JP2006525536A - 光ファイバ・コネクタを使用する光スイッチング - Google Patents

光ファイバ・コネクタを使用する光スイッチング Download PDF

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Abstract

光スイッチング装置が、光スイッチと、コネクタに結合可能な光コネクタ受入れ手段と、コネクタを前記受入れ手段に結合することによってスイッチングを実行する手段とを備え、一旦コネクタが、このコネクタと光通信を行う受入れ手段と十分に結合されると、前記スイッチング実行手段が作用するか又は作用を受けることを特徴とする。

Description

本発明は、光スイッチング装置及びこのような光スイッチ装置を備える光ネットワークの機能を拡張するための装置。
光ネットワークを設計する際の主要な問題の1つは、光アド/ドロップ・マルチプレクサ(OADM)、光スイッチ、増幅器、等化器、及び分散補償要素などの光学的構成要素の配置にある。このような要素の包含及び配置に関する設計上の決定には、ネットワーク上の初期通信量ばかりでなく、しばしば予測不能である将来的なネットワークの成長にも対応する必要がある。この問題は、費用を最小限にする必要があり、かつ成長が特に予測不能である首都圏(又は都市部)のネットワークでは特に肝要である。
本発明に最も類似する従来技術が確認されている。
・JP040366804A(日立)
・US6463189B1(アバネックス社(Avanex))
・US6430332(ファイバ社(Fibre))
・JP020272405A(富士通)
・US5179602(ノルクロス社(Norcross))
本発明の第1の広範な独立態様によれば、光スイッチと、コネクタに結合可能な光コネクタ受入れ手段と、コネクタを前記受入れ手段と結合することによってスイッチングを実行する手段とを備える光スイッチング装置であって、一旦コネクタが、このコネクタと光通信を行う受入れ手段の中に十分に嵌め込まれると、前記スイッチング実行手段が作用するか又は作用を受けることを特徴とする光スイッチング装置が提供される。
このような光スイッチング装置の1つの応用例が光ネットワークの分野に存在し、そこでは光学要素をネットワークの中に後付けすることが望まれ得る。この場合には、本発明は光学要素の追加によって光ネットワークの機能を拡張するための装置を提供するが、この装置は先ほど挙げた光スイッチング装置を備え、そのコネクタは前記光学要素に接続される。
このような混成スイッチ/コネクタ構造を使用する利点は、光コネクタ及び受動装置に使用するために開発された通常の備品取付け方法が利用可能なことである。取付け要員はコネクタの端部を清掃して光学要素をネットワークにプラグ接続するだけである。光学要素をネットワークにプラグ接続する動作と、通信データを光学要素に迂回させるためにスイッチを駆動する動作との間に手順上の中断が存在しない。
当該の混成スイッチ/コネクタ構造はまた、使用者がコネクタを受入れ手段に挿入する速度に依存しないので特に有利である。一旦、コネクタが適切に位置決めされると、使用者に桁外れの労力を掛けることなく即座にスイッチングが行われる。これは、スイッチの入力又は出力ポートがコネクタの挿入速度に直接依存する様態で変位され、しかも一旦定位置に固定されてからではなくコネクタの挿入中に変位される富士通などの従来技術の特許文書の開示(上で参照した)から根本的に脱却することを明確に示す。
細心の設計によって、10ミリ秒未満で光スイッチングを動作させることが可能であり、それはネットワークの光通信量にそれほどの影響を与えることなく要素を導入するには十分な短さである。
本発明の広範な態様に係る従属的な態様では、コネクタ受入れ手段は、コネクタがコネクタ受入れ手段に結合されるとき、それはスナップ作用によってコネクタをその動作位置に固定させ、かつこのスナップ作用の結果としてコネクタ受入れ手段にスイッチングを引き起こさせる手段が設けられるように構成される。この構成は、標準的なコネクタを使用して迅速かつ確実な様態でこのスイッチング実行手段を駆動できるので特に有利である。
他の従属的な態様では、本装置は、スイッチングがコネクタ・レバーによって引き起こされるようになっている。
