JP4161794B2

JP4161794B2 - Light switch

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Publication number: JP4161794B2
Application number: JP2003134579A
Authority: JP
Inventors: 竜二川本; 照久石濱
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2003-05-13
Filing date: 2003-05-13
Publication date: 2008-10-08
Anticipated expiration: 2023-05-13
Also published as: JP2004341046A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光スイッチに関する。
【０００２】
【背景技術】
１本の入力側光ファイバから伝送されてきた光信号を、Ｎ本の出力側光ファイバのいずれかを選択して出力させる光スイッチは、１×Ｎ型の光スイッチと言われている。このような光スイッチとしては、入力側光ファイバから出射された光信号を反射ミラーで反射させ、いずれかの出力側光ファイバへ選択的に送り出すようにしたものがある。
【０００３】
反射ミラーを用いた従来の光スイッチでは、出力側光ファイバを平行に並べて配置してあり、直動型アクチュエータで反射ミラーを出力側光ファイバの配列方向と平行に直線状に移動させるようにしてあり、反射ミラーを移動させることによって反射ミラーで反射された光信号を伝送させる出力側光ファイバを切り換えるようにしている。（例えば、特許文献１に開示されたものがある。また、本発明の出願時に公知にはなっていないが、特許文献２に開示されたものがある。）
【０００４】
しかしながら、従来の光スイッチでは、反射ミラーを直動型アクチュエータにより直線状に移動させるようにしているので、外部からの振動や衝撃によって反射ミラーの保持されている位置がずれ易く（特に、反射ミラーの移動方向に平行な振動や衝撃によって反射ミラーが動き易い。）、反射ミラーで反射されている光信号と選択されている出力側光ファイバとの結合が不安定となり、信頼性に劣る問題があった。また、直動型アクチュエータを用いているので、光スイッチのコストが高価になっていた。
【０００５】
【特許文献１】
特開平２−１４９８０６号公報
【特許文献２】
特願２００３−０１０９５２
【０００６】
【発明の開示】
本発明は上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、直動型アクチュエータを用いないで反射部材を駆動させることにより、振動や衝撃に強く、製造コストも安価な光スイッチを提供することにある。
【０００７】
本発明にかかる光スイッチは、入力側光伝送路から入力された光信号を複数本の出力側光伝送路のうちいずれかへ選択的に出力させる光スイッチにおいて、前記入力側光伝送路から出射された光信号を反射させ、設定角度に応じて反射光を前記出力側光伝送路のうちいずれかの出力側光伝送路に入射させる、回転自在な反射部材と、前記反射部材を回転させて反射部材の設定角度を制御するための回転アクチュエータと、前記反射部材で反射した後に出力側光伝送路の光軸に対して斜めに入射する光を出力側光伝送路の光軸に平行な光に変換するための、前記出力側光伝送路の先端側に設けたレンズとを備え、前記レンズは、非球面レンズの光軸から外れた箇所を切り取った形状の傾斜レンズであり、かつ前記傾斜レンズの光軸方向が前記反射部材の回転中心を向くように構成されたことを特徴としている。ここで、光伝送路としては、通常は光ファイバが用いられるが、光導波路などを用いてもよい。
【０００８】
本発明の光スイッチにあっては、入力側光伝送路から出射された光信号を反射部材で反射させ、反射部材で反射された光信号を複数本の出力側光伝送路のうちいずれかの出力側光伝送路へ選択的に入射させることができ、回転アクチュエータにより反射部材を回転させて反射部材の設定角度を変えることにより光信号を出力させる出力側光伝送路を切り換えることができる。従って、光スイッチに振動や衝撃などの直線的な動きが加わっても、反射部材の設定角度が変化して光路がずれにくくなり、光スイッチの信頼性が向上する。また、回転アクチュエータを用いることにより、直動型のアクチュエータを用いる場合と比較して、光スイッチのコストダウンを図ることができる。
【０００９】
さらに、本発明の光スイッチにあっては、非球面レンズの光軸から外れた箇所を切り取った形状の傾斜レンズであるところの、かつ前記傾斜レンズの光軸方向が前記反射部材の回転中心を向くように構成されたレンズを前記出力側光伝送路の先端側に設けてあるので、当該レンズによって反射部材で反射した後に出力側光伝送路の光軸に対して斜めに入射する光を出力側光伝送路の光軸に平行な光に変換することができ、平面ミラーを用いて並列になった入力側光伝送路と出力側光伝送路との間で光信号を伝送させることができ、反射部材の構造を簡素化することができる。
【００１０】
本発明のある実施の態様として、前記反射部材は、入射した光を当該入射光と平行な方向へ向けて回帰反射させるものであってもよい。このような反射部材としては、三角プリズム、回帰反射板などを用いることができる。反射部材として入射光を回帰反射させるものを用いれば、入力側光伝送路や出力側光伝送路が並行に配列されている場合でも、傾斜レンズを用いる必要が無く、光スイッチの構成を簡素化でき、光スイッチのコストを抑えることができる。
【００１１】
本発明の他の実施の態様では、前記入力側光伝送路の先端側に、入力側光伝送路から出射された光信号を平行光に変換するコリメートレンズを設けてもよい。入力側光伝送路の先端側にコリメートレンズを設けて入力側光伝送路から出射される光を平行光とすることにより、光信号の光束が出力側光伝送路へ達するまでに広がりにくくなり、光信号の損失を小さくすることができる。
【００１２】
本発明のさらに他の実施の態様では、前記回転型アクチュエータとして回転型ステッピングモータを用いることができる。回転型ステッピングモータは量産品として安価に提供されているので、回転型アクチュエータとして回転型ステッピングモータを用いることによって光スイッチのコストダウンを図ることができる。また、回転型ステッピングモータを用いれば、ステッピングモータのディテントトルクを反射部材の自己位置保持のために利用することができ、別途自己保持機構を設ける必要がなく、光スイッチの小型化と低廉化を図ることができる。
【００１３】
本発明のさらに他の実施の態様では、前記回転型アクチュエータとして揺動型ボイスコイルモータを用いてもよい。揺動型ボイスコイルモータも量産品として安価に提供されているので、回転型アクチュエータとして揺動型ボイスコイルモータを用いることにより、光スイッチの小型化を図ることができると共に光スイッチのコストダウンを図ることができる。
【００１４】
本発明のさらに他の実施の態様においては、前記反射部材の回転軸の回りで、前記回転型アクチュエータの可動部分及び前記反射部材とバランスさせるための重りを設けていてもよい。このような重りを設けることにより、回転軸回りのバランスを取ることができるので、回転部分全体に対して働く回転トルクを相殺させることができ、外部から振動や衝撃を受けた場合でも、反射部材の回転角が変化して光路にずれが生じにくくなる。
【００１５】
