(57)【要約】【課題】挿入損失のばらつきが少ない、光反射器駆動自己保持型光スイッチを提供する。【解決手段】固定した入出力ファイバーに対して、対向する光反射器を移動させて接続する光ファイバーを切り替える手段を有し、切り替え後は永久磁石により自己保持状態を保持する光スイッチであって、前記光反射器の位置規制を光軸方向と光反射器の可動方向と光ファイバーの光軸方向を含む面に垂直な方向の２方向を個別におこない、各々の方向に精度の良い位置決めをする。【選択図】      図２
2004264336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光ファイバーと複数の出力光ファイバーを平行に同一面内に、それらの終端部を揃えて固定ブロックに固定し、前記終端部に対向して光反射器を光軸方向と直交する方向で前記同一面と平行な方向へ可動に配置し、少なくとも一部を磁性体で構成するか、磁性体を備えた可動ブロックに前記光反射器を固定し、永久磁石と軟磁性材を含む磁気回路に設けた励磁コイルに通電する電磁アクチュエータにより前記可動ブロックに固定した光反射器を駆動し、定められた位置にて停止可能とすることにより入力光を出力光ファイバーへ選択的に出力可能とし、停止位置では前記永久磁石の磁気吸引力によって可動ブロックに固定した光反射器を保持可能とする光スイッチであって、前記可動ブロックは光軸方向の位置と前記光反射器の可動方向と光ファイバーの光軸を含む面に垂直な方向の２方向の位置を規制するために、少なくとも２つの位置規制機構部材を有することを特徴とする光反射器駆動自己保持型光スイッチ。
【請求項２】
可動ブロックに固定した光反射器の光軸方向に対する位置規制部材は、可動ブロックに固定した光反射器の少なくとも可動方向には可撓性を有し、光軸方向には剛性を有する非磁性材であり、可動ブロックに固定した光反射器の可動方向と光ファイバーを含む面に垂直な方向の２方向の位置規制部材は、全方向に剛性を有する非磁性材であることを特徴とする請求項１に記載の光反射器駆動自己保持型光スイッチ。
【請求項３】
可動ブロックの光軸方向に対する位置規制部材は、可動方向に対しては停止位置での反力が０．９６ｇｆ以上１．１２ｇｆ以下、光軸方向に対しては反力が３２ｇｆ以上、可動ブロックに固定した光反射器の可動方向と光ファイバーを含む面に垂直な方向の２方向の位置規制は、全方向に対し反力が１．２ｋｇｆ以上であることを特徴とする請求項１及び請求項２に記載の光反射器駆動自己保持型光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に光通信分野において、光路の切り替え等に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】
近年、インターネットの普及に伴い、通信速度の高速化及び情報量激増への対応の要求により、電気信号による通信から、光信号による通信へと移行しつつある。こうした光通信網の拡大にともない、光路の切り替え、接続等に用いる光スイッチの重要性が増している。
【０００３】
光スイッチを切り替え方式で分類すると、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、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、その他の方式が開発されている。機械式スイッチは、挿入損失やクロストークが小さい等の利点を持つだけでなく、切替え用の駆動電力が供給されなければ、切り替えられた状態を維持する自己保持型が容易に実現できるため、数多く用いられている。光路切り替えの目的は、回線切替の他に、断線した伝送経路を別の経路に切り替える保守点検用途等にも用いられている。
【０００４】
光スイッチは、１×Ｎ（Ｎは自然数を表す）光スイッチ、マトリクススイッチ等の様に基本となる１ｘ２光スイッチを複数組み合わせて用いたり、光学部品モジュール内に他の部品と一緒に組み込まれて用いたりする。例えば１×Ｎ光スイッチは、１×２光スイッチを（Ｎ−１）個を接続してパッケージ化するので、１×Ｎ光スイッチパッケージが大きくなり、小型化が難しかった。また、マトリクススイッチは、３２Ｘ３２等のようにチャンネル数が多くなるため、１ｘ２光スイッチが小さくてもマトリクススイッチが大きくなってしまった。また、光学部品モジュール内に光スイッチを入れる場合、決められた大きさのケース内に複数の光スイッチを他の光学部品と一緒に納めるために大きさの制約を受ける。１×Ｎ光スイッチ、マトリクススイッチ、光学部品モジュール等を機械式光スイッチで構成する場合、基本となる１ｘ２機械式光スイッチを小型化することが重要である。
