JP5177077B2 - 光スイッチおよび光スイッチの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ミラーを備える光スイッチおよびその制御方法に係わる。

従来より、光スイッチの１つの実施形態として、反射ミラーを備える構成が知られている。この種の光スイッチは、入力光ファイバと複数の出力光ファイバとの間に可動ミラーを備える。そして、光信号を出力すべき出力光ファイバを指示する制御信号に従って、可動ミラーの角度が制御される。可動ミラーの角度は、通常、駆動電圧により制御される。この場合、駆動電圧を制御することにより、所望の出力光ファイバが選択される。なお、近年、光スイッチの製造工程にＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術が利用されることがある。

上記構成の光スイッチにおいて、駆動電圧と可動ミラーの回転角度との対応関係は、一般に、温度または経年劣化などにより変化する。すなわち、例えば、光スイッチの近傍の温度が変化すると、可動ミラーの回転角度が目標値からずれてしまい、可動ミラーにより反射される光ビームが出力光ファイバに適切に入射されなくなる。この場合、光スイッチにおける損失が大きくなってしまう。このため、駆動電圧と可動ミラーの回転角度との対応関係を動的に補正する構成が提案されている。

１つの従来技術として、ドライバ回路がミラー部に駆動電圧を与える光スイッチにおいて、低周波重畳回路、低周波検出部、制御回路を備える構成が提案されている。この構成では、低周波重畳回路は、ドライバ回路が生成する駆動電圧に低周波信号を重畳する。すなわち、ミラー部は、低周波信号が重畳された駆動電圧により駆動される。低周波検出部は、ミラー部により反射された出力光から低周波成分を検出する。そして、制御回路は、検出された低周波成分に基づいて、ドライブ回路が生成する駆動電圧を制御する。（例えば、特許文献１）
また、関連する技術として、入力光ファイバと出力光ファイバとの間で、位置合わせ誤差をゼロにするためのフィードバック制御を行う構成が提案されている。（例えば、特許文献２）

特開２００３−２９１７５号公報 特表２００５−５００５３８号公報

上述のように、光スイッチの駆動系を動的に調整する構成が提案されている。しかしながら、従来技術においては、可動ミラーの回転角度によっては、その角度を適切に調整できないことがある。例えば、１つの従来技術においては、可動ミラーの回転角度が駆動電圧に対して線形に変化することを前提として制御が行われる。この場合、駆動電圧が大きい領域（すなわち、可動ミラーが初期角度から大きく回転している状態）では、可動ミラーの角度を適切に調整できず、光損失が大きくなるおそれがある。

本発明の課題は、ミラーを備える光スイッチの損失を小さくすることである。

本発明の実施形態の光スイッチは、入力光を反射するミラーと、前記ミラーの目標回転角度を表す制御信号を生成する制御部と、低周波信号を生成する生成部と、前記制御信号に前記低周波信号を重畳する重畳部と、前記低周波信号が重畳された前記制御信号に対応する駆動電圧で前記ミラーを回転させる駆動部と、前記ミラーにより得られる出力光から前記低周波信号の周波数成分またはその高調波成分を検出する検出部と、前記検出部による検出結果に基づいて前記制御信号を補正する補正部、を備える。そして、前記生成部は、前記目標回転角度に応じて前記低周波信号の振幅を決定する。

本発明の１つの実施形態によれば、ミラーを備える光スイッチの損失を小さくすることができる。

実施形態の光スイッチの構成を示す図である。 スイッチ部の光学系を説明する図である。 スイッチ部の実施例である。 初期値メモリおよび振幅メモリの実施例である。 ミラーの回転角度に対するトレランスカーブを示す図である。 駆動電圧を補正する方法を説明する図である。 駆動電圧と回転角度との関係（Ｖ−θ特性）を示す図である。 駆動電圧に対するトレランスカーブを示す図である。 駆動電圧と過剰損失の関係を説明する図である。 他の実施形態の低周波信号を説明する図である。

図１は、実施形態の光スイッチの構成を示す図である。実施形態の光スイッチ１は、スイッチ部２および制御システム３を備え、例えば、光通信システムの光ノードにおいて通信ルートを切り替えるために使用される。

スイッチ部２には、１または複数の入力光ファイバおよび複数の出力光ファイバが接続されている。入力光ファイバおよび出力光ファイバの本数は、互いに同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。ただし、以下の実施例では、入力光ファイバおよび出力光ファイバの本数は、互いに同じであるものとする。また、スイッチ部２は、入力光を所望の出力光ファイバに導く複数のミラーを備えている。そして、スイッチ部２は、制御システム３により指定されるミラーの角度を制御することにより、任意の入力光ファイバから入力される光ビームを任意の出力光ファイバへ導く光パスを設定する。

