(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の固定側光ファイバーに対して、少なくとも１本の可動側光ファイバーを移動させて接続する光ファイバー切替手段を有し、前記光ファイバー切替手段を収納するパッケージを備える光スイッチであって、前記パッケージに保温手段としてヒーターを設けることを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
請求項１に記載の光スイッチにおいて、前記光ファイバー切替手段は、固定側光ファイバーを固定する固定ブロックと、可動側光ファイバーの端を支持する可動ブロックと、前記可動ブロックを平行移動させるための磁気回路とを基板の一方の面の上に有するものであり、前記ヒーターは前記基板の他方の面上に設けられていることを特徴とする光スイッチ。
【請求項３】
請求項１に記載の光スイッチにおいて、前記パッケージは筺体と蓋からなり、前記ヒーターは筺体あるいは蓋の少なくとも一方の内面に設けられていることを特徴とする光スイッチ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の光スイッチを設けた光スイッチモジュールであって、前記光スイッチの内部あるいは近傍における温度を測定する手段と、前記温度が閾値以下となったら前記ヒーターに暖気用電流を供給する手段を有することを特徴とする光スイッチモジュール。
【請求項５】
請求項１から３のいずれかに記載の光スイッチを設けた光スイッチモジュールであって、光スイッチモジュール近傍の温度を測定する外部センサーと、光スイッチの内部の温度を測定する内部センサーとを有し、前記外部センサーで検知した温度が閾値以下となったときに前記ヒーターに通電し、前記内部センサーで検知した温度が駆動温度以上となったときに前記ヒーターの通電を停止するための制御回路を備えることを特徴とする光スイッチモジュール。
【請求項６】
請求項１から３のいずれかに記載の光スイッチを設けた光スイッチモジュールであって、光スイッチの光路を切り替える駆動信号の受信と光スイッチの温度測定とを行う制御回路と、光ファイバー切替手段に対する切替電流の供給手段と、前記ヒーターに対する暖気用電流の供給手段を備え、前記制御回路は前記切替電流供給手段のオンオフと前記暖気用電流の供給手段のオンオフを行うことを特徴とする光スイッチモジュール。
【請求項７】
前記暖気用電流の供給よりも前記切替電流の供給を遅延させるディレイ回路を有することを特徴とする請求項６に記載の光スイッチモジュール。
【請求項８】
請求項４ないし７のいずれかに記載の光スイッチモジュールであって、前記光スイッチの内部あるいは近傍における温度が所定の温度範囲になったことを検出し、信号出力あるいは表示を行う手段を備えることを特徴とする光スイッチモジュール。
【請求項９】
請求項４ないし７のいずれかに記載の光スイッチモジュールであって、前記光スイッチの内部あるいは近傍における温度を検出し、この温度が所定範囲内でないときには、光スイッチの切り替え信号を受け付けないインターロックを備えることを特徴とする光スイッチモジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信の分野で用いる光スイッチに関する。特に、プリント基板上に安定した状態で設置できる光スイッチに係わる。
【０００２】
【従来の技術】