【０００５】
複数の光デバイスを組み合わせて光通信デバイスが構成されるが、各々の光デバイスの挿入損失が大きいと挿入損失が累加して信号の低下を起こしてしまうため、光スイッチを含む各々の光デバイスには挿入損失の低減が要求される。機械式光スイッチでは、入力光ファイバーから出た光ビームが、出力光ファイバーに結合する位置のわずかなずれが挿入損失の増加に結びつくため、出力光ファイバーが固定された可動ブロックの停止位置は、非常に精度の高いものが要求される。
【０００６】
機械式光スイッチの一例として、特開２０００−３３８４３１が開示されているが、この概略を、図７に２×４光スイッチの機構部の構造として示す。可動側光ファイバー３１、固定側光ファイバー３２、磁性体で構成する可動ブロック３３、磁性体で構成する固定ブロック３４、支持ブロック３５、ガイドピン３６、ヨーク３７、コイル３８ａ、３８ｂ、永久磁石３９で構成し、電磁アクチュエータ４０を形成している。機構部以外のケース、電極等は図には省略した。光ファイバー３１、３２を位置決め固定した２個のブロック３３と３４を数１００μｍの間隔を持って突き合せ光ファイバー３１，３２を１０μｍ程度の間隔を持って対向させている。可動ブロック３３を固定ブロック３４に対して平行移動させて、固定側光ファイバー３２と可動側光ファイバー３１間で光路を切り替える光スイッチである。磁性体で構成された可動ブロック３３に形成された溝の中には、ガイドピン３６の一方の端部が摺動可能な状態で挿入されており、ガイドピン３６の他方の端部は、同じく磁性体で構成された固定ブロック３４に固定されている。可動ブロック３３の可動領域は、このガイドピン３６により、前述の溝の幅で規定される。ガイドピン３６の外径、ガイドピン３６を固定する固定ブロック３４の位置、ガイドピン３６が挿入される可動ブロック３３の溝の形状、溝の位置はμｍ単位もしくはそれ以下の公差で高精度に作製されている。これらを高精度に作製することにより可動側ファイバーが移動して光路が切り替わっても固定側光ファイバーとの高精度な位置決めが可能となり、挿入損失を低減することができる。
【０００７】
可動ブロック３３は、ヨーク３７を通して作用する永久磁石３９の発生する磁力により、実線で示される位置に保持される。ここで、電源（図示せず）からコイル３８ａには、例えば当初ヨーク３７内の磁束を弱める方向に電流を流し、コイル３８ｂには逆にヨーク３７内の磁束を強める方向に電流を流すと、可動ブロック３３はコイル３８ｂ側に引き付けられ、破線で示す位置に移動し、電流を切っても可動ブロック３３の位置は破線で示す位置に保持される。電流の向きを反転してコイル３８ａ、コイル３８ｂにそれぞれ逆方向の電流を流せば、可動ブロック３３はコイル３８ａ側に引き付けられ、実線で示す位置に切り替わり保持される。このように、コイル３８ａ、コイル３８ｂに流す電流の向きを変化させることにより、可動ブロック３３の位置を切り替えることができる。可動ブロック３３が移動した後は、電流を切断してもヨーク３７を通して作用する永久磁石３９の発生する磁力により、移動した部位に保持される。本スイッチでは、可動側光ファイバー３１を可動ブロック３３の支持部材の一部として用いている。可動光ファイバーの長さを短くし過ぎると停止位置での可動光ファイバーの曲率が大きくなり挿入損失の増加を招くことになる。そのため、一層の小型化を進めることが難しかった。
【０００８】
他の機械式光スイッチの例として、特開昭６０−２６２１２１にプリズム移動を利用して光路を切り替える１×２光スイッチが、また特開平１１−３２６７９５には、Ｖ溝ミラー移動を利用して光路を切り替える１Ｘ２光スイッチが開示されている。この構造の機械式光スイッチは、入力光ファイバーと出力光ファイバーを一定間隔離して同一面に配し、入出力光ファイバーに対向して設けた光反射器を移動させることで、光路を切り替えるものである。入力光ファイバーから出た光ビームはＶ溝ミラーやプリズム等の光反射器により、光ビームの反射を二回行い、二本の出力側光ファイバーの一方に選択的に光ビームを結合させ、光路を切り替える光スイッチである。入出力光ファイバーが同一方向に配置できること光反射器を移動することにより光路を切り替えれば入出力ファイバーを可動するが必要なくファイバー長に対する制限がないことから、小型化し易いという利点がある。
【０００９】