実施形態の光スイッチ１では、スイッチ部２が備える各ミラーは、印加される駆動電圧に従って回転する。駆動電圧でミラーを回転させるメカニズムは、特に限定されるものではないが、この実施例では、ミラーの回転角度は駆動電圧の二乗に比例するものとする。なお、スイッチ部２が備えるミラーは、特に限定されるものではないが、例えば、ＭＥＭＳ技術を利用して製造される。

制御システム３は、所望の光パスを設定する指示に従って、スイッチ部２を制御する。このとき、制御システム３は、指定された光パスを確立するように、１または複数のミラーの角度を制御する。光スイッチ１が通信システムにおいて使用される場合には、光パスは、例えば、通信制御アプリケーションにより指定される。また、制御システム３は、特に限定されるものではないが、この実施例では、デジタル信号プロセッサを含んで構成される。なお、スイッチ部２から出力される各光信号は、光分岐部４により分岐されて制御システム３へ導かれる。光分岐部４は、例えば、複数の光カプラにより実現される。

図２は、スイッチ部２の光学系を説明する図である。なお、図２では、入力光ファイバ１１を介して入力される光ビームが描かれている。
図２（ａ）は、１段反射構成の光学系を示している。この実施例では、入力光ファイバ１１を介して入力される光ビームは、ミラー１２により反射され、出力ファイバアレイ１３の中の出力光ファイバ＃２に導かれている。ミラー１２は、ｘ軸およびｙ軸に対してそれぞれ回転可能である。ここで、ミラー１２の回転角度θx、θyは、制御システム３が生成する駆動電圧Ｖx、Ｖyにより互いに独立して制御される。このとき、制御システム３は、入力光ファイバ１１から入力される光ビームが出力光ファイバ＃２に導かれるように、駆動電圧Ｖx、Ｖyを生成してミラー１２を回転させる。

なお、ｎ×ｎ光スイッチは、例えば、ｎ個のミラー＃１〜＃ｎを備える。この場合、入力光ファイバ＃１から入力される光ビームは、ミラー＃１に導かれる。同様に、入力光ファイバ＃２〜＃ｎから入力される光ビームは、それぞれ、対応するミラー＃２〜＃ｎに導かれる。そして、ミラー＃１〜＃ｎの角度は、制御システム３により互いに独立に制御される。

図２（ｂ）は、２段反射構成の光学系を示している。この実施例では、入力光ファイバ１１を介して入力される光ビームは、ミラー１４、１５、１６により順番に反射され、出力光ファイバ＃２に導かれている。ミラー１４、１６は、それぞれ、ｘ軸およびｙ軸に対して回転可能である。ミラー１４の回転角度θx1、θy1は、それぞれ、制御システム３が生成する駆動電圧Ｖx1、Ｖy1により個々に制御される。同様に、ミラー１６の回転角度θx2、θy2は、それぞれ、制御システム３が生成する駆動電圧Ｖx2、Ｖy2により個々に制御される。このとき、制御システム３は、入力光ファイバ１１から入力される光ビームが出力光ファイバ＃２に導かれるように、駆動電圧Ｖx1、Ｖy1、Ｖx2、Ｖy2を生成してミラー１４、１６を回転させる。なお、駆動電圧Ｖx1、Ｖx2は、互いに同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。同様に、駆動電圧Ｖy1、Ｖy2は、互いに同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。また、ミラー１５は、固定されている。

２段反射構成のｎ×ｎ光スイッチでは、例えば、入力光ファイバ＃１〜＃ｎに対してそれぞれ入力側ミラー＃１〜＃ｎが設けられ、出力光ファイバ＃１〜＃ｎに対してそれぞれ出力側ミラー＃１〜＃ｎが設けられる。この場合、入力光ファイバ＃１〜＃ｎから入力される光ビームは、それぞれ、対応する入力側ミラー＃１〜＃ｎに導かれる。また、出力光ファイバ＃１〜＃ｎへ出力される光ビームは、それぞれ、対応する出力側ミラー＃１〜＃ｎへ導かれる。例えば、入力光ファイバ＃１から入力される光ビームを出力光ファイバ＃２へ出力する場合、入力側ミラー＃１は、入力光ビームがミラー１５を介して出力側ミラー＃２へ導かれるように制御される。また、出力側ミラー＃２は、その光ビームを出力光ファイバ＃２へ導くように制御される。

