(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光スイッチにおいて、
第一及び第二の可動部材であって、前記第一及び第二の可動部材のそれぞれの枢動軸の周りで枢動し又は前記第一及び第二の可動部材のそれぞれのヒンジ点の周りで撓むことにより可動に配置された、前記第一及び第二の可動部材と、
前記第一の可動部材の枢動軸又はヒンジ点から距離を置いて前記第一の可動部材に取り付けられて、第一の光学的端面にて終わる少なくとも１つの第一の光導波管と、
前記第二の可動部材の枢動軸又はヒンジ点から距離を置いて前記第二の可動部材に取り付けられて、第二の光学的端面にて終わる少なくとも１つの第二の光導波管と、
前記少なくとも１つの第一の光導波管を前記少なくとも１つの第二の光導波管と選択的に光学的に非整合状態にし且つ整合させ得るように前記第一及び第二の可動部材を枢動させるか又は撓ませる制御可能な駆動装置とを備え、
前記第一の光学的端面が前記第二の光学的端面と対向する関係になるように、前記第一及び第二の可動部材が互いに取り付けられ、
前記第一の可動部材が枢動し又は撓んだとき、前記第一の光学的端面の動きが、第一の面内に位置する第一の円弧状の経路に沿って行われ、
前記第二の可動部材が枢動し又は撓んだとき、前記第二の光学的端面の動きが、第二の面内に位置する第二の円弧状の経路に沿って行われ、
前記第一及び第二の面がほぼ平行であり、前記第一及び第二の経路が平行でなく且つ経路の少なくとも部分的に重なり合う、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、前記第一及び第二の光導波管が光ファイバである、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、前記第一及び第二の可動部材が、可動であるようにベース部上に支持された梁である、光スイッチ。
【請求項４】
請求項３に記載の光スイッチにおいて、前記制御可能な駆動装置が前記第一及び第二の可動部材を既知の距離だけ移動させ、前記第一及び第二の光学的端面における移動距離は、前記第一及び第二の可動部材の前記既知の距離よりも小さい、光スイッチ。
【請求項５】
請求項１に記載の光スイッチにおいて、前記制御可能な駆動装置が前記第一及び第二の可動部材を既知の距離だけ移動させ、前記第一及び第二の光学的端面が、前記第一及び第二の可動部材の前記既知の距離よりも短い距離だけ移動する、光スイッチ。
【請求項６】
請求項５に記載の光スイッチにおいて、第一のフェルール内に取り付けられた複数の第一の光導波管と、第二のフェルール内に取り付けられた複数の第二の光導波管とが存在し、前記第一及び第二のフェルールが、第一及び第二の可動部材に対しそれぞれ取り付けられ且つそれぞれ画成された経路内を移動し、複数の第一の光導波管の任意の１つが複数の第二の光導波管の任意の１つと整合するように移動可能である、光スイッチ。
【請求項７】
請求項６に記載の光スイッチにおいて、制御可能な駆動装置が前記第一及び第二の可動部材に対する別個の駆動装置を備え、前記別個の駆動装置の各々が既知の予め選んだ位置まで動かして、第一の光導波管の選んだ１つが第二の光導波管の選んだ１つと整合可能であるようにした、光スイッチ。
【請求項８】
請求項１、６又は７の何れか１つに記載の光スイッチにおいて、
前記第一及び第二の可動の部材が細長い梁であり、前記細長い梁のそれぞれの第一の端部がベース部に枢動可能に取り付けられ、
制御可能な駆動装置が、前記各々の細長い梁の枢動可能な取り付け部から第一の距離だけ隔てられた位置にて前記細長い梁を移動させ、
少なくとも１つの第一の光導波管及び少なくとも１つの第二の光導波管がそれぞれの前記細長い梁に取り付けられ、前記第一及び第二の光導波管の移動距離が、前記細長い梁の前記第一の距離だけ隔てられた位置での移動距離よりも短いようにされた、光スイッチ。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか１つに記載の光スイッチにおいて、前記制御可能な駆動装置が、可動部材の各々に係合する別個のステッパモータ又は別個のねじ付き部材と、該別個のねじ付き部材を駆動する別個の制御可能なモータと、前記ステッパモータ及び該制御可能なモータを制御するコントローラとを備える、光スイッチ。
【請求項１０】
光スイッチを制御する方法において、
第一の枢動軸の周りで枢動することにより又は第一のヒンジ点の周りで撓むことにより動くようにされた第一の可動の駆動装置を設けることと、
前記第一の枢動軸又はヒンジ点から距離を置いて少なくとも１つの第一の光導波管を第一の可動の駆動装置上に取り付け、第一の光導波管が第一の光学的端面にて終わっている状態にすることと、
第二の枢動軸の周りで枢動することにより又は第二のヒンジ点の周りで撓むことにより動くようにされた第二の可動の駆動装置を設けることと、
前記第二の枢動軸又はヒンジ点から距離を置いて少なくとも１つの第二の光導波管を第二の可動の駆動装置上に取り付け、第二の光導波管が第二の光学的端面にて終わっている状態にすることと、を備え、
前記第一の光学的端面が前記第二の光学的端面と対向する関係になるように、前記光導波管が互いに取り付けられ、
前記可動の駆動装置が枢動し又は撓んだとき、前記光導波管の光学的端面が少なくとも部分的に重なり合う別個の円弧状の経路内で移動し得るように取り付けられ、
少なくとも１つの第一の光導波管を第一の位置にて少なくとも１つの第二の光導波管と選択的に光学的に整合させることと、少なくとも１つの第一の光導波管及び少なくとも１つの第二の光導波管を第二の位置にて非整合状態にすることとを備える、方法。
【請求項１１】
請求項１０の方法において、前記可動の駆動装置が枢動し又は撓んだとき、前記光導波管の光学的端面を少なくとも部分的に重なり合う別個の円弧状の経路内で移動させることが、
前記第一及び第二の可動の駆動装置に移動経路に亘り力を加えることにより、前記光学的端面の移動距離が前記第一及び第二の可動の駆動装置の前記力が加えられる位置での移動距離よりも小さい距離である状態で、前記第一及び第二の可動の駆動装置を枢動軸又はピボット点の周りで枢動させること、を備える、方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
本発明は、全体として、光学装置、より具体的には、幾つかの入力光導波管の任意の１つの光信号を幾つかの出力光導波管の任意のものと選択的に整合させ又は非整合状態にする光スイッチに関する。本発明は、遮断型光学的スイッチング装置及び光学的減衰装置の分野に関する。
【０００２】
１つの導波管からの光信号をインターフェースを亙って別の導波管に選択的に切換える多数の光スイッチが開発されている。その設計に関係なく、挿入損失及び反射率は、以然、あるスイッチの光学的性能を判断するための最も重要な事項である。スイッチが光を通すときの効率を説明するためこれらのパラメータが組み合わさる。光スイッチの相対的な挿入損失及び反射性能は、スイッチの設計の物理的要素によって決まる。
【０００３】
挿入損失は、入力導波管と出力導波管との間にてスイッチが遮断する光量の測定値である。入力導波管及び出力導波管の長手方向、角度、及び横断方向整合状態の片寄りは全て、挿入損失を最小限にし得るように制御しなければならない。経歴的に、横断方向片寄りは、制御することが最も困難な挿入損失の発生原因であった。
【０００４】
