JP2004085596A - 光信号交換器の制御装置および制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ティルトミラーの機械的な共振による制御への影響を抑えて、光信号交換器における光路の切り替えを安定して行うことのできる簡略な構成の制御装置および制御方法を提供する。
【解決手段】本光信号交換器の制御装置は、反射面の角度が制御可能な複数のＭＥＭＳミラーを平面上に配置した１組のＭＥＭＳミラーアレイを用いた３次元型の光信号交換器について、特定の位置から出力される光信号のパワーを検出して光路上のＭＥＭＳミラーの角度をフィードバック制御するとき、制御信号に含まれるに共振周波数成分を除去する共振成分除去部を、ＭＥＭＳミラーの同一軸方向に配置された一対の駆動電極に対応して共用化した構成とすることにより、回路規模の増大を抑えながら、ＭＥＭＳミラーの共振動作によるフィードバック制御への影響を低減することができるようになる。
【選択図】図１
【解決手段】本光信号交換器の制御装置は、反射面の角度が制御可能な複数のＭＥＭＳミラーを平面上に配置した１組のＭＥＭＳミラーアレイを用いた３次元型の光信号交換器について、特定の位置から出力される光信号のパワーを検出して光路上のＭＥＭＳミラーの角度をフィードバック制御するとき、制御信号に含まれるに共振周波数成分を除去する共振成分除去部を、ＭＥＭＳミラーの同一軸方向に配置された一対の駆動電極に対応して共用化した構成とすることにより、回路規模の増大を抑えながら、ＭＥＭＳミラーの共振動作によるフィードバック制御への影響を低減することができるようになる。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光信号交換器における切り替え制御技術に関し、特に、マイクロマシン（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）技術による反射型のティルトミラーを用いた光信号交換器の制御装置および制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネット等におけるトラフィックの増加に伴って光ネットワークの需要が高まっている。このような状況において、高速・大容量のデータを光信号のままで切り替える光信号交換器の導入が注目されている。高速・大容量の光信号交換器を実現するための従来の技術としては、例えば、光ファイバをメカニカルに切り替える方式や導波路を組み合わせた方式などが主流であった。しかし、このような従来の技術においては多段構成を採用する必要があったため、光信号交換器内の光損失が非常に大きく、また、チャネル数の増大に対応することにも限界があり、数１０チャネル以上に対応した光信号交換器の実現は困難であった。
【０００３】
上記のような状況において、マイクロマシン（ＭＥＭＳ）技術を応用して作製したティルトミラー（以下、ＭＥＭＳミラーと呼ぶ）を用いた光スイッチは、小型化、波長無依存および偏波無依存などの点で他のスイッチに比べて優位性があり注目されている。特に、例えば図２３に示すように、複数のコリメータを２次元に配置した２つのコリメータアレイ１Ａ，１Ｂと、複数のＭＥＭＳミラーを２次元に配置した２つのＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ，２Ｂを組み合わせて構成した３次元型の光信号交換器は、光損失の低減、大容量化および多チャネル化が実現可能であるという点で期待されている。
【０００４】
上記のような３次元型の光信号交換器について、本出願人は、各ＭＥＭＳミラーの角度ずれを自動的に補正して光損失を低減させるための制御技術を提案している（例えば、特願２００１−１９８９３６号、特願２００２−１３２８３３号等）。この制御技術を適用した光信号交換器の制御装置は、例えば図２４に示すように、出力側のコリメータアレイ１Ｂに接続される出力光ファイバアレイ１０Ｂの後段に設けられた光カプラアレイ１１で分岐された光のパワーを光パワー検出部１２で検出し、その検出結果を基に比較制御部１３で出力光ファイバに対する光信号の結合状態を判別して光信号交換器内での損失が最小となるように各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４Ｂを制御して、各々のＭＥＭＳミラーの反射面の角度ずれが自動的に補正されるようにしたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような光信号交換器におけるＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの本質的な問題点として、スイッチ素子自体が機械的に動作するため、角度を高速に制御した場合、ＭＥＭＳミラーの機械的な共振が起こるようになり、角度のフィードバック制御に影響を及ぼすという点が挙げられる。
【０００６】
ＭＥＭＳミラーの機械特性は、一般に、次の（１）式で表される。
【０００７】
【数１】
ただし、ωＭＥＭＳはＭＥＭＳミラーの共振周波数、ξＭＥＭＳはダンピングファクター、ｓはラプラス演算子である。上記のダンピングファクターξＭＥＭＳは、ＭＥＭＳミラーのプロセス構造にも依るが、０．００１〜０．０１程度の値をとる。
【０００８】
図２５は、前述の図２４に示した従来の制御装置の具体的な構成の一例を示す図である。また、図２６は、一般的なＭＥＭＳミラーの駆動状態を模式的に示した図である。
各図に示すように、ＭＥＭＳミラーアレイに配列された各ＭＥＭＳミラーは、Ｘ軸およびＹ軸の各方向について、ミラー２ａの両端部分の近傍に電極２Ｘ−１，２Ｘ−２，２Ｙ−１，２Ｙ−２を備え、ミラー２ａを傾けるべき方向に属する電極（例えば図２６では電極２Ｘ−１）に対して、比較制御部１３からの制御信号に従った電圧を印加して静電駆動することにより、ミラー２ａの反射面が所要の角度に傾けられる。このとき静電駆動されたＭＥＭＳミラーは、上記（１）式に示した機械的特性に従うので、例えば図２７に示すように共振を起こす場合がある。従来の制御装置では、上記のように共振動作するＭＥＭＳミラーに対して、光パワー検出部１２での検出結果を基に、反射面の角度が最適化されるように駆動状態がフィードバック制御されることになるため、共振動作の影響によりフィードバック制御を正しく行うことができなくなる可能性がある。
【０００９】
上記のようなＭＥＭＳミラーの共振動作によるフィードバック制御への影響を低減するためには、例えば、制御信号に含まれる共振周波数成分を取り除くためのフィルタを制御ループ上に挿入することが考えられる。このような手法は、光信号交換器の制御とは技術分野が異なるが、例えば特開平８−１２６３７０号公報、特開平５−２１０４１９号公報、特開平５−２８５７８６号公報、特開平８−１４９８７６号公報等において公知である。
【００１０】
しかしながら、３次元型の光信号交換器の従来の制御装置について、実際にフィルタを実装することを考えると、前述の図２５に示したように、１つのＭＥＭＳミラーに対して４つのフィルタが必要となり、それらが入力側および出力側の各ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ，２Ｂに配置された各々のＭＥＭＳミラーごとに必要となるため、回路規模の増大を招いてしまうという問題点がある。
【００１１】
本発明は上記の問題点に着目してなされたもので、ティルトミラーの機械的な共振による制御への影響を抑えて、光信号交換器における光路の切り替えを安定して行うことのできる簡略な構成の制御装置および制御方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明にかかる光信号交換器の制御装置は、反射面の角度が制御可能な複数のティルトミラーを平面上に配置した第１ミラーアレイおよび第２ミラーアレイを有し、入力された光信号を前記第１および第２ミラーアレイで順次反射して特定の位置から出力する光信号交換器について、該特定の位置から出力される光信号のパワーを検出し、該検出結果に基づいて、前記第１および第２ミラーアレイ上の前記光信号を反射したティルトミラーのうちの少なくとも一方の反射面の角度をフィードバック制御する制御装置であって、前記フィードバック制御のために用いられる制御信号に含まれる前記ティルトミラーの機械的な共振動作に対応した周波数成分を除去する共振成分除去部を備え、かつ、該共振成分除去部が、前記ティルトミラーの同一軸方向に配置された一対の駆動電極に対応して少なくとも共用化された構成であることを特徴とする。
【００１３】
かかる構成の制御装置では、ティルトミラーの駆動制御において、各ティルトミラーの同一軸方向に存在する一対の駆動電極のうちの一方にのみ駆動電圧を与えることでミラーの角度が傾けられることを考慮し、第１および第２ミラーアレイ上の各ティルトミラーの同一軸方向に配置された一対の駆動電極に対応して少なくとも共用化された共振成分除去部により、制御信号に含まれる共振周波数成分が除去されるようになるため、回路規模の増大を抑えながら、ティルトミラーの共振動作によるフィードバック制御への影響を低減することができるようになる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態による光信号交換器の制御装置の構成を示すブロック図である。また、図２は、図１の制御装置を適用した光信号交換器の全体構成を示す概略図である。なお、上述の図２５に示した従来の構成と同様の部分には同一の符号が付してある。
【００１５】
各図において、本実施形態の全体構成は、例えば、上述の図２５に示した従来の構成と同様に、複数のコリメータを２次元に配置した２つのコリメータアレイ１Ａ，１Ｂと、該各コリメータアレイ１Ａ，１Ｂの各々のコリメータに対応した複数のＭＥＭＳミラーを２次元に配置した２つのＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ，２Ｂとを組み合わせて構成した３次元型の光信号交換器について、出力側のコリメータアレイ１Ｂに接続される出力光ファイバアレイ１０Ｂの後段に設けられる光カプラアレイ１１と、該光カプラアレイ１１の各光カプラ１１で分岐された光のパワーを検出する光パワー検出部１２と、該光パワー検出部１２の検出結果を基に出力光ファイバに対する光信号の結合状態を判別して、光出力レベルが一定になるように各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４Ｂを制御する比較制御部１３と、該比較制御部１３から各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４Ｂにそれぞれフィードバックされる制御信号について、ＭＥＭＳミラーの機械的な共振動作に対応した周波数成分を除去する共振成分除去部１５Ａ，１５Ｂと、を備えた制御装置を設けたものである。
【００１６】
なお、ここでは、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａが第１ミラーアレイに相当し、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ｂが第２ミラーアレイに相当し、ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａが第１ミラー駆動部に相当し、ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ｂが第２ミラー駆動部に相当する。
光信号交換器のコリメータアレイ１Ａには、各コリメータに対応させて複数の光ファイバを２次元に配置した入力光ファイバアレイ１０Ａが接続され、各入力光ファイバから出射された光が各々のコリメータを通過して平行光となりＭＥＭＳミラーアレイ２Ａに向けて送られる。また、コリメータアレイ１Ｂにも、各コリメータに対応させて複数の光ファイバを２次元に配置した出力光ファイバアレイ１０Ｂが接続され、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ｂで反射された光が、各コリメータを通過して各々の出力光ファイバに結合される。
【００１７】
ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａは、各ＭＥＭＳミラーの鏡面が配列された平面の法線方向が、コリメータアレイ１Ａから送られてくる光信号の伝搬方向（光軸方向）に対して非平行となるように傾けて配置される。また、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ｂは、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａの各ＭＥＭＳミラーで反射された光を対応するＭＥＭＳミラーで再度反射してコリメータアレイ１Ｂに導く所要の位置に配置される。各ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ，２Ｂに配置される各々のＭＥＭＳミラーは、マイクロマシン（ＭＥＭＳ）技術を応用して作製した公知のマイクロティルトミラーである。具体的には、例えばＸ軸方向（第１の軸方向）およびＹ軸方向（第２の軸方向）がトーションバーにより支持され上面にミラーが形成された可動板をシリコン基板に一体に設け、該可動板の各軸方向についての両端部分近傍にそれぞれ配置した４つの電極に所要の電圧を印加することで生じる電磁力により、上記の可動板をトーションバーを軸にして回動させてミラーの振角を可変制御するものである（図２６参照）。
【００１８】
光カプラアレイ１１は、出力光ファイバアレイ１０Ｂの各出力光ファイバに対応した複数の光カプラが配置されていて、各出力光ファイバを伝搬する光信号の一部が各々の光カプラで分岐されて光パワー検出部１２に送られる。
光パワー検出部１２は、例えば図１の左側上部に示すように、光カプラアレイ１１の各光カプラで分岐されたモニタ光を受光してその光パワーに応じた電流信号を発生する光検出器１２Ａと、該光検出器１２Ａから出力される電流信号を電圧信号に変換するＩ／Ｖ変換器１２Ｂと、を有する。なお、図１では１組の光検出器１２ＡおよびＩ／Ｖ変換器１２Ｂのみが示してあるが、実際には、光カプラアレイ１１の各光カプラにそれぞれ対応した、すなわち、光信号交換器の出力チャネル数に対応した光検出器１２ＡおよびＩ／Ｖ変換器１２Ｂが光パワー検出部１２に設けられているものとする。
【００１９】
比較制御部１３は、例えば図１の左側中央部に示すように、Ａ／Ｄ変換器１３Ａ、演算回路１３Ｂおよびセレクタ１３Ｃを有する。Ａ／Ｄ変換器１３Ａは、光パワー検出部１２から出力されるアナログの電圧信号をデジタル信号に変換する一般的な電気回路であり、変換したデジタルの電圧信号を演算回路１３Ｂに送る。演算回路１３Ｂは、図示を省略したが予め設定された目標値を示す信号が与えられていて、Ａ／Ｄ変換器１３Ａからの出力信号と目標値の差分が演算され、その差分値が小さくなるように制御対象となるＭＥＭＳミラーの駆動状態を補正するデジタルの制御信号がセレクタ１３Ｃに送られる。ただし、制御対象となるＭＥＭＳミラーについては、光パワー検出部１２で検出される出力チャネルに対応した入力チャネルに関する情報が与えられることによって特定されるものとする。セレクタ１３Ｃは、演算回路１３Ｂからの制御信号を各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４Ｂに対応させて選択的に切り替えて出力する回路である。
【００２０】
なお、ここでは予め目標値を設定して該目標値との差分に応じた制御信号が生成される一例を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、上記のような目標値を設定する代わりに、光パワー検出部１２で検出される光パワーが極大（最大）に近づくように制御対象となるＭＥＭＳミラーの反射面の角度を最適化する制御信号が生成されるようにしてもよい。後述するような本発明による作用効果は、ＭＥＭＳミラーのフィードバック制御の方式に関係なく同様に得られるものである。
【００２１】
ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａは、光信号交換器の入力側のＭＥＭＳミラーアレイ２Ａを駆動制御するものである。また、ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ｂは、光信号交換器の出力側のＭＥＭＳミラーアレイ２Ｂを駆動制御するものである。各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４Ｂは、具体的には、各ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ，２Ｂの複数のＭＥＭＳミラーに対応させて、例えば図１の右側に示すように、Ｘ軸方向に対応した一対のＤ／Ａ変換器２１Ｘ−１，２１Ｘ−２およびドライバ２２Ｘ−１，２２Ｘ−２と、Ｙ軸方向に対応した一対のＤ／Ａ変換器２１Ｙ−１，２１Ｙ−２およびドライバ２２Ｙ−１，２２Ｙ−２とをそれぞれ有する。
【００２２】
各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４Ｂに設けられるＤ／Ａ変換器２１Ｘ−１，２１Ｘ−２，２１Ｙ−１，２１Ｙ−２（以下、Ｄ／Ａ変換器２１と総称する場合もある）は、比較制御部１３から各共振成分除去部１５Ａ，１５Ｂを介して伝えられるデジタルの制御信号をアナログ値に変換して各ドライバ２２Ｘ−１，２２Ｘ−２，２２Ｙ−１，２２Ｙ−２（以下、ドライバ２２と総称する場合もある）に出力する。ドライバ２２は、対応するＭＥＭＳミラーの電極に対してＤ／Ａ変換器２１からのアナログ値に従った電圧を与えて駆動し、当該ＭＥＭＳミラーの反射面の角度を調整する。
【００２３】
各共振成分除去部１５Ａ，１５Ｂは、比較制御部１３からの制御信号について、各ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ，２Ｂに配列された各々のＭＥＭＳミラーの共振周波数、すなわち、前述の（１）式におけるωＭＥＭＳに対応した周波数成分を除去する機能を備える。具体的に本実施形態では、例えば図１に示したように、ＭＥＭＳミラー駆動部１５Ａに対応する共振成分除去部１５Ａが、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ上の複数のＭＥＭＳそれぞれについて、Ｘ軸方向の駆動に対応した複数のデジタルフィルタ３１Ｘおよび複数のセレクタ３２Ｘと、Ｙ軸方向の駆動に対応した複数のデジタルフィルタ３１Ｙおよび複数のセレクタ３２Ｙとを備えて構成される。また、ＭＥＭＳミラー駆動部１５Ｂに対応する共振成分除去部１５Ｂも、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ｂ上の複数のＭＥＭＳそれぞれについて、Ｘ軸方向の駆動に対応した複数のデジタルフィルタ３１Ｘおよび複数のセレクタ３２Ｘと、Ｙ軸方向の駆動に対応した複数のデジタルフィルタ３１Ｙおよび複数のセレクタ３２Ｙとを備えて構成される。
