JP2010224354A - 光スイッチとその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ミラーのドリフト現象や温度変化等の外乱が生じた場合であっても、シャットダウン減衰率のずれを抑制する。
【解決手段】光スイッチは、二つの回動軸ｘ，ｙ周りに回動可能なミラー、並びに制御電圧に応じた静電引力によりミラーを回動させる制御電極からなる二軸ＭＥＭＳミラー装置２０３と、ミラーをｘ軸周りに回動させる制御電圧をＶｘ、ミラーをｙ軸周りに回動させる制御電圧をＶｙ、入力ポート２００−１〜２００−ｎから出射した光信号がミラーで反射して出力ポート２０１に結合するときの光減衰率をＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）としたとき、制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）に対する光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）の微分値が最小で、かつ光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）が所望のシャットダウン減衰率に等しいときの制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）を、シャットダウン電圧とする制御回路部２１０ａとを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、波長選択スイッチ（WSS:Wavelength-Selective Switch）などの光スイッチに係り、特に光サージによる素子破壊を回避する技術に関するものである。

波長分割多重（WDM:Wavelength Division Multiplexer）光ネットワークでは、一般に複数のノードをリング状またはメッシュ状に接続している。各ノードには、減衰して届いた光を増幅するための入力側の光増幅器やノードから出て行く光の出力をブーストする出力側の光増幅器が備えられているほか、別のノードからこのノードの端局装置へ送り込む特定波長の光信号をＷＤＭ信号から抜き出す（Drop）ためのＤｒｏｐ型スイッチや、その逆に、端局装置から別のノードに向けて送り出す特定波長の光信号をＷＤＭ信号に加える（Ａｄｄ）ためのＡｄｄ型スイッチが存在する。あるノードから別のノードへの特定波長からなる光信号経路を波長パスと呼ぶが、特に図６のようにＷＳＳを使うことで波長パスをダイナミックに制御することが可能となり、光伝送路での障害発生時や新規の波長パス設定要求において柔軟迅速に対応することが可能になる。そのため、近年ＷＳＳが注目されている。

図６はノードの構成を示しており、１００−１，１００−２は入力側の光増幅器、１０１−１，１０１−２は出力側の光増幅器、１０２−１，１０２−２は別のノードからの光信号を分岐させる光カプラ、１０３−１，１０３−２はＤｒｏｐ型ＷＳＳ、１０４−１，１０４−２はＡｄｄ型ＷＳＳ、１０５は端局装置であるクライアント信号収容機能部、１０６−１，１０６−２はＤｒｏｐ型ＷＳＳ１０３−１，１０３−２によって抜き出された光信号を受信し、別のノードへの光信号をＡｄｄ型ＷＳＳ１０４−１，１０４−２へ送り出すトランスポンダである。

ところで、各ノードにおいては、図６に示すように、ノードの出入口あるいはＷＳＳ等の光スイッチの入力側と出力側に、光増幅器が接続されている。仮に、あるノードの端局装置の故障等もしくはノード間の光ケーブルが切断した等の理由により、光信号が途絶えた場合、光信号の届かなくなったノードの光増幅器は光入力がないままに励起状態で放置される。この状態で、突如、故障や断線が修復され光信号が一瞬で復帰した場合、光増幅器は励起状態のエネルギーを一挙に光に変えて出力するため、光サージが発生する。この光サージによって、下流の光部品や光受光素子が破壊されてしまうという不都合が生じる可能性があった。

これに対して、ＷＳＳ等の光スイッチが有する光減衰量可変機能（VOA:Variable optical attenuator）を利用することにより、光サージの発生を防ぐ方法が提案されている（特許文献１、特許文献２参照）。特許文献１、特許文献２に開示された方法を簡単に説明すると、ＷＳＳ等の光スイッチは入力光信号がないと判断すると、光減衰率をある大きな値にする。ただし、ここでの光減衰率は大きな減衰率ではあるものの、入力光信号が復帰した場合に、この復帰を検出できる程度の減衰率とする。光スイッチは、再び入力光信号が加わると、入力光信号が復帰したことを検出して、もとの光減衰率に、ある程度の時間をかけて復帰する。この結果、入力光信号がなくなる前の状態に、光サージを発生することなく復帰することが可能となる。

以下の説明では、光信号がないと判断して大きな減衰率状態に移ることを「シャットダウン」、光信号の復帰を判断して元の減衰率状態に戻ることを「パスアップ」、そしてこれらの状態制御のことを「シャットダウン制御」と呼ぶことにする。

昨今、低損失で広帯域なＷＳＳとして注目されているのが、二軸のＭＥＭＳ（Micro-electro-mechanical systems）ミラーを用いた空間光学系のＷＳＳである。図７に、このようなＭＥＭＳミラーを用いたＡｄｄ型ＷＳＳの構成を示す。このＷＳＳは、ｎ個の入力ポートから入力された複数（最大ｍチャンネル）の光信号を、一つの出力ポートに合波してＷＤＭ信号として出力するｎ入力１出力のスイッチである。

Ａｄｄ型ＷＳＳは、ｎ本の入力ポート２００−１〜２００−ｎと、１本の出力ポート２０１と、入力ポート２００−１〜２００−ｎからの複数の光信号を分波する回折格子２０２と、分波された光信号を出力ポート２０１と任意の結合率で結合させるための二軸ＭＥＭＳミラー装置２０３−１〜２０３−ｍと、出力ポート２０１の出力パワーの一部を分岐させるカプラ２０４と、カプラ２０４で分岐された光をｍチャンネルに分波する１×ｍ分波器２０５と、ｍチャンネルの光をそれぞれ電気信号に変換するフォトダイオード２０６−１〜２０６−ｍと、フォトダイオード２０６−１〜２０６−ｍからの電気信号をそれぞれデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器２０７と、Ａ／Ｄ変換器２０７からの出力パワー情報を使って二軸ＭＥＭＳミラー装置２０３−１〜２０３−ｍの制御電極に最適な電圧を印加するミラー制御回路２０８とから構成される。

さらに図７を、ある一つのチャンネルにのみ注目して簡略化した図が図８である。この図８を使ってＷＳＳの動作について説明する。図８において、２０９は入力ポート２００−１〜２００−ｎと出力ポート２０１と回折格子２０２と二軸ＭＥＭＳミラー装置２０３とからなる空間光学系光スイッチ部、２１０はカプラ２０４とフォトダイオード２０６とＡ／Ｄ変換器２０７とミラー制御回路２０８とからなる制御回路部である。なお、図８では、一つのチャンネルについてのみ記載しているため、制御回路部２１０内の１×ｍ分波器２０５を省略している。

二軸ＭＥＭＳミラー装置２０３のミラーは、図８に示す二つの回動軸のうちｘ軸周りについては、ｎ本の入力ポート２００−１〜２００−ｎのどれか１ポートと１本の出力ポート２０１との結合が合うように（ｘ軸周りの回動方向に関して光が最小損失になるように）回動する。すなわち、二軸ＭＥＭＳミラー装置２０３のミラーは、入力ポート２００−１〜２００−ｎが並んだ方向に光信号の経路を動かすように回動する。また、二軸ＭＥＭＳミラー装置２０３のミラーは、ｙ軸周りに回動するとき、ｘ軸に対して直交方向に回動することになるので、入力ポート２００−１〜２００−ｎが並んだ方向と直交する方向に光信号の経路を動かすように回動する。

