WO2006077648A1 - 光スイッチ - Google Patents

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WO2006077648A1
WO2006077648A1 PCT/JP2005/000854 JP2005000854W WO2006077648A1 WO 2006077648 A1 WO2006077648 A1 WO 2006077648A1 JP 2005000854 W JP2005000854 W JP 2005000854W WO 2006077648 A1 WO2006077648 A1 WO 2006077648A1
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lens
guide member
light guide
pair
optical switch
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PCT/JP2005/000854
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Yuichi Niimura
Mitsuo Ichiya
Tsutomu Shimomura
Sachiko Kimura
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Matsushita Electric Works, Ltd.
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to an optical switch suitable for switching optical paths in optical communication, switching laser optical paths in laser processing, and the like.
  • Japanese Patent Publication No. 2003-15059 describes an optical switch using a movable prism.
  • this optical switch consists of a pair of input optical fibers (2a, 2c) and a pair of output optical fibers (2b, 2d).
  • the optical path is switched by inserting and removing the prism 6M into and out of the space between the ends of the optical fiber.By moving the prism 6M straight, the dead space inside the device is reduced, and the entire optical switch is reduced in size. Yes.
  • This optical switch is effective when the input optical fiber (2a, 2c) and the output optical fiber (2b, 2d) are arranged on the same axis.
  • the optical fiber for output 1 and the optical fiber for output are arranged substantially in parallel, it is necessary to introduce a switching mechanism different from the above.
  • Japanese Patent Application Publication No. 2004-37652 shows that the input optical fiber (2a, 2c) and the output optical fiber (2b, 2d) are on the same plane.
  • An optical switch for switching the optical path when it is arranged substantially in parallel is described.
  • the mirror block 6N used in this optical switch has a reflection part for providing an optical path as shown in FIG. 21 (a) and a reflection part for providing an optical path as shown in FIG. 21 (b). Since the mirror block 6N is moved in the direction indicated by the arrow in FIG. 20, the optical path can be switched.
  • an object of the present invention is to provide a new optical switch that uses a fixed light guide member and a movable light guide member and includes an optical path switching mechanism different from the conventional configuration described above.
  • an optical switch includes at least three lenses, a lens holding member that holds the lens, a fixed light guide member that is optically coupled to the lens, and a movable light guide member.
  • the movable light guide member includes a first position where an optical path is formed between the pair having at least three lenses by using a fixed light guide member, and the at least three lenses by using a movable light guide member. It is movable with respect to the lens between a second position where an optical path is formed between other pairs.
  • the switching of the optical path is performed by selecting either the light reflection by the movable light guide member or the light reflection by the fixed light guide member.
  • a light guide member can be used. This makes it easier to fine-tune the position of the optical components and provides an optical switch with excellent cost performance.
  • the optical paths arranged in the two directions of the horizontal direction and the vertical direction in addition to the optical switch for switching between the two, the optical paths arranged in the two directions of the horizontal direction and the vertical direction.
  • a compact optical switch for switching between the two can be provided.
  • the fixed light guide member in the first position, reflects the light emitted from one of the pair of lenses and the light reflected by the first reflective part. It is preferable to have a second reflecting portion that reflects toward the other lens.
  • a fixed light guide member for example, a fixed light guide member provided with a body formed of a translucent material and a first reflection portion and a second reflection portion provided on a pair of surfaces of the body is used. It is preferable to do.
  • the fixed light guide member is formed by a trapezoidal prism, and the first reflecting portion and the second reflecting portion are provided by a pair of inclined surfaces of the trapezoidal prism that are orthogonal to each other.
  • the movable light guide member reflects, in the second position, the third reflection part that reflects the light output from one lens of the other pair, and the light reflected by the third reflection part. And a fourth reflection portion that reflects toward the other lens of the pair.
  • a movable light guide member for example, a movable light guide member provided with a body formed of a translucent material and a third reflection portion and a fourth reflection portion provided on a pair of surfaces of the body is used. It is preferable to use it.
  • the at least three lenses include first, second, third, and fourth lenses that are arranged so that their optical axes are parallel to each other.
  • optical paths are formed between the first lens and the second lens, and between the third lens and the fourth lens, and in the second position, between the first lens and the fourth lens, and It is preferable that an optical path be formed between the second lens and the third lens.
  • the lens holding member has the first and second optical axes that are parallel to each other in the horizontal and vertical directions. It is preferable to hold the second, third, and fourth lenses.
  • the optical path can be switched between a plurality of optical transmission members such as one optical fiber arranged in a matrix.
