JP2002277770A - 光路切換装置および光路切換方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の光ファイバからの信号を分配するメカ
ニカル光スイッチにおいては、光軸を高精度で一致させ
る手段と機械的な移動を行う駆動機構を組み合わせて使
用するため、構造上装置が複雑化するという問題があっ
た。また構造が複雑になると、環境変動などにより長期
的には特性が変動しやすいという問題もあった。 【解決手段】 本発明の光路切換装置は、複数の光源の
発光面を一直線に沿って配列した光源アレイと、この光
源アレイからの光を受光するように前記発光面に対向さ
せた受光手段の受光面を前記直線に平行に移動させる駆
動機構と、前記各光源からの出射光が受光手段に入射す
る光量を最大にするように前記駆動機構を制御する制御
手段とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信あるいは光
接続の分野において用いられる光路切換装置、とくに光
スイッチ、光モニタに関する。

【０００２】

【従来の技術】光信号の伝達経路において、伝達経路の
切り換えは必須の機能である。例えば、複数の伝達経路
からの光信号を選択して新たな経路に切り換える光スイ
ッチ機能、各経路の状態を監視する光モニタ機能等があ
る。このような目的のため、対向する光ファイバ端面を
互いに移動させて光路を切り換える方式のメカニカル光
スイッチは、構造が簡単であり、低挿入損失、小型化等
の特徴を有しており、これまでに多くの構成が提案され
ている。

【０００３】例えば、特開平11-295623号公報には、複
数の送信側光ファイバを配列し、この配列に沿って受光
側光ファイバを移動させ、位置決め後、損失を抑えるた
めに光ファイバ端面をお互いに押し当てる押圧機構が開
示されている。移動、押圧とも超音波リニアモータによ
って行い、受光側光ファイバの停止位置はコンピュータ
により制御している。

【０００４】また、特開平7-72398号公報に示されるよ
うに、光ファイバをＶ溝（断面がＶ字状の溝）に固定す
ることによって、切換え後の位置精度を向上する方法が
知られている。複数の光ファイバをＶ溝に固定してお
き、これらに対向する光ファイバを駆動機構によってＶ
溝間を移動させることによって光路を切り換える。

【０００５】また、特開平8-50253号公報には、複数の
光ファイバを円柱表面上に配列し、この円柱をステップ
モータによって回転させることにより、対向する１本の
光ファイバと結合させる光スイッチも提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】複数の光ファイバから
の信号を分配するメカニカル光スイッチにおいては、送
信側光ファイバと受信側光ファイバを低結合損失で光学
的に結合させる必要がある。すなわち切換え動作後、送
受信側光ファイバの光軸を一致させる機構が必要とされ
る。光軸を高精度で一致させるためには、上述のように
Ｖ溝構造の固定治具や位置合わせ用のマーカなどが一般
に使用される。これらと機械的な移動を行う駆動機構を
組み合わせて使用するため、構造上装置が複雑化すると
いう問題があった。また構造が複雑になると、環境変動
などにより長期的には特性が変動しやすいという問題も
ある。このため光ファイバ端面の押し当てなど特別な機
構を加える必要が生じ、さらに構造が複雑化する場合も
ある。

【０００７】また、Ｖ溝を用いた構造の光スイッチで
は、切換えを行う際、光ファイバを一旦Ｖ溝から浮かせ
て移動させる必要があり、高速での切換えが容易でな
い。移動後、端面の押し当てる動作も高速切換えには適
していない。本発明の目的は、上記の問題に鑑み、構造
が簡単で高速で切換えが可能であり、環境変動に対して
も特性が安定な光スイッチ、光モニタ等の光路切換装置
および光路切換方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の光路切換装置の第１の態様は、複数の光源
の発光面を一直線に沿って配列した光源アレイと、この
光源アレイからの光を受光するように前記発光面に対向
させた受光手段の受光面を前記直線に平行に移動させる
駆動機構と、前記各光源からの出射光が受光手段に入射
する光量を最大にするように前記駆動機構を制御する制
御手段とを有する。

