(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光から所定波長を選択的に抽出する音響光学波長可変フィルタと、
前記音響光学波長可変フィルタに高周波信号を加えて励振する高周波電圧発生回路と、
任意の基準波長光を出力する基準波長発生器と、
被測定物に設置され物理量に応じた波長の光を出力する光波長変化型センサと、
前記音響光学波長可変フィルタから出力された出力光を前記基準波長発生器と前記光波長変化型センサとにそれぞれに入力させる入力部と、
前記基準波長発生器から出力された出力光を受光し、かつ、前記光波長変化型センサで出力された出力光を、前記入力部を介して受光する測定光用受光器と、
前記音響光学波長可変フィルタから出力された出力光を、分離部を介して参照光として受光する参照光用受光器と、
前記測定光用受光器および前記参照光用受光器から出力される信号に基づいて前記光波長変化型センサの波長を演算する演算回路と、
前記音響光学波長可変フィルタの温度を検知するフィルタ用温度検知部と、
前記フィルタ用温度検知部から出力された温度信号に基づいて前記高周波電圧発生回路が前記音響光学波長可変フィルタに出力する周波数信号を制御する制御部と、を備えた
ことを特徴とする光波長測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載された光波長測定装置において、
前記基準波長発生器の温度を検知する発生器用温度検知部を備え、
前記演算回路は、前記発生器用温度検知部から出力された温度信号に基づいて前記基準波長発生器から出力される出力光の波長を演算する波長演算部を有する
ことを特徴とする光波長測定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載された光波長測定装置において、
前記音響光学波長可変フィルタの光入力側又は光出力側に配置された光増幅器と、前記音響光学波長可変フィルタと前記光増幅器の一方から出力される出力光を前記音響光学波長可変フィルタと前記光増幅器の他方に帰還させる帰還部とを備えた
ことを特徴とする光波長測定装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載された光波長測定装置において、
前記音響光学波長可変フィルタと前記フィルタ用温度検知部とは同一ケーシング内に配置される
ことを特徴とする光波長測定装置。
【請求項５】
請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載された光波長測定装置において、
前記音響光学波長可変フィルタと前記基準波長発生器とは同一ケーシング内に配置されている
ことを特徴とする光波長測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載された光波長測定装置において、
前記測定光用受光器は、前記音響光学波長可変フィルタ及び前記基準波長発生器と同一ケーシング内に配置される
ことを特徴とする光波長測定装置。
【請求項７】
入力光から所定波長を選択的に抽出する音響光学波長可変フィルタと、
前記音響光学波長可変フィルタに高周波信号を加えて励振する高周波電圧発生回路と、
任意の基準波長光を出力する基準波長発生器と、
被測定物に設置され物理量に応じた波長の光を出力する光波長変化型センサと、
前記音響光学波長可変フィルタから出力された出力光を前記基準波長発生器と前記光波長変化型センサとにそれぞれに入力させる入力部と、
前記基準波長発生器から出力された出力光を受光し、かつ、前記光波長変化型センサで出力された出力光を、前記入力部を介して受光する測定光用受光器と、
前記測定光用受光器から出力される信号に基づいて前記光波長変化型センサの波長を演算する演算回路と、
前記音響光学波長可変フィルタの温度を検知するフィルタ用温度検知部と、
前記フィルタ用温度検知部から出力された温度信号に基づいて前記高周波電圧発生回路が前記音響光学波長可変フィルタに出力する周波数信号を制御する制御部と、を備え、
前記入力部は、前記音響光学波長可変フィルタから出力された出力光を前記基準波長発生器に入力させる第一入力部と、前記音響光学波長可変フィルタから出力された出力光を前記光波長変化型センサに入力させる第二入力部とを有し、
前記測定光用受光器は、前記基準波長発生器から出力された出力光を受光する第一受光器と、前記光波長変化型センサで出力された出力光を、前記第二入力部を介して受光する第二受光器とを有し、
さらに、前記音響光学波長可変フィルタから出力された出力光を受光する参照光用受光器と、前記音響光学波長可変フィルタから出力される出力光を前記第二入力部と前記参照光用受光器とに分離する分離部と、前記参照光用受光器から出力される信号の出力値で、前記第一受光器と前記第二受光器との少なくとも一方から出力される信号の出力値を除算する除算器と、を備えた
ことを特徴とする光波長測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光波長測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物理量に応じた波長を出力するファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）の素子を有する光波長変化型センサ、その他のセンサを用いた光波長測定装置が知られている。
光波長測定装置の従来例として、波長可変光源を用いて、複数のＦＢＧセンサの反射スペクトルを取得し、そのスペクトル中のピーク波長の値を計測する光センサ測定装置がある（特許文献１）。特許文献１の従来例では、波長可変光源は、制御クロックに同期して出力光の波長を掃引する。波長可変光源がλs〜λeの波長の光を掃引し、各ＦＢＧセンサの反射波長に到達すると、その反射光はサーキュレータを通り、光電変換回路で電圧に変換される。波長可変光源が、どの波長を出力した時に電圧波形のピークが得られたかを計測すれば、そのピークの波長を求めることができる。【０００３】
