化と、グレーティング１０３、レンズ１０４、またはＭＥＭＳミラーアレイ１０５の温度変化に伴う基板１０９に対する位置ズレと、がある。
【００３６】
グレーティング１０３のイマージョン媒質に用いているシリコンは、温度変化に対する屈折率変化が通常の光学ガラスに比べて数十倍になる。したがって、ファイバアレイ１０１の第１の光ファイバから出射した光がグレーティング１０３を透過した後に向かう方向が常温とは異なり、この光がＭＥＭＳミラーアレイ１０５と当たる位置も常温のときとは異なってしまう。
【００３７】
つづいて、温度変化があった場合の隣り合う２つの信号光の距離に関して説明する。図４は、２つの信号光の距離について説明する図である。ここで、νｉはグリッド周波数、νｉＬは使用帯域の最低グリッド周波数、νｉＨは同最高グリッド周波数、ｉＬ、ｉ、ｉＨはｉＬ≦ｉ≦ｉＨを満たす整数、νｉ＜νｉ＋１、Ｔは温度、ＴＬは使用温度範囲の最低温度、ＴＨは使用温度範囲の最高温度、ＴＬ＜Ｔ＜ＴＨ、Ｓ（νｉ，Ｔ）は温度Ｔのときに周波数νｉの光の主光線と前記光偏向部材と重なる面との交点、である。
【００３８】
２点Ｓ１、Ｓ２の２点間距離を次式（２）で表すと、使用温度範囲の最低温度ＴＬにおける、離散化した隣り合う信号波長がＭＥＭＳミラーアレイと交わる２点間距離は次式（４）で表される。
【００３９】
【数４】
【００４０】
【数５】
【００４１】
また、温度が最低温度ＴＬから温度Ｔ（ＴＬ＜Ｔ）に変化した場合の最低グリッド周波数νｉＬの光とグリッド周波数νｉの光とのスポット間距離（図４のＡ１０）の変化は次式（５）で表される。
【００４２】
【数６】
【００４３】
温度が変化するたびに、上式（５）を上式（４）で割った比が十分に小さいように、すなわち次式（１）が成り立つように、
【００４４】
【数７】
【００４５】
ＭＥＭＳミラーアレイ１０５の全体を基板１０９に対して動かして、最低グリッド周波数νｉＬの光の位置にＭＥＭＳミラーアレイ１０５の端のミラーを合わせれば、グリッド周波数νｉの光は最低温度ＴＬのときと同じミラーの同じ位置のごく近くに当たることとなる。
【００４６】
これが、次式（６）、（７）で示す範囲内のグリッド周波数νｉ、温度Ｔに対して成り立つように、光学系を設計しておくことが好ましい。
νｉＬ≦νｉ≦νｉＨ−１ ・・・（６）
ＴＬ＜Ｔ＜ＴＨ ・・・（７）
このような光学系に対し、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５の全体を使用温度に対応して適切に動かせば、各信号光はそれぞれの波長に対応したＭＥＭＳミラーアレイ１０５でスイッチングされる位置に来ることになる。
【００４７】
次に、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５の制御機構１０６及び駆動機構１０８について図５および図６を参照して説明する。
図５は第１実施形態にかかる波長選択スイッチ１００の構成例を示すブロック図である。図６は第１実施形態の駆動機構１０８の構成を示す図である。
【００４８】
まず、図５にてＭＥＭＳミラーアレイ１０５の駆動機構１０８と制御機構１０６の構成を説明する。
波長選択スイッチ１００は、ファイバアレイ１０１側から順に、マイクロレンズアレイ１０２、グレーティング１０３、温度センサ１０７、レンズ１０４、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５、温度に応じて伸縮するピエゾ素子１４１、及び制御機構１０６を備える。
【００４９】
温度センサ１０７は、波長選択スイッチ１００の内部の温度、特にグレーティング１０３の近くの温度を監視し、温度に応じてＭＥＭＳミラーアレイ１０５の位置をピエゾ素子１４１により制御するために、グレーティング１０３の温度変化を検出する。ＭＥＭＳミラーアレイ１０５には、駆動機構１０８としてのピエゾ素子１４１が接続されており、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５をアレイが並んでいる方向へ動かす。
【００５０】
制御機構１０６は、温度センサ１０７での検出値に基づいて、ピエゾ素子１４１の駆動量をＬＵＴ（Ｌｏｏｋ Ｕｐ Ｔａｂｌｅ）１３３から参照し、ピエゾ素子１４１の駆動制御を行う。
制御機構１０６は、温度センサ１０７の出力を温度値としてモニタする温度モニタ１３５と、温度モニタ１３５の温度値を保存、記録するためのメモリ１３４と、ピエゾ素子１４１を駆動するためのドライバ回路１３２と、任意の温度に対してピエゾ素子１４１を駆動するドライバ回路１３２の制御値が記録されているＬＵＴ１３３と、温度モニタ１３５の温度値とメモリ１３４に記録された温度値とを比較しＬＵＴ１３３にて参照しドライバ回路１３２に制御信号を出力するＣＰＵ１３１と、を備える。
【００５１】
