JP3062881B2 - 光スイッチ - Google Patents
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- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/35—Optical coupling means having switching means
- G02B6/3502—Optical coupling means having switching means involving direct waveguide displacement, e.g. cantilever type waveguide displacement involving waveguide bending, or displacing an interposed waveguide between stationary waveguides
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- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/35—Optical coupling means having switching means
- G02B6/354—Switching arrangements, i.e. number of input/output ports and interconnection types
- G02B6/3544—2D constellations, i.e. with switching elements and switched beams located in a plane
- G02B6/3548—1xN switch, i.e. one input and a selectable single output of N possible outputs
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- G02B6/3568—Mechanical details of the actuation mechanism associated with the moving element or mounting mechanism details characterised by the actuating force
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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- G02B6/3632—Mechanical coupling means for mounting fibres to supporting carriers characterised by the cross-sectional shape of the mechanical coupling means
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- G02B6/3648—Supporting carriers of a microbench type, i.e. with micromachined additional mechanical structures
- G02B6/3652—Supporting carriers of a microbench type, i.e. with micromachined additional mechanical structures the additional structures being prepositioning mounting areas, allowing only movement in one dimension, e.g. grooves, trenches or vias in the microbench surface, i.e. self aligning supporting carriers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
- Mechanical Coupling Of Light Guides (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光スイッチに係り、
特に、光通信装置や光伝送装置などに用いるのに好適な
光スイッチに関する。
特に、光通信装置や光伝送装置などに用いるのに好適な
光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】光路を切り換えるための光スイッチとし
ては、電気的に光路の屈折率や位相を変化させて光の進
行方向を切り換える方式のものや、機械的に光路を移動
させて光の進行方向を切り換える方式のものなどが開発
されている。この中で、機械式の光スイッチは、光の結
合損失が小さく、伝搬する光の波長依存性がほとんど無
く、さらに、電源を切断した後でも、光の結合状態を切
断前の状態に保持できるという自己保持性を持っている
ことから、光通信装置や光伝送装置等の中でよく用いら
れている。
ては、電気的に光路の屈折率や位相を変化させて光の進
行方向を切り換える方式のものや、機械的に光路を移動
させて光の進行方向を切り換える方式のものなどが開発
されている。この中で、機械式の光スイッチは、光の結
合損失が小さく、伝搬する光の波長依存性がほとんど無
く、さらに、電源を切断した後でも、光の結合状態を切
断前の状態に保持できるという自己保持性を持っている
ことから、光通信装置や光伝送装置等の中でよく用いら
れている。
【０００３】特開平６−２０８０６２号公報に記載され
ている機械式の光スイッチは、弾性変形する可動光ファ
イバと、これに対向する位置に保持されている２本の固
定光ファイバと、可動光ファイバを固定光ファイバに対
