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発明の名称 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
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−101675(P2007−101675A)
公開日 平成19年4月19日(2007.4.19)
出願番号 特願2005−288674(P2005−288674)
出願日 平成17年9月30日(2005.9.30)
代理人 【識別番号】100078330
【弁理士】
【氏名又は名称】笹島 富二雄
発明者 石井 祐二 / 力丸 健児 / 森 和行
要約 課題
可動ミラーを用いた光スイッチについて、所定量のアッテネーションを与えた状態で光パスの切り替えを行う場合でも、電源ノイズの影響などを抑えて可動ミラーを高い精度で安定に制御できる技術を提供する。

解決手段
本発明の制御装置は、光スイッチの複数のMEMSミラーに対応した複数の駆動回路10と、光パスの設定に応じて制御量を演算する制御量演算部20と、を備え、各駆動回路10は、制御量演算部20から伝えられる制御量に従い駆動信号を生成する駆動信号生成部11X,11Yと、その駆動信号をモニタする駆動電圧モニタ部12X,12Yと、モニタ電圧値と制御量の差分を検出する差分検出部13X,13Yと、その差分を基に制御量を補正する差分補正部14X,14Yと、駆動信号に含まれるノイズ成分を検出するノイズ検出部15X,15Yと、そのノイズ成分を基に制御量を補正するノイズ補正部16X,16Yと、を有する。
特許請求の範囲
【請求項1】
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2】
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3】
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4】
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5】
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6】
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7】
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8】
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。
【請求項9】
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。
【請求項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。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、光通信に用いられる光スイッチの制御技術に関し、特に、可動ミラーを用いて光パスの切り替えを行う光スイッチの制御装置および制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、例えば波長分割多重(WDM:Wavelength Division Multiplexing)方式を適用した光通信ネットワークにおいては、各波長の光信号が伝送される経路(光パス)を波長単位で切り替える光クロスコネクト(OXC:Optical Cross-Connect)を行うことにより、柔軟なネットワークを構築するための様々な技術が提案されている。このような光クロスコネクトを実現する装置には、例えば、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術により形成された可動ミラー(以下、MEMSミラーと呼ぶ)等を用いた光スイッチが利用される。
【0003】
図9は、従来のMEMSミラーを用いた光スイッチの一例を示す概略図である。
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。
【0004】
上記のような従来のMEMSミラーを用いた光スイッチの制御に関しては、各出力ポートから出力される光信号の一部を分岐してフォトダイオードで受光し、該フォトダイオードで検出される光パワーに基づいて、所望の出力光パワーが得られるように入力側および出力側の対応する各MEMSミラーの2つの軸(X,Y軸)方向の角度をそれぞれ制御する技術が提案されている(例えば、特許文献1,2参照)。また、MEMSミラー自体の角度制御に関しては、ミラーの位置を光学的または電気的にモニタすることで反射光の位置(伝搬方向)を制御する技術も公知である(例えば、特許文献3参照)。
【0005】
上記のような従来のMEMSミラーを用いた光スイッチでは、通常、所望の出力ポートから出力される光信号のパワーが最大になるように、すなわち、光スイッチ内での損失が最小になるように、入力側および出力側の対応する各MEMSミラーの角度が制御される。所望の出力ポートの端面に導かれる光信号をガウスビームとすると、出力光パワーはMEMSミラーの角度に応じて例えば図10に示すように変化する。MEMSミラーの角度は、トーションバーの形成された各軸方向に対応する駆動電圧を調整することにより制御される。具体的に、1つの軸方向の角度θは、MEMSミラーの硬度などに基づく固有定数をαとすると、次の(1)式の関係に示すように駆動電圧Vの2乗に比例して変化する。
