JP7420140B2 - 波長掃引光測定システム - Google Patents
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Description
走査型Fabry-Perot干渉計の透過スペクトル特性は、周波数的に等間隔(自由スペクトル領域; Free Spectral Range; FSR)に透過する櫛歯型の透過特性を持つ。各櫛歯を縦モードと呼び、各縦モードの周波数はnFSR(nは0以上の整数)となる。このnを縦モード次数という。それぞれのFabry-Perot干渉計の2つの高反射ミラー間隔に反比例してFSRが変動するので、光スペクトラム・アナライザではこの性質を利用する。
また、分散分光方式では、波長掃引光源の掃引速度が光スペクトラム・アナライザの周波数掃引速度に対して十分早い場合は、ある程度の精度で掃引波長幅を測定できるが、波長掃引光源の掃引速度が光スペクトラム・アナライザの波長測定速度に近づくにつれ、観測されるスペクトルに凹凸が生じ、正確な掃引周波数幅を測定できない問題がある。
スペクトル測定で用いた波長掃引光源は分布帰還型(Distributed Feedback; DFB)レーザーへ、直流と交流を加算した電流を印加する構成となっている。交流波形は正弦波であり、その正弦波の周波数が光源の掃引周波数となる。使用している光スペクトラム・アナライザの測定時の掃引周波数は約1Hzである。
また、本発明にかかる他の波長掃引光測定システムは、波長掃引光源から出力された波長掃引光を干渉計で干渉させた後、光電気変換する光電気変換装置と、前記光電気変換で得られた干渉信号に関する相対的な周波数を示す相対周波数を時系列で算出し、これら相対周波数の最大値と最小値との差分を、前記波長掃引光の掃引周波数幅として測定する信号処理装置とを備え、前記相対周波数が、式(13)で表される。
ここで、fr(t)は前記相対周波数、i’(t)は前記干渉信号から負の周波数成分を削除した信号、cは光速、zは前記干渉計の光路長差、unwrapはアンラッピングする関数、Argは複素数から偏角の主値を得る関数を示す。
また、本発明にかかる他の波長掃引光測定システムは、波長掃引光源から出力された波長掃引光を干渉計で干渉させて得られた干渉光と、前記波長掃引光から狭帯域波長フィルタで検出した特定波長光とを、それぞれ光電気変換する光電気変換装置と、前記光電気変換で得られた干渉信号に関する相対的な周波数を示す相対周波数を時系列で算出し、前記特定波長光を前記光電気変換して得られた前記特定波長光の検出タイミングに基づいて、これら相対周波数に関する絶対的な周波数を示す予測周波数を算出し、これら予測周波数に相当する予測波長の最大値と最小値の差分を、前記波長掃引光の掃引波長幅として測定する信号処理装置とを備え、前記相対周波数が、式(13)で表される。
ここで、fr(t)は前記相対周波数、i’(t)は前記干渉信号から負の周波数成分を削除した信号、cは光速、zは前記干渉計の光路長差、unwrapはアンラッピングする関数、Argは複素数から偏角の主値を得る関数を示す。
[第1の実施の形態]
まず、図1を参照して、本発明の第1の実施の形態にかかる波長掃引光測定システム100について説明する。図1は、第1の実施の形態にかかる波長掃引光測定システムの構成を示すブロック図である。
波長掃引光源Xは、発振する光の波長を高速かつ広範囲に掃引することが可能なレーザー光源である。この波長掃引光源Xでは、時間-光周波数パターンは掃引毎に同じであり、掃引に同期してトリガ電気信号Trgが出力される。
光電気変換装置10は、測定対象の波長掃引光源Xから出力された波長掃引光Lxを干渉させることにより干渉光iLを生成する干渉計11と、得られた干渉光iLを光電気変換することにより干渉電気信号iE(t)を出力するバランスド光検出器12とを備えている。
図1に示す干渉計11は、Mach-Zehnder型の干渉計である。干渉計11において、カプラC2とカプラC1との間に光路長の異なる2つのファイバが接続されており、カプラC2で分岐された光がそれぞれの光路を通り、C1で合波される構造となっている。
バランスド光検出器12は、一般的な差動増幅型の光検出器であり、C1で分岐された2つの干渉光iLを差動増幅して光電気変換することにより、干渉電気信号iE(t)を出力する。
A/D変換器(ADC)30は、トリガ機能を有する一般的なA/D変換器である。ADC30は、光電気変換装置10から入力された、波長掃引光源Xのトリガ電気信号Trgであるトリガ電気信号trE(t)を時刻tごとにA/D変換し、ディジタルデータからなるトリガ信号tr(t)を時系列で出力する。また、ADC30は、光電気変換装置10から入力された干渉電気信号iE(t)を、時刻tごとにA/D変換し、ディジタルデータからなる干渉信号i(t)を時系列で出力する。
