JP2007220864A - Ｍｅｍｓ波長掃引光源の波長校正装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＭＥＭＳスキャナを利用して高速に波長掃引を行うＭＥＭＳ波長掃引光源の発振波長の校正を正確に行うＭＥＭＳ波長掃引光源の波長校正装置を提供する。
【解決手段】処理手段１０は、ＰＤ７から出力される波長情報を持った電気信号ａを受けて、ＭＥＭＳ波長掃引光源５の掃引波長範囲におけるエタロン６の複数の透過光に対応するそれぞれのピークを検出するとともに検出したピークのそれぞれにＭＥＭＳ波長掃引光源５の波長掃引の時間Ｔに対応づけてピークの次数ｎを付与し、付与された次数ｎとＭＥＭＳスキャナ６０の静止時の発振波長λ_Sとエタロン６の複数の既知波長λ_Rとに基づいて当該次数ｎのそれぞれのピークのピーク波長を既知波長λ_Rのそれぞれに特定し、特定されたそれぞれのピークのピーク波長を用いてＭＥＭＳ波長掃引光源５の波長掃引時の発振波長λをＭＥＭＳ波長掃引光源５の波長掃引の時間Ｔに対応づけて求める。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＭＥＭＳスキャナを利用して高速に波長掃引を行うＭＥＭＳ波長掃引光源の発振波長の校正を正確に行うＭＥＭＳ波長掃引光源の波長校正装置及び方法に関する。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である。

近年、本出願人は、ＭＥＭＳスキャナを利用して高速に波長掃引を行うＭＥＭＳ波長掃引光源の波長校正装置に関する技術を特願２００４−２５１６７０の明細書で提案した。

その従来のＭＥＭＳ波長掃引光源の波長校正装置の概略構成を図１２に示す。ＭＥＭＳ波長掃引光源５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にわたって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により所定の周期で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、周期／掃引時間を決めている）を、掃引信号ｂとして出力している。

エタロン６は、回折格子３の０次光を受けて等間隔に配列された複数の既知波長の光を透過する。エタロン６の透過プロファイルは、図４に示すように、フリースペクトルレンジ（ＦＳＲ）毎にローレンシャン形のピークが波長軸上に等間隔に並んだ形状をしている。そして、それぞれのピーク波長は、予め測定されており、例えば、・・・１５３５ｎｍ、１５４０ｎｍ、１５４５ｎｍ・・・のように５ｎｍ間隔の既知波長である。

受光器（ＰＤ）７は、エタロン６からの透過光を電気信号ａに変換して処理手段８へ出力する。処理手段８は、波長情報を持ったこの電気信号ａと反射体駆動手段５０から出力される掃引信号ｂとに基づいて、図８に示すように、ＭＥＭＳ波長掃引光源５の波長掃引時の発振波長を校正する。

ここで、ＭＥＭＳ波長掃引光源５の波長掃引時の発振波長の校正について具体的に説明する。ＭＥＭＳスキャナ６０の往復回転中の反射体３５の反射面の角度は正弦波状に変化しており、ＭＥＭＳ波長掃引光源５の波長掃引時の発振波長も正弦波状となる。したがって、波長掃引時の発振波長とエタロン６のピークの発生タイミングの時間関係は図５のようになり、またその時間軸を拡大してエタロン６の透過プロファイルをプロットすると、図６に示すように、ピークの間隔が等間隔でない形状となる。なお、この図６に示した透過プロファイルは、処理手段８において、ＰＤ７から出力される電気信号ａをＡ／Ｄ変換し、そのディジタル値を波長掃引の時間に対応づけて順次所定のアドレスに記憶することによって求めることができる。

そして、処理手段８は、図６に示した透過プロファイルから図８に示した波長掃引の時間に対する発振波長のグラフを求め、次にこのグラフの曲線を所定の関数、例えば３次関数の近似式で近似して波長掃引の時間に対する発振波長の関係式を算出する。したがって、この関係式を用いて、波長掃引の任意の時間に対する発振波長（瞬時の発振波長）を知ることができる。具体的な数値を用いて説明すると、波長掃引された発振波長が１５３４ｎｍ〜１５６８ｎｍ（１５５１ｎｍ±１７ｎｍ）で、エタロン６のピークの既知波長が、・・・１５３５ｎｍ、１５４０ｎｍ、１５４５ｎｍ・・・のように５ｎｍ間隔であるとすると、図６に示したエタロン６のピークの次数ｎ（ｎ）＝０のピーク波長は１５３５ｎｍ、ｎ＝１のピーク波長は１５４０ｎｍ・・・ｎ＝５のピーク波長は１５６０ｎｍ、ｎ＝６のピーク波長は１５６５ｎｍとなり、これらを図８のようにプロットし、一般式λ＝ｂ₀＋ｂ₁Ｔ＋ｂ₂Ｔ²＋ｂ₃Ｔ³で表される３次関数の近似式を最小自乗法によって算出する。

上述したＭＥＭＳ波長掃引光源５は次のような特性を有している。すなわち、ＭＥＭＳスキャナ６０の往復回転中の反射体３５の反射面の角度は、反射体３５が反射体駆動手段５０からの駆動信号によって回転されていない状態（換言すればＭＥＭＳスキャナ６０の静止時）の反射面の角度を中心に正弦波状に変化している。したがって、ＭＥＭＳ波長掃引光源５の波長掃引時（ＭＥＭＳスキャナ６０の駆動時）の発振波長は、ＭＥＭＳスキャナ６０の静止時の発振波長を中心に正弦波状に変化する。

このような波長掃引特性を持ったＭＥＭＳ波長掃引光源５の波長掃引時（ＭＥＭＳスキャナ６０の駆動時）の発振波長λは、ＭＥＭＳスキャナ６０の静止時の発振波長λ_S、波長掃引振幅Λ、掃引周波数ｆ及び時間Ｔを用いて（１）式で表される。

λ＝λ_S＋Λｓｉｎ（２πｆＴ） （１）
なお、波長掃引振幅Λは、ＭＥＭＳ波長掃引光源５の掃引波長範囲（２Λ）を決める定数で、主に上述の駆動信号の振幅の調整によって設定される。また、掃引周波数ｆは、反射体３５の機械的な固有共振周波数と、この固有共振周波数の近傍に設定される駆動信号の周波数で決められる。

