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発明の名称 光スイッチ
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−83441(P2001−83441A)
公開日 平成13年3月30日(2001.3.30)
出願番号 特願平11−255943
出願日 平成11年9月9日(1999.9.9)
代理人 【識別番号】100068021
【弁理士】
【氏名又は名称】絹谷 信雄
【テーマコード(参考)】
2H041
【Fターム(参考)】
2H041 AA18 AB19 AC04 
発明者 梶山 真一 / 高杉 哲 / 上塚 尚登 / 寺岡 達夫
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 基板と、該基板上に固定された略E字形状の固定ヨークと、該固定ヨークの中央の突き出し部に取付けられた永久磁石と、複数の移動側光ファイバの先端部が並列になるように配列された可動ブロックと、該可動ブロックに設けられた可動ヨークと、上記可動ブロックを上記固定ヨークの両側の突き出し部の間で上記移動側光ファイバが配列方向に移動できるように案内するガイドピンと、上記固定ヨークの両側の突き出し部に設けられ上記永久磁石による磁界を個別に打ち消すような磁界を発生するソレノイドと、上記移動側光ファイバの先端部の端面と対向する位置に固定され複数の固定側光ファイバの先端部が並列に配列されたファイバアレイとを備えたことを特徴とする光スイッチ。
【請求項2】 上記可動ブロックに配列された複数の移動側光ファイバ及び上記ファイバアレイに配列された複数の固定側光ファイバが複数の列数を有する請求項1に記載の光スイッチ。
【請求項3】 上記可動ブロックの移動側光ファイバが位置検出用光ファイバを含み、その位置検出用光ファイバのコア径が他の光ファイバのコア径より大きい請求項1又は2に記載の光スイッチ。
【請求項4】 上記可動ブロックの移動側光ファイバに入射する信号光の光源に、700〜800nmの波長帯域を有するLED光源を用い、光検出器にSi系フォトダイオードあるいはフォトトランジスタを用いる請求項3に記載の光スイッチ。
【請求項5】 上記700〜800nmの波長帯域を有するLED光源が少なくとも一列に整列され、周囲に割りスリーブが嵌め込まれている請求項4に記載の光スイッチ。
【請求項6】 上記Si系フォトダイオードあるいはフォトトランジスタが少なくとも一列に整列され、周囲に割りスリーブが嵌め込まれている請求項4に記載の光スイッチ。
【請求項7】 上記可動ブロックの位置検出用光ファイバの端部に、端面を鏡面研磨したフェルールを設け、該フェルールを上記LED光源の発光面に配置した割りスリーブに挿入して、光を光ファイバ内に入射し、上記可動ブロックの位置検出用光の光源とする請求項1または2に記載の光スイッチ。
【請求項8】 上記可動ブロックの位置検出用光ファイバの端部に、端面を鏡面研磨したフェルールを設け、該フェルールをフォトダイオードあるいはフォトトランジスタの受光面に配置した割りスリーブに挿入して上記可動ブロックの位置検出用光ファイバの信号光を受光する請求項1又は2に記載の光スイッチ。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光スイッチに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、インターネットやISDNの普及による急激な情報量の増加に伴い、長距離はもとより、近距離におけるWDM伝送技術の早急な開発が求められている。近距離WDM伝送システムにおいては、市内を巡る基幹回線と、個人あるいは企業の専用回線との間で、市内至る所で情報のやり取りをするため、膨大な量の伝送路制御用光スイッチが必要になる。ここに求められている光スイッチは、低損失、低消費電力、低コスト、小型であることが必須条件である。
