(57)【要約】【課題】Ｄ／Ａコンバータへの入力値の１ステップ毎の反射面の傾斜角の変化量を一定に近づけることができるＭＥＭＳミラー駆動回路を提供する。【解決手段】駆動回路は、ＭＥＭＳミラーのミラー面を傾斜させる静電アクチュエータを駆動する回路であって、静電アクチュエータの傾斜角度を制御するディジタル信号を電圧信号に変換するＤ／Ａコンバータと、Ｄ／Ａコンバータと電気的に接続された入力端、及び静電アクチュエータと電気的に接続された出力端を有し、電圧信号を増幅する増幅部と、を備える。増幅部は増幅回路を有する。増幅回路では、入力電圧に対して出力電圧が単調に増加するとともに、第１の入力電圧範囲における、入力電圧の変化量に対する出力電圧の変化量の比が、第１の入力電圧範囲よりも小さい第２の入力電圧範囲における、入力電圧の変化量に対する出力電圧の変化量の比よりも小さい。【選択図】図２
2019015790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＥＭＳミラーのミラー面を傾斜させる静電アクチュエータを駆動する回路であって、
前記静電アクチュエータの傾斜角度を制御するディジタル信号を電圧信号に変換するＤ／Ａコンバータと、
前記Ｄ／Ａコンバータと電気的に接続された入力端、及び前記静電アクチュエータと電気的に接続された出力端を有し、前記電圧信号を増幅する増幅部と、を備え、
前記増幅部は増幅回路を有し、
前記増幅回路では、入力電圧に対して出力電圧が単調に増加するとともに、第１の入力電圧範囲における、入力電圧の変化量に対する出力電圧の変化量の比が、前記第１の入力電圧範囲よりも小さい第２の入力電圧範囲における、入力電圧の変化量に対する出力電圧の変化量の比よりも小さい、ＭＥＭＳミラー駆動回路。
【請求項２】
前記増幅回路において、入力電圧の変化量に対する出力電圧の変化量の比は、入力電圧が大きくなるに従って次第に小さくなる、請求項１に記載のＭＥＭＳミラー駆動回路。
【請求項３】
前記増幅回路は平方根回路を含む、請求項２に記載のＭＥＭＳミラー駆動回路。
【請求項４】
前記第１の入力電圧範囲における入力電圧の変化量に対する出力電圧の変化量の比は一定値Ａ１であり、前記第２の入力電圧範囲における入力電圧の変化量に対する出力電圧の変化量の比は一定値Ａ２（＞Ａ１）である、請求項１に記載のＭＥＭＳミラー駆動回路。
【請求項５】
前記増幅部は、前記増幅回路の後段に接続され、前記増幅回路の増幅率よりも大きい増幅率を有する別の増幅回路を更に有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のＭＥＭＳミラー駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳミラー駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、静電アクチュエータを備えるＭＥＭＳミラーを用いた光スイッチの制御装置に関する技術が記載されている。この制御装置は、ＭＥＭＳミラーを駆動する駆動部を備える。駆動部は、駆動回路及びＤ／Ａコンバータを有する。駆動回路は、静電アクチュエータに対して、Ｄ／Ａコンバータから出力されるアナログ信号に従った駆動電圧を供給して、ＭＥＭＳミラーの反射面の角度を調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２１９４６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
静電アクチュエータを備えるＭＥＭＳミラーにおいては、反射面の傾斜角は駆動電圧の二乗に比例して変化する傾向がある。従って、駆動電圧が小さい場合には、駆動電圧の或る変化量に対する反射面の傾斜角の変化は小さくなり、駆動電圧が大きい場合には、駆動電圧の上記変化量に対する反射面の傾斜角の変化は大きくなる。一方、Ｄ／Ａコンバータの出力電圧は、入力ディジタル値の１ステップの変化に対して等間隔に変化する。故に、Ｄ／Ａコンバータへの入力値の１ステップ毎の反射面の傾斜角の変化量（分解能）は、入力値が大きくなるほど（すなわち反射面の傾斜角が大きくなるほど）大きくなる。従って、反射面の最大傾斜角付近における分解能が低下してしまい、高い精度での位置制御が難しくなる。或いは、反射面の最大傾斜角付近における分解能が所望の性能を満たすようなＤ／Ａコンバータを選択すると、ゼロ度付近の傾斜角における分解能が過剰となり、コスト増につながる。
【０００５】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、Ｄ／Ａコンバータへの入力値の１ステップ毎の反射面の傾斜角の変化量を一定に近づけることができるＭＥＭＳミラー駆動回路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】
【０００６】
