ＳＤ−ＯＣＴシステムの駆動制御方法
【課題】システムが要求するスペクトル形状に容易に制御することが可能となるＳＤ−ＯＣＴシステムの駆動制御方法を提供する。
【解決手段】スーパールミネッセントダイオードであるＳＬＤ、および該ＳＬＤを駆動制御する駆動制御手段を有する光源と、
ラインセンサを有する分光器と、を備え、
前記光源から出射され、参照光学系および照射光学系を経由した戻り光を前記分光器で分光処理し、該分光処理により得られた光のスペクトル情報に基づいて光断層画像を取得するＳＤ−ＯＣＴシステムの駆動制御方法であって、
前記駆動制御手段によって、３つ以上の電流値を持つ駆動波形を発生させて該電流値の間を周期的に変動させる際に、その周期を前記ラインセンサが前記スペクトル情報を取得する周期の整数倍として、前記ＳＤ−ＯＣＴシステムが要求するスペクトル形状に制御する。
【解決手段】スーパールミネッセントダイオードであるＳＬＤ、および該ＳＬＤを駆動制御する駆動制御手段を有する光源と、
ラインセンサを有する分光器と、を備え、
前記光源から出射され、参照光学系および照射光学系を経由した戻り光を前記分光器で分光処理し、該分光処理により得られた光のスペクトル情報に基づいて光断層画像を取得するＳＤ−ＯＣＴシステムの駆動制御方法であって、
前記駆動制御手段によって、３つ以上の電流値を持つ駆動波形を発生させて該電流値の間を周期的に変動させる際に、その周期を前記ラインセンサが前記スペクトル情報を取得する周期の整数倍として、前記ＳＤ−ＯＣＴシステムが要求するスペクトル形状に制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＤ−ＯＣＴシステムの駆動制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体組織などの光断層像の取得に使用されるシステムとしてＯＣＴシステムが知られている。
中でも、ＳＤ−ＯＣＴシステムは、特許文献１に開示されているように広帯域なスペクトル幅をもつ光源から光を出射し、ＯＣＴ光学系で干渉した光をスペクトルの取得する分光器を用いて光断層画像を取得するシステムとして知られている。
そして、特許文献１にも記載のように、取得するスペクトル幅が大きいほど断層像の分解能が向上する。
そのため、ＳＤ−ＯＣＴシステム応用においては、広帯域な光源が求められる。例えば、５μｍの分解能が必要であれば、波長８５０ｎｍ付近において、９０ｎｍ程度のスペクトル帯域が必要である。
また、ＯＣＴ光学系では光源の光を光ファイバへ結合させる必要がある。
そのため、光源に求められる特性として、そのスペクトルが広帯域であるとともに、光ファイバへ効率よく光結合できることが求められる。
【０００３】
この様な特性を持つ光源として、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）が知られている。
ＳＬＤは端面発光型の半導体レーザと似た素子構成であるが、レーザ発振を抑制する構造となっている。
具体的には、リッジ構造等で決定される光導波方向と素子端面を垂直から５°〜１５°の範囲で傾斜させることで素子端面での光の反射を抑えている。
また、素子端面に誘電体の無反射コートを施し、反射率を落とした構造が用いられることもある。具体的には、０．１％以下の反射率が望ましい。
【０００４】
このように共振が抑制されるような構造になっていることから、活性層の比較的広いスペクトル範囲がデバイスから出射されるスペクトルに強く反映されるため、ＬＥＤと同様にスペクトル帯域の広いインコヒーレントな光を出射するという特性を持つ。
そのため、ＳＤ−ＯＣＴシステムにおいては、ＳＬＤを光源として使用することができる。
ただし、通常の半導体レーザで多用される活性層構造、より具体的には同じ構造の量子井戸を活性層として複数配置した構造では、半導体レーザと比較するとスペクトル幅は広いが、ＳＤ−ＯＣＴに求められるほどの広帯域化は難しい。
そこで、ＳＬＤにおいてＳＤ−ＯＣＴシステムの要求するレベルまで発光スペクトルを広帯域化する方法として、発光波長の異なる複数の量子井戸層を一つの導波路構造内に活性層として組み込んだ、非対称量子井戸と呼ばれる構造を取り入れている。
特許文献１においては、広帯域化のために発光波長の異なる２つの量子井戸を活性層として使用したＳＬＤが開示されており、これによると８４ｎｍの波長幅が実現可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９―２８３７３６号公報
【特許文献２】特開２０１０−１７１０６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ＳＤ−ＯＣＴシステムでは、広帯域化とともに、そのスペクトル形状も最終的な断層像の品質に影響を与える。
例えば、求められる形状の一例として、取得したスペクトルをフーリエ変換により断層像にする関係により、光源のスペクトル形状は単峰性のスペクトル形状が望ましい。
これにより、フーリエ変換した際のＳＮの悪化や、偽信号の生成を抑えられるため、断層像の高品質化が可能となる。
このように、システムの要求による最適スペクトル形状が存在し、光源であるＳＬＤとしては、その要求を満足できることが望ましい。
【０００７】
一方、現実に使用されている光源であるＳＬＤでは、特許文献１にもあるように、非対称量子井戸構造によって発光波長を広げることは可能だが、非対称量子井戸構造を導入してもスペクトル形状を単峰性に制御することは困難である。
特に出力を上げるために駆動電流を増加させていくと、あるレベルから短波側の発光が強くなり、中心にピークを持つ単峰性のスペクトル形状の実現は難しくなる。
また、非対称量子井戸構造等の構造パラメータを変更することでもある程度のスペクトル形状の制御は可能だが、量子井戸の位置を最適値から大きくずらす等の設計変更をしてしまうと、スペクトル形状以外の他の要素、具体的には光出力や効率、素子寿命等の悪化につながる。
【０００８】
以上のように、実際のＳＬＤでは、非対称量子井戸の構造や注入電流等のスペクトルを制御するためのパラメータを制御できる範囲に制限があり、システムに要求するスペクトル形状、例えば、単峰性のスペクトル形状を実現することは困難である。
この課題の根本的な原因として、制御パラメータの可動範囲に制限があることに加え、そもそも形状を制御するためのパラメータの数が少ないことが課題の解決をより困難にしている。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑み、システムが要求するスペクトル形状に容易に制御することが可能となるＳＤ−ＯＣＴシステムの駆動制御方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のＳＤ−ＯＣＴシステムの駆動制御方法は、スーパールミネッセントダイオードであるＳＬＤ、および該ＳＬＤを駆動制御する駆動制御手段を有する光源と、
ラインセンサを有する分光器と、を備え、
前記光源から出射され、参照光学系および照射光学系を経由した戻り光を前記分光器で分光処理し、該分光処理により得られた光のスペクトル情報に基づいて光断層画像を取得するＳＤ−ＯＣＴシステムの駆動制御方法であって、
前記駆動制御手段によって、３つ以上の電流値を持つ駆動波形を発生させて該電流値の間を周期的に変動させる際に、その周期を前記ラインセンサが前記スペクトル情報を取得する周期の整数倍として、