他の従属的な態様では、コネクタ受入れ手段は、デュプレックス・コネクタ・レバーにスイッチングを引き起こさせる単一レバー収容部分を備えるデュプレックス受入れ手段である。この構成は、デュプレックス応用例のために実現すべき精度を向上させ得る。それは、単一レバー式デュプレックス・コネクタを受け入れるのに必要な構成要素の点数も削減する。
他の従属的な態様では、スイッチングを実行する手段は、撓み板上に装着された反射又は屈折要素を組み込み、その撓み板は、コネクタが受入れ手段から脱着されるときに前記要素を戻すように構成されている。この構造は、それが操作者の接続動作を変更することなく迅速なスイッチングに関して高水準の再現性を実現するので特に有利である。
他の従属的な態様では、スイッチングを実行する手段は、コネクタが完全に定位置に押し込まれるときに電気回路を完成させることによって動作する。
スイッチの駆動は、電気的、完全に機械的、又は完全に磁気的な手段によって行われ得る。電気的又は完全に磁気的な駆動の利点は、それがスイッチの気密封止を簡素化し、それによってスイッチを望ましくない異物混入から保護することである。電気的な駆動の第2の利点は、それによって数多くの既存の電動式スイッチ構造が、この混成スイッチ/コネクタ構造で使用可能になることである。完全に機械的又は完全に磁気的な駆動の利点は、それがスイッチを駆動するための外部電源を必要としないことである。
第2の広範な独立態様では、本発明は、光スイッチと、コネクタと結合可能な光コネクタ受入れ手段とを備える光スイッチング装置であって、そのスイッチングは、外部源が使用される場合には、固定機構にコネクタを受入れ手段の中に固定させる外部源によって起動されることを特徴とする光スイッチング装置を提供する。
本発明の第2の広範な態様に係る従属的な態様では、コネクタが受入れ手段の中の定位置にあるときのみに光がコネクタに伝送されることを確実にする手段が設けられる。
本発明の原理が図1に例示されている。図1では、光スイッチング装置が2x2スイッチ10の形態にある光スイッチを備え、それは一方の側が既存のネットワーク12に接続され、他方の側が光コネクタ16の一方の半部分14に接続されている。この実施形態では、半部分14は受入れ手段の役割を果たす。光コネクタ16の他方の半部分18(これもコネクタと呼び得る)は光学要素20に接続されるが、それは、単なる例として挙げれば、増幅器、アド/ドロップ・マルチプレクサ等々であり得る。
本装置の第1の動作方式では、第1のコネクタ半部分に接続するスイッチ10が、原位置で既存のネットワーク12中に挿入されてポート22上の光信号がポート24を介して直接伝送されるように構成されている。スイッチのポート26及び28は、この段階では休止状態にあり、ネットワーク12の機能を拡張することが望ましいときに備えてコネクタ16の半部分14に接続されているにすぎない。
光学要素20を追加することによってネットワークを拡張すべき時点が到来すると、コネクタ16の第2の半部分18が第1の半部分14と結合され、これらの2つの半部分を互いに結合する動作が、スイッチ10を駆動し(波線30参照)、ポート22上の光信号がポート26を介して伝送され、コネクタ半部分14及び18を経由して光学要素20に出力され、再びコネクタ半部分18及び14を経由してスイッチのポート24を介してネットワークに出力される。したがって光学要素20はネットワークに「後付け」されている。
コネクタ結合動作によるスイッチの駆動は、幾つかの形態のいずれかを取り得る。このような純粋に機械的な形態の1つが図2(a)に示されている。図2(a)では、2x2スイッチ40が、1対のファイバ導波管44、46を一端に収容するスイッチ本体42を備える。これらの導波管はそれぞれのコリメータと併用して動作することもできる。本体42の他端には、対応する1対のファイバ導波管/コリメータ48、50が存在する。本体42の他端には、光コネクタの一方の半部分として機能するフェルール52も装着されている。本体の中には、2つの全反射面56、58を有するプリズム54と、このプリズムに装着されたレバー60とが存在する。プリズムは、導波管中の光放射を妨害しないようにレバーに加えられる圧力によって下方に滑動自在の様態で本体中に保持されている。本対42は、図2(b)及び2(c)に関連して説明すべき理由のために移動止め62を有する。
