(57)【要約】【課題】光路を切り替えるための光スイッチに適用され、従来の光学素子と駆動装置の厳しい加工精度と位置決めと角度における厳しい精度要求に対して、大幅な精度緩和を可能にし、かつ各格子部毎に必要であった駆動装置の数を削減することができ、結果として、低コストかつ低損失で、歩留りの高い光スイッチを提供することが可能になる。【解決手段】代表例を挙げると、Ｍ×Ｎマトリクスの各格子部に位置決め精度と角度における精度が厳しい固定反射素子及び、固定反射素子に入力し、角度を変えた光路の高さを、前記第１光路平行移動素子とは別の第２光路平行移動素子と所定の格子部へ固定するための固定手段を設けてユニット化した可動式光ユニットを１個〜複数個設けたものからなり、前記１個〜複数個の可動式光ユニットを、駆動装置により所定の格子部に移動して固定し、光路上に出し入れすることによって光路を切り替える光スイッチである。【選択図】図１
2005084067.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍ×Ｎマトリクスの各格子部に設置された光路の角度を変えるための固定反射素子及び、前記固定反射素子へ光路を平行移動するための互いに平行な面を持つ第１光路平行移動素子と、前記第１光路平行移動素子によって平行移動し、前記固定反射素子によって曲げられた光路を前記固定反射素子の反射点と異なる位置に平行移動する互いに平行な面を持つ第２光路平行移動素子からなるユニット化された可動式光ユニットを１個〜複数個設けたものからなり、前記１個〜複数個の可動式光ユニットを、駆動装置により所定の格子部に移動した状態で、光路上に出し入れすることによって光路を切り替えることを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
請求項１のユニット化された可動式光ユニットにおいて、所定の格子部へ固定するための固定手段を設けたことを特徴とする光スイッチ。
【請求項３】
Ｍ×１マトリクスの各格子部に設置された光路の角度を変えるための固定反射素子及び、前記固定反射素子へ光路を平行移動するための互いに平行な面を持つ光路平行移動素子からなるユニット化された可動式光ユニットを１個〜複数個設けたものからなり、前記１個〜複数個の可動式光ユニットを、駆動装置により所定の格子部に移動した状態で、光路上に出し入れすることにより、光路を切り替えることを特徴とする光スイッチ。
【請求項４】
請求項３のユニット化された可動式光ユニットにおいて、所定の格子部へ固定するための固定手段を設けたことを特徴とする光スイッチ。
【請求項５】
請求項１から請求項２のいずれかの請求項において、前記第１光路平行移動素子へ入力する光の高さと、前記第２光路平行移動素子から出力する光の高さをほぼ同一にしたことを特徴とする光スイッチ。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかの請求項において、光路の角度が、ほぼ直角に曲がるように前記固定反射素子を配置したことを特徴とする光スイッチ。
【請求項７】
請求項２、請求項４、請求項５、請求項６のいずれかの請求項において、可動式光ユニットに設けた突起部を所定の格子部に設けた孔部に挿入することにより、可動式光ユニットの光路平行移動素子が所定の格子部に固定されていることを特徴とする光スイッチ
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光路を切り替えるための光スイッチに適用され、従来の光学素子と駆動装置の厳しい加工精度と位置決めと角度における厳しい精度要求に対して、大幅な精度緩和を可能にし、かつ各格子部毎に必要であった駆動装置の数を削減することができ、結果として、低コストかつ低損失で、歩留りの高い光スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光スイッチは図３に示すように、基盤１２′上に入力コリメータ２Ｂ′、２Ｅ′と出力コリメータ３Ａ′、３Ｂ′がそれぞれ配置され、各交差部に設置された駆動装置１０′を上下させて、駆動装置に接続された可動反射ミラー２０′を入力光路と出力光路の交差部に出し入れすることにより光スイッチ動作を行う（例えば、非特許文献１参照。）