(57)【要約】      （修正有）【課題】波長分布を正確に測定でき、且つ伝送路内を伝送される光の損失を抑えることが可能な分光光学系及び分光測定装置を提供する。【解決手段】分光光学系１０は、フィルタ部と、投射光学系と、受光部とを有する。フィルタ部は、平行光を入射面で受けて、その一部を波長が所定方向に連続して変化する透過光として出射面より出射する。投射光学系は、入射面側に配置され、第１伝送路Ｐ１より入射された複数の波長を含む光を平行光にして入射面に入射させ、且つ入射面で反射された平行光の他の一部を第２伝送路Ｐ２に集光させる。受光部は、透過光を波長毎に受光する複数の受光素子を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行光を入射面で受けて、その一部を波長が所定方向に連続して変化する透過光として出射面より出射するフィルタ部と、
前記入射面側に配置され、第１伝送路より入射された複数の波長を含む光を前記平行光にして前記入射面に入射させ、且つ前記入射面で反射された前記平行光の他の一部を第２伝送路に集光させる投射光学系と、
前記透過光を波長毎に受光する複数の受光素子を有する受光部と、
を有することを特徴とする分光光学系。
【請求項２】
前記投射光学系は、その光軸外に前記第１伝送路の出射端及び前記第２伝送路の入射端が位置するように配置されることを特徴とする請求項１記載の分光光学系。
【請求項３】
前記フィルタ部は、前記投射光学系の光軸に対して傾けて配置されていることを特徴とする請求項１記載の分光光学系。
【請求項４】
前記投射光学系は、コリメートレンズからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の分光光学系。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一つに記載の分光光学系と、
前記受光部で受光された前記透過光に基づく信号を処理することにより、前記複数の波長を含む光の波長分布を算出する信号処理部と、
を有することを特徴とする分光測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光光学系、及び分光光学系を含む分光測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信の分野においては、複数の波長を含む光を同時に伝送する光波長多重通信（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ。以下、「ＷＤＭ」と記述する）により、一本の光ファイバで大量の情報を伝送することが可能となっている。複数の波長に対しては、それぞれ異なる信号が対応付けられている。
【０００３】
分光測定装置は、ＷＤＭにより伝送された光に含まれる複数の波長成分を波長毎に分離し、光の波長分布を測定することができる。分光測定装置としては、たとえば、特許文献１に示すＯｐｔｉｃａｌ  ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ（ＯＰＭ）または光チャンネルモニターがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６８３６３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の分光測定装置２００を用いて光の波長分布を測定する場合、図７に示すように、光ファイバ１００の途中にスプリッター１０１を設ける。スプリッター１０１は、光ファイバ１００で伝送される光の一部（たとえば、数％）を分離し、分光測定装置２００に導く。分光測定装置２００内に入射した光は、レンズ２０１を介してＬＶＦ（ｌｉｎｅａｒ  ｖａｒｉａｂｌｅ  ｆｉｌｔｅｒ：線形可変波長フィルタ）２０２に入射する。ＬＶＦ２０２は、光の入射位置によって透過する波長が異なっている。すなわち、ＬＶＦ２０２は、複数の波長λｋ（ｋ＝１〜ｎ）含む光を波長毎に分離することができる。ＬＶＦ２０２を透過した光は、ＰＤ（ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ）アレイ２０３で受光される。この受光信号を解析することにより、光の波長分布を測定することができる。なお、図７では、単一の波長λ１の光が入射する例を示している。
【０００６】
ここで、従来の構成では、光ファイバ１００内を伝送される光の一部をスプリッター１０１で分離しているため、ＯＰＭに入力される信号には伝送される光の損失（スプリッターの分岐による損失）が生じる。
