JP2001356008A - 光デバイス長計測装置、方法、記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光ファイバなどの光デバイスが長くなって
も、長さを計測することができる装置を提供する。 【解決手段】 光デバイス３０に入射光を入射して、光
デバイス３０を透過した透過光を利用して光デバイス長
を計測する光デバイス長計測装置であって、入射光を発
生する入射光光源１０と、入射光の周波数をｆ１とｆ２
とに設定する周波数設定部２０と、ｆ１の入射光に対応
する透過光の第一の位相φ１とｆ２の入射光に対応する
透過光の第二の位相φ２とを計測する位相計測部４０
と、ｆ１、ｆ２、φ１、φ２から光デバイス３０の長さ
Ｌまたは入射光が入射されてから透過光が出力されるま
での時間ｔを求める光デバイス長演算部６０と、を備
え、周期を考慮した場合の透過光のφ１とφ２との差が
２π以内であるので、ｔ＝Δφ／（Δｆ×２π）であ
り、ｔからＬが求められるので、定規を使わずにすみ、
光デバイスが長くなっても、長さを計測することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバなどの
光デバイスの長さを測定する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバの長さを測定するにあたって
は、光ファイバをまっすぐに伸ばして定規などで測定す
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光ファ
イバは、時には、太平洋を横断して日米を結ぶようなこ
とがある。このような場合は、光ファイバは大変に長
く、とても定規などで測定することができない。

【０００４】そこで、本発明は、光ファイバなどの光デ
バイスが長くなっても、長さを計測することができる装
置等を提供することを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、光デバイスに入射光を入射して、光デバイスを透過
した透過光を利用して光デバイス長を計測する光デバイ
ス長計測装置であって、入射光を発生する入射光光源
と、入射光の周波数を第一の周波数と第二の周波数とに
設定する周波数設定手段と、第一の周波数の入射光に対
応する透過光の第一の位相と第二の周波数の入射光に対
応する透過光の第二の位相とを計測する位相計測手段
と、第一の周波数と透過光の第一の位相および第二の周
波数と透過光の第二の位相から光デバイスの長さまたは
入射光が入射されてから透過光が出力されるまでの時間
を求める光デバイス長演算手段と、を備え、周期を考慮
した場合の透過光の第一の位相と透過光の第二の位相と
の差が２π以内である、ように構成される。

【０００６】光デバイスとは、例えば光ファイバである
が、光ファイバには限定しない。

【０００７】第一の周波数と第二の周波数との差をΔ
ｆ、透過光の第一の位相と透過光の第二の位相との差を
Δφとすれば、ｔ＝Δφ／（Δｆ×２π）となる。ただ
し、ｔは光デバイスを入射光が透過するのにかかった時
間である。なお、周期を考慮した場合の透過光の第一の
位相と透過光の第二の位相との差が２π以内であるの
で、透過光の第一の位相と透過光の第二の位相との差を
計測できる。ここでいう、「周期を考慮した場合」とい
う語句の意味するところは、１周期ごとに２π加算して
いくということである。ある波の位相が３周期目でπだ
った場合は、周期を考慮した場合は、２周期経過してい
るので２π×２＋π＝５πである。

【０００８】また、光デバイス長をＬ、光速をｃ、光デ
バイスの屈折率をｒとすれば、Ｌ＝（ｃ／ｒ）×ｔとな
る。

【０００９】よって、光デバイス長演算手段は、第一の
周波数と透過光の第一の位相および第二の周波数と透過
光の第二の位相から光デバイスの長さＬまたは入射光が
入射されてから透過光が出力されるまでの時間ｔを、上
記の式を用いて求めることができる。

【００１０】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明であって、第一の周波数と第二の周波数とが複数
ある、ように構成される。

【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の発明であって、第一の周波数と第二の周波数との間隔
が等間隔であり、第二の周波数を第一の周波数として、
さらに第二の周波数をとる、ように構成される。

【００１２】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
の発明であって、周波数設定手段が入射光の周波数を第
一の周波数、第二の周波数、第三の周波数および第四の
周波数に設定し、第三の周波数と第四の周波数とが複数
あり、第三の周波数と第四の周波数との間隔が等間隔で
あり、第四の周波数を第三の周波数として、さらに第四
の周波数をとり、第一の周波数と第二の周波数との間隔
をｍ倍（ｍ＞１の正の数）したものが、第三の周波数と
第四の周波数との間隔であり、光デバイス長演算手段が
第一の周波数と透過光の第一の位相と第二の周波数と透
過光の第二の位相と第三の周波数と第三の周波数に対応
する透過光の第三の位相と第四の周波数と第四の周波数
に対応する透過光の第四の位相とから光デバイスの長さ
または入射光が入射されてから透過光が出力されるまで
の時間を求める、ように構成される。

【００１３】請求項５に記載の発明は、請求項４に記載
の発明であって、光デバイス長演算手段が光デバイスの
長さまたは入射光が入射されてから透過光が出力される
までの時間を求めた後に、第三の周波数と第四の周波数
との間隔を、第一の周波数と第二の周波数との間隔をｍ
×ｑ倍（ｍ＞１の正の数、かつｑ＞１の正の数）して、
光デバイス長演算手段が光デバイスの長さまたは入射光
が入射されてから透過光が出力されるまでの時間をさら
に求める、ように構成される。

【００１４】請求項６に記載の発明は、請求項５に記載
の発明であって、ｑをユーザが任意に選択できるように
構成される。

【００１５】請求項７に記載の発明は、請求項５または
６に記載の発明であって、光デバイス長演算手段が光デ
バイスの長さまたは入射光が入射されてから透過光が出
力されるまでの時間をさらに求める際に、それ以前に求
めた透過光が出力されるまでの時間に基づく制限時間を
超えてもなお透過光を位相計測手段が検出できない場合
は、計測を中止する、ように構成される。

