JPH03129313A - Optical switch using bimorph piezoelectric element - Google Patents

Optical switch using bimorph piezoelectric element

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Publication number
JPH03129313A
JPH03129313A JP29929389A JP29929389A JPH03129313A JP H03129313 A JPH03129313 A JP H03129313A JP 29929389 A JP29929389 A JP 29929389A JP 29929389 A JP29929389 A JP 29929389A JP H03129313 A JPH03129313 A JP H03129313A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical
piezoelectric element
bimorph piezoelectric
optical fiber
switching
Prior art date
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Pending
Application number
JP29929389A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takayuki Yamada
孝行 山田
Tetsuo Yabuta
薮田 哲郎
Shinichi Aoshima
伸一 青島
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To easily realize the 1:N optical switch by controlling the voltages applied to the bimorph piezoelectric elements and moving an optical fiber directly. CONSTITUTION:When the connection of an optical fiber 17 on a movable base 13 is switched from an optical fiber 152 on a fixed base 11 to an optical fiber 153, the voltages applied to the bimorph piezoelectric elements 21 and 25 are controlled and the movable base 13 is moved so that the optical axis of the optical fiber 17 is aligned with the optical axis of the optical fiber 153. Then electromagnetic actuators 551 and 552 are driven to insert pins 531 and 532 into holes 512 and 516 and the movable base 13 is fixed. In such a case, the bimorph piezoelectric elements are variable in deformation quantity with the applied voltage, and the base is moved through a plunger by controlling the applied voltages to perform 1:n switching between the optical fibers. Thus, the 1:n switching with low insertion loss is enabled by the simple constitution.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光フアイバ伝送路の切り換えに用いられる光
スイッチに関する。特に、光ファイバを可動にして機械
的に光路の切り換えを行う光スイッチに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an optical switch used for switching optical fiber transmission lines. In particular, the present invention relates to an optical switch that mechanically switches optical paths by movable optical fibers.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

光スイッチの方式は、機械的スイッチングによるものと
、非機械的スイッチングによるものとに分けられる。非
機械的スイッチングによるものは、電界や磁界、音波に
よって媒体の屈折率を変化させ、屈折、反射、干渉ある
いは偏波面の変化を生じさせて光路の切り換えを行う構
成であり、切り換え速度が速い、信頼性が高い、その他
の特長を有している。しかし、挿入損失が大きい、光フ
ァイバとの接続損が大きい、漏話が大きい、その他の問
題点も併せてもっている。
Optical switch systems are divided into those using mechanical switching and those using non-mechanical switching. Non-mechanical switching is a configuration in which the optical path is switched by changing the refractive index of the medium using an electric field, magnetic field, or sound wave, causing refraction, reflection, interference, or a change in the polarization plane, and the switching speed is fast. It has high reliability and other features. However, it also has other problems such as high insertion loss, high connection loss with optical fiber, and high crosstalk.

したがって、実用化においては、切り換え速度は遅いが
低挿入損失および低漏話である機械的スイッチングによ
るものが先行している。
Practical applications are therefore dominated by mechanical switching, which has slow switching speeds but low insertion loss and low crosstalk.

この機械的スイッチングによる光スイッチは、ミラー、
プリズム、光ファイバを可動させる構成であるが、挿入
損失を極めて小さくするためには、光ファイバを可動さ
せ、指定した光ファイバを対向させる構造のものが有利
である。
This mechanical switching optical switch is a mirror,
Although the prism and the optical fiber are movable, in order to minimize insertion loss, it is advantageous to have a structure in which the optical fiber is movable and designated optical fibers are opposed to each other.

光ファイバを可動にして光路の切り換えを行う1対n光
スインチには、従来、コンピュータ制御されるロボット
を用いたものが提案されている(電子情報通信学会創立
70周年記念大会、昭和62年、Nα2073)。
Conventionally, a method using a computer-controlled robot has been proposed for the 1:n optical switch, which switches the optical path by moving an optical fiber (IEICE 70th Anniversary Conference, 1988, Nα2073).

ここに提案されている1対n光スイツチは、ロボットハ
ンドで光ファイバが接続された1個の光コネクタを把持
し、コンピュータ制御によりその光コネクタを指定した
光コネクタアダプタに挿入し、光路の切り換え接続を行
う構成である。
The 1-to-n optical switch proposed here uses a robot hand to grasp an optical connector connected to an optical fiber, inserts the optical connector into a specified optical connector adapter under computer control, and switches the optical path. This is a configuration for making connections.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

このような光スイッチは、ロボットの制御が複雑である
とともに、光スイツチ自体の構成が複雑かつ大掛かりな
ものになることが避けられなかった。
In such an optical switch, the control of the robot is complicated, and the structure of the optical switch itself is inevitably complicated and large-scale.

