WO2021009913A1 - 波長掃引光測定システム - Google Patents

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Definitions

  • Non-Patent Documents 1 and 2 describe a dispersion spectroscopy method and an interference spectroscopy method of an optical spectrum analyzer.
  • the center frequency of the wavelength sweep light Lx is expressed by the following equation (16).
  • the signal processing device 20 has, as main processing units, a target extraction unit 21, a relative frequency calculation unit 22, a prediction frequency calculation unit 24, a frequency-light intensity calculation unit 27, and a sweep frequency width measurement unit. Achieve 23B.
  • Each processing unit of the signal processing device 20 may be realized by dedicated hardware, that is, a signal processing circuit.
  • the target extraction unit 21, the relative frequency calculation unit 22, and the predicted frequency calculation unit 24 are the same as those in FIG. 8, and detailed description thereof will be omitted here.
  • Frequency-light intensity calculation unit Frequency - the light intensity calculator 27A has a relative frequency f r (t) from the relative frequency calculator 22, based on the light intensity p (t) from ADC 30, the relative frequency f r (t of wavelength sweep light Lx ), Which indicates the light intensity of the wavelength sweep light Lx-the light intensity sp f ( fr ), that is, the frequency spectrum is calculated.
  • the frequency-light intensity calculation unit 27A may output the frequency-light intensity sp f ( fr ) from the signal processing device 20 according to the user's request.
  • the photoelectric converting device 10 without the signal processor 20 subjects the interference signal i t ( Since the configuration is predicted from t), the relative frequency calculation unit 22B is applied instead of the relative frequency calculation unit 22 in FIG.
  • the coupler C4 and the photodetector 15 can be omitted as compared with FIG. 12, and the number of channels of the ADC 30 can be reduced, so that the photoelectric conversion device 10 and the ADC 30 are similar to those in FIG. It can be configured.
  • the light intensity calculation unit 44 calculates the intensity of the signal i'(t) output from the negative frequency component deletion unit 41, and outputs it as the light intensity pp (t) of the wavelength sweep light Lx.
  • the signal i'(t) is a complex number
  • the light intensity pp (t) can be calculated by, for example, the following equation (21).
  • R (x) and I (x) represent the real part and the imaginary part of x, respectively.
  • the signal processor 20 based on the specific wavelength detected by the photoelectric conversion device 10 lambda bL detection timing and the relative frequency f r (t), these relative frequency f r shows the absolute frequency for (t) to calculate the predicted frequency f p (t), and calculates the light intensity p p (t) of the wavelength sweep light Lx from the target interference signal i t (t), the light intensity p p Based on (t) and the predicted frequency f p (t), the frequency-light intensity sp f (f) indicating the light intensity of the wavelength sweep light Lx with respect to the predicted frequency f p (t) is calculated, and the frequency-light intensity is calculated.
  • the sweep frequency width ⁇ f is measured based on sp f (f).

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Abstract

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。　これにより、波長掃引光源Ｘの掃引速度に影響を受けることなく、波長掃引光Ｌｘに関するプロファイルを、極めて正確に精度よく測定することができる。

Description

波長掃引光測定システム
