(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、
出力光を出力する少なくとも１つの出力ポートと、
Ｘ軸およびこのＸ軸と直交するＹ軸に対して回動可能に支持されたミラーと、このミラーと対向配置された電極とを備え、操作量に応じた駆動電圧を前記電極に印加して前記ミラーを傾動させることにより前記入力ポートに入力された入力光を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、
前記電極に所定の範囲内で変化する操作量に対応する駆動電圧を印加して前記ミラーを摂動させる摂動部と、
前記ミラーを摂動させたときに、１の入力ポートからの入力光が１の出力ポートから出力される出力光の光強度を検出する検出部と、
前記所定の範囲で操作量を変化させる摂動パターンを設定する設定部と、
前記ミラーを前記Ｘ軸回りおよび前記Ｙ軸回りにそれぞれ回動させる操作量Ｖxおよび操作量Ｖyならびに前記検出部により検出される前記出力光の光強度を座標軸とする３次元空間における光強度分布形状に対して仮定した曲面形状数式モデルの各次数の係数を光強度分布関数曲面形状を同定することにより決定し、当該曲面形状の最大値に基づいて前記１の入力ポートと１の出力ポートに対する最適な操作量を演算する誤差演算補正部と、
前記操作量に応じた駆動電圧を前記電極に印加するスイッチング部と
を備え、
前記設定部は、前記操作量Ｖxおよび操作量Ｖyを座標軸とする平面上で 外側から中心に向かう軌跡を有する第１の螺旋の初期値と中心から外側に向かう軌跡を有する第２の螺旋の最終値を同一の操作量に設定し、前記第１の螺旋の最終値と前記第２の螺旋の初期値を同一の操作量に設定し、前記第１の螺旋から前記第２の螺旋上に順に操作量を変化させ、
前記摂動部は、前記設定部により設定された前記摂動パターンにしたがって前記ミラーを摂動させる
ことを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
前記誤差演算補正部は、
光強度分布関数形状モデルを２次楕円放物面と設定する
ことを特徴とする請求項１記載の光スイッチ。
【請求項３】
前記誤差演算補正部は、
仮定した曲面形状の数式モデルの各次数の係数を最小自乗法近似により算出する
ことを特徴とする請求項１記載の光スイッチ。
【請求項４】
入力光を入力する少なくとも１つの入力ポートと、出力光を出力する少なくとも１つの出力ポートと、Ｘ軸およびこのＸ軸と直交するＹ軸に対して回動可能に支持されたミラーと、このミラーと対向配置された電極とを備え、操作量に応じた駆動電圧を前記電極に印加して前記ミラーを傾動させることにより前記入力ポートに入力された入力光を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、前記電極に所定の範囲内で変化する操作量に対応する駆動電圧を印加して前記ミラーを摂動させる摂動ステップと、
前記ミラーを摂動させたときに、１の入力ポートからの入力光が１の出力ポートから出力される出力光の光強度を検出する検出ステップと、
前記所定の範囲で操作量を変化させる摂動パターンを設定する設定ステップと、
この設定ステップにより設定される摂動パターンで前記ミラーを摂動させる摂動ステップと、
前記ミラーを前記Ｘ軸回りおよび前記Ｙ軸回りにそれぞれ回動させる操作量Ｖxおよび操作量Ｖyならびに前記検出部により検出される前記出力光の光強度を座標軸とする３次元空間における光強度分布形状に対して仮定した曲面形状数式モデルの各次数の係数を光強度分布関数曲面形状を同定することにより決定し、当該曲面形状の最大値に基づいて前記１の入力ポートと１の出力ポートに対する最適な操作量を演算する誤差演算補正ステップと、
前記操作量に応じた駆動電圧を前記電極に印加するスイッチングステップと
を有し、
前記設定ステップは、前記操作量Ｖxおよび操作量Ｖyを座標軸とする平面上で 外側から中心に向かう軌跡を有する第１の螺旋の初期値と中心から外側に向かう軌跡を有する第２の螺旋の最終値を同一の操作量に設定し、前記第１の螺旋の最終値と前記第２の螺旋の初期値を同一の操作量に設定し、前記第１の螺旋から前記第２の螺旋上に順に操作量を変化させ、
前記摂動ステップは、前記設定部により設定された前記摂動パターンにしたがって前記ミラーを摂動させる
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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光スイッチおよびこの光スイッチの制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光スイッチを実現するための技術の１つとして、マイクロミラーを用いたものが提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。マイクロミラーを用いた従来の光スイッチを図８に示す。
