(57)【要約】【課題】  ファイバの長さと波長可変光源の掃引周期（掃引速度）とに起因して発生するＦＢＧの反射波長の測定時の波長ずれを補正することによって、高速波長掃引の可能な波長可変光源を用いて測定の高速化を行った場合でもＦＢＧの反射波長を正確に測定できるＦＢＧセンサシステムを提供する。【解決手段】  受光器１４から出力される電気信号ｂと波長可変光源１０の発振波長の情報を持った電気信号ｃとからＦＢＧ１３ａ〜１３ｃの反射波長を仮の反射波長λＴとして測定し、測定したこの仮の反射波長λＴに基づいて、予めメモリ１６ｃに記憶されている、ファイバ１２ａ〜１２ｃの長さと波長可変光源１０の掃引速度とに起因して発生するＦＢＧ１３ａ〜１３ｃの反射波長の測定時の波長ずれを補正するための波長補正値λＣを読み出し、読み出したこの波長補正値λＣで上記仮の反射波長λＴを補正してＦＢＧ１３ａ〜１３ｃの反射波長λＦを求める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファイバ（１２ａ〜１２ｃ）を介して測定対象に設けられたＦＢＧ（１３ａ〜１３ｃ）に所定の波長範囲の光を測定光として入射し、該測定光の反射光又は透過光から当該ＦＢＧの反射波長を測定するＦＢＧセンサシステムにおいて、
前記所定の波長範囲の光を含んで所定の掃引周期で波長掃引された光を発振し、該光を前記測定光として前記ＦＢＧに入射させる波長可変光源（１０）と、
前記ＦＢＧに入射された前記測定光の該ＦＢＧからの反射光又は透過光を受けて第１の電気信号に変換する第１の受光器（１４）と、
該第１の受光器から出力される前記第１の電気信号と前記波長可変光源の発振波長から前記ＦＢＧの反射波長を仮の反射波長λＴとして測定し、測定した該仮の反射波長λＴに基づいて、予めメモリ（１６ｃ）に記憶されている、前記ファイバの長さと前記波長可変光源の前記所定の掃引周期とに起因して発生する前記ＦＢＧの反射波長の測定時の波長ずれを補正するための波長補正値λＣを読み出し、読み出した該波長補正値λＣで前記仮の反射波長λＴを補正して波長ずれを含まない当該ＦＢＧの反射波長λＦを求める処理手段（２０）とを備えたことを特徴とするＦＢＧセンサシステム。
【請求項２】
前記処理手段は、前記第１の受光器から出力される前記第１の電気信号の中から前記ＦＢＧの反射波長に対応するピーク値を検出するとともに、検出した該ピーク値に対応した光が前記第１の受光器に入射された時の前記波長可変光源の発振波長を求め、求めた該発振波長を前記ＦＢＧの前記仮の反射波長λＴとすることを特徴とする請求項１に記載のＦＢＧセンサシステム。
【請求項３】
前記波長可変光源は、
一方のレーザ光出射端面がＡＲコートされている半導体レーザ（１）と、
該半導体レーザのＡＲコートされている端面から出射された光をコリメートするコリメートレンズ（２）と、
該コリメートレンズから出射されたコリメート光を受けて波長に応じた角度で回折させる回折格子（３）と、
反射体（３５）と反射体駆動手段（５０）とを含んで構成され、前記回折格子から入射される前記コリメート光に対する回折光が、前記反射体の反射面で該回折格子へ反射されて、再び該回折格子で回折され、それによって得られた回折光が前記コリメートレンズを介して前記半導体レーザに入射されるとき、該半導体レーザに入射される回折光が所望の波長の光となるようにするとともに、該所望の波長が前記所定の波長範囲を含んで往復掃引されるように前記反射体の反射面の角度を前記反射体駆動手段により前記所定の掃引周期で繰り返し変化させるＭＥＭＳスキャナ（６０）とを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のＦＢＧセンサシステム。
【請求項４】
前記ＭＥＭＳスキャナの反射体は、
固定基板（３６、３７）と、
該固定基板の縁部から所定幅で所定長さ延設され、その長さ方向に沿って捩じれ変形可能な軸部（３８、３９）と、
該軸部の先端に自身の縁部で連結されて形成され、一面側に前記回折格子からの回折光を反射させるための前記反射面が設けられた反射板（４０）とを有しており、かつ、
前記ＭＥＭＳスキャナの反射体駆動手段は、
前記反射体の軸部と反射板とからなる部分の固有振動数に対応した周波数の駆動信号によって前記反射板に力を与えて、該反射板を前記固有振動数又はそれに近い振動数の前記所定の掃引周期で往復回転させるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載のＦＢＧセンサシステム。
【請求項５】
前記波長可変光源は、さらに、
前記回折格子の０次光が出射される光路上に設けられて所定の波長の光を透過させる光共振器（４）と、
該光共振器から出射される透過光を受けて第２の電気信号に変換する第２の受光器（５）とを備え、該第２の受光器から出力される前記第２の電気信号から当該波長可変光源の発振波長を求めることを可能にしたことを特徴とする請求項３又は４に記載のＦＢＧセンサシステム。
【請求項６】
前記波長可変光源は、
前記回折格子の０次光を出力光とすることを特徴とする請求項３又は４に記載のＦＢＧセンサシステム。
【請求項７】
前記波長可変光源は、さらに、
前記回折格子の０次光が出射される光路上に設けられ、該０次光を２つに分岐して一方の０次光を前記出力光として出射する光分岐手段（６）と、
該光分岐手段から出射される他方の０次光を受けて所定の波長の光を透過させる光共振器（４）と、
