(57)【要約】【課題】高コストを招く恐れのある３次以上の高次関数を用いることなく、それらと同等の効果的なクロストークとRabbit Earの抑制を実現できる光スイッチおよび光スイッチの制御方法を提供する。【解決手段】算出部１７は、制御変数Ｖｔからミラー１０４１をｘ軸回りおよびｙ軸回りにそれぞれ所定量回動させるための軸電圧ＶｘおよびＶｙを算出する。電極電圧制御部１８は、そのＶｘおよびＶｙから電極それぞれに印加する駆動電圧を算出して、この駆動電圧に対応する電極に印加する。比較器１３は、検出結果の目標値に対する偏差を求める。加算器１５は、その偏差に応じた補償量を制御変数Ｖｔに加算して、偏差を制御変数Ｖｔに負帰還する。これにより、２つの軸を有するミラーの動作を１つの制御変数Ｖｔによって高次関数を用いることなく制御することが可能となるので、クロストークの低減とRabbit Earの抑圧を両立するミラーの動作を、低コストで実現することができる。【選択図】  図１
2010217779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光を入力する少なくとも１つの光入力部と、
出力光を出力する少なくとも１つの光出力部と、
前記光入力部または前記光出力部の選択に用いられるｘ軸およびこのｘ軸と直交するｙ軸に対して回動可能に支持されたミラーと、このミラーと対向配置された複数の電極とを有するミラー装置と、
前記電極に電極電圧を印加して前記ミラーを前記ｘ軸回りおよび前記ｙ軸回りにそれぞれ回動させる駆動制御部と、
前記光出力部から出力される出力光の光強度を検出する検出部と
を備えた光スイッチであって、
前記駆動制御部は、
目標とする光強度に対応した制御変数Ｖｔを算出する制御変数算出部と、
前記制御変数Ｖｔから前記ミラーをｘ軸およびｙ軸回りにそれぞれ回動させる軸電圧ＶｘおよびＶｙを算出する軸電圧算出部と、
前記Ｖｘおよび前記Ｖｙから前記電極それぞれに印加する電極電圧を算出し、この電極電圧を対応する前記電極に印加する電極電圧制御部と、
前記検出部によって検出された検出結果と前記目標とする光強度との偏差を求める比較部と、
この比較部から出力される偏差に応じた補償量を前記制御変数Ｖｔに加算して、前記偏差を前記制御変数Ｖｔに負帰還する補償部と
を備え、
（Ｖｘ0，Ｖｙ0）を光損失が最低となるＶｘ−Ｖｙ平面上の座標、（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）を前記Ｖｘ−Ｖｙ平面上の任意の座標、Ｌを前記（Ｖｘ0，Ｖｙ0）から前記（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）までの前記Ｖｔが通る軌跡の長さとすると、
前記軸電圧Ｖｘは、Ｖｘ＝（−Ｖｘｄ／Ｌ2）・（Ｖｔ−Ｌ）2＋Ｖｘｄ＋Ｖｘ0で表され、
前記軸電圧Ｖｙは、Ｖｙ＝（Ｖｙｄ／Ｌ2）・Ｖｔ2＋Ｖｙ0で表される
ことを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
入力光を入力する少なくとも１つの光入力部と、
出力光を出力する少なくとも１つの光出力部と、
前記光入力部または前記光出力部の選択に用いられるｘ軸およびこのｘ軸と直交するｙ軸に対して回動可能に支持されたミラーと、このミラーと対向配置された複数の電極とを有するミラー装置と、
前記電極に電極電圧を印加して前記ミラーを前記ｘ軸回りおよび前記ｙ軸回りにそれぞれ回動させる駆動制御部と、
前記光出力部から出力される出力光の光強度を検出する検出部と、
前記検出部により検出された前記出力光を波長毎に分波する分波部と
を備えた光スイッチであって、
前記駆動制御部は、
前記分波部により分波された前記出力光を電気信号に変換する光電変換部と、
前記電気信号をデジタル変換し、前記出力光の光強度の値を出力するＡ／Ｄ変換部と、
前記出力光の光強度の値と光強度の目標値との偏差を求める比較部と、
この比較部から出力される偏差に比例する補償量を求める補償量算出部と、
前記補償量を制御変数Ｖｔに負帰還するように加える加算部と、
前記補償量が加えられた前記制御変数Ｖｔを、任意の制御周期だけ保持しておく遅延部と、
前記補償量が加えられた前記制御変数Ｖｔから前記ミラーをｘ軸およびｙ軸回りにそれぞれ回動させる軸電圧ＶｘおよびＶｙを算出する軸電圧算出部と、
前記Ｖｘおよび前記Ｖｙから前記電極それぞれに印加する電極電圧を算出し、この電極電圧を対応する前記電極に印加する電極電圧制御部と
を備え、
前記電極は、前記ミラーの前記ｘ軸回りの回動を制御する電極ａ，ｂと、前記ミラーの前記ｙ軸回りの回動を制御する電極ｃ，ｄとを備え、
（Ｖｘ0，Ｖｙ0）を光損失が最低となるＶｘ−Ｖｙ平面上の座標、（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）を前記Ｖｘ−Ｖｙ平面上の任意の座標、Ｌを前記（Ｖｘ0，Ｖｙ0）から前記（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）までの前記Ｖｔが通る軌跡の長さ、前記電極ａに印加される電極電圧をＶａ、前記電極ｂに印加される電極電圧をＶｂ、前記電極ｃに印加される電極電圧をＶｃ、前記電極ｄに印加される電極電圧をＶｄとすると、
前記軸電圧Ｖｘは、Ｖｘ＝（−Ｖｘｄ／Ｌ2）・（Ｖｔ−Ｌ）2＋Ｖｘｄ＋Ｖｘ0およびＶｘ＝Ｖａ−Ｖｂで表され、
前記軸電圧Ｖｙは、Ｖｙ＝（Ｖｙｄ／Ｌ2）・Ｖｔ2＋Ｖｙ0およびＶｙ＝Ｖｃ−Ｖｄで表される
ことを特徴とする光スイッチ。
【請求項３】
請求項１または２記載の光スイッチにおいて、
前記Ｖｘ−Ｖｙ平面上の、前記（Ｖｘ0，Ｖｙ0）に対応する前記光出力部における前記光損失の最大範囲と当該光出力部に隣接する光出力部からのクロストークが生じる範囲との交点の座標を（Ｖｘｃ，Ｖｙｃ）、任意の定数ξおよびηがξ＝２−η−２（１−η）1/2で表されるとき、（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）は、（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）＝（Ｖｘｃ／η，Ｖｙｃ／ξ）で表されることを特徴とする光スイッチ。
【請求項４】
入力光を入力する少なくとも１つの光入力部と、
出力光を出力する少なくとも１つの光出力部と、
前記光入力部または前記光出力部の選択に用いられるｘ軸およびこのｘ軸と直交するｙ軸に対して回動可能に支持されたミラーと、このミラーと対向配置された複数の電極とを有するミラー装置と、
前記電極に電極電圧を印加して前記ミラーを前記ｘ軸回りおよび前記ｙ軸回りにそれぞれ回動させる駆動制御部と
を備えた光スイッチであって、
前記駆動制御部は、
目標とする光損失に対応した制御変数Ｖｔを算出する制御変数算出部と、
前記制御変数Ｖｔから前記ミラーをｘ軸およびｙ軸回りにそれぞれ回動させる軸電圧ＶｘおよびＶｙを算出する軸電圧算出部と、
前記Ｖｘおよび前記Ｖｙから前記電極それぞれに印加する電極電圧を算出し、この電極電圧を対応する前記電極に印加する電極電圧制御部と
を備え、
（Ｖｘ0，Ｖｙ0）を前記光損失が最低となるＶｘ−Ｖｙ平面上の座標、（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）を前記Ｖｘ−Ｖｙ平面上の任意の座標、Ｌを前記（Ｖｘ0，Ｖｙ0）から前記（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）までの前記Ｖｔが通る軌跡の長さとすると、
前記軸電圧Ｖｘは、Ｖｘ＝（−Ｖｘｄ／Ｌ2）・（Ｖｔ−Ｌ）2＋Ｖｘｄ＋Ｖｘ0で表され、
前記軸電圧Ｖｙは、Ｖｙ＝（Ｖｙｄ／Ｌ2）・Ｖｔ2＋Ｖｙ0で表される
ことを特徴とする光スイッチ。
【請求項５】
入力光を入力する少なくとも１つの光入力部と、
出力光を出力する少なくとも１つの光出力部と、
前記光入力部または前記光出力部の選択に用いられるｘ軸およびこのｘ軸と直交するｙ軸に対して回動可能に支持されたミラーと、このミラーと対向配置された複数の電極とを有するミラー装置と、
前記電極に電極電圧を印加して前記ミラーを前記ｘ軸回りおよび前記ｙ軸回りにそれぞれ回動させる駆動制御部と
を備えた光スイッチであって、
前記駆動制御部は、
目標とする光損失に対応した制御変数Ｖｔを算出する制御変数算出部と、
前記制御変数Ｖｔから前記ミラーをｘ軸およびｙ軸回りにそれぞれ回動させる軸電圧ＶｘおよびＶｙを算出する軸電圧算出部と、
前記Ｖｘおよび前記Ｖｙから前記電極それぞれに印加する電極電圧を算出し、この電極電圧を対応する前記電極に印加する電極電圧制御部と
を備え、
前記電極は、前記ミラーの前記ｘ軸回りの回動を制御する電極ａ，ｂと、前記ミラーの前記ｙ軸回りの回動を制御する電極ｃ，ｄとを備え、
（Ｖｘ0，Ｖｙ0）を光損失が最低となるＶｘ−Ｖｙ平面上の座標、（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）を前記Ｖｘ−Ｖｙ平面上の任意の座標、Ｌを前記（Ｖｘ0，Ｖｙ0）から前記（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）までの前記Ｖｔが通る軌跡の長さ、前記電極ａに印加される電極電圧をＶａ、前記電極ｂに印加される電極電圧をＶｂ、前記電極ｃに印加される電極電圧をＶｃ、前記電極ｄに印加される電極電圧をＶｄとすると、
前記軸電圧Ｖｘは、Ｖｘ＝（−Ｖｘｄ／Ｌ2）・（Ｖｔ−Ｌ）2＋Ｖｘｄ＋Ｖｘ0およびＶｘ＝Ｖａ−Ｖｂで表され、
前記軸電圧Ｖｙは、Ｖｙ＝（Ｖｙｄ／Ｌ2）・Ｖｔ2＋Ｖｙ0およびＶｙ＝Ｖｃ−Ｖｄで表される
ことを特徴とする光スイッチ。
【請求項６】
請求項４または５に記載の光スイッチにおいて、
前記光損失と前記制御変数Ｖｔとの対応を予め記憶した記憶部をさらに備え、
前記制御変数算出部は、前記目標とする光強度に対応した制御変数Ｖｔを前記記憶部から取得する
ことを特徴とする光スイッチ。
【請求項７】
請求項４または５に記載の光スイッチにおいて、
前記光損失と前記制御変数Ｖｔとの対応を近似した当該制御変数Ｖｔの近似式を予め記憶した記憶部をさらに備え、
前記制御変数算出部は、前記記憶部に記憶された前記近似式に基づいて前記目標とする光強度に対応した制御変数Ｖｔを算出する