反射率は、光導波管内での反射された光パワーと入射光パワーとの比である。入力導波管と出力導波管との間の不連続部分におけるフレネル反射は、光スイッチ内での主要な反射源である。より多くの反射率は、光学系の性能に２つの仕方にて悪影響を及ぼす。より多量の光が反射されるとき、伝送される光学パワーは減少し、反射された光は、レーザ源に反射して戻され、信号にノイズを生じさせることがしばしばある。屈折率適合媒質、反射防止被覆の存在及び導波管に角度付きの端面を提供することは全て反射率を減下させることになる。
【０００５】
既存の光スイッチは、電子式又は機械式スイッチの何れかとしてその作動モードにより類別することができる。電子式スイッチは、可動部品が無く、光を電気又は音波エネルギによって偏向させるものである。機械式スイッチは、スイッチング機能を果たすため光学要素を物理的に動かす。
【０００６】
比較の基礎として、自由度及び調節可能性という、２つの関連する物理的性質が使用される。自由度は、導波管を位置決めするために利用可能な運動学的自由度の値を意味する。調節可能性は、各自由度内にて利用可能な動作の制御程度を表わす。調節可能性を有するスイッチは、各自由度内にて幾つかの中間位置を実現し且つ保持することができる。
【０００７】
利用可能な殆どの機械式光スイッチは、１゜の自由度を提供する。これら光スイッチの多くは回転型であり、スイッチの入力側及び出力側双方における導波管は、単一の回転軸の周りで互いに回転し得るように同軸状に支持されている。リーの米国特許第５，３１７，６５９号（１９９４年）、ツアイの米国特許第５，４２０，９４６号（１９９５年）及びダック等の米国特許第４，３７８，１４４号（１９８３年）は、全て、調節可能性及び１゜の自由度の双方を有する同様の設計のものである。ダックらの特許には、その他の回転型設計の代表例であり、回転型設計の多くの性質上の利点を示す、広く使用されている光スイッチが記載されている。
【０００８】
又、回転型設計でない、１゜の自由度のスイッチの幾つかも存在する。これらのスイッチは、光信号をファイバの間で伝送するため梁又はアームを利用する。２゜の自由度の機械式スイッチの多くは調節可能性が無い。限定された数のファイバを必要とする設計の適用例に対しスイッチ寸法を小型にするため調節可能性が省かれることがしばしばである。
【０００９】
最良の光学的性能は、２゜の自由度及び調節可能性を有する光スイッチにより提供される。ヤナガワの米国特許第４，８８６，３３５号（１９８９年）及びアンダーソンの米国特許第５，４３８，６３８号（１９９５年）の双方は、２゜の自由度、及び調節可能性を有する光スイッチを提供する。ヤナガワの特許は、２つの直線状段を組み合わせて極めて大型で且つ複雑な光スイッチを形成する。アンダーソンのスイッチは、より小型であり、２゜の自由度、及びファイバを位置決めするのに利用可能な完全な調節可能性を持つねりである。
【００１０】
アンダーソンのスイッチの入力及び出力ファイバ端面は、反射性能を向上させ得るように好ましい角度付き端面を内蔵するよう角度を付けることができない。アンダーソンの特許にてファイバを保持するフェルールは、ファイバ対を結合するため１８０゜まで回転しなければならず、このことは、端面角度を１８０゜も位相面外に動かして非適合状態にする、従って、挿入損失を生じさせる可能性がある。
【００１１】
また、アンダーソン特許の設計はファイバの能力が制限されている。ファイバの番手数が増すに伴い、各束に対しより多くのファイバが追加され、これにより束の半径が増大する。最外側のファイバを位置決めするのに必要とされる最小角度間隔（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）は束の半径が増すに伴って減少する。その結果、挿入損失の再現性が一定状態で低下し、能力が増すに伴い各対に対するスイッチング時間が長くなる。
【００１２】
アンダーソンの設計は、磨耗によるドリフト及び信号の遮断を示す。スイッチングサイクルの各々は、フェルールとそのＶ字形溝との間に大きい程度の相対的動作を生じさせる。この動作は、信号を遮断する可能性のある粒子を発生させる。この動作は、また、フェルールを磨耗させて、その直径を一定状態で縮小させ且つ信号ドリフトを生じさせる。
【００１３】
アンダーソンの設計は、長いファイバの探知過程を必要とする。導波管を対にまとめるための２つの位置が可能であり、また、対にまとめるその他方の位置に対して与えられる対にまとめる１つの位置を予見する簡単な方法は存在しないから、使用されるアルゴリズムは、両方の対にまとめる位置を探知するため時間を浪費する可能性がある。また、この探知過程は、最適化するため人的介入を必要とする。
【００１４】
アンダーソン特許の構成は、入力束の中心を出力束の中心付近にてファイバに結合することができない。その結果、両方の束の最内側ファイバが使用されないままであり、このため、その信号の伝送能力には無駄が生ずる。
【００１５】
本発明の２梁型の光スイッチは、上述した難点を解決し、これまで得られなかったその他の特徴及び有利な点を提供するものである。
【００１６】
【発明の概要】
本発明は２つの主要導波管取り付け梁又はアームから成る光スイッチ装置である。第一の梁は、１つ又はより多数の入力導波管を有し、第二の梁は１つ又はより多数の出力導波管を有する。これらの導波管は束にて配置されることが好ましい。梁は、それぞれの梁によって保持された導波管束が互いの方向に面し、梁の各々は別個の回転軸を有するように配置される。スイッチは、任意の出力導波管と整合するように任意の入力導波管に対してスイッチング作用を行うことができる。各梁に対する駆動動作は、精密に整合させるのに必要とされ、又は信号の減衰が望まれるならば、非整合状態とするのに必要とされる精度を提供し得るように非増幅状態とする。本発明の装置の調節可能性は、任意の選んだ導波管対と意図的に非整合状態にし、スイッチングした信号を減衰させるために使用される。スイッチが調節可能性を備えない構造とされるならば、２つの調節可能な端部停止点の間で梁を駆動するため電子電磁アクチュエータが使用されることが好ましく、又は梁には１つの停止点に対しばね負荷を加えることができる。
【００１７】
駆動動作が減衰状態とされるため、駆動モータ及び駆動歯車の境界面における磨耗効果は同一の比率にて減少し、その結果、スイッチの寿命が長くなる。回転可能なピン又は端部停止点にて生ずる磨耗は、スイッチを作動させるための相対的動作が殆ど不要であるため、最小限となる。
【００１８】
その調節可能な形態において、本発明のスイッチは、磨耗を能動的に補償することができる。２つの入力導波管が光源に取り付けられ、２つの出力導波管が光検出器に取り付けられる。使用される入力導波管及び出力導波管はそのそれぞれの導波管基質の直径方向に対向した隅部に配置される。駆動アルゴリズムは、梁の各々に対する零又は元の位置を確立し得るようにするためこれらの導波管を利用する。その他の導波管の位置の全てはこれらの元の位置を基準とする。基質を定期的に再整合させ且つ生じるであろう全ての磨耗に対し装置を補償するため、同一のルーチンが使用される。このことは、起動時又は所望の任意の時点にて対向する位置の各々を再度最適化することによって行われる。
【００１９】
本発明は材料及び製造の双方の点で低コストである。部品を完成したスイッチに組み立てるのに必要とされる僅かな簡単な工程は、精密な製造を必要とせず、そのため、光学的性能が向上する。導波管組立体は、フェルール内に共にはめ込み且つスイッチに組み立てる前に試験を行うことができる。拡張した梁レンズが存在しないことは、その挿入損失を低くし、また材料コストを節減することになる。所望の全ての導波管の相互接続を実現するのに必要な導波管束の回転程度が無視し得る程度であることは、卓越した反射性能が得られる角度にて導波管の端面を研磨することを許容する。
