JP2010217779A - Optical switch and method of controlling the same - Google Patents
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Abstract
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および光スイッチの制御方法に関するものである。 The present invention relates to an optical switch used in a communication optical transmission device, a wavelength routing device, and the like, and an optical switch control method.
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などが提案されている。これらのスイッチを高機能かつ小型に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 having one input port and two output ports has been used. However, in recent years, it has hundreds of input ports and output ports and can perform optical path control in units of ten thousand units. A matrix switch that can be used, a wavelength selection switch that selects an arbitrary wavelength from several tens of wavelengths, and outputs the selected wavelength from any of a plurality of output fibers have been proposed. A spatial optical system optical switch can realize these switches with high functionality and small size.
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三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の回転軸と直交する第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変化させて、そのミラーを通過する光信号のパワーを任意の値に制御することができる。光パワーの制御は、例えば、WDM光ネットワークなどにおいては、光伝送路における波長利得/損失の差によって生じた光信号間のパワーのばらつきを抑制することに利用される。この機能は、接続できるノード数にかかわるので、将来の波長多重光ネットワーク用波長選択スイッチには欠かせない機能である。
Spatial optical system optical switches achieve high functionality and miniaturization by three-dimensionally arranging spatial optical components such as lenses and mirrors along with optical fibers. For such a spatial optical switch, a micromirror device (see, for example, Patent Document 1) 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 rotating shafts, for example, in addition to the first rotating shaft that realizes switching of the optical path, the MEMS micromirror device has a first orthogonal to the first rotating shaft. The optical loss can be controlled by tilting the mirror about the
このような波長選択スイッチでは、光ネットワークの大規模化に伴って、その光学的な性能についても高い性能が要求されている。例えば、光信号が多段のノードを通過するようなると、光損失を補うために光増幅器が設けられるが、この光増幅器が必要な信号成分のみを増幅できるように、波長選択スイッチでは、透過スペクトルが必要な帯域のみを通すスペクトルであることが求められる。また、ポート数も増加するため、一般にポートクロストーク(PXT)と呼ばれる、隣接ポートに漏れ出す光信号レベルを要求値以下に十分抑えなくてはならない。 Such a wavelength selective switch is required to have high optical performance as the optical network becomes larger. For example, when an optical signal passes through multiple nodes, an optical amplifier is provided to compensate for the optical loss. However, the wavelength selective switch has a transmission spectrum that can amplify only the necessary signal component. The spectrum is required to pass only the necessary band. In addition, since the number of ports also increases, the optical signal level that leaks to the adjacent ports, generally called port crosstalk (PXT), must be sufficiently suppressed below the required value.
このような波長選択スイッチの一例を図7,図8に示す。ここで、図7に示す波長選択スイッチ100は、複数の入力ポートから入力された複数(最大m波)のチャンネル(波長)信号を、1つの出力ポートから合波して出力するAdd型波長選択スイッチである。一方、図8に示す波長選択スイッチ200は、1つの入力ポートから入力された複数のチャンネル信号(最大m波)を、複数の出力ポートの中の1つのポートから出力するDrop型波長選択スイッチである。なお、図7,図8において、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。
An example of such a wavelength selective switch is shown in FIGS. Here, the wavelength
図7に示す波長選択スイッチ100は、入力ポートとして機能するn本の入力側光ファイバ101−1〜101−nと、出力ポートとして機能する1本の出力側光ファイバ102と、入力側光ファイバ101−1〜101−nからの入力光を回折して波長の異なる最大m個の光信号に分波する回折格子103と、この回折格子103により回折された光信号を波長毎に反射して、出力側光ファイバ102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から分岐された光信号をm個の特定の波長毎に分波する分波器105と、この分波器105により分波された各光をモニタするフォトダイオード106−1〜106−mと、このフォトダイオード106−1〜106−mの検出結果をA/D変換するA/D変換器107と、このA/D変換器107からの出力に基づいてMEMSミラー装置104−1〜104−mの駆動を制御するミラー制御回路108とを備えている。ここで、MEMSミラー装置104−1〜104−mの各ミラーは、ミラーが並んでいる方向のx軸、および、このx軸と直交するy軸回りに回動可能とされており、入力側光ファイバ101−1〜101−nは、そのy軸に沿った方向に配列されている。
A wavelength
図8に示す波長選択スイッチ200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最大m個の光信号に分波する回折格子103と、この回折格子103により回折された光信号を波長毎に反射して、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109と、この合流器109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105と、この分波器105により分波された各光をモニタするフォトダイオード106−1〜106−mと、このフォトダイオード106−1〜106−mの検出結果をA/D変換するA/D変換器107と、このA/D変換器107からの出力に基づいてMEMSミラー装置104−1〜104−mの駆動を制御するミラー制御回路108とを備えている。ここで、MEMSミラー装置104−1〜104−mの各ミラーは、ミラーが並んでいる方向のx軸、および、このx軸と直交するy軸回りに回動可能とされており、出力側光ファイバ102−1〜102−nは、x軸回りにミラーを回動させたときの、光ビームの軌跡上に配列されている。
The wavelength
ここで、図7に示す波長選択スイッチ100と図8に示す波長選択スイッチ200の違いは、N入力1出力のAdd型であるか、1入力N出力のDrop型であるかの入出力方向の違いと、これに伴う出力側の信号光パワーをモニタするための構成、すなわち、図7に示す波長選択スイッチ100では単に出力側光ファイバ102からの光パワーの一部を分岐してチャンネル(波長)毎に信号を分離するための分波器105に入力するのに対して、図8に示す波長選択スイッチ200では複数の出力側光ファイバ102−1〜102−nのそれぞれから光信号を分岐して合流器109で1つにまとめた後、チャンネル毎に信号を分離するための分波器105に入力する点である。これら以外の構成および動作原理は、両者とも同等である。
Here, the difference between the wavelength
便宜上、図7に示す波長選択スイッチ100を、1つのチャンネルに注目して簡略化したものを図9に示す。
For convenience, FIG. 9 shows a simplified version of the wavelength
図9に示す波長選択スイッチ100は、n本の入力側光ファイバ101−1〜101−nと、1本の出力側光ファイバ102と、入力側光ファイバ101−1〜101−nからの入力光を回折する回折格子103と、この回折格子103により回折された光信号を反射して出力側光ファイバ102から出力させるMEMSミラー装置104と、出力側光ファイバ102からの出力の一部を分岐するカプラ110と、このカプラ110により分岐された光信号を電気信号に変換するフォトダイオード106と、このフォトダイオード106からの電気信号をA/D変換するA/D変換器107と、このA/D変換器107からの出力に基づいてMEMSミラー装置104の駆動を制御するミラー制御回路108とを備えている。ここで、入力側光ファイバ101−1〜101−n、出力側光ファイバ102、回折格子103およびMEMSミラー装置104は、空間光学系スイッチ部300を構成している。また、フォトダイオード106、A/D変換器107およびミラー装置回路108は、駆動制御部400を構成している。
The wavelength
ここで、図10(a)に示すように、x軸、および、このx軸と直交するy軸の、2つの軸回りに回動するMEMSミラー装置の具体的な構造例について説明する。MEMSミラー装置104のミラー1041は、x軸に対して、n本の入力ポートのうちの何れか1つのポートと1本の出力ポートとが結合する、すなわち、x軸回りの回動方向に関して何れかの入力ポートと1本の出力ポートの間が最小損失になるように回動する。これは、ちょうど、入力ポートが並んだ方向に光信号の向きを動かすように回動する。一方、y軸に対して、ミラー1041は、x軸に直交するy軸回りに回動するので、入力ポートが並んだ方向と直交する方向に光信号の向きを動かすように回動する。したがって、入力ポートから出力ポートへの結合率、すなわち損失を制御するには、x軸およびy軸のどちらを回動させても可能であるが、ポートの並び方向の動きを司るx軸回りの回動は、主にポートの選択、ポートの並び方向と直交する方向の動きを司るy軸回りの回動は、主に損失の制御に用いられる。
Here, as shown in FIG. 10A, a specific structural example of the MEMS mirror device that rotates around two axes, the x-axis and the y-axis orthogonal to the x-axis, will be described. The
このような波長選択スイッチ100において、負帰還制御を行う場合、制御装置108は、フォトダイオード106とA/D変換器107により求めた光信号の出力パワーと目標値との間の偏差を0にするように、MEMSミラー装置104のミラー1041を回動させる。
In such a wavelength
MEMSミラー装置104は、例えば図10(b)〜図10(d)に示すように、ジンバル構造を有するミラー1041と、このミラー1041の下方に対向配置された電極1042a〜1042dとから構成される。この電極1042a〜1042dは、ミラー1041の主表面と略平行な同一平面上に設けられており、電極1042a,1042bはx軸に対して対称に、電極1042c,1042dはy軸に対して対称に配設されることが多い。ミラー1041の電位は、グランド電位と同じ電位となるようにしているので、電極1042a〜1042dに電圧を印加すると、電極1042a〜1042dとミラー1041との間に静電引力が生じ、この静電引力とミラー1041を支持する捻りバネによる復元力とが釣り合う角度までミラー1041が傾くこととなる。ミラー1041の回動方向は、x軸回りとy軸回りの2つなので、回動を制御する電圧(すなわち制御変数)も2つあれば二軸の角度を任意に制御することができる。また、多くの変数を扱うよりも、変数の数を必要最小限にした方が制御方法を容易に構築しやすい。そこで、4つの電極1042a〜1042dに印加する4つの電圧(Va,Vb,Vc,Vd:以下、電極電圧という)を、下式(1)、(2)に示すように2つの電圧Vx、Vyで表すこととする。
For example, as shown in FIGS. 10B to 10D, the
Vx=Va−Vb ・・・(1)
Vy=Vc−Vd ・・・(2)
Vx = Va−Vb (1)
Vy = Vc−Vd (2)
上式(1)、(2)を用いることにより、x軸回りの回動を制御する電圧をVx、y軸回りの回動を制御する電圧をVyとして扱うことができる。以下において、電圧Vx、Vyを軸電圧と言う。なお、通常、二軸駆動のミラーの場合、図10(a)〜図10(d)に示したようなジンバル構造のミラー以外にも、電極電圧ではなく、変数を絞った軸電圧を使ってミラーの駆動制御を行う場合が多い。また、電極電圧とVx,Vyとの関係は、必ずしも上式(1)、(2)に示すような関係に限定されず、ミラーの特性などを考慮して他の関係式が採用される場合もある。 By using the above equations (1) and (2), it is possible to treat the voltage that controls the rotation about the x-axis as Vx and the voltage that controls the rotation about the y-axis as Vy. Hereinafter, the voltages Vx and Vy are referred to as axial voltages. Normally, in the case of a biaxially driven mirror, in addition to the gimbal structure mirror as shown in FIGS. 10A to 10D, an axial voltage with a limited variable is used instead of the electrode voltage. In many cases, mirror drive control is performed. Further, the relationship between the electrode voltage and Vx, Vy is not necessarily limited to the relationship shown in the above formulas (1) and (2), and other relational expressions are adopted in consideration of the mirror characteristics and the like. There is also.
MEMSミラー装置104において、軸電圧Vxを変えると、ミラー1041は、x軸回りに回動する。図9に示したように、入力ポートがx軸と直交する方向に並んでいるので、各入力ポートと出力ポートとを結合するx軸回りの回動角は、入力ポートの数nだけ存在する。したがって、各入力ポートと出力ポートとを最適に結合する電圧Vxも、入力ポートの数nだけ存在することとなる。
In the
一方、MEMSミラー装置104において、軸電圧Vyを変えると、ミラー1041は、y軸回りに回動する。図9に示したように、入力ポートがy軸と平行な方向に並んでいるので、もし、ある入力ポートと出力ポートが最適結合(最も損失が小さくなる状態)している状態からy軸回りの回動を与えると、結合状態が悪化して、入力ポートと出力ポートの間の損失が増大する。このとき、入力ポートが並んでいる方向と直交する方向にミラーを回動させているので、他のポートの結合状態には影響が及ばない。すなわち、y軸回りの回動は、あるポートとの結合効率を下げるだけで、他のポートへの影響が小さい。このため、y軸回りの回動は、主に損失制御に用いられる。y軸回りの損失特性は、最も損失が小さくなる点をピークとして、このピークからずれるほど損失が大きくなる、山状の形状を示す。したがって、ある入力ポートと出力ポートを最適に結合する電圧Vyは、1つだけ存在することとなる。
On the other hand, in the
すなわち、図11に示すように、Vx軸の方向には、入力ポート数に応じたNポート分のピークが存在する。一方、Vy軸方向には、ポート毎にピークは1つしか存在しない。このため、Vx−Vy平面上の損失等高線図は、Vy軸方向に細長くなった楕円がVx方向にN個並んだ、特徴的な形状を示す。なお、採用したミラーによっては、VxやVyのプラス方向にしかミラーが動作しない場合もありうる。このような場合には、図11からミラーの動作範囲だけを取り出した損失等高線図になる。 That is, as shown in FIG. 11, there are peaks for N ports according to the number of input ports in the direction of the Vx axis. On the other hand, there is only one peak for each port in the Vy axis direction. Therefore, the loss contour map on the Vx-Vy plane shows a characteristic shape in which N ellipses elongated in the Vy axis direction are arranged in the Vx direction. Depending on the employed mirror, the mirror may operate only in the positive direction of Vx or Vy. In such a case, the loss contour map is obtained by extracting only the operating range of the mirror from FIG.
図12A〜図12Cに、損失を制御する変数をVxにとった場合と、Vyにとった場合との違いを示す。 12A to 12C show the difference between the case where the variable for controlling the loss is taken as Vx and the case where it is taken as Vy.
