JP4127481B2 - 光信号交換器の制御装置および制御方法 - Google Patents
光信号交換器の制御装置および制御方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光信号交換器における切り替え制御技術に関し、特に、マイクロマシン（ＭＥＭＳ：Micro Electric Mechanical system）技術による反射型のティルトミラーを用いた光信号交換器の制御装置および制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネット等におけるトラフィックの増加に伴って光ネットワークの需要が高まっている。このような状況において、高速・大容量のデータを光信号のままで切り替える光信号交換器の導入が注目されている。高速・大容量の光信号交換器を実現するための従来の技術としては、例えば、光ファイバをメカニカルに切り替える方式や導波路を組み合わせた方式などが主流であった。しかし、このような従来の技術においては多段構成を採用する必要があったため、光信号交換器内の光損失が非常に大きく、また、チャネル数の増大に対応することにも限界があり、数１０チャネル以上に対応した光信号交換器の実現は困難であった。
【０００３】
上記のような状況において、マイクロマシン（ＭＥＭＳ）技術を応用して作製したティルトミラー（以下、ＭＥＭＳミラーと呼ぶ）を用いた光スイッチは、小型化、波長無依存および偏波無依存などの点で他のスイッチに比べて優位性があり注目されている。特に、例えば図２２に示すように、複数のコリメータを２次元に配置した２つのコリメータアレイ１Ａ，１Ｂと、複数のＭＥＭＳミラーを２次元に配置した２つのＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ，２Ｂを組み合わせて構成した３次元型の光信号交換器は、光損失の低減、大容量化および多チャネル化が実現可能であるという点で期待されている。
【０００４】
上記のような３次元型の光信号交換器について、本出願人は、各ＭＥＭＳミラーの角度ずれを自動的に補正して光損失を低減させるための制御技術を提案している（例えば、特願２００１−１９８９３６号等）。この制御技術を適用した光信号交換器の制御装置は、例えば図２３に示すように、出力側のコリメータアレイ１Ｂに接続される出力光ファイバアレイ１０Ｂの後段に設けられた光カプラアレイ１１で分岐された光のパワーを光パワー検出部１２で検出し、その検出結果を基に比較制御部１３で出力光ファイバに対する光信号の結合状態を判別して光信号交換器内での損失が最小となるように各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４Ｂを制御して、各々のＭＥＭＳミラーの反射面の角度ずれが自動的に補正されるようにしたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような光信号交換器内の損失を最小にする制御技術においては、例えば、入力点Ａから出力点Ｂに光信号を伝える光路が入力点Ａ’から出力点Ｂに光信号を伝える光路に変更されるようなチャネルの切り替えを行う際、図２４の概念図に示すように各入力点Ａ，Ａ’への光入力レベルが異なっているとき、同じ出力点Ｂに出力される光信号のレベルが切り替えの前後で変化してしまう場合がある。このようなチャネルの切り替えに伴う光出力レベルの変化は、光信号交換器の後段に繋がるシステムに影響を与えてしまう可能性があり、具体的には、光アンプの飽和やビットエラーレートの増加などを招く虞がある。
【０００６】
本発明は上記の点に着目してなされたもので、光入力レベルの異なるチャネルの切り替えを行うときでも光出力レベルを一定に制御できる光信号交換器の制御装置および制御方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明による光信号交換器の制御装置は、反射面の角度が制御可能な複数のティルトミラーを平面上に配置した第１ミラーアレイおよび第２ミラーアレイを有し、入力された光信号を第１および第２ミラーアレイで順次反射して特定の位置から出力する光信号交換器について、第１および第２ミラーアレイの各ティルトミラーの反射面の角度を制御する制御装置であって、上記特定の位置から出力される光信号のパワーを検出する光パワー検出手段と、その光パワー検出手段で検出される光パワーが上記特定の位置に対応させて設定した目標値で一定となるように、第１および第２ミラーアレイの光信号を反射したティルトミラーのうちの少なくとも一方の反射面の角度を制御する角度制御手段と、を備えて構成され、さらに、前記角度制御手段は、第１ミラーアレイの各ティルトミラーの反射面の角度を一定の制御方向に段階的に変化させる第１ミラー駆動部と、第２ミラーアレイの各ティルトミラーの反射面の角度を一定の制御方向に段階的に変化させる第２ミラー駆動部と、第１および第２ミラー駆動部の少なくとも一方により反射面の角度を変化させた時の直前および直後に光パワー検出手段で検出される出力光パワーの各値と目標値との差分の絶対値をそれぞれ演算して比較し、該比較結果を基に第１および第２ミラー駆動部における各制御方向を決定して、差分の絶対値が極小になるように反射面の角度をフィードバック制御する比較制御部と、を備え、さらに、前記比較制御部は、前記第１ミラーアレイおよび前記第２ミラーアレイの各ティルトミラーの反射面の各々の軸について、前記反射面の角度のフィードバック制御を行う前の初期状態において、前記特定の位置から出力される光信号に対する光損失が最小になるように前記反射面の角度をそれぞれ初期設定した後に、複数の軸のうちの少なくとも１つの軸に対する任意の制御方向に従ったフィードバック制御を行うものである。
【０００８】
かかる構成の制御装置では、第１および第２ミラーアレイで順次反射されて特定の位置から出力される光信号のパワーが光パワー検出手段によって検出され、その出力光パワーが予め設定された目標値で一定となるように、光信号の伝搬経路上に位置するティルトミラーの一方または両方の反射面の角度が角度制御手段によって制御される。このとき、第１および第２ミラー駆動部の少なくとも一方により反射面の角度を変化させた時の直前および直後に上記特定の位置から出力される光信号のパワーが検出され、その出力光パワーの各値と目標値との差分の絶対値に基づいて第１および第２ミラー駆動部における各制御方向が決定され、差分の絶対値が極小になるように反射面の角度がフィードバック制御される。この反射面の角度のフィードバック制御は、制御前の初期状態において、特定の位置から出力される光信号に対する光損失が最小になるように各ティルトミラーの反射面の角度を各々の軸ごとに初期設定した後に、複数の軸のうちの少なくとも１つの軸に対する任意の制御方向に従って行われるものとする。これにより、光入力レベルの異なるチャネルの切り替えを行うときでも、光入力レベルの変化に関係なく光出力レベルを一定に制御することが可能になる。
【００１０】
さらに、上記の制御装置の好ましい１つの態様として、比較制御部は、第１および第２ミラーアレイの各ティルトミラーの反射面の各々の軸について、反射面の角度のフィードバック制御を行う前の初期状態において、光パワー検出手段で検出される出力光パワーの値が目標値に近づく制御方向をそれぞれ探査して決定し、その決定した各制御方向に従って各々の軸に対するフィードバック制御を順次切り替えて行うようにしてもよい。かかる態様では、各軸方向についての制御すべき方向が事前に探査されて決定された後に、その制御方向に従って反射面の角度がフィードバック制御されるようになる。
【００１２】
本発明による光信号交換器の制御方法は、反射面の角度が制御可能な複数のティルトミラーを平面上に配置した第１ミラーアレイおよび第２ミラーアレイと、該第１ミラーアレイおよび第２ミラーアレイの各ティルトミラーの反射面の角度を一定の制御方向に段階的に変化させる第１ミラー駆動部および第１ミラー駆動部とを有し、入力された光信号を第１および第２ミラーアレイで順次反射して特定の位置から出力する光信号交換器について、第１および第２ミラーアレイの各ティルトミラーの反射面の角度を制御する方法であって、第１および第２ミラー駆動部の少なくとも一方により反射面の角度を変化させた時の直前および直後に、上記特定の位置から出力される光信号のパワーを検出する過程と、該検出した出力光パワーの各値と前記特定の位置に対応させて設定した目標値との差分の絶対値をそれぞれ演算して比較し、該比較結果を基に第１および第２ミラー駆動部における各制御方向を決定して、前記差分の絶対値が極小になるように、第１および第２ミラーアレイの光信号を反射したティルトミラーのうちの少なくとも一方の反射面の角度を制御する過程と、を含み、前記反射面の角度を制御する過程は、前記第１ミラーアレイおよび前記第２ミラーアレイの各ティルトミラーの反射面の各々の軸について、前記反射面の角度のフィードバック制御を行う前の初期状態において、前記特定の位置から出力される光信号に対する光損失が最小になるように前記反射面の角度をそれぞれ初期設定した後に、複数の軸のうちの少なくとも１つの軸に対する任意の制御方向に従ったフィードバック制御を行う方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態による光信号交換器の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。また、図２は、図１の制御装置を適用した光信号交換器の全体構成を示す概略図である。なお、上述の図２２および図２３に示した従来の構成と同様の部分には同一の符号が付してある。
【００１４】
各図において、本実施形態の全体構成は、例えば、上述の図２３に示した従来の構成と同様に、複数のコリメータを２次元に配置した２つのコリメータアレイ１Ａ，１Ｂと、該各コリメータアレイ１Ａ，１Ｂの各々のコリメータに対応した複数のＭＥＭＳミラーを２次元に配置した２つのＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ，２Ｂとを組み合わせて構成した３次元型の光信号交換器について、出力側のコリメータアレイ１Ｂに接続される出力光ファイバアレイ１０Ｂの後段に設けられる光カプラアレイ１１と、該光カプラアレイ１１の各光カプラ１１で分岐された光のパワーを検出する光パワー検出部１２と、該光パワー検出部１２の検出結果を基に出力光ファイバに対する光信号の結合状態を判別して、光出力レベルが一定になるように各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４Ｂを制御する比較制御部１００とを備えた制御装置を設けたものである。
【００１５】
なお、ここでは、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａが第１ミラーアレイに相当し、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ｂが第２ミラーアレイに相当し、ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａが第１ミラー駆動部に相当し、ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ｂが第２ミラー駆動部に相当する。
光信号交換器のコリメータアレイ１Ａには、各コリメータに対応させて複数の光ファイバを２次元に配置した入力光ファイバアレイ１０Ａが接続され、各入力光ファイバから出射された光が各々のコリメータを通過して平行光となりＭＥＭＳミラーアレイ２Ａに向けて送られる。また、コリメータアレイ１Ｂにも、各コリメータに対応させて複数の光ファイバを２次元に配置した出力光ファイバアレイ１０Ｂが接続され、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ｂで反射された光が、各コリメータを通過して各々の出力光ファイバに結合される。
【００１６】
ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａは、各ＭＥＭＳミラーの鏡面が配列された平面の法線方向が、コリメータアレイ１Ａから送られてくる光信号の伝搬方向（光軸方向）に対して非平行となるように傾けて配置される。また、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ｂは、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａの各ＭＥＭＳミラーで反射された光を対応するＭＥＭＳミラーで再度反射してコリメータアレイ１Ｂに導く所要の位置に配置される。各ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ，２Ｂに配置される各々のＭＥＭＳミラーは、マイクロマシン（ＭＥＭＳ）技術を応用して作製した公知のマイクロティルトミラーであって、具体的には、例えばトーションバーにより支持され上面にミラーが形成された可動板をシリコン基板に一体に設け、該可動板を電磁力によりトーションバーを軸にして回動させることでミラーの振角を可変制御するものである。
【００１７】
光カプラアレイ１１は、出力光ファイバアレイ１０Ｂの各出力光ファイバに対応した複数の光カプラが配置されていて、各出力光ファイバを伝搬する光信号の一部が各々の光カプラで分岐されて光パワー検出部１２に送られる。
光パワー検出部１２は、例えば図１の左側上部に示すように、光カプラアレイ１１の各光カプラで分岐されたモニタ光を受光してその光パワーに応じた電流信号を発生する光検出器１２Ａと、該光検出器１２Ａから出力される電流信号を電圧信号に変換するＩ／Ｖ変換器１２Ｂと、を有する。なお、図１では１組の光検出器１２ＡおよびＩ／Ｖ変換器１２Ｂのみが示してあるが、実際には、光カプラアレイ１１の各光カプラにそれぞれ対応した、すなわち、光信号交換器の出力チャネル数に対応した光検出器１２ＡおよびＩ／Ｖ変換器１２Ｂが光パワー検出部１２に設けられているものとする。
【００１８】
比較制御部１００は、例えば図１の中央上部に示すように、Ａ／Ｄ変換器１００Ａ、差分回路１００Ｂ、絶対値検出回路１００Ｃ、デコード回路１００Ｄ、ホールド回路１００Ｅ、比較回路１００Ｆ、カウンタ制御信号生成回路１００Ｇ、制御監視回路１００Ｈおよびセレクタ１００Ｉを有する。なお、ここでも１つの出力チャネルに対応した構成のみについて図示したが、実際の比較制御部１００は、光信号交換器の出力チャネル数に対応した同様の構成を備えているものとする。
【００１９】
Ａ／Ｄ変換器１００Ａは、光パワー検出部１２から出力されるアナログの電圧信号をデジタル信号に変換する一般的な電気回路であり、変換したデジタルの電圧信号を差分回路１００Ｂの一方の入力端子に送る。差分回路１００Ｂの他方の入力端子には予め設定された目標値を示す信号が与えられていて、Ａ／Ｄ変換器１００Ａからの出力信号と目標値の差分が演算され、その結果が絶対値検出回路１００Ｃに送られる。なお、差分回路１００Ｂに与えられる目標値の設定については後述する。
【００２０】
絶対値検出回路１００Ｃは、差分回路１００Ｂで演算された差分の絶対値を検出して、その結果を比較回路１００Ｆの一方の入力端子に送ると共にデコード回路１００Ｄにも送る。デコード回路１００Ｄは、絶対値検出回路１００Ｃからの出力信号をデコードしてホールド回路１００Ｅに出力する。ホールド回路１００Ｅには、所要の周波数のクロック信号ＣＬＫが入力されていて、デコード回路１００Ｄからの出力信号が予め設定した一定時間だけ保持された後に、比較回路１００Ｆの他方の入力端子に送られる。このホールド回路１００Ｅにおいて信号が保持される時間は、例えば、後述するような各ＭＥＭＳミラーのフィードバック制御が１サイクル完了する時間に対応させて設定されるものとする。
【００２１】
比較回路１００Ｆは、絶対値検出回路１００Ｃおよびホールド回路１００Ｅからそれぞれ送られてくるデジタル信号で示される電圧値の大小比較を行い、その比較結果をカウンタ制御信号生成部１００Ｇおよび制御監視回路１００Ｈに伝える回路である。この比較回路１００Ｆは、具体的には、例えば絶対値検出回路１００Ｃからのデジタル値（制御後の電圧値）がホールド回路１００Ｅからのデジタル値（制御前の電圧値）よりも大きければローレベルの信号を出力し、小さければハイレベルの信号を出力するようにする。このような比較回路１００Ｆの出力論理レベルは、上述の図２３に示した従来構成における比較制御部１３に用いられる同様の比較回路の出力論理レベルを反転させたものとなる。
【００２２】
カウンタ制御信号生成部１００Ｇは、比較回路１００Ｆからの出力信号のレベルに応じてカウンタ制御信号を生成する。このカウンタ制御信号は、各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４Ｂの後述するＵ／Ｄカウンタ２１Ｘ，２１Ｙのカウント値を制御するための信号である。ここでは、カウンタ制御信号生成部１００Ｇで生成されたカウンタ制御信号が、セレクタ１００Ｉを介して対応するＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４Ｂに振り分けられるようにしている。
【００２３】
制御監視回路１００Ｈは、カウンタ制御信号生成部１００Ｇが比較回路１００Ｆからの出力信号のレベルに対してカウント値を増加させるカウンタ制御信号（以下、カウントアップ信号とする）を与えるのか、或いは、減少させるカウンタ制御信号（以下、カウントダウン信号とする）を与えるのかを決める指令を比較回路１００Ｆからの出力信号に応じて生成し、該指令をカウンタ制御信号生成部１００Ｇおよびセレクタ１００Ｉに伝えるための回路である。
【００２４】
ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａは、光信号交換器の入力側のＭＥＭＳミラーアレイ２Ａを駆動制御するものである。具体的には、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａの各ＭＥＭＳミラーに対応させて、例えば図１の中段部分に示すように、セレクタ２０と、Ｘ軸方向に対応したＵ／Ｄカウンタ２１ＸおよびＤ／Ａ変換器２２Ｘと、Ｙ軸方向に対応したＵ／Ｄカウンタ２１ＹおよびＤ／Ａ変換器２２Ｙと、ＭＥＭＳミラードライバ２３とを有する。また、ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ｂは、光信号交換器の出力側のＭＥＭＳミラーアレイ２Ｂを駆動制御するものである。具体的には、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ｂの各ＭＥＭＳミラーに対応させて、例えば図１の下段部分に示すように、Ｘ軸方向に対応したＵ／Ｄカウンタ２１ＸおよびＤ／Ａ変換器２２Ｘと、Ｙ軸方向に対応したＵ／Ｄカウンタ２１ＹおよびＤ／Ａ変換器２２Ｙと、ＭＥＭＳミラードライバ２３と、を有する。なお、図１の各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４Ｂには、１つのＭＥＭＳミラー（１つのチャネル）に対応した構成のみがそれぞれ示してある。