該光共振器から出射される透過光を受けて第２の電気信号に変換する第２の受光器（５）とを備え、該第２の受光器から出力される前記第２の電気信号から当該波長可変光源の発振波長を求めることを可能にしたことを特徴とする請求項６に記載のＦＢＧセンサシステム。
【請求項８】
前記処理手段は、
前記第１の受光器からの前記第１の電気信号及び前記第２の受光器からの前記第２の電気信号を受けてそれぞれディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器（１５）と、
該Ａ／Ｄ変換器から出力される前記第１の電気信号のディジタル値を順次所定のアドレスに記憶する第１のメモリ（１６ａ）と、
前記Ａ／Ｄ変換器から出力される前記第２の電気信号のディジタル値を順次所定のアドレスに記憶する第２のメモリ（１６ｂ）と、
前記第１のメモリの前記所定のアドレスに記憶されているディジタル値を読み出して、前記ＦＢＧの反射波長に対応するピーク値を検出するピーク値検出手段（１７）と、
前記第２のメモリの前記所定のアドレスに記憶されている前記波長可変光源の発振波長を求めるためのディジタル値を読み出して、前記光共振器の前記所定の波長が記憶されているアドレスを検出し、検出した該アドレスと前記ピーク値検出手段から出力される前記ピーク値が記憶されているアドレスとに基づいて、当該ピーク値に対応した光が前記第１の受光器に入射された時の当該波長可変光源の発振波長を求め、求めた該発振波長を前記ＦＢＧの前記仮の反射波長λＴとするピーク値波長算出手段（１８）と、
前記ＦＢＧの反射波長の測定時の波長ずれを補正するための前記波長補正値λＣを記憶保持する第３のメモリ（１６ｃ）と、
前記ピーク値波長算出手段から出力される前記仮の反射波長λＴに基づいて、前記第３のメモリから前記波長補正値λＣを読み出すとともに、読み出した該波長補正値λＣで前記仮の反射波長λＴを補正して前記ＦＢＧの反射波長λＦを求める反射波長算出手段（１９）とを備えたことを特徴とする請求項５又は７に記載のＦＢＧセンサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファイバを介して遠隔地の測定対象に設けられたＦＢＧ（ファイバブラッググレーティング）に高速波長掃引の可能な波長可変光源と受光器とを組み合わせて、測定対象の歪測定や温度測定等を行うＦＢＧセンサシステムに関し、特にファイバの長さと波長可変光源の掃引周期（掃引速度）とに起因して発生する反射波長の測定時の波長ずれ（ＦＢＧの反射スペクトルの波長掃引方向へのシフト）を補正したＦＢＧセンサシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦＢＧは、ファイバの所定長さ範囲のコア部の屈折率を一定間隔で周期的に変化させたもので、このＦＢＧの一端側に光を入射すると、その入射光のうち特定波長（ブラッグ波長という）の光だけが反射されて、他の波長の光は透過する。このブラッグ波長は、屈折率が一定間隔で周期的に変化している部分が受ける軸方向の歪み（圧縮、伸長）に応じて変化する。したがって、このＦＢＧの一端側に光を入射して反射してくる光の波長（反射波長）あるいは透過してくる光の波長を測定することで、ＦＢＧに加わった歪みを測定することができる。
【０００３】
従来、このようなＦＢＧの性質を利用して測定対象の歪測定や温度測定等を行うＦＢＧセンサシステムとして、ＦＢＧの反射波長の測定を、波長可変光源と受光器を組み合わせて行うものがあった（例えば特許文献1参照）。すなわち、波長可変光源はＦＢＧへ入射する光（測定光）の波長を変えて出射し、受光器はそのＦＢＧへ出射された光に対するＦＢＧからの反射光の光強度を検出する。この場合、表示器を想定し、横軸に測定光の波長（波長可変光源の発振波長）、縦軸に受光器で検出した反射光の光強度をプロットしてＦＢＧからの反射光のスペクトルを描いている。したがって、ＦＢＧの反射波長は、受光器がＦＢＧからの反射光のスペクトル（反射スペクトル）のピーク値を検出した時の、波長可変光源からＦＢＧへ出射している測定光の波長と同一であるとして測定される。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−６２１３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような従来のＦＢＧセンサシステムにおけるＦＢＧの反射波長の測定は、波長可変光源−ＦＢＧ間のファイバ長Ｌによる測定光と反射光の遅れ時間τ、すなわち波長可変光源から出射された測定光がＦＢＧで反射されて反射光として受光器に入射されるまでの時間τが、波長可変光源の波長可変時間（掃引速度）に対して十分小さく無視できることを前提としている。なお、遅れ時間τは、ｎをファイバの屈折率、Ｃを光速とすると、（１）式で表される。
【０００６】
τ＝２ｎＬ／Ｃ      （１）
【０００７】
ここで、遅れ時間τと波長可変光源の掃引速度との関係を具体的に説明する。波長可変光源の掃引がほぼ線形な場合において、発振波長λは、Ｋを掃引速度に比例した定数、ｔを時間とすると、（２）式で表される。
【０００８】
λ＝λ０＋Ｋ・ｔ      （２）
【０００９】
（２）式において、ｔ＝０のときに、ＦＢＧの反射波長に対応する波長λＦが波長可変光源で発振されてＦＢＧに出射され、τ＝２ｎＬ／Ｃ時間後に、その反射光がＦＢＧから受光器に入射されたとすると、ＦＢＧの反射波長は見かけ上、仮の反射波長λＴとして（３）式のように表される。