　本発明は、波長掃引光源に関する、掃引周波数幅などのプロファイルを測定するための波長掃引光測定技術に関する。
　ＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）レーダ方式、ＳＳ－ＯＣＴ（Swept Source Optical Coherence Tomography）方式、ＯＦＤＲ（Optical Frequency Domain Reflectometry）方式等の奥行方向距離測定方式では、波長掃引光源、干渉計、信号処理装置を使用するが、これらの方式の奥行距離分解能は、波長掃引光源の掃引周波数幅に反比例する。したがって、これらの方式の奥行方向距離測定装置を構成する際に、波長掃引光源の性能として掃引周波数幅や掃引波長幅を測定することは重要である。
　通常、掃引周波数幅を測定する際には、光スペクトラム・アナライザを用いて掃引スペクトルを取得し、掃引周波数幅を得る。非特許文献１、２には、光スペクトラム・アナライザの分散分光方式と干渉分光方式についての記載がある。
　分散分光方式は、プリズムや回折格子等の分散素子とスリットと光検出器と信号処理装置で構成される。測定対象の光を分散素子に入射すると、波長に応じて分散素子からの出射方向や場所を分けられ（分光され）、スリットによって分光された光からある波長の光を分離して、光検出器で分離したある波長の光の強度を得る。このとき、分散素子を回転するなどして、分散素子への測定対象光の入射角を変えることにより、スリットを通る波長が変わるが、入射角とスリットを通る波長の関係から、信号処理装置によって、波長－光強度（波長スペクトル）を得る。
　干渉分光方式は、Michelson干渉計やMach-Zehnder干渉計等を使った二光束干渉方式（two-beam interferometry）と、Fabry-Perot干渉計を使用した多光束干渉方式（multi‐beam interferometry）がある。
　二光束干渉方式は、二光束干渉計と光検出器と信号処理装置で構成される。干渉計内では、測定対象の光を分波し、２つの光路をそれぞれの光が通過後、合波する。これら２つの光路の光路長を変数とした合波光強度の関数は、測定対象の光の自己相関関数とそれぞれの強度の和となる。この合波光強度を光検出器で取得後、信号処理装置でフーリエ変換することによって、測定対象の光のパワースペクトルを得る。
　多光束干渉方式は、２つの高反射ミラーを対向させ、それら高反射ミラー間隔を連続変化可能な）走査型Fabry-Perot干渉計と光検出器と信号処理装置で構成される。
　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。
　測定対象の光の周波数帯域がFSRよりも小さい場合、Fabry-Perot干渉計からは、１つの次数のみ通過した光が通過する。Fabry-Perot干渉計の２つの高反射ミラー間隔を変動させると、変動量に反比例してその次数の周波数は変動する。Fabry-Perot干渉計を通った光の光強度を光検出器で取得後、信号処理装置にて、その次数の周波数と光強度を対応させて、波長－光強度（波長スペクトル）を得る。ＦＳＲよりも広い帯域のスペクトルを得る際には、１つのFabry-Perot干渉計だけでは複数の次数の縦モードを透過した光が光検出器に入ってしまうので、それを避けるために、複数のFabry-Perot干渉計を直列接続する等して、次数を１つに制限する工夫が行われる。
三上彰久、「特集　マルチメディア―その可能性と支援技術―　光スペクトラム・アナライザ」、計測と制御、第35巻、第1号、pp.29-32、1996年1月10日発行 谷本隆生、「レーザー実験における各種計測技術（光スペクトラムアナライザ）　―計測原理と計測上の注意事項―」、レーザー研究、第39巻、第5号、pp.354-361、2011年5月15日発行
　前述した測定装置は、時間的に静止した光スペクトルを取得するものであり、波長掃引光源のように時間的に光スペクトルが変動するものに対応していないため、そもそも掃引スペクトルを正確に取得することが難しく、その結果、波長掃引光源の掃引周波数幅を正確に測定することは難しいという問題がある。
　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。
　この問題を明示するために、分散分光方式の光スペクトラム・アナライザを使って、波長掃引光源のスペクトル（波長スペクトル）を測定した結果を図２１および図２２に示す。図２１は、波長掃引光源のスペクトル測定結果（波長掃引周波数＝１０Ｈｚ）を示すグラフである。図２２は、波長掃引光源のスペクトル測定結果（波長掃引周波数＝１００Ｈｚ）を示すグラフである。
　図２１および図２２では、光源の掃引速度の代わりに掃引周波数が用いられて示されているが、掃引周波数と掃引速度は比例の関係にあるため、掃引速度が大きいほど掃引速度は速くなる。
　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。
　図２１に示した、光源の掃引速度が遅い（１０Ｈｚ）場合のスペクトル測定結果は、波長に対して離散的な値が観測されるため、光源の掃引波長（周波数）幅が正確に読み取ることは難しい。それに対して、図２２に示した、光源の掃引速度が速い（１００ｋＨｚ）場合のスペクトルは、波長に対して連続的な値が観測されるため、掃引波長（周波数）幅を正確に読み取ることが可能である。このように、光源の掃引速度が遅いと観測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。
　なお、１０Ｈｚよりも１００ｋＨｚの方が、掃引波長（周波数）幅が狭い理由は、ＤＦＢレーザーの性質によるものである。また、１００ｋＨｚの結果にみられるように、掃引波長の両端の光強度レベルが角のように持ち上がっているのは、ＤＦＢレーザーへの印加電流の交流波形が正弦波であるため、掃引波長の端に行くほど、波長の時間推移が遅くなるため、スペクトルアナライザ内部で受光する光検出器における単位波長あたりの照射時間が増えるためである。
　本発明はこのような課題を解決するためのものであり、波長掃引光源の掃引速度に影響を受けることなく、波長掃引光に関する掃引周波数幅などのプロファイルを正確に測定できる波長掃引光測定技術を提供することを目的としている。
　このような目的を達成するために、本発明にかかる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ている。
　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、前記干渉光を光電気変換して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ている。
　本発明によれば、波長掃引光源の掃引速度に影響を受けることなく、波長掃引光に関するプロファイルを、極めて正確に精度よく測定することができる。
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。 図２は、信号抽出動作に関する信号波形図である。 図３は、相対周波数算出動作に関する信号波形図である。 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。 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。 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。 図９は、周波数予測値算出に関する信号波形図である。 図１０は、第４の実施の形態にかかる信号処理装置の他の構成例を示すブロック図である。 図１１は、第４の実施の形態にかかる信号処理装置の他の構成例を示すブロック図である。 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。 図１３は、掃引周波数幅算出動作に関する信号波形図である。 図１４は、光スペクトルと奥行情報の分解能との関係を示す信号波形図である。 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。 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。 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。 図１８は、第８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。 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。 図２１は、波長掃引光源のスペクトル測定結果（波長掃引周波数＝１０Ｈｚ）を示すグラフである。 図２２は、波長掃引光源のスペクトル測定結果（波長掃引周波数＝１００ｋＨｚ）を示すグラフである。