前記ＳＤ−ＯＣＴシステムが要求するスペクトル形状に制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、システムが要求するスペクトル形状に容易に制御することが可能となるＳＤ−ＯＣＴシステムの駆動制御方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１に用いられるＳＬＤの構造について説明する図。
【図２】本発明の実施例１に用いられる素子構造のＳＬＤを、一定電流や変調電流で駆動した場合のスペクトル形状の計算結果を説明する図。
【図３】本発明の実施例１における駆動電流を変化させた場合の時間積算したスペクトル形状を説明する図。
【図４】本発明の実施例１におけるＳＬＤを用いたＳＤ−ＯＣＴシステムの駆動制御方法を説明する図。
【図５】本発明の実施例２におけるＳＬＤ素子構造を説明する図。
【図６】本発明の実施例２における単峰性スペクトルのための駆動制御方法およびスペクトル形状を説明する図。
【図７】本発明の実施例２における矩形スペクトルのための駆動制御方法およびスペクトル形状を説明する図。
【図８】本発明の実施例２におけるＳＬＤを用いたＳＤ−ＯＣＴシステムの駆動制御方法を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明のスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）を用いたＳＤ−ＯＣＴシステムの駆動制御方法においては、分光器に到達した光のスペクトルから光断層画像を取得するように構成されている。
そして、スペクトルから断層像を計算する際には、光源のスペクトル形状を計算に取り入れる必要がある。
そのため、ＳＬＤの特性としては、スペクトルが安定していることが望まれる。例えば、特許文献１においても、ＳＬＤは一定電流で駆動している。
ＳＬＤを駆動する電流を変化させた場合、出射される光強度に加えて、スペクトル形状も電流変動に合わせて変動してしまう。
そのため、単純に電流を変化させてしまうと計算に取り入れるべき光源のスペクトル形状が複雑に変化するため、計算の複雑化や精度低下により悪影響が起きることが容易に想像される。
【００１４】
ここで、ＯＣＴシステムに用いるスペクトル取得用の分光器の特性について、更に考察する。
分光器は、主にグレーティングとその先にあるラインセンサからなっている。
グレーティングは、波長ごとに回折する方向を分ける効果を持っている。そして、これにより波長ごとに空間的に進む方向が変わるため、それぞれの方向に進む光の強度をラインセンサで受光することにより、スペクトルの強度を取得できる仕組みになっている。
ここで、光源とラインセンサの関係についてもう少し詳しく検討すると、以下のようなことが分かった。
ラインセンサは一定時間は受光素子内に入射光に応じた電荷を蓄積しておき、一定時間経過後にその電荷量を読みだす機構となっている。
このキャリア蓄積時間内で入射する光出力が変動した場合、読みだされる電荷量は光出力の積算値となる。そのため、ＳＤ−ＯＣＴシステムにおいては、電荷を蓄積する一定時間内の変動は、実は、その平均値で一定光量入射した場合と等価となる。
つまり、ＳＤ−ＯＣＴシステムにおいては、ラインセンサのキャリア蓄積時間で積算した光量が同じであれば、その時間内での変動があってもシステムからは安定した光量として認識される。
【００１５】
一方、実際に駆動電流を変化させた場合、ＳＬＤ内では量子井戸内の状態密度に対するキャリアの占有レベルも併せて変化するため、利得スペクトルが変化する。その結果、ＳＬＤから出射される光のスペクトル変化につながる。
そのため、ラインセンサのキャリア蓄積時間の単位で繰り返される光の変動であれば、各スペクトル成分の光量はラインセンサのデータ取得毎で安定に見え、かつスペクトル形状は変化させることができる。
つまり、結果として、ＳＤ−ＯＣＴシステムにおいては、システムから見た光源の等価的なスペクトル形状を制御する方法として、上記の量子井戸の構造を変える等のほかに、つぎのように制御することができることが分かった。
すなわち、ＳＬＤの駆動電流をラインセンサの周期と同一、またはその整数倍の周期を持った変調波形で駆動するという新しい制御手段によって、より自由に等価的なスペクトル形状を制御することができることが分かった。
そこで、本発明ではＳＬＤを一定電流で連続的に駆動するのではなく、スペクトル制御手段の一つとして、ある周期を持った波形の電流で駆動する。
これにより、スペクトル形状を制御するパラメータが増えるため、システムが要求するスペクトルにより近付けられる。
例えば、スペクトル形状を単峰性にすることができれば、フーリエ変換時のＳＮ比の向上や偽信号の抑制ができ、結果として高品位なＯＣＴ断層像を得ることができる。
【実施例】
【００１６】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１として、本発明を適用したＳＤ−ＯＣＴシステムの駆動制御方法の構成例について説明する。
まず、図１（ａ）により本実施例に用いられるＳＬＤの構造について説明する。ＳＬＤの縦方向の層構成として、
ＧａＡｓ基板５０１の上部(半導体基板上)には、Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓで構成されるｎ−クラッド層(第１の導電型のクラッド層)５０２が配置されている。
ｎ−クラッド層５０２の上には３つのＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸（図示せず）を含む活性層５０３が位置している。
活性層５０３は、基底準位からの発光波長が異なる複数の、例えば３つの量子井戸層で構成されており、それぞれの基底準位からの発光波長は、１０５０ｎｍ、９７８ｎｍ、９０６ｎｍ、である。
活性層５０３の上にはｐ型Ａｌ0.5ＧａＡｓ層で構成されるｐ−クラッド層(第２の導電型のクラッド層)５０４がある。
ｐ−クラッド層５０４の上には厚さ１０ｎｍの高ドープｐ型ＧａＡｓで構成されるコンタクト層５０７が位置している。
コンタクト層５０７の上部にはコンタクト層５０７と電気的接触が確保されている上部電極５１０がある。
そして基板５０１の下には基板５０１と電気的接触が確保されている基板裏面の下部電極５１１がある。
【００１７】
ＳＬＤの素子形状は、図１（ｂ）に示すように、
ｐ−クラッド層５０４およびコンタクト層５０７はｐ−クラッド層の途中まで部分的に除去され、残った部分は幅が４μｍのリッジ形状５２０となっている。
そして、リッジ長さは１ｍｍであり、リッジ上部には上部電極５１０が形成されている。
リッジ端面はＧａＡｓ結晶の壁開面であり、ＳＬＤの上部電極の長手方向が、垂直から５°〜１５°の範囲で傾斜が付けられている。その際、この傾斜である前記壁開面の垂線とリッジの長手方向とは７°傾斜していることがより望ましい。また、両端面には反射率を制御するための多層の誘電体膜５２１が付加されている。その際この反射率を０．１％以下とすることが望ましい。
【００１８】
このような素子構造のＳＬＤを、一定電流や変調電流で駆動した場合のスペクトル形状の計算結果を説明する。
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ（ａ）が３ｘ１０18ｃｍ-1、（ｂ）が４ｘ１０18ｃｍ-1、（ｃ）が５ｘ１０18ｃｍ-1条件の一定電流で出力される光のスペクトルをそれぞれ示す。
これより、図２（ａ）に示す３ｘ１０18ｃｍ-1の場合には２つのピークがあるが、注入電流を大きくし、キャリア密度を増やした場合には、図２（ｂ）や（ｃ）のように、より短波長からの発光が強くなる。