【０００３】
図８に示す光スイッチは、入力ポート１ａと、出力ポート１ｂと、入力側マイクロミラーアレイ２ａと、出力側マイクロミラーアレイ２ｂとを備えている。入力ポート１ａと出力ポート１ｂは、それぞれ２次元的に配列された複数の光ファイバからなり、マイクロミラーアレイ２ａ，２ｂは、それぞれ２次元的に配列された複数のマイクロミラー装置３ａ，３ｂからなる。なお、図８における矢印は光ビームの進行方向を示している。
【０００４】
ある入力ポート１ａから出射した光信号は、この入力ポート１ａに対応する入力側マイクロミラーアレイ２ａのマイクロミラー装置３ａのミラーにより反射されて進行方向が変化させられる。後述するように、マイクロミラー装置３ａのミラーは２軸回りに回動可能に構成されており、マイクロミラー装置３ａの反射光を出力側マイクロミラーアレイ２ｂの任意のマイクロミラー装置３ｂに向けることができる。同様に、マイクロミラー装置３ｂのミラーも２軸回りに回動可能に構成されており、ミラーの傾斜角を適当に制御することにより、マイクロミラー装置３ｂの反射光を任意の出力ポート１ｂに向けることができる。したがって、入力側マイクロミラーアレイ２ａと出力側マイクロミラーアレイ２ｂのミラーの傾斜角を適当に制御することにより光路の切り替えを行い、２次元的に配列された任意の入力ポート１ａと出力ポート１ｂとの間を接続することができる。
【０００５】
このような光スイッチの構成要素として最も特徴的なものがミラーを有するマイクロミラー装置３ａ，３ｂである。従来より、マイクロミラー装置は、図９，図１０に示すように、ミラーが形成されたミラー基板２００と、電極が形成された電極基板３００とが並行に配設された構造を有する（非特許文献１参照。）。
【０００６】
ミラー基板２００は、板状の枠部２１０と、枠部２１０の開口内に配設された可動枠２２０と、可動枠２２０の開口内に配設されたミラー２３０とを有する。枠部２１０、トーションバネ２１１ａ，２１１ｂ，２２１ａ，２２１ｂ、可動枠２２０およびミラー２３０は例えば単結晶シリコンで一体形成されている。ミラー２３０の表面には例えば３層のＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ層が形成されている。一対のトーションバネ２１１ａ，２１１ｂは、枠部２１０と可動枠２２０とを連結している。可動枠２２０は、一対のトーションバネ２１１ａ，２１１ｂを通る図９の可動枠回転軸Ｘを軸として回動することができる。同様に、一対のトーションバネ２２１ａ，２２１ｂは、可動枠２２０とミラー２３０とを連結している。ミラー２３０は、一対のトーションバネ２２１ａ，２２１ｂを通る図９のミラー回動軸Ｙを軸として回動することができる。可動枠回動軸Ｘとミラー回動軸Ｙとは、互いに直交している。結果として、ミラー２３０は、直交する２軸で回動する。
【０００７】
電極基板３００は、板状の基部３１０と、段丘状の突出部３２０とを有する。基部３１０と突出部３２０は例えば単結晶シリコンからなる。突出部３２０は、基部３１０の上面に形成された角錐台の形状を有する第２テラス３２２と、第２テラス３２２の上面に形成された角錐台の形状を有する第１テラス３２１と、第１テラス３２１の上面に形成された柱状の形状を有するピボット３３０とから構成される。突出部３２０の四隅とこの四隅に続く基部３１０の上面には、４つの電極３４０ａ〜３４０ｄが形成されている。また、基部３１０の上面には、突出部３２０を挟むように併設された一対の凸部３６０ａ，３６０ｂが形成されている。さらに、基部３１０の上面には、配線３７０が形成されており、この配線３７０には、引き出し線３４１ａ〜３４１ｄを介して電極３４０ａ〜３４０ｄが接続されている。なお、基部３１０の表面には酸化シリコン等からなる絶縁層３１１が形成されており、この絶縁層３１１の上に電極３４０ａ〜３４０ｄ、引き出し線３４１ａ〜３４１ｄ、配線３７０が形成されている。
【０００８】
以上のようなミラー基板２００と電極基板３００とは、ミラー２３０と電極３４０ａ〜３４０ｄとが対向配置されるように、枠部２１０の下面と凸部３６０ａ，３６０ｂの上面とを接合することにより、図１０に示すようなマイクロミラー装置を構成する。このようなマイクロミラー装置においては、ミラー２３０を接地し、電極３４０ａ〜３４０ｄに正の駆動電圧を与えて、しかも各電極３４０ａ〜３４０ｄとミラー２３０間に非対称な電位差を生じさせることにより、ミラー２３０を静電引力で吸引し、ミラー２３０を任意の方向へ回動させることができる。
【０００９】
