JP6056096B2 - 光波長測定方法および光波長測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、光の波長を測定する方法および装置に関する。

従来、光の波長あるいはスペクトルの測定において、光の波長に対する角度分散特性を有する分散素子（例えば、回折格子、プリズムあるいはエタロンなど）または干渉計などが用いられる（例えば、特許文献１を参照）。

このような測定において、測定可能な光の帯域の広さと測定精度とはトレードオフの関係を有する。一般的な測定精度は、測定可能な帯域が広い場合には数ナノメートル程度であり、測定可能な帯域が狭い場合には数ピコメートル程度である。

特開２００５−３３８０２１号公報

Tsuyoshi Konishi, Kazunori Tanimura, and Kousuke Asano, "All-optical analog-to-digital converter by use of self-frequency shifting in fiber and a pulse-shaping technique", JOSA B, Vol.19, Issue 11, pp.2817-2823 (2002)

近年、直交周波数分割多重化方式（ＯＦＤＭ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）による情報通信の分野などにおいて、従来よりも高精度な光波長測定技術が求められている。

しかしながら、上記従来の波長測定の技術レベルは既に完成度が高く、従来のアプローチでは高精度化が難しい。例えば、分散素子として用いられる回折格子のピッチは、すでに測定対象の波長程度まで小さくなっている。そのため、回折格子のピッチを小さくすること、あるいは回折格子の作成精度を向上させることにより、測定精度を向上させることは難しい。

そこで、本発明は、光の波長を高精度に測定することができる光波長測定方法および光波長測定装置を提供する。

本発明の一態様に係る光波長測定方法は、入力光の波長を測定する光波長測定方法であって、前記入力光の波長に対応する複数の位置であって、予め定められた波長の分解能に対応する目盛りを有する主尺の目盛りとは異なる間隔を有する複数の位置に、複数のビームを出力する分散デバイスに前記入力光を入力するステップと、前記分散デバイスから出力された前記複数のビームの間隔を、前記主尺によって特定される波長の範囲内で前記入力光の波長を測定するための副尺の目盛りとして用いて、前記主尺の目盛りと前記副尺の目盛りとの位置関係に基づいて前記入力光の波長を測定するステップとを含む。

これによれば、入力光の波長に対応する複数の位置に出力された複数のビームを副尺として用いて入力光の波長を測定することができる。したがって、従来の主尺を用いて波長を測定する場合よりも高い精度で波長を測定することができる。また、分散デバイスとしては、ピッチが変化する回折格子などを利用することができ、分散デバイスの作成精度を大きく向上させる必要がない。したがって、比較的容易に波長を高精度に測定することができる。

例えば、前記複数のビームは、複数の第２ビームであり、前記分散デバイスは、第２分散デバイスであり、前記光波長測定方法は、さらに、前記入力光の波長に対応する位置に第１ビームを出力する第１分散デバイスに前記入力光を入力するステップと、前記第１分散デバイスから出力された第１ビームと前記主尺との位置関係に基づいて、前記入力光の波長の範囲を特定するステップとを含み、前記入力光の波長を測定するステップでは、前記第２分散デバイスから出力された前記複数の第２ビームの中から前記主尺の目盛りに対応する位置に出力された第２ビームを抽出することにより、特定された前記波長の範囲内で前記入力光の波長を測定してもよい。

これによれば、従来の主尺を用いた測定に副尺を用いた測定を加えることにより、入力光の波長を高精度に測定することができる。

例えば、前記入力光の波長を測定するステップでは、前記主尺の目盛り間隔に対応する大きさの波長の範囲ごとに、前記分散デバイスから出力された前記複数のビームのうち前記主尺の目盛りに対応する位置に出力された第２ビームの強度を測定することにより、前記入力光に含まれる各成分の波長および強度を測定してもよい。

