(57)【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つの入力ポートと、
出力光を出力する複数の出力ポートと、
前記入力ポートを出射した少なくとも１つの入力光を独立に偏向させて任意の前記出力ポートに選択的に入射させる少なくとも１つのミラー装置と、
前記入力ポートからの入力光を所望の出力ポートに光パス接続すべく前記ミラー装置を制御する制御装置とを備え、
前記ミラー装置は、
回動可能に支持されたミラーと、
このミラーから離間して配置された複数の電極とを有し、
前記制御装置は、
前記ミラーの回動角を制御する制御電圧を前記ミラーの所望の回動角に応じて前記電極毎に生成する駆動電圧生成手段と、
前記ミラーと前記電極との間の距離を制御するバイアス電圧を前記ミラーの所望の回動角に応じて前記電極毎に生成するバイアス電圧生成手段と、
前記制御電圧と前記バイアス電圧とを前記電極毎に加算して、加算後の駆動電圧を対応する前記電極に印加する加算手段とを有し、
前記バイアス電圧生成手段は、前記ミラーの回動角が増加するに従ってステップ状に増加するように、または前記ミラーの回動角に比例して増加するように前記バイアス電圧を生成することを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
請求項１記載の光スイッチにおいて、
前記ミラー装置は、さらに、前記ミラーが２軸周りに回動が可能なように前記ミラーを支持するばねを有すると共に、前記ミラーを２軸周りに回動させる前記電極を少なくとも３つ有し、
前記バイアス電圧生成手段は、前記２軸のうちどちらか一方の軸周りのミラーの回動に関係する前記電極のみに前記バイアス電圧を設定することを特徴とする光スイッチ。
【請求項３】
請求項１記載の光スイッチにおいて、
前記ミラー装置は、さらに、前記ミラーが２軸周りに回動が可能なように前記ミラーを支持するばねを有すると共に、前記ミラーを２軸周りに回動させる前記電極を少なくとも３つ有し、
前記ばねは、軸周り毎に異なる剛性を備え、
前記バイアス電圧生成手段は、前記ミラーの第１の軸周りの回動に関係する電極に印加される前記バイアス電圧と、前記ミラーの第２の軸周りの回動に関係する電極に印加される前記バイアス電圧とを前記剛性に応じて異ならせることを特徴とする光スイッチ。
【請求項４】
回動可能に支持されたミラーと、
このミラーから離間して配置された複数の電極と、
前記ミラーを制御する制御装置とを備え、
この制御装置は、
前記ミラーの回動角を制御する制御電圧を前記ミラーの所望の回動角に応じて前記電極毎に生成する駆動電圧生成手段と、
前記ミラーと前記電極との間の距離を制御するバイアス電圧を前記ミラーの所望の回動角に応じて前記電極毎に生成するバイアス電圧生成手段と、
前記制御電圧と前記バイアス電圧とを前記電極毎に加算して、加算後の駆動電圧を対応する前記電極に印加する加算手段とを有し、
前記バイアス電圧生成手段は、前記ミラーの回動角が増加するに従ってステップ状に増加するように、または前記ミラーの回動角に比例して増加するように前記バイアス電圧を生成することを特徴とするミラー装置。
【請求項５】
請求項４記載のミラー装置において、
さらに、前記ミラーが２軸周りに回動が可能なように前記ミラーを支持するばねを有すると共に、前記ミラーを２軸周りに回動させる前記電極を少なくとも３つ有し、
前記バイアス電圧生成手段は、前記２軸のうちどちらか一方の軸周りのミラーの回動に関係する前記電極のみに前記バイアス電圧を設定することを特徴とするミラー装置。
【請求項６】
請求項４記載のミラー装置において、
さらに、前記ミラーが２軸周りに回動が可能なように前記ミラーを支持するばねを有すると共に、前記ミラーを２軸周りに回動させる前記電極を少なくとも３つ有し、
前記ばねは、軸周り毎に異なる剛性を備え、
前記バイアス電圧生成手段は、前記ミラーの第１の軸周りの回動に関係する電極に印加される前記バイアス電圧と、前記ミラーの第２の軸周りの回動に関係する電極に印加される前記バイアス電圧とを前記剛性に応じて異ならせることを特徴とするミラー装置。
【請求項７】
入力光を入力する少なくとも１つの入力ポートと、出力光を出力する複数の出力ポートと、前記入力ポートを出射した少なくとも１つの入力光を独立に偏向させて任意の前記出力ポートに選択的に入射させる少なくとも１つのミラー装置とを備えた光スイッチにおいて、前記入力ポートからの入力光を所望の出力ポートに光パス接続すべく前記ミラー装置を制御する制御方法であって、
前記ミラー装置は、回動可能に支持されたミラーと、このミラーから離間して配置された複数の電極とを有し、
前記ミラーの回動角を制御する制御電圧を前記ミラーの所望の回動角に応じて前記電極毎に生成する駆動電圧生成ステップと、
この駆動電圧の生成と同時に、前記ミラーと前記電極との間の距離を制御するバイアス電圧を前記ミラーの所望の回動角に応じて前記電極毎に生成するバイアス電圧生成ステップと、
前記制御電圧と前記バイアス電圧とを前記電極毎に加算して、加算後の駆動電圧を対応する前記電極に印加する加算ステップとを備え、
前記バイアス電圧生成ステップは、前記ミラーの回動角が増加するに従ってステップ状に増加するように、または前記ミラーの回動角に比例して増加するように前記バイアス電圧を生成するステップを含むことを特徴とする光スイッチの制御方法。
【請求項８】
回動可能に支持されたミラーと、このミラーから離間して配置された複数の電極と、前記ミラーを制御する制御装置とを備えたミラー装置の制御方法であって、
前記ミラーの回動角を制御する制御電圧を前記ミラーの所望の回動角に応じて前記電極毎に生成する駆動電圧生成ステップと、
この駆動電圧の生成と同時に、前記ミラーと前記電極との間の距離を制御するバイアス電圧を前記ミラーの所望の回動角に応じて前記電極毎に生成するバイアス電圧生成ステップと、
前記制御電圧と前記バイアス電圧とを前記電極毎に加算して、加算後の駆動電圧を対応する前記電極に印加する加算ステップとを備え、