ことを特徴とする光スイッチ。
【請求項８】
入力光を入力する少なくとも１つの光入力部と、
出力光を出力する少なくとも１つの光出力部と、
前記光入力部または前記光出力部の選択に用いられるｘ軸およびこのｘ軸と直交するｙ軸に対して回動可能に支持されたミラーと、このミラーと対向配置された複数の電極とを有するミラー装置と、
前記電極に電極電圧を印加して前記ミラーを前記ｘ軸回りおよび前記ｙ軸回りにそれぞれ回動させる駆動制御部と、
前記光出力部から出力される出力光の光強度を検出する検出部と
を備えた光スイッチの制御方法であって、
目標とする光強度に対応した制御変数Ｖｔを算出する制御変数算出ステップと、
前記制御変数Ｖｔから前記ミラーをｘ軸およびｙ軸回りにそれぞれ回動させる軸電圧ＶｘおよびＶｙを算出する軸電圧算出ステップと、
前記Ｖｘおよび前記Ｖｙから前記電極それぞれに印加する電極電圧を算出し、この電極電圧を対応する前記電極に印加する電極電圧制御ステップと、
前記検出部によって検出された検出結果と前記目標とする光強度との偏差を求める比較ステップと、
この比較部から出力される偏差に応じた補償量を前記制御変数Ｖｔに加算して、前記偏差を前記制御変数Ｖｔに負帰還する補償ステップと
を有し、
（Ｖｘ0，Ｖｙ0）を前記光損失が最低となるＶｘ−Ｖｙ平面上の座標、（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）を前記Ｖｘ−Ｖｙ平面上の任意の座標、Ｌを前記（Ｖｘ0，Ｖｙ0）から前記（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）までの前記Ｖｔが通る軌跡の長さとすると、
前記軸電圧Ｖｘは、Ｖｘ＝（−Ｖｘｄ／Ｌ2）・（Ｖｔ−Ｌ）2＋Ｖｘｄ＋Ｖｘ0で表され、
前記軸電圧Ｖｙは、Ｖｙ＝（Ｖｙｄ／Ｌ2）・Ｖｔ2＋Ｖｙ0で表される
ことを特徴とする光スイッチの制御方法。
【請求項９】
入力光を入力する少なくとも１つの光入力部と、
出力光を出力する少なくとも１つの光出力部と、
前記光入力部または前記光出力部の選択に用いられるｘ軸およびこのｘ軸と直交するｙ軸に対して回動可能に支持されたミラーと、このミラーと対向配置された複数の電極とを有するミラー装置と、
前記電極に電極電圧を印加して前記ミラーを前記ｘ軸回りおよび前記ｙ軸回りにそれぞれ回動させる駆動制御部と、
前記光出力部から出力される出力光の光強度を検出する検出部と、
前記検出部により検出された前記出力光を波長毎に分波する分波部と
を備えた光スイッチの制御方法であって、
前記分波部により分波された前記出力光を電気信号に変換する光電変換ステップと、
前記電気信号をデジタル変換し、前記出力光の光強度の値を出力するＡ／Ｄ変換ステップと、
前記出力光の光強度の値と光強度の目標値との偏差を求める比較ステップと、
この比較ステップにより出力される偏差に比例する補償量を求める補償量算出ステップと、
前記補償量を制御変数Ｖｔに負帰還するように加える加算ステップと、
前記補償量が加えられた前記制御変数Ｖｔを、任意の制御周期だけ保持しておく遅延ステップと、
前記補償量が加えられた前記制御変数Ｖｔから前記ミラーをｘ軸およびｙ軸回りにそれぞれ回動させる軸電圧ＶｘおよびＶｙを算出する軸電圧算出ステップと、
前記Ｖｘおよび前記Ｖｙから前記電極それぞれに印加する電極電圧を算出し、この電極電圧を対応する前記電極に印加する電極電圧制御ステップと
を有し、
前記電極は、前記ミラーの前記ｘ軸回りの回動を制御する電極ａ，ｂと、前記ミラーの前記ｙ軸回りの回動を制御する電極ｃ，ｄとを備え、
（Ｖｘ0，Ｖｙ0）を光損失が最低となるＶｘ−Ｖｙ平面上の座標、（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）を前記Ｖｘ−Ｖｙ平面上の任意の座標、Ｌを前記（Ｖｘ0，Ｖｙ0）から前記（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）までの前記Ｖｔが通る軌跡の長さ、前記電極ａに印加される電極電圧をＶａ、前記電極ｂに印加される電極電圧をＶｂ、前記電極ｃに印加される電極電圧をＶｃ、前記電極ｄに印加される電極電圧をＶｄとすると、
前記軸電圧Ｖｘは、Ｖｘ＝（−Ｖｘｄ／Ｌ2）・（Ｖｔ−Ｌ）2＋Ｖｘｄ＋Ｖｘ0およびＶｘ＝Ｖａ−Ｖｂで表され、
前記軸電圧Ｖｙは、Ｖｙ＝（Ｖｙｄ／Ｌ2）・Ｖｔ2＋Ｖｙ0およびＶｙ＝Ｖｃ−Ｖｄで表される
ことを特徴とする光スイッチの制御方法。
【請求項１０】
請求項８または９記載の光スイッチの制御方法において、
前記Ｖｘ−Ｖｙ平面上の、前記（Ｖｘ0，Ｖｙ0）に対応する前記光出力部における前記光損失の最大範囲と当該光出力部に隣接する光出力部からのクロストークが生じる範囲との交点の座標を（Ｖｘｃ，Ｖｙｃ）、任意の定数ξおよびηがξ＝２−η−２（１−η）1/2で表されるとき、（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）は、（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）＝（Ｖｘｃ／η，Ｖｙｃ／ξ）で表されることを特徴とする光スイッチの制御方法。
【請求項１１】
入力光を入力する少なくとも１つの光入力部と、
出力光を出力する少なくとも１つの光出力部と、
前記光入力部または前記光出力部の選択に用いられるｘ軸およびこのｘ軸と直交するｙ軸に対して回動可能に支持されたミラーと、このミラーと対向配置された複数の電極とを有するミラー装置と、
前記電極に電極電圧を印加して前記ミラーを前記ｘ軸回りおよび前記ｙ軸回りにそれぞれ回動させる駆動制御部と
を備えた光スイッチの制御方法であって、
目標とする光強度に対応した制御変数Ｖｔを算出する制御変数算出ステップと、
前記制御変数Ｖｔから前記ミラーをｘ軸およびｙ軸回りにそれぞれ回動させる軸電圧ＶｘおよびＶｙを算出する軸電圧算出ステップと、
前記Ｖｘおよび前記Ｖｙから前記電極それぞれに印加する電極電圧を算出し、この電極電圧を対応する前記電極に印加する電極電圧制御ステップと
を有し、
（Ｖｘ0，Ｖｙ0）を前記光損失が最低となるＶｘ−Ｖｙ平面上の座標、（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）を前記Ｖｘ−Ｖｙ平面上の任意の座標、Ｌを前記（Ｖｘ0，Ｖｙ0）から前記（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）までの前記Ｖｔが通る軌跡の長さとすると、
前記軸電圧Ｖｘは、Ｖｘ＝（−Ｖｘｄ／Ｌ2）・（Ｖｔ−Ｌ）2＋Ｖｘｄ＋Ｖｘ0で表され、
前記軸電圧Ｖｙは、Ｖｙ＝（Ｖｙｄ／Ｌ2）・Ｖｔ2＋Ｖｙ0で表される
ことを特徴とする光スイッチの制御方法。
【請求項１２】
入力光を入力する少なくとも１つの光入力部と、
出力光を出力する少なくとも１つの光出力部と、
前記光入力部または前記光出力部の選択に用いられるｘ軸およびこのｘ軸と直交するｙ軸に対して回動可能に支持されたミラーと、このミラーと対向配置された複数の電極とを有するミラー装置と、
前記電極に電極電圧を印加して前記ミラーを前記ｘ軸回りおよび前記ｙ軸回りにそれぞれ回動させる駆動制御部と
を備えた光スイッチの制御方法であって、
目標とする光強度に対応した制御変数Ｖｔを算出する制御変数算出ステップと、
前記制御変数Ｖｔから前記ミラーをｘ軸およびｙ軸回りにそれぞれ回動させる軸電圧ＶｘおよびＶｙを算出する軸電圧算出ステップと、
前記Ｖｘおよび前記Ｖｙから前記電極それぞれに印加する電極電圧を算出し、この電極電圧を対応する前記電極に印加する電極電圧制御ステップと
を有し、
前記電極は、前記ミラーの前記ｘ軸回りの回動を制御する電極ａ，ｂと、前記ミラーの前記ｙ軸回りの回動を制御する電極ｃ，ｄとを備え、
（Ｖｘ0，Ｖｙ0）を光損失が最低となるＶｘ−Ｖｙ平面上の座標、（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）を前記Ｖｘ−Ｖｙ平面上の任意の座標、Ｌを前記（Ｖｘ0，Ｖｙ0）から前記（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）までの前記Ｖｔが通る軌跡の長さ、前記電極ａに印加される電極電圧をＶａ、前記電極ｂに印加される電極電圧をＶｂ、前記電極ｃに印加される電極電圧をＶｃ、前記電極ｄに印加される電極電圧をＶｄとすると、
前記軸電圧Ｖｘは、Ｖｘ＝（−Ｖｘｄ／Ｌ2）・（Ｖｔ−Ｌ）2＋Ｖｘｄ＋Ｖｘ0およびＶｘ＝Ｖａ−Ｖｂで表され、
前記軸電圧Ｖｙは、Ｖｙ＝（Ｖｙｄ／Ｌ2）・Ｖｔ2＋Ｖｙ0およびＶｙ＝Ｖｃ−Ｖｄで表される
ことを特徴とする光スイッチの制御方法。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載の光スイッチの制御方法において、
前記制御変数算出ステップは、予め記憶された前記光強度と前記制御変数Ｖｔとの対応に基づいて、前記目標とする光損失に対応した制御変数Ｖｔを取得する
ことを特徴とする光スイッチの制御方法。
【請求項１４】
請求項１１または１２に記載の光スイッチの制御方法において、
前記制御変数算出ステップは、予め記憶された前記光強度と前記制御変数Ｖｔとの対応を近似した当該制御変数Ｖｔの近似式に基づいて、前記目標とする光損失に対応した制御変数Ｖｔを算出する
ことを特徴とする光スイッチの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信用光伝送装置や波長ルーティング装置などに用いられる光スイッチおよび光スイッチの制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信の分野では、光信号を電気信号に変換することなく相手先に送信することにより、光の特徴を生かした高速通信が実現されている。また、１つの波長に１つの光信号を対応させて波長多重するWDM(Wavelength Division Multiplexing)技術により、１本の光ファイバにより大容量の光伝送を行うことも実現されている。このような光通信技術の発展に伴って、光信号を電気信号等に変換することなく経路を切り替える光スイッチが脚光を浴びている。
【０００３】
