JP2013130467A - Ｆｂｇセンサシステム - Google Patents

Abstract

【課題】波長可変光源からＦＢＧまでの光路長が不明であるとともに、ＦＢＧが反射波長の順に配置されていない場合であっても、測定対象の歪測定や温度測定を精度良く行うことが可能なＦＢＧセンサシステムを提供する。
【解決手段】測定波長範囲を含んで所定の掃引周期で波長掃引された光を発振する波長可変光源１０と、波長可変光源１０で発振された測定波長範囲の光をオン／オフするためのパルスｄを発生させるパルス発生器１３と、パルスｄによりオン／オフされる光スイッチ１１と、を備え、パルスｄで光スイッチ１１をオン／オフさせることにより、測定対象に設けられた複数のＦＢＧ１７−１〜１７−Ｎのうちの１以上のＦＢＧの反射波長を含み、他のＦＢＧの反射波長を含まない波長範囲の光からなる光パルスを発生させ、該光パルスを測定光Ｍとして複数のＦＢＧに入射させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、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器とを組み合わせて、遠隔地の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する。

ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）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てなる。ＦＢＧの一端側に光が入射されると、その入射光のうち特定波長（ブラッグ波長という）の光は反射され、他の波長の光はＦＢＧを透過する。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）や温度変化に対して線形に変化することが知られている。従って、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に加わった歪みや温度変化を測定することができる。

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、複数のＦＢＧの反射波長の測定を、波長可変光源と受光器を組み合わせて行うものがあった。即ち、波長可変光源は、各ＦＢＧへ入射させる光（測定光）の波長を時々刻々と変化させて出射し、受光器はその測定光に対する各ＦＢＧからの反射光の光強度を検出する。この場合、受光器で反射光が検出される時刻は、対応する測定光が波長可変光源から出射された時刻よりも時間τだけ遅れている。ここで、遅れ時間τは、波長可変光源−各ＦＢＧ間のファイバ長をＬ、ファイバの屈折率をｎ、光速をｃとして（１）式で表される。
τ＝２ｎＬ／ｃ （１）

ここで、波長可変光源から各ＦＢＧまでのファイバ長Ｌが既知である場合には、各ＦＢＧに関する遅れ時間τを特定できるため、各ＦＢＧの反射波長、即ち、対応する測定光の波長を割り出すことができる。

しかしながら、ファイバ長Ｌが不明である場合には、各ＦＢＧに関する遅れ時間τを特定するために、ファイバ長ＬをＯＴＤＲ等で測定する必要が生じ、測定の手順が煩雑になるという問題が生じる。この問題を解決するために、本発明者は、波長可変光源を往復掃引させ、その掃引方向の違いによって生じる波長ずれの差を検出することによって、ＦＢＧまでの光路長が不明な場合であっても測定対象の歪み測定を高速かつ正確に行うことが可能なＦＢＧセンサシステムを提案している（例えば、特許文献１参照）。

なお、特許文献１に開示されたＦＢＧセンサシステムにおいては、受光器が各ＦＢＧからの反射スペクトルのピーク値を検出した時の波長可変光源の発振波長を、各ＦＢＧの「仮の反射波長」として、上記の波長ずれの差を検出している。

特許第４０６８１０２号明細書

しかしながら、特許文献１に開示されたような従来のＦＢＧセンサシステムには、上記の「仮の反射波長」を各ＦＢＧの反射波長と見なした各ＦＢＧの反射スペクトルが互いに重なり合わないように、ＦＢＧを反射波長の順に配置するとともに、ＦＢＧ間の距離を適切に設定しなければならないという制約があった。

ところが、実際のＦＢＧセンサシステムは、必ずしも上記の制約を満たすものではない。例えば、特許文献１に開示されたようなＦＢＧセンサシステムにおいて、ＦＢＧが破損し、破損したＦＢＧが以前と異なる反射波長のＦＢＧに交換される場合には、交換後のＦＢＧが反射波長の順に配置されていないことがあり得る。

