JP2004219469A - Ｍｅｍｓミラーを用いた光スイッチの制御装置および制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＭＥＭＳミラーを用いた三次元構成の光スイッチについて、温度変動特性を初期設定時から確実に補償して高速な光パスの切り替えを行うことのできる制御装置および制御方法を提供する。
【解決手段】本制御装置２０は、光パスの設定に対応したＭＥＭＳミラーの傾き角に関する基準温度ついての情報を初期値メモリ２４Ａに予め格納しておき、光パスの切り替え命令を受信した時、初期値メモリ２４Ａにアクセスして基準温度ついての傾き角に関する情報を取得すると共に、温度センサ２４Ｂにアクセスして光スイッチ１０の温度を読み取り、初期値メモリ２４Ａから取得した情報および温度センサ２４Ｂから読み取った温度に基づいて、基準温度に対する温度変動による偏差を補償した駆動電圧を計算し、それを駆動電圧の初期値として対応するＭＥＭＳミラーに与えることを特徴とする。
【選択図】図１
【解決手段】本制御装置２０は、光パスの設定に対応したＭＥＭＳミラーの傾き角に関する基準温度ついての情報を初期値メモリ２４Ａに予め格納しておき、光パスの切り替え命令を受信した時、初期値メモリ２４Ａにアクセスして基準温度ついての傾き角に関する情報を取得すると共に、温度センサ２４Ｂにアクセスして光スイッチ１０の温度を読み取り、初期値メモリ２４Ａから取得した情報および温度センサ２４Ｂから読み取った温度に基づいて、基準温度に対する温度変動による偏差を補償した駆動電圧を計算し、それを駆動電圧の初期値として対応するＭＥＭＳミラーに与えることを特徴とする。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロマシン（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）技術を応用して作製したマイクロミラー（以下、ＭＥＭＳミラーとする）を用いた三次元構成の光スイッチの制御装置および制御方法に関し、特に、温度変動による特性の変化を補償するための制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットの急拡大により、急増した通信トラフィックに対して、柔軟でかつ高信頼の光ネットワーク実現が必要となってきた。このため、波長単位でルーティングを行うことを前提とした光ネットワークが様々提案されている。例えば、波長単位による光信号のアド・ドロップやクロスコネクト等が行われる光ネットワークである。
【０００３】
しかしながら、上記のような光ネットワークでは、接続されるノード数および波長数が多くなるため、光信号の切り替えを行う光スイッチとして非常に大規模なものが必要であるとされている。この観点から、大規模化に適する光スイッチとして、ＭＥＭＳミラーを用いた三次元構成の光スイッチが、結合損失の観点などから注目されている。
【０００４】
上記のような三次元型の光スイッチに関するＭＥＭＳミラーの制御技術の１つとして、本出願人は、三次元型の光スイッチによって接続される光パスに対応させてＭＥＭＳミラーの最適な駆動状態をメモリに初期値として予め記憶しておき、光パスの接続または切り替えの命令を受信した後に、上記メモリにアクセスして初期値を読み出し、それに対応した駆動信号をＭＥＭＳミラーに与え、さらに、温度変動などによるドリフト分をフィードバック制御により補償して最適な駆動状態を維持する方式を提案している（例えば、特許文献１、並びに、特願２００１−２１６２９７号および特願２００２−２４２２９０号等参照）。
【０００５】
このような先願発明によれば、三次元型の光スイッチを低光損失、高精度かつ高速に制御することができるようになるため、小型で大容量の光交換機等の開発が可能になる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２３６２６４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような従来の制御技術については、次のような課題が残されている。すなわち、三次元構成の光スイッチの場合、ＭＥＭＳミラーに要求される傾き角の精度が厳しいため、最適な傾き角から少しでもずれると、光結合損失が大幅に増大してしまうことになる。従って、ＭＥＭＳミラーの機械的または電気的な特性の僅かな温度変動や、三次元構成であるが故の空間光結合系の僅かな温度変動などによって、光結合損失が大きく変化してしまう可能性がある。
【０００８】
一方、実際の光ネットワークにおいては、例えば、ネットワーク全体で５０ｍｓ以下などというようなプロテクション要求があり、光スイッチ単体では光パスの切り替えを数ｍｓで実現することが必要となる。しかしながら、上述したような温度変動が要因となって、光パスの切り替えの際にＭＥＭＳミラーに与える駆動状態の初期値が最適な値から大きくずれてしまうと、初期設定後に行われるフィードバック制御における補償量が増加するため、光パスの切り替え動作の高速化が困難になるという課題がある。
【０００９】
本発明は上記のような点に着目してなされたもので、ＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチについて、温度変動特性を初期設定時から確実に補償して高速な光パスの切り替えを行うことのできる制御装置および制御方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の制御装置は、複数のＭＥＭＳミラーを用い、複数の入出力チャネル間を接続する光パスの切り替えを行う三次元構成の光スイッチに対して、前記複数のＭＥＭＳミラーに駆動電圧を供給する駆動手段と、該駆動手段による駆動電圧の供給状態を変化させることで各ＭＥＭＳミラーの傾き角を制御する制御手段と、前記光パスの接続または切り替えが要求されると、該要求に対応したＭＥＭＳミラーに供給する駆動電圧の初期値を前記駆動手段に与える初期値設定手段と、を備えて構成される。この制御装置の初期値設定手段は、光パスの設定に対応した各ＭＥＭＳミラーの傾き角に関する基準温度についての情報を予め記憶した初期値記憶部と、前記光スイッチの温度を検出する温度検出部と、光パスの接続または切り替えが要求されると、前記初期値記憶部から前記要求に対応した基準温度についての情報を取得すると共に、前記温度検出部で検出される前記光スイッチの温度を読み取り、前記初期値記憶部から取得した情報および前記温度検出部から読み取った温度に基づいて、基準温度に対する温度変動による偏差を補償した駆動電圧を計算し、該計算した駆動電圧を初期値として前記駆動手段に与える計算処理部と、を含んで構成される。
【００１１】
かかる構成の制御装置では、光パスの接続または切り替えの要求が発生した時、初期値設定手段において、初期値記憶部に記憶された基準温度ついての傾き角に関する情報が取得されると同時に、温度検出部で検出される光スイッチの温度が読み取られ、それら初期値記憶部から取得した情報および温度検出部から読み取った温度に基づいて、温度変動による偏差を補償した駆動電圧の最適値が計算され、その計算結果が駆動電圧の初期値として対応するＭＥＭＳミラーに与える。これにより、初期設定の段階から光スイッチの温度変動特性を確実に補償することができるようになり、光スイッチの切り替え動作を高速に行うことが可能になる。
【００１２】
また、本発明の制御方法は、複数のＭＥＭＳミラーを用い、複数の入出力チャネル間を接続する光パスの切り替えを行う三次元構成の光スイッチに対して、前記複数のＭＥＭＳミラーに駆動電圧を供給し、該駆動電圧の供給状態を変化させることで各ＭＥＭＳミラーの傾き角を制御する方法であって、光パスの接続または切り替えが要求されると、光パスの設定に対応した各ＭＥＭＳミラーの傾き角に関する基準温度についての情報を予め記憶した初期値記憶部にアクセスし、前記要求に対応した基準温度についての情報を取得すると共に、前記光スイッチの温度を検出する温度検出部にアクセスして、前記光スイッチの温度を読み取り、前記初期値記憶部から取得した情報および前記温度検出部から読み取った温度に基づいて、基準温度に対する温度変動による偏差を補償した駆動電圧を計算し、該計算結果を駆動電圧の初期値として対応するＭＥＭＳミラーに供給するようにした制御方法である。
【００１３】
【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。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。
【００１４】
図１は、本発明の第１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。また、図２は、図１の制御装置が適用されるＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの要部構成を示す斜視図である。
【００１５】
まず、図２に示すように本実施形態の制御装置２０が適用される光スイッチ１０は、例えば、入力光ファイバアレイ１１Ａに配置された各入力光ファイバから出射される各チャネルの光信号が、入力側ＭＥＭＳミラーアレイ１２Ａ上の各々のＭＥＭＳミラーで所要の角度に反射された後に、Ｌ字形の固定反射板３によって伝搬方向が逆向きとなるように光路を平行移動させて折り返され、入力側ＭＥＭＳミラーアレイ１２Ａに並べて配置された出力側ＭＥＭＳミラーアレイ１２Ｂ上の対応するＭＥＭＳミラーで所要の角度に反射されて、出力光ファイバアレイ１１Ｂの特定の位置にある出力光ファイバから外部に出力される三次元構成を有する。
【００１６】
入力側ＭＥＭＳミラーアレイ１２Ａおよび出力側ＭＥＭＳミラーアレイ１２Ｂは、それぞれ、複数のＭＥＭＳミラーを２次元に配置した構成を備え、制御装置２０から伝えられる制御信号に従って各ＭＥＭＳミラーが駆動されることにより、各々の反射面の角度が入出力間を接続する光パスの設定に応じて制御される。
【００１７】
ＭＥＭＳミラーアレイ１２Ａ，１２Ｂに配置される各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反射型マイクロミラーである。具体的には、例えば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、その可動板を電磁力によりトーションバーを軸にして回動させることでミラーの傾き角を可変制御するものである。ここでは、制御装置２０からの制御信号に従った駆動電圧が各ＭＥＭＳミラーに対して供給されることにより、各々のミラーが所望の傾き角で保持される。
【００１８】
制御装置２０は、例えば図１に示すように、前述した３次元構成を有する光スイッチ１０の各ＭＥＭＳミラーを駆動する駆動部（ＤＲＶ）２１と、外部から与えられる光パスの切り替え命令等に応じて駆動部２１による各ＭＥＭＳミラーの駆動状態を制御するための制御信号を発生するコントローラ２２と、光スイッチ１０から出力される光信号の状態をモニタし、その結果をコントローラ２２にフィードバックするモニタ部２３と、光パスの接続または切り替えの際に、温度特性が補償された最適な駆動電圧の初期値を駆動部２１に与える初期値設定部２４と、を備えて構成される。
【００１９】
駆動部２１は、例えば、駆動回路２１ＡおよびＤＡコンバータ２１Ｂを有する。駆動回路２１Ａは、光スイッチ１０の各ＭＥＭＳミラーアレイ１２Ａ，１２Ｂ上に配置された各々のＭＥＭＳミラーに対して、ＤＡコンバータ２１Ｂから出力されるアナログ信号に従った駆動電圧をそれぞれ供給して、各々のＭＥＭＳミラーの反射面の角度を調整する。ＤＡコンバータ２１Ｂは、コントローラ２２から出力される制御信号および初期値設定部２４から出力される駆動電圧の最適値を示す信号をデジタルからアナログに変換して駆動回路２１Ａに出力する。
