波長選択スイッチ
【課題】広帯域化を実現しつつ、ミラーの振れ角の範囲を大きくする事なく、ヒットレス動作を実現する。
【解決手段】第１方向にアレイ状に並び、波長多重された光の入力部及び出力部を有する光入出力部と、入力部から入力された波長多重光をそれぞれの信号波長に分離する光分散手段と、信号波長に分離された光を集光させる集光素子と、集光素子により集光されたそれぞれの信号波長光を所望の出力部にスイッチングさせるように、第１方向、及び、第１方向に直交する第２方向に、信号光を偏向させる光偏向素子アレイと、を備える波長選択スイッチにおいて、光偏向素子アレイの偏向範囲内において、入力部から出射された光が、その進行方向と垂直な面に対し、垂直と異なる角度で入射するように集光素子及び光偏向素子アレイが配置されている。
【解決手段】第１方向にアレイ状に並び、波長多重された光の入力部及び出力部を有する光入出力部と、入力部から入力された波長多重光をそれぞれの信号波長に分離する光分散手段と、信号波長に分離された光を集光させる集光素子と、集光素子により集光されたそれぞれの信号波長光を所望の出力部にスイッチングさせるように、第１方向、及び、第１方向に直交する第２方向に、信号光を偏向させる光偏向素子アレイと、を備える波長選択スイッチにおいて、光偏向素子アレイの偏向範囲内において、入力部から出射された光が、その進行方向と垂直な面に対し、垂直と異なる角度で入射するように集光素子及び光偏向素子アレイが配置されている。
【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】
波長に対応してミラーアレイのミラーの傾きを制御する波長選択スイッチにおいて、任意の入力ポートのある波長の光が出力ポートに出力された状態で、違う入力ポートに切り替えたい場合、意図しない入力ポートの光が出力ポートに出力されてはいけない。意図しない入力ポートの光が出力ポートに出力されることを防ぐ方法として、ミラーを一度、角度分散方向に振って、繋がっていた入力ポートの光強度を十分に落とすものがある。この方法では、全ての入力ポートの光が出力ポートに出力されない状態を保ちながら、ポート切り替え方向にミラーを振った後に、再度、角度分散方向にミラーを振って、任意のポートに切り替える（例えば特許文献１）。この方法は、一般的にヒットレスと呼ばれている。
また、波長選択スイッチの広帯域化を実現するには、ミラーアレイのミラー上でのスポット径を小さくする事が有効である事が広く知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６７９８９４１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、広帯域化の実現のためにミラー上のビーム径を小さくすると、ヒットレスの際にミラーの振れ角度に対する透過率の低下量が小さくなってしまい、ヒットレスを行う事が困難となる。従って波長選択スイッチの広帯域化において、ヒットレスを行うにはミラーの振れ角度幅を大きくする必要があるが、ミラーの構造上、振れ角度幅には制限があり、大きくする事はできないという課題があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、広帯域の波長選択スイッチにおいて、ミラーの振れ角の範囲を大きくする事なく、ヒットレス動作を実現する事を目的としている。
【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、本発明に係る波長選択スイッチは、第１方向にアレイ状に並び、波長多重された光の入力部及び出力部を有する光入出力部と、入力部から入力された波長多重光をそれぞれの信号波長に分離する光分散手段と、信号波長に分離された光を集光させる集光素子と、集光素子により集光されたそれぞれの信号波長光を所望の出力部にスイッチングさせるように、第１方向、及び、第１方向に直交する第２方向に、信号光を偏向させる光偏向素子アレイと、を備える波長選択スイッチにおいて、光偏向素子アレイの偏向範囲内において、入力部から出射された光が、その進行方向と垂直な面に対し、垂直と異なる角度で入射するように集光素子及び光偏向素子アレイが配置されていることを特徴としている。
【０００７】
本発明に係る波長選択スイッチにおいては、集光素子により集光されたそれぞれの信号波長光の進行方向が、第２方向において、集光素子の中心軸と一致しないように、光分散手段と集光素子が配置されていることが好ましい。
【０００８】
本発明に係る波長選択スイッチにおいては、集光素子により集光されたそれぞれの信号波長光の進行方向が、第２方向において、集光素子の中心軸と一致し、光偏向素子アレイの偏向範囲内において、入力部から出射された光が、その進行方向と垂直な面に対し、垂直と異なる角度で入射するように光偏向素子アレイが傾斜していることが好ましい。
【０００９】
本発明に係る波長選択スイッチにおいて、集光素子は、集光素子により集光されたそれぞれの信号波長光の進行方向と集光素子の中心軸とが一致する位置から、第２方向へずらして配置されていることが好ましい。
【００１０】
本発明に係る波長選択スイッチにおいて、光偏向素子アレイは、第２方向に配列された複数のミラーを有するミラーアレイであって、複数のミラーは、複数のミラーのそれぞれに集光する点を結んだ軸に対して常に斜めに傾いていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る波長選択スイッチは、広帯域化を実現しつつ、ミラーの振れ角の範囲を大きくする事なく、ヒットレス動作を実現するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態の波長選択スイッチの構成を示す側面図である。
【図２】第１実施形態の波長選択スイッチの構成を示す上面図である。
【図３】図２の分散素子及び集光レンズの拡大図である。
【図４】第１実施形態のミラーアレイの構成を示す斜視図である。
【図５】（ａ）は、α傾いてミラーへ入射する入射光の反射を第２方向から見た図、（ｂ）はβ傾いてミラーへ入射する入射光の反射を第１方向から見た図である。
【図６】第１実施形態の入出力ポートとレンズアレイの配置を示す斜視図である。
【図７】図６の一部を拡大して第２方向から見た側面図である。
【図８】図６の一部を拡大して第１方向から見た側面図である。
【図９】第１変形例に係る入出力ポートとレンズアレイの配置を示す斜視図である。
【図１０】図９の一部を拡大して第２方向から見た側面図である。
【図１１】図９の一部を拡大して第１方向から見た側面図である。
【図１２】第１実施形態のミラーの角度を変更したときの、角度Ｘθ及び角度Ｙθに対する光強度Ｉの分布を示す図である。
【図１３】第１実施形態のミラーの角度Ｘθ、Ｙθと出力ポートに入る光の光強度Ｉとの関係を示した図である。
【図１４】第１実施形態の出力ポートに入る光の光強度Ｉ、ミラーの角度Ｙθ、及びヒットレス範囲の関係を示す図であり、（ａ）は角度Ｙθの位置をオフセットしていない比較例を示し、（ｂ）は角度Ｙθをオフセットした例を示す図である。
【図１５】第１実施形態のＭＥＭＳミラーの構成を示す斜視図である。
【図１６】図１５の軸方向から見た側面図であって、（ａ）は角度ＹθがＹθ１であるときの状態を、（ｂ）は角度ＹθがＹθ２であるときの状態を、それぞれ示す図である。
【図１７】第２変形例に係るＭＥＭＳミラーの構成を示す斜視図である。
【図１８】図１７の軸方向から見た側面図であって、（ａ）は角度ＹθがＹθ１であるときの状態を、（ｂ）は角度ＹθがＹθ２であるときの状態を、それぞれ示す図である。
【図１９】第３変形例に係るＭＥＭＳミラーの構成を示す斜視図である。
【図２０】図１９の軸方向から見た側面図であって、（ａ）は角度ＹθがＹθ１であるときの状態を、（ｂ）は角度ＹθがＹθ２であるときの状態を、それぞれ示す図である。
【図２１】第１実施形態の波長選択スイッチを組み立てる手順の１つの例を示すフローチャートである。
【図２２】第１実施形態の波長選択スイッチの組立過程のうち、集光レンズを配置した状態を示す図である。
【図２３】第１実施形態の波長選択スイッチの組立過程のうち、ミラーアレイを駆動して出力ポートの光強度分布を測定する状態を示す図である。
【図２４】第４変形例に係る分散素子、集光レンズ、及びミラーアレイの構成を示す斜視図である。
【図２５】第２実施形態の波長選択スイッチの構成を示す側面図である。
【図２６】第２実施形態の波長選択スイッチの構成を示す上面図である。
【図２７】図２６の分散素子及び集光レンズの拡大図である。
【図２８】ミラーアレイの構成を示す第１方向から見た側面図である。
【図２９】（ａ）は、角度ＹθをＹθ１としたときのミラーへの入射光の反射を第１方向から見た図、（ｂ）は、角度ＹθをＹθ２としたときのミラーへの入射光の反射を第１方向から見た図である。
【図３０】第２実施形態のＭＥＭＳミラーの構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の波長選択スイッチの構成を示す側面図、図２は、第１実施形態の波長選択スイッチの構成を示す上面図、図３は、図２の分散素子１１２及び集光レンズ１１３の拡大図である。
第１実施形態の波長選択スイッチは、光入出力部としての入出力ポート１１０、レンズアレイ１１１、光分散手段としての分散素子１１２、集光素子としての集光レンズ１１３、及び、光偏向素子アレイとしてのミラーアレイ１１４を有している。
【００１５】
入出力ポート１１０は、複数の入出力ポートを備え、例えば図１に示すように、４つの入力ポート１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄと、１本の出力ポート１１０ｅと、が出力ポート１１０ｅを中心に第１方向Ａ１にアレイ状に等間隔で並んだ状態で構成される。入出力ポートの本数、入力ポートと出力ポートの並び等はこの状態で限定されるものではない。また、図２では、１つの入力ポートのみから波長多重された光が入力されている様子を簡略化して示しているが、実際は複数の入力ポートから、波長多重された光が入力される。
【００１６】
レンズアレイ１１１は、少なくとも、入出力ポート１１０のそれぞれの入出力ポートに対応した複数のレンズを有している。それぞれの入力ポート１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄから出た光は、レンズアレイ１１１の対応するレンズによって、コリメートされた光となり分散素子１１２の方向へ出ていく。
【００１７】
分散素子１１２は、レンズアレイ１１１でコリメートされた光を第１方向Ａ１（図１）に直交する第２方向Ｂ１（図２）において、波長に応じて角度分散させる。分散素子１１２に入る波長多重された光は、分散点Ｐ１から、各波長に応じて第２方向Ｂ１において、互いに異なる角度で進行する。
なお、分散素子１１２は、図１、図２のような透過型の分散素子のほか、反射型の分散素子を用いても良い。
【００１８】
集光レンズ１１３は、焦点距離ｆ１を有している。分散素子１１２により分散された各波長の光は、集光レンズ１１３によって、ミラーアレイ１１４の複数のミラー１１４ｍ上にそれぞれ集光する。
【００１９】
ここで、分散素子１１２と集光レンズ１１３の間隔は焦点距離ｆ１だけ離れていることが望ましい。なぜなら、分散素子１１２と集光レンズ１１３の間隔は焦点距離ｆ１からずれていると、集光レンズ１１３から出た各波長の光の角度が波長ごとに異なってしまう為である。つまり、分散素子１１２と集光レンズ１１３の間隔がｆ１であると、集光レンズ１１３から出た光は波長ごとに一致した方向にミラーアレイ１１４のミラー１１４ｍに向かって進んでいく。
【００２０】
図３に示すように、集光レンズ１１３は、前側焦点位置ＦＰ１と後側焦点位置ＦＰ２を結んだ軸である光軸が、分散素子１１２の分散点Ｐ１から第２方向Ｂ１にΔＱオフセットさせた位置を通るように配置されている。
【００２１】
これにより、分散素子１１２により分散された各波長の光のうち、第２方向Ｂ１の角度が光軸と同一となる波長λｃの光と、集光レンズ１１３の光軸と、は分散素子１１２から分散して集光レンズ１１３に入るまでの間、集光レンズ１１３の光軸と第２方向Ｂ１に対する角度が同一で進行する。波長λｃの光は、集光レンズ１１３の光軸に対してΔＱだけ第２方向Ｂ１にオフセットした位置を通り、集光レンズ１１３によって、第２方向Ｂ１において集光レンズ１１３の光軸と異なる方向に、ミラーアレイ１１４のミラー１１４ｍに向かって進む。したがって、集光レンズ１１３から出る各波長の光は、第２方向Ｂ１において集光レンズ１１３の光軸とは一致しない方向に、それぞれ平行な状態で進んでいく。
