JP2007010966A - 光スイッチ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光損失が低減された安価で小型な光スイッチ装置を提供すること。
【解決手段】入力光ファイバ１０２と出力光ファイバ１０３と、光信号を波長の異なる複数の光信号に分波するグレーティング１０７と、分波された光信号を各々反射し出力光ファイバ１０３に対し適宜方向付ける、各々傾斜可能な複数の可動ミラー１０８ａ等と、各可動ミラー１０８ａ等の傾斜角度を各々検出するミラー角度検出器１０９ａ等と、複数の波長の光信号を識別する波長番号λｎｏ及び入力光ファイバ１０２または出力光ファイバ１０３を識別する出力先番号１０３を各可動ミラー１０８ａ等の傾斜角度に関連付けるテーブル１１１と、テーブル１１１から出力される傾斜角度ＡＤとミラー角度検出器１０９ａ等からの出力とが一致するように可動ミラー１０８ａ等をフィードバック制御する制御回路１１０とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光スイッチ装置、特に多重されている複数の波長の光信号を波長ごとに出力する光スイッチ装置に関するものである。

従来、光ファイバ通信においては波長の異なる複数の光を用いて独立した信号を多重伝送し、光ファイバ１本あたりの伝送容量を増大させる波長多重（ＷＤＭ）通信が広く行われている。波長多重通信においては、各ノードにて各信号ごとに、即ち波長ごとに、次の伝送先ノードを選択するためのスイッチが必要となる。

例えば、特許文献１には、このような目的で使用される光スイッチが開示されている。入力ファイバから入射した波長多重光は、グレーティングで分波される。分波された光は、それぞれ波長ごとにＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）ミラー上に結像する。そして、ＭＥＭＳミラーの傾斜角度を変化させる。これにより、波長ごとに出力ファイバを切り替える（選択する）ことができる。このような光スイッチにより、光−電気変換を行うことなしに、各光信号ごとに、即ち波長ごとに出力先の光ファイバを選択することが可能となる。

米国特許第６，６２５，３４６号明細書

特許文献１に記載された光スイッチにおけるミラーの角度制御は、まず、タップで一部の光量を取り出している。そして、スペクトル・モニター（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｍｏｎｉｔｏｒ）で取り出した光をモニタする。これにより、波長ごとに、即ちミラーごとに角度制御が行われている。

このように従来技術の光スイッチでは、ミラーの傾斜角度を制御するために、外部にタップやスペクトル・モニターが必要とされる。このため、タップによる光損失の増大を招いてしまう。さらに、スペクトル・モニターの設置のために装置の大型化やコストアップを生じてしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光損失が低減された安価で小型な光スイッチ装置を提供することを目的としている。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、複数の波長の光信号が多重されて入力される少なくとも一つの入力光ファイバと、少なくとも一つの出力光ファイバと、入力光ファイバからの光信号を波長の異なる複数の光信号に分波する分光器と、分光器からの分波された光信号を各々反射し出力光ファイバに対し適宜方向付ける、各々傾斜可能な複数の可動ミラーと、各可動ミラーの傾斜角度を各々検出するミラー角度検出器と、複数の波長の光信号を識別する第一の値及び入力光ファイバまたは出力光ファイバを識別する第二の値を各可動ミラーの傾斜角度に関連付ける第一の演算器と、第一の演算器から出力される可動ミラーの傾斜角度値とミラー角度検出器からの出力とが一致するように可動ミラーをフィードバック制御する制御回路と、を有することを特徴とする光スイッチ装置を提供できる。

また、本発明の好ましい態様によれば、第一の値及び第二の値を各可動ミラーの駆動電圧または駆動電流に関連付ける第二の演算器をさらに有し、第二の演算器の出力は、制御回路に対して加算されることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、第一の演算器は、更に、光信号に与える減衰量に相当する第三の値を各可動ミラーの傾斜角度に関連付けることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、可動ミラーは、ミラーが形成された可動部と、固定部と、可動部を固定部に対し傾斜可能に支持する弾性支持部と、固定部に接続され可動部と対向するよう設けられたベース基板と、ベース基板に設けられた固定電極と、可動部に設けられた可動電極とを有し、ミラー角度検出器は、固定電極と可動電極の間の静電容量に基づいて可動ミラーの傾斜角を検出することが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、固定電極及び可動電極のうちのいずれか一方は、可動部の傾斜軸を挟んで略対称に設けられた第一の独立電極及び第二の独立電極の２つの電極から成り、固定電極及び可動電極のうちの他方は、同電位となる１つの共通電極から成り、ミラー角度検出器は、第一の独立電極と共通電極により構成される第一の容量と、第二の独立電極と共通電極により構成される第二の容量と、の差分に基づいて可動ミラーの傾斜角度を検出することが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、固定電極は第一の独立電極と第二の独立電極とを構成しており、可動電極は共通電極を構成していることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、第一の独立電極に第一のリファレンス信号を印加し、
第二の独立電極に第一のリファレンス信号とは位相が約１８０度異なる第二のリファレンス信号を印加し、共通電極に現れる信号を検出することによって第一の容量と第二の容量の差分を検出することが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、固定部またはベース基板に、第一のリファレンス信号及び第二のリファレンス信号を発生するとともに共通電極から取り出した信号を増幅するアンプ回路が設けられていることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、弾性支持部は可動部を挟んで略対称に第一弾性支持部と第二弾性支持部が設けられ、第一弾性支持部と第二弾性支持部を結ぶ直線は可動ミラーが複数設けられている方向と略直交しており、可動電極からの配線の取出しが、第一弾性支持部または第二弾性支持部に沿って行なわれていることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、所定の側から順に数えて奇数番目に配置されている可動ミラーにおいては可動電極からの配線の取出しが第一弾性支持部に沿って行われ、偶数番目に配置されている可動ミラーにおいては可動電極からの配線の取出しが第二弾性支持部に沿って行われていることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、固定部とベース基板を電気的に接続するための複数の金属柱を有し、可動電極からの配線は金属柱を介してベース基板へ各々接続されることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、固定部上に設けられた固定駆動電極と、可動部上に固定駆動電極と対向して設けられた可動駆動電極と、を有し、固定駆動電極と可動駆動電極との間の静電引力によって可動部を傾斜させることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、固定電極と固定駆動電極、及び可動電極と可動駆動電極が電気的に分離して設けられていることが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、可動駆動電極からの配線の引き出しと、可動電極からの配線の引き出しとが、可動ミラーを挟んで逆側へ行われることが望ましい。

