(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号が入力される複数の入力ポートと、
光信号が出力される複数の出力ポートと、
所定の前記入力ポートから入力された光信号を反射し、所望の前記出力ポートに導く複数のミラーと、
前記ミラーの反射角度を制御し、前記入力ポートと前記出力ポートの間における光信号の伝搬経路を選択する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、所定周波数の低周波信号を発生する発生手段と、
前記ミラーの反射角度を制御するための制御信号に対して前記低周波信号を重畳する重畳手段と、
前記出力ポートから出力される光信号の一部を電気信号に変換する光電気変換手段と、
前記光電気変換手段によって得られる電気信号を対数変換する対数変換手段と、
前記対数変換手段から出力される電気信号に含まれる前記所定周波数の信号成分を抽出する抽出手段と、
抽出された前記信号成分に応じて前記ミラーを所望の反射角度に設定するための制御信号を生成する生成手段と、を有し、
前記抽出手段は、前記対数変換手段から出力される電気信号から直流成分を減衰させ、それ以外の周波数の信号成分を通過させる高域通過手段を有し、該高域通過手段から出力される電気信号に対して前記低周波信号を乗じて、該電気信号に含まれる前記所定周波数の信号成分を直流成分に変換して抽出する、
ことを特徴とする光信号交換装置。
【請求項２】
前記抽出手段は、前記高域通過手段に代えて、前記対数変換手段から出力される電気信号から前記所定周波数の信号成分を通過させ、それ以外の周波数の信号成分を減衰させる帯域通過手段を有し、該帯域通過手段から出力される電気信号に対して前記低周波信号を乗じて、該電気信号に含まれる前記所定周波数の信号成分を直流成分に変換して抽出する、
ことを特徴とする請求項１記載の光信号交換装置。
【請求項３】
前記光信号は波長多重光であり、前記入力ポートから入力された前記波長多重光をそれぞれの波長の光信号に分離した後に、それぞれの前記ミラーに入射するための回折格子を有し、
前記制御手段は、各波長の光信号が所望の出力ポートから出力されるように各ミラーの反射角度を制御する、
ことを特徴とする請求項１または２記載の光信号交換装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記抽出手段により抽出された前記所定周波数の信号成分に応じて、当該光信号の減衰量を算出する算出手段をさらに有し、
前記生成手段は、前記算出手段によって算出された減衰量が目標となる減衰量と等しくなるように前記ミラーの角度を制御する、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の光信号交換装置。
【請求項５】
前記ミラーは、相互に直交する２軸を中心として独立に反射角度を制御することが可能とされ、
前記制御手段は、前記２軸のいずれか一方を中心とする反射角度を制御する制御信号に対して前記低周波信号を重畳し、その結果に基づいて対象となる軸を中心とする反射角度が所望の角度になるように制御する、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の光信号交換装置。
【請求項６】
前記ミラーは、相互に直交する２軸を中心として独立に反射角度を調整することが可能とされ、
前記制御手段は、前記２軸を中心とする反射角度を制御する各制御信号に対して位相差がπ／２である低周波信号をそれぞれ重畳し、これらの低周波信号に基づいて各軸の反射角度が所望の角度になるように制御する、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の光信号交換装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記発生手段、前記重畳手段、前記抽出手段、および、前記生成手段を、制御しようとするミラーに応じた数だけ有し、
前記発生手段はミラー毎に異なる所定周波数の低周波信号を発生し、
前記重畳手段は前記低周波信号を各ミラーへの制御信号に重畳し、
前記対数変換手段は、前記光電気変換手段から出力される電気信号を対数変換し、
前記抽出手段のそれぞれは、前記対数変換手段から出力される前記電気信号に含まれる各ミラーの前記所定周波数の信号成分を抽出し、
前記生成手段のそれぞれは、抽出された前記信号成分に応じて各ミラーを所望の反射角度に制御する、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の光信号交換装置。
【請求項８】
光信号が入力される複数の入力ポートと、光信号が出力される複数の出力ポートと、所定の前記入力ポートから入力された光信号を反射し、所望の前記出力ポートに導く複数のミラーと、前記ミラーの反射角度を制御し、前記入力ポートと前記出力ポートの間における光信号の伝搬経路を選択する制御手段と、を有する光信号交換装置の制御方法において、
前記制御手段は、所定周波数の低周波信号を発生する発生ステップと、
前記ミラーの反射角度を制御するための制御信号に対して前記低周波信号を重畳する重畳ステップと、
前記出力ポートから出力される光信号の一部を電気信号に変換する光電気変換ステップと、
前記光電気変換ステップにおいて得られる電気信号を対数変換する対数変換ステップと、
前記対数変換ステップから出力される電気信号に含まれる前記所定周波数の信号成分を抽出する抽出ステップと、
抽出された前記信号成分に応じて前記ミラーを所望の反射角度に設定するための制御信号を生成する生成ステップと、を有し、
前記抽出ステップでは、前記対数変換ステップから出力される電気信号から直流成分を減衰させ、それ以外の周波数の信号成分を通過させる高域通過ステップを有し、該高域通過ステップから出力される電気信号に対して前記低周波信号を乗じて、該電気信号に含まれる前記所定周波数の信号成分を直流成分に変換して抽出する、
ことを特徴とする光信号交換装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号交換装置および光信号交換装置の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）方式を適用した光ネットワークにおいては、より柔軟なネットワークを構成するために、多重信号の各波長の経路を光信号のまま切り換えを行う、光信号交換装置の重要性が高まっている。
このような光信号交換装置の実現手段として、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electric Mechanical System）技術により形成された可動式ミラーを使用した装置が提案されており、光学特性や拡張性などの面から有力な方式として考えられている。
【０００３】
図１４に、従来における、ＭＥＭＳミラーを用いた光信号交換装置１の構成例を示す。入力ポートを構成する光ファイバー２−１〜２−ｎから入力したＷＤＭ信号は、ファイバーコリメータ３−１〜３−ｎから出力され、回折格子４にて波長ごとに経路を分離され、各波長に対応したＭＥＭＳミラーＭ１〜Ｍｎにレンズ５を介して集光される。ＭＥＭＳミラーＭ１〜Ｍｎにより、スイッチングされて経路を切り換えられた信号は、所望の出力ポートに対応するファイバーコリメータ６−１〜６−ｎに入射され、出力ポートを構成する光ファイバー８−１〜８−ｎから出力される。
【０００４】
図１５は、ＭＥＭＳミラーＭ１〜Ｍｎの角度（θ）とファイバーコリメータ６−１〜６−ｎとの光結合効率（ｈ）との関係を示している。ＭＥＭＳミラーＭ１〜Ｍｎとファイバーコリメータ６−１〜６−ｎとの光結合効率は、光ビームがファイバーコリメータ６−１〜６−ｎの中心に入射される角度においてピークを持つ以下のようなガウシアン関数にて表現できる。
【０００５】
【数１】
0005479815.tif 000002
【０００６】
なお、θはＭＥＭＳミラーの角度、θ0は光結合効率が最大となる最適な角度、σは出力側のファイバーコリメータ６−１〜６−ｎとの結合半径であり、波長やビーム径などにより決定する値である。図１５に示すように、ＭＥＭＳミラーを使用した装置の場合、ファイバーコリメータとの光結合には、ある最適なミラー角度が存在する。しかし、初期調整において光結合を最適に調整したとしても、周囲温度の変動、振動、および、経年劣化等の要因により、ミラー角度が変化してファイバーコリメータへの光結合特性が劣化してしまうことがある。そのため例えば、図１４に示すように、ファイバーコリメータから出力される光信号の光パワーを、モニタ回路１０によりモニタし、そのモニタ情報を基にして、ミラー電極への印加電圧を制御することにより、ミラーの角度を調整して、出力側のファイバーコリメータ６−１〜６−ｎへの光結合が最適になるように補償する必要がある。