【００２４】
上記のような共振成分除去部１５Ａ，１５Ｂの各構成は、言い換えると、ＭＥＭＳミラーアレイ上の個々のＭＥＭＳミラーに関して、Ｘ軸方向の２つの電極に対応するＤ／Ａ変換器２１Ｘ−１，２１Ｘ−２に送られる各制御信号の共振成分を、共用化した１つのデジタルフィルタ３１Ｘを用いて除去し、また、Ｙ軸方向の２つの電極に対応するＤ／Ａ変換器２１Ｙ−１，２１Ｙ−２に送られる各制御信号の共振成分を、共用化した１つのデジタルフィルタ３１Ｙを用いて除去するようにしたものである。このような各軸方向に対応したデジタルフィルタの共用化が可能になる理由は、ＭＥＭＳミラーの駆動においては、同一軸方向に存在する２つの電極のうちの一方にのみ電圧を印加することによって、ミラーの反射面が傾けられるためである。
【００２５】
各共振成分除去部１５Ａ，１５Ｂのデジタルフィルタ３１Ｘ，３１Ｙは、例えば、次の（２）式に示す伝達関数Ｇｎ（ｓ）に従う一般にノッチフィルタと呼ばれるバターワース型の帯域阻止フィルタを用いて実現することが可能である。
【００２６】
【数２】
ただし、ωｎは阻止帯域の中心周波数、Ｑは阻止帯域幅を表す指標、ｓはラプラス演算子である。この伝達関数Ｇｎ（ｓ）のωｎの値を前述の（１）式におけるωＭＥＭＳに略一致させたノッチフィルタをデジタルフィルタ３１Ｘ，３１Ｙとして使用することにより、制御信号に含まれるＭＥＭＳミラーの共振周波数成分を除去することができるようになる。デジタルフィルタ３１Ｘ，３１Ｙの具体的な構成としては、例えばＩＩＲ型のデジタルフィルタ回路などを適用することが可能である。ただし、デジタルフィルタ３１Ｘ，３１Ｙは、ＩＩＲ型の回路構成に限定されるものではなく、上記（２）式の伝達関数に従う公知のデジタルフィルタ回路を適用することが可能である。また、本発明において共振成分を除去するために用いられるフィルタは、バターワース型の帯域阻止フィルタだけに限定されるものではなく、例えばチェビシェフ型や楕円関数型のフィルタなどを適用することも可能であり、さらには、共振周波数に対応したカットオフ周波数を持つローパスフィルタの適用も可能である。
【００２７】
上記のような構成を有する制御装置では、入力光ファイバアレイ１０Ａを介して光信号交換器に入力された光信号は、入力側のコリメータアレイ１Ａの対応するコリメータを通過して平行光となり、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａに向けて送られる。ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａに到達した光信号は、対応するＭＥＭＳミラーで反射されて伝搬方向が変えられ、ＭＥＭＳミラー２Ｂに向けて送られて所要のＭＥＭＳミラーでさらに反射されて伝搬方向が変えられる。
【００２８】
各ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ，２Ｂで順次反射された光信号は、出力側のコリメータアレイ１Ｂを通過して出力光ファイバアレイ１０Ｂの特定の光ファイバに出力され、その光信号の一部が光カプラアレイ１１の対応する光カプラで分岐されて光パワー検出部１２に送られる。光パワー検出部１２では、光カプラアレイ１１からの光信号が光検出器１２Ａで受光されて光パワーに応じた電流信号が生成され、その電流信号はＩ／Ｖ変換器１２Ｂで電圧信号に変換されて、対応する出力チャネルの情報と共に比較制御部１３に出力される。このとき、パワーが検出された出力チャネルの伝搬経路上に位置するＭＥＭＳミラーが共振動作している場合、その共振周波数に応じて出力光のパワーが変動するため、光パワー検出部１２から比較制御部１３に出力される電圧信号は、ＭＥＭＳミラーの共振周波数に対応した周波数成分を含むようになる。
【００２９】
比較制御部１３では、光パワー検出部１２から出力されるアナログの電圧信号がＡ／Ｄ変換器１３Ａによりデジタル値に変換されて演算回路１３Ｂに送られる。演算回路１３Ｂでは、Ａ／Ｄ変換器１３Ａからのデジタル値と予め設定された目標値の差分が求められ、その差分値が０に近づくように当該チャネルの伝搬経路上に位置するＭＥＭＳミラーの一方または両方の反射面の角度を補正するデジタルの制御信号が生成されてセレクタ１３Ｃに出力される。セレクタ１３Ｃでは、演算回路１３Ｂからの制御信号が、制御対象となるＭＥＭＳミラーに応じて、共振成分除去部１５Ａ，１５Ｂの各デジタルフィルタ３１Ｘ，３１Ｙに選択的に出力される。
【００３０】
各デジタルフィルタ３１Ｘ，３１Ｙでは、比較制御部１３から送られてくるデジタルの制御信号から、ＭＥＭＳミラーの共振動作に対応した周波数成分が除去されて対応するセレクタ３２Ｘ，３２Ｙに出力される。具体的には、例えば図３に例示するように、細線で示すＭＥＭＳミラーの共振利得特性に対応した制御信号が、破線で示す透過特性を有するノッチフィルタを通過することによって、太線で示すように共振周波数成分が取り除かれた制御信号が生成される。そして、各セレクタ３２Ｘ，３２Ｙでは、デジタルフィルタ３１Ｘ，３１Ｙを通過した制御信号が、ＭＥＭＳミラーの同軸方向の２つの電極のいずれに与える電圧を制御対象とするかに応じて、ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４ＢのＤ／Ａ変換器２１Ｘ−１，２１Ｙ−１またはＤ／Ａ変換器２１Ｘ−２，２１Ｙ−２に選択的に出力される。
【００３１】
各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４Ｂでは、各共振成分除去部１５Ａ，１５Ｂからのデジタルの制御信号が、Ｄ／Ａ変換器２１によりアナログ値に変換されて、対応するドライバ２２に送られる。そして、各々のドライバ２２では、アナログ値に変換された制御信号に従って、対応するＭＥＭＳミラーの電極に与える駆動電圧が調整され、当該ＭＥＭＳミラーの角度がフィードバック制御されるようになる。
【００３２】
上記のように第１実施形態の制御装置によれば、ＭＥＭＳミラーの同一軸方向に存在する２つの電極のうちの一方にのみ駆動電圧を与えることで反射面が傾けられることを考慮し、各ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ，２Ｂの個々のＭＥＭＳミラーの同一軸方向について、制御信号の共振成分を除去するデジタルフィルタを共用化するようにしたことによって、回路規模の増大を抑えながら、ＭＥＭＳミラーの共振動作によるフィードバック制御への影響を低減することができる。これにより、光信号交換器から出力される各チャネルの光信号パワーを安定に制御することが可能になり、また、光信号交換器における入出力チャネルの切り替えを確実に行うことができる。
【００３３】
次に、本発明の第２実施形態による光信号交換器の制御装置について説明する。
図４は、第２実施形態の制御装置における共振成分除去部およびＭＥＭＳミラー駆動部の要部構成を示すブロック図である。
図４において、本実施形態の制御装置の構成が前述した第１実施形態の場合と異なる部分は、各共振成分除去部１５Ａ，１５Ｂがセレクタ３２Ｘ，３２Ｙに代えてＬＳＢデコード回路３３Ｘ，３３Ｙを有し、該ＬＳＢデコード回路３３Ｘ，３３Ｙで検出される最下位ビットに応じて、ＭＥＭＳミラー駆動部のＤ／Ａ変換器２１のオンオフが切り替えられるようにした部分である。
【００３４】
なお、図４では、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ（２Ｂ）上の複数のＭＥＭＳミラーのうちの１つに対応する構成のみを示したが、これと同様の構成が複数のＭＥＭＳミラーにそれぞれ対応させて設けられることにより、本実施形態における共振成分除去部１５Ａ（１５Ｂ）およびＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ（１４Ｂ）が構成されるものとする。また、図４に示した構成以外の他の部分の制御装置の構成および光信号交換器全体の構成は、前述の図１および図２に示した第１実施形態の場合と同様であるため、ここでの説明を省略する。
【００３５】
ＬＳＢデコード回路３３Ｘは、例えば、デジタルフィルタ３１Ｘの前段に設けられ、比較制御部１３からデジタルフィルタ３１Ｘに送られる制御信号の最下位ビットを検出し、その検出結果に応じてＤ／Ａ変換器２１Ｘ−１，２１Ｘ−２の一方をオンとし他方をオフとする切り替え信号を出力する。また、ＬＳＢデコード回路３３Ｙも上記のＬＳＢデコード回路３３Ｘと同様に、例えば、デジタルフィルタ３１Ｙの前段に設けられ、比較制御部１３からデジタルフィルタ３１Ｙに送られる制御信号の最下位ビットを検出し、その検出結果に応じてＤ／Ａ変換器２１Ｙ−１，２１Ｙ−２の一方をオンとし他方をオフとする切り替え信号を出力する。
【００３６】
上記のような構成の第２実施形態では、ＭＥＭＳミラーの駆動制御において、１つのＭＥＭＳミラーの同一軸方向に対応した２つのＤ／Ａ変換器は、同時に動作をさせるのではなく択一的に動作をさせるということを考慮して、Ｄ／Ａ変換器に送られる制御信号のデジタル値を利用し、各Ｄ／Ａ変換器のオンオフの切り替えが行われる。具体的には、例えば、Ｄ／Ａ変換器２１Ｘ−１（２１Ｙ−１）について奇数のデジタルコードを制御信号として割り振り、Ｄ／Ａ変換器２１Ｘ−２（２１Ｙ−２）について偶数のデジタルコードを制御信号として割り振るようにする。これにより、制御信号のデジタル値の最下位ビットがそのまま識別子として機能するようになり、最下位ビットが「１」の場合には、Ｄ／Ａ変換器２１Ｘ−１（２１Ｙ−１）をオン、Ｄ／Ａ変換器２１Ｘ−２（２１Ｙ−２）をオフに切り替え、最下位ビットが「０」の場合には、Ｄ／Ａ変換器２１Ｘ−１（２１Ｙ−１）をオフ、Ｄ／Ａ変換器２１Ｘ−２（２１Ｙ−２）をオンに切り替えることで、セレクタに相当する機能が実現されるようになる。この場合、実際のＭＥＭＳミラーの駆動制御では、各電極に印加する駆動電圧がデジタルコードに依存するため、上記の識別子として最下位ビットに付加される情報が制御に影響を及ぼす可能性がある。しかしながら、高ビットのＤ／Ａ変換を行う場合、最下位ビットによる駆動電圧の誤差は許容可能となるため、上記のような切り替え方式によってもＭＥＭＳミラーの駆動制御を確実に行うことが可能である。
【００３７】
次に、本発明の第３実施形態による光信号交換器の制御装置について説明する。
上記の第２実施形態では、１つのＭＥＭＳミラーの同一軸方向に対応したＤ／Ａ変換器の動作の切り替えが制御信号のデジタル値の奇数／偶数に応じて行われるようにしたが、制御信号のデジタル値が一定値以上であるか否かに応じてＤ／Ａ変換器の動作を切り替えるようにすることも可能である。第３実施形態では、上記のような切り替え方式による制御装置について説明する。
【００３８】
図５は、第３実施形態の制御装置における共振成分除去部およびＭＥＭＳミラー駆動部の要部構成を示すブロック図である。
図５において、本実施形態の制御装置の構成が前述の図４に示した第２実施形態の場合と異なる部分は、各共振成分除去部１５Ａ，１５Ｂが、ＬＳＢデコード回路３３Ｘ，３３Ｙに代えて、ＭＳＢデコード回路３４Ｘ，３４Ｙおよび差分回路３５Ｘ，３５Ｙを有し、ＭＳＢデコード回路３４Ｘ，３４Ｙで検出される最上位ビットに応じて、Ｄ／Ａ変換器２１のオンオフが切り替えられるようにした部分である。
【００３９】
なお、図５でも、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ（２Ｂ）上の複数のＭＥＭＳミラーのうちの１つに対応する構成のみを示したが、これと同様の構成が複数のＭＥＭＳミラーにそれぞれ対応させて設けられることにより、本実施形態における共振成分除去部１５Ａ（１５Ｂ）およびＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ（１４Ｂ）が構成されるものとする。また、図５に示した構成以外の他の部分の制御装置の構成および光信号交換器全体の構成は、前述の図１および図２に示した第１実施形態の場合と同様であるため、ここでの説明を省略する。
【００４０】
ＭＳＢデコード回路３４Ｘは、例えば、デジタルフィルタ３１Ｘの前段に設けられ、比較制御部１３から差分回路３５Ｘを介してデジタルフィルタ３１Ｘに送られる制御信号の最上位ビットを検出し、その検出結果に応じてＤ／Ａ変換器２１Ｘ−１，２１Ｘ−２の一方をオンとし他方をオフとする切り替え信号を出力する。また、ＭＳＢデコード回路３４Ｙも上記のＭＳＢデコード回路３４Ｘと同様に、例えば、デジタルフィルタ３１Ｙの前段に設けられ、比較制御部１３から差分回路３５Ｙを介してデジタルフィルタ３１Ｙに送られる制御信号の最上位ビットを検出し、その検出結果に応じてＤ／Ａ変換器２１Ｙ−１，２１Ｙ−２の一方をオンとし他方をオフとする切り替え信号を出力する。
【００４１】
各差分回路３５Ｘ，３５Ｙは、各ＭＳＢデコード回路３４Ｘ，３４Ｙを通過した制御信号のデジタル値と後述する中心値との差分を求め、その差分の値を示すデジタル信号をデジタルフィルタ３１Ｘ，３１Ｙに出力する。
上記のような構成の第３実施形態では、例えば、各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４Ｂの各々のＤ／Ａ変換器２１でｎビットのＤ／Ａ変換が行われるとき、図６に示すように、デジタル値で２ｎ−１に該当する値を前述の中心値として予め設定し、ドライバ２２Ｘ−１（２２Ｙ−１）について２ｎ−１〜２ｎを割り振り、ドライバ２２Ｘ−２（２２Ｙ−２）について０〜２ｎ−１を割り振るようにする。これにより、中心値２ｎ−１に対する制御信号のデジタル値の大小関係により切り替えを行うことが可能になり、上記デジタル値の最上位ビットが識別子として機能するようになる。具体的に、最上位ビットが「１」の場合には、Ｄ／Ａ変換器２１Ｘ−１（２１Ｙ−１）をオン、Ｄ／Ａ変換器２１Ｘ−２（２１Ｙ−２）をオフに切り替え、最上位ビットが「０」の場合には、Ｄ／Ａ変換器２１Ｘ−１（２１Ｙ−１）をオフ、Ｄ／Ａ変換器２１Ｘ−２（２１Ｙ−２）をオンに切り替えることで、セレクタに相当する機能が実現されるようになる。このとき、駆動電圧の制御値としては、各差分回路３５Ｘ，３５Ｙで求められる差分値、すなわち、中心値２ｎ−１に対する制御信号のデジタル値の差分の値が用いられ、この差分値がデジタルフィルタ３１Ｘ，３１Ｙに渡される。なお、各差分回路３５Ｘ，３５Ｙで求められる差分値は、単純な差分であっても絶対値であってもよい。単純な差分値を用いた場合、０〜２ｎ−１が割り振られるドライバ２２Ｘ−２（２２Ｙ−２）での駆動電圧が負の値になるが、ＭＥＭＳミラーの駆動に際しては駆動電圧の絶対値によってミラーの角度が決まるため、制御上の問題が生じることは特にない。
【００４２】
このように第３実施形態によれば、制御信号のデジタル値を所要の中心値を基準にして各ドライバに割り振り、そのデジタル値の最上位ビットを識別子として各Ｄ／Ａ変換器のオンオフの切り替えを行うようにしても、前述の第２実施形態の場合と同様にして、ＭＥＭＳミラーの駆動制御を確実に行うことが可能である。
【００４３】
次に、本発明の第４実施形態による光信号交換器の制御装置について説明する。第４実施形態では、上記の第３実施形態の制御装置に関連する応用例について考える。
図７は、第４実施形態の制御装置における共振成分除去部およびＭＥＭＳミラー駆動部の要部構成を示すブロック図である。
【００４４】
図７に示す制御装置の要部構成が前述の図５に示した第３実施形態の場合と異なる部分は、各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４Ｂについて、Ｘ軸方向の２つのドライバ２２Ｘ−１，２２Ｘ−２に代えて半波整流回路を用いた１つのドライバ２２Ｘを使用すると共に、Ｙ軸方向の２つのドライバ２２Ｙ−１，２２Ｙ−２に代えて半波整流回路を用いた１つのドライバ２２Ｙを使用し、各々の軸方向ごとに２つずつ設けていたＤ／Ａ変換器を共用化してＤ／Ａ変換器２１Ｘ，２１Ｙとした部分である。このような各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４Ｂの変更により、各共振成分除去部１５Ａ，１５Ｂについては、ＭＳＢデコード回路３４Ｘ，３４Ｙを省略することが可能になる。
【００４５】
なお、図７でも、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ（２Ｂ）上の複数のＭＥＭＳミラーのうちの１つに対応する構成のみを示したが、これと同様の構成が複数のＭＥＭＳミラーにそれぞれ対応させて設けられることにより、本実施形態における共振成分除去部１５Ａ（１５Ｂ）およびＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ（１４Ｂ）が構成されるものとする。また、図７に示した構成以外の他の部分の制御装置の構成および光信号交換器全体の構成は、前述の図１および図２に示した第１実施形態の場合と同様であるため、ここでの説明を省略する。
【００４６】
各ドライバ２２Ｘ，２２Ｙは、具体的には、非反転半波整流回路２２ａと反転半波整流回路２２ｂの組み合わせによって構成される。非反転半波整流回路２２ａは、Ｄ／Ａ変換器２１Ｘから出力される正の電圧値が与えられ、反転半波整流回路２２ｂは、Ｄ／Ａ変換器２１Ｘから出力される負の電圧値が与えられる。
このような構成によれば、１つのＭＥＭＳミラーのＸ軸方向およびＹ軸方向ごとにＤ／Ａ変換器とドライバとを共用化することができ、また、各共振成分除去部１５Ａ，１５ＢにＭＳＢデコード回路３４Ｘ，３４Ｙを設ける必要がなくなるため、回路規模の増大をより効果的に抑えながら、ＭＥＭＳミラーの共振動作によるフィードバック制御への影響を低減することができる。
【００４７】
なお、上記の第４実施形態については、例えば図８に示すように、デジタルフィルタ３１Ｘ，３１Ｙに代えて、Ｄ／Ａ変換器２１Ｘ，２１Ｙとドライバ２２Ｘ，２２Ｙとの間にアナログフィルタ３１Ｘ’３１Ｙ’を設けることも可能である。上記のアナログフィルタ３１Ｘ’３１Ｙ’は、前述した（２）式の伝達関数に従うアナログのノッチフィルタ等である。
