JP4288275B2 - 光スイッチ装置 - Google Patents

Description

本発明は、光スイッチ装置に関し、複数の入力ポートから入力された光信号をチャネル毎に複数の偏向手段を用いて偏向し複数の出力ポートのいずれかから出力する光スイッチ装置に関する。

大容量光通信網を構築する有力な手段として波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式があり、近年、インターネットの爆発的な普及と共に、そのトラフィックが爆発的に増加している。

上述のＷＤＭ方式による基幹光ネットワークとしての一般的な光クロスコネクト（ＯＸＣ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｒｏｓｓ−Ｃｏｎｎｅｃｔ）システムは、複数の光信号交換装置が光ファイバにより相互に接続されてなるものである。光信号交換装置は、波長多重された光信号が光ファイバを通じて入力されると、波長単位で光信号の方路を切り替えると共に、同一方路の光信号について波長多重して伝送し得るものである。

このような光クロスコネクト装置においては、ある通信ルートをなす光ファイバに障害が発生した場合、即時に予備の光ファイバや別ルートの光ファイバに自動的に迂回してシステムを高速に復旧させることができる他、波長単位での光パスの編集が可能である。

ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）光スイッチにおいては、機械的に動作するＭＥＭＳミラーが光スイッチの構成部品の中で信頼性が最も懸念される部分であり、光通信システムの信頼性を向上させるためにはＭＥＭＳミラーの故障検出が不可欠である。

従来のＭＥＭＳを用いた光スイッチ装置では、特許文献１に記載のように、カプラを介してすべての入力ポートに光源を接続し、光スイッチのすべての出力ポートの出力レベルをモニタして異常検出を行っている。

また、特許文献２には、スキャナミラーにおいて、可動片の振動周波数と印加共振周波数のずれ、可動片の走査位置と印加交流電圧の位相のずれ、可動片の最大走査角の減少等により、スキャナの異常を検出することが記載されている。
特開２００４−４８１８７号公報 特開平６−１２３８４５号公報

従来の特許文献１のＭＥＭＳ光スイッチ装置では、すべての入力ポートに試験光の光源を接続し、すべての出力ポートの出力レベルをモニタして異常検出を行っているため、試験光の光源の数が多くなってコストが高くなり、装置サイズが大きくなるという問題があった。また、光源やモニタ等の光部品が多くなるため、スイッチの信頼性が低下するという問題もあった。

本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、電気的に故障検出を行うことで光部品の数を大幅に削減することができ、装置の低コスト化及びサイズの小型化が可能となり信頼性を向上できる光スイッチ装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施態様による光スイッチ装置は、
複数の入力ポートから入力された光信号をチャネル毎にＭＥＭＳミラーで構成された複数の偏向手段を用いて偏向し複数の出力ポートのいずれかから出力する光スイッチ装置において、
前記複数の偏向手段を駆動する複数のドライバの出力する駆動信号を前記複数の偏向手段に供給する経路に設けた複数の抵抗手段と、
直流信号及び交流信号を発生して前記複数のドライバ及び前記複数の抵抗を介して前記複数の偏向手段に供給する信号発生手段と、
前記信号発生手段の発生する直流信号及び交流信号に対応し、前記直流信号の電圧より低い直流信号の閾値電圧と、前記交流信号のピーク・ツー・ピーク電圧より低い交流信号の閾値電圧を発生する閾値電圧発生手段と、
前記複数の抵抗それぞれの両端電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段で検出した複数の抵抗それぞれの両端の電位差を前記直流信号の閾値電圧と比較し、前記電圧検出手段で検出した複数の抵抗それぞれのピーク・ツー・ピーク電圧を前記交流信号の閾値電圧と比較し、複数の抵抗それぞれの二つの比較結果から各偏向手段が正常か、又はＭＥＭＳミラーの固定電極と可動電極の短絡もしくは前記ＭＥＭＳミラーの固定電極への配線の断線の故障かを判断する故障検出手段を有することにより、電気的に故障検出を行うことで光部品の数を大幅に削減することができ、装置の低コスト化及びサイズの小型化が可能となり信頼性を向上できる。