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、波長可変光源からＦＢＧまでの光路長が不明であるとともに、ＦＢＧが反射波長の順に配置されていない場合であっても、測定対象の歪測定や温度測定を精度良く行うことが可能なＦＢＧセンサシステムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１のＦＢＧセンサシステムは、測定対象に設けられた各々の反射波長が異なる複数のＦＢＧに、該複数のＦＢＧの反射波長を含む測定波長範囲の光を測定光として入射させ、該複数のＦＢＧによって反射された前記測定光の反射光から各ＦＢＧの反射波長を測定するＦＢＧセンサシステムにおいて、前記反射光を受けて電気信号に変換する受光器と、前記受光器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制御処理手段と、半導体レーザを有し、前記測定波長範囲を含んで所定の掃引周期で波長掃引された光を前記半導体レーザで発振させる波長可変光源と、前記波長可変光源から出力される前記波長掃引された光の波長の情報を含む信号に基づいて、前記波長可変光源で発振された前記測定波長範囲の光をオン／オフするためのパルスを発生させるパルス発生器と、前記パルスによりオン／オフされる光スイッチと、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り、前記複数のＦＢＧのうちの１以上のＦＢＧの反射波長を含み、他のＦＢＧの反射波長を含まない波長範囲の光から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複数のＦＢＧに入射させることを特徴とする構成を有している。

この構成により、「仮の反射波長」を各ＦＢＧの反射波長と見なした各ＦＢＧの反射スペクトルが互いに重なり合う場合であっても、複数のＦＢＧのうちの１以上のＦＢＧの反射波長を含み、他のＦＢＧの反射波長を含まない波長範囲の光からなる光パルスを発生させるため、測定対象の歪測定や温度測定を精度良く行うことができる。

また、本発明の請求項２のＦＢＧセンサシステムは、測定対象に設けられた各々の反射波長が異なる複数のＦＢＧに、該複数のＦＢＧの反射波長を含む測定波長範囲の光を測定光として入射させ、該複数のＦＢＧによって反射された前記測定光の反射光から各ＦＢＧの反射波長を測定するＦＢＧセンサシステムにおいて、前記反射光を受けて電気信号に変換する受光器と、前記受光器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制御処理手段と、半導体レーザを有し、前記測定波長範囲を含んで所定の掃引周期で波長掃引された光を前記半導体レーザで発振させる波長可変光源と、前記波長可変光源から出力される前記波長掃引された光の波長の情報を含む信号に基づいて、前記波長可変光源で発振された前記測定波長範囲の光をオン／オフするためのパルスを発生させるパルス発生器と、を備え、前記パルスで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り、前記複数のＦＢＧのうちの１以上のＦＢＧの反射波長を含み、他のＦＢＧの反射波長を含まない波長範囲の光から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複数のＦＢＧに入射させることを特徴とする構成を有していてもよい。

また、本発明の請求項３のＦＢＧセンサシステムは、前記波長可変光源が、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と、前記半導体レーザの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と、前記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と、反射体と反射体駆動手段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前記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測定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スキャナと、を備えたことを特徴とする構成を有していてもよい。

また、本発明の請求項４のＦＢＧセンサシステムは、前記ＭＥＭＳスキャナの反射体が、固定基板と、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と、を有しており、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構成を有していてもよい。

本発明は、波長可変光源からＦＢＧまでの光路長が不明であるとともに、ＦＢＧが反射波長の順に配置されていない場合であっても、測定対象の歪測定や温度測定を精度良く行うことが可能なＦＢＧセンサシステムを提供するものである。

第１の実施形態に係るＦＢＧセンサシステムの構成例を示すブロック図 第１の実施形態に係るＦＢＧセンサシステムが備える波長可変光源の構成例を示すブロック図 第１の実施形態に係るＦＢＧセンサシステムが備える波長可変光源の他の構成を示すブロック図 駆動信号を説明するための波形図 ＭＥＭＳスキャナによる波長掃引について説明するためのグラフ 波長掃引とパルス及び光パルスの関係を説明するためのグラフ 測定光の反射光において異なるＦＢＧの反射スペクトルが重なり合っている場合の光パルスの波形図 ＭＥＭＳスキャナを説明するための分解斜視図 第１の実施形態に係るＦＢＧセンサシステムの他の構成例を示すブロック図 第２の実施形態に係るＦＢＧセンサシステムの構成例を示すブロック図