入力ポート２００−１〜２００−ｎから出力ポート２０１への結合率、すなわち光減衰率を変えるには、二軸ＭＥＭＳミラー装置２０３のミラーをｘ軸、ｙ軸どちらの軸周りで回しても可能である。しかし、一般には、入力ポート２００−１〜２００−ｎの並び方向に光信号の経路を動かすことができるｘ軸周りの回動は、主に入力ポート２００−１〜２００−ｎの選択に用いられる。また、入力ポート２００−１〜２００−ｎの並び方向と直交する方向に光信号の経路を動かすことができるｙ軸周りの回動は、入力ポート２００−１〜２００−ｎのうち注目する１つの入力ポートと出力ポート２０１との結合状態を変えても、隣接する入力ポートと出力ポート２０１との結合状態に影響を与えにくいことから、主に光減衰率の制御に用いられる。

二軸ＭＥＭＳミラー装置２０３には、二つの軸周りの回動をそれぞれを制御するための制御変数Ｖｘ，Ｖｙが存在する。これらの制御変数のどちらも単位は電圧であるので、制御電圧Ｖｘ，Ｖｙと呼ぶ。制御電圧Ｖｘを変えると、二軸ＭＥＭＳミラー装置２０３のミラーのｘ軸周りの回動角が変化し、制御電圧Ｖｙを変えると、ミラーのｙ軸周りの回動角が変化する。

図８に示したように入力ポート２００−１〜２００−ｎはｘ軸と直交して並んでいるので、それぞれの入力ポート２００−１〜２００−ｎと出力ポート２０１とを最適に結合するｘ軸周りの回動角が、入力ポート２００−１〜２００−ｎの数ｎだけ存在する。そして、このｎ個の回動角に応じて各入力ポート２００−１〜２００−ｎと出力ポート２０１とを最適に結合する制御電圧Ｖｘも、入力ポート２００−１〜２００−ｎの数ｎだけ存在する。

一方、入力ポート２００−１〜２００−ｎはｙ軸と平行に並んでいるので、仮に１つの入力ポートと出力ポート２０１とが最適結合している状態（光減衰率が最も小さくなる状態）から二軸ＭＥＭＳミラー装置２０３のミラーにｙ軸周りの回動を与えると、結合状態が悪化して、この入力ポートと出力ポート２０１との間の光減衰率が増大する。その結果、ｙ軸周りの光減衰率特性は、光減衰率が最も小さくなる点をピークとして、このピーク点からｙ軸周りの回動角がずれるほど光減衰率が大きくなるという、Ｖ字形のプロファイルを示す。よって、ある入力ポートと出力ポート２０１とを最適に結合する、すなわち光減衰率が最小の制御電圧Ｖｙは１つだけ存在する。

以上の説明を基に光減衰率の等高線を図で示すと図９のようになる。図９において、３３０−１，３３０−２，３３０−（ｎ−１），３３０−ｎはそれぞれ入力ポート２００−１，２００−２，２００−（ｎ−１），２００−ｎに関する光減衰率の等高線である。前述のとおり、ｘ軸周りの回動方向にはｎポート分のピーク（図９の同心楕円の中心）が存在し、ｙ軸周りの回動方向には１つのピークが存在する。この結果、Ｖｘ−Ｖｙ平面上の光減衰率等高線は、Ｖｙ方向に細長くなった楕円がＶｘ方向にｎ個並んだ、特長的な形状を示す。この光減衰率等高線では、同心楕円の外側の楕円ほど光減衰率が大きいことを示している。

入力ポート２００−１〜２００−ｎのうちの１つの入力ポートと出力ポート２０１との間の光減衰率は、光減衰率が最も小さくなるピーク位置を中心に制御電圧Ｖｘ，Ｖｙがどの方向に変化しても、ピーク位置から外れるにつれて大きくなる。よって、光減衰率を制御する場合は、ピークを通る経路を、例えばＶｙ＝ｆ（Ｖｘ）などと関数として定義し、制御電圧Ｖｘを変数として光減衰率を制御する方法が考えられる。または、媒介変数Ｖｔを用いて、Ｖｘ＝ｆｘ（Ｖｔ）、Ｖｙ＝ｆｙ（Ｖｔ）といったように媒介変数Ｖｔの関数で制御電圧Ｖｘ，Ｖｙを表現し、Ｖｔを変数として光減衰率を制御してもよい。

先にミラーのｙ軸周りの回動は主に光減衰率の制御に使われると述べたが、必ずしもｙ軸周りの回動、すなわち制御電圧Ｖｙによる動きだけで光減衰率の制御を行う必要はない。むしろ、光学的な透過特性を考慮すると、制御電圧Ｖｘ，Ｖｙ共に使ってミラーを回動させたほうがよい場合がある。例えば、図９の、入力ポート毎に、ピークを通る斜めに引いた経路３３１を使って光減衰率を制御してもよい。この経路３３１上の光減衰率を示したものが、ＶＯＡ特性である。このＶＯＡ特性を、横軸にＶｘやＶｔなどの制御電圧、縦軸に光減衰率をとったグラフで表すと図１０のようになる。

特許第３９７６５５４号公報 特開２００７−６７７５８号公報

前述のシャットダウン制御を実現するときに、従来の方法では、図１０で示したようなＶＯＡ特性上にシャットダウン減衰率を定義し、その減衰率になるように制御変数を調節していた。ＭＥＭＳミラーを使ったＷＳＳの場合ならば、図１１のシャットダウン減衰率を与える制御電圧ＶｓｄをＭＥＭＳミラーの制御電極に印加することになる。このように、既存のシャットダウン制御では、ＶＯＡ特性を利用して、所望のシャットダウン減衰率を実現していた。

しかしながら、ＷＳＳで用いている二軸ＭＥＭＳミラー装置の場合、ＶＯＡ特性を使って所望の光減衰率になるようにＭＥＭＳミラーを回動させた場合、経時的に制御電圧が変わってしまうドリフト現象や周辺温度の変化によってＭＥＭＳミラーの回動角が変化し、光減衰率がずれる可能性がある。これらの外乱による影響を示した図が図１２である。図１２において、３６０は外乱がない場合のＶＯＡ特性、３６１は外乱がある場合のＶＯＡ特性である。このように、外乱によってＶＯＡ特性が変わってしまう結果、同じ制御電圧ＶｓｄをＭＥＭＳミラーの制御電極に与えているときの光減衰率もずれてしまう。図１２の３６２は外乱がある場合と外乱がない場合のシャットダウン減衰率のずれを示している。

