JPS63294511A

JPS63294511A - 光フアイバ用多心一括切替スイツチ

Info

Publication number: JPS63294511A
Application number: JP2294287A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Satake; 佐武　俊明; Yoshio Kashima; 加島　宜雄; Shinji Nagasawa; 真二長沢
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1987-02-03
Filing date: 1987-02-03
Publication date: 1988-12-01
Anticipated expiration: 2011-07-31
Also published as: JP2519233B2

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スイッチに関し、特にシングルモー
ド多心光ファイバを同時に切り換えることのできる機械
式光フアイバスイッチに関するものである。

（従来の技術とその問題点）一般に、シングルモード光ファイバ用のＩＸＮスイッチ
においてＮを１００程度とする場合に実用土必要な条件
は、（１）低損失であること、（２）振動や温度変化等の外部環境の変化に対し安定で
あること、（３）漏話が少ないこと、（４）高速に切替られること、の４つである。特にシングルモード（以下ＳＭと略す）
ファイバの切替スイッチについては、低損失であること
が重要であり、コア径１０μｍの８Ｍファイバを０．４
ｄＢ以下に接続するには、２つのファイバの軸ずれ量を
１．５μｍ以下に抑えるる必要がある。

従来のＳＭファイバ用切替スイッチの例を第２図（ａ）
、（ｂ）、（ｃ）に示しその欠点を述べる。同図（ａ）
は導波路形スイッチであり、図中１０１は単心光ファイ
バ、１０２は単心光フアイバコネクタ、１０３はアダプ
タ、１０４は基板、１０５は基板１０４に設けた導波路
部、１０６はスイッチ部である。スイッチ部１０６の屈
折率の変化により単心光ファイバ１０１は＃１−＃３゜
＃２→＃４への接続状態から＃１→＃４．＃２→＃３へ
の接続へと切り替えることができる（参考文献：電子通
信学会誌Ｖｏ１．６９．Ｎｏ、３．Ｐ２７９〜２８０．
１９８６年３月号）。

この導波路形スイッチは電流をスイッチ部１０６に流す
ことにより、２０　ｎ５ｅｃで高速で動作するが、次の
欠点を有する。

（１）導波路部１０５の損失が３〜６ｄＢと大きい。

（２）光フアイバコネクタ１０２との接続部が導波路部
１０５の両側に必要なため、コネクタ２ヶ分の損失的１
ｄＢが加算され損失が大きい。

（３）スイッチ部１０６の漏話が一２０ｄＢ程度と大き
い。

（４）多端子化が容易でない。

（５）電源の停電時には接続状態の反転が１／２の確率
で起こるという欠点がある。したがって現時点では実用
性に乏しい。

同図（ｂ）は可動ミラー形スイッチであり、図中１０１
は単心光ファイバ、１０２は単心光フアイバコネクタ、
１０３はアダプタ、１０７はコリメータレンズ、１０８
はケース、１０９は可動ミラー、１１０は可動ミラー１
０９の移動方向を示す。同図において可動ミラー１０９
が実線で示す位置にあるとき単心光ファイバ１０１の＃
１→＃２が結合されているが、可動ミラー１０９を破線
で示す位置に動かすことにより、単心光ファイバ１０１
の出力ポートを＃３．＃４にも切替えることができる。

この可動ミラー形スイッチは数ｆｌｌｓｅｃで比較的高
速に動作するが、次の欠点を有する。

（１）コリメータレンズ１０７により、入射光でビーム
をコリメートしているためレンズどうしの結合部での損
失とコリメート不完全による損失が２ｄＢ程度ある。

（２）入力ポートと出力ポートのコネクタとの結合部で
１ｄＢ程度の損失が生ずる。

（３）可動ミラー１０９を使用しているため、外部振動
により伝達パワーが変動する。このためケース１０８を
指でつつつくだけでも±０．５ｄＢの変動を生じる。

したがって損失が３ｄＢ以上と大きくかつ安定性も低い
ため実用的でないという欠点があった。

同図（Ｃ）は多心フェルールシフト形スイッチであり、
図中１０１は単心光ファイバ、１０２は単心光フアイバ
コネクタ、１０３はアダプタ、１０８はケース、１１１
は複数の単心光ファイバ１０１を配列した固定側の多心
フェルール、１１２は複数の単心光ファイバ１０１を配
列したシフトする多心フェルール、１１３はシフトする
方向、１１４はシフト力を加える駆動コイル、１１５は
多心フェルール１１１，１１２の両サイドに設けたえひ
こく板バネ、１１６は駆動用鉄心である。