【０００７】
また、ＬＶＦ２０２に入射する光のうち、波長λ１の光を透過しない位置に入射した光は、ＬＶＦ２０２の入射面で反射される（図７の破線矢印参照）。つまり、ＬＶＦ２０２に入射する波長λ１の光のうち、ＬＶＦ２０２を透過する光はその一部である。たとえば、ＬＶＦ２０２の全長３０ｎｍに対して、波長λ１の光を透過できる領域の幅は０．３ｎｍ程度に設計される。この場合、ＬＶＦ２０２に入射する波長λ１の光のうち、ＬＶＦ２０２を透過する光（ＰＤアレイ２０３で受光される光）の割合は、ＬＶＦ２０２に入射する光の１％程度であり、残りの９９％の光は失われる。すなわち、ある波長の光がＬＶＦ２０２を透過する場合には光の損失（ＬＶＦの透過損失）が生じる。なお、波長分解能を上げるために、ＬＶＦ２０２において各波長の光が透過できる領域の幅を狭くすればするほど光の損失は大きくなる。
【０００８】
このように、従来の分光測定装置２００で受光される光は、光ファイバ１００内を伝送される光の一部（たとえば、数％）であり、且つその一部（たとえば、ＬＶＦ２０２に入射する光の１％）である。つまり、光ファイバ１００を伝送される光の光量に比べ、ＰＤアレイ２０３で受光する光の光量はかなり少ないものとなる。よって、当該光に基づく信号によって、光の波長分布を測定しようとする場合、ＰＤアレイ２０３の暗電流等の影響が大きくなることから信号のＳＮ比が悪化し、光の波長分布を正確に測定することが困難となるという問題がある。
【０００９】
本発明においては、上記課題を解決するために、波長分布を正確に測定でき、且つ伝送路内を伝送される光の損失を抑えることが可能な分光光学系及び分光測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、請求項１記載の分光光学系は、フィルタ部と、投射光学系と、受光部とを有する。フィルタ部は、平行光を入射面で受けて、その一部を波長が所定方向に連続して変化する透過光として出射面より出射する。投射光学系は、入射面側に配置され、第１伝送路より入射された複数の波長を含む光を平行光にして入射面に入射させ、且つ入射面で反射された平行光の他の一部を第２伝送路に集光させる。受光部は、透過光を波長毎に受光する複数の受光素子を有する。
また、上記課題を解決するために、請求項２記載の分光光学系は、請求項１記載の分光光学系であって、投射光学系は、その光軸外に第１伝送路の出射端及び第２伝送路の入射端が位置するように配置される。
また、上記課題を解決するために、請求項３記載の分光光学系は、請求項１記載の分光光学系であって、フィルタ部は、投射光学系の光軸に対して傾けて配置されている。
また、上記課題を解決するために、請求項４記載の分光光学系は、請求項１〜３のいずれか一つに記載の分光光学系であって、投射光学系は、コリメートレンズからなる。
また、上記課題を解決するために、請求項５記載の分光測定装置は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の分光光学系と、信号処理部とを有する。信号処理部は、受光部で受光された透過光に基づく信号を処理することにより、複数の波長を含む光の波長分布を算出する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明における分光光学系は、投射光学系が第１伝送路より入射された複数の波長を含む光を平行光にして入射面に入射させ、且つフィルタ部の入射面で反射された平行光を第２伝送路に集光させる。従って、本発明における分光光学系は、波長分布を正確に測定でき、且つ伝送路内を伝送される光の損失を抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る分光測定装置を示す図である。
【図２】実施形態に係る分光光学系を示す図である。
【図３】実施形態に係る分光光学系の説明を補足する図である。
【図４】実施形態に係る処理・制御系を示す図である。
【図５】実施形態に係る分光測定装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】変形例１に係る分光光学系を示す図である。
【図７】従来の分光測定装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜実施形態＞
図１から図５を参照して、実施形態に係る分光測定装置１について説明を行う。
【００１４】
