光源装置及びこれを用いた撮像装置
【課題】 分散チューニングによる波長掃引では共振器内の分散が必須なため、光の周回時間と変調周波数のＦＭ変調を同期させた高速波長掃引の達成が難しかった。
【解決手段】 光を増幅させる光利得媒体と屈折率の波長分散を有する光導波路とを含んで構成される光共振器と、該光共振器内における光の強度を変調する変調手段と、を備え、該変調手段の変調周波数に応じて光パルスの発振波長を掃引変化させる光源装置であって、
前記光共振器内を周回する光の前記波長分散に起因する遅延を含んだ光パルス列の時間的推移に呼応して、前記変調周波数の変化割合を推移させ、前記発振波長を掃引変化させることを特徴とする光源装置。
【解決手段】 光を増幅させる光利得媒体と屈折率の波長分散を有する光導波路とを含んで構成される光共振器と、該光共振器内における光の強度を変調する変調手段と、を備え、該変調手段の変調周波数に応じて光パルスの発振波長を掃引変化させる光源装置であって、
前記光共振器内を周回する光の前記波長分散に起因する遅延を含んだ光パルス列の時間的推移に呼応して、前記変調周波数の変化割合を推移させ、前記発振波長を掃引変化させることを特徴とする光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光共振器内に屈折率の波長分散を含む波長掃引光源の分散による波長毎の周回時間遅延の影響を補正し、高速な波長掃引を可能とした光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種光計測用の光源として様々な波長可変光源が開発されてきている。なかでも、波長可変帯域が広く、波長掃引速度の速い光源は、計測装置の性能向上に寄与することから広く望まれている。波長可変帯域の拡大は測定情報量の増加や、分解能の向上に寄与する。一方、波長の掃引時間は計測機の測定時間と比例関係にあるため、波長掃引速度の高速化は測定時間の短縮につながる。
特に眼底用の光干渉断層撮像装置（ＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇａｐｈｙ））の場合、測定対象である目が固視微動をするため、その影響を受けにくいように測定時間の短縮が強く望まれている。
【０００３】
このような高速に波長を可変できる光源として非特許文献１には分散チューニング方式によるものが開示されている。
これは光共振器内における屈折率の波長分散（以下、単に「分散」ともいう。）によって波長毎の自由スペクトル空間（以下、「ＦＳＲ：Ｆｒｅｅ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｒａｎｇｅ」ともいう。）の間隔が異なることを利用した波長掃引の手法である。
【０００４】
具体的には、強制モード同期動作を行う変調周波数がＦＳＲ間隔によって異なることを利用し、変調周波数（ＦＳＲに依存）をＦＭ（周波数）変調することによって波長掃引を行う。機械的な駆動部を持たないことから数百ｋＨｚ程度の高速波長掃引動作が期待されている。
一方、高速波長掃引光源の異なる方式として非特許文献２にはＦＤＭＬ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｄｏｍａｉｎ Ｍｏｄｅ Ｌｏｃｋｉｎｇ）方式によるものが開示されている。
【０００５】
これは共振器の光学的距離によって決定される光の周回時間と、波長を選択するフィルターの掃引時間とを同期させることで、波長掃引の定常状態を共振器内に作り出す方式である。
波長掃引している状態であっても、周回する光にとっては波長選択フィルターを常に透過できる状態にあるので、理想的にはフィルターによる損失を被ることなく数百ｋＨｚ程度の高速な波長掃引動作が報告されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｓ．Ｙａｍａｓｈｉｔａ， ｅｔ ａｌ． Ｏｐｔ．Ｅｘｐ． Ｖｏｌ．１４， ｐｐ．９２９９−９３０６ ２００６
【非特許文献２】Ｒ．Ｈｕｂｅｒ， ｅｔ ａｌ． Ｏｐｔ．Ｅｘｐ． Ｖｏｌ．１４， ｐｐ．３２２５−３２３７ ２００６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
非特許文献１においては、分散チューニング方式の波長掃引光源で２００ｋＨｚの動作速度が得られることが報告されている。機械的駆動部が存在しないためにさらなる高速波長掃引動作が期待されるが、高速に波長掃引を行おうとすると変調器での損失が大きくなることが課題として生じてくる。
【０００８】
つまり、変調器にて生成されたモード同期パルスが共振器を一周し、再び変調器に戻ってきた際にはモード同期動作を行う変調周波数が異なる値となっており、強い損失を受ける。この変調周波数のずれる量は掃引時間の速さに比例して大きくなるため、高速波長掃引を行ううえで課題となる。
【０００９】
一方、この周波数がずれる課題を解決するには前記のＦＤＭＬ方式を分散チューニング方式に適応すれば良いと考えられる。つまり、共振器長によって決まる光の周回時間と変調周波数のＦＭ変調を同期させ、ある変調周波数で発生したモード同期パルスが一周して戻ってきたときに再び同じ周波数で変調が行われる系を組めば良い。
【００１０】
しかしながら、そうしたところで２００ｋＨｚを超える高速波長掃引動作の達成は困難であることが発明者らの検討によって判明した。
なぜならば、分散チューニングを行う系は光共振器内に必ず屈折率の波長分散を抱えているため、波長掃引帯域の短波長側と長波長側で周回する毎に周回時間の異なる遅延が生じるからである。
【００１１】
さらに光が共振器内を周回するほど遅延時間の差異は積算されていくので、この影響はより強くなる。したがって、分散チューニング方式はその動作原理から共振器内の波長分散が必須なため、単にＦＤＭＬ方式と組み合わせただけでは高速波長掃引の達成は困難となる。
【００１２】
本発明は、分散チューニング方式を用いて２００ｋＨｚを超える高速波長掃引動作を安定して行い得る光源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明により提供される光源装置は、光を増幅させる光利得媒体と屈折率の波長分散を有する光導波路とを含んで構成される光共振器と、該光共振器内における光の強度を変調する変調手段と、を備え、該変調手段の変調周波数に応じて光パルスの発振波長を掃引変化させる光源装置であって、
前記光共振器内を周回する光の前記波長分散に起因する遅延を含んだ光パルス列の時間的推移に呼応して、前記変調周波数の変化割合を推移させ、前記発振波長を掃引変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の光源装置では、光共振器内を周回する光の波長分散に起因する遅延を含んだ発振波長を有する光パルス列の時間的推移に呼応して、モード同期周波数の変調周波数の変化割合を推移させる。
【００１５】
これにより光共振器内を周回する毎に積算される分散による時間遅延の影響を補正でき、分散チューニング方式の光源においてもＦＤＭＬ方式の利点を採用した高速な波長掃引光源を構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の光源装置の一例を示す模式図
【図２】本発明の光源装置における変調周波数と発振波長との関係を説明するためのグラフ
【図３】本発明の光源装置における変調周波数と発振波長との関係を説明するためのグラフ
