JP4676057B2 - 光学交差接続監視デバイス - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ通信システムに関し、特に、マイクロ電子機械システム（micro electromechanical systems：ＭＥＭＳ）傾斜ミラー列を用いた光学交差接続構成において、シフト量をモニタするモニタ装置とモニタ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ通信システムにおいては、信号のルーティング（経路指定）は、データを搬送する光学信号を意図する場所に向けるために必須である。既存のルーティング技術は、入力ファイバと出力ファイバとの間の光学信号の結合が効率的でないために、光学パワー損失を受ける。これは、光学パワーを光学システムに注入し戻すことにより、パワー損失を補償するために用いられる光学パワーソース（ポンプレーザ）の依存性を増すことになる。光学パワーソースへのニーズは、光学システムの全体コストを押し上げてしまう。
【０００３】
信号ルーティングの別の重要な点は、複数の入力ファイバ（ポート）のうちの１つから受信した信号を、複数の出力ファイバ（ポート）に、光学信号の周波数によらずに向ける能力である。
【０００４】
自由空間の光学交差接続により、再構成可能な交換網内の入力ポートと出力ポートとの間の相互接続が可能となる。マイクロ−電子機械システム（ＭＥＭＳ）傾斜ミラーデバイスを用いた光学交差接続の一例は、米国特許出願第０９／４１０５８６号に開示されている。ＭＥＭＳミラーデバイスの角度を調整することにより、光学信号は様々な宛先すなわち複数の出力ファイバに向けることができる。
【０００５】
ＭＥＭＳデバイス、特に傾斜ミラーデバイスは、外部ファクタ、例えば温度変化、および個々のミラー素子を制御するのに用いられるアクチエータ要素が受ける機械疲労等に起因して、不要な動きすなわちドリフトを受けることになる。その結果光学信号パワーは、反射した光学信号と意図した目標物（出力ファイバ）との不整合に起因してパワーを損失することになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の目的は、ずれを調整するためにＭＥＭＳ光学交差接続構成を監視するシステムを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、光学信号のドリフトを検出する特徴物を監視する光学交差接続デバイスが得られる。本発明のデバイスは、ＭＥＭＳ傾斜ミラー列を用いて入力ファイバと出力ファイバとの間で、光学信号の光学結合が可能となる。ＭＥＭＳ列は複数の傾斜可能なミラー素子を有し、これらの素子が光学信号を方向付ける意図した方向に配置され、出力ファイバへ信号を光学結合する際に劣化を引き起こすドリフトの影響を受ける。光学パスの外側に配置した監視デバイスが、ドリフトを検出する複数のミラー素子のうちの１つ、あるいは複数のものの位置を監視する。
【０００８】
本発明の一実施例によれば、監視デバイスは、１つあるいは複数のミラー素子の画像を得るカメラである。
【０００９】
本発明の他の実施例においては、本発明の監視デバイスは、ミラーの位置のドリフト（ずれ）を監視するために、テスト信号を光学交差接続を介して送信する、光学送信器と光学受信器とを含む。
【００１０】
本発明のさらに別の実施例においては、パターンが、１つあるいは複数のミラー素子の上に形成され、そのパターンの像あるいは反射像がミラーのドリフトの存在を決定するために得られる。
【００１１】