図１は、分光測定装置１を示すブロック図である。分光測定装置１は、分光光学系１０及び処理・制御系２０を有する。本実施形態における分光測定装置１は、伝送路Ｐ１及び伝送路Ｐ２の間に配置される。伝送路間（伝送路の途中）に分光測定装置１を配置することにより、スプリッター等の光を分離する手段が不要となる。
【００１５】
伝送路Ｐ１は、光源ＬＳからの光を伝送し、分光測定装置１に入射させる。光源ＬＳは、たとえば、複数の波長λｋ（ｋ＝１〜ｎ）を含む光Ｌを発生させる（光Ｌは単一波長であってもよい）。また、伝送路Ｐ１の出射端には光を拡散させる拡散レンズ（図示なし）が設けられている。伝送路Ｐ２は、分光測定装置１からの光を外部に伝送する。
【００１６】
伝送路Ｐ１及び伝送路Ｐ２としては、たとえば、光ファイバを用いることができる。伝送路Ｐ１及び伝送路Ｐ２は、たとえば、一のフェルールＦ内に２つの光ファイバが配置された構成（所謂、２孔フェルール）で分光測定装置１と接続される。本実施形態における伝送路Ｐ１は、「第１伝送路」の一例である。また、本実施形態における伝送路Ｐ２は、「第２伝送路」の一例である。
【００１７】
［分光光学系］
図２及び図３を参照して、本実施形態に係る分光光学系１０の構成について説明する。図２は、分光光学系１０を示す概略図である。図３は、フィルタ部１１及び受光部１３（いずれも後述）の一部を拡大した図である。図２及び図３では、複数の波長λｋ（ｋ＝１〜ｎ）を含む光Ｌのうち、一の波長λ１の光の光路（実線矢印及び破線矢印。破線矢印は、フィルタ部１１で反射した光を示す）のみを示す。
【００１８】
図２に示すように、分光光学系１０は、フィルタ部１１と、投射光学系１２と、受光部１３とを有する。
【００１９】
フィルタ部１１は、投射光学系１２からの平行光を入射面１１ａで受けて、その一部を波長が所定方向に連続して変化する透過光として出射面１１ｂより出射する。フィルタ部１１は、１枚のフィルタで連続的に透過する波長を変えることができるフィルタ（波長に応じて分光するフィルタ）である。つまり、「所定方向」とは、透過光の波長が変化する方向である（図２の紙面横方向）。フィルタ部１１は、一の波長の光のみを透過する領域Ｅｋ（ｋ＝１〜ｎ）を有する（図３参照）。たとえば、領域Ｅ１は、波長λ１の光のみを透過し、それ以外の波長の光を反射する。フィルタ部１１としては、たとえば、ＬＶＦを用いることができる。複数の波長λｋを含む光Ｌが入射する場合、フィルタ部１１は、光Ｌの入射位置（領域Ｅｋ）によって透過する波長λｋが異なっている。すなわち、フィルタ部１１は、複数の波長λｋを含む光Ｌを波長毎に分離することができる。
【００２０】
フィルタ部１１の入射面１１ａは、光を反射する反射膜が形成されている。たとえば、領域Ｅｋに対応する位置には、波長λｋの光のみを透過し、それ以外の波長の光を反射する膜が形成されている。反射膜としては、たとえば、複数個のエタロンで構成される誘電体多層膜を用いることができる。なお、反射膜を形成する代わりに、特定の波長以外の光を反射させる媒質でフィルタ部１１を構成することでもよい。
【００２１】
投射光学系１２は、フィルタ部１１の入射面１１ａ側に配置され、伝送路Ｐ１より入射された複数の波長λｋを含む光Ｌを平行光にして入射面１１ａに入射させる。また、投射光学系１２は、入射面１１ａで反射された平行光を伝送路Ｐ２に集光させる。投射光学系１２は、たとえば、１枚の凸状のコリメートレンズである。なお、投射光学系１２は、複数枚のレンズを組み合わせたレンズ群であってもよい。
【００２２】
また、本実施形態における投射光学系１２は、その光軸Ｏの外側、且つその周囲に伝送路Ｐ１の出射端及び伝送路Ｐ２の入射端が位置するように配置されている。具体的には、光軸Ｏを挟んで伝送路Ｐ１の出射端と伝送路Ｐ２の入射端が対称になるよう配置されている。このように投射光学系１２を配置することで、投射光学系１２に入射する光量と投射光学系１２から出射する光量とをほぼ同等量にすることができる。
【００２３】
受光部１３は、フィルタ部１１を透過した透過光を波長毎に受光する複数の受光素子Ｒｋ（ｋ＝１〜ｎ）を有する。受光素子Ｒｋは、たとえばＰＤ（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）を用いることができる。
【００２４】
なお、受光素子Ｒｋは、フィルタ部１１の形状に対応する配置が可能である。たとえば、フィルタ部１１がライン状の場合、受光部１３としては、受光素子Ｒｋがフィルタ部１１の形状に沿って一列に配置されたラインセンサを用いることができる。また、フィルタ部１１が２次元状の場合、受光部１３としては、受光素子Ｒｋが平面上に配置された２次元センサを用いることができる。
【００２５】
