(57)【要約】【課題】本発明は、光スイッチ可動ミラーが最適姿勢を維持できるコンパクトな光スイッチを提供することを目的とする。【解決手段】入力側レンズ数を入力側光ファイバ数Ｎ本よりも少なくとも２本以上多いＮ＋２個以上とし、出力側レンズ数を出力側光ファイバ数Ｎ本よりも少なくとも２本以上多いＮ＋２個以上であり、入力側レンズに２個以上のレーザーダイオード、出力側レンズ数に２個以上のフォトダイオードが結合されている光スイッチである。ミラーアレイを用いてレーザーダイオードとフォトダイオードを結合して、可動ミラーの角度調整を行う。これにより通信光の結合を安定化できる。【選択図】図４
2004126083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光ファイバを伝播する通信光を切り替える光スイッチであって、
入力光が光学的に連絡する複数の入力側レンズと、
前記入力側レンズを経た前記光が光学的に連絡する複数の可動ミラーと、
前記可動ミラーを経た前記光が光学的に連絡する複数の出力側レンズと、を備え、
前記複数の入力側レンズは、第一の外部装置からの通信光が入力側光ファイバを伝播して光学的に連絡する第一の入力側レンズと、発光部からの光が光学的に連絡する第二の入力側レンズと、
前記可動ミラーに光学的に連絡する光を発生する発光部と前記可動ミラーを経た前記発光部からの光が光学的に連絡する受光部と、を有し、
前記複数の出力側レンズは、第二の外部装置へ通信光を伝播する第二の出力側光ファイバにレンズを経た光が光学的に連絡する第一の出力側レンズと、前記発光部からの光がレンズを経て受光部に光学的に連絡する第二の出力側レンズと、を有することを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
請求項１において、前記第二の入力側レンズ或いは前記第二の出力側レンズを経た光が光学的に連絡する前記受光部からの信号に基づいて前記第一の入力側レンズを経た光が光学的に連絡する前記可動ミラーを動かす角度を制御する制御値の補正を行うミラー制御装置を備えることを特徴とする光スイッチ。
【請求項３】
複数の光ファイバを伝播する通信光を切り替える光スイッチであって、
入力光が光学的に連絡する複数の入力側レンズと、
前記入力側レンズを経た前記光が光学的に連絡する複数の可動ミラーと、
前記可動ミラーを経た前記光が光学的に連絡する複数の出力側レンズと、
前記可動ミラーに光学的に連絡する光を発生する発光部と前記可動ミラーを経た前記発光部からの光が光学的に連絡する受光部と、を備え、
前記複数の可動ミラーは、第１の外部装置からの通信光が入力側光ファイバを伝播して光学的に連絡する第一の複数の可動ミラーと、前記発光部からの光が光学的に連絡される第二の複数の可動ミラーとを有することを特徴とする光スイッチ。
【請求項４】
請求項３において、前記第二の可動ミラーを経た光が光学的に連絡される前記受光部からの信号に基いて前記第一の複数の前記可動ミラーを動かす角度を制御する制御値の補正を行うミラー制御装置を備えることを特徴とする光スイッチ。
【請求項５】
Ｎ本の入力側光ファイバとＮ本の出力側光ファイバと、前記入力側光ファイバと前記出力側光ファイバとの間に光学的には位置し、該光ファイバを伝播する通信光を切り替える光スイッチであって、
前記入力側光ファイバと光学的に結合する複数のレンズを備える入力側レンズと、
前記出力側光ファイバと光学的に結合する複数のレンズを備える出力側レンズと、
前記入力側レンズからの通信光を反射する揺動可能に支持した複数のミラーを備える一次ミラーアレイと、
前記一次ミラーアレイからの反射通信光を反射する揺動可能に支持した複数のミラーを備える二次ミラーアレイとを備え、前記入力側レンズ数がＮ＋２本以上であり、出力側レンズ数がＮ＋２本以上であり、一次ミラーアレイのミラー数がＮ＋２個以上であり、二次ミラーアレイのミラー数がＮ＋２個以上であることを特徴とする光スイッチ。
【請求項６】
請求項５において、受光素子と、受光素子からの信号に基づいてミラーの位置制御を行うミラー制御装置とを備え、前記入力側レンズ及び前記出力側レンズは前記受光素子と光学的に結合する複数のレンズを各々有し、前記一次ミラーアレイ及び前記二次ミラーアレイは、前記受光素子と光学的に結合する複数のミラーを各々有することを特徴とする光スイッチ。
【請求項７】
請求項５において、前記ミラー制御装置は、受光素子の信号に基いて算出された、前記入力側レンズと前記一次ミラーアレイとの相対位置、前記一次ミラーアレイと前記二次ミラーアレイとの相対位置、前記二次ミラーアレイと前記出力側レンズとの相対位置のいずれかに基いて前記ミラーアレイのミラーを制御する制御値を補正する機構を有することを特徴とする光スイッチ。
