JP2828500B2 - 多心マトリクス光ファイバスイッチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、対向した複数本の光ファイバ心線２群か
ら、それぞれ任意の光ファイバ心線を１本ずつ選択し
て、自由かつ低損失に光路の接続切替を行う多心マトリ
クス光ファイバスイッチに関するものである。

（従来の技術） 従来より、光通信システムの光化に向け、その一要素
となる光切り替え機構の研究開発が進められている。

一般に、光伝送路に挿入される光部品としての光スイ
ッチは、低損失、波長・偏光・電圧無依存、低クロスト
ーク、高速切り替え、無電力状態保持が望ましく、ま
た、加入者系の伝送路には、マトリクスサイズの大きい
多心デバイスが必要である。

しかし、以上の要求を満足する実用的なデバイスは実
現されていない（なお、光コネクタ接続によるデバイス
は、高速切り替えの要求条件を除けば要求条件を満足す
る）。

マトリクスサイズの大きいメカニカルスイッチとし
て、J.Bainerman,Piezoelectrics Switch Optical Sign
als,Lasers ＆ Applications,December,1984に記載され
ているように、光ビーム移動型マトリクススイッチ100
×100が開発されている。

しかし、このマトリクススイッチは、μｍ精度のファ
イバ軸合わせが必要であり、ファイバの軸合せ誤差に対
する許容度をもたせるため、マルチモードファイバへの
適用に限られている。

また、実用できるノンメカニカルスイッチとしては、
H.A.Roberts,Optical swithing−Ready for switching,
Proc Natl Commu Forum,43,pp.827−831,1989に記載さ
れているように、現状のマトリクスサイズは８×８と小
さい。

一般に、小規模マトリクススイッチを用いて、完全群
でＮ×Ｎ大規模マトリクススイッチを作製する場合、小
規模マトリクススイッチ数とそのドライバ数はN²に比例
した数だけ必要となり、最大損失は概ねＮに比例して増
加する。さらに、一定の光ファイバ曲げ半径（たとえ
ば、20mmR）以下の制限で小規模マトリクススイッチ間
をファイバで接続すると、接続部損失増や配線部の寸法
が大きくなり、スイッチ数の増加により上記要求条件を
満足できなくなる。このように、マトリクスサイズのＮ
が大きくなることにより、種々の問題が発生する。

そこで、出願人は、対向した複数本の光ファイバ心線
２群から、それぞれ任意の光ファイバ心線を１本ずつ選
択して、自由かつ低損失に光路の接続切り替えを行える
多心マトリクス光ファイバスイッチを提案した（例え
ば、実願平１−148188号、実願平１−148189号参照）。

第２図は、従来の多心マトリクス光ファイバスイッチ
の具体的な全体構成を示した概略図である。なお、第２
図では、図面の簡単化等のためフェルールの接続状態を
１組だけ示しており、実際には、行と列の数に応じた組
数だけ装備される。

従来の多心マトリクス光ファイバスイッチは、第２図
に示すように、光ファイバ心線1a,1bが、フェルール2a,
2bにより端末形成されている。また、フェルール2a,2b
は、フェルール保持部3a,3bに保持され、光ファイバ心
線1a,1bの一部はファイバ支持部4a,4bにより支持されて
いる。

フェルール2a,2bの位置決めは、片側の光ファイバ群
に共通した３軸位置決め機構5a（5bは省略）で行い、ま
ず所望の行または行のガイドレール6a,6bにまで移動
し、フェルール保持部3a,3bを把持して、ガイドレール6
a,6bに沿って移動することによって行う。このとき、フ
ェルール保持部3a,3bの移動量に相当する光ファイバ心
線長だけ、光ファイバ心線1a,1bを繰り返したり繰り込
んだりする余長処理部7a,7bを設けて、光ファイバ心線1
a,1bを行あるいは列方向に常に張った状態に保持してい
る。

（発明が解決しようとする課題） 上記従来の多心マトリクス光ファイバスイッチの行あ
るいは列方向の１単位は、フェルール保持部3a,3b、余
長処理部7a,7b、ガイドレール6a,6b等からなり、これら
は張力のかかった光ファイバ心線1a,1bから繋がってい
る。

この光スイッチを組み立てる場合、例えば、ガイドレ
ール6a,6bを取り付け固定した後、ピッチ3mm、即ち、厚
さ3mmのフェルール保持部3a,3bをガイドレール6a,6bに
取り付け、同じ厚さの余長処理部7a,7bを固定して、行
あるいは列方向に１単位ずつ順次組み立てられる。