以下、本発明に係るＦＢＧセンサシステムの実施形態について図面を用いて説明する。
（第１の実施形態）
本発明に係るＦＢＧセンサシステムの第１の実施形態を図１を用いて説明する。図１は本実施形態のＦＢＧセンサシステム１の構成の一例を示すブロック図である。本実施形態のＦＢＧセンサシステム１は、測定対象に設けられた各々の反射波長が異なるＮ個のＦＢＧ１７−１〜１７−Ｎに、Ｎ個のＦＢＧ１７−１〜１７−Ｎの反射波長を含む所定の波長範囲（以下、測定波長範囲と記す）の光を測定光Ｍとして入射させ、Ｎ個のＦＢＧ１７−１〜１７−Ｎによって反射された測定光Ｍの反射光Ｍ_Rから各ＦＢＧ１７−１〜１７−Ｎの反射波長を測定するものである。

ここで、ＦＢＧ１７−１〜１７−Ｎの反射波長は、例えば測定波長範囲内で５ｎｍずつ異なるものである。また、ＦＢＧ１７−１〜１７−Ｎの配置順は、反射波長の順番であってもよいし、そうでなくてもよい。

図１に示すように、ＦＢＧセンサシステム１は、ファイバ１６に形成されたＦＢＧ１７−１〜１７−Ｎからの反射光Ｍ_Rを受けて電気信号ｃに変換する受光器（ＰＤ）１４と、ＰＤ１４から出力される電気信号ｃに基づいてＦＢＧ１７−１〜１７−Ｎの反射波長を測定する制御処理手段１５と、上記測定波長範囲を含んで所定の掃引周期で波長掃引された光を発振する波長可変光源１０と、波長可変光源１０から出力される波長掃引された光の波長の情報を含む信号ａ、ｂに基づいて、波長可変光源１０で発振された測定波長範囲の光をオン／オフするためのパルスｄを発生させるパルス発生器１３と、パルス発生器１３から出力されたパルスｄでオン／オフされることにより測定光Ｍとしての光パルスを発生させる光スイッチ１１と、光スイッチ１１から出力された測定光Ｍをファイバ１６に出射するとともに、ＦＢＧ１７−１〜１７−Ｎからの反射光Ｍ_RをＰＤ１４に出射する光サーキュレータ１２と、を備える。

図２は、本実施形態のＦＢＧセンサシステム１が備える波長可変光源１０の構成を示すブロック図である。波長可変光源１０は、図２に示すように、一方のレーザ光出射端面２０ａがＡＲコートされている半導体レーザ（ＬＤ）２０と、ＬＤ２０のＡＲコートされている端面２０ａから出射された光をコリメートするコリメートレンズ２１と、コリメートレンズ２１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２２と、回折格子２２からのコリメート光の回折光が入射されるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）スキャナ２３と、を備える。

ＭＥＭＳスキャナ２３は、反射体２４と反射体駆動手段２５とを含んで構成され、反射体２４の反射面の角度を反射体駆動手段２５により所定の掃引周期で繰り返し変化（往復回転）させるようになっている。このような構成により、具体的には、回折格子２２から入射されるコリメート光に対する回折光が、反射体２４の反射面で回折格子２２へ反射されて、再び回折格子２２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２１を介してＬＤ２０に入射されるとき、ＬＤ２０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、この所望の波長が測定波長範囲を含んで往復掃引されるようになっている。なお、ＭＥＭＳスキャナ２３を構成する反射体２４及び反射体駆動手段２５については後で詳述する。

このような構成によって、ＬＤ２０に駆動電流が印加されているときには、波長掃引された光が発振されて、ＬＤ２０のＡＲコートされていない端面２０ｂから出射されて測定光Ｍとなる。なお、反射体駆動手段２５は、反射体２４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としてパルス発生器１３及び制御処理手段１５（図１参照）へ出力する。

さらに、波長可変光源１０は、回折格子２２の０次光が入射され、所定の波長の０次光のみを透過させるエタロン等の光共振器２６と、光共振器２６から出力された所定の波長の０次光を受けて電気信号ｂに変換する受光器（ＰＤ）２７と、を備えていてもよい。なお、ＰＤ２７は、電気信号ｂをパルス発生器１３及び制御処理手段１５（図１参照）に出力するようになっている。

即ち、光共振器２６において、測定光Ｍ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間隔の透過光が発生し、ＰＤ２７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。従って、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。

なお、図２において、波長可変光源１０は、ＬＤ２０のＡＲコートされている端面２０ａから出射された光をコリメートレンズ２１によってコリメート光に変換して回折格子２２へ入射させる構成を有しているが、ＬＤ２０とコリメートレンズ２１との間に集光レンズ（不図示）とファイバ（不図示）を設け、ＬＤ２０のＡＲコートされている端面２０ａ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２１によってコリメート光に変換して回折格子２２へ入射させるようにしてもよい。