本発明の方法は、光学交差接続で用いられるＭＥＭＳ傾斜ミラー列内の複数のミラー素子のうちのミラー素子の位置を監視する方法である。本発明の方法は、光学パスに沿って、入力ファイバと出力ファイバとの間の光学信号を交差接続するために、所望の傾斜位置に配置してミラー素子を有するＭＥＭＳミラー列と共に使用される。光学パスの外側に配置された監視デバイスが、位置のドリフトが発生した時点を検出するために、ミラー素子の位置を監視する。その後このミラーの位置は、検出したドリフトに基づいて制御信号を形成し、この制御信号をドリフトしたミラー素子に適用することにより調整される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明によりＭＥＭＳ技術を用いて実現した二軸の傾斜ミラー列により、光学システムで用いられる大容量の光学相互接続構造が可能となる。光学相互接続構造は通常、複数の入力光学パスを、複数の出力光学パスに接続するのに用いられる。光学交差接続の通常の要件は、いずれかの入力がいずれかの出力に接続できることである。ＭＥＭＳミラー列１０の一例を図１に示す。同図においてＭＥＭＳミラー列１０は、基板１１の上に形成され、スプリングである駆動部材に搭載され、電極（図示せず）により制御される複数の傾斜ミラー１２を有する。各傾斜ミラー１２は、約１００−５００μｍの長さ（幅）を有し、正方形、円形、あるいは楕円形で、所定量の電圧を制御電極にかけることにより決定される傾斜角度で、直交するＸ−Ｙ軸の周囲に回転、または傾斜させることができる。ＭＥＭＳミラー列１０の詳細な動作は、米国特許出願第０９／４１５１７８号に開示されている。光学交差接続を形成するために、複数のＭＥＭＳミラー列１０を用いる一般的な概念は、米国特許出願第０９／４１０５８６号に開示されている。
【００１３】
レンズ列と共にＭＥＭＳ傾斜ミラー列の使用例は、米国特許出願（出願人番号Aksyuk 24-59-58 ）に開示されている。前掲の出願に開示されいるように、コンパクトな大きさ（すなわち交差接続素子間が最小となる）で、最小の光学パワー損失しか示さない、様々な光学交差接続構造を実現することができる。前掲の特許出願で議論されている光学交差接続構造１００を図２に示す。同図において光学交差接続構造１００は、光学信号１０８を複数の光ファイバ１１２を介して受光する。図面を簡単にするために光ファイバ列１１０は、４本のファイバ１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄを有する一次元の列として示されている。光ファイバ１１２および本明細書で議論する他のファイバ列は、例えばＮ×Ｎ列のような二次元の列が好ましい。
【００１４】
光ファイバ１１２は、光学信号１０８をコリメートレンズとして機能するレンズ列１１４に送る。このレンズ列１１４は、光学信号１１８からの１１６の束を生成するように、対応するファイバと各レンズが通じ合うように光ファイバ１１２に対し配置される。かくして、光線束１１６ａは、光ファイバ１１２ａにより搬送される信号から生成され、光線束１１６ｂは、光ファイバ１１２ｄにより搬送される信号から生成される。
【００１５】
第１のＭＥＭＳ列１１８は、入力列とも称し、傾斜ミラー１２が対応する１１６を受光するように、レンズ列１１４と整合して配置される。このミラー素子は、米国特許出願第０９／４１５１７８号で議論された方法で傾斜され、そしてそれぞれの光線束１１６を、ＭＥＭＳ列１１８と光学的に導通する位置に配置された第２（出力用）ＭＥＭＳミラー列１２２に反射する。ＭＥＭＳ列１１８の各ミラー素子の傾斜角に依存して、反射信号は、第２（出力用）ＭＥＭＳミラー列１２２内の特定のミラー素子に選択的に向けられる。この原理を示すために、図２に示された光線束１１６ａは、反射ビーム１２０ａ、１２０ａ’を生成し、ビーム１１６ｄは、反射ビーム１２０ｄと１２０ｄ’を生成する。これらのビームを第２（出力用）ＭＥＭＳミラー列１２２内のミラー素子が受光し、ビーム１２４としてレンズ列１２６に向ける。出力ファイバ列１２８は、レンズ列１２６と整合して、光学信号１２９を受光し出力する。かくして、レンズ列１２６は、ビーム１２４を出力ファイバ列１２８に結合する。
【００１６】
しかしＭＥＭＳ列１１８、第２（出力用）ＭＥＭＳミラー列１２２の個々の傾斜ミラー１２の回転位置あるいは回転方向は、環境条件、例えば温度変化に影響される。その結果傾斜ミラー１２の位置がいったん設定されると、この意図した位置は、例えば温度変化に起因してドリフトするすなわち変化する。それにより、意図しない信号のルーティングとパワー損失に悪影響を及ぼす。同様な問題は、ミラーの位置を制御するために用いられるアクチエータにかかる機械疲労とストレスによっても、およびアクチエータへの電荷の影響によっても引き起こされる。これらの変動は、マクロドリフトと称する状態となる。列内のすべてのミラー素子が等しい量だけドリフトするのをマクロドリフトと言い、ミラー素子の一部のみの位置が意図せずに変動するのをミクロドリフトと称する。
