JP2001350105A

JP2001350105A - 光スイッチ

Info

Publication number: JP2001350105A
Application number: JP2000172528A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Tamura; 安昭田村
Original assignee: Oyokoden Lab Co Ltd
Current assignee: Oyokoden Lab Co Ltd
Priority date: 2000-06-08
Filing date: 2000-06-08
Publication date: 2001-12-21

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の２×２型の光スイッチは、光結合させ
るコリメータ間に菱形プリズムを１個挿入した状態と挿
入しない状態とで光結合状態を切り替えていた。しか
し、従来の光スイッチでは、結合損失を再現性良く低く
するには、菱形プリズムの対向する面の平行度と間隔を
極めて高精度に加工する必要があるとともに、対向配置
するコリメータ間の光軸の精度を極めて高くする必要が
あり、隣接配置するコリメータの隣接間隔精度も極めて
高くする必要があった。さらに、従来の光スイッチは、
原理的にＰＤＬ特性の発生を防げなかった。【解決手段】光結合させる２つのコリメータ間に２つ
の全反射プリズムを挿入した状態と挿入しない状態とで
光結合状態を切り替える光スイッチを提供することによ
り、結合損失が低くかつ再現性が良く、ＰＤＬ特性の発
生を防止した信頼性の高い光スイッチを量産性良く安価
に提供することが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバを伝送
路とする光通信において、光ファイバ伝送路を切り替え
る光スイッチに関する。なお、以下、特に明示しない限
りは、光ファイバは偏波保持ファイバでない汎用の光フ
ァイバを意味するものとする。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバを伝送路に用いた光通信にお
いて、たとえば、１つの光ファイバ伝送路上の光信号を
他の光ファイバ伝送路に機械的に切り替える手段とし
て、種々の光スイッチが考案、実用化されている。これ
らの中で、２つの入力ポートのうちの１つの入力ポート
に入力された光信号を任意の出力ポートへ選択的に結合
し、かつ他の入力ポートに入力された光信号を上記と同
様に任意の出力ポートへ選択的に結合することが出来る
光スイッチ機能、すなわち２×２型の光スイッチ機能が
ある。すなわち、２×２型の光スイッチは、２つの入力
ポートのいずれか１つの入力ポートへ入力された光信号
を、２つの出力ポートのいずれへも機械的に任意に切り
替えることにより光結合をさせて出力し、かつ、他方の
入力ポートへ入力された光信号光もまた同様に前記２つ
の出力ポートのうちの任意の出力ポートへ光結合させて
出力させる機能をもつものである。

【０００３】従来の２×２型の光スイッチに示すような
光スイッチは、たとえば文献「Ｙ−ａｓｕａｋｉＴａ
ｍｕｒａ：”ＳｉｎｇｌｅＭｏｄｅＦｉｂｅｒＷ
ＤＭｉｎｔｈｅ１．２／１．３μｍＷａｖｅｌｅ
ｎｇｔｈＲｅｇｉｏｎ”，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬ
ｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌ．Ｌ
Ｔ−４，Ｎｏ．７，Ｊｕｌｙ，ｐｐ．８４１−８４５」
に開示されている。以下、図６を用いてその構成と原理
動作の概略を説明する。

【０００４】図６は、従来の光スイッチを説明する図で
あり、（Ａ）は光路が後述のバー状態の時を示す図、
（Ｂ）は光路が後述のクロス状態の時を示す図である。
図６において、符号６００は光スイッチ、６０５〜６０
８は光ファイバ、６１１〜６１４はレンズ、６０１〜６
０４は光ファイバとレンズで構成されるコリメータ、６
１０は菱形プリズム、６１０１〜６１０４は菱形プリズ
ム６１０の面、６０９は筐体である。

【０００５】図６（Ａ）では、図に示すように、コリメ
ータ６０１とコリメータ６０３は対向して設けられて光
結合が形成されており、同時にコリメータ６０２とコリ
メータ６０４が対向して設けられて光結合が形成されて
いる。そして、菱形プリズム６１０は光路に挿入されて
いない。この光結合状態をバー状態ということにする。
そして、図６（Ｂ）では、図に示すように、菱形プリズ
ム６１０が光路に挿入された状態になっており、コリメ
ータ６０１から出射した光は、菱形プリズム６１０で屈
折することで進路が変化し、コリメータ６０４へと入射
され、すなわちコリメータ６０１はコリメータ６０４に
光結合し、同様に、コリメータ６０２から出射した光
は、プリズム６１０で屈折することで進路が変化し、コ
リメータ６０３へと入射され、すなわちコリメータ６０
２はコリメータ６０３に光結合している。この光結合状
態をクロス状態ということにする。つまり、プリズム６
１０の光路への挿入、非挿入により光路の切り替えを行
うことが出来る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の２×２型光スイッチにおいては、コリメータ６０
１とコリメータ６０３およびコリメータ６０２とコリメ
ータ６０４とをそれぞれ対向配置する際に、これら２系
統の光結合ビームの光軸のなす角が極めて高精度に実装
されなければならず、たとえば、結合損失劣化量を０．
５ｄＢ以下に抑えるためには、前記２系統の光結合ビー
ムの光軸のなす角の許容角度誤差は０．０５度以下であ
ることが必要である（前記文献のＦｉｇ４の光結合特性
より）。

