JP2006126341A

JP2006126341A - 光スイッチのミラー制御装置

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Publication number: JP2006126341A
Application number: JP2004312375A
Authority: JP
Inventors: Yuji Ishii; 祐二石井; Kazuyuki Mori; 和行森; Tamotsu Akashi; 保赤司; Yoshio Sakai; 良男坂井
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2004-10-27
Filing date: 2004-10-27
Publication date: 2006-05-18
Also published as: US20060088317A1; US7466915B2

Abstract

【課題】光スイッチにおける入力と出力との光信号による接続試験を、高精度、且つ高い信頼性で実現可能なミラー制御装置を提供する。
【解決手段】光スイッチを用いて光通信を行う際に用いる光路と同一光路に光信号を通過させる信号発生器（１０，８２，８３）と、光信号がティルトミラー（１１１，１２３）及び出力コリメータアレイ（１４）の少なくとも一方により散乱された散乱光を検出する画像解析装置（１５，１６，８１）とを備えており、画像解析装置は、散乱光に基づいて光ビーム映像の位置を制御位置（１２１，１４１，８５）として検出し、検出した制御位置とティルトミラー及び出力コリメータアレイの少なくとも一方の上の予め定められている所望位置である目標位置（１２２，１４２，８４，８６）とが一致するようにティルトミラーを制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、波長分割多重 (WDM: Wavelength Division Multiplexing)通信などの光クロスコネクト (OXC: Optical Cross-Connect)システムにおける光スイッチのミラー制御装置に関し、特にMEMS(Micro Electro Mechanical System)ミラーを用いた光スイッチに用いて好適なミラー制御装置に関する。

MEMSミラーを用いた光スイッチの光接続方式としては以下の特許文献１及び２が公開されている。
特許文献１では、光スイッチに用いられるMEMSミラーの角度ずれを自動的に補正して光損失を低減した光スイッチの制御装置および制御方法が提案されている。この中で光信号の一部をミラーなどで反射することにより分岐して、この分岐光についての位置情報を得ることでミラーの角度ずれを検出する方式と、出力ポートから出力される光信号のパワーを検出して角度ずれを検出する方式が説明されている。
特許文献２では、光スイッチ内で用いられるMEMSミラー素子の回転ドリフトを検出する装置と方法が提案されている。この中でミラーの回転ドリフトを光学的に検出するために、光通信を行っている光学パスとは別にテスト光をミラーに照射し、光学監視デバイス（カメラなど）を用いてミラーのドリフトを検出する方式が説明されている。

特開２００２−２３６２６４特開２００１−１７４７２３

特許文献１に記載の技術では、光信号の一部を分岐して、この分岐光についての位置情報を得ることでミラーの角度ずれを検出している。分岐光によりミラーの角度ずれの検出は可能であるが、出力光を分岐するので光スイッチとしての挿入損失が増加するという課題がある。挿入損失は光スイッチの性能の重要な要素であるので、挿入損失が増加しない光スイッチ制御装置が求められる。

また、同特許文献１に記載の技術においては、出力ポートから出力される光信号のパワーを検出して角度ずれを検出している。したがって、光出力がなければ制御できないので、例えば光接続中でない初期状態や、何らかのマクロ変動が発生した場合には、光接続制御を行う事ができなくなるという課題がある。

さらに、特許文献１に記載の技術では、入力コリメータから入力された光信号は入力ミラーで反射され、その後出力ミラーで反射され所望の出力コリメータから光信号が出力され、その出力された光信号をフォトダイオードなどで光出力レベルを監視することで最適点制御、またはレベル制御が行われる。しかし、初期角度のずれが大きい場合、出力コリメータからは光信号が出力されず、フォトダイオードなどを使用した光出力レベル監視ができないという課題がある。

特許文献２においては、ドリフトを検出する技術が開示されている。この特許文献２に記載の技術によれば、実際の運用で使用している光信号の光路とは別のテスト信号用光路を用いて監視しなければならず、入力ファイバの異常等の光信号の障害や入力光とテスト信号の角度誤差などが発生した場合の異常が検出できないという課題がある。光スイッチをWDM伝送用途で使用する場合、非常に高い信頼性が要求されるが、MEMSミラーはまだまだ信頼性への課題が多く、上記のような実際の光信号の光路とは別のテスト信号用光路を用いる特許文献２に記載の技術では上記課題は解決されない。また、ＭＥＭＳミラー列の位置を評価するものであって、実際の光信号（ミラーによりスイッチ可能な光路を通る光信号）との関係を評価するものではない。

本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決するために、実際の運用で使用している光信号の光路と同一光路（スイッチ可能な光路）の光信号をカメラでモニタすることにより、光スイッチにおける入力と出力との光信号による接続試験（接続確認）を、高精度かつ高い信頼性で実現することが可能となる、光スイッチのミラー制御装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様により提供されるものは、光スイッチを用いて光通信を行う際に用いる光路と同一光路に光信号を通過させる信号発生手段と、光信号がティルトミラー及び出力コリメータアレイの少なくとも一方により散乱された散乱光を検出する画像解析手段とを備えており、画像解析手段は、散乱光に基づいて光ビーム映像の位置を制御位置として検出し、検出した制御位置とティルトミラー及び出力コリメータの少なくとも一方の上の予め定められている所望位置である目標位置とが一致するようにティルトミラーを制御することを特徴とする、光スイッチのミラー制御装置である。