【０００７】
このミラー角度の補償を行う方法として、ミラーへの印加電圧に低周波信号（Dither）を付加し、その低周波信号に応じて光出力に含まれる低周波信号と同じ周波数の信号成分（以下、「低周波成分」と称する）を抽出し、その結果を基にファイバーコリメータ６−１〜６−ｎにおける光結合の最適角度からのずれを検出して、ミラー角度の補償を行う方法が提案されている（特許文献１，２参照）。
【０００８】
従来技術における、ＭＥＭＳミラー角度補償に関する制御回路の構成部を、図１６に示す。この例では、制御回路１１は、低周波成分抽出部２０、制御信号生成部２１、低周波信号重畳部２２、および、低周波信号発生部２３により構成されている。低周波信号発生部２３では、所定周波数の低周波信号を生成する。ここで生成された低周波信号を、低周波信号重畳部２２にて制御信号に付加して出力し、図１４に示すドライバ回路１２によって、低周波信号を含んだ電圧をＭＥＭＳミラーＭ１〜Ｍｎに印加する。これにより、ＭＥＭＳミラーＭ１〜Ｍｎは、低周波信号に応じて微振動し、反射角度が変化することになる。
【０００９】
このため、ＭＥＭＳミラーＭ１〜Ｍｎから反射された光信号には、付加された低周波信号の周波数成分（低周波成分）を含むこととなる。この低周波成分を含んだ光信号は、図１４に示すモニタ回路１０により検出されて、制御回路１１へ入力される。低周波成分抽出部２０では、この光モニタ入力の信号に、低周波信号発生部２３で生成した低周波信号を乗算し、低域通過フィルタ（以下、ＬＰＦ）にて直流成分のみを取り出すことで、光信号に含まれる低周波成分を抽出する。さらに、制御信号生成部２１では、抽出された低周波成分を用いて、例えば比例・積分・微分制御（ＰＩＤ制御）など、低周波成分がゼロになるようなフィードバック制御を行い、新たな制御信号を生成する。
【００１０】
図１７に、光出力がピークから外れている場合（ａ）、および、光出力がピーク付近にある場合（ｂ）における、光出力に含まれる低周波成分の様子を示す。同じ振幅の低周波信号を印加した場合でも、光出力に含まれる低周波成分は、光出力がピークに近いほど小さくなる。すなわち、前述したように光出力に含まれる低周波成分をゼロに近づけることで、ファイバーコリメータ６−１〜６−ｎへの光結合が最適になるように、ミラー角度の補償を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−０２９１７５号公報
【特許文献２】米国特許第６，７５３，９６０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来技術においては、光出力パワーをフォトダイオードにて受光し、その出力を増幅器にて増幅して、光出力パワーに比例した値をモニタ信号として取り込む（特許文献１の段落００３９および特許文献２の式（７））。すなわち、検出したモニタ信号は、式（１）で示したガウシアン関数に比例する値となる。一方、前述した低周波成分の検出方法を用いた場合、光モニタ信号の角度に対する一次微分に比例した値が、抽出される低周波成分となる（特許文献２の式（５），（７））。すなわち、従来技術においては、光出力に含まれる低周波成分として、式（１）で示したガウシアン関数の、ミラー角度に対する一次微分に比例した値が抽出される。
【００１３】
図１８に、従来技術における、抽出される低周波成分の角度依存性を示す。低周波成分はガウシアン関数の一次微分に比例する値となり、ピーク位置から結合半径分だけずれた位置にて、極大値もしくは極小値となる。この場合、図１８に示すように、結合半径よりもピークに近い位置に光結合している場合には、低周波成分すなわちガウシアン関数の一次微分値が小さくなるように制御することで、図１８の実線矢印に示すように、ピークに収束させることが可能であり、ＭＥＭＳミラーの角度補償として正常に動作する。
【００１４】
しかし、例えば振動などによりＭＥＭＳミラーが大きく動いて、結合半径よりもずれが大きくなってしまった場合は、低周波成分がガウシアンの一次微分に比例していることから、低周波成分を小さくしようとするとピークから離れていく方向に制御され、図１８の破線矢印に示すように、ファイバーコリメータとの光結合が発散してしまう。
【００１５】
このように、従来技術では、大きな振動などにより、最適角度から大きく外れてしまった場合に復旧できず、正常な制御を行うことが困難である。また、モニタされる光出力パワーは、光入力パワーとファイバーコリメータとの光結合効率を乗算した値となるので、光入力パワーをＰ０、モニタされる光出力パワーをＰ(θ)とすると、以下の式で表される。
【００１６】
【数２】
0005479815.tif 000003
【００１７】
すなわち、モニタされる光出力パワーは、ファイバーコリメータへの光結合効率だけでなく、光入力パワーにも依存する。また、抽出した低周波成分は、式（２）のミラー角度に対する一次微分に比例する値であるので、低周波成分も同様に光入力パワーに依存する値となる。すなわち、式（２）をθについて一次微分すると、Ｐ０・θの項が生じることから、低周波成分がＰ０に対する依存性を有するようになる。
【００１８】
図１９に、光入力パワーが大きい場合（実線で示す曲線）と小さい場合（破線で示す曲線）のそれぞれにおける、抽出される低周波成分を示す。図１９に示すように、光入力パワーが大きくて最適角度からのずれが小さい場合（右側の細線（θ１））と、光入力パワーが小さくて最適角度からのずれが大きい場合（左側の細線（θ２））で、同じ値（破線の細線（Ｄ０））の低周波成分が抽出されることとなる。このような場合、それぞれの状態を区別が出来ないこととなるので、従来技術の方法においては、ファイバーコリメータとの光結合効率（すなわちピークからのずれ）を正確に検出することが出来ない。
【００１９】
ミラーの補償を行う場合において、最適角度からのずれが大きいときは、ミラーへの印加電圧の補償量を大きくし、最適角度に近づくにつれて補償量を小さくしていくことが出来れば、安定かつ高速な制御を行うことが出来る。しかし、従来技術では正確な最適角度からのずれを正確に検出できないので、光入力パワーが小さいときには最適角度への収束が遅くなったり、逆に光入力パワーが大きいときには光出力が発振して不安定になったりしてしまうなど、安定かつ高速な制御を行うことが困難となる。
【００２０】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、安定した制御が可能な光信号交換装置および光信号交換装置の制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記課題を解決するため、本発明の光信号交換装置は、光信号が入力される複数の入力ポートと、光信号が出力される複数の出力ポートと、所定の前記入力ポートから入力された光信号を反射し、所望の前記出力ポートに導く複数のミラーと、前記ミラーの反射角度を制御し、前記入力ポートと前記出力ポートの間における光信号の伝搬経路を選択する制御手段と、を有し、前記制御手段は、所定周波数の低周波信号を発生する発生手段と、前記ミラーの反射角度を制御するための制御信号に対して前記低周波信号を重畳する重畳手段と、前記出力ポートから出力される光信号の一部を電気信号に変換する光電気変換手段と、前記光電気変換手段によって得られる電気信号を対数変換する対数変換手段と、前記対数変換手段から出力される電気信号に含まれる前記所定周波数の信号成分を抽出する抽出手段と、抽出された前記信号成分に応じて前記ミラーを所望の反射角度に設定するための制御信号を生成する生成手段と、を有し、前記抽出手段は、前記対数変換手段から出力される電気信号から直流成分を減衰させ、それ以外の周波数の信号成分を通過させる高域通過手段を有し、該高域通過手段から出力される電気信号に対して前記低周波信号を乗じて、該電気信号に含まれる前記所定周波数の信号成分を直流成分に変換して抽出することを特徴とする。
このような構成によれば、ノイズの影響を低減して、ミラーを確実に制御することができ、安定した制御が可能な光信号交換装置を提供できる。
他の発明は、上記発明に加えて、前記抽出手段は、前記高域通過手段に代えて、前記対数変換手段から出力される電気信号から前記所定周波数の信号成分を通過させ、それ以外の周波数の信号成分を減衰させる帯域通過手段を有し、該帯域通過手段から出力される電気信号に対して前記低周波信号を乗じて、該電気信号に含まれる前記所定周波数の信号成分を直流成分に変換して抽出することを特徴とする。