【０００７】同様に、コリメータ６０１とコリメータ６
０２の隣接間隔精度もそれぞれ高精度に実装しなければ
ならず、たとえば、結合損失劣化量を０．５ｄＢ以下に
抑えるためには、前記許容隣接間隔精度を５５μｍ以下
にすることが必要である（前記文献のＦｉｇ４より）。

【０００８】さらに、菱形プリズム６１０の各対向する
平行面である６１０１と６１０４および６１０２と６１
０３の平行度およびプリズムの厚み精度にも高精度の加
工が要求される。以下に、それぞれが高精度に実装、加
工されなければ結合損失が増える理由を説明する。

【０００９】まず、図６（Ａ）に示すようなバー状態の
場合、コリメータ６０１を先に筐体６０９に固定した
後、前記コリメータ６０１に対向結合させる状態で、コ
リメータ６０３を対向配置することは問題なく実現する
ことができる。同様にコリメータ６０２に対してコリメ
ータ６０４を対向配置することも問題なく実現すること
ができる。

【００１０】次に、図６（Ｂ）に示すような光路上に菱
形プリズム６１０が挿入されたクロス状態にした場合、
コリメータ６０１から出射された光は菱形プリズム６０
１の面６１０１にて屈折して光路を変更し、前記菱形プ
リズム６１０の面６１０４に達し、再び屈折してコリメ
ータ６０４に向かう。このとき、光結合ビームの位置と
角度がコリメータ６０４に光結合し得るためには、前記
光結合ビームの光軸の許容ズレ量は上記説明で述べた値
以下でなければならない（菱形プリズム６１０の面６１
０４からの出射光の位置と角度は、前記菱形プリズム６
１０の面６１０１と６１０４の対向する互いの距離と互
いの角度に依存する）。また、コリメータ６０２から出
射した光は，菱形プリズム６１０の面６１０２にて屈折
して面６１０３に達して再び屈折してコリメータ６０３
に向かう。このときの前記光結合ビームの光軸の許容ズ
レの関係においても上記と同様である。

【００１１】このように、図６の菱形プリズム６１０で
示すような菱形プリズムを用いた２×２型光スイッチに
代表される構成の光スイッチは、製造そのものは不可能
ではないが、これを実用に供しようとする際には、コリ
メータの対向配置および菱形プリズムの加工精度に驚異
的な高精度が要求され、製造コストが高く、歩留まりが
悪くなり、品質も不均一になり易い。

【００１２】さらに、光路がクロス状態のときに、コリ
メータ６０１からの光が菱形プリズム６１０の面６１０
１に入射するとき、その入射角は原理的に０度ではな
く、このことは、衆知のように、菱形プリズム６１０内
に進行した屈折光は入射光の偏光状態によりその強度を
異にしてしまう。そして、この屈折光が菱形プリズム６
１０の面６１０４から出射するときも同様である。すな
わち、コリメータ６０１とコリメータ６０４との光結合
においては、入射光の偏光状態によって、結合損失が異
なるＰＤＬ（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｄｅｐｅｎ−
ｄｅｎｔｌｏｓｓ）特性をゼロにすることが原理的に
不可能である。また、コリメータ６０２とコリメータ６
０３の光結合においても同様であり、このような従来の
光スイッチは原理的にＰＤＬ特性が発生するという欠点
を有している。

【００１３】以上説明したように、この従来の光スイッ
チは、光学部品に要求されるきわめて高い加工精度とコ
リメータの実装に要求される極めて高い隣接間隔精度の
実装が必要である。この種の従来の光スイッチは、製造
コストが著しく高いのみならず、品質のばらつきが大き
く、そして、光スイッチとして重要な特性の１つである
ＰＤＬ特性が発生するという欠点を有している。