【００２５】
ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａに設けられるセレクタ２０は、比較制御部１００からのカウンタ制御信号に応じて、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａに配置された複数のＭＥＭＳミラーのうちの制御対象となるＭＥＭＳミラーを選択し、そのＭＥＭＳミラーに対応した回路ブロックにカウンタ制御信号を伝えるものである。このセレクタ２０の選択動作は、光パワー検出部１２で検出される光の出力チャネルに対応した入力チャネルに関する情報が与えられることによって設定される。なお、ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ｂには、上記のようなセレクタ２０が設けられていないが、これは、光パワー検出部１２で検出される光の出力チャネルが決まると、それに対応するＭＥＭＳミラーアレイ２ＢのＭＥＭＳミラーが１つに特定されるためである。
【００２６】
各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４Ｂに設けられるＵ／Ｄカウンタ２１Ｘは、比較制御部１００からのカウンタ制御信号に従ってＭＥＭＳミラーのＸ軸方向についてのカウント値を増加または減少させ、そのカウント値をＤ／Ａ変換器２２Ｘに出力する。Ｄ／Ａ変換器２２Ｘは、Ｕ／Ｄカウンタ２１Ｘからのデジタルで表されたカウント値をアナログ値に変換してＭＥＭＳミラードライバに出力する。また、Ｕ／Ｄカウンタ２１Ｙは、比較制御部１００からのカウンタ制御信号に従ってＭＥＭＳミラーのＹ軸方向についてのカウント値を増加または減少させ、そのカウント値をＤ／Ａ変換器２２Ｙに出力する。Ｄ／Ａ変換器２２Ｙは、Ｕ／Ｄカウンタ２１Ｙからのデジタルで表されたカウント値をアナログ値に変換してＭＥＭＳミラードライバに出力する。
【００２７】
なお、各Ｕ／Ｄカウンタ２１Ｘ，２１Ｙには、ミラー調整速度の向上、すなわち、フィードバック時間を短縮させるために、入出力チャネルに応じて予め設定されたカウンタ初期値がそれぞれ与えられることが望ましい。このカウンタ初期値の具体的な設定方法については後述することにする。
各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４Ｂに設けられるＭＥＭＳミラードライバ２３は、対応するＭＥＭＳミラーのＸ軸方向またはＹ軸方向の角度を各々の軸方向に対応したカウント値に従って駆動制御する信号を生成する。各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４Ｂで生成された駆動制御信号は、各ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ，２Ｂの対応するＭＥＭＳミラーに与えられて反射面の角度調整が行われる。
【００２８】
次に、第１実施形態の動作について説明する。
まず、出力光ファイバに結合された光信号のパワーと入力側および出力側の各ＭＥＭＳミラーの角度との関係について、図３の特性図を参照しながら説明する。
上述の図２２に示したような３次元型の構成をもつ光信号変換器については、図３（Ａ）に示すように、出力光パワーが最大になるミラー角度の最適点が、入力側および出力側の各ＭＥＭＳミラーについて出力光パワーがそれぞれ極大になる点で一致し、かつ、入力側のＭＥＭＳミラーの角度変化に対する出力光パワーの変化と、出力側のＭＥＭＳミラーの角度変化に対する出力光パワーの変化とが互いに依存することなく独立の関係になるという特性が確認されている。
【００２９】
なお、図３には、各ＭＥＭＳミラーのＸ軸方向の角度を変化させたときの出力光パワーの変化の様子を示したが、上記の特性は各ＭＥＭＳミラーのＹ軸方向の角度を変化させたときについても同様である。また、入力側ＭＥＭＳミラーのＸ軸（Ｙ軸）方向の角度と出力側ＭＥＭＳミラーのＹ軸（Ｘ軸）方向の角度とを変化させたときの出力光パワーの変化特性も同様であり、さらには、一方の側のＭＥＭＳミラーについてＸ軸方向の角度とＹ軸方向の角度とを変化させたときに出力光パワーの変化特性も同様である。以下では、入力側および出力側の各ＭＥＭＳミラーのＸ軸方向の角度を変化（Ｙ軸方向の角度は固定）させた場合を想定して説明することにするが、上記他の組み合わせについても同様にして考えることが可能である。
【００３０】
上述した従来の制御技術の場合には、光信号変換器における光損失が最小になるように、すなわち、出力光ファイバに結合される光信号のパワーが最大となるように、入力側および出力側の各ＭＥＭＳミラーの角度が最適化される。この場合、例えば図３（Ａ）のＰ１点に示すような出力光パワーが得られている状態では、まず、図３（Ｂ）に示すように、出力側ＭＥＭＳミラーの角度を固定として入力側ＭＥＭＳミラーの角度を調整し、出力光パワーが極大となるＰ２点の状態を実現する。次に、図３（Ｃ）に示すように、入力側ＭＥＭＳミラーの角度を固定として出力側ＭＥＭＳミラーの角度を調整し、出力光パワーが極大となるＰ３点の状態を実現する。これにより、出力光パワーが最大になる（光信号変換器の光損失が最小になる）最適点に各ＭＥＭＳミラーの角度を制御することが可能になる。
【００３１】
ところで、上記のようにして入力側および出力側の各ＭＥＭＳミラーの角度が最適点に制御された状態で得られる出力光パワーは、その光信号の光入力レベルが高いと増加し、光入力レベルが低いと減少する。例えば、チャネルの切り替えによって光入力レベルの高いチャネルから光入力レベルの低いチャネルに切り替えられた場合、同じ出力光ファイバに結合される光信号についての出力光パワーと各ＭＥＭＳミラーの角度との関係は、図４の左側に示すような切り替え前の状態から図４の右側に示すような切り替え後の状態に変化する。このため、出力光パワーを最大（光損失を最小）にする制御が適用されていると、光出力レベルは切り替え前におけるＰ３点から切り替え後におけるＰ３’点に変化することになる。このようなチャネル切り替えの前後における光出力レベルの変化は、上述したように光信号交換器の後段に接続されるシステムに影響を与える可能性がある。
【００３２】
そこで、本発明による光信号変換器の制御方式は、出力側の各チャネルについて光出力レベルの目標値を予め設定し、チャネルの切り替えによる光入力レベルの変化に関係なく光出力レベルが目標値で一定となるように各ＭＥＭＳミラーの角度をフィードバック制御することにより、光出力レベルの変化による後段のシステムへの影響を回避する。このような光出力レベルの一定制御は、例えば図５の概念図に示すように、実際に検出される光出力レベルと予め設定した光出力レベルの目標値Ｔとの差の絶対値に基づいて行うことが可能である。すなわち、光出力レベルの目標値Ｔに対して、光パワー検出部１２で検出されるＭＥＭＳミラーの角度θに対応した光出力レベルｐ（θ）が図５の左側に示すような関係にあるとき、目標値Ｔに対する光出力レベルｐ（θ）の差の絶対値｜ｐ（θ）−Ｔ｜は、図５の右側に示すように変化する。このため、絶対値｜ｐ（θ）−Ｔ｜が０となるＰ０点またはＰ０’点の状態が実現されるように、入力側および出力側の各々の軸方向のＭＥＭＳミラーの角度を調整することで、光出力レベルを目標値Ｔで一定に制御することができるようになる。
【００３３】
上記のような制御方式に基づいて、本実施形態の制御装置では、例えば図６に示すような具体的な回路構成を比較制御部１００のカウンタ制御信号生成回路１００Ｇおよび監視制御回路１００Ｈに適用して、各ＭＥＭＳミラーの角度の制御が行われる。
図６に示す具体例では、カウンタ制御信号生成回路１００Ｇの構成要素として極性反転回路４０が設けられる。また、監視制御回路１００Ｈについては、比較回路１００Ｆでの比較結果を示す信号が極性反転信号生成部３０およびＨ／Ｌ検出回路３１にそれぞれ入力され、極性反転信号生成部３０で生成される極性反転制御信号が極性反転回路４０に出力される。Ｈ／Ｌ検出回路３１では、比較回路１００Ｆからの出力信号レベルが監視され、ハイレベルからローレベルへの変化が検出されると、それを知らせる信号がセレクタ選択信号切替回路３２に出力されると共に、極性反転回路４０の動作を無効にするディセーブル信号が極性反転回路４０に出力される。セレクタ選択信号切替回路３２では、Ｈ／Ｌ検出回路３１からの出力信号に応じて、目標値Ｔに対する光出力レベルの差の絶対値が０になったことが判断されてセレクタ１００Ｉを切り替える選択信号が生成され、該選択信号がセレクタ１００Ｉおよび初期立上げ回路３３に送られる。初期立上げ回路３３は、角度補正の開始を合図する制御開始信号が入力されると、セレクタ１００Ｉに対して初期値を与えると共に極性反転回路４０の動作を有効にするイネーブル信号を出力する。なお、初期立上げ回路３３から極性反転回路４０に与えられるイネーブル信号は、セレクタ選択信号切替回路３２からの出力信号に応じて出力状態が制御される。
【００３４】
上記のような回路構成を備えた比較制御部１００では、例えば図７のタイミングチャートに示すように、まず、時間ｔ0において制御開始信号が初期立上げ回路３３に入力されると、初期立上げ回路３３は、例えば、カウンタ制御信号の初期値としてカウント値の増加を指示するカウントアップ信号をセレクタ１００Ｉに与えると同時に、極性反転回路４０に対してイネーブル信号を与える。これにより各部の制御動作が開始される。なお、ここでは初期値としてカウントアップ信号をセレクタ１００Ｉに与えるように設定したが、カウント値の減少を指示するカウントダウン信号を初期値として与えるように設定してもよい。
【００３５】
セレクタ１００Ｉに与えられたカウントアップ信号は、各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４Ｂに振り分けられ、ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａに送られたカウントアップ信号は、さらにセレクタ２０で振り分けられて角度制御の対象となる入力側のＭＥＭＳミラーに対応した回路ブロックに送られる。また、ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ｂに送られたカウントアップ信号は、角度制御の対象となる出力側のＭＥＭＳミラー（光パワー検出部１２で出力光パワーのモニタを行うチャネル）に対応した回路ブロックに送られる。ここでは、例えば入力側のＭＥＭＳミラーのＸ軸方向の角度を補正制御する場合を考えることにすると、制御開始時には、比較制御部１００からのカウントアップ信号が、ＭＥＭＳミラー駆動部１４ＡのＸ軸側のＵ／Ｄカウンタ２１Ｘに入力されることになる。
【００３６】
カウントアップ信号の入力を受けたＵ／Ｄカウンタ２１Ｘでは、予め与えられたカウンタ初期値が増加され、該カウント値がＤ／Ａ変換器２２Ｘに出力されてＤ／Ａ変換される。そして、Ｄ／Ａ変換器２２Ｘの出力信号がＭＥＭＳミラードライバ２３に送られ、Ｕ／Ｄカウンタ２１Ｘのカウント値に応じて入力側ＭＥＭＳミラーのＸ軸方向の角度を制御する駆動制御信号が生成され、該駆動制御信号がＭＥＭＳミラーアレイ２Ａに与えられる。これにより、入力側のＭＥＭＳミラーアレイ２Ａの対応するＭＥＭＳミラーのＸ軸方向についての角度が変化し、該入力側ＭＥＭＳミラーおよびそれに対応する出力側ＭＥＭＳミラーで反射された光信号の出力光ファイバに対する結合状態が変化する。そして、出力光ファイバに結合された光信号は、その一部が光カプラ１１で分岐されて光パワー検出部１２に送られる。光パワー検出部１２では、光カプラ１１からのモニタ光が受光素子１２Ａで受光されて光パワーに応じた電流信号が発生し、Ｉ／Ｖ変換器１２Ｂで電圧信号に変換されて比較制御部１００に出力される。
【００３７】
出力光パワーのモニタ結果に応じた電圧信号は、比較制御部１００のＡ／Ｄ変換器１００Ａでデジタル信号に変換されて差分回路１００Ｂに送られる。差分回路１００Ｂでは、予め設定した光出力レベルの目標値を示すデジタル信号と、Ａ／Ｄ変換器１００Ａからのデジタル信号との差分が演算されて、その結果が絶対値検出回路１００Ｃに送られる。絶対値検出回路１００Ｃでは、差分回路１００Ｂで演算された差分の絶対値が検出されて、その結果が比較回路１００Ｆおよびデコード回路１００Ｄに送られる。比較回路１００Ｆには、入力側ＭＥＭＳミラーのＸ軸方向の角度を変化させる前の状態における出力光パワーに応じた電圧値がホールド回路１３Ｃから与えられていて、絶対値検出回路１００Ｃからの電圧値との比較が行われる。そして、入力側ＭＥＭＳミラーのＸ軸方向の角度を変化させたことにより、差分の絶対値が大きくなった場合には、比較回路１００Ｆがローレベルの出力信号を発生し、差分の絶対値が小さくなった場合には、比較回路１００Ｆがハイレベルの出力信号を発生する。
【００３８】
ここで、セレクタ１００Ｉに初期値として与えたカウントアップ信号により、差分の絶対値が減少する方向に変化した場合には、比較回路１００Ｆからのハイレベルの出力信号に対してカウントアップ信号を生成し、ローレベルの出力信号に対してカウントダウン信号を生成するようにカウンタ制御信号生成回路１００Ｇの動作設定を行う必要がある。また、差分の絶対値が増加する方向に変化した場合には、比較回路１００Ｆからのハイレベルの出力信号に対してカウントダウン信号を生成し、ローレベルの出力信号に対してカウントアップ信号を生成するようにカウンタ制御信号生成回路１００Ｇの動作設定を行う必要がある。このようなカウンタ制御信号生成回路１００Ｇの動作設定を実現するために、本実施形態では、制御監視部１３Ｆに極性反転信号生成部３０が設けてあり、比較回路１００Ｆからの出力信号がローレベルであることが検出されると極性反転回路４０を反転動作させ、ハイレベルであることが検出されると極性反転回路４０を反転動作させないようにする極性反転制御信号が生成されて極性反転回路４０に送られる。これにより、極性反転回路４０が反転動作していない設定では、カウンタ制御信号生成回路１００Ｇの出力レベルが比較回路１００Ｆからの出力信号のレベル通りとなって、比較回路１００Ｆのハイレベル出力に対してハイレベルのカウントアップ信号、比較回路１００Ｆのローレベル出力に対してローレベルのカウントダウン信号が出力される。一方、極性反転回路４０が反転動作している設定では、比較回路１００Ｆのハイレベル出力に対してローレベルのカウントダウン信号、比較回路１００Ｆのローレベル出力に対してハイレベルのカウントアップ信号が出力されるようになる。
【００３９】
ここでは、初期値としてのカウントアップ信号に対して、例えば図７の時間ｔ1〜ｔ2に示すように、比較回路１００Ｆの出力信号がローレベルになったとすると、極性反転回路４０を反転動作させるハイレベルの極性反転信号が発生する。これにより、初期値としてハイレベルのカウントアップ信号に設定されていたカウンタ制御信号が、時間ｔ2〜ｔ3に示すようにローレベルのカウントダウン信号に切り替えられ、セレクタ１００Ｉ，２０を介してＭＥＭＳミラー駆動部１４ＡのＵ／Ｄカウンタ２１Ｘに送られる。そして、Ｕ／Ｄカウンタ２１Ｘのカウント値の減少により、入力側ＭＥＭＳミラーの角度が制御開始時とは逆方向に制御されて差分の絶対値が減少する方向に変化するようになり、図７の時間ｔ3〜ｔ4に示すように、比較回路１００Ｆの出力信号がハイレベルとなる。この比較回路１００Ｆのハイレベルの出力信号は、極性反転回路４０によって反転されてローレベルのカウントダウン信号としてカウンタ制御信号生成回路１００Ｇから出力される。このようなカウントダウン信号に従って、差分の絶対値が０になるまで入力側ＭＥＭＳミラーの角度調整が繰り返される。
【００４０】
差分の絶対値が０になると、図７の時間ｔ5〜ｔ6に示すように、比較回路１００Ｆの出力信号がローレベルに転じる。この比較回路１００Ｆの出力レベルのハイからローへの変化は、制御監視回路１００ＨのＨ／Ｌ検出回路３１で検出され、それを知らせる信号がセレクタ選択信号切替回路３２に送られると共に、極性反転回路４０に与えられていたイネーブル信号が取り消されて、その代わりにＨ／Ｌ検出回路３１から極性反転回路４０にディセーブル信号が送られる。また、このとき極性反転信号生成部３０から出力されていた極性反転信号も取り消される。そして、セレクタ選択信号切替回路３２では、Ｈ／Ｌ検出回路３１からの信号の入力により、入力側ＭＥＭＳミラーのＸ軸方向についての角度が最適な状態に制御されたことが判断されて制御が終了する。
【００４１】
なお、ここでは比較回路１００Ｆの出力信号がローレベルに転じた時点で入力側ＭＥＭＳミラーのＸ軸方向の角度が最適化されたと判断するようにしたが、例えば、比較回路１００Ｆの出力信号がローレベルに転じた時の制御サイクルでカウンタ制御信号をカウントダウン信号からカウントアップ信号に切り替え、次の制御サイクルで、比較回路１００Ｆの出力信号がローレベルに転じる直前の状態となるように入力側ＭＥＭＳミラーの角度を戻すようにしてもよい。このような制御を行うか否かは、角度制御の精度等に応じて判断することになる。
【００４２】
以上のように第１実施形態の制御装置によれば、光入力レベルの変化に拘わらず光信号交換器の光出力レベルを目標値に一定に保つことができる。これにより、光信号交換器の後段に接続されるシステムを安定して動作させることが可能になる。光信号交換器内での光損失を最小にする従来の制御を適用して上記のような後段システムの安定動作を実現しようとすると、例えば可変光減衰器等を設けて光出力レベルの調整を行うようにする必要があるが、本実施形態の制御によれば上記のような可変光減衰器等は不要となるので、実質的な部品点数の削減を図ることも可能である。
【００４３】
なお、上記の第１実施形態では、入力側ＭＥＭＳミラーのＸ軸方向の角度を制御するようにしたが、入力側ＭＥＭＳミラーのＹ軸方向または出力側ＭＥＭＳミラーのＸ，Ｙ軸方向の角度制御を行うことも可能である。本発明において角度制御を行うＭＥＭＳミラーおよびその軸方向は、前述の図３で説明したように、出力光パワーの変化が各ＭＥＭＳミラーおよび各軸方向ごとに独立であるため、任意に設定することが可能である。
【００４４】
次に、本発明の第２実施形態による光信号交換器の制御装置について説明する。
図８は、第２実施形態による光信号交換器の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。なお、第１実施形態の構成と構成と同様の部分には同一の符号を付してその説明を省略し、以下、他の実施形態についても同様とする。
【００４５】
