JPS6073516A - 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】 〔発明の技術分野〕 この発、明は、光学物体を機械的に移動させることによ
シ光路を切替える機械的な光スィッチに関する。

〔発明の技術的背景〕

一般に機械的な光スィッチは、電気光学結晶あるいは音
響光学結晶を用いた導波形光スイッチに比べ、多モード
光ファイバのシステムにも低損失、低漏話にて使えるこ
とから、いまだに光スィッチの主流を占めている。

この機械的な光スィッチには、１本の光ファイバを移動
させて複数の元ファイバに光を切替えるファイバ切替形
のものがある。しかしこの場合は、■光ファイバのコア
（０，０５ｍ）同士を位置合せ精度２〜３μｍで切替え
る必要があシ、高精度部品を要すること、■光ファイバ
の接続部が人出端部と切替部の少なくとも３箇所あるた
め、挿入損失の低減が困難であること、■接続できる光
ファイバが元スイッチ内部の光ファイバのファイバパラ
メータと同一のものく限定されること、等多くの欠点を
有している。

これに対し、入力端の元ファイバから出射された光をレ
ンズによシ直径約１．２　ｍｍの平行光ビームにし、こ
の平行光ビームの光路中に全反射ミラーや屈折物体を挿
脱することによシ光路を切替え、更にレンズによシ出力
端の光ファイバに光を集束して結合するプリズム移動形
の元スイッチがあり、上記各種方式の欠点を解決できる
方式である。

このプリズム移動形光スイッチの従来例は、第１図に示
すように構成、されている。動作時には、例えば光スィ
ッチがオン（ＯＮ）状態の場合、図示しない駆動系によ
シプリズム５が実線の位置にあるとき、入力端１の光フ
ァイバ６から出射された光はレンズ７によシ平行光ビー
ム８となシ、プリズム９の反射面１０で光路が９０°曲
がった後、プリズム５で屈折し、プリズム１２０反射面
１４にて角度９０°曲がシ、レンズ１５によシ集束され
て出力端４の光ファイバ１８に入射される。同様に入力
端２の光ファイバ１９から出射された光は、レンズ１６
．プリズム９０反射面１ノ、プリズム５．プリズム１２
０反射面１３、レンズ１７を通って出力端３の光ファイ
バ２θに入射される。一方、オフ（ＯＦＦ）状態になる
と、プリズム５は点線の位置に移動して平行光ビームの
光路から逃げるため、破線で光路を示したように、入力
端１０党ファイバ６から出射された光は、出射端３の光
ファイバ２０に入射し、入力端２０元ファイバ１９から
出射された光は出力端４の光ファイ′バ１８に結合され
る。この結果、この光スィッチの機能は但し、実線はオ
ン、破線はオフ。

の２×２光スイツチとなる。

しかし、この光スィッチの場合、次の重大な欠点を有し
、実用的でない。

１）平行光ビームの直径が約１．２　ＴＬｒｍであるこ
とから、プリズム５の幅は約４ｆｆｉ＋＋＋必要となシ
、移動距離は約４咽と長くなってしまう結果、応答速度
が３０ｍＢもかかってしまう。尚、ここで云う応答速度
とは、図示しない枢動系にオン又はオフの切替信号を入
れてから、光路が切替シ、出力端に完全切替後の光量の
９０係が入射されるまでの時間を云う。

：１）プリズム５が第１図の矢印の方向に平行移動する
のであるが、この方向に振動や加速度が加わると、簡単
にプリズム５の位置がずれ、損失が増大したシ、光が遮
断され伝送不能という最悪の事態も起こる。

次に別の従来例として、第２図に示すものがある。この
従来例では、入力端２ノ及び２３からレンズ２９．３１
を通って平行ビーム３３゜３４になる。この平行ビーム
は、途中で交叉するように進む。丁度、交叉点に挿入で
きるようにミラープリズム３５がホルダ部品３６に固着
されておシ、このホルダ部品３６は回転軸部材３７に回
転自在に取付けられている。ホルダ部品３６は磁性体か
らなシ、電磁石３９がオンすると、ホールダ部品３６は
電磁石３９側に吸引され、光路中にミラープリズム３５
が挿入される。

