JP2005165059A - 光スイッチ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 サスペンションワイヤ方式の光スイッチ装置において、ワイヤでのクリープの発生などによって、光反射部材が変位したとしても入力用光導波路と所望の出力用光導波路とを確実に結合させることのできる構成を提供すること。
【解決手段】 サスペンションワイヤ方式の光スイッチ装置１は、プリズムミラー１０を搭載した可動体２を片持ち状態でＸ方向およびＹ方向に移動可能に支持するサスペンションワイヤ４を備えている。光スイッチ装置１は、可動体２のＸ方向における位置検出を行う位置検出手段１９を有しており、この位置検出手段１９では、一対の駆動コイル６、７に対向する一対の位置検出コイル１７、１８の各検出出力の差動出力から可動体２の位置検出を行い、その検出結果をフィードバックする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、光ファイバの交換機などに用いられる光導波路切り換え装置、あるいは光入力を適宜減衰させるための可変光減衰器として用いられる光スイッチ装置に関するものである。さらに詳しくは、光の出射位置を切り換える光反射部材を搭載した可動体の位置検出技術に関するものである。

光ファイバなどの光導波路同士の結合状態を切り換える光スイッチ装置としては、光ファイバの熱による屈折率変動を利用する光導波路タイプのもの、半導体プロセスによるマイクロ光学素子とマイクロアクチュエータを利用するＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）タイプのものが知られている（例えば、特許文献１）。

前者の光導波路タイプの光導波路切り換え装置は、光導波路ファイバの結合や分岐による光学的なロスが大きい。また、光導波路を切り換え後の状態を保持するために、常時ヒータに電力を供給しておく必要があり、装置の寿命が比較的短い。また、ＭＥＭＳタイプの光スイッチは半導体プロセスを利用するために製造コストが高いという問題がある。

そこで、共通の入力用光導波路と複数の出力用光導波路が配列されている光ファイバアレイに直角プリズムミラーを正対させ、光ファイバが並んでいる方向に直角プリズムミラーを移動させることにより、光導波路同士の結合状態を切り換えるものが案出されている。このようなタイプの光スイッチ装置は、例えば、直角プリズムミラーを搭載した可動体と、この可動体を光ファイバが並んでいる左右方向、および上下方向に移動可能にサスペンションワイヤで支持する固定側部材とを有しており、可動体が、磁気駆動回路によって駆動制御されることにより、所望の位置に移動することにより光導波路を切り換える。

ここで、サスペンションワイヤとしては、一般に、ベリリウム銅製のワイヤが用いられている。
特開２００２−２５０８７４号公報

このようなサスペンションワイヤ方式の光スイッチ装置では、可動体を移動させた際にサスペンションワイヤが撓んだ状態となり、かつ、この状態が維持されることになる。しかも、光スイッチ装置は、環境温度が８０℃以上の高温下で使用されることもあるが、サスペンションワイヤの材料として使われているベリリウム銅は、融点が８６０℃と低い。このため、サスペンションワイヤは、高温度雰囲気下で長時間、応力が加わったままの状態にあると、塑性変形が進んでしまう。このような、いわゆる「クリープ」が発生すると、直角プリズムミラーがＸ方向に変位し、その結果、入力用光導波路と出力用光導波路との結合状態が変化するという問題点がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、サスペンションワイヤ方式の光スイッチ装置において、ワイヤでのクリープの発生などによって、光反射部材が変位したとしても入力用光導波路と所望の出力用光導波路とを確実に結合させることのできる構成を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、互いに直交する方向をそれぞれＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向としたときに、Ｚ方向から入射してきた光を反射してＸ方向にずれた所定位置から出射するための光反射部材が搭載された可動体と、該可動体を少なくともＸ方向に変位可能に支持する固定側部材と、前記可動体を少なくともＸ方向に駆動する駆動手段とを有する光スイッチ装置において、さらに、前記可動体のＸ方向における位置を検出するための位置検出手段を有することを特徴とする。

本発明において、前記駆動手段が、前記可動体をＸ方向に磁気駆動するための駆動コイルを前記固定側部材および前記可動体のうちの一方の側に備える場合、前記位置検出手段は、前記固定側部材および前記可動体のうちの他方の側で前記駆動コイルに近接する位置に位置検出コイルを備えている構成を採用することができる。この場合、前記駆動コイルは、ＤＣ成分にＡＣ成分が重畳された駆動電流が通電される。このように構成すると、駆動コイルを利用して位置検出を行うことができるため、位置検出手段としては新たに位置検出コイルを付加するだけで済むので、光スイッチ装置の小型化を図ることができる。

本発明において、前記駆動手段が一対の前記駆動コイルを備えている場合、前記位置検出手段は、前記一対の駆動コイルの各々に対向する一対の前記位置検出コイルを備えるとともに、当該一対の位置検出コイルの検出出力の差動出力に基づいて、前記可動体のＸ方向における位置を検出するように構成することができる。このように構成すると、各位置検出コイルの出力が環境温度などによって変化しても、一対の位置検出コイルが同様に変化するため、温度変化などがあっても常に正確な位置検出を行うことができる。