【図４】本発明の光源装置における変調周波数と発振波長との関係を説明するためのグラフ
【図５】本発明の光源装置における変調周波数と発振波長との関係を説明するためのグラフ
【図６】本発明の光源装置の一例を示す模式図
【図７】本発明の光干渉断層撮像装置の一例を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、分散チューニング方式において、ＦＭ変調信号の周波数変化率を掃引時間とともに徐々に変化させることで分散による波長毎の時間遅延の影響を補正するという、発明者らが見出した知見に基づいている。
【００１８】
本発明の光源装置は、光を増幅させる光利得媒体と屈折率の波長分散を有する光導波路とを含んで構成される光共振器と、該光共振器内における光の強度を変調する変調手段と、を備え、該変調手段の変調周波数に応じて光パルスの発振波長を掃引変化させる光源装置である。そして、光共振器内を周回する光の波長分散に起因する遅延を含んだ発振波長を有する光パルス列の時間的推移に呼応して、モード同期周波数の変調周波数の変化割合を推移させる光源装置である。尚、本発明は光源装置の駆動方法も包含する。
【００１９】
図１は、本発明に係る光源装置の一例を示す模式図である。
図１の光源装置においては、光利得媒体１０１と、光アイソレータ１０３と、分散付与ファイバ１０５と、光取出用カプラ１０４と、光強度変調器１０２とが光学的に結合され光共振器を形成している。光強度変調器１０２には信号発生器１０６から高周波信号が印加され周期的な変調が行われる。尚、１０７は信号発生器１０６に信号を与える信号発生器である。光アイソレータ１０３は、必要に応じて設けられるもので、リング型光共振器内の光を一方向に周回させる機能を有する。
【００２０】
ここで、光共振器の自由スペクトル空間（ＦＳＲ）に対して整数倍の変調周波数（以下、「モード同期周波数」ともいう。）を光強度変調器１０２に印加し、光共振器内の光を変調することで強制モード同期動作が得られる。ＦＳＲは光路長で決まる値なので、屈折率の波長分散が存在する系の場合は波長に応じてＦＳＲ間隔が異なる。
【００２１】
よって、ＦＳＲ間隔に波長依存性があるため、モード同期周波数を変化させることにより発振波長を制御できる。これが分散チューニング方式の波長掃引原理である。分散チューニング方式ではモード同期周波数を時間に対して変化させることで発振波長を掃引する。
【００２２】
以下、発明者らの検討事項を踏まえて説明する。
【００２３】
このような分散チューニング方式の系で非特許文献２に開示された波長掃引の周期と共振器内を光が周回する時間を同期させたＦＤＭＬ方式を行うと考える。
例えば、図１の光強度変調器１０２に、図２（Ａ）に示すようにｔ１からｔｎまでの時間にモード同期周波数をｆ１からｆｎまで線形に変化させて印加する。このとき、光共振器内では、図２（Ｂ）に示されるように、モード同期周波数に対応して発振波長がλ１からλｎまで変化した光パルス列が順次形成され波長掃引がなされる（図２（Ｂ）の各ドットはそれぞれ光パルスを示している）。
【００２４】
ここで、共振器長から決まる光の周回時間に同期させ、λ１の光が強度変調器１０２に再び戻ってきた（周回の後、変調器を光が透過する）ときにはモード同期周波数がｆ１となるような変調を行う。
図２（Ａ）及び（Ｂ）は、分散による波長毎の時間遅延が存在しない場合を示しており、モード同期周波数の掃引波形と一致したλ１からλｎまでの波長掃引が周期的に繰り返されることとなる。
【００２５】
しかしながら、実際には光共振器内には分散が存在するためにこの波形と一致したような波長変化の振る舞いとはならない。光共振器内の分散が負の値、つまり正常分散の領域では掃引範囲の波長において長波長側の光の方が早く周回する。
図３（Ａ）及び（Ｂ）は、正常分散を有する光共振器を用いた場合のモード同期周波数と光パルスの発振波長との関係を示している。図３（Ａ）に示すように光強度変調器１０２に線形なモード同期周波数を印加すると、光共振器内の光は、図３（Ｂ）に示すように掃引範囲の中心波長λｃに対して短波長側ではより遅く、長波長側ではより早く一周することとなる。つまり、λ１、λｃ、λｎに対応した一周あたりの時間遅延量３０１、３０２、３０３は、３０１＞３０２＞３０３の大きさの順になり、最初の光パルス列３００は、一周後に光が強度変調器に戻るときにはパルス列３０４のように時間的に波長が推移したものとなる。
【００２６】
分散の影響により、このような波長推移（分散による遅延を含んだ）を表す傾きは周回する毎に積算され大きくなる。
計測用装置の光源として想定される波長８００ｎｍから１５００ｎｍ程度の近赤外領域において、１００ｎｍ程度の波長範囲では一般的な光ファイバの持つ分散パラメータの傾きは一定であると近似する。すると、分散による遅延が要因の波長掃引の波形変化の割合は線形と近似でき、前記波長遷移を表す傾きは一定の割合で大きくなる。
この影響を補正するためには波長毎の時間遅延、つまり分散を補償する方法もあり得るが、分散チューニング方式では共振器内の波長分散が動作原理にとって必須なため、この手法を採用するのは難しい。
【００２７】
そこで、発明者は、光共振器内を周回する光の波長分散に起因する遅延を含んだ発振波長を有する光パルス列の時間的推移に呼応して、モード同期周波数の変調周波数の変化割合を推移させる手法を想起した。尚、この手法は、パルス列の傾きに合わせて変調周波数の傾きのタイミングを合わせると捉えることもできる。
【００２８】
この手法の一例としては、波長掃引を行うための変調信号である周波数変調（ＦＭ変調）の波形を変化させて時間遅延に追従させるＦＭ変調の変調手法がある。より具体的には周波数変調（ＦＭ変調）の信号をさらに振幅変調（ＡＭ変調）する手法である。
その動作原理を図３（Ｂ）、図４（Ａ）及び（Ｂ）を用いて説明する。
【００２９】
分散による遅延の影響によって図３（Ｂ）に示すように光共振器内で発生する光パルス列の発振波長の波形は、時間経過に伴い傾きが大きくなって、波長掃引される。最初のパルス列３００は、時間経過に伴いパルス列３０４となる。
そこで、光パルス列の時間的推移に呼応してＦＭ変調波形の傾きを大きくすることが有用となる。
つまり光パルス列の傾きの増大に追従するため、図４（Ａ）に示すようにｔ１からｔｎまでの時間、つまり周期は変えずにＦＭ変調波形の振幅４０１を除々に大きくする。
【００３０】
これにより、実効的なＦＭ変調波形の傾きは４０２、４０３と示すように大きくなっていく。このようにして、実際に共振器内を周回している光パルスの掃引波長の推移に呼応して変調周波数の変化割合を推移させることで、分散による遅延の影響を補正する。
図４（Ａ）のようにモード同期周波数を印加することで、図４（Ｂ）に示すように光共振器内で発生する光パルス列４００は、時間経過に伴いパルス列４０２、４０３と推移し、光パルス列の波形は、モード同期周波数の変調波形と一致する。
【００３１】
その結果、共振器を一周して再び変調器に戻ってきたモード同期パルスは、自分が励起された周波数と同じ周波数で変調され、損失を大きく受けることもなく共振器内を周回し続ける。つまり、光パルスが変調器を透過する際の変調周波数は、周回前の変調周波数と一致することになる。
【００３２】
しかしながら、このまま振幅変調（ＡＭ変調）によって周波数変調波形（ＦＭ変調波形）の振幅を大きくし続けるわけにはいかず、何周か毎に振幅を元に戻さなければならない。つまり、ＡＭ変調を周期的に行うことになる。
