JP3993136B2 - Optical switch device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバの交換機に用いられる光導波路切り換え装置、あるいは光入力を適宜減衰させるための可変光減衰器として用いられる光スイッチ装置に関するものである。さらに詳しくは、光の出射位置を切り換える光反射部材に対する駆動技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
光ファイバの交換機に用いられる光導波路切り換え装置、あるいは光入力を適宜減衰させるための可変光減衰器として用いられる光スイッチ装置としては、光ファイバの熱による屈折率変動を利用する光導波路タイプもの、半導体プロセスによるマイクロ光学素子とマイクロアクチュエータを利用するMEMS(Micro Electro Mechanical System)タイプものが知られている(例えば、特許文献1)。
【0003】
【特許文献1】
特開2002-250874号公報(第3頁−第8頁、図1)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、光導波路タイプの光導波路切り換え装置は、光導波路ファイバの結合や分岐による光学的なロスが大きい。また、光導波路を切り換え後の状態を保持するために、常時ヒータに電力を供給しておく必要があり、装置の寿命が比較的短いという問題点がある。一方、MEMSタイプの光スイッチは半導体プロセスを利用するために製造コストが高い。
【0005】
また、本願出願人は、光反射部材が搭載された可動体を複数本のサスペンションワイヤによって支持し、かつ、この可動体を磁気駆動回路で駆動するタイプの光スイッチ装置も検討しているが、このタイプの光スイッチ装置では、外部からの振動などの影響で可動体が位置ずれを起こしやすい。
【0006】
そこで、可動体を所定位置にクランプする構成を検討しているが、このような構成を採用すると、可動体をクランプした状態においてサスペンションワイヤが撓んだ状態になるため、サスペンションワイヤの疲労、劣化が著しいという問題点がある。
【0007】
上記の問題点に鑑みて、本発明の課題は、光反射部材が搭載された可動体を複数本のサスペンションワイヤによって支持し、かつ、この可動体を磁気駆動回路で駆動するタイプの光スイッチ装置において、可動体を所定位置に保持でき、かつ、サスペンションワイヤの疲労、劣化を防止可能な構成を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、互いに直交する方向をそれぞれX方向、Y方向、およびZ方向としたときに、Z方向から入射してきた光を反射してX方向にずれた所定位置からZ方向に向けて出射するための光反射部材が搭載された可動体と、該可動体をX方向およびY方向に移動可能に支持する固定側部材とを有し、前記光反射部材の光入出射面に対峙する位置には、共通の入力用光導光路、および複数本の出力用導光路がX方向に配列された光スイッチ装置において、前記可動体をX方向およびY方向に駆動する磁気駆動回路を有するとともに、前記固定側部材は、複数本のサスペションワイヤによって前記可動体をX方向およびY方向に移動可能に支持し、前記可動体に対しては、当該可動体がX方向およびY方向に駆動されるときには当該可動体を解放し、当該可動体がX方向の所定位置まで駆動されたときに当該可動体をY方向に押圧して前記固定側部材に押し付け固定し、前記光反射部材の位置を固定するクランプ機構が構成され、かつ、前記可動体は、前記クランプ機構によって前記固定側部材に向けて押し付け固定されたときのY方向における位置と、前記磁気駆動回路によるY方向への推力が加わっていない状態で前記複数本のサスペションワイヤによって支持されているときのY方向における位置とが一致していることを特徴とする。
【0009】
本発明において、初期状態では、可動体は、クランプ機構によって固定側部材に押し付け固定されており、光の出射位置を切り換える際には、まず、クランプ機構が可動体に対するクランプを解除し、次に、磁気駆動回路が可動体をY方向に駆動して固定側部材から浮かせた後、磁気駆動回路が可動体をX方向の所定位置まで駆動する。そして、可動体がX方向の所定位置に到達すると、可動体は、クランプ機構によって固定側部材に押し付け固定される。従って、比較的簡素な構成でありながら、外部から振動などが伝わってきても、可動体は、X方向にずれることがなく、光の出射位置の安定性が高い。
【0010】
また、本形態において、可動体は、複数本のサスペンションワイヤによって支持されているため、可動体を駆動する際、可動体の姿勢が安定しているので、光反射部材が傾かない。
【0011】
さらに、本発明において、可動体は、固定側部材に押し付け固定されたときのY方向における位置と、磁気駆動回路によってY方向への推力が加わっていないときのY方向における位置とが一致しているため、可動体が固定側部材に押し付け固定された状態でサスペンションワイヤには、Y方向への応力が加わらない。それ故、サシペンションワイヤの疲労を軽減でき、サスペンションワイヤの寿命を延ばすことができる。
【0012】
本発明において、前記クランプ機構は、前記可動体を前記固定側部材に向けて押圧するための押圧部と、該押圧部が前記可動体を前記固定側部材に向けて押し付け固定する付勢力を発生させるばね部材と、該ばね部材の付勢力に抗して、前記押圧部を前記可動体から離間させるソレノイドとを備えていることが好ましい。このように構成すると、光の出射位置を切り換えた以降、その位置保持のための電力供給が不要である。それ故、光スイッチ装置での消費電力を削減できる。
【0013】
本発明において、前記可動体および前記固定側部材では、前記可動体のX方向への移動経路と、前記クランプ機構によって前記可動体が押し付け固定される前記固定側部材の固定領域とが平行であることが好ましい。このように構成すると、可動体は、クランプ姿勢と同一姿勢で駆動されるので、X方向に駆動後、そのままの姿勢でスムーズにクランプされる。
【0014】
本発明において、前記サスペンションワイヤによる前記可動体の支持中心位置と、当該可動体全体の重心位置とが一致していることが好ましい。このように構成すると、サスペンションワイヤは、可動体を安定した姿勢で支持することができ、かつ、可動体を駆動する際、および停止させる際、可動体の振動を抑えることができる。
【0015】
本発明において、前記磁気駆動回路によって前記可動体に加わるX方向への推力の中心位置と、当該可動体全体の重心位置とが一致していることが好ましい。このように構成すると、可動体を駆動する際もその姿勢をさらに安定した状態に保持でき、かつ、可動体を駆動する際、および停止させる際、可動体の振動を抑えることができる。
【0016】
