JP2006279888A - ミラー制御回路および光空間伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストな回路構成で、偏向角可変ミラーの共振振動を高速に抑制することが可能なミラー制御回路およびそのミラー制御回路を搭載した光空間伝送装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係るミラー制御回路は、ＭＥＭＳミラー１１２の偏向角を制御するための制御信号を生成する制御回路１１４と、ＭＥＭＳミラー１１２の共振振動をキャンセルするための補償信号を生成し、制御信号の変化点近傍位置に補償信号を付加した駆動信号を生成して、ＭＥＭＳミラー１１２に出力する駆動回路１１３とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ミラー制御回路および光空間伝送装置に関し、詳細には、偏向角可変ミラーを駆動するミラー制御回路およびそのミラー制御回路を搭載した光空間伝送装置に関する。

自由空間を介して光信号を伝送する光空間通信は、光通信の特徴である高速大容量伝送が可能であることに加えて、電波の利用が制限される領域での利用が可能であること、光ファイバの布設などの大規模な工事を伴わずに簡便に通信路の開設が可能であること等の多くの利点を有している。

光空間伝送により毎秒数百メガビット以上の高速信号を伝送する場合、受光素子が小型となり、また受光感度も低くなるため光ビームの指向性を高める必要がある。そのため、光空間伝送装置においては、装置の傾きや装置に加わる振動などの影響に対しても、光ビームが装置から外れることなく通信が継続するように光自動追尾機能が必要である。

光空間伝送装置は、離れた二地点間で通信を行う二台の装置が対向して配置されており、相手装置から送信された光信号の受光位置を検出し、検出結果を相手装置の光信号の出力方向を制御する偏向系にフィードバックする。偏向系は、例えば、モータによりミラーやレンズを駆動する駆動機構で構成される。受信側も偏向系を有しており、同様に制御され、送受両装置間で光自動追尾が実現される。

偏向系は、水平・垂直のそれぞれの方向に対して必要であるため、上述のような駆動機構で偏向系を構成する場合には、装置の大型化・調整の工程の複雑化・コスト的に高価となるといった問題があった。また、レンズは質量が大きいため、偏向速度をあまり早くすることができず振動耐力も限定的となる。このため、ビル間通信など適用範囲も限定的となる。

近年、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）と呼ばれる半導体プロセスで製造された微小ミラー（以下、「ＭＥＭＳミラー」と称する）による光ビーム自動追尾方式が提案されている（例えば、特許文献１参照）。ＭＥＭＳミラーは外部からの信号によりＭＥＭＳミラーの偏向角を制御することができ、またｋＨｚオーダの高い共振周波数を有している。したがって、従来のレンズやミラーをモータで駆動する方式に比べ小型化・高速応答が可能である。

しかしながら、ＭＥＭＳミラーは、機械的共振周波数は高いものの、Ｑ値（尖鋭度と呼ばれる振動の減衰に関連する値）が高いため、機械的振動が整定するまで時間が長く、これを光自動追尾にそのまま用いた場合、ＭＥＭＳミラーの本来の持つ高速応答性を有効に利用することができないという問題がある。

ＭＥＭＳミラーの機械的共振の影響を低減するために、ＭＥＭＳミラーの機械的共振に対応した周波数成分を、フィルタ回路でＭＥＭＳミラーの駆動信号から除去する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、同文献の方法では、フィルタ回路を使用するため、回路構成が高価かつ大規模化するという問題がある。

特開２００４−８０２５３号公報 特開２００４−２１９４６９号公報、図５

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、低コストな回路構成で、偏向角可変ミラーの共振振動を高速に抑制することが可能なミラー制御回路およびそのミラー制御回路を搭載した光空間伝送装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、偏向角が可変であり、かつ共振特性を有するミラーの偏向角を制御するミラー制御回路において、前記ミラーの偏向角を制御するための制御信号を生成する制御信号生成手段と、前記ミラーの共振振動をキャンセルするための補償信号を生成し、前記制御信号の変化点近傍位置に前記補償信号を付加した駆動信号を前記ミラーに出力して駆動する駆動手段と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明は、伝送対象となる信号によって変調された光ビームを出射する光源と、偏向角が可変であり、前記光源から入射する前記光ビームを反射し、かつ共振特性を有するミラーと、前記ミラーで反射された前記光ビームを受光する受光素子と、前記ミラーで反射された光ビームの入射位置を検出する光位置検出器と、前記光位置検出器によって検出された入射位置に基づいて、前記ミラー偏向角を制御するための制御信号を生成する制御信号生成手段と、前記ミラーの共振振動をキャンセルするための補償信号を生成し、前記制御信号の変化点近傍位置に前記補償信号を付加した駆動信号を前記ミラーに出力して駆動する駆動手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明に係るミラー制御回路によれば、制御信号生成手段は、偏向角可変ミラーの偏向角を制御するための制御信号を生成し、駆動手段は、偏向角可変ミラーの共振振動をキャンセルするための補償信号を生成し、制御信号の変化点近傍位置に記補償信号を付加した駆動信号を偏向角可変ミラーに出力して駆動することとしたので、制御信号に偏向角可変ミラーの共振振動をキャンセルするための補償信号を付加するだけで、高速に偏向角可変ミラーの共振振動を抑圧することができ、低コストな回路構成で、偏向角可変ミラーの共振振動を高速に抑制することが可能なミラー制御回路を提供することが可能となる。

