(57)【要約】【課題】高速で且つ広い波長範囲の測定を可能にする。【解決手段】回折格子２５からの回折光Ｇ１を反射するための反射体３０を、固定基板３１、３２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３３、３４と、軸部３４、３４の先端に自身の縁部が連結されて形成され、一面側に反射面が形成された反射板３５とによって構成するとともに、反射体３０の軸部３３、３４と反射板３５とからなる部分の固有振動数に対応した周波数の電気信号によって反射板３５に力を与えて、反射板３５を固有振動数またはそれに近い振動数で往復回転させている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定光を入射させるための入射部（２２、２４）と、
前記入射部から入射された被測定光を受ける回折格子（２５）と、
前記入射された被測定光に対して前記回折格子から出射される回折光を、反射面で受けて前記回折格子へ反射する反射体（３０）と、
前記反射体から出射された反射光に対して前記回折格子から出射される回折光を受ける受光素子（４５）と、
前記回折格子に対する前記反射体の反射面の角度を変化させて、前記受光素子が受光する光の波長を可変する反射体駆動手段（４１、４１′、４２、４２′、５０）とを備えた光スペクトラムアナライザにおいて、
前記反射体は、
固定基板（３１、３２）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（３３、３４）と、
前記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するための前記反射面が設けられた反射板（３５）とを有しており、
前記反射体駆動手段は、
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電気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またはそれに近い振動数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光スペクトラムアナライザ。
【請求項２】
前記反射体駆動手段は、
前記反射板の端部に前記電気信号による静電力を周期的に与えて、該反射板を前記固有振動数またはそれに近い振動数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１記載の光スペクトラムアナライザ。
【請求項３】
前記反射体駆動手段は、
前記反射板の端部に前記電気信号による電磁力を周期的に与えて、該反射板を前記固有振動数またはそれに近い振動数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１記載の光スペクトラムアナライザ。
【請求項４】
前記反射体駆動手段は、前記電気信号によって振動する振動体の振動を前記反射体に伝達して、該反射板を前記固有振動数またはそれに近い振動数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１記載の光スペクトラムアナライザ。
【請求項５】
前記回折格子と前記受光素子の間に集光レンズ（４６）を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光スペクトラムアナライザ。
【請求項６】
前記回折格子と前記受光素子の間にスリット（４７）を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光スペクトラムアナライザ。
【請求項７】
前記受光素子が異なる位置に複数設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光スペクトラムアナライザ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光の波長に対する強度の特性を測定するための光スペクトラムアナライザにおいて、高速に広い波長帯域を測定できるようにするための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光の波長に対する強度の特性を測定するシステムとして、従来から図１１に示す構成の光スペクトラムアナライザ１０が用いられている。
【０００３】
この光スペクトラムアナライザ１０では、図示しない光ファイバ等を介して入力される被測定光Ｓをコリメートレンズ１１によってビーム幅がほぼ一定の被測定光（平行光）Ｓ′に変換して、回折格子１２の回折面１２ａに入射させる。
【０００４】
回折格子１２は、この被測定光Ｓ′を回折して、被測定光Ｓ′に含まれる各波長成分をその波長に対応した角度に出射する。
【０００５】
この被測定光Ｓ′に対して回折格子１２から出射される回折光Ｇ１は、反射体１３の反射面１３ａで反射されて、その反射光Ｒが回折格子１２の回折面１２ａに入射される。
【０００６】
