(57)【要約】【課題】光路を切り替えるための光スイッチに使用され、光学素子と駆動装置の厳しい加工精度並びに位置決めと角度における従来の厳しい精度要求に対して、大幅な精度緩和を可能にし、低損失で、歩留りの高い光スイッチ素子で、基盤に対してほぼ垂直方向に設けた前出願の光スイッチ素子の改良バージョンに関する。【解決手段】位置決め精度と角度における精度が厳しい反射素子を固定とし、位置決めと角度における精度が緩い光路平行移動素子を可動とし、前記光路平行移動素子が光路上にないときの光がそのまま直進する状態と、駆動装置により前記光路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、固定反射素子に入力し、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素子で、特に、基盤に対して水平方向等のすべてのバージョンを網羅することを可能にする。【選択図】図１
2005115043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光路の角度を変えるための固定反射素子と、前記固定反射素子へ光路を基盤に対して水平方向へ平行移動するための可動第１光路平行移動素子をそれぞれ形成し、前記可動第１光路平行移動素子を駆動手段を用いて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素子。
【請求項２】
請求項１において、前記可動第１光路平行移動素子と、前記固定反射素子により角度を変えた光路を基盤に対して水平方向へ平行移動するための可動第２光路平行移動素子をそれぞれ形成し、前記可動第１、２光路平行移動素子を駆動手段を用いて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素子。
【請求項３】
請求項１において、前記可動第１光路平行移動素子と、前記固定反射素子により角度を変えた光路を基盤に対して垂直方向へ平行移動するための可動第２光路平行移動素子をそれぞれ形成し、前記可動第１、２光路平行移動素子を駆動手段を用いて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素子。
【請求項４】
光路の角度を変えるための固定反射素子と、前記固定反射素子へ光路を基盤に対して垂直方向へ平行移動するための可動第１光路平行移動素子と、前記固定反射素子により角度を変えた光路を基盤に対して水平方向へ平行移動するための可動第２光路平行移動素子をそれぞれ形成し、前記可動第１、２光路平行移動素子を駆動手段を用いて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素子。
【請求項５】
請求項２から請求項４のいずれかの請求項において、この光スイッチ素子に入力された光の高さと、光スイッチ素子から出力される光の高さは同一となることを特徴とする光スイッチ素子。
【請求項６】
請求項２から請求項４のいずれかの請求項において、前記可動第１、２光路平行移動素子の駆動装置を、１個の共通駆動装置に一体化したことを特徴とする光スイッチ素子。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかの請求項において、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ことを特徴とする光スイッチ素子。
【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使用され、光学素子と駆動装置の厳しい加工精度並びに位置決めと角度における従来の厳しい精度要求に対して、大幅な精度緩和を可能にするもので、低損失で、歩留りの高い光スイッチ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光スイッチ素子１′は、図３に示すように、基盤７′には入力コリメータ１７′と出力コリメータ１８′が配置され、駆動ソレノイド５′を上下させて、可動反射ミラー１９′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１９′のような反射素子を動かすために、可動反射ミラー１９′毎に対応した駆動ソレノイド５′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、位置決めと角度における精度が緩い光路平行移動素子を可動にし、基盤に対してほぼ垂直方向の構造を発明することにより、上記従来技術を或る程度解決できたが、特に、基盤に対して水平方向等のすべてのバージョンを網羅する解決策とはいえなかった（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２００３−２８７１６６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、上記従来技術を或る程度解決できたが、すべてのバージョンを網羅する解決策とはいえなかった。従って、本発明は、我々が前に出願した光スイッチ素子の改良バージョンの提供を目的としている。