これによれば、主尺の目盛り間隔に対応する大きさの波長の範囲ごとに、複数の第２ビームのうち主尺の目盛りに対応する位置に出力された第２ビームの強度を測定することができる。したがって、入力光に複数の波長の成分が含まれる場合に、各波長の成分の強度を高精度に測定することができる。

例えば、前記光波長測定方法は、さらに、入力光アナログ信号を信号強度に対応する波長の前記入力光に変換するステップと、測定された前記入力光の波長に従ってデジタル信号を生成するステップとを含んでもよい。

これによれば、光量子化の分解能の向上あるいはＡ／Ｄ変換エラーの低減を実現することができる。

なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、装置、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

本発明の一態様に係る光波長測定方法は、高精度に光の波長を測定することができる。

図１は、実施の形態１における光波長測定装置の構成の一例を示す図である。 図２は、実施の形態１における光波長測定装置の構成の一例を説明するための図である。 図３は、実施の形態１における光波長測定方法の一例を示すフローチャートである。 図４は、実施の形態１の変形例における光波長測定装置の構成の一例を示す図である。 図５は、実施の形態２における光波長測定装置の構成の一例を説明するための図である。 図６は、実施の形態２における光波長測定方法の一例を示すフローチャートである。 図７は、光Ａ／Ｄ変換装置の構成の一例を示す図である。 図８は、３つの入力光の各々に対する複数のビームの出力結果を示す図である。 図９は、実験における主尺と副尺との関係を示す図である。 図１０は、３つの第２ビームを副尺として用いた波長測定の実験結果を示す図である。 図１１は、実施の形態２における光波長測定方法のシミュレーション結果の説明図である。

以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、請求の範囲を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

（実施の形態１）
実施の形態１における光波長測定装置は、第１分散デバイスから出力される第１ビームと主尺（ｍａｉｎ ｓｃａｌｅ）との位置関係に基づいて入力光の波長の範囲を特定する。そして、光波長測定装置は、第２分散デバイスから出力される複数の第２ビームを副尺（ｖｅｒｎｉｅｒ ｓｃａｌｅ）として用いて、特定された波長の範囲内において入力光の波長を測定する。

＜光波長測定装置の構成＞
まず、本実施の形態における光波長測定装置の構成について説明する。

図１は、実施の形態１における光波長測定装置１００の構成の一例を示す図である。図２は、実施の形態１における光波長測定装置１００の構成の一例を説明するための図である。ここでは、入力光（入力ビーム）が、単一の波長の成分のみからなる光（以下において「単色光」という）である場合について説明する。

なお、光波長測定装置１００の測定対象は、単色光に限定されない。つまり、光波長測定装置１００は、複数の波長の成分を含む光の波長を測定してもよい。さらに、光波長測定装置１００は、波長のみではなく、測定された波長における光の強度（振幅）を測定してもよい。

光波長測定装置１００は、図１に示すように、分散デバイス１１０と、測定手段１２０とを備える。

＜分散デバイス＞
分散デバイス１１０は、第１分散デバイス１１０ａと、第２分散デバイス１１０ｂとを有する。

第１分散デバイス１１０ａは、入力光の波長に対応する位置に第１ビームを出力する。例えば、第１分散デバイス１１０ａは、図２の（ａ）に示すように、入力光の波長に依存する位置に入力光を反射する。

本実施の形態では、第１分散デバイス１１０ａは、入力光の波長に対して回折角度が変化する特性（角度分散特性）を有する反射型回折格子である。なお、第１分散デバイス１１０ａは、図２の（ａ）のような反射型回折格子に限定されない。例えば、第１分散デバイス１１０ａは、透過型回折格子であってもよい。また、第１分散デバイス１１０ａは、例えばプリズムあるいはエタロンであってもよい。

第２分散デバイス１１０ｂは、入力光の波長に対応する複数の位置に複数の第２ビームを出力する。例えば、第２分散デバイス１１０ｂは、図２の（ｂ）に示すように、入力光の波長に依存する複数の位置であって実質的に等間隔に並んだ複数の位置に入力光を反射する。実質的に等間隔とは、厳密な等間隔と実質的に同一とみなせる範囲内の間隔を含む。