しかしながら、このようなＭＥＭＳ波長掃引光源５においては、次のような問題があった。すなわち、上述の反射体３５の機械的な固有共振周波数は温度依存性が大きく、しかもその共振特性の半値幅が数Ｈｚ（約７００Ｈｚの共振周波数に対して）と狭いために、周囲温度の変化によって固有共振周波数が変動すると、それに伴って上述の駆動信号の周波数との周波数差が大きくなって上記共振特性の中心からずれ、その結果、共振振幅が小さくなって掃引波長範囲を狭める（上記波長掃引振幅Λを小さくする）といった現象が起きた。そのために、ＭＥＭＳスキャナ６０を温度制御して安定化しているが、その温度制御でカバーできないような環境条件の下では、やはり掃引波長範囲が変動してしまい発振波長が正確に校正できないという問題が生じた。

ここで、上述した具体的な数値に関連づけてこの問題を説明する。すなわち、波長掃引された発振波長が当初１５３４ｎｍ〜１５６８ｎｍ（１５５１ｎｍ±１７ｎｍ）であったものが、温度変動によって１５３６ｎｍ〜１５６６ｎｍ（１５５１ｎｍ±１５ｎｍ）に変わったとすると、エタロン６のピークの既知波長は当初のままの・・・１５３５ｎｍ、１５４０ｎｍ、１５４５ｎｍ・・・のように５ｎｍ間隔であるので、温度変動後のエタロン６の透過プロファイルは図７のようになり、その場合、エタロン６のピークの次数ｎ（ｎ）＝０のピーク波長は１５４０ｎｍ、ｎ＝１のピーク波長は１５４５ｎｍ・・・ｎ＝４のピーク波長は１５６０ｎｍ、ｎ＝５のピーク波長は１５６５ｎｍとなる。これを上述の図８に対応させて示すと図９のようになる。その結果、ピークの数が当初７つであったものが温度変動後は６つに減り、またｎ＝０のピーク波長（図８、図９においては時間Ｔ₀での波長に対応）が当初１５３５ｎｍであったものが温度変動後は１５４０ｎｍに変わる。処理手段８は、ｎ＝０のピーク波長が変わったことを認識できないために、当初のｎ＝０のピーク波長が１５３５ｎｍという前提のままで近似式を求めることとなり、間違った波長を算出してしまう。

本発明は、掃引中の波長変化率が最大となる瞬間の発振波長は掃引波長範囲の変動に依存しないということを利用して、この課題を解決し、ＭＥＭＳ波長掃引光源の発振波長の校正を正確に行うＭＥＭＳ波長掃引光源の波長校正装置及び方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１のＭＥＭＳ波長掃引光源の波長校正装置では、半導体レーザ（１）、コリメートレンズ（２）、回折格子（３）及びＭＥＭＳスキャナ（６０）を含んで構成され、前記ＭＥＭＳスキャナを駆動して往復掃引させることによって波長掃引を行う外部共振器型の光源にして、前記ＭＥＭＳスキャナの駆動時の発振波長λが、該ＭＥＭＳスキャナの静止時の発振波長λ_S、波長掃引振幅Λ、掃引周波数ｆ及び時間Ｔを用いてλ＝λ_S＋Λｓｉｎ（２πｆＴ）で表される波長掃引特性を有するＭＥＭＳ波長掃引光源（５）と、前記回折格子の０次光が出射される光路上に設けられ、波長範囲２Λにわたって等間隔に配列された少なくとも４つ以上の複数の既知波長λ_Rの光を透過させる光共振器（６）と、前記ＭＥＭＳ波長掃引光源の発振波長λの変化に対応して前記光共振器から順次出射される透過光を受けて電気信号に変換する受光器（７）と、該受光器から出力される前記電気信号から前記波長範囲２Λにおける前記光共振器の複数の透過光に対応するそれぞれのピークを検出するとともに検出した該ピークのそれぞれに前記ＭＥＭＳ波長掃引光源の波長掃引の時間Ｔに対応づけてピークの次数ｎを付与し、付与された該次数ｎと前記ＭＥＭＳスキャナの静止時の前記発振波長λ_Sと前記光共振器の複数の前記既知波長λ_Rとに基づいて当該次数ｎのそれぞれのピークのピーク波長を該既知波長λ_Rのそれぞれに特定し、特定された該それぞれのピークのピーク波長を用いて前記ＭＥＭＳ波長掃引光源の波長掃引時の発振波長λを当該ＭＥＭＳ波長掃引光源の波長掃引の時間Ｔに対応づけて求める処理手段（１０）とを備えた。

また、本発明の請求項２のＭＥＭＳ波長掃引光源の波長校正装置では、上述した請求項１のＭＥＭＳ波長掃引光源の波長校正装置において、前記処理手段は、前記受光器からの前記電気信号を受けてディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器（１１）と、該Ａ／Ｄ変換器から出力される前記ディジタル値を前記ＭＥＭＳ波長掃引光源の掃引の時間Ｔに対応づけて順次所定のアドレスに記憶するメモリ（１２）と、該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、前記波長範囲２Λにおける前記光共振器の複数の透過光に対応するそれぞれのピークを検出し、検出した該ピークのそれぞれに前記ＭＥＭＳ波長掃引光源の波長掃引の時間Ｔに対応づけてピークの次数ｎを付与するピーク検出手段（１３）と、該ピーク検出手段から出力される前記光共振器の複数の透過光に対応するそれぞれのピークの前記次数ｎ及び前記時間Ｔを用いて、該時間Ｔに対する前記次数ｎの関係が３次以上の多次関数で表される次数ｎの近似式を求める次数近似式算出手段（１４）と、該次数近似式算出手段から出力される次数ｎの近似式において、次数ｎの変化率が最大となる時間Ｔ_VMにおける次数ｎ_Cを求める変化率最大次数算出手段（１５）と、該変化率最大次数算出手段から出力される前記次数ｎ_Cに対応する波長が前記ＭＥＭＳスキャナの静止時の前記発振波長λ_Sになることに基づいて、前記ピーク検出手段において付与された前記次数ｎのそれぞれのピークのピーク波長を前記光共振器の複数の前記既知波長λ_Rのそれぞれに特定するとともに、特定された当該それぞれのピークのピーク波長を前記ＭＥＭＳ波長掃引光源の波長掃引の時間Ｔに対応づけるピーク波長特定手段（１６）と、該ピーク波長特定手段から出力される前記光共振器の複数の透過光に対応するそれぞれのピークの前記ピーク波長及び前記時間Ｔを用いて、該時間Ｔに対する前記ピーク波長の関係が所定の関数で表される波長λの近似式を求める波長近似式算出手段（１７）と、該波長近似式算出手段から出力される波長λの近似式に基づいて、前記ＭＥＭＳ波長掃引光源の波長掃引時の発振波長λを当該ＭＥＭＳ波長掃引光源の波長掃引の時間Ｔに対応づけて求める発振波長算出手段（１８）とを備えた。