本発明に係る光スイッチ装置では、第一の演算器は、複数の波長の光信号を識別する第一の値、及び入力光ファイバまたは出力光ファイバを識別する第二の値を各可動ミラーの傾斜角度に関連付ける。そして、制御回路は、第一の演算器から出力される可動ミラーの傾斜角度値とミラー角度検出器からの出力とが一致するように可動ミラーをフィードバック制御する。これにより、タップで一部の光量を取り出すことが不要となる。このため、光損失を低減できる。また、スペクトル・モニターを別途配置する必要がない。このため、装置の大型化やコストアップを生じない。この結果、本発明によれば、光損失が低減された安価で小型な光スイッチ装置を提供できる。

以下に、本発明の実施例に係る光スイッチ装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例１の光スイッチ装置１００の概略構成を示す。光スイッチ装置１００は、多重されている複数の波長の光信号を波長ごとに出力する波長選択型の光スイッチ装置である。光スイッチ装置１００は、入力光ファイバ１０２、出力光ファイバ１０３、コリメータレンズアレイ１０４、レンズ１０５、レンズ１０６、グレーティング１０７、可動ミラーアレイ１０８、角度センサアレイ１０９、制御回路１１０、テーブル１１１から構成される。

光スイッチ装置１００は、入力光ファイバ１０２から入力される波長多重された光信号を、出力光ファイバ１０３のいずれかに対し、波長ごとに出力先を選択して出力することができる。出力光ファイバ１０３は、複数の光ファイバ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄから構成されている。これにより、波長多重された個別の信号を電気信号に戻すことなく、光のままで波長ごとにルーティングすることができる。

（基本動作）
まず、スイッチ装置１００の基本動作を説明する。異なる波長を有する独立した光信号は、多重された状態で入力光ファイバ１０２へ入力される。入力された光は、入力光ファイバ１０２から出射して、コリメータレンズ１０４ｃに入射する。コリメータレンズ１０４ｃは、入射した光を平行光に変換して射出する。コリメータレンズ１０４ｃを出射した光は、正の屈折力を有するレンズ１０５と、正の屈折力を有するレンズ１０６を透過して、グレーティング１０７に入射する。レンズ１０５とレンズ１０６とは、例えば、それぞれ両凸形状を有している。

分光器に対応するグレーティング１０７は、入射した光を波長ごとに異なる角度で反射する。反射された光は、再びレンズ１０６を透過する。レンズ１０６を透過した光は、波長ごとに異なった位置に集光、照射される。

可動ミラーアレイ１０８は、複数の独立した可動ミラー１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ・・・・（以下、適宜、「可動ミラー１０８ａ等」という。）を有している。各可動ミラー１０８ａ等は、それぞれの波長の光が照射される位置に設けられている。

各可動ミラー１０８ａ等の傾斜角度は、独立して変化させることができる。傾斜角度を変化させることで、反射光の角度を変えることができる。可動ミラーアレイ１０８により、入射光とは異なった方向に反射された光は、入射光とは逆の経路を進行する。

可動ミラー１０８ａ等で反射された光は、例えば、コリメータレンズ１０４ａを透過して、出力光ファイバ１０３ａに入射する。このように、可動ミラー１０８ａ等の角度を適宜変化させることによって、可動ミラーごとに、即ち波長ごとに、出力先の光ファイバを選択することが可能となる。

（制御系の説明）
可動ミラー１０８ａ等は、制御回路１１０により制御される。可動ミラー１０８ａ等は、ミラーの傾斜角を検出する角度センサアレイ１０９と一体的に構成されている。角度センサアレイ１０９は、各可動ミラー１０８ａ等に対応して設けられている角度センサ１０９ａ、１０９ｂ・・・（以下、適宜、「角度センサ１０９ａ等」という。）から構成されている。制御回路１１０は、角度センサ１０９ａ等により検出された各可動ミラー１０８ａ等の現在の傾斜角度（検出値）と、テーブル１１１から出力されるミラー角度の目標値とが一致するよう、フィードバック制御を行う。フィードバック制御の詳細については後述する。