【００４８】
次に、本発明の第５実施形態による光信号交換器の制御装置について説明する。
図９は、第５実施形態の制御装置の構成を示すブロック図である。
図９に示すように、本実施形態の制御装置は、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ上のすべてのＭＥＭＳミラーに対応させて１つのデジタルフィルタ１６Ａを設けると共に、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ｂ上のすべてのＭＥＭＳミラーに対応させて１つのデジタルフィルタ１６Ｂを設けるようにしたことを特徴とする。なお、ＭＥＭＳミラーアレイごとに共用化したデジタルフィルタ１６Ａ，１６Ｂを設けた部分以外の他の制御装置の構成および光信号交換器全体の構成は、上述の図１および図２に示した第１実施形態の場合と同様であるため、ここでの説明を省略する。
【００４９】
上述した第１実施形態では、ＭＥＭＳミラーの同一軸方向に存在する２つの電極のうちの一方にのみ駆動電圧を与えることで反射面が傾けられることを考慮し、各ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ，２Ｂ上の個々のＭＥＭＳミラーの同一軸方向について、制御信号の共振成分を除去するデジタルフィルタを共用化するようにした。さらに、本実施形態では、各ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ，２Ｂがそれぞれ同一のプロセスで形成されるため各々のアレイ上の複数のＭＥＭＳミラーは略同一の共振周波数を有する可能性が高いことを考慮し、各ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ，２Ｂに対応したすべてのＭＥＭＳミラーについて、共振成分除去用のデジタルフィルタの共用化を図っている。
【００５０】
各ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ，２Ｂについて共用化された各々のデジタルフィルタ１６Ａ，１６Ｂは、具体的には、例えば図１０に示すように、前段メモリ１６ａ、フィルタ回路１６ｂおよび後段メモリ１６ｃを有する。前段メモリ１６ａは、ＭＥＭＳミラーアレイ上の複数（例えばｎ個とする）のＭＥＭＳミラーにそれぞれ対応して比較制御部１３から出力されるデジタルの制御信号をまとめて格納することのできる例えばＤＰＲＡＭ等の公知のメモリである。この前段メモリ１６ａに格納されたデジタル値は、後述するようにフィルタ回路１６ｂによって順次読み出される。フィルタ回路１６ｂは、上述した（２）式の伝達関数に従う公知のデジタルフィルタ回路である。後段メモリ１６ｃは、フィルタ回路１６ｂを通過した制御信号を一時的に格納し、その格納した制御信号をｎ個のＭＥＭＳミラーにそれぞれ対応させて所要のタイミングでＤ／Ａ変換器２１に出力することのできる例えばＤＰＲＡＭ等の公知のメモリである。
【００５１】
図１１は、上記のようなデジタルフィルタ１６Ａ，１６Ｂの動作を具体的に説明するためのタイムチャートである。各デジタルフィルタ１６Ａ，１６Ｂでは、図１１の１段目に示すように、前段メモリ１６ａに対して、比較制御部１３から出力される＃１〜＃ｎのＭＥＭＳミラーにそれぞれ対応した制御信号が入力されて格納される。そして、前段メモリ１６ａから読み出されてフィルタ回路１６ｂを通過した制御信号は、図１１の２段目に示すように、＃１のＭＥＭＳミラーについてｍ個のデジタルコード＃１−１〜＃１−ｍとなり、＃２のＭＥＭＳミラーについてｍ個のデジタルコード＃２−１〜＃２−ｍとなり、以降同様にして、＃ｎのＭＥＭＳミラーについてｍ個のデジタルコード＃ｎ−１〜＃ｎ−ｍとなって、後段メモリ１６ｃに入力されて格納される。後段メモリ１６ｃでは、図１１の３段目に示すように、＃１〜＃ｎのＭＥＭＳミラーに対する１番目のデジタルコード＃１−１〜＃ｎ−１を最初のサンプリング周期に並べ、２番目のデジタルコード＃１−２〜＃ｎ−２を次のサンプリング周期に並べ、以降同様にして、格納したデジタルコードの並べ替えをｍ番目のデジタルコード＃１−ｍ〜＃ｎ−ｍまで行う。そして、並べ替えられたデジタルコードは対応するＤ／Ａ変換器２１に順次出力される。図１１の４段目には、例えば＃１のＭＥＭＳミラーに対応したＤ／Ａ変換器２１に入力されるデジタルコードが示してある。Ｄ／Ａ変換器２１では、図１１の５段目に示すように、後段メモリ１６Ｃからのデジタルコードを１サンプリング周期に亘って保持されるアナログ値に変換した後に、対応するドライバ２２に出力する。これにより、各ＭＥＭＳミラーに対応したドライバ２２には、デジタルフィルタによって共振成分の除去された制御値が伝えられるようになる。
【００５２】
このように第５実施形態の制御装置によれば、各ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ，２Ｂがそれぞれ同一のプロセスで形成されるため各々のアレイ上の複数のＭＥＭＳミラーは略同一の共振周波数を有する可能性が高いことを考慮して、各ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ，２Ｂに対応したすべてのＭＥＭＳミラーについて、共振成分を除去するデジタルフィルタを共用化したことによって、回路規模の増大を一層効果的に抑えながら、ＭＥＭＳミラーの共振動作によるフィードバック制御への影響を低減することができる。
【００５３】
なお、上記の第５実施形態では、ＭＥＭＳミラーアレイごとに共振成分を除去するフィルタを共用化するようにしたが、例えば、２つのＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ，２Ｂ上のすべてのＭＥＭＳミラーについて、共振成分を除去するフィルタをＸ軸およびＹ軸の各軸方向で共用化する応用も可能である。
また、上記の第５実施形態では、ＭＥＭＳミラーアレイ上の複数のＭＥＭＳミラーは略同一の共振周波数を有する可能性が高いとしてフィルタの共用化を図ったが、個々のＭＥＭＳミラーの共振周波数に有意なばらつきが存在し、ＭＥＭＳミラーアレイ上のあるＭＥＭＳミラーについては、その共振周波数とフィルタの遮断周波数とに差が生じて共振成分の抑圧を十分に行うことができなくなる場合もあり得る。このような場合には、例えば、ＭＥＭＳミラーアレイごとに共用化したフィルタを多段化する、すなわち、同じ特性を持つ複数のフィルタを直列に接続することによって阻止帯域幅が広がるため、個々のＭＥＭＳミラーの共振周波数のばらつきを含めた共振成分の抑圧が可能になる。また、フィルタを多段化する代わりに、例えば上述した（２）式におけるＱ値の小さいフィルタを用いることによっても多段化の場合と同等の効果を得ることができる。
【００５４】
次に、本発明の第６実施形態による光信号交換器の制御装置について説明する。
上述した第１〜第５実施形態においては、入出力チャネルの切り替え等によって駆動すべきドライバ２２を切り替える場合、すなわち、駆動電圧を印加する電極を同軸方向の反対側の電極に切り替える場合に、切り替え前まで駆動していた電極への印加電圧を０Ｖに落とす必要があり、当該電極に対応したＤ／Ａ変換器２１に与えるべき制御信号は初期値にリセットされる構成となる。しかし、このような構成では、例えば図１２に示すように、切り替え後に駆動すべき側（ドライバ２２Ｘ−２ａ側）にはＭＥＭＳミラーの共振動作を抑えることが可能な駆動波形の制御信号が与えられるものの、切り替え前まで駆動していた側（ドライバ２２Ｘ−１ａ側）には駆動波形が瞬時に０Ｖに相当する値に変化する制御信号が与えられるため、この制御信号による駆動動作によってＭＥＭＳミラーの共振現象を発生させてしまう可能性がある。そこで、第６実施形態では、上記のようなドライバの切り替え時における共振動作を抑えるための制御方法について説明する。
【００５５】
図１３は、第６実施形態におけるドライバの切り替え時の駆動波形の一例を示した図である。また、図１４は、第６実施形態におけるチャネルの切り替え時の制御動作を説明するフローチャートである。ただし、図１３の一例では、入出力チャネルの切り替え等によって駆動すべきドライバが２２Ｘ−１から２２Ｘ−２に切り替えられる場合について、各ドライバ２２Ｘ−１，２２Ｘ−２に与えられる制御信号の波形が示してある。
【００５６】
本実施形態の制御装置では、チャネルの切り替え等によって、それまで駆動していたドライバ２２Ｘ−１に替えてドライバ２２Ｘ−２を駆動する制御の切り替えが発生すると、まず、図１４のステップ１（図中Ｓ１で示し、以下同様とする）において、ドライバ２２Ｘ−２に対する切り替え後の初期値が比較制御部１３にロードされる。そして、ステップ２では、当該チャネルの切り替えによってドライバの切り替えが必要であるか否かが判断され、ドライバの切り替えが必要な場合にはステップ３に進み、不要の場合にはステップ６に移る。ステップ３では、現在駆動しているドライバ２２Ｘ−１に対して、図１３の上段に示すような波形の制御信号、すなわち、駆動電圧を現在の値から０Ｖに変化させるための制御値をデジタルフィルタ３１Ｘで処理して生成した制御信号がＤ／Ａ変換器２１Ｘ−１を介して与えられる。これによりドライバ２２Ｘ−１の駆動電圧を０Ｖに変化させる際に生じるＭＥＭＳミラーの共振動作が抑えられるようになる。
【００５７】
次に、ステップ４では、セレクタ３２Ｘの切り替えなどによって駆動ドライバが２２Ｘ−２に変更される。そして、切り替えられたドライバ２２Ｘ−２に対しては、ステップ５において、図１３の下段に示すような波形の制御信号、すなわち、ステップ１で設定された初期値を基にデジタルフィルタ３１Ｘで処理した制御信号がＤ／Ａ変換器２１Ｘ−１を介して与えられる。これにより、ドライバ２２Ｘ−２の駆動電圧を初期値に変化させる際に生じるＭＥＭＳミラーの共振動作が抑えられるようになる。
【００５８】
なお、チャネルの切り替え等により駆動すべきドライバの切り替えが不要な場合には、まず、ステップ６において、現在の制御値と切り替え後の初期値との差分を求めてそれをデジタルフィルタ３１Ｘで処理する。そして、ステップ７において、上記のステップ６でフィルタ処理した差分値を現在の制御値に加算した制御信号を生成し、その制御信号に従って該当するドライバを引き続き駆動すればよい。図１５には、チャネルの切り替えの前後においてドライバ２１Ｘ−１が駆動される場合の駆動波形の一例を示しておく。
【００５９】
次に、本発明の第７実施形態による光信号交換器の制御装置について説明する。
第７実施形態では、ＭＥＭＳミラーの機械的な共振の残留振幅がミラーの傾斜角度に比例することを考慮して、傾斜角度に応じた共振抑圧が行われるようにした制御装置について説明する。
【００６０】
図１６は、第７実施形態の制御装置の要部構成を示すブロック図である。
図１６において、本実施形態の制御装置は、例えば上述した第１実施形態の構成について、比較制御部１３で生成される制御信号のデジタル値の変化を検出する変化量検出部１７Ｘを設け、デジタルフィルタ３１Ｘに直列に接続したデジタルフィルタ３１Ｘ’の動作を上記変化量検出部１７Ｘの検出結果に従って制御するようにしたことを特徴とする。なお、図１６では、１つのＭＥＭＳミラーのＸ軸方向に対応する構成のみを示したが、これと同様の構成が当該ＭＥＭＳミラーのＹ軸方向およびＭＥＭＳミラーアレイ上の他のＭＥＭＳミラーにそれぞれ対応させて設けられるものとする。
【００６１】
変化量検出部１７Ｘは、比較制御部１３から出力される制御信号のデジタル値の変化を検出し、その変化量が予め設定した基準値を超える場合にデジタルフィルタ３１Ｘ’でのフィルタリング動作をイネーブルにし、基準値以下の場合にはデジタルフィルタ３１Ｘ’でのフィルタリング動作をディセーブルにしてスルーとする信号を生成する。デジタルフィルタ３１Ｘ’は、デジタルフィルタ３１Ｘと同様の特性を有するものである。
【００６２】
上記のような構成の制御装置では、変化量検出部１７Ｘで検出される変化量が基準値を超えたとき、すなわち、制御対象となるＭＥＭＳミラーの角度制御量が比較的大きな場合には、そのＭＥＭＳミラーの機械的な共振の残留振幅が増大するため、デジタルフィルタによる共振成分の抑圧効果を大きくする必要がある。このため、デジタルフィルタ３１Ｘ’をイネーブルにする信号が変化量検出部１７Ｘからデジタルフィルタ３１Ｘ’に出力され、直列に接続された２段構成のデジタルフィルタ３１Ｘ，３１Ｘ’により共振成分の抑圧が行われる。一方、変化量検出部１７Ｘで検出される変化量が基準値以下の場合には、上記の場合とは逆に、制御対象となるＭＥＭＳミラーの機械的な共振の残留振幅が小さく、駆動制御に与える影響が少ないため、デジタルフィルタによる共振成分の抑圧効果は比較的小さくてもよい。そこで、デジタルフィルタ３１Ｘ’をディセーブルにする信号が変化量検出部１７Ｘからデジタルフィルタ３１Ｘ’に出力され、デジタルフィルタ３１Ｘ’はスルー特性となってデジタルフィルタ３１Ｘのみにより共振成分の抑圧が行われるようになる。
【００６３】
このように第７実施形態の制御装置によれば、制御対象となるＭＥＭＳミラーの角度制御量に応じて共振成分の抑圧を行うことができるため、光信号交換器の制御をさらに安定して行うことが可能になる。
なお、上記の第７実施形態では、上述した第１実施形態の構成についての適用事例を示したが、他の実施形態についても同様にして適用可能である。
【００６４】
次に、本発明の第８実施形態による光信号交換器の制御装置について説明する。
一般に、フィードバック制御において制御ループ上にフィルタを挿入すると、駆動波形の立ち上がり時間が遅くなるため、フィードバック制御が安定した状態になるまでに要する時間が長くなる。そこで、第８実施形態では、ＭＥＭＳミラーのフィードバック制御の高速化を実現するための応用例について説明する。
【００６５】
図１７は、第８実施形態の制御装置における共振成分除去部の要部構成を示す図である。
図１７において、本制御装置の共振成分除去部は、例えば、特性の異なる２つのデジタルフィルタ３１１，３１２と、初期立ち上げ信号に応じて接続状態が選択的に切り替わる２つのセレクタ３２１，３２２とを有し、該セレクタ３２１，３２２を介してデジタルフィルタ３１１，３１２が並列に接続される。セレクタ３２１は、比較制御部１３からの制御信号が入力され、その制御信号を後述するように初期立ち上げ信号に応じてデジタルフィルタ３１１，３１２のいずれかに出力する。セレクタ３２２は、初期立ち上げ信号に応じてデジタルフィルタ３１１，３１２のいずれかを出力に接続することで、各デジタルフィルタ３１１，３１２を通過した制御信号を選択的にＭＥＭＳミラー駆動部に出力する。上記の初期立ち上げ信号は、入出力チャネルの切り替え等により駆動制御の初期値が設定若しくは更新される際に与えられる信号である。
【００６６】
デジタルフィルタ３１１は、上述した（２）式の伝達関数Ｇｎ（ｓ）に従うノッチフィルタである。一方、デジタルフィルタ３１２は、次の（３）式の伝達関数Ｇｎ（ｓ）’に従うノッチフィルタである。
【００６７】
【数３】
ただし、ｋは定数である。上記の（３）式で表される伝達関数Ｇｎ（ｓ）’は、（２）式の伝達関数Ｇｎ（ｓ）について高周波数側の帯域にゲインをはかせたものである。図１８には、デジタルフィルタ３１２のＡＣ特性の一例を示しておく。
【００６８】
図１９は、各デジタルフィルタ３１１，３１２で処理された制御信号に従ってドライバを駆動したときの応答特性の一例を示す図である。また、図２０は、ＭＥＭＳミラーの伝達関数ＧＭＥＭＳ（ｓ）と各デジタルフィルタ３１１，３１２の伝達関数Ｇｎ（ｓ），Ｇｎ（ｓ）’を組み合わせたときの応答特性の一例を示す図である。
【００６９】
図１９および図２０に示すように、デジタルフィルタ３１２を用いることで応答特性における立ち上がり時間が高速化されることが分かる。このため、ＭＥＭＳミラーの傾斜角度のフィードバック制御時にデジタルフィルタ３１２を適用することで、最適化制御に要する時間を短縮することが可能になる。ただし、デジタルフィルタ３１２を適用した場合には、図１９に示した通り、駆動波形について大幅なオーバーシューティングが生じるため、初期立ち上げ時のように角度制御量が大きくなる場合にデジタルフィルタ３１２を用いると、ＭＥＭＳミラーの破壊等を招く可能性があるので注意が必要である。そこで、本実施形態では、初期立ち上げ信号の入力に応じてセレクタ３２１，３２２を切り替え、角度制御量が大きな初期立ち上げ時にはデジタルフィルタ３１１を用いてミラーの破壊等を回避し、角度制御量が比較的小さなフィードバック制御時にはデジタルフィルタ３１２を用いてフィードバック制御を高速化させるようにする。
【００７０】
このように第８実施形態によれば、初期立ち上げ時とフィードバック制御時とでデジタルフィルタを切り替えるようにしたことで、ＭＥＭＳミラーのフィードバック制御の高速化を実現することが可能になる。
なお、上記の第８実施形態では、特性の異なる２つのデジタルフィルタを用意して各々のフィルタを切り替えて用いるようにしたが、例えば、デジタルフィルタを構成する回路の定数等を変更することにより１つのフィルタで異なる特性を得ることができる場合には、初期立ち上げ時とフィードバック制御時で定数変更を行ってフィルタの切り替えを行うようにしてもよい。
【００７１】
また、第８実施形態では、初期立ち上げ時とフィードバック制御時とでフィルタを切り替えて制御の高速化を図るようにしたが、例えば図２１に示すように、特性の異なる複数（図ではＬ個）のデジタルフィルタ３１１〜３１Ｌをセレクタ３２１，３２２を介して並列に接続し、変化量検出部１７で検出される角度制御量に応じて、適用するデジタルフィルタ３１１〜３１Ｌを切り替えるようにすることも可能である。この場合の各デジタルフィルタ３１１〜３１Ｌは、前述した（３）式におけるｋの値を段階的に変えた伝達関数を有するものとする。具体的には、初期立ち上げ時のように角度制御量が大きくなるときには、ｋの値が小さな（ｋ＝１）デジタルフィルタを適用し、角度制御量が小さくなるに従ってｋの値が大きなデジタルフィルタを適用するようにする。これにより、フィードバック制御時についても角度制御量に応じてデジタルフィルタの切り替えが行われるようになるため、ＭＥＭＳミラーのフィードバック制御のさらなる高速化を実現することが可能になる。なお、ここではＬ段のデジタルフィルタ３１１〜３１Ｌを用意するようにしたが、前述したようにデジタルフィルタを構成する回路の定数変更によりフィルタの切り替えを行うことも勿論可能である。
【００７２】
