JP3885933B2 - 分光測定装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分光測定装置に関し、詳しくは、高速に光信号レベルを測定する分光測定装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
光ファイバによって光信号を伝送する光通信方式の一種に、WDM(Wavelength Division Multiplexing:波長分割多重)通信がある。このWDM通信とは、波長の異なる複数の光信号を1本の光ファイバによって伝送する通信方式である。また、波長の異なる複数の光信号のことをWDM信号とも呼ぶ。また、WDM信号のそれぞれの光信号は、例えば短波側から1チャネル、2チャネルと数えられることが多い。
【0003】
分光測定装置とは、波長分散素子、波長フィルター等を用いて被測定光を波長ごとに分離し、任意の波長幅に存在する光パワーを求め、この求めた光パワーから被測定光の特性を測定する測定装置である。この分光測定装置は、WDM信号の測定によく用いられ、入力されたWDM信号を波長ごとに分離し、求めた光パワーから各チャネルごとの光信号レベルや波長等を求める。
【0004】
図6は、このようなWDM信号を測定する分光測定装置の一実施例を示す原理構成図である。図6において、分光器10はポリクロメータ方式と呼ばれるものであり、被測定光であるWDM信号が入力され、任意の波長幅に存在する光パワーに対応した出力を測定データとして出力する。
【0005】
分光器10は、光ファイバ11、コリメーティングレンズ12、波長分散素子である回折格子13、フォーカシングレンズ14、フォトダイオードアレイモジュール15(以下PDMと略す)、光シャッター16から構成される。
【0006】
光ファイバ11は、被測定光100を分光器10に入射する伝送路である。コリメーティングレンズ12は、光ファイバ11の出射口に対向して設置され、光ファイバ11から出射された被測定光100を平行光にして出射する。
【0007】
回折格子13は、コリメーティングレンズ12からの出射光を所望の角度に回折するため、コリメーティングレンズ12に対して傾けて設置してある。また、回折格子13は被測定光100を波長ごと異なる角度に分離して出射する。フォーカシングレンズ14は、回折格子13からの出射光の光路上に設置され、出射光を収束させる。
【0008】
PDM15は、被測定光100が収束する位置となるように設置される。PDM15は、短冊状または点状のフォトダイオードが配列されたフォトダイオードアレイが設けられている。このフォトダイオードは、入射した被測定光100の光パワーに応じた電流(光電流)を発生し、出力信号として出力する。また、各フォトダイオードには、前もって波長が割り付けられている。波長の割り付けは、被測定光100が回折格子13によって波長ごとに分離されて、フォトダイオードアレイにて収束する位置と対応している。
【0009】
またPDM15は、フォトダイオードからの出力信号を順次選択する選択回路が設けられ、この選択回路からの出力が分光器10の測定データとして出力される。
【0010】
光シャッター16は、光ファイバ11とコリメーティングレンズ12の間に設けられ、被測定光100を遮断することができる。光シャッター16は被測定光100を遮り、その時のフォトダイオードの暗電流レベルを測定し、この値を被測定光100の測定データから減算することで、暗電流のドリフトの影響も除去でき、高精度な測定が実現できる。
【0011】
制御部20は、PDM15の選択回路の動作を制御する制御信号を選択回路に出力し、また、選択回路の動作の開始と終了を示す開始信号と終了信号を出力する。変換部30は、分光器10のPDM15から出力される測定データを入力し、適切な電圧レベルに変換して出力する。そして、変換部30は、電流を電圧に変換するI/V変換回路と、必要に応じて電圧レベルを調整する増幅回路や減衰回路等が設けられる。
【0012】
演算部40は、A/D変換部41、記憶部42、検出部43、加算部44が設けられる。A/D変換部41は、変換部30から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、出力する。またA/D変換部41は、制御部20からの開始信号が入力される。記憶部42は、A/D変換部41から出力されたデジタル信号を格納する。
【0013】