【００３３】
このときの周期は周波数変調波形（ＦＭ変調波形）の振幅が初期値の１．５倍〜２．５倍程度になる周期が望ましい。これは、モード同期周波数の掃引範囲が狭いと得られる効果が少なく、広げ過ぎると隣の次数のモードが励起され、共振器内に２色のモード同期パルスが励起されるためである。
このような状況は測定用光源としても、共振器内のエネルギー利用効率の観点からも望ましくない。
【００３４】
ここで、望ましいＡＭ変調によるＦＭ変調波形の変化の例を図５に示す。
５０１はＦＭ変調に対するＡＭ変調の波形を表し、周期的にＦＭ変調の振幅を変調する。ＦＭ変調の周期、つまり波長掃引周波数よりも大きな周期でＡＭ変調を行い、好ましくはＦＭ変調波形の振幅が例えば２倍となったところでＦＭ変調の振幅を初期値に戻す。また、共振器内の分散が正の値、つまり異常分散の領域では前記の遅延時間が逆となる。つまり、掃引範囲の波長において短波長側の光の方が早く周回する。よって、ＡＭ変調による補正の仕方は振幅が徐々に小さくなるよう行う。
【００３５】
以上のようなＦＭ変調にＡＭ変調が重畳された変調信号を信号発生器１０７にて生成し、モード同期周波数を生成する信号発生器１０６へ印加することで、光共振器内の波長分散に起因する遅延の影響を補正した高速波長掃引の状態が達成される。
【００３６】
ここまで、ＦＭ変調の振幅をＡＭ変調する手法について説明したが、分散による遅延の影響を補正する手法はＡＭ変調に限らず、電気的な遅延回路を用いて波長掃引の傾きを変化させてもよい。このような系ではＡＭ変調用の信号発生器を別途用意する必要性がなく、低コスト化、コンパクト化の面から好適である。このような装置は、図１に示した信号発生器１０７に遅延回路を組込むことで構成することができる。
【００３７】
また、実際に掃引したい波長範囲以外の時間帯では傾きをゼロとして一定の周波数のままにしておくことも望ましい。つまり、波長掃引に対して計測に用いる所望の波長λ１からλｎの発振している時間以外はｆ１やｆｎのままにしておく。このようにすることで、計測に不必要な波長の光が発生するのを抑制できるので好適である。
【００３８】
本発明において、光利得媒体としては半導体光増幅器（ＳＯＡ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）の他、エルビウムやイットリビウム等を含有する希土類添加（イオンドープ）光ファイバ、光ファイバ中に色素を添加して色素により増幅を行うもの等を採用することができる。
【００３９】
希土類添加光ファイバは、高利得で良好な雑音特性を得るためには好適である。色素添加光ファイバは、蛍光色素材料やそのホスト材料などを適宜選択することで可変波長の選択肢が増す。
【００４０】
半導体光増幅器は、小型で且つ高速制御が可能なことから好ましい。半導体光増幅器としては、反射型光増幅器と進行波形光増幅器の双方を用いることができる。半導体光増幅器を構成する材料は、一般的な半導体レーザを構成する化合物半導体等を用いることができ、具体的にはＩｎＧａＡｓ系、ＩｎＡｓＰ系、ＧａＡｌＳｂ系、ＧａＡｓＰ系、ＡｌＧａＡｓ系、ＧａＮ系等の化合物半導体を挙げることができる。半導体光増幅器は、利得の中心波長が、例えば、８４０ｎｍ、１０６０ｎｍ、１３００ｎｍ、１５５０ｎｍのものの中から光源の用途等に応じて適宜、選択して採用することができる。
【００４１】
本発明において、光導波路は屈折率の波長分散を有し、光を伝搬させる機能を有するものであれば、基本的に用いることができるが、外部からの影響を極力抑えるために光を閉じ込めて伝搬させる、スラブ導波路や、光ファイバを用いることが好ましい。光を閉じ込めて伝搬させる導波路は、基本的には屈折率の高い部分（コア）と屈折率の低い部分（クラッド）を有するが、細かい間隔のＦＳＲを得るためには比較的長い共振器長が望ましく、この観点から光ファイバを用いるのが好ましい。これは分散チューニング方式の原理から、ＦＳＲの間隔が小さいほうが発振波長を選択するピッチが細かくなるからである。光ファイバとしては、石英（ＳｉＯ２）ガラスを用いたものや、プラスチックを用いたもの、石英とプラスチックの両方を用いたもの等を挙げることができる。
【００４２】
本発明においては、光導波路が有する屈折率の波長分散の分散値は、正常分散（分散値が負）のものから異常分散（分散値が正）のものまで、採用する光増幅媒体、得ようとする掃引速度、掃引波長範囲等を考慮して適宜、所定の分散値のものを採用することができる。
本発明で採用し得る光共振器としては、ファイバに代表される光導波路で利得媒体の両端をつないだリング型共振器の他、光導波路の両端を反射端（反射部材）により構成した直線型共振器などで構成することができる。
【００４３】
本発明で採用し得る光変調手段としては、利得媒体の利得を電気的に直接的に変調し得る直接変調器や、外部変調器として電気光学効果（ポッケルス効果）を用いた電気光学変調器（ＥＯＭ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）であるＬＮ強度変調器（ＬｉＮｂＯ３基板使用）や半導体の電界吸収効果を用いた電界吸収型光変調器（ＥＡ変調器）等が挙げられる。この他、半導体光増幅器に信号光を導入して、出力光の強度変調を行う相互利得変調等の光学的変調器を挙げることもできる。
ＥＯＭは、応答速度が速いことから、高速変調や高速波長掃引実現の観点から好適である。
【００４４】
以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳しく説明する。
【００４５】
（実施例１）
ファイバーリング共振器を用いて波長１μｍ帯の波長掃引速度が５００ｋＨｚ程度となる波長掃引光源装置の例について図６を参照して説明する。
図６は本実施例の光源装置を示す模式図である。
図６の光源装置においては、光利得媒体としてのＳＯＡ６０１と、アイソレータ６０３と、光ファイバ６０５と、出力用カプラ６０４と、ＥＯＭ（ＬＮ強度変調器）６０２が光学的に結合されファイバ型リング共振器を構成している。強度変調器であるＥＯＭ６０２には信号発生器６０６からモードロック用の変調信号が印加され、信号発生器６０７からＦＭ変調信号が、信号発生器６０８からＡＭ変調信号がそれぞれ印加される。
なお、ＳＯＡ６０１やＥＯＭ６０２に接続されたＤＣ電流源などの図示は省略している。
ここで、信号発生器６０６、６０７及び６０８からＥＯＭ６０２へと印加する変調信号を図４及び図５に示したように印加することで、分散による遅延の影響を補正した高速波長掃引光源を構成できる。
【００４６】
以下、本実施例の具体的動作について説明する。
【００４７】
いま、図６に示した光源装置の光共振器の光路長Ｌが光ファイバ６０５および各素子の長さを合計してＬ＝４１１ｍとすると、共振器のＦＳＲは光速ｃ、屈折率ｎ＝１．４６として
【００４８】
【数１】
より、ＦＳＲ＝５００．０ｋＨｚである。
【００４９】
よって、信号発生器６０６からＦＳＲの整数倍である１ＧＨｚ付近の周波数でＥＯＭ６０２を変調すると、モード同期次数Ｎ＝２０００の強制モード同期動作となる。