しかしながら、この場合、部品を取り付け固定する
間、光ファイバ心線1a,1bの局部的な曲げや捩じれによ
る破断の危険があり、部品や心線の取り扱いに細心の注
意が必要となり、組立てにかなりの時間を要するという
欠点がある。また、逆に、光ファイバスイッチから１単
位だけ取り外して、修理、保守を行うには極めて困難で
あるという欠点を有している。

また、第２図に示した多心マトリクス光ファイバスイ
ッチは、フェルール保持部3a,3bと光ファイバ心線1a,1b
および３軸位置決め機構5aが、フェルール差替動作中
に、同一側光ファイバ心線群の各光ファイバ心線と接触
あるいは交錯することがないように、同一側光ファイバ
心線群の全ての光ファイバ心線を、３軸位置決め機構の
移動空間よりフェルール突合せ側に、行または列方向に
互いに平行に張った状態にして整列しておく必要があ
る。

このため、光ファイバ心線1a,1bを繰り出したり繰り
込んだりする余長処理部7a,7bを省略することはできな
い。従って、可動部を持つ余長処理部の存在によって信
頼性が低下するという問題もある。

従来、この余長処理を省略するため、F.BLANC,A.CASA
L,P.FAUGERAS,G.OULLET,and J.SOURGENS:'Multiservice
subscriber connection made with an optomechanical
swithing equipment',ECOC Proceeding,1987,pp.264−
265に記載されているように、ファイバ移動量を少なく
した方法が知られている。

また、A.R.Dias,R.F.Kalman,J.W.Goodman and A.A.Sa
wchuk,Fiber−optic crossbar switch with broadcast
capability,Optical Engineering,27,11,pp.955−960,1
988に記載されているように、ファイバの移動を無くし
た、いわゆるクロスバスイッチを構成する方法がある。

しかし、両方法とも、入力側で入力光パワーをＮ分割
するため、入力側だけで 10・log（1/N） の分割損失がある。

このため、前述した小規模マトリクスを用いた場合と
同様に、マトリクスサイズのＮが大きくなることによる
問題が発生する。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、
その目的は、スイッチの組立性がよく、修理や保守が容
易で、また、光ファイバ心線の余長処理部を必要としな
い、多心マトリクス光ファイバスイッチを提供すること
にある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明では、それぞれフェ
ルールによって端末形成された端面同士を対向配置した
二つの光ファイバ心線群のうち、一方の光ファイバ心線
群のフェルールをマトリクスの行方向に位置決めする一
方のフェルール位置決め機構と、これと対向する他方の
光ファイバ心線群のフェルールを前記マトリクスの列方
向に位置決めする他方のフェルール位置決め機構とを備
えた多心マトリクス光ファイバスイッチにおいて、前記
各フェルール位置決め機構は、フェルールを行または列
方向に移動させるフェルール従動機構と、隣接する光フ
ァイバ心線同士を分離する仕切り板とを有すると共に、
各フェルール位置決め機構を１ユニットとしてこれらを
複数個積層してなり、フェルール端面同士が互いに対向
し、かつ、フェルール移動方向が互いに直交するように
配置した２つのユニット群と、一のユニット毎にユニッ
ト外部から前記フェルール従動機構に駆動力を与え、フ
ェルールを行あるいは列方向に移動させて任意の突合せ
位置に位置決めし、かつ、ユニット全体またはユニット
の一部を突合せ方向に移動させてフェルールを抜き差し
するフェルール位置決め駆動部とを設けた。

（作 用） 本発明によれば、光ファイバスイッチの切り替えを行
うには、まず、フェルール位置決め駆動部により所望の
行または列のユニットが選定される。

次に、選定したユニットのフェルール従動機構が駆動
され、所望の光ファイバ心線を端末形成するフェルール
の接続状態が解除される。このフェルールは、接続対象
の光ファイバ心線を端末形成するフェルールと対向する
位置まで行あるいは列方向に移動させて、フェルール同
士が突き合わされる。

