JP2011002637A - コリメータアレイ - Google Patents

Abstract

【課題】 コリメータアレイにおいて、大規模のアレイの場合にも高精度な配列精度を実現し、またアレイ内のコリメータを個別に着脱可能とすることで低コスト化を図る。
【解決手段】 強磁性体によって形成された第１および第２の整列基板４，５に、コリメータ１１のチューブ３が挿入される複数の貫通ガイド孔４ａ，５ａが設けられている。チューブ３は磁性体によって形成され、第１および第２の整列基板４，５は磁石７を介して、互いが間隔をおいて平行となるように対向している。コリメータ１１は、磁石７からの磁力線が第１および第２の整列基板４，５、チューブ３を通る磁気回路によって、貫通ガイド孔４ａ，５ａの内側壁に押し付けられ、磁力により保持される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光通信等で使用される光スイッチ，アイソレータ，光コネクション装置等の入出力部に用いられるコリメータアレイに関するものである。

基幹ネットワークは、データトラヒックの急激な増大に伴い、大容量化が強く求められている。この基幹ネットワークにおいて、伝送路部分には、ＷＤＭ（wavelength division multiplexing）技術を利用した大容量光ネットワークが既に導入されている。しかしながら、ノード部分は、光信号を電気信号に一旦変換し、電気スイッチで方路の切り替えを行った後、光信号に再び変換して伝送路部分に戻す方式となっている。

このような光信号と電気信号とを変換する装置は、信号帯域の向上に伴って、コストや消費電力が大幅に上昇することが指摘されている。このため、光信号をそのままの状態でスイッチングする光スイッチを利用することが検討されている。特に、光スイッチ内の配線に光導波媒体を用いることなく、光ビームをスイッチ内部の結線（光接続）やスイッチ間の結線に利用するフリースペース型の光スイッチは、小型化が可能であるため、大規模光クロスコネクトのスイッチ部への実用化が検討されている。

このようなフリースペース型の従来の光スイッチ（非特許文献１参照）の概略構成を図７に示す。図７に示す光スイッチ１１０は、光ファイバアレイ１１１，マイクロレンズアレイ１１２，マイクロ可動ミラーアレイ１１３，固定ミラー１１４から構成されたものである。光ファイバアレイ１１１は、ファイバ整列用部材を用いることで、光ファイバがある一定の間隔をあけて二次元的，あるいは一次元的に整列配置されたものである。マイクロレンズアレイ１１２は，マイクロレンズが光ファイバアレイ１１１と同様にある一定の間隔をあけて二次元的，あるいは一次元的に整列配置されたものである。

また、マイクロ可動ミラーアレイ１１３は、マイクロマシン技術を用いて半導体基板上に形成された能動素子であるマイクロ可動ミラーが、一次元的あるいは二次元的に複数配列されたものであり、ミラー面の傾き角度θが動的に各々変化可能とされている。なお、図７において、各部分は、煩雑になるのを避けるために、一次元の配列として各々図示している。

このようなフリースペース型の従来の光スイッチ１１０では、光ファイバアレイ１１１の各光ファイバから出射した光信号１００は、マイクロレンズアレイ１１２の各マイクロレンズで平行光に変換されてから、マイクロ可動ミラーアレイ１１３の各マイクロ可動ミラーで反射された後、固定ミラー１１４で反射され、マイクロ可動ミラーアレイ１１３のマイクロ可動ミラーで再度反射されて、マイクロレンズアレイ１１２のマイクロレンズを介して光ファイバアレイ１１１の光ファイバへ最終的に集光される。

このように構成された光スイッチ１１０では、マイクロ可動ミラーアレイ１１３のマイクロ可動ミラーの傾き角度θを調整することにより、光信号１００の進行方向を切り替え、光信号１００を光ファイバアレイ１１１の目的とする光ファイバへ案内している。ここで示した光ファイバとマイクロレンズとから構成される光ファイバと光ビームとの変換、あるいは結合に用いられる光学系は、一般にコリメータとよばれる。