さらに、第８実施形態では、デジタルフィルタ３１２による駆動波形のオーバーシューティングを考慮して、初期立ち上げ時には低速のデジタルフィルタ３１１に切り替えを行うようにしたが、例えば図２２に示すように、高速のデジタルフィルタ３１２の前段にセレクタ３２１，３２２を介してローパスフィルタ１８を接続し、初期立ち上げ時にはセレクタ３２１，３２２がローパスフィルタ１８側を選択して制御信号がローパスフィルタ１８およびデジタルフィルタ３１２を通過し、フィードバック制御時にはセレクタ３２１，３２２がスルー側を選択して制御信号がデジタルフィルタ３１２のみを通過するようにしてもよい。これより、デジタルフィルタ３１２による駆動波形のオーバーシューティングを回避しながらフィードバック制御の高速化を図ることが可能になる。
【００７３】
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。
【００７４】
（付記１） 反射面の角度が制御可能な複数のティルトミラーを平面上に配置した第１ミラーアレイおよび第２ミラーアレイを有し、入力された光信号を前記第１および第２ミラーアレイで順次反射して特定の位置から出力する光信号交換器について、該特定の位置から出力される光信号のパワーを検出し、該検出結果に基づいて、前記第１および第２ミラーアレイ上の前記光信号を反射したティルトミラーのうちの少なくとも一方の反射面の角度をフィードバック制御する制御装置であって、
前記フィードバック制御のために用いられる制御信号に含まれる前記ティルトミラーの機械的な共振動作に対応した周波数成分を除去する共振成分除去部を備え、かつ、該共振成分除去部が、前記ティルトミラーの同一軸方向に配置された一対の駆動電極に対応して少なくとも共用化された構成であることを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００７５】
（付記２） 付記１に記載の制御装置であって、
前記第１ミラーアレイの各ティルトミラーについて、第１の軸方向に配置された一対の駆動電極のいずれかに電圧を与えると共に、前記第１の軸方向とは異なる第２の軸方向に配置された一対の駆動電極のいずれかに電圧を与えることで、当該ティルトミラーの反射面の角度を調整する第１ミラー駆動部と、
前記第２ミラーアレイの各ティルトミラーについて、第１の軸方向に配置された一対の駆動電極のいずれかに電圧を与えると共に、前記第１の軸方向とは異なる第２の軸方向に配置された一対の駆動電極のいずれかに電圧を与えることで、当該ティルトミラーの反射面の角度を調整する第２ミラー駆動部と、
前記特定の位置から出力される光信号のパワーを検出する光パワー検出部と、
該光パワー検出部で検出される光パワーに応じて、制御対象となるティルトミラーの反射面の角度ずれが補正されるように当該ティルトミラーの駆動状態を制御する制御信号を生成する比較制御部と、を備え、
前記共振成分除去部は、前記比較制御部から前記第１ミラー駆動部に送られる制御信号に含まれる前記共振周波数成分を、前記各ティルトミラーの第１および第２の軸方向ごとに少なくとも共用化された帯域阻止フィルタを用いて除去する第１共振成分除去部と、前記比較制御部から前記第２ミラー駆動部に送られる制御信号に含まれる前記共振周波数成分を、前記各ティルトミラーの第１および第２の軸方向ごとに少なくとも共用化された帯域阻止フィルタを用いて除去する第２共振成分除去部とを有することを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００７６】
（付記３） 付記２に記載の制御装置であって、
前記光パワー検出部は、検出した光パワーを示すアナログ信号を前記比較制御部に出力し、
前記比較制御部は、前記光パワー検出部からのアナログ信号をデジタル信号に変換した後、該デジタル信号に応じて、制御対象となるティルトミラーの反射面の角度ずれが補正されるように当該ティルトミラーの駆動状態を制御するデジタルの制御信号を前記第１および第２共振成分除去部に出力し、
前記第１および第２共振成分除去部は、前記比較制御部からの制御信号に含まれる前記共振周波数成分をデジタルフィルタを用いて除去することを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００７７】
（付記４） 付記３に記載の制御装置であって、
前記比較制御部は、前記ティルトミラーの同一軸方向に配置された一方の駆動電極に対応する制御信号として偶数のデジタル値を割り振り、他方の駆動電極に対応する制御信号として奇数のデジタル値を割り振り、
前記第１および第２共振成分除去部は、前記デジタルフィルタに入力されるデジタル値の最下位ビットに応じて、当該デジタル値が前記同一軸方向に配置された一対の駆動電極のいずれに対応するものであるかを判別する機能を備えたことを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００７８】
（付記５） 付記３に記載の制御装置であって、
前記比較制御部は、前記ティルトミラーの同一軸方向に配置された一方の駆動電極に対応する制御信号としてｎビットのデジタル値のうちの０〜２ｎ−１を割り振り、他方の駆動電極に対応する制御信号としてｎビットのデジタル値のうちの２ｎ−１〜２ｎを割り振り、
前記第１および第２共振成分除去部は、前記デジタルフィルタに入力されるデジタル値の最上位ビットに応じて、当該デジタル値が前記同一軸方向に配置された一対の駆動電極のいずれに対応するものであるかを判別する機能を備えたことを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００７９】
（付記６） 付記３に記載の制御装置であって、
前記比較制御部は、前記ティルトミラーの同一軸方向に配置された一方の駆動電極に対応する制御信号としてｎビットのデジタル値のうちの０〜２ｎ−１を割り振り、他方の駆動電極に対応する制御信号としてｎビットのデジタル値のうちの２ｎ−１〜２ｎを割り振り、
前記第１および第２共振成分除去部は、前記デジタルフィルタに入力されるデジタル値と中心値２ｎ−１との差分を求め、該差分値に対応したデジタル値を制御信号として前記第１および第２ミラー駆動部に出力し、
前記第１および第２ミラー駆動部は、前記第１および第２共振成分除去部からの制御信号をＤ／Ａ変換して正および負のアナログ値に振り分け、当該正のアナログ値を前記同一軸方向に配置された一方の駆動電極に対応する制御値とし、当該負のアナログ値を他方の駆動電極に対応する制御値とすることを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００８０】
（付記７） 付記６に記載の制御装置であって、
前記第１および第２共振成分除去部のデジタルフィルタに代えて、前記第１および第２ミラー駆動部におけるＤ／Ａ変換後の制御信号に含まれる前記共振周波数成分を除去するアナログフィルタを設けたことを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００８１】
（付記８） 付記２に記載の制御装置であって、
前記第１共振成分除去部は、前記比較制御部から前記第１ミラー駆動部に送られる制御信号に含まれる前記共振周波数成分を、前記第１ミラーアレイ上のすべてのティルトミラーに対応して共用化された帯域阻止フィルタを用いて除去し、
前記第２共振成分除去部は、前記比較制御部から前記第２ミラー駆動部に送られる制御信号に含まれる前記共振周波数成分を、前記第２ミラーアレイ上のすべてのティルトミラーに対応して共用化された帯域阻止フィルタを用いて除去することを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００８２】
（付記９） 付記１に記載の制御装置であって、
前記共振成分除去部は、前記第１および第２ミラーアレイ上のすべてのティルトミラーについて、第１の軸方向に配置された一対の駆動電極に対応して共用化されると共に、前記第１の軸方向とは異なる第２の軸方向に配置された一対の駆動電極に対応して共用化された構成であることを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００８３】
（付記１０） 付記１に記載の制御装置であって、
前記共振成分除去部は、前記共用化された構成ごとに、前記ティルトミラーの共振周波数のばらつきに対応した阻止帯域幅を有する帯域阻止フィルタを備えたことを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００８４】
（付記１１） 付記１０に記載の制御装置であって、
前記共振成分除去部は、同じ特性を有する複数の帯域阻止フィルタを直列に接続した回路を備えたことを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００８５】
（付記１２） 付記１に記載の制御装置であって、
前記共振成分除去部は、バターワース型の帯域阻止フィルタを用いて、前記制御信号に含まれる共振周波数成分を除去することを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００８６】
（付記１３） 付記１に記載の制御装置であって、
前記共振成分除去部は、チェビシェフ型の帯域阻止フィルタを用いて、前記制御信号に含まれる共振周波数成分を除去することを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００８７】
（付記１４） 付記１に記載の制御装置であって、
前記共振成分除去部は、楕円関数型の帯域阻止フィルタを用いて、前記制御信号に含まれる共振周波数成分を除去することを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００８８】
（付記１５） 付記１に記載の制御装置であって、
前記共振成分除去部は、前記ティルトミラーの共振周波数に対応したカットオフ周波数を持つローパスフィルタを用いて、前記制御信号に含まれる共振周波数成分を除去することを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００８９】
（付記１６） 付記２に記載の制御装置であって、
前記比較制御部は、前記ティルトミラーの同一軸方向に配置された一対の駆動電極について、一方の駆動電極から他方の駆動電極に制御対象が切り替えられるとき、一方の駆動電極を非駆動状態にする制御信号を前記共振成分除去部を介して対応する前記ミラー駆動部に与えた後に、他方の駆動電極を駆動状態にする制御信号を前記共振成分除去部を介して対応する前記ミラー駆動部に与えることを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００９０】
（付記１７） 付記１に記載の制御装置であって、
前記共振成分除去部は、前記共用化された構成ごとに、伝達関数が互いに異なる複数の帯域阻止フィルタを有し、前記ティルトミラーの駆動電極に印加すべき駆動電圧に応じて、前記複数の帯域阻止フィルタのうちの少なくとも１つを選択して、前記制御信号に含まれる共振周波数成分を除去することを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００９１】
（付記１８） 付記１７に記載の制御装置であって、
前記共振成分除去部は、初期立ち上げ時およびフィードバック制御時に応じて、前記複数の帯域阻止フィルタの選択を行うことを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００９２】
（付記１９） 付記１に記載の制御装置であって、
前記共振成分除去部は、前記共用化された構成ごとに、伝達関数を変化させることが可能な帯域阻止フィルタを有し、前記ティルトミラーの駆動電極に印加すべき駆動電圧に応じて、前記帯域阻止フィルタの伝達関数を変化させて、前記制御信号に含まれる共振周波数成分を除去することを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００９３】
（付記２０） 付記１９に記載の制御装置であって、
前記共振成分除去部は、初期立ち上げ時およびフィードバック制御時に応じて、前記帯域阻止フィルタの伝達関数を変化させることを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００９４】
（付記２１） 反射面の角度が制御可能な複数のティルトミラーを平面上に配置した第１ミラーアレイおよび第２ミラーアレイを有し、入力された光信号を前記第１および第２ミラーアレイで順次反射して特定の位置から出力する光信号交換器について、該特定の位置から出力される光信号のパワーを検出し、該検出結果に基づいて、前記第１および第２ミラーアレイ上の前記光信号を反射したティルトミラーのうちの少なくとも一方の反射面の角度をフィードバック制御する制御方法であって、
前記フィードバック制御のために用いられる制御信号に含まれる前記ティルトミラーの機械的な共振動作に対応した周波数成分を、前記ティルトミラーの同一軸方向に配置された一対の駆動電極に対応して少なくとも共通に除去することを特徴とする光信号交換器の制御方法。
【００９５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる光信号交換器の制御装置および制御方法によれば、ティルトミラーの駆動制御において、各ティルトミラーの同一軸方向に存在する一対の駆動電極のうちの一方にのみ駆動電圧を与えることでミラーの角度が傾けられることを考慮し、第１および第２ミラーアレイ上の各ティルトミラーの同一軸方向に配置された一対の駆動電極に対応して少なくとも共用化された共振成分除去部により、制御信号に含まれる共振周波数成分が除去されるようになるため、回路規模の増大を抑えながら、ティルトミラーの共振動作によるフィードバック制御への影響を低減することができる。これにより、光信号交換器から出力される各チャネルの光信号パワーを安定に制御することが可能になる。また、光信号交換器における入出力チャネルの切り替えを確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による光信号交換器の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の制御装置を適用した光信号交換器の全体構成を示す概略図である。
【図３】上記の第１実施形態における共振成分除去部の動作を説明するための図である。
【図４】本発明の第２実施形態による制御装置の共振成分除去部およびＭＥＭＳミラー駆動部の要部構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第３実施形態による制御装置の共振成分除去部およびＭＥＭＳミラー駆動部の要部構成を示すブロック図である。
【図６】上記の第３実施形態におけるデジタルコードを割り振りを説明するための図である。
【図７】本発明の第４実施形態による制御装置の共振成分除去部およびＭＥＭＳミラー駆動部の要部構成を示すブロック図である。
【図８】上記の第４実施形態に関連した応用例の構成を示す図である。
【図９】本発明の第５実施形態による制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】上記の第５実施形態におけるデジタルフィルタの具体的な構成を示すブロック図である。
【図１１】上記の第５実施形態におけるデジタルフィルタの動作を説明するためのタイムチャートである。
【図１２】本発明の第１〜第５実施形態におけるドライバの切り替え時の駆動波形の一例を示す図である。
【図１３】本発明の第６実施形態におけるドライバの切り替え時の駆動波形の一例を示す図である。
【図１４】上記の第６実施形態における制御動作を説明するためのフローチャートである。
【図１５】上記の第６実施形態に関連してドライバの切り替えが不要な場合における駆動波形の一例を示す図である。
【図１６】本発明の第７実施形態による制御装置の要部構成を示すブロック図である。
【図１７】本発明の第８実施形態による制御装置の共振成分除去部およびＭＥＭＳミラー駆動部の要部構成を示すブロック図である。
【図１８】上記の第８実施形態における高速デジタルフィルタのＡＣ特性の一例を示す図である。
【図１９】上記の第８実施形態において各デジタルフィルタで処理された制御信号に従ってドライバを駆動したときの応答特性の一例を示す図である。
【図２０】上記の第８実施形態においてＭＥＭＳミラーおよびデジタルフィルタの伝達関数を組み合わせたときの応答特性の一例を示す図である。
【図２１】上記の第８実施形態に関連した応用例の要部構成を示すブロック図である。
【図２２】上記の第８実施形態に関連した他の応用例の要部構成を示すブロック図である。
【図２３】一般的な３次元型の光信号交換器の構成例を示す斜視図である。
【図２４】光信号交換器内の光損失を最小にするための従来の制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図２５】図２４に示した従来の制御装置の具体的な構成の一例を示す図である。
【図２６】一般的なＭＥＭＳミラーの駆動状態を模式的に示した図である。
【図２７】一般的なＭＥＭＳミラーの共振動作を説明するための図である
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ コリメータアレイ
２Ａ，２Ｂ ＭＥＭＳミラーアレイ
１０Ａ，１０Ｂ 光ファイバアレイ
１１ 光カプラアレイ
１２ 光パワー検出部
１２Ａ 光検出器
１２Ｂ Ｉ／Ｖ変換器
１３ 比較制御部
１３Ａ Ａ／Ｄ変換器
１３Ｂ 演算回路
１３Ｃ，３２ セレクタ
１４Ａ，１４Ｂ ＭＥＭＳミラー駆動部
１５Ａ，１５Ｂ 共振成分除去部
１６Ａ，１６Ｂ，３１Ｘ，３１Ｙ デジタルフィルタ
１６ａ 前段メモリ
１６ｃ 後段メモリ
１７ 変化量検出部
２１ Ｄ／Ａ変換器
２２ ドライバ
２２ａ 非反転半波整流回路
２２ｂ 反転半波整流回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、光信号交換器における切り替え制御技術に関し、特に、マイクロマシン（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）技術による反射型のティルトミラーを用いた光信号交換器の制御装置および制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネット等におけるトラフィックの増加に伴って光ネットワークの需要が高まっている。このような状況において、高速・大容量のデータを光信号のままで切り替える光信号交換器の導入が注目されている。高速・大容量の光信号交換器を実現するための従来の技術としては、例えば、光ファイバをメカニカルに切り替える方式や導波路を組み合わせた方式などが主流であった。しかし、このような従来の技術においては多段構成を採用する必要があったため、光信号交換器内の光損失が非常に大きく、また、チャネル数の増大に対応することにも限界があり、数１０チャネル以上に対応した光信号交換器の実現は困難であった。