前記光スイッチ装置において、
前記複数の偏向手段のうち未使用の偏向手段を選択して、選択した偏向手段のドライバに前記信号発生手段の発生する直流信号及び交流信号を供給し、選択した偏向手段が正常か故障かを前記故障検出手段に判断させる選択手段を有する構成としても良い。

前記光スイッチ装置において、
各出力ポートから出力される光信号の一部を分岐する複数の分岐手段と、
前記各分岐手段で分岐された光信号を検出する光検出手段と、
パス接続要求がなされたパスの出力ポートに対応する分岐手段で分岐された光信号が前記光検出手段で検出されない場合に、前記複数の偏向手段のうち前記パスに対応する使用中の偏向手段を選択して、選択した偏向手段のドライバに前記信号発生手段の発生する直流信号及び交流信号を供給し、選択した偏向手段が正常と前記故障検出手段で判断されたとき、当該チャネルの光信号入力断を検出する光信号入力断検出手段を有する構成としても良い。

また、本発明の一実施態様による光スイッチ装置は、
複数の入力ポートから入力された光信号をチャネル毎にＭＥＭＳミラーで構成された複数の偏向手段を用いて偏向し複数の出力ポートのいずれかから出力する光スイッチ装置において、
前記複数の偏向手段を駆動する複数のドライバの出力する駆動信号を前記複数の偏向手段に供給する経路に設けた複数の抵抗手段と、
周波数が変化する交流信号を発生して前記複数のドライバ及び前記複数の抵抗を介して前記複数の偏向手段に供給する信号発生手段と、
前記信号発生手段の発生する交流信号の周波数に対応した正常状態と短絡状態の中間の第１の閾値電圧と前記正常状態と断線状態の中間の第２の閾値電圧を発生する閾値電圧発生手段と、
前記複数の抵抗それぞれの両端電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段で検出した複数の抵抗それぞれのピーク・ツー・ピーク電圧を前記閾値電圧発生手段で発生した第１の閾値電圧及び第２の閾値電圧それぞれと比較した比較結果から各偏向手段が正常か、又はＭＥＭＳミラーの固定電極と可動電極の短絡もしくは前記ＭＥＭＳミラーの固定電極への配線の断線の故障かを判断する故障検出手段を有する構成としても良い。

前記光スイッチ装置において、
前記信号発生手段は、前記交流信号の周波数をデジタル的に変化させる構成としても良い。

前記光スイッチ装置において、
前記信号発生手段は、前記交流信号の周波数を電圧制御発振器により変化させる構成としても良い。

前記光スイッチ装置において、
前記ＭＥＭＳミラーの固定電極と可動電極間の静電容量と直列共振回路を構成するインダクタを有し、
前記偏向手段に供給する駆動信号を変化させて前記信号発生手段の発生する交流信号の周波数を変化させる構成としても良い。

前記光スイッチ装置において、
前記複数の偏向手段は、チャネル毎の複数の入力偏向手段及び複数の出力偏向手段よりなる構成としても良い。

本発明によれば、電気的に故障検出を行うことで光部品の数を大幅に削減することができ、装置の低コスト化及びサイズの小型化が可能となり信頼性を向上できる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。

<本発明の原理>
ＭＥＭＳミラーは、固定電極と可動電極間に電圧を印加して、可動電極を設けたＭＥＭＳミラーを回動させている。ＭＥＭＳミラーの故障モードとしては、ＭＥＭＳミラーパッケージ内配線（ＭＥＭＳミラーの固定電極への配線）の断線、ＭＥＭＳミラーの固定電極と可動電極間の接触による短絡が考えられる。従って、ＭＥＭＳミラーの状態としては、正常状態、断線状態、短絡状態の３つの状態を検出できれば故障の検出を行うことができる。

図１に示すように、ＭＥＭＳミラーの固定電極と可動電極間の電極間容量Ｃ_ＭＥＭＳと直列に抵抗Ｒｍを挿入し、ドライバから直流信号、交流信号を印加したときの抵抗Ｒｍにかかる電位差をモニタすることで故障診断を行う。

