JP4655045B2 - 光スイッチ - Google Patents

Description

本発明は、光通信における光路の切換えや、レーザー加工におけるレーザー光路の切換え等に好適な光スイッチに関するものである。

近年の目覚しい光伝送技術の発達において、光信号や光エネルギーの伝送路を切換える光スイッチは重要な役割を担っている。例えば、日本公開特許公報第2003−15059号には、移動可能なプリズムを用いた光スイッチが記載されている。この光スイッチは、図１９（ａ）および図１９（ｂ）に示すように、一対の入力用光ファイバー(2a, 2c)の端部と一対の出力用光ファイバー(2b, 2d)の端部との間の空間にプリズム6Mを出し入れすることで光路を切換えるものであり、プリズム6Mを直進移動させることで装置内部でのデッドスペースを減らし、光スイッチ全体の小型化を図っている。

この光スイッチは、入力用光ファイバー(2a, 2c)と出力用光ファイバー(2b, 2d)とが同じ軸線上に配置されている場合に有効であるが、例えば、入力用光ファイバーと出力用光ファイバーとを略並列に配置するような場合は、上記とは別の切換え機構を導入する必要がある。

一方、日本公開特許公報第2004―37652号は、図２０に示すように、入力用光ファイバー(2a, 2c)と出力用光ファイバー(2b, 2d)とが同一平面上において実質的に略並列に配置されている場合に光路の切換えを行うための光スイッチについて記載している。この光スイッチに使用されるミラーブロック6Nは、図２１（ａ）に示すような光路を提供するための反射部位と、図２１（ｂ）に示すような光路を提供するための反射部位とが一体に形成された複雑な形状を有しており、光ファイバーに対してミラーブロック6Nを図２０の矢印に示す方向に移動させることにより、光路間の切換えが行える。

しかしながら、ミラーブロック6Nに上記した複数の反射部位が一体に形成されているため、その幾何学的形状の形成に高い精度が要求される。また、特定の反射部位の位置調整を行うと、ミラーブロック6N全体の反射部位の位置が変化するので組立て後に個々の反射部位について光学的な位置微調整を行ない難いという問題もある。さらに、高い部品精度で製造されたミラーブロックを使用する光スイッチはコストパフォーマンスの点でも改善の余地がある。

そこで、本発明は、固定導光部材と可動導光部材を使用し、上記した従来構成とは別の光路切換機構を備えた新しい光スイッチを提供することを目的とする。

すなわち、本発明にかかる光スイッチは、４つのレンズと、レンズを保持するレンズ保持部材と、レンズに光学的に結合される固定導光部材と、各々が互いに直交関係にある２つの反射部位を有する一対のブロックと、一方のブロックの反射部位が、他方のブロックの反射部位から空間を介して離隔されるように一対のブロック間を連結する連結部とで構成される可動導光部材とを含み、該可動導光部材を介してレンズ保持部材と固定導光部材とが配置されてなり、この可動導光部材は、固定導光部材の使用により前記４つのレンズの２つのペアの間に前記空間を介して光路が形成される第１ポジションと、可動導光部材の使用により前記４つのレンズの別の２つのペア間に光路が形成される第２ポジションとの間で前記レンズに対して可動であり、固定導光部材は、第１ポジションにおいて、前記２つのペアの各々の一方のレンズから出た光を反射する第１反射部位と、第１反射部位によって反射された光を上記２つのペアの各々の他方のレンズに向けて反射する第２反射部位とを有することを特徴とする。

本発明によれば、光路の切換えが可動導光部材による光の反射と固定導光部材による光の反射のいずれかを選択することによって行なわれるので、比較的シンプルな形状の可動導光部材を使用できる。これにより、光学部品の位置の微調整が比較的容易になるとともに、コストパフォーマンスに優れる光スイッチを提供できる。また、本発明の技術思想によれば、後述するように、水平方向に配設される光路間を切換えるための参考例の光スイッチに加えて、水平方向と垂直方向の２方向に配設される光路間を切換えるための小型光スイッチを提供できる。

上記光スイッチにおいて、固定導光部材は、例えば、透光性材料で形成されるボディと、ボディの一対の表面に設けられる第１反射部位および第２反射部位とを備えた固定導光部材を使用することが好ましい。あるいは、固定導光部材は台形プリズムによって形成され、第１反射部位および第２反射部位は、台形プリズムの互いに直交関係にある一対の傾斜面によって提供されることが好ましい。