信号処理装置20は、DSU(Digital Service Unit)やCPUなどのマイクロプロセッサからなり、このマイクロプロセッサと記憶装置32に格納されているプログラムとを協働させることにより、波長掃引光源Xの波長掃引光Lxに関するプロファイル、ここでは掃引周波数幅Δfを計算するための各種信号処理を実現する装置である。
図1に示すように、信号処理装置20は、主な処理部として、対象抽出部21、相対周波数算出部22、および掃引周波数幅測定部23を実現する。なお、信号処理装置20の各処理部については、それぞれ専用のハードウェア、すなわち信号処理回路で実現してもよい。
図1に示す信号処理装置20の対象抽出部21について説明する。対象抽出部21は、波長掃引光Lxが最大周波数から最小周波数まで掃引される間を掃引区間Taqとし、この掃引区間Taqにおける干渉信号i(t)を信号処理対象として抽出し、対象干渉信号it(t)として出力するよう構成されている。以下では、対象干渉信号it(t)を単に干渉信号i(t)と云い、干渉信号i(t)を干渉信号強度i(t)と云う場合がある。
図2では、掃引区間Taqを最小周波数から最大周波数の区間を抽出する例を示したが、最大周波数から最小周波数の区間を抽出する場合も同様である。
図1に示す信号処理装置20の相対周波数算出部22について説明する。相対周波数算出部22は、対象抽出部21で抽出した掃引区間Taq分の対象干渉信号it(t)に基づいて、絶対的な光の周波数ではなく、例えば掃引区間Taqの最初の時刻、すなわち図2では最大周波数が出力される時刻t2を基準時刻とし、この基準時刻の基準周波数f(t2)と対象干渉信号it(t)の各時刻における周波数f(t)との差分を時刻tごとに算出し、得られた差分を相対周波数fr(t)として出力するよう構成されている。
図3において、図2の掃引区間Taqの最小の時刻、すなわち開始時刻tを0に置き換え、掃引区間Taqの終了時刻tを終了時刻Tswに置き換えている。時刻t=0の光源出力光の周波数f(0)は、実際はf0という値を持つとすると、相対周波数fr(t)は、相対周波数fr(0)を基準(fr(0)=0 )として次の式(1)で表される。
干渉計の光路長差がzであるとき、参考文献(Yoshiaki Yasuno, Violeta Dimitrova Madjarova, Shuichi Makita, Masahiro Akiba, Atsushi Morosawa, Changho Chong, Toru Sakai, Kin-Pui Chan, Masahide Itoh, and Toyohiko Yatagai, "Three-dimensional and high-speed swept-source optical coherence tomography for in vivo investigation of human anterior eye segments", OPTICS EXPRESS, Vol. 13, No. 26, pp. 10652-10664, 2005)によれば、干渉信号i(t)は次の式(2)で表される。
図4を参照して、図1の信号処理装置20における相対周波数算出部22の構成例について詳述する。図4は、第1の実施の形態にかかる相対周波数算出部の構成例を示すブロック図である。図4に示すように、相対周波数算出部22は、主な処理部として、負周波数成分削除部41、偏角算出部42、および偏角-周波数変換部43を含んでいる。
図5を参照して、図4の相対周波数算出部22における負周波数成分削除部41の構成例について詳述する。図5は、第1の実施の形態にかかる負周波数成分削除部の構成例を示すブロック図である。図5に示すように、負周波数成分削除部41は、主な処理部として、フーリエ変換部45、負周波数成分置換部46、および逆フーリエ変換部47を含んでいる。
図1に示す信号処理装置20の掃引周波数幅測定部23について説明する。掃引周波数幅測定部23は、相対周波数算出部22から出力された、波長掃引光Lxの相対周波数fr(t)に基づいて、波長掃引光Lxの掃引周波数幅Δfを測定して出力するよう構成されている。波長掃引光Lxの相対周波数fr(t)が、前述した図3に示すような曲線となっている場合は、最大値と最小値の差分を掃引周波数幅Δfとして測定して出力する。
このように、本実施の形態は、光電気変換装置10が、波長掃引光源Xから出力された波長掃引光Lxを干渉計11で干渉させて得られた干渉光iLを光電気変換して出力し、信号処理装置20が、干渉光iLを光電気変換して得られた干渉信号i(t)に関する相対的な周波数を示す相対周波数fr(t)を時系列で算出し、これら相対周波数fr(t)の最大値と最小値の差分を、波長掃引光Lxの掃引周波数幅Δfとして測定するようにしたものである。