以下に添付図面を参照して、この発明に係るミラー制御回路および光空間伝送装置の最良な実施の形態を詳細に説明する。以下では、本発明に係るミラー制御回路を光空間伝送装置に適用した実施の形態を一例として説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではなく、また、実施の形態の中で説明されている特徴の組み合わせのすべてが発明の解決手段に必要であるとは限らない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものまたは実質的に同一のものが含まれる。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る光空間伝送装置１００の概略構成を示す図である。ここでは、光空間伝送装置１００として、送信装置から受信装置に対して一方向に主信号を伝送するシステムを例示して説明する。

光空間伝送装置１００は、図１に示すように、送信装置１１０と受信装置１２０とを備えている。送信装置１１０は、伝送対象となる信号によって変調された光ビームを出射する光源１１１と、偏向角が可変であり、光源１１１から入射する光ビームを反射するＭＥＭＳミラー１１２と、ＭＥＭＳミラー１１２の共振振動をキャンセルするための補償信号を生成し、制御信号の変化点近傍位置に補償信号を付加した駆動信号をＭＥＭＳミラー１１２に出力して駆動する駆動回路１１３と、入射位置信号に基づいてＭＥＭＳミラー１１２の偏向角を制御するための制御信号を生成する制御回路１１４と、受信装置１２０から入射位置信号を受信して制御回路１１４に出力する制御信号受信器１１５とを備えている。

受信装置１２０は、ＭＥＭＳミラー１１２で反射された光ビームを受光する受信器１２１と、ＭＥＭＳミラー１１２で反射された光ビームの入射位置を検出して、入射位置信号を出力する光位置検出器１２２と、光位置検出器１２２で検出された入射位置信号を送信装置１１０に送信する制御信号送信器１２３とを備えている。

なお、実際のＭＥＭＳミラー１１２の特性は偏向方向によって異なるため、駆動回路１１３および制御回路１１４については２軸分の回路が必要となるが、原理は同様であるので、図１においては、説明の簡単のため１軸分のみを図示している。

上記構成の光空間伝送装置１００の動作を説明する。送信装置１１０では、伝送すべき送信信号２０１が光源１１１に入力し、光源１１１を変調して光信号に変換する。変調された光信号は、ＭＥＭＳミラー１１２に入射して反射されて、その伝播方向が２軸方向において偏向され、光ビーム２０２となって受信装置１２０に出力される。

受信装置１２０では、送信装置１１０から入力する光ビーム２０２の一部が受信器１２１および光位置検出器１２２に入力される。受信器１２１では、入力する光ビーム２０２が受信信号２０３として出力される。また、光位置検出器１２２では、入力する光ビーム２０２の入射位置を検出して、入射位置信号２０４として制御信号送信器１２３に出力する。制御信号送信器１２３は、入力される入射位置信号２０４を伝送手段１３０を介して送信装置１１０に送信する。

送信装置１１０では、制御信号受信器１１５は、受信装置１２０から入力される入射位置信号２０４を受信して、制御回路１１４に出力する。制御回路１１４は、入力される入射位置信号２０４に基づき、光ビーム２０２の偏向角が所定の角度となるように制御するための制御信号２０５を生成して、駆動回路１１３に出力する。

駆動回路１１３は、制御信号２０５の波形に応じて、ＭＥＭＳミラー１１２で発生する共振振動を抑圧するための補償信号を生成し、さらに、制御信号２０５の変化点近傍位置に補償信号を付加した駆動信号２０６を生成してＭＥＭＳミラー１１２に出力して、ＭＥＭＳミラー１１２を駆動する。

上記伝送手段１３０としては、制御信号送信器１２３と制御信号受信器１１５間で通信される信号は低速の信号であるため、例えば、電力線、ＬＡＮなどの有線技術、光・音波・電波などの無線技術を用いることができる。なお、本実施の形態では、主信号を一方向に伝送する場合を仮定しているが、双方向に伝送するシステムにおいては、制御信号２０５を例えばＴＤＭ（時間分割多重）などにより、主信号に多重して伝送することにしてもよい。