図８において、本実施形態の制御装置の構成が第１実施形態の場合と異なる部分は、比較制御部１００について、差分回路１００Ｂで演算される差分の値の符号が反転したか否かを検出する符号反転検出回路１００Ｊを設け、その検出結果を制御監視回路１００Ｈに伝えるようにした部分である。上記以外の他の部分の構成は第１実施形態の場合と同様である。
【００４６】
前述した第１実施形態において、例えば図９（Ａ）に示すように、光出力レベルの目標値が高いレベルに設定されているとき、各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４ＢのＵ／Ｄカウンタ２１Ｘ，２１Ｙに与えられる初期値が光出力パワーの最大になるＰ３点からかなり離れた位置に対応して設定される場合、図９（Ｂ）に示すように１つの軸方向についてＭＥＭＳミラーの角度を制御しただけでは、その軸方向での光出力パワーの最大レベルが目標値よりも低くなるため、制御目標に到達する前の途中の段階で、図９（Ｃ）に示すように目標値に対する光出力パワーの差分の絶対値が極小になる、すなわち、差分の絶対値が０とならない状況が生じ得る。
【００４７】
そこで、第２実施形態の制御装置は、比較制御部１００の差分回路１００Ｂで演算される差分の値の符号が反転したか否かを符号反転検出回路１００Ｊで検出し、その検出結果に応じて制御を続行するか終了するかを判断することによって、上記のような単独の軸方向だけでは差分の絶対値が０にならないような場合にも対応可能にしたものである。
【００４８】
上記の制御を続行するか終了するかの具体的な判断方法は、例えば図１０のフローチャートに示すように、ステップ１（図中Ｓ１で示し、以下同様とする）において、制御監視回路１００ＨのＨ／Ｌ検出回路３１（図６）で比較回路１００Ｆの出力論理レベルがハイからローに変化したことが検出されると、次にステップ２において、符号反転検出回路１００Ｊで差分の値の符号反転が検出されたか否かが判別される。符号反転が検出された場合には、差分の絶対値が０になったと判断して制御を終了する。一方、符号反転が検出されない場合には、上記の図９（Ｃ）に示したような状況を判断してステップ３に進む。ステップ３では、制御監視回路１００Ｈのセレクタ選択信号切替回路３２（図６）からセレクタ１００Ｉに軸方向の切り替えを指示する制御信号が送られ、そして、ステップ４で他の軸方向の制御が続行される。なお、符号反転が検出されたときの制御の終了は、例えば、セレクタ選択信号切替回路３２からセレクタ１００Ｉに選択動作を中止させる制御信号を送ることで行われる。
【００４９】
このように第２実施形態の制御装置によれば、符号反転検出回路を設けたことにより、光出力レベルの一定制御をより確実に安定して行うことが可能になる。
次に、本発明の第３実施形態による光信号交換器の制御装置について説明する。
光信号交換器内の光損失を最小にする従来の制御を行う場合、各ＭＥＭＳミラーの最適な角度の組み合わせは１通りであるのに対して、上述の第１および第２実施形態で説明したように光出力レベルの一定制御を行う場合には、各ＭＥＭＳミラーの最適な角度の組み合わせが複数存在することになる、また、第２実施形態で説明したように、１つの軸方向だけでは制御を完了することが困難である場合も存在する。このような光出力レベルの一定制御における特徴を考慮し、第３実施形態では、一連の過程で複数の軸方向の角度制御を効率的に行うことができるようにした改良例について説明する。
【００５０】
図１１は、第３実施形態の制御装置に用いられる比較制御部の要部構成を示す機能ブロック図である。
図１１において、第３実施形態の制御装置は、比較制御部１００のカウンタ制御信号生成回路１００Ｇについて、上述の図６に示した極性反転回路４０に代えて比較信号受信回路４１およびカウンタ制御値生成回路４２を設けると共に、監視制御回路１００Ｈについて、上述の図６に示した極性反転信号生成部３０に代えてメモリ３４およびＣＰＵ３５を設けるようにしたものである。上記以外の他の部分の構成は第２実施形態の場合と同様である。
【００５１】
カウンタ制御信号生成回路１００Ｇの比較信号受信回路４１は、比較回路１００Ｆでの比較結果を示す信号を受信し、それを監視制御回路１００ＨのＣＰＵ３５からの制御信号に従ってカウンタ制御値生成回路４２に伝える。カウンタ制御値生成回路４２は、比較信号受信回路４１を介して伝えられる比較結果を基に、ＣＰＵ３５から送られてくる制御信号に従ってカウンタ制御値を決定し、それをセレクタ１００Ｉに出力する。
【００５２】
監視制御回路１００Ｈのメモリ３４は、比較回路１００Ｆでの比較結果を記憶することが可能な公知の記憶媒体である。ＣＰＵ３５は、Ｈ／Ｌ検出回路３１および初期立上げ回路３３からの各出力信号、並びにメモリ３４の記憶情報を基に、各ＭＥＭＳミラーの角度を変化させる方向、すなわち、目標値に対する出力光パワーの差分の絶対値が０に向かう制御方向を決定し、各ＭＥＭＳミラーの角度補正の全体を制御する。
【００５３】
上記のような構成の光信号交換器の制御装置では、例えば図１２のフローチャートに示すように、まず、ステップ１０で、各ＭＥＭＳミラーを動かす前のいわゆる初期状態において、例えば、ＭＥＭＳミラー駆動部１４ＡのＵ／Ｄカウンタ２１Ｘのカウント値を変化させて対応するＭＥＭＳミラーが一方向に動かされ、その変化を反映した比較回路１００Ｆの比較結果がメモリ３４に記憶される（方向探査）。
【００５４】
ステップ１１では、ＣＰＵ３５において、メモリ３４の記憶情報を参照して当該ＭＥＭＳミラーを制御する方向、すなわち、目標値に対する差分の絶対値が０に近づく制御方向が決定され、その結果がメモリ３４に保存される。この制御方向の決定に際しては、前述したように、初期状態から動かした方向に対して比較回路１００Ｆの出力がハイレベルであればその方向が制御すべき方向となり、ローレベルであればそれとは逆方向が制御すべき方向となる。
【００５５】
そして、ステップ１２では、ＭＥＭＳミラー駆動部１４ＡのＵ／Ｄカウンタ２１ＹおよびＭＥＭＳミラー駆動部１４ＢのＵ／Ｄカウンタ２１Ｘ，２１Ｙについても、ステップ１０およびステップ１１の場合と同様にして、順次、制御方向が決定されてメモリ３４に記憶される。
入力側および出力側の各ＭＥＭＳミラーの各々の軸についての制御方向が決定されると、ステップ１３において、ＣＰＵ３５により４つの制御方向についてのローテーションが組まれ、上述した第２実施形態の場合と同様の光出力レベルの一定制御が１軸ごとに順次実行される（ステップ１３−１〜ステップ１３−４）。このとき、前述の図９（Ｃ）に示したように各軸方向の制御の途中で差分の絶対値が０に到達する前に極小値が検出される場合がある。この場合には、比較制御部１００の符号反転検出回路１００Ｊ（図８）で符号反転が検出されずに制御監視回路１００ＨのＨ／Ｌ検出回路３１でハイレベルからローレベルの変化が検出されたときに、ＣＰＵ３５は、当該軸方向についての制御を終了させるようにカウンタ制御値生成回路４２およびセレクタ選択信号切替回路３２に指示を送り、他の軸方向についての制御を上記のローテーションに従って続行するようにする。
【００５６】
そして、ステップ１４において、符号反転検出回路１００Ｊでの符号反転の検出と、Ｈ／Ｌ検出回路３１でのレベル変化の検出とが確認されることによって、光出力レベルが目標値に到達したことが判断されて全体の制御が終了する。
このように第３実施形態によれば、制御の初期状態において入力側および出力側の各ＭＥＭＳミラーのＸ，Ｙ軸についての制御方向を決定し、各々の軸方向についてのローテーションを組んで制御を行うようにしても、光出力レベルの一定制御を確実に安定して行うことが可能になる。
【００５７】
なお、上記の第３実施形態では、前述した第２実施形態の構成についての変形例を示したが、上述した第１実施形態の構成についても同様にして適用することが可能である。この場合、光出力レベルの目標値が各軸方向での出力光パワーの最大値を超えて設定されない限り、光出力レベルを目標値に確実に制御することができる。
【００５８】
また、上記の第３実施形態では、入力側および出力側の各ＭＥＭＳミラーのＸ，Ｙ軸に対する制御方向を決定してローテーションを組んで１軸ごとに制御を切り替える方式としたが、各々の制御方向を決定した後に複数の軸方向の制御を同時に行うことも可能である。具体的には、例えば図１３のフローチャートに示すように、ステップ１３−１’で入力側のＭＥＭＳミラーのＸ，Ｙ軸の制御を同時に行い、ステップ１３−２’で出力側のＭＥＭＳミラーのＸ，Ｙ軸の制御を同時に行うようにすることができる。このような制御方式を採用すれば、上記の場合と同等の効果が得られると共に、光出力レベルが目標値に達するまでの制御時間の短縮を図ることが可能になる。
【００５９】
ただし、上記のように複数の軸方向の制御を同時に行う場合には、１回の制御サイクルあたりの制御量が１軸ごとに制御を行う場合に比べて粗くなるため、制御の精度が低下することになる。このような制御精度の低下を回避するためには、例えば図１４のフローチャートに示すような手順に従って制御を行うことが有効である。すなわち、上記図１３のフローチャートに示した場合と同様にしてステップ１０〜ステップ１４の各処理を実行していずれかの軸方向について差分の絶対値が０に到達したことが判断されると、ステップ１５において、ローテーションに従った一連の制御を一旦停止した後に、最後に制御を行った方向（図１４の一例では、入力側のＭＥＭＳミラーのＸ，Ｙ軸方向とする）に対応させて、ＭＥＭＳミラー駆動部１４ＡのＵ／Ｄカウンタ２１Ｘのカウント値を変化させて方向探査を行い、ステップ１６で入力側のＭＥＭＳミラーのＸ軸についての制御方向が決定される。また、ステップ１７では入力側のＭＥＭＳミラーのＹ軸についても同様にして方向探査を行って制御方向が決定される。そして、新たに決定された制御方向に従って、ステップ１８では入力側のＭＥＭＳミラーについての制御が１軸ごとに行われ、ステップ１９で差分の絶対値が０になったことが判断されることにより全体の制御が終了される。このような制御方式を採用することによって、光出力レベルの一定制御を高い精度を保ちながら短時間に行うことが可能になる。
【００６０】
次に、本発明の第４実施形態による光信号交換器の制御装置について説明する。
前述した第３実施形態では、入力側および出力側の各ＭＥＭＳミラーのＸ，Ｙ軸について予め方向探査を行って制御方向を決定するようにした。第４実施形態では、各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４ＢのＵ／Ｄカウンタ２１Ｘ，２１Ｙに与える初期値を具体的に規定することで、第３実施形態の場合のような制御方向を決定するための処理を省略可能して処理時間の短縮等を図るようにした変形例を説明することにする。
【００６１】
図１５は、第４実施形態による光信号交換器の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
図１５において、本実施形態の制御装置は、例えば上述の図８に示した第２実施形態の構成について、各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４ＢのＵ／Ｄカウンタ２１Ｘ，２１Ｙに対して、入出力チャネルの組み合わせに対応させて、出力光パワーが最大になる点、すなわち、光信号交換器内の光損失が最小になる点（以下、光損失最小点とする）に相当するカウント値が初期値として与えられるようにしたものである。入出力チャネルの組み合わせに対応した光損失最小点に相当するカウント値は、光信号交換器内の光学系の配置が決まることによって基本的に既知の値となる。このような光損失最小点に相当するカウント値を初期値として与えることにより、制御の初期状態において、各軸方向のいずれについても出力光パワーが最大値付近になるように各ＭＥＭＳミラーの角度が設定されるため、制御方向をどちらの方向に設定しても出力光パワーは減少する方向に変化する（図３および図５を参照）。このため、前述した第３実施形態の場合のように、各軸方向について制御の初期状態で方向探査を行い、制御方向を予め決定しておく必要がなくなる。これにより、光出力レベルの一定制御のための処理時間を短縮させることが可能になると共に、光出力レベルの目標値が各軸方向での出力光パワーの最大値以下に設定されていれば、単一軸のみの制御で光出力レベルを一定にすることも可能になる。また、目標値が最大値を超えて設定される場合には、複数の軸方向についての制御を切り替えて行うことで、光出力レベルを一定にすることができる。
【００６２】
上記のような光損失の最小点に相当するカウント値を初期値として与える制御方式を適用する場合について、より高い精度の制御を実現するためには、例えば図１６のフローチャートに示すような手順に従って制御を行うことが有効である。具体的には、まず、ステップ２０で各ＭＥＭＳミーらの各々の軸方向について光損失の最小点に相当する初期値が対応するＵ／Ｄカウンタにそれぞれ与えられる。そして、ステップ２１では、例えばＭＥＭＳミラー駆動部１４ＡのＵ／Ｄカウンタ２１Ｘのカウント値がアップまたはダウンされて、入力側ＭＥＭＳミラーのＸ軸方向についての角度制御が行われ、ステップ２２で差分の絶対値が極小になる点が検出されると、ステップ２３でその極小になる直前の状態に入力側ＭＥＭＳミラーのＸ軸方向の角度が戻される。
【００６３】
次に、ステップ２４では、ＭＥＭＳミラー駆動部１４ＡのＵ／Ｄカウンタ２１Ｙのカウント値がアップまたはダウンされて、入力側ＭＥＭＳミラーのＹ軸方向についての角度制御が行われる。このときの制御の精度は、上記のステップ２１〜ステップ２３における入力側ＭＥＭＳミラーのＸ軸についての制御の精度に比べて高くなる。すなわち、前述の図３（Ａ）などに示したように、出力光ファイバに結合する光のパワーは、Ｘ，Ｙ軸の角度変化に対して最大点（光損失最小点）を中心に各軸独立にガウシアン分布特性に従って変化する。このため、例えば図１７の概念図に示すように、光損失最小点付近での角度変化に対する出力光パワーの変化は小さいが、光損失最小点から離れた位置での角度変化に対する出力光パワーの変化は大きくなる。このような角度変化に対する出力光パワーの変化特性に着目し、まず、入力側ＭＥＭＳミラーのＸ軸方向について粗調整を行い、次に、Ｙ軸方向に制御を切り替えて光損失最小点付近での微調整を行うことで、精度の高い角度制御が可能になる。そして、ステップ２５で差分の絶対値が極小になる点が検出されると、ステップ２６でその極小になる直前の状態に入力側ＭＥＭＳミラーのＸ軸方向の角度が戻されて、全体の制御が終了することになる。なお、図１７の各曲線に沿って付した番号は、図１６の各ステップに対応した番号である。
【００６４】
上記のように第４実施形態によれば、光損失最小点に相当するカウント値を初期値として与えてＭＥＭＳミラーの角度制御を行うようにすることで、制御時間の短縮を図ることが可能であり、また、２つの軸方向についての制御を切り替えて粗調整および微調整を行うようにすることで、より高い精度の制御が可能になる。
【００６５】
なお、上記の第４実施形態では、粗調整および微調整を行う場合に粗調整用の軸方向は１つであることを想定して説明したが、複数の軸方向を粗調整用として設定するようにしてもよい。例えば、入力側および出力側の各ＭＥＭＳミラーのＸ軸方向について同時に粗調整を行い、その後に入力側または出力側のＭＥＭＳミラーのＹ軸方向について微調整を行うことが可能である。このような制御方式によれば、光出力レベルの目標値が低いレベルに設定されるときでも制御時間を効果的に短縮することができる。
【００６６】
さらに、前述したような単一の軸方向による粗調整と複数の軸方向による粗調整とを、差分の絶対値に応じて切り替えて行うようにする応用も可能である。具体的には、例えば図１８に示すように、比較制御部１００について差分回路１００Ｂで演算された目標値に対する出力光パワーの差分値を検出して、その差分値が予め設定した閾値を超えているか否かを判別する差分値検出回路１００Ｋを設け、その判別結果を制御監視回路１００Ｈに伝えてセレクタ選択信号切替回路３２を制御することにより、差分値が閾値以下の場合には単一の軸方向による粗調整を行うようにし、一方、差分値が閾値を超える場合には複数の軸方向による粗調整を同時に行うようにする。このような制御方式を採用することで、目標値として設定される所望の光出力レベルの差に応じて生じる制御時間のばらつきを抑えることができ、光出力レベルの一定制御を安定して行うことが可能になる。
【００６７】
次に、本発明の第５実施形態による光信号交換器の制御装置について説明する。
第５実施形態では、光出力レベルの目標値の設定に応じて光出力レベルの一定制御が可能であるか否かを判定する機能を制御装置に付加した応用例について説明する。
【００６８】
図１９は、第５実施形態の制御装置に用いられる比較制御部の構成を示す機能ブロック図である。
図１９において、本実施形態の制御装置は、例えば、上述の図８に示した第２実施形態の比較制御部１００について、差分回路１００Ｂに与えられる目標値に応じて、第２実施形態で説明したような光出力レベルの一定制御を行うことが可能であるか否かを判定してその結果を外部等に出力する制御判定回路１００Ｌを設けたものである。なお、制御判定回路１００Ｌ以外の他の部分の構成は第２実施形態の場合と同様である。
【００６９】
光出力レベルの目標値として設定することができる有効な最大レベルは、光入力レベルと、光損失が最小になるように調整されたときの損失量とによって一意に決定される既知の値（以下、制御上限値とする）である。そこで、本実施形態では、差分回路１００Ｂに与えられる目標値と、上記の制御上限値との大小比較が制御判定回路１００Ｌで行われ、目標値が制御上限値を超えて設定されるような場合に制御不能であることが判定されて、その旨が判定信号として外部等に出力される。これにより、光入力レベルおよび光損失量の関係で、本光信号交換器では光出力レベルを目標値に一定制御することができない状況を外部等に事前に伝えることが可能になる。
【００７０】
なお、上記の第５実施形態において、符号反転検出回路１００Ｊが１度も符号反転を検出することなく４つの軸方向の制御を終えた場合、各ＭＥＭＳミラーの角度は、光出力レベルが目標値に到達しないまま光損失が最小になる点に調整されることになる。このような状況は、光信号交換器に入力される光信号に異常等が発生して、規定された光入力レベルが満足されていないことを意味する。そこで、上記のような状況を検出する機能を付加することで、光信号交換器の前段に接続されるシステムにおける異常発生を判断することが可能になる。
【００７１】
