(57)【要約】【課題】  ＦＢＧからの反射光を受光する受光部のゲイン（受光感度）を、遠距離のＦＢＧの反射光に対しては受光感度を上げ、近距離のＦＢＧの反射光に対してはその受光部での飽和を防止するように変化させることによって、その２つのＦＢＧ間のファイバ長が６０ｋｍを越えるような場合であっても、２つの反射光の測定を同時に精度良く行えるＦＢＧセンサシステムを提供する。【解決手段】  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てＦＢＧ１５ａ、１５ｂに入射させる波長可変光源１０と、このＦＢＧからの反射光を受光する受光部１６と、波長可変光源１０から出力される上記波長掃引を行うための掃引信号ａを受け、この掃引信号ａに基づいて、上記ＦＢＧからの反射光の上記受光部１６における受光時間に対しこの受光時間の早いときより遅いときの方がこの受光部１６のゲインが大きくなるように制御するゲイン制御手段１８とを備えた。【選択図】図１
2008096150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファイバ（１４ａ、１４ｂ）を介して測定対象に設けられたＦＢＧ（１５ａ、１５ｂ）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半導体レーザ（１）で発振し、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からの反射光を受光して電気信号に変換する受光部（１６）と、
前記波長可変光源から出力される前記波長掃引を行うための掃引信号を受け、該掃引信号に基づいて、前記ＦＢＧからの反射光の前記受光部における受光時間に対し該受光時間の早いときより遅いときの方が該受光部のゲインが大きくなるように当該受光部を制御するゲイン制御手段（１８）と、
前記受光部から出力される前記電気信号に基づいて前記ＦＢＧの反射波長を測定する処理手段（１７）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】
前記受光部は、
前記ＦＢＧからの反射光を受光するＰＩＮ−ＰＤ（１６ａ）と、
前記ゲイン制御手段から出力される制御信号に基づいて増幅率が変化し、該ＰＩＮ−ＰＤからの出力を増幅して前記電気信号を出力する可変増幅器（１６ｂ）とを備えた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】
前記受光部は、
供給される逆バイアス電圧に応じて増倍率が変化し、前記ＦＢＧからの反射光を受光して前記電気信号を出力するＡＰＤ（１６ｃ）と、
前記ゲイン制御手段から出力される制御信号に基づいて、前記逆バイアス電圧を変化可能に前記ＡＰＤに供給する可変バイアス回路（１６ｄ）とを備えた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４】
ファイバ（１４ａ、１４ｂ）を介して測定対象に設けられたＦＢＧ（１５ａ、１５ｂ）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半導体レーザ（１）で発振させることを可能にさせた波長可変光源（１０）と、
該波長可変光源から出力される前記波長掃引を行うための掃引信号を受け、該掃引信号に基づいて、前記波長可変光源で発振される前記所定の波長範囲の光を前記測定光として前記ＦＢＧに入射させるための所定の周期のパルスを発生させるパルス発生器（１９）と、
前記ＦＢＧに入射された前記測定光の該ＦＢＧからの反射光を受光して電気信号に変換する受光部（１６）と、
前記波長可変光源から出力される前記波長掃引を行うための掃引信号を受け、該掃引信号に基づいて、前記ＦＢＧからの反射光の前記受光部における受光時間に対し該受光時間の早いときより遅いときの方が該受光部のゲインが大きくなるように当該受光部を制御するゲイン制御手段（１８）と、
前記受光部から出力される前記電気信号に基づいて前記ＦＢＧの反射波長を測定する処理手段（１７）とを備え、
前記パルスで前記波長可変光源の前記半導体レーザの駆動電流をオン／オフさせることによって、前記所定の波長範囲の光でなる光パルスを発生させ、該光パルスを前記測定光として前記ＦＢＧに入射させるようにし、かつ、
前記波長可変光源の前記波長掃引を行うための掃引信号の前記所定の掃引周期は、前記測定光としての前記光パルスに対する前記ＦＢＧからの反射光の前記受光部での受光時間が該光パルスの該ＦＢＧへの入射の終了後となるような掃引周期であり、さらに、
前記パルスの前記所定の周期は、前記測定光としての前記光パルスの次の光パルスの前記ＦＢＧへの入射時間が前記光パルスに対する前記ＦＢＧからの反射光の前記受光部での受光後となるような周期であることを特徴とするＦＢＧセンサシステム。
【請求項５】
ファイバ（１４ａ、１４ｂ）を介して測定対象に設けられたＦＢＧ（１５ａ、１５ｂ）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半導体レーザ（１）で発振させる波長可変光源（１０）と、
該波長可変光源から出射されて前記ＦＢＧに入射される光をオン／オフする光スイッチ（１１）と、
前記波長可変光源から出力される前記波長掃引を行うための掃引信号を受け、該掃引信号に基づいて、前記波長可変光源で発振される前記所定の波長範囲の光を前記測定光として前記ＦＢＧに入射させるための所定の周期のパルスを発生させるパルス発生器（１９）と、
前記ＦＢＧに入射された前記測定光の該ＦＢＧからの反射光を受光して電気信号に変換する受光部（１６）と、
前記波長可変光源から出力される前記波長掃引を行うための掃引信号を受け、該掃引信号に基づいて、前記ＦＢＧからの反射光の前記受光部における受光時間に対し該受光時間の早いときより遅いときの方が該受光部のゲインが大きくなるように当該受光部を制御するゲイン制御手段（１８）と、
前記受光部から出力される前記電気信号に基づいて前記ＦＢＧの反射波長を測定する処理手段（１７）とを備え、