【請求項８】
複数の光ファイバを伝播する通信光を切り替える光スイッチの制御方法であって、
入力光が光学的に連絡する複数の入力側レンズと、
前記入力側レンズを経た前記光が光学的に連絡する複数の可動ミラーと、
前記可動ミラーを経た前記光が光学的に連絡する複数の出力側レンズと、
前記可動ミラーに光学的に連絡する光を発生する発光素子と、を備え、
前記複数の可動ミラーは、第一の外部装置からの通信光が入力側光ファイバを伝播して光学的に連絡する第一の可動ミラーと、前記発光素子からの測定光を光学的に連絡する第二の複数の可動ミラーと、
前記第二の複数の可動ミラーを経た前記測定光を光学的に連絡する受光素子とを有し、
前記発光素子から前記第二の可動ミラーを経て受光部に光学的に連絡した光を用いて、前記第一の可動ミラーの制御を行うことを特徴とする光スイッチの制御方法。
【請求項９】
請求項８において、前記受光部を複数備え、前記発光素子から前記第二の可動ミラーを経て複数の受光部に光学的に連絡した光を用いて、前記第一の前記可動ミラーを動かす角度を制御する制御値の補正を行う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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，光ファイバを用いる光通信装置に関し、特に，マイクロ電子機械システム（ｍｉｃｒｏ　ｅｌｅｃｔｒｏ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｓｙｓｔｅｍｓ　；　ＭＥＭＳ）技術を用いた光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システムでは通信網の中継点で、Ｎ×Ｎの光スイッチ、すなわちＮ個の入力ポートに光ファイバを通して送られてきた通信光の内、任意の一つをＮ個の出力ポート内任意の一つに接続でき、さらにこれらの接続を自由に切り替えることが求められる。従来は、この要求に対して、光を一旦電気信号に変換し、電気信号のスイッチングを行った後、光に変換していた。近年、これを光のままスイッチングする光スイッチの開発が進められている。
【０００３】
光スイッチの光接続のための光学的監視をする技術として以下の文献がある。
特開２００１−１１７０２５号では、光スイッチの前後に設置される光トランスレーションユニットを用いる形態が開示されている。光トランスレーションユニットとは、通信光を一旦電気信号に変換し、その強度、波形を確認した上で、通信光に再変換し光スイッチへ伝送する機器であり、通信光の品質を確保する。特開２００１−１１７０２５号では、光スイッチ前後の光トランスレーションユニット内の電気信号を比較し、その差が最小になるよ可動ミラー２８の姿勢を制御する。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１１７０２５号公報（図１及びその説明）
【発明が解決しようとする課題】
出力側コリメータレンズ２６へ入射する光ビームは、高精度の位置決めが求められる。光ビームが出力側コリメータレンズ２６の端面から外れた場合は、光学的に結合されなくなる。たとえ、光ビームが出力側コリメータレンズ２６の端面に入っていても、適正な入射角度範囲外であれば、光学的に結合されなくなるか、もしくは大幅な損失が生じる。コリメータレンズアレイとミラーアレイとは、組み立て初期には高精度に位置決めされている。
【０００５】
しかしながら、光スイッチ設置環境の温度が変化した場合、コリメータレンズアレイとミラーアレイの相対位置が変化し、可動ミラー２８が所定の姿勢を維持しても光学的結合ができなくなるおそれがある。もしくは大幅な損失が生じるおそれがある。あるいは、連続したスイッチングによって、光スイッチ装置自体の温度が上昇した場合、電気回路の出力が変化し、可動ミラー２８が所定の姿勢を維持できなくなるおそれがある。
【０００６】
特開２００１−１１７０２５号に開示された方法では、光スイッチ前後に光トランスレーションユニットが不可欠となるので光トランスレーションユニットによる構造の複雑化を招いてしまう。このため光スイッチのコスト削減には至らない。また、光トランスレーションユニットがＮ個のポート毎に２台、合計２Ｎ台設置されるため、設備寸法が大きくなる。
【０００７】
そこで本発明は、前記公知例における前記課題を解決する、光スイッチの設置環境温度の変化に対応し可動ミラーが最適姿勢を維持できるコンパクトな光スイッチを提供することを目的とする。
【０００８】