別の従来例として、ＦＢＧを有する光源と、光源から出力される基準光とセンサから出力される被測定光とが入力する音響光学波長可変フィルタと、音響光学波長フィルタから出力される出力光を受光する受光器とを備え、基準光を入射した際の選択光の波長と励振周波数とに基づいて、被測定光から得られる選択光の波長を演算装置で補正する光スペクトラムアナライザがある（特許文献２）。【０００４】
別の従来例として、被測定光が入力される導波路型音響光学波長可変フィルタと、導波路型音響光学波長可変フィルタを加熱保温する加熱調整用ヒータと、導波路型音響光学波長可変フィルタから出力される出力光を受光する受光器とを備え、受光器からの出力信号に基づいて被測定光の光スペクトラムを演算する光スペクトラムアナライザがある（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１５１６０１号公報
【特許文献２】国際公開２００７／０８３６０９号公報
【特許文献３】国際公開２００８／１５２８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の従来例では、複数の閾値を設定する構成としたので、装置の構造が複雑化され、高価なものとなる。さらに、設定自体が煩雑となり、使い勝手の悪いものとなる。
特許文献２の従来例では、基準光自体が温度特性を持たないことが前提となっている。基準光がＦＢＧであるため、ＦＢＧを一定温度に保つ温度調節機能やＦＢＧ自体をアサーマル化する必要があるが、それを達成するための手段の開示がない。
特許文献３の従来例では、導波路型音響光学波長可変フィルタを加熱保温する加熱調整用ヒータとして、ペルチェ素子や抵抗ヒータが用いられているので、周辺の温度変化に対する追従性が悪く、複雑かつ高価な手段が必要となる。【０００７】
本発明の目的は、簡易な構造で、温度変化に対する安定性が高く、広範囲な測定を精度よく行える光波長測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の光波長測定装置は、入力光から所定波長を選択的に抽出する音響光学波長可変フィルタと、前記音響光学波長可変フィルタに高周波信号を加えて励振する高周波電圧発生回路と、任意の基準波長光を出力する基準波長発生器と、被測定物に設置され物理量に応じた波長の光を出力する光波長変化型センサと、前記音響光学波長可変フィルタから出力された出力光を前記基準波長発生器と前記光波長変化型センサとにそれぞれに入力させる入力部と、前記基準波長発生器から出力された出力光を受光し、かつ、前記光波長変化型センサで出力された出力光を、前記入力部を介して受光する測定光用受光器と、前記音響光学波長可変フィルタから出力された出力光を、分離部を介して参照光として受光する参照光受光器と、前記測定光用受光器および前記参照光用受光器から出力される信号に基づいて前記光波長変化型センサの波長を演算する演算回路と、前記音響光学波長可変フィルタの温度を検知するフィルタ用温度検知部と、前記フィルタ用温度検知部から出力された温度信号に基づいて前記高周波電圧発生回路が前記音響光学波長可変フィルタに出力する周波数信号を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明では、高周波電圧発生回路を駆動すると、ＡＯＴＦと称される音響光学波長可変フィルタにより、入力光から所定波長が選択的に抽出される。選択的に抽出された出力光は、入力部によって基準波長発生器と光波長変化型センサとに入力される。光波長変化型センサでは、物理量に応じた波長の光が出力され、この出力光が入力部によって測定光用受光器に送られる。基準波長発生器から出力された出力光は測定光用受光器に送られる。測定光用受光器から出力された信号は演算回路に送られ、この演算回路により、光波長型センサの物理量に応じた波長が演算される。
しかも、フィルタ用温度検知部と制御部とを備えているから、音響光学波長可変フィルタの温度をフィルタ用温度検知部で検知し、フィルタ用温度検知部からの温度信号に基づいて制御部が高周波電圧発生回路で音響光学波長可変フィルタに出力される周波数信号を制御する。これにより、音響光学波長可変フィルタから基準波長発生器と光波長変化型センサとに送られる出力光の波長範囲は、温度が補正された出力光の波長範囲となる。そのため、温度変化に影響されることなく、音響光学波長可変フィルタから特定の波長の出力光を出力することができることになり、温度変化に対する安定性が高い光波長測定装置を提供することができる。【００１０】
本発明では、前記基準波長発生器の温度を検知する発生器用温度検知部を備え、前記演算回路は、前記発生器用温度検知部から出力された温度信号に基づいて前記基準波長発生器から出力される出力光の波長を演算する波長演算部を有する構成が好ましい。
この構成では、基準波長発生器に発生器用温度検知部を設けたから、温度変化の影響を受ける基準波長発生器を使用した場合でも、検知した基準波長発生器の温度信号を用いて基準波長発生器から出力される出力光の波長を波長演算部で演算して測定精度を向上させることができる。【００１１】
本発明では、前記音響光学波長可変フィルタの光入力側又は光出力側に配置された光増幅器と、前記音響光学波長可変フィルタと前記光増幅器の一方から出力される出力光を前記音響光学波長可変フィルタと前記光増幅器の他方に帰還させる帰還部とを備えた構成が好ましい。
この構成では、基準波長発生器や光波長変化型センサに入力する光の強さや、掃引の波長範囲を容易に上げることが可能となる。【００１２】
