(57)【要約】【課題】入出力ポートを同一片側にコンパクトに配列することができ、シンプルな構成により小型化でき、製造，調整が容易に行えてコスト面で有利性があり、損失が少なく高精度なポート切り替え動作を簡単な制御により行える機械式光スイッチを提供すること【解決手段】光信号の入出力のポートｐｘ，光学部１，駆動手段３などを備えて機械式光スイッチ１０に構成する。１つの入力ポートｐ０と複数の出力ポートｐ１…ｐｎは横並びに一列に配列し、それらのポートに対して光学部１を対面に配置する。光学部は２つの反射面２１，２２が所定（９０度）の挟み角度に向き合う反射部２を有し、反射面の近辺に回転軸２３を設ける。回転軸は挟み角度の２等分線上で対頂角の内側に設定し、駆動手段により光学部を回転させる。反射部の向きが変わり出射光が位置ズレし、対応位置の出力ポートに集光する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号の入力ポートと出力ポートに対してミラーやプリズム等による光学部を配置し、当該光学部の変位動作により前記ポート間における光束の結合を変化させる機械式光スイッチであって、
前記光学部は２つの反射面が所定の挟み角度に向き合う反射部と、それら２つの反射面について近辺に回転軸を有し、当該光学部を駆動手段により前記回転軸の回りに動かすことを特徴とする機械式光スイッチ。
【請求項２】
前記反射部は２つの反射面が９０度の挟み角度に向き合うことを特徴とする請求項１に記載の機械式光スイッチ。
【請求項３】
前記回転軸を、前記２つの反射面がなす挟み角度の内側に設定することを特徴とする請求項１または２に記載の機械式光スイッチ。
【請求項４】
前記回転軸を、前記２つの反射面がなす挟み角度の外側であり当該挟み角の対頂角の内側に設定することを特徴とする請求項１または２に記載の機械式光スイッチ。
【請求項５】
前記回転軸は、前記２つの反射面がなす挟み角度の２等分線上に設定することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の機械式光スイッチ。
【請求項６】
前記出力ポートに出力した光信号を前記駆動手段にフィードバックし、ピーク出力となる位置に前記回転軸の変位を収束させるフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の機械式光スイッチ。
【請求項７】
前記反射部を、直角プリズムにすることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の機械式光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光信号の光束の結合を切り替える機械式光スイッチに関するもので、より具体的には、光信号の入力ポートと出力ポートに対してミラーやプリズム等の光学部を配置して、その変位動作により光束の結合を変化させる機械式光スイッチの光学部機構の改良に関する。
【０００２】
【発明の背景】
光伝送において用いられる機械式光スイッチは、光信号の光路の切り替えを機械的に行う構成を採る。そのため、挿入損失やクロストークなどの光学特性に優れる特徴があり、開発が進められている。
【０００３】
係る機械式光スイッチの公知の技術として、例えば特開２０００−２４９９４３号公報，特開２００１−１５４１２４号公報，特開２００１−２６４６５２号公報，特開昭５５−８７１０７号公報などに示されものがある。
【０００４】
例えば、特開２０００−２４９９４３号公報に開示された発明（第１の従来例）は、光信号の入力ポートと出力ポートを対向に配置し、一方のポート列は固定側として他方のポート列を可動させ、入出力のポート間における光束の結合を直接に変化させる構成であり、可動側ポートは２重平行のカンチレバーの自由端に固定して平行に動かすようになっている。
【０００５】
特開２００１−１５４１２４号公報並びに特開２００１−２６４６５２号公報に開示された発明（第２の従来技術）は、光信号の入力ポートと出力ポートを９０度の位置関係に配置し、それらポートの光軸の交差位置にミラーを出し入れして反射させ、入出力のポート間における光束の結合を変化させる構成であり、光路に出し入れするそれらのミラーは基台と一体になるカンチレバーの自由端に設けて選択的に動かすようになっている。