図３は、スイッチ部２の実施例である。この実施例では、複数の入力光ファイバおよび複数の出力光ファイバは、Ｉ／Ｏファイバアレイとして収容されている。Ｉ／Ｏファイバアレイの端面には、コリメートビームを生成するためのレンズアレイが設けられている。Ｉ／Ｏ−ＭＥＭＳミラーアレイは、複数の入力側ミラーおよび複数の出力側ミラーを備えている。各入力側ミラーおよび各出力側ミラーの角度は、それぞれ、制御システム３が生成する駆動電圧に従って制御される。そして、入力光ファイバを介して入力される光ビームは、それぞれ、入力側ミラー、ルーフ型反射器、出力側ミラーにより順番に反射され、指定された出力光ファイバに導かれる。この構成により、入力光ビームは、それぞれ所望の出力光ファイバへ導かれる。すなわち、制御システム３の制御により所望の光パスが設定される。

図１に戻る。全体制御部２１は、上位装置との間のインタフェースを提供すると共に、制御システム３の各要素の動作を制御する。上位装置は、この実施例では、光スイッチ１に対して、設定すべき光パスを指示する。そして、全体制御部２１は、上位装置からの指示に応じて、制御回路２２および低周波信号発生回路３１に対してパス情報を与える。パス情報は、例えば、１組の入力ポートおよび出力ポート（すなわち、１組の入力光ファイバおよび出力光ファイバ）を指定する。

制御回路２２は、パス情報に従って、スイッチ部２が備えるミラーの目標回転角度を指示する制御信号を生成する。このとき、制御回路２２は、初期値メモリ２３を参照して、制御信号を生成する。ここで、実施形態の光スイッチ１の各ミラーの回転角度は、与えられる駆動電圧により一意に制御される。そして、制御回路２２は、制御信号として、ミラーの目標回転角度に対応する駆動電圧を表す駆動電圧データを出力する。

図４は、初期値メモリ２３および振幅メモリ３８の実施例である。この実施例では、スイッチ部２は６４×６４スイッチである。また、この実施例では、スイッチ部２は、２段反射構成である。すなわち、スイッチ部２は、入力側ミラー＃１〜＃６４および出力側ミラー＃１〜＃６４を備えている。なお、振幅メモリ３８については後で説明する。

初期値メモリ２３には、各光パス（入力ポートおよび出力ポートの組合せ）に対して、駆動電圧データX1、Y1、X2、Y2が格納されている。駆動電圧データX1、Y1は、対応する入力側ミラーの回転角度θx1、θy1を制御するための電圧値を表す。同様に、駆動電圧データX2、Y2は、対応する入力側ミラーの回転角度θx2、θy2を制御するための電圧値を表す。

例えば、光パス「１、１（入力ポート＃１／出力ポート＃１）」を設定するための制御情報は、以下の通りである。
制御対象の入力側ミラー：＃１
制御対象の出力側ミラー：＃１
入力側ミラーの駆動電圧Ｘ１：０（ボルト）
入力側ミラーの駆動電圧Ｙ１：０
出力側ミラーの駆動電圧Ｘ２：０
出力側ミラーの駆動電圧Ｙ２：０

また、光パス「１、２（入力ポート＃１／出力ポート＃２）」を設定するための制御情報は、以下の通りである。
制御対象の入力側ミラー：＃１
制御対象の出力側ミラー：＃２
入力側ミラーの駆動電圧Ｘ１：５７（ボルト）
入力側ミラーの駆動電圧Ｙ１：０
出力側ミラーの駆動電圧Ｘ２：５７
出力側ミラーの駆動電圧Ｙ２：０

制御回路２２は、パス情報に対応する駆動電圧データX1、Y1、X2、Y2を初期値メモリ２３から抽出し、制御信号として出力する。また、制御回路２２は、制御対象のミラーを指定するミラー識別情報をＭＥＭＳ駆動回路２５に通知する。

デジタルフィルタ２４は、特に限定されるものではないが、例えばＦＩＲフィルタであり、制御信号から共振周波数成分ｆrを除去する。ＭＥＭＳ駆動回路２５は、制御信号に従って駆動電圧Ｖx1、Ｖy1、Ｖx2、Ｖy2を生成し、ミラー識別情報により指定されるミラーの回転角度を制御する。

図５は、ミラーの回転角度に対するトレランスカーブを示す図である。ここでは、駆動電圧がゼロであるときのミラーの回転角度を「ゼロ」と定義する。また、ミラーが最適な角度に調整されたときの過剰損失を「ゼロ」と定義する。なお、各ミラーのトレランスカーブは同じであるものとする。また、トレランスカーブは、Ｘ軸上の回転およびＹ軸上の回転に対して同じであるものとする。

トレランスカーブＡは、入力ポート番号および出力ポート番号が互いに一致する光パス（例えば、入力ポート＃１から入力される光ビームを出力ポート＃１へ出力する光パス）の過剰損失を表している。この光パス（以下、光パスＡ）は、対応するミラーの回転角度（θx1、θy1、θx2、θy2）をゼロに制御することにより設定される。そして、光パスＡにおいては、ミラーの回転角度がゼロからずれると、過剰損失が発生する。