テーブル１１１は、複数の波長の光信号を識別する波長番号λｎｏ（第一の値）と入力光ファイバ１０２または出力光ファイバ１０３を識別する出力先番号ＯＵＴｎｏ（第二の値）とを各可動ミラー１０８ａ等の傾斜角度に関連付ける。テーブル１１１の詳細な構成、機能については後述する。

図示しない上位のコントローラは、ｎ番目の波長の光をｍ番の出力光ファイバに向ける、という指示情報を出力する（ｎ、ｍは任意の整数）。テーブル１１１は、コントローラからの指示情報に基づいて、必要な各可動ミラー１０８ａ等の傾斜角度の値を出力する。これらの動作は、可動ミラーアレイ１０８に設けられた個々の各可動ミラー１０８ａ等すべてについて行われる。

（可動ミラー周辺の構造）
可動ミラーアレイ１０８、角度センサアレイ１０９の周辺の構成を図２に示す。可動ミラーアレイ１０８は、ミラー基板１２１と、ベース基板１２２から構成される。ミラー基板１２１とベース基板１２２は、バンプ１２３により所定の間隔をもって接続されている。ミラー基板１２１およびベース基板１２２には複数の電極が設けられており、電極間の容量を検出することにより可動ミラー１０８ａ等の傾斜角度が検出される。

このように、ミラー基板１２１、ベース基板１２２は、可動ミラーアレイ１０８を形成するとともに、角度センサアレイ１０９の機能も兼用している。また、ベース基板１２２の上には、容量変化を電圧に変換するため、即ち傾斜角度に対応する信号を電圧として出力するためのアンプ１２４が設けられている。これらの詳細については後述する。

（可動ミラーの詳細）
可動ミラーアレイ１０８および角度センサアレイ１０９の細部を図３に示す。図３では、可動ミラーアレイ１０８または角度センサアレイ１０９を構成するアレイ状の複数の可動ミラー１０８ａ等または角度センサ１０９ａ等のうち、１つのみの構成を示している。

ミラー基板１２１には、可動板１３１、ヒンジ１３２、フレーム１３３が設けられている。フレーム１３３は、バンプ１２３を介してベース基板１２２に固定されている。可動板１３１は、一対のヒンジ１３２により回転可能に支持されている。一対のヒンジ１３２は、第一弾性指示部、第二弾性指示部に対応する。これにより、可動板１３１はその傾斜角度を変更することができる。また、可動板１３１の表面（図３での上方）は、光を反射するため金等の反射膜が形成されている。

ベース基板１２２には、固定電極群１３４が設けられている。可動板１３１の裏面（図３での下方）には、可動電極群１３５が設けられている。可動板１３１の傾斜角度は、固定電極群１３４と可動電極群１３５の間で作用する静電力に対応して決定される。同時に、可動板１３１の傾斜角度の検出が、固定電極群１３４と可動電極群１３５の間で形成される静電容量の変化により行われる。

（電極構成の詳細）
固定電極群１３４、可動電極群１３５は、各々ベース基板１２２、ミラー基板１２１の上に、図４、図５に示すように構成されている。図４は可動電極群１３５の上面図、図５は固定電極群１３４の上面図である。可動板１３１には、可動電極として可動側センサ電極１４１ａ、１４１ｂと、可動側駆動電極１４２が設けられている。可動側センサ電極１４１ａ、１４１ｂは結線されており、電気的にはひとつの電極と考えることができる。可動側センサ電極１４１ａ、１４１ｂからの可動部側センサ電極配線１４４と、可動側駆動電極１４２からの可動側駆動電極配線１４５とは、それぞれ逆側のヒンジ１３２に沿って引き出されている。

例えば、可動側センサ電極１４１ａ、１４１ｂからの配線は、可動側バンプ用電極１４３から、図示しないバンプを介してベース基板１２２側へと接続される。隣接する可動板１３１も同様に可動側駆動電極と可動側センサ電極が設けられている。そして、それぞれの配線は上述の配線とは逆向きに引き出されている。このように、駆動電極またはセンサ電極からの配線の引き出し方向が、所定側から数えて奇数番目に配置されている可動板１３１（ミラー）と、偶数番目に配置されている可動板１３１とは、逆向きとなっている。

可動板１３１と対向するベース基板１２２には、それぞれ２つの固定側センサ電極１５１ａ、１５１ｂ、固定側駆動電極１５２ａ、１５２ｂが設けられている。また、図示しないバンプを介して可動側バンプ用電極１４３と接続されている固定側バンプ用電極１５３が設けられている。固定側センサ電極１５１ａ、１５１ｂからの固定側センサ電極配線１５４は、固定側バンプ用電極１５３の側に引き出され、固定側駆動電極１５２ａ、１５２ｂからの固定側駆動電極配線１５５は、これとは逆側に引き出されている。また、ベース基板１２２においても、ミラー基板１２１と同様に、隣接する電極群では駆動電極またはセンサ電極からの配線の引き出し方向が逆方向となっている。