光通信の発達に伴って、光ファイバー通信網は長い光路と複雑な分岐を持つようになった。このような環境では光通信装置や光伝送装置内において、回線間で光ファイバーの光路（伝送経路）を切り替える用途が増大し、多くの光スイッチが用いられている。光スイッチを切替方式でみると、電気的あるいは光学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替える方式のものや、機械的に光路を移動させて光の進行方向を切り替える方式のもの等が開発されている。精密な駆動を実現する低損失な光スイッチとしては、後者の機械式光スイッチが有望である。光スイッチを分岐の数でみると、１本の入力光ファイバーを２本の出力光ファイバーで切り替える１×２型光スイッチや、多数の光ファイバーの端面を対向させた１×ｍ型光スイッチあるいはｎ×ｍ型光スイッチ等がある。また、切替の目的は、通常の回線切替の他に、断線した伝送経路を別の断線していない経路に切り替える障害復旧用途や、建物内や地域内の光通信ネットワークの回線を切り替える保守点検用途等にも用いられている。
【０００３】
従来の光スイッチは、例えば特開昭６３−８５５２２号公報に開示されている。この光スイッチは、光ファイバーを位置決め固定した２個のプラグをつき合わせて接続し、一方のプラグを他方のプラグに対して平行移動させて光路を切り替える光スイッチである。精密な平行移動を実現すべく、ガイドピンとガイドピンを保持する穴と、ガイドピンを内部でスライドさせる穴を有する。この構成では光スイッチの切替機構を開口した容器の中に納めている。なお、プラグの平行移動を電磁力を用いたアクチュエーターで行う構成とするものもある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
寒冷地においては、室温近傍の温度下と比較して光スイッチに使用されている各部材の寸法や特性が変化する。従って、光スイッチの機械的動作速度や光学的特性を低下させる場合があった。本発明の目的は、寒冷地においても一定の温度内で支障なく使用できる光スイッチを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の光スイッチは、複数の固定側光ファイバーに対して、少なくとも１本の可動側光ファイバーを移動させて接続する光ファイバー切替手段を有し、前記光ファイバー切替手段を収納するパッケージを備える光スイッチであって、前記パッケージに保温手段としてヒーターを設けることを特徴とする。
【０００６】
ここで、ヒーターは電流を流すことによって発熱する部材をいう。前記ヒーターを、パッケージの温度を０℃から４０℃以内に保持する恒温装置に置換することもできる。このヒーターは、室温あるいはその近傍の温度範囲内に光スイッチの温度を安定化させるものであり、光学特性の変動を抑制することができる。局所加熱により屈折率整合材を移動もしくは相変化させることで光路を切り替える構成（例えば導波路型光スイッチ）は本願の構成と異なる。
【０００８】
本発明の他の光スイッチは、上記本発明の光スイッチにおいて、前記光ファイバー切替手段は、固定側光ファイバーを固定する固定ブロックと、可動側光ファイバーの端を支持する可動ブロックと、前記可動ブロックを平行移動させるための磁気回路とを基板の一方の面の上に有するものであり、前記ヒーターは前記基板の他方の面上に設けられている構成とすることができる。
【０００９】
本発明の他の光スイッチは、上記本発明の光スイッチにおいて、前記パッケージは筺体と蓋からなり、前記ヒーターは筺体あるいは蓋の少なくとも一方の内面に設けられていることを特徴とする構成とすることができる。パッケージの外面よりも内面にヒーターを設ける方が、形状がコンパクトとなり、光スイッチを暖気する効率もよい。
【００１０】
従来の光スイッチでは、対向させた光ファイバーの間で空気を介して光信号を伝達する。すると、空気と光ファイバーの屈折率の差異によって光信号の損失を生じることがある。このような損失を抑制するために、対向する光ファイバーの間に屈折率整合剤を設けていた。しかし、光スイッチの周囲の温度がマイナス１０℃以下になると、この屈折率整合剤は粘性が増大してしまう。このとき、光ファイバー切替手段（例えばアクチュエーター）の駆動にかかる負荷が増大し、アクチュエーターに大電流を流すことになり好ましくない。本発明の他の光スイッチは、保温手段を設けることで光スイッチの温度を室温またはその近傍の温度内にすることにより、アクチュエータにかかる負荷を所定の範囲に抑えることができる。