一方、電磁石３９がオフになると、吸引力がなくなシ、
ホルダ部品３６の゛他端に取付けたスプリング３８によ
シ吸引され、ミラープリズム３５が光路中より脱する。

即ち、オフのときは、入力端２ノの光ファイバ２５から
出た光は、直進して出力端２４の光ファイバ２８に、入
力端２３０元ファイバ２７から出た光は出力端２２の光
フフイパ２６に結合される。

そして、オンになると、第３図に詳細を示したように、
平行光ビーム３３．３４が直進したときの交点４０にミ
ラープリズム３５の反射面３５−１があるため、平行光
ビーム３３は交点４０で反射され出力端２２に結合する
が、平行光ビーム３４はミラープリズムの透過面３５−
２で２回屈折するため、反射光３４−１は出力端２４の
レンズの受光点（即ち、ミラープリズムがないときの平
行光ビーム３３−１の入射点）よ、６ｈの距離だけずれ
る。ｈの長さは、ミラープリズムの厚さをｔ１屈折率を
ｎ１平行元ビーム３４のミラープリズム３５への入射角
を００とすると、次式で表わされる。

例えば、ミラープリズムの材質がＢＫ−７（ｎ＝１．５
１）、ｔ　＝　０．５、θｏ＝４５°とすると、ｎ＝０
．３３２箇ずれることになり、これは約４〜６　ｄＢの
挿入損失増になるため、入力端２３と出力端２４は光結
合されるとは言えない。

即ち、この光スィッチはミラープリズム３５が平行移動
する訳けではなく、ミラープリズム３５の移動距離は約
２ｔａｎもあれば十分なため、応答速度も早く、上記第
１の従来例の２つの欠点は解決できるが、その動作は次
の通シであり、オフのときは２×２であるが、 但し、実線はオン、破線はオフ。

オンになると１×１の機能しかなくなシ、オン−オフい
ずれの場合も２×２光スイツチの機能が出せないという
致命的な欠点を有している。

削代よりｈを小さくする方法の一つＫｔを小さくするこ
とが考えられるが、ミラープリズムの強度を考えた場合
、ｔ、＝　０．５　ｍは限界である。

ｈを減らすもう一つの方法として削代よシθ０を小さく
することが考えられるが、θ０が小さくなると、入力端
２１．２３と出力端２２．２４がそれぞれ非常に近くな
るため、元コネクタの着脱が難しく、取扱い短くなる。

θ。を小さくし、且つ入力端と出力端の距離をコネクタ
着脱に十分な距離にしようとすると、全体に太きくナシ
、光ビームの光路長が長くなるため、やはシ挿入損失が
著しく増加する。

〔発明の目的〕

この発明の目的は、低挿入損失、高速応答なプリズム移
動形の元スイッチを提供することである。

〔発明の概要〕

この発明は、第１の光ファイバから出射された光を第１
の平行光ビームに変換する第１のレンズと、該第１の平
行光ビームをｍ２の元ファイバに集束して入射させる第
２のレンズと、第３の光ファイバから出射された光を第
１の平行光ビームと平行で且つ向きが反対処なるように
進む第２の平行光ビームに変換する第３のレンズと、第
２の平行光ビームを第４の元ファイバに集束して入射さ
せる第４のレンズと、上記第１及び第２の平行光ビーム
のほぼ中間に位置し、該２つの平行光ビームと平行な中
心軸を有し、外形が円柱状をなす回転軸部材と、該回転
軸部材に回転自在に取付けられたホルダ部材と、該ホル
ダ部材に固着され該ホルダ部材の回転によシ上記第１及
び第２の平行光ビームの光路中に挿入、脱出可能であり
、第１の平行光ビーム中に挿入されたとき該第１の平行
光ビームの光軸と各々４５°をなし互いに直角な第１及
び第２の反射面を、有する１つ又は複数からなる第１の
光学反射部品と、同じく第２の平行光ビーム中に挿入さ
れたとき該第２の平行光ビームの光軸と各４５をなし互
いに直角な第３及び第４の反射面を有する１つ又は複数
からなる第２の光学反射部品と、上記ホルダ部材に回転
力を与える駆動装置とを具備し、第１及び第２の光学反
射部材がホルダ部材の回転により各々第１及び第２の平
行光ビーム中に挿入されたとき、第１の平行光ビームは
第１の光学反射部品の第１の反射面、続いて第２の光学
反射部品の第４の反射面で各々９０光路の向きが変換さ
れ、第４のレンズに入射し、又第２の平行光ビームは第
２の光学反射部品の第３の反射面、続いて第１の光学反
射部品の第２の反射面で各々９０°光路の向きが変換さ
れ、第２のレンズに入射するようにした光スィッチであ
る。