スイッチの第1の動作方式では、光導波管44に進入する光信号は、表面56、58で反射されて、再び光導波管46を介して退出する。第2の動作方式では、光学要素を追加することによってネットワークを更新することが望ましいとき、第2のコネクタ半部分70(図2(b)参照)がフェルール52上に嵌着され、第2のコネクタ半部分の結合表面55が、フェルール52の端部と直に当接するようになっている。この位置では、2つの他の光導波管/コリメータ72、74が、最終的に導波管48、50から退出したり、又はそれに進入したりする光を搬送することができる。導波管72、74は光ファイバを経由して光学要素76に接続される。
一旦、2つのコネクタ半部分(又は、換言すれば、受入れ手段及びコネクタ)が図2(b)に示すように相互に突き合わされると、バルクヘッド78が前方に押され、バルクヘッド78に枢支されているバネ押しアーム82の鈎状端部80が移動止め62に乗り上げて、この移動止めの背後に落下する(図2(c)参照)。この過程で、鈎状端部80がレバー60を押下し、それによってプリズム54が下方に押されて、光信号が本体42の2つの端部にある導波管の間を通過できるようにする。(一旦、バルクヘッド78を後退させるとプリズムがその元の位置に復帰できるように、このプリズムもバネ押し式になっている。)したがって、図1に関して説明したように、この光学要素は今や導波管44、46に接続されたネットワークの一部である。
本発明の第2の実施形態は、2x2スイッチ駆動の電気的形態を使用する。それを図3に示すが、そこでは2つのコネクタ半部分14、18(又は、換言すれば、受入れ手段及びコネクタ)が追加的な電気スイッチ部材80、82にそれぞれ結合されている。図3に示す実施では、スイッチ部材82は、対向部材80に面すべき端部に小突起86を有する取付け具84のみから成る。この突起86は、コネクタ半部分14に付着され、かつ単極スイッチ88として動作するスイッチ部材80の内部に嵌入し、それによって配線90、92、電池又は他の電源94、及び2x2スイッチ10内部の駆動手段から成る回路を完成させる。この駆動手段は、図2(a)、(b)、及び(c)に示したプリズムのような光学要素を変位させる非常に小型のソレノイドなどの電磁駆動装置の形態を取り得る。
実施では、スイッチを駆動する前にコネクタ半部分の中の導波管端部を結合させるように設定しなければならない。これには、コネクタ半部分が完全に結合されると突起86のみがスイッチ88を動作させる配置が必要である。これは、例えば、スイッチ部材82が、コネクタ半部分18に対して軸方向に移動可能であるが、同時にそれに付着されているような配置によって実現可能である。別法として、図3に示した部品94及び88によって構成された電気回路中に電気的な遅延を含むことも可能である。
2x2スイッチは、機械的又は電気的に駆動可能であるばかりでなく、純粋に磁気的な手段によっても駆動可能である。このような一実施例が図4に示されている。図4(a)では、2x2スイッチ100が両端に光導波管/コリメータ104、106を収容する本体102を備え、これらの両端間には、2つの反射側面を有するプリズム108が導波管の共通軸を外して配置されている。このプリズムには、導波管の軸に垂直な2本の脚112、114と、導波管の軸に平行なそれぞれの端部分116、118とを有する小さな鉄枠110が固着されている。これらの脚には切抜きが設けられ、光が妨害を受けずに通過することができる。他の導波管130、132は導波管104、106に対して垂直に配向される。第1のコネクタ半部分117(又は、換言すれば、受入れ手段)が何らかの適切な手段によって本体102に付着されている。
