(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に固定された可動光ファイバー固定部材と、前記可動光ファイバー固定部材に片持ち梁状に支持されたＮ本（Ｎは２以上の整数）の可動光ファイバーと、前記Ｎ本の可動光ファイバーの先端に固定された可動光ファイバー保持部材と、前記基板上で前記可動光ファイバー保持部材に対向する位置に固定された固定光ファイバー固定部材と、前記固定光ファイバー固定部材内に固定されたＭ本（Ｍは１以上の整数）の固定光ファイバーと、前記可動光ファイバー保持部材を前記固定光ファイバー固定部材に対し前記基板面に平行に相対運動させるためのアクチュエータと、前記可動光ファイバーを前記固定光ファイバーに対し位置決めする手段とを有し、前記Ｎ本の可動光ファイバーと前記可動光ファイバー固定部材と前記可動光ファイバー保持部材が、前記Ｎ本の可動光ファイバーのみを弾性体とする平行板バネ構造をなすことを特徴とする光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信装置や光伝送装置などで用いられる光スイッチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光路を切り換えるための光スイッチとしては、電気的に光路の屈折率や位相を変化させて光の進行方向を切り換える方式のものや、機械的に光路を移動させて光の進行方向を切り換える方式のものなどが開発されている。この中で、機械式の光スイッチは、光の結合損失が小さく、伝搬する光の波長依存性がほとんどなく、さらに電源を切断した後でも光の結合状態を切断前の状態に保持できるという自己保持性を持っていることから、光通信装置や光伝送装置等の中でよく用いられている。
【０００３】
特開平6−208062 号公報に記載されている機械式の光スイッチは、弾性変形する入力用光ファイバーと、これに対向する位置に保持されている２本の出力用光ファイバーと、入力用光ファイバーを出力用光ファイバーに対し相対運動させる電磁アクチュエータからなっている。入力用光ファイバーの先端と出力用光ファイバーの先端は、相対運動時にぶつからないように隙間を設けた状態で光ファイバー固定部材の中に挿入され保持されている。電磁アクチュエータは、入力用光ファイバーに挿入された可動部用軟磁性部材と、入力用光ファイバーを囲むように配置されたコイルと永久磁石からなっている。可動部用軟磁性部材を永久磁石を使って保持したり、コイルと組み合わせて保持位置を切り換えることで、光の切り換え機能と自己保持機能を実現している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光スイッチは、入力用光ファイバーに可動部用軟磁性部材を挿入する工程や、光ファイバー固定部材内に入力用光ファイバーや出力用光ファイバーを挿入する工程や、コイルの中に入力用光ファイバーを挿入する工程など、複雑な３次元的な組立工程を多数必要としていた。また、構造的に多入力多出力の光スイッチを構成することは非常に困難であった。
【０００５】
本発明の目的は、上記事情に鑑みてなされたものであり、単純な２次元的な組立工程を基本にして多入力多出力の機械式光スイッチを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、以下の手段を備える。
【０００７】
(1）．基板上に固定された可動光ファイバー固定部材と、前記可動光ファイバー固定部材に片持ち梁状に支持されたＮ本（Ｎは２以上の整数）の可動光ファイバーと、前記Ｎ本の可動光ファイバーの先端に固定された可動光ファイバー保持部材と、前記基板上で、前記可動光ファイバー保持部材に対向する位置に固定された固定光ファイバー固定部材と、前記固定光ファイバー固定部材内に固定されたＭ本（Ｍは１以上の整数）の固定光ファイバーと、前記可動光ファイバー保持部材を、前記固定光ファイバー固定部材に対し前記基板面に平行に相対運動させるためのアクチュエータと、前記可動光ファイバーを前記固定光ファイバーに対し位置決めする手段と、を有し、前記Ｎ本の可動光ファイバーと前記可動光ファイバー固定部材と前記可動光ファイバー保持部材が、可動光ファイバーを弾性体とする平行板バネ構造をなすようにしたものである。
【０００８】
(2）．また、前記可動光ファイバー固定部材および可動光ファイバー保持部材と前記固定光ファイバー固定部材に、中が空の穴を設け、前記可動光ファイバー固定部材と前記固定光ファイバー固定部材を基板に固定する前に、この穴に組立補助ピンを挿入し、基板に固定後、前記組立補助ピンを引き抜く、という構造及び組立工程にしたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