本発明は、簡単な構成で低挿入損失かつ1対nの切り換
えを可能にする光スイッチを提供することを目的とする
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical switch that has a simple configuration, has low insertion loss, and can perform 1:n switching.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

請求項1に対応する光スイッチは、複数1本の光ファイ
バが併設された一方の台と、該光ファイバに光軸が平行
の1本の光ファイバを対向して設置した他方の台と、一
端が固定され、印加電圧に応じてその厚み方向に変形す
るバイモルフ圧電素子と、該バイモルフ圧電素子の他端
に支持され、その変形に応じて該一方の台あるいは該他
方の台を運動させるプランジャと、該バイモルフ圧電素
子の印加電圧を制御し、該一方の台の0本の光ファイバ
の1本と、該他方の台の1本の光ファイバとの光軸を一
致させる位置に対応した咳台の移動量を決定し、l対向
の光ファイバの切り換えを行う1対n切換制御手段とを
備えて構成する。
An optical switch according to claim 1 includes: one base having a plurality of optical fibers installed side by side, and the other base having a single optical fiber having an optical axis parallel to the optical fibers facing each other; A bimorph piezoelectric element whose one end is fixed and which deforms in its thickness direction according to an applied voltage, and a plunger which is supported at the other end of the bimorph piezoelectric element and moves the one base or the other base according to the deformation. and a cough corresponding to the position where the applied voltage of the bimorph piezoelectric element is controlled and the optical axis of one of the zero optical fibers of the one stand and one optical fiber of the other stand is aligned. 1:n switching control means for determining the amount of movement of the stand and switching between 1 opposing optical fibers.

請求項2に対応する光スイフチは、複数1本の光ファイ
バが併設された一方の台と、該光ファイバに光軸が平行
の1本の光ファイバを対向して設置した他方の台と、印
加電圧に応じて同一方向に変形する複数枚の素子を重ね
、その内の一枚の素子の一端を固定し、それぞれの素子
の端部を交互に接合し、その他端が該一方の台あるいは
該他方の台の移動面内で該印加電圧により移動するバイ
モルフ圧電素子と、該バイモルフ圧電素子の印加電圧を
制御し、該一方の台の1本の光ファイバの1本と、該他
方の台の1本の光ファイバとの光軸を一致させる位置に
対応した咳台の移動量を決定し、1対nの光ファイバの
切り換えを行う1対n切換制御手段とを備えて構成する
An optical switch according to claim 2 includes one stand on which a plurality of optical fibers are installed, and another stand on which one optical fiber whose optical axis is parallel to the optical fibers is installed facing each other, A plurality of elements that deform in the same direction depending on the applied voltage are stacked, one end of one of the elements is fixed, the ends of each element are alternately joined, and the other end is attached to one of the stands or A bimorph piezoelectric element that is moved by the applied voltage within the moving plane of the other table, and the voltage applied to the bimorph piezoelectric element is controlled, and one of the optical fibers of the one table is connected to the other table. 1:n switching control means for determining the amount of movement of the cough table corresponding to the position where the optical axis of the cough table coincides with one of the optical fibers, and switching between 1:n optical fibers.

請求項3に対応する光スイッチは、請求項1あるいは請
求項2に記載のバイモルフ圧電素子を用いた光スイッチ
に、一方の台および他方の台の相互位置を固定する固定
手段と、光ファイバの切り換え後に該固定手段を起動し
て該一方の台および他方の台を固定し、かつ該バイモル
フ圧電素子の印加電圧を切断し、また光ファイバの切り
換え前に該固定手段を起動して該一方の台および他方の
台の固定を解除し、かつ該バイモルフ圧電素子に所定の
印加電圧を与える切り換え保持制御手段とを備えて構成
する。
An optical switch according to claim 3 includes an optical switch using the bimorph piezoelectric element according to claim 1 or claim 2, and a fixing means for fixing the mutual positions of one base and the other base, and an optical fiber. After switching, the fixing means is activated to fix the one base and the other base, and the voltage applied to the bimorph piezoelectric element is cut off, and before switching the optical fiber, the fixing means is activated to fix the one base and the other base. The device includes a switching holding control means for releasing the fixation of the base and the other base and applying a predetermined voltage to the bimorph piezoelectric element.

請求項4に対応する光スイッチは、請求項1ないし請求
項3のいずれかに記載の1対n1およびl対n2の光ス
イフチをそれぞれ入力側に複数N個および出力側に複数
M個配置し、入力側の各光スイッチのn、XN本の光フ
ァイバと、出力側の各光スイッチのn、XM (=n、
XN)本の光ファイバとをそれぞれ所定の組み合わせに
従って固定配線し、入力側および出力側の各光スイッチ
の電圧制御手段を連動して制御し、N対Mの光ファイバ
の切り換えを行うN対M切換制御手段を備えて構成する
An optical switch according to claim 4 includes a plurality of N 1:n1 and 1:n2 optical switch according to any one of claims 1 to 3 arranged on the input side and a plurality M on the output side. , n,XN optical fibers of each optical switch on the input side, and n,XM of each optical switch on the output side (=n,
XN) optical fibers are fixedly wired according to a predetermined combination, and the voltage control means of each optical switch on the input side and output side is controlled in conjunction to switch the N to M optical fibers. It is configured to include a switching control means.

〔作 用〕[For production]

請求項1に記載の発明は、複数1本の光ファイバと1本
の光ファイバとをそれぞれ台に設置して対向させ、その
台を印加電圧によって変形量(屈曲率)が可変できるバ
イモルフ圧電素子を用い、その印加電圧を制御してプラ
ンジャを介して台を移動させることにより、l対向の光
ファイバの切り換えを行うことができる。
The invention according to claim 1 provides a bimorph piezoelectric element in which a plurality of optical fibers and one optical fiber are respectively installed on a stand and faced to each other, and the amount of deformation (curvature) of the stand can be varied by applying a voltage. By controlling the applied voltage and moving the stand via the plunger, it is possible to switch the opposing optical fibers.

