JPH06507504A - 耐衝撃性バイパススイッチ - 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】 耐衝撃性バイパススイッチ 本発明は、バイパススイッチを要する光伝送網に好適な光学スイッチに関する。

光学スイッチとして従来より種々のものが提案されている。フジタ等の米国特許 第４．８９３．８９１号公報には、光学素子間に板ガラスないしガラスプリズム を配置して、約４５度の角度を中心として板ガラスないしガラスプリズムを回転 することで光学素子対間での光学切替え作用を行うように構成した光スィッチが 開示されている。このような光学スイッチには、幾つかの問題点がある。その一 つに、所望の光学切替え作用を達成するために必要な回転量が必要以上大きくて 、切替え作用が終わるまで相当の時間がかかる点にある。それより重要なのは、 板ガラスないしガラスプリズムを通る信号の伝送路の長さが、光スィッチが切り 替えられていない状態と切り替えられている状態とにある時とで変化するので、 信号の光路長も変化して、かくてリース（ｌｅａｓｅｓ）を全く用いないで種々 の光学素子を正確に位置決めすることにより予め行われる最適な収束作用が妨げ られている。従って、この特許公報では、信号が板ガラスないしガラスプリズム を通る距離が変わっても本来影響を受けない平行光ビームを創成するために、複 数のレンズを用いるようにしている。このように複数のレンズを用いることから 、装置全体としてに構成が複雑になるばかりか、コスト高を惹起している。

スタンレーの米国特許第４．８５４．６５９号公報には、その表面から片持ち垂 直枢支シリコンビーム（ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｅｄ　ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ　ｈ ｉｎｇｅｄ　５ｉｌｉｃｏｎ　ｂｅａｍ）を偏向させることで信号を切り替える 方法が開示されている。このような片持ち枢支型構成には、振動負荷がかかると 著しい悪影響を受けやすい問題点がある。

リーディの米国特許第４．７０５．３４９号公報には、ミラーを第１位置と第２ 位置との間で回動させることにより光学素子間で信号を切り替える光学スイッチ が開示されている。このような光学スイッチも構成が複雑であるばかりではなく 、ミラーの支持機構が比較的重いこと、また、スイッチの状態を切り替えるのに 必要な回動量は比較的少ないことから、機械的な振動による悪影響を受けやすい 。構成部品に相当の重量があることは、衝撃などを受けるとそれだけでも慣性力 が非常に大きく作用するから、ミラーをご（僅かだけ動かすような場合では衝撃 や振動の悪影響を非常に受けやすい。

信号を光学的に切り替える方法や装置などはこの他にも種々提案されているが、 構成が複雑であること、また、動作の安定性などに問題点が残されている。

従って、本発明は、衝撃や振動が作用しても安定性の良い光学スイッチを提供す るのを目的としたものである。

また、コンパクトで、動作させるにしても要するパワーが非常に少なくて済み、 装着性に弾力性があり、固定して光ファイバーと収束素子（ｆｏｃｕｓｉｎｇ　 ｅｌｅｍｅｎｔ）を用いた光スィッチを提供することも、本発明の別の目的であ る。

必要以上の数の収束素子を用いなくて済む光スィッチを提供することも、本発明 のまた別の目的である。

本発明の前述の目的やその他の目的などは、少なくとも第１、第２及び第３光学 素子と、第１位置にあると第２光学素子を第１光学素子に光学的に接続するが、 第２位置にあると第３光学素子を第１光学素子に光学的に接続する光路に設けた 屈折手段と、第１光学素子と第２光学素子、及び、第１光学素子と第３光学素子 との光学的接続のための第１位置と第２位置との間で前記屈折手段をを回転させ る手段とからなり、前記屈折手段が第１位置にあって前記第２光学素子が前記第 １光学素子と光学的に接続されている時に第１光信号が前記屈折手段を通る第１ 距離が、前記屈折手段が第２位置にあって前記第３光学素子が前記第１光学素子 と光学的に接続されている時に第２光信号が前記屈折手段を通る第２距離とほぼ 同一であり、また、前記屈折手段はそれ自体の重心点を中心として回転されるよ うに構成した光学スイッチにより達成される。

本発明は、第１光学素子と第２光学素子、及び、第１光学素子と第３光学素子手 段とからなり、前記屈折手段が第１位置にあって第１光信号が屈折手段を透過す る時に当該第１光信号が通る屈折手段の表面の法線に対して第１光信号がなす第 １角度が、前記屈折手段が第２位置にあって第２光信号が屈折手段を透過する時 に当該第２光信号が通る屈折手段の表面の法線に対して第２光信号がなす第２角 度とほぼ同一とした構成の光学スイッチも含むものである。

好ましくは、第１位置と第２位置との間での回転手段の回転角度は３０度以下で あるのが望ましい。

更に、本発明は、第１及び第２光学スイツチからなり、各光学スイッチが、少な くとも第１、第２及び第３光学素子と、第１位置にあると第２光学素子を第１光 学素子に光学的に接続するが、第２位置にあると第３光学素子を第１光学素子に 光学的に接続する光路に設けた屈折手段と、第１光学素子と第２光学素子、及び 、第１光学素子と第３光学素子との光学的接続のための第１位置と第２位置との 間で前記屈折手段をを回転させる手段で構成されており、第１光学スイツチの第 ２光学素子と第２光学スイツチの第１光学素子とが、それ自体の互いに対向する 第１及び第２端部間の長さに亙って接続部のない、または、光学コネクターが設 けられていない共通の光ファイバーからなり、該光ファイバーの第１端部を前記 第１光スイツチ内に固定する手段と、前記光ファイバーの第２端部を前記第２光 スイツチ内に固定する手段とを更に設けてなる光スイツチ装置をも含んでいる。