【００１０】
λＴ＝λＦ＋Ｋ・２ｎＬ／Ｃ      （３）
【００１１】
したがって、（３）式から分かるように、Ｋが非常に小さい（掃引速度が非常に遅い）とき、またファイバ長Ｌが非常に短いときは、（４）式のように見なすことができる。
【００１２】
λＴ＝λＦ      （４）
【００１３】
波長可変光源として、回折格子、ミラー等をモータ駆動して半導体レーザの発振波長を可変（掃引）するような外部共振型の波長可変光源を用いる場合には、掃引速度が遅いために、上記のような方法でＦＢＧの反射波長を測定しても問題はなかった。しかしながら、ＦＢＧセンサシステムにおける測定の高速化のために、波長可変光源の掃引速度を出来るだけ速くするような場合には、上記（３）式で示したように、遅れ時間τ＝２ｎＬ／Ｃの影響を受けて反射スペクトルの波長がずれる。すなわち、反射スペクトルが波長掃引方向へシフトする。この結果、ＦＢＧの本来の反射波長λＦが見かけ上、波長ずれを含んだ仮の反射波長λＴとして測定されてしまうという問題を生じる。
【００１４】
具体例に示すと、例えば、Ｋ＝１０５ｎｍ／ｓ（１５２０〜１５７０ｎｍを０．５ｍｓで掃引するような場合）、Ｌ＝１０ｋｍ、ｎ＝１．５、Ｃ＝３×１０５ｋｍ／ｓの場合には、上記（３）式のＫ・２ｎＬ／Ｃは１０ｎｍとなり、本来のＦＢＧの反射波長λＦに対して見かけ上１０ｎｍの波長ずれを生じる。すなわち、ＦＢＧの反射波長の測定を、図６（ｂ）に示すように、波長可変光源が短波から長波へ掃引している期間に行うような場合には、長波側へ１０ｎｍずれる。一方、波長可変光源が長波から短波へ掃引している期間に測定を行うような場合には、逆に、短波側へ１０ｎｍずれる。
【００１５】
本発明は、ＦＢＧの反射波長を仮の反射波長λＴとして測定するとともに、測定したこの仮の反射波長λＴを、予め求めて記憶保持されている、ファイバの長さと波長可変光源の掃引周期（掃引速度）とに起因して発生する反射波長の測定時の波長ずれを補正するための波長補正値λＣで補正することによって、これらの課題を解決し、高速波長掃引の可能な波長可変光源を用いて測定の高速化を行った場合でもＦＢＧの反射波長を正確に測定できるＦＢＧセンサシステムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１のＦＢＧセンサシステムでは、ファイバ（１２ａ〜１２ｃ）を介して測定対象に設けられたＦＢＧ（１３ａ〜１３ｃ）に所定の波長範囲の光を測定光として入射し、該測定光の反射光又は透過光から当該ＦＢＧの反射波長を測定するＦＢＧセンサシステムにおいて、前記所定の波長範囲の光を含んで所定の掃引周期で波長掃引された光を発振し、該光を前記測定光として前記ＦＢＧに入射させる波長可変光源（１０）と、前記ＦＢＧに入射された前記測定光の該ＦＢＧからの反射光又は透過光を受けて第１の電気信号に変換する第１の受光器（１４）と、該第１の受光器から出力される前記第１の電気信号と前記波長可変光源の発振波長から前記ＦＢＧの反射波長を仮の反射波長λＴとして測定し、測定した該仮の反射波長λＴに基づいて、予めメモリ（１６ｃ）に記憶されている、前記ファイバの長さと前記波長可変光源の前記所定の掃引周期とに起因して発生する前記ＦＢＧの反射波長の測定時の波長ずれを補正するための波長補正値λＣを読み出し、読み出した該波長補正値λＣで前記仮の反射波長λＴを補正して波長ずれを含まない当該ＦＢＧの反射波長λＦを求める処理手段（２０）とを備えた。
【００１７】
また、本発明の請求項２のＦＢＧセンサシステムでは、上述した請求項１のＦＢＧセンサシステムにおいて、前記処理手段は、前記第１の受光器から出力される前記第１の電気信号の中から前記ＦＢＧの反射波長に対応するピーク値を検出するとともに、検出した該ピーク値に対応した光が前記第１の受光器に入射された時の前記波長可変光源の発振波長を求め、求めた該発振波長を前記ＦＢＧの前記仮の反射波長λＴとするようにした。
【００１８】
また、本発明の請求項３のＦＢＧセンサシステムでは、上述した請求項１又は２のＦＢＧセンサシステムにおいて、前記波長可変光源は、一方のレーザ光出射端面がＡＲコートされている半導体レーザ（１）と、該半導体レーザのＡＲコートされている端面から出射された光をコリメートするコリメートレンズ（２）と、該コリメートレンズから出射されたコリメート光を受けて波長に応じた角度で回折させる回折格子（３）と、反射体（３５）と反射体駆動手段（５０）とを含んで構成され、前記回折格子から入射される前記コリメート光に対する回折光が、前記反射体の反射面で該回折格子へ反射されて、再び該回折格子で回折され、それによって得られた回折光が前記コリメートレンズを介して前記半導体レーザに入射されるとき、該半導体レーザに入射される回折光が所望の波長の光となるようにするとともに、該所望の波長が前記所定の波長範囲を含んで往復掃引されるように前記反射体の反射面の角度を前記反射体駆動手段により前記所定の掃引周期で繰り返し変化させるＭＥＭＳスキャナ（６０）とを備えた。
【００１９】