  • the fixed light guide member has one of the first lens and the second lens, and one of the third lens and the fourth lens in the first position. At least a pair of reflecting portions (for example, reflecting the pair of obtained reflected light toward the other of the first lens and the second lens and the other of the third lens and the fourth lens, respectively)
  • the movable light guide member reflects light emitted from one of the first lens and the fourth lens and from one of the second lens and the third lens in the second position.
  • at least a pair of reflection portions (for example, 63 and 65 in FIG. 4) that reflect the obtained pair of reflected lights toward the other of the first lens and the fourth lens and toward the other of the second lens and the third lens, respectively.
  • the angle formed by the at least one pair of reflection parts of the fixed light guide member and the angle formed by the at least one pair of reflection parts of the movable light guide member are respectively right angles.
  • a fixed light guide member having a relatively simple geometric shape as shown in FIG. 3 and a movable light guide member can be used, so that an optical switch excellent in cost performance can be provided.
  • the movable light guide member has an axis ("X" in FIG. 3) extending in parallel with the at least one pair of reflection portions of the fixed light guide member.
  • an optical path can be formed between lenses that are spaced apart in the vertical direction by using a fixed light guide member, while in the second position, the movable light guide member can be formed. Since the optical path can be formed between the lenses that are spaced apart in the horizontal direction by use, the degree of freedom in designing the optical path using the optical switch can be improved.
  • the fixed light guide member is a first reflecting portion that reflects light emitted from the first lens in the first position (50).
  • a second reflection part (51) for reflecting light emitted from the third lens, a third reflection part (51) for reflecting light reflected by the first reflection part toward the second lens, (2) a fourth reflecting portion (50) for reflecting the light reflected by the reflecting portion toward the fourth lens, and the movable light guide member is light emitted from the first lens in the second position.
  • the fifth reflection part (63) that reflects light, the sixth reflection part (65) that reflects the light reflected by the fifth reflection part toward the fourth lens, and the sixth reflection part force also pass through the space (21).
  • the optical path is formed through the space provided in the movable light guide member, the moving distance of the movable light guide member relative to the lens holding member can be shortened, and as a result, the light guide member is arranged in a matrix.
  • a compact optical switch that can switch the optical path between multiple optical transmission members such as a single optical fiber can be provided.
  • the fixed light guide member of the optical switch includes a single reflection surface (50) that provides the first reflection portion and the fourth reflection portion, and a single reflection surface that provides the second reflection portion and the third reflection portion. It is preferable that the angle formed between the reflecting surfaces is a right angle.
  • the movable light guide member of the optical switch includes a pair of blocks (60, 62) each having two reflecting portions that are orthogonal to each other, and a reflecting portion force of one block, and a reflecting portion of the other block. It is preferable that the connecting member (61) which connects the pair of blocks so as to be separated from each other via a space.
  • the concept of reflection in the present invention includes total reflection and reflection by a mirror coat.
  • the difference in refractive index for example, the difference in refractive index between the translucent member and air
  • the reflection angle satisfy a certain condition. If so, it is a phenomenon that causes reflection, and this phenomenon is used for reflection of prisms and the like.
  • reflection by the mirror coat makes it possible to reflect light on an arbitrary surface by applying the mirror coat. Even when the refractive index difference and the reflection angle between the translucent member and the reflection-side member do not satisfy the total reflection condition, it is possible to reflect by applying a mirror coat. Therefore, in this case, it can also be applied to a non-translucent member.
  • FIG. 1 (a) and (c) are a longitudinal sectional view, a transverse sectional view, and a front view of an optical switch that works on the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of a lens holding member integrally formed with a lens of an optical switch.
  • FIG. 3 (a) and (c) are a perspective view, a side view, and a front view of a fixed prism of an optical switch.
  • FIG. 4 (a) One (c) is a perspective view, a top view and a front view of a movable prism of an optical switch.
  • FIGS. 5A and 5B are a perspective view and a conceptual diagram for explaining an optical path formed at the first position of the movable prism.
  • FIGS. 6] (a) and (b) are a perspective view and a conceptual diagram for explaining an optical path formed at the second position of the movable prism.
  • FIGS. 7A and 7B are perspective views showing other examples of the fixed light guide member.
  • FIG. 8 (a) -1 (d) is a perspective view showing another example of the movable light guide member.
  • FIG. 9 (a) and (b) are perspective views showing other examples of the lens holding member.
  • FIG. 10 (a) and (b) are a longitudinal sectional view and a transverse sectional view of an optical switch which applies force to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 (a) and (b) are a perspective view and a cross-sectional view showing a lens holding member of the present embodiment.