添付図面の簡単な説明を参照することで本発明が一層理解されるであろう。

第１図は、正常状態にあるバイパススイッチのブロック図である。

第２図は、バイパス状態にあるバイパススイッチのブロック図である。

第３Ａ図と第３Ｂ図とは本発明の好ましい一実施例を示すもので、第３Ａ図は正 常状態にある光学スイッチを示し、また、第３Ｂ図はバイパス状態にあるノ（イ バススイッチを示す。

第４Ａ図と第４Ｂ図とは、一つの収束素子を用いた本発明の第２実施例を示すも ので、第４Ａ図は正常状態にあるスイッチを、また、第４Ｂ図はバイパス状態に あるスイッチを示す。

第５Ａ図は、第４Ａ図に概念的に示した本発明の好ましい実施例を示すものであ る。

第５Ｂ図は、第５Ｂ図に示した装置において第１及び第２位置でローターを停止 させる機構の平面図を示す。

第５Ｃ図は、スイッチがバイパス状態の時の第５Ａ図のローターと磁気電機子と を示す断面図である。

第５Ｄ図は、スイッチが正常状態の時のローターと磁気電機子との位置を示す図 である。

第５Ｅ図は、ローターと電機子の構成の変形例を示すものである。

第６図は、光学スイッチに好適な光フアイバー保持器を示す図である。

第７図は、ローターと永久磁石の構成の変形例を示すものである。

第８Ａ図と第８Ｂ図とは、複数のイン・ライン接続型光スィッチの場合での好ま しい切替え論理接続関係と装置を示すものである。

第９図は、第８Ａ図に示したスイッチ構成の場合でのユーザー・インターフェー スを示すものである。

第１図にバイパススイッチ８の概略ブロック図を示す。この図において、光フア イバー伝送網１には、複数のノード３（第１図では一つだけを図示している）の 間での信号送受信に用いる光伝送ファイバー２．１２が含まれている。光フアイ バー伝送網１の論理構成や物理的構成などは本発明には特に関係ないが、典型的 なものとしては、単一リング型、冗長リング型、バス型等が考えられる。第１図 に示した伝送網では、矢印４で示した第１信号は、入力光ファイバー１からスイ ッチ８に供給されて受信器５で検出することによりノード３に受信されるが、ノ ード３からの第２信号７は、送信器６から発生して矢印７にて示したようにスイ ッチ８を介して出力光ファイバー１２へと送信される。ノード３が何らかの理由 により故障すると、伝送網１における通信が永久に混乱する虞があり、そのため にスイッチ８を「正常状態」と「バイパス状態」とに切り替えできるようにする のが望ましい。第１図では、スイッチは正常状態にあって、矢印４で示した第１ 信号はノード３に供給されると共に、矢印７で示した第２信号はノード３から出 力光ファイバー１２に供給されるようになっている。

第２図はスイッチ８がバイパス状態にあるところを示しており、この状態では第 １信号４は入力光ファイバー２からスイッチ８を介して出力光ファイバー１２に 素通りすることでノード３を効果的に迂回しており、この状態はノード３が何ら かの理由により動作しなくなった場合に望まれているものである。また、ノード 送信器からの第２信号７は、ノードをしてノード送信器６とノード受信器５の動 作をモニターするスイッチによりノード受信器５へと帰還させられている。

第３Ａ図と第３Ｂ図とは、スイッチ８の好ましい実施例を概念的に示したもので ある。スイッチが正常状態にある場合を示す第３Ａ図では、第１信号４は左側か ら入力光ファイバー２を介してスイッチに入力した後、ノード受信器５により検 出されるようにレンズ１４により屈折部材１５に収束させられる。するとノード 送信器６が、第３Ａ図の左側に示した第２信号７を発生するが、この第２信号も 出力光ファイバー１２へと送信されるように、屈折部材１４へとレンズ１４によ り屈折される。

ところがノード３が故障するか、または、動作しなくなると、スイッチ８は第３ Ｂ図に示したようにバイパス状態に切り替わる。この切替え動作は、屈折部材１ ５を好ましくはその重心点１６を中心として回転させることによりなされる。

重心点を中心として回転させると、衝撃や振動などによる影響を最小限にすすこ とかできる。

好ましくは、第３Ａ図と第３Ｂ図とにそれぞれ示した正常状態とバイパス状態に 対応する屈折部材１５の第１及び第２回転位置は、平行ビームがスイッチに送ら れていない場合でも出力光ファイバー１２が収束信号（ｆｏｃｕｓｅｄ　ｓｉｇ ｎａｌ）を受信できるようにするためにも、対称配置にするのが望ましい。詳述 すれば、屈折部材の第１及び第２位置は、スイッチが正常状態にある時（第３Ａ 図）に信号７が屈折部材１５を透過する距離が、スイッチがバイパス状態にある 時（第３Ｂ図）に信号４が屈折部材１５を透過する距離とほぼ等しくなるように 位置決めするのが最も望ましい。従って、レンズ１４の光収束プロフィールと送 信器６（一般に送信器と接続した光ファイバーの出力）と入力光ファイバー２の 出力位置とビーム出射特性とを適宜選択して最適化することにより、単一のレン ズ１４を以て正常状態の時の信号７とバイパス状態の時の信号４との両方を出力 光ファイバー１２の端部に収束させることができるのは明らかである。何故なら 、前述のように位置決めすれば、屈折部材を介する両信号の伝送距離が変わらな いからである。