前記パルスで前記光スイッチをオン／オフさせることによって、前記所定の波長範囲の光でなる光パルスを発生させ、該光パルスを前記測定光として前記ＦＢＧに入射させるようにし、かつ、
前記波長可変光源の前記波長掃引を行うための掃引信号の前記所定の掃引周期は、前記測定光としての前記光パルスに対する前記ＦＢＧからの反射光の前記受光部での受光時間が該光パルスの該ＦＢＧへの入射の終了後となるような掃引周期であり、さらに、
前記パルスの前記所定の周期は、前記測定光としての前記光パルスの次の光パルスの前記ＦＢＧへの入射時間が前記光パルスに対する前記ＦＢＧからの反射光の前記受光部での受光後となるような周期であることを特徴とするＦＢＧセンサシステム。
【請求項６】
ファイバ（１４ａ、１４ｂ）を介して測定対象に設けられたＦＢＧ（１５ａ、１５ｂ）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半導体レーザ（１）で発振させる波長可変光源（１０）と、
該波長可変光源から出射されて前記ＦＢＧに入射される光の増幅をオン／オフする光増幅器（１２）と、
前記波長可変光源から出力される前記波長掃引を行うための掃引信号を受け、該掃引信号に基づいて、前記波長可変光源で発振される前記所定の波長範囲の光を前記測定光として前記ＦＢＧに入射させるための所定の周期のパルスを発生させるパルス発生器（１９）と、
前記ＦＢＧに入射された前記測定光の該ＦＢＧからの反射光を受光して電気信号に変換する受光部（１６）と、
前記波長可変光源から出力される前記波長掃引を行うための掃引信号を受け、該掃引信号に基づいて、前記ＦＢＧからの反射光の前記受光部における受光時間に対し該受光時間の早いときより遅いときの方が該受光部のゲインが大きくなるように当該受光部を制御するゲイン制御手段（１８）と、
前記受光部から出力される前記電気信号に基づいて前記ＦＢＧの反射波長を測定する処理手段（１７）とを備え、
前記パルスで前記光増幅器をオン／オフさせることによって、前記所定の波長範囲の光でなる光パルスを発生させ、該光パルスを前記測定光として前記ＦＢＧに入射させるようにし、かつ、
前記波長可変光源の前記波長掃引を行うための掃引信号の前記所定の掃引周期は、前記測定光としての前記光パルスに対する前記ＦＢＧからの反射光の前記受光部での受光時間が該光パルスの該ＦＢＧへの入射の終了後となるような掃引周期であり、さらに、
前記パルスの前記所定の周期は、前記測定光としての前記光パルスの次の光パルスの前記ＦＢＧへの入射時間が前記光パルスに対する前記ＦＢＧからの反射光の前記受光部での受光後となるような周期であることを特徴とするＦＢＧセンサシステム。
【請求項７】
前記受光部は、
前記ＦＢＧからの反射光を受光するＰＩＮ−ＰＤ（１６ａ）と、
前記ゲイン制御手段から出力される制御信号に基づいて増幅率が変化し、該ＰＩＮ−ＰＤからの出力を増幅して前記電気信号を出力する可変増幅器（１６ｂ）とを備えたことを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載のＦＢＧセンサシステム。
【請求項８】
前記受光部は、
供給される逆バイアス電圧に応じて増倍率が変化し、前記ＦＢＧからの反射光を受光して前記電気信号を出力するＡＰＤ（１６ｃ）と、
前記ゲイン制御手段から出力される制御信号に基づいて、前記逆バイアス電圧を変化可能に前記ＡＰＤに供給する可変バイアス回路（１６ｄ）とを備えたことを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載のＦＢＧセンサシステム。
【請求項９】
前記波長可変光源は、
一方のレーザ光出射端面がＡＲコートされている前記半導体レーザ（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１〜８のいずれかに記載のＦＢＧセンサシステム。
【請求項１０】
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９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部とを組み合わせて、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ＦＢＧからの反射光を受光する受光部のゲイン（受光感度）を反射光の受光時間に対し受光時間の早いときより遅いときの方が大きくなるように変化させて、遠距離のＦＢＧの反射光に対しては受光感度を上げ、近距離のＦＢＧの反射光に対してはその受光部での飽和を防止することによって、例え近距離のＦＢＧと遠距離のＦＢＧとの間のファイバ長が６０ｋｍを越えるような場合であっても、その２つのＦＢＧの反射光（反射スペクトル）の測定を同時に精度良く行える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、モーターでミラーや回折格子を回転させる波長可変光源と受光部を組み合わせて行うものがあった。近年、本出願人は、その波長可変光源に代えて、ＭＥＭＳスキャナを利用した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図ったＦＢＧセンサシステムを提案した（特許文献1参照）。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である。
【０００４】
この従来の高速波長掃引の可能な波長可変光源を用いたＦＢＧセンサシステムの概略構成を図１３に示す。波長可変光源１０において、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往復回転させている。
【０００５】
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射されて出力光（測定光）となる。なお、反射体駆動手段５０は、反射体３５の反射面の角度を往復回転させるために自身で発生している駆動信号（波長範囲、掃引周期を決めている）を、掃引信号ａとして処理手段１７へ出力する。
【０００６】
