JP3834453B2 - 光スイッチ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、伝送媒体を用いて伝送された情報を複数の経路にスイッチングする光スイッチに係り、特に波長多重伝送（WDM: wavelength division multiplexing）方式の伝送媒体に好適な光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ノイズに強く、多量の情報を高速に伝送可能であるという利点を有する光伝送が従来から用いられてきている。特に、大容量のデータを伝送できることから、波長多重伝送（ＷＤＭ）がその有力な手段となっている。このような多量のデータを伝送する場合、受信元では必要な情報を選択的に利用するのが効率的であるから、スイッチング手段を用いて送られてきた情報から必要情報を選択している。また、光通信を利用したデジタル計算機等においては、複数の通信回路を設け、その通信回路を切換えて使用することがある。この切換えには、光スイッチが有力な手段である。
【０００３】
そこで近年、各種の光スイッチが提案されている。例えば、特開平5−２４９３８６号公報には、１本の入力ファイバから入力された情報を、４本の出力ファイバに出力する光スイッチが記載されている。この光スイッチは、光ファイバを直接移動させるものであり、中間部にファイバ２本からなるアレイを固定配置し、このアレイの一方端側にファイバ１本を可動に設け、他端側にファイバ４本を可動に設け、それぞれの光軸を合わせるように駆動手段が各可動ファイバを駆動している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に記載の光スイッチは、従来用いられてきたいわゆる１×２切換え光スイッチに比べて２倍の切換え能力がある利点を有している。しかしながら、光スイッチを切り換える際にファイバ４本の可動ファイバアレイを動かすので、１×２の光スイッチの場合に比べ、駆動手段に大きな駆動力を必要とする。また、可動光ファイバーの位置についてはある程度は考慮されているもののまだ十分ではない。例えば１本の可動ファイバを動かす場合に、ファイバ先端が切り換え平面内で回転し、光の結合効率が低下するおそれがあった。
【０００５】
本発明は、上記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、小型でコンパクトな光スイッチを実現することにある。本発明の他の目的は、光スイッチの結合効率を高めることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の第１の特徴は、基板と、この基板の一方端側に１本の光ファイバを固定する第１の光ファイバ固定部材と、基板の他端側に４本の光ファイバを固定する第２の光ファイバ固定部材と、第１の光ファイバ固定部材と第２の光ファイバ固定部材の間に配置した２本の光ファイバと、この２本の光ファイバを基板に対して移動可能にする可動手段とを備えたものである。
【０００７】
上記目的を達成するための本発明の第２の特徴は、基板と、この基板の一方端側に入力側光ファイバを固定する入力側光ファイバ固定部材と、基板の他端側に複数の出力側光ファイバを固定する出力側光ファイバ固定部材と、入力側光ファイバ固定部材と出力側光ファイバ固定部材の間に配置された複数の切換え用光ファイバと、この切換え用光ファイバの少なくとも一部を基板に対して移動可能にする可動手段とを備え、切換え用光ファイバの本数は出力用光ファイバの本数より少ないものである。
【０００８】
そして上記いずれかの特徴において、移動可能な光ファイバまたは切換え用光ファイバは、両端部側を前記基板に対して移動可能にし、中間部を前記基板に固定することが望ましい。また、可動手段は、移動可能な光ファイバまたは切換え用光ファイバの一端側に設けた第１の駆動部と他端側に設けた第２の駆動部とを備えることが望ましい。
【０００９】
さらに上記第２の特徴において、入力用光ファイバの本数が１本であり、出力用光ファイバの本数が４本であり、切換え用光ファイバの本数が２本であることが望ましい。
【００１０】
さらに上記いずれかの特徴において、移動可能な光ファイバまたは切換え用光ファイバの一端部を保持する第１の保持手段と、この光ファイバの他端部を保持する第２の保持手段とを設け、第１の駆動部がこの第１の保持手段を前記基板に対して移動可能にし、第２の駆動部が第２の保持手段を基板に対して移動可能にすることが望ましい。
【００１１】