また、本発明の請求項３のＭＥＭＳ波長掃引光源の波長校正装置では、上述した請求項２のＭＥＭＳ波長掃引光源の波長校正装置において、前記次数近似式算出手段における前記次数ｎの近似式の前記多次関数が、一般式ｎ＝ａ₀＋ａ₁Ｔ＋ａ₂Ｔ²＋ａ₃Ｔ³で表される３次関数であり、かつ、前記波長近似式算出手段における前記波長λの近似式の前記所定の関数が、一般式λ＝ｂ₀＋ｂ₁Ｔ＋ｂ₂Ｔ²＋ｂ₃Ｔ³で表される３次関数であるようにした。

また、本発明の請求項４のＭＥＭＳ波長掃引光源の波長校正装置では、上述した請求項１〜３のいずれかのＭＥＭＳ波長掃引光源の波長校正装置において、前記ＭＥＭＳ波長掃引光源は、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前記コリメートレンズ（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前記回折格子（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、該所望の波長が所定の波長範囲にわたって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所定の周期で往復回転させる前記ＭＥＭＳスキャナ（６０）とを含んで構成した。

また、本発明の請求項５のＭＥＭＳ波長掃引光源の波長校正装置では、上述した請求項４のＭＥＭＳ波長掃引光源の波長校正装置において、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で往復回転させるように構成した。

また、本発明の請求項６のＭＥＭＳ波長掃引光源の波長校正方法では、半導体レーザ（１）、コリメートレンズ（２）、回折格子（３）及びＭＥＭＳスキャナ（６０）を含んで構成され、前記ＭＥＭＳスキャナを駆動して往復掃引させることによって波長掃引を行う外部共振器型の光源にして、前記ＭＥＭＳスキャナの駆動時の発振波長λが、該ＭＥＭＳスキャナの静止時の発振波長λ_S、波長掃引振幅Λ、掃引周波数ｆ及び時間Ｔを用いてλ＝λ_S＋Λｓｉｎ（２πｆＴ）で表される波長掃引特性を有するＭＥＭＳ波長掃引光源（５）と、前記回折格子の０次光が出射される光路上に設けられ、波長範囲２Λにわたって等間隔に配列された少なくとも４つ以上の複数の既知波長λ_Rの光を透過させる光共振器（６）と、前記ＭＥＭＳ波長掃引光源の発振波長λの変化に対応して前記光共振器から順次出射される透過光を受けて電気信号に変換する受光器（７）とを備え、前記受光器から出力される前記電気信号から前記ＭＥＭＳ波長掃引光源の波長掃引時の発振波長λを求めるＭＥＭＳ波長掃引光源の波長校正方法であって、前記受光器から出力される前記電気信号から前記波長範囲２Λにおける前記光共振器の複数の透過光に対応するそれぞれのピークを検出し、検出した該ピークのそれぞれに前記ＭＥＭＳ波長掃引光源の波長掃引の時間Ｔに対応づけてピークの次数ｎを付与するピーク検出／次数付与段階と、該ピーク検出／次数付与段階で付与された前記次数ｎと前記ＭＥＭＳスキャナの静止時の前記発振波長λ_Sと前記光共振器の複数の前記既知波長λ_Rとに基づいて当該次数ｎのそれぞれのピークのピーク波長を該既知波長λ_Rのそれぞれに特定するピーク波長特定段階と、該ピーク波長特定段階で特定された前記それぞれのピークのピーク波長を用いて前記ＭＥＭＳ波長掃引光源の波長掃引時の発振波長λを当該ＭＥＭＳ波長掃引光源の波長掃引の時間Ｔに対応づけて求める発振波長算出段階とを含むようにした。

また、本発明の請求項７のＭＥＭＳ波長掃引光源の波長校正方法では、上述した請求項６のＭＥＭＳ波長掃引光源の波長校正方法において、前記ピーク検出／次数付与段階が、前記受光器からの前記電気信号を受けてディジタル値に変換する第１の段階と、前記ディジタル値を前記ＭＥＭＳ波長掃引光源の掃引の時間Ｔに対応づけて順次メモリの所定のアドレスに記憶する第２の段階と、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、前記波長範囲２Λにおける前記光共振器の複数の透過光に対応するそれぞれのピークを検出し、検出した該ピークのそれぞれに前記ＭＥＭＳ波長掃引光源の波長掃引の時間Ｔに対応づけてピークの次数ｎを付与する第３の段階とを備え、かつ、前記ピーク波長特定段階が、前記光共振器の複数の透過光に対応するそれぞれのピークの前記次数ｎ及び前記時間Ｔを用いて、該時間Ｔに対する前記次数ｎの関係が３次以上の多次関数で表される次数ｎの近似式を求める第４の段階と、前記次数ｎの近似式において、該次数ｎの変化率が最大となる時間Ｔ_VMにおける次数ｎ_Cを求める第５の段階と、該次数ｎ_Cに対応する波長が前記ＭＥＭＳスキャナの静止時の前記発振波長λ_Sになることに基づいて、前記第３の段階で付与された前記次数ｎのそれぞれのピークのピーク波長を前記光共振器の複数の前記既知波長λ_Rのそれぞれに特定するとともに、特定された当該それぞれのピークのピーク波長を前記ＭＥＭＳ波長掃引光源の波長掃引の時間Ｔに対応づける第６の段階とを備え、さらに、前記発振波長算出段階が、前記光共振器の複数の透過光に対応するそれぞれのピークの前記ピーク波長及び前記時間Ｔを用いて、該時間Ｔに対する前記ピーク波長の関係が所定の関数で表される波長λの近似式を求める第７の段階と、前記波長λの近似式に基づいて、前記ＭＥＭＳ波長掃引光源の波長掃引時の発振波長λを当該ＭＥＭＳ波長掃引光源の波長掃引の時間Ｔに対応づけて求める第８の段階とを備えた。

また、本発明の請求項８のＭＥＭＳ波長掃引光源の波長校正方法では、上述した請求項７のＭＥＭＳ波長掃引光源の波長校正方法において、前記第４の段階における前記次数ｎの近似式の前記多次関数が、一般式ｎ＝ａ₀＋ａ₁Ｔ＋ａ₂Ｔ²＋ａ₃Ｔ³で表される３次関数であり、かつ、前記第７の段階における前記波長λの近似式の前記所定の関数が、一般式λ＝ｂ₀＋ｂ₁Ｔ＋ｂ₂Ｔ²＋ｂ₃Ｔ³で表される３次関数であるようにした。

また、本発明の請求項９のＭＥＭＳ波長掃引光源の波長校正方法では、上述した請求項６〜８のいずれかのＭＥＭＳ波長掃引光源の波長校正方法において、前記ＭＥＭＳ波長掃引光源は、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前記コリメートレンズ（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前記回折格子（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、該所望の波長が所定の波長範囲にわたって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所定の周期で往復回転させる前記ＭＥＭＳスキャナ（６０）とを含んで構成した。