また、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で電気信号ｂに変換されて処理手段１７へ出力される。すなわち、出力光（測定光）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で電気信号ｂ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電気信号ｂと上述の掃引信号ａとを用いて、波長可変光源１０の発振波長（波長掃引された測定光の波長）を求めることができる。
【０００７】
次に、光サーキュレータ１３は、波長可変光源１０からの測定光を、ファイバ１４ａ、１４ｂを介して直列に接続されたＦＢＧ１５ａ、１５ｂに入射するとともに、ＦＢＧ１５ａ、１５ｂ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の反射光（反射スペクトル）を受けて受光部２６へ出射する。
【０００８】
受光部２６は、図８（ａ）に示すようにＰＩＮフォトダイオード（ＰＩＮ−ＰＤ）２６ａと増幅器２６ｂの組み合わせ、あるいは図８（ｂ）に示すようにアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）２６ｃとそのＡＰＤ２６ｃに逆バイアス電圧を供給するバイアス回路２６ｄの組み合わせによって構成されており、ＦＢＧ１５ａ、１５ｂからの反射光を電気信号ｃに変換して処理手段１７へ出力する。
【０００９】
処理手段１７は、受光部２６からの電気信号ｃと、波長可変光源１０からの掃引信号ａ及び電気信号ｂとに基づいて、ＦＢＧ１５ａ、１５ｂのそれぞれの反射波長の測定を行う。
【特許文献１】特開２００６−４９７８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このような従来のＦＢＧセンサシステムにおいては、例えば、反射波長が１５５０ｎｍのＦＢＧ１５ａ及び１５５５ｎｍのＦＢＧ１５ｂに対して１５２０〜１５８０ｎｍの波長範囲（測定波長範囲）についてそれぞれの反射波長を測定する場合、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、この測定波長範囲を含んだ１５００〜１６００ｎｍの波長範囲（掃引波長範囲）の光が、掃引周期１．４ｍｓ（７１４Ｈｚ）の駆動信号（掃引信号ａ）によって正弦波状に波長掃引される。そして、その正弦波状に波長掃引された光が、測定光として連続的にファイバ１４ａ、１４ｂを介してＦＢＧ１５ａ、１５ｂへ入射される。
【００１１】
そして、ファイバ１４ａ、１４ｂが光通信用ファイバ（ファイバロス０．２ｄＢ／ｋｍ）で、それぞれのファイバ長が２０ｋｍ（ファイバ１４ａ）、５ｋｍ（ファイバ１４ｂ）である場合、受光部２６のゲイン（受光感度）は、例えば、ＦＢＧ１５ａ、１５ｂからの反射光が図１２（ａ）に示すような反射スペクトルとなるように、増幅器２６ｂの増幅率あるいはＡＰＤ２６ｃの増倍率（逆バイアス電圧で変化する）を調整することにより設定されている。上記図１２（ａ）において、ＲＳ１はＦＢＧ１５ａの反射スペクトルであり、ＲＳ２はＦＢＧ１５ｂの反射スペクトルで、ＲＳ１に対してファイバ１４ｂの往復長（１０ｋｍ）分のロス、遅れ時間を有している。なお、図１２（ａ）〜（ｅ）の縦軸は受光部２６又は受光部１６（後述の図１参照）の入力換算の受光レベルＰ（ｄＢｍ）、横軸はファイバ１４ａ、１４ｂによる往復の遅れ時間τに基づく受光時間ｔ（ｍｓ）である。遅れ時間τは、Ｌをファイバ長、ｎをファイバの屈折率、Ｃを光速として、τ＝２ｎＬ／Ｃで求められる。
【００１２】
しかしながら、ファイバ１４ａのファイバ長が上記と同じ２０ｋｍで、ファイバ１４ｂのファイバ長が６０ｋｍである場合、上記のようなゲインに設定された受光部２６を用いてＦＢＧ１５ａ、１５ｂの反射光を測定すると、図１２（ｂ）に示すように、ＲＳ２（ＦＢＧ１５ｂの反射スペクトル）のレベルがＲＳ１（ＦＢＧ１５ａの反射スペクトル）のレベルより約２４ｄＢ（ファイバ１４ｂの往復長１２０ｋｍ分のロス）低い約−１９ｄＢｍとなり、適正な受光レベル（例えば−５ｄＢｍ以上）を満足しない。このために、受光部２６のゲインを約１５ｄＢ上げて、図１２（ｃ）に示すように、ＲＳ２（ＦＢＧ１５ｂの反射スペクトル）のレベルを約−４ｄＢｍにすると、ＲＳ１（ＦＢＧ１５ａの反射スペクトル）のレベルが飽和受光レベル（例えば＋１０ｄＢｍ）を越えて飽和する。したがって、２つのＦＢＧ１５ａ、１５ｂ間のファイバ長が、上記のように例えば６０ｋｍを越えるような場合には、その２つのＦＢＧ１５ａ、１５ｂの反射光（反射スペクトル）を同時に測定できないとう問題を生じる。
【００１３】
本発明は、ＦＢＧからの反射光を受光する受光部のゲイン（受光感度）を反射光の受光時間に対し受光時間の早いときより遅いときの方が大きくなるように変化させて、遠距離のＦＢＧの反射光に対しては受光感度を上げ、近距離のＦＢＧの反射光に対してはその受光部での飽和を防止することによって、この課題を解決し、例え近距離のＦＢＧと遠距離のＦＢＧとの間のファイバ長が６０ｋｍを越えるような場合であっても、その２つのＦＢＧの反射光（反射スペクトル）の測定を同時に精度良く行える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】
【００１４】
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（１４ａ、１４ｂ）を介して測定対象に設けられたＦＢＧ（１５ａ、１５ｂ）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半導体レーザ（１）で発振し、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からの反射光を受光して電気信号に変換する受光部（１６）と、前記波長可変光源から出力される前記波長掃引を行うための掃引信号を受け、該掃引信号に基づいて、前記ＦＢＧからの反射光の前記受光部における受光時間に対し該受光時間の早いときより遅いときの方が該受光部のゲインが大きくなるように当該受光部を制御するゲイン制御手段（１８）と、前記受光部から出力される前記電気信号に基づいて前記ＦＢＧの反射波長を測定する処理手段（１７）とを備えた。