上述した課題を解決するために、一実施形態に係るＭＥＭＳミラー駆動回路は、ＭＥＭＳミラーのミラー面を傾斜させる静電アクチュエータを駆動する回路であって、静電アクチュエータの傾斜角度を制御するディジタル信号を電圧信号に変換するＤ／Ａコンバータと、Ｄ／Ａコンバータと電気的に接続された入力端、及び静電アクチュエータと電気的に接続された出力端を有し、電圧信号を増幅する増幅部と、を備える。増幅部は増幅回路を有し、増幅回路では、入力電圧に対して出力電圧が単調に増加するとともに、第１の入力電圧範囲における、入力電圧の変化量に対する出力電圧の変化量の比が、第１の入力電圧範囲よりも小さい第２の入力電圧範囲における、入力電圧の変化量に対する出力電圧の変化量の比よりも小さい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によるＭＥＭＳミラー駆動回路によれば、Ｄ／Ａコンバータへの入力値の１ステップ毎の反射面の傾斜角の変化量を一定に近づけることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、一実施形態に係るＭＥＭＳミラー駆動回路によって駆動されるＭＥＭＳミラーの構成を示す平面図である。
【図２】図２は、一実施形態に係る駆動回路の構成を示す回路図である。
【図３】図３は、増幅回路における入力電圧に対する出力電圧の変化を模式的に示すグラフである。
【図４】図４は、増幅回路の構成例を示す回路図である。
【図５】図５は、ＭＥＭＳミラーを備える光スイッチの概略構成を示す図である。
【図６】図６は、ＭＥＭＳミラーを備える光スイッチの概略構成を示す図である。
【図７】図７は、複数の出力ファイバにおける挿入損失等高線を示すグラフである。
【図８】図８は、複数の出力ファイバにおける挿入損失等高線を示すグラフである。
【図９】図９は、アッテネーション制御を説明する図である。
【図１０】図１０（ａ）は、一変形例に係る増幅回路の構成を示すブロック図である。図１０（ｂ）は、この増幅回路によって実現される増幅特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［本発明の実施形態の説明］
最初に、本発明の実施形態の内容を列記して説明する。一実施形態に係るＭＥＭＳミラー駆動回路は、ＭＥＭＳミラーのミラー面を傾斜させる静電アクチュエータを駆動する回路であって、静電アクチュエータの傾斜角度を制御するディジタル信号を電圧信号に変換するＤ／Ａコンバータと、Ｄ／Ａコンバータと電気的に接続された入力端、及び静電アクチュエータと電気的に接続された出力端を有し、電圧信号を増幅する増幅部と、を備える。増幅部は増幅回路を有し、増幅回路では、入力電圧に対して出力電圧が単調に増加するとともに、第１の入力電圧範囲における、入力電圧の変化量に対する出力電圧の変化量の比が、第１の入力電圧範囲よりも小さい第２の入力電圧範囲における、入力電圧の変化量に対する出力電圧の変化量の比よりも小さい。
【００１０】
この駆動回路では、Ｄ／Ａコンバータにディジタル信号が入力されると、該ディジタル信号に応じた大きさの電圧信号がＤ／Ａコンバータから出力される。そして、この電圧信号は、増幅部において増幅され、駆動電圧として静電アクチュエータに提供される。このとき、電圧信号の大きさが第２の入力電圧範囲に含まれる場合、電圧信号の大きさが変化すると増幅部からの出力電圧は大きく変化する。一方、電圧信号の大きさが第２の入力電圧範囲よりも大きい第１の入力電圧範囲に含まれる場合、電圧信号の大きさが同じ量だけ変化しても、増幅部からの出力電圧の変化量は、第２の入力電圧範囲に含まれる場合の出力電圧の変化量と比べて小さい。従って、反射面の傾斜角が小さい場合には、Ｄ／Ａコンバータへの入力値の１ステップあたりの駆動電圧の変化が大きくなり、反射面の傾斜角が大きい場合には、Ｄ／Ａコンバータへの入力値の１ステップあたりの駆動電圧の変化が小さくなる。故に、この駆動回路によれば、駆動電圧の二乗に比例して変化する反射面の傾斜角の動作特性と、Ｄ／Ａコンバータへの入力値の１ステップ毎の駆動電圧の変化とを相殺して、Ｄ／Ａコンバータへの入力値の１ステップ毎の反射面の傾斜角の変化量を一定に近づけることができる。
【００１１】
上記のＭＥＭＳ駆動回路の増幅回路において、入力電圧の変化量に対する出力電圧の変化量の比は、入力電圧が大きくなるに従って次第に小さくなってもよい。このように、増幅回路の増幅率が連続的に変化することにより、駆動電圧の二乗に比例して連続的に変化する反射面の傾斜角の動作特性に増幅回路の増幅率の変化を更に精度良く対応させることができ、Ｄ／Ａコンバータへの入力値の１ステップ毎の反射面の傾斜角の変化量をより一定に近づけることができる。
【００１２】
上記のＭＥＭＳ駆動回路において、増幅回路は平方根回路を含んでもよい。これにより、Ｄ／Ａコンバータへの入力値の１ステップ毎の反射面の傾斜角の変化量をほぼ一定とすることができる。
【００１３】
上記のＭＥＭＳ駆動回路において、第１の入力電圧範囲における、入力電圧の変化量に対する出力電圧の変化量の比は一定値Ａ１であり、第２の入力電圧範囲における、入力電圧の変化量に対する出力電圧の変化量の比は一定値Ａ２（＞Ａ１）であってもよい。このような場合であっても、Ｄ／Ａコンバータへの入力値の１ステップ毎の反射面の傾斜角の変化量を一定に近づけることができる。
【００１４】
上記のＭＥＭＳ駆動回路において、増幅部は、増幅回路の後段に接続され、増幅回路の増幅率よりも大きい増幅率を有する別の増幅回路を更に有してもよい。これにより、静電アクチュエータに高電圧を印加することができるとともに、増幅回路を低電圧の回路によって構成することができ、増幅回路の規模を小さく抑えることができる。
