JP2005181580A - 光スイッチ装置とそのキャリブレーション方法 - Google Patents

Abstract

【課題】長期にわたり安定に動作する光スイッチ装置を提供する。
【解決手段】光スイッチ装置１００は、波長多重された信号光が入力される一本の入力光ファイバー１１１と、光を出力する複数本の出力光ファイバー１１８と、入力光ファイバー１１１からの光ビームを波長成分ごとに異なる方向に偏向するグレーティング１１５と、波長成分ごとの光ビームを出力光ファイバー１１８の一つに方向付ける複数の可動ミラー１３０と、対応する可動ミラー１３０への光結合を適宜遮断するシャッター１４０と、出力光ファイバー１１８に入射した光の一部を分岐するタップ１１９と、タップ１１９で分岐された光を受光するモニターＰＤ１２０と、可動ミラー１３０の制御値を出力する調整回路１２１と、制御値を記憶しておくメモリー１２２と、制御値に基づいて可動ミラー１３０を駆動するドライバー１２３とを有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光信号の接続を変更するための光スイッチ装置に関し、特に、可動ミラーによる光ビームの偏向を利用し、波長単位で光接続を切り換え可能な光スイッチ装置に関する。

米国特許出願公開２００２／０１９６５２０Ａ１号は、波長多重通信用の光スイッチ装置として、入力光ファイバーと出力光ファイバーとの間の光接続を波長ごとに切り換え可能な光スイッチ装置を開示している。この光スイッチ装置は、入力光ファイバーと出力光ファイバーの数の組み合わせに応じて、ＭＵＸ（合波器）、ＤＥＭＵＸ（分波器）、光スイッチに適用可能である。

この光スイッチ装置では、具体的には、入力光ファイバーからの光ビームは、平行光ビームに変えられ、グレーティングで波長ごとに分波される。波長ごとに分波された複数の光ビームは、それぞれ、レンズによって収束光ビームに変えられ、対応するＭＥＭＳミラーに入射する。ＭＥＭＳミラーで反射された反射光ビームは、それぞれ、入力光ビームとは別の経路を辿り、入力光ファイバーとは別の位置にある出力光ファイバーに結合される。反射光ビームが結合される出力光ファイバーは、ＭＥＭＳミラーの角度によって決まる。つまり、ＭＥＭＳミラーの角度を変えることによって、反射光ビームの結合先の出力光ファイバーを切り換えることができる。
米国特許出願公開２００２／０１９６５２０Ａ１号

出力先の光ファイバーに入力光ファイバーからの光を低損失で結合させるには、ＭＥＭＳミラーの精密な角度制御が必要である。前述の光スイッチ装置は、この点について特に考慮されていない。つまり、経時的なＭＥＭＳミラーの特性変化や温度・湿度の変化に伴うＭＥＭＳミラーの特性変動によって光軸ずれが発生し、使用中に光損失が変動する、増大するといった恐れがある。

すなわち、前述の光スイッチ装置においては、可動ミラーの特性変動の影響で長期的な安定動作を得られないという不具合がある。

本発明は、このような実状を考慮して成されたものであり、その目的は、長期にわたり安定に動作する光スイッチ装置とそのキャリブレーション方法を提供することである。

本発明は、ひとつには、光スイッチ装置であり、波長多重された光が入力される少なくとも一本の入力光ファイバーと、少なくとも一本の出力光ファイバーと、入力光ファイバーからの波長多重された光ビームを波長ごとに分波する分波手段と、分波手段からの光ビームを出力光ファイバーに対して波長ごとに方向付けるための複数の可動ミラーと、分波手段から出力光ファイバーへの光結合を適宜遮断する出力光遮断手段と、出力光ファイバーに入射した光ビームの一部を分岐し出力する光分岐手段と、光分岐手段で分岐された光ビームを受光する受光手段と、可動ミラーと出力光ファイバーに対応して可動ミラーの制御値を記憶しておくメモリーと、受光手段出力に基づいてメモリーの内容を適宜更新する調整手段とを有している。

本発明は、ひとつには、波長多重された光が入力される少なくとも一本の入力光ファイバーと、少なくとも一本の出力光ファイバーと、入力光ファイバーからの波長多重された光ビームを波長ごとに分波する分波手段と、分波手段からの光ビームを出力光ファイバーに対して波長ごとに方向付けるための複数の可動ミラーとを有する光スイッチ装置のキャリブレーション方法であり、複数の可動ミラーの中から一つの可動ミラーを選択するステップと、出力光ファイバーの中から一つの出力光ファイバーを選択するステップと、選択された可動ミラーに対応する光ビーム以外の、選択された出力光ファイバーへの光結合を遮断するステップと、選択された出力光ファイバーに対応する受光手段の出力がほぼ最大となるように選択された可動ミラーの制御値を調整するステップと、調整後の制御値を、選択された可動ミラーと選択された出力光ファイバーに対応させて記憶しておくステップとを有している。

本発明によれば、長期にわたり安定に動作する光スイッチ装置とそのキャリブレーション方法が提供される。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

第一実施形態
本実施形態は、波長多重された信号光を波長ごとに切り換える光スイッチ装置に向けられている。図１は、本発明の第一実施形態の光スイッチ装置の構成を示している。

図１に示されるように、本実施形態の光スイッチ装置１００は、波長多重された信号光（複数の波長成分を含む光）が入力される一本の入力光ファイバー１１１と、光を出力する複数本の出力光ファイバー１１８と、入力光ファイバー１１１から射出される発散光ビームを平行光ビームに変えるコリメートレンズ１１２と、出力光ファイバー１１８に方向付けられた平行光ビームを収束光ビームに変える出力光ファイバー１１８と同数の収束レンズ１１７とを有している。