【００１５】
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、前記受光部は、前記ＦＢＧからの反射光を受光するＰＩＮ−ＰＤ（１６ａ）と、前記ゲイン制御手段から出力される制御信号に基づいて増幅率が変化し、該ＰＩＮ−ＰＤからの出力を増幅して前記電気信号を出力する可変増幅器（１６ｂ）とを備えた。
【００１６】
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のＦＢＧセンサシステムにおいて、前記受光部は、供給される逆バイアス電圧に応じて増倍率が変化し、前記ＦＢＧからの反射光を受光して前記電気信号を出力するＡＰＤ（１６ｃ）と、前記ゲイン制御手段から出力される制御信号に基づいて、前記逆バイアス電圧を変化可能に前記ＡＰＤに供給する可変バイアス回路（１６ｄ）とを備えた。
【００１７】
また、本発明の請求項４のＦＢＧセンサシステムでは、ファイバ（１４ａ、１４ｂ）を介して測定対象に設けられたＦＢＧ（１５ａ、１５ｂ）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半導体レーザ（１）で発振させることを可能にさせた波長可変光源（１０）と、該波長可変光源から出力される前記波長掃引を行うための掃引信号を受け、該掃引信号に基づいて、前記波長可変光源で発振される前記所定の波長範囲の光を前記測定光として前記ＦＢＧに入射させるための所定の周期のパルスを発生させるパルス発生器（１９）と、前記ＦＢＧに入射された前記測定光の該ＦＢＧからの反射光を受光して電気信号に変換する受光部（１６）と、前記波長可変光源から出力される前記波長掃引を行うための掃引信号を受け、該掃引信号に基づいて、前記ＦＢＧからの反射光の前記受光部における受光時間に対し該受光時間の早いときより遅いときの方が該受光部のゲインが大きくなるように当該受光部を制御するゲイン制御手段（１８）と、前記受光部から出力される前記電気信号に基づいて前記ＦＢＧの反射波長を測定する処理手段（１７）とを備え、前記パルスで前記波長可変光源の前記半導体レーザの駆動電流をオン／オフさせることによって、前記所定の波長範囲の光でなる光パルスを発生させ、該光パルスを前記測定光として前記ＦＢＧに入射させるようにし、かつ、前記波長可変光源の前記波長掃引を行うための掃引信号の前記所定の掃引周期は、前記測定光としての前記光パルスに対する前記ＦＢＧからの反射光の前記受光部での受光時間が該光パルスの該ＦＢＧへの入射の終了後となるような掃引周期であり、さらに、前記パルスの前記所定の周期は、前記測定光としての前記光パルスの次の光パルスの前記ＦＢＧへの入射時間が前記光パルスに対する前記ＦＢＧからの反射光の前記受光部での受光後となるような周期であるようにした。
【００１８】
また、本発明の請求項５のＦＢＧセンサシステムでは、ファイバ（１４ａ、１４ｂ）を介して測定対象に設けられたＦＢＧ（１５ａ、１５ｂ）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半導体レーザ（１）で発振させる波長可変光源（１０）と、該波長可変光源から出射されて前記ＦＢＧに入射される光をオン／オフする光スイッチ（１１）と、前記波長可変光源から出力される前記波長掃引を行うための掃引信号を受け、該掃引信号に基づいて、前記波長可変光源で発振される前記所定の波長範囲の光を前記測定光として前記ＦＢＧに入射させるための所定の周期のパルスを発生させるパルス発生器（１９）と、前記ＦＢＧに入射された前記測定光の該ＦＢＧからの反射光を受光して電気信号に変換する受光部（１６）と、前記波長可変光源から出力される前記波長掃引を行うための掃引信号を受け、該掃引信号に基づいて、前記ＦＢＧからの反射光の前記受光部における受光時間に対し該受光時間の早いときより遅いときの方が該受光部のゲインが大きくなるように当該受光部を制御するゲイン制御手段（１８）と、前記受光部から出力される前記電気信号に基づいて前記ＦＢＧの反射波長を測定する処理手段（１７）とを備え、前記パルスで前記光スイッチをオン／オフさせることによって、前記所定の波長範囲の光でなる光パルスを発生させ、該光パルスを前記測定光として前記ＦＢＧに入射させるようにし、かつ、前記波長可変光源の前記波長掃引を行うための掃引信号の前記所定の掃引周期は、前記測定光としての前記光パルスに対する前記ＦＢＧからの反射光の前記受光部での受光時間が該光パルスの該ＦＢＧへの入射の終了後となるような掃引周期であり、さらに、前記パルスの前記所定の周期は、前記測定光としての前記光パルスの次の光パルスの前記ＦＢＧへの入射時間が前記光パルスに対する前記ＦＢＧからの反射光の前記受光部での受光後となるような周期であるようにした。
【００１９】
また、本発明の請求項６のＦＢＧセンサシステムでは、ファイバ（１４ａ、１４ｂ）を介して測定対象に設けられたＦＢＧ（１５ａ、１５ｂ）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半導体レーザ（１）で発振させる波長可変光源（１０）と、該波長可変光源から出射されて前記ＦＢＧに入射される光の増幅をオン／オフする光増幅器（１２）と、前記波長可変光源から出力される前記波長掃引を行うための掃引信号を受け、該掃引信号に基づいて、前記波長可変光源で発振される前記所定の波長範囲の光を前記測定光として前記ＦＢＧに入射させるための所定の周期のパルスを発生させるパルス発生器（１９）と、前記ＦＢＧに入射された前記測定光の該ＦＢＧからの反射光を受光して電気信号に変換する受光部（１６）と、前記波長可変光源から出力される前記波長掃引を行うための掃引信号を受け、該掃引信号に基づいて、前記ＦＢＧからの反射光の前記受光部における受光時間に対し該受光時間の早いときより遅いときの方が該受光部のゲインが大きくなるように当該受光部を制御するゲイン制御手段（１８）と、前記受光部から出力される前記電気信号に基づいて前記ＦＢＧの反射波長を測定する処理手段（１７）とを備え、前記パルスで前記光増幅器をオン／オフさせることによって、前記所定の波長範囲の光でなる光パルスを発生させ、該光パルスを前記測定光として前記ＦＢＧに入射させるようにし、かつ、前記波長可変光源の前記波長掃引を行うための掃引信号の前記所定の掃引周期は、前記測定光としての前記光パルスに対する前記ＦＢＧからの反射光の前記受光部での受光時間が該光パルスの該ＦＢＧへの入射の終了後となるような掃引周期であり、さらに、前記パルスの前記所定の周期は、前記測定光としての前記光パルスの次の光パルスの前記ＦＢＧへの入射時間が前記光パルスに対する前記ＦＢＧからの反射光の前記受光部での受光後となるような周期であるようにした。