上記目的を達成するための本発明の第３の特徴は、基板と、この基板上に固定された第１の固定ブロックと、この第１の固定ブロックに長手方向の中間部が固定され両端部が片持ち梁状となっている２本の可動光ファイバと、２本の可動光ファイバの両先端部に固定された軟磁性体の２個の可動ブロックと、一方の可動ブロックに対向して配置され１本の光ファイバを固定可能な軟磁性体の第２の固定ブロックと、他方の可動ブロックに対向して配置され４本の光ファイバを固定可能な軟磁性体の第３の固定ブロックと、２個の可動ブロックをそれぞれ独立に第２及び第３の固定ブロックに対し移動させるアクチュエータと、２個の可動ブロックを第２および第３の固定ブロックに対し位置決めする手段とを有するものである。
【００１２】
そして好ましくは、２本の可動光ファイバーと、第１の固定ブロックと、２個の可動ブロックとを、可動光ファイバーを弾性体とする平行板バネ構造とした。また、可動ブロックが、電磁アクチュエータの一部を構成するようにするのが望ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のいくつかの実施例を、図面に基づいて説明する。
図３は、本発明に係る光スイッチの一実施例の分解斜視図である。本実施例の光スイッチは、切換位置検出機能を有する１×４光スイッチである。基板９上の両端側に、固定ファイバ保持ブロック10、11及び中間ファイバ固定ブロック12が固定されている。固定ファイバ保持ブロック10には、１本の入力ファイバ19が固定される。また、固定ファイバ保持ブロック11には、４本の出力ファイバ20a、20b、20c、20dが固定されている。
【００１４】
基板９の中央付近には、中間ファイバ固定ブロック12が基板９に固定配置されている。この中間ファイバ固定ブロック12には、２本の長さが等しい中間ファイバ21a、21bが、ほぼその中央部で固定されている。中間ファイバ21a、21bの両端には、可動ファイバ保持ブロック13、14が取付けられており、この可動ファイバ保持ブロック13、14は固定ファイバ保持ブロック10、11と位置合わせ可能である。
【００１５】
固定ファイバ保持ブロック10及び可動ファイバ保持ブロック13の両側部であって基板９上には、可動ファイバ保持ブロック１３の吸引方向を切り換え可能に電磁アクチュエータ15が取りつけられている。同様に、固定ファイバ保持ブロック11及び可動ファイバ保持ブロック14の両側部であって基板９上に、電磁アクチュエータ16が取り付けられている。
【００１６】
電磁アクチュエータ15は、駆動電極17a、17b及び検出電極18を備えている。これにより、１入力２出力、すなわち、1×2の光切り換えが可能になる。また、検出電極１８は、切り換え位置を検出するのにも用いられる。同様に、電磁アクチュエータ16も駆動電極22a、22b及び検出電極23を有し、２入力４出力、すなわち2×4に光路を切り換えるとともに切換えた位置を検出する。
【００１７】
基板９を収納するベース２４には内部電極25a、25dがその両端部近傍に設けられており、駆動電極17a、17bはこの内部電極25a、25dに電気的に接続されている。ただし、この図3では理解を容易にするため、基板９はベース２４から切り離されているので、駆動電極17a、17bと内部電極25a、25dの接続を省略している。検出電極18は、内部電極25bあるいは内部電極25cに電気的に接続されている。同様に、駆動電極22a、22bは内部電極26a、26dに、検出電極23は内部電極26bあるいは内部電極26cに電気的に接続されている。
【００１８】
ベース２４に、基板９と基板９に搭載された各部品を収納した後、カバー29を気密性よく接着する。そして、カバーに設けた穴30から図示しない屈折率整合液を注入する。穴30にはプレート31が気密性良く接着されているので、注入した屈折率整合液が外部に漏れることはない。内部電極25a〜25dは、外部電極27a〜27dとベース24内で電気的に接続されている。同様に、内部電極26a〜26dは、外部電極28a〜28dと電気的に接続されている。したがって、ベース２４をカバー29で覆って気密性よく封じた後も、外部電極を用いて光スイッチを駆動すること及び切り換え位置を検出することができる。
【００１９】
次に、上記実施例の光切換部の詳細を図１に示す。切換え用の中間ファイバ（可動光ファイバ）1a、1b内を伝搬した入力光信号が、出力光ファイバ４ａ〜４ｄに伝搬する様子を示す。可動光ファイバ1a、1bの端部は、可動ファイバ保持ブロック5に形成された溝に保持されている。そして、この保持ブロック５には、可動ファイバ1a、1bを保持する溝の外側に、位置決め用のピン2a、2bが左右方向に摺動する溝3a、3bが形成されている。可動光ファイバ1a、1bの端部および位置決め用のピン2a、2bをそれぞれの溝3a、3bに保持した後、押さえ板7を保持ブロック５に接着固定する。