このような構成によれば、減衰量が所望の値となるように正確に制御することが可能となる。
【００２２】
他の発明は、上記発明に加えて、前記光信号は波長多重光であり、前記入力ポートから入力された前記波長多重光をそれぞれの波長の光信号に分離した後に、それぞれの前記ミラーに入射するための回折格子を有し、前記制御手段は、各波長の光信号が所望の出力ポートから出力されるように各ミラーの反射角度を制御することを特徴とする。
このような構成によれば、波長多重光を対象として光信号の交換を行うことが可能となる。
【００２５】
他の発明は、前記制御手段は、前記抽出手段により抽出された前記所定周波数の信号成分に応じて、当該光信号の減衰量を算出する算出手段をさらに有し、前記生成手段は、前記算出手段によって算出された減衰量が目標となる減衰量と等しくなるように前記ミラーの角度を制御することを特徴とする。
このような構成によれば、減衰量が所望の値となるように正確に制御することが可能となる。
【００２６】
他の発明は、上記発明に加えて、前記ミラーは、相互に直交する２軸を中心として独立に反射角度を制御することが可能とされ、前記制御手段は、前記２軸のいずれか一方を中心とする反射角度を制御する制御信号に対して前記低周波信号を重畳し、その結果に基づいて対象となる軸を中心とする反射角度が所望の角度になるように制御することを特徴とする。
このような構成によれば、ミラーの２軸のそれぞれの方向について、反射角度を調整することが可能になる。
【００２７】
他の発明は、上記発明に加えて、前記ミラーは、相互に直交する２軸を中心として独立に反射角度を調整することが可能とされ、前記制御手段は、前記２軸を中心とする反射角度を制御する各制御信号に対して位相差がπ／２である低周波信号をそれぞれ重畳し、これらの低周波信号に基づいて各軸の反射角度が所望の角度になるように制御することを特徴とする。
このような構成によれば、ミラーの２軸のそれぞれの方向について、反射角度を同時に調整することが可能になる。
【００２８】
他の発明は、上記発明に加えて、前記制御手段は、前記発生手段、前記重畳手段、前記抽出手段、および、前記生成手段を、制御しようとするミラーに応じた数だけ有し、前記発生手段はミラー毎に異なる所定周波数の低周波信号を発生し、前記重畳手段は前記低周波信号を各ミラーへの制御信号に重畳し、前記対数変換手段は、前記光電気変換手段から出力される電気信号を対数変換し、前記抽出手段のそれぞれは、前記対数変換手段から出力される前記電気信号に含まれる各ミラーの前記所定周波数の信号成分を抽出し、前記生成手段のそれぞれは、前記信号成分に応じて各ミラーを所望の反射角度に制御する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、複数のミラーの角度を同時に調整することが可能になる。
【００２９】
本発明の光信号交換装置の制御方法は、光信号が入力される複数の入力ポートと、光信号が出力される複数の出力ポートと、所定の前記入力ポートから入力された光信号を反射し、所望の前記出力ポートに導く複数のミラーと、前記ミラーの反射角度を制御し、前記入力ポートと前記出力ポートの間における光信号の伝搬経路を選択する制御手段と、を有する光信号交換装置の制御方法において、前記制御手段は、所定周波数の低周波信号を発生する発生ステップと、前記ミラーの反射角度を制御するための制御信号に対して前記低周波信号を重畳する重畳ステップと、前記出力ポートから出力される光信号の一部を電気信号に変換する光電気変換ステップと、前記光電気変換ステップにおいて得られる電気信号を対数変換する対数変換ステップと、前記対数変換ステップから出力される電気信号に含まれる前記所定周波数の信号成分を抽出する抽出ステップと、抽出された前記信号成分に応じて前記ミラーを所望の反射角度に設定するための制御信号を生成する生成ステップと、を有し、前記抽出ステップでは、前記対数変換ステップから出力される電気信号から直流成分を減衰させ、それ以外の周波数の信号成分を通過させる高域通過ステップを有し、該高域通過ステップから出力される電気信号に対して前記低周波信号を乗じて、該電気信号に含まれる前記所定周波数の信号成分を直流成分に変換して抽出する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、ノイズの影響を低減して、ミラーを確実に制御することができ、安定した制御が可能な光信号交換装置の制御方法を提供できる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、安定した制御が可能な光信号交換装置および光信号交換装置の制御方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態に係る光信号交換装置の構成例を示す図である。
【図２】図１に示す制御回路のミラー角度補償制御回路に係る構成例を示すブロック図である。
【図３】図１に示す実施形態において検出される低周波成分の角度依存性を示す図である。
【図４】制御回路のミラー角度補償制御回路に係る第２の実施形態において使用されるＭＥＭＳミラーの詳細な構成例を示す図である。
【図５】制御回路のミラー角度補償制御回路に係る第３の実施形態を示すブロック図である。
【図６】図１に示す実施形態における低周波成分抽出部から出力される信号のパワースペクトルの一例である。
【図７】図５に示す実施形態において出力される信号のパワースペクトルの一例である。
【図８】制御回路のミラー角度補償制御回路に係る第４の実施形態を示すブロック図である。
【図９】図８に示す実施形態において出力される信号のパワースペクトルの一例である。
【図１０】制御回路のミラー角度補償制御回路に係る第５の実施形態を示すブロック図である。
【図１１】制御回路のミラー角度補償制御回路に係る第６の実施形態を示すブロック図である。
【図１２】制御回路のミラー角度補償制御回路に係る第７の実施形態を示すブロック図である。
【図１３】従来のロス一定制御回路の構成例を示す図である。
【図１４】従来の光信号交換装置の構成例を示す図である。
【図１５】ミラー角度とファイバーコリメータとの光結合効率の関係を示す図である。
【図１６】図１４に示す制御回路のミラー角度補償制御回路に係る構成例を示すブロック図である。
【図１７】光出力に含まれる低周波成分の様子を示す図である。
【図１８】図１４に示す光信号交換装置において検出される低周波成分の角度依存性を示す図である。
【図１９】図１４に示す光信号交換装置において検出される低周波成分の光入力パワー依存性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
次に、本発明の実施形態について説明する。
【００３３】
（Ａ）第１実施形態
【００３４】
図１は本発明に係る光信号交換装置の構成例を示す図である。この図に示すように、光信号交換装置１は、光ファイバー２−１〜２−ｎ、ファイバーコリメータ３−１〜３−ｎ、回折格子４、集光レンズ５、ＭＥＭＳミラーＭ１〜Ｍｎ、ファイバーコリメータ６−１〜６−ｎ、光カプラ７−１〜７−ｎ、光ファイバー８−１〜８−ｎ、モニタ回路１０、制御回路１１０、および、ドライバ回路１２を有している。なお、光ファイバー２−１〜２−ｎおよびファイバーコリメータ３−１〜３−ｎは入力ポートを構成し、ファイバーコリメータ６−１〜６−ｎおよび光ファイバー８−１〜８−ｎは出力ポートを構成する。
【００３５】
ここで、光ファイバー２−１〜２−ｎは、ｎ本の光ファイバーによって構成され、その一端にはファイバーコリメータ３−１〜３−ｎが接続されている。光ファイバー２−１〜２−ｎの他端には、ＷＤＭ信号が入力される。ファイバーコリメータ３−１〜３−ｎは、光ファイバーとレンズを一体化したモジュールで、平行ビームを出射する機能を有する。
【００３６】
回折格子４は、ファイバーコリメータ３−１〜３−ｎから出射された光ビーム（ＷＤＭ光）を、含まれている光ビームの波長に応じた角度で反射して分離した後、集光レンズ５に入射する。集光レンズ５は、回折格子４によって分離された各波長の光を集光し、それぞれの波長に対応するＭＥＭＳミラーＭ１〜Ｍｎに入射する。
【００３７】
ＭＥＭＳミラーＭ１〜Ｍｎは、ドライバ回路１２から出力される駆動信号によってＸ軸方向およびＹ軸方向の角度がそれぞれ独立に制御され、入射される光ビームを所定の方向に反射する。このとき、各ＭＥＭＳミラーの反射面が、入射される光ビームの出力先に設定されたいずれか１つのファイバーコリメータ６−１〜６−ｎの位置に対応した所定の角度に制御されることにより、各ＭＥＭＳミラーによって反射された各波長の光ビームは、目的のファイバーコリメータ６−１〜６−ｎに入射される。より詳細には、ＭＥＭＳミラーＭ１〜Ｍｎによって反射された光ビームは、集光レンズ５および回折格子４を介して所望のファイバーコリメータ６−１〜６−ｎに入射される。なお、図１において、回折格子４によって各波長の光ビームが角度分散される方向をＸ方向とし、入出力ポートが配列される方向をＹ方向とし、Ｘ−Ｙ平面に垂直な方向をＺ方向としている。
