(57)【要約】【課題】  一つの電流源で各コイルに順方向と逆方向の電流を供給でき、各コイルに電流の方向によらず一定の電流を供給できる光スイッチアレイ制御回路を得る。【解決手段】  アレイ状に配置された複数のコイルＬｍｎの各々に順方向又は逆方向の電流を与え、各コイルＬｍｎからローレンツカを得るものにおいて、一定の電流を供給する電流源Ｉ１と、この電流源から対応するコイルヘの電流パスを選択信号に基づいて順方向、逆方向、電流ゼロの何れかに設定する電流選択回路ＭＣ１１〜ＭＣ１４を有する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アレイ状に配置された複数のコイルの各々に順方向又は逆方向の電流を与え、各コイルからローレンツカを得る光スイッチアレイ制御回路において、
一定の電流を供給する電流源と、
この電流源から各コイルヘの電流パスを選択信号に基づいて順方向、逆方向、電流ゼロの何れかに設定する電流選択回路を有することを特徴とする光スイッチアレイ制御回路。
【請求項２】
アレイ状に配置された複数のコイルの各々に順方向又は逆方向の電流を与え、各コイルからローレンツカを得る光スイッチアレイ制御回路において、
一定の電流を供給する一つの電流源と、
この電流源から各コイルヘの電流パスを選択信号に基づいて順方向、逆方向、電流ゼロの何れかに設定する電流選択回路を有することを特徴とする光スイッチアレイ制御回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アレイ状に配置された複数のコイルの各々に順方向又は逆方向の電流を与え、各コイルからローレンツカを得る光スイッチアレイ制御回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マイクロマシニング技術の進展に伴い、種々の分野においてアクチュエータの重要性が高まっている。マイクロアクチュエータが用いられている分野の一例として、光通信などに利用され、光路を切り替える光スイッチがある。図４は、光スイッチアレーを備えた光スイッチシステムの一例を示す概略構成図である。
【０００３】
この光スイッチシステムは、光スイッチアレー１と、光入力用光ファイバ２と、光出力用光ファイバ３，４と、光スイッチアレー１に対して略均一な磁界を発生する磁石５と、光路切替状態指令信号に応答して、光路切替状態指令信号が示す光路切換状態を実現するための制御信号を光スイッチアレー１に供給する外部制御回路６を備えている。そして、光スイッチアレー１は、基板１１と、その上に行列状に配置されたミラー１２を備えている。
【０００４】
このミラー１２を外部制御回路６からの制御信号に応じてマイクロアクチュエータにより回転させる。このミラー１２及びマイクロアクチュエータからなる光スイッチにより、光入力用光ファイバ２からの入射光を光出力用光ファイバ３又は光出力用光ファイバ４に選択的に入射することができる。
【０００５】
この光スイッチは、静電力やローレンツ力により駆動する。ここで、ローレンツ力により駆動する光スイッチの構成は、磁石５により生じた磁界５ａ内にコイルを配置し、このコイルに通電することでローレンツ力を生じさせるようになっている。このため、電気回路的には１個のコイルと見なせる。また、静電力により駆動する光スイッチは、電気回路的には１個のコンデンサとみなせる。
【０００６】
次に、従来の光スイッチアレイ制御回路を図５に示す（例えば、特許文献１参照）。この光スイッチアレイ制御回路は、アレイ状に配置された複数のコイルの各々に順方向又は逆方向の電流を与え、各コイルからローレンツカを得るものである。ここで、ｍ行ｎ列目の光スイッチのコンデンサ及びコイルをそれぞれＣｍｎ及びＬｍｎと表記する。また、コンデンサＣｍｎ及びコイルＬｍｎに対して、それぞれ列選択スイッチＭｍｎｂ，Ｍｍｎｄと、行選択スイッチＭｍｎａ，Ｍｍｎｃが設けられている。
【０００７】
