具体实施方式
以下参照附图,说明应用本发明的光开关装置。
(光开关装置的基本原理)
图1模式地示出本发明的光开关装置的基本原理的说明图。以下的说明中,互相正交的方向分别作为X方向、Y方向、Z方向说明。
图1中,光开关装置1是沿X方向并列配置在Z方向延伸的1条输入侧光纤20及8条输出侧光纤21的8通道光开关装置,能将输入侧光纤20出射的光导入8条输出侧光纤21的任一条。这里,输入侧光纤20与输出侧光纤21组成的光纤阵列3,光纤在X方向以250 μm的间距等间隔排列。
本实施形态的光开关装置1中,作为反射从Z方向入射的光并从X方向偏移的规定位置向Z方向出射用的反射构件,使用在X方向被驱动的棱镜反射镜10。棱镜反射镜10是具备光从Z方向入射出射的斜面101,将从该斜面101入射进来的光反射到X方向的第1反射面102,以及对该第1反射面102正交的、将第1反射面102反射的光向斜面101反射的第2反射面103,斜面101(开口侧)正对着光纤阵列3。另外,从入射侧光纤20出射的光,在入射到棱镜反射镜之前,利用准直透镜变成准直光。又,图中虽省略,但8条输出侧光纤21与棱镜反射镜10的斜面101之间也配置准直透镜。
这样构成的光开关装置1中,例如设棱镜反射镜10固定于以实线示出的位置上。该状态下,从输入侧光纤20出射的光,入射到棱镜反射镜10,经由棱镜反射镜内的第1斜面102与第2斜面103分别以90度反射的光路L1,导至位于输出侧光纤21的最右端的输出侧光纤21a。
其次,将输出侧的光波导从输出侧光纤21a转换到位于从右侧起第6条输出侧光纤21f时,在X方向上驱动棱镜反射镜10使移动到虚线所示的位置。当这样移动棱镜反射镜时,从入射侧光纤20出射的光,棱镜反射镜10内的第1斜面102和第2斜面103的反射位置移动,便经光路L2导到输出侧光纤21f。
这里,光纤阵列3中,由于输入侧光纤20、输出侧光纤21以250μm的间隔排列,故以相当于输入侧光纤20和输出侧光纤21的间隔的1/2的125μm单位在X方向移动对棱镜反射镜10。
(光开关装置的总体构成)
图2(a)、(b)、(c)、(d)为应用本发明的光开关装置的平面图、主视图、侧面图、背面图。图3为图2(a)A-A’线的光纤装置的断面图。图4为从斜后方看到卸去按压构件的状态下的在本发明的光开关装置前半部分装载了光开关本体的立体图。
如图2和图3所示,本发明的光开关装置1具有大致扁平的长方体形状,光开关装置1的上侧由对装载了棱镜反射镜10的可动体2赋予弹力的按压构件41所覆盖。光开关装置1的前半部分装载用图1所示的原理的光开关本体100。光开关装置1的后半部分,装载覆盖光开关装置1的上侧的按压构件41和构成夹紧机构40的夹紧用磁驱动回路45。光开关装置1的中央位置的左右两侧,从固定侧构件13的底板14立起支柱47、48,支柱47、48的端部设有按压构件41的摆动支点50、51。
(光开关本体的构成)
如图2、图3和图4所示,光开关装置1的前半部分中,光开关本体100具有:装载了虚线示出的棱镜反射镜10的可动体2,由悬丝支持该可动体2可在X、Y方向移动的固定侧构件13,及在X、Y方向驱动可动体2的磁驱动回路。
可动体2,由装载了棱镜反射镜10的棱镜反射镜装载部11,和装载了Y方向驱动用驱动线圈5和左右一对的X方向驱动用的驱动线圈6的框体部分16构成。棱镜反射镜其斜面向着前方,在棱镜反射镜装载部11的X方向的中央位置上。
