JPH04190313A - 光スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光フアイバ通信等に用い、固定スイッチ素子
に対し移動スイッチ素子を、光ファイ／〈の並び方向に
移動させて、光路の切替えを行う光スイッチに関するも
のである。

〔従来の技術〕

従来、この種の光スイッチとして第８図に示すものが知
られている。このものは、一方の先ファイバａを取付け
た固定スイッチ素子すに対し、他方の光ファイバａを取
付けた移動スイッチ素子Ｃを図中の矢印方向に電磁ソレ
ノイド等により移動させ、定常位置と切替位置とに光路
の切替えを行うようになっている。固定スイッチ素子す
の突合わせ端面と移動スイッチ素子Ｃ突合わせ端面とは
、それぞれ平面となっており、両端面は微小間隙を存し
て互いに平行に対面している。このため、固定スイッチ
素子すの端面に臨むアレイ状の光ファイバａと、移動ス
イッチ素子Ｃ端面に臨むアレイ状の光ファイバａとは、
微小間隙を存した対面状態で光路が切替えられる。

また、両スイッチ素子す、ｃには、これらを光軸方向に
貫通する一対の位置決めピンｄ、ｄが取り付けられてお
り、この各位置決めピンｄに対し、移動スイッチ素子Ｃ
はこれに形成した長溝ｅで係合している。そして、移動
スイッチ素子Ｃの切替移動に際し、この長溝ｅの一方の
内端面を位置決めピンｄに突当てる定常位置と、他方の
内端面を位置決めピンに突当てる切替位置とに光路の切
替えを行うようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、シングルモード光ファイバのコア径は約十ミ
クロンであり、コアの軸が一致しないと接続損失の原因
になるので、光ファイバの位置決めは高精度で行う必要
がある。

しかるに、従来の光スイツチ装置では、長溝ｅを位置決
め用の溝と移動の際の案内溝とに兼用しているため、長
溝ｅの内端面を位置決めピンｄに突当てたときの反力に
よる微妙な戻りや、長溝ｅの内端面の断面形状と位置決
めピンｄの断面形状の微妙な相違によって正確な位置決
めが難しかった。

この場合、長溝ｅを位置決めピンｄが定常位置と切替位
置とて係合するｒＷＪ字状の位置決め溝とすると共に、
付勢手段を用いて位置決めピンをこの位置決め溝側に付
勢するようにすれば、溝の形状と切替の際のクリック作
用とで、上記の不具合が解消される。

しかし、クリック作用は位置決めピンや位置決め溝の摩
耗を早めるので、経時的に位置決め精度が低下すること
が想定される。かかる場合、位置決めピンの移動を潤滑
油で潤滑することが有効と考えられるが、アレイ状の光
ファイバの突合わせ端面と、位置決め溝の端面とは連続
する同一平面となっているので、スイッチ切替動作の際
に潤滑油が光ファイバの端面部分まで回り込み、これに
付着して、光の伝搬に悪影響を与えることが想定される
。

このことは、第９図（ａ）に示す光スイッチにより本願
出願人が行った実験によっても明らかになっている。こ
の光スイッチ９１は、固定チップ９２に固着した光ファ
イバ９３の端面と、移動チップ９４に固着した切替え側
の２本の光ファイバ９３．９３の端面とを、同一光軸上
に対面させて光結合させるスイッチングを行うようにな
っている。移動チップ９４には、位置決め溝９４ａ。

９４ａ、９４ａ、９４ａが形成されており、この位置決
め溝９４ａに固定チップ９２に固定の位置決めピン９５
．９５が係合している。そして、−方の位置決め溝９．
４ａに位置決めピン９５か係合する位置と、他方の位置
決め溝９４ａに位置決めピン９５が係合する位置とに切
替操作が行われるようになっている。また、位置決め溝
９４ａにはスイッチングを円滑に行えるように潤滑油Ｓ
が注入されている。

