JP3439282B2 - 光信号計測装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、出力した特定の強度変
調周波数の成分を有する強度変調光を、所定の光伝搬媒
体中の伝搬後に受光し、受光した強度変調光の該特定の
強度変調周波数の成分を解析する光信号計測装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】高速現象測定、高精度測定などに光が多
用されている。これは、光が非常に短い波長の電磁波で
あり、原理的に測定現象の情報を短時間の内に多量に担
うことが可能であることによる。また、レーザ技術の発
展によりコヒーレント性が良く、高い強度の光が得られ
るようになったことも、光の実際的な使用の拡大の原動
力となっている。一方、測定装置の大半は電気的な手法
を使用する。

【０００３】近年、測定現象の高速化および高精度化に
伴い、被測定光の強度変調周波数が、後段の電気回路の
応答特性を超えるものの計測が要求されてきている。こ
うした場合には、入力光の強度変調周波数を低減する必
要がある。

【０００４】図１１は、こうした周波数の低減をして光
計測を行う、従来の典型的な光信号計測装置の構成図で
ある。図１１に示すように、この装置は、発光部９１０
から出力された周波数＝ｆの強度変調成分を含む光が、
所定の経路を介した後に受光器（ＰＤ）９２０で受光さ
れる。受光の結果、受光器９２０で生じた電気信号は、
信号混合器（ミキサ：ＭＸ）９４０で周波数＝ｆ＋Δｆ
の電気信号と混合され、双方の信号の積値に応じた電気
信号に変換される。この変換後の信号は２つの周波数＝
（２ｆ＋Δｆ，Δｆ）成分を含む。バンドパスフィルタ
９５０は、一方の周波数＝Δｆ成分を選択して出力す
る。こうして生成された信号は、ロックインアンプ９６
０に入力し、同時に入力する周波数＝Δｆの参照信号に
基づいて位相や振幅が解析される。この解析結果は、受
光器９２０で受光した光信号の位相や強度を反映してい
る。

【０００５】また、強度変調光を交流成分が重畳された
信号でバイアスされたアバランシェフォトダイオード
（以後、ＡＰＤと呼ぶ）で受光し、光−電気変換と周波
数低減とを同時に行う受光装置が、特開昭６２−２７９
７３２で提案されている。図１２は、この装置の回路構
成図である。この装置では、変調周波数＝ｆで変調され
た強度変調光を、直流信号に重畳された周波数＝ｆ＋Δ
ｆの信号でバイアスされたＡＰＤ９７０で受光する。受
光の結果、ＡＰＤ９７０で電流が生じ、位置Ｐでは２つ
の周波数＝（２ｆ＋Δｆ，Δｆ）成分を含む電圧信号が
発生する。バンドパスフィルタ９８０は、一方の周波数
＝Δｆ成分を選択して出力する。なお、アバランシェフ
ォトダイオードに替えて、光電変換効率を調整可能な光
検出器として、光電子増倍管（ＰＭＴ）を採用すること
も可能である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の光信号計測装置
は上記のように構成されているので、次のような問題点
があった。

【０００７】図１１に示す従来の光信号計測装置は、背
景光（直流光あるいは測定に関係しない強度変調成分を
含む光）の大きな環境下においては、受光器９２０で使
用される受光素子の飽和や装置の回路素子の混変調特性
により十分な性能を発揮することができない。また、受
光器９２０で電気信号に変換してからミキシングを行う
ため、検出された光信号が微弱な場合には、その弱い信
号レベルにおいて良好な変換特性および高周波応答を示
す信号混合器が必要となる。また、各回路要素の発生す
るノイズ、ドリフト、またはオフセットにより差周波数
の検出精度が制限される場合もある。

【０００８】図１２に示すような、ＡＰＤ９７０の直流
バイアス電圧に高周波電圧を重畳してヘテロダイン信号
を受光器から直接得る従来の光周波数混合装置は、損失
の大きな電気的ミキサを用いることなく、高い変換効率
で必要なヘテロダイン信号を容易に取り出すことができ
る。しかしながら、ＡＰＤは一般に図１３に示すような
指数関数的な電圧−電流特性を有する。したがって、深
い変調を施すために大きな振幅値の高周波電圧を印加す
ることは、取り出すヘテロダイン信号の歪みに対しては
有効ではない。また、アバランシェ増倍ゲインを確保す
るには、ブレークダウン電圧値の極近くまでバイアス電
圧を印加することが要求されるので、温度に対して敏感
な特性を持つブレークダウン電圧値を制御するためバイ
アス電圧の温度補償回路が必須となる。更に、光−電気
変換ゲインを大きくするため、バイアス電圧値（Ｖ₁ ）
を高いレベルに設定して大きな増倍ゲインをＡＰＤに持
たせている場合、直流的背景光あるいは測定に関係しな
い強度変調成分を含む光によって動作点が変動するとと
もに、平均電流（Ｉ₀ ）が増加することによりＡＰＤ自
身が飽和しやすくなる。

【０００９】また、ＡＰＤやＰＭＴは、印加電圧に対す
る利得の変化が非線形であり、最適な動作条件を設計す
るのが困難であるという欠点がある。

【００１０】本発明は、上記を鑑みてなされたものであ
り、背景光のような不要な入射光に対する許容性が大き
いとともに入射光強度に対して直線性良く所定の強度変
調周波数成分を計測する光信号計測装置を提供すること
を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の光信号計測装置
は、（ａ）第１の周波数の成分を有する第１の電気信号
を発生する第１の信号発生器と、（ｂ）第１の電気信号
に同期するとともに、第１の周波数の強度変調成分を有
する強度変調光を発生する発光部と、（ｃ）第１の周波
数と第２の周波数だけ異なる第３の周波数の成分を有す
る第２の電気信号を発生する第２の信号発生器と、
（ｄ）第２の電気信号を入力し、第２の電気信号の時間
変化を反映した電圧信号に変換して出力する電圧信号供
給部と、（ｅ）電圧信号供給部から出力される電圧信号
を入力する電圧信号印加端子を有するとともに、発光部
から出力され、所定の光伝搬媒体を伝搬した強度変調光
を受光する光導電型受光器と、（ｆ）光導電型受光器を
介して流れる電流信号に応じた第３の電気信号を入力
し、第２の周波数と略同一の周波数の成分である第４の
電気信号を選択して出力する周波数選択器と、（ｇ）第
１の電気信号と第２の電気信号とを入力し、第２の周波
数を有するとともに、第１の電気信号の位相および振幅
の少なくとも一方の情報を有する第５の電気信号を発生
する信号混合器と、（ｈ）第４の電気信号と第５の電気
信号とを入力し、光導電型受光器に入射した強度変調光
の第１の周波数の成分の強度および位相の少なくともい
ずれか一方を解析する位相検波器と、を備えることを特
徴とする。