図６を用いて駆動機構１０８の構成を説明する。ＭＥＭＳミラーアレイ１０５は、保持部材１４３の内部において、アレイ方向（アレイが並ぶ方向）に摺動可能に配置されている。ＭＥＭＳミラーアレイ１０５のアレイ方向の一端には、ピエゾ素子１４１の一端が固定され、他端には、弾性部材１４２（例えばバネ）の一端が固定されている。ピエゾ素子１４１の他端は保持部材１４３の内壁に固定され、弾性部材１４２の他端も保持部材１４３の内壁に固定されている。ピエゾ素子１４１及び弾性部材１４２の固定は、例えば接着によって行う。これにより、ピエゾ素子１４１、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５、及び弾性部材１４２は、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５のアレイ方向（アレイが並ぶ方向）に沿って並び、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５は、ピエゾ素子１４１の伸縮に応じて摺動する。
【００５２】
次に第１実施形態の波長選択スイッチ１００の動作について図７を用いて説明する。図７は第１実施形態の波長選択スイッチ１００の動作の流れを示すフローチャートである。図８は、ピエゾ素子１４１の駆動制御値を温度に対応させて示した表である。
【００５３】
ＬＵＴ１３３には、例えば図８のような、各温度に対するドライバ制御値がリファレンスとして取得されている。図８において、例えば温度Ｔｘの時の駆動制御値として０ｘＸＸＸＸが格納されている。ここで、「０ｘＸＸＸＸ」は６桁の１６進数を示している。
以下の説明において、メモリ１３４には、温度値Ｔｙが格納されており、初期値はＴｙ＝０としている。また、温度モニタ１３５の温度値は、Ｔｘとする。
【００５４】
波長選択スイッチ１００の内部の温度は温度モニタ１３５で取得し、ＣＰＵ１３１により波長選択スイッチ１００の内部の温度変化を監視している。
まず、ＣＰＵ１３１は、温度モニタ１３５の温度値Ｔｘを読み取る（ステップＳ１０１）。次に、ＣＰＵ１３１は、読み取ったＴｘと、メモリ１３４に格納されている温度値Ｔｙと、の比較を行う（ステップＳ１０２）。
【００５５】
比較の結果、Ｔｘ＝Ｔｙであれば（ステップＳ１０３でＴ）、温度変化が起こるまでステップＳ１０１からＳ１０３までを繰り返す。
【００５６】
これに対して、比較の結果、Ｔｘ≠Ｔｙであれば（ステップＳ１０３でＦ）、メモリ１３４内のＴｙの値をＴｘに書き換える（ステップＳ１０４）。次に、ＣＰＵ１３１は、ＬＵＴ１３３を参照し、Ｔｘに対応するドライバ回路１３２の制御値０ｘＸＸＸＸを取得する（ステップＳ１０５）。さらに、ＣＰＵ１３１は、取得した制御値を制御信号としてドライバ回路１３２に出力する（ステップＳ１０６）。
【００５７】
つづいて、ドライバ回路１３２は、制御値０ｘＸＸＸＸに対応した電圧をピエゾ素子１４１に印加する（ステップＳ１０７）。これにより、ピエゾ素子１４１が駆動し、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５は、温度Ｔｘ時の位置に移動する（ステップＳ１０８）。
【００５８】
以後、温度変化が起こるまで上述のステップＳ１０１からＳ１０３までを繰り返し、Ｔｘ≠Ｔｙを検出する（ステップＳ１０３でＦ）たびに、上記ステップＳ１０４からＳ１０８を実行する。
【００５９】
以上の動作により、波長選択スイッチ１００内で温度変化が起きると、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５が移動してその位置を変更することができる。したがって、温度変化が起きて分散素子の分散特性が変化したとしても、正確なスイッチングができる。
【００６０】
なお、第１実施形態の波長選択スイッチ１００では、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５をアレイ方向に駆動するためにピエゾ素子１４１を用いているが、ピエゾ素子１４１に代えて、モーター付マイクロメータや他のアクチュエータなどの駆動手段を用いることもできる。
【００６１】
また、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５を基板１０９に対して波長分散方向に並進駆動することに代えて、又は、並進駆動することに加えて、レンズ１０４を波長分散方向に並進駆動させてもよい。レンズ１０４の並進駆動は、例えば、上述のＭＥＭＳミラーアレイ１０５の並進駆動と同様にピエゾ素子１４１を用いた駆動機構で行うことができる。
【００６２】