【００１４】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、本発明の目的は、特別に高精度加工された機
械部品および光学部品を使用せず、またコリメータの実
装制限を緩和しても低損失結合を確保することが出来、
その切り替え再現性が良好で、かつ、ＰＤＬ特性を発生
させない光スイッチを生産歩留まり良く安価に提供する
ことにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の目的の達成を図
るため、本発明の光スイッチの例においては、筐体（ケ
ースともいう）の一方の側面（以下、側面１ともいう）
に配置したレンズと光ファイバから構成されるコリメー
タ（以下、単にコリメータともいう）をすくなくとも１
つと、前記筐体の前記側面１とは別の側面（以下、側面
２ともいう）に配置した複数のコリメータのいずれか１
つとを光結合させる光スイッチであって、前記光スイッ
チが、少なくとも２つの全反射プリズムを搭載した可動
台座を有し、前記可動台座を移動させることによって、
前記側面１に配置した１つのコリメータと前記側面２に
配置した複数のコリメータの１つとの光結合を、当該コ
リメータの間の光路に前記可動台座に搭載された少なく
とも２つの全反射プリズムのうちの２つの全反射プリズ
ムを挿入することによって光結合させ、前記側面１に配
置した前記１つのコリメータと前記側面２に配置した前
記複数のコリメータのうちの前記１つのコリメータとは
異なる１つのコリメータとの光結合は、当該コリメータ
の間の光路に前記可動台座に搭載した全反射プリズムを
挿入しないことによって光結合させる方法で光結合関係
を切り替えることを特徴としている。

【００１６】そして、本発明の例によれば、前記側面１
および前記側面２のそれぞれに２つのコリメータを配置
することが出来、また、本発明の例によれば、前記側面
１に１つのコリメータと前記側面２に３つのコリメータ
を配置することも出来る。

【００１７】そして、本発明の光スイッチの例では、前
記全反射プリズムが少なくとも一部が球状である支持
体、たとえば平面部を有する半球面状の剛体の前記平面
上に載置されており、前記半球面状の剛体の球面が、前
記可動台座上に設けられた筒状の物体、たとえば円筒形
状の剛体、の１つの面と線接触しており、前記半球面状
の剛体と前記円筒形状の剛体によって前記全反射プリズ
ムがその配置状態を調整されて前記可動台座上に搭載さ
れることを特徴としている。そして、前記全反射プリズ
ムが、全反射面を１面と、光透過面として作用する面を
２面とを有する直角プリズムであることを特徴としてい
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。なお、説明に用いる各図は
これらの各発明を理解できる程度に各構成成分の寸法、
形状、配置関係などを概略的に示してある。特に、各構
成成分の形状と寸法は、説明の都合上、適宜部分的に拡
大したり縮小したりして示す場合もあり、実物と必ずし
も相似形ではない。また、各図において、同様な構成成
分については同一の番号を付けて示し、重複する説明を
省略することもある。

【００１９】図１は本発明の光スイッチを説明する図で
あり、図１（Ａ）は光スイッチ１００の正面図、図１
（Ｂ）は図１（Ａ）の光スイッチ１００の破線１４０の
位置における断面図である。また、図２は図１の光スイ
ッチ１００の動作状態を説明する図であり、図２（Ａ）
はクロス状態での光スイッチ１００の動作を説明する
図、図２（Ｂ）はバー状態での光スイッチ１００の動作
を説明する図である。図１および図２において、符号１
００は光スイッチ、１０１〜１０４は前記図６で説明し
たのと同様に光ファイバとレンズから構成されているコ
リメータ、１０５〜１０８は直角プリズム（以下、単に
プリズムともいう。）、１０５１〜１０５３、１０６１
〜１０６３、１０７１〜１０７３、１０８１〜１０８３
はそれぞれプリズム１０５、１０６、１０７、１０８の
面、１１１１〜１１１４はそれぞれプリズム１０５〜１
０８を載置する平面を有し、かつその下部がプリズム支
持体としての半球ホルダ、１１２１〜１１２４は円筒ホ
ルダ、１２０は可動台座、１３０は筐体、１３１および
１３２は筐体１３０の側面、１４０は図２（Ｂ）の断面
図の断面部分を示す破線、１５０は可動台座１２０の移
動方向を示す矢印、２０１〜２０８は光路を示す破線、
２１１〜２１３は座標軸の方向を示す矢印である。