【００１２】ここで、第２の電気信号の位相を変化させ
る位相調整器を更に備えることを特徴としてもよい。

【００１３】また、光導電型受光器に印加される電圧信
号は、周期的であり、時間平均値が略０Ｖであり、且
つ、振幅が０Ｖとなる隣り合う時刻の中点の時刻を原点
として、振幅が時間の略偶関数であることを特徴として
もよい。

【００１４】また、光導電型受光器の動作点を調整する
バイアス調整手段を更に備えることを特徴としてもよ
い。

【００１５】また、光導電型受光器は、被測定光強度
が一定、印加電圧値を独立変数とした場合、印加電圧値
が０Ｖを含む所定の定義域において、光導電型受光器を
流れる電流量が印加電圧の略奇関数であるとともに、
印加電圧が一定、被測定光強度値を独立変数とした場
合、被測定光強度が所定の定義域において、光導電型受
光器を流れる電流量が照射信号強度の略線形関数である
ことを特徴としてもよい。ここで、光導電型受光器とし
て、整流性接合が反対向きに接続された構造を有する金
属−半導体−金属フォトディテクタが好適に使用でき
る。

【００１６】

【作用】本発明の光信号計測装置では、まず、第１の信
号発生器が第１の周波数（＝ｆ）の成分を有する第１の
電気信号を発生する。発光部は、この第１の電気信号を
入力し、第１の電気信号に同期して周波数＝ｆの強度変
調成分を有する強度変調光を発生する。

【００１７】これと同時に第２の信号発生器が発生した
周波数＝ｆと第２の周波数＝Δｆだけ異なる第３の周波
数＝ｆ＋Δｆまたはｆ−Δｆを有する第２の電気信号が
信号供給部を介して光導電型受光器の信号供給端子に変
調電気信号として供給される。こうした変調電気信号の
態様としては、低出力インピーダンス状態で出力された
電圧信号が好適に使用される。以後、説明の簡単のた
め、代表的に第３の周波数＝ｆ＋Δｆとして説明を行
う。なお、第３の周波数＝ｆ−Δｆとしても同様に作用
する。

【００１８】発光部から出力された強度変調光は、所定
の光伝搬媒体（光ファイバ、空間等）を伝搬後、光導電
型受光器に入力する。一方、光導電型受光器は上記のよ
うに変調電気信号が供給されており、この状態で光信号
が受光部に入力されると変調電気信号がさらに変調を受
ける。この結果、光導電型受光器を流れる変調電流信号
は、強度変調光の強度変調周波数と変調電気信号の周波
数との和および差の値の周波数＝（２ｆ＋Δｆ、Δｆ）
を有する成分を含む。変調電流信号に応じた第３の電気
信号は周波数選択透過器に入力し、周波数＝Δｆの成分
のみが選択され、第４の電気信号として出力される。こ
の第４の電気信号は強度変調光の受光部での受光時点で
の振幅と位相を反映している。

【００１９】すなわち、本発明の光信号計測装置では、
受光した強度変調光の強度変調周波数の実質的な低減は
全て光導電型受光器で行い、電気的に取扱い易い周波数
領域の信号に変換後、電気的な増幅、検出などを施す。

【００２０】一方、第１の電気信号と第２の電気信号と
は信号混合器で周波数混合がなされ、周波数＝Δｆの第
５の電気信号が生成される。この第５の電気信号は強度
変調光の発光部での発光時点での振幅と位相を反映して
いる。

【００２１】第４の電気信号と第５の電気信号とはロッ
クインアンプ等の位相検波器に入力し、位相検波器で光
導電型受光器に入射した強度変調光の周波数＝ｆの成分
の強度および位相の少なくともいずれか一方が解析され
る。

【００２２】また、光導電型受光器が整流性接合が反対
向きに接続された構造を有する金属−半導体−金属フォ
トディテクタのような、被測定光強度が一定、印加電
圧値を独立変数とした場合、印加電圧値が０Ｖを含む所
定の定義域において、光導電型受光器を流れる電流量が
印加電圧の略奇関数であるとともに、印加電圧が一
定、被測定光強度値を独立変数とした場合、被測定光強
度が所定の定義域において、光導電型受光器を流れる電
流量が照射信号強度の略線形関数であるという性質を具
備するものであれば、光導電型受光器への供給電気信号
の非直流成分が周期的であり、時間平均値が略０であ
り、且つ、振幅が０となる隣り合う時刻の中点の時刻を
原点として、振幅が時間の略偶関数である電気信号を選
択するとともに、印加電気信号値のバイアスを調整すれ
ば、背景光の直流成分の除去がされるとともに、変調電
圧信号の周波数以外の交流的な背景光に対してもこれを
低減して測定が実施される。

【００２３】なお、上記では光導電型受光器を低インピ
ーダンス駆動して、信号を電流として取り出す構成で作
用を説明したが、電流駆動して光導電型受光器の両端子
間の電圧を信号として取り出してもよいし、また、光導
電型受光器に抵抗器を直列に接続して抵抗器の両端間の
電圧を信号として取り出してもよい。

【００２４】

【実施例】以下、添付図面を参照して、本発明の実施例
を説明する。なお、図面の説明において、同一の要素に
は同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【００２５】図１は、本発明の光周波数混合装置の基本
構成図である。図１に示すように、この装置は、（ａ）
周波数＝ｆの電気信号を発生する信号発生器２１０と、
（ｂ）信号発生器２１０が出力した周波数＝ｆ（＝５Ｇ
Ｈｚ）の電気信号を入力して、周波数＝ｆの強度変調成
分を有する強度変調光を発生する発光部５００と、
（ｃ）所定の光伝搬媒体を経由した強度変調光を受光す
る光導電型受光器を備えた受光部１００と、（ｄ）受光
部１００の光導電型受光器に変調周波数＝ｆ＋Δｆ（＝
５ＧＨｚ＋１ｋＨｚ）を有する信号を供給する信号発生
器２２０と、（ｅ）受光の結果、受光部１００で発生し
た電流信号に応じた電圧信号を出力する変換増幅部３０
０と、（ｆ）変換増幅部部３００から出力された電圧信
号の含む周波数＝Δｆの成分を選択する周波数選択器４
００と、（ｇ）信号発生器２１０から出力された周波数
＝ｆの電気信号と信号発生器２２０から出力された周波
数＝ｆ＋Δｆの電気信号とを入力し、周波数混合をして
周波数＝Δｆの信号を出力する信号混合器６００と、
（ｈ）周波数選択器４００の出力信号と信号混合器６０
０の出力信号とを入力して、信号混合器６００の出力信
号を基準の参照信号として周波数選択器４００の出力信
号を解析し、受光部１００で受光した強度変調光の強度
または位相に関する情報を得て出力する位相検波器７０
０とを備える。ここで、位相検波器としては、受光部１
００で受光した強度変調光の強度および位相に関する情
報を得ることのできるロックインアンプが好適に使用で
きる。