【0006】
θ=α×V…(1)
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。
【特許文献1】特開2003−29171号公報
【特許文献2】特開2004−219469号公報
【特許文献3】特表2005−502910号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ところで、上記のような従来のMEMSミラーを用いた光スイッチについては、MEMSミラーの角度を、出力光パワーが最大になる状態から意図的にずらすことにより、所定量のアッテネーションを与えた状態で光パスの切り替えを行うことが要求される場合がある。このような場合には、上記の図10において、出力光パワーがPattとなる状態にMEMSミラーの角度を制御することが必要になり、その際の制御は、出力光パワーを最大にする場合に比べて、MEMSミラーの角度の僅かな変化で出力光パワーが大きく変化する。さらに、前述の(1)式に示したように、MEMSミラーの角度は駆動電圧の2乗に比例して変化するため、所定量のアッテネーションを与えた状態でのMEMSミラーの制御は、非常に高い精度が要求されることになる。
【0008】
しかしながら、前述したような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、上記のような所定量のアッテネーションを与えた状態でMEMSミラーを安定に制御することが難しいという課題がある。
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。
【0009】
また、電源ノイズの影響の他にも、経年変化や温度変動などによりMEMSミラーの駆動系電気回路の特性が変化した場合、光パスに対応させて予め設定された各MEMSミラーの制御量(角度または駆動電圧)の初期値と、実際に得られる制御量との間にずれが生じ、所望の出力ポートから光信号が全く出力されなくなってしまう可能性がある。このような場合、従来の制御方法では、出力光パワーのモニタ値に基づくMEMSミラーのフィードバック制御自体が機能しなくなるため、光パスの切り替えが行われなくなってしまうという課題もある。
【0010】
なお、本発明者は、上記のような光スイッチの経年変化や温度変動などに起因するMEMSミラーの制御量のずれの補正を、入力ポートより入射された光信号の画像解析により検出される現在の位置と、演算により求められる理論値との比較に基づいて行うことを先に提案している(例えば、特願2004−312375号参照)。しかし、この先願発明は、赤外線カメラなどの画像認識手段を光スイッチ内部に備える必要があるため、光スイッチの小型化および低価格化が難しいという課題が残されている。
【0011】
本発明は上記の点に着目してなされたもので、可動ミラーを用いた光スイッチについて、所定量のアッテネーションを与えた状態で光パスの切り替えを行う場合でも、電源ノイズの影響を抑えて可動ミラーを高い精度で安定に制御でき、かつ、経年変化や温度変動などによる制御量のずれを簡単な構成で確実に補正できる制御装置および制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上記の目的を達成するため、本発明の制御装置は、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。
【0013】
また、本発明の制御方法は、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。
【0014】
上記のような制御装置および制御方法では、可動ミラーを用いた光スイッチにおける光パスの切り替えを所定量のアッテネーションを与えた状態で行う場合に、光パスの設定に応じて演算した制御量に従って各可動ミラーに対する駆動信号が生成され、該各駆動信号の電圧値がモニタされる。そして、モニタされた駆動電圧の制御量に対する差分と、駆動信号に含まれる周期的なノイズ成分とが検出され、その検出結果に基づいて、先に演算した制御量の補正が行われ、補正後の制御量に従って生成された駆動信号により各可動ミラーが駆動される。
【発明の効果】
【0015】
上記のような本発明の制御装置および制御方法によれば、所定量のアッテネーションを与えた状態で光パスの切り替えを行う場合でも、各可動ミラーに対応した駆動信号について、制御量に対する駆動電圧の誤差の補正および周期的なノイズ成分の補正が行われるため、各可動ミラーの駆動電圧を正確に制御することができ、光パスの切り替えを安定して行うことが可能になる。また、簡単な電気信号処理により各可動ミラーの制御が可能になるため、低コストで小型の制御装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
以下、本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。
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。
【0017】
