JP2014026052A - 光スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】光信号の出力パワーの変動が低減された光スイッチを提供する。
【解決手段】入力ポート部１００１ａは光信号が入力される複数のポートを有し、出力ポート部１００１ｂは光信号を出力する複数のポートを有している。ビームスプリッター１００５ａは、入力ポート部から延びる一つの光路を二つの光路Ｐ１，Ｐ２に分割し、ビームスプリッター１００５ｂは、二つの光路を合成して出力ポートに向かって延びる一つの光路を形成する。これらのビームスプリッターは、マイクロミラーアレイ１００３ａ，１００３ｂ，１０１３ａ，１０１３ｂと共に、入力ポート部と出力ポート部を二つの光路を介して光学的に結合し得る。シャッター１００７ａ，１００９ａとシャッター制御装置１０１５は、入力ポート部と出力ポート部を光学的に結合する光路を切り替え得る。マイクロミラーアレイは、結合される入力ポート部と出力ポート部のポートを切り替え得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、光スイッチに関する。

静電駆動方式のマイクロミラーを利用した光スイッチが知られている。そのような光スイッチは、たとえば、特許文献１や特許文献２に開示されている。

特許第４７４４５００号公報 特許第４４６４４３６号公報

静電駆動方式のマイクロミラーでは、電圧を印加すると電極自体や電極周囲絶縁体などが分極したり帯電したりすることがある。これが徐々に放電または充電されて、時間の経過と共に電極とミラー間の電位差が変化し、その回動角が時間の経過と共に変動する現象すなわち回動角ドリフトが発生する。このようなマイクロミラーを使用した光スイッチにおいて、回動角ドリフトの発生は、出力ポートに対する光信号の入射位置を変動させ、光信号の出力パワーの変動を引き起こし、通信品質を著しく低下させる要因となる。

本発明は、このような実状を考慮して成されたものであり、その目的は、回動角ドリフトの発生に起因する光信号の出力パワーの変動が低減された光スイッチを提供することである。

本発明による光スイッチは、光信号が入力される少なくとも一つのポートを有する入力ポート部と、光信号を出力する少なくとも一つのポートを有する出力ポート部と、前記入力ポート部と前記出力ポート部を複数の光路を介して光学的に結合し得る光結合光学系と、前記入力ポート部と前記出力ポート部を光学的に結合する光路を切り替え得る光路切替機構と、前記複数の光路に対してそれぞれ設けられた複数のポート切替機構を備えている。前記入力ポート部と前記出力ポート部の少なくとも一方は複数のポートを有している。各ポート切替機構は、互いに結合される前記入力ポート部と前記出力ポート部のポートを切り替え得る。

本発明によれば、回動角ドリフトの発生に起因する光信号の出力パワーの変動が低減された光スイッチが提供される。

第一実施形態に係る光スイッチを示している。 マイクロミラー装置の一例の分解斜視図である。 図２のＣ−Ｃ線に沿ったマイクロミラー装置の断面図である。 動作状態にあるマイクロミラー装置の回動角変化量と、第一実施形態における光路の切り替えのタイミングを示している。 動作状態にあるマイクロミラー装置の回動角変化量と、第二実施形態における光路の切り替えのタイミングを示している。 第三実施形態に係る波長選択スイッチ示している。 第四実施形態に係る波長選択スイッチ示している。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

［第一実施形態］
〔構成〕
図１に示されるように、本実施形態の光スイッチ１０００は、入力ポート部１００１ａと、出力ポート部１００１ｂと、ビームスプリッター１００５ａと、シャッター１００７ａ，１００９ａと、固定ミラー１０１１ａ，１０１１ｂと、マイクロミラーアレイ１００３ａ，１００３ｂ，１０１３ａ，１０１３ｂと、ビームスプリッター１００５ｂを備えている。光スイッチ１０００はさらに、シャッター１００７ａ，１００９ａを制御するシャッター制御装置１０１５と、マイクロミラーアレイ１００３ａ，１０１３ａ，１００３ｂ，１０１３ｂを制御するミラー制御装置１０１７を備えている。

入力ポート部１００１ａは、光信号が入力される複数のポートを有し、出力ポート部１００１ｂは、光信号を出力する複数のポートを有している。入力ポート部１００１ａと出力ポート部１００１ｂのポートはそれぞれ二次元的に配列された複数の光ファイバから構成されている。

ビームスプリッター１００５ａは、入力ポート部１００１ａから入射する光信号の一部を透過し、他の一部を反射する機能を有している。すなわち、ビームスプリッター１００５ａは、入力ポート部１００１ａから延びる一つの光路を複数の光路たとえば二つの光路Ｐ１，Ｐ２に分割する光路分割素子を構成している。また、ビームスプリッター１００５ｂは、光路Ｐ１に沿って入射する光信号を透過し、光路Ｐ２に沿って入射する光信号を反射する機能を有している。すなわち、ビームスプリッター１００５ｂは、光路Ｐ１，Ｐ２を合成して出力ポート部１００１ｂに向かって延びる一つの光路を形成する光路合成素子を構成している。

ビームスプリッター１００５ａと固定ミラー１０１１ａ，１０１１ｂとマイクロミラーアレイ１００３ａ，１００３ｂ，１０１３ａ，１０１３ｂとビームスプリッター１００５ｂは、入力ポート部１００１ａと出力ポート部１００１ｂを二つの光路Ｐ１，Ｐ２を介して光学的に結合し得る光結合光学系を構成している。

シャッター１００７ａ，１００９ａとシャッター制御装置１０１５は、入力ポート部１００１ａと出力ポート部１００１ｂを光学的に結合する光路を切り替え得る光路切替機構を構成している。シャッター１００７ａ，１００９ａは例えば透過型液晶で構成される。シャッター制御装置１０１５は、シャッター１００７ａ，１００９ａの一つを選択的に開状態すなわち透過状態とし、他のシャッターを閉状態すなわち遮断状態とするように制御する。その結果、入力ポート部１００１ａと出力ポート部１００１ｂは、一時に一つの光路すなわち光路Ｐ１，Ｐ２の一方を介して光学的に結合される。