なお図４、図５は、いずれもミラー面側から見た構成を示す図である。ミラー基板１２１とベース基板１２２は、互いにこの位置関係のまま図３のように上下に接合される。即ち、図４のミラー基板１２１の図は下面側に設けられた電極を上面側からみて描いたものである。

（駆動の原理）
上述したように、可動ミラー１０８ａ等の傾斜、即ち可動板１３１の傾斜は、静電力によって行われる。これは、可動側駆動電極１４２を一定電位（例えば、ＧＮＤ電位）とし、固定側駆動電極１５２ａ、１５２ｂに異なった電圧を与えることにより実現できる。例えば、固定側駆動電極１５２ａに固定側駆動電極１５２ｂよりも高い（絶対値が大きい）電圧を与えると、可動側駆動電極１４２との間でより強く静電引力が発生する。このため、可動板１３１は固定側駆動電極１５２ａの側がベース基板１２２に近づくように傾斜する。

（傾斜角度検出の原理）
一方、可動ミラー１０８ａ等の傾斜角度の検出は、静電容量の変化を検出することによって行われる。これは、可動側センサ電極１４１ａ、１４１ｂと固定側センサ電極１５１ａ、１５１ｂとの間の容量に基づいて行われる。両電極間の距離が小さければ静電容量が大きくなる。これに対して、両電極間の距離が大きくなると静電容量は小さくなる。このため、静電容量を検出することで、可動ミラー１０８ａ等の傾斜角度の検出を行うことができる。

具体的には、固定側センサ電極１５１ａと可動側センサ電極１４１ａの間の容量（第一の容量）と、固定側センサ電極１５１ｂと可動側センサ電極１４１ｂの間の容量（第二の容量）との差分を求める。これにより、可動部１３１の傾斜角度を、傾斜方向を含めて（符号付きで）検出できる。例えば、可動部１３１の可動部側センサ電極１４１ａがベース基板１２２に近づくように傾斜するとき、第一の容量は第二の容量よりも大きくなる。第一の容量と第二の容量との差分を求めることで、差分の正負の符号と量とにより可動板１３１、即ち可動ミラー１０８ａ等の傾斜角度を検出できる。

本実施例においては、第一の容量と第二の容量の差分の検出は図６に示す方式で行われる。一般的に容量の検出は、正弦波や矩形波を容量に印加し、そのインピーダンスをアンプで電圧に変換すること、または容量にチャージされた電荷をアンプで検出することによって行われる。

本実施例の場合は、第一の容量と第二の容量との差分を求める。上述したように可動側センサ電極１４１ａと可動側センサ電極１４１ｂを可動側センサ電極配線１４４により結線した状態で、固定側センサ電極１５１ａ、１５１ｂに逆極性の位相が１８０度異なる矩形波を印加している。これにより、共通電極である可動部側センサ電極１４１ａ、１４１ｂには、容量の差分に応じた信号が現れる。例えば、可動板１３１がベース基板１２２に対して水平であれば、第一の容量と第二の容量とは同じである。このため、可動部側センサ電極１４１ａ、１４１ｂには信号は現れない。

具体的には、パルス発生回路１５７は、所定周期の矩形パルス信号Ｓ２を発生する。矩形パルス信号Ｓ２を固定側センサ電極１５１ｂに与える。また、反転回路１５８を通して極性を反転させた矩形パルス信号Ｓ３を固定側センサ電極１５１ａに与える。これにより、容量差に相当するパルス信号が共通電極である可動側センサ電極１４１ａ、１４１ｂに現れる。この信号Ｓ１を可動部側センサ電極配線１４４やバンプ１２３を介して取り出す。そして、Ｃ−Ｖ変換回路１５６により、パルス発生回路１５７からの同期信号にあわせて振幅検出を行う。この結果、容量差即ち可動部１３１の傾斜角度を電圧信号として求めることができる。

（フィードバック系の説明）
このようにして得られた可動ミラー１０８ａ等の傾斜角度の情報は、図７に詳細構成を示す制御回路１１０によって可動ミラー１０８ａの駆動信号へとフィードバックされる。不図示のコントローラからテーブル１１１に対して、切り替えトリガＴＲＧと波長番号λｎｏと出力先番号ＯＵＴｎｏとが入力される。なお、制御回路１１０は、各可動ミラー１０８ａ等の数量に応じて設けられている。例えば、ｋ個の可動ミラー１０８ａ等のとき、制御回路１１０もｋ個設けられている（ｋは任意の整数）。

図７に戻って説明を続ける。アンプ１２４からの出力は、角度検出値ＡＤとして減算回路１６１に入力される。減算回路１６１にはテーブル１１１から出力される角度目標値ＡＴも入力されている。そして、減算回路１６１は、角度検出値ＡＤと角度目標値ＡＴとの差分を求める。差分信号は周波数特性を安定化させるための位相補償回路１６２にて増幅される。増幅された信号は、駆動電圧を生成するための駆動電圧生成回路１６３に入力される。

駆動電圧生成回路１６３は、一対の固定側駆動電極１５２ａ、１５２ｂにそれぞれ印加されるべき電圧を演算する。具体的には、所定のバイアス電圧に対して位相補償回路１６２の出力を加算または減算する演算が行われ、各固定側駆動電極１５２ａ、１５２ｂに出力される電圧が決まる。この電圧はドライバ１６４ａ、１６４ｂを介して増幅され、固定側駆動電極１５２ａ、１５２ｂへと印加される。