駆動回路10A−1は、例えば、MEMSミラー2A−1のX軸方向の駆動に対応する構成として、駆動信号生成部11X、駆動電圧モニタ部12X、差分検出部13X、制御量補正部14X、ノイズ成分検出部15Xおよびノイズ補正部16Xを有し、また、MEMSミラー2A−1のY軸方向の駆動に対応する構成として、駆動信号生成部11Y、駆動電圧モニタ部12Y、差分検出部13Y、制御量補正部14Y、ノイズ成分検出部15Yおよびノイズ補正部16Yを有する。
【0018】
ここでは、駆動信号生成部11X,11Yが駆動手段として機能し、駆動電圧モニタ部12X,12Yがモニタ手段として機能し、差分検出部13X,13Yおよびノイズ検出部15X,15Yが検出手段として機能し、制御量補正部14X,14Yおよびノイズ補正部16X,16Yが補正手段として機能する。
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。
【0019】
駆動信号生成部11X,11Yは、例えば図2に示すように、DAコンバータ111およびオペアンプ112を有し、制御量演算部20から出力される制御量を示すディジタル信号が制御量補正部14X,14Yおよびノイズ補正部16X,16Yを介して与えられ、該ディジタル信号をDAコンバータ111でアナログ信号に変換した後にオペアンプ112で高電圧に変換することにより、対応するMEMSミラーをX,Y軸方向にそれぞれ駆動するための駆動信号を生成する。駆動信号生成部11X,11Yで生成されたX,Y軸方向の駆動信号は、対応するMEMSミラーおよび駆動電圧モニタ部12X,12Yに出力される。
【0020】
駆動電圧モニタ部12X,12Yは、駆動信号生成部11X,11Yから出力される駆動信号の電圧値をモニタし、そのモニタ結果を示す信号を差分検出部13X,13Yおよびノイズ検出部15X,15Yにそれぞれ出力する。この駆動電圧モニタ部12X,12Yの具体的な構成としては、例えば、駆動信号生成部11X,11Yから出力されるアナログの駆動信号をディジタル信号に変換して出力するADコンバータ等とすることが可能である。
【0021】
差分検出部13X,13Yは、制御量演算部20からの出力信号によって示される制御量に対する、駆動電圧モニタ部12X,12Yでモニタされた駆動電圧の差分を検出し、その検出結果を示す信号を制御量補正部14X,14Yに出力する。
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。
【0022】
ノイズ検出部15X,15Yは、駆動電圧モニタ部12X,12Yでモニタされた駆動電圧の時間変化に基づいて駆動信号に含まれる電源ノイズ成分を検出し、その検出結果を示す信号をノイズ補正部16X,16Yに出力する。一般に、MEMSミラーの共振周波数は、MEMSミラーの機械的特性から数kHz程度である。この共振周波数よりも低い周波数を有する、例えば、商用電源で発生するハムノイズ(50Hz/60Hz)は、MEMSミラーを振動させることになる。このようなハムノイズに対応したノイズ検出部15X,15Yとしては、例えば図3に示すように、50Hz乃至60Hzに通過帯域を持つバンドパスフィルタ151と、該バンドパスフィルタ151を通過した信号が入力されるコンパレータ152と、から構成される。この図3の構成例では、バンドパスフィルタ151によって駆動電圧モニタ部12X,12Yの出力信号よりハムノイズに対応する成分が抽出され、バンドパスフィルタ151からの出力信号がコンパレータ152に与えられることでノイズ成分の周波数および振幅に関する情報が検出される。なお、ここでは電源ノイズの具体例としてハムノイズを示したが、本発明において検出される電源ノイズは上記の一例に限られるものではなく、MEMSミラーの共振周波数よりも低い一定の周波数を持つノイズが検出対象となる。
【0023】
ノイズ補正部16X,16Yは、制御量補正部14X,14Yからの出力信号に対して、ノイズ検出部15X,15Yで検出されたノイズ成分が打ち消されるように補正を行い、補正後の信号を駆動信号生成部11X,11Y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。
【0024】
上記のような構成の制御装置では、切替要求情報が制御量演算部20に与えられると、切替対象となる光パス上に位置する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から取得され、制御量情報として対応する駆動回路10に出力される。制御量演算部20からの制御量を示すディジタル信号を受信した駆動回路10では、該ディジタル信号が、制御量補正部14X,14Yおよびノイズ補正部16X,16Yを介して駆動信号生成部11X,11Yに与えられると共に、差分検出部13X,13Yにも与えられる。駆動信号生成部11X,11Yでは、制御量演算部20からのディジタル信号がDAコンバータ111でアナログ信号に変換され、更にオペアンプ112で高電圧に変換されて、対応するMEMSミラーをX,Y軸方向にそれぞれ駆動するための駆動信号が生成される。
【0025】