【００２０】
可動光ファイバ1ａ、１ｂの軸線方向には、可動光ファイバ1aに対向して固定光ファイバ4a、4bを固定し、可動光ファイバ1bに対向して固定光ファイバ4c、4dを固定するために、固定ファイバ保持ブロック6が基板上に固定されている。この固定ファイバ保持ブロック６には、出力側の光ファイバ４ａ〜４ｄの端部と位置決め用のピン２ａ、２ｂを保持する溝が形成されている。これら光ファイバ４ａ〜４ｄの端部と位置決め用のピン２ａ、２ｂとを溝に収容した後、押さえ板8を固定ファイバ保持ブロック６に接着固定する。この保持ブロック５、６と押さえ板７、８の接着固定の際には、光ファイバを精度良く位置決めできるようにしている。
【００２１】
ピン2a、2bは、固定ファイバ保持ブロック6に精度良く接着固定されている。一方、ピン2a、2bは溝3a、3b内を左右に移動可能になっている。そして、溝3a、3bの側面部と接触したときが移動の限界であり、この左右の限界に来たときに、可動光ファイバ１ａ、１ｂと出力側光ファイバ４ａ〜４ｄの光軸があった状態に設定する。この結果、可動ファイバ保持ブロック5と固定ファイバ保持ブロック6との相対位置を精度良く位置決めでき、可動光ファイバ1a、1bと固定光ファイバ4a〜4dとの切換えの再現性を向上できる。
【００２２】
なお、本実施例では、可動光ファイバを２本まとめて移動させている。光ファイバを１本だけ動かすと、光ファイバが曲がって接続効率が低減するが、２本以上同時に移動させると光ファイバの曲がりを防止でき、光ファイバの接続の効率を向上できる。
【００２３】
図２に、図１に示した光スイッチの光切換部の横断面図を示す。可動光ファイバ1a、1bが保持された可動ファイバ保持ブロック5と押さえ板7が、ピン2a、2bに対して左右方向に摺動して各光ファイバが光学的に接続される位置が切り換わる。これにより、小型で簡単な機構で、可動光ファイバの位置を精度良く切り換えることができる。
【００２４】
以上、図１ないし図３に説明した本実施例によれば、１本の入力ファイバ19から入力された光は、可動ファイバ保持ブロック13の切り換え位置に応じて、中間ファイバ21aまたは中間ファイバ21bに受け渡される。さらに入力光は可動ファイバ保持ブロック14の切り換え位置に応じて、固定ファイバ20a〜20dのいずれかに受け渡される。この結果、１×４の光スイッチを簡単な構成で形成できる。
【００２５】
なお、以上述べた実施例によれば、中間ファイバ２本は、平行板ばね構造となているので、可動ファイバ保持ブロック13、14は回転しないで平行移動する。これにより、光ファイバから射出された光の角度は平行なままであるから、安定した光結合となる。また、４本の出力に対して中間ファイバ２本のみを動かせばよいので、従来の４本駆動の場合に比べ小さな力しか必要とせず、アクチュエータを小型化できる。
【００２６】
図４を用いて、上記構成の1×4光スイッチの具体的な切換え方法を説明する。この図は、左側を入力側とし、右側を出力側としたときの光スイッチの上面図である。入力側の可動ファイバ保持ブロック13を下側（右側）に切り換え、入力ファイバ19と中間ファイバ21aを光学的に結合する。この状態で、出力側の可動ファイバ保持ブロック14を上側（左側）に切り換え、中間ファイバ21aと出力ファイバ20aを光学的に結合させる。これにより、入力光ファイバ１９を通って入力された入力光32は、中間光ファイバ２１ａを介して出力光ファイバ20aから出力される（図４(a)）。
【００２７】
この状態で出力側の可動ファイバ保持ブロック14だけを下側（右側）に切り換える。入力光ファイバ１９を通って入力された入力光32は、中間光ファイバ２１ａを介して出力光ファイバ20bから出力される（図４(b)）。
【００２８】
また、図４(a)に示す状態から入力側の可動ファイバ保持ブロック13のみを上側（右側）に切り換える。これにより、入力光ファイバ１９を通って入力された入力光32は、中間光ファイバ２１ａを介して出力光ファイバ20cから出力される（図４(c)）。
【００２９】
さらに、この状態から出力側可動ファイバ保持ブロック14を下側（右側）に切り換えると、入力光ファイバ１９を通って入力された入力光32は、出力中間光ファイバ２１ａを介して出力光ファイバ20dから出力される（図４(d)）。
【００３０】