なお、この発明の以上説明した構成要素は、可能な限り任意に組み合わせることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態として、１入力８出力の１×８光スイッチを図面に従って説明するが、出力側光ファイバの本数は任意の複数本であって良い。図１（ａ）（ｂ）は第１の実施形態による光スイッチ１を示す平面図及び断面図である。この光スイッチ１は、主としてファイバアレイ接続部２、光反射位置制御部３、制御回路４などをケーシング５内に納めて構成されている。ファイバアレイ接続部２は、光ファイバアレイ１２を支持し位置決めできるものであれば、どのような構造のものであっても差し支えないが、例えば光ファイバアレイ１２を乗せて位置決め後に接着により固定させるようにした支持台、コネクタ構造の光ファイバアレイ１２を接続するコネクタ受けなどである。また、ファイバアレイ接続部２を用いないで、光ファイバアレイ１２を直接ケーシング５に固定するようにしてもよい。
【００１７】
光反射位置制御部３は、入力側光ファイバ１３から入射した光信号を光反射面で反射させて出力側光ファイバ１４ａ〜１４ｈへ送り返すとともに、反射方向を制御することによって反射光を結合させる出力側光ファイバ１４ａ〜１４ｈを切り換えられるようにしたものである。具体的に言うと、図１（ｂ）に示すように、ケーシング５の底面には回転軸７を上に向けて回転型の制御用アクチュエータ６が設置されており、制御用アクチュエータ６の回転軸７には、円板テーブル８（ロータプレート）が取り付けられており、円板テーブル８は制御用アクチュエータ６によって水平に支持されている。円板テーブル８の上面には、反射部材として平面ミラー９が円板テーブル８と垂直に立てられており、平面ミラー９の下面が円板テーブル８に接着固定されている。制御用アクチュエータ６としては、小型で回転角度を高精度に制御できるものが望ましく、サーボモータ、ギアドモータなども使用できるが、回転型ステッピングモータが望ましい。平面ミラー９は、少なくとも片面を鏡面加工された銀、アルミ、銅、ステンレスあるいはこれらの合金（例えば、真鍮等）、あるいは、表面又は裏面にアルミや銀等の蒸着膜を形成されたガラス板などによって形成された平板状のミラーである。円板テーブル８はその中心が回転軸７の軸心と一致するように取り付けられており、平面ミラー９は、平面視で、その光反射面が回転軸７の軸心と一致するように配置されている。平面ミラー９の光反射面は光ファイバアレイ１２の側を向いている。
【００１８】
制御回路４は、ケーシング５内で支柱１０によって支持された回路基板１１の上にＩＣ１９や電子回路を実装して構成されており、そこには制御用アクチュエータ６を回転駆動させると共にその回転角度を制御するためのアクチュエータ駆動回路が含まれている。
【００１９】
光ファイバアレイ１２は、入力側光ファイバ１３と出力側光ファイバ１４ａ〜１４ｈ（光ファイバ束）を同一のＭＴコネクタ（Mechanical Transferable single-mode multifiber connector）１５内に等間隔に並列させて構成されている。入力側光ファイバ１３は並行に並んだ出力側光ファイバ１４ａ〜１４ｄ及び１４ｅ〜１４ｈの中間に配置されている。ＭＴコネクタ１５の先端にはプレート状をしたレンズアレイ１６が取り付けられている。光ファイバアレイ１２は、その光ファイバ配列方向が、（光ファイバの光軸方向から見て）制御用アクチュエータ６の回転軸７の軸心方向と直交するようにして固定されており、入力側光ファイバ１３の延長線が回転軸７の軸心と交差するように配置されている。
【００２０】
図２（ａ）（ｂ）は光ファイバアレイ１２の平面図及び正面図である。レンズアレイ１６には、入力側光ファイバ１３の端面と対向する位置に入力側レンズ１７が設けられ、各出力側光ファイバ１４ａ〜１４ｈの端面と対向する位置に出力側レンズ１８ａ〜１８ｈが設けられている。そして、レンズアレイ１６は、入力側レンズ１７を入力側光ファイバ１３と調芯し、各出力側レンズ１８ａ〜１８ｈを各出力側光ファイバ１４ａ〜１４ｈと調芯した状態でＭＴコネクタ１５の先端に接着固定されている。
【００２１】
図３（ａ）（ｂ）は、それぞれ入力側レンズ１７及び出力側レンズ１８ａ〜１８ｈの働きを説明する図である。入力側レンズ１７は、回転対称な球面又は非球面の通常のコリメートレンズであって、入力側光ファイバ１３の先端に装着されている。入力側光ファイバ１３を伝搬してきた光信号が入力側光ファイバ１３の先端から出射されると、図３（ａ）に示すように、入力側光ファイバ１３から出射された光信号は入力側レンズ１７でコリメートされ、平行光として出射される。また、出力側レンズ１８ａ〜１８ｈは、非球面レンズの一部（光軸から外れた箇所）を切り取ったような形状の傾斜レンズとなっており、各出力側光ファイバ１４ａ〜１４ｈの先端に装着されている。いずれの出力側レンズ１８ａ〜１８ｈも、その指向方向が平面ミラー９の回転中心を向くように構成されており、入力側光ファイバ１３から出射され平面ミラー９で反射された光信号が斜め方向から入射すると、その光信号を偏角させて各出力側光ファイバ１４ａ〜１４ｈと平行な方向の光信号に変換し、各出力側光ファイバ１４ａ〜１４ｈに結合させる働きをする。
【００２２】
図４は上記光スイッチ１の働きを説明する説明図である。はじめに平面ミラー９が図４に破線で示す角度に設定されていたとすると、入力側光ファイバ１３から出射されて入力側レンズ１７でコリメート化（図３（ａ））された平行光は、入力側光ファイバ１３の光軸と平行に出射され、平面ミラー９で反射される。平面ミラー９で反射された光信号は、出力側レンズ１８ａに入射し、出力側レンズ１８ａによって出力側光ファイバ１４ａの光軸と平行な方向に偏角された（図３（ｂ））後、出力側光ファイバ１４ａに結合されて出力側光ファイバ１４ａ内を伝搬する。
【００２３】
また、平面ミラー９を回転させて図４に実線で示す角度に設定すると、入力側光ファイバ１３から出射され入力側レンズ１７でコリメート化された平行光は、平面ミラー９で反射された後、出力側レンズ１８ｆに入射し、出力側レンズ１８ｆによって出力側光ファイバ１４ｆの光軸と平行な方向に偏角され、出力側光ファイバ１４ｆに結合されて出力側光ファイバ１４ｆ内を伝搬する。
【００２４】
同様に、平面ミラー９を適当な角度に設定することにより、入力側光ファイバ１３から出射され、平面ミラー９で反射された光信号を任意の出力側光ファイバ１４ａ〜１４ｈに入射させ、出力側光ファイバ１４ａ〜１４ｈ内を伝搬させることができる。すなわち、平面ミラー９の回転角によって、どの出力側光ファイバ１４ａ〜１４ｈへ光信号が伝達されるかが決まる。どの出力側光ファイバ１４ａ〜１４ｈに反射光を入射させるためにはどのように平面ミラー９の角度を設定すればよいか、といったデータは制御回路４内のアクチュエータ制御回路に保持されており、アクチュエータ制御回路に対して出力先の出力側光ファイバ１４ａ〜１４ｈを指示すると、アクチュエータ制御回路によって平面ミラー９が所定の角度に制御される。
【００２５】
このように本発明の光スイッチ１では、回転型の制御用アクチュエータ６で平面ミラー９を回転させることによって出力側光ファイバ１４ａ〜１４ｈを切り換えているので、直線状に移動する部材を必要とせず、光スイッチ１に振動や衝撃が加わっても平面ミラー９が回転角が変化して光路がずれにくく、光スイッチ１の信頼性が向上する。
【００２６】
また、パルスステップモータ等は民生機器に多用されており、量産品として安価に提供されているので、制御用アクチュエータ６としてパルスステップモータ等の回転型の制御用アクチュエータ６を用いることにより光スイッチ１のコストダウンを図ることができる。
【００２７】
