JPH05303048A - 光路切替装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 作動が迅速で確実、耐久性のよい光路切替装
置を提供する。 【構成】 第１光導波路１と、平板状のスリット部４を
隔てて同軸的に延びる同様材料の第２光導波路２と、前
記スリット部４において前記第１光導波路１，２に対し
て交差角αをもって交差する第３光導波路３とを有し、
前記スリット部４は前記各光導波路の材料にほぼ等しい
屈折率を有する整合剤６を貯留する整合剤ポット５に連
通する。整合剤ポット５は給排路１０を経由して加圧供
給手段８により整合剤６を加圧供給することによって前
記スリット部４に充満させるか、あるいは空にする。充
満状態では、第１光導波路１を進んできた光は第２光導
波路２の方へ進み、空の状態ではスリット部４で反射さ
れて第３光導波路３の方へ進むので光路の切替えが行わ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は光路切替装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、光路切替装置は光コネクタ付の光
ファイバで構成され、光コネクタの差し替えにより光線
路の切り替えを行っている。この方法による光路切替装
置は、装置が大型になり、切り替えの速度も遅く、しか
も自動切替えが複雑になるなどの欠点があり、この欠点
を解決する手段として近時、光マトリックススイッチに
る光路切替装置が各種提案されている。

【０００３】スイッチングの原理上これらを大別すれ
ば、（１）量子効果を利用する半導体材料等によるも
の、（２）非線形光学特性を利用するＬｉＮｂＯ₃ 等に
よるもの（３）光の偏光を利用するガラス系導波路プラ
ス液晶等によるもの、さらに（４）光の反射と透過を利
用するガラス系導波路プラス整合剤等によるものがある
が、これらの方法には記載順にそれぞれ、（１）量子効
果が小さく半導体内の光の導波損失が大きい、（２）光
学定数変化対印加電圧比が小さく非線形光学特性のドリ
フトが大きい、また（３）液晶を光が透過する際の光の
散乱、偏波依存性の光損失が大きい、等の欠点があって
実用化は極めて困難であった。

【０００４】このような事情で現時点では、最後の
（４）光の反射と透過を利用するガラス系導波路プラス
整合剤等による方法が開発、提案されている。図７およ
び図８についてこの方法の代表的例を以下に説明する。
両図において、石英等のガラス材料による第１光導波路
１（軸線はＸＸ）に対し、同様の第２光導波路２が平板
状のスリット部１０１を隔てて同軸的に延び、このスリ
ット部１０１のところで軸線ＸＸに対して所定の角度範
囲内の交差角αをもって交差する軸線ＹＹの第３光導波
路３があってこれらが分岐光路を形成しているものとす
る。幾何学的にさらに正確に言えば、スリット部１０１
と第１光導波路１および第３光導波路３との境界面ＭＭ
は、軸線ＸＸと軸線ＹＹとの交点Ｐにおける二等分線Ｍ
Ｍを含み、ＸＹ平面（つまり紙面）に直交する平面であ
る。

【０００５】スリット部１０１はこの平面ＭＭと、この
平面ＭＭに対して微小な間隔を置いて平行に延びる別の
平面とによって薄い平板状に区画形成される。符号１０
２は第１の物質（実質的にはガラス材料と屈折率のほぼ
等しい整合剤）１０３を貯留しておくタンクであり、点
線の矢印１０４は、タンク１０２からスリット部１０１
になんらかの手段で第１の物質１０３を供給する経路を
示し、矢印１０５は同様にスリット部１０１からその第
１の物質１０３を排出させる経路を示す。スリット部１
０１から第１の物質１０３が排出された後には第２の物
質（実質的には空気等）が取って代わってそのスリット
部１０１を満たすことになる。