また、第１実施形態の波長選択スイッチ１００では、ＣＰＵ１３１、ＬＵＴ１３３、及びメモリ１３４を用いてＭＥＭＳミラーアレイ１０５の駆動量に相当するドライバ回路１３２の制御値を参照しているが、ＬＵＴ１３３を用いずに温度から制御値を換算しても良い。例えば、ＬＵＴ１３３ではなく温度に対するドライバ回路１３２の制御値を換算する換算式をメモリ１３４にあらかじめ保存しておき、受信した温度に応じて換算式を基に制御値を算出しても良い。
【００６３】
第１実施形態波長選択スイッチ１００においては、駆動量を参照する制御機構１０６を有するため、経年変化などによってＭＥＭＳミラーアレイ１０５と各波長光との位置ズレ量が変化したとしても、テーブルの書き換えやプログラムの修正を行うことにより駆動量を変化させやすい。
【００６４】
（第２実施形態）
図９は、第２実施形態の駆動機構の構成を示す図である。第２実施形態の波長選択スイッチは、第１実施形態に対し、制御機構１０６と温度センサ１０７がなく、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５の駆動機構１０８として伸縮部材２０１を用いている（図９）。以下の説明では、第１実施形態と構成が異なる駆動機構について説明し、それ以外の構成についての詳細な説明は省略する。
【００６５】
ＭＥＭＳミラーアレイ１０５は、ケース部材２０３内に収容され、ケース部材２０３は、ＭＥＭＳミラー保持部材２０２内に保持されている。ケース部材２０３の外面には、ＭＥＭＳミラー保持部材２０２の内壁２０７と接触する突起部２０３ａと、ＭＥＭＳミラー保持部材２０２の内壁２０７にあってケース部材２０３と対向する内壁２０４と接触する突起部２０３ｂ、２０３ｃが設けられている。
【００６６】
伸縮部材２０１は、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５への入射光の波長分散方向（アレイ方向、図９の左右方向）にのみ伸縮するように、一方がＭＥＭＳミラーアレイ１０５と連結され、他方がＭＥＭＳミラー保持部材２０２と連結されている。
伸縮部材２０１は、例えば、線膨張係数の大きなアルミで構成されており、温度変化に伴って伸縮する。
【００６７】
以上の構成により、温度変化に伴い、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５は、ＭＥＭＳミラー保持部材２０２に対して摺動しつつ、伸縮部材２０１の伸縮量分だけ位置を変化することが可能となる。すなわち、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５への入射光の光学系の波長分散方向に位置を変更することが可能となる。
【００６８】
第２実施形態の駆動機構の動作について、図１０を用いて説明する。図１０（ａ）は、常温における駆動機構の状態を示す図、（ｂ）は常温よりも高い温度になったときの入射光線のアレイ方向のシフトを示す図、（ｃ）は常温よりも高い温度になったときのＭＥＭＳミラーアレイ１０５のアレイ方向のシフトを示す図である。
【００６９】
図１０（ａ）に示す例では、常温において、入射光線がＭＥＭＳミラーアレイ１０５の各ミラーに入射するように設定している。
これに対して、周辺雰囲気が変化し、波長選択スイッチ内の温度が上昇していくと、グレーティング１０３の屈折率変化等により、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５への入射光線が、波長分散方向へシフトしていく（図１０（ｂ））。
【００７０】
一方、伸縮部材２０１は、温度変化による伸縮量を、同じ温度変化による入射光線のシフト量に対応させている。このため、温度上昇に伴って伸縮部材２０１が所定量伸縮し、これにより、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５は、入射光線のシフト分に対応する量Ｅ２１だけ位置を変更する（図１０（ｃ））。図１０では温度が上昇する場合を示しているが、温度が下降した場合も上昇時とは逆方向に同様である。
尚、駆動機構の動作を分かりやすく説明するために、図１０（ｂ）と図１０（ｃ）を別々に記載しているが、実際には、伸縮部材２０１の伸縮と入射光線のシフトは同時に進行しており、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５が所望の位置へ移動する際に、遅れが生じるわけではない。
【００７１】
なお、伸縮部材２０１と、ＭＥＭＳミラー保持部材２０２及びケース部材２０３と、のそれぞれの波長分散方向の境界は、固定されずに当接されていてもよい。この場合、例えば、図１１に示すように、伸縮部材２０１の両端が、ＭＥＭＳミラー保持部材２０２の内壁２０５、及びケース部材２０３の一端にそれぞれ当接しているとともに、緩衝部材２１２及び弾性部材２１１が、ケース部材２０３の、伸縮部材２０１と相対する他端に連結している。緩衝部材２１２としては、例えばダンパーがあり、弾性部材２１１としては、例えば第１実施形態の弾性部材１４２と同様のバネを用いる。また、緩衝部材２１２及び弾性部材２１１は、ＭＥＭＳミラー保持部材２０２の内壁であって内壁２０５に対向する内壁２０６に連結されている。ここで、図１１は、第２実施形態の変形例に係る駆動機構の構成を示す図である。
