JP2002174783A - 光スイッチ及びその制御方法 - Google Patents
光スイッチ及びその制御方法Info
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Abstract
束100を遮る位置に可動である光路変換特性を持つ光
学部品21と、光学部品21により光路が変換された場
合とされない場合のそれぞれに対応して設けられた出力
部40と、光学部品21を別個に駆動する駆動手段22
と、駆動手段22を介して光学部品21の配置を制御
し、光束出力先となる出力部40を選択する駆動制御手
段30と、を備える。
Description
長多重方式の光ネットワークに用いられる光スイッチ及
びその制御方法に係り、詳細には、小型で多機能化した
光スイッチ及びその制御方法に関する。
伴い、通信伝送方式は光ファイバーを用いた方式に移行
しつつある。また、さらなる伝送容量の高密度化を目的
として、光多重変換を用いたWDM(Wevelength Divis
ion Maultiplexing)伝送方式が採用されつつある。W
DM方式を採用するには、波長の異なる光信号を合成/
分波、切換、減衰等する光制御通信モジュールが不可欠
となる。
は、例えば特開平4−301812号公報や特開平4−
264415号公報に開示された技術がある。前者の光
スイッチは、格子状に導波路を形成し、導波路の交点に
スリットを設け、このスリットに水銀とシリコン及び空
気を移動自在に介在させ、これらを加熱して移動させて
導波路に介在する水銀又はシリコンを切り替えること
で、光を制御する構成である。後者のスイッチは、導波
路の交点に連通管を設け、この連通管中に液体を隙間を
空けて充填(封止)し、この液体を加熱してその一部を
気化させ前記隙間の大きさを調節することで、光を制御
する構成である。
の光スイッチは、導波路やスリット、ギャップを正確に
形成(配置)しなければならず、さらに、水銀等や液体
を封止する必要があった。このため、製造が難しいとい
う問題点があった。また、水銀等や液体の温度を精密に
制御する必要があったため、加熱機構や温度センサ、そ
の制御機構等、光スイッチ本体以外の付帯機構は大型化
し、また、部品点数も多くなっていた。すなわち、光ス
イッチ全体として小型化することは難しく、また、製造
も煩雑であるという問題点もあった。本発明の課題は、
小型で生産性の高い光スイッチと、その制御方法を提供
することである。
ため、本発明に係る光スイッチは、光束を入力する入力
部と、前記入力部から出力された光束の特定の波長を遮
る位置に可動である光路変換特性を持つ光学部品と、前
記光学部品により特定の波長の光路が変換された場合と
されない場合のそれぞれに対応して設けられた出力部
と、前記光学部品を別個に駆動する駆動手段と、この駆
動手段を介して前記光学部品の配置を制御し、光束出力
先となる前記出力部を選択する駆動制御手段と、を備え
ることを特徴し、温度センサ等を必要としないため小型
化でき、また、導波路等、従来ほどの精密製造工程を必
要とする部材がないため、生産性が高くなる。
向に複数備え、出力部を光学部品の各々に対応して備え
る構成にしてもよく、入力部を複数並列方向に備え、光
学部品を入力部からの特定の波長の光束の各々に対応し
て備える構成としてもよい。最も汎用的な構成として
は、入力部を2個並列方向に備え、出力部を入力部に対
向する位置に2個並列方向に備え、特定の波長の光束の
出力先を決定する光学部品を各光束につき2つずつ備え
る構成が例示される。この構成とした場合は、この光ス
イッチを複数個、例えばマトリックス状に接続すること
でさらに大規模の光スイッチを構成できる。
る光学部品と駆動手段とが干渉しないように光学部品間
隔を広げる必要があるが、光束に対して前後する駆動手
段を、同一の光学部品間に千鳥状に配置すると、光学部
品の間隔を狭くできる。すなわち、光スイッチをさらに
小型化できる。この場合、駆動手段を光学部品に対して
組み付けた移動光学部材を、駆動手段が光束を挟んで同
一の光学部品間に位置するように千鳥状に配置する構成
とすると、組立時の生産性が向上する。
チュエータを用いる。この場合、伸縮振動を生じる圧電
体と、この圧電体に生じる伸縮振動により摩擦駆動する
移動体とを備える構成とすると、小型で高トルクな駆動
手段となるため、より光スイッチを小型化できる。より
具体的には、回転型や直動型の圧電アクチュエータを用
いる。
合、以下の構成にできる。まず、制御手段を、予備信号
を駆動前に入力する構成としてもよい。この場合は、圧
電アクチュエータは予備信号によりウオーミングアップ
されて応答性がよくなっているため、光スイッチの応答