トレランスカーブＢは、入力／出力ポート差が「１」である光パスＢ（例えば、入力ポート＃１から入力される光ビームを出力ポート＃２へ出力する光パス）の過剰損失を表している。この光パスＢは、対応するミラーの回転角度を「θb」に制御することにより設定される。そして、光パスＢにおいては、ミラーの回転角度がθbからずれると、過剰損失が発生する。

同様に、入力／出力ポート差が「２」である光パスＣ（例えば、入力ポート＃１から入力される光ビームを出力ポート＃３へ出力する光パス）は、対応するミラーの回転角度を「θc」に制御することにより設定される。また、入力／出力ポート差が「３」である光パスＤ（例えば、入力ポート＃１から入力される光ビームを出力ポート＃４へ出力する光パス）は、対応するミラーの回転角度を「θd」に制御することにより設定される。なお、各光パスのトレランスカーブは、図５に示すように、互いにほぼ同じ形状である。

このように、スイッチ部２のミラーの回転角度を制御すると、所望の光パスを得ることができる。すなわち、制御システム３は、指定された光パスを確立するように、対応するミラーの回転角度を制御する。ここで、ミラーの回転角度は、上述したように、駆動電圧により制御される。このため、制御システム３の初期値メモリ２３には、各光パスに対応する回転角度を提供する駆動電圧データ（すなわち、目標駆動電圧を表すデータ）を格納している。そして、制御システム３は、指定された光パスを提供する駆動電圧データに従って、その光パスに対応するミラーの回転角度を制御する。これにより、指定された光パスが設定される。

しかしながら、駆動電圧とミラーの回転角度との関係は、温度または経年劣化等により変化する。このため、初期値メモリ２３に格納されている駆動電圧データに従ってスイッチ部２を駆動すると、ミラーの回転角度が最適値からずれてしまい、光損失が劣化することがある。したがって、実施形態の光スイッチ１は、出力光をモニタしながら、初期値メモリ２３に格納されている駆動電圧データを補正する機能を備えている。以下、駆動電圧データ（或いは、制御信号）を補正する機能について説明する。

駆動電圧は、この実施例では、低周波信号を利用するディザリング法で補正される。低周波信号は、信号発生部３１により生成される。
低周波信号発生回路３１は、パス情報により指定される光パスに対応する低周波信号を生成する。低周波信号は、例えば、正弦波である。低周波信号の周波数ｆ１は、特に限定されるものではないが、例えば、数kHz〜数１０kHzである。そして、加算器３２は、制御回路２２により生成される制御信号にその低周波信号を重畳する。ここで、低周波信号は、例えば、上述の周波数の正弦波を表すデジタルデータ列である。この場合、加算器３２は、駆動電圧データにそのデジタルデータ列を順番に加算する。そして、ＭＥＭＳ駆動回路２５は、低周波信号が重畳された駆動電圧でスイッチ部２を駆動する。したがって、指定された光パスに対応するミラーの回転角度は、低周波信号に応じて変動することになる。

スイッチ部２から出力される光信号は、光分岐部４により分岐されて制御システム３に導かれる。受光素子（Ｏ／Ｅ）３３は、例えばフォトダイオードであり、受信した光信号を電気信号に変換する。この電気信号は、この実施例では、不図示のＡ／Ｄ変換器によりデジタルデータに変換される。デジタルフィルタ３４は、スイッチ部２から出力される光信号を表すデジタルデータ列から、周波数成分ｆ１を抽出する。すなわち、低周波信号の周波数成分が抽出される。デジタルフィルタ３４は、特に限定されるものではないが、例えばＦＩＲフィルタである。そして、振幅検出回路３５は、デジタル演算により、抽出された周波数成分ｆ１の振幅を検出する。

ＦＢ制御部３６は、周波数成分ｆ１の振幅に基づいて、駆動電圧をフィードバック制御する。この例では、周波数成分ｆ１の振幅を最小化するように、或いは、周波数成分ｆ１の振幅が所定の閾値よりも小さくなるように、駆動電圧を補正するための補正値を算出する。この補正値は、ＤＣ電圧を表し、加算器３７により低周波信号に加算される。この低周波信号は、上述したように、加算器３２により制御信号に重畳される。したがって、駆動電圧に補正値が加算されることになる。このように、駆動電圧はフィードバック制御により補正されて最適化される。

図６は、低周波信号を利用して駆動電圧を補正する方法を説明する図である。図６に示す例では、駆動電圧が「Ｖo」であるときに、対応するミラーの回転角度が最適化され、光パスの損失が最小になるものとする。すなわち、「Ｖo」は目標駆動電圧である。

