JP3795117B2 - 光スイッチ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、屈折率整合液を満たした容器内において、光ファイバを接続切換する光スイッチ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光スイッチにあっては、近年、対応すべき心線数の増大に伴って、より多数の端子間の接続切替を効率良く行うことができる自動光スイッチの開発が求められている。
【０００３】
一般に、光スイッチは端子切換ばかりでなく、現用予備切換、伝送路網制御、光交換器等多くの用途に用いられる。このため、従来、多くの光スイッチが試験研究されてきた。それらは、光ファイバやプリズム等の光学素子を機械的に駆動して光路の切換を行う機械式光スイッチ形式、電気光学効果、磁気光学効果や音響光学効果を利用した非機械式光スイッチ形式等である。
機械式光スイッチの内、光ファイバを機械的に駆動する光スイッチは、接続損失が少なく、漏話損失も小さく、消光比が大きくとれる等の特徴があり、この光スイッチで問題となる切換応答時間が遅い点を改良することにより、優れた光スイッチを構成することが可能と考えられた。
【０００４】
このため、次のような方式の光スイッチの試作改良を進めた。すなわち、多数の光ファイバ間の接続替えを任意に行うため、多数の端子をなす固定側光ファイバの一つを識別し、移動側光ファイバと接続する１×Ｎスイッチとする。接続の方法には種々が考えられたが、接続を短時間で完了できるように、簡易に精度良く接続可能なＶ溝上の突き合わせ接続を採用することとした。
【０００５】
具体的には、多数の光ファイバを位置決め溝としてのＶ溝上に並行配列して固定させ、これらの固定側光ファイバより僅かに高い位置に接続用の移動側光ファイバを待機させ、この移動側光ファイバを接続対象の光ファイバの端面上に移動させ、移動側光ファイバの接続端部をＶ溝上に押し下げて接続する接続法とし、接続部に常に屈折率整合剤を介在させるため、装置全体を密閉して屈折率整合剤であるシリコンオイル中に浸潜しておくこととした。
【０００６】
図５は、上の具体案に従って、試作された接続装置を持つ光スイッチの概略図である。図４において、符号１０は光スイッチ装置である。本光スイッチ装置１０は、屈折率整合剤であるシリコンオイル１３を満たした容器１２内に収納されている。接続対象である複数の固定側光ファイバ１５は、外部から容器１２内に導入され、シリコンオイル１３液中に浸潜された位置決め用のＶ溝を有する支持台１４上に位置決めされて並行配列し固定されている。一方、移動側光ファイバ１６は移動台２０上に載置され、前記固定側光ファイバの端面の直上に、その先端面が待機されるように保持されている。
【０００７】
移動台２０は、レール２１上に設置され、移動台１０はネジ穴２７ａを有し、このネジ穴に回転自在に移動手段であるボールネジ２７が挿通している。ボールネジ２７の一端は、前記容器１２の壁部２ａに設けられた玉軸受け２７ｂに支持されている。また、ボールネジ２７の他端は、移動手段の駆動部であるモータ２８に連結されている。モータ２８によりボールネジ２７が回転し、移動台１０が矢印ＸーＸの方向（Ｖ溝に直角の方向）に動かされる。移動台２０に突設された一対の突出部２２、２２にはピン穴２３ａが穿設され、このピン穴２３ａと、光ファイバ１６を押さえるアーム２４に設けられた穴２４ａとは共にピン２３が挿通し、突き合わせ機構であるアーム２４が回動自在に移動台２０に取り付けられている。
【０００８】