なお、ここで説明した実施形態では、平面ミラー９の光反射面が回転軸７の軸心と一致するように平面ミラー９を円板テーブル８に取り付けたが、これによって平面ミラー９の重心が回転軸７の軸心から大きく外れるような場合には、後述のようなバランス重りを用いて円板テーブル８、平面ミラー９及びバランス重りの合成した重心が回転軸７の軸心と一致するようにしてもよい。
【００２８】
あるいは、平面ミラー９の光反射面を回転軸７の軸心からずらせ、平面視で、平面ミラー９の重心が回転軸７の軸心と一致するように平面ミラー９を円板テーブル８に取り付けてもよい。
【００２９】
このように平面ミラー９の重心を回転軸７の軸心と一致させておけば、光スイッチ１に振動や衝撃が加わっても回転軸７の回りに回転モーメントが発生しにくく、より一層平面ミラー９が振動や衝撃によって回転しにくくなり、光スイッチ１の信頼性が向上する。また、平面ミラー９の重心等を回転軸７の軸心と一致させておけば、回転軸７の回りにおける平面ミラー９及び円板テーブル８の慣性モーメントを小さくすることができるので、制御用アクチュエータ６により小さなトルクでスムーズに平面ミラー９を回転させることができる。
【００３０】
また、制御用アクチュエータ６としてステッピングモータを使用した場合には、下記のような特徴が付加される。図５は制御用アクチュエータ６として用いられるステッピングモータ６ａの一例を示す一部破断した側面図、図６はステッピングモータ６ａの断面図である。このステッピングモータ６ａにあっては、軸受け２０によって回転軸７が回転自在に支持されており、回転軸７の軸方向にＮ極とＳ極とが位置するようにして回転軸７の外周に永久磁石２１が取り付けられている。永久磁石２１の両端部において、回転軸７には、回転子鉄心２２（ロータ）と回転子鉄心２３（ロータ）が取り付けられており、回転子鉄心２２は永久磁石２１によってＮ極に磁化され、回転子鉄心２３は永久磁石２１によってＳ極に磁化されている。回転子鉄心２２の外周面には凹凸状の歯２４が設けられており、回転子鉄心２３の外周面にも凹凸状の歯２５が設けられており、回転子鉄心２２の歯２４の凸部と回転子鉄心２３の歯２５の凸部とは、回転軸７の軸心の方向から見て互いに半ピッチずつずれている。
【００３１】
また、このステッピングモータ６ａは４相ＨＢ（hybrid）型ステッピングモータであって、回転子鉄心２２及び回転子鉄心２３の周囲には４組の固定子磁極２６が突設されており、各固定子磁極２６の外周にはコイル２７が巻き回され、固定子磁極２６の先端面には歯２４、２５と同じピッチの凹凸状をした歯２８が形成されている。但し、隣接する固定子磁極２６どうしでは、歯２８の凹凸がずれており、ある固定子磁極２６の歯２８の凸部と回転子鉄心２２の歯２４の凸部及び回転子鉄心２３の歯２５の凹部とが対向しているとすると、その隣の固定子磁極２６では歯２８の凸部と回転子鉄心２２の歯２４の凹部及び回転子鉄心２３の歯２５の凸部とが対向している。
【００３２】
しかして、ある対向する一対の固定子磁極２６に巻かれたコイル２７を同時に励磁された状態から次の位相の固定子磁極２６へ励磁位置を変化させると、回転軸７は歯２４、２５の１／２ピッチ分だけ回転駆動される。よって、固定子磁極２６の励磁位置を順次移動させることにより回転軸７を所望角度だけ回転させることができる。
【００３３】
このようなステッピングモータ６ａを用いれば、平面ミラー９の回転角は、ステッピングモータ６ａへ印加されるパルス数に比例するので、帰還信号不要のオープンループ制御が可能になる。すなわち、制御回路４のアクチュエータ制御回路からパルスを出力すると、平面ミラー９はそのパルス数に比例した角度だけ回転するので、回転角度のモニターなどを必要とすることなく、精密に平面ミラー９の角度を制御することができる。また、ステッピングモータ６ａは、回転していない状態では、磁極歯が対向する位置においてディテントトルク（detent torque）が存在し、ディテントトルクが静止時の保持トルクとして働くので、その角度を無通電で自己保持することができ、別途自己位置保持機構を設ける必要がない。
【００３４】
（第２の実施形態）
図７は本発明の第２の実施形態による光スイッチを示す説明図である。図７では、光スイッチのうち平面ミラー９しか示していないが、制御回路４による平面ミラー９の制御角度の違いを除けば第１の実施形態で説明した光スイッチ１と同じ構造を有している。
【００３５】
第２の実施形態では、入力側光ファイバ１３は、平行に並べられた出力側光ファイバ１４ａ〜１４ｈ（光ファイバ束）の外側に平行に配置されており、出力側光ファイバ１４ａ〜１４ｈからなる光ファイバ束の中央に対向するようにして回転軸７（平面ミラー９の回転中心）の位置が定められている。この実施形態では、入力側光ファイバ１３の先端に取り付けられた入力側レンズ１７は傾斜レンズとなっている。また、出力側光ファイバ１４ａ〜１４ｈと対向する出力側レンズ１８ａ〜１８ｈのうち１つは回転対称な球面又は非球面レンズとなっていてもよい。
【００３６】
しかして、この光スイッチでは、平面ミラー９が図７に破線で示す角度に設定されていたとすると、入力側光ファイバ１３から出射されて入力側レンズ１７でコリメート化された平行光は、斜め方向へ出射され、平面ミラー９で反射される。平面ミラー９で反射された光信号は、出力側レンズ１８ａに入射し、出力側レンズ１８ａによって出力側光ファイバ１４ａの光軸と平行な方向に偏角された後、出力側光ファイバ１４ａに結合されて出力側光ファイバ１４ａ内を伝搬する。
【００３７】
また、平面ミラー９を図７に実線で示す角度に設定すると、入力側光ファイバ１３から出射され入力側レンズ１７でコリメート化された平行光は、平面ミラー９で反射された後、出力側レンズ１８ｇに入射し、出力側レンズ１８ｇによって出力側光ファイバ１４ｇの光軸と平行な方向に偏角され、出力側光ファイバ１４ｇに結合されて出力側光ファイバ１４ｇ内を伝搬する。
【００３８】
同様に、平面ミラー９を適当な角度に設定することにより、入力側光ファイバ１３から出射され、平面ミラー９で反射された光信号を任意の出力側光ファイバ１４ａ〜１４ｈに入射させ、出力側光ファイバ１４ａ〜１４ｈ内を伝搬させることができる。ただし、回転対称な出力側レンズを設けている出力側光ファイバには、反射光は偏角されることなく入射する。
【００３９】
これ以外にも、入力側光ファイバ１３と出力側光ファイバ１４ａ〜１４ｈとの位置関係は任意に入れ替えることができるが、それに応じて入力側レンズ１７や出力側レンズ１８ａ〜１８ｈの形状を変える必要がある。
【００４０】
（第３の実施形態）
図８（ａ）（ｂ）は、本発明の第３の実施形態による光スイッチの構造を示す平面図及び断面図である。この光スイッチ３１では、ファイバアレイ接続部２で支持されたプリント基板３２の上に光ファイバアレイ１２が固定されている。この光ファイバアレイ１２においては、入力側光ファイバ１３及び各出力側光ファイバ１４ａ〜１４ｈの先端にはコリメートレンズ３７が取り付けられている。すなわち、この実施形態では、入力側レンズ及び出力側レンズとして傾斜レンズを使用しておらず、回転対称な球面又は非球面レンズからなる単純なコリメートレンズ３７を用いている。各コリメートレンズ３７の下方では、プリント基板３２の上面に受光素子アレイ３３が配置されている。受光素子アレイ３３は、複数個のフォトダイオードやフォトトランジスタ等の受光素子を一直線状に並べたものである。受光素子アレイ３３を構成する各受光素子は、コリメートレンズ３７と同一ピッチでに配列されており、各受光素子は各コリメートレンズ３７の真下に位置しており、各位置において漏光を検出している。
【００４１】