本発明において、前記可動体が原点位置にある状態で、前記一対の位置検出コイルの各磁気センタはいずれも、前記一対の駆動コイルの各磁気センタに対して内側あるいは外側の一方に位置していることが好ましい。このように構成すると、可動体の駆動に伴って、一方の位置検出コイルの磁気センタが一方の駆動コイルの磁気センタに近づく一方、他方の位置検出コイルの磁気センタが他方の駆動コイルの磁気センタから遠ざかることになる。それ故、一方の位置検出コイルと他方の位置検出コイルとで検出出力の特性が逆になるので、一対の位置検出コイルの差動出力を求めることにより可動体の位置検出を行うことができる。ここで、一対の位置検出コイルの磁気センタの双方が一対の駆動コイルの磁気センタに対して内側に位置する場合には、差動出力のリニアリティーを確保できるという利点がある。

本発明において、前記駆動手段が、前記可動体をＸ方向に磁気駆動するための一対の駆動コイルを前記固定側部材および前記可動体のうちの一方の側に備えている場合、駆動コイルに対して、ＤＣ成分にＡＣ成分が重畳された駆動電流を印加すれば、前記位置検出手段は、前記一対の駆動コイルの中間タップからの出力に基づいて、前記可動体のＸ方向における位置を検出することができる。すなわち、検出信号として各コイルのインダクタンスに係わるＡＣ成分をインピーダンスとして捉えることが可能になり、高周波を印加することによって、検出信号を正確に検出することができる。このように構成すると、駆動コイルを位置検出手段の位置検出コイルとして利用することになるため、位置検出手段としては新たに付加する部材がない。それ故、光スイッチ装置のさらなる小型化を図ることができる。

本発明において、駆動電流に重畳するＡＣ成分は、２００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚであることが好ましい。このような高周波成分であれば、駆動コイルに印加しても駆動コイルの駆動に影響を与えることなく、位置検出を行うことができる。

本発明の光スイッチ装置は、可動体の位置を検出するための位置検出手段を有しているため、可動体の位置を検出した結果をフィードバックできる。従って、サスペンションワイヤのクリープなどによって可動体がずれてしまった場合でも、入力用光導波路と所望の出力用光導波路とを確実に結合させることができる。

図面を参照して、本発明を適用した光スイッチ装置を説明する。

（光スイッチ装置の基本原理）
図１は、本発明の光スイッチ装置の基本原理を模式的に示す説明図である。なお、以下の説明では、互いに直交する方向をそれぞれ、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向として説明する。

図１において、本形態の光スイッチ装置１は、Ｚ方向に延びた１本の入力側光ファイバ２０、および８本の出力側光ファイバ２１がＸ方向に沿って並列配置された８チャンネルの光スイッチ装置であり、入力側光ファイバ２０から出力された光を８本の出力側光ファイバ２１のいずれかに導くことができる。ここで、入力側光ファイバ２０と出力側光ファイバ２１とからなる光ファイバアレイ３は、光ファイバ２０、２１が、Ｘ方向で２５０μｍのピッチで等間隔に並んでいる。

本形態の光スイッチ装置１では、Ｚ方向から入射してきた光を反射してＸ方向にずれた所定位置からＺ方向に向けて出射するための光反射部材として、Ｘ方向に駆動されるプリズムミラー１０が用いられている。プリズムミラー１０は、光がＺ方向から入出射する斜面１０１、この斜面１０１から入射してきた光をＸ方向に反射する第１の反射面１０２、およびこの第１の反射面１０２に対して直交し、第１の反射面１０２から反射してきた光を斜面１０１に向けて反射する第２の反射面１０３を備えた直角プリズムであり、斜面１０１（開口側）を光ファイバアレイ３に向けて正対している。また、入力側光ファイバ２０から出射された光は、プリズムミラー１０に入射する前に、コリメートレンズ２２により、コリメートな光となっている。なお、図示を省略するが、８本の出力側光ファイバ２１と、プリズムミラー１０の斜面１０１との間にもコリメートレンズが配置されている。

このように構成した光スイッチ装置１において、例えば、プリズムミラー１０が実線で示す位置に固定されているとする。この状態では、入力側光ファイバ２０から出射された光は、プリズムミラー１０に入射し、プリズムミラー１０内の第１の斜面１０２と第２の斜面１０３をそれぞれ９０度で反射する光路Ｌ１の経路を辿り、出力側光ファイバ２１の最右端にある出力側光ファイバ２１ａに導かれる。

次に、出力側の光導波路を出力側光ファイバ２１ａから、右側から６番目に位置する出力側光ファイバ２１ｆに切り換える場合には、プリズムミラー１０をＸ方向に駆動して点線で示す位置に移動させる。このようにプリズムミラー１０を移動させると、入力側光ファイバ２０から出射された光は、プリズムミラー１０内の第１の斜面１０２と第２の斜面１０３での反射位置が移動し、光路Ｌ２を辿って出力側光ファイバ２１ｆに導かれることになる。

ここで、光ファイバアレイ３では、入力側光ファイバ２０、および出力側光ファイバ２１が２５０μｍのピッチで並んでいるので、プリズムミラー１０については、入力側光ファイバ２０、および出力側光ファイバ２１のピッチの１／２倍に相当する１２５μｍ単位でＸ方向に移動させる。

（光スイッチ装置の全体構成）
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、本発明を適用した光スイッチ装置の平面図、正面図、側面図、背面図である。図３は、図２（ａ）のＡ−Ａ′線における光スイッチ装置の断面図である。図４は、本発明の光スイッチ装置の前半分に搭載された光スイッチ本体を、押圧部材を外した状態で、斜め後方からみた斜視図である。