この光スイッチ９１を用いて、固定側の光ファイバ９３
から光出力Ｐの光を入射し、移動側の光ファイバ９３．
９３からし射出する光出力Ｐ１゜Ｐ２を二現象オシロス
コープで測定した。同図（ｂ）が正常な状態の線図であ
り、同図（ｃ）が異常な状態の線図である。そして、多
数回の切替操作で異常な状態が発生したときに、光ファ
イバ９３の端面を観察すると、同図（ｄ）および（ｅ）
のように潤滑油Ｓが光ファイバ９３の端面のコア部分９
３ａまで回り込んでいることが観察された。

したかって、光ファイバ９３の端面にいかにして潤滑油
Ｓを付着させないかが問題となる。

本発明は、光路の切替え性能を損なうことなく、耐久性
ある光スイッチを提供することをその目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成すべく、第１のスイッチ素子に
固着した光ファイバアレイの端面と、第２のスイッチ素
子に固着した光ファイバアレイの端面とを同一光軸上に
対面させて光結合させる定常位置と、定常位置から第１
のスイッチ素子と第２のスイッチ素子とを、光ファイバ
の並び方向に相対的に移動させて光路を切替える切替位
置とに切替自在に構成した光スイッチにおいて、第１の
スイッチ素子と第２のスイッチ素子のいずれか一方のス
イッチ素子に固定されて、他方のスイッチ素子側に延び
る位置決めピンと、他方のスイッチ素子に形成され、位
置決めピンに定常位置で係合する第１位置決め溝及び切
替位置で係合する第２位置決め溝と、第１及び第２両位
置決め溝に位置決めピンを相対的に付勢する付勢手段と
、第１及び第２両位置決め溝内に位置決めピンの相対移
動を潤滑する潤滑剤と、他方のスイッチ素子の突合わせ
端面に、ファイバアレイの端面部分と両位置決め溝の端
面部分とか不連続となるような不連続部とを備えたこと
を特徴とする。

この場合、前記第１及び第２両スイッチ素子のファイバ
アレイの端面が、光ファイバの並び方向に平行で、かつ
光軸に直交する面に対して傾いていること、友よび、前
記第１及び第２両スイッチ素子の各光ファイバの端面に
反射防止膜が形成されていることが好ましい。

〔作用〕

第１又は第２のスイッチ素子のいづれか一方を固定した
状態で他方のスイッチ素子を定常位置から切替位置に移
動させると、位置決めピンは定常位置の第１位置決め溝
に係合している状態から、切替位置の第２位置決め溝に
係合状態となって、光路の切り替えが行われる。この他
方のスイッチ素子の切替移動では、第１及び第２両位置
決め溝内にの潤滑剤により、位置決めピンと両位置決め
溝との間の摩擦か減少され、きわめて円滑に行われる。

また、他方のスイッチ素子の突合わせ端面において、位
置決め溝から潤滑剤が流れ出ても、ファイバアレイの端
面部分と両位置決め溝の端面部分との間の不連続部によ
り、潤滑剤の流れを阻止され、ファイバアレイの端面ま
で流れ出してゆくことがない。

さらに、第１及び第２両スイッチ素子のファイバアレイ
の端面が、光ファイバの並び方向に平行で、かつ光軸に
直交する面に対して傾いていること、および、各光ファ
イバの端面に反射防止膜が形成されていることで、各光
フアイバ端面でのフレネル反射を低減させることができ
る。

〔実施例〕

以下、第１図乃至第４図を参照して、この発明の一実施
例に係る光スイッチを添付図面に基づき説明する。第１
図はこの第１の実施例に係る光スイッチの光スイツチ素
子を示す斜視図であり、第２図はその正面図であり、第
３図は光スイツチ素子の部分拡大図であり、第４図は光
スイツチ素子の縦断面図である。