【０００９】光源アレイは光ファイバアレイの端面、コ
リメータレンズアレイの端面、もしくは発光素子アレイ
である。また受光手段は光ファイバの端面、コリメータ
レンズの端面、もしくは半導体受光素子である。

【００１０】また、駆動機構は、発光面が配列された直
線に平行に配設したガイドレールと、このガイドレール
上を移動可能な受光手段を搭載した架台と、この架台を
制御手段からの制御信号にしたがって移動させる駆動部
とからなる。

【００１１】上記の構成からなる光路切換装置の光路切
換方法はつぎのステップからなる。すなわち、受光面の
位置を制御する制御装置に選択する光路を指定する指示
信号を入力する第１のステップ、前記信号に対応して前
記制御装置が有する記憶装置から駆動装置の仮停止位置
情報を読み出し、前記仮停止位置情報にしたがって受光
手段を搭載した架台を所定の位置まで移動させる第２の
ステップ、前記所定の位置において受光手段が受光する
光信号の強度を計測し、該強度が増大する方向に架台を
所定距離移動させる第３のステップ、移動後の新たな位
置において第３のステップと同様の動作を終了指令があ
るまで繰り返す第４のステップである。

【００１２】本発明の光路切換装置の第２の態様は、前
記複数の受光手段の受光面を一直線に沿って配列した受
光手段アレイと、該受光手段アレイに光を入射するよう
に前記受光面に対向させた光源の発光面を前記直線に平
行に移動させる駆動機構と、前記光源からの出射光が各
受光手段のいずれかに入射する光量が最大になるように
前記駆動機構を制御する制御手段とを有する

【００１３】受光手段アレイは光ファイバアレイの端
面、コリメータレンズアレイの端面、もしくは半導体受
光素子アレイである。また光源は光ファイバの端面、コ
リメータレンズの端面、もしくは発光素子である。

【００１４】また、駆動機構は、受光面が配列された直
線に平行に配設したガイドレールと、このガイドレール
上を移動可能な光源を搭載した架台と、この架台を制御
手段からの制御信号にしたがって移動させる駆動部から
なる。

【００１５】上記の構成からなる光路切換装置の光路切
換方法はつぎのステップからなる。すなわち、発光面の
位置を制御する制御装置に選択する光路を指定する指示
信号を入力する第１のステップ、前記信号に対応して前
記制御装置が有する記憶装置から駆動装置の仮停止位置
情報を読み出し、前記仮停止位置情報にしたがって光源
を搭載した架台を所定の位置まで移動させる第２のステ
ップ、前記所定の位置において指定された光路に該当す
る受光手段が受光する光信号の強度を計測し、該強度が
増大する方向に架台を所定距離移動させる第３のステッ
プ、移動後の新たな位置において第３のステップと同様
の動作を終了指令があるまで繰り返す第４のステップで
ある。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を具体的
に説明する。図１は本発明の光路切換装置の第１の構成
例を示している。光信号を伝達する複数の光ファイバ１
０−１〜１０−ｎの端部にそれぞれ屈折率分布型ロッド
レンズ１２−１〜１２−ｎの一方の端面に結合し、各ロ
ッドレンズ他方の端面１６から平行光１００を取り出す
ようにしたコリメータアレイ５０が形成されている。各
ロッドレンズ１２−１〜１２−ｎの光出射端面１６は１
直線４０上に配列固定されている。一方、このコリメー
タアレイ５０の光出射端面１６に対向して、他のロッド
レンズ２２と光ファイバ２０からなる１組の受光側コリ
メータ５２を配置し、上記各ロッドレンズ１２−１〜１
２−ｎの光出射端面１６からの平行光１００をそれぞれ
入射できるように移動機構６０を設ける。

【００１７】上記光源側ロッドレンズ１２−１〜１２−
ｎの光出射端面１６に対して、受光側ロッドレンズ２２
の光入射端面２６は常に一定距離を保って平行に移動で
きるように配置する。具体的には光源側ロッドレンズ１
２−１〜１２−ｎの光出射端面１６が配列された直線４
０に平行になるようにガイドレール６２を設け、そのガ
イドレール６２上を摺動可能な架台６４に受光側コリメ
ータ５２を搭載させる。受光側コリメータ５２は光源側
コリメータアレイ５０からの平行光１００を入射できる
ようにその方向を調整する。架台６４はそれを固定した
ボールネジ６６をステップモータ６８によって回転させ
ることによって移動させる。