正常状態では、図１（Ａ）の等価回路に示すように、ドライバ側からはモニタ用抵抗Ｒｍ、ＭＥＭＳミラーの電極間容量Ｃ_ＭＥＭＳが観測される。直流信号（電圧Ｖｃ）に対しては電極間容量Ｃ_ＭＥＭＳのインピーダンスが大きいため、図１（Ｂ）に示すように、一点鎖線で示す抵抗Ｒｍ両端の電位差Ｖ_Ｒは破線で示す閾値電圧Ｖ_ＴＨより小さくなる。なお、閾値電圧Ｖ_ＴＨは電圧Ｖｃを１以上の値Ｎで除算して求める。

交流信号に対しては電極間容量Ｃ_ＭＥＭＳのインピーダンスが小さくなるため、図１（Ｃ）に示すように、一点鎖線で示す抵抗Ｒｍのピーク・ツー・ピーク電圧Ｖ_Ｒは破線で示す閾値電圧Ｖ_ＴＨよりも大きくなる。なお、閾値電圧Ｖ_ＴＨは交流信号のピーク・ツー・ピーク電圧Ｖｐｐを１以上の値Ｎで除算して求める。

ＭＥＭＳミラーパッケージ内で断線が発生した場合は、図２（Ａ）の等価回路に示すように、断線部分が容量として見えるため、ドライバ側からはモニタ用抵抗Ｒｍ、断線容量Ｃｃ、ＭＥＭＳミラーの電極間容量Ｃ_ＭＥＭＳが観測される。なお、断線容量Ｃｃは配線が細いため、Ｃｃ<<Ｃ_ＭＥＭＳが成立する。

直流信号に対しては、上記２つの合成容量のインピーダンスが大きいため、図２（Ｂ）に示すように、一点鎖線で示す抵抗Ｒｍ両端の電位差Ｖ_Ｒは破線で示す閾値電圧Ｖ_ＴＨより小さくなる。なお、閾値電圧Ｖ_ＴＨは電圧Ｖｃを１以上の値Ｎで除算して求める。

交流信号に対しては合成容量のインピーダンスが正常状態時のインピーダンスよりも大きくなるため、図２（Ｃ）に示すように、一点鎖線で示す抵抗Ｒｍのピーク・ツー・ピーク電圧Ｖ_Ｒは破線で示す閾値電圧Ｖ_ＴＨよりも小さくなる。なお、閾値電圧Ｖ_ＴＨは交流信号のピーク・ツー・ピーク電圧Ｖｐｐを１以上の値Ｎで除算して求める。

ＭＥＭＳミラーの固定電極と可動電極間が短絡した場合は、図３（Ａ）の等価回路に示すようにドライバ側からはモニタ用抵抗Ｒｍのみが見えるため、直流信号に対しては、図３（Ｂ）に示すように、一点鎖線で示す抵抗Ｒｍ両端の電位差Ｖ_Ｒは破線で示す閾値電圧Ｖ_ＴＨより大きくなる。なお、閾値電圧Ｖ_ＴＨは電圧Ｖｃを１以上の値Ｎで除算して求める。

交流信号に対しても、図３（Ｃ）に示すように、一点鎖線で示す抵抗Ｒｍ両端のピーク・ツー・ピーク電圧Ｖ_Ｒは破線で示す閾値電圧Ｖ_ＴＨより大きくなる。なお、閾値電圧Ｖ_ＴＨは交流信号のピーク・ツー・ピーク電圧Ｖｐｐを１以上の値Ｎで除算して求める。

このように、正常状態、断線状態、短絡状態の３つの状態は、直流信号、交流信号に対する抵抗Ｒｍ両端の電位差をモニタすることで識別が可能となる。

<ＭＥＭＳ光スイッチ装置の構成>
図４は、本発明の一実施形態にかかるＭＥＭＳ光スイッチ装置の構成図を示す。このＭＥＭＳ光スイッチ装置は、複数入力ポートからの入力光信号をチャネル毎にスイッチングして、各入力ポートに割り当てられた出力ポートから選択的に出力するものである。ここでは、１つの入力ポートに入力される光信号を単波長または波長多重に拘わらず１チャネルという。