ここで、波長λｃの光は、分散素子１１２から集光レンズ１１３までの区間において集光レンズ１１３の光軸と第２方向Ｂ１の角度方向が一致する信号波長の光である。
【００２２】
図４は、ミラーアレイ１１４の構成を示す斜視図である。図５（ａ）は、α傾いてミラー１１４ｍへ入射する入射光の反射を第２方向Ｂ１から見た図、（ｂ）はβ傾いてミラー１１４ｍへ入射する入射光の反射を第１方向Ａ１から見た図である。
【００２３】
ミラーアレイ１１４は、第２方向Ｂ１に配列された複数のミラー１１４ｍを有している。各ミラー１１４ｍは、図４、図５に示すように、Ｘ軸に沿った軸Ｘｍを中心に角度Ｘθ、Ｙ軸に沿った軸Ｙｍ中心に角度Ｙθ、それぞれ独立して回転する事が可能である。
ここで、Ｘ軸は第２方向Ｂ１、Ｙ軸は第１方向Ａ１に対応している。
【００２４】
各ミラー１１４ｍは、分散素子１１２によって波長ごとに分散された光にそれぞれ対応する。これらの光は、集光レンズ１１３によって、集光レンズ１１３の光軸とは異なる方向にそれぞれ出射され、対応するミラー１１４ｍの中心にそれぞれ集光される。ミラー１１４ｍ上に集光される光は、ミラー１１４ｍの反射面に対して斜めに入射し、ミラー１１４ｍによって、入射方向とは異なった方向に反射される。
【００２５】
ミラーアレイ１１４は、各ミラー１１４ｍの反射面の中心と集光レンズ１１３との間隔が、ｆ１と一致するように配置されている。ここで、ミラー１１４ｍの反射面の中心は、角度Ｘθの回転軸Ｘｍと角度Ｙθの回転軸Ｙｍの交点と略一致する。この配置により、分散素子１１２において波長ごとに分散された光はミラー１１４ｍの反射面の中心位置に集光する。このときの各波長の光の集光位置を結んだ軸は、Ｘ軸に沿った軸であり、集光レンズ１１３の光軸に対して垂直である。
【００２６】
このとき、図５のように角度Ｘθ、Ｙθミラー１１４ｍを回転して、第１方向Ａ１の入射角をα、第２方向Ｂ１の入射角をβとした光を入射させると、ミラー１１４ｍから反射される光は、第１方向Ａ１では角度２α（図５（ａ））、第２方向Ｂ１では角度２β（図５（ｂ））だけ、入射光に対して、傾いた方向に反射される。
【００２７】
ミラーアレイ１１４のミラー１１４ｍによって反射された光は広がりを持った光束の状態で集光レンズ１１３に入る。各ミラー１１４ｍの回転角が同じの場合、集光レンズ１１３に入った各波長の光は分散素子１１２上の一点に集まり、波長多重されたコリメート光となって集光レンズ１１３から分散素子１１２へ進んでいく。
【００２８】
分散素子１１２上で一点に集まる集合点は分散素子１１２によって、入力ポートから波長多重された光が波長によって異なる方向に分散素子１１２上で分散される分散点とは距離Ｌだけ離れた位置にある。距離Ｌの第２方向Ｂ１の成分をＬＸ及び第１方向Ａ１の成分ＬＹは、集光レンズ１１３の焦点距離ｆ１とミラー１１４ｍへの入射角α、βを用いると以下の式（１）、（２）で表される。
ＬＸ＝ｆ１・ｔａｎ（２β） ・・・（１）
ＬＹ＝ｆ１・ｔａｎ（２α） ・・・（２）
【００２９】
分散素子１１２によって波長多重されたコリメート光は、レンズアレイ１１１のレンズのうち、出力ポート１１０ｅに対応したレンズ上に入る。レンズ上に入る位置はレンズの中心ではなく、中心から第２方向Ｂ１にＬＸだけずれた位置であり、レンズの光軸と同じ角度で入り、レンズから出た光は出力ポート１１０ｅ上に集光される。
【００３０】
図６は、入出力ポート１１０とレンズアレイ１１１の配置を示す斜視図である。図７は、図６の一部を拡大して第２方向Ｂ１から見た側面図、図８は、図６の一部を拡大して第１方向Ａ１から見た側面図である。
図６〜図８は入出力ポート１１０の入力ポート１１０ｃから出る光と出力ポート１１０ｅに入る光の関係を示している。
【００３１】
ここで、Ｕ面１１０Ｕは、入出力ポート１１０の各入力ポートから出る光に対して垂直な仮想面である。図５に示すようにミラー１１４ｍへの入射角βがゼロでないとき、出力ポート１１０ｅに入る光はＵ面１１０Ｕに対して、第２方向Ｂ１に斜めに入射する。ミラー１１４ｍへの入射角βがゼロのとき、出力ポート１１０ｅに入る光はＵ面１１０Ｕに対して、第２方向Ｂ１に垂直に入射する。Ｕ面１１０Ｕに斜めに入射する角度をθとすると、入射角βが大きくなればなるほど、出力ポート１１０ｅに入る光の入射角θは大きくなる。入射角βがある大きさを越えると、出力ポート１１０ｅ上に入射する位置がレンズアレイ１１１のレンズの収差によって第２方向Ｂ１にずれる事となり、さらに入射角βを大きくすると、最終的に入力ポートと出力ポート１１０ｅは繋がらなくなってしまう。
【００３２】
出力ポート１１０ｅに入射する光が、Ｕ面１１０Ｕに対して角度θだけ斜めに入った場合の出力ポート１１０ｅの結合効率ηは次式（３）で表される。
η＝ｅｘｐ（−π２ω２θ２／λ） ・・・（３）
ここで、ωは出力ポート１１０ｅに入射するスポットサイズ、λは入射光の波長を示している。
【００３３】
角度θが大きくなると、結合効率ηは小さくなる事がこの式（３）から分かる。出力ポート１１０ｅに入射する第１方向Ａ１の入射角をθＸ、第２方向Ｂ１の入射角をθＹとすると、θＸ＝０の場合、出力ポート１１０ｅと繋がっている入力ポートの中心軸間隔Ｐは次式（４）で表される。
Ｐ＝ＬＹ＝ｆ１・ｔａｎ（２α） ・・・（４）
【００３４】
また、入射角βがミラー１１４ｍの回転範囲において最も小さい場合、θＸ＝０（Ｐ＝ＬＸ）のときは、入力ポート１１０ｃの光が最も損失が少ない状態で出力ポート１１０ｅに繋がった状態となる。
【００３５】
図９は、第１変形例に係る入出力ポート２１０とレンズアレイ２１１の配置を示す斜視図である。図１０は、図９の一部を拡大して第２方向Ｂ１から見た側面図、図１１は、図９の一部を拡大して第１方向Ａ１から見た側面図である。
上述の実施形態では、入出力ポート１１０の各入力ポート内から光が進行し、入力ポート端面で光が出射しており、その入出力ポート１１０の各ポートのレンズアレイ１１１側の端面と、入力ポート内及び出力ポート内を進行する光の進行方向と、が互いに垂直となっている。
【００３６】
これに対して、図９、図１０、図１１に示すように、入出力ポート２１０の各ポートのレンズアレイ２１１側の端面が、入力ポート２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄ内及び出力ポート２１０ｅ内を進行する方向に対して斜めになるように、入出力ポート２１０とレンズアレイ２１１を配置しても良い。この第１変形例においても、Ｕ面２１０Ｕは、入出力ポート２１０の各入力ポートから出る光に対しては垂直な仮想面である。
【００３７】
第１実施形態の波長選択スイッチでは、ミラー１１４ｍを回転する事によって、入射光の入射角α、βを変化させる事が可能である。入射角α、βを変化させることにより、入出力ポート１１０のＵ面１１０Ｕに入射する入射角θＸ、θＹを変化させる事が可能である。したがって、ミラー１１４ｍを回転する事によって、出力ポート１１０ｅに出力される光強度を任意に減少させる事が可能である。
【００３８】
図１２は、ミラー１１４ｍの角度を変更したときの、角度Ｘθ及び角度Ｙθに対する光強度Ｉの分布を示す図である。図１２では、ある任意の入力ポートが出力ポートと繋がっている状態において、光強度が最も高くなるように、ミラー１１４ｍを、角度Ｘθ＝０かつ角度Ｙθ＝０から振ったときの出力ポートの光強度Ｉの分布を示している。図１２によれば、ミラー１１４ｍを回転軸Ｘｍ及び／又は回転軸Ｙｍの周りに回転させる事によって、出力ポートの光強度Ｉを減少させる事が可能である事が分かる。
【００３９】
また、図１に示すように入力ポートは４つあるため、入力ポートの中心軸間隔ＰがＬＸとなる箇所も４つ存在し、それぞれのミラー１１４ｍの回転角は、角度Ｙθは同一であるが、角度Ｘθはそれぞれ違う値である。つまり、ミラー１１４ｍのＸθを回転する事によって、入射角αを変化させ、任意の入力ポートを出力ポート１１０ｅに接続する事が可能である。
【００４０】
入出力ポート１１０の各入力ポートに入力される波長多重された光は、波長ごとに入力される光強度が異なる。波長選択スイッチには、波長ごとに異なる強度を揃えて、波長多重し、出力ポートから出力するという機能（アッテネーション）がある。第１実施形態の波長選択スイッチでは、光強度が最も高くなるように集光レンズ１１３のミラー１１４ｍを振った状態から、各波長の光強度に対応してミラー１１４ｍの回転角を可変する事によって、アッテネーションを達成している。
【００４１】
アッテネーションにおいて揃える光強度の値は、最も小さい光強度値より小さい値とする必要があり、その最も小さい光強度との強度差が大きい波長はミラー１１４ｍを可変させる回転量は大きく、強度差が小さい波長はミラー１１４ｍを可変させる回転量は小さくなる。つまり、アッテネーションしている状態とは、各ミラー１１４ｍを光強度が最も高くなるようにミラー１１４ｍを振った状態から、各ミラー１１４ｍを各波長の強度に対応して、ミラー１１４ｍを回転させて、出力ポート１１０ｅに光強度を揃えた状態で出力する事である。一方、アッテネーションしていない状態とは、ミラー１１４ｍを光強度が最も高くなるようにミラー１１４ｍを振った状態のまま、出力ポート１１０ｅに出力する事である。
【００４２】
図１３は、ミラー１１４ｍの角度Ｘθ、Ｙθと出力ポート１１０ｅに入る光の光強度Ｉとの関係を示した図である。図１４は出力ポート１１０ｅに入る光の光強度Ｉ、ミラー１１４ｍの角度Ｙθ、及びヒットレス範囲Ｈ１０の関係を示す図であり、（ａ）は角度Ｙθの位置をオフセットしていない比較例を示し、（ｂ）は角度Ｙθをオフセットした例を示す図である。
【００４３】
第１実施形態の波長選択スイッチでは、出力ポート１１０ｅの光強度が最大を示す角度Ｙθの位置（光強度分布のピーク位置）を、Ｙθ１（Ｙθ＝０）からミラー１１４ｍを振る方向とは逆の方向にβ１だけオフセットしている（図１４（ｂ））。また、ミラー１１４ｍの角度Ｙθの回転範囲をＹθ１（Ｙθ＝０）〜Ｙθ２としている。
【００４４】
このようにオフセットしてミラー１１４ｍの角度Ｙθの回転範囲をＹθ１（Ｙθ＝０）〜Ｙθ２とすると、ミラー１１４ｍは、角度Ｙθを変更しても、出力ポートの光強度が最大を示す位置の状態にならない。これは、出力ポート１１０ｅのＵ面１１０Ｕに対する入射角θＹがゼロとならない為である。
【００４５】
図１３に示す破線の矢印は、入力ポート１１０ｄと出力ポート１１０ｅが接続している状態Ｃ１１から、状態Ｃ１２、Ｃ１３を経て、入力ポート１１０ａと出力ポート１１０ｅが接続している状態Ｃ１４に切り替える動作を示している。具体的な動作は以下に説明する。
【００４６】
ミラー１１４ｍの可動範囲内における入力ポート１１０ｄと出力ポート１１０ｅが接続する光強度が最も高い状態を状態Ｃ１１とし、その時のミラー１１４ｍの振れ角をＸθ１、Ｙθ１とする。状態Ｃ１１から、入力ポートを切り替えるにはＸθを一定に保ったまま、Ｙθが大きくなる方向にミラー１１４ｍを最大振れ角まで回転させる。その状態を状態Ｃ１２とし、その時にミラー１１４ｍの振れ角はＸθ１、Ｙθ２である。
【００４７】
次にミラー１１４ｍの角度Ｙθを保ったまま、入力ポート１１０ａの方向にミラー１１４ｍのＸθを回転させる。その時の回転量ΔＸθは、入力ポート１１０ａと入力ポート１１０ｄの中心軸間隔をＬ１０ａ−ｄとすると、次式（５）で表される。
ΔＸθ＝ｔａｎ−１（Ｌ１０ａ−ｄ ／ｆ１）／２ ・・・（５）
ミラー１１４ｍが角度ΔＸθ回転した時の状態を状態Ｃ１３とし、その時のミラー１１４ｍの振れ角をＸθ２、Ｙθ２としている。
【００４８】
次に、ミラー１１４ｍの角度Ｘθを保ったまま、ミラー１１４ｍの振れ角が小さくなる方向にミラー１１４ｍのＹθをＹθ１まで回転させる。この状態を状態Ｃ１４とし、その時のミラー１１４ｍの振れ角をＸθ２、Ｙθ１としている。
【００４９】
光強度が最大を示す角度Ｙθの位置をβ１オフセットした事によって、ヒットレス動作の途中動作である状態Ｃ１２〜Ｃ１３への移行を行う際、光強度がある許容値以下であるヒットレス可能な範囲を通る事を実現している。
【００５０】
仮に図１４（ａ）に示すような従来の構成のようにβ１＝０とした場合、ミラー１１４ｍの最大振れ角Ｙθ２までミラー１１４ｍを振ったとしても、光強度Ｉはヒットレス可能範囲Ｈ１０内に達していない。これに対して、図１４（ｂ）に示す第１実施形態の構成のようにβ１がゼロではない状態では、ミラー１１４ｍの最大振れ角Ｙθ２までミラー１１４ｍを振ったときの光強度Ｉはヒットレス可能範囲Ｈ１０内に十分に達している事が分かる。
【００５１】