【0003】これまで、光スイッチは、その用途により様々なものが研究され提案されている。例えばグレーティングを用い、特定の波長のみを切り換える熱光学的方式や、プリズム、ミラーあるいは光ファイバ自体を機械的に移動し光路を切り換える機械制御方式、静電気力や電磁力を用いて光路を切り換える電気制御方式等、その他様々である。また光ファイバの位置決め方式として、一般にはV溝を形成した基板に光ファイバを載せ、各々の光ファイバの突き合わせを切り換えるものがよく知られている。また光ファイバに特殊なコーティングを施し、外力を直接与えて所定の位置に移動させるタイプもある。
【0004】これらの中で電磁力を用いた場合、比較的簡単で確実に光ファイバに駆動力を与えることができる。
【0005】図8(a)、(b)は従来の光スイッチの概略図である。
【0006】図8(a)に示す光スイッチは、端部に磁性体がコーティングされた移動側光ファイバ11と、移動側光ファイバ11の端部を挟むように配列された二つの電磁回路12、13と、移動側光ファイバ11に対向して配置された固定側光ファイバ14、15とで構成されている。電磁回路12(13)は定電流源12a(13a)と、スイッチ12b(13b)と、電磁石12c(13c)とが直列接続されたものである。
【0007】この光スイッチにおいて、電磁回路12のスイッチ12aをオンにして磁場を発生させると、移動側光ファイバ11が湾曲して固定側光ファイバ14と突き合わせ接続される。
【0008】これとは逆に、電磁回路12のスイッチ12bをオフにして磁場を無くし、電磁回路13のスイッチ13bをオンにして磁場を発生させると、移動側光ファイバ11が逆方向に湾曲して反対側の固定側光ファイバ15と突き合わせ接続される。この場合、移動側光ファイバ11と固定側光ファイバ14、15同士が正確に突き合わされるように、光ファイバ14、15をV溝基板(図示せず)に固定するほか、移動側光ファイバ11の移動もガイド溝(図示せず)を用いて制御する方法が広く用いられている。また、移動側光ファイバ11をコネクタのフェルールやV溝ブロックに固定することも行われている。
【0009】一方、図8(b)に示す光スイッチは、端部がファイバアレイブロック18に固定された固定側光ファイバ14、15と、固定側光ファイバ14、15に対向するように可動ブロック17に配置された移動側光ファイバ11と、移動側光ファイバ11の端部に取付けられた永久磁石16と、電磁回路12とで構成されている。
【0010】この光スイッチは、電磁石12cと永久磁石16とを用いているので、吸引力と反発力とが生じ、電磁回路12のオンオフ動作だけで、図8(a)の場合と同様な効果が得られる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図8(a)、(b)のいずれも場合であっても、移動側光ファイバ11と、固定側光ファイバ14、15との突き合わせを行っている間は、必ず磁場を発生させた状態でなければならないという問題がある。伝送系においては、消費電力を抑えるために光ファイバの切換えの時だけのみ、電磁回路12、13に通電するようにしなければならない。また、図8に示した光スイッチを多段に重ねて高密度実装した場合、各々の光スイッチの状態が目視で確認できなくなるため、光スイッチが正常に動作しているのか否かを外部より監視できる機能が必要となるという問題があった。
【0012】図9は従来の光スイッチの側面概略図である。
【0013】複数の移動側光ファイバ11の端部を可動ブロック17に配列すると共に、ガイドピン(図示せず)で支持し、ファイバアレイブロック18の固定側光ファイバ14、15の端部に対向させる場合、可動ブロック17とガイドピンとの間には必ず隙間がある。この隙間で移動側光ファイバが撓む。その結果、可動ブロック17とファイバアレイブロック18との突き合わせ角度が一致しなくなり、接続損失が増加するという問題がある。