図２は、図１の駆動回路１１３の具体的構成例を示す図である。駆動回路１１３は、図２に示すように、補償パルス２１０を生成して遅延回路１４２に出力する補償パルス生成回路１４１と、入力される補償パルス２１０を遅延させて、補償信号２１０として合成回路１４４に出力する遅延回路１４２と、制御回路２０５から入力される制御信号２０５を遅延させて遅延制御信号２１２として合成回路１４４に出力する遅延回路１１６と、遅延制御信号２１２と補償信号２１０とを合成して駆動信号２０７を生成し、ＭＥＭＳミラー１１２に出力する合成回路１４４とを備えている。

図３を参照して、駆動信号２０７および制御信号２０５について説明する。図３は、駆動信号２０７および制御信号２０５を説明するためのタイミングチャートの一例である。ここでは、制御信号２０５の一例としてステップ波形を使用した場合を説明する。ステップ波形は制御をデジタル処理で行なう場合に一般的な波形であり、ステップ波形の振幅はＭＥＭＳミラー１１２の偏向角の変化量を示している。

図３において、制御信号２０５でＭＥＭＳミラー１１２を駆動した場合に発生する共振振動をキャンセルするために、補償信号２１１の形状および制御信号２０５との時間間隔ｔ２を所定の値に設定する必要がある。この時間間隔ｔ２に合わせて、制御信号２０５を遅延制御信号２１２のように所定時間ｔ１だけ遅延させる。

補償信号２１１として、例えば矩形波を用いる場合、所定のパルス幅Ｔ１およびパルス振幅Ｐ１を有する補償信号２１１を生成する。駆動信号２０７は、上述したように、遅延制御信号２１２に補償信号２１１を付加（合成）して生成する。

以下、補償信号２１１について詳細に説明する。例えば、補償信号２１１と制御信号２０５の振幅を同一に選んだ場合、ｆ_MEMSをＭＥＭＳミラー１１２の共振周波数として、パルス幅Ｔ１を１／（６ｆ_MEMS）、時間間隔ｔ２を１／（４ｆ_MEMS）に設定する。

以下では、ＭＥＭＳミラー１１２の伝達関数に基づいて補償信号２１１がＭＥＭＳミラー１１２の共振振動を抑圧する原理について説明する。ＭＥＭＳミラー１１２の駆動信号２０７とＭＥＭＳミラー１２２の傾斜角との伝達関数は、一般に下記式（１）で表すことができる。

上記式（１）において、ω_MEMS（＝２πｆ_MEMS）はＭＥＭＳミラー１１２の共振角周波数、Ｑ_MEMSはＭＥＭＳミラー１１２のＱ値、αは比例係数、ｓはラプラス演算子である。ω_MEMS、Ｑ_MEMS、αは回転２軸において異なる値となるが、共振抑圧の原理は同じである。

以下の説明では計算の簡略化のため、上記式（１）が直流において「１」となるように規格化し、α=ω_MEMS ²として扱うものとする。すなわち、ＭＥＭＳミラー１１２は「１」の直流駆動信号に対して傾斜角度が「１」変化するものとする。実際には、使用するＭＥＭＳミラー１１２の特性に基づいた比例係数を乗じればよいので、一般性を失うものではない。

ＭＥＭＳミラー１１２をステップ駆動した場合の応答Ｒｓｔｐ（ｔ）は、上記式（１）に単位ステップ関数をラプラス変換した1/ｓを乗じてラプラス逆変換を行なうことにより、下記式（２）で表すことができる。

上記式（２）において、Ｌ^-1[ ]はラプラス逆変換、ｔは時間を示している。括弧[ ]内を部分分数に展開して、さらに変形すると、下記式（３）のように表すことができる。

上記式（３）において、ＱＭＥＭＳは、通常、数十程度であるので、１−１／４Ｑ_MEMS ²＝１と近似すると、上記式（３）は下記式（４）のように表すことができる。

したがって、Ｒｓｔｐ（ｔ）は、上記式（４）をラプラス逆変換して下記式（５）のように表すことができる。

上記式（５）において、ｕ（ｔ）は、単位ステップ関数を示している。１／２Ｑ_MEMS＜＜１より右辺第３項は無視でき、Ｒｓｔｐ（ｔ）は、下記式（６）のように表すことができる。

上記式（６）において、右辺第１項のｕ（ｔ）は、駆動波形に追従した応答を示し、第２項はＭＥＭＳミラー１１２の共振振動による共振振動の成分を示している。次に、補償信号２１１に対するＭＥＭＳミラー１１２の応答Ｒｐｌｓ（ｔ）を算出する。Ｒｐｌｓ（ｔ）は、矩形のラプラス変換を求め、上記式（１）に乗じてラプラス逆変換を行なうことにより算出することができる。矩形の振幅をｐ、パルス幅をＴとすると、ラプラス変換は、下記式（７）のように表すことができる。

