JP2005189548A - Optical switch apparatus and calibration method for optical switch apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、可動ミラーで光ビームを偏向することによって、入力用光ファイバーと出力用光ファイバーの間の光接続を切り換える光スイッチ装置に関する。 The present invention relates to an optical switch device that switches an optical connection between an input optical fiber and an output optical fiber by deflecting a light beam with a movable mirror.
米国特許出願公開2002/0196520A1号は光スイッチ装置を開示している。この光スイッチ装置では、入力用光ファイバーから入力された波長多重されている光ビームをグレーティングにより分波し、波長ごとに対応した可動ミラーで偏向することによって、出力する出力用光ファイバーを切り換えることができる。
入力用光ファイバーと出力用光ファイバーとを低損失でカップリングさせるためには、光ビームを偏向する可動ミラーの振れ角を高精度で制御する必要がある。前述の光スイッチ装置は、この点について考慮されていない。このため、経時的な要因や環境の変化による可動ミラーの駆動特性変化によって角度制御誤差が生じた場合に、光損失が増大してしまう恐れがある。 In order to couple the input optical fiber and the output optical fiber with low loss, it is necessary to control the deflection angle of the movable mirror that deflects the light beam with high accuracy. The aforementioned optical switch device does not consider this point. For this reason, when an angle control error occurs due to a change in drive characteristics of the movable mirror due to a factor over time or a change in environment, there is a possibility that light loss may increase.
本発明は、このような実状を考慮して成されたものであり、その目的は、特性が安定している光スイッチ装置を提供することである。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide an optical switch device having stable characteristics.
本発明は、ひとつには、光スイッチ装置であり、少なくとも一本の入力用光ファイバーと、少なくとも一本の出力用光ファイバーと、入力用光ファイバーからの光ビームを出力用光ファイバーに向けるための可動ミラーと、可動ミラーの姿勢制御に関する制御値を保持しておく制御情報保持手段と、制御値に基づいて可動ミラーを駆動する駆動手段と、光ビームの光量を検出する光量検出手段と、光量検出手段の出力に基づいて制御値を調整し、調整後の制御値に基づいて出力用光ファイバーに光ビームを向けるために必要な制御値を求め、求めた制御値で制御情報保持手段に保持されている制御値を更新する調整手段とを備えている。 One aspect of the present invention is an optical switch device, and includes at least one input optical fiber, at least one output optical fiber, and a movable mirror for directing a light beam from the input optical fiber to the output optical fiber. A control information holding means for holding a control value related to the attitude control of the movable mirror, a driving means for driving the movable mirror based on the control value, a light quantity detecting means for detecting the light quantity of the light beam, and a light quantity detecting means. The control value is adjusted based on the output, the control value necessary for directing the light beam to the optical fiber for output is obtained based on the adjusted control value, and the control information held in the control information holding means is obtained with the obtained control value Adjusting means for updating the value.
本発明は、ひとつには、少なくとも一本の入力用光ファイバーと、少なくとも一本の出力用光ファイバーと、入力用光ファイバーからの光ビームを出力用光ファイバーに向けるための可動ミラーと、可動ミラーの制御値を保持しておく制御情報保持手段と、制御値に基づいて可動ミラーを駆動する駆動手段とを備える光スイッチ装置のキャリブレーション方法であり、入力用光ファイバーからの光ビームの光量を検出する工程と、検出された光量に基づいて可動ミラーの制御値を調整する工程と、調整後の制御値に基づいて光ビームを出力用光ファイバーに向けるように可動ミラーを制御するための制御値を求める工程と、求めた制御値で制御情報保持手段に保持されている制御値を更新する工程とを有している。 The present invention includes, in part, at least one input optical fiber, at least one output optical fiber, a movable mirror for directing a light beam from the input optical fiber to the output optical fiber, and a control value of the movable mirror. Is a method for calibrating an optical switch device comprising a control information holding means for holding the light and a drive means for driving the movable mirror based on the control value, and a step of detecting the light quantity of the light beam from the input optical fiber; Adjusting the control value of the movable mirror based on the detected light amount; obtaining the control value for controlling the movable mirror so as to direct the light beam toward the output optical fiber based on the adjusted control value; And a step of updating the control value held in the control information holding means with the obtained control value.
本発明によれば、特性の安定している光スイッチ装置が提供される。 According to the present invention, an optical switch device having stable characteristics is provided.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
第一実施形態
本実施形態は、波長多重された光ビームを波長ごとに切り換え可能な光スイッチ装置に向けられている。図1は、本発明の第一実施形態の光スイッチ装置の構成を示している。
First Embodiment The present embodiment is directed to an optical switch device that can switch a wavelength-multiplexed light beam for each wavelength. FIG. 1 shows the configuration of the optical switch device according to the first embodiment of the present invention.
