JP2010091793A - Mechanism and method of controlling optical switch - Google Patents

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  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To stably control optical output power using a MEMS micromirror apparatus having a chevron voltage-loss characteristic. <P>SOLUTION: An adder 11 obtains the deviation of a detected result with respect to a target value, a compensation value calculation part 12 calculates the compensation value with respect to the current voltage on the basis of the deviation, a tilt sign calculation part 13 obtains the sign of the rate of variation in the power with respect to the variation in the voltage at the present voltage, a multiplier 14 and an adder 15 add or subtract compensation value to or from the present voltage according to the sign, a next voltage is calculated by negatively feeding back the deviation to the present voltage, and an electrode voltage transformation part 16 calculates a driving voltage from the next voltage. Thus, the optical output power is automatically controlled so as to achieve a target value without falling down to a positive feedback and without narrowing the variable control range of the optical power, and a stable optical output power control is obtained. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、通信用光伝送装置や波長ルーティング装置などに用いられる光スイッチの制御機構および制御方法に関するものである。   The present invention relates to a control mechanism and control method for an optical switch used in a communication optical transmission device, a wavelength routing device, and the like.

近年、光通信の分野では、光信号を電気信号に変換することなく相手先に送信することにより、光の特徴を生かした高速通信が実現されている。また、1つの波長に1つの光信号を対応させて波長多重するWDM(Wavelength Division Multiplexing)技術により、1本の光ファイバにより大容量の光伝送を行うことも実現されている。このような光通信技術の発展に伴って、光信号を電気信号等に変換することなく経路を切り替える光スイッチが脚光を浴びている。   In recent years, in the field of optical communication, high-speed communication utilizing the characteristics of light has been realized by transmitting an optical signal to a partner without converting it into an electrical signal. Also, it has been realized to perform large-capacity optical transmission using one optical fiber by WDM (Wavelength Division Multiplexing) technology that multiplexes one optical signal corresponding to one wavelength. With the development of such optical communication technology, an optical switch that switches a path without converting an optical signal into an electric signal or the like has attracted attention.

光スイッチの機能としても、単に経路の切り替えだけではなく、経路毎に光信号のパワーを調整して、どの経路を経由した光信号のパワーも一定の範囲内に収まるよう、すなわち、出力される光信号のパワーの偏差が経路によらずに一定の範囲内となるようにする「パワー調整機構」が付加機能として求められる。「レベル等価」とも呼ばれるこの機能により、光のまま通過可能なノード数を増やすことができるので、経済的な光ネットワークを実現することができる。   The function of the optical switch is not just switching the path, but the power of the optical signal is adjusted for each path so that the power of the optical signal passing through any path is within a certain range, that is, output. A “power adjustment mechanism” is required as an additional function so that the power deviation of the optical signal is within a certain range regardless of the path. This function, also referred to as “level equivalence”, can increase the number of nodes that can pass through the light, thereby realizing an economical optical network.

光スイッチは、光通信ネットワークの大規模化に伴って、高機能化が促進されている。従来では、入力ポートが1つ、出力ポートが2つの単純な1×2スイッチが用いられていたが、近年では、入力ポートおよび出力ポートを数百個有し、万単位の光路制御を行うことができるマトリクススイッチや数十もの波長から任意の波長を選択して複数の出力ファイバのうちの何れかから出力する波長選択スイッチ(例えば、特許文献1参照)などが提案されている。中でも、高機能化とともに小型化を実現できるのが空間光学系光スイッチである。   The optical switch has been promoted to have higher functionality as the optical communication network becomes larger. Conventionally, a simple 1 × 2 switch with one input port and two output ports has been used, but in recent years, it has several hundred input ports and output ports and performs optical path control in units of ten thousand units. And a wavelength selective switch that selects an arbitrary wavelength from several tens of wavelengths and outputs the selected wavelength from any of a plurality of output fibers (for example, see Patent Document 1). Among them, the spatial optical system optical switch can achieve high functionality and downsizing.

空間光学系光スイッチは、光ファイバとともにレンズやミラーなどの空間光学部品を3次元的に配置することにより、高機能化と小型化を実現している。このような空間光学スイッチには、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術で作成されたマイクロミラー装置(例えば、特許文献1,2参照)がよく用いられる。MEMSマイクロミラー装置は、ミラーと対向配置された電極に電圧を印加し、電極とミラーとの間に生じる静電力によってミラーを回動軸回りに回動させる装置である。MEMSマイクロミラー装置は、ミラーを複数の回動軸により回動させることが可能なので、例えば、光路の切り替えを実現する第1の回動軸の他に、その第1の回動軸と直交する第2の回動軸の回りにミラーを傾けることによって、光損失を制御することが提案されている。   The spatial optical system optical switch realizes high functionality and miniaturization by three-dimensionally arranging spatial optical components such as lenses and mirrors together with optical fibers. For such a spatial optical switch, a micromirror device (for example, see Patent Documents 1 and 2) created by MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology is often used. The MEMS micromirror device is a device that applies a voltage to an electrode disposed opposite to a mirror and rotates the mirror around a rotation axis by an electrostatic force generated between the electrode and the mirror. Since the MEMS micromirror device can rotate the mirror by a plurality of rotation axes, for example, in addition to the first rotation axis that realizes switching of the optical path, the MEMS micromirror device is orthogonal to the first rotation axis. It has been proposed to control light loss by tilting a mirror about a second pivot axis.

光損失を制御して光出力パワーを所望の値(目標値)に制御する方法としては、目標値と光出力パワーとの偏差を0にするように、ミラーと対向配置された電極に印加する電圧を繰り返し制御するフィードバック制御が知られている。この中でも特にPID制御は、偏差に比例した電圧を帰還量として還す比例制御(P制御)と、偏差の累積値に比例した電圧を帰還量として還す積分制御(I制御)と、偏差の時間変化に比例した電圧を帰還量として還す微分制御(D制御)とからなり、汎用性および適用性が高いのでよく用いられている。
このPID制御を、上述したMEMSマイクロミラー装置を用いた光スイッチに適用した場合について、以下に説明する。
As a method for controlling the optical loss to control the optical output power to a desired value (target value), the optical output power is applied to an electrode disposed opposite to the mirror so that the deviation between the target value and the optical output power becomes zero. Feedback control that repeatedly controls voltage is known. Among these, in particular, PID control is proportional control (P control) that returns a voltage proportional to the deviation as a feedback amount, integral control (I control) that returns a voltage proportional to the accumulated value of the deviation as a feedback amount, and time variation of the deviation. It is often used because of its versatility and applicability, which includes differential control (D control) in which a voltage proportional to is returned as a feedback amount.
The case where this PID control is applied to the optical switch using the MEMS micromirror device described above will be described below.

図8に示す波長選択スイッチ100は、1本の入力側光ファイバ101と、n本の出力側光ファイバ102−1〜102−nと、入力側光ファイバ101からの入力光を回折して波長の異なるm個の光を生成する回折格子103と、この回折格子103により回折された特定の波長のm個の光を各波長毎に反射して、対応する出力側光ファイバ102−1〜102−nから出力させるMEMSミラー装置104−1〜104−mと、出力側光ファイバ102−1〜102−nからの出力を合流する合流器105と、この合流器105により合流された光をm個の特定の波長毎に分波する分波器106と、この分波器106により分波された各光をモニタするフォトダイオード107−1〜107−mと、このフォトダイオード107−1〜107−mの検出結果をA/D変換するA/D変換器108と、このA/D変換器108からの出力に基づいてMEMSミラー装置104−1〜104−mの駆動を制御する制御機構109とを備えている。   The wavelength selective switch 100 shown in FIG. 8 diffracts input light from one input-side optical fiber 101, n output-side optical fibers 102-1 to 102-n, and the input-side optical fiber 101, and wavelength. The diffraction grating 103 that generates m light beams having different wavelengths, and m light beams having specific wavelengths diffracted by the diffraction grating 103 are reflected for each wavelength, and the corresponding output side optical fibers 102-1 to 102-102 are reflected. MEMS mirror devices 104-1 to 104-m to be output from -n, a combiner 105 for combining outputs from the output side optical fibers 102-1 to 102-n, and light combined by the combiner 105 to m A demultiplexer 106 for demultiplexing for each specific wavelength, photodiodes 107-1 to 107-m for monitoring each light demultiplexed by the demultiplexer 106, and the photodiodes 107-1 to 107-1 An A / D converter 108 for A / D converting the detection result of 7-m, and a control mechanism for controlling driving of the MEMS mirror devices 104-1 to 104-m based on an output from the A / D converter 108 109.