本発明において、前記可動体が前記磁気駆動回路によって駆動されるときと、前記クランプ機構によってクランプされたときとの間で、前記可動体が傾くのを防止する姿勢調整手段を有していることが好ましい。このように構成すると、可動体を駆動した後、可動体を固定側部材にクランプする際、および可動体の固定側部材へのクランプ状態を解除した後、可動体を駆動する際の双方において、可動体の姿勢を一定に保つことができる。従って、光反射部材が傾かないので、光の出射位置の精度が高い。
【0017】
本発明において、前記光反射部材は、光がZ方向から入出射する斜面、該斜面から入射してきた光をX方向に反射する第1の反射面、および該第1の反射面に対して直交し、当該第1の反射面から反射してきた光を前記斜面に向けて反射する第2の反射面を備えた直角プリズムであることが好ましい。このような直角プリズムミラーを採用すれば、入射光軸と出射光軸を平行に設定できるので、入射側の光導波路および出射側の光導波路のレイアウトが容易である。また、直角プリズムミラーといった一般的な光学部材を用いることで、光スイッチ装置にコストを低減することができる。
【0018】
本発明に係る光スイッチ装置を、光ファイバの交換機に用いられる光導波路切り換え装置などに用いる場合には、前記光反射部材の光入出射面に対峙する位置に、共通の入力用導光路、および複数本の出力用導光路がX方向に配列される。この場合、前記凹凸のピッチは、例えば、125μmである。
【0019】
本発明に係る光スイッチ装置を、光入力を適宜減衰させるための可変光減衰器として用いる場合には、前記光反射部材の光入出射面に対峙する位置には、入力用導光路、出力用導光路、およびモニター用導光路がX方向に配列される。この場合、前記凹凸のピッチは、例えば、1μmである。このように構成すると、モニター用導光路を介して出力光をモニターしながら、可動体の位置を制御すれば、所定光量の出力光を出力用導光路に導くことができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
図面を利用して、本発明の実施の形態を説明する。
【0021】
[実施の形態1]
(光導波路切り換え装置の基本原理)
図1は、本発明の実施の形態1に係る光導波路切り換え装置の基本原理を模式的に示す説明図である。なお、以下の説明では、互いに直交する方向をそれぞれ、X方向、Y方向、およびZ方向として説明する。
【0022】
図1において、本形態の光導波路切り換え装置1(光スイッチ装置)は、Z方向に延びた1本の入力側光ファイバ20、および8本の出力側光ファイバ21がX方向に沿って並列配置された8チャンネルの光導波路切り換え装置であり、入力側光ファイバ20から出力された光を8本の出力側光ファイバ21のいずれかに導くことができる。ここで、入力側光ファイバ20と出力側光ファイバ21とからなる光ファイバアレイ3は、光ファイバが、X方向で250nmのピッチで等間隔に並んでいる。
【0023】
本形態の光導波路切り換え装置1では、Z方向から入射してきた光を反射してX方向にずれた所定位置からZ方向に向けて出射するための光反射部材として、X方向に駆動されるプリズムミラー10が用いられている。プリズムミラー10は、光がZ方向から入出射する斜面101、この斜面101から入射してきた光をX方向に反射する第1の反射面102、およびこの第1の反射面102に対して直交し、第1の反射面101から反射してきた光を斜面101に向けて反射する第2の反射面103を備えた直角プリズムであり、斜面101(開口側)を光ファイバアレイ3に向けて正対している。また、入力側光ファイバ20から出射された光は、プリズムミラー10に入射する前に、コリメートレンズ22により、コリメートな光となっている。なお、図示を省略するが、8本の出力側光ファイバ21と、プリズムミラー10の斜面101との間にもコリメートレンズが配置されることもある。
【0024】
このように構成した光導波路切り換え装置1において、例えば、プリズムミラー10が実線で示す位置に固定されているとする。この状態では、入力側光ファイバ20から出射された光は、プリズムミラー10に入射し、プリズムミラー10内の第1の斜面102と第2の斜面102をそれぞれ90度で反射する光路L1の経路を辿り、出力側光ファイバ21の最右端にある出力側光ファイバ21aに導かれる。
【0025】
次に、出力側の光導波路を出力側光ファイバ21aから、右側から6番目に位置する出力側光ファイバ21fに切り換える場合には、プリズムミラー10をX方向に駆動して点線で示す位置に移動させる。このようにプリズムミラー10を移動させると、入力側光ファイバ20から出射された光は、プリズムミラー10内の第1の斜面102での反射位置が移動し、光路L2を辿って出力側光ファイバ21fに導かれることになる。
【0026】
ここで、光ファイバアレイ3では、入力側光ファイバ20、および出力側光ファイバ21が250μmのピッチで並んでいるので、プリズムミラー10については、入力側光ファイバ20、および出力側光ファイバ21のピッチの1/2倍に相当する125μm単位でX方向に移動させる。
【0027】
(光導波路切り換え装置の構成)
図2は、本発明の実施の形態1における光導波路切り換え装置1を斜め後方からみた斜視図である。図3は、図2に示す光導波路切り換え装置1の要部を斜め前方からみた斜視図である。
【0028】
本形態の光導波路切り換え装置1は、斜面101をZ方向に向けてプリズムミラー10が搭載された可動体2と、この可動体2をX方向およびY方向に移動可能に支持する固定側部材13とを有している。
【0029】
可動体2には、プリズムミラー10に加えて、1つのY方向駆動用の駆動用コイル5、および左右一対のX方向駆動用の駆動コイル6が搭載されている。これに対して、固定側部材13には、支持ベース12、1つのY方向駆動用の駆動マグネット7、左右一対のX方向駆動用の駆動マグネット8、およびヨーク9が搭載され、駆動マグネット7は、駆動用コイル5の内側に位置している。また、駆動マグネット8は、駆動コイル6に対向している。
【0030】
支持ベース12からは、可動体2をX方向の両側から挟んで片持ち状態で支持する左右2本ずつのサスペンションワイヤ4がZ方向に水平に延びている。なお、可動体2に搭載された駆動コイル5、6に対する制御回路(図示せず)は、支持部材12の側に配置され、可動体2に搭載された駆動コイル5、6に対する給電はワイヤー4を給電ラインとして行われる。
【0031】
ここで、4本のサスペンションワイヤ4の可動体2の支持位置(サスペンションワイヤ4の先端部分)の中心位置と、可動体2全体の重心位置は、X方向、Y方向、およびZ方向のそれぞれにおいて略一致している。すなわち、4本のサスペンションワイヤ4の可動体2の支持位置は、そのX方向における中心位置、そのY方向における中心位置、およびX方向における中心位置は、可動体2全体の重心のX方向における位置、Y方向における位置、およびZ方向における位置と各々、略一致している。