そのため、スペクトルを制御するために電流を増やしたとしても、短波長側からの発光強度が強くなり、ＯＣＴシステムが要求する単峰性のスペクトル形状を得ることは難しい。
【００１９】
一方、図３に駆動電流を変化させた場合の時間積算したスペクトル形状、つまりＯＣＴシステムから見えるスペクトル形状を示す。
図３（ａ）に今回印加する変調電流の波形と電流値を示す。
電流の単位は、上記と比較するために電流値そのものではなく、ＳＬＤの活性層内のキャリア密度として示している。
これより、今回印加する電流値は、３つのレベルからなるステップ上の駆動電流波形であり、それぞれのステップのキャリア密度は図２の一定電流でのそれぞれのキャリア密度と同一である。
また、この図での時間は相対的なものであり、比が変わらなければ積算スペクトルは変化しない。
そのため、この比を維持しつつ上述のように周期をラインセンサのデータ取得周期の整数倍とすることで、システムから見ると安定した光源と見ることができる。
【００２０】
図３（ｂ）には図３（ａ）に示す変調波形によってできるスペクトルの積算形状を示す。
これより、図３（ｂ）では、一定電流駆動のスペクトル形状と比較し、中心にピークをもつ単峰性のスペクトル形状になっていることが分かる。
図２では電流値を変化させてもこのような単峰性は得られなかったが、図３に示すように同じ駆動電流の範囲で駆動した場合でも、変調することによってＳＬＤの発光スペクトル形状をより自由に制御することができる。そして、中心にピークを持つ単峰性のスペクトル形状が実現できることが分かる。
スペクトル形状を単峰性にするための変調条件は、素子長や活性層のスペクトル形状等によって決まる。
そのため、図３（ａ）の変調条件はこの素子に対して最適な条件であるが、すべてのＳＬＤにおいて共通な条件ではない。
駆動条件を決定する大きな要素としては、素子の利得スペクトル形状およびそのキャリア密度依存性および素子長である。
【００２１】
また、駆動波形は電流を流し十分な強度の光出力がある状態でその波形を時間ごとに変化させることが重要である。
それは、発光のスペクトル形状が変化し、それぞれの状態での発光スペクトルの積算が等価的なスペクトル形状となるため、足し合わせをする元となるスペクトルにあるレベルの光強度が必要である。
言い換えると、半導体レーザなどで用いられるパルス駆動、つまり２つの決まった電流値のどちらかで駆動し、ある時間後に片方に移るような２値の駆動方法は不向きである。
これは、半導体レーザなどで用いられるパルス駆動は、低いレベルの駆動時には光出力が低く（光通信で０に相当）、またもう片方では高いレベル（光通信で１に相当）の光出力を得るように設定しているためである。
これは、その差が信号として必要となるため、許容される範囲でこの差ができるだけ大きくなるように駆動条件を決めている。
一方、本実施例ではできるだけ同じレベルの光出力が望ましく、また積算する元のスペクトル形状のパターンが多いほうがより自由に積算スペクトル形状を制御できる。
つまり、本実施例で示した３つ以上の電流レベルを持ったステップ状の駆動波形、もしくは連続的に電流が変化するような駆動波形が好ましい。
【００２２】
つぎに、本実施例における素子の作製手順について説明する。
まず、ＧａＡｓ基板５０１上に半導体層構成を有機金属気相成長法や分子線エピタキシー法により、ｎ−クラッド層５０２、活性層５０３、ｐ−クラッド層５０４、コンタクト層５０７を成長させる。
そのウエハに、スパッタ法を用いて誘電体膜を形成する。
その後、半導体リソグラフィー法を用いてフォトレジストでリッジ形成のためのストライプ形成マスクを形成する。
ドライエッチング法を用いて、ストライプ形成マスク以外の部分の半導体を選択的に除去し、高さが０．５μｍのリッジ形状を作成する。
その後、ＳｉＯ2を半導体表面に形成し、フォトリソグラフィー法によって、リッジ上部のＳｉＯ2を部分的に除去する。
次に、真空蒸着法およびリソグラフィー法を用いてｐ側およびｎ側電極５１０、５１１を形成する。良好な電気特性を得るため、高温窒素雰囲気中で電極と半導体を合金化する。
最後に、劈開により端面に結晶面を出し、反射率を調整するための誘電体膜を両端面にコーティングして完成する。
このようにして完成したＳＬＤをＳＤ−ＯＣＴシステムに搭載し、図３（ａ）で示す駆動波形で駆動することにより、図３（ｂ）のスペクトル形状を得ることができる。
【００２３】
図４に、以上のようにして作成したＳＬＤを組み込んだＳＤ−ＯＣＴシステムを示す。
このシステムは光源部６００、ファイバ同士を光結合する光結合部６２０、参照光光学系（参照光反射部）６３０、測定対象物６５０へ光を照射するための照射光学系６４０、分光器６６０およびスペクトル情報を画像に変換する画像変換部６７０より構成されている。
光源部６００は、所定の駆動波形を発生させる駆動制御回路６０１、図１に示すＳＬＤ６０２、光ファイバへ光を結合するレンズ６０３より構成されている。
そして、駆動制御回路６０１はＳＬＤ６０２を駆動するに際し、３つ以上の電流値を持つ駆動波形を発生させて、該電流値の間を周期的に変動さることが可能に構成されている。
ここで、ＳＬＤ６０２から出射された光は、６０３を通して光ファイバへ入射する。
また、光結合部６２０により分波された光の一部は参照光学系６３０へ入る。
参照光学系６３０はコリメータレンズ６３１および６３２、反射鏡６３３で構成されており、上記光結合部６２０を経由して入射した光は反射鏡６３３で反射され戻り光として再度光ファイバへ入射する。
光ファイバから光結合部６２０で分波されたもう片方の光は、照射光学系６４０へ入る。
照射光学系６４０はコリメータレンズ６４１および６４２、光路を９０°曲げるための反射鏡６４３で構成されている。
照射光学系６４０は入射した光を測定対象物６５０へ入射するとともに、反射光を再び光ファイバへ結合する役割がある。
上記駆動制御回路６０１として使用できる回路としては、特許文献２等に開示されているような、公知の端面発光型レーザやＳＬＤの駆動に用いられるような回路が使用可能である。このような駆動回路でＳＬＤ６０２を駆動することで、所定の電流値、そして図３（ａ）などに示されているキャリア密度を実現することができる。
【００２４】
そして、参照光学系６３０および照射光学系６４０から戻ってきた光は光結合部６２０を通り、これらの光を分光処理する分光器６６０へ入る。
分光器６６０はコリメータレンズ６６１および６６２、分光するためのグレーティング６６３およびグレーティングにより分光された光のスペクトル情報を得るためのラインセンサ６６４で構成されている。
分光器６６０はそれに入射した光のスペクトル情報を得る構成となっている。
分光器６６０で得た情報は、６５０の光断層画像へ変換するための画像変換部６７０で画像へ変換され、最終的な出力である断層画像情報が得られる。
【００２５】
［実施例２］
実施例２として、実施例１とは異なり、第１の導電型のクラッド層と第２の導電型のクラッド層のいずれか一方に、２つ以上の電極が形成されるようにした形態の構成例について説明する。
まず、図５により本実施例２に用いられるＳＬＤの構造について説明する。
本実施例においては、半導体層構成は実施例１と同一である。しかし、本実施例では図５に示すように、リッジ５２０上部に電極が２つ（４４０および４４１）あり、電気的に分離されている。
これらはｐ−クラッド層５０４に電気的にコンタクトしている。実施例１では電極は一つであったため、素子全体を一つの波形で駆動しスペクトルを制御していた。