本発明では、前記音響光学波長可変フィルタと前記フィルタ用温度検知部とは同一ケーシング内に配置される構成が好ましい。
この構成では、同一ケーシング内に配置される音響光学波長可変フィルタとフィルタ用温度検知部とは、近似した温度環境下にあるため、音響光学波長可変フィルタの温度がフィルタ用温度検知部により正しく検知されることになり、測定精度を向上させることができる。【００１３】
本発明では、前記音響光学波長可変フィルタと前記基準波長発生器とは同一ケーシング内に配置されている構成が好ましい。
この構成では、同一ケーシングにある音響光学波長可変フィルタと基準波長発生器とが近似した温度環境下にあるため、フィルタ用温度検知部が発生器用温度検知部を兼ねることが可能となり、部品点数の減少を図ることができる。【００１４】
本発明では、前記測定光用受光器は、前記音響光学波長可変フィルタ及び前記基準波長発生器と同一ケーシング内に配置される構成が好ましい。
この構成では、測定光用受光器が音響光学波長可変フィルタと基準波長発生器とともに同一ケーシングに配置されるので、これらの部材を接続するための光ケーブルが不要となり、コスト低減を図ることができる。【００１５】
本発明の光波長測定装置は、入力光から所定波長を選択的に抽出する音響光学波長可変フィルタと、前記音響光学波長可変フィルタに高周波信号を加えて励振する高周波電圧発生回路と、任意の基準波長光を出力する基準波長発生器と、被測定物に設置され物理量に応じた波長の光を出力する光波長変化型センサと、前記音響光学波長可変フィルタから出力された出力光を前記基準波長発生器と前記光波長変化型センサとにそれぞれに入力させる入力部と、前記基準波長発生器から出力された出力光を受光し、かつ、前記光波長変化型センサで出力された出力光を、前記入力部を介して受光する測定光用受光器と、前記測定光用受光器から出力される信号に基づいて前記光波長変化型センサの波長を演算する演算回路と、前記音響光学波長可変フィルタの温度を検知するフィルタ用温度検知部と、前記フィルタ用温度検知部から出力された温度信号に基づいて前記高周波電圧発生回路が前記音響光学波長可変フィルタに出力する周波数信号を制御する制御部と、を備え、前記入力部は、前記音響光学波長可変フィルタから出力された出力光を前記基準波長発生器に入力させる第一入力部と、前記音響光学波長可変フィルタから出力された出力光を前記光波長変化型センサに入力させる第二入力部とを有し、前記測定光用受光器は、前記基準波長発生器から出力された出力光を受光する第一受光器と、前記光波長変化型センサで出力された出力光を、前記第二入力部を介して受光する第二受光器とを有し、さらに、前記音響光学波長可変フィルタから出力された出力光を受光する参照光用受光器と、前記音響光学波長可変フィルタから出力される出力光を前記第二入力部と前記参照光用受光器とに分離する分離部と、前記参照光用受光器から出力される信号の出力値で、前記第一受光器と前記第二受光器との少なくとも一方から出力される信号の出力値を除算する除算器と、を備えたことを特徴とする。
この構成では、音響光学波長可変フィルタから出力される出力光は、第一入力部により基準波長発生器に送られ、基準波長発生器から基準波長光が第一受光器に送られる。音響光学波長可変フィルタから出力される出力光は、分離部によって、第二入力部と参照光用受光器とに分離される。第二入力部に送られる出力光は光波長変化型センサに送られ、光波長変化型センサで反射された反射光が測定光として第二入力部を介して第二受光器に送られる。分離部から送られる出力光は参照光として参照光用受光器に送られる。第一受光器、第二受光器及び参照光用受光器から出力信号が除算器に送られ、除算器によって、参照光の出力値で、基準波長光の出力値と測定光の出力値との除算が実施される。
音響光学波長可変フィルタに入力光を入力させる光源の種類や個体差、さらには、音響光学波長可変フィルタ自体の種類や個体差、温度変化や経時変化等によって、基準波長発生器と光波長変化型センサに入力する光スペクトルプロファイルの変動が生じるが、前述の構成により、光スペクトルプロファイルの変動影響を安価で容易に低減できる。しかも、複数の閾値を設定する構成を採用することを要せず、光波長測定装置の構造を簡易なものにできる。
さらに、測定光用受光器を第一受光器と第二受光器とに分けて構成しているから、基準光と光波長変化型センサから出力される出力光とを同じ光波長帯にすることが可能となり、簡易な構造で、広範囲な測定を精度よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる光波長測定装置を示す概略図。
【図２】時間と受光部から出力される受光強度との関係を示すグラフ。
【図３Ａ】参照光用受光器から出力される信号の波長と電圧との関係を示すグラフ。
【図３Ｂ】測定光用受光器から出力される信号の波長と電圧との関係を示すグラフ。
【図３Ｃ】除算器から出力される信号の波長と電圧との関係を示すグラフ。
【図４】高周波電圧発生回路から音響光学波長可変フィルタに入力する掃引周波数と温度との関係を示すグラフ。
【図５】基準波長発生器から出力される出力光の波長と透過率との関係を示すグラフ。
【図６】基準波長発生器から出力される出力光の温度と波長との関係を示すグラフ。
【図７】本発明の第２実施形態にかかる光波長測定装置を示す概略図。
【図８】本発明の第３実施形態にかかる光波長測定装置を示す概略図。
【図９】本発明の第４実施形態にかかる光波長測定装置を示す概略図。
【図１０】本発明の第５実施形態にかかる光波長測定装置を示す概略図。
【図１１】本発明の第６実施形態にかかる光波長測定装置を示す概略図。
【図１２】本発明の第７実施形態にかかる光波長測定装置を示す概略図。
【図１３】本発明の第８実施形態にかかる光波長測定装置を示す概略図。
【図１４】本発明の第９実施形態にかかる光波長測定装置を示す概略図。