【0032】
駆動マグネット7は、可動体2に搭載された駆動コイル5に対して鎖交する磁束を発生するものであり、駆動コイル5と対になって、可動体2をY方向に駆動する磁気駆動回路を構成している。従って、駆動コイル5に給電することより、可動体2にはY方向の推力が加わる。また、駆動マグネット8は可動体2に搭載された駆動コイル6に対して鎖交する磁束を発生するものであり、駆動コイル6と対になって、可動体2をX方向に駆動する磁気駆動回路を構成している。従って、駆動コイル6に給電することより、可動体2にはX方向の推力が加わる。
【0033】
ここで、駆動用コイル6は、可動体2のY方向(厚さ方向)中心位置、かつ、可動体2のZ方向(長さ方向)中心位置において、X方向において可動体2に対して対称となる位置に固着されている。このため、磁気駆動回路によって可動体2に加わるX方向の推力の中心と、可動体2全体の重心位置とは略一致している。
【0034】
なお、駆動用コイル5は、可動体2のY方向(厚さ方向)、およびX方向(幅方向)の中心位置に固着にされているが、可動体2のZ方向(長さ方向)においてはやや後方に配置されている。従って、可動体2に対する駆動用コイル5の搭載位置をZ方向にずらす、あるいは可動体2に対してウエイトなどを搭載して重心位置をZ方向にずらすなどの方法によって、磁気駆動回路によって可動体2に加わるY方向の推力の中心も、可動体2全体の重心位置と略一致させることができる。
【0035】
可動体2は、前方にプリズムミラー10が搭載されたプリズムミラー搭載部11と、駆動用コイル5、6が搭載されたフレーム部分16とからなる。ここで、プリズムミラー搭載部11のさらに前方には、図1を参照して説明した光ファイバアレイ3が配置されており、図2および図3には、光ファイバアレイ3の入力側光ファイバ20からの出射光、および光ファイバアレイ3の出力側光ファイバ20への出射の各光軸を、光軸Linおよび光軸Loutで示してある。
【0036】
このように構成した光導波路切り換え装置1において、可動体2に対して、Z方向側には、可動体2をY方向下方に押圧して固定側部材13に押し付け固定するクランプ機構40が構成されている。
【0037】
このクランプ機構40は、金属製のクランプ板41と、クランプ板41を揺動可能に支持する揺動支点42、43と、クランプ板41の先端部分を可動体2のプリズムミラー搭載部11の上面11bに押し付ける付勢力を発揮する板ばね47と、揺動支点42を挟んで可動体2と反対側に配置された2個のソレノイド45、46とから構成され、揺動支点42、43、およびソレノイド45、46は、いずれも固定側部材13から直立している。また、クランプ板41の先端部分の下面には、プリズムミラー搭載部11の上面11bと当接する半球状の突起44(押圧部分)が形成されている。
【0038】
さらに、本形態では、可動体2において、プリズムミラー搭載部11の固定側部材13と対向する下面11aには、X方向の全範囲にわたって、V字溝30が一定のピッチで連続的に形成されている。従って、可動体2の下面側には、断面V字状凹部と断面V字状凸部とが交互に形成されている。本形態では、光ファイバアレイ3のピッチが250μmであるので、それに対応して、V字溝30のピッチは125μmとしてある。
【0039】
これに対して、固定側部材13において、可動体2のプリズムミラー搭載部11の下面11aに対向する位置には、下面11aよりもX方向に長い寸法を有する固定部15が形成され、固定部15の上面15aには、可動体2の下面11aに形成されたV字溝30(凹凸)と噛み合うV字溝31(凹凸)が連続的に形成されている。従って、固定側部材13には、断面V字状凹部と断面V字状凸部とが交互に形成されている。このV字溝31のピッチも125μmである。
【0040】
ここで、可動体2のX方向への移動経路、プリズムミラー搭載部11の下面11a、および固定側部材13に形成された固定部15の上面15aは、互いに平行に形成されている。
【0041】
このように構成した光導波路切り換え装置1において、光導波路の切り換えを終了した状態で、クランプ機構40では、ソレノイド45、46への給電が停止しているため、可動体2は、クランプ板41によって固定側部材13に押し付け固定されており、この状態において、サスペンションワイヤ4は、Y方向に応力が加わっていない状態にあり、4本のサスペンションワイヤ4は、いずれも平行に真っ直ぐに延びている。
【0042】
[光導波路切り換え動作の説明]
図4を参照して、本形態の光導波路切り換え装置1で光導波路を切り換える動作を説明する。
【0043】
図4は、光導波路切り換え装置1において光導波路を切り換える動作を行う際、可動体2と固定側部材13との位置関係などを示す説明図である。
【0044】
図4(a)に示すように、初期の固定位置では、可動体2は、クランプ板41により固定側部材13に押し付け固定されており、上下のV字溝30、31が係合した状態である。
【0045】
この状態から、光導波路を切り換える動作を行うには、図4(b)に示すように、まず、ソレノイド45、46に給電して、板ばね47の付勢力に抗して、クランプ板41の先端側を浮き上がらせ、可動体2の拘束状態を解除する。次に、駆動コイル5に給電して、可動体2をY方向上方に移動させ、可動体2を固定側部材13から浮かす。
【0046】
次に、駆動コイル6に給電して、図4(c)に示すように、可動体2をX方向に移動させる。そして、可動体2がX方向の所望の位置まで移動してきたとき、図4(d)のように、駆動コイル5への給電を停止して、サスペンションワイヤ4の弾性復帰力によって、可動体2をY方向下方に沈み込ませる。
【0047】
次に、ソレノイド45、46への給電を停止する。その結果、図4(d)に示すように、クランプ板41は、可動体2をY方向下方に押圧して固定側部材13に押し付け固定する。その際、可動体2に形成されたV字溝30と、固定側部材13に形成されたV字溝31が噛み合い、可動体2は、X方向に位置決めされる。
【0048】
しかる後に、駆動コイル6への給電を停止する。これにより、光導波路の切り換え動作が完了する。従って、入射側光ファイバ20からプリズムミラー10に入射した光は、プリズムミラー10を介して、所定の出力側光ファイバ21に出射されることになる。
【0049】
(本形態の効果)