光スイッチは、光通信ネットワークの大規模化に伴って、高機能化が促進されている。従来では、入力ポートが１つ、出力ポートが２つの単純な１×２スイッチが用いられていたが、近年では、入力ポートおよび出力ポートを数百個有し万単位の光路制御を行うことができるマトリクススイッチや数十もの波長から任意の波長を選択して複数の出力ファイバのうちの何れかから出力する波長選択スイッチなどが提案されている。これらのスイッチを高機能かつ小型に実現できるのが空間光学系光スイッチである。
【０００４】
空間光学系光スイッチは、光ファイバとともにレンズやミラーなどの空間光学部品を三次元的に配置することにより、高機能化と小型化を実現している。このような空間光学スイッチには、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)技術で作成されたマイクロミラー装置（例えば、特許文献１参照）がよく用いられる。ＭＥＭＳマイクロミラー装置は、ミラーと対向配置された電極に電圧を印加し、電極とミラーとの間に生じる静電力によってミラーを回動軸回りに回動させる装置である。ＭＥＭＳマイクロミラー装置は、ミラーを複数の回動軸により回動させることが可能なので、例えば、光路の切り替えを実現する第１の回動軸の他に、その第１の回転軸と直交する第２の回動軸の回りにミラーを傾けることによって光損失を変化させて、そのミラーを通過する光信号のパワーを任意の値に制御することができる。光パワーの制御は、例えば、ＷＤＭ光ネットワークなどにおいては、光伝送路における波長利得／損失の差によって生じた光信号間のパワーのばらつきを抑制することに利用される。この機能は、接続できるノード数にかかわるので、将来の波長多重光ネットワーク用波長選択スイッチには欠かせない機能である。
【０００５】
このような波長選択スイッチでは、光ネットワークの大規模化に伴って、その光学的な性能についても高い性能が要求されている。例えば、光信号が多段のノードを通過するようなると、光損失を補うために光増幅器が設けられるが、この光増幅器が必要な信号成分のみを増幅できるように、波長選択スイッチでは、透過スペクトルが必要な帯域のみを通すスペクトルであることが求められる。また、ポート数も増加するため、一般にポートクロストーク（ＰＸＴ）と呼ばれる、隣接ポートに漏れ出す光信号レベルを要求値以下に十分抑えなくてはならない。
【０００６】
このような波長選択スイッチの一例を図７，図８に示す。ここで、図７に示す波長選択スイッチ１００は、複数の入力ポートから入力された複数（最大ｍ波）のチャンネル（波長）信号を、１つの出力ポートから合波して出力するＡｄｄ型波長選択スイッチである。一方、図８に示す波長選択スイッチ２００は、１つの入力ポートから入力された複数のチャンネル信号（最大ｍ波）を、複数の出力ポートの中の１つのポートから出力するＤｒｏｐ型波長選択スイッチである。なお、図７，図８において、同等の構成要素については、同じ名称および符号を付し、適宜説明を省略する。
【０００７】
図７に示す波長選択スイッチ１００は、入力ポートとして機能するｎ本の入力側光ファイバ１０１−１〜１０１−ｎと、出力ポートとして機能する１本の出力側光ファイバ１０２と、入力側光ファイバ１０１−１〜１０１−ｎからの入力光を回折して波長の異なる最大ｍ個の光信号に分波する回折格子１０３と、この回折格子１０３により回折された光信号を波長毎に反射して、出力側光ファイバ１０２から出力させるＭＥＭＳミラー装置１０４−１〜１０４−ｍと、出力側光ファイバ１０２から分岐された光信号をｍ個の特定の波長毎に分波する分波器１０５と、この分波器１０５により分波された各光をモニタするフォトダイオード１０６−１〜１０６−ｍと、このフォトダイオード１０６−１〜１０６−ｍの検出結果をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１０７と、このＡ／Ｄ変換器１０７からの出力に基づいてＭＥＭＳミラー装置１０４−１〜１０４−ｍの駆動を制御するミラー制御回路１０８とを備えている。ここで、ＭＥＭＳミラー装置１０４−１〜１０４−ｍの各ミラーは、ミラーが並んでいる方向のｘ軸、および、このｘ軸と直交するｙ軸回りに回動可能とされており、入力側光ファイバ１０１−１〜１０１−ｎは、そのｙ軸に沿った方向に配列されている。
【０００８】
図８に示す波長選択スイッチ２００は、１本の入力側光ファイバ１０１と、ｎ本の出力側光ファイバ１０２−１〜１０２−ｎと、入力側光ファイバ１０１からの入力光を回折して波長の異なる最大ｍ個の光信号に分波する回折格子１０３と、この回折格子１０３により回折された光信号を波長毎に反射して、対応する出力側光ファイバ１０２−１〜１０２−ｎから出力させるＭＥＭＳミラー装置１０４−１〜１０４−ｍと、出力側光ファイバ１０２−１〜１０２−ｎからの出力を合流する合流器１０９と、この合流器１０９により合流された光をｍ個の特定の波長毎に分波する分波器１０５と、この分波器１０５により分波された各光をモニタするフォトダイオード１０６−１〜１０６−ｍと、このフォトダイオード１０６−１〜１０６−ｍの検出結果をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１０７と、このＡ／Ｄ変換器１０７からの出力に基づいてＭＥＭＳミラー装置１０４−１〜１０４−ｍの駆動を制御するミラー制御回路１０８とを備えている。ここで、ＭＥＭＳミラー装置１０４−１〜１０４−ｍの各ミラーは、ミラーが並んでいる方向のｘ軸、および、このｘ軸と直交するｙ軸回りに回動可能とされており、出力側光ファイバ１０２−１〜１０２−ｎは、ｘ軸回りにミラーを回動させたときの、光ビームの軌跡上に配列されている。
【０００９】
ここで、図７に示す波長選択スイッチ１００と図８に示す波長選択スイッチ２００の違いは、Ｎ入力１出力のＡｄｄ型であるか、１入力Ｎ出力のＤｒｏｐ型であるかの入出力方向の違いと、これに伴う出力側の信号光パワーをモニタするための構成、すなわち、図７に示す波長選択スイッチ１００では単に出力側光ファイバ１０２からの光パワーの一部を分岐してチャンネル（波長）毎に信号を分離するための分波器１０５に入力するのに対して、図８に示す波長選択スイッチ２００では複数の出力側光ファイバ１０２−１〜１０２−ｎのそれぞれから光信号を分岐して合流器１０９で１つにまとめた後、チャンネル毎に信号を分離するための分波器１０５に入力する点である。これら以外の構成および動作原理は、両者とも同等である。
【００１０】
便宜上、図７に示す波長選択スイッチ１００を、１つのチャンネルに注目して簡略化したものを図９に示す。
【００１１】
図９に示す波長選択スイッチ１００は、ｎ本の入力側光ファイバ１０１−１〜１０１−ｎと、１本の出力側光ファイバ１０２と、入力側光ファイバ１０１−１〜１０１−ｎからの入力光を回折する回折格子１０３と、この回折格子１０３により回折された光信号を反射して出力側光ファイバ１０２から出力させるＭＥＭＳミラー装置１０４と、出力側光ファイバ１０２からの出力の一部を分岐するカプラ１１０と、このカプラ１１０により分岐された光信号を電気信号に変換するフォトダイオード１０６と、このフォトダイオード１０６からの電気信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１０７と、このＡ／Ｄ変換器１０７からの出力に基づいてＭＥＭＳミラー装置１０４の駆動を制御するミラー制御回路１０８とを備えている。ここで、入力側光ファイバ１０１−１〜１０１−ｎ、出力側光ファイバ１０２、回折格子１０３およびＭＥＭＳミラー装置１０４は、空間光学系スイッチ部３００を構成している。また、フォトダイオード１０６、Ａ／Ｄ変換器１０７およびミラー装置回路１０８は、駆動制御部４００を構成している。
【００１２】
ここで、図１０（ａ）に示すように、ｘ軸、および、このｘ軸と直交するｙ軸の、２つの軸回りに回動するＭＥＭＳミラー装置の具体的な構造例について説明する。ＭＥＭＳミラー装置１０４のミラー１０４１は、ｘ軸に対して、ｎ本の入力ポートのうちの何れか１つのポートと１本の出力ポートとが結合する、すなわち、ｘ軸回りの回動方向に関して何れかの入力ポートと１本の出力ポートの間が最小損失になるように回動する。これは、ちょうど、入力ポートが並んだ方向に光信号の向きを動かすように回動する。一方、ｙ軸に対して、ミラー１０４１は、ｘ軸に直交するｙ軸回りに回動するので、入力ポートが並んだ方向と直交する方向に光信号の向きを動かすように回動する。したがって、入力ポートから出力ポートへの結合率、すなわち損失を制御するには、ｘ軸およびｙ軸のどちらを回動させても可能であるが、ポートの並び方向の動きを司るｘ軸回りの回動は、主にポートの選択、ポートの並び方向と直交する方向の動きを司るｙ軸回りの回動は、主に損失の制御に用いられる。
【００１３】
このような波長選択スイッチ１００において、負帰還制御を行う場合、制御装置１０８は、フォトダイオード１０６とＡ／Ｄ変換器１０７により求めた光信号の出力パワーと目標値との間の偏差を０にするように、ＭＥＭＳミラー装置１０４のミラー１０４１を回動させる。
【００１４】
ＭＥＭＳミラー装置１０４は、例えば図１０（ｂ）〜図１０（ｄ）に示すように、ジンバル構造を有するミラー１０４１と、このミラー１０４１の下方に対向配置された電極１０４２ａ〜１０４２ｄとから構成される。この電極１０４２ａ〜１０４２ｄは、ミラー１０４１の主表面と略平行な同一平面上に設けられており、電極１０４２ａ，１０４２ｂはｘ軸に対して対称に、電極１０４２ｃ，１０４２ｄはｙ軸に対して対称に配設されることが多い。ミラー１０４１の電位は、グランド電位と同じ電位となるようにしているので、電極１０４２ａ〜１０４２ｄに電圧を印加すると、電極１０４２ａ〜１０４２ｄとミラー１０４１との間に静電引力が生じ、この静電引力とミラー１０４１を支持する捻りバネによる復元力とが釣り合う角度までミラー１０４１が傾くこととなる。ミラー１０４１の回動方向は、ｘ軸回りとｙ軸回りの２つなので、回動を制御する電圧（すなわち制御変数）も２つあれば二軸の角度を任意に制御することができる。また、多くの変数を扱うよりも、変数の数を必要最小限にした方が制御方法を容易に構築しやすい。そこで、４つの電極１０４２ａ〜１０４２ｄに印加する４つの電圧（Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄ：以下、電極電圧という）を、下式（１）、（２）に示すように２つの電圧Ｖｘ、Ｖｙで表すこととする。