図２および図３に示すように、本発明の光スイッチ装置１は、偏平な略直方体形状を有しており、光スイッチ装置１の上側は、プリズムミラー１０が搭載された可動体２を付勢する押圧部材４１により覆われている。光スイッチ装置１の前半分には、図１に示した原理を用いた光スイッチ本体１００が搭載されている。光スイッチ装置１の後半分には、光スイッチ装置１の上側を覆う押圧部材４１とともにクランプ機構４０を構成するクランプ用磁気駆動回路４５が搭載されている。光スイッチ装置１の中央位置の左右両側には、固定側部材１３の底板１４から支柱４７、４８が立ち上がり、支柱４７、４８の端部には、押圧部材４１の揺動支点５０、５１が設けられている。

（光スイッチ本体の構成）
図２、図３および図４に示すように、光スイッチ装置１の前半分において、光スイッチ本体１００は、点線で示すプリズムミラー１０が搭載された可動体２と、この可動体２をＸ、Ｙ方向に移動可能にサスペンションワイヤ４で支持する固定側部材１３と、可動体２をＸ、Ｙ方向に駆動する磁気駆動回路とを有している。

可動体２には、プリズムミラー１０を搭載したプリズムミラー搭載部１１と、Ｙ方向駆動用の駆動コイル５、および左右一対のＸ方向駆動用の駆動コイル６、７が搭載されているフレーム部分１６とからなる。プリズムミラー１０は斜面１０１を前方に向けて、プリズムミラー搭載部１１のＸ方向の中央位置に搭載されている。

プリズムミラー搭載部１１の下面１１ａには、Ｘ方向の全範囲にわたって、Ｖ字溝３０が一定のピッチで連続的に形成されている（図７参照）。本形態では、光ファイバアレイ３のピッチが２５０μｍであるので、それに対応して、Ｖ字溝３０のピッチは１２５μｍとしてある。プリズムミラー搭載部１１のさらに前方は、図１を参照して説明した光ファイバアレイ３が配置される領域であり、光ファイバアレイ３の入力側光ファイバ２０からの出射光、および光ファイバアレイ３の出力側光ファイバ２１への出射の各光軸を、光軸Ｌｉｎおよび光軸Ｌｏｕｔで示してある。

固定側部材１３は、光スイッチ装置１の底面を規定する底板１４と、底板１４に取り付けられた支持ベース１２とからなる。底板１４には、可動体２をＸ方向およびＹ方向に駆動するための一対の駆動マグネット８１、８２、およびヨーク９が搭載されている。駆動マグネット８１は、駆動用コイル５の内側に位置している。また、駆動マグネット８２は、駆動用コイル５の外側で駆動コイル６、７に対向している。底板１４において、可動体２のプリズムミラー搭載部１１の真下位置には、可動体２を受ける固定部１５が設けられている。

固定部１５は、プリズムミラー搭載部１１の下面１１ａよりもＸ方向に長い寸法を有している。固定部１５の上面１５ａには、可動体２の下面１１ａに形成されたＶ字溝３０（凹凸）と噛み合うＶ字溝３１（凹凸）が連続的に形成されている。このＶ字溝３１のピッチも１２５μｍである。ここで、可動体２のＸ方向への移動経路、プリズムミラー搭載部１１の下面１１ａ、および固定側部材１３に形成された固定部１５の上面１５ａは、互いに平行に形成されている。

図４に示すように、固定側部材１３において、支持ベース１２からは、可動体２を左右の両側から挟んで片持ち状態で支持する左右２本ずつ、計４本のサスペンションワイヤ４が固定側部材１３の底板１４と平行に延びている。なお、可動体２に搭載された駆動コイル５、６、７に対する制御回路（図示せず）は、支持ベース１２の側に配置され、可動体２に搭載された駆動コイル５、６、７に対する通電はサスペンションワイヤ４を通電ラインとして行われる。また、本形態の場合、サスペンションワイヤ４は、４本で通電を行っているが、必要に応じて４本以上用いても良いし、それ以下でも構わない。

駆動マグネット８１、８２は、可動体２の駆動コイル５に対して鎖交する磁束を発生するものであり、駆動コイル５と対になって、可動体２をＹ方向に駆動する磁気駆動回路を構成している。従って、駆動コイル５に通電することより、可動体２にはＹ方向の推力が加わる。また、駆動マグネット８１、８２は、駆動コイル６、７に対しても鎖交する磁束を発生するものであり、駆動コイル６、７と対になって、可動体２をＸ方向に駆動する磁気駆動回路を構成している。従って、駆動コイル６、７に通電することより、可動体２にはＸ方向の推力が加わる。

（クランプ機構の構成）
図５は、本発明の光スイッチ装置の後半分に搭載されたクランプ用磁気駆動回路を、押圧部材を外した状態で斜め上方からみた斜視図である。図６は、クランプ用磁気駆動回路で発生する磁束を示す説明図である。

図２、図３および図５において、本形態の光スイッチ装置１では、クランプ機構４０は、可動体２を付勢して固定側部材１３に固定する板状の押圧部材４１と、可動体２を常に固定側部材１３に向って付勢するねじりばね６０と、押圧部材４１を駆動するクランプ用磁気駆動回路４５とから構成される。