【００１６】請求項８に記載の発明は、請求項１ないし
７のいずれか一項に記載の発明であって、周波数設定手
段は、変調用電気信号を発生し、変調用電気信号の周波
数を第一の周波数と第二の周波数とに設定できる周波数
可変電源と、入射光光源の発生した入射光を、周波数可
変電源の発生した変調用電気信号により変調する光変調
手段と、を備えるように構成される。

【００１７】請求項９に記載の発明は、請求項８に記載
の発明であって、位相計測手段は、透過光を計測用電気
信号に変換する光電変換手段と、計測用電気信号と変調
用電気信号との位相差を計測する位相比較手段と、を備
えるように構成される。

【００１８】請求項１０に記載の発明は、光デバイスに
入射光を入射して、光デバイスを透過した透過光を利用
して光デバイス長を計測する光デバイス長計測方法であ
って、入射光を発生する入射光発生工程と、入射光の周
波数を第一の周波数と第二の周波数とに設定する周波数
設定工程と、第一の周波数の入射光に対応する透過光の
第一の位相と第二の周波数の入射光に対応する透過光の
第二の位相とを計測する位相計測工程と、第一の周波数
と透過光の第一の位相および第二の周波数と透過光の第
二の位相から光デバイスの長さまたは入射光が入射され
てから透過光が出力されるまでの時間を求める光デバイ
ス長演算工程と、を備え、周期を考慮した場合の透過光
の第一の位相と透過光の第二の位相との差が２π以内で
ある、光デバイス長計測方法である。

【００１９】請求項１１に記載の発明は、光デバイスに
入射光を入射して、光デバイスを透過した透過光を利用
して光デバイス長を計測する光デバイス長計測処理をコ
ンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコ
ンピュータによって読み取り可能な記録媒体であって、
入射光を発生する入射光発生処理と、入射光の周波数を
第一の周波数と第二の周波数とに設定する周波数設定処
理と、第一の周波数の入射光に対応する透過光の第一の
位相と第二の周波数の入射光に対応する透過光の第二の
位相とを計測する位相計測処理と、第一の周波数と透過
光の第一の位相および第二の周波数と透過光の第二の位
相から光デバイスの長さまたは入射光が入射されてから
透過光が出力されるまでの時間を求める光デバイス長演
算処理と、を備え、周期を考慮した場合の透過光の第一
の位相と透過光の第二の位相との差が２π以内である、
記録媒体である。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００２１】第一の実施形態 図１は、本発明の第一の実施形態にかかる光デバイス長
計測装置の構成を示すブロック図である。光デバイス長
計測装置は、入射光光源１０、周波数設定部２０、位相
計測部４０、計測データ記録部５０、光デバイス長演算
部６０を備える。光デバイス（DUT：Device Under Tes
t）３０は、光デバイス長計測装置の計測対象である。
光デバイス３０は、入射光が入射されると、透過光を出
力するものである。例えば、光ファイバなどである。

【００２２】入射光光源１０は、入射光を発生し、該入
射光の強度が一定な光源である。入射光光源１０は、例
えばＣＷ光源（Carrier Wave Light）である。すなわ
ち、光の強度が一定で、無変調なものである。いわば、
直流光を発生する光源である。

【００２３】周波数設定部２０は、入射光の周波数を第
一の周波数ｆ１[Hz]と第二の周波数ｆ２[Hz]とに設定す
る。周波数設定部２０は、交流電源２２ａ、周波数設定
器２２ｂ、光変調器２４を有する。交流電源２２ａは交
流電気である変調用電気信号を発生し、光変調器２４お
よび後述する位相比較器４４に変調用電気信号を送る。
周波数設定器２２ｂは交流電源２２ａの変調用電気信号
の周波数を第一の周波数ｆ１[Hz]または第二の周波数ｆ
２[Hz]に設定する。交流電源２２ａと周波数設定器２２
ｂとは周波数可変電源を構成する。光変調器２４は、入
射光光源１０の発生する入射光を変調用電気信号によっ
て変調し、入射光がｆ１[Hz]またはｆ２[Hz]の周波数を
もつようにして、光デバイス３０に送る。

【００２４】位相計測部４０は、光デバイス３０から出
力される透過光の位相を計測する。すなわち、変調用電
気信号の周波数が第一の周波数ｆ１[Hz]のときの透過光
の位相φ１[rad]（第一の位相）および変調用電気信号
の周波数が第二の周波数ｆ２[Hz]のときの透過光の位相
φ２[rad]（第二の位相）を計測する。位相計測部４０
は、光電変換部４２、位相比較器４４を有する。光電変
換部４２は、透過光を計測用電気信号に変換する。位相
比較器４４は、変調用電気信号Ａと計測用電気信号Ｂと
の位相を比較することで、透過光の位相を計測する。位
相比較器４４による透過光の位相の計測の原理を図２を
用いて説明する。

【００２５】変調用電気信号Ａは、電気の流れる速度に
比べて充分短い経路を通って位相比較器４４に入力され
る。よって、交流電源２２ａが変調用電気信号を発生す
ると同時に、変調用電気信号が位相比較器４４に入力さ
れるとみなすことができる。そこで、変調用電気信号Ａ
が検出され始める時刻をtime＝０とする。次に、計測用
電気信号Ｂの検出され始める時刻をtime＝ｔとする。ti
me＝ｔのときの変調用電気信号Ａの位相を計測すれば、
その計測結果が透過光の位相である。図２の例でいえ
ば、透過光の位相は最小値−π、最大値πである。time
＝ｔのときの変調用電気信号Ａの位相はおよそ0.9π程
度であるので、透過光の位相は0.9π程度である。