【0014】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、主な目的は小型で低消費電力で低コストな光スイッチを提供することにあり、副次的な目的は接続損失を減少させた光スイッチを提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために本発明の光スイッチは、基板と、基板上に固定された略E字形状の固定ヨークと、固定ヨークの中央の突き出し部に取付けられた永久磁石と、複数の移動側光ファイバの先端部が並列になるように配列された可動ブロックと、可動ブロックに設けられた可動ヨークと、可動ブロックを固定ヨークの両側の突き出し部の間で移動側光ファイバが配列方向に移動できるように案内するガイドピンと、固定ヨークの両側の突き出し部に設けられ永久磁石による磁界を個別に打ち消すような磁界を発生するソレノイドと、移動側光ファイバの先端部の端面と対向する位置に固定され複数の固定側光ファイバの先端部が並列に配列されたファイバアレイとを備えたものである。
【0016】上記構成に加え本発明の光スイッチは、可動ブロックに配列された複数の移動側光ファイバ及びファイバアレイに配列された複数の固定側光ファイバが複数の列数を有するのが好ましい。
【0017】上記構成に加え本発明の光スイッチは、可動ブロックの移動側光ファイバが位置検出用光ファイバを含み、その位置検出用光ファイバのコア径が他の光ファイバのコア径より大きいのが好ましい。
【0018】上記構成に加え本発明の光スイッチは、可動ブロックの移動側光ファイバに入射する信号光の光源に、700〜800nmの波長帯域を有するLED光源を用い、光検出器にSi系フォトダイオードあるいはフォトトランジスタを用いるのが好ましい。
【0019】上記構成に加え本発明の光スイッチは、700〜800nmの波長帯域を有するLED光源が少なくとも一列に整列され、周囲に割りスリーブが嵌め込まれているのが好ましい。
【0020】上記構成に加え本発明の光スイッチは、Si系フォトダイオードあるいはフォトトランジスタが少なくとも一列に整列され、周囲に割りスリーブが嵌め込まれているのが好ましい。
【0021】上記構成に加え本発明の光スイッチは、可動ブロックの位置検出用光ファイバの端部に、端面を鏡面研磨したフェルールを設け、フェルールをLED光源の発光面に配置した割りスリーブに挿入して、光を光ファイバ内に入射し、可動ブロックの位置検出用光の光源とするのが好ましい。
【0022】上記構成に加え本発明の光スイッチは、可動ブロックの位置検出用光ファイバの端部に、端面を鏡面研磨したフェルールを設け、フェルールをフォトダイオードあるいはフォトトランジスタの受光面に配置した割りスリーブに挿入して可動ブロックの位置検出用光ファイバの信号光を受光するのが好ましい。
【0023】本発明によれば、永久磁石による磁界は略E字形状の固定ヨークの中央の突き出し部から両側の突き出し部に分割されて伝わった後、再び中央の突き出し部で合流し、「日」字形状、すなわち二つの閉ループ磁気回路が形成される。この固定ヨークの両側の突き出し部に設けられたソレノイドを作動させて二つの閉ループ磁気回路のいずれか一方の磁界を打ち消すことにより、残った閉ループ磁気回路側に可動ヨークごと可動ブロックが引き寄せられる。
【0024】このような状態でソレノイドへの電流が無くなっても、固定ヨークの突き出し部と可動ヨークとの間には永久磁石による磁路が形成されているが、可動ヨークが引き寄せられている方の突き出し部の磁路の磁気抵抗が、可動ヨークから離れている方の突き出し部の磁路の磁気抵抗より小さいので、可動ヨークが引き寄せられている方の磁路の磁束密度が、可動ヨークから離れている方の磁束密度より大きい。従って可動ヨークが引き寄せられている方の突き出し部と可動ヨークとの間の磁力が、可動ヨークから離れている方の突き出し部と可動ヨークとの間の磁力より大きいので、そのままの状態が保持される(自己保持)。
【0025】すなわち、本発明の光スイッチには自己保持機能があるため、光スイッチを切り換えるときだけソレノイドを動作させればよいので、消費電力を低く抑えることができる。
【0026】可動ブロックに保持された複数の移動側光ファイバ及びファイバアレイに保持された複数の固定側光ファイバが複数の列数を有する場合には、上側の列に配置された光ファイバには可動ブロック及び可動ヨークによる引っ張りの力が働き、下側の列に配置された光ファイバには可動ブロック及び可動ヨークによる圧縮の力が働くので、これらの力により光ファイバの撓みが防止される。このため光ファイバの光結合面における角度ずれを小さくすることができ、接続損失を減少させることができる。