このような波長選択スイッチ100では、ある波長の光信号に対応するMEMSミラー装置のミラーを、出力ポートの選択軸(MEMSミラー装置の配列方向に沿った軸(以下、X軸という))周りに回動させ、特定の出力側ポートに結合させることにより、入力側光ファイバ101から入力された最大m波長の光信号の、ある波長の光信号のみを任意の出力側光ファイバ102−1〜102−nから取り出すことができる。また、X軸と直交するY軸周りにミラーを回動させれば、このミラーによって反射された光は、出力側光ファイバが配列された方向と直交する方向に変化して、出力側ポートと結合ずれが生じるので、他の出力側光ファイバに光信号が漏れることなく、出力光信号を調節することができる。出力側光ファイバの各光ファイバには、カプラを介して光パワーの一部が低率で分岐され、一度、合流器105で一つの光ファイバに合流された後、分波器106で、m波長毎の光信号に分波される。この分波された光信号は、各信号に対応したフォトダイオード107−1〜107−mで受光されて電気信号に変換された後、その信号のパワーがA/D変換器108により数値化される。この数値化された光信号のパワーと、目標とするパワーとの偏差が制御機構109によって算出され、その偏差に応じた帰還量を、その光信号波長に対応するミラーの損失制御を実現する軸の周りに回す制御電圧に還すことで、光信号のパワーを目標の値に一定にすることができる。   In such a wavelength selective switch 100, the mirror of the MEMS mirror device corresponding to an optical signal of a certain wavelength is arranged around the output port selection axis (axis along the arrangement direction of the MEMS mirror device (hereinafter referred to as X axis)). By rotating and coupling to a specific output side port, only an optical signal of a certain wavelength of an optical signal of a maximum m wavelength input from the input side optical fiber 101 is arbitrarily output side optical fibers 102-1 to 102-102. -N can be taken out. If the mirror is rotated around the Y axis orthogonal to the X axis, the light reflected by the mirror changes in a direction orthogonal to the direction in which the output side optical fibers are arranged, and the output side port. Since the coupling shift occurs, the output optical signal can be adjusted without the optical signal leaking to the other output side optical fiber. In each optical fiber of the output side optical fiber, a part of the optical power is branched at a low rate via a coupler, and once merged into one optical fiber by the combiner 105, the demultiplexer 106 performs m It is demultiplexed into optical signals for each wavelength. The demultiplexed optical signals are received by the photodiodes 107-1 to 107-m corresponding to the signals and converted into electric signals, and then the power of the signals is digitized by the A / D converter 108. The The deviation between the digitized optical signal power and the target power is calculated by the control mechanism 109, and the feedback amount corresponding to the deviation is used as an axis for realizing the loss control of the mirror corresponding to the optical signal wavelength. The power of the optical signal can be made constant at the target value by returning to the control voltage that is turned around the signal.

次に、上述した波長選択スイッチ100における、出力側光ファイバとの結合率を変えることによって光出力パワーを調整する機構について、図9を参照して説明する。   Next, a mechanism for adjusting the optical output power by changing the coupling ratio with the output optical fiber in the wavelength selective switch 100 described above will be described with reference to FIG.

入力側光ファイバ101から空間に出射された光線の方向を、MEMSミラー装置104−1〜104−mを構成するマイクロミラー201の角度を変えることによって変化させると、出力側光ファイバ102との結合状態が変化する。その結果、出力側光ファイバ102から取り出すことができる光パワーも変化する。したがって、マイクロミラー201の角度を適当に制御することによって入力光パワーに適当な減衰率を与えて所望の光パワーを出力側光ファイバ102から取り出すことができる。   When the direction of the light beam emitted from the input side optical fiber 101 into the space is changed by changing the angle of the micro mirror 201 constituting the MEMS mirror devices 104-1 to 104-m, the coupling with the output side optical fiber 102 is performed. The state changes. As a result, the optical power that can be extracted from the output side optical fiber 102 also changes. Therefore, by appropriately controlling the angle of the micromirror 201, an appropriate attenuation factor can be given to the input optical power, and the desired optical power can be extracted from the output side optical fiber 102.

マイクロミラー201の下方には、電極202,203が設けられており、この2つの電極202,203に適当な電圧を印加することによって、マイクロミラー201と電極202,203間に生じる2つの静電力の力関係からマイクロミラー201の角度を制御することができる。2つの電極202,203によって生じた静電力の差で角度が決まることから、例えば、2つの電極202,203に印加する電極電圧の差分電圧Vdを定義して、このVdの関数としてマイクロミラー201の角度θ=θ(Vd)と表すことができる。簡単のため、以下の説明においては、差分電圧を単に電圧と呼ぶこととし、その表記もVdに代えて単にVと表すこととする。   Electrodes 202 and 203 are provided below the micromirror 201, and two electrostatic forces generated between the micromirror 201 and the electrodes 202 and 203 by applying an appropriate voltage to the two electrodes 202 and 203. The angle of the micromirror 201 can be controlled from the force relationship. Since the angle is determined by the difference between the electrostatic forces generated by the two electrodes 202 and 203, for example, a differential voltage Vd between the electrode voltages applied to the two electrodes 202 and 203 is defined, and the micromirror 201 is used as a function of this Vd. The angle θ can be expressed as θ = θ (Vd). For simplicity, in the following description, the differential voltage is simply referred to as voltage, and the notation is also simply expressed as V instead of Vd.

マイクロミラー201の角度は1つの電圧Vで制御され、このマイクロミラー201によって方向が変えられる光信号の結合率は、このマイクロミラー201の角度に対して、結合率が最大となる最適な角度に前後して小さくなる(損失が大きくなる)。したがって、電圧Vと結合率(または損失)の関係は、図10に示すような山状のプロファイルとなる。パワー制御をする場合、その山状のプロファイルを通る曲線上で所望のパワーになるようにフィードバック制御を行う。   The angle of the micromirror 201 is controlled by one voltage V, and the coupling rate of the optical signal whose direction is changed by the micromirror 201 is an optimum angle at which the coupling rate is maximum with respect to the angle of the micromirror 201. It becomes smaller before and after (loss increases). Therefore, the relationship between the voltage V and the coupling rate (or loss) is a mountain profile as shown in FIG. When power control is performed, feedback control is performed so that a desired power is obtained on a curve passing through the mountain profile.

上述したように、フィードバック制御のために、出力側光ファイバからの出力の一部をカプラ210を使って取り出し、O/E変換器211とA/D変換器212を用いて計算処理が可能なように数値化した上で制御機構109に入力する。制御機構109では、目標値と数値化された光出力パワーとの偏差を算出し、この偏差から帰還量を算出する。この帰還量の算出方法としては、上述したPID制御に基づく帰還量の算出方法が一般的に知られている。制御機構109は、算出した帰還量を現在の電圧Vに加えて新しい電圧を算出し、この新しい電圧に対応する電極電圧を電極に印加する。この処理を繰り返すことで、偏差が減少し、光出力パワーを目標値と一致させることができる。   As described above, for feedback control, a part of the output from the output side optical fiber can be taken out using the coupler 210 and can be calculated using the O / E converter 211 and the A / D converter 212. Then, the data is digitized and input to the control mechanism 109. The control mechanism 109 calculates a deviation between the target value and the digitized optical output power, and calculates a feedback amount from the deviation. As a method for calculating the feedback amount, a method for calculating the feedback amount based on the above-described PID control is generally known. The control mechanism 109 calculates a new voltage by adding the calculated feedback amount to the current voltage V, and applies an electrode voltage corresponding to the new voltage to the electrode. By repeating this process, the deviation is reduced, and the optical output power can be matched with the target value.

特許第3579015号公報Japanese Patent No. 3579015 特開2007−240728号公報JP 2007-240728 A 広井和男、宮田朗、“シミュレーションで学ぶ自動制御技術入門”、CQ出版社、2004年10月1日発行Kazuo Hiroi, Akira Miyata, “Introduction to Automatic Control Technology Learned by Simulation”, CQ Publisher, published October 1, 2004

しかしながら、結合率(または損失)をマイクロミラーを制御する電圧Vの関数としてみると、電圧に対する損失の変化、すなわち傾きは、結合率が最大(損失が最小)となる電圧Vを境に、その正負が逆転する。また、電圧に対する損失の変化(傾き)も一定ではなく、電圧によって変化する。   However, when the coupling rate (or loss) is seen as a function of the voltage V that controls the micromirror, the change of the loss with respect to the voltage, that is, the slope, is bounded by the voltage V at which the coupling rate is maximum (loss is minimum). Positive and negative are reversed. Further, the change (slope) of the loss with respect to the voltage is not constant and changes with the voltage.