プリズムとＶ溝ミラーは光路を屈折させると言う同じ機能を果たすので、Ｖ溝ミラーで動作を説明する。図８を用いて、Ｖ溝ミラー移動を利用した１×２光スイッチの動作原理を説明する。入力光ファイバー４１、出力光ファイバー４２ａ、４２ｂ、Ｖ溝ミラー４３から構成される。Ｖ溝ミラー４３の光反射領域は４４ａ、４４ｂである。Ｖ溝ミラー４３は、光反射面を内側とし、中心線と光軸が平行であり、光反射面である光反射領域４４ａと４４ｂの為す角度が略９０°である。入力光ファイバー４１と出力光ファイバー４２ａ、４２ｂは、同一面内で同一方向に一定間隔で配置され、それと対向してＶ溝ミラー４３が配される。Ｖ溝ミラー４３が実線で示した位置にあるとき、入力光ファイバー４１から出た光は、光反射領域４４ｂ、４４ａの順に反射し、光路を反転して出力光ファイバー４２ａに結合する。電磁アクチュエータ等（図示せず）を用いて、Ｖ溝ミラー４３を点線で示した位置まで移動すると、入力光ファイバー４１から出た光は、光反射領域４４ａ、４４ｂの順に反射し、光路を反転して出力光ファイバー４２ｂに結合することによって、入力光ファイバー４１、出力光ファイバー４２ａから入力光ファイバー４１、出力光ファイバー４２ｂに光路が切り替わる。
【００１０】
光ファイバーの先端から出た光ビームは回折により広がりながら空間を飛び、再び他の光ファイバーに入る。他の光ファイバーと効率良く結合するためには、光ファイバーの先端にレンズを配置し、光ビームを集光する必要がある。レンズには、ボールレンズや、光ファイバーとレンズが一体となったコリメータレンズやレンズドファイバー等が一般に用いられている。
【００１１】
【発明の解決しようとする課題】
光反射器駆動型光スイッチでは、入力光ファイバーから出た光ビームが出力光ファイバーに結合するまでの距離（結合長）が、ファイバー駆動型光スイッチに比べかなり長くなる。そのため、光反射器のわずかな姿勢のばらつき、光反射器の移動に伴う位置のばらつきにより、出力光ファイバーに結合する光ビームの位置が変わってしまい図９に示すように、挿入損失のばらつきが０．３から１．３ｄＢ（平均０．６７ｄＢ）と光スイッチ間で大きくなってしまう。このように、光反射器駆動型スイッチは小型化しやすい構造ではあるが、光反射器の停止位置に対する精度が厳しく、挿入損失のばらつきが大きくなり易い構造の光スイッチであった。特に、光反射器を移動させた時の位置制御と姿勢制御が難しく、光スイッチ間で挿入損失のばらつきが大きいものであった。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、挿入損失のばらつきが少ない、小型の光反射器駆動自己保持型光スイッチを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の光反射器駆動自己保持型光スイッチは、入力光ファイバーと複数の出力光ファイバーを平行に同一面内に、それらの終端部をほぼ揃えて固定ブロックに固定し、前記終端部に対向して光反射器を光軸方向と直交する方向で前記同一面と平行な方向へ可動に配置し、少なくとも一部を磁性体で構成するか、磁性体を備えた可動ブロックに前記光反射器を固定し、永久磁石と軟磁性材を含む磁気回路に設けた励磁コイルに通電する電磁アクチュエータにより前記可動ブロックに固定した光反射器を駆動し定められた位置にて停止可能とすることにより入力光を出力光ファイバーへ選択的に出力可能とし、停止位置では、前記永久磁石の磁気吸引力によって可動ブロックに固定した光反射器を保持可能とする光スイッチであって、前記可動ブロックは光軸方向の位置と前記光反射器の可動方向と光ファイバーの光軸を含む面に垂直な方向の２方向の位置を規制するために少なくとも２つの位置規制機構部材を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明に従って具体化した光反射器駆動自己保持型光スイッチの一例についていえば、主な構成、構造は、入力光ファイバーと出力光ファイバーの両方を固定する固定ブロックと、光反射器を固定した可動ブロックと、位置規制をするための２つの支持部材と、可動ブロックを支持する支持ブロックと、磁気回路の一部を形成するための磁気ブロックと光反射器を固定した可動ブロックを平行移動させるための手段を備える。固定ブロックに固定した光ファイバーと可動ブロックに固定した光反射器の相対的位置を精度良く規制するため、光反射器の可動方向と光ファイバーを含む面に垂直な方向という２方向の位置規制機能を有する部材（ガイドピンがその例である）は、光ファイバーを固定した固定ブロックに一端部を固定し、他の端部を光反射器と一体に動く可動ブロックに形成した幅広の溝に挿入する。光反射器の光軸方向の位置規制機能を有する部材としては、少なくとも可動方向には可撓性を有する部材を用い、その一端部を可動ブロックに固定し、他の端部を支持ブロックに固定して使用する。スイッチの小型化をはかるため、磁気ブロック及び他の部材には、これらの部材が可動範囲で光反射器の光軸方向の位置規制機能を有する部材と接触しないようにするため、切り欠き溝等を設け、可動ブロックとの間に磁気ブロックを挟む形で支持ブロックを配置する。光反射器駆動部が基板上に組立てられた後、パッケージ内に固定する。パッケージの切り欠き部から光ファイバーと光反射器駆動部に給電する通電ピンをパッケージから外部に出して密封し、光反射器駆動自己保持型光スイッチを得る。