さらに、光スイッチ前後の全光ファイバの入出力光を分岐計測せず、且つ光スイッチの設置環境温度の変化に対応し、可動ミラーが最適姿勢を維持できる光スイッチの制御方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために，本発明における解決手段は以下に例示した形態を有することができる。
【００１０】
本発明により、前記公知例における前記課題を解決する、光スイッチの設置環境温度の変化などが生じても対応できる、可動ミラーが最適姿勢を維持できるコンパクトな光スイッチを提供することができる。
【００１１】
また、光スイッチ前後の全光ファイバの入出力光を分岐計測をしなくとも、光スイッチの設置環境温度の変化に対応し、可動ミラーが最適姿勢を維持できる。
（１）複数の光ファイバを伝播する通信光を切り替える光スイッチであって、入力光が光学的に連絡する複数の入力側レンズと、前記入力側レンズを経た前記光が光学的に連絡する複数の可動ミラーと、前記可動ミラーを経た前記光が光学的に連絡する複数の出力側レンズと、を備え、前記複数の入力側レンズは、第一の外部装置からの通信光が入力側光ファイバを伝播して光学的に連絡する第一の入力側レンズと、発光部からの光が光学的に連絡する第二の入力側レンズと、前記可動ミラーに光学的に連絡する光を発生する発光部と前記可動ミラーを経た前記発光部からの光が光学的に連絡する受光部と、を有し、前記複数の出力側レンズは、第二の外部装置へ通信光を伝播する第二の出力側光ファイバにレンズを経た光が光学的に連絡する第一の出力側レンズと、前記発光部からの光がレンズを経て受光部に光学的に連絡する第二の出力側レンズと、を有することを特徴とする光スイッチである。
（２）前記（１）において、前記第二の入力側レンズ或いは前記第二の出力側レンズを経た光が光学的に連絡する前記受光部からの信号に基づいて前記第一の入力側レンズを経た光が光学的に連絡する前記可動ミラーを動かす角度を制御する制御値の補正を行うミラー制御装置を備えることを特徴とする光スイッチである。
（３）複数の光ファイバを伝播する通信光を切り替える光スイッチであって、入力光が光学的に連絡する複数の入力側レンズと、前記入力側レンズを経た前記光が光学的に連絡する複数の可動ミラーと、前記可動ミラーを経た前記光が光学的に連絡する複数の出力側レンズと、前記可動ミラーに光学的に連絡する光を発生する発光部と前記可動ミラーを経た前記発光部からの光が光学的に連絡する受光部と、を備え、前記複数の可動ミラーは、第１の外部装置からの通信光が入力側光ファイバを伝播して光学的に連絡する第一の複数の可動ミラーと、前記発光部からの光が光学的に連絡される第二の複数の可動ミラーとを有することを特徴とする光スイッチである。
（４）前記（３）において、前記第二の可動ミラーを経た光が光学的に連絡される前記受光部からの信号に基いて前記第一の複数の前記可動ミラーを動かす角度を制御する制御値の補正を行うミラー制御装置を備えることを特徴とする光スイッチである。
（５）Ｎ本の入力側光ファイバとＮ本の出力側光ファイバと、前記入力側光ファイバと前記出力側光ファイバとの間に光学的には位置し、該光ファイバを伝播する通信光を切り替える光スイッチであって、前記入力側光ファイバと光学的に結合する複数のレンズを備える入力側レンズと、前記出力側光ファイバと光学的に結合する複数のレンズを備える出力側レンズと、
前記入力側レンズからの通信光を反射する揺動可能に支持した複数のミラーを備える一次ミラーアレイと、前記一次ミラーアレイからの反射通信光を反射する揺動可能に支持した複数のミラーを備える二次ミラーアレイとを備え、前記入力側レンズ数がＮ＋２本以上であり、出力側レンズ数がＮ＋２本以上であり、一次ミラーアレイのミラー数がＮ＋２個以上であり、二次ミラーアレイのミラー数がＮ＋２個以上であることを特徴とする光スイッチである。
（６）前記（５）において、受光素子と、受光素子からの信号に基づいてミラーの位置制御を行うミラー制御装置とを備え、前記入力側レンズ及び前記出力側レンズは前記受光素子と光学的に結合する複数のレンズを各々有し、前記一次ミラーアレイ及び前記二次ミラーアレイは、前記受光素子と光学的に結合する複数のミラーを各々有することを特徴とする光スイッチである。
【００１２】
また、ミラー制御装置では、光スイッチを用いて該光ファイバを伝播する通信光を生成しない発光素子と、記該発光素子によって生成された光を受光できる受光素子とを光学的に結合し、且つ切り替え、その結合に介在したミラーの制御信号を、入力側光ファイバと出力側光ファイバを伝播する通信光を切り替えるミラーの制御に用いることができる。
【００１３】
