JP2519233B2 - 光フアイバ用多心一括切替スイツチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は光ファイバスイッチに関し、特にシングルモ
ード多心光ファイバを同時に切替ることのできる機械式
光ファイバスイッチに関するものである。

（従来の技術とその問題点） 一般に、シングルモード光ファイバ用の１×Ｎスイッ
チにおいてＮを100程度とする場合に実用上必要な条件
は、 （１）低損失であること、 （２）振動や温度変化等の外部環境の変化に対し安定で
あること、 （３）漏話が少ないこと、 （４）高速に切替られること、 の４つである。特にシングルモード（以下SMと略す）フ
ァイバの切替スイッチについては、低損失であることが
重要であり、コア径10μｍのSMファイバを0.4dB以下に
接続するには、２つのファイバの軸ずれ量を1.5μｍ以
下に抑える必要がある。

従来のSMファイバ用切替スイッチの例を第２図
（ａ），（ｂ），（ｃ）に示しその欠点を述べる。同図
（ａ）は導波路形スイッチであり、図中101は単心光フ
ァイバ、102は単心光ファイバコネクタ、103はアダプ
タ、104は基板、105は基板104に設けた導波路部、106は
スイッチ部である。スイッチ部106の屈折率の変化によ
り単心光ファイバ101は＃１→＃3,＃２→＃４への接続
状態から＃１→＃4,＃２→＃３への接続へと切り替える
ことができる（参考文献：電子通信学会誌Vol.69,No,3,
P279〜280,1986年３月号）。

この導波路形スイッチは電流をスイッチ部106に流す
ことにより、20nsecで動作するが、次の欠点を有する。

（１）導波路部105の損失が３〜6dBと大きい。

（２）光ファイバコネクタ102との接続部が導波路部105
の両側に必要なため、コネクタ２ケ分の損失約1dBが加
算され損失が大きい。

（３）スイッチ部106の漏話が−20dB程度と大きい。

（４）多端子化が容易でない。

（５）電源の停電時には接続状態の反転が1/2の確率で
起こるという欠点がある。したがって現時点では実用性
に乏しい。

同図（ｂ）は可動ミラー形スイッチであり、図中101
は単心光ファイバ、102は単心光ファイバコネクタ、103
はアダプタ、107はコリメータレンズ、108はケース、10
9は可動ミラー、110は可動ミラー109の移動方向を示
す。同図において可動ミラー109が実線で示す位置にあ
るとき単心光ファイバ101の＃１→＃２が結合されてい
るが、可動ミラー109を破線で示す位置に動かすことに
より、単心光ファイバ101の出力ポートを＃3,＃４にも
切替えることができる。この可動ミラー形スイッチは数
msecで比較的高速に動作するが、次の欠点を有する。

（１）コリメータレンズ107により、入射光でビームを
コリメートしているためレンズどうしの結合部での損失
とコリメート不完全による損失が2dB程度ある。

（２）入力ポートと出力ポートのコネクタとの結合で1d
B程度の損失が生ずる。

（３）可動ミラー109を使用しているため、外部振動に
より伝達パワーが変動する。このためケース108を指で
つっつくだけでも±0.5dBの変動を生じる。

したがって損失が3dB以上と大きくかつ安定性も低い
ため実用的でないという欠点があった。

同図（ｃ）は多心フェルールシフト形スイッチであ
り、図中101は単心光ファイバ、102は単心光ファイバコ
ネクタ、103はアダプタ、108はケース、111は複数の単
心光ファイバ101を配列した固定側の多心フェルール、1
12は複数の単心光ファイバ101を配列したシフトする多
心フェルール、113はシフトする方向、114はシフト力を
加える駆動コイル、115は多心フェルール111,112の両サ
イドに設けた平行板バネ、116は駆動用鉄心である。こ
のスイッチでは多心フェルール111と対向して配置され
たシフトする多心フェルール112に内蔵された光ファイ
バ101の先端が113で示すシフトの方向に動くことによ
り、単心光ファイバ101の＃２→＃６の状態から＃１→
＃4,＃２→＃5,＃３→＃６にと結合状態を切替えること
ができる。この多心フェルールシフト形スイッチは約10
msecの高速で動作するが、次の欠点を有する。