【００２０】
スイッチに対する探知アルゴリズムは簡単である。各対の導波管に対し単一の最適な梁の位置がある。１つの梁によって保持される導波管の各々は、所定の作動距離に対してほぼ等しい程度だけ移動するため、探知ルーチンは比較的高速度にて作動して、ファイバを対にまとめるのに全ての最適な位置を迅速に見出すことができる。導波管を対にまとめるのに最適な位置は導波管の基質の配置に相応する。基質の隅部にて導波管を対にまとめるのに最適な２つの位置（元の位置）が正確に得られたならば、ルーチンはファイバの物理的な寸法に関するデータを使用して残り導波管を対にまとめるための近似的な位置を予想する。これらの設計上の有利な点は、探知時間を短縮し且つ探知をより経済的にするのに更に役立つ。
【００２１】
本発明は、空間を効率的に使用し且つ多岐に亙る設計上の必要性に適合し得るよう容易に適応させることができる。同一のスイッチ付き導波管の能力に対しより小さい組み立て寸法が実現される。その理由は、２゜の自由度は、入力導波管及び出力導波管を直線又は円以外のより効率的な基質内に配置することを許容するからである。更に、入力導波管の各々から出力導波管の各々までの可能な全ての相互接続部が使用可能であるか又はこれらに到達可能である。適用例の特定の寸法上の制約又は性能上の必要性に対する梁の長さ、非増幅比、駆動装置の歯車比等のような設計上のパラメータを最適化することが容易に行われる。
【００２２】
本発明は、時間、温度及び湿度の変動、サイクル化及び振動に亙って安定的で且つ一定である性能を提供しつつ、挿入損失が低く且つ反射率が少ない光スイッチを提供するものである。本発明の光スイッチは比較的経済的な構成部品で出来ており且つ製造が簡単である。光スイッチは、コンパクトであり且つ多岐に亙る設計上の目的に適合し得るよう適応可能である一方、任意の数の入力導波管から任意の数の出力導波管に切り換え可能である。
【００２３】
本発明のその他の有利な点は、以下の詳細な説明から及び幾つかの図面の全体を通じて同様の部品を同様の参照番号で表示する添付図面から明らかになるであろう。
【００２４】
【好ましい実施の形態の詳細な説明】
図面、特に図１乃至図１１を参照すると、２梁型光スイッチの１つの好ましい実施の形態が全体として参照番号１０で表示されている。該スイッチ１０は、図示するように４つの主要組立体群又は部分を備えている。図１に最も良く図示するように、ベース部分は、ベース部１６と、ばね８４、９０とを有しており、その他の組立体及び構成部品を取り付けるためのフレームとして使用される。モータ及び歯車の組立体は、駆動電子部品と共に、図５に最も良く図示するように、１つの部分を形成する。光ファイバ束が取り付けられた取り付け梁又は梁アームの組立体は図６に最も良く図示されている。はめ込んだ光ファイバ束を有するフェルール組立体が図１０及び図１１に最も良く図示されている。
【００２５】
【ベース部及び梁の構造】
光ファイバスイッチ１０は、入力梁１２と出力梁１４又は梁アームの間に適正な角度関係を保つと共に、駆動モータ３０、３２に対する取り付け位置を提供するフレームとして使用されるベース部１６を有している。ベース部１６はまた梁１２、１４の各々が走行するための物理的な端部停止点をも提供する。端部停止点は、全てのファイバ位置の基準とすることのできる元の位置を形成する。
【００２６】
ベース部１６は、機械的及び環境的安定性を提供し得るように硬い安定的な材料、好ましくは、ステンレススチール３０３のような材料にて製造されている。図１及び図４に図示するように、ベース部１６は、ベース部の長さに沿って伸び且つＵ字形の断面を形成する直立の側壁１６Ａ、１６Ｂを有する溝型材である。壁１６Ａ、１６Ｂの間の空間は、梁１２、１４がスイッチ作用する間、自在に動くことができるキャビティ又はチャンバを形成する。駆動モータ３０、３２が既知の方法にてベース部１６の一端に取り付けられ、駆動ピニオン３８、４０がモータの出力軸に取り付けられる。モータ軸は、ベース部に形成された開口部を貫通して伸び、ピニオンがチャンバ内にあり、モータが機械加工した凹所内に進み且つキャップねじにより所要位置に保持されるようにする。
【００２７】
光ファイバスイッチ１０は、第一のレバーを形成する入力アーマチャ又は梁１２と、第二のレバーを形成する出力アーマチャ又は梁１４とを有している。梁１２は、回転可能な又は枢動可能なピン５８により壁１６Ａの内部に枢動可能に取り付けられ、梁１４は、回転可能又は枢動可能なピン６０によって壁１６Ｂの内側に取り付けられている。その取り付けピンの軸の周りのビームの各々の位置はファイバの自由度の１つを考慮する。
【００２８】
梁１２、１４は製造を簡略化し得るよう同一であり、また、機械的及び環境的安定性を提供し得るようステンレススチールのような硬い安定的な材料で出来ている。出力梁１４のファイバ取り付けハブの内側面１５及び入力梁１２のファイバ取り付けハブの内側面１３は、作動中の摩擦抵抗を軽減し得るよう研磨されている。歯車の歯８２、８８を有する歯車セクタが、ファイバ取り付けハブと反対側の梁アームの各々の端部に切込まれており、歯８２、８８には、モータ３０、３２のピニオン３８、４０が係合する。ファイバの取り付けハブの両端にて、梁は、第一のフェルール保持開口９６、１００と、回転可能な又は枢動可能なピン５８、６０が固定状態に内部に取り付けられた第二の開口１０２、１０４とを有している。
【００２９】
梁の各々の重要な作用部分は性能を最大にし得るように特定の幾何学的制限の範囲内で配置されている。枢動開口１０２、１０４からフェルール保持開口９６までの距離は、開口１０２、１０４内の枢動ピン５８、６０からピニオン３８、４０における動作作動点までの距離よりも短い。作動中、この距離の比は、開口９６、１００内に保持されたファイバの端面にて駆動動作を非増幅状態にする。また、フェルール保持開口９６、１００の中心とそれぞれの梁に対する動作作動点との間の狭角は、枢動ピンの軸が狭角の根元にある状態で約１３５゜である。このグループ化は、梁がスイッチ組立体の後方で互いに対し略平行となることを確実にする。その結果は、ファイバを位置決めするのに必要な２゜の自由度のデカルト座標の配置状態を保ちつつ、完成したスイッチ全体の高さを低くすることになる。
【００３０】
図１、図８及び図９に図示するように、入力ファイバ束１８は、入力フェルール保持開口１００内で入力梁１２に対し解放可能であるが、強固に取り付けられた入力フェルール８０内に保持されており、また、出力ファイバ束２０は出力フェルール保持開口９６内で出力梁１４に対し解放可能であるが、強固に取り付けられた出力フェルール４２内に保持されている。フェルール保持開口の各々は、それぞれのフェルールを正確に配置することを保証し得るよう一体のＶ字形溝を備えている。
【００３１】
双方のフェルール８０、４２の典型的な取り付け状態を示すため、図８乃至図１１に関して説明する。出力フェルール４２は出力梁１４内に組み立てた状態で図示されており、出力フェルール４２の平坦な側面４４は、開口９６にて一体に形成されたフェルールばね５６と接触し得るような配置状態とされている。ファイバ束１８、２０の各々は他方のファイバ束に向けて面する１つの端面を有している。設置されたとき、出力ファイバ束２０のファイバ端面５４及び入力ファイバ束１８のファイバ端面は、スイッチ作用中、その他のファイバ束の端面との接触を防止し得るように、それぞれの入力又は出力梁１４又は１２の内側面（中央を向いた面）から１０ミクロン以下だけ開口９６、１００内に引込むようにすることが好ましい。干渉計を使用してこの引込み程度を点検し且つ制御することができる。