【００１７】
実際のミラーの位置を補償するために、本発明による光学交差接続構造の好ましくないミラーのドリフトを検出するために、１つあるいは複数の監視デバイス１３０、１３２を図２に示す光学交差接続構造１００内に配置する。開始デバイスを用いて、ＭＥＭＳ列１１８、第２（出力用）ＭＥＭＳミラー列１２２のマクロドリフトとミクロドリフトの両方を検出する。例えば各監視デバイスは、カメラあるいは他のカメラとは独立して機能する画像デバイスである。図２においては各カメラは、交差接続装置の光学パス（すなわち、光線束１１６が出力ファイバ列１２８を通過するパス）の外側に配置され、それぞれのＭＥＭＳ列の像を得る。かくしてカメラである監視デバイス１３０は、ＭＥＭＳ列１１８上に焦点を有し、カメラである監視デバイス１３２は第２（出力用）ＭＥＭＳミラー列１２２上に焦点を有する（向けられる）。その後その結果得られた画像を、プロセッサとデータベースを有する制御器５００内に記憶されたミラー列位置の基準画像と比較する。許容可能以上の量のドリフトがミラー列全体に対し検出された場合には、フィードバック制御信号が、適宜の電圧をミラーアクチエータにかけることによりドリフトを補償し傾斜角を調整するために、制御器５００により生成される。他方で、あるミラー素子のみが調整を必要とする場合には、これらのミラーを基準画像等の前述の画像比較により特定し、その後適宜の電圧を所望のアクチエータにかけることにより再度位置を直す。
【００１８】
図２の監視システムは、図３に示す折り返し型の交差接続構造と共に用いることができる。図３においては、１個の入力／出力ファイバ列３１２と、１個のＭＥＭＳミラー列３１８と、反射表面素子３３０が折り返し構造を有する。光学パス３１６の外側に配置されたカメラ３４０が、検出されたドリフトを計算し、補償するために、ＭＥＭＳミラー列３１８内のミラー列の像３４２を得る。
【００１９】
カメラの代わりに、あるいはカメラに加えて、監視デバイス１３０（図２）は、ＭＥＭＳ列１１８、第２（出力用）ＭＥＭＳミラー列１２２に向けられた赤外線ビーム１３１、１３３を生成し、監視デバイス１３０、１３２は、反射された赤外線ビームを検出する赤外線検出器を有する。照射ソースは、信号波長とは異なる波長を有するテスト信号を生成するか、あるいは信号波長と区別できるように、テスト波長を変調する。赤外線ビーム１３１、１３３は、図１のミラー素子１６のような基準素子である１つのミラー素子を照射する光線束である。この反射された紫外線信号は、光学交差接続装置を通過して、それぞれの赤外線検出器で受光される。例えばＭＥＭＳ列１１８のミラー素子に向けられた赤外線テストビームにおいては、このテストビームは反射されて監視デバイス１３０に向けられる。そして第２（出力用）ＭＥＭＳミラー列１２２のミラー素子に向けられた赤外線ビームについては、テストビームは監視デバイス１３２が受光する。反射され受光した赤外線ビームの特性に応じて、例えばビームパワー、あるいは強度の現象および／またはビームを受光する検出器上の位置の変化に応じて、マクロドリフトをダイナミックに検出することができる。例えば温度変化の結果としてＭＥＭＳ列１１８、第２（出力用）ＭＥＭＳミラー列１２２内のすべてのミラー素子にドリフトが発生する。基準ミラー素子（例、ミラー１６）からのドリフトを測定し、検出することにより、ミラー列は、制御器５００から適宜のフィードバック信号を生成して、ミラー制御アクチエータに与えることによりドリフトを補償するよう調整することができる。
【００２０】