本実施の形態では、第２分散デバイス１１０ｂは、入力光の入射方向に対してピッチが変化するように回折格子が形成された反射型回折格子である。なお、第２分散デバイス１１０ｂは、反射型回折格子に限定されない。例えば、第２分散デバイス１１０ｂは、透過型回折格子であってもよい。また、第２分散デバイス１１０ｂは、回折格子ではなく、例えばＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）デバイスであってもよい。また例えば、第２分散デバイス１１０ｂは、ＣＧＨ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｍ）によって実現されてもよい。

本実施の形態では、第１分散デバイス１１０ａおよび第２分散デバイス１１０ｂは、複数の第２ビームが出力される平面と直交する方向（紙面の奥行き方向）に並んで配置されている。この場合、第１分散デバイス１１０ａおよび第２分散デバイス１１０ｂは、一体であってもよいし、別体であってもよい。なお、第１分散デバイス１１０ａおよび第２分散デバイス１１０ｂは、例えば、同じ位置に交代で設置されてもよい。

＜測定手段＞
測定手段１２０は、第２分散デバイス１１０ｂから出力された複数の第２ビームを、主尺によって特定される波長の範囲内で入力光の波長を測定するための副尺として用いて、入力光の波長を測定する。

具体的には、測定手段１２０は、まず、第１分散デバイス１１０ａから出力された第１ビームと主尺との位置関係に基づいて、入力光の波長の範囲を特定する。そして、測定手段１２０は、第２分散デバイス１１０ｂから出力された複数の第２ビームの中から主尺の目盛りに対応する位置に出力された第２ビームを抽出することにより、特定された波長の範囲内で入力光の波長を測定する。つまり、測定手段１２０は、第２分散デバイス１１０ｂから出力された複数の第２ビームの中から主尺の目盛りのいずれかと一致する位置に出力された第２ビームを抽出することにより、特定された波長の範囲内で入力光の波長を測定する。

主尺とは、波長を測定するための目盛りである。つまり、主尺は、予め定められた第１精度あるいは第１分解能で入力光の波長を測定するための目盛りである。ここでは、主尺は、第１ビームの出力位置と入力光の波長の範囲とを対応付ける。

また、副尺とは、主尺の一目盛り未満の値をさらに細かく測定するための補助目盛りである。つまり、副尺は、主尺によって測定された波長に基づいて、第１精度より高い第２精度、あるいは、第１分解能よりも細かい第２分解能で、入力光の波長を測定するための目盛りである。ここでは、複数の第２ビームの各々が副尺の一目盛りに相当する。

なお、副尺の目盛り間隔は、主尺の目盛り間隔と異なる。例えば、副尺の目盛り間隔が主尺の目盛り間隔の９／１０である場合、主尺の１／１０の測定単位で波長を測定することができる。また例えば、副尺の目盛り間隔が主尺の目盛り間隔の１９／２０である場合、主尺の１／２０の測定単位で波長を測定することができる。つまり、副尺の目盛り間隔（第２ビームの間隔）が主尺の目盛り間隔（撮像デバイスの画素の間隔）の（ｎ−１）／ｎ（ただし、ｎは１より大きい整数）となるように複数の第２ビームが出力されることにより、主尺の１／ｎの測定単位で波長が測定される。なお、副尺の目盛り間隔は主尺の目盛り間隔よりも大きくてもよい。この場合であっても、主尺と副尺とにおいて目盛り間隔に差異があれば主尺よりも小さな測定単位で波長を測定することができる。