  • FIG. 12 (a) and (b) are a perspective view and a top view of a fixed prism of an optical switch.
  • FIGS. 13A and 13B are a perspective view and a top view of the movable prism of the optical switch.
  • FIG. 14 (a) and (b) are a perspective view and a conceptual diagram for explaining an optical path formed at the first position of the movable prism.
  • FIG. 15 (a) and (b) are a perspective view and a conceptual diagram illustrating an optical path formed at the second position of the movable prism.
  • FIG. 16 (a) -1 (c) is a perspective view showing another example of the fixed light guide member.
  • FIGS. 17 (a) and 17 (b) are perspective views showing other examples of the movable light guide member.
  • FIG. 18 is a perspective view showing another example of the lens holding member.
  • FIGS. 19 (a) and 19 (b) are explanatory views of a conventional optical path switching mechanism of an optical switch.
  • FIG. 20 is a perspective view showing another conventional optical switch block.
  • FIGS. 21 (a) and 21 (b) are explanatory views of the optical path switching mechanism of the optical switch of FIG.
  • 2X2 optical fibers (2a-2d) are arranged so that the optical axes are parallel to each other in the horizontal and vertical directions.
  • a matrix array is formed.
  • the four lenses (4a to 4d) and the lens holding member 10 are integrally molded products in which these lenses are embedded in a cubic lens holding member 10, as shown in FIG. This facilitates the assembly work of the optical switch.
  • a fixed prism having a trapezoidal cross section is used as the fixed light guide member 5 as shown in FIGS. 3 (a) to 3 (c).
  • the fixed prism 5 reflects the light provided from the lens 4a in the first position, reflects the obtained reflected light toward the lens 4b, and also provides the light provided from the lens 4c.
  • the fixed prism 5 includes a pair of trapezoid side surfaces 52, a top surface 53 having the upper side of the trapezoid as one side, a lower surface 54 having the lower side of the trapezoid as one side, and a pair extending between the upper surface and the lower surface.
  • the slanted surfaces (50, 51) are crossed at right angles.
  • the inclined surfaces of the fixed prism 5 are referred to as reflecting surfaces (50, 51), respectively.
  • the fixed prism 5 is arranged so that the trapezoidal lower surface 54 faces the lens (4a 4d) through a space for taking in and out the movable prism 6.
  • “X” is the axis of the fixed prism 5 parallel to the pair of reflecting surfaces (50, 51).
  • the movable light guide member 6 as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (c), a pair of trapezoidal prisms (60, 62) each having a similar shape to the fixed prism 5 described above.
  • a movable prism having a shape formed by coupling them together through a connecting portion 61 is used.
  • the movable prism 6 includes, in the second position, a reflection surface 63 that reflects the light provided from the lens half, and a reflection surface 65 that reflects the light reflected by the reflection surface 63 toward the lens 4d.
  • the reflecting surface 63 and the reflecting surface 65 are provided by a pair of inclined surfaces of the trapezoid prism 60 located on the upper side, and the reflecting surface 64 and the reflecting surface 66 are provided by a pair of inclined surfaces of the trapezoid prism 62 located on the lower side.
  • the angle between the reflecting surface 63 and the reflecting surface 65 and the angle between the reflecting surface 64 and the reflecting surface 66 are each a right angle.
  • the movable prism 6 is arranged so that the lower surface including the bottom of the trapezoidal prism faces the lens (4a 4d). Such a movable prism 6 can be manufactured relatively easily by removing the central part of the pair of inclined surfaces of the large trapezoidal prism.
  • “Y” is the axis of the movable prism that extends parallel to these reflecting surfaces.
  • the actuator 7 is not particularly limited as long as the movable prism 6 can be moved in the vertical direction.
  • the movable prism 6 can be moved in and out of the space between the fixed prism 5 and the lens (4a-4d) by driving the arm 70 having the movable prism fixed to the tip. Also, in the first position, an optical path is formed between the lenses (4a and 4b, 4c and 4d) spaced apart in the vertical direction by using the fixed prism 5, and in the second position by using the movable prism 6.
  • the movable prism 6 is arranged so that the axis X of the fixed prism 5 is orthogonal to the axis Y of the movable prism 6.
  • reference numeral 72 denotes a terminal used for energizing the coil of the actuator.
  • the operation of the optical switch will be described.
  • the movable prism 6 fixed to the tip of the arm 70 is moved upward by the actuator 7 in the space between the lens (4a 4d) and the fixed prism 5
  • the lens (4a-4d) And the fixed prism 5 are optically coupled.