一方、本実施例では２つの電極に独立して電流を流すことができるため、スペクトル制御に対する自由度をより大きくすることができる。
本実施例のデバイス構造は、電極４４０が長さ１ｍｍ、電極４４１が長さ０．５ｍｍである。リッジ５２０の幅は実施例１と同じであり、電極が２つあること、それにより素子長が長くなっていること以外は、デバイス構造は実施例１と同一である。
光は両端面より出射するが、電極４４１側の端面より出射した光をシステムに取り入れて使用する。
【００２６】
図６に、本実施例での駆動条件とスペクトル形状を示す。
図６（ａ）は各電極の駆動波形を示す。実線１４４０は電極４４０を駆動するための駆動波形であり、点線１４４１は電極４４１を駆動するための駆動波形である。図６（ａ）では、２つの電極に異なる駆動波形を入力している。そして、電流は３つの異なるレベルの間で変化している。
図５のＳＬＤを図６（ａ）に示す駆動方法により駆動したときの出射光の積算スペクトルを図６（ｂ）に示す。
これより、本実施例においても単峰性のスペクトル形状が実現できることが分かる。
単峰性にできるという観点では、実施例１と同様であるが、本実施例では、駆動波形における一定値保持時間の比率を実施例１と比較し、小さくできる点がメリットである。
具体的には、実施例１の駆動波形の場合、図３（ａ）より最も長い保持時間は０．９であり、最も短い保持時間は０．００１５である。つまり、最も長い時間と短い時間の比率は６００倍である。
一方、本実施例ではもっと長い保持時間は１．０であり、最も短い保持時間は０．０１であるため、その比率は１００である。この様に、本実施例では、保持時間の比率を小さくすることができる。
【００２７】
駆動波形の繰り返し周期はラインセンサの読み取り周期で決まるため、保持時間の比率を小さくできるということは駆動回路に求められる周波数特性は狭い範囲で良いことになる。
一方、実施例１の場合には短い時間で確実に電流を流す必要があり、より高い駆動性能の電気回路が必要となる。
また、この駆動波形の特徴として、一部にキャリア密度が１ｘ１０18ｃｍ-1の部分が存在することが挙げられる。
これは、本実施例の量子井戸の場合、光の利得（誘導放出）が発生するレベルよりも小さなキャリア密度であり、言い換えると透明キャリア密度より低いキャリア密度による駆動となっている。なお、本実施例での透明キャリア密度は１．５ｘ１０18ｃｍ-1である。
上述したように、ＳＬＤでは誘導放出を用いて動作するため誘導放出が起きるレベル、具体的には透明キャリア密度以上の駆動電流で駆動する。
一方、本実施例では、誘導放出だけでなく、このような透明キャリア密度以下の駆動も行なっている。
これは、電極４４０の下の領域の活性層で発生した誘導放出光の一部を電極４４１の下の活性層の吸収スペクトルにより形状制御するためである。
【００２８】
このように２電極構造で、かつ透明キャリア密度以下のキャリア注入レベルのスペクトルも利用することで、上記のような低い保持時間比率でも実施例１と同様な単峰性のスペクトル形状を実現できる。
また、電極数が増えたことで、より自由にスペクトルを制御できるようになる。図７では、図６と比較し、より矩形形状のスペクトルを実現する。
図７（ａ）に駆動波形を示す。図７（ａ）では、電極４４０の駆動波形を２４４０が示しており、電極４４１の駆動波形を２４４１が示している。
そして、図７（ｂ）に本実施例のＳＬＤ構造を図７（ａ）の駆動波形で駆動した場合の積算スペクトルを示す。
図６では単峰性のスペクトル形状であったが図７ではより矩形に近いスペクトル形状であることが分かり、同じＳＬＤであっても駆動波形を変えることでより自由にスペクトル形状を変化させることが分かる。
【００２９】
図６および図７より、システムの要求や得たい画像の種類によって、駆動波形を変えるだけで、光源の特性を自由に変える。
例えば、スペクトルの半値全幅を優先したい場合、つまりＯＣＴ画像の分解能を上げたい場合には、図６よりも図７の方が好ましい。
一方、ＳＮ比や偽信号の少ない画像を得たい場合には、図６の様なより単峰性のスペクトル形状にすることにより、実現できる。
そして、本発明ではこれらの切り替えをＳＬＤの駆動波形を変更することのみで実現できる。
【００３０】
本実施例の素子作成手順は、上部電極５１０のかわりに４４０および４４１の２つの電極を設ける点を除いては、実施例１と同一のため、省略する。
これを用いたＳＤ−ＯＣＴシステムを図８に示す。
図８ではＳＬＤ８０２およびそのために２電極を独立駆動できる駆動部８０１を除き図４と同じ部材で構成されているため、同じ記号を付している。構成および各部の役割も図４と同一であるため、説明は省略する。
本実施例ではｐ−クラッドに電気的にコンタクトしている電極は２つであったが、３つ以上であっても効果を奏する。
実施例１と２を比較し、上述のように、電極の数を１個から２個に増やすことにより、スペクトル形状制御の自由度が増したように、３個以上にすることにより、より自由に制御できるようになる。
そのため、３つ以上の電極を用いた場合であっても、本発明の効果を奏する。
【符号の説明】
【００３１】
５０１：ＧａＡｓ基板
５０２：ｎ−クラッド層
５０３：活性層
５０４：ｐ−クラッド層
５０７：コンタクト層
５１０：上部電極
５１１：下部電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＤ−ＯＣＴシステムの駆動制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体組織などの光断層像の取得に使用されるシステムとしてＯＣＴシステムが知られている。
中でも、ＳＤ−ＯＣＴシステムは、特許文献１に開示されているように広帯域なスペクトル幅をもつ光源から光を出射し、ＯＣＴ光学系で干渉した光をスペクトルの取得する分光器を用いて光断層画像を取得するシステムとして知られている。
そして、特許文献１にも記載のように、取得するスペクトル幅が大きいほど断層像の分解能が向上する。
そのため、ＳＤ−ＯＣＴシステム応用においては、広帯域な光源が求められる。例えば、５μｍの分解能が必要であれば、波長８５０ｎｍ付近において、９０ｎｍ程度のスペクトル帯域が必要である。
また、ＯＣＴ光学系では光源の光を光ファイバへ結合させる必要がある。
そのため、光源に求められる特性として、そのスペクトルが広帯域であるとともに、光ファイバへ効率よく光結合できることが求められる。
【０００３】
この様な特性を持つ光源として、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）が知られている。
ＳＬＤは端面発光型の半導体レーザと似た素子構成であるが、レーザ発振を抑制する構造となっている。
具体的には、リッジ構造等で決定される光導波方向と素子端面を垂直から５°〜１５°の範囲で傾斜させることで素子端面での光の反射を抑えている。
また、素子端面に誘電体の無反射コートを施し、反射率を落とした構造が用いられることもある。具体的には、０．１％以下の反射率が望ましい。
【０００４】
このように共振が抑制されるような構造になっていることから、活性層の比較的広いスペクトル範囲がデバイスから出射されるスペクトルに強く反映されるため、ＬＥＤと同様にスペクトル帯域の広いインコヒーレントな光を出射するという特性を持つ。
そのため、ＳＤ−ＯＣＴシステムにおいては、ＳＬＤを光源として使用することができる。