【００２０】図１において、コリメータ１０１、１０２
は筐体１３０の側面１３１に固定されており、コリメー
タ１０３、１０４は前記コリメータ１０１、１０２が固
定されている側とは反対側の前記筐体１３０の側面１３
２に固定されている。コリメータ１０１とコリメータ１
０３、およびコリメータ１０２とコリメータ１０４はそ
れぞれ直線状に対向しており、プリズム１０５〜１０８
が前記直線状に対向している各コリメータの間の光路を
遮らない状態である場合には、前記直線状に対向してい
る各コリメータの間に光結合形が形成されている。ま
た、筐体１３０の中央には可動台座１２０が設けられて
おり、図１（Ｂ）に示すように、前記可動台座１２０に
円筒ホルダ１１２１が固定されており、前記円筒ホルダ
１１２１には半球ホルダ１１１１が固定されており、前
記半球ホルダ１１１１にはプリズム１０５が固定されて
いる。同様に、前記可動台座１２０に円筒ホルダ１１２
２〜１１２４が固定されており、前記円筒ホルダ１１２
２〜１１２４にはそれぞれ半球ホルダ１１１２〜１１１
４が固定されており、前記半球ホルダ１１１２〜１１１
４にはそれぞれプリズム１０６〜１０８が固定されてい
る。そして、前記プリズム１０５〜１０８、前記半球ホ
ルダ１１１１〜１１１４、前記円筒ホルダ１１２１〜１
１２４および可動台座１２０を、たとえば接着剤あるい
はＹＡＧレーザー固定などによってそれぞれ固定する場
合、固定前に前記プリズム１０５〜１０８の前記可動台
座１２０に対する角度、位置を自由に調整することが出
来、特別に高精度加工された機械部品および光学部品を
使用せず、またコリメータの実装制限を緩和しても低損
失結合を維持することを可能にしている。また、前記可
動台座１２０は矢印１５０で示す方向に直線的に移動す
ることが出来、前記可動台座１２０上に固定されたプリ
ズム１０５〜１０８は、互いに相対位置を保持したまま
矢印１５０で示す方向へ直線的に移動することが出来
る。そして、前記プリズム１０５〜１０８は、前記プリ
ズム１０５と１０８、１０６と１０７をそれぞれ一対と
する２つの分割型光路変更プリズムを構成している。

【００２１】また、前記プリズム１０５〜１０８、前記
半球ホルダ１１１１〜１１１４、前記円筒ホルダ１１２
１〜１１２４および可動台座１２０を、必要に応じてプ
リズム１０５〜１０８の光路中における位置を調整する
ことが出来るように、調整機能をもたせて固定すること
が出来、したがって、低損失結合で高い信頼性を有する
光スイッチを安価に実現することが出来る。

【００２２】以下、図２を用いて光スイッチ１００の動
作状態を説明する。

【００２３】光スイッチ１００がクロス状態の場合、図
２（Ａ）で示すように、コリメータ１０１から出射した
光は、破線２０１で示される光路を通り、プリズム１０
５の面１０５１から前記プリズム１０５へ進入し、面１
０５２で全反射して破線２０２で示されるように光路を
変え、面１０５３から出射されてプリズム１０８へと向
かう。そして、プリズム１０８の面１０８１から前記プ
リズム１０８へ進入し、面１０８２で全反射して破線２
０３で示されるように光路を変え、面１０８３から出射
されてコリメータ１０４へ結合する。この際、面１０５
１、１０８１に光が入射する角度および面１０５３、１
０８３から光が出射する角度は、ほとんど０度にするこ
とが出来るため、前記プリズム１０５、１０８の界面に
おけるＰＤＬ特性を劣化させずに光結合を行うことが出
来る。さらに面１０５２および面１０８２における光の
反射は、全反射効果を利用しているので、その部分の光
反射損失は極めて小さい。ここで、前記プリズム１０５
および前記プリズム１０８のそれぞれの位置および角度
は、コリメータ１０１とコリメータ１０４との光結合が
形成されるように実装固定されている。そして、前記プ
リズム１０５および前記プリズム１０８の位置および角
度は、図１で説明したように高精度かつ容易に調整する
ことが可能である。同様に、コリメータ１０２から出射
した光は、破線２０４で示される光路を通り、プリズム
１０６の面１０６１から前記プリズム１０６へ進入し、
面１０６２で全反射して破線２０５で示されるように光
路を変え、面１０６３から出射されてプリズム１０７へ
と向かう。そして、プリズム１０７の面１０７１から前
記プリズム１０７へ進入し、面１０７２で全反射して破
線２０６で示されるように光路を変え、面１０７３から
出射されてコリメータ１０３へ結合する（図１（Ａ）参
照）。また、前記プリズム１０６および前記プリズム１
０７のそれぞれの位置および角度は、コリメータ１０２
とコリメータ１０３との光結合が形成されるように実装
固定されている。

【００２４】また、光スイッチ１００がバー状態の場
合、図２（Ｂ）で示すように、プリズム１０５〜１０８
が固定されている可動台座１２０を矢印１５０（図１
（Ａ）参照）で示す方向のいずれかの方向へ動かすこと
で、前記プリズム１０５〜１０８は、破線２０７および
２０８で示される光路上からはずれるように移動し、コ
リメータ１０１から出射した光は、破線２０７で示す光
路を通りコリメータ１０３へと結合し、同様に、コリメ
ータ１０２から出射した光は、破線２０８で示す光路を
通りコリメータ１０４へと結合する。