ここで、測定手段１２０の具体的な構成の一例について説明する。本実施の形態では、測定手段１２０は、レンズ１２１と、撮像デバイス１２２と、測定部１２３とを備える。

レンズ１２１は、分散デバイス１１０と撮像デバイス１２２との間に設置される。レンズ１２１は、第１分散デバイス１１０ａから出力された第１ビームと、第２分散デバイス１１０ｂから出力された複数の第２ビームとを屈折させて、撮像デバイス１２２に入射させる。

撮像デバイス１２２は、イメージセンサ（例えば、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサあるいはＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサなど）である。撮像デバイス１２２は、少なくとも１つの画素列を有する。画素列に含まれる各画素は、主尺の目盛りに対応する位置に配置されている。

測定部１２３は、撮像デバイス１２２から第１ビームによって形成された光強度分布を取得する。そして、測定部１２３は、第１ビームによって形成された光強度分布において最も大きい強度が得られた画素の位置に対応する主尺の目盛りに基づいて、入力光の波長の範囲を特定する。

さらに、測定部１２３は、撮像デバイス１２２から複数の第２ビームによって形成された光強度分布を取得する。そして、測定部１２３は、複数の第２ビームによって形成された光強度分布に基づいて、複数の第２ビームの中で最も大きい強度が得られた第２ビームを抽出する。

このように抽出された第２ビームは、主尺の目盛りに対応する位置に出力された第２ビームに相当する。つまり、抽出された第２ビームは、主尺の目盛りと一致する副尺の目盛りに相当する。そこで、測定部１２３は、抽出された第２ビームに従って、特定された波長の範囲内で入力光の波長を測定する。

＜光波長測定方法＞
次に、以上のように構成された光波長測定装置１００を用いて入力光の波長を測定する方法を説明する。

図３は、実施の形態１における光波長測定方法の一例を示すフローチャートである。

まず、第１分散デバイス１１０ａに入力光が入力される（Ｓ１０２）。続いて、測定手段１２０は、上述したように第１分散デバイス１１０ａから出力された第１ビームと主尺との位置関係に基づいて、入力光の波長の範囲を特定する（Ｓ１０４）。

次に、第２分散デバイス１１０ｂに入力光が入力される（Ｓ１０６）。なお、このステップＳ１０６は、ステップＳ１０２と並列に実行されてもよい。

続いて、測定手段１２０は、上述したように第２分散デバイス１１０ｂから出力された複数の第２ビームの中から主尺の目盛りに対応する位置に出力された第２ビームを抽出することにより、特定された波長の範囲内で入力光の波長を測定する（Ｓ１０８）。

以上のように、本実施の形態における光波長測定装置および光波長測定方法によれば、入力光の波長に対応する複数の位置に出力された複数の第２ビームを副尺として用いて入力光の波長を測定することができる。したがって、従来の主尺を用いて波長を測定する場合よりも高い精度で波長を測定することができる。また、第２分散デバイスとしては、ピッチが変化する回折格子などを利用することができ、分散デバイスの作成精度を大きく向上させる必要がない。したがって、比較的容易に波長を高精度に測定することができる。

なお、測定手段１２０は、レンズ１２１および撮像デバイス１２２を備えなくてもよい。この場合、測定手段１２０は、例えば、撮像デバイス１２２の代わりに、単に目盛りが付された部材を備えてもよい。この場合であっても、ユーザの目視によって副尺を用いて高精度に波長を測定することができる。

（実施の形態１の変形例）
次に、実施の形態１の変形例について説明する。

図４は、実施の形態１の変形例における光波長測定装置１５０の構成の一例を示す図である。図４において、図１または図２と同様の構成要素については、同一の符号を付し、説明を適宜省略する。

光波長測定装置１５０は、分散デバイス１１０と、測定手段１７０とを備える。測定手段１７０は、レンズ１２１と、スリット部材１７２と、レンズ１７３と、撮像デバイス１７４と、測定部１７５とを備える。

スリット部材１７２は、主尺の目盛りの位置にそれぞれスリットが形成されている。したがって、複数の第２ビームの中で、主尺の目盛りに対応する位置に出力された第２ビームのみがスリット部材１７２を通過してレンズ１７３に到達する。

