JP4137678B2 - 光偏向装置と、光スイッチと、光偏向装置の制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可動ミラーを用いて光ビームの偏向方向を制御する光偏向装置に関する。また、光偏向装置を用いて複数の光ファイバ間のカップリングを制御する光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＷＯ０１/９５０１３Ａ２は、複数の可動ミラーと、コリメータレンズと、入出力光ファイバ等から構成される光スイッチを開示している。この光スイッチでは、選択した入出力経路に関係する可動ミラーの姿勢を最適化する制御は次のようにして行なわれる。まず、予め決めておいた駆動パターンに基づいて可動ミラーを駆動し、各駆動信号における光量をサンプリングし、駆動信号と光量の関係を曲線となるように近似計算する。次に、得られた近似曲線から、光量が最大となるときの駆動信号を推定し、その駆動信号によって可動ミラーを駆動する。
【０００３】
【特許文献１】
ＷＯ０１/９５０１３Ａ２
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＷＯ０１/９５０１３Ａ２に開示されている可動ミラーの姿勢の制御方法では、可動ミラーの姿勢と光量との関係を表す近似曲線を求め、求めた近似曲線から光量が最大となる可動ミラーの姿勢を推定する動作が必要である。近似曲線を得るためには、光量が最大となる姿勢を含む比較的広範囲で、可動ミラーを駆動し、光量をサンプリングする必要がある。
【０００５】
しかし、可動ミラーの偏向動作による光量の増減は損失の増減となるため、この系に光信号が入力されている場合には、光信号の信号品質が劣化する。従って、前述の制御は例えば光スイッチの稼動中に行なうことは難しい。また、例えば工場出荷時や定期的なキャリブレーション時などに前述の姿勢制御を行なったとしても、光スイッチの稼動中に経時変化や外乱の影響による可動ミラーの姿勢誤差が生じた場合には対応できず、損失が増加し、やはり光信号の信号品質の劣化を招く。従って、可動ミラーの前述の制御方法では、例えば光スイッチに用いた場合に光信号品質を安定させることができず、光スイッチの信頼性の低下を招くおそれがある。
【０００６】
このような不具合を解決する手段の一つとして、例えば特開平１１−１３６１９０号公報に開示されているように、可動ミラーを微動したことにより光量が増加すれば微動後の姿勢を維持し、可動ミラーを微動したことにより光量が減少すれば微動前の姿勢に戻すといった動作を、可動ミラーの各駆動軸周りに繰り返し行なう方法がある。
【０００７】
しかし、この方法では、可動ミラーは、決まったいくつかの方向に対して、一定の順序で繰り返し微動される。従って、可動ミラーは、必然的に、何度も繰り返し不適切な方向にも向けられる。このような不必要な動作の繰り返しは、可動ミラーの姿勢制御の高速化にとって好ましくない。
【０００８】
本発明は、このような現状を考慮して成されたものであり、その目的は、可動ミラーの姿勢制御を高速に行なえる信頼性の高い光偏向装置を提供することである。また、本発明の他の目的は、このような光偏向装置を提供することにより、光信号のスイッチングを高速に行なえる信頼性の高い光スイッチを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ひとつには、光偏向装置に向けられており、以下に記す光偏向装置を含んでいる。
【００１０】
本発明の光偏向装置は、光ビームを偏向する姿勢制御可能な光偏向面を有する光偏向部と、光偏向部を駆動するドライバと、ドライバを制御する制御信号を生成する制御手段と、制御手段から出力される制御信号を異なる二つの時点において保持する二つの制御信号保持部と、制御信号保持部に保持された二つの制御信号を比較して、その増減に関する情報を制御信号監視信号として出力する制御信号比較部と、光偏向部で偏向された光ビームの光強度に応じた光強度信号を出力する光強度検出部と、異なる二つの時点における制御信号に同期して異なる二つの時点における光強度信号を保持する二つの光強度信号保持部と、光強度信号保持部に保持された二つの光強度信号を比較して、その増減に関する情報を光強度監視信号として出力する光強度信号比較部とを有しており、制御手段は、光強度監視信号と制御信号監視信号とに基づいて光強度検出部からの出力信号を増大させる制御信号を生成する。
【００１８】
本発明は、ひとつには、光スイッチに向けられており、以下に記す光スイッチを含んでいる。
【００１９】
本発明の光スイッチは、入力光ファイバと、複数の出力光ファイバと、入力光ファイバから射出された光ビームを複数の出力光ファイバの一つに方向付ける姿勢制御可能な光偏向面を有する光偏向部と、光偏向部を駆動するドライバと、ドライバを制御する制御信号を生成する制御手段と、制御手段から出力される制御信号を異なる二つの時点において保持する二つの制御信号保持部と、制御信号保持部に保持された二つの制御信号を比較して、その増減に関する情報を制御信号監視信号として出力する制御信号比較部と、出力光ファイバにカップリングした光ビームの光強度に応じた光強度信号を出力する複数の光強度検出部と、異なる二つの時点における制御信号に同期して光強度検出部から出力される光強度信号を異なる二つの時点において保持する二つの光強度信号保持部と、光強度信号保持部に保持された二つの光強度信号を比較して、その増減に関する情報を光強度監視信号として出力する光強度信号比較部とを有しており、制御手段は、光強度監視信号と制御信号監視信号とに基づいて光強度検出部からの出力信号を増大させる制御信号を生成する。
【００２１】
本発明は、ひとつには、光偏向装置の制御方法に向けられており、以下に記す制御方法を含んでいる。
【００２２】
本発明の光偏向装置の制御方法は、制御信号に基づいて光偏向面の姿勢を設定する工程と、異なる二つの時点における制御信号とこれに対応する異なる二つの時点における光強度とを保持する保持工程と、新たな制御信号を生成する生成工程とを有し、これら一連の工程を繰り返して実行する制御方法であって、生成工程は、保持工程の複数回の実行によって得られる、制御信号の変化とこれに同期した光強度の変化に基づいて、光強度が最大に近づくような制御信号を生成することを特徴とする。
【００２６】
本発明の光偏向装置の別の制御方法は、光ビームを偏向する光偏向面を目標の姿勢に制御する制御信号を生成し、光偏向面で偏向された光ビームの光強度を検出し、異なる二つの時点における制御信号とこれに対応する異なる二つの時点における光強度とを保持し、これら一連の動作を更新し続け、制御信号の変化に対する光強度の変化に基づいて光強度を増大させるように制御信号を変化させ続ける。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００３１】
第一実施形態
図１を参照しながら、本発明の第一実施形態の光偏向装置１０の構成について説明する。
【００３２】
光偏向装置１０は、姿勢制御可能な光偏向面を有する可動ミラー（光偏向部）１１と、可動ミラー１１を駆動するドライバ１７と、ドライバ１７を制御する制御信号を生成する制御回路１５と、可動ミラー１１で偏向された光ビームを分岐する光分岐手段１２と、光分岐手段１２から出力される光ビームの光量に応じた光量信号を出力する光量モニタ１３と、光量モニタ１３から出力された光量信号の経時変化を監視して、その変化に関する情報を光量監視信号として出力する光量変化監視回路（光強度監視手段）１４と、制御回路１５から出力される制御信号の経時変化を監視して、その変化に関する情報を制御信号監視信号として出力する制御信号監視回路（制御信号監視手段）１６とから構成されている。
【００３３】
光分岐手段１２と光量モニタ１３は、可動ミラー１１で偏向された光ビームの光強度に応じた光強度信号を出力する光強度検出部を構成している。
【００３４】
次に、本実施形態における光偏向装置１０の動作について説明する。
【００３５】
制御回路１５は、最初に、可動ミラー１１の光偏向面を目標の姿勢に制御する制御信号を、制御信号監視回路１６とドライバ１７に出力する。
【００３６】
ドライバ１７は、入力される制御信号を可動ミラー１１を駆動する駆動信号に変換し、駆動信号を可動ミラー１１に出力する。可動ミラー１１は、入力された駆動信号に従って光偏向面の姿勢を変更する。
【００３７】
光偏向装置１０に入力された光ビームは、可動ミラー１１で偏向される。可動ミラー１１で偏向された光ビームは、光分岐手段１２で二つに分岐される。分岐された一方の光ビームは、光偏向装置１０から出力され、他方の光ビームはモニタ光として光量モニタ１３に入力される。光量モニタ１３は、モニタ光の光量に比例した光量信号を光量変化監視回路１４に出力する。
【００３８】
制御回路１５は、以降、先に出力した制御信号から僅かに変化させた制御信号を、制御信号監視回路１６とドライバ１７に出力する。
【００３９】