【００２５】次に、光スイッチ１００の前記可動台座１
２０上において、前記プリズム１０５〜１０８の角度、
位置の調整等をする場合を、図２、図３、図４を用いて
説明する。図３および図４は本発明の可動台座が機械的
に変位した場合の光結合を説明する図であり、符号３０
１、３０２、４０１、４０２はコリメータ、３０３、３
０４、４０３、４０４は直角プリズム、３０３１〜３０
３３はプリズム３０３の面、３０４１〜３０４３はプリ
ズム３０４の面、４０３１、４０３３はプリズム４０３
の面、４０４２はプリズム４０４の面、３１０、４１０
は可動台座、３１１、３１３〜３１６、４１１、４１３
〜４１６は座標軸の方向を示す矢印である。

【００２６】図２（Ａ）で示すように、コリメータ１０
１から出射した光は、破線２０１で示される光路を通
り、プリズム１０５の面１０５１から前記プリズム１０
５へ進入し、面１０５２で全反射して破線２０２で示さ
れるように光路を変え、面１０５３から出射されてプリ
ズム１０８へと向かう。このとき、前記コリメータ１０
１から出射する光の角度、位置を一定にしたまま、前記
プリズム１０５の位置と角度を動かす、すなわち前記面
１０５２等の位置と角度を動かすことによって、矢印２
１３で示すｚ軸方向、すなわち前記プリズム１０５の出
射光の高さ方向の調整を除いて、前記出射光の角度、位
置を自由に変えることが出来る。そして、前記出射光
は、プリズム１０８の面１０８１から前記プリズム１０
８へ進入し、面１０８２で全反射して破線２０３で示さ
れるように光路を変え、面１０８３から出射されてコリ
メータ１０４へ結合する。このとき、前記プリズム１０
５と同様に、前記プリズム１０８の位置と角度を動か
す、すなわち前記面１０５２等の位置と角度を動かすこ
とによって、矢印２１３で示すｚ軸方向、すなわち前記
プリズム１０８の出射光の高さ方向の調整を除いて、前
記出射光の角度、位置を自由に変えることが出来る。

【００２７】このような系で、コリメータ１０１とコリ
メータ１０４の間に光結合がなされることを以下に示
す。換言すれば、コリメータ１０１から出射する光の方
向及び位置は不動であるから、コリメータ１０４へ入射
する光を任意の角度、任意の位置に調整し得ることを述
べる。

【００２８】光路２０３の紙面に平行な面内の角度調整
はプリズム１０５またはプリズム１０８をｚ軸の廻りに
回転させることで可能になり、光路２０３の紙面に垂直
な面内の角度調整は、プリズム１０８をｙ軸の廻りに回
転させることで可能になる。光路２０３の紙面に平行な
面内の位置調整は、プリズム１０８の紙面に平行な位置
調整でそれぞれ行うことが出来る。また、光路２０３の
紙面に垂直な面内の位置調整は、プリズム１０５のｘ軸
の廻りの回転により行うことが出来る。これにより、前
記プリズム１０８から出射する光の角度と位置にすべて
の自由度を与えることが出来る。

【００２９】つまり、２個の直角プリズムを組み合わせ
て使うことで、たとえコリメータ１０４の位置、角度が
任意であっても光結合が可能になる。また、コリメータ
１０２とコリメータ１０３の関係においても同様であ
る。

【００３０】次に、可動台座の移動に伴う機械的不完全
性が発生しても、光結合が安定していることを説明す
る。

【００３１】図３で示すように上記方法でプリズム３０
３および３０４を調整した可動台座３１０を矢印３１５
で示すｚ軸の周りに回転させた場合、コリメータ３０１
から出射した光は、プリズム３０３の面３０３１から前
記プリズム３０３へ進入し、面３０３２で全反射して面
３０３３から出射されてプリズム３０４へと向かい、プ
リズム３０４の面３０４１から前記プリズム３０４へ進
入し、面３０４２で全反射して面３０４３から出射され
て、矢印３１６で示すようにΔｘだけ出射光軸の位置が
ずれるが、出射光軸角度は前記面３０３２での反射角度
と前記面３０４２での反射角度が光軸角度変化をキャン
セルしあって変わることがなくコリメータ３０２へ結合
することができる。

【００３２】同様に、図４で示すように上記方法でプリ
ズム４０３および４０４を調整した可動台座４１０を矢
印４１５で示すｚ軸の周りに回転させた場合も、コリメ
ータ４０１から出射した光は、プリズム４０３の面４０
３１から前記プリズム４０３へ進入し、面４０３２で全
反射して面４０３３から出射されてプリズム４０４へと
向かい、プリズム４０４の面４０４１から前記プリズム
４０４へ進入し、面４０４２で全反射して面４０４３か
ら出射されて、矢印４１６で示すようにΔｚだけ出射光
軸の位置がずれるが、出射光軸角度は前記面４０３２で
の反射角度と前記面４０４２での反射角度が光軸角度変
化をキャンセルし合って変わることがなくコリメータ４
０２へ結合することができる。つまり、若干の位置ずれ
は発生するが、角度ずれは発生しない。