以上説明したように、光導波路切り換え装置1において、プリズムミラー10をX方向に駆動するアクチュエータとして、光ヘッド装置などで用いられている磁気駆動式アクチュエータを用い、このアクチュエータでプリズムミラー10をX方向の所定の位置まで移動させる。また、可動体2は、X方向の所定位置において、クランプ機構40によって固定側部材13に押し付け固定される。従って、可動体2は、X方向の所定位置に確実に位置決めされるので、外部から振動などが伝わってきても、可動体2は、X方向にずれることがなく、光の出射位置の安定性が高い。また、可動体2をクランプ機構40によって固定側部材13に押し付け固定した状態で、可動体2および固定側部材13の各々に所定ピッチで形成されているV字溝30、31が噛み合う。従って、可動体2は、X方向の所定位置に確実に位置決めされる。しかも、可動体2のX方向での位置決めにV字溝30、31を用いたため、図4(d)、(e)に示すように、可動体2の停止位置に誤差があったとしても、可動体2が固定側部材13に固定される段階では当該誤差が修正され、入射した光を所定の出力側光ファイバに確実に導くことができる。
【0050】
また、光路を切り換えるための光反射部材として、直角プリズムからなるプリズムミラー10を用いたため、入射光軸と出射光軸を平行に設定できる。従って、入射側の光導波路および出射側の光導波路のレイアウトが容易である。また、プリズムミラー10といった一般的な光学部材を用いたので、光導波路切り換え装置1のコストを低減することができる。
【0051】
さらに、可動体2をクランプ機構40によって固定側部材13に押し付け固定した状態で、サスペンションワイヤ4は、Y方向の応力が加わらず、真っ直ぐに伸びた状態にある。このため、サスペンションワイヤ4の疲労が少ないので、サスペンションワイヤ4の劣化を防止できるなど、光導波路切り換え装置1の信頼性を向上することができる。
【0052】
また、可動体2は、板ばね47の付勢力を受けたクランプ部材41によって固定側部材13に押し付け固定され、その間、駆動コイル5、6への給電、およびソレノイド45、46への給電が停止される。従って、駆動コイル5、6やソレノイド45、46に対して、常時給電する必要がないので、光導波路切り換え装置1の消費電力を削減することができる。
【0053】
また、可動体2のX方向への移動経路、プリズムミラー搭載部11の下面11a、および固定側部材13に形成された固定部15の上面15aは、互いに平行である。従って、可動体2は、クランプ姿勢と同一姿勢で駆動されるので、X方向に駆動後、そのままの姿勢でスムーズにクランプされることなる。それ故、光導波路切り換え装置1の光導波路切り換え動作が安定する。
【0054】
さらに、4本のサスペンションワイヤ4の可動体2の支持位置(サスペンションワイヤ4の先端部分)の中心位置と、可動体2全体の重心位置とが略一致している。また、磁気駆動回路によって可動体2に加わるX方向への推力の中心と、可動体2全体の重心位置とが略一致している。従って、可動体2をX方向に移動させる際、あるいは停止させる際に、可動体2の上下左右の振れを小さくすることができる。それ故、光導波路切り換え装置1の光導波路の切り換え動作が安定している。
【0055】
[実施の形態2]
実施の形態1では、本発明を各種光スイッチのうち、光導波路切り換え装置に適用した例であるが、本発明を可変光減衰器に適用してもよい。この場合、プリズムミラー10に対する磁気駆動回路やクランプ機構などの構成は、実施の形態1と同一であるため、共通する部分については、詳細な説明を省略する。
【0056】
図5は、本発明を適用した可変光減衰器の基本原理を模式的に示す説明図である。図5において、本形態の可変光減衰器100は、一本の入力側光ファイバ200から可変光減衰器100に入射する光を、適宜減衰させて、出力側光ファイバ210に出力するものである。出力側光ファイバ210への光の出力を所望の値とするために、出力光の一部をモニタするモニタ用光ファイバ230が設けられている。また、モニタ用光ファイバ230に入射する光の値により、プリズムミラー10の停止位置をフィードバック制御するための制御回路(図示せず)を備えている。
【0057】
可変光減衰器100はX方向に移動可能な直角プリズムミラー10を搭載している。入力側光ファイバ200から出射された光は、プリズムミラー10に入射する前に、コリメートレンズ22により、コリメート光となっている。
【0058】
初期の状態ではプリズムミラー10は実線で表された位置に固定されているとする。この状態では、入力側光ファイバ200から出射された光は、一定の幅でプリズムミラー10内の第1の斜面102と第2の斜面103をそれぞれ90度で反射された光路を辿り、斜面101から光束L10が出射される。このとき、出射された光は、出力側光ファイバ210、およびモニタ用光ファイバ230の双方に入射する。従って、モニタ用光ファイバ230を介して、プリズムミラー10から出射された光をモニターし、そのモニター結果に基づいて、プリズムミラー10をX方向に移動させれば、出力側光ファイバ210に導かれる光を所定の減衰率に制御できる。
【0059】
例えば、プリズムミラー10が実線で示す位置にあるとき、モニタ用光ファイバ230を介してのモニター結果に基づいて、プリズムミラー10をX方向の点線で示す位置まで移動させれば、プリズムミラー10内での光軸位置がずれるので、斜面101からは、光束L20が出射される。従って、出力側光ファイバ210に入射する光量が低減することができる。
【0060】
ここで、可変光減衰器100では、入力光を適宜減衰させ出力するために、プリズムミラー10の移動ピッチを微細に制御する必要がある。そのため、図2および図3に示す可動体2、および固定側部材13に形成するV字溝30、31のX方向のピッチについては1μmに設定される。
【0061】
[その他の実施の形態]
上記形態では、可動体2のX方向への位置決めを行うための凹凸として、可動体2および固定側部材13に対して、連続したV字溝30、31を形成して、可動体2および固定側部材13の双方に断面V字状凹部および断面V字状凸部を形成したが、例えば、図6(a)に示すように、可動体2に対して断面V字状凸部30′を所定ピッチで形成する一方、固定側部材13に対して、断面V字状凹部31′を所定ピッチで形成してもよい。また、図示を省略するが、図6(a)とは反対に、可動体2に対して断面V字状凹部を所定ピッチで形成する一方、固定側部材13に対して、断面V字状凸部を所定ピッチで形成してもよい。
【0062】
また、図6(b)に示すように、可動体2に対して断面円形の凸部30″を所定ピッチで形成する一方、固定側部材13に対して、断面円形の凹部31″を所定ピッチで形成してもよい。また、図示を省略するが、図6(b)とは反対に、可動体2に対して断面円形の凹部を所定ピッチで形成する一方、固定側部材13に対して、断面円形の凸部を所定ピッチで形成してもよい。
【0063】
さらに、上記形態では、クランプ機構40を可動体2に対して、光の入出射側に構成したが、図7に示すように、クランプ機構40を可動体2に対して光の入出射側と反対側に配置すれば、ファイバーアレイ3のレイアウトが容易になるという利点がある。
【0064】