【００２０】
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４〜６のいずれかのＦＢＧセンサシステムにおいて、前記受光部は、前記ＦＢＧからの反射光を受光するＰＩＮ−ＰＤ（１６ａ）と、前記ゲイン制御手段から出力される制御信号に基づいて増幅率が変化し、該ＰＩＮ−ＰＤからの出力を増幅して前記電気信号を出力する可変増幅器（１６ｂ）とを備えた。
【００２１】
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４〜６のいずれかのＦＢＧセンサシステムにおいて、前記受光部は、供給される逆バイアス電圧に応じて増倍率が変化し、前記ＦＢＧからの反射光を受光して前記電気信号を出力するＡＰＤ（１６ｃ）と、前記ゲイン制御手段から出力される制御信号に基づいて、前記逆バイアス電圧を変化可能に前記ＡＰＤに供給する可変バイアス回路（１６ｄ）とを備えた。
【００２２】
また、本発明の請求項９のＦＢＧセンサシステムでは、上述した請求項１〜８のいずれかの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コートされている前記半導体レーザ（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。
【００２３】
また、本発明の請求項１０のＦＢＧセンサシステムでは、上述した請求項９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。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の請求項１〜３のＦＢＧセンサシステムでは、ＦＢＧからの反射光を受光する受光部のゲイン（受光感度）を反射光の受光時間に対し受光時間の早いときより遅いときの方が大きくなるように掃引信号に基づいて制御するようにしたので、遠距離のＦＢＧの反射光に対しては受光感度を上げ、近距離のＦＢＧの反射光に対してはその受光部での飽和を防止することができる。その結果、図１２（ｄ）に示すように、例え近距離のＦＢＧと遠距離のＦＢＧとの間のファイバ長が６０ｋｍを越えるような場合であっても、その２つのＦＢＧの反射光（反射スペクトル）の測定を同時に行うことができる。
【００２５】
本発明の請求項４〜８のＦＢＧセンサシステムでは、ＦＢＧからの反射光を受光する受光部のゲイン（受光感度）を反射光の受光時間に対し受光時間の早いときより遅いときの方が大きくなるように掃引信号に基づいて制御するようにしたので、遠距離のＦＢＧの反射光に対しては受光感度を上げ、近距離のＦＢＧの反射光に対してはその受光部での飽和を防止することができる。また、所定の波長範囲の光でなる光パルスを発生させ、この光パルスを測定光としてＦＢＧに入射させるようにしたので、図１１に示す２つの測定値（連続光使用とパルス光使用）の比較から分かるように、ファイバ内で発生するレイリー散乱光の影響を低減してファイバ長に起因するＳ／Ｎの低下を抑止することができる。その結果、図１２（ｅ）に示すように、例え近距離のＦＢＧと遠距離のＦＢＧとの間のファイバ長が６０ｋｍを越えるような場合であっても、その２つのＦＢＧの反射光（反射スペクトル）の測定を同時に精度良く行うことができ、しかも、遠距離のＦＢＧまでのファイバ長が例え８０ｋｍを越えるような場合であっても精度良く測定することができる。
【００２６】
本発明の請求項９及び１０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である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に本発明の実施形態を記載する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態のＦＢＧセンサシステムの構成を図１に示す。従来のＦＢＧセンサシステムと同一要素には同一符号を付す。波長可変光源１０において、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往復回転させている。
【００２８】
なお、反射体駆動手段５０は、反射体３５の反射面の角度を往復回転させるために自身で発生している駆動信号（波長範囲、掃引周期を決めている）を、掃引信号ａとして処理手段１７及びゲイン制御手段１８へ出力する。また、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、後に図５及び図６を用いて詳述する。
【００２９】
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射されて出力光（測定光）となる。すなわち、例えば、反射波長が１５５０ｎｍのＦＢＧ１５ａ及び１５５５ｎｍのＦＢＧ１５ｂに対して１５２０〜１５８０ｎｍの波長範囲（測定波長範囲）についてそれぞれの反射波長を測定する場合、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、この測定波長範囲を含んだ１５００〜１６００ｎｍの波長範囲（掃引波長範囲）の光が、掃引周期１．４ｍｓ（７１４Ｈｚ）の駆動信号（掃引信号ａ）によって正弦波状に波長掃引される。そして、その正弦波状に波長掃引された光が測定光として連続的に出射される。