従って、Ｒｐｌｓ（ｔ）は下記式（８）のように表すことができる。

さらに、上記式（２）と同様にして、Ｒｐｌｓ（ｔ）は下記式（９）のように表すことができる。

上記式（９）において、パルス幅Ｔを共振周期程度の時間とし、さらにパルスの中心を原点とする時間ｔ‘＝ｔ−Ｔ／２を用いて変形すると、下記式（１０）のように表すことができる。

上記式（９）と上記式（１０）の時間の原点はＴ／２だけ異なっているが、ω_MEMS・Ｔ／Ｑ_MEMS＜＜１であるので、下記式（１１）のような関係を導出することができる。

従って、パルス幅Ｔを２Ｐ・ｓｉｎ（ω_MEMSＴ／２）＝１となるように設定し、また時間間隔２０７を１／（４ｆ_MEMS）と設定することにより、Ｒｐｌｓ（ｔ）は、Ｒｓｔｐ（ｔ）の右辺第２項、つまりＭＥＭＳミラー１１２の共振振動成分をキャンセルすることが分かる。補償パルスの振幅を「１」とした場合は、パルス幅Ｔを１／（６ｆ_MEMS）に設定すればよい。

図４は、駆動信号２０７の他の例を説明するためのタイミングチャートである。上記実施の形態では、図３に示したように、制御信号２０５を遅延させた遅延制御信号２１２に、補償信号２１１を付加する場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。上記式（６）と上記式（１０）より、図４に示すように、例えば、制御信号２０５に、図３とは逆向きの補償信号２１１を付加した駆動信号２０７についても同様の効果を得ることができる。この場合の時間間隔ｔ３は、上記ｔ２と同様に、１／（４ｆ_MEMS）となる。これによれば、制御信号２０５を遅延させる必要が無いため、より高速応答性に優れ、また、遅延回路が不要となり駆動回路を低コストな構成とすることができる。

つぎに、図５を参照して、補償信号を使用した場合のＭＥＭＳミラー１１２の共振振動の抑圧効果について説明する。図５は、ω_MEMS＝２π・１００、Ｑ_MEMS＝１００とした場合に、ＭＥＭＳミラー１１２のミラー傾斜角度をＭＥＭＳミラー１１２の運動方程式の数値解析より算出した結果を示した図である。

図５−１は、補償信号が無い場合の駆動波形とＭＥＭＳミラー１１２の応答波形、すなわち、制御信号２０５に対する応答を示した図である。図５−１に示すように、応答波形は、制御信号２０５のステップ波形の立ち上がり部分で共振振動が発生している。

図５−２は、補償信号のみによる駆動波形とＭＥＭＳミラー１１２の応答波形、すなわち、補償信号２０９に対する応答を示した図である。図５−２に示すように、応答波形は、図５−１の共振成分と逆位相で共振振動している。

図５−３は、制御信号に補償信号を付加した場合の駆動波形とＭＥＭＳミラー１１２の応答波形、すなわち、補償信号２１１を付加した駆動信号（本実施の形態の場合）に対する応答を示した図である。図５−３に示すように、応答波形は、共振振動が十分抑圧されており、本実施の形態の共振振動の抑圧方法が有効であることが確認された。

上記実施の形態では、補償信号として、実用上簡易な矩形波・振幅が駆動波形と同じ場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、他の波形の補償信号であってもＭＥＭＳミラー１１２の共振振動を抑圧することが可能である。また、制御信号として単一のステップ波形について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、他の駆動波形の制御信号を使用することにしてもよい。以下、補償信号および制御信号の他の例を説明する。

図６を参照して、補償信号の波形の他の例を説明する。図６は補償信号を他の波形とした場合に、上記図５と同様の条件でＭＥＭＳミラー１１２の応答特性の数値解析を行った結果を示している。

図６−１は、補償信号の振幅を２倍の矩形波にした場合のＭＥＭＳミラー１１２の応答波形、図６−２は、補償信号を三角波にした場合のＭＥＭＳミラー１１２の応答波形の解析結果を示している。図６−１および図６−２に示すように、補償信号の振幅を２倍にした場合および三角波とした場合のいずれの場合においても、共振振動が抑圧可能であることが確認された。特に、補償信号の振幅を２倍にした場合には、振幅「１」の場合に比して、補償信号の前端からステップ波形の立ち上がりまでの時間を短縮できる、すなわち、高速にＭＥＭＳミラー１１２を駆動できるという効果が確認された。