同様に、入力側レンズからの通信光を反射する一次ミラーアレイのミラー数を少なくともＮ＋２個以上とし、一次ミラーアレイからの反射通信光を反射する二次ミラーアレイのミラー数を少なくともＮ＋２個以上とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下，図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。なお、本発明は、明細書に記載した形態に限られるのではなく、現在の公知技術或いは新たに生じる公知技術を適応することを妨げるものではない。
【００１５】
図１は本発明における第一の実施例である光スイッチの概略斜視図である。光スイッチ１は、複数の入力側光ファイバ２と光学的に結合した入力側コリメータレンズ３が配列した入力側コリメータレンズアレイ４、２軸に揺動可能な可動ミラー５が配列した第一次ミラーアレイ６、第二次ミラーアレイ７、および出力側光ファイバ８と光学的に結合した出力側コリメータレンズ９が配列した出力側コリメータレンズアレイ１０を構成要素として含む。第一次ミラーアレイ６と第二次ミラーアレイ７の可動ミラー５を適宜傾斜させて、入力側光ファイバ２と出力側光ファイバ８とを任意に光学的に結合させる。なお、本実施例では静電駆動方式を説明する。
【００１６】
本実施例では、入力側光ファイバ２、出力側光ファイバ８ともに３２本、すなわち３２×３２ｃｈの光スイッチを示す。しかしながら、入力側コリメータレンズ３、出力側コリメータレンズアレイ９におけるコリメータレンズの数は３６個であり、第一次ミラーアレイ６と第二次ミラーアレイ７の可動ミラー５も同様に３６個である。複数の入力側コリメータレンズ３は、第一の外部装置からの通信光が入力側光ファイバ２を伝播して光学的に連絡する第一の複数の入力側レンズと、発光部であるレーザーダイオード１１からの光が光学的に連絡する第二の複数の入力側レンズとを有する。そして、複数の出力側コリメータレンズ９は、第二の外部装置へ通信光を伝播する第一の出力側光ファイバ８にレンズを経た光が光学的に連絡する第一の複数の出力側レンズと、前記発光部からの光がレンズを経て受光部に光学的に連絡する第二の複数の出力側レンズと、を有している形態を有する。
【００１７】
光スイッチは、発光部として発光素子であるレーザーダイオードを備える。また、受光部として受光素子であるフォトダイオードを備える。具体例としては、入力側コリメータレンズ３には、４個のレーザーダイオード１１（以下、ＬＤと表記する）が四隅に結合されており、同様に出力側コリメータレンズアレイ９の四隅には、フォトダイオード１２（以下、ＰＤと表記する）が結合されている。第一の複数の入力側レンズ及び第一の複数の出力側レンズは各々３２個、第二の複数の入力側レンズ及び第二の複数の出力側レンズは４個の例を示している。
【００１８】
以後、通信光と区別するためＬＤ１１からのレーザ光を計測光１３と称する。また、計測光１３を反射する第一次ミラーアレイ６の四隅の可動ミラーを第一次計測ミラー１１０、第二次ミラーアレイ７の四隅の可動ミラーを第二次計測ミラー１２０と称する。
【００１９】
そして、前記第一の複数の入力側レンズ或いは前記第一の出力側レンズを経た光が光学的に連絡する前記受光部であるフォトダイオード１２からの信号に基づいて前記第一の複数の入力レンズを経た光が光学的に連絡する前記可動ミラーを動かす角度を制御する制御値の補正を行うミラー制御装置１４を備える。
【００２０】
また、上記形態は、前記可動ミラーに光学的に連絡する光を発生する発光部であるレーザーダイオード１１と前記可動ミラーを経た前記発光部からの光が光学的に連絡する受光部であるフォトダイオード１２とを備える。前記複数の可動ミラーは、第１の外部装置からの通信光が入力側光ファイバを伝播して光学的に連絡する第一の複数の可動ミラーと、前記発光部からの光が光学的に連絡される第二の複数の可動ミラーとを有するものであるということができる。そして、前記第二の可動ミラーを経た光が光学的に連絡される前記受光部からの信号に基いて前記第一の複数の前記可動ミラーを動かす角度を制御する制御値の補正を行うミラー制御装置１４を備える形態であるということができる。
【００２１】
このように、複数のレンズと揺動可能に支持した複数のミラーを備え、複数のレンズの一部が該光ファイバと光学的に結合し、複数のレンズの一部が該光ファイバを伝播する通信光を生成しない発光素子と光学的に結合し、複数のレンズの一部が前記該発光素子によって生成された光を受光できる受光素子と光学的に結合している。
【００２２】
まず、第一次ミラーアレイ６と第二次ミラーアレイ７の可動ミラー５の制御方法について説明する。
【００２３】
