JP2725323B2 - 光スイッチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、一本の光ファイバと複数の光ファイバとの
光接続を切り替える、いわゆる１×Ｎ光スイッチであっ
て、切り替えを機械的に行う光スイッチに関する。

〔従来の技術〕

かかる光ファイバの接続切り替えを行う１×Ｎスイッ
チとしては、種々のものが考えられ、その接続が切り替
えられる光ファイバ同士の光軸合わせでは以下のような
ものが検討され、実現されている。

例えば、昭和62年電子情報通信学会、半導体材料部
門、全国大会にて、杉本他により発表された「セラミッ
クフェルールを用いた高密度１×1000光スイッチ」と題
する論文、昭和62年度電子情報通信学会、創立70周年記
念総合全国大会にて古川真一他３名により発表された
「大規模低損失１×Ｎ光スイッチ」と題する論文及び昭
和63年電子情報通信学会、春季全国大会にて、小島他に
より発表された「コネクタ切替型光スイッチの３万回着
脱試験結果」と題する論文等に示されるものがある。

これらの論文に示される１×Ｎ光スイッチでは光コネ
クタの構成部分であるフェルールを２次元もしくは１次
元に配列し、対向するフェルールを２次元若しくは１次
元に移動させる装置に取り付けている。そして、２次元
若しくは１次元に配列されたフェルールに光ファイバを
接続する一方、移動させられるフェルールにも光ファイ
バを接続して、配列されたフェルールに選択的に接続
し、光ファイバの伝送路を切り替えている。

また別の例としては、アンリツ株式会社が通信用測定
器として製作している光チャネルセレクタの棒に、プリ
ズムを電磁力により駆動し、プリズムを伝搬する光の伝
送路を切り替えるタイプのスイッチがある。

また更に、エレクトロニクスレター、1981年８月６日
号、第17巻第16号の第571頁にダブリュ、シイ、ヤング
により発表された「シングルモード及びマルチモード光
ファイバ用カスケードタイプ多極スイッチ」（Electron
ics Letters 6th August, 1981,Vol.17,No.16 page 57
1、"CASCADED MULTIPOLE SWITCHES FOR SINGLE−MODE A
ND MULTIMODE OPTICAL FIBRES",W.C.YOUNG）には機械駆
動式光スイッチが示されている。

〔発明の解決しようとする課題〕

しかし、上記の文献に示されるフェルールを２次元的
または１次元的に配列した１×Ｎ光スイッチでは、光フ
ァイバに比べ大径のフェルールを用いているため、切替
え心数が多くなると２次元的等に配列する配列部分の大
きさが大きくなり、そのため、装置全体が大きくなり過
ぎてしまう。また、このタイプの１×Ｎ光スイッチで
は、接続すべき光ファイバ同志の光軸合わせにおいて、
光コネクタの構成部品であるフェルールの外径調心を利
用しているため、フェルール同士の接続の際、フェルー
ルの外径部に摩耗が生じる。そのため、繰返しの切替え
回数に限界があり、長期信頼性及び耐久性に問題があ
る。また、この摩耗によってダストが発生し、フェルー
ル内の光ファイバ端面に付着することがある。この様な
場合には接続損失が増加してしまう。

また更に、フェルール同士の嵌抜によることなく、光
ファイバ自体を空間接続する試みもあるが、この場合に
は、予め得られている光ファイバ同士の相対的位置関係
に関する情報に基づいてフィードバック制御を行い、光
ファイバ同士を光軸合わせすることとしている為、接続
される光ファイバの端部を保持した保持部材等に温度サ
イクルが加わった場合などは、保持部材に温度サイクル
によって歪みが残り、この歪みによって、一旦、合わせ
たはずの光軸がずれ、光ファイバの接続損失が増大する
という問題があった。