【００３８】
光カプラ７−１〜７−ｎは、ファイバーコリメータ６−１〜６−ｎに入射された光ビームの一部（例えば、入射光の１／１００程度の光）を分岐し、モニタ回路１０に対して出力する。光ファイバー８−１〜８−ｎは、光カプラ７−１〜７−ｎから出力された光ビームを伝達するｎ本の光ファイバーによって構成されている。
【００３９】
モニタ回路１０は、光カプラ７−１〜７−ｎから出力された光ビームを光電気変換し、その強度に応じた電圧（または、電流）を有する信号を出力する。制御回路１１０は、モニタ回路１０から出力される信号（光モニタ信号）に基づいて、ＭＥＭＳミラーＭ１〜Ｍｎを制御するための制御信号を生成し、ドライバ回路１２に出力する。ドライバ回路１２は、制御回路１１０から供給される制御信号の電力を増幅し、ＭＥＭＳミラーＭ１〜Ｍｎに印加することで各ＭＥＭＳミラーの反射角度を制御する。
【００４０】
図１に示す実施形態の光信号交換装置１では、入力されるＷＤＭ光に含まれる複数の波長の光について、ＭＥＭＳミラーＭ１〜Ｍｎのそれぞれの反射角度を制御することにより、任意の波長の光ビームを選択して、目的の出力ポートに導くことができる。
【００４１】
図２は、図１に示す制御回路１１０の構成例を示すブロック図である。なお、この図においては、制御回路１１０のうち、単一のＭＥＭＳミラーが最適な角度になるように補正するための「ミラー角度制御補正部」に係る部分のみを示している。この図に示すように、制御回路１１０は、対数変換部１２０、低周波成分抽出部１２１、制御信号生成部１２２、低周波信号重畳部１２３、および、低周波信号発生部１２４を主要な構成要素としている。
【００４２】
ここで、対数変換部１２０は、モニタ回路１０から出力される信号（光モニタ信号）を入力し、当該信号値の対数を演算して出力する。低周波成分抽出部１２１は、乗算回路１２１ａおよびＬＰＦ（Low Pass Filter）１２１ｂによって構成され、対数変換部１２０から出力される信号から低周波成分を抽出して出力する。より詳細には、乗算回路１２１ａは、対数変換部１２０から出力される信号に、低周波信号発生部１２４から供給される低周波信号（角周波数がω＝２πｆの信号（ここでｆは周波数））を乗算し、対数変換部１２０から出力される信号に含まれている角周波数がωの信号を直流成分に変換して出力する。ＬＰＦ１２１ｂは、乗算回路１２１ａから出力される信号に含まれている信号から、直流成分を通過させ、それ以外の成分については減衰させて出力する。なお、ＬＰＦ１２１ｂから出力される直流成分は、ＭＥＭＳミラーの目的角度からのずれ量に比例した信号である（詳細は後述する）。ここで、ωは重畳した低周波信号によってＭＥＭＳミラーが共振しないように、ＭＥＭＳミラーの共振周波数よりも十分に低い周波数に設定される。例えば、ＭＥＭＳミラーの固有共振周波数が数ｋＨｚである場合、低周波信号の周波数は、例えば、１００Ｈｚ程度と、およそ１／１０程度の周波数に設定することができる。
【００４３】
制御信号生成部１２２は、低周波成分抽出部１２１によって直流成分に変換されて抽出された低周波成分に応じて、各ＭＥＭＳミラーを制御するための制御信号を生成して出力する。なお、制御信号生成部１２２は、制御対象となるＭＥＭＳミラーによって反射光が所望の出力ポートに入射されるように角度調整を行うための制御信号を生成するとともに、低周波成分抽出部１２１から出力される信号に応じて、ＭＥＭＳミラーの最適角度からのずれを補正するために制御信号を補正して出力する。低周波信号重畳部１２３は、制御信号生成部１２２によって生成された制御信号に対して、低周波信号発生部１２４から出力される低周波信号を重畳して出力する。低周波信号重畳部１２３から出力された低周波信号が重畳された制御信号は、ドライバ回路１２に供給され、各ＭＥＭＳミラーの駆動部に供給され、それぞれの角度が制御される。
【００４４】
つぎに、第１実施形態の動作について説明する。
【００４５】
以下では、説明を簡略化するために、ＭＥＭＳミラーＭ１に着目し、光ファイバー２−１から入力されたＷＤＭ光のうち、波長がλ１の光ビームがＭＥＭＳミラーＭ１に入射されて反射され、光ファイバー８−ｎから出力される場合を例に挙げて説明する。また、ＭＥＭＳミラーＭ１の制御軸については、説明の簡略化のために一方向のみ（例えば、Ｘ軸方向のみ）を例に挙げて説明する。
【００４６】
光ファイバー２−１に対してＷＤＭ光が入力されると、ファイバーコリメータ３−１によって平行光線に変換された後、回折格子４に入射される。回折格子４では、ＷＤＭ光に含まれている各波長に応じた角度で光ビームを反射する。この結果、波長がλ１の光ビームは、集光レンズ５を介してＭＥＭＳミラーＭ１に入射される。
【００４７】
ＭＥＭＳミラーＭ１は、集光レンズ５および回折格子４を介して反射光がファイバーコリメータ６−ｎに入射されるように、その角度が設定されている。このため、光ファイバー２−１に入力されたＷＤＭ光のうち、波長がλ１の光ビームは、回折格子４および集光レンズ５によってＭＥＭＳミラーＭ１に入射された後に反射され、集光レンズ５および回折格子４を介してファイバーコリメータ６−ｎに入射され、出力ポート８−ｎから出力される。
【００４８】
ところで、例えば、経年変化や環境温度に起因して、ＭＥＭＳミラーＭ１の角度が最適値からずれを生じる場合がある。そのような場合には、ＭＥＭＳミラーＭ１によって反射された光ビームの一部が、ファイバーコリメータ６−ｎに入射されなくなるため、出力される光信号のレベルが低下してしまう。
【００４９】
そこで、本実施形態では、経年変化や環境温度によらず、ＭＥＭＳミラーＭ１が最適な角度となるように制御を行う。より詳細には、制御回路１１０では、制御信号生成部１２２から出力される制御信号に対して、低周波信号発生部１２４から出力される角周波数がωである信号（例えば、ｃｏｓ（ωｔ））を重畳して出力する。ここで、ｔは時間を示す。
【００５０】
このような低周波信号が重畳された制御信号がＭＥＭＳミラーＭ１の、例えば、Ｘ軸方向の駆動部に対して供給されると、ＭＥＭＳミラーＭ１は、現在位置（設定位置）を中心とし、低周波信号に応じた微小振動をする。その結果、ＭＥＭＳミラーＭ１による反射角度が微小振動に応じて変化することから、ファイバーコリメータ６−ｎへの光ビームの入射位置が低周波信号に応じて変化（振動）する。
【００５１】
ファイバーコリメータ６−ｎへ入射された光ビームの一部は、光カプラ７−ｎによって分岐され、モニタ回路１０に導かれる。モニタ回路１０では、光カプラ７−ｎからの光を光電気変換して、光ビームの強度に対応した電圧値（または電流値）を有する信号とし、制御回路１１０に出力する。
【００５２】
制御回路１１０に入力された信号は、対数変換部１２０により、対数変換されて出力される。いま、低周波信号が重畳されていない場合における、ＭＥＭＳミラーＭ１の角度θ、最適角度θ０、結合半径σ、および、光入力パワーＰ０の関係は、前述した式（２）によって表される。従って、対数変換部１２０から出力される信号は、以下の式（３）で表される。なお、Ａは、モニタ回路１０等によって定まる比例係数である。
【００５３】
【数３】
0005479815.tif 000004
【００５４】
ここで、低周波信号が印加されたＭＥＭＳミラーＭ１の角度θを、以下の式（４）で表す。なお、θｉはＭＥＭＳミラーＭ１の現在の角度、Δθおよびωは低周波信号によるＭＥＭＳミラーＭ１の角度の振幅および角周波数である。
【００５５】
【数４】
0005479815.tif 000005
【００５６】
式（３）に対して、式（４）を代入すると、低周波信号が重畳された場合における対数変換部１２０からの出力信号を示す以下の式（５）を得る。
【００５７】
【数５】
0005479815.tif 000006
【００５８】
対数変換部１２０から出力された信号は、低周波成分抽出部１２１に供給される。低周波成分抽出部１２１では、低周波成分が対応する直流成分に変換されて出力される。具体的には、低周波成分抽出部１２１の乗算回路１２１ａは、対数変換部１２０から出力される信号に対して、低周波信号発生部１２４から出力される低周波信号ｃｏｓ（ωｔ）を乗算する。上述した式（５）にｃｏｓ（ωｔ）を乗算すると、以下の式（６）を得る。
【００５９】
【数６】
0005479815.tif 000007