請求項2に記載の発明は、印加電圧に応じて同一方向に
変形する複数枚のバイモルフ圧電素子を重ね、それぞれ
の端部を交互に接合することにより、各バイモルフ圧電
素子における変形量を重畳して台の位置制御に供するこ
とができる。
The invention according to claim 2 overlaps a plurality of bimorph piezoelectric elements that deform in the same direction in response to an applied voltage, and alternately joins their respective ends to overlap the amount of deformation in each bimorph piezoelectric element. It can be used to control the position of the stand.

請求項3に記載の発明は、切り換え後には、各台の相互
位置を固定させ、バイモルフ圧電素子の印加電圧を切断
する制御を行うことにより、電力の供給を行わずに切り
換え状態を保持させることができる。
According to the third aspect of the invention, after switching, the mutual positions of the units are fixed and the voltage applied to the bimorph piezoelectric element is controlled to be cut off, thereby maintaining the switching state without supplying power. Can be done.

請求項4に記載の発明は、l対n1光スイツチを入力側
に複数N個配置し、1対n、光スイッチを出力側に複数
M個配置し、その間をH,XN(nzXM)本の光ファ
イバで結合させ、入力側および出力側の各光スイッチを
連動させることにより、N対Mの光ファイバの切り換え
を可能にすることができる。
The invention according to claim 4 has a plurality of N l-to-n optical switches arranged on the input side, a plurality M 1-to-n optical switches arranged on the output side, and H,XN (nzXM) optical switches arranged between them. By coupling with optical fibers and interlocking the optical switches on the input side and the output side, it is possible to switch between N to M optical fibers.

〔実施例〕〔Example〕

以下、図面に基づいて本発明の実施例について詳細に説
明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on the drawings.

第1図は、本発明光スイッチの1対n切り換え部の一実
施例構成を示す図である。なお、本実施例ではn=4の
場合について示す。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an embodiment of the 1-to-n switching section of the optical switch of the present invention. In this embodiment, a case where n=4 will be described.

図において、光ファイバが設置される二つの台の一方を
固定台11とし、他方をガイド12に支持された可動台
13とする。固定台11には4本の光ファイバ151〜
15.が、その光軸を平行にして端部を揃えて固定され
る。各光ファイバ151〜154に対向した位置で、そ
の光軸と直交する方向に移動可能な可動台13には、各
光ファイバ15.〜154の光軸と平行の光軸をもつ1
本の光ファイバ17が固定される。
In the figure, one of the two stands on which the optical fiber is installed is a fixed stand 11, and the other is a movable stand 13 supported by a guide 12. The fixed base 11 has four optical fibers 151~
15. are fixed with their optical axes parallel and their ends aligned. Each optical fiber 15. 1 with optical axis parallel to ~154 optical axes
A real optical fiber 17 is fixed.

この1対4切り換え部における光信号の伝達は、可動台
13の光ファイバ17と、その先軸に一致した固定台1
1の光ファイバ15I〜154の1本の光ファイバとの
間で行われる。すなわち、可動台13を移動させ、その
光ファイバ17に対向する固定台11の光ファイバを選
択することにより、1対4の光スイッチとして機能させ
ることができる。なお、対向する各光ファイバが極めて
近接した位置になるように、固定台11および可動台1
3が配置される。
Transmission of optical signals in this 1-to-4 switching section is carried out between the optical fiber 17 of the movable table 13 and the fixed table 1 that coincides with the tip axis of the optical fiber 17 of the movable table 13.
1 of optical fibers 15I to 154. That is, by moving the movable base 13 and selecting the optical fiber of the fixed base 11 that faces the optical fiber 17, it is possible to function as a 1:4 optical switch. Note that the fixed base 11 and the movable base 1 are arranged so that the opposing optical fibers are positioned extremely close to each other.
3 is placed.

本発明では、この可動台13を移動させる手段としてバ
イモルフ圧電素子の変形を利用し、かつその印加電圧を
制御することにより変形量を制御し、光スイッチとして
の選択動作を可能にしている。すなわち、バイモルフ圧
電素子21の一端を固定しく第1図ではその一部を示す
ので固定端部は表示されていない)、他端にその屈曲方
向と同方向に屈曲可能な可変継手22を介してプランジ
ャ23が連結される。プランジャ23は、その端部がバ
イモルフ圧電素子21の屈曲により可動台13を押すよ
うに可動金工3と平行にガイド24に支持される。なお
、バイモルフ圧電素子21は、印加電圧がないときには
変形はなく直線上になり、可動台13およびプランジャ
23に対して垂直になる(第1図に破線で示す)。
In the present invention, the deformation of the bimorph piezoelectric element is used as a means for moving the movable base 13, and the amount of deformation is controlled by controlling the applied voltage, thereby enabling selection operation as an optical switch. That is, one end of the bimorph piezoelectric element 21 is fixed (FIG. 1 only shows a part of it, so the fixed end is not shown), and the other end is connected to the variable joint 22, which can be bent in the same direction as the bending direction of the bimorph piezoelectric element 21. Plunger 23 is connected. The plunger 23 is supported by a guide 24 in parallel with the movable metalwork 3 so that its end pushes the movable base 13 by the bending of the bimorph piezoelectric element 21. Note that when no voltage is applied, the bimorph piezoelectric element 21 is not deformed and lies on a straight line, and is perpendicular to the movable base 13 and the plunger 23 (shown by a broken line in FIG. 1).

また、本実施例では、プランジャ23は可動台13を押
すだけの構造であるので、その反対側にも同様のバイモ
ルフ圧電素子25、可変継手26、プランジャ27およ
びガイド28が設けられる。
Furthermore, in this embodiment, since the plunger 23 has a structure that only pushes the movable base 13, a similar bimorph piezoelectric element 25, a variable joint 26, a plunger 27, and a guide 28 are provided on the opposite side.