同図中、ＭＥＭＳ光スイッチ装置１０は、入力ポートＰｉ＃１〜Ｐｉ＃Ｎそれぞれの光ファイバからＮチャネルの光信号が入力され、これらの光信号はＭＥＭＳ光スイッチ光学系１２に供給される。ＭＥＭＳ光スイッチ光学系１２のＮチャネルの出力ポートＰｏ＃１〜Ｐｏ＃Ｎそれぞれの光ファイバから出力される光信号は光カプラ１３−１〜１３−Ｎを通して出力される。光カプラ１３−１〜１３−Ｎは、ＭＥＭＳ光スイッチ光学系１２の出力光を分岐して、一方（大部分）を出力光信号として出力し、他方（一部分）を出力光信号レベルのフィードバック制御のための光信号として光検出器１４に供給する。

光検出器１４は、光カプラ１３−１〜１３−Ｎで分岐された出力光信号をそれぞれモニタするもので、例えば各出力光信号の光レベルに応じた電気信号（フォトカレント；電流信号）を出力するフォトダイオードと、フォトカレントを電圧信号に変換して出力する電流／電圧変換器等により構成されている。光検出器１４は検出した各チャネルの光レベルを光スイッチサブシステム制御部３０に供給する。

ＭＥＭＳ光スイッチ光学系１２は、図５の構造図に示すように、２次元配列されたＮチャネル分の入力コリメータアレイ２０、２次元配列されたＮチャネル分の入力ＭＥＭＳミラーアレイ２１、２次元配列されたＮチャネル分の出力ＭＥＭＳミラーアレイ２２、２次元配列されたＮチャネル分の出力コリメータアレイ２３から構成されている。

入力ポートＰｉ＃１〜Ｐｉ＃Ｎの光ファイバから入力される各チャネルの光信号は整列されて入力コリメータアレイ２０にて平行光とされて入力ＭＥＭＳミラーアレイ２１に入力される。入力ＭＥＭＳミラーアレイ２１及び出力ＭＥＭＳミラーアレイ２２は、Ｘ軸及びＹ軸に平行な回動軸を持つＮ個のティルトミラーを平面上に配列したものであり、各ティルトミラーは後述する光スイッチサブシステム制御部３０の制御により駆動され、２軸それぞれの角度を調整されて信号光を反射する。

入力コリメータアレイ２０の面に対し４５度で配置された入力ＭＥＭＳミラーアレイ２１の各ＭＥＭＳミラーで反射された信号光は、入力ＭＥＭＳミラーアレイ２３の面に対し９０度で配置された出力ＭＥＭＳミラーアレイ２２の各ＭＥＭＳミラーで反射され、出力ＭＥＭＳミラーアレイ２２の面に対し４５度で配置された出力コリメータアレイ２３に入射され、整列された出力ポートＰｏ＃１〜Ｐｏ＃Ｎの光ファイバに出力される。

入力ＭＥＭＳミラーアレイ２１のＭＥＭＳミラーの角度調整は入射光を出力ＭＥＭＳミラーアレイ２２のどのＭＥＭＳミラーに入射するかを決定し、出力ＭＥＭＳミラーアレイ２２のＭＥＭＳミラーの角度調整は入射光をどの出力ポートＰｏ＃１〜Ｐｏ＃Ｎの光ファイバに出力するかを決定する。

図４に戻って説明するに、光スイッチサブシステム制御部３０は、パス設定メモリ３１、初期値メモリ３２、制御回路３３、２Ｎチャネル分のＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）３４−１〜３４−２Ｎ、２Ｎチャネル分のドライバ３５−１〜３５−２Ｎ、２Ｎチャネル分の抵抗３６−１〜３６−２Ｎ、ピーク・ツー・ピーク検出回路３７、比較回路３８、故障検出回路３９、アラーム用メモリ４０を備えて構成されている。

パス設定メモリ３１は、上位システム５０が光スイッチサブシステム制御部３０に対してパス設定の要求を行うためのものであり、初期値メモリ３２は上位システムから要求があったパス接続を行うための偏向制御量を保持しておくためのメモリである。さらに、アラーム用メモリ４０は光スイッチの状態を設定して上位システム５０に通知するためのメモリであり、ＭＥＭＳミラーに異常が発生した場合はこのアラーム用メモリ４０にアラーム情報が保持される。