第１図に示すように、光スイッチを構成するこの光スイ
ツチ素子１は、移動スイッチ素子２の両側に固定スイッ
チ素子３，３を配設し、両固定スイッチ素子３，３を台
（図示せず）上に固定し、両スイッチ素子２，３に貫通
させた丸棒状の一対の位置決めピン４，４で、移動スイ
ッチ素子２を宙吊り状態にしておいて切替操作を行うよ
うになっている。二の切替操作は、移動スイッチ素子２
を固定スイッチ素子３に対して、定常位置と切替位置と
に相互に機械的に移動させ、その都度側スイッチ素子２
，３のそれぞれの光ファイバ５ａの光軸を一致させる。

移動スイッチ素子２と固定スイッチ素子３との両突合わ
せ端面には、それぞれファイバアレイ５を構成する複数
の光ファイバ５ａが固定されており、両位置決めピン４
，４を案内にしてこれら両スイッチ素子２，３を突合わ
せることより、光ファイバ５８同士を同一光軸上に整列
、かつ対面させて光接続がなされる。

移動スイッチ素子２は、移動チップ６と、位置決めピン
４を押さえるシートプレート７と、これらのケーシング
であると共に付勢手段でもあるクランパ８とを備えてい
る。移動チップ６の上面両側には、それぞれ光軸方向に
平行に延びる一対の位置決め溝９ａ、９ｂが形成されて
いる。この各一対の位置決め溝９ａ、９ｂは、位置決め
ピン４と定常位置で係合する第１位置決め溝９ａと、切
替位置で係合する第２位置決め溝９ｂとで構成され、移
動スイッチ素子２のスイッチ操作の際に位置決めピン４
が第１位置決め溝９ａと第２位置決め溝９ｂとの間でク
リック的に相対移動できるようになっている。

これを詳述するに、第３図に示すように、各位置決め溝
９ａ、９ｂはｒＶＪ字状（全体ではｒＷＪ字状）に形成
されており、丸棒状の位置決めピン４は、この各位置決
め溝９ａ、９ｂｉｌ：２点で接触して、光路の切替え位
置をクリック的に規制され、光軸合わせのための位置決
めを正確なものとじている。両位置決め溝９ａ、９ｂの
間は山形の凸条１０となっており、この凸条１０の頂部
か平らに研磨され、位置決めピン４の移動の際の山越え
高さを低くし移動チップ６の切替え移動を容易にしてい
る。

また、この第１および第２位置決め溝９ａ。

９ｂには、スイッチ操作の際に位置決めピン４の相対移
動が円滑に行われ、かつ過度の摩耗を防止するために潤
滑油Ｓが注入されている。

シートプレート７は、両位置決めピン４．４を均一に押
さえ、るもので、シートプレート７と位置決めピン４と
は接着されることな（、単に当接状態となっている。そ
して、この当接状態はクランパ８により維持され、クラ
ンパ８はステンレスで構成され、このシートプレート７
を介して位置決めピン４を位置決め溝９ａ、９ｂに相対
的に付勢している。二〇付勢により、各位置決めピン４
は各位置決め溝９ａ、９ｂに２点で接触し、位置合せを
確実なものとしている。

一方、移動チップ６の上面中央には、光軸方向中央に横
並びに所定数のファイバ固定溝１１が形成されており、
これに被覆が除去された所定数の光ファイバ５ａが係合
されている。この所定数の光ファイバ５ａはその端部に
おいて押え片１２により接着固定され、各光ファイバ５
ａの端面を横並びに整列させた光ファイバアレイ５を構
成している。

第１図（ｂ）および！４図に示すように、ファイバアレ
イ５の端面は、移動チップ６の突合わせ端面の幅方向の
中間部分６ａと共に、両位置決め溝９ａ、９ｂの端面と
なる移動チップ６の幅方向の両側部分６ｂ、６ｂより幾
分突き出しており、ファイバアレイ５の端面と両位置決
め溝９ａ。