検出部43は、記憶部42に格納された測定データを読出し、読み出した測定データからピーク条件を満たす測定データの検出を行い検出結果を出力する。また、検出部43は、制御部20からの終了信号が入力される。加算部44は、検出部43から出力された検出結果と記憶部42に格納された測定データに基づき、演算を行い、この演算結果を出力する。出力部50は、演算部40から出力された結果が入力され、図示しない画面に表示や、図示しない外部装置に出力を行う。
【0014】
このような装置の動作を説明する。被測定光100は、波長λAと波長λBの異なる波長が多重されているとする。光ファイバ11から出射された被測定光100は、コリメーティングレンズ12で平行光となる。コリメーティングレンズ12を透過した被測定光100は、回折格子13に入射する。被測定光100は回折格子13によって、波長λA、λBごとに被測定光100A、100Bに分離される。回折格子13によって分離された被測定光100A、100Bは、フォーカシングレンズ14によってPDM15のフォトダイオードアレイに収束するが、収束する光スポットの位置は被測定光100A、100Bの波長λA、λBに対応してずれる。
【0015】
フォトダイオードアレイで生じた光電流は、選択回路によって選択された素子から順番に測定データとして出力される。このとき、選択回路は、制御部20の制御信号に従って素子の選択を行っている。
【0016】
PDM15の詳細な動作を図7を用いて以下説明する。図7は,PDM15の一部とその周辺部を示した回路図である。図6と同一のものは同一符号を付し、説明を省略する。図7において、フォトダイオードアレイ15Aは受光部で、フォトダイオードPD1〜PDn(nは自然数)を有する。フォトダイオードPD1〜PDnは、カソード側にバイアス電圧Vbが印加される。
【0017】
スイッチ回路SW1a〜SWna、SW1b〜SWnbは、選択回路15Bを構成している。また、フォトダイオードPD1〜PDnごとに、スイッチ回路SW1a〜SWna、およびスイッチ回路SW1b〜SWnbが設けられる。そして、スイッチ回路SW1a〜SWna、SW1b〜SWnbは、例えばFETスイッチ等が用いられる。
【0018】
スイッチ回路SW1a〜SWnaは、一端がそれぞれフォトダイオードPD1〜PDnのアノード側に接続され、他端がPDM15の出力側となり、変換部30に測定データを出力する。スイッチ回路SW1b〜SWnbは、一端がそれぞれフォトダイオードPD1〜PDnのアノード側に接続され、他端がGNDに接続される。また、スイッチ回路SW1a〜SWna、SW1b〜SWnbの制御端子には、制御部20からの制御信号がそれぞれ入力される。ただし、図7において制御部20からの制御信号が伝送される信号線は1本で表記されているが、もちろん各スイッチ回路SW1a〜SWna、SW1b〜SWnbの制御端子に接続される信号線は、互いに独立している。
【0019】
ここで、図7に示す回路の動作を図8を用いて説明する。図8は、フォトダイオードPD1〜PD4に接続されているスイッチ回路SW1a〜SW4a、SW1b〜SW4bのタイミング図であり、これら以外のスイッチ回路SW5a〜SWna、SW5b〜SWnbの記載は省略する。図8において、(a)は、スイッチ回路SW1aに入力される制御信号、(b)は、スイッチ回路SW1bに入力される制御信号である。以下同様に(c)、(d)は、スイッチ回路SW2a、SW2bのそれぞれに入力される制御信号であり、(e)、(f)は、スイッチ回路SW3a、SW3bのそれぞれに入力される制御信号であり、(g)、(h)は、スイッチ回路SW4a、SW4bのそれぞれに入力される制御信号である。
【0020】
また、各スイッチ回路SW1a〜SW4a、SW1b〜SW4bのスイッチは、制御信号が”HIGHレベル”の時に”ON”となり、”LOWレベル”の時に”OFF”となる。
【0021】
まず、初期状態としてスイッチ回路SW1a〜SW4aは、制御回路20により”OFF”にされ、スイッチ回路SW1b〜SW4bは、制御回路20により”ON”にされている。
【0022】
フォトダイオードアレイ15Aの光電流の信号読出しにおいては、第1に制御回路20は、(a)に示すようにスイッチ回路SW1aを”ON”にして、その後(b)に示すようにスイッチ回路SW1bを”OFF”にする。この時点でフォトダイオードPD1で生じた光電流が、測定データとして変換部30に出力される。
【0023】