【００１５】
［本願発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係るＭＥＭＳミラー駆動回路の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。以下の説明では、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係るＭＥＭＳミラー駆動回路（以下、単に駆動回路という）によって駆動されるＭＥＭＳミラー１０の構成を示す平面図である。このＭＥＭＳミラー１０は、いわゆるジンバル型のチルトミラーの構成を備えており、例えば光ネットワークを構成する光スイッチに用いられる。図１に示されるように、ＭＥＭＳミラー１０は、ミラー面（反射面）１１を有しており第１揺動軸１２ａの周りに揺動する第１揺動部１３と、第１揺動部１３を揺動可能に支持するとともに第２揺動軸１２ｂの周りに揺動する第２揺動部１４とを備えている。
【００１７】
ミラー面１１の平面形状は円形状、四角形状など様々であり、第１揺動軸１２ａは、ミラー面１１の中心を通りＹ軸方向に沿って延びている。第１揺動部１３は、第１揺動軸１２ａを中心軸線とする円柱状の一対の軸部１３ａ，１３ｂを有しており、該一対の軸部１３ａ，１３ｂが第２揺動部１４に揺動自在に支えられている。また、第１揺動部１３は、静電アクチュエータ１５を構成する一方の櫛歯状電極１５ａと、静電アクチュエータ１６を構成する一方の櫛歯状電極１６ａとを有する。
【００１８】
第２揺動軸１２ｂは、ミラー面１１の中心を通りＸ軸方向に沿って延びている。第２揺動部１４は、第２揺動軸１２ｂを中心軸線とする円柱状の一対の軸部１４ａ，１４ｂを有しており、該一対の軸部１４ａ，１４ｂがＭＥＭＳミラー１０の枠体１９に揺動自在に支えられている。また、第２揺動部１４は、静電アクチュエータ１５を構成する他方の櫛歯状電極１５ｂと、静電アクチュエータ１６を構成する他方の櫛歯状電極１６ｂとを有する。
【００１９】
静電アクチュエータ１５，１６は、第１揺動軸１２ａを挟んで第１揺動軸１２ａの両側に配置される。静電アクチュエータ１５は、第１揺動軸１２ａ周りの順回転方向にミラー面１１を動作させる。櫛歯状電極１５ａと櫛歯状電極１５ｂとは交互に噛み合うように配置され、櫛歯状電極１５ａと櫛歯状電極１５ｂとの間で電位差に応じた静電気力が発生することにより、該静電気力に応じた（正確には、電位差の２乗に比例する）正の傾斜角度をミラー面１１に与える。また、静電アクチュエータ１６は、第１揺動軸１２ａ周りの逆回転方向にミラー面１１を動作させる。櫛歯状電極１６ａと櫛歯状電極１６ｂとは交互に噛み合うように配置され、櫛歯状電極１６ａと櫛歯状電極１６ｂとの間で電位差に応じた静電気力が発生することにより、該静電気力に応じた（正確には、電位差の２乗に比例する）負の傾斜角度をミラー面１１に与える。なお、ミラー面１１の傾斜角度範囲は例えば±数度であり、一例では±１．５°である。
【００２０】
第２揺動部１４は、静電アクチュエータ１７を構成する一方の櫛歯状電極１７ａと、静電アクチュエータ１８を構成する一方の櫛歯状電極１８ａとを更に有する。枠体１９は、静電アクチュエータ１７を構成する他方の櫛歯状電極１７ｂと、静電アクチュエータ１８を構成する他方の櫛歯状電極１８ｂとを有する。
【００２１】
静電アクチュエータ１７，１８は、第２揺動軸１２ｂを挟んで第２揺動軸１２ｂの両側に配置される。静電アクチュエータ１７は、第２揺動軸１２ｂ周りの順回転方向にミラー面１１を動作させる。櫛歯状電極１７ａと櫛歯状電極１７ｂとは交互に噛み合うように配置され、櫛歯状電極１７ａと櫛歯状電極１７ｂとの間で電位差に応じた静電気力が発生することにより、該静電気力に応じた（正確には、電位差の２乗に比例する）正の傾斜角度をミラー面１１に与える。また、静電アクチュエータ１８は、第２揺動軸１２ｂ周りの逆回転方向にミラー面１１を動作させる。櫛歯状電極１８ａと櫛歯状電極１８ｂとは交互に噛み合うように配置され、櫛歯状電極１８ａと櫛歯状電極１８ｂとの間で電位差に応じた静電気力が発生することにより、該静電気力に応じた（正確には、電位差の２乗に比例する）負の傾斜角度をミラー面１１に与える。
【００２２】
図２は、本実施形態の駆動回路１Ａの構成を示す回路図である。なお、図２には、ＭＥＭＳミラー１０の各静電アクチュエータ１５〜１８を模擬する回路部分が併せて示されている。静電アクチュエータ１５〜１８は、互いに並列に接続された抵抗Ｒａ及び容量Ｃａによって模擬される。抵抗Ｒａの抵抗値は、例えば数ＧΩといった極めて大きな値である。容量Ｃａの容量値は、例えば数十ｐＦといった小さな値である。この例で示されるＭＥＭＳミラー１０は、４つの入力端子１０ａ〜１０ｄと１つの共通端子１０ｅとを備える。４つの入力端子１０ａ〜１０ｄは、それぞれ対応する静電アクチュエータ１５〜１８の一方の櫛歯状電極に接続されている。１つの共通端子１０ｅは、４つの静電アクチュエータ１５〜１８の他方の櫛歯状電極に接続され、ＭＥＭＳミラー１０の外部において基準電位線ＧＮＤに接続される。
【００２３】