【００３３】周知の如く、対向するコリメータが形成し
ている光結合系において、その光結合損失は光軸の角度
ズレに大きく左右され、光軸の位置ズレに対しては鈍感
である特性を有しており、本発明の光スイッチは、可動
台座のいかなる機械的変位に対しても、光結合損失に影
響の大きい光軸角度は常に一定に保たれ、比較的影響の
小さい出射光軸の僅かな位置ズレにとどめることが出来
る。

【００３４】以上説明したように、プリズム１０５〜１
０８が固定された可動台座１２０の位置を変化させるこ
とによって、２×２型光スイッチとしての光結合のバー
状態、クロス状態を切り替えることが出来る。そして、
前記プリズム１０５〜１０８を可動台座１２０に固定す
る場合、固定前に前記プリズム１０５〜１０８の前記可
動台座１２０に対する角度、位置を自由に調整すること
が出来、光結合損失に多大な影響を及ぼす光軸の角度ズ
レを起こしにくく、特別に高精度加工された機械部品お
よび光学部品を使用することなく、またコリメータの実
装制限を緩和しても低損失結合を維持することが出来
る。

【００３５】

【実施例】次に、実施例により本発明をさらに詳細に説
明する。

【００３６】図５は本発明の実施例を説明する図であ
り、（Ａ）はコリメータ５０１（後述）とコリメータ５
０４（後述）との結合状態を示す図、（Ｂ）はコリメー
タ５０１とコリメータ５０３（後述）との結合状態を示
す図、（Ｃ）はコリメータ５０１とコリメータ５０５
（後述）との結合状態を示す図である。図５において、
符号５０１、５０３、５０４、５０５はコリメータ、５
０６〜５０９はプリズム、５０６１〜５０６３、５０７
１〜５０７３、５０８１〜５０８３、５０９１〜５０９
３はプリズム５０６、５０７、５０８、５０９の面、５
１１１〜５１１４は半球ホルダ、５１２１〜５１２４は
円筒ホルダ、５２０は可動台座、５３０は筐体、５３
１、５３２は筐体５３０の側面、５１５は可動台座５２
０の移動方向を示す矢印、５５１〜５５３、５６０、５
７１〜５７３はコリメータ５０１から出射された光の進
路を示す破線である。プリズム５０６から５０９は直角
プリズム、全反射プリズムである。

【００３７】コリメータ５０１とコリメータ５０４とを
光結合させる場合、図５（A）に示すようにプリズム５
０６とプリズム５０７をコリメータ５０１とコリメータ
５０４の間の光路に挿入し、コリメータ５０１から出射
した光は、破線５５１で示される光路を通り、プリズム
５０６の面５０６１から前記プリズム５０６へ進入し、
面５０６２で全反射して破線５５２で示されるように光
路を変え、面５０６３から出射されてプリズム５０７へ
と向かう。そして、プリズム５０７の面５０７１から前
記プリズム５０７へ進入し、面５０７２で全反射して破
線５５３で示されるように光路を変え、面５０７３から
出射されてコリメータ５０４へ結合する。また、前記プ
リズム５０６および前記プリズム５０７のそれぞれの位
置および角度は、前記プリズム５０６とプリズム５０７
をコリメータ５０１とコリメータ５０４の間の光路に挿
入したときに、コリメータ５０１とコリメータ５０４と
の光結合が形成されるように実装固定されている。

【００３８】また、コリメータ５０１とコリメータ５０
３とを光結合させる場合、図５（B）に示すように、プ
リズム５０６〜５０９が固定されている可動台座５２０
を矢印５１５で示す方向のいずれかの方向へ動かすこと
で、前記プリズム５０６は、破線５５１で示される光路
上から移動し、コリメータ５０１から出射した光は、破
線５６０で示す光路を通り、コリメータ５０３へと結合
する。

【００３９】そして、コリメータ５０１とコリメータ５
０５とを光結合させる場合、図５（C）に示すようにプ
リズム５０８とプリズム５０９を光路に挿入し、コリメ
ータ５０１から出射した光は、破線５７１で示される光
路を通り、プリズム５０８の面５０８１から前記プリズ
ム５０８へ進入し、面５０８２で全反射して破線５７２
で示されるように光路を変え、面５０８３から出射され
てプリズム５０９へと向かう。そして、プリズム５０９
の面５０９１から前記プリズム５０９へ進入し、面５０
９２で全反射して破線５７３で示されるように光路を変
え、面５０９３から出射されてコリメータ５０５へ光結
合する。また、前記プリズム５０８および前記プリズム
５０９のそれぞれの位置および角度は、プリズム５０８
とプリズム５０９をコリメータ５０１とコリメータ５０
５の間の光路に挿入した時、コリメータ５０１とコリメ
ータ５０５との光結合が形成されるように実装固定され
ている。

