JP2003149569A - 光路切替装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高速切替え可能で、環境変動にも特性が安定
する光路切替装置の提供。 【解決手段】 複数の第１光学素子から成る光学素子ア
レイのうちの１つの第１光学素子(光ファイバ)11と、第
２光学素子(受光素子)15とを光学的に結合する光路切替
装置(光モニタ)1であり、該第２光学素子を該第１光学
素子の並びに沿って移動させるための移動機構(移動部)
14と、該第２光学素子の位置を検出する為のリニアスケ
ール16と、該リニアスケールの出力に基づき該移動機構
の位置決めを制御する制御回路17とを有し、該制御回路
は、該移動機構の位置決め目標値となるスケール目標値
を出力するスケール目標値算出回路171と、そのスケー
ル目標値とそのリニアスケール出力との誤差を求める減
算回路173とを含み、該減算回路の出力が該移動機構の
駆動信号として帰還されるような光路切替装置に構成実
施する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信や光接続の
分野において用いられる光路切替装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光信号の伝達経路の切替えは、光通信や
光接続の分野において重要な技術のひとつである。この
ような光路の切替えは、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替える光スイッチ
や、各経路の状態を監視する光モニタ等において利用さ
れている。対向する光ファイバ端面を互いに移動させて
光路を切り替えるメカニカル光スイッチは、実現が比較
的容易でありながら低挿入損失や小型等の利点を有して
おり、これまでに多くの提案がなされている。

【０００３】近年の光スイッチおよび光モニタ等に関す
る技術として、例えば「光スイッチ装置」を提案した特
開平１１−２９５６２３号公報は、複数の送信側光ファ
イバ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互いに押
し当てる押圧機構を開示している。移動と押圧は共に超
音波リニアモータによって行なわれ、受光側光ファイバ
の停止位置はコンピュータによって制御されている。

【０００４】また、「光スイッチ」を提案した特開平７
−７２３９８号公報や特開平１１−１６０６３３号公報
には、複数の光ファイバをＶ溝（即ち断面形状がＶ字状
の溝）に固定しておき、これらに対向する光ファイバを
所定の駆動機構によってＶ溝間を移動させることによ
り、光路を切り替える光スイッチ装置を開示している。
この装置にて、所望の光ファイバをＶ溝に固定すること
によって、切替え後の位置精度の向上が図られている。
このように、既存の従来技術の組み合わせによって、所
望の光学素子同士の光学的結合が選択的な切替え動作で
簡単に行なえるようになった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来このような複数の
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、
切替動作後、送信側の光ファイバの光軸と受信側の光フ
ァイバの光軸とを一致させる機構が必要である。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
ている。

【０００６】しかしながら、上述した光学素子と機械的
な移動を行なう駆動機構の組み合わせは、切替装置とし
ての構造自体を複雑にしている。また、複雑なその構造
は、使用する環境変動の影響を受け易く、その特性が長
期的に一定に維持され難い。これを改善するため、例え
ば光ファイバ端面同士を押し当てる機構が加えられる
が、これは装置としての構造を更に複雑なものとしてし
まう。また、Ｖ溝を有した構造の光スイッチでは、切替
動作の際に、光ファイバを一旦そのＶ溝から浮かせて移
動させるので、高速での切替えが難しい。さらに移動後
に光ファイバ端面同士を押し当てる動作方式も高速の切
替えには適していない。

【０００７】本発明はこのような状況に鑑みて成された
ものであり、その目的とする処は、高速での切替えが可
能であって、環境変動に対しても特性が安定している光
路切替装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するため、本発明では次のような手段を講じてい
る。即ち第１の態様によれば、複数の第１光学素子を有
する光学素子アレイのうちの１つの第１光学素子と、第
２光学素子とを光学的に結合する光路切替装置であり、
該第２光学素子を該第１光学素子の並びに沿って移動さ
せるための移動機構と、該第２光学素子の位置を検出す
るためのリニアスケールと、該リニアスケールの出力に
基づいて該移動機構の位置決めを制御する制御手段とを
有して成り、該制御手段は、該移動機構の位置決め目標
値となるスケール目標値を出力するスケール目標値出力
手段と、該スケール目標値と該リニアスケール出力との
誤差を求める位置誤差算出手段とを含んで構成され、該
位置誤差算出手段の出力が該移動機構の駆動信号として
帰還されることを特徴とする光路切替装置を提案する。
この提案によって、リニアスケールで移動機構の移動部
の位置を検出してフィードバック位置決め制御を行なう
ので、環境の変化や経時的な移動機構の特性変動があっ
ても常に正確な位置決めを行なえ、光路切替装置として
の損失も常に低い状態に保てるようにする。