【０００３】
上記のような状況において、マイクロマシン（ＭＥＭＳ）技術を応用して作製したティルトミラー（以下、ＭＥＭＳミラーと呼ぶ）を用いた光スイッチは、小型化、波長無依存および偏波無依存などの点で他のスイッチに比べて優位性があり注目されている。特に、例えば図２３に示すように、複数のコリメータを２次元に配置した２つのコリメータアレイ１Ａ，１Ｂと、複数のＭＥＭＳミラーを２次元に配置した２つのＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ，２Ｂを組み合わせて構成した３次元型の光信号交換器は、光損失の低減、大容量化および多チャネル化が実現可能であるという点で期待されている。
【０００４】
上記のような３次元型の光信号交換器について、本出願人は、各ＭＥＭＳミラーの角度ずれを自動的に補正して光損失を低減させるための制御技術を提案している（例えば、特願２００１−１９８９３６号、特願２００２−１３２８３３号等）。この制御技術を適用した光信号交換器の制御装置は、例えば図２４に示すように、出力側のコリメータアレイ１Ｂに接続される出力光ファイバアレイ１０Ｂの後段に設けられた光カプラアレイ１１で分岐された光のパワーを光パワー検出部１２で検出し、その検出結果を基に比較制御部１３で出力光ファイバに対する光信号の結合状態を判別して光信号交換器内での損失が最小となるように各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４Ｂを制御して、各々のＭＥＭＳミラーの反射面の角度ずれが自動的に補正されるようにしたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような光信号交換器におけるＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの本質的な問題点として、スイッチ素子自体が機械的に動作するため、角度を高速に制御した場合、ＭＥＭＳミラーの機械的な共振が起こるようになり、角度のフィードバック制御に影響を及ぼすという点が挙げられる。
【０００６】
ＭＥＭＳミラーの機械特性は、一般に、次の（１）式で表される。
【０００７】
【数１】
【０００８】
図２５は、前述の図２４に示した従来の制御装置の具体的な構成の一例を示す図である。また、図２６は、一般的なＭＥＭＳミラーの駆動状態を模式的に示した図である。
各図に示すように、ＭＥＭＳミラーアレイに配列された各ＭＥＭＳミラーは、Ｘ軸およびＹ軸の各方向について、ミラー２ａの両端部分の近傍に電極２Ｘ−１，２Ｘ−２，２Ｙ−１，２Ｙ−２を備え、ミラー２ａを傾けるべき方向に属する電極（例えば図２６では電極２Ｘ−１）に対して、比較制御部１３からの制御信号に従った電圧を印加して静電駆動することにより、ミラー２ａの反射面が所要の角度に傾けられる。このとき静電駆動されたＭＥＭＳミラーは、上記（１）式に示した機械的特性に従うので、例えば図２７に示すように共振を起こす場合がある。従来の制御装置では、上記のように共振動作するＭＥＭＳミラーに対して、光パワー検出部１２での検出結果を基に、反射面の角度が最適化されるように駆動状態がフィードバック制御されることになるため、共振動作の影響によりフィードバック制御を正しく行うことができなくなる可能性がある。
【０００９】
上記のようなＭＥＭＳミラーの共振動作によるフィードバック制御への影響を低減するためには、例えば、制御信号に含まれる共振周波数成分を取り除くためのフィルタを制御ループ上に挿入することが考えられる。このような手法は、光信号交換器の制御とは技術分野が異なるが、例えば特開平８−１２６３７０号公報、特開平５−２１０４１９号公報、特開平５−２８５７８６号公報、特開平８−１４９８７６号公報等において公知である。
【００１０】
しかしながら、３次元型の光信号交換器の従来の制御装置について、実際にフィルタを実装することを考えると、前述の図２５に示したように、１つのＭＥＭＳミラーに対して４つのフィルタが必要となり、それらが入力側および出力側の各ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ，２Ｂに配置された各々のＭＥＭＳミラーごとに必要となるため、回路規模の増大を招いてしまうという問題点がある。
【００１１】
本発明は上記の問題点に着目してなされたもので、ティルトミラーの機械的な共振による制御への影響を抑えて、光信号交換器における光路の切り替えを安定して行うことのできる簡略な構成の制御装置および制御方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明にかかる光信号交換器の制御装置は、反射面の角度が制御可能な複数のティルトミラーを平面上に配置した第１ミラーアレイおよび第２ミラーアレイを有し、入力された光信号を前記第１および第２ミラーアレイで順次反射して特定の位置から出力する光信号交換器について、該特定の位置から出力される光信号のパワーを検出し、該検出結果に基づいて、前記第１および第２ミラーアレイ上の前記光信号を反射したティルトミラーのうちの少なくとも一方の反射面の角度をフィードバック制御する制御装置であって、前記フィードバック制御のために用いられる制御信号に含まれる前記ティルトミラーの機械的な共振動作に対応した周波数成分を除去する共振成分除去部を備え、かつ、該共振成分除去部が、前記ティルトミラーの同一軸方向に配置された一対の駆動電極に対応して少なくとも共用化された構成であることを特徴とする。
【００１３】
かかる構成の制御装置では、ティルトミラーの駆動制御において、各ティルトミラーの同一軸方向に存在する一対の駆動電極のうちの一方にのみ駆動電圧を与えることでミラーの角度が傾けられることを考慮し、第１および第２ミラーアレイ上の各ティルトミラーの同一軸方向に配置された一対の駆動電極に対応して少なくとも共用化された共振成分除去部により、制御信号に含まれる共振周波数成分が除去されるようになるため、回路規模の増大を抑えながら、ティルトミラーの共振動作によるフィードバック制御への影響を低減することができるようになる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態による光信号交換器の制御装置の構成を示すブロック図である。また、図２は、図１の制御装置を適用した光信号交換器の全体構成を示す概略図である。なお、上述の図２５に示した従来の構成と同様の部分には同一の符号が付してある。
【００１５】
各図において、本実施形態の全体構成は、例えば、上述の図２５に示した従来の構成と同様に、複数のコリメータを２次元に配置した２つのコリメータアレイ１Ａ，１Ｂと、該各コリメータアレイ１Ａ，１Ｂの各々のコリメータに対応した複数のＭＥＭＳミラーを２次元に配置した２つのＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ，２Ｂとを組み合わせて構成した３次元型の光信号交換器について、出力側のコリメータアレイ１Ｂに接続される出力光ファイバアレイ１０Ｂの後段に設けられる光カプラアレイ１１と、該光カプラアレイ１１の各光カプラ１１で分岐された光のパワーを検出する光パワー検出部１２と、該光パワー検出部１２の検出結果を基に出力光ファイバに対する光信号の結合状態を判別して、光出力レベルが一定になるように各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４Ｂを制御する比較制御部１３と、該比較制御部１３から各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４Ｂにそれぞれフィードバックされる制御信号について、ＭＥＭＳミラーの機械的な共振動作に対応した周波数成分を除去する共振成分除去部１５Ａ，１５Ｂと、を備えた制御装置を設けたものである。
【００１６】
なお、ここでは、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａが第１ミラーアレイに相当し、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ｂが第２ミラーアレイに相当し、ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａが第１ミラー駆動部に相当し、ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ｂが第２ミラー駆動部に相当する。
光信号交換器のコリメータアレイ１Ａには、各コリメータに対応させて複数の光ファイバを２次元に配置した入力光ファイバアレイ１０Ａが接続され、各入力光ファイバから出射された光が各々のコリメータを通過して平行光となりＭＥＭＳミラーアレイ２Ａに向けて送られる。また、コリメータアレイ１Ｂにも、各コリメータに対応させて複数の光ファイバを２次元に配置した出力光ファイバアレイ１０Ｂが接続され、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ｂで反射された光が、各コリメータを通過して各々の出力光ファイバに結合される。
【００１７】
ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａは、各ＭＥＭＳミラーの鏡面が配列された平面の法線方向が、コリメータアレイ１Ａから送られてくる光信号の伝搬方向（光軸方向）に対して非平行となるように傾けて配置される。また、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ｂは、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａの各ＭＥＭＳミラーで反射された光を対応するＭＥＭＳミラーで再度反射してコリメータアレイ１Ｂに導く所要の位置に配置される。各ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ，２Ｂに配置される各々のＭＥＭＳミラーは、マイクロマシン（ＭＥＭＳ）技術を応用して作製した公知のマイクロティルトミラーである。具体的には、例えばＸ軸方向（第１の軸方向）およびＹ軸方向（第２の軸方向）がトーションバーにより支持され上面にミラーが形成された可動板をシリコン基板に一体に設け、該可動板の各軸方向についての両端部分近傍にそれぞれ配置した４つの電極に所要の電圧を印加することで生じる電磁力により、上記の可動板をトーションバーを軸にして回動させてミラーの振角を可変制御するものである（図２６参照）。
【００１８】
光カプラアレイ１１は、出力光ファイバアレイ１０Ｂの各出力光ファイバに対応した複数の光カプラが配置されていて、各出力光ファイバを伝搬する光信号の一部が各々の光カプラで分岐されて光パワー検出部１２に送られる。
光パワー検出部１２は、例えば図１の左側上部に示すように、光カプラアレイ１１の各光カプラで分岐されたモニタ光を受光してその光パワーに応じた電流信号を発生する光検出器１２Ａと、該光検出器１２Ａから出力される電流信号を電圧信号に変換するＩ／Ｖ変換器１２Ｂと、を有する。なお、図１では１組の光検出器１２ＡおよびＩ／Ｖ変換器１２Ｂのみが示してあるが、実際には、光カプラアレイ１１の各光カプラにそれぞれ対応した、すなわち、光信号交換器の出力チャネル数に対応した光検出器１２ＡおよびＩ／Ｖ変換器１２Ｂが光パワー検出部１２に設けられているものとする。
【００１９】
比較制御部１３は、例えば図１の左側中央部に示すように、Ａ／Ｄ変換器１３Ａ、演算回路１３Ｂおよびセレクタ１３Ｃを有する。Ａ／Ｄ変換器１３Ａは、光パワー検出部１２から出力されるアナログの電圧信号をデジタル信号に変換する一般的な電気回路であり、変換したデジタルの電圧信号を演算回路１３Ｂに送る。演算回路１３Ｂは、図示を省略したが予め設定された目標値を示す信号が与えられていて、Ａ／Ｄ変換器１３Ａからの出力信号と目標値の差分が演算され、その差分値が小さくなるように制御対象となるＭＥＭＳミラーの駆動状態を補正するデジタルの制御信号がセレクタ１３Ｃに送られる。ただし、制御対象となるＭＥＭＳミラーについては、光パワー検出部１２で検出される出力チャネルに対応した入力チャネルに関する情報が与えられることによって特定されるものとする。セレクタ１３Ｃは、演算回路１３Ｂからの制御信号を各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４Ｂに対応させて選択的に切り替えて出力する回路である。
【００２０】
なお、ここでは予め目標値を設定して該目標値との差分に応じた制御信号が生成される一例を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、上記のような目標値を設定する代わりに、光パワー検出部１２で検出される光パワーが極大（最大）に近づくように制御対象となるＭＥＭＳミラーの反射面の角度を最適化する制御信号が生成されるようにしてもよい。後述するような本発明による作用効果は、ＭＥＭＳミラーのフィードバック制御の方式に関係なく同様に得られるものである。
【００２１】
ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａは、光信号交換器の入力側のＭＥＭＳミラーアレイ２Ａを駆動制御するものである。また、ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ｂは、光信号交換器の出力側のＭＥＭＳミラーアレイ２Ｂを駆動制御するものである。各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４Ｂは、具体的には、各ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ，２Ｂの複数のＭＥＭＳミラーに対応させて、例えば図１の右側に示すように、Ｘ軸方向に対応した一対のＤ／Ａ変換器２１Ｘ−１，２１Ｘ−２およびドライバ２２Ｘ−１，２２Ｘ−２と、Ｙ軸方向に対応した一対のＤ／Ａ変換器２１Ｙ−１，２１Ｙ−２およびドライバ２２Ｙ−１，２２Ｙ−２とをそれぞれ有する。
【００２２】
各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４Ｂに設けられるＤ／Ａ変換器２１Ｘ−１，２１Ｘ−２，２１Ｙ−１，２１Ｙ−２（以下、Ｄ／Ａ変換器２１と総称する場合もある）は、比較制御部１３から各共振成分除去部１５Ａ，１５Ｂを介して伝えられるデジタルの制御信号をアナログ値に変換して各ドライバ２２Ｘ−１，２２Ｘ−２，２２Ｙ−１，２２Ｙ−２（以下、ドライバ２２と総称する場合もある）に出力する。ドライバ２２は、対応するＭＥＭＳミラーの電極に対してＤ／Ａ変換器２１からのアナログ値に従った電圧を与えて駆動し、当該ＭＥＭＳミラーの反射面の角度を調整する。
【００２３】
各共振成分除去部１５Ａ，１５Ｂは、比較制御部１３からの制御信号について、各ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ，２Ｂに配列された各々のＭＥＭＳミラーの共振周波数、すなわち、前述の（１）式におけるωＭＥＭＳに対応した周波数成分を除去する機能を備える。具体的に本実施形態では、例えば図１に示したように、ＭＥＭＳミラー駆動部１５Ａに対応する共振成分除去部１５Ａが、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ上の複数のＭＥＭＳそれぞれについて、Ｘ軸方向の駆動に対応した複数のデジタルフィルタ３１Ｘおよび複数のセレクタ３２Ｘと、Ｙ軸方向の駆動に対応した複数のデジタルフィルタ３１Ｙおよび複数のセレクタ３２Ｙとを備えて構成される。また、ＭＥＭＳミラー駆動部１５Ｂに対応する共振成分除去部１５Ｂも、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ｂ上の複数のＭＥＭＳそれぞれについて、Ｘ軸方向の駆動に対応した複数のデジタルフィルタ３１Ｘおよび複数のセレクタ３２Ｘと、Ｙ軸方向の駆動に対応した複数のデジタルフィルタ３１Ｙおよび複数のセレクタ３２Ｙとを備えて構成される。
【００２４】
上記のような共振成分除去部１５Ａ，１５Ｂの各構成は、言い換えると、ＭＥＭＳミラーアレイ上の個々のＭＥＭＳミラーに関して、Ｘ軸方向の２つの電極に対応するＤ／Ａ変換器２１Ｘ−１，２１Ｘ−２に送られる各制御信号の共振成分を、共用化した１つのデジタルフィルタ３１Ｘを用いて除去し、また、Ｙ軸方向の２つの電極に対応するＤ／Ａ変換器２１Ｙ−１，２１Ｙ−２に送られる各制御信号の共振成分を、共用化した１つのデジタルフィルタ３１Ｙを用いて除去するようにしたものである。このような各軸方向に対応したデジタルフィルタの共用化が可能になる理由は、ＭＥＭＳミラーの駆動においては、同一軸方向に存在する２つの電極のうちの一方にのみ電圧を印加することによって、ミラーの反射面が傾けられるためである。
【００２５】
各共振成分除去部１５Ａ，１５Ｂのデジタルフィルタ３１Ｘ，３１Ｙは、例えば、次の（２）式に示す伝達関数Ｇｎ（ｓ）に従う一般にノッチフィルタと呼ばれるバターワース型の帯域阻止フィルタを用いて実現することが可能である。
【００２６】
【数２】
【００２７】
上記のような構成を有する制御装置では、入力光ファイバアレイ１０Ａを介して光信号交換器に入力された光信号は、入力側のコリメータアレイ１Ａの対応するコリメータを通過して平行光となり、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａに向けて送られる。ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａに到達した光信号は、対応するＭＥＭＳミラーで反射されて伝搬方向が変えられ、ＭＥＭＳミラー２Ｂに向けて送られて所要のＭＥＭＳミラーでさらに反射されて伝搬方向が変えられる。
【００２８】
各ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ，２Ｂで順次反射された光信号は、出力側のコリメータアレイ１Ｂを通過して出力光ファイバアレイ１０Ｂの特定の光ファイバに出力され、その光信号の一部が光カプラアレイ１１の対応する光カプラで分岐されて光パワー検出部１２に送られる。光パワー検出部１２では、光カプラアレイ１１からの光信号が光検出器１２Ａで受光されて光パワーに応じた電流信号が生成され、その電流信号はＩ／Ｖ変換器１２Ｂで電圧信号に変換されて、対応する出力チャネルの情報と共に比較制御部１３に出力される。このとき、パワーが検出された出力チャネルの伝搬経路上に位置するＭＥＭＳミラーが共振動作している場合、その共振周波数に応じて出力光のパワーが変動するため、光パワー検出部１２から比較制御部１３に出力される電圧信号は、ＭＥＭＳミラーの共振周波数に対応した周波数成分を含むようになる。
【００２９】
比較制御部１３では、光パワー検出部１２から出力されるアナログの電圧信号がＡ／Ｄ変換器１３Ａによりデジタル値に変換されて演算回路１３Ｂに送られる。演算回路１３Ｂでは、Ａ／Ｄ変換器１３Ａからのデジタル値と予め設定された目標値の差分が求められ、その差分値が０に近づくように当該チャネルの伝搬経路上に位置するＭＥＭＳミラーの一方または両方の反射面の角度を補正するデジタルの制御信号が生成されてセレクタ１３Ｃに出力される。セレクタ１３Ｃでは、演算回路１３Ｂからの制御信号が、制御対象となるＭＥＭＳミラーに応じて、共振成分除去部１５Ａ，１５Ｂの各デジタルフィルタ３１Ｘ，３１Ｙに選択的に出力される。
【００３０】
各デジタルフィルタ３１Ｘ，３１Ｙでは、比較制御部１３から送られてくるデジタルの制御信号から、ＭＥＭＳミラーの共振動作に対応した周波数成分が除去されて対応するセレクタ３２Ｘ，３２Ｙに出力される。具体的には、例えば図３に例示するように、細線で示すＭＥＭＳミラーの共振利得特性に対応した制御信号が、破線で示す透過特性を有するノッチフィルタを通過することによって、太線で示すように共振周波数成分が取り除かれた制御信号が生成される。そして、各セレクタ３２Ｘ，３２Ｙでは、デジタルフィルタ３１Ｘ，３１Ｙを通過した制御信号が、ＭＥＭＳミラーの同軸方向の２つの電極のいずれに与える電圧を制御対象とするかに応じて、ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４ＢのＤ／Ａ変換器２１Ｘ−１，２１Ｙ−１またはＤ／Ａ変換器２１Ｘ−２，２１Ｙ−２に選択的に出力される。
【００３１】
各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４Ｂでは、各共振成分除去部１５Ａ，１５Ｂからのデジタルの制御信号が、Ｄ／Ａ変換器２１によりアナログ値に変換されて、対応するドライバ２２に送られる。そして、各々のドライバ２２では、アナログ値に変換された制御信号に従って、対応するＭＥＭＳミラーの電極に与える駆動電圧が調整され、当該ＭＥＭＳミラーの角度がフィードバック制御されるようになる。
【００３２】
上記のように第１実施形態の制御装置によれば、ＭＥＭＳミラーの同一軸方向に存在する２つの電極のうちの一方にのみ駆動電圧を与えることで反射面が傾けられることを考慮し、各ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ，２Ｂの個々のＭＥＭＳミラーの同一軸方向について、制御信号の共振成分を除去するデジタルフィルタを共用化するようにしたことによって、回路規模の増大を抑えながら、ＭＥＭＳミラーの共振動作によるフィードバック制御への影響を低減することができる。これにより、光信号交換器から出力される各チャネルの光信号パワーを安定に制御することが可能になり、また、光信号交換器における入出力チャネルの切り替えを確実に行うことができる。
【００３３】
次に、本発明の第２実施形態による光信号交換器の制御装置について説明する。
図４は、第２実施形態の制御装置における共振成分除去部およびＭＥＭＳミラー駆動部の要部構成を示すブロック図である。
図４において、本実施形態の制御装置の構成が前述した第１実施形態の場合と異なる部分は、各共振成分除去部１５Ａ，１５Ｂがセレクタ３２Ｘ，３２Ｙに代えてＬＳＢデコード回路３３Ｘ，３３Ｙを有し、該ＬＳＢデコード回路３３Ｘ，３３Ｙで検出される最下位ビットに応じて、ＭＥＭＳミラー駆動部のＤ／Ａ変換器２１のオンオフが切り替えられるようにした部分である。
【００３４】
なお、図４では、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ（２Ｂ）上の複数のＭＥＭＳミラーのうちの１つに対応する構成のみを示したが、これと同様の構成が複数のＭＥＭＳミラーにそれぞれ対応させて設けられることにより、本実施形態における共振成分除去部１５Ａ（１５Ｂ）およびＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ（１４Ｂ）が構成されるものとする。また、図４に示した構成以外の他の部分の制御装置の構成および光信号交換器全体の構成は、前述の図１および図２に示した第１実施形態の場合と同様であるため、ここでの説明を省略する。
【００３５】
ＬＳＢデコード回路３３Ｘは、例えば、デジタルフィルタ３１Ｘの前段に設けられ、比較制御部１３からデジタルフィルタ３１Ｘに送られる制御信号の最下位ビットを検出し、その検出結果に応じてＤ／Ａ変換器２１Ｘ−１，２１Ｘ−２の一方をオンとし他方をオフとする切り替え信号を出力する。また、ＬＳＢデコード回路３３Ｙも上記のＬＳＢデコード回路３３Ｘと同様に、例えば、デジタルフィルタ３１Ｙの前段に設けられ、比較制御部１３からデジタルフィルタ３１Ｙに送られる制御信号の最下位ビットを検出し、その検出結果に応じてＤ／Ａ変換器２１Ｙ−１，２１Ｙ−２の一方をオンとし他方をオフとする切り替え信号を出力する。
【００３６】
上記のような構成の第２実施形態では、ＭＥＭＳミラーの駆動制御において、１つのＭＥＭＳミラーの同一軸方向に対応した２つのＤ／Ａ変換器は、同時に動作をさせるのではなく択一的に動作をさせるということを考慮して、Ｄ／Ａ変換器に送られる制御信号のデジタル値を利用し、各Ｄ／Ａ変換器のオンオフの切り替えが行われる。具体的には、例えば、Ｄ／Ａ変換器２１Ｘ−１（２１Ｙ−１）について奇数のデジタルコードを制御信号として割り振り、Ｄ／Ａ変換器２１Ｘ−２（２１Ｙ−２）について偶数のデジタルコードを制御信号として割り振るようにする。これにより、制御信号のデジタル値の最下位ビットがそのまま識別子として機能するようになり、最下位ビットが「１」の場合には、Ｄ／Ａ変換器２１Ｘ−１（２１Ｙ−１）をオン、Ｄ／Ａ変換器２１Ｘ−２（２１Ｙ−２）をオフに切り替え、最下位ビットが「０」の場合には、Ｄ／Ａ変換器２１Ｘ−１（２１Ｙ−１）をオフ、Ｄ／Ａ変換器２１Ｘ−２（２１Ｙ−２）をオンに切り替えることで、セレクタに相当する機能が実現されるようになる。この場合、実際のＭＥＭＳミラーの駆動制御では、各電極に印加する駆動電圧がデジタルコードに依存するため、上記の識別子として最下位ビットに付加される情報が制御に影響を及ぼす可能性がある。しかしながら、高ビットのＤ／Ａ変換を行う場合、最下位ビットによる駆動電圧の誤差は許容可能となるため、上記のような切り替え方式によってもＭＥＭＳミラーの駆動制御を確実に行うことが可能である。
【００３７】
次に、本発明の第３実施形態による光信号交換器の制御装置について説明する。
上記の第２実施形態では、１つのＭＥＭＳミラーの同一軸方向に対応したＤ／Ａ変換器の動作の切り替えが制御信号のデジタル値の奇数／偶数に応じて行われるようにしたが、制御信号のデジタル値が一定値以上であるか否かに応じてＤ／Ａ変換器の動作を切り替えるようにすることも可能である。第３実施形態では、上記のような切り替え方式による制御装置について説明する。
【００３８】
図５は、第３実施形態の制御装置における共振成分除去部およびＭＥＭＳミラー駆動部の要部構成を示すブロック図である。
図５において、本実施形態の制御装置の構成が前述の図４に示した第２実施形態の場合と異なる部分は、各共振成分除去部１５Ａ，１５Ｂが、ＬＳＢデコード回路３３Ｘ，３３Ｙに代えて、ＭＳＢデコード回路３４Ｘ，３４Ｙおよび差分回路３５Ｘ，３５Ｙを有し、ＭＳＢデコード回路３４Ｘ，３４Ｙで検出される最上位ビットに応じて、Ｄ／Ａ変換器２１のオンオフが切り替えられるようにした部分である。
【００３９】
なお、図５でも、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ（２Ｂ）上の複数のＭＥＭＳミラーのうちの１つに対応する構成のみを示したが、これと同様の構成が複数のＭＥＭＳミラーにそれぞれ対応させて設けられることにより、本実施形態における共振成分除去部１５Ａ（１５Ｂ）およびＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ（１４Ｂ）が構成されるものとする。また、図５に示した構成以外の他の部分の制御装置の構成および光信号交換器全体の構成は、前述の図１および図２に示した第１実施形態の場合と同様であるため、ここでの説明を省略する。
【００４０】
ＭＳＢデコード回路３４Ｘは、例えば、デジタルフィルタ３１Ｘの前段に設けられ、比較制御部１３から差分回路３５Ｘを介してデジタルフィルタ３１Ｘに送られる制御信号の最上位ビットを検出し、その検出結果に応じてＤ／Ａ変換器２１Ｘ−１，２１Ｘ−２の一方をオンとし他方をオフとする切り替え信号を出力する。また、ＭＳＢデコード回路３４Ｙも上記のＭＳＢデコード回路３４Ｘと同様に、例えば、デジタルフィルタ３１Ｙの前段に設けられ、比較制御部１３から差分回路３５Ｙを介してデジタルフィルタ３１Ｙに送られる制御信号の最上位ビットを検出し、その検出結果に応じてＤ／Ａ変換器２１Ｙ−１，２１Ｙ−２の一方をオンとし他方をオフとする切り替え信号を出力する。
【００４１】
各差分回路３５Ｘ，３５Ｙは、各ＭＳＢデコード回路３４Ｘ，３４Ｙを通過した制御信号のデジタル値と後述する中心値との差分を求め、その差分の値を示すデジタル信号をデジタルフィルタ３１Ｘ，３１Ｙに出力する。
上記のような構成の第３実施形態では、例えば、各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４Ｂの各々のＤ／Ａ変換器２１でｎビットのＤ／Ａ変換が行われるとき、図６に示すように、デジタル値で２ｎ−１に該当する値を前述の中心値として予め設定し、ドライバ２２Ｘ−１（２２Ｙ−１）について２ｎ−１〜２ｎを割り振り、ドライバ２２Ｘ−２（２２Ｙ−２）について０〜２ｎ−１を割り振るようにする。これにより、中心値２ｎ−１に対する制御信号のデジタル値の大小関係により切り替えを行うことが可能になり、上記デジタル値の最上位ビットが識別子として機能するようになる。具体的に、最上位ビットが「１」の場合には、Ｄ／Ａ変換器２１Ｘ−１（２１Ｙ−１）をオン、Ｄ／Ａ変換器２１Ｘ−２（２１Ｙ−２）をオフに切り替え、最上位ビットが「０」の場合には、Ｄ／Ａ変換器２１Ｘ−１（２１Ｙ−１）をオフ、Ｄ／Ａ変換器２１Ｘ−２（２１Ｙ−２）をオンに切り替えることで、セレクタに相当する機能が実現されるようになる。このとき、駆動電圧の制御値としては、各差分回路３５Ｘ，３５Ｙで求められる差分値、すなわち、中心値２ｎ−１に対する制御信号のデジタル値の差分の値が用いられ、この差分値がデジタルフィルタ３１Ｘ，３１Ｙに渡される。なお、各差分回路３５Ｘ，３５Ｙで求められる差分値は、単純な差分であっても絶対値であってもよい。単純な差分値を用いた場合、０〜２ｎ−１が割り振られるドライバ２２Ｘ−２（２２Ｙ−２）での駆動電圧が負の値になるが、ＭＥＭＳミラーの駆動に際しては駆動電圧の絶対値によってミラーの角度が決まるため、制御上の問題が生じることは特にない。
【００４２】
このように第３実施形態によれば、制御信号のデジタル値を所要の中心値を基準にして各ドライバに割り振り、そのデジタル値の最上位ビットを識別子として各Ｄ／Ａ変換器のオンオフの切り替えを行うようにしても、前述の第２実施形態の場合と同様にして、ＭＥＭＳミラーの駆動制御を確実に行うことが可能である。
【００４３】
次に、本発明の第４実施形態による光信号交換器の制御装置について説明する。第４実施形態では、上記の第３実施形態の制御装置に関連する応用例について考える。
図７は、第４実施形態の制御装置における共振成分除去部およびＭＥＭＳミラー駆動部の要部構成を示すブロック図である。
【００４４】
図７に示す制御装置の要部構成が前述の図５に示した第３実施形態の場合と異なる部分は、各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４Ｂについて、Ｘ軸方向の２つのドライバ２２Ｘ−１，２２Ｘ−２に代えて半波整流回路を用いた１つのドライバ２２Ｘを使用すると共に、Ｙ軸方向の２つのドライバ２２Ｙ−１，２２Ｙ−２に代えて半波整流回路を用いた１つのドライバ２２Ｙを使用し、各々の軸方向ごとに２つずつ設けていたＤ／Ａ変換器を共用化してＤ／Ａ変換器２１Ｘ，２１Ｙとした部分である。このような各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４Ｂの変更により、各共振成分除去部１５Ａ，１５Ｂについては、ＭＳＢデコード回路３４Ｘ，３４Ｙを省略することが可能になる。
【００４５】
なお、図７でも、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ（２Ｂ）上の複数のＭＥＭＳミラーのうちの１つに対応する構成のみを示したが、これと同様の構成が複数のＭＥＭＳミラーにそれぞれ対応させて設けられることにより、本実施形態における共振成分除去部１５Ａ（１５Ｂ）およびＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ（１４Ｂ）が構成されるものとする。また、図７に示した構成以外の他の部分の制御装置の構成および光信号交換器全体の構成は、前述の図１および図２に示した第１実施形態の場合と同様であるため、ここでの説明を省略する。
【００４６】
各ドライバ２２Ｘ，２２Ｙは、具体的には、非反転半波整流回路２２ａと反転半波整流回路２２ｂの組み合わせによって構成される。非反転半波整流回路２２ａは、Ｄ／Ａ変換器２１Ｘから出力される正の電圧値が与えられ、反転半波整流回路２２ｂは、Ｄ／Ａ変換器２１Ｘから出力される負の電圧値が与えられる。
このような構成によれば、１つのＭＥＭＳミラーのＸ軸方向およびＹ軸方向ごとにＤ／Ａ変換器とドライバとを共用化することができ、また、各共振成分除去部１５Ａ，１５ＢにＭＳＢデコード回路３４Ｘ，３４Ｙを設ける必要がなくなるため、回路規模の増大をより効果的に抑えながら、ＭＥＭＳミラーの共振動作によるフィードバック制御への影響を低減することができる。
【００４７】
なお、上記の第４実施形態については、例えば図８に示すように、デジタルフィルタ３１Ｘ，３１Ｙに代えて、Ｄ／Ａ変換器２１Ｘ，２１Ｙとドライバ２２Ｘ，２２Ｙとの間にアナログフィルタ３１Ｘ’３１Ｙ’を設けることも可能である。上記のアナログフィルタ３１Ｘ’３１Ｙ’は、前述した（２）式の伝達関数に従うアナログのノッチフィルタ等である。
【００４８】
次に、本発明の第５実施形態による光信号交換器の制御装置について説明する。
図９は、第５実施形態の制御装置の構成を示すブロック図である。
図９に示すように、本実施形態の制御装置は、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ上のすべてのＭＥＭＳミラーに対応させて１つのデジタルフィルタ１６Ａを設けると共に、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ｂ上のすべてのＭＥＭＳミラーに対応させて１つのデジタルフィルタ１６Ｂを設けるようにしたことを特徴とする。なお、ＭＥＭＳミラーアレイごとに共用化したデジタルフィルタ１６Ａ，１６Ｂを設けた部分以外の他の制御装置の構成および光信号交換器全体の構成は、上述の図１および図２に示した第１実施形態の場合と同様であるため、ここでの説明を省略する。
【００４９】
上述した第１実施形態では、ＭＥＭＳミラーの同一軸方向に存在する２つの電極のうちの一方にのみ駆動電圧を与えることで反射面が傾けられることを考慮し、各ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ，２Ｂ上の個々のＭＥＭＳミラーの同一軸方向について、制御信号の共振成分を除去するデジタルフィルタを共用化するようにした。さらに、本実施形態では、各ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ，２Ｂがそれぞれ同一のプロセスで形成されるため各々のアレイ上の複数のＭＥＭＳミラーは略同一の共振周波数を有する可能性が高いことを考慮し、各ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ，２Ｂに対応したすべてのＭＥＭＳミラーについて、共振成分除去用のデジタルフィルタの共用化を図っている。
【００５０】
各ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ，２Ｂについて共用化された各々のデジタルフィルタ１６Ａ，１６Ｂは、具体的には、例えば図１０に示すように、前段メモリ１６ａ、フィルタ回路１６ｂおよび後段メモリ１６ｃを有する。前段メモリ１６ａは、ＭＥＭＳミラーアレイ上の複数（例えばｎ個とする）のＭＥＭＳミラーにそれぞれ対応して比較制御部１３から出力されるデジタルの制御信号をまとめて格納することのできる例えばＤＰＲＡＭ等の公知のメモリである。この前段メモリ１６ａに格納されたデジタル値は、後述するようにフィルタ回路１６ｂによって順次読み出される。フィルタ回路１６ｂは、上述した（２）式の伝達関数に従う公知のデジタルフィルタ回路である。後段メモリ１６ｃは、フィルタ回路１６ｂを通過した制御信号を一時的に格納し、その格納した制御信号をｎ個のＭＥＭＳミラーにそれぞれ対応させて所要のタイミングでＤ／Ａ変換器２１に出力することのできる例えばＤＰＲＡＭ等の公知のメモリである。
【００５１】