また、本発明の請求項１０のＭＥＭＳ波長掃引光源の波長校正方法では、上述した請求項９のＭＥＭＳ波長掃引光源の波長校正方法において、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で往復回転させるように構成した。

本発明のＭＥＭＳ波長掃引光源の波長校正装置及び方法では、ＭＥＭＳ波長掃引光源の掃引波長範囲２Λにおける光共振器の複数の透過光に対応するそれぞれのピークを検出するとともに検出したピークのそれぞれにＭＥＭＳ波長掃引光源の波長掃引の時間Ｔに対応づけてピークの次数ｎを付与し、付与された次数ｎとＭＥＭＳスキャナの静止時の発振波長λ_Sと光共振器の複数の既知波長λ_Rとに基づいて当該次数ｎのそれぞれのピークのピーク波長を既知波長λ_Rのそれぞれに特定し、特定されたそれぞれのピークのピーク波長を用いてＭＥＭＳ波長掃引光源の波長掃引時の発振波長λをＭＥＭＳ波長掃引光源の波長掃引の時間Ｔに対応づけて求めるようにしたので、例えＭＥＭＳ波長掃引光源の掃引波長範囲が変動した場合であっても、当該ＭＥＭＳ波長掃引光源の発振波長の校正を正確に行うことができる。

本発明の実施形態のＭＥＭＳ波長掃引光源の波長校正装置の構成を図１に示す。従来のＭＥＭＳ波長掃引光源の波長校正装置と同一要素には同一符号を付す。ＭＥＭＳ波長掃引光源５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にわたって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により所定の周期で往復回転させている。

なお、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２及び図３を用いて詳述する。

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、図３に示す駆動信号Ｄａ、Ｄｂ（波長範囲、周期／掃引時間を決めている）のいずれか一方を掃引信号ｂとして出力している。

上述のＭＥＭＳ波長掃引光源５は次のような特性を有している。すなわち、ＭＥＭＳスキャナ６０の往復回転中の反射体３５の反射面の角度は、反射体３５が反射体駆動手段５０からの駆動信号Ｄａ、Ｄｂによって回転されていない状態（換言すればＭＥＭＳスキャナ６０の静止時）の反射面の角度を中心に正弦波状に変化している。したがって、ＭＥＭＳ波長掃引光源５の波長掃引時（ＭＥＭＳスキャナ６０の駆動時）の発振波長は、ＭＥＭＳスキャナ６０の静止時の発振波長を中心に正弦波状に変化する。

このような波長掃引特性を持ったＭＥＭＳ波長掃引光源５の波長掃引時（ＭＥＭＳスキャナ６０の駆動時）の発振波長λは、ＭＥＭＳスキャナ６０の静止時の発振波長λ_S、波長掃引振幅Λ、掃引周波数ｆ及び時間Ｔを用いて（１）式で表される。

λ＝λ_S＋Λｓｉｎ（２πｆＴ） （１）
なお、波長掃引振幅Λは、ＭＥＭＳ波長掃引光源５の掃引波長範囲（２Λ）を決める定数で、主に上述の駆動信号Ｄａ、Ｄｂの振幅の調整によって設定される。また、掃引周波数ｆは、反射体３５の機械的な固有共振周波数と、この固有共振周波数の近傍に設定される駆動信号Ｄａ、Ｄｂの周波数で決められる。

なお、図１において、ＭＥＭＳ波長掃引光源５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、ＭＥＭＳ波長掃引光源５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。

以上のように構成されたＭＥＭＳ波長掃引光源５から、例えば１５３４ｎｍ〜１５６８ｎｍ（１５５１ｎｍ±１７ｎｍ）の波長掃引された発振波長の光が出力されたとすると、上記（１）式におけるλ_S及びΛは、それぞれλ_S＝１５５１ｎｍ、Λ＝１７ｎｍとなる。また、温度変動によって掃引波長範囲が狭まって１５３６ｎｍ〜１５６６ｎｍ（１５５１ｎｍ±１５ｎｍ）になったとすると、それぞれλ_S＝１５５１ｎｍ、Λ＝１５ｎｍとなる。ＭＥＭＳスキャナ６０の静止時の発振波長λ_Sは、温度変動の影響をほとんど受けないので同じλ_S＝１５５１ｎｍのままである。なお、このＭＥＭＳスキャナ６０の静止時の発振波長λ_Sは、予め、図３（ａ）、（ｂ）に示す駆動信号Ｄａ、Ｄｂの振幅を０にした状態で測定されて記憶保持されている。

エタロン６は、光共振器であり、回折格子３の０次光を受けて等間隔に配列された複数の既知波長λ_Rの光を透過する。エタロン６の透過プロファイルは、図４に示すように、ＦＳＲ毎にローレンシャン形のピークが波長軸上に等間隔に並んだ形状をしている。そして、それぞれのピーク波長は、予め測定されており、例えば、・・・１５３５ｎｍ、１５４０ｎｍ、１５４５ｎｍ・・・のように５ｎｍ間隔の既知波長λ_Rである。なお、ここでは、等間隔に配列された複数の既知波長の光を透過する光共振器としてエタロンを用いたが、非対称マッハツェンダ干渉計、マイケルソン干渉計等を用いるようにしてもよい。

受光器（ＰＤ）７は、エタロン６からの透過光を電気信号ａに変換して処理手段１０へ出力する。

処理手段１０は、ＰＤ７から出力される波長情報を持った電気信号ａとＭＥＭＳ波長掃引光源５の反射体駆動手段５０から出力される掃引信号ｂとに基づいて、図８に示すように、ＭＥＭＳ波長掃引光源５の波長掃引時の発振波長の校正を行うもので、Ａ／Ｄ変換器１１、メモリ１２、ピーク検出手段１３、次数近似式算出手段１４、変化率最大次数算出手段１５、ピーク波長特定手段１６、波長近似式算出手段１７及び発振波長算出手段１８によって構成されている。

すなわち、Ａ／Ｄ変換器１１は、反射体駆動手段５０から入力される上述の掃引信号ｂをトリガにして、周波数確度の高い内部クロック（例えば１０ＭＨｚ）によって電気信号ａを順次ディジタル値に変換する。