【０００９】第２の態様によれば、該制御手段は、該位
置誤差検出手段の出力の絶対値が所定値以上の場合にそ
の出力を所定の値とする飽和処理手段を更に備えた光路
切替装置を提案する。この提案により、実際の位置決め
制御で使われる位置誤差ゼロ付近での誤差信号が拡大さ
れ分解能が確保されるので、電気回路のノイズや特性変
動の影響を受け難くなり、非常に高い精度での位置決め
制御を可能にする。また第３の態様によれば、該制御手
段は、該リニアスケール出力に基づいて該移動機構の移
動速度を検出する速度検出手段と、該移動機構の移動の
速度目標値を出力する速度目標値出力手段と、該速度目
標値と該速度検出手段出力との差分を求める速度誤差算
出手段と、該位置誤差算出手段の出力、該速度誤差算出
手段の出力のいずれか、或いは両方が該移動機構の駆動
信号として帰還されるように選択する選択手段を更に備
えた光路切替装置を提案する。この提案によって、速度
制御と位置制御を併用することで、位置制御だけを用い
る場合に対し、位置決めが確定するまでの時間を短くで
き、よって、光路切替装置の切替時間を短縮し動作を高
速化する。

【００１０】第４の態様によれば、該選択手段は、該ス
ケール目標値と該リニアスケール出力との差に基づいて
両出力の選択を行なう光路切替装置を提案する。この提
案によって、位置誤差（即ち目標値と検出値の偏差）が
大きい際には速度制御を行ない、位置誤差が小さい際に
は位置制御を行なうことで、位置決め時間を更に短縮す
る。さらに第５の態様によれば、該第１光学素子は光フ
ァイバであり、該第２光学素子は受光素子である光路切
替装置を提案する。この提案によって、複数の光ファイ
バ出力を個別にモニタすると共に、切替機能を有する光
モニタを実現する。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明としてここに例示する光路
切替装置は、複数本の第１の光学素子を有した光学素子
アレイのうちの１つの第１の光学素子と、第２の光学素
子とを光学的に結合するための装置(機器)である。構成
としてこの光路切替装置は、その第２の光学素子を第１
の光学素子の並びに沿って移動させるため設けられた移
動機構と、その第２の光学素子の位置を検出するための
リニアスケールと、このリニアスケールの出力に基づい
て上記移動機構の位置決めを制御する制御手段とを有し
ている。また上記制御手段は、上記移動機構の位置決め
目標値となる所定のスケール目標値を出力するスケール
目標値出力手段と、これらスケール目標値とリニアスケ
ール出力との誤差を求める位置誤差算出手段とを含んで
いる。またこの位置誤差算出手段の出力は、上記移動機
構の駆動信号として帰還されるものであるとする。

【００１２】以下、複数の実施形態を挙げて本発明の光
路切替装置について詳しく説明する。この光路切替装置
は具体的には、例えば光スイッチや光モニタに適用さ
れ、次のような形態にて実施される。 （第１実施形態）まず図１および図２に基づいて、本発
明の第１実施形態について説明する。第１実施形態とし
て光路切替装置を含む光モニタの構成を図１に例示し、
その構成および光モニタ１としての動作について説明す
る。光モニタ１は、複数の光ファイバ１１からの出射光
量を測定可能な光モニタで、単一の受光素子により光量
検出を行なえるよう構成され、構成的には光路切替機能
をその一部に有するものである。つまりこの光路切替装
置の切替対象となる第１の光学素子は光ファイバであ
り、第２の光学素子は受光素子である。

【００１３】図１の如く、第１の光学素子としての複数
の光ファイバ１１は、例えば光スイッチや波長フィルタ
の出力端が接続されており、その射出光量の厳密な測定
が必要な測定対象である。これら光ファイバ１１のそれ
ぞれは、先端の被覆が除去され端面が磨かれており、整
列された状態でファイバ保持部１２によって保持されて
いる。また、光ファイバ１１が整列される方向に沿って
ガイドレール１３が設けられ、ガイドレール１３に沿っ
て移動可能なように移動部１４が移動機構の一部として
設けられる。この移動部１４には第２の光学素子として
の受光素子１５が設けられており、この受光素子１５
は、その受光面に照射されている光の量に対応する電気
信号を出力するように設定されている。

【００１４】移動部１４にはリニアスケール１６のスケ
ール部１６１が一体に設けられ、また、スケール部１６
１と対向する固定側部分にリニアスケール１６の光学ヘ
ッド部１６２が設けられており、リニアスケール１６に
よって移動部１４の移動を検出可能となっている。リニ
アスケール１６の出力は制御手段としての制御回路１７
に接続され、制御回路１７の出力は移動部１４に駆動信
号として帰還される。また制御回路１７は光モニタ１の
外部装置（不図示）とのインターフェースのために、光
ファイバ１１の識別番号（チャンネル番号）を入力する
ようになっている。測定回路１８には受光素子１５の出
力端が接続され、測定回路１８の出力信号が、光モニタ
１での光量測定結果として当該装置外部へ出力されるよ
うになっている。