次に、出力が終了すると制御回路20は、(b)に示すようにスイッチ回路SW1bを”ON”にして、その後(a)に示すようにスイッチ回路SW1aを”OFF”にする。
【0024】
第2に制御回路20は、(c)に示すようにスイッチ回路SW2aを”ON”にして、その後(d)に示すようにスイッチ回路SW2bを”OFF”にする。この時点でフォトダイオードPD2で生じた光電流が、測定データとして変換部30に出力される。
【0025】
次に、出力が終了すると制御回路20は、(d)に示すようにスイッチ回路SW2bを”ON”にして、その後(c)に示すようにスイッチ回路SW2aを”OFF”にする。
【0026】
同様にして制御回路20は、スイッチ回路SW3a、SW3b、SW4a、SW4bを制御してフォトダイオードPD3、PD4で生じた光電流を順次、測定データとして出力していく。
【0027】
ここで制御回路20は、スイッチ回路SW1a〜SW4aのそれぞれを”ON”した後に、スイッチ回路SW1b〜SW4bのそれぞれを”OFF”し、さらにスイッチ回路SW1b〜SW4bのそれぞれを”ON”した後に、スイッチ回路SW1a〜SW4aのそれぞれを”OFF”している。これは、フォトダイオードPD1〜PD4が開放状態となっている時に、フォトダイオードPD1〜PD4に過大な光信号が入射すると、フォトダイオードPD1〜PD4が破損する恐れがあり、この破損を防ぐためである。
【0028】
このような動作により、フォトダイオードPD1〜PDnの各1個ずつの測定データが順次出力される。そして、図6において、変換部30は、分光器10からの測定データをI/V変換回路にてI/V変換し、このI/V変換した電圧を必要に応じて増幅回路や減衰回路等にて増幅または減衰して、適切な電圧レベルにして出力する。
【0029】
A/D変換部41は、変換部30から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。このとき、A/D変換部41は、制御部20の開始信号をうけ、選択回路15Bが選択するフォトダイオードPD1〜PDnの測定データと同期をとって、順次変換していく。
【0030】
この際、図8に示すように1番目の測定データは、フォトダイオードPD1の出力であり、n番目の測定データは、フォトダイオードPDnの出力である。つまり、測定データの順番とフォトダイオードPD1〜PDnの順番は同一である。
【0031】
記憶部42は、A/D変換部41によってデジタル信号に変換された各フォトダイオードPD1〜PDnの測定データを格納する。検出部43は、制御信号20の終了信号を受け、記憶部42の測定データから条件を満たす測定データを検出する。例えば、各チャネルの光信号のピークを検出するための条件としては、隣合う測定データよりも大きな値となる測定データがあげられる。そして、この条件を満たす測定データが、何番目か検出する。
【0032】
加算部44は、この検出部43の検出結果と記憶部42に格納された測定データに基づき、ピークとなるフォトダイオードPD1〜PDnの測定データと、ピーク近傍の測定データを加算して各チャネルごとの光信号レベルを求める。また、フォトダイオードPD1〜PDnごとに波長が割り付けられているので、各チャネルの波長も、ピークとなるフォトダイオードPD1〜PDnに割付られている波長から求めることもできる。出力部50は、各チャネルの光信号レベルおよび波長を画面に表示したり、外部に出力したりする。
【0033】
ここで、各チャネルのピーク検出および光信号レベルを求める具体例を図9を用いて説明する。図9は、フォトダイオードアレイ15Aの一部に、被測定光100Aが照射されているのを模式的に示した図である。図9において、フォトダイオードPD1〜PD4は短冊状の形をしており、回折格子13によって被測定光100が波長ごとに分離される方向に沿って配列されている。またフォトダイオードPD1〜PD4の片側からは光電流が読み出され選択回路15Bに出力される。
【0034】
被測定光100Aは、楕円状または円形状の光スポットを形成しており、フォトダイオードPD1〜PD4の配列方向に対する光スポットの直径は、フォトダイオードPD1〜PD4の配列方向の幅とほぼ同じである。また、各フォトダイオードPD1〜PD4の間の非受光部は、ほぼ無視できる幅とする。
【0035】
例えば、被測定光100Aの全光パワーを”1”とし、この全光パワーがフォトダイオードPD1〜PD4によって光電流に変換された場合、選択回路15B、変換部20を経てA/D変換部41から出力される値は、”10”になるものとする。
