JP4485448B2 - 可動ミラーを用いた光スイッチの制御装置および制御方法 - Google Patents
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図9の光スイッチは、複数の入力ポートが2次元に配置された入力光学系1Aと、複数の出力ポートが2次元に配置された出力光学系1Bと、各入力ポートに対応した複数のMEMSミラーが2次元に配置され、各入力ポートからの光信号を反射する入力側ミラーアレイ2Aと、各出力ポートに対応した複数のMEMSミラーが2次元に配置され、入力側ミラーアレイ2Aの各MEMSミラーで反射された光信号を更に反射して対応する出力ポートに導く出力側ミラーアレイ2Bと、を備えた3次元構成となっている。
したがって、図9に示したような3次元構成の光スイッチの場合、所望の出力ポートから出力される光信号のパワーが図10の最大値Pmax近傍で安定になるように、入力側および出力側の各MEMSミラーのX,Y軸方向に対応した駆動電圧を制御して角度をそれぞれ最適化することで、光スイッチ内での損失が最小限に抑えられる。
すなわち、所定量のアッテネーションを与えた状態ではMEMSミラーの駆動電圧を高い精度で制御する必要があるため、出力光パワーを最大にする場合には特に問題とはならなかった電源ノイズの影響が顕著になり、MEMSミラーの角度が電源ノイズに応じて変動するようになる。この電源ノイズによる角度の変動は、入力側および出力側の各MEMSミラーの軸方向ごとに異なった状態で発生する可能性がある。従来の出力光パワーのモニタ値に基づくMEMSミラーの制御方法では、上記のような電源ノイズの影響が出力光パワーの変動としてモニタされることになるため、入力側および出力側の各MEMSミラーの軸方向ごとに電源ノイズの影響を切り分けて対処することが困難である。つまり、従来の制御方法では、モニタされる出力光パワーの電源ノイズによる変動を基に、入力側または出力側のMEMSミラーのいずれの軸方向の駆動電圧を制御すべきかを判断できないという問題点がある。
図1は、本発明の可動ミラーを用いた光スイッチの制御装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
図1において、本制御装置は、例えば前述の図9に示したような3次元構成のMEMSミラーを用いた光スイッチを制御するものであって、該光スイッチの入力側ミラーアレイの各MEMSミラー2A−1,2A−2,…および出力側ミラーアレイの各MEMSミラー2B−1,2B−2,…をそれぞれ駆動する駆動回路10A−1,10A−2,…,10B−1,10B−2,…と、光パスの設定に応じて制御量を演算し対応する駆動回路に伝える演算手段としての制御量演算部20と、を備えて構成される。
なお、他の駆動回路10A−2,…,10B−1,10B−2,…は、上記の駆動回路10A−1と同一の構成である。以下の説明では、各駆動回路10A−1,10A−2,…,10B−1,10B−2,…を総称して駆動回路10と呼ぶ場合がある。
制御量補正部14X,14Yは、差分検出部13X,13Yで検出された制御量の差分に従って、制御量演算部20から伝えられる制御量に対する補正量を算出し、補正を施した制御量を示す信号をノイズ補正部16X,16Yに出力する。
制御量演算部20は、外部から与えられる光パスの切替要求情報に応じて、各MEMSミラーの軸方向ごとの制御量、具体的にここでは駆動電圧の初期値を演算して出力するものである。この制御量演算部20は、例えば、CPU(またはコントローラ)と、メモリとを有し、光パスの設定に対応させて予め演算しておいた入力側および出力側の各MEMSミラーのX,Y軸ごとの駆動電圧の初期値がメモリに記憶されている。なお、メモリに記憶される駆動電圧の初期値は、上述したように所定量のアッテネーションを与えた状態(図10のPatt参照)での最適値に対応する。
図8は、上記制御装置の応用例の構成を示すブロック図である。