本発明の第２の態様においては、光スイッチは、ミラーアレイに含まれる入力ミラーアレイ及び出力ミラーアレイと、入力ミラーアレイに対応して配置された入力コリメータアレイと、出力ミラーアレイに対応して配置された出力コリメータアレイとを備えており、画像解析手段は、第１の画像解析装置と第２の画像解析装置とを備えており、第１の画像解析装置は、信号発生手段から出力された光信号が入力コリメータアレイを通った後に入力ミラーアレイにより反射され、次いで出力ミラーアレイにより散乱された散乱光に基づいて得られる出力ミラーアレイ上の光ビーム映像の位置を第１の制御位置として検出し、検出した第１の制御位置と、出力ティルトミラーの予め定められている所望の位置である第１の目標位置とが一致するように入力ミラーアレイ上のティルトミラーを制御するものであり、第２の画像解析装置は、光ビーム映像が出力ミラーアレイにより反射されて出力コリメータアレイにより散乱された散乱光に基づいて得られる出力コリメータアレイ上の光ビーム映像の位置を第２の制御位置として検出し、検出した第２の制御位置と出力コリメータアレイの予め定められている所望の位置である第２の目標位置とが一致するように出力ミラーアレイ上のティルトミラーを制御するものである。

本発明の第３の態様においては、光スイッチは、第２の態様と同様の入力ミラーアレイ及び出力ミラーアレイと、入力コリメータアレイと、出力コリメータアレイとを備えており、信号発生手段は、第１の光信号発生器と第２の光信号発生器とを備えており、画像解析手段を構成する単一の画像解析装置は、第１の信号発生器から出力された光信号が入力コリメータアレイを通った後に入力ミラーアレイにより反射されて出力ミラーアレイにより散乱された散乱光を検出することにより出力ミラーアレイ上に照射された光ビーム映像の位置を第１の制御位置として検出し、検出した第１の制御位置と第２の信号発生器により出力コリメータアレイを通して出力ミラーアレイに照射された光の位置である第１の所望目標位置とが一致するように入力ミラーアレイ上のティルトミラーを制御するとともに、第２の信号発生器から出力された光信号が出力コリメータを通った後に出力ミラーアレイにより反射されて入力ミラーアレイにより散乱された散乱光に基づいて入力ミラーアレイ上に照射された光ビーム映像の位置を第２の制御位置として検出し、検出した第２の制御位置と第１の信号発生器により入力コリメータアレイを通して入力ミラーアレイに照射された光の位置である第２の所望目標位置とが一致するように出力ミラーアレイ上のティルトミラーを制御するものである。

本発明の第４の態様においては、入力光信号を反射面の角度が可変なミラーアレイで反射して複数の出力のうちのいずれかの出力に選択的に導く光スイッチについて反射面の角度を制御する制御装置において、ミラーアレイのいずれかのミラーで反射される光信号の該ミラーへの照射位置をミラーアレイを反射される光信号のメイン光路外からモニタすることで検出するカメラを備え、検出した照射位置に基づいて反射面の角度を制御することを特徴とする光スイッチのミラー制御装置が提供される。

本発明の第５の態様においては、入力光信号を反射面の角度が可変なミラーアレイで反射して複数の出力のうちのいずれかの出力に選択的に導く機能を備え、導く過程で光信号が照射される複数の光学部品を備えた光スイッチについて、反射面の角度を制御する制御装置において、光スイッチにおいて入力光信号が照射される光学部品を入力光信号のメイン光路外でモニタして、入力光信号の照射位置を検出するカメラを備え、検出した照射位置に基づいて前記反射面の角度を制御することを特徴とする光スイッチのミラー制御装置が提供される。

本発明の第１の態様によれば、実際の運用で使用している光信号の光路と同一光路を通過した光信号を用いてティルトミラーを制御するようにしたので、実際の運用で使用する光信号の光路とは別の光路を用いる従来技術と比較して、高精度かつ高い信頼性で光スイッチを制御可能になるという効果が得られる。

本発明の第２の態様によれば、実際の運用で使用している光信号の光路と同一光路を通過した光信号を用いて、出力ミラーアレイ上の制御位置が目標位置に重なるように入力ミラーアレイのティルトミラーを制御し、出力コリメータ上の制御位置が目標位置に重なるように出力ミラーアレイのティルトミラーを制御するようにしたので、両ミラーアレイのティルトミラーを高精度に制御できるという効果が得られる。

本発明の第３の態様によれば、出力ミラーアレイ上の目標位置は第１の光信号発生器により照射され、入力ミラーアレイ上の目標位置は第２の光信号発生器により照射されるので、目標位置を予め計算したり登録したりする手間が省略できるという効果が得られる。また、単一の画像解析手段で済むので、光スイッチの制御装置の構成が簡単になり、低価格化に貢献することができるという効果も得られる。

本発明の第４の態様によれば、ミラーへの照射位置を、ミラーアレイを反射される光信号のメイン光路外からモニタすることにより、高精度かつ高い信頼性で光スイッチの反射面の角度を制御可能になるという効果が得られる。

本発明の第５の態様によれば、光信号が照射される複数の光学部品を入力光信号のメイン光路外でモニタして、入力光信号の照射位置を検出することにより、様々な光学部品が入力と出力の間に存在している場合でも、高精度かつ高い信頼性で光スイッチの反射面の角度を制御可能になるという効果が得られる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。全図を通じて同一参照番号は同一物を表す。