そこで、本発明は上述の事情に鑑み、上記問題点を解
決し、繰返しの切り替えに対して信頼性、耐久性が高
く、かつ、接続すべき光ファイバ同士の正確な光軸合わ
せが可能な光ファイバの接続切り替え方法および光スイ
ッチを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的を達成するため、本発明による光スイッチ
においては、選択的に光軸合わせされる第１及び第２光
ファイバの一端部を、これらを保持する光ファイバ保持
手段によって、互いに対向、離間させると共に、第１及
び第２光ファイバをその光軸方向と垂直な面内において
相対的に位置決め自在に保持しておき、第１及び第２光
ファイバの一端部をこれらの光軸方向と垂直な面内にお
いて相対的に位置決めして光軸合わせをなす位置決め手
段を設け、光軸合わせされる第１及び第２光ファイバ相
互間における接続損失を測定手段によって測定し、この
測定結果に基づいて該接続損失が最小となるよう、位置
決め手段によって第１及び第２光ファイバの一端部を相
対的に位置決めすることを特徴としている。

〔作用〕

この様に構成することにより、本発明による光スイッ
チにおいては、光ファイバの接続切り替えにフェルール
が不用となると共に、光接続される第１及び第２光ファ
イバ相互間における接続損失に基づくフィードバック制
御によって、該接続損失を最小とする第１及び第２光フ
ァイバの光軸合わせが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について、第１図〜第６図を参
照しつつ、説明する。

本発明による光スイッチにおいては、互いに光軸合わ
せされる第１及び第２光ファイバの一端部を相対的に移
動自在に保持する光ファイバ保持手段と、光ファイバ保
持手段に保持された第１及び第２光ファイバの相対的位
置決めをなし、その光軸合わせを行う位置決め手段と、
光軸合わせされた第１及び第２光ファイバ相互間の接続
損失を測定する測定手段とを備えている。

第１図は、本発明の実施例に係る光スイッチを示して
いる。

この光スイッチにおいては、図示したように、単一の
第１光ファイバ１は、第２光ファイバ２と光接続されて
いる一端部にてファイバホルダー３に保持されている。
一方、複数の第２光ファイバ２、２、２、…は、第１光
ファイバ１と光接続される一端部にてファイバホルダー
５に保持されている。

第２図は、第１及び第２光ファイバ１、２の一端部を
保持する光ファイバ保持手段を、第１光ファイバ１の光
軸を含む平面で切断した断面を示している。

第２図に示したように、光ファイバ保持手段は、ファ
イバホルダー３及び５等から構成されており、ファイバ
ホルダー３は、一端に大径のフランジ部3aを有する円柱
状に形成されており、その中心部には中心軸方向に沿っ
た貫通孔3bが形成されている。貫通孔3b内には、第１光
ファイバ１を挿入した後、モールド樹脂６を充填するこ
とにより、第１光ファイバ１が保持・固定されている。
第１光ファイバ１を保持したファイバホルダー３のフラ
ンジ部3aの端面3Aは鏡面に仕上げられており、保持され
た第１光ファイバ１の端面は、鏡面仕上げされたフラン
ジ部の端面3Aに一致している。

また、ファイバホルダー５は、ファイバホルダー３の
フランジ部3aより小径のフランジ部5aを一端に有した円
柱状に形成されており、その中心部には中心軸方向に沿
ってファイバホルダー３の貫通孔3bより大径の貫通孔5b
が形成されている。貫通孔5b内には、複数の第２光ファ
イバ２がモールド樹脂７によって保持・固定されてい
る。フランジ部5aの端面5Aは、ファイバホルダー３の場
合と同様に、鏡面に仕上げられており、保持された第２
光ファイバ２の端面は、鏡面仕上げされたフランジ部の
端面5Aに一致している。