メモリ１２は、制御部（図示しない）からの指示に基づいて、Ａ／Ｄ変換器１１から出力される電気信号ａのディジタル値の内から、ＭＥＭＳ波長掃引光源５の掃引波長範囲（上述の１５３４ｎｍ〜１５６８ｎｍ）に対応するディジタル値を、ＭＥＭＳ波長掃引光源５の波長掃引の時間Ｔ（以下適宜、掃引時間Ｔあるいは時間Ｔという。また、その経過時間をＴ₀、Ｔ₁、Ｔ₂、Ｔ₃・・・で表す。）に対応させて、順次所定のアドレスに記憶する。なお、ここでは、メモリ１２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、Ａ／Ｄ変換器１１に入力される掃引信号ｂの位相が掃引波長範囲との関係において適切であれば、Ａ／Ｄ変換器１１の出力をそのまま記憶するようにしてもよい。

ピーク検出手段１３は、読み出信号ｃによってメモリ１２の所定のアドレスに記憶されている掃引波長範囲（上述の１５３４ｎｍ〜１５６８ｎｍ）に対応するディジタル値を読み出して、図４に示すエタロン６の透過プロファイルに対応するそれぞれのピークを検出する。そして、検出したそれぞれのピークに基づいて、図６に示すように、掃引の時間Ｔに対応づけた透過プロファイルを求めて、それぞれのピークにピークの次数ｎをｎ＝０、１、２、３・・・のように付与する。すなわち、経過時間Ｔ₀で検出したピーク（ピーク波長１５３５ｎｍ）に対してｎ＝０、経過時間Ｔ₁で検出したピーク（ピーク波長１５４０ｎｍ）に対してｎ＝１、経過時間Ｔ₂で検出したピーク（ピーク波長１５４５ｎｍ）に対してｎ＝２、経過時間Ｔ₃で検出したピーク（ピーク波長１５５０ｎｍ）に対してｎ＝３、経過時間Ｔ₄で検出したピーク（ピーク波長１５５５ｎｍ）に対してｎ＝４、・・・・を付与する。

次数近似式算出手段１４は、ピーク検出手段１３から出力される、図６の透過プロファイルのデータ、すなわちそれぞれのピークの次数ｎ及び時間Ｔ（経過時間Ｔ₀、Ｔ₁、Ｔ₂、Ｔ₃・・・）を、図１０に示すようにプロットして、時間Ｔ（経過時間Ｔ₀、Ｔ₁、Ｔ₂、Ｔ₃・・・）に対する次数ｎのグラフを求め、次にこのグラフの曲線を最小自乗法により（２）式に示す３次関数の近似式で近似する。

ｎ＝ａ₀＋ａ₁Ｔ＋ａ₂Ｔ²＋ａ₃Ｔ³ （２）
なお、この次数ｎの近似式は３次関数に限定されるわけではなく、変化率が最大となる次数ｎ_C（後述する）を求めることができる３次以上の４次又は５次関数等であってもよい。

変化率最大次数算出手段１５は、次数近似式算出手段１４から出力される上記（２）式の次数ｎの近似式において、次数ｎの変化率が最大となる時間Ｔ_VMにおける次数ｎ_Cを求める。すなわち、次数ｎの変化率が最大となる時間Ｔ_VMは、上記（２）式を２階微分して、その値が０となる時間Ｔであるので（３）式で表される。したがって、変化率が最大となる次数ｎをｎ_Cとすると、ｎ_Cは（４）式で表される。

Ｔ_VM＝−ａ₂／（３ａ₃） （３）
ｎ_C ＝ａ₀＋ａ₁Ｔ_VM＋ａ₂Ｔ_VM ²＋ａ₃Ｔ_VM ³ （４）
上述の図１０に示すように近似した場合、時間Ｔ_VMにおける変化率最大の次数ｎ_Cはｎ_C＝３．２となる。なお、時間Ｔと次数ｎの関係を上記（２）式の代わりに、Ｔ＝ｋ₀＋ｋ₁ｎ＋ｋ₂ｎ²＋ｋ₃ｎ³のように表して、Ｔの変化率が最小となるときの次数ｎをｎ_Cとして求めても上記と同じ効果が得られる。その場合、ｎ_C＝−ｋ₂／（３ｋ₃）となる。

ピーク波長特定手段１６は、変化率最大次数算出手段１５から出力される次数ｎ_C（上述のｎ_C＝３．２）に対応する波長が、ＭＥＭＳスキャナ６０の静止時の発振波長λ_S（上述のλ_S＝１５５１ｎｍ）になることに基づいて、ピーク検出手段１３から出力される図６の透過プロファイルのデータ（それぞれのピークの次数ｎと経過時間Ｔ₀、Ｔ₁、Ｔ₂、Ｔ₃・・・との関係）における、それぞれの次数ｎのピーク波長を、エタロン６の複数の既知波長λ_R（上述の・・・１５３５ｎｍ、１５４０ｎｍ、１５４５ｎｍ・・・のように５ｎｍ間隔の既知波長λ_R）のそれぞれに特定するとともに、特定されたそれぞれのピークのピーク波長をＭＥＭＳ波長掃引光源５の掃引時間Ｔに対応づける。なお、ＭＥＭＳスキャナ６０の静止時の発振波長λ_S（上述のλ_S＝１５５１ｎｍ）は、予め測定されて記憶保持されているので、それを読み出して用いる。

まず、変化率が最大となる次数ｎ_Cに対応する波長がＭＥＭＳスキャナ６０の静止時の発振波長λ_Sになることについてその理由を説明する。すなわち、上記（１）式で表された、ＭＥＭＳ波長掃引光源５の波長掃引時（ＭＥＭＳスキャナ６０の駆動時）の発振波長λの時間変化率は（５）式で与えられ、またこの（５）式における波長変化率が最大となる時間Ｔλ_VMは（６）式で与えられる。そして、このＴ＝Ｔλ_VMを上記（１）式に代入することによって（７）式が得られる。

ｄλ／ｄＴ ＝２πｆΛｃｏｓ（２πｆＴ） （５）
Ｔλ_VM＝±１／ｆ、±２／ｆ、±３／ｆ、・・・ （６）
λ（Ｔλ_VM）＝λ_S （７）
上述の波長変化率が最大となる時間Ｔλ_VMと、前述の次数ｎの変化率が最大となる時間Ｔ_VMとは、Ｔ＝Ｔλ_VM＝Ｔ_VMとなるはずである。したがって、前記（４）式と上記（７）式から、変化率が最大となる次数ｎ_Cに対応する波長は、ＭＥＭＳスキャナ６０の静止時の発振波長λ_Sとなる。例えば、ＭＥＭＳ波長掃引光源５の波長掃引範囲が１５３４ｎｍ〜１５６８ｎｍ（１５５１ｎｍ±１７ｎｍ）の場合、Ｔ＝Ｔλ_VMにおいてλ_S＝１５５１ｎｍであり、また次数ｎ_Cは、上述の変化率最大次数算出手段１５で記載した通り、Ｔ＝Ｔ_VMにおいてｎ_C＝３．２である。

