JPH0520955B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ Ｎ個の入力ポートおよびＭ個の出力ポート
（ただしＭおよびＮは２の累乗）を有する光交換
網において、 入力段８４から出力段８８に至るまで１から
log₂Ｍ＋log₂Ｎまでの番号を順番に付したlog₂Ｍ
＋log₂Ｎ個のスイツチ段を備え、 段log₂Ｍ８６がＭ×Ｎ／２個の１×２光スイツ
チ要素からなり、段log₂Ｍと入力ポートの間の各
段が段log₂Ｍに近いほうに隣接する段の半数の１
×２光スイツチ要素からなり、 段log₂Ｍ＋１８７がＭ×Ｎ／２個の２×１光ス
イツチ要素からなり、段log₂Ｍ＋１と出力ポート
の間の各段が段log₂Ｍ＋１に近いほうに隣接する
段の半数の２×１光スイツチ要素からなり、 段log₂ＭのＭ×Ｎ個の出力を段log₂Ｍ＋１のＭ
×Ｎ個の入力に相互接続するための相互接続手段
７６，８２と、 段１から段log₂Ｍまでにおいて隣接する段の入
力と出力を接続するための入力相互接続手段７
５，８０，８１と、 段log₂Ｍ＋１から段log₂Ｍ＋log₂Ｎまでにおい
て隣接する段の入力と出力を接続するための出力
相互接続手段７７，８３とを備え、 入力相互接続手段または出力相互接続手段にお
ける少なくとも１つの接続が、基板に拡散された
光導波路の光交差部分を含むことを特徴とする光
交換網。

２ Ｎ個の入力ポートおよびＭ個の出力ポート
（ただしＭおよびＮは２の累乗）を有する光交換
網において、 入力段８４から出力段８８に至るまで１から
log₂Ｍ＋log₂Ｎまでの番号を順番に付したlog₂Ｍ
＋log₂Ｎ個のスイツチ段を備え、 段log₂Ｍ８６がＭ×Ｎ／２個の１×２光スイツ
チ要素からなり、段log₂Ｍと入力ポートの間の各
段が段log₂Ｍに近いほうに隣接する段の半数の１
×２光スイツチ要素からなり、 段log₂Ｍ＋１８７がＭ×Ｎ／２個の２×１光ス
イツチ要素からなり、段log₂Ｍ＋１と出力ポート
の間の各段が段log₂Ｍ＋１に近いほうに隣接する
段の半数の２×１光スイツチ要素からなり、 段log₂Ｍおよび段log₂Ｍ＋１の光スイツチ要素
にそれぞれの段で順番に１からＭ×Ｎ／２までの
番号を付した場合、 段log₂Ｍの奇数番号の光スイツチ要素１１２，
１１３のそれぞれを、段log₂Ｍ＋１にあつて該要
素と同じ番号および該番号＋１を有するスイツチ
要素に接続し、段log₂Ｍの偶数番号の光スイツチ
要素のそれぞれを、段log₂Ｍ＋１にあつて該要素
と同じ番号および該番号−１を有する光スイツチ
要素に接続するように、段log₂Ｍと段log₂Ｍ＋１
を接続する第１相互接続手段７６，８２と、 残りの段における隣接する段の光スイツチ要素
を接続するための、光交差部分を含む第２相互接
続手段７５，７７，８０，８１，８３とを備える
ことを特徴とする光交換網。

３ 出力ポートの数Ｍが４以上であり、 段log₂Ｍ−１８５が、２個の隣接する光スイツ
チ要素からなるＭ×Ｎ／８個のグループからな
り、 段log₂Ｍ８６が、４個の隣接する光スイツチ要
素からなるＭ×Ｎ／８個のグループからなり、 段log₂Ｍおよび段log₂Ｍ−１の光スイツチ要素
のグループにそれぞれ１からＭ×Ｎ／８までの番
号を順番に付した場合、第２相互接続手段が、段
log₂Ｍ−１の光スイツチ要素の各グループ第１光
スイツチ要素１０９，１０７，１０５，１０３を
段log₂Ｍの同じ番号のグループの第１光スイツチ
要素１１２および第３光スイツチ要素１１３に接
続し、段log₂Ｍ−１の光スイツチ要素の各グルー
プの第２スイツチ要素１０８，１０６，１０４，
１０２を段log₂Ｍの同じ番号のグループの第２光
スイツチ要素および第４光スイツチ要素に接続す
るように、段log₂Ｍ−１と段log₂Ｍを相互接続す
るための光交差部分を含む第３相互接続手段８１
からなることを特徴とする請求項２の光交換網。