９ｂの端面との間に不連続部である防油用の段部１３が
生ずるようになっている。すなわち、スイッチ操作の過
程で位置決め溝９ａ、９ｂから流出した潤滑油Ｓがこの
防油用の段部１３で流れを阻止され、光ファイバ５ａの
端面に付着しないようになっている。

また、ファイバアレイ５の端面を含む移動チップ６の中
間部分６ａは、対面する固定スイッチ素子３側のこの部
分に対し、スイッチの移動方向に平行で、かつ、光軸に
直交する面に対し幾分類いている。このように突き出し
た部分を利用して加工を施すことにより、スイッチ操作
に支障をきたすことがなく各光ファイバ５ａの端面を斜
めにカプトでき、いわゆるフレネル反射を有効に防止で
きる。また、図示していないが、各光ファイバ５ａの端
面には反射防止膜を蒸着するようにして、より一層のフ
レネル反射の防止を図っている。

なお、第１１図に示すように、紙面手前の固定スイッチ
素子３と移動スイッチ素子２とは離れた状態となってお
り、また、紙面先方の固定スイッチ素子３と移動スイッ
チ素子２とは接触した状態となっているが、両固定スイ
ッチ素子３，３と移動スイッチ素子２の配置関係は、実
際には対面する各光ファイバ５ａ、５ａの端面同士が接
触して互いに傷付くことがなく、かつ接続損失が少ない
範囲の微小な間隙を存して対向している。なお、本実施
例では、移動スイッチ素子２の前後方向両側に固定スイ
ッチ素子３，３を配設することで、移動、固定画チップ
２．３間の光軸方向の位置決めも行っている。

固定スイッチ素子３は、上述のファイバアレイ５の端面
の形状か異なる（第４図参照）以外は、移動スイッチ素
子２と全く同一の構成となっている。但し、位置決めピ
ン４と位置決め溝９ａ。

９ｂおよびシートプレート７とは接着され、位置決めピ
ン４が固定スイッチ素子３に固定されている。また、固
定スイッチ素子３のクランパ８等は、単なるケーシング
として機能するのみである。

次に、第５図に基づいてこの光スイツチ素子１の光路の
切替え動作を説明する。

第５図（ａ）は、移動スイッチ素子２か定常位置にある
定常状態を示す。シートプレート７と第１位置決め溝９
ａとの間には、位置決めピン４が挾み込まれており、ク
ランパ８により各位置決めピン４が各第１位置決め溝９
ａに係合し位置決めされている。このとき固定スイッチ
素子３の所定の光ファイバ５ａと移動スイッチ素子２の
所定の光ファイバ５ａとが微小間隙を介して対面し、光
接続かなされている。

第５図（ｂ）は、移動スイッチ素子２か定常位置から切
替位置に移行する途中の中立状態を示す。

定常位置にある移動スイッチ素子２に移動装置（図示せ
ず）により力が加えられると、移動スイッチ素子２が移
動され、位置決めピン４によりシートプレート７と移動
チップ６との隙間がクランパ８の付勢力に抗して押し広
げられ、位置決めピン４か凸条１０をのり越えるように
して第１位置決め溝９ａ力）ら第２位置決め溝９ｂに落
とし込まれる。

第５図（ｃ）は、移動スイッチ素子２が切替位置にある
切替状態を示す。この場合も、クランパ８により各位置
決めピン４か各第２位置決め溝９ｂに係合し位置決めが
なされている。このとき固定スイッチ素子３の所定の光
ファイバ５ａと、切替えるべき移動スイッチ素子２の所
定の光ファイバ５ａとが微小間隙を介して対面し、光路
の切替えが完了している状態にある。

また、この操作を逆の手順で行えば切替位置から定常位
置へのスイッチの切替えか行われる。

なお、本実施例では、移動チップ６をシリコン製とし、
位置決めピン４は直径０．５ｍｍのジルコニア製の丸棒
とした。ファイバ固定溝１１と両位置決め溝９ａ、９ｂ
とは、■溝研削加工盤により制作される。そして、光フ
ァイバ５ａを０．２５ｍｍピッチで６本並べるべくファ
イバ固定溝１１は、０．２５ｍｍピッチで６列形成し、
溝角度は６０度とした。第１位置決め溝９ａと第２位置
決め溝９ｂは０．５ｍｍピッチとし、溝角度は１１０度
とした。また、両位置決め溝９ａ。