  • the light provided from the optical fiber 2a through the lens 4a is reflected between the reflecting surface 63 and the reflecting surface 64 of the movable prism 6.
  • the light reflected by the reflecting surface 50 of the fixed prism 5 and reflected by the reflecting surface 50 is reflected by the reflecting surface 51 of the fixed prism 5 and travels toward the lens 4b through the space 20 therebetween.
  • the moving distance upward of the movable prism 6 is shortened to reduce the height dimension of the optical switch.
  • the reflection surface 50 of the fixed prism 5 is shared by the reflection of light provided through the lens 4a and the directional reflection of the light reflected by the reflection surface 51 to the lens 4d.
  • the reflecting surface 51 of the fixed prism 5 is shared by the reflection of the light provided via the reflecting surface 50 and the reflection of the light reflected by the reflecting surface 50 on the lens 4b.
  • the light provided from the optical fiber 2a through the lens 4a is reflected by the reflecting surface 50 of the fixed prism 5 through the space 20 between the reflecting surface 63 and the reflecting surface 64.
  • the light reflected by the reflecting surface 50 is reflected by the reflecting surface 51 of the fixed prism 5 toward the lens 4b, and the light provided from the optical fiber 2d through the lens 4d is reflected by the reflecting surface 65 and
  • the light reflected by the reflecting surface 50 of the fixed prism 5 through the space 21 between the reflecting surface 66 and the light reflected by the reflecting surface 50 is reflected by the reflecting surface 51 of the fixed prism 5 and is directed to the lens 4c. You may do it.
  • the lens (4a-4d) is acceptable.
  • the moving prism 6 is optically coupled.
  • the light provided from the optical fiber 2a through the lens 4a is reflected by the reflecting surface 63 of the movable prism 6, and is reflected by the reflecting surface.
  • the light reflected by 63 is reflected by the reflecting surface 65 of the movable prism 6 and travels toward the lens 4d.
  • an optical path is formed between the lens 4a and the lens 4d.
  • the light provided from the optical fiber 2c through the lens 4c is reflected by the reflecting surface 66 of the movable prism 6, and the light reflected by the reflecting surface 66 is reflected by the reflecting surface 64 of the movable prism 6. Head toward lens 4b. As a result, an optical path is formed between the lens 4b and the lens 4c. In this way, in the second position, an optical path is formed between the lenses (4a and 4d, 4b and 4c) spaced apart in the horizontal direction.
  • the cross section of the trapezoidal shape is used.
  • a prism having a right-angled isosceles triangle section having right-angled corners where the reflecting surfaces are orthogonal to each other may be used.
  • a reflection part on the surface of these plate materials for example, a thin L-shaped member composed of a pair of reflection surfaces (50, 51) formed by a mirror coat or a rectangular parallelepiped body as shown in FIG. 56, a recess 57 formed in the body, and a pair of reflecting surfaces (50, 51) obtained by applying a reflecting coat (for example, a mirror coat) to a pair of inclined surfaces in the recess Member.
  • a force using a movable prism 6 in which a pair of trapezoidal prisms (60, 62) are integrally formed via a connecting portion 61 made of the same optical material is shown in Fig. 8 (a).
  • the movable prism 6 may be formed by joining a pair of trapezoidal prisms (60, 62) via a connecting member 67 formed of a material different from the material constituting the prism.
  • the dimension of the connecting member 67 is determined such that a predetermined space (20, 21) necessary for forming the optical path in the first position is provided between the trapezoidal prisms (60, 62).
  • another preferable movable light guide member 6 of the optical switch of the present embodiment is, for example, a pair of plate members that are connected so that the crossing angle is a right angle, as shown in FIG. 8 (b).
  • 68 a pair of notches 69 provided at a predetermined position of the plate material for use in forming the optical path at the first position, and a reflection surface (63-66) formed as a reflection portion on the surface of the plate material
  • a reflective coating member comprising a pair of reflecting surfaces (63 and 65, 64 and 66) obtained by applying a) and a connecting member 82 for connecting the pair of bodies.
  • a relatively simple prism is used, in which the cross section is trapezoidal and the reflecting surfaces (63 and 64, 65 and 66) are provided by a pair of inclined surfaces. May be.
  • the optical path forming space (20, 21) at the first position is not provided, the moving distance of the movable prism 6 by the actuator 7 is slightly increased, but the movable prism 6 has substantially the same shape as the fixed prism 5. Since prism 6 can be used, an optical switch with excellent cost performance can be provided.