図６（ａ）に示す例では、駆動電圧は「Ｖａ」である。この場合、過剰損失ΔＬが発生する。また、駆動電圧Ｖaには、低周波信号が重畳されている。このため、駆動されるミラーの回転角度が周波数ｆ１で変動し、スイッチ部２の出力光のパワーも周波数ｆ１で変動する。すなわち、スイッチ部２の出力光は、ｆ１成分を含んでいる。このｆ１成分の振幅は、動作点Ｋaにおけるトレランスカーブの傾きに依存し、振幅検出部３５により検出される。そして、ＦＢ制御部３６は、検出されるｆ１成分を小さくする方向に、駆動電圧を補正する。この実施例では、駆動電圧を大きくする補正値が出力される。これにより、駆動電圧が目標電圧Ｖoに近づき、ミラーの回転角度が最適値に近づくので、光損失が小さくなる。

図６（ｂ）に示す例では、駆動電圧Ｖbと目標電圧Ｖoとの間の誤差は小さく、過剰損失も小さい。この場合、動作点Ｋbにおけるトレランスカーブの傾きは緩やかである。このため、入力低周波信号の振幅が一定であるものとすると、図６（ａ）に示す状態と比較して、出力光から抽出されるｆ１成分の振幅は小さくなる。このとき、抽出されたｆ１成分の振幅が閾値よりも小さければ、ＦＢ制御部３６は、現在の補正値を保持する。すなわち、現在の駆動電圧が保持され、ミラーの回転角度も保持される。この結果、損失の小さい光パスが得られる。

このように、実施形態の光スイッチ１は、ディザリング法で駆動電圧がフィードバック制御される。よって、温度または経年劣化等により光スイッチ１の特性が変化しても、光パスの損失を常に小さくすることができる。

ところが、実施形態の光スイッチ１においては、各ミラーの回転角度は、駆動電圧に対して線形には変化しない。この実施例では、各ミラーの回転角度は、図７に示すように、駆動電圧の二乗に比例する。

この場合、駆動電圧に対するトレランスカーブは、図８に示すように、光パスごとに異なる。すなわち、小さい駆動電圧により設定される光パスのトレランスカーブＡは、傾きが緩やかである。これに対して、駆動電圧が大きくなると、トレランスカーブの傾きは急峻になる。図８では、トレランスカーブＡの傾きが最も緩やかであり、トレランスカーブＤの傾きが最も急峻である。

図９は、駆動電圧と過剰損失の関係を説明する図である。図９（ａ）は、最も小さい駆動電圧（実施例では、ゼロ）により得られる光パスのトレランスカーブを示している。一方、図９（ｂ）は、大きな駆動電圧（実施例では、196.52ボルト）に対して得られる光パスのトレランスカーブを示している。このように、駆動電圧が小さい領域ではトレランスカーブの傾きは緩やかであり、駆動電圧が大きい領域ではトレランスカーブの傾きは急峻になる。なお、図９（ａ）および図９（ｂ）では、駆動電圧を表す横軸のスケールが異なっている。

ところで、上述のディザリング法では、低周波信号を利用して出力光パワーを変動させることにより、駆動電圧が制御される。ところが、出力光パワーが変動すると、一般に、光信号の品質が劣化する。このため、ディザリング法を使用する場合であっても、出力光パワーの変動は、所定レベル（例えば、0.3dB）以下に抑えられる。

ここで、図９（ａ）に示す光パスにおいて、過剰損失が３dBのときに、低周波信号による出力光パワーの変動が0.1ｄBとなるように、入力低周波信号の振幅が決定されるものとする。この場合、入力低周波信号の振幅は、0.2Vppである。このとき、仮に、入力低周波信号の振幅は、駆動電圧にかかわらず一定であるものとする。すなわち、図９（ｂ）に示す光パスにおいても、0.2Vppの低周波信号が駆動電圧に重畳されるものとする。そうすると、図９（ｂ）に示す光パスにおいては、トレランスカーブが急峻なので、低周波信号に起因する出力光パワーの変動は約１dBとなってしまう。さらに、入力側ミラーのｘ軸、ｙ軸、及び、出力側ミラーのｘ軸、ｙ軸において同時に駆動電圧が制御される場合、最悪のケースでは、出力光パワーの変動は４dBになってしまう。すなわち、駆動電圧が大きい領域では、低周波信号に起因する出力光パワー変動が許容レベルを超えてしまうおそれがある。

一方、図９（ｂ）に示す光パスにおいて、過剰損失が３dBのときに、低周波信号による出力光パワーの変動が0.1ｄBとなるように、入力低周波信号の振幅が決定されるものとする。この場合、入力低周波信号の振幅は、0.04Vppである。そして、図９（ａ）に示す光パスにおいても、0.04Vppの低周波信号が駆動電圧に重畳されるものとする。そうすると、図９（ａ）に示す光パスにおいては、低周波信号に起因する出力光パワーの変動は非常に小さくなり、駆動電圧を補正する際の調整感度が低下してしまう。