９ｂと凸条１０とで決定される位置決めピン４の乗り越
え高さは０．１ｍｍとした。さらに、移動スイッチ素子
２のファイバアレイ５の端面（中間部分６ａ）と位置決
め溝の端面（両側部分６ｂ）との段差（段部１３の高さ
）は０．２ｍｍとし、光軸に直交する面に対するファイ
バアレイ５端面の傾き角度は７度とした。

ここで、上記条件で試作した光スイッチに基づいて、各
光ファイバ５ａの反射減衰量と、光スイッチの切替え回
数に対する挿入損失の変化（耐久性）の２点について行
った実験について説明する。

表１に反射減衰量の測定結果を示す。なおこの場合、反
射防止膜を蒸着していない状態で測定した。また、光フ
ァイバ５ａはシングルモードファイバのコア径か１０μ
ｍのものを使用した。

表１　反射減衰量の測定データ 以上のように反射減衰量はすべて一３５ｄＢ以下であり
、実用上問題ないと考えられ、また、反射防止膜を蒸着
した状態では更に反射減衰量が低下すると思われる。

次に、第６図に光スイッチの切替え回数に対する挿入損
失の変化に関する光スイッチの耐久性実験の結果を示す
。この実験では、同図（ａ）に示すように移動スイッチ
素子２の＃３の光ファイノく５ａと固定スイッチ素子３
の＃３の光ファイノ（５ａとの光接続に関する挿入損失
、および、光路を切り替えて、同図（ｂ）に示すように
移動スイッチ素子２の＃３の光ファイバ５ａと固定スイ
・ンチ素子３の＃１の光ファイバ５ａとの光接続に関す
る挿入損失とを求めた。結果は同図（ｃ）に示すように
、１００００回切替時でも挿入損失は０．１ｄＢ以下と
なっており、良好な耐久性が確認できた。

以上のように本実施例によれば、位置決め溝９ａ、９ｂ
に潤滑油Ｓを導入しているので、耐久性ある光スイッチ
とすることができ、その際に、潤滑油Ｓが光フィイバ５
ａ側に流出しても、移動チップ６の突合わせ端面に形成
した段部１３により、潤滑油Ｓが光アイイバ５ａに付着
することがない。また、斜めに形成した移動チップ６の
中間部分６ａと反射防止膜とにより、フレネル反射が防
止される。これらによりスイッチ性能を向上できると共
に、耐久性を向上することができる。

第７図は、この発明に係る光スイツチ素子１の他の実施
例の要部を現した斜視図である。

同図（ａ）の実施例では、ファイバアレイ５の端面か移
動チップ６の突合わせ端面の中間部分６ａと共に突出し
、位置決め溝９ａ、９ｂの端面となる移動チップ６の突
合わせ端面の両側部分６ｂ、６ｂと、の間に防油用の段
部１３が形成されている。同図（ｂ）の実施例では、フ
ァイバアレイ５の端面が移動チップ６のこの部分６ａと
共に突出形成され、上記と同様に防油用の段部１３が形
成されている。同図（ｃ）の実施例では、ファイバアレ
イ５の端面のある移動チップ６の中間部分６ａと、位置
決め溝９ａ、９ｂの端面がある移動チップ６の両側部分
６ｂ、６ｂとの間に、移動チップ６の端面を横断する防
油溝１４が形成されている。同図（ｄ）の実施例では、
ファイバアレイ５の突合わせ端面を囲うように、移動チ
ップ６の中間部分６ａに防油溝１４か形成されている。