マイクロミラーアレイ１００３ａ，１００３ｂ，１０１３ａ，１０１３ｂはそれぞれ二次元的に配置された複数のマイクロミラー装置１００２ａ，１００２ｂ，１０１２ａ，１０１２ｂを備えている。各マイクロミラー装置１００２ａ，１００２ｂ，１０１２ａ，１０１２ｂは、その向きを二次元的に変更可能なミラー面を備えており、これに入射する光信号を二次元的に偏向し得る。ミラー制御装置１０１７は、マイクロミラー装置１００２ａ，１００２ｂ，１０１２ａ，１０１２ｂのミラー面の向きを制御する。図１に示す矢印は光信号の進行方向を示している。

マイクロミラーアレイ１００３ａ，１００３ｂは光路Ｐ１上に配置され、マイクロミラーアレイ１０１３ａ，１０１３ｂは光路Ｐ２上に配置されている。入力ポート部１００１ａの一つのポートは、光路Ｐ１上のマイクロミラーアレイ１００３ａ，１００３ｂを介して、または光路Ｐ２上のマイクロミラーアレイ１０１３ａ，１０１３ｂを介して、出力ポート部１００１ｂの一つのポートと結合される。入力ポート部１００１ａのポートが結合される出力ポート部１００１ｂのポートは、マイクロミラー装置１００２ａ，１００２ｂ，１０１２ａ，１０１２ｂのミラー面の向きを変更することによって切り替えられ得る。すなわち、マイクロミラーアレイ１００３ａ，１００３ｂ，１０１３ａ，１０１３ｂとミラー制御装置１０１７は、互いに結合される入力ポート部１００１ａと出力ポート部１００１ｂのポートを切り替え得るポート切替機構を構成している。

図２と図３にマイクロミラー装置１００２ａの一例を示す。ここでは代表的にマイクロミラー装置１００２ａを図示して説明するが、他のマイクロミラー装置１００２ｂ，１０１２ａ，１０１２ｂもマイクロミラー装置１００２ａと同様である。図２はマイクロミラー装置の分解斜視図、図３は図２のＣ−Ｃ線に沿った接合断面を示している。

マイクロミラー装置１００２ａは、ミラーユニット３１０と電極基板３４０を備えている。

ミラーユニット３１０は、固定部３１２と一対の複合トーションバー３１４と可動支持部３１６と一対の複合トーションバー３１８と可動部３２０を備えている。

固定部３１２は矩形形状をしており、可動支持部３１６は矩形枠形状をしている。可動支持部３１６は、固定部３１２を取り囲むように間隔をおいて位置し、可動支持部３１６と固定部３１２の間に一対の複合トーションバー３１４が位置している。一対の複合トーションバー３１４は、固定部３１２の両側に位置している。一対の複合トーションバー３１４は、可動支持部３１６が固定部３１２に対して回動軸３２２の周りに回動変位すなわち傾斜し得るように可動支持部３１６と固定部３１２を機械的に接続している。

可動部３２０は開口部を有し、この開口部内に可動支持部３１６を収容するように位置し、可動部３２０の開口部内に一対の複合トーションバー３１８が位置している。一対の複合トーションバー３１８は、可動支持部３１６の両外側に位置している。一対の複合トーションバー３１８は、可動部３２０が可動支持部３１６に対して回動軸３２４の周りに回動変位すなわち傾斜し得るように可動部３２０と可動支持部３１６を機械的に接続している。回動軸３２２と回動軸３２４は互いに直交している。

一対の複合トーションバー３１４は回動軸３２４に対して対称的に配置され、可動支持部３１６は、回動軸３２２と回動軸３２４の両方に対して対称的に配置され、一対の複合トーションバー３１８と可動部３２０は、回動軸３２２に対して対称的に配置されている。固定部３１２と複合トーションバー３１４と可動支持部３１６と複合トーションバー３１８と可動部３２０は、たとえばシリコンで一体的に形成され得る。

可動部３２０は、電極基板３４０に対向する面の反対側の面にミラー面３２６を有している。ミラー面３２６は、回動軸３２２に対して対称的に位置する可動部３２０の二つの端部３２０ａ，３２０ｂの少なくとも一方に設けられている。たとえば、ミラー面３２６は、可動部３２０の一方の端部３２０ａに設けられている。もちろん、ミラー面３２６は、可動部３２０全体に設けられていてもよい。ミラー面３２６は、たとえば可動部３２０に高反射率の金属薄膜を形成することによって形成され得る。または、ミラー面３２６は、可動部３２０の表面に鏡面仕上げを施すことによって形成されてもよい。固定部３１２は、電極基板３４０に対向する面に、可動部３２０と電極基板３４０の間隔を規定するスペーサー３２８が設けられている。

電極基板３４０は、可動部３２０に対向する面に、可動部３２０を回動軸３２２と回動軸３２４の周りに回動変位すなわち傾斜させるための四つの固定電極３４２Ａ，３４２Ｂ，３４２Ｃ，３４２Ｄが設けられている。つまり、固定電極３４２Ａ，３４２Ｂ，３４２Ｃ，３４２Ｄは、可動部３２０を駆動するための駆動手段を構成している。続く説明では、固定電極３４２Ａ，３４２Ｂ，３４２Ｃ，３４２Ｄを区別する必要がない場合には、これらを総称して単に固定電極３４２を記す。固定電極３４２は、これに限らないが、たとえば金で構成されている。固定電極３４２Ａ，３４２Ｂは可動部３２０の一方の端部３２０ａに対向し、固定電極３４２Ｃ，３４２Ｄは可動部３２０の他方の端部３２０ｂに対向している。固定電極３４２Ａ，３４２Ｂと固定電極３４２Ｃ，３４２Ｄは、電極基板３４０に投影された回動軸３２２の直線に対して対称的に配置されている。固定電極３４２Ａ，３４２Ｃと固定電極３４２Ｂ，３４２Ｄは、電極基板３４０に投影された回動軸３２４の直線に対して対称的に配置されている。

ミラーユニット３１０と電極基板３４０は、固定電極３４２が可動部３２０の端部３２０ａ，３２０ｂに対向するように配置され、スペーサー３２８が電極基板３４０に接合されている。その結果、図３に示すように、可動部３２０は固定電極３４２から一定の距離に支持されている。