制御信号監視回路１６は、制御回路１５から出力される連続する二つの制御信号に基づいて、制御信号の変化に対応した制御信号監視信号を制御回路１５に出力する。また、光量変化監視回路１４は、連続する二つの制御信号に対応して光量モニタ１３から出力される連続した二つの光量信号に基づいて、光量信号の変化に対応した光量監視信号を制御回路１５に出力する。
【００４０】
制御回路１５は、以降、光量監視信号と制御信号監視信号に基づいて光量信号を増大させる制御信号を生成する。
【００４１】
次に、図２と図３を参照しながら、光量信号を増大させる制御信号の生成について説明する。
【００４２】
図２は、可動ミラー１１の偏向角に対する光量の変化パターン２０を示している。図２に示されるように、光量の変化パターン２０は、可動ミラー１１の偏向角２３に対して最大値２４を取る。なお、偏向角２３において可動ミラー１１の偏向角が０度であるとは限らない。
【００４３】
図３は、可動ミラー１１の実際の偏向に対する、光量の変化を模式的に示している。図３において、光量は、可動ミラー１１の偏向角３０に対して光量値３１を取り、偏向角３２に対して光量値３３、偏向角３４に対して光量値３５、偏向角３６に対して光量値３７を取る。破線で示された光量の変化パターン２０ａは、光量値３１、３３、３５、３７の他は分からないことを示している。
【００４４】
可動ミラー１１の偏向角が偏向角２３より小さい場合、可動ミラー１１を例えば偏向角３０から偏向角３２へと変化させると、光量は光量値３１から光量値３３へと増加する。一方、可動ミラー１１の偏向角が偏向角２３より大きい場合、可動ミラー１１を例えば偏向角３４から偏向角３６へと変化させると、光量は光量値３５から光量値３７へと減少する。
【００４５】
図３を参照しながら、制御信号の増減を判断する動作について説明する。
【００４６】
例えば、可動ミラー１１の偏向角を、偏向角３０から偏向角３２に増大させると、光量は光量値３１から光量値３３に増加する。偏向角の増大に対して光量が増加したことから、可動ミラー１１の偏向角は、光量の変化パターン２０ａの最大値２４を与える偏向角２３よりも小さいと判断できる。従って、可動ミラー１１の偏向角を現在よりも増大させたときに光量がさらに増加する可能性が高いと判断できる。
【００４７】
一方、可動ミラー１１の偏向角を、偏向角３４から偏向角３６に増大させると、光量は光量値３５から光量値３７に減少する。偏向角の増大に対して光量が減少したことから、可動ミラー１１の偏向角は、光量の変化パターン２０ａの最大値２４を与える偏向角２３よりも大きいと判断できる。従って、可動ミラー１１の偏向角を現在よりも減少させたときに光量が増加する可能性が高いと判断できる。
【００４８】
なお、偏向角を減少させたときの判断についても同様である。
【００４９】
以上から、下記の（ａ）〜（ｄ）の制御を行なうことにより、可動ミラー１１の偏向角を最大の光量値２４を与える偏向角２３に近づけることが可能である。
【００５０】
（ａ）偏向角を増大させたときに光量が増加すれば、今よりも偏向角を増大させる制御信号を生成する。
【００５１】
（ｂ）偏向角を増大させたときに光量が減少すれば、今よりも偏向角を減少させる制御信号を生成する。
【００５２】
（ｃ）偏向角を減少させたときに光量が増加すれば、今よりも偏向角を減少させる制御信号を生成する。
【００５３】
（ｄ）偏向角を減少させたとときに光量が減少すれば、今よりも偏向角を増大させる制御信号を生成する。
【００５４】
図４を参照しながら、光量変化監視回路１４と制御信号監視回路１６の具体的な構成と動作について説明する。
【００５５】
制御信号監視回路１６は、制御回路１５から出力された制御信号を保持するメモリ（制御信号保持部）４１と、メモリ４１に保持された制御信号の直前に制御回路１５から出力された制御信号を保持するメモリ（制御信号保持部）４２と、メモリ４１とメモリ４２に保持されている制御信号の差を求める減算回路（制御信号比較部）４３とから構成されている。
【００５６】
光量変化監視回路１４は、メモリ４１に保持されている制御信号によって可動ミラー１１が駆動されたときの光量信号を保持するメモリ（光強度信号保持部）４４と、メモリ４２に保持されている制御信号によって可動ミラー１１が駆動されたときの光量信号を保持するメモリ（光強度保持部）４５と、メモリ４４とメモリ４５に保持されている光量信号の差を求める減算回路（光強度信号比較部）４６とから構成されている。
【００５７】
制御回路１５は、制御信号をドライバ１７とメモリ４１に出力する。メモリ４１は、それまで保持していた制御信号をメモリ４２に出力すると共に、新しく入力された制御信号を保持する。メモリ４２は、それまで保持していた制御信号を破棄し、新しく入力された制御信号を保持する。減算回路４３は、メモリ４１とメモリ４２に保持されている制御信号の差を求め、その差に対応した信号を制御回路１５に出力する。減算回路４３は、制御信号の差そのものの信号を出力しても、差に対応した符号の信号を出力してもよい。制御回路１５は、減算回路４３の出力から制御信号の増減を判断する。
【００５８】
ドライバ１７は、新たに入力された制御信号を駆動信号に変換して可動ミラー１１に出力する。可動ミラー１１は、新たに入力された駆動信号に従って偏向面の姿勢を変更する。その結果、光量モニタ１３から出力される光量信号は変化する。
【００５９】
光量モニタ１３は光量信号をメモリ４４に出力する。メモリ４４は、それまで保持していた光量信号をメモリ４５に出力すると共に、光量モニタ１３から新しく入力された光量信号を保持する。メモリ４５は、それまで保持していた光量信号を破棄し、新しく入力された光量信号を保持する。減算回路４６は、メモリ４４とメモリ４５に保持されている光量信号の差を求め、その差に対応した信号を制御回路１５に出力する。減算回路４６は、光量信号の差そのものの信号を出力しても、差に対応した符号の信号を出力してもよい。制御回路１５は、減算回路４６の出力から光量信号の増減を判断する。
【００６０】
次に、図５を参照しながら、光量変化監視回路１４と制御信号監視回路１６の別の具体的な構成と動作について説明する。
【００６１】
制御信号監視回路１６は、制御回路１５から出力された制御信号を保持する二つのメモリ（制御信号保持部）５１と５２と、メモリ５１とメモリ５２に保持されている制御信号の差を求める減算回路（制御信号比較部）５３と、入力される制御信号をメモリ５１とメモリ５２に交互に切り替えて送る切替器５７とから構成されている。
【００６２】
光量変化監視回路１４は、光量モニタ１３から出力された光量信号を保持する二つのメモリ（光強度保持部）５４と５５と、メモリ５４とメモリ５５に保持されている制御信号の差を求める減算回路（光強度信号比較部）５６と、入力される光量信号をメモリ５４とメモリ５５に交互に切り替えて送る切替器５８とから構成されている。
【００６３】
切替器５７と切替器５８の切替タイミングは同期しており、例えば制御回路１５から出力される同期信号に従って切り替えを行なう。
【００６４】
制御回路１５は、制御信号をドライバ１７と切替器５７に出力する。切替器５７は、制御信号をメモリ５１とメモリ５２の一方に交互に送ると共に、メモリ５１とメモリ５２に保持されている制御信号の時間的な関係に関する信号を減算回路５３に出力する。メモリ５１とメモリ５２は、新しく入力された制御信号を保持し、それまで保持していた制御信号は破棄する。減算回路５３は、メモリ５１とメモリ５２に保持されている制御信号と、切替器５７から入力される制御信号の時間的な関係に関する信号とに基づいて、時間的に新しい制御信号から時間的に古い制御信号を減算し、その差に対応した信号を制御回路１５に出力する。減算回路５３は、制御信号の差そのものの信号を出力しても、差に対応した符号の信号を出力してもよい。制御回路１５は、減算回路５３の出力から制御信号の増減を判断する。
【００６５】
ドライバ１７は、新たに入力された制御信号を駆動信号に変換して可動ミラー１１に出力する。可動ミラー１１は、新たに入力された駆動信号に従って偏向面の姿勢を変更する。その結果、光量モニタ１３から出力される光量信号は変化する。
【００６６】
光量モニタ１３は光量信号を切替器５８に出力する。切替器５８は、光量信号をメモリ５４とメモリ５５の一方に交互に送ると共に、メモリ５４とメモリ５５に保持されている光量信号の時間的な関係に関する信号を減算回路５６に出力する。メモリ５４とメモリ５５は、新しく入力された光量信号を保持し、それまで保持していた光量信号は破棄する。減算回路５６は、メモリ５４とメモリ５５に保持されている光量信号と、切替器５８から入力される光量信号の時間的な関係に関する信号とに基づいて、時間的に新しい光量信号から時間的に古い光量信号を減算し、その差に対応した信号を制御回路１５に出力する。減算回路５６は、光量信号の差そのものの信号を出力しても、差に対応した符号の信号を出力してもよい。制御回路１５は、減算回路５６の出力から光量信号の増減を判断する。
【００６７】
次に、図６を参照しながら、制御回路１５の具体的な構成と動作について説明する。
【００６８】