第３図に、貫通孔5bに挿入される第２光ファイバ２の
状態を示す。図示したように、第２光ファイバ２は、テ
ープ状心線（図示せず）から取り出された光ファイバで
あり、これをシリコン板８上のＶ溝8a内に所定のピッチ
（例えば、250μｍ）で平行に配列し、光ファイバが配
列されたシリコン板８を所定枚数（例えば、10枚）重ね
合わせてまとめられており、これがファイバホルダー５
の貫通孔5b内に挿入されている。従って、第２光ファイ
バ２は、その光軸と垂直な面内において所定間隔をもっ
て整列している。

ファイバホルダー３及び５は、鏡面仕上げされたフラ
ンジ部の端面にて所定の間隙をもって互いに対向してい
る。従って、これらに保持された第１及び第２光ファイ
バ１、２も、所定の間隙をもってその端面にて互いに対
向する。

第４図及び第５図に、ファイバホルダー５及び３の端
面5A及び3Aをそれぞれ示す。

第４図に示したように、ファイバホルダー５の端面5A
には、ボールベアリング10が挿入される環状溝5cと、そ
の外側にオイルシール11が挿入される環状溝5dとが刻設
されている。他方、ファイバホルダー３の端面3Aには、
第５図に示したように、環状のストッパリング12が挿入
される環状溝3cがファイバホルダー５のフランジ部より
も大径に刻設されると共に、ボルト13が螺合するネジ穴
3dが設けられている。ストッパリング12は、ファイバホ
ルダー３及び５相互間における過度の相対的移動を防止
するストッパである。ボルト13は、固定リング15を貫通
してネジ穴3dに螺合しており、固定リング15は、その外
径がファイバホルダー３のフランジ部3aとほぼ等しく、
内径がファイバホルダー５のフランジ部5aより小さく形
成されている。固定リング15は、その内径部にてファイ
バホルダー５のフランジ部5aの外周部に係合し、ボルト
13の頭部との間に縮設されたスプリング16の弾発力によ
って、ファイバホルダー５をファイバホルダー３に対し
て弾性的に押圧している。従って、ファイバホルダー３
及び５は、これらが保持した第１及び第２光ファイバ
１、２の光軸方向と垂直な面内において、相対的に移動
自在となっており、これらに保持された第１及び第２光
ファイバ１、２もその光軸方向と垂直な面内において移
動自在となっている。

ファイバホルダー３及び５相互間の間隙は、ファイバ
ホルダーの環状溝5cに挿入されるボールベアリング10の
大きさを変更することによって、変更可能となってい
る。

また、ファイバホルダー３及び５の間には、オイルシ
ール11の内側には、整合剤としてマッチングオイルが充
填されている。マッチングオイルは、その屈折率が光フ
ァイバのクラッド部とほぼ同様の1.4程度であり、これ
を空間的に光接続される光ファイバ同士の端面間に満た
しておくことによって、該端面で起こるフレネル反射が
抑制させる。

ファイバホルダー３及び５は、第１図に示した様に、
Ｘ−Ｙテーブル18によって相対的に位置決めされるよう
になっており。このようにファイバホルダー３及び５が
位置決めされることによって、これらに保持された第１
及び第２光ファイバの一端部同士が相対的に位置決めさ
れるようになっている。Ｘ−Ｙテーブル18はステップモ
ータ（図示せず）によって駆動され、その最小位置決め
精度は0.5μｍである。

第１光ファイバ１には、光カプラ20を介して光源21が
発する所定強度の参照光が投入されるようになってい
る。また、第２光ファイバ２からは光カプラ22を介して
該参照光の一部が取り出される。取り出された参照光は
受光素子23に照射され、受光素子23は、照射された参照
光の強度に応じた強度の電気信号を出力する。この電気
信号は、パワーメータ25に入力され、ここで制御回路26
に対して入力可能な信号に変換される。パワーメータ25
で変換された信号は、CPU、ROM、RAM等からなる制御回
路26に入力される。制御回路26は、パワーメータ25を介
して入力される信号に応じて、すなわち、受光素子23が
受けた参照光の強度に基づいて、駆動回路27に対して指
令を発し、受光素子23が受ける参照光の強度が最大とな
るように、Ｘ−Ｙテーブル18を駆動させる。この様に、
受光素子が受ける参照光の強度が最大となるように、Ｘ
−Ｙテーブル18を駆動させることによって、第１光ファ
イバ１及びこれに光接続された第２光ファイバ２相互間
における接続損失が最小となるように、第１及び第２光
ファイバ１、２の端部が相対的に位置決めされる。