このスイッチでは多心フェルール１１１と対向して配置
されたシフトする多心フェルール１１２に内蔵された光
ファイバ１０１の先端が１１３で示すシフトの方向に動
くことにより、単心光ファイバ１０１の＃２→＃６の状
態から＃１−＃４．＃２−＃５．＃３→＃６にと結合状
態を切替えることができる。この多心フェルールシフト
形スイッチは約１０ＩＩｓｅｃの高速で動作するが、次
の欠点を有する。

（１）多心フェルールのシフト量の再現性は約２μｍ程
度が限界で、８Ｍファイバで要求される１μｍ以下の再
現性を持たせることが困難であるため、８Ｍファイバに
適用できない。

（２）切替対象となる心線数は多心フェルールに実装で
きるファイバ数により制限される。

（３）可動部を有するため外部振動に対し、出力変動が
生ずる。

（４）駆動部に駆動コイルと平行板バネを用いているた
め停電時には、接続状態の反転が起り得るという欠点が
ある。したがって、ＳＭファイバ用のＩＸＮ（Ｎは１０
０程度）タイプの低損失で安定なスイッチを実現するこ
とは従来のスイッチを用いては困難であった。

本発明の目的は、上記の欠点を解決し低損失で、再現性
良く、外部振動に対しても安定でかつ比較的高速に動作
する機械式のＳＭファイバ用多心一括切替スイッチを提
供することにある。

（問題点を解決するための手段）上記目的を達成するため、第１の本発明は嵌合ピン穴と
多数心の光ファイバとが配列されてなる多心コネクタフ
ェルールを、所定方向に複数個配列させた固定側多心コ
ネクタフェルール群と、前記固定側多心コネクタフェル
ールと同一構成でかつ該固定側多心コネクタフェルール
と対向してその配列方向に移動可能な移動側多心コネク
タフェルールとを備え、前記移動側もしくは固定側多心
コネクタフェルールの嵌合ピン穴の一方には相手側の嵌
合ピン穴に対する挿抜動作の可能な嵌合ピンが挿入され
ており、かつ該嵌合ピンには挿抜動作を行う作動機構が
連結されていることを特徴とする。第２の本発明は嵌合
ピン穴と多数心の光ファイバとが配列されてなる多心コ
ネクタフェルールを、所定方向に複数個配列させた固定
側多心コネクタフェルール群と、前記固定側多心コネク
タフェルールと同一構成でかつ該固定側多心コネクタフ
ェルールと対向してその配列方向に移動可能な移動側多
心コネクタフェルールとを備え、嵌合ピンはその先端が
移動側多心コネクタフェルールの固定側多心コネクタフ
ェルールとの対向端面から突出する如く移動側多心コネ
クタフェルールに固定されており、該嵌合ピンの先端が
固定側多心コネクタフェルールの嵌合ピン穴と挿抜する
よう移動側多心コネクタフェルールを固定側多心コネク
タフェルールとの接離方向に移動する移動機構を設けた
ことを特徴とする。

（作用）本発明によれば、切替接続されるべきフェルールの選択
を移動側フェルールの移動で行ない、対向するフェルー
ルの高精度軸合わせは嵌合ピンの挿抜により行なう。ま
た、切替動作を行なわれない状態では、フェルールの接
続状態が嵌合ピンによりロックされる。

（実施例）第１図は本発明の第１の実施例を説明する図であり、第
３図は第１の実施例に用いている主要部分の説明図であ
り、第４図は第１の実施例の動作説明図である。図中１
は光ファイバ、２は光ファイバ１を５心配列したテープ
心線、３は移動側多心コネクタフェルール、４は移動ケ
ース、５は移動ケース取付ネジ、６は平行移動用ベアリ
ング、７はガイドレール、８は薄鋼板ベルト、９はプー
リ、１０はＤＣサーボモータ、１１はＤＣサーボモータ
１０と回転軸を共有する光学式ロータリーエンコーダ、
１２はモータ駆動回路用リード線、１３は回転数検出回
路用リード線、１４は固定側５心コネクタフエルール、
１５は嵌合ピン挿入穴、１６は嵌合ピン、１７は嵌合ピ
ンクランプ板、１８は嵌合ピン引抜用電磁式ピストン、
１８゛は嵌合ピン挿入用バネ、１９は電磁式ピストン駆
動回路リード線、２０は嵌合ピン先端のテーパ、２１は
光フアイバ端面、２２はわずかなすき間、２３は嵌合ピ
ンの引抜移動量、２４は移動側５心コネクタフエルール
の平行移動量、２５は移動量の誤差、２６は嵌合ピンの
挿入移動量、２７は嵌合ピンの挿入によりフェルールに
働く力をそれぞれ示す。