したがって、このような関数にP制御を適用した場合には、まず、第一に、損失が最低となるピークを境に、負帰還制御から正帰還制御になって値が発散してしまう恐れがある。   Therefore, when P control is applied to such a function, first of all, there is a risk that the value will diverge from negative feedback control to positive feedback control at the peak at which the loss is lowest. is there.

また、第二には、関数の傾き(dL/dV)(Lは損失)がVによって異なるため、同じ負帰還量を与えてもVの値が異なると補償される損失量も異なってしまう。このため、Vに応じて目標に到達するまでにかかる帰還回数が異なってしまう。すなわち、目標値に到達するまでの「引き込み」時間が、Vの値や目標値によって変わってしまう。ネットワークシステムでは、スイッチングやパワー等価にかかる時間が目標パワーの値に関係なく規定されるのが普通なので、目標値に依存して収束時間が変わることは問題となる。   Second, since the slope of the function (dL / dV) (L is loss) differs depending on V, even if the same negative feedback amount is given, the amount of loss to be compensated is different if the value of V is different. For this reason, the number of feedbacks required to reach the target depends on V. That is, the “pulling” time until the target value is reached varies depending on the value of V and the target value. In a network system, the time required for switching and power equivalence is usually defined regardless of the value of the target power, so that the convergence time varies depending on the target value.

従来では、上記第一の問題に対処する、すなわち正帰還制御を避けるため、使用する電圧範囲を損失が最低となる電圧(ピーク電圧と呼ぶ)の左側または右側だけに制限していた。しかし、MEMSミラーの場合、ピーク電圧が時間とともに変化してしまう現象により、初期に定めたピーク電圧は必ずしも現在のピーク電圧とは一致しなくなり、初期に制限した電圧範囲も時間とともに不適切になるという問題がある。この問題は、ドリフトと呼ばれており、その原因については色々な要因が挙げられる。例えば、電気的な要因として、電圧を印加している時間が経過するとともに電極周辺の絶縁体に電荷がチャージしてしまい、静電力に変化が生じてミラーが動くことが挙げられる。また、周辺温度が変化することによって、ミラーや光学部材の熱膨張や圧縮が起こり、光学的なずれが生じることもドリフトの要因となる。   Conventionally, in order to deal with the first problem, that is, to avoid positive feedback control, the voltage range to be used is limited to only the left side or the right side of the voltage (referred to as the peak voltage) at which the loss is minimum. However, in the case of a MEMS mirror, due to the phenomenon that the peak voltage changes with time, the initially determined peak voltage does not necessarily match the current peak voltage, and the initially limited voltage range becomes inappropriate over time. There is a problem. This problem is called drift, and there are various factors for the cause. For example, as an electrical factor, as the time during which the voltage is applied elapses, electric charges are charged in the insulator around the electrode, and a change occurs in the electrostatic force to move the mirror. Further, when the ambient temperature changes, thermal expansion and compression of the mirror and the optical member occur, and an optical shift is also a factor of drift.

このドリフトは時間をかければ落ち着く現象であるので、予めドリフトが生じても正帰還に陥らないように余裕を持って電圧範囲を制限することで、どんな場合でも正帰還にならないようにすることも可能である。しかしながら、このように余裕を持った電圧制限の場合、最小損失(ピーク)近傍の領域が使えなくなり、パワー可変範囲が狭くなってしまうという問題が生じる。   This drift is a phenomenon that settles down over time, so it is possible to prevent positive feedback in any case by limiting the voltage range with a margin so that it does not fall into positive feedback even if drift occurs in advance. Is possible. However, in the case of such voltage limitation with a margin, there is a problem that the region near the minimum loss (peak) becomes unusable and the power variable range becomes narrow.

また、上記第二の問題に対処するには、線形近似、すなわち、近い値の傾きで電圧範囲を分割し、その電圧範囲毎に比例定数を最適化する方法が挙げられる。しかしながら、MEMSミラーの場合、上述した場合と同様、電圧と損失の関係が時間とともに変化するために、初期に最適な分割範囲だったものが、時間の経過とともに必ずしも最適であるとは言えなくなってしまう。   In order to cope with the second problem, there is a linear approximation, that is, a method in which a voltage range is divided with a slope of a close value and a proportionality constant is optimized for each voltage range. However, in the case of MEMS mirrors, as in the case described above, the relationship between voltage and loss changes with time, so what was initially the optimal division range is not necessarily optimal over time. End up.

そこで、本願発明は、上述のような山状の電圧−損失特性を持つMEMSマイクロミラー装置を用いて、安定した光出力パワーの制御を実現することを目的とする。より具体的には、正帰還に陥ることなく、光パワーの調整可変範囲を狭めることなく、目標通りの光出力パワーとするように自動制御する光スイッチの制御機構および制御方法を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to realize stable control of optical output power using the MEMS micromirror device having the above-described mountain-shaped voltage-loss characteristics. More specifically, to provide a control mechanism and a control method for an optical switch that automatically controls the optical output power as desired without falling into positive feedback and without narrowing the variable range of optical power adjustment. Objective.

上述したような課題を解消するために、本発明に係る光スイッチの制御機構は、入力光を入力する少なくとも1つの光入力部と、出力光を出力する少なくとも1つの光出力部と、回動可能に支持されたミラーおよびこのミラーと対向配置された複数の電極を有し、これらの電極に駆動電圧を印加することによりミラーを所定の角度に傾斜させるミラー装置と、光出力部から出力される出力光のパワーを検出する検出部とを備えた光スイッチに対して、検出部の検出結果に基づいて、駆動電圧を算出し、この駆動電圧を電極に印加してミラーを傾斜させる光スイッチの制御機構であって、目標値に対する検出結果の偏差を求める加算器と、この加算器から出力される偏差に基づいて現在の電圧に対する補償量を算出する補償量算出部と、現在の電圧における電圧の変化に対するパワーの変化率の符号を求める符号検出部と、この符号検出部において検出された符号に応じて補償量を現在の電圧に加算または減算して、現在の電圧に偏差を負帰還した電圧を次回の電圧として算出する補償電圧算出部と、この補償電圧算出部において求めた次回の電圧から駆動電圧を算出する駆動電圧算出部とを有することを特徴とする。   In order to solve the problems as described above, the control mechanism of the optical switch according to the present invention includes at least one light input unit that inputs input light, at least one light output unit that outputs output light, and rotation. A mirror device that has a mirror that is supported and a plurality of electrodes that are arranged opposite to the mirror, and tilts the mirror at a predetermined angle by applying a drive voltage to these electrodes; An optical switch that includes a detection unit that detects the power of output light, and calculates a drive voltage based on the detection result of the detection unit, and applies the drive voltage to the electrode to tilt the mirror. An adder for obtaining a deviation of the detection result with respect to the target value, a compensation amount calculating unit for calculating a compensation amount for the current voltage based on the deviation output from the adder, and a current A sign detection unit for obtaining a sign of the rate of change of power with respect to a change in voltage in the voltage, and adding or subtracting a compensation amount to the current voltage according to the sign detected by the sign detection unit, thereby obtaining a deviation in the current voltage A compensation voltage calculation unit that calculates a negatively fed back voltage as a next voltage, and a drive voltage calculation unit that calculates a drive voltage from the next voltage obtained by the compensation voltage calculation unit.

上記光スイッチの制御機構において、補償量算出部は、補償量に、少なくとも偏差にパラメータを乗じた値を含む補償量を算出し、当該パラメータは、現在の電圧の変化に対するパワーの変化率が所定の範囲の値である場合は、基準となる電圧で最適化したパラメータの基準値に、基準となる電圧値と現在の電圧の絶対値との比を乗じた値からなるようにしてもよい。   In the optical switch control mechanism, the compensation amount calculation unit calculates a compensation amount including a value obtained by multiplying the compensation amount by at least a parameter, and the parameter has a predetermined rate of change in power with respect to a change in current voltage. If the value is in the range, the reference value of the parameter optimized with the reference voltage may be multiplied by the ratio between the reference voltage value and the absolute value of the current voltage.