押圧部材４１は、光スイッチ本体１００の上方を覆って光スイッチ装置１の後方まで延びる天板４２と、光スイッチ本体１００の側面を覆う左右の側板４３とから構成され、固定側部材１３の底板１４から立ち上がる左右の支柱４７、４８の端部に設けられた揺動支点５０、５１に揺動可能に支持されている。また、天板４２の前端部では、下方に半円形状の押圧突起４４が突き出ている。なお、押圧部材４１は、光スイッチ装置１の後方まで延びている固定側部材１３の底板１４とともに、光スイッチ装置１の筐体を兼ね、外部から光スイッチ本体１００を保護する機能を備えている。

底板１４の左右の支柱４７、４８において、その高さ方向の中央位置に、ねじりばね６０のねじり部分６１が取り付けられ、ねじり部分６１の上下に広がる２つの端部６２、６３は、光スイッチ装置１の後方に延びている。２つの端部６２、６３のうち、端部６２の先端は、押圧部材４１の天板４２のやや後側位置に係止され、端部６３の先端は、底板１４のやや後側位置に係止されている。従って、ねじりばね６０は、押圧部材４１の後端部分を上方に押し上げており、その結果、押圧部材４１は、底板１４に対して僅かに前方に傾斜している。この状態で、押圧部材４１の押圧突部４４は、プリズムミラー搭載部１１の上端面１１ｂに当接し、押圧部材４１は、プリズムミラー搭載部１１を固定部１５に向けて押し付け固定している（クランプ状態）。本形態では、このようなクランプ状態のとき、サスペンションワイヤ４に対するＹ方向への撓みが発生しないように設計されている。

クランプ用磁気駆動回路４５は、以下に説明するように、押圧部材４１の側に取り付けられた第１、第２のクランプ用マグネット７０、７１と、固定側部材１３の底板１４の側に搭載されたクランプ用コイル７２と、底板１４の側に取り付けられたクランプ用ヨーク７５（バックヨーク）とから構成されている。

光スイッチ装置１の後方において、天板４２には、図３に示すように、長方形の開口４２０が形成され、さらに後方の天板４２の後端部に近い位置には、幅方向（Ｘ方向）に延びた開口４２１、４２２が形成されており、そこには、板状の第１、第２のクランプ用マグネット７０、７１が取り付けられている。ここで、第１、第２のクランプ用マグネット７０、７１は、互いに異なる極を対向させた状態で、固定側部材１３の方に突出している。

これに対して、固定側部材１３の底板１４は、中央を大きく切り欠かれており、左右の縁部１４ａ、１４ｂのみが後方に延びている。本形態では、左右の縁部１４ａ、１４ｂに跨るようにクランプ用コイル７２が搭載されている。クランプ用コイル７２は、長辺がＸ方向に延びる角筒状のコイルであり、コイル開口７２ｅを押圧部材４１の天板４２の方に向けている。

また、底板１４には、切欠き７３の内側に突き出るようにヨーク支持部材７６が取り付けられている。このヨーク支持部材７６は、Ｙ方向下方にわずか折れ曲がった後、Ｚ方向に延びる段部７６ａを有しており、この段部７６ａから先端側にクランプ用ヨーク７５が片持ち状態で保持されている。従って、クランプ用ヨーク７５の下端部は、切欠き７３内に位置している。

クランプ用ヨーク７５は、対向して平行に延びる２つの直立壁７５ａ、７５ｂと、この直立壁７５ａ、７５ｂを連結する底壁７５ｃとを有する断面Ｕ字形状である。これらの直立壁７５ａ、７５ｂのうち、直立壁７５ａは、クランプ用コイル７２のコイル開口７２ｅの外側において、コイル辺７２ａと所定の間隙を介して対向し、直立壁７５ｂは、クランプ用コイル７２のコイル開口７２ｅの内側において、コイル辺７２ａおよびコイル辺７２ｂと対向している。

このように構成したクランプ用磁気駆動回路４５においては、光スイッチ装置１を組み立てた状態で、第１のクランプ用マグネット７０は、クランプ用コイル７２のコイル開口７２ｅの外側で、クランプ用ヨーク７５の直立壁７５ａと、クランプ用コイル７２のコイル辺７２ａとの間に位置する。また、第２のクランプ用マグネット７１は、クランプ用コイル７２のコイル開口７２ｅの内側で、クランプ用ヨーク７５の直立壁７５ｂと、クランプ用コイル７２のコイル辺７２ａとの間に位置する。

従って、第１および第２のクランプ用マグネット７０、７１（マグネット対）は、異なる極を対向させてクランプ用コイル７２をコイル開口７２ｅの内と外で挟むように配置され、かつ、クランプ用コイル７２のコイル開口７２ｅの内側および外側の各々において、クランプ用ヨーク７５の直立壁７５ａ、７５ｂは、クランプ用マグネット７０、７１の背後にバックヨークとして配置された状態にある。