し相対運動させる電磁アクチュエータと、可動光ファイ
バを固定光ファイバに位置決めするための位置決め部材
とからなっている。そして、可動光ファイバの先端と固
定光ファイバの先端は、相対運動時にぶつからないよう
に隙間を設けた状態で、光ファイバ固定部材の中に挿入
され保持されている。電磁アクチュエータは、可動光フ
ァイバの周囲を覆うコイルと、可動光ファイバに挿入さ
れた可動部用軟磁性部材と、コイルの外側に固定された
永久磁石とからなっている。可動部用軟磁性部材を永久
磁石を使って保持したり、コイルと組み合わせて保持位
置を切り替えることで、光の切り替え機能と自己保持機
能を実現している。
ている機械式の光スイッチは、弾性変形する可動光ファ
イバと、これに対向する位置に保持されている２本の固
定光ファイバと、可動光ファイバを固定光ファイバに対
し相対運動させる電磁アクチュエータと、可動光ファイ
バを固定光ファイバに位置決めするための位置決め部材
とからなっている。そして、可動光ファイバの先端と固
定光ファイバの先端は、相対運動時にぶつからないよう
に隙間を設けた状態で、光ファイバ固定部材の中に挿入
され保持されている。電磁アクチュエータは、可動光フ
ァイバの周囲を覆うコイルと、可動光ファイバに挿入さ
れた可動部用軟磁性部材と、コイルの外側に固定された
永久磁石とからなっている。可動部用軟磁性部材を永久
磁石を使って保持したり、コイルと組み合わせて保持位
置を切り替えることで、光の切り替え機能と自己保持機
能を実現している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光スイッチでは、可動光ファイバを動かすための電磁ア
クチュエータが大きいため、光スイッチの形態が大きく
なり、また、部品数も増えるという問題があった。
光スイッチでは、可動光ファイバを動かすための電磁ア
クチュエータが大きいため、光スイッチの形態が大きく
なり、また、部品数も増えるという問題があった。
【０００５】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、可動光ファイバを動かすための電磁アクチュエ
ータを小型化して、より小型の光スイッチを提供するこ
とを目的とする。
であり、可動光ファイバを動かすための電磁アクチュエ
ータを小型化して、より小型の光スイッチを提供するこ
とを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、Ｎ本（Ｎは１以上の整数）の可動光ファイ
バの先端に固定された可動光ファイバ保持部材と、可動
光ファイバ保持部材に対向する位置に固定された固定光
ファイバ固定部材と、固定光ファイバ固定部材に固定さ
れたM本（Mは１以上の整数）の固定光ファイバと、可動
光ファイバ保持部材を固定光ファイバ固定部材に対して
相対運動させるためのアクチュエータと、可動光ファイ
バを前記固定光ファイバに対し位置決めする手段とを有
する光スイッチにおいて、可動光ファイバ保持部材を軟
磁性を有するセラミックを用いて形成する。そして、ア
クチュエータは、永久磁石と、可動光ファイバ保持部材
を相対運動方向から挟んで対向配置された第1と第2のヨ
ークと、永久磁石と可動光ファイバ保持部材と第１のヨ
ークとを通って形成された第１の磁束の経路と、永久磁
石と可動光ファイバ保持部材と第２のヨークとを通って
形成された第２の磁束の経路と、第１と第２の磁束の各
経路に配置された第１と第２のコイルとを備えてなるこ
とを特徴とするものである。本構成によれば、可動光フ
ァイバ保持部材そのものを、アクチュエータの一部とし
て活用できるので、従来のように、非磁性のセラミック
製の可動光アクチュエータ保持部材に、別部材として取
り付けていた鉄などの磁性部材を省略できるから、アク
チュエータを小型化することができる。
成するため、Ｎ本（Ｎは１以上の整数）の可動光ファイ
バの先端に固定された可動光ファイバ保持部材と、可動
光ファイバ保持部材に対向する位置に固定された固定光
ファイバ固定部材と、固定光ファイバ固定部材に固定さ
れたM本（Mは１以上の整数）の固定光ファイバと、可動
光ファイバ保持部材を固定光ファイバ固定部材に対して
相対運動させるためのアクチュエータと、可動光ファイ
バを前記固定光ファイバに対し位置決めする手段とを有
する光スイッチにおいて、可動光ファイバ保持部材を軟
磁性を有するセラミックを用いて形成する。そして、ア
クチュエータは、永久磁石と、可動光ファイバ保持部材
を相対運動方向から挟んで対向配置された第1と第2のヨ
ークと、永久磁石と可動光ファイバ保持部材と第１のヨ
ークとを通って形成された第１の磁束の経路と、永久磁
石と可動光ファイバ保持部材と第２のヨークとを通って
形成された第２の磁束の経路と、第１と第２の磁束の各
経路に配置された第１と第２のコイルとを備えてなるこ
とを特徴とするものである。本構成によれば、可動光フ
ァイバ保持部材そのものを、アクチュエータの一部とし
て活用できるので、従来のように、非磁性のセラミック
製の可動光アクチュエータ保持部材に、別部材として取
り付けていた鉄などの磁性部材を省略できるから、アク
チュエータを小型化することができる。
【０００７】また、上記の場合において、固定光ファイ
バ固定部材も軟磁性を有するセラミックを用いて形成す
ることができる。この場合、アクチュエータは、可動光
ファイバ保持部材を相対運動方向から挟んで対向配置さ
れた第1と第2のヨークと、固定光ファイバ固定部材に固
定された永久磁石と、永久磁石と固定光ファイバ固定部
材と可動光ファイバ保持部材と第１のヨークとを通って
形成された第１の磁束の経路と、永久磁石と固定光ファ
イバ固定部材と可動光ファイバ保持部材と第２のヨーク
とを通って形成された第２の磁束の経路と、第１と第２
の磁束の各経路に配置された第１と第２のコイルとを備
えて構成する。本構成によれば、固定光ファイバ固定部
材と可動光ファイバ保持部材とのいずれもが軟磁性材料
であるので、磁力の作用面積が増大し、可動光ファイバ
保持部材に対する駆動力が向上する。