【００２６】なお、信号発生器２２０から出力された信
号を、入力信号の位相を変化させる位相調整器を介して
受光部１００へ供給する構成とすることも可能である。

【００２７】また、図１では、発光部５００として、
流れる電流値に応じた強度の光を発生するレーザダイオ
ード（ＬＤ）５１０と、コイルＬ１１を介して直流成
分の電流をＬＤ５１０に供給する可変直流電源ＶＥと、
信号発生器２１０から入力した電気信号の交流成分を
ＬＤ５１０の直流駆動成分に重畳させるコンデンサＣ１
１とを備える構成を例示している。

【００２８】なお、発光部はＬＤを電流制御するものに
限定されるものではなく、ランプ、気体レーザ、色素レ
ーザ、固体レーザ等が発生した光を光変調器を用いて強
度変調したものを採用可能である。この場合、光変調器
として、ＥＯ変調器、ＡＯ変調器、機械的なチョッパを
好適に使用できる。また、外部からの信号に同期して発
振するモード同期レーザを使用してもよいし、レーザ自
身の構成によって決まる周波数で発振するレーザを用い
て、信号発生器２１０の発生信号の周波数をレーザ発振
の周波数に合せてもよい。

【００２９】本発明の光信号計測装置では、受光部１０
０で受光した強度変調光の強度変調周波数＝ｆと信号発
生器２２０が発生する交流信号の周波数＝ｆ＋Δｆとの
混合、すなわち双方の信号の積演算による周波数混合を
受光部１００の光導電型受光器で実行する。そして、こ
の積演算の結果として得られる双方の信号の周波数の和
の周波数＝２ｆ＋Δｆの成分および差の周波数＝Δｆ成
分から周波数＝Δｆの成分を周波数選択器４００を使
い、選択して取り出す。こうして、周波数選択器４００
から出力された信号は、受光部１００での受光時点での
強度変調光の強度変調周波数＝ｆの成分の強度と位相と
を反映している。

【００３０】一方、信号発生器２１０から出力された周
波数＝ｆの電気信号と信号発生器２２０から出力された
周波数＝ｆ＋Δｆの電気信号とは信号混合器６００で混
合され、周波数＝Δｆの電気信号が生成される。こうし
て生成された周波数＝Δｆの電気信号は、発光部５００
から出力された時点での強度変調光の強度変調周波数の
成分の強度と位相とを反映している。

【００３１】周波数選択器４００から出力された信号と
信号混合器６００から出力された信号とは位相検波器７
００に入力する。位相検波器７００では、周波数選択器
４００から出力された信号の強度と信号混合器６００か
ら出力された信号の強度を解析するとともに、周波数選
択器４００から出力された信号と信号混合器６００から
出力された信号との位相差を解析して、解析結果を出力
する。

【００３２】以下、本発明の光信号計測装置の具体的な
受光部および信号変換部の実施例を説明する。

【００３３】図２は、図１に基本構成を示した光信号計
測装置の受光部および信号変換部の実施例の構成図であ
る。図２に示すように、この装置は、（ａ）被測定光を
受光する光導電型受光器を備えた受光部１１０と、
（ｂ）受光部１１０の光導電型受光器に変調周波数＝ｆ
＋Δｆを有する信号を供給する信号発生器２２０と、
（ｃ）受光の結果、受光部１１０で発生した電流信号を
電圧信号に変換する電流電圧変換部３１０と、（ｄ）電
流電圧変換部３１０から出力された電圧信号の含む所定
の周波数成分を通過させるバンドパスフィルタ（以後、
ＢＰＦとも呼ぶ）４００と、を備える。

【００３４】ここで、受光部１１０は、信号発生器２
２０から出力された電気信号を入力し、低インピーダン
ス状態で電圧信号を出力する電圧印加部１１１と、電
圧印加部１１１が出力する電圧信号（Ｖ_I ）を入力する
電圧印加端子を有するともに、被測定光を受光する光導
電型受光器１１２と、背景光などの直流光入射に対し
て出力電流値がゼロとなるように光導電型受光器１１２
の動作を設定するバイアス調整部１１３と、これらの
要素を誘起的に接続する受動素子（Ｌ１，Ｌ２，Ｃ３）
と、を備える。そして、光導電型受光器１１２に生じた
電流は、チョークコイルＬ１，Ｌ２を介して流れる。

【００３５】図３は、本実施例で採用可能な電圧印加部
の回路構成図である。図３（ａ）の回路は、信号発生器
２２０から出力された電圧信号をフローティング状態の
交流電圧信号とするにあたってコンデンサＣ１およびコ
ンデンサＣ２を信号ライン挿入したものである。図３
（ｂ）の回路は、図３（ａ）の回路の信号極性を反転し
たものである。図３（ｃ）の回路は、トランスＴ１で信
号発生器２２０から出力された電圧信号を入力した、フ
ローティング状態の交流電圧信号とするものである。な
お、本実施例の装置では、図３（ａ）の回路を使用し
た。

【００３６】また、光導電型受光器１１２は、ＧａＡｓ
を材料として用いた金属−半導体−金属（ＭＳＭ）受光
器などで構成される。この光導電型受光器１１２は、照
射光量が一定、印加電圧値を独立変数とした場合、印加
電圧値が０Ｖを含む所定の定義域において、光導電型受
光器を流れる電流量が印加電圧の奇関数である、という
特性を有している。

【００３７】一般の固体光検出器（フォトダイオード：
ＰＤ、アバランシェフォトダイオード：ＡＰＤ）は、空
乏層容量および空乏層中を走行するキャリアの走行時間
の広がりによって動作周波数の帯域が制限されている。
また、ＰＭＴのような電子管も、管内での電子の走行時
間の広がりによって動作周波数の帯域が制限されてい
る。そして、いずれも１０ＧＨｚを越えるような動作周
波数の帯域が現在のところ得られていない。これに対
し、ＭＳＭの場合には電極間の容量が支配的であり、一
般に、この容量は空乏層容量に比較して充分小さな値の
設定が可能である。電極間容量は、電極間の端子間隔に
も依存するが、最適な端子間隔で作成することで、用意
に１００ＧＨｚもの広い帯域で動作が可能となる。な
お、電極を櫛型にしたものが一般的である。