【0036】
図9に示すように、被測定光100Aの光パワーはフォトダイオードPD2、PD3のそれぞれに7:3の比率で入射しているとする。図8に示したタイミングで選択回路15Bは制御回路20によって制御される。スイッチ回路SW1aが”ON”の時のA/D変換部41から出力される測定データの値は”0”となる。スイッチ回路SW2aが”ON”の時の出力値は”7”となる。同様にスイッチ回路SW3aが”ON”の時の出力値は”3”となり、スイッチ回路SW4aが”ON”の時の出力値は”0”となる。これらのA/D変換部41によって変換された値が、記憶部42に順次格納される。
【0037】
検出部43は、記憶部42の測定データより条件を満たす測定データを検出する。図9において、検出部43は、被測定光100Aのピークが2番目の測定データ(フォトダイオードPD2に対応)であることを検出する。そして、加算部44はこの検出結果に基づき、2番目〜3番目の測定データの値を加算(”7”+”3”=”10”)することにより光パワーを演算し、このチャネルの光信号レベルを求めることができる。また、フォトダイオードPD2に割り付けられている波長より、被測定光100Aの波長を求めることもできる。
【0038】
【発明が解決しようとする課題】
このように、ピークとピーク近傍の測定データの値を加算することにより、被測定光100Aが複数のフォトダイオードPD2、PD3にまたがっていても、被測定光100Aの光信号レベルを測定することができる。しかし、図1に示す装置では、被測定光100Aが、例えばフォトダイオードPD2だけに入射されていても加算部44で複数の測定データの加算を行う。
【0039】
WDM通信の監視を行う端末局や、WDM通信の通信ネットワークを敷設する作業現場等では、波長の精度を犠牲にしても高速で光信号レベルの測定を行う要求が強い。これは、端末局や作業現場では到達するWDM信号の波長は前もって分かっており、ある程度の波長を求めることができればWDM信号の波長を特定することができるためである。そして、端末局では異常があれば基幹局へ早急に連絡をするために高速な測定が求められており、作業現場では作業時間を短縮するために高速な測定が求められている。
【0040】
そこで本発明の目的は、高速に光信号レベルを測定することができる分光測定装置を実現することにある。
【0041】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、
被測定光を分光し、光信号レベルを測定する分光測定装置において、
前記被測定光が分光された光を受光する複数のフォトダイオードからなるフォトダイオードアレイと、
このフォトダイオードアレイのフォトダイオードによる出力信号を選択する選択回路と、
この選択回路に、隣接する複数のフォトダイオードを組として同時に選択させ、組として選択するフォトダイオードを1個ずつ順次ずらし、前記フォトダイオードアレイの全フォトダイオードの中から一組だけを選択させていく制御部と
を有し、選択回路の出力により、波長ごとの光信号レベルを求めることを特徴とするものである。
【0042】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、
選択回路の出力を電流電圧変換する変換部と、
この変換部の出力をデジタルデータに変換するA/D変換部と、
このA/D変換部のデジタルデータを格納する記憶部と、
この記憶部から波長ごとのピークを検出し、出力する検出部と
を設けたことを特徴とするものである。
【0043】
請求項3記載の発明は、請求項1記載の発明において、
フォトダイオードごとに設けられ、フォトダイオードの出力信号を電流電圧変換し、選択回路に出力する変換部と、
選択回路の出力をデジタルデータに変換するA/D変換部と、
このA/D変換部のデジタルデータを格納する記憶部と、
この記憶部から波長ごとのピークを検出し、出力する検出部と
を設けたことを特徴とするものである。
【0044】
請求項4記載の発明は、請求項1〜3のいずれかに記載の発明において、
フォトダイオードごとに設けられ、フォトダイオードの光電流を蓄積し、フォトダイオードの出力とする積分回路を設けたことを特徴とするものである。