【００７２】
第２実施形態の波長選択スイッチによれば、第１実施形態における、駆動機構１０８と制御機構１０６からの配線、測温部（温度センサ１０７及び温度モニタ１３５）、及び、制御機構１０６が不要であるため、波長選択スイッチ全体を簡略化できる。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。
【００７３】
（第３実施形態）
図１２は、第３実施形態の駆動機構の構成を示す図である。
第３実施形態の波長選択スイッチは、第２実施形態に対し、伸縮部材３０１の伸縮方向と、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５の移動方向と、の関係が異なる。別言すれば、第２実施形態では、伸縮部材２０１の伸縮方向が、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５の移動方向上にあったが、第３実施形態では、両者の方向が互いに一定の角度（例えば９０度）をなしている。
【００７４】
第３実施形態では、第１実施形態の波長選択スイッチ１００に対して、ピエゾ素子１４１及び弾性部材１４２に代えて伸縮部材３０１及び弾性部材３１１をそれぞれ備え、さらに、緩衝部材３１２を有している。
【００７５】
ＭＥＭＳミラーアレイ１０５は、ケース部材３０３内に収容され、ケース部材３０３は、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５がアレイ方向に移動可能に、ＭＥＭＳミラー保持部材３０２内に保持されている。ケース部材３０３の外面には、ＭＥＭＳミラー保持部材３０２の内壁と接触する突起部３０３ａと、ＭＥＭＳミラー保持部材３０２の内壁と接触する、突起部３０３ｂ、３０３ｃが設けられている。ケース部材３０３のアレイ方向の一端には、伸縮部材３０１の下端面３０１ｃが当接する接触端面３０３ｄが設けられている。下端面３０１ｃ及び接触端面３０３ｄはいずれも平面である。伸縮部材３０１の下端面３０１ｃとケース部材３０３の接触端面３０３ｄは、アレイ方向に対して一定の角度をなして互いに当接するように形成されている。
【００７６】
伸縮部材３０１の上端はＭＥＭＳミラー保持部材３０２の内壁３０５に固定されている。また、伸縮部材３０１の外面には、ＭＥＭＳミラー保持部材３０２の内壁３０４と接触する突起部３０１ａ、３０１ｂが設けられている。
【００７７】
伸縮部材３０１は、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５への入射光線の波長分散方向（図１２の左右方向）にのみ伸縮が反映されるよう、一端がＭＥＭＳミラーアレイ１０５と当接し、他方が、ＭＥＭＳミラー保持部材３０２の内壁３０４と連結されている。さらに、伸縮部材３０１は、その伸縮方向が、波長分散方向と一定の角度を持って配されるよう構成されている。
【００７８】
弾性部材３１１及び緩衝部材３１２は、波長分散方向にそれぞれ伸縮するよう、一方をＭＥＭＳミラーアレイ１０５と連結もしくは当接されており、他方を、ＭＥＭＳミラー保持部材３０２の左側内壁３０６と連結もしくは当接されるよう構成されている。
【００７９】
伸縮部材３０１は、例えば、線膨張係数の大きなアルミなどで構成されており、温度変化に伴って伸縮する。よって、温度変化に伴い、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５は、ＭＥＭＳミラー保持部材３０２に対し、伸縮部材３０１の伸縮量分に比例して位置を変化することが可能となる。すなわち、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５は、波長分散方向に線形に位置を変更することが可能となる。
【００８０】
尚、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５と伸縮部材３０１の当接部を曲線（曲面）形状とすると、温度変化に伴う、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５の、波長分散方向の位置変化を非線形とすることが可能となる。
【００８１】
本構成の動作について、図１３を用いて説明する。図１３（ａ）は、常温における駆動機構の状態を示す図、（ｂ）は常温よりも高い温度になったときの入射光線のアレイ方向のシフトを示す図、（ｃ）は常温よりも高い温度になったときのＭＥＭＳミラーアレイのアレイ方向のシフトを示す図である。