それに対して、前述したフジタ等の米国特許第４．８９３．８９１号公報におい ては、屈折素子を介しての信号の伝送距離が変化するから、正常状態のみならず バイパス状態においての出力光ファイバーに対する収束作用を首尾良（達成する ためには平行ビームを用いる必要がある。従って、本明細書において屈折部材１ ５を介しての両光信号の伝送距離が「はぼ同一」であると言うことは、第１信号 ４と第２信号７との両方を出力光ファイバーに効果的に収束でき、しかも、出力 光ファイバー１２に対する第１信号４と第２信号７のそれぞれの収束作用の差に 起因する損失間の減衰差が０．７　ｄ　Ｂ、好ましくは領５ｄＢ、より好ましく は０．４　ｄ　Ｂ。

もっと好ましくは０．３ｄＢを越えない程度の許容度を以て、それぞれの屈折部 材１５を介する伝送距離が同一であることを意味する。言うまでもないことでは あるが、屈折部材１５の表面粗さと結晶度の差とにより、第１信号４と第２信号 ７とをそれぞれ出力光ファイバー１２に対して収束させた時での屈折部材１５を 通るそれぞれの光路長に僅かの差が出ることがあるので、両信号が出力光ファイ バー１２へと屈折されている時のこれらの距離の僅かな差も本発明の範囲に含ま れている。

また、屈折部材１５の第１及び第２位置は、スイッチが正常状態にあると、第２ 信号がノード送信器６から出力光ファイバー１２へと遠ざかるにつれて第１信号 が屈折部材に入射する屈折部材の表面上の入射点と直交する法線３７に対して第 ２信号７がなす第１角度が、第１信号４が屈折部材１５を介して出力光ファイバ ー１２に入射する時に当該第１信号４が前記法線３７に対してなす第２角度とほ ぼ等しくなりように選定されているのが望ましい。この場合でも、「はぼ同一」 であると言うことは、前記小数点で示した効率に従って出力光ファイバーＪ２に 入射するにつれて、第１信号４と第２信号７との間での収束能（ｆｏｃｕｓｉｎ ｇ　ｐｏｗｅｒ）ないし収束効率に差が出ない限り、僅かな許容度ないし僅かな 差を含む場合もあることを意味している。

第３Ｂ図に示したバイパス状態に戻って説明を続けると、第１信号４は、レンズ １４と屈折部材１５とを介して出力光ファイバー１２に直接伝送されているので 、ノード受信器５とノード送信器６とを迂回している。その上、このバイパス状 態にあっては、ノード送信器６から発生した第２信号７は、レンズ１４と屈折部 材１５とを介して、好ましくは例えば光ファイバーとかの先導波路からなる帰還 部材】７に帰還されている。この帰還部材１７は、第２信号７が受信器５により 受信されるように、レンズ１４と屈折部材１５とを再び介して第２信号７を循環 させるように構成されている。従って、ノード３は、受信器５の出力端に論理接 続することによりそれ自体の動作状態を判定することができるので、動作状態が 適切でないと判定した場合は、警報を発してスイッチ８が正常状態に復帰するの を防ぐか、別の方法としては、正常動作している旨を表示してスイッチ８の正常 状態への復帰を許容するようになっている。

第３図に示した実施例では、収束素子、即ち、レンズ１４としてはただ一つで充 分であり、この素子は、ノード受信器５（正常状態時）で収束するか、または、 出力光ファイバー１２（バイパス状態時）の端部で収束する収束信号へと、入力 　、光ファイバー２から発した分散光である第１信号４を収束させるのに用いる ことができる。また、前述したように、スイッチ８が正常状態にあると、送信器 ６やレンズ１４、屈折部材１５などは、伝送網に搬送すべき第２信号７を出力光 ファイバー１２の端部において最適状態で収束するように容易に位置決めするこ とができる。従って、正常状態にあっては、最適パワーが出力光ファイバー１２ に結合されると共に、この状態にあれば最適パワーが受信器５に供給されて受信 されるから、ノード３の性能を最適化することができる。更に、バイパス状態に あれば、第１信号４がノード３を迂回していると、最適パワーは入力光ファイバ ー２と出力光ファイバー１２との間で結合される。また、最適パワーは、ノード 送信器６と帰還用ファイバー１７との間で結合される。帰還用ファイバーの出力 端では第２信号７は、入力光ファイバー２からの第１信号と同様に発散している から、第２信号７はノード受信器５に最適状態で結合されることになる。

第４Ａ図と第４Ｂ図とは本発明の別の実施例を示すもので、これらの図は第３図 に示した屈折レンズ１４の代わりに、例えば曲面ミラーの如きの収束屈折用素子 ないしレンズ２４を用いノこ別のスイッチ１８を示している。第４Ａ図には正常 状態におけるスイッチ１８が示されているが、この場合、入力光ファイバー２か らスイッチに供給される第１信号４は、屈折部材１５で屈折されて収束屈折用ミ ラー２４に到達し、その後収束屈折用ミラー２４で反射されて屈折部材１５を再 び透過した後にノード受信器５により検出される。同様に、ノード送信器６から 発した第２信号７は、屈折部材１５により屈折されて反射型収束ミラー２４に到 達し、その後反射型収束ミラー２４に反射されて屈折部材１５を再び透過した後 、図示のように出力光ファイバー１２に送られる。