【００１１】
本発明の光スイッチモジュールは、上記本発明のいずれかの光スイッチを設けた光スイッチモジュールであって、前記光スイッチの内部あるいは近傍について温度を測定する手段と、前記温度が閾値以下となったら前記ヒーターに暖気用電流を供給する手段を有することを特徴とする。前記温度を測定する手段としては、一般の温度センサーや、ヒーターの電気抵抗値から温度を換算して温度センサーとして用いる構成を用いることができる。また、電流を供給する手段は、温度が閾値以下の間は電流の供給を継続するタイプ、一定時間だけ電流を供給するタイプ、温度が別の閾値となったら電流の供給を停止するタイプのいずれかとすることができる。また、前記閾値は、外気温やパッケージの材質、パッケージ内に充填する屈折率整合剤の粘度特性、モジュールの形状・材料等によって放熱効率が異なるため、様々な値に設定しうる。例えば、０℃から１０℃の範囲内となるように設定することが好ましい。
【００１２】
本発明の他の光スイッチモジュールは、上記本発明のいずれかの光スイッチを設けた光スイッチモジュールであって、光スイッチモジュール近傍の温度を測定する外部センサーと光スイッチの内部の温度を測定する内部センサーとを有し、前記外部センサーで検知した温度が閾値以下となったときに前記ヒーターに通電し、前記内部センサーで検知した温度が駆動温度以上となったときに前記ヒーターの通電を停止するための制御回路を備えることを特徴とする。例えば、制御回路を１個のＩＣパッケージとすることもできる。
【００１３】
本発明の他の光スイッチモジュールは、上記本発明のいずれかの光スイッチを設けた光スイッチモジュールであって、光スイッチの光路を切り替える駆動信号の受信と光スイッチの温度測定とを行う制御回路と、光ファイバー切替手段に対する切替電流の供給手段と、前記ヒーターに対する暖気用電流の供給手段を備え、前記制御回路は前記切替電流供給手段のオンオフと前記暖気用電流の供給手段のオンオフを行うことを特徴とする。前記暖気用電流の供給よりも前記切替電流の供給を遅延させるディレイ回路を設けることもできる。また、上記ディレイ回路を制御回路のＩＣに組み込んでもよい。また、電流の供給手段を一つに纏めて、電気回路あるいは電子回路によって通電する経路を変更することで、光スイッチモジュールの構成を簡略化することもできる。
【００１４】
本発明の他の光スイッチモジュールは、上記本発明のいずれかの光スイッチを設けた光スイッチモジュールであって、前記光スイッチの内部あるいは近傍における温度が所定の温度範囲になったことを検出し、信号出力あるいは表示を行う手段を備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明の他の光スイッチモジュールは、上記本発明のいずれかの光スイッチを設けた光スイッチモジュールであって、前記光スイッチの内部あるいは近傍における温度を検出し、この温度が所定範囲内でないときには、光スイッチの切り替え信号を受け付けないインターロックを備えることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の光スイッチを説明する。図１は本発明の１実施形態に係る光スイッチの分解斜視図である。図２は、図１の光スイッチを光ファイバー１ｆ及び１ｇの向きに沿ってみた断面図である。図３は本発明の他の実施形態に係る光スイッチの断面図である。図４は、図３の光スイッチを光ファイバー１ｆ及び１ｇの向きに沿ってみた断面図である。図５は本発明の実施形態に用いるヒーターを説明する概略図である。図６は光スイッチモジュールの動作例を説明するフロー図である。図７は本発明の１実施形態に係る光スイッチモジュールの概略図である。図８は光スイッチモジュールの動作例を説明するフロー図である。
【００１７】
（実施形態１）