【００３２】
図９及び図１０には、フェルールを所要位置に固着するため出力梁１４のフェルールばね５６に対して当接する止めねじ９４が図示されている。これら止めねじは、出力フェルール４２を出力フェルールの保持開口９６内にて適正な位置及び配置状態に保つ。同様に、図８に図示するように、止めねじ９８は入力フェルール８０の平坦な側面に当接する入力梁１２のフェルールばね５６に対して当接し、入力フェルール８０を入力フェルール保持開口１００内にて適正な位置及び配置状態に保つ。フェルールを正確に取り付けることは、２つのファイバ束を取り付け梁アームの上で正確に且つ安定的に配置することを保証する。
【００３３】
図１７にて理解し得るように、梁１２、１４の境界面１３、１５に沿った中央面が参照符号Ｃで示されており、ファイバ束端面５４が対向面１３、１５からビーム内に引込む状態が参照符号Ａで表示されている。寸法Ｂはフェルールの端面５３からのファイバ束の伸長距離を示す。
【００３４】
回転可能ピン又は枢着ピン５８、６０は極めて硬い平滑なスチールで出来ており、ほぼ筒状の断面形状である。回転ピン５８、６０はその磨耗特徴を改良し得るよう窒化チタン被覆にて被覆されることが好ましい。図７に図示するように、回転ピン５８、６０の端部は磨耗を減少させ得るように丸味が付けられることが好ましい。回転ピンの各々は、ピンが枢動し又は回転したとき、梁の安定性を増し得るように、ベース部ではなくて、そのそれぞれの梁に取り付けられている。図６乃至図９に図示するように、梁１２、１４の第二の枢動開口１０２、１０４は止めねじ７６、７８により固着された回転ピン５８、６０を保持する。開口１０２、１０４は、それぞれの回転ピンの正確で且つ安定的な配置を保証し得るよう内部Ｖ字形溝を備えている。
【００３５】
ファイバ束を取り付ける梁の各々の端部の面は滑り接触している。入力梁１２は、出力回転ピン６０の突出端部に対する隙間を提供する角度付き溝１０６を備える第三の開口を有しており、また、出力梁１４は、入力回転ピン５８の突き出す端部に対する隙間を提供する角度付き溝１０８を備える第三の開口を有している。その他の梁の第三の開口内で回転ピンが摺動係合することは、梁を面Ｃに極く近接するように共に押し付けることを許容する（図１７）。
【００３６】
このように、ファイバ束は正確に保持され且つ精密に枢動される。歯車及び駆動モータは回転ピンの片寄りした枢動軸取り付け状態により形成される別個の枢動軸の周りで梁を回転させる。梁が別個の隔たった軸の周りで回転するため、梁の各々の制御された動作を使用して個別のファイバを整合させることができる。使用されるコントローラは、各対のファイバの最適な接続位置を記憶しており、ユーザから要求されたときに、動作を開始する。
【００３７】
【はめ込んだファイバ束を備えるフェルール】
個別の光ファイバを上述した様にファイバ束１８、２０に群にまとめ、次に、フェルール４２、８０内にはめ込む。ファイバの均一な配置を保証するため、フェルールが使用される。フェルールを使用することは、又はめ込み過程中の何れかの状況をその後のスイッチの組み立て工程に大きい曲げ作用力を加えないように隔離することにもなる。
【００３８】
特に、図１０及び図１１を参照すると、スイッチの入力側及び出力側に対するファイバ束１８、２０の各々は、それぞれ一列に配置された１つ又はより多数の光ファイバ４８から成っている。光ファイバ４８の各々は、従来型式であり、コアと、保護被覆５０により取り巻かれたクラッド材とから成っている。単一モード電気通信用の場合、コア及びクラッド材は溶融二酸化ケイ素であることが好ましいが、光ファイバは。所望の任意の型式、量又は寸法のものとすることができる。材料は重要ではなく、その他の設計上要素の寸法は、所望の任意のファイバ束の寸法に対応し得るように大型化し又は小型化することができる。
【００３９】
図１１には出力フェルール４２内のファイバ４８の詳細図が図示されている。フェルールを組み立てる前に、光ファイバ４８の保護被覆を末端付近にて剥ぎ取る方法が一般的である。通信ファイバの保護被覆は、典型的に、化学的、機械的又は熱的方法により容易に除去されるアクリレートである。次に、裸のファイバを適当な接着剤５２によりフェルール内にはめ込み、接着剤を硬化させる。アクリレートは、予想される環境状態の変化に亙って十分に安定的でないから、この剥ぎ取り過程が必要とされる。
【００４０】
図８乃至図１１を参照すると、出力フェルール４２は、光ファイバ４８が貫通して通る方形の断面を有することが好ましい管腔４６を有している。方形の管腔は、空間を有効に活用し且つファイバの各々の他方のファイバに対するかなり予見可能な位置にて基質内に配置する。ファイバの位置は多少不規則的であるが、このことは性能に大きく影響しない。方形の管腔により実現される可変量の低下は、簡略化した制御アルゴリズムにより入力及び出力ファイバの対を配置することを許容する。入力及び出力フェルール管腔の双方は、スイッチの所期のファイバ容量に対応し得るような寸法とされる。
【００４１】
図１６、図１７及び図１７Ａを参照すると、管腔４６は、組み立て後、梁の内側面１３、１５に対し垂直でない角度にてそれぞれのフェルール４２、８０に切込まれることが好ましい。特に、フェルールの管腔４６は、その軸が入力及び出力フェルールの末端の端面５４に対し垂直でないように形成される。フェルール４２、８０の平坦面５３に対しほぼ垂直な方向に対し６゜の勾配とすることが好ましい。入力管腔４６は対称の歯位置状態とされ、このため、一度フェルール４２、８０をそれぞれの梁内で組み立てたならば、その軸が出力管腔４６の軸と整合するようにする。このようにして、反射率を最小にし得るように角度付きのファイバ端面の方法を使用することを許容すべく管腔４６が配置される。これと代替的に、図１７Ａに図示するように、梁の間の中心面Ｃに対して所望の角度で配置されたフェルールに対する開口部を有する梁上のフェルールの面５３に対し管腔が垂直となるように、フェルール４２、８０を取り付けることにより、角度付き端面を配置してもよい。この場合、フェルールの軸は梁の面１３、１５に対してある角度をとることになる。
【００４２】
フェルール４２、８０は、ステンレススチール又はセラミックのような硬い安定的な材料で出来ている。フェルールばねが当接するフェルールの平坦面は、フェルールの管腔をそれぞれの梁に対し適正な配置状態にすることを保証する。このことは、入力及び出力フェルールの角度付きの端面が整合することを保証する上で特に重要なことである。光ファイバ４８の末端の端面５４が出力フェルール４２及び入力フェルール８０の末端面５３を経て突き出す迄、適宜に処理した光ファイバ４８を接着剤５２と共に管腔４６内に挿入する。接着剤５２は製造メーカの取り扱い方法に従って硬化させる。光ファイバ４８はダイヤモンド鋸で切断し、図１７に寸法Ｂで示すように、光ファイバが出力フェルール４２及び入力フェルール８０の末端面５３を超えて約２５０ミクロンだけ突き出すようにすることが好ましい。次に、ファイバの末端面５４を研磨し、これら末端面が組み立て後、それぞれの梁の側面又は表面に対し平行となるようにする。研磨後、ファイバの末端の端面５４は、挿入損失を少なくし及びフレネル反射に起因する挿入損失の変動を軽減し得るよう反射防止被覆にて被覆することが好ましい。