まず、光スイッチは組み上げた状態でコリメータレンズアレイ、ミラーアレイに微小な位置ずれが生じている状態にある場合について説明する。さらに、個々の可動ミラーの剛性、すなわちミラー部を支持する梁の寸法とミラー部と対応する電極との間隔が、全ての可動ミラーが均一とは限らない。従って、理想的に配置された状態から幾何学的に算出されたミラー角度、設計寸法から算出された梁剛性、および静電引力を用いて、可動ミラーを傾斜させるべく電圧を印加しても、想定角度にミラー部が傾斜することはなく、入力側光ファイバと出力側光ファイバとが最大効率で光学的に結合することは無い。さらに、装置の温度変化によって、コリメータレンズアレイ、ミラーアレイに微小な位置ずれが生じ、上記現象はいっそう顕著となる。
【００２４】
従って、光スイッチに組み上げた後で、入力側光ファイバと出力側光ファイバとが最大効率で光学的に結合するように、第一次ミラーアレイ、第二次ミラーアレイの個々の可動ミラー組み合わせにおける最適傾斜角度、すなわち最適印加電圧をマップ化せねばならない。以後は、このマップ作成作業を初期調整作業と表記する。
【００２５】
図２と図３を用いて初期調整作業を説明する。図２は本発明における第一の実施例である光スイッチの概略斜視図である。今後の説明のため、入力側コリメータレンズ４、出力側コリメータレンズ１０の各レンズ、および第一次ミラーアレイ６、第二次ミラーアレイ７の個々の可動ミラーに記号を付ける。
【００２６】
入力側コリメータレンズ４において、ＬＤ１１と結合した四隅のレンズを１１−Ａから１１−Ｄとする（猥雑化を避けるため、一部記号表記を省略）。さらに、通信光を出射するレンズを４−１から４−３２とする（猥雑化を避けるため、一部記号表記を省略）。第一次ミラーアレイ６では、レンズと正対する位置に同様の記号を付け入るように、第一次計測ミラー１１０に１１０−Ａから１１０−Ｄ、可動ミラーに６−１から６−３２まで記号をつける（猥雑化を避けるため、一部記号表記を省略）。出力側コリメータレンズ１０において、ＰＤ１２と結合した四隅のレンズを１２−Ａから１２−Ｄ、通信光を受光するレンズを１０−１から１０−３２とする（猥雑化を避けるため、一部記号表記を省略）。第二次ミラーアレイ７では、レンズと正対する位置に同様の記号を付け入るように、第二次計測ミラー１２０に１２０−Ａから１２０−Ｄ、可動ミラーに７−１から７−３２まで記号をつける（猥雑化を避けるため、一部記号表記を省略）。
【００２７】
ミラーの記号配置を明確にするため、図３に第一次ミラーアレイ６の正面図を示す。第一次ミラーアレイ６と正対する入力側コリメータレンズ４では、第一次ミラーアレイ６の個々のミラーと光学的に結合するレンズが、４−以下の番号が第一次ミラーアレイと同一配置である。第二次ミラーアレイ７では、第一次ミラーアレイ６の可動ミラーが傾斜しない状態で、概略ながら光学的に結合するミラーが、７−以下の番号が第一次ミラーアレイと同一配置である。さらに、第二次ミラーアレイ７と正対する出力側コリメータレンズ１０では、第二次ミラーアレイ７の個々のミラーと光学的に結合するレンズが、１０−以下の番号が第二次ミラーアレイ７と同一配置である。
【００２８】
まず、入力側コリメータレンズ４−１と出力側コリメータレンズ１０のすべてのレンズと結合させる。まず、可動ミラー６−１と可動ミラー７−１の各々をＸ，Ｙ軸共に微小に傾斜角度を変え、入力側コリメータレンズ４−１からの光ビームを出力側コリメータレンズ１０−１に最高効率で光学的に結合するミラー角度、すなわち印加電圧を見つけ出す。この作業を、可動ミラー６−１に対して、順次、可動ミラー７−１から７−３２まで行う。さらに、同様の作業を各々の入力側コリメータレンズについて順次行い、表１に示す最適印加電圧のマップ（以下、ルックアップテーブルと表記する）を作成する。
表１　ルックアップテーブル（例）
2004126083.tif 000003
【００２９】
上記の初期調整作業によってルックアップテーブルが作成された後、コリメータレンズアレイとミラーアレイの相対位置が変化しない、且つ制御回路の出力が変化しなければ、テーブルどおりの印加電圧によって入出力光ファイバ間を最高効率で光学的に結合することができる。しかしながら前述のように、光スイッチ設置環境の温度変化によってコリメータレンズアレイとミラーアレイの相対位置が変化する、あるいは光スイッチ装置の制御回路の温度上昇によって出力電圧が変化する。その結果、ルックアップテーブルの出力命令を出しても、入出力光ファイバ間を最高効率で光学的に結合することができなくなる。本発明は、上記課題をより低コストに効果的に解決することができる。
【００３０】