図１は本発明の実施例１による光スイッチの制御装置の全体構成を示す概略図である。図１において、光スイッチの制御装置は、光スイッチを用いて光通信を行う際に用いる光路と同一光路に例えばテスト用光信号等の光信号（以下の説明ではテスト用光信号とする）を通過させるテスト用光信号発生器（信号発生手段）１０と、テスト用光信号が出力ティルトミラー１２３及び出力コリメータアレイ１４により散乱された散乱光をそれぞれ検出する画像解析装置（画像解析手段）１５、１６とを備えており、画像解析装置１５、１６は、散乱光に基づいて光ビーム映像の位置を制御位置１２１，１４１として検出し、検出した制御位置１２１、１４１と出力ティルトミラー１２３及び出力コリメータアレイ１４の上の予め定められている所望位置である目標位置１２２、１４２とが一致するようにティルトミラー１１１、１２３を制御するものである。

より詳細には、図１に示した光スイッチは、ミラーアレイとして入力ミラーアレイ１１及び出力ミラーアレイ１２を含んでおり、入力ミラーアレイ１１に対向して配置された入力コリメータアレイ１３と、出力ミラーアレイ１２に対向して配置された出力コリメータアレイ１４とを備えている。入力ミラーアレイ１１と出力ミラーアレイ１２とは例えば屋根型折り返しミラーを構成する配置となっている。画像解析手段としては、第１の画像解析装置１５と第２の画像解析装置１６とを備えている。

第１の画像解析装置１５は、テスト用光信号発生器１０から出力されたテスト用光信号が入力コリメータアレイ１３を通った後に入力ミラーアレイ１１により反射され、次いで出力ミラーアレイ１２により散乱された散乱光に基づいて得られる出力ミラーアレイ１２上の光ビーム映像の位置を第１の制御位置１２１として検出し、検出した第１の制御位置１２１と、出力ティルトミラー１２の予め定められている所望の位置である第１の目標位置１２２とが一致するように入力ミラーアレイ１１上のティルトミラー１１１を制御する。

第２の画像解析装置１６は、光ビーム映像が出力ミラーアレイ１２により反射されて出力コリメータアレイ１４により散乱された散乱光に基づいて得られる出力コリメータアレイ１４上の光ビーム映像の位置を第２の制御位置１４１として検出し、検出した第２の制御位置１４１と出力コリメータアレイの予め定められている所望の位置である第２の目標位置１４２とが一致するように出力ミラーアレイ１２上のティルトミラー１２３を制御する。

具体的な制御方式としては、出力ミラーアレイ１２の位置及び出力コリメータアレイ１４の位置は、それぞれの幾何学的配列から既知である。第１の目標位置１２２は、例えば、出力ミラーアレイ１２の四隅のティルトミラー１２３の位置をカメラ１５１で予め撮像しておき、画像解析処理部１５２にてそれら四隅のティルトミラー２１の位置に基づいて、試験に必要な全てのティルトミラーの位置を演算により求めて格納しておく。これに替えて、画像解析装置１５を使用して出力ミラーアレイ１２の全体を撮像しておき、その全体像から各ティルトミラーの位置をマウス等を用いて事前登録させることも可能である。
第２の目標位置１４２についても、同様に、例えば出力コリメータアレイ１４の四隅の穴の上のレンズの位置をカメラ１５１で予め撮像しておき、画像解析処理部１６２にてそれら四隅のレンズの位置に基づいて、試験に必要な全てのレンズの位置を演算により求めて格納しておく。これに替えて、画像解析装置１６２を使用して出力コリメータアレイ１４の全体を撮像しておき、その全体像から各レンズの位置をマウス等を用いて事前登録させることも可能である。

なお、各ティルトミラーは反射面が極めて滑らかでありほぼ全反射するものであるが、実際には、酸化および防塵対策のために、窒素などの気体を多層膜フィルタで封止してある。この多層膜フィルタは特定の波長に関しては無反射で透過するように設計されているが、ごく微小の光散乱が発生する。また、特定波長以外ではより多くの光散乱が発生し、本発明の実施例で運用される使用帯域内の1510nｍ，1520ｎｍ，…の波長ではより多くの光拡散が発生する。よって、ディルトミラーで全反射した場合でも、ティルトミラーの真上の多層膜フィルタで微小な光散乱が発生するので、カメラ１５１に赤外線フィルタを設けることにより光のビームスポットを上記散乱光としてモニタすることが可能となる。

同様に、出力コリメータアレイ１４上の各レンズからも微小な光散乱が発生するので、カメラ１６１に赤外線フィルタを設けることにより光のビームスポットを上記散乱光としてモニタすることが可能となる。

図２は出力ミラーアレイ１２の拡大図である。同図において、出力ミラーアレイ１２上の制御位置１２１と目標位置１２２が示されている。これらの制御位置１２１と目標位置１２２が一致するように第１の画像解析装置１５は入力ミラーアレイ１１上のティルトミラー１１１の反射角度を制御する。

図３は出力コリメータアレイ１４の拡大図である。同図において、出力コリメータアレイ１４上の制御位置１４１と目標位置１４２が示されている。これらの制御位置１４１と目標位置１４２が一致するように第２の画像解析装置１６は出力ミラーアレイ１２上のティルトミラーの反射角度を制御する。

図４は図１における第１の画像解析装置１５とその周辺の装置を示す概略ブロック図である。同図において、第１の画像解析装置１５は画像解析ボードと画像フィルタからなるブロック４１とフィードバック制御アルゴリスムを実行する演算処理部４２とを備えている。第１の画像解析装置１５の出力は電圧制御装置４３に接続されている。