【図１５】本発明の第１０実施形態にかかる光波長測定装置を示す概略図。
【図１６】本発明の第１１実施形態にかかる光波長測定装置を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ここで、各実施形態の説明において、同一構成要素は同一符号を付して説明を省略する。
［第１実施形態］
図１に基づいて、第１実施形態にかかる光波長測定装置１を説明する。
図１には光波長測定装置１の概略構成が示されている。
図１において、光波長測定装置１は、光学モジュール１０と、光学モジュール１０にそれぞれ接続される光波長変化型センサ２０、受光部３Ａ、制御部４０及び高周波電圧発生回路５０と、受光部３Ａに接続される演算回路６０と、演算回路６０に接続される出力部７０と、光源８０とを備えている。
受光部３Ａは測定光用受光器３０及び参照光用受光器３３を備える。
光源８０は広帯域光源から構成されている。
【００１８】
光学モジュール１０は、ケーシング１１にそれぞれ設けられた音響光学波長可変フィルタ１２、基準波長発生器１３、入力部１４０及び分離部１５１を備えている。入力部１４０は、ビームスプリッタやサーキュレータで構成される。
これらの音響光学波長可変フィルタ１２、基準波長発生器１３、入力部１４０、分離部１５１のうち隣り合う部材は光ファイバで接続されている。さらに、分離部１５１と参照光用受光器３３との間、入力部１４０と測定光用受光器３０との間は、それぞれ光ファイバで接続され、もしくは、空間を介して接続されている。
音響光学波長可変フィルタ１２は、入力光から所定波長を選択的に抽出する素子であって、ＡＯＴＦ（Acoustro Optical Tunable Filter）と称される。
音響光学波長可変フィルタ１２は、光源８０から入力光と、高周波電圧発生回路５０から高周波信号とを受けるＩＤＴ１２０を有する導波路型フィルタである。ＩＤＴ１２０は、Inter Digital Transducer（櫛歯電極）である。基準波長発生器１３は、エタロン、ガスセル（シアン化水素（Hydrogen CiaNyde；ＨＣＮ））、ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）、誘電体多層膜フィルタ、等の素子から構成される。
基準波長発生器１３は、音響光学波長可変フィルタ１２で出力された出力光を光波長変化型センサ２０に出力し、光波長変化型センサ２０からの出力光を任意の基準波長光として入力部１４０に送る。
【００１９】
入力部１４０は、光波長変化型センサ２０から光波長変化型センサ２０の物理量に応じた出力光（測定光）と基準波長発生器１３から出力される基準波長光とを測定光用受光器３０に入力させるものである。
分離部１５１は、音響光学波長可変フィルタ１２と入力部１４０との間に配置されるものであり、音響光学波長可変フィルタ１２から出力される出力光を入力部１４０に向かう出力光と、参照光用受光器３３に向かう参照光とに分離するものである。
【００２０】
光波長変化型センサ２０は、光ファイバに単一もしくは複数のセンサから構成されており、図示しない被測定物に設置されている。ここで、センサには、誘導体多層膜フィルタタイプ、ＦＢＧタイプ、ファブリペロー干渉タイプが含まれる。
光波長変化型センサ２０は、音響光学波長可変フィルタ１２の出力光を、入力部１４０を経由して入力するとともに、入力部１４０に向けて反射光を出射する。ここで、光波長変化型センサ２０で出力される反射光は、光波長変化型センサ２０が設置される被測定物の物理量変化に応じたものである。
演算回路６０は、測定光用受光器３０と参照光用受光器３３とからそれぞれ出力される信号を受ける除算器６００と、除算器６００からの出力信号を受けて光波長変化型センサ２０の波長を演算する波長演算部６３とを備えて構成されている。
【００２１】
図２に基づいて、波長演算部６３を用いて光波長変化型センサ２０で検出される物理量を演算する方法を説明する。図２には、時間と受光部３Ａから出力される受光強度との関係が示されている。
図２において、測定光用受光器３０から出力される基準波長光の受光強度は、波長λｒ１、λｒ２、λｒ３、λｒ４、λｒ５の時にピークとなる。λｒ１の時の時間がｔｒ１であり、λｒ２の時の時間がｔｒ２であり、λｒ３の時の時間がｔｒ３であり、λｒ４の時の時間がｔｒ４であり、λｒ５の時の時間がｔｒ５である。
仮に、光波長変化型センサ２０を２つ用いた場合、測定光用受光器３０から出力される測定光の受光強度は、波長λｆ１、λｆ２の時にピークとなる。λｆ１の時の時間がｔｆ１であり、λｆ２の時の時間がｔｆ２である。
波長演算部６３は、例えば、次の演算式により光波長変化型センサ２０の波長λｆ１と波長λｆ２とを求める。
λｆ１＝｛（λｒ３−λｒ２）／（ｔｒ３−ｔｒ２）｝・ｔｆ１＋λｒ２
λｆ２＝｛（λｒ５−λｒ４）／（ｔｒ５−ｔｒ４）｝・ｔｆ２＋λｒ４
波長演算部６３で演算された波長は、出力部７０に出力される。波長の演算方法は、λｒｎとλｆｎとの相対的な時間差から求められるものであり、前述の演算式による方法に限定されない。
出力部７０は、波長演算部６３で演算された波長の値を表示する表示部であってもよく、Ｌａｎ、ハードディスク（ＨＤ）、ＳＤカード等のメモリであってもよい。
【００２２】
図１において、測定光用受光器３０及び参照光用受光器３３は、それぞれアンプを有するものであり、光電変換回路を構成する。
音響光学波長可変フィルタ１２から出力された出力光は、分離部１５１により２分岐される。分離部１５１で２分岐された出力光のうち一方は、入力部１４０を経由して、光波長変化型センサ２０に送られる。光波長変化型センサ２０からの出力、すなわち、反射光（λ1、λ2、・・・λn）は、測定光として測定光用受光器３０で受光される。測定光は測定光用受光器３０によりスペクトル波形の信号に変換される。このスペクトルが図３Ｂに示されている。図３Ｂで示されるスペクトル波形は、波長が１５４５ｎｍ付近で電圧が高く、山形となっていることがわかる。