上記光スイッチの制御機構において、所定の電圧を電極に印加したときの光出力パワーと目標値とから偏差を算出し、この偏差から目標損失を算出し、この目標損失に対する電圧を算出し、この電圧から駆動電圧を求め、この駆動電圧を電極に印加する初期電圧算出部をさらに備えるようにしてもよい。   In the control mechanism of the optical switch, the deviation is calculated from the optical output power when the predetermined voltage is applied to the electrode and the target value, the target loss is calculated from the deviation, the voltage with respect to the target loss is calculated, An initial voltage calculation unit that obtains a drive voltage from the voltage and applies the drive voltage to the electrodes may be further provided.

また、本発明に係る光スイッチの制御方法は、入力光を入力する少なくとも1つの光入力部と、出力光を出力する少なくとも1つの光出力部と、回動可能に支持されたミラーおよびこのミラーと対向配置された複数の電極を有し、これらの電極に駆動電圧を印加することによりミラーを所定の角度に傾斜させるミラー装置と、光出力部から出力される出力光のパワーを検出する検出部とを備えた光スイッチに対して、検出部の検出結果に基づいて、駆動電圧を算出し、この駆動電圧を電極に印加してミラーを傾斜させる光スイッチの制御方法であって、目標値に対する検出結果の偏差を求める加算ステップと、この加算ステップにより出力される偏差に基づいて現在の電圧に対する補償量を算出する補償量算出ステップと、現在の電圧における電圧の変化に対するパワーの変化率の符号を求める符号検出ステップと、この符号検出ステップにより検出された符号に応じて補償量を現在の電圧に加算または減算して、現在の電圧に偏差を負帰還した電圧を次回の電圧として算出する補償電圧算出ステップと、この補償電圧算出ステップにより算出された次回の電圧から駆動電圧を算出する駆動電圧算出ステップとを有することを特徴とする。   The optical switch control method according to the present invention includes at least one light input unit for inputting input light, at least one light output unit for outputting output light, a mirror that is rotatably supported, and the mirror. And a mirror device that tilts the mirror at a predetermined angle by applying a driving voltage to these electrodes, and detection that detects the power of the output light output from the light output unit A driving voltage is calculated on the basis of a detection result of the detection unit, and the driving voltage is applied to the electrode to tilt the mirror. An addition step for obtaining a deviation of the detection result with respect to the current value, a compensation amount calculation step for calculating a compensation amount for the current voltage based on the deviation output by the addition step, A sign detection step for obtaining the sign of the rate of change of power with respect to a change in voltage, and adding or subtracting the compensation amount to the current voltage according to the sign detected by this sign detection step, and negatively feeding back the deviation to the current voltage A compensation voltage calculating step for calculating the calculated voltage as a next voltage, and a driving voltage calculating step for calculating a driving voltage from the next voltage calculated in the compensation voltage calculating step.

本発明によれば、目標値に対する検出結果の偏差を求め、この偏差に基づいて現在の電圧に対する補償量を算出し、現在の電圧における電圧の変化に対するパワーの変化率の符号を求め、この符号に応じて補償量を現在の電圧に加算または減算して、現在の電圧に偏差を負帰還した電圧を次回の電圧として算出し、この次回の電圧から駆動電圧を算出することにより、正帰還に陥ることなく、光パワーの調整可変範囲を狭めることなく、目標通りの光出力パワーとするように自動制御することができ、安定した光出力パワーの制御を実現することができる。   According to the present invention, the deviation of the detection result with respect to the target value is obtained, the compensation amount for the current voltage is calculated based on the deviation, the sign of the rate of change in power with respect to the change in voltage at the current voltage is obtained, and the sign Depending on the current value, the compensation amount is added to or subtracted from the current voltage, the voltage obtained by negatively feeding back the deviation to the current voltage is calculated as the next voltage, and the drive voltage is calculated from the next voltage, thereby providing positive feedback. It is possible to automatically control the optical output power so as to achieve the target without narrowing the optical power adjustment variable range, and to realize stable control of the optical output power.

[第1の実施の形態]
以下、図面を参照して、本発明に係る第1の実施の形態について詳細に説明する。なお、本実施の形態に係る光スイッチの制御機構は、図8,図9を参照して説明した光スイッチの制御機構109に相当するものである。したがって、本実施の形態において、図8,図9を参照して既に説明した光スイッチと同等の構成要素については、同じ名称および符号を付し、適宜説明を省略する。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The optical switch control mechanism according to the present embodiment corresponds to the optical switch control mechanism 109 described with reference to FIGS. Therefore, in the present embodiment, the same components as those of the optical switch already described with reference to FIGS. 8 and 9 are denoted by the same names and reference numerals, and the description thereof is omitted as appropriate.

<制御機構の構成>
図1に示すように、本実施の形態に係る光スイッチの制御機構1は、通常のPID制御を実行するために光出力パワーと目標値との偏差を算出する加算器11と、この加算器11が算出した偏差から帰還量を算出する補償量算出部12と、光出力パワーの値を示すPow、この光出力パワーPowの前回の値を示すPrevPow、電圧V、および、この電圧Vの前回の電圧の値を示すPrevVという4つの変数から傾きを算出し、この傾きの符号を抽出する傾き符号算出部13と、この傾き符号算出部13により算出された符号と補償量算出部12により算出された帰還量とを掛け合わせる乗算器14と、現在の電圧Vから乗算器14から出力される帰還量を減算する加算器15と、この加算器15から出力される新しい電圧Vを物理的な電圧(電極電圧)に変換して電極202,203に印加する電極電圧変換部16と、一定の制御周期ΔTを計測するタイマ17とを備えている。ここで、前回の光出力パワーPrevPowは、現在の値から1周期分の遅れを付加する遅延部−ΔT18により、光出力パワーPowに基づいて算出される。同様に、前回の電圧PrevVは、現在の値から1周期分の遅れを付加する遅延部−ΔT19により、電圧Vに基づいて算出される。
<Configuration of control mechanism>
As shown in FIG. 1, an optical switch control mechanism 1 according to the present embodiment includes an adder 11 that calculates a deviation between an optical output power and a target value in order to execute normal PID control, and the adder. Compensation amount calculation unit 12 that calculates a feedback amount from the deviation calculated by 11, Pow indicating the value of optical output power, PrevPow indicating the previous value of this optical output power Pow, voltage V, and the previous time of this voltage V The slope is calculated from four variables PrevV indicating the voltage value of the current, the slope code calculation unit 13 extracts the sign of the slope, the code calculated by the slope code calculation unit 13 and the compensation amount calculation unit 12 A multiplier 14 that multiplies the feedback amount, an adder 15 that subtracts the feedback amount output from the multiplier 14 from the current voltage V, and a new voltage V output from the adder 15 is physically obtained. The electrode voltage converter 16 to be applied to convert the voltage (electrode voltage) to the electrodes 202 and 203, and a timer 17 for measuring a predetermined control period [Delta] T. Here, the previous optical output power PrevPow is calculated based on the optical output power Pow by a delay unit -ΔT18 that adds a delay of one cycle from the current value. Similarly, the previous voltage PrevV is calculated based on the voltage V by a delay unit −ΔT19 that adds a delay of one cycle from the current value.

このような制御機構1は、CPU等の演算装置、RAMやROM等からなり、動作プログラムや各種データ等を記憶した記憶装置を備え、上記プログラムに基づいて演算を行う、すなわちハードウェア装置とソフトウェアとが協働することによって、上記のハードウェア資源がプログラムによって制御され、上述した各構成要素が実現されるようにしてもよい。また、ソフトウェアとハードウェアの中間的手法であるFPGAなどのプログラマブルロジック回路を使って実現したり、ICとしてハードウェア化して実現したりするようにしてもよい。   Such a control mechanism 1 includes an arithmetic device such as a CPU, a RAM, a ROM, and the like, and includes a storage device that stores an operation program, various data, and the like, and performs an operation based on the program. , The hardware resources described above may be controlled by a program, and the above-described components may be realized. Further, it may be realized using a programmable logic circuit such as FPGA, which is an intermediate method between software and hardware, or may be realized as hardware as an IC.