ＷＳＳに入力光がある場合は、光減衰率のずれを検出して所望の光減衰率に戻すことも可能であるが、シャットダウン状態では入力光がないので、そのような制御は望めない。仮に、シャットダウン状態の光減衰率が所望のシャットダウン減衰率よりも大きい方にずれてしまった場合、最悪の場合、入力光が復帰しても、入力光の復帰を検出できないほどの大きな光減衰率になっていると、入力光が復帰したと判定できずに、そのままシャットダウン状態を続けてしまうという問題が発生する。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ミラーのドリフト現象や温度変化等の外乱が生じた場合であっても、シャットダウン減衰率のずれを抑制し、光信号が復帰したときにミラーをシャットダウン前の状態に確実に復帰させることができる光スイッチとその制御方法を提供することにある。

本発明の光スイッチは、少なくとも１本以上の入力ポートと、少なくとも１本以上の出力ポートと、前記入出力ポートが並ぶ方向と直交するｘ軸および前記入出力ポートが並ぶ方向と平行なｙ軸の二つの回動軸周りに回動可能なミラー、並びに制御電圧に応じた静電引力により前記ミラーを回動させる制御電極からなる二軸ＭＥＭＳミラー装置と、前記ミラーをｘ軸周りに回動させる制御電圧をＶｘ、前記ミラーをｙ軸周りに回動させる制御電圧をＶｙ、前記入力ポートから出射した光信号が前記ミラーで反射して前記出力ポートに結合するときの光減衰率をＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）としたとき、前記制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）に対する前記光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）の微分値が最小で、かつ前記光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）が所望のシャットダウン減衰率に等しいときの制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）を、シャットダウン状態の制御電圧であるシャットダウン電圧とする制御手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の光スイッチの１構成例において、前記制御手段は、∂ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）／∂Ｖｘ＝０を満たし、かつ前記光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）が所望のシャットダウン減衰率に等しいときの制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）を、前記シャットダウン電圧とすることを特徴とするものである。
また、本発明の光スイッチの１構成例において、前記制御手段は、前記出力ポートからの光出力の一部を分岐させるカプラと、このカプラで分岐された光を電気信号に変換するフォトダイオードと、このフォトダイオードの出力に基づいて前記二軸ＭＥＭＳミラー装置の制御電極に前記制御電圧を印加するミラー制御回路とからなることを特徴とするものである。

また、本発明の光スイッチの１構成例において、前記ミラー制御回路は、前記シャットダウン状態に移行するときの光パワーの閾値であるシャットダウン閾値パワーと、前記シャットダウン状態から復帰するときの光パワーの閾値であるパスアップ閾値パワーと、入力ポート毎の前記シャットダウン電圧とを予め記憶するメモリと、前記フォトダイオードの出力に基づいて、前記出力ポートから出射する光のパワーを一定時間毎に測定し、前記シャットダウン状態でないときに測定した光パワーが前記シャットダウン閾値より小さい場合は、現在の制御電圧の値を復帰電圧として前記メモリに記憶させた上で、入力ポートに対応する前記シャットダウン電圧を制御電圧として前記二軸ＭＥＭＳミラー装置を前記シャットダウン状態に移行させ、前記シャットダウン状態において測定した光パワーが前記パスアップ閾値パワーより大きい場合は、前記復帰電圧を制御電圧として前記二軸ＭＥＭＳミラー装置を復帰させる演算手段と、この演算手段で決定された値の制御電圧を前記二軸ＭＥＭＳミラー装置の制御電極に印加する制御電圧印加手段とを有することを特徴とするものである。

また、本発明の光スイッチの１構成例において、前記制御手段は、注目する入力ポートについてＶｘ−Ｖｙ平面上の前記光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）の等高線図の中心電圧（Ｖｘｏ，Ｖｙｏ）を前記制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）の始点とし、Ｖｙを固定した場合の前記光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）が最小になる制御電圧Ｖｘの探索を、前記制御電圧Ｖｙを所定の増分値ｄＶｙだけ増加させながら繰り返し行い、前記光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）が所望のシャットダウン減衰率以上になった時点の制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）および前記光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）と、直前の制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）および光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）とから、前記光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）が前記シャットダウン減衰率と等しくなる制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）を算出し、この制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）を前記シャットダウン電圧として予め設定することを特徴とするものである。

また、本発明は、少なくとも１本以上の入力ポートと、少なくとも１本以上の出力ポートと、前記入出力ポートが並ぶ方向と直交するｘ軸および前記入出力ポートが並ぶ方向と平行なｙ軸の二つの回動軸周りに回動可能なミラー、並びに制御電圧に応じた静電引力により前記ミラーを回動させる制御電極からなる二軸ＭＥＭＳミラー装置とを備える光スイッチの制御方法において、前記ミラーをｘ軸周りに回動させる制御電圧をＶｘ、前記ミラーをｙ軸周りに回動させる制御電圧をＶｙ、前記入力ポートから出射した光信号が前記ミラーで反射して前記出力ポートに結合するときの光減衰率をＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）としたとき、前記制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）に対する前記光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）の微分値が最小で、かつ前記光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）が所望のシャットダウン減衰率に等しいときの制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）を、シャットダウン状態の制御電圧であるシャットダウン電圧とする制御手順を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の光スイッチの制御方法の１構成例において、前記制御手順は、∂ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）／∂Ｖｘ＝０を満たし、かつ前記光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）が所望のシャットダウン減衰率に等しいときの制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）を、前記シャットダウン電圧とすることを特徴とするものである。

また、本発明の光スイッチの制御方法の１構成例において、前記制御手順は、前記出力ポートからの光出力の一部をフォトダイオードで電気信号に変換し、このフォトダイオードの出力に基づいて、前記出力ポートから出射する光のパワーを一定時間毎に測定する光パワー測定手順と、前記シャットダウン状態でないときに測定した光パワーが予め定められたシャットダウン閾値より小さい場合は、現在の制御電圧の値を復帰電圧としてメモリに記憶させた上で、入力ポートに対応する予め定められたシャットダウン電圧を制御電圧として前記二軸ＭＥＭＳミラー装置を前記シャットダウン状態に移行させ、前記シャットダウン状態において測定した光パワーが予め定められたパスアップ閾値パワーより大きい場合は、前記復帰電圧を制御電圧として前記二軸ＭＥＭＳミラー装置を復帰させる演算手順と、この演算手順で決定された値の制御電圧を前記二軸ＭＥＭＳミラー装置の制御電極に印加する制御電圧印加手順とを含むことを特徴とするものである。

