(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を入出射する複数の導光部を有し、該導光部のうちの特定の導光部（４０）の光軸を、他の複数の導光部（４３）の光軸のいずれか一つに選択的に一致させることにより、光学的に結合させる光スイッチにおいて、
円筒体の壁に、前記複数の導光部を、その光軸が前記円筒体の軸中心に向く状態で前記円筒体の円周方向および軸方向に配列した支持手段（２１）と、
前記支持手段の円筒体内に軸を合わせて配置された回転体を有し、該回転体に前記特定の導光部に授受する光の光軸を前記支持手段の前記円筒体の壁方向に向けて固定するための手段を有する光軸回転手段（３０）と、
前記支持手段に前記回転体を回転可能に結合させるとともに、前記回転体が回転することによって前記回転体と前記支持手段の前記円周方向および軸方向の相対位置を移動可能に結合するための結合手段（２２、３１）とを備えており、
前記支持手段はその位置が固定され、前記他の複数の導光部は前記円筒体に所定ピッチで螺旋軌道上に配置され、
前記結合手段は、前記支持手段に対して前記特定の導光部の光軸の延長線が前記円筒体上に前記所定ピッチの螺旋軌道を描くように回転させることを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
前記光軸回転手段は、前記特定の導光部を保持することを特徴とする請求項１記載の光スイッチ。
【請求項３】
前記特定の導光部は、前記支持手段の円筒体の軸中心にその光軸方向が円筒体の軸方向になるように固定配置され、前記特定の導光部の光軸と前記円筒体に取り付けられた他の導光部の光軸を一致させて光の授受を行うために前記円筒体の軸中心にミラーを備えていることを特徴とする請求項１記載の光スイッチ。
【請求項４】
前記結合手段は、前記支持手段の円筒体と前記回転体とを前記所定ピッチのネジ機構で結合したことを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３記載の光スイッチ。
【請求項５】
前記特定の導光部の光軸を前記他の複数の導光部の光軸に選択的に一致させるように前記結合手段を駆動する駆動手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光を入出射する複数の導光部のうちの特定の導光部を他の複数の導光部のいずれかに選択的に結合させて光路切換を行う光スイッチにおいて、その切換数を増加するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバの光路を切り換えるために、従来から図９に示す光スイッチ１が用いられている。
【０００３】
この光スイッチ１は、複数の導光部のうちの特定の導光部としての１本の光ファイバコリメータ２（光ファイバの先端にコリメータレンズを設けたもの）をそのレンズ部２ａの光軸が所定位置Ｏを中心にして同一平面上を回転できるようにし、この光ファイバコリメータ２の光軸の回転平面上の円周に沿って他の複数の導光部としての光ファイバコリメータ３、３、…、３を所定間隔で放射状に配置し、光ファイバコリメータ２を回転させて、光ファイバコリメータ２を光ファイバコリメータ３、３、…、３のいずれかに光学的に結合させるものである。
【０００４】
ここで、例えば、複数の光ファイバコリメータ３の配列半径が３０ｍｍとすると円周長は１８８．４ｍｍであり、光ファイバコリメータ３の間隔Ａを例えば３ｍｍとすれば、切換数を最大で６２までとることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光ファイバによる伝送線路の需要は年々大きくなっており、光スイッチに要求される切換数も１２８や２５６というように年々増加しており、このように切換数の多い光スイッチを前記した従来の光スイッチで実現しようとすると、光ファイバコリメータ３の配列半径を大きくしなければならず、光スイッチの形状が非常に大きくなるという問題がある。