上記光スイッチ１１０においては、入出力光ファイバ間の接続損失は、コリメータの光軸傾きに起因する光ビームと出力光ファイバとの結合損失、及びマイクロ可動ミラーにおけるケラレ損失が支配的である。さらに、上記光軸ずれにより光軸傾きを引き起こした光ビームは、隣接チャンネルに対してクロストークを発生させ、光通話路品質の劣化を引き起こす。そのため低損失、低クロストークといった特性を実現するには、コリメータの光軸には非常に高い傾き精度、および位置精度での配列が求められる。

なお、ここに示したコリメータアレイが用いられる装置は、光スイッチに限定されず、同様に光ビームを結線に用いる光アイソレータや光インタコネクション装置に適用されている。

ここで、フリースペース型の光スイッチに用いられる二次元のコリメータアレイの従来の一例の概略構造を図８に示す。本従来例では、予め外形精度の高い円筒状に作成したフェルール１２０を用い、フェルール１２０の先端にロッドレンズ１２１を接続することでコリメータ１２２を構成している。整列基板１２３内でフェルール１２０を高精度に積み上げることでコリメータアレイの配列精度を確保する方法が用いられている。

D. T. Neilson, et. al., "Fully provisioned 112x112 micro-mechanical optical cross connect with 35.8Tb/s demonstrated capacity", OFC2000. paper-PD12-1, (2000)

図７に示したような２次元コリメータアレイでは、各コリメータ光軸の傾き精度、および位置精度は円筒状のフェルールの外径精度が累積され決定される。そのため、特に大規模のアレイを構成する場合、コリメータアレイの配列精度の劣化は避けられない。また、各フェルールの固定には接着剤を用いているため、例えば熱硬化性の接着剤を用いる場合には硬化温度を考慮して、フェルール、ロッドレンズ等の材料選定が必要になる。アレイ化されたコリメータアレイを個別に着脱することもできないため、アレイ組立時や使用時にコリメータアレイ中の１本を損傷した場合、アレイ全体を交換する必要が生じ、コスト増加につながるという問題があった。

本発明は上記した従来の問題に鑑みなされたものであり、大規模のアレイの場合にも高精度な配列精度を実現し、またアレイ内のコリメータを個別に着脱可能とすることで低コストでのコリメータアレイの提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明は、外周部が磁性体によって形成された１つ以上のコリメータと、前記コリメータのそれぞれが挿入可能な１つ以上の貫通ガイド孔を有し、前記コリメータが跨るようにして挿入される互いの貫通ガイド孔が同軸上に配置するように、かつ互いが間隔をおいて平行となるように対向する強磁性体によって形成された第１および第２の整列基板と、前記第１および第２の整列基板のそれぞれに接触し、接触する二つの面で極性が異なる磁石とを備えたものである。

本発明は、前記発明において、前記第１の整列基板と前記第２の整列基板との間が空隙である。

本発明は、前記発明において、前記第１の整列基板と前記第２の整列基板の間に非磁性体が設けられている。

本発明は、前記発明のいずれか一つの発明において、前記第１および第２の整列基板のそれぞれ対向する前記貫通ガイド孔を同軸上に位置合わせするための位置合わせ手段を前記第１および第２の整列基板に設け、この位置合わせ手段をピンとこのピンが係合する係合孔とによって構成したものである。

本発明は、前記発明のいずれか一つの発明において、前記第１および第２の整列基板に設けられた貫通ガイド孔の周りに前記磁石を少なくとも二つ以上配置したものである。

本発明は、前記発明のいずれか一つの発明において、前記磁石は、第１の整列基板に対接する面の磁極が互いに異なるとともに、第２の整列基板に対接する面の磁極が互いに異なる対をなす磁石を少なくとも一組含むものである。

本発明は、前記発明のいずれか一つの発明において、前記第１および第２の整列基板が磁気抵抗の小さい材料によって形成されているものである。

本発明は、前記発明のいずれか一つの発明において、前記コリメータは、光ファイバと、この光ファイバの先端に設けられたコリーメータレンズと、これら光ファイバとコリーメータレンズとが挿入される円筒状のチューブとによって構成されているものである。