駆動回路１Ａは、静電アクチュエータ１５〜１８をそれぞれ駆動する正の駆動電圧ＶＤ１〜ＶＤ４を静電アクチュエータ１５〜１８の一方の櫛歯状電極に印加する駆動電圧生成部２０を備える。駆動電圧生成部２０は、制御部としてのマイクロコントロールユニット（ＭＣＵ）２１と、Ｄ／Ａコンバータ２２ａ〜２２ｄと、増幅部２３ａ〜２３ｄと、フィルタ回路２６ａ〜２６ｄと、電流制限抵抗２７ａ〜２７ｄと、を有する。
【００２４】
ＭＣＵ２１は、中央演算処理回路及びメモリを有しており、予め記憶されたプログラムに従って動作する。ＭＣＵ２１は、Ｄ／Ａコンバータ２２ａ〜２２ｄの入力端と電気的に接続されている。ＭＣＵ２１は、静電アクチュエータ１５を駆動するためのディジタル信号Ｄ１をＤ／Ａコンバータ２２ａに対して出力し、静電アクチュエータ１６を駆動するためのディジタル信号Ｄ２をＤ／Ａコンバータ２２ｂに対して出力し、静電アクチュエータ１７を駆動するためのディジタル信号Ｄ３をＤ／Ａコンバータ２２ｃに対して出力し、静電アクチュエータ１８を駆動するためのディジタル信号Ｄ４をＤ／Ａコンバータ２２ｄに対して出力する。ＭＣＵ２１とＤ／Ａコンバータ２２ａ〜２２ｄとの間の配線は、例えばデータバスである。なお、Ｄ／Ａコンバータ２２ａ〜２２ｄは、ＭＣＵ２１に内蔵されていてもよい。また、ミラー面１１の傾斜角とディジタル信号Ｄ１〜Ｄ４との関係に関するデータは、予め記憶装置に格納されている。ＭＣＵ２１は、上位のホストコントローラから接続先の光パスの要求を受け付けると、記憶装置のデータに応じてディジタル信号Ｄ１〜Ｄ４を変更する。
【００２５】
Ｄ／Ａコンバータ２２ａ〜２２ｄの出力端は、増幅部２３ａ〜２３ｄと電気的にそれぞれ接続されている。Ｄ／Ａコンバータ２２ａ〜２２ｄは、ＭＣＵ２１から出力されたディジタル信号Ｄ１〜Ｄ４を、電圧信号Ｖ１〜Ｖ４にそれぞれ変換する。Ｄ／Ａコンバータ２２ａ〜２２ｄからの出力電圧は、例えば下限値が出力オフセット電圧、上限値が数Ｖである範囲内である。オフセット電圧は、Ｄ／Ａコンバータ２２ａ〜２２ｄそれぞれが有する固有のオフセット電圧である。
【００２６】
増幅部２３ａ〜２３ｄの入力端は、Ｄ／Ａコンバータ２２ａ〜２２ｄと電気的に接続されている。また、増幅部２３ａ〜２３ｄの出力端は、静電アクチュエータ１５〜１８と電気的に接続されている。これらの増幅部２３ａ〜２３ｄは、Ｄ／Ａコンバータ２２ａ〜２２ｄから得られた電圧信号Ｖ１〜Ｖ４を、例えば上限値が数十Ｖないし数百Ｖ（例えば２００Ｖ）である電圧範囲内において増幅し、駆動電圧ＶＤ１〜ＶＤ４を生成する。
【００２７】
増幅部２３ａ〜２３ｄは、増幅回路２４及び２５をそれぞれ有する。増幅回路２４は、増幅部２３ａ〜２３ｄの入力端に接続され、電圧信号Ｖ１〜Ｖ４を受ける。増幅回路２４は、後述する増幅特性を有する。増幅回路２５は、増幅回路２４の後段において、増幅回路２４と増幅部２３ａ〜２３ｄの出力端との間に接続されている。増幅回路２５は、増幅回路２４の増幅率よりも大きい増幅率を有し、増幅回路２４からの出力電圧を線形に増幅して駆動電圧ＶＤ１〜ＶＤ４を生成する。
【００２８】
図３は、増幅回路２４における入力電圧Ｖｉｎに対する出力電圧Ｖｏｕｔの変化（増幅回路２４の増幅特性）を模式的に示すグラフである。図３に示されるように、増幅回路２４では、入力電圧Ｖｉｎの増加に対して出力電圧Ｖｏｕｔが単調に増加する。また、増幅回路２４では、入力電圧範囲ＶＡ（第１の入力電圧範囲）における入力電圧Ｖｉｎの増加量（変化量）に対する出力電圧Ｖｏｕｔの増加量（変化量）の比（ΔＶｏｕｔ／ΔＶｉｎ）が、入力電圧範囲ＶＡよりも小さい入力電圧範囲ＶＢ（第２の入力電圧範囲）における入力電圧Ｖｉｎの増加量（変化量）に対する出力電圧Ｖｏｕｔの増加量（変化量）の比（ΔＶｏｕｔ／ΔＶｉｎ）よりも小さい。本実施形態では、増幅回路２４において、入力電圧Ｖｉｎの増加量に対する出力電圧Ｖｏｕｔの増加量の比（ΔＶｏｕｔ／ΔＶｉｎ）は、入力電圧Ｖｉｎが大きくなるに従って次第に小さくなる。
【００２９】
図４は、増幅回路２４の構成例を示す回路図である。図４に示される回路は、平方根回路である。この増幅回路２４は、オペアンプ３１と、乗算回路３２とを含む。オペアンプ３１は、非反転入力端３１ａと、反転入力端３１ｂと、出力端３１ｃとを有する。乗算回路３２は、２つの入力端３２ａ，３２ｂと、出力端３２ｃとを有する。乗算回路３２は、入力端３２ａ，３２ｂから入力された電圧の大きさを乗算した大きさの電圧を出力端３２ｃから出力する。
【００３０】
オペアンプ３１の非反転入力端３１ａは、Ｄ／Ａコンバータ２２ａ〜２２ｄの出力端に接続される。オペアンプ３１の反転入力端３１ｂは、乗算回路３２の出力端３２ｃに接続される。オペアンプ３１の出力端３１ｃは、ノードＮ１に接続される。ノードＮ１は、乗算回路３２の２つの入力端３２ａ，３２ｂと、増幅回路２５とに接続される。
【００３１】
この増幅回路２４においては、オペアンプ３１からの出力電圧を二乗した大きさの電圧がオペアンプ３１の反転入力端３１ｂに入力される。そして、オペアンプ３１の非反転入力端３１ａと反転入力端３１ｂとの仮想ショートにより、オペアンプ３１からの出力電圧Ｖｏｕｔの大きさは、非反転入力端３１ａへの入力電圧Ｖｉｎの大きさの平方根となる。
【００３２】