このように構成したクランプ機構４０において、クランプ用磁気駆動回路４５では、図６に示すように、クランプ用マグネット７０、７１、およびクランプ用ヨーク７５は、矢印Ｑで示すように、クランプ用コイル７２のコイル辺７２ａと鎖交する磁束を発生させ、かつ、この磁界は閉塞している。従って、クランプ機構４０において、クランプ用コイル７２に通電していない状態では、押圧部材４１の後端部は、矢印Ｆ１で示すように、ねじりばね７６によって上方に押し上げられる結果、押圧部材４１の前端部は、可動体２を下方に押し付けているが（クランプ状態）、クランプ用コイル７２に通電すると、クランプ用磁気駆動回路４５によって、押圧部材４１の後端部は、矢印Ｆ２で示すように、ねじりばね７６に抗して押し下げられる。その結果、押圧部材４１の前端部は浮き上がり、可動体２の下方への押し付け固定が解除される（アンクランプ状態）。

（光導波路切り換え動作の説明）
図７は、本発明を適用した光スイッチ装置において、光導波路を切り換える動作を行う際の可動体と固定側部材との位置関係などを示す説明図である。

図７（ａ）に示すように、初期の固定位置（原点位置／静止位置）では、可動体２は、押圧部材４１により固定側部材１３に向けて付勢されて固定されたクランプ状態にあり、プリズムミラー搭載部１１の下面１１ａおよび固定部１５の上面１５ａに形成されたＶ字溝３０、３１は係合した状態にある。

この状態から、光導波路を切り換える動作を行うには、まず、クランプ用コイル７２に通電する。その結果、図７（ｂ）に示すように、押圧部材４１は、ねじりばね６０の付勢力に抗して、前端部が浮き上がるように揺動支点５０、５１を中心に揺動し、押圧部材４１の先端に位置する押圧突起４４が可動体２から浮き上がる。そして、駆動コイル５に通電してサスペンションワイヤ４の付勢力に抗して可動体２をＹ方向に浮上させる。なお、駆動コイル５への通電は、クランプ用コイル７２への通電と同時に行っても良い。このような可動体２の浮き上がり動作によって、サスペンションワイヤ４には、Ｙ方向への撓みが発生する。

次に、駆動コイル６に通電して、図７（ｃ）に示すように、可動体２をＸ方向に移動させる。そして、可動体２がＸ方向の所望の位置まで移動してきたとき、図７（ｄ）のように、駆動コイル５への通電を停止して、サスペンションワイヤ４の弾性復帰力によって、可動体２をＹ方向下方に沈み込ませる。

次に、クランプ用コイル７２への通電を停止する。その結果、図７（ｅ）に示すように、押圧部材４１は、ねじりばね６０の付勢力によって、可動体２をＹ方向下方に付勢して固定側部材１３に押し付け固定したクランプ状態になる。その際、可動体２に形成されたＶ字溝３０と、固定側部材１３に形成されたＶ字溝３１が噛み合い、可動体２は、Ｘ方向に位置決めされる。

しかる後に、駆動コイル６への通電を停止する。これにより、光導波路の切り換え動作が完了する。従って、入射側光ファイバ２０からプリズムミラー１０に入射した光は、プリズムミラー１０を介して、所定の出力側光ファイバ２１に出射されることになる。

（可動体２に対する位置検出手段の構成）
図８（ａ）、（ｂ）は、本発明を適用した光スイッチ装置において、位置検出手段を斜め上方からみた斜視図、および側面図である。図９（ａ）、（ｂ）は、本発明を適用した光スイッチ装置において、光導波路を切り換える動作を行う際の位置検出手段の位置関係を示す説明図である。

図８（ａ）、（ｂ）、および図９（ａ）、（ｂ）を参照して以下に説明するように、本形態の光スイッチ装置１では、駆動コイル６、７を利用して、可動体２のＸ方向における位置を検出するための検出手段が構成されている。

まず、本形態では、図８（ａ）、（ｂ）、および図９（ａ）、（ｂ）に示すように、駆動マグネット８１、８２で挟まれた空間を磁気ギャップＧとし、可動体２が原点位置にある状態をＺ方向からみたとき、駆動コイル６、７の水平辺６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂにおけるＸ方向の略中央位置と、磁気ギャップＧのＸ方向における両端縁（駆動マグネット８１、８２のＸ方向における両端縁）とが一致するように、マグネット８１、８２の幅寸法（Ｗ）が設定されている。また、可動体２が原点位置にあるとき、駆動コイル６、７の水平辺６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂがＹ方向で磁気ギャップＧ内に位置するように、駆動マグネット８１、８２の高さ寸法（Ｈ）が設定されている。

ここで、駆動コイル６、７は、互いに逆方向に巻回され、駆動コイル６、７のＸ方向内側の垂直辺６ｃ、７ｃに流れる電流によってＸ方向の駆動力が生じる。このとき駆動コイル６、７の上下の水平辺６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂに流れる電流によってＹ方向の駆動力も生じているが、上下逆向きのためキャンセルされ、可動体２はＹ方向には駆動されない。

