(57)【要約】光通信ネットワーク用モジュラクロスコネクトシステムは、コリメータを含んでいる接続のためのセクションと、微小電子機械システム（MEMS：MicroElectroMechanicalSystem）装置を有するメインコミュテーションセクションとを含む少なくとも２つの本体に分割される光学的ユニットを有している。前記第２のセクションが容易に取り外し可能なセクションである一方、前記第１のセクションは固定部分である。前記２つのセクションは、窓を介して互いに面しており、前記第１のセクションにおいて、サービスを中断することなく、前記メインMEMSユニットを置換できるようにするために、全て又は一部の光信号を、前記メインMEMSユニットから、及び、メインMEMSユニットへ誘導するために、MEMS待機状態（standby）又は保護プレーンに対する光学的手段を提供する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング部材によって多様に相互接続される入出力ポートを含んでいる光通信ネットワーク用のクロスコネクトシステムであって、
順次に前記ポートを含んでいる接続セクションと、
前記スイッチング部材を含んでいるメインスイッチングセクションと、
を微小電子機械システム（MEMS）装置の形態において有することを特徴とするクロスコネクトシステムにおいて、
前記スイッチングセクションが、迅速に取り外し可能なボックスにおいて含まれており、
前記接続セクションが、前記メインスイッチングセクションから保護スイッチングセクションに光路を誘導するように、前記２つのセクションの間の光路を命令に従い遮断する光誘導手段を含んでいるクロスコネクトシステム。
【請求項２】
前記保護スイッチングセクションが、取り外し可能なボックスにおいても収容されるMEMS装置の形態のスイッチング部材を有することを特徴とする請求項１に従うシステム。
【請求項３】
光誘導手段が、前記メインスイッチングセクションでコリメータと光接続窓の間の光路を調整することを特徴とする請求項１に従うシステム。
【請求項４】
前記スイッチングセクションにおいて、前記セクションへの前記入力光パワー及び前記セクションから出力光パワーを検出するセンサーが存在することを特徴とする請求項１に従うシステム。
【請求項５】
前記接続セクションにおいて、前記メインスイッチングセクションへの前記光パワー入力及び前記メインスイッチングセクションからの前記光パワー出力を検出するセンサーが存在することを特徴とする請求項１に従うシステム。
【請求項６】
前記センサーが、前記光路の一部分を部分反射ミラーで遮断して、CCDsを照射することを特徴とする請求項４又は５に従うシステム。
【請求項７】
前記接続セクションから及び前記接続セクションへの光路で装置の正確なアライメントのための動作手段が制御されることによって、前記ボックスにおいて、前記MEMS装置がサポートされることを特徴とする請求項１に従うシステム。
【請求項８】
前記制御される動作手段の前記アライメント及びフィードバック制御の検証のために、前記スイッチングセクションにおいてビームを位置センサーに対して送信している半導体レーザーが、前記接続セクションにおいて存在していることを特徴とする請求項７に従うシステム。
【請求項９】
前記メインスイッチングセクション及び保護スイッチングセクションボックスが、対応する接続セクション窓におけるその光路通過窓で互いに面するように、並んで調整されていることを特徴とする請求項２に従うシステム。
【請求項１０】
前記スイッチングセクションが複数であって、前記接続セクションが、各スイッチングセクションのためのコリメータアレイ及び光誘導手段から成るユニットを含んでいることを特徴とする請求項１に従うシステム。
【請求項１１】
各コリメータアレイ及び光誘導手段ユニットが、迅速に置き換え可能なボックスに順番に収容されていることを特徴とする請求項１０に従うシステム。
【請求項１２】
各取り外し可能なボックスが、アライメント検出手段及びアライメント調整手段を含んでいることを特徴とする請求項１１に従うシステム。
【請求項１３】
少なくとも各ユニットの前記誘導手段が、迅速に置き換え可能で取り外し可能なボックスに収容されていることを特徴とする請求項１０に従うシステム。
【請求項１４】
少なくとも前記スイッチング手段が、置き換えのために迅速に取り除き可能なボックスに収容されていることを特徴とする請求項２に従うシステム。
【請求項１５】
上記請求項のいずれか１つに従うクロスコネクトシステムを含んでいる通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元MEMSに基づいた革新的な電気通信クロスコネクト構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気通信システムにおける光信号の経路指定のためのクロスコネクトスイッチ（OXC）と呼ばれる光スイッチング装置がよく知られている。多数の在来型OXCは、初めに光信号を電気回路によって適切な出力ポートに経路指定される電気信号に変換することにより光信号の経路指定を実行し、その後、光信号に再度変換される。前記スイッチングは、電気信号に関し、この手法で行われる。伝送スピードが連続的に増大すれば、帯域幅及びネットワークの複雑性を伴う光から電気への信号変換及び再度の光への信号変換は、よりいっそう困難であってコストが高く扱いにくくなる。