【００４０】以上説明したように、本発明の光スイッチ
は、２×２型光スイッチを基本としてさまざまな用途に
適した光スイッチに応用することが出来る。

【００４１】また、図１で説明した光スイッチ１００
を、プリズム１０５〜１０８をＢＫ−７ガラス（屈折率
１．５）とし、前記プリズム１０５〜１０８の面１０５
１、１０５３、１０６１、１０６３、１０７１、１０７
３、１０８１、１０８３をＡＲ（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅ
ｃｔｉｏｎ）コート処理を施し、コリメータ１０１〜１
０４に用いる光ファイバをシングルモードファイバとし
て製作し、測定波長を１．５５μｍとして測定したとこ
ろ、コリメータ１０１からコリメータ１０３への光結合
における結合損失は０．３０ｄＢ、ＰＤＬは０．０１ｄ
Ｂ以下、切り替え再現性は０．０１ｄＢ以下であり、コ
リメータ１０１からコリメータ１０４への光結合におけ
る結合損失は０．２９ｄＢ、ＰＤＬは０．０１ｄＢ以
下、切り替え再現性は０．０１ｄＢ以下であり、コリメ
ータ１０２からコリメータ１０３への光結合における結
合損失は０．３７ｄＢ、ＰＤＬは０．０１ｄＢ以下、切
り替え再現性は０．０１ｄＢ以下であり、コリメータ１
０２からコリメータ１０４への光結合における結合損失
は０．３７ｄＢ、ＰＤＬは０．０２ｄＢ以下、切り替え
再現性は０．０１ｄＢ以下であった。

【００４２】さらに、従来用いられていた光スイッチの
方式によっては、光ファイバとして偏波保持ファイバを
用いた場合に、光結合特性を良好にするには極めて難し
い精度などの条件を要求されていたが、本発明によれ
ば、光ファイバとして偏波保持ファイバを用いた場合に
も、上記の汎用の光ファイバについての説明と同様の効
果を発揮する。

【００４３】

【発明の効果】以上、本発明を詳細に説明したが、本発
明の光スイッチは、少なくとも２つの全反射プリズムの
角度、位置を適正に調整することのみで最適な光結合系
を得ることが出来るため、プリズムの加工やコリメータ
の実装位置に特別な高精度を要求することなく、損失が
少なく操作しやすく信頼性の高い光スイッチを生産歩留
まり良く安価に提供することが出来る。そして、本発明
の光スイッチに用いるプリズムは、全反射プリズムであ
るため、プリズムへの入射および反射の際の光の損失が
極めて少なく、かつＰＤＬ特性にほとんど劣化を与えず
にスイッチングを行うことが出来る。また、可動台座の
移動に伴う可動台座の機械的不安定性（たとえば角度ガ
タ、変移量ガタ）に対しても、光結合損失の大きい光軸
の角度ズレを起こさないため、光結合形の切り替え再現
性が安定しており、高い耐久性を有する光スイッチを提
供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光スイッチを説明する図であり、
（Ａ）は正面図、（Ｂ）は断面図である。

【図２】本発明の光スイッチの動作状態を説明する図で
あり、（Ａ）はＣ−ｒｏｓｓ状態の説明図、（Ｂ）はバ
ー状態の説明図である。

【図３】本発明の光スイッチの光結合を説明する図であ
る。

【図４】本発明の光スイッチの光結合を説明する図であ
る。

【図５】本発明の実施例を説明する図であり、（Ａ）は
コリメータ５０１と５０４との結合状態を示す図、
（Ｂ）はコリメータ５０１と５０３との結合状態を示す
図、（Ｃ）はコリメータ５０１と５０５との結合状態を
示す図である。

