光スペクトラムアナライザ
【課題】 被測定物の特性変化による被測定光のスペクトラムの時間的な変化を観測できるようにする。
【解決手段】 同期制御手段２５は、特性が所定周期で繰り返し変化する被測定光Ｓを被測定物１から受ける際に、被測定光Ｓの特性変化期間に対して、分光器２１の波長掃引期間の開始タイミングが１掃引毎または複数掃引毎に所定時間ずつシフトするように、分光器２１または被測定物１を制御する。また、スペクトラム波形生成手段２６は、同期制御手段２５によって前記特性変化期間に対して波長掃引期間が所定時間ずつシフトしている間にＡ／Ｄ変換器２３から出力されたデータに対する並べ替え処理を行い、被測定光Ｓの前記特性変化期間内における各時刻のスペクトラム波形のデータを生成する。
【解決手段】 同期制御手段２５は、特性が所定周期で繰り返し変化する被測定光Ｓを被測定物１から受ける際に、被測定光Ｓの特性変化期間に対して、分光器２１の波長掃引期間の開始タイミングが１掃引毎または複数掃引毎に所定時間ずつシフトするように、分光器２１または被測定物１を制御する。また、スペクトラム波形生成手段２６は、同期制御手段２５によって前記特性変化期間に対して波長掃引期間が所定時間ずつシフトしている間にＡ／Ｄ変換器２３から出力されたデータに対する並べ替え処理を行い、被測定光Ｓの前記特性変化期間内における各時刻のスペクトラム波形のデータを生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号のスペクトラムを観測するための光スペクトラムアナライザにおいて、特に、入力光のスペクトラムの高速な変化を観測できるようにするための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
被測定光のスペクトラムを観測するために、被測定光を分光器に入射して波長毎に分光し、その強度を光電変換素子で求める構造の光スペクトラムアナライザが従来から用いられている。
【０００３】
光スペクトラムアナライザには種々の構造のものがあるが、大きく分けると、被測定光を回折格子などの分光素子に入射し、その回折光に含まれる波長成分をそれぞれ波長に応じた方向に出射させ、それぞれの波長毎に配置された光電変換素子で受けて波長毎の強度を検出する固定式のものと、被測定光を回折格子の回折面で受けて、その回折光をミラーで受けて回折格子に再入射し、その再入射された光に対して特定方向に出射された回折光を単一の光電変換素子で受ける構造を有し、被測定光に対する回折格子の回折面の角度あるいは回折格子に対するミラーの角度を連続的に変化させて、光電変換素子に入射する光の波長を可変する波長掃引型のものがある。
【０００４】
固定式の場合、多数の光電変換素子が一体化されたイメージセンサを用いている場合が多い。
【０００５】
また、波長掃引型の場合、ミラーあるいは回折格子の角度を可変する機構の駆動源としてモータを用いたものや、次の特許文献１のように、音叉を用いてミラーを回転させる構造のものも提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特公平５−２８３３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、近年光ネットワークの発展に伴い、波長可変光源や波長可変フィルタ等においてその特性を高速に切り替えることができる光デバイスの開発が盛んに進んでおり、そのような光デバイスの波長可変時の特性変化を測定できることが要求されている。
【０００８】
この測定を上記した光スペクトラムアナライザを用いて行う場合、光デバイスの特性変化速度に対して、光スペクトラムアナライザの動作速度（即ち、所定波長範囲のスペクトラムデータを取得するのに要する時間）が無視できるほど高速であれば問題ない。
【０００９】
しかし、実際の光スペクトラムアナライザの動作速度は、年々高速化されている光デバイスの特性変化速度に対応できていない。
【００１０】
即ち、前記した固定式の場合、波長分解能はそのイメージセンサのセンサ密度に依存し、分解能を高くするためには高密度のイメージセンサが必要となり、そのセンサから信号を読み出すための多くの時間を必要する。
【００１１】
したがって、この読み出し速度により装置の動作速度が制限され、被測定光のスペクトラムの高速な変化に対応できない。
【００１２】
また、前記掃引型でモータを用いたものでは、光デバイスの特性変化に全く追いつくことができない。
【００１３】
また、音叉を用いたものでも、その速度は数ｋＨｚ程度までであって、光デバイスの特性変化速度に対して無視できる程の高速性は有していない。また、この音叉型のものは、構造が複雑で大きな駆動電力を必要とするという別の問題も発生する。
【００１４】
本発明は、この問題を解決し、被測定物の特性変化による被測定光のスペクトラムの時間的な変化を観測することができる光スペクトラムアナライザを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１の光スペクトラムアナライザは、
被測定物（１）から出射された被測定光を受けて回折する回折格子（３２）と、前記被測定光に対して前記回折格子から出射された光を受けて該回折格子に再入射するミラー（３３）とを含み、該ミラーまたは前記回折格子を往復回転させ、前記ミラーから再入射された光に対して前記回折格子が特定方向に出射する光の波長を掃引する分光器（２１）と、
前記分光器が前記特定方向に出射する光を受けてその強度を検出する光電変換素子（２２）と、
前記光電変換素子の出力信号をデジタルのデータに順次変換するＡ／Ｄ変換器（２３）とを有する光スペクトラムアナライザにおいて、
特性が所定周期で繰り返し変化する被測定光を前記被測定物から受ける際に、該被測定光の特性変化期間に対して、前記分光器の波長掃引期間の開始タイミングが１掃引毎または複数掃引毎に所定時間ずつシフトするように、前記分光器または被測定物を制御する同期制御手段（２５）と、
前記同期制御手段によって前記特性変化期間に対して前記波長掃引期間が所定時間ずつシフトしている間に前記Ａ／Ｄ変換器から出力されたデータに対する並べ替え処理を行い、前記被測定光の前記特性変化期間内における各時刻のスペクトラム波形のデータを生成するスペクトラム波形生成手段（２６）とを設けたことを特徴としている。
【００１６】
また、本発明の請求項２の光スペクトラムアナライザは、請求項１の光スペクトラムアナライザにおいて、
前記同期制御手段は、被測定光の特性変化周期またはその整数倍と、前記分光器の波長掃引周期またはその整数倍との差が前記所定時間となるように、前記分光器または被測定物を制御することを特徴としている。
【００１７】
また、本発明の請求項３の光スペクトラムアナライザは、請求項１または請求項２の光スペクトラムアナライザにおいて、
前記分光器のミラーは、薄い基板に対するエッチングによって一体的に形成され、枠状基板（３４）と、該枠状基板の内側に配置され一面側に前記回折格子からの光を反射するための反射面が形成された反射板（３５）と、前記枠状基板の内縁と前記反射板の外縁との間を連結し、且つその長さ方向に捩れ変形して、前記反射板を前記枠状基板に対して回転自在に支持する連結部（３６、３７）とを有し、
前記ミラーの反射板をその共振周波数またはその近傍の周波数で回転駆動する駆動回路（４２）を備えていることを特徴としている。
【００１８】
また、本発明の請求項４の光スペクトラムアナライザは、請求項１または請求項２の光スペクトラムアナライザにおいて、
前記分光器の回折格子は、薄い基板に対するエッチングによって一体的に形成され、枠状基板（４４）と、該枠状基板の内側に配置され一面側に光を回折するための溝が形成された回折板（４５）と、前記枠状基板の内縁と前記回折板の外縁との間を連結し、且つその長さ方向に捩れ変形して、前記回折板を前記枠状基板に対して回転自在に支持する連結部（４６、４７）とを有し、