さらにまた、可動体2を固定側部材13に押し付け固定するためのばね部材として、上記形態では、クランプ板41の先端部に板ばね47を配置したが、このようなばね部材としては、板ばね47に限らず、コイルばねを用いてもよい。また、クランプ板41自身を板ばねで構成してもよい。
【0065】
また、上記実施の形態において、固定側部材13の上面のうち、可動体2が沈み込んでくる領域に、可動体2の下面を受けるコイルばねなどを姿勢調整手段として配置してもよい。このように構成すると、可動体2が磁気駆動回路によって駆動されるときと、クランプ機構40によってクランプされたときとの間で、可動体2が傾くのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用される光導波路切り換え装置の原理を模式的に表した図である。
【図2】本発明の実施の形態1に係る光導波路切り換え装置を斜め後方からみた斜視図である。
【図3】図2に示す光導波路切り換え装置の要部を斜め前方からみた斜視図である。
【図4】(a)、(b)、(c)、(d)、(e)はそれぞれ、本発明の実施の形態1に係る光導波路切り換え装置において光導波路を切り換える動作を行う際の、可動体と固定側部材との位置関係などを示す説明図である。
【図5】本発明が適用される可変光減衰器の原理を模式的に示す斜視図である。
【図6】(a)、(b)はいずれも、本発明が適用される光スイッチ装置で可動体のX方向における位置決めに用いることのできる凹凸の説明図である。
【図7】本発明を適用した別の光導波路切り換え装置を斜め後方からみた斜視図である。
【符号の説明】
1 光導波路切り換え装置(光スイッチ装置)
2 可動体
3 光ファイバアレイ
4 ワイヤー
5、6 駆動コイル
7、8 駆動マグネット
10 プリズムミラー
13 固定側部材
20 入力側光ファイバ
21 出力側光ファイバ
30、31 V字溝(凹凸)
40 クランプ機構
41 クランプ板
45、46 ソレノイド
44 突起(押圧部)
100 可変光減衰器(光スイッチ装置)
200 入力側光ファイバ
210 出力側光ファイバ
230 モニタ用光ファイバ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical waveguide switching device used in an optical fiber exchange or an optical switch device used as a variable optical attenuator for appropriately attenuating optical input. More specifically, the present invention relates to a driving technique for a light reflecting member that switches a light emission position.
[0002]
[Prior art]
As an optical waveguide switching device used in an optical fiber switch, or an optical switch device used as a variable optical attenuator for appropriately attenuating optical input, an optical waveguide type device that utilizes refractive index fluctuations due to heat of the optical fiber, A MEMS (Micro Electro Mechanical System) type using a micro optical element and a micro actuator by a semiconductor process is known (for example, Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2002-250874 A (page 3 to
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, an optical waveguide type optical waveguide switching device has a large optical loss due to coupling and branching of optical waveguide fibers. Further, in order to maintain the state after switching the optical waveguide, it is necessary to always supply power to the heater, and there is a problem that the life of the apparatus is relatively short. On the other hand, a MEMS type optical switch uses a semiconductor process, and therefore has a high manufacturing cost.
[0005]
Further, the applicant of the present application provides a plurality of movable bodies on which the light reflecting members are mounted. Suspension wire However, in this type of optical switch device, the movable body is displaced due to the influence of external vibrations. Easy to wake up.
[0006]
Therefore, we are studying a configuration that clamps the movable body at a predetermined position. When such a configuration is adopted, the movable body is clamped. Suspension wire Will be bent, Suspension wire There is a problem that the fatigue and deterioration of the steel are remarkable.
[0007]