。このような従来の光スイッチの欠点は、図から明らかなように可動反射ミラー２０′のような反射素子を動かすために、可動反射ミラー２０′毎に対応した駆動装置１０′が多数必要であるだけでなく、極めて厳しい加工精度が要求されるだけでなく、位置決めや角度決めにおいて極めて厳しい精度が要求されるという欠点があった。これを解決するために、我々は、従来は、可動であった反射素子を固定にし、位置決めと角度おける精度が緩い光路平行移動素子を可動にする構造を発明することにより、殆ど上記従来技術を解決することが可能になったが、各格子部毎に駆動装置の数が必要であり、部品点数が多いという課題は未解決であった（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【非特許文献１】山本尚生、他２名、「１０×１０マトリクス光スイッチの試作」電子通信学会論文誌  '８１／１２  ＶＯＬＪ６４ーＣ  ＮＯ１２．Ｐ８１９〜８２６
【特許文献１】特願２００３ー２８７１６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
解決しようとする課題は、図３に示すように可動反射ミラー２０′のような反射素子を動かすために、可動反射ミラー２０′毎に対応した駆動装置１０′が多数必要であり、かつ極めて厳しい加工精度が要求されるだけでなく、位置決めや角度決めにおいて極めて厳しい精度が要求され点という点である。本発明は、光学素子と駆動装置の加工精度並びに位置決めと角度決めにおいて精度を大幅に緩和し、かつ各格子部毎に必要であった駆動装置の数の削減を可能にした光スイッチを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、これらの問題を解決するために、鋭意検討した結果、
第１番目としては、Ｍ×Ｎマトリクスの各格子部に設置された光路の角度を変えるための固定反射素子及び、前記固定反射素子へ光路を平行移動するための互いに平行な面を持つ第１光路平行移動素子と、前記第１光路平行移動素子によって平行移動し、前記固定反射素子によって曲げられた光路を前記固定反射素子の反射点と異なる位置に平行移動する互いに平行な面を持つ第２光路平行移動素子からなるユニット化された可動式光ユニットを１個〜複数個設けたものからなり、前記１個〜複数個の可動式光ユニットを、駆動装置により所定の格子部に移動した状態で、光路上に出し入れすることによって光路を切り替える光スイッチで、
第２番目としては、第１のユニット化された可動式光ユニットにおいて、所定の格子部へ固定するための固定手段を設けた光スイッチで、
第３番目としては、Ｍ×１マトリクスの各格子部に設置された光路の角度を変えるための固定反射素子及び、前記固定反射素子へ光路を平行移動するための互いに平行な面を持つ光路平行移動素子からなるユニット化された可動式光ユニットを１個〜複数個設けたものからなり、前記１個〜複数個の可動式光ユニットを、駆動装置により所定の格子部に移動した状態で、光路上に出し入れすることにより、光路を切り替える光スイッチで、
第４番目としては、第３のユニット化された可動式光ユニットにおいて、所定の格子部へ固定するための固定手段を設けた光スイッチで、
第５番目としては、第１から第２のいずれかにおいて、前記第１光路平行移動素子へ入力する光の高さと、前記第２光路平行移動素子から出力する光の高さをほぼ同一にした光スイッチである。ここで、光路平行移動素子とは、プリズムに限らず、ミラー等を含めたものをさす。
第６番目としては、第１から第５のいずれかにおいて、光路の角度が、ほぼ直角に曲がるように前記固定反射素子を配置した光スイッチで、
第７番目としては、第２、第４、第５、第６のいずれかにおいて、可動式光ユニットに設けた突起部を所定の格子部に設けた孔部に挿入することにより、可動式光ユニットの光路平行移動素子が所定の格子部に固定されている光スイッチである。