【０００３】
それゆえ、いわゆる微小電子機械システム（MEMS：Micro Electro Mechanical System）部材を使用している前記光信号で直接的に行われるOXCが提案されている。これらは、事実上、集積回路製造の技術に類似する技術によってシリコンチップ上で優位性を備えて実現されるマイクロミラーのアレイであって、方向付けされるように電気的に制御され、前記適切な出力ポートに前記光信号を誘導する。このように、光信号から電気信号への変換を介さずに非常に多数のポート間で、変換スイッチングを実現することは可能である。MEMSシステムの利用において、前記３次元MEMS技術が、最も見込みがあるように思われている。
【０００４】
現代の通信ネットワークにおいては、非常に高いデータフローが、管理されなければならず、これには高信頼装置を必要とする。この理由で、前記システムの保護は、直面しなければならない主なポイントの１つである。もう１つの重要な特徴は、長いセクション又は非常に長いセクションを有する環境下で透過的な光スイッチングを完全に行うために、低損失の挿入である。前記２つの必要性は、通常、互いに相容れない。実際には、適切な保護を供給するために、関連する損失及び相互接続を有する付加的な光回路が必要とされる。加えて、前記付加的光回路は、MEMSを有するOXCsアーキテクチャに対する費用が加わる。典型的なアーキテクチャは、光入出力パワーを検出するために必要となる付加回路を有する前記光カード上に配置される光スイッチを含んでいる。このアーキテクチャのメインブロックは、制御電子部品を有する２つのMEMSユニット及び、前記入出力ポートと関連するスイッチと制御出口を有する多様な光カード（optical card）である。
【０００５】
関連する高損失及び複雑性を有する大量の光相互接続は、全ブロック間で必要とされる。光ファイバの管理は、その時、OXCの開発におけるもう１つの鍵となるポイントである。
【０００６】
従来技術において、光カード機能は、前記MEMSユニット内でさえ部分的に実現され、光パワーフィードバックを検出し、動作中、ミラーの詳細設定を実行する。択一的に、より多くの光回路が付加され得る。
【０００７】
どのような方法であっても、通常は、結果として付加的な費用及び信号損失が生じる。
【０００８】
全ブロックによってかなりのスペースが占有されるため、前記MEMSユニット及び光カードは、しばしば異なるラック（rack）に配置されている。これにより、前記光ファイバ調整の管理においてかなりの問題が生じる。
【０００９】
本発明の一般的な目的は、他の間ではモジュラであるMEMSスイッチングユニットであって、費用が比較的低く、かつ非常に高い性能を供給する一方、アップデートし維持することが容易であるMEMSスイッチングユニットを有する、利用可能であって革新的なOCX構造を作ることによって、前述した欠点を軽減することである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的の観点から、
スイッチング部材によって多様に相互接続される入出力ポートを含んでいる光通信ネットワーク用のクロスコネクトシステムであって、
順次に前記ポートを含んでいる接続セクションと、
前記スイッチング部材を含んでいるメインスイッチングセクションと、を微小電子機械システム（MEMS）装置の形態において有することを特徴とするクロスコネクトシステムにおいて、
前記スイッチングセクションが、迅速に取り外し可能なボックスにおいて含まれており、
前記接続セクションが、前記メインスイッチングセクションから保護スイッチングセクションに光路を誘導するように、前記２つのセクションの間の光路を命令に従い遮断する光スイッチ手段を含んでいるクロスコネクトシステムを、本発明に従って提供することが捜し求められた。
【００１１】
本発明の革新的な原理及び従来技術と比較したその優位性の説明を明らかにするために、前記原理を制限無く適用している例を介し、可能な実施例を、添付図の助けを用いて以下に描写する。
【００１２】
図を参照すると、例えば、図１は、本発明に従って全体として参照番号10をデザインしたOXCの第１の実施例を概略的に示す。前記光学的ユニットは、接続時のあるセクション11を理解するために２つのメイン本体に分けられており、前記MEMSを用いてスイッチングするためにコリメータ28及びセクション12を含んでいる。第１のセクションは、置き換えられるようにデザインされていない固定部分であり、比較的単純で、それゆえ信頼性がある。第２のセクションは、MEMS技術及び関連する制御部分を有する可動ミラーを含んでいる置き換え可能なセクションである。前記２つのセクションは、窓13を介して互いに面している。以下に示すように、前記置き換え可能なMEMSセクションはまた、前記固定部分においてコリメータアレイを有する構造を正確に再調整する装置を含んでいる。簡単のために、１つのMEMS光路が概略的に示されている。