棱镜反射镜装载部11的下面11a上,遍及X方向的全部范围,以一定的间距连续形成V字沟30(参看图7)。本实施形态中因光纤阵列3的间隔为250μm,故与此对应,V字沟30的间距为125μm。棱镜反射镜装载部11的前方,是配置参照图1说明的光纤阵列3的区域,从光纤阵列3的输入侧光纤20出射的光,及从光纤阵列3的输出侧光纤21出射的各光轴,以光轴Lin和光轴Lout示出。
固定侧构件13由规定光开关装置1的底面的底板14,安装在底板14上的支持座12,及固定部15构成。底板14上装载了Y方向驱动用的驱动磁铁7,X方向驱动用的驱动磁铁8,及磁轭9。驱动磁铁7位于驱动用线圈5的内侧。驱动磁铁8对着驱动线圈6。底板14中,在可动体2的棱镜反射镜装载部11的正下面位置上设有接受可动体2的固定部15。
固定部15在X方向具有比棱镜反射镜装载部11的下表面11a更长的尺寸。固定部15的上表面15a上,连续地形成与可动体的下表面11a上形成的V字沟30(凹凸)啮合的V字沟31(凹凸)。因此,固定侧构件13上交互地形成断面V字形凹部与断面V字形凸部。V字形沟的间距为125μm。这里,可动体2向X方向的路径,棱镜反射镜装载部11的下表面11a,及形成于固定侧构件13的固定部15的上表面15a,互相平行地形成。
从支持座12以左右两侧夹着并以外伸状态支持可动体2的左右各2条的悬丝4与固定侧构件13的底板14平行地延伸。另外,对在可动体2上装载了驱动线圈5、6的控制电路(未图示),配置在支持座12的侧面,对在可动体2上装载了驱动线圈5、6的通电,以悬丝4作为通电线来实施。
驱动磁铁7相对于在可动体2上装载了驱动线圈5发生交链的磁通,与驱动线圈5配对,构成在Y方向上驱动可动体2的磁驱动回路。因此,通过对驱动线圈5通电,对可动体2加上Y方向的推力。驱动磁铁8相对于在可动体2上装载了驱动线圈6发生交链的磁通,与驱动线圈6配对,构成在X方向上驱动可动体2的磁驱动回路。因此,通过对驱动线圈6通电,对可动体2加上X方向的推力。
(夹紧机构的构成)
图5为从斜上方看到卸去按压构件的状态下的在本发明的光开关装置后半部分装载了夹紧用磁驱动回路的立体图。图6示出夹紧用磁驱动回路发生的磁通的说明图。
图2、图3和图5中,本实施形态的开关装置1中,夹紧机构40,由对可动体2赋予弹力的、固定于固定侧构件13的板形的按压构件41,在常态下将可动体2弹向固定侧构件13的扭力弹簧60,及驱动按压构件41的夹紧用磁驱动回路45构成。
按压构件41,由覆盖光开关本体100的上方并延伸到光开关装置的后方的顶板42,和覆盖光开关本体100的侧面的左右的侧板43构成,由从固定侧构件13的底板14立起的左右支柱47、48的端部上所设的摆动支点50、51可摆动地加以支持。另外,顶板42的前端部的下方突出半圆形的按压突起44。按压构件41与延伸到光开关装置1的后方的固定侧构件13的底板14一起,兼作光开关装置1的壳体,具有从外部保护光开关本体100的功能。
底板14的左右支柱47、48中,在其高度方向的中央位置安装扭力弹簧60的扭力部分61,上下伸展的两个端部62、63延伸到光开关装置1的后方。两个端部62、63中,端部62的前端卡在按压构件41的顶板42的稍后侧位置,端部63的前端卡在底板14的稍后侧位置。因此,扭力弹簧60向上弹起按压构件41的后端部分,结果,按压构件41相对于底板14稍向前倾斜。这种状态下,按压构件41的按压突起44接触棱镜反射镜装载部11的上端面11b,按压构件41将棱镜反射镜装载部11压向固定部15并固定(夹紧状态)。
夹紧用磁驱动回路45如下述说明,由安装于按压构件41侧的第1、第2夹紧用磁铁70、71,在固定侧13的底板14侧装载了的夹紧用线圈72,及安装于底板14侧的夹紧用磁轭75(背轭)构成。