前記バイアス電圧生成ステップは、前記ミラーの回動角が増加するに従ってステップ状に増加するように、または前記ミラーの回動角に比例して増加するように前記バイアス電圧を生成するステップを含むことを特徴とするミラー装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光スイッチ、およびこの光スイッチに用いる静電駆動型のミラー装置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、一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（例えば、特許文献１参照）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（例えば、特許文献２参照）などが提案されている。中でも、優れた光学特性とともに小型化を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３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系光スイッチには、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３参照）がよく用いられる。ＭＥＭＳマイクロミラー装置は、ミラーを１軸、あるいは２軸の回動軸周りに回動させることが可能である。このため、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回転軸と直交する第２の回動軸を設け、この第２の回動軸周りにミラーを傾けることによって、光損失を制御することが提案されている。
【０００５】
このような光損失制御機能を、例えばＷＤＭ（Wavelength division multiplexing）光ネットワークなどで用いられる波長選択スイッチに用いることにより、中継数を増やしても光伝送路における波長利得や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圧することが可能となるので、ノード数の増加を実現することができる。したがって、光損失を制御できる空間光学系光スイッチは、将来の光ＷＤＭネットワークに欠かせない装置となりつつある。
【０００６】
図１０に空間光学系光スイッチの一例を示す。入力ポート１０１からの入射光は、ＭＥＭＳミラー１０３で反射され、その反射光はレンズ１０４を通過後、出力ポート１０２に結合される。ここで、レンズ１０４の焦点位置にＭＥＭＳミラー１０３を配置することにより、ＭＥＭＳミラー１０３の傾きを制御して反射光を偏向させると、偏向角を光ビームの並進移動に変換することができ、並行に配置された異なる出力ポート１０２に結合するよう光パスをスイッチングすることが可能となる。波長選択スイッチの場合には、さらに回折格子などの分散素子を構成要素とし、波長数分のＭＥＭＳミラーを用意することで波長毎の光パスのスイッチングが可能になる。
【０００７】
ＭＥＭＳミラー１０３は、図１１に示すように、Ｘ軸とＹ軸の２軸周りに回動することが可能である。例えば、ＭＥＭＳミラー１０３を波長選択スイッチなどに用いる場合は、片方の軸周りの回動を出力ポートの選択に用い、もう一方の軸周りの回動を光パワーの調整に用いる構成が提案されている。
【０００８】
ＭＥＭＳミラー１０３の回動角度を変えるためには、ＭＥＭＳミラー１０３の下部に作製された電極に電圧を印加することによって生じる静電力を用いる。図１２はＭＥＭＳミラー１０３と電極の構成の一例を示す斜視図である。ＭＥＭＳミラー１０３は、トーションばね３０４ａ，３０４ｂを介して板ばね３０１ａ，３０１ｂの一端に接続されている。板ばね３０１ａ，３０１ｂの他端は、固定されている外周部３０５ａ，３０５ｂにそれぞれ接続されている。ＭＥＭＳミラー１０３と板ばね３０１ａ，３０１ｂとトーションばね３０４ａ，３０４ｂと外周部３０５ａ，３０５ｂとからなる上部構造に対して、この上部構造と対向する図示しない基板上には、電極３０３ａ，３０３ｂが板ばね３０１ａ，３０１ｂと対向するように配置されている。
【０００９】
例えば、電極３０３ａに電圧を印加すると、グランドに接続されている板ばね３０１ａと電極３０３ａとの間に静電引力が発生し、板ばね３０１ａは電極３０３ａの方向に引き付けられる。板ばね３０１ａは、片端が外周部３０５ａに固定されているため、トーションばね３０４ａ側が電極３０３ａの方向に引き付けられるように変位する。この結果、ＭＥＭＳミラー１０３は、トーションばね３０４ｂを支点としてトーションばね３０４ａ側が電極３０３ａの方向に引き付けられるようにして回動する。これは、Ｘ軸周りにＭＥＭＳミラー１０３が回動していることになる。
【００１０】
また、ＭＥＭＳミラー１０３と板ばね３０１ａ，３０１ｂとトーションばね３０４ａ，３０４ｂと外周部３０５ａ，３０５ｂとからなる上部構造に対して、この上部構造と対向する図示しない基板上には、電極３０２ａ，３０２ｂがＭＥＭＳミラー１０３と対向するように配置されている。例えば、電極３０２ａに電圧を印加すると、ＭＥＭＳミラー１０３は、電極３０２ａとの間に発生した静電引力により電極３０２ａ側に傾くようにして回動する。これは、Ｙ軸周りにＭＥＭＳミラー１０３が回動していることになる。
【００１１】
ＭＥＭＳミラー装置の構造としては、図１２に示した構造以外に、図１３に示すような２軸回動ミラー構造がある。トーションばね３１２ａ，３１２ｂは、枠部３１３と、枠部３１３の開口内に配設されたジンバルリング３１０とを連結している。ジンバルリング３１０は、一対のトーションばね３１２ａ，３１２ｂを通る図１３のＹ軸を回動軸として回動することができる。トーションばね３１１ａ，３１１ｂは、ジンバルリング３１０と、ジンバルリング３１０の開口内に配設されたＭＥＭＳミラー１０３とを連結している。
【００１２】
ＭＥＭＳミラー１０３は、一対のトーションばね３１１ａ，３１１ｂを通る図１３のＸ軸を回動軸として回動することができる。結果として、ＭＥＭＳミラー１０３は、直交する２軸で回動する。ＭＥＭＳミラー１０３とジンバルリング３１０とトーションばね３１１ａ，３１１ｂ，３１２ａ，３１２ｂと枠部３１３とからなる上部構造に対して、この上部構造と対向する図示しない基板上には、４つの電極３１４ａ〜３１４ｄがＭＥＭＳミラー１０３と対向するように配置されている。
【００１３】
図１３に示すＭＥＭＳミラー装置においては、ＭＥＭＳミラー１０３をグランドに接続し、電極３１４ａ〜３１４ｄに電圧を与えて、しかも電極３１４ａ〜３１４ｄ間に非対称な電位差を生じさせることにより、ＭＥＭＳミラー１０３を静電引力で吸引し、ＭＥＭＳミラー１０３を任意の方向へ回動させることができる。なお、図１３の例では、電極を４箇所配置しているが、ＭＥＭＳミラー１０３の２軸回動のためには電極を必ずしも４箇所配置する必要はなく、３箇所でもよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００８−４６４５２号公報