他方、ノード３が故障を起こした場合、スイッチ１８は、屈折部材１５を好まし くはその重心点１６を中心として回転させることにより、バイパス状態に切り替 える。その際の屈折部材１５の回転量は、第４Ａ図に示した状態の時に第１信号 ４が屈折部材１５を通過する全距離が、第４Ｂ図に示した状態の時に第２信号れ らの距離は屈折部材１５の位置に応じて変化することはない。よって、入力光フ ァイバー２からスイッチ１８に供給される第１信号４の最適収束作用は、出力光 ファイバー１２に最適状態で収束される。第４Ｂ図に示したように、ノ＜イノく ス状態にあると、第１信号４はノード送信器６とノード受信器５とを効果的に迂 回しながら出力光ファイバー１２へと通過するが、送信器７から発した第２信号 ７は、屈折部材１５により屈折されて反射型収束ミラー２４に到達し、その後反 射型収束ミラー２４に反射されて屈折部材１５を再び通過した後に帰還用光導波 路１７に入る。帰還用先導波路１７は、矢印（７）７’で示したように反射され た第２信号を三度屈折部材１５へと案内するが、このように三度屈折部材１５を 透過した第２信号（７）Ｔは反射レンズ２４により再び反射され、屈折部材１５ を回度通過した後にノード受信器５により検出される。従って、ノード３には、 このノード３を構成する光送信器と光受信器とが共に正常に動作しているかどう かを判定する機能を有しているので、信頼性を向上させることができる。

本発明によれば、送信器６と出力光ファイバー１２とを、レンズ１４の収束能及 び屈折部材１３の位置とを鑑みて位置決めするのが望ましく、そうすることによ りスイッチが正常状態にある時に送信器６と出力光ファイバー１２とを最適状態 に結合させることができる。同様に、受信器５と入力光ファイバー２をも、レン ズ１４の収束能と屈折部材１３の位置とを鑑みて位置決めするのが望ましく、そ うすることによりスイッチが正常状態にある時に受信器６と入力光ファイバー２ とを最適状態に結合させることができる。よって、スイッチが正常状態にある時 に第１信号４が屈折部材１５を通る光路長が、スイッチが正常状態にある時に第 ２信号７が屈折部材１５を通る光路長とほぼ同一であるから、スイッチがバイパ ス状態になると入力光ファイバー２と出力光ファイバー１２との間での最適収束 作用が自動的に達成されるのは明らかである。従って、本発明で用いた全ての構 成素子間での最適収束作用が、ただ一つのレンズ１４（または第４図の実施例で はレンズ２４）を用いるだけで達成できるのである。入力光ファイバー２の端部 ないし出力端の位置は、スイッチ８がバイパス状態にある時では入力光ファイバ ー２と出力光ファイバー１２との間で、また、スイッチ８が正常状態にある時で は入力光ファイバー２と受信器５との間で最適な結合が達せされるように選定し ている。

第５Ａ図は第４Ａ図と第４Ｂ図とに示した概念的な素子を用いた装置の好ましい 構成を示すものである。第５Ａ図において、スイッチ１８は、円筒形ガラス部材 として図示した屈折部材１５を備えており、該屈折部材１５は、この屈折部材１ ５の長手軸と直交する長手軸を有する円筒形ローター２１に埋設した形で取り付 けられている。このローター２１は、第１及び第２電磁石２５とにそれぞれ磁気 結合された第１及び第２電磁電機子３４にそれぞれ近接対向する第１及び第２端 ２３を有する永久磁石２２間で発生する力の作用により回転させられるようにな っている。電磁石２５は、この電磁石２５が電気コイル２６から発生する電力で 励磁されると、適当な強磁性体２６により磁気結合される。尚、電磁石２５、強 磁性体２６、電機子３４、永久磁石２２などは磁気回路を構成しており、従って 、−極に沿ってコイル２６が励磁されると、永久磁石２２が電機子３４と整合す るようになるが、電気コイル２７から反対極性が発生すると、永久磁石２２の両 端が電機子３４の対応端に対して磁気反発するので、電機子３４から変位するよ うになる。そこで、第５Ｂ図に示すようにローター２１の外周面上の第１及び第 ２側縁３１．３２と選択的に係合するように適当な第１及び第２係止部材２９． ３０を設けることにより、ローターの第１及び第２停止位置を決めることができ る。本発明によれば、ローター２１の第１停止位置は、永久磁石２２の長手軸が 、正確ではないが殆ど電機子３４の長手軸と一直線をなすところにするのが望ま しい。よって、この第１停止位置に対して一定の力を維持することができる。そ こで、電気コイル２７の極性を反転すると、電磁石の端部は永久磁石の対応端部 から反力を受けるから、両者間で発生する磁気反発力により電機子は第２係止部 材３０が規定する第２停止位置で停止する。

第５Ｃ図は、バイパス状態の時での永久磁石２２の端部と電磁電機子３゛４の対 応端部の好ましい構成を示すものである。これらの端部は互いに補完関係をなす 形状になっており、好ましい実施例としては凸面と凹面との関係を有するものが 望ましい。このように構成することにより、電機子と永久磁石とのそれぞれの対 向端部間での空気間隙を最小限にすることができるので、両者間での磁束漏れを 減少させることができる。この第５Ｃ図では、スイッチ１８がバイパス状態にあ る時、例えば、第１停止位置にあって永久磁石と電機子のそれぞれの対向端部が 互いに磁気吸引されている時での電機子３４の長手軸に対する永久磁石の長手軸 の好ましい位置を示しており、この状態にあっては、電磁石から磁気反発力が発 生してローターが第２停止位５ｉ（例えばスイッチの正常状態）へと容易に回転 できるように、電機子２１の回転方向を規定すべく電機子３４の長手軸と永久磁 石２２の長手軸とは一致しないように幾らか変位している。