図４に示したシステムの動作を簡単に説明する。カメラ１５１により出力ミラーアレイ１２上の一つのティルトミラー上に照射された光ビームの中心座標である制御位置１２１が撮影され、その撮像信号はＮＴＳＣ画像信号としてブロック４１に入力される。光ビームの中心座標は、ブロック４１において、光ビームとビーム周辺の映像の輝度の差、又はビームのパターン認識、２値化、画像フィルタリングなどの処理を行う事で検出可能である。こうして、ブロック４１によりＮＴＳＣ画像信号から座標情報が抽出される。その座標信号は演算処理部４２に入力されて、予め算出又は登録されている目標位置１２２と比較する後に詳述するフィードバック制御のアルゴリズムによって、制御位置１２１が目標位置１２２に重なるようにする制御情報が算出される。その制御情報は電圧制御装置４３に与えられ、電圧制御装置４３の出力に入力ミラーアレイ１１のティルトミラー１１１の角度を制御するための駆動電圧が得られる。

第２の画像解析装置１６とその周辺の装置及びその動作も図４に示したものと同様なので、図示及び説明を省略する。

図５は図４に示した演算処理部４２におけるフィードバック制御のアルゴリズムを説明するフローチャートである。同図において、まず、ステップＳ５０１にて目標座標１２２と制御座標１２１との間の距離（Z=√(X*X+Y*Y)）を求める。その後、ステップＳ５０２にて入力ミラーをx(+)方向に制御して再度、ステップＳ５０３にて目標座標１２２と制御座標１２１の間の距離（Z’=√(X’*X’+Y’*Y’)）を求める。次いで制御後の距離が制御前の距離より近くなったかを判定する。この判定でイエスであれば、入力ミラーの制御方向（x(+)方向）は正しいと言えるので、ステップＳ５０２に戻り目標座標１２２と制御座標１２１の間の距離がさらに短くなるように制御する。またこの判定で、制御後の距離が制御前の距離より遠いと判定されると、入力ミラーの制御方向は間違っているため、ステップＳ５０５にて制御方向をx(-)方向に反転して、ステップ５０６及び５０７にてステップＳ５０３及び５０４と同様の制御を繰り返す。上記動作を繰り返す事でx方向の最適点が求められる。

その後、ステップＳ５０８〜ステップＳ５１３にて、y方向にも同様の制御を行い目標座標１２２と制御座標１２１の間の距離を近づけていく。このようにして、出力ミラーアレイ１２上の所望のティルトミラーの位置と出力ミラーアレイ１２に照射された光ビームの位置が合致した後は、出力ミラーアレイ１２上のティルトミラーを制御して所望の出力コリメータ位置（目標座標１４２）と出力コリメータに照射される出力ミラーの反射光（制御座標１４１）を図５に示した方法と同様の方法で近づけていく。

図６は上記実施例１における制御位置を目標位置に近づける制御を分りやすく説明する図である。同図において、（ａ)は初期状態を示しており、（ｂ）は制御中の状態を示している。（ａ）に示すように、初期状態では出力ミラーアレイ１２上の制御位置１２１と目標位置１２２とは離れており、出力コリメータアレイ１４９上の制御位置１４１も目標位置１４２から離れている。（ｂ）に示す制御中になると、制御位置１２１は目標位置１２２に近づき、最終的には制御位置１２１と目標位置１２２とは重なる。同様に、制御位置１４１は目標位置１４２に近づき、最終的には制御位置１４１と目標位置１４２とは重なる。この場合、制御位置１４１は一旦は１４１ａとなって目標位置１４２に近づいたが、依然として目標位置１４２から離れているので、制御を一回戻して制御位置を制御位置１４１ｂとすることで、次第に目標位置１４２に接近していき、最終的には制御位置１４１と目標位置１４２とは重なる、というような制御を行う。制御位置１２１の制御も制御位置１４１の制御と同様である。この結果、入力コリメータアレイ１３から入力された光信号は入力ミラーアレイ１１により反射され、その後出力ミラーアレイ１２により反射され、最終的に出力コリメータアレイ１４の所望の位置から光信号が出力される。

以上に説明した本発明の実施例１において、テスト用光信号発生器１０は試験中に常時テスト用光信号を発生するものとして記載してきたが、テスト用光信号として実際に運用中の光信号を使用してもよい。実際に運用中の光信号を用いて試験を行う場合、パケット通信などで光信号が断となった場合は、制御位置のモニタが不可能になるのでティルトミラーの制御がその間は不可能になり、次のパケット信号が入力された時に正常に光が導通しない場合がある。これを解決するために、本発明により以下の実施例１の変形例を提供する。

図７は実施例１の変形例示すブロック図である。
この変形例では、実際の運用形態での光信号が停止されている状態でも入力ミラーアレイ１１のティルトミラーの各々の角度、出力ミラーアレイ１２のティルトミラーの各々の角度の最適化、及び入力ミラーアレイ１１、出力ミラーアレイ１２の動作保証を可能とするものである。以下具体例を示す。