【００１８】この駆動機構は、外部制御信号によって架
台の位置が制御できるものであればよく、超音波リニア
モータ、ボイスコイルモータ等を用いることができる
が、高速移動が可能で回転または移動距離精度の優れた
ものが望ましい。以上の構成では、駆動機構は直線的な
移動を司るだけでよいため、複雑な可動部分がなく、小
型で軽量な装置が実現できる。

【００１９】上記構成における光路切換方法についてつ
ぎに説明する。まず光源側の各コリメータと、ガイドレ
ール６２上を移動する受光側コリメータ５２の光軸がそ
れぞれすべて一致できるようにガイドレール６２の方向
と位置を調整する。初めに例えば中央部の光源側コリメ
ータの１つからの出射光を受光側コリメータが受光でき
る位置を原点とする。この原点に対する各コリメータの
位置座標を上記ステップモータ６８の駆動制御用コンピ
ュータ９０の記憶装置に記憶させる。この位置は機械的
な設計値とする。

【００２０】以上の準備により、制御用コンピュータ９
０に受光側コリメータ５２を移動させたい光源側コリメ
ータの位置を指示信号８２として入力すれば、受光側コ
リメータ５２を搭載した架台６４は指定された位置まで
移動し、所定の光源側コリメータから出射される光はあ
る程度受光側コリメータ５２に入射するようになる。初
めに位置座標を定める際、光源側各コリメータと受光側
コリメータ５２を実際に光学的に最適な状態で結合させ
て座標を決定すれば、それだけでかなりよい結合特性を
得ることができる。しかし可動部をもつ光路切換機構は
環境の変化等に影響され、経時的に特性が劣化する場合
がある。

【００２１】このような経時的変化を防止するため、本
発明ではさらにつぎのような制御機構を付加する。受光
側コリメータ５２に入射する光信号強度を測定するた
め、受光側コリメータの光ファイバ２０を伝搬する光の
一部を光ファイバカプラ２４によって分岐し、光強度測
定用の受光素子２６に入射し、光信号強度を電気信号に
変換する。

【００２２】制御の流れはつぎの通りである。図３に流
れ図を示す（各ステップは以下の説明と番号を一致させ
て示してある）。 １．制御用コンピュータ９０に選択する光路を指定する
指示信号８２を入力する。 ２．コンピュータ９０は指示信号８２に対応して、予め
記憶装置（図示しない）に記憶させた受光側コリメータ
５２の仮停止位置情報を読み出し、受光側コリメータ５
２を搭載した架台６４を所定の位置まで移動させる制御
信号８０をステップモータ６８に対して出力する。 ３．前記所定の位置に受光側コリメータ５２が仮停止位
置へ移動した後、受光側コリメータ５２が受光する光信
号強度を測定し、その情報８４を記憶装置に入力し記憶
させる。 ４．コンピュータ９０は受光側コリメータ５２を所定距
離移動させる制御信号８０を出力する。 ５．受光側コリメータ５２が所定距離移動した後、受光
側コリメータ５２が受光する光信号の強度を計測し、そ
の情報８４を記憶装置に入力し記憶させる。 ６．コンピュータ９０はその結果を記憶装置に記憶され
ている前回の光信号強度と比較し、比較結果に従って受
光側コリメータ５２の移動方向を決定する。 ７．ここで処理の終了指令があるか判断し、あれば終了
する。 ８．終了指令がなければ、コンピュータ９０は６の結果
に従って、移動方向および所定の移動距離を指定した制
御信号８０を出力し、処理を５へ戻す。

【００２３】以上ような制御プロセスにより駆動機構に
経時的変化が生じても、受光側コリメータ５２は常に光
源側コリメータに対して最適位置に近づくよう制御され
る。すなわち本発明では電気信号による制御で光結合の
最適化を図るため、位置決めのための高精度部材等が必
要なく、簡単な構成の装置が実現できる。また、経時的
な変動に対しても常に安定な特性が維持できる。