光スイッチ装置１００はさらに、コリメートレンズ１１２からの平行光ビームを収束光ビームに変える凸レンズ１１３と、凸レンズ１１３からの一旦収束した後の発散光ビームを平行光ビームに変える凸レンズ１１４と、凸レンズ１１４からの平行光ビームを波長成分ごとに異なる方向に偏向するグレーティング１１５とを有している。

グレーティング１１５は、入射する波長多重された光を波長ごとに分波する分波手段を構成している。グレーティング１１５で偏向された平行光ビームは、凸レンズ１１４に入射して、収束光ビームに変えられる。

光スイッチ装置１００はさらに、複数の可動ミラー１３０と、可動ミラー１３０と同数のシャッター１４０とを有している。可動ミラー１３０の個数は、信号光中の多重されている波長の種類に対応している。シャッター１４０は、それぞれ、可動ミラー１３０の光ビームの入射側の近くに配置されている。可動ミラー１３０は、それぞれ、これに入射する凸レンズ１１４からの収束光ビームを出力光ファイバー１１８の一つに方向付ける。シャッター１４０は、それぞれ、対応する可動ミラー１３０への光結合を適宜遮断する。

図２は、図１に示された可動ミラー１３０の斜視図である。複数の可動ミラー１３０は一列に整列している。一つの可動ミラー１３０は、一つのミラー１３３を有している。ミラー１３３は、一直線上に延びる二本のヒンジ１３２を介して、可動ミラー１３０の列に沿って両側に延びている二本のフレーム１３１に接続されている。ヒンジ１３２は、比較的容易に捻れ変形可能であり、ミラー１３３がヒンジ１３２を軸として所定の角度範囲で向きを変えることを可能にしている。

ミラー１３３の裏面には一つのＧＮＤ電極１３４が設けられている。可動ミラー１３０はさらに、ミラー１３３のＧＮＤ電極１３４に対向している二つの駆動電極１３６を有している。駆動電極１３６は、ミラー１３３の裏面側に配置された電極基板１３５に設けられている。

このような可動ミラー１３０では、ＧＮＤ電極１３４と駆動電極１３６の間に電圧を印加することにより発生する静電力によって、ミラー１３３の向きが変えられる。

このような静電駆動可能な可動ミラーは、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を用いて作製可能であり、例えば特開２００１−１７４７２４号公報や国際公開第０１／６１４００Ａ２号でも紹介されているので、その詳細な説明はここでは割愛する。

図３は、図１に示されたシャッター１４０を示している。一つのシャッター１４０は、光を遮るための平板状の遮光部１４１と、遮光部１４１を支持する梁部１４２と、梁部１４２を片持ち支持している固定部１４３とを有している。遮光部１４１は、梁部１４２の自由端に接合されており、梁部１４２に対してほぼ直交して延びている。梁部１４２は、比較的柔らかく、弾性的に撓み変形し得る。遮光部１４１は、梁部１４２の撓み変形に伴って、図３の上下方向に移動する。

シャッター１４０はさらに、梁部１４２の上方に間隔を置いて配置されたマグネット１４４と、梁部１４２に設けられた駆動線１４５と、駆動線１４５に電流を供給するためのパッド１４６とを有している。マグネット１４４と駆動線１４５は、梁部を撓み変形させて遮光部を移動させる駆動手段を構成している。

駆動線１４５に電流を供給すると、駆動線１４５を流れる電流とマグネット１４４によって形成される磁界との相互作用により引き起こされる電磁力により、梁部１４２が図３の上方に撓み変形し、遮光部１４１は上方に移動される。また、駆動線１４５への電流の供給を停止すると、梁部１４２の撓み変形がなくなり、遮光部１４１は元の位置に戻る。つまり、シャッター１４０は、電気信号すなわち電流により駆動され、電気信号すなわち電流を制御することにより、遮光部１４１を図３の上下に移動させることができる。このようなシャッター１４０のうち、遮光部１４１と梁部１４２と駆動線１４５とパッド１４６は、ＭＥＭＳ技術により、容易に一体的に製造することができる。

図４は、可動ミラー１３０とシャッター１４０の斜視図である。図４に示されるように、可動ミラー１３０のミラー１３３とシャッター１４０の遮光部１４１は同じピッチで並んでいる。梁部１４２が撓み変形していない状態においては、遮光部１４１はミラー１３３のちょうど前方に位置している。

シャッター１４０は、電気信号の非供給状態では、梁部１４２が撓み変形を起こさず、遮光部１４１はミラー１３３のちょうど前方に位置する「閉状態」をとる。この状態では、ミラー１３３にほぼ正面から向かう光ビームはその手前に位置する遮光部１４１で遮られる。また、電気信号の供給状態では、梁部１４２が撓み変形を起こし、遮光部１４１が上方に移動されてミラー１３３の前方から外れた「開状態」をとる。この状態では、ミラー１３３にほぼ正面から向かう光ビームは、遮光部１４１で遮られることなく、ミラー１３３に入射し得る。つまり、ミラー１３３への光ビームの入射が許される。

図４において、可動ミラー１３０やシャッター１４０を駆動するための配線（外部からの給電線）は図示されていないが、機械的な干渉を避けるため、配線は、可動ミラー１３０に関しては図の下方から接続され、シャッター１４０に関しては図の上方から接続されるとよい。