このような磁気駆動回路に対応して、本形態の位置検出手段１９は、２つの駆動コイル６、７と駆動マグネット８２との間に、２つの駆動コイル６、７の各々と対向する２つの位置検出コイル１７、１８を備えており、これらの位置検出コイル１７、１８は、駆動マグネット８２の駆動コイル６、７と対向する面に固着されている。ここで、可動体２が原点位置にある状態をＺ方向からみたとき、位置検出コイル１７、１８のＸ方向内側の垂直辺１７ｃ、１８ｃで挟まれた領域のＸ方向における中心位置と、駆動マグネット８２のＸ方向の中心位置とが一致し、Ｘ方向外側の垂直辺１７ｄ、１８ｄの外端縁の位置と、駆動マグネット８２のＸ方向の両端縁の位置とが一致している。また、位置検出コイル１７、１８のＸ方向内側の垂直辺１７ｃ、１８ｃのＸ方向における中心位置と、駆動コイル６、７のＸ方向内側の垂直辺６ｃ、７ｃのＸ方向における中心位置とが一致し、駆動コイル６、７の各磁気センタが位置検出コイル１７、１８のＸ方向外側の垂直辺１７ｄ、１８ｄに一致しており、可動体２が原点位置にある状態において、一対の位置検出コイル１７、１８の各磁気センタはいずれも、一対の駆動コイル６、７の各磁気センタに対して内側に位置している。

本形態の位置検出手段１９では、図９に示すように、２つの位置検出コイル１７、１８が直列に接続されており、位置検出コイル１７、１８の各々から端末Ａおよび端末Ｃが引き出され、位置検出コイル１７、１８を連結する連結線からは中間タップＢが引き出されている。

また、駆動コイル６、７も直列に接続されており、駆動コイル６、７の各々からは端末Ｄ、Ｅが引き出され、これらの端末Ｄ、Ｅは可動体２を駆動するためＤＣ電源に接続されている。本形態において、駆動コイル６、７には、端末Ｄ、Ｅを介して、ＤＣ成分に位置検出用信号としてのＡＣ成分が重畳された駆動電流が印加されるように構成され、このＡＣ成分の周波数は、駆動コイル６、７に印加しても駆動コイル６、７の駆動に影響を与えない２００〜３００ｋＨｚ程度の高周波数領域に設定されている。

（検出動作）
図１０（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ、本発明を適用した光スイッチ装置において、駆動コイル６、７に電圧を印加後、可動体２が移動する前の状態における、位置検出コイル１７からの出力、この出力を検波した後のＤＣ出力、位置検出コイル１８からの出力、この出力を検波した後のＤＣ出力、および２つのＤＣ信号の差出力の各波形を示す説明図である。図１１（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ、本発明を適用した光スイッチ装置において、駆動コイル６、７に電圧を印加後、可動体２が可動体２が移動した後における、位置検出コイル１７からの出力、この出力を検波した後のＤＣ出力、位置検出コイル１８からの出力、この出力を検波した後のＤＣ出力、および２つのＤＣ信号の差出力の各波形を示す説明図である。

まず最初に、駆動コイル６、７に通電し可動体２が移動する前は、図９（ａ）に示すように、駆動コイル６、７のＸ方向それぞれの磁気センタに位置検出コイル１７、１８のＸ方向外側の垂直辺１７ｄおよび１８ｄがそれぞれ一致している。このとき、位置検出コイル１７、１８のＸ方向内側の垂直辺１７ｃ、１８ｃの中心側端部も、駆動コイル６、７のＸ方向内側の垂直辺６ｃ、７ｃの中心側端部にそれぞれ一致している。即ち、位置検出コイル１７、１８の磁気センタはいずれも、一対の駆動コイル６、７の磁気センタの内側に位置し、かつ、位置検出コイル１７および一方の駆動コイル６の磁気センタ間の距離と、位置検出コイル１８および他方の駆動コイル７の磁気センタ間の距離とが一致している。従って、位置検出コイル１７の端末Ａ−Ｂ間、位置検出コイル１８の端末Ｂ−Ｃ間からは、それぞれ、図１０（ａ）、（ｃ）に示すように等しい波形のＡＣ成分が検出される。このようなＡＣ電流波形は一旦、検波回路（図示せず）で検波され、それぞれ図１０（ｂ）、（ｄ）に示すようなＤＣ出力に電圧変換される。従って、差動アンプ（図示せず）を経て得られる差動ＤＣ出力は、図１０（ｅ）に示すように０Ｖになる。

この状態から、可動体２がＸ方向に駆動されると、図９（ｂ）に示すように、位置検出コイル１７の磁気センタが駆動コイル６の磁気センタから遠ざかるとともに、位置検出コイル１８の磁気センタが駆動コイル７の磁気センタに近づく。このとき、端末Ａ−Ｂ間の出力は、位置検出コイル１７の磁気センタが駆動コイル６の磁気センタから遠ざかるため、図１１（ａ）に示すようにレベルが低下する一方、端末Ｂ−Ｃ間の出力は、反対に、位置検出コイル１８の磁気センタが駆動コイル７の磁気センタに近づくので、図１１（ｃ）に示すようにレベルが上昇する。このようなＡＣ電流波形は検波回路で検波され、それぞれ図１１（ｂ）、（ｄ）に示すようなＤＣ出力に電圧変換される。従って、差動アンプを経て得られる差動ＤＣ出力は図１１（ｅ）に示すように、正の所定の値を示す。従って、この差動ＤＣ出力を、差動ＤＣ出力と可動体２の移動量との関係を予め求めておいたテーブルに照合することで、最終的に可動体２の位置を検出することができる。