なお、波長可変光源１０は、図２に示したような、ＬＤ２０のＡＲコートされていない端面２０ｂから出射された光を測定光Ｍとするものに限定されるわけではなく、回折格子２２の０次光を測定光Ｍとするものであってもよい。その場合には、図３に示すように、波長可変光源１０は、回折格子２２と光共振器２６の間に、回折格子２２からの０次光を分岐する光カプラ等の光分岐手段２８を備えていてもよい。ここで、光分岐手段２８は、分岐した０次光の一方を測定光Ｍとし、他方を光共振器２６へ入射させるようになっている。このように０次光を出力光（測定光Ｍ）とすると、ＬＤ２０の内部共振モードの影響によって生じる出力光の強度変動（約１ｄＢ）を、ＬＤ２０のＡＲコートされていない端面２０ｂから出射された光を出力光とする場合に比べて１／１０程度に小さくできる。また、ＬＤ２０のＡＲコートされていない端面２０ｂにＨＲ（ＨＲ：High-Reflection）コートを施すことによって、０次光を出力光とする場合の出力光の光強度を増加させることができる。

また、往復掃引可能な波長可変光源としては、上記図２及び図３に示したＭＥＭＳスキャナ２３を用いて往復掃引させるものに限定されるわけではない。例えば、下記の文献に開示されているように、ＭＥＭＳスキャナの代わりにガルバノメーターとこのガルバノメーターに固定されたミラーとを用いて往復掃引させるようなものであってもよい。あるいは、リトマン型、リトロー型、ファブリーペロー型、リングレーザ型、ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）型などの波長可変光源であってもよい。
［非特許文献１］S.H.Yun, C.Boudoux, M.C.Pierce, J.F.de Boer, G.J.Tearney, and B.E.Bouma, "Extended-Cavity Semiconductor Wavelength-Swept Laser for Biomedical Imaging", IEEE Photonic Technology Letters, ２００４年１月、第１６巻、第１号、ｐｐ．２９３−２９５

ここで、ＭＥＭＳスキャナ２３による波長掃引について説明する。図４に示す駆動信号Ｄａ、Ｄｂ（詳細は後述する）を印加してＭＥＭＳスキャナ２３を所定の掃引周期で往復掃引する（上述の反射体２４を往復回転させる）と、図５（ａ）に示すように、ＭＥＭＳスキャナ２３の往復回転角度はほぼ正弦波的に変化し、その結果、掃引される波長も正弦波状に変化する。従って、測定光Ｍの測定波長範囲が、図５（ｂ）に示すように、その正弦波状に変化する波形の直線に近い部分に来るように、ＭＥＭＳスキャナ２３の往復掃引の波長範囲（往復回転角度の範囲）が設定される。この設定は、駆動信号Ｄａ、Ｄｂの振幅の調整により行うことができる。具体例としては、例えば、測定波長範囲を１５２０〜１５７０ｎｍとした場合、ＭＥＭＳスキャナ２３の往復掃引の波長範囲（掃引波長範囲）は、この測定波長範囲に対して十分に広い１４７０〜１６２０ｎｍに設定される。なお、上述の駆動信号Ｄａ、Ｄｂのいずれか一方は、掃引信号ａとしてパルス発生器１３及び制御処理手段１５（図１参照）に出力される。

なお、図５（ｂ）中には、短波から長波へ掃引している（以下、アップ掃引と記す）ときの測定波長範囲と波長ずれ、及び、長波から短波へ掃引している（以下、ダウン掃引と記す）ときの測定波長範囲と波長ずれを示している。これらの波長ずれは、波長可変光源１０とＦＢＧ１７−１〜１７−Ｎ（図１参照）との間の光路長に起因して発生するものである。本実施形態のＦＢＧセンサシステム１は、アップ掃引又はダウン掃引のどちらか一方のみを用いるものであってもよいし、両方を用いるものであってもよい。

図６は、波長掃引とパルスｄ及び光パルスＳの関係を説明するためのグラフである。図６（ａ）、（ｂ）に示すように、パルス発生器１３（図１参照）は、波長可変光源１０で発振される測定波長範囲の光の波長の情報を含む信号（掃引信号ａ及び電気信号ｂ）、及び、後述する制御処理手段からの指示信号ｅに基づいて、波長可変光源１０で発振される測定波長範囲の光を測定光Ｍとしてファイバ１６に入射させるためのパルスｄを発生させるようになっている。ここで、測定光Ｍの反射光Ｍ_Rの波長は、従来技術と同様にＰＤ１４（図１参照）が反射光Ｍ_Rを受光した時の波長可変光源１０の発振波長に等しいと見なされて、制御処理手段のメモリ（不図示）に記憶されるものとする。