上記実施例１における入力ミラーアレイ１１、出力ミラーアレイ１２、入力コリメータアレイ１３、出力コリメータアレイ１４、第１の画像解析装置１５、及び第２の画像解析装置１６に加えて、入力コリメータアレイ１３に入力される運用中の光信号（実データ）と別にテスト光信号を生成する光源７１と、運用中の実データとテスト光信号とを合成する合波器７２と、テスト信号が出力コリメータアレイ１４から出力され運用中の後段装置に影響を及ぼさないようにテスト信号を運用中の光信号から分離する分離器７３と、分離器７３の出力を受けるフォトダイオードアレイ（ＰＤ）７４とを備えている。

運用中の光信号はWDMなどで波長多重されている場合が多く、使用帯域は通常850nm〜1625nm程度であり、テスト信号としては運用中の光信号が使用していない帯域（図では700nm）の光信号を使用することで実データへの影響をなくすことが可能となる。特に、実際の運用形態での光信号が停止されている状態でもテスト信号での画像解析が可能となり、入力ミラー角度、出力ミラー角度の最適化、及び入力ミラー、出力ミラーの動作保証が可能となる。

図８は本発明の実施例２による光スイッチの制御装置の全体構成を示す概略図である。図８において、図１との相違点は、本実施例においては、単一の画像解析装置８１が設けられていること、及び第１のテスト用光信号発生器（第１の信号発生器）８１と第２のテスト用光信号発生器（第２の信号発生器）８２とを備えていることである。画像解析装置８１はカメラ８１１と画像処理部８１２とを備えている。カメラ８１１は入力ミラーアレイ１１上の光ビーム映像と出力ミラーアレイ１２上の光ビーム映像とを撮像する。屋根型折り返しミラーのように入力ミラーアレイ１１と出力ミラーアレイ１２とが接近して配置されている場合は、入力ミラーアレイ１１からの散乱光と出力ミラーアレイ１２からの散乱光とは１台のカメラで撮像が可能であるので、画像解析装置も１台で済む。

したがって、実施例１では出力ミラーアレイ１２の映像と出力コリメータアレイ１４の映像とを取得するためにカメラが２台必要となるが、本実施例２では出力コリメータアレイ１４からも光信号を入力しこの反射光を制御することでカメラが１台ですむメリットがある。

更に、図８においては以下具体的に説明する。

実施例２においては、単一の画像解析装置８１は、実施例１と同様に、第１のテスト用光信号発生器８２から出力されたテスト用光信号が入力コリメータアレイ１３を通った後に入力ミラーアレイ１１により反射されて出力ミラーアレイ１２により散乱された散乱光を検出することにより出力ミラーアレイ１２上に照射された光ビーム映像の位置を第１の制御位置１２１として検出する。

実施例２においては、検出した第１の制御位置１２１と第２のテスト用光信号発生器８３により出力コリメータアレイ１４を通して出力ミラーアレイ１２に照射された光の位置である第１の所望目標位置８４とが一致するように入力ミラーアレイ１１上のティルトミラー１１１を制御する。

また、第２のテスト用光信号発生器８３から出力されたテスト用光信号が出力コリメータ１４を通った後に出力ミラーアレイ１２により反射されて入力ミラーアレイ１１により散乱された散乱光に基づいて入力ミラーアレイ１１上に照射された光ビーム映像の位置を第２の制御位置８５として検出し、検出した第２の制御位置８５と第１のテスト用光信号発生器８２により入力コリメータアレイ１３を通して入力ミラーアレイ１１に照射された光の位置である第２の所望目標位置８６とが一致するように出力ミラーアレイ１２上のティルトミラー１２３を制御する。

本実施例２により、２台のテスト用光信号発生器を採用して目標位置をテスト用光信号発生器により定めることによって、事前の入力ミラーアレイ１１の位置の算出や事前登録が必要なくフレキシブルな制御が可能となる。制御位置７２と目標位置７３との距離を接近させる方法は実施例１で説明したものと同様である。

実施例２においては、出力コリメータアレイ１４からも光信号を入力するので、実際に光信号通信の運用中に試験を行う場合には、実際の運用の光信号ソース側に出力コリメータアレイ１４側からの光信号が漏れこむことが懸念される。この懸念に対処するためには、本実施例２は、運用前に行う入力ミラーアレイ１１、出力ミラーアレイ１２の初期角度試験などでの使用に効果がある。また、実際の運用で使用するためには以下の実施例２の変形例を提供する。

図９は実施例２の変形例を示すブロック図である。
この変形例では、実施例２において、実際に光信号通信の運用中に光スイッチの試験を行う場合、実際の運用形態での光信号が停止されている状態でも入力ミラーアレイ１１のティルトミラーの各々の角度、出力ミラーアレイ１２のティルトミラーの各々の角度の最適化、及び入力ミラーアレイ１１、出力ミラーアレイ１２の動作保証を可能とするものである。以下具体例を示す。

図９において、実施例２の本変形例における光スイッチの制御装置は、上記実施例２における第１のテスト用光信号発生器８２、入力ミラーアレイ１１、出力ミラーアレイ１２、入力コリメータアレイ１３、出力コリメータアレイ１４、画像解析手段８１、第２のテスト用光信号発生器８３に加えて、出力側から入力されるテスト光信号を生成する光源９１と、出力コリメータアレイ１４から出力される運用中の光信号（実データ）と出力側から入力されるテスト光信号を合成する合波器９２と、テスト信号が入力コリメータから出力され運用中の信号源に影響を及ぼさないようにテスト信号を運用中の光信号から分離する分離器９３と、合成器９２の出力を受けるフォトダイオードアレイ（ＰＤ）９４とを備えている。