【０００６】
特開昭５５−８７１０７号公報に開示された発明（第３の従来技術）のものは、光信号の入力ポートを中心に、所定の円周上に複数の出力ポートを配置するとともに、入射光を逆向きに平行に反射する光学素子を当該円周面に対面に配置し、この光学素子を中心の入力ポート光軸に関して回り動かすことにより出射光の位置を変え、入出力のポート間における光束の結合を変化させる構成であり、光学素子は複数のミラー等からなる屈折光学系になっている。
【０００７】
ところが、そうした従来の機械式光スイッチにあっては、次のような問題がある。すなわち、第１の従来例では、入出力のポートが対向する配置になり、このため、当該装置は長手側が長くなって小型化が難しい。さらに光ファイバが変形しにくいこと、平行変位のストロークを適正に得ることを考慮すると、可動側ポートを固定するカンチレバーをある程度長くする必要があって、これらのことも長手側を長くしてしまう原因の１つである。
【０００８】
また、変形しにくく折り曲げが困難な光ファイバを入出力のポート間で対向させることになるので、実装でも長手側を長く引き回す必要があって設置に制限が生じる問題がある。
【０００９】
第２の従来例では、入出力のポートが９０度の位置関係になり、したがって交差する２方向に面積を占めてしまい、やはり小型化が難しく、実装でも面積的に大きくなって設置に制限が生じる。
【００１０】
そして困ることには、光軸の交差位置にそれぞれミラーを設けるので出力ポート数に対応した多数のミラー配列となり、これらは光軸関係をそれぞれに高い精度でアライメントしなければならないので調整が容易ではなく、また各ミラーにそれぞれ駆動手段が付設する構成も不利であって製造及び調整に手間がかかりコスト高になる。
【００１１】
第３の従来例では、入力ポートを中心に円周上に出力ポートが配列するので入出力のポートを束ねる状態に集中できるが、円周面について立体的な広がりを持ち、そして光学素子を軸回りに動かす空間も必要になるのでやはり小型化が難しく、実装でも立体的に大きくなって設置に制限が生じる。
【００１２】
上記したごとく、従来の各種の機械式光スイッチにあっては、いずれも小型化が難しく、光ファイバの引き回し面から設置に制限が生じ、製造及び調整に手間がかかりコスト高になる等の問題がある。
【００１３】
本発明は、上記した背景に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、上記した問題を解決し、入出力ポートを同一片側にコンパクトに配列することができ、シンプルな構成により小型化でき、製造，調整が容易に行えてコスト面で有利性があり、損失が少なく高精度なポート切り替え動作を簡単な制御により行える機械式光スイッチを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明に係る機械式光スイッチでは、光信号の入力ポートと出力ポートに対してミラーやプリズム等による光学部を配置し、当該光学部の変位動作により前記ポート間における光束の結合を変化させる機械式光スイッチであって、前記光学部は２つの反射面が所定の挟み角度に向き合う反射部と、それら２つの反射面について近辺に回転軸を有し、当該光学部を駆動手段により前記回転軸の回りに動かす構成にした。
【００１５】
そして、前記反射部は２つの反射面が９０度の挟み角度に向き合う構成にすると好ましい。もちろん、本発明では、９０度しなくてもよい。また、前記回転軸を、前記２つの反射面がなす挟み角度の内側に設定したり、或いは前記２つの反射面がなす挟み角度の外側であり当該挟み角の対頂角の内側に設定することもできる。さらにまた、前記回転軸は、前記２つの反射面がなす挟み角度の２等分線上に設定するとよい。また、前記出力ポートに出力した光信号を前記駆動手段にフィードバックし、ピーク出力となる位置に前記回転軸の変位を収束させるフィードバック制御を行うこともできる。また、前記反射部を、直角プリズムにすることもできる。
【００１６】