図１の斜視図に本発明の光スイッチを分解状態で示す。同図において、光スイッチは一対の電極ピン２ｂと光スイッチ切替手段等を有するセラミックスの筺体１に、一対の電極ピン２ａとヒーター１ｐを設けた蓋３を設ける構成とした。光スイッチ内部の構成を説明し易くする為に蓋３をはずした様子を示したが、実際には点線に沿って蓋３を筺体１に接合させた。この光スイッチは、電極ピン２ｂに流す電流の向きを変えることにより、光ファイバー切替手段を駆動し、可動側光ファイバー１ｆと対向する固定側光ファイバー１ｇの組合せを変更して、可動側光ファイバーから入射させたレーザー光の光路を切り替えるものである。
【００１８】
蓋３の一方の側面には設けられた凹みは、筺体１に設けられた一対の電極ピン２ｂに対応する。蓋の他方の側面には金属膜２ｃが２箇所設けられている。この金属膜２ｃは蓋の表面と裏面に回り込んでおり、表面側には電極ピン２ａが接合され、裏面側にはヒーター１ｐを接合させた。このように構成した電極２ａに所定時間にわたって電流（暖気用電流）を供給し、光スイッチを暖気する用途に用いた。ここで暖気とは、光スイッチ内の温度を０℃〜４０℃程度の範囲とすることである。図中、つづら折り形状のヒーター１ｐは蓋３の裏面に設けたため、点線で図示した。図示を省略したが、対向して配置される光ファイバー１ｆ，１ｇの間には屈折率整合剤を充填し、これが漏れないように光ファイバーを外部に導出する箇所や筺体１と蓋３の接合箇所を接着剤で密封するものとした。
【００１９】
図１の光スイッチの光ファイバー切替手段について詳細に説明する。筺体１の内部に設けた光ファイバー切替手段は、固定ブロック１ｃと可動ブロック１ｂと固定ブロック１ｄと、可動ブロック１ｂをｘ軸に沿って動かす電磁石１ｙと、電磁石１ｙと電極ピン２ｂと結ぶ端子１ｈと、光信号を入力する可動側光ファイバー１ｆと、光信号を出力する固定側光ファイバー１ｇを備える。２本の可動側光ファイバー１ｆは途中で固定ブロック１ｃに固定され、その先端を可動ブロック１ｃに設けた。４本の固定側光ファイバー１ｇは、その先端を固定ブロック１ｇに設けた。可動ブロック１ｃと固定ブロック１ｄは、各々に設けられた光ファイバー１ｆ，１ｇの端面と共に対向させた。対向する光ファイバー間では光信号（レーザー光）の伝達が可能となる。電磁石１ｙは、コ字状型の磁気ヨークにコイルを巻き、コ字の端の間に固定ブロック１ｄと永久磁石１ｅを配置した構成とした。磁気ヨークの両方の腕の各々に巻いたコイルに流す電流の向きを変えることによって、磁気ヨークの先端の間で可動ブロック１ｂを平行移動させて、光ファイバー１ｆと光ファイバー１ｇの対向する接続の組合せを変更することができた。平行移動させる際のストッパーとして、可動ブロック１ｂには突出させた２本の超硬ピンを設けた。固定ブロック１ｄには前記超硬ピンを挿入させる為の２カ所の幅広の孔を設けた。この幅広の孔の内部で超硬ピンが平行移動することで、可動ブロックが平行移動した際に、磁気ヨークの一方の先端との間に隙間を残した状態で近接させることができた。なお、説明を分かり易くするため、図１では光ファイバー１ｆ，１ｇを覆う被覆の記載は省略した。
【００２０】
図１をｙ軸とｚ軸に沿ってみた断面図を図２に示す。筺体１と蓋３は接合され、その内部には屈折率整合剤４を満たした。ヒーター１ｐは蓋３の内面（裏面の平坦な部分）をほぼ覆うように設けた。筺体内に接合されたガラス基板１ｋの上には、固定ブロック１ｃと固定ブロック１ｄと永久磁石１ｅと磁気ヨーク１ｙを固定した。固定ブロック１ｄで固定させた固定側光ファイバー１ｇの端面と、可動ブロック１ｂを設けた可動側光ファイバー１ｆの端面は対向させた。
以  上
【００２１】
（実施形態２）
光スイッチの他の実施形態について、図３に斜視図を示し、図４に断面図を示す。この光スイッチは、光ファイバーを切り替える機能の点で図１の構成と同様とした。但し、筺体１に収納するガラス基板１ｋにヒーター１ｐを設けた点と、ヒーターに通電するための電極ピン２ａ’を蓋ではなく筺体に設けた点で異なる。図３の光スイッチは、一対の電極ピン２ｂと一対の電極ピン２ａ’を接合したセラミックスの筺体１の内部に、光スイッチ切替手段等を設けたガラス基板を設け、蓋３を筺体１に接合し、内部に屈折率整合剤を満たした構成とした。電極ピン２ｂは光スイッチ切替手段に電流を供給するものとし、電極ピン２ａ’はヒーターに電流を供給するものとした。