図1に示されるように、本実施形態の光スイッチ装置100は、波長多重された光ビーム(複数の波長成分を含む光)が入力される一本の入力用光ファイバー112と、光を出力する複数本の出力用光ファイバー114と、この出力用光ファイバー114と同様な光学的特性を有する一本の検出用光ファイバー116と、入力用光ファイバー112から射出される発散光ビームを平行光ビームに変えるコリメートレンズ122と、出力用光ファイバー114に向けられた平行光ビームを収束光ビームに変える出力用光ファイバー114と同数の収束レンズ124と、検出用光ファイバー116に向けられた平行光ビームを収束光ビームに変える収束レンズ126とを有している。
As shown in FIG. 1, the
光スイッチ装置100はさらに、コリメートレンズ122からの平行光ビームを収束光ビームに変える凸レンズ132と、凸レンズ132からの一旦収束した後の発散光ビームを平行光ビームに変える凸レンズ134と、凸レンズ134からの平行光ビームを波長成分ごとに異なる方向に偏向するグレーティング136とを有している。
The
グレーティング136は、波長多重された入射光ビームを、波長成分ごとにそれぞれ異なる方向に偏向する。グレーティング136で偏向された平行光ビームは、凸レンズ134に入射して、収束光ビームに変えられる。
The
光スイッチ装置100はさらに、複数の可動ミラー140を有している。複数の可動ミラー140は、グレーティング136による回折方向に沿って一列に整列している。可動ミラー140の個数は、光ビーム中の多重されている波長の種類に対応している。つまり、光スイッチ装置100は、グレーティング136で分波される波長の種類と同数の可動ミラー140を有している。
The
複数本の出力用光ファイバー114は、可動ミラー140による光ビームの偏向方向に沿って整列されており、検出用光ファイバー116は出力用光ファイバー114と同列に配置されている。つまり、出力用光ファイバー114と検出用光ファイバー116は、可動ミラー140による光ビームの偏向方向に沿って、一列に配置されている。
The plurality of output
従って、可動ミラー140は、それぞれ、その振れ角を変えることによって、凸レンズ134からの収束光ビームを出力用光ファイバー114と検出用光ファイバー116のどれか一つに向けることが可能である。
Therefore, each of the
つまり、コリメートレンズ122と収束レンズ124と収束レンズ126と凸レンズ132と凸レンズ134とグレーティング136と可動ミラー140は、入力用光ファイバー112と、出力用光ファイバー114と検出用光ファイバー116との間で光ビームをカップリングするための光スイッチ光学系を構成している。
That is, the
図1に示されるように、光スイッチ装置100はさらに、可動ミラー140の姿勢制御に関する制御値を保持しておく制御情報保持手段であるメモリー176と、制御値に基づいて可動ミラー140を駆動する駆動手段であるミラー駆動回路180と、検出用光ファイバー116に光学的に結合された光検出器172と、光検出器172の出力に基づいて制御値を調整する調整手段である調整回路178とを有している。
As shown in FIG. 1, the
光検出器172は、これに限定されないが、例えば、フォトダイオード(PD)で構成される。PD172は、検出用光ファイバー116と収束レンズ126と共働して、光ビームの光量を検出する光量検出手段を構成している。
Although not limited to this, the
本実施形態では、可動ミラー140の姿勢制御に関する制御値は、駆動電気信号値である。調整回路178は、メモリー176に記憶されている駆動電圧値を読み書きできるとともに、PD172の出力に基づいてミラー駆動回路180に与える駆動電圧値を調整することができる。
In the present embodiment, the control value related to the attitude control of the
光スイッチ装置100において、入力用光ファイバー112には、波長多重された光ビームすなわち複数の波長成分を含む光が入力される。入力用光ファイバー112に入力された光ビームは、入力用光ファイバー112から発散光ビームとして射出される。入力用光ファイバー112から射出された発散光ビームはコリメートレンズ122によって平行光ビームに変えられる。コリメートレンズ122からの平行光ビームは凸レンズ132によって収束光ビームに変えられる。この収束光ビームは、一旦収束した後、発散光ビームとなる。この発散光ビームは凸レンズ134によって平行光ビームに変えられ、グレーティング136に入射する。グレーティング136に入射した光ビームは、グレーティング136の回折作用により波長成分ごとに異なる方向に偏向され、波長の異なる複数の光ビームに分割される。
In the
複数の光ビームは、それぞれ、凸レンズ134によって、収束光ビームに変えられるとともに、対応する可動ミラー140に向けられる。可動ミラー140に向かう収束光ビームは、可動ミラー140の近くで収束し、可動ミラー140で反射される。
Each of the plurality of light beams is converted into a convergent light beam by the
可動ミラー140は、一本の軸周りの振れ角を所定範囲内で変更可能である。これにより、可動ミラー140で反射された光ビームの方向を調整することが可能である。その結果、可動ミラー140で反射された光ビームを、複数本の出力用光ファイバー114と検出用光ファイバー116のどれか一つに向けることができる。
The
可動ミラー140の振れ角は、ミラー駆動回路180によって、メモリー176に記憶されている駆動電圧値に従って制御される。従って、可動ミラー140で偏向される光ビームを出力用光ファイバー114と検出用光ファイバー116にそれぞれ向けるために必要な駆動電圧値をメモリー176に記憶しておくことによって、光ビームのカップリング先を自由に切り換えることができる。
The deflection angle of the
可動ミラー140で反射された光ビームは、凸レンズ134によって平行光ビームに変えられる。この平行光ビームは、グレーティング136で偏向された後、凸レンズ134によって収束光ビームに変えられる。この収束光ビームは、一旦収束した後、発散光ビームとなり、凸レンズ132によって平行光ビームに変えられる。この平行光ビームは、収束レンズ124によって収束光ビームに変えられて出力用光ファイバー114に入射するか、収束レンズ124によって収束光ビームに変えられて検出用光ファイバー116に入射する。
The light beam reflected by the
出力用光ファイバー114に入射した光ビームは、出力用光ファイバー114から出力される。また、検出用光ファイバー116に入射した光ビームは、検出用光ファイバー116を通り、PD172に達する。PD172は、入射した光ビームの光量を反映した信号を出力する。
The light beam incident on the output
複数の可動ミラー140はアレイ状に一列に整列している。このようにアレイ状に一列に整列した可動ミラーの好適な一例は、MEMS(Micro Electro Mechanical System)技術を利用して作製されるMEMSミラーである。図2は、MEMSミラーで構成された図1に示された可動ミラー140の斜視図である。
The plurality of
図2に示されるように、一つの可動ミラー140は、一つのミラー142を有している。ミラー142は、一直線上に延びる二本のヒンジ144を介して、可動ミラー140の列に沿って両側に延びている二本のフレーム146に接続されている。ヒンジ144は、比較的容易に捻れ変形可能であり、ミラー142がヒンジ144を軸として所定の角度範囲で向きを変えることを可能にしている。
As shown in FIG. 2, one
ミラー142の裏面には一つのGND電極148が設けられている。可動ミラー140はさらに、ミラー142のGND電極148に対向している二つの駆動電極152を有している。駆動電極152は、ミラー142の裏面側に配置された電極基板154に設けられている。
One
このような可動ミラー140では、GND電極148と駆動電極152の間に電圧を印加することにより発生する静電力によって、ミラー142の向きが変えられる。可動ミラー140は、ミラー142で反射される光ビームを、ミラー142の向きに対応して偏向する。
In such a
このように、可動ミラー140は静電引力によって駆動されるが、静電駆動は環境の変化によって駆動特性が変化することが知られており、同じ駆動電圧を印加しても所定の振れ角を得られない可能性がある。
Thus, although the
ここでは、可動ミラー140の駆動感度が変化した場合を想定し、この駆動感度の変化による角度制御誤差をキャリブレーションする方法について説明する。
Here, assuming that the drive sensitivity of the
図3は、可動ミラー140の駆動感度が変化した前後での駆動電圧に対するミラー振れ角のグラフである。図3において、駆動感度が変化する前の可動ミラー140の駆動特性191では、駆動電圧値194において、検出用光ファイバー116に光ビームを向けるために必要な可動ミラー140の振れ角193となる。これに対して、駆動感度が変化した後の可動ミラー140の駆動特性192では、駆動電圧値195において、検出用光ファイバー116に光ビームを向けるために必要な可動ミラー140の振れ角193となる。
FIG. 3 is a graph of the mirror deflection angle with respect to the drive voltage before and after the drive sensitivity of the
図3から明らかなように、可動ミラー140の駆動特性が変化した場合、検出用光ファイバー116に光ビームを向けるためには駆動電圧値をキャリブレーションする必要がある。同様に、出力用光ファイバー114に光ビームを向けるために必要な駆動電圧値もキャリブレーションする必要がある。
As is apparent from FIG. 3, when the drive characteristic of the
図4は、第一実施形態における駆動電圧値のキャリブレーション動作のフローチャートである。 FIG. 4 is a flowchart of the drive voltage value calibration operation in the first embodiment.