〔発明の実施例〕

この発明のプリズム移動形光スイッチは第４図（ａ）　
、　（ｂ）に示すように構成され、２つの光学反射部品
例えば台形プリズム５３．５４がホルダ部品５５の両端
に各々上下逆向きに固着されている。上記ホルダ部品５
５は、平行光ビーム５０’、６１と平行な中心軸をもつ
回転軸部材５６に回転自在に取付けられている。又、ホ
ルダ部品５５には、ソレノイド（電磁石）５８の鉄芯５
７とスプリング５９が取付けてあり、ソレノイド５８が
オンすると、鉄芯５７が吸引され、ホルダ部品５５が第
４図の（ｂ）に示す破線の位置に回転し、プリズム５３
．５４は平行光ビーム６０．６１の光軸から逃げるよう
に構成されている。その結果、入力端４Ｊ　、４４から
出射された平行光ビーム６０．６１はそれぞれ出力端４
２．４３に入射される。一方、ソレノイド５８がオフに
なると、鉄芯５７に対する吸引力がなくなるため、スプ
リング５９の力によシホルダ部品５５に逆向きの回転力
が加わる。ホルダ部品５５はストッパ部品６２によシ第
４図の（ｂ）　Ｋ示す実線の位置で回転が止まり、平行
光ビーム６０．６１との位置決めがなされる。このとき
ゾ、リズム５３．５４は、平行光ビーム６０．６１の光
軸に対し４５°で互いに９０の角度をなす２つの反射面
５３−１　、５３−２及び５４−２　、５４−２を有す
る台゛形状プリズムであるため、例えば入力端４１の光
ファイバ４５から出射された光は、レンズ４９によシ平
行光ビーム６０となシ、プリズム５３．５４のそれぞれ
の反射面５３−１　、５４−１にて全反射されたのち、
レンズ５１によシ出力端４３の光ファイバ４７に入射さ
れる。同様Ｋ、入力端４４の光ファイバ４８から出射さ
れた光は、レンズ５２、反射面５４−２　、５３−２、
レンズ５０を通って出力端４２の光ファイバ４６に入射
される。

〔発明の効果〕

この発明によれば、下記の如くオン、オフ時共に、２Ｘ
２のプリズム移動形光スイッチが達成され、この結果、
第２の従来例の欠点は克服された。

４２−−−−−−ｃ−−−一〜−４４ 但し、実線はオン、破線はオフ。

更にこの発明によれば、プリズム５３，５″４の移動距
離は約２＋ｓで済むため、応答速度１０ｍ５以下にでき
、第１の従来例の欠点ｉ）は解決される。又、回転軸部
品５６によシ、プリズム５３．５４が固着されたホルダ
部品５５０重心を保持しているため、振動、衝撃による
誤動作や損失変動は全くなく、第１の従来例の欠点ｉｉ
）も克服できた。尚、原理的には、回転軸部品５６の中
心軸の回シに回転させようとする外力が加わると、損失
変動や誤動作が考えられるが、実装上このような外力が
かかることは全くない。

〔発明の変形例〕

第５図及び第６図は、この発明の変形例を示したもので
、上記実施例と同様効果が得られる。

即ち、第５図に示すように台形プリズムの代シに三角形
（三角柱）のプリズムを用いても良い。但し、平行光ビ
ームの間隔ａが小さくなるため、ホルダ部品６５及び回
転軸部品６６は小さくするか、光ビームの光軸とずらす
必要があるため、上記実施例（第４図）の方が良い。第
４図の台形プリズムの長さ″（両反射面の反射点間距離
）を平行光ビーム間距離に等しくすれば、オン、オフ時
共、等しい光路長になるため、レンズの結合損失が最小
となるワーキング・ディスタンス（レンズ−ファイバ間
距離）カ選へ、低損失光スイッチが実現できる。