前記回折板をその共振周波数またはその近傍の周波数で回転駆動する駆動回路（５２）を備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１９】
上記のように構成したため、本発明の光スペクトラムアナライザでは、分光器の波長掃引速度に対して無視できない速度で特性が変化する被測定光についても、その各時刻のスペクトラム波形を正確に求めることができる。
【００２０】
また、被測定光の特性変化周期またはその整数倍と、分光器の波長掃引周期またはその整数倍との差が所定時間となるように制御したものでは、被測定光の特性変化周期と分光器の波長掃引周期が大きく異なる場合であっても、被測定光の各時刻のスペクトラム波形を求めることができる。
【００２１】
また、分光器のミラーまたは回折格子として、枠状基板の内側に配置された反射板または回折板を、長さ方向に捩れ変形可能な連結部によって回転自在に支持する構成とし、反射板または回折板をその共振周波数またはその近傍の周波数で回転駆動するようにしたものでは、高速で安定な波長掃引を少ない電力で行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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スペクトラムアナライザ２０の構成を示している。
【００２３】
この光スペクトラムアナライザ２０は、波長掃引型の分光器２１、光電変換素子２２、Ａ／Ｄ変換器２３、メモリ２４、同期制御手段２５、スペクトラム波形生成手段２６および表示部２７を有している。
【００２４】
分光器２１は、図２に示すように、被測定物１から出射された被測定光Ｓをコリメートレンズ３１によって平行光Ｓ′に変換して回折格子３２の回折面３２ａに入射し、その回折面３２ａから出射される光をミラー３３で受けて回折格子３２に再入射し、ミラー３３から再入射された光に対して回折格子３２が回折した光を出射させる。
【００２５】
ここで、ミラー３３は、薄い基板（例えばシリコン基板）に対するエッチング処理によって軽量に且つ一体的に形成され、その固有振動数（共振周波数）の駆動信号で高速に往復回転する。
【００２６】
図３は、ミラー３３の要部の概略構造を表したものである。
このミラー３３は、上板３４ａ、下板３４ｂ、左右の側板３４ｃ、３４ｄを有する矩形の枠状基板３４、その内側に配置された矩形の反射板３５および枠状基板３４の上板３４ａの下縁中央部と反射板３５の上縁中央部との間、下板３４ｂの上縁中央部と反射板３５の上縁中央部と間をそれぞれ連結して、反射板３５を枠状基板３４の枠内に支持する一対の連結部３６、３７とにより構成されている。
【００２７】
一対の連結部３６、３７は、その長さ方向に捩れ変形できるように細く形成され、この連結部３６、３７の捩れ変形により、反射板３５が回転できるようになっている。
【００２８】
反射板３５の少なくとも一面側は、回折格子３２からの光を効率よく反射できるように加工されている。
【００２９】
また、反射板３５の固有振動数は、反射板３５の形状、重さおよび連結部３６、３７の捩れ方向のバネ定数によって決まり、上記のように薄い基板のエッチングで形成された構成の場合、数ｋＨｚ〜数１０ｋＨｚが得られ、その固有振動数にほぼ等しい周波数の信号により、反射板３５に外力を周期的に与えることで、少ない駆動電力で大きく安定な振幅の往復回転が可能となる。
【００３０】
反射板３５に外力を与える方法としては、電界や磁界を用いる方法があるが、ここでは電界による吸引力を利用して反射板３５を駆動している。
【００３１】
即ち、図３に示しているように、枠状基板３４の両側板３４ｃ、３４ｄの一面側にスペーサ３８、３８を挟んで電極板３９、４０が固定されている。
【００３２】
電極板３９、４０には、図４の（ａ）に示す掃引用クロック信号Ｃａを受けた駆動回路４２から、図４の（ｂ）、（ｃ）示すように、掃引用クロック信号Ｃａに同期し、且つ互いに位相が反転した駆動信号Ｖａ、Ｖｂが印加される。
【００３３】
この電圧の印加により、電極板３９、４０と反射板３５の両端との間に静電的な力（吸引力）が交互に生じて反射板３５が往復回転し、光電変換素子２２が受ける光の波長が、図４の（ｄ）のように、波長λｓ〜λｅの範囲で連続的に且つ繰り返し掃引される。
【００３４】
なお、掃引用クロック信号Ｃａの周期内における分光器２１の掃引波長は既知であるものとする。また、ここでは動作を理解しやすいように、時間に対して波長が直線的に変化する場合を示しているが非直線的に変化してもよい。
【００３５】
さらに、上記のように静電的な力を与える場合、枠状基板３４、反射板３５および連結部３６、３７を導電性のある基板によって形成するか、あるいは導電性のある膜を表面に設けておく。
【００３６】
光電変換素子２２は、分光器２１の回折格子３２から特定方向に出射される光を受けて、その強度を検出する。この光電変換素子２２の受光面は、必要な波長分解能を得るために図示しないスリット等によって狭く形成されている。
【００３７】
また、Ａ／Ｄ変換器２３は、光電変換素子２２の出力信号をクロック信号Ｃに同期してサンプリングし、デジタルのデータに変換してメモリ２４に順次出力し、メモリ２４は、同期制御手段２５からのアドレス指定信号等を含む制御信号に基づいてデータを記憶する。このクロック信号Ｃは、この光スペクトラムアナライザ２０の波長分解能および時間分解能を決定するものであり、前記した掃引用クロック信号Ｃａおよび後述する同期用クロック信号Ｃｂより格段に高い周波数を有している。
【００３８】
上記構成の分光器２１の波長掃引速度は、従来のものに比べて高速であり、定常的な光のスペクトラムを観測する場合には何ら問題なく、その光のスペクトラム波形を１回の掃引で求めることが可能であるが、前記した光デバイスのようにその特性が高速に変化する場合、その特性変化の速度を無視できる程の高速性を有しているとはいえない。
【００３９】
そこで、この実施形態の光スペクトラムアナライザ２０では、被測定物１の特性が高速に変化する場合、その特性が所定方向に変化する期間に対して、分光器２１の波長が所定方向に変化する波長掃引期間の開始タイミングを所定時間ΔＴずつ相対的にずらしながら複数回の波長掃引を行って、各掃引についてそれぞれ一連のデータを求め、それらのデータの並ベ替え処理を行って、特性変化期間内における被測定光Ｓの各時刻のスペクトラム波形を生成し、これを表示できるようにしている。
【００４０】
即ち、同期制御手段２５は、特性が所定周期で繰り返し変化する被測定光Ｓを被測定物１から受ける際に、その被測定光Ｓの特性が変化する特性変化期間に対して、分光器２１の波長掃引期間の開始タイミングが１掃引毎または複数掃引毎に所定時間ΔＴずつシフトするように、分光器２１または被測定物１を制御する。
【００４１】
ここで、被測定物１が外部クロック信号に同期して特性を変化させる構成を有している場合、同期制御手段２５は、図４の（ａ）に示した掃引用クロック信号Ｃａの周期Ｔａに対して、図４の（ｅ）のように、ΔＴだけ短い（あるいは長い）周期Ｔｂの同期用クロック信号Ｃｂを外部クロックとして被測定物１に与える。
【００４２】
この所定時間ΔＴは、例えばクロック信号Ｃの周期（Ａ／Ｄ変換器２３のサンプリング周期）と等しいものとする。
【００４３】
この同期クロック信号Ｃｂを受けた被測定物１（例えば波長可変光源や波長可変フィルタ）からは、図４の（ｆ）に示すように、主となるスペクトラムの中心波長がλａからλｂへ変化する光が出射される。この波長範囲λａ〜λｂは、分光器２１の掃引波長範囲λｓ〜λｅ内に含まれているものとする。
【００４４】