  • a hemispherical lens or a lens block in which a spherical lens is embedded in the lens holding member 10, or an individually molded lens or GRIN lens as shown in Fig. 9 (b) are substantially rectangular.
  • a lens block accommodated inside the cylindrical lens holding member 11 may be employed.
  • the optical path switching mechanism between four (2 ⁇ 2) optical fibers has been described.
  • the number of optical fibers introduced into the optical switch is four. It is not limited to books.
  • the size of the fixed prism and movable prism described above can be increased, and the number of prisms and the number of reflecting surfaces provided on the prism can be increased. .
  • an optical switch that can be used in this embodiment includes a plurality of optical fibers (in this embodiment, 2a , 2b, 2c, and 2d), and a plastic housing 1 with an opening at one end, and four collimating lenses (4a, 4b, 4c, 4d), a lens holding member 10 that holds these lenses, a fixed light guide member 5 that is optically coupled to the lens, and a movable light guide member 6 that is movably held with respect to the lens holding member. And a first position where an optical path is formed between the optical fibers adjacent in the lateral direction by using the fixed light guide member 5, and another optical fiber adjacent in the horizontal direction by using the movable light guide member 6.
  • 1x4 optical fibers (4a, 4b, 4c, 4d) are arranged so that their optical axes are parallel to each other on the same horizontal plane.
  • a linear array is formed.
  • the lens holding member 10 is pressed against the upper surface of the lower block 13 having four lens housing V grooves 12 formed on the upper surface, and the lens in the V groove. And an upper block 14 for holding.
  • each of the fixed prisms has an upper surface and a lower surface of an isosceles triangle and a pair of side surfaces having an intersection angle of 90 degrees, and the reflecting surfaces (50A and 51A, 50B and 51B) are these.
  • the fixed prism 5 is arranged so that the remaining side surfaces other than the side surface used as the reflecting surface face the lens (4a-4d) through a space for taking in and out the movable lens 6.
  • the movable prism As the movable light guide member 6, as shown in FIGS. 13 (a) and 13 (b), a movable prism having a trapezoidal cross section is used. As will be described later, this movable prism simultaneously forms an optical path between the lens 4a and the lens 4d and between the lens 4b and the lens 4c in the second position.
  • the movable prism includes a pair of trapezoid side surfaces 60A, a top surface 61A having the upper side of the trapezoid as one side, a lower surface 62A having the lower side of the trapezoid as one side, and a pair extending between the upper surface and the lower surface.
  • the crossing angle between the inclined surfaces is a right angle, and the two optical paths in the second position described above are simultaneously provided by a pair of reflecting surfaces composed of these inclined surfaces. .
  • the movable prism 6 is disposed so that the lower surface 62A faces the lens (4a-4d) in the second position.
  • a force using a prism having a trapezoidal cross section to reduce the size of the movable lens instead, a cross section having a right-angled corner where the reflecting surfaces (63A, 64A) are orthogonal to each other.
  • a right angled isosceles triangle prism may be a movable prism.
  • the actuator 7 is not particularly limited as long as the movable prism 6 can be moved in the vertical direction.
  • the movable prism 6 is fixed to the fixed prism 5 and the lens (4a—) by driving the arm 70 having the movable prism 6 fixed to the tip. Can be taken in and out of the space between 4d).
  • reference numeral 72 denotes a terminal used for energizing the coil of the actuator. If the base is assembled in the housing after the lens holding member 10, the fixed prism 5, and the actuator 7 are installed on the base, the optical switch can be assembled easily and efficiently.
  • the operation of the optical switch will be described.
  • the movable prism 6 fixed to the tip of the arm 70 is also removed by the space 7 between the lens (4a 4d) and the fixed prism 5
  • the lens (4a-4d) and a pair of fixed Prism 5 is optically coupled It is.
  • the light provided from the optical fiber 2a via the lens 4a is a pair of reflecting surfaces (50A) of one fixed prism 5. , 51A) to lens 4b.
  • an optical path is formed between the adjacent lenses 4a and 4b.
  • the light provided from the optical fiber 2c through the lens 4c travels to the lens 4d through the pair of reflecting surfaces (50B, 51B) of the other fixed prism 5.
  • an optical path is formed between the adjacent lenses 4c and 4d.
  • an optical path is formed between the lenses (4a and 4b, 4c and 4d) adjacent in the horizontal direction.
  • the lens (4a 4d) and the movable prism 6 are optically coupled.
  • the light provided from the optical fiber 2a via the lens 4a is a pair of reflecting surfaces (63A, 64A) of the movable prism 6.