同様に、可動導光部材の一対のブロックの各々は、台形プリズムで形成されることが好ましい。

また、本発明の光スイッチにおいて、上記レンズ保持部材は、水平方向および鉛直方向において隣接する光軸が互いに平行になるように第１、第２、第３、第４レンズを保持することが好ましい。この場合は、マトリックス状に配列された光ファイバーなどの複数の光伝送部材間での光路の切換えを行える。

上記した４つのレンズを有する光スイッチの好ましい実施形態として、固定導光部材は、第１ポジションにおいて、第１レンズと第２レンズの一方、および第３レンズと第４レンズの一方から出た光を反射し、得られた一対の反射光を第１レンズと第２レンズの他方および第３レンズと第４レンズの他方に向けてそれぞれ反射する少なくとも一対の反射部位(例えば、図３の50, 51)を有し、可動導光部材は、第２ポジションにおいて、第１レンズと第４レンズの一方、および第２レンズと第３レンズの一方から出た光を反射し、得られた一対の反射光を第１レンズと第４レンズの他方、および第２レンズと第３レンズの他方に向けてそれぞれ反射する少なくとも一対の反射部位(例えば、図４の63と65、64と66でなる２対の反射部位)とを有する。この場合、固定導光部材の前記少なくとも一対の反射部位のなす角度、および可動導光部材の前記少なくとも一対の反射部位のなす角度は、それぞれ直角であることが特に好ましい。本実施形態によれば、例えば、図３に示すような比較的シンプルな幾何学的形状を有する固定導光部材、および可動導光部材を使用できるので、コストパフォーマンスに優れる光スイッチを提供できる。

また、上記光スイッチにおいて、可動導光部材は、固定導光部材の前記少なくとも一対の反射部位に平行に延出する軸(図３の”X”)が、可動導光部材の前記少なくとも一対の反射部位に平行に延出する軸(図４の”Y”)と直交関係になるように配置されることが好ましい。この構成によれば、例えば、第１ポジションにおいて、固定導光部材の使用により垂直方向に離間して配置されるレンズ間に光路を形成でき、一方、第２ポジションにおいて、可動導光部材の使用により水平方向に離間して配置されるレンズ間に光路を形成できるので、光スイッチを用いた光路設計の自由度の向上を図れる。

また、上記した４つのレンズを有する光スイッチの特に好ましい実施形態として、
固定導光部材は、第１ポジションにおいて、第１レンズから出た光を反射する第１反射部位(50)と、第３レンズから出た光を反射する第２反射部位(51)と、第１反射部位によって反射された光を第２レンズに向けて反射する第３反射部位(51)と、第２反射部位によって反射された光を第４レンズに向けて反射する第４反射部位(50)とを有し、一方、可動導光部材は、第２ポジションにおいて、第１レンズから出た光を反射する第５反射部位(63)と、第５反射部位によって反射された光を第４レンズに向けて反射する第６反射部位(65)と、第６反射部位から空間(21)を介して離隔され、第３レンズから出た光を反射する第７反射部位(66)と、第５反射部位から空間(20)を介して離隔され、第７反射部位によって反射された光を第２レンズに向けて反射する第８反射部位(64)とを有し、第１ポジションにおいては、第５反射部位(63)と第８反射部位(64)との間の前記空間(20)を介して第１レンズと第２レンズとの間の光路が形成されるとともに、第６反射部位(65)と第７反射部位(66)との間の前記空間(21)を介して、第３レンズと第４レンズとの間の光路が形成される。この場合、第１反射部位(50)が第３反射部位(51)となす角度、第２反射部位(51)が第４反射部位(50)となす角度、第５反射部位(63)が第６反射部位(65)となす角度、および第７反射部位(66)が第８反射部位(64)となす角度は、それぞれ直角であることが好ましい。本実施形態の構成によれば、可動導光部材に設けた空間を介して光路が形成されるので、レンズ保持部材に対する可動導光部材の移動距離を短くでき、結果として、マトリックス状に配列された光ファイバーなどの複数の光伝送部材間での光路の切換えを行える小型光スイッチを提供できる。

また、上記光スイッチの固定導光部材は、第１反射部位と第４反射部位を提供する単一の反射面(50)と、第２反射部位と第３反射部位を提供する単一の反射面(51)とで構成され、前記反射面間のなす角度は直角であることが好ましい。さらに、上記光スイッチの可動導光部材は、各々が互いに直交関係にある２つの反射部位を有する一対のブロック(60, 62)と、一方のブロックの反射部位が、他方のブロックの反射部位から空間を介して離隔されるように前記一対のブロック間を連結する連結部材(61)とで構成されることが好ましい。