ただし、通常の半導体レーザで多用される活性層構造、より具体的には同じ構造の量子井戸を活性層として複数配置した構造では、半導体レーザと比較するとスペクトル幅は広いが、ＳＤ−ＯＣＴに求められるほどの広帯域化は難しい。
そこで、ＳＬＤにおいてＳＤ−ＯＣＴシステムの要求するレベルまで発光スペクトルを広帯域化する方法として、発光波長の異なる複数の量子井戸層を一つの導波路構造内に活性層として組み込んだ、非対称量子井戸と呼ばれる構造を取り入れている。
特許文献１においては、広帯域化のために発光波長の異なる２つの量子井戸を活性層として使用したＳＬＤが開示されており、これによると８４ｎｍの波長幅が実現可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９―２８３７３６号公報
【特許文献２】特開２０１０−１７１０６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ＳＤ−ＯＣＴシステムでは、広帯域化とともに、そのスペクトル形状も最終的な断層像の品質に影響を与える。
例えば、求められる形状の一例として、取得したスペクトルをフーリエ変換により断層像にする関係により、光源のスペクトル形状は単峰性のスペクトル形状が望ましい。
これにより、フーリエ変換した際のＳＮの悪化や、偽信号の生成を抑えられるため、断層像の高品質化が可能となる。
このように、システムの要求による最適スペクトル形状が存在し、光源であるＳＬＤとしては、その要求を満足できることが望ましい。
【０００７】
一方、現実に使用されている光源であるＳＬＤでは、特許文献１にもあるように、非対称量子井戸構造によって発光波長を広げることは可能だが、非対称量子井戸構造を導入してもスペクトル形状を単峰性に制御することは困難である。
特に出力を上げるために駆動電流を増加させていくと、あるレベルから短波側の発光が強くなり、中心にピークを持つ単峰性のスペクトル形状の実現は難しくなる。
また、非対称量子井戸構造等の構造パラメータを変更することでもある程度のスペクトル形状の制御は可能だが、量子井戸の位置を最適値から大きくずらす等の設計変更をしてしまうと、スペクトル形状以外の他の要素、具体的には光出力や効率、素子寿命等の悪化につながる。
【０００８】
以上のように、実際のＳＬＤでは、非対称量子井戸の構造や注入電流等のスペクトルを制御するためのパラメータを制御できる範囲に制限があり、システムに要求するスペクトル形状、例えば、単峰性のスペクトル形状を実現することは困難である。
この課題の根本的な原因として、制御パラメータの可動範囲に制限があることに加え、そもそも形状を制御するためのパラメータの数が少ないことが課題の解決をより困難にしている。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑み、システムが要求するスペクトル形状に容易に制御することが可能となるＳＤ−ＯＣＴシステムの駆動制御方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のＳＤ−ＯＣＴシステムの駆動制御方法は、スーパールミネッセントダイオードであるＳＬＤ、および該ＳＬＤを駆動制御する駆動制御手段を有する光源と、
ラインセンサを有する分光器と、を備え、
前記光源から出射され、参照光学系および照射光学系を経由した戻り光を前記分光器で分光処理し、該分光処理により得られた光のスペクトル情報に基づいて光断層画像を取得するＳＤ−ＯＣＴシステムの駆動制御方法であって、
前記駆動制御手段によって、３つ以上の電流値を持つ駆動波形を発生させて該電流値の間を周期的に変動させる際に、その周期を前記ラインセンサが前記スペクトル情報を取得する周期の整数倍として、
前記ＳＤ−ＯＣＴシステムが要求するスペクトル形状に制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、システムが要求するスペクトル形状に容易に制御することが可能となるＳＤ−ＯＣＴシステムの駆動制御方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１に用いられるＳＬＤの構造について説明する図。
【図２】本発明の実施例１に用いられる素子構造のＳＬＤを、一定電流や変調電流で駆動した場合のスペクトル形状の計算結果を説明する図。
【図３】本発明の実施例１における駆動電流を変化させた場合の時間積算したスペクトル形状を説明する図。
【図４】本発明の実施例１におけるＳＬＤを用いたＳＤ−ＯＣＴシステムの駆動制御方法を説明する図。
【図５】本発明の実施例２におけるＳＬＤ素子構造を説明する図。
【図６】本発明の実施例２における単峰性スペクトルのための駆動制御方法およびスペクトル形状を説明する図。
【図７】本発明の実施例２における矩形スペクトルのための駆動制御方法およびスペクトル形状を説明する図。
【図８】本発明の実施例２におけるＳＬＤを用いたＳＤ−ＯＣＴシステムの駆動制御方法を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明のスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）を用いたＳＤ−ＯＣＴシステムの駆動制御方法においては、分光器に到達した光のスペクトルから光断層画像を取得するように構成されている。
そして、スペクトルから断層像を計算する際には、光源のスペクトル形状を計算に取り入れる必要がある。
そのため、ＳＬＤの特性としては、スペクトルが安定していることが望まれる。例えば、特許文献１においても、ＳＬＤは一定電流で駆動している。
ＳＬＤを駆動する電流を変化させた場合、出射される光強度に加えて、スペクトル形状も電流変動に合わせて変動してしまう。
そのため、単純に電流を変化させてしまうと計算に取り入れるべき光源のスペクトル形状が複雑に変化するため、計算の複雑化や精度低下により悪影響が起きることが容易に想像される。
【００１４】
ここで、ＯＣＴシステムに用いるスペクトル取得用の分光器の特性について、更に考察する。
分光器は、主にグレーティングとその先にあるラインセンサからなっている。
グレーティングは、波長ごとに回折する方向を分ける効果を持っている。そして、これにより波長ごとに空間的に進む方向が変わるため、それぞれの方向に進む光の強度をラインセンサで受光することにより、スペクトルの強度を取得できる仕組みになっている。
ここで、光源とラインセンサの関係についてもう少し詳しく検討すると、以下のようなことが分かった。
ラインセンサは一定時間は受光素子内に入射光に応じた電荷を蓄積しておき、一定時間経過後にその電荷量を読みだす機構となっている。
このキャリア蓄積時間内で入射する光出力が変動した場合、読みだされる電荷量は光出力の積算値となる。そのため、ＳＤ−ＯＣＴシステムにおいては、電荷を蓄積する一定時間内の変動は、実は、その平均値で一定光量入射した場合と等価となる。
つまり、ＳＤ−ＯＣＴシステムにおいては、ラインセンサのキャリア蓄積時間で積算した光量が同じであれば、その時間内での変動があってもシステムからは安定した光量として認識される。
【００１５】
一方、実際に駆動電流を変化させた場合、ＳＬＤ内では量子井戸内の状態密度に対するキャリアの占有レベルも併せて変化するため、利得スペクトルが変化する。その結果、ＳＬＤから出射される光のスペクトル変化につながる。
そのため、ラインセンサのキャリア蓄積時間の単位で繰り返される光の変動であれば、各スペクトル成分の光量はラインセンサのデータ取得毎で安定に見え、かつスペクトル形状は変化させることができる。