図１１は、上記のようなデジタルフィルタ１６Ａ，１６Ｂの動作を具体的に説明するためのタイムチャートである。各デジタルフィルタ１６Ａ，１６Ｂでは、図１１の１段目に示すように、前段メモリ１６ａに対して、比較制御部１３から出力される＃１〜＃ｎのＭＥＭＳミラーにそれぞれ対応した制御信号が入力されて格納される。そして、前段メモリ１６ａから読み出されてフィルタ回路１６ｂを通過した制御信号は、図１１の２段目に示すように、＃１のＭＥＭＳミラーについてｍ個のデジタルコード＃１−１〜＃１−ｍとなり、＃２のＭＥＭＳミラーについてｍ個のデジタルコード＃２−１〜＃２−ｍとなり、以降同様にして、＃ｎのＭＥＭＳミラーについてｍ個のデジタルコード＃ｎ−１〜＃ｎ−ｍとなって、後段メモリ１６ｃに入力されて格納される。後段メモリ１６ｃでは、図１１の３段目に示すように、＃１〜＃ｎのＭＥＭＳミラーに対する１番目のデジタルコード＃１−１〜＃ｎ−１を最初のサンプリング周期に並べ、２番目のデジタルコード＃１−２〜＃ｎ−２を次のサンプリング周期に並べ、以降同様にして、格納したデジタルコードの並べ替えをｍ番目のデジタルコード＃１−ｍ〜＃ｎ−ｍまで行う。そして、並べ替えられたデジタルコードは対応するＤ／Ａ変換器２１に順次出力される。図１１の４段目には、例えば＃１のＭＥＭＳミラーに対応したＤ／Ａ変換器２１に入力されるデジタルコードが示してある。Ｄ／Ａ変換器２１では、図１１の５段目に示すように、後段メモリ１６Ｃからのデジタルコードを１サンプリング周期に亘って保持されるアナログ値に変換した後に、対応するドライバ２２に出力する。これにより、各ＭＥＭＳミラーに対応したドライバ２２には、デジタルフィルタによって共振成分の除去された制御値が伝えられるようになる。
【００５２】
このように第５実施形態の制御装置によれば、各ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ，２Ｂがそれぞれ同一のプロセスで形成されるため各々のアレイ上の複数のＭＥＭＳミラーは略同一の共振周波数を有する可能性が高いことを考慮して、各ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ，２Ｂに対応したすべてのＭＥＭＳミラーについて、共振成分を除去するデジタルフィルタを共用化したことによって、回路規模の増大を一層効果的に抑えながら、ＭＥＭＳミラーの共振動作によるフィードバック制御への影響を低減することができる。
【００５３】
なお、上記の第５実施形態では、ＭＥＭＳミラーアレイごとに共振成分を除去するフィルタを共用化するようにしたが、例えば、２つのＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ，２Ｂ上のすべてのＭＥＭＳミラーについて、共振成分を除去するフィルタをＸ軸およびＹ軸の各軸方向で共用化する応用も可能である。
また、上記の第５実施形態では、ＭＥＭＳミラーアレイ上の複数のＭＥＭＳミラーは略同一の共振周波数を有する可能性が高いとしてフィルタの共用化を図ったが、個々のＭＥＭＳミラーの共振周波数に有意なばらつきが存在し、ＭＥＭＳミラーアレイ上のあるＭＥＭＳミラーについては、その共振周波数とフィルタの遮断周波数とに差が生じて共振成分の抑圧を十分に行うことができなくなる場合もあり得る。このような場合には、例えば、ＭＥＭＳミラーアレイごとに共用化したフィルタを多段化する、すなわち、同じ特性を持つ複数のフィルタを直列に接続することによって阻止帯域幅が広がるため、個々のＭＥＭＳミラーの共振周波数のばらつきを含めた共振成分の抑圧が可能になる。また、フィルタを多段化する代わりに、例えば上述した（２）式におけるＱ値の小さいフィルタを用いることによっても多段化の場合と同等の効果を得ることができる。
【００５４】
次に、本発明の第６実施形態による光信号交換器の制御装置について説明する。
上述した第１〜第５実施形態においては、入出力チャネルの切り替え等によって駆動すべきドライバ２２を切り替える場合、すなわち、駆動電圧を印加する電極を同軸方向の反対側の電極に切り替える場合に、切り替え前まで駆動していた電極への印加電圧を０Ｖに落とす必要があり、当該電極に対応したＤ／Ａ変換器２１に与えるべき制御信号は初期値にリセットされる構成となる。しかし、このような構成では、例えば図１２に示すように、切り替え後に駆動すべき側（ドライバ２２Ｘ−２ａ側）にはＭＥＭＳミラーの共振動作を抑えることが可能な駆動波形の制御信号が与えられるものの、切り替え前まで駆動していた側（ドライバ２２Ｘ−１ａ側）には駆動波形が瞬時に０Ｖに相当する値に変化する制御信号が与えられるため、この制御信号による駆動動作によってＭＥＭＳミラーの共振現象を発生させてしまう可能性がある。そこで、第６実施形態では、上記のようなドライバの切り替え時における共振動作を抑えるための制御方法について説明する。
【００５５】
図１３は、第６実施形態におけるドライバの切り替え時の駆動波形の一例を示した図である。また、図１４は、第６実施形態におけるチャネルの切り替え時の制御動作を説明するフローチャートである。ただし、図１３の一例では、入出力チャネルの切り替え等によって駆動すべきドライバが２２Ｘ−１から２２Ｘ−２に切り替えられる場合について、各ドライバ２２Ｘ−１，２２Ｘ−２に与えられる制御信号の波形が示してある。
【００５６】
本実施形態の制御装置では、チャネルの切り替え等によって、それまで駆動していたドライバ２２Ｘ−１に替えてドライバ２２Ｘ−２を駆動する制御の切り替えが発生すると、まず、図１４のステップ１（図中Ｓ１で示し、以下同様とする）において、ドライバ２２Ｘ−２に対する切り替え後の初期値が比較制御部１３にロードされる。そして、ステップ２では、当該チャネルの切り替えによってドライバの切り替えが必要であるか否かが判断され、ドライバの切り替えが必要な場合にはステップ３に進み、不要の場合にはステップ６に移る。ステップ３では、現在駆動しているドライバ２２Ｘ−１に対して、図１３の上段に示すような波形の制御信号、すなわち、駆動電圧を現在の値から０Ｖに変化させるための制御値をデジタルフィルタ３１Ｘで処理して生成した制御信号がＤ／Ａ変換器２１Ｘ−１を介して与えられる。これによりドライバ２２Ｘ−１の駆動電圧を０Ｖに変化させる際に生じるＭＥＭＳミラーの共振動作が抑えられるようになる。
【００５７】
次に、ステップ４では、セレクタ３２Ｘの切り替えなどによって駆動ドライバが２２Ｘ−２に変更される。そして、切り替えられたドライバ２２Ｘ−２に対しては、ステップ５において、図１３の下段に示すような波形の制御信号、すなわち、ステップ１で設定された初期値を基にデジタルフィルタ３１Ｘで処理した制御信号がＤ／Ａ変換器２１Ｘ−１を介して与えられる。これにより、ドライバ２２Ｘ−２の駆動電圧を初期値に変化させる際に生じるＭＥＭＳミラーの共振動作が抑えられるようになる。
【００５８】
なお、チャネルの切り替え等により駆動すべきドライバの切り替えが不要な場合には、まず、ステップ６において、現在の制御値と切り替え後の初期値との差分を求めてそれをデジタルフィルタ３１Ｘで処理する。そして、ステップ７において、上記のステップ６でフィルタ処理した差分値を現在の制御値に加算した制御信号を生成し、その制御信号に従って該当するドライバを引き続き駆動すればよい。図１５には、チャネルの切り替えの前後においてドライバ２１Ｘ−１が駆動される場合の駆動波形の一例を示しておく。
【００５９】
次に、本発明の第７実施形態による光信号交換器の制御装置について説明する。
第７実施形態では、ＭＥＭＳミラーの機械的な共振の残留振幅がミラーの傾斜角度に比例することを考慮して、傾斜角度に応じた共振抑圧が行われるようにした制御装置について説明する。
【００６０】
図１６は、第７実施形態の制御装置の要部構成を示すブロック図である。
図１６において、本実施形態の制御装置は、例えば上述した第１実施形態の構成について、比較制御部１３で生成される制御信号のデジタル値の変化を検出する変化量検出部１７Ｘを設け、デジタルフィルタ３１Ｘに直列に接続したデジタルフィルタ３１Ｘ’の動作を上記変化量検出部１７Ｘの検出結果に従って制御するようにしたことを特徴とする。なお、図１６では、１つのＭＥＭＳミラーのＸ軸方向に対応する構成のみを示したが、これと同様の構成が当該ＭＥＭＳミラーのＹ軸方向およびＭＥＭＳミラーアレイ上の他のＭＥＭＳミラーにそれぞれ対応させて設けられるものとする。
【００６１】
変化量検出部１７Ｘは、比較制御部１３から出力される制御信号のデジタル値の変化を検出し、その変化量が予め設定した基準値を超える場合にデジタルフィルタ３１Ｘ’でのフィルタリング動作をイネーブルにし、基準値以下の場合にはデジタルフィルタ３１Ｘ’でのフィルタリング動作をディセーブルにしてスルーとする信号を生成する。デジタルフィルタ３１Ｘ’は、デジタルフィルタ３１Ｘと同様の特性を有するものである。
【００６２】
上記のような構成の制御装置では、変化量検出部１７Ｘで検出される変化量が基準値を超えたとき、すなわち、制御対象となるＭＥＭＳミラーの角度制御量が比較的大きな場合には、そのＭＥＭＳミラーの機械的な共振の残留振幅が増大するため、デジタルフィルタによる共振成分の抑圧効果を大きくする必要がある。このため、デジタルフィルタ３１Ｘ’をイネーブルにする信号が変化量検出部１７Ｘからデジタルフィルタ３１Ｘ’に出力され、直列に接続された２段構成のデジタルフィルタ３１Ｘ，３１Ｘ’により共振成分の抑圧が行われる。一方、変化量検出部１７Ｘで検出される変化量が基準値以下の場合には、上記の場合とは逆に、制御対象となるＭＥＭＳミラーの機械的な共振の残留振幅が小さく、駆動制御に与える影響が少ないため、デジタルフィルタによる共振成分の抑圧効果は比較的小さくてもよい。そこで、デジタルフィルタ３１Ｘ’をディセーブルにする信号が変化量検出部１７Ｘからデジタルフィルタ３１Ｘ’に出力され、デジタルフィルタ３１Ｘ’はスルー特性となってデジタルフィルタ３１Ｘのみにより共振成分の抑圧が行われるようになる。
【００６３】
このように第７実施形態の制御装置によれば、制御対象となるＭＥＭＳミラーの角度制御量に応じて共振成分の抑圧を行うことができるため、光信号交換器の制御をさらに安定して行うことが可能になる。
なお、上記の第７実施形態では、上述した第１実施形態の構成についての適用事例を示したが、他の実施形態についても同様にして適用可能である。
【００６４】
次に、本発明の第８実施形態による光信号交換器の制御装置について説明する。
一般に、フィードバック制御において制御ループ上にフィルタを挿入すると、駆動波形の立ち上がり時間が遅くなるため、フィードバック制御が安定した状態になるまでに要する時間が長くなる。そこで、第８実施形態では、ＭＥＭＳミラーのフィードバック制御の高速化を実現するための応用例について説明する。
【００６５】
図１７は、第８実施形態の制御装置における共振成分除去部の要部構成を示す図である。
図１７において、本制御装置の共振成分除去部は、例えば、特性の異なる２つのデジタルフィルタ３１１，３１２と、初期立ち上げ信号に応じて接続状態が選択的に切り替わる２つのセレクタ３２１，３２２とを有し、該セレクタ３２１，３２２を介してデジタルフィルタ３１１，３１２が並列に接続される。セレクタ３２１は、比較制御部１３からの制御信号が入力され、その制御信号を後述するように初期立ち上げ信号に応じてデジタルフィルタ３１１，３１２のいずれかに出力する。セレクタ３２２は、初期立ち上げ信号に応じてデジタルフィルタ３１１，３１２のいずれかを出力に接続することで、各デジタルフィルタ３１１，３１２を通過した制御信号を選択的にＭＥＭＳミラー駆動部に出力する。上記の初期立ち上げ信号は、入出力チャネルの切り替え等により駆動制御の初期値が設定若しくは更新される際に与えられる信号である。
【００６６】
デジタルフィルタ３１１は、上述した（２）式の伝達関数Ｇｎ（ｓ）に従うノッチフィルタである。一方、デジタルフィルタ３１２は、次の（３）式の伝達関数Ｇｎ（ｓ）’に従うノッチフィルタである。
【００６７】
【数３】
【００６８】
図１９は、各デジタルフィルタ３１１，３１２で処理された制御信号に従ってドライバを駆動したときの応答特性の一例を示す図である。また、図２０は、ＭＥＭＳミラーの伝達関数ＧＭＥＭＳ（ｓ）と各デジタルフィルタ３１１，３１２の伝達関数Ｇｎ（ｓ），Ｇｎ（ｓ）’を組み合わせたときの応答特性の一例を示す図である。
【００６９】
図１９および図２０に示すように、デジタルフィルタ３１２を用いることで応答特性における立ち上がり時間が高速化されることが分かる。このため、ＭＥＭＳミラーの傾斜角度のフィードバック制御時にデジタルフィルタ３１２を適用することで、最適化制御に要する時間を短縮することが可能になる。ただし、デジタルフィルタ３１２を適用した場合には、図１９に示した通り、駆動波形について大幅なオーバーシューティングが生じるため、初期立ち上げ時のように角度制御量が大きくなる場合にデジタルフィルタ３１２を用いると、ＭＥＭＳミラーの破壊等を招く可能性があるので注意が必要である。そこで、本実施形態では、初期立ち上げ信号の入力に応じてセレクタ３２１，３２２を切り替え、角度制御量が大きな初期立ち上げ時にはデジタルフィルタ３１１を用いてミラーの破壊等を回避し、角度制御量が比較的小さなフィードバック制御時にはデジタルフィルタ３１２を用いてフィードバック制御を高速化させるようにする。
【００７０】
このように第８実施形態によれば、初期立ち上げ時とフィードバック制御時とでデジタルフィルタを切り替えるようにしたことで、ＭＥＭＳミラーのフィードバック制御の高速化を実現することが可能になる。
なお、上記の第８実施形態では、特性の異なる２つのデジタルフィルタを用意して各々のフィルタを切り替えて用いるようにしたが、例えば、デジタルフィルタを構成する回路の定数等を変更することにより１つのフィルタで異なる特性を得ることができる場合には、初期立ち上げ時とフィードバック制御時で定数変更を行ってフィルタの切り替えを行うようにしてもよい。
【００７１】
また、第８実施形態では、初期立ち上げ時とフィードバック制御時とでフィルタを切り替えて制御の高速化を図るようにしたが、例えば図２１に示すように、特性の異なる複数（図ではＬ個）のデジタルフィルタ３１１〜３１Ｌをセレクタ３２１，３２２を介して並列に接続し、変化量検出部１７で検出される角度制御量に応じて、適用するデジタルフィルタ３１１〜３１Ｌを切り替えるようにすることも可能である。この場合の各デジタルフィルタ３１１〜３１Ｌは、前述した（３）式におけるｋの値を段階的に変えた伝達関数を有するものとする。具体的には、初期立ち上げ時のように角度制御量が大きくなるときには、ｋの値が小さな（ｋ＝１）デジタルフィルタを適用し、角度制御量が小さくなるに従ってｋの値が大きなデジタルフィルタを適用するようにする。これにより、フィードバック制御時についても角度制御量に応じてデジタルフィルタの切り替えが行われるようになるため、ＭＥＭＳミラーのフィードバック制御のさらなる高速化を実現することが可能になる。なお、ここではＬ段のデジタルフィルタ３１１〜３１Ｌを用意するようにしたが、前述したようにデジタルフィルタを構成する回路の定数変更によりフィルタの切り替えを行うことも勿論可能である。
【００７２】
さらに、第８実施形態では、デジタルフィルタ３１２による駆動波形のオーバーシューティングを考慮して、初期立ち上げ時には低速のデジタルフィルタ３１１に切り替えを行うようにしたが、例えば図２２に示すように、高速のデジタルフィルタ３１２の前段にセレクタ３２１，３２２を介してローパスフィルタ１８を接続し、初期立ち上げ時にはセレクタ３２１，３２２がローパスフィルタ１８側を選択して制御信号がローパスフィルタ１８およびデジタルフィルタ３１２を通過し、フィードバック制御時にはセレクタ３２１，３２２がスルー側を選択して制御信号がデジタルフィルタ３１２のみを通過するようにしてもよい。これより、デジタルフィルタ３１２による駆動波形のオーバーシューティングを回避しながらフィードバック制御の高速化を図ることが可能になる。
【００７３】
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。
【００７４】
（付記１） 反射面の角度が制御可能な複数のティルトミラーを平面上に配置した第１ミラーアレイおよび第２ミラーアレイを有し、入力された光信号を前記第１および第２ミラーアレイで順次反射して特定の位置から出力する光信号交換器について、該特定の位置から出力される光信号のパワーを検出し、該検出結果に基づいて、前記第１および第２ミラーアレイ上の前記光信号を反射したティルトミラーのうちの少なくとも一方の反射面の角度をフィードバック制御する制御装置であって、
前記フィードバック制御のために用いられる制御信号に含まれる前記ティルトミラーの機械的な共振動作に対応した周波数成分を除去する共振成分除去部を備え、かつ、該共振成分除去部が、前記ティルトミラーの同一軸方向に配置された一対の駆動電極に対応して少なくとも共用化された構成であることを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００７５】
（付記２） 付記１に記載の制御装置であって、
前記第１ミラーアレイの各ティルトミラーについて、第１の軸方向に配置された一対の駆動電極のいずれかに電圧を与えると共に、前記第１の軸方向とは異なる第２の軸方向に配置された一対の駆動電極のいずれかに電圧を与えることで、当該ティルトミラーの反射面の角度を調整する第１ミラー駆動部と、
前記第２ミラーアレイの各ティルトミラーについて、第１の軸方向に配置された一対の駆動電極のいずれかに電圧を与えると共に、前記第１の軸方向とは異なる第２の軸方向に配置された一対の駆動電極のいずれかに電圧を与えることで、当該ティルトミラーの反射面の角度を調整する第２ミラー駆動部と、
前記特定の位置から出力される光信号のパワーを検出する光パワー検出部と、
該光パワー検出部で検出される光パワーに応じて、制御対象となるティルトミラーの反射面の角度ずれが補正されるように当該ティルトミラーの駆動状態を制御する制御信号を生成する比較制御部と、を備え、
前記共振成分除去部は、前記比較制御部から前記第１ミラー駆動部に送られる制御信号に含まれる前記共振周波数成分を、前記各ティルトミラーの第１および第２の軸方向ごとに少なくとも共用化された帯域阻止フィルタを用いて除去する第１共振成分除去部と、前記比較制御部から前記第２ミラー駆動部に送られる制御信号に含まれる前記共振周波数成分を、前記各ティルトミラーの第１および第２の軸方向ごとに少なくとも共用化された帯域阻止フィルタを用いて除去する第２共振成分除去部とを有することを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００７６】
（付記３） 付記２に記載の制御装置であって、
前記光パワー検出部は、検出した光パワーを示すアナログ信号を前記比較制御部に出力し、
前記比較制御部は、前記光パワー検出部からのアナログ信号をデジタル信号に変換した後、該デジタル信号に応じて、制御対象となるティルトミラーの反射面の角度ずれが補正されるように当該ティルトミラーの駆動状態を制御するデジタルの制御信号を前記第１および第２共振成分除去部に出力し、