図示のように磁気的に配向された2個の小さな永久磁石120、122(両磁石の極性は、図に示したものとは逆の符号でもよい)が、第2のコネクタ半部分124(又は、換言すれば、コネクタ)の径方向両端に装着されている。これらの磁石は、例えば、コネクタ半部分の中に作成したそれぞれの穴の中に配置され、コネクタ半部分自体の中に有利に嵌入されるか、又はそれらがコネクタ半部分の外側にあってもよい。本実施形態では、信頼性のある磁石駆動動作を可能にする観点から、かつ、さらに重要であるが、確実に光をスイッチから第2のコネクタ半部分の導波管まで適切に伝送する観点から、第2のコネクタ半分をスイッチ自体に対して正確に配向しかつ位置決めする必要がある。この目的のために、第1のコネクタ半部分117はスイッチ本体102に対して正確に位置決めされ、かつそれは第2のコネクタ半部分124の周囲にぴったりと嵌るように設計されている穴119を有する。導波管130、132と導波管126、128との間の適切な位置合わせを確保するために、2つのコネクタ半部分117、124は、例えば、第1のコネクタ半部分117の中に軸溝を設け、かつ対応する軸畝を第2のコネクタ半部分124の中に設けることによって相互に楔栓固定される。選択的に第2のコネクタ半部分を第1のコネクタ半部分に掛止し、かつそれらが一旦相互に結合されると第1のコネクタ半分から掛止解除するように、釈放自在の掛止手段(図示せず)も存在し得る。
動作では、第2のコネクタ半部分124が第1コネクタ半部分117の中に導入されるとき、枠は磁石に向かって引き寄せられてプリズムが下方に変位され、枠の端部分116、118が本体102の底に対接して静止する(図4(b)参照)。(プリズムは、それが導波管104、106に関する限り同じ軸位置を維持するように、横移動に関してはいずれも拘束されることに留意すべきである。)この位置では、プリズムは異なる導波管に進入し/それから退出する信号をいずれも全反射するように動作する(図4(b)中の矢印を参照)。このような本発明の形態では、ネットワーク接続が導波管104、106に対して存在すると共に、ネットワークに後付けすべき光学要素が、第2のコネクタ半部分124の中の導波管126、128に接続されている。
枠110の全体を磁気材料によって構成する代わりに、端部分116、118のみが磁性を有し、他の部分が、例えば、合成材料から作製されてもよい。さらには、図4(a)及び4(b)中の枠110は、例えば、形状が四角形であり、それによって脚116、118が、四角形の一辺を構成する1つの水平部材によって置き換えられるか、又は依然として2本の脚部の形態にあるが、図示のような2個の磁石を使用するか若しくは恐らく第2のコネクタ半部分中の中心に配置されることになる1個のみの磁石を使用するために、外側ではなく内側を向くようにも配置可能である。
磁気駆動の利点は、スイッチの内部構成要素と直に結合しないので、そのためにスイッチを気密封止できることである。
2x2スイッチ機能の別法による実施が図5に示されている。ここでは、4角形(好ましくは正方形)のプリズム140が、その中心回りに光導波管144、146、148、及び150の軸に直交する軸上で回動自在であるように、スイッチ本体142の内部に保持されている。第1の動作方式では、即ち、光信号がネットワークの異なる部分間を通過できるようにスイッチが既存のネットワークの一部であるときには、信号は導波管144からプリズム140を通過して導波管148から退出する。プリズム140の関与面が導波管144及び148中の光信号の移動方向に対して厳密に垂直であるので、光信号の屈折は起こらない。導波管146及び150はこの時点では信号を搬送しない。第2の動作方式では、何らかの駆動形態(例えば、先の実施形態に関連して説明したように機械的、電気的、又は磁気的な)が、図5(b)に示した位置を取るようにプリズムを完全に45°回転させ、そのために今や屈折が生じてネットワークからの信号が、導波管150を経由して退出させられ、第2のコネクタ半部分(図示せず)が接続されている光学要素を通過した後に導波管146を介してスイッチに再進入し、そこで信号は再度プリズムを通過して導波管148経由で退出する。
スイッチの別の形態が図6(a)に示されている。図6(a)では、4本の導波管160、162、164、及び166がスイッチ本体168の内部に「X」構成で収容されているが、その中心に達することはない。両側に反射表面を有する反射要素170が、一方の側の導波管160及び164と他方の側の導波管162及び166との間に位置する。この反射要素170は、これまで説明した方法のいずれかによって駆動される駆動アーム172に装着されている。