【００１５】
入力光ファイバーから出た光ビームが光反射器により反転し、同一面に平行に固定した出力光ファイバーに結合するためには、光反射器の反射面のなす角の中心線に対し入力光ファイバーと出力光ファイバーが等距離になるように光反射器を停止させる必要がある。光反射器の停止位置が０．５μｍずれると、光ビームは、出力光ファイバーに１μｍずれて結合する。コア部が１０μｍの光ファイバーで挿入損失を０．５ｄＢ以下にするには、光反射器の停止位置のずれを０．５μｍ以下に抑える必要がある。
【００１６】
また、入力光ファイバーから出た光ビームが光反射器により反転し、同一面に平行に固定した出力光ファイバーに結合するためには、光反射器の反射面の交線を含み光軸に垂直であるべき面が光軸に対し垂直で、反射面の交線が入出力光ファイバーを含む面に対し垂直になるように光反射器が保持される必要がある。これを光反射器の姿勢と言うと、光反射器の姿勢が、わずかにずれると光ビームが出力光ファイバーに結合する位置が変わってしまう。コア部が１０μｍの光ファイバーにおいて、挿入損失を０．５ｄＢ以下にするには、光軸方向と入出力光ファイバーを含む面に垂直な方向と可動方向の各方向の軸を回転中心としたずれも０．０５°以下に抑える必要がある。光反射器の停止位置のずれと、光反射器の各方向の軸を中心とした回転ずれを低減するために、光反射器の可動方向と入出力光ファイバーを含む面に垂直な方向の２方向の位置規制をすることが望ましい。
【００１７】
可動ブロックを磁性体で構成した場合、磁気ブロックと共に、磁気回路の一部に組み込まれているため、可動ブロックには磁気ブロックに吸引される力が作用する。可動ブロックが磁気ブロックに吸引されると、光ファイバー先端と光反射器の間隔が変わり損失の増大は避けられない。また、可動ブロックが磁気ブロックに吸着してしまうと、電磁アクチュエータに通電しても切替え動作が出来なくなる。そのため、可動ブロックと磁気回路は何らかの手段により一定の間隔を保持する必要がある。言い換えると可動ブロックは光軸方向には出来る限り位置を変えないようにする必要がある。
【００１８】
入力ファイバーの先端にレンズを設置した場合、レンズから出た光ビームはレンズにより集光され、光反射器で２回反射しその方向を反転し、出力光ファイバーの先端にレンズを設置した場合には、そのレンズを通して出力光ファイバーに結合することになるが、レンズにより効率良く結合するレンズ間の距離（結合長）が決まっており、挿入損失を０．５ｄＢ以下にするには、結合長を±８０μｍ以内にする必要がある。そのため、このような場合入出力光ファイバーとレンズを固定した固定ブロックと光反射器を固定した可動ブロックの間隔を位置規制する必要がある。さらに、固定ブロックと可動ブロックの間隔が広すぎると磁束が漏洩し自己保持力の低下を招き、衝撃等があった場合に自己保持状態を保てなくなう。一方逆に、固定ブロックと可動ブロックの間隔が狭すぎると自己保持力が強すぎて光スイッチの切替え電流が増大し消費電力の増大を招く。可動ブロックと固定ブロック間の間隔を一定に保持する必要があるため、光反射器を固定した可動ブロックを光軸方向に保持するとともにその位置を規制することが望ましい。
【００１９】
光反射器の可動方向と入出力光ファイバーを含む面に垂直な方向の２方向の位置規制機能においては、光反射器を精度良く停止位置に停止させることと、光反射器の姿勢を保持することが必要である。一方、光反射器の光軸方向の位置規制機能を持たせるためには、光反射器を固定した磁性体可動ブロックが磁力により磁気ブロックに吸引されることになるため、例えば基板に固定した支持ブロックから突き出された少なくとも光軸方向に可撓性を有する部材の一端部を可動ブロックに固定し、光軸方向の位置を規制する。このようにして、光軸方向の位置を規制する支持部材には、少なくとも可動方向には可撓性を持たせた状態で、可動ブロックは、光軸方向の位置を規制する支持部材の一端を固定したまま可動する。光軸方向の位置を規制する支持部材のみを用いて、光反射器を可動方向に移動させると、少なくとも可動方向には可撓性を有しているため、光反射器の姿勢が変化してしまい、光反射器の姿勢を保持したまま精度良く停止させることは難しい。本発明では、可動ブロックの位置規制を光軸方向と光反射器の可動方向と入出力光ファイバーを含む面に垂直な方向について各々個別におこなうことにより、各々の方向に精度の良い位置決めをすることができ課題を解決できる。