図１に示されるように、光スイッチ装置１００はさらに、出力光ファイバー１１８に入射した光の一部を分岐し出力する光分岐手段としてのタップ１１９と、タップ１１９で分岐された光を受光する受光手段としてのモニターＰＤ（フォトダイオード）１２０と、可動ミラー１３０を駆動する駆動信号値（制御値）を出力する調整回路１２１と、可動ミラー１３０の偏向角に対応する駆動信号値を記憶しておくためのメモリー１２２と、調整回路１２１から与えられる駆動信号値に基づいて可動ミラー１３０を駆動するためのドライバー１２３とを有している。調整回路１２１は、メモリー１２２に記憶されている駆動信号値を適宜更新する。

駆動信号値は、例えば駆動電圧値であり、以下では駆動電圧値として話を進める。しかし、駆動信号値は、駆動電圧値に限定されるものではなく、駆動電流値であってもよい。

タップ１１９は一本の出力光ファイバー１１８に一つずつ設けられている。それぞれのタップ１１９からは光ファイバーが延びている。図１では代表的に一つのモニターＰＤ１２０だけしか示されていないが、それぞれのタップ１１９から延びている光ファイバーに対して一つのモニターＰＤ１２０が設けられている。対応するタップ１１９とモニターＰＤ１２０は光ファイバーを介して光学的に結合されている。

光スイッチ装置１００において、入力光ファイバー１１１には、波長多重された信号光すなわち複数の波長成分を含む光が入力される。入力光ファイバー１１１から射出される発散光ビームはコリメートレンズ１１２によって平行光ビームに変えられる。コリメートレンズ１１２からの平行光ビームは凸レンズ１１３によって収束光ビームに変えられる。この収束光ビームは、一旦収束した後、発散光ビームとなる。この発散光ビームは凸レンズ１１４によって平行光ビームに変えられ、グレーティング１１５に入射する。グレーティング１１５に入射した光ビームは、グレーティング１１５の回折作用により波長成分ごとに異なる方向に偏向され、複数の波長成分の光ビームに分割される。別の言い方をすれば、グレーティング１１５に入射した光は波長ごとに分波される。

一つの波長成分の光ビームは、凸レンズ１１４によって、収束光ビームに変えられるとともに、一つの可動ミラー１３０に方向付けられる。この可動ミラー１３０に対応するシャッター１４０が開状態であれば、その可動ミラー１３０に方向付けられた収束光ビームは、可動ミラー１３０の近くで収束し、可動ミラー１３０で反射される。

可動ミラー１３０は、その向き（法線方向）が一本の軸周りに所定範囲内で変更可能である。つまり、可動ミラー１３０は所定の角度範囲で一本の軸周りに回転し得る。可動ミラー１３０の向きはドライバー１２３によって制御される。これにより、可動ミラー１３０で反射された光ビームの方向を調整することが可能である。その結果、可動ミラー１３０で反射された光ビームを、複数本の出力光ファイバー１１８の一つに方向付けることができる。

可動ミラー１３０で反射された光ビームは、凸レンズ１１４によって平行光ビームに変えられる。この平行光ビームは、グレーティング１１５で偏向された後、凸レンズ１１４によって収束光ビームに変えられる。この収束光ビームは、一旦収束した後、発散光ビームとなり、凸レンズ１１３によって平行光ビームに変えられる。この平行光ビームは、可動ミラー１３０の向きが適切に調整された状態では、収束レンズ１１７によって収束光ビームに変えられ、出力光ファイバー１１８の一つ、例えば図１において一番上に位置する出力光ファイバー１１８に入射する。出力光ファイバー１１８に入射した光は、出力光ファイバー１１８から出力される。

可動ミラー１３０で反射された光ビームが入射する出力光ファイバー１１８は、その可動ミラー１３０の向き（振れ角）に依存している。つまり、可動ミラー１３０で反射された光ビームが入る出力光ファイバー１１８は、その可動ミラー１３０の向きを変更することにより、選択的に切り換えられ得る。

このような光スイッチ装置の動作は、例えば、米国特許出願公開２００２／０１９６５２０Ａ１号明細書に記載されているものと同様であるので、これ以上の詳しい説明はここでは割愛する。

続いて、可動ミラー１３０の制御値（駆動電圧値）のキャリブレーション動作について図５のフローに沿って説明する。ここでは、図１における一番下の可動ミラー１３０と一番上の出力光ファイバー１１８との組み合わせにおけるキャリブレーションについて説明する。

（Ｓ１０１） キャリブレーション動作は、可動ミラー１３０と出力光ファイバー１１８の組に対して行なう。このため、まず、キャリブレーション対象の可動ミラー１３０と出力光ファイバー１１８を選択し決定する。

（Ｓ１０２） 次に、選択された一番上の出力光ファイバー１１８に対して現時点で光ビームを送り出している一番下の可動ミラー１３０に対応する一番下のシャッター１４０を閉状態とする。

（Ｓ１０３） 続いて、選択された一番下の可動ミラー１３０に対応するシャッター１４０のみ、開状態とする。

Ｓ１０２とＳ１０３のステップにより、選択された一番下の可動ミラー１３０に対応する光ビーム以外の、選択された出力光ファイバー１１８へ達している光ビームが遮断される。

（Ｓ１０４） 続いて、調整回路１２１が、選択された一番下の可動ミラー１３０で反射される光ビームを、選択された一番上の出力光ファイバー１１８に方向付けるために必要な駆動電圧値（制御値）を、メモリー１２２から読み出してドライバー１２３に出力する。