次に、制御回路26が実行するプログラムについて、第
６図のフローチャートを参照しつつ、簡単に説明する。

制御回路26は、第１光ファイバ１及び第２光ファイバ
２の接続切り替えがなされる毎に、若しくは、接続切り
替えがなされた後も所定周期毎に、このプログラムを実
行するようになっている。なお、光カプラ20、22に光分
岐合流器を用いた場合であって、投入される参照光の進
行方向及び波長が通信光と同じ場合には、通信光の存在
を受光素子23の出力から判断し、通信光が存在しない場
合にのみ、プログラムが実行されるようにしておくこと
が望ましい。

制御回路26は、まず、光源21を発光させ、第１光ファ
イバ１に光カプラ20を介して参照光を投入する（ステッ
プS1）。次いで、Ｘ−Ｙテーブル18に、接続される第１
光ファイバ１と第２光ファイバ２のおおまかな相対的位
置決めを250μｍ程度のオーダーで行なわせる（ステッ
プS2）。このおおまかな位置決めの後、受光素子23に照
射される参照光の強度が測定され（ステップS3）、第１
及び第２光ファイバ１、２を３〜５μｍ程度のオーダー
でＸ軸方向に相対的に移動させて微動位置決めがなされ
る（ステップS4）。微動位置決めの後、再び、受光素子
23に照射される参照光の強度が測定される（ステップS
5）。そして、ステップS3及びS5で測定された参照光の
強度を比較し、これに基づいて、受光素子23に照射され
る参照光の強度が最大となる位置までの移動量及び移動
方向を得る（ステップS6）。ここで得られた移動量が零
であるか否かの判断（ステップS7）をした後、該移動量
で零でなかった場合には、該移動量分、第１及び第２光
ファイバ１、２をＸ軸方向に相対的に移動させ、位置決
めする（ステップS8）。この位置決めの後、ステップS3
〜S7の動作をステップS7で移動量が零と判断されるまで
繰り返し、ステップS7で移動量が零になったと判断され
ると、光源21を消灯させる。なお、ステップS3〜S8の動
作は、Ｙ軸方向についてもなされるようになっている。
また、光軸合わせの精度を向上するため、ステップS3〜
S7の動作が繰り返される毎に、ステップS4における第１
及び第２光ファイバの相対的移動量を小さくしていくこ
とが望ましい。

このようにして、第１及び第２光ファイバ１、２のＸ
及びＹ軸方向における相対的な位置決めがされることに
より、光軸ズレによる接続損失が最小の光軸合わせが達
成されるようになっている。

なお、第１及び第２光ファイバ１及び２に、通常の光
通信に用いられる、クラッド外径125±２μｍ、MFD9.5
±１μｍ、カットオフ波長1.2〜1.3μｍの単一モード光
ファイバを用い、光カプラ20及び22として入射された光
の５％を分岐する第１モード光カプラを用い、光源21に
波長1.3μｍ、出力−35dBmのLEDを用い、パワーメータ2
5に最小感度−800dBmのものを用い、Ｘ−Ｙテーブル18
にDCモータによって駆動されるものを用いて、１×100
光スイッチを構成し、そのうちの10心について30回の接
続切り替え実験を行った結果、最小接続損失は、1.2〜
0.6dB（平均0.8dB）に抑えられ、その切り替えに要する
時間は、１心当たり２分であった。