４ 入力ポートの数Ｎが４以上であり、 段log₂Ｍ＋１８７が、８個の光スイツチ要素か
らなるＭ×Ｎ／16個のグループからなり、 段log₂Ｍ＋２８８が、４個の光スイツチ要素か
らなるＭ×Ｎ／16個のグループからなり、 段log₂Ｍ＋１および段log₂Ｍ＋２の光スイツチ
要素のグループにそれぞれ１からＭ×Ｎ／16まで
の番号を順番に付した場合、第２相互接続手段
が、段log₂Ｍ＋２の光スイツチ要素の各グループ
の第１光スイツチ要素１０１，９７を段log₂Ｍ＋
１の同じ番号のグループの第１光スイツチ要素１
１０および第５光スイツチ要素１１１に接続し、
段log₂Ｍ＋２の光スイツチ要素の各グループの第
２光スイツチ要素１００，９６を段log₂Ｍ＋１の
同じ番号のグループの第２および第６光スイツチ
要素に接続し、段log₂Ｍ＋２の光スイツチ要素の
各グループの第３光スイツチ要素９９，９５を段
log₂Ｍ＋１の同じ番号のグループの第３および第
７光スイツチ要素に接続し、段log₂Ｍ＋２の光ス
イツチ要素の各グループの第４光スイツチ要素９
８，９４を段log₂Ｍ＋１の同じ番号のグループの
第４および第８光スイツチ要素に接続するよう
に、段log₂Ｍ＋１と段log₂Ｍ＋２を相互接続する
ための、光交差部分を含む第４相互接続手段７
７，８３からなることを特徴とする請求項３の光
交換網。

５ Ｎ個の入力ポートおよびＭ個の出力ポート
（ただしＭおよびＮは０＜Ｎ≦Ｍなる２の累乗数）
を有する光交換網において、 入力ポートから出力ポートに至るまで各段に１
からlog₂Ｍ＋log₂Ｎまでの番号を付し、隣接する
段を領域によつて分離し、段log₂Ｍ８６と段log₂
Ｍ＋１８７を中央領域８２によつて分離するよう
に設定されたlog₂Ｍ＋log₂Ｎ個のスイツチ段と、 段log₂ＭがＭ×Ｎ／２個の１×２光スイツチ要素
からなり、段log₂Ｍと入力ポートの間の各段が段
log₂Ｍに近いほうの隣接段の半数の１×２光スイ
ツチ要素からなり、段log₂Ｍ＋１がＭ×Ｎ／２個
の２×１光スイツチ要素からなり、段log₂Ｍ＋１
と出力ポートの間の各段が段log₂Ｍ＋１に近いほ
うの隣接段の半数の２×１光スイツチ要素からな
るように、各段に設定された光スイツチ要素と、 最小数の光スイツチ要素を有する段８４に隣接
する領域を第１として中央領域に向かつてlog₂Ｍ
−log₂Ｎ個の領域に対して順に領域の順序を定義
し、次に、中央領域から最も離れた順序未定義の
出力側領域と中央領域から最も離れた順序未定義
の入力側領域とを、中央領域以外の全ての領域が
前記順序に納まるまで交互に前記順序に納めるこ
とにより、領域の順序を定義し、前記定義順序に
従つて領域を選択して前記定義順序中の各領域に
対して設定された接続パタンと からなり、この接続パタンが、 選択した領域の両側の２個の段のそれぞれにつ
いて、その段の光スイツチ要素数の1/2ⁱ（ただ
し、ｉは、接続パタンがすでに決定された領域の
数）の光スイツチ要素からなるグループに、その
段の光スイツチ要素を分割し、 一方の段のグループと他方の段のグループを一
対一に対応させ、各グループ内において、光スイ
ツチ要素に１からはじまる連続番号を付し、 前記２個の段について、中央領域から離れたほ
うの段内にあるグループ内のある番号の光スイツ
チ要素が、中央領域に近いほうの段内の対応する
グループ内の同一番号の光スイツチ要素、およ
び、前記対応するグループにあつて前記同一番号
と前記対応するグループの光スイツチ要素数の1/
２の和に等しい番号を有する光スイツチ要素、に
接続されるように、前記定義順序で選択した領域
によつて分離される２個の段の光スイツチ要素間
の接続パタンを決定し、 中央領域以外の全ての領域において接続パタン
が決定された後に、中央領域によつて分離された
隣接段の光スイツチ要素の間の接続パタンを決定
する ことによつて形成されることを特徴とする光交換
網。