ＥＯＭ６０２を駆動している信号源６０６へ信号源６０７から変調信号を加えることでＦＭ変調を行い、波長を掃引する。このＦＭ変調の傾きが一定つまり、掃引の周期が一定である場合には分散による遅延の影響によって、発振波長がＥＯＭ６０２へ戻ってきた際にモード同期周波数とのずれが積算されていく。この量はファイバの分散パラメータから見積もれる。一般的な光ファイバの持つ分散パラメータＤの値は、波長１μｍあたりで、−５０（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）といった値をとる。このとき、この分散パラメータＤの傾きは０．００２（ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ）であると見なすことができる。
【００５０】
いま、中心波長を１０５０ｎｍとし、掃引帯域を１００ｎｍとすると、１０００ｎｍから１１００ｎｍまで波長を変化させることになる。この±５０ｎｍの違いにより生じる分散からくる時間遅延の量は、
Δｔ ＝ （λ−１０５０［ｎｍ］）２×０．０４ ［ｐｓ ／ ｎｍ２］
より、共振器１周あたり約±１００ｐｓと見積もられる。
【００５１】
ここで５００ｋＨｚでの波長掃引を考える。前記共振器において、ＦＳＲが５００．００ｋＨｚであったので光が共振器を１周、周回するのに要する時間は２μｓである。このとき、光が５０００周、共振器内を周回すると遅延時間の量は±５００ｎｓとなり、発振波長の変化量、つまりモード同期周波数の変化量を示す傾きは当初の２倍となる。よって、前記ＦＭ変調を行う波形に対し２０ｍｓを周期として振幅が２倍となるようなＡＭ変調を信号源６０８を動作させて行う。つまり、ＦＭ変調用信号源６０７（第一の信号発生器）にＡＭ変調用信号源６０８（第二の信号発生器）より信号を供給する。これにより、分散による遅延の影響を補正した高速波長掃引光源が構成できる。
【００５２】
（実施例２）
本発明の波長可変光源装置を波長掃引型光干渉断層撮像装置（ＳＳ−ＯＣＴ）に適用した例について説明する。
【００５３】
図７は、本発明の波長可変光源装置を適用した波長掃引型光断層撮像装置の模式図である。
図７に示したＯＣＴ装置では、波長可変光源７０１（光源部）から出た光をカプラ７０２を通じて被検体７０３へと導かれるサンプル光７０４と、固定ミラー（参照ミラー）７０５へと導かれる参照光７０６とに分割する。分割されたあと、サンプル光７０４はコリメータレンズ７０７と走査鏡７０８および対物レンズ７０９を経て、検体７０３へと導かれ、検体７０３に照射される。
【００５４】
検体７０３の深さ情報を持って反射された光はもと来た光路を戻り、再びカプラ７０２に戻る。ここで、対物レンズ７０９、走査鏡７０８、コリメータレンズ７０７は、検体測定部を構成する。
【００５５】
一方、参照光７０６はコリメータレンズ７１０、対物レンズ７１１を通過したのち固定ミラー（参照ミラー）７０５にて反射され、もと来た光路を戻り再びカプラ７０２（干渉部）へと戻る。ここで、参照ミラー７０５、対物レンズ７１１、コリメータレンズ７１０は、参照部を構成し、反射光を干渉部７０２に伝達する。
【００５６】
干渉部７０２に戻った参照光７０６は、サンプル光（反射光）７０４と共にフォトダイオード（光検出部）７１２へと導かれ干渉信号を生成する。計算処理機（画像処理部）７１３においてこの干渉信号を光源走査信号をもとに再配列し、フーリエ変換を中心とした信号処理をすることで深さ方向断層画像を取得できる。つまり、光検出部７１２で検出された干渉光に基づいて検体の断層像が得られる。
【００５７】
本実施例では、波長可変光源７０１として本発明の波長掃引光源を用いる。本発明に係る波長掃引光源を用いることで、従来の波長掃引周波数である数十ｋＨｚを大きく超えた掃引周波数のＳＳ−ＯＣＴ装置を構築することができる。より高速にＯＣＴ画像が撮れることにより、眼球の固視微動などによる像のブレを抑えたＳＮの良い画像を取得することができる。
【００５８】
尚、干渉信号を取得する際、実際の波長掃引時に行うＡＭ変調に対し信号取得点数を同期させることが望ましい。例えば、実施例１で示した５０００回の波長掃引を１周期としたＡＭ変調を行う際には、信号取得点数は７０×７０で４９００点とする。そして波長掃引を始めた直後の１００周は波長掃引の定常状態が安定するまでの慣らし時間とする。こうすることで、干渉信号を１平面において取得する時間と、ＡＭ変調の周期を同期させることが後段の信号処理の簡易化の観点からも望ましい。
【符号の説明】
【００５９】
１０１、６０１ 光利得媒体
１０２、６０２ 光強度変調器
１０４、６０４ 光カプラ
１０５、６０５ 屈折率の波長分散を有する光ファイバ
３００、３０４、４００、４０２、４０３ 光パルス列
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光共振器内に屈折率の波長分散を含む波長掃引光源の分散による波長毎の周回時間遅延の影響を補正し、高速な波長掃引を可能とした光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種光計測用の光源として様々な波長可変光源が開発されてきている。なかでも、波長可変帯域が広く、波長掃引速度の速い光源は、計測装置の性能向上に寄与することから広く望まれている。波長可変帯域の拡大は測定情報量の増加や、分解能の向上に寄与する。一方、波長の掃引時間は計測機の測定時間と比例関係にあるため、波長掃引速度の高速化は測定時間の短縮につながる。
特に眼底用の光干渉断層撮像装置（ＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇａｐｈｙ））の場合、測定対象である目が固視微動をするため、その影響を受けにくいように測定時間の短縮が強く望まれている。
【０００３】
このような高速に波長を可変できる光源として非特許文献１には分散チューニング方式によるものが開示されている。
これは光共振器内における屈折率の波長分散（以下、単に「分散」ともいう。）によって波長毎の自由スペクトル空間（以下、「ＦＳＲ：Ｆｒｅｅ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｒａｎｇｅ」ともいう。）の間隔が異なることを利用した波長掃引の手法である。
【０００４】
具体的には、強制モード同期動作を行う変調周波数がＦＳＲ間隔によって異なることを利用し、変調周波数（ＦＳＲに依存）をＦＭ（周波数）変調することによって波長掃引を行う。機械的な駆動部を持たないことから数百ｋＨｚ程度の高速波長掃引動作が期待されている。
一方、高速波長掃引光源の異なる方式として非特許文献２にはＦＤＭＬ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｄｏｍａｉｎ Ｍｏｄｅ Ｌｏｃｋｉｎｇ）方式によるものが開示されている。
【０００５】
これは共振器の光学的距離によって決定される光の周回時間と、波長を選択するフィルターの掃引時間とを同期させることで、波長掃引の定常状態を共振器内に作り出す方式である。
波長掃引している状態であっても、周回する光にとっては波長選択フィルターを常に透過できる状態にあるので、理想的にはフィルターによる損失を被ることなく数百ｋＨｚ程度の高速な波長掃引動作が報告されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｓ．Ｙａｍａｓｈｉｔａ， ｅｔ ａｌ． Ｏｐｔ．Ｅｘｐ． Ｖｏｌ．１４， ｐｐ．９２９９−９３０６ ２００６
【非特許文献２】Ｒ．Ｈｕｂｅｒ， ｅｔ ａｌ． Ｏｐｔ．Ｅｘｐ． Ｖｏｌ．１４， ｐｐ．３２２５−３２３７ ２００６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