基本的に、損失制御は、Vyを用いて行われるが、図12Cに示すようにVxを用いてミラー1041をx軸方向のみに回動させることによって行うことも可能である。しかしながら、この場合には、あるポートの損失を下げようとすると、そのポートに隣接するポートに対して光が漏れ出してしまう、いわゆるクロストークという現象が発生してしまう。このクロストークは、光信号に対するノイズになるので、規定値以下に抑えなければならない。この規定値は、ネットワーク設計に依存する値であるが、−30dB未満といった低い値が要求される。損失を変えるとともにクロストークを小さく抑えるには、図12Bに示すように、x軸と直交するy軸回りにミラー1041を回動させることによって損失を制御することが最適である。
Basically, the loss control is performed using Vy, but can also be performed by rotating the
ところが、y軸のみで損失制御を行う場合には、別の光学特性を劣化させる場合がある。具体的には、Vyの値を大きくしてミラー1041をy軸回りに大きな角度で回動させたときに、ミラー1041の端面からの回折光が透過スペクトル内に残存して、透過帯域の端の損失が下がらずに残ってしまい、透過帯域の両端近傍が山状に飛び出したスペクトル形状となってしまうことがある。これは、ちょうどウサギの耳のように飛び出して見えるので、Rabbit Earと呼ばれている。この現象は、複数の波長選択スイッチと光増幅器を通過する光ネットワークでは、その“耳”の部分も繰り返し増幅されて“成長”してしまうため、ネットワークの透過帯域を減少させてしまう。そのため、Rabbit Earを小さくすることが要求されている。
However, when loss control is performed using only the y-axis, other optical characteristics may be degraded. Specifically, when the value of Vy is increased and the
Rabbit Earの低減の観点からは、図12Cに示すように、ミラー両端の回折光の方向が透過スペクトル内に入らないx軸回りの回動のみを使って損失を制御することが望ましい。しかしながら、この場合には、上述したようにクロストークの問題が発生してしまう。 From the viewpoint of reducing Rabbit Ear, as shown in FIG. 12C, it is desirable to control the loss using only rotation around the x axis where the direction of the diffracted light at both ends of the mirror does not fall within the transmission spectrum. However, in this case, the problem of crosstalk occurs as described above.
このように、クロストークとRabbit Earは、損失を制御する軸を、x軸およびy軸の何れか一方にすることでは解決することが困難であった。そこで、図13A,図13Bに示すように、ピーク近傍ではx軸回りにミラー1041を回動させ、ピークから外れるとy軸回りにミラー1041を回動させることにより、クロストークとRabbit Earを同時に解決することが提案されている。Rabbit Earは、損失が大きくなる、すなわちピークから離れたところで顕著になるので、初期段階にx軸回りにミラー1402を回動させることは理にかなっている。
Thus, crosstalk and Rabbit Ear were difficult to solve by making the axis for controlling the loss either the x-axis or the y-axis. Therefore, as shown in FIGS. 13A and 13B, the
ところが、回動させる軸を切り替える場合には、軸を切り替える際に対象とする変数も変更しなければならないが、例えば、図11に示したような楕円状の損失等高線上ではVx方向とVy方向では損失特性が大きく変わってしまう。このため、パワーを負帰還制御しているような場合には、その帰還量を最適に保つために軸を切り替える度に制御パラメータも再設定しなければならないので、結果として制御が複雑になってしまう。 However, when the axis to be rotated is switched, the target variable when switching the axis must be changed. For example, on the elliptical loss contour line as shown in FIG. Then, the loss characteristic changes greatly. For this reason, when negative feedback control is performed on the power, the control parameter must be reset every time the axis is switched in order to keep the feedback amount optimal, resulting in complicated control. End up.
このため、従来のようにx軸回りとy軸回りの回動動作を交互に切り替えるのではなく、VxとVyとを所定の関係を有した上で同時に変化させて、損失を大きくした時点でy軸回りだけでなくx軸回りにも回動させることによって、透過スペクトル内に残存するミラーの端面からの回折光を減らすとともにRabbit Earを抑えることができる。このようにすれば、損失特性は連続的に変わるので、変数や制御パラメータの再設定をすることなく光強度の制御を実現することができる。 For this reason, when the loss is increased by changing Vx and Vy at the same time while having a predetermined relationship, instead of alternately switching the rotation around the x axis and the y axis as in the prior art. By rotating not only around the y-axis but also around the x-axis, the diffracted light from the end face of the mirror remaining in the transmission spectrum can be reduced and Rabbit Ear can be suppressed. In this way, since the loss characteristics change continuously, it is possible to realize light intensity control without resetting variables and control parameters.
ここで、上述した所定の関係とは、例えば、下式(3),(4)のようにVxとVyとが新たに導入した制御変数Vtの一次関数で表されるような場合のことを示す。 Here, the above-mentioned predetermined relationship is, for example, a case where Vx and Vy are expressed by a linear function of the newly introduced control variable Vt as in the following expressions (3) and (4). Show.
Vx=A・Vt+Vx0 ・・・(3)
Vy=B・Vt+Vy0 ・・・(4)
Vx = A · Vt + Vx 0 (3)
Vy = B · Vt + Vy 0 (4)
上式(3)、(4)において、(Vx0,Vy0)は、Vx−Vy平面上のピークを示す座標である。制御変数Vtを導入すると、変数が2つである軸電圧をさらに1つにまとめることができる。この結果、PID制御などにより光強度の制御を行う際には、その制御変数Vtを用いて光強度の制御を容易に実現することができる。 In the above formulas (3) and (4), (Vx 0 , Vy 0 ) is a coordinate indicating a peak on the Vx-Vy plane. When the control variable Vt is introduced, the shaft voltages having two variables can be further combined into one. As a result, when the light intensity is controlled by PID control or the like, the light intensity can be easily controlled using the control variable Vt.
上述したように、x軸回りにミラーを回動させた後にy軸回りに回動させることによりクロストークを許容値以下にするとともにRabbit Earを抑圧できるのであれば、上式(3),(4)のようにVx、Vyに関する両式を一次関数で表すよりも、下式(5),(6)のようにVy側については高次関数で表す方が適している。 As described above, if the crosstalk can be reduced below the allowable value and the Rabbit Ear can be suppressed by rotating the mirror about the x axis and then rotating about the y axis, the above equations (3), ( Rather than expressing both expressions relating to Vx and Vy as a linear function as in 4), it is more appropriate to express the Vy side as a higher order function as in the following expressions (5) and (6).
Vx=A・Vt+Vx0 ・・・(5)
Vy=B・Vtα+Vy0 ・・・(6)
Vx = A · Vt + Vx 0 (5)
Vy = B · Vt α + Vy 0 (6)
上式(6)において、αは2以上の整数である。図14A,図14Bに、高次関数を導入した場合の損失等高線上における軌跡と、制御変数に対する損失特性を示す。損失特性の微分値は連続的でありながら、図13A,図13Bに示した損失特性と同様なRabbit Ear抑圧効果が得られることがわかる。このように、高次関数を用いることにより、始めはx軸方向に回動させ、制御電圧Vtが大きくなるにつれてy軸方向の回動を増大させることができる。 In the above formula (6), α is an integer of 2 or more. FIG. 14A and FIG. 14B show the trajectory on the loss contour when a high-order function is introduced, and the loss characteristics with respect to the control variable. It can be seen that the Rabbit Ear suppression effect similar to the loss characteristics shown in FIGS. 13A and 13B can be obtained while the differential value of the loss characteristics is continuous. In this way, by using a higher-order function, it is possible to first rotate in the x-axis direction and increase the y-axis direction as the control voltage Vt increases.
しかしながら、軸電圧を算出するのに高次関数を導入すると、制御変数Vtが大きい領域では非線形性によって制御変数Vtに対する損失の変化量が極端に大きくなってしまう。この傾向は、高次関数の次数αが大きければ大きいほど顕著になる。制御変数Vtに対する損失変化量が、制御変数Vtが小さい場合と大きい場合とで極端に異なると、従来の場合と同様、制御変数Vtのどこかで場合分けをして制御パラメータを再設定する必要が生じてしまい、制御変数Vtに対して損失特性が連続的に変わるという特性を生かせなくなるので、次数を制限せざるを得なくなる。また、演算負荷は、一次関数の場合よりも高くなる上、高次関数の非線形性により、軸電圧Vyの演算精度を確保するためには、制御変数Vtの精度を軸電圧Vyよりも上げる必要がある。このため、演算能力が高く、桁精度も大きい高機能な演算器が必要となるなど、制御回路が複雑で高コストとなりやすい。 However, when a high-order function is introduced to calculate the shaft voltage, the amount of change in loss with respect to the control variable Vt becomes extremely large due to nonlinearity in a region where the control variable Vt is large. This tendency becomes more prominent as the degree α of the higher order function is larger. If the loss change amount with respect to the control variable Vt is extremely different between the case where the control variable Vt is small and the case where the control variable Vt is large, it is necessary to reset the control parameter by dividing the case somewhere in the control variable Vt as in the conventional case. Since the loss characteristic is continuously changed with respect to the control variable Vt, the order must be limited. In addition, the calculation load is higher than in the case of the linear function, and the accuracy of the control variable Vt needs to be higher than the axis voltage Vy in order to ensure the calculation accuracy of the axis voltage Vy due to the nonlinearity of the high-order function. There is. For this reason, the control circuit is complicated and expensive because it requires a high-performance arithmetic unit with high arithmetic capability and high digit accuracy.
そこで、本願発明は、高コストを招く恐れのある3次以上の高次関数を用いることなく、それらと同等の効果的なクロストークとRabbit Earの抑制を実現できる光スイッチおよび光スイッチの制御方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides an optical switch and an optical switch control method capable of realizing effective crosstalk and suppression of Rabbit Ear equivalent to those without using a higher-order function of third order or higher that may cause high cost. The purpose is to provide.
上述したような課題を解決するために、本発明に係る光スイッチは、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、光入力部または光出力部の選択に用いられるx軸およびこのx軸と直交するy軸に対して回動可能に支持されたミラーと、このミラーと対向配置された複数の電極とを有するミラー装置と、電極に電極電圧を印加してミラーをx軸回りおよびy軸回りにそれぞれ回動させる駆動制御部と、光出力部から出力される出力光の光強度を検出する検出部とを備えた光スイッチであって、駆動制御部は、目標とする光強度に対応した制御変数Vtを算出する制御変数算出部と、制御変数Vtからミラーをx軸およびy軸回りにそれぞれ回動させる軸電圧VxおよびVyを算出する軸電圧算出部と、VxおよびVyから電極それぞれに印加する電極電圧を算出し、この電極電圧を対応する電極に印加する電極電圧制御部と、検出部によって検出された検出結果と目標とする光強度との偏差を求める比較部と、この比較部から出力される偏差に応じた補償量を制御変数Vtに加算して、偏差を制御変数Vtに負帰還する補償部とを備え、(Vx0,Vy0)を光損失が最低となるVx−Vy平面上の座標、(Vxd,Vyd)をVx−Vy平面上の任意の座標、Lを(Vx0,Vy0)から(Vxd,Vyd)までのVtが通る軌跡の長さとすると、軸電圧Vxは、Vx=(−Vxd/L2)・(Vt−L)2+Vxd+Vx0で表され、軸電圧Vyは、Vy=(Vyd/L2)・Vt2+Vy0で表されることを特徴とするものである。 In order to solve the above-described problems, an 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 a light input unit or light. A mirror device having an x-axis used for selecting an output unit and a mirror rotatably supported with respect to a y-axis orthogonal to the x-axis, and a plurality of electrodes arranged to face the mirror; The optical switch includes a drive control unit that applies an electrode voltage to rotate the mirror about the x-axis and the y-axis, and a detection unit that detects the light intensity of the output light output from the light output unit. The drive control unit calculates a control variable Vt for calculating the control variable Vt corresponding to the target light intensity, and shaft voltages Vx and Vy for rotating the mirror around the x axis and the y axis from the control variable Vt. Axial power to be calculated A calculation unit; an electrode voltage applied to each electrode from Vx and Vy; an electrode voltage control unit that applies the electrode voltage to the corresponding electrode; a detection result detected by the detection unit; and a target light intensity; And a compensation unit that adds a compensation amount according to the deviation output from the comparison unit to the control variable Vt and negatively feeds back the deviation to the control variable Vt. (Vx 0 , Vy 0 ) is a coordinate on the Vx-Vy plane where the optical loss is lowest, (Vxd, Vyd) is an arbitrary coordinate on the Vx-Vy plane, and L is from (Vx 0 , Vy 0 ) to (Vxd, Vyd). Assuming the length of the trajectory through which Vt passes, the shaft voltage Vx is expressed by Vx = (− Vxd / L 2 ) · (Vt−L) 2 + Vxd + Vx 0 , and the shaft voltage Vy is Vy = (Vyd / L 2 ) · which is characterized by being represented by vt 2 + Vy 0 A.
また、本発明に係る他の光スイッチは、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、光入力部または光出力部の選択に用いられるx軸およびこのx軸と直交するy軸に対して回動可能に支持されたミラーと、このミラーと対向配置された複数の電極とを有するミラー装置と、電極に電極電圧を印加してミラーをx軸回りおよびy軸回りにそれぞれ回動させる駆動制御部と、光出力部から出力される出力光の光強度を検出する検出部と、検出部により検出された出力光を波長毎に分波する分波部とを備えた光スイッチであって、駆動制御部は、分波部により分波された出力光を電気信号に変換する光電変換部と、電気信号をデジタル変換し、出力光の光強度の値を出力するA/D変換部と、出力光の光強度の値と光強度の目標値との偏差を求める比較部と、この比較部から出力される偏差に比例する補償量を求める補償量算出部と、補償量を制御変数Vtに負帰還するように加える加算部と、補償量が加えられた制御変数Vtを、任意の制御周期だけ保持しておく遅延部と、補償量が加えられた制御変数Vtからミラーをx軸およびy軸回りにそれぞれ回動させる軸電圧VxおよびVyを算出する軸電圧算出部と、VxおよびVyから電極それぞれに印加する電極電圧を算出し、この電極電圧を対応する電極に印加する電極電圧制御部とを備え、電極は、ミラーのx軸回りの回動を制御する電極a,bと、ミラーのy軸回りの回動を制御する電極c,dとを備え、(Vx0,Vy0)を光損失が最低となるVx−Vy平面上の座標、(Vxd,Vyd)をVx−Vy平面上の任意の座標、Lを(Vx0,Vy0)から(Vxd,Vyd)までのVtが通る軌跡の長さ、電極aに印加される電極電圧をVa、電極bに印加される電極電圧をVb、電極cに印加される電極電圧をVc、電極dに印加される電極電圧をVdとすると、軸電圧Vxは、Vx=(−Vxd/L2)・(Vt−L)2+Vxd+Vx0およびVx=Va−Vbで表され、軸電圧Vyは、Vy=(Vyd/L2)・Vt2+Vy0およびVy=Vc−Vdで表されることを特徴とするものである。 Another optical switch according to the present invention is used for selecting at least one optical input unit that inputs input light, at least one optical output unit that outputs output light, and an optical input unit or an optical output unit. A mirror device having a mirror rotatably supported with respect to the x-axis and a y-axis orthogonal to the x-axis, and a plurality of electrodes arranged to face the mirror, and applying an electrode voltage to the electrodes A drive control unit that rotates the X-axis and the y-axis, a detection unit that detects the light intensity of the output light output from the light output unit, and the output light detected by the detection unit for each wavelength. An optical switch including a wave demultiplexing unit, wherein the drive control unit converts the output light demultiplexed by the demultiplexing unit into an electric signal, converts the electric signal into digital, and outputs the output light. An A / D converter that outputs a light intensity value of A comparison unit for obtaining a deviation between the light intensity value of the force light and the target value of the light intensity, a compensation amount calculation unit for obtaining a compensation amount proportional to the deviation output from the comparison unit, and the compensation amount as a control variable Vt An adder that adds negative feedback, a delay unit that holds the control variable Vt with the compensation amount added for an arbitrary control period, and a mirror from the control variable Vt with the compensation amount added to the x-axis and y An axial voltage calculation unit that calculates axial voltages Vx and Vy that rotate around the axis, and an electrode voltage control unit that calculates an electrode voltage to be applied to each electrode from Vx and Vy and applies this electrode voltage to the corresponding electrode The electrodes include electrodes a and b for controlling the rotation of the mirror about the x axis, and electrodes c and d for controlling the rotation of the mirror about the y axis, and (Vx 0 , Vy 0 ). Coordinates on the Vx-Vy plane where the optical loss is minimized (Vxd, Vyd) arbitrary coordinates on Vx-Vy plane, L from (Vx 0, Vy 0) ( Vxd, Vyd) the length of the trajectory through which Vt up, the electrode voltage applied to the electrode a Assuming Va, the electrode voltage applied to the electrode b is Vb, the electrode voltage applied to the electrode c is Vc, and the electrode voltage applied to the electrode d is Vd, the axial voltage Vx is Vx = (− Vxd / L 2 ) · (Vt−L) 2 + Vxd + Vx 0 and Vx = Va−Vb, and the shaft voltage Vy is expressed by Vy = (Vyd / L 2 ) · Vt 2 + Vy 0 and Vy = Vc−Vd. It is a feature.