【００１３】
前記窓13は、適切な反射防止膜を有するガラスプレートで密閉されているか、又は前記２つのセクションの分離で閉じて、前記２つのセクションの結合で開く図に示されていない保護シャッター手段を含んでいる。この第２の解決は、さらにビームの経路に沿った損失を低減する。組立て前に取り除かれる保護キャップ又はフィルムはまた、二者択一として提供され得る。
【００１４】
前記コリメータ及び前記MEMSユニットは、両者とも工場で正確に造られ、組立てられ、別々にテストされる。前記コリメータを有する前記MEMSの調整は、前記MEMSユニットに配置される機械式装置によってその場で行われる。
【００１５】
前記コリメータのセクション11において、単純であるが、前記ユニット12と同様の目的で、前記MEMSセクション12から及び前記MEMSセクション12へ全部又は一部の前記光信号を誘導するために、図１に示されていないMEMS待機状態（standby）又は保護プレーンに対する光学的手段14がある。
【００１６】
前記光学的手段14は、事実上、フラットLCD、MEMS、機械式シャッター等のような任意の既知のタイプであり得る。技術的熟練者にとっては明らかであるように、LCD技術が、使用されるならば、前記誘導は個別のチャネルを基本として選択的に実現され、装置の多機能性を増大させる。
【００１７】
クライアントを有するインターフェース16は、各ビームを個別に切り離すことができるように個々のファイバ用のコネクタを必要とする。損失を低減させるために、これらのコネクタは、さらに内側に任意のコネクタを有することなく、コリメータ15のアレイに優位に接続される。この損失低減は、前記誘導手段14の導入を補償する。
【００１８】
図２は、通常動作中の装置10を示す。前記フラットMEMESが通常動作する時、前記誘導手段14は、前記MEMSユニット12と前記コリメータ15の間のビームに対して完全透過性を提供する。
【００１９】
電気部品が、前記ブロックに配置されていない一方、前記誘導装置の光学的部分のみが、前記コリメータブロックに配置されることは優位なことである。
【００２０】
これは前記MEMS構造における固定された中心ミラーの下で、デザインの複雑さの増大又はCCDデバイスを利用することを伴うが、以下に明らかにするように、入出力光パワーは、各入出力ファイバの出口で検出され、部分的反射を有する前記ミラー、すなわち、択一的、付加的な半透明ミラーが前記コリメータセクション又は前記MEMSで提供され得るように前記ミラーを実現する。任意の場合において、前記電子部品は、信頼性を改善するために固定型セクションを避けていることは優位なことである。
【００２１】
前記MEMSセクションにおいて問題が生じる場合、それは、装置を監視している前述のパワーによって検出され、前記誘導手段14は、前記光路から前記メインMEMSセクションを隔離するために、前記コリメータから及びへビームの全反射を提供するように動作させられる。これは、図３に示される。
【００２２】
この状況下で、どちらの前記手段14が前記光路を偏向するかに対しては、保護プレーンによって、前記スイッチング機能が保証される一方、前記メインMEMSセクションは、取り除かれ、新しいユニットに取って代わられる。
【００２３】
図４は、前記MEMSユニット入出力信号パワーの検出に対する第１解決策を概略的に示す。ミラー17を部分的に反射しているこの解決策において、CCDデバイス18は、前記MEMSセクションにおいて提供される。このように、前記MEMS中核からビーム及び前記MEMS中核へのビームの一部分は、電子部品を入出力パワー計測でき、任意の異常又は故障を検出する前記CCDに送信される。図５は、類似概念が前記コリメータセクション11において適用される変形を示す。この第２の場合において、前記CCDデバイス18は、適切に実現され制御される前記誘導手段14と一致し得る部分反射ミラー17によって照明される。優位性として、前記CCDセンサーは、システム信頼性を改善するために、容易に取って代わることが実現され得る。
【００２４】
前述のように、詳細に正確な配置をすることは、前記コリメータセクションを有する前記MEMSセクションのアライメントのために必要とされる。配置は、前記２つのセクションの進入方向（Z）、及び前記進入方向と垂直な２つの方向（X,Y）において正確であるべきである。
【００２５】