具体的には、例えば図２０に示すように、監視制御回路１００Ｈを構成するＨ／Ｌ検出回路３１でのハイレベルからローレベルへの変化の検出回数を計数するカウンタ等からなる検出回数計数回路１００Ｍと、その検出回数計数回路１００Ｍからの出力信号に応じて前段側のシステムの異常発生を検出する異常検出処理回路１００Ｎとを設けるようにする。このような構成では、符号反転検出回路１００Ｊから出力される符号反転検出信号によってリセットされる検出回数計数回路１００Ｍにおいて、Ｈ／Ｌ検出回路３１でのレベル変化の検出回数が４回に達してハイレベルの信号が異常検出処理回路１００Ｎに出力されると、異常検出処理回路１００Ｎは前段側のシステムの異常発生を判断してその旨を外部等に伝える信号を出力する。これにより、本光信号交換器が適用される通信システムの信頼性を向上させることが可能になる。
【００７２】
次に、本発明の第６実施形態による光信号交換器の制御装置について説明する。
上述してきた各実施形態においては、出力光パワーをモニタして各ＭＥＭＳミラーの角度をフィードバック制御する構成であるため、本光信号交換器におけるチャネルの切り替え時に光入力レベルが変動しても、各ＭＥＭＳミラーの角度を補正することで光出力レベルを一定に制御することが可能である。しかし、本光信号交換器の前段に接続されるシステム上でパスの切り替え等が行われ、本光信号交換器への光入力レベルが瞬間的ではあるが急激に低下する場合も想定され、そのような場合には光入力レベルが急激に低下した状態で出力光パワーがモニタされて光出力レベルの一定制御が行われてしまうため、本光信号交換器の動作とは直接関係のない外的な要因で誤動作を起こしてしまう可能性がある。そこで、第６実施形態では、上記のような外的な要因による誤動作を回避するための機能を制御装置に付加した応用例について説明する。
【００７３】
図２１は、第６実施形態の制御装置に用いられる比較制御部の構成を示す機能ブロック図である。
図２１において、本実施形態の制御装置は、例えば、上述の図１に示した第１実施形態の比較制御部１００について、デコード回路１００Ｐ、ホールド回路１００Ｑおよびモニタ値比較回路１００Ｒを設けたものである。デコード回路１００Ｐは、Ａ／Ｄ変換器１００Ａから出力されるデジタル信号をデコードしてホールド回路１００Ｑに出力する。ホールド回路１００Ｑには、所要の周波数のクロック信号ＣＬＫが入力されていて、デコード回路１００Ｐからの出力信号が予め設定した一定時間だけ保持された後にモニタ値比較回路１００Ｒの一方の入力端子に送られる。モニタ値比較回路１００Ｒは、他方の入力端子に与えられるＡ／Ｄ変換器１００Ａからのデジタル信号で示される電圧値と、ホールド回路１００Ｅからのデジタル信号で示される電圧値との大小比較を行い、その比較結果を制御監視回路１００Ｈに伝える回路である。
【００７４】
上記のような構成では、光入力レベルが瞬間的に急激に低下した場合、その光入力レベルの変化に応じてモニタ値比較回路１００Ｒにおける比較値も減少するようになる。このため、モニタ値比較回路１００Ｒは、その比較値が予め設定した（負の）閾値以下になったことを検出すると、各ＭＥＭＳミラーの制御を停止させるための制御信号を制御監視回路１００Ｈに伝達する。そして、光入力レベルの急激な低下が回復してモニタ値比較回路１００Ｒの比較値が閾値を超えるようになると、停止させていた各ＭＥＭＳミラーの制御を再開させる制御信号を制御監視回路１００Ｈに伝達する。
【００７５】
このように第６実施形態によれば、光信号交換器の前段に接続されるシステム上でパスの切り替え等が行われて光入力レベルが瞬間的に急激に低下した場合には、各ＭＥＭＳミラーの制御が停止されるようになるため、外的な要因による光信号交換器の誤動作を回避することが可能になる。
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。
【００７６】
（付記１） 反射面の角度が制御可能な複数のティルトミラーを平面上に配置した第１ミラーアレイおよび第２ミラーアレイを有し、入力された光信号を前記第１ミラーアレイおよび前記第２ミラーアレイで順次反射して特定の位置から出力する光信号交換器について、前記第１ミラーアレイおよび前記第２ミラーアレイの各ティルトミラーの反射面の角度を制御する制御装置であって、
前記特定の位置から出力される光信号のパワーを検出する光パワー検出手段と、
該光パワー検出手段で検出される光パワーが前記特定の位置に対応させて設定した目標値で一定となるように、前記第１ミラーアレイおよび前記第２ミラーアレイの前記光信号を反射したティルトミラーのうちの少なくとも一方の反射面の角度を制御する角度制御手段と、
を備えて構成されたことを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００７７】
（付記２） 付記１に記載の制御装置であって、
前記角度制御手段は、
前記第１ミラーアレイの各ティルトミラーの反射面の角度を一定の制御方向に段階的に変化させる第１ミラー駆動部と、
前記第２ミラーアレイの各ティルトミラーの反射面の角度を一定の制御方向に段階的に変化させる第２ミラー駆動部と、
前記第１ミラー駆動部および前記第２ミラー駆動部の少なくとも一方により反射面の角度を変化させた時の直前および直後に前記光パワー検出手段で検出される出力光パワーの各値と前記目標値との差分の絶対値をそれぞれ演算して比較し、該比較結果を基に前記第１ミラー駆動部および前記第２ミラー駆動部における各制御方向を決定して、前記差分の絶対値が極小になるように前記反射面の角度をフィードバック制御する比較制御部と、
を有することを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００７８】
（付記３） 付記２に記載の制御装置であって、
前記比較制御部は、
前記光パワー検出手段で検出される出力光パワーの値と前記目標値との差分を求める差分回路と、
該差分回路で求められた差分の絶対値を検出する絶対値検出回路と、
該絶対値検出回路で検出された絶対値を示す信号を一定の時間保持して出力するホールド回路と、
前記絶対値検出回路からの出力信号および前記ホールド回路からの出力信号を比較し、各出力信号で示される絶対値の大小関係に応じてレベルが変化する信号を出力する比較回路と、
該比較回路からの出力信号のレベルに従って、前記第１ミラー駆動部および前記第２ミラー駆動部における各制御方向を決定する信号を生成する制御信号生成回路と、
前記比較回路からの出力信号を監視して前記制御信号生成回路の動作設定を制御する制御監視回路と、
を有することを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００７９】
（付記４） 付記２に記載の制御装置であって、
前記比較制御部は、前記光パワー検出手段で検出される出力光パワーの値と前記目標値との差分の符号反転を検出し、前記差分の絶対値の比較結果と前記符号反転の検出結果とに基づいて、角度制御を行うティルトミラーまたは該ティルトミラーの反射面の軸方向を切り替えることを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００８０】
（付記５） 付記２に記載の制御装置であって、
前記比較制御部は、前記第１ミラーアレイおよび前記第２ミラーアレイの各ティルトミラーの反射面の各々の軸について、前記反射面の角度のフィードバック制御を行う前の初期状態において、前記光パワー検出手段で検出される出力光パワーの値が前記目標値に近づく制御方向をそれぞれ探査して決定し、該決定した各制御方向に従って各々の軸に対するフィードバック制御を順次切り替えて行うことを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００８１】
（付記６） 付記５に記載の制御装置であって、
前記比較制御部は、前記決定した各制御方向に従って複数の軸のうちの少なくとも２つの軸に対するフィードバック制御を同時に行うことを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００８２】
（付記７） 付記５に記載の制御装置であって、
前記比較制御部は、前記決定した各制御方向に従って複数の軸のうちの少なくとも２つの軸に対するフィードバック制御を同時に行った後に、他の１つの軸に対するフィードバック制御を行うことを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００８３】
（付記８） 付記２に記載の制御装置であって、
前記比較制御部は、前記第１ミラーアレイおよび前記第２ミラーアレイの各ティルトミラーの反射面の各々の軸について、前記反射面の角度のフィードバック制御を行う前の初期状態において、前記特定の位置から出力される光信号に対する光損失が最小になるように前記反射面の角度をそれぞれ初期設定した後に、複数の軸のうちの少なくとも１つの軸に対する任意の制御方向に従ったフィードバック制御を行うことを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００８４】
（付記９） 付記８に記載の制御装置であって、
前記比較制御部は、前記初期設定が行われた後に、複数の軸のうちの２つ以上の軸に対する任意の制御方向に従ったフィードバック制御を同時に行うことを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００８５】
（付記１０） 付記８に記載の制御装置であって、
前記比較制御部は、前記初期設定が行われた後に、複数の軸のうちの少なくとも１つの軸に対して任意の制御方向に反射面の角度を粗調整し、次に、他の１つの軸に対して任意の制御方向に反射面の角度を微調整してフィードバック制御を行うことを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００８６】
（付記１１） 付記１０に記載の制御装置であって、
前記反射面の角度を粗調整する軸の数が、前記光パワー検出手段で検出される出力光パワーの値と前記目標値との差分の値に応じて設定されることを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００８７】
（付記１２） 付記１に記載の制御装置であって、
前記角度制御手段は、前記目標値が制御可能な範囲を超えて設定されたか否かを判定し、該判定結果に応じて制御不能を報知する信号を出力する制御判定部を備えたことを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００８８】
（付記１３） 付記４に記載の制御装置であって、
前記角度制御手段は、前記差分の符号反転を検出することなく、すべての軸方向についての差分の絶対値が極小に達したとき、光信号交換器に入力される光信号の異常を検出する異常検出処理部を備えたことを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００８９】
（付記１４） 付記１に記載の制御装置であって、
前記角度制御手段は、前記光パワー検出手段で検出される光パワーの変動量が予め設定した値を超えたとき、前記反射面の角度の制御を停止することを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００９０】
（付記１５） 反射面の角度が制御可能な複数のティルトミラーを平面上に配置した第１ミラーアレイおよび第２ミラーアレイを有し、入力された光信号を前記第１ミラーアレイおよび前記第２ミラーアレイで順次反射して特定の位置から出力する光信号交換器について、前記第１ミラーアレイおよび前記第２ミラーアレイの各ティルトミラーの反射面の角度を制御する方法であって、
前記特定の位置から出力される光信号のパワーを検出し、該検出した光パワーが前記特定の位置に対応させて設定した目標値で一定となるように、前記第１ミラーアレイおよび前記第２ミラーアレイの前記光信号を反射したティルトミラーのうちの少なくとも一方の反射面の角度を制御する過程を含んでなることを特徴とする光信号交換器の制御方法。
【００９１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる光信号交換器の制御装置および制御方法によれば、第１および第２ミラー駆動部の少なくとも一方により反射面の角度を変化させた時の直前および直後に特定の位置から出力される光信号のパワーを検出し、その出力光パワーの各値と目標値との差分の絶対値に基づいて第１および第２ミラー駆動部における各制御方向を決定し、差分の絶対値が極小になるように反射面の角度をフィードバック制御し、このフィードバック制御は、制御前の初期状態において、特定の位置から出力される光信号に対する光損失が最小になるように各ティルトミラーの反射面の角度を各々の軸ごとに初期設定した後に、複数の軸のうちの少なくとも１つの軸に対する任意の制御方向に従って行われるものとして、出力光パワーが目標値で一定となるようにしたことで、光入力レベルの異なるチャネルの切り替えを行うときでも、光入力レベルの変化に関係なく光出力レベルを一定に制御することができ、かつ、制御時間の短縮を図ることが可能になる。これにより、光信号交換器の後段に接続されるシステムを安定して動作させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による光信号交換器の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】図１の制御装置を適用した光信号交換器の全体構成を示す概略図である。
【図３】光信号交換器の出力光パワーを最大に制御する場合の概念を説明するための図である。
【図４】光入力レベルの異なるチャネルに切り替えたときの光出力レベルの変化を説明するための概念図である。
【図５】光信号交換器の光出力レベルを一定に制御する場合の概念を説明するための図である。
【図６】上記第１実施形態に用いるカウンタ制御信号生成回路および監視制御回路の具体的な回路構成を示す図である。
【図７】上記第１実施形態における比較制御部の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図８】本発明の第２実施形態による光信号交換器の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図９】上記第２実施形態における制御動作の概念を説明するための図である。
【図１０】上記第２実施形態において制御を続行するか終了するかの判断方法を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第３実施形態の制御装置に用いられる比較制御部の要部構成を示す機能ブロック図である。
【図１２】上記第３実施形態についての制御動作を説明するためのフローチャートである。
【図１３】上記第３実施形態に関連した他の制御動作の一例を説明するためのフローチャートである。
【図１４】図１３の制御動作について精度の向上を図った応用例を説明するためのフローチャートである。
【図１５】本発明の第４実施形態による光信号交換器の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図１６】上記第４実施形態についての制御動作を説明するためのフローチャートである。
【図１７】図１６の制御動作において精度向上が可能になることを説明するための概念図である。
【図１８】上記第４実施形態に関連した他の応用例を示す構成図である。
【図１９】本発明の第５実施形態の制御装置に用いられる比較制御部の構成を示す機能ブロック図である。
【図２０】上記第５実施形態に関連して光信号交換器の前段に接続されるシステムの異常発生を判断する機能を設けた一例を示す図である。
【図２１】本発明の第６実施形態の制御装置に用いられる比較制御部の構成を示す機能ブロック図である。
【図２２】一般的な３次元型の光信号交換器の構成例を示す斜視図である。
【図２３】光信号交換器内の光損失を最小にするための制御装置の構成例を示す機能ブロック図である。
【図２４】光信号交換器内の光損失を最小にする制御の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ コリメータアレイ
２Ａ，２Ｂ ＭＥＭＳミラーアレイ
１０Ａ，１０Ｂ 光ファイバアレイ
１１ 光カプラアレイ
１２ 光パワー検出部
１４Ａ，１４Ｂ ＭＥＭＳミラー駆動部
２０，１００Ｉ セレクタ
２１Ｘ，２１Ｙ Ｕ／Ｄカウンタ
２２Ｘ，２２Ｙ Ｄ／Ａ変換器
２３ ＭＥＭＳミラードライバ
３０ 極性反転信号生成部
３１ Ｈ／Ｌ検出回路
３２ セレクタ選択信号切替回路
３３ 初期立上げ回路
３４ メモリ
３５ ＣＰＵ
４０ 極性反転回路
４１ 比較信号受信回路
４２ カウンタ制御値生成回路
１００ 比較制御部
１００Ａ Ａ／Ｄ変換器
１００Ｂ 差分回路
１００Ｃ 絶対値検出回路
１００Ｄ，１００Ｐ デコード回路
１００Ｅ，１００Ｑ ホールド回路
１００Ｆ 比較回路
１００Ｇ カウンタ制御信号生成回路
１００Ｈ 制御監視回路
１００Ｊ 符号反転検出回路
１００Ｋ 差分値検出回路
１００Ｌ 制御判定回路
１００Ｍ 検出回数計数回路
１００Ｎ 異常検出処理回路
１００Ｒ モニタ値検出回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、光信号交換器における切り替え制御技術に関し、特に、マイクロマシン（ＭＥＭＳ：Micro Electric Mechanical system）技術による反射型のティルトミラーを用いた光信号交換器の制御装置および制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネット等におけるトラフィックの増加に伴って光ネットワークの需要が高まっている。このような状況において、高速・大容量のデータを光信号のままで切り替える光信号交換器の導入が注目されている。高速・大容量の光信号交換器を実現するための従来の技術としては、例えば、光ファイバをメカニカルに切り替える方式や導波路を組み合わせた方式などが主流であった。しかし、このような従来の技術においては多段構成を採用する必要があったため、光信号交換器内の光損失が非常に大きく、また、チャネル数の増大に対応することにも限界があり、数１０チャネル以上に対応した光信号交換器の実現は困難であった。
【０００３】
上記のような状況において、マイクロマシン（ＭＥＭＳ）技術を応用して作製したティルトミラー（以下、ＭＥＭＳミラーと呼ぶ）を用いた光スイッチは、小型化、波長無依存および偏波無依存などの点で他のスイッチに比べて優位性があり注目されている。特に、例えば図２２に示すように、複数のコリメータを２次元に配置した２つのコリメータアレイ１Ａ，１Ｂと、複数のＭＥＭＳミラーを２次元に配置した２つのＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ，２Ｂを組み合わせて構成した３次元型の光信号交換器は、光損失の低減、大容量化および多チャネル化が実現可能であるという点で期待されている。
【０００４】