【００４３】
【梁の枢動可能な取り付け】
梁１２、１４は、モータ３０、３２からベース部１６の他端に枢動可能に取り付けられる。図２及び図３に示すように、第一及び第二のＶ字形溝６２、６４はベース部１６の壁１６Ａ、１６Ｂに機械加工により形成されている。Ｖ字形溝は第一及び第二の回転可能なピン又は枢着ピン５８、６０を夫々枢動可能に受け入れる。半径方向ピンばね６６は、ステンレススチールであり且つねじ６８によりベース部１６に締結されることが好ましい。半径方向ピンばね６６は、回転可能なピン５８、６０がその内部にて回転するのを許容しつつ、回転可能なピン５８、６０をＶ字形溝６２、６４内で保持する力を提供する。図７には、２つの回転可能なピンとそれぞれのＶ字形溝との間の関係の切欠き図が図示されている。
【００４４】
図７を参照すると、ねじ７４によりベース部１６Ａに締結された板ばねである軸方向ピンばね７０により回転ピン５８、６０及び梁１２、１４の組立体が軸方向関係に保たれることが分かる。ばね７０は、第一の回転可能なピン５８の一端に当接する。入力ピン５８は止めねじ７６により入力梁１２に堅固に取り付けられるため、入力梁１２の内側面又は面１３は出力梁１４の内側面又は面１５に押し付けられる。出力梁１４は、止めねじ７８により回転可能な出力ピン６０に堅固に取り付けられているため、回転可能な出力ピン６０は、ピンストッパ７２に対して付勢される。ピンストッパ７２は、ステンレススチールのような硬く堅固な材料であり且つねじ７４によりベース部１６Ｂに堅固に取り付けられている。実現される配置状態は、ファイバ束の端面間に一定の空隙を保つべく梁を共に付勢させる制御された力を提供する。
【００４５】
【歯車、モータ及び駆動エレクトロニクス】
図５には、入力及び出力ファイバを適正に整合させ得るように梁をその所望の位置に駆動するために使用されるピニオン歯車が取り付けられたステッパモータ３０、３２が図示されている。モータの各々は、制御インターフェース２４から命令を受け取るそのモータコントローラ２６、２８に線接続されている。
【００４６】
モータ３０、３２は一般に利用可能なステッパモータであることが好ましい。入力モータ３０及び出力モータ３２は、それぞれ入力モータ取り付け部３４及び出力モータ取り付け部３６を使用してベース部１６に取り付けられる。モータ３０の軸の入力ピニオン３８は、梁１２における入力歯車の歯８２を駆動する。出力軸３２における出力ピニオン４０は、出力梁１４における出力梁の歯車の歯８８を駆動する。
【００４７】
ピニオン３８、４０が回転するとき、入力梁１２又は出力梁１４は夫々の回転ピン５８又は６０の軸の周りで回転し又は枢動する。入力ピニオンと梁の歯との間の歯車比は、回転動作を非増幅状態にする。入力偏倚ばね８４は、その両端にて入力梁１２及びベース部１６内に埋め込まれたアンカーピン８６に取り付けられ、入力梁の歯８２及びピニオン３８を共に付勢する力を提供し、その結果、歯はバックラッシュ防止係合状態となる。出力偏倚ばね９０は、その両端にて、出力梁１４及びベース部１６内に埋め込まれたアンカーピン９２に取り付けられ、歯８８、４０を共に付勢する。
【００４８】
図５に示すように、好ましい実施の形態の駆動エレクトロニクス２２は、コントローラインターフェース２４と、コントローラ２６、２８とを有している。モータコントローラ２６、２８は、入力モータ３０及び出力モータ３２をそれそれ駆動するために必要とされる割出器及びモータ駆動エレクトロニクスの双方を提供する、広く利用可能なマイクロステッパコントローラであることが好ましい。コントローラインターフェース２４は、電子式の入力及び出力能力と、特注のインターフェースソフトウェアとを有するコンピュータ又はマイクロプロセッサであることが好ましい。更に、インターフェース２４は、記憶装置と、ユーザの命令を動作制御論理に変換するのに必要な全てのルーチンとを保持している。該インターフェースは、モータコントローラ２６、２８と人間又はその他の電子式装置との間にて、任意の特定の対のファイバを光学的に接続するための命令を発する命令インターフェースを提供する。
【００４９】
インターフェース２４は、起動時、光スイッチ１０を「元の位置」にし、又、その後の作動不良を診断するのに必要な構成要素及びルーチンも保持している。図５に図示するように、入力ファイバ束からの２つのファイバは、装置の光源１１０に取り付けられる。好ましくは、選ばれたファイバは、入力ファイバに対する入力フェルール８０内にて管腔４６の斜方向隅部に配置されるようにする。装置の光源１１０に電力が印加されると、電力はその双方の入力ファイバを照明する。同様に、出力ファイバ束からの２つのファイバは、装置の光検出器１１２に取り付けられる。好ましくは、これらのファイバは、出力ファイバに対する出力フェルール４２の管腔４６の斜方向隅部内に配置されるようにする。作動したとき、装置の光検出器１１２は、接続した２つの出力ファイバの何れかに入る光を検出する。装置の光源及び装置の光検出器は、反復可能な元の位置を確立し且つスイッチの磨耗を能動的に補償するために使用されよう。
【００５０】
スイッチ及びそのエレクトロニクスは、顧客が使用し得るように保護ケース内に組み立てられている。顧客がスイッチを便宜に設置し得るようにするため、入力及び出力ファイバの自由端に幾つかの標準型光ファイバコネクタの任意のものを追加することができる。これで、機械的組み立ては完了する。しかし、スイッチが使用可能となる前に、２つの更なる工程が必要とされる。ファイバの各々を対にまとめるのに最適な望ましい位置は、一定の基準点に対して確立し、また、これらの位置は、制御インターフェース２４の記憶装置に記憶させなければならない。これが一度び為されたならば、ファイバの各々を対にまとめることは、ユーザが望むとき、何時でも反復することができる。
【００５１】
【探知及び最適化のための処理】
各対のファイバに対する最適な接続位置を決定するため探知及び最適化という手順が使用される。この手順を行うためには、追加的な器具が必要とされる。試験源を装置における選ばれた入力ファイバに取り付ける。試験源は、各出力ファイバの整合状態を最適化するときに使用される光信号を提供する。次に、出力ファイバ束の全体を大きい面積の光検出器内に挿入する。この光検出器は、ファイバの各々を対にまとめるために実現された整合程度に関するフィードバックを制御インターフェース２４に対して提供する。最後に、モータコントローラを駆動するための命令を発すべく装置のコントローラに代えて、試験コントローラが使用される。該試験コントローラは、光検出器の信号に応答するのに必要なハードウェア及びソフトウェアを保持している。
【００５２】
探知が開始される前に梁の各々に対する元の位置を確立しなければならない。第一の工程は、梁の各々の歯車部分がベース部上にて停止し且つモータがストールする迄、該歯車部分をベース部１６に向けて意図的に駆動することにより物理的な停止点を確立することである。モータの電流を遮断し、モータの各々に対するステッパモータのカウント数をコントローラ内で零に再設定し、物理的な停止点の位置を確立する。
【００５３】
次に、物理的な停止点の位置によって提供される精度を向上させ得るように元の位置を確立する。装置の光源及び装置の光検出器に取り付けられた２対のファイバの一方の対（完全に整合した１つの入力ファイバ及び１つの出力ファイバ）の最適な位置が元の位置を形成する。全てのその他のファイバの位置はこの元の位置を基準とする。次に、ベース部の上方の既知の距離である設定点に梁を配置し、探知アルゴリズムを開始する。
