(57)【要約】【課題】光スイッチにおいて、簡単な構成により、レンズの個数削減と定コスト化を図り、安価かつ低損失なものを実現する。【解決手段】光スイッチ１は、光路を形成する光ファイバ２と、それとは別の光ファイバ２との間で光路を選択するスイッチであり、光入出射面を互いに対向させると共に離間して配設された一対のレンズ３と、一対のレンズ３の離間空間を介して互いに対向している光入出射面とは異なる各レンズ３における光入出射面に光結合するようにそれぞれの端面が配置された複数本の光ファイバ２と、レンズ３の離間空間に挿入される複数のウエッジプリズム５と、各ウエッジプリズム５を離間空間にそれぞれ独立に出し入れ自在に駆動するアクチュエータ７と、光ファイバ２が２方向に導出される器体１０と、を備えている。光ファイバ２ｂ〜２ｅは、端部近傍で互いに束ねられて端面の配列が略直線状のバンドルとされている。【選択図】図１
2008003419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光路を形成する光ファイバと、それとは別の光ファイバとの間で光路を選択する光スイッチであって、
互いに離間し、かつ、それぞれの光入出射の一端面同士が対向して配設された一対のレンズと、
前記一対のレンズの前記対向する端面とは反対側の２つの端面にそれぞれ光結合させ、少なくとも１つの端面側には複数本がバンドルされて成る光ファイバと、
前記一対のレンズ間の空間に出し入れ自在であって、光路を切り替える複数のウエッジプリズムと、
前記ウエッジプリズムの各々を独立に駆動可能なアクチュエータと、を備えていることを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
前記バンドルは、光ファイバ端面の配列がマトリクス状となるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
【請求項３】
前記バンドルは、光ファイバ端面の配列が略直線状となるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数本の光ファイバの間で光路の組合せを切り替える光スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数本の光ファイバの間で光路の組合せを切り替える光スイッチが知られている。例えば、複数本の光ファイバのそれぞれの端部に個別にコリメートレンズを光結合させると共に、各コリメートレンズを離間して対向させ、その離間した空間にプリズムを出し入れする構成の光スイッチがある。このような光スイッチは、プリズムの有無によって、コリメートレンズ間の光路を切り替える（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平４−１４５４０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した特許文献１に示されるような光スイッチにおいては、コリメートレンズが光ファイバの数だけ必要であり、コリメートレンズの個数増が光スイッチのコストを引き上げる要因になっており、低コスト化が進展しないという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記課題を解消するものであって、簡単な構成により、レンズの個数を削減できて安価かつ低損失を実現する光スイッチを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を達成するために、請求項１の発明は、光路を形成する光ファイバと、それとは別の光ファイバとの間で光路を選択する光スイッチであって、互いに離間し、かつ、それぞれの光入出射の一端面同士が対向して配設された一対のレンズと、前記一対のレンズの前記対向する端面とは反対側の２つの端面にそれぞれ光結合させ、少なくとも１つの端面側には複数本がバンドルされて成る光ファイバと、前記一対のレンズ間の空間に出し入れ自在であって、光路を切り替える複数のウエッジプリズムと、前記ウエッジプリズムの各々を独立に駆動可能なアクチュエータと、を備えているものである。