【００１５】
Ｖｘ＝Ｖａ−Ｖｂ  ・・・（１）
Ｖｙ＝Ｖｃ−Ｖｄ  ・・・（２）
【００１６】
上式（１）、（２）を用いることにより、ｘ軸回りの回動を制御する電圧をＶｘ、ｙ軸回りの回動を制御する電圧をＶｙとして扱うことができる。以下において、電圧Ｖｘ、Ｖｙを軸電圧と言う。なお、通常、二軸駆動のミラーの場合、図１０（ａ）〜図１０（ｄ）に示したようなジンバル構造のミラー以外にも、電極電圧ではなく、変数を絞った軸電圧を使ってミラーの駆動制御を行う場合が多い。また、電極電圧とＶｘ，Ｖｙとの関係は、必ずしも上式（１）、（２）に示すような関係に限定されず、ミラーの特性などを考慮して他の関係式が採用される場合もある。
【００１７】
ＭＥＭＳミラー装置１０４において、軸電圧Ｖｘを変えると、ミラー１０４１は、ｘ軸回りに回動する。図９に示したように、入力ポートがｘ軸と直交する方向に並んでいるので、各入力ポートと出力ポートとを結合するｘ軸回りの回動角は、入力ポートの数ｎだけ存在する。したがって、各入力ポートと出力ポートとを最適に結合する電圧Ｖｘも、入力ポートの数ｎだけ存在することとなる。
【００１８】
一方、ＭＥＭＳミラー装置１０４において、軸電圧Ｖｙを変えると、ミラー１０４１は、ｙ軸回りに回動する。図９に示したように、入力ポートがｙ軸と平行な方向に並んでいるので、もし、ある入力ポートと出力ポートが最適結合（最も損失が小さくなる状態）している状態からｙ軸回りの回動を与えると、結合状態が悪化して、入力ポートと出力ポートの間の損失が増大する。このとき、入力ポートが並んでいる方向と直交する方向にミラーを回動させているので、他のポートの結合状態には影響が及ばない。すなわち、ｙ軸回りの回動は、あるポートとの結合効率を下げるだけで、他のポートへの影響が小さい。このため、ｙ軸回りの回動は、主に損失制御に用いられる。ｙ軸回りの損失特性は、最も損失が小さくなる点をピークとして、このピークからずれるほど損失が大きくなる、山状の形状を示す。したがって、ある入力ポートと出力ポートを最適に結合する電圧Ｖｙは、１つだけ存在することとなる。
【００１９】
すなわち、図１１に示すように、Ｖｘ軸の方向には、入力ポート数に応じたＮポート分のピークが存在する。一方、Ｖｙ軸方向には、ポート毎にピークは１つしか存在しない。このため、Ｖｘ−Ｖｙ平面上の損失等高線図は、Ｖｙ軸方向に細長くなった楕円がＶｘ方向にＮ個並んだ、特徴的な形状を示す。なお、採用したミラーによっては、ＶｘやＶｙのプラス方向にしかミラーが動作しない場合もありうる。このような場合には、図１１からミラーの動作範囲だけを取り出した損失等高線図になる。
【００２０】
図１２Ａ〜図１２Ｃに、損失を制御する変数をＶｘにとった場合と、Ｖｙにとった場合との違いを示す。
【００２１】
基本的に、損失制御は、Ｖｙを用いて行われるが、図１２Ｃに示すようにＶｘを用いてミラー１０４１をｘ軸方向のみに回動させることによって行うことも可能である。しかしながら、この場合には、あるポートの損失を下げようとすると、そのポートに隣接するポートに対して光が漏れ出してしまう、いわゆるクロストークという現象が発生してしまう。このクロストークは、光信号に対するノイズになるので、規定値以下に抑えなければならない。この規定値は、ネットワーク設計に依存する値であるが、−３０ｄＢ未満といった低い値が要求される。損失を変えるとともにクロストークを小さく抑えるには、図１２Ｂに示すように、ｘ軸と直交するｙ軸回りにミラー１０４１を回動させることによって損失を制御することが最適である。
【００２２】
ところが、ｙ軸のみで損失制御を行う場合には、別の光学特性を劣化させる場合がある。具体的には、Ｖｙの値を大きくしてミラー１０４１をｙ軸回りに大きな角度で回動させたときに、ミラー１０４１の端面からの回折光が透過スペクトル内に残存して、透過帯域の端の損失が下がらずに残ってしまい、透過帯域の両端近傍が山状に飛び出したスペクトル形状となってしまうことがある。これは、ちょうどウサギの耳のように飛び出して見えるので、Rabbit Earと呼ばれている。この現象は、複数の波長選択スイッチと光増幅器を通過する光ネットワークでは、その“耳”の部分も繰り返し増幅されて“成長”してしまうため、ネットワークの透過帯域を減少させてしまう。そのため、Rabbit Earを小さくすることが要求されている。
【００２３】
Rabbit Earの低減の観点からは、図１２Ｃに示すように、ミラー両端の回折光の方向が透過スペクトル内に入らないｘ軸回りの回動のみを使って損失を制御することが望ましい。しかしながら、この場合には、上述したようにクロストークの問題が発生してしまう。
【００２４】
このように、クロストークとRabbit Earは、損失を制御する軸を、ｘ軸およびｙ軸の何れか一方にすることでは解決することが困難であった。そこで、図１３Ａ，図１３Ｂに示すように、ピーク近傍ではｘ軸回りにミラー１０４１を回動させ、ピークから外れるとｙ軸回りにミラー１０４１を回動させることにより、クロストークとRabbit Earを同時に解決することが提案されている。Rabbit Earは、損失が大きくなる、すなわちピークから離れたところで顕著になるので、初期段階にｘ軸回りにミラー１４０２を回動させることは理にかなっている。
【００２５】
ところが、回動させる軸を切り替える場合には、軸を切り替える際に対象とする変数も変更しなければならないが、例えば、図１１に示したような楕円状の損失等高線上ではＶｘ方向とＶｙ方向では損失特性が大きく変わってしまう。このため、パワーを負帰還制御しているような場合には、その帰還量を最適に保つために軸を切り替える度に制御パラメータも再設定しなければならないので、結果として制御が複雑になってしまう。
【００２６】
このため、従来のようにｘ軸回りとｙ軸回りの回動動作を交互に切り替えるのではなく、ＶｘとＶｙとを所定の関係を有した上で同時に変化させて、損失を大きくした時点でｙ軸回りだけでなくｘ軸回りにも回動させることによって、透過スペクトル内に残存するミラーの端面からの回折光を減らすとともにRabbit Earを抑えることができる。このようにすれば、損失特性は連続的に変わるので、変数や制御パラメータの再設定をすることなく光強度の制御を実現することができる。
【００２７】
ここで、上述した所定の関係とは、例えば、下式（３），（４）のようにＶｘとＶｙとが新たに導入した制御変数Ｖｔの一次関数で表されるような場合のことを示す。
【００２８】
Ｖｘ＝Ａ・Ｖｔ＋Ｖｘ0  ・・・（３）
Ｖｙ＝Ｂ・Ｖｔ＋Ｖｙ0  ・・・（４）
【００２９】
上式（３）、（４）において、（Ｖｘ0，Ｖｙ0）は、Ｖｘ−Ｖｙ平面上のピークを示す座標である。制御変数Ｖｔを導入すると、変数が２つである軸電圧をさらに１つにまとめることができる。この結果、ＰＩＤ制御などにより光強度の制御を行う際には、その制御変数Ｖｔを用いて光強度の制御を容易に実現することができる。
【００３０】
上述したように、ｘ軸回りにミラーを回動させた後にｙ軸回りに回動させることによりクロストークを許容値以下にするとともにRabbit Earを抑圧できるのであれば、上式（３），（４）のようにＶｘ、Ｖｙに関する両式を一次関数で表すよりも、下式（５），（６）のようにＶｙ側については高次関数で表す方が適している。
【００３１】
Ｖｘ＝Ａ・Ｖｔ＋Ｖｘ0  ・・・（５）
Ｖｙ＝Ｂ・Ｖｔα＋Ｖｙ0  ・・・（６）
【００３２】
上式（６）において、αは２以上の整数である。図１４Ａ，図１４Ｂに、高次関数を導入した場合の損失等高線上における軌跡と、制御変数に対する損失特性を示す。損失特性の微分値は連続的でありながら、図１３Ａ，図１３Ｂに示した損失特性と同様なRabbit Ear抑圧効果が得られることがわかる。このように、高次関数を用いることにより、始めはｘ軸方向に回動させ、制御電圧Ｖｔが大きくなるにつれてｙ軸方向の回動を増大させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３３】
【特許文献１】特開２００３−０５７５７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３４】
しかしながら、軸電圧を算出するのに高次関数を導入すると、制御変数Ｖｔが大きい領域では非線形性によって制御変数Ｖｔに対する損失の変化量が極端に大きくなってしまう。この傾向は、高次関数の次数αが大きければ大きいほど顕著になる。制御変数Ｖｔに対する損失変化量が、制御変数Ｖｔが小さい場合と大きい場合とで極端に異なると、従来の場合と同様、制御変数Ｖｔのどこかで場合分けをして制御パラメータを再設定する必要が生じてしまい、制御変数Ｖｔに対して損失特性が連続的に変わるという特性を生かせなくなるので、次数を制限せざるを得なくなる。また、演算負荷は、一次関数の場合よりも高くなる上、高次関数の非線形性により、軸電圧Ｖｙの演算精度を確保するためには、制御変数Ｖｔの精度を軸電圧Ｖｙよりも上げる必要がある。このため、演算能力が高く、桁精度も大きい高機能な演算器が必要となるなど、制御回路が複雑で高コストとなりやすい。
【００３５】
そこで、本願発明は、高コストを招く恐れのある３次以上の高次関数を用いることなく、それらと同等の効果的なクロストークとRabbit Earの抑制を実現できる光スイッチおよび光スイッチの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】
【００３６】