（１）多心フェルールのシフト量の再現性は約２μｍ程
度が限界で、SMファイバで要求される１μｍ以下の再現
性を持たせることが困難であるため、SMファイバに適用
できない。

（２）切替対象となる心線数は多心フェルールに実装で
きるファイバ数により制限される。

（３）可動部を有するため外部振動に対し、出力変動が
生ずる。

（４）駆動部に駆動コイルと平行板バネを用いているた
め停電時には、接続状態の反転が起り得るという欠点が
ある。したがって、SMファイバ用の１×Ｎ（Ｎは100程
度）タイプの低損失で安定なスイッチを実現することは
従来のスイッチを用いては困難であった。

本発明の目的は、上記の欠点を解決し低損失で、再現
性良く、外部振動に対しても安定でかつ比較的高速に動
作する機械式のSMファイバ用多心一括切替スイッチを提
供することにある。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明では、嵌合ピン穴と
多数心の光ファイバとが配列されてなる多心コネクタフ
ェルールを所定方向に複数個配列させた固定側多心コネ
クタフェルール群と、前記固定側多心コネクタフェルー
ルと同一構成でかつ該固定側多心コネクタフェルールと
対向してその配列方向に移動可能な移動側多心コネクタ
フェルールとを備え、前記移動側もしくは固定側多心コ
ネクタフェルールの嵌合ピン穴の一方には相手側の嵌合
ピン穴に対する挿抜動作の可能な嵌合ピン穴が挿入され
ており、かつ該嵌合ピン穴には往復運動による挿抜動作
を行う作動機構が一体的に連結されている光ファイバ用
多心一括切替スイッチを提案する。

（作用） 本発明によれば、切替接続されるべき多心コネクタフェ
ルールの選択を移動側多心コネクタフェルールの移動で
行い、対向する多心コネクタフェルールの高精度な軸合
わせは往復運動による挿抜動作を行う作動機構が一体的
に連結された嵌合ピンの挿板により行う。また、切替動
作を行わない状態では、多心コネクタフェルールの接続
状態が嵌合ピンによりロックされる。

（実施例） 第１図は本発明の第１の実施例を説明する図であり、
第３図は第１の実施例に用いている主要部分の説明図で
あり、第４図は第１の実施例の動作説明図である。図中
１は光ファイバ、２は光ファイバ１を５心配列したテー
プ心線、３は移動側多心コネクタフェルール、４は移動
ケース、５は移動ケース取付ネジ、６は平行移動用ベア
リング、７はガイドレール、８は薄鋼板ベルト、９はプ
ーリ、10はDCサーボモータ、11はDCサーボモータ10と回
転軸を共有する光学式ロータリーエンコーダ、12はモー
タ駆動回路用リード線、13は回転数検出回路用リード
線、14は固定側５心コネクタフェルール、15は嵌合ピン
挿入穴、16は嵌合ピン、17は嵌合ピンクランプ板、18は
嵌合ピン引抜用電磁式ピストン、18′は嵌合ピン挿入用
バネ、19は電磁式ピストン駆動回路リード線、20は嵌合
ピン先端のテーパ、21は光ファイバ端面、22はわずかな
すき間、23は嵌合ピンの引抜移動量、24は移動側５心コ
ネクタフェルールの平行移動量、25は移動量の誤差、26
は嵌合ピンの挿入移動量、27は嵌合ピンの挿入によりフ
ェルールに働く力をそれぞれ示す。