前述したとおり、運用中の光信号はWDMなどで波長多重されている場合が多いが、使用帯域は通常850nm〜1625nm程度である。テスト用光信号は運用中の光信号が使用していない帯域（図では700nm）を使用することで実データへの影響をなくすことが可能となる。実施例２では実際の運用系への影響が懸念されていたが、この方式を用いることで運用系への影響をなくすことが可能となる。

実施例３では、実施例１又は実施例２における入力コリメータアレイ１３、または出力コリメータアレイ１４から入力される光信号を一旦光拡散シート、またはレンズなどにより拡散させることで角度ずれなどが大きい場合でも光接続の接続範囲を拡大するものである。以下、具体例を示す。

図１０は本発明の実施例３による光スイッチの制御装置の概略図である。同図において、図１又は図８に示した入力ミラーアレイ１１、出力ミラーアレイ１２、及び入力コリメータアレイ１３に加えて、本実施例により、光拡散シート（光拡散手段）１０１が入力コリメータアレイ１３の入力ミラーアレイ１１に対向する側に設けられており、光拡散シート（光拡散手段）１０２が出力コリメータアレイ１４の出力ミラーアレイ１２に対向する側に設けられている。光拡散シートに替えて光拡散用のレンズを設けてもよい。

図１１は図１０に示した光拡散シートを設ける前の光スイッチの側面図、図１２は図１０に示した光拡散シートを設けた後の光スイッチの側面図である。
図１２に示すように、光スイッチにおいて、光拡散シート１０１が入力コリメータアレイ１３の入力ミラーアレイ１１に対向する側に設けられており、光拡散シート１０２が出力コリメータアレイ１４の出力ミラーアレイ１２に対向する側に設けられている。このように光信号を拡散させることにより、角度ずれが大きい場合でも出力コリメータから僅かな光出力を得ることができ、その結果、フォトダイオードなどを使用した光出力レベルを監視を容易に行う事が可能になる。