　次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［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。
　本発明にかかる波長掃引光測定システム１００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に基づいて、波長掃引光源Ｘに関する、掃引波長幅Δλなどのプロファイルを測定するシステムである。
　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。
　図１に示すように、本発明にかかる波長掃引光測定システム１００は、主な構成として、 光電気変換装置１０、信号処理装置２０、およびＡ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）３０を備える。
［光電気変換装置］
　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。
　干渉計１１については、Mach-Zehnder型に限定されるものではなく、Michelson型やFabry-Perotでもよい。Fabry-Perot型の場合は、バランスド光検出器１２ではなく通常の光検出器を使用すればよい。また、図１では、干渉計１１として光ファイバを用いる構成例について説明したが、光ファイバにおける波長分散が問題となる場合は、空間光学系としてもよい。
［Ａ／Ｄ変換器］
　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。
　この際、ＡＤＣ３０は内部にメモリ３１を備え、干渉信号ｉ（ｔ）については、トリガ電気信号ｔｒE（ｔ）で特定される掃引開始から、１掃引分以上の時間長を有する有効期間Ｔmem分にわたり、メモリ３１に時系列で保存し、信号処理装置２０からの要求に応じて、有効期間Ｔmemのうち指定された期間分の干渉信号ｉ（ｔ）をメモリ３１から読み出して出力する。メモリ３１については、ＡＤＣ３０の外部に接続された外部メモリであってもよい。
［信号処理装置］
　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。
［対象抽出部］
　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。
　具体的には、まず、対象抽出部２１は、ＡＤＣ３０からのトリガ信号ｔｒ（ｔ）の強度に基づいて、波長掃引光源Ｘからトリガ電気信号Ｔｒｇが出力された出力タイミングを検出する。そして、出力タイミングを検出するごとに、その出力タイミングを示すトリガ時刻Ｔtrgを基準として、掃引区間Ｔaqを特定し、掃引区間Ｔaqに相当する対象干渉信号ｉt（ｔ）を、ＡＤＣ３０から抽出する。
　このため、例えば、ＡＤＣ３０で、ＡＤＣ３０のメモリ３１に、所定の有効期間Ｔmem分だけ、干渉信号ｉ（ｔ）を逐次更新して保持しておけばよい。これにより、対象抽出部２１は、波長掃引光Ｌｘの最大周波数から最小周波数までの間、すなわち掃引区間Ｔaqの干渉信号ｉ（ｔ）を、ＡＤＣ３０のメモリ３１から読み出せば、対象干渉信号ｉt（ｔ）を抽出することができる。
　図２を参照して、対象抽出部２１での信号抽出動作について説明する。図２は、信号抽出動作に関する信号波形図である。図２には、干渉信号ｉ（ｔ）の強度、波長掃引光Ｌｘの光周波数ｆ（ｔ）、およびトリガ信号ｔｒ（ｔ）の強度に関する時間的変化を示す波形が、それぞれ示されている。以下では、時間ｔに対して相対周波数ｆr（ｔ）および周波数ｆ（ｔ）が描く曲線を、相対周波数変化曲線ｆr（ｔ）および周波数変化曲線ｆ（ｔ）と云う場合がある。
　図２において、時刻ｔ１から時刻ｔ４までの区間が有効期間Ｔmemを示し、有効期間Ｔmemのうち、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの区間が、掃引区間Ｔaqを示している。掃引区間Ｔaqは、トリガ信号ｔｒ（ｔ）のピークであるトリガ時刻Ｔtrgを基準として特定される。具体的には、トリガ時刻Ｔtrgから前時間Ｔpreだけ遡った時点が、掃引区間Ｔaqの開始時刻、すなわち時刻ｔ２である。また、トリガ時刻Ｔtrgから後時間Ｔposだけ経過した時点が、掃引区間Ｔaqの終了時刻、すなわち時刻ｔ３である。これら前時間Ｔpreと後時間Ｔposは、予め設定されている。
　有効期間Ｔmemは、波長掃引光Ｌｘの波数周期よりも長い時間長を有しており、これにより、トリガ時刻Ｔtrgがある程度前後にずれても、干渉信号ｉ（ｔ）から掃引区間Ｔaq分の対象干渉信号ｉt（ｔ）を安定して抽出することができる。
　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。
［相対周波数算出部］
　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を参照して、相対周波数算出部２２での相対周波数算出動作について説明する。図３は、相対周波数算出動作に関する信号波形図である。図３には、干渉信号ｉ（ｔ）の強度、波長掃引光Ｌｘの相対周波数ｆr（ｔ）、および波長掃引光Ｌｘの光周波数ｆ（ｔ）に関する時間的変化を示す波形が、それぞれ示されている。
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　相対周波数算出部２２では、対象干渉信号ｉt（ｔ）の位相から相対周波数ｆr（ｔ）を求めている。これは次のような原理による。
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　式（２）において、ａ（ｔ）は振幅であり、参考文献によれば、光検出器の光量子効率と光源光のコヒーレンス関数と干渉計内の２つの光路の電界の大きさに比例する。またｃは光速である。振幅ａ（ｔ）が一定の時、干渉信号ｉ（ｔ）の位相θ（ｔ）は次の式（３）で表される。したがって、位相θ（ｔ）が分かれば、周波数ｆ（ｘ）は次の式（４）で求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　ところで、干渉信号ｉ（ｔ）は次の式（５）のように変形でき、振幅ａ（ｔ）がほぼ一定値ａ0であるとすると、次の式（６）のようになる。ただし、ｊは虚数単位である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　時刻ｔの時の干渉信号ｉ（ｔ）の瞬時周波数をｆi（ｔ）とすると、干渉信号ｉ（ｔ）は次の式（７）のように表現でき、式（７）にあるNapiar数ｅの指数部を式（６）と比較すると、干渉信号ｉ（ｔ）の瞬時周波数ｆi（ｔ）は次の式（８）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　これらのことから、干渉信号ｉ（ｔ）は±（ｚ／ｃ）ｄｆ／ｄｔ｜tの周波数を持つ信号であることが分かる。干渉信号ｉ（ｔ）から負の周波数成分を削除した信号をｉ’（ｔ）とすると、信号ｉ’（ｔ）は次の式（９）のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　式（９）の通り、信号ｉ’（ｔ）は複素数であるので、位相θ（ｔ）＝（４πｚ／ｃ）ｆ（ｔ）は、信号ｉ’（ｔ）の偏角として求まる。複素数から偏角を求める関数をａｒｇ（．）