図8において、本制御装置は、上述の図1に示した構成について、MEMSミラーのX,Y軸方向にそれぞれ対応させて各駆動回路10内に設けていた、駆動電圧モニタ部12X,12Y、差分検出部13X,13Yおよびノイズ検出部15X,15Yを共通化して、1つのモニタ用駆動回路10Cを設け、該モニタ用駆動回路10Cで検出される制御量の差分およびノイズ成分の情報を基にして、各駆動回路10の制御量補正部14X,14Yおよびノイズ補正部16X,16Yでの補正を行うようにしたものである。なお、駆動電圧モニタ部12X,12Y、差分検出部13X,13Yおよびノイズ検出部15X,15Yを共通化した後の各駆動回路の符号を、ここでは10A−1’,10A−2’,…,10B−1’,10B−2’,…とする。
なお、上述した実施形態および応用例では、図9に示したような3次元構成の光スイッチに対応した制御装置について説明したが、本発明を適用可能な光スイッチの構成は上記の一例に限定されるものではなく、1つの光パス上に複数のMEMSミラーが配置される、または、光パス上のMEMSミラーが複数の軸方向に駆動される構成の光スイッチに対して本発明は有効である。また、MEMSミラーを利用して光パスの切り替えを行う一例を示したが、本発明の制御対象となる光スイッチの可動ミラーはMEMSミラーに限定されるものではなく、反射面が電圧駆動される任意の可動ミラーを制御対象とすることが可能である。さらに、本発明の制御装置について、従来の出力光パワーのモニタ値に基づくMEMSミラーの制御を併用して、より高い精度の制御を実現するようにしてもよい。
光パスの設定に応じて前記各可動ミラーに対する制御量を演算する演算手段と、
前記演算手段から伝えられる制御量を電圧に変換して前記可動ミラーの駆動信号を生成する複数の駆動手段と、
前記各駆動手段で生成された駆動信号の電圧値をモニタする複数のモニタ手段と、
前記各モニタ手段でモニタされた電圧値の前記演算手段で演算された制御量に対する差分を検出すると共に、前記各モニタ手段でモニタされた電圧値の時間変化を基に当該駆動信号に含まれる周期的なノイズ成分を検出する複数の検出手段と、
前記各検出手段で検出された差分およびノイズ成分に基づいて、前記演算手段から前記各駆動手段に伝えられる制御量の補正を行う複数の補正手段と、を備えて構成されたことを特徴とする制御装置。
前記演算手段から伝えられる制御量を電圧に変換してモニタ用の駆動信号を生成するモニタ用駆動手段を備え、
前記複数のモニタ手段に代えて、前記モニタ用駆動手段で生成された駆動信号の電圧値をモニタする1つのモニタ手段を設け、
前記複数の検出手段に代えて、前記モニタ手段でモニタされた電圧値の前記演算手段で演算された制御量に対する差分を検出すると共に、前記モニタ手段でモニタされた電圧値の時間変化を基にモニタ用の駆動信号に含まれる周期的なノイズ成分を検出する1つの検出手段を設け、
前記複数の補正手段は、前記検出手段で検出された共通の差分およびノイズ成分に基づいて、前記演算手段から前記各駆動手段に伝えられる制御量の補正を行うことを特徴とする制御装置。
前記光スイッチは、1つの光パス上に2つ以上の前記可動ミラーが配置されており、
前記複数の駆動手段、前記複数のモニタ手段、前記複数の検出手段、および、前記複数の補正手段は、前記各可動ミラーに対応させてそれぞれ設けられていることを特徴とする制御装置。
前記光スイッチは、前記各可動ミラーの反射面の角度が複数の軸方向に対して制御可能であり、
前記複数の駆動手段、前記複数のモニタ手段、前記複数の検出手段、および、前記複数の補正手段は、前記各可動ミラーの軸方向ごとに対応させてそれぞれ設けられていることを特徴とする制御装置。
前記光スイッチは、1つの光パス上に2つ以上の前記可動ミラーが配置されており、かつ、前記各可動ミラーの反射面の角度が複数の軸方向に対して制御可能であり、
前記複数の駆動手段、前記複数のモニタ手段、前記複数の検出手段、および、前記複数の補正手段は、前記各可動ミラーの軸方向ごとに対応させてそれぞれ設けられていることを特徴とする制御装置。
前記光スイッチは、複数の入力ポートが2次元に配置された入力光学系と、複数の出力ポートが2次元に配置された出力光学系と、前記各入力ポートに対応した複数の可動ミラーが2次元に配置され、前記各入力ポートからの光信号を反射する入力側ミラーアレイと、前記各出力ポートに対応した複数の可動ミラーが2次元に配置され、前記入力側ミラーアレイの各可動ミラーで反射された光信号を反射して対応する出力ポートに導く出力側ミラーアレイと、を備えたことを特徴とする制御装置。
前記各可動ミラーは、MEMSミラーであることを特徴とする制御装置。