例えば、アップ掃引時の反射光Ｍ_Rのスペクトルにおいて全てのＦＢＧの反射波長が区別できる場合には、パルスｄは、測定波長範囲の下限波長に対応する掃引時刻ｔ₁から、測定波長範囲の上限波長に対応する掃引時刻ｔ₂に亘る１つの電圧パルスであればよい。同様に、ダウン掃引時の反射光Ｍ_Rのスペクトルにおいて全てのＦＢＧの反射波長が区別できる場合には、パルスｄは、測定波長範囲の上限波長に対応する掃引時刻ｔ₃から、測定波長範囲の下限波長に対応する掃引時刻ｔ₄に亘る１つの電圧パルスであればよい。そして、このパルスｄのオン／オフに応じて光スイッチ１１（図１参照）がオン／オフされることにより、図６（ｃ）に示す光パルスＳが測定光Ｍとしてファイバ１６に出射される。

しかしながら、反射光Ｍ_Rのスペクトルにおいて、いくつかのＦＢＧの反射スペクトルが重なり合って反射波長が区別できない場合もあり得る。この場合には、上記の光パルスＳから該当するＦＢＧの反射波長に対応する波長範囲をカットさせればよい。ここで、ユーザは、不図示の操作部により、測定を行うＦＢＧ、あるいは、測定から除外するＦＢＧを制御処理手段１５（図１参照）に対して指示できるものとする。

例えば、ファイバ１６の入射部から各ＦＢＧ１７−１〜１７−Ｎまでの光路長が既知であり、反射光Ｍ_Rのスペクトルにおいて反射スペクトルが重なり合っているＦＢＧをユーザが特定できる場合には、制御処理手段１５は、該当するＦＢＧの反射波長を含まない波長範囲の光からなる光パルスＳを生成するための指示信号ｅをパルス発生器１３に出力する。

図７（ａ）に、Ｎ（＝１０）個のＦＢＧ１７−１〜１７−１０のうち、反射光Ｍ_Rのスペクトルにおいて、アップ掃引時（掃引時刻ｔ₁〜ｔ₂）にＦＢＧ１７−３とＦＢＧ１７−４の反射スペクトルが重なった場合のスペクトル例を示す。ここで、横軸の「波長」とは、ＰＤ１４（図１参照）が反射光Ｍ_Rを受光した時の波長可変光源１０の発振波長である。

この場合には、制御処理手段１５は、ＦＢＧ１７−３の反射波長を含まない波長範囲の光からなる光パルスＳ（図７（ｂ））を生成するための指示信号ｅをパルス発生器１３に出力する。

さらに、制御処理手段１５は、図７（ｂ）に示した光パルスＳによるＦＢＧ１７−３以外のＦＢＧの反射波長の測定の終了後に、ＦＢＧ１７−３の反射波長を含む波長範囲の光からなる光パルスＳを生成するための指示信号ｅをパルス発生器１３に出力する構成であるとよい。このときの光パルスＳは、図７（ｃ）に示すように、ＦＢＧ１７−４の反射波長を含まない波長範囲の光からなる。

なお、各ＦＢＧの反射波長を含む波長範囲とは、各ＦＢＧの反射スペクトルの線幅よりも広いが、他のＦＢＧの反射スペクトルに跨らない範囲であるとする。具体的には、ＦＢＧの反射波長が５ｎｍずつ異なり、各ＦＢＧの反射スペクトルの線幅が０．３ｎｍ程度である場合には、上記の波長範囲は１〜２ｎｍ程度であればよい。

一方、ファイバ１６の入射部から各ＦＢＧ１７−１〜１７−Ｎまでの光路長が不明であり、反射光Ｍ_Rのスペクトルにおいて反射スペクトルが重なり合っているＦＢＧをユーザが特定できない場合には、制御処理手段１５は、１つのＦＢＧの反射波長を含まず、他のＦＢＧの反射波長を含む波長範囲の光からなる光パルスＳを順次発生させるための指示信号ｅをパルス発生器１３に出力すればよい。