【００１０】
本発明の第１の実施例である光スイッチの構造を、図１，図２，図３を用いて説明する。
【００１１】
図１は、本発明の第１の実施例である光スイッチの機能部分の上面図を示す。光路の切り換えを行うための２本の可動光ファイバー２０ａ，２０ｂは、可動光ファイバー固定部材３１と可動光ファイバー保持部材３０とによって支持されている。可動光ファイバー固定部材３１は、可動光ファイバー２０ａ，２０ｂの途中を支持しており、基板１０に固定されている。
【００１２】
一方、可動光ファイバー保持部材３０は、可動光ファイバー２０ａ，２０ｂの先端を支持している。基板１０上の可動光ファイバー保持部材３０に対向する位置には、固定光ファイバー固定部材３２が固定してある。固定光ファイバー固定部材３２には、固定光ファイバー２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄの先端が、前記した可動光ファイバー２０ａ，２０ｂの先端と対向するように固定されている。
【００１３】
可動光ファイバー固定部材３１と固定光ファイバー固定部材３２は、可動光ファイバーと固定光ファイバーが平行になるように基板１０に固定される。なお、これらの光ファイバーの向きをＸ軸、それに直行する向きをＹ軸とする。固定光ファイバー固定部材３２には、位置決めピン４０ａ，４０ｂが固定されており、可動光ファイバー保持部材３０に形成された位置決め用台形溝４１ａ，４１ｂの中に挿入されている。
【００１４】
位置決めピンや位置決め用台形溝は、可動光ファイバー保持部材を固定光ファイバー固定部材に対し位置決めするための機構である。基板１０には、可動光ファイバー保持部材３０を動かすためのアクチュエータ５０ａ，５０ｂが固定されている。アクチュエータ５０ａ、５０ｂは、コイルと永久磁石からなっており  （図示せず）、可動光ファイバー保持部材に固定された軟磁性部材（図示せず）を交互に吸引することで、可動光ファイバー保持部材を変位させる。
【００１５】
可動光ファイバー２０ａ，２０ｂと可動光ファイバー保持部材３０と可動光ファイバー固定部材３１とで構成される部分は、可動光ファイバーを弾性部とする平行板バネ構造になっており、可動光ファイバー保持部材３０が、アクチュエータ５０ａ，５０ｂによってＹ軸方向に変位したとき、可動光ファイバーの先端部は常にＸ軸に平行な向きを向くようになっている。
【００１６】
図２は、本発明の第１の実施例である光スイッチの動作状態を示す上面図である。図２では、可動光ファイバー保持部材３０が、アクチュエータ５０ｂに吸引されている状態を示している。可動光ファイバー２０ａ，２０ｂがともに、吸引力による可動光ファイバー固定保持３０の変位に伴って弾性変形している。このとき、２本の可動光ファイバーと可動光ファイバー保持部材と可動光ファイバー固定部材がなす平行板バネ構造により、可動光ファイバーの先端の向きは常に固定光ファイバーの向きに平行に保たれる。
【００１７】
可動光ファイバー保持部材３０の、固定光ファイバー固定部材３２に対する相対的な位置決めは、固定光ファイバー固定部材内の位置決めピン４０ａ，４０ｂを、可動光ファイバー保持部材内の台形溝４１ａ，４１ｂの斜面につき当てることで行う。
【００１８】
図２で示した動作状態では、可動光ファイバー２０ａは固定光ファイバー21ｂに、可動光ファイバー２０ｂは固定光ファイバー２１ｄにそれぞれ結合する。図示はしていないが、可動光ファイバー保持部材３０が、アクチュエータ５０ａに吸引されている場合は、可動光ファイバー２０ａは固定光ファイバー２１ａに、可動光ファイバー２０ｂは固定光ファイバー２１ｃにそれぞれ結合する。
【００１９】
すでに述べたように、動作状態において可動光ファイバーの先端と固定光ファイバーは常に平行に保たれており、さらに位置決めピンと位置決め用台形溝により高精度に位置決めされるので、可動光ファイバーと固定光ファイバーの結合部における光の損失は、きわめて低いレベルに抑えられている。
【００２０】
図３は、前記した動作状態における光スイッチのＡ断面図とＢ断面図を示す。Ａ断面図は、固定光ファイバー固定部材の断面を示している。固定光ファイバー固定部材は、Ｖ溝部材３２ａと押さえ部材３２ｂから構成されており、固定光ファイバー２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは、Ｖ溝部材に形成されたＶ溝と押さえ部材に挟まれた形で固定されている。また、Ｖ溝部材には、位置決めピン用のＶ溝も形成されており、押さえ板とＶ溝に挟まれた形で位置決めピン４０ａ，  ４０ｂが固定されている。