一方回動アーム２４のＶ溝側先端は移動側光ファイバ１６の先端部を押し下げるため、ゴム製の先端部とされ、また、回動アーム１４のＶ溝と反対の後端部には、小型のネジ２５とそのネジ２５を回転させるモータ２６が設けられ、モータ２６の回転によりネジ２５が回転し、アーム２４の後端部が上方に押上げられ、アームの先端部が下降し、移動側光ファイバ１６の先端が、アーム２４の先端部により押下げられることにより、移動側光ファイバ１６は、Ｖ溝１４上の固定側光ファイバ１５と突き合わせ接続される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の装置においては、接続すべき固定側光ファイバの位置に移動側光ファイバを移動し、移動側光ファイバを同じＶ溝上で押し付けることによって、光ファイバ同士が接続される。この方法によれば、極めて迅速に接続が可能であると共に、接続部が屈折率整合剤に浸潜されているため、平均的には良好な接続特性を得ることが可能であった。しかし、接続部は屈折率整合剤に浸潜した状態での接続に係わらず、長期間光スイッチングを続けると接続損失が増加し、接続特性にばらつきが生ずるなど、装置の信頼性に欠ける問題があった。
【００１０】
それらは、屈折率整合剤であるシリコンオイル１３の汚染に起因する場合が多くある。
すなわち、移動台２０とボールネジ２７との摺動や、ピン２３の回動、モータ２６、２８の駆動等によって、これらを構成する部材が磨耗して生じる微細な金属粉がシリコンオイル１３中に混入して汚染する。そして、シリコンオイル１３中に混入した金属粉が光ファイバ１５、１６同士の突き合わせ端面部に混入して、接続した光ファイバ１５、１６間で接続損失が増大することが判明した。
【００１１】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたもので、固定側光ファイバに移動側光ファイバが精密に位置合わせされて接続され、屈折率整合剤であるシリコンオイルが長期間に亘って汚染されることがなく、従って、接続された両光ファイバの接続損失が少なく、長期間に亘って安定な接続特性が維持され、かつ高速スイッチングが可能な１×Ｎ光スイッチ装置を提供することを目的とした。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するため以下の構成を採用した。すなわち、本発明の光スイッチ装置は、前記複数の固定側光ファイバと前記移動側光ファイバの接続部を浸潜する屈折率整合液を満たした容器内に、前記複数の固定側光ファイバを前記移動側光ファイバと突き合わせ可能に並行配列させて支持する光ファイバ支持台と、前記移動側光ファイバの先端を支持し、移動手段によって移動されることにより、前記光ファイバ支持台上の固定側光ファイバと突き合わせ接続可能な待機位置に移動する移動台と、前記待機位置にある移動側光ファイバを移動して、前記固定側光ファイバと突き合わせ接続させる突き合わせ機構とを備え、前記突き合わせ機構は、前記移動台に対してピンを支点として上下に回動可能に連結されたアームと、該アームの前記光ファイバ支持台側の先端とは反対側の後端部に設けられた円筒ロールと接触され、モータによって回転駆動されて前記アームの後端を押し上げることで、前記アームの先端を押下げる円筒状カムとを具備し、前記円筒状カムの回転駆動によって押下げされた前記アームの先端が、該アームの下部に支持されている前記移動側光ファイバを押下げて、前記移動側光ファイバの先端を前記光ファイバ支持台のＶ溝に入れ、前記Ｖ溝内にて固定側光ファイバと接続するようになっており、前記移動台と前記アームとの間には、前記突き合わせ機構によって先端側が押し下げられた前記アームを水平に戻すためのスプリングが設けられ、前記移動台に磁石を搭載して、屈折率整合液内に混入した磁性材料粉体を磁気吸着するようにしたことを特徴としている。
また、請求項２記載のように、前記磁石が前記容器の内壁にも取り付けられている構成も採用可能である。
また、請求項３記載のように、前記磁石は、前記移動台の前記移動側光ファイバを介して両側の側部に取り付けられている構成も採用可能である。