制御回路１５は、制御信号監視回路１６からの制御信号監視信号と光量変化監視回路１４からの光強度監視信号とに基づいて、制御信号の増減を維持するか反転させるかの情報を判定信号として出力する論理回路（判定信号出力部）６５と、判定信号に基づいて制御信号を生成する制御信号更新部６４とから構成されている。
【００６９】
論理回路６５は、制御信号の増減に対して光強度信号が増加した場合には制御信号の増減を維持する判定信号を出力し、制御信号の増減に対して光強度信号が減少した場合には制御信号の増減を反転させる判定信号を出力する。
【００７０】
制御信号更新部６４は、最新の制御信号を保持する信号保持回路（信号保持部）６１と、制御信号の増減量となる増減信号を生成する信号発生器（増減信号生成部）６２と、論理回路６５から入力される判定信号に基づいて、制御信号保持回路６１から出力される制御信号と信号発生器６２から出力される増減信号を加算または減算する加減算回路（演算部）６３とから構成されている。
【００７１】
加減算回路６３は、可動ミラー１１の姿勢の変更を行なうタイミング毎に、論理回路６５からの判定信号に従って、信号保持回路６１の出力信号と信号発生器６２の出力信号とを加算または減算し、その結果を制御信号として信号保持回路６１とドライバ１７に出力する。信号保持回路６１は、これまで保持していた制御信号を破棄し、新しく入力された制御信号を最新の制御信号として保持する。信号発生器６２は、一度の姿勢制御における可動ミラー１１の偏向角の変更量を決める増減信号を出力する。
【００７２】
信号発生器６２から出力される増減信号は可変であり、例えば、光量が小さい場合には増減信号を大きくして偏向角の変更量を大きくし、光量が大きい場合には増減信号を小さくして偏向角の変更量が小さくしてもよい。
【００７３】
論理回路６５は、例えばＸＯＲとＮＯＴとで構成される。論理回路６５は、光量変化監視回路１４の出力信号と制御信号監視回路１６の出力信号とが同じ極性を有する（正負が一致する）場合には、加減算回路６３に加算を指示する判定信号を出力し、光量変化監視回路１４の出力信号と制御信号監視回路１６の出力信号とが異なる極性を有する（正負が異なる）場合には、加減算回路６３に減算を指示する判定信号を出力する。
【００７４】
図６に示される制御回路１５は、図４に示された光量変化監視回路１４と制御信号監視回路１６と組み合わされても、図５に示された光量変化監視回路１４と制御信号監視回路１６と組み合わされてもよい。
【００７５】
本実施形態の光偏向装置によれば、制御信号の変化と光強度信号の変化とに基づいて、光量が増加する姿勢を推測して、光量信号を増大させる制御信号を生成するため、可動ミラー１１の偏向面を、少ない回数の偏向角の変更によって、最適な姿勢に制御することができる。つまり、可動ミラー１１の光偏向面を、何度も繰り返し不適切な方向に向けることなく、最適な方向に向けることができる。これにより、光偏向面の姿勢制御の信頼性が向上される。
【００７６】
第一実施形態は、各種の変更や変形が施されてもよい。例えば、制御回路１５から出力される制御信号により、可動ミラー１１の姿勢は一意に決まるため、制御信号を監視する代わりに、ドライバ１７から出力される駆動信号の増減を監視してもよい。また、可動ミラー１１の姿勢に関する情報を検出するセンサを付加し、そのセンサ出力の増減を監視してもよい。
【００７７】
第二実施形態
本発明の第二実施形態について説明する。本実施形態は、第一実施形態の光偏向装置を用いた光スイッチに向けられている。
【００７８】
図７を参照しながら、本実施形態の光スイッチについて説明する。
【００７９】
本実施形態の光スイッチ７０は、少なくとも一つのレンズ付入力光ファイバ７１と、複数のレンズ付出力光ファイバ７２と、可動ミラー１１ａを含む光偏向装置７７と、可動ミラー１１ｂを含む別の光偏向装置７８と、可動ミラー１１ａと可動ミラー１１ｂと共働してレンズ付入力光ファイバ７１から射出される光ビームを複数のレンズ付出力光ファイバ７２の一つに方向付ける光スイッチ光学系７３と、それぞれのレンズ付出力光ファイバ７２に入力された光ビームの一部を分岐させる複数のスプリッタ７４と、それぞれのスプリッタ７４によって分岐された光ビームの光量に対応する光量信号を出力する複数の光量モニタ７５と、光量モニタ７５から出力される光量信号を光偏向装置７７と光偏向装置７８の一方に選択的に送る切替器７６とから構成されている。
【００８０】
複数のスプリッタ７４と複数の光量モニタ７５は、レンズ付出力光ファイバ７２にカップリングした光ビームの光量に応じた光量信号を出力する複数の光強度検出部を構成している。
【００８１】
光偏向装置７７と光偏向装置７８は共に、第一実施形態の光偏向装置１０に似た構成を有している。より詳しくは、光偏向装置７７と光偏向装置７８は共に、第一実施形態の光偏向装置１０から光分岐手段１２と光量モニタ１３を省いた構成を有している。
【００８２】
従って、光偏向装置７７は、姿勢制御可能な光偏向面を有する可動ミラー（光偏向部）１１ａと、可動ミラー１１ａを駆動するドライバ１７ａと、ドライバ１７ａを制御する制御信号を生成する制御回路（制御手段）１５ａと、切替器７６から入力される光量信号の変化を監視して、その変化に関する情報を光量監視信号として出力する光量変化監視回路（光強度監視手段）１４ａと、制御回路１５ａから出力される制御信号の変化を監視して、その変化に関する情報を制御信号監視信号として出力する制御信号監視回路（制御信号監視手段）１６ａとから構成され、制御回路１５ａは、光量監視信号と制御信号監視信号とに基づいて制御信号を生成する。
【００８３】
同様に、光偏向装置７８は、姿勢制御可能な光偏向面を有する可動ミラー（光偏向部）１１ｂと、可動ミラー１１ｂを駆動するドライバ１７ｂと、ドライバ１７ｂを制御する制御信号を生成する制御回路（制御手段）１５ｂと、切替器７６から入力される光量信号の変化を監視して、その変化に関する情報を光量監視信号として出力する光量変化監視回路（光強度監視手段）１４ｂと、制御回路１５ｂから出力される制御信号の変化を監視して、その変化に関する情報を制御信号監視信号として出力する制御信号監視回路（制御信号監視手段）１６ｂとから構成され、制御回路１５ｂは、光量監視信号と制御信号監視信号とに基づいて制御信号を生成する。
【００８４】
光偏向装置７７と光偏向装置７８の各部の詳細な構成と動作は第一実施形態の光偏向装置１０と実質的に同じである。
【００８５】
次に、図８を参照しながら、本実施形態の光スイッチの動作を説明する。工程８１において、レンズ付入力光ファイバ７１と目標のレンズ付出力光ファイバ７２とをカップリングさせるように、可動ミラー１１ａと１１ｂを偏向させる。工程８２において、可動ミラー１１ａのＸ軸周りの姿勢制御を行なう。工程８３において、可動ミラー１１ａのＹ軸周りの姿勢制御を行なう。工程８４において、可動ミラー１１ｂのＸ軸周りの姿勢制御を行ない、工程８５において、可動ミラー１１ｂのＹ軸周りの姿勢制御を行なう。工程８６において、レンズ付入力光ファイバ７１とレンズ付出力光ファイバ７２のカップリング経路を切り替えるか判断し、経路を維持する場合は工程８２に戻り、経路を切り替える場合には、工程８７において経路を切り替える。
【００８６】
図９を参照しながら、工程８２〜工程８５の姿勢制御動作について説明する。以下の説明では、可動ミラー１１ａと可動ミラー１１ｂを代表的に可動ミラー１１で表現する。工程８０１において、偏向前の制御信号を保持し、工程８０２において、偏向前の光量を保持する。次に、工程８０３において、制御信号を変更して可動ミラー１１を偏向させる。次に、工程８０４において、偏向後の制御信号を保持し、工程８０５において、偏向後の光量を保持する。次に、工程８０６において、工程８０１で得られた制御信号と工程８０４で得られた制御信号とから制御信号の増減を判断する。次に、工程８０７において、工程８０２で得られた光量と工程８０５で得られた光量とから光量の増減を判断する。次に、工程８０８において、制御信号の増減を求める工程８０６の判断結果と光量の増減を求める工程８０７の判断結果とから、可動ミラー１１を偏向させる次回の工程８０３で制御信号を増やすのか減らすのかを決める。
【００８７】
この姿勢制御においては、例えば、レンズ付入力光ファイバ７１とレンズ付出力光ファイバ７２とをカップリングさせるために必要な可動ミラーの個数が更に多い場合には、姿勢制御動作の工程を増やすことによって、容易に対応可能である。
【００８８】
図１０を参照しながら、工程８２〜工程８５の別の姿勢制御動作について説明する。工程８０１〜工程８０８は、図９の姿勢制御動作と同様である。工程８０９においては、工程８０６において制御信号を増やすのか減らすのかを判断する符号が反転したときを検出し、符号が反転した時点で光量が最大に到達したと判断する。
【００８９】
図９の姿勢制御動作では、一つの軸周りの姿勢制御を行なった後に、再びその姿勢制御を行なうまでに、それ以外の三つの軸周りの姿勢制御を行なっている。つまり、例えば、可動ミラー１１ａのＸ軸周りの姿勢制御を行なった後、この姿勢制御を再び行なうまでに、可動ミラー１１ａのＹ軸周りの姿勢制御と可動ミラー１１ｂのＸ軸周りの姿勢制御とＹ軸周りの姿勢制御とを行なっている。このため、一つの軸周りの姿勢制御は、他の三つの軸周りの姿勢制御を行なったことによる光量変化の影響を受けている。