上記光スイッチにおいて、Vx−Vy平面上の、(Vx0,Vy0)に対応する光出力部における光損失の最大範囲と当該光出力部に隣接する光出力部からのクロストークが生じる範囲との交点の座標を(Vxc,Vyc)、任意の定数ξおよびηがξ=2−η−2(1−η)1/2で表されるとき、(Vxd,Vyd)は、(Vxd,Vyd)=(Vxc/η,Vyc/ξ)で表されるようにしてもよい。 In the optical switch, on the Vx-Vy plane, a maximum range of optical loss in the optical output unit corresponding to (Vx 0 , Vy 0 ) and a range in which crosstalk from the optical output unit adjacent to the optical output unit occurs. (Vxc, Vyd), and when arbitrary constants ξ and η are expressed by ξ = 2−η−2 (1-η) 1/2 , (Vxd, Vyd) is (Vxd, Vyd) ) = (Vxc / η, Vyc / ξ).
また、本発明に係る他の光スイッチは、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、光入力部または光出力部の選択に用いられるx軸およびこのx軸と直交するy軸に対して回動可能に支持されたミラーと、このミラーと対向配置された複数の電極とを有するミラー装置と、電極に電極電圧を印加してミラーをx軸回りおよびy軸回りにそれぞれ回動させる駆動制御部とを備えた光スイッチであって、駆動制御部は、目標とする光損失に対応した制御変数Vtを算出する制御変数算出部と、制御変数Vtからミラーをx軸およびy軸回りにそれぞれ回動させる軸電圧VxおよびVyを算出する軸電圧算出部と、VxおよびVyから電極それぞれに印加する電極電圧を算出し、この電極電圧を対応する電極に印加する電極電圧制御部とを備え、(Vx0,Vy0)を光損失が最低となるVx−Vy平面上の座標、(Vxd,Vyd)をVx−Vy平面上の任意の座標、Lを(Vx0,Vy0)から(Vxd,Vyd)までのVtが通る軌跡の長さとすると、軸電圧Vxは、Vx=(−Vxd/L2)・(Vt−L)2+Vxd+Vx0で表され、軸電圧Vyは、Vy=(Vyd/L2)・Vt2+Vy0で表されることを特徴とするものである。
Another optical switch according to the present invention is used for selecting at least one optical input unit that inputs input light, at least one optical output unit that outputs output light, and an optical input unit or an optical output unit. A mirror device having a mirror rotatably supported with respect to the x-axis and a y-axis orthogonal to the x-axis, and a plurality of electrodes arranged to face the mirror, and applying an electrode voltage to the electrodes And a drive control unit that respectively rotates the X axis and the y axis, and the drive control unit calculates a control variable Vt corresponding to a target optical loss; , An axial voltage calculation unit for calculating axial voltages Vx and Vy for rotating the mirror about the x axis and the y axis, respectively, from the control variable Vt, and an electrode voltage applied to each of the electrodes from Vx and Vy, and this electrode voltage And a corresponding electrode voltage control unit applied to the electrodes, (Vx 0, Vy 0) coordinates on Vx-Vy plane light loss becomes minimum of, (Vxd, Vyd) any on of Vx-Vy plane If the coordinate, L is the length of the trajectory through which Vt from (Vx 0 , Vy 0 ) to (Vxd, Vyd) passes, the axial voltage Vx is Vx = (− Vxd / L 2 ) · (Vt−L) 2 + Vxd + Vx represented by 0, the axial voltage Vy are those characterized by being represented by Vy = (Vyd / L 2) ·
また、本発明に係る他の光スイッチは、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、光入力部または光出力部の選択に用いられるx軸およびこのx軸と直交するy軸に対して回動可能に支持されたミラーと、このミラーと対向配置された複数の電極とを有するミラー装置と、電極に電極電圧を印加してミラーをx軸回りおよびy軸回りにそれぞれ回動させる駆動制御部とを備えた光スイッチであって、駆動制御部は、目標とする光損失に対応した制御変数Vtを算出する制御変数算出部と、制御変数Vtからミラーをx軸およびy軸回りにそれぞれ回動させる軸電圧VxおよびVyを算出する軸電圧算出部と、VxおよびVyから電極それぞれに印加する電極電圧を算出し、この電極電圧を対応する電極に印加する電極電圧制御部とを備え、電極は、ミラーのx軸回りの回動を制御する電極a,bと、ミラーのy軸回りの回動を制御する電極c,dとを備え、(Vx0,Vy0)を光損失が最低となるVx−Vy平面上の座標、(Vxd,Vyd)をVx−Vy平面上の任意の座標、Lを(Vx0,Vy0)から(Vxd,Vyd)までのVtが通る軌跡の長さ、電極aに印加される電極電圧をVa、電極bに印加される電極電圧をVb、電極cに印加される電極電圧をVc、電極dに印加される電極電圧をVdとすると、軸電圧Vxは、Vx=(−Vxd/L2)・(Vt−L)2+Vxd+Vx0およびVx=Va−Vbで表され、軸電圧Vyは、Vy=(Vyd/L2)・Vt2+Vy0およびVy=Vc−Vdで表されることを特徴とするものである。
Another optical switch according to the present invention is used for selecting at least one optical input unit that inputs input light, at least one optical output unit that outputs output light, and an optical input unit or an optical output unit. A mirror device having a mirror rotatably supported with respect to the x-axis and a y-axis orthogonal to the x-axis, and a plurality of electrodes arranged to face the mirror, and applying an electrode voltage to the electrodes And a drive control unit that respectively rotates the X axis and the y axis, and the drive control unit calculates a control variable Vt corresponding to a target optical loss; , An axial voltage calculation unit for calculating axial voltages Vx and Vy for rotating the mirror about the x axis and the y axis, respectively, from the control variable Vt, and an electrode voltage applied to each of the electrodes from Vx and Vy, and this electrode voltage An electrode voltage control unit that applies to a corresponding electrode, and the electrodes are electrodes a and b that control the rotation of the mirror about the x-axis, and electrodes c and d that control the rotation of the mirror about the y-axis. (Vx 0 , Vy 0 ) are coordinates on the Vx-Vy plane where the optical loss is minimum, (Vxd, Vyd) are arbitrary coordinates on the Vx-Vy plane, and L is (Vx 0 , Vy 0 ) To (Vxd, Vyd), the length of the trajectory Vt passes, the electrode voltage applied to the electrode a is Va, the electrode voltage applied to the electrode b is Vb, the electrode voltage applied to the electrode c is Vc, the electrode Assuming that the electrode voltage applied to d is Vd, the shaft voltage Vx is expressed by Vx = (− Vxd / L 2 ) · (Vt−L) 2 + Vxd + Vx 0 and Vx = Va−Vb, and the shaft voltage Vy is represented by Vy = (Vyd / L 2) ·
上記光スイッチにおいて、光損失と制御変数Vtとの対応を予め記憶した記憶部をさらに備え、制御変数算出部は、目標とする光強度に対応した制御変数Vtを記憶部から取得するようにしてもよい。また、光損失と制御変数Vtとの対応を近似した当該制御変数Vtの近似式を予め記憶した記憶部をさらに備え、制御変数算出部は、記憶部に記憶された近似式に基づいて目標とする光強度に対応した制御変数Vtを算出するようにしてもよい。 The optical switch further includes a storage unit that stores in advance the correspondence between the optical loss and the control variable Vt, and the control variable calculation unit acquires the control variable Vt corresponding to the target light intensity from the storage unit. Also good. The storage unit further stores in advance an approximate expression of the control variable Vt that approximates the correspondence between the optical loss and the control variable Vt, and the control variable calculator calculates the target based on the approximate expression stored in the storage unit. The control variable Vt corresponding to the light intensity to be calculated may be calculated.
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、光入力部または光出力部の選択に用いられるx軸およびこのx軸と直交するy軸に対して回動可能に支持されたミラーと、このミラーと対向配置された複数の電極とを有するミラー装置と、電極に電極電圧を印加してミラーをx軸回りおよびy軸回りにそれぞれ回動させる駆動制御部と、光出力部から出力される出力光の光強度を検出する検出部とを備えた光スイッチの制御方法であって、目標とする光強度に対応した制御変数Vtを算出する制御変数算出ステップと、制御変数Vtからミラーをx軸およびy軸回りにそれぞれ回動させる軸電圧VxおよびVyを算出する軸電圧算出ステップと、VxおよびVyから電極それぞれに印加する電極電圧を算出し、この電極電圧を対応する電極に印加する電極電圧制御ステップと、検出部によって検出された検出結果と目標とする光強度との偏差を求める比較ステップと、この比較部から出力される偏差に応じた補償量を制御変数Vtに加算して、偏差を制御変数Vtに負帰還する補償ステップとを有し、(Vx0,Vy0)を光損失が最低となるVx−Vy平面上の座標、(Vxd,Vyd)をVx−Vy平面上の任意の座標、Lを(Vx0,Vy0)から(Vxd,Vyd)までのVtが通る軌跡の長さとすると、軸電圧Vxは、Vx=(−Vxd/L2)・(Vt−L)2+Vxd+Vx0で表され、軸電圧Vyは、Vy=(Vyd/L2)・Vt2+Vy0で表されることを特徴とするものである。 The optical switch control method according to the present invention is used to select at least one optical input unit that inputs input light, at least one optical output unit that outputs output light, and an optical input unit or an optical output unit. A mirror device having a mirror rotatably supported with respect to an x-axis and a y-axis orthogonal to the x-axis, a plurality of electrodes arranged to face the mirror, and applying an electrode voltage to the electrodes A method for controlling an optical switch, comprising: a drive control unit that rotates a mirror about each of an x axis and a y axis; and a detection unit that detects the light intensity of output light output from the light output unit. A control variable calculation step for calculating a control variable Vt corresponding to the light intensity, and an axial voltage calculation step for calculating shaft voltages Vx and Vy for rotating the mirror about the x axis and the y axis, respectively, from the control variable Vt, The electrode voltage applied to each electrode is calculated from x and Vy, and the deviation between the electrode voltage control step for applying this electrode voltage to the corresponding electrode and the detection result detected by the detector and the target light intensity is obtained. A comparison step and a compensation step of adding a compensation amount according to the deviation output from the comparison unit to the control variable Vt and negatively feeding back the deviation to the control variable Vt, and (Vx 0 , Vy 0 ) The coordinates on the Vx-Vy plane where the optical loss is lowest, (Vxd, Vyd) are arbitrary coordinates on the Vx-Vy plane, and L passes through Vt from (Vx 0 , Vy 0 ) to (Vxd, Vyd). Assuming the length of the locus, the shaft voltage Vx is expressed by Vx = (− Vxd / L 2 ) · (Vt−L) 2 + Vxd + Vx 0 , and the shaft voltage Vy is Vy = (Vyd / L 2 ) · Vt 2 + Vy. It is characterized by being represented by 0 It is intended.
また、本発明に係る他の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、光入力部または光出力部の選択に用いられるx軸およびこのx軸と直交するy軸に対して回動可能に支持されたミラーと、このミラーと対向配置された複数の電極とを有するミラー装置と、電極に電極電圧を印加してミラーをx軸回りおよびy軸回りにそれぞれ回動させる駆動制御部と、光出力部から出力される出力光の光強度を検出する検出部と、検出部により検出された出力光を波長毎に分波する分波部とを備えた光スイッチの制御方法であって、分波部により分波された出力光を電気信号に変換する光電変換ステップと、電気信号をデジタル変換し、出力光の光強度の値を出力するA/D変換ステップと、出力光の光強度の値と光強度の目標値との偏差を求める比較ステップと、この比較ステップにより出力される偏差に比例する補償量を求める補償量算出ステップと、補償量を制御変数Vtに負帰還するように加える加算ステップと、補償量が加えられた制御変数Vtを、任意の制御周期だけ保持しておく遅延ステップと、補償量が加えられた制御変数Vtからミラーをx軸およびy軸回りにそれぞれ回動させる軸電圧VxおよびVyを算出する軸電圧算出ステップと、VxおよびVyから電極それぞれに印加する電極電圧を算出し、この電極電圧を対応する電極に印加する電極電圧制御ステップとを有し、電極は、ミラーのx軸回りの回動を制御する電極a,bと、ミラーのy軸回りの回動を制御する電極c,dとを備え、(Vx0,Vy0)を光損失が最低となるVx−Vy平面上の座標、(Vxd,Vyd)をVx−Vy平面上の任意の座標、Lを(Vx0,Vy0)から(Vxd,Vyd)までのVtが通る軌跡の長さ、電極aに印加される電極電圧をVa、電極bに印加される電極電圧をVb、電極cに印加される電極電圧をVc、電極dに印加される電極電圧をVdとすると、軸電圧Vxは、Vx=(−Vxd/L2)・(Vt−L)2+Vxd+Vx0およびVx=Va−Vbで表され、軸電圧Vyは、Vy=(Vyd/L2)・Vt2+Vy0およびVy=Vc−Vdで表されることを特徴とするものである。 According to another aspect of the invention, there is provided an optical switch control method comprising: selecting at least one optical input unit that inputs input light; at least one optical output unit that outputs output light; and an optical input unit or an optical output unit. A mirror device having a mirror rotatably supported with respect to an x-axis used in the above-mentioned and a y-axis orthogonal to the x-axis, and a plurality of electrodes arranged opposite to the mirror, and applying an electrode voltage to the electrodes A drive control unit that rotates the mirror about the x-axis and the y-axis, a detection unit that detects the light intensity of the output light output from the light output unit, and a wavelength of the output light detected by the detection unit A method of controlling an optical switch including a demultiplexing unit that demultiplexes each time, a photoelectric conversion step of converting output light demultiplexed by the demultiplexing unit into an electric signal, and digital conversion of the electric signal for output Outputs the value of light intensity A / A conversion step, a comparison step for obtaining a deviation between the light intensity value of the output light and the target value of the light intensity, a compensation amount calculating step for obtaining a compensation amount proportional to the deviation output by the comparison step, and a compensation amount An addition step for negative feedback to the control variable Vt, a delay step for holding the control variable Vt with the compensation amount added for an arbitrary control period, and a mirror from the control variable Vt with the compensation amount added An axial voltage calculation step for calculating axial voltages Vx and Vy that rotate about the x axis and the y axis, respectively, an electrode voltage to be applied to each electrode from Vx and Vy, and this electrode voltage to be applied to the corresponding electrode An electrode voltage control step, and the electrode includes electrodes a and b for controlling the rotation of the mirror about the x-axis and electrodes c and d for controlling the rotation of the mirror about the y-axis. (Vx 0, Vy 0) coordinates on Vx-Vy plane light loss becomes minimum of, (Vxd, Vyd) arbitrary coordinates on Vx-Vy plane, L from the (Vx 0, Vy 0) ( Vxd , Vyd), the length of the trajectory through which Vt passes, the electrode voltage applied to the electrode a is Va, the electrode voltage applied to the electrode b is Vb, the electrode voltage applied to the electrode c is applied to Vc, and the electrode d is applied Assuming that the electrode voltage is Vd, the shaft voltage Vx is expressed by Vx = (− Vxd / L 2 ) · (Vt−L) 2 + Vxd + Vx 0 and Vx = Va−Vb, and the shaft voltage Vy is Vy = ( Vyd / L 2 ) · Vt 2 + Vy 0 and Vy = Vc−Vd.