このようなマイクロミラー装置１００２ａにおいて、可動部３２０は次のようにして駆動される。

可動部３２０を回動軸３２２の周りに回動変位すなわち傾斜させるには、可動部３２０を接地電位に保ち、回動軸３２２に対して片方の側に位置する固定電極３４２たとえば固定電極３４２Ａ，３４２Ｂに電圧を印加する。電圧が印加された固定電極３４２Ａ，３４２Ｂと可動部３２０の間に静電引力が発生する。発生する静電引力の大きさは、印加電圧の大きさに依存する。可動部３２０は、電圧が印加されている固定電極３４２Ａ，３４２Ｂに対向している側が電極基板３４０に引き寄せられ、電圧が印加されていない固定電極３４２Ｃ，３４２Ｄに対向している側が電極基板３４０から遠ざかる。その結果、複合トーションバー３１４がねじり変形を起こし、可動部３２０が、印加電圧の大きさに依存して回動軸３２２の周りに回動変位すなわち傾斜される。

可動部３２０を回動軸３２４の周りに回動変位すなわち傾斜させるには、可動部３２０を接地電位に保ち、回動軸３２４に対して片方の側に位置する固定電極３４２Ａ，３４２Ｃに電圧を印加する。電圧が印加された固定電極３４２Ａ，３４２Ｃと可動部３２０の間に静電引力が発生する。発生する静電引力の大きさは、印加電圧の大きさに依存する。可動部３２０は、電圧が印加されている固定電極３４２Ａ，３４２Ｃに対向している側が電極基板３４０に引き寄せられ、電圧が印加されていない固定電極３４２Ｂ，３４２Ｄに対向している側が電極基板３４０から遠ざかる。その結果、複合トーションバー３１８がねじり変形を起こし、可動部３２０が、複合トーションバー３１４と可動支持部３１６と共に、印加電圧の大きさに依存して回動軸３２４の周りに回動変位すなわち傾斜される。

このマイクロミラー装置では、電圧を印加する固定電極３４２の選択と印加する電圧の大きさを制御することによって、可動部３２０を、互いに直交する二本の回動軸３２２，３２４の周りに回動変位すなわち傾斜させることができ、したがって、ミラー面３２６によって反射される光信号を二次元的に偏向することができる。

〔作用〕
入力ポート部１００１ａから出射した光信号は、ビームスプリッター１００５ａによって、光路Ｐ１に沿って進行する光信号と、光路Ｐ２に沿って進行する光信号に分割される。シャッター制御装置１０１５は、たとえば、シャッター１００７ａを開状態にし、シャッター１００９ａを閉状態にする。その結果、光信号の経路が光路Ｐ１に設定される。入力ポート部１００１ａからの光信号は、光路Ｐ１だけに沿って進み、マイクロミラーアレイ１００３ａのマイクロミラー装置１００２ａによって反射偏向され、続いてマイクロミラーアレイ１００３ｂのマイクロミラー装置１００２ｂによって反射偏向され、ビームスプリッター１００５ｂを介して出力ポート部１００１ｂに結合される。

光路Ｐ１上のマイクロミラーアレイ１００３ａ，１００３ｂは動作状態にあり、マイクロミラー装置１００２ａ，１００２ｂは電圧の供給を受けてミラー面が所望の向きに設定されている。一方、光路Ｐ２上のマイクロミラーアレイ１０１３ａ，１０１３ｂは非動作状態にあり、マイクロミラー装置１０１２ａ，１０１２ｂは電圧の供給を受けていない。

また、マイクロミラー装置１００２ａ，１００２ｂのミラー面の向きを変えることによって、すなわち光信号の偏向方向を変えることによって、互いに結合される入力ポート部１００１ａのポートと出力ポート部１００１ｂのポートを切り替えることができる。

以下の説明では、マイクロミラー装置１００２ａ，１００２ｂ，１０１２ａ，１０１２ｂのミラー面の向きを、単にマイクロミラー装置１００２ａ，１００２ｂ，１０１２ａ，１０１２ｂが回動角と表現する。たとえば、マイクロミラー装置１００２ａ，１００２ｂ，１０１２ａ，１０１２ｂのミラー面の向きが所望の向きに設定されるは、単にマイクロミラー装置１００２ａ，１００２ｂ，１０１２ａ，１０１２ｂが所望の回動角に設定されると同義である。

動作状態にあるマイクロミラー装置１００２ａ，１００２ｂの回動角は、図４に示されるように、時間の経過と共に変化する。すなわち、動作状態にあるマイクロミラー装置１００２ａ，１００２ｂには回動角ドリフトが発生する。このため、動作状態にあるマイクロミラー装置１００２ａ，１００２ｂでは、その回動角が所望の回動角からずれていく。この回動角変化量すなわちドリフト量には、言い換えれば所望の回動角からのずれ量には、光パワーの許容範囲に対応する許容範囲が存在する。

シャッター制御装置１０１５は、動作状態にあるマイクロミラー装置１００２ａ，１００２ｂの回動角変化量が許容範囲を超える直前の時刻Ｔ１において、シャッター１００７ａを閉状態にし、シャッター１００９ａを開状態にして、光信号の経路を光路Ｐ２に切り替える。これと同時に、ミラー制御装置１０１７は、マイクロミラーアレイ１０１３ａ，１０１３ｂを動作させ、マイクロミラー装置１０１２ａ，１０１２ｂに電圧を供給して所望の回動角に設定する。その結果、入力ポート部１００１ａからの光信号が光路Ｐ２上のマイクロミラーアレイ１０１３ａ，１０１３ｂを介して出力ポート部１００１ｂに結合される。

またミラー制御装置１０１７は、光路の切り替え後に、マイクロミラーアレイ１００３ａ，１００３ｂを非動作状態に戻し、マイクロミラー装置１００２ａ，１００２ｂへの供給電圧を０Ｖに戻して溜まった電荷を放出させる。その後、ミラー制御装置１０１７は、マイクロミラーアレイ１００３ａ，１００３ｂを次に動作されるまで非動作状態のままに保つ。

その後、上記説明と同様にして、マイクロミラー装置１０１２ａ，１０１２ｂの回動角変化が許容範囲を超える直前の時刻Ｔ２において、シャッター制御装置１０１５は、光信号の経路を光路Ｐ２から再び光路Ｐ１に切り替え、これと同時に、ミラー制御装置１０１７は、光路Ｐ１上のマイクロミラーアレイ１００３ａ，１００３ｂを動作させる。その結果、入力ポート部１００１ａからの光信号が光路Ｐ１上のマイクロミラーアレイ１００３ａ，１００３ｂを介して出力ポート部１００１ｂに結合される。