以上の４つの実施例にあって、位置決め溝９ａ。

９ｂ内の潤滑油Ｓが移動チップ６の突合わせ端面に流れ
出てきても、段部１３や防油溝１４で構成した不連続部
により潤滑油Ｓはファイバアレイ５の突合わせ端面側に
流出することが防止され、光ファイバ５ａの端面に潤滑
油Ｓが付着することがなく、光の伝搬に支障をきたすこ
とがない。

なお、不連続部か段部１３や防油溝１４となっている実
施例を挙げたが、その他のものとして例えば、不連続部
がファイバアレイ５を囲う凸条であってもよい。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、第１及び第２両位置決め
溝内に潤滑剤を有するので、円滑なスイッチ操作か可能
になると共に、耐久性が向上できる。また、不連続部に
より光ファイバへの潤滑油の付着が防止でき、光ファイ
バの接続特性に影響を与えることがない。

さらに、移動及び固定画スイッチ素子のファイバアレイ
の端面か、光軸に直交する面に対しモ傾いおり、また、
各ファイバの端面に反射防止膜か形成されているので、
各ファイバの反射減衰量を低減できて、接続特性を向上
できる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の第１実施例の光スイッチを示す
斜視図、第１図（ｂ）はその要部の斜視図、第２図は光
スイッチの正面図、第３図は位置決めピンと位置決め溝
の係合状態を現した拡大断面図、第４図は光スイッチの
縦断面図、第５図はこの光スイッチの作動を現した正面
図、第６図は実験結果の説明図、第７図は他の実施例に
係る要部の斜視図、第８は従来の光スイッチの斜視図、
第９図は課題を説明するための実験装置および実験結果
を示す図である。 １・・・光スイツチ素子、２・・・移動スイッチ素子、
３・・・固定スイッチ素子、４・・・位置決めピン、５
・・・ファイバアレイ、５ａ・・・光ファイバ、６・・
・移動チツブ、６ａ・・・中間部分、６ｂ・・・両側部
分、８・・・クランパ、９ａ・・・第１位置決め溝、９
ｂ・・・第２位置決め溝、１３・・・段部、１４・・・
防油溝、Ｓ・・・潤滑油。 代理人弁理士　　　長谷用　　芳　　樹間　　　　　　
　　　落　　　　合　　　　　　　　稔第３図 夫旅例の縦断面 第４図 ％５図 従来の光スイッチ 第　８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１のスイッチ素子に固着した光ファイバアレイの
   端面と、第２のスイッチ素子に固着した光ファイバアレ
   イの端面とを同一光軸上に対面させて光結合させる定常
   位置と、当該定常位置から当該第１のスイッチ素子と当
   該第２のスイッチ素子とを、光ファイバの並び方向に相
   対的に移動させて光路を切替える切替位置とに切替自在
   に構成した光スイッチにおいて、 前記第１のスイッチ素子と前記第２のスイッチ素子のい
   ずれか一方のスイッチ素子に固定されて、他方のスイッ
   チ素子側に延びる位置決めピンと、前記他方のスイッチ
   素子に形成され、当該位置決めピンに定常位置で係合す
   る第１位置決め溝及び切替位置で係合する第２位置決め
   溝と、 当該第１及び第２両位置決め溝に前記位置決めピンを相
   対的に付勢する付勢手段と、 前記第１及び第２両位置決め溝内に位置決めピンの相対
   移動を潤滑する潤滑剤と、 前記スイッチ素子の突合わせ端面に、ファイバアレイの
   端面部分と両位置決め溝の端面部分とが不連続となるよ
   うな不連続部とを備えたことを特徴とする光スイッチ。 ２、前記第１及び第２両スイッチ素子のファイバアレイ
   の端面が、光ファイバの並び方向に平行で、かつ光軸に
   直交する面に対して傾いていることを特徴とする請求項
   １に記載の光スイッチ。 ３、前記第１及び第２両スイッチ素子の各光ファイバの
   端面に反射防止膜が形成されていることを特徴とする請
   求項１に記載の光スイッチ。