尚、本発明における反射の概念には、全反射およびミラーコートによる反射が含まれる。全反射は、光の進路の屈折率が〔高→低〕と変化する時、その屈折率差（例えば、透光部材と空気との屈折率差）と反射角とが一定の条件を満たしていれば反射を起こす現象であり、プリズム等の反射にはこの現象が用いられている。一方、ミラーコートによる反射は、ミラーコートを施すことで任意の面で光を反射させることが可能になる。透光部材と反射側部材との屈折率差および反射角が全反射条件を満たさない場合でも、ミラーコートを施すことで反射させることが可能にある。よって、この場合は、非透光性部材にも応用可能である。

本発明のさらなる目的および効果は、添付図面を参照しながら、以下の本発明の好ましい実施形態からより詳細に理解されるだろう。

（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態にかかる光スイッチの縦断面図、横断面図および正面図である。 光スイッチのレンズが一体成型されたレンズ保持部材の斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は、光スイッチの固定プリズムの斜視図、側面図および正面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、光スイッチの可動プリズムの斜視図、上面図および正面図である。 （ａ）および（ｂ）は、可動プリズムの第１ポジションにおいて形成される光路を説明する斜視図および概念図である。 （ａ）および（ｂ）は、可動プリズムの第２ポジションにおいて形成される光路を説明する斜視図および概念図である。 （ａ）および（ｂ）は、固定導光部材の他例を示す斜視図である。 （ａ）〜（ｄ）は、可動導光部材の他例を示す斜視図である。 （ａ）および（ｂ）は、レンズ保持部材の他例を示す斜視図である。 （ａ）および（ｂ）は、参考例にかかる光スイッチの縦断面図および横断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、参考例のレンズ保持部材を示す斜視図および断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、光スイッチの固定プリズムの斜視図および上面図である。 （ａ）および（ｂ）は、光スイッチの可動プリズムの斜視図および上面図である。 （ａ）および（ｂ）は、可動プリズムの第１ポジションにおいて形成される光路を説明する斜視図および概念図である。 （ａ）および（ｂ）は、可動プリズムの第２ポジションにおいて形成される光路を説明する斜視図および概念図である。 （ａ）〜（ｃ）は、固定導光部材の他例を示す斜視図である。 （ａ）および（ｂ）は、可動導光部材の他例を示す斜視図である。 レンズ保持部材の他例を示す斜視図である。 （ａ）および（ｂ）は、従来の光スイッチの光路切換機構の説明図である。 従来の別の光スイッチのブロックを示す斜視図である。 （ａ）および（ｂ）は、図２０の光スイッチの光路切換機構の説明図である。

以下、本発明の光スイッチを添付図面に示す好ましい実施形態に基づいて詳細に説明する。

本実施形態にかかる光スイッチは、図１（ａ）〜図１（ｃ）および図２に示すように、複数の光ファイバー（本実施形態では、2a,2b,2c,2dの４本）を内部に導入するための開口を一端に備えた合成樹脂製のハウジング1と、各々が、光ファイバーにフェルール(3a,3d,3c,3d)を介して接続される４つのコリメート用レンズ（4a,4b,4c,4d）と、これらのレンズを保持するレンズ保持部材10と、レンズに光学的に結合される固定導光部材5と、レンズ保持部材10に対して可動に保持される可動導光部材6と、固定導光部材5の使用により縦方向に隣接する光ファイバー間に光路が形成される第１ポジションと、可動導光部材6の使用により横方向に隣接する光ファイバー間に光路が形成される第２ポジションとの間で可動導光部材6を駆動するための電磁石装置でなるアクチュエータ7とを具備する。

本実施形態においては、図１（ｃ）に示すように、光軸が横方向及び縦方向のそれぞれにおいて互いに平行になるように光ファイバー(2a〜2d)を配置した２Ｘ２のマトリックスアレイが形成される。また、４つのレンズ(4a〜4d)とレンズ保持部材10は、図２に示すように、これらのレンズを立方体形状のレンズ保持部材10に埋め込んだ一体成型品でなる。これにより、光スイッチの組立て作業が容易になる。

本実施形態では、固定導光部材5として、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、断面が台形形状でなる固定プリズムが使用される。この固定プリズム5は、後述するように、第１ポジションにおいて、レンズ4aから提供される光を反射し、得られた反射光をレンズ4bに向けて反射するとともに、レンズ4cから提供される光を反射し、得られた反射光をレンズ4dに向けて反射する一対の反射部位(50, 51)を有する。具体的には、この固定プリズム5は、一対の台形側面52と、台形の上辺を一辺とする上面53と、台形の下辺を一辺とする下面54と、上面と下面の間に延出する一対の傾斜面(50, 51)とで構成され、この傾斜面どうしの交差角は直角である。以下、固定プリズム5の傾斜面をそれぞれ反射面(50, 51)と呼ぶ。固定プリズム5は、台形の下面54が可動プリズム6を出し入れするための空間を介してレンズ(4a〜4d)に対面するように配置される。図中、”X”は、これらの一対の反射面(50, 51)に平行な固定プリズム5の軸である。