上記光スイッチの制御方法において、Vx−Vy平面上の、(Vx0,Vy0)に対応する光出力部における光損失の最大範囲と当該光出力部に隣接する光出力部からのクロストークが生じる範囲との交点の座標を(Vxc,Vyc)、任意の定数ξおよびηがξ=2−η−2(1−η)1/2で表されるとき、(Vxd,Vyd)は、(Vxd,Vyd)=(Vxc/η,Vyc/ξ)で表されるようにしてもよい。 In the above-described optical switch control method, the maximum range of optical loss in the optical output unit corresponding to (Vx 0 , Vy 0 ) on the Vx-Vy plane and crosstalk from the optical output unit adjacent to the optical output unit When the coordinates of the intersection with the resulting range are (Vxc, Vyc), and arbitrary constants ξ and η are expressed by ξ = 2−η−2 (1-η) 1/2 , (Vxd, Vyd) is ( Vxd, Vyd) = (Vxc / η, Vyc / ξ).
また、本発明に係る他の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、光入力部または光出力部の選択に用いられるx軸およびこのx軸と直交するy軸に対して回動可能に支持されたミラーと、このミラーと対向配置された複数の電極とを有するミラー装置と、電極に電極電圧を印加してミラーをx軸回りおよびy軸回りにそれぞれ回動させる駆動制御部とを備えた光スイッチの制御方法であって、目標とする光強度に対応した制御変数Vtを算出する制御変数算出ステップと、制御変数Vtからミラーをx軸およびy軸回りにそれぞれ回動させる軸電圧VxおよびVyを算出する軸電圧算出ステップと、VxおよびVyから電極それぞれに印加する電極電圧を算出し、この電極電圧を対応する電極に印加する電極電圧制御ステップとを有し、(Vx0,Vy0)を光損失が最低となるVx−Vy平面上の座標、(Vxd,Vyd)をVx−Vy平面上の任意の座標、Lを(Vx0,Vy0)から(Vxd,Vyd)までのVtが通る軌跡の長さとすると、軸電圧Vxは、Vx=(−Vxd/L2)・(Vt−L)2+Vxd+Vx0で表され、軸電圧Vyは、Vy=(Vyd/L2)・Vt2+Vy0で表されることを特徴とするものである。 According to another aspect of the invention, there is provided an optical switch control method comprising: selecting at least one optical input unit that inputs input light; at least one optical output unit that outputs output light; and an optical input unit or an optical output unit. A mirror device having a mirror rotatably supported with respect to an x-axis used in the above-mentioned and a y-axis orthogonal to the x-axis, and a plurality of electrodes arranged opposite to the mirror, and applying an electrode voltage to the electrodes And a control variable calculation step of calculating a control variable Vt corresponding to a target light intensity, the method comprising: a drive control unit that rotates the mirror about the x axis and the y axis. And an axial voltage calculation step for calculating axial voltages Vx and Vy for rotating the mirror about the x-axis and y-axis from the control variable Vt, and an electrode voltage to be applied to each electrode from Vx and Vy. And, an electrode voltage control step of applying the electrode voltage to the corresponding electrode, (Vx 0, Vy 0) Vx-Vy coordinates on a plane where the light loss becomes a minimum, and the (Vxd, Vyd) Vx When an arbitrary coordinate on the −Vy plane, L is the length of the trajectory through which Vt from (Vx 0 , Vy 0 ) to (Vxd, Vyd) passes, the axial voltage Vx is Vx = (− Vxd / L 2 ) · It is expressed by (Vt−L) 2 + Vxd + Vx 0 , and the shaft voltage Vy is expressed by Vy = (Vyd / L 2 ) · Vt 2 + Vy 0 .
また、本発明に係る他の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、光入力部または光出力部の選択に用いられるx軸およびこのx軸と直交するy軸に対して回動可能に支持されたミラーと、このミラーと対向配置された複数の電極とを有するミラー装置と、電極に電極電圧を印加してミラーをx軸回りおよびy軸回りにそれぞれ回動させる駆動制御部とを備えた光スイッチの制御方法であって、目標とする光強度に対応した制御変数Vtを算出する制御変数算出ステップと、制御変数Vtからミラーをx軸およびy軸回りにそれぞれ回動させる軸電圧VxおよびVyを算出する軸電圧算出ステップと、VxおよびVyから電極それぞれに印加する電極電圧を算出し、この電極電圧を対応する電極に印加する電極電圧制御ステップとを有し、電極は、ミラーのx軸回りの回動を制御する電極a,bと、ミラーのy軸回りの回動を制御する電極c,dとを備え、(Vx0,Vy0)を光損失が最低となるVx−Vy平面上の座標、(Vxd,Vyd)をVx−Vy平面上の任意の座標、Lを(Vx0,Vy0)から(Vxd,Vyd)までのVtが通る軌跡の長さ、電極aに印加される電極電圧をVa、電極bに印加される電極電圧をVb、電極cに印加される電極電圧をVc、電極dに印加される電極電圧をVdとすると、軸電圧Vxは、Vx=(−Vxd/L2)・(Vt−L)2+Vxd+Vx0およびVx=Va−Vbで表され、軸電圧Vyは、Vy=(Vyd/L2)・Vt2+Vy0およびVy=Vc−Vdで表されることを特徴とするものである。
According to another aspect of the invention, there is provided an optical switch control method comprising: selecting at least one optical input unit that inputs input light; at least one optical output unit that outputs output light; and an optical input unit or an optical output unit. A mirror device having a mirror rotatably supported with respect to an x-axis used in the above-mentioned and a y-axis orthogonal to the x-axis, and a plurality of electrodes arranged opposite to the mirror, and applying an electrode voltage to the electrodes And a control variable calculation step of calculating a control variable Vt corresponding to a target light intensity, the method comprising: a drive control unit that rotates the mirror about the x axis and the y axis. And an axial voltage calculation step for calculating axial voltages Vx and Vy for rotating the mirror about the x-axis and y-axis from the control variable Vt, and an electrode voltage to be applied to each electrode from Vx and Vy. And an electrode voltage control step for applying this electrode voltage to the corresponding electrode. The electrode controls electrodes a and b for controlling the rotation of the mirror about the x axis and the rotation of the mirror about the y axis. And (Vx 0 , Vy 0 ) are coordinates on the Vx-Vy plane where the optical loss is minimum, (Vxd, Vyd) is arbitrary coordinates on the Vx-Vy plane, and L is The length of the trajectory through which Vt from (Vx 0 , Vy 0 ) to (Vxd, Vyd) passes, the electrode voltage applied to the electrode a is Va, the electrode voltage applied to the electrode b is Vb, and the electrode c is applied Assuming that the electrode voltage to be applied is Vc and the electrode voltage applied to the electrode d is Vd, the shaft voltage Vx is expressed by Vx = (− Vxd / L 2 ) · (Vt−L) 2 + Vxd + Vx 0 and Vx = Va−Vb. is, the axial voltage Vy is, Vy = (Vyd / L 2 ) ·
上記光スイッチの制御方法において、制御変数算出ステップは、予め記憶された光強度と制御変数Vtとの対応に基づいて、目標とする光損失に対応した制御変数Vtを取得するようにしてもよい。また、制御変数算出ステップは、予め記憶された光強度と制御変数Vtとの対応を近似した当該制御変数Vtの近似式に基づいて、目標とする光損失に対応した制御変数Vtを算出するようにしてもよい。 In the optical switch control method, the control variable calculation step may acquire the control variable Vt corresponding to the target optical loss based on the correspondence between the light intensity stored in advance and the control variable Vt. . In the control variable calculation step, the control variable Vt corresponding to the target light loss is calculated based on the approximate expression of the control variable Vt that approximates the correspondence between the light intensity stored in advance and the control variable Vt. It may be.
本発明によれば、電圧VxをVx=(−Vxd/L2)・(Vt−L)2+Vxd+Vx0、軸電圧VyをVy=(Vyd/L2)・Vt2+Vy0という2次関数に基づいて算出し、この算出した電圧に基づいてミラーを回動させることにより、クロストークおよびRabbit Earを抑制することができる。したがって、3次以上の関数を用いた複雑な演算を行うための演算器等が不要となるので、低コストでクロストークおよびRabbit Earの抑制を実現することができる。 According to the present invention, the voltage Vx is expressed by a quadratic function Vx = (− Vxd / L 2 ) · (Vt−L) 2 + Vxd + Vx 0 and the shaft voltage Vy is expressed by a quadratic function Vy = (Vyd / L 2 ) · Vt 2 + Vy 0. Crosstalk and Rabbit Ear can be suppressed by calculating based on this and rotating the mirror based on the calculated voltage. Accordingly, an arithmetic unit or the like for performing a complicated calculation using a third-order or higher function is not required, and thus it is possible to realize crosstalk and Rabbit Ear suppression at a low cost.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[第1の実施の形態]
まず、本発明の第1の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態に係る光スイッチは、制御変数Vtを用いてPID制御の基本制御である比例制御(P制御)により光スイッチのミラーの回動を制御するものであって、図9を参照して説明した光スイッチ100の駆動制御部400を後述する駆動制御部10に置き換えたものである。したがって、以下において、光スイッチ100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]
First, a first embodiment of the present invention will be described. The optical switch according to the present embodiment controls the rotation of the mirror of the optical switch by proportional control (P control), which is basic control of PID control, using the control variable Vt. The
<光スイッチの構成>
図1に示すように、本実施の形態に係る光スイッチ1は、空間光学系スイッチ部300と、この空間光学系スイッチ部300に含まれるMEMSミラー装置104の動作を制御する駆動制御部10とから構成される。この駆動制御部10は、出力ポートからカプラ110を使って分岐された光パワーを電気信号に変換するフォトダイオードなどからなるO/E変換器11と、O/E変換器11により変換された電気信号をデジタル変換して、分岐した光パワーに基づいて光信号の出力光の光強度の値を求めるA/D変換部12と、このA/D変換部12で求められた出力光の光強度と目標値との差(以下、偏差という)を求める比較器13と、偏差に比例した補償量を求める補償量算出部14と、この補償量算出部14により算出された補償量を制御変数Vtに負帰還するように加える加算器15と、補償量が加えられた制御変数Vtを次のP制御に備えて任意の制御周期ΔTだけ保持しておくメモリなどからなる遅延器16と、補償量が加えられた制御変数Vtから軸電圧Vx、Vyを算出する算出部17と、この算出部17により算出された軸電圧Vx、Vyから電極電圧Va,Vb,Vc,Vdを求めて空間光学系スイッチ部300のMEMSミラー装置104に印加する電極電圧制御部18と、任意の周期ΔTでP制御を実行するためのタイマ19とから構成される。
<Configuration of optical switch>
As shown in FIG. 1, the
このような駆動制御部10は、CPU/FPGA/ASICなどのマイクロプロセッサおよび制御メモリとその周辺回路からなり、制御メモリに記憶された動作プログラムを読み込んで実行することにより、ハードウェアと動作プログラムを協働させ、上述したA/D変換部12、比較器13、補償量算出部14、加算器15、遅延器16、算出部17、電極電圧制御部18およびタイマ19が実現される。
The
ここで、算出部17は、下式(7)、(8)に基づいて、制御変数Vtから軸電圧(Vx,Vy)を算出する。
Here, the
Vx=(−Vxd/L2)・(Vt−L)2+Vxd+Vx0 ・・・(7)
Vy=(Vyd/L2)・Vt2+Vy0 ・・・(8)
Vx = (− Vxd / L 2 ) · (Vt−L) 2 + Vxd + Vx 0 (7)
Vy = (Vyd / L 2 ) · Vt 2 + Vy 0 (8)
ここで、(Vxd,Vyd)は、Vx−Vy電圧平面上における適当な座標、Lは(Vx0,Vy0)から(Vxd,Vyd)まで制御変数Vtが通る軌跡の長さを示している。一例として、(Vxd,Vyd)=(1,1)として上式(7),(8)をVx−Vy電圧平面上に表した際のVtの軌跡を図2に示す。 Here, (Vxd, Vyd) is an appropriate coordinate on the Vx-Vy voltage plane, and L is the length of the trajectory through which the control variable Vt passes from (Vx 0 , Vy 0 ) to (Vxd, Vyd). . As an example, FIG. 2 shows the locus of Vt when (Vxd, Vyd) = (1, 1) and the above equations (7) and (8) are represented on the Vx-Vy voltage plane.