上記のような３次元型の光信号交換器について、本出願人は、各ＭＥＭＳミラーの角度ずれを自動的に補正して光損失を低減させるための制御技術を提案している（例えば、特願２００１−１９８９３６号等）。この制御技術を適用した光信号交換器の制御装置は、例えば図２３に示すように、出力側のコリメータアレイ１Ｂに接続される出力光ファイバアレイ１０Ｂの後段に設けられた光カプラアレイ１１で分岐された光のパワーを光パワー検出部１２で検出し、その検出結果を基に比較制御部１３で出力光ファイバに対する光信号の結合状態を判別して光信号交換器内での損失が最小となるように各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４Ｂを制御して、各々のＭＥＭＳミラーの反射面の角度ずれが自動的に補正されるようにしたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような光信号交換器内の損失を最小にする制御技術においては、例えば、入力点Ａから出力点Ｂに光信号を伝える光路が入力点Ａ’から出力点Ｂに光信号を伝える光路に変更されるようなチャネルの切り替えを行う際、図２４の概念図に示すように各入力点Ａ，Ａ’への光入力レベルが異なっているとき、同じ出力点Ｂに出力される光信号のレベルが切り替えの前後で変化してしまう場合がある。このようなチャネルの切り替えに伴う光出力レベルの変化は、光信号交換器の後段に繋がるシステムに影響を与えてしまう可能性があり、具体的には、光アンプの飽和やビットエラーレートの増加などを招く虞がある。
【０００６】
本発明は上記の点に着目してなされたもので、光入力レベルの異なるチャネルの切り替えを行うときでも光出力レベルを一定に制御できる光信号交換器の制御装置および制御方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明による光信号交換器の制御装置は、反射面の角度が制御可能な複数のティルトミラーを平面上に配置した第１ミラーアレイおよび第２ミラーアレイを有し、入力された光信号を第１および第２ミラーアレイで順次反射して特定の位置から出力する光信号交換器について、第１および第２ミラーアレイの各ティルトミラーの反射面の角度を制御する制御装置であって、上記特定の位置から出力される光信号のパワーを検出する光パワー検出手段と、その光パワー検出手段で検出される光パワーが上記特定の位置に対応させて設定した目標値で一定となるように、第１および第２ミラーアレイの光信号を反射したティルトミラーのうちの少なくとも一方の反射面の角度を制御する角度制御手段と、を備えて構成され、さらに、前記角度制御手段は、第１ミラーアレイの各ティルトミラーの反射面の角度を一定の制御方向に段階的に変化させる第１ミラー駆動部と、第２ミラーアレイの各ティルトミラーの反射面の角度を一定の制御方向に段階的に変化させる第２ミラー駆動部と、第１および第２ミラー駆動部の少なくとも一方により反射面の角度を変化させた時の直前および直後に光パワー検出手段で検出される出力光パワーの各値と目標値との差分の絶対値をそれぞれ演算して比較し、該比較結果を基に第１および第２ミラー駆動部における各制御方向を決定して、差分の絶対値が極小になるように反射面の角度をフィードバック制御する比較制御部と、を備え、さらに、前記比較制御部は、前記第１ミラーアレイおよび前記第２ミラーアレイの各ティルトミラーの反射面の各々の軸について、前記反射面の角度のフィードバック制御を行う前の初期状態において、前記特定の位置から出力される光信号に対する光損失が最小になるように前記反射面の角度をそれぞれ初期設定した後に、複数の軸のうちの少なくとも１つの軸に対する任意の制御方向に従ったフィードバック制御を行うものである。
【０００８】
かかる構成の制御装置では、第１および第２ミラーアレイで順次反射されて特定の位置から出力される光信号のパワーが光パワー検出手段によって検出され、その出力光パワーが予め設定された目標値で一定となるように、光信号の伝搬経路上に位置するティルトミラーの一方または両方の反射面の角度が角度制御手段によって制御される。このとき、第１および第２ミラー駆動部の少なくとも一方により反射面の角度を変化させた時の直前および直後に上記特定の位置から出力される光信号のパワーが検出され、その出力光パワーの各値と目標値との差分の絶対値に基づいて第１および第２ミラー駆動部における各制御方向が決定され、差分の絶対値が極小になるように反射面の角度がフィードバック制御される。この反射面の角度のフィードバック制御は、制御前の初期状態において、特定の位置から出力される光信号に対する光損失が最小になるように各ティルトミラーの反射面の角度を各々の軸ごとに初期設定した後に、複数の軸のうちの少なくとも１つの軸に対する任意の制御方向に従って行われるものとする。これにより、光入力レベルの異なるチャネルの切り替えを行うときでも、光入力レベルの変化に関係なく光出力レベルを一定に制御することが可能になる。
【００１０】
さらに、上記の制御装置の好ましい１つの態様として、比較制御部は、第１および第２ミラーアレイの各ティルトミラーの反射面の各々の軸について、反射面の角度のフィードバック制御を行う前の初期状態において、光パワー検出手段で検出される出力光パワーの値が目標値に近づく制御方向をそれぞれ探査して決定し、その決定した各制御方向に従って各々の軸に対するフィードバック制御を順次切り替えて行うようにしてもよい。かかる態様では、各軸方向についての制御すべき方向が事前に探査されて決定された後に、その制御方向に従って反射面の角度がフィードバック制御されるようになる。
【００１２】
本発明による光信号交換器の制御方法は、反射面の角度が制御可能な複数のティルトミラーを平面上に配置した第１ミラーアレイおよび第２ミラーアレイと、該第１ミラーアレイおよび第２ミラーアレイの各ティルトミラーの反射面の角度を一定の制御方向に段階的に変化させる第１ミラー駆動部および第１ミラー駆動部とを有し、入力された光信号を第１および第２ミラーアレイで順次反射して特定の位置から出力する光信号交換器について、第１および第２ミラーアレイの各ティルトミラーの反射面の角度を制御する方法であって、第１および第２ミラー駆動部の少なくとも一方により反射面の角度を変化させた時の直前および直後に、上記特定の位置から出力される光信号のパワーを検出する過程と、該検出した出力光パワーの各値と前記特定の位置に対応させて設定した目標値との差分の絶対値をそれぞれ演算して比較し、該比較結果を基に第１および第２ミラー駆動部における各制御方向を決定して、前記差分の絶対値が極小になるように、第１および第２ミラーアレイの光信号を反射したティルトミラーのうちの少なくとも一方の反射面の角度を制御する過程と、を含み、前記反射面の角度を制御する過程は、前記第１ミラーアレイおよび前記第２ミラーアレイの各ティルトミラーの反射面の各々の軸について、前記反射面の角度のフィードバック制御を行う前の初期状態において、前記特定の位置から出力される光信号に対する光損失が最小になるように前記反射面の角度をそれぞれ初期設定した後に、複数の軸のうちの少なくとも１つの軸に対する任意の制御方向に従ったフィードバック制御を行う方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態による光信号交換器の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。また、図２は、図１の制御装置を適用した光信号交換器の全体構成を示す概略図である。なお、上述の図２２および図２３に示した従来の構成と同様の部分には同一の符号が付してある。
【００１４】
各図において、本実施形態の全体構成は、例えば、上述の図２３に示した従来の構成と同様に、複数のコリメータを２次元に配置した２つのコリメータアレイ１Ａ，１Ｂと、該各コリメータアレイ１Ａ，１Ｂの各々のコリメータに対応した複数のＭＥＭＳミラーを２次元に配置した２つのＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ，２Ｂとを組み合わせて構成した３次元型の光信号交換器について、出力側のコリメータアレイ１Ｂに接続される出力光ファイバアレイ１０Ｂの後段に設けられる光カプラアレイ１１と、該光カプラアレイ１１の各光カプラ１１で分岐された光のパワーを検出する光パワー検出部１２と、該光パワー検出部１２の検出結果を基に出力光ファイバに対する光信号の結合状態を判別して、光出力レベルが一定になるように各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４Ｂを制御する比較制御部１００とを備えた制御装置を設けたものである。
【００１５】
なお、ここでは、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａが第１ミラーアレイに相当し、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ｂが第２ミラーアレイに相当し、ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａが第１ミラー駆動部に相当し、ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ｂが第２ミラー駆動部に相当する。
光信号交換器のコリメータアレイ１Ａには、各コリメータに対応させて複数の光ファイバを２次元に配置した入力光ファイバアレイ１０Ａが接続され、各入力光ファイバから出射された光が各々のコリメータを通過して平行光となりＭＥＭＳミラーアレイ２Ａに向けて送られる。また、コリメータアレイ１Ｂにも、各コリメータに対応させて複数の光ファイバを２次元に配置した出力光ファイバアレイ１０Ｂが接続され、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ｂで反射された光が、各コリメータを通過して各々の出力光ファイバに結合される。
【００１６】
ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａは、各ＭＥＭＳミラーの鏡面が配列された平面の法線方向が、コリメータアレイ１Ａから送られてくる光信号の伝搬方向（光軸方向）に対して非平行となるように傾けて配置される。また、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ｂは、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａの各ＭＥＭＳミラーで反射された光を対応するＭＥＭＳミラーで再度反射してコリメータアレイ１Ｂに導く所要の位置に配置される。各ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ，２Ｂに配置される各々のＭＥＭＳミラーは、マイクロマシン（ＭＥＭＳ）技術を応用して作製した公知のマイクロティルトミラーであって、具体的には、例えばトーションバーにより支持され上面にミラーが形成された可動板をシリコン基板に一体に設け、該可動板を電磁力によりトーションバーを軸にして回動させることでミラーの振角を可変制御するものである。
【００１７】
光カプラアレイ１１は、出力光ファイバアレイ１０Ｂの各出力光ファイバに対応した複数の光カプラが配置されていて、各出力光ファイバを伝搬する光信号の一部が各々の光カプラで分岐されて光パワー検出部１２に送られる。
光パワー検出部１２は、例えば図１の左側上部に示すように、光カプラアレイ１１の各光カプラで分岐されたモニタ光を受光してその光パワーに応じた電流信号を発生する光検出器１２Ａと、該光検出器１２Ａから出力される電流信号を電圧信号に変換するＩ／Ｖ変換器１２Ｂと、を有する。なお、図１では１組の光検出器１２ＡおよびＩ／Ｖ変換器１２Ｂのみが示してあるが、実際には、光カプラアレイ１１の各光カプラにそれぞれ対応した、すなわち、光信号交換器の出力チャネル数に対応した光検出器１２ＡおよびＩ／Ｖ変換器１２Ｂが光パワー検出部１２に設けられているものとする。
【００１８】
比較制御部１００は、例えば図１の中央上部に示すように、Ａ／Ｄ変換器１００Ａ、差分回路１００Ｂ、絶対値検出回路１００Ｃ、デコード回路１００Ｄ、ホールド回路１００Ｅ、比較回路１００Ｆ、カウンタ制御信号生成回路１００Ｇ、制御監視回路１００Ｈおよびセレクタ１００Ｉを有する。なお、ここでも１つの出力チャネルに対応した構成のみについて図示したが、実際の比較制御部１００は、光信号交換器の出力チャネル数に対応した同様の構成を備えているものとする。
【００１９】
Ａ／Ｄ変換器１００Ａは、光パワー検出部１２から出力されるアナログの電圧信号をデジタル信号に変換する一般的な電気回路であり、変換したデジタルの電圧信号を差分回路１００Ｂの一方の入力端子に送る。差分回路１００Ｂの他方の入力端子には予め設定された目標値を示す信号が与えられていて、Ａ／Ｄ変換器１００Ａからの出力信号と目標値の差分が演算され、その結果が絶対値検出回路１００Ｃに送られる。なお、差分回路１００Ｂに与えられる目標値の設定については後述する。
【００２０】
絶対値検出回路１００Ｃは、差分回路１００Ｂで演算された差分の絶対値を検出して、その結果を比較回路１００Ｆの一方の入力端子に送ると共にデコード回路１００Ｄにも送る。デコード回路１００Ｄは、絶対値検出回路１００Ｃからの出力信号をデコードしてホールド回路１００Ｅに出力する。ホールド回路１００Ｅには、所要の周波数のクロック信号ＣＬＫが入力されていて、デコード回路１００Ｄからの出力信号が予め設定した一定時間だけ保持された後に、比較回路１００Ｆの他方の入力端子に送られる。このホールド回路１００Ｅにおいて信号が保持される時間は、例えば、後述するような各ＭＥＭＳミラーのフィードバック制御が１サイクル完了する時間に対応させて設定されるものとする。
【００２１】
比較回路１００Ｆは、絶対値検出回路１００Ｃおよびホールド回路１００Ｅからそれぞれ送られてくるデジタル信号で示される電圧値の大小比較を行い、その比較結果をカウンタ制御信号生成部１００Ｇおよび制御監視回路１００Ｈに伝える回路である。この比較回路１００Ｆは、具体的には、例えば絶対値検出回路１００Ｃからのデジタル値（制御後の電圧値）がホールド回路１００Ｅからのデジタル値（制御前の電圧値）よりも大きければローレベルの信号を出力し、小さければハイレベルの信号を出力するようにする。このような比較回路１００Ｆの出力論理レベルは、上述の図２３に示した従来構成における比較制御部１３に用いられる同様の比較回路の出力論理レベルを反転させたものとなる。
【００２２】
カウンタ制御信号生成部１００Ｇは、比較回路１００Ｆからの出力信号のレベルに応じてカウンタ制御信号を生成する。このカウンタ制御信号は、各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４Ｂの後述するＵ／Ｄカウンタ２１Ｘ，２１Ｙのカウント値を制御するための信号である。ここでは、カウンタ制御信号生成部１００Ｇで生成されたカウンタ制御信号が、セレクタ１００Ｉを介して対応するＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４Ｂに振り分けられるようにしている。
【００２３】
制御監視回路１００Ｈは、カウンタ制御信号生成部１００Ｇが比較回路１００Ｆからの出力信号のレベルに対してカウント値を増加させるカウンタ制御信号（以下、カウントアップ信号とする）を与えるのか、或いは、減少させるカウンタ制御信号（以下、カウントダウン信号とする）を与えるのかを決める指令を比較回路１００Ｆからの出力信号に応じて生成し、該指令をカウンタ制御信号生成部１００Ｇおよびセレクタ１００Ｉに伝えるための回路である。
【００２４】
ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａは、光信号交換器の入力側のＭＥＭＳミラーアレイ２Ａを駆動制御するものである。具体的には、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａの各ＭＥＭＳミラーに対応させて、例えば図１の中段部分に示すように、セレクタ２０と、Ｘ軸方向に対応したＵ／Ｄカウンタ２１ＸおよびＤ／Ａ変換器２２Ｘと、Ｙ軸方向に対応したＵ／Ｄカウンタ２１ＹおよびＤ／Ａ変換器２２Ｙと、ＭＥＭＳミラードライバ２３とを有する。また、ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ｂは、光信号交換器の出力側のＭＥＭＳミラーアレイ２Ｂを駆動制御するものである。具体的には、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ｂの各ＭＥＭＳミラーに対応させて、例えば図１の下段部分に示すように、Ｘ軸方向に対応したＵ／Ｄカウンタ２１ＸおよびＤ／Ａ変換器２２Ｘと、Ｙ軸方向に対応したＵ／Ｄカウンタ２１ＹおよびＤ／Ａ変換器２２Ｙと、ＭＥＭＳミラードライバ２３と、を有する。なお、図１の各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４Ｂには、１つのＭＥＭＳミラー（１つのチャネル）に対応した構成のみがそれぞれ示してある。
【００２５】
ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａに設けられるセレクタ２０は、比較制御部１００からのカウンタ制御信号に応じて、ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａに配置された複数のＭＥＭＳミラーのうちの制御対象となるＭＥＭＳミラーを選択し、そのＭＥＭＳミラーに対応した回路ブロックにカウンタ制御信号を伝えるものである。このセレクタ２０の選択動作は、光パワー検出部１２で検出される光の出力チャネルに対応した入力チャネルに関する情報が与えられることによって設定される。なお、ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ｂには、上記のようなセレクタ２０が設けられていないが、これは、光パワー検出部１２で検出される光の出力チャネルが決まると、それに対応するＭＥＭＳミラーアレイ２ＢのＭＥＭＳミラーが１つに特定されるためである。
【００２６】
各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４Ｂに設けられるＵ／Ｄカウンタ２１Ｘは、比較制御部１００からのカウンタ制御信号に従ってＭＥＭＳミラーのＸ軸方向についてのカウント値を増加または減少させ、そのカウント値をＤ／Ａ変換器２２Ｘに出力する。Ｄ／Ａ変換器２２Ｘは、Ｕ／Ｄカウンタ２１Ｘからのデジタルで表されたカウント値をアナログ値に変換してＭＥＭＳミラードライバに出力する。また、Ｕ／Ｄカウンタ２１Ｙは、比較制御部１００からのカウンタ制御信号に従ってＭＥＭＳミラーのＹ軸方向についてのカウント値を増加または減少させ、そのカウント値をＤ／Ａ変換器２２Ｙに出力する。Ｄ／Ａ変換器２２Ｙは、Ｕ／Ｄカウンタ２１Ｙからのデジタルで表されたカウント値をアナログ値に変換してＭＥＭＳミラードライバに出力する。