【００２３】
分離部１５１で２分岐された出力光のうち他方は、参照光として参照光用受光器３３で受光される。参照光は参照光用受光器３３によりスペクトル波形の信号に変換される。このスペクトルが図３Ａに示される。
参照光用受光器３３では、音響光学波長可変フィルタ１２で出力される出力光のスペクトル形状と経時的な変化が示されている。図３Ｂ、図３Ｃにおいて、Ｔｈは閾値を示す。閾値Ｔｈは、０．６Ｖである。
図３Ｂで示されるスペクトル波形の信号は、光波長変化型センサ２０の反射スペクトルに音響光学波長可変フィルタ１２のスペクトルが掛け合わされたものである。
【００２４】
測定光用受光器３０と参照光用受光器３３とから出力される信号は除算器６００に送られる。
除算器６００は、測定光用受光器３０から出力される信号の出力値を、参照光用受光器３３から出力される信号の出力値で除算する。図３Ｃで示される通り、除算後のスペクトル波形の信号は、音響光学波長可変フィルタ１２のスペクトルの影響が少ないことがわかる。
【００２５】
図１において、高周波電圧発生回路５０は、音響光学波長可変フィルタ１２に高周波信号を加えて励振するものであり、高周波信号発生素子５１と、高周波信号発生素子５１から出力される高周波信号を増幅してＩＤＴ１２０に送る増幅器５２とを有する。
高周波信号発生素子５１は、電圧制御発振子（ＶＣＯ：Voltage Control Oscillator）や、ＤＡコンバータを用いて波形を生成するデジタルＩＣ（Direct Digital Synthesizer）から構成される。
ケーシング１１には、音響光学波長可変フィルタ１２の温度を検知するフィルタ用温度検知部９１が設けられている。
フィルタ用温度検知部９１は、熱電対、サーミスタ、白金測温抵抗体等の温度を検知する素子から構成される。
フィルタ用温度検知部９１で検知される音響光学波長可変フィルタ１２の温度信号は、制御部４０に送られ、制御部４０によって高周波信号発生素子５１が制御される。
【００２６】
図４には、高周波電圧発生回路５０から音響光学波長可変フィルタ１２に入力する掃引周波数と温度との関係が示されている。
図４において、高周波電圧発生回路５０から音響光学波長可変フィルタ１２に入力する掃引周波数領域が斜線で示されている。
掃引開始位置がｆａで示され、掃引終了がｆｂで示されている。Ｃを定数とすると、
ｆａ−ｆｂ＝Ｃである。
Ｃを、例えば、１０ＭHzとし、ｆａを、例えば、１８０ＭHzとすると、ｆｂは、１７０ＭHzである。
【００２７】
掃引開始位置ｆａは、温度ｔを変数として表す次式で示される。
ｆａ＝ｆｒ＋α（ｔ―ｔｒ）
ここで、αは、周波数温度係数で、音響光学波長可変フィルタ１２の固有の値であり、通常、０．１ＭHz／℃である。
ｔｒは基準温度（例えば、２５℃）、ｆｒは基準温度の時の掃引開始周波数である。
この式により、掃引開始周波数が決定される。
つまり、フィルタ用温度検知部９１で検知される温度ｔｒの信号を受領した制御部４０は、前述の式や図４のグラフに基づいて掃引開始の周波数ｆｒを決定し、この周波数ｆｒから定数値Ｃ（例えば、１０ＭHz）の範囲で、掃引するように高周波信号発生素子５１に信号を送る。
【００２８】
図１において、ケーシング１１の内部には、基準波長発生器１３の温度を検知する発生器用温度検知部９２が配置されている。
発生器用温度検知部９２で検知される基準波長発生器１３の温度信号は、波長演算部６３に送られる。波長演算部６３では、後述する通り、発生器用温度検知部９２から出力された温度信号に基づいて基準波長発生器１３が出力する出力光の波長を補正する。
【００２９】
図５には、基準波長発生器１３から出力される出力光の波長と透過率との関係が示されている。
図５に示される通り、波長λｒm-1、波長λｒm、波長λｒm+1の透過率は、それぞれ、温度３０℃の場合を中心として、温度０℃では、波長が小さく、温度６０℃では、波長が大きい。このように、基準波長発生器１３から出力される出力光は、温度の影響を受けて波長が変化する。例えば、基準波長発生器１３として石英製のソリッドエタロンを用いた場合には、変化量は３０℃と６０℃との間での変化、０℃と３０℃との間での変化で、それぞれ約５ｐｍ／℃である。
【００３０】
図６には、基準波長発生器１３から出力される出力光の温度と波長との関係が示されている。
図６において、温度が上がると、波長λｒm-1、波長λｒm、波長λｒm+1の波長がそれぞれ大きくなる。ここで、基準波長発生器１３の波長λｒmは、温度ｔを変数として次の式で表される。
λｒm＝λｔｒ＋β（ｔ−ｔｒ）
ここで、βは波長温度係数で、基準波長発生器１３の固有の値である。ｔは発生器用温度検知部９２で求められた温度であり、ｔｒは基準温度、λｔｒは基準温度ｔｒの時の基準波長発生器１３で出力される出力光の波長である。
【００３１】
従って、第１実施形態では、次の効果を奏することができる。
（１）音響光学波長可変フィルタ１２の温度をフィルタ用温度検知部９１で検知し、フィルタ用温度検知部９１からの温度信号に基づいて制御部４０が高周波電圧発生回路５０で音響光学波長可変フィルタ１２に出力される周波数信号を制御する。そのため、音響光学波長可変フィルタ１２から基準波長発生器１３と光波長変化型センサ２０とに送られる出力光を温度補正された出力光とすることができ、温度変化に対する安定性が高い光波長測定装置を提供することができる。
【００３２】
（２）基準波長発生器１３に発生器用温度検知部９２を設けたから、検知した基準波長発生器１３の温度信号を用いて基準波長発生器１３から出力される基準波長の演算結果を波長演算部６３で補正し、測定精度を向上させることができる。
【００３３】