と書くとすると、位相θ（ｔ）は次の式（１０）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　ここで注意が必要なのは、実際の信号ｉ’（ｔ）から得られる偏角は主値（０～２πの範囲の値）しか得られないことである。つまり、実際の信号ｉ’（ｔ）から得られる偏角は本来の値とならず、０～２πの範囲にラッピングされた値が得られる。ここで、時刻ｔ＝０の本来の偏角をθ（０）＝θ0とし、複素数から偏角の主値を得る関数をＡｒｇ（．）とし、アンラッピングする関数をｕｎｗｒａｐ（．）とすると、本来の偏角θ（ｔ）は次の式（１１）のようになる。なお、本来の位相と区別するため、θ0を加えない偏角を相対位相θｒ（ｔ）と表記する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　したがって、式（４）と式（１１）から波長掃引光Ｌｘの周波数ｆ（ｘ）は次の式（１２）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　式（１）と式（１２）を見比べると、相対周波数ｆr（ｔ）と時刻ｔ＝０の光源出力光の周波数ｆ0（＝ｆ（０））は、次の式（１３）示すような対応となることが分かる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　以上のことから、干渉信号ｉ（ｔ）から負の周波数成分を除いた信号ｉ’（ｔ）の偏角の主値を求め、その偏角にｃ／４πｚを乗算すると波長掃引光Ｌｘの相対周波数ｆr（ｔ）となることが分かる。
［相対周波数算出部の構成例］
　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。
　相対周波数算出部２２において、負周波数成分削除部４１は、入力された干渉信号ｉ（ｔ）から負の周波数成分を削除して信号ｉ’（ｔ）を出力する。偏角算出部４２は、負周波数成分削除部４１から出力された信号ｉ’（ｔ）の相対偏角θｒ（ｔ）を求めて出力する。偏角－周波数変換部４３は、偏角算出部４２から出力された相対偏角θｒ（ｔ）に基づき波長掃引光Ｌｘの相対周波数ｆr（ｔ）を求めて出力する。
［負周波数成分削除部の構成例］
　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。
　負周波数成分削除部４１において、フーリエ変換部４５は、入力された干渉信号ｉ（ｔ）をフーリエ変換（周波数変換）してその結果である信号ｉ（ｆi）を出力する。負周波数成分置換部４６は、フーリエ変換部４５から出力された信号ｉ（ｆi）の負の周波数成分をゼロに置き換えて、その結果である信号ｉ’（ｆi）を出力する。逆フーリエ変換部４７は、負周波数成分置換部４６から出力された信号ｉ’（ｆi）を逆フーリエ変換して、その結果である信号ｉ’（ｔ）を出力する。
［掃引周波数幅測定部］
　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。
［第１の実施の形態の効果］
　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。
　また、本実施の形態において、信号処理装置２０で、対象抽出部２１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に相当する対象干渉信号ｉt（ｔ）を、干渉信号ｉ（ｔ）から抽出し、相対周波数算出部２２が、抽出した対象干渉信号ｉt（ｔ）のうち基準時刻における周波数と、対象干渉信号ｉt（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２３が、得られた相対周波数ｆr（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てもよい。これにより、比較的簡素な処理で波長掃引光Ｌｘの掃引周波数幅Δｆを測定することができる。
　また、本実施の形態において、光電気変換装置１０から出力された干渉電気信号ｉE（ｔ）を、ディジタルデータからなる干渉信号ｉ（ｔ）にＡ／Ｄ変換するＡＤＣ３０をさらに備え、このＡＤＣ３０が、波長掃引光Ｌｘの掃引開始から、１掃引分以上の時間長を有する有効期間Ｔmem分にわたり、干渉電気信号ｉE（ｔ）を時刻ｔごとにＡ／Ｄ変換し、得られた干渉信号ｉ（ｔ）をメモリ３１に時系列で保存し、信号処理装置２０からの要求に応じて、有効期間Ｔmemのうち指定された期間分の干渉信号ｉ（ｔ）をメモリ３１から読み出して出力するようにしてもよい。これにより、掃引周波数幅Δｆの測定に必要な分の干渉信号ｉ（ｔ）を、信号処理装置２０に対して容易に提供することができる。
［第２の実施の形態］
　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。
　図６に示すように、本実施の形態にかかる波長掃引光測定システム１０１と、図１に示した第１の実施の形態にかかる波長掃引光測定システム１００との違いは、信号処理装置２０において、対象抽出部２１と相対周波数算出部２２との配置関係が入れ替わっている点にある。これにより、対象抽出部２１と相対周波数算出部２２での処理内容が第１の実施の形態とは異なるため、本実施の形態では、対象抽出部２１および相対周波数算出部２２を、それぞれ対象抽出部２１Ａおよび相対周波数算出部２２Ａという。
　なお、信号処理装置２０の掃引周波数幅測定部２３については、図１と同様である。また、本実施の形態にかかる波長掃引光測定システム１０１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１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］
　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。
［相対周波数算出部］
　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。
［対象抽出部］
　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。
　時間微分値がｄｆr（ｔ）／ｄｔ＝０となる時刻は、図２に示すように、波長掃引光Ｌｘの周波数が最大値または最小値となる位置であるので、これらの位置で相対周波数ｆｒ（ｔ）を抽出すれば、最大値と最小値を含む相対周波数ｆr（ｔ）が得られる。したがって、時間微分値がｄｆr（ｔ）／ｄｔ＝０となる時刻のうちから、トリガ信号ｔr（ｔ）のトリガ時刻Ｔtrgに一番近い時刻と二番目に近い時刻との間を掃引区間Ｔaqとして特定し、掃引区間Ｔaqに相当する相対周波数ｆr（ｔ）を抽出して出力すればよい。
［掃引周波数幅測定部］
　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。
［第２の実施の形態の効果］
　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。
［第３の実施の形態］
　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。
　図７に示すように、本実施の形態にかかる波長掃引光測定システム１０２と、図６に示した第２の実施の形態にかかる波長掃引光測定システム１０１との違いは、信号処理装置２０において、対象抽出部２１Ａの機能を掃引周波数幅測定部２３に持たせた点にある。このため、本実施の形態では、信号抽出と掃引周波数幅測定の機能を持つ処理部を、掃引周波数幅測定部２３Ａと記載している。
　なお、信号処理装置２０の相対周波数算出部２２Ａについては、図６と同様である。また、本実施の形態にかかる波長掃引光測定システム１０２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、図１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］
　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。
［相対周波数算出部］
　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］