【図６】従来の光スイッチを説明する図であり、（Ａ）
は光路がバー状態の時を示す図、（Ｂ）は光路がクロス
状態の時を示す図である。

【符号の説明】

１００、６００：光スイッチ１０１〜１０４、３０１、３０２、４０１、４０２、５
０１、５０３、５０４、５０５、６０１〜６０４：コリ
メータ１０５〜１０８、３０３、３０４、４０３、４０４、５
０６〜５０９：直角プリズム１０５１〜１０５３、１０６１〜１０６３、１０７１〜
１０７３、１０８１〜１０８３、３０３１〜３０３３、
３０４１〜３０４３、４０３１、４０３３、４０４２、
５０６１〜５０６３、５０７１〜５０７３、５０８１〜
５０８３、５０９１〜５０９３、６１０１〜６１０４：
面１１１１〜１１１４、５１１１〜５１１４：半球ホルダ１１２１〜１１２４、５１２１〜５１２４：円筒ホルダ１２０、３１０、４１０、５２０：可動台座１３０、５３０、６０９：筐体１３１、１３２、５３１，５３２：筐体の側面１４０、２０１〜２０８、５５１〜５５３、５６０、５
７１〜５７３：破線１５０、２１１〜２１３、３１１、３１３〜３１６、４
１１、４１３〜４１６、５１５：矢印６０５〜６０８：光ファイバ６１１〜６１４：レンズ６１０：菱形プリズム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】筐体の一方の側面（以下、側面１ともい
う）に配置されたレンズと光ファイバから構成される少
なくとも１つのコリメータ（以下、単に、コリメータと
もいう）と、前記筐体の前記側面１とは別の側面（以
下、側面２ともいう）に配置された複数のコリメータの
いずれか１つとを光結合させる光スイッチであって、前
記光スイッチが、少なくとも２つの全反射プリズムを搭
載した可動台座を有し、前記可動台座を移動させること
によって、前記側面１に配置した１つのコリメータと前
記側面２に配置した複数のコリメータの１つとの光結合
を当該コリメータの間の光路に前記可動台座に搭載され
た少なくとも２つの全反射プリズムのうちの２つの全反
射プリズムを挿入することによって光結合させ、前記側
面１に配置した前記１つのコリメータと前記側面２に配
置した前記複数のコリメータのうちの前記１つのコリメ
ータとは異なる他方のコリメータとの光結合は、当該コ
リメータの間の光路に前記可動台座に搭載した全反射プ
リズムを挿入しないことによって光結合させる方法で光
結合関係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に記載の光スイッチにおいて、
前記側面１および前記側面２のそれぞれに２つのコリメ
ータが配置され、かつ前記可動台座に４つの全反射プリ
ズムを有し、前記可動台座を移動させることによって、
前記側面１に配置された前記２つのコリメータのうちの
一方のコリメータ（以下、本請求項において第１のコリ
メータという）と前記側面２に配置された前記２つのコ
リメータのうちの一方のコリメータ（以下、本請求項に
おいて第４のコリメータという）、および、前記側面１
に配置された前記２つのコリメータのうちの他方のコリ
メータ（以下、本請求項において第２のコリメータとも
いう）と前記側面２に配置された前記２つのコリメータ
のうちの他方のコリメータ（以下、本請求項において第
３のコリメータという）との光結合を、当該コリメータ
の間のそれぞれの光路に前記可動台座に搭載された４つ
の全反射プリズムのうちの２つの全反射プリズムを挿入
することによって光結合させ、前記第１のコリメータと
前記第３のコリメータとの光結合、および、前記第２の
コリメータと前記第４のコリメータとの光結合を、当該
コリメータの間の光路に前記可動台座に搭載した全反射
プリズムを挿入しないことによって光結合をさせる方法
で光結合関係を切り替えることを特徴とする光スイッ
チ。
【請求項３】請求項１に記載の光スイッチにおいて、
前記側面１に１つのコリメータと前記側面２に３つのコ
リメータが配置され、かつ前記可動台座に４つの全反射
プリズムを搭載し、前記可動台座を移動させることによ
って、前記側面１に配置された前記１つのコリメータ
（以下、本請求項において第１のコリメータという）と
前記側面２に配置された前記３つのコリメータのうちの
１つのコリメータ（以下、本請求項において第３のコリ
メータという）との光結合、および、前記第１のコリメ
ータと前記側面２に配置された前記３つのコリメータの
うちの前記第３のコリメータとは異なる１つのコリメー
タ（以下、本請求項において第４のコリメータという）
との光結合は、それぞれ当該コリメータの間のそれぞれ
の光路に前記可動台座に搭載された４つの全反射プリズ
ムのうちのいずれか２つの全反射プリズムを挿入するこ
とによって光結合させ、前記側面１に配置された第１の
コリメータと前記側面２に配置された前記３つのコリメ
ータのうちの前記第３および第４のコリメータとは別の
コリメータとの光結合は、当該コリメータの間の光路に
前記可動台座に搭載した全反射プリズムを挿入しないこ
とによって光結合をさせる方法で光結合関係を切り替え
ることを特徴とする光スイッチ。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項に記載の光
スイッチにおいて、前記全反射プリズムの少なくとも１
つが少なくとも一部が球状である支持体の上に載置され
ており、前記支持体の剛体の球面部分の一部は、前記可
動台座上に設けられた筒状の物体の１つの面と線接触し
ていることを特徴とする光スイッチ。
【請求項５】請求項１〜４のいずれか１項に記載の光
スイッチにおいて、前記可動台座が直線的に移動するこ
とができるレールが設けられていることを特徴とする光
スイッチ。
【請求項６】請求項１〜５のいずれか１項に記載の光
スイッチにおいて、前記全反射プリズムが、全反射面を
１面と、光透過面として作用する面を２面とを有する直
角プリズムであることを特徴とする光スイッチ。
【請求項７】請求項１〜６のいずれか１項に記載の光
スイッチにおいて、前記コリメータを形成する光ファイ
バが、偏波保持ファイバであることを特徴とする光スイ
ッチ。