第１図において、移動側５心コネクタフェルール３は
移動ケース４に収容されており、移動ケース４は平行移
動用ベアリングと一体となっており、固定ネジ５により
薄鋼板ベルト８に固定されている。薄鋼板ベルト８は機
枠Ａに軸支されたプーリ９によりガイドレール７に平行
に保たれると共に、プーリ９に連結したDCサーボモータ
10により駆動される。DCサーボモータ10の回転角度はDC
サーボモータ10の軸に直結した光学式ロータリーエンコ
ーダ11により検出される。固定側５心コネクタフェルー
ル14は複数個が支持台Ｂに一列に配列され、その端面は
移動側５心コネクタフェルール３の端面との間に数μｍ
のわずかのすき間を介して位置している。固定側５心コ
ネクタフェルール14の嵌合ピン挿入穴15には孔径より０
〜0.5μｍ程度細径の嵌合ピン16が挿入されており、嵌
合ピン16は、６本ごとに嵌合ピンクランプ板17でクラン
プされていて、さらにクランプ板17が嵌合ピン引抜用電
磁式ピストン18および嵌合ピン挿入用バネ18′により固
定側５心コネクタフェルール14の端面から突き出させた
り、へこませたりすることができる。ピストン18はソレ
ノイドコイルを内蔵しておりソレノイド駆動回路用リー
ド線19に電流を流すことにより駆動する。

第３図（ａ）は第１図に組みこまれている５心コネク
タフェルール３又は14の説明図である。嵌合ピン挿入穴
15は、嵌合ピン16と０〜１μｍのクリアランスを有する
孔径となっている。一対の嵌合ピン挿入穴15の中央に配
列された各単心光ファイバ１の光ファイバ端面21は、フ
ェルール端面と同一平面に位置しており、嵌合ピン挿入
穴15の軸心と垂直になっている。

第３図（ｂ）は第１図に組みこまれている嵌合ピン駆
動部の説明図である。同図において、固定側５心コネク
タフェルール14には、下方から嵌合ピン16が挿入されて
おり、嵌合ピンクランプ板17を介して複数本の嵌合ピン
16が同時に、電磁式ピストン18により駆動される。嵌合
ピン16の先端にはテーパー20が加工されており、可動側
５心コネクタフェルール３と固定側５心コネクタフェル
ール14のDCサーボモータ10による対向する位置決めが数
100μｍ程度の誤差を有する場合でも、可動側５心コネ
クタフェルール３に嵌合ピン16を挿入することができ
る。

以下第４図を参照しながら、本発明による光スイッチ
の動作を説明する。切替動作は同図（ａ），（ｂ），
（ｃ），（ｄ）の順に行なわれる。第４図（ａ）は切替
前の状態を示す。対向する光コネクタフェルール３と14
はわずかなすき間22を介して端面どうしが向い合ってお
り嵌合ピン16により２つのフェルール３と14の光ファイ
バ（図中では略している）の光軸が高精度に軸合わせさ
れる。このとき、わずかなすき間22が約10μｍのときに
は、コア径10μｍのSMファイバでは、このすき間に屈折
率整合剤を塗布することにより接続損失増加量は約0.01
dBとすることができる。0.01dB程度の損失は実用上問題
とならない。

同図（ｂ）は、切替の途中の状態であり、電磁ピスト
ン18が動くことにより嵌合ピン16が符号23で示される矢
印の分だけ移動し、フェルール端面から嵌合ピン16が下
がっている。

次に同図（ｃ）は切替の途中の状態であり、移動側フ
ェルール３が矢印24で示す量だけ移動しており、25で示
す量だけ移動側および固定側の量フェルール3,14の位置
がずれている。

同図（ｄ）は、切替の完了した状態であり、電磁ピス
トン18のソレノイド電流が断となりバネ18′が働いて矢
印26で示す距離だけ嵌合ピン16が移動側フェルール３に
挿入され、その結果、矢印27で示す方向に移動側フェル
ール３が移動し移動量の誤差25が解消される。

以上の過程によって本発明による光切替スイッチの動
作が完了する。本実施例における切替所要時間は、嵌合
ピンの引抜き挿入の各動作が約5msec、移動側フェルー
ルが、固定側の片端のNo1フェルールから他端のNo30ま
での約75mmの距離を動く時間が約15msecであり、全動作
時間は約30msecであった。