【0046】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図1は本発明の第1の実施例を示す原理構成図である。ここで、図6と同一のものは同一符号を付し、説明を省略する。図1において、制御部20’は制御部20の代わりに設けられる。制御部20’は、選択回路15Bの動作を制御する制御信号を出力する。また演算部40’は内部に検出部43’が、検出部43と加算部44の代わりに設けられる。この検出部43’は、制御部20’の終了信号をうけ、記憶部42に格納された測定データから各チャネルのピークとなる測定データの値を、出力部50に出力する。
【0047】
ここで、図1に示す装置の動作を図2を用いて説明する。図2は、図7に示した回路図におけるフォトダイオードPD1〜PD4に接続されているスイッチ回路SW1a〜SW4a、SW1b〜SW4bのタイミング図であり、これら以外のスイッチ回路SW5a〜SWna、SW5b〜SWnbの記載は省略する。もちろん、図7においても、制御部20’が制御部20の代わりに設けられる。図2において、(a’)は、スイッチ回路SW1aに入力される制御信号、(b’)は、スイッチ回路SW1bに入力される制御信号である。以下同様に(c’)、(d’)は、スイッチ回路SW2a、SW2bのそれぞれに入力される制御信号であり、(e’)、(f’)は、スイッチ回路SW3a、SW3bのそれぞれに入力される制御信号であり、(g’)、(h’)は、スイッチ回路SW4a、SW4bのそれぞれに入力される制御信号である。
【0048】
まず、初期状態としてスイッチ回路SW1a〜SW4aは、制御回路20’により”OFF”にされ、スイッチ回路SW1b〜SW4bは、制御回路20’により”ON”にされている。
【0049】
フォトダイオードアレイ15Aの光電流の信号読出しにおいては、第1に制御回路20’は、(a’)、(c’)に示すようにスイッチ回路SW1a、SW2aを”ON”にして、その後(b’)、(d’)に示すようにスイッチ回路SW1b、SW2bを”OFF”にする。この時点でフォトダイオードPD1、PD2のそれぞれで生じた光電流が加算されて、測定データとして変換部30に出力される。
【0050】
次に、出力が終了すると制御回路20’は、(b’)に示すようにスイッチ回路SW1bを”ON”にして、その後(a’)に示すようにスイッチ回路SW1aを”OFF”にする。
【0051】
第2に制御回路20’は、(e’)に示すようにスイッチ回路SW3aを”ON”にして、その後(f’)に示すようにスイッチ回路SW3bを”OFF”にする。この時点でフォトダイオードPD2、PD3のそれぞれで生じた光電流が加算されて、測定データとして変換部30に出力される。
【0052】
次に、出力が終了すると制御回路20’は、(d’)に示すようにスイッチ回路SW2bを”ON”にして、その後(c’)に示すようにスイッチ回路SW2aを”OFF”にする。
【0053】
同様にして制御回路20は、スイッチ回路SW3a、SW3b、SW4a、SW4bを制御する。そして、隣接するフォトダイオードPD3、PD4のそれぞれで生じた光電流を加算して測定データとして出力するように選択回路15Bを制御する。
【0054】
A/D変換部41は、変換部30からのアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。このとき、制御部20’の開始信号をうけ、選択回路15Bが選択する隣接するフォトダイオードPD1〜PDnの出力が加算された測定データと同期をとって、順次変換していく。
【0055】
この際、図2に示すように1番目の測定データは、フォトダイオードPD1、PD2の出力が加算され、2番目の測定データは、フォトダイオードPD2、PD3の出力が加算され、以下同様にi番目(iは自然数)の測定データはフォトダイオードPDi、PD(i+1)の2個の出力が加算される。
【0056】
記憶部42は、A/D変換部41によってデジタル信号に変換された複数のフォトダイオードの光電流が加算された測定データを順次格納していく。検出部43’は、制御信号20’の終了信号を受け、記憶部42の測定データから各チャネルのピークとなる測定データを検出し、このピークと検出した測定データを各チャネルの光信号レベルとして出力部50に出力する。ピークの検出条件は、i番目の測定データの値をdiとすれば、例えば式(1)のように表される。
d(i-1)<di≧d(i+1) (1)
【0057】