【非特許文献１】T.Yamamoto, et al., 「A three-dimensional MEMS optical switching module having 100 input and 100 output ports」, Photonics Technology Letters, IEEE, Volume 15, Issue:10
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したような光スイッチでは、周囲の温度や湿度といった環境の変化や外部からの振動などの影響により、入出力ポートとミラー間の位置誤差やミラーの傾動角に変化が生じ、最適なミラー傾動角からのずれが徐々に大きくなり、出力光のパワー損失が時間とともに変動するドリフトが発生することがある。一般的な光ネットワークシステムに用いられる光スイッチは、この光スイッチ自体が損失変動の原因となるとその光ネットワークシステム全体に大きな影響を及ぼすため、光接続強度（出力光の光強度）の損失を所定の許容値内に抑える必要がある。
【００１１】
しかしながら、単位時間あたりのドリフト量が大きい場合には、このドリフトを抑えるための対策を何もとらないでいると、光接続強度が損失の許容値を超えてしまう恐れがある。このため、光スイッチにおいては、出力光の光強度をモニタすることにより安定した光接続強度を得る安定化制御が行われている。この安定化制御は、具体的には次の手順で行われる。まず、ミラー２３０の傾斜角を制御する制御装置（図示せず）により、マイクロミラー装置３ａ，３ｂに周期的に変化する駆動電圧を供給してミラー２３０に摂動（振動）を与えながら、出力ポート１ｂの出力端側に設けられた出力光測定装置（図示せず）によって出力光の光強度を測定する。次に、駆動電圧の摂動パターンと出力光の光強度の値を制御装置の記憶装置上に保持し、その摂動パターンの中の最大値を比較しながら、最大光接続強度を得る駆動電圧を最適駆動電圧として求める。例えば、初期値の出力電圧から設定した電圧幅±ΔＶで摂動させてそのときの出力強度を比較しながら最大値を探索する、いわゆる山登り法により、最適駆動電圧を求める。最後に、求めた最適駆動電圧を逐次ミラーに印加することを一定時間間隔毎に繰り返す。このような手法により、光接続強度の安定化が行われていた。
【００１２】
このような、いわゆる最大値比較型の最適値探索では、最適値を得るために複数回の探索を行う必要があり、１回当たりの摂動時間に１０ｍｓ程度要するため、全体として数百ｍｓの時間を要することとなる。このため、数十ｍｓのスイッチング速度が必要なデバイスには適用することができず、通信ネットワーク装置のスイッチング素子として用いることができる範囲が限定されていた。
【００１３】
そこで、本発明は、高速に光接続強度の最適値を求めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述したような課題を解決するために、本発明に係る光スイッチは、入力光を入力する少なくとも１つの入力ポートと、出力光を出力する少なくとも１つの出力ポートと、Ｘ軸およびこのＸ軸と直交するＹ軸に対して回動可能に支持されたミラーと、このミラーと対向配置された電極とを備え、操作量に応じた駆動電圧を電極に印加してミラーを傾動させることにより入力ポートに入力された入力光を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つのミラー装置と、電極に所定の範囲内で変化する操作量に対応する駆動電圧を印加してミラーを摂動させる摂動部と、ミラーを摂動させたときに、１の入力ポートからの入力光が１の出力ポートから出力される出力光の光強度を検出する検出部と、所定の範囲で操作量を変化させる摂動パターンを設定する設定部と、ミラーをＸ軸回りおよびＹ軸回りにそれぞれ回動させる操作量Ｖxおよび操作量Ｖyならびに検出部により検出される出力光の光強度を座標軸とする３次元空間における光強度分布形状に対して仮定した曲面形状数式モデルの各次数の係数を光強度分布関数曲面形状を同定することにより決定し、当該曲面形状の最大値に基づいてを１の入力ポートと１の出力ポートに対する最適な操作量を演算する誤差演算補正部と、操作量に応じた駆動電圧を電極に印加するスイッチング部とを備え、設定部は、操作量Ｖxおよび操作量Ｖyを座標軸とする平面上で 外側から中心に向かう軌跡を有する第１の螺旋の初期値と中心から外側に向かう軌跡を有する第２の螺旋の最終値を同一の操作量に設定し、第１の螺旋の最終値と第２の螺旋の初期値を同一の操作量に設定し、第１の螺旋から第２の螺旋上に順に操作量を変化させ、摂動部は、前記設定部により設定された前記摂動パターンにしたがって前記ミラーを摂動させることを特徴とする。
【００１７】