第１図に示した実施例においては、第１光ファイバ１
に参照光を投入し、第２光ファイバ２から参照光を取り
出すこととしているが、光逆進の原理から、第２光ファ
イバ２に参照光を投入し、第１光ファイバ１から参照光
を取り出すこととしても良い。従って、接続された第１
光ファイバ１及び第２光ファイバ２中を伝播する通信光
の進行方向と逆の方向に参照光を進行させることとすれ
ば、通信中においても受光素子23が受ける参照光の強度
に応じたフィードバック制御によって、第１及び第２光
ファイバ１、２の光軸合わせを行うことが可能となる。
すなわち、通信中に雰囲気温度が上昇し、ファイバホル
ダー３、５等に熱歪みが生じて、一旦、光軸合わせされ
た光ファイバ同士の光軸がずれても、参照光の強度に応
じたフィードバック制御による光ファイバ同士の光軸合
わせが可能となっている。

また、光カプラ20及び22として、例えば、所定の波長
の光のみを反射し、その他の波長の光を透過させる誘電
体多層膜を用いた光分波合波器を用いることができる。
このように、光カプラ20及び22として光合波分波器を用
いた場合には、通信光と異なる波長の参照光を利用して
その強度によって接続損失を測定でき、測定された接続
損失に基づくフィードバック制御によって、通信光の進
行方向に関係なく、通信中の光ファイバの光軸合わせを
することが可能となる。なお、この場合には、通信光が
光カプラ20、22から外部へ洩れることがなく、好まし
い。

また、第１図に示した実施例においては、第２光ファ
イバ２の全てに参照光を取り出すための光カプラ22を設
け、光カプラ22を介して取り出される参照光が全て受光
素子23に照射される構成となっているが、必ずしも全て
の第２光ファイバ２に光カプラ22を設ける必要はない。
すなわち、第２光ファイバ２の１本だけに光カプラ22を
設け、この光カプラ22から取り出される参照光の強度に
基づくフィードバック制御によって、この光カプラ22が
設けられた第２光ファイバ２と第１光ファイバ１との光
軸合わせを行い、その他の第２光ファイバ２について
は、光カプラが設けられた第２光ファイバ２との相対的
位置関係に関する情報を予め制御回路26のRAM等に記憶
させておくことによって、該情報に基づいて第１光ファ
イバ１との光軸合わせをすることが出来る。

上述した実施例においては、光接続される光ファイバ
に一方から参照光を投入し、光ファイバの光接続部を通
った後の参照光を取り出し、取り出した参照光の強度か
ら接続された光ファイバ間の接続損失を測定することと
しているが、接続された光ファイバ間の接続損失を測定
する手段としては、この他に、第１若しくは第２光ファ
イバ1,2の互いに光軸合わせされていない端部に後方散
乱光測定系（OTDR）を配設し、この後方散乱光測定系に
よって該接続損失を測定することも可能である。なお、
この場合も、通信光の進行方向に関係なく、測定された
接続損失に基づく上述のフィードバック制御によって、
通信中の光ファイバの光軸合わせをすることが可能であ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明による光スイッチにおい
ては、選択的に光軸合わせされる第１及び第２光ファイ
バの一端部を互いに離間させ、その端面同士を対向させ
ると共に、第１及び第２光ファイバをその光軸方向と垂
直な面内において相対的に位置決め自在としておき、光
軸合わせされる第１及び第２光ファイバ相互間における
接続損失を監視して、接続損失が最小となるように第１
及び第２光ファイバの一端部を相対的に位置決めするこ
ととしているので、フェルールが不用となり、フェルー
ルの摩耗及び摩耗粉による影響がなくなって、繰返しの
接続切り替えに対して信頼性、耐久性が高く、かつ、接
続すべき光ファイバ同士の正確な光軸合わせが可能とな
る。また、光ファイバに比べて大径のフェルールを各光
ファイバ毎に必要としないので、光ファイバの数が多く
ても装置全体を小型化することが容易である。更に、通
信中においても、参照光の強度に応じたフィードバック
制御による光ファイバ同士の光軸合わせが可能となって
いるので、通信中に雰囲気温度が上昇し、光ファイバを
保持する保持部材等に熱歪みが生じても、該熱歪みによ
る光ファイバ同士の光軸のズレを防止することが出来
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る光スイッチのブロック図、第２
図は、本発明に係る光ファイバ保持手段を示した断面
図、第３図は、ファイバホルダーに保持される第２光フ
ァイバの端部がまとめられた状態を示した斜視図、第４
図は、第２光ファイバを保持したファイバホルダーの端
面を示した図、第５図は、第１光ファイバを保持したフ
ァイバホルダーの端面を示した図、第６図は、制御回路
が実行するプログラムを示したフローチャートである。 １…第１光ファイバ、２…第２光ファイバ、3,5…ファ
イバホルダー、８…シリコン板、10…ベアリングホー
ル、11…オイルシール、15…固定リング、16…スプリン
グ、18…Ｘ−Ｙテーブル、20,22…光カプラ、21…光
源、23…受光素子、25…パワーメータ、26…制御回路。