【発明の効果】
【０００６】
従来の光学素子と駆動装置の厳しい加工精度と位置決めと角度における厳しい精度要求に対して、大幅な精度緩和を可能にし、かつ各格子部毎に必要であった駆動装置の数を削減することができ、結果として、低コストかつ低損失で、歩留りの高い光スイッチを提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の光スイッチ１の実施例を添付図面を参照して詳細に説明する。従来は、位置決めと角度における精度が厳しい反射素子を各反射素子毎に設けた駆動装置により可動にしているのに対し、本発明は反射素子を固定とし、位置決めと角度における精度が緩く反射素子より少ない数の光路平行移動素子を可動とした光スイッチである。
【実施例１】
【０００８】
始めに、第１実施例は、図１（イ）のＭ×Ｎの個からなるコリメータの場合で、固定手段として突起部がない場合の例で、図面は省く。この場合、可動式光ユニットを駆動装置により所定の格子部に移動した状態（固定せず）で、光路上に出し入れすることによって光路を切り替える構造である。
【実施例２】
【０００９】
次に、第２実施例は、図１（イ）の、Ｍ×Ｎの個からなるコリメータの場合で、固定手段として突起部を有する可動式光ユニットの場合を示す。図１（イ）において、基盤１２と基盤１２の上に設置した８台の入力コリメータ２Ｂ、２Ｅと、前記コリメータとほぼ直角方向の位置に設置した２台の出力コリメータ３Ａ〜３Ｂと、入力コリメータ２Ａ〜２Ｈと出力コリメータ３Ａ〜３Ｂとの交差部に対応した反射ミラー９と第１光路平行移動プリズム６Ａと第２光路平行移動プリズム６Ｂを搭載した可動式光ユニット５Ａと可動式光ユニット５Ａを所定の位置に移動するよう制御する駆動装置１０の構成からなる。ここで、可動式光ユニット５Ａは、図から明らかなように、第１光路平行移動プリズム６Ａと第２光路平行移動プリズム６Ｂと突起部７で構成され、一体化されている。本実施例では入力コリメータ２Ｅと出力コリメータ３Ｂを結合するために、駆動装置１０によって可動式光ユニット５Ａを所定の位置に設置し、コリメータ２Ｅから出射した光は光路４Ａを通って第１光路平行移動プリズム６Ａにより光路を切り替えられ、反射ミラー９に反射後、その反射光が第２光路平行移動プリズム６Ｂにより光路を切替えられ、その出射光が光路４Ｂとなり、出力コリメータ３Ｂへと入射する。その際、可動式光ユニット５Ａは、その突起部７が、基盤１２に設置された孔部８に挿入されて結合し、駆動装置１０から解除された後もその位置に固定できる構造となっている。入力コリメータ２Ｂと出力コリメータ３Ａとの結合も別の可動式光ユニット５Ａを所定の位置に移動し、反射ミラー９に反射することにより光路を実現できるものである。
【実施例３】
【００１０】
次に、第３実施例としては、Ｍ×1個からなるコリメータの場合で、固定手段として突起部がない場合の例で、図面は省く。この場合、前記と同様、可動式光ユニットを駆動装置により所定の格子部に移動した状態（固定せず）で、光路上に出し入れすることによって光路を切り替える構造である。
【実施例４】
【００１１】
次に、第４実施例としては、Ｍ×1個からなるコリメータの場合で、固定手段として突起部を有する可動式光ユニットの場合を示す。一列に並んだ８個の位置決めと角度における精度が厳しい反射素子を固定とし、一台の位置決めと角度における精度が緩い第２光路平行移動プリズム６Ｂを搭載した可動式光ユニット５Ｂを可動とし、前記反射素子部に光路平行移動素子がないときは光がそのまま直進する状態と、固定反射素子に反射後、前記光路第２平行移動素子が光路上に挿入されたときの光が光路を平行移動し、角度を変える２通りの状態にして切り替えを行う光スイッチである。ここで、可動式光ユニット５Ｂは、図から明らかなように、第２光路平行移動プリズム６Ｂと突起部７で構成されている。