これにより、可動ミラー１３０からの光ビームは、およそ一番上の出力光ファイバー１１８に方向付けられる。前回のキャリブレーションを行なってからの環境変化と特性変化が少なければ、光はほぼ完全に一番上の出力光ファイバー１１８に入射する。

（Ｓ１０５） 次に、この状態から調整回路１２１は、駆動電圧値（制御値）を微調整し、タップ１１９とモニターＰＤ１２０を介してモニターしている光量が最大となるようにする。

すなわち、Ｓ１０４とＳ１０５のステップにより、選択された出力光ファイバー１１８に対応したモニターＰＤ１２０の出力が最大となるように、選択された可動ミラーの制御値が調整される。

（Ｓ１０６） 続いて、調整回路１２１は、Ｓ１０５で得られた光量最大となる（光損失が最小となる）駆動電圧値をメモリー１２２に書き込む。つまり、Ｓ１０４で読み出したメモリー１２２に記憶されている駆動電圧値を上書きして変更する。

（Ｓ１０７） 最後に、Ｓ１０２で閉状態としたシャッター１４０を、再び全て開状態とする。これで可動ミラー１３０と出力光ファイバー１１８の一つの組に対するキャリブレーション動作が終了する。

これらのステップを、可動ミラーと出力光ファイバーのすべての組について順次行なうことにより、可動ミラーの駆動電圧値（制御値）を最適な状態に長期にわたって保ちつづけることが可能となる。

これまでに説明したように、本実施形態によれば、波長ごとに（可動ミラーごとに）出力光ファイバー１１８への光結合を適宜遮断できるシャッター１４０を設け、さらに、出力光ファイバー１１８に入射した光の一部をタップ１１９で取り出してモニターＰＤ１２０でモニターする構成としたため、可動ミラー１３０ごとに最適な駆動電圧値（制御値）を随時キャリブレーションすることが可能となる。これにより、環境変化や可動ミラーの特性変動があっても、長期にわたって光損失の少ない、安定した動作が可能な光スイッチ装置を実現することができる。

第二実施形態
本実施形態は、別の光スイッチ装置に向けられている。第一実施形態は可動ミラーの駆動電圧に対してキャリブレーションを行なったが、本実施形態は、可動ミラーをフィードバック制御し、その角度目標値のキャリブレーションを行なうものである。

図６は、本発明の第二実施形態の光スイッチ装置の構成を示している。図６において、図１に示された部材と同一の参照符号で指示された部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略する。

図６に示されるように、本実施形態の光スイッチ装置２００は、図１における調整回路１２１とメモリー１２２とドライバー１２３に代えて、調整回路２２１とメモリー２２２とフィードバック制御回路２２３とを有している。さらに、光スイッチ装置２００は、可動ミラー１３０と同数の角度センサー２２４を有している。そのほかの構成は第一実施形態と同様である。

角度センサー２２４は、一つの可動ミラー１３０に対して一つずつ設けられており、対応する可動ミラー１３０の角度を検出する。つまり、角度センサー２２４は、信号光中の波長の種類に対応している。

メモリー２２２は、可動ミラー１３０の偏向角の角度目標値（制御値）を記憶している。調整回路２２１は、メモリー２２２から角度目標値を読み出して調整した後、メモリー２２２に記憶されている角度目標値を更新する。フィードバック制御回路２２３は、角度センサー２２４の出力と調整回路２２１から与えられる角度目標値とに基づいて可動ミラー１３０の偏向角をフィードバック制御する。つまり、フィードバック制御回路２２３は、角度センサー２２４の出力が所定の角度目標値と一致するように制御するミラー角度制御手段を構成している。

図７は、図６に示されたフィードバック制御回路２２３を示している。図７に示されるように、フィードバック制御回路２２３は、減算器２３１と、位相補償回路２３２と、ドライバー２３３とから構成されている。

本実施形態の基本的な光スイッチとしての動作は第一実施形態と同様であるので、詳細な説明は割愛する。第一実施形態と異なるのは角度センサー２２４やフィードバック制御回路２２３の動作であるので、この点について説明する。

角度センサー２２４は、対応する可動ミラー１３０の角度をリアルタイムに検出する。角度センサー２２４で検出された角度値は、フィードバック制御回路２２３へ送られる。フィードバック制御回路２２３では、まず、調整回路２２１から送られてくる角度目標値から検出された角度値を減算器２３１で減算し、角度誤差信号を求める。角度誤差信号はフィードバック動作を安定化させるための位相補償回路２３２とドライバー２３３を介して増幅されつつ、可動ミラー１３０を駆動する。ここで、角度誤差を減少させるような極性で可動ミラー１３０の駆動が行なわれる。可動ミラー１３０を駆動した結果は再び角度センサー２２４で検出され減算器２３１へと戻ってくるので、角度誤差を減少させる動作が常に行なわれる。これによって可動ミラー１３０の角度を角度目標値と一致させようとする、フィードバック系が構成される。

なお、角度センサー２２４としては、種々の構成が考えられるが、可動ミラー１３０が多数の小型のミラーをアレイ状に有していることを考慮すると、小型化や集積化に有利な構成が望ましい。例えば、図２において、ヒンジ１３２に歪ゲージを設けてヒンジ１３２の捻れ量からミラー１３３の角度を検出する構成などが考えられる。

一般に知られているように、角度センサー２２４によるフィードバック制御を行なうことにより、外部からの振動等で可動ミラー１３０の姿勢が乱されてもそれを瞬時に補正する動作が行なわれる。このため、種々の外乱に対する耐性を高めることができる。また、可動ミラー１３０の特性変動があっても、角度センサー２２４が正しく角度検出を行なっている限りは、可動ミラー１３０の角度は角度目標値と一致するよう制御されるため、可動ミラーの特性変動に対する耐性を高めることもできる。