又、第６図に示すように、複数ずつのプリズム６７．６
８及び６９．７０を各々ホルダ部品７１に取付けても、
上記実施例と同様の機能が出せる。

以上説明のように、この発明によれば、高速応答で低損
失、且つ振動、衝撃に極めて強い２Ｘ２のプリズム移動
形光スイッチが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の従来例である光スィッチを示す平面図、
第２図は第２の従来例である光スィッチを示す斜視図、
第３図は第２図の要部を拡大して示す平面図、第４図（
、）　、　（ｂ）はこの発明の一実施例に係る光スィッ
チを示す平面図と要部側面図、第５図及び第６図はそれ
ぞれ他の実施例の平面図である。 ４１・・・入力端、４２・・・出力端、４３・・・出力
端、４４・・・入力端、４５・・・元ファイバ、４６・
・・元ファイバ、４７・・・光ファイバ、４８・・・光
ファイバ、４９・・・レンズ、５０・・・レンズ、５１
・・・レンズ、５２・・・レンズ、５３・・・プリズム
（光学反射部品５３−１　、５３−２・・・反射面、５
４・・・プリズム（光学反射部品）、５４−１　、５４
−２・・・反射面、５５・・・ホルダ部品、５６・・・
回転軸部材、５７・・・鉄芯５８・・・ソレノイド、５
９・・・スデリンダ、６０゜６１・・・平行光ビーム、
６２・・・ストツノ七部品。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第１図 第２、図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　第１の光ファイバから出射された光を第１の平
   行光ビームに変換する第１のレンズと、該第１の平行光
   ビームを第２の光ファイバに集束して入射させる第２の
   レンズと、第３の光ファイバから出射された光を第１の
   平行光ビームと平行で且つ向きが反対になるように進む
   第２の平行光ビームに変換する第３のし、ンズと、第２
   の平行光ビームを第４の光ファイバに集束して入射させ
   る第４のレンズと、上記第１及び第２の平行−光ビーム
   のほぼ中間に位置し、該２つの平行光ビームと平行な中
   心軸を有し、外形が円柱状をなす回転軸部材と、該回転
   軸部材に回転自在に取付けられたホルーダ部材と、該ホ
   ルダ部材に固着され該ホルダ部材の回転によシ上記第１
   及び第２の平行光ビームの光路中に挿入。 脱出可能であシ、第１の平行光ビーム中に挿入されたと
   き該第１の平行光ビームの光軸と各々４５°をなし互い
   に直角な第１及び第２の反射面を有する１つ又は複数か
   らなる第１の光学反射部品と、同じく第２の平行光ビー
   ム中に挿入されたとき該第２の平行光ビームの光軸と各
   ４５゜をなし互いに直角な第３及び第４の反射面を有す
   る１つ又は複数からなる第２の光学反射部品と、上記ホ
   ルダ部材に回転力を与える駆動装置とを具備し、 第１及び第２の光学反射部材がホルダ部材の回転により
   各々第１及び第２の平行光ビーム中に挿入されたとき、
   第１の平行光ビームは第１の光学反射部品の第１の反射
   面、続いて第２の光学反射部品の第４の反射面で各々９
   ０°光路の向きが変換され、第４のレンズに入射し、又
   第２の平行光ビームは第２の光学反射部品の第３の反射
   面、続いて第１の光学反射部品の第２の反射面で各々９
   ０°光路の向きが変換され、第２のレンズに入射するこ
   とを特徴とした光スィッチ。
2. （２）上記第１及び第２の光学反射部品は、第１の光学
   反射部品の第１の反射面上の第１の平行光ビームの反射
   点をＡ、第１の光学反射部品の第２の反射面上の第２の
   平行光ビームの反射点をＢ１第２の光学反射部品の第３
   の反射面上の第２の平行光ビームの反射点を０１第２の
   光学反射部品の第４の反射面上の第１の平行光ビームの
   反射点をＤとするとき、 距離ＡＢ中距離ＣＤ中距離ＡＤ中距離ＢＣなる関係を満
   足するように設定されている特許請求の範囲第１項記載
   の元スイッチ。