これにより、分散分光方式を用いて取得した光スペクトルに基づいて、波長掃引光源の掃引周波数幅を測定する場合と比較して、波長掃引光源Xの掃引速度によらず、極めて正確に精度よく波長掃引光Lxの掃引周波数幅Δfを測定することができる。
次に、図6を参照して、本発明の第2の実施の形態にかかる波長掃引光測定システム101について説明する。図6は、第2の実施の形態にかかる波長掃引光測定システムの構成を示すブロック図である。
信号処理装置20は、DSU(Digital Service Unit)やCPUなどのマイクロプロセッサからなり、このマイクロプロセッサと記憶装置32に格納されているプログラムとを協働させることにより、波長掃引光源Xの波長掃引光Lxに関するプロファイル、ここでは掃引周波数幅Δfを計算するための各種信号処理を実現する装置である。
図6に示すように、信号処理装置20は、主な処理部として、相対周波数算出部22A、対象抽出部21A、および掃引周波数幅測定部23を実現する。なお、信号処理装置20の各処理部については、それぞれ専用のハードウェア、すなわち信号処理回路で実現してもよい。
図6に示す信号処理装置20の相対周波数算出部22Aについて説明する。相対周波数算出部22Aは、ADC30に保存されている有効期間Tmem分のすべての干渉信号i(t)に基づいて、絶対的な光の周波数ではなく、例えば有効期間Tmemの最初の時刻、すなわち図2では最大周波数が出力される時刻を基準時刻とし、この基準時刻の基準周波数f(t)と、干渉信号i(t)の各時刻における周波数f(t)との差分周波数を時刻tごとに算出し、得られた差分周波数を相対周波数fr(t)として出力するよう構成されている。相対周波数fr(t)の算出手法については、第1の実施の形態と同様である。
図6に示す信号処理装置20の対象抽出部21Aについて説明する。対象抽出部21Aは、相対周波数算出部22Aから出力された相対周波数fr(t)からなる相対周波数変化曲線の時間微分値dfr(t)/dtを計算し、これら時間微分値dfr(t)/dtから特定した掃引区間Taqに相当する相対周波数fr(t)を抽出して出力するよう構成されている。
図6に示す信号処理装置20の掃引周波数幅測定部23について説明する。掃引周波数幅測定部23は、図1と同様に、相対周波数算出部22Aから出力された、波長掃引光Lxの相対周波数fr(t)に基づいて、波長掃引光Lxの掃引周波数幅Δfを測定して出力するよう構成されている。波長掃引光Lxの相対周波数fr(t)が、前述した図3に示すような曲線となっている場合は、最大値と最小値の差分を掃引周波数幅Δfとして測定して出力する。
このように、本実施の形態は、信号処理装置20において、相対周波数算出部22Aが、干渉信号i(t)のうち基準時刻における周波数と、干渉信号i(t)の各時刻における周波数との差分を相対周波数fr(t)として算出し、対象抽出部21Aが、波長掃引光Lxが最大周波数から最小周波数まで掃引される掃引区間Taqに相当する対象相対周波数frt(t)を、相対周波数fr(t)から抽出し、掃引周波数幅測定部23が、得られた対象相対周波数frt(t)の最大値と最小値との差分を、波長掃引光Lxの掃引周波数幅Δfとして測定するようにしたものである。これにより、第1の実施の形態と比較して、掃引区間Taqを自動で特定することができる。
次に、図7を参照して、本発明の第3の実施の形態にかかる波長掃引光測定システム102について説明する。図7は、第3の実施の形態にかかる波長掃引光測定システムの構成を示すブロック図である。
信号処理装置20は、DSU(Digital Service Unit)やCPUなどのマイクロプロセッサからなり、このマイクロプロセッサと記憶装置32に格納されているプログラムとを協働させることにより、波長掃引光源Xの波長掃引光Lxに関するプロファイル、ここでは掃引周波数幅Δfを計算するための各種信号処理部を実現する装置である。
図7に示すように、信号処理装置20は、主な処理部として、相対周波数算出部22Aと掃引周波数幅測定部23Aを実現する。なお、信号処理装置20の各処理部については、それぞれ専用のハードウェア、すなわち信号処理回路で実現してもよい。
