(57)【要約】【課題】パワー損失を減らし、フレキシブルな周波数ルーティング機能を有する光学コネクトシステムを提供すること。【解決手段】本発明の光学クロスコネクト１００は、複数の入力ファイバ１１２から光学信号を受領するレンズ列１１４を有する。このレンズ列は複数のレンズ素子から構成され、各レンズ素子は、光学信号をＭＥＭＳミラー列１１８、１２２に向ける。即ち、集光する。このＭＥＭＳミラー列は、複数のミラー素子を有し、各素子は制御信号を所望のミラー素子に加えることにより一つあるいは複数の回転軸の周囲で傾斜する。かくして光学信号は様々なパスに沿って様々な出力ファイバ１２８に向けることが出来る。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の入力用光ファイバから受光した光学信号を複数の出力ファイバに向ける光学クロスコネクトにおいて、
複数の入力用光ファイバから光学信号を受光し、この光学信号を方向づけるよう配置されたレンズ列と、
複数のミラー素子を有するＭＥＭＳミラー列と、
から成り、前記ミラー素子は、ミラー素子が選択的に傾斜可能な回転軸を有し、
前記ミラー列は、前記レンズ列により向けられた光学信号を受光し、この向けられた光学信号を複数の出力用光ファイバに反射するよう配置される
ことを特徴とする光学クロスコネクト。
【請求項２】
前記レンズ列は、前記ＭＥＭＳミラー列から反射された光学信号を受光し、この反射された光学信号を前記複数の出力用光ファイバに向ける
ことを特徴とする請求項１記載の光学クロスコネクト。
【請求項３】
前記各回転軸は、第１の回転軸と第２の回転軸とを有し、
前記各ミラー素子は、前記第１の回転軸と第２の回転軸に対し傾斜可能である
ことを特徴とする請求項１記載の光学クロスコネクト。
【請求項４】
前記ＭＥＭＳミラー列は、入力用ミラー列と出力用ミラー列とを有し、
前記出力用ミラー列は、前記入力用ミラー列と光学的に導通するよう配置され、前記入力用ミラー列からの反射された光学信号を受光し、前記受光し反射された光学信号を前記複数の出力用光ファイバに向ける
ことを特徴とする請求項１記載の光学クロスコネクト。
【請求項５】
前記レンズ列は、複数の入力用光ファイバから光学信号を受光する入力用レンズ列を有し、
前記光学信号を複数の出力用光ファイバに向ける、前記ＭＥＭＳミラー列と光学的に導通する出力用レンズ列
を更に有することを特徴とする請求項１記載の光学クロスコネクト。
【請求項６】
前記レンズ列は、前記複数の入力用光ファイバから光学信号を受光し、この受光した光学信号を前記入力用ミラー列に向ける入力用レンズ列を有し、
前記出力用ミラー列から光学信号を受光し、この受光した光学信号を前記複数の出力用光ファイバに向ける、前記ＭＥＭＳミラー列と光学的に導通した出力用レンズ列
を更に有することを特徴とする請求項４記載の光学クロスコネクト。
【請求項７】
前記入力用レンズ列は、前記出力用レンズ列と同一面にある
ことを特徴とする請求項６記載の光学クロスコネクト。
【請求項８】
前記入力用レンズ列と出力用レンズ列とは互いに空間を形成するよう離間して共通基板上に形成され、
前記入力用ミラー列からの光学信号を受光し、この光学信号を前記出力用ミラー列に向ける、前記空間上に配置される反射素子
を更に有することを特徴とする請求項７記載の光学クロスコネクト。
【請求項９】
前記複数の入力用光ファイバと前記複数の出力用光ファイバが光ファイバ列を構成し、
前記ＭＥＭＳミラー列から光学信号を受光し、この受光した光学信号をＭＥＭＳミラー列に反射して戻す、出力用ミラー列に向ける、前記ＭＥＭＳミラー列と光学的に導通した位置に配置された反射素子を有し、
前記反射された光学信号は、ＭＥＭＳミラー列により前記レンズ列に向けられて前記光ファイバ列が受光する
ことを特徴とする請求項１記載の光学クロスコネクト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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クロスコネクト構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
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がデータを搬送している光学信号を目的とする場所に向けるために必要である。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の効率が悪いために光学パワー損失を受ける。このため光学パワーを光学システム内に注入することによりパワー損失を補うために用いられる光学パワーソース（例、ポンプレーザ）への依存度を増すことになる。光学パワーソースが必要となることにより光学システムの全体的なコストが上昇する。