６ Ｘ個の入力ポートおよびＹ個の出力ポート
（ただしＸ≦Ｙ）を有する光交換網において、 Ｘが２の累乗でない場合、Ｘを、Ｘより大きい
最小の２の累乗数Ｎまで増大させ、 Ｙが２の累乗でない場合、Ｙを、Ｙより大きい
最小の２の累乗数Ｍまで増大させ、 入力ポートから出力ポートに至るまで各段に１
からlog₂Ｍ＋log₂Ｎまでの番号を付し、隣接する
段を領域によつて分離し、段log₂Ｍ８６と段log₂
Ｍ＋１８７を中央領域８２によつて分離するよう
に設定されたlog₂Ｍ＋log₂Ｎ個のスイツチ段と、 段log₂ＭがＭ×Ｎ／２個の１×２光スイツチ要
素からなり、段log₂Ｍと入力ポートの間の各段が
段log₂Ｍに近いほうの隣接段の半数の１×２光ス
イツチ要素からなり、段log₂Ｍ＋１がＭ×Ｎ／２
個の２×１光スイツチ要素からなり、段log₂Ｍ＋
１と出力ポートの間の各段が段log₂Ｍ＋１に近い
ほうの隣接段の半数の２×１光スイツチ要素から
なるように、各段に設定された光スイツチ要素
と、 最小数の光スイツチ要素を有する段８４に隣接
する領域を第１として中央領域に向かつてlog₂Ｍ
−log₂Ｎ個の領域に対して順に領域の順序を定義
し、次に、中央領域から最も離れた順序未定義の
出力側領域と中央領域から最も離れた順序未定義
の入力側領域とを、中央領域以外の全ての領域が
前記順序に納まるまで交互に前記順序に納めるこ
とにより、領域の順序を定義し、前記定義順序に
従つて領域を選択して前記定義順序中の各領域に
対して設定された接続パタンと からなり、この接続パタンが、 選択した領域の両側の２個の段のそれぞれにつ
いて、その段の光スイツチ要素数の1/2ⁱ（ただ
し、ｉは、接続パタンがすでに決定された領域の
数）の光スイツチ要素からなるグループに、その
段の光スイツチ要素を分割し、 一方の段のグループと他方の段のグループを一
対一に対応させ、各グループ内において、光スイ
ツチ要素に１から始まる連続番号を付し、 前記２つの段について、中央領域から離れたほ
うの段内のあるグループ内のある番号の光スイツ
チ要素が、中央領域に近いほうの段内の対応する
グループ内の同一番号の光スイツチ要素、およ
び、前記対応するグループにあつて前記同一番号
と前記対応するグループの光スイツチ要素数の1/
２の和に等しい番号を有する光スイツチ要素、に
接続されるように、前記定義順序で選択した領域
によつて分離される２個の段の光スイツチ要素間
の接続パタンを決定し、 中央領域以外の全ての領域において接続パタン
が決定された後に、中央領域によつて分離された
隣接段の光スイツチ要素の間の接続パタンを決定
し、 段１の光スイツチ要素をＮ−Ｘ個だけ削除し、
段１から削除された光スイツチ要素より信号を受
信するために接続された段２から段log₂Ｍまでに
おける各光スイツチ要素を削除し、 段log₂Ｍ＋log₂Ｎの光スイツチ要素をＭ−Ｙ個
だけ削除し、段log₂Ｍ＋log₂Ｎから削除された光
スイツチ要素に信号を供給するために接続された
段log₂Ｍ＋１から段log₂Ｍ＋log₂Ｎ−１までにお
ける各光スイツチ要素を削除する ことによつて形成されることを特徴とする光交換
網。

７ １個の入力接続および１個の出力接続のみを
有する各光スイツチ要素を、その入力接続と出力
接続の間の導波路により置換したことを特徴とす
る請求項６の光交換網。

［技術分野］ 本発明は、電気光学効果光スイツチの構成方
式、更に詳細には、多数の入力ポートおよび出力
ポートを有するスイツチ構造を作成するための実
用的な設計方法に関する。

［背景技術と問題点］ 光交換には、既知の電子交換方式に優る有意義
な利点が数多くある。例えば、帯域幅が格段に増
大したこと、スイツチ構成の変換が迅速なことな
どである。また、伝送放送の一つとして全光形制
御の使用が増えた結果、交換時の光／電子変換が
無くなつたことは好ましいことである。光スイツ
チの構成方式として、複数の1xN（１対Ｎ）能動
信号分岐器と複数のNx1能動信号結合器を相互に
接続した構成が知られている。信号分岐器に入力
した光信号をそのいずれの出力に送るかの制御に
電気信号が使用され、同様に、信号結合器のいず
れの光入力を１個の出力に接続するかが電気信号
によつて制御される。この既知の方式では、
NxNスイツチの配列に、Ｎ個の信号分岐器（各
入力につき１個）およびＮ個の信号結合器（各出
力につき１個）が含まれる。そして、これらの分
岐器および結合器は、相互接続により、各分岐器
の各出力が結合器の各々に入力として接続され
る。このスイツチ構成方式は、雑音および減衰特
性に対しては受容できる信号を示すが、分岐器と
結合器との間でNxNの接続を必要とする。スイ
ツチに多数の入力および出力がある場合、接続数
は扱いにくい程のものとなる。例えば、32x32の
交換網を構築するには、1024の分岐器・結合器間
接続が必要である。相互接続媒体として光フアイ
バを用いた場合、これだけの数の相互接続経路に
よる物理的な大きさのために、この方式の良さが
低下してしまう。そのうえ、分岐器および結合器
の全体に光フアイバを接続すれば、信号の減衰は
増加する。相互接続による物理的大きさは、分岐
器および結合器の全部を単一の基板上に配置し、
分岐器と結合器との間に交差し合う光導波路をそ
の基板に作ることによつて、小さくすることがで
きる。32x32のスイツチに対してこれを行うに
は、光導波路が246016箇所で立体交差する（渡り
差う）必要がある。立体交差（以下、単に交差と
いう）する度に、信号対雑音比が低下し、減衰が
増加するため、それほど立体交差点（以下、単に
交差部分という）があると、その装置の有用性は
厳しく制限されることになる。従つて、光スイツ
チ要素からなる通信網を作成する場合、完成した
通信網は良好な信号伝送特性を持たなければなら
ない、という課題がある。