このとき生成される駆動信号は、制御量補正部14X,14Yおよびノイズ補正部16X,16Yにおける補正が行われる前の状態では、駆動回路10に使用される商用電源で発生するハムノイズ等により、例えば図4に示すように電圧レベルが周期的に変動する信号となる。このようなノイズ成分を含んだ駆動信号によりMEMSミラーを駆動した場合、MEMSミラーの角度がノイズ成分の周波数に応じて変動するようになり、所定量のアッテネーションを与えた状態では、MEMSミラーの振動により出力光パワーが大きく変化して光スイッチの動作が不安定になってしまう。また、経年変化や温度変動などにより駆動信号生成部11X,11Yの特性が変化していると、例えば図5に示すように、制御量演算部20から指示された駆動電圧の初期値に対して、駆動信号生成部11X,11Yから実際に出力される駆動電圧がずれてしまい、光パスの切り替えが困難になる場合もある。
【0026】
そこで、本制御装置では、駆動信号生成部11X,11Yから出力される駆動信号が駆動電圧モニタ部12X,12Yに与えられて駆動電圧がモニタされ、そのモニタ結果を示すディジタル信号が差分検出部13X,13Yおよびノイズ検出部15X,15Yに送られる。差分検出部13X,13Yでは、制御量演算部20から指示された駆動電圧の初期値と駆動信号生成部11X,11Yから実際に出力される駆動電圧との差分が検出され、その検出結果が制御量補正部14X,14Yに伝えられる。制御量補正部14X,14Yでは、差分検出部13X,13Yで検出された差分に従って、駆動電圧の初期値に対する補正が行われる。
【0027】
また、ノイズ検出部15X,15Yでは、駆動電圧モニタ部12X,12Yからの出力信号がバンドパスフィルタ151で処理されることにより、例えば図6に示すような駆動信号よりノイズ成分を抽出した信号が生成され、それをコンバータ152で信号処理することでノイズ成分の周波数および振幅に関する情報が検出されて、その検出結果がノイズ補正部16X,16Yに伝えられる。ノイズ補正部16X,16Yでは、差分検出部13X,13Yで検出されたノイズ成分が打ち消されるように、制御量補正部14X,14Yからの出力信号に対する補正が行われる。このノイズ成分の補正は、入力側および出力側の各MEMSミラーの軸方向ごとに個別に行われることになるため、各々における電源ノイズの発生状態に対応した的確な補正が行われる。
【0028】
上記のようにして制御量演算部20から駆動信号生成部11X,11Yに伝えられる制御量が、駆動電圧モニタ部12X,12Yのモニタ結果を基に補正されることで、電源ノイズ、および経年変化や温度変動などによる電気回路の特性変化に関わらす、高い精度で制御された駆動信号が対応するMEMSミラーに与えられるようになる。図7は、補正後の制御量に従って生成される駆動信号の一例を示したものである。なお、図7に示したように、MEMSミラーの共振周波数を超える高周波(例えば10kHz以上)のノイズや、周期性のないノイズまでは補正されないが、このようなノイズ成分によって光スイッチの動作に影響を及ぼすようなMEMSミラーの振動は発生しない。
【0029】
したがって、本制御装置によれば、所定量のアッテネーションを与えた状態で光パスの切り替えを行う場合でも、入力側および出力側の各MEMSミラーの軸方向ごとの駆動電圧を正確に制御することができるため、光パスの切り替えを安定して行うことができる。また、従来のような出力光パワーのモニタは基本的には不要であり、駆動回路10内における簡単な電気信号処理によりMEMSミラーの制御が可能になるため、低コストで小型の制御装置を実現することができる。
【0030】
次に、上述した制御装置についての応用例について説明する。
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。
【0031】
モニタ用駆動回路10Cは、例えば、制御量演算部20からの制御量を示す信号が与えられる駆動信号生成部11Cと、該駆動信号生成部11Cで生成される駆動信号の電圧値をモニタする駆動電圧モニタ部12Cと、制御量演算部20からの出力信号によって示される制御量に対する、駆動電圧モニタ部12Cでモニタされた駆動電圧の差分を検出する差分検出部13Cと、駆動電圧モニタ部12Cで検出された駆動電圧の時間変化に基づいて駆動電圧に含まれる電源ノイズの周波数および振幅に関する情報を検出するノイズ検出部15Cと、を備える。差分検出部13Cで検出された制御量の差分は、各駆動回路10’の制御量補正部14X,14Yにそれぞれ出力され、また、ノイズ検出部15Cで検出されたノイズ成分の周波数および振幅に関する情報は、各駆動回路10’のノイズ補正部16X,16Yにそれぞれ出力される。
【0032】
上記のような構成は、基本的に、各駆動回路10’の駆動信号生成部11X,11Yで共通の電源ノイズが発生すると共に、経年変化や温度変動などによる各駆動回路10’の特性変化が実質的に同様であると考えられる場合に適用される。このような場合には、各MEMSミラーを実際に駆動するのに用いられる駆動信号生成部11X,11Yとは別に、モニタ専用の駆動信号生成部11Cを設け、該駆動信号生成部11Cで生成される駆動信号についての制御量の差分およびノイズ成分を差分検出部13Cおよびノイズ検出部15Cで検出することにより、各駆動回路10’における制御量の差分およびノイズ成分を判断することができる。したがって、モニタ用駆動回路10Cの差分検出部13Cおよびノイズ検出部15Cにおける検出結果を基にして、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での補正を行うことにより、上述した実施形態の場合と同様に、電源ノイズ、および経年変化や温度変動などによる電気回路の特性変化に関わらす、高い精度で制御された駆動信号が対応するMEMSミラーに与えられるようになる。