上記光スイッチにおいて、誤差演算補正部は、光強度分布関数形状モデルを２次楕円放物面と設定するようにしてもよい。
【００１８】
上記光スイッチにおいて、誤差演算補正部は、仮定した曲面形状の数式モデルの各次数の係数を最小自乗法近似により算出するようにしてもよい。
【００１９】
また、本発明に係る光スイッチの制御方法は、入力光を入力する少なくとも１つの入力ポートと、出力光を出力する少なくとも１つの出力ポートと、Ｘ軸およびこのＸ軸と直交するＹ軸に対して回動可能に支持されたミラーと、このミラーと対向配置された電極とを備え、操作量に応じた駆動電圧を電極に印加してミラーを傾動させることにより入力ポートに入力された入力光を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つのミラー装置とを備えた光スイッチに、電極に所定の範囲内で変化する操作量に対応する駆動電圧を印加してミラーを摂動させる摂動ステップと、ミラーを摂動させたときに、１の入力ポートからの入力光が１の出力ポートから出力される出力光の光強度を検出する検出ステップと、所定の範囲で操作量を変化させる摂動パターンを設定する設定ステップと、この設定ステップにより設定される摂動パターンでミラーを摂動させる摂動ステップと、ミラーをＸ軸回りおよびＹ軸回りにそれぞれ回動させる操作量Ｖxおよび操作量Ｖyならびに検出部により検出される出力光の光強度を座標軸とする３次元空間における光強度分布形状に対して仮定した曲面形状数式モデルの各次数の係数を光強度分布関数曲面形状を同定することにより決定し、当該曲面形状の最大値に基づいて１の入力ポートと１の出力ポートに対する最適な操作量を演算する誤差演算補正ステップと、操作量に応じた駆動電圧を電極に印加するスイッチングステップとを有し、設定ステップは、操作量Ｖxおよび操作量Ｖyを座標軸とする平面上で 外側から中心に向かう軌跡を有する第１の螺旋の初期値と中心から外側に向かう軌跡を有する第２の螺旋の最終値を同一の操作量に設定し、第１の螺旋の最終値と第２の螺旋の初期値を同一の操作量に設定し、第１の螺旋から前記第２の螺旋上に順に操作量を変化させ、摂動ステップは、設定部により設定された摂動パターンにしたがってミラーを摂動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、設定部により設定された摂動パターンに基づいてミラーを摂動させ、誤差演算補正部によりミラーをＸ軸回りおよびＹ軸回りにそれぞれ回動させる操作量Ｖxおよび操作量Ｖyならびに検出部により検出される出力光の光強度を座標軸とする３次元空間における光強度分布形状に対して仮定した曲面形状数式モデルの各次数の係数を光強度分布関数曲面形状を同定することにより決定し、当該曲面形状の最大値に基づいて１の入力ポートと１の出力ポートに対する最適な操作量を演算し、スイッチング部により誤差演算補正部により算出された操作量に応じた駆動電圧を電極に印加することにより、最大光強度を得る制御電圧を求めることが可能となり、１回の摂動で探索を終了して高速なスイッチングを実現することができるので、結果として、高速に光接続強度の最適値を求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本実施の形態において、図８，図９，図１０を参照して背景技術の欄で説明した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。
【００２２】
なお、図９によく示されるように、ミラー２３０には、４つの電極３４０ａ〜３４０ｄが対向配置されており、それぞれに電圧を印加させることにより、ミラー２３０をＸ軸およびＹ軸回りの任意の方向に傾動させることができる。ここで、ミラー２３０のＸ軸回りの傾動角をθx、Ｙ軸回りの傾動角をθy、傾動角θx，θyにそれぞれ１対１に対応する操作量をＶx，Ｖyとすると、電極３４０ａ〜３４０ｄそれぞれへの印加電圧Ｖ１〜Ｖ４は、下式（１０１）〜（１０４）で表される。
【００２３】
Ｖ1＝Ｖ0＋Ｖx  ・・・（１０１）
Ｖ2＝Ｖ0＋Ｖy  ・・・（１０２）
Ｖ3＝Ｖ0−Ｖx  ・・・（１０３）
Ｖ4＝Ｖ0−Ｖy  ・・・（１０４）
【００２４】
上式（１０１）〜（１０４）において、Ｖ0はバイアス電圧と呼ばれ、操作量からミラー傾動角への線形性を向上させることができる。
【００２５】
図１に示すように、本実施の形態に係る光スイッチは、入力ポート１ａと、出力ポート１ｂと、入力側マイクロミラー装置３ａと、出力側マイクロミラー装置３ｂと、出力光測定装置４と、制御装置５とを備える。
【００２６】
制御装置５は、図２に示すように、駆動部６と、検出部７と、記憶部９と、制御部１０とから構成される。
【００２７】