【０００６】
例えば、切換数１２８を実現するためには、円周長が１２８×３で３８４ｍｍとなり、これでは直径約１２ｃｍの円周に光ファイバコリメータ３を配列しなければならず、切換数２５６の場合にはその倍の約２４ｃｍの円周に光ファイバコリメータ３を配列しなければならない。
【０００７】
これを解決するために、例えば図１０のように、１対２の光スイッチ１０に２つの１対６４の光スイッチ１１、１１を接続して切換数１２８を実現することもできるが、このように光スイッチを多段接続すると、光スイッチ個々の損失によって切換損失が大きくなり、また、光スイッチ個々の損失のバラツキの補正が必要になったり、切換制御や切換操作が複雑化するという問題がある。
【０００８】
本発明は、これらの問題を解決して、単体で小型な切換数の多い光スイッチを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１の光スイッチは、
光を入出射する複数の導光部を有し、該導光部のうちの特定の導光部（４０）の光軸を、他の複数の導光部（４３）の光軸のいずれか一つに選択的に一致させることにより、光学的に結合させる光スイッチにおいて、
円筒体の壁に、前記複数の導光部を、その光軸が前記円筒体の軸中心に向く状態で前記円筒体の円周方向および軸方向に配列した支持手段（２１）と、
前記支持手段の円筒体内に軸を合わせて配置された回転体を有し、該回転体に前記特定の導光部に授受する光の光軸を前記支持手段の前記円筒体の壁方向に向けて固定するための手段を有する光軸回転手段（３０）と、
前記支持手段に前記回転体を回転可能に結合させるとともに、前記回転体が回転することによって前記回転体と前記支持手段の前記円周方向および軸方向の相対位置を移動可能に結合するための結合手段（２２、３１）とを備えており、
前記支持手段はその位置が固定され、前記他の複数の導光部は前記円筒体に所定ピッチで螺旋軌道上に配置され、
前記結合手段は、前記支持手段に対して前記特定の導光部の光軸の延長線が前記円筒体上に前記所定ピッチの螺旋軌道を描くように回転させることを特徴としている。
【００１１】
即ち、前記特定の導光部の光軸を光軸回転手段により所定点を中心に且つ該所定点を通る所定直線に対して角度のある状態で回転させるようにし、前記他の複数の導光部を、それぞれ光軸が前記所定直線に交わる状態で、該所定直線を中心とする所定ピッチの螺旋軌道に沿って並ぶように支持手段により支持し、前記光軸回転手段によって回転する前記特定の導光部の光軸が前記螺旋軌道に沿って並んだ前記他の複数の導光部の各光軸に順次一致するように、結合手段により前記所定点を前記所定直線に沿って前記螺旋軌道と等しいピッチで前記他の複数の導光部に対して相対移動させる。
【００１３】
また、本発明の請求項２の光スイッチは、請求項１記載の光スイッチにおいて、
前記光軸回転手段は、前記特定の導光部を保持することを特徴としている。
【００１４】
また、本発明の請求項３の光スイッチは、請求項１記載の光スイッチにおいて、
前記特定の導光部は、前記支持手段の円筒体の軸中心にその光軸方向が円筒体の軸方向になるように固定配置され、前記特定の導光部の光軸と前記円筒体に取り付けられた他の導光部の光軸を一致させて光の授受を行うために前記円筒体の軸中心にミラーを備えていることを特徴としている。
【００１５】
また、本発明の請求項４の光スイッチは、請求項１または請求項２または請求項３の光スイッチにおいて、
前記結合手段は、前記支持手段の円筒体の端部と前記回転体の一端を前記所定ピッチのネジ機構で結合したことを特徴としている。
【００１６】
また、本発明の請求項５の光スイッチは、請求項１記載の光スイッチにおいて、