【００２０】
コントローラ２２は、切り替え命令が外部等から与えられると共に、モニタ部２３でのモニタ結果を示す信号が与えられ、光スイッチ１０における入出力チャネルの接続または切り替えが上記の切り替え命令によって指示されると、初回の制御周期には切り替え命令に対応した制御信号を初期値設定部２４に出力し、それ以降の制御周期にはモニタ部２３からの出力信号に対応したフィードバック制御信号を駆動部２１に出力する。
【００２１】
モニタ部２３は、例えば、モニタＰＤ２２Ａ、Ｉ／Ｖ変換回路２２ＢおよびＡＤコンバータ２２Ｃを有する。モニタＰＤ２２Ａは、光スイッチ１０の出力光ファイバアレイ１１Ｂ上の各出力光ファイバからそれぞれ出力される光信号の一部をモニタ光として分岐して受光し、各々のモニタ光のパワーに対応した電流をそれぞれ発生するものである。Ｉ／Ｖ変換回路２２Ｂは、モニタＰＤ２２Ａから出力される各モニタ光パワーに対応した電流信号を電圧信号に変換してＡＤコンバータ２３Ｃにそれぞれ出力する。ＡＤコンバータ２３Ｃは、Ｉ／Ｖ変換回路２２Ｂから出力される電圧信号をアナログからデジタルに変換してコントローラ２２に出力する。
【００２２】
初期値設定部２４は、例えば、初期値メモリ２４Ａ、温度センサ２４Ｂおよび計算処理回路２４Ｃを有する。初期値メモリ２４Ａには、基準温度（例えば、２５℃）について、光スイッチ１０の入出力チャネル間を接続する光パスの設定に応じた、各ＭＥＭＳミラーの反射面の最適な傾き角に関する情報が予め格納されている。温度センサは、光スイッチ１０の周囲温度を検出することが可能な一般的なセンサである。計算処理回路２４Ｃは、コントローラ２２からの出力信号の入力を受け、初期値メモリ２４Ａにアクセスして切り替え命令に対応した基準温度における最適な傾き角に関する情報を取得すると共に、温度センサ２４Ｂで検出される光スイッチ１０の温度を読み取り、それらの情報に基づいて、温度変動によって生じるＭＥＭＳミラーの傾き角の変化が補償されるようにした最適な駆動電圧の初期値を計算し、その結果を示す信号を駆動部２１に出力する。
【００２３】
次に、第１実施形態による制御装置の動作について説明する。
まず、ＭＥＭＳミラーに供給する駆動電圧とミラーの傾き角との関係について説明する。ここでは、例えば図３に示すように、電極１２ｅに駆動電圧Ｖを印加して並行平板型のトーションバー１２ｔおよびミラー１２ｍを静電駆動する場合を解析モデルとして、駆動電圧Ｖとミラーの傾き角θの関係を考えることにする。
【００２４】
この解析モデルにおいて、トーションバー１２ｔに働く機械的トルクをＴｍ、電気的トルクをＴｅとすると、機械的トルクＴｍおよび電気的トルクＴｅは次の（１）式および（２）式でそれぞれ表すことができる。
【００２５】
【数１】
【００２６】
【数２】
【００２７】
ただし、上記の（１）式において、ｋはトーションバー１２ｔのばね定数、Ｇはトーションバー１２ｔの剪断弾性係数（Ｍｏｄｕｌｕｓ ｏｆ Ｒｉｇｉｄｉｔｙ）、ｗはトーションバー１２ｔの幅、ｔはミラー１２ｍの厚さ、ｌは片側のトーションバー１２ｔの長さである。また、（２）式において、ε０は真空の誘電率、Ｗはミラー１２ｍの幅（トーションバー１２ｔに平行な一辺の長さ）、Ｉｇは慣性モーメントである。なお、ばね定数ｋおよび慣性モーメントＩｇは次の（３）式および（４）式で定義される。
【００２８】
【数３】
【００２９】
【数４】
【００３０】
ただし、上記の（４）式において、Ｌはミラー１２ｍの長さ（トーションバー１２ｔの中心からミラー１２ｍの一端面までの距離）である。
駆動電圧Ｖとミラーの傾き角θの関係は、Ｔｍ＝Ｔｅより、次の（５）式によって表すことができる。
【００３１】
【数５】
【００３２】
ただし、上記（５）式におけるＡは次の（６）式を示すものとする。
【００３３】
【数６】
【００３４】
ここで、ばね定数ｋを表す（３）式において、剪断弾性係数Ｇは温度傾斜があるので、温度変動を考慮したばね定数ｋ（τ）は、２５℃におけるばね定数ｋ、ばね定数の温度係数ｋｔｍｐおよび温度τを用いて、次の（７）式で表すことができる。
【００３５】
【数７】
【００３６】
上記の（７）式の関係を（５）式に代入することによって、次の（８）式に示すように、駆動電圧Ｖとミラーの傾き角θとの関係を導き出すことができる。
【００３７】
【数８】
【００３８】
図４は、上記（８）式の関係に従って、ある傾き角θを得るのに必要な駆動電圧Ｖの温度変動を表した図である。このように上記（８）式や図４に示した関係に基づいて、温度変動に応じた駆動電圧Ｖの最適値を計算により求めることが可能となる。
【００３９】
そこで、本実施形態の制御装置２０では、光スイッチ１０における入出力チャネルの新たな接続または既に接続されている光パスの切り替えが、外部等からコントローラ２２に与えられる切り替え命令によって指示されると、その切り替え命令に対応した信号がコントローラ２２から初期値設定部２４の計算処理回路２４Ｃに伝えられる。計算処理回路２４Ｃでは、コントローラ２２からの信号を受信すると、まず、初期値メモリ２４Ａにアクセスして、切り替え命令に対応した基準温度（ここでは２５℃）における最適な傾き角に関する情報が取得される。この情報は、具体的には例えば、切り替え命令に対応して接続される入出力チャネルの物理的配置から一意に決まるミラーの傾き角θｉｄｅａｌと、光スイッチ１０を構成する各光学部材の形状のばらつきや組み立て時の偏差等によって決まるオフセット角度θｏｆｆｓｅｔとを含むものとする。この場合、上記の角度θｉｄｅａｌおよび角度θｏｆｆｓｅｔの和に相当する角度が、ＭＥＭＳミラーの実際の傾き角θに相当することになる（θ＝θｉｄｅａｌ＋θｏｆｆｓｅｔ）。
【００４０】
また、計算処理回路２４Ｃでは、上記初期値メモリ２４Ａからの情報の取得と並行して、温度センサ２４Ｂで検出される光スイッチ１０の温度が読み取られる。そして、初期値メモリ２４Ａから取得した２５℃におけるＭＥＭＳミラーの傾き角θと、温度センサ２４Ｂで検出された温度τとを用い、前述した（８）式の関係に従って、現在の温度τに対応した駆動電圧Ｖの最適値が計算され、その計算結果を示す信号が駆動部２１に伝えられる。なお、本実施形態では、２５℃におけるばね定数ｋ、ばね定数の温度係数ｋｔｍｐおよび（６）式で表されるパラメータＡの値については各ＭＥＭＳミラーで略一致するものと考えて、各々の代表値が計算処理回路２４Ｃに予め設定されているものとする。
【００４１】
駆動部２１では、温度変動による誤差が補償された駆動電圧Ｖの最適値を示す信号が初期値設定部２４から伝えられると、その信号がＤＡコンバータ２１Ｂを介して駆動回路２１Ａに送られる。これにより、光スイッチ１０の切り替え命令に対応した入力側および出力側の各ＭＥＭＳミラーに対して、温度特性の補償された駆動電圧が初期値として供給され、各々のミラーの傾き角が最適な状態に初期設定されるようになる。
【００４２】
上記のようにして切り替え命令を受けた初回の制御により、光スイッチ１０の各ＭＥＭＳミラーの傾き角が現在の温度に対応した最適な状態に調整されると、それ以降は、光スイッチ１０から出力される光の状態がモニタ部２３によってモニタされ、そのモニタ結果に従って、出力光パワーが最大になるか若しくは出力光パワーが所要のレベル以上になるように、各ＭＥＭＳミラーの駆動状態のフィードバック制御が行われる。この初期設定以降におけるフィードバック制御の具体的な方法に関しては、例えば、上述した特許文献１（特開２００２−２３６２６４号公報）に詳しく記載した技術や、特願２００１−２１６２９７号および特願２００２−２４２２９０号で先に提案した技術を適用することが可能である。
【００４３】
上記のように第１実施形態の制御装置２０によれば、光スイッチ１０における入出力間の光パスの接続または切り替えが発生した際、その時の光スイッチ１０の温度に応じて計算した駆動電圧の最適値を光スイッチ１０の該当するＭＥＭＳミラーに対して初期値として与えるようにしたことで、従来の制御技術のように、駆動電圧の初期値を与えた段階で温度変動により大きな光結合損失が発生してしまい、その後のフィードバック制御による最適化に長時間を要するといった状況を回避することができるようになる。これにより、三次元構成の光スイッチ１０における切り替え時間の高速化を実現することが可能になる。
【００４４】
また、本制御装置２０によれば、上述した（８）式の関係に従って、光スイッチ１０の温度に応じた駆動電圧の最適値を計算するようにしたことで、初期値メモリ２４Ａの容量を低減できるという効果も得られる。すなわち、光スイッチ１０の使用温度範囲に対応した各温度についての最適値をメモリに格納しておく場合、例えば、光スイッチ１０の入出力チャンネル数をＮとし、メモリに格納するデータの精度を１４ビットとし、温度データのポイント数をＭとし、また、各ＭＥＭＳミラーは２つの軸方向に対応したデータが必要になることを考慮すると、メモリの容量Ｃとしては次に示すようなビット数のものが最低限必要となる。
【００４５】
Ｃ（容量）＝Ｎ２（組み合わせ数）×２（軸）×２（入出力ミラー数）×１４（ビット）×Ｍ（温度データポイント数）
各温度間のデータを公知の手法により補間するとしても、制御の精度を上げるためには、予めメモリに格納する温度データポイント数を多くする必要があり、メモリ容量は莫大なものとなってしまう。しかしながら、本制御装置１０のように（８）式の関係を利用して温度特性の補償を行うようにすれば、初期値メモリ２４Ａに必要な容量は、上記の場合に最低限必要となる容量Ｃの少なくとも１／Ｍ倍で済み、かつ、各温度ポイント間の補間などの誤差要因を考える必要もない。従って、本制御装置１０によれば、大規模な光スイッチを想定した場合においても、メモリ容量の爆発的な増加を回避することができると同時に、高精度な温度特性の補償を実現することが可能になる。
【００４６】
なお、上記の第１実施形態では、光スイッチ１０の各ＭＥＭＳミラーのばね定数ｋが略一致するものとして温度特性の補償を行うようにした。しかしながら、ＭＥＭＳミラーのばね定数は、前述の（３）式に示したように、トーションバーの形状により決定されため、ばらつきが無視できない場合もある。特に、バルクのＭＥＭＳミラーでは、トーションバーがディープ（Ｄｅｅｐ）ＲＩＥなどによって作製されるため形状にばらつきが発生し易い。このような場合に対応するためには、例えば、光スイッチ１０の各ＭＥＭＳミラーについて、各軸方向のばね定数ｋも個別に初期値メモリ２４Ａに記憶させておき、計算処理回路２４Ｃにおいて温度に応じた駆動電圧の最適値を計算する際に、上記の初期値メモリ２４Ａに記憶させた該当するばね定数ｋを読み出して計算に用いるようにすればよい。なお、上記において初期値メモリ２４Ａに個別に記憶させるばね定数に関しては、ＭＥＭＳミラーアレイ面内のばらつき分布などを考慮して、公知の補間手法により求めるようにしても構わない。上記のようにばね定数のばらつきにまで対応することによって、光スイッチ１０の制御をより高い精度で行うことが可能になる。
【００４７】
次に、本発明の第２実施形態によるＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの制御装置について説明する。
図５は、第２実施形態の制御装置の構成を示すブロック図である。
【００４８】
図５において、本実施形態の制御装置２０の構成が前述の図１に示した第１実施形態の場合と異なる部分は、駆動部２１に代えて、駆動回路２１Ａと光スイッチ１０の間にフィルタ回路２１Ｃを挿入した駆動部２１’を設けた部分である。上記以外の他の部分の構成は第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】
フィルタ回路２１Ｃは、光スイッチ１０の各ＭＥＭＳミラーを駆動した時に発生する機械的な共振動作に対応した周波数成分を、駆動回路２１Ａから光スイッチ１０の各ＭＥＭＳミラーに与えられる駆動信号から取り除くためのものである。このフィルタ回路２１の具体的な構成については、例えば、上述した特願２００２−２４２２９０号で先に提案した構成を適用することが可能である。