次に、図3と図4を参照しながら、本実施形態における、駆動感度が変化した場合の駆動電圧値をキャリブレーションする動作について説明する。 Next, the operation for calibrating the drive voltage value when the drive sensitivity changes in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
まず、駆動電圧値のキャリブレーションを行なう可動ミラー140を選択する、工程S101を実施する。
First, step S101 for selecting the
次に、キャリブレーションを行なう可動ミラー140で偏向された光ビームが検出用光ファイバー116に向かうために必要な駆動電圧値をメモリー176から読出して調整回路178に書き込む、工程S102を実施する。
Next, step S102 is performed in which a drive voltage value necessary for the light beam deflected by the
次に、工程S102で読み出した駆動電圧値をミラー駆動回路180に出力して可動ミラー140の振れ角を変更する、工程S103を実施する。工程S103を実施することによって、可動ミラー140で偏向された光ビームは検出用光ファイバー116にカップリングし、PD172で光量を検出することが可能となる。
Next, step S103 is performed in which the drive voltage value read in step S102 is output to the mirror drive circuit 180 to change the deflection angle of the
次に、PD172の出力が最大となるように、調整回路178で駆動電圧値を調整してミラー駆動回路180に出力する動作を繰り返す、工程S104を実施する。工程S104を実施することによって、可動ミラー140で偏向された光ビームが、検出用光ファイバー116と最も効率よくカップリングするために必要な駆動電圧値が得られる。
Next, step S <b> 104 is performed in which the
次に、工程S104で得られた駆動電圧値に対するミラー振れ角の座標と原点座標とを通るように駆動特性192の直線を補間し、補間した駆動特性192に基づいて、可動ミラー140で偏向された光ビームを、複数の出力用光ファイバー114にそれぞれ向けるために必要な複数の駆動電圧値を新たに求める、工程S105を実施する。工程S105を実施することによって、可動ミラー140の駆動感度の変化の影響を反映した駆動電圧値を得ることができる。
Next, a straight line of the
最後に、工程S105で得られた駆動電圧値でメモリー176の内容を上書きする、工程S106を実施する。この工程を実施することによって、次回以降、可動ミラー140を駆動する際には駆動感度の変化を考慮した駆動電圧値で駆動することが可能となる。
Finally, step S106 is performed in which the contents of the
これらの工程S101〜工程S106を適宜繰り返すことによって、可動ミラー140の角度制御誤差を抑える状態とすることができ、光損失の増大を抑えた安定した光スイッチ装置を実現することができる。
By appropriately repeating these steps S101 to S106, the angle control error of the
本実施形態では、可動ミラー140の駆動特性を直線として扱ったが、可動ミラー140の駆動特性が例えば二次関数などの曲線である場合には、工程S104で得られた駆動電圧値に対するミラー振れ角の座標と原点座標とを通る近似曲線を求め、求めた近似曲線から出力用光ファイバー114に向けるために必要な駆動電圧値を新たに求めることによって、同様にしてキャリブレーションを行なうことができる。
In the present embodiment, the drive characteristic of the
なお、工程S105では、工程S102で読み出した駆動電圧値と工程S104で得られた駆動電圧値とを比較し、調整前の駆動電圧値に対する調整後の駆動電圧値の比を求め、求めた比となるように、偏向した光ビームを出力用光ファイバー114に向けるために必要な駆動電圧値を新たに求めてもよい。
In step S105, the drive voltage value read in step S102 is compared with the drive voltage value obtained in step S104, and the ratio of the drive voltage value after adjustment to the drive voltage value before adjustment is obtained. Thus, a drive voltage value necessary for directing the deflected light beam to the output
本実施形態では、可動ミラーが静電駆動型MEMSミラーであり、その駆動電圧値を制御値とする例をあげたが、可動ミラーが電磁駆動型MEMSミラーであり、その駆動電流値を制御値としてキャリブレーションを行なってもよい。 In the present embodiment, the movable mirror is an electrostatic drive type MEMS mirror and the drive voltage value is a control value. However, the movable mirror is an electromagnetic drive type MEMS mirror and the drive current value is a control value. Calibration may be performed as follows.