【0027】可動ブロックの移動側光ファイバの位置検出用光ファイバのコア径が他の光ファイバのコア径より大きい場合には、位置検出用光の、受発光素子と光ファイバとの位置合わせが容易になる。
【0028】可動ブロックの位置検出用光ファイバに入射する信号光の光源に、700〜800nmの波長帯域を有するLED光源を用い、光検出器にSi系フォトダイオードあるいはフォトトランジスタを用いる場合には、低価格な位置検出機構が構成できる。
【0029】700〜800nmの波長帯域を有するLED光源が少なくとも一列に整列され、周囲に割りスリーブが嵌め込まれることにより、小型化でき、光ファイバとの光軸合わせをフェルールを用いて容易に行える。
【0030】Si系フォトダイオードあるいはフォトトランジスタが少なくとも一列に整列され、周囲に割りスリーブが嵌め込まれることにより、小型化でき、光ファイバとの光軸合わせをフェルールを用いて容易に行える。
【0031】可動ブロックの位置検出用光ファイバの端部に、端面を鏡面研磨したフェルールを設け、フェルールをLED光源の発光面に配置した割りスリーブに挿入して、光を光ファイバ内に入射し、可動ブロックの位置検出用光の光源とすることにより、容易に組立てができる。
【0032】可動ブロックの位置検出用光ファイバの端部に、端面を鏡面研磨したフェルールを設け、フェルールをフォトダイオードあるいはフォトトランジスタの受光面に配置した割りスリーブに挿入して可動ブロックの位置検出用光ファイバの信号光を受光することにより、容易に組立てができる。
【0033】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【0034】図1は本発明の光スイッチの一実施の形態を示す外観斜視図である。
【0035】図1に示す光スイッチは、基板20と、基板20上に固定された略E字形状の固定ヨーク21と、固定ヨーク21の中央の突き出し部21aに取付けられた永久磁石22と、固定ヨーク21の両側の突き出し部21b、21cの間に配置され3本(図では3本であるが限定されない。)の移動側光ファイバ23、24、25の先端部を並列に保持する可動ブロック26と、可動ブロック26に設けられた可動ヨーク27と、可動ブロック26を固定ヨーク21の両側の突き出し部21b、21cの間で移動側光ファイバ23〜25が配列方向(矢印28方向)に移動できるように案内するガイドピン29、30と、固定ヨーク21の両側の突き出し部21b、21cに設けられ永久磁石22による磁界を個別に打ち消すような磁界を発生するソレノイド31、32と、移動側光ファイバ23〜25の先端部の端面と対向する位置に固定され4本(図では4本であるが限定されない。)の固定側光ファイバ33、34、35、36の先端部が並列に配列されたファイバアレイ37とで構成されている。
【0036】ここで、ガイドピン29、30は、可動ブロック26に移動側光ファイバ23〜25と平行に形成された貫通孔40、41を貫通するように設けられている。貫通孔40、41は断面が横長の六角形に形成されており、可動ブロック26がガイドピンの長手方向と直交する方向に移動できるようになっている。
【0037】光ファイバ23〜25、33〜36のうち、中央の1本あるいは2本の光ファイバ24、34、35が通信用光ファイバであり、両側の光ファイバ23、25、33、36は可動ブロック位置検出用ファイバである。38は可動ブロック26の移動側光ファイバ23〜25の高さがファイバアレイの固定側光ファイバ33〜36の高さに一致するように調整するためのスペーサである。
【0038】次に図1に示した光スイッチの動作について説明する。
【0039】図2(a)、(b)は図1に示した光スイッチの動作を説明するための説明図である。
【0040】図2(a)に示す可動ブロック26は右側に寄っている。これは、永久磁石22による磁界が固定ヨーク21の中央の突き出し部(上部磁性体)21a及び可動ヨーク27を伝わり右側のループを矢印39方向に発生しているためである。