［解決法］ 本発明においては、光スイツチ要素から成る交
換段の間の領域において光導波路の交差部分を分
散することにより、光交差数を制限している。こ
の原理に従えば、前記の課題は解決し、ある面で
技術的進歩が達成される。本発明の光交換網は以
下を含む。

・ 基板上に作成された光スイツチ要素から成る
入力段。この入力段の各スイツチ要素は１個の
入力ポートおよび２個の出力ポートを備えてい
る。

・ 前記基板上に作成されたスイツチ要素からな
る出力段。この出力段の各スイツチ要素は２個
の入力ポートおよび１個の出力ポートを備えて
いる。

・ 前記基板上で前記入力段と前記出力段との間
に作製された、少 なくとも１個の追加段。

・ 前記交換段のうち隣接するものどうしの間の
相互接続領域。

・ 前記交換段のうち隣接するものどうしのスイ
ツチ要素の入力ポートおよび出力ポートを接続
するための、前記領域に拡散された光導波路パ
タン。但し、この光導波路パタンには、光導波
路の交差部分が基板中に拡散されて含まれる。

光導波路の交差部分をスイツチの中央部から故
意に離して配置することにより、交差部分の総数
を減少させることが可能となり、その結果、光ス
イツチ網の信号伝送特性が向上する。

次に掲げる図面を参照しつつ詳細な説明を熟考
すれば、本発明のより完璧な理解が得られるであ
ろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、2x2光スイツチ要素の図、 第２図は、1x8スイツチ網の図、 第３図は、8x1スイツチ網の図、 第４，５および６図は、4x8光スイツチ網を実
現するための構成を示す図、 第７図は、3x7光スイツチ網の構成を示す図で
ある。

［詳細な説明］ 第１図は、本発明の実施例に使用可能な周知の
電気光学効果光交換素子の図である。素子１０
は、ニオブ酸リチウムの基板１１を備え、それに
２つのチタンの光導波路１２および１３が帯状に
拡散されている。導波路１２および１３には、エ
バネセント場の結合が起こり得るほど互いに接近
した平行な部分がある。平行を成している前記の
導波間の部分を覆うように１４から１７までの電
極が配置されている。交換信号源１８が、電圧供
給のために電極１４および１５間に接続され、交
換信号源１９が、電圧供給のために電極１６およ
び１７間に接続されている。導波路１２は、光信
号源２０および光受信素子２１に光学的に接続さ
れ、導波路１３は、光信号源２２および光受信素
子２３に光学的に接続されている。光源２０およ
び２２は、例えば、レーザーでよい。当分野で周
知のように、光源２０または２２のいずれかによ
る光信号は、電極１４および１５ならびに電極１
６および１７の間にそれぞれ与えられる電圧を適
当に制御することにより、受信素子２１または２
３の一方に切り替えることができる。このような
素および制御方法は、Kogelnikらの米国特許
4012113号に詳しく説明がある。第１図の素子は、
２個の入力ポートと２個の出力ポートを備えてい
るため、2x2スイツチと言われている。この2x2
スイツチは、光源２２を単に取るか、または導波
路１３を２４と記された線の所で終わらせること
によつて、１入力および２出力を有する（1x2）
スイツチにすることができる。同じように、導波
路１２を２５と記された所で終わらせれば、２入
力および１出力を有する（2x1）スイツチとな
る。この説明の過程で、個別のスイツチ要素およ
び光スイツチ網の両者ともに、入力ポートおよび
出力ポートと称してきたが、これはスイツチ構成
の両側を単に区別するためである。いずれの側に
光送信素子を接続し、いずれの側に光受信素子を
接続するかによつて、前述のスイツチ構成のいず
れの側にも入力ポートまたは出力ポートを備える
ことができる。以上の説明は、そのような素子か
ら構成し得る本発明を理解し易くするために行つ
たものである。光交換の制御に実際に使用される
特定の素子は、本発明にとり重要ではない。

第２図は、複数の1x2光スイツチ要素３３から
３９から成る1x8光スイツチを示す。３３から３
９までのスイツチ要素の各々は、1x2スイツチと
して動作するように接続されたスイツチ要素１０
のうちの１つを含む。第２図は、基板３０を備
え、この基板に１個の入力導波路３２が拡散され
ている。入力導波路３２は、1x2スイツチへ入力
として接続されている。光スイツチ要素３３の２
つの出力は、拡散光導波路４０および４１によ
り、1x2スイツチ要素３４および３５の入力ポー
トにそれぞれ個別に接続されている。1x2スイツ
チ要素３４の２つの出力は、光導波路４２および
４３により光スイツチ要素３６および３７の入力
に接続され、スイツチ要素３５の２つの出力は、
光導波路４４および４５により1x2スイツチ要素
３８および３９に入力として接続されている。３
６から３９までの1x2スイツチの出力ポートを基
板の端に光導波路で接続することにより８個の光
出力ポートを形成することができる。また、第２
図には、光スイツチ３０を制御するための電気信
号と与える交換信号源３１も備えている。この交
換信号源３１は、第１図に示す電気接続と同様の
方法で、スイツチ要素３３から３９に接続されて
いる（図示せず）。３３から３９までの1x2スイ
ツチに電気信号を正しく供給することにより、入
力導波路３２に入射する光を８個の出力ポートの
いずれにも切り替えることができる。