次に、駆動特性にオフセットが生じた場合に駆動電圧値のキャリブレーションを行なう、第一実施形態の変形例について説明する。オフセットが生じた場合、可動ミラー140で偏向された光ビームを、出力用光ファイバー114と検出用光ファイバー116のどれかに向けるために必要な駆動電圧値は等しく増減する。そのため、検出用光ファイバー116に光ビームを向けるために必要な駆動電圧値の増減分を得ることができれば、出力用光ファイバー114に光ビームを向けるために必要な駆動電圧値を等しく増減することによって、オフセットの影響を考慮した駆動電圧値のキャリブレーションを行なうことができる。
Next, a modification of the first embodiment will be described in which the drive voltage value is calibrated when an offset occurs in the drive characteristics. When an offset occurs, the drive voltage value required to direct the light beam deflected by the
本変形では、工程S104において調整前の駆動電圧値と調整後の駆動電圧値との差分を求め、求めた差分を偏向した光ビームを出力用光ファイバー114に向けるために必要な駆動電圧値に加算または減算することによって、オフセットの影響を考慮した駆動電圧値のキャリブレーションを行なうことができる。
In this modification, the difference between the drive voltage value before adjustment and the drive voltage value after adjustment is obtained in step S104, and the obtained difference is added to the drive voltage value necessary for directing the deflected light beam to the output
第二実施形態
本実施形態は、波長多重された光ビームを波長ごとに切り換え可能な別の光スイッチ装置に向けられている。図5は、本発明の第二実施形態の光スイッチ装置の構成を示している。図5において、図1に示された部材と同一の参照符号で指示された部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略する。
Second Embodiment The present embodiment is directed to another optical switch device that can switch a wavelength-multiplexed light beam for each wavelength. FIG. 5 shows the configuration of the optical switch device according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 5, members indicated by the same reference numerals as those shown in FIG. 1 are similar members, and detailed description thereof is omitted.
図5に示されるように、本実施形態の光スイッチ装置200は、図1におけるメモリー176と調整回路178に代えて、メモリー276と調整回路278とを備えており、さらに、検出用光ファイバー216と収束レンズ226とPD272とを備えている。
As shown in FIG. 5, the
収束レンズ226は、検出用光ファイバー216に向けられた凸レンズ132からの平行光ビームを収束光ビームに変える。PD272は、検出用光ファイバー216に光学的に結合されている。検出用光ファイバー216にカップリングした光ビームの光量はPD272で検出される。
The converging
検出用光ファイバー216と収束レンズ226とPD272は、検出用光ファイバー116と収束レンズ126とPD172とともに、光ビームの光量を検出する光量検出手段を構成している。
The detection
図6は、可動ミラー140の駆動特性に駆動感度の変化とオフセットが同時に生じた場合の駆動電圧に対するミラー振れ角を表したグラフである。図6において、可動ミラー140に駆動感度の変化とオフセットが生じる前の駆動特性291では、駆動電圧値298において、検出用光ファイバー216に光ビームを向けるために必要な可動ミラー140の振れ角293となり、駆動電圧値297において、検出用光ファイバー116に光ビームを向けるために必要な可動ミラー140の振れ角294となる。これに対して、可動ミラー140に駆動感度の変化とオフセットが同時に生じた後の駆動特性292では、駆動電圧値296において、検出用光ファイバー216に光ビームを向けるために必要な可動ミラー140の振れ角293となり、駆動電圧値295において、検出用光ファイバー116に光ビームを向けるために必要な可動ミラー140の振れ角294となる。
FIG. 6 is a graph showing the mirror deflection angle with respect to the drive voltage when a change in drive sensitivity and an offset occur simultaneously in the drive characteristics of the
図7は、本発明の第二実施形態における駆動電圧値をキャリブレーションする動作のフローチャートである。 FIG. 7 is a flowchart of the operation for calibrating the drive voltage value in the second embodiment of the present invention.
工程S201〜工程S204では、検出用光ファイバー116に光ビームを向ける駆動電圧値の調整を行なっている。この調整は、第一実施形態の工程S101〜工程S104とまったく同様である。また、工程S205〜工程S207では、検出用光ファイバー216に光ビームを向ける駆動電圧値の調整を行なっている。この調整は、第一実施形態の工程S101〜工程S104と同様に行なわれる。
In step S201 to step S204, the drive voltage value for directing the light beam toward the detection
工程S208では、工程S204で求めた駆動電圧値295に対するミラー振れ角の座標と、工程S207で求めた駆動電圧値296に対するミラー振れ角の座標とを通るように、駆動特性292の直線を補間する。さらに、補間した駆動特性292に基づいて、可動ミラー140で偏向される光ビームを、複数の出力用光ファイバー114にそれぞれ向けるために必要な複数の駆動電圧値を新たに求める。
In step S208, a straight line of the
工程S209では、新たに求めた駆動電圧値で、メモリー276に記憶されている駆動電圧値を更新する。 In step S209, the drive voltage value stored in the memory 276 is updated with the newly obtained drive voltage value.
このように、本実施形態では、異なる二点での光ビームの光量を検出し、検出した二つの光量値に基づいて駆動電圧値を調整している。その結果、駆動感度の変化だけでなく、オフセットの影響も含めた駆動電圧値のキャリブレーションを行なうことができる。 Thus, in this embodiment, the light quantity of the light beam at two different points is detected, and the drive voltage value is adjusted based on the two detected light quantity values. As a result, not only the change in drive sensitivity but also the drive voltage value including the influence of offset can be calibrated.
本実施形態では、二本の検出用光ファイバーが並べて配置されているが、検出用光ファイバーの間に出力用光ファイバーが配置されていてもよい。 In this embodiment, two optical fibers for detection are arranged side by side, but an optical fiber for output may be arranged between the optical fibers for detection.
第三実施形態
本実施形態は、波長多重された光ビームを波長ごとに切り換え可能な別の光スイッチ装置に向けられている。図8は、本発明の第三実施形態の光スイッチ装置の構成を示している。図8において、図1に示された部材と同一の参照符号で指示された部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略する。
Third Embodiment This embodiment is directed to another optical switch device that can switch a wavelength-multiplexed light beam for each wavelength. FIG. 8 shows the configuration of the optical switch device according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 8, members indicated by the same reference numerals as those shown in FIG. 1 are similar members, and detailed description thereof is omitted.