【特許文献２】特開２００９−１０４０８１号公報
【特許文献３】特開２００３−５７５７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
静電駆動型ＭＥＭＳミラーにおいては、ミラーを回動させるための駆動電圧が、数十〜数百Ｖと高電圧が要求される。最大駆動電圧が高くなると、電圧印加するための駆動回路も最大駆動電圧に合わせて高電圧化が必要になる。ＭＥＭＳミラー自体も最大駆動電圧に合わせて耐電圧を上げる設計が求められ、電極間あるいは電気配線間を拡大する、電極下の絶縁層を厚くするなどの対策が必要になる。その結果、ＭＥＭＳミラーの製造が困難になる、ＭＥＭＳミラーの製造時間が長くなる、ＭＥＭＳミラーの高密度化が困難になるなどといった問題が発生する。また、ミラー駆動時においても駆動電圧が高いほど配線各部からグランドへのリーク電流が大きくなり、各部の電気的特性劣化という問題を引き起こし、信頼性の低下に繋がる。以上のような点から、ミラーの最大駆動電圧の低減が求められている。
【００１６】
ＭＥＭＳミラーを用いて光スイッチを構成した場合、ミラーに求められる最大角度は、出力ポートに接続するための必要角度だけでなく、スイッチングの際の光ビームステアリングの経路により必要となる角度も含めて決定される。スイッチング時に接続先ポート以外のポートに結合しないように光ビームの経路を決める必要があり、スイッチング時に一時的に大回動角が求められる場合がある。一時的にしか使用しない角度によってミラーの最大駆動電圧が決定されると、この最大駆動電圧に応じて駆動回路の最大電圧が決定されるため、駆動回路を非常に非効率な回路としなければならない。したがって、ミラーを一時的に退避角度にするための駆動電圧を下げることは、効率的な回路設計が可能になるため、非常に有効である。
【００１７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ミラーの回動に要する駆動電圧を低下させることができる光スイッチ、ミラー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】
【００１８】
本発明の光スイッチは、入力光を入力する少なくとも１つの入力ポートと、出力光を出力する複数の出力ポートと、前記入力ポートを出射した少なくとも１つの入力光を独立に偏向させて任意の前記出力ポートに選択的に入射させる少なくとも１つのミラー装置と、前記入力ポートからの入力光を所望の出力ポートに光パス接続すべく前記ミラー装置を制御する制御装置とを備え、前記ミラー装置は、回動可能に支持されたミラーと、このミラーから離間して配置された複数の電極とを有し、前記制御装置は、前記ミラーの回動角を制御する制御電圧を前記ミラーの所望の回動角に応じて前記電極毎に生成する駆動電圧生成手段と、前記ミラーと前記電極との間の距離を制御するバイアス電圧を前記ミラーの所望の回動角に応じて前記電極毎に生成するバイアス電圧生成手段と、前記制御電圧と前記バイアス電圧とを前記電極毎に加算して、加算後の駆動電圧を対応する前記電極に印加する加算手段とを有し、前記バイアス電圧生成手段は、前記ミラーの回動角が増加するに従ってステップ状に増加するように、または前記ミラーの回動角に比例して増加するように前記バイアス電圧を生成することを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の光スイッチの１構成例において、前記ミラー装置は、さらに、前記ミラーが２軸周りに回動が可能なように前記ミラーを支持するばねを有すると共に、前記ミラーを２軸周りに回動させる前記電極を少なくとも３つ有し、前記バイアス電圧生成手段は、前記２軸のうちどちらか一方の軸周りのミラーの回動に関係する前記電極のみに前記バイアス電圧を設定することを特徴とするものである。
また、本発明の光スイッチの１構成例において、前記ミラー装置は、さらに、前記ミラーが２軸周りに回動が可能なように前記ミラーを支持するばねを有すると共に、前記ミラーを２軸周りに回動させる前記電極を少なくとも３つ有し、前記ばねは、軸周り毎に異なる剛性を備え、前記バイアス電圧生成手段は、前記ミラーの第１の軸周りの回動に関係する電極に印加される前記バイアス電圧と、前記ミラーの第２の軸周りの回動に関係する電極に印加される前記バイアス電圧とを前記剛性に応じて異ならせることを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明のミラー装置は、回動可能に支持されたミラーと、このミラーから離間して配置された複数の電極と、前記ミラーを制御する制御装置とを備え、この制御装置は、前記ミラーの回動角を制御する制御電圧を前記ミラーの所望の回動角に応じて前記電極毎に生成する駆動電圧生成手段と、前記ミラーと前記電極との間の距離を制御するバイアス電圧を前記ミラーの所望の回動角に応じて前記電極毎に生成するバイアス電圧生成手段と、前記制御電圧と前記バイアス電圧とを前記電極毎に加算して、加算後の駆動電圧を対応する前記電極に印加する加算手段とを有し、前記バイアス電圧生成手段は、前記ミラーの回動角が増加するに従ってステップ状に増加するように、または前記ミラーの回動角に比例して増加するように前記バイアス電圧を生成することを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明は、入力光を入力する少なくとも１つの入力ポートと、出力光を出力する複数の出力ポートと、前記入力ポートを出射した少なくとも１つの入力光を独立に偏向させて任意の前記出力ポートに選択的に入射させる少なくとも１つのミラー装置とを備えた光スイッチにおいて、前記入力ポートからの入力光を所望の出力ポートに光パス接続すべく前記ミラー装置を制御する制御方法であって、前記ミラー装置は、回動可能に支持されたミラーと、このミラーから離間して配置された複数の電極とを有し、前記ミラーの回動角を制御する制御電圧を前記ミラーの所望の回動角に応じて前記電極毎に生成する駆動電圧生成ステップと、この駆動電圧の生成と同時に、前記ミラーと前記電極との間の距離を制御するバイアス電圧を前記ミラーの所望の回動角に応じて前記電極毎に生成するバイアス電圧生成ステップと、前記制御電圧と前記バイアス電圧とを前記電極毎に加算して、加算後の駆動電圧を対応する前記電極に印加する加算ステップとを備え、前記バイアス電圧生成ステップは、前記ミラーの回動角が増加するに従ってステップ状に増加するように、または前記ミラーの回動角に比例して増加するように前記バイアス電圧を生成するステップを含むことを特徴とするものである。