  • the lens 4a and the lens 4d are a pair of reflecting surfaces (63A, 64A) of the movable prism 6.
  • an optical path is formed between the lens 4a and the lens 4d.
  • the light provided from the optical fiber 2c via the lens 4c is directed to the lens 4b via the pair of reflecting surfaces (64A, 63A) of the movable prism 6.
  • an optical path is formed between the lens 4b and the lens 4c. In this way, the optical path is formed at the second position in a different lens combination (4a and 4d, 4b and 4c) than in the first position separated in the horizontal direction.
  • the pair of triangular prisms 83 are integrated with the side surfaces of the rectangular parallelepiped connecting member 84 made of a translucent material, as shown in FIG.
  • each of the thin L-shaped members 85 includes a pair of plate members 89 connected so that the crossing angle is a right angle, and a reflective surface formed by a mirror coat, for example, as a reflection portion on the surface of these plate members. (50A and 51A, 50B and 51B). Furthermore, as shown in FIG.
  • a rectangular parallelepiped body 87 and a pair of recesses 88 formed in the body it is also preferable to use a single reflective coating member composed of reflective surfaces (50A and 51A, 50B and 51B) formed by mirror coating, for example, on the pair of inclined surfaces in each recess 88. ,.
  • the reflective coating member include a reflective surface (63A, 64A) formed by mirror coating on a pair of inclined surfaces in the recess.
  • a GRIN lens may be disposed in the V groove 12 of the lens holding member 10 instead of the molded lens.
  • the lens holding member 10 composed of a pair of upper and lower blocks (13, 14), as shown in FIG. 18, a lens block in which a hemispherical lens or a spherical lens is held in a line in the lens holding member 10 is used. It may be adopted.
  • the force S described for the optical path switching mechanism between four (1 ⁇ 4) optical fibers is It is not limited to four.
  • the number of optical fibers that need to be switched is increased, the number of fixed prisms described above can be increased or the size of the movable prism can be increased.
  • the optical switch of the present invention is compact and has excellent cost performance with a high degree of freedom in optical path design. Therefore, switching of an optical signal in optical communication and switching of a transmission optical path with the same optical energy as in laser processing are possible. It is expected to be used for a wide range of applications.

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Abstract

　水平方向に離隔される少なくとも３つのレンズ間や、水平及び鉛直方向に離隔される少なくとも３つのレンズ間において光路を切換えるための光スイッチを提供する。この光スイッチは、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プリズムと、レンズ保持部材に対して可動に保持される可動プリズムとを含み、可動プリズムは、固定プリズムの使用によりあるペアのレンズ間に光路を形成する第１ポジションと、可動プリズムの使用により別のペアのレンズ間に光路を形成する第２ポジションとの間でアクチュエータによって駆動される。  

Description

明 細 書
光スィッチ
技術分野
[0001] 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ィッチに関するものである。
背景技術
[0002] 近年の目覚しレ、光伝送技術の発達にぉレ、て、光信号や光エネルギーの伝送路を 切換える光スィ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ィ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一 (2a, 2c) の端部と一対の出力用光ファイバ一 (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、光スィッチ全体の小型化を図っている。
[0003] この光スィッチは、入力用光ファイバ一 (2a, 2c)と出力用光ファイバ一 (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、入力用光ファイバ一と出力 用光ファイバ一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。
[0004] 一方、 日本公開特許公報第 2004— 37652号は、図 20に示すように、入力用光フアイ バー (2a, 2c)と出力用光ファイバ一 (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ィッチについて記載している 。この光スィ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、光ファイバ一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。
[0005] し力 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ィッチはコストパフ オーマンスの点でも改善の余地がある。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] 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ィッチを提供することを目的とする。
[0007] すなわち、本発明にかかる光スィッチは、少なくとも 3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、可動導光部材と を含み、この可動導光部材は、固定導光部材の使用により前記少なくとも 3つのレン ズのあるペアの間に光路が形成される第 1ポジションと、可動導光部材の使用により 前記少なくとも 3つのレンズの他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ることを特徴とする。
[0008] 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力、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ィッチを提供できる。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 えるための光スィッチに加えて、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ィッチを提供できる。
[0009] 上記光スィッチにおいて、固定導光部材は、第 1ポジションにおいて、上記ペアの 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 た光を上記ペア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が好ま しい。このような固定導光部材としては、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つ 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。 [0010] 同様に、可動導光部材は、第 2ポジションにおいて、上記他のペアの一方のレンズ 力 出た光を反射する第 3反射部位と、第 3反射部位によって反射された光を上記他 のペアの他方のレンズに向けて反射する第 4反射部位とを有することが好ましい。こ のような可動導光部材としては、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 3反射部位および第 4反射部位とを備えた可動導光部材 を使用することが好ましい。