第１図において、移動側５心コネクタフエルール３は移
動ケース４に収容されており、移動ケース４は平行移動
用ベアリング６と一体となっておリ、固定ネジ５により
薄鋼板ベルト８に固定されている。薄鋼板ベルト８は機
枠Ａに軸支されたプーリ９によりガイドレール７に平行
に保たれると共に、プーリ９に連結したＤＣサーボモー
タ１０により駆動される。ＤＣサーボモータ１０の回転
角度はＤＣサーボモータ１０の軸に直結した光学式ロー
タリーエンコーダ１１により検出される。

固定側５心コネクタフエルール１４は複数個が支持台Ｂ
に一列に配列され、その端面は移動側５心コネクタフエ
ルール３の端面との間に数μｍのわずかのすき間を介し
て位置している。固定側５心コネクタフエルール１４の
嵌合ピン挿入穴１５には孔径よりＯ〜０６５μｍ程度細
径の嵌合ピン１６が挿入されており、嵌合ピン１６は、
６本ごとに嵌合ピンクランプ板１７でクランプされてい
て、さらにクランプ板１７が嵌合ピン引抜用電磁式ピス
トン１８および嵌合ピン挿入用バネ１８″により固定側
５心コネクタフエルール１４の端面から突き出させたり
、へこませたりすることができる。ピストン１８はソレ
ノイドコイルを内蔵しておりソレノイド駆動回路用リー
ド線１９に電流を流すことにより駆動する。

第３図（ａ）は第１図に組みこまれている５心コネクタ
フエルール３又は１４の説明図である。

嵌合ピン挿入穴１５は、嵌合ピン１６と０〜１μｍのク
リアランスを有する孔径となっている。一対の嵌合ピン
挿入穴１５の中央に配列された各単心光ファイバ１の光
フアイバ端面２１は、フェルール端面と同一平面に位置
しており、嵌合ピン挿入穴１５の軸心と垂直になってい
る。

第３図（ｂ、）は第１図に組みこまれている嵌合ピン駆
動部の説明図である。同図において、固定側５心コネク
タフエルール１４には、下方から嵌合ピン１６が挿入さ
れており、嵌合ビンクランプ板１７を介して複数本の嵌
合ピン１６が同時に、電磁式ピストン１８により駆動さ
れる。嵌合ピン１６の先端にはテーパー２０が加工され
ており、可動側５心コネクタフエルール３と固定側５心
コネクタフエルール１４のＤＣサーボモータ１０による
対向する位置決めが数１００μｍ程度の誤差を有する場
合でも、可動側５心コネクタフエルール３に嵌合ピン１
６を挿入することができる。

以下第４図を参照しながら、本発明による光スィッチの
動作を説明する。切替動作は同図（ａ）。

（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の順に行なわれる。第４図（ａ
）は切替前の状態を示す。対向する光コネクタフェルー
ル３と１４はわずかなすき間２２を介して端面どうしが
向い合っており嵌合ピン１６により２つのフェルール３
．１４の光ファイバ（図中では略している）の光軸が高
精度に軸合わせされる。このとき、わずかなすき間２２
が約１０μｍのときには、コア径１０μｍのＳＭファイ
バでは、このすき間に屈折率整合剤を塗布することによ
り接続損失増加量は約０．０１ｄＢとすることができる
。０．０１ｄＢ程度の損失は実用上問題とならない。

同図（ｂ）は、切替の途中の状態であり、電磁ピストン
１８が動くことにより嵌合ピン１６が符号２３で示され
る矢印の分だけ移動し、フェルール端面から嵌合ピン１
６が下がっている。

次に同図（ｃ）は切替の途中の状態であり、移動側フェ
ルール３が矢印２４で示す量だけ移動しており、２５で
示す量だけ移動側および固定側の量フェルール３，１４
の位置がずれている。

同図（ｄ）は、切替の完了した状態であり、電磁ピスト
ン１８のソレノイド電流が断となりバネ１８′が働いて
矢印２６で示す距離だけ嵌合ピン１６が移動側フェルー
ル３に挿入され、その結果、矢印２７で示す方向に移動
側フェルール３が移動し移動量の誤差２５が解消される
。

以上の過程によって本発明による光切替スイッチの動作
が完了する。本実施例における切替所要時間は、嵌合ピ
ンの引抜き挿入の各動作が約５ｍ５ｅｃ、移動側フェル
ールが、固定側の片端のＮｏｌフェルールから他端のＮ
ｏ３０までの約７５ｍｍの距離を動く時間が約１５ａｓ
ｅｃであり、全動作時間は約３０　ｍ５ｅｃであった。