このように、入力低周波信号の振幅が一定である場合、駆動電圧が小さい領域での調整感度を確保しようとすると、駆動電圧が大きい領域で光信号の品質が劣化してしまう。反対に、駆動電圧が大きい領域での品質の劣化を抑えようとすると、駆動電圧が小さい領域での調整感度が低くなってしまう。

実施形態の光スイッチ１においては、この課題を解決するために、ディザリング法のための低周波信号の振幅は、駆動電圧（すなわち、ミラーの目標回転角度）に応じて決定される。この場合、低周波信号発生回路３１は、パス情報に基づいて、目標回転角度が小さい領域では低周波信号の振幅を大きくし、目標回転角度が大きい領域では低周波信号の振幅を小さくする。

低周波信号発生回路３１は、パス情報に応じて図４に示す振幅メモリ３８を参照することにより、低周波信号の振幅を決定する。振幅メモリ３８には、各光パスに対して、駆動電圧Ｖx1、Ｖy1、Ｖx2、Ｖy2を補正するために使用される低周波信号の振幅値が格納されている。図４に示す実施例では、ミラーを回転させるための駆動電圧がゼロであるときは、低周波信号の振幅は0.20Vppである。また、駆動電圧が57V、80Vであるときは、低周波信号の振幅はそれぞれ0.13Vpp、0.10Vppである。

低周波信号の振幅と駆動電圧との関係は、例えば、シミュレーションまたは測定により予め算出されて、振幅メモリ３８に格納される。このとき、低周波信号の振幅は、たとえば、過剰損失が所定値（例えば、３dB）であるときに、出力光から抽出される低周波成分の振幅が所定値（たとえば、0.1dB）となるように、決定される。なお、低周波信号の振幅値は、この実施例では、２バイトの情報で表される。この場合、１つの光パスに対して８バイトが使用される。よって、例えば、６４×６４スイッチにおいては、振幅メモリ３８の容量は約３２ｋバイトである。ここで、駆動電圧データX1、X2が互いに同じであり、駆動電圧データY1、Y2が互いに同じである構成では、振幅メモリ３８の容量を半分にすることができる。

上記構成の光スイッチ１において、パス情報が与えられたときの動作を説明する。ここでは、上位装置から光パス「１、２（入力ポート＃１／出力ポート＃２）」を設定するためのパス情報が与えられたものとする。

（１）制御回路２２は、図４に示す初期値メモリ２３を参照し、指定された光パスに対応する制御信号を生成する。この制御信号は、下記の駆動電圧データを含んでいる。
入力側ミラーの駆動電圧Ｘ１：５７
入力側ミラーの駆動電圧Ｙ１：０
出力側ミラーの駆動電圧Ｘ２：５７
出力側ミラーの駆動電圧Ｙ２：０

このとき、パス情報に従って、制御対象のミラーを識別するミラー識別情報が生成される。ミラー識別情報は、例えば、下記の通りである。
制御対象の入力側ミラー：＃１
制御対象の出力側ミラー：＃２

（２）低周波信号発生回路３１は、パス情報に従って振幅メモリ３８を参照し、低周波信号の振幅を決定する。図４に示す例では、下記の振幅情報が得られる。
入力側ミラー＃１のＸ軸回転駆動電圧を補正するための低周波信号の振幅：0.13Vpp
入力側ミラー＃１のＹ軸回転駆動電圧を補正するための低周波信号の振幅：0.20Vpp
出力側ミラー＃２のＸ軸回転駆動電圧を補正するための低周波信号の振幅：0.13Vpp
出力側ミラー＃２のＹ軸回転駆動電圧を補正するための低周波信号の振幅：0.20Vpp

（３）加算器２４は、制御信号に低周波信号を重畳する。すなわち、加算器２４は、駆動電圧データX1、Y1、X2、Y2に対してそれぞれ低周波信号を表す低周波信号データを順番に加算する。

（４）ＭＥＭＳ駆動回路２５は、下記の駆動電圧でミラーの回転角度を制御する。
入力側ミラー＃１のＸ軸回転駆動電圧：57V(DC)＋0.13Vpp
入力側ミラー＃１のＹ軸回転駆動電圧：0V(DC)＋0.20Vpp
出力側ミラー＃２のＸ軸回転駆動電圧：57V(DC)＋0.13Vpp
出力側ミラー＃２のＹ軸回転駆動電圧：0V(DC)＋0.20Vpp

（５）フィードバック系は、出力ポート＃２の出力光から抽出される低周波成分の振幅を検出する。
（６）フィードバック系は、検出される低周波成分の振幅を小さくするように、各駆動電圧の補正値を算出する。そして、算出した補正値を駆動電圧データに加算することにより、駆動電圧が補正される。