一方、可動導光部材6としては、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、各々が上記した固定プリズム5と相似形状を有する一対の台形プリズム(60, 62)が連結部61を介して一体に結合されてなる形状を有する可動プリズムが使用される。この可動プリズム6は、後述するように、第２ポジションにおいて、レンズ4aから提供される光を反射する反射面63と、反射面63によって反射された光をレンズ4dに向けて反射する反射面65と、反射面65から空間21を介して離隔され、レンズ4cから提供される光を反射する反射面66と、反射面63から空間20を介して離隔され、反射面66によって反射された光をレンズ4bに向けて反射する反射面64とを有する。具体的には、上側に位置する台形プリズム60の一対の斜面によって反射面63および反射面65が提供され、下側に位置する台形プリズム62の一対の斜面によって反射面64および反射面66が提供され、反射面63が反射面65となす角度、および反射面64が反射面66となす角度は、それぞれ直角である。可動プリズム6は、台形プリズムの底辺を含む下面がレンズ(4a〜4d)に対面するように配置される。このような可動プリズム6は、大型の台形プリズムの一対の傾斜面の中央部を除去することで比較的容易に製造できる。図中、”Y”は、これらの反射面に平行に延出する可動プリズムの軸である。

アクチュエータ7としては、可動プリズム6を上下方向に移動させることができれば、特に限定されない。本実施形態では、先端に可動プリズムが固着されたアーム70を駆動することで、可動プリズム6を固定プリズム5とレンズ(4a〜4d)の間の空間に出し入れすることができる。また、第１ポジションにおいて、固定プリズム5の使用により垂直方向に離間して配置されるレンズ間(4aと4b、4cと4d)に光路を形成し、第２ポジションにおいて、可動プリズム6の使用により水平方向に離間して配置されるレンズ間(4aと4d、4bと4c)に光路を形成するため、可動プリズム6は、固定プリズム5の軸Xが可動プリズム6の軸Yに直交するようにアーム70に固定される。図中、番号72は、アクチュエータのコイルへの通電に使用される端子である。尚、レンズ保持部材10、固定プリズム5、アクチュエータ7とを基台に設置した後、ハウジング1内に基台を組み込みようにすれば、光スイッチの組立て作業がさらに容易に且つ効率よく行える。

次に、光スイッチの動作について説明する。レンズ(4a〜4d)と固定プリズム5の間の空間において、アーム70の先端に固定された可動プリズム6をアクチュエータ7によって上方に移動させた第１ポジションにおいては、レンズ(4a〜4d)と固定プリズム5とが光結合される。本実施形態では、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、光ファイバー2aからレンズ4aを介して提供される光は、可動プリズム6の反射面63と反射面64との間の空間20を介して、固定プリズム5の反射面50で反射され、反射面50で反射された光は固定プリズム5の反射面51で反射されてレンズ4bに向かう。この結果、レンズ4aとレンズ4bとの間に光路が形成される。同様に、光ファイバー2cからレンズ4cを介して提供される光は、固定プリズム5の反射面51で反射され、次いで反射面51で反射された光は固定プリズム5の反射面50で反射され、可動プリズム6の反射面65と反射面66との間の空間21を介してレンズ4dに向かう。この結果、レンズ4cとレンズ4dとの間に光路が形成される。このように、第１ポジションでは垂直方向に離間するレンズ(4aと4b、4cと4d)同士の間に光路が形成される。本実施形態では、空間20、21を光路形成に利用することで、可動プリズム6の上方への移動距離を短くして光スイッチの高さ寸法を低減している。また、レンズ4aを介して提供される光の反射と、反射面51で反射された光のレンズ4dに向かう反射には、固定プリズム5の反射面50が共有され、同様に、レンズ4cを介して提供される光の反射と、反射面50で反射された光のレンズ4bに向かう反射には、固定プリズム5の反射面51が共有される。

尚、第１ポジションにおいて、光ファイバー2aからレンズ4aを介して提供される光が、反射面63と反射面64の間の空間20を介して固定プリズム5の反射面50で反射され、反射面50で反射された光が固定プリズム5の反射面51で反射されてレンズ4bに向かうとともに、光ファイバー2dからレンズ4dを介して提供される光が、反射面65と反射面66との間の空間21を介して固定プリズム5の反射面50で反射され、反射面50で反射された光が固定プリズム5の反射面51で反射されてレンズ4cに向かうようにしてもよい。