【００２４】上記の実施例ではコリメータレンズとして
屈折率分布型ロッドレンズを使用した。このレンズは形
状が円柱状であり、焦点位置をレンズ長によって設定で
きるなどコリメータ用として優れた特徴をもつ。しか
し、他のレンズ、例えば均質材料からなる球面レンズ、
非球面レンズを用いてコリメータを構成してもよい。レ
ンズへの入射光は光ファイバから伝達されるものに限ら
れず、発光素子から直接入射してもよい。

【００２５】さらにコリメータの構成をとらず、光ファ
イバ端面からの出射光、発光素子の出射光をそのまま光
源アレイとして用いてもよい。この場合、出射光は発散
するので、受光手段の受光面を発光面に充分近づけて配
置する必要がある。受光側コリメータにおいては、受光
した光を光ファイバに導かずに、受光素子上に集光し入
射してもよい。さらに受光側もコリメータの構成をとら
ず、受光素子や光ファイバ端面に光源アレイからの光を
直接入射するような構成をとってもよい。

【００２６】光強度測定用分岐は光ファイバカプラに限
らず、光ファイバからの漏出光を用いるなどの手段を用
いてもよいが、後続の系へ信号をさらに伝搬させる構成
の場合は、損失が大きい方法は望ましくない。

【００２７】図２は本発明の光路切換装置の第２の構成
例を示している。この構成例は基本的に第１の構成例に
対して光の入出射方向を逆にしたものである。光信号を
伝達する複数の光ファイバ１２０−１〜１２０−ｎの端
部にそれぞれ屈折率分布型ロッドレンズ１２２−１〜１
２２−ｎを結合し、ロッドレンズ他端から平行光１００
を取り込むようにしたコリメータ１５２が受光手段とし
て形成されている。各ロッドレンズ１２２−１〜１２２
−ｎの光入射端面１２６は１直線１４０上に配列固定さ
れている。

【００２８】一方、このコリメータアレイ１５２の光入
射端面１２６に対向して、他のロッドレンズ１１２と光
ファイバ１１０からなる１組の光源用コリメータ１５０
を配置し、上記各ロッドレンズ１２２−１〜１２２−ｎ
の光入射端面１２６に平行光１００をそれぞれ入射でき
るように移動機構６０を設ける。上記受光側ロッドレン
ズ１２２−１〜１２２−ｎの光入射端面１２６に対して
光源側ロッドレンズ１１２の光出射端面１１６は常に一
定距離を保って平行に移動させるように配置する。具体
的には受光側ロッドレンズ１２２−１〜１２２−ｎの光
出射端面１２６が配列された直線１４０に平行になるよ
うにガイドレール６２を設け、そのガイドレール６２上
を摺動する架台６４に光源側コリメータ１５０を搭載さ
せる。駆動機構、光路切換方法については第１の構成例
と同様である。

【００２９】光源側コリメータ１５０を最適位置に移動
させる制御機構も基本的には第１の構成例と同様である
が、つぎの点が異なる。受光側コリメータに入射する光
信号強度を測定するため、受光側コリメータアレイ１５
２のそれぞれの光ファイバ１２０−１〜１２０−ｎに光
ファイバカプラ１２４−１〜１２４−ｎと測定用受光素
子１２６−１〜１２６−ｎを設ける。制御用コンピュー
タ９０に入力される指示信号８２は架台６４の仮停止位
置を指定するとともに、その位置に対応した受光素子１
２６−１〜１２６−ｎのいずれかを指定して光信号強度
を測定する必要がある。受光素子１２６−１〜１２６−
ｎの出力信号線１８４は図では省略して１本しか描いて
いないが、各受光素子からそれぞれ接続する必要があ
り、ｎ本必要である。