　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。
　時間微分値がｄｆr（ｔ）／ｄｔ＝０となる時刻は、図２に示すように、波長掃引光Ｌｘの周波数が最大値または最小値となる位置であるので、これらの位置で相対周波数ｆr（ｔ）を抽出すれば、相対周波数ｆr（ｔ）の最大値と最小値が得られる。したがって、時間微分値がｄｆr（ｔ）／ｄｔ＝０となる時刻のうちから、トリガ信号ｔr（ｔ）のトリガ時刻Ｔｔｒｇに一番近い時刻と二番目に近い時刻とを特定し、これに２つの時刻における相対周波数ｆr（ｔ）の差分を掃引周波数幅Δｆとして測定すればよい。
［第３の実施の形態の効果］
　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。
［第４の実施の形態］
　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。
　図８に示すように、本実施の形態にかかる波長掃引光測定システム１０３と、図１に示した第１の実施の形態にかかる波長掃引光測定システム１００との違いは、光電気変換装置１０に狭帯域波長フィルタを加えることにより、波長掃引光Ｌｘにおいて、ある特定の波長、すなわち予め設定された波長λbaseを有する特定波長光λbLが検出された検出タイミングを特定し、その検出タイミングの相対周波数ｆr（ｔ）から得られた絶対的な周波数予測値ｆp（ｔ）に基づいて、波長掃引光Ｌｘの掃引波長幅Δλを測定する点にある。
［光電気変換装置］
　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。
　第１の実施の形態では、波長掃引光Ｌｘは干渉計１１に直接入力したが、本実施の形態では、カプラＣ３を用いて波長掃引光Ｌｘを２つに分岐し、それぞれ干渉計１１と狭帯域波長フィルタ１３に同時に入力する。
　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。
　狭帯域波長フィルタ１３は、波長掃引光Ｌｘのうち予め設定された波長λbaseを中心とした光を通過させる。ただし、波長λbaseは、波長掃引光源Ｘの掃引波長帯域内であるものとする。このため、波長掃引光Ｌｘの波長の中心が波長λbaseとなった時刻に 、特定波長光λbL、特定波長電気信号λbE（ｔ）、特定波長信号λb（ｔ）がそれぞれ最大となる。
［Ａ／Ｄ変換器］
　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］
　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、予測周波数算出部２４、予測波長算出部２５、および掃引波長幅測定部２６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。これらのうち、対象抽出部２１および相対周波数算出部２２は、図１と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
［周波数予測値算出部］
　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９は、周波数予測値算出に関する信号波形図である。図９には、干渉信号ｉ（ｔ）の強度、波長掃引光Ｌｘの相対周波数ｆr（ｔ）、波長掃引光Ｌｘの光周波数ｆ（ｔ）、および特定波長信号λb（ｔ）の強度に関する時間的変化を示す波形が、それぞれ示されている。以下では、図９を参照して、予測周波数算出部２４における周波数予測値ｆp（ｔ）の計算の仕組みについて説明する。
　特定波長信号λb（ｔ）のピーク時刻ｔbaseは、図９に示すように、波長掃引光Ｌｘの中心周波数が、周波数ｆbaseとなる時刻である。この時、次の式（１４）が成り立つ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
　相対周波数ｆr（ｔbase）（＝ｆr,base）は、周波数ｆr（ｔbase）に対応するので、ｆr（０）（＝ｆ0）は次の式（１５）のように表される。また、波長掃引光Ｌｘの中心周波数は次の式（１６）のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
　予測周波数算出部２４は、この仕組みに従い、波長掃引光Ｌｘの予測（中心）周波数すなわち予測周波数ｆp（ｔ）を、次の式（１７）に基づき算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
［予測波長算出部］
　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。
　予測波長算出部２５は、次の式（１８）に基づいて、予測周波数ｆp（ｔ）を予測波長λp（ｔ）に変換する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
［掃引波長幅測定部］
　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。
　図１０は、第４の実施の形態にかかる信号処理装置の他の構成例を示すブロック図である。図８では、予測波長算出部２５により予測周波数ｆp（ｔ）から予測波長λp（ｔ）を求めてから掃引波長幅Δλを求める場合を例として説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図１０に示すように、図８の構成から予測波長算出部２５を省き、掃引波長幅測定部２６Ａにおいて、前述した式（１８）に基づいて、予測周波数算出部２４から出力された予測周波数ｆp（ｔ）の最大値および最小値に対応する２つの予測波長λp（ｔ）を求め、これら予測波長λp（ｔ）の差分を掃引波長幅Δλとして測定してもよい。これにより、予測波長算出部２５を省くことができるとともに、予測波長λp（ｔ）の算出数を大幅に削減できるので、図８と比較して、信号処理装置２０における処理量を削減できる。
　図１１は、第４の実施の形態にかかる信号処理装置の他の構成例を示すブロック図である。図１１に示すように、図８の構成から予測周波数算出部２４と予測波長算出部２５を省き、掃引波長幅測定部２６Ｂにおいて、前述した式（１７）および式（１８）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）の最大値および最小値に対応する予測波長λp（ｔ）を求め、これら予測波長λp（ｔ）の差分を掃引波長幅Δλとして測定してもよい。これにより、予測周波数算出部２４と予測波長算出部２５を省くことができるとともに、予測周波数ｆp（ｔ）と予測波長λp（ｔ）の算出数を大幅に削減できるので、図８と比較して、信号処理装置２０における処理量を大幅に削減できる。
［第４の実施の形態の効果］
　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。
　また、本実施の形態において、信号処理装置２０で、予測周波数算出部２４が、特定波長光λbLの検出タイミングに基づいて、相対周波数算出部２２で算出した相対周波数ｆr（ｔ）の各時刻ｔにおける予測周波数ｆp（ｔ）を算出し、予測波長算出部２５が、これら予測周波数ｆp（ｔ）の各時刻ｔにおける予測波長λp（ｔ）を算出し、掃引波長幅測定部２６が、予測波長λp（ｔ）の最大値と最小値との差分を、波長掃引光Ｌｘの掃引波長幅Δλとして測定するようにしてもよい。これにより、比較的簡素に処理で波長掃引光Ｌｘの掃引波長幅Δλを測定できる。
　また、本実施の形態において、信号処理装置２０で、予測周波数算出部２４が、特定波長光λbLの検出タイミングに基づいて、相対周波数算出部２２で算出した相対周波数ｆr（ｔ）の各時刻ｔにおける予測周波数ｆｐ（ｔ）を算出し、掃引波長幅測定部２６Ａが、これら予測周波数ｆp（ｔ）の最大値および最大値に相当する２つの予測波長λp（ｔ）のみを算出し、これら２つの予測波長λp（ｔ）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てもよい。これにより、信号処理装置２０における予測波長λp（ｔ）の算出に関する処理負担を削減できる。