制御部１０は、光スイッチ全体の動作を制御する機能部であって、スイッチング部１０１と、摂動パターン設定部１０２と、操作量生成部１０３と、誤差演算補正部１０４とを少なくとも備えている。
【００２８】
スイッチング部１０１は、任意の入力ポート１ａと任意の出力ポート１ｂとの光路を接続する際、各ポートに対応するマイクロミラー装置３ａとマイクロミラー装置３ｂのミラー２３０の初期の傾動角に対応した操作量を記憶部９から読み出し、駆動部６を介して各駆動電極に駆動電圧を印加する。
【００２９】
摂動パターン設定部１０２は、ミラー２３０を初期の傾動角から摂動させる際の摂動幅ΔＶと摂動する際の分割点数ｐｔ（以下、「摂動点数」という）を設定し、摂動軌跡に基づいた操作量を生成する機能部である。ここで、ミラー２３０を摂動させるためにマイクロミラー装置３ａ，３ｂに周期的に変化させる操作量を、摂動操作量という。また、摂動とは、マイクロミラー装置３ａ，３ｂの各電極に摂動操作量を基に生成された駆動電圧を印加することにより、ミラー２３０を初期傾動角から回転摂動させることを意味する。例えば、図９，図１０に示すように４つの電極３４０ａ〜３４０ｄを有する場合、それぞれの電極に摂動操作量を基に生成された駆動電圧を印加することにより、ミラー２３０を摂動させることができる。この場合、各電極への印加電圧は、ミラー２３０との位置関係とミラー２３０を摂動させる方向等にしたがって決定する。仮に、Ｘ軸回りのミラー２３０の傾動角θxは、電極３４０ａと電極３４０ｃにより駆動され、ミラー２３０が電極３４０ａに近づく方向を正方向とする。また、Ｙ軸回りのミラー２３０の傾動角θyは、電極３４０ｂと電極３４０ｄとにより駆動され、ミラー２３０が電極３４０ｂに近づく方向を正方向とする。例えば、Ｘ軸方向の操作量をＶｘ＝１０［Ｖ］、Ｙ軸方向の摂動操作量Ｖｙ＝−２０［Ｖ］とした場合、電極３４０ａに１０［Ｖ］、電極３４０ｄに２０［Ｖ］の電圧を印加する。また、例えば、バイアス電圧を用いながら操作量から傾動角への線形性を増す場合には、式（１０１）〜（１０４）にしたがって操作量から駆動電圧の変換を行う。バイアス電圧Ｖ0＝３０［Ｖ］とすると、電極３４０ａにＶ0＋Ｖx＝４０［Ｖ］、電極３４０ｂにＶ0＋Ｖy＝１０［Ｖ］、電極３４０ｃにＶ0−Ｖx＝２０［Ｖ］、電極３４０ｄにＶ0−Ｖy＝５０［Ｖ］の電圧を印加する。これらの操作量から駆動電圧への変換は、駆動部６により行う。なお、以下において、ミラー２３０をＸ軸方向に回転させるために印加する電圧をＸ軸方向操作量、Ｙ軸方向に回転させるために印加する電圧をＹ軸方向操作量という。摂動パターン設定部１０２により設定された摂動幅ΔＶおよび駆動点数ｐｔは、記憶部９に記憶される。
【００３０】
操作量生成部１０３は、任意の入力ポート１ａと任意の出力ポート１ｂとの間で光路を接続する際、それぞれのポートに対応するマイクロミラー装置３ａと任意のマイクロミラー装置３ｂのミラー２３０に対し、光路接続のための初期の傾動角を設定するスイッチング部１０１により生成された初期操作量と、摂動パターン設定部１０２に基づいて摂動させるための摂動操作量により、それぞれのミラー２３０の操作量を生成し、駆動部６によりマイクロミラー装置３ａ，３ｂへの駆動電圧を印加する。
【００３１】
誤差演算補正部１０４は、操作量生成部１０３によりミラー２３０を摂動させたときの検出部７による出力光の光強度の検出結果から、光路を接続している入力ポート１ａと出力ポート１ｂのそれぞれのポートに対応するマイクロミラー装置３ａ，３ｂのミラー２３０の最適な傾動角を実現する操作量（以下、「動作操作量」という）を算出し、初期操作量を補正、更新する。この動作操作量は、記憶部９に記憶される。
【００３２】
このような制御装置５は、ＣＰＵなどの演算装置、メモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの記憶装置、キーボード、マウス、ポインティングデバイス、ボタン、タッチパネルなどの外部からの情報入力を検知する入力装置、インターネット、ＬＡＮ（Local Area Network）、ＷＡＮ（Wide Area Network）などの通信回線を介して各種情報の送受信を行うＩ／Ｆ装置およびＣＲＴ（Cathode Ray Tube）、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＦＥＤ（Field Emission Display）、有機ＥＬ（Electro Luminescence）等の表示装置等を備えたコンピュータと、このコンピュータにインストールされたプログラムとから構成される。すなわち、ハードウエア資源とソフトウエアが協働することによって、上記のハードウエア資源がプログラムによって制御され、上述した駆動部６、検出部７、記憶部９、制御部１０が実現される。なお、上記プログラムは、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、メモリカードなどの記録媒体に記録された状態で提供されるようにしてもよい。