レンズ１７３は、スリット部材１７２を通過した第２ビームを屈折させて、撮像デバイス１７４に含まれる画素であって当該第２ビームに対応する画素に入射させる。つまり、スリット部材１７２を通過した第２ビームは、複数の第２ビームにおける当該第２ビームの相対的な位置に対応する画素に入射する。例えば、図４では、複数の第２ビームのうちの上から７番目の第２ビームがスリット部材１７２を通過した場合は、通過した第２ビームは、撮像デバイス１７４の上から４番目の画素に入射する。

撮像デバイス１７４は、複数の第２ビームの数以上の画素を有するイメージセンサである。

測定部１７５は、スリット部材１７２を通過した第２ビームが入射した画素の位置を検出する。そして、測定部１７５は、検出された画素の位置に基づいて、複数の第２ビームのうちのどの第２ビームがスリット部材１７２を通過したかを特定する。そして、測定部１７５は、主尺によって特定された波長の範囲内において、特定した第２ビームに対応する波長を、入力光の波長として測定する。つまり、測定部１７５は、撮像デバイス１７４のどの画素に第２ビームが入射したかを検出することにより、主尺によって特定された波長の範囲内において入力光の波長を測定することができる。

以上のように、本変形例における光波長測定装置によれば、従来の主尺を用いた波長の測定に副尺を用いた波長の測定を加えることにより、入力光の波長を高精度に測定することができる。

なお、上記実施の形態１およびその変形例では、入力光が単色光である場合について説明したが、例えば、入力光が、主尺によって特定される波長の範囲内に複数の波長の成分を含む場合も、光波長測定装置は、複数の波長を測定することができる。つまり、光波長測定装置は、主尺によって特定される波長の範囲に含まれる入力光の複数の波長を区別して測定することができる。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２について、図面を参照しながら具体的に説明する。本実施の形態における光波長測定装置は、主尺の目盛り間隔に対応する大きさの波長の範囲ごとに、複数の第２ビームを用いて入力光に含まれる各成分の波長および強度（振幅）を測定する。

＜光波長測定装置の構成＞
まず、本実施の形態における光波長測定装置の構成について説明する。

図５は、実施の形態２における光波長測定装置２００の構成の一例を説明するための図である。ここでは、入力光（入力ビーム）が、複数の波長の成分からなる光である場合について説明する。

図５に示すように、光波長測定装置２００は、分散デバイス２１０と、測定手段２２０とを備える。

＜分散デバイス＞
分散デバイス２１０は、入力光の波長に対応する複数の位置に複数のビームを出力する。この分散デバイス２１０は、実施の形態１の第２分散デバイス１１０ｂに相当する。つまり、複数のビームは、複数の第２ビームに相当する。ただし、本実施の形態では、入力光に複数の波長の成分が含まれるので、分散デバイス２１０が出力する複数のビームは、各波長の成分ごとの複数のビームを含む。

＜測定手段＞
測定手段２２０は、主尺の目盛り間隔に対応する大きさの波長の範囲ごとに、分散デバイス２１０から出力された複数のビームのうち主尺の目盛りに対応する位置に出力されたビームの強度を測定することにより、入力光に含まれる各成分の波長および強度を測定する。主尺の目盛り間隔に対応する大きさの波長の範囲とは、１つの波長の成分に対して分散デバイス２１０から出力される複数のビームによって測定することができる波長の精度あるいは分解能に対応する。

ここで、測定手段２２０の具体的な構成の一例について説明する。本実施の形態では、測定手段２２０は、レンズ２２１と、撮像デバイス２２２と、光学フィルタ２２３と、測定部２２４とを備える。

レンズ２２１は、分散デバイス２１０と撮像デバイス２２２との間に設置される。レンズ２２１は、分散デバイス２１０から出力された複数のビームを屈折させて、光学フィルタ２２３に入射させる。