【００５０】
一般に、ＭＥＭＳミラーの機械的な共振動作の周波数ｆｒは、次の（９）式に示す関係を持つことが知られている。
【００５１】
【数９】
【００５２】
このようなＭＥＭＳミラーの機械的共振による振動は、ＭＥＭＳミラーの傾き角のフィードバック制御に悪影響を及ぼす可能性があり、光スイッチ１０の高速な切り替え動作を阻害する要因になる。このため、ＭＥＭＳミラーの機械的共振に対応した周波数成分をＭＥＭＳミラーの駆動信号から取り除くことが必要となる。ところで、上記の機械的共振に対応した周波数はＭＥＭＳミラーの温度変化によって変動してしまい、この共振周波数の温度変動を考慮すると、例えば、当該変動分に応じてフィルタ回路２１ＣのＱ値を小さくして、温度変動に対するトレランスを拡大させることが必要となる。しかし、フィルタ回路２１ＣのＱ値を小さくことでフィードバック制御による最適化に要する時間が長くなってしまう。
【００５３】
そこで本実施形態の制御装置２０では、前述した（７）式および上記の（９）式より導かれる次の（１０）式の関係に基づいて、フィルタ回路２１Ｃのフィルタ係数を光スイッチ１０の温度τに応じて最適化し、フィルタ回路２１ＣのＱ値を大きく取ることができるようにする。
【００５４】
【数１０】
【００５５】
上記のように第２実施形態によれば、ＭＥＭＳミラーの機械的共振に対応した周波数成分を駆動信号から取り除くためのフィルタ回路２１Ｃについて、そのフィルタ係数の温度補償を行い大きなＱ値が実現されるようにしたことで、光スイッチ１０の切り替え動作をより高速に安定して行うことが可能になる。
【００５６】
次に、本発明の第３実施形態によるＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの制御装置について説明する。
図６は、第３実施形態の制御装置の構成を示すブロック図である。
【００５７】
図６において、本実施形態の制御装置２０の構成が前述の図１に示した第１実施形態の場合と異なる部分は、初期値設定部２４に代えて、計算処理回路２３Ｃにおいて処理された計算結果を記憶しておくためのメモリ２４Ｄを追加した初期値設定部２４’を設けた部分である。上記以外の他の部分の構成は第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。
【００５８】
上述した第１実施形態の制御装置では、切り替え命令を受信すると、初期値メモリ２４Ａおよび温度センサ２４Ｂにアクセスして、温度に応じた駆動電圧Ｖの最適値を計算するようにしているため、切り替え命令の受信時から実際にＭＥＭＳミラーが動作するまでに計算処理時間に応じた遅延が発生する。光スイッチ１０の切り替え動作に要する時間を切り替え命令の受信時から該当するＭＥＭＳミラーの最適化制御の完了時までとすると、上記の計算処理時間に応じた遅延が切り替え時間に含まれることになる。
【００５９】
そこで、本実施形態の制御装置２０では、光スイッチ１０の切り替え時間を短縮するために、切り替え命令を受信したか否かに関係なく、初期値設定部２４’において、所要の時間間隔で温度に応じた駆動電圧Ｖの最適値を計算し、その計算結果をメモリ２４Ｄに蓄えておく。そして、切り替え命令を受信した時には、上記のメモリ２４Ｄから切り替え命令に対応した駆動電圧Ｖの最適値を読み出して、それを駆動部２１に送るようにする。
【００６０】
これにより、切り替え命令の受信時から実際にＭＥＭＳミラーが動作するまでの遅延時間は、メモリ２４Ｄからの情報の読み出しに要する時間だけとなって、第１実施形態の場合に比べて短縮されるため、光スイッチ１０の切り替え動作をより高速に行うことが可能になる。加えて、初期値設定部２４の計算処理回路２４Ｃに用いるＣＰＵ等の処理速度を上げたり、初期値メモリ２４Ａや温度センサ２４Ｂに高速アクセス可能なものを用いたりすれば、駆動電圧の最適値の計算処理に要する時間をさらに短縮することも勿論可能である。
【００６１】
なお、上記の第３実施形態では、上述した第１実施形態の構成について改良を施した一例を示したが、これと同様にして第２実施形態の構成についても光スイッチ１０の切り替え動作の高速化を図ることが可能である。
【００６２】
次に、本発明の第４実施形態によるＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの制御装置について説明する。
上述した第１〜第３実施形態では、ＭＥＭＳミラーの機械的および電気的な特性に着目して、温度変動による駆動電圧の偏差の補償を行うようにした。この場合、光スイッチの三次元光学系についての温度変動の影響によるＭＥＭＳミラーの傾き角のずれ、すなわち、上述したオフセット角度θｏｆｆｓｅｔの温度変動に関する補償は行われていない。そこで、第４実施形態では、光スイッチの光学系についての温度変動補償も考慮して、温度に応じた駆動電圧の初期値設定を行う一例を説明する。
【００６３】
図７は、第４実施形態の制御装置における光スイッチの光学系についての温度変動の補償方法を説明する概念図である。なお、第４実施形態の制御装置の機能ブロックは、例えば上述の図１に示した第１実施形態の場合と同様である。ここでは、光学系の温度変動の補償を中心に具体的な説明を行うことにする。
【００６４】
本実施形態の制御装置は、例えば、光スイッチ１０に設定可能な複数の光パスのうちの少なくとも３つをダミーパスに設定し、各ダミーパス上に位置するＭＥＭＳミラーに対して行うフィードバック制御によって取得される情報を基にして、ダミーパス以外の他の光パス上に位置するＭＥＭＳミラーのオフセット角度θｏｆｆｓｅｔの温度変動補償を行う。具体的に、ここでは例えば光スイッチ１０に設定される複数の光パスのうちで、入力側および出力側の各ＭＥＭＳミラーアレイ１２Ａ，１２Ｂ上で４隅に位置するＭＥＭＳミラーのいずれかを含んだ３つの光パスをダミーパスとして設定する。図７には、一方のＭＥＭＳミラーアレイについて３つのダミーパス上に位置する各ＭＥＭＳミラーが斜線を施した丸印で示してある。この一例では、ＭＥＭＳミラーアレイ上に２次元配置されたＭ×Ｎ個のＭＥＭＳミラーのうちの、左上隅（ここの座標を（１，１）とする）に位置するＭＥＭＳミラー、左下隅（ここの座標を（１，Ｍ）とする）に位置するＭＥＭＳミラーおよび右下隅（ここの座標を（Ｎ，Ｍ）とする）に位置するＭＥＭＳミラーが、いずれかのダミーパス上に存在することになる。なお、本実施形態では、ダミーパスによってチャネル光は伝搬されないものとする。
【００６５】
上記のようにして設定したダミーパス上のＭＥＭＳミラーに対してフィードバック制御を行うことにより、次に示すような基本的な原理に従ってＭＥＭＳミラーのオフセット角度θｏｆｆｓｅｔの温度変動補償が行われる。すなわち、三次元構成の光スイッチの光学系に関する温度変動は、一般に、光スイッチを構成する各部材間の熱膨張係数の差によるものが支配的であると考えられる。また、ＭＥＭＳミラーの傾き角は、実際には高々数度である。このため、図７において黒丸印で示した座標（ｎ，ｍ）に位置するＭＥＭＳミラーのｘ軸方向（横軸）のオフセット角度θｘｏｆｆｓｅｔ（ｎ，ｍ）は、ダミーパス上に位置する３つのＭＥＭＳミラーについてのオフセット角度θｘｏｆｆｓｅｔ（１，１），θｘｏｆｆｓｅｔ（１，Ｍ），θｘｏｆｆｓｅｔ（Ｎ，Ｍ）を用いて、次に示す（１１）式の関係に従った線形近似により、補間することが可能になる。
【００６６】
【数１１】
【００６７】
なお、ここではｘ軸方向のオフセット角度θｘｏｆｆｓｅｔについて考えたが、図７におけるｙ軸方向（縦軸）のオフセット角度θｙｏｆｆｓｅｔについてもｘ軸方向の場合と同様である。
【００６８】
本制御装置では、ダミーパス上に位置するＭＥＭＳミラーに対して傾き角を最適化するフィードバック制御をかけておき、その制御の際に得られる駆動電圧値と、温度センサ２４Ｂによって検出される温度とを用いて、上述した（８）式の関係に従って対応するＭＥＭＳミラーの実際の傾き角θが計算により求められる。そして、そのダミーパス上のＭＥＭＳミラーの理想角度θｉｄｅａｌ（物理的配置から一意に決まる傾き角）に対する、上記実際の傾き角θの差分を計算することによって、当該ダミーパス上のＭＥＭＳミラーのオフセット角度θｏｆｆｓｅｔが各軸方向について求められる。
【００６９】
このようにして３つのダミーパス上の各ＭＥＭＳミラーについてのオフセット角度θｏｆｆｓｅｔがそれぞれ求められると、上記（１１）式の関係に従って、ダミーパス上のＭＥＭＳミラー以外の他のＭＥＭＳミラーについて、現在の温度に応じたオフセット角度θｏｆｆｓｅｔが計算により求められる。そして、求められた各ＭＥＭＳミラーのオフセット角度θｏｆｆｓｅｔは、切り替え命令を受信した時に初期値設定部２４で行われる駆動電圧の最適値の計算に反映され、すなわち、初期値メモリ２４Ａに格納された基準温度についてのオフセット角度θｏｆｆｓｅｔの代わりに、ダミーパスを利用して計算した温度補償されたオフセット角度θｏｆｆｓｅｔを用いて、最適な駆動電圧の初期値の計算が行われる。
【００７０】
これにより、ＭＥＭＳミラーの機械的および電気的な温度変動だけでなく、光スイッチ１０の三次元光学系についての温度変動をも補償した駆動電圧を、光パスの接続または切り替え時の初期値として各ＭＥＭＳミラーに供給することができるため、光スイッチ１０の切り替え動作をより一層高速に行うことが可能になる。
【００７１】
なお、上記の第４実施形態では、チャネル光を伝搬させない専用の光パスをダミーパスとして設定するようにしたが、本発明はこれに限らず、チャネル光が伝搬され実際に運用されている光パスにおけるフィードバック制御の状態を基に、ＭＥＭＳミラーのオフセット角度の温度補償を行うこともできる。この場合、運用中の光パスの接続設定に対応させてＭＥＭＳミラーの理想角度θｉｄｅａｌの計算を行うことで、第４実施形態の場合と同様にして各ＭＥＭＳミラーについての温度に応じたオフセット角度を計算することが可能である。
【００７２】
次に、本発明の第５実施形態によるＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの制御装置について説明する。
図８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。
【００７３】
図８において、本実施形態の制御装置２０は、前述の図１に示した第１実施形態の構成について、各ＭＥＭＳミラーのフィードバック制御時に取得される情報に基づいて光スイッチ１０の温度を判断することにより、初期値設定部２４に設けていた温度センサ２４Ｂを省略可能にしたものである。
【００７４】
具体的に、本実施形態の制御装置２０では、光スイッチ１０の各ＭＥＭＳミラーに対してフィードバック制御を行っているときに得られる最適化された駆動電圧を用いて、次に示すような手順に従って光スイッチ１０の温度が計算により求められる。ただし、ここでは、前述の第４実施形態において説明したような光スイッチの光学系についての温度変動の補償は考えずに、ＭＥＭＳミラーの機械的および電気的な温度変動の補償のみを考えるものとする。
【００７５】
上述した（８）式の関係より、基準温度での理想駆動電圧Ｖｉｄｅａｌは、次の（１２）式を用いて表すことができる。また、ＭＥＭＳミラーのフィードバック制御時に取得される最適な駆動電圧ＶＦＢは、次の（１３）式を用いて表すことが可能である。
【００７６】
【数１２】
【００７７】
【数１３】
【００７８】
上記の（１２）式および（１３）式より、温度τについて解くと次の（１４）式に示す関係を得ることができる。ただし、ΔＶ＝ＶＦＢ−Ｖｉｄｅａｌとする。
【００７９】
【数１４】
【００８０】