性を向上させることができる。また、制御手段を自励発
振回路を備える構成とすると、より効率よく圧電アクチ
ュエータを駆動できる。
部材を備え、この支持部材に制御手段を設けると、スペ
ースの有効利用となり光スイッチをより小型化できる。
の光学部品を同時に駆動させるように制御すると、光学
部品の切換に必要な時間を短縮できる。すなわち、光通
信機器の応答性を向上させることができる。
の概略をブロック図を用いて説明する。図1及び図2A
およびBに示すように、光スイッチ1は、光束100を
入力する入力部10と、入力した光束100のうち特定
の波長の光束を、各々が略90度ほど折り曲げる複数の
移動光学部材20と、各移動光学部材20の位置を制御
する駆動制御手段30と、光束100の出力先となる複
数の出力部40と、により概略構成される。すなわち、
光スイッチ1は、入力部10から入力された光束100
の進行方向を移動光学部材20で決定した後、出力部4
0から出力する光スイッチである。ここで、移動光学部
材20は、図2Bに示すように、直進した場合の光束1
00に対して直列に配置されている。また、出力部40
は、光束100が直進した場合に光束100を出力す
る。また、出力部40は、移動光学部材20によって進
行方向を変更された場合に、光束100を出力する。従
って、出力部40は、移動光学部材20が光束100の
進行方向を変更するか否かに対してそれぞれ設ける。
ァイバ10a及びレンズ10bを備える。出力部40も
同様に光ファイバ40a及びレンズ40bを備える。
音波アクチュエータ22とにより構成され、超音波アク
チュエータ22で光学部品21を光信号を遮断する位置
まで動かしたり、或いは遮断する位置から除いたりする
ことで光信号を制御する。移動光学部材20は、図2A
に示すように支持部材20a(図2Bでは図示を省略)
の側面に取り付けられる。
ラーであり、光束100を遮断する位置に配置されたと
きに光束100を屈折或いは反射して、その光路を略9
0゜折り曲げ、対応する出力部40から光束100を出
力させる。また、単一の部品のみならず、複数の部品か
ら構成することも可能である。例えば図2では、光学部
品21は光路を変換させる機能を有する光学部材21a
と、透過波長・吸収波長・光量・位相などの光学的特性
のうち少なくとも1つの特性を有する光学部材21bか
らなり、光路の変換とともに光の制御を同時に行うこと
を可能としている。
型の圧電アクチュエータであり、図2及び図3に例示す
るように、固定台22aの上に固定された円板上の圧電
素子22bと、圧電素子22bと一体に設けられた振動
体22cと、振動体22cの上に載置された移動体22
dと、振動体22cと移動体22dとの接触圧を確保す
る加圧手段22eと、により概略構成される。圧電素子
22b上面に生ずる屈曲振動は振動体11cで増幅さ
れ、振動体11c上の突起(不図示)から移動体22d
へ駆動力として出力される。また、移動体22dは一端
に光学部品を固定保持する。
体22dは棒状であり、その中央付近を回転軸として回
転する。なお、本発明に係る移動体は、用途に応じて複
数の部材で構成してもよい。
dの他端の回転円周上に、該他端を挟むように二つの突
起20bが設けられている。すなわち、移動体22d
は、突起20bは二つの突起20bによって回動範囲が
制限される。突起20bの一方は、移動体22dの一端
に設けられた光学部品21が、支持部材20a側端近傍
の光束100を遮断する場所に位置するように設置さ
れ、突起20bの他方は、移動体22d及び光学部品2
1が光束100と干渉しない場所である待避位置に位置
するように設置される。また、この構造により、移動体
22dの一次モーメントを低減できる。
例えば駆動回路31及び制御手段32で構成される。
周知の自励発振回路であり、圧電素子22bの圧電振動
によって生じる両面間の周期的電圧変動を増幅して圧電
素子22b自身の駆動信号として用いる。駆動回路31
は、例えばIC化され、光スイッチ1の基板1a上に取
り付けられる。
aおよび増幅器31bは制御手段32によって制御され
る。これにより、超音波アクチュエータ22は制御手段
32により制御されることになる。
ータ22を制御することで各光学部品21を回転移動さ
せるが、この際、切換時間短縮のため、新たな光学部品
21を光束100を遮断する位置に配置すると同時に、
光束100を遮断する位置に配置されていた光学部品2
1を待避位置まで戻す。
ータ22を本駆動して光学部品21を回転移動する前
に、超音波アクチュエータ22に対し予備信号を入力す
る。予備信号が入力されることにより、超音波アクチュ
エータ22はウオーミングアップされた状態となり、本