【００１５】以上のように構成することで、リニアスケ
ール１６で移動機構の移動部１４の位置を検出してフィ
ードバック位置決め制御を行なうので、環境の変化や経
時的な移動機構の特性変動があっても常に正確な位置決
めを行なうことが可能となっている。これにより、光路
切替装置としての損失も常に低い状態に保つことが可能
となる。またこの位置決めを、リニアスケール１６を用
いて行なうことにより、その移動機構は、従来のＶ溝等
の位置決めのための構造を有する必要が無くなり、その
機構自体も簡略化されるようになっている。

【００１６】この第１実施形態に例示した光モニタ１の
制御回路１７は、図２で示すような電気的構成要素から
構成されている。すなわち制御回路１７は、前述したス
ケール目標値出力手段として働くスケール目標値算出回
路１７１と、アップダウンカウンタ１７２と、前述した
位置誤差算出手段として働く減算回路１７３と、Ｄ／Ａ
コンバータ１７４と、後述する「位相進み補償」を行な
うための位相補償回路１７５と、電流増幅のためのドラ
イバ回路１７６とから構成される。

【００１７】次に、さらに具体的に上述した光路切替装
置の光モニタ１の動作について説明する。複数の光ファ
イバ１１は、例えば光スイッチや波長フィルタの出力端
であり、それぞれの光ファイバ１１から独立した光が出
射している。その各光量を測定するため、光モニタ１に
は、測定すべきファイバの番号がチャンネル番号として
外部から入力される。例えば、最も左側のファイバの光
量を測定する場合には、チャンネル番号として”１”が
入力される。

【００１８】与えられたこのチャンネル番号に対応し
て、スケール目標値算出回路１７１は、対応するリニア
スケール１６の値、即ち、受光素子１５が”１”のファ
イバの直下に位置しているときのリニアスケール値（ア
ップダウンカウンタ１７２の出力値）を算出して、目標
値として減算回路１７３へ出力する。この目標値はディ
ジタル値であり、例えば１μｍの移動で１パルスが発生
するリニアスケールを使用し、移動部１４の移動量が５
０ｍｍ程度であれば（即ち、リニアスケール１６が検出
する範囲が５０ｍｍ程度であれば）、１６ビット以上の
数値となる。

【００１９】一方、リニアスケール１６からは移動部１
４の移動に合わせて所定パルスが送出され、そのパルス
数はアップダウンカウンタ１７２でカウントされ、アッ
プダウンカウンタ１７２の出力が現在の移動部１４の位
置を表す数値として、減算回路１７３へ出力される。減
算回路１７３は、スケール目標値（スケール目標値算出
回路１７１の出力）と、現在のスケール値（リニアスケ
ール１６の出力を受けたアップダウンカウンタ１７２の
出力）との差、即ち現在の位置誤差量を算出する。この
ような減算処理は、ディジタル値にて行われる。

【００２０】減算回路１７３で求められた位置誤差量
は、Ｄ／Ａコンバータ１７４によりアナログ信号に変換
されて、位相補償回路１７５に入力される。この位相補
償回路１７５では、移動部１４、リニアスケール１６お
よび制御回路１７から成る位置決め制御系（フィードバ
ック制御ループ）の動作を安定化させるため、位相余裕
及びゲイン余裕を確保する目的で、主に「位相進み補
償」が行なわれる。実際これはアナログフィルタによっ
て行なわれる。位相補償回路１７５の出力はドライバ回
路１７６にて電流増幅され、移動部１４に駆動信号とし
て与えられる。

【００２１】移動部１４には常に位置誤差を打ち消す方
向の駆動信号が与えられるので、移動部１４の位置をス
ケール目標値と一致させようとするフィードバック制御
が行なわれ、結果として移動部１４は、そのスケール目
標値に対応した位置へと位置決めされる。この位置決め
制御の結果、受光素子１５は測定の対象とする光ファイ
バ、例えば番号”１”の光ファイバの真下に正確に位置
決めされるので、このときの受光素子１５の出力を測定
回路１８にて測定すれば、当該光ファイバからの出射光
量を測定することが可能となる。この測定が終了した
後、図示しない外部のコントローラから次の測定対象の
光ファイバのチャンネル番号を入力すれば、移動部１４
はその番号に対応する光ファイバの位置へと移動し、再
び位置決めされるので、次の測定を行なうことができ
る。

【００２２】この位置決め制御は、移動部１４の位置と
目標値との誤差についてその極性とその量が常に解るた
め、位置決めの安定かつ高速な制御が可能となる。また
リニアスケール１６のうち比較的軽量であるスケール部
１６１を移動部１４の在る側に設けることにより、移動
部１４の軽量化が可能となり、これによってもより高速
な制御が可能となっている。