（３）音響光学波長可変フィルタ１２とフィルタ用温度検知部９１とは同一のケーシング１１の内部に配置されるから、これらの部材は、近似した温度環境下にあることになる。そのため、音響光学波長可変フィルタ１２の温度がフィルタ用温度検知部９１により正確に検知されることになり、測定精度を向上させることができる。
（４）基準波長発生器１３と発生器用温度検知部９２とは同一のケーシング１１の内部に配置されるから、これらの部材は、近似した温度環境下にあることになる。そのため、基準波長発生器１３の温度が発生器用温度検知部９２により正確に検知されることになり、測定精度をより向上させることができる。
【００３４】
（５）音響光学波長可変フィルタ１２と基準波長発生器１３とは同一のケーシング１１の内部に配置されているから、これらの部材は近似した温度環境下にあることになる。そのため、フィルタ用温度検知部９１が発生器用温度検知部９２を兼ねることが可能となり、部品点数の減少を図ることができる。フィルタ用温度検知部９１が発生器用温度検知部９２を兼ねる場合では、図１のフィルタ用温度検知部９１からの温度信号Ｓを波長演算部６３に送る。
【００３５】
（６）音響光学波長可変フィルタ１２から出力された出力光を受光する参照光用受光器３３と、音響光学波長可変フィルタ１２から出力される出力光を入力部１４０と参照光用受光器３３とに分離する分離部１５１と、測定光用受光器３０から出力される信号の出力値を、参照光用受光器３３から出力される信号の出力値で除算する除算器６００を備えたから、音響光学波長可変フィルタ１２の種類や個体差、温度変化や経時変化等によって生じる基準波長発生器１３と光波長変化型センサ２０に入力する光スペクトルプロファイルの変動影響を安価で容易に低減できる。
【００３６】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を図７に基づいて説明する。
第２実施形態は、受光部３Ａがケーシング１１の内部に配置されている点が第１実施形態と異なるものであり、他の構成は第１実施形態と同じである。
図７には第２実施形態にかかる光波長測定装置２の概略構成が示されている。
図７において、光波長測定装置２は、ケーシング１１と、ケーシング１１の内部にそれぞれ配置された音響光学波長可変フィルタ１２、フィルタ用温度検知部９１、入力部１４０、分離部１５１、基準波長発生器１３、発生器用温度検知部９２及び受光部３Ａとを備えている。
【００３７】
音響光学波長可変フィルタ１２、分離部１５１、入力部１４０、基準波長発生器１３、測定光用受光器３０及び参照光用受光器３３は、それぞれ所定の隙間をもって直線上に配置されているが、第１実施形態とは異なり、これらの間は、光ファイバが配置されるものではなく、空間とされる。なお、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、音響光学波長可変フィルタ１２、分離部１５１、入力部１４０、基準波長発生器１３、測定光用受光器３０及び参照光用受光器３３の間をそれぞれ光ファイバで接続するものでもよい。
【００３８】
第２実施形態では、第１実施形態の（１）〜（６）と同様の効果を奏することができる他、次の効果を奏することができる。
（７）測定光用受光器３０と参照光用受光器３３とは、音響光学波長可変フィルタ１２及び基準波長発生器１３と同一のケーシング１１の内部に配置されている。そのため、これらの部材の間を空間とすることで、これらを接続するための光ケーブルが不要となり、コスト低減を図ることができる。
【００３９】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態を図８に基づいて説明する。
第３実施形態は、入力部１４０、測定光用受光器３０、除算器６００がそれぞれ２つから構成されている点が第１実施形態と異なるものであり、他の構成は第１実施形態と同じである。
図８には第３実施形態にかかる光波長測定装置３の概略構成が示されている。
図８において、光波長測定装置３は、ケーシング１１と、ケーシング１１の内部にそれぞれ配置された、音響光学波長可変フィルタ１２、フィルタ用温度検知部９１、入力部１４０、分離部１５１、基準波長発生器１３、発生器用温度検知部９２及び受光部３Ａと、受光部３Ａに接続される演算回路６０と、を備えている。
【００４０】
受光部３Ａは、測定光用受光器と参照光用受光器３３とを備え、測定光用受光器３０は、第一受光器３１及び第二受光器３２を有する。
入力部１４０は、音響光学波長可変フィルタ１２と分離部１５１との間に配置された第一入力部１４１と、分離部１５１と光波長変化型センサ２０との間に配置された第二入力部１４２とを備える。
第一入力部１４１は、音響光学波長可変フィルタ１２から出力された出力光を基準波長発生器１３に入力させるものである。
第二入力部１４２は、音響光学波長可変フィルタ１２から分離部１５１を経由した出力光を光波長変化型センサ２０に送り、光波長変化型センサ２０の物理量に応じた出力光を測定光として第二受光器３２に出力するものである。
【００４１】
基準波長発生器１３は、音響光学波長可変フィルタ１２で出力された出力光を、第一入力部１４１を介して入力し、任意の基準波長光を第一受光器３１に出力するものである。
分離部１５１は、音響光学波長可変フィルタ１２から出力される出力光を第二入力部１４２に向かう出力光と、参照光用受光器３３に向かう参照光とに分離するものである。ここで、分離部１５１から参照光用受光器３３に向かう参照光と、分離部１５１から第二入力部１４２へ向かう出力光とは、所定割合、例えば、１：９〜１：１９の割合で分割される。
第一入力部１４１、第二入力部１４２及び分離部１５１は、それぞれビームスプリッタから構成される。なお、第一入力部１４１、第二入力部１４２及び分離部１５１が光ファイバで構成される光学系に含まれる場合には、これらの素子は、光カプラーから構成される。さらに、第二入力部１４２はサーキュレータから構成されるものでもよい。