光开关装置1的后方,顶板42上形成长方形开口420,在再后的顶板42的后端部附近位置上形成宽度方向(X方向)延伸的开口421、422,这里,安装板形的第1、第2夹紧用磁铁70、71。第1、第2夹紧用磁铁70、71以互相异极相对的状态突出于固定侧构件13的一方。
与此相对,固定侧构件13的底板14,中央有大的切口,只左右边缘部14a、14b延伸到后方。本实施形态中,装载了夹紧用线圈72使跨左右边缘部14a、14b。夹紧用线圈72是长边在X方向延伸的方筒形线圈,使线圈开口72e朝按压构件41的顶板42的方向。
另外,底板14上,使突出于切口73的内侧地安装磁轭支持构件76。该磁轭支持构件76在Y方向下方稍弯折后,有在Z方向延伸的段部76a,从该段部76a到前端侧,以外伸的状态保持夹紧用磁轭75。从而,夹紧用磁轭75的下端部位于切口73内。
夹紧用磁轭75是具有面对地平行延伸的2个直立壁75a、75b,与连接直立壁75a、75b的底壁75c的断面U字形状。直立壁75a、75b中,直立壁75a在夹紧用线圈72的线圈开口72e的外侧,隔开规定间隔与线圈边72a相对,直立壁75b在夹紧用线圈72的线圈开口72e的内侧,与线圈边72a和线圈边72b相对。
这样构成的夹紧用磁驱动回路45中,在组装光开关装置的状态下,第1夹紧用磁铁70在夹紧用线圈72的线圈开口72e的外侧,位于夹紧用磁轭75的直立壁75a与夹紧用线圈72的线圈边72a之间。另外,第2夹紧用磁铁71在夹紧用线圈72的线圈开口72e的内侧,位于夹紧用磁轭75的直立壁75b与夹紧用线圈72的线圈边72a之间。
因此,配置第1和第2夹紧用磁铁70、71(磁铁对),使异极相对在线圈开口72e的内与外夹着夹紧用线圈72,而且,在夹紧用线圈72的线圈开口72e的内侧和外侧各方,夹紧用磁轭75的直立壁75a、75b,处于作为背轭配置在夹紧用磁铁70、71的背后的状态。
这样构成的夹紧机构40中,夹紧用磁驱动回路45如图6所示,夹紧用磁铁70、71及夹紧用磁轭75如箭头Q所示,发生与夹紧用线圈72的线圈边72a交链的磁通,而且磁场闭合。因此,夹紧机构40中,在夹紧用线圈72未通电状态下,按压构件41的后端部如箭头F1所示,由扭力弹簧压向上方的结果,按压构件41的前端部将可动体2压向下方(夹紧状态),一当对夹紧用线圈通电,就由夹紧用磁驱动回路45对抗扭力弹簧76,将按压构件41的后端部如箭头F2所示方向压下。结果,按压构件41的前端部上浮,解除向可动体2的向下按压固定(非夹紧状态)。
(光波导转换动作的说明)
图7示出光开关装置中转换光波导动作之际,可动体与固定侧构件的位置关系的说明图。
如图7a所示,在初期的固定位置,利用按压构件41可动体2被弹向固定侧构件13,处于被固定的夹紧状态。棱镜反射镜装载部11下表面11a和固定部15的上表面15a上形成的V字沟30、31处于啮合状态。
为从该状态进行转换光波导的动作,首先,对夹紧用线圈72通电。同时使可动体2向Y方向上浮。结果,如图7(b)所示,按压构件41对抗扭力弹簧60的弹力,以摆动支点50、51为中心进行摆动使前端部上浮,位于按压构件41的前端部的按压突起44离开可动体2上浮。
其次,对驱动线圈6通电,如图7(c)所示,使可动体2在X方向上移动。然后当可动体2移动到X方向上所要的位置时,如图7(d)所示,停止对驱动线圈5的通电,靠悬丝4的弹性恢复力使可动体2沉到Y方向的下方。