バ固定部材も軟磁性を有するセラミックを用いて形成す
ることができる。この場合、アクチュエータは、可動光
ファイバ保持部材を相対運動方向から挟んで対向配置さ
れた第1と第2のヨークと、固定光ファイバ固定部材に固
定された永久磁石と、永久磁石と固定光ファイバ固定部
材と可動光ファイバ保持部材と第１のヨークとを通って
形成された第１の磁束の経路と、永久磁石と固定光ファ
イバ固定部材と可動光ファイバ保持部材と第２のヨーク
とを通って形成された第２の磁束の経路と、第１と第２
の磁束の各経路に配置された第１と第２のコイルとを備
えて構成する。本構成によれば、固定光ファイバ固定部
材と可動光ファイバ保持部材とのいずれもが軟磁性材料
であるので、磁力の作用面積が増大し、可動光ファイバ
保持部材に対する駆動力が向上する。
【０００８】また、上記の場合において、軟磁性を有す
るセラミックとして、鉄、マンガンおよび亜鉛を主成分
とする酸化物フェライト磁性材料を用いることを特徴と
する。これによば、加工性が良く、また、熱膨張係数が
小さいので、高精度な製品が得られる。また、これに代
えて、軟磁性を有するセラミックとして、単結晶フェラ
イトを用いることができる。これによれば、加工精度の
良い材料を、比較的低コストで得られる。
るセラミックとして、鉄、マンガンおよび亜鉛を主成分
とする酸化物フェライト磁性材料を用いることを特徴と
する。これによば、加工性が良く、また、熱膨張係数が
小さいので、高精度な製品が得られる。また、これに代
えて、軟磁性を有するセラミックとして、単結晶フェラ
イトを用いることができる。これによれば、加工精度の
良い材料を、比較的低コストで得られる。
【０００９】また、上記のアクチュエータに代えて、前
記固定光ファイバ固定部材および前記可動光ファイバ保
持部材と、前記可動光ファイバ保持部材を両側からはさ
むように配置されたヨークと、前記固定光ファイバ固定
部材の側面に配置された永久磁石と、前記ヨークと前記
永久磁石をつなぐようにコアが配置されたコイルと、か
らなることを特徴とするものである。本構成によれば、
アクチュエータの構成をコンパクトにできるので、小型
の光スイッチを得られる。
記固定光ファイバ固定部材および前記可動光ファイバ保
持部材と、前記可動光ファイバ保持部材を両側からはさ
むように配置されたヨークと、前記固定光ファイバ固定
部材の側面に配置された永久磁石と、前記ヨークと前記
永久磁石をつなぐようにコアが配置されたコイルと、か
らなることを特徴とするものである。本構成によれば、
アクチュエータの構成をコンパクトにできるので、小型
の光スイッチを得られる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を用いて説明する。図１、図２、図３は、本発明の第
１の実施形態である光スイッチの構造を示す図である。
図１は光スイッチの機能部分の上面図、図２は光スイッ
チの機能部分の断面図、図３は光スイッチの動作状態の
一例を示す上面図である。
面を用いて説明する。図１、図２、図３は、本発明の第
１の実施形態である光スイッチの構造を示す図である。
図１は光スイッチの機能部分の上面図、図２は光スイッ
チの機能部分の断面図、図３は光スイッチの動作状態の
一例を示す上面図である。
【００１１】これらの図に示すように、光路の切り替え
を行うための２本の可動光ファイバ２０ａ、２０ｂは、
軟磁性セラミック製の可動光ファイバ固定部材３１と、
同じく軟磁性セラミック製の可動光ファイバ保持部材３
０とにより支持されている。本実施形態では、軟磁性セ
ラミックとして飽和磁束密度４,７００Ｇ、１ｋＨｚに
おける透磁率１,５００、熱膨張係数１１５×１０~ 7／
℃のマンガン・亜鉛フェライトを用いた。
を行うための２本の可動光ファイバ２０ａ、２０ｂは、
軟磁性セラミック製の可動光ファイバ固定部材３１と、
同じく軟磁性セラミック製の可動光ファイバ保持部材３
０とにより支持されている。本実施形態では、軟磁性セ
ラミックとして飽和磁束密度４,７００Ｇ、１ｋＨｚに
おける透磁率１,５００、熱膨張係数１１５×１０~ 7／
℃のマンガン・亜鉛フェライトを用いた。
【００１２】図２（ａ）にＡ断面の光ファイバ支持方法
を示す。可動光ファイバ保持部材３０の上面には、２個
のＶ字状の溝が形成されており、２本の可動光ファイバ
２０ａと２０ｂは、このＶ字状溝と、可動光ファイバ保
持部材３０の上に固定されるガラス製の押さえ板３０ａ
とに挟まれる形で支持される。このＶ字状溝は、ダイシ
ングにより高精度に形成される。可動光ファイバ２０
ａ、２０ｂが、可動光ファイバ固定部材３１に支持され
る形態もこれと同じである。可動光ファイバ固定部材３
１は、可動光ファイバ２０ａ、２０ｂの途中を支持して
おり、ステンレススチール製の基板１０に固定されてい
る。一方、可動光ファイバ保持部材３０は、可動光ファ
イバ２０ａ、２０ｂの先端付近を支持し、基板１０には
固定されていない。
を示す。可動光ファイバ保持部材３０の上面には、２個
のＶ字状の溝が形成されており、２本の可動光ファイバ
２０ａと２０ｂは、このＶ字状溝と、可動光ファイバ保
持部材３０の上に固定されるガラス製の押さえ板３０ａ
とに挟まれる形で支持される。このＶ字状溝は、ダイシ
ングにより高精度に形成される。可動光ファイバ２０
ａ、２０ｂが、可動光ファイバ固定部材３１に支持され
る形態もこれと同じである。可動光ファイバ固定部材３
１は、可動光ファイバ２０ａ、２０ｂの途中を支持して
おり、ステンレススチール製の基板１０に固定されてい
る。一方、可動光ファイバ保持部材３０は、可動光ファ
イバ２０ａ、２０ｂの先端付近を支持し、基板１０には
固定されていない。
【００１３】本実施形態では、可動光ファイバ保持部材
３０が位置する部分の基板１０には、孔１１が形成され
ており、可動光ファイバ保持部材と基板１０とが接触し
ないような構造になっている。基板１０上で可動光ファ
イバ保持部材３０に対向する位置には、軟磁性セラミッ
ク製の固定光ファイバ固定部材３２が固定してある。固
定光ファイバ固定部材３２には、固定光ファイバ２１
ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの先端付近が、前記した可
動光ファイバ２０ａ、２０ｂの先端と対向するように支
持されている。
３０が位置する部分の基板１０には、孔１１が形成され
ており、可動光ファイバ保持部材と基板１０とが接触し
ないような構造になっている。基板１０上で可動光ファ
イバ保持部材３０に対向する位置には、軟磁性セラミッ
ク製の固定光ファイバ固定部材３２が固定してある。固
定光ファイバ固定部材３２には、固定光ファイバ２１
ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの先端付近が、前記した可
動光ファイバ２０ａ、２０ｂの先端と対向するように支
持されている。
【００１４】図２（ｂ）にＢ断面の光ファイバ支持方法
を示す。固定光ファイバ固定部材３２の上面には、４個
のＶ字状の溝が形成されており、４本の固定光ファイバ
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄは、このＶ字状溝と、
固定光ファイバ固定部材３２の上に固定されるガラス製
の押さえ板３２ａとに挟まれる形で支持される。可動光
ファイバ固定部材３１と固定光ファイバ固定部材３２と
は、可動光ファイバと固定光ファイバが平行になるよう
に基板１０に固定される。なお、これらの光ファイバの
向きをＸ軸、それに直交する向きをＹ軸とする。
を示す。固定光ファイバ固定部材３２の上面には、４個
のＶ字状の溝が形成されており、４本の固定光ファイバ
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄは、このＶ字状溝と、
固定光ファイバ固定部材３２の上に固定されるガラス製
の押さえ板３２ａとに挟まれる形で支持される。可動光
ファイバ固定部材３１と固定光ファイバ固定部材３２と
は、可動光ファイバと固定光ファイバが平行になるよう
に基板１０に固定される。なお、これらの光ファイバの
向きをＸ軸、それに直交する向きをＹ軸とする。
【００１５】固定光ファイバ固定部材３２には、超硬質
金属製の位置決めピン４０ａ、４０ｂが固定されてお
り、この２本の位置決めピンは、可動光ファイバ保持部
材３０に形成された位置決め用台形溝４１ａ、４１ｂの
中に挿入されている。位置決めピン４０ａ、４０ｂを固
定光ファイバ固定部材３２に固定する方法は、固定光フ
ァイバを固定光ファイバ固定部材に固定する方法と同じ
である。すなわち、図２のＢ断面に示したように、固定
光ファイバ固定部材３２の上面に形成されたＶ字状溝
と、固定光ファイバ固定部材の上に固定された押さえ板
３２ａとに挟まれる形で固定される。
金属製の位置決めピン４０ａ、４０ｂが固定されてお
り、この２本の位置決めピンは、可動光ファイバ保持部
材３０に形成された位置決め用台形溝４１ａ、４１ｂの
中に挿入されている。位置決めピン４０ａ、４０ｂを固
定光ファイバ固定部材３２に固定する方法は、固定光フ
ァイバを固定光ファイバ固定部材に固定する方法と同じ
である。すなわち、図２のＢ断面に示したように、固定
光ファイバ固定部材３２の上面に形成されたＶ字状溝
と、固定光ファイバ固定部材の上に固定された押さえ板
３２ａとに挟まれる形で固定される。
【００１６】次に、図２（ａ）のＡ断面を用いて、位置
決めピン４０ａ、４０ｂが位置決め用台形溝４１ａ、４
１ｂに挿入された状態を説明する。可動光ファイバ保持
部材３０の上面には、位置決め用台形溝４１ａ、４１ｂ
が形成されており、可動光ファイバ保持部材３０の上に
固定された押さえ板３０ａによって、可動光ファイバ保
持部材３０と押さえ板３０ａとの間に台形状の空間が形
成される。位置決めピン４０ａ、４０ｂは、この台形状
の空間に挿入されており、左右に移動することが可能で
ある。これら位置決めピンや位置決め用台形溝は、可動
光ファイバを固定光ファイバに対し位置決めするための
機構である。なお、位置決めの機構については、図３を
用いて後で説明する。
決めピン４０ａ、４０ｂが位置決め用台形溝４１ａ、４
１ｂに挿入された状態を説明する。可動光ファイバ保持
部材３０の上面には、位置決め用台形溝４１ａ、４１ｂ
が形成されており、可動光ファイバ保持部材３０の上に
固定された押さえ板３０ａによって、可動光ファイバ保
持部材３０と押さえ板３０ａとの間に台形状の空間が形
成される。位置決めピン４０ａ、４０ｂは、この台形状
の空間に挿入されており、左右に移動することが可能で
ある。これら位置決めピンや位置決め用台形溝は、可動
光ファイバを固定光ファイバに対し位置決めするための
機構である。なお、位置決めの機構については、図３を
用いて後で説明する。
【００１７】基板１０には、軟磁性鉄製のヨーク５０
ａ、５０ｂが、可動光ファイバ保持部材３０を両側から
挟むように固定される。また、固定光ファイバ固定部材
３２の側面には、ネオジウム−鉄−ボロンの化合物から
なる永久磁石５２が固定されている。さらに、ヨーク５
０ａの上には、ヨーク５０ａと永久磁石５２とをつなぐ
ように、軟磁性鉄製のコア５０ｃが配置されたコイル５
１ａが固定され、また、ヨーク５０ｂの上には、ヨーク
５０ｂと永久磁石５２とをつなぐように、軟磁性鉄製の
コア５０ｄが配置されたコイル５１ｂが固定されてい
る。なお、本実施形態では、永久磁石５２とコア５０
ｃ、５０ｄとの間に、長さ調整用の軟磁性鉄製ヨーク５
０ｅが配置されている。
ａ、５０ｂが、可動光ファイバ保持部材３０を両側から
挟むように固定される。また、固定光ファイバ固定部材
３２の側面には、ネオジウム−鉄−ボロンの化合物から
なる永久磁石５２が固定されている。さらに、ヨーク５
０ａの上には、ヨーク５０ａと永久磁石５２とをつなぐ
ように、軟磁性鉄製のコア５０ｃが配置されたコイル５
１ａが固定され、また、ヨーク５０ｂの上には、ヨーク
５０ｂと永久磁石５２とをつなぐように、軟磁性鉄製の
コア５０ｄが配置されたコイル５１ｂが固定されてい
る。なお、本実施形態では、永久磁石５２とコア５０
ｃ、５０ｄとの間に、長さ調整用の軟磁性鉄製ヨーク５