【００２０】
本発明の光反射器駆動自己保持型光スイッチにおいては、可動ブロックに固定した光反射器の光軸方向に対する位置規制部材として、可動ブロックに固定した光反射器の少なくとも可動方向には可撓性を有し、光軸方向には剛性を有する必要がある。可動ブロックに固定した光反射器の可動方向と入出力光ファイバーを含む面に垂直な方向の２方向の位置規制部材は、全方向に剛性を有する部材を用いることが望ましい。いずれの位置規制部材も非磁性材を用いることが好ましい。
【００２１】
可動ブロックの光軸方向の位置規制をおこなう支持部材は、可動ブロックと固定ブロックの間隔を一定に保持するため光軸方向には剛性を持たせる必要があり、さらに、磁気回路に影響を及ぼすことのないよう非磁性部材で構成することが望ましい。支持部材は、可動ブロックに一端部を固定し他の端部を支持ブロックに固定し、固定ブロックとの間隔を保持する部材を用いる。この場合、支持部材の一端部を可動ブロックに固定したまま可動ブロックを光反射器の可動方向に平行移動するため、支持部材は、少なくとも可動ブロックの可動方向には可撓性を有する必要がある。本発明では、光反射器の光軸方向に対する位置規制部材として、可動ブロックに固定した光反射器の少なくとも可動方向には可撓性を有し、光軸方向には剛性を有する部材を用い、可動ブロックに固定した光反射器の可動方向と入出力光ファイバーを含む面に垂直な方向の２方向の位置規制部材として、全方向に剛性を有する部材のを用いることでその課題を解決できる。支持部材には、光ファイバーの他、ガラスファイバーやプラスティックファイバー等も用いることができるが、光ファイバーは、光通信に大量に利用されおり寸法精度の良いものが安価に入手できるため、光ファイバーを用いることが好ましい。支持部材の形状はファイバーのような円柱状の形状の他、正ｎ角柱（ｎ≧４）でも良い。正ｎ角柱（ｎ≧４）の場合、Ｖ溝に固定した時、Ｖ溝面と支持部材が面接触や線接触を起こす。ｎによっては面接触と線接触が混在することもあり位置精度が出し難い。円柱状の形状の場合、Ｖ溝に線接触で固定できるので位置精度が得やすくなる。そのため支持部材には円柱状を用いることが好ましいものである。
【００２２】
光反射器の可動方向と光ファイバーの光軸を含む面に垂直な方向の２方向の位置規制に用いる支持部材（例えばガイドピン）は、光反射器の停止位置の姿勢を精度良く保持するため、全方向に剛性を持つことが望ましい。さらに、磁気回路に与える影響を少なくするため非磁性材であることが好ましい。全方向に剛性を有する支持部材を用いれば、光スイッチの設置方向によって支持部材の変形がないため挿入損失がばらつくことはない。そのため、光スイッチの縦置きや横置き、斜め置き、逆置き等が可能となる。全方向に剛性を持ち、非磁性であれば、材質、形状、寸法を任意に選択することができる。支持部材には、非磁性の超硬合金、セラミック、ステンレス等を用いることができ、特にヤング率の高い超硬合金を用いれば支持部材の断面積を小さくすることができるため、光スイッチを小型にできるものである。支持部材は円柱状の形状の他、正ｎ角柱（ｎ≧４）でも良い。正ｎ角柱（ｎ≧４）の場合、Ｖ溝に固定した時、Ｖ溝面と支持部材が面接触や線接触を起こす。ｎによっては面接触と線接触が混在することもあり位置精度が出し難い。円柱状の形状の場合、Ｖ溝に線接触で固定できるので位置精度が得やすくなる。そのため支持部材には円柱状を用いることが好ましいものである。
【００２３】
本発明の光反射器駆動自己保持型光スイッチにおいて、可動ブロックの光軸方向に対する位置規制部材は、可動方向に対しては停止位置での反力が０．９６ｇｆ以上１．１２ｇｆ以下、光軸方向に対しては反力が３２ｇｆ以上、可動ブロックに固定した光反射器の可動方向と光ファイバーを含む面に垂直な方向の２方向の位置規制部材は、全方向に対し反力が１．２ｋｇｆ以上であることが望ましい。
【００２４】
可動ブロックの光軸方向の位置規制をする支持部材の剛性の範囲は、可動方向に対しては停止位置での反力が０．９６ｇｆ以上１．１２ｇｆ以下が良い。可動ブロックの自己保持力は、永久磁石により形成される磁力から停止位置での支持部材の反力を差し引いたもので決まる。また、可動ブロックは磁気回路に流した電流による磁力が自己保持力を超えた時に切り替わる。そのため、支持部材の反力が強すぎると自己保持力が低下し、弱すぎると可動ブロックを切り替えるために磁気回路に流す電流（切り替え電流）が増大する。可動ブロックの停止位置での可動方向の反力が０．９６ｇｆ未満では、支持部材の反力が不足して切り替え電流が増大するだけでなく、電磁アクチュエータの発熱を招く。また、可動方向の反力が１．１２ｇｆを超えると反力が大きくなるため自己保持力が不足し、衝撃試験等に耐えられなくなる。また、可動ブロックの光軸方向の位置規制をする支持部材の剛性の範囲は、光軸方向に対しては、反力が３２ｇｆ以上が良い。可動ブロックの停止位置での光軸方向の反力が３２ｇｆ未満では、光軸方向の反力が不足して可動ブロックが磁気ブロックに引き付けられ、入出力光ファイバーを固定した固定ブロックと光反射器を固定した可動ブロックの間隔が変化してしまい、挿入損失が変化してしまう。可動ブロックの停止位置での光軸方向での反力が３２ｇｆ以上で良好な挿入損失が安定して得られる。