【００８２】
図１３（ａ）の状態から、周辺雰囲気が変化し、温度が上昇していくと、グレーティング１０３の屈折率変化等で、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５への入射光線が、波長分散方向（図１２、１３の左右方向）へシフトしていく（図１３（ｂ））。
【００８３】
一方、伸縮部材３０１は、温度変化による伸縮量が最適化されている。具体的には、温度変化による入射光線のシフト量（図１３（ｂ））と、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５の移動量と、が対応するように、伸縮部材３０１の線膨張係数から求められる伸縮量が最適化されている。これにより、温度上昇に伴い、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５は、入射光線のシフト分に対応する量Ｅ３１だけ位置を変更する（図１３（ｃ））。図１３では温度が上昇する場合を示しているが、温度が下降した場合も上昇時とは逆方向に同様である。
尚、駆動機構の動作を分かりやすく説明するために、図１３（ｂ）と図１３（ｃ）を別々に記載しているが、実際には、同時に進行しており、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５が所望の位置へ移動する際に、遅れが生じるわけではない。
【００８４】
以上の説明ではケース部材３０３の接触端面３０３ｄ及び伸縮部材３０１の下端面３０１ｃを平面としてＭＥＭＳミラーアレイ１０５の波長分散方向への移動量の変化を線形としたが、接触端面３０３ｄ及び下端面３０１ｃを互いに当接可能な曲面形状とすれば、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５の波長分散方向への移動量を非線形にすることも可能である。
【００８５】
第３実施形態の波長選択スイッチにおいては、線形の伸縮部材の伸縮により非線形の運動が可能となる。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態又は第２実施形態と同様である。
【００８６】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態に係る波長選択スイッチについて説明する。図１４は、第４実施形態の回転機構（駆動機構）の構成を示す図である。この回転機構は、グレーティング４０３の向きを変えるためのものである。第４実施形態に係る波長選択スイッチは、第１実施形態に係る波長選択スイッチ１００からＭＥＭＳミラーアレイ１０５の駆動装置１０８、温度センサ１０７、制御機構１０６を省き、第１実施形態のグレーティング１０３と同様の構成のグレーティング４０３に対して、図１４に示す回転機構を取り付けたものである。なお、常温時において、グレーティング４０３の配置は第１の実施形態と同様であり、装置全体の動作も同様である。
【００８７】
図１５は、温度変化に対する、グレーティング４０３による偏向角の変化を示す図である。
グレーティング４０３への入射光線Ｌ４１の出射光線のなす角を偏向角とし、温度Ｔのときに周波数νｉの光のグレーティング４０３による偏向角をθＧ（νｉ，Ｔ）とする。
【００８８】
温度が変化したときはグレーティング４０３の光学特性が変わる。主な原因はグレーティング４０３のイマージョン媒質の屈折率変化である。このため、グレーティング４０３に対し入射角が同じであっても出射角が変化する。すなわちＴ≠ＴＬのときθＧ（νｉ，Ｔ）≠θＧ（νｉ，ＴＬ）となる。
【００８９】
しかし、温度Ｔのときにグレーティング４０３をある角度Δθ（Ｔ）だけ回転させることによりθＧ（νｉ，Ｔ）＝θＧ（νｉ，ＴＬ）とすることはできる。ＴＬ＜Ｔ＜ＴＨのそれぞれのＴに対するグレーティング４０３の回転Δθ（Ｔ）を与えることにより、すべてのνｉＬ≦νｉ≦νｉＨ−１に対して次式（３）が成り立つようにすれば、温度範囲ＴＬ＜Ｔ＜ＴＨにおいて、それぞれの周波数νｉの光の偏向角はほとんど変わらないと言える。
【００９０】
【数８】
【００９１】
なお、式（３）の分子は図１５の角度Ａ４０に対応し、式（３）の分母は図１５の角度Ａ４１に対応する。
また、分散素子が２以上の部材に分かれているときは、それらを一体とみなして入射角と出射角を定義する。また、回転させる部材はそのうちの少なくともひとつでよい。
【００９２】
グレーティング４０３の回転機構の構成について、図１４を参照しつつ説明する。
図１４に示す回転機構は、台座４０９と、伸縮部材４０８と、弾性部材４１１と、緩衝部材４１２と、を有している。
【００９３】