ここで、図１４（ｂ）に示すようにオフセットした場合、最小振れ角のＹθ１での光強度Ｉが、オフセットしない場合と比べてΔＷだけ低下してしまう。しかし、ミラー１１４ｍに集光するスポット径は十分に小さい為、その低下量ΔＷも小さい値となる。したがって、ΔＷ低下しても実用上問題はない。
【００５２】
また、図１４（ａ）に示す従来の構成においても、ミラー１１４ｍの最大振れ角Ｙθ２を大きくすればヒットレス可能範囲に到達する事は可能である。しかし、ミラーアレイ１１４の構成によっては最大振れ角Ｙθ２を大きくすることが困難となる場合がある。
【００５３】
第１実施形態のミラーアレイ１１４のミラー１１４ｍは、例えば図１５に示すＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーで構成されており、静電駆動方式が採用されている。図１５は、ＭＥＭＳミラー１２０の構成を示す斜視図である。図１６は、図１５の軸１４０ｃ方向から見た側面図であって、（ａ）は角度ＹθがＹθ１であるときの状態を、（ｂ）は角度ＹθがＹθ２であるときの状態を、それぞれ示す図である。なお、Ｙθ１、Ｙθ２は互いに異なる角度である。
【００５４】
図１５、図１６を用いて静電駆動型ＭＥＭＳミラーの駆動原理及び特徴を説明する。
１２０は、上面に反射面１４１を有する可動板１４０と、上面に２枚の駆動電極１３１、１３２が形成された基板１３０と、を有する。
【００５５】
長板状の可動板１４０は、その長手方向の両端面から外側へそれぞれ延びる、一対のヒンジ１４２、１４３を備える。ヒンジ１４２、１４３は、図示しない支持具によって支持されており、ヒンジ１４２、１４３を通る軸１４０ｃの周りを回動することによって傾斜可能である。
【００５６】
基板１３０の上面に形成された駆動電極１３１および駆動電極１３２は、長さＬ、幅Ｗであって、可動板１４０の下面１４４（図１６）に対向し、軸１４０ｃに関して対象な位置に設けられている。また、可動板１４０と駆動電極１３１、１３２との間には静電ギャップＤ１０と呼ぶ間隔が設けられている。
【００５７】
可動板１４０の下面１４４は導電性を有しており、下面１４４と駆動電極１３１の間には駆動電圧Ｖ１を印加可能であり、下面１４４と駆動電極１３２の間には、駆動電圧Ｖ１とは独立して、駆動電圧Ｖ２を印加可能である。駆動電圧Ｖ１、Ｖ２のいずれも印加していない状態では、可動板１４０の下面１４４は一定電位（ＧＮＤ電位）となっている。このとき、可動板１４０と、駆動電極１３１及び駆動電極１３２と、は互いに平行になっている。
【００５８】
次に図１５、図１６に示したＭＥＭＳミラーの駆動方法について説明する。
可動板１４０が駆動電極１３１に引き寄せられる方向に傾斜する場合については、駆動電極１３１に駆動電圧Ｖ１を印加すると、可動板１４０との間に静電引力Ｆが生じる。これにより、可動板１４０は、軸１４０ｃの周りを回動して駆動電極１３１側が駆動電極１３１に引き寄せられる方向に傾斜する（図１６（ｂ））。
可動板１４０が駆動電極１３２に引き寄せられる方向に傾斜する場合については、駆動電極１３２に駆動電圧Ｖ２を印加すると、可動板１４０との間に静電引力Ｆが生じる。これにより、可動板１４０は、軸１４０ｃの周りを回動して駆動電極１３２側が駆動電極１３２に引き寄せられる方向に傾斜する（図１６（ａ））。
【００５９】
ここで、駆動電圧Ｖ１と静電引力Ｆとの間には以下の式（６）が成り立つ。
Ｆ＝（ε０・Ｗ・Ｌ・Ｖ１２）／ｄ２ ・・・（６）
ここで、
ε０は比誘電率、
Ｗは駆動電極１３１の幅、
Ｌは駆動電極１３１の長さ、
ｄは静電ギャップＤ１０、である。
なお、上式（６）は、駆動電圧Ｖ１を駆動電圧Ｖ２に置き換えれば、可動板１４０と駆動電極１３２との間の静電引力について成り立つ。
【００６０】
式（６）から、大きな静電引力Ｆを得る為には駆動電極面積（Ｗ×Ｌ）を大きくする事、静電ギャップＤ１０を小さくする事、駆動電圧Ｖ１を大きくする事が有効である事がわかる。
【００６１】
ここで、大きな傾斜角を得る事について検討する。
まず、静電ギャップＤ１０を小さくする事は可動板１４０の傾斜範囲を小さくする事になるため有効ではない。また、駆動電極１３１は可動板１４０に対向している事が必要であり、可動板１４０のサイズは仕様として設定される反射面１４１の大きさで決まってしまう事から、駆動電極面積を大きくする事で大きな傾斜角を得るには限界がある。さらに、大きな駆動電圧を印加すると静電ギャップで静電破壊あるいは絶縁破壊が発生する為、駆動電圧を大きくする事で大きな傾斜角を得るのも限界がある。
したがって、波長選択スイッチ用のＭＥＭＳミラーアレイとしては大きな傾斜角を実現する事が望まれるが、静電駆動型ＭＥＭＳミラーにおいて、静電引力を大きくする事で大きな傾斜角を得るには限界がある事がわかる。
【００６２】
大きな傾斜角を得る別の方法としてヒンジ１４２、１４３の剛性を小さくする方法も考えられる。ヒンジ剛性が軸１４０ｃの周りの動きに対して小さくなれば、小さな力で大きな傾斜角を得る事が出来る。しかしながら、ヒンジ剛性はミラーアレイ１１４の要求仕様の一つである耐衝撃性に対しても影響力を有しており、ヒンジ剛性は耐衝撃性を満足する様に設計されるため、大きな傾斜角を得る為にヒンジ剛性を小さくする事は困難である。
【００６３】
以上述べたように、静電駆動型ＭＥＭＳミラーアレイにおいて大きな傾斜角を実現するのは困難であると考えられる。第１実施形態の構成の波長選択スイッチに求められるミラーアレイは、１次元駆動型ではなく２次元駆動型であるが、大きな傾斜角を実現する観点では全く同様の問題が生じ得る。しかしながら、第１実施形態の波長選択スイッチによれば、この様にミラーの振れ角度幅に制限があった場合においても、振れ角度幅を大きくする事なく、ヒットレス動作を実現できる。
【００６４】
図１７は、第２変形例に係るＭＥＭＳミラー２２０の構成を示す斜視図である。図１８は、図１７の軸２４０ｃ方向から見た側面図であって、（ａ）は角度ＹθがＹθ１であるときの状態を、（ｂ）は角度ＹθがＹθ２であるときの状態を、それぞれ示す図である。
【００６５】
図１７、図１８に示すように、第２変形例は、駆動電極が１つのみであり、ミラーが１方向にのみ傾斜する点が上述の実施形態と異なる。具体的な構成としては、ＭＥＭＳミラー２２０は、上面に反射面２４１を有する可動板２４０と、上面に１枚の駆動電極２３１が形成された基板２３０と、を有する。長板状の可動板２４０は、上述の可動板１４０と同様に、その長手方向の両端面から外側へそれぞれ延びる、一対のヒンジ２４２、２４３を備え、ヒンジ２４２、２４３は、ヒンジ２４２、２４３を通る軸２４０ｃの周りを回動することによって傾斜可能である。さらに、駆動電極２３１は、長さＬ、幅Ｗであって、可動板２４０の下面２４４（図１８）に対向している。また、可動板２４０と駆動電極２３１との間には静電ギャップＤ２０が設けられている。
【００６６】
可動板２４０の下面２４４は導電性を有しており、下面２４４と駆動電極２３１の間には駆動電圧Ｖ１を印加可能である。駆動電圧Ｖ１を印加していない状態では、可動板２４０の下面２４４は一定電位（ＧＮＤ電位）となっている。駆動電極２３１に駆動電圧Ｖ１を印加すると、可動板２４０との間に静電引力Ｆが生じる。これにより、可動板２４０は、軸２４０ｃの周りを回動して駆動電極２３１側が駆動電極２３１に引き寄せられる方向に傾斜する（図１８（ｂ））。
【００６７】
このようにミラーが振れる駆動領域が違った場合においても、上述の実施形態によれば、β１を任意に設定できる為、容易にヒットレスを実現できる。第１実施形態ではミラーの振れ角であるＹθ１、Ｙθ２の絶対値には制約がなく、振れ角度幅にのみ制約がある為、ミラーの設計が容易となり、ミラーの小型化、ミラーのコスト削減、ミラー駆動の消費電力削減、ミラー振れ角度幅増大などの効果が容易に想像できる。
【００６８】
図１９は、第３変形例に係るＭＥＭＳミラー３２０の構成を示す斜視図である。図２０は、図１９の軸３４０ｃ方向から見た側面図であって、（ａ）は角度ＹθがＹθ１であるときの状態を、（ｂ）は角度ＹθがＹθ２であるときの状態を、それぞれ示す図である。
【００６９】
図１９、図２０に示すように、第３変形例は、左右で駆動電極の大きさが異なり、ミラーが触れる範囲が左右で異なる点が第１実施形態と異なる。具体的な構成としては、ＭＥＭＳミラー３２０は、上面に反射面３４１を有する可動板３４０と、上面に２枚の駆動電極３３１、３３２が形成された基板３３０と、を有する。長板状の可動板３４０は、上述の可動板１４０と同様に、その長手方向の両端面から外側へそれぞれ延びる、一対のヒンジ３４２、３４３を備え、ヒンジ３４２、３４３は、ヒンジ３４２、３４３を通る軸３４０ｃの周りを回動することによって傾斜可能である。駆動電極３３１は、長さＬ、幅Ｗであり、駆動電極３３２は、長さがＬ、幅がＷより小さいＷ’である。駆動電極３３１、３３２は、可動板３４０の下面３４４（図２０）に対向している。また、可動板３４０と駆動電極３３１との間には静電ギャップＤ３０が設けられている。
【００７０】
可動板３４０の下面３４４は導電性を有しており、下面３４４と駆動電極３３１の間には駆動電圧Ｖ１を、下面３４４と駆動電極３３２の間には駆動電圧Ｖ２を、それぞれ印加可能である。駆動電圧Ｖ１、Ｖ２を印加していない状態では、可動板３４０の下面３４４は一定電位（ＧＮＤ電位）となっている。駆動電極３３１に駆動電圧Ｖ１を印加すると、可動板３４０との間に静電引力Ｆが生じる。これにより、可動板３４０は、軸３４０ｃの周りを回動して駆動電極３３１側が駆動電極３３１に引き寄せられる方向に傾斜する（図２０（ｂ））。駆動電極３３２に駆動電圧Ｖ２を印加すると、可動板３４０との間に静電引力Ｆが生じる。これにより、可動板３４０は、軸３４０ｃの周りを回動して駆動電極３３２側が駆動電極３３２に引き寄せられる方向に傾斜する（図２０（ａ））。
【００７１】
このようにミラーが振れる駆動領域が違った場合においても、上述の実施形態によれば、β１を任意に設定できる為、容易にヒットレスを実現できる。第１実施形態ではミラーの振れ角であるＹθ１、Ｙθ２の絶対値には制約がなく、振れ角度幅にのみ制約がある為、ミラーの設計が容易となり、ミラーの小型化、ミラーのコスト削減、ミラー駆動の消費電力削減、ミラー振れ角度幅増大などの効果が容易に想像できる。
【００７２】
次に、第１実施形態の波長選択スイッチの組立について、図２１から図２３を参照しつつ説明する。図２１は、第１実施形態の波長選択スイッチを組み立てる手順の１つの例を示すフローチャートである。図２２は、第１実施形態の波長選択スイッチの組立過程のうち、集光レンズ１１３を配置した状態を示す図である。図２３は、第１実施形態の波長選択スイッチの組立過程のうち、ミラーアレイ１１４を駆動して出力ポート１１０ｅの光強度分布を測定する状態を示す図である。
【００７３】
まず、入出力ポート１１０を所定位置に設置（ステップＳ１０１）し、入出力ポート１１０に合わせてレンズアレイ１１１を設置する（ステップＳ１０２）。つづいて、分散素子１２を所定位置に設置する（ステップＳ１０３）。次に、分散素子１１２で波長ごとに分散する分散点Ｐ１（図３）と、集光レンズ１１３との位置関係を示すΔＱの値が０になるように集光レンズ１１３を仮設置する（ステップＳ１０４）。
【００７４】
次に、ミラーアレイ１１４を所定位置に設置（ステップＳ１０５）した後に、ミラーアレイ１１４のミラー１１４ｍを駆動させ、図２３に示すように、ミラー１１４ｍの回転角Ｘθ、Ｙθを、（Ｘθ１、Ｙθ１）（状態Ｃ１５）、（Ｘθ１、Ｙθ２）（状態Ｃ１６）、（Ｘθ２、Ｙθ２）（状態Ｃ１７）、（Ｘθ２、Ｙθ１）（状態Ｃ１８）の順に変化させ、各状態における出力ポート１１０ｅの光強度分布を測定する（ステップＳ１０６）。測定した光強度分布から、ヒットレス可能かどうかを判断し（ステップＳ１０７）、ヒットレス可能な場合（ステップＳ１０７でＹＥＳ）、光強度の最大値の低下量であるΔＷが許容値未満である事を確認する（ステップＳ１０８）。
【００７５】
ヒットレスが可能ではない場合（ステップＳ１０７でＮＯ）は、β１を大きくする為に、集光レンズ１１３を第２方向Ｂ１にΔＸシフトさせる。ただし、そのシフト量であるΔＸはΔＷが許容値以上とならない範囲でシフトさせる。また、ΔＷが許容値以上である場合（ステップＳ１０８でＮＯ）はβ１を小さくする為に、集光レンズ１１３を第２方向Ｂ１にΔＸシフトさせ、そのシフト量であるΔＸはヒットレス可能な範囲でシフトさせる。その後、再び、ミラーを駆動してＸθ、Ｙθと出力ポート１１０ｅの光強度分布を測定した後に、ヒットレスが可能かどうかの判断（ステップＳ１０７）及びΔＷが許容値未満であるかどうかの判断（ステップＳ１０８）を行う。
ΔＷが許容値未満であったとき（ステップＳ１０８でＹＥＳ）は、集光レンズ１１３を本設置（ステップＳ１０９）して組立を終了する。