【0033】
なお、モニタ用駆動回路10Cにおける検出結果を用いて各駆動回路10’での補正を行う場合、各駆動信号生成部11C,11X,11Yに用いられるDAコンバータ111(図2参照)のオフセット電圧のバラツキを考慮して制御量の補正を行うことが望ましい。具体的には、各駆動信号生成部11C,11X,11Yに用いられるDAコンバータ111のオフセット電圧を予めテーブル化してメモリ等に記憶しておき、モニタ用駆動回路10Cの差分検出部13Cでは、駆動電圧モニタ部12Cでモニタされた駆動電圧値から駆動信号生成部11Cに用いられるDAコンバータ111のオフセット電圧を差し引いた値を使用して制御量の差分を検出する。そして、各MEMSミラーに対応した各駆動回路10’の制御量補正部14X,14Yでは、上記の差分検出部13Cで検出された制御量の差分を基に、駆動信号生成部11X,11Yに用いられるDAコンバータ111のオフセット電圧およびオペアンプ112のリファレンス電圧の温度変化を考慮して補正量を演算し、該補正量を制御量演算部20から伝えられる制御量に加算する。これにより、各駆動信号生成部11C,11X,11Yに用いられるDAコンバータ111のオフセット電圧のバラツキがある場合でも、各駆動信号生成部11X,11Yで生成される駆動電圧を高い精度で制御することが可能になる。
【0034】
上記のように本制御装置によれば、上述した実施形態の場合同様に、所定量のアッテネーションを与えた状態でも光パスの切り替えを安定して行うことができるのに加えて、駆動電圧モニタの共通化により装置の小型化および低コスト化を図ることが可能になる。
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。
【0035】
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。
【0036】
(付記1) 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。
【0037】
(付記2) 付記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。
【0038】
(付記3) 付記1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。
【0039】
(付記4) 付記1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。
【0040】
(付記5) 付記1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、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。
【0041】
(付記6) 付記5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。
【0042】
(付記7) 付記1に記載の制御装置であって、
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。
【0043】
(付記8) 付記1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。
【0044】
(付記9) 付記1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。
【0045】
(付記10) 付記1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。
【0046】
(付記11) 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。
【0047】
(付記12) 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。
【図面の簡単な説明】
【0048】
【図1】本発明による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2】上記実施形態における駆動信号生成部の構成例を示す図である。
【図3】上記実施形態におけるノイズ検出部の構成例を示す図である。
【図4】上記実施形態における補正前の駆動信号の波形例を示す図である。
【図5】上記実施形態における経年変化や温度変動などによる駆動電圧のずれを説明するための図である。
【図6】上記実施形態において駆動信号より抽出したノイズの波形例を示す図である。
【図7】上記実施形態における補正後の駆動信号の波形例を示す図である。
【図8】上記実施形態の応用例の構成を示すブロック図である。
【図9】従来のMEMSミラーを用いた光スイッチの一例を示す概略図である。
【図10】図9の光スイッチにおける出力光パワーとMEMSミラーの角度との関係を示した図である。
【符号の説明】
【0049】
1A…入力光学系
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




 

 


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