この反射光Ｒに対する回折格子１２の回折光Ｇ２は、受光素子１４側へ出射される。
【０００７】
また、駆動部１５は、反射体１３の反射面１３ａの角度を変化させて、受光素子１４が受光する光の波長を可変している。
【０００８】
このように構成された光スペクトラムアナライザ１０では、駆動部１５によって反射体１３を回転駆動することで、受光素子１４が受光する光の波長を所定範囲内で掃引し、被測定光に含まれる各波長の光の強度を検出できるようにしている。
【０００９】
このような構成の光スペクトラムアナライザ１０において、反射体１３と駆動部１５の構成としては、平面鏡をモータによって回転駆動する形式のものや、自由端に平面鏡が固定されたＵ字形音叉を振動させて平面鏡の角度を変化させる形式のもの（特許文献１）、あるいは圧電セラミックスからなる屈曲変位型のアクチュエータの一端側に平面鏡を固定して、このアクチュエータをその他端側を基準にして振動させる形式のもの（特許文献２）等があった。
【００１０】
【特許文献１】
特公平５−２８３３１号公報
【特許文献２】
特開平６−３４１９０１号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記したようにモータによって平面鏡を回転駆動する形式のものでは、大きな回転角は得られるが、高速な波長掃引が行なえない。
【００１２】
これに対し、前記したＵ字形音叉や圧電素子の振動を利用したものでは、高速な波長掃引は可能であるが、振動の中心が平面鏡から大きく離間しているので、平面鏡自体の角度を大きく変化させることが困難となり、広い波長範囲を測定することができないという問題があった。
【００１３】
本発明は、この問題を解決して、高速で且つ広い波長範囲の測定が可能な光スペクトラムアナライザを提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１記載の光スペクトラムアナライザは、
被測定光を入射させるための入射部（２２、２４）と、
前記入射部から入射された被測定光を受ける回折格子（２５）と、
前記入射された被測定光に対して前記回折格子から出射される回折光を、反射面で受けて前記回折格子へ反射する反射体（３０）と、
前記反射体から出射された反射光に対して前記回折格子から出射される回折光を受ける受光素子（４５）と、
前記回折格子に対する前記反射体の反射面の角度を変化させて、前記受光素子が受光する光の波長を可変する反射体駆動手段（４１、４１′、４２、４２′、５０）とを備えた光スペクトラムアナライザにおいて、
前記反射体は、
固定基板（３１、３２）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（３３、３４）と、
前記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するための前記反射面が設けられた反射板（３５）とを有しており、
前記反射体駆動手段は、
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電気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またはそれに近い振動数で往復回転させるように構成されていることを特徴としている。
【００１５】
また、本発明の請求項２の光スペクトラムアナライザは、請求項１の光スペクトラムアナライザにおいて、
前記反射体駆動手段は、
前記反射板の端部に前記電気信号による静電力を周期的に与えて、該反射板を前記固有振動数またはそれに近い振動数で往復回転させるように構成されていることを特徴としている。
【００１６】
また、本発明の請求項３の光スペクトラムアナライザは、請求項１の光スペクトラムアナライザにおいて、
前記反射体駆動手段は、
前記反射板の端部に前記電気信号による電磁力を周期的に与えて、該反射板を前記固有振動数またはそれに近い振動数で往復回転させるように構成されていることを特徴としている。
【００１７】
また、本発明の請求項４光スペクトラムアナライザは、請求項１の光スペクトラムアナライザにおいて、
前記反射体駆動手段は、前記電気信号によって振動する振動体の振動を前記反射体に伝達して、該反射板を前記固有振動数またはそれに近い振動数で往復回転させるように構成されていることを特徴としている。
【００１８】
また、本発明の請求項５の光スペクトラムアナライザは、請求項１〜４のいずれかの光スペクトラムアナライザにおいて、
前記回折格子と前記受光素子の間に集光レンズ（４６）を設けたことを特徴としている。
【００１９】
また、本発明の請求項６の光スペクトラムアナライザは、請求項１〜５のいずれかのの光スペクトラムアナライザにおいて、
前記回折格子と前記受光素子の間にスリット（４７）を設けたことを特徴としている。
【００２０】
また、本発明の請求項７の光スペクトラムアナライザは、請求項１〜６のいずれかに記載の光スペクトラムアナライザにおいて、