０ｅが配置されている。
【００１８】図３は、本発明の第１の実施形態である光
スイッチの動作状態の一例を示す上面図である。可動光
ファイバ保持部材３０をヨーク５０ａと５０ｂとが交互
に吸引することで、可動光ファイバ保持部材をＹ軸方向
に変位させる。本図は、可動光ファイバ保持部材３０が
ヨーク５０ａに吸引された状態を示している。可動光フ
ァイバ２０ａ、２０ｂと可動光ファイバ保持部材３０と
可動光ファイバ固定部材３１とで構成される部分は、可
動光ファイバを弾性部とする平行板バネ構造になってお
り、可動光ファイバ保持部材３０が、ヨーク５０ａまた
は５０ｂによってＹ軸方向に変位したとき、可動光ファ
イバの先端部は常にＸ軸に平行な方向を向くようになっ
ている。
スイッチの動作状態の一例を示す上面図である。可動光
ファイバ保持部材３０をヨーク５０ａと５０ｂとが交互
に吸引することで、可動光ファイバ保持部材をＹ軸方向
に変位させる。本図は、可動光ファイバ保持部材３０が
ヨーク５０ａに吸引された状態を示している。可動光フ
ァイバ２０ａ、２０ｂと可動光ファイバ保持部材３０と
可動光ファイバ固定部材３１とで構成される部分は、可
動光ファイバを弾性部とする平行板バネ構造になってお
り、可動光ファイバ保持部材３０が、ヨーク５０ａまた
は５０ｂによってＹ軸方向に変位したとき、可動光ファ
イバの先端部は常にＸ軸に平行な方向を向くようになっ
ている。
【００１９】可動光ファイバ保持部材３０の、固定光フ
ァイバ固定部材３２に対する相対的な位置決めは、固定
光ファイバ固定部材内の位置決めピン４０ａ、４０ｂ
を、可動光ファイバ保持部材内の台形溝４１ａ、４１ｂ
の斜面につき当てることで行う。図３で示した状態で
は、可動光ファイバ２０ａは固定光ファイバ２１ａに結
合し、可動光ファイバ２０ｂは固定光ファイバ２１ｃに
結合している。図示はしていないが、可動光ファイバ保
持部材３０が、ヨーク５０ｂに吸引されている場合は、
可動光ファイバ２０ａは固定光ファイバ２１ｂに、可動
光ファイバ２０ｂは固定光ファイバ２１ｄにそれぞれ結
合する。すでに述べたように、動作状態において可動光
ファイバの先端と固定光ファイバは常に平行に保たれて
おり、さらに、位置決めピンと位置決め用台形溝とによ
り高精度に位置決めされるので、可動光ファイバと固定
光ファイバとの結合部における光の損失は、きわめて低
いレベルに抑えられている。
ァイバ固定部材３２に対する相対的な位置決めは、固定
光ファイバ固定部材内の位置決めピン４０ａ、４０ｂ
を、可動光ファイバ保持部材内の台形溝４１ａ、４１ｂ
の斜面につき当てることで行う。図３で示した状態で
は、可動光ファイバ２０ａは固定光ファイバ２１ａに結
合し、可動光ファイバ２０ｂは固定光ファイバ２１ｃに
結合している。図示はしていないが、可動光ファイバ保
持部材３０が、ヨーク５０ｂに吸引されている場合は、
可動光ファイバ２０ａは固定光ファイバ２１ｂに、可動
光ファイバ２０ｂは固定光ファイバ２１ｄにそれぞれ結
合する。すでに述べたように、動作状態において可動光
ファイバの先端と固定光ファイバは常に平行に保たれて
おり、さらに、位置決めピンと位置決め用台形溝とによ
り高精度に位置決めされるので、可動光ファイバと固定
光ファイバとの結合部における光の損失は、きわめて低
いレベルに抑えられている。
【００２０】次に、図４を用いて、本実施形態の光スイ
ッチにおけるアクチュエータの動作について説明する。
図４では、アクチュエータを構成する各要素と、そこに
流れる磁束の流れを矢印で示している。図４（ａ）は、
可動光ファイバ保持部材３０が、ヨーク５０ａに吸引さ
れて保持されている状態（状態Ａとする）を示す。永久
磁石５２が作る磁束は、軟磁性のセラミック製の固定光
ファイバ固定部材３２を通って、同じく軟磁性のセラミ
ック製の可動光ファイバ保持部材３０に至り、さらに、
軟磁性鉄製ヨーク５０ａに達した後、今度は軟磁性鉄製
コア５０ｃを通ってコイル５１ａの中を通過し、最後に
長さ調整用の軟磁性鉄製ヨークを５０ｅを経て、再び永
久磁石５２に戻る経路をたどる。この状態では、コイル
に電流を流さなくても、可動光ファイバ保持部材３０
は、ヨーク５０ａ側に保持され、先に述べた光ファイバ
どうしの結合が得られる。
ッチにおけるアクチュエータの動作について説明する。
図４では、アクチュエータを構成する各要素と、そこに
流れる磁束の流れを矢印で示している。図４（ａ）は、
可動光ファイバ保持部材３０が、ヨーク５０ａに吸引さ
れて保持されている状態（状態Ａとする）を示す。永久
磁石５２が作る磁束は、軟磁性のセラミック製の固定光
ファイバ固定部材３２を通って、同じく軟磁性のセラミ
ック製の可動光ファイバ保持部材３０に至り、さらに、
軟磁性鉄製ヨーク５０ａに達した後、今度は軟磁性鉄製
コア５０ｃを通ってコイル５１ａの中を通過し、最後に
長さ調整用の軟磁性鉄製ヨークを５０ｅを経て、再び永
久磁石５２に戻る経路をたどる。この状態では、コイル
に電流を流さなくても、可動光ファイバ保持部材３０
は、ヨーク５０ａ側に保持され、先に述べた光ファイバ
どうしの結合が得られる。
【００２１】図４（ｃ）は、可動光ファイバ保持部材３
０が、ヨーク５０ｂに吸引されて保持されている状態
（状態Ｂとする）を示す。磁束の流れは状態Ａの場合と
対称になり、永久磁石５２が作る磁束は、固定光ファイ
バ固定部材３２を通って、可動光ファイバ保持部材３０
に至り、さらに、ヨーク５０ｂに達した後、今度は軟磁
性鉄製コア５０ｄを通ってコイル５１ｂの中を通過し、
最後に長さ調整用のヨークを５０ｅを経て、再び永久磁
石５２に戻る経路をたどる。この状態でも、可動光ファ
イバ保持部材は、無通電でヨーク５０ｂ側に保持され、
先に述べた光ファイバどうしの結合が得られる。
０が、ヨーク５０ｂに吸引されて保持されている状態
（状態Ｂとする）を示す。磁束の流れは状態Ａの場合と
対称になり、永久磁石５２が作る磁束は、固定光ファイ
バ固定部材３２を通って、可動光ファイバ保持部材３０
に至り、さらに、ヨーク５０ｂに達した後、今度は軟磁
性鉄製コア５０ｄを通ってコイル５１ｂの中を通過し、