【００３８】バイアス調整部１１３は、バイアス電圧値
を調整する可変抵抗ＶＲ１と、可変抵抗ＶＲ１の端子と
接続される、直列接続された直流電源Ｅ１，Ｅ２と、か
らなり、直流電源Ｅ１と直流電源Ｅ２との接続点は接地
電位に設定される。

【００３９】また、電流電圧変換部３１０は、正入力端
子が接地され、負入力端子が出力端子と抵抗Ｒ１を介し
て接続された演算増幅器３２０から構成される。

【００４０】図４は、採用可能なバンドパスフィルタの
回路構成図である。図４（ａ）は受動型のバンドパスフ
ィルタの回路構成例であり、図４（ｂ）および図４
（ｃ）は能動型のバンドパスフィルタの回路構成例であ
る。なお、本実施例では、図４（ａ）の受動型のバンド
パスフィルタを採用した。なお、各素子の特性値は、対
象とする周波数値によって決定される。また、位相検波
器６００が電流入力が可能であれば、信号変換部３００
とバンドパスフィルタ４００とを省略して、位相検波器
７００にコイルＬ２を介した信号を直接入力構成も可能
である。また、デジタルフィルタを使用することも可能
である。

【００４１】本実施例の装置は、以下のようにして周波
数低減を実行する。なお、入射光は、強度が一定である
とする。

【００４２】信号発生器２２０は周波数＝ｆ＋Δｆの成
分を有する交流信号を発生し、受光部１１０に供給す
る。受光部１１０では、信号発生器２２０から供給され
た交流信号を電圧印加部１１１を介して光導電型受光器
１１２の電圧印加端子に変調電圧信号を印加する。光導
電型受光器１１２の印加電圧信号として、周期的であ
り、時間平均値が略０Ｖであり、且つ、振幅が０Ｖとな
る隣り合う時刻の中点の時刻を原点として、振幅が時間
の偶関数である電圧信号が選択され、また、バイアス回
路の調整によって背景光のみの入射の状態で、光導電型
受光器１１２を流れる電流値（Ｉ_B ）が「０Ａ」に設定
される。図５は、この状態に設定された光導電型受光器
１１２による変調特性の説明図である。図５に示すよう
に、印加電圧による変調にあたって「０Ｖ］が変調電圧
信号のバイアスの中心電圧値（Ｖ_B ）に設定される。こ
の結果、振幅が大きな変調電圧信号を使用しても、変調
出力の直線性が保証される。

【００４３】この状態で、強度変調光（周波数＝ｆ）が
光導電型受光器１１２の受光領域に入力する。一方、光
導電型受光器１１２は上記のように変調電圧信号が印加
されているので、光検出信号は変調電圧信号で変調され
る。この結果、光導電型受光器１１２を流れる変調電流
信号は、ビート信号の周波数と変調電圧信号の周波数と
の和（２ｆ＋Δｆ）および差（Δｆ）の値の周波数を有
する成分を含む。この変調電流信号は、チョークコイル
Ｌ２を介して電流電圧変換部３１０に入力し、電圧信号
に変換されて出力される。電流電圧変換部３１０から出
力された、２つの周波数＝（２ｆ＋Δｆ，Δｆ）の成分
の内、差周波数＝Δｆの成分のみがバンドパスフィルタ
４００を通過する。

【００４４】一般に、位相検波器の代表例であるロック
インアンプの動作周波数帯域は１００ｋＨｚ程度である
ので、周波数Δｆ＝１ｋＨｚとした本実施例では、入手
が用意なロックインアンプを位相検波器７００として採
用可能であり、精度の良い測定が可能である。なお、位
相検波器としては、ロックインアンプに限らず、交流信
号の振幅や位相が検出可能な装置であればよい。

【００４５】また、上記実施例では、周波数ｆ＝５ＧＨ
ｚ、周波数Δｆ＝１ｋＨｚとしたが、周波数ｆは採用し
た光導電型受光器の動作周波数帯域内で選択すればよい
し、周波数Δｆは採用した位相検波器の動作周波数帯域
内で選択すればよい。

【００４６】本実施例の装置は、変形が可能である。図
６は、本実施例の装置の第１変形例の構成図である。こ
の装置は、上記の実施例の装置と電流電圧変換部の構成
のみが異なる。図６に示すように、この装置の電流電圧
変換部３２０は、光導電型受光器１１２で発生した電
流を流すことにより電流値を電圧値変換する抵抗Ｒ２
と、抵抗Ｒ２の両端に生じた電圧信号の直流分を除去
するコンデンサＣ４と、コンデンサＣ４を介して伝達
された交流信号を増幅する増幅回路３２１と、から構成
される。電流電圧変換部３２０は、実施例の電流電圧変
換部３１０と機能的には同一であるが、増幅回路で生じ
る１／ｆノイズを低減できる点で性能的に優れている。

【００４７】図７は、本実施例の装置の第２変形例の構
成図である。この装置は、上記の第１変形例の装置とバ
イアス調整位置が異なる。図７に示すように、この装置
のバイアス調整点は、抵抗Ｒ２のコンデンサＣ４接続端
子とは異なる端子の位置である。この装置構成によって
も、実施例の装置と同一の機能を実現できる。

【００４８】図８は、本発明の光信号計測装置の第１の
応用例である、散乱吸収体の内部情報の計測システムの
構成図である。図８に示すように、このシステムは、上
記の実施例の光信号計測装置の発光部５００に替えて、
同一の強度変調周波数＝ｆを有する複数の波長（λ₁、
…、λ_n；ｎは２以上の整数）の光を１つの光束として
出力する発光部５５０を使用し、更に、（ａ）発光部５
５０が出力した強度変調光を導波して散乱吸収体９０１
へ向けて強度変調光を出射する光ファイバ８６０と、
（ｂ）散乱吸収体９０１を伝搬した光を入射して、光信
号計測装置へ向けて導波する光ファイバ８７０と、
（ｃ）処理部７５０の指示に従って、波長がλ₁、…、
λ_nのいずれかの光を択一的に選択して透過出力する波
長フィルタ８８０と、（ｄ）波長フィルタ８８０から出
力した光を受光部１１０の光導電型受光器１１２の受光
領域に集光する集光レンズ８２０と、（ｅ）位相検波器
７００から出力された信号を入力し、位相検波器７００
での解析結果に基づいて、散乱吸収体９０１の内部の散
乱係数μ_sや吸収係数μ_aを求める処理部７５０とを備え
る。