撮像デバイス２２２は、イメージセンサ（例えば、ＣＭＯＳイメージセンサあるいはＣＣＤイメージセンサなど）である。撮像デバイス２２２は、複数の波長の範囲にそれぞれ対応する複数の画素列を有する。ここでは、各画素列に含まれる各画素は、主尺の目盛りに相当する位置に配置されている。

光学フィルタ２２３は、レンズ２２１と撮像デバイス２２２との間に設置される。光学フィルタ２２３は、撮像デバイス２２２の複数の画素列にそれぞれ対応する複数のフィルタ領域を有する。

各フィルタ領域は、各画素列に対応する波長の範囲のビームのみを通過させる。つまり、各フィルタ領域を通過した複数のビームは、対応する画素列に入射する。つまり、各画素列には、当該画素列に対応する波長の範囲の複数のビームが到達する。

測定部２２４は、撮像デバイス２２２の画素列ごとに、複数のビームによって形成された光強度分布を取得する。この光強度分布は、主尺の各目盛りに対応する位置に出力されたビームの強度に相当する。つまり、測定部２２４は、撮像デバイス２２２の画素列ごとに、複数のビームによって形成された光強度分布を取得することにより、画素列に対応する波長の範囲ごとに、入力光に含まれる各成分の波長および強度を測定することができる。すなわち、測定部２２４は、入力光のスペクトルを高精度に測定することができる。

＜光波長測定方法＞
次に、以上のように構成された光波長測定装置２００を用いて入力光の波長および各波長における入力光の強度を測定する方法を説明する。

図６は、実施の形態２における光波長測定方法の一例を示すフローチャートである。

まず、分散デバイス２１０に入力光が入力される（Ｓ２０２）。続いて、波長の範囲ごとにステップＳ２０４の処理が実行される。つまり、測定手段２２０は、主尺の目盛り間隔に対応する大きさの波長の範囲ごとに、分散デバイス２１０から出力された複数のビームのうち主尺の目盛りに対応する位置に出力されたビームの強度を測定することにより、当該波長の範囲において入力光の波長および強度を測定する（Ｓ２０４）。

以上のように、本実施の形態における光波長測定装置および光波長測定方法によれば、主尺の目盛り間隔に対応する大きさの波長の範囲ごとに、複数のビームのうち主尺の目盛りに対応する位置に出力されたビームの強度を測定することができる。したがって、入力光に複数の波長の成分が含まれる場合に、各波長の成分の強度を高精度に測定することができる。

なお、本実施の形態における撮像デバイス２２２において、画素列（つまり、画素列に対応する波長の範囲）ごとに、画素の間隔を変化させてもよい。これにより、波長によって複数のビームの間隔が微小に変化するときに、その間隔の変化に適した画素の間隔を実現することができ、高精度に波長を測定することが可能となる。

＜シミュレーション結果＞
ここで、実施の形態２における光波長測定方法のシミュレーション結果について説明する。図１１は、実施の形態２における光波長測定方法のシミュレーション結果の説明図である。

図１１において、入力光および複数のビームの各々を示す矩形ブロックは、スペクトル分布を表す。また、複数のビーム（副尺）の間隔は、主尺の間隔の０．９６倍である。

つまり、このシミュレーションでは、分散デバイスによって、主尺の間隔の０．９６倍の間隔で並ぶ２２個のビームが出力された。そして、図１１に示すように、この２２個のビームを主尺と重ね合わせた結果、入力光のスペクトル分布を２２倍程度引き伸ばしたスペクトル分布が得られた。つまり、入力光に含まれる各波長の成分の強度を高精度に測定することができた。

（他の実施の形態）
以上、１つまたは複数の態様に係る光波長測定装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、１つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