前記特定の導光部の光軸を前記他の複数の導光部の光軸に選択的に一致させるように前記結合手段を駆動する駆動手段を備えたことを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。図１〜図３は、実施形態の切換数１２８の光スイッチ２０を示す図である。
【００１８】
この光スイッチ２０は、上下が開口した中空の円筒体２１と、円筒体２１の上面を塞ぐ円板状の上板２２と、円筒体２１の下面を塞ぐ円板状の下板２３と、上板２２の上部側を覆う上面が閉じた円筒状の上カバー２４と、下板２３の下面側を覆う下面が閉じた円筒状の下カバー２５とによって、全体として略円柱状に形成されている。
【００１９】
上板２２は後述するネジ体３０のネジ溝３１とともにこの実施形態の結合手段を形成するものであり、その中央には所定ピッチ（例えば２ｍｍ）のネジ溝を有する円形のネジ穴２６が円筒体２１と同心に設けられている。また、下板２３の中央にも円形の穴２７が上板２２のネジ穴２６と同心に貫通形成されている。
【００２０】
上板２２のネジ穴２６にはこの実施形態の光軸回転手段としてのネジ体３０が円筒体２１と同心に取り付けられている。ネジ体３０は、上板２２のネジ穴２６の径に対応した径を有する円柱状の中軸部３０ａと、中軸部３０ａと同心でその上下に突出する円柱状の上軸部３０ｂ、下軸部３０ｃとによって一体に形成されており、中軸部３０ａの外周上部側には、上板２２のネジ穴２６のネジ溝に螺合するネジ溝３１が設けられている。
【００２１】
ネジ体３０は、この中軸部３０ａのネジ溝３１を上板２２のネジ穴２６のネジ溝に螺合させ、中軸部３０ａの下部を下板２３の穴２７に係合させた状態で、ネジ穴２６の中心線と一致する直線を中心に回転し、且つその直線に沿って移動できるように支持されている。
【００２２】
上板２２の上方に突出したネジ体３０の上軸部３０ｂには、平ギア３２が取り付けられている。また、上板２２上にはステッピングモータ（以下単にモータと記す）３３が固定され、モータ３３の軸に取り付けられた駆動ギア３４が平ギア３２と噛合している。したがって、モータ３３を回転駆動することによってネジ体３０は回転しながら昇降移動する。なお、平ギア３２は、駆動ギア３４とのギア歯の隙間によるバックラッシュを防ぐためにダブルギア構造になっている。
【００２３】
また、ネジ体３０の上軸部３０ｂには、円板状のバネ受け３５が平ギア３２の下方に固定されており、このバネ受け３５と上板２２の間には、ネジ体３０を下方に付勢して、ネジ体３０と上板２２のネジ穴２６のネジ溝同士の隙間によるバックラッシュを防止するバネ３６が取り付けられている。
【００２４】
ネジ体３０の中軸部３０ａの下部には、ファイバ支持体３８が突設されている。ファイバ支持体３８には、この実施形態の特定の導光部である光ファイバコリメータ４０のレンズ部４０ａが支持されている。光ファイバコリメータ４０のレンズ部４０ａは、先端面を円筒体２１の内壁へ向け、その光軸がネジ体３０の中心線Ｌ（所定直線）に対して所定点Ｏで直交する直線に一致した状態で固定支持されている。光ファイバコリメータ４０のファイバ部４０ｂは、円筒体２１の内部で十分なゆとりをもって円筒体２１を貫通する穴４１を通って外部に引き出されている。
【００２５】
したがって、光ファイバコリメータ４０のレンズ部４０ａの光軸は、ネジ体３０の回転昇降移動にともなって所定点Ｏを中心に回転しながらその中心線Ｌに沿って昇降する。
【００２６】
円筒体２１は、この実施形態の支持手段を構成するものであり、内壁から外壁へ貫通する１２８個の支持穴４２が、それぞれネジ体３０の中心線Ｌ（円筒体２１自身の軸中心）に直交する向きで、その中心線Ｌを中心としネジ体３０のネジ溝と等しいピッチの螺旋軌道に沿って一定間隔で並んで設けられている。
【００２７】
各支持穴４２の中心はネジ体３０とともに回転昇降移動する光ファイバコリメータ４０の光軸に一致している。
【００２８】