第３図は、2x1スイツチ要素５０から５６によ
り構成される8x1交換素子の図である。この構成
は、第２図の接続を単に左右逆転したものであ
り、この８個の入力ポート５７から６４のいずれ
かの光信号をその単一出力ポート６５に切り替え
る交換信号源６６により制御されるだけであるた
め、詳細な説明は行わない。

第４図は、4x8光スイツチを示す。このスイツ
チは、第２図に関して説明した形式の1x8電気制
御光分岐器７０を８個、更に4x1電気制御光結合
器７１を４個、備えている。分かりやすいよう
に、電気制御信号源およびそれらの各スイツチ要
素への接続は一切示していない。光分岐器７０お
よび光結合器７１は、複数の光接続（例えば７
３）によつて相互接続領域７２において接続され
ている。第４図で分かるとおり、領域７２は、多
数の接続からなる。領域７２で光フアイバを使用
すれば、この接続状態のために接続線の大きな束
ができることになる。拡散導波路の光（立体）交
差部分を基板中に作製する技術は、当分野で知ら
れており、例えば「応用光学」誌（Applied
Optics）、1984年９月１日、Vol.23、No.17掲載の
E.E.Bergmann（バーグマン）、L.McCaughan（マ
コーガン）、J.E.Watson（ワトソン）による「ニ
オブ酸リチウム基板・チタン拡散により形成した
交差する導波路の結合」（Coupling of
Intersecting Ti−LiNbO₃ Diffused
Waveguides）において説明されている。光分岐
器／光結合器および光フアイバ間の接続に伴う損
失を避けるとともにフアイバの束の大きなサイズ
を縮小するために、例えば領域７２における７３
のような相互接続として、導波路の交差部分を含
む拡散導波路を用いて4x8スイツチ網全体を単一
の基板上に形成することが提唱されてきた。領域
７２で拡散による導波路交差部分を使用すると、
光交差部分は総計168個になる。そのうえ、最高
の交差部分数を有する光路（最悪条件の光路）
は、前記の交差部分を21個含むことになる。信号
対雑音比が低下し、更に領域７２における多数の
導波路交差部分により減衰量が増加するため、こ
のような素子の信号伝送特性は制約を受ける。

第５図は、本発明を例示する4x8光スイツチの
図である。この4x8スイツチは、単一基板上に作
られ、３領域７５，７６、および７７において拡
散導波路交差部分が採用されている。特許請求の
範囲第１項にも記載した通り、導波路交差部分を
単一の領域７２のみに設けるのではなく複数の領
域７５，７６、および７７に設けたことによつて
交差部分の総数は168から48に減少し、最悪条件
の光路の交差部分数も21から11に減少している。
これによつて、信号伝送特性も実質的に向上する
ことになり、領域７２における相互接続パタンの
複雑さも軽減される。

第６図は、本発明を例示するもう一つの4x8光
スイツチである。第６図のスイツチも、８０から
８３の４領域において光交差部分を備えた単一基
板を用いて作製されている。第６図の構成では、
交差部分の総数が168から30に減少し、また最悪
条件の光路の交差部分数も21から８に減少し第４
図の構成より優れている。この構成により、第４
および５図の両構成よりかなり向上した伝送特性
が得られる。

交換要素間の接続パタンを注意深く選択するこ
とにより、光交差部分の数を制限し、本発明に従
つて構成された光スイツチ網の非妨害特性を維持
するようにする。次の説明は、NxM光スイツチ
一般に関して行い、Ｎ＝４およびＭ＝８の場合に
あたる第６図の実施例について特定の例をいくつ
か掲げる。説明および添付した請求の範囲にわた
り、対数はすべて２を底とする対数である。最初
に、NxMスイツチ網における交換段の数を決定
する必要がある。交換段の総数は、LogN＋
LogMである。従つて、4x8スイツチの交換段の
総数は、Log4＋Log8＝２＋３＝５である。スイ
ツチ網は、一般に、同数（NxM／２）のスイツ
チ要素を持つ２つの交換段の間の領域８２によつ
て区切られる入力側および出力側を持つと考えら
れる。この領域８２は、実際にはそのスイツチ網
の物理的中心に位置しないこともあるが、中央領
域と言われる。ここで入力および出力と言う用語
を使用するのは、前述のように、スイツチ網の２
つの側を単に区別するためである。交換網のいず
れの側も、光入力または光出力となり得るという
ことに注意を要する。入力段８４は、Ｎ個の1x2
光スイツチ要素を備え、出力段８８は、Ｍ個の
2x1光スイツチ要素を備えている。第６図におい
ては、入力段は、４個の1x2光スイツチ要素９０
から９３を備え、出力段は、８個の2x1光スイツ
チ要素９４から１０１を備えている。入力（出
力）から中央領域８２に向かつて行くと、各段は
前段の２倍の数のスイツチ要素を持つている。従
つて、２段目８６は、Nx2＝８個の1x2スイツチ
１０２から１０９を有し、そして３段目８６は、
16個の1x2スイツチ（例えば１１２および１１３
など）を有する。同様に、出力段８８から中央に
向かつて１段目８７は、2xM＝16個のスイツチ
要素を含む。段数および１段あたりのスイツチ要
素数が算出されたら、それらの交換段の間の接続
パタンを決定する必要がある。

