(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方側に複数の第１光ファイバが並設される複数の光ファイバ整列溝を表面に有するアレイヘッドと、前記アレイヘッドより線膨張率の大きな材料から構成され前記アレイヘッドの裏面を固定するアレイ基板と、前記第１光ファイバに光結合する第２光ファイバを保持するマスタヘッドとを備え、搬送用駆動系を介して、並設方向に沿って前記マスタヘッドを搬送し、前記光ファイバ整列溝の他方側から前記第２光ファイバを導入して前記第１光ファイバと光結合させる光スイッチであって、
前記アレイヘッドと前記アレイ基板は、並設方向において限定された範囲で互いに固定され、この限定された範囲は並設方向において前記アレイ基板中央部からずれた位置にあり、その結果、並設方向における前記アレイヘッド両端部での伸び量が等しくなり、線膨張率の差による相対的な位置ずれが抑制されることを特徴とする、光スイッチ。
【請求項２】
前記搬送用駆動系は、前記第２光ファイバを搬送する搬送方向に沿って設けられた温度センサを有し、前記温度センサにより検出された温度に基づき前記第２光ファイバの送り量を補正することを特徴とする、請求項１記載の光スイッチ。
【請求項３】
前記搬送用駆動系は、原点検出時の温度と動作時の温度とを比較して温度補正を行うことを特徴とする、請求項２項に記載の光スイッチ。
【請求項４】
前記搬送用駆動系は、前記第２光ファイバの搬送方向に沿って所定間隔をあけて設置された少なくとも二つの第１センサと、前記第２光ファイバの移動量に対し少なくとも一次関数的に移動する第１被検知部と、前記マスタヘッドを搬送方向に沿って搬送させるモータとを備え、前記第１被検知部が前記少なくとも二つの第１センサ間を移動するのに要する送り量に基づき、温度補正を行うことを特徴とする、請求項２又は３に記載の光スイッチ。
【請求項５】
前記搬送用駆動系は、検知範囲に温度依存性を有し、原点となる回転位置を検出する第３センサと、前記第２光ファイバを搬送方向に沿って搬送させるモータと、前記モータの所定回転位置に対し少なくとも一次関数的に回動する第３被検知部とを備え、前記第３センサは、温度が異なれば検知範囲が異なる温度依存性を有し、前記第３センサが前記第３被検知部を検出している間の検出範囲を、基準温度時の検出範囲と比較することにより、温度補正を行うことを特徴とする、請求項２又は３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、光ファイバ同士を整列させる超多心に適用できる光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
加工精度を確保し、かつ光ファイバに対する応力発生を防止するため、アレイヘッドやマスタヘッドに光ファイバと同質の材料（例えば、シリコンやガラス等）を用いて高精度な位置決めを実現する光スイッチが望まれる。この場合、接続特性を安定させる為には、マスタヘッドとアレイヘッドとの高精度な位置決めが、温度に拘わらず実現されなければならない。
【０００３】
かかる技術的課題を満足するため、アレイヘッドとアレイ基板間の接着範囲を制限した光スイッチ（特開平９−９０１４９）、光ファイバを移動させる移動ヘッドに反射型光センサを備え、複数の光ファイバを固定する固定溝の位置を検出する光スイッチ（特開平９―２１１３４７）が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、接着範囲を制限した光ファイバアレイを備える光スイッチは、特性の安定性が要求される超多心光スイッチに適用する場合、開ループ制御だけでは材質の線膨張差による影響を十分に緩和することができない。
【０００５】
また、反射型光センサを用いて固定溝を検出する光スイッチは、固定溝の端面部に発生しやすい欠けなどを防止しなければならず、その防止策が面倒である。
【０００６】
そこで、本発明は、超多心光スイッチにも適用でき、簡単な構造及び制御で、光接続誤差の少ない光スイッチを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、本発明は、一方側に複数の第１光ファイバが並設される複数の光ファイバ整列溝を表面に有するアレイヘッドと、上記アレイヘッドより線膨張率の大きな材料から構成され上記アレイヘッドの裏面を固定するアレイ基板と、上記第１光ファイバに光結合する第２光ファイバを保持するマスタヘッドとを備え、搬送用駆動系を介して、並設方向に沿って上記マスタヘッドを搬送し、上記光ファイバ整列溝の他方側から上記第２光ファイバを導入して上記第１光ファイバと光結合させる光スイッチであって、上記アレイヘッドと上記アレイ基板は、並設方向において限定された範囲で互いに固定され、この限定された範囲は並設方向において上記アレイ基板中央部からずれた位置にあり、その結果、並設方向における上記アレイヘッド両端部での熱変位が前記搬送用駆動系からみて対称になることを特徴とする。
【０００８】
上記アレイ基板として比較的に線膨張率の大きな材料を用い、上記アレイヘッドと上記アレイ基板との間に比較的に線膨張率の小さい材料で形成された中間部材を介在させることにより、上記アレイ基板に対し上記アレイヘッドの並設方向における変形量を少なくすることが可能である。
【０００９】
また、上記搬送用駆動系は、上記第２光ファイバを搬送する搬送方向に沿って設けられた温度センサを有し、上記温度センサにより検出された温度に基づき上記第２光ファイバの送り量を補正してもよい。