【０００６】この図７および図８に示される従来技術の
スイッチングの理論は、スリット部１０１内に第１の物
質１０３を充満させれば図７に示すように、第１光導波
路１からの入力光は第２光導波路２にそのまま直進する
が、もしこのスリット部１０１から第１の物質を排出さ
せて代わりに空気を満たせば、図８に示すように第１光
導波路１からの入力光は境界面ＭＭにおいて全反射して
第３光導波路３に進むことになり、このようにして光路
の切り替えがなされる、というものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の方
法においては、第１の物質１０３をタンク１０２からス
リット部１０１に供給したり、また排出したりする輸送
手段をどうするか、この場合の超微小流量制御をどうす
るか、またこの輸送の途中に外気中のダストの混入をど
うして防ぐか（もしダストが混じると、これが第１の物
質１０３の正常な流動を阻止したり、光導波路の端面に
付着して光の正常な伝送を阻害することになる）、また
第１の物質１０３が外気に触れて蒸発減少する事態をど
うするか、等等多くの課題が残されている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明が上述の課題を
解決するためにとる手段は、石英等のガラス材料からな
る第１光導波路と、この第１光導波路と平板状のスリッ
ト部を隔てて同軸的に延びる同様材料の第２光導波路
と、前記スリット部において前記第１光導波路に対して
所定の角度範囲内の交差角をもって交差する同様材料の
第３光導波路とを有し、前記スリット部は前記各光導波
路の材料にほぼ等しい屈折率を有する整合剤を貯留する
整合剤ポットに連通するとともに、該整合剤ポットは単
一または複数の給排路を経由して密閉された加圧供給手
段に気密に連通し、前記整合剤ポット内に前記加圧供給
手段により整合剤または適宜気体を加圧供給することに
よって前記整合剤ポット内の整合剤レベルを変化させ、
これにより前記スリット部に前記整合剤が充満する状態
か、あるいはこの整合剤が排除されて代わりに適宜気体
が満たされる状態かの２つの状態が切り替えられるよう
に構成されて成る光路切替装置である。

【０００９】この発明のとる別の手段は、上述の光路切
替装置において前記給排路が単一の給排路であって、こ
の給排路を経由して前記整合剤ポット内の整合剤と適宜
気体との気液交換がなされることを特徴とする光路切替
装置である。

【００１０】

【作用】密閉されている加圧供給手段はこれと気密に連
通する整合剤ポットに、外界からダスト等の混入の心配
なく整合剤および適宜気体を給排して該整合剤ポット内
の油面を上下させ、これによりスリット部に整合剤が充
満するか、あるいは整合剤の代わりに気体が充満するか
の２つの状態を切り替え実現して光路の切り替えがなさ
れる。

【００１１】

【実施例】図１および図２についてこの発明の第一実施
例を説明する。この第一実施例は第二実施例以下の理解
を容易にし、その説明を簡単にできるようにするため、
十分詳しく説明することにする。図示の第１光導波路
１，第２光導波路２および第３光導波路３の間の幾何学
的関係は従来の技術の項で既に述べたことと同様なので
ここでは省略する。スリット部４は第１光導波路１の材
料と同一のガラス材料によって形成され、その第１光導
波路１および第３光導波路３に接する側の内壁面はすで
に述べた平面ＭＭに正確に一致する十分平坦な平面であ
ることが必要である。

【００１２】このスリット部４に近接して、たとえばシ
リコン，ガラス，合成樹脂材料等によるひとつの容器で
ある整合剤ポット５が設けられ、この整合剤ポット５の
内部とスリット部４は連通して全体として一つの密閉さ
れた空間を区画生成するように構成される。この整合剤
ポット５の内部には上方に適当な空隙部を残すように適
当なレベルで整合剤６が入れられる。この空隙部は空気
のままでもよいし、真空にするか、または窒素などの適
宜の気体７を入れてもよい。なお整合剤６の屈折率は各
光導波路の材料のそれとできるだけ近似しているもので
あるべきことは言うまでもない。