本実施例３では、入力ミラーに入力される光信号を光拡散シート、またはレンズなど分散させることで角度ずれが大きい場合でも出力コリメータから僅かな光出力を得ることができ、この結果、フォトダイオードなどを使用した光出力レベルを監視を容易に行う事が可能になる。本実施例による初期角度は角度ずれが比較的少ないため、その後、光拡散シート、またはレンズを除去して再度この方式で取得した初期角度で光出力レベルを監視を行えば、最良な初期角度を得ることが可能となる。
上記の実施の形態及び実施例では、制御装置の出力が単一の場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、本発明により入力光信号を反射面の角度が可変なミラーアレイで反射して複数の出力のうちのいずれかの出力に選択的に導く光スイッチについて反射面の角度を制御する制御装置において、ミラーアレイのいずれかのミラーで反射される光信号該ミラーへの照射位置をミラーアレイを反射される光信号のメイン光路外からモニタすることで検出するカメラを備え、検出した照射位置に基づいて反射面の角度を制御する、ことを特徴とする光スイッチのミラー制御装置も提供される。
また、本発明により、入力光信号を反射面の角度が可変なミラーアレイで反射して複数の出力のうちのいずれかの出力に選択的に導く機能を備え、導く過程で光信号が照射される複数の光学部品を備えた光スイッチについて、反射面の角度を制御する制御装置において、光スイッチにおいて入力光信号が照射される光学部品を入力光信号のメイン光路外でモニタして、入力光信号の照射位置を検出するカメラを備え、検出した照射位置に基づいて前記反射面の角度を制御する、ことを特徴とする光スイッチのミラー制御装置も提供される。
これにより、入力と出力の間にミラーアレイやコリメータアレイ以外の光学部品が存在していても本発明は適用される。
（付記１）
複数のティルトミラーを配置したミラーアレイを備え、入力光信号を出力コリメータの所望位置に導く光スイッチにおける前記ティルトミラーの反射面の角度を制御する制御装置であって、
前記光スイッチを用いて光通信を行う際に用いる光路と同一光路に光信号を通過させる信号発生手段と、
前記光信号が前記ティルトミラー及び前記出力コリメータの少なくとも一方により散乱された散乱光を検出する画像解析手段とを備えており、
前記画像解析手段は、前記散乱光に基づいて光ビーム映像の位置を制御位置として検出し、前記検出した制御位置と前記ティルトミラー及び前記出力コリメータの少なくとも一方の上の予め定められている所望位置である目標位置とが一致するようにティルトミラーを制御することを特徴とする、光スイッチのミラー制御装置。
（付記２）
前記光スイッチは、前記ミラーアレイに含まれる入力ミラーアレイ及び出力ミラーアレイと、前記入力ミラーアレイに対向して配置された入力コリメータアレイと、前記出力ミラーアレイに対向して配置された出力コリメータアレイとを備えており、
前記画像解析手段は、第１の画像解析装置と第２の画像解析装置とを備えており、
前記第１の画像解析装置は、
前記信号発生手段から出力された光信号が前記入力コリメータアレイを通った後に前記入力ミラーアレイにより反射され、次いで前記出力ミラーアレイにより散乱された散乱光に基づいて得られる前記出力ミラーアレイ上の光ビーム映像の位置を第１の制御位置として検出し、前記検出した第１の制御位置と、前記出力ティルトミラーの予め定められている所望の位置である第１の目標位置とが一致するように前記入力ミラーアレイ上のティルトミラーを制御するものであり、
前記第２の画像解析装置は、前記光ビーム映像が前記出力ミラーアレイにより反射されて前記出力コリメータアレイにより散乱された散乱光に基づいて得られる前記出力コリメータアレイ上の光ビーム映像の位置を第２の制御位置として検出し、前記検出した第２の制御位置と前記出力コリメータアレイの予め定められている所望の位置である第２の目標位置とが一致するように前記出力ミラーアレイ上のティルトミラーを制御するものである、付記１に記載の光スイッチのミラー制御装置。
（付記３）
前記光スイッチは、前記ミラーアレイに含まれる入力ミラーアレイ及び出力ミラーアレイと、前記入力ミラーアレイに対向して配置された入力コリメータアレイと、前記出力ミラーアレイに対向して配置された出力コリメータアレイとを備えており、
前記信号発生手段は、第１の信号発生器と第２の光信号発生器とを備えており、
前記画像解析手段は単一の画像解析装置であり、
前記単一の画像解析装置は、
前記第１の信号発生器から出力された光信号が前記入力コリメータアレイを通った後に前記入力ミラーアレイにより反射されて前記出力ミラーアレイにより散乱された散乱光を検出することにより前記出力ミラーアレイ上に照射された光ビーム映像の位置を第１の制御位置として検出し、前記検出した第１の制御位置と前記第２の信号発生器により前記出力コリメータアレイを通して前記出力ミラーアレイに照射された光の位置である第１の所望目標位置とが一致するように前記入力ミラーアレイ上のティルトミラーを制御するとともに、
前記第２の信号発生器から出力された光信号が前記出力コリメータを通った後に前記出力ミラーアレイにより反射されて前記入力ミラーアレイにより散乱された散乱光に基づいて前記入力ミラーアレイ上に照射された光ビーム映像の位置を第２の制御位置として検出し、前記検出した第２の制御位置と前記第１の信号発生器により前記入力コリメータアレイを通して前記入力ミラーアレイに照射された光の位置である第２の所望目標位置とが一致するように前記出力ミラーアレイ上のティルトミラーを制御するようにしたことを特徴とする、付記１に記載のミラー制御装置。
（付記４）
前記入力コリメータアレイ及び前記出力コリメータアレイのいずれかの側から通信中の光信号で使用していない帯域のテスト波長信号を前記通信中の光信号に多重するテスト波長信号合成手段と、前記出力コリメータアレイ及び前記入力コリメータアレイのいずれかの側でそれぞれ前記多重化された信号から前記テスト波長信号のみを分離するテスト波長信号分離手段とを備えることを特徴とする、付記２又は３に記載のミラー制御装置。
（付記５）
前記入力コリメータアレイから前記入力ミラーアレイに出力される光ビームを拡散させる光拡散手段と、前記出力コリメータアレイから前記出力ミラーアレイに出力される光ビームを拡散させる光拡散手段との少なくとも一方を更に備えることをさせることを特徴とする、付記２から４のいずれかに記載の制御装置。
（付記６）
入力光信号を反射面の角度が可変なミラーアレイで反射して複数の出力のうちのいずれかの出力に選択的に導く光スイッチについて前記反射面の角度を制御する制御装置において、
前記ミラーアレイのいずれかのミラーで反射される光信号の該ミラーへの照射位置を前記ミラーアレイを該反射される光信号のメイン光路外からモニタすることで検出するカメラを備え、
該検出した照射位置に基づいて前記反射面の角度を制御する、
ことを特徴とする光スイッチのミラー制御装置。
（付記７）
入力光信号を反射面の角度が可変なミラーアレイで反射して複数の出力のうちのいずれかの出力に選択的に導く機能を備え、導く過程で光信号が照射される複数の光学部品を備えた光スイッチについて、前記反射面の角度を制御する制御装置において、
前記光スイッチにおいて入力光信号が照射される光学部品を該入力光信号のメイン光路外でモニタして、該入力光信号の照射位置を検出するカメラを備え、
該検出した照射位置に基づいて前記反射面の角度を制御する、
ことを特徴とする光スイッチのミラー制御装置。

本発明にかかる光スイッチの制御装置によれば、光信号の挿入損失を減少させることが可能となり、また、光接続中でない初期状態や、何らかのマクロ変動が発生した場合でも入力ミラーアレイおよび出力ミラーアレイの最適制御が可能となり、また入力ミラーアレイ１１および出力ミラーアレイ１２の動作保証が可能となる。

本発明の実施例１による光スイッチの制御装置の全体構成を示す概略図である。出力ミラーアレイ１２の拡大図である。出力コリメータアレイ１４の拡大図である。図１における第１の画像解析装置１５とその周辺の装置を示す概略ブロック図である。図４に示した演算処理部４２におけるフィードバック制御のアルゴリズムを説明するフローチャートである。実施例１における制御位置を目標位置に近づける制御を分りやすく説明する図である。実施例１の変形例示すブロック図である。本発明の実施例２による光スイッチの制御装置の全体構成を示す概略図である。実施例２の変形例を示すブロック図である。本発明の実施例３による光スイッチの制御装置の概略図である。図１０に示した光拡散シートを設ける前の光スイッチの側面図である。図１０に示した光拡散シートを設けた後の光スイッチの側面図である。