監視デバイス１３０、１３２の両方は、二重機能のソースデバイス／受光デバイスとして機能でき、各デバイスが他のデバイスが受光する信号を生成することもでき、また他のデバイスが生成した信号を受光することもできる。同様に図３の折り返し型の構成においては、カメラ３４０は、傾斜ミラー１２を照射するために赤外線ソース反射３５０のようなソースにより生成された、反射されたテスト信号３４２、３４３を受領する検出器／受光器でもって実現、あるいは追加することもできる。
【００２１】
ミクロドリフトの補償においては、図２の光学交差接続構造１００の監視デバイス１３０、１３２と、図３の３００のカメラ３４０とを複数のミラー素子を照射するためにテストビーム（図２の監視デバイス１３０と図３の像３４２）の位置を変化するために制御器５００内の走査デバイスに接続される。例えばスキャナは、各照射されたミラーの傾斜角を決定するために、ある時間では１つの傾斜ミラー１２を照射するためにテストビームの位置を調整する。
【００２２】
他の方法として基準となるミラー素子１６を、表面エッチングにより画像パターンとともに形成する。この変形例により、パターン認識技術を用いることができ、そして生成されたパターンを検出器、あるいはカメラでもって受領し監視する。パターンの検出された動きがミラーのドリフトを示す。パターンは、光ビームがミラー素子１６上に中心を有する時の強化シグネチャーを提供するために、散乱光中に測定可能なユニークなパターンを生成するよう、特に方向付けられる。単一のパターンを、すべてのミラーに用いるか、あるいは個々のミラーをそのユニークなパターンでもってコーティングすることもできる。ミラー列を通過する通路全体は、ユニークなパターン化でもって規定され、かくして切替時に列を通過する光ビームをガイドするのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いられるＭＥＭＳミラー列の一例を表す平面図。
【図２】本発明の一実施例による光学交差接続監視デバイスを表すブロック図。
【図３】本発明の他の実施例による「折り返し」光学交差接続用の監視デバイスを表すブロック図。
【符号の説明】
１０ ＭＥＭＳミラー列
１１ 基板
１２ 傾斜ミラー
１４ 駆動部材
１６ ミラー素子
１００ 光学交差接続構造
１０８ 光学信号
１１０ 光ファイバ列
１１２ａ、１１２ｄ 光ファイバ
１１４ レンズ列
１１６ａ 光線束
１１６ｄ ビーム
１１８ 光学信号
１１８ ＭＥＭＳ列
１２２ 第２（出力用）ＭＥＭＳミラー列
１２４ａ、１２４ｄ ビーム
１２６ レンズ列
１２８ａ、１２８ｄ 出力ファイバ列
１２９ 光学信号
１３０、１３２ 監視デバイス
３１２ 入力／出力ファイバ列
３１６ 光学パス
３１８ ＭＥＭＳミラー列
３３０ 反射表面素子
３４０ カメラ
３４２、３４３ テスト信号
３５０ 赤外線ソース
５００ 制御器

Claims (15)

1. 複数の入力光ファイバから光信号を受光し、受光した前記光信号を光学パスに沿って複数の出力光ファイバに向ける光学交差接続デバイスであって、
   基板上に形成され、複数の入力光ファイバの１つから光信号を受光し、受光した前記光信号を光学パスに沿って複数の出力光ファイバの特定のものに向ける、前記光学パス内に配置された可動ミラーを含み、前記可動ミラーは、前記可動ミラーが受光した前記光信号の１つの所望の方向の反射を提供するために、前記基板に対し意図した角度方向に回転軸を中心に傾斜可能であり、さらに、
   前記意図した角度方向に対する前記可動ミラーの回転ドリフトを光学的に検出する、前記光学パスの外側に配置され、前記可動ミラーと光学的に導通状態にある光学監視デバイスを含む、デバイス。
2. 前記可動ミラーは、複数の可動ミラー素子を有するＭＥＭＳミラー列を含む、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記監視デバイスは、前記ミラー列の画像を得るよう方向付けられたカメラを有する、請求項２に記載のデバイス。
4. 前記監視デバイスは、前記複数のミラー素子の選択された１つをテスト用光信号で照射する照射デバイスと、前記選択されたミラー素子からのテスト用光信号の反射後のテスト信号を受光する受光器とを含む、請求項２に記載のデバイス。