図2において、制御変数Vtの軌跡は、VyをVxの高次関数としたVy=Vxαと比較して、制御変数Vtが小さい領域、例えばその領域をVxで示せば、Vx=0〜0.8程度の範囲ではα=3(三次式)以下の軌跡に近づき、制御変数Vtが(1,1)に近い領域ではより高次関数の軌跡に近づく。したがって、(Vx0,Vy0)から(Vxd,Vyd)までの軌跡のうち、制御変数Vtによる制御に用いる範囲の決め方によって、近似的にどれくらいの高次関数形状の軌跡にするかを調整することができる。 In FIG. 2, the locus of the control variable Vt is a region where the control variable Vt is small compared to Vy = Vx α where Vy is a higher-order function of Vx, for example, Vx = 0 to 0 if the region is indicated by Vx. In the range of about .8, it approaches a locus of α = 3 (third-order equation) or less, and in the region where the control variable Vt is close to (1, 1), it approaches a locus of a higher order function. Therefore, of the trajectories from (Vx 0 , Vy 0 ) to (Vxd, Vyd), how much higher-order function shape trajectory is approximated is adjusted by determining the range used for control by the control variable Vt. be able to.
例えば、図3Aに示すように、式(7)、(8)に従う制御変数Vtの軌跡上の点(0.43,0.06)までを制御変数Vtの範囲とすると、グラフの軌跡は二次関数形状に近似する。同様に、図3Bに示すように、制御変数Vtの軌跡上の点(0.85,0.38)までを制御変数Vtの範囲とすると、グラフの軌跡は三次関数形状に近似する。同様に、図3Cに示すように、制御変数Vtの軌跡上の点(0.96,0.64)までを制御変数Vtの範囲とすると、グラフの軌跡は四次関数形状に近似する。 For example, as shown in FIG. 3A, if the range of the control variable Vt is up to a point (0.43, 0.06) on the locus of the control variable Vt according to the equations (7) and (8), the locus of the graph is two. Approximate the shape of the next function. Similarly, as shown in FIG. 3B, if the range up to the point (0.85, 0.38) on the locus of the control variable Vt is the range of the control variable Vt, the locus of the graph approximates a cubic function shape. Similarly, as shown in FIG. 3C, if the range up to the point (0.96, 0.64) on the trajectory of the control variable Vt is the range of the control variable Vt, the trajectory of the graph approximates a quartic function shape.
このように、本実施の形態では、軸電圧Vxについても制御変数Vtで二次関数化することにより、二次関数までしか使わずに、高次関数の軌跡に似た軌跡をとることが可能となる。 As described above, in this embodiment, the axis voltage Vx is also converted into a quadratic function using the control variable Vt, so that it is possible to take a trajectory similar to the trajectory of the higher-order function without using only the quadratic function. It becomes.
制御変数Vtに対する軸電圧VxとVyの変化量、すなわち、微分値については、軸電圧VyだけをV制御変数tの高次関数とした上式(5),(6)の場合には、下式(9),(10)で表される。 Regarding the amount of change of the shaft voltages Vx and Vy with respect to the control variable Vt, that is, the differential value, in the case of the above formulas (5) and (6) where only the shaft voltage Vy is a higher-order function of the V control variable t, It is expressed by equations (9) and (10).
dVx/dVt=A ・・・(9)
dVy/dVt=αB・Vtα-1 ・・・(10)
dVx / dVt = A (9)
dVy / dVt = αB · Vt α-1 (10)
これに対して、本実施の形態における上式(7),(8)を適用した場合には、下式(11),(12)で表される。 On the other hand, when the above equations (7) and (8) in the present embodiment are applied, they are represented by the following equations (11) and (12).
dVx/dVt=(−2Vxd/L2)・(Vt−L) ・・・(11)
dVy/dVt=(2Vyd/L2)・Vt ・・・(12)
dVx / dVt = (− 2Vxd / L 2 ) · (Vt−L) (11)
dVy / dVt = (2Vyd / L 2 ) · Vt (12)
このように、本実施の形態では、微分値が制御変数Vtの一次式となる。ここで、軸電圧Vyだけを制御変数Vtの高次関数とした式(9),(10)と、本実施の形態における式(11),(12)とを比較すると、式(9),(10)では、軸電圧Vyの微分値が、制御変数Vtが大きくなるにつれて(α−1)次の高次関数で増大する。これに対して、式(11),(12)では、軸電圧Vxの微分値が(Vt−L)に、軸電圧Vyの微分値が制御変数Vtにそれぞれ比例するので、制御変数Vtが小さいところでは制御変数Vtの変化はVx側の変化として線形に現れ、制御変数VtがLに近づくにつれて制御変数Vtの変化はVy側の変化として線形に現れる。このため、次数がα=3以上の高次関数形状に制御変数Vtの軌跡を合わせる場合、本実施の形態では、制御変数Vtが大きな領域で軸電圧VxとVyの変化量が極端に大きくならなくて済む。これにより、本実施の形態では、高次関数の軌跡をとりながらも、制御変数Vtに対する軸電圧Vx、Vyの変化量が極端に大きくならずに、制御変数Vtに対する損失特性も2次関数の場合と同等になる。 Thus, in the present embodiment, the differential value is a linear expression of the control variable Vt. Here, when Expressions (9) and (10) in which only the shaft voltage Vy is a high-order function of the control variable Vt are compared with Expressions (11) and (12) in the present embodiment, Expressions (9) and (12) are compared. In (10), the differential value of the shaft voltage Vy increases with an (α−1) -order higher-order function as the control variable Vt increases. On the other hand, in equations (11) and (12), the differential value of the shaft voltage Vx is proportional to (Vt−L), and the differential value of the shaft voltage Vy is proportional to the control variable Vt, so the control variable Vt is small. By the way, the change of the control variable Vt appears linearly as a change on the Vx side, and as the control variable Vt approaches L, the change of the control variable Vt appears linearly as a change on the Vy side. For this reason, in the case where the locus of the control variable Vt is matched with a higher-order function shape whose degree is α = 3 or more, in this embodiment, the amount of change in the axial voltages Vx and Vy becomes extremely large in a region where the control variable Vt is large. You don't have to. As a result, in the present embodiment, the amount of change in the shaft voltages Vx and Vy with respect to the control variable Vt does not become extremely large while taking the locus of the high-order function, and the loss characteristic with respect to the control variable Vt is also a quadratic function. It becomes equivalent to the case.
この結果、軸電圧Vyを制御変数Vtのα≧3の高次関数にしなくても、高次関数形状の軌跡に沿ってミラーを回動させることができるとともに、制御変数Vtが大きな領域においても軸電圧Vyの変化量が非線形的に増大しないので、制御変数Vtの損失特性をクロストークを許容値以下にしながらRabbit Earを抑圧しつつ、Vtの途中で制御パラメータを切り替えるようなことをせずに、容易に出力パワーの制御を実現することができる。 As a result, the mirror can be rotated along the locus of the high-order function shape without changing the shaft voltage Vy to a high-order function of α ≧ 3 of the control variable Vt, and even in a region where the control variable Vt is large. Since the change amount of the shaft voltage Vy does not increase nonlinearly, the control parameter Vt is not switched in the middle of Vt while suppressing the Rabbit Ear while keeping the loss characteristic of the control variable Vt below the allowable value. In addition, the output power can be easily controlled.
<光スイッチの動作>
次に、図1を参照して、本実施の形態に係る光スイッチ1の動作について説明する。
<Operation of optical switch>
Next, the operation of the
カプラ10により出力ポートから光信号が分岐されると、この光信号は、O/E変換器11により電気信号に変換され、A/D変換部12によりデジタル信号に変換されて出力光の光強度の値が算出される。
When the optical signal is branched from the output port by the
光信号の出力光の光強度が算出されると、比較器13は、その出力光の光強度と出力光の光強度の目標値との偏差を算出する。
When the light intensity of the output light of the optical signal is calculated, the
偏差が算出されると、補償量算出部14は、その偏差に比例した補償量を算出する。出力パワーが目標値により偏差eだけ小さい場合、補償量算出部14は、その偏差eのKp倍の補償量を制御変数Vtに加える。加えるときの補償量の符号は、補償量を制御変数Vtに加えることにより出力が大きくなる符号がとられる。Kpの値を適切に設定することにより、偏差eがある場合に、この偏差eを打ち消すように制御変数Vtが補正されるので、最終的に出力パワーが目標値に近づくこととなる。
When the deviation is calculated, the compensation
補償量が算出されると、加算器15は、その補償量を制御変数Vtに負帰還するように加える。このとき、遅延器16は、補償量が加えられた制御変数Vtを次のP制御に備えて、タイマ19により計時される任意の制御周期ΔTのだけ保持しておく。
When the compensation amount is calculated, the
補償量が制御変数Vtに加えられると、算出部17は、その制御変数Vtから軸電圧Vx、Vyを算出する。この算出部17により算出されるミラー1041の軸電圧(Vx、Vy)の軌跡の一例を図4に示す。この図4に示すような制御変数Vtを用いることによって、軸電圧Vx,Vyが算出される。なお、制御変数Vtの設定方法の詳細については、後述する。
When the compensation amount is added to the control variable Vt, the
軸電圧Vx、Vyが算出されると、電極電圧制御部18は、その軸電圧Vx、Vyから空間光学系スイッチ部300のMEMSミラー装置104における電極1042a〜1042dに印加する電極電圧Va,Vb,Vc,Vdを算出し、これを対応する電極1042a〜1042dに印加する。これにより、MEMSミラー装置104の2つの回動軸を有するミラー1041を、1つの制御変数Vtによって制御することが可能となるので、クロストークの低減とRabbit Earの抑圧を両立するミラーの動作を、従来の方法のようにミラーの向きを急激に変えることなく、シームレスに連続して実現することができる。
When the axial voltages Vx and Vy are calculated, the electrode
<制御変数Vtの設定方法>
次に、制御変数Vtの設定方法の詳細について、図4を参照して説明する。
<Setting method of control variable Vt>
Next, details of the method of setting the control variable Vt will be described with reference to FIG.
注目しているポートをPort xとしたとき、Port xの損失等高線は、ほぼ同心楕円になり、その両隣にPort x−1とPort x+1の同様な損失等高線が並ぶ。制御変数Vtの軌跡は、必要とされる損失可変範囲の最大損失を表す楕円(図4の太実線)を横切らなければならない。また、制御変数Vtを変えることで隣接ポートに光が漏れ出してしまうクロストークについては、許容値(隣接クロストーク)以下に抑える必要がある。このため、制御変数Vtの軌跡は、隣接ポートの隣接クロストークを与える楕円(図4の一点鎖線)を横切ってはならない。この2つの条件に加えて、副軸(Vy軸)から離れた方がRabbit Earを抑えられるという条件を踏まえると、制御変数Vtの軌跡は図4の(Vxc,Vyc)を通ることが望ましい。本実施の形態において、その(Vxc,Vyc)を、損失可変範囲の楕円と隣接クロストークを与える楕円の交点であることから、クロスポイントと言うこととする。このクロスポイントは、使用損失範囲の最外楕円上の点であるので、制御変数Vtの使用範囲を決めているとも言うことができる。 When the port of interest is Port x, the loss contours of Port x are almost concentric ellipses, and the same loss contours of Port x-1 and Port x + 1 are arranged on both sides thereof. The trajectory of the control variable Vt must cross an ellipse (thick solid line in FIG. 4) representing the maximum loss of the required loss variable range. Further, crosstalk in which light leaks to the adjacent port by changing the control variable Vt needs to be suppressed to an allowable value (adjacent crosstalk) or less. For this reason, the trajectory of the control variable Vt must not cross an ellipse (an alternate long and short dash line in FIG. 4) that gives adjacent crosstalk of adjacent ports. In addition to these two conditions, it is desirable that the locus of the control variable Vt passes (Vxc, Vyc) in FIG. In the present embodiment, (Vxc, Vyc) is referred to as a cross point because it is an intersection of an ellipse of variable loss range and an ellipse that gives adjacent crosstalk. Since this cross point is a point on the outermost ellipse of the use loss range, it can be said that the use range of the control variable Vt is determined.
ここで、原点(Vx0,Vy0)と(Vxc,Vyc)を結ぶ軌跡を二次関数曲線に近似させるか、三次関数曲線に近似させるか、または、より高次の曲線に近似させるかについては、上述したように、(Vx0,Vy0)と(Vxd,Vyd)とを結ぶ軌跡上のどこにVtの範囲を決める(Vxc,Vyc)をとるかによって決まる。そこで、下式(13)に示すように、VxcとVxdの比をηとし、ηの値の取り方によってどの程度の高次関数曲線に近似させるかを決めることとする。 Here, whether the locus connecting the origins (Vx 0 , Vy 0 ) and (Vxc, Vyc) is approximated to a quadratic function curve, a cubic function curve, or a higher order curve. As described above, is determined by where (Vxc, Vyc) for determining the range of Vt is determined on the locus connecting (Vx 0 , Vy 0 ) and (Vxd, Vyd). Therefore, as shown in the following equation (13), the ratio of Vxc and Vxd is η, and how much higher-order function curve is approximated is determined according to the value of η.
η=Vxc/Vxd ・・・(13) η = Vxc / Vxd (13)
ηの目安としては、η≒0.4で二次関数曲線、η≒0.85で三次関数曲線、η≒0.95で四次関数曲線に近い軌跡となる。また、ηから下式(14)を用いてξを求める。 As a guideline for η, a locus is close to a quadratic function curve when η≈0.4, a cubic function curve when η≈0.85, and a quaternary function curve when η≈0.95. Further, ξ is obtained from η using the following equation (14).
ξ=2−η−2(1−η)1/2 ・・・(14) ξ = 2−η−2 (1-η) 1/2 (14)
なお、(η、ξ)は、(Vxd,Vyd)=(1、1)とした規格化した電圧平面上のクロスポイントを示しており、上式(14)は、Vx=η、Vy=ξ、Vxd=Vyd=1として、式(7)、(8)を連立してξを求めたものである。 Note that (η, ξ) indicates a cross point on the normalized voltage plane where (Vxd, Vyd) = (1, 1), and the above equation (14) is Vx = η, Vy = ξ. , Vxd = Vyd = 1, and the equations (7) and (8) are used simultaneously to obtain ξ.
ξとVyc、Vydも、式(7)と同様な下式(15)に示す関係を有している。 ξ, Vyc, and Vyd also have the relationship shown in the following equation (15) similar to equation (7).
ξ=Vyc/Vyd ・・・(15) ξ = Vyc / Vyd (15)
したがって、(Vxc,Vyc)およびηが決まると、式(13)〜(15)により(Vxd,Vyd)は下式(16)によって求めることができる。 Therefore, when (Vxc, Vyc) and η are determined, (Vxd, Vyd) can be obtained by the following equation (16) from equations (13) to (15).