また、請求項４記載のように、前記移動手段が、モータによって回転されるボールネジであり、前記移動台が、該移動台に穿設されたネジ穴によって、前記ボールネジと螺合されている構成も採用可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の光スイッチ装置の実施の形態を、図１から図３を参照して説明する。図中、符号Ａは本実施の形態である光スイッチ装置である。本発明の実施の形態である光スイッチ装置Ａは、図１から図３に示すように、支持台１４上に形成されたＶ溝に並行配列されている固定側光ファイバ１５に、移動側光ファイバ１６を、切換えながら接続する装置であって、固定側光ファイバ１５を並行配列し固定した支持台１４と、移動側光ファイバ１６を支持し、同光ファイバを接続すべき所定の固定側光ファイバ１５の位置に移動させる移動台３１とを有し、さらに、同移動台３１を移動させるための移動手段であるボールネジ３８と、接続用ファイバ１６を押下げるアーム３５と、このアーム３５を上下に回動させるアーム回動手段４０とからなる突き合わせ機構を具備する。前記アーム回動手段４０は、アーム３５の先端を上下に回動させるため、アーム３５に係合した円筒状カムとこの円筒状カムを回動するモータからなっている。
【００１４】
図１は、本発明の光スイッチ装置Ａを示す。図中、符号３１は、移動側光ファイバの移動台、３５はアームである。移動台３１は、その下部にネジ穴３８ａが穿設され、そのネジ穴３８ａには同移動台を移動させるための移動手段である鉄製のボールネジ３８が回転可能に螺合している。このボールネジ３８の一端は、容器１２の側壁１２ａに設けられた転がり軸受け３９内に回転自在に担持されている。またこのボールネジ３８の他端は、容器１２の側壁１２ａに対向する側壁をシール４１ａを介して挿通し、容器１２の外側に設置されたボールネジ駆動部としてのモータ４１に結合している。また、前記移動台３１は、ボールネジ３８とＶ溝１４との中間の容器１２の底部に敷設されたリニアガイドレール４５と係合し、リニアガイドレール４５上を水平に移動する鉄製の部材である。移動台３１の両側部には、永久磁石５５（磁石）が取り付けられている。なお、永久磁石５５の取付位置は、移動台３１の両側部に限られたものではない。また、永久磁石５５は、容器１２の内壁の数カ所に取り付けてもよい。
【００１５】
また、移動台３１上には、移動台上に設置されたＭＴコネクタ（図示していない）を経由した２本の移動側光ファイバ１６が載置されている。そして、移動側光ファイバ１６の一端は、Ｖ溝上の固定側光ファイバ１５の端面の直上に、この固定側光ファイバの端面と接続可能に位置合わせされて保持されている。また、移動側光ファイバの他端は、移動台３１から延出して、Ｖ溝と対向する容器壁１２ａを貫通して容器１２外に引き出される。
【００１６】
図２に移動台３１とアーム３５の構成を示している。移動台３１には、移動台３１の中央上面に突出する一対の突出壁３２、３２が設けられ、これら突出壁３２、３２には貫通穴３２ａ、３２ａが穿設されている。一方、前記移動側光ファイバ１６を押下げ、固定側光ファイバと接続させる、突き合わせ機構の一部をなすアーム３５は、その中央部下面に厚肉部３５ａが形成され、この厚肉部３５ａにはピン穴３５ｂが穿設されている。そして、前記移動台のピン穴３２ａ、３２ａにアーム３５のピン穴３５ｂを位置合わせし、ピン３３を挿通すると、アーム３５は、ピン３３を支点として上下に回動可能に移動台３１に連結される。
【００１７】
アーム３５のＶ溝側先端は、移動側光ファイバ１６を押下げるため、ゴム製の先端部３６が設けられ、アーム３５のＶ溝と反対側の後端部には、円柱状カム４３と係合するための係合端部３７が形成されている。また、移動台３１に２個のスプリング穴３４ａ、３４ａが、アーム３５にも前記移動台の２個のスプリング穴３４ａ、３４ａに対向する位置に、２個のスプリング穴３５ｂ、３５ｂが設けられ、このスプリング穴中に２個のスプリング３４、３４が挿入され、カム４３が回動し、アーム３５の後端を押上げる位置（アーム３５先端は押下げられる）から水平位置に戻った場合、押し下げられたアーム３５先端を水平位置に戻す役割を果たす。
【００１８】