前記受光素子が異なる位置に複数設けられていることを特徴としている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１、図２は、本発明を適用した光スペクトラムアナライザ２０の構成を示している。
【００２２】
これらの図に示しているように、光スペクトラムアナライザ２０は基台２１上に構成されている。
【００２３】
基台２１の上面側には、高段部２１ａと低段部２１ｂとが形成されており、高段部２１ａの上には、光ファイバ２２の一端側を支持するファイバ支持部２３と、その光ファイバ２２の先端から出射された測定光Ｓをビーム幅がほぼ一定な被測定光（平行光）Ｓ′に変換して低段部２１ｂの上方へ出射するコリメートレンズ２４とが固定されている。
【００２４】
ここで、光ファイバ２２とコリメートレンズ２４は、被測定光Ｓを入射させる入射部を構成するものであるが、光ファイバ２２の先端部にレンズが一体に形成されていて、その光ファイバ２２からビーム幅がほぼ一定な被測定光Ｓ′を出射する場合には、コリメートレンズ２４を省略することができる。
【００２５】
コリメートレンズ２４（または光ファイバ２２）から出射された被測定光Ｓ′は、基台２１の低段部２１ｂの上に直立した状態で固定されている回折格子２５の回折面２５ａ（回折用溝が形成されている面）に入射される。
【００２６】
回折格子２５は、入射された被測定光Ｓ′に含まれる各波長の光成分をその波長に対応した回折角で出射する。
【００２７】
被測定光Ｓ′に対して回折格子２５が出射する回折光Ｇ１は、基台２１の低段部２１ｂ上に配置された反射体３０に入射する。
【００２８】
この反射体３０は、図３に示しているように、横長矩形で互いに平行に配置された一対の固定基板３１、３２と、両固定基板３１、３２の長辺側縁部の中央から固定基板３１、３２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３３、３４と、横長矩形で一方の長辺側縁部の中央部で軸部３３の先端に連結され、他方の一方の長辺側縁部の中央部で軸部３３の先端に連結された反射板３５とを有している。
【００２９】
この反射板３５は、捩じれ変形可能な軸部３３、３４に中心部が支持されていいるので、この軸部３３、３４を結ぶ線を中心軸として固定基板３１、３２に対して回転することができる。また、軸部３３、３４と反射板３５とからなる部分の固有振動数ｆ０は、反射板３５自体の形状や質量および軸部３３、３４のバネ定数によって決まる。
【００３０】
また、反射板３５の一面側３５ａには、光を反射するための反射面３６が形成されている。この反射面３６は、反射板３５自体を鏡面仕上げして形成したり、反射率の高い膜（図示せず）を蒸着あるいは接着して形成したものであってもよい。なお、この反射体３０は、導電性が高い基板から切り出されたものであり、導通性を有している。
【００３１】
この反射体３０は、基台２１の低段部２１ｂの上に直立した状態で固定されている支持基板４０の一面側に支持されている。
【００３２】
支持基板４０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４０ａ、４０ｂが形成されており、反射体３０の固定基板３１、３２は、この上下の支持台４０ａ、４０ｂに接した状態で固定されている。
【００３３】
また、支持基板４０の一面側中央部の両端には、反射体３０の反射板３５の両端にそれぞれ対向する電極板４１、４２がパターン形成されている。
【００３４】
この電極板４１、４２は、後述する駆動信号発生器５０とともにこの実施形態の反射体駆動手段を構成するものであり、反射板３５の両端部に静電力を交互に且つ周期的に印加して、反射板３５を往復回転運動させる。
【００３５】
このように構成された反射体３０は、回折格子２５からの回折光Ｇ１を反射板３５の反射面３６で受けて、その反射光Ｒを回折格子２５へ入射させて、回折させる。
【００３６】
受光素子４５は、基台２１の高段部２１ａに固定され、反射光Ｒに対して回折格子２５が出射する回折光Ｇ２を受光する。
【００３７】
この受光素子４５が受光する回折光Ｇ２の波長は、反射板３０の反射板３５の角度に応じて変化する。
【００３８】
また、駆動信号発生器５０は、例えば図４の（ａ）、（ｂ）に示しているように、反射体３０の電位を基準として電極板４１、４２に対して、固有振動数ｆ０に対応した周波数（固有振動数ｆ０あるいはその近傍の周波数）を有し、位相が１８０°ずれた電気信号Ｅ１、Ｅ２を印加し、電極板４１と反射板３５の一端側との間および電極板４２と反射板３５の電極板３８との間に交互に且つ周期的に静電力（引力）を与え、反射板３５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。なお、図４では、２つの信号Ｅ１、Ｅ２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。
【００３９】
また、受光素子４５の出力信号は、図示しない信号処理部において、反射板３５の角度に対応した波長毎にサンプリングされて各波長毎の光の強度を示すスペクトラムデータとしてメモリに記憶され、そのスペクトラムの波形が表示装置等に表示される。
