JP4445464B2 - Optical wavelength measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、波長が周期的に掃引変化する被測定光の時刻対波長の正確な情報を、容易に求めることができるようにするための技術に関する。 The present invention relates to a technique for easily obtaining accurate information on time versus wavelength of light to be measured whose wavelength periodically sweeps and changes.
光を用いた各種測定システムでは、被測定物に与える光の波長を所定範囲内で掃引して、波長に対する被測定物の特性を求めるものがあり、このような測定システムで一般的に用いられる可変波長光源の一つとして、外部共振器型のものが従来から用いられている。 Various measurement systems using light sweep the wavelength of light applied to the object to be measured within a predetermined range to obtain characteristics of the object to be measured with respect to the wavelength, and are generally used in such measurement systems. As one of the variable wavelength light sources, an external resonator type has been conventionally used.
外部共振器型の可変波長光源は、図11に示すように、半導体レーザ1の一方の端面から出射された光を回折格子2に入射させ、回折格子2から出射された回折光をミラー3で回折格子2に折り返し、その折り返し光に対する回折光を半導体レーザ1に戻す構成となっている。半導体レーザ1から回折格子2を経由してミラー3に至る光路長と、回折格子2に対するミラー3の角度とによって決まる波長で光は共振し、その共振波長の光Pを回折格子2の0次反射光として、あるいは半導体レーザ1の他方の端面からの出射光として取り出すことができる。
As shown in FIG. 11, the external resonator type variable wavelength light source makes the light emitted from one end face of the
ここで、半導体レーザ1、回折格子2およびミラー3を所定の配置にするとともに、ミラー3の角度変化の中心位置を選ぶことにより、ミラー3の角度変化に対して出射光Pの波長を連続的に変化させることができる。
Here, the
このような構造の可変波長光源に使用するミラー3として、近年では半導体基板に対するエッチング処理で小型軽量に構成した所謂MEMS構造のものが実現されており、数100Hz以上の高速波長掃引が可能となっている。
As a
ただし、上記のような高速波長掃引を行う可変波長光源では、ノイズやヒステリシスの影響を受けて波長の変化特性、特に波長掃引範囲が変動しやすいため、時間毎の正確な波長情報を検出する必要がある。 However, variable wavelength light sources that perform high-speed wavelength sweeps as described above are susceptible to fluctuations in wavelength, particularly the wavelength sweep range, due to the effects of noise and hysteresis, so accurate wavelength information must be detected at each time. There is.
所定範囲内で波長掃引される光の波長情報を正確に求めるための技術として、1つの素子で複数の透過波長帯域を有するエタロンと称するファブリペロー型の光フィルタを用いる方法がある。 As a technique for accurately obtaining wavelength information of light swept within a predetermined range, there is a method of using a Fabry-Perot type optical filter called an etalon having a plurality of transmission wavelength bands with one element.
エタロンは、図12の(a)に示すように、それぞれ中心波長λ0、λ1、……の透過波長帯域B0、B1、……が所定間隔(Δλとする)で並んだ波長選択特性を有している。 As shown in FIG. 12A, the etalon has wavelength selection characteristics in which transmission wavelength bands B0, B1,... Of center wavelengths λ0, λ1,. ing.
したがって、このエタロンに対して、例えば波長λaから波長λbに直線的に掃引される被測定光を入射し、その透過光を受光器に入射すると、図12の(b)のような受光信号が得られる。 Therefore, for example, when light to be measured that is swept linearly from wavelength λa to wavelength λb is incident on this etalon, and the transmitted light is incident on a light receiver, a light reception signal as shown in FIG. can get.
この受光信号のレベルがピークとなる各タイミングt1〜t6は、被測定光の波長がエタロンの各透過波長帯域B2〜B7の中心波長λ2〜λ7にそれぞれ一致したタイミングであるので、各タイミングt1〜t6と中心波長λ2〜λ7とから、任意の時刻における波長を求めることができる。 The timings t1 to t6 at which the level of the received light signal reaches a peak are timings at which the wavelengths of the light to be measured coincide with the center wavelengths λ2 to λ7 of the transmission wavelength bands B2 to B7 of the etalon, respectively. From t6 and the central wavelengths λ2 to λ7, the wavelength at an arbitrary time can be obtained.
ただし、被測定光の波長掃引範囲が、波長間隔Δλより大きな幅で変動すると、受光信号のレベルがピークとなる各タイミングとエタロンの透過波長帯域との関係が一義的に決まらず、各タイミングと波長との関係を正しく求めることができなくなる。 However, if the wavelength sweep range of the light to be measured fluctuates by a width larger than the wavelength interval Δλ, the relationship between each timing at which the level of the received light signal peaks and the transmission wavelength band of the etalon is not uniquely determined. The relationship with the wavelength cannot be obtained correctly.
これを解決する技術として、入射光に対する透過率が波長の変化に対して単調変化するスロープフィルタを用いて入射光の大凡の波長を求めることで、エタロンの透過光のレベルがピークとなるタイミングと透過波長帯域とを正しく対応付けして、被測定光の時刻対波長の情報を正確に求める方法が提案されている(例えば、特許文献1)。 As a technique for solving this, by obtaining an approximate wavelength of incident light using a slope filter whose transmittance for incident light changes monotonously with respect to the change in wavelength, the timing at which the level of transmitted light of the etalon peaks There has been proposed a method for accurately associating a transmission wavelength band with time-wavelength information of light to be measured (for example, Patent Document 1).