台座４０９は、上面として、軸４０９ｄを中心とする円形の平面形状を備える。軸４０９ｄは、台座４０９の平面内で互いに垂直な２つの軸４０９ｂ、４０９ｃのそれぞれに直交する。台座４０９の円形平面の外周からは、軸４０９ｃ方向に延びる腕部４０９ａが形成されている。台座４０９は、不図示の軸部材によって、基板１０９（図１）に対し、波長分散方向にも光軸方向にも垂直（図１４の紙面に垂直）な軸４０９ｄに関し、回転可能に軸支されている。また、台座４０９の上面には、グレーティング４０３が固定保持される。
【００９４】
伸縮部材４０８は、柱状の部材であって、その軸方向の一端は、台座４０９の軸４０９ｃに連結もしくは当接されている。また、伸縮部材４０８の軸方向の他端は、基板１０９に固定された基部４１０に連結もしくは当接されている。伸縮部材４０８と、基部４１０及び軸４０９ｃと、がそれぞれ連結もしくは当接する位置を結ぶ直線は、台座４０９を回転可能に軸支されている軸４０９ｄを通らないよう構成されている。別言すると、伸縮部材４０８の軸方向は、軸４０９ｄと交差していない。
【００９５】
伸縮部材４０８は、例えば、線膨張係数の大きなアルミなどで構成されており、温度変化に伴って伸縮する。よって、温度変化に伴い、グレーティング４０３は、基部４１０、４１３に対し、波長分散方向にも光軸方向にも垂直な軸４０９ｄに関して、角度を変更することが可能となる。
【００９６】
弾性部材４１１は、例えばバネであり、一端が台座４０９の軸４０９ｃに連結もしくは当接されており、他端が、基板１０９に固定された基部４１３に連結もしくは当接している。したがって、弾性部材４１１と伸縮部材４０８は、台座４０９の軸４０９ｃを挟んで相対するように配置されている。
【００９７】
緩衝部材４１２は、例えばダンパーであり、弾性部材４１１と同様に、一端が台座４０９の軸４０９ｃに連結もしくは当接され、他端が、基部４１３に連結もしくは当接しており、台座４０９の軸４０９ｃを挟んで伸縮部材４０８と相対するように配置されている。
【００９８】
本構成の動作について、図１６を用いて説明する。図１６（ａ）は、常温における回転機構の状態を示す図、（ｂ）は常温よりも高い温度になったときの偏向角の変化を示す図、（ｃ）は常温よりも高い温度になったときの台座４０９の回転を示す図である。
【００９９】
図１６（ａ）に示す常温状態では、マイクロレンズアレイ１０２からの入射光は、グレーティング４０３の斜面上であって軸４０９ｄと一致する点で分散され、レンズ１０４側へ出射される。図１６（ａ）の常温状態から、周辺雰囲気が変化し、温度が上昇していくと、グレーティング４０３の屈折率変化等で、レンズ１０４へ向かう光線のグレーティング４０３からの出射角度も変化する（図１６（ｂ））。このためファイバアレイ１０１から来た光線と、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５に向かう光線のなす角、つまり偏向角が減少する。
【０１００】
第４実施形態の波長選択スイッチでは、温度変化による、偏向角の変化量と伸縮部材４０８の線膨張係数から求められる伸縮量と、を互いに対応させている。具体的には、偏向角の変化量に対応した量Ｅ４１だけ伸縮部材４０８が基部４１３側に伸張し、これにより台座４０９が軸４０９ｄの周りを回転する。これにより、回折面４０３ａに対するマイクロレンズアレイ１０２からの光の入射角が減少する（図１６（ｃ））。したがって、温度上昇に伴い、グレーティング４０３は、偏向角の変化分を補正するだけ入射光に対する角度を変更することができる。
つまり、図１６（ａ）と図１６（ｃ）において、偏向角は等しくなる。また、温度が下降した場合も上昇時とは逆方向に同様である。
尚、回転機構の動作を分かりやすく説明するために、図１６（ｂ）と図１６（ｃ）を別々に記載しているが、実際には、同時に進行しており、グレーティング４０３が所望の位置へ移動する際に、遅れが生じるわけではない。
【０１０１】
第４実施形態の波長選択スイッチでは、台座４０９の回転中心である軸４０９ｄから、伸縮部材４０８と台座４０９の軸４０９ｃとが互いに当接する位置までの距離を適切に設定することにより、所望の回転量を得ることができる。
【０１０２】
また、伸縮部材４０８は、第１実施形態のピエゾ素子１４１のように制御可能な駆動手段を設けたものであってもよい。その場合は温度センサ１０７と制御機構１０６も備えることが好ましい。制御機構１０６に含まれるＣＰＵ１３１、ＬＵＴ１３３、メモリ１３４を用いて分散素子の回転駆動量に相当するドライバ回路１３２の制御値を参照してもよいし、ＬＵＴ１３３を用いずに温度から制御値を換算しても良い。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。
【０１０３】
（第５実施形態）
図１７を参照して、第５実施形態に係る波長選択スイッチについて説明する。図１７は、第５実施形態の回転機構（駆動機構）の構成を示す図である。