このように、実施形態の光スイッチ１においては、駆動電圧を補正するために使用する低周波信号の振幅は、その駆動電圧に応じて決定される。したがって、ミラーの回転角度が小さい領域での調整感度を確保しながら、ミラーの回転角度が大きい領域での信号品質の劣化を抑えることができる。さらに、実施形態の構成によれば、駆動電圧が適切に補正されるので、光スイッチにおける損失が抑えられる。

なお、フィードバック系は、各ミラーの回転軸に対応する駆動電圧を時間分割多重方式で順番に制御してもよい。また、フィードバック系は、各ミラーの回転軸に対応する駆動電圧を周波数分割多重方式で同時に制御してもよい。この場合、各回転軸に対応する低周波信号の周波数は、互いに異なっている。

また、図１に示す構成では、低周波信号の振幅値が予め振幅メモリ３８に格納されているが、実施形態の光スイッチ１は、振幅メモリ３８を備えなくてもよい。すなわち、低周波信号発生回路３１は、パス情報が与えられたときに、そのパス情報に応じて低周波信号の振幅を計算するようにしてもよい。この場合、低周波信号の振幅Ｖdは、例えば、下記の計算式で与えられる。なお、「θ」はミラーの回転角度（deg）である。「α」は、比例係数であり、駆動電圧によりミラーを回転させるメカニズムに対応して決まる定数である。「Ｖ_i」は駆動電圧である。「Ａ」は低周波信号により発生するミラーの回転角度の変動幅（deg）である。
θ＝αＶ_i ²

＜他の実施形態＞
上述した実施例では、フィードバック系は、スイッチ部２の出力光に含まれる低周波成分の振幅を最小化するように駆動電圧を補正する。このとき、図６に示すように、ミラーの回転角度が目標回転角度に近づくと、検出される低周波成分の振幅は小さくなり、調整感度が低くなる。

他の実施形態では、図１０に示すように、目標回転角度に対する誤差が大きい領域では低周波信号の振幅を小さくし、目標回転角度に対する誤差が小さい領域では低周波信号の振幅を大きくする。この構成を導入すれば、目標回転角度に対する誤差が小さい領域でも低周波成分を検出するための分解能が低くなることはなく、駆動電圧の調整感度が低下することはない。

上記機能を提供するためには、例えば、ＦＢ制御回路３６は、出力光から抽出される低周波成分の振幅が所定の閾値よりも小さくなったときに、低周波信号発生回路３１へ振幅変更信号を送信する。そして、低周波信号発生回路３１は、振幅変更信号を受信すると、低周波信号の振幅を大きくする。この場合、低周波信号発生回路３１は、駆動電圧に応じて低周波信号の振幅を決定した後、ＦＢ制御回路３６からの振幅変更信号に従ってその振幅をさらに調整する。

また、上述したフィードバック系において、駆動電圧を補正するための補正値は、出力光から抽出される低周波成分の振幅に応じて変化する。例えば、駆動電圧を上昇させるときは、新たな補正値は、直前の補正値に変化ステップを加算することにより生成される。また、駆動電圧を低下させるときは、新たな補正値は、直前の補正値から変化ステップを減算することにより生成される。このとき、変化ステップは、例えば、一定値である。ただし、この変化ステップは、目標回転角度とミラーの回転角度との間の誤差に応じて決定するようにしてもよい。例えば、誤差が大きいときに変化ステップを大きくし、誤差小さいときに変化ステップを小さくするようにしてもよい。そうすると、駆動電圧が適正な値に収束するまでの時間が短くなり、また、誤差が小さい領域では駆動電圧が細かく調整される。

さらに、上述の実施例では、フィードバック系は、出力光から抽出される低周波成分の振幅に応じて駆動電圧を補正するが、低周波成分の高調波成分を利用して駆動電圧を補正してもよい。例えば、フィードバック系は、低周波信号の２倍高調波成分を最大化するように駆動信号を補正するようにしてもよい。この場合、デジタルフィルタ３４は、低周波信号の高調波成分を抽出する。

１ 光スイッチ
２ スイッチ部
３ 制御システム
４ 光分岐部
１１ 入力光ファイバ
１２ ミラー
１３ 出力光ファイバアレイ
１４〜１６ ミラー
２２ 制御回路
２３ 初期値メモリ
２５ ＭＥＭＳ駆動回路
３１ 低周波信号発生回路
３５ 振幅検出回路
３６ ＦＢ制御部
３８ 振幅メモリ

Claims (9)