【０００３】
信号ルーティングに対する別の必須要件は、複数の入力ファイバあるいはポートの一つから受信した信号を複数の出力ファイバあるいはポートの何れかに、光学信号の周波数と無関係に向けることを特徴とするが出来ることである。公知の光学信号のルーターは、周波数依存性があるために信号の周波数に基づいて出力ポートにそれぞれが別々の波長を有する複数の信号をルーティングすることに対し影響力を有する。例えば、米国特許出願第０９／４１４，６２２号（１９９９年１０月８日出願）においては周波数が隣接する複数の波長は、ランダムに選択された出力ファイバではなく、空間的に隣接する出力ファイバにルーティングされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、光学コネクトシステムはパワー損失を減らし、フレキシブルな周波数ルーティング機能を有するのが好ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
従来公知の光学クロスコネクトに対する改良は、入力光ファイバから出力光ファイバに光学信号を向けるための傾斜したマイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーの列を用いた光学クロスコネクトを提供することにより実現できる。本発明の光学クロスコネクトは、複数の入力ファイバから光学信号を受領するレンズ列を有する。このレンズ列は複数のレンズ素子から構成され、各レンズ素子は、光学信号をＭＥＭＳミラー列に向ける。即ち、集光する。このＭＥＭＳミラー列は、複数のミラー素子を有し、各素子は制御信号を所望のミラー素子に加えることにより一つあるいは複数の回転軸の周囲で傾斜する。かくして光学信号は様々なパスに沿って様々な出力ファイバに向けることが出来る。
【０００６】
本発明の一実施例においては、入力用と出力用のレンズ列は入力用と出力用のＭＥＭＳミラー列と共に用いられる。この入力用レンズは入力光学信号を入力用のＭＥＭＳ列に向けて、そしてこの入力用ＭＥＭＳ列が各信号を各ミラーの傾斜方向に関連した方向に反射させる。この反射した信号を出力用のＭＥＭＳミラー列が受光し、更にそれを出力用レンズ列に向けて反射して出力用ファイバと結合する。
【０００７】
本発明の他の実施例においては、入力用と出力用のレンズ列は、共通の基板上に形成され、反射表面がそれらの間に配置されて入力用と出力用のＭＥＭＳミラー列が第１の基板とは反対の場所に配置された第２の共通基板上に形成される。この反射表面は、入力用のＭＥＭＳ列から反射された光学信号を受光し、それらを出力用のＭＥＭＳ列に向ける。
【０００８】
本発明の更に別の実施例においては、透過特性を有する光学素子を第１のＭＥＭＳミラーと第２のＭＥＭＳミラーと光学的に導通する場所に配置する。この光学素子は、光学信号を透過あるいは反射の何れかでもって第１と第２のミラー列との間で光学信号を向けて第１光ファイバ列と第２光ファイバ列の間に光学信号を選択的に転送する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明と共に用いられる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クロスコネクトを表す図。
【図３】図２の光学クロスコネクトの他の実施例を表す図。
【図４】図２の光学クロスコネクトの更に別の実施例を表す図。
【図５】本発明の更に別の実施例による「折り曲げられた」光学クロスコネクトを表す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
マイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）技術を用いて実現した２軸の傾斜ミラーの列により、光学システムで用いられる大規模な光学クロスコネクトが構成できる。光学クロスコネクトを用いて複数の入力光学パスを複数の出力光学パスに接続する。光学クロスコネクトの一般的な要件は、何れかの入力も、何れかの出力に接続できることである。ミラー列１０の例を図１に示す。このミラー列１０は、スプリング１４に搭載され電極（図示せず）により制御された複数の傾斜ミラー１２を有する。各傾斜ミラー１２は、１００−５００μｍの大きさで四角形、円形、楕円形のような形状をしており、電極に加えられた電圧により決定される傾斜角でもってＸ−Ｙ軸の周囲に回転、即ち、傾斜する。ミラー列１０の動作の詳細は、米国特許出願第０９／４１５，１７８号（出願日；１９９９年１０月８日）に開示されている。複数のミラー列１０を用いて光学クロスコネクトを構成する一般的な技術は、米国特許出願第０９／４１０，５８６号（出願日；１９９９年１０月１日）に開示されている。
【００１１】