また、スペクトラム波形生成手段２６は、同期制御手段２５によって被測定信号Ｓの特性変化期間に対して分光器２１の波長掃引期間が所定時間ΔＴずつシフトしている間にＡ／Ｄ変換器２３から時系列に出力されるデータに対する並べ替え処理を行い、被測定光Ｓの特性変化期間内における各時刻のスペクトラム波形のデータを生成する。
【００４５】
ここで、スペクトラム波形生成手段２６は、Ａ／Ｄ変換器２３から出力されてメモリ２４に記憶されたデータに対する並べ替え処理を行うものとするが、Ａ／Ｄ変換器２３から出力されるデータを直接受け、並べ替え処理をしながらその処理結果をメモリ２４に記憶するように構成してもよい。
【００４６】
また、スペクトラム波形生成手段２６によって生成された各時刻のスペクトラム波形のデータは、メモリ２４に記憶されているデータに上書きされるか、あるいは別のメモリ、例えば表示部２７内の図示しないメモリ、メモリ２４の別領域に記憶される。
【００４７】
表示部２７は、スペクトラム波形生成手段２６が生成したスペクトラム波形のデータを受けてスペクトラム波形を表示する。この表示部２７は、図示しない操作部の操作で指定された表示モードでスペクトラム波形を表示できるように構成されており、例えば個別表示モードと時間情報が指定された場合には、横軸が波長、縦軸が強度の２次元座標を表示し、その座標上に指定された時刻におけるスペクトラム波形を表示する。
【００４８】
また、全体表示モードが指定された場合には、第１の横軸が波長、第１の横軸と直交する第２の横軸が時間、縦軸が強度の３次元座標を表示し、この座標上に各時刻におけるスペクトラム波形を表示する。
【００４９】
次に、上記構成の光スペクトラムアナライザ２０の動作を説明する。
同期用クロック信号Ｃｂを受けた被測定物１から、例えば図５に示すように、時間経過に伴いスペクトラムが変化する被測定光Ｓが入力されるものとする。
【００５０】
このように特性が変化する被測定光Ｓに対して、同期制御手段２５は、例えば掃引用クロック信号Ｃａの立ち上がりと同期用クロック信号Ｃｂの立ち上がりとが一致したタイミングｔ（１）をデータの取得開始タイミングとして、メモリ２４に対するアドレス信号および書込信号を出力する。
【００５１】
なお、以下の説明では、被測定光の特性変化周期Ｔｂが、所定時間ΔＴの２ｎ倍（ｎは１以上の整数、即ち偶数倍）に等しいものとする。
【００５２】
分光器２１による第１回目の波長掃引は、図５の斜線Ｋ（１）のように時刻ｔ（１）から波長λｓでスタートして波長λｅまで行われる。
【００５３】
この１回目の掃引で時刻ｔ（１）におけるスペクトラム波形Ｈ（１）のうち、波長λｓ（＝λ１）の強度Ｐ（１，１）がＡ／Ｄ変換器２３でサンプリングされることになる。
【００５４】
そして、所定時間ΔＴが経過した次の時刻ｔ（２）では、その時刻ｔ（２）におけるスペクトラム波形Ｈ（２）のうち、波長λ２の強度Ｐ（１，２）がＡ／Ｄ変換器２３でサンプリングされることになる。なお、図５は、図示しやすいように、所定時間ΔＴの大きさを誇張しているため、スペクトラム波形に対するサンプリングポイントの間隔が大きくなっているが、実際には所定時間ΔＴは短いため、スペクトラム波形に対するサンプリングポイントの間隔も、その波形を正確に表すのに必要な十分狭い間隔になる。
【００５５】
以下同様に、特性が所定方向に変化する期間内における各時刻ｔ（ｉ）のスペクトラム波形Ｈ（ｉ）の波長λｉについての強度Ｐ（１，ｉ）がサンプリングされてメモリ２４に波長順に記憶される。
【００５６】
そして、１回目の掃引の最後の時刻ｔ（ｎ＋１）におけるスペクトラム波形Ｈ（ｎ＋１）の波長λｎ＋１の強度Ｐ（１，ｎ＋１）がサンプリングされ、さらに掃引波長がλｅまで達して、その１回目の掃引が終了する。
【００５７】
１回目の掃引が終了して掃引用クロック信号Ｃａの半周期分の時間Ｔａ／２が経過した後に、２回目の波長掃引が開始されるが、この掃引開始タイミングは、被測定光Ｓの特性変化期間に対して１回目の波長掃引よりΔＴだけ遅れる。
【００５８】
つまり、図５の斜線Ｋ（２）で示すように、時刻ｔ（１）からΔＴだけ遅れた時刻ｔ（２）から掃引がスタートし、前記同様に、各時刻ｔ（２）〜ｔ（ｎ＋１）における各スペクトラム波形Ｈ（２）〜Ｈ（ｎ＋１）の波長λ１〜λｎの強度Ｐ（２，１）〜Ｐ（２、ｎ）がサンプリングされて波長順にメモリ２４に記憶される。
【００５９】
なお、図５では示していないが、２回目の掃引における時刻ｔ（ｎ＋２）の波長λｎ＋１の強度Ｐ（２，ｎ＋１）は、被測定光Ｓの特性がそれまでの変化方向（主スペクトラムの中心波長が増加する方向）と反対方向に変化する期間のデータであり、ここでは無効なデータとして扱う。
【００６０】
以下同様の動作が繰り返され、斜線Ｋ（ｎ＋１）で示すｎ＋１回目の掃引開始時刻ｔ（ｎ＋１）におけるスペクトラム波形Ｈ（ｎ＋１）の波長λｓ（＝λ１）の強度Ｐ（ｎ＋１，１）がサンプリングされた後、無効なデータのサンプリングが行われるが、その最後のサンプリングでは、次のサイクルにおける時刻ｔ（１）のスペクトラム波形Ｈ（１）の波長λｎ＋１の強度Ｐ（ｎ＋１，ｎ＋１）が有効なデータとして得られる。
【００６１】
また、斜線Ｋ（ｎ＋２）で示すｎ＋２回目の掃引では、次のサイクルにおける時刻ｔ（１）のスペクトラム波形Ｈ（１）の波長λｎの強度Ｐ（ｎ＋２，ｎ）と、時刻ｔ（２）のスペクトラム波形Ｈ（２）の波長λｎ＋１の強度Ｐ（ｎ＋２，ｎ＋１）とが有効なデータとして得られる。
【００６２】
以下同様の動作が繰り返され、斜線Ｋ（２ｎ）で示す２ｎ回目の掃引では、次のサイクルにおける時刻ｔ（１）のスペクトラム波形Ｈ（１）の波長λ２の強度Ｐ（２ｎ，２）から、時刻ｔ（ｎ）のスペクトラム波形Ｈ（ｎ）の波長λｎ＋１の強度Ｐ（２ｎ，ｎ＋１）までのデータが有効なデータとして得られる。
【００６３】
以上の動作により、各時刻ｔ（１）〜ｔ（ｎ＋１）におけるスペクトラム波形Ｈ（１）〜Ｈ（ｎ＋１）について、それぞれ波長λ１〜λｎ＋１までの強度データが全て得られる。
【００６４】
ただし、この強度データのメモリ２４に対する格納順は、図６に示しているように、１回の掃引毎に分光器２１で掃引される波長順であり、特性変化期間の各時刻におけるスペクトラム波形のデータとしてまとまっておらず、メモリ２４のアドレスに対して分散した形で格納されている。
【００６５】
スペクトラム波形生成手段２６は、メモリ２４に記憶されたデータのうちの有効なデータを、図７のように時刻毎に並べ替えて、時間ごとのスペクトラム波形のデータを生成する。
【００６６】
このように時刻毎に得られた一連のスペクトラム波形のデータは、表示部２７によって表示される。例えば個別モードと時間Ｔが指定されている場合、図８のように、被測定光の取得開始タイミングから時間ｔ（ｊ）が経過したときのスペクトラム波形が表示される。
【００６７】
また、全体表示モードが指定された場合には、図９に示すように、取得開始タイミングから各時刻のスペクトラム波形が３次元表示される。
【００６８】
これらの表示から、被測定光の時刻毎の特性変化を容易に且つ正確に把握することができる。
【００６９】
なお、図６に示すデータの格納状態から図７に示す格納状態への並べ替えは、データの取得方法が決まれば一義的に決まる。よって、前記したように、スペクトラム波形生成手段２６が、Ａ／Ｄ変換器２３から出力されるデータを直接受け、上記一義的な並べ替えの規則にしたがって、メモリ２４に記憶することもできる。
【００７０】
上記実施形態では、分光器２１の波長掃引周期Ｔａと被測定光の特性変化周期Ｔｂとの間に所定時間ΔＴの差を設けることで、被測定光の特性変化期間に対して、分光器２１の波長掃引期間の開始タイミングを１掃引毎に所定時間ΔＴずつシフトさせている。これは被測定光の特性変化周期Ｔｂを分光器２１の波長掃引周期Ｔａの近くに設定できる場合に有効であるが、前記したように、ミラー３３として共振による回転を用いている場合、波長掃引周期Ｔａの可変幅は限られており、この限られた範囲の波長掃引周期と、被測定物の特性変化周期Ｔｂとの間に所望の時間差ΔＴを与えることが困難な場合がある。