図7に示す信号処理装置20の相対周波数算出部22Aについて説明する。相対周波数算出部22は、図6と同様に、ADC30に保存されている有効期間Tmem分のすべての干渉信号i(t)に基づいて、絶対的な光の周波数ではなく、例えば有効期間Tmemの最初の時刻、すなわち図2では最大周波数が出力される時刻を基準時刻とし、この基準時刻の基準周波数f(t)と、干渉信号i(t)の各時刻における周波数f(t)との差分周波数を時刻tごとに算出し、得られた差分周波数を相対周波数fr(t)として出力するよう構成されている。相対周波数fr(t)の算出手法については、第1の実施の形態と同様である。
掃引周波数幅測定部23Aは、まず、相対周波数fr(t)からなる相対周波数変化曲線の時間微分値dfr(t)/dtを計算し、これら時間微分値dfr(t)/dtから特定した相対周波数fr(t)の最大値と最小値との差分を掃引周波数幅Δfとして測定して出力するよう構成されている。
このように、本実施の形態は、信号処理装置20において、相対周波数算出部22が、干渉信号i(t)のうち基準時刻における周波数と、干渉信号i(t)の各時刻における周波数との差分を相対周波数fr(t)として算出し、掃引周波数幅測定部23Aが、相対周波数fr(t)からなる相対周波数変化曲線の時間微分値dfr(t)/dtを計算し、これら時間微分値dfr(t)/dtから特定した相対周波数fr(t)の最大値と最小値との差分を掃引周波数幅Δfとして測定するようにしたものである。これにより、相対周波数fr(t)からその最大値・最小値を得る処理を省くことができ、第2の実施の形態と比較して、信号処理装置20における処理量を低減できる。
次に、図8を参照して、本発明の第4の実施の形態にかかる波長掃引光測定システム103について説明する。図8は、第4の実施の形態にかかる波長掃引光測定システムの構成を示すブロック図である。
光電気変換装置10は、図1と同様の干渉計11およびバランスド光検出器12に加えて、波長掃引光Lxのうちから特定波長光λbLを検出する狭帯域波長フィルタ13と、狭帯域波長フィルタ13で検出した特定波長光λbLを光電気変換する光検出器14とを備えている。
狭帯域波長フィルタ13で検出された特定波長光λbLは、光検出器14により特定波長電気信号λbE(t)に光電気変換された後、ADC30に入力される。
ADC30は、図1と同様に、光電気変換装置10からのトリガ電気信号trE(t)および干渉電気信号iE(t)を、時刻tごとにA/D変換し、ディジタルデータからなるトリガ信号tr(t)と干渉信号i(t)を時系列で出力する。これに加えて、ADC30は、光電気変換装置10からの特定波長電気信号λbE(t)を、時刻tごとにA/D変換し、ディジタルデータからなる特定波長信号λb(t)を時系列で出力する。
信号処理装置20は、DSU(Digital Service Unit)やCPUなどのマイクロプロセッサからなり、このマイクロプロセッサと記憶装置32に格納されているプログラムとを協働させることにより、波長掃引光源Xの波長掃引光Lxに関するプロファイル、ここでは掃引周波数幅Δfを計算するための各種信号処理を実現する装置である。
図8に示す信号処理装置20の予測周波数算出部24について説明する。予測周波数算出部24は、ADC30からの特定波長信号λb(t)に基づいて、相対周波数算出部22から出力された相対周波数fr(t)から絶対的な周波数を示す予測周波数fp(t)を時系列で算出するよう構成されている。
図8に示す信号処理装置20の予測波長算出部25について説明する。予測波長算出部25は、予測周波数算出部24から出力された予測周波数fp(t)を予測波長λp(t)に時系列で変換するよう構成されている。
図8に示す信号処理装置20の掃引波長幅測定部26について説明する。掃引波長幅測定部26は、予測波長算出部25から出力された予測波長λp(t)の最大値と最小値の差分を掃引波長幅Δλとして測定するよう構成されている。
このように、本実施の形態は、光電気変換装置10が、波長掃引光源Xから出力された波長掃引光Lxを干渉計11で干渉させて得られた干渉光iLと、波長掃引光Lxから狭帯域波長フィルタ13で検出した特定波長光λbLとを、それぞれ光電気変換して出力し、信号処理装置20が、干渉光iLを光電気変換して得られた干渉信号i(t)に関する相対周波数fr(t)を時系列で計算し、特定波長光λbLを光電気変換して得られた特定波長光λbLの検出タイミングに基づいて、相対周波数fr(t)に関する予測周波数fp(t)を算出し、得られた予測周波数fp(t)に相当する予測波長λp(t)の最大値と最小値の差分を、波長掃引光Lxの掃引波長幅Δλとして測定するようにしたものである。
これにより、波長掃引光源Xの掃引速度によらず、極めて正確に精度よく波長掃引光Lxの掃引波長幅Δλを測定することができる。
次に、図12を参照して、本発明の第5の実施の形態にかかる波長掃引光測定システム104について説明する。図12は、第5の実施の形態にかかる波長掃引光測定システムの構成を示すブロック図である。