(Vxd,Vyd)=(Vxc/η,Vyc/ξ) ・・・(16) (Vxd, Vyd) = (Vxc / η, Vyc / ξ) (16)
最後にLを決めれば、式(7)、(8)が確定し、制御変数Vtが算出されることとなる。ここで、Lは、任意の値をとることができる。上述したように、Lは、(Vx0,Vy0)から(Vxd,Vyd)までのVtが通る軌跡の長さを表すので、この長さ計算をして求めればよい。このとき、VtとVxやVyとが同じスケールになる、すなわち、Vt=1がVx−Vy電圧平面上でVx=1やVy=1と同じ長さになる必要はない。 When L is finally determined, equations (7) and (8) are determined, and the control variable Vt is calculated. Here, L can take an arbitrary value. As described above, L represents the length of the trajectory through which Vt from (Vx 0 , Vy 0 ) to (Vxd, Vyd) passes, and this length may be calculated. At this time, Vt, Vx, and Vy have the same scale, that is, Vt = 1 does not have to have the same length as Vx = 1 or Vy = 1 on the Vx-Vy voltage plane.
一例として、上式(3)、(4)と同じとなるように原点(Vx0,Vy0)からクロスポイント(Vxc,Vyc)までの直線距離(最短距離)を、クロスポイントにおけるVtの値になるように定めた場合について説明する。ここで、その直線距離をLcとすると、このLcは下式(17)で表される。 As an example, the straight line distance (shortest distance) from the origin (Vx 0 , Vy 0 ) to the cross point (Vxc, Vyc) so as to be the same as the above formulas (3) and (4) is the value of Vt at the cross point. The case where it is determined to be will be described. Here, when the linear distance is Lc, this Lc is expressed by the following equation (17).
Lc=(Vxc2+Vyc2)1/2 ・・・(17) Lc = (Vxc 2 + Vyc 2 ) 1/2 (17)
ここで、LcとLとの間には下式(18)が成り立つ。 Here, the following expression (18) is established between Lc and L.
Lc/L=ξ1/2 ・・・(18) Lc / L = ξ 1/2 (18)
上式(17)、(18)からLは下式(19)から求めることができる。 From the above equations (17) and (18), L can be obtained from the following equation (19).
L=Lc/ξ1/2={(Vxc2+Vyc2)/ξ}1/2 ・・・(19) L = Lc / ξ 1/2 = {(Vxc 2 + Vyc 2 ) / ξ} 1/2 (19)
このように、光スイッチの損失等高線から決まるクロスポイント(Vxc,Vyc)と、軌跡の形状を決めるηを決めることによって、式(14)、(16)、(19)から(Vxd,Vyd)とLが決まり、式(7)、(8)が確定することとなる。 Thus, by determining the cross point (Vxc, Vyc) determined from the loss contour of the optical switch and η determining the shape of the trajectory, the equations (14), (16), (19) to (Vxd, Vyd) L is determined, and equations (7) and (8) are determined.
なお、式(19)については一例であって、定義通りに同スケールになるようにしたり、別の決まりによってLcを定義して式(18)から求めるようにしたりしてもよい。 Formula (19) is an example, and the same scale may be used as defined, or Lc may be defined according to another rule and obtained from Formula (18).
このようにして求めた(Vxd,Vyd)やLは、図1に示されていない制御回路内の不揮発性メモリ等に記憶しておき、必要なときに読み出して制御電圧Vtから軸電圧(Vx,Vy)の算出に用いることができる。 The thus obtained (Vxd, Vyd) and L are stored in a non-volatile memory or the like in the control circuit not shown in FIG. 1 and read out when necessary to obtain the shaft voltage (Vx , Vy).
<シミュレーション結果について>
図5A、図5Bに、下式(13)の損失(Loss[dB])の関数を仮定したとき、本実施の形態に従ってミラーを動かした場合と、二次関数曲線上および四次関数曲線上を通るようにミラーを動かした場合とのシミュレーション結果を示す。なお、図5A,図5Bにおいて、符号aは本実施の形態、符号bは二次関数曲線、符号cは四次関数曲線の場合をそれぞれ示している。
<About simulation results>
5A and 5B, assuming the function of loss (Loss [dB]) of the following equation (13), when the mirror is moved according to the present embodiment, on the quadratic function curve and on the quadratic function curve The simulation result when moving the mirror to pass is shown. In FIGS. 5A and 5B, symbol a indicates the present embodiment, symbol b indicates a quadratic function curve, and symbol c indicates a quartic function curve.
Loss(Vx,Vy)=(20/67.08){(10Vx)2+Vy2}
・・・(18)
Loss (Vx, Vy) = (20 / 67.08) {(10 Vx) 2 + Vy 2 }
... (18)
ここで、クロスポイント(Vxc,Vyc)=(3,60)と仮定し、各曲線は、必ずそのクロスポイントを通るものとする。また、本実施の形態では、η=0.95(四次関数に近い軌跡を狙った値)としている。なお、通常、損失は負値で表されるが、ここでは符号を省略して正値で表すこととする。 Here, it is assumed that the cross point (Vxc, Vyc) = (3, 60), and each curve always passes through the cross point. In this embodiment, η = 0.95 (value targeting a locus close to a quartic function). Normally, the loss is expressed by a negative value, but here, the sign is omitted and expressed by a positive value.
図5Aに示すように、本実施の形態における軌跡は、四次関数の軌跡に近いものとなっている。特に、損失が大きいクロスポイント付近では、ほとんど四次関数の軌跡と一致している。 As shown in FIG. 5A, the locus in the present embodiment is close to the locus of a quartic function. In particular, near the cross point where the loss is large, it almost coincides with the locus of the quartic function.
制御変数Vtと光損失の関係については、図5Bに示すように、制御変数Vtに対する損失の微分値が変化しないほど線形性が高いと言えるが、本実施の形態における線形性は、二次関数の線形性と同等か、むしろそれより微分値の変化が小さくなっており、これらのうちでは最も線形性が高く、制御性が良好であることを示している。一方、四次関数の場合、Vt=0〜40[V]と、Vt=50〜60[V]で傾きが大きく異なっており、Vt=45[V]程度を境にPID制御パラメータを切り変える設定とした方がよい。 Regarding the relationship between the control variable Vt and the optical loss, as shown in FIG. 5B, it can be said that the linearity is so high that the differential value of the loss with respect to the control variable Vt does not change, but the linearity in the present embodiment is a quadratic function. The change of the differential value is smaller than that of the linearity, and the change in the differential value is smaller, indicating that the linearity is the highest and the controllability is good. On the other hand, in the case of a quartic function, the slope is greatly different between Vt = 0 to 40 [V] and Vt = 50 to 60 [V], and the PID control parameter is switched around Vt = 45 [V]. It is better to set.
以上説明したように、本実施の形態によれば、算出部17により、上式(7)、(8)に基づいて制御変数Vtからミラー1041をx軸回りおよびy軸回りにそれぞれ所定量回動させるための軸電圧VxおよびVyを算出し、電極電圧制御部18により、そのVxおよびVyから電極それぞれに印加する駆動電圧を算出して、この駆動電圧に対応する電極に印加し、比較器13により、検出結果の目標値に対する偏差を求め、加算器15により、その偏差に応じた補償量を制御変数Vtに加算して、偏差を制御変数Vtに負帰還することにより、2つの軸を有するミラーの動作を1つの制御変数Vtによって高次関数を用いることなく制御することが可能となるので、クロストークの低減とRabbit Earの抑圧を両立するミラーの動作を、途中でミラーの向きを急激に変えることなく、シームレスに連続して実現することができる。結果として、より低コストで、クロストークの低減とRabbit Earの抑圧を実現することができる。
As described above, according to the present embodiment, the
なお、PID制御のI制御やD制御についても、1つの制御変数Vtを用いる本実施の形態を適用できることは言うまでもない。 Needless to say, the present embodiment using one control variable Vt can also be applied to I control and D control of PID control.
[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、負帰還制御によるミラーの回動制御機能を有さないものであり、その他の構成は上述した第1の実施の形態と同等である。したがって、本実施の形態において、上述した第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. The present embodiment does not have a mirror rotation control function based on negative feedback control, and other configurations are the same as those of 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 described above, and the description thereof is omitted as appropriate.
図6に示すように、本実施の形態に係る光スイッチ2は、空間光学系スイッチ部300と、この空間光学系スイッチ部300に含まれるMEMSミラー装置104の動作を制御する駆動制御部20とから構成される。この駆動制御部20は、Vt算出部21と、算出部17と、電極電圧制御部18とから構成される。
As shown in FIG. 6, the
ここで、Vt算出部21は、光損失に対する制御変数Vtの値を記憶したデータテーブル、または、光損失と制御変数Vtの関係を表す近似式を備えており、光損失の目標値に基づいて制御変数Vtを算出する。
Here, the
このように、Vt算出部21により制御変数Vtが算出されると、上述した第1の実施の形態と同様、算出部17は、その制御変数Vtから軸電圧Vx、Vyを算出する。この軸電圧Vx、Vyが算出されると、電極電圧制御部18は、その軸電圧Vx、Vyから空間光学系スイッチ部300のMEMSミラー装置104における電極1042a〜1042dに印加する電極電圧Va,Vb,Vc,Vdを算出し、これを対応する電極1042a〜1042dに印加する。これにより、ミラーに対応する波長を有する光信号の損失を所定の範囲内とすることができる。
Thus, when the control variable Vt is calculated by the
このように、本実施の形態によれば、Vt算出部21により、目標とする損失に対応した制御変数Vtを算出し、算出部17により、その制御変数Vtからミラー1041をx軸およびy軸回りにそれぞれ回動させる軸電圧VxおよびVyを上式(7)、(8)に基づいて算出し、電極電圧制御部18により、そのVxおよびVyから電極それぞれに印加する駆動電圧を算出して対応する電圧に印加することにより、ミラーに対応する波長を有する光信号の損失を所定の範囲内に抑えることができる。このように、軸電圧(Vx,Vy)を1つの制御変数Vtを用いた低い次数の関数によって求めることができるので、高次関数を用いないことによる変数精度および演算負荷が軽減されることにより、高性能の演算器を必要としないため、クロストークおよびRabbit Earの抑制を低コストで実現することができる。
As described above, according to the present embodiment, the control variable Vt corresponding to the target loss is calculated by the
なお、上述した第1,第2の実施の形態では、Add型波長選択スイッチの場合を例に説明したが、図8に示すようなDrop型波長選択スイッチにも適用することができる In the first and second embodiments described above, the case of an Add type wavelength selective switch has been described as an example. However, the present invention can also be applied to a Drop type wavelength selective switch as shown in FIG.
本発明は、例えば、MEMSミラー装置など、2つの軸回りに回動可能な反射部材の回動を制御する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 control the rotation of a reflecting member that can rotate around two axes, such as a MEMS mirror device.
1,2…光スイッチ、10,20…駆動制御部、11…O/E変換器、12…A/D変換部、13…比較器、14…補償量算出部、15…加算器、16…遅延器、17…算出部、18…電極電圧制御部、19…タイマ、21…Vt算出部、101,101−1〜101−n…入力側光ファイバ、102,102−1〜102−n…出力側光ファイバ、103…回折格子、104…MEMSミラー装置、105…分波器、106−1〜106−m…フォトダイオード、107…A/D変換器。108…ミラー制御回路、109…合流器、110…カプラ、300…空間光学系スイッチ部、1041…ミラー、1042a〜1042d…電極。
DESCRIPTION OF
Claims (14)
出力光を出力する少なくとも1つの光出力部と、
前記光入力部または前記光出力部の選択に用いられるx軸およびこのx軸と直交するy軸に対して回動可能に支持されたミラーと、このミラーと対向配置された複数の電極とを有するミラー装置と、
前記電極に電極電圧を印加して前記ミラーを前記x軸回りおよび前記y軸回りにそれぞれ回動させる駆動制御部と、
前記光出力部から出力される出力光の光強度を検出する検出部と
を備えた光スイッチであって、
前記駆動制御部は、
目標とする光強度に対応した制御変数Vtを算出する制御変数算出部と、
前記制御変数Vtから前記ミラーをx軸およびy軸回りにそれぞれ回動させる軸電圧VxおよびVyを算出する軸電圧算出部と、
前記Vxおよび前記Vyから前記電極それぞれに印加する電極電圧を算出し、この電極電圧を対応する前記電極に印加する電極電圧制御部と、
前記検出部によって検出された検出結果と前記目標とする光強度との偏差を求める比較部と、
この比較部から出力される偏差に応じた補償量を前記制御変数Vtに加算して、前記偏差を前記制御変数Vtに負帰還する補償部と
を備え、
(Vx0,Vy0)を光損失が最低となるVx−Vy平面上の座標、(Vxd,Vyd)を前記Vx−Vy平面上の任意の座標、Lを前記(Vx0,Vy0)から前記(Vxd,Vyd)までの前記Vtが通る軌跡の長さとすると、
前記軸電圧Vxは、Vx=(−Vxd/L2)・(Vt−L)2+Vxd+Vx0で表され、
前記軸電圧Vyは、Vy=(Vyd/L2)・Vt2+Vy0で表される
ことを特徴とする光スイッチ。 At least one light input section for inputting input light;
At least one light output unit for outputting output light;
A mirror supported to be rotatable with respect to an x-axis used for selecting the light input unit or the light output unit and a y-axis orthogonal to the x-axis, and a plurality of electrodes arranged to face the mirror A mirror device having
A drive control unit that applies an electrode voltage to the electrode to rotate the mirror about the x axis and the y axis; and
An optical switch comprising: a detection unit that detects light intensity of output light output from the light output unit;
The drive control unit
A control variable calculator for calculating a control variable Vt corresponding to the target light intensity;
An axial voltage calculation unit for calculating axial voltages Vx and Vy for rotating the mirror about the x-axis and the y-axis, respectively, from the control variable Vt;
An electrode voltage controller for calculating an electrode voltage to be applied to each of the electrodes from the Vx and the Vy, and applying the electrode voltage to the corresponding electrode;
A comparison unit for obtaining a deviation between the detection result detected by the detection unit and the target light intensity;
A compensation unit that adds a compensation amount according to the deviation output from the comparison unit to the control variable Vt, and negatively feeds back the deviation to the control variable Vt.
(Vx 0 , Vy 0 ) is a coordinate on the Vx-Vy plane where the optical loss is the lowest, (Vxd, Vyd) is an arbitrary coordinate on the Vx-Vy plane, and L is from the above (Vx 0 , Vy 0 ). If the length of the trajectory through which the Vt passes to the (Vxd, Vyd) is,
The shaft voltage Vx is expressed by Vx = (− Vxd / L 2 ) · (Vt−L) 2 + Vxd + Vx 0 ,
The shaft voltage Vy is expressed by Vy = (Vyd / L 2 ) · Vt 2 + Vy 0 .