上述したような課題を解決するために、本発明に係る光スイッチは、入力光を入力する少なくとも１つの光入力部と、出力光を出力する少なくとも１つの光出力部と、光入力部または光出力部の選択に用いられるｘ軸およびこのｘ軸と直交するｙ軸に対して回動可能に支持されたミラーと、このミラーと対向配置された複数の電極とを有するミラー装置と、電極に電極電圧を印加してミラーをｘ軸回りおよびｙ軸回りにそれぞれ回動させる駆動制御部と、光出力部から出力される出力光の光強度を検出する検出部とを備えた光スイッチであって、駆動制御部は、目標とする光強度に対応した制御変数Ｖｔを算出する制御変数算出部と、制御変数Ｖｔからミラーをｘ軸およびｙ軸回りにそれぞれ回動させる軸電圧ＶｘおよびＶｙを算出する軸電圧算出部と、ＶｘおよびＶｙから電極それぞれに印加する電極電圧を算出し、この電極電圧を対応する電極に印加する電極電圧制御部と、検出部によって検出された検出結果と目標とする光強度との偏差を求める比較部と、この比較部から出力される偏差に応じた補償量を制御変数Ｖｔに加算して、偏差を制御変数Ｖｔに負帰還する補償部とを備え、（Ｖｘ0，Ｖｙ0）を光損失が最低となるＶｘ−Ｖｙ平面上の座標、（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）をＶｘ−Ｖｙ平面上の任意の座標、Ｌを（Ｖｘ0，Ｖｙ0）から（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）までのＶｔが通る軌跡の長さとすると、軸電圧Ｖｘは、Ｖｘ＝（−Ｖｘｄ／Ｌ2）・（Ｖｔ−Ｌ）2＋Ｖｘｄ＋Ｖｘ0で表され、軸電圧Ｖｙは、Ｖｙ＝（Ｖｙｄ／Ｌ2）・Ｖｔ2＋Ｖｙ0で表されることを特徴とするものである。
【００３７】
また、本発明に係る他の光スイッチは、入力光を入力する少なくとも１つの光入力部と、出力光を出力する少なくとも１つの光出力部と、光入力部または光出力部の選択に用いられるｘ軸およびこのｘ軸と直交するｙ軸に対して回動可能に支持されたミラーと、このミラーと対向配置された複数の電極とを有するミラー装置と、電極に電極電圧を印加してミラーをｘ軸回りおよびｙ軸回りにそれぞれ回動させる駆動制御部と、光出力部から出力される出力光の光強度を検出する検出部と、検出部により検出された出力光を波長毎に分波する分波部とを備えた光スイッチであって、駆動制御部は、分波部により分波された出力光を電気信号に変換する光電変換部と、電気信号をデジタル変換し、出力光の光強度の値を出力するＡ／Ｄ変換部と、出力光の光強度の値と光強度の目標値との偏差を求める比較部と、この比較部から出力される偏差に比例する補償量を求める補償量算出部と、補償量を制御変数Ｖｔに負帰還するように加える加算部と、補償量が加えられた制御変数Ｖｔを、任意の制御周期だけ保持しておく遅延部と、補償量が加えられた制御変数Ｖｔからミラーをｘ軸およびｙ軸回りにそれぞれ回動させる軸電圧ＶｘおよびＶｙを算出する軸電圧算出部と、ＶｘおよびＶｙから電極それぞれに印加する電極電圧を算出し、この電極電圧を対応する電極に印加する電極電圧制御部とを備え、電極は、ミラーのｘ軸回りの回動を制御する電極ａ，ｂと、ミラーのｙ軸回りの回動を制御する電極ｃ，ｄとを備え、（Ｖｘ0，Ｖｙ0）を光損失が最低となるＶｘ−Ｖｙ平面上の座標、（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）をＶｘ−Ｖｙ平面上の任意の座標、Ｌを（Ｖｘ0，Ｖｙ0）から（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）までのＶｔが通る軌跡の長さ、電極ａに印加される電極電圧をＶａ、電極ｂに印加される電極電圧をＶｂ、電極ｃに印加される電極電圧をＶｃ、電極ｄに印加される電極電圧をＶｄとすると、軸電圧Ｖｘは、Ｖｘ＝（−Ｖｘｄ／Ｌ2）・（Ｖｔ−Ｌ）2＋Ｖｘｄ＋Ｖｘ0およびＶｘ＝Ｖａ−Ｖｂで表され、軸電圧Ｖｙは、Ｖｙ＝（Ｖｙｄ／Ｌ2）・Ｖｔ2＋Ｖｙ0およびＶｙ＝Ｖｃ−Ｖｄで表されることを特徴とするものである。
【００３８】
上記光スイッチにおいて、Ｖｘ−Ｖｙ平面上の、（Ｖｘ0，Ｖｙ0）に対応する光出力部における光損失の最大範囲と当該光出力部に隣接する光出力部からのクロストークが生じる範囲との交点の座標を（Ｖｘｃ，Ｖｙｃ）、任意の定数ξおよびηがξ＝２−η−２（１−η）1/2で表されるとき、（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）は、（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）＝（Ｖｘｃ／η，Ｖｙｃ／ξ）で表されるようにしてもよい。
【００３９】
また、本発明に係る他の光スイッチは、入力光を入力する少なくとも１つの光入力部と、出力光を出力する少なくとも１つの光出力部と、光入力部または光出力部の選択に用いられるｘ軸およびこのｘ軸と直交するｙ軸に対して回動可能に支持されたミラーと、このミラーと対向配置された複数の電極とを有するミラー装置と、電極に電極電圧を印加してミラーをｘ軸回りおよびｙ軸回りにそれぞれ回動させる駆動制御部とを備えた光スイッチであって、駆動制御部は、目標とする光損失に対応した制御変数Ｖｔを算出する制御変数算出部と、制御変数Ｖｔからミラーをｘ軸およびｙ軸回りにそれぞれ回動させる軸電圧ＶｘおよびＶｙを算出する軸電圧算出部と、ＶｘおよびＶｙから電極それぞれに印加する電極電圧を算出し、この電極電圧を対応する電極に印加する電極電圧制御部とを備え、（Ｖｘ0，Ｖｙ0）を光損失が最低となるＶｘ−Ｖｙ平面上の座標、（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）をＶｘ−Ｖｙ平面上の任意の座標、Ｌを（Ｖｘ0，Ｖｙ0）から（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）までのＶｔが通る軌跡の長さとすると、軸電圧Ｖｘは、Ｖｘ＝（−Ｖｘｄ／Ｌ2）・（Ｖｔ−Ｌ）2＋Ｖｘｄ＋Ｖｘ0で表され、軸電圧Ｖｙは、Ｖｙ＝（Ｖｙｄ／Ｌ2）・Ｖｔ2＋Ｖｙ0で表されることを特徴とするものである。
【００４０】
また、本発明に係る他の光スイッチは、入力光を入力する少なくとも１つの光入力部と、出力光を出力する少なくとも１つの光出力部と、光入力部または光出力部の選択に用いられるｘ軸およびこのｘ軸と直交するｙ軸に対して回動可能に支持されたミラーと、このミラーと対向配置された複数の電極とを有するミラー装置と、電極に電極電圧を印加してミラーをｘ軸回りおよびｙ軸回りにそれぞれ回動させる駆動制御部とを備えた光スイッチであって、駆動制御部は、目標とする光損失に対応した制御変数Ｖｔを算出する制御変数算出部と、制御変数Ｖｔからミラーをｘ軸およびｙ軸回りにそれぞれ回動させる軸電圧ＶｘおよびＶｙを算出する軸電圧算出部と、ＶｘおよびＶｙから電極それぞれに印加する電極電圧を算出し、この電極電圧を対応する電極に印加する電極電圧制御部とを備え、電極は、ミラーのｘ軸回りの回動を制御する電極ａ，ｂと、ミラーのｙ軸回りの回動を制御する電極ｃ，ｄとを備え、（Ｖｘ0，Ｖｙ0）を光損失が最低となるＶｘ−Ｖｙ平面上の座標、（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）をＶｘ−Ｖｙ平面上の任意の座標、Ｌを（Ｖｘ0，Ｖｙ0）から（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）までのＶｔが通る軌跡の長さ、電極ａに印加される電極電圧をＶａ、電極ｂに印加される電極電圧をＶｂ、電極ｃに印加される電極電圧をＶｃ、電極ｄに印加される電極電圧をＶｄとすると、軸電圧Ｖｘは、Ｖｘ＝（−Ｖｘｄ／Ｌ2）・（Ｖｔ−Ｌ）2＋Ｖｘｄ＋Ｖｘ0およびＶｘ＝Ｖａ−Ｖｂで表され、軸電圧Ｖｙは、Ｖｙ＝（Ｖｙｄ／Ｌ2）・Ｖｔ2＋Ｖｙ0およびＶｙ＝Ｖｃ−Ｖｄで表されることを特徴とするものである。
【００４１】
上記光スイッチにおいて、光損失と制御変数Ｖｔとの対応を予め記憶した記憶部をさらに備え、制御変数算出部は、目標とする光強度に対応した制御変数Ｖｔを記憶部から取得するようにしてもよい。また、光損失と制御変数Ｖｔとの対応を近似した当該制御変数Ｖｔの近似式を予め記憶した記憶部をさらに備え、制御変数算出部は、記憶部に記憶された近似式に基づいて目標とする光強度に対応した制御変数Ｖｔを算出するようにしてもよい。
【００４２】
また、本発明に係る光スイッチの制御方法は、入力光を入力する少なくとも１つの光入力部と、出力光を出力する少なくとも１つの光出力部と、光入力部または光出力部の選択に用いられるｘ軸およびこのｘ軸と直交するｙ軸に対して回動可能に支持されたミラーと、このミラーと対向配置された複数の電極とを有するミラー装置と、電極に電極電圧を印加してミラーをｘ軸回りおよびｙ軸回りにそれぞれ回動させる駆動制御部と、光出力部から出力される出力光の光強度を検出する検出部とを備えた光スイッチの制御方法であって、目標とする光強度に対応した制御変数Ｖｔを算出する制御変数算出ステップと、制御変数Ｖｔからミラーをｘ軸およびｙ軸回りにそれぞれ回動させる軸電圧ＶｘおよびＶｙを算出する軸電圧算出ステップと、ＶｘおよびＶｙから電極それぞれに印加する電極電圧を算出し、この電極電圧を対応する電極に印加する電極電圧制御ステップと、検出部によって検出された検出結果と目標とする光強度との偏差を求める比較ステップと、この比較部から出力される偏差に応じた補償量を制御変数Ｖｔに加算して、偏差を制御変数Ｖｔに負帰還する補償ステップとを有し、（Ｖｘ0，Ｖｙ0）を光損失が最低となるＶｘ−Ｖｙ平面上の座標、（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）をＶｘ−Ｖｙ平面上の任意の座標、Ｌを（Ｖｘ0，Ｖｙ0）から（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）までのＶｔが通る軌跡の長さとすると、軸電圧Ｖｘは、Ｖｘ＝（−Ｖｘｄ／Ｌ2）・（Ｖｔ−Ｌ）2＋Ｖｘｄ＋Ｖｘ0で表され、軸電圧Ｖｙは、Ｖｙ＝（Ｖｙｄ／Ｌ2）・Ｖｔ2＋Ｖｙ0で表されることを特徴とするものである。
【００４３】