各支持穴４２には、光ファイバコリメータ４０に選択的に結合させる他の複数の導光部としての光ファイバコリメータ４３1 〜４３128 の各レンズ部４３ａがその端面をネジ体３０に向けて支持穴４２の穿設方向と光軸を一致させた状態で挿着されている。
【００２９】
各光ファイバコリメータ４３1 〜４３128 のファイバ部４３ｂは、支持穴４２を通り円筒体２１の外側にそれぞれ引き出されている。なお、光ファイバコリメータ４０、４３1 〜４３128 のファイバ部４０ｂ、４３ｂの先端には光コネクタ（図示せず）が取り付けられている。
【００３０】
実際の数値例を示すと、この実施形態では、円筒体２１の内周直径をほぼ６０ｍｍ、１２８本の光ファイバコリメータ４３1 〜４３128 を内周側でほぼ３ｍｍ間隔で１周当り６２．５個となるようにして、円筒体２１の２周強の範囲に配置している。
【００３１】
このように１周当り６２．５個（つまり２周で奇数の１２５個）としているため、１周目の光ファイバコリメータ４３に対して２周目の光ファイバコリメータ４３は周方向にずれている。このため、ネジ体３０のピッチが２ｍｍ程度と小さい場合でも、支持穴４２の上下間隔を十分とることができ、支持穴４２の加工も容易である。
【００３２】
また、下板２３の下方に突出したネジ体３０の下軸部３０ｃには、ネジ体３０の回転角を検出するためのスリット円板４５が取り付けられており、下板２３の下面側には、このスリット円板４５のスリットを検出する投受光器（フォトインタラプタ）４６が取り付けられている。この投受光器４６は、２つの投光部４６ａ、４６ｂと投光部４６ａ、４６ｂからの光をそれぞれ受光する２つの受光部４６ｃ、４６ｄとを有している。
【００３３】
このスリット円板４５には、図４に示すように、ネジ体３０の原点位置を規定するための１つのスリットＳａが設けられており、その外側の３６０°の範囲には、１２５個（６２．５×２）のスリットＳｂが等間隔に設けられている。なお、スリットＳａは、スリットＳｂの一つと同一角度位置となる位置に設けられている。
【００３４】
スリット円板４５は、光ファイバコリメータ４０の光軸が最上端の光ファイバコリメータ４３1 の光軸に一致した状態からネジ体３０がさらにスリットＳｂ２個分上方側へ回転した位置でスリットＳａが内側の投受光部４６ａ、４６ｃで検出され、且つ、スリットＳｂの一つが外側の投受光部４６ｂ、４６ｄで検出されるように予め位置決めされている。以下この位置をネジ体３０の原点位置とする。
【００３５】
また、下板２３の下面側には、ネジ体３０の下軸部３０ｃの下端を検出するための投受光器４８が支持板４９によって支持されている。ネジ体３０の下軸部３０ｃの下端は、ネジ体３０が原点位置にあるときには投受光器４８の光を遮らず、原点位置より低い位置にあるときには投受光器４８の光を遮る。
【００３６】
したがって、投受光器４８が非受光状態から受光状態に切り換わってから最初に投受光器４６の受光部４６ｃが受光状態になったとき、ネジ体３０は原点位置に達したことになる。
【００３７】
前記したように、スリット円板４５のスリットＳｂの数は、光ファイバコリメータ４３の１周当りの数の２倍に設定されており、原点位置からネジ体３０が下方へ回転移動する場合、２つ目のスリットＳｂが検出されるときに光ファイバコリメータ４０と第１番目（最上端）の光ファイバコリメータ４３1 が結合され、４つ目のスリットＳｂが検出されるときに光ファイバコリメータ４０と第２番目の光ファイバコリメータ４３2 とが結合する。
【００３８】
つまり、原点位置を基準にして投受光器４６によるスリットＳｂの検出数が偶数のときに、その数の半分に等しい順位の光ファイバコリメータ４３が光ファイバコリメータ４０に結合されることになる。
【００３９】
この光スイッチ２０は、例えば図５に示すように制御回路５０によって切り換え制御される。制御回路５０は、外部から指定された番号の光ファイバコリメータ４３を光ファイバコリメータ４０に接続するために、投受光器４６、４８の出力を監視しながら、モータ３３を駆動する。