ここで、減算回路１６１により求められる誤差信号の極性とドライバ１６４ａ、１６４ｂによって駆動される可動部１３１の回転の極性との関係が、誤差が減る方向に可動部１３１が駆動されるように制御を行なう。これにより、常に誤差を略ゼロにできる。換言すると、角度目標値ＡＴに対して角度検出値ＡＤを一致させるためのフィードバック制御を行なうことができる。

（テーブルの動作）
制御回路１１０へ与えられる角度目標値ＡＴは、テーブル１１１により求められる。本実施例の光スイッチ装置１００では、独立した複数の波長の光を、それぞれいずれかの出力光ファイバ１０３ａ等へと低損失で結合させる必要がある。このため、テーブル１１１は、上述したように、波長ごとに、換言すると個々の可動ミラー１０８ａ等ごとに、出力先の光ファイバに応じたミラー角度の値を保持している。

テーブル１１１は、波長番号λｎｏと出力先番号ＯＵＴｎｏとミラーの角度目標値ＡＴとが対応付けられて格納されている。切り替えトリガＴＲＧは、選択する波長番号λｎｏと出力先番号ＯＵＴｎｏとを切り替えるための信号である。切り替えトリガＴＲＧにより選択された波長番号λｎｏと出力先番号ＯＵＴｎｏとに対応するミラー角度目標値ＡＴが出力される。

テーブル１１１は、波長、即ち可動ミラー１０８ａ等の番号と、出力ファイバ１０３に付されている番号とを入力とし、可動ミラー１０８ａの角度目標値ＡＴを出力としている。テーブル１１１は、例えば、ＲＯＭのアドレスに可動ミラー１０８ａ等の番号と出力光ファイバ１０３の番号とを与えて対応するデータを読み出すといった方法で実現することができる。なお、読み出された値は必要に応じてラッチされても良い。

図８は、テーブル１１１の構成を示す。ここで、波長番号λｎｏは、多重されている各波長に付された番号１〜Ｎである。また、出力先番号ＯＵＴｎｏは、出力光ファイバ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄに対応する番号１〜４である。出力するミラー角度目標値ＡＴは、角度の値そのものではなく、それに所定の係数、例えば角度センサアレイ１０９やアンプ１２４のゲインに相当する値を乗じた値であっても良い。

なお、波長番号λｎｏと出力先番号ＯＵＴｎｏとを可動ミラー１０８ａ等の角度目標値ＡＴに関連付けることができれば、このような機能はテーブルとは異なる手段で実現することも可能である。例えば、上述した関係の理論式からプロセッサを用いて計算する手段、実験的な結果から近似式を導出して計算する手段、いくつかの実験的結果から内挿・外挿して求める手段等である。

以上説明したように本実施例の光スイッチ装置１００では、可動ミラーアレイ１０８の各可動ミラー１０８ａ等に角度センサ１０９ａ等を設けている。そして、各可動ミラー１０８ａ等ごとに独立にフィードバック制御を行う。同時に、フィードバック制御の目標値を波長番号λｎｏと出力光ファイバの番号ＯＵＴｎｏとを入力とするテーブル１１１により求めるように構成されている。このため、可動ミラーアレイ１０８の制御を光スイッチ装置１００の内部のみで行うことが可能となる。

本実施例では、出力光ファイバ１０３に結合した光を再度タップして可動ミラー制御のためのモニタを行う必要がなくなる。また、モニタ用のスペクトル・モニター等も不要となる。このため、タップによる光損失の増大や、スペクトル・モニターの設置によるコストやスペースの増大を避けることができる。

また、常に可動ミラー１０８ａ等の傾斜角度を所定角度に保つ制御が行われている。このため、各種の外乱、例えば温度の変動や振動・衝撃に対しても安定に動作する光スイッチ装置１００を提供できる。

また、本実施例は、静電力によって可動ミラー１０８ａ等を駆動し、かつ静電容量の変化により可動ミラー１０８ａ等の傾斜角度を検出する構成である。このため、駆動部や角度センサ部分の構成を簡素化、単純にできる。この結果、可動ミラー１０８ａ等の周辺構造の大型化を避けることができる。従って、個々の可動ミラー１０８ａをアレイ方向、即ち波長が分離される方向に密に整列させたフィルファクターの高い可動ミラーアレイ１０８を実現することができる。波長変動が生ずると各可動ミラー１０８ａ等における光スポットの位置がシフトしてしまう。ここで、密に整列させたフィルファクターの高い可動ミラーアレイ１０８は、ミラーとして機能する部分の領域が多い。このため、波長変動が生じたときでも、入射光を所定の方向へ反射させることができる。この結果、光損失を低減し、光学特性の変動が小さい光スイッチ装置１００を実現できる。

また、可動ミラー１０８ａ等の傾斜角度を傾斜軸を挟んだ左右の２つの電極間容量の差分により求める構成としている。このため、各々の電極の周辺や電極へ至る配線などに浮遊容量が発生したときでも、浮遊容量の影響を受けずに可動ミラー１０８ａ等の傾斜角度を検出することが可能となる。これにより、より高精度な可動ミラー１０８ａ等の制御が可能となる。この結果、光スイッチ装置１００の信頼性をより高めることができる。