適切な接続パタンを設計するために、各段の要
素は、中央領域（例えば、領域８２）からのその
段の距離に応じて、１またはそれ以上のグループ
に分割される。その後、各グループは、中央領域
に近い方にある隣接関連グループに接続される。
接続すべき関連グループの各対の内部において、
外側のグループのスイツチ要素とその関連グルー
プとの接続は、外側の各スイツチ要素の、一方が
関連グループ内のその要素と同じ段位のスイツチ
要素に接続され、残る一方が前記の接続から関連
グループ内の要素の半数番目のスイツチ要素に接
続されるように行われる。交換段の間に与えられ
るグループ・サイズは、各段のスイツチ要素数の
１／２ⁱである。ただし、ｉは、相互接続パタンが既
に決定した優先（外側の）領域の数である。パタ
ンが最初に決定されるのは、中央領域から最も遠
いスイツチ段である。その段は、接続パタンを決
定すべき最初の領域であり、パタンが決定された
優先領域がないため、この場合ｉ＝０となる。よ
つて、第１の領域のグループ・サイズは、第１段
のスイツチ要素数の1/2₀＝１、即ちその段全体で
ある。従つて、第６図において、段８４（最も外
側の段）の第１スイツチ要素９３は、段８５の第
１の（同じ段位の）スイツチ要素１０９に接続さ
れる。また、スイツチ要素９３は、前記のスイツ
チ要素１０９からその段８５の中に、更に段８５
（そのグループの段）の要素数の1/2だけ進んだス
イツチ要素１０５にも接続される。同様に、段８
４の第２スイツチ要素９２は、段８５の第２スイ
ツチ要素１０８および第６スイツチ要素１０４に
接続される。この接続パタンは、段８４のすべて
の出力が段８５のスイツチ要素に入力として接続
されるまで続く。

前段落で説明したことは、特許請求の範囲第５
項で「最小数の光スイツチ要素を有する段８４に
隣接する領域を第１として中央領域に向かつて
log₂Ｍ−log₂Ｎ個の領域に対して順に領域の順序
を定義し」と記載したところの、第１領域の接続
パタンの説明である。今の例ではlog₂Ｍ−log₂Ｎ
＝１であるため、このまま次段落以降のプロセス
に進む。従つて、次段落以降で説明するように、
第６図において、請求項５で定義される第１領域
は領域８０に、第２領域は領域８３に、第３領域
は領域８１に相当することとなる。しかし、log₂
Ｍ−log₂Ｎが１より大きい場合には、第１領域か
ら中央領域に向かつてlog₂Ｍ−log₂Ｎ個の領域に
対して順に第１、第２、…の領域を定義し、それ
らの領域に前段落で説明したのと同様の接続パタ
ンを形成し、しかる後に次段落以降のプロセスに
進むこととなる。

接続パタンを決定するべき次の段は、交換網の
中央領域８２から最も離れた接続パタンが未定の
スイツチ段である。現在の例では、入力側の段８
５および出力側の段８８は、領域８２から等距離
にある。よつて、いずれの側の接続を先に決めて
も良い。しかし、スイツチ網の両側を交互に接続
した方が、相互接続パタンの混み具合がより均一
に分散される。従つて、次に領域８３の接続パタ
ンを決定する。１つの優先領域８０が、その接続
パタンを決定されているので、ここではｉ＝１と
なり、この領域のグループ・サイズは、この領域
の両側の段にあるスイツチ要素数の1/2¹＝1/2で
ある。従つて、９８から１０１までの４個の出力
スイツチ要素の第１グループは、段８７の８個の
スイツチ要素から成るグループに接続され、４個
のスイツチ要素９４から９７の第２グループは、
段８７の残る８個のスイツチ要素に接続される。
各グループ内における接続パタンは、前と同じで
ある。つまり、各スイツチ要素、例えば段８８の
１０１は、段８７の同じ段位のスイツチ要素１１
０およびその段を更に４個（そのグループの要素
数の1/2）下がつた要素１１１に接続される。