【００２５】
可動ブロックの可動方向と光ファイバーの光軸を含む面に垂直な方向の２方向の位置規制をする支持部材の剛性は、全方向に対しては反力が１．２ｋｇｆ以上であることが望ましい。支持部材の反力が１．２ｋｇｆ未満では、可動方向と光ファイバーの光軸を含む面に垂直な方向の２方向の剛性が不足し、可動ブロックの停止位置や光反射器の姿勢が変化してしまい、挿入損失のばらつきが大きくなる。また、光スイッチを縦置きや横置き、斜め置き、逆置き等にした場合も、挿入損失のばらつきが大きくなる。可動方向と光ファイバーを含む面に垂直な方向の２方向の反力が１．２ｋｇｆ以上とすることで、光スイッチを縦置きや横置き、斜め置き、逆置き等にしても挿入損失が小さな光スイッチが得られる。
【００２６】
入出力光ファイバーを上下方向に２段以上にして、２ｘ４，３ｘ６の光スイッチを作製することもできる。光ファイバーの本数と光ファイバーを保持するブロックを変更するだけで、他の部品を変更することなく入力光数と出力光数を増やすことも容易にできる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の一実施形態の光反射器駆動自己保持型光スイッチを説明する。図１は本発明の実施形態に係る光反射器駆動自己保持型光スイッチの斜視図である。図２は、図１の光反射器駆動自己保持型光スイッチの分解斜視図である。図３は、図１の光反射器駆動自己保持型光スイッチのＢ−Ｂ’断面図である。図１において、一対のＶ溝ミラー駆動用電極５と光スイッチ切り替え機構部を収めた筐体３と、蓋４からなる構成とした。筐体３及び蓋４には、９０％アルミナ焼結体を用いた。筐体３に設けた切り欠き部３ｂから入力光ファイバー１と出力光ファイバー２を突出させ、入出力光ファイバー１，２を筐体に樹脂で固定した。筐体３と蓋４はエポキシ系の接着剤３ａで接合、密封した。筐体３と蓋４を、接合した外形寸法は幅ａが１６ｍｍ、長さｂが２０ｍｍ、厚みｃが８．３ｍｍである。
【００２８】
図２は、光反射器駆動自己保持型光スイッチ内部の構成を判り易くする為に、蓋４を外したものである。破線に沿って蓋４と筐体３をエポキシ系の接着剤で接合させた状態が、前述した図１に当たるものである。ミラー駆動用電極５に流す電流の向きを変えることにより、ミラー可動ブロック９を駆動し、入力光ファイバー１から入射させた光を出力光ファイバー２に導く光路を切り替え、入力光ファイバー１と出力光ファイバー２の組み合わせを変更するものである。筐体３の内部に収めた切り替え機構部は、ファイバー固定ブロック６とミラー可動ブロック９と、ミラー可動ブロック９をＣ−Ｃ’方向に動かすミラー駆動回路１４と、光信号を入力する入力光ファイバー１と、光信号を出力する出力光ファイバー２より構成されている。
ファイバー固定ブロック６は軟磁性セラミックスである単結晶Ｍｎ−Ｚｎフェライトで形成した。ファイバー固定ブロック６の片面に、２５０μｍピッチで深さ１２５μｍのＶ溝を３本形成し、１本の入力光ファイバー１を中央のＶ溝に、入力ファイバー１挟むように両端のＶ溝には、２本の出力光ファイバー２を設置した。
【００２９】
ミラー可動ブロック９は、軟磁性セラミックスである単結晶Ｍｎ−Ｚｎフェライトの可動ブロック７上にＶ溝ミラー８を配置した構成とした。これにより、ミラー駆動回路１４より可動ブロック９を電磁力で動かすことが可能となる。Ｖ溝ミラー８はシリコンに９０．０３°のＶ溝をエッチングにより形成し、Ｖ溝の内側を反射面として用いた。シリコンは、通信分野で用いられる近赤外領域の光を透過させるため、シリコン上に、金膜を０．２μｍ、さらに反射増強膜としてＳｉＯ２膜を０．２５μｍ、ＴｉＯ２膜を０．１７μｍ形成しミラーの反射面の反射率が９９．６％となるようにした。ミラー駆動回路１４は、ＳＳ材（一般構造用圧延鋼材）で形成した略コの字状型ヨーク１１の両方の腕にコイル１２を巻き、略コの字状型ヨーク１１の間に軟磁性セラミックである単結晶Ｍｎ−Ｚｎフェライトの磁気ブロック１０とネオジ鉄系の永久磁石１３を配置した構成とした。コイル１２は、φ０．０９ｍｍのポリウレタン被覆導線をヨークの両方の腕に各々４００ターンづつ巻いた構成とした。軟磁性セラミックに単結晶Ｍｎ−Ｚｎフェライトを用いたのは、ダイヤモンド砥石による加工がやり易く、欠けの発生が少ない。また、比重も５．６程度と鉄等に比べ軽いためである。