しかし一般には角度センサーにも特性変動が若干あり、フィードバック制御を行なってもその誤差は残ってしまうため、角度センサー出力値の補正を行なうことが望ましい。以下、その方法について図８のフローに沿って説明する。ここでは、第一実施形態と同じく、一番下の可動ミラー１３０と一番上の出力光ファイバー１１８との組み合わせにおけるキャリブレーションについて説明する。

（Ｓ２０１） まず、キャリブレーション動作は可動ミラーと出力光ファイバーの組に対して行なうので、キャリブレーション対象の可動ミラー１３０と出力光ファイバー１１８を選択し決定する。

（Ｓ２０２） 続いて、選択された一番上の出力光ファイバー１１８に対して現時点で光を送り出している可動ミラー１３０に対応するシャッター１４０を閉状態とする。

（Ｓ２０３） 次に、選択された一番下の可動ミラー１３０に対応するシャッター１４０のみ、開状態とする。

Ｓ２０２とＳ２０３のステップにより、選択された一番下の可動ミラー１３０に対応する光ビーム以外の、選択された一番上の出力光ファイバー１１８へ達している光ビームが遮断される。

（Ｓ２０４） 続いて、調整回路２２１は、選択された一番下の可動ミラー１３０で反射される光ビームを、選択された一番上の出力光ファイバー１１８に方向付けるために必要な角度目標値（制御値）を、メモリー２２２から読み出してフィードバック制御回路２２３に出力する。

これにより、一番下の可動ミラー１３０からの光ビームは、およそ一番上の出力光ファイバー１１８に方向付けられる。

（Ｓ２０５） 次に、この状態から調整回路２２１は、角度目標値を微調整し、タップ１１９とモニターＰＤ１２０を介してモニターしている光量が最大となるようにする。

すなわち、Ｓ２０４とＳ２０５のステップにより、選択された出力光ファイバー１１８に対応したモニターＰＤ１２０の出力が最大となるように、選択された可動ミラー１３０の制御値が調整される。

（Ｓ２０６） 続いて、調整回路２２１は、Ｓ２０５で得られた光量最大となる（光損失が最小となる）角度目標値をメモリー２２２に書き込む。つまり、Ｓ２０４で読み出したメモリー２２２に記憶されている角度目標値を上書きして変更する。

（Ｓ２０７） 最後に、Ｓ２０２で閉状態としたシャッター１４０を、再び全て開状態とする。これで可動ミラー１３０と出力光ファイバー１１８の一つの組に対するキャリブレーション動作が終了する。

以上説明したように本実施形態によれば、可動ミラーの角度を検出する角度センサーとそれを用いた角度フィードバック制御系を設けたため、種々の外乱に対して耐性の高い光スイッチ装置を実現でき、また、角度センサーの出力値が変動しても随時キャリブレーションすることが可能となる。

このため、環境変化や可動ミラーや角度センサーの特性変動、振動・衝撃等の外乱があっても、安定した動作が可能な光スイッチ装置を実現することができる。

第三実施形態
本実施形態は、別の光スイッチ装置に向けられている。第二実施形態では角度制御の目標値を制御値として考えて目標値の補正によるキャリブレーションを行なったが、本実施形態では、検出値すなわち角度センサー出力に対して補正を行なってキャリブレーションを行なう。

図９は、本発明の第三実施形態の光スイッチ装置の構成を示している。図９において、図６に示された部材と同一の参照符号で指示された部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略する。

図９に示されるように、本実施形態の光スイッチ装置３００は、図６における調整回路２２１とメモリー２２２とフィードバック制御回路２２３に代えて、調整回路３２１とメモリー３２２とフィードバック制御回路３２３とメモリー３２５とを有している。そのほかの構成は第二実施形態と同様である。

メモリー３２５は、可動ミラー１３０の偏向角の角度目標値を記憶している。メモリー３２２は、角度センサー２２４の出力のオフセットを補正する角度補正値（制御値）を記憶している。調整回路３２１は、メモリー３２２から角度補正値を読み出して調整した後、メモリー３２２に記憶されている角度補正値を更新する。フィードバック制御回路３２３は、角度センサー２２４の出力と調整回路３２１から与えられる角度補正値とメモリー３２５に記憶されている角度目標値とに基づいて可動ミラー１３０の偏向角をフィードバック制御する。

図１０は、図９に示されたフィードバック制御回路３２３を示している。図１０に示されるように、本実施形態のフィードバック制御回路３２３は、加算器３３１と、減算器３３２と、位相補償回路３３３と、ドライバー３３４とから構成されている。

加算器３３１は、角度センサー２２４の出力に、角度センサー２２４の出力のオフセットを補正する角度補正値を加えて出力するオフセット調整手段を構成している。減算器３３２と位相補償回路３３３とドライバー３３４は、加算器３３１の出力が所定の角度目標値と一致するように制御するミラー角度制御手段を構成している。