本発明によれば、コリメータの配列精度は貫通ガイド孔の形状精度、およびコリメータの外径精度によって決まるため、アレイ規模を拡大しても、誤差が蓄積することはないから、コリメータを高精度に配列できるとともに、コリメータに要求されている外径精度を緩和することが可能になる。また、アレイ内の一部のコリメータが破損した場合にも、破損したものみを容易に交換することが可能であるため、コストを低減することが可能になる。

前記発明のうちの一つの発明によれば、第１の整列基板と前記第２の整列基板の間が空隙であることにより、部品点数を削減することができる。

前記発明のうちの一つの発明によれば、第１の整列基板と前記第２の整列基板の間に非磁性体が設けられていることにより、コリメータの保持力を増加することができる。

前記発明のうちの一つの発明によれば、第１および第２の整列基板のそれぞれ対向する貫通ガイド孔を同軸上に位置合わせするための位置合わせ手段を第１および第２の整列基板に設けたことにより、コリメータの配列精度を向上させることができる。

本発明の第１の実施の形態におけるコリメータアレイを分解して示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態におけるコリメータアレイを組み立てた状態を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態におけるコリメータアレイにおけるコリメータを保持する保持力を説明するための要部を示す平面図である。 本発明の第１の実施の形態において、磁石と第１および第２の整列基板との接触部位に関する変形例を説明するための要部を示す平面図である。 本発明の第１の実施の形態において、磁石の配置に関する変形例を説明するための要部を示す平面図である。 本発明の第２の実施の形態におけるコリメータアレイを分解して示す斜視図である。 フリースペース型の光スイッチの概略的な構成を示す構成図である。 従来よりある二次元のコリメータアレイの概略的な構造を示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について図１ないし図６を基づいて説明する。

［実施の形態１］
先ず、図１ないし図５を用いて、本発明の第１の実施の形態におけるコリメータアレイについて説明する。コリメータ１１は光ファイバ１の先端にコリメートレンズ２が取り付けられており、それらが円筒形状のチューブ３に挿入された構造となっている。チューブ３はニッケルや鉄、ステンレス等の強磁性体によって形成するか、あるいはその外周を強磁性体でコーティングしている。また、チューブ３を用いずに円筒形状のコリメートレンズの外周を強磁性体でコーティングしてもよい。

４，５は正方形に形成された第１および第２の整列基板であって、これら第１および第２の整列基板には、チューブ３が挿入できるよう、チューブ３の外径よりもわずかに大きい径の貫通ガイド孔４ａ，５ａがアレイ状に配置されている。７は整列基板４と整列基板５との間に設けられる４個の磁石であって、貫通ガイド孔４ａの２次元アレイを挟むように整列基板４の各辺の中央部に配置される。第１および第２の整列基板４，５は、図２に示すようにこれら４個の磁石７を介して、互いのそれぞれの貫通ガイド孔４ａ，５ａが同軸上に配置され、かつ互いに磁石７の厚み分だけ間隔を隔てて平行となるように対向している。

磁石７の第１の整列基板４に対接している対接面７ａには、図３に示すようにＳ極が形成されており、磁石７の第２の整列基板５に対接している対接面７ｂにはＮ極が形成されている。すなわち、磁石７は第１の整列基板４と第２の整列基板５に接する面で極性が異なり、４個のすべての磁石７で極性が一致するような磁性を有している。また、第１および第２の整列基板４，５も強磁性体などの磁気抵抗の小さい材料で構成されている。第１および第２の整列基板４，５の間は、磁石７以外の部分が空隙となっている。

コリメータ１１は、チューブ３が第１および第２の整列基板４，５の貫通ガイド孔４ａ，５ａに跨るようにして両貫通ガイド孔４ａ，５ａに挿入される。チューブ３が両貫通ガイド孔４ａ，５ａに挿入されたコリメータ１１は、図３に示すように磁石７からの磁力線が磁気抵抗の小さい第２の整列基板５、コリメータ１１の強磁性体によって形成されたチューブ３、第１の整列基板４を通る磁気回路８を形成する。この磁気回路８によって、各コリメータ１１は、第１および第２の整列基板４，５の貫通ガイド孔４ａ，５ａの内側壁４ｂ，５ｂに押し付けられ、磁力によりこの状態が保持されて、貫通ガイド孔４ａ，５ａに取り付けられる。