出力光を出力する少なくとも1つの光出力部と、
前記光入力部または前記光出力部の選択に用いられるx軸およびこのx軸と直交するy軸に対して回動可能に支持されたミラーと、このミラーと対向配置された複数の電極とを有するミラー装置と、
前記電極に電極電圧を印加して前記ミラーを前記x軸回りおよび前記y軸回りにそれぞれ回動させる駆動制御部と、
前記光出力部から出力される出力光の光強度を検出する検出部と、
前記検出部により検出された前記出力光を波長毎に分波する分波部と
を備えた光スイッチであって、
前記駆動制御部は、
前記分波部により分波された前記出力光を電気信号に変換する光電変換部と、
前記電気信号をデジタル変換し、前記出力光の光強度の値を出力するA/D変換部と、
前記出力光の光強度の値と光強度の目標値との偏差を求める比較部と、
この比較部から出力される偏差に比例する補償量を求める補償量算出部と、
前記補償量を制御変数Vtに負帰還するように加える加算部と、
前記補償量が加えられた前記制御変数Vtを、任意の制御周期だけ保持しておく遅延部と、
前記補償量が加えられた前記制御変数Vtから前記ミラーをx軸およびy軸回りにそれぞれ回動させる軸電圧VxおよびVyを算出する軸電圧算出部と、
前記Vxおよび前記Vyから前記電極それぞれに印加する電極電圧を算出し、この電極電圧を対応する前記電極に印加する電極電圧制御部と
を備え、
前記電極は、前記ミラーの前記x軸回りの回動を制御する電極a,bと、前記ミラーの前記y軸回りの回動を制御する電極c,dとを備え、
(Vx0,Vy0)を光損失が最低となるVx−Vy平面上の座標、(Vxd,Vyd)を前記Vx−Vy平面上の任意の座標、Lを前記(Vx0,Vy0)から前記(Vxd,Vyd)までの前記Vtが通る軌跡の長さ、前記電極aに印加される電極電圧をVa、前記電極bに印加される電極電圧をVb、前記電極cに印加される電極電圧をVc、前記電極dに印加される電極電圧をVdとすると、
前記軸電圧Vxは、Vx=(−Vxd/L2)・(Vt−L)2+Vxd+Vx0およびVx=Va−Vbで表され、
前記軸電圧Vyは、Vy=(Vyd/L2)・Vt2+Vy0およびVy=Vc−Vdで表される
ことを特徴とする光スイッチ。 At least one light input section for inputting input light;
At least one light output unit for outputting output light;
A mirror supported to be rotatable with respect to an x-axis used for selecting the light input unit or the light output unit and a y-axis orthogonal to the x-axis, and a plurality of electrodes arranged to face the mirror A mirror device having
A drive control unit that applies an electrode voltage to the electrode to rotate the mirror about the x axis and the y axis; and
A detection unit for detecting the light intensity of the output light output from the light output unit;
A demultiplexing unit for demultiplexing the output light detected by the detection unit for each wavelength,
The drive control unit
A photoelectric conversion unit that converts the output light demultiplexed by the demultiplexing unit into an electrical signal;
An A / D converter that digitally converts the electrical signal and outputs a value of the light intensity of the output light;
A comparison unit for obtaining a deviation between a value of the light intensity of the output light and a target value of the light intensity;
A compensation amount calculation unit for obtaining a compensation amount proportional to the deviation output from the comparison unit;
An adding unit for adding the compensation amount to the control variable Vt so as to negatively feed back;
A delay unit for holding the control variable Vt to which the compensation amount is added for an arbitrary control period;
An axial voltage calculator for calculating axial voltages Vx and Vy for rotating the mirror about the x-axis and the y-axis, respectively, from the control variable Vt to which the compensation amount has been added;
An electrode voltage to be applied to each of the electrodes from the Vx and the Vy, and an electrode voltage controller for applying the electrode voltage to the corresponding electrode,
The electrodes include electrodes a and b for controlling the rotation of the mirror about the x-axis and electrodes c and d for controlling the rotation of the mirror about the y-axis,
(Vx 0 , Vy 0 ) is a coordinate on the Vx-Vy plane where the optical loss is the lowest, (Vxd, Vyd) is an arbitrary coordinate on the Vx-Vy plane, and L is from the above (Vx 0 , Vy 0 ). The length of the trajectory through which the Vt passes to (Vxd, Vyd), the electrode voltage applied to the electrode a is Va, the electrode voltage applied to the electrode b is Vb, and the electrode voltage applied to the electrode c Is Vc, and the electrode voltage applied to the electrode d is Vd,
The shaft voltage Vx is expressed by Vx = (− Vxd / L 2 ) · (Vt−L) 2 + Vxd + Vx 0 and Vx = Va−Vb,
The shaft voltage Vy is expressed by Vy = (Vyd / L 2 ) · Vt 2 + Vy 0 and Vy = Vc−Vd.
前記Vx−Vy平面上の、前記(Vx0,Vy0)に対応する前記光出力部における前記光損失の最大範囲と当該光出力部に隣接する光出力部からのクロストークが生じる範囲との交点の座標を(Vxc,Vyc)、任意の定数ξおよびηがξ=2−η−2(1−η)1/2で表されるとき、(Vxd,Vyd)は、(Vxd,Vyd)=(Vxc/η,Vyc/ξ)で表されることを特徴とする光スイッチ。 The optical switch according to claim 1 or 2,
On the Vx-Vy plane, the (Vx 0, Vy 0) in the range where crosstalk occurs from the light output section adjacent to the maximum range and the optical output of the light loss in the light output section corresponding When the coordinates of the intersection are (Vxc, Vyc) and arbitrary constants ξ and η are expressed by ξ = 2−η−2 (1-η) 1/2 , (Vxd, Vyd) is (Vxd, Vyd) = (Vxc / η, Vyc / ξ).
出力光を出力する少なくとも1つの光出力部と、
前記光入力部または前記光出力部の選択に用いられるx軸およびこのx軸と直交するy軸に対して回動可能に支持されたミラーと、このミラーと対向配置された複数の電極とを有するミラー装置と、
前記電極に電極電圧を印加して前記ミラーを前記x軸回りおよび前記y軸回りにそれぞれ回動させる駆動制御部と
を備えた光スイッチであって、
前記駆動制御部は、
目標とする光損失に対応した制御変数Vtを算出する制御変数算出部と、
前記制御変数Vtから前記ミラーをx軸およびy軸回りにそれぞれ回動させる軸電圧VxおよびVyを算出する軸電圧算出部と、
前記Vxおよび前記Vyから前記電極それぞれに印加する電極電圧を算出し、この電極電圧を対応する前記電極に印加する電極電圧制御部と
を備え、
(Vx0,Vy0)を前記光損失が最低となるVx−Vy平面上の座標、(Vxd,Vyd)を前記Vx−Vy平面上の任意の座標、Lを前記(Vx0,Vy0)から前記(Vxd,Vyd)までの前記Vtが通る軌跡の長さとすると、
前記軸電圧Vxは、Vx=(−Vxd/L2)・(Vt−L)2+Vxd+Vx0で表され、
前記軸電圧Vyは、Vy=(Vyd/L2)・Vt2+Vy0で表される
ことを特徴とする光スイッチ。 At least one light input section for inputting input light;
At least one light output unit for outputting output light;
A mirror supported to be rotatable with respect to an x-axis used for selecting the light input unit or the light output unit and a y-axis orthogonal to the x-axis, and a plurality of electrodes arranged to face the mirror A mirror device having
A drive control unit that applies an electrode voltage to the electrode to rotate the mirror about the x-axis and the y-axis, respectively.
The drive control unit
A control variable calculation unit for calculating a control variable Vt corresponding to the target optical loss;
An axial voltage calculation unit for calculating axial voltages Vx and Vy for rotating the mirror about the x-axis and the y-axis, respectively, from the control variable Vt;
An electrode voltage to be applied to each of the electrodes from the Vx and the Vy, and an electrode voltage control unit to apply the electrode voltage to the corresponding electrode, and
(Vx 0 , Vy 0 ) is a coordinate on the Vx-Vy plane where the optical loss is minimum, (Vxd, Vyd) is an arbitrary coordinate on the Vx-Vy plane, and L is the above (Vx 0 , Vy 0 ). And the length of the trajectory through which the Vt passes from (Vxd, Vyd) to
The shaft voltage Vx is expressed by Vx = (− Vxd / L 2 ) · (Vt−L) 2 + Vxd + Vx 0 ,
The shaft voltage Vy is expressed by Vy = (Vyd / L 2 ) · Vt 2 + Vy 0 .
出力光を出力する少なくとも1つの光出力部と、
前記光入力部または前記光出力部の選択に用いられるx軸およびこのx軸と直交するy軸に対して回動可能に支持されたミラーと、このミラーと対向配置された複数の電極とを有するミラー装置と、
前記電極に電極電圧を印加して前記ミラーを前記x軸回りおよび前記y軸回りにそれぞれ回動させる駆動制御部と
を備えた光スイッチであって、
前記駆動制御部は、
目標とする光損失に対応した制御変数Vtを算出する制御変数算出部と、
前記制御変数Vtから前記ミラーをx軸およびy軸回りにそれぞれ回動させる軸電圧VxおよびVyを算出する軸電圧算出部と、
前記Vxおよび前記Vyから前記電極それぞれに印加する電極電圧を算出し、この電極電圧を対応する前記電極に印加する電極電圧制御部と
を備え、
前記電極は、前記ミラーの前記x軸回りの回動を制御する電極a,bと、前記ミラーの前記y軸回りの回動を制御する電極c,dとを備え、
(Vx0,Vy0)を光損失が最低となるVx−Vy平面上の座標、(Vxd,Vyd)を前記Vx−Vy平面上の任意の座標、Lを前記(Vx0,Vy0)から前記(Vxd,Vyd)までの前記Vtが通る軌跡の長さ、前記電極aに印加される電極電圧をVa、前記電極bに印加される電極電圧をVb、前記電極cに印加される電極電圧をVc、前記電極dに印加される電極電圧をVdとすると、
前記軸電圧Vxは、Vx=(−Vxd/L2)・(Vt−L)2+Vxd+Vx0およびVx=Va−Vbで表され、
前記軸電圧Vyは、Vy=(Vyd/L2)・Vt2+Vy0およびVy=Vc−Vdで表される
ことを特徴とする光スイッチ。 At least one light input section for inputting input light;
At least one light output unit for outputting output light;
A mirror supported to be rotatable with respect to an x-axis used for selecting the light input unit or the light output unit and a y-axis orthogonal to the x-axis, and a plurality of electrodes arranged to face the mirror A mirror device having
A drive control unit that applies an electrode voltage to the electrode to rotate the mirror about the x-axis and the y-axis, respectively.
The drive control unit
A control variable calculation unit for calculating a control variable Vt corresponding to the target optical loss;
An axial voltage calculation unit for calculating axial voltages Vx and Vy for rotating the mirror about the x-axis and the y-axis, respectively, from the control variable Vt;
An electrode voltage to be applied to each of the electrodes from the Vx and the Vy, and an electrode voltage control unit to apply the electrode voltage to the corresponding electrode, and
The electrodes include electrodes a and b for controlling the rotation of the mirror about the x-axis and electrodes c and d for controlling the rotation of the mirror about the y-axis,
(Vx 0 , Vy 0 ) is a coordinate on the Vx-Vy plane where the optical loss is the lowest, (Vxd, Vyd) is an arbitrary coordinate on the Vx-Vy plane, and L is from the above (Vx 0 , Vy 0 ). The length of the trajectory through which the Vt passes to (Vxd, Vyd), the electrode voltage applied to the electrode a is Va, the electrode voltage applied to the electrode b is Vb, and the electrode voltage applied to the electrode c Is Vc, and the electrode voltage applied to the electrode d is Vd,
The shaft voltage Vx is expressed by Vx = (− Vxd / L 2 ) · (Vt−L) 2 + Vxd + Vx 0 and Vx = Va−Vb,
The shaft voltage Vy is expressed by Vy = (Vyd / L 2 ) · Vt 2 + Vy 0 and Vy = Vc−Vd.
前記光損失と前記制御変数Vtとの対応を予め記憶した記憶部をさらに備え、
前記制御変数算出部は、前記目標とする光強度に対応した制御変数Vtを前記記憶部から取得する
ことを特徴とする光スイッチ。 The optical switch according to claim 4 or 5,
A storage unit that stores in advance the correspondence between the optical loss and the control variable Vt;
The optical switch, wherein the control variable calculation unit acquires a control variable Vt corresponding to the target light intensity from the storage unit.
前記光損失と前記制御変数Vtとの対応を近似した当該制御変数Vtの近似式を予め記憶した記憶部をさらに備え、
前記制御変数算出部は、前記記憶部に記憶された前記近似式に基づいて前記目標とする光強度に対応した制御変数Vtを算出する
ことを特徴とする光スイッチ。 The optical switch according to claim 4 or 5,
A storage unit preliminarily storing an approximate expression of the control variable Vt that approximates the correspondence between the optical loss and the control variable Vt;
The control variable calculation unit calculates a control variable Vt corresponding to the target light intensity based on the approximate expression stored in the storage unit.