本発明では、光学部を回転軸の回りに動かす変位動作を行うので２つの反射面の向きが変わり、入射光の位置が不変であっても出射光を所定のズレ量に位置ズレさせることができ、２つの反射面の挟み角度を９０度にすれば出射光を平行に戻すことができる。このため、入出力のポートは同一片側に横並びで平行に配列すればよく、対応位置にある出力ポートに確実に集光できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１（ａ），（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態を示している。本実施の形態において、機械式光スイッチ１０は、光信号の入出力のポートｐｘ，２つの反射面２１，２２で光信号の反射を行う光学部１，その光学部１を変位動作させる駆動手段３などを備えて、入出力のポートｐｘは横並びに一列に配列し、それらのポートｐｘに対して光学部１を対面させて配置し、当該光学部１の変位動作により入出力のポート間における光束の結合を変化させる構成になっている。
【００１８】
＊入出力ポート＊
入出力のポートｐｘは、光信号の伝送路である光ファイバ５を接続したコリメータ６になっていて、１つの入力ポートｐ０と複数の出力ポートｐ１…ｐｎを横並びに一列に配列する。この配列では出力ポートｐ１…ｐｎは一群（一列）に並べるが、入力ポートｐ０については出力ポートｐ１…ｐｎの並び列から所定の間隔を開けて配置し、これら全ては光軸がねじれなく平行になる様に調整する。すなわち、並び列から所定に離した１つが入力ポートｐ０となり他の一群が出力ポートｐ１…ｐｎとなる１×ｎポートの構成を採る。もちろん光信号の入出力は可逆なので、一群に配列したｎポートの何れかを入力ポートとし、１つだけ離して並べたポートを出力ポートとする伝送路に構成してもよい。
【００１９】
＊光学部＊
光学部１は、方形体の一辺を略Ｖ字形状に切り欠いた本体１１からなり、その切り欠いた部分で向き合う２面に反射膜を形成し、これら２つの反射面２１，２２が、所定の挟み角度に向き合う反射部２となる。そして、本体１１には２つの反射面２１，２２について近辺に回転軸２３を設け、後述する駆動手段３により回転軸２３の回りに動かす。
【００２０】
＊反射面の挟み角度＊
２つの反射面２１，２２が向き合う挟み角度は、９０度に設定する。なお、挟み角度は９０度に限らず適宜に設定できる。９０度から外れる挟み角度では、後述する動作説明から理解できるように、２回目の反射光が入射光に対して平行にはならないが、その場合でも２回目の反射光は反射部２の向きに応じて位置がズレるので光信号の切り替え動作は正常に行える。
【００２１】
＊回転軸の位置＊
回転軸２３は、２つの反射面２１，２２の交点から所定にずらした位置に設ける。本実施の形態では回転軸２３は、２つの反射面２１，２２がなす挟み角度の２等分線上に設け、挟み角度の外側つまり当該挟み角の対頂角の内側に設ける。この回転軸２３の位置は、基本的には２つの反射面２１，２２の交点から外れていればよく適宜に設定できる。なお、回転軸２３にあっては、当該軸に側圧を加える機構部を付設してその軸ブレを防止する構成にしてもよい。
【００２２】
＊駆動手段＊
駆動手段３は、図１（ｂ）に示すようにモータ３０，制御部４等からなり、回転軸２３にモータ３０を連結し、出力側の信号を制御部４にフィードバックして補正する駆動を行う。つまり、切り替え動作の目標になっている出力ポートｐｎに出力した光信号を制御部４にフィードバックし、ピーク出力となる位置に回転軸２３の変位を収束させるフィードバック制御を行う。
【００２３】
＊ポートの切り替え動作＊
反射部２における光信号の反射は図２に示すように反射光が平行に戻るような関係になる。まず初期状態は、２つの反射面２１，２２がなす挟み角度の２等分線が入射ポートｐ０の光軸に対して平行になる位置関係であり、光学部１がその初期位置ｔ１にあるときは、反射部２において入射，反射の角度が全て４５度になり、入射光ｓ０が２つの反射面２１，２２に順に反射して平行に戻ってくる（出射光ｓ１）。そして、この出射光ｓ１は一群のｎポートにおいて対応位置にある出力ポートｐ１に集光する。
【００２４】
次に、光学部１を回転軸２３の回りに動かして反射部２を変位位置ｔ２にすると、２つの反射面２１，２２の向きが変わり、挟み角度の交点が回転方向に所定量ｄだけ変位する。このとき、挟み角度が９０度なので、第１の反射面２１における入射角（反射角）θ１と第２の反射面２２における入射角（反射角）θ２とは和が９０度になる。そして、これら入射，反射の角度の総和が１８０度になり、これは反射面２１から反射面２２に向かう反射光から見て同位角が等しいという関係になるので、入射光ｓ０と出射光ｓ２とは平行になる。