またミラー制御装置１０１７は、光路の切り替え後に、マイクロミラーアレイ１０１３ａ，１０１３ｂを非動作状態に戻し、マイクロミラーアレイ１０１３ａ，１０１３ｂを次に動作されるまで非動作状態のままに保つ。

以降、シャッター制御装置１０１５とミラー制御装置１０１７は同様の制御を繰り返しおこなう。

つまり、ミラー制御装置１０１７は、光路Ｐ１，Ｐ２の切り替えと同時に、入力ポート部１１０１ａと出力ポート部１１０１ｂを光学的に結合する光路Ｐ１，Ｐ２上のマイクロミラーアレイ１００３ａ，１００３ｂ，１０１３ａ，１０１３ｂを動作させる。さらに、ミラー制御装置１０１７は、入力ポート部１００１ａと出力ポート部１００１ｂを光学的に結合していない光路Ｐ１，Ｐ２上のマイクロミラーアレイ１００３ａ，１００３ｂ，１０１３ａ，１０１３ｂを非動作状態に維持する。

〔効果〕
回動角ドリフトの発生に起因する光信号の出力パワーの変動が低減された光スイッチが提供される。本実施形態の光スイッチは、どのような回動角変化、例えばある時間内に定常状態にならない回動角変化を示すマイクロミラーで対しても、光信号の出力パワーの変動を低減することができる。

〔変形例〕
マイクロミラーアレイは、静電型アクチュエータであれば櫛歯型アクチュエータでもよく、平行平板型に限るものではない。

本実施形態では、シャッターは、透過型液晶素子としたが、光の透過遮断を制御さえできればよく、液晶素子と限るものではない。
また、本実施形態ではマイクロミラーアレイに４ミラー×４ミラー（１６個のマイクロミラー装置）の例を示しているが、これに限るものではない。

本実施形態では、マイクロミラーアレイ装置に平行平板型アクチュエータを用いる例を示したが、櫛歯型アクチュエータを用いてもよい。さらに複合トーションバーはミラーと同層であるが、ミラーと電極間に設けてもよい。

［第二実施形態］
〔構成〕
本実施形態の装置構成は第一実施形態と同様であるが、シャッター制御装置１０１５とミラー制御装置１０１７における制御の手法が第一実施形態と相違する。

〔作用〕
先の説明と同様に、入力ポート部１００１ａからの光信号が光路Ｐ１上のマイクロミラーアレイ１００３ａ，１００３ｂを介して出力ポート部１００１ｂに結合されるものとして説明する。動作状態にあるマイクロミラー装置１００２ａ，１００２ｂの回動角は、図５に示されるように、時間の経過と共に変化する。

入力ポート部１００１ａと出力ポート部１００１ｂの間の光信号の結合の開始前に、ミラー制御装置１０１７は、あらかじめマイクロミラーアレイ１００３ａ，１００３ｂを動作させ、マイクロミラー装置１００２ａ，１００２ｂを所望の回動角に設定する。その後、時刻Ｔ１において、シャッター制御装置１０１５は、シャッター１００７ａを開状態にし、シャッター１００９ａを閉状態にする。その結果、光信号の経路を光路Ｐ１に設定され、入力ポート部１００１ａからの光信号が光路Ｐ１上のマイクロミラーアレイ１００３ａ，１００３ｂを介して出力ポート部１００１ｂに結合される。

つまり、マイクロミラー装置１００２ａ，１００２ｂには、図５に斜線部３００１で示される時間帯では光信号が入力されず、回動角変化量すなわちドリフト量がある程度収束したタイミングで光信号が入力される。

その後、光信号の経路が光路Ｐ１から光路Ｐ２に切り替えられる時刻Ｔ３よりも前の時刻Ｔ２において、ミラー制御装置１０１７は、マイクロミラーアレイ１０１３ａ，１０１３ｂを動作させ、マイクロミラー装置１０１２ａ，１０１２ｂを所望の回動角に設定する。

図５の例では、マイクロミラーアレイ１０１３ａ，１０１３ｂを動作させる時刻Ｔ２は、マイクロミラー装置１００２ａ，１００２ｂに光信号が入力される時刻Ｔ１よりも後に設定されているが、時刻Ｔ２は時刻Ｔ１よりも前に設定されてもよい。

その後、動作状態にあるマイクロミラー装置１００２ａ，１００２ｂの回動角変化量が許容範囲を超える前の時刻Ｔ３において、シャッター制御装置１０１５は、シャッター１００７ａを閉状態にし、シャッター１００９ａを開状態にする。その結果、光信号の経路が光路Ｐ１から光路Ｐ２に切り替えられ、入力ポート部１００１ａからの光信号が光路Ｐ２上のマイクロミラーアレイ１０１３ａ，１０１３ｂを介して出力ポート部１００１ｂに結合される。

つまり、マイクロミラー装置１０１２ａ，１０１２ｂには、図５に斜線部３００３で示される時間帯では光信号が入力されず、回動角変化量がある程度収束したタイミングで光信号が入力される。

またミラー制御装置１０１７は、光路の切り替え後に、マイクロミラーアレイ１００３ａ，１００３ｂを非動作状態に戻し、マイクロミラー装置１００２ａ，１００２ｂへの供給電圧を０Ｖに戻して溜まった電荷を放出させる。その後、ミラー制御装置１０１７は、マイクロミラーアレイ１００３ａ，１００３ｂを次に動作されるまで非動作状態のままに保つ。

その後、上記説明と同様にして、光信号の経路が光路Ｐ２から光路Ｐ１に切り替えられるよりも前の時刻Ｔ４において、ミラー制御装置１０１７は、マイクロミラーアレイ１００３ａ，１００３ｂを動作させ、マイクロミラー装置１００２ａ，１００２ｂを所望の回動角に設定する。

その後、動作状態にあるマイクロミラー装置１０１２ａ，１０１２ｂの回動角変化量が許容範囲を超える前の時刻Ｔ５において、シャッター制御装置１０１５は、シャッター１００７ａを開状態にし、シャッター１００９ａを閉状態にする。その結果、光信号の経路が光路Ｐ２から光路Ｐ１に切り替えられ、入力ポート部１００１ａからの光信号が光路Ｐ１上のマイクロミラーアレイ１００３ａ，１００３ｂを介して出力ポート部１００１ｂに結合される。