また、この容量の差分の検出を、ベース基板１２２側の左右の電極に各々位相が１８０度異なるリファレンス信号を印加し、対向するミラー基板１２１側で結線して取り出すことにより行っている。このため、非常に単純な構成で容量の差分を検出することが可能となっている。

更に、本実施例では、このような結線を可動板１３１側で行っている。即ち、可動板１３１側に共通電極を設けている。このため、ミラー基板１２１側からベース基板１２２側へと渡す配線を少なくすることができる。この結果、光スイッチ装置１００の製造が容易になる。

また、この共通電極からの配線の引出し方向を各可動ミラー１０８ａ等において所定の側から数えて偶数番目と奇数番目とのひとつおきに交互に行っている。このため、配線ピッチが広がり、かつミラー基板１２１の両側にバランスよくバンプ１２３を配置できる。これにより、配線の取り回しを容易に、かつ高い信頼性で行うことができる。

また、配線を可動ミラー１０８ａ等のアレイ方向とは略直交する方向に延びるヒンジ１３２に沿って取り出している。このため、可動ミラー１０８ａ等を密に配置することができる。この結果、上述したようにフィルファクターの高い可動ミラーアレイ１０８を実現することができる。このため、波長変動があったとき、光損失が低減され、光学特性の変動が小さい光スイッチ装置１００を実現することができる。

また、ミラー基板１２１とベース基板１２２との接続をバンプ１２３により行っている。このため、複数点での基板間接続を一括して行うと同時に、ミラー基板１２１とベース基板１２２との間隔を静電駆動に適当な値に設定することができる。

また、アンプ１２４をベース基板１２２上の可動ミラー１２１の近くに配置することにより、電極間容量の差分を精度よく検出することができる。従って、可動ミラー１０８ａ等の傾斜角度を高精度で検出できる。

また、可動板１３１を駆動するための駆動電極を可動板１３１の傾斜角度を検出するためのセンサ電極とは独立して設けている。このため、可動ミラー１０８ａ等の駆動を行う経路とその角度の検出を行う経路との分離ができる。これにより、傾斜角度検出の精度が向上する。この結果、可動ミラー１０８ａ等の角度制御の精度を向上できる。更に一対のヒンジ１３２のそれぞれに沿って可動側駆動電極配線１４５と可動側センサ電極配線１４４を取り出している。このため、二つのヒンジ１３２に通る配線を各々１本にすることができ、ヒンジ１３２の特性を両側で揃えることができる。可動ミラーの機械的な駆動特性が向上するため、これによっても可動ミラー１０８ａ等の角度制御の精度は向上される。

（第一の変形例）
実施例１の光スイッチ装置１００では図７に示したように角度検出値ＡＤが角度目標値ＡＴと一致するようなフィードバック制御を行っている。換言すると、可動ミラー１０８ａ等の駆動電圧は、角度検出値ＡＤと角度目標値ＡＴとの差分を増幅することによって生成されている。しかしながら、これに限られず、本変形例のように、図９に示す構成によるフィードフォワードを併用するようにしてもよい。

図９に示す制御回路１１０ａは、テーブル１１１ａにより、波長番号λｎｏと出力先光ファイバの番号ＯＵＴｎｏから、可動ミラー１０８ａ等の角度目標値ＡＴに加えて、標準駆動電圧値ＳＤを出力する。標準駆動電圧値ＳＤは、加算回路１７１にて、位相補償回路１６２の出力に加算される。加算結果は、駆動電圧生成回路１６３へと入力される。このように、本変形例は、上記実施例１の制御回路１１０に比較して、テーブル１１１ａと加算回路１７１が設けられている点が相違している。

図９の制御回路１１０ａでは、標準駆動電圧値ＳＤがフィードフォワードされる。そして、この信号が元になって可動ミラー１０８ａ等の駆動電圧が生成される。角度検出値ＡＤと角度目標値ＡＴとの差分によるフィードバック制御は、フィードフォワードの誤差（パラメータずれ）を修正するために動作する。このため、フィードバック制御系の負担が小さくなる。結果的に、可動ミラー１０８ａ等の傾斜角度制御の精度が向上する。また、フィードフォワード制御は動作が高速である。このため、可動ミラー１０８ａ等の動作を高速化できる。

従って、図９の制御回路１１０ａを図７の制御回路１１０の代わりに使用すれば、さらに特性が安定で、かつスイッチ速度が高速な光スイッチ装置１００を実現できる。ここで、テーブルの大型化や加算回路の追加が必要となる。このため、制御回路１１０ａの設計に関しては、装置の全体設計のバランスにより判断することが望ましい。

（第二の変形例）
また、実施例１の光スイッチ装置では、出力される光量が大きくなるよう、損失が十分小さくなるよう動作するものとして説明している。ここで、テーブルを変更することにより、波長ごとに独立動作可能なアッテネーション機能を実現することもできる。これを実現するための構成を図１０に示す。