図１１は、本実施形態におけるキャリブレーション動作のフローを示している。以下、図１１に沿って本実施形態のキャリブレーション動作について説明する。

（Ｓ３０１） まず、キャリブレーション対象の可動ミラー１３０と出力光ファイバー１１８を選択し決定する。

（Ｓ３０２） 続いて、選択された出力光ファイバー１１８に対して現時点で光を送り出している可動ミラー１３０に対応するシャッター１４０を閉状態とする。

（Ｓ３０３） 次に、選択された可動ミラー１３０に対応するシャッター１４０のみ、開状態とする。

Ｓ３０２とＳ３０３のステップにより、選択された可動ミラー１３０に対応する光ビーム以外の、選択された出力光ファイバー１１８へ達している光ビームが遮断される。

（Ｓ３０４） 続いて、調整回路３２１は、角度センサー２２４の出力のオフセットを補正するための角度補正値（制御値）をメモリー３２２から読み出してフィードバック制御回路３２３に出力する。また、フィードバック制御回路３２３は、選択された可動ミラー１３０で反射される光ビームを選択された出力光ファイバー１１８に方向付けるために必要な角度目標値をメモリー３２５から読み出す。

これにより、選択された可動ミラー１３０からの光ビームは、選択された出力光ファイバー１１８に方向付けられる。

（Ｓ３０５） 次に、この状態から調整回路３２１は、角度補正値を微調整し、タップ１１９とモニターＰＤ１２０を介してモニターしている光量が最大となるようにする。

すなわち、Ｓ３０４とＳ３０５のステップにより、選択された出力光ファイバー１１８に対応したモニターＰＤ１２０の出力が最大となるように、選択された可動ミラー１３０の制御値が調整される。

（Ｓ３０６） 続いて、調整回路３２１は、Ｓ３０５で得られた光量最大となる（光損失が最小となる）角度補正値をメモリー３２２に書き込む。つまり、Ｓ３０４で読み出したメモリー３２５に記憶されている角度補正値を上書きして変更する。

（Ｓ３０７） 最後に、Ｓ３０２で閉状態としたシャッター１４０を、再び全て開状態とする。これで可動ミラー１３０と出力光ファイバー１１８の一つの組に対するキャリブレーション動作が終了する。

本実施形態では、特性変動の主要因が角度センサーのオフセット変動である場合には、そのオフセットを直接補正できるため補正の考え方を単純化することができる。

第二実施形態では、角度目標値だけをメモリーに記憶しておき、角度目標値（制御値）に対してキャリブレーションを行なっている。これに対して、本実施形態では、角度目標値と角度補正値とをメモリーに記憶しておき、角度補正値（制御値）に対してキャリブレーションを行なっている。このため、本実施形態では、角度目標値と角度補正値とをメモリーに記憶しておく必要がある。そのぶん、本実施形態は、第二実施形態と比べて、回路規模が大きくなり動作が複雑になる。

以上のように本実施形態によれば、第二実施形態と同様に、可動ミラーの角度を検出する角度センサーとそれを用いた角度フィードバック制御系を設けたため種々の外乱に対して耐性の高い光スイッチ装置を実現でき、また、角度センサーの出力値が変動しても随時キャリブレーションすることが可能となる。

このため環境変化や可動ミラーや角度センサーの特性変動、振動・衝撃等の外乱があっても、安定した動作が可能な光スイッチ装置を実現することができる。

これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施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。

上述した実施形態では、出力光遮光手段としてシャッターを用いた場合について説明したが、出力光遮光手段としては出力光ファイバーへと光が結合しないようにすればよいため、例えばシャッターの代わりに、可動ミラーを大きく偏向させてしまうことによって出力光ファイバーに光が結合しないようにしてもよい。

この場合はシャッターデバイスを設ける必要がなくなるが、可動ミラーにより大きな偏向角を得られるものが必要になったり、場合によっては大きく偏向させた光が光スイッチ装置内で迷光となったりする可能性もあるため、シャッターなどを用いて確実に光の遮断を行なう方が望ましい。

もちろん、シャッターを用いる場合にも、実施形態で説明した以外の構成で同様の効果を得られるものを用いることが可能であり、例えば電気光学効果を利用したシャッターを用いることも可能である。また、上述した実施形態ではシャッター（遮光部）をミラーの直前に配置しているが、光が波長ごとに分波されている領域であればミラーと離れた位置に設けてもよい。

また、実施形態では、キャリブレーション対象の波長の光だけがキャリブレーション対象の出力光ファイバーに入射するように出力光遮断手段による制御を行なったが、受光手段でモニターしている光量の増減が正しく検出できればキャリブレーション動作は可能となるため、少量であれば他波長の光がキャリブレーション対象の出力光ファイバーに入射している状態であっても構わない。

また、キャリブレーション動作をモニター光量が最大となるように行なうのではなく、予め決めておいた値となるように、あるいは予め決めておいた閾値以上となるように制御してもよい。

また、実施形態では、一入力対四出力（光ファイバー本数）の光スイッチ装置について説明したが、入力光ファイバーと出力光ファイバーの本数は適宜変更されてよい。

また一般的に言われる光スイッチとは少し異なったものになるが、出力光ファイバーが一本で、可動ミラーの角度を制御することにより出力光ファイバーへのカップリング光量を波長ごとに変化させるゲインイコライザのようなものにも適用することもできる。またこの場合は、入力光ファイバーと出力光ファイバーに同一のものを用い、外部にサーキュレーターを設けて入力光と出力光を分離することもできる。

まとめ
本発明は、ひとつには、光スイッチ装置に向けられており、以下の各項に列記する光スイッチ装置を含んでいる。

１． 本発明の光スイッチ装置は、
波長多重された光が入力される少なくとも一本の入力光ファイバーと、
少なくとも一本の出力光ファイバーと、
入力光ファイバーからの波長多重された光ビームを波長ごとに分波する分波手段と、
分波手段からの光ビームを出力光ファイバーに対して波長ごとに方向付けるための複数の可動ミラーと、
分波手段から出力光ファイバーへの光結合を適宜遮断する出力光遮断手段と、
出力光ファイバーに入射した光ビームの一部を分岐し出力する光分岐手段と、
光分岐手段で分岐された光ビームを受光する受光手段と、
可動ミラーと出力光ファイバーに対応して可動ミラーの制御値を記憶しておくメモリーと、
受光手段出力に基づいてメモリーの内容を適宜更新する調整手段とを有している。