以下、制御構成を図４を用いて説明する。図４は本発明の一実施例である制御方式の構成を示すブロック図である。図４において、１４は第一次ミラーアレイ６と二次ミラーアレイ７を制御するミラー制御装置であり、アンプ、Ｄ／Ａコンバータ、演算素子、メモリ等から構成される。上記で説明したルックアップテーブルはミラー制御装置１４のメモリ内部に保存されている。１５はＬＤ１１、ＰＤ１２を制御し、第一次ミラーアレイ６、第二次ミラーアレイ７の制御を修正する処理装置であり、Ａ／Ｄコンバータ、演算素子、メモリ等から構成される。ミラー制御装置１４と処理装置１５を合わせて、光スイッチ制御装置１６となる。光スイッチ制御装置１７は、インターフェースを介して外部装置から入力側光ファイバと出力側光ファイバとの切り替え信号等を受け取る。
【００３１】
以下、制御方法を図１、２、４を用いて説明する。
【００３２】
概要としては、通信用を発生しないＬＤ１１を２個以上の入力側コリメータレンズ３に結合し、同様に通信光を受光しないＰＤ１２を２個以上の出力側コリメータレンズ９に結合する形態を有している。一次ミラーと二次ミラーを制御して、発光素子と結合した入力側コリメータレンズとＰＤ１２と結合した出力側コリメータレンズを光学的に結合する。この時に、受光素子の出力が最大になるように、一次ミラーと二次ミラーの可動ミラーの傾斜角度を調節する。さらに、２個以上の入力側コリメータレンズと出力側コリメータレンズ間で光学的に切り替え、同様にＬＤ１２の出力が最大になるように、一次ミラーと二次ミラーの可動ミラーの傾斜角度を調節する。この一次ミラーと二次ミラーの可動ミラーの傾斜角度調節を行い、一次ミラーと二次ミラーの最適傾斜角度から、コリメータレンズアレイとミラーアレイとの相対位置の変化、および電気回路の出力変化を算出する。その計算結果を、通信光を切り替える他の可動ミラーの傾斜角度に反映し、コリメータレンズアレイとミラーアレイとの相対位置の変化、電気回路の出力変化を考慮した最適傾斜角度に制御するようにする。具体的には、以下に詳述する。
【００３３】
ＬＤ１１からのレーザ光１３は、第一次ミラーアレイ６の四隅の第一次計測ミラー１１０で反射され、さらに第二次ミラーアレイ７の四隅の第二次計測ミラー１２０で反射し、出力側コリメータレンズアレイ９の四隅のＰＤ１２と光学的に結合する。常時、ＰＤ１２によってレーザ光１３の光出力を計測しながら、第一次計測ミラー１１０と第二次計測ミラー１２０の各々をＸ，Ｙ軸共に微小に傾斜角度を変え、ＰＤ１２の出力を最大にするミラー姿勢を見出す。さらに、第一次計測ミラー１１０−Ａから１１０−Ｄと、第二次計測ミラー１２０−Ａから１２０−Ｄとの間を次々に切り替え、４×４＝１６通りの最適なミラー姿勢を算出する。算出は定期的に行うことが好ましい。
【００３４】
図４に示すように、コリメータレンズアレイとミラーアレイの相対位置変化や、制御回路の出力電圧変化を反映した１６通りの最適なミラー姿勢の情報を、初期調整作業によって作成したルックアップテーブルに反映し、第一次ミラーアレイ６、第二次ミラーアレイ７のミラー制御を行う。
【００３５】
以下、ルックアップテーブルへの反映方法の一例を説明する。まず、計測ミラーによって求められた１６通りの最適なミラー姿勢から、コリメータレンズアレイとミラーアレイの相対位置変化、あるいは制御回路の出力変化を、第一次ミラーアレイ６から見た第二次ミラーアレイ７の相対位置変化、すなわち第二次ミラーアレイ７の相対的な変形に置き換える。次いで、相対的に変形した第二次ミラーアレイ７の形状を、計測された四隅の４点によって算出する。さらに計算結果から、ルックアップテーブルに相当する、その内側の座標を近似算出する。最も簡便な方法は、相対的に変形した第二次ミラーアレイ７の形状を平面と仮定し、四隅の４点を直線によって結び、その内部を均等に分割する直線近似である。あるいは、事前に計測、解析した結果を事前に入力しておき、その曲面と仮定して相対的に変形した第二次ミラーアレイ７の形状を曲面近似する。また、内側の分割は、同様に事前に計測、解析した結果を事前に入力しておき、生じた曲面形状に最も生じやすい分割方法とする。この算出した座標とルックアップテーブルを比較し、その差がゼロとなるようにルックアップテーブルの電圧値を制御する。
【００３６】
このようにして通信光を反射するミラーアレイの振り角を補正する。例えば一次ミラーアレイ６の一つのミラーから二次ミラーアレイ７に光を光学的に連絡する際の振り角を得るための制御値である電圧値を初期値から補正する。初期値が既に変更されている場合は、既存値を更新することができる。なお、もし、二次ミラーアレイ７がなく一次ミラーアレイ６からを経た光が出力側コリメータレンズアレイ９に光学的に連絡するような場合は、前記一次ミラーアレイ６から出力側コリメータレンズアレイ９の一つへ光学的に連絡するためのミラーの振り角となることができる。
【００３７】
本発明により、一次ミラーアレイ面と二次ミラーアレイ面との相対位置変化、或いは一次或いは二次ミラーアレイ面とコリメータレンズアレイ面との相対位置変化を求め、それに基いて各ミラーの駆動量の補正を行うので、ミラーの数だけ発光部や受光部を備える必要がなく、コンパクトな光スイッチを形成することができる。係る観点からは測定光がミラーアレイの最外周側に位置するミラーに光学的に連絡するよう形成することが好ましい。