ここで、波長λ１の光に着目した場合、伝送路Ｐ１から出射された波長λ１の光は、投射光学系１２によりコリメートされた平行光としてフィルタ部１１（入射面１１ａ）に入射する。フィルタ部１１は、入射した波長λ１の光のうち、一部（領域Ｅ１に入射した光）のみを透過する（図３参照）。よって、入射した波長λ１の光の一部のみが出射面１１ｂから出射され、受光部１３（受光素子Ｒ１）で受光される。一方、領域Ｅ１以外の領域（たとえば、図３における領域Ｅ２〜領域Ｅ４）に入射した波長λ１の光は、入射面１１ａで反射される（図３参照）。反射された光は投射光学系１２で集光され、伝送路Ｐ２に導かれる。
【００２６】
［処理・制御系］
図４は、本実施形態に係る処理・制御系２０を示す概略図である。図４においては、分光光学系１０の一部の記載を省略している。処理・制御系２０は、読み出し部２１と、信号処理部２２とを有する。
【００２７】
読み出し部２１は、受光部１３で受光された光に基づく信号を読み出す。たとえば、読み出し部２１は、受光部１３が伝送路Ｐ１からの光を受光したタイミングで読み出しを行う。なお、受光部１３で受光された光に基づく信号は、受光された光の波長、及び当該波長に対応する受光素子の出力信号の大きさ（強度）の関係を示す（スペクトラムデータ）。
【００２８】
信号処理部２２は、受光部１３で受光された透過光に基づく信号を処理することにより、複数の波長λｋを含む光の波長分布を算出する。信号処理部２２による算出結果は、外部の表示デバイス等に表示される。なお、分光測定装置１が信号処理部２２による算出結果を表示する表示部を有する構成も可能である。
【００２９】
［動作］
次に図５を参照して、本実施形態に係る分光測定装置１の動作について説明を行う。
【００３０】
伝送路Ｐ１は、光源ＬＳからの複数の波長λｋを含む光Ｌを分光光学系１０に導く（Ｓ１０）。分光光学系１０に導かれた光は、投射光学系１２に入射する。
【００３１】
投射光学系１２は、入射した光Ｌをコリメートし、平行光としてフィルタ部１１の入射面１１ａに入射させる（Ｓ１１）。
【００３２】
フィルタ部１１は、入射面１１ａに入射した光Ｌ（平行光）の一部を、波長が所定方向に連続して変化する透過光として出射する（Ｓ１２）。各波長の光は、フィルタ部１１のある位置（領域Ｅｋ）でのみ透過される。すなわち、透過されなかった光Ｌ（光Ｌの一部）は、入射面１１ａで反射される（Ｓ１３）。
【００３３】
受光部１３は、Ｓ１２で出射された透過光を波長毎に対応する受光素子Ｒｋで受光する（Ｓ１４）。一方、Ｓ１３で反射した光は、投射光学系１２により伝送路Ｐ２に集光される（Ｓ１５）。伝送路Ｐ２に集光された光は、伝送路Ｐ２を介して伝送される。
【００３４】
読み出し部２１は、Ｓ１４で受光された透過光に基づく信号を読み出す（Ｓ１６）。
【００３５】
信号処理部２２は、Ｓ１６で読み出された信号に基づいて、光Ｌに含まれる波長分布を算出する（Ｓ１７）。
【００３６】
＜実施形態の作用・効果＞
本実施形態に係る分光光学系及び分光測定装置の作用及び効果について説明する。
【００３７】
実施形態に係る分光光学系１０は、フィルタ部１１と、投射光学系１２と、受光部１３とを有する。フィルタ部１１は、平行光を入射面１１ａで受けて、その一部を波長が所定方向に連続して変化する透過光として出射面１１ｂより出射する。投射光学系１２は、入射面１１ａ側に配置され、第１伝送路（伝送路Ｐ１）より入射された複数の波長を含む光を平行光にして入射面１１ａに入射させ、且つ入射面１１ａで反射された平行光を第２伝送路（伝送路Ｐ２）に集光させる。受光部１３は、透過光を波長毎に受光する複数の受光素子Ｒｋを有する。
【００３８】
このように、投射光学系１２は、伝送路Ｐ１より入射された複数の波長を含む光を平行光にしてフィルタ部１１の入射面１１ａに入射させ、且つ入射面１１ａで反射された平行光を伝送路Ｐ２に集光させる。よって、本実施形態の分光光学系１０は、分光測定を行う場合に、スプリッター等で伝送される光の一部を分離する必要がないため、光の分離に伴う伝送される光の損失を抑えることが可能となる。また、本実施形態の分光光学系１０は、伝送される光の一部を用いて分光測定を行うため、受光部１３で受光される光量を稼ぐことができる。従って、処理・制御系２０において信号処理を行う際、受光部１３の暗電流等の影響を受け難くなる。すなわち、本実施形態の分光光学系１０を用いることで、正確な波長分布を測定することが可能となる。
【００３９】
また、投射光学系１２は、その光軸Ｏ外に伝送路Ｐ１の出射端及び伝送路Ｐ２の入射端が位置するように配置される。
【００４０】