またミラー制御装置１０１７は、光路の切り替え後に、マイクロミラーアレイ１０１３ａ，１０１３ｂを非動作状態に戻し、マイクロミラーアレイ１０１３ａ，１０１３ｂを次に動作されるまで非動作状態のままに保つ。

以降、シャッター制御装置１０１５とミラー制御装置１０１７は同様の制御を繰り返しおこなう。

つまり、ミラー制御装置１０１７は、入力ポート部１００１ａと出力ポート部１００１ｂに次に光学的に結合する光路Ｐ１，Ｐ２上のマイクロミラーアレイ１００３ａ，１００３ｂ，１０１３ａ，１０１３ｂを光路Ｐ１，Ｐ２の切り替えの前に動作させる。さらに、ミラー制御装置１０１７は、光路Ｐ１，Ｐ２の切り替えの後に入力ポート部１００１ａと出力ポート部１００１ｂを光学的に結合していた光路Ｐ１，Ｐ２上のマイクロミラーアレイ１００３ａ，１００３ｂ，１０１３ａ，１０１３ｂを非動作状態に戻す。

このような制御の結果、光信号の偏向に実際に使用される最中のマイクロミラー装置１００２ａ，１００２ｂの回動角変化量が図中にΔθで示される範囲内に収まる。つまり、光パワーに影響する回動角変化量が十分に小さく抑えられる。

〔効果〕
第一実施形態の効果に加えて、光信号の出力パワーの変動をさらに低減することができ、高品質な光通信が可能な光スイッチを提供することができる。

［第三実施形態］
〔構成〕
図６に示されるように、本実施形態の波長選択スイッチ１２００は、入力ポート部１２１０と、出力ポート部１２１１と、主レンズ１２１４と、反射型回折格子１２１５と、ビームスプリッター１２２５と、シャッター１２２７ａ，１２２７ｂと、マイクロミラーアレイ１２１３，１２３１と、平行化レンズ１２１６を備えている。波長選択スイッチ１２００はまた、シャッター１２２７ａ，１２２７ｂを制御するシャッター制御装置１２３３と、マイクロミラーアレイ１２１３，１２３１を制御するミラー制御装置１２３５を備えている。

入力ポート部１２１０は、ひとつのポートを有し、出力ポート部１２１１は、複数のポート１２１１ａ，１２１１ｂを有している。

ビームスプリッター１２２５は、入力ポート部１２１０から延びる一つの光路を、マイクロミラーアレイ１２１３，１２３１に向かって延びる二つの光路Ｐ１，Ｐ２に分割するとともに、光路Ｐ１，Ｐ２を合成して出力ポート部１２１１に向かって延びる一つの光路を形成する光路分割合成素子を構成している。

シャッター１２２７ａ，１２２７ｂとシャッター制御装置１２３３は、入力ポート部１２１０と出力ポート部１２１１を光学的に結合する光路を切り替え得る光路切替機構を構成している。シャッター１２２７ａ，１２２７ｂは例えば透過型液晶で構成される。シャッター制御装置１２３３は、シャッター１２２７ａ，１２２７ｂの一つを選択的に開状態すなわち透過状態とし、他のシャッターを閉状態すなわち遮断状態とするように制御する。その結果、入力ポート部１２１０と出力ポート部１２１１は、一時に一つの光路すなわち光路Ｐ１，Ｐ２の一方を介して光学的に結合される。

マイクロミラーアレイ１２１３は、一次元的に配列された複数のマイクロミラー装置１２１３ａ，１２１３ｂ，１２１３ｃを備え、マイクロミラーアレイ１２３１は、一次元的に配列された複数のマイクロミラー装置１２３１ａ，１２３１ｂ，１２３１ｃを備えている。各マイクロミラー装置１２１３ａ，１２１３ｂ，１２１３ｃ，１２３１ａ，１２３１ｂ，１２３１ｃは、第一実施形態の説明において図２に代表的に示したマイクロミラー装置１００２ａが適用可能である。ミラー制御装置１２３５は、マイクロミラー装置１２１３ａ，１２１３ｂ，１２１３ｃ，１２３１ａ，１２３１ｂ，１２３１ｃの回動角を制御する。

マイクロミラーアレイ１２１３は光路Ｐ１上に配置され、マイクロミラーアレイ１２３１は光路Ｐ２上に配置されている。入力ポート部１２１０のポートは、光路Ｐ１上のマイクロミラーアレイ１２１３を介して、または光路Ｐ２上のマイクロミラーアレイ１２３１を介して、出力ポート部１２１１のポート１２１１ａ，１２１１ｂと結合される。入力ポート部１２１０のポートが結合される出力ポート部１２１１のポート１２１１ａ，１２１１ｂは、マイクロミラー装置１２１３ａ，１２１３ｂ，１２１３ｃ，１２３１ａ，１２３１ｂ，１２３１ｃの回動角を変更することによって切り替えられ得る。すなわち、マイクロミラーアレイ１２１３，１２３１とミラー制御装置１２３５は、入力ポート部１２１０のポートが結合される出力ポート部１２１１のポート１２１１ａ，１２１１ｂを切り替え得るポート切替機構を構成している。

反射型回折格子１２１５は、入射する光を波長に応じて異なる角度に分散させる分光素子であり、入力ポート部１２１０からビームスプリッター１２２５までの光路上およびビームスプリッター１２２５から出力ポート部１２１１までの光路上に配置されている。

〔作用〕
入力ポート部１２１０は、波長が異なる複数の光信号が多重化された波長多重信号１２２１を主レンズ１２１４に向けて射出する。波長多重信号１２２１は、主レンズ１２１４を通過した後、反射型回折格子１２１５によって反射され、波長が異なる複数の光信号１２２２ａ，１２２２ｂ，１２２２ｃに分波される。分波された各光信号１２２２ａ，１２２２ｂ，１２２２ｃは、再び主レンズ１２１４を通過し、ビームスプリッター１２２５によって二つの光路Ｐ１，Ｐ２に沿って進行する光信号に分割される。シャッター制御装置１２３３は、たとえば、シャッター１２２７ａを開状態にし、シャッター１２２７ｂを閉状態にする。その結果、光信号の経路が光路Ｐ１に設定される。光信号は、光路Ｐ１だけに沿って進み、マイクロミラーアレイ１２１３のマイクロミラー装置１２１３ａ，１２１３ｂ，１２１３ｃによって反射偏向される。