前記各駆動手段は、前記演算手段から伝えられる制御量を示すディジタル信号をアナログの電圧信号に変換するDAコンバータと、該DAコンバータで変換された電圧信号を増幅するオペアンプと、を有することを特徴とする制御装置。
前記各検出手段は、前記各モニタ手段からの出力信号が与えられるバンドパスフィルタと、該バンドパスフィルタを通過した信号を処理することで前記駆動信号に含まれる周期的なノイズ成分の周波数および振幅を検出するコンパレータと、を有することを特徴とする制御装置。
前記出力ポートから出力される光信号のパワーをモニタした結果に基づいて、当該光パス上に配置された前記可動ミラーの反射面の角度をフィードバック制御する出力光モニタ制御手段を備えたことを特徴とする制御装置。
光パスの設定に応じて前記各可動ミラーに対する制御量を演算し、
該演算した制御量を電圧に変換して前記各可動ミラーの駆動信号を生成し、
該生成した各駆動信号の電圧値をモニタし、
該モニタした電圧値の前記制御量に対する差分を検出すると共に、前記モニタした電圧値の時間変化を基に当該駆動信号に含まれる周期的なノイズ成分を検出し、
該検出した差分およびノイズ成分に基づいて前記制御量の補正を行うことを特徴とする制御方法。
光パスの設定に応じて前記各可動ミラーに対する制御量を演算し、
該演算した制御量を電圧に変換してモニタ用の駆動信号を生成し、
該生成したモニタ用の駆動信号の電圧値をモニタし、
該モニタした電圧値の前記制御量に対する差分を検出すると共に、前記モニタした電圧値の時間変化を基に前記モニタ用の駆動信号に含まれる周期的なノイズ成分を検出し、
該検出した差分およびノイズ成分に基づいて前記各可動ミラーに対する制御量の補正を行い、
該補正した制御量を電圧に変換して前記各可動ミラーの駆動信号を生成することを特徴とする制御方法。
1B…出力光学系
2A…入力側ミラーアレイ
2B…出力側ミラーアレイ
2A−1,2A−2,2B−1,2B−2…MEMSミラー
10,10A−1,10A−2,10B−1,10B−2…駆動回路
10C…モニタ用駆動回路
11X,11Y,11C…駆動信号生成部
111…DAコンバータ
112…オペアンプ
12X,12Y,12C…駆動電圧モニタ部
13X,13Y,13C…差分検出部
14X,14Y…制御量補正部
15X,15Y,15C…ノイズ検出部
151…バンドパスフィルタ
152…コンパレータ
16X,16Y…ノイズ補正部
20…制御量演算部
Claims (10)
- 反射面の角度が制御可能な複数の可動ミラーを用い、複数の入出力ポート間を接続する光パスの切り替えを行う光スイッチについて、入力ポートより入射された光信号が所定量のアッテネーションを与えた状態で出力ポートから出力されるように、当該光パス上に位置する前記可動ミラーの反射面の角度を、前記出力ポートからの出力光パワーが最大になる状態からずらして制御する装置であって、
光パスの設定に応じて前記各可動ミラーに対する制御量を演算する演算手段と、
前記演算手段から伝えられる制御量を電圧に変換して前記可動ミラーの駆動信号を生成する複数の駆動手段と、
前記各駆動手段で生成された駆動信号の電圧値をモニタする複数のモニタ手段と、
前記各モニタ手段でモニタされた電圧値の前記演算手段で演算された制御量に対する差分を検出すると共に、前記各モニタ手段でモニタされた電圧値の時間変化を基に当該駆動信号に含まれる周期的なノイズ成分を検出する複数の検出手段と、
前記各検出手段で検出された差分およびノイズ成分に基づいて、前記演算手段から前記各駆動手段に伝えられる制御量の補正を行う複数の補正手段と、を備えて構成されたことを特徴とする制御装置。 - 請求項1に記載の制御装置であって、
前記演算手段から伝えられる制御量を電圧に変換してモニタ用の駆動信号を生成するモニタ用駆動手段を備え、
前記複数のモニタ手段に代えて、前記モニタ用駆動手段で生成された駆動信号の電圧値をモニタする1つのモニタ手段を設け、
前記複数の検出手段に代えて、前記モニタ手段でモニタされた電圧値の前記演算手段で演算された制御量に対する差分を検出すると共に、前記モニタ手段でモニタされた電圧値の時間変化を基にモニタ用の駆動信号に含まれる周期的なノイズ成分を検出する1つの検出手段を設け、