【００４９】ここで、発光部５５０は、流れる電流値
に応じた強度で波長λ_i （ｉ＝１、…、ｎ）の光を発生
する発光器５１０_i と、発光器５１０_i から出力され
た光を集光する集光レンズ８１０_i と、２つの光信号
を入力し、合波して出力する合波器５２０_j （ｊ＝１、
…、ｎ−１）と、コイルＬ１１を介して直流成分の電
流を発光器５１０_i に供給する可変直流電源ＶＥと、
信号発生器２１０から入力した電気信号の交流成分を発
光器５１０_i の直流駆動成分に重畳させるコンデンサＣ
１１とを備える。

【００５０】また、処理部７５０は、光拡散理論によ
って得られる理論式に、光強度変調周波数＝ｆ、波長フ
ィルタ８８０が選択出力した光の波長（＝λ_i ）を使用
した場合に、位相検波器７００で解析された位相変化の
値を代入して、散乱係数μ_sや吸収係数μ_a を求める演
算処理器７５１と、演算処理器７５１の指示により、
演算処理器７５１が求めた散乱係数μ_s や吸収係数μ_a
などを表示する表示器７５２とを備える。

【００５１】図８のシステムでは、以下のようにして、
散乱吸収体の内部情報を計測する。処理部７５０は、波
長フィルタ８８０に波長＝λ₁ の光の透過を指示する。
また、信号発生器２２０は周波数＝ｆ＋Δｆの信号を発
生し、出力された周波数＝ｆ＋Δｆの信号は、電圧印加
部１１１で低インピーダンスの電圧信号に変換され、光
導電型受光器１１２の電圧印加端子に供給される。

【００５２】一方、発光部５５０が波長＝λ_i の成分を
含む強度変調周波数＝ｆを有する強度変調光を出力す
る。発光部５００から出力された強度変調光は、光ファ
イバ８６０を介した後に散乱吸収体９０１に照射され
る。散乱吸収体９０１に入射した強度変調光は、散乱吸
収体９０１内を伝搬し、その一部が光ファイバ８７０に
入力し、光ファイバ８７０を介して波長フィルタ８８０
に入力する。波長フィルタ８８０では、波長＝λ₁ の光
が選択されて透過出力され、集光レンズ８２０を介し
て、受光部１１０の光導電型受光器１１２に入射する。

【００５３】上記のように、光導電型受光器１１２には
周波数＝ｆ＋Δｆの電圧信号が印加されているので、光
導電型受光器１１２では周波数＝（２ｆ＋Δｆ、Δｆ）
という２つの周波数成分を有する電流信号が発生する。
この電流信号は信号変換器３１０で電圧信号に変換され
た後、バンドパスフィルタ４００で周波数＝Δｆの成分
が選択される。こうして選択された周波数＝Δｆの信号
が位相検波器７００に入力する。

【００５４】これと同時に、信号発生器２１０から出力
された周波数＝ｆの電気信号と信号発生器２２０から出
力された周波数＝ｆ＋Δｆの電気信号とは信号混合器６
００で混合され、周波数＝Δｆを有する電気信号が生成
される。この周波数＝Δｆの信号が参照信号として位相
検波器７００に入力する。なお、信号混合器６００によ
り選択された周波数＝Δｆの信号は、発光部５５０から
出力された時点での強度変調光の波長＝λ₁ の成分の強
度と位相とを反映している。

【００５５】位相検波器７００は２種の周波数＝Δｆの
信号を入力し、これら２種の信号を比較して、参照信号
に対する光導電型受光器１１２が受光した強度変調周波
数＝ｆ₁の成分の強度および位相を解析して、強度情報
および位相情報を処理部７５０へ向けて出力する。処理
部７５０の演算処理器７５１は、波長＝λ₁の成分の強
度情報および位相情報を入力し、データとして格納す
る。

【００５６】次に、処理部７５０は、波長フィルタ８８
０に波長＝λ_k （ｋ＝２、…、ｎ）の光の透過出力を順
次指示する。そして、波長フィルタ８８０に透過波長を
指定する度に、上記と同様に動作して、処理部７５０の
演算処理器７５１は、波長＝λ_k の成分の強度情報およ
び位相情報を入力し、データとして格納する。

【００５７】こうして、波長＝λ_i についての強度情報
データおよび位相情報データを収集した後、演算処理部
７５１は収集データを光拡散理論によって得られる理論
式に代入して演算を実行し、散乱吸収対９０１の散乱係
数μ_s や吸収係数μ_a を求める。演算処理部７５１は、
演算実行後に散乱係数μ_s や吸収係数μ_a を表示器７５
２に通知し、求めた散乱係数μ_s や吸収係数μ_a を表示
する。

【００５８】以上の計測を時間経過とともに行うことに
より、散乱吸収体９０１の内部の散乱係数μ_s や吸収係
数μ_a の時間変化を計測することができる。

【００５９】本応用例で使用する光信号計測装置につい
ては、上記の光信号計測装置の実施例における変形と同
様の変形が可能である。

【００６０】また、被測定物である散乱吸収体９０１に
光を入射するにあたって、光ファイバ８６０の出射端と
散乱吸収体９０１との間に光学素子を配置することが可
能である。例えば、光ファイバ８６０の出射端と散乱
吸収体９０１との間に凸レンズや凹面鏡を配置して光を
散乱吸収体９０１の入射位置に集光したり入射光の平行
光化を行うことも可能であるし、光ファイバ８６０の
出射端と散乱吸収体９０１との間に光散乱体を配置して
拡散光を散乱吸収体９０１に入射することも可能である
し、また、光ファイバ８６０の出射端と散乱吸収体９
０１との間に散乱吸収体９０１と略同一の屈折率を有す
る光学部材を配置して、散乱吸収体９０１の表面での反
射を低減することも可能である。

【００６１】また、被測定物である散乱吸収体９０１に
光を入射するにあたって、光ファイバを用いずに、出射
光の進行方向の直線性が良い光源（例えば、レーザ光
源）から出射された光を直接、散乱吸収体９０１に照射
することも可能である。

【００６２】更に、散乱吸収体９０１に接して、ＬＥＤ
やＬＤなどの微小光源を配置することも可能である。

【００６３】なお、演算処理器での演算に使用する散乱
吸収体内部の光の伝搬モデルに付随した演算アルゴリズ
ムによっては、散乱吸収体への光入射位置は微小な一点
である必要はなく、適当な径あるいは適当な強度分布を
有する光を入射してもよい。

【００６４】演算処理器の演算に使用される式としては
光拡散方程式が代表的であるが、光が散乱吸収体９０
１の内部を散乱しながら伝搬して検出されるまでの実効
的な伝搬距離に依存して、吸収が生じる物理的な事実に
基づいて得られる式や、光が散乱吸収体９０１中を伝
搬する際の平均光路長と、検出される位相変化、振幅変
化、または変調度の変化との関係を表した式を使用して
もよい。