非特許文献１においては、分散チューニング方式の波長掃引光源で２００ｋＨｚの動作速度が得られることが報告されている。機械的駆動部が存在しないためにさらなる高速波長掃引動作が期待されるが、高速に波長掃引を行おうとすると変調器での損失が大きくなることが課題として生じてくる。
【０００８】
つまり、変調器にて生成されたモード同期パルスが共振器を一周し、再び変調器に戻ってきた際にはモード同期動作を行う変調周波数が異なる値となっており、強い損失を受ける。この変調周波数のずれる量は掃引時間の速さに比例して大きくなるため、高速波長掃引を行ううえで課題となる。
【０００９】
一方、この周波数がずれる課題を解決するには前記のＦＤＭＬ方式を分散チューニング方式に適応すれば良いと考えられる。つまり、共振器長によって決まる光の周回時間と変調周波数のＦＭ変調を同期させ、ある変調周波数で発生したモード同期パルスが一周して戻ってきたときに再び同じ周波数で変調が行われる系を組めば良い。
【００１０】
しかしながら、そうしたところで２００ｋＨｚを超える高速波長掃引動作の達成は困難であることが発明者らの検討によって判明した。
なぜならば、分散チューニングを行う系は光共振器内に必ず屈折率の波長分散を抱えているため、波長掃引帯域の短波長側と長波長側で周回する毎に周回時間の異なる遅延が生じるからである。
【００１１】
さらに光が共振器内を周回するほど遅延時間の差異は積算されていくので、この影響はより強くなる。したがって、分散チューニング方式はその動作原理から共振器内の波長分散が必須なため、単にＦＤＭＬ方式と組み合わせただけでは高速波長掃引の達成は困難となる。
【００１２】
本発明は、分散チューニング方式を用いて２００ｋＨｚを超える高速波長掃引動作を安定して行い得る光源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明により提供される光源装置は、光を増幅させる光利得媒体と屈折率の波長分散を有する光導波路とを含んで構成される光共振器と、該光共振器内における光の強度を変調する変調手段と、を備え、該変調手段の変調周波数に応じて光パルスの発振波長を掃引変化させる光源装置であって、
前記光共振器内を周回する光の前記波長分散に起因する遅延を含んだ光パルス列の時間的推移に呼応して、前記変調周波数の変化割合を推移させ、前記発振波長を掃引変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の光源装置では、光共振器内を周回する光の波長分散に起因する遅延を含んだ発振波長を有する光パルス列の時間的推移に呼応して、モード同期周波数の変調周波数の変化割合を推移させる。
【００１５】
これにより光共振器内を周回する毎に積算される分散による時間遅延の影響を補正でき、分散チューニング方式の光源においてもＦＤＭＬ方式の利点を採用した高速な波長掃引光源を構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の光源装置の一例を示す模式図
【図２】本発明の光源装置における変調周波数と発振波長との関係を説明するためのグラフ
【図３】本発明の光源装置における変調周波数と発振波長との関係を説明するためのグラフ
【図４】本発明の光源装置における変調周波数と発振波長との関係を説明するためのグラフ
【図５】本発明の光源装置における変調周波数と発振波長との関係を説明するためのグラフ
【図６】本発明の光源装置の一例を示す模式図
【図７】本発明の光干渉断層撮像装置の一例を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、分散チューニング方式において、ＦＭ変調信号の周波数変化率を掃引時間とともに徐々に変化させることで分散による波長毎の時間遅延の影響を補正するという、発明者らが見出した知見に基づいている。
【００１８】
本発明の光源装置は、光を増幅させる光利得媒体と屈折率の波長分散を有する光導波路とを含んで構成される光共振器と、該光共振器内における光の強度を変調する変調手段と、を備え、該変調手段の変調周波数に応じて光パルスの発振波長を掃引変化させる光源装置である。そして、光共振器内を周回する光の波長分散に起因する遅延を含んだ発振波長を有する光パルス列の時間的推移に呼応して、モード同期周波数の変調周波数の変化割合を推移させる光源装置である。尚、本発明は光源装置の駆動方法も包含する。
【００１９】
図１は、本発明に係る光源装置の一例を示す模式図である。
図１の光源装置においては、光利得媒体１０１と、光アイソレータ１０３と、分散付与ファイバ１０５と、光取出用カプラ１０４と、光強度変調器１０２とが光学的に結合され光共振器を形成している。光強度変調器１０２には信号発生器１０６から高周波信号が印加され周期的な変調が行われる。尚、１０７は信号発生器１０６に信号を与える信号発生器である。光アイソレータ１０３は、必要に応じて設けられるもので、リング型光共振器内の光を一方向に周回させる機能を有する。
【００２０】
ここで、光共振器の自由スペクトル空間（ＦＳＲ）に対して整数倍の変調周波数（以下、「モード同期周波数」ともいう。）を光強度変調器１０２に印加し、光共振器内の光を変調することで強制モード同期動作が得られる。ＦＳＲは光路長で決まる値なので、屈折率の波長分散が存在する系の場合は波長に応じてＦＳＲ間隔が異なる。
【００２１】
よって、ＦＳＲ間隔に波長依存性があるため、モード同期周波数を変化させることにより発振波長を制御できる。これが分散チューニング方式の波長掃引原理である。分散チューニング方式ではモード同期周波数を時間に対して変化させることで発振波長を掃引する。
【００２２】
以下、発明者らの検討事項を踏まえて説明する。
【００２３】
このような分散チューニング方式の系で非特許文献２に開示された波長掃引の周期と共振器内を光が周回する時間を同期させたＦＤＭＬ方式を行うと考える。
例えば、図１の光強度変調器１０２に、図２（Ａ）に示すようにｔ１からｔｎまでの時間にモード同期周波数をｆ１からｆｎまで線形に変化させて印加する。このとき、光共振器内では、図２（Ｂ）に示されるように、モード同期周波数に対応して発振波長がλ１からλｎまで変化した光パルス列が順次形成され波長掃引がなされる（図２（Ｂ）の各ドットはそれぞれ光パルスを示している）。
【００２４】
ここで、共振器長から決まる光の周回時間に同期させ、λ１の光が強度変調器１０２に再び戻ってきた（周回の後、変調器を光が透過する）ときにはモード同期周波数がｆ１となるような変調を行う。
図２（Ａ）及び（Ｂ）は、分散による波長毎の時間遅延が存在しない場合を示しており、モード同期周波数の掃引波形と一致したλ１からλｎまでの波長掃引が周期的に繰り返されることとなる。
【００２５】
しかしながら、実際には光共振器内には分散が存在するためにこの波形と一致したような波長変化の振る舞いとはならない。光共振器内の分散が負の値、つまり正常分散の領域では掃引範囲の波長において長波長側の光の方が早く周回する。
図３（Ａ）及び（Ｂ）は、正常分散を有する光共振器を用いた場合のモード同期周波数と光パルスの発振波長との関係を示している。図３（Ａ）に示すように光強度変調器１０２に線形なモード同期周波数を印加すると、光共振器内の光は、図３（Ｂ）に示すように掃引範囲の中心波長λｃに対して短波長側ではより遅く、長波長側ではより早く一周することとなる。つまり、λ１、λｃ、λｎに対応した一周あたりの時間遅延量３０１、３０２、３０３は、３０１＞３０２＞３０３の大きさの順になり、最初の光パルス列３００は、一周後に光が強度変調器に戻るときにはパルス列３０４のように時間的に波長が推移したものとなる。