<制御機構の動作>
次に、本実施の形態に係る制御機構1の動作について、図2を参照して説明する。
<Operation of control mechanism>
Next, the operation of the control mechanism 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

はじめに、制御機構1は、関連する変数の初期化を行う(ステップS1)。ここで、前回の値を保存する変数や負領域または正領域の何れにいるかを判定する傾きdP/dVも初期化しておく。具体的には、例えば、傾きdP/dVの場合、dP/dV=0としておく。   First, the control mechanism 1 initializes related variables (step S1). Here, the variable for storing the previous value and the slope dP / dV for determining whether the variable is in the negative region or the positive region are also initialized. Specifically, for example, in the case of the gradient dP / dV, dP / dV = 0 is set.

次に、制御機構1は、帰還制御を行う前の準備として、電極202,203に電圧の初期値V0から換算した電極電圧を印加して、このときの光パワーの値P0を観測した後、これらの値を前回の値を保存する変数にコピーする(ステップS2)。具体的には、電圧Vnの初期値を印加して、光出力パワーPnを取得した場合、Vn-1=Vn、Pn-1=Pnとしておく。ここで、nは現在の値、n−1は前回の値を意味する。 Next, as a preparation before performing feedback control, the control mechanism 1 applies an electrode voltage converted from the initial voltage value V 0 to the electrodes 202 and 203 and observes the value P 0 of the optical power at this time. Thereafter, these values are copied to a variable for storing the previous value (step S2). Specifically, when the optical output power Pn is acquired by applying the initial value of the voltage Vn, V n−1 = V n and P n−1 = P n are set. Here, n represents the current value and n-1 represents the previous value.

次に、制御機構1は、帰還制御を実行し、ステップS12で停止命令が出されるまで、ステップS3〜S11の帰還制御ループを繰り返す。停止命令は、例えば、停止フラグ用の論理変数を予め設けておき、初期化時に停止フラグをFalse(停止しない)に設定しておく。ユーザ等から停止イベントが実行されたときに、この停止フラグ変数をTrue(停止する)変更しておく。ステップS12では、停止フラグがTrueかFalseかを確認し、Trueの場合はループを抜けて停止し、Falseの場合は帰還制御ループを続行するようにする。   Next, the control mechanism 1 executes feedback control and repeats the feedback control loop of steps S3 to S11 until a stop command is issued in step S12. For the stop command, for example, a logical variable for a stop flag is provided in advance, and the stop flag is set to False (not stop) at the time of initialization. When a stop event is executed by the user or the like, this stop flag variable is changed to True (stop). In step S12, it is confirmed whether the stop flag is True or False. If True, the process exits the loop and stops, and if False, the feedback control loop is continued.

帰還制御ループでは、まず、タイマ17により、時間を計測し、制御ループ時間Δtだけ経過させる(ステップS3)。このとき、次のステップ等は実行させない。   In the feedback control loop, first, the timer 17 measures the time, and the control loop time Δt elapses (step S3). At this time, the next step or the like is not executed.

次に、加算器11は、目標値Ptと現在のパワーPnとの差である現在の偏差enを算出する(ステップS4)。この偏差enは下式(1)により算出される。 Next, the adder 11 calculates the target value Pt and the current deviation e n is the difference between the current power Pn (step S4). The deviation e n is calculated by the following equation (1).

n=Pt−Pn ・・・(1) e n = P t −P n (1)

次に、補償量算出部12は、加算器11により算出された偏差enを用いて、比例制御、積分制御、微分制御に対する帰還量MVを算出する(ステップS5)。具体的には、比例制御に対する帰還量MVpは下式(2)、積分制御に対する帰還量MViは下式(3)、微分制御に対する帰還量MVdは下式(4)、これらの帰還量に基づく偏差enに対する帰還量MVは下式(5)により算出される。ここで、kpは比例定数を意味する。 Then, the compensation amount calculation unit 12 uses the deviation e n calculated by the adder 11, proportional control, integral control, and calculates the feedback amount MV for derivative control (step S5). Specifically, the feedback amount MV p for proportional control is expressed by the following equation (2), the feedback amount MV i for integral control is expressed by the following equation (3), and the feedback amount MV d for differential control is expressed by the following equation (4). feedback amount MV for the deviation e n based on the amount is calculated by the following equation (5). Here, kp means a proportionality constant.

MVp=kp*en ・・・(2)
MVin=MVin-1+kp*en*Δt/Ti ・・・(3)
MVd=kp*(en−en-1)*Td/Δt ・・・(4)
MV=MVp+MVin+MVd ・・・(5)
MV p = kp * e n ··· (2)
MV in = MV in-1 + kp * e n * Δt / Ti ··· (3)
MV d = kp * (e n -e n-1) * Td / Δt ··· (4)
MV = MV p + MV in + MV d (5)

次に、補償量算出部12により算出したMVを制御電圧に返す前に、傾き符号算出部13は、傾きdP/dVを算出し、dP/dVの符号が負またはdP/dVが0であるか否かを確認する(ステップS6)。dP/dVの符号が負またはdP/dVが0の場合(ステップS6:YES)、乗算器14および加算器15は、前回の電圧Vn-1からMVを引いた上で次に印加する電圧Vnを算出する(ステップS7)。一方、dP/dVの符号が正の場合(ステップS6:NO)、乗算器14および加算器15は、前回の電圧Vn-1にMVを加えた上で次に印加する電圧Vnを算出する(ステップS8)。 Next, before returning the MV calculated by the compensation amount calculation unit 12 to the control voltage, the gradient sign calculation unit 13 calculates the gradient dP / dV, and the sign of dP / dV is negative or dP / dV is 0. Whether or not (step S6). When the sign of dP / dV is negative or dP / dV is 0 (step S6: YES), the multiplier 14 and the adder 15 subtract MV from the previous voltage V n−1 and then apply the next voltage. Vn is calculated (step S7). On the other hand, when the sign of dP / dV is positive (step S6: NO), the multiplier 14 and the adder 15 calculate the voltage Vn to be applied next after adding MV to the previous voltage Vn -1. (Step S8).

印加する電圧Vnが決定されると、制御機構1は、電極電圧変換部16により、その電圧Vnを電極202,203に実際に印加する電極電圧に変換し、これを電極202,203に印加させ、このときの出力光のパワーPnを取得する(ステップS9)。   When the voltage Vn to be applied is determined, the control mechanism 1 causes the electrode voltage conversion unit 16 to convert the voltage Vn into an electrode voltage that is actually applied to the electrodes 202 and 203, and causes this to be applied to the electrodes 202 and 203. The power Pn of the output light at this time is acquired (step S9).

光出力パワーPnを取得すると、傾き符号算出部13は、取得したPn、現在のVn、前回のPn-1およびVn-1を用いて、下式(6)により傾きdP/dVを算出する(ステップS10)。 When the optical output power P n is acquired, the inclination code calculation unit 13 uses the acquired P n , the current V n , the previous P n−1 and V n−1 to calculate the inclination dP / dV is calculated (step S10).

dP/dV=(Pn−Pn-1)/(Vn−Vn-1) ・・・(6) dP / dV = (P n −P n−1 ) / (V n −V n−1 ) (6)

傾きdP/dVを算出すると、次回の演算のために、各値を前回の値を保持する変数にコピーする(ステップS11)。具体的には、下式(7)〜(10)で示すように現在の値を変数に置き換える。このように値を置き換えると、ステップS12の処理に進む。   When the slope dP / dV is calculated, each value is copied to a variable holding the previous value for the next calculation (step S11). Specifically, as shown by the following formulas (7) to (10), the current value is replaced with a variable. When the value is replaced in this way, the process proceeds to step S12.

n-1=Pn ・・・(7)
n-1=Vn ・・・(8)
n-1=en ・・・(9)
MVin-1=MVin ・・・(10)
P n-1 = P n (7)
V n-1 = V n (8)
e n-1 = e n (9)
MV in-1 = MV in (10)

図3に示すように、電圧−損失プロファイルのピーク(損失が最小になる点)を境に、傾きの符号が反転し、紙面に対してピークの右側の領域で負、左側の領域で正になることがわかる。式(6)に示したdP/dVは、図3の符号aで示す白点と符号bで示す黒点とを結ぶ直線の傾きであり、VnとVn-1の差が両領域に跨がないほどの適当な大きさを採ることにより、dP/dVの符号はVnにおける傾きの符号と一致する。したがって、dP/dVの符号を元に帰還量の符号を代えてVnに加えれば、従来ではピークの左右で負帰還と正帰還が現れていたものを、どちらの領域でも負帰還にすることができる。 As shown in FIG. 3, the sign of the slope is inverted at the peak of the voltage-loss profile (the point at which the loss is minimized), and is negative in the area on the right side of the peak and positive in the area on the left side of the page. I understand that DP / dV shown in Equation (6) is the slope of a straight line connecting the white point indicated by symbol a and the black point indicated by symbol b in FIG. 3, and the difference between V n and V n−1 extends over both regions. By taking an appropriate size so that there is not, the sign of dP / dV matches the sign of the slope at V n . Therefore, if the sign of feedback is changed and added to V n based on the sign of dP / dV, negative feedback and positive feedback appearing on the left and right of the peak in the past will be made negative feedback in either region. Can do.