【００６５】本応用例では、受光素子である光導電型受
光器を１つのみ用いたが、受光部に入射する光を波長分
光し、夫々の波長ごとに光導電型受光器を配置してもよ
い。但し、こうした場合には、各波長ごとに位相検波器
を用意するか、位相検波器に入力する信号をどの光導電
型受光器に由来するかを選択することが必要となる。

【００６６】なお、被測定物である散乱吸収体として生
体、雲等に、本応用例または本応用例の変形の適用が可
能である。

【００６７】図９は、本発明の光信号計測装置の第２の
応用例である、散乱吸収体の内部情報の計測システムの
構成図である。図９に示すように、このシステムでは、
周波数＝ｆの信号を発生する信号発生器２１０と、
信号発生器２１０から出力された周波数＝ｆの信号を入
力し、周波数＝ｉ・ｆ（ｉ＝１、…、ｎ；ｎは２以上の
整数）の成分を含む信号を出力する非線形素子２３１と
を備える発振部２３０が発光部５００へ強度変調信号を
供給するとともに、周波数＝ｆ＋Δｆの信号を発生す
る信号発生器２２０と、信号発生器２２０から出力さ
れた周波数＝ｆ＋Δｆの信号を入力し、周波数＝ｉ・
（ｆ＋Δｆ）の成分を含む信号を出力する非線形素子２
４１とを備える発振部２４０が受光部１１０へ変調信号
を供給する。ここで、非線形素子２３１、２４１は、入
力信号に歪を与えるものであればよく、インパルス状の
電気信号を得るコムジェネレータ、能動的な回路である
パルスジェネレータを好適に用いることができる。

【００６８】また、このシステムは、発振部２３０の出
力信号と発振部２４０の出力信号とが信号混合器６００
で混合された結果生じる周波数＝ｉ・Δｆ（ｉ＝１、
…、ｎ）の各成分に応じて、周波数＝ｉ・Δｆのいずれ
か１つの成分を透過するフィルタ７１０_i と、位相検波
器７００_i とを備える。

【００６９】更に、このシステムは、上記の光信号計測
装置に加えて、（ａ）発光部５００が出力した強度変調
光を集光する集光レンズ８１０と、（ｂ）集光レンズ８
１０が集光した光を導波して散乱吸収体９０１へ向けて
強度変調光を出射する光ファイバ８６０と、（ｃ）散乱
吸収体９０１を伝搬した光を入射して、光信号計測装置
へ向けて導波する光ファイバ８７０と、（ｄ）光ファイ
バ８７０から出力した光を受光部１００の光導電型受光
器１１０の受光領域に集光する集光レンズ８２０と、
（ｅ）位相検波器７００_i から出力された信号を入力
し、位相検波器７００での解析結果に基づいて、散乱吸
収体９０１の内部の散乱係数μ_s や吸収係数μ_a を求め
る処理部７５０とを備える。ここで、処理部７５０は、
光拡散理論によって得られる理論式に、光強度変調周
波数＝ｆ₁ 、…、ｆ_n を使用した場合に、位相検波器７
００で解析された位相変化の値を代入して、散乱係数μ
_s や吸収係数μ_a を求める演算処理器７６１と、演算
処理器７６１の指示により、演算処理器７６１が求めた
散乱係数μ_s や吸収係数μ_a などを表示する表示器７５
２とを備える。

【００７０】図９のシステムでは、以下のようにして、
散乱吸収体の内部情報を計測する。

【００７１】発振部２４０から出力された周波数＝ｉ・
（ｆ＋Δｆ）の成分を含む信号は、電圧印加部１１１で
低インピーダンスの電圧信号に変換され、光導電型受光
器１１２の電圧印加端子に供給される。

【００７２】一方、発光部５００に信号発生器２３０が
周波数＝ｆ₁ 、…、ｆ_n の各成分を有する光強度変調信
号入力し、この光強度変調信号に同期して、周波数＝ｆ
₁ 、…、ｆ_n の各成分を有する強度変調光を出力する。
発光部５００から出力された強度変調光は、集光レンズ
８１０および光ファイバ８６０を順次介した後に散乱吸
収体９０１に照射される。散乱吸収体９０１に入射した
強度変調光は、散乱吸収体９０１内を伝搬し、その一部
が光ファイバ８７０し、光ファイバ８７０および集光レ
ンズ８２０を介して、受光部１１０の光導電型受光器１
１２に入射する。

【００７３】上記のように、光導電型受光器１１２には
周波数＝ｉ・（ｆ＋Δｆ）の電圧信号が印加されている
ので、光導電型受光器１１２では低周波数の成分として
周波数＝ｉ・Δｆの成分を有する電流信号が発生する。
この電流信号は信号変換器３１０で電圧信号に変換され
た後、バンドパスフィルタ４００で周波数＝ｉ・Δｆの
成分が選択される。こうして選択された周波数＝ｉ・Δ
ｆの全ての成分を有する信号が位相検波器７００_i の全
てに入力する。

【００７４】これと同時に、発振部２３０から出力され
た周波数＝ｆ₁ 、…、ｆ_n の電気信号と発振部２４０か
ら出力された周波数＝ｉ・（ｆ＋Δｆ）の全て成分の電
気信号とは信号混合器６００で混合され、周波数＝ｉ・
Δｆの成分を有する電気信号が生成される。こうして生
成された信号はフィルタ７１０_i により夫々周波数＝ｉ
・Δｆの成分が選択され、この周波数＝ｉ・Δｆの信号
が参照信号として個別に位相検波器７００_i に入力す
る。なお、フィルタ７１０_i により選択された周波数＝
ｉ・Δｆの各成分信号は、発光部５００から出力された
時点での強度変調光の強度変調周波数＝ｉ・ｆの成分の
強度と位相とを反映している。

【００７５】各位相検波器７００_i は２種の周波数＝ｉ
・Δｆの信号を入力し、これら２種の信号を比較して、
参照信号に対する光導電型受光器１１２が受光した強度
変調周波数＝ｆ_i の成分の強度および位相を解析して、
強度情報および位相情報を処理部７６０へ向けて出力す
る。処理部７６０の演算処理器７６１は、強度変調周波
数＝ｆ_i の各成分の強度情報および位相情報を入力し、
データとして格納する。

【００７６】こうして、強度変調周波数＝ｆ₁ 、…、ｆ
_n についての強度情報データおよび位相情報データを収
集した後、演算処理部７６１は収集データを光拡散理論
によって得られる理論式に代入して演算を実行し、散乱
吸収体９０１の散乱係数μ_sや吸収係数μ_a を求める。
演算処理部７６１は、演算実行後に散乱係数μ_s や吸収
係数μ_a を表示器７５２に通知し、求めた散乱係数μ_s
や吸収係数μ_a を表示する。