【００２１】
Ｂ断面図は、可動光ファイバー保持部材の断面を示している。可動光ファイバー保持部材は、Ｖ溝部材３０ａと押さえ部材３０ｂから構成されており、可動光ファイバー２０ａ，２０ｂは、Ｖ溝部材に形成されたＶ溝と押さえ部材に挟まれた形で固定されている。また、Ｖ溝部材には、位置決め用台形溝４１ａ，４１ｂも形成されており、位置決めピン４０ａ，４０ｂがそれぞれ挿入される。
【００２２】
位置決めピンは台形溝の中を移動でき、位置決めピンを台形の斜面につき当てることで、可動光ファイバー保持部材と固定光ファイバー固定部材の位置決めを行う。可動光ファイバー保持部材をアクチュエータで吸引するため、押さえ板  ３０ｂの上に軟磁性部材（図示せず）を固定しても良いし、押さえ板３０ｂやＶ溝部材３０ａを軟磁性材料で形成しても良い。
【００２３】
次に、本発明の第１の実施例である光スイッチの組立方法を説明する。まず、（１）可動光ファイバー保持部材と可動光ファイバー固定部材に可動光ファイバーを固定する。次に、（２）固定光ファイバー固定部材に固定光ファイバーと位置決めピンを固定する。次に、（３）可動光ファイバー保持部材内の位置決め用台形溝に、固定光ファイバー固定部材に固定した位置決めピンを挿入する。
【００２４】
次に、（４）可動光ファイバー固定部材と固定光ファイバー固定部材を基板に、それぞれ固定する。このとき、可動光ファイバー固定部材に固定された可動光ファイバーと、固定光ファイバー固定部材に固定された固定光ファイバーが、平行になるように基板に固定する。次に、（５）アクチュエータを基板に固定する。この後、封止やパッケージに実装する工程があるが省略する。
【００２５】
本実施例によれば、基本的には基板上に部品を積み上げていく２次元的なやり方で光スイッチを組み立てることができるので、３次元的な工程を必要とする従来の光スイッチと比較して高い生産性を実現することができる。また、本実施例では可動光ファイバーを２本、固定光ファイバーを４本としており、可動光ファイバー側を入力、固定光ファイバー側を出力とすれば、２入力４出力の光スイッチとなっている。
【００２６】
可動光ファイバーが、平行板バネ構造における弾性部の機能を有しているため、少なくても２本以上必要であるが、それ以外に光ファイバーの本数に関する制限はなく、多入力多出力の光スイッチも容易に構成することができる。特に、Ｎ入力２Ｎ出力の光スイッチが適している。もちろん、２本の可動光ファイバーを出力側とし、固定光ファイバーを１本にして入力側にすれば、一般的な１入力２出力の光スイッチにすることも可能である。
【００２７】
可動光ファイバーが、平行板バネ構造になっているため、固定光ファイバーに対する角度ずれがなく、さらに位置決めピンによって高精度に位置決めされているため、可動光ファイバーと固定光ファイバーとの間での結合損失をきわめて低く抑えることが可能となっている。
【００２８】
次に、本発明の第２の実施例である光スイッチの構造を、図５，図６を用いて説明する。
【００２９】
第１の実施例である光スイッチの組立時における注意点は、工程（４）において可動光ファイバーと固定光ファイバーが平行になるように、可動光ファイバー固定部材と固定光ファイバー固定部材をそれぞれ基板に固定することである。図５は、固定時にこの平行がずれてしまった例を図４に示す。可動光ファイバー  ２０ａに平行な軸をａ軸、固定光ファイバー２１ａに平行な軸をｂ軸とすると、ａ軸とｂ軸が角度θだけずれてしまっている。
【００３０】
このような状態で固定されると、可動光ファイバー保持部材３０内の位置決め用台形溝４１ａ，４１ｂに、固定光ファイバー固定部材３２に固定された位置決めピン４０ａ，４０ｂがつき当てられても、可動光ファイバー保持部材と固定光ファイバー固定部材の正しい位置決めができなくなる。これは、２本の可動光ファイバーが平行板バネ構造を構成しているため、固定時に角度ずれがあると、可動部が変位したときも常に角度ずれを生じてしまうからである。従って、可動光ファイバーと固定光ファイバーの結合部での光の結合損失が増加してしまう。第２の実施例は、この課題を容易に解決するものである。
【００３１】
図５は、本発明の第２の実施例である光スイッチにおいて、可動光ファイバー２０ａ，２０ｂを保持する可動光ファイバー固定部材３１と固定光ファイバー  ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄを保持する固定光ファイバー固定部材３２と可動光ファイバーの先端を保持する可動光ファイバー保持部材３０を変位させるアクチュエータ５０ａ，５０ｂをそれぞれ基板１０上に固定したところを示す上面図である。
【００３２】