其次,停止对夹紧用线圈72的通电。结果,如图79(d)所示,按压构件41靠扭力弹簧60的弹力,将可动体2弹向Y方向的下方,成为压在固定侧构件13上固定的状态。这时,如图7(e)所示,可动体2上形成的V字沟30与固定侧构件上形成的V字沟31啮合,可动体2在X方向上被定位。
然后,停止向驱动线圈6的通电。这样,完成光波导的转换动作。因此,从入射侧光纤20入射到棱镜反射镜10的光,经棱镜反射镜10,便出射到规定的输出侧光纤21。
(本实施形态的效果)
本实施形态的光开关装置1,为了对装载了棱镜反射镜10的可动体2赋予弹力,驱动固定的按压构件41,采用夹紧用线圈72与夹紧用磁铁70、71构成的夹紧用磁驱动回路45。夹紧用磁驱动回路45与利用电磁线圈的夹紧机构比较,能得到大的磁驱动力,故能确实地进行向可动体2的夹紧状态或非夹紧状态的转换。
另外,本实施形态中,构成夹紧用磁驱动回路45的夹紧用线圈72卷绕得使向按压构件41开口,配置夹紧用磁铁70、71,使从按压构件41向底板14突出,并在开口72e的内与外夹着夹紧用线圈72。因此,夹紧用线圈72与夹紧用磁铁70、71没有必要在装置的高度方向上全部重叠,故能实现光开关装置1的薄型化。
另外,本实施形态的夹紧机构40中,由于在夹紧用线圈72的开口内和开口外各方,具备位于夹紧用磁铁70、71的背后的夹紧用磁轭75,故能抑低夹紧用磁铁70、71的漏磁通。因此,能有效利用夹紧用磁铁70、71的磁通,得到大的磁驱动力。
另外,夹紧机构40中,用扭力弹簧60的弹力实现按压构件41的夹紧状态,夹紧用磁驱动回路45对抗扭力弹簧的弹力,将按压构件41转换为非夹紧状态。因此,只要在使可动体2移动的期间通电就可,故能抑低电耗。
本实施形态中,按压构件41兼作覆盖光开关本体100的上表面与侧面的壳体。从而,不需要另外覆盖光开关装置1的壳体。因此,即使将按压构件41配置在可动体2的Y方向的上方,也不妨碍光开关装置1的薄型化。
另外,本实施形态中,构成夹紧用驱动回路45的夹紧用磁轭75的底壁75c,收纳于固定侧构件13的底板14上形成的切口73内。因此,夹紧用磁轭75即使有底壁75c,固定侧构件13的底板14与夹紧用磁轭75的底板75c在Y方向上也不重叠,不妨碍光开关装置1的薄型化。
[其他的实施形态]
上述实施形态中,夹紧用磁驱动回路45用了2个夹紧用磁铁,但也可如图8(a)~(d)所示,用3个或4个夹紧用磁铁。
图8(a)所示实施形态,是配置4个夹紧用磁铁80、81、82、83使在夹紧用线圈72的开口72e的内和外夹着夹紧用线圈72的长边72a、72b的各边的构成,使夹紧用磁铁80、81互相异极相对,夹紧用磁铁82、83也互相异极相对。
图8(b)所示实施形态,也是配置3个夹紧用磁铁80、83、84使在夹紧用线圈72的开口72e的内和外夹着夹紧用线圈72的长边72a、72b的各边的构成,使夹紧用磁铁80、84互相异极相对,夹紧用磁铁84、83也互相异极相对。
这样构成时,如图8(c)、(d)所示,也用夹紧用磁轭91、92、93,在各夹紧用磁铁80~84的背后配置背轭为好。
另外。上述不论哪种实施形态,都是夹紧机构40具备对按压构件41赋予弹力使成夹紧状态的扭力弹簧60,夹紧用磁驱动回路45对抗扭力弹簧60的弹力驱动按压构件41的构成,但与此相反,也可以是扭力弹簧60对按压构件41赋予弹力使成非夹紧状态,夹紧用磁驱动回路45对抗扭力弹簧60的弹力将按压构件41从非夹紧状态转换为夹紧状态的构成。
另外,夹紧机构40中,也可以是不用扭力弹簧60,用夹紧用磁驱动回路45转换按压构件41为夹紧状态和非夹紧状态的构成。