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１に記載の光スイッチにおいて、前記バンドルは、光ファイバ端面の配列がマトリクス状となるように構成されているものである。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１に記載の光スイッチにおいて、前記バンドルは、光ファイバ端面の配列が略直線状となるように構成されているものである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明によれば、対向配置させた１対のレンズに複数本の光ファイバを光結合して、複数本の光ファイバでレンズを共用するので、レンズの個数増を抑えることができコストダウンが可能となる。また、ウエッジプリズムを用いて光路を変化させてスイッチングを行うので、光の反射により光路を切り替える方法、例えば、ミラーを出し入れして光路切り替える方法と比較して、安定な動作が可能となる。これは、光路中に挿入するウエッジプリズムが光を透過させて屈折により光路を変化させるので、反射型のものよりも空間配置の位置精度の許容値が大きいからである。従って、光スイッチは、組立が容易で安価となり、かつ低損失を実現できる。また、レンズの同じ光入出射面側に配置された複数本の光ファイバはバンドルされる、つまり、互いに束ねてバンドルが形成されるので、作業性良くレンズに高精度で光結合させて配置することができ、部品点数を削減した低コストでかつ、より低損失な多チャンネルの光スイッチを構成できる。
【０００９】
請求項２の発明によれば、光ファイバ端面の配列がマトリクス状となるようにバンドルを構成するので、光ファイバ端面を狭い領域に局在させることができ、従って、レンズの有効径をより小さくできるので、小型で安価な光スイッチを実現できる。
【００１０】
請求項３の発明によれば、光ファイバ端面の配列が略直線状となるようにバンドルを構成するので、光路を一平面内で変化させることにより光スイッチングを実行でき、３次元的に光路を切り替える場合よりもウエッジプリズム配置が容易であり、低損失で安価な多チャンネルの光スイッチを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の光スイッチについて、図面を参照して説明する。本明細書において、光スイッチとその各部の空間配置の説明のために、図中に示したｘｙｚ直交座標系を参照する。この光スイッチは、実空間における上下左右等の取付姿勢に関わりなく用いることができる。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１（ａ）は第１の実施形態に係る光スイッチ１の器体断面と内部を示し、図１（ｂ）は光スイッチ１の前記断面とは直交する断面を示し、図２は光スイッチ１のレンズ３とウエッジプリズム５と光ファイバ２の配置を示し、図３（ａ）（ｂ）は一対のレンズ３を光ファイバ導入部側から見て光ファイバ２の配置と共に示す。
【００１３】
光スイッチ１は、光路を形成する光ファイバ２と、それとは別の光ファイバ２との間で光路を選択するスイッチであり、互いに離間し、かつ、それぞれの光入出射の一端面同士が対向して配設された一対のレンズ３と、一対のレンズ３の対向する端面とは反対側の２つの端面の一方の端面に光結合させた１本の光ファイバ２と、他方の端面に４本をバンドルして光結合させた光ファイバ２と、一対のレンズ３間の空間に出し入れ自在であって、光路を切り替える複数のウエッジプリズム５と、ウエッジプリズム５の各々を独立に駆動可能なアクチュエータ７と、光ファイバ２が２方向に導出される器体１０と、を備えている。なお、光ファイバ２は、レンズ３の上記２つの端面共に複数本とすることもできる。
【００１４】
上述のレンズ３の同じ光入出射面側に配置された４本の光ファイバ２は、その端部の近傍で互いに束ねられて光ファイバ端面の配列が略直線状となるようにバンドルとされている。ウエッジプリズム５は３つ備えられ、ウエッジプリズム５が単独で又は複数で、レンズ３の離間空間に出し入れされることにより、互いに反対側となるレンズ３の２つの端面にそれぞれ光結合された光ファイバ２間の光路が切り替えられる。
【００１５】