【００９０】
これに対して、図１０の姿勢制御動作では、各軸周り毎に独立して姿勢制御を行なうため、姿勢制御に対する光量変化が直接フィードバックされる。
【００９１】
本実施形態の光スイッチでは、光量が増加する姿勢を推測して、光量信号が増大するように、可動ミラー１１ａと１１ｂの姿勢を制御する光偏向装置７７と７８を用いて、目標のレンズ付出力光ファイバ７２にカップリングさせる光ビームの方向を制御している。従って、光スイッチの動作中であっても、可動ミラー１１ａと１１ｂの姿勢制御を行なうことができる。また、可動ミラー１１ａと１１ｂの偏向面を、少ない回数の偏向角の変更によって、最適な姿勢に制御することができるため、光スイッチに求められる高速な切り替えを行なうことができる。
【００９２】
本実施形態は、各種の変形や変更が施されてもよい。
【００９３】
例えば、本実施形態の光スイッチは、二つの光偏向装置７７と７８を含んでいるが、その個数はそれに限定されるものでない。すなわち、光スイッチは、たった一つの光偏向装置を含んでいるだけであってもよい。あるいは、光スイッチは、これとは反対に、三つ以上の光偏向装置を含んでいてもよい。
【００９４】
また、レンズ付入力光ファイバ７１とレンズ付出力光ファイバ７２は共に、個別のレンズと光ファイバとで構成されてもよい。光ファイバは個別であっても、アレイ状であってもよい。レンズも個別であっても、アレイ状であってもよい。また、入力光ファイバと出力光ファイバは同一のアレイであってもよい。また、光スイッチ光学系７３は、可動ミラー１１ａと可動ミラー１１ｂの他に固定反射ミラーを含んでいてもよく、また可動ミラー１１ａと可動ミラー１１ｂは同一の可動ミラーアレイ上に位置していてもよい。
【００９５】
さらに、可動ミラーの姿勢制御において、工程８２と工程８３の間に工程８６が追加されてもよく、また工程８３と工程８４の間に工程８６が追加されてもよく、また工程８４と工程８５の間に工程８６が追加されてもよい。また、Ｘ軸周りの姿勢制御とＹ軸周りの姿勢制御の順序は逆にされてもよく、可動ミラー１１ａの姿勢制御と可動ミラー１１ｂの姿勢制御の順序も逆にされてもよい。
【００９６】
静電型ＭＥＭＳミラー
第一実施形態と第二実施形態における可動ミラー（光偏向部）は例えば静電型ＭＥＭＳミラーで構成される。以下、図１１と図１２を参照しながら、静電型ＭＥＭＳミラーについて説明する。
【００９７】
図１１と図１２に示されるように、静電型ＭＥＭＳミラーは、ミラー部（光偏向面）９２と、ミラー部９２を取り囲むミラー支持部材９４と、ミラー部９２とミラー支持部材９４を接続している一対のヒンジ９５ａと９５ｂと、ミラー支持部材９４を支持する一対のヒンジ９６ａと９６ｂと、ヒンジ９６ａと９６ｂを支持すると共にミラー部９２が偏向するための空間を確保するための基板９７と、基板９７に設けられた四つの互いに独立した駆動電極（駆動電極）９１ａ〜９１ｄと、ミラー部９２に駆動電極９１ａ〜９１ｄに対向して設けられた共通電極９３とから構成されている。
【００９８】
このような静電型ＭＥＭＳミラーにおいては、四つの駆動電極９１ａ〜９１ｄには予め基準となるバイアス電圧が印加され、ミラー部９２の偏向は、駆動する軸を基準にして互いに反対側に位置する駆動電極のバイアス電圧に逆極性の駆動電圧を印加することによって行なわれる。
【００９９】
具体的には、バイアス電圧をＶ0、Ｘ軸周りの所望の偏向量に対応した制御電圧をＶｘ、Ｙ軸周りの所望の偏向量に対応した制御電圧をＶｙとすると、四つの駆動電極９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄに印加される駆動電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄはそれぞれ以下の式で与えられる。
【０１００】
Ｖａ＝Ｖ0＋（−Ｖｘ＋Ｖｙ）／２
Ｖｂ＝Ｖ0＋（Ｖｘ＋Ｖｙ）／２
Ｖｃ＝Ｖ0＋（−Ｖｘ−Ｖｙ）／２
Ｖｄ＝Ｖ0＋（Ｖｘ−Ｖｙ）／２
静電型ＭＥＭＳミラーの駆動方法は、例えば書籍「光マイクロマシン」（オーム社）の１５９頁に開示されており、既に広く知られている技術であるので、その詳細な説明は省略する。ＶｘとＶｙは、偏向の方向に応じて正負の値を取り、軸周りにミラー部９２を右回りに偏向させるときに＋の値を取り、左回りに偏向させるときに−の値を取る。この駆動方法は一軸周りの偏向に対しても当然適用できる。
【０１０１】
ここでは、可動ミラー１１が静電型ＭＥＭＳミラーで構成されることを例示したが、可動ミラー１１は、これに限定されるものではなく、例えば、電磁型ＭＥＭＳミラーで構成されても、機械要素を組み合わせた可動ミラーで構成されてもよい。
【０１０２】
これまで、図面を参照しながら本発明の実施の形態を述べたが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。
【０１０３】
【発明の効果】
本発明によれば、光信号の信号品質の劣化が少なく、かつ、可動ミラーの姿勢制御を高速に行なえる光偏向装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第一実施形態による光偏向装置の構成を示している。
【図２】 図１に示される可動ミラーの偏向角に対する光量の変化パターンを示している。
【図３】 図１に示される可動ミラーの実際の偏向に対する光量の変化を模式的に示している。
【図４】 図１の光偏向装置の構成を示しており、特に光量変化監視回路と制御信号監視回路の具体的な構成を示している。
【図５】 図１の光偏向装置の構成を示しており、特に光量変化監視回路と制御信号監視回路の別の具体的な構成を示している。
【図６】 図１の光偏向装置の構成を示しており、特に制御回路の具体的な構成を示している。
【図７】 本発明の第二実施形態による光スイッチの構成を示している。
【図８】 図７に示される光スイッチの動作を示すフローチャートである。
【図９】 図８に示される工程８２〜工程８５の姿勢制御動作を示すフローチャートである。
【図１０】 図８に示される工程８２〜工程８５の別の姿勢制御動作を示すフローチャートである。
【図１１】 図１と図７の可動ミラーとして適用可能な静電型ＭＥＭＳミラーの平面図である。
【図１２】 図１１のXII−XII線に沿った静電型ＭＥＭＳミラーの断面図である。
【符号の説明】
１０…光偏向装置、１１…可動ミラー、１２…光分岐手段、１３…光量モニタ、１４…光量変化監視回路、１５…制御回路、１６…制御信号監視回路、１７…ドライバ、４１…メモリ、４２…メモリ、４３…減算回路、４４…メモリ、４５…メモリ、４６…減算回路、５１…メモリ、５２…メモリ、５３…減算回路、５４…メモリ、５５…メモリ、５６…減算回路、５７…切替器、５８…切替器、６１…信号保持回路、６２…信号発生器、６３…加減算回路、６４…制御信号更新部、６５…論理回路。
【発明の属する技術分野】
本発明は、可動ミラーを用いて光ビームの偏向方向を制御する光偏向装置に関する。また、光偏向装置を用いて複数の光ファイバ間のカップリングを制御する光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＷＯ０１/９５０１３Ａ２は、複数の可動ミラーと、コリメータレンズと、入出力光ファイバ等から構成される光スイッチを開示している。この光スイッチでは、選択した入出力経路に関係する可動ミラーの姿勢を最適化する制御は次のようにして行なわれる。まず、予め決めておいた駆動パターンに基づいて可動ミラーを駆動し、各駆動信号における光量をサンプリングし、駆動信号と光量の関係を曲線となるように近似計算する。次に、得られた近似曲線から、光量が最大となるときの駆動信号を推定し、その駆動信号によって可動ミラーを駆動する。
【０００３】
【特許文献１】
ＷＯ０１/９５０１３Ａ２
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＷＯ０１/９５０１３Ａ２に開示されている可動ミラーの姿勢の制御方法では、可動ミラーの姿勢と光量との関係を表す近似曲線を求め、求めた近似曲線から光量が最大となる可動ミラーの姿勢を推定する動作が必要である。近似曲線を得るためには、光量が最大となる姿勢を含む比較的広範囲で、可動ミラーを駆動し、光量をサンプリングする必要がある。
【０００５】
しかし、可動ミラーの偏向動作による光量の増減は損失の増減となるため、この系に光信号が入力されている場合には、光信号の信号品質が劣化する。従って、前述の制御は例えば光スイッチの稼動中に行なうことは難しい。また、例えば工場出荷時や定期的なキャリブレーション時などに前述の姿勢制御を行なったとしても、光スイッチの稼動中に経時変化や外乱の影響による可動ミラーの姿勢誤差が生じた場合には対応できず、損失が増加し、やはり光信号の信号品質の劣化を招く。従って、可動ミラーの前述の制御方法では、例えば光スイッチに用いた場合に光信号品質を安定させることができず、光スイッチの信頼性の低下を招くおそれがある。