第５Ｅ図は、電磁電機子３４と永久磁石２２に対するその電磁電機子３４の向き についての別の好ましい構成を示したものである。この構成によれば、電機子３ ４の端部は、第５Ｃ図の実施例におけるほど永久磁石２２の対応端部に対峙して おらず、むしろ著しく変位させて電機子３４の両端部が永久磁石２２の側部に対 してほぼ対峙するようにしている。この第５Ｅ図に示した電機子に対する永久磁 石の向きは、スイッチが例えば正常状態とかのある状態にある場合を示しており 、この場合では電機子の両端部と永久磁石の対応両端部との間で磁気反発力が作 用しているが、スイッチが他の状態、即ち、バイパス状態になる時では、電機子 の極性は反転されるわけであるから、電機子の両端は永久磁石の対応端部を磁気 吸引するようになって反時計方向に所望量だけ、即ち、第５Ｅ図において反時計 方向に８度だけ回転するようになる。このように電機子の向きを永久磁石に対し て変位させることにより、第５Ｃ図に示したようなイン・ライン構成に比べてよ り効果的であり、従って切替えに必要な電流量も少な（て済む。

スイッチ１８には、反射型集束レンズ２４と、入力光ファイバー２、出力光ファ イバー１２、ノード受信器５に接続した光導波路、ノード送信器６に接続した光 導波路及び帰還用光導波部材１７に対応する第１及び第２光導波路に対応する、 ４０を以て示した一組の光導波路とを備えている。これらの光導波路の端部にお ける端面は全て同一平面に臨むようにして適当な手段、例えばエポキシ樹脂でフ ァイバー保持器６２に固定させるのが望ましい。

本発明の好ましい実施例によれば、電機子は硬質で軽量な材料で構成すべきであ り、その−例としてチタンが黄銅よりも好ましい。電機子を軽量化することは、 電機子が軽量であればあるほど、衝撃や振動により醸し出される慣性力が小さく て済むことから、スイッチ１８に衝撃や振動などが作用してもスイッチ１８を非 常に安定させることができるので望ましい。また、ローター２１や第１及び第２ 係止部材２９．３０も比較的硬質材で構成すれば、係止部材２９．３０の電機子 の係止用側縁３１．３２に対する［喰い込み現象Ｊ　（ｔｕｎｎｅｌｌｉｎｇ） を惹起しないで、従って、スイッチ１８の寿命に亙って第１停止位置と第２停止 位置との間の回転範囲が変化することなく、スイッチ１８をして繰り返し切替え 動作を行わせることができる。好ましい実施例では、ローター２１の材料として 可及的軽量な材料を用いるに加わって、好ましい実施例によればそれ自体の性能 に必要でない電機子の部分を除去するのが望ましい。従って、電機子の質量を減 少させるために電機子の幾つかの部分を切り欠いた実施例に比べれば、ローター ２１としては完全に円筒形ではあるが、切欠き係止部３１．３２を備えたものは 望ましくない。尚、当業者には、ローター２１としてはその断面に沿って比較的 少ない円筒外周面を有するように構成するのが望ましく、この比較的少ない円筒 外周面を以てスイッチ１８内でのローター２１の支承面を構成すればよいことが 容易に理解されるところである。また、ローター２１の外周面の部分にこのよう に形成した支承面の寸法としては、ローター２１にその長手軸と直交する方向に 沿って側方負荷が作用した時に発生する衝撃による負荷を全てとは言わないまで も、その大部分をローターの外周面が支承できるようにするためにも、それと補 完関係をなす支承空洞にクリアランスができる程度にすべきであることも容易に 理解されるところである。これにより、好ましくはローター２１の第１及び第２ 円筒端部に設けてローターの回転中心を取り囲む通常の支承面を構成する支承ピ ン６１に作用する衝撃負荷を最小限にすることができる。従って、ローター２１ の正常な回転が空洞により妨げられるようなことはな（、むしろこの空洞は非常 に高重力度の衝撃（ｇ−１ｏａｄ　５ｈｏｃｋｓ）が作用した時にローターを拘 束すると共にそれを支承するから、ローターの支承ビン６１はこの大きい衝撃負 荷に耐えることができる。これにより、スイッチも前述のような高重力度の衝撃 に耐えることができるのである。更に、ローター２１としては、静的に均衡のと れた状態にするのが望ましく、その様にすることにより並進運動に対して反応し ないようにすることができるから、衝撃や振動などにより加速が作用してもスイ ッチを更に安定させることができる。

前述した構成によれば、スイッチ１８が正常状態にあると、入力光ファイバー２ からの第１信号４は、第４Ａ図に示したように、屈折部材１５により屈折された 後に反則型集束レンズ２４により反射されて再び屈折部材１５と透過し、ノード 受信器５により検出されるのは明らかである。同様に、ノード送信器６から発し た第２信号７も、屈折部材１５で屈折された後にミラー２４に収束されて反射し 、再び屈折部材１５と透過した後に出力光ファイバー１２の端部に収束される。

正常状態にあれば、電機子３４と永久磁石２２とに互いに極性を反対とする極が 創成されるように電磁石２５に電流が供給されるので、両者間に磁気反発力が発 生する。第５Ｄ図はこの状態を示しているもので、電機子は第１位置に保持され ている。そこで、バイパス状態にしたい場合では、電磁石２５への供給電流をゼ ロとする一方、永久磁石２２の吸引力により電機子が第２位置へと正転させられ るようにして、第４Ｂ図に示したように、入力光ファイバー２からの第１信号４ が直接屈折部材１５を透過し、レンズ２４により反射されて、屈折部材１５を再 び透過して出力光ファイバー１２の端部に収束されるようにすることによりノー ドを迂回すると共に、ノード送信器６からの第２信号はノード受信器５に検出さ れるように帰還させる。第５Ｃ図はこの時の電機子の状態を示すものである。