【００２２】
また、本発明は、回動可能に支持されたミラーと、このミラーから離間して配置された複数の電極と、前記ミラーを制御する制御装置とを備えたミラー装置の制御方法であって、前記ミラーの回動角を制御する制御電圧を前記ミラーの所望の回動角に応じて前記電極毎に生成する駆動電圧生成ステップと、この駆動電圧の生成と同時に、前記ミラーと前記電極との間の距離を制御するバイアス電圧を前記ミラーの所望の回動角に応じて前記電極毎に生成するバイアス電圧生成ステップと、前記制御電圧と前記バイアス電圧とを前記電極毎に加算して、加算後の駆動電圧を対応する前記電極に印加する加算ステップとを備え、前記バイアス電圧生成ステップは、前記ミラーの回動角が増加するに従ってステップ状に増加するように、または前記ミラーの回動角に比例して増加するように前記バイアス電圧を生成するステップを含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ミラーと電極との間の距離を制御するためのバイアス電圧をミラーの所望の回動角に応じて電極毎に生成し、このバイアス電圧をミラーの回動角を制御するための制御電圧と加算して電極に印加するようにしたので、ミラーの回動に要する駆動電圧を低下させることができ、全体として必要となる最大電圧値を低下させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態に係る光スイッチの制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】電極への電圧印加によるＭＥＭＳミラーの回動と沈み込みとを説明する図である。
【図３】ＭＥＭＳミラー装置における駆動電圧−角度特性の一例を示す図である。
【図４】ＭＥＭＳミラー装置において駆動電圧に加えてバイアス電圧を印加したときの駆動電圧−角度特性の一例を示す図である。
【図５】光パスの結合効率が最大となる印加電圧と光パワー減衰量との関係を示す図である。
【図６】光スイッチの電圧平面と出力ポートごとの光パワー減衰量調整のために使用する電圧領域を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る光スイッチのスイッチング時の動作を示すフローチャートである。
【図８】従来の光スイッチにおける制御電圧、バイアス電圧および駆動電圧の設定例を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る光スイッチにおける制御電圧、バイアス電圧および駆動電圧の設定例を示す図である。
【図１０】従来の空間光学系光スイッチの一例を示す図である。
【図１１】従来の空間光学系光スイッチにおけるＭＥＭＳミラーの回動を説明する図である。
【図１２】ＭＥＭＳミラー装置の構成の一例を示す斜視図である。
【図１３】別のＭＥＭＳミラー装置の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本実施の形態に係わるミラー装置においては、図１０〜図１３を参照して説明した従来の構成要素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。
【００２６】
図１２に示したＭＥＭＳミラー装置では、ＭＥＭＳミラー１０３はトーションばね３０４ａ，３０４ｂおよび板ばね３０１ａ，３０１ｂにより保持されている。理想的なチルトミラーでは、ミラーのＸ，Ｙ，Ｚ方向の並進方向の剛性は無限大で、Ｚ軸方向に沈み込まないような動作となる。しかし実際には、トーションばね３０４ａ，３０４ｂの、Ｙ軸周りの回転剛性以外の方向の剛性は無限大ではない。このため、例えば電極３０２ａに電圧印加した場合、ＭＥＭＳミラー１０３はＹ軸周りに回動すると共に静電引力により電極３０２ａ側に引き込まれるため、トーションばね３０４ａ，３０４ｂの変形によりミラー中心位置も―Ｚ方向に変位する。また、板ばね３０１ａ，３０１ｂは構造的に必ずＺ方向の剛性が低く、電極３０２ａ，３０２ｂ，３０３ａ，３０３ｂのいずれかの電極に電圧を印加した場合においても板ばね３０１ａ，３０１ｂの変形によりミラー中心位置は―Ｚ方向に変位する。
【００２７】
ＭＥＭＳミラー装置の構造としては、図１２に示した構造以外に、図１３に示した２軸回動ミラー構造がある。２軸回動ミラー構造のトーションばね３１１ａ，３１１ｂ，３１２ａ，３１２ｂとしては、折り返し梁構造のばねが用いられる。このような折り返し梁構造のばねはねじり方向のばね剛性が当然ながら小さいが、Ｚ方向のばね剛性も比較的小さい。このため、ＭＥＭＳミラー１０３を回動させるために電極３１４ａ〜３１４ｄに電圧を印加すると、ＭＥＭＳミラー１０３が回動すると共に、ミラー中心が−Ｚ方向に変位するような沈み込みも同時に起きる。
【００２８】
以上のようなミラーの軸周り方向の回転ばね剛性と電極面に垂直な方向の並進ばね剛性とを併せ持つミラー構造における、電圧角度特性を考える。
光スイッチは、入力光を入力する少なくとも１つの入力ポートと、出力光を出力する複数の出力ポートと、入力ポートを出射した少なくとも１つの入力光を独立に偏向させて任意の出力ポートに選択的に入射させる少なくとも１つのＭＥＭＳミラー装置と、入力ポートからの入力光を所望の出力ポートに光パス接続すべくＭＥＭＳミラー装置を制御する制御装置とを備えている。
【００２９】
ＭＥＭＳミラー装置の構成は、図１２または図１３に示したとおりである。図１は本発明の実施の形態に係る光スイッチの制御装置の構成を示すブロック図である。ここでは、図１２に示したＭＥＭＳミラー装置を例に挙げて説明する。制御装置１のミラー電圧印加部２は、板ばね３０１ａ，３０１ｂとトーションばね３０４ａ，３０４ｂとを介してＭＥＭＳミラー１０３に接地電位を印加する。
【００３０】
制御電圧生成部３は、ＭＥＭＳミラー１０３の所望の回動角に応じて制御電圧を電極３０２ａ，３０２ｂ，３０３ａ，３０３ｂ毎に生成する。
バイアス電圧生成部４は、ＭＥＭＳミラー１０３の所望の回動角に応じてバイアス電圧を電極３０２ａ，３０２ｂ，３０３ａ，３０３ｂ毎に生成する。