ここで、上記の（１４）式におけるΔＶは、フィードバック制御時に取得されるＶＦＢと２５℃の基準温度における理想駆動電圧Ｖｉｄｅａｌとの差であるため、ＭＥＭＳミラーに対するフィードバック制御を行えば既知の値となる。従って、（１４）式より光スイッチ１０の温度を計算することができるため、温度センサを省略することが可能になる。なお、上記の計算処理は、ＭＥＭＳミラーに対するフィードバック制御が行われているときに、初期値設定部２４の計算処理回路２４Ｃにおいて実行されるものとする。
【００８１】
上記のようにして光スイッチ１０の温度τが計算により求められると、その温度τを用い、上述した第１実施形態の場合と同様にして、（８）式の関係に従って温度τに応じた駆動電圧の最適値が計算され、切り替え命令の受信時におけるＭＥＭＳミラーに与える駆動電圧の初期設定が行われる。
【００８２】
このように第５実施形態の制御装置２０によれば、温度センサを用いることなく温度特性の補償された駆動電圧の最適値を計算することができるようになるため、装置構成の簡略化および低コスト化を図ることが可能になる。
【００８３】
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。
【００８４】
（付記１） 複数のＭＥＭＳミラーを用い、複数の入出力チャネル間を接続する光パスの切り替えを行う三次元構成の光スイッチに対して、前記複数のＭＥＭＳミラーに駆動電圧を供給する駆動手段と、該駆動手段による駆動電圧の供給状態を変化させることで各ＭＥＭＳミラーの傾き角を制御する制御手段と、前記光パスの接続または切り替えが要求されると、該要求に対応したＭＥＭＳミラーに供給する駆動電圧の初期値を前記駆動手段に与える初期値設定手段と、を備えた制御装置であって、
前記初期値設定手段は、
光パスの設定に対応した各ＭＥＭＳミラーの傾き角に関する基準温度についての情報を予め記憶した初期値記憶部と、
前記光スイッチの温度を検出する温度検出部と、
光パスの接続または切り替えが要求されると、前記初期値記憶部から前記要求に対応した基準温度についての情報を取得すると共に、前記温度検出部で検出される前記光スイッチの温度を読み取り、前記初期値記憶部から取得した情報および前記温度検出部から読み取った温度に基づいて、基準温度に対する温度変動による偏差を補償した駆動電圧を計算し、該計算した駆動電圧を初期値として前記駆動手段に与える計算処理部と、を含んで構成されたことを特徴とするＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの制御装置。
【００８５】
（付記２） 付記１に記載の制御装置であって、
前記計算処理部は、前記初期値記憶部から取得した情報に対応したＭＥＭＳミラーの傾き角をθ、前記温度検出部から読み取った温度をτ、基準温度をτ０、基準温度におけるＭＥＭＳミラーのばね定数をｋ、基準温度におけるＭＥＭＳミラーのばね定数の温度係数をｋｔｍｐとして、前記温度変動による偏差を補償した駆動電圧Ｖを、次式
【００８６】
【数１５】
【００８７】
に示す関係を用いて計算することを特徴とするＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの制御装置。
【００８８】
（付記３） 付記１に記載の制御装置であって、
前記初期値記憶部は、基準温度について、光パスによって接続される入出力チャネルの物理的配置から決定されるＭＥＭＳミラーの傾き角の理論値と、前記光スイッチを構成する光学部材の状態に応じて決まるＭＥＭＳミラーのオフセット角度とを含んだ情報を予め記憶することを特徴とするＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの制御装置。
【００８９】
（付記４） 付記３に記載の制御装置であって、
前記初期値記憶部は、前記光スイッチの各ＭＥＭＳミラーに対応した基準温度についてのばね定数に関する情報を予め記憶し、
前記計算処理部は、前記初期値記憶に記憶されたばね定数に関する情報をＭＥＭＳミラーごとに個別に用いて、前記温度変動による偏差を補償した駆動電圧の計算を行うことを特徴とするＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの制御装置。
【００９０】
（付記５） 付記１に記載の制御装置であって、
前記駆動手段は、前記光スイッチの各ＭＥＭＳミラーに供給する駆動信号に含まれる、前記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フィルタを有し、
該共振成分除去フィルタは、前記温度検出部で検出される前記光スイッチの温度に応じてフィルタ係数が制御されることにより、温度変動によるフィルタ特性の変化が補償されていることを特徴とするＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの制御装置。
【００９１】
（付記６） 付記１に記載の制御装置であって、
前記初期値設定手段は、前記計算処理部における計算結果を記憶しておくためのメモリを有し、光パスの接続または切り替えの要求の有無に関わらず、前記計算処理部が温度変動による偏差を補償した駆動電圧を計算して前記メモリの記憶情報の更新を行い、前記光パスの接続または切り替えが要求されると、前記メモリから前記要求に対応した駆動電圧を取得し、該駆動電圧を初期値として前記駆動手段に与えることを特徴とするＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの制御装置。
【００９２】
（付記７） 付記１に記載の制御装置であって、
前記光スイッチで入出力チャネルの切り替えが行われた光の出力状態をモニタする出力モニタ手段を備え、
前記制御手段は、前記初期値設定手段により駆動電圧の初期値が前記駆動手段に与えられた後に、前記出力モニタ手段のモニタ結果に応じて、前記駆動手段による駆動電圧の供給状態をフィードバック制御することを特徴とするＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの制御装置。
【００９３】
（付記８） 付記７に記載の制御装置であって、
前記制御手段によりフィードバック制御された前記駆動手段によってＭＥＭＳミラーに供給される駆動電圧に基づいて、前記光スイッチを構成する光学部材の状態に応じて決まるＭＥＭＳミラーのオフセット角度の温度変動による偏差を補償するオフセット補償手段を備えたことを特徴とするＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの制御装置。
【００９４】
（付記９） 付記８に記載の制御装置であって、
前記オフセット補償手段は、前記光スイッチに設定される複数の光パスのうちの少なくとも３つをダミーパスに設定し、該各ダミーパス上に存在するＭＥＭＳミラーに対して前記駆動手段により供給される駆動電圧に基づいて、他のＭＥＭＳミラーについてのオフセット角度の温度変動による偏差を補償することを特徴とするＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの制御装置。
【００９５】
（付記１０） 付記７に記載の制御装置であって、
前記初期値設定手段は、前記温度検出部に代えて、前記制御手段によりフィードバック制御された前記駆動手段によってＭＥＭＳミラーに供給される駆動電圧に基づいて、前記光スイッチの温度を計算により求める手段を備えたことを特徴とするＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの制御装置。
【００９６】
（付記１１） 複数のＭＥＭＳミラーを用い、複数の入出力チャネル間を接続する光パスの切り替えを行う三次元構成の光スイッチに対して、前記複数のＭＥＭＳミラーに駆動電圧を供給し、該駆動電圧の供給状態を変化させることで各ＭＥＭＳミラーの傾き角を制御する制御方法であって、
光パスの接続または切り替えが要求されると、
光パスの設定に対応した各ＭＥＭＳミラーの傾き角に関する基準温度についての情報を予め記憶した初期値記憶部にアクセスし、前記要求に対応した基準温度についての情報を取得すると共に、前記光スイッチの温度を検出する温度検出部にアクセスして、前記光スイッチの温度を読み取り、
前記初期値記憶部から取得した情報および前記温度検出部から読み取った温度に基づいて、基準温度に対する温度変動による偏差を補償した駆動電圧を計算し、該計算結果を駆動電圧の初期値として対応するＭＥＭＳミラーに供給することを特徴とするＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの制御方法。
【００９７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の制御装置および制御方法によれば、ＭＥＭＳミラーを用いた三次元構成の光スイッチについて、入出力間の光パスの接続または切り替えが発生した際、その時の温度に応じて計算した駆動電圧の最適値が該当するＭＥＭＳミラーに対して初期値として与えられるようにしたことで、初期設定の段階から光スイッチの温度変動特性を確実に補償することができ、高速な切り替え動作が可能な光スイッチを実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１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２】図１の制御装置が適用されるＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの要部構成を示す斜視図である。
【図３】ＭＥＭＳミラーに供給する駆動電圧とミラーの傾き角との関係を説明するための図である。
【図４】駆動電圧の温度変動の一例を示す特性図である。
【図５】本発明の第２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６】本発明の第３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７】本発明の第４実施形態の制御装置における光スイッチの光学系についての温度変動の補償方法を説明する概念図である。
【図８】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。
【符号の説明】
１０ 光スイッチ
１１Ａ，１１Ｂ 光ファイバアレイ
１２Ａ，１２Ｂ ミラーアレイ
１３ 固定反射板
２０ 制御装置
２１ 駆動部
２１Ａ 駆動回路
２１Ｃ フィルタ回路
２２ コントローラ
２３ モニタ部
２４ 初期値設定部
２４Ａ 初期値メモリ
２４Ｂ 温度センサ
２４Ｃ 計算処理回路
２４Ｄ メモリ
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロマシン（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）技術を応用して作製したマイクロミラー（以下、ＭＥＭＳミラーとする）を用いた三次元構成の光スイッチの制御装置および制御方法に関し、特に、温度変動による特性の変化を補償するための制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットの急拡大により、急増した通信トラフィックに対して、柔軟でかつ高信頼の光ネットワーク実現が必要となってきた。このため、波長単位でルーティングを行うことを前提とした光ネットワークが様々提案されている。例えば、波長単位による光信号のアド・ドロップやクロスコネクト等が行われる光ネットワークである。
【０００３】
しかしながら、上記のような光ネットワークでは、接続されるノード数および波長数が多くなるため、光信号の切り替えを行う光スイッチとして非常に大規模なものが必要であるとされている。この観点から、大規模化に適する光スイッチとして、ＭＥＭＳミラーを用いた三次元構成の光スイッチが、結合損失の観点などから注目されている。