しかしながら、上記したようにスロープフィルタとエタロンとを併用する光波長測定装置では、スロープフィルタの入射光のレベルと出射光のレベルを求める必要があり、そのためには、被測定光を少なくとも3分岐し、その一つの分岐光を第1受光器に入射し、別の分岐光をスロープフィルタを介して第2受光器に入射し、さらに別の分岐光をエタロンを介して第3受光器に入射する構造となり、光学系が複雑化する。 However, as described above, in the optical wavelength measurement device using both the slope filter and the etalon, it is necessary to obtain the level of the incident light and the level of the outgoing light of the slope filter. The one branched light is incident on the first light receiver, the other branched light is incident on the second light receiver via the slope filter, and the other branched light is incident on the third light receiver via the etalon. The structure becomes complicated and the optical system becomes complicated.
また、受光信号のレベル値は、光学素子や受光器の波長依存性の影響を大きく受けるので、そのレベル値の演算から得られた透過率の精度も低く、場合によってはエタロンの透過光のレベルがピークとなるタイミングと透過波長帯域とを正しく対応付けることができない場合も生じる。 In addition, the level value of the received light signal is greatly affected by the wavelength dependence of the optical element and the light receiver, so the accuracy of the transmittance obtained from the calculation of the level value is low, and in some cases the level of the transmitted light of the etalon In some cases, the timing at which the peak reaches cannot be correctly associated with the transmission wavelength band.
さらに、透過率の演算処理が必要となるので、高速掃引に対応できない場合がある。 Furthermore, since transmittance calculation processing is required, it may not be possible to cope with high-speed sweep.
本発明は、この問題を解決し、より簡素な構成で、波長掃引された被測定光の時刻対波長の正確な情報を高速に求めることができる光波長測定装置を提供することを目的としている。 An object of the present invention is to solve this problem and to provide an optical wavelength measuring device capable of obtaining, at a high speed, accurate information on time-to-wavelength of wavelength-swept measured light with a simpler configuration. .
前記目的を達成するために、本発明の請求項1の光波長測定装置は、
波長が周期的に掃引変化する被測定光を受けて分岐する分岐手段(21)と、
前記被測定光の波長掃引範囲内にそれぞれの中心波長がある透過波長帯域を複数有し、前記分岐手段により分岐された第1分岐光を受ける第1光フィルタ(22)と、
前記被測定光の波長掃引範囲内に中心波長があり、且つ該波長掃引範囲内において、前記第1光フィルタの透過波長帯域のいずれかに重複する少なくとも一つの透過波長帯域を有し、前記分岐手段により分岐された第2分岐光を受ける第2光フィルタ(23)と、
前記第1光フィルタを透過した第1透過光と、前記第2光フィルタを透過した第2透過光の強度を検出するための受光部(25)と、
前記受光部の出力信号と前記被測定光の波長の変化方向を示す方向信号とを受け、前記被測定光の波長が単調変化する期間内で、前記第1透過光の強度がピークになる各タイミングと、前記第2透過光の強度が所定値以上となるまたは該所定値を超えてピークとなるタイミングとを検出し、前記第2透過光について検出したタイミングに基づいて前記第1透過光について検出した各タイミングの波長を特定し、前記被測定光の時刻対波長の関係を求める処理部(30)とを備えた光波長測定装置であって、
前記受光部は、前記第1透過光と前記第2透過光とを共通の受光面で受け、前記第1透過光と第2透過光の強度の和に対応した和信号を出力する単一の受光器(25a)により構成され、
前記処理部は、前記和信号が所定のしきい値を越えたタイミングを検出し、該タイミングに基づいて前記第1透過光の強度がピークとなる各タイミングの波長を特定することを特徴としている。
In order to achieve the object, an optical wavelength measuring device according to
Branching means (21) for receiving and branching light to be measured whose wavelength is periodically swept;
A first optical filter (22) having a plurality of transmission wavelength bands each having a center wavelength within a wavelength sweep range of the light to be measured, and receiving a first branched light branched by the branching means;
A branch wavelength having a center wavelength within a wavelength sweep range of the light to be measured, and having at least one transmission wavelength band overlapping with any one of the transmission wavelength bands of the first optical filter within the wavelength sweep range; A second optical filter (23) for receiving the second branched light branched by the means;
A light receiving unit (25) for detecting the intensity of the first transmitted light transmitted through the first optical filter and the second transmitted light transmitted through the second optical filter;
Each of the intensity of the first transmitted light reaches a peak within a period in which the wavelength of the light to be measured monotonously changes in response to an output signal of the light receiving unit and a direction signal indicating a change direction of the wavelength of the light to be measured. The timing and the timing at which the intensity of the second transmitted light becomes equal to or higher than a predetermined value or reaches a peak after exceeding the predetermined value are detected, and the first transmitted light is detected based on the timing detected for the second transmitted light. An optical wavelength measuring device comprising: a processing unit (30) that specifies a wavelength of each detected timing and obtains a time-to-wavelength relationship of the measured light;
The light receiving unit receives the first transmitted light and the second transmitted light on a common light receiving surface, and outputs a single signal corresponding to the sum of the intensities of the first transmitted light and the second transmitted light. It is composed of a light receiver (25a),
The processing unit detects a timing at which the sum signal exceeds a predetermined threshold value, and specifies a wavelength at each timing at which the intensity of the first transmitted light reaches a peak based on the timing. .