また、本発明に係る他の光スイッチの制御方法は、入力光を入力する少なくとも１つの光入力部と、出力光を出力する少なくとも１つの光出力部と、光入力部または光出力部の選択に用いられるｘ軸およびこのｘ軸と直交するｙ軸に対して回動可能に支持されたミラーと、このミラーと対向配置された複数の電極とを有するミラー装置と、電極に電極電圧を印加してミラーをｘ軸回りおよびｙ軸回りにそれぞれ回動させる駆動制御部と、光出力部から出力される出力光の光強度を検出する検出部と、検出部により検出された出力光を波長毎に分波する分波部とを備えた光スイッチの制御方法であって、分波部により分波された出力光を電気信号に変換する光電変換ステップと、電気信号をデジタル変換し、出力光の光強度の値を出力するＡ／Ｄ変換ステップと、出力光の光強度の値と光強度の目標値との偏差を求める比較ステップと、この比較ステップにより出力される偏差に比例する補償量を求める補償量算出ステップと、補償量を制御変数Ｖｔに負帰還するように加える加算ステップと、補償量が加えられた制御変数Ｖｔを、任意の制御周期だけ保持しておく遅延ステップと、補償量が加えられた制御変数Ｖｔからミラーをｘ軸およびｙ軸回りにそれぞれ回動させる軸電圧ＶｘおよびＶｙを算出する軸電圧算出ステップと、ＶｘおよびＶｙから電極それぞれに印加する電極電圧を算出し、この電極電圧を対応する電極に印加する電極電圧制御ステップとを有し、電極は、ミラーのｘ軸回りの回動を制御する電極ａ，ｂと、ミラーのｙ軸回りの回動を制御する電極ｃ，ｄとを備え、（Ｖｘ0，Ｖｙ0）を光損失が最低となるＶｘ−Ｖｙ平面上の座標、（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）をＶｘ−Ｖｙ平面上の任意の座標、Ｌを（Ｖｘ0，Ｖｙ0）から（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）までのＶｔが通る軌跡の長さ、電極ａに印加される電極電圧をＶａ、電極ｂに印加される電極電圧をＶｂ、電極ｃに印加される電極電圧をＶｃ、電極ｄに印加される電極電圧をＶｄとすると、軸電圧Ｖｘは、Ｖｘ＝（−Ｖｘｄ／Ｌ2）・（Ｖｔ−Ｌ）2＋Ｖｘｄ＋Ｖｘ0およびＶｘ＝Ｖａ−Ｖｂで表され、軸電圧Ｖｙは、Ｖｙ＝（Ｖｙｄ／Ｌ2）・Ｖｔ2＋Ｖｙ0およびＶｙ＝Ｖｃ−Ｖｄで表されることを特徴とするものである。
【００４４】
上記光スイッチの制御方法において、Ｖｘ−Ｖｙ平面上の、（Ｖｘ0，Ｖｙ0）に対応する光出力部における光損失の最大範囲と当該光出力部に隣接する光出力部からのクロストークが生じる範囲との交点の座標を（Ｖｘｃ，Ｖｙｃ）、任意の定数ξおよびηがξ＝２−η−２（１−η）1/2で表されるとき、（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）は、（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）＝（Ｖｘｃ／η，Ｖｙｃ／ξ）で表されるようにしてもよい。
【００４５】
また、本発明に係る他の光スイッチの制御方法は、入力光を入力する少なくとも１つの光入力部と、出力光を出力する少なくとも１つの光出力部と、光入力部または光出力部の選択に用いられるｘ軸およびこのｘ軸と直交するｙ軸に対して回動可能に支持されたミラーと、このミラーと対向配置された複数の電極とを有するミラー装置と、電極に電極電圧を印加してミラーをｘ軸回りおよびｙ軸回りにそれぞれ回動させる駆動制御部とを備えた光スイッチの制御方法であって、目標とする光強度に対応した制御変数Ｖｔを算出する制御変数算出ステップと、制御変数Ｖｔからミラーをｘ軸およびｙ軸回りにそれぞれ回動させる軸電圧ＶｘおよびＶｙを算出する軸電圧算出ステップと、ＶｘおよびＶｙから電極それぞれに印加する電極電圧を算出し、この電極電圧を対応する電極に印加する電極電圧制御ステップとを有し、（Ｖｘ0，Ｖｙ0）を光損失が最低となるＶｘ−Ｖｙ平面上の座標、（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）をＶｘ−Ｖｙ平面上の任意の座標、Ｌを（Ｖｘ0，Ｖｙ0）から（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）までのＶｔが通る軌跡の長さとすると、軸電圧Ｖｘは、Ｖｘ＝（−Ｖｘｄ／Ｌ2）・（Ｖｔ−Ｌ）2＋Ｖｘｄ＋Ｖｘ0で表され、軸電圧Ｖｙは、Ｖｙ＝（Ｖｙｄ／Ｌ2）・Ｖｔ2＋Ｖｙ0で表されることを特徴とするものである。
【００４６】
また、本発明に係る他の光スイッチの制御方法は、入力光を入力する少なくとも１つの光入力部と、出力光を出力する少なくとも１つの光出力部と、光入力部または光出力部の選択に用いられるｘ軸およびこのｘ軸と直交するｙ軸に対して回動可能に支持されたミラーと、このミラーと対向配置された複数の電極とを有するミラー装置と、電極に電極電圧を印加してミラーをｘ軸回りおよびｙ軸回りにそれぞれ回動させる駆動制御部とを備えた光スイッチの制御方法であって、目標とする光強度に対応した制御変数Ｖｔを算出する制御変数算出ステップと、制御変数Ｖｔからミラーをｘ軸およびｙ軸回りにそれぞれ回動させる軸電圧ＶｘおよびＶｙを算出する軸電圧算出ステップと、ＶｘおよびＶｙから電極それぞれに印加する電極電圧を算出し、この電極電圧を対応する電極に印加する電極電圧制御ステップとを有し、電極は、ミラーのｘ軸回りの回動を制御する電極ａ，ｂと、ミラーのｙ軸回りの回動を制御する電極ｃ，ｄとを備え、（Ｖｘ0，Ｖｙ0）を光損失が最低となるＶｘ−Ｖｙ平面上の座標、（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）をＶｘ−Ｖｙ平面上の任意の座標、Ｌを（Ｖｘ0，Ｖｙ0）から（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）までのＶｔが通る軌跡の長さ、電極ａに印加される電極電圧をＶａ、電極ｂに印加される電極電圧をＶｂ、電極ｃに印加される電極電圧をＶｃ、電極ｄに印加される電極電圧をＶｄとすると、軸電圧Ｖｘは、Ｖｘ＝（−Ｖｘｄ／Ｌ2）・（Ｖｔ−Ｌ）2＋Ｖｘｄ＋Ｖｘ0およびＶｘ＝Ｖａ−Ｖｂで表され、軸電圧Ｖｙは、Ｖｙ＝（Ｖｙｄ／Ｌ2）・Ｖｔ2＋Ｖｙ0およびＶｙ＝Ｖｃ−Ｖｄで表されることを特徴とするものである。
【００４７】
上記光スイッチの制御方法において、制御変数算出ステップは、予め記憶された光強度と制御変数Ｖｔとの対応に基づいて、目標とする光損失に対応した制御変数Ｖｔを取得するようにしてもよい。また、制御変数算出ステップは、予め記憶された光強度と制御変数Ｖｔとの対応を近似した当該制御変数Ｖｔの近似式に基づいて、目標とする光損失に対応した制御変数Ｖｔを算出するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００４８】
本発明によれば、電圧ＶｘをＶｘ＝（−Ｖｘｄ／Ｌ2）・（Ｖｔ−Ｌ）2＋Ｖｘｄ＋Ｖｘ0、軸電圧ＶｙをＶｙ＝（Ｖｙｄ／Ｌ2）・Ｖｔ2＋Ｖｙ0という２次関数に基づいて算出し、この算出した電圧に基づいてミラーを回動させることにより、クロストークおよびRabbit Earを抑制することができる。したがって、３次以上の関数を用いた複雑な演算を行うための演算器等が不要となるので、低コストでクロストークおよびRabbit Earの抑制を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光スイッチの構成を模式的に示す図である。
【図２】規格化した軸電圧における制御変数Ｖｔの軌跡を示す図である。
【図３Ａ】図２における点（０．４３，０．０６）までをＶｔの範囲としたときのＶｔの軌跡を示す図である。
【図３Ｂ】図２における点（０．８５，０．３８）までをＶｔの範囲としたときのＶｔの軌跡を示す図である。
【図３Ｃ】図２における点（０．９６，０．６４）までをＶｔの範囲としたときのＶｔの軌跡を示す図である。
【図４】制御変数Ｖｔの設定方法を説明するための図である。
【図５Ａ】Ｖｘ−Ｖｙ平面上のＶｔの軌跡を示す図である。
【図５Ｂ】Ｖｔと損失の関係を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る光スイッチの構成を模式的に示す図である。
【図７】Ａｄｄ型波長選択スイッチの構成を模式的に示す図である。
【図８】Ｄｒｏｐ型波長選択スイッチの構成を模式的に示す図である。
【図９】図７の波長選択スイッチを簡略化した図である。
【図１０】（ａ）はミラーの構成を示す図、（ｂ）はＭＥＭＳミラー装置の構成を示す図、（ｃ）はＭＥＭＳミラー装置におけるミラーのｘ軸回りの回動を示す図、（ｄ）はＭＥＭＳミラー装置におけるミラーのｙ軸回りの回動を示す図である。
【図１１】Ｎポート分のピークが存在する場合の損失等高線図である。
【図１２Ａ】Ｖｘ−Ｖｙ平面上の損失等高線図である。
【図１２Ｂ】図１２ＡにおけるＶｘ方向の透過率を示す図である。
【図１２Ｃ】図１２ＡにおけるＶｙ方向の透過率を示す図である。
【図１３Ａ】回動軸を切り替える場合のＶｘ−Ｖｙ平面上の損失等高線図である。
【図１３Ｂ】図１３ＡにおけるＶｔの透過率と損失を示す図である。
【図１４Ａ】高次関数を導入した場合の損失等高線上におけるＶｔの軌跡を示す図である。
【図１４Ｂ】図１４ＡにおけるＶｔの透過率と損失を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００５１】
［第１の実施の形態］
まず、本発明の第１の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態に係る光スイッチは、制御変数Ｖｔを用いてＰＩＤ制御の基本制御である比例制御（Ｐ制御）により光スイッチのミラーの回動を制御するものであって、図９を参照して説明した光スイッチ１００の駆動制御部４００を後述する駆動制御部１０に置き換えたものである。したがって、以下において、光スイッチ１００と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付し、適宜説明を省略する。
【００５２】
＜光スイッチの構成＞
図１に示すように、本実施の形態に係る光スイッチ１は、空間光学系スイッチ部３００と、この空間光学系スイッチ部３００に含まれるＭＥＭＳミラー装置１０４の動作を制御する駆動制御部１０とから構成される。この駆動制御部１０は、出力ポートからカプラ１１０を使って分岐された光パワーを電気信号に変換するフォトダイオードなどからなるＯ／Ｅ変換器１１と、Ｏ／Ｅ変換器１１により変換された電気信号をデジタル変換して、分岐した光パワーに基づいて光信号の出力光の光強度の値を求めるＡ／Ｄ変換部１２と、このＡ／Ｄ変換部１２で求められた出力光の光強度と目標値との差（以下、偏差という）を求める比較器１３と、偏差に比例した補償量を求める補償量算出部１４と、この補償量算出部１４により算出された補償量を制御変数Ｖｔに負帰還するように加える加算器１５と、補償量が加えられた制御変数Ｖｔを次のＰ制御に備えて任意の制御周期ΔＴだけ保持しておくメモリなどからなる遅延器１６と、補償量が加えられた制御変数Ｖｔから軸電圧Ｖｘ、Ｖｙを算出する算出部１７と、この算出部１７により算出された軸電圧Ｖｘ、Ｖｙから電極電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄを求めて空間光学系スイッチ部３００のＭＥＭＳミラー装置１０４に印加する電極電圧制御部１８と、任意の周期ΔＴでＰ制御を実行するためのタイマ１９とから構成される。