【００１０】
また、上記搬送用駆動系は、原点検出時の温度と動作時の温度とを比較して温度補正を行うことも可能である。
【００１１】
また、上記搬送用駆動系は、上記第２光ファイバの搬送方向に沿って所定間隔をあけて設置された少なくとも二つの第１センサと、上記第２光ファイバの移動量に対し少なくとも一次関数的に移動する第１被検知部と、上記マスタヘッドを搬送方向に沿って搬送させるモータ（例えば、ステッピングモータ、サーボモータ）とを備え、上記第１被検知部が上記少なくとも二つの第１センサ間を移動するのに要する送り量に基づき、温度補正を行うことも可能である。
【００１２】
また、上記搬送用駆動系は、上記第２光ファイバの搬送方向に沿って設置された線形温度依存性を有する第２センサと、上記第２光ファイバの移動量に対し少なくとも一次関数的に移動する第２被検知部と、上記マスタヘッドを搬送方向に沿って搬送させるモータ（例えば、ステッピングモータ、サーボモータ）とを備え、上記第２センサが上記第２被検知部を検出している送り量に基づき、温度補正を行うことも可能である。
【００１３】
また、上記搬送用駆動系は、検知範囲に温度依存性を有し、原点位置を検出する第３センサと、上記第２光ファイバを搬送方向に沿って搬送させるモータ（例えば、ステッピングモータ、サーボモータ）と、上記モータの所定回転位置に対し少なくとも一次関数的に回動する第３被検知部とを備え、上記第３センサが上記第３被検知部を検出している間の検出範囲に基づき、温度補正を行うことを特徴とする。
【００１４】
さらに、一方側に複数の第１光ファイバが並設される複数の光ファイバ整列溝を表面に有するアレイヘッドと、上記アレイヘッドより線膨張率の大きな材料から構成され上記アレイヘッドの裏面を固定するアレイ基板と、上記第１光ファイバに光結合する第２光ファイバを保持するマスタヘッドとを備え、搬送用駆動系を介して、並設方向に沿って上記マスタヘッドを搬送し、上記光ファイバ整列溝の他方側から上記第２光ファイバを導入して上記第１光ファイバと光結合させる光スイッチであって、上記光ファイバ整列溝の長手方向における上記マスタヘッドと上記アレイヘッドの温度変化による延び縮み量の差を少なくするため、上記マスタヘッドと上記アレイヘッドの線膨張率を擬似的に合わせ、光結合時における上記第１光ファイバと上記第２光ファイバの端面間隔の温度変化に対する変化量を少なくしてもよい。
【００１５】
また、上記マスタヘッドを搬送方向にガイドするガイド部材と、上記ガイド部材と上記マスタヘッドとの間に介在する中間部材とを更に有し、上記マスタヘッドと上記ガイド部材間に存在する全ての固定点の位置を上記第１光ファイバ側に近づけることにより、光結合時における上記第１光ファイバと上記第２光ファイバの端面間隔の温度変化に対する変化量を少なくしてもよい。
【００１６】
また、上記アレイヘッドと上記アレイ基板は、上記光ファイバ整列溝の長手方向において限定された範囲で互いに固定され、この限定された範囲を上記光ファイバ整列溝の長手方向において上記アレイ基板中央部からずらすことにより、光結合時における上記第１光ファイバと上記第２光ファイバの端面間隔の温度変化に対する変化量を緩和してもよい。
【００１７】
また、上記第１光ファイバの上記アレイヘッド上の固定点と上記第１光ファイバのファイバ固定点との間の上記第１光ファイバに撓みを設けることにより、温度変化で生じ得る上記第１光ファイバに対する引張力を吸収させてもよい。
【００１８】
また、上記第１光ファイバのファイバ固定点の固定部材は、上記光ファイバ整列溝の長手方向における線膨張率が上記第１光ファイバの線膨張率と等しくなるように形成され、もって、光結合時における上記第１光ファイバと前記第２光ファイバの端面間隔の温度変化に対する変化量を少なくしてもよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
最初に、図１〜図９を参照して、本発明に係る光スイッチの一実施例の基本構造と動作を説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係る光スイッチの一実施例を示す外観図である。同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は平面図である。同図に示す光スイッチ１は、矩形状の蓋２、アレイ出口シール板３、密封ケース４を有し、蓋２は密封ケース４に開閉自在に取り付けられている。例えばＡＢＳ樹脂で形成されたアレイ出口シール板３の一側部には、複数の出口３ａが設けられ、そこから、複数本（例えば５０本）のテープ状ファイバ（図示せず）が挿入される。各テープ状ファイバは、複数本の光ファイバが共通被覆で覆われて構成されているので、密封ケース４には、約１０００心の光ファイバが挿入可能である。本発明に係る光スイッチでは、並設された固定側光ファイバ中の所定光ファイバ（第１光ファイバ）に移動側光ファイバ（第２光ファイバ）を接近させて光結合するため、第１ステッピングモータ５，第２ステッピングモータ６を含む搬送システム（搬送用駆動系）が設けられている。
【００２１】
なお、上記実施例ではモータとして、ステッピングモータを使用しているが、サーボモータを使用してもよい。この場合、第２光ファイバの高速移動が可能になる。
【００２２】
図２は、図１の光スイッチを一定方向から切断した断面図であり、同図（ａ）は図１のＡ矢視から切断した断面図、同図（ｂ）は図１のＨ矢視から切断した断面図である。