【００５４】
この方法の精度を更に向上させるため、各束の反対側斜方向隅部からの第二の対のファイバを装置の光源及び装置の光検出器に接続する。この第二のファイバ対（１つの入力ファイバ及び１つの出力ファイバ）を最適化することにより、第二の基準点が確立される。１つの束内のファイバ間の関係は極めて安定的であるため、第二の点は、ファイバ束の配置状態に影響を与える程度に関係なく磨耗又はその他の環境的影響に起因する全ての誤りを補償することを可能にする。
【００５５】
この方法は卓越した反復可能性により元の位置を提供する。更に、この元の位置は、スイッチの始動時毎に、又はこれと選択的に、臨界的な測定が行われる前に完全に再度最適化することができる。このことは、スイッチの機械的磨耗及びその他の環境的影響を能動的に補償する手段を提供することになる。
【００５６】
【探知及び最適化ルーチン】
探知及び最適化ルーチンは極めて簡単である。デカルト座標（ｘ−ｙ）系に沿って略直線状の動作にて移動し得るように梁の各々を別個に移動させる。この動作の間、大きい面積の光検出器の応答を監視する。この最適化サブルーチンはそれ以前に画成された閾値を超える信号が検出されたときに、呼出される。
【００５７】
最適化サブルーチンは局部的な信号最大値に相応する梁の位置を決定するため局部的な探知を行う。最適化過程の全体に亙り、最大の信号位置に接近する間、梁は常に一定の方向に向け且つ一定の順序にて移動する。このようにして、梁間の摩擦が形成するであろうヒステリシス効果を解消するために動作が行われる。その後、完成され且つ最適化されたスイッチが作動する間、最適な梁の位置を反復するため同一方向及び順序の梁の動作が採用される。この動作は、変動を少なくし且つ現場の性能が工場で得られたものと同等であることを確実にする。
【００５８】
最適化を実現するため収束ルーチンが採用される。閾値信号が検知された点は最適化探知を行うための中心点となる。この点の周りに仮想ボックスを描き、各側部の長さが光ファイバコアの直径にほぼ等しいようにする。次に、入力ファイバがボックスの斜辺と一致するように梁を移動させる。次に、入力ファイバが仮想ボックスの２つの隣接する側部を横断するように入力梁及び入力ファイバを移動させる。入力ファイバが移動するとき、出力ファイバの束を監視する。仮想的ボックスの各側部に対する最大信号点が決定される。これらの座標はより小さい側部を有する新たな最適化ボックスの中心点となる。この最適化ルーチンは所望に応じて多数回繰り返す。典型的に、このルーチンにより３回のサイクル以内で収束点に達する。
【００５９】
最適化後、照明した入力ファイバが出力ファイバの一方と完全に整合するように入力及び出力梁を互いに配置する。梁の各々の枢動可能な配置又は位置はその元の位置に対するステッパモータが使用するカウント数を決定することにより測定する。２つの梁の測定した位置は最適な整合位置に相応する一組みの座標を確立する。これらの座標は、試験コントローラ記憶装置に一時的に記憶させる。座標を記憶した後、探知ルーチンが最適化を開始した点からこのルーチンを再開する。
【００６０】
全てのファイバ対が探知され、記憶装置に記憶されたそれに相応する梁の位置又は所望の区域が探知される迄、反復的な探知及び最適化過程が続行する。完了したとき、スイッチに対する全ての最適な接続位置を試験コンピュータの記憶装置からスイッチ装置の記憶装置に伝達する。これで、スイッチは任意の対のファイバを接続するためユーザの要求を満たすのに必要な全ての情報を有することになる。装置のコントローラ回路板の論理は、装置の記憶装置における適宜な座標を呼び出し、梁を正確な位置まで駆動する命令を発する。
【００６１】
【好ましい実施の形態の作用】
入力ピニオン３８が回転すると、入力梁１２は入力回転ピン５８の軸の周りを回転する。同様に、出力ピニオン４０が回転すると、出力梁１４は回転可能な出力ピン６０の軸の周りを回転する。入力ピニオン３８の比較的大きい回転動作は入力梁１２の比較的小さい回転動作に変換する。歯車比によって提供される非増幅状態は梁の枢動点から歯車までの長い距離及び枢動点からファイバ束までの短い距離によって更に増大する。この組み合わせは入力ファイバ束１８を円弧状に精密に並進させる方法を提供する。入力ファイバ束１８の並進により描かれる円弧は出力ファイバ束２０の並進により描かれる円弧に対し実質的に垂直である。この関係は、２つのファイバ束１８、２０内の任意の対のファイバを互いに位置決めし又は偏位させるため２゜の自由度を提供する。
【００６２】
全てのファイバ対に対する最適な梁の座標は、コントローラインターフェース２４の記憶装置に記憶させる。コントローラインターフェース２４は、特定対のファイバを光学的に接続するための入力命令を受け取り且つそのファイバ対の座標を呼び出す。この命令は、モータ３０、３２を梁を移動させるためステップ動作させるのに必要な電気駆動信号に変換される。コントローラインターフェース２４は、モータコントローラのプロトコルを使用して情報をモータコントローラ２６、２８に出力し、また、モータは、所望の位置に達するのに必要なようにステップ動作させる。このようにして、入力ファイバ束１８内の任意の光ファイバは、出力ファイバ束２０内の任意の光ファイバと選択的に光学的に整合させることができる。
【００６３】
【典型的な適用例における作用】
スイッチの典型的な適用例は、特に、デジタルデータ通信線における光ファイバケーブルの遠隔ファイバ試験、実験施設における多数の光ファイバ装置の試験、又は小型の構造体における光ファイバセンサの多重化を含む。その最終用途に関係なく、スイッチの作用は同様であろう。起動時、スイッチは、物理的な停止点を確立することにより元の位置に再ゼロ設定され、次に、光源及び検出器を使用して、選んだ入力及び出力ファイバを対にまとめることを最適化する。第二のファイバ対が光源及び検出器に取り付けられるならば、この対にまとめることを再ゼロ設定することにより、第二の元の位置を確立することができる。
【００６４】
これらファイバを対にまとめる新たな位置を当初の位置と比較する。その差の大きさに依存して、スイッチは誤信号を送るか、又はその差を使用して残りのファイバを対にまとめる位置を算数的に補償して、作動を続行する。その他の全てのファイバを対にまとめる位置が元の位置に対して決定されるため、次に、スイッチ機構の全ての磨耗が能動的に補償される。
【００６５】
ユーザは、その他の可能な手段の内、コンピュータインターフェースに対し前側パネルのキーボードを介して又は直接的な入力により、ファイバ継手を切り換えるための命令を入力する。上述したように、一度び有効な命令が入力されたならば、スイッチは、記憶装置に記憶させた最適な梁の位置に適合するように梁を調節する。梁の各々を動かすために使用されるアプローチ距離及び動作順序は、上述した理由のため、最適な位置を決定すべく使用される当初の探知及び最適化ルーチンにて使用されるものに極く近似する。電力のサイクリングが頻繁でないならば、スイッチは、所定の数の間隔にて始動再ゼロ設定のルーチンを自動的に開始するように計画することができる。所定の数のスイッチング順序が完了した後、所定の時間が経過したならば、又は環境状態に所定の最小の変化が生じたとき、再ゼロ設定を計画することもできる。
【００６６】
【代替的な実施の形態の説明】
図１２及び図１３には、全体として、参照番号１５０で示した光ファイバスイッチの１つの代替的な実施の形態が開示されている。該スイッチ１５０は、はめ込んだ入力及び出力ファイバ束１８、２０を有しており、また、本発明の第一の形態と同様に、ファイバ束を保持し且つモータ及び歯車を使用してファイバ束の動作を制御する梁を備えている。