本実施例においては、切替接続されるべきフェルール
の選択のために行なう移動側フェルールの高速移動をモ
ータ回転角度の制御による分解能の粗い位置決め方法で
行ない、対向するフェルールの高精度軸合わせは嵌合ピ
ンの挿抜により行なうことにより、高速で高精度な多心
フェルール間の切替接続を実現している。本実施例で
は、モータ回転の制御だけで粗く位置決めする場合に生
ずるフェルールの平行移動量のオーバーランや、振動に
よる位置決め誤差を嵌合ピンの挿入による強制的高精度
軸合わせ動作により、瞬時に矯正し安定なフェルールど
うしの接続状態に移行させることができるため、安定な
切替動作が可能であると共にい、切替動作を行なわない
状態では、フェルールの接続状態が嵌合ピンによりロッ
クされているので、外部から本装置に振動が加わった場
合や、電源がOFFになった場合でも接続状態が変化しな
いという特徴を有している。また、本切替装置の光損失
は、フェルールどうしの接続損失のみであり、平均損失
はSMファイバで0.5dB程度である。

以上述べた様に、本発明による光ファイバ用メカニカ
ルスイッチは、数十msecの高速切替動作と、外部振動に
対する安定性、および0.5dB程度の低い光損失特性を有
する。

本実施例においては、フェルールとして５心光ファイ
バが実装された第３（ｂ）のフェルールを用いたが、応
用として第６図に示すアダプタ形のフェルール40を用い
ることにより、NTTの標準となっているFCコネクタ用単
心フェルール41の切替も同様に行なうことができる。

さらに別の応用として嵌合ピン16と電磁ピストン18を
移動側フェルール３に取り付けた構成も実現可能であ
る。このような場合においては、移動体の重量を軽量化
することができれば、第１図の実施例と同様に高速切替
ができる。この場合、嵌合ピンは移動側フェルールのみ
に備えれば良いので、固定側フェルールの取り付けを簡
単化することができる。

第５図に本発明の第２の実施例を示す。第５図（ａ）
において、移動側５心コネクタは移動側多心コネクタフ
ェルール挿抜駆動ユニット28に実装されている。また固
定側５心コネクタフェルール14の後方には嵌合ピン等は
挿入されていない。その他の構成については第１図の構
成と同様である。ユニット28は平行移動用ベアリング６
に取りつけられておりどの固定側５心コネクタフェルー
ルの位置へも移動可能である。第５図（ｂ）は、ユニッ
ト28を下方から見上げた斜視図である。嵌合ピン34が挿
入され固定されたフェルール33がユニットから出入り可
能な状態で実装されている。第５図（ｃ）は、ユニット
28の内部構造である。５心コネクタフェルール33は平行
スライド30に固定されている。平行スライド30は平行ス
ライド支持ロッド31により支持されていて、上下方向に
平行に移動する。また平行スライド30はコイルスプリン
グ32により下方に押圧力を受けているため、電磁ピスト
ン29が動作していないときは下方に押しつけられてい
る。したがって移動側フェルール33は固定側フェルール
14と嵌合され接続されている。電磁ピストン29は、電源
に結合されているリードセンに電流を流すと、レバー35
の駆動点37を39の方向に引張り、レバーの作用点38の場
所で平行スライド30を上方向に押し上げる。このレバー
35を使用するのは電磁ピストン29の動作の特徴として、
大きな引張力と高速の動作を必要とする場合には電磁ピ
ストン29の駆動ストローク長を短くする必要があるため
である。上記の構成になっているから、この装置により
光コネクタの切替動作を行なうには、まず、 電磁ピストン29を駆動して、移動側フェルール33の嵌
合ピン34が、固定側フェルール14から完全に抜けるま
で、移動側フェルール33を押し上げる。

次にスライド６に沿ってモータ10により指定の位置ま
で、ユニット28を移動させる。

電磁ピストン９の駆動電流を断にする。すると、新し
く指定された固定側フェルール14に移動側フェルール33
の嵌合ピン34が挿入され、さらに移動側フェルール33の
端面と固定側フェルール14の端面が突き合わさって、５
心ファイバ間の接続がなされる。