　また、本実施の形態において、信号処理装置２０で、予測周波数算出部２４が、特定波長光λbLの検出タイミングに基づいて、相対周波数算出部２２で算出した相対周波数ｆr（ｔ）の最大値および最大値に相当する２つの予測周波数ｆp（ｔ）のみを算出し、掃引波長幅測定部２６Ｂが、これら予測周波数ｆp（ｔ）の最大値および最大値に相当する２つの予測波長λp（ｔ）のみを算出し、これら２つの予測波長λp（ｔ）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てもよい。これにより、信号処理装置２０における予測周波数ｆp（ｔ）と予測波長λp（ｔ）の算出に関する処理負担を削減できる。
　本実施の形態では、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の波長の中心がλｂａｓｅとなった時刻に、特定波長光λbL、特定波長電気信号λbE（ｔ）および特定波長信号λb（ｔ）がピークとなる場合を前提として説明した。しかし、ＡＤＣ３０において、特定波長電気信号λbE（ｔ）のピークがサンプリングされるとは限らない。つまり、特定波長電気信号λbE（ｔ）のピーク時刻ｔbaseがＡＤＣ３０のサンプリング時刻とは同期せず、前後する２つのサンプリング時刻の間に到来することが考えられる。
　したがって、例えば、図８および図１０の予測周波数算出部２４や図１１の掃引波長幅測定部２６Ｂにおいて、特定波長電気信号λbE（ｔ）のピーク付近を補間することにより、ピーク時刻ｔbaseを正確に検出するようにしてもよい。具体的には、ゼロパディング法を用いて、前後する２つのサンプリング時刻の間における特定波長信号λb（ｔ）を補間し、得られた補間信号のピークの時刻をピーク時刻ｔbaseの推定値とすることが考えられる。また、ゼロパティング法以外では、特定波長信号λb（ｔ）のピーク付近のデータ（例えば、３～１０個程度）に基づいて、２次関数、ガウス関数、ローレンス関数等でフィッティングし、得られた関数のピークの時刻をピーク時刻ｔbaseの推定値とすることが考えられる。
［第５の実施の形態］
　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。
　図１２に示すように、本実施の形態は、図８の第４の実施の形態から、信号処理装置２０の予測波長算出部２５を省くとともに、光電気変換装置１０に波長掃引光Ｌｘの光強度を測定する光検出器１５を加えることにより、周波数に対する波長掃引光Ｌｘの光強度の変化を算出し、得られた周波数－光強度（周波数スペクトル）に基づいて、奥行方向距離測定方式の分解能に関わる掃引周波数幅Δｆを得るようにしたものである。
［光電気変換装置］
　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。
［Ａ／Ｄ変換器］
　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］
　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１３は、掃引周波数幅算出動作に関する信号波形図である。図１３には、干渉信号ｉ（ｔ）の強度、光スペクトルを示す相対周波数ｆr（ｔ）、予測周波数ｆp（ｔ）、および光強度ｐ（ｔ）が示されている。
　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。
　ＦＭＣＷレーダ方式、ＳＳ－ＯＣＴ方式、ＯＦＤＲ方式等の奥行方向距離測定方式において、奥行距離分解能は、波長掃引光Ｌｘの掃引周波数幅Δｆに反比例するが、実質的には、波長掃引光Ｌｘの光スペクトル形状に依存する。以下では、波長掃引光Ｌｘの光スペクトルの幅が、ＦＭＣＷレーダ方式、ＳＳ－ＯＣＴ方式、ＯＦＤＲ方式等の奥行方向距離測定方式の性能に影響する重要なものであることを説明する。
　図１４は、光スペクトルと奥行情報の分解能との関係を示す信号波形図である。図１４には、波長掃引光Ｌｘに関する光強度ｐ（ｔ）、干渉信号ｉ（ｔ）、リスケーリング後の干渉信号ｉ’（ｔ）、光スペクトルを示す相対周波数ｆr（ｔ）、および点拡がり関数値ＰＳＦが示されている。
　前述した参考文献によれば、光の周波数毎にコヒーレンス長が異ならない場合、干渉信号ｉ（ｔ）の包絡線は、光強度ｐ（ｔ）の形状が一致する。図１４では、波長掃引光Ｌｘの周波数ｆが、時間ｔに対して線形的に変化（周波数リニア）しない波長掃引光源Ｘを使用した場合の干渉信号が示されている。このような場合は、周波数リニアとなるように、参考文献に記載のリスケーリング処理を行う。
　ＦＭＣＷレーダ方式、ＳＳ－ＯＣＴ方式、ＯＦＤＲ方式等の奥行方向距離測定方式では、リスケーリング後の干渉信号ｉ’（ｔ）に対してフーリエ変換を行うことにより、奥行情報を得る。
　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。
　図１４に示した点拡がり関数ＰＳＦのグラフ横軸の距離Ｌは、干渉信号ｉ’（ｔ）のフーリエ変換によって得られた周波数に比例する。光速をｃとすると、周波数１／Ｔswに対する距離Δｚは、次の式（１９）により算出できる。したがって、周波数ｎ／Ｔswに対応する距離ｚは、次の式（２０）により算出できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000020
　ところで、リスケーリング後の干渉信号ｉ’（ｔ）の時間軸ｔ’は、光の周波数と比例しているため、干渉信号ｉ（ｔ）の包絡線は波長掃引光Ｌｘの光スペクトルの形状と一致している。すなわち、光のスペクトル形状のフーリエ変換結果は、点拡がり関数ＰＳＦの形状と一致することが分かる。これにより、光スペクトルが広いと点拡がり関数ＰＳＦの幅は狭くなり、奥行情報の分解能は高くなる。図１４では分解能の例として、ＰＳＦの半値全幅を示しているが、波長掃引光Ｌｘの光スペクトルの幅が広いと、ＰＳＦ幅が狭くなる、すなわち分解能が高くなることを示している。
　波長掃引光源Ｘの掃引周波数幅Δｆと奥行情報（距離）の解像度についても、以下に触れておく。奥行情報を求める際に行う干渉信号ｉ（ｔ）のフーリエ変換は、通常、離散フーリエ変換を用いるが、離散フーリエ変換の周波数は整数で表され、それら周波数の間隔（つまり１）は、実際の周波数では１／Ｔswとなる。したがって、奥行情報は周波数１／Ｔswの刻みで表すことになる。上記で表したｚ＝ｎ・Δｚ＝ｎ・ｃ／（２・Δｆ）の式中に現れるｎは、離散フーリエ変換の周波数を表しており、距離ｚはｃ／（２・Δｆ）の刻みで表すこととなる。このことは、波長掃引光源Ｘの掃引周波数幅Δｆが広い程、それに反比例して、奥行情報（距離）の解像度が高くなることを示している。
　図１２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、予測周波数算出部２４、周波数－光強度算出部２７、および掃引周波数幅測定部２３Ｂ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。これらのうち、対象抽出部２１、相対周波数算出部２２、および予測周波数算出部２４は、図８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］
　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。
　周波数－光強度ｓｐf（ｆ）は、周波数毎の波長掃引光Ｌｘに関する光強度を表す値であるので、波長掃引光Ｌｘの周波数スペクトルと見ることも可能である。周波数－光強度ｓｐf（ｆ）を得る方法としては、例えば、同じ時刻ｔにおける予測周波数ｆp（ｔ）と光強度ｐ（ｔ）を組み合わせて、予測周波数ｆp（ｔ）に対する光強度ｐ（ｔ）を、周波数－光強度ｓｐf（ｆ）とすることが考えられる。別の方法としては予測周波数ｆp（ｔ）の逆関数予測周波数ｔ（ｆ）を求め、ｐ（ｔ（ｆ））を周波数－光強度ｓｐf（ｆ）とすることが考えられる。いずれの方法においても、周波数－光強度ｓｐf（ｆ）は、ＡＤＣ３０によるサンプリングにより離散データとなるので、必要に応じて補間してもよい。
［掃引周波数幅測定部］