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a plurality of movable bodies on which light reflecting members are mounted. Suspension wire And the movable body can be held at a predetermined position in an optical switch device of a type that supports the movable body by a magnetic drive circuit, and Suspension wire An object of the present invention is to provide a structure that can prevent fatigue and deterioration of the resin.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, in the present invention, when the directions orthogonal to each other are set to the X direction, the Y direction, and the Z direction, respectively, the predetermined position that reflects light incident from the Z direction and is shifted in the X direction. A movable body on which a light reflecting member for emitting light in the Z direction is mounted The A stationary member that supports the movable body so as to be movable in the X direction and the Y direction; And a common input light guide path and a plurality of output light guide paths are arranged in the X direction at a position facing the light incident / exit surface of the light reflecting member. In an optical switch device, While having a magnetic drive circuit which drives the movable body in the X direction and the Y direction, the fixed side member supports the movable body movably in the X direction and the Y direction by a plurality of suspension wires, For the movable body, the movable body is In the X and Y directions When the movable body is driven, the movable body is released. When the movable body is driven to a predetermined position in the X direction, the movable body is pressed in the Y direction and pressed against the fixed member. And fixing the position of the light reflecting member A clamping mechanism is configured, and the movable body is applied with a position in the Y direction when the clamping body is pressed and fixed toward the fixed member by the clamping mechanism, and a thrust in the Y direction by the magnetic drive circuit. Absent Supported by the plurality of suspension wires in a state The position in the Y direction coincides with that at the time.
[0009]
In the present invention, in the initial state, the movable body is pressed and fixed to the fixed member by the clamp mechanism. When switching the light emission position, the clamp mechanism first releases the clamp on the movable body, and then After the magnetic drive circuit drives the movable body in the Y direction and floats from the fixed member, the magnetic drive circuit drives the movable body to a predetermined position in the X direction. When the movable body reaches a predetermined position in the X direction, the movable body is pressed and fixed to the stationary member by the clamp mechanism. Therefore, although the structure is relatively simple, the movable body does not shift in the X direction even when vibrations are transmitted from the outside, and the stability of the light emission position is high.