つまり、結果として、ＳＤ−ＯＣＴシステムにおいては、システムから見た光源の等価的なスペクトル形状を制御する方法として、上記の量子井戸の構造を変える等のほかに、つぎのように制御することができることが分かった。
すなわち、ＳＬＤの駆動電流をラインセンサの周期と同一、またはその整数倍の周期を持った変調波形で駆動するという新しい制御手段によって、より自由に等価的なスペクトル形状を制御することができることが分かった。
そこで、本発明ではＳＬＤを一定電流で連続的に駆動するのではなく、スペクトル制御手段の一つとして、ある周期を持った波形の電流で駆動する。
これにより、スペクトル形状を制御するパラメータが増えるため、システムが要求するスペクトルにより近付けられる。
例えば、スペクトル形状を単峰性にすることができれば、フーリエ変換時のＳＮ比の向上や偽信号の抑制ができ、結果として高品位なＯＣＴ断層像を得ることができる。
【実施例】
【００１６】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１として、本発明を適用したＳＤ−ＯＣＴシステムの駆動制御方法の構成例について説明する。
まず、図１（ａ）により本実施例に用いられるＳＬＤの構造について説明する。ＳＬＤの縦方向の層構成として、
ＧａＡｓ基板５０１の上部(半導体基板上)には、Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓで構成されるｎ−クラッド層(第１の導電型のクラッド層)５０２が配置されている。
ｎ−クラッド層５０２の上には３つのＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸（図示せず）を含む活性層５０３が位置している。
活性層５０３は、基底準位からの発光波長が異なる複数の、例えば３つの量子井戸層で構成されており、それぞれの基底準位からの発光波長は、１０５０ｎｍ、９７８ｎｍ、９０６ｎｍ、である。
活性層５０３の上にはｐ型Ａｌ0.5ＧａＡｓ層で構成されるｐ−クラッド層(第２の導電型のクラッド層)５０４がある。
ｐ−クラッド層５０４の上には厚さ１０ｎｍの高ドープｐ型ＧａＡｓで構成されるコンタクト層５０７が位置している。
コンタクト層５０７の上部にはコンタクト層５０７と電気的接触が確保されている上部電極５１０がある。
そして基板５０１の下には基板５０１と電気的接触が確保されている基板裏面の下部電極５１１がある。
【００１７】
ＳＬＤの素子形状は、図１（ｂ）に示すように、
ｐ−クラッド層５０４およびコンタクト層５０７はｐ−クラッド層の途中まで部分的に除去され、残った部分は幅が４μｍのリッジ形状５２０となっている。
そして、リッジ長さは１ｍｍであり、リッジ上部には上部電極５１０が形成されている。
リッジ端面はＧａＡｓ結晶の壁開面であり、ＳＬＤの上部電極の長手方向が、垂直から５°〜１５°の範囲で傾斜が付けられている。その際、この傾斜である前記壁開面の垂線とリッジの長手方向とは７°傾斜していることがより望ましい。また、両端面には反射率を制御するための多層の誘電体膜５２１が付加されている。その際この反射率を０．１％以下とすることが望ましい。
【００１８】
このような素子構造のＳＬＤを、一定電流や変調電流で駆動した場合のスペクトル形状の計算結果を説明する。
図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ（ａ）が３ｘ１０18ｃｍ-1、（ｂ）が４ｘ１０18ｃｍ-1、（ｃ）が５ｘ１０18ｃｍ-1条件の一定電流で出力される光のスペクトルをそれぞれ示す。
これより、図２（ａ）に示す３ｘ１０18ｃｍ-1の場合には２つのピークがあるが、注入電流を大きくし、キャリア密度を増やした場合には、図２（ｂ）や（ｃ）のように、より短波長からの発光が強くなる。
そのため、スペクトルを制御するために電流を増やしたとしても、短波長側からの発光強度が強くなり、ＯＣＴシステムが要求する単峰性のスペクトル形状を得ることは難しい。
【００１９】
一方、図３に駆動電流を変化させた場合の時間積算したスペクトル形状、つまりＯＣＴシステムから見えるスペクトル形状を示す。
図３（ａ）に今回印加する変調電流の波形と電流値を示す。
電流の単位は、上記と比較するために電流値そのものではなく、ＳＬＤの活性層内のキャリア密度として示している。
これより、今回印加する電流値は、３つのレベルからなるステップ上の駆動電流波形であり、それぞれのステップのキャリア密度は図２の一定電流でのそれぞれのキャリア密度と同一である。
また、この図での時間は相対的なものであり、比が変わらなければ積算スペクトルは変化しない。
そのため、この比を維持しつつ上述のように周期をラインセンサのデータ取得周期の整数倍とすることで、システムから見ると安定した光源と見ることができる。
【００２０】
図３（ｂ）には図３（ａ）に示す変調波形によってできるスペクトルの積算形状を示す。
これより、図３（ｂ）では、一定電流駆動のスペクトル形状と比較し、中心にピークをもつ単峰性のスペクトル形状になっていることが分かる。
図２では電流値を変化させてもこのような単峰性は得られなかったが、図３に示すように同じ駆動電流の範囲で駆動した場合でも、変調することによってＳＬＤの発光スペクトル形状をより自由に制御することができる。そして、中心にピークを持つ単峰性のスペクトル形状が実現できることが分かる。
スペクトル形状を単峰性にするための変調条件は、素子長や活性層のスペクトル形状等によって決まる。
そのため、図３（ａ）の変調条件はこの素子に対して最適な条件であるが、すべてのＳＬＤにおいて共通な条件ではない。
駆動条件を決定する大きな要素としては、素子の利得スペクトル形状およびそのキャリア密度依存性および素子長である。
【００２１】
また、駆動波形は電流を流し十分な強度の光出力がある状態でその波形を時間ごとに変化させることが重要である。
それは、発光のスペクトル形状が変化し、それぞれの状態での発光スペクトルの積算が等価的なスペクトル形状となるため、足し合わせをする元となるスペクトルにあるレベルの光強度が必要である。
言い換えると、半導体レーザなどで用いられるパルス駆動、つまり２つの決まった電流値のどちらかで駆動し、ある時間後に片方に移るような２値の駆動方法は不向きである。
これは、半導体レーザなどで用いられるパルス駆動は、低いレベルの駆動時には光出力が低く（光通信で０に相当）、またもう片方では高いレベル（光通信で１に相当）の光出力を得るように設定しているためである。
これは、その差が信号として必要となるため、許容される範囲でこの差ができるだけ大きくなるように駆動条件を決めている。
一方、本実施例ではできるだけ同じレベルの光出力が望ましく、また積算する元のスペクトル形状のパターンが多いほうがより自由に積算スペクトル形状を制御できる。
つまり、本実施例で示した３つ以上の電流レベルを持ったステップ状の駆動波形、もしくは連続的に電流が変化するような駆動波形が好ましい。
【００２２】
つぎに、本実施例における素子の作製手順について説明する。
まず、ＧａＡｓ基板５０１上に半導体層構成を有機金属気相成長法や分子線エピタキシー法により、ｎ−クラッド層５０２、活性層５０３、ｐ−クラッド層５０４、コンタクト層５０７を成長させる。
そのウエハに、スパッタ法を用いて誘電体膜を形成する。
その後、半導体リソグラフィー法を用いてフォトレジストでリッジ形成のためのストライプ形成マスクを形成する。