　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。
［第５の実施の形態の効果］
　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。
　これにより、ＦＭＣＷレーダ方式、ＳＳ－ＯＣＴ方式、ＯＦＤＲ方式等の奥行方向距離測定方式の分解能に関わる、波長掃引光源Ｘの掃引周波数幅Δｆを計測することができる。また、周波数－光強度ｓｐf（ｆ）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に関する周波数スペクトルも得ることができる。
［第６の実施の形態］
　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。
　図１５に示すように、本実施の形態は、図１２の第５の実施の形態から、信号処理装置２０の予測周波数算出部２４を省くことにより、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）を、波長掃引光Ｌｘの光スペクトルとして用いて、周波数－光強度ｓｐf（ｆ）を算出するようにしたものである。これにより、周波数－光強度算出部２７での処理内容が第５の実施の形態とは異なるため、本実施の形態では、周波数－光強度算出部２７を、周波数－光強度算出部２７Ａという。
［光電気変換装置］
　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。
［Ａ／Ｄ変換器］
　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］
　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１５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、周波数－光強度算出部２７Ａ、および掃引周波数幅測定部２３Ｂを実現する。図１２と比較して、予測周波数算出部２４が省かれて、相対周波数算出部２２から出力された相対周波数ｆr（ｔ）が、周波数－光強度算出部２７Ａに入力されている。これらのうち、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２３Ｂは、図１２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］
　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。
［第６の実施の形態の効果］
　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。
　これにより、ＦＭＣＷレーダ方式、ＳＳ－ＯＣＴ方式、ＯＦＤＲ方式等の奥行方向距離測定方式の分解能に関わる、波長掃引光源Ｘの掃引周波数幅Δｆを、図１５よりも少ない構成で計測することができる。したがって、光電気変換装置１０のハードウェア量や信号処理装置２０の処理負担を削減できる。また、周波数－光強度ｓｐf（ｆr）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に関する周波数スペクトルも得ることができる。
［第７の実施の形態］
　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。
　図１６に示すように、本実施の形態は、図８の第４の実施の形態と比較して、光電気変換装置１０に光検出器１５を加えて、波長掃引光Ｌｘの光強度ｐ（ｔ）を測定し、得られた光強度ｐ（ｔ）と予測波長λp（ｔ）とに基づいて、各予測波長λp（ｔ）に対する波長掃引光Ｌｘの光強度ｐ（ｔ）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。
　なお、図１２の第５の実施の形態と比較すると、本実施の形態は、信号処理装置２０の予測周波数算出部２４の後段に予測波長算出部２５を追加し、周波数－光強度算出部２７の代わりに波長－光強度算出部２８を配置し、掃引周波数幅測定部２３Ｂの代わりに掃引波長幅測定部２６Ａを配置したものとなる。
　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］
　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。
　図１６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、予測周波数算出部２４、予測波長算出部２５、波長－光強度算出部２８、および掃引波長幅測定部２６Ａを実現する。これらのうち、対象抽出部２１、相対周波数算出部２２、予測周波数算出部２４、および予測波長算出部２５は、図８と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
［波長－光強度算出部］
　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］
　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。
［第７の実施の形態の効果］
　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。
［第８の実施の形態］
　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。
　図１７に示すように、本実施の形態は、図１２の第５の実施の形態における光強度ｐ（ｔ）を、光電気変換装置１０ではなく、信号処理装置２０で対象干渉信号ｉt（ｔ）から予測する構成とするため、図１２の相対周波数算出部２２の代わりに、相対周波数算出部２２Ｂを適用したものである。これにより、図１２と比較して、カプラＣ４および光検出器１５を省くことができるとともに、ＡＤＣ３０のチャネル数を削減することができ、光電気変換装置１０とＡＤＣ３０とを、図８と同様の構成とすることができる。
［信号処理装置］
　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１７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２２Ｂ、予測周波数算出部２４、周波数－光強度算出部２７Ｂ、および掃引周波数幅測定部２３Ｂを実現する。これらのうち、対象抽出部２１、予測周波数算出部２４、および掃引周波数幅測定部２３Ｂは、図８と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
［相対周波数算出部］
　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。
　図１８は、第８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１８に示すように、相対周波数算出部２２Ｂ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、偏角－周波数変換部４３、および光強度算出部４４を含んでいる。
　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。
　光強度算出部４４は、負周波数成分削除部４１から出力された信号ｉ’（ｔ）の強度を算出し、波長掃引光Ｌｘの光強度ｐp（ｔ）として出力する。信号ｉ’（ｔ）は複素数であるが、光強度ｐp（ｔ）は例えば次の式（２１）で計算できる。ここで、Ｒ(ｘ)およびＩ(ｘ) はそれぞれｘの実部と虚部を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000021
［周波数－光強度算出部］
　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。
［第８の実施の形態の効果］
　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。