【０００４】
上記のような三次元型の光スイッチに関するＭＥＭＳミラーの制御技術の１つとして、本出願人は、三次元型の光スイッチによって接続される光パスに対応させてＭＥＭＳミラーの最適な駆動状態をメモリに初期値として予め記憶しておき、光パスの接続または切り替えの命令を受信した後に、上記メモリにアクセスして初期値を読み出し、それに対応した駆動信号をＭＥＭＳミラーに与え、さらに、温度変動などによるドリフト分をフィードバック制御により補償して最適な駆動状態を維持する方式を提案している（例えば、特許文献１、並びに、特願２００１−２１６２９７号および特願２００２−２４２２９０号等参照）。
【０００５】
このような先願発明によれば、三次元型の光スイッチを低光損失、高精度かつ高速に制御することができるようになるため、小型で大容量の光交換機等の開発が可能になる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２３６２６４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような従来の制御技術については、次のような課題が残されている。すなわち、三次元構成の光スイッチの場合、ＭＥＭＳミラーに要求される傾き角の精度が厳しいため、最適な傾き角から少しでもずれると、光結合損失が大幅に増大してしまうことになる。従って、ＭＥＭＳミラーの機械的または電気的な特性の僅かな温度変動や、三次元構成であるが故の空間光結合系の僅かな温度変動などによって、光結合損失が大きく変化してしまう可能性がある。
【０００８】
一方、実際の光ネットワークにおいては、例えば、ネットワーク全体で５０ｍｓ以下などというようなプロテクション要求があり、光スイッチ単体では光パスの切り替えを数ｍｓで実現することが必要となる。しかしながら、上述したような温度変動が要因となって、光パスの切り替えの際にＭＥＭＳミラーに与える駆動状態の初期値が最適な値から大きくずれてしまうと、初期設定後に行われるフィードバック制御における補償量が増加するため、光パスの切り替え動作の高速化が困難になるという課題がある。
【０００９】
本発明は上記のような点に着目してなされたもので、ＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチについて、温度変動特性を初期設定時から確実に補償して高速な光パスの切り替えを行うことのできる制御装置および制御方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の制御装置は、複数のＭＥＭＳミラーを用い、複数の入出力チャネル間を接続する光パスの切り替えを行う三次元構成の光スイッチに対して、前記複数のＭＥＭＳミラーに駆動電圧を供給する駆動手段と、該駆動手段による駆動電圧の供給状態を変化させることで各ＭＥＭＳミラーの傾き角を制御する制御手段と、前記光パスの接続または切り替えが要求されると、該要求に対応したＭＥＭＳミラーに供給する駆動電圧の初期値を前記駆動手段に与える初期値設定手段と、を備えて構成される。この制御装置の初期値設定手段は、光パスの設定に対応した各ＭＥＭＳミラーの傾き角に関する基準温度についての情報を予め記憶した初期値記憶部と、前記光スイッチの温度を検出する温度検出部と、光パスの接続または切り替えが要求されると、前記初期値記憶部から前記要求に対応した基準温度についての情報を取得すると共に、前記温度検出部で検出される前記光スイッチの温度を読み取り、前記初期値記憶部から取得した情報および前記温度検出部から読み取った温度に基づいて、基準温度に対する温度変動による偏差を補償した駆動電圧を計算し、該計算した駆動電圧を初期値として前記駆動手段に与える計算処理部と、を含んで構成される。
【００１１】
かかる構成の制御装置では、光パスの接続または切り替えの要求が発生した時、初期値設定手段において、初期値記憶部に記憶された基準温度ついての傾き角に関する情報が取得されると同時に、温度検出部で検出される光スイッチの温度が読み取られ、それら初期値記憶部から取得した情報および温度検出部から読み取った温度に基づいて、温度変動による偏差を補償した駆動電圧の最適値が計算され、その計算結果が駆動電圧の初期値として対応するＭＥＭＳミラーに与える。これにより、初期設定の段階から光スイッチの温度変動特性を確実に補償することができるようになり、光スイッチの切り替え動作を高速に行うことが可能になる。
【００１２】
また、本発明の制御方法は、複数のＭＥＭＳミラーを用い、複数の入出力チャネル間を接続する光パスの切り替えを行う三次元構成の光スイッチに対して、前記複数のＭＥＭＳミラーに駆動電圧を供給し、該駆動電圧の供給状態を変化させることで各ＭＥＭＳミラーの傾き角を制御する方法であって、光パスの接続または切り替えが要求されると、光パスの設定に対応した各ＭＥＭＳミラーの傾き角に関する基準温度についての情報を予め記憶した初期値記憶部にアクセスし、前記要求に対応した基準温度についての情報を取得すると共に、前記光スイッチの温度を検出する温度検出部にアクセスして、前記光スイッチの温度を読み取り、前記初期値記憶部から取得した情報および前記温度検出部から読み取った温度に基づいて、基準温度に対する温度変動による偏差を補償した駆動電圧を計算し、該計算結果を駆動電圧の初期値として対応するＭＥＭＳミラーに供給するようにした制御方法である。
【００１３】
【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。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。
【００１４】
図１は、本発明の第１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。また、図２は、図１の制御装置が適用されるＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの要部構成を示す斜視図である。
【００１５】
まず、図２に示すように本実施形態の制御装置２０が適用される光スイッチ１０は、例えば、入力光ファイバアレイ１１Ａに配置された各入力光ファイバから出射される各チャネルの光信号が、入力側ＭＥＭＳミラーアレイ１２Ａ上の各々のＭＥＭＳミラーで所要の角度に反射された後に、Ｌ字形の固定反射板３によって伝搬方向が逆向きとなるように光路を平行移動させて折り返され、入力側ＭＥＭＳミラーアレイ１２Ａに並べて配置された出力側ＭＥＭＳミラーアレイ１２Ｂ上の対応するＭＥＭＳミラーで所要の角度に反射されて、出力光ファイバアレイ１１Ｂの特定の位置にある出力光ファイバから外部に出力される三次元構成を有する。
【００１６】
入力側ＭＥＭＳミラーアレイ１２Ａおよび出力側ＭＥＭＳミラーアレイ１２Ｂは、それぞれ、複数のＭＥＭＳミラーを２次元に配置した構成を備え、制御装置２０から伝えられる制御信号に従って各ＭＥＭＳミラーが駆動されることにより、各々の反射面の角度が入出力間を接続する光パスの設定に応じて制御される。
【００１７】
ＭＥＭＳミラーアレイ１２Ａ，１２Ｂに配置される各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反射型マイクロミラーである。具体的には、例えば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、その可動板を電磁力によりトーションバーを軸にして回動させることでミラーの傾き角を可変制御するものである。ここでは、制御装置２０からの制御信号に従った駆動電圧が各ＭＥＭＳミラーに対して供給されることにより、各々のミラーが所望の傾き角で保持される。
【００１８】
制御装置２０は、例えば図１に示すように、前述した３次元構成を有する光スイッチ１０の各ＭＥＭＳミラーを駆動する駆動部（ＤＲＶ）２１と、外部から与えられる光パスの切り替え命令等に応じて駆動部２１による各ＭＥＭＳミラーの駆動状態を制御するための制御信号を発生するコントローラ２２と、光スイッチ１０から出力される光信号の状態をモニタし、その結果をコントローラ２２にフィードバックするモニタ部２３と、光パスの接続または切り替えの際に、温度特性が補償された最適な駆動電圧の初期値を駆動部２１に与える初期値設定部２４と、を備えて構成される。
【００１９】
駆動部２１は、例えば、駆動回路２１ＡおよびＤＡコンバータ２１Ｂを有する。駆動回路２１Ａは、光スイッチ１０の各ＭＥＭＳミラーアレイ１２Ａ，１２Ｂ上に配置された各々のＭＥＭＳミラーに対して、ＤＡコンバータ２１Ｂから出力されるアナログ信号に従った駆動電圧をそれぞれ供給して、各々のＭＥＭＳミラーの反射面の角度を調整する。ＤＡコンバータ２１Ｂは、コントローラ２２から出力される制御信号および初期値設定部２４から出力される駆動電圧の最適値を示す信号をデジタルからアナログに変換して駆動回路２１Ａに出力する。
【００２０】
コントローラ２２は、切り替え命令が外部等から与えられると共に、モニタ部２３でのモニタ結果を示す信号が与えられ、光スイッチ１０における入出力チャネルの接続または切り替えが上記の切り替え命令によって指示されると、初回の制御周期には切り替え命令に対応した制御信号を初期値設定部２４に出力し、それ以降の制御周期にはモニタ部２３からの出力信号に対応したフィードバック制御信号を駆動部２１に出力する。
【００２１】
モニタ部２３は、例えば、モニタＰＤ２２Ａ、Ｉ／Ｖ変換回路２２ＢおよびＡＤコンバータ２２Ｃを有する。モニタＰＤ２２Ａは、光スイッチ１０の出力光ファイバアレイ１１Ｂ上の各出力光ファイバからそれぞれ出力される光信号の一部をモニタ光として分岐して受光し、各々のモニタ光のパワーに対応した電流をそれぞれ発生するものである。Ｉ／Ｖ変換回路２２Ｂは、モニタＰＤ２２Ａから出力される各モニタ光パワーに対応した電流信号を電圧信号に変換してＡＤコンバータ２３Ｃにそれぞれ出力する。ＡＤコンバータ２３Ｃは、Ｉ／Ｖ変換回路２２Ｂから出力される電圧信号をアナログからデジタルに変換してコントローラ２２に出力する。
【００２２】
初期値設定部２４は、例えば、初期値メモリ２４Ａ、温度センサ２４Ｂおよび計算処理回路２４Ｃを有する。初期値メモリ２４Ａには、基準温度（例えば、２５℃）について、光スイッチ１０の入出力チャネル間を接続する光パスの設定に応じた、各ＭＥＭＳミラーの反射面の最適な傾き角に関する情報が予め格納されている。温度センサは、光スイッチ１０の周囲温度を検出することが可能な一般的なセンサである。計算処理回路２４Ｃは、コントローラ２２からの出力信号の入力を受け、初期値メモリ２４Ａにアクセスして切り替え命令に対応した基準温度における最適な傾き角に関する情報を取得すると共に、温度センサ２４Ｂで検出される光スイッチ１０の温度を読み取り、それらの情報に基づいて、温度変動によって生じるＭＥＭＳミラーの傾き角の変化が補償されるようにした最適な駆動電圧の初期値を計算し、その結果を示す信号を駆動部２１に出力する。
【００２３】
次に、第１実施形態による制御装置の動作について説明する。
まず、ＭＥＭＳミラーに供給する駆動電圧とミラーの傾き角との関係について説明する。ここでは、例えば図３に示すように、電極１２ｅに駆動電圧Ｖを印加して並行平板型のトーションバー１２ｔおよびミラー１２ｍを静電駆動する場合を解析モデルとして、駆動電圧Ｖとミラーの傾き角θの関係を考えることにする。
【００２４】
この解析モデルにおいて、トーションバー１２ｔに働く機械的トルクをＴｍ、電気的トルクをＴｅとすると、機械的トルクＴｍおよび電気的トルクＴｅは次の（１）式および（２）式でそれぞれ表すことができる。
【００２５】
【数１】
【数２】