また、本発明の光スイッチの制御方法の１構成例は、さらに、前記制御手順の前に、注目する入力ポートについてＶｘ−Ｖｙ平面上の前記光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）の等高線図の中心電圧（Ｖｘｏ，Ｖｙｏ）を前記制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）の始点とし、Ｖｙを固定した場合の前記光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）が最小になる制御電圧Ｖｘの探索を、前記制御電圧Ｖｙを所定の増分値ｄＶｙだけ増加させながら繰り返し行い、前記光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）が所望のシャットダウン減衰率以上になった時点の制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）および前記光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）と、直前の制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）および光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）とから、前記光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）が前記シャットダウン減衰率と等しくなる制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）を算出し、この制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）を前記シャットダウン電圧として予め設定するシャットダウン電圧設定手順を備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）に対する光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）の微分値が最小で、かつ光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）が所望のシャットダウン減衰率に等しいときの制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）を、シャットダウン電圧とすることにより、従来のＶＯＡ特性上のシャットダウン状態と比べて、ドリフトや温度変化によりミラーの角度変化が生じた場合でも、その影響による光減衰率の変化が小さいため、所望のシャットダウン減衰率からのずれを小さく保つことが可能になる。その結果、本発明では、光信号の復帰を確実に検出することができるので、光信号が復帰したときにミラーがシャットダウン前の状態に復帰し損なう可能性を低減することができる。

本発明の効果を試算するためのプロファイルモデルを示す図である。 本発明の実施の形態に係る光スイッチの構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る光スイッチのシャットダウン制御アルゴリズムを説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態におけるシャットダウン電圧の測定方法を説明する図である。 本発明の実施の形態におけるシャットダウン電圧の測定方法を説明するフローチャートである。 波長選択スイッチを使ったノードの構成例を示すブロック図である。 Ａｄｄ型ｎ×１波長選択スイッチの構成例を示すブロック図である。 図７を１つのチャンネルに注目して簡略化したブロック図である。 制御電圧Ｖｘ−Ｖｙ平面上の光減衰率の等高線を示す図である。 光減衰率可変特性の例を示す図である。 図１０の光減衰率可変特性上においてシャットダウン減衰率を与える制御電圧を示す図である。 外乱が光減衰率可変特性に与える影響を示す図である。

［発明の原理］
本発明では、上記の問題に対して、ＶＯＡ特性上とは別に、ドリフトや温度変化などの外乱によってＭＥＭＳミラーの状態が変化しても、入力ポートと出力ポートとの間の光減衰率の変化としては大きく現れにくい制御電圧条件によって、シャットダウン状態を設定することを特徴とする。
この外乱があっても光減衰率が変化しにくい制御電圧条件とは、制御電圧に対する光減衰率の微分値が最も小さいところを指す。

本発明で制御の対象となるＭＥＭＳミラーは二軸ミラーなので、ＭＥＭＳミラーを回動させるための制御電圧もＶｘ，Ｖｙの二つがあり、それぞれの制御電圧に対する光減衰率の微分値も、∂ＡＴＴ／∂Ｖｘと∂ＡＴＴ／∂Ｖｙの二つがある。ＡＴＴは光減衰率を表す。数値解析的には、これらの微分値の二乗平均が最小になるところが求める制御電圧条件になるが、現実の光スイッチにおいて、この条件を満たす電圧を探索するのは非常に困難な作業であり、実用的な方法とは言えない。

そこで本発明では、図９に示したＶｘ方向にピークがｎ個あり、Ｖｙ方向にはピークは１個しかないという特徴的なＶｘ−Ｖｙ平面上の光減衰率プロファイルを活かして、シャットダウン状態を設定する。具体的には、ＭＥＭＳミラーのｘ軸周りの回動に対して外乱が加わった場合とｙ軸周りの回動に対して外乱量が加わった場合とを比較すると、同じ外乱量であっても、ｙ軸側（制御電圧Ｖｙ側）よりもｘ軸側（制御電圧Ｖｘ側）の方が光減衰率変化が非常に大きいことに着目して、光減衰率変化に敏感に効くＶｘのみに注目して、以下の式（１）の制御電圧条件によってシャットダウン状態を設定する。
∂ＡＴＴ／∂Ｖｘ＝０ ・・・（１）

光減衰率の変化は、理論的には制御電圧に対するＭＥＭＳミラーの角度変化特性がＶｘ，Ｖｙで同等の場合、ｎ＝１０であれば、制御電圧Ｖｙに関する光減衰率の変化よりも制御電圧Ｖｘに関する光減衰率の変化の方が１０倍大きい。

式（１）の制御電圧条件によってシャットダウン状態を設定することは、仮に光減衰率プロファイルの楕円の長軸がＶｙ軸と完全に平行ならば、シャットダウン減衰率になるまで制御電圧Ｖｙのみを変化させることを意味する。しかし、実際には制御電圧に対するＭＥＭＳミラーの角度変化特性に非線形性がある場合が多いので、光減衰率プロファイルの楕円長軸は、必ずしもＶｙ軸と平行にはならない。したがって、本発明は、単にＶＯＡ特性をＶｙ軸上に取った場合の、ＶＯＡ特性上のシャットダウン状態とは差別化される。

ここで、制御電圧に対するＭＥＭＳミラーの回動角特性がＶｘとＶｙに関して同一の二軸ＭＥＭＳミラー装置を使ったＷＳＳにおいて、従来のＶＯＡ特性上にシャットダウン状態を設定した場合と、本発明のように式（１）の制御電圧条件によってシャットダウン状態を設定した場合とで、制御電圧に対する光減衰率の微分値がどれくらい変わるかを試算する。ここでは、ｎ＝１０、すなわち入力ポートの数を１０本とする。

ｎ＝１０なので、光減衰率プロファイルの楕円の軸比（“１−扁平率”の逆数）＝長軸長／短軸長を１０とする（図１（Ａ））。また、光減衰率プロファイルを２次の放物曲面２０／１００²×Ｖｙ²で近似し、制御電圧がＶｙ方向にピークから１００Ｖ変化すると、光減衰率（ＡＴＴ）が２０ｄＢになると仮定する（図１（Ｂ））。さらに、従来のＶＯＡ特性は、図１（Ａ）の１００で示すように、Ｖｙ軸に対して５°傾いた制御電圧軸上の光減衰率特性であると仮定する。また、光減衰率プロファイルの楕円の中心位置（ピーク位置）を（Ｖｘｏ，Ｖｙｏ）とする。

このときの制御電圧ＶｘとＶｙの関係は、次式になる。
Ｖｙ−Ｖｙｏ＝（１／ｔａｎ５°）×（Ｖｘ−Ｖｘｏ） ・・・（２）
また、この条件におけるＶｘ−Ｖｙ平面上の光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）［ｄＢ］は次式で表される。
ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）＝（２０／１００²）×｛１０²×（Ｖｘ−Ｖｘｏ）²
＋（Ｖｙ−Ｖｙｏ）²｝ ・・・（３）

式（３）を制御電圧Ｖｘ，Ｖｙについて、それぞれ偏微分すると次式が得られる。
∂ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）／∂Ｖｘ＝（４０／１００）×（Ｖｘ−Ｖｘｏ）
・・・（４）
∂ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）／∂Ｖｙ＝（４０／１００²）×（Ｖｘ−Ｖｘｏ）
・・・（５）