この実施形態で用いられている光反射位置制御部３は、入力側光ファイバ１３から入射した光信号を光反射面で回帰反射させて元の入射光と平行に送り返すとともに入射光と反射光の光軸間距離を変化させることにより、反射光を結合させる出力側光ファイバ１４ａ〜１４ｈを切り換えられるようにしたものである。具体的に言うと、図８（ｂ）に示すように、ケーシング５の底面には軸受け３４が設けられており、当該軸受け３４によって揺動型ボイスコイルモータ３５のアーム３６が回動自在に支持され、揺動型ボイスコイルモータ３５のアーム３６の上に直角三角形状をした三角プリズム４６が反射部材として水平に接着固定されている。揺動型ボイスコイルモータ３５は、アーム３６（ロータプレート）が可動部となっており、アーム３６の下面に設けられた軸３８が軸受け３４によって回動自在に支持されている。三角プリズム４６は、軸３８の直上においてアーム３６の上面に水平に固定されている。揺動型ボイスコイルモータ３５は、図９に示すように、３本の湾曲したヨーク（継鉄）３９、４０、４１を備えた略Ｅ形のヨーク部材４２を備えており、このヨーク部材４２はケーシング５内に固定されている。ヨーク３９及び４０間のスリットにおいてヨーク３９の縁には永久磁石４３が固定されており、永久磁石４３からヨーク４０に向けて磁界が生じている。同様に、ヨーク４１及び４０の間のスリットにおいてヨーク４１の縁に永久磁石４４が固定されており、永久磁石４４からヨーク４０に向けて磁界が生じている。アーム３６の後端部上面には環状に形成されたコイル４５が固定されており、コイル４５内には中央のヨーク部材４０がコイル４５に接触しないようにして挿入されている。しかして、この揺動型ボイスコイルモータ３５にあっては、コイル４５に電流を流すと、コイル４５に働くローレンツ力によってコイル４５がヨーク４０に沿って移動し、それによりアーム３６は軸３８の回りに回転する。また、電流の流れる向きを反転させると、アーム３６は反対向きに回転する。よって、揺動型ボイスコイルモータ３５を駆動してアーム３６の角度を変えることにより、三角プリズム４６を回転させることができる。
【００４２】
図１０（ａ）（ｂ）は上記光スイッチ３１の働きを説明する説明図である。はじめに三角プリズム４６が図１０（ａ）に示す角度に設定されていたとすると、入力側光ファイバ１３から出射されてコリメートレンズ３７でコリメート化された平行光は、入力側光ファイバ１３の光軸と平行に出射され、三角プリズム４６であるプリズムの直交する２面で全反射される。三角プリズム４６で回帰反射された光信号は、元の入射方向と平行に戻り、コリメートレンズ３７を通って出力側光ファイバ１４ａに結合され、出力側光ファイバ１４ａ内を伝搬する。
【００４３】
また、三角プリズム４６を図１０（ｂ）に実線で示す角度に設定すると、入力側光ファイバ１３から出射されコリメートレンズ３７でコリメート化された平行光は、三角プリズム４６で２度全反射されて元の方向に戻り、コリメートレンズ３７によって出力側光ファイバ１４ｆに結合されて出力側光ファイバ１４ｆ内を伝搬する。
【００４４】
同様に、三角プリズム４６を適当な角度に設定することにより、入力側光ファイバ１３から出射され、三角プリズム４６で反射された光信号を任意の出力側光ファイバ１４ａ〜１４ｈに入射させ、出力側光ファイバ１４ａ〜１４ｈ内を伝搬させることができる。すなわち、三角プリズム４６の回転角によって、どの出力側光ファイバ１４ａ〜１４ｈへ光信号が伝達されるかが決まる。
【００４５】
光信号の出力先を設定するには、制御回路４のアクチュエータ制御回路が、外部から与えられる選択チャネル指令信号と受光素子アレイ３３からの帰還信号をもとに揺動型ボイスコイルモータ３５の電流を調整して三角プリズム４６の回転角を制御する。すなわち、アクチュエータ制御回路は、受光素子アレイ３３の各受光素子出力をモニターし、出力先の出力側レンズ１８ａ〜１８ｈと対応する受光素子の出力が最大となるように揺動型ボイスコイルモータ３５をフィードバック制御する。
【００４６】
このように本発明の光スイッチ３１でも、回転型の制御用アクチュエータ６で三角プリズム４６を回転させることによって出力側光ファイバ１４ａ〜１４ｈを切り換えているので、直線状に移動する部材を必要とせず、光スイッチ１に振動や衝撃が加わっても三角プリズム４６が回転しにくく、光スイッチ１の信頼性が向上する。
【００４７】
また、揺動型ボイスコイルモータはハードディスクドライブなどの磁気記録装置に多用されていて安価に提供されているので、制御用アクチュエータ６として揺動型ボイスコイルモータ３５等の回転型のアクチュエータを用いることにより光スイッチ１のコストも安価にできる。しかも、反射部材として三角プリズム４６を使用して光信号を回帰反射させているので、高価な傾斜レンズを用いる必要が無くなる。
【００４８】
また、図８（ｂ）に示すように、アーム３６の下面には、バランス重り４７を取り付けている。このバランス重り４７は、アーム３６、コイル４５、三角プリズム４６及びバランス重り４７の合成された重心が、軸３８の軸心と一致するよう調整する働きをしており、回転部分（すなわち、アーム３６、三角プリズム４６、バランス重り４７）と軸回りのバランスをとる位置に付加されている。もちろん、回転バランスを取る手段としては、バランス重り４７を付加する代りに、アーム３６の一部を切削してもよい。このようなバランス重り４７を設けることにより軸回りのバランスを取ることができるので、回転部分全体に対して働く回転トルクを相殺させることによって外力によって生じる回転トルクを低減させることができ、外部から振動や衝撃を受けた場合でも、三角プリズム４６の回転角が変化して光路にずれが生じにくくなる。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の光スイッチによれば、光スイッチに振動や衝撃などの直線的な動きが加わっても、反射部材の設定角度が変化して光路がずれにくくなり、光スイッチの信頼性が向上する。また、回転アクチュエータを用いることにより、直動型のアクチュエータを用いる場合と比較して、光スイッチのコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）（ｂ）は、本発明の第１の実施形態による光スイッチを示す平面図及び断面図である。
【図２】（ａ）（ｂ）は、光ファイバアレイの平面図及び正面図である。
【図３】（ａ）（ｂ）は、それぞれレンズアレイに設けられている入力側レンズ（コリメートレンズ）と出力側レンズ（傾斜レンズ）の働きを説明する図である。
【図４】図１に示した光スイッチの作用説明図である。
【図５】ステッピングモータの一部破断した側面図である。
【図６】同上のステッピングモータの断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態による光スイッチの構成を説明する概略図である。
【図８】（ａ）（ｂ）は、本発明の第３の実施形態による光スイッチを示す平面図及び断面図である。
【図９】同上の光スイッチに用いられている揺動型ボイスコイルモータの平面図である。
【図１０】（ａ）（ｂ）は、図８に示した光スイッチの作用説明図である。
【符号の説明】
１光スイッチ
４制御回路
６制御用アクチュエータ
６ａステッピングモータ
９平面ミラー
１２光ファイバアレイ
１３入力側光ファイバ
１４ａ〜１４ｈ出力側光ファイバ
１７入力側レンズ
１８ａ〜１８ｈ出力側レンズ
３１光スイッチ
３３受光素子アレイ
３５揺動型ボイスコイルモータ
４６三角プリズム
４７バランス重り[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical switch.