例えば、上記各実施の形態において、測定手段に含まれるレンズは、透過レンズであったが、反射レンズであってもよい。また、測定手段は、複数のレンズを含んでもよい。

また、上記実施の形態２において、光波長測定装置は、実施の形態１の変形例のようにスリット部材を備えてもよい。

また、光波長測定装置は、さらに、光学フィルタを備えてもよい。例えば、測定対象範囲以外の波長の成分を除去する光学フィルタが、分散デバイスおよびレンズの間に、または、レンズおよび撮像デバイスの間に設置されてもよい。また例えば、分散デバイスが回折格子である場合に、目的次数以外の次数の回折光を除去するための光学フィルタが設置されてよい。

また、光波長測定装置は、光Ａ／Ｄ変換（量子化）の技術に適用することができる。図７は、上述の光波長測定装置をスペクトル分析装置（ｓｐｅｃｔｒｕｍ ａｎａｌｙｚｅｒ）として備える光Ａ／Ｄ変換装置の構成の一例を示す図である。

図７の光Ａ／Ｄ変換装置は、入力光アナログ信号を信号強度に対応する波長の光信号に変換し、変換された光信号（入力光）の波長を測定することにより、出力デジタル信号を生成する。この変換された光信号の波長を、上記各実施の形態における光波長測定装置を用いて高精度に測定することにより、光量子化の分解能の向上あるいはＡ／Ｄ変換エラーの低減を実現することが可能となる。なお、図７の光Ａ／Ｄ変換装置の詳細な説明は、非特許文献１と同様であるので省略する。

（実験結果）
ここで、複数のビーム（第２ビーム）を副尺として用いた波長の測定が可能であることを検証するための実験結果について、図８〜図１０を参照しながら説明する。なお、以下に示す数値等は、検証のために行った本実験における一例であり、変更されてもよい。

本実験では、波長がそれぞれ１５３０ｎｍ、１５５０ｎｍおよび１５７０ｎｍである３つの入力光の波長を３つの第２ビームを用いて測定（判別）できるか否かを検証した。以下において、波長が１５３０ｎｍの入力光を第１入力光と呼び、波長が１５５０ｎｍの入力光を第２入力光と呼び、波長が１５７０ｎｍの入力光を第３入力光と呼ぶ。

また本実験では、第２分散デバイスとして、ピッチが異なる３種類の回折格子からなるアレイ状回折格子群を用いた。したがって、この第２分散デバイスからは、３つの第２ビームが出力された。

図８は、３つの入力光の各々に対する３つの第２ビームの出力結果を示す図である。第２入力光の３つの第２ビームは、第１入力光の３つの第２ビームに対して左側にシフトしていた。また、第３入力光の３つの第２ビームは、第２入力光の３つの第２ビームに対して左側にシフトしていた。つまり、波長が長くなるしたがって、第２ビームは左にシフトしていた。

図９は、実験における主尺と副尺との関係を示す図である。本実験では、画像上において、主尺の２目盛りが２．２ｃｍであり、副尺の２目盛りが１．８８ｃｍであった。つまり、主尺の目盛り間隔が１．１ｃｍであり、副尺の目盛り間隔が０．９４ｃｍであった。したがって、主尺の目盛り間隔に対する副尺の目盛り間隔の比は、０．８５（＝０．９４／１．１）であった。

図１０は、３つの第２ビームを副尺として用いた波長測定の実験結果を示す図である。具体的には、図１０は、各入力光に対応する３つの第２ビームに主尺の目盛りを重ね合わせた結果を示す。

ここでは、右端の第２ビームが第１ビームとしても用いられると仮定した。第１入力光の第１ビームが主尺の右側の目盛りと一致していたが、第３入力光の第１ビームは主尺の中央の目盛りまでシフトしていなかった。つまり、第１ビームおよび主尺だけでは、４０ｎｍの差異を判別できなかった。したがって、この主尺の測定単位は４０ｎｍより大きく、主尺によって特定される波長の範囲は４０ｎｍより大きかった。