【０００６】
このような不具合を解決する手段の一つとして、例えば特開平１１−１３６１９０号公報に開示されているように、可動ミラーを微動したことにより光量が増加すれば微動後の姿勢を維持し、可動ミラーを微動したことにより光量が減少すれば微動前の姿勢に戻すといった動作を、可動ミラーの各駆動軸周りに繰り返し行なう方法がある。
【０００７】
しかし、この方法では、可動ミラーは、決まったいくつかの方向に対して、一定の順序で繰り返し微動される。従って、可動ミラーは、必然的に、何度も繰り返し不適切な方向にも向けられる。このような不必要な動作の繰り返しは、可動ミラーの姿勢制御の高速化にとって好ましくない。
【０００８】
本発明は、このような現状を考慮して成されたものであり、その目的は、可動ミラーの姿勢制御を高速に行なえる信頼性の高い光偏向装置を提供することである。また、本発明の他の目的は、このような光偏向装置を提供することにより、光信号のスイッチングを高速に行なえる信頼性の高い光スイッチを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ひとつには、光偏向装置に向けられており、以下に記す光偏向装置を含んでいる。
【００１０】
本発明の光偏向装置は、光ビームを偏向する姿勢制御可能な光偏向面を有する光偏向部と、光偏向部を駆動するドライバと、ドライバを制御する制御信号を生成する制御手段と、制御手段から出力される制御信号を異なる二つの時点において保持する二つの制御信号保持部と、制御信号保持部に保持された二つの制御信号を比較して、その増減に関する情報を制御信号監視信号として出力する制御信号比較部と、光偏向部で偏向された光ビームの光強度に応じた光強度信号を出力する光強度検出部と、異なる二つの時点における制御信号に同期して異なる二つの時点における光強度信号を保持する二つの光強度信号保持部と、光強度信号保持部に保持された二つの光強度信号を比較して、その増減に関する情報を光強度監視信号として出力する光強度信号比較部とを有しており、制御手段は、光強度監視信号と制御信号監視信号とに基づいて光強度検出部からの出力信号を増大させる制御信号を生成する。
【００１８】
本発明は、ひとつには、光スイッチに向けられており、以下に記す光スイッチを含んでいる。
【００１９】
本発明の光スイッチは、入力光ファイバと、複数の出力光ファイバと、入力光ファイバから射出された光ビームを複数の出力光ファイバの一つに方向付ける姿勢制御可能な光偏向面を有する光偏向部と、光偏向部を駆動するドライバと、ドライバを制御する制御信号を生成する制御手段と、制御手段から出力される制御信号を異なる二つの時点において保持する二つの制御信号保持部と、制御信号保持部に保持された二つの制御信号を比較して、その増減に関する情報を制御信号監視信号として出力する制御信号比較部と、出力光ファイバにカップリングした光ビームの光強度に応じた光強度信号を出力する複数の光強度検出部と、異なる二つの時点における制御信号に同期して光強度検出部から出力される光強度信号を異なる二つの時点において保持する二つの光強度信号保持部と、光強度信号保持部に保持された二つの光強度信号を比較して、その増減に関する情報を光強度監視信号として出力する光強度信号比較部とを有しており、制御手段は、光強度監視信号と制御信号監視信号とに基づいて光強度検出部からの出力信号を増大させる制御信号を生成する。
【００２１】
本発明は、ひとつには、光偏向装置の制御方法に向けられており、以下に記す制御方法を含んでいる。
【００２２】
本発明の光偏向装置の制御方法は、制御信号に基づいて光偏向面の姿勢を設定する工程と、異なる二つの時点における制御信号とこれに対応する異なる二つの時点における光強度とを保持する保持工程と、新たな制御信号を生成する生成工程とを有し、これら一連の工程を繰り返して実行する制御方法であって、生成工程は、保持工程の複数回の実行によって得られる、制御信号の変化とこれに同期した光強度の変化に基づいて、光強度が最大に近づくような制御信号を生成することを特徴とする。
【００２６】
本発明の光偏向装置の別の制御方法は、光ビームを偏向する光偏向面を目標の姿勢に制御する制御信号を生成し、光偏向面で偏向された光ビームの光強度を検出し、異なる二つの時点における制御信号とこれに対応する異なる二つの時点における光強度とを保持し、これら一連の動作を更新し続け、制御信号の変化に対する光強度の変化に基づいて光強度を増大させるように制御信号を変化させ続ける。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００３１】
第一実施形態
図１を参照しながら、本発明の第一実施形態の光偏向装置１０の構成について説明する。
【００３２】
光偏向装置１０は、姿勢制御可能な光偏向面を有する可動ミラー（光偏向部）１１と、可動ミラー１１を駆動するドライバ１７と、ドライバ１７を制御する制御信号を生成する制御回路１５と、可動ミラー１１で偏向された光ビームを分岐する光分岐手段１２と、光分岐手段１２から出力される光ビームの光量に応じた光量信号を出力する光量モニタ１３と、光量モニタ１３から出力された光量信号の経時変化を監視して、その変化に関する情報を光量監視信号として出力する光量変化監視回路（光強度監視手段）１４と、制御回路１５から出力される制御信号の経時変化を監視して、その変化に関する情報を制御信号監視信号として出力する制御信号監視回路（制御信号監視手段）１６とから構成されている。
【００３３】
光分岐手段１２と光量モニタ１３は、可動ミラー１１で偏向された光ビームの光強度に応じた光強度信号を出力する光強度検出部を構成している。
【００３４】
次に、本実施形態における光偏向装置１０の動作について説明する。
【００３５】
制御回路１５は、最初に、可動ミラー１１の光偏向面を目標の姿勢に制御する制御信号を、制御信号監視回路１６とドライバ１７に出力する。
【００３６】
ドライバ１７は、入力される制御信号を可動ミラー１１を駆動する駆動信号に変換し、駆動信号を可動ミラー１１に出力する。可動ミラー１１は、入力された駆動信号に従って光偏向面の姿勢を変更する。
【００３７】
光偏向装置１０に入力された光ビームは、可動ミラー１１で偏向される。可動ミラー１１で偏向された光ビームは、光分岐手段１２で二つに分岐される。分岐された一方の光ビームは、光偏向装置１０から出力され、他方の光ビームはモニタ光として光量モニタ１３に入力される。光量モニタ１３は、モニタ光の光量に比例した光量信号を光量変化監視回路１４に出力する。
【００３８】
制御回路１５は、以降、先に出力した制御信号から僅かに変化させた制御信号を、制御信号監視回路１６とドライバ１７に出力する。
【００３９】
制御信号監視回路１６は、制御回路１５から出力される連続する二つの制御信号に基づいて、制御信号の変化に対応した制御信号監視信号を制御回路１５に出力する。また、光量変化監視回路１４は、連続する二つの制御信号に対応して光量モニタ１３から出力される連続した二つの光量信号に基づいて、光量信号の変化に対応した光量監視信号を制御回路１５に出力する。
【００４０】
制御回路１５は、以降、光量監視信号と制御信号監視信号に基づいて光量信号を増大させる制御信号を生成する。
【００４１】
次に、図２と図３を参照しながら、光量信号を増大させる制御信号の生成について説明する。
【００４２】
図２は、可動ミラー１１の偏向角に対する光量の変化パターン２０を示している。図２に示されるように、光量の変化パターン２０は、可動ミラー１１の偏向角２３に対して最大値２４を取る。なお、偏向角２３において可動ミラー１１の偏向角が０度であるとは限らない。
【００４３】
図３は、可動ミラー１１の実際の偏向に対する、光量の変化を模式的に示している。図３において、光量は、可動ミラー１１の偏向角３０に対して光量値３１を取り、偏向角３２に対して光量値３３、偏向角３４に対して光量値３５、偏向角３６に対して光量値３７を取る。破線で示された光量の変化パターン２０ａは、光量値３１、３３、３５、３７の他は分からないことを示している。
【００４４】
可動ミラー１１の偏向角が偏向角２３より小さい場合、可動ミラー１１を例えば偏向角３０から偏向角３２へと変化させると、光量は光量値３１から光量値３３へと増加する。一方、可動ミラー１１の偏向角が偏向角２３より大きい場合、可動ミラー１１を例えば偏向角３４から偏向角３６へと変化させると、光量は光量値３５から光量値３７へと減少する。
【００４５】
図３を参照しながら、制御信号の増減を判断する動作について説明する。
【００４６】
例えば、可動ミラー１１の偏向角を、偏向角３０から偏向角３２に増大させると、光量は光量値３１から光量値３３に増加する。偏向角の増大に対して光量が増加したことから、可動ミラー１１の偏向角は、光量の変化パターン２０ａの最大値２４を与える偏向角２３よりも小さいと判断できる。従って、可動ミラー１１の偏向角を現在よりも増大させたときに光量がさらに増加する可能性が高いと判断できる。
【００４７】