[0002]
[Background]
An optical switch that selects one of N output-side optical fibers and outputs an optical signal transmitted from one input-side optical fiber is called a 1 × N-type optical switch. As such an optical switch, there is an optical switch in which an optical signal emitted from an input side optical fiber is reflected by a reflection mirror and selectively sent to any one of the output side optical fibers.
[0003]
In the conventional optical switch using the reflection mirror, the output side optical fibers are arranged in parallel, and the reflection mirror is moved linearly in parallel with the arrangement direction of the output side optical fibers by a linear actuator. Yes, the output side optical fiber for transmitting the optical signal reflected by the reflection mirror is switched by moving the reflection mirror. (For example, there is one disclosed in Patent Document 1. Also, there is one disclosed in Patent Document 2, which is not known at the time of filing of the present invention.)
[0004]
However, in the conventional optical switch, the reflecting mirror is linearly moved by a linear actuator, so that the position where the reflecting mirror is held is easily displaced due to external vibration or impact (especially the reflecting mirror). The reflection mirror is easy to move due to vibration and shock parallel to the direction of movement of the light.), And the coupling between the optical signal reflected by the reflection mirror and the selected output-side optical fiber becomes unstable, resulting in poor reliability. there were. In addition, since a direct acting actuator is used, the cost of the optical switch is high.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-2-149806
[Patent Document 2]
Japanese Patent Application No. 2003-010952
[0006]
DISCLOSURE OF THE INVENTION
The present invention has been made in view of the technical problems as described above. The object of the present invention is to be resistant to vibration and impact by driving a reflecting member without using a direct acting actuator, and to be manufactured at a low cost. Is to provide an inexpensive optical switch.
[0007]
An optical switch according to the present invention is an optical switch that selectively outputs an optical signal input from an input-side optical transmission path to any one of a plurality of output-side optical transmission paths, and is emitted from the input-side optical transmission path. A rotatable reflecting member that reflects the received optical signal and causes the reflected light to enter one of the output side optical transmission paths according to a set angle, and the reflecting member is rotated. A rotary actuator for controlling the setting angle of the reflecting member, and light that is incident on the optical axis of the output-side optical transmission path after being reflected by the reflecting member obliquely to the optical axis of the output-side optical transmission path A lens provided on the distal end side of the output-side optical transmission path, and the lens cuts a portion off the optical axis of the aspherical lens. Of the shape taken An inclined lens, and Optical axis of the tilt lens It is characterized in that the direction is directed to the center of rotation of the reflecting member. Here, although an optical fiber is usually used as the optical transmission line, an optical waveguide or the like may be used.
[0008]
In the optical switch of the present invention, the optical signal emitted from the input side optical transmission path is reflected by the reflecting member, and the optical signal reflected by the reflecting member is selected from any of the plurality of output side optical transmission paths. The light can be selectively incident on the output side optical transmission path, and the output side optical transmission path for outputting the optical signal can be switched by rotating the reflecting member by the rotary actuator to change the setting angle of the reflecting member. Therefore, even if linear movement such as vibration or impact is applied to the optical switch, the setting angle of the reflecting member is changed and the optical path is not easily displaced, and the reliability of the optical switch is improved. Further, by using the rotary actuator, the cost of the optical switch can be reduced as compared with the case of using the direct acting actuator.
[0009]
Furthermore, in the optical switch according to the present invention, a portion off the optical axis of the aspheric lens is cut off. Of the shape taken Where it is an inclined lens, and Optical axis of the tilt lens Since the lens configured so that the direction is directed to the rotation center of the reflecting member is provided on the distal end side of the output-side optical transmission path, it is reflected on the optical axis of the output-side optical transmission path after being reflected by the reflecting member by the lens. In contrast, light that is incident obliquely can be converted into light that is parallel to the optical axis of the output side optical transmission line, and between the input side optical transmission line and the output side optical transmission line that are parallel using a plane mirror. Thus, an optical signal can be transmitted, and the structure of the reflecting member can be simplified.
[0010]
Of the present invention is there As an embodiment, the reflection member may be configured to recursively reflect incident light in a direction parallel to the incident light. As such a reflecting member, a triangular prism, a regression reflecting plate, or the like can be used. If a reflective member that reflects incident light is used, there is no need to use an inclined lens even when the input side optical transmission path and output side optical transmission path are arranged in parallel, simplifying the configuration of the optical switch. This can reduce the cost of the optical switch.
[0011]
The present invention Other In an embodiment, a collimator lens that converts an optical signal emitted from the input side optical transmission path into parallel light may be provided on the distal end side of the input side optical transmission path. By providing a collimating lens at the tip side of the input side optical transmission path and making the light emitted from the input side optical transmission path parallel light, it becomes difficult for the light flux of the optical signal to spread before reaching the output side optical transmission path, The loss of the optical signal can be reduced.
[0012]
In still another embodiment of the present invention, a rotary stepping motor can be used as the rotary actuator. Since the rotary stepping motor is inexpensively provided as a mass-produced product, the cost of the optical switch can be reduced by using the rotary stepping motor as the rotary actuator. In addition, if a rotary stepping motor is used, the detent torque of the stepping motor can be used to hold the reflecting member in its own position, and there is no need to provide a separate self-holding mechanism, thereby reducing the size and cost of the optical switch. Can be planned.
[0013]
In still another embodiment of the present invention, an oscillating voice coil motor may be used as the rotary actuator. Since oscillating voice coil motors are also inexpensively offered as mass-produced products, the use of oscillating voice coil motors as rotary actuators can reduce the size of optical switches and reduce the cost of optical switches. Can be planned.
[0014]
In still another embodiment of the present invention, a weight for balancing the movable part of the rotary actuator and the reflective member may be provided around the rotational axis of the reflective member. By providing such a weight, it is possible to balance the rotation axis, so that the rotational torque acting on the entire rotating part can be offset, and even when subjected to vibration or impact from the outside, the reflecting member The rotation angle of the light beam changes, and the optical path is less likely to be displaced.
[0015]
The above-described constituent elements of the present invention can be arbitrarily combined as much as possible.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
Hereinafter, a 1 × 8 optical switch having 1 input and 8 outputs will be described with reference to the drawings as a first embodiment of the present invention. However, the number of output side optical fibers may be any plural number. FIGS. 1A and 1B are a plan view and a cross-sectional view showing an optical switch 1 according to the first embodiment. The optical switch 1 is mainly configured by housing a fiber array connection unit 2, a light reflection position control unit 3, a control circuit 4 and the like in a casing 5. The fiber array connection portion 2 may be of any structure as long as it can support and position the optical fiber array 12, but for example, the optical fiber array 12 is placed and fixed by adhesion after positioning. And a connector receiver for connecting the optical fiber array 12 having a connector structure. Further, the optical fiber array 12 may be directly fixed to the casing 5 without using the fiber array connection portion 2.