【００７１】
このような場合、同期制御手段２５によって、複数回の波長掃引毎に所定時間差ΔＴが生じるように制御すればよい。
【００７２】
即ち、波長掃引周期Ｔａの可変範囲と、特性変化周期Ｔｂの可変範囲の間で、
Ａ・Ｔａ＝Ｂ・Ｔｂ±ΔＴ
を満足する１以上の整数Ａ、Ｂを求め、波長掃引周期Ｔａと特性変化周期Ｔｂとが整数Ａ、Ｂに対応した値となるように設定すればよい。
【００７３】
この設定により、図１０の（ａ）に示す被測定光の特性変化期間（同期用クロック信号Ｃｂのハイレベル期間）に対して、図１０の（ｂ）のように分光器２１の所定方向への波長掃引がＡ回行われる毎に、その開始タイミングがΔＴずつシフトすることになる。
【００７４】
したがって、同期制御手段２５から、１回目、Ａ＋１回目、２Ａ＋１回目、…の波長掃引時のデータを取得するようにＡ／Ｄ変換器２３へのクロック供給やメモリ２４のアドレス指定を行うようにすれば、前記同様に、被測定光の各時刻におけるスペクトラム波形のデータを得ることができる。なお、このとき、取得したデータからの有効データ抽出と並べ替え処理が複雑になるが、分光器のＡ回毎の波長掃引時にデータを取得する代わりに、分光器の毎回の波長掃引時にデータを取得し、その中から有効となるデータを随時抽出することで、測定終了までにかかる必要時間を短縮することができる。
【００７５】
また、上記実施形態の光スペクトラムアナライザ２０では、ミラー３３を回転駆動して波長掃引を行うようにしていたが、回折格子３２側を回転駆動して波長を掃引することもできる。この場合、図３に示したミラー３３と同一構造を用いることができる。
【００７６】
即ち、図１１に示す回折格子３２のように、上板４４ａ、下板４４ｂ、左右の側板４４ｃ、４４ｄを有する矩形の枠状基板４４、その内側に配置され、一面側に光を回折するための溝（図示せず）が形成された矩形の回折板４５および枠状基板４４の上板４４ａの下縁中央部と回折板４５の上縁中央部との間、下板４４ｂの上縁中央部と回折板４５の上縁中央部と間をそれぞれ連結して、回折板４５を枠状基板４４の枠内に支持する一対の連結部４６、４７とにより構成する。この一対の連結部４６、４７の長さ方向に捩れ変形により、回折板４５が回転できるようになっている。
【００７７】
また、枠状基板４４の両側板４４ｃ、４４ｄの一面側にスペーサ４８、４８を挟んで電極板４９、５０が固定されており、前記掃引用クロック信号Ｃａを受けた駆動回路５２から各電極板４９、５０に対して前記図４の（ｂ）、（ｃ）に示したように位相が互いに反転した駆動信号Ｖａ、Ｖｂを印加することで回折板４５が往復回転し、光電変換素子２２が受ける光の波長を、図４の（ｄ）に示したように連続的に且つ繰り返し掃引させる。
【００７８】
また、前記実施形態では、分光器２１に与える掃引用クロック信号Ｃａと、被測定物１に与える同期用クロック信号Ｃｂとの間に周期差を設けて、分光器２１の波長掃引期間の開始タイミングをΔＴずつシフトしていたが、特性変化の開始タイミングあるいは波長掃引の開始タイミングを順次遅らせることで時間差ΔＴを設けることもできる。例えば、クロック信号Ｃを分周器やプリセット型カウンタによって分周して、同期用クロック信号Ｃｂを生成している場合、その分周比やプリセット値を、１回の波長掃引毎あるいは複数回の波長掃引毎に所定値（例えば１）ずつ増す、あるいは減じることで、上記同様に時間差ΔＴを与えることができる。
【００７９】
また、前記実施形態では、被測定光の特性が周期的に変化する場合について説明したが、特性が変化しない定常光のスペクトラム波形を求める場合には、Ａ／Ｄ変換器２３から時系列に出力される一連のデータを、そのままスペクトラム波形のデータとして表示すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の実施形態の構成を示す図
【図２】実施形態の要部の構成図
【図３】実施形態の要部の構造例を示す図
【図４】実施形態の動作を説明するためのタイミングチャート
【図５】実施形態の波長掃引と特性変化との関係を表す図
【図６】実施形態の動作を説明するためのメモリデータ図
【図７】実施形態の動作を説明するためのメモリデータ図
【図８】実施形態のスペクトラム波形の表示例を示す図
【図９】実施形態のスペクトラム波形の表示例を示す図
【図１０】実施形態の他の動作例を説明するためのタイミングチャート
【図１１】本発明の実施形態の要部の他の構成例を示す図
【符号の説明】
【００８１】
１……被測定物、２０……光スペクトラムアナライザ、２１……分光器、２２……光電変換素子、２３……Ａ／Ｄ変換器、２４……メモリ、２５……同期制御手段、２６……スペクトラム波形生成手段、２７……表示部、３１……コリメートレンズ、３２……回折格子、３３……ミラー、３４……枠状基板、３５……反射板、３６、３７……連結部、３９、４０……電極板、４２……駆動回路、４４……枠状基板、４５……回折板、４６、４７……連結部、４９、５０……電極板、５２……駆動回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号のスペクトラムを観測するための光スペクトラムアナライザにおいて、特に、入力光のスペクトラムの高速な変化を観測できるようにするための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
被測定光のスペクトラムを観測するために、被測定光を分光器に入射して波長毎に分光し、その強度を光電変換素子で求める構造の光スペクトラムアナライザが従来から用いられている。
【０００３】
光スペクトラムアナライザには種々の構造のものがあるが、大きく分けると、被測定光を回折格子などの分光素子に入射し、その回折光に含まれる波長成分をそれぞれ波長に応じた方向に出射させ、それぞれの波長毎に配置された光電変換素子で受けて波長毎の強度を検出する固定式のものと、被測定光を回折格子の回折面で受けて、その回折光をミラーで受けて回折格子に再入射し、その再入射された光に対して特定方向に出射された回折光を単一の光電変換素子で受ける構造を有し、被測定光に対する回折格子の回折面の角度あるいは回折格子に対するミラーの角度を連続的に変化させて、光電変換素子に入射する光の波長を可変する波長掃引型のものがある。
【０００４】
固定式の場合、多数の光電変換素子が一体化されたイメージセンサを用いている場合が多い。
【０００５】
また、波長掃引型の場合、ミラーあるいは回折格子の角度を可変する機構の駆動源としてモータを用いたものや、次の特許文献１のように、音叉を用いてミラーを回転させる構造のものも提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特公平５−２８３３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、近年光ネットワークの発展に伴い、波長可変光源や波長可変フィルタ等においてその特性を高速に切り替えることができる光デバイスの開発が盛んに進んでおり、そのような光デバイスの波長可変時の特性変化を測定できることが要求されている。
【０００８】
この測定を上記した光スペクトラムアナライザを用いて行う場合、光デバイスの特性変化速度に対して、光スペクトラムアナライザの動作速度（即ち、所定波長範囲のスペクトラムデータを取得するのに要する時間）が無視できるほど高速であれば問題ない。
【０００９】
しかし、実際の光スペクトラムアナライザの動作速度は、年々高速化されている光デバイスの特性変化速度に対応できていない。
【００１０】
即ち、前記した固定式の場合、波長分解能はそのイメージセンサのセンサ密度に依存し、分解能を高くするためには高密度のイメージセンサが必要となり、そのセンサから信号を読み出すための多くの時間を必要する。