【００３０】
また、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で電気信号ｂに変換されて処理手段１７へ出力される。すなわち、出力光（測定光）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で電気信号ｂ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電気信号ｂと上述の掃引信号ａとを用いて、波長可変光源１０の発振波長（波長掃引された測定光の波長）を求めることができる。
【００３１】
なお、図１において、波長可変光源１０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。また、図１において、波長可変光源１０は、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としたが、回折格子３の０次光を光カプラで分岐して出力としてもよい。
【００３２】
次に、光サーキュレータ１３は、波長可変光源１０からの測定光を、ファイバ１４ａ、１４ｂを介して直列に接続されたＦＢＧ１５ａ、１５ｂに入射するとともに、ＦＢＧ１５ａ、１５ｂ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の反射光（反射スペクトル）を受けて受光部１６へ出射する。
【００３３】
受光部１６は、図７（ａ）に示すように、ＰＩＮフォトダイオード（ＰＩＮ−ＰＤ）１６ａと可変増幅器１６ｂによって構成され、ＦＢＧ１５ａ、１５ｂからの反射光を電気信号ｃに変換して処理手段１７へ出力する。可変増幅器１６ｂの増幅率は、ゲイン制御手段１８からの制御信号ｄによって変化される。また、受光部１６は、図７（ｂ）に示すように、供給される逆バイアス電圧に応じて増倍率が変化するアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）１６ｃと、その逆バイアス電圧を変化可能にＡＰＤ１６ｃに供給する可変バイアス回路１６ｄによっても構成される。逆バイアス電圧は、ゲイン制御手段１８からの制御信号ｄによって変化される。
【００３４】
ゲイン制御手段１８は、波長可変光源１０からの掃引信号ａに基づいて、ＦＢＧ１５ａ、１５ｂからのそれぞれの反射光が受光部１６で受光されるときの受光時間に対し、受光時間の早いときより遅いときの方が受光部１６のゲインが大きくなるように、換言すれば、近距離のＦＢＧの反射光に対するゲインよりも遠距離のＦＢＧの反射光に対するゲインの方が大きくなるように、上記可変増幅器１６ｂ（図７（ａ））あるいは可変バイアス回路１６ｄ（図７（ｂ））を制御する。そして、そのための制御信号ｄを受光部１６へ出力する。すなわち、［発明が解決しようとする課題］の項で述べた図１２（ｂ）、（ｃ）に関係づけると、図１２（ｂ）に示すＲＳ１（ＦＢＧ１５ａの反射スペクトル）のレベル（約＋５ｄＢｍ）は変えずに、ＲＳ２（ＦＢＧ１５ｂの反射スペクトル）のレベル（約−１９ｄＢｍ）が、図１２（ｃ）に示すようなレベル（約−４ｄＢｍ）となるように、受光部１６のゲイン（Gain）を図１２（ｄ）に示すように制御する。
【００３５】
処理手段１７は、受光部１６からの電気信号ｃと、波長可変光源１０からの掃引信号ａ及び電気信号ｂとに基づいて、ＦＢＧ１５ａ、１５ｂの反射波長の測定を行う。
【００３６】
次に、図１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５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。
【００３７】
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。
【００３８】
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１参照）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１参照）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。
【００３９】
一方、反射体駆動手段５０（図１参照）の一部を構成する駆動信号発生器５５は、例えば図６（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のいずれか一方を掃引信号ａとして処理手段１７、ゲイン制御手段１８（図１参照）及びパルス発生器１９（後述の図２参照）に出力する。なお、図６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。
【００４０】
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１参照）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。
【００４１】
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。
【００４２】
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１参照）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。
【００４３】
なお、上述の図５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。
【００４４】
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。
【００４５】
また、上述の図５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。
【００４６】
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。