また、フォトダイオードPD1〜PDnには波長が割り付けられているので、ピークとなる測定データの順番から波長を求めることもできる。この場合、測定データには2個のフォトダイオードPDi、PD(i+1)の出力が加算されているが、例えば、若い番号のフォトダイオードPDiに割付けらている波長を、各チャネルの波長として出力部50に出力する。
【0058】
ここで、図9に示した被測定光100Aが複数のフォトダイオードPD2、PD3にまたがっている例をとり、図1に示す装置のピーク検出および光信号レベルを求める具体例を説明する。まず、図2に示した制御部20’からの制御信号により、選択回路15BはフォトダイオードPD1、PD2を選択する。そして、フォトダイオードPD1、PD2のそれぞれで生じた光電流が加算され、測定データとして変換部30に出力される。そして、変換部30、A/D変換部41を経て記憶部42に1番目の測定データとして格納される。このときの測定データの値は、フォトダイオードPD1、PD2の出力を加算した”7”が格納される。
【0059】
続いて、制御信号により選択回路15Bは、フォトダイオードPD2、PD3を選択する。そして、フォトダイオードPD2、PD3のそれぞれで生じた光電流が加算され、測定データとして変換部30に出力される。変換部30、A/D変換部41を経て記憶部42に2番目の測定データとして格納される。このときの測定データの値は、フォトダイオードPD2、PD3の出力を加算した”10”が格納される。
【0060】
続いて、制御信号により選択回路15Bは、フォトダイオードPD3、PD4を選択する。そして、フォトダイオードPD3、PD4のそれぞれで生じた光電流が加算され、測定データとして変換部30に出力される。変換部30、A/D変換部41を経て記憶部42に3番目の測定データとして格納される。このときの測定データの値は、フォトダイオードPD3、PD4の出力を加算した”3”が格納される。
【0061】
続いて検出部43’は、制御部20からの終了信号をうけ、記憶部42に格納されている測定データからピークを検出する。1番目の測定データの値は”7”であり、2番目の測定データの値は”10”であり、3番目の測定データの値は”3”である。これらより、検出部43’は、2番目の測定データが被測定光100Aのピークとみなし、この2番目の測定データの値”10”を被測定光100Aの光信号レベルとして出力部50に出力する。また、波長もフォトダイオードPD2に割付けられている波長から求めて出力部50に出力する。
【0062】
制御部20’の制御信号、演算部40’の検出部43’におけるピーク検出および出力部50へ測定データを出力する動作以外は、図6に示す装置と同一なので説明を省略する。
【0063】
このように、隣接する2素子のフォトダイオードPDi、PD(i+1)の光電流を加算した測定データが、変換部30、A/D変換部41を経て記憶部42に順次格納される。検出部43’は記憶部42からピークとなる測定データを検出し、この検出した値をそのまま出力部50に出力する。これにより、加算部44を必要としないので、被測定光100の測定を高速に行うことができる。
【0064】
図3は、本発明の第2の実施例を示したPDM15とその周辺部の回路図である。図3において、図7と同一のものは同一符号を付し、説明を省略する。図3は、説明を簡単にするためフォトダイオードアレイ15Aにおいて1つのフォトダイオードPD1に係わる回路構成のみを示している。また、制御部21が制御部20’の代わりに設けられ、積分回路15Cがフォトダイオードアレイ15Aと選択回路15Bの間に、フォトダイオードPD1〜PDnごとに設けられる。
【0065】
積分回路15Cは、コンデンサ15C1、アンプ15C2、保持回路15C3を有し、フォトダイオードPD1の光電流をコンデンサ15C1に蓄積し、このコンデンサ15C1に積分された電荷量から光電流を求め出力する保持回路15C3を構成している。
【0066】
コンデンサ15C1は、一端がフォトダイオードPD1のアノードと接続される。アンプ15C2は2つの入力部を有し、一方がフォトダイオードPD1のカソードと接続され、他方がフォトダイオードPD1のアノードと接続される。保持回路15C3は、入力側がコンデンサ15C1の他端とアンプの出力側に接続され、出力側が選択回路15Bの入力側(スイッチ回路SW1a、SW1bの一端)に接続される。
【0067】