以上述べたように、本実施例の１×４光スイッチでは、切り換えの際に２本のファイバからなる中間ファイバ21a、21bだけを動かせばよい。したがって、ファイバの駆動力が従来の１×４光スイッチに比べて小さくて済み、アクチュエータを小型化できる。
【００３１】
次に、図５を用いて光スイッチの駆動方法を詳細に説明する。この図５では可動光ファイバ２１ａ、２１ｂの入力側を駆動する場合を示すが、出力側でも同様である。
【００３２】
入力光ファイバ19が保持されている固定ファイバ保持ブロック10の手前側であって入力光ファイバ１９の周囲に、リング状の永久磁石33を固定する。この永久磁石３３のさらに手前側であって入力光ファイバ１９の周囲に、断面Ｃ字状の鉄製ヨーク３４を取付ける。このヨーク34は、永久磁石33、固定ファイバ保持ブロック10及び可動ファイバ保持ブロック13を囲むようにな形状となっている。そしてヨーク３４のＣ字の開口端は、可動ファイバ保持ブロック13の両側面と僅かに隙間を形成して配置されている。
【００３３】
ヨーク34にはコイル35、36が巻かれている。コイルの素線径は0.09mm、コイルの巻き数はコイル35、36ともに400ターンである。コイルが巻かれている部分のヨーク34の断面積は、約３mm²である。コイル35には駆動電極17aが、コイル36には駆動電極17bが、それぞれ取り付けられている。さらにコイル35とコイル36とは電気的に接続されており、接続部には検出電極18が取り付けられている。
【００３４】
駆動電極17a、17b及び検出電極18は、コントローラ37に接続されている。コントローラ37は、駆動電極17a、17bにアクチュエータを駆動するための電流を流す。たとえば図５で矢印で示したように左回りの磁束38が閉じて流れているものとする。駆動電極17aと駆動電極17bとの間に、駆動電極17bから駆動電極17aに向けて電流を流すと、コイル35は磁束を打ち消す方向に磁界を生じる。
【００３５】
一方、コイル36には点線矢印で示す磁束39を強める方向に右回りの磁界を生じる。そして、この点線矢印で示した磁束39が、矢印で示した磁束38よりも強くなると、可動ファイバ保持ブロック13が右方向に吸引され、点線で示される位置に吸着される。吸着後は電流をゼロにしても、永久磁石33の作用により位置が保持される。上述したのとは逆方向に電流を流せば、可動ファイバ保持ブロック13は左側に吸着されて保持される。この切り換え動作により入力光ファイバ19から入射した光は、中間光ファイバ21aあるいは中間光ファイバ21bのいずれかに入射される。
【００３６】
コントローラー37は、交流を発生する。可動ファイバ保持ブロック13が図５の実線で示されるように、左側に切り換わっているものとする。駆動電極17ａと駆動電極17bとの間に、片振幅0.5ボルトで5kHzの交流を流す。コイル35のインダクタンスがコイル36のインダクタンスよりも大きいので、コイル35の両端の電位差、すなわち駆動電極17bと検出電極18との電位差がコイル36の両端の電位差、すなわち駆動電極17aと検出電極18との電位差よりも大きくなる。この電位差をそれぞれ増幅して比較し、信号線40から出力することにより、光スイッチの切り換え状態をスイッチ外部から検出することができる。
【００３７】
なお、以上の実施例では固定ファイバ保持ブロックを軟磁性としている。軟磁性材としては、マンガン-亜鉛-フェライト材がある。軟磁性材を用いると、高性能の光スイッチを実現できる。また、光ファイバの位置決め精度は１ミクロン以下を要求されているので、光ファイバの保持ブロックに形成したピン保持溝および光ファイバ保持溝は精密研削加工で形成する。これにより、サブミクロンの位置決めが可能になる。
【００３８】
また、磁気アクチュエータを中間光ファイバの両端部に設けたので、アクチュエータを作動させるときの励磁による、アクチュエータ相互の磁気的干渉を防止できる。
【００３９】
以上述べたように本実施例によれば、光の結合効率が高い、１×４光スイッチを実現できる。また、小さな駆動力でスイッチングが可能になる。さらに、スイッチの切り換え状態を電気的に検出できるので、信頼性の高い光スイッチを実現できる。
【００４０】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、小型でコンパクトな１入力４出力型の光スイッチを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光スイッチの一実施例の光切り換え部の詳細斜視図。
【図２】光切り換え部の位置決め方法を説明する断面図。
【図３】本発明に係る光スイッチの一実施例の斜視図。