【００４７】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態のＦＢＧセンサシステムの構成を図２に示す。図１に示した第１実施形態では、所定の波長範囲（上述の測定波長範囲）の光を含んで正弦波状に波長掃引された光を測定光として連続的にＦＢＧ１５ａ、１５ｂに入射するようにしたが、第２実施形態では、パルス発生器１９から出力されるパルスｅで波長可変光源１０のＬＤ１の駆動電流をオン／オフすることによって所定の波長範囲の光でなる光パルスを発生し、この光パルスを測定光としてＦＢＧ１５ａ、１５ｂに入射するようにした。したがって、主に光パルスの発生について説明する。
【００４８】
パルス発生器１９は、波長可変光源１０から出力される掃引信号ａに基づいて、波長可変光源１０で発振される所定の波長範囲の光を測定光としてＦＢＧ１５ａ、１５ｂに入射させるための所定の周期のパルスｅを発生させる。すなわち、第１実施形態で述べた図１０に関係づけて、測定波長範囲を１５２０〜１５８０ｎｍ、掃引波長範囲を１５００〜１６００ｎｍ、掃引周期を１．４ｍｓ（７１４Ｈｚ）とすると、図９（ｂ）に示す太線部分を測定光とするための、幅０．３ｍｓ、周期２．８ｍｓ（３５７Ｈｚ）のパルスｅ（図９（ｃ））が掃引信号ａ（図９（ａ））に同期して発生される。そして、このパルスｅで波長可変光源１０のＬＤ１の駆動電流がオン／オフされて、図９（ｄ）に示すような、２．８ｍｓ周期で０．３ｍｓ間だけ１５２０から１５８０ｎｍまで波長掃引されてなる光（すなわち光パルス）が測定光として波長可変光源１０から出射される。
【００４９】
測定光として、このような光パルスを用いることによって、ファイバ１４ａ、１４ｂ内で発生するレイリー散乱光の影響を低減してファイバ長に起因するＳ／Ｎの低下を抑止することができる。その結果、遠距離のＦＢＧ１５ｂまでのファイバ長（ファイバ１４ａ、１４ｂの長さ）が例え８０ｋｍを越えるような場合であっても、ＦＢＧ１５ｂの反射光（反射スペクトル）の測定を精度良く行うことができる。
【００５０】
ここで、第１実施形態のように、測定光として正弦波状に波長掃引された光を連続的にファイバ１４ａ、１４ｂに入射する場合、すなわち連続光を用いる場合より、このような光パルスを用いる場合の方がファイバ１４ａ、１４ｂ内で発生するレイリー散乱光の影響を低減できる理由を説明する。なお、以下、理解及び説明を容易にするために、図１、図２において、ファイバ１４ａ、１４ｂに代えてファイバ１４（長さＬ）が、またＦＢＧ１５ａ、１５ｂに代えてＦＢＧ１５（反射波長１５５０ｎｍ）が設けられ、そして受光部１６のゲインはゲイン制御手段１８からの制御信号ｄによって制御されていないものとする。
【００５１】
前提として、ＦＢＧ１５で反射されて戻ってきた測定光の反射光（反射スペクトル）のノイズフロアは、ファイバ１４内で発生されるレイリー散乱光に起因する。レイリー散乱光の強度はファイバ１４に入射される測定光の強度に比例する。したがって、ＦＢＧ１５の反射スペクトルのＳ／Ｎは、ファイバ１４に入射される測定光の強度には依存しない。
【００５２】
まず、連続光を用いる場合について説明する。上記前提に基づいて、図１０（ｂ）に示した測定光が連続的にファイバ１４へ入射された場合、ＦＢＧ１５の反射スペクトルのＳ／Ｎは、（１）式で与えられる反射スペクトルの強度ＰＦ及び（２）式で与えられるレイリー散乱光の強度ＰＲによって、（３）式のように表される。なお、ＦＢＧ１５の反射率は１００％としている。
【００５３】
ＰＦ＝Ｐ０ｅ−２αＬ    （１）
ＰＲ＝ＲＰ０(１−ｅ−２αＬ)／２    （２）
Ｓ／Ｎ＝ＰＦ／ＰＲ＝２ｅ−２αＬ／｛Ｒ(１−ｅ−２αＬ) ｝    （３）
【００５４】
ここで、Ｐ０はファイバ１４に入射される測定光の強度、Ｌはファイバ長、αはファイバの減衰率、Ｒはレイリー散乱光の発生率である。通常の光通信用ファイバの場合、α＝０．０４６／ｋｍ（＝０．２ｄＢ／ｋｍ）、Ｒ＝０．００２２となる。
【００５５】
（３）式から求められるファイバ長（Ｌ）に対するＳ／Ｎの計算値と、それに係わる測定値を図１１に「連続光使用」として示す。図１１から分かるように、Ｓ／Ｎはファイバ長が長いほど低下し、６０〜７０ｋｍ程度で０ｄＢとなる。
【００５６】
次に、光パルスを用いる場合について説明する。図９（ｄ）、（ｅ）に示すように測定光の出射開始時間をＴＳ、出射終了時間をＴＥとすると、このＴＳ−ＴＥ間のパルス状の測定光（光パルスという）が長さＬのファイバ１４へ入射されたときのレイリー散乱光の強度ＰＲは、（４）式で与えられる。この（４）式から、レイリー散乱光は時間とともに減衰することが分かる。
【００５７】
ＰＲ＝(ＲＰ０／２)[ｅｘｐ{−(αｃ／ｎ)(ｔ−ＴＥ)}
−ｅｘｐ{−(αｃ／ｎ)(ｔ−ＴＳ)}]    （４）
【００５８】
ここで、Ｐ０はファイバ１４に入射される測定光のＴＳ−ＴＥ間の強度、Ｒはレイリー散乱光の発生率、αはファイバの減衰率、ｎはファイバの屈折率、ｃは真空中の光速である。
【００５９】
ＦＢＧ１５の反射波長１５５０ｎｍをλＦとし、このλＦの波長が測定光として出射される時間をＴＦとすると、波長λＦの測定光が長さＬのファイバ１４を介してＦＢＧ１５で反射され、その反射スペクトルが受光部１６で検出される時間ＴＤは、（５）式で表される。
【００６０】
ＴＤ＝ＴＦ＋２ｎＬ／ｃ    （５）
【００６１】
ここで、ｎはファイバの屈折率、ｃは真空中の光速である。
【００６２】
そして、受光部１６で検出される反射スペクトルの強度ＰＦは（６）式で与えられ、レイリー散乱光の強度ＰＲは、上記（５）式をｔ＝ＴＤ＝ＴＦ＋２ｎＬ／ｃとして（４）式に代入することによって（７）式のように求められる。
【００６３】
ＰＦ＝Ｐ０ｅ−２αＬ    （６）
ＰＲ＝(ＲＰ０／２) ｅ−２αＬ[ｅｘｐ{−(αｃ／ｎ)( ＴＦ−ＴＥ)}
−ｅｘｐ{−(αｃ／ｎ)( ＴＦ−ＴＳ)}]    （７）
【００６４】
なお、以上の（４）〜（７）式に基づいて、受光部１６で検出される反射スペクトルとレイリー散乱光の関係を示すと、図９（ｅ）のようになる。
【００６５】
したがって、Ｓ／Ｎは（８）式のようになる。この（８）式から、Ｓ／Ｎはファイバ長（Ｌ）に依存せず、一定になることが分かる。