また、上記実施の形態では、制御信号として単一のステップ波形について説明したが、
本発明はこれに限られるものではなく、他の駆動波形の制御信号を使用することにしてもよい。図７を参照して、制御信号の波形の他の例を説明する。図７は制御信号を他の波形とした場合に、上記図５と同様の条件でＭＥＭＳミラー１１２の応答特性の数値解析を行った結果を示している。

図７に示すように、制御信号をデジタル制御において一般的に使用される段階的なステップ信号とした場合でも同様に共振振動の抑圧を行なうことができる。制御信号が段階的なステップ信号の場合には、単一ステップ信号の値「０」を各ステップにおける変化前の値とし、値「１」を変化後の値と置き換えることによって、単一のステップ駆動に対する場合と同様にして補償信号を求めることができる。

３０１〜３０５は各ステップに対応する補償信号のパルス部である。この例では、補償信号の振幅は、各ステップにおいて変化前の値と変化後の値の差とを同じにした例を示している。補償信号３０４、３０５は、補償すべき制御信号の波形が立下りのステップであるため、補償信号３０１〜３０３と逆方向の波形となっている。ＭＥＭＳミラー１１２の応答波形は、共振振動を生ずることなく、制御信号によく追随した波形となっている。

つぎに、制御信号の他の例として三角波を使用した場合について説明する。送信装置１１０と受信装置１２０間で光ビーム２０２の調整が完了していない初期状態においては、ＭＥＭＳミラー１１２を例えば三角波でスキャンして受信装置１２０の探査を行なう必要がある。ＭＥＭＳミラー１１２を三角波で駆動した場合、波形の変化点において共振が発生するため、制御波形と実際のビームの位置がずれることになり、受信装置１２０の探査を正しく行なうことができないことが考えられる。

以下では、繰り返しの三角波で発生する共振振動を矩形波で補償する例について説明する。図８は、繰り返しの三角波の一例を説明するための図である。図８に示すように、繰り返しの三角波を、振幅「１」、繰返し周期「２・Ｔ_1/2」とする。「０」〜「Ｔ_1/2」の領域でのＭＥＭＳミラー１１２の応答Ｒｔｒｉ（ｔ）は、時間「０」以前において共振振動が抑圧されているとした場合の、時間「０」における状態を初期値とし、傾斜が三角波の「０」〜「Ｔ_1/2」の領域の傾斜と同じであるランプ関数を駆動信号として求めることができる。上記式（６）と同様にＱＭＥＭＳが十分大きい場合、近似的にＲｔｒｉ（ｔ）は、下記式（１２）のように表すことができる。

上記式（１２）において、右辺第二項が共振振動を示しており、三角波においては、正弦波となるので、補償信号は、時間「０」を中心にする必要がある。振幅ｐ、パルス幅Ｔの矩形の補償信号を用いた場合、上記式（１０）より、下記式（１３）の関係を満たせば、Ｒｔｒｉ（ｔ）における共振振動をキャンセルすることができる。

図９は、制御信号として三角波を使用し、補償信号として矩形波を使用した場合に、上記図５と同様の条件でＭＥＭＳミラー１１２の応答特性の数値解析を行った結果を示している。図９に示すように、共振振動が十分抑圧された応答波形を得ることができる。補償信号を使用しない場合に、共振振動成分を１％程度以下に抑えるためには、上記式（１２）よりＴ_1/2を１／ｆ_MEMSの５０倍程度にする必要があるが、補償信号を用いることにより、１周期程度での非常に高速なスキャンが可能となる。

上記式（１３）では、三角波の立ち上がり時間と立下り時間がともにＴ_1/2である場合についての補償信号の条件を示しているがより一般化すると以下のようになる。制御信号が、時間に対して直線的に変化し、所定の時刻の前後においてその傾斜が異なる場合、その変化点における補償信号として、その中心が傾斜の変化する前記時刻と一致しており、また前記時刻の前後における傾斜をそれぞれα、β、またパルス幅をＴ、振幅をｐとした場合、下記式（１４）の条件を満たす矩形パルスを用いることによりその変化点における共振振動をキャンセルすることができる。図１０は、時間的に傾斜が変化する場合の制御信号と、この制御信号に対する補償信号の一例を示す図である。

なお、上記実施の形態では、補償信号として、単発的なパルスを使用する場合について説明したが、ＭＥＭＳミラー１１２の共振周期に比して、その継続期間（補償信号期間）が短いパルス列を使用することにしてもよい。図１１は、補償信号のパルス列の一例を示す図である。

以上説明したように、実施の形態１によれば、制御回路１１４は、ＭＥＭＳミラー１１２の偏向角を制御するための制御信号を生成し、駆動回路１１２は、ＭＥＭＳミラーミラー１１２の共振振動をキャンセルするための補償信号を生成し、制御信号の変化点近傍位置に補償信号を付加した駆動信号をＭＥＭＳミラー１１２に出力し、ＭＥＭＳミラー１１２の偏向角を制御することとしたので、制御信号にＭＥＭＳミラー１１２の共振振動をキャンセルするための補償信号を付加するだけで、高速にＭＥＭＳミラー１１２の共振振動を抑圧することができ、低コストな回路構成でＭＥＭＳミラー１１２の共振振動を高速に抑制することが可能となる。