【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実施例としては、光路の角度を変えるための固定反射素子と、前記固定反射素子へ光路を基盤に対して水平方向へ平行移動するための可動第１光路平行移動素子をそれぞれ形成し、前記可動第１光路平行移動素子を駆動手段を用いて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素子で、
第２実施例としては、第１実施例において、前記可動第１光路平行移動素子と、前記固定反射素子により角度を変えた光路を基盤に対して水平方向へ平行移動するための可動第２光路平行移動素子をそれぞれ形成し、前記可動第１、２光路平行移動素子を駆動手段を用いて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素子で、
第３実施例としては、第１実施例において、前記可動第１光路平行移動素子と、前記固定反射素子により角度を変えた光路を基盤に対して垂直方向へ平行移動するための可動第２光路平行移動素子をそれぞれ形成し、前記可動第１、２光路平行移動素子を駆動手段を用いて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素子で、
第４実施例としては、光路の角度を変えるための固定反射素子と、前記固定反射素子へ光路を基盤に対して垂直方向へ平行移動するための可動第１光路平行移動素子と、前記固定反射素子により角度を変えた光路を基盤に対して水平方向へ平行移動するための可動第２光路平行移動素子をそれぞれ形成し、前記可動第１、２光路平行移動素子を駆動手段を用いて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素子で、
第５実施例としては、第２実施例から第４実施例のいずれかにおいて、この光スイッチ素子に入力された光の高さと、光スイッチ素子から出力される光の高さは同一となる光スイッチ素子で、
第６実施例としては、第２実施例から第４実施例のいずれかにおいて、前記可動第１、２光路平行移動素子の駆動装置を、１個の共通駆動装置に一体化した光スイッチ素子で、
第７実施例としては、第１実施例から第６実施例のいずれかにおいて、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光スイッチ素子である。
【発明の効果】
【０００６】
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従来の厳しい精度要求に対して、大幅な精度緩和を可能にし、結果として、低損失で、歩留りの高い光スイッチ素子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素子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可動にしているのに対し、本発明は反射素子を固定にし、位置決めと角度における精度が緩い光路平行移動素子を可動にした点である。
【実施例１】
【０００８】
始めに、第１実施例は、図１（イ）において可動第２平行移動プリズム３Ｅを除いた構成からなり、図面は省略する。第１実施例は、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、位置決めと角度における精度が緩い光路平行移動素子を可動とし、前記光路平行移動素子が光路上にないときの光がそのまま直進する状態と、駆動装置により前記光路平行移動素子が光路上に挿入されたとき、光路が基盤に対して水平方向に平行移動し、光路を変える２通りの状態にして切り替えを行う光スイッチ素子１Ａである。本発明の基盤に対して水平移動光スイッチ素子１Ａは、光路が基盤に対して水平方向に平行移動する可動第１光路平行移動プリズム３Ｄと、光路を直角に曲げる固定反射ミラー４と、可動ブロック６Ａと、可動ブロック６Ａを動かす駆動ソレノイド５と、可動ブロック６Ａに駆動ソレノイド５の動力を伝えるシャフト８と、固定反射ミラー４を固定する基盤７のそれぞれで構成される。このように、固定反射ミラー４からの光路の位置を変える必要がないときは、可動第２光路平行移動プリズム３Ｅはなくても構わない。
【実施例２】
【０００９】
第２実施例としては、光路２がプリズム３やミラー４を通過した状態の説明図を図１（イ）に、光路２が、プリズム３やミラー４を通過しないで直進した状態の説明図を図１（ロ）に示す。図から明らかなように、本発明の基盤に対して光路水平移動光スイッチ素子１Ａは、光路を基盤に対して水平方向に平行移動する可動第１光路平行移動プリズム３Ｄと、同様に光路を基盤に対して水平方向に平行移動する可動第２光路平行移動プリズム３Ｅと、光路を直角に曲げる固定反射ミラー４と、可動第１、第２光路平行移動プリズム３Ｄ、３Ｅを一体的に固定する可動ブロック６Ａと、可動ブロック６Ａを動かす駆動ソレノイド５と、可動ブロック６Ａに駆動ソレノイド５の動力を伝えるシャフト８と、固定反射ミラー４を固定する基盤７のそれぞれで構成される。ここで、可動ブロック６Ａは、３Ｄと３Ｅを一体的に固定する代表的な例としてＬ字形で示したが、必ずしもこの形状でなくても良い。