このとき、フェルールで端末形成された光ファイバ心
線は、フェルールが移動してもユニット内だけで移動す
る。

また、任意のユニットの多心マトリクス光ファイバス
イッチに対する着脱が、各ユニット単位で容易に行われ
る。

（実施例） 第１図は、本発明に係る多心マトリクス光ファイバス
イッチを構成する１ユニットの一実施例を示す斜視図
で、第３図は、第１図に示すユニットを複数枚用いて多
心マトリクス光ファイバスイッチを構成した場合の外観
図であって、従来例を示す第２図と同一構成部分は同一
符号をもって表す。即ち、1a（1bは省略）は光ファイバ
心線、2a、2bはフェルールである。

10は一のフェルール位置決め機構を構成するユニット
で、フェルールを一軸方向、即ち、第３図中に設定した
直交座標系のｘまたはｙ方向に移動させるフェルール従
動機構11と、隣接する光ファイバ心線同士を分離するた
めの仕切り板12とから構成されている。

フェルール従動機構11は、枠状のフレーム110と、フ
レーム110の下辺110aに対しｘまたはｙ方向にスライド
可能に取り付けられ、かつ、光ファイバ心線1aを端末形
成しているフェルール2a,2bを圧縮ばね111aでｚ方向に
支持するスライダ111と、フレーム110の四つの角におい
て軸支された四つの滑車112−1,112−2,112−3,112−４
と、これら滑車112−1,112−2,112−3,112−４に掛け渡
されているステンレステープ（例えば、幅0.7mm、厚み
0.1mm）113と、ステンレステープ113が掛けられフレー
ム110の上辺110bに対しｚ方向の所定の範囲の亘って移
動可能に取り付けられたプーリ114aとプーリ114aに懸架
されたばね114bとからなり、弾性力でステンレステープ
113に張力を加え張りを与えるテンショナ114と、フレー
ム110の上辺110bの上縁中央部に、上部中央部が切り欠
かれて形成さたフェルール従動機構11全体をｚ方向に一
部だけ引き出すときに用いるために、後記する掛け具20
9が係止される引き抜き用取手115とから構成されてい
る。

仕切り板12は、両側端に後記するスイッチケーシング
100に対して係止させロックさせるため脚状のロック部1
21−1,121−２が形成されている。また、仕切り板12の
一面の両側には、フェルール従動機構11のフレーム110
の側辺110c,110dをｚ方向に案内するガイド部122−1,12
2−２が設けられるとともに、上部中央部には光ファイ
バ心線1aを所定の位置に固定するための支持固定部123
が設けられ、さらに、上部両側にはユニット10全体を後
記するスイッイケーシング100からｚ方向へ引き抜くと
きに用いられる掛け穴124−1,124−２が形成されてい
る。

また、フェルール従動機構11と仕切り板12との相対的
な固定は、フェルール従動機構11のフレーム110の上辺1
10bと仕切り板12のガイド部122−1,122−２間に引張り
ばね13−1,13−２を懸架させることにより行われる。

なお、仕切り板12のスイッチングケーシング100に対
するロック部122−1,122−２は、フェルール従動機構11
を仕切り板12から一部だけ引き出すときに外れないよう
に、ｚ方向に強く固定されているように構成される。

また、引張りばね13−1,13−２の張力は、フェルール
従動機構10のスライダ111の圧縮バネ111aによって発生
する力以上となるように設定される。

以上の構成を有するユニット10を複数個づつ積層し
て、第３図に示すように、二つのユニット群101,102が
構成される。これら二つのユニット群101,102は、フェ
ルール移動側を揃えて、フェルール2a,2bが互いに対向
するように、かつフェルール2a,2bの移動方向が直交す
るように、スイッチケーシング100に収容されている。
また、二つのユニット群101,102のうち片側のフェルー
ル群には、第１図に示すように、フェルールスリーブ14
が接着固定されている。

また、20−1,20−２はフェルール位置決め駆動部で、
スイッチケーシング100の両側、具体的には、各ユニッ
ト群101,102の端面に対向して設置され、行または列方
向、即ち、ｙまたはｘ移動機構と、フェルール従動機構
11の滑車112−1,112−２を回転させるθ回転機構と、フ
ェルール従動機構11の引き抜き用取手115に係止する掛
け具およびその駆動部と、フェルール従動機構11全体を
ｚ方向抜き差しするｚ移動機構とから構成される。