【００３３】
＜摂動パターン設定動作＞
次に、摂動パターン設定部１０２による摂動パターンの設定動作について説明する。
【００３４】
摂動パターン設定部１０２は、予めユーザが入力した摂動を開始する初期値のＸ軸方向操作量Ｖxoと、Ｙ軸方向操作量Ｖyoと、摂動幅ΔＶと、摂動点数Ｐｔからミラーを摂動動作させる摂動操作量パターンを生成する。
【００３５】
参考例として、摂動幅ΔＶがそれぞれマイクロミラー装置３ａのＸ軸方向がΔＶｘ1、Ｙ軸方向がΔＶｙ1、マイクロミラー装置３ｂのＸ軸方向がΔＶｘ2、Ｙ軸方向がΔＶｙ2とした場合に、摂動操作量を螺旋状に２５点設定する場合について説明する。なお、Ｘ軸およびＹ軸は、ミラー２３０と略平行でかつ互いに直交するように設定されるものとする。マイクロミラー装置３ａの場合、図３（ａ）に示すように，ΔＶｘ1，ΔＶｙ1とからなる範囲内において、２５点分を所定間隔で分割することにより，摂動操作量を設定する。マイクロミラー装置３ｂの場合も同様に、図３（ｂ）に示すように，ΔＶｘ2，ΔＶｙ2とからなる範囲内において，２５点分を所定間隔で分割することにより，摂動操作量を設定する。なお、図３（ａ），図３（ｂ）に示す摂動操作量の各点は、Ｘ方向およびＹ方向の操作量を示している。
【００３６】
また、摂動パターン設定の一例として、摂動操作量を螺旋組み合わせ形状で２０点設定する場合について説明する。この場合、摂動パターン設定部１０２は、外側から中心に向かう軌跡を有する第１の螺旋の初期値と中心から外側に向かう軌跡を有する第２の螺旋の最終値を同一の操作量に設定し、かつ上記第１の螺旋の最終値と第２の螺旋の初期値を同一の操作量に設定し、第１の螺旋から第２の螺旋上に順に操作量を変化させた形状のことを意味する。具体的には、マイクロミラー装置３ａの場合、図４（ａ）に示すような摂動パターンで、摂動操作量を設定する。マイクロミラー装置３ｂの場合も同様に、図４（ｂ）に示すような摂動パターンで、摂動操作量を設定する。
【００３７】
外部から入力ポート１ａに光信号が入力され出力ポート１ｂに光路が接続されている状態で、各ポートに対応するマイクロミラー装置３ａとマイクロミラー装置３ｂについて、操作量生成部８４は、伝播する光信号の接続損が小さい最適な動作操作量を探索するために、予め設定された摂動パターンでミラー２３０を摂動させる。また、マイクロミラー装置３ｂの摂動量の初期値Ｖｘ02、Ｖｙ02に設定し、かつマイクロミラー装置３ａの摂動操作量により設定された２５点の操作量を駆動部６により駆動電圧に変換し順次出力しながら、ミラー２３０を摂動させる。このとき検出部７を介して出力光測定装置４により測定される光信号の光強度は、記憶部９に記憶される。
【００３８】
マイクロミラー装置３ａの摂動操作量に設定された２５点について順次移動させると、マイクロミラー装置３ａの操作量を初期値Ｖｘ01，Ｖｙ01に戻す。そして、マイクロミラー装置３ａの場合と同様にマイクロミラー装置３ｂの摂動を実施する。このとき、検出部７を介して出力光測定装置４により測定される光信号の光強度は、記憶部９に記憶される。マイクロミラー装置３ｂの摂動が終了した段階で、マイクロミラー装置３ｂの操作量を初期値Ｖｘ02，Ｖｙ02に戻す。
【００３９】
＜最適駆動電圧演算動作＞
次に、誤差演算補正部１０４による最適駆動電圧の演算動作について図５を参照して説明する。ここでは、光強度分布関数として以下に示す楕円２次曲面モデルを仮定した場合を例に説明する。
【００４０】
まず、制御部１０のスイッチング部１０１は、光路を接続する入力ポート１ａと出力ポート１ｂのそれぞれのポートに対応するマイクロミラー装置３ａ，３ｂのミラー２３０の初期傾動角に対応した操作量を記憶部９より読み出し、初期操作量を設定する。操作量生成部１０３は、初期操作量にしたがってそれぞれのマイクロミラー装置３ａ，３ｂの対応する電極に駆動電圧を印加する（ステップＳ１０）。
【００４１】
次に、摂動パターン設定部１０２は、設定した摂動操作量にしたがって、駆動部６により駆動電圧を順次印加する。このとき、検出部７を介して測定された出力光強度は、記憶部９に記憶される。続いて、誤差演算補正部１０４は、記憶部９から摂動パターン設定部１０２により設定された摂動電圧パターンＶx［ｉ］，Ｖy［ｉ］と出力光の光強度Ｐ［ｉ］とを読み込む（ステップＳ１１）。ここで、ｉは、駆動点数を意味する。
【００４２】
次に、誤差演算補正部１０４は、下式（１）に示す楕円２次曲面方程式にデータを代入する（ステップＳ１２）。ここでａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅの係数は、楕円２次曲面の形状を表すパラメータとなる。