ただし、上記の（１）式において、ｋはトーションバー１２ｔのばね定数、Ｇはトーションバー１２ｔの剪断弾性係数（Ｍｏｄｕｌｕｓ ｏｆ Ｒｉｇｉｄｉｔｙ）、ｗはトーションバー１２ｔの幅、ｔはミラー１２ｍの厚さ、ｌは片側のトーションバー１２ｔの長さである。また、（２）式において、ε０は真空の誘電率、Ｗはミラー１２ｍの幅（トーションバー１２ｔに平行な一辺の長さ）、Ｉｇは慣性モーメントである。なお、ばね定数ｋおよび慣性モーメントＩｇは次の（３）式および（４）式で定義される。
【００２８】
【数３】
【数４】
ただし、上記の（４）式において、Ｌはミラー１２ｍの長さ（トーションバー１２ｔの中心からミラー１２ｍの一端面までの距離）である。
駆動電圧Ｖとミラーの傾き角θの関係は、Ｔｍ＝Ｔｅより、次の（５）式によって表すことができる。
【００３１】
【数５】
ただし、上記（５）式におけるＡは次の（６）式を示すものとする。
【００３３】
【数６】
ここで、ばね定数ｋを表す（３）式において、剪断弾性係数Ｇは温度傾斜があるので、温度変動を考慮したばね定数ｋ（τ）は、２５℃におけるばね定数ｋ、ばね定数の温度係数ｋｔｍｐおよび温度τを用いて、次の（７）式で表すことができる。
【００３５】
【数７】
上記の（７）式の関係を（５）式に代入することによって、次の（８）式に示すように、駆動電圧Ｖとミラーの傾き角θとの関係を導き出すことができる。
【００３７】
【数８】
図４は、上記（８）式の関係に従って、ある傾き角θを得るのに必要な駆動電圧Ｖの温度変動を表した図である。このように上記（８）式や図４に示した関係に基づいて、温度変動に応じた駆動電圧Ｖの最適値を計算により求めることが可能となる。
【００３９】
そこで、本実施形態の制御装置２０では、光スイッチ１０における入出力チャネルの新たな接続または既に接続されている光パスの切り替えが、外部等からコントローラ２２に与えられる切り替え命令によって指示されると、その切り替え命令に対応した信号がコントローラ２２から初期値設定部２４の計算処理回路２４Ｃに伝えられる。計算処理回路２４Ｃでは、コントローラ２２からの信号を受信すると、まず、初期値メモリ２４Ａにアクセスして、切り替え命令に対応した基準温度（ここでは２５℃）における最適な傾き角に関する情報が取得される。この情報は、具体的には例えば、切り替え命令に対応して接続される入出力チャネルの物理的配置から一意に決まるミラーの傾き角θｉｄｅａｌと、光スイッチ１０を構成する各光学部材の形状のばらつきや組み立て時の偏差等によって決まるオフセット角度θｏｆｆｓｅｔとを含むものとする。この場合、上記の角度θｉｄｅａｌおよび角度θｏｆｆｓｅｔの和に相当する角度が、ＭＥＭＳミラーの実際の傾き角θに相当することになる（θ＝θｉｄｅａｌ＋θｏｆｆｓｅｔ）。
【００４０】
また、計算処理回路２４Ｃでは、上記初期値メモリ２４Ａからの情報の取得と並行して、温度センサ２４Ｂで検出される光スイッチ１０の温度が読み取られる。そして、初期値メモリ２４Ａから取得した２５℃におけるＭＥＭＳミラーの傾き角θと、温度センサ２４Ｂで検出された温度τとを用い、前述した（８）式の関係に従って、現在の温度τに対応した駆動電圧Ｖの最適値が計算され、その計算結果を示す信号が駆動部２１に伝えられる。なお、本実施形態では、２５℃におけるばね定数ｋ、ばね定数の温度係数ｋｔｍｐおよび（６）式で表されるパラメータＡの値については各ＭＥＭＳミラーで略一致するものと考えて、各々の代表値が計算処理回路２４Ｃに予め設定されているものとする。
【００４１】
駆動部２１では、温度変動による誤差が補償された駆動電圧Ｖの最適値を示す信号が初期値設定部２４から伝えられると、その信号がＤＡコンバータ２１Ｂを介して駆動回路２１Ａに送られる。これにより、光スイッチ１０の切り替え命令に対応した入力側および出力側の各ＭＥＭＳミラーに対して、温度特性の補償された駆動電圧が初期値として供給され、各々のミラーの傾き角が最適な状態に初期設定されるようになる。
【００４２】
上記のようにして切り替え命令を受けた初回の制御により、光スイッチ１０の各ＭＥＭＳミラーの傾き角が現在の温度に対応した最適な状態に調整されると、それ以降は、光スイッチ１０から出力される光の状態がモニタ部２３によってモニタされ、そのモニタ結果に従って、出力光パワーが最大になるか若しくは出力光パワーが所要のレベル以上になるように、各ＭＥＭＳミラーの駆動状態のフィードバック制御が行われる。この初期設定以降におけるフィードバック制御の具体的な方法に関しては、例えば、上述した特許文献１（特開２００２−２３６２６４号公報）に詳しく記載した技術や、特願２００１−２１６２９７号および特願２００２−２４２２９０号で先に提案した技術を適用することが可能である。
【００４３】
上記のように第１実施形態の制御装置２０によれば、光スイッチ１０における入出力間の光パスの接続または切り替えが発生した際、その時の光スイッチ１０の温度に応じて計算した駆動電圧の最適値を光スイッチ１０の該当するＭＥＭＳミラーに対して初期値として与えるようにしたことで、従来の制御技術のように、駆動電圧の初期値を与えた段階で温度変動により大きな光結合損失が発生してしまい、その後のフィードバック制御による最適化に長時間を要するといった状況を回避することができるようになる。これにより、三次元構成の光スイッチ１０における切り替え時間の高速化を実現することが可能になる。
【００４４】
また、本制御装置２０によれば、上述した（８）式の関係に従って、光スイッチ１０の温度に応じた駆動電圧の最適値を計算するようにしたことで、初期値メモリ２４Ａの容量を低減できるという効果も得られる。すなわち、光スイッチ１０の使用温度範囲に対応した各温度についての最適値をメモリに格納しておく場合、例えば、光スイッチ１０の入出力チャンネル数をＮとし、メモリに格納するデータの精度を１４ビットとし、温度データのポイント数をＭとし、また、各ＭＥＭＳミラーは２つの軸方向に対応したデータが必要になることを考慮すると、メモリの容量Ｃとしては次に示すようなビット数のものが最低限必要となる。
【００４５】
Ｃ（容量）＝Ｎ２（組み合わせ数）×２（軸）×２（入出力ミラー数）×１４（ビット）×Ｍ（温度データポイント数）
各温度間のデータを公知の手法により補間するとしても、制御の精度を上げるためには、予めメモリに格納する温度データポイント数を多くする必要があり、メモリ容量は莫大なものとなってしまう。しかしながら、本制御装置１０のように（８）式の関係を利用して温度特性の補償を行うようにすれば、初期値メモリ２４Ａに必要な容量は、上記の場合に最低限必要となる容量Ｃの少なくとも１／Ｍ倍で済み、かつ、各温度ポイント間の補間などの誤差要因を考える必要もない。従って、本制御装置１０によれば、大規模な光スイッチを想定した場合においても、メモリ容量の爆発的な増加を回避することができると同時に、高精度な温度特性の補償を実現することが可能になる。
【００４６】
なお、上記の第１実施形態では、光スイッチ１０の各ＭＥＭＳミラーのばね定数ｋが略一致するものとして温度特性の補償を行うようにした。しかしながら、ＭＥＭＳミラーのばね定数は、前述の（３）式に示したように、トーションバーの形状により決定されため、ばらつきが無視できない場合もある。特に、バルクのＭＥＭＳミラーでは、トーションバーがディープ（Ｄｅｅｐ）ＲＩＥなどによって作製されるため形状にばらつきが発生し易い。このような場合に対応するためには、例えば、光スイッチ１０の各ＭＥＭＳミラーについて、各軸方向のばね定数ｋも個別に初期値メモリ２４Ａに記憶させておき、計算処理回路２４Ｃにおいて温度に応じた駆動電圧の最適値を計算する際に、上記の初期値メモリ２４Ａに記憶させた該当するばね定数ｋを読み出して計算に用いるようにすればよい。なお、上記において初期値メモリ２４Ａに個別に記憶させるばね定数に関しては、ＭＥＭＳミラーアレイ面内のばらつき分布などを考慮して、公知の補間手法により求めるようにしても構わない。上記のようにばね定数のばらつきにまで対応することによって、光スイッチ１０の制御をより高い精度で行うことが可能になる。
【００４７】
次に、本発明の第２実施形態によるＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの制御装置について説明する。
図５は、第２実施形態の制御装置の構成を示すブロック図である。
【００４８】
図５において、本実施形態の制御装置２０の構成が前述の図１に示した第１実施形態の場合と異なる部分は、駆動部２１に代えて、駆動回路２１Ａと光スイッチ１０の間にフィルタ回路２１Ｃを挿入した駆動部２１’を設けた部分である。上記以外の他の部分の構成は第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】
フィルタ回路２１Ｃは、光スイッチ１０の各ＭＥＭＳミラーを駆動した時に発生する機械的な共振動作に対応した周波数成分を、駆動回路２１Ａから光スイッチ１０の各ＭＥＭＳミラーに与えられる駆動信号から取り除くためのものである。このフィルタ回路２１の具体的な構成については、例えば、上述した特願２００２−２４２２９０号で先に提案した構成を適用することが可能である。
【００５０】
一般に、ＭＥＭＳミラーの機械的な共振動作の周波数ｆｒは、次の（９）式に示す関係を持つことが知られている。
【００５１】
【数９】
このようなＭＥＭＳミラーの機械的共振による振動は、ＭＥＭＳミラーの傾き角のフィードバック制御に悪影響を及ぼす可能性があり、光スイッチ１０の高速な切り替え動作を阻害する要因になる。このため、ＭＥＭＳミラーの機械的共振に対応した周波数成分をＭＥＭＳミラーの駆動信号から取り除くことが必要となる。ところで、上記の機械的共振に対応した周波数はＭＥＭＳミラーの温度変化によって変動してしまい、この共振周波数の温度変動を考慮すると、例えば、当該変動分に応じてフィルタ回路２１ＣのＱ値を小さくして、温度変動に対するトレランスを拡大させることが必要となる。しかし、フィルタ回路２１ＣのＱ値を小さくことでフィードバック制御による最適化に要する時間が長くなってしまう。
【００５３】
そこで本実施形態の制御装置２０では、前述した（７）式および上記の（９）式より導かれる次の（１０）式の関係に基づいて、フィルタ回路２１Ｃのフィルタ係数を光スイッチ１０の温度τに応じて最適化し、フィルタ回路２１ＣのＱ値を大きく取ることができるようにする。
【００５４】
【数１０】
上記のように第２実施形態によれば、ＭＥＭＳミラーの機械的共振に対応した周波数成分を駆動信号から取り除くためのフィルタ回路２１Ｃについて、そのフィルタ係数の温度補償を行い大きなＱ値が実現されるようにしたことで、光スイッチ１０の切り替え動作をより高速に安定して行うことが可能になる。
【００５６】
次に、本発明の第３実施形態によるＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの制御装置について説明する。
図６は、第３実施形態の制御装置の構成を示すブロック図である。
【００５７】
図６において、本実施形態の制御装置２０の構成が前述の図１に示した第１実施形態の場合と異なる部分は、初期値設定部２４に代えて、計算処理回路２３Ｃにおいて処理された計算結果を記憶しておくためのメモリ２４Ｄを追加した初期値設定部２４’を設けた部分である。上記以外の他の部分の構成は第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。
【００５８】
上述した第１実施形態の制御装置では、切り替え命令を受信すると、初期値メモリ２４Ａおよび温度センサ２４Ｂにアクセスして、温度に応じた駆動電圧Ｖの最適値を計算するようにしているため、切り替え命令の受信時から実際にＭＥＭＳミラーが動作するまでに計算処理時間に応じた遅延が発生する。光スイッチ１０の切り替え動作に要する時間を切り替え命令の受信時から該当するＭＥＭＳミラーの最適化制御の完了時までとすると、上記の計算処理時間に応じた遅延が切り替え時間に含まれることになる。