そして、コイルＬｍｎに対して設けられた列選択スイッチＭｍｎｄの一端は、電流制御スイッチＭＣ３を介して電流＋Ｉを供給する電流源Ｉ１の一端、及び、電流制御スイッチＭＣ４を介して電流−Ｉを供給する電流源Ｉ２の一端に接続されている。また、電流源Ｉ１，Ｉ２の他端はグランドに接続されている。これにより、選択されたコイルに電流＋Ｉ又は電流−Ｉが供給され、対応する光スイッチが駆動される。
【０００８】
また、従来の光スイッチアレイ制御回路では、列選択スイッチＭｍｎｂ，Ｍｍｎｄ、行選択スイッチＭｍｎａ，Ｍｍｎｃ、電流制御スイッチＭＣ３，スイッチＭＣ４をＭＯＳトランジスタで構成している。
【特許文献１】特開２００３−１５９６９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の光スイッチアレイ制御回路では、ＧＮＤに対して流し込む方向（以下、順方向）と引き抜く方向（以下、逆方向）の両方の電流が必要であるため、極性の異なる２つの電流源Ｉ１，Ｉ２を必要とするという欠点があった。
【００１０】
また、従来の光スイッチアレイ制御回路におけるローレンツ電流の電流経路の抵抗値とローレンツ電流の関係についての回路シミュレーション結果を図６に示す。図中で、横軸はコイル内のローレンツ電流の経路及びそれ以外のアレイ上に形成される電流経路の合計の抵抗値を示し、縦軸はローレンツ電流の値を示す。この図に示すように、供給可能な電流の絶対値は、順方向では２０ｍＡ程度であるのに対し、逆方向では１０ｍＡ程度しかなく、２倍近い差が生じている。即ち、従来の光スイッチアレイ制御回路では、順方向と逆方向で供給可能な電流の絶対値に差が生じるという欠点があった。
【００１１】
これにより、コイルが順方向に動作する場合と逆方向に動作する場合で、切り替えに必要な時間に差が発生してしまう。そのため、コイルの制御に用いるローレンツ電流は、順方向と逆方向の電流量の設定に制約条件が少ないことが設計上望ましい。
【００１２】
ここで、順方向と逆方向で差が生じているのは、Ｎ型又はＰ型の単極性のＭＯＳトランジスタで構成したスイッチにより電流を制御しているためである。これに対して、一般的には、Ｐ型及びＮ型のＭＯＳトランジスタのソース端子とドレイン端子をそれぞれ接続してスイッチを構成することが行われている。このスイッチでは、Ｐ型トランジスタのソース・ドレイン間の抵抗が大きくなるバイアス条件ではＮ型トランジスタが電流の主な経路になり、Ｎ型トランジスタのソース・ドレイン間の抵抗が大きくなるバイアス条件ではＰ型トランジスタが電流の主な経路になる。これにより、広いバイアス条件でスイッチの抵抗を下げることができる。
【００１３】
しかし、アレイ状に配列された複数のコイルにそれぞれ設けられる列選択スイッチや行選択スイッチは小さな面積しか占有できない。また、コイルの製造歩留まりを向上させるためにコイルの下地となるプロセスの工程をなるべく削減し、制御回路の表面を平坦化する必要がある。このため、Ｎ型又はＰ型の単極性のＭＯＳトランジスタでスイッチを構成せざるを得ない。
【００１４】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、一つの電流源で各コイルに順方向と逆方向の電流を供給でき、各コイルに電流の方向によらず一定の電流を供給できる光スイッチアレイ制御回路を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る光スイッチアレイ制御回路は、アレイ状に配置された複数のコイルの各々に順方向又は逆方向の電流を与え、各コイルからローレンツカを得るものにおいて、一定の電流を供給する電流源と、この電流源から対応するコイルヘの電流パスを選択信号に基づいて順方向、逆方向、電流ゼロの何れかに設定する電流選択回路を有する。本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、一つの電流源で各コイルに順方向と逆方向の電流を供給でき、各コイルに電流の方向によらず一定の電流を供給できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る光スイッチアレイ制御回路を示す回路図である。この光スイッチアレイ制御回路は、アレイ状に配置された複数のコイルの各々に順方向又は逆方向の電流を与え、各コイルからローレンツカを得るものである。ただし、図１では、説明を簡単にするため、９個の光スイッチを３行３列に配置しているが、これに限定されず、例えば１００行１００列の光スイッチを有する場合も原理は同一である。