ところで、上記（７）式から、掃引中の波長変化率が最大となる瞬間の発振波長は、ＭＥＭＳスキャナ６０の静止時の発振波長λ_Sとなり、掃引波長範囲とは無関係となることが分かる。このことから、掃引中の波長変化率が最大となる瞬間の発振波長は掃引波長範囲の変動に依存しないといえる。

次に、ピーク波長特定手段１６が、次数ｎのそれぞれのピークのピーク波長をエタロン６の複数の既知波長λ_Rのそれぞれに特定し、特定されたそれぞれのピークのピーク波長をＭＥＭＳ波長掃引光源５の掃引時間Ｔに対応づけることについて具体的に説明する。すなわち、ＭＥＭＳ波長掃引光源５の波長掃引範囲が１５３４ｎｍ〜１５６８ｎｍ（１５５１ｎｍ±１７ｎｍ）の場合、上述した通り、Ｔ_VMにおいてλ_S＝１５５１ｎｍ、ｎ_C＝３．２であり、またエタロン６の透過プロファイルは、・・・１５３５ｎｍ、１５４０ｎｍ、１５４５ｎｍ、１５５０ｎｍ、１５５５ｎｍ、１５６０ｎｍ、１５６５ｎｍ・・・のように５ｎｍ間隔に複数の既知波長λ_Rのピークを持っているので、図１０の左右のＹ軸の関係から分かるように、ｎ＝３のピークは１５５０ｎｍにあるエタロン６のピークと特定することができ、それによって、その他の次数ｎも必然的に特定される。また、それぞれの次数ｎがそれぞれの既知波長λ_Rに特定されれば、図１０のＸ軸と右のＹ軸の関係から分かるように、既知波長λ_Rに特定されたそれぞれのピークのピーク波長はＭＥＭＳ波長掃引光源５の掃引時間Ｔに必然的に対応づけられる。

波長近似式算出手段１７は、ピーク波長特定手段１６から出力される、図１０のＸ軸と右のＹ軸との関係を表すデータ、すなわちそれぞれのピーク波長及び時間Ｔ（経過時間Ｔ₀、Ｔ₁、Ｔ₂、Ｔ₃・・・）を、図８に示すようにプロットして、時間Ｔ（経過時間Ｔ₀、Ｔ₁、Ｔ₂、Ｔ₃・・・）に対する発振波長のグラフを求め、次にこのグラフの曲線を最小自乗法により（８）式に示す３次関数の近似式で近似する。

λ＝ｂ₀＋ｂ₁Ｔ＋ｂ₂Ｔ²＋ｂ₃Ｔ³ （８）
なお、この次数ｎの近似式は３次関数に限定されるわけではなく、近似度、計算時間等を考慮して１次、２次、４次又は５次関数等を用いるようにしてもよい。

発振波長算出手段１８は、波長近似式算出手段１７から出力される上記（８）式の発振波長の近似式に基づいて、図８に示すように、ＭＥＭＳ波長掃引光源５の波長掃引時の発振波長λをＭＥＭＳ波長掃引光源５の波長掃引の時間Ｔに対応づけて求める。

次に、ＭＥＭＳ波長掃引光源５の波長掃引時の発振波長λが、当初１５３４ｎｍ〜１５６８ｎｍ（１５５１ｎｍ±１７ｎｍ）であったものが、温度変動によって１５３６ｎｍ〜１５６６ｎｍ（１５５１ｎｍ±１５ｎｍ）に変わった場合について説明する。

すなわち、メモリ１２は、Ａ／Ｄ変換器１１から出力される電気信号ａのディジタル値の内から、ＭＥＭＳ波長掃引光源５の掃引波長範囲（上述の１５３６ｎｍ〜１５６６ｎｍ）に対応するディジタル値を、ＭＥＭＳ波長掃引光源５の掃引時間Ｔに対応させて、順次所定のアドレスに記憶する。

ピーク検出手段１３は、メモリ１２の所定のアドレスに記憶されている掃引波長範囲（上述の１５３６ｎｍ〜１５６６ｎｍ）に対応するディジタル値を読み出して、図４に示すエタロン６の透過プロファイルに対応するそれぞれのピークを検出する。そして、検出したそれぞれのピークに基づいて、図７に示すように、掃引時間Ｔに対応づけた透過プロファイルを求めて、それぞれのピークにピークの次数ｎをｎ＝０、１、２、３・・・のように付与する。

次数近似式算出手段１４は、ピーク検出手段１３から出力される、図７の透過プロファイルのデータを、図１１に示すようにプロットして、時間Ｔ（経過時間Ｔ₀、Ｔ₁、Ｔ₂、Ｔ₃・・・）に対する次数ｎのグラフを求め、次にこのグラフの曲線を最小自乗法により上述の（２）式に示す３次関数の近似式で近似する。

変化率最大次数算出手段１５は、次数近似式算出手段１４から出力される次数ｎの近似式から、上記（３）及び（４）式を用いて、次数ｎの変化率が最大となる時間Ｔ_VMにおける次数ｎ_Cを求める。上述の図１１に示すように近似した場合、時間Ｔ_VMにおける変化率最大の次数ｎ_Cはｎ_C＝２．２となる。

ピーク波長特定手段１６は、ＭＥＭＳ波長掃引光源５の波長掃引範囲が１５３６ｎｍ〜１５６６ｎｍ（１５５１ｎｍ±１５ｎｍ）の場合、Ｔ_VMにおいてλ_S＝１５５１ｎｍ、ｎ_C＝２．２であり、またエタロン６の透過プロファイルは、・・・１５４０ｎｍ、１５４５ｎｍ、１５５０ｎｍ、１５５５ｎｍ、１５６０ｎｍ、１５６５ｎｍ・・・のように５ｎｍ間隔に複数の既知波長λ_Rのピークを持っているので、図１１の左右のＹ軸の関係から分かるように、ｎ＝２のピークは１５５０ｎｍにあるエタロン６のピークと特定することができ、それによって、その他の次数ｎも必然的に特定される。また、それぞれの次数ｎがそれぞれの既知波長λ_Rに特定されれば、図１１のＸ軸と右のＹ軸の関係から分かるように、既知波長λ_Rに特定されたそれぞれのピークのピーク波長はＭＥＭＳ波長掃引光源５の掃引時間Ｔに必然的に対応づけられる。