このような装置の動作を以下に説明する。制御部21は、コンデンサ15C1に蓄積されている電荷を図示しない手段によりリセットする。その後ある一定期間、コンデンサ15C1にフォトダイオードPD1の光電流を蓄積させる。一定期間の終了後に、保持回路15C3はコンデンサ15C1に積分された電荷量を読み出し、この積分値よりフォトダイオードPD1で生じた光電流を求め、この光電流に対応した電流を出力する。必要によっては増幅した電流を出力する。その後、制御部21は、図2に示すタイミングで選択回路15Bを制御する。
【0068】
このような制御部21が、図2に示した制御信号を選択回路15Bに出力する前に、積分回路15Cに電荷を蓄積させ、その積分値に対応した電流を出力させる以外の動作は、図1に示す装置と同一なので説明を省略する。
【0069】
このように、フォトダイオードPD1からの光電流をコンデンサ15C1に蓄積し、この積分値を読み出すので被測定光100が微弱光であっても光信号レベルを精度良く測定を行うことができる。
【0070】
また、隣接する2素子のフォトダイオードPDi、PD(i+1)の光電流を加算した測定データが、変換部30、A/D変換部41を経て記憶部42に順次格納される。検出部43’は記憶部42からピークとなる測定データを検出し、この検出した値をそのまま出力部50に出力する。これにより、加算部44を必要としないので、被測定光100の測定を高速に行うことができる。
【0071】
図4は、光信号レベルを高精度に測定するための第3の実施例である。図4は、図9における模式図の側面の一部を示した模式図である。図9と同一のものは同一符号を付し説明を省略する。図1、4において、レンズ61〜6nは、フォトダイオードPD1〜PDnごとに設けられ、フォトダイオードアレイ15Aとフォーカシングレンズ14の間に設置される。また、レンズ61〜6nは、レンズアレイ60を構成している。
【0072】
このような装置の動作を以下説明する。図9において、フォトダイオードアレイ15Aは、配列方向に僅かに非受光部が存在する。この非受光部に、被測定光100Aが照射されると光信号レベルの測定の誤差要因となる。
【0073】
レンズアレイ60がない場合、被測定光100Aは、破線に示すようにフォトダイオードPD2、PD3以外に、非受光部にも入射する光路となる。レンズアレイ60がある場合、被測定光100Aは実線に示すように、レンズアレイ60によって被測定光100Aの全ての光パワーが、フォトダイオードPD2、PD3に入射される光路となる。このような、レンズアレイ60が、被測定光100Aの光路を変更する動作以外は、図1、3に示す装置の動作と同一なので説明を省略する。
【0074】
このように、レンズアレイ60によって、フォトダイオードPD1〜PDnのみに被測定光100Aが入射されるので、より高精度に光信号レベルを測定することができる。
【0075】
また図5は、光信号レベルを高精度に測定するための第4の実施例である。図4と同一のものは同一符号を付し、説明を省略する。図5において、レンズ70が、レンズアレイ60の代わりに設けられ、レンズアレイ60と同様にフォトダイオードアレイ15Aとフォーカシングレンズ14の間に設置される。また、レンズ70は、一体形成されたものである。
【0076】
このような装置の動作を以下に説明する。レンズ70がない場合、被測定光100Aは、破線に示すようにフォトダイオードPD2、PD3以外に、非受光部にも入射する光路となる。レンズ70がある場合、被測定光100Aは実線に示すように、レンズ70によって被測定光100Aの全ての光パワーが、フォトダイオードPD2、PD3に入射される光路となる。このような、レンズ70が、被測定光100Aの光路を変更する動作以外は、図1、3に示す装置の動作と同一なので説明を省略する。
【0077】
このように、レンズ70によって、フォトダイオードPD1〜PDnのみに被測定光100Aが入射されるので、より高精度に光信号レベルを測定することができる。
【0078】
また、レンズ70は、一体形成されているので、レンズアレイ60のようにレンズ61〜6nごとに調整する必要がなく、また交換などの保守も容易に行うことができる。
【0079】
なお、本発明はこれに限定されるものではなく、以下のようなものでもよい。分光器の一例として、ポリクロメータ方式分光器をあげたが本発明はPDM15を用いる方式の分光器全てに適用することが可能である。
【0080】
また、レンズ61〜6nまたはレンズ70はフォトダイオードPD1〜PDnに接していてもよい。
【0081】
また、レンズ61〜6nまたはレンズ70はフォトダイオードPD1〜PDnとの間に屈折率調整用などのオイルを入れてもよい。