[0017]
The light reflection position control unit 3 reflects an optical signal incident from the input side optical fiber 13 by a light reflection surface and sends it back to the output side optical fibers 14a to 14h, and outputs the light to be coupled by controlling the reflection direction. The side optical fibers 14a to 14h can be switched. More specifically, as shown in FIG. 1B, a rotary control actuator 6 is installed on the bottom surface of the casing 5 with the rotary shaft 7 facing upward, and the rotary shaft of the control actuator 6 is rotated. 7, a disk table 8 (rotor plate) is attached, and the disk table 8 is supported horizontally by a control actuator 6. On the upper surface of the disk table 8, a plane mirror 9 is erected as a reflecting member perpendicularly to the disk table 8, and the lower surface of the plane mirror 9 is bonded and fixed to the disk table 8. As the control actuator 6, a small actuator that can control the rotation angle with high accuracy is desirable, and a servo motor, a geared motor, or the like can be used, but a rotary stepping motor is desirable. The flat mirror 9 is made of silver, aluminum, copper, stainless steel, or an alloy thereof (for example, brass) whose mirror surface is processed on at least one surface, or a glass plate on which a vapor deposition film of aluminum, silver, or the like is formed on the front surface or the back surface. It is the flat mirror formed by. The disc table 8 is mounted such that its center coincides with the axis of the rotary shaft 7, and the plane mirror 9 is arranged so that its light reflecting surface coincides with the axis of the rotary shaft 7 in plan view. Has been. The light reflecting surface of the plane mirror 9 faces the optical fiber array 12 side.
[0018]
The control circuit 4 is configured by mounting an IC 19 and an electronic circuit on a circuit board 11 supported by a support column 10 in a casing 5, in which a control actuator 6 is driven to rotate and its rotation angle is set. An actuator drive circuit for control is included.
[0019]
The optical fiber array 12 is configured by arranging input-side optical fibers 13 and output-side optical fibers 14a to 14h (optical fiber bundles) in parallel at equal intervals in the same MT connector (Mechanical Transferable single-mode multifiber connector) 15. Yes. The input side optical fiber 13 is disposed in the middle of the output side optical fibers 14a to 14d and 14e to 14h arranged in parallel. A plate-shaped lens array 16 is attached to the tip of the MT connector 15. The optical fiber array 12 is fixed so that the optical fiber array direction is orthogonal to the axial direction of the rotation shaft 7 of the control actuator 6 (as viewed from the optical axis direction of the optical fiber). The extension line of the fiber 13 is arranged so as to intersect with the axis of the rotating shaft 7.
[0020]
2A and 2B are a plan view and a front view of the optical fiber array 12, respectively. In the lens array 16, an input side lens 17 is provided at a position facing the end face of the input side optical fiber 13, and output side lenses 18a to 18h are provided at positions facing the end faces of the output side optical fibers 14a to 14h. ing. The lens array 16 aligns the input side lens 17 with the input side optical fiber 13 and aligns the output side lenses 18a to 18h with the output side optical fibers 14a to 14h at the tip of the MT connector 15. Bonded and fixed.
[0021]
FIGS. 3A and 3B are diagrams illustrating the functions of the input side lens 17 and the output side lenses 18a to 18h, respectively. The input side lens 17 is a rotationally symmetric spherical or aspherical normal collimating lens, and is attached to the tip of the input side optical fiber 13. When the optical signal propagated through the input side optical fiber 13 is emitted from the tip of the input side optical fiber 13, as shown in FIG. 3A, the optical signal emitted from the input side optical fiber 13 is converted into the input side lens. 17 is collimated and emitted as parallel light. The output side lenses 18a to 18h are tilted lenses having a shape obtained by cutting off a part of the aspherical lens (location off the optical axis), and are attached to the tips of the output side optical fibers 14a to 14h. Has been. Any of the output side lenses 18a to 18h is configured such that its directing direction faces the center of rotation of the plane mirror 9, and an optical signal emitted from the input side optical fiber 13 and reflected by the plane mirror 9 is obliquely viewed. When incident, the optical signal is deflected to be converted into an optical signal in a direction parallel to each of the output side optical fibers 14a to 14h, and coupled to each of the output side optical fibers 14a to 14h.
[0022]
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the function of the optical switch 1. First, assuming that the plane mirror 9 is set at an angle indicated by a broken line in FIG. 4, the parallel light emitted from the input side optical fiber 13 and collimated by the input side lens 17 (FIG. 3A) The light is emitted parallel to the optical axis of the optical fiber 13 and reflected by the plane mirror 9. The optical signal reflected by the plane mirror 9 enters the output side lens 18a, and is deflected by the output side lens 18a in a direction parallel to the optical axis of the output side optical fiber 14a (FIG. 3B). It is coupled to the output side optical fiber 14a and propagates in the output side optical fiber 14a.
[0023]
When the plane mirror 9 is rotated and set to an angle indicated by a solid line in FIG. 4, the collimated light emitted from the input side optical fiber 13 and collimated by the input side lens 17 is reflected by the plane mirror 9, The light enters the output side lens 18f, is deflected by the output side lens 18f in a direction parallel to the optical axis of the output side optical fiber 14f, is coupled to the output side optical fiber 14f, and propagates through the output side optical fiber 14f.
[0024]
Similarly, by setting the plane mirror 9 to an appropriate angle, an optical signal emitted from the input side optical fiber 13 and reflected by the plane mirror 9 is made incident on any output side optical fibers 14a to 14h, and output side It can be propagated in the optical fibers 14a to 14h. That is, the output-side optical fibers 14a to 14h to which the optical signal is transmitted are determined by the rotation angle of the plane mirror 9. Data such as how to set the angle of the plane mirror 9 to make the reflected light incident on which output side optical fibers 14a to 14h is held in the actuator control circuit in the control circuit 4, and the actuator When the output side optical fibers 14a to 14h are instructed to the control circuit, the plane mirror 9 is controlled to a predetermined angle by the actuator control circuit.
[0025]
As described above, in the optical switch 1 of the present invention, the output side optical fibers 14a to 14h are switched by rotating the plane mirror 9 by the rotary control actuator 6, so that a member moving linearly is not required. Even if vibration or impact is applied to the optical switch 1, the rotation angle of the flat mirror 9 is changed and the optical path is hardly displaced, and the reliability of the optical switch 1 is improved.
[0026]
In addition, since pulse step motors and the like are widely used in consumer equipment and are inexpensively provided as mass-produced products, the optical switch 1 can be obtained by using a rotary control actuator 6 such as a pulse step motor as the control actuator 6. Cost reduction.
[0027]
In the embodiment described here, the plane mirror 9 is attached to the disk table 8 so that the light reflection surface of the plane mirror 9 coincides with the axis of the rotation shaft 7. When it is far from the axis of the rotary shaft 7, the center of gravity of the disc table 8, the plane mirror 9 and the balance weight using a balance weight as described later is matched with the axis of the rotary shaft 7. It may be.
[0028]
Alternatively, the light reflecting surface of the plane mirror 9 is shifted from the axis of the rotary shaft 7, and the plane mirror 9 is attached to the disk table 8 so that the center of gravity of the plane mirror 9 coincides with the axis of the rotary shaft 7 in plan view. May be.
[0029]
If the center of gravity of the plane mirror 9 is made coincident with the axis of the rotary shaft 7 in this way, even if vibration or impact is applied to the optical switch 1, a rotational moment is unlikely to be generated around the rotary shaft 7, and the plane mirror is further improved. 9 becomes difficult to rotate by vibration or impact, and the reliability of the optical switch 1 is improved. Further, if the center of gravity or the like of the plane mirror 9 is made coincident with the axis of the rotary shaft 7, the moment of inertia of the plane mirror 9 and the disk table 8 around the rotary shaft 7 can be reduced. 6, the plane mirror 9 can be smoothly rotated with a small torque.