また、本発明の請求項2の光波長測定装置は、請求項1記載の光波長測定装置において、
前記第2光フィルタの透過波長帯域の一つが前記被測定光の波長掃引範囲内で前記第1光フィルタの中心波長最長の透過波長帯域と重複し、前記第2光フィルタの透過波長帯域の別の一つが、前記被測定光の波長掃引範囲内で前記第1光フィルタの中心波長最短の透過波長帯域と重複しており、
前記処理部は、前記方向信号が変化した後に最初に前記和信号が前記しきい値を超えたタイミングから所定時間が経過するまでの期間における前記和信号の波形情報と前記方向信号情報とを取得し、該取得した情報に基づいて、前記第1透過光の強度がピークとなる各タイミングの波長を特定することを特徴としている。
Moreover, the optical wavelength measuring device of
One of the transmission wavelength bands of the second optical filter overlaps the transmission wavelength band of the longest center wavelength of the first optical filter within the wavelength sweep range of the light to be measured. Is overlapped with the shortest transmission wavelength band of the center wavelength of the first optical filter within the wavelength sweep range of the light to be measured,
Wherein the processing unit obtains the first to the sum signal the direction signal information and waveform information of the Kazunobu No. in the period until a predetermined time elapses from a timing that exceeds the threshold value after the direction signal changes And based on this acquired information, the wavelength of each timing when the intensity | strength of said 1st transmitted light becomes a peak is specified, It is characterized by the above-mentioned.
上記したように、本発明の光波長測定装置では、波長が周期的に変化する被測定光を分岐し、その第1分岐光を、波長掃引範囲内にそれぞれの中心波長がある複数の透過波長帯域を有する第1光フィルタに入射し、第2分岐光を被測定光の波長掃引範囲内に中心波長がある透過波長帯域を有する第2光フィルタに入射し、第1光フィルタと第2光フィルタを透過した第1透過光と第2透過光とを受光部の受光器で受光し、その受光部の出力信号と被測定光の波長の変化方向を示す方向信号とに基づいて、被測定光の波長が単調変化する期間内で、第1透過光の強度がピークになる各タイミングと、第2光透過光の強度が所定値以上となるまたは所定値を超えてピークとなるタイミングとを検出し、第2光透過光について検出したタイミングに基づいて第1透過光について検出した各タイミングの波長を特定し、被測定光の時刻対波長の関係を求めている。 As described above, in the optical wavelength measurement device of the present invention, the light to be measured whose wavelength changes periodically is branched, and the first branched light is divided into a plurality of transmission wavelengths each having a central wavelength within the wavelength sweep range. The first optical filter having a band is incident, the second branched light is incident on a second optical filter having a transmission wavelength band having a central wavelength within the wavelength sweep range of the light to be measured, and the first optical filter and the second light The first transmitted light and the second transmitted light that have passed through the filter are received by the light receiver of the light receiving unit, and based on the output signal of the light receiving unit and the direction signal indicating the change direction of the wavelength of the measured light Each timing at which the intensity of the first transmitted light peaks during a period in which the wavelength of the light monotonously changes, and a timing at which the intensity of the second transmitted light reaches a peak or exceeds a predetermined value. At the timing of detecting and detecting the second light transmitted light Identifying a wavelength of the timings detected for the first transmitted light Zui, seeking the order of time versus wavelength of the light to be measured.
このため、スロープフィルタを併用する従来構造のものに比べ、光学系を簡易に構成でき、また、透過率などの演算処理をすることなく、検出されたタイミングの情報のみで被測定光の時刻対波長の情報を得ることができ、高速処理が可能となる。 For this reason, the optical system can be simply configured as compared with the conventional structure using the slope filter, and the time of the light to be measured can be measured only by the information of the detected timing without performing calculation processing such as transmittance. Wavelength information can be obtained, and high-speed processing is possible.
また、光学素子や受光器の波長依存性の影響を大きく受ける受光信号のレベル値から得られる透過率の絶対値を用いず、安定して得られる受光パワーのピーク波長とその時刻を演算に用いているため、高精度な波長測定が可能となる。 In addition, the absolute value of the transmittance obtained from the level value of the received light signal, which is greatly affected by the wavelength dependence of the optical element and the light receiver, is not used, but the peak wavelength of the received light power and its time are used for the calculation. Therefore, highly accurate wavelength measurement is possible.
また、第2光フィルタの透過波長帯域の一つが、第1光フィルタの透過波長帯域のいずれかに重複しているものでは、両光フィルタの透過光の合波あるいは両光フィルタの透過光の受光信号の加算により、被測定光の波長がその重複している透過波長帯域に入ったことを簡単なレベル比較処理で検出できる。 If one of the transmission wavelength bands of the second optical filter overlaps one of the transmission wavelength bands of the first optical filter, the combined transmission light of both optical filters or the transmission light of both optical filters By adding the received light signal, it can be detected by simple level comparison processing that the wavelength of the light under measurement has entered the overlapping transmission wavelength band.
また、受光部を、第1透過光と第2透過光とを共通の受光面で受ける単一の受光器で構成した場合には、光学系をさらに簡素化できる。 Further, when the light receiving unit is configured by a single light receiver that receives the first transmitted light and the second transmitted light on a common light receiving surface, the optical system can be further simplified.