このような構成であるので、光路２は可動第１光路平行移動プリズム３Ｄによって基盤に対して水平方向に平行移動し、固定反射ミラー４に入力され、角度を変えた後、可動第２光路平行移動プリズム３Ｅに入力され、基盤に対して水平方向に平行移動する可動第２光路平行移動プリズム３Ｅによって、基盤に対して水平方向に平行移動して出力される。
【実施例３】
【００１０】
第３実施例としては、図１（イ）において可動第２光路平行プリズム３Ｅを図１（ハ）の可動第２光路平行プリズム３Ｇに置き換えた構造となり、図面は省略する。
光路を基盤に対して水平方向に平行移動する可動第１光路平行移動プリズム３Ｅと、光路を基盤に対して垂直方向に平行移動する可動第２光路平行移動プリズム３Ｇと、光路を直角に曲げる固定反射ミラー４と、可動第１、第２光路平行移動プリズム３Ｅ、３Ｇを一体的に固定する可動ブロック６Ａと、可動ブロック６Ａを動かす駆動ソレノイド５と、可動ブロック６Ａに駆動ソレノイド５の動力を伝えるシャフト８と、固定反射ミラー４を固定する基盤７のそれぞれで構成される。
このような構成であるので、光路２は可動第１光路平行移動プリズム３Ｅによって基盤に対して水平方向に平行移動し、固定反射ミラー４に入力され、角度を変えた後、可動第２光路平行移動プリズム３Ｇに入力され、基盤に対して垂直方向に平行移動する可動第２光路平行移動プリズム３Ｇによって、基盤に対して垂直方向に平行移動して出力される。
【実施例４】
【００１１】
第４実施例としては、図１（ハ）において可動第２光路平行プリズム３Ｇを図１（イ）の可動第２光路平行プリズム３Ｅに置き換えた構造となり、図面は省略する。
光路を基盤に対して垂直方向に平行移動する可動第１光路平行移動プリズム３Ｆと、光路を基盤に対して水平方向に平行移動する可動第２光路平行移動プリズム３Ｅと、光路を直角に曲げる固定反射ミラー４と、可動第１、第２光路平行移動プリズム３Ｆ、３Ｅを一体的に固定する可動ブロック６Ｂと、可動ブロック６Ｂを動かす駆動ソレノイド５と、可動ブロック６Ｂに駆動ソレノイド５の動力を伝えるシャフト８と、固定反射ミラー４を固定する基盤７のそれぞれで構成される。
このような構成であるので、光路２は可動第１光路平行移動プリズム３Ｆによって基盤に対して垂直方向に平行移動し、固定反射ミラー４に入力され、角度を変えた後、可動第２光路平行移動プリズム３Ｅに入力され、基盤に対して水平方向に平行移動する可動第２光路平行移動プリズム３Ｅによって、基盤に対して水平方向に平行移動して出力される。
【実施例５】
【００１２】
第５実施例としては、例えば、図１（ハ）において、固定反射ミラー４によって反射されて角度が変わった光を、可動第２光路平行移動プリズム３Ｇによって基盤に対して垂直方向に平行移動するので、可動第１光路平行移動プリズム３Ｆへ入力される同じ高さになる構造であり、可動第１光路平行移動プリズム３Ｆ、固定反射ミラー４、可動第２光路平行移動プリズム３Ｇにより光路が基盤に対して垂直方向に平行移動するので、可動第１光路平行移動プリズム３Ｆへ入力された光路の高さは可動第２光路平行移動プリズム３Ｇから出力されるまで光路の高さが同一になる構造である。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、例えば、図１（イ）において、可動第１、２光路平行移動素子の駆動装置を１個の共通駆動装置に一体化した構造である。光路を曲げた状態と、光路を直進させた状態との切り替えは、可動第１、２光路平行移動プリズム３Ｄ、３Ｅを可動ブロック６Ａに固定一体化し、駆動ソレノイド５の動力をシャフト８で可動ブロック６Ａに伝えることにより、可動ブロック６Ａを上下に移動させて行う。このように、１個の共通駆動装置に一体化した構造の方が、好ましい結果を示したが、設計上の観点から、可動第１、２光路平行移動プリズム３Ｄ、３Ｅは、それぞれが独立した駆動ソレノイドを用いても良い。また、駆動装置として、駆動ソレノイド５を用いたが、別の駆動手段でも良い。また、本実施例では、可動第１、２光路平行移動プリズム３Ｄ、３Ｅを含む可動ブロック６Ａの移動方向は、上下方向で説明しているが、横方向もしくは回転移動でも構わない。
【実施例７】
【００１４】
第７実施例としては、例えば、図１（イ）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方向にいくが、必ずしも直角である必要はない。
【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１０での光路１２と、位置ずれあり状態１１での光路１３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。
続いて、従来の可動部で用いている反射素子の位置ずれなし状態２１′での光路１２′と、位置ずれあり状態２２′での光路１３′を示す。反射素子の位置がずれると、光路１２′と光路１３′は位置がずれて出力してしまう。また、これは基盤に対して水平方向以外の方向の位置ずれについても同様である。