光電気変換装置10は、図8と同様の干渉計11、バランスド光検出器12、狭帯域波長フィルタ13、および光検出器14に加えて、波長掃引光Lxの光強度を検出する光検出器15を備えている。
波長掃引光Lxは、カプラC4により2つに分岐されて、そのうちの一方は、図8と同様に、カプラC3でさらに分岐されて干渉計11と狭帯域波長フィルタ13に入力される。もう一方は、光検出器15で光強度電気信号pE(t)に光電気変換される。
ADC30は、図8と同様に、光電気変換装置10からのトリガ電気信号trE(t)、干渉電気信号iE(t)、および特定波長電気信号λbE(t)を、時刻tごとにA/D変換し、ディジタルデータからなるトリガ信号tr(t)、干渉信号i(t)、および特定波長信号λb(t)を時系列で出力する。これに加えて、ADC30は、光電気変換装置10からの光強度電気信号pE(t)を、時刻tごとにA/D変換し、ディジタルデータからなる光強度P(t)を時系列で出力する。
信号処理装置20は、DSU(Digital Service Unit)やCPUなどのマイクロプロセッサからなり、このマイクロプロセッサと記憶装置32に格納されているプログラムとを協働させることにより、波長掃引光源Xの波長掃引光Lxに関するプロファイル、ここでは掃引周波数幅Δfを計算するための各種信号処理を実現する装置である。
前述した各実施の形態では、理解を容易とするため、干渉信号i(t)は時間に対して一定の場合について説明したが、実際には時間に対して一定ではなく、図13に示すように時間に対して変動している。なお、波長掃引光源Xは、掃引毎にほぼ同様の波長掃引光Lxが出力されるものとする。つまり、測定対象となる波長掃引光源Xは、波長掃引光Lxの各周波数に対する光強度、すなわち光スペクトルが、掃引毎にほぼ一定であるものとする。
1つの反射面に対して、その奥行情報は1つのピークを持つ。この1つの反射面に対する信号を点拡がり関数(point spread function, PSF)と呼ぶ。1つの反射面によって生成される干渉信号i’(t)は、反射面の位置zの大きさに比例した周波数を持つ正弦波に、光強度p(t)をリスケーリングした信号で、AM変調した信号となる。PSF値は、干渉信号i’(t)のフーリエ変換結果であるため、点拡がり関数PSFの形状は、干渉信号i’(t)をフーリエ変換によって得られた周波数の形状と一致する。
周波数-光強度算出部27は、予測周波数算出部24からの予測周波数fp(t)と、ADC30からの光強度p(t)に基づいて、波長掃引光Lxの各周波数に対する波長掃引光Lxの光強度を示す周波数-光強度spf(f)、すなわち周波数スペクトルを算出するよう構成されている。周波数-光強度算出部27では、ユーザの要求に応じて周波数-光強度spf(f)を信号処理装置20から出力してもよい。
掃引周波数幅測定部23Bは、周波数-光強度spf(f)から波長掃引光Lxの掃引周波数幅Δfを測定して出力するよう構成されている。掃引周波数幅Δfは、例えば、周波数-光強度spf(f)の半値全幅や、最大値の1/e2となる幅を求めることが考えられる。
このように、本実施の形態は、光電気変換装置10が、波長掃引光Lxから狭帯域波長フィルタ13で検出した特定波長光λbLと、波長掃引光Lxそのものとを、それぞれ光電気変換し、信号処理装置20が、前述と同様にして得られた予測周波数fp(t)と、光電気変換装置10で検出した特定波長光λbLの検出タイミングとに基づいて、波長掃引光Lxの各周波数に対する波長掃引光Lxの光強度を示す周波数-光強度spf(f)を算出し、周波数-光強度spf(f)に基づいて波長掃引光Lxの掃引周波数幅Δfを測定するようにしたものである。
次に、図15を参照して、本発明の第6の実施の形態にかかる波長掃引光測定システム105について説明する。図15は、第6の実施の形態にかかる波長掃引光測定システムの構成を示すブロック図である。
光電気変換装置10は、図15に示すように、図12と比較して、カプラC3、狭帯域波長フィルタ13、および光検出器14が省かれており、その他の構成は、図12と同様である。
ADC30は、図12と比較して、光電気変換装置10からの特定波長電気信号λbE(t)が省かれたため、図15に示すように、光電気変換装置10からのトリガ電気信号trE(t)、干渉電気信号iE(t)、および光強度電気信号pE(t)を、時刻tごとにA/D変換し、ディジタルデータからなるトリガ信号tr(t)、干渉信号i(t)、および光強度P(t)を時系列で出力する。