上述の一対のレンズ３は、光学基台６に固定されて一体化した光学ブロックを構成している。本実施形態におけるアクチュエータ７は、メカニカルリレーによって構成されている。３つのウエッジプリズム５（５１，５２，５３）は、互いに独立に出し入れされるように、各々駆動用のアクチュエータ７を備えている。ウエッジプリズム５は、アクチュエータ７を構成するメカニカルリレーのアマチュアに取り付けた延長アーム７ａの先端に固定され、アクチュエータ７の駆動に伴うアマチュアのシーソ運動によって、一対のレンズ３が離間して成す離間空間（以下、スイッチング空間ともいう）に対して出し入れされる。
【００１６】
ウエッジプリズム５は、僅かに平行面から傾けた２面を入出射面とする光透過型のプリズムである。３つのウエッジプリズム５の内、２つのウエッジプリズム５１，５２はその頂角方向、つまり厚みが薄くなる方向が同じであり、残りのウエッジプリズム５３の頂角方向は他の２つとは逆に成っている。すなわち、ウエッジプリズム５１，５２は、その頂角の方向をｘ軸の負の方向に向け、かつ、ウエッジプリズム５の入出射面をｘｚ平面に垂直にした状態で、スイッチング空間に入れられる。また、ウエッジプリズム５３は、その頂角の方向をｘ軸の正の方向に向け、かつ、ウエッジプリズム５の入出射面をｘｚ平面に垂直にした状態で、スイッチング空間に入れられる。
【００１７】
ウエッジプリズムからなるウエッジプリズム５は、プリズムを透過する光路を、プリズムの厚みの増す側に僅かに偏向させる。ウエッジプリズム５は、光を透過するように用いられるので、ウエッジプリズム５の２つの光透過面はフレネル反射による光エネルギ損失を防ぐため、反射防止コートを施すのが望ましい。
【００１８】
上述の光学基台６と、それに固定された一対のレンズと、アクチュエータ７と、アクチュエータ７に一体化された延長アーム７ａ及びウエッジプリズム５とが、器体１０内に納められている。器体１０は、上面が開口した箱体１０ｂと箱体１０ｂに被せる蓋体１０ａとから成っている。アクチュエータ７は、そのメカニカルリレーの駆動用電気を導入する端子を箱体１０ｂの外部に突出させた状態で、箱体１０ｂの内部底面に固定されている。３つのアクチュエータ７は、Ｔ字状に配置されている。
【００１９】
器体１０は、上述のアクチュエータ７を内部に封止するため、アクチュエータ７の配置に従って、Ｔ字形状の外形となっている。なお、アクチュエータ７は、ウエッジプリズム５を所定に位置に出し入れできればよいので、その配置は図１（ａ）（ｂ）に示したＴ字状の配置に限定されない。例えば、２つのアクチュエータ７を並列配置してもよい。
【００２０】
光ファイバ２は、器体１０の一方の光ファイバ導入部Ｐ１から１本（光ファイバ２ａ）導入され、他方の光ファイバ導入部Ｐ２から４本（光ファイバ２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ）導入されている。光ファイバ２ａは、器体１０内部で被覆２０を取り除かれて、基台６の端部に設けられた光学基台延長部６ａに接着剤２２によって接着固定され、その先端部を一方のレンズ３（導入部Ｐ１に近いレンズ３）まで延ばして、レンズ３の光入出射面に光結合するようにそれぞれの端面が、例えば、透光性の接着剤を用いて固着されている。透光性接着剤の屈折率は、光ファイバ２ａ〜２ｄの屈折率とレンズ３の屈折率との概略中間の値とされている。これにより、端面におけるフレネル反射による光エネルギ損失を抑えることができる。
【００２１】
他方の４本の光ファイバ２ｂ〜２ｅは、例えば、被覆２０によって４本一体とされたベルト状のものが用いられる。光ファイバ２ｂ〜２ｅは、器体１０内部で被覆２０を取り除かれ、光ファイバ２ａと同様に、基台６の端部に設けられた光学基台延長部６ａに接着剤２２によって接着固定され、その先端部をレンズ３まで延ばすと共に、その先端部分を一列に直線状として、他方のレンズ３（導入部Ｐ２に近いレンズ３）の端面に光結合するように、光ファイバ２ａと同様に、透光性の接着剤を用いて固着されている。複数の光ファイバ２ｂ〜２ｅは、上述したように、その端部の近傍で互いに束ねられて光ファイバ端面の配列が略直線状となるように、接着剤２１によって互いに固着され、バンドルとされている。
【００２２】