第５実施形態の波長選択スイッチは、第４実施形態に対し、グレーティング５０３の向きを変える回転機構の構成が異なる。
【０１０４】
グレーティング５０３は、第４実施形態のグレーティング４０３と同様の構成である。図１７に示す回転機構は、台座５０９と、伸縮部材５１１と、を有している。
台座５０９は、基板１０９（図１）に固定された基部５１０に対し、波長分散方向にも光軸方向にも垂直（図１７の紙面に垂直）な軸５０９ａに関し、回転可能に軸支されている。台座５０９は、上面として、軸５０９ａを中心とする円形の平面形状を備える。台座５０９の上面には、グレーティング５０３が保持される。
【０１０５】
伸縮部材５１１は、例えば、渦巻きバネであって、台座５０９の軸５０９ａ側から外周側へ発条状に配置される。さらに、伸縮部材５１１は、台座５０９の上面に設けた溝（不図示）内に摺動可能に保持され、軸５０９ａ側の一端は台座５０９に固定され、他端は基部５１０に固定されている。
【０１０６】
伸縮部材５１１は、例えば、線膨張係数の大きなアルミ材などで構成されており、温度変化に伴って伸縮する。したがって、温度変化に伴って伸縮部材５１１が溝内で伸縮すると、伸縮に対応して台座５０９が軸５０９ａの周りを回転し、グレーティング５０３は、基部５１０に対し、軸５０９ａに関して、角度を変更することが可能となる。
この構成によれば、第４実施形態の伸縮部材４０８よりも、伸縮部材５１１の方が台座５０９の回転量を大きくしやすい。
【０１０７】
第５実施形態の波長選択スイッチにおいては、伸縮部材５１１の巻き数を適切に設定することによって、所望の回転量を得ることができる。
なお、伸縮部材５１１は、第１実施形態のように制御可能な駆動手段を設けたものであってもよい。
【０１０８】
また、ＭＥＭＳミラーアレイ１０５の波長分散方向への移動とグレーティング１０３の角度の変更が同時に起こるようになっていてもかまわない。
なお、その他の構成、作用、効果については、第４実施形態と同様である。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
以上のように、本発明に係る波長選択スイッチは、温度変化が起きても正確なスイッチングが求められる波長選択スイッチに有用である。
【符号の説明】
【０１１０】
１００ 波長選択スイッチ
１０１ ファイバアレイ
１０２ マイクロレンズアレイ
１０３ グレーティング
１０４ レンズ
１０５ ＭＥＭＳミラーアレイ
１０６ 制御機構
１０７ 温度センサ
１０８ 駆動機構
１０９ 基板
１１１ 入射面
１１２ 回折面
１３２ ドライバ回路
１３３ ＬＵＴ
１３４ メモリ
１３５ 温度モニタ
１４１ ピエゾ素子
１４２ 弾性部材
１４３ 保持部材
２０１ 伸縮部材
２０２ ＭＥＭＳミラー保持部材
２０３ ケース部材
２０４、２０５、２０６、２０７ 内壁
２１１ 弾性部材
２１２ 緩衝部材
３０１ 伸縮部材
３０２ ＭＥＭＳミラー保持部材
３０３ ケース部材
３０３ｄ 接触端面
３０４、３０５、３０６ 内壁
３１１ 弾性部材
３１２ 緩衝部材
４０３ グレーティング
４０８ 伸縮部材
４０９ 台座
４０９ａ 腕部
４０９ｂ、４０９ｃ、４０９ｄ 軸
４１０ 基部
４１１ 弾性部材
４１２ 緩衝部材
４１３ 基部
５０３ グレーティング
５０９ 台座
５０９ａ 軸
５１０ 基部
５１１ 伸縮部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を備えた波長選択スイッチであって、
前記基板上に、
前記波長選択スイッチ内に波長多重された光を入射させる少なくとも一つの入力部と、
前記入力部からの前記光を受光し、前記光を分散させる分散素子と、
前記分散素子によって分散された光を波長ごとに集光する集光要素と、
前記集光要素からの前記波長ごとの光を波長ごとに独立に偏向可能な、複数の偏向素子を有する光偏向部材と、
前記光偏向部材によって偏向された前記波長ごとの光を受光する出力部と、
前記分散素子、前記集光要素、及び前記光偏向部材の少なくともひとつを駆動させる駆動機構と、を備え、
前記駆動機構による駆動は、前記分散素子の場合は前記基板に対して垂直な軸の周りの回転駆動であり、前記集光要素もしくは前記光偏光部材の場合は前記基板に対して波長分散方向の並進であることを特徴とする波長選択スイッチ。
【請求項２】
すべてのνｉＬ≦νｉ≦νｉＨ−１、ＴＬ＜Ｔ＜ＴＨに対して次式（１）が成り立つことを特徴とする請求項１に記載の波長選択スイッチ。
【数１】
ただし、
νｉはグリッド周波数、
νｉＬは使用帯域の最低グリッド周波数、
νｉＨは同最高グリッド周波数、
ｉＬ、ｉ、ｉＨはｉＬ≦ｉ≦ｉＨを満たす整数、
νｉ＜νｉ＋１、
Ｔは温度、
ＴＬは使用温度の範囲の最低温度、
ＴＨは使用温度の範囲の最高温度、
ＴＬ＜Ｔ＜ＴＨ、