一方、レンズ(4a〜4d)と固定プリズム5の間の空間において、アクチュエータ7によって可動プリズム6を下方に移動させた第２ポジションにおいては、レンズ(4a〜4d)と可動プリズム6とが光結合される。本実施形態では、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、光ファイバー2aからレンズ4aを介して提供される光は、可動プリズム6の反射面63で反射され、反射面63で反射された光は可動プリズム6の反射面65で反射されてレンズ4dに向かう。この結果、レンズ4aとレンズ4dとの間に光路が形成される。同様に、光ファイバー2cからレンズ4cを介して提供される光は、可動プリズム6の反射面66で反射され、反射面66で反射された光は可動プリズム6の反射面64で反射されてレンズ4bに向かう。この結果、レンズ4bとレンズ4cとの間に光路が形成される。このように、第２ポジションでは水平方向に離間するレンズ(4aと4d、4bと4c)間に光路が形成される。

上記実施形態においては、固定プリズムの小型化を図るために断面が台形形状のプリズムを使用したが、反射面どうしが直交する直角コーナー部を有する断面が直角二等辺三角形のプリズムを使用してもよい。また、本実施形態の光スイッチの好ましい別の固定導光部材5としては、例えば、図７（ａ）に示すように、交差角が直角になるように接続される一対の板材55と、これらの板材の表面に反射部位として、例えば、ミラーコートによって形成される一対の反射面(50，51)とでなる薄型Ｌ字部材や、図７（ｂ）に示すように、直方体ボディ56と、このボディに形成される凹部57と、凹部内の一対の傾斜面に反射コート(例えば、ミラーコート)を施すことで得られる一対の反射面(50，51)とを具備する反射コート部材が挙げられる。

また、本実施形態では、一対の台形プリズム(60, 62)が同じ光学材料でなる連結部61を介して一体に形成された可動プリズム6を用いたが、図８（ａ）に示すように、一対の台形プリズム(60, 62)を、プリズムを構成する材料とは異なる材料で形成される連結部材67を介して接合することで可動プリズム6を形成してもよい。この場合、連結部材67の寸法は、上記した第１ポジションにおける光路形成に必要な所定の空間(20, 21)が台形プリズム(60, 62)間に提供されるように決定される。

あるいは、本実施形態の光スイッチの別の好ましい可動導光部材6としては、例えば、図８（ｂ）に示すように、交差角が直角になるように接続される一対の板材68と、第１ポジションでの光路形成に使用するために板材の所定位置に設けられる一対の切込み部69と、板材の表面に反射部位として形成される反射面(63〜66)とでなる薄型Ｌ字部材や、図８（ｃ）に示すように、一対の直方体ボディ80と、各ボディに形成される凹部81と、各凹部内の一対の傾斜面に反射コート(例えば、ミラーコート)を施すことで得られる一対の反射面(63と65、64と66)と、一対のボディ間を連結する連結部材82とを具備する反射コート部材が挙げられる。なお、図８（ｄ）の参考例として示す可動導光部材６のように、断面が台形形状でなり、一対の傾斜面によって反射面(63と64、65と66)が提供される比較的シンプルな形状のプリズムを用いた場合では、第１ポジションにおける光路形成用空間（20, 21）を有していないので、アクチュエータ7による可動プリズム6の移動距離はやや増加するものの、固定プリズム5と実質的に同じ形状の可動プリズム6を使用できるので、コストパフォーマンスに優れた光スイッチとなる。

また、上記実施形態で用いたレンズ保持部材10とレンズの一体成型品の代わりに、図９（ａ）に示すように、半球レンズや球レンズをレンズ保持部材10に埋め込んでなるレンズブロックや、図９（ｂ）に示すように、個別に成型されたレンズやＧＲＩＮレンズを略矩形筒状のレンズ保持部材11の内部に収容したレンズブロックを採用してもよい。

本実施形態では、発明の理解を促すために、４本（２×２）の光ファイバー間での光路切換機構について説明したが、光スイッチに導入する光ファイバの数は４本に限定されない。例えば、光路の切換えが必要される光ファイバー数の増加に伴って、上記した固定プリズムや可動プリズムの寸法を大きくしたり、プリズムの数やプリズムに設けられる反射面数を増やすことができる。