【００７６】
このように、目標に達成するまで、すなわち、ヒットレス可能であり、かつ、ΔＷが許容値未満となるまで、ステップＳ１０６〜Ｓ１０８を繰り返さなければならないが、ΔＸのシフト量は設計の値から推測できるため、繰り返す数は２、３回程度と少ない回数で済む。このような組み立て方法を行う事で、特殊な組み立て装置を用いる事なく、簡単で短時間に高精度に組み立てを行う事ができる。
【００７７】
組立を完了するには、光強度の最大値の低下量であるΔＷが、許容値と同一、又は、許容値以下である必要がある。しかし、ΔＷが許容値と等しい場合のβ１をβ１ｍａｘとすると、β１ｍａｘはミラー１１４ｍに集光するスポット径によって変化する。ミラー１１４ｍに集光するスポット径は、部品や組み立て精度によってばらついてしまう。このため、調整機構が無い状態でβ１ｍａｘを固定値として、設計、組み立てを行う事は非常に困難であり、仮に出来たとしても、β１ｍａｘに多くのマージン量を引いた状態となってしまうおそれがある。第１実施形態の波長選択スイッチでは、β１ｍａｘを実際の波長選択スイッチで設定する事ができる為、マージン量は考慮しなくて良く、そのマージン量分をミラー振れ角幅に充てる事が可能となる。したがって、よりスポット径が小さい場合においても、ヒットレスを実現する事が可能となる。また、β１ｍａｘの値を調整で設定できる為、１つのミラーアレイ１１４は様々な種類の波長選択スイッチに対応させる事が可能となる。
【００７８】
図２４は、第４変形例に係る分散素子４１２、集光レンズ４１３、及びミラーアレイ４１４の構成を示す斜視図である。
図２４に示すように、光軸方向から見た集光レンズ４１３の面形状を、円形ではなく略矩形の形状にすることもできる。また、分散素子４１２、ミラーアレイ４１４も、集光レンズ４１３と同様に略矩形の面形状を備え、これらは同一の平面４００上に載置される。これにより、組立時に集光レンズ４１３を第２方向Ｂ１に移動させる作業を簡単で且つ高精度に行う事が可能となる。
【００７９】
（第２実施形態）
図２５は、第２実施形態の波長選択スイッチの構成を示す側面図、図２６は、第２実施形態の波長選択スイッチの構成を示す上面図、図２７は、図２６の分散素子５１２及び集光レンズ５１３の拡大図である。図２８は、ミラーアレイ５１４の構成を示す、第１方向Ａ１から見た側面図である。図２９（ａ）は、角度ＹθをＹθ１としたときのミラー５１４ｍへの入射光の反射を第１方向Ａ１から見た図、（ｂ）は、角度ＹθをＹθ２としたときのミラー５１４ｍへの入射光の反射を第１方向Ａ１から見た図である。
【００８０】
第２実施形態の波長選択スイッチは、第１実施形態の波長選択スイッチのように、波長多重光を分散素子１１２上で波長ごとに分散する分散点Ｐ１と集光レンズ５１３の光軸とが第２方向Ｂ１においてΔＱだけオフセットした配置ではなく、集光レンズ５１３の光軸が、分散点Ｐ１と第２方向Ｂ１で交わるように配置されている。
【００８１】
また、第２実施形態の波長選択スイッチにおいては、第１実施形態と同様に、分散素子５１２と集光レンズ５１３の間隔は焦点距離ｆ１だけ離れている。このように配置したため、集光レンズ５１３によって、ミラーアレイ５１４のミラー５１４ｍ上に向かって集光される各波長の光は、集光レンズ５１３の光軸と第２方向Ｂ１において同一の方向に進んでいく。ミラーアレイ５１４の位置は集光レンズ５１３との間隔がｆ１となるように配置され、全ての波長の光がミラー５１４ｍ上に集光する。
【００８２】
ここで、ミラーアレイ５１４は、第２方向Ｂ１に配列された複数のミラー５１４ｍを有している。各ミラー５１４ｍは、図４、図５に示すミラーアレイ１１４と同様に、Ｘ軸に沿った軸Ｘｍを中心に角度Ｘθ、Ｙ軸に沿った軸Ｙｍ中心に角度Ｙθ、それぞれ独立して回転する事が可能である。
【００８３】
このときの各波長の集光位置を結んだ軸５１４ｃ（図２８）は、集光レンズ５１３の光軸に対して垂直である。また、集光レンズ５１３から出てミラーアレイ５１４のミラー５１４ｍ上に入射する各波長の光の第２方向Ｂ１に進行する角度が軸５１４ｃに対して垂直である。ミラー５１４ｍ上に集光される各波長の光はミラー５１４ｍの反射面に対して斜めに入射し、ミラー５１４ｍによって入射方向とは異なる方向に反射される。
【００８４】
ミラーアレイ５１４のミラー５１４ｍによって反射された光は、広がりを持った光束の状態で集光レンズ５１３に入る。各ミラー５１４ｍの回転角が同じ場合、集光レンズ５１３に入った各波長の光は分散素子５１２上の一点に集まり、波長多重されたコリメート光となって集光レンズ５１３から出される。分散素子５１２上で一点に集まる集合点は、分散素子５１２によって、入力ポート５１０ｃから波長多重された光が波長によって異なる方向に分散素子５１２上で分散される分散点Ｐ１とはＬだけ離れた位置にある。Ｌは、第２方向Ｂ１の成分がＬＸ（図２６）、第１方向Ａ１の成分がＬＹ（図２５）である。
【００８５】
分散素子５１２によって波長多重されたコリメート光は、レンズアレイ５１１の出力ポート５１０ｅに対応したレンズ上に入射する。このレンズ上に入射する位置はレンズの中心ではなく、少なくとも、中心から第２方向Ｂ１にＬＸだけずれた位置であり、レンズの光軸と同じ角度で入射し、レンズから出た光は出力ポート５１０ｅ上に集光される。
ここで、入出力ポート５１０は、複数の入出力ポートを備え、例えば図２５に示すように、４つの入力ポート５１０ａ、５１０ｂ、５１０ｃ、５１０ｄと、１本の出力ポート５１０ｅと、が出力ポート５１０ｅを中心に第１方向Ａ１にアレイ状に等間隔で並んだ状態で構成される。
【００８６】
ここで、Ｕ面５１０Ｕは、入出力ポート５１０の各入力ポートから出る光に対して垂直な仮想面である。図２９に示すようにミラー５１４ｍへの入射角βがゼロでないとき、出力ポート５１０ｅに入る光はＵ面５１０Ｕに対して、第２方向Ｂ１に斜めに入射する。ミラー５４ｍへの入射角βがゼロのとき、出力ポート５１０ｅに入る光はＵ面５１０Ｕに対して、第２方向Ｂ１に垂直に入射する。Ｕ面５１０Ｕに斜めに入射する角度をθとすると、入射角βが大きくなればなるほど、出力ポート５１０ｅに入る光の入射角θは大きくなる。入射角βがある大きさを越えると、出力ポート５１０ｅ上に入射する位置がレンズアレイ５１１のレンズの収差によって第２方向Ｂ１にずれる事となり、さらに入射角βを大きくすると、最終的に入力ポートと出力ポート５１０ｅは繋がらなくなってしまう。
【００８７】
ミラーアレイ５１４のミラー５１４ｍの反射面は、図２８に示すように、各波長の光がミラー５１４ｍに集光する点を結んだ軸５１４ｃに対して、常に斜めに傾いた状態で構成されている。また、図２９に示すように、ミラー５１４ｍの第２方向Ｂ１の駆動方向（図２９の左右方向）は、傾いたミラー５１４ｍをさらに傾ける方向である。このような構成にする事により第１実施形態と同様な効果を得る事が可能となり、ミラー５１４ｍの振れ角度幅を大きくする事なく、ヒットレス動作を実現できる。
【００８８】
図３０は、第２実施形態のＭＥＭＳミラー５２０の構成を示す斜視図である。
図３０に示すように、ＭＥＭＳミラー５２０は、上面に反射面５４１を有する可動板５４０と、上面に１枚の駆動電極５３１が形成された基板５３０と、を有する。長板状の可動板５４０は、第１実施形態の可動板１４０と同様に、その長手方向の両端面から外側へそれぞれ延びる、一対のヒンジ５４２、５４３を備え、ヒンジ５４２、５４３は、ヒンジ５４２、５４３を通る軸５４０ｃの周りを回動することによって傾斜可能である。さらに、駆動電極５３１は、長さＬ、幅Ｗであって、可動板５４０の下面に対向している。また、可動板５４０と駆動電極５３１との間には静電ギャップＤ５０が設けられている。
【００８９】
可動板５４０の下面は導電性を有しており、この下面と駆動電極５３１の間には駆動電圧Ｖ１を印加可能である。駆動電圧Ｖ１を印加していない状態では、可動板５４０の下面は一定電位（ＧＮＤ電位）となっている。駆動電極５３１に駆動電圧Ｖ１を印加すると、可動板５４０との間に静電引力Ｆが生じる。これにより、可動板５４０は、軸５４０ｃの周りを回動して駆動電極５３１側が駆動電極５３１に引き寄せられる方向に傾斜する。
【００９０】
ミラーアレイ５１４は、例えば図３０に示すように、ヒンジ５４２、５４３を軸５４０ｃの周りにねじる事により、ミラー５１４ｍの傾斜軸に残留応力を持たせ、ミラー５１４ｍの反射面を傾ける事が可能である。このねじり量を自由に変える事により、ミラー５１４ｍの入射角βのオフセット量であるβ１の大きさを容易に設定する事ができる。このような構成により、入出力ポート５１０から集光レンズ５１３までの光学系の構成を変更する事なく、さまざまな波長選択スイッチに対して応用可能な構成でヒットレス動作を実現する事が可能となる。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
以上のように、本発明に係る波長選択スイッチは、ミラーの振れ角の範囲を大きくすることなくヒットレス動作を行うことが必要な波長選択スイッチに有用である。
【符号の説明】
【００９２】
１１０ 入出力ポート
１１０Ｕ Ｕ面
１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ 入力ポート
１１０ｅ 出力ポート
１１１ レンズアレイ
１１２ 分散素子
１１３ 集光レンズ
１１４ ミラーアレイ
１１４ｍ ミラー
１２０ ＭＥＭＳミラー
１３０ 基板
１３１、１３２ 駆動電極
１４０ 可動板
１４０ｃ 軸
１４１ 反射面
１４４ 下面
２１０ 入出力ポート
２１０Ｕ Ｕ面
２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄ 入力ポート
２１０ｅ 出力ポート
２１１ レンズアレイ
２２０ ＭＥＭＳミラー
２３０ 基板
２３１ 駆動電極
２４０ 可動板
２４０ｃ 軸
２４１ 反射面
２４４ 下面
３２０ ＭＥＭＳミラー
３３０ 基板
３３１、３３２ 駆動電極
３４０ 可動板
３４０ｃ 軸
３４１ 反射面
３４４ 下面
４１２ 分散素子
４１３ 集光レンズ
４１４ ミラーアレイ
５１０ 入出力ポート
５１０Ｕ Ｕ面
５１０ａ、５１０ｂ、５１０ｃ、５１０ｄ 入力ポート
５１０ｅ 出力ポート
５１１ レンズアレイ
５１２ 分散素子
５１３ 集光レンズ
５１４ ミラーアレイ
５１４ｍ ミラー
５２０ ＭＥＭＳミラー
５３０ 基板
５３１ 駆動電極
５４０ 可動板
５４０ｃ 軸
５４１ 反射面
Ａ１ 第１方向
Ｂ１ 第２方向
Ｄ１０、Ｄ２０、Ｄ３０、Ｄ５０ 静電ギャップ
Ｐ１ 分散点
【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】
波長に対応してミラーアレイのミラーの傾きを制御する波長選択スイッチにおいて、任意の入力ポートのある波長の光が出力ポートに出力された状態で、違う入力ポートに切り替えたい場合、意図しない入力ポートの光が出力ポートに出力されてはいけない。意図しない入力ポートの光が出力ポートに出力されることを防ぐ方法として、ミラーを一度、角度分散方向に振って、繋がっていた入力ポートの光強度を十分に落とすものがある。この方法では、全ての入力ポートの光が出力ポートに出力されない状態を保ちながら、ポート切り替え方向にミラーを振った後に、再度、角度分散方向にミラーを振って、任意のポートに切り替える（例えば特許文献１）。この方法は、一般的にヒットレスと呼ばれている。
また、波長選択スイッチの広帯域化を実現するには、ミラーアレイのミラー上でのスポット径を小さくする事が有効である事が広く知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６７９８９４１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、広帯域化の実現のためにミラー上のビーム径を小さくすると、ヒットレスの際にミラーの振れ角度に対する透過率の低下量が小さくなってしまい、ヒットレスを行う事が困難となる。従って波長選択スイッチの広帯域化において、ヒットレスを行うにはミラーの振れ角度幅を大きくする必要があるが、ミラーの構造上、振れ角度幅には制限があり、大きくする事はできないという課題があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、広帯域の波長選択スイッチにおいて、ミラーの振れ角の範囲を大きくする事なく、ヒットレス動作を実現する事を目的としている。