【００５３】
このような駆動制御部１０は、ＣＰＵ／ＦＰＧＡ／ＡＳＩＣなどのマイクロプロセッサおよび制御メモリとその周辺回路からなり、制御メモリに記憶された動作プログラムを読み込んで実行することにより、ハードウェアと動作プログラムを協働させ、上述したＡ／Ｄ変換部１２、比較器１３、補償量算出部１４、加算器１５、遅延器１６、算出部１７、電極電圧制御部１８およびタイマ１９が実現される。
【００５４】
ここで、算出部１７は、下式（７）、（８）に基づいて、制御変数Ｖｔから軸電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）を算出する。
【００５５】
Ｖｘ＝（−Ｖｘｄ／Ｌ2）・（Ｖｔ−Ｌ）2＋Ｖｘｄ＋Ｖｘ0  ・・・（７）
Ｖｙ＝（Ｖｙｄ／Ｌ2）・Ｖｔ2＋Ｖｙ0  ・・・（８）
【００５６】
ここで、（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）は、Ｖｘ−Ｖｙ電圧平面上における適当な座標、Ｌは（Ｖｘ0，Ｖｙ0）から（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）まで制御変数Ｖｔが通る軌跡の長さを示している。一例として、（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）＝（１，１）として上式（７），（８）をＶｘ−Ｖｙ電圧平面上に表した際のＶｔの軌跡を図２に示す。
【００５７】
図２において、制御変数Ｖｔの軌跡は、ＶｙをＶｘの高次関数としたＶｙ＝Ｖｘαと比較して、制御変数Ｖｔが小さい領域、例えばその領域をＶｘで示せば、Ｖｘ＝０〜０．８程度の範囲ではα＝３（三次式）以下の軌跡に近づき、制御変数Ｖｔが（１，１）に近い領域ではより高次関数の軌跡に近づく。したがって、（Ｖｘ0，Ｖｙ0）から（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）までの軌跡のうち、制御変数Ｖｔによる制御に用いる範囲の決め方によって、近似的にどれくらいの高次関数形状の軌跡にするかを調整することができる。
【００５８】
例えば、図３Ａに示すように、式（７）、（８）に従う制御変数Ｖｔの軌跡上の点（０．４３，０．０６）までを制御変数Ｖｔの範囲とすると、グラフの軌跡は二次関数形状に近似する。同様に、図３Ｂに示すように、制御変数Ｖｔの軌跡上の点（０．８５，０．３８）までを制御変数Ｖｔの範囲とすると、グラフの軌跡は三次関数形状に近似する。同様に、図３Ｃに示すように、制御変数Ｖｔの軌跡上の点（０．９６，０．６４）までを制御変数Ｖｔの範囲とすると、グラフの軌跡は四次関数形状に近似する。
【００５９】
このように、本実施の形態では、軸電圧Ｖｘについても制御変数Ｖｔで二次関数化することにより、二次関数までしか使わずに、高次関数の軌跡に似た軌跡をとることが可能となる。
【００６０】
制御変数Ｖｔに対する軸電圧ＶｘとＶｙの変化量、すなわち、微分値については、軸電圧ＶｙだけをＶ制御変数ｔの高次関数とした上式（５），（６）の場合には、下式（９），（１０）で表される。
【００６１】
ｄＶｘ／ｄＶｔ＝Ａ  ・・・（９）
ｄＶｙ／ｄＶｔ＝αＢ・Ｖｔα-1  ・・・（１０）
【００６２】
これに対して、本実施の形態における上式（７），（８）を適用した場合には、下式（１１），（１２）で表される。
【００６３】
ｄＶｘ／ｄＶｔ＝（−２Ｖｘｄ／Ｌ2）・（Ｖｔ−Ｌ）  ・・・（１１）
ｄＶｙ／ｄＶｔ＝（２Ｖｙｄ／Ｌ2）・Ｖｔ  ・・・（１２）
【００６４】
このように、本実施の形態では、微分値が制御変数Ｖｔの一次式となる。ここで、軸電圧Ｖｙだけを制御変数Ｖｔの高次関数とした式（９），（１０）と、本実施の形態における式（１１），（１２）とを比較すると、式（９），（１０）では、軸電圧Ｖｙの微分値が、制御変数Ｖｔが大きくなるにつれて（α−１）次の高次関数で増大する。これに対して、式（１１），（１２）では、軸電圧Ｖｘの微分値が（Ｖｔ−Ｌ）に、軸電圧Ｖｙの微分値が制御変数Ｖｔにそれぞれ比例するので、制御変数Ｖｔが小さいところでは制御変数Ｖｔの変化はＶｘ側の変化として線形に現れ、制御変数ＶｔがＬに近づくにつれて制御変数Ｖｔの変化はＶｙ側の変化として線形に現れる。このため、次数がα＝３以上の高次関数形状に制御変数Ｖｔの軌跡を合わせる場合、本実施の形態では、制御変数Ｖｔが大きな領域で軸電圧ＶｘとＶｙの変化量が極端に大きくならなくて済む。これにより、本実施の形態では、高次関数の軌跡をとりながらも、制御変数Ｖｔに対する軸電圧Ｖｘ、Ｖｙの変化量が極端に大きくならずに、制御変数Ｖｔに対する損失特性も２次関数の場合と同等になる。
【００６５】
この結果、軸電圧Ｖｙを制御変数Ｖｔのα≧３の高次関数にしなくても、高次関数形状の軌跡に沿ってミラーを回動させることができるとともに、制御変数Ｖｔが大きな領域においても軸電圧Ｖｙの変化量が非線形的に増大しないので、制御変数Ｖｔの損失特性をクロストークを許容値以下にしながらRabbit Earを抑圧しつつ、Ｖｔの途中で制御パラメータを切り替えるようなことをせずに、容易に出力パワーの制御を実現することができる。
【００６６】
＜光スイッチの動作＞
次に、図１を参照して、本実施の形態に係る光スイッチ１の動作について説明する。
【００６７】
カプラ１０により出力ポートから光信号が分岐されると、この光信号は、Ｏ／Ｅ変換器１１により電気信号に変換され、Ａ／Ｄ変換部１２によりデジタル信号に変換されて出力光の光強度の値が算出される。
【００６８】
光信号の出力光の光強度が算出されると、比較器１３は、その出力光の光強度と出力光の光強度の目標値との偏差を算出する。
【００６９】
偏差が算出されると、補償量算出部１４は、その偏差に比例した補償量を算出する。出力パワーが目標値により偏差ｅだけ小さい場合、補償量算出部１４は、その偏差ｅのＫｐ倍の補償量を制御変数Ｖｔに加える。加えるときの補償量の符号は、補償量を制御変数Ｖｔに加えることにより出力が大きくなる符号がとられる。Ｋｐの値を適切に設定することにより、偏差ｅがある場合に、この偏差ｅを打ち消すように制御変数Ｖｔが補正されるので、最終的に出力パワーが目標値に近づくこととなる。
【００７０】
補償量が算出されると、加算器１５は、その補償量を制御変数Ｖｔに負帰還するように加える。このとき、遅延器１６は、補償量が加えられた制御変数Ｖｔを次のＰ制御に備えて、タイマ１９により計時される任意の制御周期ΔＴのだけ保持しておく。
【００７１】
補償量が制御変数Ｖｔに加えられると、算出部１７は、その制御変数Ｖｔから軸電圧Ｖｘ、Ｖｙを算出する。この算出部１７により算出されるミラー１０４１の軸電圧（Ｖｘ、Ｖｙ）の軌跡の一例を図４に示す。この図４に示すような制御変数Ｖｔを用いることによって、軸電圧Ｖｘ，Ｖｙが算出される。なお、制御変数Ｖｔの設定方法の詳細については、後述する。
【００７２】
軸電圧Ｖｘ、Ｖｙが算出されると、電極電圧制御部１８は、その軸電圧Ｖｘ、Ｖｙから空間光学系スイッチ部３００のＭＥＭＳミラー装置１０４における電極１０４２ａ〜１０４２ｄに印加する電極電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄを算出し、これを対応する電極１０４２ａ〜１０４２ｄに印加する。これにより、ＭＥＭＳミラー装置１０４の２つの回動軸を有するミラー１０４１を、１つの制御変数Ｖｔによって制御することが可能となるので、クロストークの低減とRabbit Earの抑圧を両立するミラーの動作を、従来の方法のようにミラーの向きを急激に変えることなく、シームレスに連続して実現することができる。
【００７３】
＜制御変数Ｖｔの設定方法＞
次に、制御変数Ｖｔの設定方法の詳細について、図４を参照して説明する。
【００７４】
注目しているポートをＰｏｒｔ  ｘとしたとき、Ｐｏｒｔ  ｘの損失等高線は、ほぼ同心楕円になり、その両隣にＰｏｒｔ  ｘ−１とＰｏｒｔ  ｘ＋１の同様な損失等高線が並ぶ。制御変数Ｖｔの軌跡は、必要とされる損失可変範囲の最大損失を表す楕円（図４の太実線）を横切らなければならない。また、制御変数Ｖｔを変えることで隣接ポートに光が漏れ出してしまうクロストークについては、許容値（隣接クロストーク）以下に抑える必要がある。このため、制御変数Ｖｔの軌跡は、隣接ポートの隣接クロストークを与える楕円（図４の一点鎖線）を横切ってはならない。この２つの条件に加えて、副軸（Ｖｙ軸）から離れた方がRabbit Earを抑えられるという条件を踏まえると、制御変数Ｖｔの軌跡は図４の（Ｖｘｃ，Ｖｙｃ）を通ることが望ましい。本実施の形態において、その（Ｖｘｃ，Ｖｙｃ）を、損失可変範囲の楕円と隣接クロストークを与える楕円の交点であることから、クロスポイントと言うこととする。このクロスポイントは、使用損失範囲の最外楕円上の点であるので、制御変数Ｖｔの使用範囲を決めているとも言うことができる。
【００７５】
ここで、原点（Ｖｘ0，Ｖｙ0）と（Ｖｘｃ，Ｖｙｃ）を結ぶ軌跡を二次関数曲線に近似させるか、三次関数曲線に近似させるか、または、より高次の曲線に近似させるかについては、上述したように、（Ｖｘ0，Ｖｙ0）と（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）とを結ぶ軌跡上のどこにＶｔの範囲を決める（Ｖｘｃ，Ｖｙｃ）をとるかによって決まる。そこで、下式（１３）に示すように、ＶｘｃとＶｘｄの比をηとし、ηの値の取り方によってどの程度の高次関数曲線に近似させるかを決めることとする。
【００７６】
η＝Ｖｘｃ／Ｖｘｄ  ・・・（１３）
【００７７】
ηの目安としては、η≒０．４で二次関数曲線、η≒０．８５で三次関数曲線、η≒０．９５で四次関数曲線に近い軌跡となる。また、ηから下式（１４）を用いてξを求める。
【００７８】