【００３０】制御の流れはつぎの通りである。 １．制御用コンピュータ９０に選択する光路を指定する
指示信号８２を入力する。 ２．コンピュータ９０は指示信号８２に対応して、予め
記憶装置（図示しない）に記憶させた光源側コリメータ
１５０の仮停止位置情報を読み出し、光源側コリメータ
１５０を搭載した架台６４所定の位置まで移動させる制
御信号８０をステップモータ６８に対して出力する。 ３．前記所定の位置に光源側コリメータ１５０が移動し
た後、コンピュータ９０は対応する受光素子を選択し、
受光側コリメータが受光する光信号の強度情報１８４を
記憶装置に入力し記憶させる。 ４．コンピュータ９０は光源側コリメータ１５０を所定
距離移動させる制御信号８０を出力する。 ５．光源側コリメータ１５０の移動後、対応する受光側
コリメータが受光する光信号の強度を計測し、コンピュ
ータ９０はその結果を記憶装置に記憶されている前回の
光信号強度と比較し、比較結果に従って光源側コリメー
タ１５０の移動方向を決定する。 ６，計測した光信号強度の情報を前回の情報と置き換え
て記憶装置に記憶する。 ７．コンピュータ９０は５の結果に従って、移動方向お
よび所定の移動距離を指定した制御信号８０を出力す
る。 ８．５および６のステップと同様の動作を終了指令があ
るまで繰り返す。

【００３１】以上の制御プロセスにより第１の構成例の
場合と同様な効果が得られる。コリメータに用いるレン
ズやその他の光学系についても、第１の構成例同様の変
形が可能である。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
機械的な構成が簡単で小型、軽量の光路切換装置が実現
できる。また本発明の光路切換方法によれば、装置の光
学性能を長期的に安定に維持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光路切換装置の第１の態様を示す構成
図である。

【図２】本発明の光路切換装置の第２の態様を示す構成
図である。

【図３】本発明の第１の態様における制御の流れ図であ
る。

【符号の説明】 １０、２０、１１０，１２０ 光ファイバ １２、２２、１１２，１２２ 屈折率分布型ロッドレン
ズ ２４、１２４ 光ファイバカプラ ２６、１２６ 受光素子 ５０、１５２ コリメータアレイ ５２、１５０ コリメータ ６０ 駆動機構 ６２ ガイドレール ６４ 架台 ６６ ボールネジ ６８ ステップモータ ９０ 制御用コンピュータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三宅 淳司 大阪府大阪市中央区北浜４丁目７番28号 日本板硝子株式会社内 (72)発明者 及川 正尋 大阪府大阪市中央区北浜４丁目７番28号 日本板硝子株式会社内 (72)発明者 中野 淳一 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (72)発明者 宮島 博志 東京都渋谷区幡ヶ谷２丁目43番２号 オリ ンパス光学工業株式会社内 Ｆターム(参考） 2H041 AA14 AB19 AC01 AZ01 AZ05