1. 入力光を反射するミラーと、
   前記ミラーの目標回転角度を表す制御信号を生成する制御部と、
   低周波信号を生成する生成部と、
   前記制御信号に前記低周波信号を重畳する重畳部と、
   前記低周波信号が重畳された前記制御信号に対応する駆動電圧で前記ミラーを回転させる駆動部と、
   前記ミラーにより得られる出力光から前記低周波信号の周波数成分またはその高調波成分を検出する検出部と、
   前記検出部による検出結果に基づいて前記制御信号を補正する補正部、を備え、
   前記生成部は、前記目標回転角度に応じた駆動電圧に基づいて、前記低周波信号による前記出力光のパワーの変動が一定となるように、前記低周波信号の振幅を決定する
   ことを特徴とする光スイッチ。
2. 請求項１に記載の光スイッチであって、
   前記生成部は、前記目標回転角度が小さい領域では前記低周波信号の振幅を大きくし、前記目標回転角度が大きい領域では前記低周波信号の振幅を小さくする
   ことを特徴とする光スイッチ。
3. 請求項１または２に記載の光スイッチであって、
   前記目標回転角度と前記低周波信号の振幅との対応関係を表す振幅情報を格納する格納部をさらに備え、
   前記生成部は、前記目標回転角度に対応する振幅情報を前記格納部から抽出し、その抽出した振幅情報に従って前記低周波信号を生成する
   ことを特徴とする光スイッチ。
4. 請求項１または２に記載の光スイッチであって、
   前記ミラーの回転角度は、前記駆動電圧の二乗に比例し、
   Ｖdが前記低周波信号の振幅、αが前記ミラーの回転角度と前記駆動電圧の二乗値との間の比例係数、Ｖ_iが前記駆動電圧、Ａが前記低周波信号により発生する前記ミラーの回転角度の変動幅である場合に、前記生成部は、
   に従って前記低周波信号の振幅を計算し、その計算結果に応じて前記低周波信号を生成する
   ことを特徴とする光スイッチ。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の光スイッチであって、
   前記生成部は、前記目標回転角度に応じて決定した振幅を、前記ミラーの回転角度と前記目標回転角度との間の誤差に基づいてさらに調整する
   ことを特徴とする光スイッチ。
6. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の光スイッチであって、
   前記補正部は、前記ミラーの回転角度と前記目標回転角度との間の誤差に応じて、前記制御信号を補正するための補正値の変化ステップを決定する
   ことを特徴とする光スイッチ。
7. 入力光を反射するミラーと、
   複数の出力光ファイバの中から前記ミラーの反射光が導かれる出力光ファイバを選択するパス情報に応じて制御信号を生成する制御部と、
   低周波信号を生成する生成部と、
   前記制御信号に前記低周波信号を重畳する重畳部と、
   前記低周波信号が重畳された前記制御信号に対応する駆動電圧で前記ミラーを回転させる駆動部と、
   前記ミラーにより得られる出力光から前記低周波信号の周波数成分またはその高調波成分を検出する検出部と、
   前記検出部による検出結果に基づいて前記制御信号を補正する補正部、を備え、
   前記生成部は、前記パス情報に応じた前記制御信号に対応する前記駆動電圧に基づいて、前記低周波信号による前記出力光のパワーの変動が一定となるように、前記低周波信号の振幅を決定する
   ことを特徴とする光スイッチ。
8. 入力光を反射するミラーと、
   前記ミラーを回転させるための目標駆動電圧を表す駆動電圧データを生成する制御部と、
   低周波信号を表す低周波信号データを生成する生成部と、
   前記駆動電圧データに前記低周波信号データを加算する加算部と、
   前記低周波信号データが加算された前記駆動電圧データが表す電圧で前記ミラーを回転させる駆動部と、
   前記ミラーにより得られる出力光から前記低周波信号の周波数成分またはその高調波成分を検出する検出部と、
   前記検出部による検出結果に基づいて前記駆動電圧データを補正する補正部、を備え、
   前記生成部は、前記目標駆動電圧に応じて、前記低周波信号による前記出力光のパワーの変動が一定となるように、前記低周波信号の振幅を決定する
   ことを特徴とする光スイッチ。
9. 入力光を反射するミラーを備える光スイッチの制御方法であって、
   前記ミラーの目標回転角度を表す制御信号を生成し、
   前記目標回転角度に応じて決まる振幅を持った低周波信号を生成し、
   前記制御信号に前記低周波信号を重畳し、
   前記低周波信号が重畳された前記制御信号に対応する駆動電圧で前記ミラーを回転させ、
   前記ミラーにより得られる出力光から前記低周波信号の周波数成分またはその高調波成分を検出し、
   前記周波数成分またはその高調波成分の検出結果に基づいて前記制御信号を補正し、
   前記目標回転角度に応じた駆動電圧に基づいて、前記低周波信号による前記出力光のパワーの変動が一定となるように、前記低周波信号の振幅を決定する
   ことを特徴とする光スイッチの制御方法。