＜参考例＞
本参考例にかかる光スイッチは、図１０（ａ）、図１０（ｂ）、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、複数の光ファイバー（本参考例では、2a,2b,2c,2dの４本）を内部に導入するための開口を一端に備えた合成樹脂製のハウジング1と、各々が光ファイバーに接続される４つのコリメート用レンズ（4a,4b,4c,4d）と、これらのレンズを保持するレンズ保持部材10と、レンズに光学的に結合される固定導光部材5と、レンズ保持部材に対して可動に保持される可動導光部材6と、固定導光部材5の使用により横方向に隣接する光ファイバー同士の間に光路が形成される第１ポジションと、可動導光部材6の使用により横方向に隣接する別の光ファイバー同士の間に光路が形成される第２ポジションとの間で可動導光部材を駆動するための電磁石装置でなるアクチュエータ7とを具備する。

本参考例においては、図１１（ａ）に示すように、同一水平面上において光軸が互いに平行になるように光ファイバー（4a,4b,4c,4d）を配置した１ｘ４のリニアアレイが形成される。また、レンズ保持部材10は、図１１（ｂ）に示すように、上面に４つのレンズ収容Ｖ溝12が形成された下部ブロック13と、下部ブロックの上面に押し当てられ、Ｖ溝内のレンズを保持する上部ブロック14とで構成される。これにより、複数のレンズがレンズ保持部材10によって一体化されるので、光スイッチの組立て作業が容易になる。

本参考例では、固定導光部材5として、図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示すように、一対の三角柱形状でなる固定プリズムが使用される。この固定プリズムの一方は、後述するように、第１ポジションにおいて、レンズ4aとレンズ4bとの間に光路を形成し、固定プリズムの他方が、レンズ4cとレンズ4dとの間に光路を形成する。具体的には、この固定プリズムの各々は、二等辺三角形の上面および下面と、９０度の交差角度を有する一対の側面とを有し、反射面(50Aと51A、50Bと51B)はこれらの一対の側面によって提供される。固定プリズム5は、反射面として使用される側面以外の残りの側面が可動レンズ6を出し入れするための空間を介してレンズ(4a〜4d)に対面するように配置される。

一方、可動導光部材6としては、図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、断面が台形形状でなる可動プリズムが使用される。この可動プリズムは、後述するように、第２ポジションにおいて、レンズ4aとレンズ4dとの間、およびレンズ4bとレンズ4cとの間に同時に光路を形成する。具体的には、この可動プリズムは、一対の台形側面60Aと、台形の上辺を一辺とする上面61Aと、台形の下辺を一辺とする下面62Aと、上面と下面の間に延出する一対の傾斜面(63A,64A)とで構成され、この傾斜面どうしの交差角は直角であり、上記した第２ポジションにおける２つの光路はこれらの傾斜面でなる一対の反射面によって同時に提供される。可動プリズム6は、第２ポジションにおいて、下面62Aがレンズ(4a〜4d)に対面するように配置される。尚、本参考例では、可動レンズの小型化を図るために断面が台形形状のプリズムを使用しているが、この代わりに、反射面(63A,64A)同士が直交する直角コーナー部を有する断面が直角二等辺三角形のプリズムを可動プリズムとしてもよい。

アクチュエータ7としては、可動プリズム6を上下方向に移動させることができれば、特に限定されない。本参考例では、図１０（ｂ）の点線と実線で示されるように、先端に可動プリズム6が固着されたアーム70を駆動することで、可動プリズム6を固定プリズム5とレンズ(4a〜4d)の間の空間に出し入れすることができる。図中、番号72は、アクチュエータのコイルへの通電に使用される端子である。尚、レンズ保持部材10、固定プリズム5、アクチュエータ7とを基台に設置した後、ハウジング内に基台を組み込めば、光スイッチの組立て作業を容易に且つ効率よく行える。

次に、光スイッチの動作について説明する。アーム70の先端に固定された可動プリズム6がレンズ(4a〜4d)と固定プリズム5の間の空間からアクチュエータ7によって除去された第１ポジションにおいては、レンズ(4a〜4d)と一対の固定プリズム5とが光結合される。本参考例においては、図１４（ａ）および図１４（ｂ）に示すように、光ファイバー2aからレンズ4aを介して提供される光は、一方の固定プリズム5の一対の反射面(50A,51A)を介してレンズ4bに進む。この結果、隣接するレンズ4a、4bの間に光路が形成される。同様に、光ファイバー2cからレンズ4cを介して提供される光は、他方の固定プリズム5の一対の反射面(50B,51B)を介してレンズ4dに進む。この結果、隣接するレンズ4c、4dの間に光路が形成される。このように、第１ポジションでは水平方向に隣接するレンズ(4aと4b、4cと4d)の間に光路が形成される。