第２実施例は、図１（ロ）において、基盤１２と基盤１２上に８台のコリメータ２Ａ〜２Ｈを設置し、基盤１２の一方に前記コリメータとほぼ直角方向に１台のコリメータ３Ａを設け、入力コリメータ２Ａ〜２Ｈと出力コリメータ３Ａとの交差部に対応した固定反射ミラー９と第２光路平行移動プリズム６Ｂを搭載した可動式光ユニット５Ｂと前記可動式光ユニット５Ｂを所定の位置に移動するよう制御する駆動装置１０の構成からなる。本実施例では入力コリメータ２Ｂと出力コリメータ３Ａを結合するために、駆動装置１０によって可動式光ユニット５Ｂを所定の位置に設置し、入力コリメータ２Ｂから出射した光は光路４Ａを通り、反射ミラー９に反射後、第２光路平行移動プリズム６Ｂにより光路を切り切替えられ、光路４Ｂとなり、出力コリメータ３Ａへと入射する。その際、可動式光ユニット５Ｂは、その突起部７を、基盤１２に設置された孔部８に挿入して固定され、駆動装置１０から解除された後もその位置に固定できる構造となっている。入力コリメータ２Ｂと出力コリメータ３Ａを結合する際には可動式光ユニット５Ｂを所定の位置に移動し、反射ミラー９に反射することにより光路を実現できるものである。
【実施例５】
【００１２】
第５実施例としては、実施例１から実施例２のいずれかにおいて、固定反射素子に入力し、角度を変えた光路の高さを、前記第２光路平行移動プリズムにより、前記第1光路平行移動プリズムに入力する光の高さと同じ高さに平行移動する構造である。このように、入力と出力光路の高さを同一とすることで、スイッチ構造はより簡略化し、アセンブリも容易となる。
【実施例６】
【００１３】
第６実施例としては、実施例１から実施例５のいずれかにおいて、前記固定反射素子により光路の角度が直角に曲がるように、前記固定反射素子を配置した構造である。このように、直角に曲がる方が、スイッチ構造はより簡略化し、アセンブルも容易となり好ましいが、必ずしも直角である必要はない。
【実施例７】
【００１４】
第７実施例としては、第２、第４，第５，第６実施例のいずれかにおいて、可動式光ユニットに設けた突起部を所定の格子部に設けた孔部に挿入することにより、可動式光ユニットの光路平行移動素子が所定の格子部に固定されている光スイッチである。
【００１５】
次に、可動部に使用される本発明の光路平行移動素子と従来の反射素子の位置ずれについての比較説明図を、図２（イ）に示す。図において、本発明の可動部で用いている光路平行移動素子の位置ずれなし状態１２での光路１５と、位置ずれあり状態１４での光路１６を示す。このように、光路平行移動素子の位置がずれを起こしても、光路に位置ずれや角度ずれは生じないようになっている。また、これはすべての方向の位置ずれについても同様である。
更に、従来の可動部で用いている反射素子の角度ずれなし状態２４′での光路１５′と、角度ずれあり状態２５′での光路１６′を示す。反射素子の角度がずれると、光路１５′と光路１６′は角度がずれて出力されてしまう。このときの光路１５′と光路１６′との角度ずれ２１′は、反射素子の角度ずれ１７′の２倍となる。また、これはすべての方向の角度ずれについても同様である。光の損失増加で支配的なものは、位置ずれより角度ずれであり、光路平行移動素子は、反射素子に比べ位置及び角度精度が大幅に緩くなっており、挿入損失の低減と品質の安定化に大きく寄与している。
次に、本発明の光スイッチ１と従来の反射ミラー２０′において、前記光スイッチ及び反射ミラーの角度を基盤に対して水平方向及び垂直方向にずらしたときの光の損失を測定した。ただし、測定では固定入力コリメータと固定出力コリメータを用いた。光の損失増加で支配的なものは、位置ずれより角度ずれである。よって、本実施例の光スイッチの角度ずれに対して光の損失の増加が小さければ、光学素子及び駆動装置の加工精度及び位置決め精度が緩いということになる。基盤に対して水平方向の角度ずれの結果を表１（イ）に、垂直方向の角度ずれの結果を表１（ロ）にそれぞれ示す。
【００１６】
【表１】
2005084067.tif 000003
【００１７】