ここで、ＡＣ出力をＤＣ出力に電圧変換してから差動出力を求めるので、ＡＣ波形の非同期を考慮する必要がない。従って、ＡＣ波形の非同期を回避するために部品精度や組立精度を上げたり、補正回路を別途付加したりする必要がなく、両出力の差を差動アンプにて正確に求めることができる。

（本形態の効果）
以上説明したように、本発明の光スイッチ装置１は、サスペンションワイヤ４のクリープ変形などに起因する位置ずれを補償する機構として、可動体２の位置を検出するための位置検出手段１９を有している。従って、サスペンションワイヤ４が、高温度雰囲気下で長時間、応力が加わったままの状態におかれた結果、クリープによってプリズムミラー１０が変位してしまったとしても、可動体２の位置を検出でき、その結果をフィードバックできるので、入力用光ファイバ２０と所望の出力用光ファイバ２１とを確実に結合させることができる。

また、本形態において、駆動コイル６、７は、ＤＣ成分にＡＣ成分が重畳された駆動電流で駆動されるので、このＡＣ成分を利用して、位置検出コイル１７、１８で位置検出を行う。このため、駆動コイル６、７を位置検出手段１９の一部として利用できるため、位置検出手段１９を構成するにあたって位置検出コイル１７、１８を付加するだけで済み、光スイッチ装置１の小型化を図ることができる。

さらに、本形態においては、駆動コイル６、７に対向する位置検出コイル１７、１８での検出出力の差動出力を求めることによって位置検出を行うため、各位置検出コイル１７、１８の出力が温度変化によって変化しても位置検出コイル１７、１８からの出力は同様に変化する。従って、温度による影響がキャンセルされるので、温度変化があっても常に正確な位置検出を行うことができる。

さらにまた、本形態では、可動体２が原点位置にある状態において、位置検出コイル１７、１８の各磁気センタはいずれも、一対の駆動コイル６、７の各磁気センタに対して内側に位置する。このため、可動体２が移動した際、位置検出コイル１７、１８の一方の位置検出コイルの磁気センタが、対応する駆動コイル６、７の磁気中心に近づく一方、位置検出コイル１７、１８の他方の位置検出コイルの磁気センタは、対応する駆動コイル６、７の磁気中心から遠ざかる。従って、位置検出コイル１７と位置検出コイル１８とで検出出力の変化が逆であるため、両位置検出コイル１７、１８の差動出力から可動体２の位置を高い精度で検出することができる。しかも、位置検出コイル１７、１８の磁気センタのいずれもが、一対の駆動コイル６、７の各磁気センタに対して内側に位置するため、検出出力のリニアリティーが高いという利点がある。

（その他の実施の形態）
上記実施の形態においては、位置検出コイル１７、１８が互いに連結線によって連結され、この連結線から中間タップＢが出力されるように構成されているが、必ずしも位置検出コイル１７、１８を連結して用いる必要はない。即ち、位置検出コイル１７と位置検出コイル１８とをそれぞれ連結せず、独立したコイルとし、それぞれのコイルの両端から検出出力を得るようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、位置検出コイル１７、１８の巻回方向や巻回数などについては、言及していないが、互いに逆方向に巻回しても、互いに同方向に巻回しても構わない。即ち、上記実施の形態のように、端末Ａ−Ｂ間の出力および端末Ｂ−Ｃ間の出力を検波回路に入力してからＤＣ出力に電圧変換するような場合には、交流波形の非同期は関係ないため、位置検出コイルの巻回方向や巻回数については問わない。

また、可動体２の静止状態において位置検出コイル１７、１８のＸ方向外側の垂直辺１７ｄ、１８ｄの端部が駆動マグネット８２のＸ方向のそれぞれの端部に一致させてされているが、必ずしも一致させる必要はない。ただし、位置検出コイル１７、１８と駆動コイル６、７の磁気センタを一致させた構成や、位置検出コイル１７、１８の各磁気センタのうちの一方を駆動コイル６、７の磁気センタに対して内側に配置し、位置検出コイル１７、１８の各磁気センタのうちの他方を駆動コイル６、７の磁気センタの外側に配置した構成において、可動体２の移動に伴って位置検出コイル１７、１８から得られる検出出力の特性が同様に変化する場合は、各位置検出コイル１７、１８から得られる差動出力は０Ｖとなってしまう。このような位置検出コイル１７、１８と駆動コイル６、７との配設関係の場合には、位置検出が不可能になるので、このような配置関係の場合を除き、適宜様々なレイアウトを採用することができる。

さらに、上記実施の形態では、端末Ａ−Ｂ間の出力および端末Ｂ−Ｃ間の出力を最初に検波回路に入力してＤＣ出力に電圧変換し、その後、両出力の差を差動アンプで求めているが、これとは逆に構成してもよい。ただし、この場合、波形にずれがあると正確な差動ＤＣ出力を求めることができない。

さらにまた、上記の形態では、位置検出手段１９を、駆動手段としての駆動コイル６、７およびこの駆動コイル６、７に対向して設けた位置検出コイル１７、１８によって構成しているが、位置検出コイル１７、１８を用いないで、駆動コイル６、７のみによって構成し、駆動コイル６、７の間に中間タップを設け、この中間タップからの出力により位置検出を行うようにしてもよい。このように構成した場合、検出信号として各駆動コイル６、７のインダクタンスに係わるＡＣ成分をインピーダンスとして捉えることが可能であるため、高周波を印加することによって、検出信号を正確に検出することができる。このように構成すると、駆動コイル６、７を位置検出手段１９として利用できるため、位置検出手段１９としては新たに付加する部材が必要なく、さらに光スイッチ装置１の小型化を図ることができる。