【００１１】
したがって、この読み出し速度により装置の動作速度が制限され、被測定光のスペクトラムの高速な変化に対応できない。
【００１２】
また、前記掃引型でモータを用いたものでは、光デバイスの特性変化に全く追いつくことができない。
【００１３】
また、音叉を用いたものでも、その速度は数ｋＨｚ程度までであって、光デバイスの特性変化速度に対して無視できる程の高速性は有していない。また、この音叉型のものは、構造が複雑で大きな駆動電力を必要とするという別の問題も発生する。
【００１４】
本発明は、この問題を解決し、被測定物の特性変化による被測定光のスペクトラムの時間的な変化を観測することができる光スペクトラムアナライザを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１の光スペクトラムアナライザは、
被測定物（１）から出射された被測定光を受けて回折する回折格子（３２）と、前記被測定光に対して前記回折格子から出射された光を受けて該回折格子に再入射するミラー（３３）とを含み、該ミラーまたは前記回折格子を往復回転させ、前記ミラーから再入射された光に対して前記回折格子が特定方向に出射する光の波長を掃引する分光器（２１）と、
前記分光器が前記特定方向に出射する光を受けてその強度を検出する光電変換素子（２２）と、
前記光電変換素子の出力信号をデジタルのデータに順次変換するＡ／Ｄ変換器（２３）とを有する光スペクトラムアナライザにおいて、
特性が所定周期で繰り返し変化する被測定光を前記被測定物から受ける際に、該被測定光の特性変化期間に対して、前記分光器の波長掃引期間の開始タイミングが１掃引毎または複数掃引毎に所定時間ずつシフトするように、前記分光器または被測定物を制御する同期制御手段（２５）と、
前記同期制御手段によって前記特性変化期間に対して前記波長掃引期間が所定時間ずつシフトしている間に前記Ａ／Ｄ変換器から出力されたデータに対する並べ替え処理を行い、前記被測定光の前記特性変化期間内における各時刻のスペクトラム波形のデータを生成するスペクトラム波形生成手段（２６）とを設けたことを特徴としている。
【００１６】
また、本発明の請求項２の光スペクトラムアナライザは、請求項１の光スペクトラムアナライザにおいて、
前記同期制御手段は、被測定光の特性変化周期またはその整数倍と、前記分光器の波長掃引周期またはその整数倍との差が前記所定時間となるように、前記分光器または被測定物を制御することを特徴としている。
【００１７】
また、本発明の請求項３の光スペクトラムアナライザは、請求項１または請求項２の光スペクトラムアナライザにおいて、
前記分光器のミラーは、薄い基板に対するエッチングによって一体的に形成され、枠状基板（３４）と、該枠状基板の内側に配置され一面側に前記回折格子からの光を反射するための反射面が形成された反射板（３５）と、前記枠状基板の内縁と前記反射板の外縁との間を連結し、且つその長さ方向に捩れ変形して、前記反射板を前記枠状基板に対して回転自在に支持する連結部（３６、３７）とを有し、
前記ミラーの反射板をその共振周波数またはその近傍の周波数で回転駆動する駆動回路（４２）を備えていることを特徴としている。
【００１８】
また、本発明の請求項４の光スペクトラムアナライザは、請求項１または請求項２の光スペクトラムアナライザにおいて、
前記分光器の回折格子は、薄い基板に対するエッチングによって一体的に形成され、枠状基板（４４）と、該枠状基板の内側に配置され一面側に光を回折するための溝が形成された回折板（４５）と、前記枠状基板の内縁と前記回折板の外縁との間を連結し、且つその長さ方向に捩れ変形して、前記回折板を前記枠状基板に対して回転自在に支持する連結部（４６、４７）とを有し、
前記回折板をその共振周波数またはその近傍の周波数で回転駆動する駆動回路（５２）を備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１９】
上記のように構成したため、本発明の光スペクトラムアナライザでは、分光器の波長掃引速度に対して無視できない速度で特性が変化する被測定光についても、その各時刻のスペクトラム波形を正確に求めることができる。
【００２０】
また、被測定光の特性変化周期またはその整数倍と、分光器の波長掃引周期またはその整数倍との差が所定時間となるように制御したものでは、被測定光の特性変化周期と分光器の波長掃引周期が大きく異なる場合であっても、被測定光の各時刻のスペクトラム波形を求めることができる。
【００２１】
また、分光器のミラーまたは回折格子として、枠状基板の内側に配置された反射板または回折板を、長さ方向に捩れ変形可能な連結部によって回転自在に支持する構成とし、反射板または回折板をその共振周波数またはその近傍の周波数で回転駆動するようにしたものでは、高速で安定な波長掃引を少ない電力で行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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スペクトラムアナライザ２０の構成を示している。
【００２３】
この光スペクトラムアナライザ２０は、波長掃引型の分光器２１、光電変換素子２２、Ａ／Ｄ変換器２３、メモリ２４、同期制御手段２５、スペクトラム波形生成手段２６および表示部２７を有している。
【００２４】
分光器２１は、図２に示すように、被測定物１から出射された被測定光Ｓをコリメートレンズ３１によって平行光Ｓ′に変換して回折格子３２の回折面３２ａに入射し、その回折面３２ａから出射される光をミラー３３で受けて回折格子３２に再入射し、ミラー３３から再入射された光に対して回折格子３２が回折した光を出射させる。
【００２５】
ここで、ミラー３３は、薄い基板（例えばシリコン基板）に対するエッチング処理によって軽量に且つ一体的に形成され、その固有振動数（共振周波数）の駆動信号で高速に往復回転する。
【００２６】
図３は、ミラー３３の要部の概略構造を表したものである。
このミラー３３は、上板３４ａ、下板３４ｂ、左右の側板３４ｃ、３４ｄを有する矩形の枠状基板３４、その内側に配置された矩形の反射板３５および枠状基板３４の上板３４ａの下縁中央部と反射板３５の上縁中央部との間、下板３４ｂの上縁中央部と反射板３５の上縁中央部と間をそれぞれ連結して、反射板３５を枠状基板３４の枠内に支持する一対の連結部３６、３７とにより構成されている。
【００２７】
一対の連結部３６、３７は、その長さ方向に捩れ変形できるように細く形成され、この連結部３６、３７の捩れ変形により、反射板３５が回転できるようになっている。
【００２８】
反射板３５の少なくとも一面側は、回折格子３２からの光を効率よく反射できるように加工されている。
【００２９】
また、反射板３５の固有振動数は、反射板３５の形状、重さおよび連結部３６、３７の捩れ方向のバネ定数によって決まり、上記のように薄い基板のエッチングで形成された構成の場合、数ｋＨｚ〜数１０ｋＨｚが得られ、その固有振動数にほぼ等しい周波数の信号により、反射板３５に外力を周期的に与えることで、少ない駆動電力で大きく安定な振幅の往復回転が可能となる。
【００３０】
反射板３５に外力を与える方法としては、電界や磁界を用いる方法があるが、ここでは電界による吸引力を利用して反射板３５を駆動している。
【００３１】
即ち、図３に示しているように、枠状基板３４の両側板３４ｃ、３４ｄの一面側にスペーサ３８、３８を挟んで電極板３９、４０が固定されている。
【００３２】
電極板３９、４０には、図４の（ａ）に示す掃引用クロック信号Ｃａを受けた駆動回路４２から、図４の（ｂ）、（ｃ）示すように、掃引用クロック信号Ｃａに同期し、且つ互いに位相が反転した駆動信号Ｖａ、Ｖｂが印加される。
【００３３】