シャットダウン減衰率を１０ｄＢとすると、従来のＶＯＡ特性上でシャットダウン減衰率を得られる制御電圧（便宜的にシャットダウン電圧と呼ぶ）は、式（２）と式（３）を連立して、ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）＝１０ｄＢの解として以下のように得られる。
（Ｖｘ，Ｖｙ）＝（４．７＋Ｖｘｏ，５３．３＋Ｖｙｏ） ・・・（６）
また、本発明におけるシャットダウン電圧は、楕円長軸上にあり、以下のようになる。
（Ｖｘ，Ｖｙ）＝（Ｖｘｏ，７１＋Ｖｙｏ） ・・・（７）

式（６）を式（４）、式（５）に代入すると、二つの偏微分値の二乗平均平方根は１．３ｄＢ／Ｖとなる。同様に、式（７）を式（４）、式（５）に代入すると、二つの偏微分値の二乗平均平方根は０．２ｄＢ／Ｖとなる。このように、本発明によれば、従来のＶＯＡ特性上にシャットダウン状態を設定する場合に比べて、制御電圧に対する光減衰率変化を１／６以下に低減できることが分かる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳細に説明する。図２は、本発明の実施の形態に係る光スイッチの構成例を示すブロック図である。
本実施の形態の光スイッチは、ｎ本の入力ポート２００−１〜２００−ｎと、１本の出力ポート２０１と、入力ポート２００−１〜２００−ｎからの複数の光信号を分波する回折格子２０２と、分波された光信号を出力ポート２０１と任意の結合率で結合させるための二軸ＭＥＭＳミラー装置２０３と、出力ポート２０１の出力パワーの一部を分岐させるカプラ２０４と、カプラ２０４で分岐された光を電気信号に変換するフォトダイオード２０６と、フォトダイオード２０６からの電気信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器２０７と、Ａ／Ｄ変換器２０７からのデジタルデータ（光出力パワー情報）を基に二軸ＭＥＭＳミラー装置２０３の制御電極に最適な電圧を印加するミラー制御回路２０８ａとから構成される。

図２において、２０９は入力ポート２００−１〜２００−ｎと出力ポート２０１と回折格子２０２と二軸ＭＥＭＳミラー装置２０３とからなる空間光学系光スイッチ部、２１０ａはカプラ２０４とフォトダイオード２０６とＡ／Ｄ変換器２０７とミラー制御回路２０８ａとからなる制御回路部である。

二軸ＭＥＭＳミラー装置２０３は、ミラー基板の開口部に支持部材を介して回動可能に支持された可動部材であるミラーと、ミラー基板と対向する電極基板上に配置された制御電極とを有するものであり、制御電極に電圧を印加することで発生した静電引力により、ミラーが回動するものである。このような二軸ＭＥＭＳミラー装置２０３の構成は周知であるので、二軸ＭＥＭＳミラー装置２０３の詳細な説明は詳細する。

なお、図２では、二軸ＭＥＭＳミラー装置２０３とフォトダイオード２０６とを一つのチャンネルについてのみ記載し、制御回路部２１０ａ内の１×ｍ分波器を省略している。
図２で示すように、本実施の形態の光スイッチの代表的な構成は、図７や図８の構成と同等であり、従来と同じ部分については詳細な説明は省く。

本実施の形態のミラー制御回路２０８ａは、二軸ＭＥＭＳミラー装置２０３の制御電極に印加する制御電圧の値を演算する演算器２１１と、演算器２１１の演算のために使用される情報を記憶するメモリ２１２と、光出力パワー情報を定期的にモニタするためのタイマー２１３と、演算器２１１で演算された値の制御電圧を二軸ＭＥＭＳミラー装置２０３の制御電極に印加する制御電圧印加部２１４とを有する。

メモリ２１２は、不揮発メモリと揮発メモリの２つのメモリから構成される。タイマーとは、離散時間ごとに演算器２１１にシャットダウン条件判断を実行するようトリガーをかけるものを総称して呼んでいる。したがって、タイマー２１３は、時計のような時間を計測するものだけではなく、クロック発信器、もしくはクロック発信器とカウンタとから構成される、離散時間を発生させるものであってもよい。

本実施の形態のシャットダウン制御に関するパラメータとしては、シャットダウン閾値パワーＰｓｄと、パスアップ閾値パワーＰｐｕと、各入力ポート用のシャットダウン電圧Ｖｘ＿ｓｄ［ｉ］，Ｖｙ＿ｓｄ［ｉ］と（ｉは入力ポート番号で１〜ｎの整数）、チャンネル毎にシャットダウン状態以前の光減衰率の状態に復帰するための復帰電圧Ｖｘ＿ｒｅｔ，Ｖｙ＿ｒｅｔと、シャットダウン状態かどうかを表すシャットダウン状態変数Ｓｔａｔｕｓ＿ｓｄとがある。シャットダウン閾値パワーＰｓｄとパスアップ閾値パワーＰｐｕとシャットダウン電圧Ｖｘ＿ｓｄ［ｉ］，Ｖｙ＿ｓｄ［ｉ］とは、予め規定された定数としてメモリ２１２内の不揮発メモリに格納されている。また、復帰電圧Ｖｘ＿ｒｅｔ，Ｖｙ＿ｒｅｔとシャットダウン状態変数Ｓｔａｔｕｓ＿ｓｄとは、変数としてメモリ２１２内の揮発メモリに格納される。

ここで、シャットダウン電圧Ｖｘ＿ｓｄ［ｉ］，Ｖｙ＿ｓｄ［ｉ］は、入力ポート２００−ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）に関して式（１）を満たし、かつ所定のシャットダウン減衰率を与える制御電圧である。
なお、ＷＳＳのように複数のチャンネル（ミラー）がある場合は、揮発メモリに格納される上記変数を必要に応じてチャンネル分だけ設ければよい。

本実施の形態の光スイッチの代表的なシャットダウン制御アルゴリズムのフローを図３に示す。ここでは、光が入力されている入力ポートを２００−ｉとする。
まず始めに、光スイッチは所望のスイッチ状態に設定される。このスイッチ状態とは、例えば所望の光減衰率に合わせた状態や、所望の光パワーが出力される状態などである。つまり、ミラー制御回路２０８ａの演算器２１１は、Ａ／Ｄ変換器２０７から入力されるデジタルデータに基づいて、入力ポート２００−ｉに入射した光が所望の光減衰率あるいは光パワーで出力ポート２０１から出るように制御電圧値を演算し、制御電圧印加部２１４は、演算器２１１で演算された値の制御電圧を二軸ＭＥＭＳミラー装置２０３の制御電極に印加する。これらの機能は従来から光スイッチに備わっている機能である。

この初期状態ではシャットダウン状態になっていないので、演算器２１１は、シャットダウン状態変数Ｓｔａｔｕｓ＿ｓｄをシャットダウン状態でないことを示す値（例えばＢｏｏｌｅａｎ変数とすれば、Ｆａｌｓｅなど）に初期化する（図３ステップＳ１）。
次に、演算器２１１は、定期的に光出力をモニタするために、シャットダウンのためのタイマー２１３に時間計測を開始させる（ステップＳ２）。