波長近似式算出手段１７は、ピーク波長特定手段１６から出力される、図１１のＸ軸と右のＹ軸との関係を表すデータ、すなわちそれぞれのピーク波長及び時間Ｔ（経過時間Ｔ₀、Ｔ₁、Ｔ₂、Ｔ₃・・・）を、図９に示すようにプロットして、時間Ｔ（経過時間Ｔ₀、Ｔ₁、Ｔ₂、Ｔ₃・・・）に対する発振波長のグラフを求め、次にこのグラフの曲線を最小自乗法により上述の（８）式に示す３次関数の近似式で近似する。

発振波長算出手段１８は、波長近似式算出手段１７から出力される上記（８）式の発振波長の近似式に基づいて、図９に示すように、ＭＥＭＳ波長掃引光源５の波長掃引時の発振波長λをＭＥＭＳ波長掃引光源５の波長掃引の時間Ｔに対応づけて求める。

次に、図１に示したＭＥＭＳ波長掃引光源５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２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。

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。

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。

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３（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ｂとしてＡ／Ｄ変換器１１（図１参照）に出力する。なお、図３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。

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Ｄａ、Ｄｂ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。なお、ＭＥＭＳスキャナ６０を静止状態にする、すなわち反射体３５の反射板４０が反射体駆動手段５０からの駆動信号Ｄａ、Ｄｂによって往復回転されない状態にする場合には、駆動信号Ｄａ、Ｄｂの振幅を図３（ａ）、（ｂ）に示す０にすればよい。

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。

したがって、ＭＥＭＳ波長掃引光源５（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。

なお、上述の図２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。

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。

また、上述の図２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。

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。

本発明の実施形態の構成を示す図 ＭＥＭＳスキャナを説明するための分解斜視図 駆動信号を説明するための図 エタロンの波長軸上の透過プロファイルを示す図 波長掃引時の発振波長とエタロンのピーク波長の関係を説明するための図 エタロンの時間軸上の透過プロファイルを示す図 エタロンの時間軸上の透過プロファイルを示す図 波長掃引の時間に対する発振波長の関係を示す図 波長掃引の時間に対する発振波長の関係を示す図 波長掃引の時間に対する次数の関係を示す図 波長掃引の時間に対する次数の関係を示す図 従来例の概略構成を示す図

符号の説明

１・・・半導体レーザ（ＬＤ）、２・・・コリメートレンズ、３・・・回折格子、５・・・ＭＥＭＳ波長掃引光源、６・・・エタロン、７・・・受光器（ＰＤ）、８，１０・・・処理手段、１１・・・Ａ／Ｄ変換器、１２・・・メモリ、１３・・・ピーク検出手段、１４・・・次数近似式算出手段、１５・・・変化率最大次数算出手段、１６・・・ピーク波長特定手段、１７・・・波長近似式算出手段、１８・・・発振波長算出手段、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。

Claims (10)