【００２５】
すなわち、入射光ｓ０が２つの反射面２１，２２に順に反射して平行に戻ってくるが、挟み角度の交点が回転方向に所定量ｄだけ変位するので、出射光ｓ２は所定量ｄの２倍にズレた位置になる。したがって、この出射光ｓ２は一群のｎポートにおいて対応位置にある出力ポートｐ２に集光する。
【００２６】
また、光学部１を回転軸２３の回りにさらに動かして反射部２を変位位置ｔｘにすることでも同様であり、２つの反射面２１，２２の向きが変わり、挟み角度の交点が回転方向に所定量ｄｘだけ変位し、出射光ｓｘが平行に戻ってくるが位置ズレの変位量がさらに大きくなる。したがって、この出射光ｓｘは一群のｎポートにおいて対応位置にある出力ポートｐｘに集光する。
【００２７】
このように、光学部１を回転軸２３の回りに動かす変位動作を行うので２つの反射面２１，２２の向きが変わり、入射光ｓ０の位置が不変であっても出射光ｓｘを所定のズレ量に位置ズレさせることができ、ここでは２つの反射面２１，２２の挟み角度を９０度にするので出射光ｓｘを平行に戻すことができる。このため、入出力のポートｐｘは同一片側に横並びで平行に配列すればよく、対応位置にある出力ポートｐｘに確実に集光できる。また、変位動作に伴うガタツキやブレには、直線に動かす駆動ではその変位動作に係る全長行程の精度が要因になるので全長行程が長くなれば長いほど不利になるが、ここでは光学部１は回転軸２３の回りに動かすので当該軸部分の嵌め合い精度が要因になり、このためガタツキやブレを最小限に抑えることができる。その結果、損失が少なく高精度なポート切り替え動作を行える。
【００２８】
そして、入出力のポートｐｘは単に横並びに並べればよいので組み立てが容易でありコンパクトに構成でき、光学部１が複数ではなく単に１つであって、これを駆動手段３により変位動作させる構成なのでシンプルである。したがって、製造，調整が容易に行えてコスト面で有利性がある。
【００２９】
また、光学部１を軸回りに動かす位置決め制御によりポート切り替えを行えるので制御が簡単である。さらにフィードバック制御することでは、入出力ポートｐｘ，光学部１におけるアライメント関係を高い精度に調整しなくてもよくなり、このことでも製造，調整が容易になる。そして、フィードバック制御するのでアライメントが多少ラフであっても挿入損失を抑えた高精度なポート切り替え動作が行える。
【００３０】
すなわち、シンプルな構成により小型化でき、損失が少なく高精度なポート切り替え動作を簡単な制御により行える。
【００３１】
＊出射光のズレ量＊
ここで出射光のズレ量について解析を行った。解析の条件としては、回転軸２３の位置は２つの反射面２１，２２の交点から半径１ｍｍの円周上に設定し、設定Ａでは挟み角度の２等分線上にする。設定Ｂでは設定Ａから４５度ずらした何れか一方の反射面が含まれる線上にする。設定Ｃでは設定Ａから９０度ずらした線上にする。
【００３２】
そして、回転軸２３の回転量を１度とし、各設定における出射光の位置のズレ量を計算した。計算結果は、設定Ａはズレ量が０．０３５ｍｍ，設定Ｂはズレ量が０．０２４ｍｍ，設定Ｃはズレ量が０．０００３ｍｍとなった。
【００３３】
すなわち、出射光のズレ量は回転軸２３の位置と相関があり、回転軸２３が挟み角度の２等分線上にあるときに大きく得ることができ（設定Ａ）、設定Ａから４５度ずらした線上を越えるとズレ量が小さくなることが解る。
【００３４】
したがって回転軸２３は、２つの反射面２１，２２がなす挟み角度の２等分線上に設けることが好ましく、これは回転量に対して射出光のズレ量を最も大きくでき、その結果、出力ポートの配列が容易になり製造，調整の面で有利になる。
【００３５】
また、少なくとも回転軸２３の位置は、２つの反射面２１，２２がなす挟み角度の内側、あるいは挟み角度の外側でも当該挟み角の対頂角の内側に設定することがよく、これらの範囲を外れると回転量に対する出射光のズレ量が極めて小さくなり、出力ポートの配列が難しくなる等の不利が多い。
【００３６】
図３は、本発明の第２の実施の形態を示している。この第２の実施の形態では、回転軸２３は、２つの反射面２１，２２がなす挟み角度の２等分線上に設けるが、その挟み角度の内側に設定する。
