JP4161794B2 - Light switch - Google Patents
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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
[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
[0017]
The light reflection
[0018]
The
[0019]
The
[0020]
2A and 2B are a plan view and a front view of the
[0021]
FIGS. 3A and 3B are diagrams illustrating the functions of the
[0022]
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the function of the
[0023]
When the
[0024]
Similarly, by setting the
[0025]
As described above, in the
[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
[0027]
In the embodiment described here, the
[0028]
Alternatively, the light reflecting surface of the
[0029]
If the center of gravity of the
[0030]
Further, when a stepping motor is used as the
[0031]
The stepping
[0032]
Thus, when the excitation position is changed from the state in which the
[0033]
If such a
[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
[0035]
In 2nd Embodiment, the input side
[0036]
Thus, in this optical switch, assuming that the
[0037]
When the
[0038]
Similarly, by setting the
[0039]
In addition to this, the positional relationship between the input side
[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
[0041]
The light reflection
[0042]
10A and 10B are explanatory views for explaining the function of the
[0043]
When the
[0044]
Similarly, by setting the
[0045]
In order to set the output destination of the optical signal, the actuator control circuit of the
[0046]
As described above, even in the
[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
[0048]
Further, as shown in FIG. 8B, a
[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 (6)
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する光スイッチ。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.
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