【００２６】ここでいう、透過光の位相は、周期を考慮
しないものである。逆に、「周期を考慮する」とは、１
周期ごとに２π加算していくということである。ある波
の位相が３周期目でπだった場合は、周期を考慮した場
合は、２周期経過しているので２π×２＋π＝５πであ
る。なお、周期を考慮した場合の、第一の透過光の位相
と第二の透過光の位相との差を２π以内にするように、
周波数設定器２２ｂにおいて、第一の周波数ｆ１、第二
の周波数ｆ２を調整しておく。

【００２７】計測データ記録部５０は、位相比較器４４
からは透過光の位相を、周波数設定器２２ｂからは設定
された周波数を、受け取る。計測データ記録部５０は、
さらに、第一計測データ記録テーブル５０ａに、設定さ
れた周波数および透過光の位相を記録する。第一計測デ
ータ記録テーブル５０ａの記録内容を図３に示す。第一
計測データ記録テーブル５０ａには、第一の周波数ｆ１
[Hz]に対応して、変調用電気信号の周波数が第一の周波
数ｆ１[Hz]のときの透過光の位相φ１[rad]（第一の位
相）、が記録されている。第一計測データ記録テーブル
５０ａには、さらに、変調用電気信号の周波数が第二の
周波数ｆ２[Hz]のときの透過光の位相φ２[rad]（第二
の位相）、が記録されている。

【００２８】光デバイス長演算部６０は、第一の周波数
ｆ１[Hz]、透過光の第一の位相φ１[rad]、第二の周波
数ｆ２[Hz]、透過光の第二の位相φ２[rad]から、光デ
バイスの長さまたは入射光が入射されてから透過光が出
力されるまでの時間を求める。

【００２９】ｆ２−ｆ１＝Δｆ、φ２−φ１＝Δφとす
れば、ｔ＝Δφ／（Δｆ×２π）となる。ただし、ｔは
光デバイスを入射光が透過するのにかかった時間であ
る。なお、周期を考慮した場合の透過光の第一の位相と
透過光の第二の位相との差が２π以内になるようにｆ
１、ｆ２を設定してある。よって、周期を考慮していな
い場合の透過光の第一の位相と透過光の第二の位相との
差がΔφに等しいため、ｔ＝Δφ／（Δｆ×２π）が成
立する。

【００３０】また、光デバイス長をＬ、光速をｃ、光デ
バイスの屈折率をｒとすれば、Ｌ＝（ｃ／ｒ）×ｔとな
る。

【００３１】次に、第一の実施形態の動作について説明
する。図４は、第一の実施形態の動作を示すフローチャ
ートである。まず、変数ｉを１にしておく（Ｓ１０）。
次に、変数ｉが２を超えないなら（Ｓ１２、Ｎｏ）、ｆ
ｉを記録する（Ｓ１４）。すなわち、周波数設定器２２
ｂから、周波数ｆ１またはｆ２を計測データ記録部５０
に送り、第一計測データ記録テーブル５０ａに周波数ｆ
１またはｆ２を記録する。

【００３２】そして、周波数ｆ１またはｆ２の入射光が
光デバイス３０に入射され、透過光の位相φ１またはφ
２が、位相計測部４０により計測される（Ｓ１６）。そ
して、透過光の位相φ１またはφ２は、位相比較器４４
から計測データ記録部５０に送られ、第一計測データ記
録テーブル５０ａに透過光の位相φ１またはφ２を記録
する（Ｓ１８）。そして、変数ｉを１増加させておく
（Ｓ２０）。そして、変数ｉの大きさの判定（Ｓ１２）
に戻る。変数ｉが２を超えたならば（Ｓ１２、Ｙｅ
ｓ）、それは、ｆ１、ｆ２、φ１、φ２の全てを第一計
測データ記録テーブル５０ａに記録し終えたことになる
ので、光デバイス長演算部６０はｆ１、ｆ２、φ１、φ
２を第一計測データ記録テーブル５０ａから読み出し
て、光デバイスの長さＬまたは入射光が入射されてから
透過光が出力されるまでの時間ｔを求める（Ｓ２２）。

【００３３】光デバイス長演算部６０の演算方法につい
て、図５および図６を用いて説明する。まず、透過光の
位相φ１は図５に示す式（１）、透過光の位相φ２は図
５に示す式（２）のように表される。式（１）（２）に
おけるφ１、φ２は周期を考慮したものである。ここ
で、図５に示す式（３）のようにΔφ、式（４）のよう
にΔｆを置く。すると、式（２）から式（１）を引け
ば、図５に示す式（５）のようになる。位相比較器４４
においては、位相差が−πからπまでしか計測できな
い。しかし、周期を考慮しても、φ１とφ２との差は２
π以内であるようにｆ１、ｆ２を調整してあるので、位
相比較器４４の出力するφ１、φ２（周期を考慮してい
ない）を用いて、φ２−φ１を計算すれば、Δφを求め
られる。式（５）において、Δφ、Δｆともに計測でき
るため、入射光が入射されてから透過光が出力されるま
での時間ｔを求めることができる。２π×ｔは、図６に
示す両端が（ｆ１，φ１）（ｆ２，φ２）の直線の傾き
に相当する。ｔが求まれば、光デバイス長をＬ、光速を
ｃ、光デバイスの屈折率をｒとすれば、図５に示す式
（６）を用いて光デバイス長Ｌを求めることができる。