【0082】
また、変換部30は、選択回路15Bの後段に設けたが、フォトダイオードPD1〜PDnと選択回路15Bの間に、フォトダイオードPD1〜PDnごとに設けるようにしてもよい。これにより、光電流をすぐに電圧に変換するので雑音を減らすことができる。
【0083】
また、分光器10は、被測定光100を平行光および収束されるためにレンズ12、14を用いた透過型の光学系を示したが、放物面ミラー等を用いた反射型の光学系にしてもよい。
【0084】
また、図9では、被測定光100Aの光スポットの直径とフォトダイオードPD1〜PDnの入れる方向の幅を等しいとしたが、光スポットの直径が大きく、フォトダイオードPD1〜PDnの数素子にまたがる場合は、制御回路20’、21は、2素子よりも更に多くの素子の光電流を加算するように選択回路15Bを制御してもよい。
【0085】
【発明の効果】
本発明によれば、以下のような効果がある。
請求項1〜によれば、隣接する複数のフォトダイオードを同時に順次選択させ、この選択されたフォトダイオードによる出力信号から、波長ごとの光信号レベルを求める。これにより、高速に光信号レベルを測定することができる。
【0086】
請求項4によれば、フォトダイオードの光電流を蓄積し、フォトダイオードの出力とする積分回路を設けたので、フォトダイオードの出力信号を積分することができる。これにより、被測定光が微弱光でも光信号レベルを精度よく測定することができる。
【0088】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示したブロック構成図である。
【図2】本発明の制御部が選択回路に出力する制御信号のタイミング図である。
【図3】本発明の第2の実施例を示した回路図である。
【図4】本発明の第3の実施例を示した模式図である。
【図5】本発明の第4の実施例を示した模式図である。
【図6】従来の分光測定装置の実施例を示したブロック構成図である
【図7】フォトダイオードアレイモジュールとその周辺部を示した回路図である
【図8】従来の分光測定装置の制御部が選択回路に出力するタイミング図である。
【図9】フォトダイオードアレイの一部の模式図である。
【符号の説明】
10 分光器
15 フォトダイオードモジュール
15A フォトダイオードアレイ
15B 選択回路
15C 積分回路
15C1 コンデンサ
15C2 アンプ
15C3 保持回路
20’、21 制御部
30 変換部
42 記憶部
32’ 検出部
60 レンズアレイ
61〜64、70 レンズ
100、100A、100B 被測定光

Claims (4)

  1. 被測定光を分光し、光信号レベルを測定する分光測定装置において、
    前記被測定光が分光された光を受光する複数のフォトダイオードからなるフォトダイオードアレイと、
    このフォトダイオードアレイのフォトダイオードによる出力信号を選択する選択回路と、
    この選択回路に、隣接する複数のフォトダイオードを組として同時に選択させ、組として選択するフォトダイオードを1個ずつ順次ずらし、前記フォトダイオードアレイの全フォトダイオードの中から一組だけを選択させていく制御部と
    を有し、選択回路の出力により、波長ごとの光信号レベルを求めることを特徴とする分光測定装置。
  2. 選択回路の出力を電流電圧変換する変換部と、
    この変換部の出力をデジタルデータに変換するA/D変換部と、
    このA/D変換部のデジタルデータを格納する記憶部と、
    この記憶部から波長ごとのピークを検出し、出力する検出部と
    を設けたことを特徴とする請求項1記載の分光測定装置。
  3. フォトダイオードごとに設けられ、フォトダイオードの出力信号を電流電圧変換し、選択回路に出力する変換部と、
    選択回路の出力をデジタルデータに変換するA/D変換部と、
    このA/D変換部のデジタルデータを格納する記憶部と、
    この記憶部から波長ごとのピークを検出し、出力する検出部と
    を設けたことを特徴とする請求項1記載の分光測定装置。
  4. フォトダイオードごとに設けられ、フォトダイオードの光電流を蓄積し、フォトダイオードの出力とする積分回路を設けたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の分光測定装置。
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