【００３８】
上記実施例では、ミラー制御装置と処理装置とに、各々演算素子、メモリを設けたが、演算素子、メモリの容量によっては、共用することは可能である。
【００３９】
また上記実施例では、４個のＬＤとＰＤを用い４組（４×４＝１６通り）のミラー組み合わせを計測したが、本発明はこれに限定するものではない。１組のミラー組み合わせには、第一次ミラーアレイ６、第二次ミラーアレイ７のミラー各々にＸ軸、Ｙ軸の最適角度が算出される。すなわち、全ての変形を第二次ミラーアレイ７の相対変形に置き換えた、相対変形後の第二次ミラーアレイ７の形状は、最低２組のミラー組み合わせによって算出できる。従って、本発明では。２本以上の入力側コリメートレンズと２本以上の出力側コリメートレンズが、通信光を用いずに光学的に結合し、その状態をフィードバックすることが不可欠である。
【００４０】
また上記実施例では、ミラーの駆動方法として静電駆動方式を用いたが、本発明はこれに限定するものではなく、他の駆動方法であってもその効果は変わらない。たとえば、ローレンツ力駆動方式の場合、上記ルックアップテーブルは、コイルを流れる電流値となる。上記実施例による方法で求めた相対変形後の第二次ミラーアレイ７の形状をもとに、コイル電流値からなるルックアップテーブルを修正する。すなわち、初期調整作業よって作成したテーブルを基に制御できる駆動方式ならば、その方式に制限されること無く本発明はその効果を発揮できる。
【００４１】
ＭＥＭＳ技術応用の比較例の光スイッチの構造を図５，６，７に示す。比較例の光スイッチ２０は、光ファイバーアレイ、コリメータレンズアレイ、ミラーアレイ等から構成される。ミラーアレイには、１軸、もしくは２軸に傾斜可能な可動ミラーが配列されており、光ファイバーアレイ、コリメータレンズアレイは、ミラーアレイの可動ミラーとほぼ同数の光ファイバー、コリメータレンズが、同様の配列をなしている。
【００４２】
入力側光ファイバ２１、入力側コリメータレンズアレイ２２を通過して形成された光ビーム２３は、第一次ミラーアレイ２４で反射し、対向する第二次ミラーアレイ２５で再び反射し、他方の出力側コリメータレンズ２６を通過して出力側光ファイバ２７と光学的に結合される。第一次ミラーアレイ２４と第二次ミラーアレイ２５に設けられた可動ミラー２８の傾斜姿勢を変え、各々の反射によってスイッチングを行う。
【００４３】
可動ミラー２８は複数本の梁で揺動可能に中空に支持した構造が用いられている。可動ミラー２８を傾斜する方法は各種様々な方法が考えらえるが、静電力による駆動（以下、静電駆動方式と表記する）とローレンツ力による駆動（以下、ローレンツ力駆動方式と表記する）が電気的制御が容易である。ローレンツ力駆動方式の場合は、多くは可動ミラー２８上にコイルを設け、磁石を配置した外部磁場内に可動ミラー２８を配置する。このコイルに流す電流を制御することによってローレンツ力を制御し、ミラー部を支持する梁をねじり、梁のねじり力とのバランスによって定姿勢を維持する。図６，７を用いて静電駆動方式の可動ミラー構造を説明する。可動ミラー２８は光反射部２９を複数本の梁３０で揺動可能に中空に支持した構造である光反射部２９とほぼ対向する位置に複数の電極３１を形成し、この間に電圧をかけて静電吸引力を発生させる。この電圧を制御することによって静電引力を制御し、ミラー部を揺動可能に支持する梁３０をねじり、梁のねじり力とのバランスによって定姿勢を維持する。
【００４４】
出力側コリメータレンズ２６へ入射する光ビームは、高精度の位置決めが求められる。光ビームが出力側コリメータレンズ２６の端面から外れた場合は、光学的に結合されなくなる。たとえ、光ビームが出力側コリメータレンズ２６の端面に入っていても、適正な入射角度範囲外であれば、光学的に結合されなくなるか、もしくは大幅な損失が生じる。これは、コリメータレンズの端面と接続されている光ファイバのコア部（通信光が伝達する部分）が、シングルモードファイバーの場合ならば径約１０μｍときわめて微細のため、わずかに入射光がずれてもコア部から外れてしまうためである。レンズ、光ファイバーの種類にもよるが、光ビームの出力側コリメータレンズ２６への入射角度は、許容される損失が数ｄＢとすると、約０．数度の精度でなければならない。従って、光ビームの位置、角度を決定するミラーアレイにおける個々の可動ミラー２８の姿勢は、きわめて高精度に保たれねばならない。
【００４５】