符号２８は、保持器６２に設けた光導波路４０を含む光フアイバーケーブルを示 す。ファイバー保持器６２の詳細なところを第６図に示すが、この保持器は、第 １及び第２ブロツク６３．６４からなり、各ブロックには、半円形の凹所６５が 複数形成されていて、第１及び第２ブロツク６３．６４を合体させると第１ブロ ツク６３における凹所６５と第２ブロツク６４における凹所６５とが対になって 対応する光ファイバーを保持する円筒形保持溝が形成されるようになっている。

尚、各光ファイバーを対応する保持溝に挿入させるに先立って、当該光ファイバ ーのバッファーを剥離させ、これにより裸出させた光ファイバーを、例えばエポ キシ樹脂の如くの適当な固着手段を用いて保持溝に固定するのが望ましい。この ように構成した保持器でなら、光ファイバー４０（例えば、符号２．１２．１７ 及び、第４図に示した受信器５と送信器７の接続端（ｐｉｇｔａｉｌｓ））を積 極的に固定かつ位置決めできるので、前述したように屈折部材１５とレンズ２４ とを用いての切替え作用を行うことができる。また、光導波路４０の端部には反 射防止被覆を施しておくのが望ましい。

前述の好ましい実施例によれば、ローター２１に装着させた屈折部材１５がその 重心点を中心として回転するから、衝撃や振動などによる負荷に対してはスイッ チ１８は反応しないので、スイッチ１８の安定性が非常に良くなる。また、ロー ター２１は、それまた重心に沿う線分を中心として回転するので、衝撃や振動な どによる負荷に対しても非常に動じないので、スイッチ１８の安定性を更に向上 させている。屈折量は屈折部材１５の厚みや屈折率により制御されるから、切替 え作用に要する回転量は、設計仕様や材料の変更などに応じて変えることができ るのは明らかである。切替え速度としては回転角度を小さくすることにより早く することができるが、回転角度を大きくしても衝撃や振動が加わった時の回転誤 差や回転ズレなどに対してもスイッチが反応するようなことはほとんどない。

好ましい実施例では、屈折部材１５を第１位置と第２位置との間で切り替えるの に必要な回転量は、３０度以下、好ましくは２５度以下、更に好ましくは２０度 以下、もっと好ましくは１６度以下、更には１２度以下、１０度以下、８度以下 ではあるが、要するに４度から１６度の範囲が好ましい。

第７図は、ローター２１と永久磁石２２の別の好ましい構成を示すものである。

第７図の実施例では、永久磁石２２°の中心部に孔６６が形成されており、図示 のように永久磁石がローター支承部６１の端部から組み立てられるようにしてい る。この実施例では、第５Ａ図の実施例のように永久磁石２２゛　のために円筒 形横穴を設ける必要はないから、ローター２１′　の製造の難しさを減少させる ことができる。

第８Ａ図は、複合スイッチの好ましい接続構成を示しており、また、第８Ｂ図は 第８Ａ図に示した複合スイッチのパッケージ化の実施例を示している。この実施 例では、複数の通信装置が接続できるように複数のスイッチがイン・ライン接続 で配置されている。このようなパッケージ構成は、通信網に接続すべき複数の通 信装置が互いに近接するところに置かれている、例えば、コンピュータとプリン ター、カラーモニターの如く一ケ所にまとまっているような場合に望ましいもの である。第８図に示したイン・ライン接続型パッケージ構成は、一つのスイッチ からの出力信号を別のスイッチへと入力させるのに外部接続線は不必要であるか ら、外部への光通信接続線全ての数を減少させることができるなどの利点がある 。詳述すれば、第２スイツチへと直接入力させる第１スイツチからの出力信号は 、第１及び第２スイツチにそれぞれ対応するファイバー保持器６２に両端を固定 接続した一本の光ファイバーを用いることで第２スイツチへと供給できるのであ る。この場合での接続には光フアイバー接続器ないしコネクターは不要であるか ら、複数のスイッチが物理的に離れていて、第１スイツチの出力信号と第２スイ ツチに入力させるに当たって、それぞれのスイッチから延在する光ファイバーの 接続端を接続器ないしコネクターで接続する必要のある伝送媒体を用いる必要の ある場合に比べて、光損失は少なくて済む。要するに、接続用光ファイバー（ｐ ｉｇｔａｉｌ　ｆｉｂｅｒ）の一端は第１スイツチに、また、その他端は第２ス イツチに取り付けるのであるから、この二つのスイッチは共通の接続用光ファイ バーを共有することになる。

ここに開示した複数スイッチの好ましい構成は、二重冗長カウンター回転リング （ｄｕａｌ　ｒｅｄｕｎｄａｎｔ　ｃｏｕｎｔｅｒ　ｒｏｔａｔｉｎｇ　ｒｉｎ ｇｓ）に用いるものである。第８Ａ図において、接尾語ｒｐＪは一次リングを表 し、接尾語ｒｓＪは冗長二重カウンター回転リングを表す。正常動作時には、− 次リングｐが用いられ、ノードＡｐにおける入力第１信号は、スイッチが正常状 態にあれば、光路９１を介してポート＾１−２に送られて、ステーション１とし て示した第１通信装置に対応する受信器に受信される。すると、ステーション１ におけるソフトウェアにより、そのステーションから別のステーション、即ち、 ステーション２へとポートＢ１−４へ、そして光路９４とスイッチ１８ｄを介し て伝送がなされる。この信号は光路９１゛上のスイッチ１８ｄを介してポート＾ ２−６に至り、かくてステーション２と称した別の通信機により利用されること になる。その後、ステーション２からポートＢ２−８、やがて光路９２°上のノ ードＢｐを介して一次リングを通って伝送される。この場合、好ましい実施例に よれは、前述のようにスイッチ１８ｄがバイパス状態にあれば、ポートＢ２−８ は第２ステーシヨンのポート＾２−６に光路９４を介して接続されている。そこ でステーション２が故障すれば、スイッチ１８ｄは正常状態からバイパス状態に 切り替わって、ポートＢ１−４における信号が、前述したように切替え路９３゛ 　を経てノードＢｐへとスイッチ１８ｄを介してそのまま送られるようになる。