タイマー２１３がスタートすると、演算器２１１は、Ａ／Ｄ変換器２０７から入力されるデジタルデータに基づいて、出力ポート２０１から出射する光のパワーを定期的に計測する（ステップＳ３）。
続いて、演算器２１１は、シャットダウン状態かどうかを判定する（ステップＳ４）。この判定には、シャットダウン状態変数Ｓｔａｔｕｓ＿ｓｄの値を見ればよい。まず、シャットダウン状態ではない場合について説明する。

演算器２１１は、シャットダウン状態ではなく、かつ直前のステップＳ３で計測した光パワーが予め定められたシャットダウン閾値パワーＰｓｄ以上の場合（ステップＳ５においてＮＯ）、光信号が出力ポート２０１に届いていると判断する。この状態は、通常の光スイッチを使っている状態そのものである。この場合、演算器２１１は、タイマー２１３が停止したかどうかを判定する（ステップＳ６）。シャットダウンのための光パワーのモニタが必要な場合は、ステップＳ７に進み、一定時間経過後にステップＳ３に戻る。こうして、光信号が出力ポート２０１に届いている限り、ステップＳ３〜Ｓ７の処理が一定時間毎に繰り返し行われる。

また、演算器２１１は、シャットダウンのための光パワーのモニタが不要な状態になった場合は（ステップＳ６においてＹＥＳ）、タイマー２１３による時間計測を停止させて、図３のシャットダウン制御アルゴリズムフローから抜ける。

また、演算器２１１は、ステップＳ５において光パワーがシャットダウン閾値パワーＰｓｄより小さい場合、光源の故障や光ケーブルの断線など、なんらかの理由により光信号が出力ポート２０１に届いていないと判断して、シャットダウン状態に入る。演算器２１１は、シャットダウン状態に入る場合、まず光信号の復帰に備えて、シャットダウン状態前に戻れるように、二軸ＭＥＭＳミラー装置２０３の制御電極に現在印加している制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）を、復帰電圧（Ｖｘ＿ｒｅｔ，Ｖｙ＿ｒｅｔ）としてメモリ２１２に記憶させる（ステップＳ８）。

次に、演算器２１１は、入力ポート２００−ｉ用に予め定められたシャットダウン電圧（Ｖｘ＿ｓｄ［ｉ］，Ｖｙ＿ｓｄ［ｉ］）を制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）として、この制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）を二軸ＭＥＭＳミラー装置２０３の制御電極に印加する（ステップＳ９）。これにより、二軸ＭＥＭＳミラー装置２０３のミラーの状態は、上記の式（１）を満たし、かつ入力ポート２００−ｉと出力ポート２０１との間の光減衰率が所定のシャットダウン減衰率の状態となる。

演算器２１１は、シャットダウン状態になったので、シャットダウン状態変数Ｓｔａｔｕｓ＿ｓｄをシャットダウン状態になったことを示す値（例えばＢｏｏｌｅａｎ変数とすれば、Ｔｒｕｅなど）に変える（ステップＳ１０）。そして、演算器２１１は、ステップＳ７に進み、一定時間経過後にステップＳ３に戻る。

次に、ステップＳ４においてシャットダウン状態にある場合について説明する。演算器２１１は、シャットダウン状態で、かつ直前のステップＳ３で計測した光パワーが予め定められたパスアップ閾値パワーＰｐｕより大きい場合（ステップＳ１１においてＹＥＳ）、出力ポート２０１から出射する光信号が復帰したとみなし、シャットダウンする前の制御電圧である復帰電圧（Ｖｘ＿ｒｅｔ，Ｖｙ＿ｒｅｔ）を制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）として、この制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）を二軸ＭＥＭＳミラー装置２０３の制御電極に印加する（ステップＳ１２）。これにより、二軸ＭＥＭＳミラー装置２０３のミラーの状態は、シャットダウンする直前の状態に復帰する。

演算器２１１は、この時点でパスアップが完了しシャットダウン状態から抜けたので、シャットダウン状態変数Ｓｔａｔｕｓ＿ｓｄをシャットダウン状態ではないことを示す値（例えばＢｏｏｌｅａｎ変数とすれば、Ｆａｌｓｅなど）に変える（ステップＳ１３）。そして、演算器２１１は、ステップＳ７に進み、一定時間経過後にステップＳ３に戻る。

また、演算器２１１は、ステップＳ１１において光パワーがパスアップ閾値パワーＰｐｕ以下の場合、光信号は復帰していないとみなし、何もせずにステップＳ７に進み、一定時間経過後にステップＳ３に戻る。
以上のようにステップＳ３〜Ｓ１３の処理は、タイマー２１３の時間計測によって一定時間間隔で実施される。

以上のシャットダウン制御アルゴリズムにおいては、シャットダウン電圧（Ｖｘ＿ｓｄ，Ｖｙ＿ｓｄ）を入力ポート毎に予め測定し、メモリ２１２に格納しておく必要がある。図４は、シャットダウン電圧（Ｖｘ＿ｓｄ，Ｖｙ＿ｓｄ）の測定方法を説明する図である。この図４は、制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）とＭＥＭＳミラーの回動角との関係にある非線形性を考慮したＶｘ−Ｖｙ平面上の光減衰率の等高線図である。図４で示すように、式（１）を満たす制御電圧条件（図４の４０）は、必ずしもＶｙ軸と平行ではなく、弓状に湾曲している。この湾曲した曲線上のシャットダウン電圧（Ｖｘ＿ｓｄ，Ｖｙ＿ｓｄ）を得ることが、ここで説明する方法の目的である。

図５はシャットダウン電圧（Ｖｘ＿ｓｄ，Ｖｙ＿ｓｄ）の測定方法を説明するフローチャートである。ここでは、入力ポート２００−ｉ用のシャットダウン電圧を測定する場合を想定して説明する。
まず始めに、シャットダウン電圧設定手段となる演算器２１１は、入力ポート２００−ｉと出力ポート２０１との間の光減衰率が最小となる制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）を二軸ＭＥＭＳミラー装置２０３に印加する。すなわち、演算器２１１は、図４の光減衰率の等高線図の中心電圧（Ｖｘｏ，Ｖｙｏ）を制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）として、この制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）を二軸ＭＥＭＳミラー装置２０３の制御電極に印加する（図５ステップＳ２０）。

演算器２１１は、ステップＳ２０のように二軸ＭＥＭＳミラー装置２０３を制御した状態でＡ／Ｄ変換器２０７から入力されるデジタルデータに基づいて、出力ポート２０１から出射する光のパワーを測定し、光減衰率ＡＴＴ＝０における既知の光パワーと測定した光パワーとの差から、ステップＳ２０のように二軸ＭＥＭＳミラー装置２０３を制御した状態における光減衰率ＡＴＴを算出する（ステップＳ２１）。