加算部５ａ〜５ｄは、制御電圧生成部３が生成した制御電圧とバイアス電圧生成部４が生成したバイアス電圧とを電極毎に加算して、加算後の駆動電圧を対応する電極３０２ａ，３０２ｂ，３０３ａ，３０３ｂに印加する。
【００３１】
次に、本実施の形態の光スイッチの制御方法についてより詳細に説明する。図１２に示したＭＥＭＳミラー装置を例にすると、ＭＥＭＳミラー１０３をＸ軸周りに回動させるには電極３０３ａに電圧を印加すればよい。このときの電極３０２ａ，３０２ｂ，３０３ａ，３０３ｂの４つの電極に印加する電圧をそれぞれＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４とすると、Ｖ１＝０、Ｖ２＝０、Ｖ３＝Ｖｘ、Ｖ４＝０という電圧印加状態となる。これにより、図２（Ａ）に示すように、板ばね３０１ａが電極３０３ａの方向に引き付けられ、ＭＥＭＳミラー１０３が回動する。
【００３２】
ここでＶ３、すなわち電極３０３ａに個別に設定されている電圧値Ｖｘを制御電圧と呼ぶ。Ｖｘは、ＭＥＭＳミラー１０３のＸ軸周りの回動角θｘに応じて設定される電圧であり、回動角θｘを制御するためのパラメータと見ることができるためである。ここではＸ軸周りの回動を例としているが、ＭＥＭＳミラー１０３をＹ軸周りに回動させる場合には回動方向によりＶ１＝Ｖｙ、あるいはＶ２＝Ｖｙとなる。Ｖｙは、ＭＥＭＳミラー１０３のＹ軸周りの回動角θｙに応じて設定される電圧であり、回動角θｙを制御するための制御電圧である。制御電圧生成部３は、回動角θｘ，θｙに応じて制御電圧Ｖｘ，Ｖｙを生成する。
【００３３】
駆動電圧Ｖ３と回動角θｘとの関係、すなわち駆動電圧−角度特性は図３のようになる。静電駆動型のＭＥＭＳミラー装置の駆動電圧−角度特性は、駆動電圧の印加によって生じる静電引力がミラーの回動角度に対して非線形であるため、特性も非線形となる。静電引力は、電極とミラーとの間のギャップの二乗に反比例する。したがって、ギャップが小さいほど静電引力は増加する。図３でみると角度が大きいほど、すなわちギャップが小さいほど、電圧変化に対する角度変化が大きくなっており、静電引力が増加していることが分かる。
【００３４】
次に、各電極に共通の電圧値であるバイアス電圧Ｖｂというパラメータを導入し、４つの電極３０２ａ，３０２ｂ，３０３ａ，３０３ｂに印加する駆動電圧Ｖ１〜Ｖ４を、Ｖ１＝Ｖｂ、Ｖ２＝Ｖｂ、Ｖ３＝Ｖｂ＋Ｖｘ、Ｖ４＝Ｖｂというように設定する。
電極３０３ａに印加する駆動電圧Ｖ３は、制御電圧Ｖｘとバイアス電圧Ｖｂとを加算した電圧値となり、その他の電極３０２ａ，３０２ｂ，３０３ｂに印加する駆動電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ４はバイアス電圧Ｖｂとなる。このときの駆動電圧Ｖ３と回動角θｘとの関係、すなわち駆動電圧−角度特性は図４のようになる。
【００３５】
回動角θｘ＝０のときの駆動電圧Ｖ３の値はバイアス電圧Ｖｂとなるので、図３の場合に比べて電圧値は高くなる。しかし、ＭＥＭＳミラー１０３を必要最大角度にするための駆動電圧値Ｖｍａｘを低減できることが分かる。例えば１．５度の回動角を得るために、図３の例では駆動電圧Ｖ３として２２０Ｖが必要である。これに対して、図４の例では、１．５度の回動角を得るために１７０Ｖ程度（Ｖｂ＋Ｖｘ＝１００Ｖ＋７０Ｖ）の駆動電圧Ｖ３で済み、およそ５０Ｖの低電圧化が可能である。
【００３６】
各電極３０２ａ，３０２ｂ，３０３ａ，３０３ｂにバイアス電圧Ｖｂを印加することにより電極３０２ａ，３０２ｂ，３０３ａ，３０３ｂから静電引力が新たに発生する。バイアス電圧Ｖｂを印加しない場合に比べてＭＥＭＳミラー１０３が電極方向に引き付けられる力が増加するので、図２（Ｂ）に示すように、ＭＥＭＳミラー１０３の中心位置は−Ｚ方向に変位した状態になる。
【００３７】
つまり、電極３０２ａ，３０２ｂとＭＥＭＳミラー１０３間のギャップ（距離）および電極３０３ａ，３０３ｂと板ばね３０１ａ，３０１ｂ間のギャップが減少する。すなわち、バイアス電圧Ｖｂにより電極３０２ａ，３０２ｂとＭＥＭＳミラー１０３間の距離および電極３０３ａ，３０３ｂと板ばね３０１ａ，３０１ｂ間の距離を制御することが可能であり、ＭＥＭＳミラー１０３の回動角を大きくする際にバイアス電圧Ｖｂを高くして電極３０２ａ，３０２ｂとＭＥＭＳミラー１０３間の距離および電極３０３ａ，３０３ｂと板ばね３０１ａ，３０１ｂ間の距離を縮めることができる。
【００３８】
また、電極３０２ａ，３０２ｂとＭＥＭＳミラー１０３との間および電極３０３ａ，３０３ｂと板ばね３０１ａ，３０１ｂとの間に働く静電引力はギャップの自乗に反比例するため、ＭＥＭＳミラー１０３を回動させる力を発生している電極３０３ａからの静電引力は同じ印加電圧でも増加し、より大きな回動角度を得ることができる。つまり、同じ回動角を実現するための印加電圧を下げることができる。ここで、電極３０２ａ，３０２ｂにバイアス電圧Ｖｂに加えて所望の電圧を印加することにより、ＭＥＭＳミラー１０３をＹ軸周りに回動させることができ、Ｘ軸周りと同様により大きな回動角度を得ることができる（図２（Ｃ））。
【００３９】
電極３０２ａ，３０２ｂ，３０３ａ，３０３ｂに印加する駆動電圧は、電極３０２ａ，３０２ｂとＭＥＭＳミラー１０３間の距離および電極３０３ａ，３０３ｂと板ばね３０１ａ，３０１ｂ間の距離を制御するバイアス電圧Ｖｂと、ＭＥＭＳミラー１０３の回動角を制御するための制御電圧との和となる。このため、ＭＥＭＳミラー１０３の回動角が小さい領域では図３の例のようにバイアス電圧Ｖｂを０とした方が駆動電圧の低電圧化に有利であり、ＭＥＭＳミラー１０３の回動角が大きい領域では図４の例のようにバイアス電圧Ｖｂを設定した方が駆動電圧の低電圧化に有利である。したがって、ＭＥＭＳミラー１０３の回動角に応じて、バイアス電圧Ｖｂを変えることでミラー駆動時の印加電圧を下げることができる。
【００４０】
ＭＥＭＳミラー１０３の回動角とバイアス電圧Ｖｂとの関係は、ＭＥＭＳミラー１０３のばね剛性（トーションばね３０４ａ，３０４ｂのばね剛性を含む）、電極３０２ａ，３０２ｂ，３０３ａ，３０３ｂの面積、電極３０２ａ，３０２ｂとＭＥＭＳミラー１０３間の初期状態（駆動電圧Ｖ１〜Ｖ４が０の状態）の距離および電極３０３ａ，３０３ｂと板ばね３０１ａ，３０１ｂ間の初期状態の距離によって設計する。
【００４１】