また、第2光フィルタの透過波長帯域の一つが、波長掃引範囲内で第1光フィルタの中心波長最長の透過波長帯域と重複し、第2光フィルタの透過波長帯域の別の一つが、波長掃引範囲内で第1光フィルタの中心波長最短の透過波長帯域と重複しているものでは、被測定光の波長が、その波長掃引範囲内で第1光フィルタの中心波長最長の透過波長帯域に入ったタイミングと中心波長最短の透過波長帯域に入ったタイミングとを簡単なレベル比較処理で検出でき、被測定光の波長がその掃引範囲の両端近傍となるタイミングを容易に特定でき、演算に必要な情報を無駄なく取得できる。 In addition, one of the transmission wavelength bands of the second optical filter overlaps the transmission wavelength band of the longest center wavelength of the first optical filter within the wavelength sweep range, and another one of the transmission wavelength bands of the second optical filter is the wavelength. In the case where it overlaps the transmission wavelength band with the shortest center wavelength of the first optical filter within the sweep range, the wavelength of the light to be measured becomes the transmission wavelength band with the longest central wavelength of the first optical filter within the wavelength sweep range. The timing of entering and the timing of entering the transmission wavelength band with the shortest center wavelength can be detected with a simple level comparison process, and the timing at which the wavelength of the light to be measured is near both ends of the sweep range can be easily identified and required for computation Information can be obtained without waste.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明を適用した光波長測定装置20の構成を示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a configuration of an optical
図1に示しているように、この光波長測定装置20は、図示しない可変波長光源から出射され、波長が一定周期で変化する被測定光Pを、ハーフミラー21aとミラー21bとからなる分岐手段21で受けて2つの光路に分岐し、その一方の第1分岐光Paを第1光フィルタ22に入射し、他方の第2の分岐光Pbを第2光フィルタ23に入射する。
As shown in FIG. 1, this optical
なお、被測定光Pとともに入力される信号Qは、被測定光Pの波長の変化方向を示す方向信号であり、例えば、波長が時間経過に伴って短くなる期間には1(ハイレベル)、波長が時間経過に伴って長くなる期間には0(ローレベル)が入力されるものとする。 The signal Q input together with the measured light P is a direction signal indicating the direction of change of the wavelength of the measured light P. For example, 1 (high level) during a period in which the wavelength becomes shorter as time elapses, It is assumed that 0 (low level) is input during a period in which the wavelength increases with time.
第1光フィルタ22は、エタロンと称するファブリペロー型の光フィルタであり、被測定光Pの所望の波長可変範囲(例えば1500〜1600nm)内で、図2の(a)のように、高い透過率を示す複数の透過波長帯域B0〜B9(この例では10個)を有している。各透過波長帯域B0〜B9の中心波長はλ0〜λ9とし、その間隔Δλは一定とみなせる。
The first
なお、第1光フィルタ22の透過波長帯域は、被測定光Pの所望の波長可変範囲の外にも存在し、被測定光Pの波長掃引範囲が変動してB0〜B9以外の透過波長帯域に達する場合があるが、所望の波長掃引範囲の両端近傍の透過波長帯域B0、B9は、被測定光Pの波長掃引範囲の変動を見込んでその内側に設定されており、被測定光Pは、波長掃引範囲が変動してもその周期内で必ず透過波長帯域B0、B9を透過する。
Note that the transmission wavelength band of the first
第2光フィルタ23は、第1光フィルタ22と同様にエタロンと称するファブリペロー型の光フィルタであり、図2の(b)のように、前記した被測定光Pの波長可変範囲内に中心波長をもち高い透過率を示す2つの透過波長帯域C0、C1を有している。透過波長帯域C0、C1は、第1光フィルタ22の両端の透過波長帯域B0、B9と重複しており、透過波長帯域C0、C1の中心波長はλ0、λ9と一致している(厳密には誤差があるが、その誤差の影響については後述する)。
The second
第1光フィルタ22を透過した第1透過光Pa′と第2光フィルタ23を透過した第2透過光Pb′は、受光部25に入射される。
The first transmitted light Pa ′ transmitted through the first
受光部25は、第1透過光Pa′と第2透過光Pb′の強度を検出するためのものであり、ここでは両透過光Pa′、Pb′を共通の受光面で受けて、両透過光Pa′、Pb′の強度の和に対応してレベルが変化する信号(以下和信号という)Vを出力する単一の受光器25aにより構成されている。なお、干渉を防ぐために各透過光Pa′、Pb′は受光器25aの受光面の異なる位置に入射される。
The
和信号Vは、方向信号Qとともに処理部30に入力される。処理部30は、被測定光Pの波長が単調変化する期間内で、第1透過光Pa′の強度がピークになる各タイミングと、第2光透過光Pb′の強度が所定値以上となるあるいはピークとなるタイミングとを検出し、第2光透過光Pb′について検出したタイミングから第1透過光Pa′について検出した各タイミングの波長を特定して、被測定光Pの時刻対波長の関係を求める。
The sum signal V is input to the
ただし、この例では、透過波長帯域B0、B9と透過波長帯域C0、C1とが重複しており、その中心波長もλ0、λ9で一致しているので、被測定光Pの波長が、第1光フィルタ22の透過波長帯域B0、B9の中心波長λ0、λ9に一致するタイミングと、第2光フィルタ23の透過波長帯域C0、C1の中心波長に一致するタイミングとは同一である。この処理部30は、上記した受光部25の構成と2つの光フィルタ22、23の透過波長帯域の重なりを利用して、第1透過光Pa′の強度がピークとなるタイミングの波長を特定し、被測定光Pの時刻対波長の関係を求めている。
However, in this example, the transmission wavelength bands B0 and B9 and the transmission wavelength bands C0 and C1 overlap, and the center wavelengths thereof also coincide with each other at λ0 and λ9. The timing that coincides with the center wavelengths λ0 and λ9 of the transmission wavelength bands B0 and B9 of the
即ち、図1に示しているように、受光部25から出力された和信号Vはコントローラ31およびA/D変換器32に入力される。
That is, as shown in FIG. 1, the sum signal V output from the
コントローラ31は、和信号Vと予め設定されたしきい値Vrとを比較し、方向信号Qが0から1あるいは1から0へ切り替わってから最初に信号Vがしきい値Vrを越えるタイミングをデータ取得の開始タイミングts、その次に信号Vがしきい値Vrを越えるタイミングをデータ取得の終了タイミングteとして、ts〜teの期間だけA/D変換器32による和信号Vのサンプリングを行わせ、デジタルの波形情報Dvに変換して、方向信号Qの情報とともに第1メモリ33に記憶させる。