最後に長さ調整用のヨークを５０ｅを経て、再び永久磁
石５２に戻る経路をたどる。この状態でも、可動光ファ
イバ保持部材は、無通電でヨーク５０ｂ側に保持され、
先に述べた光ファイバどうしの結合が得られる。
【００２２】図４（ｂ）は、状態Ａから状態Ｂへの移行
状態を示す。このときは、コイル５１ａにコア５０ｃを
流れる磁束を打ち消すように電流を流し、逆に、コイル
５１ｂにコア５０ｄを流れる磁束を強めるように電流を
流す。このように電流を流すことで、永久磁石からヨー
ク５０ａ側に流れていた磁束が、ヨーク５０ｂ側に切り
替わり、可動光ファイバ保持部材３０が、ヨーク５０ａ
側からヨーク５０ｂ側に移動する。これにより、光ファ
イバの結合状態が切り替わることになる。
状態を示す。このときは、コイル５１ａにコア５０ｃを
流れる磁束を打ち消すように電流を流し、逆に、コイル
５１ｂにコア５０ｄを流れる磁束を強めるように電流を
流す。このように電流を流すことで、永久磁石からヨー
ク５０ａ側に流れていた磁束が、ヨーク５０ｂ側に切り
替わり、可動光ファイバ保持部材３０が、ヨーク５０ａ
側からヨーク５０ｂ側に移動する。これにより、光ファ
イバの結合状態が切り替わることになる。
【００２３】本実施形態では、前記したフェライトで固
定光ファイバ固定部材および可動光ファイバ保持部材を
作成し、図４に示した状態Ａから状態Ｂへ移行させたと
ころ、コイルに５０ｍＡの電流を流すだけで、１０ｍse
c以下の高速で切り替えが可能であった。このように、
本実施形態の光スイッチは、光ファイバを固定するため
の光ファイバ固定部材が、光ファイバの結合状態を切り
替えるためのアクチュエータとしても活用されているた
め、それぞれを別の部材で構成する必要がなく、光スイ
ッチの大きさを小型化できる効果がある。
定光ファイバ固定部材および可動光ファイバ保持部材を
作成し、図４に示した状態Ａから状態Ｂへ移行させたと
ころ、コイルに５０ｍＡの電流を流すだけで、１０ｍse
c以下の高速で切り替えが可能であった。このように、
本実施形態の光スイッチは、光ファイバを固定するため
の光ファイバ固定部材が、光ファイバの結合状態を切り
替えるためのアクチュエータとしても活用されているた
め、それぞれを別の部材で構成する必要がなく、光スイ
ッチの大きさを小型化できる効果がある。
【００２４】なお、本実施形態では、可動光ファイバ保
持部材や固定光ファイバ固定部材の材料として、マンガ
ン・亜鉛フェライトを用いているが、広く軟磁性のセラ
ミックを用いることが可能である。これらの材料は、高
精度な加工が可能で、かつ、熱膨張係数が軟磁性の金属
材料よりも光ファイバの材料であるガラスに近いため、
信頼性の高い光スイッチを提供することができる。ま
た、前記固定部材および保持部材は同一の熱膨張係数を
有するので、環境温度が変化した際にも可動側と固定側
のファイバの位置ずれがない。前述の１１５×１０~ 7
／ ℃のフェライトを用いて、環境温度−２０℃〜＋８
０℃の間で透過光の損失を測定したところ、−０.５ d
Ｂと僅かの損失で安定していた。このように固定側と可
動側の両方の部材に、軟磁性セラミック材料を用いるこ
とにより、高性能のスイッチを構成できる。なお、軟磁
性材料の特性としては、飽和磁束密度が３,０００Ｇ以
上有れば、ヨークへの吸引が可能である。
持部材や固定光ファイバ固定部材の材料として、マンガ
ン・亜鉛フェライトを用いているが、広く軟磁性のセラ
ミックを用いることが可能である。これらの材料は、高
精度な加工が可能で、かつ、熱膨張係数が軟磁性の金属
材料よりも光ファイバの材料であるガラスに近いため、
信頼性の高い光スイッチを提供することができる。ま
た、前記固定部材および保持部材は同一の熱膨張係数を
有するので、環境温度が変化した際にも可動側と固定側
のファイバの位置ずれがない。前述の１１５×１０~ 7
／ ℃のフェライトを用いて、環境温度−２０℃〜＋８
０℃の間で透過光の損失を測定したところ、−０.５ d
Ｂと僅かの損失で安定していた。このように固定側と可
動側の両方の部材に、軟磁性セラミック材料を用いるこ
とにより、高性能のスイッチを構成できる。なお、軟磁
性材料の特性としては、飽和磁束密度が３,０００Ｇ以
上有れば、ヨークへの吸引が可能である。
【００２５】また、本実施形態では、押さえ板としてガ
ラスの板を用いているが、熱膨張係数を同じにする意味
で、押さえ板も軟磁性セラミックで作成しても良い。ま
た、本実施形態では、可動光ファイバ保持部材の位置決
めに、位置決めピンと台形状の溝を用いているが、四角
形状の溝でも同じ効果が得られる。可動光ファイバ保持
部材と押さえ板の両方にＶ字状溝を形成し、それらを張
り合わせることで、四角形状の溝を作っても良い。ま
た、本実施形態では、固定光ファイバ固定部材や可動光
ファイバ固定部材を基板に固定しているが、筒状の部材
の中に挿入し固定してもよい。また、本実施形態では、
固定光ファイバ固定部材や可動光ファイバ保持部材を軟
磁性のセラミック材料で作成したが、これらをシリコン
やガラスのような非磁性の材料で作成し、押さえ板を軟
磁性のセラミックで作成してもよい。また、本実施形態
では、固定光ファイバ固定部材や、可動光ファイバ保持
部材のＶ字状溝の形成をダイシングによって行っていた
が、エッチングにより行うこともできる。
ラスの板を用いているが、熱膨張係数を同じにする意味
で、押さえ板も軟磁性セラミックで作成しても良い。ま
た、本実施形態では、可動光ファイバ保持部材の位置決
めに、位置決めピンと台形状の溝を用いているが、四角
形状の溝でも同じ効果が得られる。可動光ファイバ保持
部材と押さえ板の両方にＶ字状溝を形成し、それらを張
り合わせることで、四角形状の溝を作っても良い。ま
た、本実施形態では、固定光ファイバ固定部材や可動光
ファイバ固定部材を基板に固定しているが、筒状の部材
の中に挿入し固定してもよい。また、本実施形態では、
固定光ファイバ固定部材や可動光ファイバ保持部材を軟
磁性のセラミック材料で作成したが、これらをシリコン
やガラスのような非磁性の材料で作成し、押さえ板を軟