第二の変形例は、実施例１に比較して、テーブル１１１ｂの構成が相違している。テーブル１１１ｂは、波長番号λｎｏ、出力先番号ＯＵＴｎｏに加えて、減衰量Ｂの指定を入力として有している。減衰量Ｂの指定値に応じて、可動ミラー１０８ａの角度目標値ＡＴを少しオフセットさせる。これにより、可動ミラー１０８ａ等は、オフセット量に応じて傾斜する。このため、出力ファイバへのカップリング効率が低下する。この結果、出力信号に所望の減衰を与えることができる。

テーブル１１１ｂに記憶させるデータは、実際に発生する減衰量と可動ミラー１０８ａ等の傾斜角度の関係を予め計算すること、またはキャリブレーションにより求めればよい。

このように、図１０に示した制御回路２１０およびテーブル１１１ｂを用いることにより、わずかな変更によってアッテネーション機能を光スイッチ装置１００に付加することが可能となる。

本変形例では、テーブルの変更のみなので部品点数の増加などは発生しない。また、実施例１と同様に、外部にモニタ用のスペクトル・モニター等を設ける必要がない。

（その他の変形例）
なお、以上の説明では入力光ファイバが１本、出力光ファイバが４本の場合について説明しているが、出力光ファイバの本数が増減可能なのは言うまでもない。また、図１とは逆向きに光を通すことにより、複数の入力光ファイバからの光を選択して１本の出力光ファイバへと出力することも可能である。いずれの場合においても、本発明によれば出力光ファイバ側にタップやスペクトル・モニターを設けることなく、可動ミラー１０８ａ等の制御を行うことができる。

また、光スイッチ装置を実現するための具体的な光学系、例えばレンズの具体的配置や分波用光学素子の選択は、適宜変更することができる。さらに、可動ミラー１０８ａ等を傾斜させる方向も、上述の説明と直交する方向（または中間的方向）とし、光ファイバもその方向に整列させる構成のような変形ができる。

また、上述の説明では容量変化により可動ミラー１０８の傾斜角度を検出する場合について述べたが、これは他の方式であってもよい。例えば、ヒンジ１３２部分に設けた歪みゲージで可動板１３１の傾斜を求める方法、またはミラー裏面側に光源と受光素子を設け、ミラー裏面での反射角の変化から傾斜角を検出する方法も考えられる。

また、容量変化で可動ミラー１０８ａ等の傾斜角度を検出する場合においても、第一の容量と第二の容量との差分として傾斜角度を検出するのではなく、ひとつの容量の絶対値変化から検出することも可能である。

さらに、第一の容量と第二の容量との差分を求める場合にも、独立電極を固定側・可動側いずれに設けるかは適宜最適に判断することができる。加えて、容量の差分を求める方法も、各々の容量の絶対値を求めてから差分を演算する方式でも良い。

また、複数の電極を分割して設ける方向は、上述した説明と直交する方向とすることも可能である。さらに、複数の電極を分割して設ける方向を、上述した説明と同じ方向に分割する場合においても、駆動電極とセンサ電極とを内外逆にする構成も可能である。

このように、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で様々な変形例をとることができる。

以上のように、本発明に係る光スイッチ装置は、光損失が低減された安価で小型な光スイッチ装置に有用である。

本発明の実施例１に係る光スイッチ装置の概略構成を示す図である。 実施例１の可動板近傍の構成を示す図である。 実施例１の可動板の近傍の構成を拡大して示す図である。 実施例１の可動側の電極の構成を示す図である。 実施例１の固定側の電極の構成を示す図である。 実施例１の容量検出のための構成を示す図である。 実施例１の制御回路の構成を示す図である。 実施例１のテーブルの構成を示す図である。 実施例１の第一の変形例の制御回路の構成を示す図である。 実施例１の第二の変形例の制御回路の構成を示す図である。

符号の説明

１００ 光スイッチ装置
１０２ 入力光ファイバ
１０３ 出力光ファイバ
１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１０３ｄ 出力光ファイバ
１０４ コリメータレンズアレイ
１０５、１０６ レンズ
１０７ グレーティング
１０８ 可動ミラーアレイ
１０８ａ、１０８ｂ 可動ミラー
１０９ 角度センサアレイ
１０９ａ、１０９ｂ 角度センサ
１１０ 制御回路
１１１、１１１ａ、１１１ｂ テーブル
１２１ ミラー基板
１２２ ベース基板
１２３ バンプ
１２４ アンプ
１３１ 可動板
１３２ ヒンジ
１３３ フレーム
１３４ 固定電極
１３５ 可動電極
１３６ バンプ用電極
１４１ａ、１４１ｂ 可動側センサ電極
１４２ 可動側駆動電極
１４３ 可動側駆動電極
１４４ 可動側センサ電極配線
１５１ａ、１５１ｂ 固定側センサ電極
１５２ａ、１５２ｂ 固定側駆動電極
１５３ 固定側バンプ用電極
１５５ 固定側駆動電極配線
１５６ Ｃ−Ｖ変換回路
１５７ パルス発生回路
１５８ 反転回路
１６１ 減算回路
１６２ 位相補償回路
１６３ 駆動電圧生成回路
１６２ａ、１６４ｂ ドライバ
１７１ 加算回路
λｎｏ 波長番号
ＯＵＴｎｏ 出力先番号
ＡＴ 角度目標値
ＡＤ 角度検出値