再び図２を参照する。フィルタ回路２６ａ〜２６ｄは、Ｄ／Ａコンバータ２２ａ〜２２ｄと静電アクチュエータ１５〜１８との間（本実施形態では増幅部２３ａ〜２３ｄと静電アクチュエータ１５〜１８との間）にそれぞれ電気的に接続されている。これらのフィルタ回路２６ａ〜２６ｄは、駆動電圧ＶＤ１〜ＶＤ４に含まれるノイズやＭＥＭＳミラー１０の共振周波数成分を低減する（好ましくは除去する）ための回路である。一例では、フィルタ回路２６ａ〜２６ｄは、Ｄ／Ａコンバータ２２ａ〜２２ｄと静電アクチュエータ１５〜１８との間に接続された抵抗Ｒｂ、及び、抵抗Ｒｂの静電アクチュエータ１５〜１８側の一端と基準電位線ＧＮＤとの間に接続された容量素子Ｃｂを有する。なお、フィルタ回路２６ａ〜２６ｄは、必要に応じて省略されてもよい。
【００３３】
電流制限抵抗２７ａ〜２７ｄは、Ｄ／Ａコンバータ２２ａ〜２２ｄと静電アクチュエータ１５〜１８との間にそれぞれ電気的に接続されている。電流制限抵抗２７ａ〜２７ｄは、ＭＥＭＳミラー１０を保護するための抵抗であって、静電アクチュエータ１５〜１８に流れる電流を制限する。なお、電流制限抵抗は、共通端子１０ｅと基準電位線ＧＮＤとの間に接続されてもよい。なお、電流制限抵抗２７ａ〜２７ｄは、必要に応じて省略されてもよい。
【００３４】
以上に説明した構成を備える駆動回路１Ａでは、Ｄ／Ａコンバータ２２ａ〜２２ｄにディジタル信号Ｄ１〜Ｄ４が入力されると、該ディジタル信号Ｄ１〜Ｄ４に応じた大きさの電圧信号Ｖ１〜Ｖ４がＤ／Ａコンバータ２２ａ〜２２ｄから出力される。そして、この電圧信号Ｖ１〜Ｖ４は、増幅部２３ａ〜２３ｄにおいて増幅され、駆動電圧ＶＤ１〜ＶＤ４として静電アクチュエータ１５〜１８に提供される。
【００３５】
続いて、ＭＥＭＳミラー１０の動作の例について説明する。図５及び図６は、ＭＥＭＳミラー１０を備える光スイッチ４０の概略構成を示す図である。この光スイッチ４０は、入力ファイバ４１と、複数の出力ファイバ４２と、レンズ４３とを備えている。なお、光スイッチ４０はＸＹ平面においてＭ行Ｎ列（Ｍ，ＮはＭ×Ｎ≧２を満たす正の整数）の二次元状に配列された多数の出力ファイバ４２を備えているが、説明を簡単にするため、図５及び図６では１本の軸上に並ぶ２つの出力ファイバ４２のみを代表して示している。入力ファイバ４１及び複数の出力ファイバ４２の各光軸は互いに平行とされる。入力ファイバ４１及び複数の出力ファイバ４２の各一端とミラー面１１とは互いに対向して配置される。レンズ４３は、入力ファイバ４１及び複数の出力ファイバ４２の各一端とミラー面１１との間の光路上に配置される。入力ファイバ４１及び複数の出力ファイバ４２の各一端とレンズ４３との距離ｆは、レンズ４３の焦点距離と一致する。距離ｆは、例えば５ｍｍである。
【００３６】
入力ファイバ４１からミラー面１１に向けて出射された光Ｌは、レンズ４３において曲折しながらコリメートされ、平行光としてミラー面１１上の点Ｐに達する。そして、光Ｌは、ミラー面１１上の点Ｐにおいて反射し、レンズ４３において再び曲折し、集光されつつ一の出力ファイバ４２に入射する。ここで、入力ファイバ４１及び複数の出力ファイバ４２の各光軸と平行であり点Ｐを通る仮想軸線Ａを設定する。入力ファイバ４１の一端における光軸の位置とレンズ４３の中心点とを結ぶ線の仮想軸線Ａに対する角度をθとすると、入力ファイバ４１の光軸と仮想軸線Ａとの距離はｆ・ｔａｎθで表される。
【００３７】
図５は、ミラー面１１の法線が仮想軸線Ａに対して平行な状態、すなわちミラー面１１の傾斜角が０°である状態を示している。この状態では、ミラー面１１で反射した光Ｌが入射する出力ファイバ４２の一端における光軸の位置とレンズ４３の中心点を結ぶ線（即ち、レンズ中心を通る仮想反射光線）と仮想軸線Ａの成す角はθとなり、ミラー面１１において反射した光Ｌは、仮想軸線Ａから入力ファイバ４１とは反対側にｘ０＝ｆ・ｔａｎθの距離にある出力ファイバ４２に入射する。
【００３８】
また、図６は、ミラー面１１の法線が仮想軸線Ａに対して角度φだけ傾いている状態、すなわちミラー面１１の傾斜角がφである状態を示している。この状態では、ミラー面１１に対する仮想軸線Ａと平行に進む光Ｌの入射角及び出射角はともにθ＋φとなるが、ミラー面１１に入射する光Ｌと仮想軸線Ａとのなす角はθで変わらないので、ミラー面１１から出射する光Ｌと仮想軸線Ａとのなす角はθ＋２φとなる。従って、ミラー面１１において反射した光Ｌは、仮想軸線Ａから入力ファイバ４１とは反対側にｘ＝ｆ・ｔａｎ（θ＋２φ）の距離にある出力ファイバ４２に入射する。
【００３９】
以上の構成を備える本実施形態の駆動回路１Ａによる効果について、従来の課題とともに説明する。通常、静電アクチュエータにより駆動されるＭＥＭＳミラーの傾斜角φは、駆動電圧Ｖの二乗に比例し、φ＝α・Ｖ２として表される。但し、αはＭＥＭＳミラーの構造によって決まる定数であり、αの値は例えば２．０×１０−３である。
【００４０】