本実施例においては、切替接続されるべきフェルールの
選択のために行なう移動側フェルールの高速移動をモー
タ回転角度の制御による分解能の粗い位置決め方法で行
ない、対向するフェルールの高精度軸合わせは嵌合ピン
の挿抜により行なうことにより、高速で高精度な多心フ
ェルール間の切替接続を実現している。本実施例では、
モータ回転の制御だけで粗く位置決めする場合に生ずる
フェルールの平行移動量のオーバーランや、振動による
位置決め誤差を嵌合ピンの挿入による強制的高精度軸合
わせ動作により、瞬時に矯正し安定なフェルールどうし
の接続状態に移行させることができるため、安定な切替
動作が可能であると共にい、切替動作を行なわない状態
では、フェルールの接続状態が嵌合ピンによりロックさ
れているので、外部から本装置に振動が加わった場合や
、電源がＯＦＦになった場合でも接続状態が変化しない
という特徴を有している。また、本切替装置の光損失は
、フェルールどうしの接続損失のみであり、平均損失は
８Ｍファイバで０．５ｄＢ程度である。

以上述べた様に、本発明による光フアイバ用メカニカル
スイッチは、数＋ｌ５ｅｅの高速切替動作と、外部振動
に対する安定性、および０．５ｄＢ程度の低い光損失特
性を有する。

本実施例においては、フェルールとして５心光フアイバ
が実装された第３図（ｂ）のフェルールを用いたが、応
用として第６図に示すアダプタ形のフェルール４０を用
いることにより、ＮＴＴの標準となっているＦＣコネク
タ用単心フェルール４１の切替も同様に行なうことがで
きる。

さらに別の応用として嵌合ピン１６と電磁ピストン１８
を移動側フェルール３に取り付けた構成も実現可能であ
る。このような場合においては、移動体の重量を軽量化
することができれば、第１図の実施例と同様に高速切替
ができる。この場合、嵌合ピンは移動側フェルールのみ
に備えれば良いので、固定側フェルールの取り付けを簡
単化することができる。

第５図に本発明の第２の実施例を示す。第５図（ａ）に
おいて、移動側５心コネクタは移動側多心コネクタフェ
ルール挿抜駆動ユニット２８に実装されている。また固
定側５心コネクタフエルール１４の後方には嵌合ピン等
は挿入されていない。

その他の構成については第１図の構成と同様である。ユ
ニット２８は平行移動用ベアリング６に取りつけられて
おりどの固定側５心コネクタフエルールの位置へも移動
可能であ２゜第５図（ｂ）は、ユニット２８を下方から
見上げた斜視図である。

嵌合ピン３４が挿入され固定されたフェルール３３がユ
ニットから出入り可能な状態で実装されている。第５図
（Ｃ）は、ユニット２８の内部構造である。５心コネク
タフエルール３３は平行スライド３０に固定されている
。平行スライド３０は平行スライド支持ロッド３１によ
り支持されていて、上下方向に平行に移動する。また平
行スライド３０はコイルスプリング３２により下方に押
圧力を受けているため、電磁ピストン２９が動作し　・
ていないときは下方に押しつけられている。したがって
移動側フェルール３３は固定側フェルール１４と嵌合さ
れ接続されている。電磁ピストン２９は、電源に結合さ
れているリードセンに電流を流すと、レバー３５の駆動
点３７を３９の方向に引張り、レバーの作用点３８の場
所で平行スライド３０を上方向に押し上げる。このレバ
ー３５を使用するのは電磁ピストン２９の動作の特徴と
して、大きな引張力と高速の動作を必要とする場合には
電磁ピストン２９の駆動ストローク長を短くする必要が
あるためである。上記の構成になっているから、この装
置により光コネクタの切替動作を行なうには、まず、 ■電磁ピストン２９を駆動して、移動側フェルール３３
の嵌合ピン３４が、固定側フェルール１４から完全に抜
けるまで、移動側フェルール３３を押し上げる。

■次にスライド６に沿ってモータ１０により指定の位置
まで、ユニット２８を移動させる。

■電磁ピストン９の駆動電流を断にする。すると、新し
く指定された固定側フェルール１４に移動側フェルール
３３の嵌合ピン３４が挿入され、さらに移動側フェルー
ル３３の端面と固定側フェルール１４の端面が突き合わ
さって、５心ファイバ間の接続がなされる。