なお、本実施形態においては、図７（ｂ）、（ｃ）に示したような１つのＦＢＧの反射波長を含む波長範囲をカットした光パルスＳの代わりに、１つのＦＢＧの反射波長を含む波長範囲の光のみからなる光パルスＳを用いてもよい。これは、本実施形態においては、光スイッチ１１（図１参照）による光パルスＳのオン／オフに関わらず、エタロン等からなる光共振器２６（図２、３参照）から所定の波長の光が出力されるためである。一方、後述する第２の実施形態においては、光パルスＳがオフとなる期間に光共振器２６からの光出力もオフとなってしまうため、光共振器２６による波長可変光源１０の波長校正に極力影響を与えないためには、オフとなる期間がオンとなる期間よりも十分に短い、図７（ｂ）、（ｃ）のような光パルスＳを用いることが望ましい。

次に、図２及び図３に示した波長可変光源１０の一部を構成するＭＥＭＳスキャナ２３の反射体２４及び反射体駆動手段２５について詳述する。反射体２４は、図８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２４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２４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２４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２５（図２、３参照）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２２（図２、３参照）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２４は、回折格子２２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２２へ入射させて、再度回折させる。

一方、反射体駆動手段２５（図２、３参照）の一部を構成する駆動信号発生器５５は、例えば図４（ａ）、（ｂ）に示すように、反射体２４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として制御処理手段１５（図１参照）に出力する。なお、図４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２４及び反射体駆動手段２５によって構成されたＭＥＭＳスキャナ２３（図２、３参照）では、反射体２４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２４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。

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。

従って、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２４及び反射体駆動手段２５を用いてＭＥＭＳスキャナ２３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８の説明では、反射体２４を導電性の高い材料で構成していたが、反射体２４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、さらに固定基板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８の説明では、反射体２４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２４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。

以上説明したように、本実施形態のＦＢＧセンサシステムは、複数のＦＢＧのうちの１以上のＦＢＧの反射波長を含み、他のＦＢＧの反射波長を含まない波長範囲の光からなる光パルスを発生させるものである。この構成により、ＦＢＧからの反射スペクトルのピーク値を受光器が検出した時の波長可変光源の発振波長を、各ＦＢＧの反射波長と見なした場合に、各ＦＢＧの反射スペクトルが互いに重なり合ったとしても、測定対象の歪測定や温度測定を精度良く行うことができる。

即ち、本実施形態のＦＢＧセンサシステムは、波長可変光源からＦＢＧまでの光路長が不明であるとともに、ＦＢＧが反射波長の順に配置されていない場合であっても、測定対象の歪測定や温度測定を精度良く行うことができる。

なお、本実施形態では１つのファイバ内にＦＢＧが直列に配置される例を挙げたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図９（ａ）に示すように、光サーキュレータ１２の後段に光カプラ６０を設け、光カプラ６０でＦＢＧが形成されたファイバを分岐する構成であってもよい。あるいは、図９（ｂ）に示すように、ループ状のファイバ内にＦＢＧが形成される構成であってもよい。

（第２の実施形態）
本発明に係るＦＢＧセンサシステムの第２の実施形態を図面を参照しながら説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成及び動作については適宜説明を省略する。

図１０は本実施形態のＦＢＧセンサシステム２の構成の一例を示すブロック図である。第１の実施形態では、光スイッチのオン／オフにより光パルスＳを生成する構成を例に挙げたが、本実施形態では光スイッチをオン／オフさせる代わりに、波長可変光源１０が有するＬＤ２０の駆動電流をオン／オフさせる構成について述べる。

即ち、本実施形態のＦＢＧセンサシステム２は、光スイッチの代わりに、パルス発生器１３から出力されたパルスｄ（電圧信号）をパルスｄ'（電流信号）に変換する電圧電流変換器１８を備え、電圧電流変換器１８から出力されたパルスｄ'をＬＤ２０の駆動電流として利用する構成を有している。

上記の構成により、パルスｄ'がオンとなることによりＬＤ２０の駆動電流がオンになっているときには、波長掃引された光が発振されて、ＬＤ２０のいずれかの端面から出射されて測定光Ｍとなる。ここで、ＭＥＭＳスキャナ２３（図２、３参照）の往復掃引は、パルスｄ'のオン／オフ（即ち、ＬＤ２０の駆動電流のオン／オフ）に関わらず、第１の実施形態と同様に連続して行われている。