これに対して、３つの第２ビームに注目すると、主尺の目盛りに対応する位置に出力された第２ビームは、第１〜第３入力光でそれぞれ異なる第２ビームであった。つまり、第１入力光では右端の第２ビームが主尺の目盛りに対応する位置に出力され、第２入力光では中央の第２ビームが主尺の目盛りに対応する位置に出力され、第３入力光では左端の第２ビームが主尺の目盛りに対応する位置に出力されていた。

すなわち、本実験では、第１〜第３入力光の波長の差異を判別することができた。つまり、３つの第２ビームを副尺として用いることにより、主尺の測定単位よりも小さい２０ｎｍの測定単位で入力光の波長を測定することができた。

本発明の一態様に係る光波長測定装置は、入力光の波長を高精度に測定することができ、例えばスペクトル分析装置および光Ａ／Ｄ変換装置などに適用できる。

１００、１５０、２００ 光波長測定装置
１１０、２１０ 分散デバイス
１１０ａ 第１分散デバイス
１１０ｂ 第２分散デバイス
１２０、１７０、２２０ 測定手段
１２１、１７３、２２１ レンズ
１２２、１７４、２２２ 撮像デバイス
１２３、１７５、２２４ 測定部
１７２ スリット部材
２２３ 光学フィルタ

Claims (5)

1. 入力光の波長を測定する光波長測定方法であって、
   前記入力光の波長に対応する複数の位置であって、予め定められた波長の分解能に対応する目盛りを有する主尺の目盛りとは異なる間隔を有する複数の位置に、複数のビームを出力する分散デバイスに前記入力光を入力するステップと、
   前記分散デバイスから出力された前記複数のビームの間隔を、前記主尺によって特定される波長の範囲内で前記入力光の波長を測定するための副尺の目盛りとして用いて、前記主尺の目盛りと前記副尺の目盛りとの位置関係に基づいて前記入力光の波長を測定するステップとを含む
   光波長測定方法。
2. 前記複数のビームは、複数の第２ビームであり、
   前記分散デバイスは、第２分散デバイスであり、
   前記光波長測定方法は、さらに、
   前記入力光の波長に対応する位置に第１ビームを出力する第１分散デバイスに前記入力光を入力するステップと、
   前記第１分散デバイスから出力された第１ビームと前記主尺との位置関係に基づいて、前記入力光の波長の範囲を特定するステップとを含み、
   前記入力光の波長を測定するステップでは、
   前記第２分散デバイスから出力された前記複数の第２ビームの中から前記主尺の目盛りに対応する位置に出力された第２ビームを抽出することにより、特定された前記波長の範囲内で前記入力光の波長を測定する
   請求項１に記載の光波長測定方法。
3. 前記入力光の波長を測定するステップでは、
   前記主尺の目盛り間隔に対応する大きさの波長の範囲ごとに、前記分散デバイスから出力された前記複数のビームのうち前記主尺の目盛りに対応する位置に出力されたビームの強度を測定することにより、前記入力光に含まれる各成分の波長および強度を測定する
   請求項１に記載の光波長測定方法。
4. 前記光波長測定方法は、さらに、
   入力光アナログ信号を信号強度に対応する波長の前記入力光に変換するステップと、
   測定された前記入力光の波長に従ってデジタル信号を生成するステップとを含む
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の光波長測定方法。
5. 入力光の波長を測定する光波長測定装置であって、
   前記入力光の波長に対応する複数の位置であって、予め定められた波長の分解能に対応する目盛りを有する主尺の目盛りとは異なる間隔を有する複数の位置に、複数のビームを出力する分散デバイスと、
   前記分散デバイスから出力された前記複数のビームの間隔を、前記主尺によって特定される波長の範囲内で前記入力光の波長を測定するための副尺の目盛りとして用いて、前記主尺の目盛りと前記副尺の目盛りとの位置関係に基づいて前記入力光の波長を測定する測定手段とを備える
   光波長測定装置。

Images