制御回路３３は、上位システムから要求があった場合に、予め初期値メモリ３２に格納されているＭＥＭＳミラー毎の偏向制御量を読み出し、フィードフォワード制御でパス接続を行うＦＦ制御部３３ａ、上述の光検出器１４からの各チャネルの出力光信号の光レベルに基づいてＭＥＭＳミラーにおける偏向状態を設定すべくドライバをフィードバック制御するＦＢ制御部３３ｂを有している。

さらに、制御回路３３は、ＭＥＭＳミラーの故障判定を行うために、直流信号を生成する直流信号生成部３３ｃ、交流信号を生成する交流信号生成部３３ｄ、直流信号と交流信号に応じた閾値を生成する閾値生成部３３ｅを有しており、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙｓ）等のＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）により構成することができる。

ＤＡＣ３４−１〜３４−２Ｎは制御回路３３から供給されるデジタル制御量をアナログ制御量に変換してドライバ３５−１〜３５−２Ｎに供給する。ドライバ３５−１〜３５−２Ｎは、上記アナログ制御量を入力ＭＥＭＳミラーアレイ２１のＮ個のＭＥＭＳミラー及び出力ＭＥＭＳミラーアレイ２２のＮ個のＭＥＭＳミラーに供給して、上記２Ｎ個のＭＥＭＳミラーの角度を可変制御する。即ち、ドライバ３５−１〜３５−２Ｎにより、ＭＥＭＳ光スイッチ光学系１２の各入力光信号の偏向状態を変化する。

ドライバ３５−１〜３５−２Ｎと各ＭＥＭＳミラーの間に挿入された抵抗３６−１〜３６−２Ｎは、ＭＥＭＳミラーの動作確認を行うための図１〜図３における抵抗Ｒｍに対応するものである。直流信号生成部３３ｃ及び交流信号生成部３３ｄで生成した直流信号及び交流信号をＤＡＣ３４−１〜３４−２Ｎから抵抗３６−１〜３６−２Ｎに供給し、抵抗３６−１〜３６−２Ｎの両端にかかる電位差をピーク・ツー・ピーク検出回路３７により時分割で検出する。

そして、比較回路３８において、閾値生成部３３ｅで生成した閾値と検出したピーク・ツー・ピーク値（振幅）を比較し、比較結果を故障検出回路３９に供給して故障検出を行う。故障が検出されたＭＥＭＳミラーはアラーム用メモリ４０に設定され、上位システムに通知される。

<故障検出方法>
図６は、制御回路３３及び比較回路３８及び故障検出回路３９が実行するＭＥＭＳミラーの故障検出処理のフローチャートを示す。同図中、ステップＳ１１で入力ＭＥＭＳミラーアレイ２１及び出力ＭＥＭＳミラーアレイ２２から１つのＭＥＭＳミラーを順次選択し、パス設定メモリ３１から選択したＭＥＭＳミラーに対するパス設定情報を読み出して、選択したＭＥＭＳミラーが未使用状態であるか否かを判別する。

選択したＭＥＭＳミラーが未使用であれば、ステップＳ１２において直流信号生成部３３ｃで生成した直流電圧をドライバから抵抗を介して当該ＭＥＭＳミラーに印加する。

次に、当該抵抗の両端の電位差Ｖ_Ｒを閾値生成部３３ｅで生成した閾値電圧Ｖ_ＴＨを比較し、電位差Ｖ_Ｒが閾値電圧Ｖ_ＴＨより大きければステップＳ１４で比較回路３８及び故障検出回路３９はＭＥＭＳミラーの電極間短絡を検出し、ステップＳ１５で故障検出回路３９はアラーム用メモリ４０の当該ＭＥＭＳミラーの領域にアラーム情報を書込む。

一方、電位差Ｖ_Ｒが閾値電圧Ｖ_ＴＨより小さいときはステップＳ１６において交流信号生成部３３ｄで生成した交流電圧を当該ドライバから当該抵抗を介して当該ＭＥＭＳミラーに印加する。