なお、光減衰率ＡＴＴ＝０における光パワーは、設計者に委ねられた値なので、どのような値にすべきかを本実施の形態では特定しない。一つのチャンネル、一つの入力ポートしかない場合は、光減衰率ＡＴＴ＝０における光パワーを、光減衰率の等高線図の中心電圧（Ｖｘｏ，Ｖｙｏ）を二軸ＭＥＭＳミラー装置２０３の制御電極に印加したときの光パワーと定義し、光減衰率の等高線図の中心でＡＴＴ＝０になるように定める場合が多い。ＷＳＳのように多数のチャンネル、多数の入力ポートがある場合は、設計者が定めた特定のチャンネルの、特定の入力ポート用の中心電圧（Ｖｘｏ，Ｖｙｏ）をこの特定のチャンネルの二軸ＭＥＭＳミラー装置２０３の制御電極に印加したときの光パワーを、光減衰率ＡＴＴ＝０における光パワーとしてもよい。

次に、演算器２１１は、直前に算出した光減衰率ＡＴＴが所定のシャットダウン減衰率以上かどうかを判定する（ステップＳ２２）。
演算器２１１は、光減衰率ＡＴＴがシャットダウン減衰率より小さい場合（ステップＳ２２においてＮＯ）、現在の制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）および光減衰率ＡＴＴの値を、後の計算のために前回の値としてメモリ２１２に記録した後に、制御電圧ＶｙをｄＶｙだけ増加させる（ステップＳ２３）。ｄＶｙは、図４に示すように制御電圧Ｖｙの増分を示す所定値である。

続いて、演算器２１１は、制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）を二軸ＭＥＭＳミラー装置２０３の制御電極に印加した場合と、制御電圧ＶｘをｄＶｘだけ減らした制御電圧（Ｖｘ−ｄＶｘ，Ｖｙ）を二軸ＭＥＭＳミラー装置２０３の制御電極に印加した場合と、制御電圧ＶｘをｄＶｘだけ増やした制御電圧（Ｖｘ＋ｄＶｘ，Ｖｙ）を二軸ＭＥＭＳミラー装置２０３の制御電極に印加した場合の３点について、それぞれＡ／Ｄ変換器２０７から入力されるデジタルデータに基づいて光パワーを測定し、この測定結果から各点における光減衰率ＡＴＴをステップＳ２１と同様に算出する（ステップＳ２４）。ｄＶｘは、図４に示すように制御電圧Ｖｘの増減分を示す所定値である。

演算器２１１は、ステップＳ２４で算出した３点の光減衰率ＡＴＴの中で、最も小さい光減衰率ＡＴＴが、制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）を二軸ＭＥＭＳミラー装置２０３の制御電極に印加したときではなく、制御電圧（Ｖｘ−ｄＶｘ，Ｖｙ）または（Ｖｘ＋ｄＶｘ，Ｖｙ）のどちらかを印加したときに得られた場合は（ステップＳ２５においてＮＯ）、現在の制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）は極小点、すなわち式（１）を満たす状態にないとして、制御電圧Ｖｘを、最も小さい光減衰率ＡＴＴが得られたときのＶｘの値（Ｖｘ−ｄＶｘまたはＶｘ＋ｄＶｘ）に更新し（ステップＳ２６）、ステップＳ２４に戻る。こうして、制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）を二軸ＭＥＭＳミラー装置２０３の制御電極に印加した場合の光減衰率ＡＴＴが最も小さくなるまで、ステップＳ２４〜Ｓ２６の処理が繰り返し行われる。

次に、演算器２１１は、ステップＳ２４で算出した３点の光減衰率ＡＴＴの中で、最も小さい光減衰率ＡＴＴが、制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）を二軸ＭＥＭＳミラー装置２０３の制御電極に印加したときに得られた場合は（ステップＳ２５においてＹＥＳ）、現在の制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）は極小点、すなわち式（１）を満たす状態にあるとみなし、ステップＳ２２に戻る。

演算器２１１は、ステップＳ２５からステップＳ２２に戻った場合、ステップＳ２４で制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）を二軸ＭＥＭＳミラー装置２０３の制御電極に印加したときに算出した光減衰率ＡＴＴがシャットダウン減衰率以上かどうかを判定する（ステップＳ２２）。演算器２１１は、光減衰率ＡＴＴがシャットダウン減衰率より小さい場合、ステップＳ２３に進む。こうして、光減衰率ＡＴＴがシャットダウン減衰率より小さい場合は、ステップＳ２２〜Ｓ２６の処理が繰り返し行われる。

演算器２１１は、ステップＳ２２において光減衰率ＡＴＴがシャットダウン減衰率以上であると判定した場合は、シャットダウン電圧（Ｖｘ＿ｓｄ，Ｖｙ＿ｓｄ）を求める処理に移る。具体的には、演算器２１１は、現在の制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）および光減衰率ＡＴＴの値と、ステップＳ２３で記録しておいた直前の制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）および光減衰率ＡＴＴの値とを使って、光減衰率ＡＴＴが所定のシャットダウン減衰率と等しくなる制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）を線形補間などにより算出し、この制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）をシャットダウン電圧（Ｖｘ＿ｓｄ，Ｖｙ＿ｓｄ）とする（ステップＳ２７）。これで、シャットダウン電圧（Ｖｘ＿ｓｄ，Ｖｙ＿ｓｄ）の測定が終了する。その他の入力ポートについても同様にしてシャットダウン電圧（Ｖｘ＿ｓｄ，Ｖｙ＿ｓｄ）を求めることができる。

以上、説明したように、本実施の形態では、制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）に対する光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）の微分値が最小で、かつ光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）が所望のシャットダウン減衰率に等しいときの制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）を、シャットダウン電圧とすることにより、ドリフトや温度変化によりＭＥＭＳミラーの角度変化が生じた場合でも、その影響による光減衰率の変化が小さいため、所望のシャットダウン減衰率からのずれを小さく保つことが可能になる。その結果、本実施の形態では、光信号の復帰を確実に検出することができるので、光信号が復帰したときにＭＥＭＳミラーがシャットダウン前の状態に復帰し損なう可能性を低減することができる。

なお、本実施の形態において少なくとも演算器２１１とメモリ２１２とタイマー２１３とは、例えばＣＰＵ、記憶装置およびインタフェースを備えたコンピュータとこれらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。このようなコンピュータを動作させるためのプログラムは、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。ＣＰＵは、読み込んだプログラムを記憶装置に書き込み、このプログラムに従って本実施の形態で説明した処理を実行する。また、記憶媒体とＣＰＵで構成されるコンピュータの代わりに、プログラムや変数を書き込んだＦＰＧＡ（Field programmable gate array）と、制御に必要な変数を保存するためのフラッシュメモリのような不揮発メモリで演算器２１１とメモリ２１２を構成してもよい。

本発明は、光スイッチにおいて光サージによる素子破壊を回避する技術に適用することができる。

２００−１〜２００−ｎ…入力ポート、２０１…出力ポート、２０２…回折格子、２０３…二軸ＭＥＭＳミラー装置、２０４…カプラ、２０６…フォトダイオード、２０７…Ａ／Ｄ変換器、２０８ａ…ミラー制御回路、２０９…空間光学系光スイッチ部、２１０ａ…制御回路部、２１１…演算器、２１２…メモリ、２１３…タイマー、２１４…制御電圧印加部。