次に、図４に従って、円柱状カム４３の回動によるアーム３５の上下移動に付いて述べる。前述のように、アーム３５のＶ溝側先端が押下げられることによって、移動側光ファイバを固定側光ファイバに突き合わせ接続する。またアーム３５が水平位置に戻されることによって突き合わせ接続は解除される。この動作は、アーム３５のＶ溝に対して反対側の後端部に係合された円柱状カム４３の回動によって行われる。前記アーム３５の後端部には、回転可能な円筒ロール３７（直径８ｍｍ）が取り付けられ、この回転ロールが円柱状カムと互いに接触し係合している。
【００１９】
円柱状カム４３は直径８ｍｍの円柱であり、回転軸４３ａは円柱の中心に対して、図４，ｅに相当する１．５ｍｍ偏心して取り付けられている。今、回転軸が、図４に実線で示すように、円柱カムの中心軸上方に位置する場合、アーム３５は水平となる。一方、円柱状カムの駆動部により回転軸４３ａが回転すると、カムは回動し、図４に２点鎖線で示すように円柱状カムがアーム３５の後端部の回転ロール３７を押上げる。このためアーム３５の先端部は、下方に回動し、移動側光ファイバ１６を押下げる。アーム３５の支点であるピン３３の位置は、アーム３５のほぼ中心に位置するので、アーム３５後端部が押上げられた量だけ、アーム３５の先端部が押下げられることになる。なお、図４において、アーム３５およびアーム３５後端の回転ロールがカム４３によって押上げられた状態が示されている。
【００２０】
円柱状カム４３の両端に偏心して取り付けられた回転軸の一端は、容器壁１２ａに取り付けられた転がり軸受け４６に支持され、中心軸の他端は前記転がり軸受けを取り付けた容器壁１２ａに対向する容器壁１２ａに取り付けられたシール４４ａを介して、カム駆動部としてのモータ４４に連結されている。すなわち、カム回動用のモータ４４もボールネジ用モータ４１と同様に、容器１２外に設置されている。
【００２１】
図３（ａ）は、本発明の光スイッチ装置の平面図であり、図３（ｂ）は、本装置の側面図である。
図３（ａ）において、Ｖ溝１４ａ、１４ｂの中間位置のＶ溝は省略されているが、実際にはこの省略部分を含み全面に固定側光ファイバを載置したＶ溝が配置されている。並行に配列固定されている固定側光ファイバは通常８００本である。また、図３（ａ）に示されるように、ボールネジ３８の回転用モータ４１、カムシャフト回転用モータ４４は共に、シリコンオイル１３を含む容器１２の外部に、シール部４１ａ、４４ａを介して、それぞれ設置されている。また、これらモータ４１、４４のさらに外部にはモータ駆動用配線盤を含む筐体部５１、５４が設けられている。
また、図３（ｂ）のように、容器１２は蓋体５０が冠着されて、内部を塵埃から防護している。
【００２２】
なお、上記実施例において、移動台上に載置される移動側光ファイバ１６は一本の光ファイバであるとしたが、Ｖ溝上に載置されている複数の光ファイバと同一の間隔で移動台上に載置することにより、移動側光ファイバを複数とすることも可能である。
【００２３】
上述の光スイッチ装置Ａを用いて、光スイッチングを行う手順を説明する。
通常、８００本の固定側光ファイバ１５が支持台１４のＶ溝に並行に配列固定される。固定側光ファイバ１５は、通常光スイッチ装置Ａの近傍のコネクタ棚（図示されていない）内に収納されているコネクタから導出されてＶ溝上に配列固定される。そして、移動側光ファイバ１６を、移動台２１上に載置する。移動側光ファイバ１６を載置した状態で、移動台３１は、Ｖ溝の中心位置におかれ、エンコーダ等により精密に位置が調整される。
【００２４】
上述のゼロ点調整に相当する位置合わせが完了した時点で、移動台３１の自動制御系を稼働させる。例えば、０点から右側１０本目の光ファイバに接続する信号を自動制御系が受信したとすると、制御系の信号により、ボールネジ回転用モータ４１が作動され、ボールネジ３８が回転し、移動台３１が右側１０本目の位置に移動する。
【００２５】
その位置が確認された後、円柱状カムの回動用モータ４４が始動し、アーム３５の後端が押上げられ、アーム３５の先端部は押下げられる。このため、アームの下部に支持されている移動側光ファイバ１６が前記アーム３５によって押下げられる。
【００２６】