本発明によれば１つあるいは複数のＭＥＭＳ傾斜ミラー列をレンズ列と共に用いることにより様々な光学クロスコネクトの構成がコンパクトなサイズ（即ち、クロスコネクト構成要素の間のスペースが最小）で光学パワー損失が最小となるようなものが実現できる。本発明によるクロスコネクト１００を図２に示す。クロスコネクト１００は、従来公知の列として形成した複数の入力用光ファイバ列１１２を介して光学信号１０８を受光する。入力用光ファイバ列１１２は、説明を容易にするために４本の入力用光ファイバ列１１２ａ，入力用光ファイバ列１１２ｂ，入力用光ファイバ列１１２ｃ，入力用光ファイバ列１１２ｄを有する一次元列として示している。本明細書における光ファイバ列１１２と他の光ファイバ列は２次元のＮｘＮの列とする。
【００１２】
入力用光ファイバ列１１２はコリメートレンズとして機能する入力用レンズ列１１４に光学信号１０８を送る。入力用レンズ列１１４は入力用光ファイバ列１１２に対し、各レンズは光学信号１０８からのペンシルビーム１１６を生成できる光ファイバと光学的に通じるように配置される。ビーム１１６ａは入力用光ファイバ列１１２ａにより搬送された信号から生成され、ビーム１１６ｄは入力用光ファイバ列１１２ｄにより搬送された信号から生成される。以下同様である。
【００１３】
第１のＭＥＭＳ傾斜ミラー列である１１８は、入力列とも称し、入力用レンズ列１１４と整合して配置され、その結果傾斜ミラー１２がビーム１１６を受光する。ミラー素子は米国特許出願第０９／４１５，１７８号に開示された方法で傾斜して、ビーム１１６を第２の即ち出力用ＭＥＭＳミラー列である１２２に反射する。そしてこのＭＥＭＳ列１２２は、ＭＥＭＳ列１１８と光学的に導通した位置に配置されている。ＭＥＭＳ列１１８内の各ミラー素子の傾斜角に依存して反射信号は、ＭＥＭＳ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ビーム１１６ａは、反射ビーム１２０ａと反射ビーム１２０ａ’を生成し、ビーム１１６ｄは、反射ビーム１２０ｄと反射ビーム１２０ｄ’を反射するように示している。これらのビームをＭＥＭＳ列１２２内のミラー素子が受光し、それをビーム１２４として出力用レンズ列１２６に向ける。出力用ファイバ列１２８は、出力用レンズ列１２６と整合して光学信号１２９を受領する。斯くして出力用レンズ列１２６はビーム１２４を出力用ファイバ列１２８に結合する。
【００１４】
クロスコネクト１００は各出力ファイバを出力ミラー列内のミラーに１対１でマッピングする。これはシングルモードファイバで必要であるがその理由は、パワー損失を低く押さえるために入力ビームと出力ビームが光ファイバの軸と同軸で整合するのに必要な開口数が小さいためである。図２のクロスコネクトによりファイバ列とミラー列との十分なスペースが必要とされるミラー角のズレを制限することが出来る。
【００１５】
回析損失を低下させるような通常のスペース寸法は、５０−１００ｍｍである。ミラー列とレンズ列とファイバ列が同一面上にある。即ち、入力用光ファイバ列１１２と入力用レンズ列１１４とＭＥＭＳ列１２２が互いに同一面上にある場合には出力用ファイバ列１２８，出力用レンズ列１２６，ＭＥＭＳ列１１８は互いに同一面上にあり、かくして２つの類似のモノリシックなブロックが形成できる。このクロスコネクトの組立は、１つの６軸整合を必要とするだけである。
【００１６】
本発明の他のクロスコネクト２００を図３に示す。図２のクロスコネクト１００と同様にクロスコネクト２００は、入力用レンズ列２１４と出力用レンズ列２２６とを有し、それぞれ入力用光ファイバ列２１２と出力用ファイバ列２２８とを通過する光学信号を通じさせる。入力用ミラー列ＭＥＭＳ列２１８と出力用ミラー列２２２は入力ファイバ列と出力ファイバ列の間で光学信号を向けることが出来るように入力用レンズ列２１４と出力用レンズ列２２６とから離間している。クロスコネクト１００とは異なり図３のデバイスは、クロスコネクト網の反対側に配置されたＭＥＭＳミラー列とレンズ列とを有し、これにより製造が容易となる。特にミラー列は第１の共通基板上にモノリシックに集積され、レンズ列とファイバ列は第２の共通基板上にモノリシックに集積される。ＭＥＭＳミラー列の間の信号ルーティングを行うために入力用レンズ列２１４と出力用レンズ列２２６は互いに離間して共通基板上に形成され、その結果それらの間に反射素子２３０が配置される。反射素子２３０は、個別の平面ミラーあるいはレンズ基板上に形成された反射コーティング材料（例、金）でＭＥＭＳ列２１８とＭＥＭＳ列２２２との間の光学信号を通信するよう配置されている。レンズ列が配置されると反射ビーム２２０は同一面のミラー列で１個の６軸整合が必要とされるだけである。
【００１７】