駆動のための駆動信号を入力した時の応答性が向上す
る。ここで、予備信号としては、本駆動の方向とは反対
方向の駆動信号や、移動体22dが移動しない程度の微
弱な駆動信号がある。前者の場合は、駆動力は移動体2
2dを突起20bに押しつけることになり、移動体22
dを移動させない。
移動光学部材20を適宜制御することで、光束100を
遮断する位置に配置される光学部品21を適宜選択し
て、光束100の出力先となる出力部40を切り替えら
れる。すなわち、光スイッチとして機能する。また、光
スイッチ1は、温度センサ等を必要としないため小型化
でき、導波路等、従来ほどの精密製造工程を必要とする
部材がないため、生産性が高くなる。また、超音波アク
チュエータ22に通電して動作させなくても光束100
の制御状態を維持できる。従って、光スイッチ1の消費
エネルギーを削減できる。なお、入力の光束と出力の光
束の角度は、光学部品21の特性によっては90度とは
限らない。また、光学部品21は、プリズムでも平板で
も良い。さらに、移動光学部材20は光学部品21の特
性に合わせ、入力の光束に対し所定の角度で配列するも
のとする。
の形態における光スイッチ1は、概略は第1の実施の形
態における光スイッチ1と同様の構成である。特に、図
5に示すように、移動光学部材20に突起20bを設け
ずにエンコーダ23を設け、制御手段32に、エンコー
ダ23からの検出結果を基に超音波アクチュエータ22
を制御する機能を持たせた構成である。
転するスリット23aと、スリット23aの回転量を検
出する周知の光タイプの回転量検出器23bとにより構
成される。回転量検出器23bの検出結果は、制御手段
32に送信される。
と同様の効果を得るほか、任意の角度に移動体22dを
制御できる。また、突起20bと移動体22dの接触に
伴う不具合が生じる可能性もなくなる。
の形態である光スイッチ2は、光スイッチ1と概略同じ
構成であるが、図6Aに示すように、移動光学部材20
の代わりに移動光学部材50を用いている。また、駆動
回路31は光スイッチ2の基板2a上に直接設けられて
いる。
に、光学部品21を、直動型の圧電アクチュエータであ
る超音波アクチュエータ51により、光束100に交わ
る方向に直線的に移動させる構成である。超音波アクチ
ュエータ51は、直方体状の圧電素子及び振動体を備え
ており、前記した圧電素子上面に生ずる屈曲振動を前記
振動体で増幅し、振動体上の突起51aから屈曲振動を
駆動力として出力する。
された2つのストッパ部材2bで挟まれており、これら
ストッパ部材2bの間で移動可能となっている。一方の
ストッパ部材2bは、光学部品21が光束100を遮る
位置まで移動してきたときに、光学部品21に当接する
よう位置決めされており、他方のストッパ部材2bは、
光学部品21が光束100を遮る位置から外れたとき
に、光学部品21に当接するよう位置決めされている。
また、制御手段32による予備信号は、光スイッチ1に
おける微弱な駆動信号の他、光学部品21がストッパ部
材2bに当接する方向に駆動させる信号となる。
アクチュエータ51を駆動して光束100を遮るよう配
置された光学部品21を切り替えることで、光スイッチ
1と同様の効果を得る。
の形態である光スイッチ3は、光スイッチ1と概略同じ
構成であるが、図7A及びBに示すように、移動光学部
材20を、光束100を挟んで互い違いに配置し、駆動
回路31を、光スイッチ3の小型化を目的として、支持
部材20aの側面、好ましくは移動光学部材20取付側
の側面に取り付けた構成である。
上方に設けられている。したがって、光束100は移動
光学部材20やや上方を伝搬する。また、光学部品21
は光束100を上方に折り曲げる向きに超音波アクチュ
エータ22に組み付けられている。また、出力部40は
移動光学部材20上方に設けられている。すなわち、光
束100は、上方に回動した光学部品21により上方に
折り曲げられ、出力部40から出光する。
20取付側の支持部材20a側面は、移動光学部材20
が光束100に対してどちら側に位置するかで一義的に
決まっており、光束100を挟んで反対となっている。
これにより、移動光学部材20を設置するために必要な
間隔を狭くできる。
チ1と同様の効果を得るほか、さらに小型化できる。
の形態である光スイッチ4は、図8及び図9に概略を示
すように、複数の移動光学部材20をマトリックス状に
配置し、さらに、マトリックス状に配置された移動光学
部材20の隣接する2辺に近接して、出力部40を各移
動光学部材20の行又は列毎に設置し、さらに、残る辺
の1つに入力部10を各移動光学部材20の行又は列毎
に設置したものである。すなわち、図9に示すように、
光スイッチ4は、移動光学部材20を適宜制御すること