Claims (9)

1. 少なくとも１本以上の入力ポートと、
   少なくとも１本以上の出力ポートと、
   前記入出力ポートが並ぶ方向と直交するｘ軸および前記入出力ポートが並ぶ方向と平行なｙ軸の二つの回動軸周りに回動可能なミラー、並びに制御電圧に応じた静電引力により前記ミラーを回動させる制御電極からなる二軸ＭＥＭＳミラー装置と、
   前記ミラーをｘ軸周りに回動させる制御電圧をＶｘ、前記ミラーをｙ軸周りに回動させる制御電圧をＶｙ、前記入力ポートから出射した光信号が前記ミラーで反射して前記出力ポートに結合するときの光減衰率をＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）としたとき、前記制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）に対する前記光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）の微分値が最小で、かつ前記光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）が所望のシャットダウン減衰率に等しいときの制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）を、シャットダウン状態の制御電圧であるシャットダウン電圧とする制御手段とを備えることを特徴とする光スイッチ。
2. 請求項１記載の光スイッチにおいて、
   前記制御手段は、∂ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）／∂Ｖｘ＝０を満たし、かつ前記光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）が所望のシャットダウン減衰率に等しいときの制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）を、前記シャットダウン電圧とすることを特徴とする光スイッチ。
3. 請求項１または２記載の光スイッチにおいて、
   前記制御手段は、
   前記出力ポートからの光出力の一部を分岐させるカプラと、
   このカプラで分岐された光を電気信号に変換するフォトダイオードと、
   このフォトダイオードの出力に基づいて前記二軸ＭＥＭＳミラー装置の制御電極に前記制御電圧を印加するミラー制御回路とからなることを特徴とする光スイッチ。
4. 請求項３記載の光スイッチにおいて、
   前記ミラー制御回路は、
   前記シャットダウン状態に移行するときの光パワーの閾値であるシャットダウン閾値パワーと、前記シャットダウン状態から復帰するときの光パワーの閾値であるパスアップ閾値パワーと、入力ポート毎の前記シャットダウン電圧とを予め記憶するメモリと、
   前記フォトダイオードの出力に基づいて、前記出力ポートから出射する光のパワーを一定時間毎に測定し、前記シャットダウン状態でないときに測定した光パワーが前記シャットダウン閾値より小さい場合は、現在の制御電圧の値を復帰電圧として前記メモリに記憶させた上で、入力ポートに対応する前記シャットダウン電圧を制御電圧として前記二軸ＭＥＭＳミラー装置を前記シャットダウン状態に移行させ、前記シャットダウン状態において測定した光パワーが前記パスアップ閾値パワーより大きい場合は、前記復帰電圧を制御電圧として前記二軸ＭＥＭＳミラー装置を復帰させる演算手段と、
   この演算手段で決定された値の制御電圧を前記二軸ＭＥＭＳミラー装置の制御電極に印加する制御電圧印加手段とを有することを特徴とする光スイッチ。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光スイッチにおいて、
   前記制御手段は、注目する入力ポートについてＶｘ−Ｖｙ平面上の前記光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）の等高線図の中心電圧（Ｖｘｏ，Ｖｙｏ）を前記制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）の始点とし、Ｖｙを固定した場合の前記光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）が最小になる制御電圧Ｖｘの探索を、前記制御電圧Ｖｙを所定の増分値ｄＶｙだけ増加させながら繰り返し行い、前記光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）が所望のシャットダウン減衰率以上になった時点の制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）および前記光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）と、直前の制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）および光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）とから、前記光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）が前記シャットダウン減衰率と等しくなる制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）を算出し、この制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）を前記シャットダウン電圧として予め設定することを特徴とする光スイッチ。
6. 少なくとも１本以上の入力ポートと、少なくとも１本以上の出力ポートと、前記入出力ポートが並ぶ方向と直交するｘ軸および前記入出力ポートが並ぶ方向と平行なｙ軸の二つの回動軸周りに回動可能なミラー、並びに制御電圧に応じた静電引力により前記ミラーを回動させる制御電極からなる二軸ＭＥＭＳミラー装置とを備える光スイッチの制御方法において、
   前記ミラーをｘ軸周りに回動させる制御電圧をＶｘ、前記ミラーをｙ軸周りに回動させる制御電圧をＶｙ、前記入力ポートから出射した光信号が前記ミラーで反射して前記出力ポートに結合するときの光減衰率をＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）としたとき、前記制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）に対する前記光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）の微分値が最小で、かつ前記光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）が所望のシャットダウン減衰率に等しいときの制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）を、シャットダウン状態の制御電圧であるシャットダウン電圧とする制御手順を備えることを特徴とする光スイッチの制御方法。
7. 請求項６記載の光スイッチの制御方法において、
   前記制御手順は、∂ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）／∂Ｖｘ＝０を満たし、かつ前記光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）が所望のシャットダウン減衰率に等しいときの制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）を、前記シャットダウン電圧とすることを特徴とする光スイッチの制御方法。
8. 請求項６または７記載の光スイッチの制御方法において、
   前記制御手順は、
   前記出力ポートからの光出力の一部をフォトダイオードで電気信号に変換し、このフォトダイオードの出力に基づいて、前記出力ポートから出射する光のパワーを一定時間毎に測定する光パワー測定手順と、
   前記シャットダウン状態でないときに測定した光パワーが予め定められたシャットダウン閾値より小さい場合は、現在の制御電圧の値を復帰電圧としてメモリに記憶させた上で、入力ポートに対応する予め定められたシャットダウン電圧を制御電圧として前記二軸ＭＥＭＳミラー装置を前記シャットダウン状態に移行させ、前記シャットダウン状態において測定した光パワーが予め定められたパスアップ閾値パワーより大きい場合は、前記復帰電圧を制御電圧として前記二軸ＭＥＭＳミラー装置を復帰させる演算手順と、
   この演算手順で決定された値の制御電圧を前記二軸ＭＥＭＳミラー装置の制御電極に印加する制御電圧印加手順とを含むことを特徴とする光スイッチの制御方法。
9. 請求項６乃至８のいずれか１項に記載の光スイッチの制御方法において、
   さらに、前記制御手順の前に、注目する入力ポートについてＶｘ−Ｖｙ平面上の前記光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）の等高線図の中心電圧（Ｖｘｏ，Ｖｙｏ）を前記制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）の始点とし、Ｖｙを固定した場合の前記光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）が最小になる制御電圧Ｖｘの探索を、前記制御電圧Ｖｙを所定の増分値ｄＶｙだけ増加させながら繰り返し行い、前記光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）が所望のシャットダウン減衰率以上になった時点の制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）および前記光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）と、直前の制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）および光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）とから、前記光減衰率ＡＴＴ（Ｖｘ，Ｖｙ）が前記シャットダウン減衰率と等しくなる制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）を算出し、この制御電圧（Ｖｘ，Ｖｙ）を前記シャットダウン電圧として予め設定するシャットダウン電圧設定手順を備えることを特徴とする光スイッチの制御方法。

Images