　これにより、図１２の第５の実施の形態と比較して、光電気変換装置１０のカプラＣ４および光検出器１５が不要となるとともに、ＡＤＣ３０のチャネル数を削減することができ、光電気変換装置１０さらにはＡＤＣ３０の構成を、図８と同様レベルまで簡素化できる。また、周波数－光強度ｓｐf（ｆ）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に関する周波数スペクトルも得ることができる。
［第９の実施の形態］
　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。
　図１８の第８の実施の形態では、図１２の相対周波数算出部２２に対して相対周波数算出部２２Ｂを適用した場合を例として説明した。本実施の形態は、図１９に示すように、図１５の相対周波数算出部２２に対して相対周波数算出部２２Ｂを適用し、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）を、波長掃引光Ｌｘの光スペクトルとして用いるとともに、相対周波数算出部２２Ｂで算出した光強度ｐp（ｔ）に基づいて、周波数－光強度ｓｐf（ｆr）を算出するようにしたものである。これにより、図１５と比較して、カプラＣ４および光検出器１５を省くことができるとともに、ＡＤＣ３０のチャネル数を削減することができ、光電気変換装置１０とＡＤＣ３０とを、図１と同様の構成とすることができる。
［信号処理装置］
　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１９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２２Ｂ、周波数－光強度算出部２７Ｃ、および掃引周波数幅測定部２３Ｂを実現する。これらのうち、対象抽出部２１、相対周波数算出部２２Ｂ、および掃引周波数幅測定部２３Ｂは、図１７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］
　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。
［第９の実施の形態の効果］
　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。
　これにより、図１５の第６の実施の形態と比較して、光電気変換装置１０のカプラＣ４および光検出器１５が不要となるとともに、ＡＤＣ３０のチャネル数を削減することができ、光電気変換装置１０さらにはＡＤＣ３０の構成を、図１と同様レベルまで簡素化できる。また、周波数－光強度ｓｐf（ｆr）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に関する周波数スペクトルも得ることができる。
［第１０の実施の形態］
　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。
　図２０に示すように、本実施の形態は、図１６の相対周波数算出部２２に対して相対周波数算出部２２Ｂを適用し、相対周波数算出部２２Ｂで算出した光強度ｐp（ｔ）に基づいて、波長－光強度ｓｐｅｃ（λ）を算出するようにしたものである。これにより、図１６と比較して、カプラＣ４および光検出器１５を省くことができるとともに、ＡＤＣ３０のチャネル数を削減することができ、光電気変換装置１０とＡＤＣ３０とを、図８と同様の構成とすることができる。
［信号処理装置］
　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。
　図２０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２２Ｂ、予測周波数算出部２４、予測波長算出部２５、波長－光強度算出部２８Ａ、および掃引波長幅測定部２６Ａを実現する。これらのうち、対象抽出部２１、予測周波数算出部２４、予測波長算出部２５、および掃引波長幅測定部２６Ａは、図１６と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。また、相対周波数算出部２２Ｂは、図１７と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
［波長－光強度算出部］
　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。
［第１０の実施の形態の効果］
　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。
［実施の形態の拡張］
　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。
　１００，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８，１０９…波長掃引光測定システム、１０…光電気変換装置、１１…干渉計、１２…バランスド光検出器、１３…狭帯域波長フィルタ、１４，１５…光検出器、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４…カプラ、２０…信号処理装置、２１，２１Ａ…対象抽出部、２２，２２Ａ，２２Ｂ…相対周波数算出部、２３，２３Ａ，２３Ｂ…掃引周波数幅測定部、２４…予測周波数算出部、２５…予測波長算出部、２６，２６Ａ，２６Ｂ…掃引波長幅測定部、２７，２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ…周波数－光強度算出部、２８，２８Ａ…波長－光強度算出部、３０…Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）、３１…メモリ、３２…記憶装置、４１…負周波数成分削除部、４２…偏角算出部、４３…偏角－周波数変換部、４４…光強度算出部、４５…フーリエ変換部、４６…負周波数成分置換部、４７…逆フーリエ変換部、Ｘ…波長掃引光源、Ｌｘ…波長掃引光、Ｔｒｇ，ｔｒE（ｔ）…トリガ電気信号、ｉＬ…干渉光、ｉE（ｔ）…干渉電気信号、λbL…特定波長光、λbE（ｔ）…特定波長電気信号、ｐE（ｔ）…光強度電気信号、ｔr（ｔ）…トリガ信号、ｉ（ｔ），ｉ’（ｔ）…干渉信号、ｉt（ｔ）…対象干渉信号、λb（ｔ）…特定波長信号、ｐ（ｔ），ｐp（ｔ）…光強度、ｆr（ｔ）…相対周波数、ｆrt（ｔ）…対象相対周波数、ｆp（ｔ）…予測周波数、λp（ｔ）…予測波長、ｓｐf（ｆ），ｓｐf（ｆr）…周波数－光強度、ｓｐｅｃ（λ）…波長－光強度、Δｆ…掃引周波数幅、Δλ…掃引波長幅、Ｔmem…有効期間、Ｔaq…掃引区間、Ｔtrg…トリガ時刻、Ｔpre…前時間、Ｔpos…後時間。

Claims (8)

  1. 　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
    　を備えることを特徴とする波長掃引光測定システム。
  2. 　請求項１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。
  3. 　請求項１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。
  4. 　請求項１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。
  5. 　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、
    　前記干渉光を光電気変換して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
    　を備えることを特徴とする波長掃引光測定システム。
  6. 　請求項５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。
  7. 　請求項５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。
  8. 　請求項５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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