一方、アクチュエータ7によって可動プリズム6がレンズ(4a〜4d)と固定プリズム5の間の空間に導入された第２ポジションにおいては、レンズ(4a〜4d)と可動プリズム6とが光結合される。本参考例においては、図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示すように、光ファイバー2aからレンズ4aを介して提供される光は、可動プリズム6の一対の反射面(63A,64A)を介してレンズ4dに向かう。この結果、レンズ4aとレンズ4dの間に光路が形成される。また、光ファイバー2cからレンズ4cを介して提供される光は、可動プリズム6の一対の反射面(64A,63A)を介してレンズ4bに向かう。この結果、レンズ4bとレンズ4cの間に光路が形成される。このように、第２ポジションでは水平方向に離間する第１ポジションの場合とは異なるレンズの組み合わせ(4aと4d、4bと4c)において光路が形成される。

上記参考例においては、一対の固定プリズム5を使用したが、図１６（ａ）に示すように、一対の三角柱プリズム83を透光性材料でなる直方体形状の連結部材84の側面に一体に結合された単一の固定プリズム5を使用してもよい。この場合は、上記と同様の効果を得ることができるとともに、部品数の削減による光スイッチの組立て作業のさらなる効率化を図れる。

あるいは、本参考例の光スイッチの別の好ましい固定導光部材5として、図１６（ｂ）に示すように、一対の薄型Ｌ字部材85が連結片86によって接合された単一の固定導光部材5を使用してもよい。この場合、薄型Ｌ字部材85の各々は、交差角が直角になるように接続される一対の板材89と、これらの板材の表面に反射部位として、例えば、ミラーコートによって形成される反射面(50Aと51A,50Bと51B)とで構成される。さらに、図１６（ｃ）に示すように、直方体ボディ87と、ボディに形成される一対の凹部88と、各凹部88内の一対の傾斜面に、例えば、ミラーコートによって形成される反射面(50Aと51A,50Bと51B)とで構成される単一の反射コート部材を使用することも好ましい。

また、本参考例の光スイッチの別の好ましい可動導光部材6としては、図１７（ａ）に示すように、交差角が直角になるように接続される一対の板材(65A,66A)と、これらの板材の表面に反射部位として形成される反射面(63A,64A)とでなる薄型Ｌ字部材や、図１７（ｂ）に示すように、凹部68Aを有する直方体ボディ67Aと、凹部内の一対の傾斜面に、例えば、ミラーコートによって形成される反射面(63A,64A)とを備えた反射コート部材が挙げられる。

また、上記参考例の変更例として、成型レンズの代わりに、ＧＲＩＮレンズをレンズ保持部材10のＶ溝12内に配置してもよい。また、上下一対のブロック(13,14)でなるレンズ保持部材10の代わりに、図１８に示すように、半球レンズや球レンズをレンズ保持部材10に一列に埋め込んでなるレンズブロックを採用してもよい。

本参考例では、発明の理解を促すために、４本（１×４）の光ファイバー間での光路切換機構について説明したが、光スイッチに導入する光ファイバの数は４本に限定されない。例えば、光路の切換えが必要される光ファイバー数の増加に伴って、上記した固定プリズムの数を増やしたり、可動プリズムの寸法を大きくすることができる。

本発明の光スイッチは、小型でコストパフォーマンスにも優れるので、光通信における光信号の切換えや、レーザー加工のような光エネルギーの伝送光路の切換えを含む広範な用途への利用が期待される。

Claims (15)