表から明らかなように、従来の反射ミラーに比べ、本発明の光スイッチが角度ずれに対して、光損失の増加が小さいことがわかる。つまり、従来に比べ、本発明の光スイッチは、光学素子と駆動装置の加工精度及び位置決めと角度における精度が緩くても構わないことになる。
【００１８】
本発明の実施例では、固定反射ミラーと光路平行移動プリズムを代表例に取り説明したが、固定反射ミラー９は、必ずしもミラーである必要はなく、例えば、ペンタプリズムのように、光路の角度を変えるものであれば構わない。また、第１、２光路平行移動プリズム６Ａ、６Ｂは、必ずしもプリズムである必要はなく、例えば、２枚のミラーを平行に対面配置して光路を平行に移動するものであれば構わない。また、マトリックス光スイッチ装置の変形例としては、回線切り替えスイッチを使用した場合やスルーポートタイプにした場合でも基本的構造に変化はないので、一向に構わない。更に、図面に示したコリメータに限らず、入・出力を逆にした場合でも構わない。最後に、固定手段の代表例としては、突起部と孔部の形状で図示したが、必ずしもこの形状に限るものではない。この様に本発明は各種の変形を含むものであることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
光路を切り替えるために用いる光スイッチに使用され、従来の厳しい精度要求と駆動装置における多数の部品点数に対して、大幅な精度緩和と駆動装置の大幅な部品点数の削減を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（イ）本発明の光スイッチ１の第２実施例で、光路４Ａが、可動式光ユニット５Ａの第１光路平行移動プリズム６Ａにより、切り替えられ、固定反射ミラー９で反射後、再び可動式光ユニット５Ａの第２光路平行移動プリズム６Ｂにより、切り替えられ、光路４Ｂに出力する状態の説明図である。図１（ロ）本発明の光スイッチ１の第４実施例で、光路４Ａが固定反射ミラー９で反射後、可動式光ユニット５Ｂの第２光路平行移動プリズム６Ｂにより、切り替えられ、光路４Ｂに出力する状態の説明図である。
【図２】（イ）可動部に使用される本発明の光路平行移動素子と従来の反射素子の位置ずれについての比較説明図である。図１（ロ）可動部に使用される本発明の光路平行移動素子と従来の反射素子の角度ずれについての比較説明図である。
【図３】従来の光スイッチ１′の実施例で、光路４′が、可動反射ミラー20′を通過した状態の説明図である。
【符号の説明】
【００２１】
１Ａ  本発明の光スイッチ
１Ｂ  本発明の光スイッチ
２Ｂ  入力コリメータ
２Ｅ  入力コリメータ
３Ａ  出力コリメータ
３Ｂ  出力コリメータ
４Ａ  光路
４Ｂ  光路
５Ａ  可動式光ユニット
５Ｂ  可動式光ユニット
６Ａ  第１光路平行移動プリズム
６Ｂ  第２光路平行移動プリズム
７    突起部
８    孔部
９    固定反射ミラー
10    駆動装置
11    シャフト
12    基盤
13    位置ずれなし光路平行移動素子
14    位置ずれあり光路平行移動素子
15    光学素子が所定の位置及び角度にあるときの光路
16    光学素子が所定の位置及び角度にないときの光路 
18    角度ずれなし光路平行移動素子
19    角度ずれあり光路平行移動素子
１′  従来の光スイッチ
２Ｂ′入力コリメータ
２Ｅ′入力コリメータ
３Ａ′出力コリメータ
３Ｂ′出力コリメータ
４Ａ′光路
４Ｂ′光路
10′  駆動装置
11′  シャフト
12′  基盤
15′  光学素子が所定の位置及び角度にあるときの光路
16′  光学素子が所定の位置及び角度にないときの光路
17′  光学素子ずれ角
20′  可動反射ミラー
21′  光路ずれ角
22′  位置ずれなし反射素子
23′  位置ずれあり反射素子
24′  角度ずれなし反射素子
25′  角度ずれあり反射素子
【図１】
2005084067.tif 000004
【図２】
2005084067.tif 000005
【図３】
2005084067.tif 000006