複数の出力ファイバ４２の各一端を含む面内における反射光の到達位置ｘは、上述したように、ミラー面１１が傾いていない時、即ち傾斜角φ＝０の時に光が入射する出力ファイバ４２の位置ｘ０を基準としてｘ＝ｆ・ｔａｎ（θ＋２φ）−ｘ０＝ｆ・｛ｔａｎ（θ＋２φ）−ｔａｎθ｝で表される。θ，φは微小であるため、ｔａｎ（θ＋２φ）、ｔａｎθはそれぞれ（θ＋２φ）、θに近似でき、ミラー面１１が傾いていない時を基準とする反射光の到達位置ｘは、ｘ＝ｆ・２φ＝２αｆＶ２と表される。従って、反射光の到達位置ｘを駆動電圧Ｖで微分すると、ｄｘ／ｄＶ＝４αｆＶとなる。このことから、駆動電圧Ｖが小さい場合には、駆動電圧Ｖの単位変化に対する到達位置ｘの変化は小さくなり、駆動電圧Ｖが大きい場合には、駆動電圧Ｖの単位変化に対する到達位置ｘの変化は大きくなることがわかる。一方、Ｄ／Ａコンバータの出力電圧は、入力ディジタル値の１ステップの変化に対して等間隔に変化する。故に、Ｄ／Ａコンバータの出力電圧を増幅部において線形に増幅する従来の駆動回路では、Ｄ／Ａコンバータへの入力値の１ステップ毎の反射面の傾斜角の変化量（分解能）が、入力値が大きくなるほど（すなわち反射面の傾斜角が大きくなるほど）大きくなる。従って、反射面の最大傾斜角付近における分解能が低下してしまい、高い精度での位置制御が難しくなる。或いは、反射面の最大傾斜角付近における分解能が所望の性能を満たすようなＤ／Ａコンバータを選択すると、ゼロ度付近の傾斜角における分解能が過剰となり、コスト増につながる。
【００４１】
このような課題に対し、本実施形態の駆動回路１Ａでは、増幅部２３ａ〜２３ｄの増幅回路２４が、図３に示されたような増幅特性を有する。すなわち、増幅回路２４では、入力電圧Ｖｉｎに対して出力電圧Ｖｏｕｔが単調に増加し、また、入力電圧範囲ＶＡにおける増幅率（ΔＶｏｕｔ／ΔＶｉｎ）が、入力電圧範囲ＶＡよりも小さい入力電圧範囲ＶＢにおける増幅率（ΔＶｏｕｔ／ΔＶｉｎ）よりも小さい。従って、電圧信号Ｖ１〜Ｖ４の大きさが入力電圧範囲ＶＢに含まれる場合、電圧信号Ｖ１〜Ｖ４の大きさが変化すると駆動電圧ＶＤ１〜ＶＤ４は大きく変化する。一方、電圧信号Ｖ１〜Ｖ４の大きさが入力電圧範囲ＶＡに含まれる場合、電圧信号Ｖ１〜Ｖ４の大きさが変化しても駆動電圧ＶＤ１〜ＶＤ４の変化は小さい。従って、ミラー面１１の傾斜角φが小さい場合には、Ｄ／Ａコンバータ２２ａ〜２２ｄへの入力値の１ステップあたりの駆動電圧ＶＤ１〜ＶＤ４の変化が大きくなり、ミラー面１１の傾斜角φが大きい場合には、Ｄ／Ａコンバータ２２ａ〜２２ｄへの入力値の１ステップあたりの駆動電圧ＶＤ１〜ＶＤ４の変化が小さくなる。故に、本実施形態の駆動回路１Ａによれば、駆動電圧ＶＤ１〜ＶＤ４の二乗に比例して変化するミラー面１１の傾斜角φの動作特性と、Ｄ／Ａコンバータ２２ａ〜２２ｄへの入力値の１ステップ毎の駆動電圧ＶＤ１〜ＶＤ４の変化とを相殺して、Ｄ／Ａコンバータ２２ａ〜２２ｄへの入力値の１ステップ毎のミラー面１１の傾斜角φの変化量を一定に近づけることができる。これにより、過剰な分解能を有するＤ／Ａコンバータを用いる必要がなくなり、駆動回路１Ａの製造コストを低減できる。
【００４２】
また、光スイッチ４０を製造する際には、入力ファイバ４１と各出力ファイバ４２とを光結合するための駆動電圧Ｖの大きさを調べ（キャリブレーション）、得られた駆動電圧Ｖの大きさをＭＣＵ２１に記憶させる。光スイッチ４０のキャリブレーションを行う際には、入力ファイバ４１に検査用の光を入力し、ミラー面１１の傾斜角を変化させつつ、出力ファイバ４２から出力される光強度を検出する。そして、出力ファイバ４２から出力される光強度が最も大きくなる位置を探索する（ピークサーチ）ことにより、出力ファイバ４２の位置を調べることができる。探索アルゴリズムとしては様々なアルゴリズムが適用可能であるが、例えば、まず探索のステップを大きくしてピーク付近の駆動電圧Ｖを求め、その後、ピーク付近においてステップを小さくして更に探索を行ってもよい。このような方法により、探索時間を短くすることができる。
【００４３】
図７は、複数の出力ファイバ４２における挿入損失等高線を示すグラフである。図７において、横軸はＹ軸まわりのミラー面１１の揺動のための（すなわち図１に示された静電アクチュエータ１５，１６を駆動するための）駆動電圧Ｖｘを表し、縦軸はＸ軸まわりのミラー面１１の揺動のための（すなわち図１に示された静電アクチュエータ１７，１８を駆動するための）駆動電圧Ｖｙを表す。また、挿入損失等高線において、線Ｇ１は損失が最も小さい範囲（例えば０〜１ｄＢ）を示し、線Ｇ３は損失が最も大きい範囲（例えば２〜３ｄＢ）を示し、線Ｇ２はそれらの中間の損失の範囲（例えば１〜２ｄＢ）を示す。
【００４４】
通常、このようなグラフにおいては、挿入損失等高線は出力ファイバ４２の中心軸線を中心とする同心円状となり、その直径は各出力ファイバ４２においてそれぞれ等しくなるのが好ましい。しかし、駆動電圧Ｖｘ，Ｖｙの大きさによって反射光の変位量が変化する場合、図７に示されるように、駆動電圧Ｖｘ，Ｖｙが大きくなるほど挿入損失等高線の直径が小さくなる。このような場合、駆動電圧の探索ステップを駆動電圧Ｖｘ，Ｖｙの大きさに応じて変更する必要が生じる。例えば、図７の最も左下に位置する（駆動電圧Ｖｘ，Ｖｙが小さい）出力ファイバ４２に対しては０．１Ｖ刻みで探索し、最も右上に位置する（駆動電圧Ｖｘ，Ｖｙが大きい）出力ファイバ４２に対しては０．０５Ｖ刻みで探索するなどである。また、駆動電圧Ｖｘが大きく駆動電圧Ｖｙが小さい場合、もしくは駆動電圧Ｖｘが小さく駆動電圧Ｖｙが大きい場合には、挿入損失等高線が楕円形となる。このような場合、駆動電圧Ｖｘと駆動電圧Ｖｙとで探索ステップを異ならせる必要がある。