【００４０】
このように構成された光スペクトラムアナライザ２０では、反射体３０を、一対の固定基板３１、３２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３３、３４と、軸部３３、３４の先端に自身の縁部が連結され、軸部３３、３４に対して対称な形状に形成され、一面側３５ａに反射面３６が形成された反射板３５とによって構成するとともに、反射体３０の軸部３３、３４と反射板３５とからなる部分の固有振動数ｆ０に対応した周波数の電気信号によって反射板に力を与えて、反射板３５を固有振動数ｆ０また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３５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３５の内部（この場合、中央部）にあるので、その角度変化に対して、反射板３５の反射面３６への入射光の反射角の変化量が最も大きくなり、波長掃引範囲を格段に広くすることができる。
【００４２】
なお、軸部３３、３４のバネ定数は、軸部３３、３４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３５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。
【００４３】
また、この実施形態の光スペクトラムアナライザ２０では、反射体３０を導電性の高い材料で構成していたが、反射体３０を導電性の低い材料で構成した場合には、図５に示すように、反射板３５の反対面側の両側（全面でもよい）に電極板４１、４２と対向する電極板５１、５２を設け、さらに固定基板３１、３２の背面側にも電極板５３、５４を設け、それらの電極板５１〜５４の間を接続ライン５５によって接続する。そして、支持基板４０の支持台４０ａ、４０ｂの表面に電極板５３、５４と接触する電極板５６、５７をパターン形成して、この電極板５６、５７の少なくとも一方を基準電位ラインとして前記した駆動信号発生器５０に接続すればよい。
【００４４】
また、前記した光スペクトラムアナライザ２０の反射体３０では、上下に分離した一対の固定基板３１、３２から延びた軸部３３、３４で反射板３５を上下から支持していたが、一方の固定基板３２から延びた軸部３４のみで反射板３５を支持してもよい。ただし、この場合、反射板３５の一端側に支持基板４０方向の引力を与えたときに、軸部３４が支持基板４０側に傾く恐れがあるので、反射板３５の他端側に支持基板４０から離間する方向の力を与えて、この傾きを補正する。
【００４５】
また、固定基板３１、３２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。
【００４６】
また、反射板３５の形状も任意であり、前記した横長矩形の他に、円形、楕円形、長円形、菱形、正方形、多角形等であってもよく、また、軸部３３、３４に対して非対称に形成してもよい。
【００４７】
また、高速往復回転時の空気抵抗を減らすために、反射板３５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。
【００４８】
また、前記した光スペクトラムアナライザ２０では、反射体３０の反射板３５の両端にそれぞれ対向する２つの電極板４１、４２が設けられていたが、図６に示すように、一方側の電極板（例えば電極板４１）だけによって静電力を印加してもよい。
【００４９】
また、前記した光スペクトラムアナライザ２０では、平板構造の電極板４１、４２によって反射板３５に静電力を印加していたが、図７に示すように、反射板３５の両端部を櫛歯状に形成し、支持基板４０側には、反射板３５の櫛歯状の両端部を隙間のある状態で受け入れる櫛歯電極板４１′、４２′を設け、この櫛歯電極板４１′、４２′によって反射板３５の両端部に静電力を与えてもよい。このような櫛歯構造を用いた場合、反射板３５の両端部が、櫛歯電極板４１′、４２′の隙間に入り込む位置まで回転することができる。
【００５０】
また、上記のように反射板３５の両端部を櫛歯状に形成して櫛歯電極板４１′、４２′を用いた場合には、反射板３５と櫛歯電極板４１′、４２′とが重なり合う必要がないので、図７に示しているように、支持基板４０の中央部に反射板３５とほぼ等しい幅の大きな穴４４を設けることができ、反射板３５の往復回転時に発生する空気抵抗を小さくすることができ、さらに高速な波長掃引が可能となる。
【００５１】
なお、上記のような櫛歯構造の場合でも、前記した図６に示したものと同様に、一方の櫛歯電極板（例えば櫛歯電極板４１′）だけで静電力を与えるようにしてもよい。
【００５２】
また、上記した各反射体３０は、静電力によって反射板３５を往復回転させていたが、電磁力によって反射板３５を往復回転させてもよい。
【００５３】