また、図６は、図５のＣ断面図とＤ断面図である。本光スイッチの構造は第１の実施例とほとんど同じであり、違いは、可動光ファイバー保持部材３０に用いるＶ溝部材３０ａに組立補助ピン用Ｖ溝３０６ａ，３０６ｂが形成され、固定光ファイバー固定部材に用いるＶ溝部材３２ａに組立補助ピン用Ｖ溝３２６ａ，  ３２６ｂが形成され、図示はしていないが可動光ファイバー固定部材に用いるＶ溝部材に組立補助ピン用Ｖ溝が形成されていることである。
【００３３】
図５で示したように、可動光ファイバー固定部材３１と固定光ファイバー固定部材３２を基板１０上にそれぞれ固定するとき、組立補助ピン用Ｖ溝３０６ａ，３２６ａ、可動光ファイバー固定部材内の組立補助ピン用Ｖ溝に組立補助ピン  ６０ａを、組立補助ピン用Ｖ溝３０６ｂ、３２６ｂ、可動光ファイバー固定部材内の組立補助ピン用Ｖ溝に組立補助ピン６０ｂを、それぞれ挿入しておく。光ファイバーを保持するためのＶ溝や、組立補助ピン用Ｖ溝は、お互いにきわめて高精度に平行に形成することができるので、上記したように組立補助ピンを用いることで可動光ファイバーと固定光ファイバーを完全に平行な状態で、可動光ファイバー固定部材と固定光ファイバー固定部材を基板に固定することが可能となる。
【００３４】
本発明の第２の実施例である光スイッチの組立方法を説明する。まず、（１）可動光ファイバー固定部材と可動光ファイバー保持部材に可動光ファイバーを固定する。（２）固定光ファイバー固定部材に固定光ファイバーと位置決めピンを固定する。（３）可動光ファイバー保持部材内の位置決め用台形溝に位置決めピンを挿入する。（４）組み立て補助ピンを、可動光ファイバー固定部材および可動光ファイバー保持部材内のＶ溝と固定光ファイバー固定部材内のＶ溝に挿入する。（５）その状態で可動光ファイバー固定部材と固定光ファイバー固定部材を基板に固定する。（６）組み立て補助ピンを、可動光ファイバー固定部材および可動光ファイバー保持部材内のＶ溝と固定光ファイバー固定部材内のＶ溝から引き抜きをする。（７）アクチュエータを基板に固定。
【００３５】
即ち、第１の実施例との違いは、可動光ファイバー固定部材と固定光ファイバー固定部材を基板に固定する前に、（４）可動光ファイバー固定部材，可動光ファイバー保持部材、固定光ファイバー固定部材それぞれの中の組立補助ピン用Ｖ溝に、組立補助ピンを挿入しておくという工程と、可動光ファイバー固定部材と固定光ファイバー固定部材を基板に固定した後で、（６）組立補助ピンを組立補助ピン用Ｖ溝から引き抜くという工程である。
【００３６】
本実施例の光スイッチは、第１の実施例の光スイッチの課題であった、組立時の可動光ファイバーと固定光ファイバーの高精度な平行度の確保を容易に実現でき、低損失で多入力多出力の光スイッチを２次元的な組立工程で容易に製造できる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、複雑な組立工程なしに、多入力多出力で、光の透過損失がきわめて小さい光スイッチを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の光スイッチの上面図である。
【図２】本発明の第１の実施例の光スイッチの動作状態を示す上面図である。
【図３】本発明の第１の実施例の光スイッチの動作状態を示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施例の光スイッチの課題を示す上面図である。
【図５】本発明の第２の実施例の光スイッチの上面図である。
【図６】本発明の第２の実施例の光スイッチの断面図である。
【符号の説明】
１０…基板、２０ａ，２０ｂ…可動光ファイバー、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ…固定光ファイバー、３０…可動光ファイバー保持部材、３０ａ…可動光ファイバー保持部材用Ｖ溝部材、３０ｂ…可動光ファイバー保持部材用押さえ部材、３１…可動光ファイバー固定部材、３２…固定光ファイバー固定部材、32ａ…固定光ファイバー固定部材用Ｖ溝部材、３２ｂ…固定光ファイバー固定部材用押さえ部材、３０６ａ，３０６ｂ，３２６ａ，３２６ｂ…組立補助ピン用Ｖ溝、４０ａ,４０ｂ…位置決めピン、４１ａ,４１ｂ…位置決め用台形溝、５０ａ，  ５０ｂ…アクチュエータ、６０ａ，６０ｂ…組立補助ピン。
【図１】
0003702616.tif 000002
【図２】
0003702616.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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