以上説明したように、本実施の形態によれば、加算器11は、目標値に対する検出結果の偏差を求め、補償量算出部12は、その偏差に基づいて現在の電圧に対する補償量を算出し、傾き符号算出部13は、現在の電圧における電圧の変化に対するパワーの変化率の符号を求め、乗算器14および加算器15は、その符号に応じて補償量を現在の電圧に加算または減算して、現在の電圧に偏差を負帰還した電圧を次回の電圧として算出し、電極電圧変換部16は、その次回の電圧から駆動電圧を算出する。これにより、正帰還に陥ることなく、光パワーの調整可変範囲を狭めることなく、目標通りの光出力パワーとするように自動制御することができ、安定した光出力パワーの制御を実現することができる。   As described above, according to the present embodiment, the adder 11 calculates the deviation of the detection result with respect to the target value, and the compensation amount calculation unit 12 calculates the compensation amount for the current voltage based on the deviation. The slope code calculation unit 13 obtains the sign of the power change rate with respect to the voltage change at the current voltage, and the multiplier 14 and the adder 15 add or subtract the compensation amount to the current voltage according to the sign. Thus, the voltage obtained by negatively feeding back the deviation to the current voltage is calculated as the next voltage, and the electrode voltage conversion unit 16 calculates the drive voltage from the next voltage. As a result, it is possible to automatically control the optical output power as desired without falling into positive feedback and without narrowing the optical power adjustment variable range, thereby realizing stable optical output power control. it can.

[第2の実施の形態]
次に、本発明に係る第2の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、上述した第1の実施の形態に係る制御機構1にさらに初期電圧演算部20を加えたものである。したがって、本実施の形態において、第1の実施の形態と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付し、適宜説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment according to the present invention will be described. In this embodiment, an initial voltage calculator 20 is further added to the control mechanism 1 according to the first embodiment described above. Therefore, in the present embodiment, the same names and symbols are assigned to the same components as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted as appropriate.

<制御機構の構成>
図4に示すように、本実施の形態に係る制御機構2は、加算器11と、補償量算出部12と、傾き符号算出部13と、乗算器14と、加算器15と、電極電圧変換部16と、タイマ17と、遅延部−ΔT18と、遅延部−ΔT19と、初期電圧演算部20とを備えている。
<Configuration of control mechanism>
As shown in FIG. 4, the control mechanism 2 according to the present embodiment includes an adder 11, a compensation amount calculation unit 12, an inclination code calculation unit 13, a multiplier 14, an adder 15, and an electrode voltage conversion. Unit 16, timer 17, delay unit −ΔT 18, delay unit −ΔT 19, and initial voltage calculation unit 20.

初期電圧演算部20は、現在の光出力パワーと目標値から偏差を算出し、この偏差から目標損失を算出し、この目標損失に対する電圧を算出し、これを初期電圧として出力するものである。   The initial voltage calculation unit 20 calculates a deviation from the current optical output power and a target value, calculates a target loss from the deviation, calculates a voltage with respect to the target loss, and outputs this as an initial voltage.

ここで、初期電圧演算部20は、図5に示すような電圧−損失特性を制御対象となる光スイッチを用いて事前に測定しておき、この結果に基づいて損失に対する電圧をテーブル化または近似関数化して、メモリの中に保存しておく。なお、ここで電圧−光出力パワー特性ではなく電圧−損失特性としているのは、光出力パワーは入力パワーに依存する値だからである。このため、事前に電圧−光出力パワーの関係を測定したときの入力パワーと、現在、光スイッチを使用しているときの入力パワーとが異なれば、電圧−光出力パワー特性は変わってしまう。しかしながら、電圧−損失特性は入力パワーに依存しない量なので、入力パワーが変わっても電圧−損失特性自体は変わることはない。また、電圧−損失特性のみからは目標パワーに対する損失を求めることができない。その損失を求めるには、入力パワーを見積もる必要がある。そこで、本実施の形態では、PI制御の開始前に、一度、規定の損失(ATTest)になるような電圧を印加する。このときの光出力パワー(Pout)を測定することにより、現在の入力パワー(Pin)を、Pin=Pout+ATTestとして見積もることができる。これらの値を用いることにより、目標パワー(Ptaeget)に対する損失(ATTarget)は、ATTarget=Pin−Ptarget=Pout+ATTest−Ptargetとして求めることができる。さらに、見積もった損失に対する電圧は、電圧−損失特性を用いて算出する。この算出した初期電圧を、電極電圧変換部16を用いて電極電圧に変換したのち、マイクロミラー201の電極202,203に印加する。このようにすることで、PI制御を開始する直前のパワーP0が目標値Ptaegetに非常に近い値(原理的には、電圧−光出力特性を評価した時の光スイッチの状態と、現在の光スイッチの状態との違いに起因する誤差程度)とすることができるので、PI制御は比較的小さな偏差を解消すればよい。これにより、引き込み時間のばらつきを小さくすることができる。 Here, the initial voltage calculation unit 20 measures the voltage-loss characteristics as shown in FIG. 5 in advance using an optical switch to be controlled, and tabulates or approximates the voltage with respect to the loss based on this result. Make it a function and save it in memory. The reason why the voltage-loss characteristic is used instead of the voltage-optical output power characteristic is that the optical output power depends on the input power. For this reason, if the input power when the relationship between the voltage and the optical output power is measured in advance is different from the input power when the optical switch is currently used, the voltage-optical output power characteristic changes. However, since the voltage-loss characteristic does not depend on the input power, the voltage-loss characteristic itself does not change even if the input power changes. Further, the loss with respect to the target power cannot be obtained only from the voltage-loss characteristics. In order to determine the loss, it is necessary to estimate the input power. Therefore, in the present embodiment, a voltage that causes a specified loss (ATTTest) is applied once before the start of PI control. By measuring the optical output power (Pout) at this time, the current input power (Pin) can be estimated as Pin = Pout + ATTest. By using these values, the loss (ATTTarget) with respect to the target power (Ptarget) can be obtained as ATTarget = Pin−Ptarget = Pout + ATTest−Ptarget. Furthermore, the voltage with respect to the estimated loss is calculated using voltage-loss characteristics. The calculated initial voltage is converted into an electrode voltage using the electrode voltage conversion unit 16 and then applied to the electrodes 202 and 203 of the micromirror 201. In this way, the power P 0 immediately before starting the PI control is a value very close to the target value Ptaget (in principle, the state of the optical switch when the voltage-light output characteristic is evaluated, and the current Therefore, the PI control only needs to eliminate a relatively small deviation. Thereby, the dispersion | variation in drawing-in time can be made small.

<制御機構の動作>
次に、本実施の形態に係る制御機構2の動作について、図6を参照して説明する。なお、本実施の形態では、D制御を用いず、PI制御により動作させる場合を例に説明するが、D制御も用いるようにしてもよいことは言うまでもない。
<Operation of control mechanism>
Next, the operation of the control mechanism 2 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the case where operation is performed by PI control without using D control will be described as an example, but it goes without saying that D control may also be used.

はじめに、制御機構2は、関連する変数の初期化を行う。ここで、傾きdP/dVについても初期化をしておく(ステップS21)。具体的には、例えば、傾きdP/dVの場合、dP/dV=0としておく。   First, the control mechanism 2 initializes related variables. Here, the inclination dP / dV is also initialized (step S21). Specifically, for example, in the case of the gradient dP / dV, dP / dV = 0 is set.

次に、制御機構2は、帰還制御に入る前の準備として、図5に示すような電圧−損失特性に基づく電圧−損失テーブルから目標パワーに対応する電圧V0を取得する(ステップS22)。 Next, the control mechanism 2 acquires the voltage V 0 corresponding to the target power from the voltage-loss table based on the voltage-loss characteristics as shown in FIG. 5 as a preparation before entering the feedback control (step S22).