前記複数の補正手段は、前記検出手段で検出された共通の差分およびノイズ成分に基づいて、前記演算手段から前記各駆動手段に伝えられる制御量の補正を行うことを特徴とする制御装置。 - 請求項1または2に記載の制御装置であって、
前記光スイッチは、1つの光パス上に2つ以上の前記可動ミラーが配置されており、
前記複数の駆動手段、前記複数のモニタ手段、前記複数の検出手段、および、前記複数の補正手段は、前記各可動ミラーに対応させてそれぞれ設けられていることを特徴とする制御装置。 - 請求項1〜3のいずれか1つに記載の制御装置であって、
前記光スイッチは、前記各可動ミラーの反射面の角度が複数の軸方向に対して制御可能であり、
前記複数の駆動手段、前記複数のモニタ手段、前記複数の検出手段、および、前記複数の補正手段は、前記各可動ミラーの軸方向ごとに対応させてそれぞれ設けられていることを特徴とする制御装置。 - 請求項4に記載の制御装置であって、
前記光スイッチは、複数の入力ポートが2次元に配置された入力光学系と、複数の出力ポートが2次元に配置された出力光学系と、前記各入力ポートに対応した複数の可動ミラーが2次元に配置され、前記各入力ポートからの光信号を反射する入力側ミラーアレイと、前記各出力ポートに対応した複数の可動ミラーが2次元に配置され、前記入力側ミラーアレイの各可動ミラーで反射された光信号を反射して対応する出力ポートに導く出力側ミラーアレイと、を備えたことを特徴とする制御装置。 - 請求項1〜5のいずれか1つに記載の制御装置であって、
前記各駆動手段は、前記演算手段から伝えられる制御量を示すディジタル信号をアナログの電圧信号に変換するDAコンバータと、該DAコンバータで変換された電圧信号を増幅するオペアンプと、を有することを特徴とする制御装置。 - 請求項1〜6のいずれか1つに記載の制御装置であって、
前記各検出手段は、前記各モニタ手段からの出力信号が与えられるバンドパスフィルタと、該バンドパスフィルタを通過した信号を処理することで前記駆動信号に含まれる周期的なノイズ成分の周波数および振幅を検出するコンパレータと、を有することを特徴とする制御装置。 - 請求項1〜7のいずれか1つに記載の制御装置であって、
前記出力ポートから出力される光信号のパワーをモニタした結果に基づいて、当該光パス上に配置された前記可動ミラーの反射面の角度をフィードバック制御する出力光モニタ制御手段を備えたことを特徴とする制御装置。 - 反射面の角度が制御可能な複数の可動ミラーを用い、複数の入出力ポート間を接続する光パスの切り替えを行う光スイッチについて、入力ポートより入射された光信号が所定量のアッテネーションを与えた状態で出力ポートから出力されるように、当該光パス上に位置する前記可動ミラーの反射面の角度を、前記出力ポートからの出力光パワーが最大になる状態からずらして制御する方法であって、
光パスの設定に応じて前記各可動ミラーに対する制御量を演算し、
該演算した制御量を電圧に変換して前記各可動ミラーの駆動信号を生成し、
該生成した各駆動信号の電圧値をモニタし、
該モニタした電圧値の前記制御量に対する差分を検出すると共に、前記モニタした電圧値の時間変化を基に当該駆動信号に含まれる周期的なノイズ成分を検出し、
該検出した差分およびノイズ成分に基づいて前記制御量の補正を行うことを特徴とする制御方法。 - 反射面の角度が制御可能な複数の可動ミラーを用い、複数の入出力ポート間を接続する光パスの切り替えを行う光スイッチについて、入力ポートより入射された光信号が所定量のアッテネーションを与えた状態で出力ポートから出力されるように、当該光パス上に位置する前記可動ミラーの反射面の角度を、前記出力ポートからの出力光パワーが最大になる状態からずらして制御する方法であって、
光パスの設定に応じて前記各可動ミラーに対する制御量を演算し、
該演算した制御量を電圧に変換してモニタ用の駆動信号を生成し、
該生成したモニタ用の駆動信号の電圧値をモニタし、
該モニタした電圧値の前記制御量に対する差分を検出すると共に、前記モニタした電圧値の時間変化を基に前記モニタ用の駆動信号に含まれる周期的なノイズ成分を検出し、
該検出した差分およびノイズ成分に基づいて前記各可動ミラーに対する制御量の補正を行い、
該補正した制御量を電圧に変換して前記各可動ミラーの駆動信号を生成することを特徴とする制御方法。
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