次に、当該抵抗の両端のピーク・ツー・ピーク電圧Ｖ_Ｒを閾値生成部３３ｅで生成した閾値電圧Ｖ_ＴＨを比較し、ピーク・ツー・ピーク電圧Ｖ_Ｒが閾値電圧Ｖ_ＴＨより大きければステップＳ１８で比較回路３８及び故障検出回路３９はＭＥＭＳミラー正常を検出して、ステップＳ１５で故障検出回路３９はアラーム用メモリ４０の当該ＭＥＭＳミラーの領域に正常情報を書込む。

一方、ピーク・ツー・ピーク電圧Ｖ_Ｒが閾値電圧Ｖ_ＴＨより小さければステップＳ１９で比較回路３８及び故障検出回路３９はＭＥＭＳミラーパッケージ内での配線断を検出し、ステップＳ１５で故障検出回路３９はアラーム用メモリ４０の当該ＭＥＭＳミラーの領域にアラーム情報を書込む。

ステップＳ１５でアラーム用メモリ４０にアラーム情報または正常情報を書込んだ後は、ステップＳ１１に進んで、次のＭＥＭＳミラーを選択し、ステップＳ１１〜Ｓ１９の処理を繰り返す。

なお、上述したフローチャートでは、直流信号、交流信号を別々に印加して故障検出を行う手順としているが、直流信号に交流信号を重畳して故障検出を行うことも可能である。

また、上位システム５０からパス設定メモリ３１にパス接続要求がなされているパスにおいて、当該パスの出力ポートに接続されている光カプラからの光信号が光検出器１４で検出されない場合にも、ＭＥＭＳミラーは使用状態であるものの、ステップＳ１２〜Ｓ１９の故障検出を行い、ステップＳ１８で当該ＭＥＭＳミラーが正常と判断されたときには、故障検出回路３９で光信号入力断としてアラーム用メモリ４０に入力断アラーム情報を書込み、上位システム５０に通知する構成としても良い。

ところで、交流信号の周波数を変化させた場合、図７に示すように、正常状態と断線状態では抵抗Ｒｍのピーク・ツー・ピーク電圧Ｖ_Ｒは変化するものの、正常状態が断線状態より大きく、短絡状態では抵抗Ｒｍのピーク・ツー・ピーク電圧Ｖ_Ｒは一定となる。つまり、正常状態では周波数が高くなるとＭＥＭＳミラー電極間の静電容量Ｃ_ＭＥＭＳのインピーダンスが低下してピーク・ツー・ピーク電圧Ｖ_Ｒが上昇する。断線状態では容量性負荷が大きくなり正常時よりピーク・ツー・ピーク電圧Ｖ_Ｒが低下する。短絡状態では周波数が高くなってもインピーダンスが変化せずピーク・ツー・ピーク電圧Ｖ_Ｒは一定である。

これを利用して、交流信号生成部３３ｄで交流信号の周波数スイープを行い、抵抗Ｒｍのピーク・ツー・ピーク電圧Ｖ_Ｒの変化をピーク・ツー・ピーク検出回路３７で行って、ＭＥＭＳミラーの故障検出をしても良い。この場合に閾値電圧Ｖ_ＴＨとしては、図７において正常状態と短絡状態の中間の第１の値と、正常状態と断線状態の中間の第２の値の２種類を閾値生成部３３ｅで発生する。

交流信号の周波数を変化させる方法としては、デジタル的に周波数を変化させる他に、電圧によって周波数の制御を行うＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：電圧制御発振器）などを用いても良い。

周波数スイープを行う場合の回路としては、図８（Ａ）に示すように、ＭＥＭＳミラー電極間の静電容量Ｃ_ＭＥＭＳとインダクタＬによる直列共振回路を用いても良い。この場合、ドライバからＭＥＭＳミラーに印加する直流電圧ＶｃによりＭＥＭＳミラー電極間の静電容量Ｃ_ＭＥＭＳの静電容量が変化する（同時にＭＥＭＳミラーが偏向する）ため、ＭＥＭＳミラーに印加する直流電圧の変化に応じて共振回路の共振周波数も変化する。ＭＥＭＳミラーが正常であれば、図８（Ｂ）に実線で示す直流電圧Ｖｃの変化に対して、抵抗Ｒｍの電位差Ｖ_Ｒは一点鎖線で示すように変化する。