【００４０】
次に、制御回路５０の処理を図６のフローチャートに基づいて説明する。
始めに、投受光器４８が非受光状態から受光状態に切り換わるまでネジ体３０を上方へ回転移動させて、図４に示したようにネジ体３０を原点位置に停止させ、ネジ体３０の現位置を示す変数Ｂを０に初期化し、投受光器４６によるスリットＳｂの検出数Ｐを０に初期化する（Ｓ１、Ｓ２）。
【００４１】
このとき、光ファイバコリメータ４０の光軸はどの光ファイバコリメータ４３の光軸にも一致していない。
【００４２】
ここで、Ｎ番目の光ファイバコリメータ４３N を指定する信号を受けると、指定されたＮがＢより大きいか否かを判定し、ＮがＢより大きいときには、投受光器４６によるスリット検出数Ｐが２・（Ｎ−Ｂ）になるまでネジ体３０を回転下降させて、指定されたＮ番目の光ファイバコリメータ４３N を光ファイバコリメータ４０に結合させる（Ｓ３〜Ｓ５）。
【００４３】
例えば、１番目の光ファイバコリメータ４３1 が指定されると、検出数Ｐが２・（１−０）＝２になるまで、ネジ体３０が回転下降して、図１に示しているように、光ファイバコリメータ４０が最上部の光ファイバコリメータ４３1 に結合する。
【００４４】
そして、変数ＢをＮで更新し計数値Ｐを０にリセットしてから、次の指定を待つ（Ｓ６）。
【００４５】
次に指定された光ファイバコリメータ４３の番号ＮがＢより大きい場合には、前記処理Ｓ５、Ｓ６を繰り返す。例えば、１２５番目の光ファイバコリメータ４３125 が指定されると、検出数Ｐが２・（１２５−１）＝２４８になるまで、ネジ体３０が回転下降して、図７に示しているように、光ファイバコリメータ４０が１２５番目の光ファイバコリメータ４３125 に結合する。
【００４６】
また、次に指定された光ファイバコリメータ４３の番号ＮがＢより小さい場合には、検出数Ｐが２（Ｂ−Ｎ）になるまでネジ体３０を回転上昇させて、指定されたＮ番目の光ファイバコリメータ４３を光ファイバコリメータ４０に結合させる（Ｓ７、Ｓ８）。
【００４７】
このように実施形態の光スイッチ２０は、特定の導光部としての光ファイバコリメータ４０の光軸を、ネジ体３０の回転駆動によって回転昇降移動させ、そのネジ体３０の中心線を中心としネジ体３０と同一ピッチの螺旋軌道に沿って並べた複数の光ファイバコリメータ４３のいずれか一つに選択的に結合させるようにしている。
【００４８】
このため、切換数が多い場合でも、光ファイバコリメータ４３の配列半径を大きくせずに済み、小型に構成することができる。
【００４９】
また、ネジ体３０の回転にともなう進退作用を利用しているので、ネジ体３０に回転力のみを与えるだけで回転中心線方向に沿った光軸の移動も行うことができ、可動部が一つで済み構造が簡単になるという利点がある。
【００５０】
なお、前記実施形態では、スリット円板４５に設けたスリットＳｂを検出する投受光器４６の信号によってモータ３３の回転を制御していたが、指定された光ファイバコリメータ４３と光ファイバコリメータ４０とを結合させるために必要な原点位置からの回転角度は既知であるから、ネジ体３０の原点位置からの回転角度を計算して、算出した角度分だけモータ３３を回転駆動してもよい。ただし、この場合でもネジ体３０の原点位置を検出する手段は必要である。
【００５１】
【他の実施の形態】
前記実施形態では、モータ３３によってネジ体３０を回転していたが、手動でネジ体を回転させるようにしてもよい。
【００５２】
また、前記実施形態では、切換数１２８の場合について説明したが、光ファイバコリメータ４３を４周強にわたって配置すれば、切換数２５６を実現でき、その場合でも、光スイッチの高さ寸法は２ピッチ分しか増えず、小型に実現できる。
【００５３】
また、前記実施形態では、特定の導光部として光ファイバコリメータ４０のレンズ部４０ａをネジ体３０とともに回転昇降移動していたが、これは本発明を限定するものでない。