ドライエッチング法を用いて、ストライプ形成マスク以外の部分の半導体を選択的に除去し、高さが０．５μｍのリッジ形状を作成する。
その後、ＳｉＯ2を半導体表面に形成し、フォトリソグラフィー法によって、リッジ上部のＳｉＯ2を部分的に除去する。
次に、真空蒸着法およびリソグラフィー法を用いてｐ側およびｎ側電極５１０、５１１を形成する。良好な電気特性を得るため、高温窒素雰囲気中で電極と半導体を合金化する。
最後に、劈開により端面に結晶面を出し、反射率を調整するための誘電体膜を両端面にコーティングして完成する。
このようにして完成したＳＬＤをＳＤ−ＯＣＴシステムに搭載し、図３（ａ）で示す駆動波形で駆動することにより、図３（ｂ）のスペクトル形状を得ることができる。
【００２３】
図４に、以上のようにして作成したＳＬＤを組み込んだＳＤ−ＯＣＴシステムを示す。
このシステムは光源部６００、ファイバ同士を光結合する光結合部６２０、参照光光学系（参照光反射部）６３０、測定対象物６５０へ光を照射するための照射光学系６４０、分光器６６０およびスペクトル情報を画像に変換する画像変換部６７０より構成されている。
光源部６００は、所定の駆動波形を発生させる駆動制御回路６０１、図１に示すＳＬＤ６０２、光ファイバへ光を結合するレンズ６０３より構成されている。
そして、駆動制御回路６０１はＳＬＤ６０２を駆動するに際し、３つ以上の電流値を持つ駆動波形を発生させて、該電流値の間を周期的に変動さることが可能に構成されている。
ここで、ＳＬＤ６０２から出射された光は、６０３を通して光ファイバへ入射する。
また、光結合部６２０により分波された光の一部は参照光学系６３０へ入る。
参照光学系６３０はコリメータレンズ６３１および６３２、反射鏡６３３で構成されており、上記光結合部６２０を経由して入射した光は反射鏡６３３で反射され戻り光として再度光ファイバへ入射する。
光ファイバから光結合部６２０で分波されたもう片方の光は、照射光学系６４０へ入る。
照射光学系６４０はコリメータレンズ６４１および６４２、光路を９０°曲げるための反射鏡６４３で構成されている。
照射光学系６４０は入射した光を測定対象物６５０へ入射するとともに、反射光を再び光ファイバへ結合する役割がある。
上記駆動制御回路６０１として使用できる回路としては、特許文献２等に開示されているような、公知の端面発光型レーザやＳＬＤの駆動に用いられるような回路が使用可能である。このような駆動回路でＳＬＤ６０２を駆動することで、所定の電流値、そして図３（ａ）などに示されているキャリア密度を実現することができる。
【００２４】
そして、参照光学系６３０および照射光学系６４０から戻ってきた光は光結合部６２０を通り、これらの光を分光処理する分光器６６０へ入る。
分光器６６０はコリメータレンズ６６１および６６２、分光するためのグレーティング６６３およびグレーティングにより分光された光のスペクトル情報を得るためのラインセンサ６６４で構成されている。
分光器６６０はそれに入射した光のスペクトル情報を得る構成となっている。
分光器６６０で得た情報は、６５０の光断層画像へ変換するための画像変換部６７０で画像へ変換され、最終的な出力である断層画像情報が得られる。
【００２５】
［実施例２］
実施例２として、実施例１とは異なり、第１の導電型のクラッド層と第２の導電型のクラッド層のいずれか一方に、２つ以上の電極が形成されるようにした形態の構成例について説明する。
まず、図５により本実施例２に用いられるＳＬＤの構造について説明する。
本実施例においては、半導体層構成は実施例１と同一である。しかし、本実施例では図５に示すように、リッジ５２０上部に電極が２つ（４４０および４４１）あり、電気的に分離されている。
これらはｐ−クラッド層５０４に電気的にコンタクトしている。実施例１では電極は一つであったため、素子全体を一つの波形で駆動しスペクトルを制御していた。
一方、本実施例では２つの電極に独立して電流を流すことができるため、スペクトル制御に対する自由度をより大きくすることができる。
本実施例のデバイス構造は、電極４４０が長さ１ｍｍ、電極４４１が長さ０．５ｍｍである。リッジ５２０の幅は実施例１と同じであり、電極が２つあること、それにより素子長が長くなっていること以外は、デバイス構造は実施例１と同一である。
光は両端面より出射するが、電極４４１側の端面より出射した光をシステムに取り入れて使用する。
【００２６】
図６に、本実施例での駆動条件とスペクトル形状を示す。
図６（ａ）は各電極の駆動波形を示す。実線１４４０は電極４４０を駆動するための駆動波形であり、点線１４４１は電極４４１を駆動するための駆動波形である。図６（ａ）では、２つの電極に異なる駆動波形を入力している。そして、電流は３つの異なるレベルの間で変化している。
図５のＳＬＤを図６（ａ）に示す駆動方法により駆動したときの出射光の積算スペクトルを図６（ｂ）に示す。
これより、本実施例においても単峰性のスペクトル形状が実現できることが分かる。
単峰性にできるという観点では、実施例１と同様であるが、本実施例では、駆動波形における一定値保持時間の比率を実施例１と比較し、小さくできる点がメリットである。
具体的には、実施例１の駆動波形の場合、図３（ａ）より最も長い保持時間は０．９であり、最も短い保持時間は０．００１５である。つまり、最も長い時間と短い時間の比率は６００倍である。
一方、本実施例ではもっと長い保持時間は１．０であり、最も短い保持時間は０．０１であるため、その比率は１００である。この様に、本実施例では、保持時間の比率を小さくすることができる。
【００２７】
駆動波形の繰り返し周期はラインセンサの読み取り周期で決まるため、保持時間の比率を小さくできるということは駆動回路に求められる周波数特性は狭い範囲で良いことになる。
一方、実施例１の場合には短い時間で確実に電流を流す必要があり、より高い駆動性能の電気回路が必要となる。
また、この駆動波形の特徴として、一部にキャリア密度が１ｘ１０18ｃｍ-1の部分が存在することが挙げられる。
これは、本実施例の量子井戸の場合、光の利得（誘導放出）が発生するレベルよりも小さなキャリア密度であり、言い換えると透明キャリア密度より低いキャリア密度による駆動となっている。なお、本実施例での透明キャリア密度は１．５ｘ１０18ｃｍ-1である。
上述したように、ＳＬＤでは誘導放出を用いて動作するため誘導放出が起きるレベル、具体的には透明キャリア密度以上の駆動電流で駆動する。
一方、本実施例では、誘導放出だけでなく、このような透明キャリア密度以下の駆動も行なっている。
これは、電極４４０の下の領域の活性層で発生した誘導放出光の一部を電極４４１の下の活性層の吸収スペクトルにより形状制御するためである。
【００２８】
このように２電極構造で、かつ透明キャリア密度以下のキャリア注入レベルのスペクトルも利用することで、上記のような低い保持時間比率でも実施例１と同様な単峰性のスペクトル形状を実現できる。
また、電極数が増えたことで、より自由にスペクトルを制御できるようになる。図７では、図６と比較し、より矩形形状のスペクトルを実現する。
図７（ａ）に駆動波形を示す。図７（ａ）では、電極４４０の駆動波形を２４４０が示しており、電極４４１の駆動波形を２４４１が示している。
そして、図７（ｂ）に本実施例のＳＬＤ構造を図７（ａ）の駆動波形で駆動した場合の積算スペクトルを示す。
図６では単峰性のスペクトル形状であったが図７ではより矩形に近いスペクトル形状であることが分かり、同じＳＬＤであっても駆動波形を変えることでより自由にスペクトル形状を変化させることが分かる。
【００２９】