[0011] また、本発明の光スィッチにおいて、上記少なくとも 3つのレンズは、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、第 1ポジシ ヨンにおいて、第 1レンズと第 2レンズとの間、および第 3レンズと第 4レンズとの間に光 路が形成され、第 2ポジションにおいて、第 1レンズと第 4レンズとの間、および第 2レ ンズと第 3レンズとの間に光路が形成されることが好ましぐ特に、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 歹 IJされた光ファイバ一などの複数の光伝送部材間での光路の切換えを行える。
[0012] 上記した 4つのレンズを有する光スィ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ノレ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 スィッチを提供できる。 [0013] また、上記光スィッチにおいて、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、光スィッチを用いた光路設計の自由度の向上を図 れる。
[0014] また、上記した 4つのレンズを有する光スィ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反射部位力も空間 (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反射部位力 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一 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ィッチを提供できる [0015] また、上記光スィ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力 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。
[0016] 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。
[0017] 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。
図面の簡単な説明
[0018] [図 1] (a)一 (c)は、本発明の第 1実施形態に力かる光スィッチの縦断面図、横断面 図および正面図である。
[図 2]は、光スィ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。
[図 3] (a)一 (c)は、光スィ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
[図 4] (a)一（c)は、光スィ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
[図 5] (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。 [図 6] (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。
[図 7] (a)および (b)は、固定導光部材の他例を示す斜視図である。
[図 8] (a)一 (d)は、可動導光部材の他例を示す斜視図である。
[図 9] (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。
[図 10] (a)および (b)は、本発明の第 2実施形態に力、かる光スィッチの縦断面図およ び横断面図である。
[図 11] (a)および (b)は、本実施形態のレンズ保持部材を示す斜視図および断面図 である。
[図 12] (a)および（b)は、光スィッチの固定プリズムの斜視図および上面図である。
[図 13] (a)および（b)は、光スィッチの可動プリズムの斜視図および上面図である。
[図 14] (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。
[図 15] (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。
[図 16] (a)一 (c)は、固定導光部材の他例を示す斜視図である。
[図 17] (a)および (b)は、可動導光部材の他例を示す斜視図である。
[図 18]は、レンズ保持部材の他例を示す斜視図である。
[図 19] (a)および (b)は、従来の光スィッチの光路切換機構の説明図である。
[図 20]は、従来の別の光スィッチのブロックを示す斜視図である。
[図 21] (a)および (b)は、図 20の光スィッチの光路切換機構の説明図である。
発明を実施するための最良の形態
[0019] 以下、本発明の光スィ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。
[0020] <第 1実施形態 >
本実施形態に力かる光スィッチは、図 1 (a)—図 1 (c)および図 2に示すように、複数 の光ファイバ一（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、各々力 光ファイバ一にフエルール (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一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一間に光路が形成さ 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ァク チユエータ 7とを具備する。
[0021] 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一 (2a— 2d)を配置した 2X2のマトリツ タ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、光スィッチの組立て作業が容易になる。
[0022] 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。
[0023] 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 ½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。
[0024] ァクチユエータ 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、ァクチユエ 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、ァクチユエータ 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、光スィッチの組立て作業がさらに容易に且つ効率よく行える。
[0025] 次に、光スィ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をァクチユエータ 7によつ 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、光ファイバ一 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、光ファイバ一 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ィッチの高さ寸法 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に向力 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 力 反射には、固定プリズム 5の反射面 51が共有される。
[0026] 尚、第 1ポジションにおいて、光ファイバ一 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、光ファイバ一 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に向力うようにしてもよい。
[0027] 一方、レンズ (4a— 4d)と固定プリズム 5の間の空間において、ァクチユエータ 7によつ 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 、光ファイバ一 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 アイバー 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 ジシヨ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。
[0028] 上記実施形態においては、固定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、本実施形態の光スィッチの好ましレヽ 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 一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。
[0029] 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を用いた力 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。
[0030] あるいは、本実施形態の光スィ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。さらに、図 8 (d)に示すように、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てもよい。この場合は、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、ァクチユエータ 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ィッチを提供できる。
[0031] 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。