[0010]
In this embodiment, since the movable body is supported by a plurality of suspension wires, the position of the movable body is stable when the movable body is driven, so that the light reflecting member does not tilt.
[0011]
Furthermore, in the present invention, the position of the movable body in the Y direction when the movable body is pressed and fixed to the fixed side member coincides with the position in the Y direction when the thrust in the Y direction is not applied by the magnetic drive circuit. Therefore, no stress in the Y direction is applied to the suspension wire in a state where the movable body is pressed and fixed to the fixed member. Therefore, fatigue of the suspension wire can be reduced and the life of the suspension wire can be extended.
[0012]
In the present invention, the clamp mechanism generates a pressing portion for pressing the movable body toward the fixed-side member, and an urging force that the pressing portion presses and fixes the movable body toward the fixed-side member. It is preferable that a spring member to be moved and a solenoid that separates the pressing portion from the movable body against an urging force of the spring member. If comprised in this way, after switching the emission position of light, the electric power supply for the position holding is unnecessary. Therefore, power consumption in the optical switch device can be reduced.
[0013]
In the present invention, in the movable body and the fixed-side member, a movement path in the X direction of the movable body and a fixed region of the fixed-side member to which the movable body is pressed and fixed by the clamp mechanism are parallel. It is preferable. If comprised in this way, since a movable body is driven with the same attitude | position as a clamp attitude | position, after driving to a X direction, it clamps smoothly with an attitude | position as it is.
[0014]
In this invention, it is preferable that the support center position of the said movable body by the said suspension wire and the gravity center position of the said whole movable body correspond. With this configuration, the suspension wire can support the movable body in a stable posture, and can suppress vibration of the movable body when driving and stopping the movable body.
[0015]
In the present invention, it is preferable that the center position of the thrust in the X direction applied to the movable body by the magnetic drive circuit coincides with the position of the center of gravity of the entire movable body. If comprised in this way, when driving a movable body, the attitude | position can be hold | maintained in the more stable state, and when driving a movable body and stopping it, the vibration of a movable body can be suppressed.
[0016]
In the present invention, there is provided posture adjusting means for preventing the movable body from being tilted between when the movable body is driven by the magnetic drive circuit and when the movable body is clamped by the clamp mechanism. Is preferred. When configured in this way, after driving the movable body, when clamping the movable body to the stationary member, and after releasing the clamped state of the movable body to the stationary member, both when driving the movable body, The posture of the movable body can be kept constant. Therefore, since the light reflecting member does not tilt, the accuracy of the light emission position is high.
[0017]
In the present invention, the light reflecting member includes an inclined surface in which light enters and exits from the Z direction, a first reflecting surface that reflects light incident from the inclined surface in the X direction, and an orthogonal to the first reflecting surface. Preferably, the prism is a right-angle prism having a second reflecting surface that reflects light reflected from the first reflecting surface toward the slope. If such a right-angle prism mirror is employed, the incident optical axis and the outgoing optical axis can be set in parallel, so that the layout of the incident-side optical waveguide and the outgoing-side optical waveguide is easy. Further, by using a general optical member such as a right-angle prism mirror, the cost of the optical switch device can be reduced.
[0018]
When the optical switch device according to the present invention is used in an optical waveguide switching device used in an optical fiber switch, a common input light guide path at a position facing the light incident / exit surface of the light reflecting member, and A plurality of output light guides are arranged in the X direction. In this case, the pitch of the unevenness is, for example, 125 μm.
[0019]
When the optical switch device according to the present invention is used as a variable optical attenuator for appropriately attenuating light input, the light guide for input and the light output for output are provided at positions facing the light incident / exit surface of the light reflecting member. The light guide and the monitor light guide are arranged in the X direction. In this case, the pitch of the unevenness is, for example, 1 μm. With this configuration, if the position of the movable body is controlled while monitoring the output light via the monitor light guide, it is possible to guide a predetermined amount of output light to the output light guide.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0021]
[Embodiment 1]
(Basic principle of optical waveguide switching device)
FIG. 1 is an explanatory view schematically showing the basic principle of the optical waveguide switching device according to
[0022]
In FIG. 1, an optical waveguide switching device 1 (optical switch device) according to the present embodiment includes one input side
[0023]
In the optical
[0024]
In the optical
[0025]
Next, when the output side optical waveguide is switched from the output side
[0026]
Here, in the optical fiber array 3, the input side
[0027]
(Configuration of optical waveguide switching device)
FIG. 2 is a perspective view of the optical
[0028]
The optical
[0029]
In addition to the
[0030]
From the
[0031]
Here, the center position of the support position of the movable body 2 (the tip portion of the suspension wire 4) of the four suspension wires 4 and the center of gravity position of the entire