以上で動作は完了する。

第１の実施例と同様に、移動体と、上下に駆動されるフ
ェルールそのものおよび駆動用電磁ピストン等の材料と
して軽合金やプラスチック等を用いて重量を軽量化する
ことにより、高速の光スイツチ動作が可能である。これ
らどの実施例においても、本発明第１の実施例と同様に
、移動側フェルールの高速の移動と嵌合ピンによる高精
度な位置決めが可能であるという特徴を生かすことがで
きる。したがって数十ミリ秒での高速により０゜５ｄＢ
程度の低損失なシングルモードファイバの多心一括切替
スイッチ動作が可能である。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、移動側フェルー
ルを高速に、接続すべきフェルールに対向させると共に
、対向する多心フェルールどうしの高精度な軸合せを嵌
合ピンの挿入動作により高速に行なうため、多心フェル
ールの高精度で高速な切替スイッチ動作が可能である。

また、嵌合ピンにより対向するフェルール間の軸合わせ
状態をロックする機構となっているため、機械式スイッ
チとしては、従来のものと比べ、外部振動や電源の断に
対しても何らの光信号の変動も受けないなどの利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の一部切欠き斜視図であ
る。第２図（ａ）は従来の導波路形スイッチの説明図、
第２図（ｂ）は従来の可動ミラー形スイッチの説明図、
第２図（ｃ）は従来の多心フェルールシフト形スイッチ
の説明図である。第３図（ａ）（ｂ）は本発明の第１の
実施例に用いている主要部品の斜視図である。第４図（
ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は本発明の第１の実施例の動作
説明図である。第５図は本発明の第２の実施例の説明図
で、第５図（ａ）は外観の斜視図、第５図（ｂ）は移動
側５心コネクタフエルール挿抜駆動ユニツトの斜視図、
第５図（ｃ）は移動側５心コネクタフエルール挿抜駆動
ユニツトの断面図である。第６図は移動側コネクタフェ
ルールの他の実施例を示す斜視図である。１・・・光ファイバ、２・・・テープ心線、３・・・移
動側多心コネクタフェルール、４・・・移動ケース、５
・・・固定ネジ、６・・・平行移動用ベアリング、７・
・・、ガイドレール、８・・・薄鋼板ベルト、９・・・
プーリ、１０・・・ＤＣサーボモータ、１１・・・光学
式ロータリーエンコーダ、１２・・・モータ駆動回路用
リード線、１３・・・回転数検出回路用リード線、１４
・・・固定側５心コネクタフエルール、１５・・・嵌合
ビン挿入孔、１６・・・嵌合ピン、１７・・・嵌合ビン
クランプ板、１８・・・嵌合ピン引抜用電磁式ピストン
、１８′・・・嵌合ピン挿入用バネ、１９・・・電磁式
ピストン駆動回路リード線、２０・・・嵌合ピン先端の
テーパ、２１・・・光フアイバ端面、２２・・・わずか
なすき間、２３・・・嵌合ピンの引抜移動量、２４・・
・移動側５心コネクタフエルールの平行移動量、２５・
・・移動量の誤差、２６・・・嵌合ピンの挿入移動量、
２７・・・嵌合ピンの挿入によりフェルールに働く力。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）嵌合ピン穴と多数心の光ファイバとが配列されて
なる多心コネクタフェルールを、所定方向に複数個配列
させた固定側多心コネクタフェルール群と、前記固定側
多心コネクタフェルールと同一構成でかつ該固定側多心
コネクタフェルールと対向してその配列方向に移動可能
な移動側多心コネクタフェルールとを備え、前記移動側
もしくは固定側多心コネクタフェルールの嵌合ピン穴の
一方には相手側の嵌合ピン穴に対する挿抜動作の可能な
嵌合ピンが挿入されており、かつ該嵌合ピンには挿抜動
作を行う作動機構が連結されていることを特徴とする光
ファイバ用多心一括切換スイッチ。
（２）嵌合ピン穴と多数心の光ファイバとが配列されて
なる多心コネクタフェルールを、所定方向に複数個配列
させた固定側多心コネクタフェルール群と、前記固定側
多心コネクタフェルールと同一構成でかつ該固定側多心
コネクタフェルールと対向してその配列方向に移動可能
な移動側多心コネクタフェルールとを備え、嵌合ピンは
その先端が移動側多心コネクタフェルールの固定側多心
コネクタフェルールとの対向端面から突出する如く移動
側多心コネクタフェルールに固定されており、該嵌合ピ
ンの先端が固定側多心コネクタフェルールの嵌合ピン穴
と挿抜するよう移動側多心コネクタフェルールを固定側
多心コネクタフェルールとの接離方向に移動する移動機
構を設けたことを特徴とする光ファイバ用多心一括切換
スイッチ。