【００６７】
入力及び出力ファイバはフェルール内に取り付けられている。梁の各々に１つのフェルールが取り付けられている。梁はベース部と一体である。ベース部は、フェルールの端面が互いに対向するように配置されている。歯車、モータ及び駆動エレクトロニクスによって梁は片寄りしたヒンジ点により形成された別個の軸の周りで撓む。梁は別個の軸の周りで回転するため、梁の各々の制御された動作を使用して個々のファイバを整合させることができる。本発明の第一の形態にて開示されたコントローラは、代替的な実施の形態と共に使用することができ、また、各対のファイバの最適な接続位置を保持する。インターフェースは、ユーザにより要求されたときに動作を開始する。
【００６８】
好ましい実施の形態に関して説明したのと同一の仕方にて個々のファイバを束にし且つフェルール内にはめ込む。ファイバを保持するフェルールは、同様の仕方にて製造される。光ファイバスイッチ１５０により発生される反射率は、反射防止被覆、屈折率適合媒質又は角度付き研磨により減少させることができる。屈折率適合媒質及び反射防止被覆は、挿入損失、及び挿入損失の変動を少なくするという更なる有利な点を有している。好ましい実施の形態の場合と同様に、光スイッチ１５０は、角度付き研磨及び反射防止被覆の組み合わせを使用することが好ましい。
【００６９】
【フェルールが取り付けられたベース部と一体の梁】
梁の各々及びその関係したベース部は、梁がベース部と一体であり且つ枢動点にて撓むことにより動くように単一の材料片で出来ている。ベース部１６０、１７０は、図１３に図示するように制御された幅又は厚さまで研磨され、また、梁が形成される位置にて内方を向いた側部に僅かにより薄い厚さ（凹状）の断面が形成される。この凹所は、組み立てた後、ベース部に形成される梁の間に空隙を生じさせ、この空隙は、梁の摩擦相互作用を防止する。梁１９０、１９２を形成し得るように、図１２に図示するように、材料ブロックに開口部１６１、１７１を形成すべく材料が除去される。梁は、端部１９０Ａ、１９２Ａにてそのそれぞれのベース部に取り付けられ、梁の他端１９０Ｂ、１９２Ｂは、梁が端部１９０Ａ、１９２Ａにて一体の取り付け点の周りで撓むとき、移動自在である。
【００７０】
入力及び出力梁１９０、１９２は製造を簡単化し得るように同一であり、又、機械的及び環境的安定性を提供し得るように、ステンレススチール又はセラミックのような、硬い安定的な材料で出来ている。梁の各々は、均一な幅（そのベース部の幅よりも僅かに狭い）及び端部１９０Ａ、１９２Ａから端部１９０Ｂ、１９２Ｂの方向にその長さに沿ってテーパーが付けられた（浅くなる）深さを有する構造とされることが好ましい。梁の各々の長さに沿った中間にフェルールハブ１９０Ｃ、１９２Ｃが形成されており、ハブの各々は、光ファイバ束のフェルールを保持するための開口を有している。ハブとは別に、端部１９０Ａ、１９２Ａにてベース部に取り付けるその点付近にて、梁は最大の深さとなる。梁１９０、１９２にテーパーを付けることは、各梁が作動されたとき、曲げ応力を各梁の長さに沿って均一に拡散させることになる。梁の各々は、最初、荷重を除去したとき、梁を動かすアクチュエータに向けて端部１９０Ｂ、１９２Ｂが上方に湾曲した状態にて湾曲状に形成される。この湾曲状態は、設置し且つアクチュエータによって駆動したとき、それぞれのアクチュエータに予荷重を加え、また、梁がその所期の動作範囲に亙って両方向に向けて略平坦な位置にて作用することを確実にする。
【００７１】
ファイバ束１８、２０は光ファイバスイッチの第一の実施の形態に対して使用するのと同様の仕方にて、可撓性の入力梁１９０及び可撓性の出力梁１９２にそれぞれ取り付けられることが好ましい。ファイバ束の端面はその端面がそれぞれのベース部の内側面又は表面の平面から１０ミクロンだけ引込むように配置されることが好ましい。この位置はファイバを梁の幅を超えて僅かに伸長させることになろう。しかし、ファイバは入力及び出力端面が作用中、衝突するのを許容する程、遠方に伸びないようにする。フェルールを設置した後、ベース部を組み立て、一方のベース部が１８０゜回転し、梁の平面がフェルールのハブ１９０Ｃ、１９２Ｃ付近にて交差し、次に、ベース部が固着具によって支持板１７４の上の所要位置に締結されるようにする。
【００７２】
【歯車、モータ及び駆動エレクトロニクス】
本発明の第二の形態における梁アクチュエータは、ベース部の各々に設置され且つ梁の各々に向けた方向及び離れる方向に螺着可能に可動であるねじである。ねじの駆動列はベース部に固定された雌ねじ部を有するねじカラー１８４、１８５を備えている。高精度、耐磨耗性のかみ合い雄ねじ部を有することが好ましい入力ねじ１５６、及び出力ねじ１６６はそれぞれねじカラー内にねじ込まれる。ねじカラーは接着剤によりベース部１６０、１７０にそれぞれ堅固に取り付けられており、このため、ねじの軸はそれぞれの梁に対してほぼ垂直であり、梁はほぼ平面状であり、ねじの軸は、モータの出力軸１７６、１７８の軸に対し及びモータ１５２、１６２により駆動されるピニオン１８０、１８２の軸に対して平行である。入力ボール１８６は入力ねじ１５６の末端に取り付けられ、出力ボール１８８は出力ねじ１６６の末端に取り付けられている。これらボールは、梁に係合するときねじの回転により梁に伝達される回転力を最小限にし得るようにほぼ単一の接点を提供する。入力歯車１５８が入力ねじ１５６の頂部に取り付けられ、出力歯車１６８が出力ねじ１６６の頂部に取り付けられる。これら歯車は、分割されており且つ位置決め反復可能性を向上させ得るように一体のバックラッシュ防止ばねを備えている。
【００７３】
図１３を参照すると、入力モータ１５２、入力モータ取り付け部１５４、入力ねじ１５６、入力歯車１５８及び入力ベース部１６０は全て同一の面に沿って整合されている。同様に、出力モータ１６２、出力モータ取り付け部１６４、出力ねじ１６６、出力歯車１６８及び出力ベース部１７０は、又同一の面に沿って整合されている。入力モータ取り付け部１５４、入力ベース部１６０、出力モータ取り付け部１６４及び出力ベース部１７０は、全て板１７４を支持し得るようにねじ１７２等によって固定状態に取り付けられている。好ましくは、モータ取り付け部１５４、１６４はステンレススチールのような硬い材料で出来ている。モータ１５２、１６２は、入力ピニオン１８０及び出力ピニオン１８２がそれぞれ取り付けられた軸１７６、１７８をそれぞれ駆動する。入力ピニオン１８０は、入力歯車１５８とかみ合う一方、該入力歯車は入力ねじ１５６を駆動する。同様に、出力ピニオン１８２は出力歯車１６８とかみ合う一方、該出力歯車は出力ねじ１６６を駆動する。モータ１５２、１６２はステッパモータであることが好ましい。
【００７４】
モータ１５２、１６２を作動させることにより、梁１９０、１９２を撓ませ又は曲げることによって、ハブ１９０Ｃ、１９２Ｃの位置及びハブの開口の位置が互いに既知の仕方にて変化することが分かる。ハブの動作、従って、開口内に保持されたファイバ束の動作は、制御可能であり且つ入力ねじ１５６、及び出力ねじ１６６の動作に比例するものとすることができる。このように、対向するファイバ束内のファイバを対にまとめることを制御することが可能となる。
【００７５】
【探知及び最適化ルーチン】