【0041】次に切り換え動作の場合には、右側のソレノイド32の磁界の方向が下向きになり、左側のソレノイド31の磁界の方向が上向きになるように電流を流すと、右側の磁界のループ(矢印39)は打ち消し合い、左側に磁界のループ42が発生し、可動ブロック26は左側へ引き寄せられる。この動作により図2(b)に示すようになり、ソレノイド31への電流がなくなっても永久磁石22により可動ブロック26の位置が自己保持される。なお、可動ブロック26の移動量はガイドピン29、30の外径と、貫通孔40、41の内径(長径)とにより制御される。
【0042】光ファイバを切り換える際には、いずれかのソレノイド31、32に電流を流し、可動ブロック26を移動させる。
【0043】ここで、光スイッチの調整は、以上のようにして光ファイバを固定ヨーク21の両側の突き出し部21b、21cの一方に寄せておいた状態で行い、光導波路のコアと調芯した後、光導波路端部と基板20とを接着固定する。
【0044】図3は図1に示した光スイッチの可動ブロックの周辺部の外観斜視図である。
【0045】光ファイバ24は、通信用のシングルモードファイバで可動ブロック26のスイッチ切換えで光ファイバ34、35に結合する。また、光ファイバ23、25は、可動ブロック位置検出用のマルチモードファイバであり、光ファイバ24が光ファイバ34に結合しているときは、マルチモードファイバ25は光ファイバ33に結合する。さらに光ファイバ24が光ファイバ35に結合しているときは、マルチモードファイバ23は光ファイバ33に結合する。
【0046】図4は図3に示した可動ブロック位置検出用の光ファイバに、発光素子(LEDアレイモジュール)及び受光素子(受光素子アレイモジュール)を取付けた状態を示す外観斜視図である。
【0047】LEDアレイモジュール43及びフォトダイオードアレイモジュール44は、各々割りスリーブで光軸を合わせる構造を有しており、マルチモードファイバ23の先端にはフェルール45が装着されている。光スイッチ駆動と同時にLEDを発光させて、その光を受けた受光素子により光スイッチがどのように駆動したかを検出する。
【0048】図5は本発明の光スイッチの他の実施の形態を示す外観斜視図である。
【0049】図1に示した実施の形態との相違点は、可動ブロック46に保持された複数の移動側光ファイバ23〜25及びファイバアレイ37に保持された複数の固定側光ファイバ33〜36が二つ(図では2列であるが限定されない。)の列数を有する点である。
【0050】この光スイッチも図1に示した実施の形態と同様に、基板20と、基板20上に固定された略E字形状の固定ヨーク21と、固定ヨーク21の中央の突き出し部21aに取付けられた永久磁石22と、固定ヨーク21の両側の突き出し部21b、21cの間に配置され複数の移動側光ファイバ23〜25の先端部を並列かつ2列に保持する可動ブロック46と、可動ブロック46に設けられた可動ヨーク27と、可動ブロック46を固定ヨーク21の両側の突き出し部21b、21cの間で移動側光ファイバ23〜25が配列方向に移動できるように案内するガイドピン29、30と、固定ヨーク21の両側の突き出し部21b、21cに設けられ永久磁石22による磁界を個別に打ち消すような磁界を発生するソレノイド31、32と、移動側光ファイバ23〜25の先端部の端面と対向する位置に固定され4つの固定側光ファイバ33〜36の先端部が並列に配列されたファイバアレイ37とで構成されている。
【0051】図6は図5に示した光スイッチの可動ブロックの周辺部の外観斜視図である。図7(a)は図6に示した可動ブロックの断面図であり、図7(b)は従来の光スイッチの可動ブロックの断面図である。
【0052】図6に示す可動ブロックは、2列に配列された可動ブロック位置検出用光ファイバ23、25及び通信用光ファイバ24で支持されている。