信号処理装置20は、DSU(Digital Service Unit)やCPUなどのマイクロプロセッサからなり、このマイクロプロセッサと記憶装置32に格納されているプログラムとを協働させることにより、波長掃引光源Xの波長掃引光Lxに関するプロファイル、ここでは掃引周波数幅Δfを計算するための各種信号処理を実現する装置である。
周波数-光強度算出部27Aは、相対周波数算出部22からの相対周波数fr(t)と、ADC30からの光強度p(t)に基づいて、波長掃引光Lxの各相対周波数fr(t)に対する波長掃引光Lxの光強度を示す周波数-光強度spf(fr)、すなわち周波数スペクトルを算出するよう構成されている。周波数-光強度算出部27Aでは、ユーザの要求に応じて周波数-光強度spf(fr)を信号処理装置20から出力してもよい。
このように、本実施の形態は、信号処理装置20が、図1と同様にして得られた相対周波数fr(t)と、光電気変換装置10で得られた波長掃引光Lxの光強度p(t)とに基づいて、波長掃引光Lxの各相対周波数fr(t)に対する波長掃引光Lxの光強度を示す周波数-光強度spf(fr)を算出し、周波数-光強度spf(fr)に基づいて波長掃引光Lxの掃引周波数幅Δfを測定するようにしたものである。
次に、図16を参照して、本発明の第7の実施の形態にかかる波長掃引光測定システム106について説明する。図16は、第7の実施の形態にかかる波長掃引光測定システムの構成を示すブロック図である。
なお、本実施の形態にかかる波長掃引光測定システム106における光電気変換装置10、ADC30、および記憶装置32については、第5の実施の形態と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
信号処理装置20は、DSU(Digital Service Unit)やCPUなどのマイクロプロセッサからなり、このマイクロプロセッサと記憶装置32に格納されているプログラムとを協働させることにより、波長掃引光源Xの波長掃引光Lxに関するプロファイル、ここでは掃引波長幅Δλを計算するための各種信号処理を実現する装置である。
波長-光強度算出部28は、予測波長算出部25からの予測波長λp(t)と、ADC30からの光強度p(t)とに基づいて、個々の波長に対する波長掃引光Lxの光強度を示す波長-光強度spec(λ)、すなわち波長スペクトルを算出するよう構成されている。波長-光強度算出部28では、ユーザの要求に応じて波長-光強度spec(λ)を信号処理装置20から出力してもよい。
掃引波長幅測定部26Aは、波長-光強度算出部28から出力された波長-光強度spec(λ)の最大値と最小値の差分を掃引波長幅Δλとして測定するよう構成されている。
このように、本実施の形態は、信号処理装置20が、図8と同様にして得られた予測波長λp(t)と、光電気変換装置10で得られた波長掃引光Lxの光強度p(t)とに基づいて、予測波長λp(t)に対する波長掃引光Lxの光強度を示す波長-光強度spec(λ)を算出し、波長-光強度spec(λ)に基づいて波長掃引光Lxの掃引波長幅Δλを測定するようにしたものである。
これにより、波長掃引光源Xの掃引速度によらず、極めて正確に精度よく波長掃引光Lxの掃引波長幅Δλを測定することができる。また、波長-光強度spec(λ)を信号処理装置20の外部に出力することにより、波長掃引光源Xの波長掃引光Lxに関する波長スペクトルも得ることができる。
次に、図17を参照して、本発明の第8の実施の形態にかかる波長掃引光測定システム107について説明する。図17は、第8の実施の形態にかかる波長掃引光測定システムの構成を示すブロック図である。
信号処理装置20は、DSU(Digital Service Unit)やCPUなどのマイクロプロセッサからなり、このマイクロプロセッサと記憶装置32に格納されているプログラムとを協働させることにより、波長掃引光源Xの波長掃引光Lxに関するプロファイル、ここでは掃引周波数幅Δfを計算するための各種信号処理を実現する装置である。
相対周波数算出部22Bは、対象抽出部21から出力された対象干渉信号it(t)に基づいて、波長掃引光Lxの相対周波数fr(t)と光強度pp(t)とを算出するよう構成されている。
これらのうち、負周波数成分削除部41、偏角算出部42、および偏角-周波数変換部43は、図4と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
周波数-光強度算出部27Bは、予測周波数算出部24からの予測周波数fp(t)と、相対周波数算出部22Bから出力された光強度pp(t)とに基づいて、相対周波数fr(t)に対する波長掃引光Lxの光強度を示す周波数-光強度spf(fr)、すなわち周波数スペクトルを算出するように構成されている。