コリメータレンズアレイとミラーアレイとは、組み立て初期には高精度に位置決めされている。その結果、ローレンツ力駆動方式の場合は所定電流値、静電駆動方式の場合は所定電圧を加えることによって、可動ミラー２８を所定の姿勢に維持でき、所定の入力側コリメータレンズ２２を通過して形成された光ビームは、所定の出力側光ファイバ２７と光学的に結合される。しかしながら、光スイッチ設置環境の温度が変化した場合、コリメータレンズアレイとミラーアレイの相対位置が変化し、可動ミラー２８が所定の姿勢を維持しても光学的結合ができなくなるおそれ、もしくは大幅な損失が生じるおそれがある。あるいは、連続したスイッチングによって、光スイッチ装置自体の温度が上昇した場合、電気回路の出力が変化し、可動ミラー２８が所定の姿勢を維持できなくなるおそれがある。
【００４６】
このような現象を回避するために、可動ミラー２８の姿勢を高精度に制御するために様々な制御方法が考えられる。光スイッチ前後の入出力光ファイバ全てにカプラを取り付け通信光の一部を分岐、計測して、可動ミラー２８の姿勢制御にフィードバックする方法を図８に示す。入力側光ファイバ２１にカプラ３１を取り付け通信光の一部を分岐し、光スイッチ前の通信光を監視する。さらに出力側光ファイバ２７にも同様にカプラ３１を取り付け光スイッチ後の通信光を監視する。光スイッチ前、後の通信光強度から、第一次ミラーアレイ２４と第二次ミラーアレイ２５の最適姿勢を制御装置３２で算出する。その結果を、第一次ミラーアレイ２４と第二次ミラーアレイ２５の制御に反映する。この作業を常時行い、最高効率で入出力光ファイバを結合させる。なお、図８には、猥雑さを避けるため１本の入出力光ファイバだけを記載した。前記のように、この方法は、全ての入出力光ファイバにカプラを取り付けねばならない。全入出力ファイバにカプラを取り付けいる方法では、Ｎ×Ｎの光スイッチ、すなわちＮ個の入力ポートでは、２Ｎ個のカプラが必要となる。そのコストが、光スイッチ全体のコストを押し上げる原因となる。また、カプラによる分岐のため、入力出力光の損失が大きくなる。通信光が強度低下した場合、通信光を一旦電気変換し、電気的増幅を行い、再び光へ変換せねばならない。この増幅行程が入ると、光−電気変換設備、電気−光変換設備を必要とし、変換機器のコスト増加が生じる。
【００４７】
これに対して、本実施例の構造によって、前記比較例のデメリットを小さくし、カプラを用いて通信光を分岐することなく、コリメートレンズアレイ、ミラーアレイの位置変化、電気回路の出力変化を修正することができる。このため、光スイッチの部品点数を減らすことができる。さらに、カプラによる分岐によって生じる損失を抑制できる。
【００４８】
また、本発明の実施例の光スイッチではカプラを用いて通信光を分岐しないため、従来の光スイッチよりも小型化することができる。
【００４９】
また、本発明の光スイッチの制御方法では、カプラを削減したため安価となる。
【００５０】
また、通信光をスイッチングするミラーとは別のミラーで、独立してコリメートレンズアレイ、ミラーアレイの位置変化、電気回路の出力変化を計測するため、従来のフィードバック制御のように通信光をスイッチングするミラーを微動させる必要が無い。その結果、通信光の結合を安定できる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明により光スイッチ可動ミラーが最適姿勢を維持できるコンパクトな光スイッチを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における第一の実施例である光スイッチの概略斜視図。
【図２】本発明における第一の実施例である光スイッチの概略斜視図。
【図３】第一次ミラーアレイ６の正面図。
【図４】本発明の一実施例である制御方式の構成を示すブロック図。
【図５】比較例の光スイッチの概略斜視図。
【図６】比較例の光スイッチ可動ミラーの概略正面図。
【図７】比較例の光スイッチ可動ミラーの概略断面図。
【図８】比較例の光スイッチ制御方式の構成を示すブロック図。
【符号の説明】１…光スイッチ、２…入力側光ファイバ、３…入力側コリメータレンズ、４…入力側コリメータレンズアレイ、５…可動ミラー、６…第一次ミラーアレイ、７…第二次ミラーアレイ、８…出力側光ファイバ、９…出力側コリメータレンズ、１０…出力側コリメータレンズアレイ、１１…レーザーダイオード、１２…フォトダイオード、１３…計測光、１１０…第一次計測ミラー、１２０…第二次計測ミラー、１４…ミラー制御装置、１５…処理装置、１６…光スイッチ制御装置、２０…従来の光スイッチ、３１…カプラ
【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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