【００５９】
そこで、本実施形態の制御装置２０では、光スイッチ１０の切り替え時間を短縮するために、切り替え命令を受信したか否かに関係なく、初期値設定部２４’において、所要の時間間隔で温度に応じた駆動電圧Ｖの最適値を計算し、その計算結果をメモリ２４Ｄに蓄えておく。そして、切り替え命令を受信した時には、上記のメモリ２４Ｄから切り替え命令に対応した駆動電圧Ｖの最適値を読み出して、それを駆動部２１に送るようにする。
【００６０】
これにより、切り替え命令の受信時から実際にＭＥＭＳミラーが動作するまでの遅延時間は、メモリ２４Ｄからの情報の読み出しに要する時間だけとなって、第１実施形態の場合に比べて短縮されるため、光スイッチ１０の切り替え動作をより高速に行うことが可能になる。加えて、初期値設定部２４の計算処理回路２４Ｃに用いるＣＰＵ等の処理速度を上げたり、初期値メモリ２４Ａや温度センサ２４Ｂに高速アクセス可能なものを用いたりすれば、駆動電圧の最適値の計算処理に要する時間をさらに短縮することも勿論可能である。
【００６１】
なお、上記の第３実施形態では、上述した第１実施形態の構成について改良を施した一例を示したが、これと同様にして第２実施形態の構成についても光スイッチ１０の切り替え動作の高速化を図ることが可能である。
【００６２】
次に、本発明の第４実施形態によるＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの制御装置について説明する。
上述した第１〜第３実施形態では、ＭＥＭＳミラーの機械的および電気的な特性に着目して、温度変動による駆動電圧の偏差の補償を行うようにした。この場合、光スイッチの三次元光学系についての温度変動の影響によるＭＥＭＳミラーの傾き角のずれ、すなわち、上述したオフセット角度θｏｆｆｓｅｔの温度変動に関する補償は行われていない。そこで、第４実施形態では、光スイッチの光学系についての温度変動補償も考慮して、温度に応じた駆動電圧の初期値設定を行う一例を説明する。
【００６３】
図７は、第４実施形態の制御装置における光スイッチの光学系についての温度変動の補償方法を説明する概念図である。なお、第４実施形態の制御装置の機能ブロックは、例えば上述の図１に示した第１実施形態の場合と同様である。ここでは、光学系の温度変動の補償を中心に具体的な説明を行うことにする。
【００６４】
本実施形態の制御装置は、例えば、光スイッチ１０に設定可能な複数の光パスのうちの少なくとも３つをダミーパスに設定し、各ダミーパス上に位置するＭＥＭＳミラーに対して行うフィードバック制御によって取得される情報を基にして、ダミーパス以外の他の光パス上に位置するＭＥＭＳミラーのオフセット角度θｏｆｆｓｅｔの温度変動補償を行う。具体的に、ここでは例えば光スイッチ１０に設定される複数の光パスのうちで、入力側および出力側の各ＭＥＭＳミラーアレイ１２Ａ，１２Ｂ上で４隅に位置するＭＥＭＳミラーのいずれかを含んだ３つの光パスをダミーパスとして設定する。図７には、一方のＭＥＭＳミラーアレイについて３つのダミーパス上に位置する各ＭＥＭＳミラーが斜線を施した丸印で示してある。この一例では、ＭＥＭＳミラーアレイ上に２次元配置されたＭ×Ｎ個のＭＥＭＳミラーのうちの、左上隅（ここの座標を（１，１）とする）に位置するＭＥＭＳミラー、左下隅（ここの座標を（１，Ｍ）とする）に位置するＭＥＭＳミラーおよび右下隅（ここの座標を（Ｎ，Ｍ）とする）に位置するＭＥＭＳミラーが、いずれかのダミーパス上に存在することになる。なお、本実施形態では、ダミーパスによってチャネル光は伝搬されないものとする。
【００６５】
上記のようにして設定したダミーパス上のＭＥＭＳミラーに対してフィードバック制御を行うことにより、次に示すような基本的な原理に従ってＭＥＭＳミラーのオフセット角度θｏｆｆｓｅｔの温度変動補償が行われる。すなわち、三次元構成の光スイッチの光学系に関する温度変動は、一般に、光スイッチを構成する各部材間の熱膨張係数の差によるものが支配的であると考えられる。また、ＭＥＭＳミラーの傾き角は、実際には高々数度である。このため、図７において黒丸印で示した座標（ｎ，ｍ）に位置するＭＥＭＳミラーのｘ軸方向（横軸）のオフセット角度θｘｏｆｆｓｅｔ（ｎ，ｍ）は、ダミーパス上に位置する３つのＭＥＭＳミラーについてのオフセット角度θｘｏｆｆｓｅｔ（１，１），θｘｏｆｆｓｅｔ（１，Ｍ），θｘｏｆｆｓｅｔ（Ｎ，Ｍ）を用いて、次に示す（１１）式の関係に従った線形近似により、補間することが可能になる。
【００６６】
【数１１】
なお、ここではｘ軸方向のオフセット角度θｘｏｆｆｓｅｔについて考えたが、図７におけるｙ軸方向（縦軸）のオフセット角度θｙｏｆｆｓｅｔについてもｘ軸方向の場合と同様である。
【００６８】
本制御装置では、ダミーパス上に位置するＭＥＭＳミラーに対して傾き角を最適化するフィードバック制御をかけておき、その制御の際に得られる駆動電圧値と、温度センサ２４Ｂによって検出される温度とを用いて、上述した（８）式の関係に従って対応するＭＥＭＳミラーの実際の傾き角θが計算により求められる。そして、そのダミーパス上のＭＥＭＳミラーの理想角度θｉｄｅａｌ（物理的配置から一意に決まる傾き角）に対する、上記実際の傾き角θの差分を計算することによって、当該ダミーパス上のＭＥＭＳミラーのオフセット角度θｏｆｆｓｅｔが各軸方向について求められる。
【００６９】
このようにして３つのダミーパス上の各ＭＥＭＳミラーについてのオフセット角度θｏｆｆｓｅｔがそれぞれ求められると、上記（１１）式の関係に従って、ダミーパス上のＭＥＭＳミラー以外の他のＭＥＭＳミラーについて、現在の温度に応じたオフセット角度θｏｆｆｓｅｔが計算により求められる。そして、求められた各ＭＥＭＳミラーのオフセット角度θｏｆｆｓｅｔは、切り替え命令を受信した時に初期値設定部２４で行われる駆動電圧の最適値の計算に反映され、すなわち、初期値メモリ２４Ａに格納された基準温度についてのオフセット角度θｏｆｆｓｅｔの代わりに、ダミーパスを利用して計算した温度補償されたオフセット角度θｏｆｆｓｅｔを用いて、最適な駆動電圧の初期値の計算が行われる。
【００７０】
これにより、ＭＥＭＳミラーの機械的および電気的な温度変動だけでなく、光スイッチ１０の三次元光学系についての温度変動をも補償した駆動電圧を、光パスの接続または切り替え時の初期値として各ＭＥＭＳミラーに供給することができるため、光スイッチ１０の切り替え動作をより一層高速に行うことが可能になる。
【００７１】
なお、上記の第４実施形態では、チャネル光を伝搬させない専用の光パスをダミーパスとして設定するようにしたが、本発明はこれに限らず、チャネル光が伝搬され実際に運用されている光パスにおけるフィードバック制御の状態を基に、ＭＥＭＳミラーのオフセット角度の温度補償を行うこともできる。この場合、運用中の光パスの接続設定に対応させてＭＥＭＳミラーの理想角度θｉｄｅａｌの計算を行うことで、第４実施形態の場合と同様にして各ＭＥＭＳミラーについての温度に応じたオフセット角度を計算することが可能である。
【００７２】
次に、本発明の第５実施形態によるＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの制御装置について説明する。
図８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。
【００７３】
図８において、本実施形態の制御装置２０は、前述の図１に示した第１実施形態の構成について、各ＭＥＭＳミラーのフィードバック制御時に取得される情報に基づいて光スイッチ１０の温度を判断することにより、初期値設定部２４に設けていた温度センサ２４Ｂを省略可能にしたものである。
【００７４】
具体的に、本実施形態の制御装置２０では、光スイッチ１０の各ＭＥＭＳミラーに対してフィードバック制御を行っているときに得られる最適化された駆動電圧を用いて、次に示すような手順に従って光スイッチ１０の温度が計算により求められる。ただし、ここでは、前述の第４実施形態において説明したような光スイッチの光学系についての温度変動の補償は考えずに、ＭＥＭＳミラーの機械的および電気的な温度変動の補償のみを考えるものとする。
【００７５】
上述した（８）式の関係より、基準温度での理想駆動電圧Ｖｉｄｅａｌは、次の（１２）式を用いて表すことができる。また、ＭＥＭＳミラーのフィードバック制御時に取得される最適な駆動電圧ＶＦＢは、次の（１３）式を用いて表すことが可能である。
【００７６】
【数１２】
【数１３】
上記の（１２）式および（１３）式より、温度τについて解くと次の（１４）式に示す関係を得ることができる。ただし、ΔＶ＝ＶＦＢ−Ｖｉｄｅａｌとする。
【００７９】
【数１４】
ここで、上記の（１４）式におけるΔＶは、フィードバック制御時に取得されるＶＦＢと２５℃の基準温度における理想駆動電圧Ｖｉｄｅａｌとの差であるため、ＭＥＭＳミラーに対するフィードバック制御を行えば既知の値となる。従って、（１４）式より光スイッチ１０の温度を計算することができるため、温度センサを省略することが可能になる。なお、上記の計算処理は、ＭＥＭＳミラーに対するフィードバック制御が行われているときに、初期値設定部２４の計算処理回路２４Ｃにおいて実行されるものとする。
【００８１】
上記のようにして光スイッチ１０の温度τが計算により求められると、その温度τを用い、上述した第１実施形態の場合と同様にして、（８）式の関係に従って温度τに応じた駆動電圧の最適値が計算され、切り替え命令の受信時におけるＭＥＭＳミラーに与える駆動電圧の初期設定が行われる。
【００８２】
このように第５実施形態の制御装置２０によれば、温度センサを用いることなく温度特性の補償された駆動電圧の最適値を計算することができるようになるため、装置構成の簡略化および低コスト化を図ることが可能になる。
【００８３】
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。
【００８４】
（付記１） 複数のＭＥＭＳミラーを用い、複数の入出力チャネル間を接続する光パスの切り替えを行う三次元構成の光スイッチに対して、前記複数のＭＥＭＳミラーに駆動電圧を供給する駆動手段と、該駆動手段による駆動電圧の供給状態を変化させることで各ＭＥＭＳミラーの傾き角を制御する制御手段と、前記光パスの接続または切り替えが要求されると、該要求に対応したＭＥＭＳミラーに供給する駆動電圧の初期値を前記駆動手段に与える初期値設定手段と、を備えた制御装置であって、
前記初期値設定手段は、
光パスの設定に対応した各ＭＥＭＳミラーの傾き角に関する基準温度についての情報を予め記憶した初期値記憶部と、
前記光スイッチの温度を検出する温度検出部と、
光パスの接続または切り替えが要求されると、前記初期値記憶部から前記要求に対応した基準温度についての情報を取得すると共に、前記温度検出部で検出される前記光スイッチの温度を読み取り、前記初期値記憶部から取得した情報および前記温度検出部から読み取った温度に基づいて、基準温度に対する温度変動による偏差を補償した駆動電圧を計算し、該計算した駆動電圧を初期値として前記駆動手段に与える計算処理部と、を含んで構成されたことを特徴とするＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの制御装置。
【００８５】
（付記２） 付記１に記載の制御装置であって、
前記計算処理部は、前記初期値記憶部から取得した情報に対応したＭＥＭＳミラーの傾き角をθ、前記温度検出部から読み取った温度をτ、基準温度をτ０、基準温度におけるＭＥＭＳミラーのばね定数をｋ、基準温度におけるＭＥＭＳミラーのばね定数の温度係数をｋｔｍｐとして、前記温度変動による偏差を補償した駆動電圧Ｖを、次式
【００８６】
【数１５】