5. 前記可動ミラー素子の１つがパターンで形成され、前記パターンの画像が前記カメラにより受信される、請求項３に記載のデバイス。
6. 前記ミラー素子の１つは、前記選択されたミラー素子がテスト信号により照射されたときに、前記受光器による受光のために前記パターンの反射を生成するパターンを含む、請求項４に記載のデバイス。
7. 前記複数の入力光ファイバと前記複数の出力光ファイバとが光ファイバ列を構成し、前記デバイスはさらに、前記ＭＥＭＳミラー列から光信号を受光し、受光した前記光信号を前記ＭＥＭＳミラー列に反射して戻す反射素子を含み、反射された前記光信号は、前記ＭＥＭＳミラー列により、前記出力光ファイバによる受光のために前記光ファイバ列に戻すよう方向付けられる、請求項２に記載のデバイス。
8. 前記複数の入力光ファイバと前記複数の出力光ファイバとが光ファイバ列を構成し、前記デバイスはさらに、前記ＭＥＭＳミラー列から光信号を受光し、受光した前記光信号を前記ＭＥＭＳミラー列に反射して戻す反射素子を含み、反射された前記光信号は、前記ＭＥＭＳミラー列により、前記出力光ファイバによる受光のために前記光ファイバ列に戻すよう方向付けられる、請求項４に記載のデバイス。
9. 前記照射デバイスと前記受光器は一体に形成されている、請求項８に記載のデバイス。
10. 前記監視デバイスに接続され、検出された前記回転ドリフトに応じて制御信号を生成するよう動作する制御器をさらに含む、請求項２に記載のデバイス。
11. 複数の入力光ファイバから受光した光信号を光学パスに沿って複数の出力光ファイバに向ける光学交差接続デバイスを監視する方法であって、
    複数の入力光ファイバの１つから光信号を受光し、受光した前記光信号を光学パスに沿って複数の出力光ファイバの特定のものに向ける、基板上に形成された可動ミラーを前記光学パス内に配置するステップを含み、前記可動ミラーは、前記可動ミラーが受光した前記光信号の１つの所望の方向の反射を提供するために、前記基板に対し意図した角度方向に回転軸を中心に傾斜可能であり、さらに、
    前記光学パスの外側で、前記可動ミラーと光学的に導通状態に光学監視デバイスを配置するステップと、
    前記光学監視デバイスを用いて、前記意図した角度方向に対する前記ミラーの回転ドリフトを光学的に検出するステップと、を含む、方法。
12. 前記可動ミラーは、複数の可動ミラー素子を有するＭＥＭＳミラー列を含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記複数のミラー素子のいずれが回転ドリフトを受けたかを決定するステップと、前記光学的に検出するステップから制御信号を生成するステップと、前記回転ドリフトしたミラー素子の回転位置を調整するために、前記制御信号を用いるステップとをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記光学監視デバイスを配置するステップはさらに、
    前記ＭＥＭＳアレイによる反射のために前記ＭＥＭＳアレイに向けられる光テスト信号を生成するために、光学パスの外側に光信号送信器を配置するステップと、
    前記ＭＥＭＳアレイからのテスト信号の反射の後、反射された前記テスト信号を検出するために、前記光学パスの外側に光受信器を配置するステップとを含み、そして、
    前記方法がさらに、前記受信器が受信した前記テスト信号のパワーレベルを監視するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
15. 前記ミラー素子の少なくとも１つはパターンミラー素子であり、前記光学監視デバイスを配置するステップはさらに、
    前記パターンミラー素子による反射のために前記パターンミラー素子に向けられる光テスト信号を生成してパターン画像を生成するように、前記光学パスの外側に光信号送信器を配置するステップと、
    前記パターン画像を受信し検出するように、前記光学パスの外側に光受信器を配置するステップとを含む、請求項１２に記載の方法。

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