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１光ファイバと、複数本の第２光ファイ
   バのうちの１本とを選択的に光軸合わせすることによ
   り、第１光ファイバと第２光ファイバとの光接続を切り
   替える光スイッチであって、 前記第１及び第２光ファイバの一端部を互いに離間さ
   せ、これらの端面を互いに対向させると共に、前記第１
   及び第２光ファイバの一端部をこれらの光軸方向と垂直
   な面内において相対的に移動自在に保持する光ファイバ
   保持手段と、 前記第１及び第２光ファイバの一端部を前記第１光ファ
   イバの光軸方向と垂直な面内において相対的に位置決め
   して光軸合わせを行う位置決め手段と、 光軸合わせされた第１及び第２光ファイバ相互間の接続
   損失を測定する測定手段とを備え、 前記光ファイバ保持手段は、端面同士が離間して対向す
   るように配置された第１及び第２のファイバホルダと、
   前記第１及び第２ファイバホルダの端面間に配置された
   ベアリング手段と、前記第１及び第２ファイバホルダの
   端面間に配置され前記ベアリング手段の周囲をシールす
   るシール手段と、前記第１及び第２ファイバホルダ間の
   前記シール手段によりシールされる領域に充填された整
   合剤と、前記第１及び第２ファイバホルダの端面が離間
   する方向の移動を規制する押え手段と、を有し、前記第
   １、第２光ファイバはそれぞれ一端部が前記第１、第２
   ファイバホルダに保持され、これらの端部の端面が前記
   整合剤の充填されたシール領域に露出しており、 前記位置決め手段は、前記測定手段の測定結果に基づい
   て前記接続損失が最小となるように、前記第１及び第２
   光ファイバの一端部を相対的に位置決めすることを特徴
   とする光スイッチ。
2. 【請求項２】前記測定手段は、前記第１光ファイバに光
   カプラを介して参照光を投入する光源と、 前記第２光ファイバから光カプラを介して取り出される
   参照光を受け、受けた参照光の強度に応じた信号を出力
   する受光素子とからなることを特徴とする請求項１記載
   の光スイッチ。
3. 【請求項３】前記測定手段は、前記第２光ファイバに光
   カプラを介して参照光を投入する光源と、 前記第１光ファイバから光カプラを介して取り出される
   参照光を受け、受けた参照光の強度に応じた信号を出力
   する受光素子とからなることを特徴とする請求項１記載
   の光スイッチ。
4. 【請求項４】前記光カプラは、誘電体多層膜を用いた光
   分波合波器であることを特徴とする請求項２又は３記載
   の光スイッチ。
5. 【請求項５】前記測定手段は、一端部にて互いに光軸合
   わせされた前記第１及び第２光ファイバのうちのいずれ
   か一方の他端部に接続された後方散乱光測定系であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の光スイッチ。