このように、本実施の形態は、信号処理装置20が、光電気変換装置10で検出した特定波長光λbLの検出タイミングと相対周波数fr(t)とに基づいて、これら相対周波数fr(t)に関する絶対的な周波数を示す予測周波数fp(t)を算出し、対象干渉信号it(t)から波長掃引光Lxの光強度pp(t)を算出し、光強度pp(t)と予測周波数fp(t)とに基づいて、予測周波数fp(t)に対する波長掃引光Lxの光強度を示す周波数-光強度spf(f)を算出し、周波数-光強度spf(f)に基づいて掃引周波数幅Δfを測定するようにしたものである。
次に、図19を参集して、本発明の第9の実施の形態にかかる波長掃引光測定システム108について説明する。図19は、第9の実施の形態にかかる波長掃引光測定システムの構成を示すブロック図である。
信号処理装置20は、DSU(Digital Service Unit)やCPUなどのマイクロプロセッサからなり、このマイクロプロセッサと記憶装置32に格納されているプログラムとを協働させることにより、波長掃引光源Xの波長掃引光Lxに関するプロファイル、ここでは掃引周波数幅Δfを計算するための各種信号処理を実現する装置である。
周波数-光強度算出部27Cは、相対周波数算出部22Bから出力された、波長掃引光Lxの相対周波数fr(t)および光強度pp(t)に基づいて、相対周波数fr(t)に対する波長掃引光Lxの光強度を示す周波数-光強度spf(fr)、すなわち周波数スペクトルを算出するように構成されている。
このように、本実施の形態は、信号処理装置20が、対象干渉信号it(t)から波長掃引光Lxの光強度pp(t)を算出し、光強度pp(t)と相対周波数fr(t)とに基づいて、相対周波数fr(t)に対する波長掃引光Lxの光強度を示す周波数-光強度spf(fr)を算出し、周波数-光強度spf(fr)に基づいて掃引周波数幅Δfを測定するようにしたものである。
次に、図20を参照して、本発明の第10の実施の形態にかかる波長掃引光測定システム109について説明する。図20は、第10の実施の形態にかかる波長掃引光測定システムの構成を示すブロック図である。
信号処理装置20は、DSU(Digital Service Unit)やCPUなどのマイクロプロセッサからなり、このマイクロプロセッサと記憶装置32に格納されているプログラムとを協働させることにより、波長掃引光源Xの波長掃引光Lxに関するプロファイル、ここでは掃引波長幅Δλを計算するための各種信号処理を実現する装置である。
波長-光強度算出部28Aは、予測波長算出部25からの予測波長λp(t)と、相対周波数算出部22Bからの光強度pp(t)とに基づいて、個々の波長に対する波長掃引光Lxの光強度を示す波長-光強度spec(λ)、すなわち波長スペクトルを算出するよう構成されている。波長-光強度算出部28Aでは、ユーザの要求に応じて波長-光強度spec(λ)を信号処理装置20から出力してもよい。
このように、本実施の形態は、信号処理装置20が、図8と同様にして得られた予測波長λp(t)と、相対周波数算出部22Bで算出した波長掃引光Lxの光強度pp(t)とに基づいて、予測波長λp(t)に対する波長掃引光Lxの光強度を示す波長-光強度spec(λ)を算出し、波長-光強度spec(λ)に基づいて波長掃引光Lxの掃引波長幅Δλを測定するようにしたものである。
これにより、波長掃引光源Xの掃引速度によらず、極めて正確に精度よく波長掃引光Lxの掃引波長幅Δλを測定することができる。また、波長-光強度spec(λ)を信号処理装置20の外部に出力することにより、波長掃引光源Xの波長掃引光Lxに関する波長スペクトルも得ることができる。
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。
Claims (10)
- 波長掃引光源から出力された波長掃引光を干渉計で干渉させた後、光電気変換する光電気変換装置と、
前記光電気変換で得られた干渉信号に関する相対的な周波数を示す相対周波数を時系列で算出する相対周波数算出部と、これら相対周波数の最大値と最小値との差分を、前記波長掃引光の掃引周波数幅として測定する掃引周波数幅測定部とを有する信号処理装置と
を備え、
前記相対周波数算出部が、
前記干渉信号から負の周波数成分を削除する負周波数成分削除部と、
前記負の周波数成分が削除された干渉信号の相対偏角を取得する偏角算出部と、
前記相対偏角に基づき、前記波長掃引光の前記相対周波数を取得する偏角-周波数変換部と
を備えることを特徴とする波長掃引光測定システム。 - 波長掃引光源から出力された波長掃引光を干渉計で干渉させた後、光電気変換する光電気変換装置と、