【００２２】
図３及び４に示すように、光スイッチ切替手段はガラス基板１ｋの一方の面上に、固定ブロック１ｃと可動ブロック１ｂと固定ブロック１ｄと、可動ブロック１ｂをｘ軸に沿って動かす電磁石１ｙと、電磁石１ｙと電極ピン２ｂと結ぶ端子１ｈと、光信号を入力する可動側光ファイバー１ｆと、光信号を出力する固定側光ファイバー１ｇを設けた。さらに、ガラス基板１ｋの他方の面に光スイッチを暖気するためのヒーター１ｐを接着剤で固着した。このようにして光スイッチ切替手段とヒーターを設けたガラス基板１ｋを筺体１に設け、蓋３を接合した後、内部に屈折率整合剤４を満たし、密封した。ヒーター１ｐと筺体１は接着剤を介して接合させた。
【００２３】
図５に本発明に適用するヒーターの例を概略図で示す。図５中（ａ）は、ガラス基板４１上に炭素あるいは炭化ケイ素を主成分とする抵抗のパターン４２を形成したヒーターである。このガラス基板を設けた光スイッチは、端子４３から通電することにより、パッケージ内の屈折率整合剤を加熱して、光スイッチ全体を暖気することができる。図５の（ｂ）は、電気抵抗の高い材料からなる薄膜４２ａをセラミックス基板４１ａ上にスパッターで成膜・パターニングして導線４６を設けてヒーターとした。さらに電気抵抗値が温度依存性を示す薄膜抵抗４７をスパッターで成膜・パターニングして電極導線４８を設けて温度センサーとした。ここで、ヒーターとするスパッター膜としては電気抵抗の大きい炭化ケイ素系材料を用いた。炭化ケイ素の比抵抗は０．０８〜２（Ω・ｃｍ）であり、ＮｉＣｒ合金系材料や炭素膜に比べて抵抗値が２桁以上大きい。
【００２４】
（実施形態３）
図６に本発明の一実施の形態である光スイッチモジュールの動作を説明する。この光スイッチモジュールは実施形態１の光スイッチを制御回路でコントロールするものとした。まず、光スイッチモジュールを組み込んだ光通信ネットワークから、光スイッチの切替を命じる切替信号が制御回路に対して送信される。次に、切替信号を受信した制御回路は、光スイッチに設けたヒーターの電気抵抗値を測定し、抵抗値を温度に換算することで光スイッチ内の温度を測定する。次に、制御回路は測定した温度が光スイッチを切替するのに十分な温度（駆動温度）であるか否かを判定する（６−ａ）。十分な温度であれば（すなわちＹＥＳ）、光ファイバー切替手段に切替電流を流して光スイッチの切替を行う。逆に十分な温度でなければ（すなわちＮＯ）、暖気用の電流をヒーターに所定時間流して、再度温度測定をする。ここで駆動温度の判定（６−ｂ）を行い、切替電流の供給に至る。
【００２５】
（実施形態４）
図７に他の一実施形態である光スイッチモジュールの構成を示す。この光スイッチモジュール５０は、プリント基板５１上に光スイッチ５２と、制御用ＩＣ６２と外部温度センサー６３と、切替電流供給手段６４と、暖気用電流供給手段６５を備える。光スイッチ５２は、光ファイバ切替手段に切替電流を供給する一対の端子５３と、光スイッチ内に設けたヒーター５４と、内部温度センサー５５を有する。駆動用ＩＣ６２は、配線６７を介して各々の部品に電気信号を送ることができるように結線した。図７は、初期状態として、入力側光ファイバー５８から導入された入力光（レーザー光）が、光スイッチによって一方の出力側光ファイバー５６に出力されている状態である。
【００２６】