偏向された光信号は、シャッター１２２７ａ、ビームスプリッター１２２５、平行化レンズ１２１６と主レンズ１２１４を通過し、反射型回折格子１２１５によって反射され、再び主レンズ１２１４を通過した後、出力ポート部１２１１の出力ポート部１２１１のポート１２１１ａ，１２１１ｂに入射する。

図６の例では、マイクロミラー装置１２１３ａ，１２１３ｂ，１２１３ｃで反射された光信号１２２３ａ，１２２３ｂ，１２２３ｃが出力ポート部１２１１のポート１２１１ａに入射している。

動作状態にあるマイクロミラー装置１２１３ａ，１２１３ｂ，１２１３ｃの回動角は、第一実施形態のマイクロミラー装置１００２ａ，１００２ｂと同様に、時間の経過と共に変化する。回動角変化量には、光パワーの許容範囲に対応する許容範囲が存在する。

（制御例）
シャッター制御装置１２３３とミラー制御装置１２３５は、たとえば、第一実施形態において図４に関連して説明された制御と同様の制御をおこなう。

たとえば、入力ポート部１２１０からの光信号が光路Ｐ１上のマイクロミラーアレイ１２１３を介して出力ポート部１２１１に結合されている状態において、動作状態にあるマイクロミラー装置１２１３ａ，１２１３ｂ，１２１３ｃの回動角変化量が許容範囲を超える直前に、シャッター制御装置１２３３は、シャッター１２２７ａを閉状態にし、シャッター１２２７ｂを開状態にして、光信号の経路を光路Ｐ２に切り替え、これと同時に、ミラー制御装置１２３５は、マイクロミラーアレイ１２３１を動作させて、マイクロミラー装置１２３１ａ，１２３１ｂ，１２３１ｃを所望の回動角に設定する。その結果、入力ポート部１２１０からの光信号は光路Ｐ２上のマイクロミラーアレイ１２３１を介して出力ポート部１２１１に結合される。

またミラー制御装置１２３５は、光路の切り替え後に、マイクロミラーアレイ１２１３を非動作状態に戻し、マイクロミラー装置１２１３ａ，１２１３ｂ，１２１３ｃへの供給電圧を０Ｖに戻して溜まった電荷を放出させる。その後、ミラー制御装置１２３５は、マイクロミラーアレイ１２１３を次に動作されるまで非動作状態のままに保つ。

その後、同様にして、シャッター制御装置１２３３は、光路Ｐ１，Ｐ２の切り替えをおこない、ミラー制御装置１２３５は、マイクロミラーアレイ１２１３，１２３１の動作状態と非動作状態の切り替えをおこなう。

（別の制御例）
また、シャッター制御装置１２３３とミラー制御装置１２３５は、第二実施形態において図５に関連して説明された制御と同様の制御をおこなってもよい。

たとえば、入力ポート部１２１０からの光信号が光路Ｐ１上のマイクロミラーアレイ１２１３を介して出力ポート部１２１１に結合されている状態において、光信号の経路が光路Ｐ１から光路Ｐ２に切り替えられるよりも前に、ミラー制御装置１２３５は、マイクロミラーアレイ１２３１を動作させて、マイクロミラー装置１２３１ａ，１２３１ｂ，１２３１ｃを所望の回動角に設定する。

その後、動作状態にあるマイクロミラー装置１２１３ａ，１２１３ｂ，１２１３ｃの回動角変化量が許容範囲を超える前に、シャッター制御装置１２３３は、シャッター１２２７ａを閉状態にし、シャッター１２２７ｂを開状態にして、光信号の経路を光路Ｐ１から光路Ｐ２に切り替える。その結果、入力ポート部１２１０からの光信号が光路Ｐ２上のマイクロミラーアレイ１２３１を介して出力ポート部１２１１に結合される。

またミラー制御装置１２３５は、光路の切り替え後に、マイクロミラーアレイ１２３１を非動作状態に戻し、マイクロミラー装置１２３１ａ，１２３１ｂ，１２３１ｃへの供給電圧を０Ｖに戻して溜まった電荷を放出させる。その後、ミラー制御装置１２３５は、マイクロミラーアレイ１２３１を次に動作されるまで非動作状態のままに保つ。

その後、同様にして、シャッター制御装置１２３３は、光路Ｐ１，Ｐ２の切り替えをおこない、ミラー制御装置１２３５は、マイクロミラーアレイ１２１３，１２３１の動作状態と非動作状態の切り替えをおこなう。

〔効果〕
回動角ドリフトの発生に起因する光信号の出力パワーの変動が低減された光スイッチが提供される。本実施形態の光スイッチは、どのような回動角変化、例えばある時間内に定常状態にならない回動角変化を示すマイクロミラーで対しても、光信号の出力パワーの変動を低減することができる。

〔変形例〕
本実施形態ではシャッターは、透過型液晶素子としたが、光の透過遮断を制御さえできればよく、液晶と限るものではない。
また、本実施形態ではマイクロミラーアレイに３ミラー（３個のマイクロミラー装置）を示したが、これに限るものではなく５０ミラーや１００ミラー、あるいはそれ以上でも良い。

本実施形態では、１入力Ｎ出力タイプの光スイッチの構成について説明したが、入力ポート部と出力ポート部を互いに反対に使用することによって、Ｎ入力１出力タイプの光スイッチを構成することも可能である。

［第四実施形態］
〔構成〕
本実施形態は、光路切替機構の構成が第三実施形態とは異なる波長選択スイッチである。具体的には、図７に示されるように、本実施形態の波長選択スイッチ２０００は、光路切替機構として、その向きを変更可能なミラー面を備えた偏向ミラーたとえば市販のガルバノミラー２００１と、ガルバノミラー２００１を制御するガルバノミラー制御装置２００３を備えている。すなわち、本実施形態の波長選択スイッチ２０００は、基本的に、図６の波長選択スイッチ１２００のビームスプリッター１２２５とシャッター１２２７ａ，１２２７ｂとシャッター制御装置１２３３が、ガルバノミラー２００１とガルバノミラー制御装置２００３に置き換えられた構成となっている。