【００４３】
Ｐ［ｉ］＝ａ×Ｖｘ［ｉ］2＋ｂ×Ｖｘ［ｉ］＋ｃ×Ｖｙ［ｉ］2＋ｄ×Ｖｙ［ｉ］＋ｅ
［ｉ＝０，…，ｎ]    ・・・（１）
【００４４】
データを代入すると、誤差演算補正部１０４は、記憶部９に記憶されたマイクロミラー装置３ａの摂動電圧パターンとそれに対応する出力光の光強度情報をそれぞれＶｘ［０］〜Ｖｘ［ｎ］，Ｖｙ［０］〜Ｖｙ［ｎ］，Ｐ［０］〜Ｐ［ｎ］の配列データとして読み出しこれらを楕円２次曲面の式に代入して連立１次方程式を作成する（ステップＳ１３）。
【００４５】
次に、連立１次方程式を例えば最小自乗法等により数値計算的に解き、係数行列[a,b,c,d,e]を算出する（ステップＳ１４）。係数行列を算出すると、最適操作量を算出する（ステップＳ１５）。ここで、モデルとして設定した楕円２次曲面の場合は、最適操作量Ｖｘp1は−ｂ／２ａ，Ｖｙp1は−ｄ／２ｃと算出される。マイクロミラー装置３ｂについても同様の手法によりＶｘp2，Ｖｙp2を算出することができる。このようにしてＶｘp1，Ｖｙp1，Ｖｘp2，Ｖｙp2を算出すると、誤差演算補正部１０４は、それらを記憶部９に送出し、初期操作量を更新する。初期操作量が更新されると、スイッチング部１０１は、更新された初期操作量にしたがって、駆動電圧をそれぞれのマイクロミラー装置３ａ，３ｂに印加する（ステップＳ１６）。これにより、光強度が最大となる出力光を得ることができる。
【００４６】
上述したような本実施の形態を用いて、光接続を行った実験結果を図６に示す。この図６において、符号ｅは出力光の光強度、符号ｆはマイクロミラー装置３ａへの駆動電圧の更新区間を表している。この図６からもよくわかるように、光強度の最大値を得る駆動電圧が算出可能であり、高速なスイッチング動作を実現できることが確認された。
【００４７】
このように、本実施の形態によれば、摂動パターン設定部１０２により設定された摂動パターンに基づいてミラーを摂動させ、誤差演算補正部１０４によりミラーをＸ軸回りおよびＹ軸回りにそれぞれ回動させる操作量Ｖxおよび操作量Ｖyならびに検出部７により検出される出力光の光強度を座標軸とする３次元空間における光強度分布形状に対して仮定した曲面形状数式モデルの各次数の係数を光強度分布関数曲面形状を同定することにより決定し、当該曲面形状の最大値に基づいて１の入力ポートと１の出力ポートに対する最適な操作量を演算し、スイッチング部１０１により誤差演算補正部により算出された操作量に応じた駆動電圧を電極に印加することにより、最大光強度を得る制御電圧を求めることが可能となり、１回の摂動で探索を終了して高速なスイッチングを実現することができるので、結果として、高速に光接続強度の最適値を求めることができる。
【００４８】
また、本実施の形態において用いた螺旋軌跡の組み合わせ型の摂動電圧パターンを用いることにより、螺旋軌跡の最終点付近での駆動速度を落とすことができることから、摂動後の残留振動を減らすことができ、最適値に移動するための制御電圧を印加するまでのタイムラグを減らすことが可能となる。したがって、より高速なスイッチング動作を実現することができる。  
【００４９】
また本実施の形態では、摂動電圧パターンとして螺旋軌跡または螺旋組み合わせ軌跡を設定するようにしたが、本実施の形態の主旨を逸脱しない範囲において、種々の幾何学的形状の軌跡を採用することができる。同様に、光強度分布の関数形状モデルを楕円２次曲面として説明したが、本実施の形態の主旨を逸脱しない範囲において、種々の曲面形状モデルを採用することができる。
【００５０】
なお、本実施の形態では、２つのマイクロミラー装置が存在する場合を例として説明を行ったが、後述する図７に示すような入力光から任意の波長を切り替えて出力ポートから出力する波長選択スイッチに適用できることはいうまでもない。この波長選択スイッチについて以下に説明する。
【００５１】
図７において、２１０は入力ポート、２１１ａ，２１１ｂは出力ポート、２１２はマイクロミラーアレイ、２１４は主レンズ、２１５は反射型回折格子、２１６は平行化レンズ、２１７ａ，２１７ｂはそれぞれ出力ポート２１１ａ，２１１ｂに設けられた出力光測定装置、２１９は駆動電圧決定部、２２０は制御装置である。マイクロミラーアレイ２１２は、１次元的に配列された複数のマイクロミラー装置２１３ａ，２１３ｂ，２１３ｃからなる。
【００５２】
入力ポート２１０は、波長が異なる複数の光信号が多重化された波長多重信号２２１を主レンズ２１４に向かって射出する。主レンズ２１４を通過した波長多重信号２２１は、反射回折格子２１５に入射する。反射回折格子２１５に入射した波長多重信号２２１は、反射回折格子２１５で反射され、波長が異なる複数の光信号２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃに分波される。分波された各光信号２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃは、再び主レンズ２１４を通って、それぞれ所定のマイクロミラー装置２１３ａ，２１３ｂ，２１３ｃに入射する。