図６および図７より、システムの要求や得たい画像の種類によって、駆動波形を変えるだけで、光源の特性を自由に変える。
例えば、スペクトルの半値全幅を優先したい場合、つまりＯＣＴ画像の分解能を上げたい場合には、図６よりも図７の方が好ましい。
一方、ＳＮ比や偽信号の少ない画像を得たい場合には、図６の様なより単峰性のスペクトル形状にすることにより、実現できる。
そして、本発明ではこれらの切り替えをＳＬＤの駆動波形を変更することのみで実現できる。
【００３０】
本実施例の素子作成手順は、上部電極５１０のかわりに４４０および４４１の２つの電極を設ける点を除いては、実施例１と同一のため、省略する。
これを用いたＳＤ−ＯＣＴシステムを図８に示す。
図８ではＳＬＤ８０２およびそのために２電極を独立駆動できる駆動部８０１を除き図４と同じ部材で構成されているため、同じ記号を付している。構成および各部の役割も図４と同一であるため、説明は省略する。
本実施例ではｐ−クラッドに電気的にコンタクトしている電極は２つであったが、３つ以上であっても効果を奏する。
実施例１と２を比較し、上述のように、電極の数を１個から２個に増やすことにより、スペクトル形状制御の自由度が増したように、３個以上にすることにより、より自由に制御できるようになる。
そのため、３つ以上の電極を用いた場合であっても、本発明の効果を奏する。
【符号の説明】
【００３１】
５０１：ＧａＡｓ基板
５０２：ｎ−クラッド層
５０３：活性層
５０４：ｐ−クラッド層
５０７：コンタクト層
５１０：上部電極
５１１：下部電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スーパールミネッセントダイオードであるＳＬＤ、および該ＳＬＤを駆動制御する駆動制御手段を有する光源と、
ラインセンサを有する分光器と、を備え、
前記光源から出射され、参照光学系および照射光学系を経由した戻り光を前記分光器で分光処理し、該分光処理により得られた光のスペクトル情報に基づいて光断層画像を取得するＳＤ−ＯＣＴシステムの駆動制御方法であって、
前記駆動制御手段によって、３つ以上の電流値を持つ駆動波形を発生させて該電流値の間を周期的に変動させる際に、その周期を前記ラインセンサが前記スペクトル情報を取得する周期の整数倍として、
前記ＳＤ−ＯＣＴシステムが要求するスペクトル形状に制御することを特徴とするＳＤ−ＯＣＴシステムの駆動制御方法。
【請求項２】
前記ＳＬＤは、半導体基板上に、第１の導電型のクラッド層と、第２の導電型のクラッド層と、これらのクラッド層の間に構成された活性層と、を備え、
前記半導体基板の端面と前記ＳＬＤの上部に形成された上部電極の長手方向が、垂直から５°〜１５°の範囲で傾斜していることを特徴とする請求項１に記載のＳＤ−ＯＣＴシステムの駆動制御方法。
【請求項３】
前記半導体基板の端面に誘電体膜が配置され、その反射率が０．１％以下とされることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＳＤ−ＯＣＴシステムの駆動制御方法。
【請求項４】
前記活性層には、基底準位からの発光波長が異なる複数の量子井戸が用いられることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のＳＤ−ＯＣＴシステムの駆動制御方法。
【請求項５】
前記第１の導電型のクラッド層と前記第２の導電型のクラッド層のいずれか一方に、２つ以上の電極が形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のＳＤ−ＯＣＴシステムの駆動制御方法。
【請求項６】
前記２つ以上の電極は、各電極の駆動波形が異なることを特徴とする請求項５に記載のＳＤ−ＯＣＴシステムの駆動制御方法。
【請求項７】
前記駆動波形のうち少なくとも一部は、前記活性層に用いられる量子井戸の透明キャリア密度より低いキャリア密度を実現する電流によるものであることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のＳＤ−ＯＣＴシステムの駆動制御方法。
【請求項１】
スーパールミネッセントダイオードであるＳＬＤ、および該ＳＬＤを駆動制御する駆動制御手段を有する光源と、
ラインセンサを有する分光器と、を備え、
前記光源から出射され、参照光学系および照射光学系を経由した戻り光を前記分光器で分光処理し、該分光処理により得られた光のスペクトル情報に基づいて光断層画像を取得するＳＤ−ＯＣＴシステムの駆動制御方法であって、
前記駆動制御手段によって、３つ以上の電流値を持つ駆動波形を発生させて該電流値の間を周期的に変動させる際に、その周期を前記ラインセンサが前記スペクトル情報を取得する周期の整数倍として、
前記ＳＤ−ＯＣＴシステムが要求するスペクトル形状に制御することを特徴とするＳＤ−ＯＣＴシステムの駆動制御方法。
【請求項２】
前記ＳＬＤは、半導体基板上に、第１の導電型のクラッド層と、第２の導電型のクラッド層と、これらのクラッド層の間に構成された活性層と、を備え、
前記半導体基板の端面と前記ＳＬＤの上部に形成された上部電極の長手方向が、垂直から５°〜１５°の範囲で傾斜していることを特徴とする請求項１に記載のＳＤ−ＯＣＴシステムの駆動制御方法。
【請求項３】
前記半導体基板の端面に誘電体膜が配置され、その反射率が０．１％以下とされることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＳＤ−ＯＣＴシステムの駆動制御方法。
【請求項４】
前記活性層には、基底準位からの発光波長が異なる複数の量子井戸が用いられることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のＳＤ−ＯＣＴシステムの駆動制御方法。
【請求項５】
前記第１の導電型のクラッド層と前記第２の導電型のクラッド層のいずれか一方に、２つ以上の電極が形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のＳＤ−ＯＣＴシステムの駆動制御方法。
【請求項６】
前記２つ以上の電極は、各電極の駆動波形が異なることを特徴とする請求項５に記載のＳＤ−ＯＣＴシステムの駆動制御方法。
【請求項７】
前記駆動波形のうち少なくとも一部は、前記活性層に用いられる量子井戸の透明キャリア密度より低いキャリア密度を実現する電流によるものであることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のＳＤ−ＯＣＴシステムの駆動制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−１１５３０５（Ｐ２０１３−１１５３０５Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６１５９１（Ｐ２０１１−２６１５９１）
【出願日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【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２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月３０日（２０１１．１１．３０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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