また、図６の光路切替機構は、二つの光路Ｐ１，Ｐ２を切り替える構成であるが、本実施形態の光路切替機構は、三つの光路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を切り替える構成である。このため、本実施形態の波長選択スイッチ２０００は、マイクロミラーアレイ１２１３，１２３１に加えてマイクロミラーアレイ１２４１を備えている。マイクロミラーアレイ１２４１は、一次元的に配列された複数のマイクロミラー装置１２４１ａ，１２４１ｂ，１２４１ｃを備えている。各マイクロミラー装置１２４１ａ，１２４１ｂ，１２４１ｃは、第一実施形態の説明において図２に代表的に示したマイクロミラー装置１００２ａが適用可能である。

ガルバノミラー制御装置２００３は、ガルバノミラー２００１のミラー面をマイクロミラーアレイ１２１３，１２３１，１２４１に順番に繰り返し向けるように制御する。その結果、光信号の経路が光路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に順番に繰り返し切り替えられる。

そのほかの構成は、第三実施形態と同様である。

〔作用〕
波長が異なる複数の光信号が多重化された波長多重信号１２２１は、第三実施形態と同様に、主レンズ１２１４を通過した後、反射型回折格子１２１５によって反射されて、波長が異なる複数の光信号１２２２ａ，１２２２ｂ，１２２２ｃに分波される。分波された各光信号１２２２ａ，１２２２ｂ，１２２２ｃは、再び主レンズ１２１４を通過し、ガルバノミラー２００１に入射する。ガルバノミラー２００１に入射した光信号１２２２ａ，１２２２ｂ，１２２２ｃは、ガルバノミラー２００１によって例えば光路Ｐ１に沿って反射され、マイクロミラーアレイ１２１３に入射する。マイクロミラーアレイ１２１３によって反射された光信号１２２３ａ，１２２３ｂ，１２２３ｃは、再びガルバノミラー２００１で反射される。その後、光信号１２２３ａ，１２２３ｂ，１２２３ｃは、第三実施形態と同様に、平行化レンズ１２１６と主レンズ１２１４を通過し、反射型回折格子１２１５によって反射され、再び主レンズ１２１４を通過した後、出力ポート部１２１１の出力ポート部１２１１のポート１２１１ａ，１２１１ｂに入射する。

動作状態にあるマイクロミラーアレイ１２１３の回動角は、第一実施形態のマイクロミラー装置１００２ａ，１００２ｂと同様に、時間の経過と共に変化する。この回動角変化量には、光パワーの許容範囲に対応する許容範囲が存在する。

（制御例）
ガルバノミラー制御装置２００３とミラー制御装置１２３５は、たとえば、第一実施形態において図４に関連して説明された制御と同様の制御をおこなう。

たとえば、入力ポート部１２１０からの光信号が光路Ｐ１上のマイクロミラーアレイ１２１３を介して出力ポート部１２１１に結合されている状態において、動作状態にあるマイクロミラー装置１２１３ａ，１２１３ｂ，１２１３ｃの回動角変化量が許容範囲を超える直前に、ガルバノミラー制御装置２００３は、ガルバノミラー２００１のミラー面の向きを変えて、光信号の経路を光路Ｐ２に切り替え、これと同時に、ミラー制御装置１２３５は、マイクロミラーアレイ１２３１を動作させて、マイクロミラー装置１２３１ａ，１２３１ｂ，１２３１ｃを所望の回動角に設定する。その結果、入力ポート部１２１０からの光信号は光路Ｐ２上のマイクロミラーアレイ１２３１を介して出力ポート部１２１１に結合される。

またミラー制御装置１２３５は、光路の切り替え後に、マイクロミラーアレイ１２１３を非動作状態に戻し、マイクロミラー装置１２１３ａ，１２１３ｂ，１２１３ｃへの供給電圧を０Ｖに戻して溜まった電荷を放出させる。その後、ミラー制御装置１２３５は、マイクロミラーアレイ１２１３を次に動作されるまで非動作状態のままに保つ。

その後は、同様にして、ガルバノミラー制御装置２００３は、順番に光路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の切り替えをおこない、ミラー制御装置１２３５は、マイクロミラーアレイ１２１３，１２３１，１２４１の動作状態と非動作状態の切り替えをおこなう。

（別の制御例）
また、ガルバノミラー制御装置２００３とミラー制御装置１２３５は、第二実施形態において図５に関連して説明された制御と同様の制御をおこなってもよい。

たとえば、入力ポート部１２１０からの光信号が光路Ｐ１上のマイクロミラーアレイ１２１３を介して出力ポート部１２１１に結合されている状態において、光信号の経路が光路Ｐ１から光路Ｐ２に切り替えられるよりも前に、ミラー制御装置１２３５は、マイクロミラーアレイ１２３１を動作させて、マイクロミラー装置１２３１ａ，１２３１ｂ，１２３１ｃを所望の回動角に設定する。

その後、動作状態にあるマイクロミラー装置１２１３ａ，１２１３ｂ，１２１３ｃの回動角変化量が許容範囲を超える前に、ガルバノミラー制御装置２００３は、ガルバノミラー２００１のミラー面の向きを変えて、光信号の経路を光路Ｐ１から光路Ｐ２に切り替える。その結果、入力ポート部１２１０からの光信号が光路Ｐ２上のマイクロミラーアレイ１２３１を介して出力ポート部１２１１に結合される。

またミラー制御装置１２３５は、光路の切り替え後に、マイクロミラーアレイ１２３１を非動作状態に戻し、マイクロミラー装置１２３１ａ，１２３１ｂ，１２３１ｃへの供給電圧を０Ｖに戻して溜まった電荷を放出させる。その後、ミラー制御装置１２３５は、マイクロミラーアレイ１２３１を次に動作されるまで非動作状態のままに保つ。

その後、同様にして、ガルバノミラー制御装置２００３は、順番に光路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の切り替えをおこない、ミラー制御装置１２３５は、マイクロミラーアレイ１２１３，１２３１，１２４１の動作状態と非動作状態の切り替えをおこなう。