また、本発明の請求項４のＦＢＧセンサシステムでは、上述した請求項３のＦＢＧセンサシステムにおいて、前記ＭＥＭＳスキャナの反射体は、固定基板（３６、３７）と、該固定基板の縁部から所定幅で所定長さ延設され、その長さ方向に沿って捩じれ変形可能な軸部（３８、３９）と、該軸部の先端に自身の縁部で連結されて形成され、一面側に前記回折格子からの回折光を反射させるための前記反射面が設けられた反射板（４０）とを有しており、かつ、前記ＭＥＭＳスキャナの反射体駆動手段は、前記反射体の軸部と反射板とからなる部分の固有振動数に対応した周波数の駆動信号によって前記反射板に力を与えて、該反射板を前記固有振動数又はそれに近い振動数の前記所定の掃引周期で往復回転させるように構成した。
【００２０】
また、本発明の請求項５のＦＢＧセンサシステムでは、上述した請求項３又は４のＦＢＧセンサシステムにおいて、前記波長可変光源は、さらに、前記回折格子の０次光が出射される光路上に設けられて所定の波長の光を透過させる光共振器（４）と、該光共振器から出射される透過光を受けて第２の電気信号に変換する第２の受光器（５）とを備え、該第２の受光器から出力される前記第２の電気信号から当該波長可変光源の発振波長を求めることを可能にした。
【００２１】
また、本発明の請求項６のＦＢＧセンサシステムでは、上述した請求項３又は４のＦＢＧセンサシステムにおいて、前記波長可変光源は、前記回折格子の０次光を出力光とした。
【００２２】
また、本発明の請求項７のＦＢＧセンサシステムでは、上述した請求項６のＦＢＧセンサシステムにおいて、前記波長可変光源は、さらに、前記回折格子の０次光が出射される光路上に設けられ、該０次光を２つに分岐して一方の０次光を前記出力光として出射する光分岐手段（６）と、該光分岐手段から出射される他方の０次光を受けて所定の波長の光を透過させる光共振器（４）と、該光共振器から出射される透過光を受けて第２の電気信号に変換する第２の受光器（５）とを備え、該第２の受光器から出力される前記第２の電気信号から当該波長可変光源の発振波長を求めることを可能にした。
【００２３】
また、本発明の請求項８のＦＢＧセンサシステムでは、上述した請求項５又は７のＦＢＧセンサシステムにおいて、前記処理手段は、前記第１の受光器からの前記第１の電気信号及び前記第２の受光器からの前記第２の電気信号を受けてそれぞれディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器（１５）と、該Ａ／Ｄ変換器から出力される前記第１の電気信号のディジタル値を順次所定のアドレスに記憶する第１のメモリ（１６ａ）と、前記Ａ／Ｄ変換器から出力される前記第２の電気信号のディジタル値を順次所定のアドレスに記憶する第２のメモリ（１６ｂ）と、前記第１のメモリの前記所定のアドレスに記憶されているディジタル値を読み出して、前記ＦＢＧの反射波長に対応するピーク値を検出するピーク値検出手段（１７）と、前記第２のメモリの前記所定のアドレスに記憶されている前記波長可変光源の発振波長を求めるためのディジタル値を読み出して、前記光共振器の前記所定の波長が記憶されているアドレスを検出し、検出した該アドレスと前記ピーク値検出手段から出力される前記ピーク値が記憶されているアドレスとに基づいて、当該ピーク値に対応した光が前記第１の受光器に入射された時の当該波長可変光源の発振波長を求め、求めた該発振波長を前記ＦＢＧの前記仮の反射波長λＴとするピーク値波長算出手段（１８）と、前記ＦＢＧの反射波長の測定時の波長ずれを補正するための前記波長補正値λＣを記憶保持する第３のメモリ（１６ｃ）と、前記ピーク値波長算出手段から出力される前記仮の反射波長λＴに基づいて、前記第３のメモリから前記波長補正値λＣを読み出すとともに、読み出した該波長補正値λＣで前記仮の反射波長λＴを補正して前記ＦＢＧの反射波長λＦを求める反射波長算出手段（１９）とを備えた。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の請求項1、２及び８のＦＢＧセンサシステムでは、第１の受光器から出力される第１の電気信号と波長可変光源の発振波長からＦＢＧの反射波長を仮の反射波長λＴとして測定し、測定したこの仮の反射波長λＴに基づいて、予めメモリに記憶されている、ファイバの長さと波長可変光源の所定の掃引周期とに起因して発生するＦＢＧの反射波長の測定時の波長ずれを補正するための波長補正値λＣを読み出し、読み出したこの波長補正値λＣで上記仮の反射波長λＴを補正してＦＢＧの反射波長λＦを求めるようにしたので、高速波長掃引の可能な波長可変光源を用いて測定の高速化を行った場合でもＦＢＧの反射波長を正確に測定できる。
【００２５】
本発明の請求項３及び４のＦＢＧセンサシステムでは、波長可変光源の往復掃引をＭＥＭＳスキャナで行うようにしたので、高速波長掃引ができ、測定の高速化が可能となる。
【００２６】
本発明の請求項５及び７のＦＢＧセンサシステムでは、波長可変光源における回折格子の０次光の所定の波長の光を第２の電気信号に変換するようにしたので、この第２の電気信号から波長可変光源の発振波長を求めることができる。
【００２７】