以上で動作は完了する。

第１の実施例と同様に、移動体と、上下に駆動される
フェルールそのものおよび駆動用電磁ピストン等の材料
として軽合金やプラスチック等を用いて重量を軽量化す
ることにより、高速の光スイッチ動作が可能である。こ
れらどの実施例においても、本発明第１の実施例と同様
に、移動側フェルールの高速の移動と嵌合ピンによる高
精度な位置決めが可能であるという特徴を生かすことが
できる。したがって数十ミリ秒での高速により0.5dB程
度の低損失なシングルモードファイバの多心一括切替ス
イッチ動作が可能である。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、移動側多心コ
ネクタフェルールを高速に、接続すべき固定側多心コネ
クタフェルールに対向させるとともに、対向する多心コ
ネクタフェルール同士の高精度な軸合わせを嵌合ピンの
挿抜動作により高速に行うため、高速で高精度な多心コ
ネクタフェルールの切替スイッチ動作が可能であるとと
もに、嵌合ピンは往復運動による挿抜動作を行う作動機
構が一体的に連結されているため、接続切替の度に新し
いピンを嵌合孔に挿入してそれ以前のピンを押し出すも
のの如く、高い工作精度が要求され高価となる嵌合ピン
を使い捨てにするという無駄がなく、また、押し出され
た嵌合ピンが多心コネクタフェルールの移動を阻害する
ような恐れもない。また、嵌合ピンにより対向するフェ
ルール間の軸合わせ状態をロックする機構となっている
ため、機械式スイッチとしては、従来のものと比べ、外
部振動や電源の切断に対しても何らかの光信号の変動も
受けない等の利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の一部切欠き斜視図であ
る。第２図（ａ）は従来の導波路形スイッチの説明図、
第２図（ｂ）は従来の可動ミラー形スイッチの説明図、
第２図（ｃ）は従来の多心フェルールシフト形スイッチ
の説明図である。第３図（ａ）（ｂ）は本発明の第１の
実施例に用いている主要部分の斜視図である。第４図
（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は本発明の第１の実施例の動
作説明図である。第５図は本発明の第２の実施例の説明
図で、第５図（ａ）は外観の斜視図、第５図（ｂ）は移
動側５心コネクタフェルール挿抜駆動ユニットの斜視
図、第５図（ｃ）は移動側５心コネクタフェルール挿抜
駆動ユニットの断面図である。第６図は移動側コネクタ
フェルールの他の実施例を示す斜視図である。 １……光ファイバ、２……テープ心線、３……移動側多
心コネクタフェルール、４……移動ケース、５……固定
ネジ、６……平行移動用ベアリング、７……ガイドレー
ル、８……薄鋼板ベルト、９……プーリ、10……DCサー
ボモータ、11……光学式ロータリーエンコーダ、12……
モータ駆動回路用リード線、13……回転数検出回路用リ
ード線、14……固定側５心コネクタフェルール、15……
嵌合ピン挿入孔、16……嵌合ピン、17……嵌合ピンクラ
ンプ板、18……嵌合ピン引抜用電磁式ピストン、18′…
…嵌合ピン挿入用バネ、19……電磁式ピストン駆動回路
リード線、20……嵌合ピン先端のテーパ、21……光ファ
イバ端面、22……わずかなすき間、23……嵌合ピンの引
抜移動量、24……移動側５心コネクタフェルールの平行
移動量、25……移動量の誤差、26……嵌合ピンの挿入移
動量、27……嵌合ピンの挿入によりフェルールに働く
力。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長沢 真二 茨城県那珂郡東海村大字白方字白根162 番地 日本電信電話株式会社茨城電気通 信研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−170606（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】嵌合ピン穴と多数心の光ファイバとが配列
   されてなる多心コネクタフェルールを所定方向に複数個
   配列させた固定側多心コネクタフェルール群と、前記固
   定側多心コネクタフェルールと同一構成でかつ該固定側
   多心コネクタフェルールと対向してその配列方向に移動
   可能な移動側多心コネクタフェルールとを備え、前記移
   動側もしくは固定側多心コネクタフェルールの嵌合ピン
   穴の一方には相手側の嵌合ピン穴に対する挿抜動作の可
   能な嵌合ピンが挿入されており、かつ該嵌合ピン穴には
   往復運動による挿抜動作を行う作動機構が一体的に連結
   されていることを特徴とする光ファイバ用多心一括切替
   スイッチ。