【0053】この場合には、上側の列に配置された光ファイバ23、25には可動ブロック46及び可動ヨーク27による引っ張りの力が働き、下側の列に配置された光ファイバ24には可動ブロック46及び可動ヨーク27による圧縮の力が働くので、これらの力により光ファイバ23〜25の撓みが防止される。このため光ファイバ23〜25の光結合面における角度ずれを小さくすることができ、接続損失を減少させた光スイッチの提供を実現できる。
【0054】以上において本発明によれば、以下に示すような優れた効果を発揮する。
【0055】(1) 磁気回路により移動可能量の範囲を駆動することのできる光ファイバ付き可動ブロックと、通信用に2本、ブロック位置検出用に少なくとも1本の光ファイバを配したファイバアレイブロックとを各々斜め研磨処理及び低反射処理を施した後、磁気回路を駆動し、電磁力により光ファイバ付き可動ブロックを移動させて、固定側光ファイバコアと移動側光ファイバとの接続損失が最も小さくなる位置で調心して、光ファイバアレイと基板とを接着固定することにより、可動ブロック位置を検出することができ、移動側光ファイバと固定側光ファイバコアとの低損失な突き合わせ接続及びファイバの切換えとを磁気回路を駆動させて行うことができ、高密度の実装に適用可能となる。
【0056】(2) 可動ブロックの位置検出用光ファイバがコア径の大きな例えばマルチモード光ファイバにすることにより、位置検出用光の受発光素子と光ファイバとの位置合わせが容易になり、低コストの光スイッチが提供できる。
【0057】(3) 可動ブロックの位置検出用光ファイバに入射する信号光の光源に、700〜800nmの波長帯域を有するLED光源を、光検出器にSi系フォトダイオードあるいはフォトトランジスタを用いることにより、低価格な位置検出機構を有する光スイッチを提供できる。
【0058】(4) 700〜800nmの波長帯域を有するLED光源が少なくとも一列に整列され、周囲に割りスリーブが嵌め込まれることにより、光ファイバとの光軸合わせをフェルールを用いて容易にでき、小型の光スイッチを提供することができる。
【0059】(5) Si系フォトダイオードあるいはフォトトランジスタが少なくとも一列に整列され、周囲に割りスリーブが嵌め込まれたことにより、光ファイバの光軸合わせをフェルールを用いて容易に行え、小型の光スイッチを提供することができる。
【0060】(6) LEDアレイモジュール及び受光素子アレイモジュールを組み込んだことにより、小型の光スイッチを提供することができる。
【0061】(7) 可動ブロックの位置検出用光ファイバの端部に、端面を鏡面研磨した直径1.26mmのジルコニアフェルールを具備し、このフェルールをLED光源の発光面に配置した割りスリーブに挿入し、光を光ファイバ内に入射し、可動ブロックの位置検出用光の光源とすることにより、容易に組立てができ、安価な光スイッチを提供することができる。
【0062】(8) 可動ブロックの位置検出用光ファイバの端部に、端面を鏡面研磨した直径1.26mmのジルコニアフェルールを具備し、このフェルールをフォトダイオードあるいはフォトトランジスタの受光面に配置した割りスリーブに挿入して可動ブロックの位置検出用光ファイバの信号光を検出することにより、容易に組立てができ、安価な光スイッチを提供することができる。
【0063】(9) 可動ブロックに保持された複数の移動側光ファイバ及びファイバアレイに保持された複数の移動側光ファイバが複数の列数を有する場合には、上側の列に配置された光ファイバには可動ブロック及び可動ヨークによる引っ張りの力が働き、下側の列に配置された光ファイバには可動ブロック及び可動ヨークによる圧縮の力が働くので、これらの力により光ファイバの撓みが防止される。このため光ファイバの光結合面における角度ずれを小さくすることができる。
【0064】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【0065】(1) 小型で低消費電力で低コストな光スイッチを提供することができる。
【0066】(2) 接続損失を減少させた光スイッチを提供することができる。




 

 


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