本発明の請求項６のＦＢＧセンサシステムでは、波長可変光源における回折格子の０次光を出力光としたので、半導体レーザの内部共振モードの影響によって生じる出力光の強度変動を小さくできる。具体的には、半導体レーザのＡＲコートされていない端面から出射された光を出力光とする場合の強度変動（約１ｄＢ）の約１／１０にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の実施形態のＦＢＧセンサシステムの構成を図１及び図２に示す。まず、高速波長掃引の可能な波長可変光源１０は、図２に示すように、半導体レーザ（ＬＤ）１のＡＲコートされている端面から出射された光をコリメートレンズ２によってコリメート光に変換して回折格子３へ入射し、その入射光に対して回折格子３が出射する回折光をＭＥＭＳスキャナ６０に入射する。ＭＥＭＳスキャナ６０は、反射体３５と反射体駆動手段５０で構成され、回折格子３から入射されるコリメート光に対する回折光が、反射体３５の反射面で回折格子３へ反射されて、再び回折格子３で回折され、それによって得られた回折光がコリメートレンズ２を介してＬＤ１に入射されるとき、ＬＤ１に入射される回折光が所望の波長の光となるようにするとともに、この所望の波長が所定の波長範囲を含んで往復掃引されるように反射体３５の反射面の角度を反射体駆動手段５０により所定の掃引周期で繰り返し変化（往復回転）させている。このような構成によって、波長掃引された光が発振されて、ＬＤ１のＡＲコートされていない端面から出力されて出力光（測定光ａ）となる。
【００２９】
なお、図２においては、ＬＤ１のＡＲコートされている端面から出射された光をコリメートレンズ２によってコリメート光に変換して回折格子３へ入射するようにしたが、ＬＤ１とコリメートレンズ２との間に集光レンズとファイバを設け、ＬＤ１のＡＲコートされている端面から出射された光を集光レンズで集光してファイバに入射し、ファイバを通った光をコリメートレンズ２によってコリメート光に変換して回折格子３へ入射するようにしてもよい。
【００３０】
ＭＥＭＳスキャナ６０を構成する反射体３５及び反射体駆動手段５０については後で詳述する。なお、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）スキャナとは、マイクロ電気機械式構造体（電気信号の制御を受けて機械的に動作する構造体）によって形成されたスキャナを意味している。
【００３１】
ここで、ＭＥＭＳスキャナ６０による波長掃引について説明する。図５に示す駆動信号Ｄａ、Ｄｂ（詳細は後述する）を印加してＭＥＭＳスキャナ６０を所定の掃引周期で往復掃引する（上述の反射体３５を往復回転させる）と、図６（ａ）に示すように、ＭＥＭＳスキャナ６０の往復回転角度はほぼ正弦波的に変化し、その結果、掃引される波長も正弦波状に変化する。したがって、測定光ａの所定の波長範囲（測定波長範囲）が、図６（ｂ）に示すように、その正弦波状に変化する波形の直線に近い部分に来るように、ＭＥＭＳスキャナ６０の往復掃引の波長範囲（往復回転角度の範囲）が設定される。つまり、駆動信号Ｄａ、Ｄｂの振幅の調整により設定される。具体例としては、例えば、測定波長範囲を１５２０〜１５７０ｎｍとした場合、ＭＥＭＳスキャナ６０の往復掃引の波長範囲（掃引波長範囲）は、この測定波長範囲に対して十分に広い約１４７０〜１６２０ｎｍに設定される。なお、上述の駆動信号Ｄａ、Ｄｂのいずれか一方はトリガ信号Ｔｒとして処理手段２０へ出力される。
【００３２】
また、図２において、回折格子３の０次光は、エタロン等の光共振器４に入射されて所定の波長の光のみが透過される。そして、その透過光は受光器（ＰＤ）５で第２の電気信号ｃに変換されて図１に示す処理手段２０へ出力される。すなわち、出力光（測定光ａ）の波長掃引に対応して所定の波長間隔、例えば周波数で１５ＧＨｚ間隔の透過光を発生し、受光器５で第２の電気信号ｃに変換される。この透過光の波長（周波数）は既知である。したがって、その透過光を光電変換して得られた第２の電気信号ｃを用いて、波長可変光源１０の発振波長（波長掃引された測定光ａの波長）を求めることができる。
【００３３】
なお、波長可変光源１０は、図２に示したような、ＬＤ１のＡＲコートされていない端面から出射された光を出力光とするものに限定されるわけではなく、回折格子３の０次光を出力光とするものであってもよい。その場合には、図３に示すように、回折格子３からの０次光を光カプラ等の光分岐手段６で分岐して、一方を出力光とし、他方を光共振器４に入射する。このように０次光を出力光とすると、ＬＤ１の内部共振モードの影響によって生じる出力光の強度変動を、ＬＤ１のＡＲコートされていない端面から出射された光を出力光とする場合に比べて小さくできる。具体的には、ＬＤ１を出力光とする場合の強度変動（約１ｄＢ）の約１／１０に小さくできる。また、ＬＤ１のＡＲコートされていない端面にＨＲコート（HR：High-Reflection）を施すことによって、０次光を出力光とする場合の出力光の光強度を増加させることができる。
【００３４】
次に、図１において、光サーキュレータ１１は、波長可変光源１０からの測定光ａを、ファイバ１２ａ〜１２ｃを介して直列に接続された反射波長の異なる複数のＦＢＧ１３ａ〜１３ｃに入射するとともに、各ＦＢＧ１３ａ〜１３ｃからそれぞれの反射波長で反射されて戻ってきたその測定光ａの反射光を受けて受光器（ＰＤ）１４に出射する。受光器１４は、その反射光を第１の電気信号ｂに変換して処理手段２０に出力する。
【００３５】
処理手段２０は、受光器１４からの第１の電気信号ｂ及び波長可変光源１０からの第２の電気信号ｃに基づいて、ファイバ１２ａ〜１２ｃのファイバ長に起因して発生する波長ずれのない状態での各ＦＢＧ１３ａ〜１３ｃの反射波長の算出を行うもので、Ａ／Ｄ変換器１５、メモリ１６ａ〜１６ｃ、ピーク値検出手段１７、ピーク値波長算出手段１８及び反射波長算出手段１９によって構成されている。