一方、可動ミラー１１の偏向角を、偏向角３４から偏向角３６に増大させると、光量は光量値３５から光量値３７に減少する。偏向角の増大に対して光量が減少したことから、可動ミラー１１の偏向角は、光量の変化パターン２０ａの最大値２４を与える偏向角２３よりも大きいと判断できる。従って、可動ミラー１１の偏向角を現在よりも減少させたときに光量が増加する可能性が高いと判断できる。
【００４８】
なお、偏向角を減少させたときの判断についても同様である。
【００４９】
以上から、下記の（ａ）〜（ｄ）の制御を行なうことにより、可動ミラー１１の偏向角を最大の光量値２４を与える偏向角２３に近づけることが可能である。
【００５０】
（ａ）偏向角を増大させたときに光量が増加すれば、今よりも偏向角を増大させる制御信号を生成する。
【００５１】
（ｂ）偏向角を増大させたときに光量が減少すれば、今よりも偏向角を減少させる制御信号を生成する。
【００５２】
（ｃ）偏向角を減少させたときに光量が増加すれば、今よりも偏向角を減少させる制御信号を生成する。
【００５３】
（ｄ）偏向角を減少させたとときに光量が減少すれば、今よりも偏向角を増大させる制御信号を生成する。
【００５４】
図４を参照しながら、光量変化監視回路１４と制御信号監視回路１６の具体的な構成と動作について説明する。
【００５５】
制御信号監視回路１６は、制御回路１５から出力された制御信号を保持するメモリ（制御信号保持部）４１と、メモリ４１に保持された制御信号の直前に制御回路１５から出力された制御信号を保持するメモリ（制御信号保持部）４２と、メモリ４１とメモリ４２に保持されている制御信号の差を求める減算回路（制御信号比較部）４３とから構成されている。
【００５６】
光量変化監視回路１４は、メモリ４１に保持されている制御信号によって可動ミラー１１が駆動されたときの光量信号を保持するメモリ（光強度信号保持部）４４と、メモリ４２に保持されている制御信号によって可動ミラー１１が駆動されたときの光量信号を保持するメモリ（光強度保持部）４５と、メモリ４４とメモリ４５に保持されている光量信号の差を求める減算回路（光強度信号比較部）４６とから構成されている。
【００５７】
制御回路１５は、制御信号をドライバ１７とメモリ４１に出力する。メモリ４１は、それまで保持していた制御信号をメモリ４２に出力すると共に、新しく入力された制御信号を保持する。メモリ４２は、それまで保持していた制御信号を破棄し、新しく入力された制御信号を保持する。減算回路４３は、メモリ４１とメモリ４２に保持されている制御信号の差を求め、その差に対応した信号を制御回路１５に出力する。減算回路４３は、制御信号の差そのものの信号を出力しても、差に対応した符号の信号を出力してもよい。制御回路１５は、減算回路４３の出力から制御信号の増減を判断する。
【００５８】
ドライバ１７は、新たに入力された制御信号を駆動信号に変換して可動ミラー１１に出力する。可動ミラー１１は、新たに入力された駆動信号に従って偏向面の姿勢を変更する。その結果、光量モニタ１３から出力される光量信号は変化する。
【００５９】
光量モニタ１３は光量信号をメモリ４４に出力する。メモリ４４は、それまで保持していた光量信号をメモリ４５に出力すると共に、光量モニタ１３から新しく入力された光量信号を保持する。メモリ４５は、それまで保持していた光量信号を破棄し、新しく入力された光量信号を保持する。減算回路４６は、メモリ４４とメモリ４５に保持されている光量信号の差を求め、その差に対応した信号を制御回路１５に出力する。減算回路４６は、光量信号の差そのものの信号を出力しても、差に対応した符号の信号を出力してもよい。制御回路１５は、減算回路４６の出力から光量信号の増減を判断する。
【００６０】
次に、図５を参照しながら、光量変化監視回路１４と制御信号監視回路１６の別の具体的な構成と動作について説明する。
【００６１】
制御信号監視回路１６は、制御回路１５から出力された制御信号を保持する二つのメモリ（制御信号保持部）５１と５２と、メモリ５１とメモリ５２に保持されている制御信号の差を求める減算回路（制御信号比較部）５３と、入力される制御信号をメモリ５１とメモリ５２に交互に切り替えて送る切替器５７とから構成されている。
【００６２】
光量変化監視回路１４は、光量モニタ１３から出力された光量信号を保持する二つのメモリ（光強度保持部）５４と５５と、メモリ５４とメモリ５５に保持されている制御信号の差を求める減算回路（光強度信号比較部）５６と、入力される光量信号をメモリ５４とメモリ５５に交互に切り替えて送る切替器５８とから構成されている。
【００６３】
切替器５７と切替器５８の切替タイミングは同期しており、例えば制御回路１５から出力される同期信号に従って切り替えを行なう。
【００６４】
制御回路１５は、制御信号をドライバ１７と切替器５７に出力する。切替器５７は、制御信号をメモリ５１とメモリ５２の一方に交互に送ると共に、メモリ５１とメモリ５２に保持されている制御信号の時間的な関係に関する信号を減算回路５３に出力する。メモリ５１とメモリ５２は、新しく入力された制御信号を保持し、それまで保持していた制御信号は破棄する。減算回路５３は、メモリ５１とメモリ５２に保持されている制御信号と、切替器５７から入力される制御信号の時間的な関係に関する信号とに基づいて、時間的に新しい制御信号から時間的に古い制御信号を減算し、その差に対応した信号を制御回路１５に出力する。減算回路５３は、制御信号の差そのものの信号を出力しても、差に対応した符号の信号を出力してもよい。制御回路１５は、減算回路５３の出力から制御信号の増減を判断する。
【００６５】
ドライバ１７は、新たに入力された制御信号を駆動信号に変換して可動ミラー１１に出力する。可動ミラー１１は、新たに入力された駆動信号に従って偏向面の姿勢を変更する。その結果、光量モニタ１３から出力される光量信号は変化する。
【００６６】
光量モニタ１３は光量信号を切替器５８に出力する。切替器５８は、光量信号をメモリ５４とメモリ５５の一方に交互に送ると共に、メモリ５４とメモリ５５に保持されている光量信号の時間的な関係に関する信号を減算回路５６に出力する。メモリ５４とメモリ５５は、新しく入力された光量信号を保持し、それまで保持していた光量信号は破棄する。減算回路５６は、メモリ５４とメモリ５５に保持されている光量信号と、切替器５８から入力される光量信号の時間的な関係に関する信号とに基づいて、時間的に新しい光量信号から時間的に古い光量信号を減算し、その差に対応した信号を制御回路１５に出力する。減算回路５６は、光量信号の差そのものの信号を出力しても、差に対応した符号の信号を出力してもよい。制御回路１５は、減算回路５６の出力から光量信号の増減を判断する。
【００６７】
次に、図６を参照しながら、制御回路１５の具体的な構成と動作について説明する。
【００６８】
制御回路１５は、制御信号監視回路１６からの制御信号監視信号と光量変化監視回路１４からの光強度監視信号とに基づいて、制御信号の増減を維持するか反転させるかの情報を判定信号として出力する論理回路（判定信号出力部）６５と、判定信号に基づいて制御信号を生成する制御信号更新部６４とから構成されている。
【００６９】
論理回路６５は、制御信号の増減に対して光強度信号が増加した場合には制御信号の増減を維持する判定信号を出力し、制御信号の増減に対して光強度信号が減少した場合には制御信号の増減を反転させる判定信号を出力する。
【００７０】
制御信号更新部６４は、最新の制御信号を保持する信号保持回路（信号保持部）６１と、制御信号の増減量となる増減信号を生成する信号発生器（増減信号生成部）６２と、論理回路６５から入力される判定信号に基づいて、制御信号保持回路６１から出力される制御信号と信号発生器６２から出力される増減信号を加算または減算する加減算回路（演算部）６３とから構成されている。
【００７１】
加減算回路６３は、可動ミラー１１の姿勢の変更を行なうタイミング毎に、論理回路６５からの判定信号に従って、信号保持回路６１の出力信号と信号発生器６２の出力信号とを加算または減算し、その結果を制御信号として信号保持回路６１とドライバ１７に出力する。信号保持回路６１は、これまで保持していた制御信号を破棄し、新しく入力された制御信号を最新の制御信号として保持する。信号発生器６２は、一度の姿勢制御における可動ミラー１１の偏向角の変更量を決める増減信号を出力する。
【００７２】
信号発生器６２から出力される増減信号は可変であり、例えば、光量が小さい場合には増減信号を大きくして偏向角の変更量を大きくし、光量が大きい場合には増減信号を小さくして偏向角の変更量が小さくしてもよい。
【００７３】
論理回路６５は、例えばＸＯＲとＮＯＴとで構成される。論理回路６５は、光量変化監視回路１４の出力信号と制御信号監視回路１６の出力信号とが同じ極性を有する（正負が一致する）場合には、加減算回路６３に加算を指示する判定信号を出力し、光量変化監視回路１４の出力信号と制御信号監視回路１６の出力信号とが異なる極性を有する（正負が異なる）場合には、加減算回路６３に減算を指示する判定信号を出力する。
【００７４】