動作に際して、先に説明した第1の方式では、反射要素170が導波管中の信号の交差線の上方に持ち上げられており、ネットワーク信号が導波管160を通過し、次いで導波管166を再び通過して退出するようになっている。他方で、第2の動作方式では、即ち、導波管162及び164に結合された光コネクタ半部分が光学要素をネットワークの中に接続するために結合されるべきときには、アーム172が変位されて反射要素170を下向きに移動させるが、そうすると導波管160からの信号が反射されて導波管164経由でスイッチから退出し、次いで導波管162の中の戻り信号が反射されて導波管166経由でスイッチから退出してネットワークに戻る。
ここまでは本発明に係る光スイッチング装置は、特に光ネットワークを光ネットワークに後付けすることに応用されるものとして説明されてきたが、それは他の応用例にも使用可能である。そのような1つが、光センサ分布システムであり、そこでは、例えば、光学温度センサが必要に応じてファイバ・リングの中にプラグ接続され得る。別の応用例は光パワー分布システムであり得るが、そこではリングの中に既に挿入されているコネクタ/スイッチに装着することによって、光パワーがこのリングから抽出され得る。第3の別法は、送受信器装置が、例えば、軍事ネットワーク中の安全通信リング上にクリップされ得るように本発明のコネクタ/スイッチを使用する。
図7は、アダプタ筐体182の一部として171と参照符号を附したような受入れ手段を有する光スイッチ・コネクタ装置170を示すが、この受入れ手段は対応するコネクタ172を受け入れるように構成されている。コネクタ172は、知られている代替物から当業者によって選択可能である。受入れ手段は、レバー173の一部に係合するように成形可能であり、受入れ手段171の内部溝は、コネクタ172が操作者によって挿入されるときにレバー173を固定位置に案内するように配置可能である。コネクタとコネクタ・スイッチとの間の光通信を可能にするようにコネクタが十分に係合されるとき、受入れ手段の内部溝は圧縮レバーを固定位置へと急速に撓ませる(すなわち、スナップ作用)。レバーがその固定位置において上昇するとき、このレバーは、入力ポート176と出力ポート177との間で光伝送回線の外側から光伝送回線の内側に屈折装置175を持ち上げる伝送アーム174に対して作用し得る。これは、光をポート176からポート178まで屈折させ、かつポート177からポート179まで屈折させることになる。回線180及び181は、アダプタ筐体182の端部の中にプラグ接続された適切なコネクタ(この図に例示せず)で終端するように構成可能である。
コネクタ172がその受入れ手段171から脱着されるとき、通常の通信量が回復し得るように撓み板183が屈折要素175を押下してポート76及び77の光路から外す。
入力ポート176等は、約1mmの直径及び7mmの長さのコリメータを含み得る。屈折要素は約1mmの厚さ及び2mmの幅を有し得る。当然のことであるが、他の寸法も特定の応用例に適切であるように当業者によって選択可能である。
図8は、屈折要素を駆動するための単一レバーを有するデュプレックス・パッチ・ケーブルを受入れできる種類の受入れ手段185を備えるアダプタ184を示す。186と参照符号を附したような内部溝が、適切なコネクタ・レバーを案内しかつ固定するために図7を参照して上で論じた溝と同様な様態で設けられ得る。2つの光結合トンネル187及び188が各コネクタの光学的端部に係合するように設けられる。
図9は、単一コネクタ191と共に動作するように設定されたアダプタ筐体190の頂部上に位置する、全体として189と参照符号を附した2x1光スイッチを模式的に示す。単一コネクタがその対応する受入れ手段の中に固定されるとき、コネクタを定位置に固定することに伴うスナップ作用によって、アーム192及びその対応する屈折要素193がコリメータ194と195の間を進む光の光路の中に持ち上がり得る。屈折要素がその持ち上がり位置にある効果は、光をコリメータ194からコリメータ196まで屈折させ、さらにアダプタ筐体190を経由してコネクタ191上に屈折させることである。
図7から9までの全ての実施形態は、操作者がコネクタを係合するときに、アーム192のようなスイッチング実行手段が駆動され得るように当業者によって変更可能である。このスイッチング実行手段には、磁気的、電子的、及びコネクタが適切な光接続位置にあるときに行われる起動機構の他の任意適切な形態が含まれ得る。本システムは約10ミリ秒のスイッチング速度が実現可能であり、通信データの流れの中断がいずれも最小化されて殆ど完全に排除される。