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の光源のいずれかからの出射光を、受
   光手段を移動させて受光する手段を有する光路切換装置
   において、 前記複数の光源の発光面を一直線に沿って配列した光源
   アレイと、該光源アレイからの光を受光するように前記
   発光面に対向させた受光手段の受光面を前記直線に平行
   に移動させる駆動機構と、前記各光源からの出射光が受
   光手段に入射する光量を最大にするように前記駆動機構
   を制御する制御手段とを有することを特徴とする光路切
   換装置。
2. 【請求項２】一光源を移動させ、その出射光を複数の受
   光手段のいずれかに入射させる手段を有する光路切換装
   置において、 前記複数の受光手段の受光面を一直線に沿って配列した
   受光手段アレイと、該受光手段アレイに光を入射するよ
   うに前記受光面に対向させた光源の発光面を前記直線に
   平行に移動させる駆動機構と、前記光源からの出射光が
   各受光手段のいずれかに入射する光量が最大になるよう
   に前記駆動機構を制御する制御手段とを有することを特
   徴とする光路切換装置。
3. 【請求項３】前記光源アレイが光ファイバアレイの端面
   であることを特徴とする請求項１に記載の光路切換装
   置。
4. 【請求項４】前記光源アレイがコリメータレンズアレイ
   の端面であることを特徴とする請求項１に記載の光路切
   換装置。
5. 【請求項５】前記光源アレイが発光素子アレイであるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の光路切換装置。
6. 【請求項６】前記受光手段が光ファイバ端面であること
   を特徴とする請求項１に記載の光路切換装置。
7. 【請求項７】前記受光手段がコリメータレンズ端面であ
   ることを特徴とする請求項１に記載の光路切換装置。
8. 【請求項８】前記受光手段が半導体受光素子であること
   を特徴とする請求項１に記載の光路切換装置。
9. 【請求項９】前記光源が光ファイバ端面であることを特
   徴とする請求項２に記載の光路切換装置。
10. 【請求項１０】前記光源がコリメータレンズ端面である
    ことを特徴とする請求項２に記載の光路切換装置。
11. 【請求項１１】前記光源が発光素子であることを特徴と
    する請求項２に記載の光路切換装置。
12. 【請求項１２】前記受光手段アレイが光ファイバアレイ
    の端面であることを特徴とする請求項２に記載の光路切
    換装置。
13. 【請求項１３】前記受光手段アレイがコリメータレンズ
    アレイの端面であることを特徴とする請求項２に記載の
    光路切換装置。
14. 【請求項１４】前記受光手段アレイが半導体受光素子ア
    レイであることを特徴とする請求項２に記載の光路切換
    装置。
15. 【請求項１５】前記駆動機構が、発光面が配列された直
    線に平行に配設したガイドレールと、該ガイドレール上
    を移動可能な受光手段を搭載した架台と、該架台を制御
    手段からの制御信号にしたがって移動させる駆動部から
    なることを特徴とする請求項１に記載の光路切換装置。
16. 【請求項１６】前記駆動機構が、受光面が配列された直
    線に平行に配設したガイドレールと、該ガイドレール上
    を移動可能な光源を搭載した架台と、該架台を制御手段
    からの制御信号にしたがって移動させる駆動部からなる
    ことを特徴とする請求項２に記載の光路切換装置。
17. 【請求項１７】複数の光源の発光面を一直線に沿って配
    列し、前記発光面に対向した受光手段の受光面を前記直
    線に平行に移動させる光路切換方法において、 受光面の位置を制御する制御装置に選択する光路を指定
    する指示信号を入力する第１のステップと、前記制御装
    置が前記指示信号に対応して、予め記憶装置に記憶させ
    た受光面の仮停止位置情報を読み出し、受光面を所定の
    位置まで移動させる制御信号を出力する第２のステップ
    と、前記所定の位置に受光面が移動後、該受光面が受光
    する光信号の強度を計測し記憶装置に記憶させる第３の
    ステップと、受光面を所定距離移動させる制御信号を出
    力する第４のステップと、受光面の移動後、該受光面が
    受光する光信号の強度を計測し、記憶装置に記憶されて
    いる前回の光信号強度と比較し、比較結果に従って受光
    面の移動方向を決定する第５のステップと、移動方向お
    よび所定の移動距離を指定した制御信号を出力する第６
    のステップと、第５および第６のステップと同様の動作
    を終了指令があるまで繰り返す第７のステップとからな
    ることを特徴とする光路切換方法。
18. 【請求項１８】複数の受光手段の受光面を一直線に沿っ
    て配列し、前記受光面に対向した光源の発光面を前記直
    線に平行に移動させる光路切換方法において、 発光面の位置を制御する制御装置に選択する光路を指定
    する指示信号を入力する第１のステップと、前記制御装
    置が前記指示信号に対応して、予め記憶装置に記憶させ
    た発光面の仮停止位置情報を読み出し、発光面を所定の
    位置まで移動させる制御信号を出力する第２のステップ
    と、前記所定の位置に発光面が移動後、指定された受光
    手段の受光面が受光する光信号の強度を計測し記憶装置
    に記憶させる第３のステップと、発光面を所定距離移動
    させる制御信号を出力する第４のステップと、発光面の
    移動後、前記受光面が受光する光信号の強度を計測し、
    記憶装置に記憶されている前回の光信号強度と比較し、
    比較結果に従って発光面の移動方向を決定する第５のス
    テップと、移動方向および所定の移動距離を指定した制
    御信号を出力する第６のステップと、第５および第６の
    ステップと同様の動作を終了指令があるまで繰り返す第
    ７のステップとからなることを特徴とする光路切換方
    法。