前記第１および第２共振成分除去部は、前記比較制御部からの制御信号に含まれる前記共振周波数成分をデジタルフィルタを用いて除去することを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００７７】
（付記４） 付記３に記載の制御装置であって、
前記比較制御部は、前記ティルトミラーの同一軸方向に配置された一方の駆動電極に対応する制御信号として偶数のデジタル値を割り振り、他方の駆動電極に対応する制御信号として奇数のデジタル値を割り振り、
前記第１および第２共振成分除去部は、前記デジタルフィルタに入力されるデジタル値の最下位ビットに応じて、当該デジタル値が前記同一軸方向に配置された一対の駆動電極のいずれに対応するものであるかを判別する機能を備えたことを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００７８】
（付記５） 付記３に記載の制御装置であって、
前記比較制御部は、前記ティルトミラーの同一軸方向に配置された一方の駆動電極に対応する制御信号としてｎビットのデジタル値のうちの０〜２ｎ−１を割り振り、他方の駆動電極に対応する制御信号としてｎビットのデジタル値のうちの２ｎ−１〜２ｎを割り振り、
前記第１および第２共振成分除去部は、前記デジタルフィルタに入力されるデジタル値の最上位ビットに応じて、当該デジタル値が前記同一軸方向に配置された一対の駆動電極のいずれに対応するものであるかを判別する機能を備えたことを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００７９】
（付記６） 付記３に記載の制御装置であって、
前記比較制御部は、前記ティルトミラーの同一軸方向に配置された一方の駆動電極に対応する制御信号としてｎビットのデジタル値のうちの０〜２ｎ−１を割り振り、他方の駆動電極に対応する制御信号としてｎビットのデジタル値のうちの２ｎ−１〜２ｎを割り振り、
前記第１および第２共振成分除去部は、前記デジタルフィルタに入力されるデジタル値と中心値２ｎ−１との差分を求め、該差分値に対応したデジタル値を制御信号として前記第１および第２ミラー駆動部に出力し、
前記第１および第２ミラー駆動部は、前記第１および第２共振成分除去部からの制御信号をＤ／Ａ変換して正および負のアナログ値に振り分け、当該正のアナログ値を前記同一軸方向に配置された一方の駆動電極に対応する制御値とし、当該負のアナログ値を他方の駆動電極に対応する制御値とすることを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００８０】
（付記７） 付記６に記載の制御装置であって、
前記第１および第２共振成分除去部のデジタルフィルタに代えて、前記第１および第２ミラー駆動部におけるＤ／Ａ変換後の制御信号に含まれる前記共振周波数成分を除去するアナログフィルタを設けたことを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００８１】
（付記８） 付記２に記載の制御装置であって、
前記第１共振成分除去部は、前記比較制御部から前記第１ミラー駆動部に送られる制御信号に含まれる前記共振周波数成分を、前記第１ミラーアレイ上のすべてのティルトミラーに対応して共用化された帯域阻止フィルタを用いて除去し、
前記第２共振成分除去部は、前記比較制御部から前記第２ミラー駆動部に送られる制御信号に含まれる前記共振周波数成分を、前記第２ミラーアレイ上のすべてのティルトミラーに対応して共用化された帯域阻止フィルタを用いて除去することを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００８２】
（付記９） 付記１に記載の制御装置であって、
前記共振成分除去部は、前記第１および第２ミラーアレイ上のすべてのティルトミラーについて、第１の軸方向に配置された一対の駆動電極に対応して共用化されると共に、前記第１の軸方向とは異なる第２の軸方向に配置された一対の駆動電極に対応して共用化された構成であることを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００８３】
（付記１０） 付記１に記載の制御装置であって、
前記共振成分除去部は、前記共用化された構成ごとに、前記ティルトミラーの共振周波数のばらつきに対応した阻止帯域幅を有する帯域阻止フィルタを備えたことを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００８４】
（付記１１） 付記１０に記載の制御装置であって、
前記共振成分除去部は、同じ特性を有する複数の帯域阻止フィルタを直列に接続した回路を備えたことを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００８５】
（付記１２） 付記１に記載の制御装置であって、
前記共振成分除去部は、バターワース型の帯域阻止フィルタを用いて、前記制御信号に含まれる共振周波数成分を除去することを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００８６】
（付記１３） 付記１に記載の制御装置であって、
前記共振成分除去部は、チェビシェフ型の帯域阻止フィルタを用いて、前記制御信号に含まれる共振周波数成分を除去することを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００８７】
（付記１４） 付記１に記載の制御装置であって、
前記共振成分除去部は、楕円関数型の帯域阻止フィルタを用いて、前記制御信号に含まれる共振周波数成分を除去することを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００８８】
（付記１５） 付記１に記載の制御装置であって、
前記共振成分除去部は、前記ティルトミラーの共振周波数に対応したカットオフ周波数を持つローパスフィルタを用いて、前記制御信号に含まれる共振周波数成分を除去することを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００８９】
（付記１６） 付記２に記載の制御装置であって、
前記比較制御部は、前記ティルトミラーの同一軸方向に配置された一対の駆動電極について、一方の駆動電極から他方の駆動電極に制御対象が切り替えられるとき、一方の駆動電極を非駆動状態にする制御信号を前記共振成分除去部を介して対応する前記ミラー駆動部に与えた後に、他方の駆動電極を駆動状態にする制御信号を前記共振成分除去部を介して対応する前記ミラー駆動部に与えることを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００９０】
（付記１７） 付記１に記載の制御装置であって、
前記共振成分除去部は、前記共用化された構成ごとに、伝達関数が互いに異なる複数の帯域阻止フィルタを有し、前記ティルトミラーの駆動電極に印加すべき駆動電圧に応じて、前記複数の帯域阻止フィルタのうちの少なくとも１つを選択して、前記制御信号に含まれる共振周波数成分を除去することを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００９１】
（付記１８） 付記１７に記載の制御装置であって、
前記共振成分除去部は、初期立ち上げ時およびフィードバック制御時に応じて、前記複数の帯域阻止フィルタの選択を行うことを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００９２】
（付記１９） 付記１に記載の制御装置であって、
前記共振成分除去部は、前記共用化された構成ごとに、伝達関数を変化させることが可能な帯域阻止フィルタを有し、前記ティルトミラーの駆動電極に印加すべき駆動電圧に応じて、前記帯域阻止フィルタの伝達関数を変化させて、前記制御信号に含まれる共振周波数成分を除去することを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００９３】
（付記２０） 付記１９に記載の制御装置であって、
前記共振成分除去部は、初期立ち上げ時およびフィードバック制御時に応じて、前記帯域阻止フィルタの伝達関数を変化させることを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００９４】
（付記２１） 反射面の角度が制御可能な複数のティルトミラーを平面上に配置した第１ミラーアレイおよび第２ミラーアレイを有し、入力された光信号を前記第１および第２ミラーアレイで順次反射して特定の位置から出力する光信号交換器について、該特定の位置から出力される光信号のパワーを検出し、該検出結果に基づいて、前記第１および第２ミラーアレイ上の前記光信号を反射したティルトミラーのうちの少なくとも一方の反射面の角度をフィードバック制御する制御方法であって、
前記フィードバック制御のために用いられる制御信号に含まれる前記ティルトミラーの機械的な共振動作に対応した周波数成分を、前記ティルトミラーの同一軸方向に配置された一対の駆動電極に対応して少なくとも共通に除去することを特徴とする光信号交換器の制御方法。
【００９５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる光信号交換器の制御装置および制御方法によれば、ティルトミラーの駆動制御において、各ティルトミラーの同一軸方向に存在する一対の駆動電極のうちの一方にのみ駆動電圧を与えることでミラーの角度が傾けられることを考慮し、第１および第２ミラーアレイ上の各ティルトミラーの同一軸方向に配置された一対の駆動電極に対応して少なくとも共用化された共振成分除去部により、制御信号に含まれる共振周波数成分が除去されるようになるため、回路規模の増大を抑えながら、ティルトミラーの共振動作によるフィードバック制御への影響を低減することができる。これにより、光信号交換器から出力される各チャネルの光信号パワーを安定に制御することが可能になる。また、光信号交換器における入出力チャネルの切り替えを確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による光信号交換器の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の制御装置を適用した光信号交換器の全体構成を示す概略図である。
【図３】上記の第１実施形態における共振成分除去部の動作を説明するための図である。
【図４】本発明の第２実施形態による制御装置の共振成分除去部およびＭＥＭＳミラー駆動部の要部構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第３実施形態による制御装置の共振成分除去部およびＭＥＭＳミラー駆動部の要部構成を示すブロック図である。
【図６】上記の第３実施形態におけるデジタルコードを割り振りを説明するための図である。
【図７】本発明の第４実施形態による制御装置の共振成分除去部およびＭＥＭＳミラー駆動部の要部構成を示すブロック図である。
【図８】上記の第４実施形態に関連した応用例の構成を示す図である。
【図９】本発明の第５実施形態による制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】上記の第５実施形態におけるデジタルフィルタの具体的な構成を示すブロック図である。
【図１１】上記の第５実施形態におけるデジタルフィルタの動作を説明するためのタイムチャートである。
【図１２】本発明の第１〜第５実施形態におけるドライバの切り替え時の駆動波形の一例を示す図である。
【図１３】本発明の第６実施形態におけるドライバの切り替え時の駆動波形の一例を示す図である。
【図１４】上記の第６実施形態における制御動作を説明するためのフローチャートである。
【図１５】上記の第６実施形態に関連してドライバの切り替えが不要な場合における駆動波形の一例を示す図である。
【図１６】本発明の第７実施形態による制御装置の要部構成を示すブロック図である。
【図１７】本発明の第８実施形態による制御装置の共振成分除去部およびＭＥＭＳミラー駆動部の要部構成を示すブロック図である。
【図１８】上記の第８実施形態における高速デジタルフィルタのＡＣ特性の一例を示す図である。
【図１９】上記の第８実施形態において各デジタルフィルタで処理された制御信号に従ってドライバを駆動したときの応答特性の一例を示す図である。
【図２０】上記の第８実施形態においてＭＥＭＳミラーおよびデジタルフィルタの伝達関数を組み合わせたときの応答特性の一例を示す図である。
【図２１】上記の第８実施形態に関連した応用例の要部構成を示すブロック図である。
【図２２】上記の第８実施形態に関連した他の応用例の要部構成を示すブロック図である。
【図２３】一般的な３次元型の光信号交換器の構成例を示す斜視図である。
【図２４】光信号交換器内の光損失を最小にするための従来の制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図２５】図２４に示した従来の制御装置の具体的な構成の一例を示す図である。
【図２６】一般的なＭＥＭＳミラーの駆動状態を模式的に示した図である。
【図２７】一般的なＭＥＭＳミラーの共振動作を説明するための図である
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ コリメータアレイ
２Ａ，２Ｂ ＭＥＭＳミラーアレイ
１０Ａ，１０Ｂ 光ファイバアレイ
１１ 光カプラアレイ
１２ 光パワー検出部
１２Ａ 光検出器
１２Ｂ Ｉ／Ｖ変換器
１３ 比較制御部
１３Ａ Ａ／Ｄ変換器
１３Ｂ 演算回路
１３Ｃ，３２ セレクタ
１４Ａ，１４Ｂ ＭＥＭＳミラー駆動部
１５Ａ，１５Ｂ 共振成分除去部
１６Ａ，１６Ｂ，３１Ｘ，３１Ｙ デジタルフィルタ
１６ａ 前段メモリ
１６ｃ 後段メモリ
１７ 変化量検出部
２１ Ｄ／Ａ変換器
２２ ドライバ
２２ａ 非反転半波整流回路
２２ｂ 反転半波整流回路
Claims (5)
- 反射面の角度が制御可能な複数のティルトミラーを平面上に配置した第１ミラーアレイおよび第２ミラーアレイを有し、入力された光信号を前記第１および第２ミラーアレイで順次反射して特定の位置から出力する光信号交換器について、該特定の位置から出力される光信号のパワーを検出し、該検出結果に基づいて、前記第１および第２ミラーアレイ上の前記光信号を反射したティルトミラーのうちの少なくとも一方の反射面の角度をフィードバック制御する制御装置であって、
前記フィードバック制御のために用いられる制御信号に含まれる前記ティルトミラーの機械的な共振動作に対応した周波数成分を除去する共振成分除去部を備え、かつ、該共振成分除去部が、前記ティルトミラーの同一軸方向に配置された一対の駆動電極に対応して少なくとも共用化された構成であることを特徴とする光信号交換器の制御装置。 - 請求項１に記載の制御装置であって、
前記第１ミラーアレイの各ティルトミラーについて、第１の軸方向に配置された一対の駆動電極のいずれかに電圧を与えると共に、前記第１の軸方向とは異なる第２の軸方向に配置された一対の駆動電極のいずれかに電圧を与えることで、当該ティルトミラーの反射面の角度を調整する第１ミラー駆動部と、
前記第２ミラーアレイの各ティルトミラーについて、第１の軸方向に配置された一対の駆動電極のいずれかに電圧を与えると共に、前記第１の軸方向とは異なる第２の軸方向に配置された一対の駆動電極のいずれかに電圧を与えることで、当該ティルトミラーの反射面の角度を調整する第２ミラー駆動部と、
前記特定の位置から出力される光信号のパワーを検出する光パワー検出部と、
該光パワー検出部で検出される光パワーに応じて、制御対象となるティルトミラーの反射面の角度ずれが補正されるように当該ティルトミラー駆動状態を制御する制御信号を生成する比較制御部と、を備え、
前記共振成分除去部は、前記比較制御部から前記第１ミラー駆動部に送られる制御信号に含まれる前記共振周波数成分を、前記各ティルトミラーの第１および第２の軸方向ごとに少なくとも共用化された帯域阻止フィルタを用いて除去する第１共振成分除去部と、前記比較制御部から前記第２ミラー駆動部に送られる制御信号に含まれる前記共振周波数成分を、前記各ティルトミラーの第１および第２の軸方向ごとに少なくとも共用化された帯域阻止フィルタを用いて除去する第２共振成分除去部とを有することを特徴とする光信号交換器の制御装置。 - 請求項２に記載の制御装置であって、
前記第１共振成分除去部は、前記比較制御部から前記第１ミラー駆動部に送られる制御信号に含まれる前記共振周波数成分を、前記第１ミラーアレイ上のすべてのティルトミラーに対応して共用化された帯域阻止フィルタを用いて除去し、
前記第２共振成分除去部は、前記比較制御部から前記第２ミラー駆動部に送られる制御信号に含まれる前記共振周波数成分を、前記第２ミラーアレイ上のすべてのティルトミラーに対応して共用化された帯域阻止フィルタを用いて除去することを特徴とする光信号交換器の制御装置。 - 請求項２に記載の制御装置であって、
前記比較制御部は、前記ティルトミラーの同一軸方向に配置された一対の駆動電極について、一方の駆動電極から他方の駆動電極に制御対象が切り替えられるとき、一方の駆動電極を非駆動状態にする制御信号を前記共振成分除去部を介して対応する前記ミラー駆動部に与えた後に、他方の駆動電極を駆動状態にする制御信号を前記共振成分除去部を介して対応する前記ミラー駆動部に与えることを特徴とする光信号交換器の制御装置。 - 反射面の角度が制御可能な複数のティルトミラーを平面上に配置した第１ミラーアレイおよび第２ミラーアレイを有し、入力された光信号を前記第１および第２ミラーアレイで順次反射して特定の位置から出力する光信号交換器について、該特定の位置から出力される光信号のパワーを検出し、該検出結果に基づいて、前記第１および第２ミラーアレイ上の前記光信号を反射したティルトミラーのうちの少なくとも一方の反射面の角度をフィードバック制御する制御方法であって、
前記フィードバック制御のために用いられる制御信号に含まれる前記ティルトミラーの機械的な共振動作に対応した周波数成分を、前記ティルトミラーの同一軸方向に配置された一対の駆動電極に対応して少なくとも共通に除去することを特徴とする光信号交換器の制御方法。
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