【００２６】
分散の影響により、このような波長推移（分散による遅延を含んだ）を表す傾きは周回する毎に積算され大きくなる。
計測用装置の光源として想定される波長８００ｎｍから１５００ｎｍ程度の近赤外領域において、１００ｎｍ程度の波長範囲では一般的な光ファイバの持つ分散パラメータの傾きは一定であると近似する。すると、分散による遅延が要因の波長掃引の波形変化の割合は線形と近似でき、前記波長遷移を表す傾きは一定の割合で大きくなる。
この影響を補正するためには波長毎の時間遅延、つまり分散を補償する方法もあり得るが、分散チューニング方式では共振器内の波長分散が動作原理にとって必須なため、この手法を採用するのは難しい。
【００２７】
そこで、発明者は、光共振器内を周回する光の波長分散に起因する遅延を含んだ発振波長を有する光パルス列の時間的推移に呼応して、モード同期周波数の変調周波数の変化割合を推移させる手法を想起した。尚、この手法は、パルス列の傾きに合わせて変調周波数の傾きのタイミングを合わせると捉えることもできる。
【００２８】
この手法の一例としては、波長掃引を行うための変調信号である周波数変調（ＦＭ変調）の波形を変化させて時間遅延に追従させるＦＭ変調の変調手法がある。より具体的には周波数変調（ＦＭ変調）の信号をさらに振幅変調（ＡＭ変調）する手法である。
その動作原理を図３（Ｂ）、図４（Ａ）及び（Ｂ）を用いて説明する。
【００２９】
分散による遅延の影響によって図３（Ｂ）に示すように光共振器内で発生する光パルス列の発振波長の波形は、時間経過に伴い傾きが大きくなって、波長掃引される。最初のパルス列３００は、時間経過に伴いパルス列３０４となる。
そこで、光パルス列の時間的推移に呼応してＦＭ変調波形の傾きを大きくすることが有用となる。
つまり光パルス列の傾きの増大に追従するため、図４（Ａ）に示すようにｔ１からｔｎまでの時間、つまり周期は変えずにＦＭ変調波形の振幅４０１を除々に大きくする。
【００３０】
これにより、実効的なＦＭ変調波形の傾きは４０２、４０３と示すように大きくなっていく。このようにして、実際に共振器内を周回している光パルスの掃引波長の推移に呼応して変調周波数の変化割合を推移させることで、分散による遅延の影響を補正する。
図４（Ａ）のようにモード同期周波数を印加することで、図４（Ｂ）に示すように光共振器内で発生する光パルス列４００は、時間経過に伴いパルス列４０２、４０３と推移し、光パルス列の波形は、モード同期周波数の変調波形と一致する。
【００３１】
その結果、共振器を一周して再び変調器に戻ってきたモード同期パルスは、自分が励起された周波数と同じ周波数で変調され、損失を大きく受けることもなく共振器内を周回し続ける。つまり、光パルスが変調器を透過する際の変調周波数は、周回前の変調周波数と一致することになる。
【００３２】
しかしながら、このまま振幅変調（ＡＭ変調）によって周波数変調波形（ＦＭ変調波形）の振幅を大きくし続けるわけにはいかず、何周か毎に振幅を元に戻さなければならない。つまり、ＡＭ変調を周期的に行うことになる。
【００３３】
このときの周期は周波数変調波形（ＦＭ変調波形）の振幅が初期値の１．５倍〜２．５倍程度になる周期が望ましい。これは、モード同期周波数の掃引範囲が狭いと得られる効果が少なく、広げ過ぎると隣の次数のモードが励起され、共振器内に２色のモード同期パルスが励起されるためである。
このような状況は測定用光源としても、共振器内のエネルギー利用効率の観点からも望ましくない。
【００３４】
ここで、望ましいＡＭ変調によるＦＭ変調波形の変化の例を図５に示す。
５０１はＦＭ変調に対するＡＭ変調の波形を表し、周期的にＦＭ変調の振幅を変調する。ＦＭ変調の周期、つまり波長掃引周波数よりも大きな周期でＡＭ変調を行い、好ましくはＦＭ変調波形の振幅が例えば２倍となったところでＦＭ変調の振幅を初期値に戻す。また、共振器内の分散が正の値、つまり異常分散の領域では前記の遅延時間が逆となる。つまり、掃引範囲の波長において短波長側の光の方が早く周回する。よって、ＡＭ変調による補正の仕方は振幅が徐々に小さくなるよう行う。
【００３５】
以上のようなＦＭ変調にＡＭ変調が重畳された変調信号を信号発生器１０７にて生成し、モード同期周波数を生成する信号発生器１０６へ印加することで、光共振器内の波長分散に起因する遅延の影響を補正した高速波長掃引の状態が達成される。
【００３６】
ここまで、ＦＭ変調の振幅をＡＭ変調する手法について説明したが、分散による遅延の影響を補正する手法はＡＭ変調に限らず、電気的な遅延回路を用いて波長掃引の傾きを変化させてもよい。このような系ではＡＭ変調用の信号発生器を別途用意する必要性がなく、低コスト化、コンパクト化の面から好適である。このような装置は、図１に示した信号発生器１０７に遅延回路を組込むことで構成することができる。
【００３７】
また、実際に掃引したい波長範囲以外の時間帯では傾きをゼロとして一定の周波数のままにしておくことも望ましい。つまり、波長掃引に対して計測に用いる所望の波長λ１からλｎの発振している時間以外はｆ１やｆｎのままにしておく。このようにすることで、計測に不必要な波長の光が発生するのを抑制できるので好適である。
【００３８】
本発明において、光利得媒体としては半導体光増幅器（ＳＯＡ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）の他、エルビウムやイットリビウム等を含有する希土類添加（イオンドープ）光ファイバ、光ファイバ中に色素を添加して色素により増幅を行うもの等を採用することができる。
【００３９】
希土類添加光ファイバは、高利得で良好な雑音特性を得るためには好適である。色素添加光ファイバは、蛍光色素材料やそのホスト材料などを適宜選択することで可変波長の選択肢が増す。
【００４０】
半導体光増幅器は、小型で且つ高速制御が可能なことから好ましい。半導体光増幅器としては、反射型光増幅器と進行波形光増幅器の双方を用いることができる。半導体光増幅器を構成する材料は、一般的な半導体レーザを構成する化合物半導体等を用いることができ、具体的にはＩｎＧａＡｓ系、ＩｎＡｓＰ系、ＧａＡｌＳｂ系、ＧａＡｓＰ系、ＡｌＧａＡｓ系、ＧａＮ系等の化合物半導体を挙げることができる。半導体光増幅器は、利得の中心波長が、例えば、８４０ｎｍ、１０６０ｎｍ、１３００ｎｍ、１５５０ｎｍのものの中から光源の用途等に応じて適宜、選択して採用することができる。
【００４１】
本発明において、光導波路は屈折率の波長分散を有し、光を伝搬させる機能を有するものであれば、基本的に用いることができるが、外部からの影響を極力抑えるために光を閉じ込めて伝搬させる、スラブ導波路や、光ファイバを用いることが好ましい。光を閉じ込めて伝搬させる導波路は、基本的には屈折率の高い部分（コア）と屈折率の低い部分（クラッド）を有するが、細かい間隔のＦＳＲを得るためには比較的長い共振器長が望ましく、この観点から光ファイバを用いるのが好ましい。これは分散チューニング方式の原理から、ＦＳＲの間隔が小さいほうが発振波長を選択するピッチが細かくなるからである。光ファイバとしては、石英（ＳｉＯ２）ガラスを用いたものや、プラスチックを用いたもの、石英とプラスチックの両方を用いたもの等を挙げることができる。
【００４２】