なお、一方のプランジャが押すときには、他方のプラン
ジャはそれを支えるように制御される。
Note that when one plunger pushes, the other plunger is controlled to support it.

第2図は、請求項2に対応するバイモルフ圧電素子の実
施例構成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an embodiment of a bimorph piezoelectric element according to claim 2.

図において、印加電圧に応じて同一方向に屈曲するバイ
モルフ圧電素子71およびバイモルフ圧電素子72は、
接合部73でその一端が接合される。また、同様に、バ
イモルフ圧電素子75およびバイモルフ圧電素子76は
、接合部77でその一端が接合される。
In the figure, a bimorph piezoelectric element 71 and a bimorph piezoelectric element 72 bend in the same direction depending on the applied voltage.
One end thereof is joined at a joining part 73. Similarly, the bimorph piezoelectric element 75 and the bimorph piezoelectric element 76 are joined at one end at a joining portion 77.

バイモルフ圧電素子7エ、75の他端は固定され、バイ
モルフ圧電素子72.76の他端は可動台13に接触し
、各バイモルフ圧電素子71.72.75.76の印加
電圧に応じてそれぞれの変形量が重畳されて可動台13
の移動量を決定する構成である。
The other ends of the bimorph piezoelectric elements 7e and 75 are fixed, and the other ends of the bimorph piezoelectric elements 72 and 76 are in contact with the movable base 13, and the respective The amount of deformation is superimposed and the movable base 13
This configuration determines the amount of movement.

すなわち、各バイモルフ圧電素子71.72.75.7
6は、葛折り状のものを印加電圧に応じて折り畳んだり
広げたりし、固定端と反対側の先端で可動台13を押す
構成である。したがって、可動台I3に接触するバイモ
ルフ圧電素子72.76の端部は、可動台13の移動面
内でその移動方向とほぼ平行に移動させることが可能で
あるので、第1図に示した可変継手22.26、プラン
ジャ23.27を不要にすることができる。
That is, each bimorph piezoelectric element 71.72.75.7
Reference numeral 6 has a configuration in which a zigzag shape is folded or unfolded depending on the applied voltage, and the movable base 13 is pushed with the tip opposite to the fixed end. Therefore, the ends of the bimorph piezoelectric elements 72 and 76 that contact the movable base I3 can be moved within the moving plane of the movable base 13 in substantially parallel to the moving direction thereof, so that the variable The joints 22, 26 and plungers 23, 27 can be made unnecessary.

なお、本実施例では、それぞれ2枚のバイモルフ圧電素
子を用いた構成を示したが、それ以上のバイモルフ圧電
素子を用いることも可能であり、各バイモルフ圧電素子
の長手方向の長さはその数に応じて相対的に短くするこ
とができ、光スイツチ全体の小型化が容易になる。
Although this example shows a configuration using two bimorph piezoelectric elements, it is also possible to use more bimorph piezoelectric elements, and the longitudinal length of each bimorph piezoelectric element is equal to the number of bimorph piezoelectric elements. It can be made relatively short depending on the size of the optical switch, making it easy to downsize the entire optical switch.

第3図は、バイモルフ圧電素子およびその印加電圧を制
御する電源制御手段の各−実施例構成を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of each embodiment of a bimorph piezoelectric element and a power supply control means for controlling the voltage applied thereto.

図において、バイモルフ圧電素子は、3枚の電極31.
32.33の間に、それぞれ同方向に分極した圧電素子
35.36を挿入した構造であり、外側の電極31.3
3に同極性の電圧を印加し、中間の電極32を接地する
。すなわち、電極31および電極32の間に挿入された
圧電素子35は電極31から電極32の方向に、また電
極32および電極33の間に挿入された圧電素子36は
電極32から電極33の方向に分極しているので、電極
31.33に所定の電圧を印加することにより電極31
側を内側にして屈曲する構造である。
In the figure, the bimorph piezoelectric element has three electrodes 31.
It has a structure in which piezoelectric elements 35 and 36 polarized in the same direction are inserted between the outer electrodes 31 and 33.
3 and the intermediate electrode 32 is grounded. That is, the piezoelectric element 35 inserted between the electrodes 31 and 32 moves in the direction from the electrode 31 to the electrode 32, and the piezoelectric element 36 inserted between the electrodes 32 and 33 moves in the direction from the electrode 32 to the electrode 33. Since the electrodes 31 and 33 are polarized, applying a predetermined voltage to the electrodes 31 and 33
It has a structure that bends with the side facing inward.

−4、マイクロコンピュータ41は、選択する光ファイ
バの位置に応じた制御データをディジタル・アナログ変
換器(D/A)42を介して直流電圧に変換し、コマン
ドライン43を介して電圧供給部45に送出する。電圧
供給部45は、コマンドライン43を介して入力された
直流電圧を増幅し、パワーライン46を介してバイモル
フ圧電素子の電極31.33に供給することにより、そ
の印加電圧に応じたバイモルフ圧電素子の屈曲率が決定
される。
-4, the microcomputer 41 converts control data corresponding to the position of the optical fiber to be selected into a DC voltage via a digital/analog converter (D/A) 42, and sends the control data to the voltage supply section 45 via a command line 43. Send to. The voltage supply unit 45 amplifies the DC voltage input via the command line 43 and supplies the amplified DC voltage to the electrodes 31 and 33 of the bimorph piezoelectric element via the power line 46, thereby amplifying the bimorph piezoelectric element according to the applied voltage. The curvature of is determined.