【００３４】第一の実施形態によれば、光デバイスの長
さ計測の際に、定規などを用いて光ファイバなどの光デ
バイスを計測する必要がなくなる。

【００３５】第二の実施形態 本発明の第二の実施形態にかかる光デバイス長計測装置
は、第一の実施形態に比較して、設定する周波数の個数
が多いことが異なる。

【００３６】第二の実施形態にかかる光デバイス長計測
装置の構成は第一の実施形態と同様である。次に、第二
の実施形態の動作を説明する。図７は、第二の実施形態
の動作を示すフローチャートである。

【００３７】まず、変数ｉを１にしておく（Ｓ１０）。
次に、変数ｉがｎを超えないなら（Ｓ１２、Ｎｏ）、ｆ
ｉを記録する（Ｓ１４）。すなわち、周波数設定器２２
ｂから、周波数ｆｉ（ｉ＝１からｎ）を計測データ記録
部５０に送り、第一計測データ記録テーブル５０ａに周
波数ｆｉ（ｉ＝１からｎ）を記録する。なお、ｎは、周
波数を設定する個数であり、３以上の整数である。

【００３８】そして、周波数ｆｉ（ｉ＝１からｎ）の入
射光が光デバイス３０に入射され、透過光の位相φｉ
（ｉ＝１からｎ）が、位相計測部４０により計測される
（Ｓ１６）。そして、透過光の位相φｉ（ｉ＝１から
ｎ）は、位相比較器４４から計測データ記録部５０に送
られ、第一計測データ記録テーブル５０ａに透過光の位
相φｉ（ｉ＝１からｎ）を記録する（Ｓ１８）。そし
て、変数ｉを１増加させておく（Ｓ２０）。そして、変
数ｉの大きさの判定（Ｓ１２）に戻る。変数ｉがｎを超
えたならば（Ｓ１２、Ｙｅｓ）、それは、ｆｉ（ｉ＝１
からｎ）、φｉ（ｉ＝１からｎ）の全てを第一計測デー
タ記録テーブル５０ａに記録し終えたことになるので、
光デバイス長演算部６０はｆｉ（ｉ＝１からｎ）、φｉ
（ｉ＝１からｎ）を第一計測データ記録テーブル５０ａ
から読み出して、光デバイスの長さＬまたは入射光が入
射されてから透過光が出力されるまでの時間ｔを求める
（Ｓ２２）。

【００３９】光デバイス長演算部６０の演算方法につい
て、図８および図９を用いて説明する。図８（ａ）は、
ランダムに周波数を設定した場合の、位相−周波数線図
である。すなわち、第一の周波数ｆ１およびｆ３、第二
の周波数ｆ２およびｆ４としている。しかも、ｆ１（ｆ
２）とｆ３（ｆ４）とは特に関係はない。図８（ａ）に
示すように、（ｆ１，φ１）（ｆ２，φ２）（ｆ３，φ
３）（ｆ４，φ４）の４点が計測結果として得られる。
そこで、この４点を用いて、最小自乗法などにより、４
点の最も近くを通る直線を求めれば、その直線の傾きが
２π×ｔとなる。あるいは、（ｆ１，φ１）と（ｆ２，
φ２）とを結ぶ直線の傾きと、（ｆ３，φ３）と（ｆ
４，φ４）とを結ぶ直線の傾きと、の平均をとっても、
２π×ｔとなる。よって、光デバイスを入射光が透過す
るのにかかった時間ｔを求めることができる。そして、
図５に示す式（６）のようにして、光デバイス長Ｌを求
められる。

【００４０】ここで、位相計測の誤差をΔφａ、光デバ
イス長計測の誤差をΔＬとすれば、図５に示す式（５）
によりｔを求めた結果を式（６）に代入し、ＬをΔＬ
に、ΔφをΔφａに置き換えて、図８（ｃ）に示す関係
を得る。図８（ｃ）に示す関係からわかるように、Δｆ
が大きいほど、光デバイス長計測の誤差ΔＬは小さくな
る。図８（ａ）に示すような場合は、ｆ４−ｆ１＝Δｆ
となり、Δｆを大きくとることができるので、光デバイ
ス長計測の誤差ΔＬは小さくなる。

【００４１】図８（ｂ）は、周波数をｆ１からｆｎまで
ｎ点、等間隔にとった場合の位相−周波数線図である。
周波数の設定方法について図９を参照して説明する。

【００４２】まず、図９（ａ）を参照して、第一の周波
数をｆ１、第二の周波数をｆ２、とし、ｆ２−ｆ１＝Δ
ｆ’とする。Δｆ’は、周期を考慮してもφ１とφ２の
差が２π以内であるように調整しておく。次に、第二の
周波数ｆ２を第一の周波数として、さらに第二の周波数
ｆ３をとる。ここで、ｆ３−ｆ２＝Δｆ’とする。この
ようにして、ｆ３、ｆ４、…と設定していき、ｆｎまで
設定する。このとき、第一計測データ記録テーブル５０
ａの記録内容は、図９（ｂ）のようになる。

【００４３】ここで、図８（ｂ）に戻ると、（ｆｉ，φ
ｉ）（ｉ＝１からｎ）のｎ点が計測結果として得られ
る。そこで、このｎ点を用いて、最小自乗法などによ
り、ｎ点の最も近くを通る直線を求めれば、その直線の
傾きが２π×ｔとなる。よって、光デバイスを入射光が
透過するのにかかった時間ｔを求めることができる。そ
して、図５に示す式（６）のようにして、光デバイス長
Ｌを求められる。