【００３０】
入力光ファイバー１から入射された光がＶ溝ミラー８を介し出力光ファイバー２に導かれるように、ファイバー固定ブロック６とＶ溝ミラー８を対向させた。ヨーク１１の両腕に巻いたコイル１２に流す電流の向きを変えることによって、ヨーク１１の先端の間でミラー可動ブロック９をＣもしくはＣ’方向に平行移動させ、入力光ファイバー１から入射させた光が、Ｖ溝ミラー８内で反射する位置を変更することにより、出力光ファイバー２に導く光路を変更させた。これにより、入力光ファイバー１と出力光ファイバー２の組み合わせを変更することができた。切り替え後は、コイル１２に流す電流を切っても永久磁石１３により、自己保持状態を保たせている。本実施例の光スイッチは、入出力光ファイバーが同一方向に配置できたため、外形長さ２０ｍｍの筐体内に光スイッチの切り替え機構部を収めることができ、図６に示した従来の光ファイバー駆動型光スイッチに比べ、筐体の長さを７０％に短縮することができた。
【００３１】
図３は、図１の光反射器駆動自己保持型光スイッチのＢ−Ｂ’断面図である。筐体３に接合されたガラス基板１６の上には、ファイバー固定ブロック６と磁気ブロック１０と支持ブロック１５とミラー駆動回路１４を固定した。ファイバー固定ブロック６に設けた深さ１２５μｍのＶ溝に、入出力光ファイバー１、２を設置しカバーガラス１９を用い接着固定した。また、マイクロレンズアレー１７はシリコンで形成し、２５０μｍピッチで３個のレンズを設けた。各々の入出力ファイバーの中心とレンズ頂点を一致させマイクロレンズアレー１７を接着固定し、空間を介しても損失の少ない光信号の伝達を可能とした。
【００３２】
ファイバー固定ブロック６には、入出力光ファイバー１、２を固定したＶ溝とは反対側の面に深さ３００μｍのＶ溝を設けた。このＶ溝に、全方向の反力が８．５ｋｇｆの２本の非磁性超硬ピン（３００μｍΦ）を突出させた状態で配置し、カバーガラス２０を用いて接着固定した。可動ブロック７には、２ヶ所の幅広の孔を設けた。この幅広の孔に前記非磁性超硬ピン１８の他の端部を挿入させることにより、ミラー可動ブロック９の可動方向と光ファイバーの光軸を含む面に垂直な方向の２方向の位置規制をおこなった。幅広の孔の側面に非磁性超硬ピンを押し当てることで、可動ブロックの移動距離を制御し、ヨーク１１の先端との間に約１００μｍの隙間を形成することができた。この隙間が小さいと切替える時の電流が大きくなり、隙間が大きいと自己保持力が小さくなり耐衝撃性の低下を招くため、精度が求められるものである。
また、非磁性超硬ピンの代わりに９０％アルミナ焼結体を用いても、同様に低損失の光スイッチが得られた。
【００３３】
支持ブロック１５に設けた深さ１２５μｍのＶ溝に、光軸方向の反力が１６４ｇｆとなる２本の光ファイバー（１２５μｍΦ）１９を突出させた状態で配置しカバーガラス２１を用いて接着固定した。ミラー可動ブロック９には、非磁性超硬ピン１８を挿入させる為に設けた２ヶ所の幅広の孔の間に深さ１２５μｍのＶ溝を５００μｍ間隔で２本設けた。このＶ溝に前記光ファイバーの他の端部を配置し、カバーガラス２２を用いて接着固定し、ミラー可動ブロック９の光軸方向の位置規制をおこなった。また、このミラー可動ブロック９の光軸方向の位置規制部材として用いる光ファイバー１９は、停止位置での可動方向に対する反力が１．００ｇｆになるように光ファイバー１９の長さを調整した。
【００３４】
図４ａ〜図４ｅに光スイッチの設置方法の変形例を示す。また、図５に、本発明の光スイッチを５０個作製し、図４ａのように平置きして挿入損失を測定した結果を示す。挿入損失は０．０８〜０．４６ｄＢ（平均０．２６ｄＢ）であり、可動ブロックを光軸方向の位置と光反射器の可動方向と光ファイバーを含む面に垂直な方向の２方向の位置を規制する２つの位置規制機構部材を用いることで、光スイッチ間の挿入損失のばらつきを小さくすることができた。また、図４ｂのように、光スイッチを縦置きして測定した挿入損失は０．０９〜０．４７ｄＢ（平均０．２７ｄＢ）、図４ｃのように光スイッチを横置きして測定した挿入損失は０．０８〜０．４７ｄＢ（平均０．２６ｄＢ）、図４ｄのように光スイッチを斜め置きして測定した挿入損失は０．０７〜０．４８ｄＢ（平均０．２７ｄＢ）、図４ｅのように光スイッチを逆置きして測定した挿入損失は０．０８〜０．４７ｄＢ（平均０．２７ｄＢ）で、スイッチの置き方を変えても挿入損失のばらつきが大きくなることはなかった。