【００３６】
すなわち、Ａ／Ｄ変換器１５は、例えば２ｃｈのＡ／Ｄ変換器であり、波長可変光源１０から入力される上述のトリガ信号Ｔｒを起点にして、周波数確度の高い内部クロック（例えば１０ＭＨｚ）によって第１の電気信号ｂ及び第２の電気信号ｃを同じタイミングで順次ディジタル値に変換する。
【００３７】
メモリ１６ａ、１６ｂは、それぞれ、制御部（図示しない）からの指示に基づいて、Ａ／Ｄ変換器１５からそれぞれ順次出力される第１の電気信号ｂのディジタル値及び第２の電気信号ｃのディジタル値の内から少なくとも、図６（ｂ）に示す、上述の測定波長範囲及び上述したファイバ長と掃引速度（掃引周期）とに起因して発生する波長ずれ（以下適宜単に、波長ずれという）分に含まれるディジタル値を順次所定のアドレスに記憶する。具体例を示すと、例えば、第１の電気信号ｂのディジタル値及び第２の電気信号ｃのディジタル値は、共にそれぞれのメモリ１６ａ、１６ｂのアドレス０〜４０００に記憶される。
【００３８】
なお、上記では、メモリ１６ａ、１６ｂへの記憶を制御部（図示しない）からの指示で行うようにしたが、トリガ信号Ｔｒの位相が上記測定波長範囲及び波長ずれ分との関係において適切であれば、Ａ／Ｄ変換器１５からそれぞれ出力される第１の電気信号ｂのディジタル値及び第２の電気信号ｃのディジタル値をそのまま記憶するようにしてもよい。
【００３９】
ピーク値検出手段１７は、第１の読み出信号Ｍ１によって第１のメモリ１６ａの所定のアドレス（例えば上述の０〜４０００）に記憶されているディジタル値を読み出して、各ＦＢＧ１３ａ〜１３ｃの反射波長に対応する３つのピーク値を検出する。そして、検出した３つのピーク値が記憶されているそれぞれのアドレスの情報をピーク値波長算出手段１８に出力する。
【００４０】
ピーク値波長算出手段１８は、第２の読み出信号Ｍ２によって第２のメモリ１６ｂの所定のアドレス（例えば上述の０〜４０００）に記憶されている波長可変光源１０の発振波長（測定光ａの波長）を求めるためのディジタル値を読み出して、光共振器４（図２参照）の所定の波長（既知波長）が記憶されているアドレスを検出する。例えば、上述の１５ＧＨｚ間隔で発生された既知波長（周波数）の透過光のピーク値が記憶されているそれぞれのアドレスを検出する。
【００４１】
そして、ピーク値検出手段１７から出力される、各ＦＢＧ１３ａ〜１３ｃの反射波長に対応する３つのピーク値がそれぞれ記憶されているアドレスと、上記の既知波長が記憶されているそれぞれのアドレスとを対比して、３つのピーク値のそれぞれに対応した光が第１の受光器１４に入射された時の波長可変光源１０の発振波長を求め、求めた３つの発振波長のそれぞれについて、それらを仮の反射波長λＴとする。
【００４２】
メモリ１６ｃは、上記仮の反射波長λＴと、上述したファイバ長と掃引速度とに起因して発生する波長ずれを補正するための波長補正値λＣとの関係を、各ＦＢＧ１３ａ〜１３ｃに対して予め求めて記憶保持している。波長補正値λＣは、上述の（３）式に示した波長ずれに相当するＫ・２ｎＬ／Ｃであり、ＯＴＤＲ（光パルス試験器）で予め測定した各ＦＢＧ１３ａ〜１３ｃまでのそれぞれの遅れ時間τ（＝２ｎＬ／Ｃ）と、掃引速度に比例した定数Ｋ（波長可変光源１０の図６（ｂ）に示すような波長掃引特性から算出できる）との乗算によって求めることができる。あるいは、ＦＢＧセンサシステムの敷設時の設計値としての各ファイバ１２ａ〜１２ｃのファイバ長Ｌ及び屈折率ｎを用いても求めることができる。
【００４３】
なお、各ＦＢＧ１３ａ〜１３ｃのそれぞれの仮の反射波長λＴの変化許容範囲は、測定値、ファイバ長、環境条件変化等を考慮して、互いに重複しないように決められており、測定した仮の反射波長λＴに基づいて各ＦＢＧ１３ａ〜１３ｃが特定でき、それによって各ＦＢＧ１３ａ〜１３ｃに対するそれぞれの波長補正値λＣが第３のメモリ１６ｃから読み出せるようになっている。
【００４４】
反射波長算出手段１９は、ピーク値波長算出手段１８から出力される仮の反射波長λＴに基づいて、第３のメモリ１６ｃから各ＦＢＧ１３ａ〜１３ｃに対する波長補正値λＣを読み出すとともに、上述の（３）式（再掲）から導かれる（５）式に基づいて、読み出した波長補正値λＣで仮の反射波長λＴを補正して各ＦＢＧ１３ａ〜１３ｃの反射波長λＦを求める。
【００４５】
λＴ＝λＦ＋Ｋ・２ｎＬ／Ｃ      （３）
λＦ＝λＴ−Ｋ・２ｎＬ／Ｃ＝λＴ−λＣ      （５）
【００４６】
ここで、上記（５）式に示した反射波長λＦ、仮の反射波長λＴ及び波長補正値λＣの関係を図７に示す。各ＦＢＧ１３ａ〜１３ｃの反射波長λＦが、それぞれ図７（ａ）に示す反射スペクトルのような波長であるとする。各ＦＢＧ１３ａ〜１３ｃの反射波長λＦを測定するときには、各ファイバ１２ａ〜１２ｃのファイバ長Ｌによる遅れ時間τの影響を受けて、それらの反射波長λＦが見かけ上、図７（ｂ）に示すように波長の長い方へずれて仮の反射波長λＴとなる。したがって、図７（ｂ）に示す各ＦＢＧ１３ａ〜１３ｃに対する波長補正値λＣを仮の反射波長λＴからそれぞれ減算することによって反射波長λＦを求めることができる。なお、各ファイバ１２ａ〜１２ｃのファイバ長Ｌは同一であるので、各ＦＢＧ１３ａ〜１３ｃの反射波長λＦの波長ずれは、ＦＢＧ１３ａの波長ずれを基準にして、ＦＢＧ１３ｂの波長ずれはその２倍、ＦＢＧ１３ｃの波長ずれはその３倍となる。
【００４７】