図8に示されるように、本実施形態の光スイッチ装置300は、図1におけるメモリー176と調整回路178とミラー駆動回路180に代えて、メモリー376と調整回路378と角度制御回路380とを有している。光スイッチ装置300はさらに、複数の可動ミラー140の角度をそれぞれ検出する複数の角度センサー340を有している。
As shown in FIG. 8, the
メモリー376は、光ビームを所定の方向に偏向するために必要な可動ミラー140の角度目標値と角度補正値(制御値)を記憶している。角度目標値は、可動ミラー140と、出力用光ファイバー114および検出用光ファイバー116との組み合わせによって決まる値であり、角度補正値は、可動ミラー140の振れ角のフィードバック制御において角度センサー340の出力を補正するために用いる可変の値である。
The
本実施形態では、可動ミラー140の姿勢制御に関する制御値は、角度補正値である。調整回路378は、メモリー376に記憶されている角度補正値を読み書きできるとともに、PD172の出力に基づいて角度制御回路380に与える角度補正値を調整することができる。
In the present embodiment, the control value related to the attitude control of the
角度制御回路380は、調整回路378から与えられる角度目標値と角度補正値と、角度センサー340の出力とに基づいて、可動ミラー140の振れ角のフィードバック制御する。
The
図9は、図8に示された角度制御回路380の構成を示している。図9に示されるように、角度制御回路380は、角度センサー340の出力に角度補正値を加算して角度フィードバック値とする加算器382と、角度目標値から角度フィードバック値を減算するための減算器384と、角度フィードバック制御を安定して行なうための位相補償回路386と、可動ミラー140を駆動するためのドライバー388とを備えている。
FIG. 9 shows the configuration of the
角度制御回路380は、まず角度目標値から角度フィードバック値を減算して可動ミラー140の振れ角の角度目標値に対する誤差を求め、次に求めた誤差分を位相補償回路386とドライバー388で増幅することで、可動ミラー140の振れ角の誤差を減少させる駆動電圧値を出力する。この動作を繰り返すことによって、可動ミラー140の振れ角と角度目標値との誤差が常に最小となるようにフィードバック制御される。
The
このように可動ミラー140の振れ角のフィードバック制御を行なうことによって、可動ミラー140の駆動特性によらず、角度目標値となるように振れ角を変更することができる。しかし、角度センサー340には、経時的、環境的要因による検出感度の変化やオフセットが生じるといった検出特性の変化が考えられる。検出特性が変化した場合には角度センサー340の出力は誤差を含んでおり、この誤差分がフィードバック制御の角度制御誤差として現われる。ここでは、角度センサー340の検出感度の変化を補正できるように出力に角度補正値を加算し、この角度補正値を制御値として角度センサー340の検出感度の変化の影響をキャリブレーションする動作について説明する。
By performing feedback control of the swing angle of the
図10は、第三実施形態における角度センサーの検出感度の変化の影響によるキャリブレーション動作のフローチャートである。次に図10を参照しながら、本発明の第三実施形態における角度センサー340の検出感度の変化の影響をキャリブレーションする動作について説明する。
FIG. 10 is a flowchart of the calibration operation due to the influence of the change in detection sensitivity of the angle sensor in the third embodiment. Next, an operation for calibrating the influence of a change in detection sensitivity of the
まず、角度補正値のキャリブレーションを行なう可動ミラー140を選択する、工程S301を実施する。
First, step S301 is performed in which the
次に、可動ミラー140で偏向された光ビームが検出用光ファイバー116に向かうように、可動ミラー140の角度目標値と角度補正値をメモリー376から読出し、調整回路378に読み込む、工程S302を実施する。
Next, step S302 is performed in which the target angle value and the angle correction value of the
次に、工程S302で読出した角度目標値と角度補正値を角度制御回路380に出力し、可動ミラー140の振れ角を変更する、工程S303を実施する。工程S303を実施することによって、可動ミラー140で偏向された光ビームは検出用光ファイバー116にカップリングし、PD172で光量を検出することが可能となる。
Next, the angle target value and the angle correction value read in step S302 are output to the
次に、PD172の出力が最大となるように、調整回路378で角度補正値を調整して角度制御回路380に出力する動作を繰り返す、工程S304を実施する。工程S304を実施することによって、可動ミラー140で偏向された光ビームが、検出用光ファイバー116と最も効率よくカップリングするために必要な角度補正値が得られる。
Next, step S304 is performed in which the operation of adjusting the angle correction value by the
次に、工程S304で得られた角度補正値に対するミラー振れ角の座標と原点とを通るように角度補正値を補間する直線を求め、求めた直線に基づいて光ビームが出力用光ファイバー114に向かうように光ビームを偏向するために必要な角度補正値を求める、工程S305を実施する。工程S305を実施することによって、角度センサー340の検出感度の変化の影響を反映した角度補正値を得ることができる。
Next, a straight line for interpolating the angle correction value so as to pass through the coordinates and the origin of the mirror deflection angle with respect to the angle correction value obtained in step S304 is obtained, and the light beam is directed to the output
最後に、工程S305で得られた角度補正値でメモリー376の内容を上書きする、工程S306を実施する。工程S306を実施することによって、次回以降、可動ミラー140の振れ角のフィードバック制御を行なう際には、角度センサー340の検出感度の変化を考慮した角度補正値で角度センサー340の出力を補正することが可能となる。
Finally, step S306 is performed in which the contents of the
これらの工程S301〜工程S306を適宜繰り返すことによって、可動ミラー140の角度フィードバック制御の角度制御誤差を抑えた状態とすることができ、光損失の増大を抑えた安定した光スイッチ装置を実現することができる。
By appropriately repeating these steps S301 to S306, an angle control error in the angle feedback control of the
なお、工程S302で読み込んだ角度補正値と工程S304で得られた角度補正値とを比較し、調整前の角度補正値に対する調整後の角度補正値の比を求め、求めた比となるように、光ビームが出力用光ファイバー114に向かうように光ビームを偏向するために必要な角度補正値を求めてもよい。
The angle correction value read in step S302 is compared with the angle correction value obtained in step S304, and the ratio of the angle correction value after adjustment to the angle correction value before adjustment is obtained, so that the obtained ratio is obtained. The angle correction value necessary to deflect the light beam so that the light beam is directed to the output
本実施形態は、第一実施形態で示したように、調整前の角度補正値と調整後の角度補正値との差分を求め、オフセットが生じた場合の角度補正値のキャリブレーションを行なってもよい。また、第二実施形態と同様に、PDを二つ設け、二つのPDの出力から角度補正値のキャリブレーションを行なってもよい。 In the present embodiment, as shown in the first embodiment, even if the difference between the angle correction value before adjustment and the angle correction value after adjustment is obtained and the angle correction value is calibrated when an offset occurs, Good. Similarly to the second embodiment, two PDs may be provided, and angle correction values may be calibrated from the outputs of the two PDs.
これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the present invention. Also good.
まとめ
本発明は、ひとつには、光スイッチ装置に向けられており、以下の各項に列記する光スイッチ装置を含んでいる。
Summary The present invention is directed, in part, to optical switch devices and includes the optical switch devices listed in the following sections.
1. 本発明の光スイッチ装置は、少なくとも一本の入力用光ファイバーと、少なくとも一本の出力用光ファイバーと、入力用光ファイバーからの光ビームを出力用光ファイバーに向けるための可動ミラーと、可動ミラーの姿勢制御に関する制御値を保持しておく制御情報保持手段と、制御値に基づいて可動ミラーを駆動する駆動手段と、光ビームの光量を検出する光量検出手段と、光量検出手段の出力に基づいて制御値を調整し、調整後の制御値に基づいて出力用光ファイバーに光ビームを向けるために必要な制御値を求め、求めた制御値で制御情報保持手段に保持されている制御値を更新する調整手段とを備えている。 1. The optical switch device of the present invention includes at least one input optical fiber, at least one output optical fiber, a movable mirror for directing a light beam from the input optical fiber to the output optical fiber, and attitude control of the movable mirror. Control information holding means for holding a control value, a drive means for driving the movable mirror based on the control value, a light quantity detection means for detecting the light quantity of the light beam, and a control value based on the output of the light quantity detection means Adjusting means for obtaining a control value necessary for directing the light beam to the output optical fiber based on the adjusted control value, and updating the control value held in the control information holding means with the obtained control value And.
この光スイッチ装置では、光量検出手段の出力に基づいて、例えば光量検出手段の出力が最大となるように、制御値を調整することによって角度制御誤差を抑えることが可能となる。調整後の制御値に基づいて出力用光ファイバーに光ビームを向けるために必要な制御値をキャリブレーションすることによって、角度制御誤差を抑えた状態とすることができ、光損失の増大を抑えることができるため、特性が安定した光スイッチ装置を提供できる。 In this optical switch device, it is possible to suppress the angle control error by adjusting the control value based on the output of the light quantity detection means, for example, so that the output of the light quantity detection means is maximized. By calibrating the control value required to direct the light beam to the output optical fiber based on the adjusted control value, the angle control error can be suppressed, and the increase in light loss can be suppressed. Therefore, an optical switch device having stable characteristics can be provided.
2. 本発明の別の光スイッチ装置は、第1項の光スイッチ装置において、制御値が、可動ミラーを駆動するための駆動電気信号である。 2. In another optical switch device of the present invention, in the optical switch device according to the first term, the control value is a drive electric signal for driving the movable mirror.
この光スイッチ装置では、可動ミラーの振れ角を制御するために必要となる駆動電気信号の値をキャリブレーションするため、制御回路の追加を最小限にしてキャリブレーションを実現することが可能となり、低コストで光損失の増大を抑えることができる。 Since this optical switch device calibrates the value of the drive electrical signal necessary to control the swing angle of the movable mirror, it is possible to realize calibration with a minimum of addition of a control circuit. An increase in optical loss can be suppressed at a cost.
3. 本発明の別の光スイッチ装置は、第2項の光スイッチ装置において、光量検出手段は、出力用光ファイバーと同列に設けられた一本の検出用光ファイバーと、検出用光ファイバーに光学的に結合されている一個の光検出器とを有している。 3. Another optical switch device according to the present invention is the optical switch device according to item 2, wherein the light amount detecting means is optically coupled to one optical fiber for detection provided in the same row as the optical fiber for output, and the optical fiber for detection. And a single photodetector.
この光スイッチ装置では、検出用光ファイバーは、可動ミラーによる光ビームの偏向方向に沿って、出力用光ファイバーと同列に配置されているため、可動ミラーの振れ角を変更することによって光ビームを光検出器に安定に導くことが可能となる。光ファイバーを介して光量検出を行なうため、光量に基づいた制御値の調整、例えば光量を最大とする制御値の調整を高い精度で行なうことが可能となる。その結果、キャリブレーションの精度が高くなり、より光損失の増大を抑えることができる。 In this optical switch device, the optical fiber for detection is arranged in the same row as the optical fiber for output along the deflection direction of the optical beam by the movable mirror, so the optical beam is detected by changing the deflection angle of the movable mirror. It is possible to lead to the vessel stably. Since the light quantity is detected via the optical fiber, it is possible to adjust the control value based on the light quantity, for example, to adjust the control value that maximizes the light quantity with high accuracy. As a result, the accuracy of calibration is increased and an increase in light loss can be further suppressed.
4. 本発明の別の光スイッチ装置は、第3項の光スイッチ装置において、調整手段は、駆動電気信号に対する可動ミラーの振れ角の座標と原点座標とを通る、可動ミラーの駆動特性に対応した近似曲線(ここで曲線は直線も含む)を求め、求めた近似曲線に基づいて、出力用光ファイバーに光ビームを向けるために必要な駆動電気信号値を求める。 4). Another optical switch device of the present invention is the optical switch device according to the third item, wherein the adjusting means passes through the coordinates of the deflection angle of the movable mirror with respect to the drive electric signal and the origin coordinate and corresponds to the drive characteristic of the movable mirror. A curve (the curve also includes a straight line) is obtained, and a drive electric signal value necessary for directing the light beam to the output optical fiber is obtained based on the obtained approximate curve.