The
演算部34は、第1メモリ33に記憶された波形情報Dvと方向信号Qとから時刻対波長の関係を求め、その情報を第2メモリ35に記憶する。
The
ここで、演算部34は、被測定光Pの波長が単調変化している期間の時刻対波長の関係を近似的に表す関数(例えば3次関数)λ=F(t)を確定するための係数を波形情報Dvと方向信号Qに基づいて求め、その期間の時刻情報(例えばts、te)とともに第2メモリ35に記憶し、外部から指定された時刻txにおける波長の出力が要求されたとき、第2メモリ35に記憶されている情報に基づいて要求時刻の波長λxを算出する。
Here, the
次に、この光波長測定装置20の動作を説明する。
入射される被測定光Pの波長が、例えば図3の(a)に示すように、波長λ0より長い波長から波長λ9より短い波長までの範囲内を一定周期で掃引されているものとする。なお、ここでは、被測定光Pの波長が短い方へ単調変化する期間について説明するが、波長が長い方へ単調変化する期間についても同様の処理がなされるものとする。
Next, the operation of the optical
For example, as shown in FIG. 3A, the wavelength of the incident measurement light P is swept within a range from a wavelength longer than the wavelength λ0 to a wavelength shorter than the wavelength λ9 at a constant period. Here, a period in which the wavelength of the light P to be measured is monotonously changed toward a shorter wavelength will be described, but the same processing is performed for a period in which the wavelength is monotonously changed toward a longer wavelength.
このとき、分岐手段21により分岐された第1分岐光Paと第2分岐光Pbは、それぞれ第1光フィルタ22、第2光フィルタ23に入射され、図3の(b)のように強度変化する第1透過光Pa′と、図3の(c)のように強度変化する第2透過光Pb′とが受光部25の受光器25aに入射される。
At this time, the first branched light Pa and the second branched light Pb branched by the branching
ここで、受光器25aに対する第1透過光Pa′の入射強度は、被測定光Pの波長が各透過波長帯域B0〜B9の中心波長λ0〜λ9にそれぞれ一致するタイミングt0〜t9でピークとなり、また、第2透過光Pb′の入射強度はタイミングt0、t9でピークとなる。
Here, the incident intensity of the first transmitted light Pa ′ with respect to the
したがって、和信号Vは、図4の(a)のように、被測定光Pの波長がλ0、λ9になるタイミングt0、t9でピーク値Vp0、Vp9となり、被測定光Pの波長がλ1〜λ8になる各タイミングt1〜t8で、ピーク値Vp0、Vp9より小さいピーク値Vp1〜Vp8となる。 Therefore, as shown in FIG. 4A, the sum signal V has peak values Vp0 and Vp9 at timings t0 and t9 when the wavelength of the measured light P becomes λ0 and λ9, and the wavelength of the measured light P is from λ1 to λ1. At each timing t1 to t8 when λ8 is reached, the peak values Vp1 to Vp8 are smaller than the peak values Vp0 and Vp9.
この和信号Vは、図4の(b)に示す方向信号Q(この場合Q=1)とともにコントローラ31に入力される。コントローラ31は、大きいピーク値Vp0、Vp9と、小さいピーク値Vp1〜Vp8の間に設定されているしきい値Vrと和信号Vとを比較して、方向信号Qが0から1に切り替わってから最初に和信号Vがしきい値Vrを超えるタイミングtsと2番目に和信号Vがしきい値Vrを超えるタイミングteとを検出し、その間だけA/D変換器32によるA/D変換処理と第1メモリ33によるデータの記憶処理がなされるように制御するための制御信号を例えば図4の(c)のように出力する。
This sum signal V is input to the
このため、第1メモリ33には、時刻ts〜teまでの和信号Vの時系列データ(波形情報Dv)と方向信号Qの値とが記憶されることになる。
For this reason, the time series data (waveform information Dv) of the sum signal V and the value of the direction signal Q from time ts to te are stored in the
なお、波形情報Dvと方向信号Qを第1メモリ33に記憶する際、データ取得の開始タイミング毎に第1メモリ33の書き込みアドレスを初期値に戻すようにすれば、容量の少ないメモリが使用できる。
When the waveform information Dv and the direction signal Q are stored in the
演算部34は、この波形情報Dvと方向信号Qとを読み出し、大きさがしきい値Vrより小さい範囲でピークとなる各タイミングt1〜t8を、第1透過光Pa′がピークとなるタイミングとして求める。そして、このときの方向信号Qの値が波長減少方向期間を示す1であるので、各タイミングt1〜t8に波長をλ1〜λ8の順でそれぞれ対応付けする。なお、方向信号Qの値が0の場合には、各タイミングt1〜t8に波長をλ8〜λ1の順にそれぞれ対応付けする。
The
そして、タイミングt1〜t8とそれに対応する波長λ1〜λ8の組合せ(ti,λi)を使って、最小2乗法で近似関数を求め、その近似関数の係数情報をその期間ts〜teの情報とともに第2メモリ35に格納する。
Then, an approximate function is obtained by the least square method using the combinations (ti, λi) of the timings t1 to t8 and the corresponding wavelengths λ1 to λ8, and coefficient information of the approximate function together with information of the periods ts to te is obtained. 2 Store in the
以下、上記処理を繰り返し行い、被測定光Pの波長が単調変化する期間毎の時刻対波長の関係を表す情報を求めて第2メモリ35に順次記憶する。
Thereafter, the above process is repeated, and information indicating the relationship between time and wavelength for each period in which the wavelength of the light P to be measured monotonously changes is obtained and stored in the
そして、例えば外部から時刻情報txが指定されると、その時刻が含まれる期間の関数F(t)の情報を第2メモリ35から読み出し、指定された時刻txを代入してその時刻における波長λx=F(tx)を算出し、外部に通知する。
For example, when the time information tx is designated from the outside, the information of the function F (t) of the period including the time is read from the
なお、上記処理は、被測定光Pの波長が単調減少する期間と単調増加する期間について行ってもよく、また、一方の単調変化期間だけについて行ってもよい。 The above processing may be performed for a period in which the wavelength of the light P to be measured monotonously decreases and a period in which the wavelength of the measured light P monotonously increases, or may be performed only for one monotonous change period.