領域８３の接続が決定されると、領域８１が、
領域８２から最も離れた接続未定の領域となる。
２つの領域が優先して、その接続パタンを決定さ
れていて、1/2²＝1/4であるから、この領域のグ
ループ・サイズは、段８５および８６にあるスイ
ツチ要素数の1/4である。これにより、１グルー
プは、段８５の２個のスイツチ要素および段８６
の４個のスイツチ要素から成る。前と同様に、段
８５の各スイツチ要素、例えば１０９は、段８６
内部の同じ段位を有するスイツチ要素１１２およ
び同グループ内のスイツチ要素数の1/2だけ更に
そのグループに入り込んだスイツチ要素１１３に
接続される。中央領域８２の両側の隣接する２個
の段は別として、中央領域８２から等距離に同じ
要素数の段がある場合、両側の交代および接続を
行う前記の定型手順を、その段の1/2¹要素数のグ
ループの間に発生する各接続に付いて続ける。ス
イツチ網の入力側が、その出力側へ接続されるこ
とになる場合（例えば、中央領域）、例えば８６
および８７のように、同じ要素数の段が必ず２個
あり、入力側は1x2スイツチ要素から成り、出力
側は2x1スイツチ要素から成る。また、その場合
グループ・サイズは、常に２である。領域８２の
各側のある与えられたグループにおける各スイツ
チ要素、例えば１１２は、他方の側にあるそのグ
ループのスイツチ要素１１０および１１４の両方
に接続される。これで、スイツチ要素から成る全
ての段の間の接続パタンの決定が終了する。パタ
ン決定の後は、必要な光スイツチ要素を適当に配
置し、スイツチ要素間には適当な接続パタンがで
きるように導波路（これに光交差部分が含まれる
ことになる）を拡散することにより、素子を作製
することができる。

以上で、接続パタンの決定方法に関して大略を
説明したが、特許請求の範囲の記載の理解を容易
にするため、特許請求の範囲第５項および第６図
に即しながら、接続パタンの決定手順をさらに詳
細に説明する。特許請求の範囲中で使用した文言
は「」で示す。

まず、最初は「すでに決定された領域の数」は
０であるので、ｉ＝０である。この場合、「選択
した領域」は第６図では領域８０である。すでに
領域の順序は、請求項５の前半で、第１領域が８
０、第２領域が８３、第３領域が８１、そして８
２は中央領域と定義されている。すなわち、第ｊ
領域を選択しているとき、ｉ＝ｊ−１となる。

「両側の２個の段」は、段８４および８５とな
る。まずこの２つの段の間の接続パタンを決定す
ることになる。ｉ＝０なので、これらそれぞれの
段における各「グループ」を構成する光スイツチ
要素数は、その段を構成する光スイツチ要素数の
１／２⁰＝１となる。すなわち、グループ数は2⁰＝１
であり、段全体がそのまま１グループとなる。グ
ループ数が１なので、「その段は光スイツチ要素
を、…一対一に対応させ、」は自明な（意味のな
い）操作となる。

次に、「各グループ内において、光スイツチ要
素に１からはじまる連続番号を付」す。この番号
は、次の段落で接続すべき光スイツチ要素を特定
する際に使用するためのものである。例えば、第
６図で、次のように連続番号を付ける。

第１ ９３，１０９ 第２ ９２，１０８ 第３ ９１，１０７ 第４ ９０，１０６ 第５ １０５ 第６ １０４ 第７ １０３ 第８ １０２ 特に「１からはじまる」と限定したのは、例え
ば第６図で段８４と段８５で開始番号が異なる
と、次の段落中の「同一番号」の意味がなくなる
ためである。

次に、「前記２個の段」、すなわち、段８４およ
び８５について、中央領域から離れたほうの段
（段８４）内の「あるグループ」と、中央領域に
近いほうの段（段８５）内の「対応するグルー
プ」の間の接続パタンを作るが、今はグループ数
が１（段８４および８５の全体）であるので、結
局は１回で段８４と８５の間の接続パタンを作る
ことになる。接続のしかたは、ちょうど請求項４
の後半と同様になることが、特許請求の範囲第５
項また第６項の後半の記載から明確に分かる。こ
れでｉ＝０に対する処理は終わる。

次に、「前記定義順序に従つて領域を選択して
前記定義順序中の各領域に対して設定」するとの
記載に従い、次の領域、すなわち、第２領域（領
域８３）を選択して、その接続パタンを決定す
る。第１領域の接続パタンがすでに決定されてい
るので、ｉ＝１となる。「選択した領域の両側の
２個の段」は、段８７および８８である。段８７
は、16/2¹＝８個の光スイツチ要素からなる２個
のグループに分割され、段８６は、8/2¹＝４個の
光スイツチ要素からなる２個のグループに分割さ
れる。

例えば、第６図では、段８７の上の８個の光ス
イツチ要素が第１グループに属し、下の残りの８
個の光スイツチ要素が第２グループに属する。ま
た、同様に、段８８の上の４個の光スイツチ要素
が第１グループに属し、下の残りの４個の光スイ
ツチ要素が第２グループに属する。

次に、段８７のグループと段８６のグループを
一対一に対応させる。第６図では、段８７の第１
グループと段８８の第１グループが対応し、段８
７の第２グループと段８８の第２グループが対応
させる。