【００６０】
乗算回路１２１ａから出力された信号は、ＬＰＦ１２１ｂに供給され、直流成分が抽出され、それ以外の成分については減衰される。より具体的には、式（６）のうち、ｃｏｓ（ωｔ）、ｃｏｓ（２ωｔ）、および、ｃｏｓ（３ωｔ）を含む項に関する信号は減衰され、以下の式（７）に示す直流成分だけが出力される。
【００６１】
【数７】
0005479815.tif 000008
【００６２】
なお式（７）は、最適角度からのずれ（θｉ−θ０）に対してのみに依存する値であり、従来例のように、光入力パワーＰ０に依存しないことから、光入力パワーによらずに最適角度からのずれを正確に検出することが可能となる。このような信号は、ＬＰＦ１２１ｂから制御信号生成部１２２に供給される。制御信号生成部１２２では、ＬＰＦ１２１ｂから供給された信号に基づいて、当該信号の値が小さくなるように（θｉ＝θ０となるように）ＭＥＭＳミラーＭ１の角度を微調整する。これにより、ＭＥＭＳミラーＭ１を最適な角度θ０に設定することが可能になる。
【００６３】
すなわち、光入力パワーＰ０が異なっても、最適角度からのずれが同じであれば、同じ値を検出することから、従来技術における図１９に示す場合と比較し、光入力パワーＰ０に拘わらず正確な値を検出することが可能となる。また、検出する値の絶対値が大きいときには、最適角度からのずれ量が大きいため、大きな補償を行うことで、最適角度への収束を速くすることが可能となる。すなわち、本実施形態では、最適角度からのずれ（θｉ−θ０）に比例した値が、ＬＰＦ１２１ｂから出力されることから、ずれ量に応じた強さ（例えば、ずれ量に応じた制御電圧）による制御をかけることができることから、最適角度への収束を速くすることが可能となる。
【００６４】
また、検出する値の絶対値が小さいときには、最適角度に近づいていることが判断できるので、補償量を小さくすることで、オーバーシュートもしくはアンダーシュートまたは発振等の無い安定した制御によりＭＥＭＳミラーを最適角度に収束させることが可能となる。さらに、式（７）はミラー角度に対して一次関数となっている。図３に、本発明において抽出される低周波成分の角度依存性を示す。図３は、従来技術に関する図１８に対応する図である。この図３に示すように、たとえ大きく最適角度から外れてしまったとしても、式（８）に示す低周波成分をゼロに収束するように制御することで、ピーク位置に必ず収束させることが可能となる。
【００６５】
以上に説明したように、本発明の第１実施形態によれば、対数変換部１２０を設け、モニタ回路１０から出力される信号の対数を演算した後に、低周波成分抽出部１２１により、低周波成分を抽出するようにしたので、光入力パワーＰ０に依存しない制御が可能になる。また、ずれ量に比例した信号を得ることができるので、制御が不安定になることを防止できる。
【００６６】
（Ｂ）第２実施形態
【００６７】
第１実施形態では、ＭＥＭＳミラーを１軸方向に制御する場合について説明したが、ＭＥＭＳミラーは、図４に示すように、通常は直交する２軸に対して独立して制御可能である。図４に示すＭＥＭＳミラーＭは、例えば、静電力によって駆動可能とされ、電極に電圧を印加して電圧に比例した角度だけミラーを動かす。図４の例では、駆動軸は直交するＸ軸およびＹ軸を備えており、２つの電極（Ｘ軸駆動電極２０１およびＹ軸駆動電極２０２）を対にして各軸を駆動する。
【００６８】
２軸制御を行うＭＥＭＳミラーの場合、ファイバーコリメータとの光結合は、各軸に対する光結合効率（ηｘおよびηｙ）の積により表現される。モニタされる光出力パワーをＰ（θｘ，θｙ）とすると、光出力パワーは以下の式（８）により表すことができる。
【００６９】
【数８】
0005479815.tif 000009
【００７０】
ここで、ここで、θｎ，θｎ０，σｎ（ｎ＝ｘ，ｙ）は、それぞれ、各軸におけるＭＥＭＳミラーの角度、光結合効率が最大となる最適な角度、および、出力側のファイバーコリメータとの結合半径である。従来技術においては、式（８）に基づいて制御することから、例えば、Ｘ軸を最適化するために、Ｘ軸のみに低周波信号を付加したとしても、光パワーはＸ軸成分とＹ軸成分の積によって表されることから、モニタされる光出力パワーはＹ軸の光結合効率にも依存してしまう。また、抽出される低周波成分は式（８）のＸ軸のミラー角度（θx）の一次微分に比例する値となるので、低周波成分も同様に、Ｙ軸の光結合効率に依存する値となる。
【００７１】
そのため、Ｘ軸に対する最適角度からのずれが小さくＹ軸に対する最適角度からのずれが大きい場合と、逆にＸ軸に対する最適角度からのずれが大きくＹ軸に対する最適角度からのずれが小さい場合で、同じ値の低周波成分が抽出される可能性がある。このような場合、それぞれの状態を区別することが出来ないため、従来技術では、ファイバーコリメータとの光結合効率（すなわちピークからのずれ）を正確に検出することが出来ない。しかし、本発明によれば、２軸の制御を行うＭＥＭＳミラーの場合でも、各軸に対して独立にＭＥＳＭミラーの最適角度からのずれを検出することが出来る。
【００７２】
すなわち、２軸を制御するＭＥＭＳミラーの場合、光モニタ信号は式（８）に比例する信号となるので、図７に示す対数変換部１２０からの出力は、以下の式（９）で表すことができる。
【００７３】
【数９】
0005479815.tif 000010
【００７４】
この式（９）に示すように、Ｘ軸の光結合効率のみに依存する第２項と、Ｙ軸の光結合効率のみに依存する第３項のように、各軸の光結合効率の成分を分離することが出来る。例えば、Ｘ軸を最適化するために、Ｘ軸のみに低周波信号を付加した場合は、式（９）の第２項のみに低周波成分が含まれ、第３項は第１項と同様に直流成分となる。この直流成分は、図７に示す低周波成分抽出部１２１において、式（４）から式（７）の手順と同様の操作を行うことで除去できるので、抽出される低周波成分はＸ軸に対する最適角度からのずれにのみ依存する値となる。すなわち、Ｙ軸の光結合効率に依存する直流成分は、低周波信号ｃｏｓ（ωｔ）が乗算されて角周波数がωの信号になり、ＬＰＦ１２１ｂにて除去することができる。また、Ｙ軸を最適化するために、Ｙ軸のみに低周波信号を付加した場合も、同様にＹ軸に対する最適角度からのずれにのみ依存する値を抽出できる。すなわち本発明の第２実施形態では、他軸の光結合効率に依存することなく、各軸に対する最適角度からのずれを正確に検出できるため、各軸に対して独立に制御を行うことが可能となる。
【００７５】
なお、第２実施形態の構成例としては、例えば、図２に示すような制御回路１１０をＸ軸およびＹ軸のそれぞれに対して設けておき、Ｘ軸方向の角度を調整する場合には、Ｘ軸に対応する制御回路を動作させて、Ｘ軸方向の角度を調整する。このとき、Ｙ軸方向については調整動作を停止させる。前述したように、Ｘ軸の制御信号に低周波信号を重畳させた場合、Ｘ軸のみの最適角度からのずれに対応した直流信号が得られるので、これに応じて角度調整を正確に行うことができる。Ｙ軸についても同様の方法で、最適角度に調整することができる。
【００７６】
以上に説明したように、本発明の第２実施形態によると、ＭＥＭＳミラーのＸ軸およびＹ軸方向の角度を独立に、かつ、安定して最適角度に調整することができる。
【００７７】
（Ｃ）第３実施形態
【００７８】
図５は、本発明の第３実施形態に係る制御回路１１０Ａの構成例を示す図である。なお、この図においては、前述の場合と同様に、制御回路１１０Ａのうち、単一のＭＥＭＳミラーが最適な角度になるように補正するための「ミラー角度制御補正部」に係る部分のみを示している。図５に示すように、本発明の第３実施形態では、第１実施形態と比較すると、低周波成分抽出部１２１が低周波成分抽出部１２１Ａに置換されている。その他の部分は、図１および図２に示す第１実施形態と同じである。なお、低周波成分抽出部１２１Ａには、ＨＰＦ（High Pass Filter）１２１ｃが追加されている。その他の構成は、図２の場合と同様である。ＨＰＦ１２１ｃは、直流成分については減衰させ、それよりも高い周波数の信号については通過させるフィルタである。
【００７９】
つぎに、第３実施形態の動作について説明する。
【００８０】
低周波信号を付加してＭＥＭＳミラー角度の補償を行う場合においては、出力される光信号への影響（信号光の強度が低周波信号に応じて揺らぐこと）を低減するために、低周波信号によるＭＥＭＳミラー角度の振幅（Δθ）を十分小さくする必要がある。そのため、光パワー（Ｐ０）が大きい場合には、式（５）に示す対数変換部１２０からの出力に含まれる直流成分が、低周波成分に比べて相対的に強いパワーとなることがある。この場合、式（６）に示す低周波信号を乗算した出力は、直流成分に比べて他の周波数成分が大きくなってしまい、その後にＬＰＦ１２１ｂで直流成分のみを取り出そうとしても、他の周波数成分が残ってしまう可能性がある。