【００４２】
光波長変化型センサ２０は、第二入力部１４２を経由して音響光学波長可変フィルタ１２の出力光を入力するとともに、第二入力部１４２に向けて反射光を出射する。ここで、光波長変化型センサ２０で出力される反射光は、光波長変化型センサ２０が設置される被測定物の物理量変化に応じたものである。被測定物の物理量として、変位、加速度、傾斜、歪み、温度等を例示できる。
除算器６００は、第一受光器３１と参照光用受光器３３とからそれぞれ出力される信号を受ける第一除算器６１と、第二受光器３２と参照光用受光器３３とからそれぞれ出力される信号を受ける第二除算器６２とを備えている。
【００４３】
第３実施形態における測定方法は第１実施形態と同じである。
つまり、音響光学波長可変フィルタ１２から出力された出力光は、分離部１５１により２分岐される。２分岐された出力光のうち、一方は、第二入力部１４２を経由して、光波長変化型センサ２０に送られる。光波長変化型センサ２０からの反射光（λ1、λ2、・・・λn）は、再び、第二入力部１４２を通り、測定光として第二受光器３２で受光される。測定光は第二受光器３２によりスペクトル波形の信号に変換される。
２分岐された出力光のうち他方は、参照光として参照光用受光器３３で受光される。
第二受光器３２と参照光用受光器３３とから出力される信号は第二除算器６２に送られる。第二除算器６２は参照光用受光器３３から出力される信号の出力値を、第二受光器３２から出力される信号の出力値で除算する。つまり、第二除算器６２は、差動アンプとして機能するものであり、参照光用受光器３３で得られた音響光学波長可変フィルタ１２のスペクトル波形で、第二受光器３２で得られた光波長変化型センサ２０からの反射光のスペクトルを除算する（測定光／参照光）。なお、第一受光器３１、参照光用受光器３３及び第一除算器６１の原理も図３Ａ〜図３Ｃの例と同じである。第一除算器６１は、参照光用受光器３３から出力される信号の出力値で、第一受光器３１から出力される信号の出力値を除算する構成である。
【００４４】
第３実施形態では、第１実施形態の（１）〜（６）と同様の効果を奏することができる他、次の効果を奏することができる。
（８）測定光用受光器３０を、基準波長発生器１３から出力される基準光を受光する第一受光器３１と、光波長変化型センサ２０から出力される出力光を受光する第二受光器３２とに分けて構成しているから、基準波長光と光波長変化型センサから出力される出力光とを同じ光波長帯にすることが可能となり、広範囲な測定を精度よく簡易な構造で行うことができる。
【００４５】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態を図９に基づいて説明する。
第４実施形態は、音響光学波長可変フィルタ１２に入力光を入力させる構成が第３実施形態とは相違するものであり、他の構成は第３実施形態と同じである。
図９は光波長測定装置４の概略構成が示されている。
図９において、光波長測定装置４では、入力部は、光増幅器８１と、音響光学波長可変フィルタ１２から出力される出力光を光増幅器８１に帰還させる帰還部１５２とを備えている。
【００４６】
光増幅器８１は、エルビウムドープファイバーアンプ（ＥＤＦＡ）や、半導体光アンプ（ＳＯＡ）から構成される。
帰還部１５２は、第一入力部１４１や第二入力部１４２と同じ素子から構成され、音響光学波長可変フィルタ１２から出力される出力光を光増幅器８１に帰還させるとともに、第一入力部１４１に送る。
帰還部１５２は、図９では、音響光学波長可変フィルタ１２と第一入力部１４１との間に配置されているが、本実施形態では、帰還部１５２の配置位置は限定されるものではない。例えば、帰還部１５２は、第一入力部１４１と分離部１５１との間、分離部１５１と第二入力部１４２との間、あるいは、第二入力部１４２と光波長変化型センサ２０との間に配置されるものであってもよい。
【００４７】
第４実施形態では、第３実施形態の（１）〜（６）（８）と同様の効果を奏することができる他、次の効果を奏することができる。
（９）音響光学波長可変フィルタ１２に入力光を入力させる入力部を、光増幅器８１と、音響光学波長可変フィルタ１２から出力される出力光を光増幅器８１に帰還させる帰還部１５２とを備えて構成したから、基準波長発生器１３や光波長変化型センサ２０に入力する光の強さを容易に上げることが可能となり、さらに、波長の掃引範囲を拡大することができる。
【００４８】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態を図１０に基づいて説明する。
第５実施形態は、光増幅器８１の配置位置が第４実施形態とは異なるもので、他の構成は第４実施形態と同じである。
図１０は光波長測定装置５の概略構成が示されている。
図１０において、光波長測定装置５では、入力部を構成する光増幅器８１は、音響光学波長可変フィルタ１２と帰還部１５２との間に配置されている。
帰還部１５２は、音響光学波長可変フィルタ１２から出力される出力光を光増幅器８１に帰還させる。
第５実施形態では第４実施形態の（１）〜（６）（８）（９）と同様の効果を奏することができる。
【００４９】
［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態を図１１に基づいて説明する。
第６実施形態は、分離部１５１、参照光用受光器３３及び除算器６００が省略されている点が第１実施形態とは異なるものであり、他の構成は第１実施形態と同じである。
図１１には光波長測定装置６の概略構成が示されている。
図１１において、光波長測定装置６では、音響光学波長可変フィルタ１２と基準波長発生器１３との間に入力部１４０が配置され、入力部１４０から送られる基準波長光と測定光とが測定光用受光器３０に送られる。測定光用受光器３０からの出力信号が波長演算部６３に送られて、波長演算部６３で測定波長が演算される。