第４図は、フェルール位置決め駆動部20−1,20−２の
具体的な構成例を示す斜視図である。

フェルール位置決め駆動部20−1,20−２は、第４図に
示すように、直方体形状のフレーム201aの両側に脚状部
201b,201cが設けられた略コ字形状をなす基台201と、基
台201のフレーム201aの両側部に対し貫通するように螺
合された長ねじ202−1,202−２と、長ねじ202−１の一
端に軸支されたプーリ203−１および長ねじ202−２の一
端に軸支されたプーリ203−2,203−３と、正逆回転可能
なモータ204と、モータ204の駆動プーリ204aとプーリ20
3−３およびプーリ203−１とプーリ203−２とに掛け渡
された駆動ベルト205−1,205−２と、基台201のフレー
ム201aの中央部に所定間隔をおいて一端が回転可能に軸
支され先端にねじ溝が形成されたロード206−1,206−２
と、各ロード206−1,206−２が貫通するように螺合され
た基板207と、基板207のほぼ中央部に配設されたロータ
リソレノイド208と、ロータリソレノイド208によりｚ軸
を中心に回転されるとともに、各ユニッド10の引き抜き
用取手115に係止される掛け具209と、ロッド206−１に
軸止されたプーリ210−１およびロッド206−２に軸止さ
れたプーリ210−2,210−３と、プーリ210−１とプーリ2
10−２とに掛け渡された駆動ベルト211と、摩擦力によ
り駆動プーリ212aの回転力をプーリ210−３に伝達する
モータ212と、基台201の脚状部201b,201cの先端に設け
られ、モータ214−1,214−２により回転し、その回転力
を各ユニット10のフェルール従動機構12の滑車112−１
および112−２に伝達する駆動車215−1,215−２とから
構成されている。

第４図の構成において、基台201、長ねじ202−1,202
−２、プーリ203−1,203−2,203−３、モータ204および
ベルト205−1,205−２によりｙまたはｘ移動機構が構成
され、モータ214−1,214−２および駆動車215−1,215−
２によりθ回転機構が構成され、ロッド206−1,206−
２、基板207、プーリ210−1,210−2,210−３、ベルト21
1およびモータ212によりｚ移動機構が構成されている。

次に、上記構成による切り替え動作について説明す
る。

まず、スイッチケーシング100の両側に設置したフェ
ルール位置決め駆動部20−1,20−２のモータ204を駆動
してそのプーリ204aを所望の方向に回転させることによ
り、基台201をｙあるいはｘ方向に移動させ、所望の行
または列のユニット10を選定する。

次に、モータ212を駆動してそのプーリ212aを所定の
方向に回転させることにより、基板207、即ち、掛け具2
09をｚ方向に移動させると共に、ロータリソレノイド20
8により掛け具209を回転させて、掛け具209をフェルー
ル従動機構11の吹き抜き用取手115に係止させる。

この状態で、モータ212の回転方向を逆転させて、フ
ェルール従動機構11だけを一部引き出す。このとき同時
に、対向するフェルール2bと接続状態にあったフェルー
ル2aもフェルールスリーブ14から引き抜かれる。

次に、モータ214−1,214−２を駆動して駆動車215−
1,215−を回転させ、これら駆動車215−1,215−２と接
触している２個の滑車112−1,122−２を従動車として回
転させることにより、ステンレステープ113を介してス
ライダ111、即ち、フェルール2aをレールに沿ってｘあ
るいはｙ方向（行あるいは列方向）に移動させる。

また、フェルールの位置決めについては、ステンレス
テープ113に塗料を等間隔に焼き付けておき、フォトセ
ンサで移動量をカウントすれば、±0.5mm以内の精度で
ｘあるいはｙ方向の所望の行列位置に位置決めできる。

対向するフェルール2bも、同様にして、所望の位置に
位置決めした後、対向するフェルール従動機構11同士を
フェルール位置決め機構20−1,20−２のモータ212等か
らなるｚ移動機構で差込む。このとき同時に、フェルー
ル2a,2bはフェルールスリーブ14を介して突合せ接続さ
れ、スライダ111の圧縮バネ111aでフェルール2a,2b端面
間に突合せ力がかかる。

以上のフェルール従動機構11のＺ方向への引出しまた
は差込み動作では、仕切り板12とスイッチケーシング10
0とのロック部121−1,122−２によるロック状態は解除
されない。

なお、フェルール2aのｘあるいはｙ方向への位置決め
許容誤差は、フェルール2bとフェルールスリーブ14の面
取り量の和から±0.5mmであり、フェルールを差し替え
ることができる。

以上の説明では、フェルール2a,2bを差し替える場
合、フェルール従動機構11だけ一部引き出したり差し込
んだりしたが、仕切り板12も一緒に、即ち、ユニット10
の単位で引き出したり差し込んだりしてもよい。