【００８１】
これについて、具体的に説明する。低周波信号発生部１２４によって生成される信号をｃｏｓ（ωｔ）とし、対数変換部１２０から出力される信号を仮に、以下の式（１０）によって表すことができるとする。ここで、ａ０，ａ１，ａ２は、それぞれの周波数に対応する係数である。
【００８２】
【数１０】
0005479815.tif 000011
【００８３】
図２の例では、乗算回路１２１ａの出力は、式（１０）とｃｏｓ（ωｔ）の積であるので、乗算回路１２１ａの出力として以下の式（１１）を得る。
【００８４】
【数１１】
0005479815.tif 000012
【００８５】
式（１１）に示すように、直流成分には、角周波数が元々ωである信号の係数ａ１が含まれ、角周波数がωである成分には係数ａ０と、係数ａ２が含まれている。従って、対数変換部１２０から出力される信号に含まれる直流信号のレベルが高い場合（係数ａ０が大きい場合）であって、角周波数がωである信号のレベルが低い場合には、ＬＰＦ１２１ｂを通過した後であっても、角周波数がω以上の信号が含まれ、これがノイズとなってしまう。
【００８６】
特に、ファイバーコリメータとの光結合が最適角度に近づくと、抽出したい低周波成分はゼロに近づくので、低周波成分を抽出することが困難となる。図６に、本発明の第１実施形態において、光パワーが大きい場合に対数変換部１２０から出力されるパワースペクトルの一例を示す。この図６の例では、対数変換部１２０の出力信号の直流成分が大きいために、低周波成分抽出部１２１の出力に、直流成分だけでなく他の周波数成分（特に角周波数がωの成分）が残ってしまっており、これがノイズとなってしまう。
【００８７】
一方、第３実施形態では、対数変換部１２０から出力される信号から、ＨＰＦ１２１ｃが直流成分を減衰させ、それ以外の成分は通過させる。これにより、式（１０）のａ０の成分が減衰される。この結果、式（１１）において、第１実施形態に比較して、第２項の値が小さくなるため、ＬＰＦ１２１ｂを通過した後にノイズ成分となる角周波数がωの信号のレベルを低下させることができる。この様子を示したのが図７である。図７に示すように、ＨＰＦ１２１ｃを通過した後は、直流成分が減衰されている。そして、乗算回路１２１ａ通過後は、角周波数ωの信号レベルが、図６に比較して低くなっている。その結果、ＬＰＦ１２１ｂを通過した後は、直流成分のレベルが高く、それ以外は低い状態となる。
【００８８】
以上に説明したように、本発明の第３実施形態では、対数変換部１２０から出力される信号をＨＰＦ１２１ｄを通過させた後に、乗算回路１２１ａに供給するようにしたので、所望の信号を選択的に抽出することができる。これにより、ＭＥＭＳミラーの角度の調整精度を向上させることができる。
【００８９】
（Ｄ）第４実施形態
【００９０】
図８は、本発明の第４実施形態に係る制御回路１１０Ｂの構成例を示す図である。なお、この図においては、前述の場合と同様に、制御回路１１０Ｂのうち、単一のＭＥＭＳミラーが最適な角度になるように補正するための「ミラー角度制御補正部」に係る部分のみを示している。図８に示すように、本発明の第４実施形態では、第１実施形態と比較すると、低周波成分抽出部１２１が低周波成分抽出部１２１Ｂに置換されている。その他の部分は、図１および図２に示す第１実施形態と同じである。なお、低周波成分抽出部１２１Ｂには、ＢＰＦ（Band Pass Filter）１２１ｄが追加されている。その他の構成は、図２の場合と同様である。ＢＰＦ１２１ｄは、角周波数がωである信号については通過させ、それ以外の信号は減衰して出力する帯域通過フィルタである。
【００９１】
つぎに、第４実施形態の動作について説明する。
【００９２】
第４実施形態では、対数変換部１２０から出力された信号（式（１０）参照）のうち、角周波数がωである信号以外がＢＰＦ１２１ｄによって減衰される。これにより、係数ａ０，ａ２については減衰され係数ａ１については減衰されない。この結果、乗算回路１２１ａの出力信号（式（１１）参照）において、直流成分である係数ａ１以外の項については減衰され、その出力レベルは第１実施形態に比べて小さいものとなる。この様子を示すのが図９である。図９に示すように、ＢＰＦ１２１ｄを通過した後は、角周波数ω以外の信号が減衰されている。そして、乗算回路１２１ａ通過後は、直流成分以外の信号レベルが、図６に比較して小さくなっている。その結果、ＬＰＦ１２１ｂを通過した後は、直流成分のレベルだけが高く、それ以外の周波数成分は低い状態となる。これにより、ノイズ成分が除外されることになる。
【００９３】
以上に説明したように、本発明の第４実施形態では、対数変換部１２０から出力される信号をＢＰＦ１２１ｄを通過させた後に、乗算回路１２１ａに供給するようにしたので、所望の信号を選択的に抽出することができる。これにより、ＭＥＭＳミラーの角度の調整精度を向上させることができる。
【００９４】
（Ｅ）第５実施形態
【００９５】
図１０は、本発明の第５実施形態に係る制御回路１１０Ｃの構成例を示すブロック図である。なお、この図においては、前述の場合と同様に、制御回路１１０Ｃのうち、単一のＭＥＭＳミラーが最適な角度になるように補正するための「ミラー角度制御補正部」に係る部分のみを示している。図１０に示す例では、制御回路１１０Ｃは、Ｘ軸およびＹ軸それぞれについての制御部を有しており、また、それぞれの制御部には、相互に位相がπ／２だけずれた低周波信号が供給されている。具体的には、制御回路１１０Ｃは、Ｘ軸を制御するための低周波成分抽出部１２１、制御信号生成部１２２、および、低周波信号重畳部１２３を有し、また、Ｙ軸を制御するための低周波成分抽出部１３１、制御信号生成部１３２、および、低周波信号重畳部１３３を有している。低周波成分抽出部１２１は、乗算回路１２１ａおよびＬＰＦ１２１ｂを有しており、低周波成分抽出部１３１は、乗算回路１３１ａおよびＬＰＦ１３１ｂを有している。低周波信号発生部１２４Ｃは、低周波信号発生回路１２４ａおよびπ／２位相シフタ１２４ｂを有している。なお、Ｘ軸およびＹ軸それぞれについての制御部各部の構成は、図２の場合と同様である。π／２位相シフタ１２４ｂは、低周波信号発生回路１２４ａから出力される低周波信号の位相をπ／２だけシフトして出力する。
【００９６】
つぎに、第５実施形態の動作について説明する。低周波信号発生回路１２４ａから出力された角周波数ωの低周波信号は、乗算回路１２１ａと低周波信号重畳部１２３に直接供給されるとともに、π／２位相シフタ１２４ｂにより位相がπ／２だけシフトされて乗算回路１３１ａと低周波信号重畳部１３３に供給される。
【００９７】
ここで、低周波信号発生回路１２４ａから出力された低周波信号が印加されたＸ軸におけるＭＥＭＳミラーの角度（θｘ）、およびπ／２位相シフタ１２４ｂから出力された低周波信号が印加されたＹ軸におけるＭＥＭＳミラーの角度（θｙ）をそれぞれ以下の式（１２），（１３）によって表す。
【００９８】
【数１２】
0005479815.tif 000013
【００９９】
【数１３】
0005479815.tif 000014
【０１００】
なお、θｎｉ，Δθｎ（ｎ＝ｘ，ｙ）は、それぞれ、各軸における現在のミラー角度および低周波信号によるミラー角度の振幅である。式（９）に式（１２）および式（１３）を代入すると、図１０に示す対数変換部１２０からの出力信号は、以下の式（１４）によって表される。
【０１０１】
【数１４】
0005479815.tif 000015
【０１０２】
対数変換部１２０から出力される信号には、各軸の低周波成分が独立して含まれる。ここで、Ｘ軸およびＹ軸に付加される低周波信号は、相互に位相がπ／２だけずれており、直交する関係にある。したがって、乗算回路１２１ａによってｃｏｓ（ωｔ）が乗算されると、式（１４）のｃｏｓ（ωｔ）成分を有する第２項のみが直流成分として抽出され、乗算回路１３１ａによってｓｉｎ（ωｔ）が乗算されると、式（１４）のｓｉｎ（ωｔ）成分を有する第３項のみが直流成分として抽出される。なお、ｃｏｓ（ωｔ）成分およびｓｉｎ（ωｔ）成分は、互いに直交しているので、互いを乗算してもその結果が直流成分として出力されることはない。具体的には、例えば、乗算回路１２１ａによってｃｏｓ（ωｔ）が乗算された場合に、式（１４）のｓｉｎ（ωｔ）成分を有する第３項はｓｉｎ（２ωｔ）成分のみを有する信号に変換されるので、この項が直流成分として出力されることはない。
【０１０３】