このように、伝送路と投射光学系１２とを配置することにより、伝送路Ｐ１から入射した光のフィルタ部１１における反射光を伝送路Ｐ２に効率よく導くことが可能となる。
【００４１】
また、上記の分光光学系１０を分光測定装置１に用いることも可能である。この場合、分光測定装置１は、上述の分光光学系１０と、信号処理部２２とを有する。信号処理部２２は、受光部１３で受光された透過光に基づく信号を処理することにより、複数の波長を含む光の波長分布を算出する。
【００４２】
このような分光測定装置１であっても、投射光学系１２は、伝送路Ｐ１より入射された複数の波長を含む光を平行光にしてフィルタ部１１の入射面１１ａに入射させ、且つ入射面１１ａで反射された平行光を伝送路Ｐ２に集光させる。よって、本実施形態の分光測定装置１は、分光測定を行う場合に、スプリッター等で伝送される光の一部を分離する必要がないため、光の分離に伴う伝送される光の損失を抑えることが可能となる。また、本実施形態の分光測定装置１は、伝送される光の一部を用いて分光測定を行うため、受光部１３で受光される光量を稼ぐことができる。従って、処理・制御系２０において信号処理を行う際、受光部１３の暗電流等の影響を受け難くなる。すなわち、本実施形態の分光測定装置１は、正確な波長分布を測定することが可能となる。
【００４３】
以上の通り、本実施形態の分光光学系１０（分光測定装置１）は伝送路中に配置される。従って、理想的には、伝送路内を伝送される光の全て（１００％）を分光光学系１０に入射させることができる。
【００４４】
ここで、ある波長の光（たとえば、波長λ１の光）をフィルタ部１１で透過する場合に、たとえば、透過する光（光量）が１／１００になるとする。この場合、フィルタ部１１は、伝送される波長λ１の光の１％を透過する。そして、透過されない光（９９％）は、フィルタ部１１の入射面１１ａで反射され、投射光学系１２により伝送路Ｐ２に集光される。つまり、受光部１３は、伝送路を伝送される光のうち、１％の光を受光する。
【００４５】
このように、分光光学系１０に入射した光の反射光を伝送路に導くことにより、伝送される光の損失を少なくなる。また、分光光学系１０を光の伝送路上に配置するため、従来の分光測定装置のようにスプリッターで分離された光（すなわち、伝送される光）の一部を分光測定に使用する場合に比べ、フィルタ部１１に入射する光の光量は大きくなる。よって、波長測定に用いる光の強度を十分に確保することができる。
【００４６】
一方、従来のようにスプリッターで光を分離する方式において、たとえば、スプリッターで伝送される光の１％を分離したとする。この場合、分光光学系に入射する光は、本実施形態の構成に比べ、１／１００になる。そして、その光がフィルタ部を透過することにより光量が更に１／１００となる。すなわち、受光部１３は、伝送路を伝送される光のうち、０．０００１％の光しか受光できない。よって、波長測定に用いる光の強度が小さいため、受光素子の暗電流等の影響を受け易く、正確な波長測定が困難となる。逆に波長測定を正確に行うために、スプリッターで分離する光の光量を増やすと、伝送される光の損失が大きくなる。更には、フィルタ部を透過できなかった光（９９／１００の光）は迷光となり、伝送路に伝送されることはない。よって、伝送される光の損失が生じる。
【００４７】
＜変形例１＞
分光光学系１０の構成は、上記実施形態に限られない。
たとえば、図６に示すように、フィルタ部１１を投射光学系１２の光軸Ｏに対して傾けて配置することもできる。この場合、伝送路Ｐ１の出射端または伝送路Ｐ２の入射端は、投射光学系１２の光軸Ｏ上に配置することが可能となる。
【００４８】
このように、フィルタ部１１を投射光学系１２の光軸Ｏに対して傾けることにより、投射光学系１２の光軸Ｏ上を含む所望の位置に伝送路を配置することができる。すなわち、本変形例の構成によれば、分光測定装置１（分光光学系１０）に対する伝送路の配置の調整が容易となる。
【００４９】
なお、投射光学系１２と伝送路Ｐ１及び伝送路Ｐ２との位置関係は、伝送路Ｐ１からの光が投射光学系１２に入射し、且つ投射光学系１２で集光された光が伝送路Ｐ２に入射するようになっている必要がある。
【符号の説明】
【００５０】
１  分光測定装置
１０  分光光学系
１１  フィルタ部
１１ａ  入射面
１１ｂ  出射面
１２  投射光学系
１３  受光部
２０  処理・制御系
２１  読み出し部
２２  信号処理部
Ｐ１、Ｐ２  伝送路
【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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