【００２３】
第１ステッピングモータ５の下方には、カップリング７を介して、ボールスプライン等の第１ガイド部材８が、第１光ファイバの並設方向、すなわち搬送方向に沿って伸びている。第１ガイド部材８は、ステッピングモータ５の回転をアームブロック３０に伝達する。アームブロック３０は、軸を中心として回転し、第２光ファイバを昇降させる。第１ガイド部材８の一端部はカップリング７に連結され、他端部はベアリング（図示せず）を介してハウジング９で保持されている。また、第２ステッピングモータ６の下方には、カップリング１０、ベアリング固定板１１を介して、ボールねじ等の第２ガイド部材１２が、搬送方向に沿って伸びている。第２ガイド部材１２の一端部はカップリング１０に連結され、他端部はベアリング（図示せず）を介してハウジング９で保持されている。第２ガイド部材１２は、第１ガイド部材８と実質的に平行に配置され、ステッピングモータ６の回転運動を直線運動に変換することにより、搬送軸の駆動力を伝達する機能を有する。第１ガイド部材８と第２ガイド部材１２の間には、これらと実質的に平行にリニアガイド１３が配置されている。リニアガイド１３は、搬送軸の移動方向を規定し、第１光ファイバ１８と第２光ファイバ１９の端面間隔を規定する機能を有し、密封ケース４のほぼ中央部を縦断する位置に配置されている。
【００２４】
リニアガイド１３には、マスタベース１４が搬送方向に沿って摺動できるように取り付けられ、マスタベース１４はマスタヘッド１５を固定している。マスタヘッド１５は、板ばね、シリコンチップ、光ファイバを含んで構成されている。また、第１ガイド部材８を挟んでリニアガイド１３の反対側（図２（ａ）の右側）には、アレイヘッド（図示せず）が表面に固定される略矩形状のアレイ基板１６が配置されている。各テープ状光ファイバの先端は、被覆部が剥き出た状態でアレイヘッドに固定され、その他端はアレイ出口シール板３から密封ケース４の外側に出されている。
【００２５】
次に、密封ケース４内に配置された搬送用駆動系について、より詳細に説明する。図２（ａ）に示すように、この搬送用駆動系は、密封ケース４内で第１光ファイバの並設方向（上下方向）に延在する第２ガイド部材（例えば、ねじシャフト）１２と、スライドブロック２９に固定され第２ガイド部材１２に螺合させる雌ねじ部（図示せず）と、第２ガイド部材１２を駆動させる駆動源としてステップモータ６と、第２ガイド部材１２を支持するために内部にボールベアリングを収容した軸受部１１とを備えている。そして、ステッピングモータ６は、密封ケース４内に封入された光反射防止剤（例えばシリコンオイル）の影響を受けるので、耐液構造が採用されている。
【００２６】
更に、密封ケース４内には、搬送用駆動系によって第２ガイド部材１２の長手方向（上下方向）に移動させられるスライドブロック２９を案内するためのリニアガイド１３が設けられている。リニアガイド１３は、密封ケース４内で固定されると共に第２ガイド部材１２の長手方向（Ｘ方向）に延在するリニアガイド１３と、スライドブロック２９の底面に形成されると共にリニアガイド１３に沿って摺動する摺動凹部（図示せず）とを備えている。従って、リニアガイド１３を利用することによって、スライドブロック２９の安定した移動を可能にしている。
【００２７】
図２（ｂ）に示すように、密封ケース４は、上部に開口を有する樹脂製の本体部と、開口を塞ぐように本体部の開口縁部に接着剤で固定されるＡＢＳ樹脂製アレイ出口シール板３とから構成されている。密封ケース４の本体部の右側には、矩形状ベース板が挿入され、その反対側（上部）には蓋２が取り付けられている。
【００２８】
図３は、本発明に使用可能なアレイ基板１６を示し、同図（ｂ）はアレイヘッド１７が固定される面を示す図、同図（ａ）はその左側面図である。また、図４は、アレイ基板１６とアレイヘッド１７を組み合わせた状態をアレイ出口シール板３と共に示し、同図（ｂ）はアレイヘッド１７が固定されるアレイ基板１６の面を示す図、同図（ａ）は、その左側面図、同図（ｃ）は、その底面図である。
【００２９】
アレイ基板１６の表面には、アレイヘッド１７を固定する為の接着範囲１６ａが形成されている（図３参照）。接着範囲１６ａは、アレイ基板１６の上面の全範囲に形成されておらず、長手方向におけるアレイ基板１６の一部だけに形成されている。接着領域１６ａは、アレイヘッド１７の両端部での熱変位が、マスタヘッド１５の搬送システムからみて対称となるように、アレイ基板１６の長手方向中央部から端部寄りに位置している。また、接着領域１６ａには接着剤が注入される４本の平行な仕切溝１６ｂがアレイ基板１６の長手方向と直交する方向に形成されており、余分な接着剤は仕切溝１６ｂに流出する。そのため、アレイヘッド１７とアレイ基板１６との接着範囲を確実かつ正確に制限することができる。
【００３０】
次に、組立後の光ファイバアレイにおける温度変動時の非変形性について説明する。使用環境などにより光スイッチに温度変動があった場合、アレイヘッド１７とアレイ基板１６の接着範囲１６ａにそれぞれ内部応力が作用する。ここで、アレイヘッド１７の熱膨張係数α１、アレイ基板１６の熱膨張係数α２、接着時の硬化温度Ｔ１、接着後の室温Ｔ２とすると、次式（１）のようにアレイヘッド１７とアレイ基板１６との接着部分に熱ひずみεが生じる。
【００３１】
ε＝（α２―α１）×（Ｔ２―Ｔ１）……（１）
なお、この式（１）は、接着剤として熱硬化型接着剤を使用したときにも適用できる。