乗算回路１２１ａおよび乗算回路１３１ａから出力される信号は、ＬＰＦ１２１ｂおよびＬＰＦ１３１ｂにそれぞれ供給され、直流成分以外が減衰されて出力される。この結果、ＬＰＦ１２１ｂおよびＬＰＦ１３１ｂの出力信号は、それぞれ式（１５）および式（１６）のようになる。
【０１０４】
【数１５】
0005479815.tif 000016
【０１０５】
【数１６】
0005479815.tif 000017
【０１０６】
すなわち、ＬＰＦ１２１ｂからは、Ｘ軸に対応する低周波成分のみが出力され、ＬＰＦ１３１ｂからは、Ｙ軸に対応する低周波成分のみが出力される。制御信号生成部１２２および制御信号生成部１３２は、ＬＰＦ１２１ｂおよびＬＰＦ１３１ｂから出力された信号に基づいて制御信号を生成し、出力する。低周波信号重畳部１２３および低周波信号重畳部１３３は、前述したように、制御信号生成部１２２および制御信号生成部１３２から出力される制御信号に対して、低周波信号発生回路１２４ａおよびπ／２位相シフタ１２４ｂから出力される低周波信号をそれぞれ重畳して出力する。
【０１０７】
以上に説明したように、本発明の第５実施形態によれば、互いに直交する低周波信号をＸ軸およびＹ軸の制御信号に重畳し、乗算回路１２１ａ，１３１ａにより、各軸に付加した低周波信号をそれぞれ乗算し、ＬＰＦ１２１ｂ，１３１ｂにより直流成分に変換された各軸に対応する低周波成分を抽出し、抽出したそれぞれの低周波成分に基づいて、ＭＥＭＳミラーのＸ軸およびＹ軸の角度を調整するようにしたので、Ｘ軸およびＹ軸を独立して調整することができる。また、これらの制御は同時に並行して行うことができることから、これらを別々に調整する場合に比較して角度調整を迅速に行うことができる。
【０１０８】
なお、以上の第５実施形態では、π／２だけ位相をシフトするようにしたが、例えば、Ｘ軸とＹ軸とで周波数を変えたり、周波数と位相の双方を変えたりするようにしてもよい。
【０１０９】
なお、図１０に示す第５実施形態では、図２に示す第１実施形態の制御回路を用いるようにしたが、第３または第４実施形態の制御回路を用いるようにしてもよい。これらの回路を用いることにより、ノイズの影響を受けにくくすることができる。
【０１１０】
（Ｆ）第６実施形態
【０１１１】
図１１は、本発明の第６実施形態に係る制御回路１１０Ｄの構成例を示すブロック図である。なお、この図においては、前述の場合と同様に、制御回路１１０Ｄのうち、単一のＭＥＭＳミラーが最適な角度になるように補正するための「ミラー角度制御補正部」に係る部分のみを示している。図１１に示す例では、制御回路１１０Ｄは、ＭＥＭＳミラーＭ１〜Ｍｎのそれぞれを独立して制御可能とするために、低周波成分抽出部１２１−１〜１２１−ｎ、制御信号生成部１２２−１〜１２２−ｎ、低周波信号重畳部１２３−１〜１２３−ｎ、および、低周波信号発生部１２４−１〜１２４−ｎがそれぞれｎ個ずつ設けられている。ここで、低周波信号発生部１２４−１〜１２４−ｎは、それぞれ異なる角周波数ω１〜ωｎの低周波信号を発生し、低周波成分抽出部１２１−１〜１２１−ｎおよび低周波信号重畳部１２３−１〜１２３−ｎに供給する。一般的に、角周波数ωの信号については、式（１１）に示すように、基本角周波数に対して整数倍の高調波成分（ω，２ω，３ω，・・・）が発生するので、それぞれの基本周波数と高調波成分とが重ならないように角周波数ω１〜ωｎの基本周波数を設定する。具体的には、例えば、ω２＝１．２×ω１，ω３＝１．３×ω１，・・・というように、設定することで基本周波数と高調波成分とが重ならないように設定することができる。これにより、例えば、ω２＝２×ω１という設定をした場合に、ω１の２倍の高調波成分（ノイズ）が、ω２の基本周波数成分と干渉しないようにすることができる。なお、周波数のみならず、位相についても変えるようにしてもよい。また、以上は、一例であって、これ以外の角周波数間隔で配置してもよいことは言うまでもない。
【０１１２】
つぎに、以上の第６実施形態の動作について説明する。
【０１１３】
低周波信号重畳部１２３−１〜１２３−ｎは、制御信号生成部１２２−１〜１２２−ｎから供給される制御信号に対して、低周波信号発生部１２４−１〜１２４−ｎから供給される低周波信号ω１〜ωｎをそれぞれ重畳した後、ＭＥＭＳミラーＭ１〜Ｍｎに対して供給する。ＭＥＭＳミラーＭ１〜Ｍｎは、供給された制御信号に含まれている角周波数がω１〜ωｎの低周波信号に応じて反射角度が変動するので、光カプラ７−１〜７−ｎから出力される光信号は、角周波数がω１〜ωｎの低周波信号に応じてその振幅が変化する信号となる。
【０１１４】
モニタ回路１０は、光カプラ７−１〜７−ｎから出力される光信号を対応する電気信号に変換して加算した後、制御回路１１０Ｄに出力する。もしくは、光カプラ７−１〜７−ｎから出力される光信号を合波してから、電気信号に変換して出力しても良い。制御回路１１０Ｄでは、対数変換部１２０が、モニタ回路１０から出力される信号に対して対数変換を施し、得られた信号を低周波成分抽出部１２１−１〜１２１−ｎのそれぞれに対して供給する。低周波成分抽出部１２１−１〜１２１−ｎは、対数変換部１２０から出力される信号に対して、低周波信号発生部１２４−１〜１２４−ｎから供給される低周波信号ω１〜ωｎをそれぞれ乗算した後、ＬＰＦによって直流成分を抽出して出力する。ここで、低周波信号の周波数はそれぞれ異なっていることから、各低周波成分抽出部では、それぞれの低周波信号ω１〜ωｎに対応する周波数成分だけが直流成分に変換されて抽出される。
【０１１５】
制御信号生成部１２２−１〜１２２−ｎでは、低周波成分抽出部１２１−１〜１２１−ｎによって抽出されたそれぞれの低周波成分に応じて、各ＭＥＭＳミラーの所望の角度からのずれを検出し、当該ずれを解消するための制御信号を生成し、低周波信号重畳部１２３−１〜１２３−ｎに対して出力する。低周波信号重畳部１２３−１〜１２３−ｎでは、制御信号生成部１２２−１〜１２２−ｎから供給される制御信号に対して、低周波信号発生部１２４−１〜１２４−ｎから供給される低周波信号ω１〜ωｎをそれぞれ重畳した後、ＭＥＭＳミラーＭ１〜Ｍｎに対して供給する。
【０１１６】
以上に説明したように、本発明の第６実施形態では、ＭＥＭＳミラーの個数に応じた低周波成分抽出部１２１−１〜１２１―ｎ、制御信号生成部１２２−１〜１２２―ｎ、および、低周波信号重畳部１２３−１〜１２３−ｎを設け、低周波信号発生部１２４−１〜１２４―ｎによって発生される異なる角周波数ω１〜ωｎの低周波信号を低周波成分抽出部１２１−１〜１２１―ｎ、および、低周波信号重畳部１２３−１〜１２３−ｎに供給するようにしたので、例えば、各ＭＥＭＳミラーを個別に（順番に）調整する場合に比べると、調整動作を同時に並行して実行することができることから、調整に要する時間を大幅に短縮することができる。また、第６実施形態では、モニタ回路１０において光カプラ７−１〜７−ｎからの光信号を光電気変換して得られた電気信号を加算し、これらを１つの対数変換部１２０において処理するようにしたので、対数変換部１２０を共通化することで、回路構成を簡略化することができる。なお、対数変換部をそれぞれ個別に設けるようにしてもよい。また、モニタ回路１０において光カプラ７−１〜７−ｎからの光信号を合波してから、電気信号に変換して対数変換部１２０に出力する構成とすることで、光電気変換手段を共通化し、さらに回路構成を簡略化することも可能である。このように、モニタ回路１０に含まれる光電気変換手段や、対数変換部１２０を共通化した場合であっても、低周波信号の角周波数ω１〜ωｎを異なる角周波数に設定することで、各ＭＥＭＳミラーからの信号を確実に抽出することができる。
【０１１７】
なお、図１１に示す第６実施形態では、図２に示す第１実施形態の制御回路を用いるようにしたが、第３実施形態、第４実施形態、または、第５実施形態の制御回路を用いるようにしてもよい。第３または第４実施形態の制御回路を用いた場合には、ノイズの影響を受けにくくすることができる。また、第５実施形態の制御回路を用いれば、Ｘ軸およびＹ軸の双方についても同時に制御することができる。
【０１１８】
（Ｇ）第７実施形態
【０１１９】
図１２は、本発明の第７実施形態に係る制御回路１１０Ｅの構成例を示すブロック図である。なお、この図においては、前述の場合と同様に、制御回路１１０Ｅのうち、単一のＭＥＭＳミラーが最適な角度になるように補正するための「ミラー角度制御補正部」に係る部分のみを示している。図１２に示す例では、制御回路１１０Ｅは、図２に示す第１実施形態と比較すると、制御信号生成部１２２が制御信号生成部１２２Ａに置換されるとともに、低周波成分抽出部１２１と、制御信号生成部１２２Ａとの間に、ロス値算出部１２５が新たに挿入されている。ここで、ロス値算出部１２５は、ＬＰＦ１２１ｂから出力される直流成分に変換された低周波成分に基づいて、各ＭＥＭＳミラーを経由した光信号のロス値を算出し、制御信号生成部１２２Ａに供給する。制御信号生成部１２２Ａは、ロス値算出部１２５から供給される算出されたロス値と、ロス値の目標値としてのロス目標値とを比較し、これらが等しくなるように制御信号を生成して出力する。なお、これ以外の構成は、図２の場合と同様である。