【００２３】以上のように第１実施形態によれば、リニ
アスケール１６により移動部１４の位置検出を行ない、
目標値との差分（位置誤差）を移動部１４へと帰還する
ことによって、移動部１４の正確かつ高速な位置決めが
可能となる。このため、高速かつ再現性の良好な光路切
替動作や、それを利用した高速・高安定な光モニタ装置
の実現が可能となる。また、当該装置外部とのインター
フェースを光ファイバ１１の識別番号にて行なうことが
可能となり、外部からは移動部１４の制御としての細か
な制御を行なう必要がなくなるため、装置としての取り
扱いも容易になる。

【００２４】（第２実施形態）次に、図３〜図５に基づ
き、本発明の第２実施形態について説明する。図３に
は、第２実施形態における誤差信号値と位置誤差との関
係を位置決め精度特性グラフとして表わす。前述した第
１実施形態では、リニアスケール１６により検出した現
在位置と目標値との差を減算によって求めそのまま誤差
信号としたが、その場合、例えば移動部の移動範囲を５
０ｍｍ、Ｄ／Ａ変換後の誤差信号を±５Ｖとすると、図
３のグラフに表わすような特性が必要となる。位置決め
の精度として非常に高い精度、例えば数μｍの精度が必
要となる場合にはこれに相当する誤差信号電圧は１ｍＶ
以下となり、回路のノイズやオフセットの影響で所望の
精度が得られなくなるおそれがある。

【００２５】ここに例示する第２実施形態は、上記の問
題を解決するものである。すなわち、この光路切替装置
の制御手段は、前述した位置誤差検出手段の出力の絶対
値が所定値以上の場合に、その出力を所定の値とする飽
和処理手段（詳細後述）を更に備えていることを特徴と
するものである。

【００２６】第２実施形態の特徴を図４及び図５に基づ
いて説明すると、この第２実施形態の装置は、前述した
第１実施形態とほぼ同じ構成で光路切替装置を構成する
ものであるが、詳細な相違点としては、図４にブロック
構成図で示す如く制御回路の構成が第１実施形態とは若
干異なっている。すなわち第２実施形態では、制御回路
１７ｂが次のように構成されている。前述の減算回路１
７３に続いて、上記飽和処理手段として働く飽和処理回
路１７７と、所定のゲインを与えるゲイン回路(ビット
シフト回路)１７８とが順次接続され、前述のＤ／Ａコ
ンバータ１７４がそれに続いている。そして減算回路１
７３の出力は、飽和処理回路１７７に入力され、更にゲ
イン回路１７８に入力された後、Ｄ／Ａコンバータ１７
４へと入力される。

【００２７】なお、飽和処理回路１７７は、減算回路１
７３の出力の絶対値が所定値以下の場合にはそのまま出
力し、絶対値が所定値以上の場合には同じ符号で一定の
値を出力する。この出力される信号について、図５に第
２実施形態における誤差信号値と位置誤差との関係を位
置決めの精度特性としてグラフで表わすと、図５中のａ
線で例示される。

【００２８】続いて、ゲイン回路１７８は、この特性の
信号に対して所定のゲインをかける。ここで信号はディ
ジタル値であるので、ゲインをかけることは、上位ビッ
トの方向にビットシフトを行なうことで代用できる。例
えば、２ビット上位へシフトすれば、４倍のゲインをか
けたのと同じことになる。この出力信号は図５中のｂ線
で例示される。このｂ線に示された信号が誤差信号とな
って、位相補償回路１７５やドライバ回路１７６を通っ
て移動部１４へと帰還される。

【００２９】このように、位置誤差信号の波形（即ち特
性）を操作することにより、実際に位置決めに使用する
誤差信号の原点付近で誤差信号の傾きを大きくすること
ができ、所望の精度に対する誤差信号電圧を高めること
ができる（即ち、誤差信号感度を高めることができる）
ので、回路のノイズやオフセットによる位置決め精度の
悪化を防ぐことができる。なお、誤差が所定値よりも大
きい場合には、真の誤差に対応した値でなく一定の誤差
信号が出力されることになるが、実際に位置決めの精度
に影響するのは原点付近の誤差信号特性だけであるの
で、この点が位置決め精度に影響することはない。但
し、極性は本来の値と同じでないと正帰還となり、位置
決めが行なえなくなる場合がある。

【００３０】以上のように第２実施形態によれば、スケ
ール目標値と検出値との差が所定値以下の場合にはその
ままその差に相当する値を出力し、所定値以上の場合に
は一定の値を出力するように構成したため、位置誤差信
号の感度を向上させることができ、回路のオフセットや
ドリフトの影響を受けることなく、従来装置より高い精
度での移動部１４の位置決めを行なうことを可能として
いる。その結果、より高い精度での光路切替動作が可能
となり、光ファイバ１１のピッチが比較的狭く整列され
る場合であっても正しい位置決めを行なえる。これによ
り、切替対象となる光ファイバの高密度実装が可能とな
り、光路切替装置あるいは光モニタ装置としての多チャ
ンネル化、あるいは装置としての小型化が実現される。