【００７７】以上の計測を時間経過とともに行うことに
より、散乱吸収体９０１の内部の散乱係数μ_s や吸収係
数μ_a の時間変化を計測することができる。

【００７８】本応用例で使用する光信号計測装置につい
ては、上記の光信号計測装置の実施例における変形と同
様の変形が可能である。

【００７９】また、第１の応用例と同様に、被測定物で
ある散乱吸収体９０１に光を入射するにあたっての変形
が可能である。

【００８０】また、第１の応用例と同様に、演算処理器
の演算に使用される式としては光拡散方程式が代表的で
あるが、光が散乱吸収体９０１の内部を散乱しながら
伝搬して検出されるまでの実効的な伝搬距離に依存し
て、吸収が生じる物理的な事実に基づいて得られる式
や、光が散乱吸収体９０１中を伝搬する際の平均光路
長と、検出される位相変化、振幅変化、または変調度の
変化との関係を表した式を使用してもよい。

【００８１】また、第１の応用例と同様に、本応用例に
おいては、本発明の光信号計測装置が１つである場合を
示したが、本発明の光信号計測装置を複数として複数の
方向から散乱吸収体への光入射を行うとともに、複数の
方向から出射される光を同時計測し、夫々の光信号計測
装置が夫々の位相変化および強度変化に基づいて、各方
向ごとの散乱係数や吸収係数を求めることも可能であ
る。これにより、散乱吸収体の内部の散乱係数や吸収係
数に関する断層像を得ることが可能になる。

【００８２】図１０は、本発明の光信号計測装置の第３
の応用例である、被測定物の変位を計測する変位計のシ
ステムの構成図である。図１０に示すように、このシス
テムは、上記の実施例の光信号計測装置に加えて、
（ａ）発光部５００が出力した強度変調光をコリメート
するコリメートレンズ８３０と、（ｂ）被測定物９０３
で反射された強度変調光を受光部１１０の光導電型受光
器１１２の受光領域に集光する集光レンズ８４０とを備
えるとともに、処理部７５０に替えて、時間を隔てて求
めた位相情報に基づいて被測定物の変位を求める処理部
７７０を使用する。

【００８３】処理部７７０は、位相検波器７００で解
析された位相変化の値を時間を隔てて収集し、被測定物
９０３の変位量を求める演算処理器７７１と、演算処
理器７７１の指示により、演算処理器７７１が求めた変
位量などを表示する表示器７５２とを備える。

【００８４】なお、本応用例の被測定物９０３には反射
鏡９０５が取り付けられており、効率良く照射光を受光
部１１０へ向けて反射する。また、効率良く照射光を反
射するにあたって、反射鏡に替えてコーナーキューブを
使用することも可能である。さらに、反射鏡やコーナー
キューブのような反射体を使用せずに、被測定物９０３
での照射光に由来する散乱光を検出することとしてもよ
い。

【００８５】本応用例のシステムでは、以下のようにし
て、被測定物の変位を計測する。

【００８６】発光部５００のＬＤ５１０から出力された
周波数＝ｆの強度変調光がコリメートレンズ８３０でコ
リメートされた後、被測定物９０３へ向けて出射され
る。被測定物９０３に照射された強度変調光で反射鏡９
０５に入射したものは、受光部１１０へ向けて反射され
る。この反射された強度変調光は、集光レンズ８４０で
光導電型受光器１１２の受光領域に集光される。

【００８７】以後、上記の光信号計測装置の実施例と同
様に光信号計測装置が動作して、位相検波器７００から
位相情報が出力される。

【００８８】この状態で、演算処理器７７１は、まず、
時刻ｔ１に位相情報を収集して格納する。次に、演算処
理器７７１は、時間Ｔを隔てた時刻ｔ２（＝ｔ１＋Ｔ）
に位相情報を収集して格納する。時刻ｔ１における被測
定物９０３の位置と時刻ｔ２における被測定物９０３の
位置とが光軸方向に関して異なっていれば、各時刻で収
集した位相情報が互いに異なり、この相違は時刻ｔ１か
ら時刻ｔ２にかけての被測定物９０３の光軸方向におけ
る変位を反映している。演算処理器７７１は、収集した
２つの位相情報に基づいて、２つの時刻における受光し
た強度変調光の位相差を求め、この位相差から被測定物
９０３の変位量を演算して求める。こうして得られた変
位量は表示器７５２に表示される。

【００８９】本応用例では、更に、演算処理器７７１に
おいて変位量を時間Ｔで除算して被測定物９０３の変位
速度を求めることも可能である。

【００９０】また、演算処理器７７１が更に時刻ｔ３、
…、で位相情報を収集することにより、被測定物９０３
の変位の時間変化、更には、被測定物９０３の変位速度
の時間変化を計測することができる。

【００９１】本応用例は、測距システムへの変形が可能
である。この場合には、既知の距離に被測定物を設置し
た場合の位相情報を演算処理器で予め収集して格納して
おく。その後、収集した位相情報と比較し、演算するこ
とにより測距を実行する。

【００９２】本応用例では、強度変調周波数として１種
の周波数＝（ｆ）を使用したが、第１の応用例のように
複数の強度変調周波数＝（ｆ_i ；ｉ＝１，…）を使用
し、光導電型受光器への電圧印加端子に供給する電圧信
号の周波数をｆ_i ＋Δｆ；ｉ＝１，…の中から択一的に
選択することも可能である。着目する強度変調周波数に
よって検出可能な距離範囲が異なるが、着目する強度変
調周波数を変化させることにより広い距離範囲での測距
が可能となる。

【００９３】本発明は、上記の実施例に限定されるもの
ではなく、変形が可能である。例えば、光導電型受光器
には、ＭＳＭと同様の電極構造を有し、エネルギ−バン
ドギャップに対応する波長よりも長波長に感度を有する
ものや、ＭＳＭの電極構造に加えて背面にショットキ接
触電極を設けて、基板（ＧａＡｓ）のエネルギ−バンド
ギャップに対応する波長よりも長波長に感度を有するも
のを使用することが可能である。また、上記のＧａＡｓ
に代えて、ＩｎＰやＧａＰが好適に使用できる。また、
光通信の長波長域の用途に関してはＩｎＧａＡｓなどの
混晶化合物半導体が使用できる。更に、応答周波数は制
限されるがＰｂＳ，ＣｄＳ，ＣｄＳｅなどの光導電型受
光器を使用することも可能である。