【００１８】
単一の光スイッチは、電気回路的には、１個のコイルと見なせる。図１では、ｍ行ｎ列の光スイッチのコイルをＬｍｎと表記している。例えば、図１中の左上の（１行１列の）光スイッチのコイルをＬ１１と表記している。なお、本発明の主旨と直接関係の無いコンデンサに関する回路は省略している。
【００１９】
また、制御線の本数を減らすために、コイルＬｍｎに対してそれぞれ、列選択スイッチＭｍｎｄと行選択スイッチＭｍｎｃが設けられている。そして、コイルＬｍｎの一端が行選択スイッチＭｍｎｃの一端に接続され、行選択スイッチＭｍｎｃの他端が列選択スイッチＭｍｎｄの一端に接続され、列選択スイッチＭｍｎｄの他端は電流制御スイッチＭＣ１１，ＭＣ１２の一端に接続されている。また、電流制御スイッチＭＣ１１の他端は、絶対値及び方向が一定の電流＋Ｉを供給する電流源Ｉ１の一端に接続され、電流源Ｉ１の他端はグランドに接続されている。そして、電流制御スイッチＭＣ１２の他端はグランドに接続されている。
【００２０】
また、コイルＬｍｎの他端は電流制御スイッチＭＣ１３，ＭＣ１４の一端に接続され、電流制御スイッチＭＣ１３の他端は電流＋Ｉを供給する電流源Ｉ１の一端に接続され、電流源Ｉ１の他端はグランドに接続され、電流制御スイッチＭＣ１４の他端はグランドに接続されている。これらのスイッチＭＣ１１〜Ｍｃ１４，Ｍｍｎｃ，Ｍｍｎｄは、ＭＯＳトランジスタで構成することができる。また、電流制御スイッチＭＣ１１〜ＭＣ１４は、電流源Ｉ１から各コイルＬｍｎヘの電流パスを選択信号に基づいて順方向、逆方向、電流ゼロの何れかに設定する電流選択回路である。
【００２１】
１行目の行選択スイッチＭ１１ｃ，Ｍ１２ｃ，Ｍ１３ｃのゲートは端子Ｖ１に接続されている。同様に、２行目の行選択スイッチのゲートは端子Ｖ２に、３行目の行選択スイッチのゲートは端子Ｖ３にそれぞれ接続されている。
【００２２】
また、１列目の列選択スイッチＭ１１ｄ，Ｍ２１ｄ，Ｍ３１ｄのゲートは、端子Ｈ１に接続されている。同様に、２列目の列選択スイッチのゲートは端子Ｈ２に、３列目の列選択スイッチのゲートは端子Ｈ３にそれぞれ接続されている。
【００２３】
そして、電流制御スイッチＭＣ１１，ＭＣ１４のゲートは端子Ｃ３に接続され、電源制御スイッチＭＣ１２，ＭＣ１３のゲートは端子Ｃ４に接続されている。
【００２４】
次に、上述の構成を有する光スイッチアレイ制御回路の動作について説明する。ここで、電流制御スイッチＭＣ１１〜ＭＣ１４がＰ型のトランジスタで構成されているとする。
【００２５】
まず、コイルに順方向の電流を供給する場合は、端子Ｃ３をＬｏｗ、端子Ｃ４をＨｉｇｈにして、電流制御スイッチＭＣ１１，ＭＣ１４をオンさせる。これにより、電流源Ｉ１から出力された電流はＭＣ１１を通り、端子Ｖ１〜Ｖ３及び端子Ｈ１〜Ｈ３により選択されたコイルＬｍｎを通り、ＭＣ１４を通ってグランドに流入する。次に、コイルに逆方向の電流を供給する場合は、端子Ｃ４をＬｏｗ、端子Ｃ３をＨｉｇｈにして、電流制御スイッチＭＣ１２，ＭＣ１３をオンさせる。これにより、電流源Ｉ１から出力された電流はＭＣ１３を通り、端子Ｖ１〜Ｖ３及び端子Ｈ１〜Ｈ３により選択されたコイルＬｍｎを通り、電流制御スイッチＭＣ１２を通ってグランドに流入する。そして、コイルに電流を供給しない場合は、端子Ｃ３及び端子Ｃ４をＨｉｇｈにする。
【００２６】
以上説明したように、本発明の実施の形態１に係る光スイッチアレイ制御回路により、一つの電流源で各コイルに順方向と逆方向の電流を供給できる。このため、装置の小型化、軽量化、低コスト化に寄与する。さらに、制御回路に印加される電源電圧の最低電圧から最高電圧までの差が半分になり、微細な素子で構成するＭＯＳプロセスによる制御回路のラッチアップ現象発生を抑制し、信頼性を向上することができる。