【００２７】
なお、各Ｕ／Ｄカウンタ２１Ｘ，２１Ｙには、ミラー調整速度の向上、すなわち、フィードバック時間を短縮させるために、入出力チャネルに応じて予め設定されたカウンタ初期値がそれぞれ与えられることが望ましい。このカウンタ初期値の具体的な設定方法については後述することにする。
各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４Ｂに設けられるＭＥＭＳミラードライバ２３は、対応するＭＥＭＳミラーのＸ軸方向またはＹ軸方向の角度を各々の軸方向に対応したカウント値に従って駆動制御する信号を生成する。各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４Ｂで生成された駆動制御信号は、各ＭＥＭＳミラーアレイ２Ａ，２Ｂの対応するＭＥＭＳミラーに与えられて反射面の角度調整が行われる。
【００２８】
次に、第１実施形態の動作について説明する。
まず、出力光ファイバに結合された光信号のパワーと入力側および出力側の各ＭＥＭＳミラーの角度との関係について、図３の特性図を参照しながら説明する。
上述の図２２に示したような３次元型の構成をもつ光信号変換器については、図３（Ａ）に示すように、出力光パワーが最大になるミラー角度の最適点が、入力側および出力側の各ＭＥＭＳミラーについて出力光パワーがそれぞれ極大になる点で一致し、かつ、入力側のＭＥＭＳミラーの角度変化に対する出力光パワーの変化と、出力側のＭＥＭＳミラーの角度変化に対する出力光パワーの変化とが互いに依存することなく独立の関係になるという特性が確認されている。
【００２９】
なお、図３には、各ＭＥＭＳミラーのＸ軸方向の角度を変化させたときの出力光パワーの変化の様子を示したが、上記の特性は各ＭＥＭＳミラーのＹ軸方向の角度を変化させたときについても同様である。また、入力側ＭＥＭＳミラーのＸ軸（Ｙ軸）方向の角度と出力側ＭＥＭＳミラーのＹ軸（Ｘ軸）方向の角度とを変化させたときの出力光パワーの変化特性も同様であり、さらには、一方の側のＭＥＭＳミラーについてＸ軸方向の角度とＹ軸方向の角度とを変化させたときに出力光パワーの変化特性も同様である。以下では、入力側および出力側の各ＭＥＭＳミラーのＸ軸方向の角度を変化（Ｙ軸方向の角度は固定）させた場合を想定して説明することにするが、上記他の組み合わせについても同様にして考えることが可能である。
【００３０】
上述した従来の制御技術の場合には、光信号変換器における光損失が最小になるように、すなわち、出力光ファイバに結合される光信号のパワーが最大となるように、入力側および出力側の各ＭＥＭＳミラーの角度が最適化される。この場合、例えば図３（Ａ）のＰ１点に示すような出力光パワーが得られている状態では、まず、図３（Ｂ）に示すように、出力側ＭＥＭＳミラーの角度を固定として入力側ＭＥＭＳミラーの角度を調整し、出力光パワーが極大となるＰ２点の状態を実現する。次に、図３（Ｃ）に示すように、入力側ＭＥＭＳミラーの角度を固定として出力側ＭＥＭＳミラーの角度を調整し、出力光パワーが極大となるＰ３点の状態を実現する。これにより、出力光パワーが最大になる（光信号変換器の光損失が最小になる）最適点に各ＭＥＭＳミラーの角度を制御することが可能になる。
【００３１】
ところで、上記のようにして入力側および出力側の各ＭＥＭＳミラーの角度が最適点に制御された状態で得られる出力光パワーは、その光信号の光入力レベルが高いと増加し、光入力レベルが低いと減少する。例えば、チャネルの切り替えによって光入力レベルの高いチャネルから光入力レベルの低いチャネルに切り替えられた場合、同じ出力光ファイバに結合される光信号についての出力光パワーと各ＭＥＭＳミラーの角度との関係は、図４の左側に示すような切り替え前の状態から図４の右側に示すような切り替え後の状態に変化する。このため、出力光パワーを最大（光損失を最小）にする制御が適用されていると、光出力レベルは切り替え前におけるＰ３点から切り替え後におけるＰ３’点に変化することになる。このようなチャネル切り替えの前後における光出力レベルの変化は、上述したように光信号交換器の後段に接続されるシステムに影響を与える可能性がある。
【００３２】
そこで、本発明による光信号変換器の制御方式は、出力側の各チャネルについて光出力レベルの目標値を予め設定し、チャネルの切り替えによる光入力レベルの変化に関係なく光出力レベルが目標値で一定となるように各ＭＥＭＳミラーの角度をフィードバック制御することにより、光出力レベルの変化による後段のシステムへの影響を回避する。このような光出力レベルの一定制御は、例えば図５の概念図に示すように、実際に検出される光出力レベルと予め設定した光出力レベルの目標値Ｔとの差の絶対値に基づいて行うことが可能である。すなわち、光出力レベルの目標値Ｔに対して、光パワー検出部１２で検出されるＭＥＭＳミラーの角度θに対応した光出力レベルｐ（θ）が図５の左側に示すような関係にあるとき、目標値Ｔに対する光出力レベルｐ（θ）の差の絶対値｜ｐ（θ）−Ｔ｜は、図５の右側に示すように変化する。このため、絶対値｜ｐ（θ）−Ｔ｜が０となるＰ０点またはＰ０’点の状態が実現されるように、入力側および出力側の各々の軸方向のＭＥＭＳミラーの角度を調整することで、光出力レベルを目標値Ｔで一定に制御することができるようになる。
【００３３】
上記のような制御方式に基づいて、本実施形態の制御装置では、例えば図６に示すような具体的な回路構成を比較制御部１００のカウンタ制御信号生成回路１００Ｇおよび監視制御回路１００Ｈに適用して、各ＭＥＭＳミラーの角度の制御が行われる。
図６に示す具体例では、カウンタ制御信号生成回路１００Ｇの構成要素として極性反転回路４０が設けられる。また、監視制御回路１００Ｈについては、比較回路１００Ｆでの比較結果を示す信号が極性反転信号生成部３０およびＨ／Ｌ検出回路３１にそれぞれ入力され、極性反転信号生成部３０で生成される極性反転制御信号が極性反転回路４０に出力される。Ｈ／Ｌ検出回路３１では、比較回路１００Ｆからの出力信号レベルが監視され、ハイレベルからローレベルへの変化が検出されると、それを知らせる信号がセレクタ選択信号切替回路３２に出力されると共に、極性反転回路４０の動作を無効にするディセーブル信号が極性反転回路４０に出力される。セレクタ選択信号切替回路３２では、Ｈ／Ｌ検出回路３１からの出力信号に応じて、目標値Ｔに対する光出力レベルの差の絶対値が０になったことが判断されてセレクタ１００Ｉを切り替える選択信号が生成され、該選択信号がセレクタ１００Ｉおよび初期立上げ回路３３に送られる。初期立上げ回路３３は、角度補正の開始を合図する制御開始信号が入力されると、セレクタ１００Ｉに対して初期値を与えると共に極性反転回路４０の動作を有効にするイネーブル信号を出力する。なお、初期立上げ回路３３から極性反転回路４０に与えられるイネーブル信号は、セレクタ選択信号切替回路３２からの出力信号に応じて出力状態が制御される。
【００３４】
上記のような回路構成を備えた比較制御部１００では、例えば図７のタイミングチャートに示すように、まず、時間ｔ0において制御開始信号が初期立上げ回路３３に入力されると、初期立上げ回路３３は、例えば、カウンタ制御信号の初期値としてカウント値の増加を指示するカウントアップ信号をセレクタ１００Ｉに与えると同時に、極性反転回路４０に対してイネーブル信号を与える。これにより各部の制御動作が開始される。なお、ここでは初期値としてカウントアップ信号をセレクタ１００Ｉに与えるように設定したが、カウント値の減少を指示するカウントダウン信号を初期値として与えるように設定してもよい。
【００３５】
セレクタ１００Ｉに与えられたカウントアップ信号は、各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４Ｂに振り分けられ、ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａに送られたカウントアップ信号は、さらにセレクタ２０で振り分けられて角度制御の対象となる入力側のＭＥＭＳミラーに対応した回路ブロックに送られる。また、ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ｂに送られたカウントアップ信号は、角度制御の対象となる出力側のＭＥＭＳミラー（光パワー検出部１２で出力光パワーのモニタを行うチャネル）に対応した回路ブロックに送られる。ここでは、例えば入力側のＭＥＭＳミラーのＸ軸方向の角度を補正制御する場合を考えることにすると、制御開始時には、比較制御部１００からのカウントアップ信号が、ＭＥＭＳミラー駆動部１４ＡのＸ軸側のＵ／Ｄカウンタ２１Ｘに入力されることになる。
【００３６】
カウントアップ信号の入力を受けたＵ／Ｄカウンタ２１Ｘでは、予め与えられたカウンタ初期値が増加され、該カウント値がＤ／Ａ変換器２２Ｘに出力されてＤ／Ａ変換される。そして、Ｄ／Ａ変換器２２Ｘの出力信号がＭＥＭＳミラードライバ２３に送られ、Ｕ／Ｄカウンタ２１Ｘのカウント値に応じて入力側ＭＥＭＳミラーのＸ軸方向の角度を制御する駆動制御信号が生成され、該駆動制御信号がＭＥＭＳミラーアレイ２Ａに与えられる。これにより、入力側のＭＥＭＳミラーアレイ２Ａの対応するＭＥＭＳミラーのＸ軸方向についての角度が変化し、該入力側ＭＥＭＳミラーおよびそれに対応する出力側ＭＥＭＳミラーで反射された光信号の出力光ファイバに対する結合状態が変化する。そして、出力光ファイバに結合された光信号は、その一部が光カプラ１１で分岐されて光パワー検出部１２に送られる。光パワー検出部１２では、光カプラ１１からのモニタ光が受光素子１２Ａで受光されて光パワーに応じた電流信号が発生し、Ｉ／Ｖ変換器１２Ｂで電圧信号に変換されて比較制御部１００に出力される。
【００３７】
出力光パワーのモニタ結果に応じた電圧信号は、比較制御部１００のＡ／Ｄ変換器１００Ａでデジタル信号に変換されて差分回路１００Ｂに送られる。差分回路１００Ｂでは、予め設定した光出力レベルの目標値を示すデジタル信号と、Ａ／Ｄ変換器１００Ａからのデジタル信号との差分が演算されて、その結果が絶対値検出回路１００Ｃに送られる。絶対値検出回路１００Ｃでは、差分回路１００Ｂで演算された差分の絶対値が検出されて、その結果が比較回路１００Ｆおよびデコード回路１００Ｄに送られる。比較回路１００Ｆには、入力側ＭＥＭＳミラーのＸ軸方向の角度を変化させる前の状態における出力光パワーに応じた電圧値がホールド回路１３Ｃから与えられていて、絶対値検出回路１００Ｃからの電圧値との比較が行われる。そして、入力側ＭＥＭＳミラーのＸ軸方向の角度を変化させたことにより、差分の絶対値が大きくなった場合には、比較回路１００Ｆがローレベルの出力信号を発生し、差分の絶対値が小さくなった場合には、比較回路１００Ｆがハイレベルの出力信号を発生する。
【００３８】
ここで、セレクタ１００Ｉに初期値として与えたカウントアップ信号により、差分の絶対値が減少する方向に変化した場合には、比較回路１００Ｆからのハイレベルの出力信号に対してカウントアップ信号を生成し、ローレベルの出力信号に対してカウントダウン信号を生成するようにカウンタ制御信号生成回路１００Ｇの動作設定を行う必要がある。また、差分の絶対値が増加する方向に変化した場合には、比較回路１００Ｆからのハイレベルの出力信号に対してカウントダウン信号を生成し、ローレベルの出力信号に対してカウントアップ信号を生成するようにカウンタ制御信号生成回路１００Ｇの動作設定を行う必要がある。このようなカウンタ制御信号生成回路１００Ｇの動作設定を実現するために、本実施形態では、制御監視部１３Ｆに極性反転信号生成部３０が設けてあり、比較回路１００Ｆからの出力信号がローレベルであることが検出されると極性反転回路４０を反転動作させ、ハイレベルであることが検出されると極性反転回路４０を反転動作させないようにする極性反転制御信号が生成されて極性反転回路４０に送られる。これにより、極性反転回路４０が反転動作していない設定では、カウンタ制御信号生成回路１００Ｇの出力レベルが比較回路１００Ｆからの出力信号のレベル通りとなって、比較回路１００Ｆのハイレベル出力に対してハイレベルのカウントアップ信号、比較回路１００Ｆのローレベル出力に対してローレベルのカウントダウン信号が出力される。一方、極性反転回路４０が反転動作している設定では、比較回路１００Ｆのハイレベル出力に対してローレベルのカウントダウン信号、比較回路１００Ｆのローレベル出力に対してハイレベルのカウントアップ信号が出力されるようになる。
【００３９】
ここでは、初期値としてのカウントアップ信号に対して、例えば図７の時間ｔ1〜ｔ2に示すように、比較回路１００Ｆの出力信号がローレベルになったとすると、極性反転回路４０を反転動作させるハイレベルの極性反転信号が発生する。これにより、初期値としてハイレベルのカウントアップ信号に設定されていたカウンタ制御信号が、時間ｔ2〜ｔ3に示すようにローレベルのカウントダウン信号に切り替えられ、セレクタ１００Ｉ，２０を介してＭＥＭＳミラー駆動部１４ＡのＵ／Ｄカウンタ２１Ｘに送られる。そして、Ｕ／Ｄカウンタ２１Ｘのカウント値の減少により、入力側ＭＥＭＳミラーの角度が制御開始時とは逆方向に制御されて差分の絶対値が減少する方向に変化するようになり、図７の時間ｔ3〜ｔ4に示すように、比較回路１００Ｆの出力信号がハイレベルとなる。この比較回路１００Ｆのハイレベルの出力信号は、極性反転回路４０によって反転されてローレベルのカウントダウン信号としてカウンタ制御信号生成回路１００Ｇから出力される。このようなカウントダウン信号に従って、差分の絶対値が０になるまで入力側ＭＥＭＳミラーの角度調整が繰り返される。
【００４０】
差分の絶対値が０になると、図７の時間ｔ5〜ｔ6に示すように、比較回路１００Ｆの出力信号がローレベルに転じる。この比較回路１００Ｆの出力レベルのハイからローへの変化は、制御監視回路１００ＨのＨ／Ｌ検出回路３１で検出され、それを知らせる信号がセレクタ選択信号切替回路３２に送られると共に、極性反転回路４０に与えられていたイネーブル信号が取り消されて、その代わりにＨ／Ｌ検出回路３１から極性反転回路４０にディセーブル信号が送られる。また、このとき極性反転信号生成部３０から出力されていた極性反転信号も取り消される。そして、セレクタ選択信号切替回路３２では、Ｈ／Ｌ検出回路３１からの信号の入力により、入力側ＭＥＭＳミラーのＸ軸方向についての角度が最適な状態に制御されたことが判断されて制御が終了する。
【００４１】
なお、ここでは比較回路１００Ｆの出力信号がローレベルに転じた時点で入力側ＭＥＭＳミラーのＸ軸方向の角度が最適化されたと判断するようにしたが、例えば、比較回路１００Ｆの出力信号がローレベルに転じた時の制御サイクルでカウンタ制御信号をカウントダウン信号からカウントアップ信号に切り替え、次の制御サイクルで、比較回路１００Ｆの出力信号がローレベルに転じる直前の状態となるように入力側ＭＥＭＳミラーの角度を戻すようにしてもよい。このような制御を行うか否かは、角度制御の精度等に応じて判断することになる。
【００４２】
以上のように第１実施形態の制御装置によれば、光入力レベルの変化に拘わらず光信号交換器の光出力レベルを目標値に一定に保つことができる。これにより、光信号交換器の後段に接続されるシステムを安定して動作させることが可能になる。光信号交換器内での光損失を最小にする従来の制御を適用して上記のような後段システムの安定動作を実現しようとすると、例えば可変光減衰器等を設けて光出力レベルの調整を行うようにする必要があるが、本実施形態の制御によれば上記のような可変光減衰器等は不要となるので、実質的な部品点数の削減を図ることも可能である。
【００４３】
なお、上記の第１実施形態では、入力側ＭＥＭＳミラーのＸ軸方向の角度を制御するようにしたが、入力側ＭＥＭＳミラーのＹ軸方向または出力側ＭＥＭＳミラーのＸ，Ｙ軸方向の角度制御を行うことも可能である。本発明において角度制御を行うＭＥＭＳミラーおよびその軸方向は、前述の図３で説明したように、出力光パワーの変化が各ＭＥＭＳミラーおよび各軸方向ごとに独立であるため、任意に設定することが可能である。
【００４４】
次に、本発明の第２実施形態による光信号交換器の制御装置について説明する。
図８は、第２実施形態による光信号交換器の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。なお、第１実施形態の構成と構成と同様の部分には同一の符号を付してその説明を省略し、以下、他の実施形態についても同様とする。
【００４５】
図８において、本実施形態の制御装置の構成が第１実施形態の場合と異なる部分は、比較制御部１００について、差分回路１００Ｂで演算される差分の値の符号が反転したか否かを検出する符号反転検出回路１００Ｊを設け、その検出結果を制御監視回路１００Ｈに伝えるようにした部分である。上記以外の他の部分の構成は第１実施形態の場合と同様である。
【００４６】
前述した第１実施形態において、例えば図９（Ａ）に示すように、光出力レベルの目標値が高いレベルに設定されているとき、各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４ＢのＵ／Ｄカウンタ２１Ｘ，２１Ｙに与えられる初期値が光出力パワーの最大になるＰ３点からかなり離れた位置に対応して設定される場合、図９（Ｂ）に示すように１つの軸方向についてＭＥＭＳミラーの角度を制御しただけでは、その軸方向での光出力パワーの最大レベルが目標値よりも低くなるため、制御目標に到達する前の途中の段階で、図９（Ｃ）に示すように目標値に対する光出力パワーの差分の絶対値が極小になる、すなわち、差分の絶対値が０とならない状況が生じ得る。
【００４７】
そこで、第２実施形態の制御装置は、比較制御部１００の差分回路１００Ｂで演算される差分の値の符号が反転したか否かを符号反転検出回路１００Ｊで検出し、その検出結果に応じて制御を続行するか終了するかを判断することによって、上記のような単独の軸方向だけでは差分の絶対値が０にならないような場合にも対応可能にしたものである。
【００４８】
上記の制御を続行するか終了するかの具体的な判断方法は、例えば図１０のフローチャートに示すように、ステップ１（図中Ｓ１で示し、以下同様とする）において、制御監視回路１００ＨのＨ／Ｌ検出回路３１（図６）で比較回路１００Ｆの出力論理レベルがハイからローに変化したことが検出されると、次にステップ２において、符号反転検出回路１００Ｊで差分の値の符号反転が検出されたか否かが判別される。符号反転が検出された場合には、差分の絶対値が０になったと判断して制御を終了する。一方、符号反転が検出されない場合には、上記の図９（Ｃ）に示したような状況を判断してステップ３に進む。ステップ３では、制御監視回路１００Ｈのセレクタ選択信号切替回路３２（図６）からセレクタ１００Ｉに軸方向の切り替えを指示する制御信号が送られ、そして、ステップ４で他の軸方向の制御が続行される。なお、符号反転が検出されたときの制御の終了は、例えば、セレクタ選択信号切替回路３２からセレクタ１００Ｉに選択動作を中止させる制御信号を送ることで行われる。