次に、各グループ内において、光スイツチ要素
に１からはじまる連続番号を付す。第６図では、
段８７の第１グループで、上から順番に番号を付
ければ、光スイツチ要素１１０は第１、１１４は
第３、１１１は第５と番号付けされる。同様に、
下側の第２グループでも上から順に第１から第８
の番号を付ける。また、段８８については、次の
ように番号が付けられる。

第１ １０１，９７ 第２ １００，９６ 第３ ９９，９５ 第４ ９８，９４ 次に、接続を行う。接続は、上で定義されたグ
ループごとに行われる。ちようど、前記で領域８
０に対してなされた操作がそのまま、領域８３で
は、第１グループ間の接続および第２グループ間
の接続のそれぞれに埋め込まれた形になることが
分かる。これでｉ＝１に対する処理は終わりであ
る。

次に、同様にして、第３領域（領域８１）を処
理する。今度はｉ＝２である。段８５および８６
が2²＝４グループに分割される。段８５は次のよ
うに分割される。

第１グループ １０９，１０８ 第２グループ １０７，１０６ 第３グループ １０５，１０４ 第４グループ １０３，１０２ 段８６も同様に、４個ずつの４グループに分割
される。そして、各グループについて、接続が設
定される。

以上では、請求項５に関して説明したが、請求
項６の同様趣旨部分に関しても、同様の説明が適
用される。

注意すべき点は、特許請求の範囲の記載でも明
らかなとおり、「グループ」の定義、および、そ
のグループ内で光スイツチ要素に付けられる連続
番号の定義は、領域の選択後、その選択に依存し
てなされることである。すなわち、例えば上の例
で、第１領域（領域８０）を選択してその接続パ
タンを設定する際には、段８５は段全体が１つの
グループであつたのに対し、第３領域（領域８
１）を選択してその接続パタンを設定する際に
は、段８５は４グループに分割されている。そし
て、光スイツチ要素に付けられる連続番号は、そ
うして定義されたグループに応じて付けられるも
のであつて、光スイツチ要素固有の番号ではな
い。

これまでの説明は、入力ポートおよび出力ポー
トの数が２の累乗であることに立脚していた。し
かし、本発明は、入力ポートおよび出力ポートの
数が２の累乗でないスイツチ網の作製にも用いる
ことができる。以下に、本発明の原理に従う3x7
スイツチ網の構築に付いて説明する。入力ポート
または出力ポートまたはその両者の数が、２の累
乗に等しくない場合、その数を次に大きい２の累
乗数に切り上げる。現在の例では、3x7スイツチ
網は、制作のこの段階で4x8スイツチ網となる。
次に、先のNxMが２の累乗である場合に説明し
たように、スイツチ要素の配列およびそれらの相
互接続パタンが決定される。結果は、前述の第６
図に示したようなスイツチ網となる。パタン決定
の後、入力および出力スイツチ要素が実際に必要
な数と成るまで、それらを選択的に削除してい
く。但し、この場合に削除されるべきスイツチ要
素は、接続に最も多くの光交差部分を使用してい
るものであるという点に注意する必要がある。上
記説明の要領で設計されたスイツチについては、
入力段および出力段の中央から最も離れたスイツ
チ要素を取り除く必要がある。入力スイツチ要素
（例えば９０など）を削除した場合、そのスイツ
チ要素９０から供給されているすべてのスイツチ
要素およびそれらを相互接続している導波路もそ
のパタンから削除しなければならない。この結
果、本実施例では、スイツチ要素９０，１０２，
１０６およびそれらによつて供給される段８６の
４個のスイツチ要素が削除される。出力スイツチ
要素（例えば１０１など）を削除した場合、その
出力スイツチ要素に供給しているスイツチ要素お
よびそれらに接続されている導波路をパタンから
すべて削除しなければならない。この結果、本実
施例では、スイツチ要素１０１，１１０，１１１
およびそれらを相互接続している導波路が削除さ
れることになる。これらのスイツチ要素をすべて
削除した場合、入力および出力をそれぞれ１個し
か持たないスイツチ要素ができる。このようなス
イツチ要素（例えば、１１２）は、その１個ずつ
の入力および出力を接続する導波路で置き換える
ことができるので好都合である。スイツチ要素と
接続経路の削除が完了すると、第７図のパタンと
なる。第７図のパタンを有するスイツチ網を作製
すれば、3x7スイツチ網を得ることができる。

以上の解説においては、交換網を、単一基板上
に作製するものとして、説明した。しかし、交換
網の端よりの段に交差する光導波路をつくり、そ
れにより交換網全体の交差部分数を低減すること
によつて、交換網を多数の基板上に作製し、なお
且つ本発明の利点を得ることが可能である。ま
た、上記の説明は、電気信号を用いた能動的な制
御が可能な光スイツチ要素について行つた。しか
し、本発明は、そのような能動型のスイツチ要素
に限定されるものではない。例えば、先の実施例
におけるスイツチ要素のいくつかは、本発明の主
旨および範囲から逸脱することなく、受動的な信
号分岐器または結合器に置き換えることも可能で
ある。