【００４４】図８（ｂ）のように、周波数をｆ１からｆ
ｎまでｎ点、等間隔にとった場合は、Δｆ＝（ｎ−１）
×Δｆ’となる。よって、２点だけで計測するよりも、
Δｆが大きいので、光デバイス長計測の誤差ΔＬは小さ
くなる。

【００４５】第三の実施形態 本発明の第三の実施形態にかかる光デバイス長計測装置
は、第二の実施形態に比較して、設定する周波数の間隔
をｍ倍（ｍ＞１の正の数、一般的には１ｋ＝１０００程
度）して、位相−周波数のデータを計測する点が異な
る。

【００４６】図１０は、本発明の第三の実施形態にかか
る光デバイス長計測装置の構成を示すブロック図であ
る。以下、第一および第二の実施形態と同様な部分は同
じ番号を付して説明を省略する。

【００４７】周波数設定器２２ｂは、第一（第二）の周
波数ｆｉ１[Hz]（ｉ＝１からｎ）および第三（第四）周
波数ｆｉ２[Hz]（ｉ＝１からｎ）を設定する。

【００４８】計測データ記録部５０は、第一計測データ
記録テーブル５０ａと、第二計測データ記録テーブル５
０ｂとを有する。計測データ記録テーブル５０ａ、ｂの
記録内容を図１１を用いて説明する。

【００４９】第一計測データ記録テーブル５０ａの記録
内容を図１１（ａ）に示す。図８（ｂ）および図９で説
明したものと同様に、ｆ１１を第一、ｆ２１を第二の周
波数とし、次に、ｆ２１を第一の周波数としてｆ３１を
第二の周波数として設定し、ｆｎ１まで設定していく。
このとき、ｆ２１−ｆ１１＝ｆ３１−ｆ２１＝…＝Δ
ｆ’となるように設定していく。

【００５０】第二計測データ記録テーブル５０ｂの記録
内容を図１１（ｂ）に示す。ｆ１２を第三、ｆ２２を第
四の周波数とし、次に、ｆ２２を第三の周波数としてｆ
３２を第四の周波数として設定し、ｆｎ２まで設定して
いく。第三および第四の周波数の示すものは図１１
（ｃ）に示してある。このとき、ｆ２２−ｆ１２＝ｆ３
２−ｆ２２＝…＝ｍΔｆ’となるように設定していく。
ｍは、ｍ＞１の正の数であり、一般的には１ｋ＝１００
０程度である。なお、ｆ１２＝ｆ１１としておく。

【００５１】光デバイス長演算部６０は、第一演算部６
０ａ、第二演算部６０ｂ、第三演算部６０ｃを有する。
第一演算部６０ａは、第一計測データ記録テーブル５０
ａから、第一（第二）の周波数ｆｉ１[Hz]（ｉ＝１から
ｎ）および第一（第二）の位相φｉ１[Hz]（ｉ＝１から
ｎ）を読み出し、周波数がｆｎ２のときの位相を求め
る。第二演算部６０ｂは、第二計測データ記録テーブル
５０ｂから、第三（第四）の周波数ｆｉ２[Hz]（ｉ＝１
からｎ）および第三（第四）の位相φｉ２[Hz]（ｉ＝１
からｎ）を読み出し、周波数がｆｎ２のときの位相を求
める。第三演算部６０ｃは、第一演算部６０ａの演算結
果と第二演算部６０ｂの演算結果との差から、周波数の
間隔をｍ倍したことによる周期のずれｐを求め、さらに
光デバイス長Ｌ、入射光が光デバイスを透過する時間ｔ
を求める。

【００５２】次に、第三の実施形態の動作を説明する。
図１２は、第三の実施形態の動作を示すフローチャート
である。Ｓ１０〜Ｓ３２は、第二の実施形態と同様であ
る。

【００５３】まず、変数ｉを１にしておく（Ｓ１０）。
次に、変数ｉがｎを超えないなら（Ｓ１２、Ｎｏ）、ｆ
ｉ１（ｉ＝１からｎ）を記録する（Ｓ１４）。すなわ
ち、周波数設定器２２ｂから、周波数ｆｉ１（ｉ＝１か
らｎ）を計測データ記録部５０に送り、第一計測データ
記録テーブル５０ａに周波数ｆｉ１（ｉ＝１からｎ）を
記録する。なお、ｎは、周波数を設定する個数であり、
３以上の整数である。

【００５４】そして、周波数ｆｉ１（ｉ＝１からｎ）の
入射光が光デバイス３０に入射され、透過光の位相φｉ
１（ｉ＝１からｎ）が、位相計測部４０により計測され
る（Ｓ１６）。そして、透過光の位相φｉ１（ｉ＝１か
らｎ）は、位相比較器４４から計測データ記録部５０に
送られ、第一計測データ記録テーブル５０ａに透過光の
位相φｉ１（ｉ＝１からｎ）を記録する（Ｓ１８）。そ
して、変数ｉを１増加させておく（Ｓ２０）。そして、
変数ｉの大きさの判定（Ｓ１２）に戻る。変数ｉがｎを
超えたならば（Ｓ１２、Ｙｅｓ）、それは、ｆｉ１（ｉ
＝１からｎ）、φｉ１（ｉ＝１からｎ）の全てを第一計
測データ記録テーブル５０ａに記録し終えたことにな
る。

【００５５】そこで、周波数ｆｉ２（ｉ＝１からｎ）、
位相φｉ２（ｉ＝１からｎ）の計測、記録を行う。ま
ず、変数ｉを１にしておく（Ｓ３０）。次に、変数ｉが
ｎを超えないなら（Ｓ３２、Ｎｏ）、ｆｉ２（ｉ＝１か
らｎ）を記録する（Ｓ３４）。すなわち、周波数設定器
２２ｂから、周波数ｆｉ２（ｉ＝１からｎ）を計測デー
タ記録部５０に送り、第二計測データ記録テーブル５０
ｂに周波数ｆｉ２（ｉ＝１からｎ）を記録する。