【００３７】
この場合でも同様に、光学部１を回転軸２３の回りに動かすことにより、２つの反射面２１，２２の向きが変わり、挟み角度の交点が回転方向に所定量ｄｘだけ変位し、出射光ｓｘを当該変位量に対応したズレ位置に出力できる。したがって、この出射光ｓｘは一群のｎポートにおいて対応位置にある出力ポートｐｘに集光する。
【００３８】
図４は、本発明の第３の実施の形態を示している。この第３の実施の形態では、駆動手段３を変更していて、モータ３０はギア機構７を介して回転軸２３に連係する。
このように、駆動手段３にあっても構成を適宜に変更しても良く、第１の実施の形態と同様な作用となり同様に効果が得られる。
【００３９】
図５（ａ），（ｂ）は、本発明の第４の実施の形態を示している。この第４の実施の形態では、光学部１の反射部２を変更していて、光学部１をなす反射部として直角プリズム８を用いる。
【００４０】
直角プリズム８は、直角部８０との対面８９を入出力ポートｐｘの並び列に向き合わせ、その直角部８０を挟む２面を反射面８１，８２とする。したがって、対面８９から取り込んだ入射光が２つの反射面８１，８２に順に反射して平行に戻り、出射光ｓｘは一群のｎポートにおいて対応位置にある出力ポートｐｘに集光する。
【００４１】
２つの反射面８１，８２での反射については、光学系各部の取り合い調整により、反射部２を変位動作させる駆動範囲において入射角がある程度大きい範囲になる設定とする。これは入射角が小さくならない範囲で使用するためであり、プリズムは入射角が小さくならない範囲で使用できれば反射が全反射になる。このように、２つの反射面８１，８２での反射を全反射にするので、光の損失を少なくできる。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る機械式光スイッチでは、光学部を回転軸の回りに動かす変位動作を行うので２つの反射面の向きが変わり、入射光の位置が不変であっても出射光を所定のズレ量に位置ズレさせることができ、２つの反射面の挟み角度を９０度にすれば出射光を平行に戻すことができる。このため、入出力のポートは同一片側に横並びで平行に配列すればよく、対応位置にある出力ポートに確実に集光できる。また、変位動作に伴うガタツキやブレには回転軸の部分の嵌め合い精度が要因になり、行程が長くなる直線駆動と違ってガタツキやブレを最小減に抑えることができる。その結果、損失が少なく高精度なポート切り替え動作を行える。
【００４３】
そして、入出力のポートは単に横並びに並べればよいので組み立てが容易でありコンパクトに構成でき、光学部が複数ではなく単に１つであって、これを駆動手段により変位動作させる構成なのでシンプルである。したがって、製造，調整が容易に行えてコスト面で有利性がある。
【００４４】
また、光学部を軸回りに動かす位置決め制御によりポート切り替えを行えるので制御が簡単である。さらにフィードバック制御することでは、入出力ポート，光学部におけるアライメント関係を高い精度には調整しなくてもよくなり、このことでも製造、調整が容易になる。そして、フィードバック制御するのでアライメントが多少ラフであっても挿入損失を抑えた高精度なポート切り替え動作が行える。
【００４５】
すなわち、シンプルな構成により小型化でき、損失が少なく高精度なポート切り替え動作を簡単な制御により行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態を示す機械式光スイッチの平面図（ａ），側面図（ｂ）である。
【図２】図１の光学部を示す平面図である。
【図３】光学部の他例を示す平面図である。
【図４】駆動手段の他例を示す側面図である。
【図５】光学部をなす反射部の他例を示す平面図（ａ），側面図（ｂ）である。
【符号の説明】
１　光学部
２　反射部
３　駆動手段
４　制御部
５　光ファイバ
６　コリメータ
７　ギア機構
８　直角プリズム
１０　機械式光スイッチ
１１　本体
２１，２２，８１，８２　反射面
２３　回転軸
３０　モータ
ｐ０　入力ポート
ｐ１，ｐｎ　出力ポート
【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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