【００３１】（第３実施形態）前述の第２実施形態の場
合は、位置誤差が所定値以上の場合には誤差信号が一定
値となる。このため、初期の位置誤差が大きかった場合
や、現在位置から離れた位置への切替えを指示されて位
置誤差が大きくなった場合は、そこからの位置決め動作
が振動的（反復・往復動作）になる場合がある。つま
り、誤差信号が一定となっている領域（即ち飽和処理し
ている領域）では位置誤差を減少させる方向に移動部１
４を駆動しているにも関わらず誤差信号が減少しない故
に、移動部１４が極端に加速されてしまい、位置誤差に
対応した誤差信号が出力される領域に入ってから減速し
ても減速が不足して位置決め目標値（即ち誤差信号の原
点）を行き過ぎてしまうおそれがある。（但し実際この
ような場合でも、位置決めが振動的になるだけで最終的
な位置決め精度には影響しない）。第３実施形態はこの
点について改善するもので、位置誤差が大きい領域では
位置制御でなく速度制御を行なって、移動部が必要以上
に加速されるのを防ぎ位置決め時間を短縮するものであ
る。

【００３２】そこでこの光路切替装置の前述の制御手段
は、リニアスケール出力に基づいて移動機構の移動速度
を検出する速度検出手段と、上記移動機構の移動の速度
目標値を出力する速度目標値出力手段と、この速度目標
値と前記速度検出手段の出力との差分を求める速度誤差
算出手段と、前述の位置誤差算出手段の出力か、速度誤
差算出手段の出力のいずれか、或いは両方が上記移動機
構の駆動信号として帰還されるように選択する選択手段
と、を更に備えているものである（詳細後述）。

【００３３】第３実施形態について、図６及び図７を参
照しながら説明する。図６に、第３実施形態において速
度制御または位置制御を行なう位置誤差領域をグラフで
示す。図７にはこの第３実施形態での制御回路１７ｃの
詳細構成を示す。図７の如く、制御回路１７ｃは次のよ
うに構成されている。すなわち、前述したスケール目標
値算出回路１７１、アップダウンカウンタ１７２および
減算回路１７３に続いて、制御モード判定回路１７１６
と、飽和処理回路１７７が接続されている。この飽和処
理回路１７７には更に、ゲイン回路１７８、Ｄ／Ａコン
バータ１７４および位相補償回路１７５が順次接続され
ている。そしてスイッチ１７１５にて、この位相補償回
路１７５の出力と上記制御モード判定回路１７１６の出
力とが選択的に切替え可能になっており、前述したドラ
イバ回路１７６に接続されている。

【００３４】また、リニアスケールの出力端は、速度検
出回路１７１１、速度目標値設定回路１７１２、減算回
路１７１３および位相補償回路１７１４から構成された
部分に接続されている。速度検出回路１７１１は、リニ
アスケール１６の出力パルスを周波数−電圧変換するこ
とにより移動部１４の移動速度を検出する。速度目標値
設定回路１７１２は、移動の際の速度目標値を出力す
る。減算回路１７１３は、速度目標値と速度検出値の差
を求めることにより速度誤差を算出する。位相補償回路
１７１４は、速度制御ループの安定化を行なうための回
路である。また、スイッチ１７１５は、位置決め制御系
の位相補償回路１７５からの信号と速度制御系の位相補
償回路１７１４からの信号とを選択的に切り替えるスイ
ッチである。制御モード判定回路１７１６は、位置誤差
の大きさに基づいて制御モードを判定する回路である。

【００３５】この第３実施形態では図６に示すように、
位置誤差が大きい領域では速度制御を、位置誤差が小さ
い領域では位置制御を行なう。すなわち、位置誤差が大
きい領域ではスイッチ１７１５はドライバ回路１７６へ
の入力として速度制御系の位相補償回路１７１４の出力
を選択する。逆に位置誤差が小さい領域ではスイッチ１
７１５はドライバ回路１７６への入力として位置制御系
の位相補償回路１７５の出力を選択するようになってい
る。

【００３６】このような回路構成と制御により、位置誤
差が大きい領域では移動部１４の移動速度は速度目標値
設定回路１７１２にて設定される速度に制御され、位置
誤差が小さくなって位置制御へ切り替わる際の速度を管
理することが可能となる。このため、位置決め制御の際
のオーバーシュート（行き過ぎ量）が小さくなり、位置
決め時間を短縮することが可能となる。