【００４９】
このように第２実施形態の制御装置によれば、符号反転検出回路を設けたことにより、光出力レベルの一定制御をより確実に安定して行うことが可能になる。
次に、本発明の第３実施形態による光信号交換器の制御装置について説明する。
光信号交換器内の光損失を最小にする従来の制御を行う場合、各ＭＥＭＳミラーの最適な角度の組み合わせは１通りであるのに対して、上述の第１および第２実施形態で説明したように光出力レベルの一定制御を行う場合には、各ＭＥＭＳミラーの最適な角度の組み合わせが複数存在することになる、また、第２実施形態で説明したように、１つの軸方向だけでは制御を完了することが困難である場合も存在する。このような光出力レベルの一定制御における特徴を考慮し、第３実施形態では、一連の過程で複数の軸方向の角度制御を効率的に行うことができるようにした改良例について説明する。
【００５０】
図１１は、第３実施形態の制御装置に用いられる比較制御部の要部構成を示す機能ブロック図である。
図１１において、第３実施形態の制御装置は、比較制御部１００のカウンタ制御信号生成回路１００Ｇについて、上述の図６に示した極性反転回路４０に代えて比較信号受信回路４１およびカウンタ制御値生成回路４２を設けると共に、監視制御回路１００Ｈについて、上述の図６に示した極性反転信号生成部３０に代えてメモリ３４およびＣＰＵ３５を設けるようにしたものである。上記以外の他の部分の構成は第２実施形態の場合と同様である。
【００５１】
カウンタ制御信号生成回路１００Ｇの比較信号受信回路４１は、比較回路１００Ｆでの比較結果を示す信号を受信し、それを監視制御回路１００ＨのＣＰＵ３５からの制御信号に従ってカウンタ制御値生成回路４２に伝える。カウンタ制御値生成回路４２は、比較信号受信回路４１を介して伝えられる比較結果を基に、ＣＰＵ３５から送られてくる制御信号に従ってカウンタ制御値を決定し、それをセレクタ１００Ｉに出力する。
【００５２】
監視制御回路１００Ｈのメモリ３４は、比較回路１００Ｆでの比較結果を記憶することが可能な公知の記憶媒体である。ＣＰＵ３５は、Ｈ／Ｌ検出回路３１および初期立上げ回路３３からの各出力信号、並びにメモリ３４の記憶情報を基に、各ＭＥＭＳミラーの角度を変化させる方向、すなわち、目標値に対する出力光パワーの差分の絶対値が０に向かう制御方向を決定し、各ＭＥＭＳミラーの角度補正の全体を制御する。
【００５３】
上記のような構成の光信号交換器の制御装置では、例えば図１２のフローチャートに示すように、まず、ステップ１０で、各ＭＥＭＳミラーを動かす前のいわゆる初期状態において、例えば、ＭＥＭＳミラー駆動部１４ＡのＵ／Ｄカウンタ２１Ｘのカウント値を変化させて対応するＭＥＭＳミラーが一方向に動かされ、その変化を反映した比較回路１００Ｆの比較結果がメモリ３４に記憶される（方向探査）。
【００５４】
ステップ１１では、ＣＰＵ３５において、メモリ３４の記憶情報を参照して当該ＭＥＭＳミラーを制御する方向、すなわち、目標値に対する差分の絶対値が０に近づく制御方向が決定され、その結果がメモリ３４に保存される。この制御方向の決定に際しては、前述したように、初期状態から動かした方向に対して比較回路１００Ｆの出力がハイレベルであればその方向が制御すべき方向となり、ローレベルであればそれとは逆方向が制御すべき方向となる。
【００５５】
そして、ステップ１２では、ＭＥＭＳミラー駆動部１４ＡのＵ／Ｄカウンタ２１ＹおよびＭＥＭＳミラー駆動部１４ＢのＵ／Ｄカウンタ２１Ｘ，２１Ｙについても、ステップ１０およびステップ１１の場合と同様にして、順次、制御方向が決定されてメモリ３４に記憶される。
入力側および出力側の各ＭＥＭＳミラーの各々の軸についての制御方向が決定されると、ステップ１３において、ＣＰＵ３５により４つの制御方向についてのローテーションが組まれ、上述した第２実施形態の場合と同様の光出力レベルの一定制御が１軸ごとに順次実行される（ステップ１３−１〜ステップ１３−４）。このとき、前述の図９（Ｃ）に示したように各軸方向の制御の途中で差分の絶対値が０に到達する前に極小値が検出される場合がある。この場合には、比較制御部１００の符号反転検出回路１００Ｊ（図８）で符号反転が検出されずに制御監視回路１００ＨのＨ／Ｌ検出回路３１でハイレベルからローレベルの変化が検出されたときに、ＣＰＵ３５は、当該軸方向についての制御を終了させるようにカウンタ制御値生成回路４２およびセレクタ選択信号切替回路３２に指示を送り、他の軸方向についての制御を上記のローテーションに従って続行するようにする。
【００５６】
そして、ステップ１４において、符号反転検出回路１００Ｊでの符号反転の検出と、Ｈ／Ｌ検出回路３１でのレベル変化の検出とが確認されることによって、光出力レベルが目標値に到達したことが判断されて全体の制御が終了する。
このように第３実施形態によれば、制御の初期状態において入力側および出力側の各ＭＥＭＳミラーのＸ，Ｙ軸についての制御方向を決定し、各々の軸方向についてのローテーションを組んで制御を行うようにしても、光出力レベルの一定制御を確実に安定して行うことが可能になる。
【００５７】
なお、上記の第３実施形態では、前述した第２実施形態の構成についての変形例を示したが、上述した第１実施形態の構成についても同様にして適用することが可能である。この場合、光出力レベルの目標値が各軸方向での出力光パワーの最大値を超えて設定されない限り、光出力レベルを目標値に確実に制御することができる。
【００５８】
また、上記の第３実施形態では、入力側および出力側の各ＭＥＭＳミラーのＸ，Ｙ軸に対する制御方向を決定してローテーションを組んで１軸ごとに制御を切り替える方式としたが、各々の制御方向を決定した後に複数の軸方向の制御を同時に行うことも可能である。具体的には、例えば図１３のフローチャートに示すように、ステップ１３−１’で入力側のＭＥＭＳミラーのＸ，Ｙ軸の制御を同時に行い、ステップ１３−２’で出力側のＭＥＭＳミラーのＸ，Ｙ軸の制御を同時に行うようにすることができる。このような制御方式を採用すれば、上記の場合と同等の効果が得られると共に、光出力レベルが目標値に達するまでの制御時間の短縮を図ることが可能になる。
【００５９】
ただし、上記のように複数の軸方向の制御を同時に行う場合には、１回の制御サイクルあたりの制御量が１軸ごとに制御を行う場合に比べて粗くなるため、制御の精度が低下することになる。このような制御精度の低下を回避するためには、例えば図１４のフローチャートに示すような手順に従って制御を行うことが有効である。すなわち、上記図１３のフローチャートに示した場合と同様にしてステップ１０〜ステップ１４の各処理を実行していずれかの軸方向について差分の絶対値が０に到達したことが判断されると、ステップ１５において、ローテーションに従った一連の制御を一旦停止した後に、最後に制御を行った方向（図１４の一例では、入力側のＭＥＭＳミラーのＸ，Ｙ軸方向とする）に対応させて、ＭＥＭＳミラー駆動部１４ＡのＵ／Ｄカウンタ２１Ｘのカウント値を変化させて方向探査を行い、ステップ１６で入力側のＭＥＭＳミラーのＸ軸についての制御方向が決定される。また、ステップ１７では入力側のＭＥＭＳミラーのＹ軸についても同様にして方向探査を行って制御方向が決定される。そして、新たに決定された制御方向に従って、ステップ１８では入力側のＭＥＭＳミラーについての制御が１軸ごとに行われ、ステップ１９で差分の絶対値が０になったことが判断されることにより全体の制御が終了される。このような制御方式を採用することによって、光出力レベルの一定制御を高い精度を保ちながら短時間に行うことが可能になる。
【００６０】
次に、本発明の第４実施形態による光信号交換器の制御装置について説明する。
前述した第３実施形態では、入力側および出力側の各ＭＥＭＳミラーのＸ，Ｙ軸について予め方向探査を行って制御方向を決定するようにした。第４実施形態では、各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４ＢのＵ／Ｄカウンタ２１Ｘ，２１Ｙに与える初期値を具体的に規定することで、第３実施形態の場合のような制御方向を決定するための処理を省略可能して処理時間の短縮等を図るようにした変形例を説明することにする。
【００６１】
図１５は、第４実施形態による光信号交換器の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
図１５において、本実施形態の制御装置は、例えば上述の図８に示した第２実施形態の構成について、各ＭＥＭＳミラー駆動部１４Ａ，１４ＢのＵ／Ｄカウンタ２１Ｘ，２１Ｙに対して、入出力チャネルの組み合わせに対応させて、出力光パワーが最大になる点、すなわち、光信号交換器内の光損失が最小になる点（以下、光損失最小点とする）に相当するカウント値が初期値として与えられるようにしたものである。入出力チャネルの組み合わせに対応した光損失最小点に相当するカウント値は、光信号交換器内の光学系の配置が決まることによって基本的に既知の値となる。このような光損失最小点に相当するカウント値を初期値として与えることにより、制御の初期状態において、各軸方向のいずれについても出力光パワーが最大値付近になるように各ＭＥＭＳミラーの角度が設定されるため、制御方向をどちらの方向に設定しても出力光パワーは減少する方向に変化する（図３および図５を参照）。このため、前述した第３実施形態の場合のように、各軸方向について制御の初期状態で方向探査を行い、制御方向を予め決定しておく必要がなくなる。これにより、光出力レベルの一定制御のための処理時間を短縮させることが可能になると共に、光出力レベルの目標値が各軸方向での出力光パワーの最大値以下に設定されていれば、単一軸のみの制御で光出力レベルを一定にすることも可能になる。また、目標値が最大値を超えて設定される場合には、複数の軸方向についての制御を切り替えて行うことで、光出力レベルを一定にすることができる。
【００６２】
上記のような光損失の最小点に相当するカウント値を初期値として与える制御方式を適用する場合について、より高い精度の制御を実現するためには、例えば図１６のフローチャートに示すような手順に従って制御を行うことが有効である。具体的には、まず、ステップ２０で各ＭＥＭＳミーらの各々の軸方向について光損失の最小点に相当する初期値が対応するＵ／Ｄカウンタにそれぞれ与えられる。そして、ステップ２１では、例えばＭＥＭＳミラー駆動部１４ＡのＵ／Ｄカウンタ２１Ｘのカウント値がアップまたはダウンされて、入力側ＭＥＭＳミラーのＸ軸方向についての角度制御が行われ、ステップ２２で差分の絶対値が極小になる点が検出されると、ステップ２３でその極小になる直前の状態に入力側ＭＥＭＳミラーのＸ軸方向の角度が戻される。
【００６３】
次に、ステップ２４では、ＭＥＭＳミラー駆動部１４ＡのＵ／Ｄカウンタ２１Ｙのカウント値がアップまたはダウンされて、入力側ＭＥＭＳミラーのＹ軸方向についての角度制御が行われる。このときの制御の精度は、上記のステップ２１〜ステップ２３における入力側ＭＥＭＳミラーのＸ軸についての制御の精度に比べて高くなる。すなわち、前述の図３（Ａ）などに示したように、出力光ファイバに結合する光のパワーは、Ｘ，Ｙ軸の角度変化に対して最大点（光損失最小点）を中心に各軸独立にガウシアン分布特性に従って変化する。このため、例えば図１７の概念図に示すように、光損失最小点付近での角度変化に対する出力光パワーの変化は小さいが、光損失最小点から離れた位置での角度変化に対する出力光パワーの変化は大きくなる。このような角度変化に対する出力光パワーの変化特性に着目し、まず、入力側ＭＥＭＳミラーのＸ軸方向について粗調整を行い、次に、Ｙ軸方向に制御を切り替えて光損失最小点付近での微調整を行うことで、精度の高い角度制御が可能になる。そして、ステップ２５で差分の絶対値が極小になる点が検出されると、ステップ２６でその極小になる直前の状態に入力側ＭＥＭＳミラーのＸ軸方向の角度が戻されて、全体の制御が終了することになる。なお、図１７の各曲線に沿って付した番号は、図１６の各ステップに対応した番号である。
【００６４】
上記のように第４実施形態によれば、光損失最小点に相当するカウント値を初期値として与えてＭＥＭＳミラーの角度制御を行うようにすることで、制御時間の短縮を図ることが可能であり、また、２つの軸方向についての制御を切り替えて粗調整および微調整を行うようにすることで、より高い精度の制御が可能になる。
【００６５】
なお、上記の第４実施形態では、粗調整および微調整を行う場合に粗調整用の軸方向は１つであることを想定して説明したが、複数の軸方向を粗調整用として設定するようにしてもよい。例えば、入力側および出力側の各ＭＥＭＳミラーのＸ軸方向について同時に粗調整を行い、その後に入力側または出力側のＭＥＭＳミラーのＹ軸方向について微調整を行うことが可能である。このような制御方式によれば、光出力レベルの目標値が低いレベルに設定されるときでも制御時間を効果的に短縮することができる。
【００６６】
さらに、前述したような単一の軸方向による粗調整と複数の軸方向による粗調整とを、差分の絶対値に応じて切り替えて行うようにする応用も可能である。具体的には、例えば図１８に示すように、比較制御部１００について差分回路１００Ｂで演算された目標値に対する出力光パワーの差分値を検出して、その差分値が予め設定した閾値を超えているか否かを判別する差分値検出回路１００Ｋを設け、その判別結果を制御監視回路１００Ｈに伝えてセレクタ選択信号切替回路３２を制御することにより、差分値が閾値以下の場合には単一の軸方向による粗調整を行うようにし、一方、差分値が閾値を超える場合には複数の軸方向による粗調整を同時に行うようにする。このような制御方式を採用することで、目標値として設定される所望の光出力レベルの差に応じて生じる制御時間のばらつきを抑えることができ、光出力レベルの一定制御を安定して行うことが可能になる。
【００６７】
次に、本発明の第５実施形態による光信号交換器の制御装置について説明する。
第５実施形態では、光出力レベルの目標値の設定に応じて光出力レベルの一定制御が可能であるか否かを判定する機能を制御装置に付加した応用例について説明する。
【００６８】
図１９は、第５実施形態の制御装置に用いられる比較制御部の構成を示す機能ブロック図である。
図１９において、本実施形態の制御装置は、例えば、上述の図８に示した第２実施形態の比較制御部１００について、差分回路１００Ｂに与えられる目標値に応じて、第２実施形態で説明したような光出力レベルの一定制御を行うことが可能であるか否かを判定してその結果を外部等に出力する制御判定回路１００Ｌを設けたものである。なお、制御判定回路１００Ｌ以外の他の部分の構成は第２実施形態の場合と同様である。
【００６９】
光出力レベルの目標値として設定することができる有効な最大レベルは、光入力レベルと、光損失が最小になるように調整されたときの損失量とによって一意に決定される既知の値（以下、制御上限値とする）である。そこで、本実施形態では、差分回路１００Ｂに与えられる目標値と、上記の制御上限値との大小比較が制御判定回路１００Ｌで行われ、目標値が制御上限値を超えて設定されるような場合に制御不能であることが判定されて、その旨が判定信号として外部等に出力される。これにより、光入力レベルおよび光損失量の関係で、本光信号交換器では光出力レベルを目標値に一定制御することができない状況を外部等に事前に伝えることが可能になる。
【００７０】
なお、上記の第５実施形態において、符号反転検出回路１００Ｊが１度も符号反転を検出することなく４つの軸方向の制御を終えた場合、各ＭＥＭＳミラーの角度は、光出力レベルが目標値に到達しないまま光損失が最小になる点に調整されることになる。このような状況は、光信号交換器に入力される光信号に異常等が発生して、規定された光入力レベルが満足されていないことを意味する。そこで、上記のような状況を検出する機能を付加することで、光信号交換器の前段に接続されるシステムにおける異常発生を判断することが可能になる。
【００７１】
具体的には、例えば図２０に示すように、監視制御回路１００Ｈを構成するＨ／Ｌ検出回路３１でのハイレベルからローレベルへの変化の検出回数を計数するカウンタ等からなる検出回数計数回路１００Ｍと、その検出回数計数回路１００Ｍからの出力信号に応じて前段側のシステムの異常発生を検出する異常検出処理回路１００Ｎとを設けるようにする。このような構成では、符号反転検出回路１００Ｊから出力される符号反転検出信号によってリセットされる検出回数計数回路１００Ｍにおいて、Ｈ／Ｌ検出回路３１でのレベル変化の検出回数が４回に達してハイレベルの信号が異常検出処理回路１００Ｎに出力されると、異常検出処理回路１００Ｎは前段側のシステムの異常発生を判断してその旨を外部等に伝える信号を出力する。これにより、本光信号交換器が適用される通信システムの信頼性を向上させることが可能になる。
【００７２】
次に、本発明の第６実施形態による光信号交換器の制御装置について説明する。
上述してきた各実施形態においては、出力光パワーをモニタして各ＭＥＭＳミラーの角度をフィードバック制御する構成であるため、本光信号交換器におけるチャネルの切り替え時に光入力レベルが変動しても、各ＭＥＭＳミラーの角度を補正することで光出力レベルを一定に制御することが可能である。しかし、本光信号交換器の前段に接続されるシステム上でパスの切り替え等が行われ、本光信号交換器への光入力レベルが瞬間的ではあるが急激に低下する場合も想定され、そのような場合には光入力レベルが急激に低下した状態で出力光パワーがモニタされて光出力レベルの一定制御が行われてしまうため、本光信号交換器の動作とは直接関係のない外的な要因で誤動作を起こしてしまう可能性がある。そこで、第６実施形態では、上記のような外的な要因による誤動作を回避するための機能を制御装置に付加した応用例について説明する。
【００７３】
図２１は、第６実施形態の制御装置に用いられる比較制御部の構成を示す機能ブロック図である。
図２１において、本実施形態の制御装置は、例えば、上述の図１に示した第１実施形態の比較制御部１００について、デコード回路１００Ｐ、ホールド回路１００Ｑおよびモニタ値比較回路１００Ｒを設けたものである。デコード回路１００Ｐは、Ａ／Ｄ変換器１００Ａから出力されるデジタル信号をデコードしてホールド回路１００Ｑに出力する。ホールド回路１００Ｑには、所要の周波数のクロック信号ＣＬＫが入力されていて、デコード回路１００Ｐからの出力信号が予め設定した一定時間だけ保持された後にモニタ値比較回路１００Ｒの一方の入力端子に送られる。モニタ値比較回路１００Ｒは、他方の入力端子に与えられるＡ／Ｄ変換器１００Ａからのデジタル信号で示される電圧値と、ホールド回路１００Ｅからのデジタル信号で示される電圧値との大小比較を行い、その比較結果を制御監視回路１００Ｈに伝える回路である。