方向Zにおいて、開放をもって前記２つのセクションを近接させるガイド（guide）を実行する単純なシステムを提供し、所望の精度である例えば100μmに近い精度で共に前記２つのセクションを進行の終端でロックする。図６は、前記MEMSセクションのコンテナ12が、進入方向Zに広がっており、前記セクション又は前記コリメータユニット11から突き出たガイド20に沿って動作する、類似の実行構造を概略的に示す。
【００２６】
図７及び８は、軸Xに沿った前記MEMSユニットの詳細の配置図を示す。この実施例において、前記ミラープレート及びその関連の補助的な光学的部分は、低い熱ドリフトで単一プレート21に固定される。図に示されるように、前記プレートは、前記MEMSユニットコンテナに関して、適切な精度のアクチュエータ22、23よって方向X及びYに沿って移動することができ、前記コンテナの適切な制御ロジック24によって制御される。
【００２７】
前記正確に進行するプレートは、最初に手動でおおよその配置が行われ、その後、詳細に、インライン（in-line）配置制御のために終端調整セクションである例えば圧電によって配置され得る。
【００２８】
配置誤りの制御のために、誤り検出システムが、プレート位置のフィードバック制御を有する誤り検出として考えられ得る。
【００２９】
誤りの発生源は多様である。しかし、調整の角度誤り及び軸zに沿った誤りは、機械的な精度によって制限されるということが想定される。加えて、光の進行と比較するならば、軸zに沿った誤りが重大でない一方、前記角度誤りは、本質的に前記往復するMEMSミラーの構造によって補償される。
【００３０】
制御システムを介して補償を必要とする重大な誤りは、それゆえ、本質的に軸x及びyに沿った誤りである。
【００３１】
本来、付加的な位置制御は、予期しない誤りを補償するために付加され得る。
【００３２】
図９は、位置誤り検出を可能にする優位なシステムを示す。このシステムは、コリメータのサブユニットに固定され、前記MEMESミラーのプレーンに配置された固定ミラーで定められる発光ビームを生成する半導体レーザー24を含んでいる。前記ビームは、その時、前記X-Y平面において図１０でより良くわかるような４つの象限（quadrant）を有し、前記MEMSユニット支持プレートに配置されるセンサー25に反射される。基本的な想定は、前記コリメータ及びMEMSモジュールが、それぞれ正確に組み立てられ、相対的な配置は認識されていないということである。
【００３３】
前記制御ロジック24は、例えば要素の老化及び温度ドリフトのために、機械シフトを連続的に補償する閉ループによって前記x-y配置アクチュエータを制御する。
【００３４】
図１１は、前記MEMSワーク面12及び前記MEMS保護面12bが、同様のコリメータユニット両方に接続される1:1のOXCの単純化した実施例を概略的に示す。単純化を目的として、１つのビーム方向のみが示されている。図１１の実施例において、別の反射ミラー30が追加され、同じ側の基本コリメータモジュールに両方のMEMSモジュールを取り付けることを可能にしている。このように、この調整により、２つの取り外し可能な集積されたMEMS行列を有する完全かつコンパクトなOXCを実現できる。挿入損失は、付加的なコネクタ及び/又はコリメータを避けて非常に低減される。クライアントとのインターフェースは、多数ファイバテープコネクタによって実現され得る。単一チャネルへのアクセスは、専用のフレームに配置される単一ファイバコネクタによって達成され得る。
【００３５】
アセンブリのラック構造は、例えば、後部のコリメータユニット及び前部の２つのMEMESモジュールにおいて含んでいるラックで実現され、後者は、必要な場合にすぐに抜き取られ、取って代わられる。
【００３６】
図１２は、図１１のモジュラに類似し、Nモジュールに一般化したモジュラOXCを概略的に示す。単純化のために、図は、N=4に限定されており、前記MEMSにおけるビームの入力方向のみが示されている。図からわかるように、単一の3D-MEMSモジュールは、存続するMEMS面の任意の１つを保護するように利用され得る。前記コリメータは、水平の窓を備えた単一のユニットにおいて密閉されており、前記コリメータに対し、前記多数のMEMSユニットそれぞれを、それ自体の取り外し可能なコンテナで光学的に接続している。
【００３７】
種々の実施例のうち、特にN:1のOXC実施例において、コリメータ集団内に多数の誘導手段14を配置することは優位性があり、専用コンテナの全てを密閉する必要があるならば、取って代わることは容易である。図１３は、前記コリメータアレイ28及び前記誘導装置14を含んでいるモジュラコンテナ31を有する同様な実施例を示しており、前記MEMSモジュールとの光学的接続のために、前部の窓13を備えており、反対側の窓32により偏向ビームが前記コンテナを横切ることができる。
【００３８】
前記コンテナ31は、図１２の構造を実現するために共に並んでパックされ得る。
【００３９】