従って、直流電圧を変化させて周波数スイープを行って共振周波数を測定すれば、ＭＥＭＳミラー電極間の静電容量Ｃ_ＭＥＭＳ、すなわちＭＥＭＳミラーの偏向角度が求まるため、図７で説明した原理で故障検出を行うことが可能となる。

また、交流信号の電圧検出は、ピーク・ツー・ピーク検出以外に、実効値を検出するなど、その他の方法を用いても良く、故障検出に用いる閾値もそれらの方法に最適な方法で行えば良い。さらに、電圧検出を行う部分は抵抗のみでなく、抵抗と直列にインダクタを挿入するなどし、電圧変化がモニタしやすい方法を用いても良い。

このようにして、試験光源を用いることなくＭＥＭＳミラーの故障検出を行うことが可能となり、低コスト、小型の光スイッチで信頼性の高い光通信システムを構築できる。

なお、入力ＭＥＭＳミラーアレイ２１と出力ＭＥＭＳミラーアレイ２２のＭＥＭＳミラーが請求項記載の偏向手段に相当し、抵抗３６−１〜３６−２Ｎが抵抗手段に相当し、直流信号生成部３３ｃ，交流信号生成部３３ｄが信号発生手段に相当し、閾値生成部３３ｅが閾値電圧発生手段に相当し、ピーク・ツー・ピーク検出回路３７が電圧検出手段に相当し、比較回路３８，故障検出回路３９が故障検出手段に相当し、制御回路３３が選択手段に相当し、光カプラ１３−１〜１３−Ｎが分岐手段に相当し、光検出器が光検出手段に相当し、故障検出回路３９が光信号入力断検出手段に相当し、入力ＭＥＭＳミラーアレイ２１が入力偏向手段に相当し、出力ＭＥＭＳミラーアレイ２２が出力偏向手段に相当する。

本発明の原理（正常状態）を説明するための等価回路図及び信号波形図である。 本発明の原理（断線状態）を説明するための等価回路図及び信号波形図である。 本発明の原理（短絡状態）を説明するための等価回路図及び信号波形図である。 本発明の一実施形態にかかるＭＥＭＳ光スイッチ装置の構成図である。 ＭＥＭＳ光スイッチ光学系の構造図である。 ＭＥＭＳミラーの故障検出処理のフローチャートである。 交流信号の周波数変化に対する各状態のピーク・ツー・ピーク電圧の様子を示す図である。 共振回路の回路図及び信号波形図である。

符号の説明

１０ ＭＥＭＳ光スイッチ装置
１２ ＭＥＭＳ光スイッチ光学系
１３−１〜１３−Ｎ 光カプラ
１４ 光検出器
２０ 入力コリメータアレイ
２１ 入力ＭＥＭＳミラーアレイ
２２ 出力ＭＥＭＳミラーアレイ
２３ 出力コリメータアレイ
３０ 光スイッチサブシステム制御部
３１ パス設定メモリ
３２ 初期値メモリ
３３ 制御回路
３３ａ ＦＦ制御部
３３ｂ ＦＢ制御部
３３ｃ 直流信号生成部
３３ｄ 交流信号生成部
３３ｅ 閾値生成部
３４−１〜３４−２Ｎ ＤＡＣ
３５−１〜３５−２Ｎ ドライバ
３６−１〜３６−２Ｎ 抵抗
３７ ピーク・ツー・ピーク検出回路
３８ 比較回路
３９ 故障検出回路
４０ アラーム用メモリ
Ｐｉ＃１〜Ｐｉ＃Ｎ 入力ポート
Ｐｏ＃１〜Ｐｏ＃Ｎ 出力ポート

Claims (8)