【００３７】以上のように第３実施形態によれば、光モ
ニタ１は、移動部１４の速度検出を行ない目標速度との
誤差を求めて移動部１４へ帰還するという速度制御を行
なうように構成実施されているため、移動部１４が必要
以上に加速されることがなくなり、位置決め時間を短縮
することが可能となる。このため、光路切替動作あるい
は光モニタ動作の際の切替時間を大幅に短縮することが
可能となる。

【００３８】（変形例）なお、例示した実施形態では、
位置制御と速度制御を選択的に行なっているが、駆動信
号を加算する等の方法によりこれらを同時に行ない、位
置制御に対して速度制御がダンピングをかけるような形
態に変形しても、ある程度、移動部１４の速度を管理す
ることが可能である。また、速度制御系は位置制御系よ
りも位相遅れが小さいため、速度制御系の位相補償回路
１７１４は省略できる場合もある。

【００３９】（第４実施形態）以上の実施形態によれ
ば、高速、高安定、高精度の光路切替装置が実現でき
る。しかし、光モニタとして用いる場合、光路切替の精
度に合わせて入力側のファイバ列を狭ピッチに整列させ
ると、隣接する光ファイバからの出射光が受光素子に入
射し正しい光量測定が行なえなくなるおそれがある。そ
こで第４実施形態は、このような不利な点について改良
し次のように提案するものである。この第４実施形態の
光路切替装置の構成的特徴は、第１の光学素子と第２の
光学素子の間に配置された、第２の光学素子に入射する
光を制限する開口を規定する遮光部材を更に有してい
る。またこの遮光部材は、上記開口を規定する開口規定
部と、この遮光部材を上記第２の光学素子に対し一体的
に固定する固定部とを有しており、その開口規定部が上
記固定部に対して凸形状となっている（詳細後述）。

【００４０】図８（ａ），（ｂ）には、第４実施形態で
の受光素子周辺の詳細を部分的に例示している。例えば
０.２５〜０.５ｍｍという狭ピッチで、多数の光ファイ
バ１１ａを含む多数の光ファイバが図８（ａ）の如くフ
ァイバ保持部１２ａに保持され整列されている。切り替
えられ１つの光ファイバ１１ａから出射する１つの発散
光１１１が、対面する受光素子１５ａに入射するように
位置決めされている。この受光素子１５ａは、パッケー
ジ１５１、受光領域１５２およびリード線１５３から主
に構成されており、開口規定部としてのピンホール１５
４を頭頂部中央に有し、このピンホール１５４をパッケ
ージ１５１上に固定するための固定部１５５がその上面
部に形成されている。

【００４１】一般的に、光ファイバを出射した光はＮＡ
＝０.１〜０.２程度の発散光となる。このため、光ファ
イバを狭いピッチで整列させると、各発散光の裾が重な
ってしまう。この影響を避けるには受光素子の受光領域
を小型化して光ファイバに近づけるのが望ましいが、受
光素子は受光領域をパッケージに収納したものが多く、
光ファイバの出射端に受光素子を近づけることができな
い場合が多い。したがって、この第４実施形態で例示の
如く、受光素子１５ａと光ファイバ１１ａとの間にピン
ホール１５４やスリット等の開口制限部材を設けて、隣
接する他の光ファイバからの光を遮光するのが望まし
い。

【００４２】ところで、光ファイバ１１ａの端面は図８
（ｂ）のように、横から見て「斜めカット」されている
ことが多い。これは、光ファイバ１１ａのコア部分と空
気との屈折率差により生じる反射光が再び光ファイバ１
１ａの中を戻らないようにするためである。この「斜め
カット」は通常、加工性の問題から、ファイバ単体では
なく、その保持部材も含めて斜めカットされ研磨され
る。また、斜めカットされた光ファイバ端面からの出射
光は、周知の「スネルの法則」に従って、斜めカットさ
れたのとは逆の向きに傾いて出射することになる。この
ため、開口制限部材を設けようとする場合、開口制限部
材と斜めカットされた保持部材端面の鋭角部とが干渉
し、その距離を近づけられないという問題が生じる。こ
のため、光路切替動作において隣接光ファイバとの間で
クロストークが発生する。或いは、クロストークを避け
るためにはファイバの整列ピッチを広げざるを得ず、装
置の大型化を招くといった問題が発生する。

【００４３】そこで第４実施形態では、図８（ｂ）に例
示するように小型のピンホール１５４を固定部材１５５
に対して凸状に設けている。このため、ピンホール１５
４を光ファイバ１１ａに近づけながら、固定部１５５は
斜めカットされたファイバ保持部１２ａを避けて、受光
素子１５ａのパッケージ１５１へと確実に固定すること
が可能となっている。すなわち、ピンホール部分の小型
化及びファイバ端面との距離の短縮と共に、受光素子パ
ッケージへの取り付け性の改善が両立されるようになっ
ている。また、ピンホール１５４を光ファイバ１１ａの
端面により近づけることができるため、隣接する光ファ
イバから出射する発散光を確実に遮光することができ
る。