図10は、標準的な構造であり得るコネクタ201及び受入れ手段202を示す。一旦、コネクタが受入れ手段に結合されると、光学要素203がネットワークに追加され得る。スイッチ204は標準的な種類のスイッチでよいが、そのスイッチングは外部源(即ち、キー205)によって起動される。一旦、コネクタが受入れ手段の中に固定されると、キーがスイッチを駆動するときにピンとソレノイドの組立体206が駆動される。レバーを有する標準的なコネクタが使用される場合は、このピンがコネクタを定位置に固定するようにレバーの背後に掛止できるように選択可能である。
図11(同一の参照符号を図10と同様の構成要素に使用する)は、回路中に直列配置されているマイクロ・スイッチ207の使用を示す。
本発明の原理を例示する模式図である。 (a)乃至(c)は、本発明の第1の実施形態に係る光スイッチング装置の動作を示す図である。 本発明に係る光スイッチング装置の第2の実施形態を示す図である。 (a)及び(b)は、本発明の第3の実施形態における本発明に係る光スイッチング装置の動作を示す図である。 (a)及び(b)は、変形型の2x2スイッチが使用される光スイッチング装置の動作を例示する図である。 (a)及び(b)は、他の変形型の2x2スイッチを使用する光スイッチング装置の動作を例示する図である。 本発明の他の変型を示す模式的な斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る受入れ手段を示す端面図である。 本発明の他の実施形態を示す模式的な平面図である。 本発明の他の実施形態を示す模式的な平面図である 本発明の他の実施形態を示す模式的な平面図である

Claims (10)

  1. 光スイッチと、コネクタと結合可能な光コネクタ受入れ手段と、コネクタを前記受入れ手段と結合することによってスイッチングを実行する手段とを備える光スイッチング装置であって、一旦コネクタが、前記コネクタと光通信を行う前記受入れ手段の中に十分に嵌め込まれると、前記スイッチング実行手段が作用するか又は作用を受けることを特徴とする光スイッチング装置。
  2. 前記コネクタ受入れ手段は、コネクタが前記コネクタ受入れ手段に結合されるとき、それはスナップ作用によってコネクタをその動作位置に固定させ、かつ前記スナップ作用の結果として前記コネクタ受入れ手段にスイッチングを引き起こさせる手段が設けられるように構成される、請求項1に記載の装置。
  3. 前記装置は前記スイッチングがコネクタ・レバーによって引き起こされるようになっている、請求項2に記載の装置。
  4. 前記コネクタ受入れ手段は、デュプレックス・コネクタ・レバーにスイッチングを引き起こさせる単一レバー収容部分を備えるデュプレックス受入れ手段である、前記請求項のいずれかに記載の装置。
  5. 前記スイッチングを実行する手段は、撓み板上に装着された反射又は屈折要素を組み込み、その撓み板は、前記コネクタが前記受入れ手段から脱着されるときに前記要素を戻すように構成されている、請求項1に記載の装置。
  6. 前記スイッチングを実行する手段は、前記コネクタが完全に定位置に押し込まれるときに電気回路を完成させることによって動作する、請求項1に記載の装置。
  7. 前記スイッチングを実行する手段は磁気的手段によって動作する、請求項1に記載の装置。
  8. 請求項1に記載の光スイッチング装置を備える、光学要素の追加によって光ネットワークの機能を拡張するための装置。
  9. 光スイッチと、コネクタに結合可能な光コネクタ受入れ手段とを備える光スイッチング装置であって、そのスイッチングは、外部源が使用される場合には、固定機構に前記コネクタを前記受入れ手段の中に固定させる外部源によって起動されることを特徴とする光スイッチング装置。
  10. コネクタが前記受入れ手段の中の定位置にあるときのみに光が前記コネクタに伝送されることを確実にするための手段が設けられる、請求項9に記載の装置。
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