【００４５】
このように、駆動電圧Ｖｘ，Ｖｙの大きさによって反射光の変位量が変化する場合、キャリブレーションの際の探索アルゴリズムが複雑になってしまう。或いは、探索アルゴリズムを簡単にするために探索ステップを一定とすると、挿入損失等高線の直径が最も小さい出力ファイバ４２に探索ステップを合わせることとなるので、挿入損失等高線の直径が比較的大きい出力ファイバ４２に対しては探索回数が過剰となり、キャリブレーションに要する時間が長くなってしまうという問題がある。
【００４６】
上述した問題に対し、本実施形態の駆動回路１Ａによれば、駆動電圧Ｖｘ，Ｖｙの大きさにかかわらず反射光の変位量を一定に近づけることができるので、図８に示されるように、挿入損失等高線は出力ファイバ４２の中心軸線を中心とする同心円状となり、その直径は各出力ファイバ４２においてそれぞれ等しくなる。従って、キャリブレーションの際の探索アルゴリズムを簡単にすることができる。また、探索ステップを一定としても探索回数が過剰とならず、キャリブレーションに要する時間を短くすることができる。
【００４７】
また、本実施形態の駆動回路１Ａによれば、光スイッチ４０のアッテネーション制御においても利点がある。アッテネーション制御とは、図９に示されるように、出力ファイバ４２への光Ｌの入射位置を、挿入損失等高線の中心から意図的にずらすことにより、光Ｌの光強度を減衰する手法である。従来のように駆動電圧の大きさによって光Ｌの変位量が変化する場合、光Ｌの入射位置のずれ量を出力ファイバ４２毎に調整する必要があり、アッテネーション制御が複雑となる。また、駆動電圧が大きい出力ファイバ４２では、Ｄ／Ａコンバータ２２ａ〜２２ｄへの入力値の１ステップあたりの駆動電圧ＶＤ１〜ＶＤ４の変化が大きくなるので、減衰量の制御精度が低下してしまう。これに対し、本実施形態の駆動回路１Ａによれば、駆動電圧の大きさにかかわらず光Ｌの変位量を一定に近づけることができるので、光Ｌの入射位置のずれ量を出力ファイバ４２毎に調整する必要がなく、アッテネーション制御が容易となる。また、駆動電圧が大きい出力ファイバ４２においても、Ｄ／Ａコンバータ２２ａ〜２２ｄへの入力値の１ステップあたりの駆動電圧ＶＤ１〜ＶＤ４の変化を小さくできるので、減衰量の制御精度を高めることができる。
【００４８】
また、本実施形態のように、増幅回路２４において、増幅率（ΔＶｏｕｔ／ΔＶｉｎ）は、入力電圧Ｖｉｎが大きくなるに従って次第に小さくなってもよい。このように、増幅回路２４の増幅率（ΔＶｏｕｔ／ΔＶｉｎ）が連続的に変化することにより、駆動電圧ＶＤ１〜ＶＤ４の二乗に比例して連続的に変化するミラー面１１の傾斜角φの動作特性に増幅回路２４の増幅率（ΔＶｏｕｔ／ΔＶｉｎ）の変化を更に精度良く対応させることができる。従って、Ｄ／Ａコンバータ２２ａ〜２２ｄへの入力値の１ステップ毎のミラー面１１の傾斜角φの変化量をより一定に近づけることができる。
【００４９】
また、本実施形態のように、増幅回路２４は平方根回路を含んでもよい。前述したように、ミラー面１１が傾いていない時に光が入射する出力ファイバ４２の位置を基準とする反射光の到達位置ｘは、ｘ＝ｆ・２φ＝２αｆＶ２と表される。増幅回路２４が平方根回路を含む場合、駆動電圧Ｖは入力電圧Ｖｉｎの平方根Ｖｉｎ１／２と等しくなる。従って、反射光の到達位置ｘは、ｘ＝２αｆ・Ｖｉｎと表すことができ、ｘを入力電圧Ｖｉｎで微分すると、ｄｘ／ｄＶｉｎ＝４αｆ（一定値）となる。すなわち、Ｄ／Ａコンバータ２２ａ〜２２ｄへの入力値の１ステップ毎のミラー面１１の傾斜角φの変化量をほぼ一定とすることができる。
【００５０】
また、本実施形態のように、増幅部２３ａ〜２３ｄは、増幅回路２４の後段に接続され、増幅回路２４の増幅率よりも大きい増幅率を有する別の増幅回路２５を更に有してもよい。これにより、静電アクチュエータ１５〜１８に高電圧を印加することができるとともに、増幅回路２４を低電圧の回路によって構成することができ、増幅回路２４の規模を小さく抑えることができる。
【００５１】
（変形例）
上記実施形態の一変形例について説明する。図１０（ａ）は、本変形例に係る増幅回路２８の構成を示すブロック図である。この増幅回路２８は、抵抗２８ａ〜２８ｅと、オペアンプ２９と、スイッチ３０とを有する。オペアンプ２９は、非反転入力端２９ａと、反転入力端２９ｂと、出力端２９ｃとを有する。非反転入力端２９ａは、抵抗２８ａを介してＤ／Ａコンバータ２２ａ〜２２ｄの一の出力端に接続されており、且つ、抵抗２８ｂを介してＤ／Ａコンバータ２２ａ〜２２ｄの別の出力端に接続されている。反転入力端２９ｂは、抵抗２８ｅを介して出力端２９ｃに接続されている。更に、反転入力端２９ｂは、互いに並列に接続された抵抗２８ｃ及び２９ｄを介して基準電位線ＧＮＤに接続されている。抵抗２８ｃと基準電位線ＧＮＤとは、スイッチ３０を介して接続されている。ＭＣＵ２１は、スイッチ３０を制御するための信号Ｓ１を出力する。
【００５２】