そして、まずＶ溝１４に光ファイバが斜めに接触し、次いで更に押し下げると光ファイバ１６は、アーム３５先端を境にして、折り曲げられ、先端部は水平にＶ溝内に入り、かつ移動側光ファイバ１６先端が対向する固定側光ファイバに突き合わされる方向に摺動し、目的の固定側光ファイバ１５と移動側光ファイバ１６が、同一のＶ溝内で突き合わされ接続される。この時、突き合わされた光ファイバは共にシリコンオイル１３内に浸されており、屈折率が整合されている。
【００２７】
上記接続による通信が終了した時点で、新たな接続信号によって自動制御系が働き、円筒状カム４３がモータ４４により回動しスプリング３３も作用して、アーム３５が水平の位置に戻り、移動側光ファイバ１６は接続点から離れ、接続が解消される。
【００２８】
上述のように、固定側光ファイバ１５と移動側単心ファイバ１６の接続は、固定側光ファイバ１５の先端の直上に移動された移動側ファイバ１６の先端を押下げ、その後Ｖ溝上で接続光ファイバの先端を端子用光ファイバの先端に押しつけて行われる。従って、本装置によって、ばらつきの少ない安定で良好な接続特性が得られる。また、接続部は屈折率整合剤であるシリコンオイル１３の中で行われるので、例えば光ファイバの接続面の傾斜などの影響により、突き合わせが必ずしも十分でなかったとしても、屈折率整合剤が接続面を充填し、接続損失の少ない接続を行うことが出来る。
【００２９】
上記の光スイッチ装置によれば、移動台に載置された移動側光ファイバが所定の固定側光ファイバの位置に移動し、アーム３５によって押下げられることによって固定側光ファイバと突き合わせ接続されるため、接続に要する時間が極めて短く、早い応答速度を実現することができる。
【００３０】
さらに、本装置は、ほぼ密閉された容器１２中に配置され、屈折率整合剤であるシリコンオイル１３を汚染する２つのモータ４１、４４を容器１２外に設置したことにより、シリコンオイル１３の汚染の可能性が少なくなった。このため、接続切換を繰り返しても、良好な接続特性を長期間安定に維持することができ、信頼性の高い光スイッチ装置とすることが出来た。
【００３１】
また、本装置は、容器１２内に収納した機構の駆動時に生じる鉄粉（磁性材料粉体）５６を永久磁石５５が磁気吸着し、しかも永久磁石５５が容器１２内を移動するので、容器１２内の広いエリアにわたって鉄粉を吸着し、これら鉄粉５６がシリコンオイル１３中に拡散混入することを防止することができ、光スイッチの信頼性を一層向上することができる。
【００３２】
すなわち、本装置では、シリコンオイル１３の最大の汚染源であるモータ４１、４４を容器外に出したので、容器１２に収納した他の機構から発生する駆動時の磨耗等による鉄粉５６を永久磁石５５が磁気吸着してシリコンオイル１３への混入を防止することにより、シリコンオイル１３を高い清浄度で維持することができる。前記鉄粉５６の発生源としては、移動台３１とボールネジ３８との間やアーム３５とピン３３との間、円筒状カム４３と円筒ロール３７との間、移動台３１とリニアガイドレール４５との間での双方の部材の摺動による磨耗であり、いずれも移動台３１の近傍に存在する。そして、これら各磨耗箇所で発生する鉄粉５６を移動台３１に搭載した永久磁石５５が磁気吸着するので、発生した鉄粉５６をシリコンオイル１３中に拡散させることなく、効率良く吸着することができる。
【００３３】
さらに、移動台３１が容器１２内で移動することによって、シリコンオイル１３中の鉄粉５６の磁気吸着を容器１２内の隅々まで万遍なく行うことができ、シリコンオイル１３全体を常時、清浄に維持することができる。
【００３４】
なお、本発明の光スイッチ装置の容器１２内に収納される各機構を構成する部材は、すべて鉄等の磁性材料で形成することが好ましい。
本発明の光スイッチ装置は、モータ４１、４４を容器１２内に収納した構造の光スイッチ装置にも適用することができる。