[0032] 本実施形態では、発明の理解を促すために、 4本（2 X 2)の光ファイバ一間での光 路切換機構について説明したが、光スィ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一数の増加に伴って、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。
[0033] ぐ第 2実施形態 >
本実施形態に力かる光スィッチは、図 10 (a)、図 10 (b)、図 11 (a)および図 11 (b) に示すように、複数の光ファイバ一（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 一に接続される 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一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一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ァクチュ エータ 7とを具備する。
[0034] 本実施形態においては、図 11 (a)に示すように、同一水平面上において光軸が互 レヽに平行になるように光ファイバ一（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、光スィッチの組立て作業が容易になる。
[0035] 本実施形態では、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つ 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。
[0036] 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、本実施形態では、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力 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。
[0037] ァクチユエータ 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、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、ァク チユ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、ァクチユエータ 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、光スィッチの組立て作業を容易に且つ効率よく行える。
[0038] 次に、光スィ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の間の空間カもァクチユエータ 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。本実施形態においては、図 14 (a)および図 14 (b)に示すように、光ファイバ一 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、光ファイバ一 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。
[0039] 一方、ァクチユエータ 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。本実施形態においては、図 15 (a)および図 15 (b)に示すように、光フ アイバー 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、光ファイバ一 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。
[0040] 上記実施形態においては、一対の固定プリズム 5を使用した力 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を使用してもよレ、。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ィッチの組立て作業の さらなる効率化を図れる。
[0041] あるいは、本実施形態の光スィ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 レ、。
[0042] また、本実施形態の光スィ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。
[0043] また、上記実施形態の変更例として、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内に配置してもよレ、。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に一列に坦め込んでなるレンズブロックを採用してもよい。
[0044] 本実施形態では、発明の理解を促すために、 4本（1 X 4)の光ファイバ一間での光 路切換機構について説明した力 S、光スィ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一数の増加に伴って、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。 産業上の利用可能性
[0045] 本発明の光スィッチは、光路設計の自由度が高ぐ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 一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

請求の範囲
[1] 以下の構成を含む光スィッチ：
少なくとも 3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
可動導光部材、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少なくと も 3つのレンズのあるペアの間に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少なくとも 3つのレンズの他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る。
[2] 請求項 1に記載の光スィッチにおいて、上記固定導光部材は、第 1ポジションにおい て、上記ペア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ペア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。
[3] 請求項 2に記載の光スィッチにおいて、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。
[4] 請求項 1に記載の光スィッチにおいて、上記可動導光部材は、第 2ポジションにおい て、上記他のペアの一方のレンズから出た光を反射する第 3反射部位と、第 3反射部 位によって反射された光を上記他のペアの他方のレンズに向けて反射する第 4反射 部位とを有する。
[5] 請求項 4に記載の光スィッチにおいて、上記可動導光部材は、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 3反射部位および第 4反 射部位とを有する。
[6] 請求項 1に記載の光スィッチは、第 1ポジションと第 2ポジションとの間で上記可動導 光部材を駆動するァクチユエータをさらに含む。
[7] 請求項 1に記載の光スィッチは、上記少なくとも 3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一結合用フエルールを含む。
[8] 請求項 1に記載の光スィッチにおいて、上記少なくとも 3つのレンズは、レンズ保持部 材と一体に形成される。
請求項 2に記載の光スィッチにおいて、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。
請求項 1に記載の光スィッチにおいて、上記少なくとも 3つのレンズは、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、上記第 1 ポジションにおいて、第 1レンズと第 2レンズとの間、および第 3レンズと第 4レンズとの 間に光路が形成され、第 2ポジションにおいて、第 1レンズと第 4レンズとの間、および 第 2レンズと第 3レンズとの間に光路が形成される。
請求項 10に記載の光スィッチにおいて、上記レンズ保持部材は、光軸が同一平面 上において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。
請求項 10に記載の光スィッチにおいて、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。
請求項 12に記載の光スィッチにおいて、上記レンズ保持部材は、内部に第 1一第 4 レンズを収納可能な筒状部材である。
請求項 10に記載の光スィッチにおいて、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とを有する。
請求項 14に記載の光スィッチにおいて、上記固定導光部材の少なくとも一対の反射 部位のなす角度、および上記可動導光部材の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。
請求項 14に記載の光スィッチにおいて、上記可動導光部材は、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と直交関係になるように配置される。
[17] 請求項 10に記載の光スィッチにおいて、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反射部位力 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反射部位によつ 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。
[18] 請求項 17に記載の光スィッチにおいて、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。
[19] 請求項 17に記載の光スィッチにおいて、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。
[20] 請求項 10に記載の光スィッチにおいて、上記可動導光部材は、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とで構成される。
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