図７の状態において、外部温度センサーと内部温度センサーにより光スイッチの温度が所定値より低下しないように恒温化する手順を図８の（ａ）で説明する。まず、切替信号待ちの状態において、外部温度センサー６３により光スイッチモジュールの温度を測定する。この温度が予め設定した閾値より低いか否かを制御用ＩＣ６２で判別する（８−ａ）。駆動に適した温度であれば切替信号待ち状態を維持するが、駆動に適さない低い温度あるいは温度低下の速度が著しい場合には暖気用電流を供給するように設定しておく。制御用ＩＣ６２から暖気用電流供給手段６５に通電を指示する信号を送信すると、暖気用電流供給手段６５からヒーター５４に所定の時間だけ暖気用電流が流される。次に、内部温度センサー５５で光スイッチ内の温度を測定する。この温度を制御用ＩＣ６２で判別する（８−ｂ）。駆動に適した温度（駆動温度）以上であれば切替信号待ち状態に戻るが、駆動に適さない低い温度であれば、再度暖気用電流を供給するプロセスを繰り返すように設定しておく。このようにして光スイッチ内の温度を保持することにより、信号端子６６から制御用ＩＣ６２に対して光スイッチの切替を命じる切替信号が送信されたときに、制御用ＩＣは切替電流供給手段６４に通電を指示する信号を送信し、切替電流供給手段６４から端子５３に切替電流が流される。こうして光スイッチは図８の（ｂ）のようにスムーズに切替を行って、入力側光ファイバー５８から導入された入力光は、他方の出力側光ファイバー５７に出力される。
【００２７】
（実施形態５）
本発明の他の一実施の形態である光スイッチモジュールの動作を説明する。この光スイッチモジュールは、光スイッチと、光スイッチ内に設けたヒーターと、そのヒーターに通電する暖気電流供給手段と、光スイッチ内の光ファイバー切替手段に通電する切替電流供給手段と、ディレイ回路と、光スイッチの近傍に設けた温度センサーをプリント基板上に備える。この構成は、温度センサーによって外気温の低下を検出したら、まず暖気電流供給手段からヒーターに所定時間の間だけ暖気電流を通電する。この際、ディレイ回路を用いて暖気電流供給手段を動作させてから一定の時間が経過すると切替電流供給手段が動作するように設定しておくものである。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の構成を用いることにより、寒冷地においても一定の温度内で使用でき、光ファイバー切替手段にかかる負荷を抑制した光スイッチを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光スイッチに係る分解斜視図である。
【図２】図１の光スイッチの断面図である。
【図３】本発明に係る他の光スイッチの断面図である。
【図４】図３の光スイッチの断面図である。
【図５】本発明の実施形態に用いるヒーターを説明する概略図である。
【図６】本発明の実施形態に係る光スイッチモジュールの動作例を説明するフロー図である。
【図７】本発明の１実施形態に係る光スイッチモジュールの概略図である。
【図８】本発明の実施形態に係る光スイッチモジュールの動作例を説明するフロー図である。
【符号の説明】
１  筺体、１ｂ  可動ブロック、１ｃ  固定ブロック、１ｄ  固定ブロック、
１ｅ  永久磁石、１ｆ  可動側光ファイバー、１ｇ  固定側光ファイバー、
１ｋ  ガラス基板、１ｈ  端子、１ｙ  磁気ヨーク、１ｐ  ヒーター、
２ａ  電極ピン、２ａ’  電極ピン、２ｂ  電極ピン、２Ｃ  金属膜、３  蓋、
４  屈折率整合剤、５０  光スイッチモジュール、５１  プリント基板、
５２  光スイッチ、５３  端子、５４  ヒーター、５５  内部温度センサー、
５６  ５７  出力側光ファイバー、５８  入力側光ファイバー、
６２  制御用ＩＣ、６３  外部温度センサー、６４  切替電流供給手段、
６５  暖気用電流供給手段、６６  信号端子、６７  配線
【図１】
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【図２】
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【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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