また、実施の形態１によれば、制御信号は、ステップ状に変化する信号からなり、補償信号は矩形パルスからなり、補償信号は、ＭＥＭＳミラーの共振周波数をｆ_MEMS、前記矩形パルスのパルス幅をＴ、制御信号のステップの振幅で規格化した矩形パルスの振幅をｐとした場合に、矩形パルスの中心と制御信号がステップ状に変化する変化点との時間間隔が、略１／（１／４ｆ_MEMS）であり、かつ、２ｐ・ｓｉｎ（π・ｆ_MEMSＴ）≒１の条件を満たすこととしたので、実用上簡易なステップ状波形および矩形パルスを使用して、簡単な方法で、ＭＥＭＳミラーの共振振動を抑制することが可能となる。

（実施の形態２）
図１２は、実施の形態２に係る光空間伝送装置４００の概略構成を示す図である。実施の形態２に係る光空間伝送装置４００は、実施の形態１に係る空間伝送装置１００において、補償信号の温度補正を行うための温度測定回路４０１を付加した構成である。図１１において、図１と同等機能を有する部位には、同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

ＭＥＭＳミラー１１２の共振周波数とＱ値は温度によって変動する。すなわち、上述したステップ信号（制御信号）を、矩形の補償信号で補償する場合を例に挙げて説明すると、補償信号のパルス幅、パルス振幅、補償信号とステップ信号立ち上がりの時間間隔を一定とした場合、ＭＥＭＳミラー１１２の温度変化による特性変動により、ＭＥＭＳミラー１１２の共振を抑圧する効果が低減することになる。そこで、実施の形態２では、ＭＥＭＳミラー１１２の共振周波数とＱ値の温度による変動を考慮して、測定温度に応じた補償信号を生成することで、温度変動によらずに、ＭＥＭＳミラー１１２の共振振動を効果的に抑圧する。

温度測定回路４０１は、ＭＥＭＳミラー１１２の近傍の温度、すなわち、ＭＥＭＳミラー自体の温度またはその周辺の温度を測定し、温度測定結果を、温度信号４１０として駆動回路４０２に出力する。駆動回路４０２は、温度測定回路４０１から入力される温度信号４１０に基づいて、当該温度においてＭＥＭＳミラー１１２の共振振動をキャンセルするような補償信号２０６を生成し、補償信号２０６を制御回路１１４から入力される制御信号２０５に付加して駆動信号１０５として、ＭＥＭＳミラー１１２に出力する。駆動回路４０２は、例えば、温度とＭＥＭＳミラー１１２の共振周波数との関係を予めテーブルに格納しておき、入力される温度信号に応じてテーブルからＭＥＭＳミラー１１２の共振周波数を読み出して、当該共振周波数の振動をキャンセルするための補償信号を生成する。

なお、ＭＥＭＳミラー１１２は半導体プロセスで形成されるため、ＭＥＭＳミラー１１２と温度測定回路４０１とを同一の半導体基板上に実装（集積化）することにしてもよい。これによれば、温度測定回路４０２をＭＥＭＳミラー１１２の周囲に配置する構成に比して、温度測定精度を高くすることができ、また、小型化・部品点数の削減が可能となる。

以上説明したように、実施の形態２によれば、温度測定回路４０１は、ＭＥＭＳミラー１１２の近傍の温度を測定し、駆動回路４０２は、測定された温度に基づいて補償信号を生成することとしたので、温度変動によらずに、ＭＥＭＳミラーの共振振動を効果的に抑圧することが可能となる。なお、ＭＥＭＳミラー１１２の共振周波数は、使用時間（経時変動）や湿度等によっても変動する場合がある。したがって、使用時間とＭＥＭＳミラー１１２の共振周波数との関係、湿度とＭＥＭＳミラー１１２の共振周波数との関係を記憶しておき、使用時間や湿度に応じて当該共振周波数の振動をキャンセルするための補償信号を生成することにしてもよい。このように、温度、湿度、使用時間等の環境条件に応じて、当該環境条件でのＭＥＭＳミラーの共振周波数を算出して、当該算出した共振周波数の振動をキャンセルするための補償信号を生成することにより、環境条件の変動によらずに、常に、ＭＥＭＳミラーの共振振動を効果的に抑圧することができる。