図１３に再度示されるように、各ユニット31は、並んでいるモジュールに対してアライメントビームを供給するためにレーザー33を備えている。図１３の平面図に示されたモジュールの側面図を示している図１４に示すように、電気的に調整可能な操作手段35、36により、前記アライメントレーザー33を利用している前記モジュールの正確な調整を可能にすることが必要であって、適切な受信をしているセンサー（示されていない）が必要であるならば、前記コリメータ、レーザー、及び誘導装置は、プレートを横切る精度によって、水平面で移動可能なフレームを提供する同様の基板に固定され得る。前記垂直方向位置（Y）の精度は、前記モジュールを受信する構成の精度によって保証される。
【００４０】
図１５及び１６は、サブラック（subrack）内の前記モジュラ部材の優位な調整を示す。参照すると、各誘導装置14及び各MEMS12、12bに対する前記コリメータユニット（置き換えはない）及び引き出し（drawer）ユニットが存在する。
【００４１】
本来、前記誘導装置を迅速に取って代わり得ることが、有益であると考えられないならば、これらの装置は、前記コリメータユニット11に永久的に挿入され得る。
【００４２】
前記誘導装置が、置き換え可能なモジュールであるならば、適切な窓40が、他のモジュールに対して光学的接続を提供する。
【００４３】
図１７及び１８は、ラックの部分の可能であって優位である調整を概略的に示しており、本発明に従って完全なOXCシステムを実現する。単純化の目的で、1:1のOXC実施例を示す。前記N:1に基づく実施例は、技術的熟練者によって容易に想像され得る。
【００４４】
図に示されるように、上から下まで重ね合わされたメイン制御及び動作カード40、制御及び動作待機状態（standby）カード41、クライアントインターフェース（LC又はMU）に対するコネクタ42、メイン取り外し可能なMEMモジュール43、及び取り外し可能な保護MEMモジュール44が存在する。ここで、所定の目的が、MEMSを有し、高い性能を有する利用可能なモジュラOXCを作ることによって、達成されることが明らかであり、保守及び拡張が容易であって、費用が比較的低い。
【００４５】
本来、本発明の革新的原理を適用している実施例についての上記描写は、この中で請求項の排他的権利の範囲内において、前記原理の制限のない例を介して与えられる。
【００４６】
例えば、前記コリメータユニットにおいて調整される前記誘導手段は、取り外し可能な状態で実現され、例えば、修繕を容易にする他の２つから分離可能な第３のセクションにおいてサポートされる。前記コリメータセクションにおける前記コネクタユニットは、相互のインターフェースがない選択的な引き出し及び置き換えのために既知のカップリングシステムを有して実現される。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に従うMEMSを有するOXCを概略的に示す。
【図２】通常動作の場合における図１の装置を概略的に示す。
【図３】メインMEMSユニットの故障後の緊急動作の場合における図１の装置を概略的に示す。
【図４】前記装置に対する入力、前記装置からの出力において、前記光パワーを監視するための第１解決策を概略的に示す。
【図５】前記装置に対する入力、前記装置からの出力において、前記光パワーを監視するための第２解決策を概略的に示す。
【図６】本発明に従う装置のアセンブリ詳細を概略的に示す。
【図７】本発明に従う装置の第２のアセンブリ詳細を概略的に示す。
【図８】本発明に従う装置の第３のアセンブリ詳細を概略的に示す。
【図９】位置決めエラー検出システムを備えた本発明に従う装置を概略的に示す。
【図１０】図９の前記位置決めシステムの組立て詳細を概略的に示す。
【図１１】本発明に従う1:1のOXCの実施例を概略的に示す。
【図１２】本発明に従うN:1のOXCの実施例を概略的に示す。
【図１３】本発明に従う装置の一部の変形実施例を概略的に示す。
【図１４】図１３の変形の詳細を概略的に示す。
【図１５】本発明の原理を適用しているOXCのモジュラ実施例を含んでいるサブラックの正面図及び側面図を概略的に示す。
【図１６】本発明の原理を適用しているOXCのモジュラ実施例を含んでいるサブラックの正面図及び側面図を概略的に示す。
【図１７】本発明の原理を適用しているOXCのモジュラ実施例を含んでいるラックの正面図及び側面図を概略的に示す。
【図１８】本発明の原理を適用しているOXCのモジュラ実施例を含んでいるラックの正面図及び側面図を概略的に示す。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2005517318.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2005517318.tif 000017
【図１６】
2005517318.tif 000018
【図１７】
2005517318.tif 000019
【図１８】
2005517318.tif 000020
【国際調査報告】
2005517318.tif 000021
2005517318.tif 000022
2005517318.tif 000023