【００４４】以上のように第４実施形態によれば、受光
素子と光ファイバとの間に開口制限部材を設け、開口制
限部材を構成するピンホールに対して固定部を大きく
し、固定部上に凸状にピンホールを設置して受光素子に
実装したため、光ファイバに近い位置で開口制限を行な
うことが可能となり、これによって光路切替動作、ある
いは光モニタ動作における隣接する他の光ファイバから
のクロストークを大幅に低減することが可能となる。

【００４５】（第５実施形態）前述の第１〜第４実施形
態では、第１の光学素子が光ファイバであり、第２の光
学素子が受光素子であるような光路切替装置を含む光モ
ニタに適用した形態について説明してきたが、本発明は
光スイッチ装置自体に適用することも可能である。次の
第５実施形態では、本発明の光路切替装置を光スイッチ
に適用した場合を例示し、しかもこの光スイッチの切替
対象が、第１の光学素子と、第２の光学素子共に光ファ
イバであるものとして説明する。

【００４６】図９には本発明の第５実施形態として光路
切替装置を適用した光スイッチ２を例示する。図１の光
モニタ１と構成的にはほぼ同じではあるが、図１の受光
素子１５の代わりに、図９ではカップリングレンズ２１
と、第２の光学素子としての光ファイバ２２とを有して
いる。また、移動部１４はこれまでの第１〜第４実施形
態と同様に各光ファイバ１１に対して速く正確に位置決
め可能なため、いずれかの光ファイバ１１から出射した
光を光ファイバ２２に、あるいはその逆に光ファイバ２
２からいずれかの光ファイバ１１に結合させることがで
き、これによってＮ：１の光スイッチ装置が実現され
る。

【００４７】このように第５実施形態によれば、これま
での第１〜第４実施形態で説明したと同様に、切替えが
高速で安定性の高い光スイッチ装置を実現することが可
能となる。

【００４８】（その他の変形例）ここまで複数実施形態
に基づき本発明の光路切替装置について説明してきた
が、本発明は以上の実施形態によって制限されるもので
はなく、種々の変形が可能である。例えば、以上の各実
施形態においてはディジタル値で位置誤差信号を求め、
Ｄ／Ａコンバータによりアナログ信号に戻してからアナ
ログの位相補償回路に入力しているが、位相補償回路を
ディジタルフィルタとして、ディジタル値のまま位相補
償の処理を行なうことも可能である。

【００４９】さらに、位相補償回路のディジタルフィル
タだけでなく、目標値の設定や速度制御などの周辺機能
部分まで含めてディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳ
Ｐ）に実装し、本発明の主要な所定部分をソフトウェア
により具体化するということも可能である。このほかに
も、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が
可能である。

【００５０】以上、実施の形態に基づき説明したが、本
明細書中には次の発明が含まれる。 （１） 前記第１
光学素子および前記第２光学素子が、光ファイバであ
る、請求項１〜４のいずれかに記載の光路切替装置を提
供できる。この効果としては、複数の光ファイバと１本
の光ファイバとの間で光路切替えを行なう光スイッチが
実現できる。

【００５１】（２） 前記第１光学素子と第２光学素子
の間に配置された、前記第２光学素子に入射する光を制
限する開口を規定する遮光部材を更に有する、請求項１
〜４のいずれかに記載の光路切替装置を提供できる。こ
の効果として、隣接する光学素子からの光を遮ることが
できるため、クロストークを低減することができる。

【００５２】（３） 前記遮光部材は、前記開口を規定
する開口規定部と、前記遮光部材を前記第２光学素子に
対し一体的に固定する固定部とを有し、前記開口規定部
が、前記固定部に対して凸形状となっている（２）記載
の光路切替装置を提供できる。 この効果として、反射
防止のために端面が斜めカットされたファイバアレイを
使用する場合であっても開口を効果的に制限することが
可能となり、反射及びクロストークの低減が可能とな
る。

【００５３】（４） 前記リニアスケール手段は、所定
の微細パターンが設けられたスケール部が前記移動機構
の移動部分と一体に設けられ、前記スケール部に検出用
の光を照射し反射光を受光する光学部が前記移動機構の
固定側に設けられている、請求項１〜４のいずれかに記
載の光路切替装置を提供できる。この効果として、移動
機構の可動側の質量を低減することが可能となり、これ
によって動作の高速化、消費電力の低減が可能となる。

【００５４】（５） 前記スケール目標値出力手段は、
前記光学素子アレイの中での、切替対象となる前記第１
光学素子の識別番号を入力として、該識別番号に基づい
て前記スケール目標値を出力する、請求項１〜４のいず
れかに記載の光路切替装置を提供できる。この効果とし
て、光路切替装置外部とのインターフェースが光学素子
の識別番号(チャンネル番号)となるため、光路切替装置
としての使用法が簡便となる。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高速切替え可能で、環境変動にも特性が安定するような
光路切替装置（例えば光モニタ、光スイッチ等）を提供
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の光路切替装置の第１実施形態として
の構成を示す概略構成図。