前記光電気変換で得られた干渉信号に関する相対的な周波数を示す相対周波数を時系列で算出し、これら相対周波数の最大値と最小値との差分を、前記波長掃引光の掃引周波数幅として測定する信号処理装置と
を備え、
前記相対周波数が、式(A)で表されることを特徴とする波長掃引光測定システム。
- 請求項1又は請求項2に記載の波長掃引光測定システムにおいて、
前記信号処理装置は、前記波長掃引光が最大周波数から最小周波数まで掃引される掃引区間に相当する対象干渉信号を前記干渉信号から抽出し、前記対象干渉信号のうち基準となる時刻における周波数と前記対象干渉信号の各時刻における周波数との差分を前記相対周波数として算出し、前記相対周波数の最大値と最小値との差分を前記波長掃引光の掃引周波数幅として測定することを特徴とする波長掃引光測定システム。 - 請求項1又は請求項2に記載の波長掃引光測定システムにおいて、
前記信号処理装置は、前記干渉信号のうち基準となる時刻における周波数からなる周波数と前記干渉信号の各時刻における周波数との差分を前記相対周波数として算出し、前記波長掃引光が最大周波数から最小周波数まで掃引される掃引区間に相当する対象相対周波数を前記相対周波数から抽出し、前記対象相対周波数の最大値と最小値との差分を前記波長掃引光の掃引周波数幅として測定することを特徴とする波長掃引光測定システム。 - 請求項1又は請求項2に記載の波長掃引光測定システムにおいて、
前記信号処理装置は、前記干渉信号のうち基準時刻における周波数からなる基準周波数と、前記干渉信号の各時刻における周波数との差分を相対周波数として算出し、前記相対周波数の各時刻における時間微分値を求め、これら時間微分値がゼロとなる時刻における相対周波数の差分を前記波長掃引光の掃引周波数幅として測定することを特徴とする波長掃引光測定システム。 - 波長掃引光源から出力された波長掃引光を干渉計で干渉させて得られた干渉光と、前記波長掃引光から狭帯域波長フィルタで検出した特定波長光とを、それぞれ光電気変換する光電気変換装置と、
前記光電気変換で得られた干渉信号に関する相対的な周波数を示す相対周波数を時系列で算出する相対周波数算出部と、前記特定波長光を前記光電気変換して得られた前記特定波長光の検出タイミングに基づいて、これら相対周波数に関する絶対的な周波数を示す予測周波数を算出する予測周波数算出部と、これら予測周波数に相当する予測波長を算出する予測波長算出部と、前記予測波長の最大値と最小値の差分を、前記波長掃引光の掃引波長幅として測定する掃引波長幅測定部とを有する信号処理装置と
を備え、
前記相対周波数算出部が、
前記干渉信号から負の周波数成分を削除する負周波数成分削除部と、
前記負の周波数成分が削除された干渉信号の相対偏角を取得する偏角算出部と、
前記相対偏角に基づき、前記波長掃引光の前記相対周波数を取得する偏角-周波数変換部と
を備えることを特徴とする波長掃引光測定システム。 - 波長掃引光源から出力された波長掃引光を干渉計で干渉させて得られた干渉光と、前記波長掃引光から狭帯域波長フィルタで検出した特定波長光とを、それぞれ光電気変換する光電気変換装置と、
前記光電気変換で得られた干渉信号に関する相対的な周波数を示す相対周波数を時系列で算出し、前記特定波長光を前記光電気変換して得られた前記特定波長光の検出タイミングに基づいて、これら相対周波数に関する絶対的な周波数を示す予測周波数を算出し、これら予測周波数に相当する予測波長の最大値と最小値の差分を、前記波長掃引光の掃引波長幅として測定する信号処理装置と
を備え、
前記相対周波数が、式(A)で表されることを特徴とする波長掃引光測定システム。
- 請求項6又は請求項7に記載の波長掃引光測定システムにおいて、
前記信号処理装置は、前記相対周波数の各時刻における前記予測周波数を算出した後、これら予測周波数の各時刻における前記予測波長を算出し、前記予測波長の最大値と最小値との差分を、前記波長掃引光の掃引波長幅として測定することを特徴とする波長掃引光測定システム。 - 請求項6又は請求項7に記載の波長掃引光測定システムにおいて、
前記信号処理装置は、前記予測波長として、前記予測周波数の最大値および最大値に相当する2つの予測波長のみを求め、前記2つの予測波長の差分を、前記波長掃引光の掃引波長幅として測定することを特徴とする波長掃引光測定システム。 - 請求項6又は請求項7に記載の波長掃引光測定システムにおいて、
前記信号処理装置は、前記予測周波数として、前記相対周波数の最大値および最大値に相当する2つの予測周波数のみを求め、前記2つの予測周波数に相当する2つの予測波長の差分を、前記波長掃引光の掃引波長幅として測定することを特徴とする波長掃引光測定システム。
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