【００５６】そして、周波数ｆｉ２（ｉ＝１からｎ）の
入射光が光デバイス３０に入射され、透過光の位相φｉ
２（ｉ＝１からｎ）が、位相計測部４０により計測され
る（Ｓ３６）。そして、透過光の位相φｉ２（ｉ＝１か
らｎ）は、位相比較器４４から計測データ記録部５０に
送られ、第二計測データ記録テーブル５０ｂに透過光の
位相φｉ２（ｉ＝１からｎ）を記録する（Ｓ３８）。そ
して、変数ｉを１増加させておく（Ｓ４０）。そして、
変数ｉの大きさの判定（Ｓ３２）に戻る。変数ｉがｎを
超えたならば（Ｓ３２、Ｙｅｓ）、それは、ｆｉ２（ｉ
＝１からｎ）、φｉ２（ｉ＝１からｎ）の全てを第二計
測データ記録テーブル５０ｂに記録し終えたことにな
る。

【００５７】そこで、第一演算部６０ａは、第一計測デ
ータ記録テーブル５０ａから、第一（第二）の周波数ｆ
ｉ１[Hz]（ｉ＝１からｎ）および第一（第二）の位相φ
ｉ１[Hz]（ｉ＝１からｎ）を読み出し、周波数がｆｎ２
のときの位相を求める（Ｓ５０）。周波数がｆｎ２のと
きの位相の求め方を図１３を用いて説明する。

【００５８】周波数がｆｎ２のときの位相とは、図１３
（ａ）の仮想点８０の位相φｎ３をいう。φｎ３は、
ｍ、φｎ１、φ１１が既知なので、図１３（ｂ）の式か
ら求めることができる。

【００５９】ここで、図１２に戻り、第二演算部６０ｂ
は、第二計測データ記録テーブル５０ｂから、第三（第
四）の周波数ｆｉ２[Hz]（ｉ＝１からｎ）および第三
（第四）の位相φｉ２[Hz]（ｉ＝１からｎ）を読み出
し、周波数がｆｎ２のときの位相を求める（Ｓ５１）。
周波数がｆｎ２のときの位相とは、図１３（ａ）でいう
ところのφｎ２に相当する。

【００６０】φｎ３とφｎ２とは一致しない。それは、
周波数の間隔をｍ倍したことに起因するものである。こ
の点を図１３を用いて説明する。周波数ｆ２２のときの
透過光の位相を、第三（第四）の周波数ｆｉ２[Hz]（ｉ
＝１からｎ）および第三（第四）の位相φｉ２[Hz]（ｉ
＝１からｎ）から求めるとする。ｆ１２とｆ２２との間
隔が大きいため、周期を考慮したときのφ１２とφ２２
との位相差が２πを超えることになる。しかし、位相比
較器４４で測定できる位相差は−πからπまでなので、
真の位相差から、２π×ｐずれることになる。ただし、
ｐは正の整数である。ｆｎ２においては、位相のずれが
ｎ倍になり、ｎ×２π×ｐとなる。

【００６１】第三演算部６０ｃは、第一演算部６０ａの
演算結果φｎ３と第二演算部６０ｂの演算結果φｎ２と
の差から、周波数の間隔をｍ倍したことによる周期のず
れｐを求める。φｎ３−φｎ２をｎ×２πで割ればよい
（Ｓ５２）。ここで、ｐがわかれば、入射光周波数ｆｎ
２のときの真の透過光の位相がわかるので、第三演算部
６０ｃは、さらに光デバイス長Ｌ、入射光が光デバイス
を透過する時間ｔを求める（Ｓ５４）。例えば、（ｆｎ
２、真の位相）と（ｆ１１、φ１１）とを結ぶ直線の傾
きを２πで割ってｔを求めることができる（図５式
（５）参照）。

【００６２】第三の実施形態によれば、図８におけるΔ
ｆはｆｎ２−ｆ１１（図１３（ａ）参照）となる。これ
は、ｆｎ１―ｆ１１のｍ倍（例えば、１０００倍）にな
るため、光デバイス長の計測精度が飛躍的に高まる。

【００６３】第四の実施形態本発明の第四の実施形態に
かかる光デバイス長計測装置は、第三の実施形態に比較
して、周波数の間隔をさらに増加させて計測を行い、し
かもある所定の制限時間になっても、計測用電気信号Ｂ
を検知できなければ、計測を中止する点が異なる。

【００６４】第四の実施形態にかかる光デバイス長計測
装置の構成は第三の実施形態と同様である。次に、第四
の実施形態の動作を説明する。図１４は、第四の実施形
態の動作を示すフローチャートである。

【００６５】まず、第一（第二）の周波数ｆｉ１[Hz]
（ｉ＝１からｎ）および第一（第二）の位相φｉ１[Hz]
（ｉ＝１からｎ）を第一計測データ記録テーブル５０ａ
に記録する（Ｓ１００）。これは、図１２のＳ１０から
Ｓ２０および図７のＳ２２に相当する。

【００６６】次に、位相比較器４４が、変調用電気信号
Ａを検出してから、制限時間ｔ’だけ経過しても、計測
用電気信号Ｂが取得できない（Ｓ１０１、Ｙｅｓ）なら
ば異常発生とみて、計測を終了する。制限時間ｔ’は光
デバイスを入射光が透過する時間ｔに、所定の係数α
（α＞１）をかけたものでもよいし、所定の時間β（β
＞０）を加えたものでもよい。