【０１２０】
つぎに、以上の第７実施形態の動作について説明する。
【０１２１】
一般的に、ＷＤＭ信号については、伝送における各波長の光パワーを揃えるために、各波長に対してある一定のロス値を与えるような制御を行うことがある。従来においては、このようなロス一定制御を行う場合には、あらかじめ初期調整段階で制御電圧対ロス値の測定を行ない、この測定結果をメモリに保存し、保存された測定結果に基づいて制御電圧を決定するのが一般的であった。
【０１２２】
図１３は、従来におけるロス一定制御回路の構成を示す図である。ロス一定制御回路３００は、与えられたロス目標値に対応する制御信号をロス値対制御電圧参照テーブル３０１から取得し、制御信号として出力する。
【０１２３】
しかし、従来技術のロス一定制御においては、参照テーブルを、例えば、半導体メモリに格納する必要があるために、メモリ容量を大きく持たせる必要があり、コストの増大などが問題となる。また、初期調整時の測定結果を基にテーブルを作成するために、制御回路などの経年劣化により、制御電圧とロス値との関係が崩れる場合があり、テーブル参照では正確なロス一定制御が行えない可能性がある。
【０１２４】
そこで、第７実施形態では低周波成分抽出部１２１によって抽出した低周波成分を用いて光結合損失を算出し、ロス一定制御を正確に行うことができる。ここで、ファイバーコリメータの光結合に伴う結合損失は、光入力パワーと光出力パワーの比率であるので、ｄＢ単位で表現すると、以下の式（１７）で示される。
【０１２５】
【数１７】
0005479815.tif 000018
【０１２６】
ここで、式（１７）に式（２）を適用すると、以下の式（１８）を得る。
【０１２７】
【数１８】
0005479815.tif 000019
【０１２８】
ここで、括弧の中の項は、式（７）で示す低周波成分となっている。すなわち、ファイバーコリメータの結合半径（σ）や低周波信号によるミラー角度の振幅（Δθ）が既知の値であれば、本発明の方式により検出した低周波成分から光結合損失を算出でき、テーブルを参照することなく、ロス一定制御を行うことが可能となる。
【０１２９】
ロス値算出部１２５は、低周波成分抽出部１２１において抽出された低周波成分に基づき、式(１８)に従って現在のロス値を算出する。制御信号生成部１２２Ａは、算出されたロス値と、供給された（設定された）ロス目標値を入力し、新たな制御信号を生成して出力する。
【０１３０】
ここで、ファイバーコリメータとの光結合を最適にする場合には、低周波成分がゼロ（すなわちロス値がゼロ）になるように制御を行うが、第７実施形態では、現在のロス値と設定されたロス目標値が等しくなるように制御を行う。この結果、各波長の光信号のロス値は、ロス目標値と等しくなるように制御が行われる。これにより、ＷＤＭ信号の伝送における各波長の光パワーを揃えることができる。
【０１３１】
以上に説明したように、本発明の第７実施形態によれば、ＷＤＭ信号の各波長の光信号について、ロス一定制御を行うことが可能になる。また、メモリが不要になることから、装置の構造を簡略化し、製造コストを低減することができる。さらに、経年変化によって特性が劣化することを防止できる。
【０１３２】
なお、図１２に示す第７実施形態では、図２に示す第１実施形態の制御回路を用いるようにしたが、第３実施形態、第４実施形態、第５実施形態、または、第６実施形態の制御回路を用いるようにしてもよい。第３または第４実施形態の制御回路を用いた場合には、ノイズの影響を受けにくくすることができる。また、第５実施形態の制御回路を用いれば、Ｘ軸およびＹ軸の双方を同時に制御することができる。さらに、第６実施形態の制御回路を用いれば、複数のＭＥＭＳミラーを同時に制御することができる。
【０１３３】
（Ｅ）変形実施形態
【０１３４】
なお、上記の形態例は、一例であって、これ以外にも各種の変形実施態様が存在する。例えば、以上の各実施形態では、ＷＤＭ信号が入力され、当該ＷＤＭ信号を各波長に分けて出力ポートから出力するようにしたが、例えば、波長多重光ではない通常の光信号を入力ポートからそれぞれ入力し、これらの光を選択して、所望の出力ポートから出力するようにしてもよい。
【０１３５】
また、以上の各実施形態では、対数変換部１２０から出力される低周波信号と、低周波信号発生部１２４から出力される低周波信号の位相については言及していないが、これらの間に位相差が存在する場合には、当該位相差を是正するための遅延回路等を対数変換部１２０の後段または低周波信号発生部１２４と乗算回路１２１ａとの間に配置するようにしてもよい。
【０１３６】
また、以上の各実施形態では、低周波信号としては、ＭＥＭＳミラーの共振周波数よりも低い周波数の信号を用いるようにしたが、例えば、共振周波数よりも高い周波数の信号を用いるようにしてもよい。ここで、低周波信号とは、光信号に含まれるデータ信号よりも周波数が低いことをいう。
【０１３７】
また、図１に示す実施形態では、ＭＥＭＳミラーを１段のみ有する光学構成（１段型のミラー構成）としているが、これ以外の光学構成としてもよい。例えば、ファイバーコリメータ３−１〜３−ｎおよびファイバーコリメータ６−１〜６−ｎと回折格子４との間に、さらにＭＥＭＳミラーを配置する２段型のミラー構成にしてもよい。なお、そのような構成の場合には、例えば、２段目のＭＥＭＳミラーを固定した状態で、対応する１段目のＭＥＭＳミラーを最適な状態に調整し、つぎに、１段目のＭＥＭＳミラーを最適な状態に固定した状態で、対応する２段目のＭＥＭＳミラーを調整して、双方のＭＥＭＳミラーを最適な状態に調整するようにしてもよい。もちろん、前述した場合とは逆の調整方法でもよい。
【符号の説明】
【０１３８】
１  光信号交換装置
２−１〜２−ｎ  光ファイバー（入力ポートの一部）
３−１〜３−ｎ  ファイバーコリメータ（入力ポートの一部）
４  回折格子
５  集光レンズ
６−１〜６−ｎ  ファイバーコリメータ（出力ポートの一部）
７−１〜７−ｎ  光カプラ
８−１〜８−ｎ  光ファイバー（出力ポートの一部）
１０  モニタ回路（光電気変換手段）
１１，１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ，１１０Ｄ，１１０Ｅ  制御回路
１２０  対数変換部（対数変換手段）
２０，１２１，１２１Ａ，１２１Ｂ，１２１−１〜１２１−ｎ，１３１  低周波成分抽出部（抽出手段）
２０ａ，１２１ａ，１３１ａ  乗算回路
２０ｂ，１２１ｂ，１３１ｂ  ＬＰＦ
１２１ｃ  ＨＰＦ（高域通過手段）
１２１ｄ  ＢＰＦ（帯域通過手段）
２１，１２２，１２２Ａ，１２２−１〜１２２−ｎ，１３２  制御信号生成部（生成手段）
２２，１２３，１２３−１〜１２３−ｎ，１３３  低周波信号重畳部（重畳手段）
２３，１２４，１２４Ｃ，１２４−１〜１２４−ｎ  低周波信号発生部（発生手段）
１２４ａ  低周波信号発生回路
１２４ｂ  π／２位相シフタ
１２５  ロス値算出部（算出手段）
２００  ＭＥＭＳミラー
２０１  Ｘ軸駆動電極
２０２  Ｙ軸駆動電極
３００  ロス一定制御回路
３０１  ロス値対制御電圧参照テーブル
Ｍ１〜Ｍｎ  ＭＥＭＳミラー（ミラー）
【図１】
0005479815.tif 000020
【図２】
0005479815.tif 000021
【図３】
0005479815.tif 000022
【図４】
0005479815.tif 000023
【図５】
0005479815.tif 000024
【図６】
0005479815.tif 000025
【図７】
0005479815.tif 000026
【図８】
0005479815.tif 000027
【図９】
0005479815.tif 000028
【図１０】
0005479815.tif 000029
【図１１】
0005479815.tif 000030
【図１２】
0005479815.tif 000031
【図１３】
0005479815.tif 000032
【図１４】
0005479815.tif 000033
【図１５】
0005479815.tif 000034
【図１６】
0005479815.tif 000035
【図１７】
0005479815.tif 000036
【図１８】
0005479815.tif 000037
【図１９】
0005479815.tif 000038