次に、制御機構2は、電圧−損失テーブルから取得した電圧Vn=V0を電極202,203に印加して、このときの光パワーの値P0を観測した後、これらの値を前回の値を保存する変数にコピーする(ステップS23)。 Next, the control mechanism 2 applies the voltage V n = V 0 acquired from the voltage-loss table to the electrodes 202 and 203, observes the value P 0 of the optical power at this time, and then sets these values last time. Is copied to a variable to store (step S23).

次に、制御機構2は、帰還制御を実行し、ステップS33で停止命令が出されるまで、ステップS24〜S32の帰還制御ループを繰り返す。なお、停止命令は、第1の実施の形態で説明したのと同等の手法により出される。   Next, the control mechanism 2 executes feedback control, and repeats the feedback control loop of steps S24 to S32 until a stop command is issued in step S33. The stop command is issued by the same method as described in the first embodiment.

帰還制御ループでは、まず、タイマ17により、時間を計測し、制御ループ時間Δtだけ経過させる(ステップS24)。このとき、次のステップ等は実行させない。   In the feedback control loop, first, the time is measured by the timer 17 and the control loop time Δt elapses (step S24). At this time, the next step or the like is not executed.

次に、加算器11は、目標値Ptと現在のパワーPnとの差である現在の偏差enを算出する(ステップS25)。この偏差enは上式(1)により算出される。 Next, the adder 11 calculates the target value Pt and the current deviation e n is the difference between the current power Pn (step S25). The deviation e n is calculated by the above equation (1).

次に、補償量算出部12は、加算器11により算出された偏差enを用いて、比例制御および積分制御に対する帰還量MVを算出する(ステップS26)。本実施の形態では、帰還量の算出を、従来のPI制御とは異なり、比例定数kpをVnの関数kp(Vn)として関数化して算出する。 Then, the compensation amount calculation unit 12 uses the deviation e n calculated by the adder 11, calculates a feedback amount MV for proportional control and integral control (step S26). In this embodiment, the calculation of the feedback amount, unlike the conventional PI control, is calculated by a function of the proportionality constant kp as a function kp of V n (V n).

nがある電圧範囲−Vref〜Vrefに入っている場合、ピーク近傍にいるために引き込み回数がかかると判断して、下式(10)に示すkp(Vn)を使用して引き込みを加速する。ここで、kp0はVn=Vref(基準となる電圧)において最適化したときの比例定数である。 When V n falls within a certain voltage range −Vref to Vref, it is determined that the number of pull-in times is taken because it is in the vicinity of the peak, and the pull-in is accelerated using kp (V n ) shown in the following equation (10). To do. Here, kp0 is a proportionality constant when optimized at V n = Vref (reference voltage).

kp(Vn)=kp0*Vref/|Vn| ・・・(10) kp (V n ) = kp 0 * Vref / | V n | (10)

ただし、Vnが0近傍の場合、Vref/|Vn|の値が非常に大きくなるため、kp(Vn)の値も過剰に大きくなる。これを防ぐために、Vref/|Vn|の値が制限値VRateMaxより大きくなった場合には、上式(10)の代わりに下式(11)を用いる。 However, when V n is close to 0, the value of Vref / | V n | becomes very large, so that the value of kp (V n ) also becomes excessively large. In order to prevent this, when the value of Vref / | V n | becomes larger than the limit value VRateMax, the following equation (11) is used instead of the above equation (10).

kp(Vn)=kp0*VRateMax ・・・(11) kp (V n ) = kp0 * VrateMax (11)

n<−VrefやVn>Vrefの場合には、ピークから離れた領域にいるとして従来通りのPI制御を用いる。すなわち、下式(12)に示すように、kpをVnの関数とはせずに、定数として扱う。 In the case of V n <−Vref or V n > Vref, the conventional PI control is used because it is in a region away from the peak. That is, as shown in the following expression (12), kp is not a function of Vn but is treated as a constant.

kp(Vn)=kp0 ・・・(12) kp (V n ) = kp0 (12)

なお、上式(10)において、kp(Vn)をVnの−1乗関数としているが、この根拠は、パワーをdBmで表した場合、図7に示すように、ピーク近傍における電圧VとパワーPの関係は、P∝V2と、Vの二次関数に近似できるからである。よって、ピーク近傍の傾きは、下式(13)のように二次関数の微分値としてVに比例する。 In the above equation (10), kp (V n ) is a −1 power function of V n , but this is based on the voltage V in the vicinity of the peak as shown in FIG. This is because the relationship between the power P can be approximated to a quadratic function of P 関 数 V 2 and V. Therefore, the slope near the peak is proportional to V as a differential value of the quadratic function as shown in the following equation (13).

dP/dV=−AV ・・・(13) dP / dV = −AV (13)

ここで、−Aは、パワーを電圧の二次関数で近似した場合の二次係数である。この式(13)からVが原点に近いほど傾きが小さくなるため、原点に近いほど、同じ帰還量MVに対するパワーの変化が小さくなる。そこで、上式(10)のように、帰還量MVを求める際に用いるパラメータkp(Vn)を、最適化したkp0(基準値)に、Vref(基準となる電圧値)と、Vn(現在の電圧値)の絶対値の逆数とを乗じる値とする(言い換えると、kp0に、VrefとVnの絶対値との比を乗じる値とする)ことで、Vに依存せずに、同じ偏差enに対する補償時のパワー変化量を同じにしている。このため、式(10)を適用するには、パワーがdBmで表されている場合に限られる。ワット(通常、光パワーはmW単位で表される)で表示されている場合は、下式(14)を用いてdBm表示に変換する必要がある。 Here, -A is a quadratic coefficient when power is approximated by a quadratic function of voltage. From this equation (13), the closer the V is to the origin, the smaller the slope, so the closer to the origin, the smaller the change in power for the same feedback amount MV. Therefore, as shown in the above equation (10), the parameter kp (V n ) used when obtaining the feedback amount MV is optimized to kp0 (reference value), Vref (reference voltage value), and V n (reference value). a value multiplying the reciprocal of the absolute value of the current voltage value) (in other words, the Kp0, absolute value to a value multiplied by the ratio of) that at the Vref and V n, independently of the V, the same have the same power change amount when compensation for the deviation e n. For this reason, the expression (10) can be applied only when the power is expressed in dBm. When displayed in watts (usually the optical power is expressed in mW), it is necessary to convert to dBm display using the following equation (14).

P[dBm]=10log(P[mW]) ・・・(14) P [dBm] = 10 log (P [mW]) (14)

なお、上述した例では、原点(V=0)で損失が最小となるピークがある場合について説明したが、ピークが原点ではなくV=Vpeakにある場合は、V−Vpeakを新しい電圧として定義することで、原点に平行移動して考えれば、上述した方法が適用できることは言うまでもない。   In the above example, the case where there is a peak at which the loss is minimum at the origin (V = 0) has been described. However, when the peak is not at the origin but at V = Vpeak, V-Vpeak is defined as a new voltage. Thus, it goes without saying that the above-described method can be applied if the translation is performed in parallel with the origin.

したがって、比例制御に対する帰還量MVpは下式(15)、積分制御に対する帰還量MViは下式(16)、これらの帰還量に基づく偏差enに対する帰還量MVは下式(17)により算出される。 Therefore, the feedback amount MV p is the formula for proportional control (15), the feedback amount MV i represents the following formula for the integral control (16), the feedback amount MV is the formula for the deviation e n based on these feedback amount (17) Calculated.

MVp=kp(Vn)*en ・・・(15)
MVin=MVin-1+kp(Vn)*en*Δt/Ti ・・・(16)
MV=MVp+MVin ・・・(17)
MV p = kp (V n) * e n ··· (15)
MV in = MV in-1 + kp (V n) * e n * Δt / Ti ··· (16)
MV = MV p + MV in (17)

これ以降のステップS27〜S32は、第1の実施の形態で説明したステップS6〜S11と同等である。   Subsequent steps S27 to S32 are equivalent to steps S6 to S11 described in the first embodiment.

このように、本実施の形態によれば、初期電圧演算部20が、光出力パワーと目標値から偏差を算出し、この偏差から目標損失を算出し、この目標損失に対する電圧を算出し、これを初期電圧として出力するようにしても、正帰還に陥ることなく、光パワーの調整可変範囲を狭めることなく、目標通りの光出力パワーとするように自動制御することができ、安定した光出力パワーの制御を実現することができる。   Thus, according to the present embodiment, the initial voltage calculation unit 20 calculates a deviation from the optical output power and the target value, calculates a target loss from the deviation, calculates a voltage with respect to the target loss, Can be automatically controlled to achieve the target optical output power without falling into positive feedback, narrowing the optical power adjustment variable range, and stable light output. Power control can be realized.