例えば、ＭＥＭＳミラー１０３の回動角が増加するに従い、バイアス電圧Ｖｂがステップ状に増加するようにしてもよい。または、バイアス電圧ＶｂがＭＥＭＳミラー１０３の回動角に比例して増加するようにしてもよい。バイアス電圧生成部４は、ＭＥＭＳミラー１０３の回動角とこれに対応するバイアス電圧Ｖｂとを予め記憶しておき、ミラーを制御する際に回動角に応じたバイアス電圧Ｖｂの値を読み出すようにすればよい。
【００４２】
先の制御方法の例では、４つの電極３０２ａ，３０２ｂ，３０３ａ，３０３ｂに共通のバイアス電圧を設定した。Ｘ軸周りの回動に関係する電極３０３ａ，３０３ｂに異なるバイアス電圧を印加すると、例えば制御電圧Ｖｘ＝０とした状態で電極３０３ａと３０３ｂへの印加電圧が異なることになるので、電極３０３ａ，３０３ｂの各々から発生する静電引力に差が生じ、ＭＥＭＳミラー１０３が回動してしまう。
【００４３】
このような状態を避けるためには電極３０３ａ，３０３ｂに印加するバイアス電圧を等しくする必要がある。同様の理由により、Ｙ軸周りの回動に関係する電極３０２ａ，３０２ｂに印加するバイアス電圧を等しくする必要がある。しかし、Ｘ軸周りの回動に関係する電極３０３ａ，３０３ｂに印加するバイアス電圧と、Ｙ軸周りの回動に関係する電極３０２ａ，３０２ｂに印加するバイアス電圧とを等しくする必要はない。
【００４４】
つまり、電極３０２ａ，３０２ｂに印加するバイアス電圧をＶｂｙ、電極３０３ａ，３０３ｂに印加するバイアス電圧をＶｂｘとし、Ｖ１＝Ｖｂｙ、Ｖ２＝Ｖｂｙ、Ｖ３＝Ｖｂｘ＋Ｖｘ、Ｖ４＝Ｖｂｘというような電圧印加をしてもよい。このような電圧印加により、Ｘ軸周りの回動に関係する回転ばね剛性とＹ軸周りの回動に関係する回転ばね剛性とが大きく異なるとき、またＸ軸周りの回動に関係する電極３０３ａ，３０３ｂから発生する静電引力に対するＺ方向の並進ばね剛性と、Ｙ軸周りの回動に関係する電極３０２ａ，３０２ｂから発生する静電引力に対するＺ方向の並進ばね剛性とが大きく異なるときに、電極３０２ａ，３０２ｂとＭＥＭＳミラー１０３間の距離および電極３０３ａ，３０３ｂと板ばね３０１ａ，３０１ｂ間の距離を適切に制御することが可能であり、駆動電圧の低電圧化に更に有利になる。
【００４５】
例えば、Ｘ軸周りの回転ばね剛性がＹ軸周りの回転ばね剛性に比べて大きい場合、Ｘ軸周りの回動に関係する電極３０３ａ，３０３ｂには、Ｙ軸周りの回動に関係する電極３０２ａ，３０２ｂに印加する電圧よりも高い印加電圧が必要になる。そこで、Ｘ軸周りの回動に関係する電極３０３ａ，３０３ｂに印加するバイアス電圧よりも高いバイアス電圧を、Ｙ軸周りの回動に関係する電極３０２ａ，３０２ｂに印加し、ＭＥＭＳミラー１０３を沈み込ませて電極３０２ａ，３０２ｂとＭＥＭＳミラー１０３間の距離および電極３０３ａ，３０３ｂと板ばね３０１ａ，３０１ｂ間の距離を短くすることにより、Ｘ軸周りの回動に関係する電極３０３ａ，３０３ｂに印加するバイアス電圧を低くすることができるので、４つの電極３０２ａ，３０２ｂ，３０３ａ，３０３ｂに共通のバイアス電圧を印加する場合に比べて、駆動電圧の低電圧化を実現できる。
【００４６】
Ｘ軸周りの回動に関係する電極３０３ａ，３０３ｂに印加するバイアス電圧を低くする場合、このバイアス電圧を０としてもよい。つまり、４つの電極３０２ａ，３０２ｂ，３０３ａ，３０３ｂに印加する駆動電圧Ｖ１〜Ｖ４を、Ｖ１＝Ｖｂｙ、Ｖ２＝Ｖｂｙ、Ｖ３＝Ｖｘ、Ｖ４＝０と設定してもよい。
【００４７】
このように、第１の軸周りの回転ばね剛性に比べて第２の軸周りの回転ばね剛性が大きい場合は、第２の軸周りの回動に関係する電極に印加するバイアス電圧を、第１の軸周りの回動に関係する電極に印加するバイアス電圧よりも高くするとよい。
【００４８】
また、Ｘ軸周りの回動に関係する電極３０３ａ，３０３ｂから発生する静電引力に対するＺ方向の並進ばね剛性と、Ｙ軸周りの回動に関係する電極３０２ａ，３０２ｂから発生する静電引力に対するＺ方向の並進ばね剛性とが異なる場合においても、Ｚ方向の並進ばね剛性が小さい方の電極に印加するバイアス電圧をＺ方向の並進ばね剛性が大きい方の電極に印加するバイアス電圧よりも高く設定することにより、より低いバイアス電圧でＭＥＭＳミラー１０３を沈み込ませることができ、駆動電圧の低電圧化を実現することができる。
【００４９】
また、ＭＥＭＳミラー１０３をＹ軸とＸ軸の両軸周りに回動させ、バイアス電圧を両軸で異なるように設定した場合には、４つの電極３０２ａ，３０２ｂ，３０３ａ，３０３ｂに印加する駆動電圧Ｖ１〜Ｖ４は、Ｖ１＝Ｖｂｙ＋Ｖｙ、Ｖ２＝Ｖｂｙ、Ｖ３＝Ｖｂｘ＋Ｖｘ、Ｖ４＝Ｖｂｘとなる。なお、この例は、ＭＥＭＳミラー１０３を電極３０２ａ側に傾け、かつ電極３０３ａ側に傾ける例であるが、ＭＥＭＳミラー１０３を回動させる方向により制御電圧Ｖｘ，Ｖｙを加算する電極は異なる。
【００５０】
例えばＭＥＭＳミラー１０３を電極３０２ａ側に傾け、かつ電極３０３ｂ側に傾ける場合、駆動電圧Ｖ１〜Ｖ４は、Ｖ１＝Ｖｂｙ＋Ｖｙ、Ｖ２＝Ｖｂｙ、Ｖ３＝Ｖｂｘ、Ｖ４＝Ｖｂｘ＋Ｖｘとなる。ＭＥＭＳミラー１０３を電極３０２ｂ側に傾け、かつ電極３０３ａ側に傾ける場合、駆動電圧Ｖ１〜Ｖ４は、Ｖ１＝Ｖｂｙ、Ｖ２＝Ｖｂｙ＋Ｖｙ、Ｖ３＝Ｖｂｘ＋Ｖｘ、Ｖ４＝Ｖｂｘとなる。ＭＥＭＳミラー１０３を電極３０２ｂ側に傾け、かつ電極３０３ｂ側に傾ける場合、駆動電圧Ｖ１〜Ｖ４は、Ｖ１＝Ｖｂｙ、Ｖ２＝Ｖｂｙ＋Ｖｙ、Ｖ３＝Ｖｂｘ、Ｖ４＝Ｖｂｘ＋Ｖｘとなる。
【００５１】
以上の例では、１つの軸周りの回動に関係する２つの電極のうち一方のみに制御電圧を設定しているが、バイアス電圧を中心に制御電圧を差動的に設定することもできる。例えばＸ軸周りの回動に関係する電極３０３ａ，３０３ｂについて、バイアス電圧をＶｂｘ、Ｘ軸周りの回動角に関係する電圧値である制御電圧をＶｘとすると、ＭＥＭＳミラー１０３を電極３０３ｂ側に傾ける場合、電極３０３ａ，３０３ｂに印加する駆動電圧Ｖ３，Ｖ４は、Ｖ３＝Ｖｂｘ−Ｖｘ、Ｖ４＝Ｖｂｘ＋Ｖｘとなる。
【００５２】
同様に、Ｙ軸周りの回動に関係する電極３０２ａ，３０２ｂについて、バイアス電圧をＶｂｙ、Ｙ軸周りの回動角に関係する電圧値である制御電圧をＶｙとすると、ＭＥＭＳミラー１０３を３０２ｂ側に傾ける場合、電極３０２ａ，３０２ｂに印加する駆動電圧Ｖ１，Ｖ２は、Ｖ１＝Ｖｂｙ−Ｖｙ、Ｖ２＝Ｖｂｙ＋Ｖｙとなる。このように制御電圧を差動的に設定することで、駆動電圧の低電圧化が可能である。
【００５３】
本実施の形態では、電極を４箇所配置する場合についてのみ例示したが、電極を３箇所配置する場合でも本発明の適用が可能である。例えば、３箇所全ての電極にバイアス電圧を印加してもよく、もしくは回動軸に対して対向する２箇所の電極にバイアス電圧を印加してもよい。