【００５４】
例えば、図８に示す光スイッチ６０のように、ネジ体３０′の下端にネジ体３０′の回転中心線に対して反射面が例えば４５度傾斜したミラー６１を固定し、ネジ体３０′の回転中心線の延長線に光軸が一致するように光ファイバコリメータ４０を下板２３′に固定しておき、ネジ体３０′をモータ３３によって回転昇降させることによって、光ファイバコリメータ４０と光ファイバコリメータ４３のいずれか一つとの光軸同士をミラー６１を介して一致させるようにしてもよい。
【００５５】
なお、この場合には、ネジ体３０′の上軸部３０ｂ′側にスリット円板４５を取り付けて、投受光器４６によってスリットＳａ、Ｓｂを検出し、上軸部３０ｂ′の先端位置を投受光器４８で検出する。また、この場合、上カバー２４′の高さが増すが下カバー２５′の高さが減少するので、光スイッチ全体の高さ寸法は前記実施形態とほぼ同一である。
【００６２】
また、前記実施形態では、ネジ体３０の中心線に対して光ファイバコリメータ４０の光軸が９０°の角度をもった状態で回転していたが、これは本発明を限定するものでなく、例えば光ファイバコリメータ４０の光軸をネジ体３０の中心線に対して４５°の角度をもった状態で回転させるようにしてもよい。なお、この場合、他の複数の光ファイバコリメータ４３を前記実施形態のようにネジ体３０と同心の円筒体の外周に螺旋軌道に沿って並べる方法の他に、他の複数の光ファイバコリメータ４３を下板側（あるいは上板側）で渦巻き状に並べることもできる。なお、この渦巻き状の配列も、螺旋軌道の径が徐々に変化したものであり本発明を逸脱しないものとする。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光スイッチは、複数の導光部のうちの特定の導光部の光軸を回転体を有する光軸回転手段によって支持手段の円筒体の壁に向けるとともに、他の複数の導光部を円筒体の壁にその周方向および軸方向に配列し、結合手段によって支持手段に回転体を回転可能に結合させるとともに、回転体が回転することによって回転体と支持手段の円周方向および軸方向の相対位置を移動可能に結合している。
【００６４】
このため、回転体の回転によって特定の導光部の光軸を円筒体の壁に円周方向および軸方向に配列された他の複数の導光部に選択的に結合することができ、切換数が多い場合でも、他の複数の導光部の配列半径を大きくせずに済み、小型に構成することができる。
【００６５】
また、結合手段としてネジ機構の回転に伴う進退作用を利用した光スイッチでは、その一方側に回転力のみを与えるだけで特定の導光部の光軸を他の複数の光軸のいずれかに選択的に結合させることができ、可動部が少なく構造が簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態の概略平面図
【図２】  実施形態の概略正面図
【図３】  実施形態の側面図
【図４】  実施形態の要部の平面図
【図５】  実施形態の光スイッチを制御する場合の電気的な構成を示す図
【図６】  実施形態の制御手順を示すフローチャート
【図７】  実施形態の動作を説明するための側面図
【図８】  他の実施形態の側面図
【図９】  従来装置の概略図
【図１０】  従来装置の光スイッチで切換数を増やすための構成を示す図
【符号の説明】
２０  光スイッチ
２１  円筒体
２２  上板
２３  下板
２４  上カバー
２５  下カバー
２６  ネジ穴
３０  ネジ体
３１  ネジ溝
３２  ファイバ支持体
４０  光ファイバコリメータ
４３1〜４３128   光ファイバコリメータ
【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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