符号の説明

１０テスト用光信号発生器（信号発生手段）
１１入力ミラーアレイ
１２出力ミラーアレイ
１３入力コリメータアレイ
１４出力コリメータアレイ
１５第１の画像解析装置
１６第２の画像解析装置
７１光源
７２合成器
７３分離器
８１画像解析装置
８２第１のテスト用光信号発生器（第１の信号発生器）
８３第２のテスト用光信号発生器（第２の信号発生器）
８４目標位置
８５制御位置
８６目標位置
９１光源
９２合成器
９３分離器
１０１拡散シート（光拡散手段）
１０２拡散シート（光拡散手段）
１１１ティルトミラー
１２１制御位置
１２３ティルトミラー
１２２目標位置
１４１制御位置
１４２目標位置

Claims

複数のティルトミラーを配置したミラーアレイを備え、入力光信号を出力コリメータの所望位置に導く光スイッチにおける前記ティルトミラーの反射面の角度を制御する制御装置であって、
前記光スイッチを用いて光通信を行う際に用いる光路と同一光路に光信号を通過させる信号発生手段と、
前記光信号が前記ティルトミラー及び前記出力コリメータの少なくとも一方により散乱された散乱光を検出する画像解析手段とを備えており、
前記画像解析手段は、前記散乱光に基づいて光ビーム映像の位置を制御位置として検出し、前記検出した制御位置と前記ティルトミラー及び前記出力コリメータの少なくとも一方の上の予め定められている所望位置である目標位置とが一致するようにティルトミラーを制御することを特徴とする、光スイッチのミラー制御装置。
前記光スイッチは、前記ミラーアレイに含まれる入力ミラーアレイ及び出力ミラーアレイと、前記入力ミラーアレイに対向して配置された入力コリメータアレイと、前記出力ミラーアレイに対向して配置された出力コリメータアレイとを備えており、
前記画像解析手段は、第１の画像解析装置と第２の画像解析装置とを備えており、
前記第１の画像解析装置は、
前記信号発生手段から出力された光信号が前記入力コリメータアレイを通った後に前記入力ミラーアレイにより反射され、次いで前記出力ミラーアレイにより散乱された散乱光に基づいて得られる前記出力ミラーアレイ上の光ビーム映像の位置を第１の制御位置として検出し、前記検出した第１の制御位置と、前記出力ティルトミラーの予め定められている所望の位置である第１の目標位置とが一致するように前記入力ミラーアレイ上のティルトミラーを制御するものであり、
前記第２の画像解析装置は、前記光ビーム映像が前記出力ミラーアレイにより反射されて前記出力コリメータアレイにより散乱された散乱光に基づいて得られる前記出力コリメータアレイ上の光ビーム映像の位置を第２の制御位置として検出し、前記検出した第２の制御位置と前記出力コリメータアレイの予め定められている所望の位置である第２の目標位置とが一致するように前記出力ミラーアレイ上のティルトミラーを制御するものである、請求項１に記載の光スイッチのミラー制御装置。
前記光スイッチは、前記ミラーアレイに含まれる入力ミラーアレイ及び出力ミラーアレイと、前記入力ミラーアレイに対向して配置された入力コリメータアレイと、前記出力ミラーアレイに対向して配置された出力コリメータアレイとを備えており、
前記信号発生手段は、第１の信号発生器と第２の光信号発生器とを備えており、
前記画像解析手段は単一の画像解析装置であり、
前記単一の画像解析装置は、
前記第１の信号発生器から出力された光信号が前記入力コリメータアレイを通った後に前記入力ミラーアレイにより反射されて前記出力ミラーアレイにより散乱された散乱光を検出することにより前記出力ミラーアレイ上に照射された光ビーム映像の位置を第１の制御位置として検出し、前記検出した第１の制御位置と前記第２の信号発生器により前記出力コリメータアレイを通して前記出力ミラーアレイに照射された光の位置である第１の所望目標位置とが一致するように前記入力ミラーアレイ上のティルトミラーを制御するとともに、
前記第２の信号発生器から出力された光信号が前記出力コリメータを通った後に前記出力ミラーアレイにより反射されて前記入力ミラーアレイにより散乱された散乱光に基づいて前記入力ミラーアレイ上に照射された光ビーム映像の位置を第２の制御位置として検出し、前記検出した第２の制御位置と前記第１の信号発生器により前記入力コリメータアレイを通して前記入力ミラーアレイに照射された光の位置である第２の所望目標位置とが一致するように前記出力ミラーアレイ上のティルトミラーを制御するようにしたことを特徴とする、請求項１に記載のミラー制御装置。
入力光信号を反射面の角度が可変なミラーアレイで反射して複数の出力のうちのいずれかの出力に選択的に導く光スイッチについて前記反射面の角度を制御する制御装置において、
前記ミラーアレイのいずれかのミラーで反射される光信号の該ミラーへの照射位置を前記ミラーアレイを該反射される光信号のメイン光路外からモニタすることで検出するカメラを備え、
該検出した照射位置に基づいて前記反射面の角度を制御する、
ことを特徴とする光スイッチのミラー制御装置。
入力光信号を反射面の角度が可変なミラーアレイで反射して複数の出力のうちのいずれかの出力に選択的に導く機能を備え、導く過程で光信号が照射される複数の光学部品を備えた光スイッチについて、前記反射面の角度を制御する制御装置において、
前記光スイッチにおいて入力光信号が照射される光学部品を該入力光信号のメイン光路外でモニタして、該入力光信号の照射位置を検出するカメラを備え、
該検出した照射位置に基づいて前記反射面の角度を制御する、
ことを特徴とする光スイッチのミラー制御装置。