なお、光ファイバ２ａ〜２ｅの各端面に反射防止コートを施してフレネル反射による光エネルギ損失を抑えるようにしてもよい。また、器体１０の内部は、光ファイバ２の被覆２０部分において、封止樹脂１１によって封止されている。なお、光ファイバ２ｂ〜２ｅは、ベルト状の一体物に変わるものとして、独立した４本の光ファイバ２を用いることもできる。
【００２３】
各レンズ３は、一方の端面が平面であり、他方の端面が凸レンズである円柱状のレンズである。レンズ３の円柱部中心線の方向がｚ軸方向であり、ウエッジプリズム５を出し入れする方向がｙ軸方向である。平面からなる端面側に、光ファイバ２の端面が光結合して配置される。光ファイバ２の端面から出射された光は、レンズの円柱部分で広がり、凸レンズ部分で平行光とされてレンズ３から出射される。レンズ３は、いわゆるコリメートレンズである。逆に、レンズ３の凸レンズ側から入射する平行光は、円柱部分で収束して平面からなる端面において、光ファイバ２が受光可能なサイズとなる。
【００２４】
光ファイバ２ａの端面は、図３（ａ）に示すように、レンズ３の中心線上に配置されている。また、４本の光ファイバ２ｂ〜２ｅの端面は、図３（ｂ）に示すように、レンズ３の中心軸を通るｘ軸方向の直線上に順番に配置されている。また、光ファイバ２ｃの光軸が、レンズ３の光軸と一致するように、配置されている。
【００２５】
次に、図４（ａ）〜（ｄ）を参照して、光スイッチ１の動作を説明する。図４（ａ）〜（ｄ）は、ウエッジプリズム５を用いてない状態から、ウエッジプリズム５をスイッチング空間に２つ挿入している状態までの、４つの状態について光路ＬＢの変化を示す。ウエッジプリズム５の出し入れによって、光路ＬＢが変化し、スイッチング先、すなわち、光ファイバ２ａからの光がどの光ファイバ２ｂ〜２ｅによって受け取られるかが決まる。
【００２６】
ウエッジプリズム５が、スイッチング空間に挿入されていない場合、図１４（ａ）に示すように、光ファイバ２ａから出射された光は、一方のレンズ３を通過し、他方のレンズ３を通過して、光ファイバ２ｃに入射する。
【００２７】
ウエッジプリズム５３がスイッチング空間に挿入されると、図１４（ｂ）に示すように、光ファイバ２ａからの光は、一方のレンズ３から出射された後、ウエッジプリズム５３によって僅かに光路ＬＢが曲げられ、他方のレンズ３を通過して、光ファイバ２ｂに入射する。
【００２８】
ウエッジプリズム５１がスイッチング空間に挿入されると、図１４（ｃ）に示すように、光ファイバ２ａからの光は、一方のレンズ３から出射された後、ウエッジプリズム５１によって僅かに光路ＬＢが曲げられ、他方のレンズ３を通過して、光ファイバ２ｄに入射する。
【００２９】
２つのウエッジプリズム５１，５２がスイッチング空間に挿入されると、図１４（ｄ）に示すように、光ファイバ２ａからの光は、一方のレンズ３から出射された後、ウエッジプリズム５１によって僅かに光路ＬＢが曲げられ、さらにウエッジプリズム５２によって同じ方向に光路ＬＢが曲げられて、他方のレンズ３を通過して、光ファイバ２ｅに入射する。
【００３０】
なお、光路ＬＢの振れ角は、ウエッジプリズム５の頂角の大きさに依存し、光ファイバ２端面位置における光路ＬＢの振れ幅は、光の走行距離に依存する。そこで、レンズ３やウエッジプリズム５の光学形状や幾何学的配置を適切に設定することにより、上述のスイッチング動作を実現でき、光スイッチ１による多チャンネルのスイッチングが可能となる。
【００３１】
（第２の実施形態）
図５（ａ）（ｂ）は第２の実施形態に係る光スイッチ１の一対のレンズ３を光ファイバ導入部側から見て光ファイバ２の配置と共に示している。本実施形態の光スイッチ１は、上述の第１の実施形態における光スイッチ１の他方のレンズ３側の４本の光ファイバ２を、直線状ではなく、マトリックス状に配置したものである。光ファイバ２ａから出射された光は、一対のレンズ３と、３つのウエッジプリズム５とによって光路ＬＢを変更され、マトリックス状に配置された光ファイバ２のいずれかに入射される。ウエッジプリズム５は、その頂角方向や、光入出射面の方向を、それぞれ所定の光路形成ができるように、ｘｙｚ座標系に対して傾けるなどの調整が成されて、スイッチング空間に出し入れされる。
【００３２】
（第３の実施形態）