図６に示される制御回路１５は、図４に示された光量変化監視回路１４と制御信号監視回路１６と組み合わされても、図５に示された光量変化監視回路１４と制御信号監視回路１６と組み合わされてもよい。
【００７５】
本実施形態の光偏向装置によれば、制御信号の変化と光強度信号の変化とに基づいて、光量が増加する姿勢を推測して、光量信号を増大させる制御信号を生成するため、可動ミラー１１の偏向面を、少ない回数の偏向角の変更によって、最適な姿勢に制御することができる。つまり、可動ミラー１１の光偏向面を、何度も繰り返し不適切な方向に向けることなく、最適な方向に向けることができる。これにより、光偏向面の姿勢制御の信頼性が向上される。
【００７６】
第一実施形態は、各種の変更や変形が施されてもよい。例えば、制御回路１５から出力される制御信号により、可動ミラー１１の姿勢は一意に決まるため、制御信号を監視する代わりに、ドライバ１７から出力される駆動信号の増減を監視してもよい。また、可動ミラー１１の姿勢に関する情報を検出するセンサを付加し、そのセンサ出力の増減を監視してもよい。
【００７７】
第二実施形態
本発明の第二実施形態について説明する。本実施形態は、第一実施形態の光偏向装置を用いた光スイッチに向けられている。
【００７８】
図７を参照しながら、本実施形態の光スイッチについて説明する。
【００７９】
本実施形態の光スイッチ７０は、少なくとも一つのレンズ付入力光ファイバ７１と、複数のレンズ付出力光ファイバ７２と、可動ミラー１１ａを含む光偏向装置７７と、可動ミラー１１ｂを含む別の光偏向装置７８と、可動ミラー１１ａと可動ミラー１１ｂと共働してレンズ付入力光ファイバ７１から射出される光ビームを複数のレンズ付出力光ファイバ７２の一つに方向付ける光スイッチ光学系７３と、それぞれのレンズ付出力光ファイバ７２に入力された光ビームの一部を分岐させる複数のスプリッタ７４と、それぞれのスプリッタ７４によって分岐された光ビームの光量に対応する光量信号を出力する複数の光量モニタ７５と、光量モニタ７５から出力される光量信号を光偏向装置７７と光偏向装置７８の一方に選択的に送る切替器７６とから構成されている。
【００８０】
複数のスプリッタ７４と複数の光量モニタ７５は、レンズ付出力光ファイバ７２にカップリングした光ビームの光量に応じた光量信号を出力する複数の光強度検出部を構成している。
【００８１】
光偏向装置７７と光偏向装置７８は共に、第一実施形態の光偏向装置１０に似た構成を有している。より詳しくは、光偏向装置７７と光偏向装置７８は共に、第一実施形態の光偏向装置１０から光分岐手段１２と光量モニタ１３を省いた構成を有している。
【００８２】
従って、光偏向装置７７は、姿勢制御可能な光偏向面を有する可動ミラー（光偏向部）１１ａと、可動ミラー１１ａを駆動するドライバ１７ａと、ドライバ１７ａを制御する制御信号を生成する制御回路（制御手段）１５ａと、切替器７６から入力される光量信号の変化を監視して、その変化に関する情報を光量監視信号として出力する光量変化監視回路（光強度監視手段）１４ａと、制御回路１５ａから出力される制御信号の変化を監視して、その変化に関する情報を制御信号監視信号として出力する制御信号監視回路（制御信号監視手段）１６ａとから構成され、制御回路１５ａは、光量監視信号と制御信号監視信号とに基づいて制御信号を生成する。
【００８３】
同様に、光偏向装置７８は、姿勢制御可能な光偏向面を有する可動ミラー（光偏向部）１１ｂと、可動ミラー１１ｂを駆動するドライバ１７ｂと、ドライバ１７ｂを制御する制御信号を生成する制御回路（制御手段）１５ｂと、切替器７６から入力される光量信号の変化を監視して、その変化に関する情報を光量監視信号として出力する光量変化監視回路（光強度監視手段）１４ｂと、制御回路１５ｂから出力される制御信号の変化を監視して、その変化に関する情報を制御信号監視信号として出力する制御信号監視回路（制御信号監視手段）１６ｂとから構成され、制御回路１５ｂは、光量監視信号と制御信号監視信号とに基づいて制御信号を生成する。
【００８４】
光偏向装置７７と光偏向装置７８の各部の詳細な構成と動作は第一実施形態の光偏向装置１０と実質的に同じである。
【００８５】
次に、図８を参照しながら、本実施形態の光スイッチの動作を説明する。工程８１において、レンズ付入力光ファイバ７１と目標のレンズ付出力光ファイバ７２とをカップリングさせるように、可動ミラー１１ａと１１ｂを偏向させる。工程８２において、可動ミラー１１ａのＸ軸周りの姿勢制御を行なう。工程８３において、可動ミラー１１ａのＹ軸周りの姿勢制御を行なう。工程８４において、可動ミラー１１ｂのＸ軸周りの姿勢制御を行ない、工程８５において、可動ミラー１１ｂのＹ軸周りの姿勢制御を行なう。工程８６において、レンズ付入力光ファイバ７１とレンズ付出力光ファイバ７２のカップリング経路を切り替えるか判断し、経路を維持する場合は工程８２に戻り、経路を切り替える場合には、工程８７において経路を切り替える。
【００８６】
図９を参照しながら、工程８２〜工程８５の姿勢制御動作について説明する。以下の説明では、可動ミラー１１ａと可動ミラー１１ｂを代表的に可動ミラー１１で表現する。工程８０１において、偏向前の制御信号を保持し、工程８０２において、偏向前の光量を保持する。次に、工程８０３において、制御信号を変更して可動ミラー１１を偏向させる。次に、工程８０４において、偏向後の制御信号を保持し、工程８０５において、偏向後の光量を保持する。次に、工程８０６において、工程８０１で得られた制御信号と工程８０４で得られた制御信号とから制御信号の増減を判断する。次に、工程８０７において、工程８０２で得られた光量と工程８０５で得られた光量とから光量の増減を判断する。次に、工程８０８において、制御信号の増減を求める工程８０６の判断結果と光量の増減を求める工程８０７の判断結果とから、可動ミラー１１を偏向させる次回の工程８０３で制御信号を増やすのか減らすのかを決める。
【００８７】
この姿勢制御においては、例えば、レンズ付入力光ファイバ７１とレンズ付出力光ファイバ７２とをカップリングさせるために必要な可動ミラーの個数が更に多い場合には、姿勢制御動作の工程を増やすことによって、容易に対応可能である。
【００８８】
図１０を参照しながら、工程８２〜工程８５の別の姿勢制御動作について説明する。工程８０１〜工程８０８は、図９の姿勢制御動作と同様である。工程８０９においては、工程８０６において制御信号を増やすのか減らすのかを判断する符号が反転したときを検出し、符号が反転した時点で光量が最大に到達したと判断する。
【００８９】
図９の姿勢制御動作では、一つの軸周りの姿勢制御を行なった後に、再びその姿勢制御を行なうまでに、それ以外の三つの軸周りの姿勢制御を行なっている。つまり、例えば、可動ミラー１１ａのＸ軸周りの姿勢制御を行なった後、この姿勢制御を再び行なうまでに、可動ミラー１１ａのＹ軸周りの姿勢制御と可動ミラー１１ｂのＸ軸周りの姿勢制御とＹ軸周りの姿勢制御とを行なっている。このため、一つの軸周りの姿勢制御は、他の三つの軸周りの姿勢制御を行なったことによる光量変化の影響を受けている。
【００９０】
これに対して、図１０の姿勢制御動作では、各軸周り毎に独立して姿勢制御を行なうため、姿勢制御に対する光量変化が直接フィードバックされる。
【００９１】
本実施形態の光スイッチでは、光量が増加する姿勢を推測して、光量信号が増大するように、可動ミラー１１ａと１１ｂの姿勢を制御する光偏向装置７７と７８を用いて、目標のレンズ付出力光ファイバ７２にカップリングさせる光ビームの方向を制御している。従って、光スイッチの動作中であっても、可動ミラー１１ａと１１ｂの姿勢制御を行なうことができる。また、可動ミラー１１ａと１１ｂの偏向面を、少ない回数の偏向角の変更によって、最適な姿勢に制御することができるため、光スイッチに求められる高速な切り替えを行なうことができる。
【００９２】
本実施形態は、各種の変形や変更が施されてもよい。
【００９３】
例えば、本実施形態の光スイッチは、二つの光偏向装置７７と７８を含んでいるが、その個数はそれに限定されるものでない。すなわち、光スイッチは、たった一つの光偏向装置を含んでいるだけであってもよい。あるいは、光スイッチは、これとは反対に、三つ以上の光偏向装置を含んでいてもよい。
【００９４】
また、レンズ付入力光ファイバ７１とレンズ付出力光ファイバ７２は共に、個別のレンズと光ファイバとで構成されてもよい。光ファイバは個別であっても、アレイ状であってもよい。レンズも個別であっても、アレイ状であってもよい。また、入力光ファイバと出力光ファイバは同一のアレイであってもよい。また、光スイッチ光学系７３は、可動ミラー１１ａと可動ミラー１１ｂの他に固定反射ミラーを含んでいてもよく、また可動ミラー１１ａと可動ミラー１１ｂは同一の可動ミラーアレイ上に位置していてもよい。
【００９５】
さらに、可動ミラーの姿勢制御において、工程８２と工程８３の間に工程８６が追加されてもよく、また工程８３と工程８４の間に工程８６が追加されてもよく、また工程８４と工程８５の間に工程８６が追加されてもよい。また、Ｘ軸周りの姿勢制御とＹ軸周りの姿勢制御の順序は逆にされてもよく、可動ミラー１１ａの姿勢制御と可動ミラー１１ｂの姿勢制御の順序も逆にされてもよい。