[0030]
Further, when a stepping motor is used as the control actuator 6, the following features are added. FIG. 5 is a partially cutaway side view showing an example of a stepping motor 6a used as the control actuator 6, and FIG. 6 is a sectional view of the stepping motor 6a. In this stepping motor 6 a, the rotating shaft 7 is rotatably supported by the bearing 20, and the N pole and the S pole are positioned in the axial direction of the rotating shaft 7, and are permanently attached to the outer periphery of the rotating shaft 7. A magnet 21 is attached. At both ends of the permanent magnet 21, a rotor core 22 (rotor) and a rotor core 23 (rotor) are attached to the rotary shaft 7, and the rotor core 22 is magnetized to the N pole by the permanent magnet 21, The rotor core 23 is magnetized to the south pole by the permanent magnet 21. Concave and convex teeth 24 are provided on the outer peripheral surface of the rotor core 22, and concave and convex teeth 25 are provided on the outer peripheral surface of the rotor core 23, and the convex portions of the teeth 24 of the rotor core 22 are provided. And the protrusions of the teeth 25 of the rotor core 23 are shifted from each other by a half pitch when viewed from the direction of the axis of the rotary shaft 7.
[0031]
The stepping motor 6a is a four-phase HB (hybrid) type stepping motor, and four sets of stator magnetic poles 26 are provided around the rotor core 22 and the rotor core 23, and each stator is provided. A coil 27 is wound around the outer periphery of the magnetic pole 26, and teeth 28 having irregularities with the same pitch as the teeth 24 and 25 are formed on the tip surface of the stator magnetic pole 26. However, the concavities and convexities of the teeth 28 are shifted between the adjacent stator magnetic poles 26, the convex portions of the teeth 28 of a certain stator magnetic pole 26, the convex portions of the teeth 24 of the rotor core 22, and the teeth 25 of the rotor core 23. Is opposite to the concave portion of the rotor core 22, the convex portion of the tooth 28 is opposed to the concave portion of the tooth 24 of the rotor core 22 and the convex portion of the tooth 25 of the rotor core 23. Yes.
[0032]
Thus, when the excitation position is changed from the state in which the coil 27 wound around a pair of opposing stator magnetic poles 26 is simultaneously excited to the stator magnetic pole 26 of the next phase, the rotating shaft 7 has the teeth 24 and 25. It is rotationally driven by 1/2 pitch. Therefore, the rotating shaft 7 can be rotated by a desired angle by sequentially moving the excitation position of the stator magnetic pole 26.
[0033]
If such a stepping motor 6a is used, the rotation angle of the plane mirror 9 is proportional to the number of pulses applied to the stepping motor 6a, so that open loop control without a feedback signal is possible. That is, when a pulse is output from the actuator control circuit of the control circuit 4, the plane mirror 9 rotates by an angle proportional to the number of pulses, so that the angle of the plane mirror 9 can be precisely measured without the need for monitoring the rotation angle. Can be controlled. Further, when the stepping motor 6a is not rotating, there is a detent torque at a position where the magnetic pole teeth face each other, and the detent torque works as a holding torque at rest. Therefore, it is not necessary to provide a self-position holding mechanism.
[0034]
(Second Embodiment)
FIG. 7 is an explanatory view showing an optical switch according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 7, only the plane mirror 9 is shown in the optical switch. However, the optical switch 1 has the same structure as that of the optical switch 1 described in the first embodiment except for the difference in the control angle of the plane mirror 9 by the control circuit 4. Yes.
[0035]
In 2nd Embodiment, the input side optical fiber 13 is arrange | positioned in parallel with the outer side of the output side optical fibers 14a-14h (optical fiber bundle) arranged in parallel, and consists of output side optical fibers 14a-14h. The position of the rotation shaft 7 (the rotation center of the plane mirror 9) is determined so as to face the center of the optical fiber bundle. In this embodiment, the input side lens 17 attached to the tip of the input side optical fiber 13 is an inclined lens. One of the output side lenses 18a to 18h facing the output side optical fibers 14a to 14h may be a rotationally symmetric spherical or aspherical lens.
[0036]
Thus, in this optical switch, assuming that the plane mirror 9 is set at an angle indicated by a broken line in FIG. 7, the parallel light emitted from the input side optical fiber 13 and collimated by the input side lens 17 is oblique. And reflected by the plane mirror 9. The optical signal reflected by the plane mirror 9 is incident on the output side lens 18a, deviated in a direction parallel to the optical axis of the output side optical fiber 14a by the output side lens 18a, and then coupled to the output side optical fiber 14a. And propagates in the output side optical fiber 14a.
[0037]
When the plane mirror 9 is set to an angle indicated by a solid line in FIG. 7, the parallel light emitted from the input side optical fiber 13 and collimated by the input side lens 17 is reflected by the plane mirror 9 and then output side lens. 18g, and is deflected by the output side lens 18g in a direction parallel to the optical axis of the output side optical fiber 14g, coupled to the output side optical fiber 14g, and propagated through the output side optical fiber 14g.
[0038]
Similarly, by setting the plane mirror 9 to an appropriate angle, an optical signal emitted from the input side optical fiber 13 and reflected by the plane mirror 9 is made incident on any output side optical fibers 14a to 14h, and output side It can be propagated in the optical fibers 14a to 14h. However, the reflected light is incident on the output side optical fiber provided with the rotationally symmetric output side lens without being deflected.
[0039]
In addition to this, the positional relationship between the input side optical fiber 13 and the output side optical fibers 14a to 14h can be arbitrarily changed, but the shapes of the input side lens 17 and the output side lenses 18a to 18h need to be changed accordingly. There is.
[0040]
(Third embodiment)
8A and 8B are a plan view and a cross-sectional view showing the structure of the optical switch according to the third embodiment of the present invention. In the optical switch 31, the optical fiber array 12 is fixed on the printed circuit board 32 supported by the fiber array connection unit 2. In the optical fiber array 12, a collimator lens 37 is attached to the tips of the input side optical fiber 13 and the output side optical fibers 14a to 14h. That is, in this embodiment, a tilting lens is not used as the input side lens and the output side lens, but a simple collimating lens 37 made of a rotationally symmetric spherical or aspherical lens is used. Below each collimating lens 37, a light receiving element array 33 is disposed on the upper surface of the printed circuit board 32. The light receiving element array 33 has a plurality of light receiving elements such as photodiodes and phototransistors arranged in a straight line. The light receiving elements constituting the light receiving element array 33 are arranged at the same pitch as the collimating lenses 37, and each light receiving element is located immediately below each collimating lens 37 and detects light leakage at each position. .