この光スイッチ装置においては、出力光ファイバーに対する最適な可動ミラー制御値を随時更新することができる。このため、経時変化や環境変化により可動ミラー特性が変動しても、常に最適な制御値で可動ミラーを駆動することができる。これにより、光損失の変動が発生しなくなり、長期的に安定した動作を行なうことが可能となる。

２． 本発明の別の光スイッチ装置は、第１項の光スイッチ装置において、調整手段は、出力光遮断手段が遮断していない光ビームに対応する可動ミラーについてメモリーの内容を更新する。

この光スイッチ装置においては、制御値の更新を行なう対象の可動ミラーに対応する光ビームについては遮光を行なわず、その他の可動ミラーに対応する光ビームについては適宜遮光することにより、出力光ファイバーに一つの可動ミラーだけからの光が入射する状態にできる。これにより、他波長の光の影響を受けずに制御値の更新を行なえる。このため、より正確に最適制御値を得ることができ、動作のさらなる安定化が可能となる。

３． 本発明の別の光スイッチ装置は、第１項または第２項の光スイッチ装置において、調整手段は、受光手段出力が最大となる制御値でメモリーを更新する。

この光スイッチ装置においては、可動ミラーの制御値を、光損失が最小となるように保つことが可能となる。

４． 本発明の別の光スイッチ装置は、第１項〜第３項の光スイッチ装置において、制御値が、可動ミラーの駆動信号値（駆動電圧値あるいは駆動電流値）である。

この光スイッチ装置においては、可動ミラーの駆動信号（電圧、電流）を直接制御するため、制御回路の構成を単純化できる。つまり、単純な制御回路であっても、長期的に安定動作可能な光スイッチ装置を実現できる。

５． 本発明の別の光スイッチ装置は、第１項〜第３項の光スイッチ装置において、可動ミラーの角度を検出する角度検出手段を有し、制御値は、可動ミラーの角度目標値であり、角度検出手段の出力が所定の角度目標値と一致するように制御するミラー角度制御手段とを有している。

６． 本発明の別の光スイッチ装置は、第１項〜第３項の光スイッチ装置において、可動ミラーの角度を検出する角度検出手段を有し、制御値は、角度検出手段の出力のオフセットを補正する角度補正値であり、角度検出手段の出力に角度補正値を加えて出力するオフセット調整手段と、オフセット調整手段の出力が所定の角度目標値と一致するように制御するミラー角度制御手段とを有している。

第５項と第６項の光スイッチ装置においては、角度検出を行なって角度フィードバック制御を行なうことにより、振動・衝撃への耐性を高めることができる。また角度目標値あるいは角度検出値のオフセットを適宜最適に調整できるため、角度センサーやフィードバック制御回路に必要な精度を緩めることができ、振動・衝撃への耐性が高く、長期的に安定動作可能な光スイッチ装置を比較的安価に実現できる。

第５項の光スイッチ装置は、オフセット調整手段を持たないため、第６項の光スイッチ装置に比べて回路構成が簡単で済む。第６項の光スイッチ装置は、角度センサーの誤差を実際に補正しているので、第５項の光スイッチ装置に比べて補正の考え方を単純化できる。

７． 本発明の別の光スイッチ装置は、第１項〜第６項の光スイッチ装置において、出力光遮断手段は、光ビームが出力光ファイバーに入射しないよう可動ミラーを制御することにより光ビームの遮断を行なう。

この光スイッチ装置においては、光スイッチ装置に本来必要な可動ミラーのみを使って光の遮断を行なえるため、光スイッチ装置の構造を複雑化することなく、長期的に安定動作可能な光スイッチ装置を実現できる。

８． 本発明の別の光スイッチ装置は、第１項〜第６項の光スイッチ装置において、出力光遮断手段は、分波手段から出力光ファイバーへ向かう光ビームを適宜遮断する遮光部と、遮光部の位置を変化させるための駆動部とから構成されている。

この光スイッチ装置においては、駆動可能な遮光部によって光の遮断を行なえるため、制御値の更新を行なわない可動ミラーについて角度を変更する必要がなくなり、制御値更新時の制御を簡略化することができる。

本発明は、ひとつには、光スイッチ装置のキャリブレーション方法に向けられており、以下に記すキャリブレーション方法を含んでいる。

９． 本発明は、波長多重された光が入力される少なくとも一本の入力光ファイバーと、少なくとも一本の出力光ファイバーと、入力光ファイバーからの波長多重された光ビームを波長ごとに分波する分波手段と、分波手段からの光ビームを出力光ファイバーに対して波長ごとに方向付けるための複数の可動ミラーとを有する光スイッチ装置のキャリブレーション方法であり、複数の可動ミラーの中から一つの可動ミラーを選択するステップと、出力光ファイバーの中から一つの出力光ファイバーを選択するステップと、選択された可動ミラーに対応する光ビーム以外の、選択された出力光ファイバーへの光結合を遮断するステップと、選択された出力光ファイバーに対応する受光手段の出力がほぼ最大となるように選択された可動ミラーの制御値を調整するステップと、調整後の制御値を、選択された可動ミラーと選択された出力光ファイバーに対応させて記憶しておくステップとを有している。