本発明においては、光導波路が有する屈折率の波長分散の分散値は、正常分散（分散値が負）のものから異常分散（分散値が正）のものまで、採用する光増幅媒体、得ようとする掃引速度、掃引波長範囲等を考慮して適宜、所定の分散値のものを採用することができる。
本発明で採用し得る光共振器としては、ファイバに代表される光導波路で利得媒体の両端をつないだリング型共振器の他、光導波路の両端を反射端（反射部材）により構成した直線型共振器などで構成することができる。
【００４３】
本発明で採用し得る光変調手段としては、利得媒体の利得を電気的に直接的に変調し得る直接変調器や、外部変調器として電気光学効果（ポッケルス効果）を用いた電気光学変調器（ＥＯＭ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）であるＬＮ強度変調器（ＬｉＮｂＯ３基板使用）や半導体の電界吸収効果を用いた電界吸収型光変調器（ＥＡ変調器）等が挙げられる。この他、半導体光増幅器に信号光を導入して、出力光の強度変調を行う相互利得変調等の光学的変調器を挙げることもできる。
ＥＯＭは、応答速度が速いことから、高速変調や高速波長掃引実現の観点から好適である。
【００４４】
以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳しく説明する。
【００４５】
（実施例１）
ファイバーリング共振器を用いて波長１μｍ帯の波長掃引速度が５００ｋＨｚ程度となる波長掃引光源装置の例について図６を参照して説明する。
図６は本実施例の光源装置を示す模式図である。
図６の光源装置においては、光利得媒体としてのＳＯＡ６０１と、アイソレータ６０３と、光ファイバ６０５と、出力用カプラ６０４と、ＥＯＭ（ＬＮ強度変調器）６０２が光学的に結合されファイバ型リング共振器を構成している。強度変調器であるＥＯＭ６０２には信号発生器６０６からモードロック用の変調信号が印加され、信号発生器６０７からＦＭ変調信号が、信号発生器６０８からＡＭ変調信号がそれぞれ印加される。
なお、ＳＯＡ６０１やＥＯＭ６０２に接続されたＤＣ電流源などの図示は省略している。
ここで、信号発生器６０６、６０７及び６０８からＥＯＭ６０２へと印加する変調信号を図４及び図５に示したように印加することで、分散による遅延の影響を補正した高速波長掃引光源を構成できる。
【００４６】
以下、本実施例の具体的動作について説明する。
【００４７】
いま、図６に示した光源装置の光共振器の光路長Ｌが光ファイバ６０５および各素子の長さを合計してＬ＝４１１ｍとすると、共振器のＦＳＲは光速ｃ、屈折率ｎ＝１．４６として
【００４８】
【数１】
より、ＦＳＲ＝５００．０ｋＨｚである。
【００４９】
よって、信号発生器６０６からＦＳＲの整数倍である１ＧＨｚ付近の周波数でＥＯＭ６０２を変調すると、モード同期次数Ｎ＝２０００の強制モード同期動作となる。
ＥＯＭ６０２を駆動している信号源６０６へ信号源６０７から変調信号を加えることでＦＭ変調を行い、波長を掃引する。このＦＭ変調の傾きが一定つまり、掃引の周期が一定である場合には分散による遅延の影響によって、発振波長がＥＯＭ６０２へ戻ってきた際にモード同期周波数とのずれが積算されていく。この量はファイバの分散パラメータから見積もれる。一般的な光ファイバの持つ分散パラメータＤの値は、波長１μｍあたりで、−５０（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）といった値をとる。このとき、この分散パラメータＤの傾きは０．００２（ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ）であると見なすことができる。
【００５０】
いま、中心波長を１０５０ｎｍとし、掃引帯域を１００ｎｍとすると、１０００ｎｍから１１００ｎｍまで波長を変化させることになる。この±５０ｎｍの違いにより生じる分散からくる時間遅延の量は、
Δｔ ＝ （λ−１０５０［ｎｍ］）２×０．０４ ［ｐｓ ／ ｎｍ２］
より、共振器１周あたり約±１００ｐｓと見積もられる。
【００５１】
ここで５００ｋＨｚでの波長掃引を考える。前記共振器において、ＦＳＲが５００．００ｋＨｚであったので光が共振器を１周、周回するのに要する時間は２μｓである。このとき、光が５０００周、共振器内を周回すると遅延時間の量は±５００ｎｓとなり、発振波長の変化量、つまりモード同期周波数の変化量を示す傾きは当初の２倍となる。よって、前記ＦＭ変調を行う波形に対し２０ｍｓを周期として振幅が２倍となるようなＡＭ変調を信号源６０８を動作させて行う。つまり、ＦＭ変調用信号源６０７（第一の信号発生器）にＡＭ変調用信号源６０８（第二の信号発生器）より信号を供給する。これにより、分散による遅延の影響を補正した高速波長掃引光源が構成できる。
【００５２】
（実施例２）
本発明の波長可変光源装置を波長掃引型光干渉断層撮像装置（ＳＳ−ＯＣＴ）に適用した例について説明する。
【００５３】
図７は、本発明の波長可変光源装置を適用した波長掃引型光断層撮像装置の模式図である。
図７に示したＯＣＴ装置では、波長可変光源７０１（光源部）から出た光をカプラ７０２を通じて被検体７０３へと導かれるサンプル光７０４と、固定ミラー（参照ミラー）７０５へと導かれる参照光７０６とに分割する。分割されたあと、サンプル光７０４はコリメータレンズ７０７と走査鏡７０８および対物レンズ７０９を経て、検体７０３へと導かれ、検体７０３に照射される。
【００５４】
検体７０３の深さ情報を持って反射された光はもと来た光路を戻り、再びカプラ７０２に戻る。ここで、対物レンズ７０９、走査鏡７０８、コリメータレンズ７０７は、検体測定部を構成する。
【００５５】
一方、参照光７０６はコリメータレンズ７１０、対物レンズ７１１を通過したのち固定ミラー（参照ミラー）７０５にて反射され、もと来た光路を戻り再びカプラ７０２（干渉部）へと戻る。ここで、参照ミラー７０５、対物レンズ７１１、コリメータレンズ７１０は、参照部を構成し、反射光を干渉部７０２に伝達する。
【００５６】
干渉部７０２に戻った参照光７０６は、サンプル光（反射光）７０４と共にフォトダイオード（光検出部）７１２へと導かれ干渉信号を生成する。計算処理機（画像処理部）７１３においてこの干渉信号を光源走査信号をもとに再配列し、フーリエ変換を中心とした信号処理をすることで深さ方向断層画像を取得できる。つまり、光検出部７１２で検出された干渉光に基づいて検体の断層像が得られる。
【００５７】
本実施例では、波長可変光源７０１として本発明の波長掃引光源を用いる。本発明に係る波長掃引光源を用いることで、従来の波長掃引周波数である数十ｋＨｚを大きく超えた掃引周波数のＳＳ−ＯＣＴ装置を構築することができる。より高速にＯＣＴ画像が撮れることにより、眼球の固視微動などによる像のブレを抑えたＳＮの良い画像を取得することができる。
【００５８】
尚、干渉信号を取得する際、実際の波長掃引時に行うＡＭ変調に対し信号取得点数を同期させることが望ましい。例えば、実施例１で示した５０００回の波長掃引を１周期としたＡＭ変調を行う際には、信号取得点数は７０×７０で４９００点とする。そして波長掃引を始めた直後の１００周は波長掃引の定常状態が安定するまでの慣らし時間とする。こうすることで、干渉信号を１平面において取得する時間と、ＡＭ変調の周期を同期させることが後段の信号処理の簡易化の観点からも望ましい。
【符号の説明】
【００５９】
１０１、６０１ 光利得媒体
１０２、６０２ 光強度変調器
１０４、６０４ 光カプラ
１０５、６０５ 屈折率の波長分散を有する光ファイバ