【００６７】もし、位相比較器４４が、変調用電気信号
Ａを検出してから、制限時間ｔ’経過するまでに、計測
用電気信号Ｂが取得できれば（Ｓ１０１、Ｎｏ）、第三
（第四）の周波数ｆｉ２[Hz]（ｉ＝１からｎ）および第
三（第四）の位相φｉ２[Hz]（ｉ＝１からｎ）を第二計
測データ記録テーブル５０ｂに記録する（Ｓ１０２）。
これは、図１２のＳ３０からＳ４０に相当する。そし
て、Ｌ、ｔを計測する（Ｓ１０４）。これは、図１２の
Ｓ５０からＳ５４に相当する。

【００６８】ここで、ユーザが、計測精度を向上させる
ために、周波数間隔をさらにｑ倍することを設定してい
れば（Ｓ１０６、Ｙｅｓ）、周波数の間隔をさらにｑ倍
して（Ｓ１０８）、計測を続行する。ｑは一般的には、
１００程度である。ｍは第三の実施形態で説明したよう
に、一般的には１０００程度であるので、ユーザは周波
数の間隔を１ｋ、１００ｋ、１０Ｍ、１Ｇ、…倍にでき
る。ｑが設定されていなければ（Ｓ１０６、Ｎｏ）、計
測を終了する。

【００６９】なお、周波数の間隔をｑ倍にして再度、
Ｌ、ｔを計測する際には、以前に求めたｆｎ２における
真の位相（図１５参照）を使用して、さらなる仮想点８
０の位相（図１５参照）を求める。すなわち、誤差がか
なり取り除かれている真の位相を使用する。よって、再
度Ｌ、ｔを計測すれば、さらに精度良く計測できる。し
かも、Δｆが大きくなるため、さらに精度良く計測でき
る。

【００７０】また、上記の実施形態は、以下のようにし
て実現できる。ＣＰＵ、ハードディスク、メディア（フ
ロッピーディスク、ＣＤ−ＲＯＭなど）読み取り装置を
備えたコンピュータのメディア読み取り装置に、上記の
各部分を実現するプログラムを記録したメディアを読み
取らせて、ハードディスクにインストールする。このよ
うな方法でも、上記の機能を実現できる。

【００７１】

【発明の効果】本発明によれば、光ファイバなどの光デ
バイスが長くなっても、定規などを使用しているわけで
はないため、光ファイバなどの光ファイバの長さを計測
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施形態にかかる光デバイス長
計測装置の構成を示すブロック図である。

【図２】位相比較器４４による透過光の位相の計測の原
理を説明した図である。

【図３】第一計測データ記録テーブル５０ａの記録内容
を示す図である。

【図４】第一の実施形態の動作を示すフローチャートで
ある。

【図５】光デバイス長演算部６０の演算方法を示す数式
である。

【図６】位相−周波数線図である。

【図７】第二の実施形態の動作を示すフローチャートで
ある。

【図８】光デバイス長演算部６０の演算方法を示す線
図、数式である。

【図９】第一および第二周波数の設定方法を示す図であ
る。

【図１０】本発明の第三の実施形態にかかる光デバイス
長計測装置の構成を示すブロック図である。

【図１１】計測データ記録テーブル５０ａ、ｂの記録内
容を示す図である。

【図１２】第三の実施形態の動作を示すフローチャート
である。

【図１３】周波数がｆｎ２のときの位相の求め方を示す
図である。

【図１４】第四の実施形態の動作を示すフローチャート
である。

【図１５】周波数間隔をｑ倍して、再度計測するときの
概念的な位相―周波数線図である。

【符号の説明】

１０ 入射光光源 ２０ 周波数設定部 ２２ａ 交流電源 ２２ｂ 周波数設定器 ２４ 光変調器 ３０ 光デバイス ４０ 位相計測部 ４２ 光電変換部 ４４ 位相比較器 ５０ 計測データ記録部 ５０ａ 第一計測データ記録テーブル ５０ｂ 第二計測データ記録テーブル ６０ 光デバイス長演算部 ６０ａ 第一演算部 ６０ｂ 第二演算部 ６０ｃ 第三演算部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 賢一 東京都練馬区旭町１丁目32番１号 株式会 社アドバンテスト内 (72)発明者 木村 栄司 東京都練馬区旭町１丁目32番１号 株式会 社アドバンテスト内 (72)発明者 富 隆久 東京都練馬区旭町１丁目32番１号 株式会 社アドバンテスト内 (72)発明者 堀内 幸夫 埼玉県上福岡市大原２丁目１番15号 株式 会社ケイディディ研究所内 (72)発明者 川澤 俊夫 東京都新宿区西新宿３丁目７番１号 ケイ ディディ海底ケーブルシステム株式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA21 BB12 CC21 FF32 GG12 GG23 HH15 JJ01 NN06 NN08 QQ00 QQ17 QQ18 QQ23 QQ25