【００９４】また、上記の実施例では、光導電型受光器
を低インピーダンス駆動して、信号を電流として取り出
す構成で作用を説明したが、電流駆動して光導電型受光
器の両端子間の電圧を信号として取り出してもよいし、
また、光導電型受光器に抵抗器を直列に接続して抵抗器
の両端間の電圧を信号として取り出してもよい。なお、
光導電型受光器の両端子間の電圧を信号として取り出す
場合には、電流電圧変換部は不要となる。

【００９５】

【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明の光
信号計測装置によれば、受光素子に光導電型受光器を採
用し、光信号の入射の場合の強度変調周波数の低減を実
施する光検出信号の変調をこの光導電型受光器で行うこ
ととしたので、部品点数を減らしつつ広い周波数測定範
囲に渡って周波数混合による強度変調周波数の低減動作
を実行し、後段の電気回路にとって取扱い易い周波数成
分の電気信号を供給することができる。

【００９６】更に、光導電型受光器として、金属−半導
体−金属ホトディテクタ（ＭＳＭ）などの照射光量が一
定で印加電圧値を独立変数とした場合、印加電圧値が０
Ｖを含む所定の定義域において、光導電型受光器を流れ
る電流量が印加電圧の略奇関数であるとともに、印加電
圧が一定で照射光量値を独立変数とした場合、照射光量
が所定の定義域において、前記光導電型受光器を流れる
電流量が照射光量の略線形関数であるものを採用し、光
導電型受光器に印加される電圧信号として、周期的であ
り、時間平均値が略０であり、且つ、振幅が０となる隣
り合う時刻の中点の時刻を原点として、振幅が時間の偶
関数である電圧信号を採用したので、背景光の影響を低
減でき、精度良く周波数混合を実行できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光信号計測装置の基本構成図である。

【図２】本発明の光信号計測装置の実施例の構成図であ
る。

【図３】実施例の光信号計測装置で採用可能な電圧印加
部の回路構成図である。

【図４】実施例の光信号計測装置で採用可能なバンドパ
スフィルタの回路構成図である。

【図５】実施例の光信号計測装置での変調特性の説明図
である。

【図６】実施例の光信号計測装置の第１変形例の構成図
である。

【図７】実施例の光信号計測装置の第２変形例の構成図
である。

【図８】本発明の光信号計測装置の第１の応用例のシス
テムの構成図である。

【図９】本発明の光信号計測装置の第２の応用例のシス
テムの構成図である。

【図１０】本発明の光信号計測装置の第３の応用例のシ
ステムの構成図である。

【図１１】光信号計測装置の従来例１の構成図である。

【図１２】光信号計測装置の従来例２の構成図である。

【図１３】従来例２の変調特性の説明図である。

【符号の説明】

１００，１１０，１２０，１３０…受光部、１１１…電
圧印加部、１１２，１３２…光導電型受光器、１１３…
バイアス調整部、１３１…定電流駆動回路、１３５…演
算増幅器、１３６…差動増幅器、２１０，２２０…信号
発生器、２３０，２４０…発振部、３００…変換増幅部
部、３１０，３２０…電流電圧変換部、３３０…差動増
幅器、４００…周波数選択器、４１０…バンドパスフィ
ルタ、５００，５５０…発光部、５１０…レーザダイオ
ード、５１１，５１２，５１３…発光器、６００…信号
混合器、７００…位相検波器、７１０…フィルタ、７５
０，７６０，７７０…処理部、７５１，７６１，７７１
…演算処理器、７５２…表示器、８１０，８２０，８３
０，８４０…レンズ、８６０，８７０…光ファイバ、８
８０…波長フィルタ、９１０…受光器、９３０，９５０
…バンドパスフィルタ、９４０…混合器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−279732（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−1256（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01J 1/00 - 1/02 G01J 1/42 - 1/46 G01D 5/26 G01R 15/07 G01R 23/14 G01R 33/032 G01L 1/24

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の周波数の成分を有する第１の電気
   信号を発生する第１の信号発生器と、 前記第１の電気信号に同期するとともに、前記第１の周
   波数の強度変調成分を有する強度変調光を発生する発光
   部と、 前記第１の周波数と第２の周波数だけ異なる第３の周波
   数の成分を有する第２の電気信号を発生する第２の信号
   発生器と、 前記第２の電気信号を入力し、前記第２の電気信号の時
   間変化を反映した電圧信号に変換して出力する電圧信号
   供給部と、 前記の電圧信号供給部から出力される電圧信号を入力す
   る電圧信号印加端子を有するとともに、前記発光部から
   出力され、所定の光伝搬媒体を伝搬した前記強度変調光
   を受光する光導電型受光器と、 前記光導電型受光器を介して流れる電流信号に応じた第
   ３の電気信号を入力し、前記第２の周波数と略同一の周
   波数の成分である第４の電気信号を選択して出力する周
   波数選択器と、 前記第１の電気信号と前記第２の電気信号とを入力し、
   前記第２の周波数を有するとともに、前記第１の電気信
   号の位相および振幅の少なくとも一方の情報を有する第
   ５の電気信号を発生する信号混合器と、 前記第４の電気信号と前記第５の電気信号とを入力し、
   前記光導電型受光器に入射した前記強度変調光の前記第
   １の周波数の成分の強度および位相の少なくともいずれ
   か一方を解析する位相検波器と、 を備えることを特徴とする光信号計測装置。
2. 【請求項２】 前記第２の電気信号の位相を変化させる
   位相調整器を更に備える、ことを特徴とする請求項１記
   載の光信号計測装置。
3. 【請求項３】 前記光導電型受光器に印加される電圧信
   号は、周期的であり、時間平均値が略０Ｖであり、且
   つ、振幅が０Ｖとなる隣り合う時刻の中点の時刻を原点
   として、振幅が時間の略偶関数であることを特徴とする
   請求項１記載の光信号計測装置。
4. 【請求項４】 前記光導電型受光器の動作点を調整する
   バイアス調整手段を更に備える、ことを特徴とする請求
   項１記載の光信号計測装置。
5. 【請求項５】 前記光導電型受光器は、 被測定光強度が一定、印加電圧値を独立変数とした場
   合、印加電圧値が０Ｖを含む所定の定義域において、前
   記光導電型受光器を流れる電流量が印加電圧の略奇関数
   であるとともに、 印加電圧が一定、被測定光強度値を独立変数とした場
   合、被測定光強度が所定の定義域において、前記光導電
   型受光器を流れる電流量が照射信号強度の略線形関数で
   ある、 ことを特徴とする請求項１記載の光信号計測装置。
6. 【請求項６】 前記光導電型受光器は、整流性接合が反
   対向きに接続された構造を有する金属−半導体−金属フ
   ォトディテクタである、ことを特徴とする請求項５記載
   の光信号計測装置。