【００１３】整合剤ポット５には１本の給排路１０を介
して加圧供給手段であるダイヤフラム型押圧ポンプ８が
連通して設けられる。ここで重要なことはこの流体の給
排システムが全体として外気との間が気密に遮断されて
いることである。ダイヤフラム型押圧ポンプ８の後端部
には電磁アクチュエータ９の押板９４が固着される。こ
の押板９４には押棒９１が固着されており、この押棒９
１の周囲にソレノイド９３が配設される。またコイル状
の戻しばね９２が、ばねの弾性力が常時ダイヤフラム型
押圧ポンプ８を押すように押板９４の後部に設けられ
る。ダイヤフラム型押圧ポンプ８の内部には整合剤６が
満たされる。

【００１４】つぎにこの第一実施例の作動を説明する。
図１は電磁アクチュエータ９に通電されていない非励磁
の状態を示し、このときは戻しばね９２がダイヤフラム
型押圧ポンプ８を押して整合剤６を整合剤ポット５内に
押し込むためにその油位が上がってスリット部４に整合
剤６が充満する。この状態のときは、第１光導波路１か
らの入力光は直進して第２光導波路２内に進行する。

【００１５】こんどは電磁アクチュエータ９に通電して
これを励磁する。すると図２に明示するように押棒９１
が吸引されてダイヤフラム型押圧ポンプ８が拡げられる
から整合剤６は整合剤ポット５からダイヤフラム型押圧
ポンプ８内に吸い込まれて整合剤ポット５内の油位が下
がり、このためスリット部４からも整合剤６が排出され
てここが真空、または空気等７の気体雰囲気になり、第
１光導波路１からの入力光は光学的に異なる媒質の境界
面ＭＭにおいて全反射して第３光導波路３に導かれ、こ
うして光路切替えがなされるわけである。

【００１６】次に図３および図４を参照してこの発明の
第二実施例を説明する。この実施例ではスイッチング部
材として使用する電磁アクチュエータ９は第一実施例と
同一であるが、加圧供給手段として往復動プランジャ１
１が使用される点、また整合剤ポット５に２本の給排
路、つまり整合剤給排路１３と気体給排路１４が設けら
れる点が異なる。往復動プランジャ１１はピストン１２
を境にして左右２室に分離され、図で左側の室は整合剤
６が満たされた整合剤室１１Ａとなり、右側の室は空
気、または適宜の気体７、または真空とされた気体室１
１Ｂとなされる。整合剤給排路１３は往復動プランジャ
１１の整合剤室１１Ａに連通し、気体給排路１４は同じ
く気体室１１Ｂに連通するようにセットされる。

【００１７】この第二実施例の作動も改めて説明するま
でもなく自明であろう。すなわち、図３では整合剤６が
往復動プランジャ１１のピストン１２によって整合剤ポ
ット５内に押し込まれ、第一実施例で説明した理由で第
１光導波路１からの入力光は直進して第２光導波路２内
に進行する。

【００１８】電磁アクチュエータ９が励磁されて往復動
プランジャ１１のピストン１２が右方に押されれば、整
合剤ポット５内に気体給排路１４を経由して適宜気体７
が吹き込まれて整合剤ポット５内の整合剤の油位が下が
り（その分の整合剤６は往復動プランジャ１１の整合剤
室１１Ａに収容される）、このためスリット部４からも
整合剤６が排出されてここが真空、または空気等の気体
雰囲気になり、第１光導波路１からの入力光は光学的に
異なる媒質の境界面ＭＭにおいて全反射して第３光導波
路３に導かれ、こうして光路切替えがなされることにな
る。

【００１９】図５および図６について本発明の第三実施
例の整合剤加圧供給手段１５を説明する。これはバイモ
ルフ型のピエゾ素子１５Ａを励磁，非励磁の両状態に対
応して図示のように振動させ、これにより室１５Ｂ内に
貯えた整合剤６を整合剤ポット５に給排させるものであ
る。ピエゾ素子を用いた加圧供給手段には別の形式のも
のも考えられるが、微小な量の液の給排に適しており、
本発明に十分好適に使用できるものである。