従って、本実施形態のＦＢＧセンサシステムは、駆動電流としてのパルスｄ'をオン／オフさせることにより、第１の実施形態と同様に、複数のＦＢＧのうちの１以上のＦＢＧの反射波長を含み、他のＦＢＧの反射波長を含まない波長範囲の光からなる光パルスＳを発生させ、光パルスＳを測定光Ｍとして複数のＦＢＧに入射させることができる。

なお、本実施形態においては、光パルスＳがオフとなる期間にＬＤ２０の発光そのものがオフとなることにより、光共振器２６からの光出力もオフとなってしまう。従って、光共振器２６による波長可変光源１０の波長校正に極力影響を与えないためには、１つのＦＢＧの反射波長を含む波長範囲のみをカットした光パルスＳ（図７（ｂ）、（ｃ）参照）を用いることが望ましい。

１、２ ＦＢＧセンサシステム
１０ 波長可変光源
１１ 光スイッチ
１２ 光サーキュレータ
１３ パルス発生器
１４ 受光器（ＰＤ）
１５ 制御処理手段
１６ ファイバ
１７−１〜１７−Ｎ ＦＢＧ
１８ 電圧電流変換器
２０ 半導体レーザ（ＬＤ）
２０ａ、２０ｂ 端面
２１ コリメートレンズ
２２ 回折格子
２３ ＭＥＭＳスキャナ
２４ 反射体
２５ 反射体駆動手段
２６ 光共振器
２７ 受光器（ＰＤ）
２８ 光分岐手段
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
５５ 駆動信号発生器

Claims (4)

1. 測定対象に設けられた各々の反射波長が異なる複数のＦＢＧ（１７−１〜１７−Ｎ）に、該複数のＦＢＧの反射波長を含む測定波長範囲の光を測定光として入射させ、該複数のＦＢＧによって反射された前記測定光の反射光から各ＦＢＧの反射波長を測定するＦＢＧセンサシステムにおいて、
   前記反射光を受けて電気信号に変換する受光器（１４）と、
   前記受光器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制御処理手段（１５）と、
   半導体レーザを有し、前記測定波長範囲を含んで所定の掃引周期で波長掃引された光を前記半導体レーザで発振させる波長可変光源（１０）と、
   前記波長可変光源から出力される前記波長掃引された光の波長の情報を含む信号に基づいて、前記波長可変光源で発振された前記測定波長範囲の光をオン／オフするためのパルスを発生させるパルス発生器（１３）と、
   前記パルスによりオン／オフされる光スイッチ（１１）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り、前記複数のＦＢＧのうちの１以上のＦＢＧの反射波長を含み、他のＦＢＧの反射波長を含まない波長範囲の光から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複数のＦＢＧに入射させることを特徴とするＦＢＧセンサシステム。
2. 測定対象に設けられた各々の反射波長が異なる複数のＦＢＧ（１７−１〜１７−Ｎ）に、該複数のＦＢＧの反射波長を含む測定波長範囲の光を測定光として入射させ、該複数のＦＢＧによって反射された前記測定光の反射光から各ＦＢＧの反射波長を測定するＦＢＧセンサシステムにおいて、
   前記反射光を受けて電気信号に変換する受光器（１４）と、
   前記受光器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制御処理手段（１５）と、
   半導体レーザを有し、前記測定波長範囲を含んで所定の掃引周期で波長掃引された光を前記半導体レーザで発振させる波長可変光源（１０）と、
   前記波長可変光源から出力される前記波長掃引された光の波長の情報を含む信号に基づいて、前記波長可変光源で発振された前記測定波長範囲の光をオン／オフするためのパルスを発生させるパルス発生器（１３）と、を備え、
   前記パルスで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り、前記複数のＦＢＧのうちの１以上のＦＢＧの反射波長を含み、他のＦＢＧの反射波長を含まない波長範囲の光から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複数のＦＢＧに入射させることを特徴とするＦＢＧセンサシステム。
3. 前記波長可変光源は、
   一方のレーザ光出射端面（２０ａ）がＡＲコートされている前記半導体レーザ（２０）と、
   前記半導体レーザの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（２１）と、
   前記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（２２）と、
   反射体（２４）と反射体駆動手段（２５）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前記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測定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（２３）と、を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＦＢＧセンサシステム。
4. 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、
   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３に記載のＦＢＧセンサシステム。

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