図６（ａ）（ｂ）は第３の実施形態に係る光スイッチ１の一対のレンズ３を光ファイバ導入部側から見て光ファイバ２の配置と共に示している。本実施形態の光スイッチ１は、上述の第１の実施形態における光スイッチ１の他方のレンズ３側の４本の光ファイバ２を、５本とすると共に、直線状ではなく、中心及び上下左右のマトリックス状に配置したものである。光ファイバ２ａから出射された光は、一対のレンズ３と、４つのウエッジプリズム５とによって光路ＬＢを変更され、マトリックス状に配置された光ファイバ２のいずれかに入射される。ウエッジプリズム５は、上述の第１の実施形態の場合から１つ増やして４つとされ、それぞれ、光路ＬＢを±ｙ方向、±ｘ方向に偏向するために用いられる。
【００３３】
なお、本発明は、上記第１及び第２の実施形態の構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、上述した各実施形態の光スイッチ１において、光の逆進性を考慮すると、各実施形態における各光ファイバ２の端面からの光出射と端面への光入射を逆にした動作も可能である。また、ウエッジプリズム５を出し入れするための駆動装置は、上述したメカニカルリレーによるアクチュエータ７に限らず、シーソ運動のほか、伸縮運動、平行移動運動、回転運動、カム運動などを行うアクチュエータを用いることができる。
【００３４】
また、光ファイバ２の本数やウエッジプリズムの個数を増やすことにより、より多チャンネルの光スイッチングが可能な光スイッチ１を構成できる。すなわち、レンズ３に光結合させる光ファイバの本数を、一対のレンズ３の両方に対して、共に複数本とし、それぞれバンドルを構成してレンズ３の端面に配置することができ、これにより、入力側と、出力側の双方において多チャンネル化できる。また、複数本の光ファイバ２の本数を揃えることにより、双方向性の光スイッチ１を構成できる。例えば、第１の実施形態において、双方のレンズ３に光結合させる光ファイバの本数を両方とも４本とし、それぞれバンドルを構成してレンズ３の端面に配置すれば、４×４の双方向性光スイッチ１を構成できる。
【００３５】
また、レンズ３は、円柱部と凸レンズ部とからなると説明したが、このような形状以外のレンズ３を用いることができる。例えば、屈折率が一様に分布していない、いわゆるＧＲＩＮレンズを用いることができる。ＧＲＩＮレンズを用いると、レンズ３を、例えば、単純な円柱形状とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る光スイッチの器体断面と内部平面図、（ｂ）は同光スイッチの前記断面とは直交する断面図。
【図２】同上光スイッチのレンズとウエッジプリズムと光ファイバの配置を示す斜視図。
【図３】（ａ）は同上光スイッチの一方のレンズを光ファイバ導入部側から見た側面図、（ｂ）は同上光スイッチの他方のレンズを光ファイバ導入部側から見た側面図。
【図４】（ａ）は同上光スイッチについてウエッジプリズムを用いない状態の光路を示す平面図、（ｂ）は同光スイッチについてウエッジプリズムを１つ用いている状態の光路を示す平面図、（ｃ）は同光スイッチについて前記ウエッジプリズムとは異なる１つのウエッジプリズムを用いている状態の光路を示す平面図、（ｄ）は同光スイッチについてウエッジプリズムを２つ用いている状態の光路を示す平面図。
【図５】（ａ）は第２の実施形態に係る光スイッチの一方のレンズを光ファイバ導入部側から見た側面図、（ｂ）は同上光スイッチの他方のレンズを光ファイバ導入部側から見た側面図。
【図６】（ａ）は第３の実施形態に係る光スイッチの一方のレンズを光ファイバ導入部側から見た側面図、（ｂ）は同上光スイッチの他方のレンズを光ファイバ導入部側から見た側面図。
【符号の説明】
【００３７】
１    光スイッチ
２，２ａ〜２ｅ    光ファイバ
３    レンズ
５，５１，５２，５３    ウエッジプリズム
７    アクチュエータ
【図１】
2008003419.tif 000003
【図２】
2008003419.tif 000004
【図３】
2008003419.tif 000005
【図４】
2008003419.tif 000006
【図５】
2008003419.tif 000007
【図６】
2008003419.tif 000008