1. 半導体レーザ（１）、コリメートレンズ（２）、回折格子（３）及びＭＥＭＳスキャナ（６０）を含んで構成され、前記ＭＥＭＳスキャナを駆動して往復掃引させることによって波長掃引を行う外部共振器型の光源にして、前記ＭＥＭＳスキャナの駆動時の発振波長λが、該ＭＥＭＳスキャナの静止時の発振波長λ_S、波長掃引振幅Λ、掃引周波数ｆ及び時間Ｔを用いてλ＝λ_S＋Λｓｉｎ（２πｆＴ）で表される波長掃引特性を有するＭＥＭＳ波長掃引光源（５）と、
   前記回折格子の０次光が出射される光路上に設けられ、波長範囲２Λにわたって等間隔に配列された少なくとも４つ以上の複数の既知波長λ_Rの光を透過させる光共振器（６）と、
   前記ＭＥＭＳ波長掃引光源の発振波長λの変化に対応して前記光共振器から順次出射される透過光を受けて電気信号に変換する受光器（７）と、
   該受光器から出力される前記電気信号から前記波長範囲２Λにおける前記光共振器の複数の透過光に対応するそれぞれのピークを検出するとともに検出した該ピークのそれぞれに前記ＭＥＭＳ波長掃引光源の波長掃引の時間Ｔに対応づけてピークの次数ｎを付与し、付与された該次数ｎと前記ＭＥＭＳスキャナの静止時の前記発振波長λ_Sと前記光共振器の複数の前記既知波長λ_Rとに基づいて当該次数ｎのそれぞれのピークのピーク波長を該既知波長λ_Rのそれぞれに特定し、特定された該それぞれのピークのピーク波長を用いて前記ＭＥＭＳ波長掃引光源の波長掃引時の発振波長λを当該ＭＥＭＳ波長掃引光源の波長掃引の時間Ｔに対応づけて求める処理手段（１０）とを備えたことを特徴とするＭＥＭＳ波長掃引光源の波長校正装置。
2. 前記処理手段は、
   前記受光器からの前記電気信号を受けてディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器（１１）と、
   該Ａ／Ｄ変換器から出力される前記ディジタル値を前記ＭＥＭＳ波長掃引光源の掃引の時間Ｔに対応づけて順次所定のアドレスに記憶するメモリ（１２）と、
   該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、前記波長範囲２Λにおける前記光共振器の複数の透過光に対応するそれぞれのピークを検出し、検出した該ピークのそれぞれに前記ＭＥＭＳ波長掃引光源の波長掃引の時間Ｔに対応づけてピークの次数ｎを付与するピーク検出手段（１３）と、
   該ピーク検出手段から出力される前記光共振器の複数の透過光に対応するそれぞれのピークの前記次数ｎ及び前記時間Ｔを用いて、該時間Ｔに対する前記次数ｎの関係が３次以上の多次関数で表される次数ｎの近似式を求める次数近似式算出手段（１４）と、
   該次数近似式算出手段から出力される次数ｎの近似式において、次数ｎの変化率が最大となる時間Ｔ_VMにおける次数ｎ_Cを求める変化率最大次数算出手段（１５）と、
   該変化率最大次数算出手段から出力される前記次数ｎ_Cに対応する波長が前記ＭＥＭＳスキャナの静止時の前記発振波長λ_Sになることに基づいて、前記ピーク検出手段において付与された前記次数ｎのそれぞれのピークのピーク波長を前記光共振器の複数の前記既知波長λ_Rのそれぞれに特定するとともに、特定された当該それぞれのピークのピーク波長を前記ＭＥＭＳ波長掃引光源の波長掃引の時間Ｔに対応づけるピーク波長特定手段（１６）と、
   該ピーク波長特定手段から出力される前記光共振器の複数の透過光に対応するそれぞれのピークの前記ピーク波長及び前記時間Ｔを用いて、該時間Ｔに対する前記ピーク波長の関係が所定の関数で表される波長λの近似式を求める波長近似式算出手段（１７）と、
   該波長近似式算出手段から出力される波長λの近似式に基づいて、前記ＭＥＭＳ波長掃引光源の波長掃引時の発振波長λを当該ＭＥＭＳ波長掃引光源の波長掃引の時間Ｔに対応づけて求める発振波長算出手段（１８）とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ波長掃引光源の波長校正装置。
3. 前記次数近似式算出手段における前記次数ｎの近似式の前記多次関数が、一般式ｎ＝ａ₀＋ａ₁Ｔ＋ａ₂Ｔ²＋ａ₃Ｔ³で表される３次関数であり、かつ、
   前記波長近似式算出手段における前記波長λの近似式の前記所定の関数が、一般式λ＝ｂ₀＋ｂ₁Ｔ＋ｂ₂Ｔ²＋ｂ₃Ｔ³で表される３次関数であることを特徴とする請求項２に記載のＭＥＭＳ波長掃引光源の波長校正装置。
4. 前記ＭＥＭＳ波長掃引光源は、
   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前記コリメートレンズ（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前記回折格子（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、該所望の波長が所定の波長範囲にわたって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所定の周期で往復回転させる前記ＭＥＭＳスキャナ（６０）とを含んで構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＭＥＭＳ波長掃引光源の波長校正装置。
5. 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４に記載のＭＥＭＳ波長掃引光源の波長校正装置。
6. 半導体レーザ（１）、コリメートレンズ（２）、回折格子（３）及びＭＥＭＳスキャナ（６０）を含んで構成され、前記ＭＥＭＳスキャナを駆動して往復掃引させることによって波長掃引を行う外部共振器型の光源にして、前記ＭＥＭＳスキャナの駆動時の発振波長λが、該ＭＥＭＳスキャナの静止時の発振波長λ_S、波長掃引振幅Λ、掃引周波数ｆ及び時間Ｔを用いてλ＝λ_S＋Λｓｉｎ（２πｆＴ）で表される波長掃引特性を有するＭＥＭＳ波長掃引光源（５）と、前記回折格子の０次光が出射される光路上に設けられ、波長範囲２Λにわたって等間隔に配列された少なくとも４つ以上の複数の既知波長λ_Rの光を透過させる光共振器（６）と、前記ＭＥＭＳ波長掃引光源の発振波長λの変化に対応して前記光共振器から順次出射される透過光を受けて電気信号に変換する受光器（７）とを備え、前記受光器から出力される前記電気信号から前記ＭＥＭＳ波長掃引光源の波長掃引時の発振波長λを求めるＭＥＭＳ波長掃引光源の波長校正方法であって、
   前記受光器から出力される前記電気信号から前記波長範囲２Λにおける前記光共振器の複数の透過光に対応するそれぞれのピークを検出し、検出した該ピークのそれぞれに前記ＭＥＭＳ波長掃引光源の波長掃引の時間Ｔに対応づけてピークの次数ｎを付与するピーク検出／次数付与段階と、
   該ピーク検出／次数付与段階で付与された前記次数ｎと前記ＭＥＭＳスキャナの静止時の前記発振波長λ_Sと前記光共振器の複数の前記既知波長λ_Rとに基づいて当該次数ｎのそれぞれのピークのピーク波長を該既知波長λ_Rのそれぞれに特定するピーク波長特定段階と、
   該ピーク波長特定段階で特定された前記それぞれのピークのピーク波長を用いて前記ＭＥＭＳ波長掃引光源の波長掃引時の発振波長λを当該ＭＥＭＳ波長掃引光源の波長掃引の時間Ｔに対応づけて求める発振波長算出段階とを含むことを特徴とするＭＥＭＳ波長掃引光源の波長校正方法。
7. 前記ピーク検出／次数付与段階が、
   前記受光器からの前記電気信号を受けてディジタル値に変換する第１の段階と、
   前記ディジタル値を前記ＭＥＭＳ波長掃引光源の掃引の時間Ｔに対応づけて順次メモリの所定のアドレスに記憶する第２の段階と、
   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、前記波長範囲２Λにおける前記光共振器の複数の透過光に対応するそれぞれのピークを検出し、検出した該ピークのそれぞれに前記ＭＥＭＳ波長掃引光源の波長掃引の時間Ｔに対応づけてピークの次数ｎを付与する第３の段階とを備え、かつ、
   前記ピーク波長特定段階が、
   前記光共振器の複数の透過光に対応するそれぞれのピークの前記次数ｎ及び前記時間Ｔを用いて、該時間Ｔに対する前記次数ｎの関係が３次以上の多次関数で表される次数ｎの近似式を求める第４の段階と、
   前記次数ｎの近似式において、該次数ｎの変化率が最大となる時間Ｔ_VMにおける次数ｎ_Cを求める第５の段階と、
   該次数ｎ_Cに対応する波長が前記ＭＥＭＳスキャナの静止時の前記発振波長λ_Sになることに基づいて、前記第３の段階で付与された前記次数ｎのそれぞれのピークのピーク波長を前記光共振器の複数の前記既知波長λ_Rのそれぞれに特定するとともに、特定された当該それぞれのピークのピーク波長を前記ＭＥＭＳ波長掃引光源の波長掃引の時間Ｔに対応づける第６の段階とを備え、さらに、
   前記発振波長算出段階が、
   前記光共振器の複数の透過光に対応するそれぞれのピークの前記ピーク波長及び前記時間Ｔを用いて、該時間Ｔに対する前記ピーク波長の関係が所定の関数で表される波長λの近似式を求める第７の段階と、
   前記波長λの近似式に基づいて、前記ＭＥＭＳ波長掃引光源の波長掃引時の発振波長λを当該ＭＥＭＳ波長掃引光源の波長掃引の時間Ｔに対応づけて求める第８の段階とを備えたことを特徴とする請求項６に記載のＭＥＭＳ波長掃引光源の波長校正方法。
8. 前記第４の段階における前記次数ｎの近似式の前記多次関数が、一般式ｎ＝ａ₀＋ａ₁Ｔ＋ａ₂Ｔ²＋ａ₃Ｔ³で表される３次関数であり、かつ、
   前記第７の段階における前記波長λの近似式の前記所定の関数が、一般式λ＝ｂ₀＋ｂ₁Ｔ＋ｂ₂Ｔ²＋ｂ₃Ｔ³で表される３次関数であることを特徴とする請求項７に記載のＭＥＭＳ波長掃引光源の波長校正方法。
9. 前記ＭＥＭＳ波長掃引光源は、
   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前記コリメートレンズ（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前記回折格子（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、該所望の波長が所定の波長範囲にわたって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所定の周期で往復回転させる前記ＭＥＭＳスキャナ（６０）とを含んで構成されていることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載のＭＥＭＳ波長掃引光源の波長校正方法。
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ＭＥＭＳ波長掃引光源の波長校正方法。
    

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