で、各入力部10から入力された光束100を所望の出
力部40から出力させるM×N型の光スイッチであり、
一つで複数の光束100(すなわち光信号)に対応でき
る。従って、大規模な回線に対応する場合に、光スイッ
チ設置に必要なスペースを削減できる。
の形態である光スイッチ5は、図10に示すように、光
スイッチ4と同形式の光スイッチであり、2×2型であ
る。光スイッチ5によれば、光スイッチ4と同様の効果
を得るほか、図11に示すように、光スイッチ5を同一
方向に向けてマトリックス状に配置することで、更に複
雑な光スイッチを容易に構成できる。すなわち、光スイ
ッチ5を基本パーツとし、光スイッチ5を組み合わせる
ことで、様々なタイプの光スイッチを低コストで製造す
ることができる。ここで、光スイッチ4もそのパーツに
含めることでさらに様々なタイプの光スイッチを製造で
きる。
されるものではなく、各構成要素の具体的配置等につい
ても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変更可能
であることは勿論である。例えば、各超音波アクチュエ
ータの消費電力量及び駆動方向から各移動体の移動量す
なわち光学部品の位置情報を得る構成としてもよい。ま
た、第2の実施の形態における光スイッチ1において、
突起20bを備える構成としてもよい。この場合は、突
起20bによって移動体22dの位置決めが行われ、移
動体22dの位置をエンコーダ23で認識する構成とな
る。
ば、温度センサ等を必要としないため小型化でき、ま
た、導波路等、従来ほどの精密製造工程を必要とする部
材がないため、生産性が高くなる。
を示すブロック図である。
は同上面概略図である。
ある。
る。
図である。
を示す図であり、Aは要部正面図、Bは上面図である。
を示す図であり、Aは縦断面概略図であり、Bは同上面
概略図、Cは側面概略図である。
を示すブロック図である。
成を示すブロック図である。
図である。
クチュエータ) 30 駆動制御手段 31 駆動回路 32 制御手段 40 出力部 100 光束
Claims (15)
- 【請求項1】 光の束を入力する入力部と、 前記入力部から出力された光束の特定の波長の光路を各
々が切り替える複数の移動光学部材と、 前記複数の移動光学部材を前記光路を切り替えるために
移動させる駆動制御手段と、 前記複数の移動光学部材から出力された前記光束を出力
する出力部と、を有する光スイッチ。 - 【請求項2】 前記移動光学部材が前記光束に対して直
列方向に複数ある請求項1記載の光スイッチ。 - 【請求項3】 前記入力部が並列方向に複数ある請求項
1又は2記載の光スイッチ。 - 【請求項4】 前記入力部を並列方向に2つ有し、 前記移動光学部材を前記入力部の各々に対して2つ有
し、 前記出力部を前記入力部に対向する位置に並列方向に2
つ有する請求項1記載の光スイッチ。 - 【請求項5】 請求項4記載の光スイッチを複数接続す
る光スイッチ。 - 【請求項6】 前記移動光学部材を前記光束に対して千
鳥状に配置した請求項2ないし5のいずれかに記載の光
スイッチ。 - 【請求項7】 前記光束のうちのある光束に対して前記
千鳥状に配置した前記移動光学部材の各々が、前記ある
光束とは異なる光束に対して前記千鳥状に配置した前記
移動光学部材の各々と水平位置が一致するように配置す
る請求項6記載の光スイッチ。 - 【請求項8】 前記移動光学部材は圧電アクチュエータ
を有する請求項1ないし7のいずれかに記載の光スイッ
チ。 - 【請求項9】 前記圧電アクチュエータは、伸縮振動を
生じる圧電体と、前記圧電体に生じる前記伸縮振動によ
り駆動する移動体と、を有する請求項8記載の光スイッ
チ。 - 【請求項10】 前記圧電アクチュエータは回転型であ
る請求項8記載の光スイッチ。 - 【請求項11】 前記圧電アクチュエータは直動型であ
る請求項8記載の光スイッチ。 - 【請求項12】 前記駆動制御手段は、前記圧電アクチ
ュエータの駆動を準備するための予備信号を発生する請
求項8ないし11のいずれかに記載の光スイッチ。 - 【請求項13】 前記駆動制御手段は自励発振回路を有
する請求項8ないし12のいずれかに記載の光スイッ
チ。 - 【請求項14】 前記移動光学部材を移動可能に支持す
る支持部材を備え、前記支持部材に前記駆動制御手段の
少なくとも一部を有する請求項1ないし13のいずれか
に記載の光スイッチ。 - 【請求項15】 請求項1ないし14のいずれかに記載
の光スイッチの制御方法であって、複数の移動光学部品
を同時に駆動する光スイッチの制御方法。
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