この光スイッチ装置では、可動ミラーの駆動特性の感度変化の影響を考慮した駆動電圧値のキャリブレーションを行なうことができる。 In this optical switch device, the drive voltage value can be calibrated in consideration of the influence of the sensitivity change of the drive characteristics of the movable mirror.
5. 本発明の別の光スイッチ装置は、第3項の光スイッチ装置において、調整手段は、調整前の駆動電気信号と調整後の駆動電気信号の差分を求め、求めた差分を、出力用光ファイバーに光ビームを向けるために必要な駆動電気信号値に加減算する。 5). Another optical switch device according to the present invention is the optical switch device according to the third item, wherein the adjustment means obtains a difference between the drive electric signal before adjustment and the drive electric signal after adjustment, and uses the obtained difference in the output optical fiber. Addition / subtraction to the drive electric signal value necessary for directing the light beam.
この光スイッチ装置では、可動ミラーの駆動特性のオフセットの影響を考慮した駆動電圧値のキャリブレーションを行なうことができる。 In this optical switch device, the drive voltage value can be calibrated in consideration of the offset effect of the drive characteristics of the movable mirror.
6. 本発明の別の光スイッチ装置は、第2項の光スイッチ装置において、光量検出手段は、出力用光ファイバーと同列に設けられた複数本の検出用光ファイバーと、複数本の検出用光ファイバーに光学的にそれぞれ結合されている複数個の光検出器とを有している。 6). Another optical switch device according to the present invention is the optical switch device according to item 2, wherein the light amount detecting means is optically provided for the plurality of detection optical fibers provided in the same row as the output optical fiber and the plurality of detection optical fibers. And a plurality of photodetectors coupled to each other.
この光スイッチ装置では、検出用光ファイバーは、可動ミラーによる光ビームの偏向方向に沿って、出力用光ファイバーと同列に配置されているため、可動ミラーの振れ角を変更することによって光ビームを光検出器に安定に導くことが可能となる。複数の光検出器の出力に基づいて制御値を調整することによって、複数の調整後の制御値を取得することが可能となる。得られた複数の制御値に基づいてキャリブレーションを行なうことによって、キャリブレーションの精度が高くなり、より光損失の増大を抑えることができる。 In this optical switch device, the optical fiber for detection is arranged in the same row as the optical fiber for output along the deflection direction of the optical beam by the movable mirror, so the optical beam is detected by changing the deflection angle of the movable mirror. It is possible to lead to the vessel stably. By adjusting the control values based on the outputs of the plurality of photodetectors, a plurality of adjusted control values can be obtained. By performing calibration based on the obtained plurality of control values, the accuracy of calibration is increased, and an increase in light loss can be further suppressed.
7. 本発明の別の光スイッチ装置は、第6項の光スイッチ装置において、調整手段は、複数の駆動電気信号に対する可動ミラーの振れ角の複数の座標を通る、可動ミラーの駆動特性に対応した近似曲線(ここで曲線は直線も含む)を求め、求めた近似曲線に基づいて、出力用光ファイバーに光ビームを向けるために必要な駆動電気信号を求める。 7). Another optical switch device according to the present invention is the optical switch device according to item 6, wherein the adjusting means passes through a plurality of coordinates of a swing angle of the movable mirror with respect to a plurality of drive electric signals and corresponds to the drive characteristic of the movable mirror. A curve (here, the curve also includes a straight line) is obtained, and based on the obtained approximate curve, a drive electric signal necessary for directing the light beam to the output optical fiber is obtained.
この光スイッチ装置では、可動ミラーの駆動特性の感度変化とオフセットの影響を考慮した駆動電圧値のキャリブレーションを行なうことができる。 In this optical switch device, the drive voltage value can be calibrated in consideration of the sensitivity change of the drive characteristics of the movable mirror and the influence of the offset.
8. 本発明の別の光スイッチ装置は、第1項の光スイッチ装置において、可動ミラーの振れ角を検出する角度検出手段と、角度検出手段の出力に補正値を加算する加算器と、加算器の出力が所定の角度目標値となるように可動ミラーを制御する制御手段とを有し、制御値は、角度検出手段の出力に加算される補正値である。 8). Another optical switch device according to the present invention is the optical switch device according to the first item, in which an angle detector that detects a deflection angle of the movable mirror, an adder that adds a correction value to the output of the angle detector, Control means for controlling the movable mirror so that the output becomes a predetermined angle target value, and the control value is a correction value added to the output of the angle detection means.
この光スイッチ装置では、可動ミラーの振れ角を検出してフィードバック制御し、角度センサーの出力を補正する補正値についてキャリブレーションを行なう。その結果、フィードバック制御の角度制御誤差を抑えた状態とすることができるため、光損失の増大を抑えることができる。 In this optical switch device, the swing angle of the movable mirror is detected and feedback-controlled, and calibration is performed for the correction value for correcting the output of the angle sensor. As a result, an angle control error in feedback control can be suppressed, and an increase in optical loss can be suppressed.
9. 本発明の別の光スイッチ装置は、第8項の光スイッチ装置において、光量検出手段は、出力用光ファイバーと同列に設けられた一本の検出用光ファイバーと、検出用光ファイバーに光学的に結合されている一個の光検出器とを有している。 9. Another optical switch device of the present invention is the optical switch device according to item 8, wherein the light amount detecting means is optically coupled to one optical fiber for detection provided in the same row as the optical fiber for output, and the optical fiber for detection. And a single photodetector.
この光スイッチ装置では、検出用光ファイバーは、可動ミラーによる光ビームの偏向方向に沿って、出力用光ファイバーと同列に配置されているため、可動ミラーの振れ角を変更することによって光ビームを光検出器に安定に導くことが可能となる。光ファイバーを介して光量検出を行なうため、光量に基づいた制御値の調整、例えば光量を最大とする制御値の調整を高い精度で行なうことが可能となる。その結果、キャリブレーションの精度が高くなり、より光損失の増大を抑えることができる。 In this optical switch device, the optical fiber for detection is arranged in the same row as the optical fiber for output along the deflection direction of the optical beam by the movable mirror, so the optical beam is detected by changing the deflection angle of the movable mirror. It is possible to lead to the vessel stably. Since the light quantity is detected via the optical fiber, it is possible to adjust the control value based on the light quantity, for example, to adjust the control value that maximizes the light quantity with high accuracy. As a result, the accuracy of calibration is increased and an increase in light loss can be further suppressed.