【００９６】
静電型ＭＥＭＳミラー
第一実施形態と第二実施形態における可動ミラー（光偏向部）は例えば静電型ＭＥＭＳミラーで構成される。以下、図１１と図１２を参照しながら、静電型ＭＥＭＳミラーについて説明する。
【００９７】
図１１と図１２に示されるように、静電型ＭＥＭＳミラーは、ミラー部（光偏向面）９２と、ミラー部９２を取り囲むミラー支持部材９４と、ミラー部９２とミラー支持部材９４を接続している一対のヒンジ９５ａと９５ｂと、ミラー支持部材９４を支持する一対のヒンジ９６ａと９６ｂと、ヒンジ９６ａと９６ｂを支持すると共にミラー部９２が偏向するための空間を確保するための基板９７と、基板９７に設けられた四つの互いに独立した駆動電極（駆動電極）９１ａ〜９１ｄと、ミラー部９２に駆動電極９１ａ〜９１ｄに対向して設けられた共通電極９３とから構成されている。
【００９８】
このような静電型ＭＥＭＳミラーにおいては、四つの駆動電極９１ａ〜９１ｄには予め基準となるバイアス電圧が印加され、ミラー部９２の偏向は、駆動する軸を基準にして互いに反対側に位置する駆動電極のバイアス電圧に逆極性の駆動電圧を印加することによって行なわれる。
【００９９】
具体的には、バイアス電圧をＶ0、Ｘ軸周りの所望の偏向量に対応した制御電圧をＶｘ、Ｙ軸周りの所望の偏向量に対応した制御電圧をＶｙとすると、四つの駆動電極９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄに印加される駆動電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄはそれぞれ以下の式で与えられる。
【０１００】
Ｖａ＝Ｖ0＋（−Ｖｘ＋Ｖｙ）／２
Ｖｂ＝Ｖ0＋（Ｖｘ＋Ｖｙ）／２
Ｖｃ＝Ｖ0＋（−Ｖｘ−Ｖｙ）／２
Ｖｄ＝Ｖ0＋（Ｖｘ−Ｖｙ）／２
静電型ＭＥＭＳミラーの駆動方法は、例えば書籍「光マイクロマシン」（オーム社）の１５９頁に開示されており、既に広く知られている技術であるので、その詳細な説明は省略する。ＶｘとＶｙは、偏向の方向に応じて正負の値を取り、軸周りにミラー部９２を右回りに偏向させるときに＋の値を取り、左回りに偏向させるときに−の値を取る。この駆動方法は一軸周りの偏向に対しても当然適用できる。
【０１０１】
ここでは、可動ミラー１１が静電型ＭＥＭＳミラーで構成されることを例示したが、可動ミラー１１は、これに限定されるものではなく、例えば、電磁型ＭＥＭＳミラーで構成されても、機械要素を組み合わせた可動ミラーで構成されてもよい。
【０１０２】
これまで、図面を参照しながら本発明の実施の形態を述べたが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。
【０１０３】
【発明の効果】
本発明によれば、光信号の信号品質の劣化が少なく、かつ、可動ミラーの姿勢制御を高速に行なえる光偏向装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第一実施形態による光偏向装置の構成を示している。
【図２】 図１に示される可動ミラーの偏向角に対する光量の変化パターンを示している。
【図３】 図１に示される可動ミラーの実際の偏向に対する光量の変化を模式的に示している。
【図４】 図１の光偏向装置の構成を示しており、特に光量変化監視回路と制御信号監視回路の具体的な構成を示している。
【図５】 図１の光偏向装置の構成を示しており、特に光量変化監視回路と制御信号監視回路の別の具体的な構成を示している。
【図６】 図１の光偏向装置の構成を示しており、特に制御回路の具体的な構成を示している。
【図７】 本発明の第二実施形態による光スイッチの構成を示している。
【図８】 図７に示される光スイッチの動作を示すフローチャートである。
【図９】 図８に示される工程８２〜工程８５の姿勢制御動作を示すフローチャートである。
【図１０】 図８に示される工程８２〜工程８５の別の姿勢制御動作を示すフローチャートである。
【図１１】 図１と図７の可動ミラーとして適用可能な静電型ＭＥＭＳミラーの平面図である。
【図１２】 図１１のXII−XII線に沿った静電型ＭＥＭＳミラーの断面図である。
【符号の説明】
１０…光偏向装置、１１…可動ミラー、１２…光分岐手段、１３…光量モニタ、１４…光量変化監視回路、１５…制御回路、１６…制御信号監視回路、１７…ドライバ、４１…メモリ、４２…メモリ、４３…減算回路、４４…メモリ、４５…メモリ、４６…減算回路、５１…メモリ、５２…メモリ、５３…減算回路、５４…メモリ、５５…メモリ、５６…減算回路、５７…切替器、５８…切替器、６１…信号保持回路、６２…信号発生器、６３…加減算回路、６４…制御信号更新部、６５…論理回路。
Claims (8)
- 光ビームを偏向する姿勢制御可能な光偏向面を有する光偏向部と、光偏向部を駆動するドライバと、ドライバを制御する制御信号を生成する制御手段と、制御手段から出力される制御信号を異なる二つの時点において保持する二つの制御信号保持部と、制御信号保持部に保持された二つの制御信号を比較して、その増減に関する情報を制御信号監視信号として出力する制御信号比較部と、光偏向部で偏向された光ビームの光強度に応じた光強度信号を出力する光強度検出部と、異なる二つの時点における制御信号に同期して光強度検出部から出力される光強度信号を異なる二つの時点において保持する二つの光強度信号保持部と、光強度信号保持部に保持された二つの光強度信号を比較して、その増減に関する情報を光強度監視信号として出力する光強度信号比較部とを有しており、制御手段は、光強度監視信号と制御信号監視信号とに基づいて光強度検出部からの出力信号を増大させる制御信号を生成する、光偏向装置。
- 制御手段は、制御信号監視信号と光強度監視信号とに基づいて、制御信号の増減を維持するか反転させるかの情報を判定信号として出力する判定信号出力部と、判定信号に基づいて制御信号を生成する制御信号更新部とから構成されている、請求項１に記載の光偏向装置。
- 制御信号更新部は、最新の制御信号を保持する信号保持部と、制御信号の増減量となる増減信号を生成する増減信号生成部と、判定信号出力部から出力される判定信号に基づいて、信号保持部から出力される最新の制御信号と増減信号生成部から出力される増減信号を加算または減算する演算部とから構成されている、請求項２に記載の光偏向装置。
- 入力光ファイバと、複数の出力光ファイバと、入力光ファイバから射出された光ビームを複数の出力光ファイバの一つに方向付ける姿勢制御可能な光偏向面を有する光偏向部と、光偏向部を駆動するドライバと、ドライバを制御する制御信号を生成する制御手段と、制御手段から出力される制御信号を異なる二つの時点において保持する二つの制御信号保持部と、制御信号保持部に保持された二つの制御信号を比較して、その増減に関する情報を制御信号監視信号として出力する制御信号比較部と、出力光ファイバにカップリングした光ビームの光強度に応じた光強度信号を出力する複数の光強度検出部と、異なる二つの時点における制御信号に同期して光強度検出部から出力される光強度信号を異なる二つの時点において保持する二つの光強度信号保持部と、光強度信号保持部に保持された二つの光強度信号を比較して、その増減に関する情報を光強度監視信号として出力する光強度信号比較部とを有しており、制御手段は、光強度監視信号と制御信号監視信号とに基づいて光強度検出部からの出力信号を増大させる制御信号を生成する、光スイッチ。
- 制御信号に基づいて光偏向面の姿勢を設定する工程と、異なる二つの時点における制御信号とこれに対応する異なる二つの時点における光強度とを保持する保持工程と、新たな制御信号を生成する生成工程とを有し、これら一連の工程を繰り返して実行する制御方法であって、生成工程は、保持工程の複数回の実行によって得られる、制御信号の変化とこれに同期した光強度の変化に基づいて、光強度が最大に近づくような制御信号を生成することを特徴とする、光偏向装置の制御方法。
- 生成工程は、直前の制御信号の増減及び光強度の増減に着目し、光強度が増加しているときは制御信号の増減を維持するように、また、光強度が減少しているときは制御信号の増減を反転させるようにして、新たな制御信号を生成することを特徴とする、請求項５に記載の制御方法。
- 光ビームを偏向する光偏向面を目標の姿勢に制御する制御信号を生成し、光偏向面で偏向された光ビームの光強度を検出し、異なる二つの時点における制御信号とこれに対応する異なる二つの時点における光強度とを保持し、これら一連の動作を更新し続け、制御信号の変化に対する光強度の変化に基づいて光強度を増大させるように制御信号を変化させ続ける、光偏向装置の制御方法。
- 制御信号を増減させ、制御信号の増減に対して光強度が増加した場合には制御信号の増減を維持し、制御信号の増減に対して光強度が減少した場合には制御信号の増減を反転させる、請求項７に記載の制御方法。
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