（実施の形態３）
実施の形態３では、本発明を適用した表示装置について説明する。図１３は、実施の形態３に係る表示装置５００の構成例を示す図である。

実施の形態３に係る表示装置５００は、駆動回路５０１と、ＭＥＭＳミラー５０２〜５０４と、光源５０５〜５０７と、スクリーン５０８とを備えている。駆動回路５０１には、位置信号５１１が入力される。かかる位置信号５１１は、光源５０５〜５０７をスクリーン５０８上に照射する位置を制御するための制御信号である。駆動回路５０１は、入力される位置信号５１１に基づき、各ＭＥＭＳミラー５０２〜５０４に対して共振を抑圧するための補償信号を付加して出力する。

光源５０５〜５０７は、例えば、赤、緑、青色の光源であり、各色成分に対応する変調信号５１２〜５１４で変調され、変調された各色の光は、ＭＥＭＳミラー５０２〜５０４に向かって出力される。ＭＥＭＳミラー５０２〜５０４は、光源５０５〜５０７から入射する光を反射して、スクリーン５０８上の所定の位置に照射する。

上記構成の表示装置５００によれば、ＭＥＭＳミラー５０２〜５０４の共振振動を抑圧して、高速ＭＥＭＳ駆動が可能となり、より高精細な映像の表示が可能となる。

（実施の形態４）
実施の形態４では、本発明を適用した光マトリクススイッチについて説明する。図１４は、実施の形態４に係る光マトリクススイッチ６００の構成例を示す図である。光マトリクススイッチは、複数の入力光ファイバと複数の出力光ファイバ間で、任意の入力光ファイバに入射する光信号を任意の出力光ファイバから出力する装置である。

実施の形態４に係る光マトリクススイッチ６００は、図１４に示すように、入力光ファイバ群６０１と、コリメータレンズ６０２と、入力側ＭＥＭＳミラー群６０３と、出力側ＭＥＭＳミラー群６０４と、コリメータレンズ６０５と、出力光ファイバ群６０６と、駆動回路６０７、６０８と、制御回路６０９とを備えている。

入力光ファイバ群６０１の中の任意の入力光ファイバ６０１ａから入射した光信号は、コリメータレンズ６０２で平行光に変換されて出力される。コリメータレンズは入力光ファイバ群６０１の各ファイバ毎に配置されるが、同図では、コリメータレンズ６０２のみを図示している。コリメータレンズ６０２から出力される光信号は、入力側ＭＥＭＳミラー群６０３の中の入力光ファイバ６０１ａに対応するＭＥＭＳミラー６０３ａに入力する。

ＭＥＭＳミラー６０３ａは、入射した光信号を出力側ＭＥＭＳミラー群６０４の中の出力する出力光ファイバ６０６ａに対応したＭＥＭＳミラー６０４ａに向けて反射する。ＭＥＭＳミラー６０４ａは、さらに出力光ファイバ群６０６の中の出力する出力光ファイバ６０６ａに向けて反射する。

ＭＥＭＳミラー６０４ａで反射された光信号は、出力光ファイバ６０６ａに対応するコリメータレンズ６０５により集光され出力光ファイバ６０６ａに入射して出力される。コリメータレンズは、出力光ファイバ群６０６の各ファイバ毎に配置されるが、同図では簡単のためコリメータレンズ６０５のみを図示している。

制御回路６０９は、入力光ファイバから入力する光信号の出力先となる出力光ファイバを指示する設定信号６５０に基づき、駆動回路６０７、６０８に各ＭＥＭＳミラーの偏向角制御信号を出力する。駆動回路６０７、６０８は、制御回路６０９入力される偏向角制御信号に補償信号を付加した駆動信号を各ＭＥＭＳミラーに出力して駆動する。

光マトリクススイッチは、ネットワークに障害が発生した場合の経路切り替え等に用いられるため、高速に切り替えを完了する必要がある。本実施の形態４によれば、駆動回路６０７，６０８により共振が抑圧され高速切り替えが可能となる。また共振があると、切り替え時において過渡的に光ビームが想定外の出力光ファイバに結合することも考えられるが、このような原因で発生するクロストークも抑圧することが可能となる。

本発明に係るミラー制御回路および光空間伝送装置は、ＭＥＭＳミラー等の偏向角可変ミラーを使用して光伝送を行う場合に有用であり、光伝送装置、表示装置、光マトリクススイッチ等の各種装置に利用可能である。