10. 本発明のキャリブレーション方法は、入力用光ファイバーからの光ビームの光量を検出する工程と、検出された光量に基づいて可動ミラーの制御値を調整する工程と、調整後の制御値に基づいて光ビームを出力用光ファイバーに向けるように可動ミラーを制御するための制御値を求める工程と、求めた制御値で制御情報保持手段に保持されている制御値を更新する工程とを有している。 10. The calibration method of the present invention includes a step of detecting a light amount of a light beam from an input optical fiber, a step of adjusting a control value of the movable mirror based on the detected light amount, and a light based on the adjusted control value. A step of obtaining a control value for controlling the movable mirror so as to direct the beam toward the output optical fiber, and a step of updating the control value held in the control information holding means with the obtained control value.
このキャリブレーション方法では、入力用光ファイバーからの光ビームの光量に基づいて、例えば入力用光ファイバーからの光ビームの光量が最大となるように、制御値を調整することによって角度制御誤差を抑えることが可能となる。調整後の制御値に基づいて出力用光ファイバーに光ビームを向けるために必要な制御値をキャリブレーションすることによって、角度制御誤差を抑えた状態とすることができ、光損失の増大を抑えることができるため、特性が安定した光スイッチ装置を提供できる。 In this calibration method, the angle control error can be suppressed by adjusting the control value based on the light amount of the light beam from the input optical fiber, for example, so as to maximize the light amount of the light beam from the input optical fiber. It becomes possible. By calibrating the control value necessary to direct the light beam to the output optical fiber based on the adjusted control value, the angle control error can be suppressed, and the increase in light loss can be suppressed. Therefore, an optical switch device having stable characteristics can be provided.
11. 本発明の別のキャリブレーション方法は、第10項のキャリブレーション方法において、光ビームの光量を検出する工程は、複数の位置で光ビームの光量を検出し、制御値を調整する工程は、複数の位置での光ビームの光量に基づいて制御値を調整し、調整後の複数の制御値に基づいて、制御情報保持手段に保持されている制御値を更新する。 11. According to another calibration method of the present invention, in the calibration method according to item 10, the step of detecting the light amount of the light beam includes detecting the light amount of the light beam at a plurality of positions and adjusting the control value. The control value is adjusted based on the light amount of the light beam at the position, and the control value held in the control information holding means is updated based on the adjusted plurality of control values.
このキャリブレーション方法では、複数の位置での光ビームの光量に基づいて制御値を調整するため、複数の調整後の制御値を取得することが可能となる。得られた複数の制御値に基づいてキャリブレーションを行なうことが可能となるため、キャリブレーションの精度が高くなり、より光損失の増大を抑えることができる。 In this calibration method, the control value is adjusted based on the light amount of the light beam at a plurality of positions, so that a plurality of adjusted control values can be acquired. Since calibration can be performed based on the obtained plurality of control values, the accuracy of calibration is increased, and an increase in light loss can be further suppressed.
100…光スイッチ装置、112…入力用光ファイバー、114…出力用光ファイバー、116…検出用光ファイバー、122…コリメートレンズ、124…収束レンズ、126…収束レンズ、132…凸レンズ、134…凸レンズ、136…グレーティング、140…可動ミラー、142…ミラー、144…ヒンジ、146…フレーム、148…GND電極、152…駆動電極、154…電極基板、172…PD、176…メモリー、178…調整回路、180…ミラー駆動回路、200…光スイッチ装置、216…検出用光ファイバー、226…収束レンズ、272…PD、276…メモリー、278…調整回路、300…光スイッチ装置、340…角度センサー、376…メモリー、378…調整回路、380…角度制御回路、382…加算器、384…減算器、386…位相補償回路、388…ドライバー。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
少なくとも一本の出力用光ファイバーと、
入力用光ファイバーからの光ビームを出力用光ファイバーに向けるための可動ミラーと、
可動ミラーの姿勢制御に関する制御値を保持しておく制御情報保持手段と、
制御値に基づいて可動ミラーを駆動する駆動手段と、
光ビームの光量を検出する光量検出手段と、
光量検出手段の出力に基づいて制御値を調整し、調整後の制御値に基づいて出力用光ファイバーに光ビームを向けるために必要な制御値を求め、求めた制御値で制御情報保持手段に保持されている制御値を更新する調整手段とを備えている、光スイッチ装置。 At least one input optical fiber;
At least one optical fiber for output;
A movable mirror for directing the light beam from the input optical fiber to the output optical fiber;
Control information holding means for holding control values related to the attitude control of the movable mirror;
Driving means for driving the movable mirror based on the control value;
A light amount detecting means for detecting the light amount of the light beam;
The control value is adjusted based on the output of the light quantity detection means, the control value necessary for directing the light beam to the output optical fiber is obtained based on the adjusted control value, and the obtained control value is held in the control information holding means And an adjusting means for updating the control value.
入力用光ファイバーからの光ビームの光量を検出する工程と、
検出された光量に基づいて可動ミラーの制御値を調整する工程と、
調整後の制御値に基づいて光ビームを出力用光ファイバーに向けるように可動ミラーを制御するための制御値を求める工程と、求めた制御値で制御情報保持手段に保持されている制御値を更新する工程とを有している、キャリブレーション方法。 At least one input optical fiber, at least one output optical fiber, a movable mirror for directing the light beam from the input optical fiber to the output optical fiber, and control information holding the control value of the movable mirror And a method for calibrating an optical switch device comprising a driving means for driving a movable mirror based on a control value,
Detecting the amount of light beam from the input optical fiber;
Adjusting the control value of the movable mirror based on the detected light amount;
A step of obtaining a control value for controlling the movable mirror so that the light beam is directed to the output optical fiber based on the adjusted control value, and the control value held in the control information holding means is updated with the obtained control value. And a calibration method.
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