すなわち、コリメータ１１の配列精度は貫通ガイド孔４ａ，５ａの形状精度、およびコリメータ１１のチューブ３の外径精度によって決まるため、アレイ規模を拡大しても、製造誤差が蓄積されるようなことはない。

コリメータ１１のチューブ３の外径精度を上げることはコスト高につながるため、ある程度の公差範囲内で外径寸法を既定する必要があり、公差範囲以下に誤差を低減することは非常に困難である。第１および第２の整列基板４，５に貫通ガイド孔４ａ，５ａを設け、貫通ガイド孔４ａ，５ａにチューブ３を圧入、あるいは嵌め合いで挿入するコリメータアレイの構成も考えられるが、前述のようにコリメータ１１の外径公差が大きい場合には、公差範囲内で外径の小さいコリメータ１１は第１および第２の整列基板４，５に保持できなくなる。このため、コリメータ１１を外径寸法により選別するか、第１および第２の整列基板４，５の貫通ガイド孔４ａ，５ａを個別にコリメータ１１の外径に合わせるなどの対策が必要になり、いずれにしてもコスト高につながる。

本発明では、貫通ガイド孔４ａ，５ａの径を最大外径をもつコリメータ１１が挿入できる大きさに加工することで、公差範囲内の外径を持ついずれのコリメータ１１でも挿入、かつ保持することができる。また、アレイ内の一部のコリメータ１１が破損した場合にも、破損したもののみを容易に交換することが可能であるため、コストを低減することが可能になる。

また、第１の整列基板４と第２の整列基板５との間を空隙としたことにより、部品点数が低減され、低コスト化が可能である。なお、第１の整列基板４と第２の整列基板５との間には、空気より磁気抵抗の大きい非磁性体材料のスペーサを間に挟んでもよい。その場合、磁気回路はコリメータ１１の強磁性体コーティングに集中するため、より強い保持力を発生させることができる。

図４は磁石と第１および第２の整列基板との接触部位に関する変形例を説明するための要部を示す平面図である。上述した実施例では、第１および第２の整列基板４，５の互いの対向面のそれぞれに磁石７の各対接面７ａ，７ｂを対接させるようにしたが、この変形例では、第１および第２の整列基板４，５の互いに対向する対向部４ｃ，５ｃの各端面４ｄ，５ｄに跨るように磁石７の両端部が接触している。すなわち、磁石７の両端部の二つの面７ｃ，７ｄは、第１および第２の整列基板４，５の互いの対向する対向部４ｃ，５ｃの各端面４ｄ，５ｄのそれぞれに接触し、二つの面７ｃ，７ｄは極性がＳ極とＮ極というように異なっている。なお、この図４では磁石７の両端部が各端面４ｄ，５ｄに接触した例を説明したが、磁石７を断面コ字状に形成し、第１および第２の整列基板４，５の互いの対向する対向部４ｃ，５ｃの各外側の面４ｅ，５ｅに接触させるようにしてもよい。

図５は磁石の配置に関する変形例を説明するための図である。この変形例では、コリメ ータ１１のチューブ３の両側に磁石７と磁石９とを設け、磁石９の第１の整列基板４に対接している対接面９ａにはＮ極が形成されており、磁石９の第２の整列基板５に対接している対接面９ｂにはＳ極が形成されている。すなわち、これら一対の磁石７，９は、第１の整列基板４に対接する面７ａ，９ａの磁極が互いに異なるとともに、第２の整列基板５に対接する面７ｂ，９ｂの磁極が互いに異なる。

このように、チューブ３を挟んで磁石７の反対側に磁石９を設けたことにより、磁石９からの磁力線が磁気抵抗の小さい第１および第２の整列基板４，５を通り、磁気回路８に合流する磁気回路１０を形成する。このため、強い磁力を発生することが可能になるから、コリメータ１１のチューブ３は、第１および第２の整列基板４，５の貫通ガイド孔４ａ，５ａの内側壁４ｂ，５ｂにより強く押し付けられるため、コリメータの保持力をより高めることができる。