【００６６】
Ｓ／Ｎ＝ＰＦ／ＰＲ
＝２／［Ｒ［ｅｘｐ{−(αｃ／ｎ)( ＴＦ−ＴＥ)}
−ｅｘｐ{−(αｃ／ｎ)( ＴＦ−ＴＳ)}］］    （８）
【００６７】
（８）式から求められるＳ／Ｎの計算値と、それに係わるファイバ長（Ｌ）に対する測定値を図１１に「光パルス使用」として示す。この図１１から、ファイバ内で発生するレイリー散乱光の影響を低減した結果として、ファイバ長に起因するＳ／Ｎの低下を抑止し、ファイバ長が８０ｋｍの場合でも２０ｄＢ以上のＳ／Ｎが確保できることが分かる。
【００６８】
なお、ＦＢＧ１５（ＦＢＧ１５ａ、１５ｂを上述した理由で表現）の反射スペクトルの検出において、ファイバ内で発生するレイリー散乱光の影響を低減するためには、掃引信号ａ（図９（ａ））の掃引周期及びパルスｅ（図９（ｃ））の周期を次のように決める必要がある。すなわち、掃引信号ａの掃引周期は、測定光としての光パルス（図９（ｄ）のＳ０）に対するＦＢＧ１５からの反射光の受光部１６での受光時間（図９（ｅ）のＴＤ）がこの光パルスのＦＢＧ１５への入射の終了（図９（ｅ）のＴＥ）後となるような掃引周期にする。また、パルスｅの周期は、測定光としての光パルス（図９（ｄ）のＳ０）の次の光パルス（図９（ｄ）のＳ１）のＦＢＧ１５への入射時間（図９（ｅ）のＴＳ１）が光パルス（図９（ｄ）のＳ０）に対するＦＢＧ１５からの反射光の受光部１６での受光（図９（ｅ）のＴＤ）後となるような周期にする。
【００６９】
したがって、このように測定光として光パルスを用いることによってファイバ１４ａ、１４ｂ内で発生するレイリー散乱光の影響を低減した第２実施形態の場合、第１実施形態で述べた図１２（ｄ）に対応するＦＢＧ１５ａ、１５ｂの反射スペクトルの特性は、図１２（ｅ）に示すように、ＦＢＧ１５ｂの反射スペクトル（ＲＳ２）のノイズフロアが小さくなる。その結果、遠距離のＦＢＧ１５ｂに対しての測定精度が第１実施形態の場合より良くなる。
【００７０】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態のＦＢＧセンサシステムの構成を図３に示す。図２に示した第２実施形態では、パルス発生器１９から出力されるパルスｅで波長可変光源１０のＬＤ１の駆動電流をオン／オフして測定光としての光パルスを発生するようにしたが、第３実施形態では、波長可変光源１０と光サーキュレータ１３との間に光スイッチ（光ＳＷ）１１を備え、この光スイッチ１１をパルス発生器１９から出力されるパルスｅでオン／オフすることによって、波長可変光源１０の波長掃引された出力光から測定光としての光パルスを発生するようにした。第２実施形態とは、この点のみ異なり他は同一である。したがって詳細説明は省略する。
【００７１】
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態のＦＢＧセンサシステムの構成を図４に示す。図２に示した第２実施形態では、パルス発生器１９から出力されるパルスｅで波長可変光源１０のＬＤ１の駆動電流をオン／オフして測定光としての光パルスを発生するようにしたが、第４実施形態では、波長可変光源１０と光サーキュレータ１３との間に光増幅器１２を備え、この光増幅器１２を通る光の増幅をパルス発生器１９から出力されるパルスｅでオン／オフすることによって、波長可変光源１０の波長掃引された出力光から測定光としての光パルスを発生するようにした。第２実施形態とは、この点のみ異なり他は同一である。したがって詳細説明は省略する。
【００７２】
なお、上述の第１〜４実施形態では、２つのＦＢＧ１５ａ、１５ｂを用いる場合について説明したが、３つの以上のＦＢＧを用いてもよいことは言うまでもない。また、上述の第１〜４実施形態では、高速波長掃引の可能な波長可変光源１０として、ＬＤ１、回折格子３、ＭＥＭＳスキャナ６０を組み合わせた外部共振器型の光源について説明したが、これに限定されるわけではなく、例えば、ＬＤ、単一キャビティ型波長可変バンドパスフィルタ、反射ミラーを組み合わせた外部共振器型の光源における、その単一キャビティ型波長可変バンドパスフィルタの透過波長を可変するための印加電圧を高速掃引することによって波長掃引を行うようにした光源であってもよい（例えば特開２００５−３７７６２号公報参照）。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１実施形態の構成を示す図
【図２】本発明の第２実施形態の構成を示す図
【図３】本発明の第３実施形態の構成を示す図
【図４】本発明の第４実施形態の構成を示す図
【図５】ＭＥＭＳスキャナを説明するための分解斜視図
【図６】駆動信号を説明するための図
【図７】本発明の受光部の構成を示す図
【図８】従来例の受光部の構成を示す図
【図９】測定光と反射スペクトルの関係を説明するための図
【図１０】掃引信号と測定光の関係を説明するための図
【図１１】ファイバ長とＳ／Ｎの関係を説明するための図
【図１２】受光部のゲインと反射スペクトルの関係を説明するための図
【図１３】従来例の概略構成を示す図
【符号の説明】
【００７４】
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・・・受光器（ＰＤ）、１０・・・波長可変光源、１１・・・光スイッチ（光ＳＷ）、１２・・・光増幅器、１３・・・光サーキュレータ、１４ａ，１４ｂ・・・ファイバ、１５ａ，１５ｂ・・・ＦＢＧ、１６，２６・・・受光部、１６ａ，２６ａ・・・ＰＩＮ−ＰＤ、１６ｂ・・・可変増幅器、１６ｃ，２６ｃ・・・ＡＰＤ、１６ｄ・・・可変バイアス回路、１７・・・処理手段、１８・・・ゲイン制御手段、１９・・・パルス発生器、２６ｂ・・・増幅器、２６ｄ・・・バイアス回路、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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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