【００３２】
仕切溝１６ｂの接着幅（溝の間隔）をＬ１とすると、熱ひずみεによる光スイッチの熱変形量δは、次式（２）により与えられる。
【００３３】
δ＝ε×Ｌ１……（２）
熱ひずみεは、熱膨張係数の異なるアレイヘッド１７とアレイ基板１６とを用いて光スイッチを形成する限り必ず発生するものである。しかし、接着幅Ｌ１を短くすれば光スイッチの熱変形量δを抑えることができる点に着目して、アレイヘッド１７の全幅Ｌ２に対し、接着幅Ｌ１を大幅に短くしている。そのため、熱変形量δは小さくなり、アレイヘッド１７の接着後に温度変動があった場合でも、アレイヘッド１７の反りを極めて小さくすることができる。なお、接着幅Ｌ１を短く設定すればするほど、熱変形量を小さくすることができるが、アレイヘッド１７とアレイ基板１６との接着強度も小さくなるので、それらを適宜考慮して接着幅Ｌ１は設定される。
【００３４】
好ましくは、接着面は仕切溝によって画成される。従って、アレイヘッド１７とアレイ基板１６との接着時において、接着面に塗布された余分な接着剤を仕切溝１６ｂ内に流し込むことができ、接着に必要な接着剤の量を適正に保つことができる。
【００３５】
また、接着面は、アレイ基板１６の表面の縁部まで延びる２本の仕切溝１６ｂの間に形成される。従って、アレイ基板１６の表面内に、２本の仕切溝１６ｂにより独立させられた接着面が形成されることになり、アレイ基板１６の表面上を切削するだけで接着面を簡単に作り出すことができる。アレイ基板１６の表面上における接着面以外の部分でもアレイヘッド１７を支持することは可能である。
【００３６】
また、接着面は、アレイヘッド１７の裏面の縁部まで延びる２本の仕切溝１６ｂの間に形成してもよい。この場合、アレイヘッド１７の裏面内に、２本の仕切溝１６ｂにより独立させられた接着面が形成されることになり、アレイヘッド１７の裏面上を切削するだけで接着面を簡単に作り出すことができる。また、アレイヘッド１７の裏面上における接着面以外の部分でもアレイ基板１６を支持することができる。
【００３７】
また、接着面は凸面により形成してもよい。この場合、アレイヘッド１７とアレイ基板１６との接着時において、凸状の接着面に塗布された余分な接着剤を接着面から排出させることができ、接着に必要な接着剤の量を適正に保つことができる。
【００３８】
また、接着面は、アレイ基板１６の表面の縁部まで延びる、少なくとも１本の凸面から構成されてもよい。この場合、接着時において、余分な接着剤をアレイ基板１６の表面から排出させることができ、接着に必要な接着剤の量を適正に保つことができる。
【００３９】
また、接着面は、アレイヘッド１７の裏面の縁部まで延びる、少なくとも１本の凸面から構成されてもよい。この場合、接着時において、余分な接着剤をアレイヘッド１７の裏面から排出させることができ、接着に必要な接着剤の量を適正に保つことができる。
【００４０】
また、接着剤としては、エポキシ系樹脂、例えば、スタイキャスト２０５７／グレース社製の接着剤を使用できるが、接着剤として熱硬化型接着剤を使用することも可能である。
【００４１】
また、接着面に常温硬化型接着剤が塗布してもよい。この場合、熱硬化型接着剤で接着したときに接着後に常温に戻すことでアレイ基板に反りが発生するような状況下においても、常温硬化型接着剤を利用することで、このような問題は発生せず、安定した品質の光スイッチの組立製造が可能になる。
【００４２】
また、アレイヘッド１７を熱膨張率の小さなシリコン単結晶、セラミックス又はガラスで形成し、アレイ基板１６を熱膨張率の大きな金属で形成した場合でも、アレイヘッド１７の裏面とアレイ基板１６の表面との少なくとも一方に、接着範囲を制限させた接着面が形成することで、アレイ基板１６やアレイヘッド１７の熱変形量を小さくすることができる。
【００４３】
なお、本実施例ではアレイ基板１６上に部分的に固定されたアレイヘッド１７を示したが、アレイ基板１６とアレイヘッド１７との間に中間基板を介在させた３層構造としてもよい。この場合、アレイヘッド１７として研削性の優れたシリコンを用い、中間基板として線膨張率が比較的に小さい材料、例えばセラミックス又はガラス、アレイ基板１６として線膨張率が比較的に大きい材料、例えば金属（アルミニウム等）や樹脂材料とする。このような３層構造とすることにより、アレイヘッド１７の変形量を最小とすることができ、また、中間基板の大きさを抑制し、コスト削減が可能である。さらに、軽量な材料を選択すれば、光スイッチの携帯性が向上する。
【００４４】
次に、図５を参照して、どのようにして固定範囲を決定するか、について説明する。同図（ａ）はアレイヘッドの中央部を固定した場合の伸び量の変化を示すグラフ、同図（ｂ）はアレイヘッドの中央部からオフセットした位置を固定した場合の伸び量の変化を示すグラフ、同図（ｃ）は図１の光スイッチをＡ方向から切断した断面図より、主要な構造要素だけを抽出して示す説明図である。
【００４５】
例えば、密封ケース４をアルミニウム、アレイ基板１６をステンレス鋼、アレイヘッド１７をシリコン、第２ガイド部材１２を鉄で形成する場合、線膨張係数は、アルミニウム、ステンレス鋼、シリコンの順に低くなる。この場合、アレイヘッド１７上の第１光ファイバ１８に影響を与える線膨張は、アルミニウム、ステンレス鋼、シリコンである。一方、第２ガイド部材１２側の搬送用駆動系に影響を与える線膨張は、主として鉄だけである。
【００４６】