この電圧の印加により、電極板３９、４０と反射板３５の両端との間に静電的な力（吸引力）が交互に生じて反射板３５が往復回転し、光電変換素子２２が受ける光の波長が、図４の（ｄ）のように、波長λｓ〜λｅの範囲で連続的に且つ繰り返し掃引される。
【００３４】
なお、掃引用クロック信号Ｃａの周期内における分光器２１の掃引波長は既知であるものとする。また、ここでは動作を理解しやすいように、時間に対して波長が直線的に変化する場合を示しているが非直線的に変化してもよい。
【００３５】
さらに、上記のように静電的な力を与える場合、枠状基板３４、反射板３５および連結部３６、３７を導電性のある基板によって形成するか、あるいは導電性のある膜を表面に設けておく。
【００３６】
光電変換素子２２は、分光器２１の回折格子３２から特定方向に出射される光を受けて、その強度を検出する。この光電変換素子２２の受光面は、必要な波長分解能を得るために図示しないスリット等によって狭く形成されている。
【００３７】
また、Ａ／Ｄ変換器２３は、光電変換素子２２の出力信号をクロック信号Ｃに同期してサンプリングし、デジタルのデータに変換してメモリ２４に順次出力し、メモリ２４は、同期制御手段２５からのアドレス指定信号等を含む制御信号に基づいてデータを記憶する。このクロック信号Ｃは、この光スペクトラムアナライザ２０の波長分解能および時間分解能を決定するものであり、前記した掃引用クロック信号Ｃａおよび後述する同期用クロック信号Ｃｂより格段に高い周波数を有している。
【００３８】
上記構成の分光器２１の波長掃引速度は、従来のものに比べて高速であり、定常的な光のスペクトラムを観測する場合には何ら問題なく、その光のスペクトラム波形を１回の掃引で求めることが可能であるが、前記した光デバイスのようにその特性が高速に変化する場合、その特性変化の速度を無視できる程の高速性を有しているとはいえない。
【００３９】
そこで、この実施形態の光スペクトラムアナライザ２０では、被測定物１の特性が高速に変化する場合、その特性が所定方向に変化する期間に対して、分光器２１の波長が所定方向に変化する波長掃引期間の開始タイミングを所定時間ΔＴずつ相対的にずらしながら複数回の波長掃引を行って、各掃引についてそれぞれ一連のデータを求め、それらのデータの並ベ替え処理を行って、特性変化期間内における被測定光Ｓの各時刻のスペクトラム波形を生成し、これを表示できるようにしている。
【００４０】
即ち、同期制御手段２５は、特性が所定周期で繰り返し変化する被測定光Ｓを被測定物１から受ける際に、その被測定光Ｓの特性が変化する特性変化期間に対して、分光器２１の波長掃引期間の開始タイミングが１掃引毎または複数掃引毎に所定時間ΔＴずつシフトするように、分光器２１または被測定物１を制御する。
【００４１】
ここで、被測定物１が外部クロック信号に同期して特性を変化させる構成を有している場合、同期制御手段２５は、図４の（ａ）に示した掃引用クロック信号Ｃａの周期Ｔａに対して、図４の（ｅ）のように、ΔＴだけ短い（あるいは長い）周期Ｔｂの同期用クロック信号Ｃｂを外部クロックとして被測定物１に与える。
【００４２】
この所定時間ΔＴは、例えばクロック信号Ｃの周期（Ａ／Ｄ変換器２３のサンプリング周期）と等しいものとする。
【００４３】
この同期クロック信号Ｃｂを受けた被測定物１（例えば波長可変光源や波長可変フィルタ）からは、図４の（ｆ）に示すように、主となるスペクトラムの中心波長がλａからλｂへ変化する光が出射される。この波長範囲λａ〜λｂは、分光器２１の掃引波長範囲λｓ〜λｅ内に含まれているものとする。
【００４４】
また、スペクトラム波形生成手段２６は、同期制御手段２５によって被測定信号Ｓの特性変化期間に対して分光器２１の波長掃引期間が所定時間ΔＴずつシフトしている間にＡ／Ｄ変換器２３から時系列に出力されるデータに対する並べ替え処理を行い、被測定光Ｓの特性変化期間内における各時刻のスペクトラム波形のデータを生成する。
【００４５】
ここで、スペクトラム波形生成手段２６は、Ａ／Ｄ変換器２３から出力されてメモリ２４に記憶されたデータに対する並べ替え処理を行うものとするが、Ａ／Ｄ変換器２３から出力されるデータを直接受け、並べ替え処理をしながらその処理結果をメモリ２４に記憶するように構成してもよい。
【００４６】
また、スペクトラム波形生成手段２６によって生成された各時刻のスペクトラム波形のデータは、メモリ２４に記憶されているデータに上書きされるか、あるいは別のメモリ、例えば表示部２７内の図示しないメモリ、メモリ２４の別領域に記憶される。
【００４７】
表示部２７は、スペクトラム波形生成手段２６が生成したスペクトラム波形のデータを受けてスペクトラム波形を表示する。この表示部２７は、図示しない操作部の操作で指定された表示モードでスペクトラム波形を表示できるように構成されており、例えば個別表示モードと時間情報が指定された場合には、横軸が波長、縦軸が強度の２次元座標を表示し、その座標上に指定された時刻におけるスペクトラム波形を表示する。
【００４８】
また、全体表示モードが指定された場合には、第１の横軸が波長、第１の横軸と直交する第２の横軸が時間、縦軸が強度の３次元座標を表示し、この座標上に各時刻におけるスペクトラム波形を表示する。
【００４９】
次に、上記構成の光スペクトラムアナライザ２０の動作を説明する。
同期用クロック信号Ｃｂを受けた被測定物１から、例えば図５に示すように、時間経過に伴いスペクトラムが変化する被測定光Ｓが入力されるものとする。
【００５０】
このように特性が変化する被測定光Ｓに対して、同期制御手段２５は、例えば掃引用クロック信号Ｃａの立ち上がりと同期用クロック信号Ｃｂの立ち上がりとが一致したタイミングｔ（１）をデータの取得開始タイミングとして、メモリ２４に対するアドレス信号および書込信号を出力する。
【００５１】
なお、以下の説明では、被測定光の特性変化周期Ｔｂが、所定時間ΔＴの２ｎ倍（ｎは１以上の整数、即ち偶数倍）に等しいものとする。
【００５２】
分光器２１による第１回目の波長掃引は、図５の斜線Ｋ（１）のように時刻ｔ（１）から波長λｓでスタートして波長λｅまで行われる。
【００５３】
この１回目の掃引で時刻ｔ（１）におけるスペクトラム波形Ｈ（１）のうち、波長λｓ（＝λ１）の強度Ｐ（１，１）がＡ／Ｄ変換器２３でサンプリングされることになる。
【００５４】
そして、所定時間ΔＴが経過した次の時刻ｔ（２）では、その時刻ｔ（２）におけるスペクトラム波形Ｈ（２）のうち、波長λ２の強度Ｐ（１，２）がＡ／Ｄ変換器２３でサンプリングされることになる。なお、図５は、図示しやすいように、所定時間ΔＴの大きさを誇張しているため、スペクトラム波形に対するサンプリングポイントの間隔が大きくなっているが、実際には所定時間ΔＴは短いため、スペクトラム波形に対するサンプリングポイントの間隔も、その波形を正確に表すのに必要な十分狭い間隔になる。
【００５５】
以下同様に、特性が所定方向に変化する期間内における各時刻ｔ（ｉ）のスペクトラム波形Ｈ（ｉ）の波長λｉについての強度Ｐ（１，ｉ）がサンプリングされてメモリ２４に波長順に記憶される。
【００５６】
そして、１回目の掃引の最後の時刻ｔ（ｎ＋１）におけるスペクトラム波形Ｈ（ｎ＋１）の波長λｎ＋１の強度Ｐ（１，ｎ＋１）がサンプリングされ、さらに掃引波長がλｅまで達して、その１回目の掃引が終了する。
【００５７】
１回目の掃引が終了して掃引用クロック信号Ｃａの半周期分の時間Ｔａ／２が経過した後に、２回目の波長掃引が開始されるが、この掃引開始タイミングは、被測定光Ｓの特性変化期間に対して１回目の波長掃引よりΔＴだけ遅れる。
【００５８】
つまり、図５の斜線Ｋ（２）で示すように、時刻ｔ（１）からΔＴだけ遅れた時刻ｔ（２）から掃引がスタートし、前記同様に、各時刻ｔ（２）〜ｔ（ｎ＋１）における各スペクトラム波形Ｈ（２）〜Ｈ（ｎ＋１）の波長λ１〜λｎの強度Ｐ（２，１）〜Ｐ（２、ｎ）がサンプリングされて波長順にメモリ２４に記憶される。