更に、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角度ずれについての比較説明図を、図２（ロ）に示す。本実施例の可動部で用いている光路平行移動素子の角度ずれなし状態１５での光路１２と、角度ずれあり状態１６での光路１３を示す。このように、光路平行移動素子の角度がずれを起こしても、光路の位置ずれはあるが、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角度ずれについても同様である。
最後に、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２３′での光路１２′と、角度ずれあり状態２４′での光路１３′を示す。反射素子の角度がずれると、光路１２′と光路１３′は角度がずれて出力されてしまう。このときの光路１２′と光路１３′との角度ずれ角２０′は、反射素子の角度ずれ１４′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いる。
【００１６】
次に、本発明の光スイッチ素子１と従来の反射ミラー１′において、前記光スイッチ素子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素子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。
【００１７】
【表１】
2005115043.tif 000003
【００１８】
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素子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素子は、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。
【００１９】
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４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、可動第１、２光路平行移動プリズム３Ｄ、３Ｆ、３Ｅ、３Ｇ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。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】
【００２０】
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に対して、大幅な精度緩和を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】（イ）は、本発明の第２実施例の光スイッチ素子１Ａで、光路２が、プリズム３やミラー４を通過した状態の説明図である。図１（ロ）は、本発明の第２実施例の光スイッチ素子１Ａで、光路２が、プリズム３やミラー４を通過しないで直進した状態の説明図である。図１（ハ）は、本発明の光スイッチ素子１Ｂの説明図で、光路２が、プリズム３やミラー４を通過した状態である。図１（ニ）は、本発明の光スイッチ素子１Ｂの説明図で、光路２が、プリズム３やミラー４を通過しないで直進した状態である。
【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】従来の光スイッチ素子１′の実施例で、光路２′が、可動反射ミラー１９′を通過した状態の説明図である。
【符号の説明】
【００２２】
１Ａ  本発明の光スイッチ素子（基盤に対してほぼ水平方向に移動）
１Ｂ  本発明の光スイッチ素子（基盤に対してほぼ垂直方向に移動）
２    光路
３Ｄ  可動第１光路平行移動プリズム（基盤に対してほぼ水平方向に移動）
３Ｅ  可動第２光路平行移動プリズム（基盤に対してほぼ水平方向に移動）
３Ｆ  可動第１光路平行移動プリズム（基盤に対してほぼ垂直方向に移動）
３Ｇ  可動第２光路平行移動プリズム（基盤に対してほぼ垂直方向に移動）
４    固定反射ミラー
５    駆動ソレノイド
６Ａ  可動ブロック
６Ｂ  可動ブロック
７    基盤
８    シャフト
10    位置ずれなし光路平行移動素子
11    位置ずれあり光路平行移動素子
12    光学素子が所定の位置及び角度にあるときの光路
13    光学素子が所定の位置及び角度にないときの光路 
15    角度ずれなし光路平行移動素子
16    角度ずれあり光路平行移動素子
１′  従来の光スイッチ素子
２′  光路
５′  駆動ソレノイド
７′  基盤
８′  シャフト
12′  光学素子が所定の位置及び角度にあるときの光路
13′  光学素子が所定の位置及び角度にないときの光路
14′  光学素子ずれ角
17′  入力コリメータ
18′  出力コリメータ
19′  可動反射ミラー
20′  光路ずれ角
21′  位置ずれなし反射素子
22′  位置ずれあり反射素子
23′  角度ずれなし反射素子
24′  角度ずれあり反射素子
【図１】
2005115043.tif 000004
【図２】
2005115043.tif 000005
【図３】
2005115043.tif 000006