【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、本発明に係る波長選択スイッチは、第１方向にアレイ状に並び、波長多重された光の入力部及び出力部を有する光入出力部と、入力部から入力された波長多重光をそれぞれの信号波長に分離する光分散手段と、信号波長に分離された光を集光させる集光素子と、集光素子により集光されたそれぞれの信号波長光を所望の出力部にスイッチングさせるように、第１方向、及び、第１方向に直交する第２方向に、信号光を偏向させる光偏向素子アレイと、を備える波長選択スイッチにおいて、光偏向素子アレイの偏向範囲内において、入力部から出射された光が、その進行方向と垂直な面に対し、垂直と異なる角度で入射するように集光素子及び光偏向素子アレイが配置されていることを特徴としている。
【０００７】
本発明に係る波長選択スイッチにおいては、集光素子により集光されたそれぞれの信号波長光の進行方向が、第２方向において、集光素子の中心軸と一致しないように、光分散手段と集光素子が配置されていることが好ましい。
【０００８】
本発明に係る波長選択スイッチにおいては、集光素子により集光されたそれぞれの信号波長光の進行方向が、第２方向において、集光素子の中心軸と一致し、光偏向素子アレイの偏向範囲内において、入力部から出射された光が、その進行方向と垂直な面に対し、垂直と異なる角度で入射するように光偏向素子アレイが傾斜していることが好ましい。
【０００９】
本発明に係る波長選択スイッチにおいて、集光素子は、集光素子により集光されたそれぞれの信号波長光の進行方向と集光素子の中心軸とが一致する位置から、第２方向へずらして配置されていることが好ましい。
【００１０】
本発明に係る波長選択スイッチにおいて、光偏向素子アレイは、第２方向に配列された複数のミラーを有するミラーアレイであって、複数のミラーは、複数のミラーのそれぞれに集光する点を結んだ軸に対して常に斜めに傾いていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る波長選択スイッチは、広帯域化を実現しつつ、ミラーの振れ角の範囲を大きくする事なく、ヒットレス動作を実現するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態の波長選択スイッチの構成を示す側面図である。
【図２】第１実施形態の波長選択スイッチの構成を示す上面図である。
【図３】図２の分散素子及び集光レンズの拡大図である。
【図４】第１実施形態のミラーアレイの構成を示す斜視図である。
【図５】（ａ）は、α傾いてミラーへ入射する入射光の反射を第２方向から見た図、（ｂ）はβ傾いてミラーへ入射する入射光の反射を第１方向から見た図である。
【図６】第１実施形態の入出力ポートとレンズアレイの配置を示す斜視図である。
【図７】図６の一部を拡大して第２方向から見た側面図である。
【図８】図６の一部を拡大して第１方向から見た側面図である。
【図９】第１変形例に係る入出力ポートとレンズアレイの配置を示す斜視図である。
【図１０】図９の一部を拡大して第２方向から見た側面図である。
【図１１】図９の一部を拡大して第１方向から見た側面図である。
【図１２】第１実施形態のミラーの角度を変更したときの、角度Ｘθ及び角度Ｙθに対する光強度Ｉの分布を示す図である。
【図１３】第１実施形態のミラーの角度Ｘθ、Ｙθと出力ポートに入る光の光強度Ｉとの関係を示した図である。
【図１４】第１実施形態の出力ポートに入る光の光強度Ｉ、ミラーの角度Ｙθ、及びヒットレス範囲の関係を示す図であり、（ａ）は角度Ｙθの位置をオフセットしていない比較例を示し、（ｂ）は角度Ｙθをオフセットした例を示す図である。
【図１５】第１実施形態のＭＥＭＳミラーの構成を示す斜視図である。
【図１６】図１５の軸方向から見た側面図であって、（ａ）は角度ＹθがＹθ１であるときの状態を、（ｂ）は角度ＹθがＹθ２であるときの状態を、それぞれ示す図である。
【図１７】第２変形例に係るＭＥＭＳミラーの構成を示す斜視図である。
【図１８】図１７の軸方向から見た側面図であって、（ａ）は角度ＹθがＹθ１であるときの状態を、（ｂ）は角度ＹθがＹθ２であるときの状態を、それぞれ示す図である。
【図１９】第３変形例に係るＭＥＭＳミラーの構成を示す斜視図である。
【図２０】図１９の軸方向から見た側面図であって、（ａ）は角度ＹθがＹθ１であるときの状態を、（ｂ）は角度ＹθがＹθ２であるときの状態を、それぞれ示す図である。
【図２１】第１実施形態の波長選択スイッチを組み立てる手順の１つの例を示すフローチャートである。
【図２２】第１実施形態の波長選択スイッチの組立過程のうち、集光レンズを配置した状態を示す図である。
【図２３】第１実施形態の波長選択スイッチの組立過程のうち、ミラーアレイを駆動して出力ポートの光強度分布を測定する状態を示す図である。
【図２４】第４変形例に係る分散素子、集光レンズ、及びミラーアレイの構成を示す斜視図である。
【図２５】第２実施形態の波長選択スイッチの構成を示す側面図である。
【図２６】第２実施形態の波長選択スイッチの構成を示す上面図である。
【図２７】図２６の分散素子及び集光レンズの拡大図である。
【図２８】ミラーアレイの構成を示す第１方向から見た側面図である。
【図２９】（ａ）は、角度ＹθをＹθ１としたときのミラーへの入射光の反射を第１方向から見た図、（ｂ）は、角度ＹθをＹθ２としたときのミラーへの入射光の反射を第１方向から見た図である。
【図３０】第２実施形態のＭＥＭＳミラーの構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の波長選択スイッチの構成を示す側面図、図２は、第１実施形態の波長選択スイッチの構成を示す上面図、図３は、図２の分散素子１１２及び集光レンズ１１３の拡大図である。
第１実施形態の波長選択スイッチは、光入出力部としての入出力ポート１１０、レンズアレイ１１１、光分散手段としての分散素子１１２、集光素子としての集光レンズ１１３、及び、光偏向素子アレイとしてのミラーアレイ１１４を有している。
【００１５】
入出力ポート１１０は、複数の入出力ポートを備え、例えば図１に示すように、４つの入力ポート１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄと、１本の出力ポート１１０ｅと、が出力ポート１１０ｅを中心に第１方向Ａ１にアレイ状に等間隔で並んだ状態で構成される。入出力ポートの本数、入力ポートと出力ポートの並び等はこの状態で限定されるものではない。また、図２では、１つの入力ポートのみから波長多重された光が入力されている様子を簡略化して示しているが、実際は複数の入力ポートから、波長多重された光が入力される。
【００１６】
レンズアレイ１１１は、少なくとも、入出力ポート１１０のそれぞれの入出力ポートに対応した複数のレンズを有している。それぞれの入力ポート１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄから出た光は、レンズアレイ１１１の対応するレンズによって、コリメートされた光となり分散素子１１２の方向へ出ていく。
【００１７】
分散素子１１２は、レンズアレイ１１１でコリメートされた光を第１方向Ａ１（図１）に直交する第２方向Ｂ１（図２）において、波長に応じて角度分散させる。分散素子１１２に入る波長多重された光は、分散点Ｐ１から、各波長に応じて第２方向Ｂ１において、互いに異なる角度で進行する。
なお、分散素子１１２は、図１、図２のような透過型の分散素子のほか、反射型の分散素子を用いても良い。
【００１８】
集光レンズ１１３は、焦点距離ｆ１を有している。分散素子１１２により分散された各波長の光は、集光レンズ１１３によって、ミラーアレイ１１４の複数のミラー１１４ｍ上にそれぞれ集光する。
【００１９】
ここで、分散素子１１２と集光レンズ１１３の間隔は焦点距離ｆ１だけ離れていることが望ましい。なぜなら、分散素子１１２と集光レンズ１１３の間隔は焦点距離ｆ１からずれていると、集光レンズ１１３から出た各波長の光の角度が波長ごとに異なってしまう為である。つまり、分散素子１１２と集光レンズ１１３の間隔がｆ１であると、集光レンズ１１３から出た光は波長ごとに一致した方向にミラーアレイ１１４のミラー１１４ｍに向かって進んでいく。
【００２０】
図３に示すように、集光レンズ１１３は、前側焦点位置ＦＰ１と後側焦点位置ＦＰ２を結んだ軸である光軸が、分散素子１１２の分散点Ｐ１から第２方向Ｂ１にΔＱオフセットさせた位置を通るように配置されている。
【００２１】
これにより、分散素子１１２により分散された各波長の光のうち、第２方向Ｂ１の角度が光軸と同一となる波長λｃの光と、集光レンズ１１３の光軸と、は分散素子１１２から分散して集光レンズ１１３に入るまでの間、集光レンズ１１３の光軸と第２方向Ｂ１に対する角度が同一で進行する。波長λｃの光は、集光レンズ１１３の光軸に対してΔＱだけ第２方向Ｂ１にオフセットした位置を通り、集光レンズ１１３によって、第２方向Ｂ１において集光レンズ１１３の光軸と異なる方向に、ミラーアレイ１１４のミラー１１４ｍに向かって進む。したがって、集光レンズ１１３から出る各波長の光は、第２方向Ｂ１において集光レンズ１１３の光軸とは一致しない方向に、それぞれ平行な状態で進んでいく。
ここで、波長λｃの光は、分散素子１１２から集光レンズ１１３までの区間において集光レンズ１１３の光軸と第２方向Ｂ１の角度方向が一致する信号波長の光である。
【００２２】
図４は、ミラーアレイ１１４の構成を示す斜視図である。図５（ａ）は、α傾いてミラー１１４ｍへ入射する入射光の反射を第２方向Ｂ１から見た図、（ｂ）はβ傾いてミラー１１４ｍへ入射する入射光の反射を第１方向Ａ１から見た図である。
【００２３】
ミラーアレイ１１４は、第２方向Ｂ１に配列された複数のミラー１１４ｍを有している。各ミラー１１４ｍは、図４、図５に示すように、Ｘ軸に沿った軸Ｘｍを中心に角度Ｘθ、Ｙ軸に沿った軸Ｙｍ中心に角度Ｙθ、それぞれ独立して回転する事が可能である。
ここで、Ｘ軸は第２方向Ｂ１、Ｙ軸は第１方向Ａ１に対応している。
【００２４】
各ミラー１１４ｍは、分散素子１１２によって波長ごとに分散された光にそれぞれ対応する。これらの光は、集光レンズ１１３によって、集光レンズ１１３の光軸とは異なる方向にそれぞれ出射され、対応するミラー１１４ｍの中心にそれぞれ集光される。ミラー１１４ｍ上に集光される光は、ミラー１１４ｍの反射面に対して斜めに入射し、ミラー１１４ｍによって、入射方向とは異なった方向に反射される。
【００２５】
ミラーアレイ１１４は、各ミラー１１４ｍの反射面の中心と集光レンズ１１３との間隔が、ｆ１と一致するように配置されている。ここで、ミラー１１４ｍの反射面の中心は、角度Ｘθの回転軸Ｘｍと角度Ｙθの回転軸Ｙｍの交点と略一致する。この配置により、分散素子１１２において波長ごとに分散された光はミラー１１４ｍの反射面の中心位置に集光する。このときの各波長の光の集光位置を結んだ軸は、Ｘ軸に沿った軸であり、集光レンズ１１３の光軸に対して垂直である。
【００２６】
このとき、図５のように角度Ｘθ、Ｙθミラー１１４ｍを回転して、第１方向Ａ１の入射角をα、第２方向Ｂ１の入射角をβとした光を入射させると、ミラー１１４ｍから反射される光は、第１方向Ａ１では角度２α（図５（ａ））、第２方向Ｂ１では角度２β（図５（ｂ））だけ、入射光に対して、傾いた方向に反射される。
【００２７】
ミラーアレイ１１４のミラー１１４ｍによって反射された光は広がりを持った光束の状態で集光レンズ１１３に入る。各ミラー１１４ｍの回転角が同じの場合、集光レンズ１１３に入った各波長の光は分散素子１１２上の一点に集まり、波長多重されたコリメート光となって集光レンズ１１３から分散素子１１２へ進んでいく。
【００２８】
分散素子１１２上で一点に集まる集合点は分散素子１１２によって、入力ポートから波長多重された光が波長によって異なる方向に分散素子１１２上で分散される分散点とは距離Ｌだけ離れた位置にある。距離Ｌの第２方向Ｂ１の成分をＬＸ及び第１方向Ａ１の成分ＬＹは、集光レンズ１１３の焦点距離ｆ１とミラー１１４ｍへの入射角α、βを用いると以下の式（１）、（２）で表される。
ＬＸ＝ｆ１・ｔａｎ（２β） ・・・（１）
ＬＹ＝ｆ１・ｔａｎ（２α） ・・・（２）
【００２９】
分散素子１１２によって波長多重されたコリメート光は、レンズアレイ１１１のレンズのうち、出力ポート１１０ｅに対応したレンズ上に入る。レンズ上に入る位置はレンズの中心ではなく、中心から第２方向Ｂ１にＬＸだけずれた位置であり、レンズの光軸と同じ角度で入り、レンズから出た光は出力ポート１１０ｅ上に集光される。
【００３０】
図６は、入出力ポート１１０とレンズアレイ１１１の配置を示す斜視図である。図７は、図６の一部を拡大して第２方向Ｂ１から見た側面図、図８は、図６の一部を拡大して第１方向Ａ１から見た側面図である。