【００５９】
なお、図５では示していないが、２回目の掃引における時刻ｔ（ｎ＋２）の波長λｎ＋１の強度Ｐ（２，ｎ＋１）は、被測定光Ｓの特性がそれまでの変化方向（主スペクトラムの中心波長が増加する方向）と反対方向に変化する期間のデータであり、ここでは無効なデータとして扱う。
【００６０】
以下同様の動作が繰り返され、斜線Ｋ（ｎ＋１）で示すｎ＋１回目の掃引開始時刻ｔ（ｎ＋１）におけるスペクトラム波形Ｈ（ｎ＋１）の波長λｓ（＝λ１）の強度Ｐ（ｎ＋１，１）がサンプリングされた後、無効なデータのサンプリングが行われるが、その最後のサンプリングでは、次のサイクルにおける時刻ｔ（１）のスペクトラム波形Ｈ（１）の波長λｎ＋１の強度Ｐ（ｎ＋１，ｎ＋１）が有効なデータとして得られる。
【００６１】
また、斜線Ｋ（ｎ＋２）で示すｎ＋２回目の掃引では、次のサイクルにおける時刻ｔ（１）のスペクトラム波形Ｈ（１）の波長λｎの強度Ｐ（ｎ＋２，ｎ）と、時刻ｔ（２）のスペクトラム波形Ｈ（２）の波長λｎ＋１の強度Ｐ（ｎ＋２，ｎ＋１）とが有効なデータとして得られる。
【００６２】
以下同様の動作が繰り返され、斜線Ｋ（２ｎ）で示す２ｎ回目の掃引では、次のサイクルにおける時刻ｔ（１）のスペクトラム波形Ｈ（１）の波長λ２の強度Ｐ（２ｎ，２）から、時刻ｔ（ｎ）のスペクトラム波形Ｈ（ｎ）の波長λｎ＋１の強度Ｐ（２ｎ，ｎ＋１）までのデータが有効なデータとして得られる。
【００６３】
以上の動作により、各時刻ｔ（１）〜ｔ（ｎ＋１）におけるスペクトラム波形Ｈ（１）〜Ｈ（ｎ＋１）について、それぞれ波長λ１〜λｎ＋１までの強度データが全て得られる。
【００６４】
ただし、この強度データのメモリ２４に対する格納順は、図６に示しているように、１回の掃引毎に分光器２１で掃引される波長順であり、特性変化期間の各時刻におけるスペクトラム波形のデータとしてまとまっておらず、メモリ２４のアドレスに対して分散した形で格納されている。
【００６５】
スペクトラム波形生成手段２６は、メモリ２４に記憶されたデータのうちの有効なデータを、図７のように時刻毎に並べ替えて、時間ごとのスペクトラム波形のデータを生成する。
【００６６】
このように時刻毎に得られた一連のスペクトラム波形のデータは、表示部２７によって表示される。例えば個別モードと時間Ｔが指定されている場合、図８のように、被測定光の取得開始タイミングから時間ｔ（ｊ）が経過したときのスペクトラム波形が表示される。
【００６７】
また、全体表示モードが指定された場合には、図９に示すように、取得開始タイミングから各時刻のスペクトラム波形が３次元表示される。
【００６８】
これらの表示から、被測定光の時刻毎の特性変化を容易に且つ正確に把握することができる。
【００６９】
なお、図６に示すデータの格納状態から図７に示す格納状態への並べ替えは、データの取得方法が決まれば一義的に決まる。よって、前記したように、スペクトラム波形生成手段２６が、Ａ／Ｄ変換器２３から出力されるデータを直接受け、上記一義的な並べ替えの規則にしたがって、メモリ２４に記憶することもできる。
【００７０】
上記実施形態では、分光器２１の波長掃引周期Ｔａと被測定光の特性変化周期Ｔｂとの間に所定時間ΔＴの差を設けることで、被測定光の特性変化期間に対して、分光器２１の波長掃引期間の開始タイミングを１掃引毎に所定時間ΔＴずつシフトさせている。これは被測定光の特性変化周期Ｔｂを分光器２１の波長掃引周期Ｔａの近くに設定できる場合に有効であるが、前記したように、ミラー３３として共振による回転を用いている場合、波長掃引周期Ｔａの可変幅は限られており、この限られた範囲の波長掃引周期と、被測定物の特性変化周期Ｔｂとの間に所望の時間差ΔＴを与えることが困難な場合がある。
【００７１】
このような場合、同期制御手段２５によって、複数回の波長掃引毎に所定時間差ΔＴが生じるように制御すればよい。
【００７２】
即ち、波長掃引周期Ｔａの可変範囲と、特性変化周期Ｔｂの可変範囲の間で、
Ａ・Ｔａ＝Ｂ・Ｔｂ±ΔＴ
を満足する１以上の整数Ａ、Ｂを求め、波長掃引周期Ｔａと特性変化周期Ｔｂとが整数Ａ、Ｂに対応した値となるように設定すればよい。
【００７３】
この設定により、図１０の（ａ）に示す被測定光の特性変化期間（同期用クロック信号Ｃｂのハイレベル期間）に対して、図１０の（ｂ）のように分光器２１の所定方向への波長掃引がＡ回行われる毎に、その開始タイミングがΔＴずつシフトすることになる。
【００７４】
したがって、同期制御手段２５から、１回目、Ａ＋１回目、２Ａ＋１回目、…の波長掃引時のデータを取得するようにＡ／Ｄ変換器２３へのクロック供給やメモリ２４のアドレス指定を行うようにすれば、前記同様に、被測定光の各時刻におけるスペクトラム波形のデータを得ることができる。なお、このとき、取得したデータからの有効データ抽出と並べ替え処理が複雑になるが、分光器のＡ回毎の波長掃引時にデータを取得する代わりに、分光器の毎回の波長掃引時にデータを取得し、その中から有効となるデータを随時抽出することで、測定終了までにかかる必要時間を短縮することができる。
【００７５】
また、上記実施形態の光スペクトラムアナライザ２０では、ミラー３３を回転駆動して波長掃引を行うようにしていたが、回折格子３２側を回転駆動して波長を掃引することもできる。この場合、図３に示したミラー３３と同一構造を用いることができる。
【００７６】
即ち、図１１に示す回折格子３２のように、上板４４ａ、下板４４ｂ、左右の側板４４ｃ、４４ｄを有する矩形の枠状基板４４、その内側に配置され、一面側に光を回折するための溝（図示せず）が形成された矩形の回折板４５および枠状基板４４の上板４４ａの下縁中央部と回折板４５の上縁中央部との間、下板４４ｂの上縁中央部と回折板４５の上縁中央部と間をそれぞれ連結して、回折板４５を枠状基板４４の枠内に支持する一対の連結部４６、４７とにより構成する。この一対の連結部４６、４７の長さ方向に捩れ変形により、回折板４５が回転できるようになっている。
【００７７】
また、枠状基板４４の両側板４４ｃ、４４ｄの一面側にスペーサ４８、４８を挟んで電極板４９、５０が固定されており、前記掃引用クロック信号Ｃａを受けた駆動回路５２から各電極板４９、５０に対して前記図４の（ｂ）、（ｃ）に示したように位相が互いに反転した駆動信号Ｖａ、Ｖｂを印加することで回折板４５が往復回転し、光電変換素子２２が受ける光の波長を、図４の（ｄ）に示したように連続的に且つ繰り返し掃引させる。
【００７８】
また、前記実施形態では、分光器２１に与える掃引用クロック信号Ｃａと、被測定物１に与える同期用クロック信号Ｃｂとの間に周期差を設けて、分光器２１の波長掃引期間の開始タイミングをΔＴずつシフトしていたが、特性変化の開始タイミングあるいは波長掃引の開始タイミングを順次遅らせることで時間差ΔＴを設けることもできる。例えば、クロック信号Ｃを分周器やプリセット型カウンタによって分周して、同期用クロック信号Ｃｂを生成している場合、その分周比やプリセット値を、１回の波長掃引毎あるいは複数回の波長掃引毎に所定値（例えば１）ずつ増す、あるいは減じることで、上記同様に時間差ΔＴを与えることができる。
【００７９】
また、前記実施形態では、被測定光の特性が周期的に変化する場合について説明したが、特性が変化しない定常光のスペクトラム波形を求める場合には、Ａ／Ｄ変換器２３から時系列に出力される一連のデータを、そのままスペクトラム波形のデータとして表示すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の実施形態の構成を示す図
【図２】実施形態の要部の構成図
【図３】実施形態の要部の構造例を示す図
【図４】実施形態の動作を説明するためのタイミングチャート
【図５】実施形態の波長掃引と特性変化との関係を表す図
【図６】実施形態の動作を説明するためのメモリデータ図