また、この実施形態のように、受光部25の出力信号が第1透過光Pa′と第2透過光Pb′の強度の和に対応した和信号である場合、第1光フィルタ22と第2光フィルタ23の重複する透過波長帯域同士の中心波長に差があると、被測定光Pの波長が2つの中心波長の間になったときに和信号Vがピークになる可能性があり、このピークタイミングを第1光フィルタ22の透過波長帯域の中心波長に対応づけて演算を行うと誤差が発生する。
Further, as in this embodiment, when the output signal of the
したがって、この実施形態では、重複した透過波長帯域についてのピークタイミングと波長の組合せを演算から除外している。 Therefore, in this embodiment, the combination of the peak timing and the wavelength for the overlapping transmission wavelength band is excluded from the calculation.
このように実施形態の光波長測定装置20では、被測定光Pの波長掃引範囲内に複数の透過波長帯域B0〜B9を有するファブリペロー型の第1光フィルタ22に加え、被測定光Pの波長掃引範囲内で第1光フィルタ22の透過波長帯域と重なる2つの透過波長帯域C0、C1を有する第2光フィルタ23を用い、被測定光Pの波長が単調変化する期間内で、第2光フィルタ23を透過した第2透過光Pb′の強度が所定値以上となるタイミングを検出し、そのタイミングに基づいて第1透過光Pa′の強度がピークとなる各タイミングと波長とを対応させているので、被測定光Pの波長掃引範囲が変動しても時刻対波長の関係を正確に求めることができる。
Thus, in the optical
また、光の透過率を求めるための光学系と演算処理が不要で構造を簡素化でき、検出されたタイミングの情報のみで被測定光の時刻対波長の情報を得ることができるので、高速で高精度な処理が可能となる。 In addition, the optical system for calculating the light transmittance and calculation processing are not required, the structure can be simplified, and the time-to-wavelength information of the light to be measured can be obtained from only the detected timing information. High-precision processing is possible.
また、上記実施形態のように、第2光フィルタ23の透過波長帯域を第1光フィルタ22の透過波長帯域に重複させ、さらに、第1透過光Pa′と第2透過光Pb′とを単一の受光器25aの受光面に入射して、両透過光の強度の和に対応した和信号Vを出力する構成にした場合、被測定光Pの波長が重複した透過波長帯域に入ったことを受光部25から出力される和信号Vのレベル比較のみで容易に行うことができ、受光部25や処理部30の構成を簡素化できるという利点がある。
Further, as in the above embodiment, the transmission wavelength band of the second
また、上記実施形態では、第2光フィルタ23の2つの透過波長帯域C0、C1を、第1光フィルタ22の中心波長最長の透過波長帯域B0と中心波長最短の透過波長帯域B9にそれぞれ重複させているので、被測定光Pの波長が単調変化している期間で和信号Vが最初にしきい値Vrを越えたタイミングをデータ取得の開始タイミングとし、次にしきい値Vrを越えたタイミングをデータ取得の終了タイミングとすることができ、被測定光Pの掃引波長範囲が変動しても、常に透過波長帯域B0〜B9の範囲内の波形データを取得することができ、無駄なデータ取得をしないで済む。
In the above embodiment, the two transmission wavelength bands C0 and C1 of the second
なお、データの取得終了タイミングは、データ取得開始タイミングから一定時間が経過した後に設定してもよく、さらに波長の単調変化期間のうちの一方期間だけでデータを取得する場合には、第2光フィルタ23の透過波長帯域を一つにして、これを第1光フィルタ22の透過波長帯域B0、B9のいずれか一方に重複させればよい。
The data acquisition end timing may be set after a certain time has elapsed from the data acquisition start timing. Further, when data is acquired only in one of the monotonic change periods of the wavelength, the second light The transmission wavelength band of the
また、上記実施形態では、受光部25の和信号Vのレベル比較により、被測定光Pの波長がその重複した透過波長帯域に入ったことを検知してデータ取得を開始していたが、データ取得期間を特に限定せずに、和信号Vの波形情報と方向信号Qとを、ある時刻(例えば電源投入時)から第1メモリ33の記憶容量が許す限り連続的に記憶し、書き込みアドレスが最終値に達した後、書き込みアドレスを初期値に戻して記憶処理を継続する方法を採用してもよく、その場合には、図5に示す処理部30のように、コントローラ31は不要となる。また、この場合、演算部34は、方向信号Qが変化してから和信号Vのレベルが最初にしきい値Vrを超えるタイミングに被測定光Pの波長が透過波長帯域B0(またはB9)に達したものと判断し、これに続くしきい値Vrより低い各ピークの各タイミングに対し第1光フィルタ22の各透過波長帯域の各中心波長を順番に特定して、前記演算を行い、時刻対波長の関係を示す情報を順次求めて第2メモリ35に記憶する。
In the above-described embodiment, the level of the sum signal V of the
また、上記のようにデータの取得期間を限定しない場合、第1光フィルタ22の透過波長帯域と第2光フィルタの透過波長帯域の重複数は1でもよく、その重複位置も任意である。例えば、図6の(a)に示す第1光フィルタ22の一つ透過波長帯域B4に対して、図6の(b)のように第2光フィルタ23の透過波長帯域C0を重複させることも可能である。また、第1光フィルタ22と第2光フィルタ23の透過波長帯域の重複数は、被測定光Pの波長が、その重複している透過波長帯域のいずれに入ったかを特定できる範囲内であれば3以上であってもよい。
Further, when the data acquisition period is not limited as described above, the overlapping number of the transmission wavelength band of the first
また、上記実施形態では、第1光フィルタ22の透過光Pa′と第2光フィルタ23の透過光Pb′とを単一の受光器25aの受光面に入射して、受光器25aから両透過光の強度の和に対応した和信号Vを出力させていたが、図7に示す光波長測定装置40のように、受光部25を、第1透過光Pa′を受ける第1受光器25bと、第2透過光Pb′を受ける第2受光器25cとにより構成し、その出力信号Va、Vbを処理部30の加算器36で加算して両透過光の強度の和に対応した和信号Vsを求め、A/D変換器32およびコントローラ31に入力し、和信号Vsに対して前記和信号Vと同様の処理を行うこともできる。