図５（ａ）（ｂ）において、実線は温度変化に対する第２ガイド部材１２の線膨張量を示し、一点鎖線はアレイヘッド１７側の最終的な線膨張量を模式的に示すものである。線膨張量の変化は、アレイヘッド１７側の方が第２ガイド部材１２より緩やかである。搬送用駆動系の基準位置からアレイヘッド１７左端までの距離：ＸLを４０ｍｍ、搬送用駆動系の基準位置からアレイヘッド１７右端までの距離：ＸRを２００ｍｍ、搬送用駆動系の基準位置からアレイヘッド１７中央部までの距離ＸCを１２０ｍｍに設定し、アレイヘッド１７の中央部をアレイ基板１６に固定すると、アレイヘッド１７の右端の伸び量は０になるが、アレイヘッド１７の左端での伸び量δ1は最大になる（図５（ａ）参照）。本発明に係る光スイッチでは、図５（ｂ）に示すように、アレイヘッド１７とアレイ基板１６との固定位置が調整され、第２ガイド部材１２に対するアレイヘッド１７の両端部における伸び量が等しくなっているので（δ2＝δ3）、搬送方向におけるアレイヘッド１７中心から光結合すべき第１光ファイバ１８までの距離に基づき、簡単に温度補正をすることができる。また、線膨張率の差による相対的な位置ずれを可能な限り、抑制することができ、動作時の制御が不要になる。
【００４７】
図６は、本発明に係る光スイッチの一実施例に使用できるアレイヘッド１７のファイバ整列溝１７ｖを第１光ファイバ１８及び第２光ファイバ１７と共に示す斜視図である。同図に示すように、アレイヘッド１７の上面には、一定方向（Ｘ方向）に所定数のＶ字状ファイバ整列溝１７ｖが並設されている。各々のファイバ整列溝１７ｖの一側には、１０００心の第１光ファイバ１８の裸ファイバ部が接着剤で固定されるファイバ固定部１７Ａがあり、他側には、マスタヘッド１５に保持された第２光ファイバ１９が導き入れられるファイバ導入部１７Ｂがある。
【００４８】
なお、第１光ファイバ１８は、ファイバ整列溝１７ｖとガイド蓋２０で導かれ、接着剤が流し込まれた整列溝に配置され、その後、押圧蓋２１で押さえられる。その後、第１光ファイバ１８の前端面は、アレイヘッド１７上で一直線状に切り揃えられ、第１光ファイバ１８のアレイヘッド１７上に設置する作業が完了する。なお、第１光ファイバ１８をアレイヘッド１７上に設置する作業は、光スイッチを組み立てる際に、例えば工場で予め行っておいてもよい。
【００４９】
アレイヘッド１７に固定される第１光ファイバ１８は、密封ケース４の貫通孔及びアレイ出口シール板３のファイバ引き出し口３ａを介して外部に導き出される。更に、第２光ファイバ１９は、密封ケース４に設けられた貫通孔を介して、密封ケース４の外に導き出されると共に、引き出し部を介して光スイッチの外部に導き出される。なお、貫通孔に第１光ファイバ１８及び第２光ファイバ１９を挿入した後、貫通孔は液密状態でシールされるか又は接着剤で密閉される。
【００５０】
密封ケース４内には、搬送方向（Ｘ方向）に延在する第２ガイド部材１２と、第２ガイド部材１２の回転により搬送方向に摺動するスライドブロック２９と、スライドブロック２９を搬送方向に案内するリニアガイド１３が設置されているが、第２ガイド部材１２を回転させるステッピングモータ６は密封ケース４の外側に置かれている。また、密封ケース４の内部は光反射防止剤（例えば、シリコンオイル）が充填されるが、ステッピングモータ６は密封ケース４の外側に置かれているので、その影響を受けず、ステッピングモータ６にオイルシールを施す必要はない。
【００５１】
次に、マスタヘッドに使用可能な可動アーム及びその駆動機構について、図７〜図９を参照して説明する。
【００５２】
図７は、本発明に係る光スイッチの一実施例に使用できる可動アームの一例を示す斜視図、図８は、第２光ファイバがファイバ整列溝から離れて、接続状態が解除された状態を示す側面図、図９は、第２光ファイバがファイバ整列溝に接した状態を示す側面図である。
【００５３】
図７〜図９に示すように、可動アーム１５ａの一端は、スライドブロック２９に固定されたマスタベース１４に支軸１４ａを介して回動自在に支持され、可動アーム１５ａの他端には、ファイバ固定部材１５ｂを介して２本の第２光ファイバ１９が固定されている。また、可動アーム１５ａの基端とマスタベース１４との間には圧縮バネ１５ｃが装着され、可動アーム１５ａの先端を圧縮バネ１５ｃによって上方に持ち上げている。また、第２光ファイバ１９の先端部分が、可動アーム１５ａからファイバ導入部１７Ｂに向けて伸び、第２光ファイバ１９の先端はファイバ導入部１７Ｂの真上に位置することになる。
【００５４】
更に、可動アーム１５ａの自由端には、第１光ファイバ１８の先端部分に向けて突出するブロック状のファイバ押さえ部１５ｄが固定されている。従って、支軸１４ａを中心として、可動アーム１５ａを圧縮バネ１５ｃの弾発力に抗して回動させた場合、ファイバ導入部１７Ｂ内に入り込んだ第２光ファイバ１９の先端部分を、ファイバ押さえ部１５ｄによってファイバ導入部１７Ｂの壁面に押さえ付けることができる。このようなファイバ押さえ部１５ｄの採用によって、第２光ファイバ１９を、ファイバ整列溝１７ｖ内で確実に保持させることができる。
【００５５】
更に、マスタベース１４には、可動アーム１５ａを駆動させる可動アーム駆動機構１５Ａが設けられている。この可動アーム駆動機構１５Ａは、可動アーム１５ａの上方に位置し、かつ可動アーム１５ａに沿って伸びる押圧アーム１５ｆを有し、この押圧アーム１５ｆの一端はマスタベース１４に固定され、押圧アーム１５ｆの他端は、可動アーム１５ａを形成するようにＬ字形状に折り曲げられている。また、押圧アーム１５ｆは、バネ性を有すると共に、作動バー１５ｇによって強制的に持ち上げられている。この作動バー１５ｇの一端は、押圧アーム１５ｆとの間に挿入され、作動バー１５ｇの他端は、ソレノイド１５Ｂのプランジャ１５ｈの進退によって支軸１５ｉを中心に揺動するスイング部１５ｊに固定されている。