〔実施の形態２〕
次に、図６を用いて、本発明の第２の実施の形態について説明する。コリメータアレイにおいて最も高い精度が求められるコリメータ光軸の傾きは、第１および第２の整列基板４，５の貫通ガイド孔４ａ，５ａを高精度に同軸となるよう位置合わせすることによって、その誤差を低減することができる。この第２の実施の形態においては、第１および第２の整列基板４，５の位置合わせ精度を向上させるため、第１および第２の整列基板４，５に位置合わせ手段１７が設けられている。

すなわち、第２の整列基板５の四隅に係合孔１５が設けられ、第１の整列基板４の四隅に係合孔１５に係合するピン１６が突設されている。そして、ピン１６を係合孔１５に係合させることにより、第１および第２の整列基板４，５の貫通ガイド孔４ａ，５ａを高精度に同軸となるような位置合わせ精度を向上させることができるため、コリメータの配列精度をさらに向上させることができる。

なお、本実施の形態においては、磁石７，９を第１および第２の整列基板４，５の各辺のそれぞれの中央部に設けた例を説明したが、必ずしも磁石７，９を対向させるように貫通ガイド孔４ａ，５ａの両側に設ける必要はなく、一辺または隣接する二辺に設けてもよく、また、整列基板４，５も必ずしも矩形状に形成したものでなくてもよく、要はガイド孔４ａ，５ａの周りに二つ以上設けるようにすればよい。

１…光ファイバ、２…コリメータレンズ、３…チューブ、４…第１の整列基板、５…第２の整列基板、４ａ，５ａ…貫通ガイド孔、４ｃ，５ｃ…対向部、７，９…磁石、８，１０…磁気回路、１１…コリメータ、１５…係合孔、１６…ピン、１７…位置合わせ手段。

Claims (8)

1. 外周部が磁性体によって形成された１つ以上のコリメータと、
   前記コリメータのそれぞれが挿入可能な１つ以上の貫通ガイド孔を有し、前記コリメータが跨るようにして挿入される互いの貫通ガイド孔が同軸上に配置するように、かつ互いが間隔をおいて平行となるように対向する強磁性体によって形成された第１および第２の整列基板と、
   前記第１および第２の整列基板のそれぞれに接触し、接触する二つの面で極性が異なる磁石と、
   を備えたことを特徴とするコリメータアレイ。
2. 請求項１に記載のコリメータアレイにおいて、
   前記第１の整列基板と前記第２の整列基板との間が空隙である、
   ことを特徴とするコリメータアレイ。
3. 請求項１に記載のコリメータアレイにおいて、
   前記第１の整列基板と前記第２の整列基板の間に非磁性体が設けられている、
   ことを特徴とするコリメータアレイ。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載のコリメータアレイにおいて、
   前記第１および第２の整列基板のそれぞれ対向する前記貫通ガイド孔を同軸上に位置合わせするための位置合わせ手段を前記第１および第２の整列基板に設け、この位置合わせ手段をピンとこのピンが係合する係合孔とによって構成した、
   ことを特徴とするコリメータアレイ。
5. 請求項１ないし４のいずれか一項に記載のコリメータアレイにおいて、
   前記第１および第２の整列基板に設けられた貫通ガイド孔の周りに前記磁石を少なくとも二つ以上配置した、
   ことを特徴とするコリメータアレイ。
6. 請求項５に記載のコリメータアレイにおいて、
   前記磁石は、第１の整列基板に対接する面の磁極が互いに異なるとともに、第２の整列基板に対接する面の磁極が互いに異なる対をなす磁石を少なくとも一組含む、
   ことを特徴とするコリメータアレイ。
7. 請求項１ないし６のいずれか一項に記載のコリメータアレイにおいて、
   前記第１および第２の整列基板が磁気抵抗の小さい材料によって形成されている、
   ことを特徴とするコリメータアレイ。
8. 請求項１ないし７のいずれか一項に記載のコリメータアレイにおいて、
   前記コリメータは、光ファイバと、この光ファイバの先端に設けられたコリメータレンズと、これら光ファイバとコリーメータレンズとが挿入される円筒状のチューブとによって構成されている、
   ことを特徴とするコリメータアレイ。

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