３００、３０４、４００、４０２、４０３ 光パルス列
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を増幅させる光利得媒体と屈折率の波長分散を有する光導波路とを含んで構成される光共振器と、該光共振器内における光の強度を変調する変調手段と、を備え、該変調手段の変調周波数に応じて光パルスの発振波長を掃引変化させる光源装置であって、
前記光共振器内を周回する光の前記波長分散に起因する遅延を含んだ光パルス列の時間的推移に呼応して、前記変調周波数の変化割合を推移させ、前記発振波長を掃引変化させることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記変調周波数を、前記光が前記光共振器の周回する時間と同期させて変化させることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記波長分散に起因する遅延を受けた光が周回して前記変調手段を透過する際の前記変調周波数が、周回前の変調周波数と一致することを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記変調周波数の変化割合の推移を前記変調周波数の周波数変調波形を振幅変調してなすことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項５】
前記振幅変調の周期は、前記周波数変調波形の振幅が初期値の１．５倍〜２．５倍となる範囲にある請求項４に記載の光源装置。
【請求項６】
前記振幅変調を、前記周波数変調を行う第一の信号発生器に第二の信号発生器より信号を供給して行うことを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
【請求項７】
前記変調手段は、外部変調器であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項８】
前記光利得媒体は、半導体光増幅器であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項９】
前記光利得媒体は、希土類添加光ファイバであることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項１０】
光を増幅させる光利得媒体と屈折率の波長分散を有する光導波路とを含んで構成される光共振器と、該光共振器内における光の強度を変調する変調手段と、を備え、該変調手段の変調周波数に応じて光パルスの発振波長を掃引変化させる光源装置の駆動方法であって、
前記光共振器内を周回する光の前記波長分散に起因する遅延を含んだ光パルス列の時間的推移に呼応して、前記変調周波数の変化割合を変化させ、前記発振波長を掃引変化させることを特徴とする光源装置の駆動方法。
【請求項１１】
請求項１から請求項８の何れか一項に記載の光源装置を用いた光源部と、前記光源部からの光を検体に照射し、該検体からの反射光を伝達させる検体測定部と、前記光源部からの光を参照ミラーに照射し、該参照ミラーからの反射光を伝達させる参照部と、前記検体測定部からの反射光と前記参照部からの反射光とを干渉させる干渉部と、前記干渉部からの干渉光を検出する光検出部と、前記光検出部で検出された光に基づいて、前記検体の断層像を得る画像処理部と、を有することを特徴とする光干渉断層撮像装置。
【請求項１】
光を増幅させる光利得媒体と屈折率の波長分散を有する光導波路とを含んで構成される光共振器と、該光共振器内における光の強度を変調する変調手段と、を備え、該変調手段の変調周波数に応じて光パルスの発振波長を掃引変化させる光源装置であって、
前記光共振器内を周回する光の前記波長分散に起因する遅延を含んだ光パルス列の時間的推移に呼応して、前記変調周波数の変化割合を推移させ、前記発振波長を掃引変化させることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記変調周波数を、前記光が前記光共振器の周回する時間と同期させて変化させることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記波長分散に起因する遅延を受けた光が周回して前記変調手段を透過する際の前記変調周波数が、周回前の変調周波数と一致することを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記変調周波数の変化割合の推移を前記変調周波数の周波数変調波形を振幅変調してなすことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項５】
前記振幅変調の周期は、前記周波数変調波形の振幅が初期値の１．５倍〜２．５倍となる範囲にある請求項４に記載の光源装置。
【請求項６】
前記振幅変調を、前記周波数変調を行う第一の信号発生器に第二の信号発生器より信号を供給して行うことを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
【請求項７】
前記変調手段は、外部変調器であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項８】
前記光利得媒体は、半導体光増幅器であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項９】
前記光利得媒体は、希土類添加光ファイバであることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項１０】
光を増幅させる光利得媒体と屈折率の波長分散を有する光導波路とを含んで構成される光共振器と、該光共振器内における光の強度を変調する変調手段と、を備え、該変調手段の変調周波数に応じて光パルスの発振波長を掃引変化させる光源装置の駆動方法であって、
前記光共振器内を周回する光の前記波長分散に起因する遅延を含んだ光パルス列の時間的推移に呼応して、前記変調周波数の変化割合を変化させ、前記発振波長を掃引変化させることを特徴とする光源装置の駆動方法。
【請求項１１】
請求項１から請求項８の何れか一項に記載の光源装置を用いた光源部と、前記光源部からの光を検体に照射し、該検体からの反射光を伝達させる検体測定部と、前記光源部からの光を参照ミラーに照射し、該参照ミラーからの反射光を伝達させる参照部と、前記検体測定部からの反射光と前記参照部からの反射光とを干渉させる干渉部と、前記干渉部からの干渉光を検出する光検出部と、前記光検出部で検出された光に基づいて、前記検体の断層像を得る画像処理部と、を有することを特徴とする光干渉断層撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１５６１８７（Ｐ２０１２−１５６１８７Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１９２９（Ｐ２０１１−１１９２９）
【出願日】平成２３年１月２４日（２０１１．１．２４）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２４日（２０１１．１．２４）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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