【００２７】
本発明の実施の形態１に係る光スイッチアレイ制御回路におけるローレンツ電流の電流経路の抵抗値とローレンツ電流の関係についての回路シミュレーション結果を図６に示す。この図に示すように、供給可能な電流の絶対値が、逆方向、順方向ともに２０ｍＡである。即ち、本発明の実施の形態１に係る光スイッチアレイ制御回路により、各コイルに電流の方向によらず一定の電流を供給できる。
【００２８】
実施の形態２．
図３は本発明の実施の形態２に係る光スイッチアレイ制御回路を示す回路図である。図１と同じ構成要素には同じ番号を付し、説明を省略する。図１の回路との相違点として、図３の回路は列選択スイッチＭｍｎｄ及び電源制御スイッチＭＣ１３，ＭＣ１４が無く、電源制御スイッチＭＣ１５〜ＭＣ２０を有する。そして、電源制御スイッチＭＣ１１，ＭＣ１２，ＭＣ１５〜ＭＣ２０が、電流源Ｉ１から各コイルＬｍｎヘの電流パスを選択信号に基づいて順方向、逆方向、電流ゼロの何れかに設定する電流選択回路である。
【００２９】
１列目のコイルＬ１１〜Ｌ３１の他端は電源制御スイッチＭＣ１５及びＭＣ１６の一端に接続されている。同様に、２行目のコイルの他端は電源制御スイッチＭＣ１７及びＭＣ１８の一端に接続され、３列目のコイルの他端は電源制御スイッチＭＣ１９及びＭＣ２０の一端に接続されている。
【００３０】
また、電源制御スイッチＭＣ１５，ＭＣ１７及びＭＣ１９の他端は電流源Ｉ１の一端に接続され、電源制御スイッチＭＣ１６，ＭＣ１８及びＭＣ２０の他端はグランドに接続されている。
【００３１】
2005106846.tif 000003
【００３２】
以上説明した本発明の実施の形態２に係る光スイッチアレイ制御回路は、実施の形態１に係るものと同様の効果を有する。さらに、列選択スイッチＭｍｎｄを省略して、電源制御スイッチＭＣ１５〜ＭＣ２０としてアレイ領域の外側に移動したことにより、アレイ領域におけるスイッチに必要な面積が低減することができる。このため、同一面積をアレイ上のスイッチに割り当てれば、２倍の電流を扱うスイッチを構成でき、コイルの制御に関する設計上の制約を緩和することができる。また、垂直方向の制御線の本数が減るため、アレイ内にあるスイッチや他の電源線、信号線のレイアウトの自由度を増すことができる。
【００３３】
なお、実施の形態２では、実施の形態１に比べて、コイル制御回路にアドレス信号を供給するデコーダ回路に変更を要するが、本発明の意義を損なうものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光スイッチアレイ制御回路を示す回路図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る光スイッチアレイ制御回路におけるローレンツ電流の電流経路の抵抗値とローレンツ電流の関係についての回路シミュレーション結果を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態２における光スイッチアレイ制御回路を示す回路図である。
【図４】光スイッチアレーを備えた光スイッチシステムの一例を示す概略構成図である。
【図５】従来の光スイッチアレイ制御回路を示す回路図である。
【図６】従来の光スイッチアレイ制御回路におけるローレンツ電流の電流経路の抵抗値とローレンツ電流の関係についての回路シミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
Ｉ１  電流源
Ｌ１１〜Ｌ３３  コイル
ＭＣ１１〜ＭＣ２０  電源制御スイッチ（電流選択回路）
【図１】
2005106846.tif 000004
【図２】
2005106846.tif 000005
【図３】
2005106846.tif 000006
【図４】
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【図５】
2005106846.tif 000008
【図６】
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