しかし、別の好ましい実施例では、ステーション２への接続線を全て迂回するよ うにしており、これはソフトウェア制御でステーション１により達成される。特 に、ステーション１からポートＢ１−４を経てステーション２に伝送する代わり に、ステーション１からポートＡｌ−１を介して、更にはスイッチ１８ａを介し てノードＡｓを経て二次リングへと伝送させる。このように信号は、−次リング と二次リングとを利用することにより伝送網の複数のステーション間で伝送され ることになり、図示はしていないがステーション２のすぐ右側にあるステーショ ン３もリングからリングへの伝送を担うから、二次リングからの入力信号は一次 リングに沿ってステーション１に戻されることになる。

第９図は、第１及び第２ステーシヨンを第１及び第２冗長リングにそれぞれ接続 し、第１及び第２ステーシヨンが単一パッチパネルに接続できるように互いに近 接して配置されている第８Ａ図の実施例に適したユーザー・インターフェースの 好ましい形態を示すものである。第９図に示したように、ただ一本のパワー接続 線Ｐを必要とするのみで、図示している接続線はスイッチ１８ａに対応するもの であり、他のスイッチ１８ｂ〜１８ｄへのパワー供給は、合計４個のスイッチを 収納するハウジングの内部パワー配線を介して行われるようになっている。第９ 図にも示したように、スイッチ１８ａには、ステーション受信器接続線Ｒとステ ーション送信器接続線Ｔ１及び、入力伝送網接続線Ａｓ（二次リングからの）が 接続されており、スイッチ１８ｂには、別のステーション受信器接続線Ｒと別の ステーション送信器接続線Ｔ、及び、−次リングからの入力伝送網接続線Ａｐが 接続されており、更には、各スイッチ１ｇｃ、１８ｄにも、ステーション２の受 信器接続線Ｒとステーション２の送信器接続線Ｔが接続されているが、スイッチ １８ｃには二次リングＢｓへの出力接続のための外部接続線が、また、スイッチ １８ｄには一次すングＢｐへの出力接続線がそれぞれ備わっている。第９図にお いてＸで示したものは、本発明の好ましい実施例ではポートＢ１−４からの出力 信号はスイッチ１８ｄに直接ハードウェア接続されているから不必要となった外 部伝送網接続部を示す。好ましい実施例では、この接続は一本の光ファイバーを 用いて達成することができる、即ち、一本の光ファイバーの一端をファイバー保 持器６２（第５Ａ図）においてスイッチ１８内で終端させ、他端をスイッチ１８ ｄ内の類似のファイバー保持器６２に終端させることにより達成できる。従って 、この接続方法では、接続器や機械的コネクター、その他の内部接続器具等は、 それを必要としないから、不必要である。

前述したように、本発明のスイッチは、最少数の光学素子を用いるだけで、出力 光ファイバーに信号を自動的に収束させる耐衝撃性バイパス機能（ｒｕｇｇｅｄ ｉｚｅｄｂｙｐａｓｓ　ｆｕｎｃｔｉｏ口）を備えたものであり、このスイッチ は衝撃や振動による負荷の影響を受けることは殆どなく、しかも、構造が簡単で 必要な電力も少な（て済むものである。

本発明はその好ましい実施例について説明したが、当業者には種々の改変や置換 が容易に考えられるところであるので、本発明は前述した特定の好ましい実施例 に限定されるべきではなく、むしろ添付の請求の範囲により限定すべきである。

ｈ谷−３Ｂ Ｈθ−４Ｂ 文 Ｎ＋　ＰＣＴ／ＵＳ　９２１０３４６１国際調査報告 フロントページの続き （７２）発明者　スチュワード、ジョン・ビー・ジュニアアメリカ合衆国　９４ ０１０　カリフォルニア州、バーリンゲーム、メドウ・レーン ｌ５３３番 （７２）発明者　コーン、マーク・シーアメリカ合衆国　９４０４０　カリフォ ルニア州、マウンテン・ビュー、ワサッチ・ドライブ　２７２１番