【図２】 第１実施形態の制御回路の詳細な構成を示す
ブロック構成図。

【図３】 第２実施形態における誤差信号値と位置誤差
との関係を位置決めの精度特性として表わすグラフ。

【図４】 第２実施形態の制御回路の詳細な構成を示す
ブロック構成図。

【図５】 第２実施形態における誤差信号値と位置誤差
との関係を位置決めの精度特性として表わすグラフ。

【図６】 本発明の光路切替装置の第３実施形態におい
て速度制御または位置制御が行なわれる位置誤差領域を
表わすグラフ。

【図７】 第３実施形態の制御回路の詳細な構成を示す
ブロック構成図。

【図８】 図８（ａ）,（ｂ）は第４実施形態の受光素
子周辺の詳細を示し、（ａ）は、光ファイバアレイと受
光素子との位置関係を示す平面図、（ｂ）は、光ファイ
バ先端部分と受光素子の向きを示す側面図。

【図９】 本発明の光路切替装置の第５実施形態として
適用した光スイッチの構成を示すブロック構成図。

【符号の説明】

１…光モニタ（表示装置：光路切替装置を含む）、 ２…光スイッチ（切替装置）、 １１，１１ａ…光ファイバ（第１光学素子）、 １２，１２ａ…ファイバ保持部、 １３…ガイドレール、 １４…移動部（移動機構）、 １５，１５ａ…受光素子（第２光学素子）、 １５１…パッケージ、 １５２…受光領域、 １５３…リード線、 １５４…ピンホール（開口規定部）、 １５５…固定部、 １６…リニアスケール、 １６１…スケール部、 １６２…光学ヘッド部、 １７，１７ｂ，１７ｃ…制御回路（制御手段）、 １７１…スケール目標値算出回路（スケール目標値出力
手段）、 １７１１…速度検出回路（速度検出手段）、 １７１２…速度目標値設定回路（速度目標値設定手
段）、 １７１３…減算回路（速度誤差算出手段）、 １７１４…位相補償回路、 １７１５…スイッチ（選択手段）、 １７１６…制御モード判定回路、 １７２…アップダウンカウンタ、 １７３…減算回路（位置誤差算出手段）、 １７４…Ｄ／Ａコンバータ、 １７５…位相補償回路、 １７６…ドライバ回路、 １７７…飽和処理回路（飽和処理手段）、 １７８…ゲイン回路(ビットシフト回路)、 １８…測定回路、 ２１…カップリングレンズ、 ２２…光ファイバ（第２光学素子）。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の第１光学素子を有する光学素子ア
   レイのうちの１つの前記第１光学素子と、第２光学素子
   とを光学的に結合する光路切替装置において、 前記第２光学素子を前記第１光学素子の並びに沿って移
   動させるための移動機構と、 前記第２光学素子の位置を検出するためのリニアスケー
   ルと、 前記リニアスケールの出力に基づいて前記移動機構の位
   置決めを制御する制御手段と、を具備して成り、 前記制御手段は、前記移動機構の位置決め目標値となる
   スケール目標値を出力するスケール目標値出力手段と、
   前記スケール目標値と前記リニアスケール出力との誤差
   を求める位置誤差算出手段と、を含んで構成され、 前記位置誤差算出手段の出力が前記移動機構の駆動信号
   として帰還されることを特徴とする光路切替装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、前記位置誤差検出手段
   の出力の絶対値が所定値以上の場合にはその出力を所定
   の値とする飽和処理手段を更に具備することを特徴とす
   る、請求項１に記載の光路切替装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段は、前記リニアスケール出
   力に基づいて前記移動機構の移動速度を検出する速度検
   出手段と、 前記移動機構の移動の速度目標値を出力する速度目標値
   出力手段と、 前記速度目標値と前記速度検出手段出力との差分を求め
   る速度誤差算出手段と、 前記位置誤差算出手段の出力、前記速度誤差算出手段の
   出力のいずれか、或いは両方が前記移動機構の駆動信号
   として帰還されるように選択する選択手段と、を更に具
   備することを特徴とする、請求項１に記載の光路切替装
   置。
4. 【請求項４】 前記選択手段は、前記スケール目標値と
   前記リニアスケール出力との差に基づいて両出力の選択
   を行なうことを特徴とする、請求項３に記載の光路切替
   装置。
5. 【請求項５】 前記第１光学素子は光ファイバであり、
   前記第２光学素子は受光素子であることを特徴とする、
   請求項１〜４のいずれかに記載の光路切替装置。