Ｄ／Ａコンバータ２２ａ〜２２ｄから出力される電圧信号Ｖ１〜Ｖ４は、入力電圧Ｖｉｎとして増幅回路２８に入力される。入力電圧Ｖｉｎは、抵抗２８ａを介して非反転入力端２９ａに提供される。また、本変形例のＤ／Ａコンバータ２２ａ〜２２ｄは、オフセット電圧Ｖ０１〜Ｖ０４をそれぞれ出力する。これらのオフセット電圧Ｖ０１〜Ｖ０４は、ＭＣＵ２１からのディジタル信号Ｄ０１〜Ｄ０４に基づいてそれぞれ生成される。オフセット電圧Ｖ０１〜Ｖ０４は、オフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔとして増幅回路２８に入力される。オフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔは、抵抗２８ｂを介して非反転入力端２９ａに提供される。
【００５３】
この増幅回路２８によれば、図１０（ｂ）に示すような増幅特性を実現できる。図１０（ｂ）の増幅特性では、入力電圧範囲ＶＡにおける増幅率（ΔＶｏｕｔ／ΔＶｉｎ）は或る一定値Ａ１であり、入力電圧範囲ＶＢにおける増幅率（ΔＶｏｕｔ／ΔＶｉｎ）は或る一定値Ａ２（＞Ａ１）となっている。入力電圧範囲ＶＢでは、スイッチ３０が閉状態とされ、非反転入力端２９ａと基準電位線ＧＮＤとの間の抵抗値が抵抗２８ｃ及び抵抗２８ｄによって規定される。この場合、増幅率（ΔＶｏｕｔ／ΔＶｉｎ）は、抵抗２８ｅの抵抗値Ｒｆ、抵抗２８ａ，２８ｃの抵抗値Ｒ１、抵抗２８ｄの抵抗値Ｒ２を用いて１＋Ｒｆ／（Ｒ１//Ｒ２）として表される。Ｒ１//Ｒ２は、抵抗値Ｒ１と抵抗値Ｒ２とによる並列回路の抵抗値である。また、入力電圧範囲ＶＡでは、スイッチ３０が開状態とされ、非反転入力端２９ａと基準電位線ＧＮＤとの間の抵抗値が抵抗２８ｄのみによって規定される。この場合、増幅率（ΔＶｏｕｔ／ΔＶｉｎ）は１＋Ｒｆ／Ｒ２として表される。更に、入力電圧範囲ＶＡでは、Ｄ／Ａコンバータ２２ａ〜２２ｄから所定のオフセット電圧Ｖｏｆｆｓｅｔが増幅回路２８に入力される。これにより、入力電圧範囲ＶＡと入力電圧範囲ＶＢとの間における増幅率の不連続性を解消することができる。
【００５４】
本変形例のように、入力電圧範囲ＶＡにおける増幅率（ΔＶｏｕｔ／ΔＶｉｎ）は一定値Ａ１であり、入力電圧範囲ＶＢにおける増幅率（ΔＶｏｕｔ／ΔＶｉｎ）は一定値Ａ２（＞Ａ１）であってもよい。このような場合であっても、図３に示された平方根回路による増幅特性を近似することができ、Ｄ／Ａコンバータ２２ａ〜２２ｄへの入力値の１ステップ毎のミラー面１１の傾斜角φの変化量を一定に近づけることができる。なお、本変形例では増幅回路２８の増幅特性が２つの入力電圧範囲ＶＡ，ＶＢに分割され、各々の入力電圧範囲ＶＡ，ＶＢ毎に異なる増幅率（ΔＶｏｕｔ／ΔＶｉｎ）を有する場合を例示したが、増幅回路の増幅特性は３つの入力電圧範囲に分割されてもよい。その場合、入力電圧が大きくなるほど増幅率（ΔＶｏｕｔ／ΔＶｉｎ）が小さくなるように、入力電圧範囲毎に増幅率（ΔＶｏｕｔ／ΔＶｉｎ）が個別に設定されるとよい。
【００５５】
本発明による駆動回路は、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上述した実施形態及び各変形例を、必要な目的及び効果に応じて互いに組み合わせてもよい。例えば、上記実施形態では増幅部が２つの増幅回路（増幅回路２４，２５）を含んでいるが、増幅部は増幅回路２４，２５の機能を兼ねる増幅回路を１つのみ有してもよい。
【００５６】
また、上記実施形態では２本の揺動軸を備えるＭＥＭＳミラーを駆動する回路を例示したが、ＭＥＭＳミラーの揺動軸の本数は１以上の様々な本数であってもよい。或いは、揺動軸を備えておらず一つの静電アクチュエータで駆動するＭＥＭＳミラーにも、本発明を適用可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１Ａ…駆動回路、１０…ＭＥＭＳミラー、１０ａ〜１０ｄ…入力端子、１０ｅ…共通端子、１１…ミラー面、１２ａ，１２ｂ…揺動軸、１３…第１揺動部、１３ａ，１３ｂ…軸部、１４…第２揺動部、１４ａ，１４ｂ…軸部、１５〜１８…静電アクチュエータ、１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂ，１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ…櫛歯状電極、１９…枠体、２０…駆動電圧生成部、２２ａ〜２２ｄ…Ｄ／Ａコンバータ、２３ａ〜２３ｄ…増幅部、２４，２５…増幅回路、２６ａ〜２６ｄ…フィルタ回路、２７ａ〜２７ｄ…電流制限抵抗、２８ａ〜２８ｅ…抵抗、２９…オペアンプ、２９ａ…非反転入力端、２９ｂ…反転入力端、２９ｃ…出力端、３０…スイッチ、３１…オペアンプ、３１ａ…非反転入力端、３１ｂ…反転入力端、３１ｃ…出力端、３２…乗算回路、３２ａ，３２ｂ…入力端、３２ｃ…出力端、４０…光スイッチ、４１…入力ファイバ、４２…出力ファイバ、４３…レンズ、Ａ…仮想軸線、Ｄ１〜Ｄ４…ディジタル信号、ＧＮＤ…基準電位線、Ｌ…光、Ｎ１…ノード、Ｐ…点、Ｖ１〜Ｖ４…電圧信号、ＶＡ，ＶＢ…入力電圧範囲、ＶＤ１〜ＶＤ４…駆動電圧、Ｖｉｎ…入力電圧、Ｖｏｆｆｓｅｔ…オフセット電圧、Ｖｏｕｔ…出力電圧、φ…傾斜角。
【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１０】
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