Further, in the above embodiment, the transmitted light Pa ′ of the first
また、上記実施形態では、第1光フィルタ22と第2光フィルタ23の透過波長帯域を重複させていたが、両光フィルタの透過波長帯域を離間させてもよい。ただし、上記したように第2光フィルタ23の透過光によりデータの取得期間を決定する場合には、図8の(a)示す第1光フィルタ22の透過波長帯域B0〜B9に対して、第2光フィルタ23の透過波長帯域C0、C1が図8の(b)のように両端の透過波長帯域B0、B9の近傍(この場合は僅かに内側)に設定する。
In the above embodiment, the transmission wavelength bands of the first
また、図8の波長選択特性を有する光フィルタ22、23を用いる場合には、図9に示す光波長測定装置50のように、受光部25として第1透過光Pa′と第2透過光Pb′をそれぞれ受光する2つの受光器25b、25cにより構成し、受光器25bの出力信号Vaを処理部30のA/D変換器32に入力し、受光器25cの出力信号Vbをコントローラ31に入力する。
When the
そして、コントローラ31において、出力信号Vbに現れるピーク値より低い値に設定されたしきい値Vr′と出力信号Vbとを比較し、波長の単調変化期間で最初に出力信号Vbがしきい値Vr′を超えるタイミングを出力信号Vaに対するデータ取得開始タイミング、次に出力信号Vbがしきい値Vr′を超えるタイミング(あるいは一定時間経過後)を出力信号Vaに対するデータ取得終了タイミングとする。
Then, the
また、図8の波長選択特性の光フィルタ22、23を用いる場合で、且つ前記したように、データ取得期間を限定しない場合には、図10に示す処理部30のように、受光器25b、25cの出力信号Va、VbをA/D変換器32A、32Bによりデジタルの波形情報Dva、Dvbに変換して方向信号Qとともに第1メモリ33に順次記憶し、演算部34により第1メモリ33に記憶された出力信号Vbがしきい値Vr′を超えるタイミングを、被測定光Pの波長が第2光フィルタ23の透過波長帯域に入ったタイミングとして検出し、そのタイミングと方向信号Qの値とから、出力信号Vaがピークとなる各タイミングにおける波長を特定して、前記同様に時刻対波長の関係を示す情報を求める。
In the case where the
なお、前記したように、両光フィルタの透過波長帯域が離間している場合には、第2透過光Pb′の強度がピークになる、即ち、出力信号Vbがピークになるタイミングと第2光フィルタ23の透過波長帯域の中心波長とを対応づけることができるので、前記したしきい値Vr′による比較をおこなわずに、出力信号Vbがピークになるタイミングを検出し、その検出タイミングに基づいて、第1透過光Pa′の強度がピークとなるタイミングの波長を特定してもよく、また、この場合には、出力信号Vbがピークになるタイミングと波長とを含めて演算に用いることもできる。
As described above, when the transmission wavelength bands of the two optical filters are separated from each other, the intensity of the second transmitted light Pb ′ reaches the peak, that is, the timing at which the output signal Vb reaches the peak and the second light. Since the center wavelength of the transmission wavelength band of the
また、このようにデータ取得期間を限定しないで時刻対波長の関係を示す情報を求める構成の場合、第2光フィルタ23の透過波長帯域は1つでもよく、また、被測定光Pの波長掃引範囲の変動があっても波長特定ができる範囲内で3つ以上の任意の数であってもよい。
In addition, in the case of the configuration for obtaining information indicating the relationship between time and wavelength without limiting the data acquisition period as described above, the transmission wavelength band of the second
また、前記実施形態では、処理部30は、外部から指定された時刻txに対応する波長情報λxを算出して出力するように構成されていたが、時間帯波長の関係を示す情報(近似関数の係数情報)を、その情報が適用される時間帯の情報とともに自発的に出力し、これを受ける側で波長を算出させてもよい。
In the above-described embodiment, the
20、40、50……光波長測定装置、21……分岐手段、22……第1光フィルタ、23……第2光フィルタ、25……受光部、25a〜25c……受光器、30……処理部、31……コントローラ、32、32A、32B……A/D変換器、33……第1メモリ、34……演算部、35……第2メモリ 20, 40, 50: Optical wavelength measuring device, 21: Branch means, 22: First optical filter, 23: Second optical filter, 25: Light receiving unit, 25a to 25c: Light receiver, 30 ... ... Processing unit, 31 ... Controller, 32, 32A, 32B ... A / D converter, 33 ... First memory, 34 ... Calculation unit, 35 ... Second memory
Claims (2)
前記被測定光の波長掃引範囲内にそれぞれの中心波長がある透過波長帯域を複数有し、前記分岐手段により分岐された第1分岐光を受ける第1光フィルタ(22)と、
前記被測定光の波長掃引範囲内に中心波長があり、且つ該波長掃引範囲内において、前記第1光フィルタの透過波長帯域のいずれかに重複する少なくとも一つの透過波長帯域を有し、前記分岐手段により分岐された第2分岐光を受ける第2光フィルタ(23)と、
前記第1光フィルタを透過した第1透過光と、前記第2光フィルタを透過した第2透過光の強度を検出するための受光部(25)と、
前記受光部の出力信号と前記被測定光の波長の変化方向を示す方向信号とを受け、前記被測定光の波長が単調変化する期間内で、前記第1透過光の強度がピークになる各タイミングと、前記第2透過光の強度が所定値以上となるまたは該所定値を超えてピークとなるタイミングとを検出し、前記第2透過光について検出したタイミングに基づいて前記第1透過光について検出した各タイミングの波長を特定し、前記被測定光の時刻対波長の関係を求める処理部(30)とを備えた光波長測定装置であって、
前記受光部は、前記第1透過光と前記第2透過光とを共通の受光面で受け、前記第1透過光と第2透過光の強度の和に対応した和信号を出力する単一の受光器(25a)により構成され、