【００５３】
各光信号２２２ａ，２２２ｂ，２２２ｃは、それぞれ対応するマイクロミラー装置２１３ａ，２１３ｂ，２１３ｃのミラーで反射された後、平行化レンズ１６によって平行化された光信号２２３ａ，２２３ｂ，２２３ｃとなり、主レンズ２１４を通って反射回折格子２１５に入射する。そして、各光信号２２３ａ，２２３ｂ，２２３ｃは、反射回折格子２１５で反射された後、再び主レンズ２１４を通って複数の出力ポート２１１ａ，２１１ｂのうちのいずれか１つの出力ポートに入射する。図７の例では、マイクロミラー装置２１３ａ，２１３ｃで反射された光信号２２３ａ，２２３ｃが出力ポート２１１ａに入射し、マイクロミラー装置２１３ｂで反射された光信号２２３ｂが出力ポート２１１ｂに入射している。
【００５４】
このように、入力ポート２１０からの波長多重信号２２１を反射回折格子２１５に入射させて複数の光信号に分波した後、分波した各光信号を対応するマイクロミラー装置２１３ａ，２１３ｂ，２１３ｃのミラーに入射させ、このときに各ミラーの向きを制御装置２０によって適宜制御することで、１つの波長の光信号あるいは波長が異なる複数の光信号から構成される光信号の組を１つあるいは複数組抽出して、各組毎に合波して所望の出力ポート２１１ａ，２１１ｂに入射させることができる。
【００５５】
ここで、各マイクロミラー装置２１３ａ，２１３ｂ，２１３ｃの構成は、上述したマイクロミラー装置３ａ，３ｂと同じである。
【００５６】
各出力光測定装置２１７ａ，２１７ｂは、対応する出力ポート２１１ａ，２１１ｂに入射した出力光の強度を検出し、電気信号に変換する。
【００５７】
駆動電圧決定部２１９は、制御装置５に指示を出してマイクロミラー装置２１３ａ，２１３ｂ，２１３ｃのミラーを摂動させたときの出力光測定装置２１７ａ，２１７ｂにより測定された出力光の強度に基づいて、この出力光の強度が最適な値になるように、マイクロミラー装置２１３ａ，２１３ｂ，２１３ｃのミラーを的確な角度に制御するための駆動電圧を決定する。
【００５８】
制御装置２２０は、駆動電圧決定部２１９の指示に基づいて、マイクロミラー装置２１３ａ，２１３ｂ，２１３ｃに駆動電圧を供給して、各ミラーを摂動させたり、各ミラーを所定の傾斜角に傾斜させる。
【００５９】
このような波長選択スイッチに含まれる各マイクロミラー装置に対して、上述したのと同様の方法により摂動を与え、このときの出力光の光強度を検出することにより、出力光の光強度が最大となる駆動電圧を算出することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、マイクロミラー装置などのスイッチング素子を有する装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係る光スイッチの構成を示すブロック図である。
【図２】制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】（ａ）は、マイクロミラー装置３ａに供給する摂動操作量の参考例を示す図、（ｂ）は、マイクロミラー装置３ｂに供給する摂動操作量の参考例を示す図である。
【図４】（ａ）は、マイクロミラー装置３ａに供給する摂動操作量の一例を示す図、（ｂ）は、マイクロミラー装置３ｂに供給する摂動操作量の一例を示す図である。
【図５】誤差演算補正部１０４の動作を示すフローチャートである。
【図６】本実施例の実験結果を示す図である。
【図７】本発明に係る波長選択スイッチの構成を模式的に示す図である。
【図８】光スイッチの構成を模式的に示す斜視図である。
【図９】ミラー装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【図１０】ミラー装置の構成を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１ａ…入力ポート、１ｂ…出力ポート、３ａ，３ｂ…マイクロミラー装置、４…出力光測定装置、５…制御装置、６…駆動部、７…検出部、８…制御部、９…記憶部、１０…制御部、１０１…スイッチング部、１０２…摂動パターン設定部、１０３…操作量生成部、１０４…誤差演算補正部。
【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１０】
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