なお、上記反射波長算出手段１９では、波長可変光源１０が短波から長波へ掃引している期間（図６（ｂ）参照）に、ＦＢＧの反射波長の測定を行うような場合についての波長ずれの補正方法を（５）式で示したが、発振波長λが（６）式で表されるような、長波から短波へ掃引している期間に測定を行うような場合については、波長ずれの補正方法は（７）式で表される。この場合、反射波長λＦ、仮の反射波長λＴ及び波長補正値λＣの関係は図８のようになる。
【００４８】
λ＝λ０−Ｋ・ｔ      （６）
λＦ＝λＴ＋Ｋ・２ｎＬ／Ｃ＝λＴ＋λＣ      （７）
【００４９】
また、上記反射波長算出手段１９では、波長可変光源１０の測定波長範囲（図６（ｂ）参照）付近の掃引特性が、一般式λ＝Ａ０＋Ａ１・ｘで表される一次関数で近似できる場合についての波長ずれの補正方法を（５）式で示したが、一般式λ＝Ａ０＋Ａ１・ｘ＋Ａ２・ｘ２＋・・・で表される多次関数で近似する場合も同様に上述の方法を適用して、反射波長λＦを求めることができることは言うまでもない。
【００５０】
次に、図２に示した波長可変光源１０の一部を構成するＭＥＭＳスキャナ６０の反射体３５及び反射体駆動手段５０について詳述する。反射体３５は、図４に示すように、横長矩形で互いに平行に配置された一対の固定基板３６、３７と、この一対の固定基板３６、３７の長辺側縁部の中央からこの固定基板３６、３７と直交する方向に所定幅、所定長さで延設され、その長さ方向に沿って捩じれ変形可能な一対の軸部３８、３９と、横長矩形で一方の長辺側縁部の中央部で軸部３８の先端に連結され、他方の長辺側縁部の中央部で軸部３９の先端に連結された反射板４０とを有している。この反射板４０は、捩じれ変形可能な軸部３８、３９に中心部が支持されているので、この軸部３８、３９を結ぶ線を中心軸として固定基板３６、３７に対して回転することができる。また、軸部３８、３９と反射板４０とからなる部分の固有振動数ｆ０は、反射板４０自体の形状や質量及び軸部３８、３９のバネ定数によって決まる。
【００５１】
また、反射板４０の一面側には、光を反射するための反射面４１が形成されている。この反射面４１は、反射板４０自体を鏡面仕上げして形成したり、反射率の高い膜（図示しない）を蒸着あるいは接着して形成したりしたものであってもよい。なお、この反射体３５は、薄い半導体基板からエッチング処理等により一体的に切り出されたもので、金属膜の蒸着加工により高導電性を有している。
【００５２】
支持基板４５は絶縁性を有する材料からなり、その一面側の上部と下部には、前方へ突出する支持台４５ａ、４５ｂが形成されており、反射体３５の固定基板３６、３７は、この上下の支持台４５ａ、４５ｂに接した状態で固定されている。また、支持基板４５の一面側中央部の両端には、反射体３５の反射板４０の両端にそれぞれ対向する電極板４６、４７がパターン形成されている。この電極板４６、４７は、後述する駆動信号発生器５５とともに反射体駆動手段５０（図２参照）を構成するものであり、反射板４０の両端部に静電力を交互にかつ周期的に印加して、反射板４０を、軸部３８、３９を結ぶ線を中心に往復回転運動させる。なお、反射板４０の回転軸は回折格子３（図２参照）の回折溝と平行となるように設定されている。このように構成された反射体３５は、回折格子３からの回折光を反射板４０の反射面４１で受けて、その反射光を回折格子３へ入射させて、再度回折させる。
【００５３】
一方、反射体駆動手段５０（図２参照）の一部を構成する駆動信号発生器５５は、例えば図５（ａ）、（ｂ）に示すように、反射体３５の電位を基準として電極板４６、４７に対して、固有振動数ｆ０に対応した周波数（あるいは固有振動数ｆ０の近傍の振動数に対応した周波数）を有し、位相が１８０°ずれた駆動信号Ｄａ、Ｄｂを印加して、電極板４６と反射板４０の一端側との間及び電極板４７と反射板４０の他端側との間に、交互にかつ周期的に静電力(引力）を与え、反射板４０を固有振動数ｆ０あるいはその近傍の振動数で所定角度範囲を往復回転させる。また、この駆動信号発生器５５は、２つの駆動信号Ｄａ、Ｄｂのいずれか一方を受光器１４からの第１の電気信号ｂ及び波長可変光源１０からの第２の電気信号ｃをＡ／Ｄ変換するためのトリガ信号ＴｒとしてＡ／Ｄ変換器１５（図１参照）に出力する。なお、図５では、２つの駆動信号Ｄａ、Ｄｂがデューティ比５０％の矩形波の場合を示しているが、両信号のデューティ比は５０％以下であってもよく、また、波形も矩形波に限らず、正弦波、三角波等であってもよい。
【００５４】
このような反射体３５及び反射体駆動手段５０によって構成されたＭＥＭＳスキャナ６０（図２参照）では、反射体３５を、一対の固定基板３６、３７と、その縁部から所定幅で所定長さ延設され、その長さ方向に沿って捩じれ変形可能な軸部３８、３９と、軸部３８、３９の先端に自身の縁部で連結され、軸部３８、３９に対して対称な形状に形成され、一面側に反射面４１が形成された反射板４０とによって構成するとともに、反射体３５の軸部３８、３９と反射板４０とからなる部分の固有振動数ｆ０に対応した周波数の駆動信号によって反射板４０に力を与えて、反射板４０を固有振動数ｆ０又はその近傍の振動数で往復回転させている。
【００５５】