【００７４】
上記のような構成では、光入力レベルが瞬間的に急激に低下した場合、その光入力レベルの変化に応じてモニタ値比較回路１００Ｒにおける比較値も減少するようになる。このため、モニタ値比較回路１００Ｒは、その比較値が予め設定した（負の）閾値以下になったことを検出すると、各ＭＥＭＳミラーの制御を停止させるための制御信号を制御監視回路１００Ｈに伝達する。そして、光入力レベルの急激な低下が回復してモニタ値比較回路１００Ｒの比較値が閾値を超えるようになると、停止させていた各ＭＥＭＳミラーの制御を再開させる制御信号を制御監視回路１００Ｈに伝達する。
【００７５】
このように第６実施形態によれば、光信号交換器の前段に接続されるシステム上でパスの切り替え等が行われて光入力レベルが瞬間的に急激に低下した場合には、各ＭＥＭＳミラーの制御が停止されるようになるため、外的な要因による光信号交換器の誤動作を回避することが可能になる。
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。
【００７６】
（付記１） 反射面の角度が制御可能な複数のティルトミラーを平面上に配置した第１ミラーアレイおよび第２ミラーアレイを有し、入力された光信号を前記第１ミラーアレイおよび前記第２ミラーアレイで順次反射して特定の位置から出力する光信号交換器について、前記第１ミラーアレイおよび前記第２ミラーアレイの各ティルトミラーの反射面の角度を制御する制御装置であって、
前記特定の位置から出力される光信号のパワーを検出する光パワー検出手段と、
該光パワー検出手段で検出される光パワーが前記特定の位置に対応させて設定した目標値で一定となるように、前記第１ミラーアレイおよび前記第２ミラーアレイの前記光信号を反射したティルトミラーのうちの少なくとも一方の反射面の角度を制御する角度制御手段と、
を備えて構成されたことを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００７７】
（付記２） 付記１に記載の制御装置であって、
前記角度制御手段は、
前記第１ミラーアレイの各ティルトミラーの反射面の角度を一定の制御方向に段階的に変化させる第１ミラー駆動部と、
前記第２ミラーアレイの各ティルトミラーの反射面の角度を一定の制御方向に段階的に変化させる第２ミラー駆動部と、
前記第１ミラー駆動部および前記第２ミラー駆動部の少なくとも一方により反射面の角度を変化させた時の直前および直後に前記光パワー検出手段で検出される出力光パワーの各値と前記目標値との差分の絶対値をそれぞれ演算して比較し、該比較結果を基に前記第１ミラー駆動部および前記第２ミラー駆動部における各制御方向を決定して、前記差分の絶対値が極小になるように前記反射面の角度をフィードバック制御する比較制御部と、
を有することを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００７８】
（付記３） 付記２に記載の制御装置であって、
前記比較制御部は、
前記光パワー検出手段で検出される出力光パワーの値と前記目標値との差分を求める差分回路と、
該差分回路で求められた差分の絶対値を検出する絶対値検出回路と、
該絶対値検出回路で検出された絶対値を示す信号を一定の時間保持して出力するホールド回路と、
前記絶対値検出回路からの出力信号および前記ホールド回路からの出力信号を比較し、各出力信号で示される絶対値の大小関係に応じてレベルが変化する信号を出力する比較回路と、
該比較回路からの出力信号のレベルに従って、前記第１ミラー駆動部および前記第２ミラー駆動部における各制御方向を決定する信号を生成する制御信号生成回路と、
前記比較回路からの出力信号を監視して前記制御信号生成回路の動作設定を制御する制御監視回路と、
を有することを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００７９】
（付記４） 付記２に記載の制御装置であって、
前記比較制御部は、前記光パワー検出手段で検出される出力光パワーの値と前記目標値との差分の符号反転を検出し、前記差分の絶対値の比較結果と前記符号反転の検出結果とに基づいて、角度制御を行うティルトミラーまたは該ティルトミラーの反射面の軸方向を切り替えることを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００８０】
（付記５） 付記２に記載の制御装置であって、
前記比較制御部は、前記第１ミラーアレイおよび前記第２ミラーアレイの各ティルトミラーの反射面の各々の軸について、前記反射面の角度のフィードバック制御を行う前の初期状態において、前記光パワー検出手段で検出される出力光パワーの値が前記目標値に近づく制御方向をそれぞれ探査して決定し、該決定した各制御方向に従って各々の軸に対するフィードバック制御を順次切り替えて行うことを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００８１】
（付記６） 付記５に記載の制御装置であって、
前記比較制御部は、前記決定した各制御方向に従って複数の軸のうちの少なくとも２つの軸に対するフィードバック制御を同時に行うことを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００８２】
（付記７） 付記５に記載の制御装置であって、
前記比較制御部は、前記決定した各制御方向に従って複数の軸のうちの少なくとも２つの軸に対するフィードバック制御を同時に行った後に、他の１つの軸に対するフィードバック制御を行うことを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００８３】
（付記８） 付記２に記載の制御装置であって、
前記比較制御部は、前記第１ミラーアレイおよび前記第２ミラーアレイの各ティルトミラーの反射面の各々の軸について、前記反射面の角度のフィードバック制御を行う前の初期状態において、前記特定の位置から出力される光信号に対する光損失が最小になるように前記反射面の角度をそれぞれ初期設定した後に、複数の軸のうちの少なくとも１つの軸に対する任意の制御方向に従ったフィードバック制御を行うことを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００８４】
（付記９） 付記８に記載の制御装置であって、
前記比較制御部は、前記初期設定が行われた後に、複数の軸のうちの２つ以上の軸に対する任意の制御方向に従ったフィードバック制御を同時に行うことを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００８５】
（付記１０） 付記８に記載の制御装置であって、
前記比較制御部は、前記初期設定が行われた後に、複数の軸のうちの少なくとも１つの軸に対して任意の制御方向に反射面の角度を粗調整し、次に、他の１つの軸に対して任意の制御方向に反射面の角度を微調整してフィードバック制御を行うことを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００８６】
（付記１１） 付記１０に記載の制御装置であって、
前記反射面の角度を粗調整する軸の数が、前記光パワー検出手段で検出される出力光パワーの値と前記目標値との差分の値に応じて設定されることを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００８７】
（付記１２） 付記１に記載の制御装置であって、
前記角度制御手段は、前記目標値が制御可能な範囲を超えて設定されたか否かを判定し、該判定結果に応じて制御不能を報知する信号を出力する制御判定部を備えたことを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００８８】
（付記１３） 付記４に記載の制御装置であって、
前記角度制御手段は、前記差分の符号反転を検出することなく、すべての軸方向についての差分の絶対値が極小に達したとき、光信号交換器に入力される光信号の異常を検出する異常検出処理部を備えたことを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００８９】
（付記１４） 付記１に記載の制御装置であって、
前記角度制御手段は、前記光パワー検出手段で検出される光パワーの変動量が予め設定した値を超えたとき、前記反射面の角度の制御を停止することを特徴とする光信号交換器の制御装置。
【００９０】
（付記１５） 反射面の角度が制御可能な複数のティルトミラーを平面上に配置した第１ミラーアレイおよび第２ミラーアレイを有し、入力された光信号を前記第１ミラーアレイおよび前記第２ミラーアレイで順次反射して特定の位置から出力する光信号交換器について、前記第１ミラーアレイおよび前記第２ミラーアレイの各ティルトミラーの反射面の角度を制御する方法であって、
前記特定の位置から出力される光信号のパワーを検出し、該検出した光パワーが前記特定の位置に対応させて設定した目標値で一定となるように、前記第１ミラーアレイおよび前記第２ミラーアレイの前記光信号を反射したティルトミラーのうちの少なくとも一方の反射面の角度を制御する過程を含んでなることを特徴とする光信号交換器の制御方法。
【００９１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる光信号交換器の制御装置および制御方法によれば、第１および第２ミラー駆動部の少なくとも一方により反射面の角度を変化させた時の直前および直後に特定の位置から出力される光信号のパワーを検出し、その出力光パワーの各値と目標値との差分の絶対値に基づいて第１および第２ミラー駆動部における各制御方向を決定し、差分の絶対値が極小になるように反射面の角度をフィードバック制御し、このフィードバック制御は、制御前の初期状態において、特定の位置から出力される光信号に対する光損失が最小になるように各ティルトミラーの反射面の角度を各々の軸ごとに初期設定した後に、複数の軸のうちの少なくとも１つの軸に対する任意の制御方向に従って行われるものとして、出力光パワーが目標値で一定となるようにしたことで、光入力レベルの異なるチャネルの切り替えを行うときでも、光入力レベルの変化に関係なく光出力レベルを一定に制御することができ、かつ、制御時間の短縮を図ることが可能になる。これにより、光信号交換器の後段に接続されるシステムを安定して動作させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による光信号交換器の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】図１の制御装置を適用した光信号交換器の全体構成を示す概略図である。
【図３】光信号交換器の出力光パワーを最大に制御する場合の概念を説明するための図である。
【図４】光入力レベルの異なるチャネルに切り替えたときの光出力レベルの変化を説明するための概念図である。
【図５】光信号交換器の光出力レベルを一定に制御する場合の概念を説明するための図である。
【図６】上記第１実施形態に用いるカウンタ制御信号生成回路および監視制御回路の具体的な回路構成を示す図である。
【図７】上記第１実施形態における比較制御部の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図８】本発明の第２実施形態による光信号交換器の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図９】上記第２実施形態における制御動作の概念を説明するための図である。
【図１０】上記第２実施形態において制御を続行するか終了するかの判断方法を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第３実施形態の制御装置に用いられる比較制御部の要部構成を示す機能ブロック図である。
【図１２】上記第３実施形態についての制御動作を説明するためのフローチャートである。
【図１３】上記第３実施形態に関連した他の制御動作の一例を説明するためのフローチャートである。
【図１４】図１３の制御動作について精度の向上を図った応用例を説明するためのフローチャートである。
【図１５】本発明の第４実施形態による光信号交換器の制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図１６】上記第４実施形態についての制御動作を説明するためのフローチャートである。
【図１７】図１６の制御動作において精度向上が可能になることを説明するための概念図である。
【図１８】上記第４実施形態に関連した他の応用例を示す構成図である。
【図１９】本発明の第５実施形態の制御装置に用いられる比較制御部の構成を示す機能ブロック図である。
【図２０】上記第５実施形態に関連して光信号交換器の前段に接続されるシステムの異常発生を判断する機能を設けた一例を示す図である。
【図２１】本発明の第６実施形態の制御装置に用いられる比較制御部の構成を示す機能ブロック図である。
【図２２】一般的な３次元型の光信号交換器の構成例を示す斜視図である。
【図２３】光信号交換器内の光損失を最小にするための制御装置の構成例を示す機能ブロック図である。
【図２４】光信号交換器内の光損失を最小にする制御の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ コリメータアレイ
２Ａ，２Ｂ ＭＥＭＳミラーアレイ
１０Ａ，１０Ｂ 光ファイバアレイ
１１ 光カプラアレイ
１２ 光パワー検出部
１４Ａ，１４Ｂ ＭＥＭＳミラー駆動部
２０，１００Ｉ セレクタ
２１Ｘ，２１Ｙ Ｕ／Ｄカウンタ
２２Ｘ，２２Ｙ Ｄ／Ａ変換器
２３ ＭＥＭＳミラードライバ
３０ 極性反転信号生成部
３１ Ｈ／Ｌ検出回路
３２ セレクタ選択信号切替回路
３３ 初期立上げ回路
３４ メモリ
３５ ＣＰＵ
４０ 極性反転回路
４１ 比較信号受信回路
４２ カウンタ制御値生成回路
１００ 比較制御部
１００Ａ Ａ／Ｄ変換器
１００Ｂ 差分回路
１００Ｃ 絶対値検出回路
１００Ｄ，１００Ｐ デコード回路
１００Ｅ，１００Ｑ ホールド回路
１００Ｆ 比較回路
１００Ｇ カウンタ制御信号生成回路
１００Ｈ 制御監視回路
１００Ｊ 符号反転検出回路
１００Ｋ 差分値検出回路
１００Ｌ 制御判定回路
１００Ｍ 検出回数計数回路
１００Ｎ 異常検出処理回路
１００Ｒ モニタ値検出回路
Claims (3)
- 反射面の角度が制御可能な複数のティルトミラーを平面上に配置した第１ミラーアレイおよび第２ミラーアレイを有し、入力された光信号を前記第１ミラーアレイおよび前記第２ミラーアレイで順次反射して特定の位置から出力する光信号交換器について、前記第１ミラーアレイおよび前記第２ミラーアレイの各ティルトミラーの反射面の角度を制御する制御装置であって、
前記特定の位置から出力される光信号のパワーを検出する光パワー検出手段と、
該光パワー検出手段で検出される光パワーが前記特定の位置に対応させて設定した目標値で一定となるように、前記第１ミラーアレイおよび前記第２ミラーアレイの前記光信号を反射したティルトミラーのうちの少なくとも一方の反射面の角度を制御する角度制御手段と、を備えて構成され、さらに、
前記角度制御手段は、前記第１ミラーアレイの各ティルトミラーの反射面の角度を一定の制御方向に段階的に変化させる第１ミラー駆動部と、
前記第２ミラーアレイの各ティルトミラーの反射面の角度を一定の制御方向に段階的に変化させる第２ミラー駆動部と、
前記第１ミラー駆動部および前記第２ミラー駆動部の少なくとも一方により反射面の角度を変化させた時の直前および直後に前記光パワー検出手段で検出される出力光パワーの各値と前記目標値との差分の絶対値をそれぞれ演算して比較し、該比較結果を基に前記第１ミラー駆動部および前記第２ミラー駆動部における各制御方向を決定して、前記差分の絶対値が極小になるように前記反射面の角度をフィードバック制御する比較制御部と、を備え、さらに、
前記比較制御部は、前記第１ミラーアレイおよび前記第２ミラーアレイの各ティルトミラーの反射面の各々の軸について、前記反射面の角度のフィードバック制御を行う前の初期状態において、前記特定の位置から出力される光信号に対する光損失が最小になるように前記反射面の角度をそれぞれ初期設定した後に、複数の軸のうちの少なくとも１つの軸に対する任意の制御方向に従ったフィードバック制御を行う、
ことを特徴とする光信号交換器の制御装置。 - 請求項１に記載の制御装置であって、
前記比較制御部は、前記第１ミラーアレイおよび前記第２ミラーアレイの各ティルトミラーの反射面の各々の軸について、前記反射面の角度のフィードバック制御を行う前の初期状態において、前記光パワー検出手段で検出される出力光パワーの値が前記目標値に近づく制御方向をそれぞれ探査して決定し、該決定した各制御方向に従って各々の軸に対するフィードバック制御を順次切り替えて行うことを特徴とする光信号交換器の制御装置。 - 反射面の角度が制御可能な複数のティルトミラーを平面上に配置した第１ミラーアレイおよび第２ミラーアレイと、該第１ミラーアレイおよび第２ミラーアレイの各ティルトミラーの反射面の角度を一定の制御方向に段階的に変化させる第１ミラー駆動部および第１ミラー駆動部とを有し、入力された光信号を前記第１ミラーアレイおよび前記第２ミラーアレイで順次反射して特定の位置から出力する光信号交換器について、前記第１ミラーアレイおよび前記第２ミラーアレイの各ティルトミラーの反射面の角度を制御する方法であって、
前記第１ミラー駆動部および前記第２ミラー駆動部の少なくとも一方により反射面の角度を変化させた時の直前および直後に、前記特定の位置から出力される光信号のパワーを検出する過程と、
該検出した出力光パワーの各値と前記特定の位置に対応させて設定した目標値との差分の絶対値をそれぞれ演算して比較し、該比較結果を基に前記第１ミラー駆動部および前記第２ミラー駆動部における各制御方向を決定して、前記差分の絶対値が極小になるように、前記第１ミラーアレイおよび前記第２ミラーアレイの前記光信号を反射したティルトミラーのうちの少なくとも一方の反射面の角度を制御する過程と、を含み、
前記反射面の角度を制御する過程は、前記第１ミラーアレイおよび前記第２ミラーアレイの各ティルトミラーの反射面の各々の軸について、前記反射面の角度のフィードバック制御を行う前の初期状態において、前記特定の位置から出力される光信号に対する光損失が最小になるように前記反射面の角度をそれぞれ初期設定した後に、複数の軸のうちの少なくとも１つの軸に対する任意の制御方向に従ったフィードバック制御を行うことを特徴とする光信号交換器の制御方法。
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