[0032]
The drive magnet 7 generates a magnetic flux interlinking with the
[0033]
Here, the driving
[0034]
The driving
[0035]
The
[0036]
In the optical
[0037]
The
[0038]
Further, in the present embodiment, in the
[0039]
On the other hand, in the fixed
[0040]
Here, the moving path of the
[0041]
In the optical
[0042]
[Description of optical waveguide switching operation]
With reference to FIG. 4, the operation | movement which switches an optical waveguide with the optical
[0043]
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the positional relationship between the
[0044]
As shown in FIG. 4A, in the initial fixed position, the
[0045]
In order to perform the operation of switching the optical waveguide from this state, as shown in FIG. 4 (b), first, power is supplied to the
[0046]
Next, power is supplied to the
[0047]
Next, power supply to the
[0048]
Thereafter, power supply to the
[0049]
(Effect of this embodiment)
As described above, in the optical
[0050]
Further, since the
[0051]
Furthermore, in a state in which the
[0052]
In addition, the
[0053]
The moving path of the
[0054]
Further, the center position of the support position of the movable body 2 (the tip portion of the suspension wire 4) of the four suspension wires 4 and the position of the center of gravity of the entire
[0055]
[Embodiment 2]
The first embodiment is an example in which the present invention is applied to an optical waveguide switching device among various optical switches. However, the present invention may be applied to a variable optical attenuator. In this case, the configuration of the magnetic drive circuit, the clamp mechanism, and the like for the
[0056]
FIG. 5 is an explanatory diagram schematically showing the basic principle of a variable optical attenuator to which the present invention is applied. In FIG. 5, the variable
[0057]
The variable
[0058]
In the initial state, it is assumed that the
[0059]
For example, when the
[0060]
Here, in the variable
[0061]
[Other embodiments]
In the above embodiment, continuous V-shaped
[0062]
Further, as shown in FIG. 6B,
[0063]
Furthermore, in the said form, although the
[0064]
Furthermore, as a spring member for pressing and fixing the
[0065]
Moreover, in the said embodiment, you may arrange | position the coil spring etc. which receive the lower surface of the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing the principle of an optical waveguide switching device to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a perspective view of the optical waveguide switching device according to the first embodiment of the present invention as viewed obliquely from the rear.
FIG. 3 is a perspective view of a main part of the optical waveguide switching device shown in FIG. 2 as viewed obliquely from the front.
FIGS. 4 (a), (b), (c), (d), and (e) are respectively used when an optical waveguide switching operation is performed in the optical waveguide switching device according to the first embodiment of the present invention. It is explanatory drawing which shows the positional relationship etc. of a movable body and a stationary side member.
FIG. 5 is a perspective view schematically showing the principle of a variable optical attenuator to which the present invention is applied.
6A and 6B are explanatory diagrams of unevenness that can be used for positioning the movable body in the X direction in the optical switch device to which the present invention is applied. FIG.
FIG. 7 is a perspective view of another optical waveguide switching device to which the present invention is applied as viewed obliquely from the rear.
[Explanation of symbols]
1. Optical waveguide switching device (optical switch device)
2 Movable body
3 Optical fiber array
4 wires
5, 6 Driving coil
7, 8 Drive magnet
10 Prism mirror
13 Fixed member
20 Input side optical fiber
21 Output side optical fiber
30, 31 V-shaped groove (unevenness)
40 Clamp mechanism
41 Clamp plate
45, 46 Solenoid
44 Protrusion (pressing part)
100 Variable optical attenuator (optical switch device)
200 Input side optical fiber
210 Output side optical fiber
230 Optical fiber for monitoring
Claims (9)
Z方向から入射してきた光を反射してX方向にずれた所定位置からZ方向に向けて出射するための光反射部材が搭載された可動体と、該可動体をX方向およびY方向に移動可能に支持する固定側部材とを有し、前記光反射部材の光入出射面に対峙する位置には、共通の入力用光導光路、および複数本の出力用導光路がX方向に配列された光スイッチ装置において、
前記可動体をX方向およびY方向に駆動する磁気駆動回路を有するとともに、前記固定側部材は、複数本のサスペションワイヤによって前記可動体をX方向およびY方向に移動可能に支持し、
前記可動体に対しては、当該可動体がX方向およびY方向に駆動されるときには当該可動体を解放し、当該可動体がX方向の所定位置まで駆動されたときに当該可動体をY方向に押圧して前記固定側部材に押し付け固定し、前記光反射部材の位置を固定するクランプ機構が構成され、かつ、
前記可動体は、前記クランプ機構によって前記固定側部材に向けて押し付け固定されたときのY方向における位置と、前記磁気駆動回路によるY方向への推力が加わっていない状態で前記複数本のサスペションワイヤによって支持されているときのY方向における位置とが一致していることを特徴とする光スイッチ装置。When the directions perpendicular to each other are the X direction, the Y direction, and the Z direction,
A movable body which the light reflecting member for emitting toward the Z-direction is mounted from the predetermined position shifted in the X direction by reflecting the light incident from the Z-direction, moving the movable member in the X and Y directions And a common input light guide path and a plurality of output light guide paths arranged in the X direction at positions facing the light incident / exit surface of the light reflecting member. In an optical switch device,
While having a magnetic drive circuit which drives the movable body in the X direction and the Y direction, the fixed side member supports the movable body movably in the X direction and the Y direction by a plurality of suspension wires,
For the movable body, the movable body is released when the movable body is driven in the X and Y directions, and the movable body is moved in the Y direction when the movable body is driven to a predetermined position in the X direction. A clamp mechanism configured to press and fix to the fixed side member and fix the position of the light reflecting member , and
The movable body includes the plurality of suspension wires in a state where the position in the Y direction when being pressed and fixed toward the fixed member by the clamp mechanism and the thrust in the Y direction by the magnetic drive circuit are not applied. The optical switch device is characterized in that the position in the Y-direction when being supported by the head is the same .
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