出力光を出力する少なくとも1つの光出力部と、
前記光入力部または前記光出力部の選択に用いられるx軸およびこのx軸と直交するy軸に対して回動可能に支持されたミラーと、このミラーと対向配置された複数の電極とを有するミラー装置と、
前記電極に電極電圧を印加して前記ミラーを前記x軸回りおよび前記y軸回りにそれぞれ回動させる駆動制御部と、
前記光出力部から出力される出力光の光強度を検出する検出部と
を備えた光スイッチの制御方法であって、
目標とする光強度に対応した制御変数Vtを算出する制御変数算出ステップと、
前記制御変数Vtから前記ミラーをx軸およびy軸回りにそれぞれ回動させる軸電圧VxおよびVyを算出する軸電圧算出ステップと、
前記Vxおよび前記Vyから前記電極それぞれに印加する電極電圧を算出し、この電極電圧を対応する前記電極に印加する電極電圧制御ステップと、
前記検出部によって検出された検出結果と前記目標とする光強度との偏差を求める比較ステップと、
この比較部から出力される偏差に応じた補償量を前記制御変数Vtに加算して、前記偏差を前記制御変数Vtに負帰還する補償ステップと
を有し、
(Vx0,Vy0)を前記光損失が最低となるVx−Vy平面上の座標、(Vxd,Vyd)を前記Vx−Vy平面上の任意の座標、Lを前記(Vx0,Vy0)から前記(Vxd,Vyd)までの前記Vtが通る軌跡の長さとすると、
前記軸電圧Vxは、Vx=(−Vxd/L2)・(Vt−L)2+Vxd+Vx0で表され、
前記軸電圧Vyは、Vy=(Vyd/L2)・Vt2+Vy0で表される
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 supported to be rotatable with respect to an x-axis used for selecting the light input unit or the light output unit and a y-axis orthogonal to the x-axis, and a plurality of electrodes arranged to face the mirror A mirror device having
A drive control unit that applies an electrode voltage to the electrode to rotate the mirror about the x axis and the y axis; and
A method of controlling an optical switch comprising: a detection unit that detects the light intensity of output light output from the light output unit;
A control variable calculating step for calculating a control variable Vt corresponding to the target light intensity;
An axial voltage calculating step of calculating axial voltages Vx and Vy for rotating the mirror about the x axis and the y axis from the control variable Vt;
An electrode voltage control step of calculating an electrode voltage to be applied to each of the electrodes from the Vx and the Vy, and applying this electrode voltage to the corresponding electrode;
A comparison step for obtaining a deviation between the detection result detected by the detection unit and the target light intensity;
A compensation step of adding a compensation amount according to the deviation output from the comparison unit to the control variable Vt, and negatively feeding back the deviation to the control variable Vt,
(Vx 0 , Vy 0 ) is a coordinate on the Vx-Vy plane where the optical loss is minimum, (Vxd, Vyd) is an arbitrary coordinate on the Vx-Vy plane, and L is the above (Vx 0 , Vy 0 ). And the length of the trajectory through which the Vt passes from (Vxd, Vyd) to
The shaft voltage Vx is expressed by Vx = (− Vxd / L 2 ) · (Vt−L) 2 + Vxd + Vx 0 ,
The shaft voltage Vy is expressed by Vy = (Vyd / L 2 ) · Vt 2 + Vy 0 .
出力光を出力する少なくとも1つの光出力部と、
前記光入力部または前記光出力部の選択に用いられるx軸およびこのx軸と直交するy軸に対して回動可能に支持されたミラーと、このミラーと対向配置された複数の電極とを有するミラー装置と、
前記電極に電極電圧を印加して前記ミラーを前記x軸回りおよび前記y軸回りにそれぞれ回動させる駆動制御部と、
前記光出力部から出力される出力光の光強度を検出する検出部と、
前記検出部により検出された前記出力光を波長毎に分波する分波部と
を備えた光スイッチの制御方法であって、
前記分波部により分波された前記出力光を電気信号に変換する光電変換ステップと、
前記電気信号をデジタル変換し、前記出力光の光強度の値を出力するA/D変換ステップと、
前記出力光の光強度の値と光強度の目標値との偏差を求める比較ステップと、
この比較ステップにより出力される偏差に比例する補償量を求める補償量算出ステップと、
前記補償量を制御変数Vtに負帰還するように加える加算ステップと、
前記補償量が加えられた前記制御変数Vtを、任意の制御周期だけ保持しておく遅延ステップと、
前記補償量が加えられた前記制御変数Vtから前記ミラーをx軸およびy軸回りにそれぞれ回動させる軸電圧VxおよびVyを算出する軸電圧算出ステップと、
前記Vxおよび前記Vyから前記電極それぞれに印加する電極電圧を算出し、この電極電圧を対応する前記電極に印加する電極電圧制御ステップと
を有し、
前記電極は、前記ミラーの前記x軸回りの回動を制御する電極a,bと、前記ミラーの前記y軸回りの回動を制御する電極c,dとを備え、
(Vx0,Vy0)を光損失が最低となるVx−Vy平面上の座標、(Vxd,Vyd)を前記Vx−Vy平面上の任意の座標、Lを前記(Vx0,Vy0)から前記(Vxd,Vyd)までの前記Vtが通る軌跡の長さ、前記電極aに印加される電極電圧をVa、前記電極bに印加される電極電圧をVb、前記電極cに印加される電極電圧をVc、前記電極dに印加される電極電圧をVdとすると、
前記軸電圧Vxは、Vx=(−Vxd/L2)・(Vt−L)2+Vxd+Vx0およびVx=Va−Vbで表され、
前記軸電圧Vyは、Vy=(Vyd/L2)・Vt2+Vy0およびVy=Vc−Vdで表される
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 supported to be rotatable with respect to an x-axis used for selecting the light input unit or the light output unit and a y-axis orthogonal to the x-axis, and a plurality of electrodes arranged to face the mirror A mirror device having
A drive control unit that applies an electrode voltage to the electrode to rotate the mirror about the x axis and the y axis; and
A detection unit for detecting the light intensity of the output light output from the light output unit;
And a demultiplexing unit that demultiplexes the output light detected by the detection unit for each wavelength.
A photoelectric conversion step of converting the output light demultiplexed by the demultiplexing unit into an electrical signal;
An A / D conversion step of digitally converting the electrical signal and outputting a value of light intensity of the output light;
A comparison step for obtaining a deviation between a light intensity value of the output light and a target value of the light intensity;
A compensation amount calculating step for obtaining a compensation amount proportional to the deviation output by the comparison step;
An adding step of adding the compensation amount to the control variable Vt so as to negatively feed back;
A delay step of holding the control variable Vt to which the compensation amount has been added for an arbitrary control period;
An axial voltage calculating step of calculating axial voltages Vx and Vy for rotating the mirror about the x axis and the y axis, respectively, from the control variable Vt to which the compensation amount has been added;
Calculating an electrode voltage to be applied to each of the electrodes from the Vx and the Vy, and an electrode voltage control step of applying the electrode voltage to the corresponding electrode,
The electrodes include electrodes a and b for controlling the rotation of the mirror about the x-axis and electrodes c and d for controlling the rotation of the mirror about the y-axis,
(Vx 0 , Vy 0 ) is a coordinate on the Vx-Vy plane where the optical loss is the lowest, (Vxd, Vyd) is an arbitrary coordinate on the Vx-Vy plane, and L is from the above (Vx 0 , Vy 0 ). The length of the trajectory through which the Vt passes to (Vxd, Vyd), the electrode voltage applied to the electrode a is Va, the electrode voltage applied to the electrode b is Vb, and the electrode voltage applied to the electrode c Is Vc, and the electrode voltage applied to the electrode d is Vd,
The shaft voltage Vx is expressed by Vx = (− Vxd / L 2 ) · (Vt−L) 2 + Vxd + Vx 0 and Vx = Va−Vb,
The shaft voltage Vy is expressed by Vy = (Vyd / L 2 ) · Vt 2 + Vy 0 and Vy = Vc−Vd.
前記Vx−Vy平面上の、前記(Vx0,Vy0)に対応する前記光出力部における前記光損失の最大範囲と当該光出力部に隣接する光出力部からのクロストークが生じる範囲との交点の座標を(Vxc,Vyc)、任意の定数ξおよびηがξ=2−η−2(1−η)1/2で表されるとき、(Vxd,Vyd)は、(Vxd,Vyd)=(Vxc/η,Vyc/ξ)で表されることを特徴とする光スイッチの制御方法。 The method of controlling an optical switch according to claim 8 or 9,
On the Vx-Vy plane, the (Vx 0, Vy 0) in the range where crosstalk occurs from the light output section adjacent to the maximum range and the optical output of the light loss in the light output section corresponding When the coordinates of the intersection are (Vxc, Vyc) and arbitrary constants ξ and η are expressed by ξ = 2−η−2 (1-η) 1/2 , (Vxd, Vyd) is (Vxd, Vyd) = (Vxc / η, Vyc / ξ). A method for controlling an optical switch.
出力光を出力する少なくとも1つの光出力部と、
前記光入力部または前記光出力部の選択に用いられるx軸およびこのx軸と直交するy軸に対して回動可能に支持されたミラーと、このミラーと対向配置された複数の電極とを有するミラー装置と、
前記電極に電極電圧を印加して前記ミラーを前記x軸回りおよび前記y軸回りにそれぞれ回動させる駆動制御部と
を備えた光スイッチの制御方法であって、
目標とする光強度に対応した制御変数Vtを算出する制御変数算出ステップと、
前記制御変数Vtから前記ミラーをx軸およびy軸回りにそれぞれ回動させる軸電圧VxおよびVyを算出する軸電圧算出ステップと、
前記Vxおよび前記Vyから前記電極それぞれに印加する電極電圧を算出し、この電極電圧を対応する前記電極に印加する電極電圧制御ステップと
を有し、
(Vx0,Vy0)を前記光損失が最低となるVx−Vy平面上の座標、(Vxd,Vyd)を前記Vx−Vy平面上の任意の座標、Lを前記(Vx0,Vy0)から前記(Vxd,Vyd)までの前記Vtが通る軌跡の長さとすると、
前記軸電圧Vxは、Vx=(−Vxd/L2)・(Vt−L)2+Vxd+Vx0で表され、
前記軸電圧Vyは、Vy=(Vyd/L2)・Vt2+Vy0で表される
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 supported to be rotatable with respect to an x-axis used for selecting the light input unit or the light output unit and a y-axis orthogonal to the x-axis, and a plurality of electrodes arranged to face the mirror A mirror device having
A drive control unit that applies an electrode voltage to the electrode to rotate the mirror about the x-axis and the y-axis, respectively.
A control variable calculating step for calculating a control variable Vt corresponding to the target light intensity;
An axial voltage calculating step of calculating axial voltages Vx and Vy for rotating the mirror about the x axis and the y axis from the control variable Vt;
Calculating an electrode voltage to be applied to each of the electrodes from the Vx and the Vy, and an electrode voltage control step of applying the electrode voltage to the corresponding electrode,
(Vx 0 , Vy 0 ) is a coordinate on the Vx-Vy plane where the optical loss is minimum, (Vxd, Vyd) is an arbitrary coordinate on the Vx-Vy plane, and L is the above (Vx 0 , Vy 0 ). And the length of the trajectory through which the Vt passes from (Vxd, Vyd) to
The shaft voltage Vx is expressed by Vx = (− Vxd / L 2 ) · (Vt−L) 2 + Vxd + Vx 0 ,
The shaft voltage Vy is expressed by Vy = (Vyd / L 2 ) · Vt 2 + Vy 0 .
出力光を出力する少なくとも1つの光出力部と、
前記光入力部または前記光出力部の選択に用いられるx軸およびこのx軸と直交するy軸に対して回動可能に支持されたミラーと、このミラーと対向配置された複数の電極とを有するミラー装置と、
前記電極に電極電圧を印加して前記ミラーを前記x軸回りおよび前記y軸回りにそれぞれ回動させる駆動制御部と
を備えた光スイッチの制御方法であって、
目標とする光強度に対応した制御変数Vtを算出する制御変数算出ステップと、
前記制御変数Vtから前記ミラーをx軸およびy軸回りにそれぞれ回動させる軸電圧VxおよびVyを算出する軸電圧算出ステップと、
前記Vxおよび前記Vyから前記電極それぞれに印加する電極電圧を算出し、この電極電圧を対応する前記電極に印加する電極電圧制御ステップと
を有し、
前記電極は、前記ミラーの前記x軸回りの回動を制御する電極a,bと、前記ミラーの前記y軸回りの回動を制御する電極c,dとを備え、
(Vx0,Vy0)を光損失が最低となるVx−Vy平面上の座標、(Vxd,Vyd)を前記Vx−Vy平面上の任意の座標、Lを前記(Vx0,Vy0)から前記(Vxd,Vyd)までの前記Vtが通る軌跡の長さ、前記電極aに印加される電極電圧をVa、前記電極bに印加される電極電圧をVb、前記電極cに印加される電極電圧をVc、前記電極dに印加される電極電圧をVdとすると、
前記軸電圧Vxは、Vx=(−Vxd/L2)・(Vt−L)2+Vxd+Vx0およびVx=Va−Vbで表され、
前記軸電圧Vyは、Vy=(Vyd/L2)・Vt2+Vy0およびVy=Vc−Vdで表される
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 supported to be rotatable with respect to an x-axis used for selecting the light input unit or the light output unit and a y-axis orthogonal to the x-axis, and a plurality of electrodes arranged to face the mirror A mirror device having
A drive control unit that applies an electrode voltage to the electrode to rotate the mirror about the x-axis and the y-axis, respectively.
A control variable calculating step for calculating a control variable Vt corresponding to the target light intensity;
An axial voltage calculating step of calculating axial voltages Vx and Vy for rotating the mirror about the x axis and the y axis from the control variable Vt;
Calculating an electrode voltage to be applied to each of the electrodes from the Vx and the Vy, and an electrode voltage control step of applying the electrode voltage to the corresponding electrode,
The electrodes include electrodes a and b for controlling the rotation of the mirror about the x-axis and electrodes c and d for controlling the rotation of the mirror about the y-axis,
(Vx 0 , Vy 0 ) is a coordinate on the Vx-Vy plane where the optical loss is the lowest, (Vxd, Vyd) is an arbitrary coordinate on the Vx-Vy plane, and L is from the above (Vx 0 , Vy 0 ). The length of the trajectory through which the Vt passes to (Vxd, Vyd), the electrode voltage applied to the electrode a is Va, the electrode voltage applied to the electrode b is Vb, and the electrode voltage applied to the electrode c Is Vc, and the electrode voltage applied to the electrode d is Vd,
The shaft voltage Vx is expressed by Vx = (− Vxd / L 2 ) · (Vt−L) 2 + Vxd + Vx 0 and Vx = Va−Vb,
The shaft voltage Vy is expressed by Vy = (Vyd / L 2 ) · Vt 2 + Vy 0 and Vy = Vc−Vd.
前記制御変数算出ステップは、予め記憶された前記光強度と前記制御変数Vtとの対応に基づいて、前記目標とする光損失に対応した制御変数Vtを取得する
ことを特徴とする光スイッチの制御方法。 The method of controlling an optical switch according to claim 11 or 12,
The control variable calculating step acquires the control variable Vt corresponding to the target optical loss based on the correspondence between the light intensity stored in advance and the control variable Vt. Method.
前記制御変数算出ステップは、予め記憶された前記光強度と前記制御変数Vtとの対応を近似した当該制御変数Vtの近似式に基づいて、前記目標とする光損失に対応した制御変数Vtを算出する
ことを特徴とする光スイッチの制御方法。 The method of controlling an optical switch according to claim 11 or 12,
The control variable calculation step calculates a control variable Vt corresponding to the target light loss based on an approximate expression of the control variable Vt that approximates the correspondence between the light intensity stored in advance and the control variable Vt. A method for controlling an optical switch.
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---|---|---|---|---|
JP2009047917A (en) * | 2007-08-20 | 2009-03-05 | Fujitsu Ltd | Optical wavelength selective switch and control method |
JP2009521713A (en) * | 2005-12-22 | 2009-06-04 | カペラ フォトニクス インコーポレイテッド | Reducing MEMS mirror edge diffraction in wavelength selective switches using servo-based rotation around multiple non-orthogonal axes |
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