図４に図３の変形例をクロスコネクト３００として示す。図３との主な違いは反射素子２３０を取り除いたことである。同図に示すように、ＭＥＭＳ列３１８とＭＥＭＳ列３２２は、入力用レンズ列３１４，出力用レンズ列３２６を含む基板面に対し傾斜しており、その結果光学信号は、ミラー列との間を直接やりとりされる。この実施例においては各ファイバ列（例、入力用光ファイバ列３１２）と対向するミラー列（例、ＭＥＭＳ列３１８）との間の最大距離は小さい。これは重要な設計上の考慮事項であり、特にファイバ列の正確な方向付けが弱いときにそうである。ミラー列内のミラー素子は、スイッチの接続（例、ルーティング機能）を調整するためのみならず、ファイバ列の不完全性を補うためにも用いることが出来る。
【００１８】
図５は、ＭＥＭＳミラー列４２０に対しオフセット構造のミラー４３０を採用した別のクロスコネクト４００を示す。この実施例においては１つのファイバ列４１０と１つのレンズ列４１６と１つのＭＥＭＳミラー列４２０が折り重なった状態のクロスコネクト構成で用いられる。１本のファイバ列は、組み合わされた入力／出力列として機能する。入力信号４１２は 光ファイバ４１４によりレンズ列４１６に与えられ、ＭＥＭＳミラー列４２０ａ上にイメージを形成する。その後このビームはミラー４３０に反射され、更にＭＥＭＳミラー列４２０ｂに反射して戻され、レンズ列４１６を介して出力用ファイバ４２２に出力する。この構成においては入力ポートと出力ポートとの間の区別は存在しない。斯くして１つのポートを使用せずに３２×３２のミラー列でもってこのクロスコネクトは、１×１０２３のスイッチ、あるいは３４１１×２のスイッチの列、あるいは５１２×５１２の光学クロスコネクトとして用いることが出来る。他の変形例も存在する。例えば、クロスコネクトの要素の他の組み合わせ（例、２個の１×１２８のスイッチ、６４個の２×２のスイッチ、１個の２５６×２５６スイッチを３２×３２ミラー列と共に使用することが出来る）である。
【符号の説明】
【００１９】
１０  ミラー列
１２  傾斜ミラー
１４  スプリング
１００，２００，３００  クロスコネクト
１０８，２０８，３０８  光学信号
１１２，２１２，３１２  入力用光ファイバ列
１１４，２１４，３１４  入力用レンズ列
１１６，２１６，３１６  ビーム
１１８，２１８，３１８  ＭＥＭＳ列
１２０，２２０  反射ビーム
１２２，２２２，３２２  ＭＥＭＳ列
１２４，２２４，３２４  ビーム
１２６，２２６，３２６  出力用レンズ列
１２８，２２８，３２８  出力用ファイバ列
１２９，２２９，３２９  光学信号
２３０  反射素子
４００  クロスコネクト
４１０ ファイバ列
４１２  入力信号
４１４ 光ファイバ
４１６ レンズ列
４１８  ビーム
４２０  ＭＥＭＳミラー列  
４３０  ミラー
４２２  出力用ファイバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年2月25日(2010.2.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の入力用光ファイバから受光した光学信号を複数の出力用光ファイバに向ける光学クロスコネクトにおいて、
前記複数の入力用光ファイバから光学信号を受光し、この光学信号を方向づけるよう配置された単一のレンズ列と、
複数のミラー素子を有する単一のＭＥＭＳミラー列と、
前記ＭＥＭＳミラー列から光学信号を受光し、この受光した光学信号を前記ＭＥＭＳミラー列に反射して戻す、前記ＭＥＭＳミラー列と光学的に導通した位置に配置された反射素子であって、光ファイバの出力列が受光するように、この反射された光学信号は前記ＭＥＭＳミラー列により向けられる反射素子とから成り、
前記ミラー素子は、ミラー素子が選択的に傾斜可能な回転軸を有し、
前記ＭＥＭＳミラー列は、前記レンズ列により向けられた光学信号を受光し、光学信号を前記複数の出力用光ファイバに反射するよう配置され、
前記複数の入力用光ファイバ及び前記複数の出力用光ファイバは、単一の光ファイバの入力及び出力列として機能することを特徴とする光学クロスコネクト。
【請求項２】
前記各回転軸は、第１の回転軸と第２の回転軸とを有し、
前記各ミラー素子は、前記第１の回転軸と第２の回転軸に対し傾斜可能である
ことを特徴とする請求項１記載の光学クロスコネクト。
【請求項３】
前記レンズ列は、複数の入力用光ファイバから光学信号を受光する複数の入力用レンズと、前記向けられた光学信号を複数の出力用光ファイバに向ける、前記ＭＥＭＳミラー列と光学的に導通する複数の出力用レンズとを有することを特徴とする請求項１記載の光学クロスコネクト。
【請求項４】
前記複数の入力用レンズは、前記複数の出力用レンズと同一面にあることを特徴とする請求項３記載の光学クロスコネクト。
【請求項５】
前記反射素子の少なくとも一部は、前記単一のレンズ列と同一面にあることを特徴とする請求項１記載の光学クロスコネクト。