実施の形態１に係る光空間伝送装置の概略構成を示す図である。 図１の駆動回路の具体的構成例を示す図である。 駆動信号および制御信号のタイミングチャートの一例を示す図である。 駆動信号の他の例を説明するためのタイミング図である。 補償信号が無い場合の駆動波形とＭＥＭＳミラーの応答波形を示した図である。 補償信号のみによる駆動波形とＭＥＭＳミラーの応答波形を示した図である。 制御信号に補償信号を付加した場合の駆動波形とＭＥＭＳミラーの応答波形を示した図である。 補償信号の振幅を２倍の矩形波にした場合のＭＥＭＳミラーの応答波形を示した図である。 補償信号を三角波にした場合のＭＥＭＳミラーの応答波形を示した図である。 他の駆動波形とした場合のＭＥＭＳミラーの応答波形を示す図である。 制御信号を繰り返しの三角波とした場合を説明するための図である。 制御信号として三角波を使用し、補償信号として矩形波を使用した場合のＭＥＭＳミラーの応答波形を示す図である。 時間的に傾斜が変化する場合の制御信号と、この制御信号に対する補償信号の一例を示す図である。 補償信号をパルス列とした場合の一例を示す図である。 実施の形態２に係る光空間伝送装置の概略構成を示す図である。 実施の形態３に係る表示装置の構成例を示す図である。 実施の形態４に係る光マトリクススイッチの構成例を示す図である。

符号の説明

１００ 光空間伝送装置
１１０ 送信装置
１１１ 光源
１１２ ＭＥＭＳミラー
１１３ 駆動回路
１１４ 制御回路
１１５ 制御信号受信器
１２０ 受信装置
１２１ 受信器
１２２ 光位置検出器
１２３ 制御信号送信器
４００ 光空間伝送装置
４０１ 温度測定回路
４０２ 駆動回路
５００ 表示装置
５０１ 駆動回路
５０２，５０３，５０４ ＭＥＭＳミラー
５０５，５０６，５０７ 光源
５０８ スクリーン
６００ 光マトリクススイッチ
６０１ 入力光ファイバ群
６０２ コリメータレンズ
６０３ 入力側ＭＥＭＳミラー群
６０４ 出力側ＭＥＭＳミラー群
６０５ コリメータレンズ
６０６ 出力光ファイバ群
６０７，６０６ 駆動回路
６０９ 制御回路

Claims (7)

1. 偏向角が可変であり、かつ共振特性を有するミラーの偏向角を制御するミラー制御回路において、
   前記ミラーの偏向角を制御するための制御信号を生成する制御信号生成手段と、
   前記ミラーの共振振動をキャンセルするための補償信号を生成し、前記制御信号の変化点近傍位置に前記補償信号を付加した駆動信号を前記ミラーに出力して駆動する駆動手段と、
   を備えたことを特徴とするミラー制御回路。
2. 前記制御信号は、ステップ状に変化する信号を含み、前記補償信号は矩形パルスを含み、
   前記補償信号は、前記ミラーの共振周波数をｆ、前記矩形パルスのパルス幅をＴ、前記制御信号のステップの振幅で規格化した前記矩形パルスの振幅をｐとした場合に、
   前記矩形パルスの中心と前記制御信号がステップ状に変化する変化点との時間間隔が、略１／（１／４ｆ）であり、かつ、２ｐ・ｓｉｎ（πｆＴ）≒１の条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載のミラー制御回路。
3. 前記制御信号は、時間に対して直線的に変化し、かつ所定の時刻においてその傾斜が変化する信号を含み、前記補償信号は矩形パルスを含み、
   前記補償信号は、前記時刻の前後における傾斜をそれぞれα、β、前記ミラーの共振周波数をｆ、前記矩形パルスのパルス幅をＴ、前記矩形パルスの振幅をｐとした場合に、
   前記矩形パルスの中心は前記時刻と略一致しており、かつ、２ｐ・ｓｉｎ（πｆＴ）≒（β−α）/（２πｆ）の条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載のミラー制御回路。
4. 前記ミラーは、ＭＥＭＳミラーであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のミラー制御回路。
5. 前記ミラーの近傍の温度を測定する温度測定手段を備え、
   前記駆動手段は、前記温度測定手段で測定された温度に基づいて前記補償信号を生成することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のミラー制御回路。
6. 前記温度測定手段と前記ＭＥＭＳミラーとは、同一半導体基板上に実装されることを特徴とする請求項５に記載のミラー制御回路。
7. 伝送対象となる信号によって変調された光ビームを出射する光源と、
   偏向角が可変であり、前記光源から入射する前記光ビームを反射し、かつ共振特性を有するミラーと、
   前記ミラーで反射された前記光ビームを受光する受光素子と、
   前記ミラーで反射された光ビームの入射位置を検出する光位置検出器と、
   前記光位置検出器によって検出された入射位置に基づいて、前記ミラー偏向角を制御するための制御信号を生成する制御信号生成手段と、
   前記ミラーの共振振動をキャンセルするための補償信号を生成し、前記制御信号の変化点近傍位置に前記補償信号を付加した駆動信号を前記ミラーに出力して駆動する駆動手段と、
   を備えたことを特徴とする光空間伝送装置。

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