Ｓ（νｉ，Ｔ）は温度Ｔのときに周波数νｉの光の主光線と前記光偏向部材と重なる面との交点、であり、
Ｓ１、Ｓ２の２点間距離を次式（２）で表す。
【数２】
【請求項３】
装置内の温度を測定する測温部と、
前記測温部から温度情報を受け取り、温度情報に基づく駆動量で前記駆動機構を駆動させる制御系と、
を備えたことを特徴とする請求項２に記載の波長選択スイッチ。
【請求項４】
前記駆動機構が、温度変化によってそれ自体が伸縮する伸縮部材を含んでいることを特徴とする請求項２に記載の波長選択スイッチ。
【請求項５】
すべてのνｉＬ≦νｉ≦νｉＨ−１、ＴＬ＜Ｔ＜ＴＨに対して次式（３）が成り立つことを特徴とする請求項１に記載の波長選択スイッチ。
【数３】
ただし、
θＧ（νｉ，Ｔ）は温度Ｔのときに周波数νｉの光の前記偏光素子による偏向角である。
【請求項６】
装置内の温度を測定する測温部と、
前記測温部から温度情報を受け取り、温度情報に基づく駆動量で前記駆動機構を駆動させる制御系と、
を備えたことを特徴とする請求項５に記載の波長選択スイッチ。
【請求項７】
前記駆動機構が、温度変化によってそれ自体が伸縮する伸縮部材を含んでいることを特徴とする請求項６に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１】
基板を備えた波長選択スイッチであって、
前記基板上に、
前記波長選択スイッチ内に波長多重された光を入射させる少なくとも一つの入力部と、
前記入力部からの前記光を受光し、前記光を分散させる分散素子と、
前記分散素子によって分散された光を波長ごとに集光する集光要素と、
前記集光要素からの前記波長ごとの光を波長ごとに独立に偏向可能な、複数の偏向素子を有する光偏向部材と、
前記光偏向部材によって偏向された前記波長ごとの光を受光する出力部と、
前記分散素子、前記集光要素、及び前記光偏向部材の少なくともひとつを駆動させる駆動機構と、を備え、
前記駆動機構による駆動は、前記分散素子の場合は前記基板に対して垂直な軸の周りの回転駆動であり、前記集光要素もしくは前記光偏光部材の場合は前記基板に対して波長分散方向の並進であることを特徴とする波長選択スイッチ。
【請求項２】
すべてのνｉＬ≦νｉ≦νｉＨ−１、ＴＬ＜Ｔ＜ＴＨに対して次式（１）が成り立つことを特徴とする請求項１に記載の波長選択スイッチ。
【数１】
ただし、
νｉはグリッド周波数、
νｉＬは使用帯域の最低グリッド周波数、
νｉＨは同最高グリッド周波数、
ｉＬ、ｉ、ｉＨはｉＬ≦ｉ≦ｉＨを満たす整数、
νｉ＜νｉ＋１、
Ｔは温度、
ＴＬは使用温度の範囲の最低温度、
ＴＨは使用温度の範囲の最高温度、
ＴＬ＜Ｔ＜ＴＨ、
Ｓ（νｉ，Ｔ）は温度Ｔのときに周波数νｉの光の主光線と前記光偏向部材と重なる面との交点、であり、
Ｓ１、Ｓ２の２点間距離を次式（２）で表す。
【数２】
【請求項３】
装置内の温度を測定する測温部と、
前記測温部から温度情報を受け取り、温度情報に基づく駆動量で前記駆動機構を駆動させる制御系と、
を備えたことを特徴とする請求項２に記載の波長選択スイッチ。
【請求項４】
前記駆動機構が、温度変化によってそれ自体が伸縮する伸縮部材を含んでいることを特徴とする請求項２に記載の波長選択スイッチ。
【請求項５】
すべてのνｉＬ≦νｉ≦νｉＨ−１、ＴＬ＜Ｔ＜ＴＨに対して次式（３）が成り立つことを特徴とする請求項１に記載の波長選択スイッチ。
【数３】
ただし、
θＧ（νｉ，Ｔ）は温度Ｔのときに周波数νｉの光の前記偏光素子による偏向角である。
【請求項６】
装置内の温度を測定する測温部と、
前記測温部から温度情報を受け取り、温度情報に基づく駆動量で前記駆動機構を駆動させる制御系と、
を備えたことを特徴とする請求項５に記載の波長選択スイッチ。
【請求項７】
前記駆動機構が、温度変化によってそれ自体が伸縮する伸縮部材を含んでいることを特徴とする請求項６に記載の波長選択スイッチ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１１−１８５９７１（Ｐ２０１１−１８５９７１Ａ）
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４７８１８（Ｐ２０１０−４７８１８）
【出願日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【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９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月４日（２０１０．３．４）
【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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