【００５４】
本実施の形態では、ＭＥＭＳミラー１０３の回動角に応じたバイアス電圧を電極に印加することにより、駆動電圧の低電圧化が可能となる。先のいずれの制御方法においても、ＭＥＭＳミラー１０３の回動角に応じて、適切にバイアス電圧を変化させることで、ＭＥＭＳミラー１０３に印加する駆動電圧を下げることができ、消費電力の低減が可能になる。また、ＭＥＭＳミラー１０３を最大角度に駆動するための最大駆動電圧も下げることができる。
【００５５】
本実施の形態のミラー制御方法を図１０に示したような光スイッチに組み込んだ例を以下に詳述する。光スイッチの機能として、入力ポートからの光信号を所望の出力ポートに光パス接続する機能と、接続した光パスの出力光パワーを所望のレベルにするために光パワーの減衰量調整をする機能と、ある出力ポートから別の出力ポートに光パスを切り替える機能とを備える。
【００５６】
ＭＥＭＳミラー１０３を用いた光スイッチにおいて、１つめの機能である光パス接続を実現するためには、最高の光パワーになるようにＭＥＭＳミラー１０３の回動角を最適に調整する。ＭＥＭＳミラー１０３を最適角度に駆動するためには、先の制御方法のように、制御電圧生成部３は最適角度に応じた制御電圧を生成し、バイアス電圧生成部４は最適角度に応じたバイアス電圧を生成する。これにより、駆動電圧の低電圧化を実現することができる。
【００５７】
光スイッチの２つめの機能である減衰量調整を実現するためには、先の最適角度からＭＥＭＳミラー１０３の角度を増加あるいは減少させることで出力ポートでの光ビームに光軸ずれを起こし、結合効率を低下させる。すなわち、所望の減衰量に応じて最適角度からずらした角度をＭＥＭＳミラー１０３の回動角とし、この回動角に応じてバイアス電圧と制御電圧とを決定する。これにより、ＭＥＭＳミラー１０３の回動角が最適角度からずれるので、減衰量調整を実現することができ、かつ駆動電圧の低電圧化を実現することができる。
【００５８】
図５に光パスの結合効率が最大となる印加電圧と光パワー減衰量との関係を示す。なお、光パワー減衰量は連続的に変化するが、図５の例では記載を容易にするために、光パワー減衰量を等高線を用いて記している。ここでは、最適パワー（最適角度）となるグラフ中心の点４０が、ＭＥＭＳミラー１０３の角度が０度である場合を考える。この場合、光パワー減衰量を大きくするためには、ＭＥＭＳミラー１０３の角度を大きくする必要がある。
【００５９】
ここで、光パワー減衰量に一定の閾値を設けて、閾値を境に２種類のバイアス電圧設定をする。閾値よりも光パワー減衰量が大きいとき、すなわちＭＥＭＳミラー１０３の角度を大きくするときには、バイアス電圧を高く設定することで、ＭＥＭＳミラー１０３の回動に要する駆動電圧の低電圧化を実現することができる。また、光パワー減衰量が閾値以下のときには、バイアス電圧を低く設定することにより、光パワー減衰量が小さい範囲においても、駆動電圧の低電圧化を可能にする。図５の例では、Ｖαが光パワー減衰量が大きいときのバイアス電圧を表し、Ｖβが光パワー減衰量が小さいときのバイアス電圧を表している。
【００６０】
光スイッチの３つめの機能であるポート切り替えを実現するためには、現在の回動角から、切り替え先の出力ポートに光結合するための最適角度へＭＥＭＳミラー１０３を回動させる。ＭＥＭＳミラー１０３を回動させると、ＭＥＭＳミラー１０３によって反射された光ビームが切り替え前の出力ポートから切り替え先の出力ポートに走査されるが、走査経路中に他の出力ポートがあると、その出力ポートへのクロストークとなるため、出力ポートを避けるような経路となるようにしなければならない。
【００６１】
例えば図６は４つの出力ポートｐ１〜ｐ４を選択可能な光スイッチの電圧平面と出力ポートごとの光パワー減衰量調整のために使用する電圧領域を示す図である。ここで、各出力ポートｐ１〜ｐ４は、物理的には図１２に示すＭＥＭＳミラー１０３の上方の空間にＹ軸方向に沿って配置される。図６において、Ａｐ１，Ａｐ２，Ａｐ３，Ａｐ４はそれぞれ出力ポートｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４の光パワー減衰量調整のために使用する電圧領域である。
【００６２】
各出力ポートｐ１〜ｐ４にはそれぞれ最適なミラー角度があり、その角度に応じて駆動電圧を下げるためのバイアス電圧がある。そのため、出力ポートを切り替える際にバイアス電圧を変えることにより、駆動電圧の低電圧化を実現することができる。ここで、ＭＥＭＳミラー１０３の回動角（光パワー減衰量）に応じて複数の閾値を設けて、閾値を境に数種類のバイアス設定を変更するようにしてもよい。
【００６３】
入力ポートに入射した入力光はＭＥＭＳミラー１０３によって反射され、その反射光が例えば出力ポートｐ４に入射するが、出力ポートｐ４からｐ１にスイッチング動作を行う場合、ＭＥＭＳミラー１０３からの反射光を出力ポートｐ４から直接的に出力ポートｐ１に移動させると、途中の出力ポートｐ３やｐ２に光が入射してしまう恐れがあるため、それぞれの出力ポートに対応する回動角から大きくずれた回動角の非使用領域へ光を移動させてから目的の出力ポートへ切り替える動作を行う必要がある。
【００６４】
本実施の形態では、入力光を入力ポートと複数の出力ポートとの間でスイッチングする過程において、ＭＥＭＳミラー１０３からの反射光を出力ポートｐ４から第１の退避ポイントｐ４’へ移動させる第１の回動ステップと、ＭＥＭＳミラー１０３からの反射光を第１の退避ポイントｐ４’から第２の退避ポイントｐ１’へ移動させる第２の回動ステップと、ＭＥＭＳミラー１０３からの反射光を第２の退避ポイントｐ１’から出力ポートｐ１へ移動させる第３の回動ステップとを実行するようにする。バイアス電圧生成部４は、それぞれのステップにおいて異なるバイアス電圧を生成する。
【００６５】
なお、第１の退避ポイントｐ４’は、物理的には図１２に示すＭＥＭＳミラー１０３の上方の空間において出力ポートｐ４からＸ軸方向にずれた位置にある。同様に、第２の退避ポイントｐ１’は、物理的には図１２に示すＭＥＭＳミラー１０３の上方の空間において出力ポートｐ１からＸ軸方向にずれた位置にある。
【００６６】