印加電圧に応じて決定されたバイモルフ圧電素子の屈曲
率は、そのまま可動台13(光ファイバ17)の移動量
に対応しており、光ファイバ15゜〜154の中から光
ファイバ17に対向する光ファイバが選択され、光スイ
・ンチを実現するようになっている。
The bending index of the bimorph piezoelectric element determined according to the applied voltage directly corresponds to the amount of movement of the movable table 13 (optical fiber 17), and the curvature of the bimorph piezoelectric element directly corresponds to the amount of movement of the movable base 13 (optical fiber 17). Fibers are selected to implement optical switches.

なお、各バイモルフ圧電素子21.25の印加電圧は、
それぞれ上述した所定の関係に従って独立に制御される
が、それには例えばそれぞれ対応した電圧制御部を備え
て対応する。
Note that the voltage applied to each bimorph piezoelectric element 21.25 is
Each of them is independently controlled according to the predetermined relationship described above, and for example, corresponding voltage control units are provided to correspond to this.

また、電圧供給部45は、ここではトランジスタ47お
よび抵抗器48.〜483により構成されるエミッタホ
ロワ回路を用いた例を示すが、他の電圧増幅回路を用い
てもよい。
Further, the voltage supply unit 45 here includes a transistor 47 and a resistor 48 . Although an example using an emitter follower circuit constituted by 483 is shown, other voltage amplification circuits may be used.

第4図は、1対4光スイツチの外観構成の一例を示す図
である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of the external configuration of a 1-to-4 optical switch.

図において、1対4切り換え部(第1図)49からは、
固定台11の各光ファイバ15.〜154および可動台
13の光ファイバ17が引き出される。また、電圧供給
部45は、コマンドライン43を介してマイクロコンピ
ュータ41から入力される制御電圧を増幅し、パワーラ
イン46を介して1対4切り換え部49内にあるバイモ
ルフ圧電素子21.25の印加電圧として供給する。
In the figure, from the 1 to 4 switching unit (Fig. 1) 49,
Each optical fiber 15 on the fixed base 11. 154 and the optical fiber 17 of the movable table 13 are pulled out. Further, the voltage supply section 45 amplifies the control voltage input from the microcomputer 41 via the command line 43, and applies the control voltage to the bimorph piezoelectric element 21.25 in the 1-to-4 switching section 49 via the power line 46. Supplied as voltage.

以上示したように、マイクロコンピュータ41の制御に
よりバイモルフ圧電素子21.25の屈曲率が決定され
、それに応じた可動台13の移動に伴って、光ファイバ
17に対向する光ファイバ151〜154の一つが選択
される。
As shown above, the bending index of the bimorph piezoelectric element 21.25 is determined by the control of the microcomputer 41, and as the movable table 13 moves accordingly, the optical fibers 151 to 154 facing the optical fiber 17 are is selected.

なお、バイモルフ圧電素子21.25にそれぞれ所定の
電圧を印加し、光スイッチとしての切り換え動作が終了
した後にその状態を保持するには、そのままバイモルフ
圧電素子2I、25に電圧を印加してお(が、可動台1
3に固定手段を設けることにより、切り換え後の状態保
持のための電力供給を不要にすることが可能である。
In addition, in order to apply a predetermined voltage to each of the bimorph piezoelectric elements 21 and 25 and maintain that state after the switching operation as an optical switch is completed, apply the voltage to the bimorph piezoelectric elements 2I and 25 as is ( However, movable platform 1
By providing a fixing means in 3, it is possible to eliminate the need for power supply to maintain the state after switching.

第1図には、バイモルフ圧電素子2125の制御動作に
連動して駆動制御される可動台13の固定手段(請求項
3に対応)の一実施例も併せて示されている。
FIG. 1 also shows an embodiment of the fixing means (corresponding to claim 3) for the movable table 13 whose drive is controlled in conjunction with the control operation of the bimorph piezoelectric element 2125.

図において、可動台13の光ファイバ17の両側には、
固定台11の各光フアイバ15.〜15イの間隔に対応
して穴51.〜51.が設けられ、一方、固定台1工に
はこの穴に挿抜されるピン53、.53□が設けられる
。ビン53..53□は、バイモルフ圧電素子21.2
5の制御動作に連動して駆動される電磁アクチエエータ
558.55、に接続される。
In the figure, on both sides of the optical fiber 17 of the movable table 13,
Each optical fiber 15 of the fixed base 11. Holes 51. to 15. ~51. On the other hand, the fixing base 1 has pins 53, . 53□ is provided. Bin 53. .. 53□ is a bimorph piezoelectric element 21.2
The electromagnetic actuator 558.55 is connected to the electromagnetic actuator 558.55, which is driven in conjunction with the control operation of No.5.

すなわち、例えば可動台13の光ファイバ17と固定台
11の光ファイバ15□との接続から光ファイバ15.
へ切り換える場合には、まずマイクロコンピュータ41
は電圧供給部45を介して電磁アクチュエータ55..
55zを駆動してピン531.53!を穴513.51
?から抜く。
That is, for example, the optical fiber 15.
When switching to the microcomputer 41, first
is connected to the electromagnetic actuator 55 through the voltage supply section 45. ..
Drive 55z and pin 531.53! The hole 513.51
? Remove from.