スイッチを使用する前に２つの工程ステップが行われる。対向するファイバ束の所望のファイバを対にまとめるための各々の最適な位置を一定の基準点に対して確立しなければならず、また、これらの位置をモータコントローラの記憶装置に記憶させなければならない。一度びこれが為されたならば、ユーザが望むとき常に、ファイバを対にまとめることを繰り返すことができる。モータコントローラは本発明の第一の形態におけるものと同一のものとすることができる。
【００７６】
探知及び最適化ルーチンを開始する前に必要とされる処理装置及び手順は本発明の第一の形態にて行われたものと同一である。同様に、ファイバを対にまとめることを探知し且つそのファイバの位置を最適にするために使用されるルーチンもまた同一である。梁１９０、１９２の各々は、デカルト座標系に沿ってほぼ直線状の動作にて動くよう別個に移動させる。この動作の間、大きい面積の光検出器の応答性を監視する。それ以前に画成された閾値を超える信号が検知されたならば、探知ルーチンは上記に説明した最適化サブルーチンを呼び出す。
【００７７】
【代替的な実施の形態の作用】
入力ねじ１５６が入力ピニオン１８０によって駆動されるとき、入力ボール１８６は入力ファイバ束１８が解放可能に取り付けられた可撓性の入力梁１９０に当接する。同様に、出力ねじ１６６が出力ピニオン１８２によって駆動されるとき、出力ボール１８８は出力ファイバ束２０が解放可能に取り付けられた可撓性の出力梁１９２に当接する。入力ピニオン１８０の比較的大きい回転動作は入力梁１９０の比較的小さい動作に変換されて、ハブ１９０Ｃ及び入力ファイバ束１８を円弧状に精密に並進させる方法を提供する。入力ファイバ束１８の並進によって描かれた円弧は、ハブ１９２Ｃによって保持された出力ファイバ束２０の並進によって描かれた円弧に対しほぼ垂直であり、ファイバ束を互いに配置するとき２゜の自由度を提供する。その他の作用面の特徴及び可能な適用例は好ましい実施の形態に対するものと同一である。
【００７８】
【非調節型の実施の形態の説明及び作用】
図１４には、全体として、参照番号２００で示した、光ファイバスイッチの別の代替的な実施の形態が開示されている。この実施の形態は、梁を作動させるために使用される方法が調節可能性を提供しない点にてそれ以前の２つの実施の形態と相違している。その結果は、単一の１×２スイッチ又は２つの１×１（オン−オフ）スイッチの何れかとなる。非調節型の装置の大きさは、制限されたファイバの能力に相応するように小型となる。これらの相違点を除いて、この実施の形態の主要な要素は上述したものと極めて類似している。
【００７９】
入力フェルール２０１及び出力フェルール２０２は、第一の実施の形態の入力フェルール８０及び出力フェルール４２と同一の仕方にて製造される。入力梁２０６及び出力梁２０４は硬い又は可撓性の何れかとすることができる。その双方の梁は別個の軸の周りで上側ベース部２０７に枢動可能に取り付けられている。入力梁２０６は、枢着ピン２１７により取り付けられ且つ上側の可調節入力ストッパ２１０と接触する迄、入力ばね２０９により上方に付勢される。同様に、出力梁２０４は、入力梁２０６の取り付け端部に形成された案内スロット２２１内に断面図で示したその枢着ピン２１９の周りで出力ばねによって上方に付勢される。枢着ピン２１７、２１９は、梁２０６、２０４の取り付け端部内に固着されており且つ上側フレーム２０７の側壁にて枢動する。出力梁２０４は、上側の可調節型出力ストッパ２１１と接触する迄、枢動する。
【００８０】
梁を作動させ得るように選んだ方法により調節可能性は無くなる。電磁アクチュエータ２０８は下側ベース部２０５に取り付けるのが好ましい。その下側の可調節型入力ストッパのみを示した下側可調節型ストッパ２１２に合う迄、そのそれぞれの軸の周りで同時に駆動するためその双方の梁を磁力により吸引すべくアクチュエータ２０８が使用される。回り止めナットを有するねじであることが好ましい、梁の各々に対して１つずつのストッパは、その枢着点に対向して梁の各々の端部付近に配置されている。
【００８１】
梁はピン２１７、２１９の別個の軸の周りで回転するため、２対の個々のファイバを整合させ得るような仕方にて上側及び下側可調節ストッパ２１０、２１１、２１２を調節することが可能である。梁がストッパ２１０、２１１に対するその休止位置にあるとき、１対のファイバが整合される。電力が印加されると、電磁アクチュエータ２０８は、そのそれぞれの下側可調節型ストッパ２１２に接触する迄、梁２０６、２０４の双方を同時に下方に付勢する。その時点にて、最初の入力ファイバが新たな出力ファイバと整合されて１×２スイッチを形成するか、又はかかる形態にて製造されるならば、２つの異なるファイバが整合されて２つの１×１（オン−オフ）スイッチの第二のものを形成する。
【００８２】
【概要】
従って、本発明の光スイッチは、時間及び環境上の変動に亙って安定的で且つ均一な卓越した光学的性能を呈する比較的低廉な構成要素にて容易に製造されたコンパクトな装置を提供することが理解できる。スイッチの幾何学的形態は、多岐に亙る設計上の目的に合うように適応可能である。
【００８３】
上記の説明は、多くの使用を含むが、これらは、本発明の範囲を限定するものではなく、その現在の好ましい実施の形態の幾つかの１つの例示であると解釈されるべきである。例えば、梁の動作は、線形アクチュエータ又は音声コイル・アクチュエータ、カム、張力線、手操作等を非限定的に含む多数のその他の手段により提供することができる。光ファイバは、シリコン、レンズ等を含む多数の代替的な光導波管の任意のものと置換することができる。また、梁は、シリコンのような代替的な材料にて製造することができ、又は、形状が異なるより複雑な構造体又は支持手段と置換し、しかも、本明細書に記載した梁と同一の運動学的目的を果たすことができる。
【００８４】
本発明の好ましい実施の形態を説明したが、当該技術分野の当業者は、本発明の精神及び範囲から逸脱せずに、形態及び詳細の点にて変更を為すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の光スイッチの１つの好ましい実施の形態の正面立面図である。
【図２】  図１のスイッチの右側面図である。
【図３】  図１のスイッチの左側面図である。
【図４】  図１のスイッチの背面図である。
【図５】  図１のスイッチの頂面図である。
【図６】  図１の線６−−６に沿った断面図である。
【図７】  図２及び図３の双方の線７−−７に沿った断面図である。
【図８】  図１の線８−−８に沿った断面図である。
【図９】  図１の線９−−９に沿った断面図である。
【図１０】  図９に破線の円で示した光スイッチの導波管支持体の１つの領域の拡大図である。
【図１１】  図１０に破線の円で示した光スイッチの導波管支持体の１つの領域の拡大図である。
【図１２】  光スイッチの１つの代替的な実施の形態の正面図である。
【図１３】  図１２に図示した実施の形態の頂面図である。
【図１４】  調節可能でない、図１に図示した光スイッチの１つの代替的な実施の形態の頂面図である。
【図１５】  図１４の線１５−１５に沿った断面図である。
【図１６】  支持梁に対して選んだ角度にて配置されたファイバ束の概略図である。
【図１７】  ファイバ束がある角度にあるときのフェルール取り付け部の部分拡大断面図である。
１７Ａは、梁内にある角度にて取り付けられたフェルールを示す、部分拡大断面図である。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１７Ａ】
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