1. 複数の入力ポートから入力された光信号をチャネル毎にＭＥＭＳミラーで構成された複数の偏向手段を用いて偏向し複数の出力ポートのいずれかから出力する光スイッチ装置において、
   前記複数の偏向手段を駆動する複数のドライバの出力する駆動信号を前記複数の偏向手段に供給する経路に設けた複数の抵抗手段と、
   直流信号及び交流信号を発生して前記複数のドライバ及び前記複数の抵抗を介して前記複数の偏向手段に供給する信号発生手段と、
   前記信号発生手段の発生する直流信号及び交流信号に対応し、前記直流信号の電圧より低い直流信号の閾値電圧と、前記交流信号のピーク・ツー・ピーク電圧より低い交流信号の閾値電圧を発生する閾値電圧発生手段と、
   前記複数の抵抗それぞれの両端電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記電圧検出手段で検出した複数の抵抗それぞれの両端の電位差を前記直流信号の閾値電圧と比較し、前記電圧検出手段で検出した複数の抵抗それぞれのピーク・ツー・ピーク電圧を前記交流信号の閾値電圧と比較し、複数の抵抗それぞれの二つの比較結果から各偏向手段が正常か、又はＭＥＭＳミラーの固定電極と可動電極の短絡もしくは前記ＭＥＭＳミラーの固定電極への配線の断線の故障かを判断する故障検出手段を
   有することを特徴とする光スイッチ装置。
2. 請求項１記載の光スイッチ装置において、
   前記複数の偏向手段のうち未使用の偏向手段を選択して、選択した偏向手段のドライバに前記信号発生手段の発生する直流信号及び交流信号を供給し、選択した偏向手段が正常か故障かを前記故障検出手段に判断させる選択手段を
   有することを特徴とするＭＥＭＳ光スイッチ装置。
3. 請求項１または２記載の光スイッチ装置において、
   各出力ポートから出力される光信号の一部を分岐する複数の分岐手段と、
   前記各分岐手段で分岐された光信号を検出する光検出手段と、
   パス接続要求がなされたパスの出力ポートに対応する分岐手段で分岐された光信号が前記光検出手段で検出されない場合に、前記複数の偏向手段のうち前記パスに対応する使用中の偏向手段を選択して、選択した偏向手段のドライバに前記信号発生手段の発生する直流信号及び交流信号を供給し、選択した偏向手段が正常と前記故障検出手段で判断されたとき、当該チャネルの光信号入力断を検出する光信号入力断検出手段を
   有することを特徴とするＭＥＭＳ光スイッチ装置。
4. 複数の入力ポートから入力された光信号をチャネル毎にＭＥＭＳミラーで構成された複数の偏向手段を用いて偏向し複数の出力ポートのいずれかから出力する光スイッチ装置において、
   前記複数の偏向手段を駆動する複数のドライバの出力する駆動信号を前記複数の偏向手段に供給する経路に設けた複数の抵抗手段と、
   周波数が変化する交流信号を発生して前記複数のドライバ及び前記複数の抵抗を介して前記複数の偏向手段に供給する信号発生手段と、
   前記信号発生手段の発生する交流信号の周波数に対応した正常状態と短絡状態の中間の第１の閾値電圧と前記正常状態と断線状態の中間の第２の閾値電圧を発生する閾値電圧発生手段と、
   前記複数の抵抗それぞれの両端電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記電圧検出手段で検出した複数の抵抗それぞれのピーク・ツー・ピーク電圧を前記閾値電圧発生手段で発生した第１の閾値電圧及び第２の閾値電圧それぞれと比較した比較結果から各偏向手段が正常か、又はＭＥＭＳミラーの固定電極と可動電極の短絡もしくは前記ＭＥＭＳミラーの固定電極への配線の断線の故障かを判断する故障検出手段を
   有することを特徴とする光スイッチ装置。
5. 請求項４記載の光スイッチ装置において、
   前記信号発生手段は、前記交流信号の周波数をデジタル的に変化させることを特徴とする光スイッチ装置。
6. 請求項４記載の光スイッチ装置において、
   前記信号発生手段は、前記交流信号の周波数を電圧制御発振器により変化させることを特徴とする光スイッチ装置。
7. 請求項４記載の光スイッチ装置において、
   前記ＭＥＭＳミラーの固定電極と可動電極間の静電容量と直列共振回路を構成するインダクタを有し、
   前記偏向手段に供給する駆動信号を変化させて前記信号発生手段の発生する交流信号の周波数を変化させることを特徴とする光スイッチ装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項記載の光スイッチ装置において、
   前記複数の偏向手段は、チャネル毎の複数の入力偏向手段及び複数の出力偏向手段よりなることを特徴とするＭＥＭＳ光スイッチ装置。

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