移動台３１に搭載する磁石としては、永久磁石以外、電磁石であってもよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光スイッチ装置によれば、容器内に収納した機器の駆動時の部材の磨耗等によって生じる磁性材料粉体を磁石が磁気吸着するので、屈折率整合剤が汚染されることが無く、光ファイバ同士の良好な接続特性を長期間安定に維持することができ、信頼性が向上する。また、磁石を移動台に搭載したことにより、移動台の容器内での移動に伴って容器内の磁性材料粉体を効率良く磁気吸着することができ、屈折率整合剤を常時、高い清浄度で維持することができるといった優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の光スイッチ装置の概略の構成を示す斜視図である。
【図２】 本発明の光スイッチ装置の主要な構成部分である移動台およびアーム部の構成を示す分解図である。
【図３】 本発明の光スイッチ装置の詳細な構成を示す詳細図である。
【図４】 本発明の光スイッチ装置のアームの上下移動のためのカムの動作を示す説明図である。
【図５】 従来の機械式光スイッチ装置の試験品の構成を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
Ａ…光スイッチ装置、１２…装置収納容器、１３…屈折率整合剤（シリコンオイル）、１４…支持台、１５…固定側光ファイバ、１６…移動側光ファイバ、３１…移動台、３５…突き合わせ機構（アーム）、５５…磁石（永久磁石）、５６…磁性材料粉体（鉄粉）。

Claims (4)

1. 端子をなす複数の固定側光ファイバ（１５）の先端に、移動側光ファイバ（１６）の先端を突き合わせ接続する光スイッチ装置であって、
   前記複数の固定側光ファイバと前記移動側光ファイバの接続部を浸潜する屈折率整合液（１３）を満たした容器（１２）内に、前記複数の固定側光ファイバを前記移動側光ファイバと突き合わせ可能に並行配列させて支持する光ファイバ支持台（１４）と、前記移動側光ファイバの先端を支持し、移動手段によって移動されることにより、前記光ファイバ支持台上の固定側光ファイバと突き合わせ接続可能な待機位置に移動する移動台（３１）と、前記待機位置にある移動側光ファイバを移動して、前記固定側光ファイバと突き合わせ接続させる突き合わせ機構（３５）とを備え、
   前記突き合わせ機構は、前記移動台に対してピン（３３）を支点として上下に回動可能に連結されたアーム（３５）と、該アームの前記光ファイバ支持台側の先端とは反対側の後端部に設けられた円筒ロール（３７）と接触され、モータ（４４）によって回転駆動されて前記アームの後端を押し上げることで、前記アームの先端を押下げる円筒状カム（４３）とを具備し、前記円筒状カムの回転駆動によって押下げされた前記アームの先端が、該アームの下部に支持されている前記移動側光ファイバを押下げて、前記移動側光ファイバの先端を前記光ファイバ支持台のＶ溝（１４ａ、１４ｂ）に入れ、前記Ｖ溝内にて固定側光ファイバと接続するようになっており、
   前記移動台と前記アームとの間には、前記突き合わせ機構によって先端側が押し下げられた前記アームを水平に戻すためのスプリング（３４）が設けられ、
   前記移動台に磁石（５５）を搭載して、屈折率整合液内に混入した磁性材料粉体（５６）を磁気吸着するようにしたことを特徴とする光スイッチ装置（Ａ）。
2. 前記磁石が前記容器の内壁にも取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の光スイッチ。
3. 前記磁石は、前記移動台の前記移動側光ファイバを介して両側の側部に取り付けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の光スイッチ装置。
4. 前記移動手段が、モータ（４１）によって回転されるボールネジ（２８）であり、
   前記移動台が、該移動台に穿設されたネジ穴（３８ａ）によって、前記ボールネジと螺合されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光スイッチ装置。

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