ξ＝２−η−２（１−η）1/2  ・・・（１４）
【００７９】
なお、（η、ξ）は、（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）＝（１、１）とした規格化した電圧平面上のクロスポイントを示しており、上式（１４）は、Ｖｘ＝η、Ｖｙ＝ξ、Ｖｘｄ＝Ｖｙｄ＝１として、式（７）、（８）を連立してξを求めたものである。
【００８０】
ξとＶｙｃ、Ｖｙｄも、式（７）と同様な下式（１５）に示す関係を有している。
【００８１】
ξ＝Ｖｙｃ／Ｖｙｄ  ・・・（１５）
【００８２】
したがって、（Ｖｘｃ，Ｖｙｃ）およびηが決まると、式（１３）〜（１５）により（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）は下式（１６）によって求めることができる。
【００８３】
（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）＝（Ｖｘｃ／η，Ｖｙｃ／ξ）  ・・・（１６）
【００８４】
最後にＬを決めれば、式（７）、（８）が確定し、制御変数Ｖｔが算出されることとなる。ここで、Ｌは、任意の値をとることができる。上述したように、Ｌは、（Ｖｘ0，Ｖｙ0）から（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）までのＶｔが通る軌跡の長さを表すので、この長さ計算をして求めればよい。このとき、ＶｔとＶｘやＶｙとが同じスケールになる、すなわち、Ｖｔ＝１がＶｘ−Ｖｙ電圧平面上でＶｘ＝１やＶｙ＝１と同じ長さになる必要はない。
【００８５】
一例として、上式（３）、（４）と同じとなるように原点（Ｖｘ0，Ｖｙ0）からクロスポイント（Ｖｘｃ，Ｖｙｃ）までの直線距離（最短距離）を、クロスポイントにおけるＶｔの値になるように定めた場合について説明する。ここで、その直線距離をＬｃとすると、このＬｃは下式（１７）で表される。
【００８６】
Ｌｃ＝（Ｖｘｃ2＋Ｖｙｃ2）1/2  ・・・（１７）
【００８７】
ここで、ＬｃとＬとの間には下式（１８）が成り立つ。
【００８８】
Ｌｃ／Ｌ＝ξ1/2  ・・・（１８）
【００８９】
上式（１７）、（１８）からＬは下式（１９）から求めることができる。
【００９０】
Ｌ＝Ｌｃ／ξ1/2＝｛（Ｖｘｃ2＋Ｖｙｃ2）／ξ｝1/2  ・・・（１９）
【００９１】
このように、光スイッチの損失等高線から決まるクロスポイント（Ｖｘｃ，Ｖｙｃ）と、軌跡の形状を決めるηを決めることによって、式（１４）、（１６）、（１９）から（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）とＬが決まり、式（７）、（８）が確定することとなる。
【００９２】
なお、式（１９）については一例であって、定義通りに同スケールになるようにしたり、別の決まりによってＬｃを定義して式（１８）から求めるようにしたりしてもよい。
【００９３】
このようにして求めた（Ｖｘｄ，Ｖｙｄ）やＬは、図１に示されていない制御回路内の不揮発性メモリ等に記憶しておき、必要なときに読み出して制御電圧Ｖｔから軸電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）の算出に用いることができる。
【００９４】
＜シミュレーション結果について＞
図５Ａ、図５Ｂに、下式（１３）の損失（Ｌｏｓｓ［ｄＢ］）の関数を仮定したとき、本実施の形態に従ってミラーを動かした場合と、二次関数曲線上および四次関数曲線上を通るようにミラーを動かした場合とのシミュレーション結果を示す。なお、図５Ａ，図５Ｂにおいて、符号ａは本実施の形態、符号ｂは二次関数曲線、符号ｃは四次関数曲線の場合をそれぞれ示している。
【００９５】
Ｌｏｓｓ（Ｖｘ，Ｖｙ）＝（２０／６７．０８）｛（１０Ｖｘ）2＋Ｖｙ2｝
・・・（１８）
【００９６】
ここで、クロスポイント（Ｖｘｃ，Ｖｙｃ）＝（３，６０）と仮定し、各曲線は、必ずそのクロスポイントを通るものとする。また、本実施の形態では、η＝０．９５（四次関数に近い軌跡を狙った値）としている。なお、通常、損失は負値で表されるが、ここでは符号を省略して正値で表すこととする。
【００９７】
図５Ａに示すように、本実施の形態における軌跡は、四次関数の軌跡に近いものとなっている。特に、損失が大きいクロスポイント付近では、ほとんど四次関数の軌跡と一致している。
【００９８】
制御変数Ｖｔと光損失の関係については、図５Ｂに示すように、制御変数Ｖｔに対する損失の微分値が変化しないほど線形性が高いと言えるが、本実施の形態における線形性は、二次関数の線形性と同等か、むしろそれより微分値の変化が小さくなっており、これらのうちでは最も線形性が高く、制御性が良好であることを示している。一方、四次関数の場合、Ｖｔ＝０〜４０［Ｖ］と、Ｖｔ＝５０〜６０［Ｖ］で傾きが大きく異なっており、Ｖｔ＝４５［Ｖ］程度を境にＰＩＤ制御パラメータを切り変える設定とした方がよい。
【００９９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、算出部１７により、上式（７）、（８）に基づいて制御変数Ｖｔからミラー１０４１をｘ軸回りおよびｙ軸回りにそれぞれ所定量回動させるための軸電圧ＶｘおよびＶｙを算出し、電極電圧制御部１８により、そのＶｘおよびＶｙから電極それぞれに印加する駆動電圧を算出して、この駆動電圧に対応する電極に印加し、比較器１３により、検出結果の目標値に対する偏差を求め、加算器１５により、その偏差に応じた補償量を制御変数Ｖｔに加算して、偏差を制御変数Ｖｔに負帰還することにより、２つの軸を有するミラーの動作を１つの制御変数Ｖｔによって高次関数を用いることなく制御することが可能となるので、クロストークの低減とRabbit Earの抑圧を両立するミラーの動作を、途中でミラーの向きを急激に変えることなく、シームレスに連続して実現することができる。結果として、より低コストで、クロストークの低減とRabbit Earの抑圧を実現することができる。
【０１００】
なお、ＰＩＤ制御のＩ制御やＤ制御についても、１つの制御変数Ｖｔを用いる本実施の形態を適用できることは言うまでもない。
【０１０１】
［第２の実施の形態］
次に、本発明に係る第２の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態は、負帰還制御によるミラーの回動制御機能を有さないものであり、その他の構成は上述した第１の実施の形態と同等である。したがって、本実施の形態において、上述した第１の実施の形態と同等の構成要素については、同じ名称および符号を付し、適宜説明を省略する。
【０１０２】
図６に示すように、本実施の形態に係る光スイッチ２は、空間光学系スイッチ部３００と、この空間光学系スイッチ部３００に含まれるＭＥＭＳミラー装置１０４の動作を制御する駆動制御部２０とから構成される。この駆動制御部２０は、Ｖｔ算出部２１と、算出部１７と、電極電圧制御部１８とから構成される。
【０１０３】
ここで、Ｖｔ算出部２１は、光損失に対する制御変数Ｖｔの値を記憶したデータテーブル、または、光損失と制御変数Ｖｔの関係を表す近似式を備えており、光損失の目標値に基づいて制御変数Ｖｔを算出する。
【０１０４】
このように、Ｖｔ算出部２１により制御変数Ｖｔが算出されると、上述した第１の実施の形態と同様、算出部１７は、その制御変数Ｖｔから軸電圧Ｖｘ、Ｖｙを算出する。この軸電圧Ｖｘ、Ｖｙが算出されると、電極電圧制御部１８は、その軸電圧Ｖｘ、Ｖｙから空間光学系スイッチ部３００のＭＥＭＳミラー装置１０４における電極１０４２ａ〜１０４２ｄに印加する電極電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄを算出し、これを対応する電極１０４２ａ〜１０４２ｄに印加する。これにより、ミラーに対応する波長を有する光信号の損失を所定の範囲内とすることができる。
【０１０５】
このように、本実施の形態によれば、Ｖｔ算出部２１により、目標とする損失に対応した制御変数Ｖｔを算出し、算出部１７により、その制御変数Ｖｔからミラー１０４１をｘ軸およびｙ軸回りにそれぞれ回動させる軸電圧ＶｘおよびＶｙを上式（７）、（８）に基づいて算出し、電極電圧制御部１８により、そのＶｘおよびＶｙから電極それぞれに印加する駆動電圧を算出して対応する電圧に印加することにより、ミラーに対応する波長を有する光信号の損失を所定の範囲内に抑えることができる。このように、軸電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）を１つの制御変数Ｖｔを用いた低い次数の関数によって求めることができるので、高次関数を用いないことによる変数精度および演算負荷が軽減されることにより、高性能の演算器を必要としないため、クロストークおよびRabbit Earの抑制を低コストで実現することができる。
【０１０６】
なお、上述した第１，第２の実施の形態では、Ａｄｄ型波長選択スイッチの場合を例に説明したが、図８に示すようなＤｒｏｐ型波長選択スイッチにも適用することができる
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
本発明は、例えば、ＭＥＭＳミラー装置など、２つの軸回りに回動可能な反射部材の回動を制御する各種装置に適用することができる。
【符号の説明】
【０１０８】
１，２…光スイッチ、１０，２０…駆動制御部、１１…Ｏ／Ｅ変換器、１２…Ａ／Ｄ変換部、１３…比較器、１４…補償量算出部、１５…加算器、１６…遅延器、１７…算出部、１８…電極電圧制御部、１９…タイマ、２１…Ｖｔ算出部、１０１，１０１−１〜１０１−ｎ…入力側光ファイバ、１０２，１０２−１〜１０２−ｎ…出力側光ファイバ、１０３…回折格子、１０４…ＭＥＭＳミラー装置、１０５…分波器、１０６−１〜１０６−ｍ…フォトダイオード、１０７…Ａ／Ｄ変換器。１０８…ミラー制御回路、１０９…合流器、１１０…カプラ、３００…空間光学系スイッチ部、１０４１…ミラー、１０４２ａ〜１０４２ｄ…電極。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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