本発明は、回動軸を有するミラー装置による反射光の光強度の最適化を行う各種装置に適用することができる。   The present invention can be applied to various devices that optimize the light intensity of reflected light by a mirror device having a rotating shaft.

本発明に係る光出力パワーの制御機構の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the control mechanism of the optical output power which concerns on this invention. 光出力パワーの制御機構の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the control mechanism of optical output power. 電圧−光出力パワーのプロファイルを示す図である。It is a figure which shows the profile of voltage-light output power. 本発明に係る他の光出力パワーの制御機構の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the control mechanism of the other optical output power which concerns on this invention. 電圧−損失特性のプロファイルを示す図である。It is a figure which shows the profile of a voltage-loss characteristic. 図4に示す光出力パワーの制御機構の動作を示すフローチャートである。6 is a flowchart showing the operation of the optical output power control mechanism shown in FIG. 電圧−光出力パワーのプロファイルを示す図である。It is a figure which shows the profile of voltage-light output power. 波長選択スイッチの構成を模式的に説明する図である。It is a figure which illustrates the structure of a wavelength selective switch typically. 光出力パワーを調整する機構を模式的に説明する図である。It is a figure which illustrates typically the mechanism which adjusts optical output power. 電圧−損失特性のプロファイルを示す図である。It is a figure which shows the profile of a voltage-loss characteristic.

符号の説明Explanation of symbols

1,2…光スイッチの制御機構、11…加算器、12…補償量算出部、13…符号算出部、14…乗算器、15…加算器、16…電極電圧変換部、17…タイマ、18,19…遅延部−ΔT、20…初期電圧演算部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 ... Control mechanism of optical switch, 11 ... Adder, 12 ... Compensation amount calculation part, 13 ... Sign calculation part, 14 ... Multiplier, 15 ... Adder, 16 ... Electrode voltage conversion part, 17 ... Timer, 18 , 19... Delay unit-.DELTA.T, 20... Initial voltage calculation unit.

Claims (4)

入力光を入力する少なくとも1つの光入力部と、
出力光を出力する少なくとも1つの光出力部と、
回動可能に支持されたミラーおよびこのミラーと対向配置された複数の電極を有し、これらの電極に駆動電圧を印加することにより前記ミラーを所定の角度に傾斜させるミラー装置と、
前記光出力部から出力される出力光のパワーを検出する検出部と
を備えた光スイッチに対して、前記検出部の検出結果に基づいて、前記駆動電圧を算出し、この駆動電圧を前記電極に印加して前記ミラーを傾斜させる光スイッチの制御機構であって、
目標値に対する前記検出結果の偏差を求める加算器と、
この加算器から出力される偏差に基づいて現在の電圧に対する補償量を算出する補償量算出部と、
現在の電圧における電圧の変化に対する前記パワーの変化率の符号を求める符号検出部と、
この符号検出部において検出された符号に応じて前記補償量を前記現在の電圧に加算または減算して、前記現在の電圧に前記偏差を負帰還した電圧を次回の電圧として算出する補償電圧算出部と、
この補償電圧算出部において求めた前記次回の電圧から前記駆動電圧を算出する駆動電圧算出部と
を有することを特徴とする光スイッチの制御機構。
At least one light input section for inputting input light;
At least one light output unit for outputting output light;
A mirror device that has a mirror that is rotatably supported and a plurality of electrodes that are arranged to face the mirror, and that tilts the mirror at a predetermined angle by applying a drive voltage to these electrodes;
And a detection unit that detects the power of the output light output from the light output unit, the drive voltage is calculated based on a detection result of the detection unit, and the drive voltage is calculated as the electrode. A control mechanism of an optical switch that is applied to and tilts the mirror,
An adder for obtaining a deviation of the detection result with respect to a target value;
A compensation amount calculation unit for calculating a compensation amount for the current voltage based on the deviation output from the adder;
A sign detection unit for obtaining a sign of a rate of change of the power with respect to a change in voltage at a current voltage;
A compensation voltage calculation unit that adds or subtracts the compensation amount to the current voltage according to the code detected by the code detection unit, and calculates a voltage obtained by negatively feeding back the deviation to the current voltage as a next voltage. When,
And a drive voltage calculation unit that calculates the drive voltage from the next voltage obtained by the compensation voltage calculation unit.
前記補償量算出部は、前記補償量に、少なくとも前記偏差にパラメータを乗じた値を含む前記補償量を算出し、
当該パラメータは、現在の電圧の変化に対する前記パワーの変化率が所定の範囲の値である場合は、基準となる電圧で最適化したパラメータの基準値に、基準となる電圧値と現在の電圧の絶対値との比を乗じた値からなる
ことを特徴とする請求項1記載の光スイッチの制御機構。
The compensation amount calculation unit calculates the compensation amount including a value obtained by multiplying the compensation amount by a parameter with respect to the compensation amount,
When the rate of change of the power with respect to the current voltage change is a value within a predetermined range, the parameter includes the reference voltage value optimized by the reference voltage and the reference voltage value and the current voltage. The optical switch control mechanism according to claim 1, comprising a value obtained by multiplying a ratio with an absolute value.
所定の電圧を前記電極に印加したときの光出力パワーと目標値とから偏差を算出し、この偏差から目標損失を算出し、この目標損失に対する電圧を算出し、この電圧から駆動電圧を求め、この駆動電圧を前記電極に印加する初期電圧算出部
をさらに備えることを特徴とする請求項1または2記載の光スイッチの制御機構。
Calculate the deviation from the optical output power when the predetermined voltage is applied to the electrode and the target value, calculate the target loss from this deviation, calculate the voltage for this target loss, and determine the drive voltage from this voltage, The optical switch control mechanism according to claim 1, further comprising: an initial voltage calculation unit that applies the drive voltage to the electrodes.
入力光を入力する少なくとも1つの光入力部と、
出力光を出力する少なくとも1つの光出力部と、
回動可能に支持されたミラーおよびこのミラーと対向配置された複数の電極を有し、これらの電極に駆動電圧を印加することにより前記ミラーを所定の角度に傾斜させるミラー装置と、
前記光出力部から出力される出力光のパワーを検出する検出部と
を備えた光スイッチに対して、前記検出部の検出結果に基づいて、前記駆動電圧を算出し、この駆動電圧を前記電極に印加して前記ミラーを傾斜させる光スイッチの制御方法であって、
目標値に対する前記検出結果の偏差を求める加算ステップと、
この加算ステップにより出力される偏差に基づいて現在の電圧に対する補償量を算出する補償量算出ステップと、
現在の電圧における電圧の変化に対する前記パワーの変化率の符号を求める符号検出ステップと、
この符号検出ステップにより検出された符号に応じて前記補償量を前記現在の電圧に加算または減算して、前記現在の電圧に前記偏差を負帰還した電圧を次回の電圧として算出する補償電圧算出ステップと、
この補償電圧算出ステップにより算出された前記次回の電圧から前記駆動電圧を算出する駆動電圧算出ステップと
を有することを特徴とする光スイッチの制御方法。
At least one light input section for inputting input light;
At least one light output unit for outputting output light;
A mirror device that has a mirror that is rotatably supported and a plurality of electrodes that are arranged to face the mirror, and that tilts the mirror at a predetermined angle by applying a drive voltage to these electrodes;
And a detection unit that detects the power of the output light output from the light output unit, the drive voltage is calculated based on a detection result of the detection unit, and the drive voltage is calculated as the electrode. A method of controlling an optical switch that tilts the mirror when applied to the mirror,
An adding step for obtaining a deviation of the detection result with respect to a target value;
A compensation amount calculating step for calculating a compensation amount for the current voltage based on the deviation output by the adding step;
A sign detection step for obtaining a sign of the rate of change of the power with respect to a change in voltage at a current voltage;
Compensation voltage calculating step of adding or subtracting the compensation amount to or from the current voltage according to the code detected by the code detecting step and calculating a voltage obtained by negatively feeding back the deviation to the current voltage as a next voltage When,
And a driving voltage calculating step of calculating the driving voltage from the next voltage calculated in the compensation voltage calculating step.
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