また、フェルールを位置決めする場合、滑車112−1,1
22−２の２個を従動車として回転させてステンレステー
プ113を移動させたが、滑車でステンレステープを巻き
取る構造にしても勿論よい。

以上説明したように、本実施例によれば、ユニット10
のスイッチケーシング100への組立ては容易であり、逆
に任意の１ユニットを修理あるいは保守するため、仕切
り板12の掛け穴124−1,124−２を用いて、フェルール従
動機構12と一体で任意の１ユニット10をスイッチケーシ
ング100から引き抜くことができる。

さらに、設備の増減も１ユニット単位で需要に合わせ
てできる。

一方、ユニット内の光ファイバ心線1a（1b）は、フェ
ルール2a、2bの移動に伴ってユニット内10だけで移動
し、かつ、フェルール位置決め駆動部20−1,20−２とユ
ニット群101,102は分離されているため、いわゆる光フ
ァイバ心線の余長処理部も構造的に不要となる。

従って、例えば、端子数100×100の場合、行または列
間のピッチを3mm、フェルールの移動に伴う光ファイバ
心線の最小曲げ半径を20mm以上と設計すれば、フェルー
ル位置決め駆動部20−1,20−２を含めて外径寸法350×3
50×500mm以下で構成できる。

また、光ファイバスイッチの挿入損失は、単心光コネ
クタの性能から、シングルモード光ファイバ（波長1.3
〜1.55μｍ）で平均1dBと小さい。

さらに、例えば、60×90×180（高）cmの架を四段に
分け、光ファイバスイッチからフェルール位置決め駆動
部20−1,20−２を取り除いたものを一段当り二つ、計八
つ組み込み、フェルール位置決め駆動部を架で共用でき
るようにすれば、端子数800乃至1000心の光ファイバス
イッチを構成でき、光MDF等として使用できる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、ユニット単位
で多心マトリクス光ファイバスイッチが構成されている
ので、組立性に優れ、任意のユニットが取り外せるので
修理や保守が容易であり、必要により、設備の増減もで
きる。

また、構造的に余長処理部は不要となり、可動部が消
去された分だけ信頼性が向上する。

さらに、コネクタと同様に、低挿入損と安定した伝送
特性が得られ、実用的多心マトリクス光ファイバスイッ
チを構成でき、例えば光MDFに適用すると効果的であ
る。

さらにまた、マトリクスサイズが大きくなっても、損
失増等の問題が発生することがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る多心マトリクス光ファイバスイッ
チを構成する１ユニットの一実施例を示す斜視図、第２
図は従来の多心マトリクス光ファイバスイッチの概略
図、第３図は第１図に示すユニットを複数個用いて構成
した多心マトリクス光ファイバスイッチの外観図、第４
図は本発明に係るフェルール位置決め駆動部の斜視図で
ある。 図中、1a,1b……光ファイバ心線、2a,2b……フェルー
ル、10……ユニット、11……フェルール従動機構、12…
…仕切り板、20−1,20−２……フェルール位置決め駆動
部、100……スイッチケーシング、101,102……ユニット
群。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】それぞれフェルールによって端末形成され
   た端面同士を対向配置した二つの光ファイバ心線群のう
   ち、一方の光ファイバ心線群のフェルールをマトリクス
   の行方向に位置決めする一方のフェルール位置決め機構
   と、これと対向する他方の光ファイバ心線群のフェルー
   ルを前記マトリクスの列方向に位置決めする他方のフェ
   ルール位置決め機構とを備えた多心マトリクス光ファイ
   バスイッチにおいて、 前記各フェルール位置決め機構は、フェルールを行また
   は列方向に移動させるフェルール従動機構と、隣接する
   光ファイバ心線同士を分離する仕切り板とを有すると共
   に、 各フェルール位置決め機構を１ユニットとしてこれらを
   複数個積層してなり、フェルール端面同士が互いに対向
   し、かつ、フェルール移動方向が互いに直交するように
   配置した２つのユニット群と、 一のユニット毎にユニット外部から前記フェルール従動
   機構に駆動力を与え、フェルールを行あるいは列方向に
   移動させて任意の突合せ位置に位置決めし、かつ、ユニ
   ット全体またはユニットの一部を突合せ方向に移動させ
   てフェルールを抜き差しするフェルール位置決め駆動部
   とを設けた ことを特徴とする多心マトリクス光ファイバスイッチ。