続いて、バイモルフ圧電素子21.25の印加電圧を制
御し、光ファイバ17と光ファイバ15゜の各光軸が一
致する位置に可動台13を移動させる。さらに続いて、
tmアクチュエータ55..55□を駆動し、ビン53
1.532を穴51□、51゜に挿入して可動台13を
固定する。
Subsequently, the voltages applied to the bimorph piezoelectric elements 21 and 25 are controlled to move the movable table 13 to a position where the optical axes of the optical fibers 17 and 15 degrees coincide. Further on,
tm actuator 55. .. 55□, and bin 53
1.532 into the holes 51□ and 51° to fix the movable base 13.

このように、切り換え後に可動台13が固定されるので
、バイモルフ圧電素子21.25に対する印加電圧を切
断してもその状態を保持することができる。なお、その
ときには、バイモルフ圧電素子21.25は直線上にな
り、プランジャ23.27がそれぞれ可動台13から離
れる。
In this way, since the movable table 13 is fixed after switching, the state can be maintained even if the voltage applied to the bimorph piezoelectric elements 21, 25 is cut off. In addition, at that time, the bimorph piezoelectric elements 21 and 25 are on a straight line, and the plungers 23 and 27 are respectively separated from the movable base 13.

また、第2図に示す構成のバイモルフ圧電素子を用いて
も同様であり、可動台13が固定された後に印加電圧を
切断した場合には、バイモルフ圧電素子は葛折りに折り
畳まれた状態となってそれぞれ可動台13から離れる。
Furthermore, the same effect can be obtained even if a bimorph piezoelectric element having the configuration shown in FIG. and move away from the movable base 13.

第5図は、1対4光スイツチを用いて構成される4対4
光スイツチの実施例構成を示す図である。
Figure 5 shows a 4-to-4 optical switch constructed using a 1-to-4 optical switch.
It is a figure showing an example composition of an optical switch.

図において、入力側では4個積み重ねられた1対4切り
換え部49.〜494から入力線として光ファイバ17
1〜174が引き出され、出力側では1対4切り換え部
49.〜49.を入力側に対して90度回転させて横に
並べ、出力線として光ファイバ17.〜178が引き出
される。入力側の1対4切り換え部491か引き出され
る光ファイバ151.〜1514は、出力側の1対4切
り換え部49s〜49.にそれぞれ接続される。以下同
様に、入力側の1対4切り換え部49.〜494と、出
力側の1対4切り換え部49.〜49gは、交差しない
16本の光フアイバ15重、〜1544により固定接続
される。なお、第6図に、4対4光スイツチの配線構成
の概略を示す。
In the figure, on the input side, four 1-to-4 switching units 49 are stacked. ~494 to optical fiber 17 as input line
1 to 174 are pulled out, and on the output side, a 1 to 4 switching section 49. ~49. are rotated 90 degrees with respect to the input side and placed side by side, and an optical fiber 17. is connected as an output line. ~178 is drawn. The optical fiber 151 is drawn out from the 1-to-4 switching section 491 on the input side. -1514 are output-side 1-to-4 switching units 49s-49. are connected to each. Similarly, the 1-to-4 switching section 49 on the input side. 494, and a 1-to-4 switching section 49 on the output side. ~49g is fixedly connected by 15 layers of 16 non-intersecting optical fibers ~1544. Incidentally, FIG. 6 shows an outline of the wiring configuration of the 4-to-4 optical switch.

また、マイクロコンピュータ41には、コマンドライン
43を介して電圧供給部45′が接続され、さらに各パ
ワーライン46.〜468を介してそれぞれ各1対4切
り換え部491〜498が接続される。
Further, a voltage supply section 45' is connected to the microcomputer 41 via a command line 43, and each power line 46. 1 to 4 switching units 491 to 498 are connected via terminals 468 to 468, respectively.

このような接続配置により、入力側の1対4光スイツチ
は、1本の入力線に対して出力側の4個の1対4光スイ
ツチの一つを選択し、出力側の1対4光スイツチは1,
1本の出力線に対して入力端の4個の1対4光スイツチ
の一つを選択することにより、4対4光スイツチを構成
することができる。すなわち、例えば入力側の光ファイ
バ17゜と出力側の光ファイバ17.とを接続する場合
には、1対4切り換え部491 で光ファイバ17゜と
光ファイバ1514とを接続させ、1対4切り換え部4
9.で光ファイバ17.と光ファイバ1514とを接続
させるように、連動して切り換え制御を行う。
With this connection arrangement, the 1:4 optical switch on the input side selects one of the 4 1:4 optical switches on the output side for one input line, and selects one of the 1:4 optical switches on the output side for one input line. The switch is 1,
A 4-to-4 optical switch can be configured by selecting one of the four 1-to-4 optical switches at the input end for one output line. That is, for example, an optical fiber 17° on the input side and an optical fiber 17° on the output side. When connecting the optical fiber 17° and the optical fiber 1514 with the 1-to-4 switching section 491, the 1-to-4 switching section 4
9. Optical fiber 17. Switching control is performed in conjunction to connect the optical fiber 1514 and the optical fiber 1514.