〔効果〕
第三実施形態の効果に加え、部品点数を減らすことができ、安価な波長選択スイッチを提供できる。

〔変形例〕
ここでは、偏向ミラーがガルバノミラー２００１で構成された例を示したが、偏向ミラーは、ガルバノミラーに限らず、複数の向きにミラー面を偏向可能であり、これにより複数の光路を切り替え可能な任意のミラーたとえばＭＥＭＳミラーなどに置き換え可能である。また、三つの光路を切り替える光路切替機構の例を示したが、本実施形態の光路切替機構は、四つの光路を切り替える構成に容易に拡張可能である。

これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。ここにいう様々な変形や変更は、上述した実施形態を適当に組み合わせた実施も含む。

３１０…ミラーユニット、３１２…固定部、３１４…複合トーションバー、３１６…可動支持部、３１８…複合トーションバー、３２０…可動部、３２０ａ，３２０ｂ…端部、３２２，３２４…回動軸、３２６…ミラー面、３２８…スペーサー、３４０…電極基板、３４２，３４２Ａ，３４２Ｂ，３４２Ｃ，３４２Ｄ…固定電極、１０００…光スイッチ、１００１ａ…入力ポート部、１００１ｂ…出力ポート部、１００２ａ，１００２ｂ，１０１２ａ，１０１２ｂ…マイクロミラー装置、１００３ａ，１００３ｂ，１０１３ａ，１０１３ｂ…マイクロミラーアレイ、１００５ａ，１００５ｂ…ビームスプリッター、１００７ａ，１００９ａ…シャッター、１０１１ａ，１０１１ｂ…固定ミラー、１０１５…シャッター制御装置、１０１７…ミラー制御装置、１２００…波長選択スイッチ、１２１０…入力ポート部、１２１１…出力ポート部、１２１１ａ，１２１１ｂ…ポート、１２１３，１２３１，１２４１…マイクロミラーアレイ、１２１３ａ，１２１３ｂ，１２１３ｃ，１２３１ａ，１２３１ｂ，１２３１ｃ，１２４１ａ，１２４１ｂ，１２４１ｃ…マイクロミラー装置、１２１４…主レンズ、１２１５…反射型回折格子、１２１６…平行化レンズ、１２２１…波長多重信号、１２２２ａ，１２２２ｂ，１２２２ｃ，１２２３ａ，１２２３ｂ，１２２３ｃ…光信号、１２２５…ビームスプリッター、１２２７ａ，１２２７ｂ…シャッター、１２３３…シャッター制御装置、１２３５…ミラー制御装置、２０００…波長選択スイッチ、２００１…ガルバノミラー、２００３…ガルバノミラー制御装置、３００１，３００３…斜線部、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…光路、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５…時刻。

Claims (10)

1. 光信号が入力される少なくとも一つのポートを有する入力ポート部と、
   光信号を出力する少なくとも一つのポートを有する出力ポート部と、
   前記入力ポート部と前記出力ポート部を複数の光路を介して光学的に結合し得る光結合光学系と、
   前記入力ポート部と前記出力ポート部を光学的に結合する光路を切り替え得る光路切替機構と、
   前記複数の光路に対してそれぞれ設けられた複数のポート切替機構を備えており、
   前記入力ポート部と前記出力ポート部の少なくとも一方は複数のポートを有しており、各ポート切替機構は、互いに結合される前記入力ポート部と前記出力ポート部のポートを切り替え得る、光スイッチ。
2. 各ポート切替機構は、少なくとも一つのマイクロミラーアレイを備え、前記光スイッチは、前記複数のポート切替機構のそれぞれのマイクロミラーアレイを制御するミラー制御装置を備えている、請求項１に記載の光スイッチ。
3. 前記ミラー制御装置は、前記光路切替機構による光路の切り替えと同時に前記入力ポート部と前記出力ポート部を光学的に結合する光路上のポート切替機構のマイクロミラーアレイを動作させる、請求項２に記載の光スイッチ。
4. 前記ミラー制御装置は、前記入力ポート部と前記出力ポート部を光学的に結合していない光路上のポート切替機構のマイクロミラーアレイを非動作状態に維持する、請求項３に記載の光スイッチ。
5. 前記ミラー制御装置は、前記入力ポート部と前記出力ポート部を次に光学的に結合する光路上のポート切替機構のマイクロミラーアレイを前記光路切替機構による光路の切り替えの前に動作させる、請求項２に記載の光スイッチ。
6. 前記ミラー制御装置は、前記光路切替機構による光路の切り替えの後に、前記入力ポート部と前記出力ポート部を光学的に結合していた光路上のポート切替機構のマイクロミラーアレイを非動作状態に戻す、請求項５に記載の光スイッチ。
7. 前記光路切替機構は、前記複数の光路上にそれぞれ設けられた複数のシャッターと、前記複数のシャッターを制御するシャッター制御装置を備えている、請求項１〜６のいずれかひとつに記載の光スイッチ。
8. 前記光結合光学系と前記光路切替機構は、その向きを変更可能なミラー面を備えた偏向ミラーと、前記偏向ミラーを制御する偏向ミラー制御装置を備えている、請求項１〜６のいずれかひとつに記載の光スイッチ。
9. 前記入力ポート部は複数のポートを有し、
   前記出力ポート部は複数のポートを有し、
   前記光結合光学系は、前記入力ポート部から延びる一つの光路を前記複数の光路に分割する光路分割素子と、前記複数の光路を合成して前記出力ポート部に向かって延びる一つの光路を形成する光路合成素子を有し、
   各ポート切替機構は二つのマイクロミラーアレイを有している、請求項１〜８のいずれかひとつに記載の光スイッチ。
10. 前記入力ポート部は一つのポートを有し、
    前記出力ポート部は複数のポートを有し、
    前記光結合光学系は、前記入力ポート部から延びる一つの光路を前記複数の光路に分割するとともに前記複数の光路を合成して前記出力ポート部に向かって延びる一つの光路を形成する光路分割合成素子を有し、
    各ポート切替機構は一つのマイクロミラーアレイを有し、
    前記光スイッチは、前記入力ポートから前記光路分割合成素子までの光路上および前記光路分割合成素子から前記出力ポートまでの光路上に配置された光分光素子をさらに備えている、請求項１〜８のいずれかひとつに記載の光スイッチ。

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