このため、僅かな電気エネルギーで反射板４０を高速に往復回転させることができ、しかも、その回転中心が反射板４０の内部（この場合、中央部）にあるので、反射板４０の反射面４１への入射光の反射角の変化量を大きくすることができる。なお、軸部３８、３９のバネ定数は、軸部３８、３９の長さ、幅、厚み、材質によって決まり、このバネ定数と、反射板４０の形状、厚み、材質等で固有振動数ｆ０が決定され、これらのパラメータを選ぶことにより、固有振動数ｆ０を数１００Ｈｚ〜数１０ｋＨｚの範囲内で設定することができる。
【００５６】
したがって、本発明のＦＢＧセンサシステムの波長可変光源１０（図２参照）は、上記のような反射体３５及び反射体駆動手段５０を用いてＭＥＭＳスキャナ６０を構成するようにしたので、掃引速度の高速化（最大数１０ｋＨｚ）ができる。
【００５７】
なお、上述の図４の説明では、反射体３５を導電性の高い材料で構成していたが、反射体３５を導電性の低い材料で構成する場合には、反射板４０の反射面４１と反対面の両側（全面でもよい）に電極板４６、４７と対向する電極板をそれぞれ設け、更に固定基板３６、３７の背面側にも電極板を設け、それらの電極板の間をパターン等によって接続する。そして、支持基板４５の支持台４５ａ、４５ｂの表面に、固定基板３６、３７の背面側の電極板と接触する電極板をパターン形成して、その少なくとも一方を基準電位ラインとして上述した駆動信号発生器５５に接続すればよい。
【００５８】
また、固定基板３６、３７の一端側同士の間あるいは両端の間を連結して、固定基板をコの字枠あるいは矩形枠状に形成してもよい。また、反射板４０の形状も任意であり、上述の横長矩形の他に、円形、楕円形、長円形、菱形、正方形、多角形等であってもよい。また、高速往復回転時の空気抵抗を減らすために、反射板４０の内側に大きな穴あるいは多数の小さな穴を設けてもよい。
【００５９】
また、上述の図４の説明では、反射体３５の反射板４０の両端にそれぞれ対向する２つの電極板４６、４７を設けていたが、一方側の電極板（例えば電極板４６）だけによって静電力を印加してもよい。また、駆動方式についても、上述の静電力の他に、電磁力によって反射板４０を往復回転させてもよい。この場合、例えば、上述の電極板４６、４７の代わりにコイルを用い、反射板４０の両端部に磁性体あるいはコイルを設け、コイル間あるいはコイルと磁性体との間に発生する磁界による吸引力及び反発力によって、反射板４０を往復回転させる。
【００６０】
また、上述の静電力や電磁力を反射板４０に直接与える方法の他に、超音波振動子等によって上述の固有振動数ｆ０又はその近傍の振動を反射体３５全体に加えて、その振動を反射板４０に伝達させて往復回転させることも可能である。この場合、振動子を支持基板４５の背面側や支持台４５ａ、４５ｂの部分に設けることで、その振動を反射板４０に効率的に伝達することができる。
【００６１】
なお、図１に示したＦＢＧセンサシステムに用いられる高速波長掃引の可能な波長可変光源１０としては、図２及び図３に示したＭＥＭＳスキャナを用いて波長掃引させるものに限定されるわけではなく、例えば、ＭＥＭＳスキャナの代わりにガルバノメーターとこのガルバノメーターに固定されたミラーとを用いて波長掃引させるようなものであってもよい（例えば、「Extended-Cavity Semiconductor Wavelength-Swept Laser for Biomedical Imaging」S.H.Yun, C.Boudoux, M.C.Pierce, J.F.de Boer, G.J.Tearney, and B.E.Bouma, IEEE Photonic Technology Letters VOL.16, NO.1, JANUARY 2004参照）。あるいは、ＭＥＭＳスキャナの代わりにポリゴンミラーを用いて波長掃引させるようなものであってもよい。    
【００６２】
また、図１に示したＦＢＧセンサシステムでは、各ＦＢＧ１３ａ〜１３ｃからの反射光を受光器１４に入射するようにしたが、各ＦＢＧ１３ａ〜１３ｃからの透過光を受光器１４に入射するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施形態の構成を示す図
【図２】波長可変光源の構成を示す図
【図３】波長可変光源の別の構成を示す図
【図４】ＭＥＭＳスキャナを説明するための分解斜視図
【図５】駆動信号を説明するための図
【図６】ＭＥＭＳスキャナによる波長掃引について説明するための図
【図７】反射波長の波長ずれの補正方法を説明するための図
【図８】反射波長の波長ずれの補正方法を説明するための図
【符号の説明】
【００６４】
１・・・半導体レーザ（ＬＤ）、２・・・コリメートレンズ、３・・・回折格子、４・・・光共振器、５，１４・・・受光器（ＰＤ）、６・・・光分岐手段、１０・・・波長可変光源、１１・・・光サーキュレータ、１２ａ〜１２ｃ・・・ファイバ、１３ａ〜１３ｃ・・・ＦＢＧ、１５・・・Ａ／Ｄ変換器、１６ａ〜１６ｃ・・・メモリ、１７・・・ピーク値検出手段、１８・・・ピーク値波長算出手段、１９・・・反射波長算出手段、２０・・・処理手段、３５・・・反射体、３６，３７・・・固定基板、３８，３９・・・軸部、４０・・・反射板、４１・・・反射面、４５・・・支持基板、４５ａ，４５ｂ・・・支持台、４６，４７・・・電極板、５０・・・反射体駆動手段、５５・・・駆動信号発生器、６０・・・ＭＥＭＳスキャナ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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