なお、第6図に示すように、1対4のスイッチを組み合
わせて4対4のスイッチを構成する方法およびその切り
換え手法はすでに公知になっているが、本発明は各スイ
ッチ部にバイモルフ圧電素子を用いた光スイッチを用い
ることを特徴としている。
As shown in FIG. 6, the method of combining 1:4 switches to form a 4:4 switch and its switching method are already known, but the present invention incorporates a bimorph piezoelectric element in each switch section. It is characterized by the use of an optical switch using

また、以上説明した実施例では、1対4および4対4の
光スイッチを示したが、l対NおよびN対Mの光スイッ
チにおいても同様に本発明方式により実現することがで
きる。なお、N対Mの光スイッチは、入力側に1対n1
の光スイッチをN個配置し、出力側に1対n2の光スイ
ッチをM個配置し、その間をn IX N (−n z
 X M )本の光ファイバで結合させ、入力側および
出力側の各光スイッチを連動させることにより構成する
ことができる。
Further, in the embodiments described above, 1:4 and 4:4 optical switches are shown, but 1:N and N:M optical switches can be similarly realized by the method of the present invention. Note that an N to M optical switch has 1 to n1 on the input side.
N optical switches of 1 to n2 are arranged on the output side, and n IX N (-n z
It can be constructed by coupling X M ) optical fibers and interlocking optical switches on the input side and the output side.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

上述したように、本発明による光スイッチは、バイモル
フ圧電素子の印加電圧を制御することにより光ファイバ
を直接移動させる構造により、その接続を任意に切り換
えることができる。さらに、挿入損失が小さく、かつ小
型軽量化が可能であるとともに、1対NあるいはN対M
の光スイッチを容易に実現させることができる。
As described above, the optical switch according to the present invention has a structure in which the optical fiber is directly moved by controlling the applied voltage to the bimorph piezoelectric element, so that the connection thereof can be arbitrarily switched. Furthermore, it has low insertion loss, can be made smaller and lighter, and can be used in 1:N or N:M
The optical switch can be easily realized.

特に、請求項2に記載の発明では、複数のバイモルフ圧
電素子を組み合わせることにより、光ファイバの移動量
に対応したバイモルフ圧電素子の長手方向の長さを相対
的に短くすることができ、光スイツチ全体をさらに小型
化することができる。
In particular, in the invention described in claim 2, by combining a plurality of bimorph piezoelectric elements, the length in the longitudinal direction of the bimorph piezoelectric element corresponding to the amount of movement of the optical fiber can be relatively shortened. The entire structure can be further downsized.

また、請求項3に記載の発明では、光スイッチの切り換
え位置の保持が容易になり、信頼性が向上するとともに
消費電力の低減が可能となる。
Further, in the invention as set forth in claim 3, it becomes easy to maintain the switching position of the optical switch, and it becomes possible to improve reliability and reduce power consumption.

また、請求項4に記載の発明は、入力端および出力側の
各光スイッチを連動させることにより、N対Mの光スイ
ッチを容易に実現することができる。
Further, according to the invention as set forth in claim 4, by interlocking each optical switch on the input end and the output side, it is possible to easily realize an N to M optical switch.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明光スイッチの1対n切り換え部の一実施
例構成を示す図。 第2図は請求項2に対応するバイモルフ圧電素子の実施
例構成を示す図。 第3図はバイモルフ圧電素子およびその印加電圧を制御
する電源制御手段の各−実施例構成を示す図。 第4図は1対4光スイツチの外観構成の一例を示す図。 第5図は1対4光スイツチを用いて構成される4対4光
スイツチの実施例構成を示す図。 第6図は4対4光スイツチの配線構成の概略を示す図。 11・・・固定台、12.24.28・・・ガイド、1
3・・・可動台、1.5.17・・・光ファイバ、21
.25・・・バイモルフ圧電素子、22.26・・・可
変継手、23.27・・・プランジャ、31〜33・・
・電極、35.36・・・圧電素子、41・・・マイク
ロコンピュータ、43・・・コマンドライン、45・・
・電圧供給部、46・・・パワーライン、49・・・1
対4切り換え部、51・・・穴、53・・・ビン、55
・・・電磁アクチュエータ、71.72.75.76・
・・バイモルフ圧電素子、73.77・・・接合部。 第 3 図 第 図 第 図 〔)−シリ〕 7 17゜ 17゜ 17゜ +7s 17゜ 17゜ 17゜ 〔出力〕 第 図
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an embodiment of the 1-to-n switching section of the optical switch of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing an embodiment of a bimorph piezoelectric element according to claim 2. FIG. 3 is a diagram showing the configuration of each embodiment of a bimorph piezoelectric element and a power supply control means for controlling the voltage applied thereto. FIG. 4 is a diagram showing an example of the external configuration of a 1-to-4 optical switch. FIG. 5 is a diagram showing an embodiment of a 4-to-4 optical switch constructed using a 1-to-4 optical switch. FIG. 6 is a diagram schematically showing the wiring configuration of a 4-to-4 optical switch. 11... Fixed stand, 12.24.28... Guide, 1
3...Movable table, 1.5.17...Optical fiber, 21
.. 25... Bimorph piezoelectric element, 22.26... Variable joint, 23.27... Plunger, 31-33...
・Electrode, 35. 36... Piezoelectric element, 41... Microcomputer, 43... Command line, 45...
・Voltage supply section, 46...power line, 49...1
Pair 4 switching unit, 51... Hole, 53... Bin, 55
...Electromagnetic actuator, 71.72.75.76.
... Bimorph piezoelectric element, 73.77... Junction. Figure 3 Figure Figure Figure [)-Series] 7 17゜17゜17゜+7s 17゜17゜17゜ [Output] Figure