【図７】実施形態の動作を説明するためのメモリデータ図
【図８】実施形態のスペクトラム波形の表示例を示す図
【図９】実施形態のスペクトラム波形の表示例を示す図
【図１０】実施形態の他の動作例を説明するためのタイミングチャート
【図１１】本発明の実施形態の要部の他の構成例を示す図
【符号の説明】
【００８１】
１……被測定物、２０……光スペクトラムアナライザ、２１……分光器、２２……光電変換素子、２３……Ａ／Ｄ変換器、２４……メモリ、２５……同期制御手段、２６……スペクトラム波形生成手段、２７……表示部、３１……コリメートレンズ、３２……回折格子、３３……ミラー、３４……枠状基板、３５……反射板、３６、３７……連結部、３９、４０……電極板、４２……駆動回路、４４……枠状基板、４５……回折板、４６、４７……連結部、４９、５０……電極板、５２……駆動回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物（１）から出射された被測定光を受けて回折する回折格子（３２）と、前記被測定光に対して前記回折格子から出射された光を受けて該回折格子に再入射するミラー（３３）とを含み、該ミラーまたは前記回折格子を往復回転させ、前記ミラーから再入射された光に対して前記回折格子が特定方向に出射する光の波長を掃引する分光器（２１）と、
前記分光器が前記特定方向に出射する光を受けてその強度を検出する光電変換素子（２２）と、
前記光電変換素子の出力信号をデジタルのデータに順次変換するＡ／Ｄ変換器（２３）とを有する光スペクトラムアナライザにおいて、
特性が所定周期で繰り返し変化する被測定光を前記被測定物から受ける際に、該被測定光の特性変化期間に対して、前記分光器の波長掃引期間の開始タイミングが１掃引毎または複数掃引毎に所定時間ずつシフトするように、前記分光器または被測定物を制御する同期制御手段（２５）と、
前記同期制御手段によって前記特性変化期間に対して前記波長掃引期間が所定時間ずつシフトしている間に前記Ａ／Ｄ変換器から出力されたデータに対する並べ替え処理を行い、前記被測定光の前記特性変化期間内における各時刻のスペクトラム波形のデータを生成するスペクトラム波形生成手段（２６）とを設けたことを特徴とする光スペクトラムアナライザ。
【請求項２】
前記同期制御手段は、被測定光の特性変化周期またはその整数倍と、前記分光器の波長掃引周期またはその整数倍との差が前記所定時間となるように、前記分光器または被測定物を制御することを特徴とする請求項１記載の光スペクトラムアナライザ。
【請求項３】
前記分光器のミラーは、薄い基板に対するエッチングによって一体的に形成され、枠状基板（３４）と、該枠状基板の内側に配置され一面側に前記回折格子からの光を反射するための反射面が形成された反射板（３５）と、前記枠状基板の内縁と前記反射板の外縁との間を連結し、且つその長さ方向に捩れ変形して、前記反射板を前記枠状基板に対して回転自在に支持する連結部（３６、３７）とを有し、
前記ミラーの反射板をその共振周波数またはその近傍の周波数で回転駆動する駆動回路（４２）を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光スペクトラムアナライザ。
【請求項４】
前記分光器の回折格子は、薄い基板に対するエッチングによって一体的に形成され、枠状基板（４４）と、該枠状基板の内側に配置され一面側に光を回折するための溝が形成された回折板（４５）と、前記枠状基板の内縁と前記回折板の外縁との間を連結し、且つその長さ方向に捩れ変形して、前記回折板を前記枠状基板に対して回転自在に支持する連結部（４６、４７）とを有し、
前記回折格子の回折板をその共振周波数またはその近傍の周波数で回転駆動する駆動回路（５２）が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光スペクトラムアナライザ。
【請求項１】
被測定物（１）から出射された被測定光を受けて回折する回折格子（３２）と、前記被測定光に対して前記回折格子から出射された光を受けて該回折格子に再入射するミラー（３３）とを含み、該ミラーまたは前記回折格子を往復回転させ、前記ミラーから再入射された光に対して前記回折格子が特定方向に出射する光の波長を掃引する分光器（２１）と、
前記分光器が前記特定方向に出射する光を受けてその強度を検出する光電変換素子（２２）と、
前記光電変換素子の出力信号をデジタルのデータに順次変換するＡ／Ｄ変換器（２３）とを有する光スペクトラムアナライザにおいて、
特性が所定周期で繰り返し変化する被測定光を前記被測定物から受ける際に、該被測定光の特性変化期間に対して、前記分光器の波長掃引期間の開始タイミングが１掃引毎または複数掃引毎に所定時間ずつシフトするように、前記分光器または被測定物を制御する同期制御手段（２５）と、
前記同期制御手段によって前記特性変化期間に対して前記波長掃引期間が所定時間ずつシフトしている間に前記Ａ／Ｄ変換器から出力されたデータに対する並べ替え処理を行い、前記被測定光の前記特性変化期間内における各時刻のスペクトラム波形のデータを生成するスペクトラム波形生成手段（２６）とを設けたことを特徴とする光スペクトラムアナライザ。
【請求項２】
前記同期制御手段は、被測定光の特性変化周期またはその整数倍と、前記分光器の波長掃引周期またはその整数倍との差が前記所定時間となるように、前記分光器または被測定物を制御することを特徴とする請求項１記載の光スペクトラムアナライザ。
【請求項３】
前記分光器のミラーは、薄い基板に対するエッチングによって一体的に形成され、枠状基板（３４）と、該枠状基板の内側に配置され一面側に前記回折格子からの光を反射するための反射面が形成された反射板（３５）と、前記枠状基板の内縁と前記反射板の外縁との間を連結し、且つその長さ方向に捩れ変形して、前記反射板を前記枠状基板に対して回転自在に支持する連結部（３６、３７）とを有し、
前記ミラーの反射板をその共振周波数またはその近傍の周波数で回転駆動する駆動回路（４２）を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光スペクトラムアナライザ。
【請求項４】
前記分光器の回折格子は、薄い基板に対するエッチングによって一体的に形成され、枠状基板（４４）と、該枠状基板の内側に配置され一面側に光を回折するための溝が形成された回折板（４５）と、前記枠状基板の内縁と前記回折板の外縁との間を連結し、且つその長さ方向に捩れ変形して、前記回折板を前記枠状基板に対して回転自在に支持する連結部（４６、４７）とを有し、
前記回折格子の回折板をその共振周波数またはその近傍の周波数で回転駆動する駆動回路（５２）が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光スペクトラムアナライザ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−５３０３２（Ｐ２００６−５３０３２Ａ）
【公開日】平成１８年２月２３日（２００６．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２３４５６１（Ｐ２００４−２３４５６１）
【出願日】平成１６年８月１１日（２００４．８．１１）
【出願人】（００００００５７２）アンリツ株式会社 (838)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月２３日（２００６．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月１１日（２００４．８．１１）
【出願人】（００００００５７２）アンリツ株式会社 (838)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]