第６実施形態では第１実施形態の（１）〜（５）と同様の効果を奏することができる。
【００５０】
［第７実施形態］
次に、本発明の第７実施形態を図１２に基づいて説明する。
第７実施形態は、発生器用温度検知部９２が省略されている点が第６実施形態とは異なるものであり、他の構成は第６実施形態と同じである。
図１２には光波長測定装置７の概略構成が示されている。
図１２において、光波長測定装置７では、基準波長発生器１３の温度情報が波長演算部６３に送られることがない。
第７実施形態では、第１実施形態の（１）（３）（５）と同様の効果を奏することができる。
【００５１】
［第８実施形態］
次に、本発明の第８実施形態を図１３に基づいて説明する。
第８実施形態は、測定光と基準波長光とが測定光用受光器３０に入光する経路が第７実施形態とは異なるものであり、他の構成は第７実施形態と同じである。
図１３には光波長測定装置８の概略構成が示されている。
図１３において、光波長測定装置８では、基準波長発生器１３が入力部１４０と測定光用受光器３０との間に配置され、入力部１４０から基準波長発生器１３に入力される光は基準波長光として測定光用受光器３０に送られる。
入力部１４０と光波長変化型センサ２０との間にはビームスプリッタ１５３がケーシング１１の内部に配置され、基準波長発生器１３と測定光用受光器３０との間にはビームスプリッタ１５４がケーシング１１の内部に配置される。入力部１４０からの光はビームスプリッタ１５３を通って光波長変化型センサ２０に送られ、光波長変化型センサ２０から反射された光はビームスプリッタ１５３で反射され、ケーシング１１の内部に配置されたミラー１５５とビームスプリッタ１５４とを介して測定光用受光器３０に測定光として送られる。
第８実施形態では、第１実施形態の（１）（３）（５）と同様の効果を奏することができる。
【００５２】
［第９実施形態］
次に、本発明の第９実施形態を図１４に基づいて説明する。
第９実施形態は、発生器用温度検知部９２、分離部１５１及び参照光用受光器３３をそれぞれ省略した点、及び基準波長発生器１３の位置が第１実施形態とは異なるものであり、他の構成は第１実施形態と同じである。
図１４には光波長測定装置９の概略構成が示されている。
図１４において、光波長測定装置９では、音響光学波長可変フィルタ１２と光波長変化型センサ２０との間であってケーシング１１の内部に入力部１４０が配置されている。入力部１４０は、音響光学波長可変フィルタ１２側に配置された第一入力部１４１と、光波長変化型センサ２０側に配置された第二入力部１４２とを有する。第一入力部１４１と測定光用受光器３０との間には基準波長発生器１３が配置されている。測定光用受光器３０は、基準波長発生器１３と除算器６００との間に配置された第一受光器３１と、第二入力部１４２と除算器６００との間に配置された第二受光器３２とを有する。
第９実施形態では、第１実施形態の（１）（３）（５）と第３実施形態の（８）と同様の効果を奏することができる。
【００５３】
［第１０実施形態］
次に、本発明の第１０実施形態を図１５に基づいて説明する。
第１０実施形態は、第９実施形態の基準波長発生器１３に発生器用温度検知部９２を設けた点が第９実施形態とは異なるものであり、他の構成は第９実施形態と同じである。
図１５には光波長測定装置１Ａの概略構成が示されている。
図１５において、光波長測定装置１Ａでは、基準波長発生器１３の温度を検知する発生器用温度検知部９２がケーシング１１の内部に配置されている。
発生器用温度検知部９２で検知される基準波長発生器１３の温度信号は、波長演算部６３に送られる。
第１０実施形態では、第１実施形態の（１）〜（６）と第３実施形態の（８）と同様の効果を奏することができる。
【００５４】
［第１１実施形態］
次に、本発明の第１１実施形態を図１６に基づいて説明する。
第１１実施形態は、第１実施形態の基準波長発生器１３から発生器用温度検知部９２を省略した点が第１実施形態とは異なるものであり、他の構成は第１実施形態と同じである。
図１６には光波長測定装置１Ｂの概略構成が示されている。
図１６において、光波長測定装置１Ｂでは、基準波長発生器１３の温度を検知する発生器用温度検知部９２が省略されており、波長演算部６３では、温度の補正がされない状態で、波長が測定される。
第１１実施形態では、第１実施形態の（１）（３）〜（６）と同様の効果を奏することができる。
【００５５】
なお、本発明は前述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、本発明の音響光学波長可変フィルタ１２は、導波路型に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５６】
１，２，３，４，５，６，７，８，９，１Ａ，１Ｂ…光波長測定装置、１２…音響光学波長可変フィルタ、１３…基準波長発生器、１４０…入力部、１４１…第一入力部、１４２…第二入力部、１５１…分離部、１５２…帰還部、２０…光波長変化型センサ、３Ａ…受光部、３０…測定光用受光器、３１…第一受光器、３２…第二受光器、３３…参照光用受光器、４０…制御部、５０…高周波電圧発生回路、５１…高周波信号発生素子、５２…増幅器、６０…演算回路、６００…除算器、６１…第一除算器、６２…第二除算器、６３…波長演算部、８０…広帯域光源、８１…光増幅器、９１…フィルタ用温度検知部、９２…発生器用温度検知部
【図１】
0006775024.tif 000002
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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