本発明の光スイッチ装置は、可動体の位置を検出するための位置検出手段を有しているため、可動体の位置を検出した結果をフィードバックできる。従って、サスペンションワイヤのクリープなどによって可動体がずれてしまった場合でも、入力用光導波路と所望の出力用光導波路とを確実に結合させることができる。

本発明が適用される光導波路切り換え装置の原理を模式的に表した図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、本発明を適用した光スイッチ装置の平面図、正面図、側面図、背面図である。 図２（ａ）のＡ−Ａ′線における光スイッチ装置の断面図である。 本発明を適用した光スイッチ装置において、その前半分に搭載された光スイッチ本体を、押圧部材を外した状態で、斜め後方からみた斜視図である。 本発明を適用した光スイッチ装置において、その後半分に搭載されたクランプ用磁気駆動回路を、押圧部材を外した状態で斜め上方からみた斜視図である。 本発明を適用した光スイッチ装置において、クランプ用磁気駆動回路で発生する磁束の向きを示す説明図である。 本発明を適用した光スイッチ装置において、光導波路を切り換える動作を行う際の可動体と固定側部材との位置関係などを示す説明図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明を適用した光スイッチ装置において、位置検出手段を斜め上方からみた斜視図、および側面図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明を適用した光スイッチ装置において、光導波路を切り換える動作を行う際の位置検出手段の位置関係を示す説明図である。 （ａ）〜（ｅ）はそれぞれ、本発明を適用した光スイッチ装置において、駆動コイルに電圧を印加後、可動体が移動する前の状態における、位置検出コイルからの出力、この出力を検波した後のＤＣ出力、位置検出コイルからの出力、この出力を検波した後のＤＣ出力、および２つのＤＣ信号の差出力の各波形を示す説明図である。 （ａ）〜（ｅ）はそれぞれ、本発明を適用した光スイッチ装置において、駆動コイルに電圧を印加後、可動体が移動した後における、位置検出コイルからの出力、この出力を検波した後のＤＣ出力、位置検出コイルからの出力、この出力を検波した後のＤＣ出力、および２つのＤＣ信号の差出力の各波形を示す説明図である。

符号の説明

１ 光スイッチ装置
２ 可動体
３ 光ファイバアレイ
４ サスペンションワイヤ
５、６、７ 駆動コイル
１０ プリズムミラー
１２ 支持ベース
１３ 固定側部材
１５ 固定部
１７、１８ 位置検出コイル
１９ 位置検出手段
２０ 入力側光ファイバ
２１ 出力側光ファイバ
３０、３１ Ｖ字溝
４０ クランプ機構
４１ 押圧部材
４４ 押圧突起
４５ クランプ用磁気駆動回路
６０ ねじりばね（付勢部材）
７０、７１ クランプ用マグネット
７２ クランプ用コイル
８１、８２ 駆動マグネット
１００ 光スイッチ本体

Claims (6)

1. 互いに直交する方向をそれぞれＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向としたときに、
   Ｚ方向から入射してきた光を反射してＸ方向にずれた所定位置から出射するための光反射部材が搭載された可動体と、該可動体を少なくともＸ方向に変位可能に支持する固定側部材と、前記可動体を少なくともＸ方向に駆動する駆動手段とを有する光スイッチ装置において、
   さらに、前記可動体のＸ方向における位置を検出するための位置検出手段を有することを特徴とする光スイッチ装置。
2. 請求項１において、前記駆動手段は、前記可動体をＸ方向に磁気駆動するための駆動コイルを前記固定側部材および前記可動体のうちの一方側に備えるとともに、前記駆動コイルには、ＤＣ成分にＡＣ成分が重畳された駆動電流が通電され、
   前記位置検出手段は、前記固定側部材および前記可動体のうちの他方側で前記駆動コイルに近接する位置に位置検出コイルを備えていることを特徴とする光スイッチ装置。
3. 請求項２において、前記駆動手段は、一対の前記駆動コイルを備え、
   前記位置検出手段は、前記一対の駆動コイルの各々に対向する一対の前記位置検出コイルを備えるとともに、当該一対の位置検出コイルでの検出出力の差動出力に基づいて、前記可動体のＸ方向における位置を検出することを特徴とする光スイッチ装置。
4. 請求項３において、前記可動体が原点位置にある状態で、前記一対の位置検出コイルの各磁気センタはいずれも、前記一対の駆動コイルの各磁気センタに対して内側あるいは外側の一方に位置していることを特徴とする光スイッチ装置。
5. 請求項１において、前記駆動手段は、前記可動体をＸ方向に磁気駆動するための一対の駆動コイルを前記固定側部材および前記可動体のうちの一方の側に備えるとともに、前記駆動コイルには、ＤＣ成分にＡＣ成分が重畳された駆動電流が通電され、
   前記位置検出手段は、前記一対の駆動コイルの中間タップからの出力に基づいて、前記可動体のＸ方向における位置を検出することを特徴とする光スイッチ装置。
6. 請求項２または５において、前記ＡＣ成分は、２００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚであることを特徴とする光スイッチ装置。

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