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)複数n本の光ファイバが併設された一方の台と、 該光ファイバに光軸が平行の1本の光ファイバを対向し
て設置した他方の台と、 一端が固定され、印加電圧に応じてその厚み方向に変形
するバイモルフ圧電素子と、 該バイモルフ圧電素子の他端に支持され、その変形に応
じて該一方の台あるいは該他方の台を連動させるプラン
ジャと、 該バイモルフ圧電素子の印加電圧を制御し、該一方の台
のn本の光ファイバの1本と、該他方の台の1本の光フ
ァイバとの光軸を一致させる位置に対応した該台の移動
量を決定し、1対nの光ファイバの切り換えを行う1対
n切換制御手段とを備えたことを特徴とするバイモルフ
圧電素子を用いた光スイッチ。
(1) One table has a plurality of n optical fibers installed, and the other table has one optical fiber with its optical axis parallel to the optical fiber installed facing each other, one end of which is fixed, and an applied voltage is applied. a bimorph piezoelectric element that deforms in its thickness direction according to the deformation of the bimorph piezoelectric element; a plunger that is supported at the other end of the bimorph piezoelectric element and that interlocks the one base or the other base according to the deformation of the bimorph piezoelectric element; The applied voltage is controlled to determine the amount of movement of the table corresponding to the position where the optical axes of one of the n optical fibers of the one table and one optical fiber of the other table are aligned. , and 1:n switching control means for switching 1:n optical fibers. An optical switch using a bimorph piezoelectric element.
(2)複数n本の光ファイバが併設された一方の台と、 該光ファイバに光軸が平行の1本の光ファイバを対向し
て設置した他方の台と、 印加電圧に応じて同一方向に変形する複数枚の素子を重
ね、その内の一枚の素子の一端を固定し、それぞれの素
子の端部を交互に接合し、その他端が該一方の台あるい
は該他方の台の移動面内で該印加電圧により移動するバ
イモルフ圧電素子と、該バイモルフ圧電素子の印加電圧
を制御し、該一方の台のn本の光ファイバの1本と、該
他方の台の1本の光ファイバとの光軸を一致させる位置
に対応した該台の移動量を決定し、1対nの光ファイバ
の切り換えを行う1対n切換制御手段とを備えたことを
特徴とするバイモルフ圧電素子を用いた光スイッチ。
(2) One table with a plurality of n optical fibers installed and the other table with a single optical fiber whose optical axis is parallel to the optical fiber installed facing each other in the same direction depending on the applied voltage. A plurality of elements that can be deformed are piled up, one end of one of the elements is fixed, the ends of each element are alternately joined, and the other end is connected to the moving surface of the one table or the other table. a bimorph piezoelectric element that moves according to the applied voltage within the device, and a bimorph piezoelectric element that controls the applied voltage of the bimorph piezoelectric element, and connects one of the n optical fibers of the one stand and one optical fiber of the other stand. A bimorph piezoelectric element is used, characterized in that it is equipped with a 1:n switching control means that determines the amount of movement of the table corresponding to the position where the optical axes of light switch.
(3)請求項1あるいは請求項2に記載のバイモルフ圧
電素子を用いた光スイッチにおいて、 一方の台および他方の台の相対位置を固定する固定手段
と、 光ファイバの切り換え後に該固定手段を起動して該一方
の台および他方の台を固定し、かつ該バイモルフ圧電素
子の印加電圧を切断し、また光ファイバの切り換え前に
該固定手段を起動して該一方の台および他方の台の固定
を解除し、かつ該バイモルフ圧電素子に所定の印加電圧
を与える切り換え保持制御手段と を備えたことを特徴とするバイモルフ圧電素子を用いた
光スイッチ。
(3) In the optical switch using the bimorph piezoelectric element according to claim 1 or claim 2, a fixing means for fixing the relative positions of one base and the other base, and activating the fixing means after switching the optical fiber. to fix the one stand and the other stand, cut off the voltage applied to the bimorph piezoelectric element, and activate the fixing means before switching the optical fiber to fix the one stand and the other stand. What is claimed is: 1. An optical switch using a bimorph piezoelectric element, characterized in that it is provided with a switching holding control means for releasing the voltage and applying a predetermined applied voltage to the bimorph piezoelectric element.
(4)請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の1対
n_1および1対n_2の光スイッチをそれぞれ入力側
に複数N個および出力側に複数M個配置し、入力側の各
光スイッチのn_1×N本の光ファイバと、出力側の各
光スイッチのn_2×M(=n_1×N)本の光ファイ
バとをそれぞれ所定の組み合わせに従って固定配線し、 入力側および出力側の各光スイッチの電圧制御手段を連
動して制御し、N対Mの光ファイバの切り換えを行うN
対M切換制御手段を備えた ことを特徴とするバイモルフ圧電素子を用いた光スイッ
チ。
(4) A plurality of N 1-pair n_1 and 1-pair n_2 optical switches according to any one of claims 1 to 3 are arranged on the input side and a plurality M on the output side, and each optical switch on the input side The n_1×N optical fibers of the optical switch on the input side and the n_2×M (=n_1×N) optical fibers of each optical switch on the output side are fixedly wired according to a predetermined combination, and each optical switch on the input side and the output side The voltage control means of N are controlled in conjunction with each other to switch between N and M optical fibers.
An optical switch using a bimorph piezoelectric element, characterized in that it is equipped with a pair of M switching control means.
JP29929389A 1989-07-14 1989-11-17 Optical switch using bimorph piezoelectric element Pending JPH03129313A (en)

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JP18183089 1989-07-14

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57130310A (en) * 1981-02-05 1982-08-12 Meidensha Electric Mfg Co Ltd Vacuum breaker
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