【００５６】
そこで、図９に示すように、プランジャ１５ｈの後退によって、スイング部１５ｊを矢印Ｃ方向に回動させると、押圧アーム１５ｆ自体のバネ力により押圧部１５ｋが可動アーム１５ａの先端部を上から押す。すると、可動アーム１５ａの先端は支軸１４ａを中心に矢印Ｄ方向に回動し、ファイバ整列溝１７ｖ内に第２光ファイバ１９が入る。このとき、第２光ファイバ１９の先端部分はファイバ押さえ部１５ｄによって上から押さえ込まれるので、第２光ファイバ１９がファイバ整列溝１７ｖの壁面に押し付けられる。従って、ファイバ整列溝１７ｖでの光結合を確実ならしめる。
【００５７】
次に、図１０及び図１１を参照して、本発明に係る光スイッチの一実施例に適用可能な、光ファイバ整列溝１７ｖの長手方向（Ｚ軸方向：図６参照）における温度補償例を説明する。
【００５８】
第１光ファイバ１８と第２光ファイバ１９の間隔は、温度変化により変化する。その結果、間隔が広くなっても、屈折率整合剤が密封ケース４内に充填されているので、第１光ファイバ１８と第２光ファイバ１９の光軸が理想的に合致していれば問題は生じない。しかし、第１光ファイバ１８と第２光ファイバ１９との光軸には、一般的に、ある程度の角度ズレが存在するので、遠くなればなる程、位置ズレが生じ、光結合に影響が生じる。この対処法として、▲１▼周辺部材や関連部材の線膨張率を調整して、最終的に第１光ファイバ１８と第２光ファイバ１９のＺ軸方向の伸び縮み量を緩和又は／及び相殺する方法と、▲２▼これらの部材の固定点を調整又は／及び限定する方法がある。図１１（ｃ）に示された例は、▲１▼による方法の一例を示し、図１０及び図１１（ｂ）に示された例は、▲２▼による方法の一例を示す。
【００５９】
図１０は、本発明に係る光スイッチの一実施例に使用可能なマスタヘッドとアレイヘッドの位置関係を示す概略図である。ここで、重要なことは、ファイバ整列溝１７ｖの長手方向におけるマスタヘッド１５とアレイヘッド１７の温度変化による延び縮み量の差を緩和するため、マスタヘッド１５とアレイヘッド１７の線膨張率を擬似的に合わせ、光結合時の第１光ファイバ１８と第２光ファイバ１９の端面間隔の温度変化に対する変化量を緩和している点である。
【００６０】
そのため、マスタヘッド１５を搬送方向にガイドするリニアガイド１３と、このリニアガイド１３とマスタヘッド１５との間にはマスタベース１４が介在されており、マスタヘッド１５とマスタベース１４間の固定点およびマスタベース１４とスライドブロック２９間の固定点を、第１光ファイバ１８側に近づけている。それにより、光結合時における第１光ファイバ１８と第２光ファイバ１９の端面間隔の温度補正を行うことができる。ここで重要な点は、マスタヘッド１５とリニアガイド１３の間に存在する固定点、好ましくは、全ての固定点（この場合、▲１▼マスタヘッド１５とマスタベース１４間の固定点、▲２▼マスタベース１４とスライドブロック２９間の固定点、▲３▼スライドブロック２９とリニアガイド１３間の固定点）を第１光ファイバ１８の端面側にオフセットする点である。このような位置関係をとることにより、リニアガイド１３からマスタヘッド１５に至る中間部材の熱変形量の影響を少なくすることができる。
【００６１】
次に、図１１を参照して、疑似的に線膨張率を計算し、線膨張率が光ファイバと等しくなるように、特にＺ軸方向で温度補償する一例を説明する。
【００６２】
図１１は、本発明に係る光スイッチの一実施例に使用可能な温度補償構造例を示す概略図であり、同図（ａ）は、余長を設けて温度補償構造を示す概略図、同図（ｂ）は、アレイヘッド１７とアレイ基板１６との固定点を中央からずらす補償構造を示す概略図、同図（ｃ）は、線膨張率が光ファイバと等しくなるようにアレイ出口シール板３を対称形状としたファイバ固定構造を示す概略図である。
【００６３】
同図（ａ）による温度補償構造は、アレイ基板１６上に部分的に固定されたアレイヘッド１７と、アレイ出口シール板３との間には第１光ファイバ１８を撓ませた余長部が設けられている。そのため、使用温度範囲内で生じ得る光ファイバの伸び縮み量とアレイヘッド１７側の伸び縮み量との差が十分に吸収され、アレイヘッド１７上に固定された第１光ファイバ１８に引張力はかからない。この構造によると、温度補償効果を正確に保持することができ、第１光ファイバ１８に対する他の部材からの影響を簡単に除外することができる。
【００６４】
同図（ｂ）による温度補償構造では、アレイヘッド１７とアレイ基板１６が光ファイバ整列溝１７ｖの長手方向において限定された範囲で互いに固定され、この限定された範囲が光ファイバ整列溝１７ｖの長手方向においてアレイ基板１６中央部からオフセットされている。そのため、光結合時における第１光ファイバ１８と第２光ファイバ１９の端面間隔の温度変化に対する変化量を緩和することができる。この構造によると、構造が簡単であり、上述した搬送方向の温度補償と組み合わせることが容易である。
【００６５】
同図（ｃ）による温度補償構造は、アレイ出口シール板３の内側先端部を突き出し、アレイ出口シール板３とアレイ基板１７との距離を短くした対称構造を採用し、ファイバ固定点におけるＺ軸方向の線膨張率が第１光ファイバ１８の線膨張率と等しくなるようになっている。そのため、Ｚ軸方向における寸法を小さくすることができ、他の部材からの影響を極力低減することが可能である。