磁性のセラミックで作成してもよい。また、本実施形態
では、固定光ファイバ固定部材や、可動光ファイバ保持
部材のＶ字状溝の形成をダイシングによって行っていた
が、エッチングにより行うこともできる。
【００２６】最後に、図５に、本実施形態の光スイッチ
の応用例を示す。固定光ファイバ２１ａと２１ｃを接続
しループを作ることで、図５（ｂ）に示すように、一つ
の光路２２上に新たな部品６０や、その他の装置（図示
せず）や光路（図示せず）を接続したり、また、図５
（ａ）に示すように、これらの接続した光路を切断した
りすることが容易に可能となる。
の応用例を示す。固定光ファイバ２１ａと２１ｃを接続
しループを作ることで、図５（ｂ）に示すように、一つ
の光路２２上に新たな部品６０や、その他の装置（図示
せず）や光路（図示せず）を接続したり、また、図５
（ａ）に示すように、これらの接続した光路を切断した
りすることが容易に可能となる。
【００２７】
【発明の効果】上述のとおり本発明によれば、少なくと
も可動光ファイバ保持部材そのもの、あるいは、それと
固定光ファイバ固定部材との両方を、軟磁性を有するセ
ラミックを用いて形成することによって、可動光ファイ
バを動かすための電磁アクチュエータの一部として活用
することができるので、より小型の光スイッチを提供す
ることができる。
も可動光ファイバ保持部材そのもの、あるいは、それと
固定光ファイバ固定部材との両方を、軟磁性を有するセ
ラミックを用いて形成することによって、可動光ファイ
バを動かすための電磁アクチュエータの一部として活用
することができるので、より小型の光スイッチを提供す
ることができる。
【図１】本発明の一実施形態を示す上面図である。
【図２】図１のＡおよびＢ断面を示す断面図である。
【図３】図１の例の一動作例を示す上面図である。
【図４】図１の例の動作状態を示す上面図である。
【図５】本発明の実施形態の応用例を示す構成図であ
る。
る。
１０ 基板 １１ 孔 ２０ａ、２０ｂ 可動光ファイバ ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ 固定光ファイバ ２２ 光路 ３０ 可動光ファイバ保持部材 ３０ａ 押さえ板 ３１ 可動光ファイバ固定部材 ３２ 固定光ファイバ固定部材 ３２ａ 押さえ板 ４０ａ、４０ｂ 位置決めピン ４１ａ、４１ｂ 位置決め用台形溝 ５０ａ、５０ｂ、５０ｅ ヨーク ５０ｃ、５０ｄ コア ５１ａ、５１ｂ コイル ５２ 永久磁石 ６０ 光部品
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 会田 泰生 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株式会社 日立製作所 情報通信事業部 内 (72)発明者 西山 俊一 埼玉県熊谷市三ヶ尻5200番地 日立金属 株式会社 磁性材料研究所内 (72)発明者 三田 正裕 埼玉県熊谷市三ヶ尻5200番地 日立金属 株式会社 磁性材料研究所内 (72)発明者 戸塚 芳治 東京都千代田区丸の内２丁目１番２号 日立金属株式会社 (72)発明者 仲手川 美樹 東京都千代田区丸の内２丁目１番２号 日立金属株式会社 (56)参考文献 特開 平11−119125（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−94817（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 26/00 - 26/08
Claims (5)
- 【請求項１】 Ｎ本（Ｎは１以上の整数）の可動光ファ
イバの先端に固定された可動光ファイバ保持部材と、前
記可動光ファイバ保持部材に対向する位置に固定された
固定光ファイバ固定部材と、前記固定光ファイバ固定部
材に固定されたM本（Mは１以上の整数）の固定光ファイ
バと、前記可動光ファイバ保持部材を前記固定光ファイ
バ固定部材に対して相対運動させるためのアクチュエー
タと、前記可動光ファイバを前記固定光ファイバに対し
位置決めする手段とを有する光スイッチにおいて、前記可動光ファイバ保持部材は、軟磁性を有するセラミ
ックを用いて形成され、 前記アクチュエータは、永久磁石と、前記可動光ファイ
バ保持部材を前記相対運動方向から挟んで対向配置され
た第1と第2のヨークと、前記永久磁石と前記可動光ファ
イバ保持部材と前記第１のヨークとを通って形成された
第１の磁束の経路と、前記永久磁石と前記可動光ファイ
バ保持部材と前記第２のヨークとを通って形成された第
２の磁束の経路と、第１と第２の磁束の各経路に配置さ
れた第１と第２のコイルとを備えてなる ことを特徴とす
る光スイッチ。 - 【請求項２】 Ｎ本（Ｎは１以上の整数）の可動光ファ
イバの先端に固定された可動光ファイバ保持部材と、前
記可動光ファイバ保持部材に対向する位置に固定された
固定光ファイバ固定部材と、前記固定光ファイバ固定部
材に固定されたM本（Mは１以上の整数）の固定光ファイ
バと、前記可動光ファイバ保持部材を前記固定光ファイ
バ固定部材に対して相対運動させるためのアクチュエー
タと、前記可動光ファイバを前記固定光ファイバに対し
位置決めする手段とを有する光スイッチにおいて、前記可動光ファイバ保持部材と前記固定光ファイバ固定
部材は、軟磁性を有するセラミックを用いて形成され、 前記アクチュエータは、前記可動光ファイバ保持部材を
前記相対運動方向から挟んで対向配置された第1と第2の
ヨークと、前記固定光ファイバ固定部材に固定された永
久磁石と、該永久磁石と前記固定光ファイバ固定部材と
前記可動光ファイバ保持部材と前記第１のヨークとを通
って形成された第１の磁束の経路と、前 記永久磁石と前
記固定光ファイバ固定部材と前記可動光ファイバ保持部
材と前記第２のヨークとを通って形成された第２の磁束
の経路と、第１と第２の磁束の各経路に配置された第１
と第２のコイルとを備えてなる ことを特徴とする光スイ
ッチ。 - 【請求項３】 請求項１または２に記載の光スイッチに
おいて、前記軟磁性を有するセラミックとして、鉄、マ