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．少なくとも第１、第２及び第３光学素子と、第１位置にあると第２光学素子 を第１光学素子に光学的に接続するが、第２位置にあると第３光学素子を第１光 学素子に光学的に接続する光路に設けた屈折手段と、 第１光学素子と第２光学素子、及び、第１光学素子と第３光学素子との光学的接 続のための第１位置と第２位置との間で前記屈折手段をを回転させる手段とから なり、前記屈折手段が第１位置にあって前記第２光学素子が前記第１光学素子と 光学的に接続されている時に第１光信号が前記屈折手段を通る第１距離が、前記 屈折手段が第２位置にあって前記第３光学素子が前記第１光学素子と光学的に接 続されている時に第２光信号が前記屈折手段を通る第２距離とほぼ同一であり、 前記屈折手段はそれ自体の重心点を中心として回転されるように構成した第１ス イッチからなる光学スイッチ装置。
2. ２．請求項１に記載の装置であって、前記信号は前記屈折手段を通過する時に平 行化されることがないことよりなる光学スイッチ装置。
3. ３．請求項２に記載の装置であって、前記屈折手段は前記第１及び第２位置の間 を３０度より小さい角度に亙って回転されるようになっている光学スイッチ装置 。
4. ４．請求項１に記載の装置であって、前記屈折手段が第１及び第２位置にあると 、前記第１及び第２光信号はそれぞれ前記屈折手段をただ１回通過することより なる光学スイッチ装置。
5. ５．請求項１に記載の装置であって、前記屈折手段が第１及び第２位置にあると 、前記第１及び第２光信号はそれぞれ前記屈折手段を２回通過することよりなる 光学スイッチ装置。
6. ６．請求項１に記載の装置であって、前記第１、第２及び第２光学素子は光学接 続端を有しており、これらの光学接続端はほぼ同一平面に臨んでなる光学スイッ チ装置。
7. ７．請求項１に記載の装置であって、前記回転手段は、当該回転手段の正常回転 が妨げられることのない密着した支承空洞に収納されており、この支承空洞によ り、非常に高重力度の衝撃時にローターを拘束すると共に支承して、ローターの ピンが衝撃による負荷に耐えられるようにしてなる光学スイッチ装置。
8. ８．請求項１に記載の装置であって、前記回転手段は、円筒形ローターの内部に 配置した永久磁石を含む磁気回路からなり、前記屈折手段は前記ローターに連結 されていると共に、前記ローターの長手軸とほぼ直交する長手軸を有する透明円 筒体からなり、また、前記回転手段は前記ローターの回転を第１及び第２停止位 置で停止させる手段を具備してなる光学スイッチ装置。
9. ９．請求項１に記載の装置であって、 第４光学素子を更に設け、この第４光学素子を光学送信手段で構成する一方、前 記第１光学素子を入力伝送網光ファイバー、前記第２光学素子を光学受信手段、 また、前記第３光学素子を入力伝送網光ファイバーで構成し、前記屈折手段が前 記第１位置にあると、前記出力光ファイバーは前記送信手段に、また、前記入力 光ファイバーは前記受信手段にそれぞれ光学的に接続されるが、 前記屈折手段が前記第２位置にあると、前記出力光ファイバーは前記入力光ファ イバーに、また、前記受信手段は前記送信手段にそれぞれ光学的に接続されるよ うになっており、 前記屈折手段が前記第２位置にあると、前記送信手段と前記受信手段とを光学的 に接続する帰還光導波手段をも更に設けてなる光スイッチ装置。
10. １０．請求項１に記載の装置であって、少なくとも第１、第２及び第３光学素子 とからなる第２スイッチを更に設けてなり、前記第１スイッチの第３光学素子と 前記第２スイッチの第１光学素子とが、それ自体の互いに対向する第１及び第２ 端部間の長さに亙って接続器やコネクターが設けられていない共通の光ファイバ ーからなり、前記第１スイッチ内に第１光ファイバー端部を固定する手段と前記 第２スイッチ内に第２光ファイバー端部を固定する手段をも更に設けてなる光ス イッチ装置。
11. １１．少なくとも第１、第２及び第３光学素子と、第１位置にあると第２光学素 子を第１光学素子に光学的に接続するが、第２位置にあると第３光学素子を第１ 光学素子に光学的に接続する光路に設けた屈折手段と、 第１光学素子と第２光学素子、及び、第１光学素子と第３光学素子との光学的接 続のための第１位置と第２位置との間で前記屈折手段をを回転させる手段とから なり、前記屈折手段が第１位置にあって第１光信号が屈折手段を透過する時に当 該第１光信号が通る屈折手段の表面の法線に対して第１光信号がなす第１角度が 、前記屈折手段が第２位置にあって第２光信号が屈折手段を透過する時に当該第 ２光信号が通る屈折手段の表面の法線に対して第２光信号がなす第２角度とほぼ 同一であり、また、前記屈折手段はそれ自体の重心点を中心として回転されるよ うに構成した第１スイッチからなる光学スイッチ装置。
12. １２．請求項１１に記載の装置であって、少なくとも第１、第２及び第３光学素 子とからなる第２スイッチを更に設けてなり、前記第１スイッチの第３光学素子 と前記第２スイッチの第１光学素子とが、それ自体の互いに対向する第１及び第 ２端部間の長さに亙って接続器やコネクターが設けられていない共通の光ファイ バーからなり、前記第１スイッチ内に第１光ファイバー端部を固定する手段と前 記第２スイッチ内に第２光ファイバー端部を固定する手段をも更に設けてなる光 スイッチ装置。
13. １３．第１及び第２光学スイッチからなり、各光学スイッチが、少なくとも第１ 、第２及び第３光学素子と、第１位置にあると第２光学素子を第１光学素子に光 学的に接続するが、第２位置にあると第３光学素子を第１光学素子に光学的に接 続する光路に設けた屈折手段と、 第１光学素子と第２光学素子、及び、第１光学素子と第３光学素子との光学的接 続のための第１位置と第２位置との間で前記屈折手段をを回転させる手段で構成 されており、 第１光学スイッチの第２光学素子と第２光学スイッチの第１光学素子とが、それ 自体の互いに対向する第１及び第２端部間の長さに亙って接続器や光学コネクタ ーが設けられていない共通の光ファイバーからなり、前記第１スイッチ内に第１ 光ファイバー端部を固定する手段と前記第２スイッチ内に第２光ファイバー端部 を固定する手段をも更に設けてなる光スイッチ装置。