図６〜図８は入出力ポート１１０の入力ポート１１０ｃから出る光と出力ポート１１０ｅに入る光の関係を示している。
【００３１】
ここで、Ｕ面１１０Ｕは、入出力ポート１１０の各入力ポートから出る光に対して垂直な仮想面である。図５に示すようにミラー１１４ｍへの入射角βがゼロでないとき、出力ポート１１０ｅに入る光はＵ面１１０Ｕに対して、第２方向Ｂ１に斜めに入射する。ミラー１１４ｍへの入射角βがゼロのとき、出力ポート１１０ｅに入る光はＵ面１１０Ｕに対して、第２方向Ｂ１に垂直に入射する。Ｕ面１１０Ｕに斜めに入射する角度をθとすると、入射角βが大きくなればなるほど、出力ポート１１０ｅに入る光の入射角θは大きくなる。入射角βがある大きさを越えると、出力ポート１１０ｅ上に入射する位置がレンズアレイ１１１のレンズの収差によって第２方向Ｂ１にずれる事となり、さらに入射角βを大きくすると、最終的に入力ポートと出力ポート１１０ｅは繋がらなくなってしまう。
【００３２】
出力ポート１１０ｅに入射する光が、Ｕ面１１０Ｕに対して角度θだけ斜めに入った場合の出力ポート１１０ｅの結合効率ηは次式（３）で表される。
η＝ｅｘｐ（−π２ω２θ２／λ） ・・・（３）
ここで、ωは出力ポート１１０ｅに入射するスポットサイズ、λは入射光の波長を示している。
【００３３】
角度θが大きくなると、結合効率ηは小さくなる事がこの式（３）から分かる。出力ポート１１０ｅに入射する第１方向Ａ１の入射角をθＸ、第２方向Ｂ１の入射角をθＹとすると、θＸ＝０の場合、出力ポート１１０ｅと繋がっている入力ポートの中心軸間隔Ｐは次式（４）で表される。
Ｐ＝ＬＹ＝ｆ１・ｔａｎ（２α） ・・・（４）
【００３４】
また、入射角βがミラー１１４ｍの回転範囲において最も小さい場合、θＸ＝０（Ｐ＝ＬＸ）のときは、入力ポート１１０ｃの光が最も損失が少ない状態で出力ポート１１０ｅに繋がった状態となる。
【００３５】
図９は、第１変形例に係る入出力ポート２１０とレンズアレイ２１１の配置を示す斜視図である。図１０は、図９の一部を拡大して第２方向Ｂ１から見た側面図、図１１は、図９の一部を拡大して第１方向Ａ１から見た側面図である。
上述の実施形態では、入出力ポート１１０の各入力ポート内から光が進行し、入力ポート端面で光が出射しており、その入出力ポート１１０の各ポートのレンズアレイ１１１側の端面と、入力ポート内及び出力ポート内を進行する光の進行方向と、が互いに垂直となっている。
【００３６】
これに対して、図９、図１０、図１１に示すように、入出力ポート２１０の各ポートのレンズアレイ２１１側の端面が、入力ポート２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄ内及び出力ポート２１０ｅ内を進行する方向に対して斜めになるように、入出力ポート２１０とレンズアレイ２１１を配置しても良い。この第１変形例においても、Ｕ面２１０Ｕは、入出力ポート２１０の各入力ポートから出る光に対しては垂直な仮想面である。
【００３７】
第１実施形態の波長選択スイッチでは、ミラー１１４ｍを回転する事によって、入射光の入射角α、βを変化させる事が可能である。入射角α、βを変化させることにより、入出力ポート１１０のＵ面１１０Ｕに入射する入射角θＸ、θＹを変化させる事が可能である。したがって、ミラー１１４ｍを回転する事によって、出力ポート１１０ｅに出力される光強度を任意に減少させる事が可能である。
【００３８】
図１２は、ミラー１１４ｍの角度を変更したときの、角度Ｘθ及び角度Ｙθに対する光強度Ｉの分布を示す図である。図１２では、ある任意の入力ポートが出力ポートと繋がっている状態において、光強度が最も高くなるように、ミラー１１４ｍを、角度Ｘθ＝０かつ角度Ｙθ＝０から振ったときの出力ポートの光強度Ｉの分布を示している。図１２によれば、ミラー１１４ｍを回転軸Ｘｍ及び／又は回転軸Ｙｍの周りに回転させる事によって、出力ポートの光強度Ｉを減少させる事が可能である事が分かる。
【００３９】
また、図１に示すように入力ポートは４つあるため、入力ポートの中心軸間隔ＰがＬＸとなる箇所も４つ存在し、それぞれのミラー１１４ｍの回転角は、角度Ｙθは同一であるが、角度Ｘθはそれぞれ違う値である。つまり、ミラー１１４ｍのＸθを回転する事によって、入射角αを変化させ、任意の入力ポートを出力ポート１１０ｅに接続する事が可能である。
【００４０】
入出力ポート１１０の各入力ポートに入力される波長多重された光は、波長ごとに入力される光強度が異なる。波長選択スイッチには、波長ごとに異なる強度を揃えて、波長多重し、出力ポートから出力するという機能（アッテネーション）がある。第１実施形態の波長選択スイッチでは、光強度が最も高くなるように集光レンズ１１３のミラー１１４ｍを振った状態から、各波長の光強度に対応してミラー１１４ｍの回転角を可変する事によって、アッテネーションを達成している。
【００４１】
アッテネーションにおいて揃える光強度の値は、最も小さい光強度値より小さい値とする必要があり、その最も小さい光強度との強度差が大きい波長はミラー１１４ｍを可変させる回転量は大きく、強度差が小さい波長はミラー１１４ｍを可変させる回転量は小さくなる。つまり、アッテネーションしている状態とは、各ミラー１１４ｍを光強度が最も高くなるようにミラー１１４ｍを振った状態から、各ミラー１１４ｍを各波長の強度に対応して、ミラー１１４ｍを回転させて、出力ポート１１０ｅに光強度を揃えた状態で出力する事である。一方、アッテネーションしていない状態とは、ミラー１１４ｍを光強度が最も高くなるようにミラー１１４ｍを振った状態のまま、出力ポート１１０ｅに出力する事である。
【００４２】
図１３は、ミラー１１４ｍの角度Ｘθ、Ｙθと出力ポート１１０ｅに入る光の光強度Ｉとの関係を示した図である。図１４は出力ポート１１０ｅに入る光の光強度Ｉ、ミラー１１４ｍの角度Ｙθ、及びヒットレス範囲Ｈ１０の関係を示す図であり、（ａ）は角度Ｙθの位置をオフセットしていない比較例を示し、（ｂ）は角度Ｙθをオフセットした例を示す図である。
【００４３】
第１実施形態の波長選択スイッチでは、出力ポート１１０ｅの光強度が最大を示す角度Ｙθの位置（光強度分布のピーク位置）を、Ｙθ１（Ｙθ＝０）からミラー１１４ｍを振る方向とは逆の方向にβ１だけオフセットしている（図１４（ｂ））。また、ミラー１１４ｍの角度Ｙθの回転範囲をＹθ１（Ｙθ＝０）〜Ｙθ２としている。
【００４４】
このようにオフセットしてミラー１１４ｍの角度Ｙθの回転範囲をＹθ１（Ｙθ＝０）〜Ｙθ２とすると、ミラー１１４ｍは、角度Ｙθを変更しても、出力ポートの光強度が最大を示す位置の状態にならない。これは、出力ポート１１０ｅのＵ面１１０Ｕに対する入射角θＹがゼロとならない為である。
【００４５】
図１３に示す破線の矢印は、入力ポート１１０ｄと出力ポート１１０ｅが接続している状態Ｃ１１から、状態Ｃ１２、Ｃ１３を経て、入力ポート１１０ａと出力ポート１１０ｅが接続している状態Ｃ１４に切り替える動作を示している。具体的な動作は以下に説明する。
【００４６】
ミラー１１４ｍの可動範囲内における入力ポート１１０ｄと出力ポート１１０ｅが接続する光強度が最も高い状態を状態Ｃ１１とし、その時のミラー１１４ｍの振れ角をＸθ１、Ｙθ１とする。状態Ｃ１１から、入力ポートを切り替えるにはＸθを一定に保ったまま、Ｙθが大きくなる方向にミラー１１４ｍを最大振れ角まで回転させる。その状態を状態Ｃ１２とし、その時にミラー１１４ｍの振れ角はＸθ１、Ｙθ２である。
【００４７】
次にミラー１１４ｍの角度Ｙθを保ったまま、入力ポート１１０ａの方向にミラー１１４ｍのＸθを回転させる。その時の回転量ΔＸθは、入力ポート１１０ａと入力ポート１１０ｄの中心軸間隔をＬ１０ａ−ｄとすると、次式（５）で表される。
ΔＸθ＝ｔａｎ−１（Ｌ１０ａ−ｄ ／ｆ１）／２ ・・・（５）
ミラー１１４ｍが角度ΔＸθ回転した時の状態を状態Ｃ１３とし、その時のミラー１１４ｍの振れ角をＸθ２、Ｙθ２としている。
【００４８】
次に、ミラー１１４ｍの角度Ｘθを保ったまま、ミラー１１４ｍの振れ角が小さくなる方向にミラー１１４ｍのＹθをＹθ１まで回転させる。この状態を状態Ｃ１４とし、その時のミラー１１４ｍの振れ角をＸθ２、Ｙθ１としている。
【００４９】
光強度が最大を示す角度Ｙθの位置をβ１オフセットした事によって、ヒットレス動作の途中動作である状態Ｃ１２〜Ｃ１３への移行を行う際、光強度がある許容値以下であるヒットレス可能な範囲を通る事を実現している。
【００５０】
仮に図１４（ａ）に示すような従来の構成のようにβ１＝０とした場合、ミラー１１４ｍの最大振れ角Ｙθ２までミラー１１４ｍを振ったとしても、光強度Ｉはヒットレス可能範囲Ｈ１０内に達していない。これに対して、図１４（ｂ）に示す第１実施形態の構成のようにβ１がゼロではない状態では、ミラー１１４ｍの最大振れ角Ｙθ２までミラー１１４ｍを振ったときの光強度Ｉはヒットレス可能範囲Ｈ１０内に十分に達している事が分かる。
【００５１】
ここで、図１４（ｂ）に示すようにオフセットした場合、最小振れ角のＹθ１での光強度Ｉが、オフセットしない場合と比べてΔＷだけ低下してしまう。しかし、ミラー１１４ｍに集光するスポット径は十分に小さい為、その低下量ΔＷも小さい値となる。したがって、ΔＷ低下しても実用上問題はない。
【００５２】
また、図１４（ａ）に示す従来の構成においても、ミラー１１４ｍの最大振れ角Ｙθ２を大きくすればヒットレス可能範囲に到達する事は可能である。しかし、ミラーアレイ１１４の構成によっては最大振れ角Ｙθ２を大きくすることが困難となる場合がある。
【００５３】
第１実施形態のミラーアレイ１１４のミラー１１４ｍは、例えば図１５に示すＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーで構成されており、静電駆動方式が採用されている。図１５は、ＭＥＭＳミラー１２０の構成を示す斜視図である。図１６は、図１５の軸１４０ｃ方向から見た側面図であって、（ａ）は角度ＹθがＹθ１であるときの状態を、（ｂ）は角度ＹθがＹθ２であるときの状態を、それぞれ示す図である。なお、Ｙθ１、Ｙθ２は互いに異なる角度である。
【００５４】
図１５、図１６を用いて静電駆動型ＭＥＭＳミラーの駆動原理及び特徴を説明する。
１２０は、上面に反射面１４１を有する可動板１４０と、上面に２枚の駆動電極１３１、１３２が形成された基板１３０と、を有する。
【００５５】
長板状の可動板１４０は、その長手方向の両端面から外側へそれぞれ延びる、一対のヒンジ１４２、１４３を備える。ヒンジ１４２、１４３は、図示しない支持具によって支持されており、ヒンジ１４２、１４３を通る軸１４０ｃの周りを回動することによって傾斜可能である。
【００５６】
基板１３０の上面に形成された駆動電極１３１および駆動電極１３２は、長さＬ、幅Ｗであって、可動板１４０の下面１４４（図１６）に対向し、軸１４０ｃに関して対象な位置に設けられている。また、可動板１４０と駆動電極１３１、１３２との間には静電ギャップＤ１０と呼ぶ間隔が設けられている。
【００５７】
可動板１４０の下面１４４は導電性を有しており、下面１４４と駆動電極１３１の間には駆動電圧Ｖ１を印加可能であり、下面１４４と駆動電極１３２の間には、駆動電圧Ｖ１とは独立して、駆動電圧Ｖ２を印加可能である。駆動電圧Ｖ１、Ｖ２のいずれも印加していない状態では、可動板１４０の下面１４４は一定電位（ＧＮＤ電位）となっている。このとき、可動板１４０と、駆動電極１３１及び駆動電極１３２と、は互いに平行になっている。
【００５８】
次に図１５、図１６に示したＭＥＭＳミラーの駆動方法について説明する。
可動板１４０が駆動電極１３１に引き寄せられる方向に傾斜する場合については、駆動電極１３１に駆動電圧Ｖ１を印加すると、可動板１４０との間に静電引力Ｆが生じる。これにより、可動板１４０は、軸１４０ｃの周りを回動して駆動電極１３１側が駆動電極１３１に引き寄せられる方向に傾斜する（図１６（ｂ））。
可動板１４０が駆動電極１３２に引き寄せられる方向に傾斜する場合については、駆動電極１３２に駆動電圧Ｖ２を印加すると、可動板１４０との間に静電引力Ｆが生じる。これにより、可動板１４０は、軸１４０ｃの周りを回動して駆動電極１３２側が駆動電極１３２に引き寄せられる方向に傾斜する（図１６（ａ））。
【００５９】
ここで、駆動電圧Ｖ１と静電引力Ｆとの間には以下の式（６）が成り立つ。
Ｆ＝（ε０・Ｗ・Ｌ・Ｖ１２）／ｄ２ ・・・（６）
ここで、
ε０は比誘電率、
Ｗは駆動電極１３１の幅、
Ｌは駆動電極１３１の長さ、
ｄは静電ギャップＤ１０、である。
なお、上式（６）は、駆動電圧Ｖ１を駆動電圧Ｖ２に置き換えれば、可動板１４０と駆動電極１３２との間の静電引力について成り立つ。