ンガンおよび亜鉛を主成分とする酸化物フェライト磁性
材料を用いたことを特徴とする光スイッチ。 - 【請求項４】 請求項１または２に記載の光スイッチに
おいて、前記軟磁性を有するセラミックとして、単結晶
フェライトを用いたことを特徴とする光スイッチ。 - 【請求項５】 Ｎ本（Ｎは１以上の整数）の可動光ファ
イバの先端に固定された可動光ファイバ保持部材と、前
記可動光ファイバ保持部材に対向する位置に固定された
固定光ファイバ固定部材と、前記固定光ファイバ固定部
材に固定されたM本（Mは１以上の整数）の固定光ファイ
バと、前記可動光ファイバ保持部材を前記固定光ファイ
バ固定部材に対して相対運動させるためのアクチュエー
タと、前記可動光ファイバを前記固定光ファイバに対し
位置決めする手段とを有する光スイッチにおいて、 前記アクチュエータは、前記固定光ファイバ固定部材お
よび前記可動光ファイバ保持部材と、前記可動光ファイ
バ保持部材を両側からはさむように配置されたヨーク
と、前記固定光ファイバ固定部材の側面に配置された永
久磁石と、前記ヨークと前記永久磁石をつなぐようにコ
アが配置されたコイルと、からなることを特徴とする光
スイッチ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10128993A JP3062881B2 (ja) | 1998-05-12 | 1998-05-12 | 光スイッチ |
| US09/306,991 US6169826B1 (en) | 1998-05-12 | 1999-05-07 | Optical switch |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10128993A JP3062881B2 (ja) | 1998-05-12 | 1998-05-12 | 光スイッチ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11326796A JPH11326796A (ja) | 1999-11-26 |
| JP3062881B2 true JP3062881B2 (ja) | 2000-07-12 |
Family
ID=14998487
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10128993A Expired - Fee Related JP3062881B2 (ja) | 1998-05-12 | 1998-05-12 | 光スイッチ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6169826B1 (ja) |
| JP (1) | JP3062881B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US6690847B2 (en) * | 2000-09-19 | 2004-02-10 | Newport Opticom, Inc. | Optical switching element having movable optically transmissive microstructure |
| KR20020048825A (ko) * | 2000-12-18 | 2002-06-24 | 이충국 | 2위치 안정성을 갖는 광스위치 |
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| TW539881B (en) | 2001-08-14 | 2003-07-01 | Dixon Internat Co Ltd | All-optical switching system and method thereof |
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|---|---|---|---|---|
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| JPH06208062A (ja) | 1993-01-11 | 1994-07-26 | Seiko Instr Inc | メカニカル光スイッチ |
| JPH10227986A (ja) | 1997-02-17 | 1998-08-25 | Hitachi Ltd | 光スイッチとその製造方法及び光スイッチを用いた光通信機器 |
| JPH10268212A (ja) | 1997-03-26 | 1998-10-09 | Hitachi Ltd | 光スイッチ |
| US6044186A (en) * | 1998-05-28 | 2000-03-28 | Lightwave Link | Fiber optic switching apparatus and method |
-
1998
- 1998-05-12 JP JP10128993A patent/JP3062881B2/ja not_active Expired - Fee Related
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1999
- 1999-05-07 US US09/306,991 patent/US6169826B1/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6549689B2 (en) | 2000-11-24 | 2003-04-15 | Hitachi Metals, Ltd. | Optical switch |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11326796A (ja) | 1999-11-26 |
| US6169826B1 (en) | 2001-01-02 |
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