1. 以下の構成を含む光スイッチ：
   ４つのレンズ；
   前記レンズを保持するレンズ保持部材；
   前記レンズに光学的に結合される固定導光部材；および
   各々が互いに直交関係にある２つの反射部位を有する一対のブロックと、一方のブロックの反射部位が、他方のブロックの反射部位から空間を介して離隔されるように前記一対のブロック間を連結する連結部とで構成される可動導光部材、該可動導光部材を介して前記レンズ保持部材と前記固定導光部材とが配置されてなり、前記可動導光部材は、前記固定導光部材の使用により前記４つのレンズの２つのペアの間に前記空間を介して光路が形成される第１ポジションと、前記可動導光部材の使用により前記４つのレンズの別の２つのペア間に光路が形成される第２ポジションとの間で前記レンズに対して可動であり、前記固定導光部材は、第１ポジションにおいて、前記２つのペアの各々の一方のレンズから出た光を反射する第１反射部位と、第１反射部位によって反射された光を前記２つのペアの各々の他方のレンズに向けて反射する第２反射部位とを有する。
2. 請求項１に記載の光スイッチにおいて、上記固定導光部材は、透光性材料で形成されるボディと、前記ボディの一対の表面に設けられる上記第１反射部位および第２反射部位とを有する。
3. 請求項１に記載の光スイッチにおいて、上記可動導光部材の一対のブロックの各々は、台形プリズムで形成される。
4. 請求項１に記載の光スイッチは、固定導光部材とレンズとの間の空間に可動導光部材を出し入れするため、先端に上記可動導光部材が固定されたアームを駆動するアクチュエータをさらに含む。
5. 請求項１に記載の光スイッチは、上記４つのレンズの各々の固定導光部材側とは反対側に配置される光ファイバー結合用フェルールを含む。
6. 請求項１に記載の光スイッチにおいて、上記４つのレンズは、レンズ保持部材と一体に形成される。
7. 請求項１に記載の光スイッチにおいて、上記固定導光部材は台形プリズムによって形成され、上記第１反射部位および第２反射部位は、台形プリズムの互いに直交関係にある一対の傾斜面によって提供される。
8. 請求項１に記載の光スイッチにおいて、上記レンズ保持部材は、水平方向および鉛直方向において隣接する光軸が互いに平行になるように上記４つのレンズを保持する。
9. 請求項８に記載の光スイッチにおいて、上記レンズ保持部材は、内部に上記４つのレンズを収納可能な筒状部材である。
10. 請求項１に記載の光スイッチにおいて、上記可動導光部材は、交差角が直角になるように接続される一対の板材と、前記板材の表面に反射部位として形成される反射面と、光路形成に使用するために前記板材の所定位置に設けられる一対の切込み部とでなる薄型Ｌ字部材で構成される。
11. 請求項１に記載の光スイッチにおいて、上記固定導光部材の上記第１反射部位と第２反射部位のなす角度は、直角である。
12. 請求項１に記載の光スイッチにおいて、上記可動導光部材は、固定導光部材の上記第１反射部位と第２反射部位に平行に延出する軸が、可動導光部材の上記２つの反射部位に平行に延出する軸と直交関係になるように配置される。
13. 以下の構成を含む光スイッチ：
    ４つのレンズ；
    前記レンズを保持するレンズ保持部材；
    前記レンズに光学的に結合される固定導光部材；および
    各々が互いに直交関係にある２つの反射部位を有する一対のブロックと、一方のブロックの反射部位が、他方のブロックの反射部位から空間を介して離隔されるように前記一対のブロック間を連結する連結部とで構成される可動導光部材、該可動導光部材を介して前記レンズ保持部材と前記固定導光部材とが配置されてなり、前記可動導光部材は、前記固定導光部材の使用により前記４つのレンズの２つのペアの間に前記空間を介して光路が形成される第１ポジションと、前記可動導光部材の使用により前記４つのレンズの別の２つのペア間に光路が形成される第２ポジションとの間で前記レンズに対して可動であり、上記４つのレンズは、水平方向および鉛直方向において隣接する光軸が互いに平行になるように配置される第１、第２、第３、第４レンズによって構成され、
    上記固定導光部材は、第１ポジションにおいて、第１レンズから出た光を反射する第１反射部位と、第３レンズから出た光を反射する第２反射部位と、第１反射部位によって反射された光を第２レンズに向けて反射する第３反射部位と、第２反射部位によって反射された光を第４レンズに向けて反射する第４反射部位とを有し、
    上記可動導光部材は、第２ポジションにおいて、第１レンズから出た光を反射する第５反射部位と、第５反射部位によって反射された光を第４レンズに向けて反射する第６反射部位と、第６反射部位から空間を介して離隔され、第３レンズから出た光を反射する第７反射部位と、第５反射部位から空間を介して離隔され、第７反射部位によって反射された光を第２レンズに向けて反射する第８反射部位とを有し、
    しかるに、第１ポジションにおいては、第５反射部位と第８反射部位との間の前記空間を介して第１レンズと第２レンズとの間の光路が形成されるとともに、第６反射部位と第７反射部位との間の前記空間を介して、第３レンズと第４レンズとの間の光路が形成される。
14. 請求項１３に記載の光スイッチにおいて、第１反射部位が第３反射部位となす角度、第２反射部位が第４反射部位となす角度、第５反射部位が第６反射部位となす角度、および第７反射部位が第８反射部位となす角度は、それぞれ直角である。
15. 請求項１３に記載の光スイッチにおいて、上記固定導光部材は、第１反射部位と第４反射部位を提供する単一の反射面と、第２反射部位と第３反射部位を提供する単一の反射面を有し、前記反射面間のなす角度は直角である。

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