このキャリブレーション方法においては、出力光ファイバーに対する最適な可動ミラー制御値を随時更新することができる。このため、経時変化や環境変化により可動ミラー特性が変動しても、常に最適な制御値で可動ミラーを駆動することができる。これにより、光損失の変動が発生しなくなり、長期的に安定した動作を行なうことが可能となる。

本発明の第一実施形態の光スイッチ装置の構成を示している。 図１に示された可動ミラー単体の斜視図である。 図１に示されたシャッター単体の斜視図である。 図１に示された可動ミラーとシャッターの斜視図である。 図１に示された光スイッチ装置におけるキャリブレーション動作のフローを示している。 本発明の第二実施形態の光スイッチ装置の構成を示している。 図６に示されたフィードバック制御回路の構成を示している。 図６に示された光スイッチ装置におけるキャリブレーション動作のフローを示している。 本発明の第三実施形態の光スイッチ装置の構成を示している。 図９に示されたフィードバック制御回路の構成を示している。 図９に示された光スイッチ装置におけるキャリブレーション動作のフローを示している。

符号の説明

１００…光スイッチ装置、１１１…入力光ファイバー、１１２…コリメートレンズ、１１３…凸レンズ、１１４…凸レンズ、１１５…グレーティング、１１７…収束レンズ、１１８…出力光ファイバー、１１９…タップ、１２０…モニターＰＤ、１２１…調整回路、１２２…メモリー、１２３…ドライバー、１３０…可動ミラー、１３１…フレーム、１３２…ヒンジ、１３３…ミラー、１３４…ＧＮＤ電極、１３５…電極基板、１３６…駆動電極、１４０…シャッター、１４１…遮光部、１４２…梁部、１４３…固定部、１４４…マグネット、１４５…駆動線、１４６…パッド、２００…光スイッチ装置、２２１…調整回路、２２２…メモリー、２２３…フィードバック制御回路、２２４…角度センサー、２３１…減算器、２３２…位相補償回路、２３３…ドライバー、３００…光スイッチ装置、３２１…調整回路、３２２…メモリー、３２３…フィードバック制御回路、３２５…メモリー、３３１…加算器、３３２…減算器、３３３…位相補償回路、３３４…ドライバー。

Claims (9)

1. 波長多重された光が入力される少なくとも一本の入力光ファイバーと、
   少なくとも一本の出力光ファイバーと、
   入力光ファイバーからの波長多重された光ビームを波長ごとに分波する分波手段と、
   分波手段からの光ビームを出力光ファイバーに対して波長ごとに方向付けるための複数の可動ミラーと、
   分波手段から出力光ファイバーへの光結合を適宜遮断する出力光遮断手段と、
   出力光ファイバーに入射した光ビームの一部を分岐し出力する光分岐手段と、
   光分岐手段で分岐された光ビームを受光する受光手段と、
   可動ミラーと出力光ファイバーに対応して可動ミラーの制御値を記憶しておくメモリーと、
   受光手段出力に基づいてメモリーの内容を適宜更新する調整手段とを有している、光スイッチ装置。
2. 請求項１において、調整手段は、出力光遮断手段が遮断していない光ビームに対応する可動ミラーについてメモリーの内容を更新する、光スイッチ装置。
3. 請求項１または請求項２において、調整手段は、受光手段出力が最大となる制御値でメモリーを更新する、光スイッチ装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一つにおいて、制御値は、可動ミラーの駆動信号値である、光スイッチ装置。
5. 請求項１〜請求項３のいずれか一つにおいて、可動ミラーの角度を検出する角度検出手段を有し、制御値は、可動ミラーの角度目標値であり、角度検出手段の出力が所定の角度目標値と一致するように制御するミラー角度制御手段とを有している、光スイッチ装置。
6. 請求項１〜請求項３のいずれか一つにおいて、可動ミラーの角度を検出する角度検出手段を有し、制御値は、角度検出手段の出力のオフセットを補正する角度補正値であり、角度検出手段の出力に角度補正値を加えて出力するオフセット調整手段と、オフセット調整手段の出力が所定の角度目標値と一致するように制御するミラー角度制御手段とを有している、光スイッチ装置。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか一つにおいて、出力光遮断手段は、光ビームが出力光ファイバーに入射しないよう可動ミラーを制御することにより光ビームの遮断を行なう、光スイッチ装置。
8. 請求項１〜請求項６のいずれか一つにおいて、出力光遮断手段は、分波手段から出力光ファイバーへ向かう光ビームを適宜遮断する遮光部と、遮光部の位置を変化させるための駆動部とから構成されている、光スイッチ装置。
9. 波長多重された光が入力される少なくとも一本の入力光ファイバーと、少なくとも一本の出力光ファイバーと、入力光ファイバーからの波長多重された光ビームを波長ごとに分波する分波手段と、分波手段からの光ビームを出力光ファイバーに対して波長ごとに方向付けるための複数の可動ミラーとを有する光スイッチ装置のキャリブレーション方法であり、
   複数の可動ミラーの中から一つの可動ミラーを選択するステップと、
   出力光ファイバーの中から一つの出力光ファイバーを選択するステップと、
   選択された可動ミラーに対応する光ビーム以外の、選択された出力光ファイバーへの光結合を遮断するステップと、
   選択された出力光ファイバーに対応する受光手段の出力がほぼ最大となるように選択された可動ミラーの制御値を調整するステップと、
   調整後の制御値を、選択された可動ミラーと選択された出力光ファイバーに対応させて記憶しておくステップとを有している、キャリブレーション方法。

Images