【００２０】ここでこの発明の実際的構造について考察
しよう。光路切り替えをすべき光導波路間に介在するス
リット部４の間隙は数μｍないし十数μｍ程度のオーダ
ーであり、したがってここに出し入れする整合剤６の量
も極めて微量であるが、この発明の構成では、たとえば
第一、第二実施例でも見る通り、整合剤ポット５の断面
積を適宜の大きさとし、その上で電磁アクチュエータ９
のストロークを小さくし、またダイヤフラム型押圧ポン
プ８や往復動プランジャ１１の内径を小さくすれば、整
合剤レベルの変動を十分微量に制御できるから、実際の
装置として製造するとき特に微小寸法なるがゆえの困難
はそれ程大きいものではない。また第三実施例に示した
バイモルフ型のピエゾ素子を用いた加圧供給手段１５は
微小量の整合剤の給排に極めて好適である。

【００２１】

【発明の効果】この発明によれば、光路を切り替える主
役の加圧供給手段と整合剤ポットの整合剤供給システム
は外部に対して密封されているため、整合剤にダストが
混入すること、および整合剤が蒸発減少する事態は完全
に防止され、この結果確実正確で安定したスイッチング
が達成される効果があり、耐久性もよい。またこの発明
によれば、困難な整合剤の輸送および超微小流量制御の
問題等はなく、また電磁アクチュエータの励磁、非励磁
の切り替えによって光路切り替えがなされるため、あた
かも現行の電気諸機器のスイッチと同様の使用感覚で使
用できる利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第一実施例を示す側断面図であり、
光路が切り替えられていない状態を示す。

【図２】同じく光路が切り替えられた状態を示す。

【図３】この発明の第二実施例を示す側断面図であり、
光路が切り替えられていない状態を示す。

【図４】同じく光路が切り替えられた状態を示す。

【図５】この発明の第三実施例を示す側断面図であり、
光路が切り替えられていない状態を示す。

【図６】同じく光路が切り替えられた状態を示す。

【図７】従来の光路切替装置の一例を示す側断面図であ
り、光路が切り替えられていない状態を示す。

【図８】同じく光路が切り替えられた状態を示す。

【符号の説明】

１ 第１光導波路 ２ 第２光導波路 ３ 第３光導波路 ４ スリット部 ５ 整合剤ポット ６ 整合剤 ７ 適宜気体 ８，１１ 加圧供給手段 ９ 電磁アクチュエータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 石英等のガラス材料からなる第１光導波
   路（１）と、この第１光導波路（１）と平板状のスリッ
   ト部（４）を隔てて同軸的に延びる同様材料の第２光導
   波路（２）と、前記スリット部（４）において前記第１
   光導波路（１）に対して所定の角度範囲内の交差角
   （α）をもって交差する同様材料の第３光導波路（３）
   とを有し、前記スリット部（４）は前記各光導波路の材
   料にほぼ等しい屈折率を有する整合剤（６）を貯留する
   整合剤ポット（５）に連通するとともに、該整合剤ポッ
   ト（５）は単一または複数の給排路（１０，１３，１
   ４）を経由して密閉された加圧供給手段（８，１１，１
   ５）に気密に連通し、前記整合剤ポット（５）内に前記
   加圧供給手段（８，１１，１５）により整合剤（６）ま
   たは適宜気体（７）を加圧供給することによって前記整
   合剤ポット（５）内の整合剤レベルを変化させ、これに
   より前記スリット部（４）に前記整合剤（６）が充満す
   る状態か、あるいはこの整合剤が排除されて代わりに適
   宜気体（７）が満たされた状態かの２つの状態が切り替
   えられるように構成されて成る光路切替装置。
2. 【請求項２】 前記給排路が単一の給排路（１０）であ
   って、この給排路（１０）を経由して前記整合剤ポット
   （５）内の整合剤（６）と適宜気体（７）との気液交換
   がなされることを特徴とする請求項１記載の光路切替装
   置。