【００６６】
次に、図１２〜図１５を参照して、本発明に係る光スイッチの一実施例に適用可能な、Ｘ軸方向（図６参照）における温度補償例を説明する。
【００６７】
ステッピングモータによる開ループ制御を用いて搬送用駆動系を構成する場合、第２ガイド部材１２、スライドブロック２９、マスタベース１４、マスタヘッド１５の線膨張率の差、温度変化により、マスタヘッド１５とアレイヘッド１７のＸ軸方向の相対位置がずれる。この場合、最終的な位置を確認できるリニアスケール等のクローズドループ制御を使えば、実用的な精度は確保できる。しかし、オープンループ制御に基づき、第２光ファイバ１９のＸ軸方向の送り量を規定する場合、コストを抑えることができるが、実用的な精度が不十分である場合がある。
【００６８】
そこで、本発明の光スイッチの一実施例では、▲１▼原点検出時の温度と動作時の温度とを比較して温度補正を行う搬送用駆動系（図１２）、▲２▼温度特性を有するセンサを利用して温度補償を行う搬送用駆動系（図１３）、▲３▼複数のセンサをＸ軸方向に配置して温度補償を行う搬送用駆動系（図１４）、▲４▼いわゆるＺ相センサを組み合わせて所望の精度を確保する搬送用駆動系（図１５）を用いて、実用精度を高めている。
【００６９】
図１２は、本発明に係る光スイッチに使用可能な搬送軸動作を示すフローチャート、図１３及び図１４は、図１の光スイッチをＡ方向から切断した断面図から主要な構造要素だけを抽出した説明図、図１５は、センサの温度依存性を模式的に示した説明図である。
【００７０】
まず、図１２による搬送用駆動系では、予め、基準位置からの温度補正値を記憶しておく。電源投入時に原点検出を行い（ステップ１０１）、そのときの温度を記録する（ステップ１０２）。第２光ファイバ１９を移動させる動作指示を受信したら（ステップ１０３）、受信時の温度を検出し（ステップ１０４）、補正値を計算する（ステップ１０５）。例えば、原点検出時の温度が１０℃で、動作指示を受信した時の温度が２０℃の場合、１０℃の温度差によるＸ軸方向の伸び縮み量を補正する。次に、その補正値に基づき、ステッピングモータ６の駆動回路に送られるパルス量、すなわち、第２ガイド部材１２の回転量を決定し、搬送軸動作を行う。この実施例に係る搬送用駆動系では、、より広範囲な温度変化に適用でき、クローズドループ制御方式より安価になる。また、原点復帰時の検出位置ズレも補正することができ、更なる高精度化が図れる。
【００７１】
図１３による搬送用駆動系によると、Ｘ軸方向に沿って設置された線形温度依存性を有する位置検出センサ２２と、第２光ファイバ１９の移動量に対し一次関数的に移動するドグ２３（被検知部）と、パルス信号を受けてマスタヘッド１５を搬送方向に沿って搬送させるステッピングモータ６とを備え、位置検出センサ２２がドグ２３を検出している間の送りパルス量に基づき、温度補正を行うことができる。この場合、第２光ファイバ１９と同時に移動するドグ２３を使用しているが、必ずしも、同時に移動する必要はない。この場合、第２光ファイバ１９の移動量が特定できる量であればよい。要するに、第２光ファイバ１９とドグ２３の移動量の関係式が一次関数であればよい。この実施例によると、センサの数を最小限のセンサで温度補正ができるので、製品のコスト低減が可能である。
【００７２】
図１４による搬送用駆動系は、リミットセンサと別のセンサを用い、両方のセンサを通過するのに何パルスを送ったかを計算することにより、温度の影響を推定するものである。この搬送用駆動系によると、Ｘ軸方向に沿って所定間隔をあけて設置された少なくとも二つの位置検出センサ２４、２５と、第２光ファイバ１９の移動量に対し少なくとも一次関数的に移動するドグ２３と、パルス信号を受けてマスタヘッド１５をＸ軸方向に沿って搬送させるステッピングモータ６とを備え、ドグ２３が二つの位置検出センサ２３，２４間を移動するのに要するパルス量に基づき、温度補正を行うことができる。区間距離が長いため、正確に温度検出が可能になり、簡単に温度補正ができる。例えば、ドグ２３がＸ軸方向に移動するとき、位置検出センサ２４がＯＮになったときの送りパルス量、位置検出センサ２５がＯＮになったときの送りパルス量を測定し、予め記録された所定温度時のパルス量と比較することにより、第２ガイド部材１２と密封ケース４の線膨張率の差を利用して、温度を逆に推定する。この場合、位置検出センサの取り付け位置は、第２光ファイバ１９の搬送方向であればよい。よって、位置検出センサ２４、２５をアレイ基板１７上に設置してもよい。
【００７３】
図１５による搬送用駆動系によると、検知範囲に温度依存性を有し、原点となる回転位置を検出するＺ相近接センサ２６と、パルス信号を受けて第２光ファイバ１９をＸ軸方向に沿って搬送させるステッピングモータ６と、ステッピングモータ６の所定回転位置に対し一次関数的に回動するＺ相ドグ２８とを備え、Ｚ相近接センサ２６がＺ相ドグ２８を検出している間の検出範囲に基づき、温度補正を行うことができる。例えば、ステッピングモータ６の駆動軸の一端に固定された回転板２７に取り付けられたＺ相ドグ２８として、温度依存性を有する近接センサを用い、近接センサがＯＮになるときの送りパルス量と、ＯＦＦになるときの送りパルス量を測定し、予め記録された基準温度時のパルス量（ＯＮになるときの送りパルス量と、ＯＦＦになるときの送りパルス量）と比較することにより、逆に温度を推定することができる。要するに、温度依存性があるセンサが検知する範囲と検知しない範囲は温度により異なる性質を利用して温度補正を行うものである。