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光デバイスに入射光を入射して、前記光デ
   バイスを透過した透過光を利用して光デバイス長を計測
   する光デバイス長計測装置であって、 前記入射光を発生する入射光光源と、 前記入射光の周波数を第一の周波数と第二の周波数とに
   設定する周波数設定手段と、 前記第一の周波数の入射光に対応する前記透過光の第一
   の位相と前記第二の周波数の入射光に対応する前記透過
   光の第二の位相とを計測する位相計測手段と、 前記第一の周波数と前記透過光の第一の位相および前記
   第二の周波数と前記透過光の第二の位相から前記光デバ
   イスの長さまたは前記入射光が入射されてから前記透過
   光が出力されるまでの時間を求める光デバイス長演算手
   段と、 を備え、 周期を考慮した場合の前記透過光の第一の位相と前記透
   過光の第二の位相との差が２π以内である、 光デバイス長計測装置。
2. 【請求項２】前記第一の周波数と前記第二の周波数とが
   複数ある、請求項１に記載の光デバイス長計測装置。
3. 【請求項３】前記第一の周波数と前記第二の周波数との
   間隔が等間隔であり、 前記第二の周波数を前記第一の周波数として、さらに前
   記第二の周波数をとる、 請求項２に記載の光デバイス長計測装置。
4. 【請求項４】前記周波数設定手段が前記入射光の周波数
   を第一の周波数、第二の周波数、第三の周波数および第
   四の周波数に設定し、 前記第三の周波数と前記第四の周波数とが複数あり、 前記第三の周波数と前記第四の周波数との間隔が等間隔
   であり、 前記第四の周波数を前記第三の周波数として、さらに前
   記第四の周波数をとり、 前記第一の周波数と前記第二の周波数との間隔をｍ倍
   （ｍ＞１の正の数）したものが、前記第三の周波数と前
   記第四の周波数との間隔であり、 前記光デバイス長演算手段が前記第一の周波数と前記透
   過光の第一の位相と前記第二の周波数と前記透過光の第
   二の位相と前記第三の周波数と前記第三の周波数に対応
   する前記透過光の第三の位相と前記第四の周波数と前記
   第四の周波数に対応する前記透過光の第四の位相とから
   前記光デバイスの長さまたは前記入射光が入射されてか
   ら前記透過光が出力されるまでの時間を求める、 請求項３に記載の光デバイス長計測装置。
5. 【請求項５】前記光デバイス長演算手段が前記光デバイ
   スの長さまたは前記入射光が入射されてから前記透過光
   が出力されるまでの時間を求めた後に、 前記第三の周波数と前記第四の周波数との間隔を、前記
   第一の周波数と前記第二の周波数との間隔をｍ×ｑ倍
   （ｍ＞１の正の数、かつｑ＞１の正の数）して、前記光
   デバイス長演算手段が前記光デバイスの長さまたは前記
   入射光が入射されてから前記透過光が出力されるまでの
   時間をさらに求める、 請求項４に記載の光デバイス長計測装置。
6. 【請求項６】前記ｑをユーザが任意に選択できる請求項
   ５に記載の光デバイス長計測装置。
7. 【請求項７】前記光デバイス長演算手段が前記光デバイ
   スの長さまたは前記入射光が入射されてから前記透過光
   が出力されるまでの時間をさらに求める際に、 それ以前に求めた前記透過光が出力されるまでの時間に
   基づく制限時間を超えてもなお前記透過光を前記位相計
   測手段が検出できない場合は、計測を中止する、 請求項５または６に記載の光デバイス長計測装置。
8. 【請求項８】前記周波数設定手段は、 変調用電気信号を発生し、前記変調用電気信号の周波数
   を前記第一の周波数と前記第二の周波数とに設定できる
   周波数可変電源と、 前記入射光光源の発生した前記入射光を、前記周波数可
   変電源の発生した前記変調用電気信号により変調する光
   変調手段と、 を備える請求項１ないし７のいずれか一項に記載の光デ
   バイス長計測装置。
9. 【請求項９】前記位相計測手段は、 前記透過光を計測用電気信号に変換する光電変換手段
   と、 前記計測用電気信号と前記変調用電気信号との位相差を
   計測する位相比較手段と、 を備えた請求項８に記載の光デバイス長計測装置。
10. 【請求項１０】光デバイスに入射光を入射して、前記光
    デバイスを透過した透過光を利用して光デバイス長を計
    測する光デバイス長計測方法であって、 入射光を発生する入射光発生工程と、 前記入射光の周波数を第一の周波数と第二の周波数とに
    設定する周波数設定工程と、 前記第一の周波数の入射光に対応する前記透過光の第一
    の位相と前記第二の周波数の入射光に対応する前記透過
    光の第二の位相とを計測する位相計測工程と、 前記第一の周波数と前記透過光の第一の位相および前記
    第二の周波数と前記透過光の第二の位相から前記光デバ
    イスの長さまたは前記入射光が入射されてから前記透過
    光が出力されるまでの時間を求める光デバイス長演算工
    程と、 を備え、 周期を考慮した場合の前記透過光の第一の位相と前記透
    過光の第二の位相との差が２π以内である、 光デバイス長計測方法。
11. 【請求項１１】光デバイスに入射光を入射して、前記光
    デバイスを透過した透過光を利用して光デバイス長を計
    測する光デバイス長計測処理をコンピュータに実行させ
    るためのプログラムを記録したコンピュータによって読
    み取り可能な記録媒体であって、 入射光を発生する入射光発生処理と、 前記入射光の周波数を第一の周波数と第二の周波数とに
    設定する周波数設定処理と、 前記第一の周波数の入射光に対応する前記透過光の第一
    の位相と前記第二の周波数の入射光に対応する前記透過
    光の第二の位相とを計測する位相計測処理と、 前記第一の周波数と前記透過光の第一の位相および前記
    第二の周波数と前記透過光の第二の位相から前記光デバ
    イスの長さまたは前記入射光が入射されてから前記透過
    光が出力されるまでの時間を求める光デバイス長演算処
    理と、 を備え、 周期を考慮した場合の前記透過光の第一の位相と前記透
    過光の第二の位相との差が２π以内である、 記録媒体。