[0041]
The light reflection position control unit 3 used in this embodiment recursively reflects an optical signal incident from the input side optical fiber 13 on the light reflection surface and sends it back in parallel with the original incident light. By changing the distance between the optical axes, the output side optical fibers 14a to 14h for coupling the reflected light can be switched. More specifically, as shown in FIG. 8B, a bearing 34 is provided on the bottom surface of the casing 5, and the arm 36 of the oscillating voice coil motor 35 is rotatably supported by the bearing 34. A triangular prism 46 having a right triangle shape is horizontally bonded and fixed on the arm 36 of the oscillating voice coil motor 35 as a reflecting member. In the oscillating voice coil motor 35, an arm 36 (rotor plate) is a movable part, and a shaft 38 provided on the lower surface of the arm 36 is rotatably supported by a bearing 34. The triangular prism 46 is fixed horizontally on the upper surface of the arm 36 immediately above the shaft 38. As shown in FIG. 9, the oscillating voice coil motor 35 includes a substantially E-shaped yoke member 42 including three curved yokes 39, 40 and 41, and this yoke member 42. Is fixed in the casing 5. A permanent magnet 43 is fixed to the edge of the yoke 39 in the slit between the yokes 39 and 40, and a magnetic field is generated from the permanent magnet 43 toward the yoke 40. Similarly, a permanent magnet 44 is fixed to the edge of the yoke 41 in the slit between the yokes 41 and 40, and a magnetic field is generated from the permanent magnet 44 toward the yoke 40. An annularly formed coil 45 is fixed to the upper surface of the rear end portion of the arm 36, and a central yoke member 40 is inserted into the coil 45 so as not to contact the coil 45. In this oscillating voice coil motor 35, when a current is passed through the coil 45, the coil 45 moves along the yoke 40 due to the Lorentz force acting on the coil 45, whereby the arm 36 moves on the shaft 38. Rotate around. Further, when the direction in which the current flows is reversed, the arm 36 rotates in the opposite direction. Therefore, the triangular prism 46 can be rotated by driving the oscillating voice coil motor 35 and changing the angle of the arm 36.
[0042]
10A and 10B are explanatory views for explaining the function of the optical switch 31. FIG. First, assuming that the triangular prism 46 is set to the angle shown in FIG. 10A, the parallel light emitted from the input side optical fiber 13 and collimated by the collimator lens 37 is connected to the optical axis of the input side optical fiber 13. The light is emitted in parallel and is totally reflected by two orthogonal surfaces of the prism which is the triangular prism 46. The optical signal recursively reflected by the triangular prism 46 returns to be parallel to the original incident direction, passes through the collimator lens 37, is coupled to the output side optical fiber 14a, and propagates through the output side optical fiber 14a.
[0043]
When the triangular prism 46 is set to an angle indicated by a solid line in FIG. 10B, the parallel light emitted from the input side optical fiber 13 and collimated by the collimating lens 37 is totally reflected twice by the triangular prism 46. Returning to the original direction, the light is coupled to the output side optical fiber 14f by the collimating lens 37 and propagates through the output side optical fiber 14f.
[0044]
Similarly, by setting the triangular prism 46 to an appropriate angle, an optical signal emitted from the input side optical fiber 13 and reflected by the triangular prism 46 is made incident on any output side optical fibers 14a to 14h, and the output side It can be propagated in the optical fibers 14a to 14h. That is, the output side optical fibers 14 a to 14 h are determined by the rotation angle of the triangular prism 46.
[0045]
In order to set the output destination of the optical signal, the actuator control circuit of the control circuit 4 determines the current of the oscillating voice coil motor 35 based on the selection channel command signal given from the outside and the feedback signal from the light receiving element array 33. Is adjusted to control the rotation angle of the triangular prism 46. That is, the actuator control circuit monitors each light receiving element output of the light receiving element array 33, and controls the oscillating voice coil motor 35 so that the output of the light receiving element corresponding to the output side output lenses 18a to 18h is maximized. Feedback control.
[0046]
As described above, even in the optical switch 31 of the present invention, the output side optical fibers 14a to 14h are switched by rotating the triangular prism 46 by the rotary control actuator 6, so that a member moving linearly is not required. Even if vibration or impact is applied to the optical switch 1, the triangular prism 46 is difficult to rotate, and the reliability of the optical switch 1 is improved.
[0047]
Further, since the oscillating voice coil motor is widely used in magnetic recording devices such as hard disk drives and is provided at a low cost, a rotary actuator such as the oscillating voice coil motor 35 is used as the control actuator 6. Thus, the cost of the optical switch 1 can be reduced. In addition, since the triangular prism 46 is used as the reflecting member to recursively reflect the optical signal, it is not necessary to use an expensive tilt lens.
[0048]
Further, as shown in FIG. 8B, a balance weight 47 is attached to the lower surface of the arm 36. The balance weight 47 functions to adjust the combined center of gravity of the arm 36, the coil 45, the triangular prism 46, and the balance weight 47 so as to coincide with the axis of the shaft 38, and the rotating portion (that is, the arm 36). The triangular prism 46 and the balance weight 47) are added to the positions for balancing around the axis. Of course, as a means for balancing rotation, a part of the arm 36 may be cut instead of adding the balance weight 47. By providing such a balance weight 47, it is possible to balance the axis, so that the rotational torque generated by the external force can be reduced by canceling the rotational torque acting on the entire rotating part, and vibration from the outside can be achieved. Even when an impact is received, the rotation angle of the triangular prism 46 changes and the optical path is less likely to be displaced.
[0049]
【The invention's effect】
According to the optical switch of the present invention, even if linear movement such as vibration or impact is applied to the optical switch, the setting angle of the reflecting member is changed and the optical path is not easily displaced, and the reliability of the optical switch is improved. Further, by using the rotary actuator, the cost of the optical switch can be reduced as compared with the case of using the direct acting actuator.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are a plan view and a cross-sectional view showing an optical switch according to a first embodiment of the present invention.
2A and 2B are a plan view and a front view of an optical fiber array, respectively.
FIGS. 3A and 3B are diagrams illustrating the functions of an input side lens (collimator lens) and an output side lens (tilt lens) provided in the lens array, respectively.
FIG. 4 is an operation explanatory diagram of the optical switch shown in FIG. 1;
FIG. 5 is a partially cutaway side view of a stepping motor.
FIG. 6 is a sectional view of the stepping motor.
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating the configuration of an optical switch according to a second embodiment of the present invention.
8A and 8B are a plan view and a cross-sectional view showing an optical switch according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a plan view of an oscillating voice coil motor used in the above optical switch.
FIGS. 10A and 10B are explanatory views of the operation of the optical switch shown in FIG.
[Explanation of symbols]
1 Optical switch
4 Control circuit
6 Actuator for control
6a Stepping motor
9 Flat mirror
12 Optical fiber array
13 Input side optical fiber
14a-14h Output side optical fiber
17 Input lens
18a-18h Output lens
31 Optical switch
33 Photodetector array
35 Oscillating Voice Coil Motor
46 Triangular prism
47 Balance weight

Claims

In an optical switch that selectively outputs an optical signal input from an input side optical transmission line to any one of a plurality of output side optical transmission lines,
A rotatable reflecting member that reflects an optical signal emitted from the input-side optical transmission path and causes reflected light to enter one of the output-side optical transmission paths according to a set angle; ,
A rotary actuator for rotating the reflecting member to control a setting angle of the reflecting member;
The tip of the output-side optical transmission path for converting light that is incident on the optical axis of the output-side optical transmission path after being reflected by the reflecting member into light parallel to the optical axis of the output-side optical transmission path A lens provided on the side,
The lens is a shape of the inclined lens took off position off the optical axis of the aspherical lens, and characterized in that the optical axis direction of the tilt lens is configured so as to face the center of rotation of the reflecting member And an optical switch.

The optical switch according to claim 1, wherein the reflection member is configured to recursively reflect incident light in a direction parallel to the incident light.

2. The optical switch according to claim 1, wherein a collimator lens that converts an optical signal emitted from the input-side optical transmission path into parallel light is provided on a distal end side of the input-side optical transmission path.

The optical switch according to claim 1, wherein a rotary stepping motor is used as the rotary actuator.

The optical switch according to claim 1, wherein an oscillating voice coil motor is used as the rotary actuator.

2. The optical switch according to claim 1, wherein a weight for balancing the movable part of the rotary actuator and the reflecting member is provided around the rotation axis of the reflecting member.