【００７４】
例えば、Ｚ相近接センサ２６の回転板２７として３２ｍｍ径、第２ガイド部材１２として８ｍｍ径を使用した場合、ステッピングモータ６の一回転、すなわちＺ相近接センサ２６及び第２ガイド部材１２の一回転により、第２ガイド部材１２の４倍の円周を用いて、より高精度にステッピングモータ６の角度制御が可能になる。
【００７５】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、超多心光スイッチにも適用でき、光接続誤差の少ない光スイッチを提供することができる。
【００７６】
また、複雑な構造を有することなく、光スイッチとして実用的な精度を備え、特性の安定した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】図１は、本発明に係る光スイッチの一実施例を示す外観図である。同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は平面図である。
【図２】図２は、図１の光スイッチを一定方向から切断した断面図であり、同図（ａ）は図１のＡ矢視から切断した断面図、同図（ｂ）は図１のＨ矢視から切断した断面図である。
【図３】図３は、本発明に使用可能なアレイ基板１６を示し、同図（ｂ）はアレイヘッド１７が固定される面を示す図、同図（ａ）はその左側面図である。
【図４】図４は、アレイ基板１６とアレイヘッド１７を組み合わせた状態をアレイ出口シール板３と共に示し、同図（ｂ）はアレイヘッド１７が固定されるアレイ基板１６の面を示す図、同図（ａ）は、その左側面図、同図（ｃ）は、その底面図である。
【図５】図５（ａ）はアレイヘッドの中央部を固定した場合の伸び量の変化を示すグラフ、同図（ｂ）はアレイヘッドの中央部からオフセットした位置を固定した場合の伸び量の変化を示すグラフ、同図（ｃ）は図１の光スイッチをＡ方向から切断した断面図より、主要な構造要素だけを抽出して示す説明図である。
【図６】図６は、本発明に係る光スイッチの一実施例に使用できるアレイヘッド１７のファイバ整列溝１７ｖを第１光ファイバ１８及び第２光ファイバ１７と共に示す斜視図である。
【図７】図７は、本発明に係る光スイッチの一実施例に使用できる可動アームの一例を示す斜視図である。
【図８】図８は、第２光ファイバがファイバ整列溝から離れて、接続状態が解除された状態を示す側面図である。
【図９】図９は、第２光ファイバがファイバ整列溝に接した状態を示す側面図である。
【図１０】図１０は、本発明に係る光スイッチの一実施例に使用可能なマスタヘッドとアレイヘッドの位置関係を示す概略図である。
【図１１】図１１は、本発明に係る光スイッチの一実施例に使用可能な温度補償構造例を示す概略図であり、同図（ａ）は、余長を設けて温度補償構造を示す概略図、同図（ｂ）は、アレイヘッド１７とアレイ基板１６との固定点を中央からずらす補償構造を示す概略図、同図（ｃ）は、線膨張率が光ファイバと等しくなるようにアレイ出口シール板３を対称形状としたファイバ固定構造を示す概略図である。
【図１２】図１２は、本発明に係る光スイッチに使用可能な搬送軸動作を示すフローチャートである。
【図１３】図１３は、図１の光スイッチをＡ方向から切断した断面図から主要な構造要素だけを抽出した説明図である。
【図１４】図１４は、図１の光スイッチをＡ方向から切断した断面図から主要な構造要素だけを抽出した説明図である。
【図１５】図１５は、センサの温度依存性を模式的に示した説明図である。
【符号の説明】
１…光スイッチ、２…蓋、３…アレイ出口シール板、４…密封ケース、５…第１ステッピングモータ、６…第２ステッピングモータ、７…カップリング、８…第１ガイド部材、９…ハウジング、１０…カップリング、１１…ベアリング固定板、１２…第２ガイド部材、１３…リニアガイド、１４…マスタベース、１５…マスタヘッド、１５Ａ…可動アーム機構、１６…アレイ基板、１７…アレイヘッド、１８…第１光ファイバ、１９…第２光ファイバ、２０…ガイド蓋、２１…押圧蓋、２２…位置検出センサ、２３…ドグ、２４…位置検出センサ、２５…位置検出センサ、２６…近接センサ、２７…回転板、２８…Ｚ相ドグ、２９…スライドブロック、３０…アームブロック。
【図１】
0003641967.tif 000002
【図２】
0003641967.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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【図７】
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【図８】
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【図９】
0003641967.tif 000010
【図１０】
0003641967.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0003641967.tif 000013
【図１３】
0003641967.tif 000014
【図１４】
0003641967.tif 000015
【図１５】
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