【図４】１×４光スイッチの切り換え状況を説明する模式図。
【図５】光スイッチの切り換え方法と位置検出方法を説明する模式図。
【符号の説明】
9…基板、10、11…固定ファイバ保持ブロック、12…中間ファイバ固定ブロック、13、14…可動ファイバ保持ブロック、15、16…電磁アクチュエータ、17a、17b…駆動電極、18…検出電極、19…入力ファイバ、20a、20b、20c、20d…出力ファイバ、21a、21b…中間（切換え用）ファイバ、22a、22b…駆動電極、23…検出電極、24…ベース、25a、25b、25c、25d、26a、26b、26c、26d…内部電極、27a、27b、27c、27d、28a、28b、28c、28d…外部電極、29…カバー。

Claims (10)

1. 基板と、この基板の一方端側に１本の光ファイバを固定する第１の光ファイバ固定部材と、前記基板の他端側に４本の光ファイバを固定する第２の光ファイバ固定部材と、前記第１の光ファイバ固定部材と第２の光ファイバ固定部材の間に配置した２本の光ファイバと、この２本の光ファイバの両端を前記基板に対して移動可能にする可動手段とを備え、
   前記移動可能な光ファイバは、両端部側を前記基板に対して移動可能にし、中間部を前記基板に固定したことを特徴とする光スイッチ。
2. 基板と、この基板の一方端側に入力側光ファイバを固定する入力側光ファイバ固定部材と、前記基板の他端側に複数の出力側光ファイバを固定する出力側光ファイバ固定部材と、前記入力側光ファイバ固定部材と出力側光ファイバ固定部材の間に配置された複数の切換え用光ファイバと、この切換え用光ファイバの両端を前記基板に対して移動可能にする可動手段とを備え、前記切換え用光ファイバの本数は前記出力用光ファイバの本数より少なく、
   前記切換え用光ファイバは、両端部側を前記基板に対して移動可能にし、中間部を前記基板に固定したことを特徴とする光スイッチ。
3. 前記可動手段は、前記移動可能な光ファイバの一端側に設けた第１の駆動部と他端側に設けた第２の駆動部とを備えることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
4. 前記可動手段は、前記切換え用光ファイバの一端側に設けた第１の駆動部と他端側に設けた第２の駆動部とを備えることを特徴とする請求項２に記載の光スイッチ。
5. 前記入力用光ファイバの本数が１本であり、出力用光ファイバの本数が４本であり、切換え用光ファイバの本数が２本であることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
6. 前記移動可能な光ファイバの一端部を保持する第１の保持手段と、この移動可能な光ファイバの他端部を保持する第２の保持手段とを設け、前記第１の駆動部がこの第１の保持手段を前記基板に対して移動可能にし、前記第２の駆動部が前記第２の保持手段を前記基板に対して移動可能にすることを特徴とする請求項３に記載の光スイッチ。
7. 前記切換え用光ファイバの一端部を保持する第１の保持手段と、この切換え用光ファイバの他端部を保持する第２の保持手段とを設け、前記第１の駆動部がこの第１の保持手段を前記基板に対して移動可能にし、前記第２の駆動部が前記第２の保持手段を前記基板に対して移動可能にすることを特徴とする請求項４に記載の光スイッチ。
8. 基板と、この基板上に固定された第１の固定ブロックと、この第１の固定ブロックに長手方向の中間部が固定され両端部が片持ち梁状となっている２本の可動光ファイバと、前記２本の可動光ファイバの両先端部に固定された軟磁性体の２個の可動ブロックと、一方の前記可動ブロックに対向して配置され１本の光ファイバを前記基板に固定可能な軟磁性体の第２の固定ブロックと、他方の前記可動ブロックに対向して配置され４本の光ファイバを前記基板に固定可能な軟磁性体の第３の固定ブロックと、前記２個の可動ブロックをそれぞれ独立に前記第２及び第３の固定ブロックに対し移動させるアクチュエータと、前記２個の可動ブロックを前記第２および第３の固定ブロックに対し位置決めする手段とを有することを特徴とする光スイッチ。
9. 前記２本の可動光ファイバと、前記第１の固定ブロックと、前記２個の可動ブロックとは、可動光ファイバを弾性体とする平行板バネ構造となっていることを特徴とする請求項８に記載の光スイッチ。
10. 前記可動ブロックが、電磁アクチュエータの一部を構成することを特徴とする請求項９に記載の光スイッチ。

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