Claims (14)

1. 複数の波長の光信号が多重されて入力される少なくとも一つの入力光ファイバと、
   少なくとも一つの出力光ファイバと、
   前記入力光ファイバからの光信号を波長の異なる複数の光信号に分波する分光器と、
   前記分光器からの分波された光信号を各々反射し前記出力光ファイバに対し適宜方向付ける、各々傾斜可能な複数の可動ミラーと、
   前記各可動ミラーの傾斜角度を各々検出するミラー角度検出器と、
   前記複数の波長の光信号を識別する第一の値及び前記入力光ファイバまたは前記出力光ファイバを識別する第二の値を前記各可動ミラーの傾斜角度に関連付ける第一の演算器と、
   前記第一の演算器から出力される可動ミラーの傾斜角度値と前記ミラー角度検出器からの出力とが一致するように前記可動ミラーをフィードバック制御する制御回路と、
   を有することを特徴とする光スイッチ装置。
2. 前記第一の値及び前記第二の値を前記各可動ミラーの駆動電圧または駆動電流に関連付ける第二の演算器をさらに有し、
   前記第二の演算器の出力は、前記制御回路に対して加算されることを特徴とする請求項１に記載の光スイッチ装置。
3. 前記第一の演算器は、更に、前記光信号に与える減衰量に相当する第三の値を前記各可動ミラーの傾斜角度に関連付けることを特徴とする請求項１または２に記載の光スイッチ装置。
4. 前記可動ミラーは、ミラーが形成された可動部と、
   固定部と、
   前記可動部を前記固定部に対し傾斜可能に支持する弾性支持部と、
   前記固定部に接続され前記可動部と対向するよう設けられたベース基板と、
   前記ベース基板に設けられた固定電極と、
   前記可動部に設けられた可動電極とを有し、
   前記ミラー角度検出器は、前記固定電極と前記可動電極の間の静電容量に基づいて前記可動ミラーの傾斜角を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光スイッチ装置。
5. 前記固定電極及び前記可動電極のうちのいずれか一方は、前記可動部の傾斜軸を挟んで略対称に設けられた第一の独立電極及び第二の独立電極の２つの電極から成り、
   前記固定電極及び前記可動電極のうちの他方は、同電位となる１つの共通電極から成り、
   前記ミラー角度検出器は、前記第一の独立電極と前記共通電極により構成される第一の容量と、前記第二の独立電極と前記共通電極により構成される第二の容量と、の差分に基づいて前記可動ミラーの傾斜角度を検出することを特徴とする請求項４に記載の光スイッチ装置。
6. 前記固定電極は前記第一の独立電極と前記第二の独立電極とを構成しており、
   前記可動電極は前記共通電極を構成していることを特徴とする請求項５に記載の光スイッチ装置。
7. 前記第一の独立電極に第一のリファレンス信号を印加し、
   前記第二の独立電極に前記第一のリファレンス信号とは位相が約１８０度異なる第二のリファレンス信号を印加し、
   前記共通電極に現れる信号を検出することによって前記第一の容量と前記第二の容量の差分を検出することを特徴とする請求項５に記載の光スイッチ装置。
8. 前記固定部または前記ベース基板に、前記第一のリファレンス信号及び前記第二のリファレンス信号を発生するとともに前記共通電極から取り出した信号を増幅するアンプ回路が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の光スイッチ装置。
   
9. 前記弾性支持部は前記可動部を挟んで略対称に第一弾性支持部と第二弾性支持部が設けられ、
   前記第一弾性支持部と前記第二弾性支持部を結ぶ直線は前記可動ミラーが複数設けられている方向と略直交しており、
   前記可動電極からの配線の取出しが、前記第一弾性支持部または前記第二弾性支持部に沿って行なわれていることを特徴とする請求項７に記載の光スイッチ装置。
10. 所定の側から順に数えて奇数番目に配置されている前記可動ミラーにおいては前記可動電極からの配線の取出しが前記第一弾性支持部に沿って行われ、
    偶数番目に配置されている前記可動ミラーにおいては前記可動電極からの配線の取出しが前記第二弾性支持部に沿って行われていること特徴とする請求項９に記載の光スイッチ装置。
11. 前記固定部と前記ベース基板を電気的に接続するための複数の金属柱を有し、
    前記可動電極からの配線は前記金属柱を介して前記ベース基板へ各々接続されることを特徴とする請求項９に記載の光スイッチ装置。
12. 前記固定部上に設けられた固定駆動電極と、
    前記可動部上に前記固定駆動電極と対向して設けられた可動駆動電極と、を有し、
    前記固定駆動電極と前記可動駆動電極との間の静電引力によって前記可動部を傾斜させることを特徴とする請求項４〜１１のいずれか一項に記載の光スイッチ装置。
13. 前記固定電極と前記固定駆動電極、及び前記可動電極と前記可動駆動電極が電気的に分離して設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の光スイッチ装置。
14. 前記可動駆動電極からの配線の引き出しと、前記可動電極からの配線の引き出しとが、前記可動ミラーを挟んで逆側へ行われることを特徴とする請求項１２に記載の光スイッチ装置。

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