この場合、例えば、前記した電極板４１、４１′、４２、４２′の代わりにコイルを用い、反射板３５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および反発力によって、反射板３５を往復回転させる。
【００５４】
また、前記したように、静電力や電磁力を反射板３５に直接与える方法の他に、超音波振動子等による前記固有振動数ｆ０またはその近傍の振動を反射体３０全体に加えて、その振動を反射板３５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４０の背面側や支持台４０ａ、４０ｂの部分に設けることで、その振動を反射板３５に伝達することができる。
【００５５】
また、上記した光スペクトラムアナライザ２０では、反射体３０からの反射光Ｒに対して回折格子２５から出射される回折光Ｇ２を受光素子４５に直接入射していたが、図８に示すように、回折格子２５と受光素子４５の間に集光レンズ４６を設け、回折格子２５からの回折光Ｇ２を集光レンズ４６で集光して受光素子４５に入射させる構造のものや、図９に示すように、回折格子２５と受光素子４５の間にスリット４７を設け、回折格子２５からの回折光Ｇ２からスリット４７を通過した成分を受光素子４５に入射させる構造の光スペクトラムアナライザ２０においても、本発明を同様に適用でき、前記した各構造の反射体３０その駆動方式を用いることができる。また、図示しないが、前記集光レンズ４６で集光した光からスリット４７を通過した光成分を受光素子４５に入射してもよい。
【００５６】
また、図１０に示すように、複数（この例では３つ）の受光素子４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃを所定の間隔をあけて配置し、各受光素子毎に異なる波長帯域の回折光Ｇ２ａ〜Ｇ２ｃを受光するように構成した光スペクトラムアナライザ２０においても、本発明を同様に適用でき、前記した各構造の反射体３０およびその駆動方式を用いることができる。
【００５７】
また、図示しないが、図１０の光スペクトラムアナライザ２０の各受光素子４５Ａ〜４５Ｃの前に、前記した集光レンズ４６やスリット４７を設けたものについても本発明を適用できる。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光スペクトラムアナライザでは、回折格子からの回折光を反射するための反射体を、固定基板と、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と、軸部の先端に自身の縁部が連結されて形成され、一面側に反射面が形成された反射板とによって構成するとともに、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電気信号によって反射板に力を与えて、反射板を固有振動数またはそれに近い振動数で往復回転させている。
【００５９】
このため、反射板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内にあるため、その角度変化に対して反射板の反射面への入射光の反射角の変化量を大きくすることができ、波長掃引範囲を格段に広くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の構成を示す斜視図
【図２】本発明の実施形態の平面図
【図３】本発明の実施形態の要部の分解斜視図
【図４】本発明の実施形態の駆動信号の一例を示す図
【図５】実施形態の要部の変形例を示す図
【図６】実施形態の要部の変形例を示す図
【図７】実施形態の要部の変形例を示す図
【図８】本発明の他の実施形態の平面図
【図９】本発明の他の実施形態の平面図
【図１０】本発明の他の実施形態の平面図
【図１１】従来装置の平面図
【符号の説明】
２０……光スペクトラムアナライザ、２１……基台、２２……光ファイバ、２３……ファイバ支持部、２４……コリメートレンズ、２５……回折格子、２５ａ……回折面、３０……反射体、３１、３２……固定基板、３３、３４……軸部、３５……反射板、３６……反射面、５１〜５４、５６、５７……電極板、４０……支持基板、４１、４２……支持台、４４……穴、４５、４５Ａ〜４５Ｃ……受光素子、４６……集光レンズ、４７……スリット、５０……駆動信号発生器
【図１】
2004157082.tif 000003
【図２】
2004157082.tif 000004
【図３】
2004157082.tif 000005
【図４】
2004157082.tif 000006
【図５】
2004157082.tif 000007
【図６】
2004157082.tif 000008
【図７】
2004157082.tif 000009
【図８】
2004157082.tif 000010
【図９】
2004157082.tif 000011
【図１０】
2004157082.tif 000012
【図１１】
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