【００６０】
式（６）から、大きな静電引力Ｆを得る為には駆動電極面積（Ｗ×Ｌ）を大きくする事、静電ギャップＤ１０を小さくする事、駆動電圧Ｖ１を大きくする事が有効である事がわかる。
【００６１】
ここで、大きな傾斜角を得る事について検討する。
まず、静電ギャップＤ１０を小さくする事は可動板１４０の傾斜範囲を小さくする事になるため有効ではない。また、駆動電極１３１は可動板１４０に対向している事が必要であり、可動板１４０のサイズは仕様として設定される反射面１４１の大きさで決まってしまう事から、駆動電極面積を大きくする事で大きな傾斜角を得るには限界がある。さらに、大きな駆動電圧を印加すると静電ギャップで静電破壊あるいは絶縁破壊が発生する為、駆動電圧を大きくする事で大きな傾斜角を得るのも限界がある。
したがって、波長選択スイッチ用のＭＥＭＳミラーアレイとしては大きな傾斜角を実現する事が望まれるが、静電駆動型ＭＥＭＳミラーにおいて、静電引力を大きくする事で大きな傾斜角を得るには限界がある事がわかる。
【００６２】
大きな傾斜角を得る別の方法としてヒンジ１４２、１４３の剛性を小さくする方法も考えられる。ヒンジ剛性が軸１４０ｃの周りの動きに対して小さくなれば、小さな力で大きな傾斜角を得る事が出来る。しかしながら、ヒンジ剛性はミラーアレイ１１４の要求仕様の一つである耐衝撃性に対しても影響力を有しており、ヒンジ剛性は耐衝撃性を満足する様に設計されるため、大きな傾斜角を得る為にヒンジ剛性を小さくする事は困難である。
【００６３】
以上述べたように、静電駆動型ＭＥＭＳミラーアレイにおいて大きな傾斜角を実現するのは困難であると考えられる。第１実施形態の構成の波長選択スイッチに求められるミラーアレイは、１次元駆動型ではなく２次元駆動型であるが、大きな傾斜角を実現する観点では全く同様の問題が生じ得る。しかしながら、第１実施形態の波長選択スイッチによれば、この様にミラーの振れ角度幅に制限があった場合においても、振れ角度幅を大きくする事なく、ヒットレス動作を実現できる。
【００６４】
図１７は、第２変形例に係るＭＥＭＳミラー２２０の構成を示す斜視図である。図１８は、図１７の軸２４０ｃ方向から見た側面図であって、（ａ）は角度ＹθがＹθ１であるときの状態を、（ｂ）は角度ＹθがＹθ２であるときの状態を、それぞれ示す図である。
【００６５】
図１７、図１８に示すように、第２変形例は、駆動電極が１つのみであり、ミラーが１方向にのみ傾斜する点が上述の実施形態と異なる。具体的な構成としては、ＭＥＭＳミラー２２０は、上面に反射面２４１を有する可動板２４０と、上面に１枚の駆動電極２３１が形成された基板２３０と、を有する。長板状の可動板２４０は、上述の可動板１４０と同様に、その長手方向の両端面から外側へそれぞれ延びる、一対のヒンジ２４２、２４３を備え、ヒンジ２４２、２４３は、ヒンジ２４２、２４３を通る軸２４０ｃの周りを回動することによって傾斜可能である。さらに、駆動電極２３１は、長さＬ、幅Ｗであって、可動板２４０の下面２４４（図１８）に対向している。また、可動板２４０と駆動電極２３１との間には静電ギャップＤ２０が設けられている。
【００６６】
可動板２４０の下面２４４は導電性を有しており、下面２４４と駆動電極２３１の間には駆動電圧Ｖ１を印加可能である。駆動電圧Ｖ１を印加していない状態では、可動板２４０の下面２４４は一定電位（ＧＮＤ電位）となっている。駆動電極２３１に駆動電圧Ｖ１を印加すると、可動板２４０との間に静電引力Ｆが生じる。これにより、可動板２４０は、軸２４０ｃの周りを回動して駆動電極２３１側が駆動電極２３１に引き寄せられる方向に傾斜する（図１８（ｂ））。
【００６７】
このようにミラーが振れる駆動領域が違った場合においても、上述の実施形態によれば、β１を任意に設定できる為、容易にヒットレスを実現できる。第１実施形態ではミラーの振れ角であるＹθ１、Ｙθ２の絶対値には制約がなく、振れ角度幅にのみ制約がある為、ミラーの設計が容易となり、ミラーの小型化、ミラーのコスト削減、ミラー駆動の消費電力削減、ミラー振れ角度幅増大などの効果が容易に想像できる。
【００６８】
図１９は、第３変形例に係るＭＥＭＳミラー３２０の構成を示す斜視図である。図２０は、図１９の軸３４０ｃ方向から見た側面図であって、（ａ）は角度ＹθがＹθ１であるときの状態を、（ｂ）は角度ＹθがＹθ２であるときの状態を、それぞれ示す図である。
【００６９】
図１９、図２０に示すように、第３変形例は、左右で駆動電極の大きさが異なり、ミラーが触れる範囲が左右で異なる点が第１実施形態と異なる。具体的な構成としては、ＭＥＭＳミラー３２０は、上面に反射面３４１を有する可動板３４０と、上面に２枚の駆動電極３３１、３３２が形成された基板３３０と、を有する。長板状の可動板３４０は、上述の可動板１４０と同様に、その長手方向の両端面から外側へそれぞれ延びる、一対のヒンジ３４２、３４３を備え、ヒンジ３４２、３４３は、ヒンジ３４２、３４３を通る軸３４０ｃの周りを回動することによって傾斜可能である。駆動電極３３１は、長さＬ、幅Ｗであり、駆動電極３３２は、長さがＬ、幅がＷより小さいＷ’である。駆動電極３３１、３３２は、可動板３４０の下面３４４（図２０）に対向している。また、可動板３４０と駆動電極３３１との間には静電ギャップＤ３０が設けられている。
【００７０】
可動板３４０の下面３４４は導電性を有しており、下面３４４と駆動電極３３１の間には駆動電圧Ｖ１を、下面３４４と駆動電極３３２の間には駆動電圧Ｖ２を、それぞれ印加可能である。駆動電圧Ｖ１、Ｖ２を印加していない状態では、可動板３４０の下面３４４は一定電位（ＧＮＤ電位）となっている。駆動電極３３１に駆動電圧Ｖ１を印加すると、可動板３４０との間に静電引力Ｆが生じる。これにより、可動板３４０は、軸３４０ｃの周りを回動して駆動電極３３１側が駆動電極３３１に引き寄せられる方向に傾斜する（図２０（ｂ））。駆動電極３３２に駆動電圧Ｖ２を印加すると、可動板３４０との間に静電引力Ｆが生じる。これにより、可動板３４０は、軸３４０ｃの周りを回動して駆動電極３３２側が駆動電極３３２に引き寄せられる方向に傾斜する（図２０（ａ））。
【００７１】
このようにミラーが振れる駆動領域が違った場合においても、上述の実施形態によれば、β１を任意に設定できる為、容易にヒットレスを実現できる。第１実施形態ではミラーの振れ角であるＹθ１、Ｙθ２の絶対値には制約がなく、振れ角度幅にのみ制約がある為、ミラーの設計が容易となり、ミラーの小型化、ミラーのコスト削減、ミラー駆動の消費電力削減、ミラー振れ角度幅増大などの効果が容易に想像できる。
【００７２】
次に、第１実施形態の波長選択スイッチの組立について、図２１から図２３を参照しつつ説明する。図２１は、第１実施形態の波長選択スイッチを組み立てる手順の１つの例を示すフローチャートである。図２２は、第１実施形態の波長選択スイッチの組立過程のうち、集光レンズ１１３を配置した状態を示す図である。図２３は、第１実施形態の波長選択スイッチの組立過程のうち、ミラーアレイ１１４を駆動して出力ポート１１０ｅの光強度分布を測定する状態を示す図である。
【００７３】
まず、入出力ポート１１０を所定位置に設置（ステップＳ１０１）し、入出力ポート１１０に合わせてレンズアレイ１１１を設置する（ステップＳ１０２）。つづいて、分散素子１２を所定位置に設置する（ステップＳ１０３）。次に、分散素子１１２で波長ごとに分散する分散点Ｐ１（図３）と、集光レンズ１１３との位置関係を示すΔＱの値が０になるように集光レンズ１１３を仮設置する（ステップＳ１０４）。
【００７４】
次に、ミラーアレイ１１４を所定位置に設置（ステップＳ１０５）した後に、ミラーアレイ１１４のミラー１１４ｍを駆動させ、図２３に示すように、ミラー１１４ｍの回転角Ｘθ、Ｙθを、（Ｘθ１、Ｙθ１）（状態Ｃ１５）、（Ｘθ１、Ｙθ２）（状態Ｃ１６）、（Ｘθ２、Ｙθ２）（状態Ｃ１７）、（Ｘθ２、Ｙθ１）（状態Ｃ１８）の順に変化させ、各状態における出力ポート１１０ｅの光強度分布を測定する（ステップＳ１０６）。測定した光強度分布から、ヒットレス可能かどうかを判断し（ステップＳ１０７）、ヒットレス可能な場合（ステップＳ１０７でＹＥＳ）、光強度の最大値の低下量であるΔＷが許容値未満である事を確認する（ステップＳ１０８）。
【００７５】
ヒットレスが可能ではない場合（ステップＳ１０７でＮＯ）は、β１を大きくする為に、集光レンズ１１３を第２方向Ｂ１にΔＸシフトさせる。ただし、そのシフト量であるΔＸはΔＷが許容値以上とならない範囲でシフトさせる。また、ΔＷが許容値以上である場合（ステップＳ１０８でＮＯ）はβ１を小さくする為に、集光レンズ１１３を第２方向Ｂ１にΔＸシフトさせ、そのシフト量であるΔＸはヒットレス可能な範囲でシフトさせる。その後、再び、ミラーを駆動してＸθ、Ｙθと出力ポート１１０ｅの光強度分布を測定した後に、ヒットレスが可能かどうかの判断（ステップＳ１０７）及びΔＷが許容値未満であるかどうかの判断（ステップＳ１０８）を行う。
ΔＷが許容値未満であったとき（ステップＳ１０８でＹＥＳ）は、集光レンズ１１３を本設置（ステップＳ１０９）して組立を終了する。
【００７６】
このように、目標に達成するまで、すなわち、ヒットレス可能であり、かつ、ΔＷが許容値未満となるまで、ステップＳ１０６〜Ｓ１０８を繰り返さなければならないが、ΔＸのシフト量は設計の値から推測できるため、繰り返す数は２、３回程度と少ない回数で済む。このような組み立て方法を行う事で、特殊な組み立て装置を用いる事なく、簡単で短時間に高精度に組み立てを行う事ができる。
【００７７】
組立を完了するには、光強度の最大値の低下量であるΔＷが、許容値と同一、又は、許容値以下である必要がある。しかし、ΔＷが許容値と等しい場合のβ１をβ１ｍａｘとすると、β１ｍａｘはミラー１１４ｍに集光するスポット径によって変化する。ミラー１１４ｍに集光するスポット径は、部品や組み立て精度によってばらついてしまう。このため、調整機構が無い状態でβ１ｍａｘを固定値として、設計、組み立てを行う事は非常に困難であり、仮に出来たとしても、β１ｍａｘに多くのマージン量を引いた状態となってしまうおそれがある。第１実施形態の波長選択スイッチでは、β１ｍａｘを実際の波長選択スイッチで設定する事ができる為、マージン量は考慮しなくて良く、そのマージン量分をミラー振れ角幅に充てる事が可能となる。したがって、よりスポット径が小さい場合においても、ヒットレスを実現する事が可能となる。また、β１ｍａｘの値を調整で設定できる為、１つのミラーアレイ１１４は様々な種類の波長選択スイッチに対応させる事が可能となる。
【００７８】
図２４は、第４変形例に係る分散素子４１２、集光レンズ４１３、及びミラーアレイ４１４の構成を示す斜視図である。
図２４に示すように、光軸方向から見た集光レンズ４１３の面形状を、円形ではなく略矩形の形状にすることもできる。また、分散素子４１２、ミラーアレイ４１４も、集光レンズ４１３と同様に略矩形の面形状を備え、これらは同一の平面４００上に載置される。これにより、組立時に集光レンズ４１３を第２方向Ｂ１に移動させる作業を簡単で且つ高精度に行う事が可能となる。
【００７９】
（第２実施形態）
図２５は、第２実施形態の波長選択スイッチの構成を示す側面図、図２６は、第２実施形態の波長選択スイッチの構成を示す上面図、図２７は、図２６の分散素子５１２及び集光レンズ５１３の拡大図である。図２８は、ミラーアレイ５１４の構成を示す、第１方向Ａ１から見た側面図である。図２９（ａ）は、角度ＹθをＹθ１としたときのミラー５１４ｍへの入射光の反射を第１方向Ａ１から見た図、（ｂ）は、角度ＹθをＹθ２としたときのミラー５１４ｍへの入射光の反射を第１方向Ａ１から見た図である。
【００８０】
第２実施形態の波長選択スイッチは、第１実施形態の波長選択スイッチのように、波長多重光を分散素子１１２上で波長ごとに分散する分散点Ｐ１と集光レンズ５１３の光軸とが第２方向Ｂ１においてΔＱだけオフセットした配置ではなく、集光レンズ５１３の光軸が、分散点Ｐ１と第２方向Ｂ１で交わるように配置されている。
【００８１】
また、第２実施形態の波長選択スイッチにおいては、第１実施形態と同様に、分散素子５１２と集光レンズ５１３の間隔は焦点距離ｆ１だけ離れている。このように配置したため、集光レンズ５１３によって、ミラーアレイ５１４のミラー５１４ｍ上に向かって集光される各波長の光は、集光レンズ５１３の光軸と第２方向Ｂ１において同一の方向に進んでいく。ミラーアレイ５１４の位置は集光レンズ５１３との間隔がｆ１となるように配置され、全ての波長の光がミラー５１４ｍ上に集光する。
【００８２】