図７は光スイッチのスイッチング時の動作を示すフローチャートである。また、ＭＥＭＳミラー１０３からの反射光を出力ポートｐ４、退避ポイントｐ４’，ｐ１’、出力ポートｐ１に入射させるときの制御電圧、バイアス電圧および駆動電圧の設定例を図８、図９に示す。図８は一定のバイアス電圧を印加する従来の光スイッチの電圧設定の例を示し、図９は本実施の形態の光スイッチの電圧設定の例を示している。４つの電極３０２ａ，３０２ｂ，３０３ａ，３０３ｂに印加する駆動電圧Ｖ１〜Ｖ４は、Ｖ１＝Ｖｂｙ＋Ｖｙ、Ｖ２＝Ｖｂｙ−Ｖｙ、Ｖ３＝Ｖｂｘ＋Ｖｘ、Ｖ４＝Ｖｂｘ−Ｖｘとなる。ただし、Ｖ２≧０、Ｖ４≧０となるように、Ｖ２およびＶ４が負となった場合は強制的にＶ２＝０またはＶ４＝０と制御する。
【００６７】
出力ポートｐ４から出力ポートｐ１にスイッチングする指令を外部から受けると（図７ステップＳ１）、図９に示すように、制御電圧生成部３は制御電圧Ｖｘ，Ｖｙを変更し、同時にバイアス電圧生成部４はバイアス電圧Ｖｂｘを変更する（図７ステップＳ２）。この電圧変更により、ＭＥＭＳミラー１０３はＹ軸周りに回動して、ＭＥＭＳミラー１０３からの反射光は出力ポートｐ４の位置から第１の退避ポイントｐ４’へ移動する。このように、ＭＥＭＳミラー１０３の回動角が大きくなるときだけ、その回動角に応じてバイアス電圧Ｖｂｘを変更すればよい。
【００６８】
次に、図９に示すように、バイアス電圧生成部４がバイアス電圧Ｖｂｘ，Ｖｂｙを変更しない状態で、制御電圧生成部３は制御電圧Ｖｘを減少させる（図７ステップＳ３）。この制御電圧Ｖｘの変更により、ＭＥＭＳミラー１０３はＸ軸周りに回動して、ＭＥＭＳミラー１０３からの反射光は第１の退避ポイントｐ４’から第２の退避ポイントｐ１’へ移動する。
【００６９】
最後に、図９に示すように、制御電圧生成部３は制御電圧Ｖｘ，Ｖｙを変更し、同時にバイアス電圧生成部４はバイアス電圧Ｖｂｘを変更する（図７ステップＳ４）。この電圧変更により、ＭＥＭＳミラー１０３はＹ軸周りに回動して、ＭＥＭＳミラー１０３からの反射光は第２の退避ポイントｐ１’から出力ポートｐ１の位置へ移動する。
【００７０】
以上のように、出力ポートｐ４から出力ポートｐ１にスイッチングする過程において、ＭＥＭＳミラー１０３からの反射光を出力ポートｐ４の位置から第１の退避ポイントｐ４’へ移動させるときと、第２の退避ポイントｐ１’から出力ポートｐ１の位置へ移動させるときだけ、バイアス電圧Ｖｂｘを変化させることで、駆動電圧の低電圧化を実現することができる。
【００７１】
図８に示した従来の光スイッチの制御方法では、各状態におけるバイアス電圧は変化しない。その場合、ＭＥＭＳミラー１０３からの反射光を退避ポイントへ移動させるときにＭＥＭＳミラー１０３の角度が大きいため、駆動電圧を大きくする必要がある。図８の例では、電極３０２ａに印加される駆動電圧Ｖ１は最大で２３０Ｖになる。
【００７２】
これに対して、本実施の形態の制御方法では、ＭＥＭＳミラー１０３からの反射光を退避ポイントへ移動させる際と、退避ポイントから出力ポートへ移動させる際にバイアス電圧を変更する。具体的には、ＭＥＭＳミラー１０３からの反射光を退避ポイントへ移動させる際には、ＭＥＭＳミラー１０３の所望の回動（ここではＹ軸周りの回動）に関係しない電極３０３ａ，３０３ｂに印加するバイアス電圧Ｖｘを増加させる。このバイアス電圧Ｖｘの増加により、ＭＥＭＳミラー１０３が沈み込むため、ＭＥＭＳミラー１０３の回動に必要な制御電圧Ｖｙの値を下げることができる。また、ＭＥＭＳミラー１０３からの反射光を退避ポイントから出力ポートへ移動させる際には、バイアス電圧Ｖｘを減少させて、退避前のバイアス電圧Ｖｘの値に戻す。
【００７３】
図９によれば、電極３０２ａに印加される駆動電圧Ｖ１の最大値は１６０Ｖであり、図８の場合に比べて７０Ｖ低減できていることが分かる。ただし、電極３０３ａ，３０３ｂに印加される電極Ｖ３，Ｖ４は、図８の場合とほとんど変わらない。
【００７４】
ここで、電極３０３ａ，３０３ｂに印加されるバイアス電圧Ｖｂｘを変更すると、電極３０２ａに印加される駆動電圧Ｖ１が低減されることに注意が必要である。すなわち、電極３０２ａ，３０２ｂに印加されるバイアス電圧Ｖｂｙを変化させても駆動電圧の低電圧化はできない。その理由は、電極３０２ａ，３０２ｂはＭＥＭＳミラー１０３の沈み込みにほとんど寄与しないためである。
【００７５】
以上のような光スイッチの制御方法を実現するには、ＭＥＭＳミラー１０３の回動角と制御電圧値との関係が記録された回動角−制御電圧テーブルを制御電圧生成部３に設けると共に、ＭＥＭＳミラー１０３の回動角とバイアス電圧値との関係が記録された回動角−バイアス電圧テーブルをバイアス電圧生成部４に設けるようにすればよい。制御電圧生成部３は、所望の出力ポートや退避ポイントへの接続および所望の光パワー減衰量を実現するために、ＭＥＭＳミラー１０３の所望の回動角に対応する制御電圧値を回動角−制御電圧テーブルから取得して、制御電圧を生成すればよい。同様に、バイアス電圧生成部４は、ＭＥＭＳミラー１０３の所望の回動角に対応するバイアス電圧値を回動角−バイアス電圧テーブルから取得して、バイアス電圧を生成すればよい。
【００７６】
なお、本実施の形態では、少なくとも１つのミラー装置を備えた光スイッチを例に挙げて説明したが、本発明は単体のミラー装置にも適用できることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、静電駆動型のミラー装置、およびこのミラー装置を用いる光スイッチに適用することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１…制御装置、２…ミラー電圧印加部、３…制御電圧生成部、４…バイアス電圧生成部、５ａ〜５ｄ…加算部、１０３…ＭＥＭＳミラー、３０１ａ，３０１ｂ…板ばね、３０２ａ，３０２ｂ，３０３ａ，３０３ｂ，３１４ａ〜３１４ｄ…電極、３０４ａ，３０４ｂ，３１１ａ，３１１ｂ，３１２ａ，３１２ｂ…トーションばね、３０５ａ，３０５ｂ…外周部、３１０…ジンバルリング、３１３…枠部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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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１３】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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