に示す関係を用いて計算することを特徴とするＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの制御装置。
【００８８】
（付記３） 付記１に記載の制御装置であって、
前記初期値記憶部は、基準温度について、光パスによって接続される入出力チャネルの物理的配置から決定されるＭＥＭＳミラーの傾き角の理論値と、前記光スイッチを構成する光学部材の状態に応じて決まるＭＥＭＳミラーのオフセット角度とを含んだ情報を予め記憶することを特徴とするＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの制御装置。
【００８９】
（付記４） 付記３に記載の制御装置であって、
前記初期値記憶部は、前記光スイッチの各ＭＥＭＳミラーに対応した基準温度についてのばね定数に関する情報を予め記憶し、
前記計算処理部は、前記初期値記憶に記憶されたばね定数に関する情報をＭＥＭＳミラーごとに個別に用いて、前記温度変動による偏差を補償した駆動電圧の計算を行うことを特徴とするＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの制御装置。
【００９０】
（付記５） 付記１に記載の制御装置であって、
前記駆動手段は、前記光スイッチの各ＭＥＭＳミラーに供給する駆動信号に含まれる、前記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フィルタを有し、
該共振成分除去フィルタは、前記温度検出部で検出される前記光スイッチの温度に応じてフィルタ係数が制御されることにより、温度変動によるフィルタ特性の変化が補償されていることを特徴とするＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの制御装置。
【００９１】
（付記６） 付記１に記載の制御装置であって、
前記初期値設定手段は、前記計算処理部における計算結果を記憶しておくためのメモリを有し、光パスの接続または切り替えの要求の有無に関わらず、前記計算処理部が温度変動による偏差を補償した駆動電圧を計算して前記メモリの記憶情報の更新を行い、前記光パスの接続または切り替えが要求されると、前記メモリから前記要求に対応した駆動電圧を取得し、該駆動電圧を初期値として前記駆動手段に与えることを特徴とするＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの制御装置。
【００９２】
（付記７） 付記１に記載の制御装置であって、
前記光スイッチで入出力チャネルの切り替えが行われた光の出力状態をモニタする出力モニタ手段を備え、
前記制御手段は、前記初期値設定手段により駆動電圧の初期値が前記駆動手段に与えられた後に、前記出力モニタ手段のモニタ結果に応じて、前記駆動手段による駆動電圧の供給状態をフィードバック制御することを特徴とするＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの制御装置。
【００９３】
（付記８） 付記７に記載の制御装置であって、
前記制御手段によりフィードバック制御された前記駆動手段によってＭＥＭＳミラーに供給される駆動電圧に基づいて、前記光スイッチを構成する光学部材の状態に応じて決まるＭＥＭＳミラーのオフセット角度の温度変動による偏差を補償するオフセット補償手段を備えたことを特徴とするＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの制御装置。
【００９４】
（付記９） 付記８に記載の制御装置であって、
前記オフセット補償手段は、前記光スイッチに設定される複数の光パスのうちの少なくとも３つをダミーパスに設定し、該各ダミーパス上に存在するＭＥＭＳミラーに対して前記駆動手段により供給される駆動電圧に基づいて、他のＭＥＭＳミラーについてのオフセット角度の温度変動による偏差を補償することを特徴とするＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの制御装置。
【００９５】
（付記１０） 付記７に記載の制御装置であって、
前記初期値設定手段は、前記温度検出部に代えて、前記制御手段によりフィードバック制御された前記駆動手段によってＭＥＭＳミラーに供給される駆動電圧に基づいて、前記光スイッチの温度を計算により求める手段を備えたことを特徴とするＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの制御装置。
【００９６】
（付記１１） 複数のＭＥＭＳミラーを用い、複数の入出力チャネル間を接続する光パスの切り替えを行う三次元構成の光スイッチに対して、前記複数のＭＥＭＳミラーに駆動電圧を供給し、該駆動電圧の供給状態を変化させることで各ＭＥＭＳミラーの傾き角を制御する制御方法であって、
光パスの接続または切り替えが要求されると、
光パスの設定に対応した各ＭＥＭＳミラーの傾き角に関する基準温度についての情報を予め記憶した初期値記憶部にアクセスし、前記要求に対応した基準温度についての情報を取得すると共に、前記光スイッチの温度を検出する温度検出部にアクセスして、前記光スイッチの温度を読み取り、
前記初期値記憶部から取得した情報および前記温度検出部から読み取った温度に基づいて、基準温度に対する温度変動による偏差を補償した駆動電圧を計算し、該計算結果を駆動電圧の初期値として対応するＭＥＭＳミラーに供給することを特徴とするＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの制御方法。
【００９７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の制御装置および制御方法によれば、ＭＥＭＳミラーを用いた三次元構成の光スイッチについて、入出力間の光パスの接続または切り替えが発生した際、その時の温度に応じて計算した駆動電圧の最適値が該当するＭＥＭＳミラーに対して初期値として与えられるようにしたことで、初期設定の段階から光スイッチの温度変動特性を確実に補償することができ、高速な切り替え動作が可能な光スイッチを実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１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２】図１の制御装置が適用されるＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの要部構成を示す斜視図である。
【図３】ＭＥＭＳミラーに供給する駆動電圧とミラーの傾き角との関係を説明するための図である。
【図４】駆動電圧の温度変動の一例を示す特性図である。
【図５】本発明の第２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６】本発明の第３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７】本発明の第４実施形態の制御装置における光スイッチの光学系についての温度変動の補償方法を説明する概念図である。
【図８】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。
【符号の説明】
１０ 光スイッチ
１１Ａ，１１Ｂ 光ファイバアレイ
１２Ａ，１２Ｂ ミラーアレイ
１３ 固定反射板
２０ 制御装置
２１ 駆動部
２１Ａ 駆動回路
２１Ｃ フィルタ回路
２２ コントローラ
２３ モニタ部
２４ 初期値設定部
２４Ａ 初期値メモリ
２４Ｂ 温度センサ
２４Ｃ 計算処理回路
２４Ｄ メモリ
Claims (5)
- 複数のＭＥＭＳミラーを用い、複数の入出力チャネル間を接続する光パスの切り替えを行う三次元構成の光スイッチに対して、前記複数のＭＥＭＳミラーに駆動電圧を供給する駆動手段と、該駆動手段による駆動電圧の供給状態を変化させることで各ＭＥＭＳミラーの傾き角を制御する制御手段と、前記光パスの接続または切り替えが要求されると、該要求に対応したＭＥＭＳミラーに供給する駆動電圧の初期値を前記駆動手段に与える初期値設定手段と、を備えた制御装置であって、
前記初期値設定手段は、
光パスの設定に対応した各ＭＥＭＳミラーの傾き角に関する基準温度についての情報を予め記憶した初期値記憶部と、
前記光スイッチの温度を検出する温度検出部と、
光パスの接続または切り替えが要求されると、前記初期値記憶部から前記要求に対応した基準温度についての情報を取得すると共に、前記温度検出部で検出される前記光スイッチの温度を読み取り、前記初期値記憶部から取得した情報および前記温度検出部から読み取った温度に基づいて、基準温度に対する温度変動による偏差を補償した駆動電圧を計算し、該計算した駆動電圧を初期値として前記駆動手段に与える計算処理部と、を含んで構成されたことを特徴とするＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの制御装置。 - 請求項１に記載の制御装置であって、
前記初期値記憶部は、基準温度について、光パスによって接続される入出力チャネルの物理的配置から決定されるＭＥＭＳミラーの傾き角の理論値と、前記光スイッチを構成する光学部材の状態に応じて決まるＭＥＭＳミラーのオフセット角度とを含んだ情報を予め記憶することを特徴とするＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの制御装置。 - 請求項１に記載の制御装置であって、
前記駆動手段は、前記光スイッチの各ＭＥＭＳミラーに供給する駆動信号に含まれる、前記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フィルタを有し、
該共振成分除去フィルタは、前記温度検出部で検出される前記光スイッチの温度に応じてフィルタ係数が制御されることにより、温度変動によるフィルタ特性の変化が補償されていることを特徴とするＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの制御装置。 - 請求項１に記載の制御装置であって、
前記光スイッチで入出力チャネルの切り替えが行われた光の出力状態をモニタする出力モニタ手段を備え、
前記制御手段は、前記初期値設定手段により駆動電圧の初期値が前記駆動手段に与えられた後に、前記出力モニタ手段のモニタ結果に応じて、前記駆動手段による駆動電圧の供給状態をフィードバック制御することを特徴とするＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの制御装置。 - 複数のＭＥＭＳミラーを用い、複数の入出力チャネル間を接続する光パスの切り替えを行う三次元構成の光スイッチに対して、前記複数のＭＥＭＳミラーに駆動電圧を供給し、該駆動電圧の供給状態を変化させることで各ＭＥＭＳミラーの傾き角を制御する制御方法であって、
光パスの接続または切り替えが要求されると、
光パスの設定に対応した各ＭＥＭＳミラーの傾き角に関する基準温度についての情報を予め記憶した初期値記憶部にアクセスし、前記要求に対応した基準温度についての情報を取得すると共に、前記光スイッチの温度を検出する温度検出部にアクセスして、前記光スイッチの温度を読み取り、
前記初期値記憶部から取得した情報および前記温度検出部から読み取った温度に基づいて、基準温度に対する温度変動による偏差を補償した駆動電圧を計算し、該計算結果を駆動電圧の初期値として対応するＭＥＭＳミラーに供給することを特徴とするＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの制御方法。
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