ここで、ミラーアレイ５１４は、第２方向Ｂ１に配列された複数のミラー５１４ｍを有している。各ミラー５１４ｍは、図４、図５に示すミラーアレイ１１４と同様に、Ｘ軸に沿った軸Ｘｍを中心に角度Ｘθ、Ｙ軸に沿った軸Ｙｍ中心に角度Ｙθ、それぞれ独立して回転する事が可能である。
【００８３】
このときの各波長の集光位置を結んだ軸５１４ｃ（図２８）は、集光レンズ５１３の光軸に対して垂直である。また、集光レンズ５１３から出てミラーアレイ５１４のミラー５１４ｍ上に入射する各波長の光の第２方向Ｂ１に進行する角度が軸５１４ｃに対して垂直である。ミラー５１４ｍ上に集光される各波長の光はミラー５１４ｍの反射面に対して斜めに入射し、ミラー５１４ｍによって入射方向とは異なる方向に反射される。
【００８４】
ミラーアレイ５１４のミラー５１４ｍによって反射された光は、広がりを持った光束の状態で集光レンズ５１３に入る。各ミラー５１４ｍの回転角が同じ場合、集光レンズ５１３に入った各波長の光は分散素子５１２上の一点に集まり、波長多重されたコリメート光となって集光レンズ５１３から出される。分散素子５１２上で一点に集まる集合点は、分散素子５１２によって、入力ポート５１０ｃから波長多重された光が波長によって異なる方向に分散素子５１２上で分散される分散点Ｐ１とはＬだけ離れた位置にある。Ｌは、第２方向Ｂ１の成分がＬＸ（図２６）、第１方向Ａ１の成分がＬＹ（図２５）である。
【００８５】
分散素子５１２によって波長多重されたコリメート光は、レンズアレイ５１１の出力ポート５１０ｅに対応したレンズ上に入射する。このレンズ上に入射する位置はレンズの中心ではなく、少なくとも、中心から第２方向Ｂ１にＬＸだけずれた位置であり、レンズの光軸と同じ角度で入射し、レンズから出た光は出力ポート５１０ｅ上に集光される。
ここで、入出力ポート５１０は、複数の入出力ポートを備え、例えば図２５に示すように、４つの入力ポート５１０ａ、５１０ｂ、５１０ｃ、５１０ｄと、１本の出力ポート５１０ｅと、が出力ポート５１０ｅを中心に第１方向Ａ１にアレイ状に等間隔で並んだ状態で構成される。
【００８６】
ここで、Ｕ面５１０Ｕは、入出力ポート５１０の各入力ポートから出る光に対して垂直な仮想面である。図２９に示すようにミラー５１４ｍへの入射角βがゼロでないとき、出力ポート５１０ｅに入る光はＵ面５１０Ｕに対して、第２方向Ｂ１に斜めに入射する。ミラー５４ｍへの入射角βがゼロのとき、出力ポート５１０ｅに入る光はＵ面５１０Ｕに対して、第２方向Ｂ１に垂直に入射する。Ｕ面５１０Ｕに斜めに入射する角度をθとすると、入射角βが大きくなればなるほど、出力ポート５１０ｅに入る光の入射角θは大きくなる。入射角βがある大きさを越えると、出力ポート５１０ｅ上に入射する位置がレンズアレイ５１１のレンズの収差によって第２方向Ｂ１にずれる事となり、さらに入射角βを大きくすると、最終的に入力ポートと出力ポート５１０ｅは繋がらなくなってしまう。
【００８７】
ミラーアレイ５１４のミラー５１４ｍの反射面は、図２８に示すように、各波長の光がミラー５１４ｍに集光する点を結んだ軸５１４ｃに対して、常に斜めに傾いた状態で構成されている。また、図２９に示すように、ミラー５１４ｍの第２方向Ｂ１の駆動方向（図２９の左右方向）は、傾いたミラー５１４ｍをさらに傾ける方向である。このような構成にする事により第１実施形態と同様な効果を得る事が可能となり、ミラー５１４ｍの振れ角度幅を大きくする事なく、ヒットレス動作を実現できる。
【００８８】
図３０は、第２実施形態のＭＥＭＳミラー５２０の構成を示す斜視図である。
図３０に示すように、ＭＥＭＳミラー５２０は、上面に反射面５４１を有する可動板５４０と、上面に１枚の駆動電極５３１が形成された基板５３０と、を有する。長板状の可動板５４０は、第１実施形態の可動板１４０と同様に、その長手方向の両端面から外側へそれぞれ延びる、一対のヒンジ５４２、５４３を備え、ヒンジ５４２、５４３は、ヒンジ５４２、５４３を通る軸５４０ｃの周りを回動することによって傾斜可能である。さらに、駆動電極５３１は、長さＬ、幅Ｗであって、可動板５４０の下面に対向している。また、可動板５４０と駆動電極５３１との間には静電ギャップＤ５０が設けられている。
【００８９】
可動板５４０の下面は導電性を有しており、この下面と駆動電極５３１の間には駆動電圧Ｖ１を印加可能である。駆動電圧Ｖ１を印加していない状態では、可動板５４０の下面は一定電位（ＧＮＤ電位）となっている。駆動電極５３１に駆動電圧Ｖ１を印加すると、可動板５４０との間に静電引力Ｆが生じる。これにより、可動板５４０は、軸５４０ｃの周りを回動して駆動電極５３１側が駆動電極５３１に引き寄せられる方向に傾斜する。
【００９０】
ミラーアレイ５１４は、例えば図３０に示すように、ヒンジ５４２、５４３を軸５４０ｃの周りにねじる事により、ミラー５１４ｍの傾斜軸に残留応力を持たせ、ミラー５１４ｍの反射面を傾ける事が可能である。このねじり量を自由に変える事により、ミラー５１４ｍの入射角βのオフセット量であるβ１の大きさを容易に設定する事ができる。このような構成により、入出力ポート５１０から集光レンズ５１３までの光学系の構成を変更する事なく、さまざまな波長選択スイッチに対して応用可能な構成でヒットレス動作を実現する事が可能となる。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
以上のように、本発明に係る波長選択スイッチは、ミラーの振れ角の範囲を大きくすることなくヒットレス動作を行うことが必要な波長選択スイッチに有用である。
【符号の説明】
【００９２】
１１０ 入出力ポート
１１０Ｕ Ｕ面
１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ 入力ポート
１１０ｅ 出力ポート
１１１ レンズアレイ
１１２ 分散素子
１１３ 集光レンズ
１１４ ミラーアレイ
１１４ｍ ミラー
１２０ ＭＥＭＳミラー
１３０ 基板
１３１、１３２ 駆動電極
１４０ 可動板
１４０ｃ 軸
１４１ 反射面
１４４ 下面
２１０ 入出力ポート
２１０Ｕ Ｕ面
２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄ 入力ポート
２１０ｅ 出力ポート
２１１ レンズアレイ
２２０ ＭＥＭＳミラー
２３０ 基板
２３１ 駆動電極
２４０ 可動板
２４０ｃ 軸
２４１ 反射面
２４４ 下面
３２０ ＭＥＭＳミラー
３３０ 基板
３３１、３３２ 駆動電極
３４０ 可動板
３４０ｃ 軸
３４１ 反射面
３４４ 下面
４１２ 分散素子
４１３ 集光レンズ
４１４ ミラーアレイ
５１０ 入出力ポート
５１０Ｕ Ｕ面
５１０ａ、５１０ｂ、５１０ｃ、５１０ｄ 入力ポート
５１０ｅ 出力ポート
５１１ レンズアレイ
５１２ 分散素子
５１３ 集光レンズ
５１４ ミラーアレイ
５１４ｍ ミラー
５２０ ＭＥＭＳミラー
５３０ 基板
５３１ 駆動電極
５４０ 可動板
５４０ｃ 軸
５４１ 反射面
Ａ１ 第１方向
Ｂ１ 第２方向
Ｄ１０、Ｄ２０、Ｄ３０、Ｄ５０ 静電ギャップ
Ｐ１ 分散点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向にアレイ状に並び、波長多重された光の入力部及び出力部を有する光入出力部と、
前記入力部から入力された波長多重光をそれぞれの信号波長に分離する光分散手段と、
前記信号波長に分離された光を集光させる集光素子と、
前記集光素子により集光されたそれぞれの信号波長光を所望の出力部にスイッチングさせるように、前記第１方向、及び、前記第１方向に直交する第２方向に、前記信号光を偏向させる光偏向素子アレイと、
を備える波長選択スイッチにおいて、
前記光偏向素子アレイの偏向範囲内において、前記入力部から出射された光が、その進行方向と垂直な面に対し、垂直と異なる角度で入射するように前記集光素子及び前記光偏向素子アレイが配置されていることを特徴とする波長選択スイッチ。
【請求項２】
前記集光素子により集光されたそれぞれの信号波長光の進行方向が、前記第２方向において、前記集光素子の中心軸と一致しないように、前記光分散手段と前記集光素子が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の波長選択スイッチ。
【請求項３】
前記集光素子により集光されたそれぞれの信号波長光の進行方向が、前記第２方向において、前記集光素子の中心軸と一致し、前記光偏向素子アレイの偏向範囲内において、前記入力部から出射された光が、その進行方向と垂直な面に対し、垂直と異なる角度で入射するように前記光偏向素子アレイが傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の波長選択スイッチ。
【請求項４】
前記集光素子は、前記集光素子により集光されたそれぞれの信号波長光の進行方向と前記集光素子の中心軸とが一致する位置から、前記第２方向へずらして配置されて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】
前記光偏向素子アレイは、第２方向に配列された複数のミラーを有するミラーアレイであって、前記複数のミラーは、前記複数のミラーのそれぞれに集光する点を結んだ軸に対して常に斜めに傾いていることを特徴とする請求項３に記載の波長選択スイッチ。
【請求項１】
第１方向にアレイ状に並び、波長多重された光の入力部及び出力部を有する光入出力部と、
前記入力部から入力された波長多重光をそれぞれの信号波長に分離する光分散手段と、
前記信号波長に分離された光を集光させる集光素子と、
前記集光素子により集光されたそれぞれの信号波長光を所望の出力部にスイッチングさせるように、前記第１方向、及び、前記第１方向に直交する第２方向に、前記信号光を偏向させる光偏向素子アレイと、
を備える波長選択スイッチにおいて、
前記光偏向素子アレイの偏向範囲内において、前記入力部から出射された光が、その進行方向と垂直な面に対し、垂直と異なる角度で入射するように前記集光素子及び前記光偏向素子アレイが配置されていることを特徴とする波長選択スイッチ。
【請求項２】
前記集光素子により集光されたそれぞれの信号波長光の進行方向が、前記第２方向において、前記集光素子の中心軸と一致しないように、前記光分散手段と前記集光素子が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の波長選択スイッチ。
【請求項３】
前記集光素子により集光されたそれぞれの信号波長光の進行方向が、前記第２方向において、前記集光素子の中心軸と一致し、前記光偏向素子アレイの偏向範囲内において、前記入力部から出射された光が、その進行方向と垂直な面に対し、垂直と異なる角度で入射するように前記光偏向素子アレイが傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の波長選択スイッチ。
【請求項４】
前記集光素子は、前記集光素子により集光されたそれぞれの信号波長光の進行方向と前記集光素子の中心軸とが一致する位置から、前記第２方向へずらして配置されて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】
前記光偏向素子アレイは、第２方向に配列された複数のミラーを有するミラーアレイであって、前記複数のミラーは、前記複数のミラーのそれぞれに集光する点を結んだ軸に対して常に斜めに傾いていることを特徴とする請求項３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１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【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１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【公開番号】特開２０１１−１９７４００（Ｐ２０１１−１９７４００Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６４０６４（Ｐ２０１０−６４０６４）
【出願日】平成２２年３月１９日（２０１０．３．１９）
【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１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１９日（２０１０．３．１９）
【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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