【００３５】
本発明の他の実施形態を図６を用いて説明する。判り易くするため同一の部位には同じ符号を用いている。ファイバー固定ブロック６に入力光ファイバー１と出力光ファイバー２の組合せを上下２段に並べた２ｘ４スイッチである。ファイバー固定ブロック６は単結晶Ｍｎ−Ｚｎフェライトを用いた。ファイバー固定ブロック６には、２５０μｍピッチで横３列、縦２列に６個の貫通孔を設けた。この貫通孔に入出力ファイバー１、２を接着固定した。また、マイクロレンズアレー１７には２５０μｍピッチで横３列、縦２列の６個のレンズを設けた。各々の入出力ファイバーの中心とレンズ頂点一致するようにマイクロレンズアレー１７を接着固定した。他の構成は先の実施形態と同じとした。入出力光ファイバー１，２の組合せを上下２段に配置することにより、先の実施形態と同寸法で２ｘ４光スイッチが得られた。言い換えると１×２の光スイッチを２つ同時に切り替える２連の１×２スイッチを実現したものである。
【００３６】
本スイッチを５０個作製して挿入損失を測定した。図４ａのように平置きして測定した挿入損失は０．０９〜０．４８ｄＢ（平均０．２８ｄＢ）であり、可動ブロックを光軸方向の位置と光反射器の可動方向と光ファイバーを含む面に垂直な方向の２方向の位置を規制する２つの位置規制機構部材を用いることで、光スイッチ間の挿入損失のばらつきを小さくすることができた。また、図４ｂのように、光スイッチを縦置きして測定した挿入損失は０．０９〜０．４７ｄＢ（平均０．２７ｄＢ）、図４ｃのように光スイッチを横置きして測定した挿入損失は０．０８〜０．４９ｄＢ（平均０．２８ｄＢ）、図４ｄのように光スイッチを斜め置きして測定した挿入損失は０．０９〜０．４７ｄＢ（平均０．２７ｄＢ）、図４ｅのように光スイッチを逆置きして測定した挿入損失は０．０８〜０．４８ｄＢ（平均０．２７ｄＢ）で、スイッチの置き方を変えても挿入損失のばらつきが大きくなることはなかった。また、詳細は省略するが６個の貫通孔が開いたファイバー固定ブロック６の代わりに、先の実施例で用いたＶ溝ブロックを２段に重ねた構造の光スイッチも製作したが、同様に低損失の光スイッチが得られた。
【発明の効果】
本発明によれば、挿入損失のばらつきが０．５ｄＢ以下と小さく、従来のファイバー駆動型スイッチに比べ長さ方向を３０％小さくすることができる光反射器駆動自己保持型を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光反射器駆動自己保持型光スイッチの斜視図である。
【図２】本発明の光反射器駆動自己保持型光スイッチの分解斜視図である。
【図３】本発明の光反射器駆動自己保持型光スイッチの側断面図である。
【図４】本発明の光反射器駆動自己保持型光スイッチの設置形態の変形例を示す図である。
【図５】本発明の光反射器駆動自己保持型光スイッチの挿入損失分布を示す図である。
【図６】本発明の他の実施形態の光反射器駆動自己保持型光スイッチの側断面図である。
【図７】従来のファイバー駆動型スイッチの光路切り替え機構部を示す図である。
【図８】従来の光反射器駆動型スイッチの光路切り替えを示す概念図である。
【図９】従来の光反射器駆動型スイッチの挿入損失分布を示す図である。
【符号の説明】
１  入力光ファイバー、２  出力光ファイバー、３  筐体、３ａ  接着剤、
３ｂ  切り欠き部、４  蓋、５  ミラー駆動用電極、
６  ファイバー固定ブロック、７  可動ブロック、８  Ｖ溝ミラー、
９  ミラー可動ブロック、１０  磁気ブロック、１１  永久磁石、
１２  コイル、１３  ヨーク、１４  ミラー駆動回路、１５  支持ブロック、
１６  ガラス基板、１７  マイクロレンズアレー、１８  非磁性超硬ピン、
１９  光ファイバー、２０  カバーガラス、２１  カバーガラス、
２２  カバーガラス、２３  カバーガラス、３１  可動側光ファイバー、
３２  固定側光ファイバー、３３  可動ブロック、３４  固定ブロック、
３５  支持ブロック、３６  ガイドピン、３７  ヨーク、３８  ａコイル、
３８ｂ  コイル、３９  永久磁石、４０  電磁アクチュエータ、
４１  入力光ファイバー、４２ａ  出力光ファイバー、
４２ｂ  出力光ファイバー、４３  Ｖ溝ミラー、４４ａ  光反射領域、
４４ｂ  光反射領域。
【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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【図９】
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