前記処理部は、前記和信号が所定のしきい値を越えたタイミングを検出し、該タイミングに基づいて前記第1透過光の強度がピークとなる各タイミングの波長を特定することを特徴とする光波長測定装置。 Branching means (21) for receiving and branching light to be measured whose wavelength is periodically swept;
A first optical filter (22) having a plurality of transmission wavelength bands each having a center wavelength within a wavelength sweep range of the light to be measured, and receiving a first branched light branched by the branching means;
A branch wavelength having a center wavelength within a wavelength sweep range of the light to be measured, and having at least one transmission wavelength band overlapping with any one of the transmission wavelength bands of the first optical filter within the wavelength sweep range; A second optical filter (23) for receiving the second branched light branched by the means;
A light receiving unit (25) for detecting the intensity of the first transmitted light transmitted through the first optical filter and the second transmitted light transmitted through the second optical filter;
Each of the intensity of the first transmitted light reaches a peak within a period in which the wavelength of the light to be measured monotonously changes in response to an output signal of the light receiving unit and a direction signal indicating a change direction of the wavelength of the light to be measured. The timing and the timing at which the intensity of the second transmitted light becomes equal to or higher than a predetermined value or reaches a peak after exceeding the predetermined value are detected, and the first transmitted light is detected based on the timing detected for the second transmitted light. An optical wavelength measuring device comprising: a processing unit (30) that identifies a wavelength of each detected timing and obtains a time-to-wavelength relationship of the measured light ;
The light receiving unit receives the first transmitted light and the second transmitted light on a common light receiving surface, and outputs a single signal corresponding to the sum of the intensities of the first transmitted light and the second transmitted light. It is composed of a light receiver (25a),
The processing unit detects a timing at which the sum signal exceeds a predetermined threshold value, and identifies a wavelength at each timing at which the intensity of the first transmitted light peaks based on the timing. Optical wavelength measuring device .
前記処理部は、前記方向信号が変化した後に最初に前記和信号が前記しきい値を超えたタイミングから所定時間が経過するまでの期間における前記和信号の波形情報と前記方向信号情報とを取得し、該取得した情報に基づいて、前記第1透過光の強度がピークとなる各タイミングの波長を特定することを特徴とする請求項1記載の光波長測定装置。 One of the transmission wavelength bands of the second optical filter overlaps the transmission wavelength band of the longest center wavelength of the first optical filter within the wavelength sweep range of the light to be measured. Is overlapped with the shortest transmission wavelength band of the center wavelength of the first optical filter within the wavelength sweep range of the light to be measured,
The processing unit acquires waveform information and the direction signal information of the sum signal in a period from when the sum signal first exceeds the threshold after the change of the direction signal until a predetermined time elapses. The optical wavelength measuring device according to claim 1 , wherein a wavelength at each timing at which the intensity of the first transmitted light reaches a peak is specified based on the acquired information .
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