(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光線路における反射率分布を計測する光反射計測装置であって、
自己相関関数がデルタ関数的なピークを有する変調信号を出力する信号源と、
前記信号源から出力された変調信号に従って強度変調した光を出力する光源と、
前記光源から出力された光が前記光線路を伝搬する際に生じた反射光を受光して当該反射光強度に応じた値の検出信号を出力する受光部と、
前記信号源から出力された変調信号に遅延を与えて該変調信号を出力するとともに当該遅延量が可変である遅延部と、
前記受光部から出力された検出信号と前記遅延部から出力された変調信号との積の時間的平均値を表す電気信号を出力する演算部と、
前記遅延部における遅延量を制御するとともに、前記演算部から出力された電気信号に基づいて前記光線路における反射率分布を求める制御部と、
を備え、
前記制御部が、
前記光源からパルス光が出力されたときに前記受光部から出力される検出信号に基づいて、前記光線路の第１区間におけるＯＴＤＲ計測結果を取得し、
前記演算部から出力された電気信号に基づいて、前記光線路の前記第１区間に含まれる第２区間における反射率分布を求める、
ことを特徴とする光反射計測装置。
【請求項２】
光線路における反射率分布を計測する光反射計測装置であって、
自己相関関数がデルタ関数的なピークを有する変調信号を出力する信号源と、
前記信号源から出力された変調信号に従って強度変調した光を出力する光源と、
前記光源から出力された光が前記光線路を伝搬する際に生じた反射光を受光して当該反射光強度に応じた値の検出信号を出力する受光部と、
前記信号源から出力された変調信号に遅延を与えて該変調信号を出力するとともに当該遅延量が可変である遅延部と、
前記受光部から出力された検出信号と前記遅延部から出力された変調信号との積の時間的平均値を表す電気信号を出力する演算部と、
前記遅延部における遅延量を制御するとともに、前記演算部から出力された電気信号に基づいて前記光線路における反射率分布を求める制御部と、
を備え、
前記制御部が、
前記遅延部における遅延量を第１単位時間で走査して、前記演算部から出力された電気信号に基づいて、前記光線路の第１区間における反射率分布を求め、
前記遅延部における遅延量を前記第１単位時間より短い第２単位時間で走査して、前記演算部から出力された電気信号に基づいて、前記光線路の前記第１区間に含まれる第２区間における反射率分布を求める、
ことを特徴とする光反射計測装置。
【請求項３】
前記信号源がＭ系列符号に基づいて生成した変調信号を出力する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の光反射計測装置。
【請求項４】
光線路における反射率分布を計測する光反射計測方法であって、
自己相関関数がデルタ関数的なピークを有する変調信号を信号源から出力させ、
前記信号源から出力された変調信号に従って強度変調した光を光源から出力させ、
前記光源から出力された光が前記光線路を伝搬する際に生じた反射光を受光部により受光して当該反射光強度に応じた値の検出信号を該受光部から出力させ、
遅延量が可変である遅延部により、前記信号源から出力された変調信号に遅延を与えて該変調信号を出力させ、
前記受光部から出力された検出信号と前記遅延部から出力された変調信号との積の時間的平均値を表す電気信号を演算部から出力させ、
前記光源からパルス光が出力されたときに前記受光部から出力される検出信号に基づいて、前記光線路の第１区間におけるＯＴＤＲ計測結果を取得し、
前記遅延部における遅延量を制御して、前記演算部から出力された電気信号に基づいて、前記光線路の前記第１区間に含まれる第２区間における反射率分布を求める、
ことを特徴とする光反射計測方法。
【請求項５】
光線路における反射率分布を計測する光反射計測方法であって、
自己相関関数がデルタ関数的なピークを有する変調信号を信号源から出力させ、
前記信号源から出力された変調信号に従って強度変調した光を光源から出力させ、
前記光源から出力された光が前記光線路を伝搬する際に生じた反射光を受光部により受光して当該反射光強度に応じた値の検出信号を該受光部から出力させ、
遅延量が可変である遅延部により、前記信号源から出力された変調信号に遅延を与えて該変調信号を出力させ、
前記受光部から出力された検出信号と前記遅延部から出力された変調信号との積の時間的平均値を表す電気信号を演算部から出力させ、
前記遅延部における遅延量を第１単位時間で走査して、前記演算部から出力された電気信号に基づいて、前記光線路の第１区間における反射率分布を求め、
前記遅延部における遅延量を前記第１単位時間より短い第２単位時間で走査して、前記演算部から出力された電気信号に基づいて、前記光線路の前記第１区間に含まれる第２区間における反射率分布を求める、
ことを特徴とする光反射計測方法。
【請求項６】
Ｍ系列符号に基づいて生成した変調信号を信号源から出力させる、
ことを特徴とする請求項４または５に記載の光反射計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光線路における反射率分布を計測する光反射計測装置および光反射計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ線路を用いて光通信を行う光通信システムにおいて、その光ファイバ線路の破断や伝送損失増加などの故障を検知することは重要である。特に、近年普及しつつある加入者系の光通信システムでは、光ファイバ線路や加入者端末で故障が発生した場合に、迅速に故障箇所を特定して修復することが要求されている。
【０００３】
そこで、光通信システムにおいては、このような故障を検知するために光線路を監視する装置として光反射計測装置が設けられる。光反射計測装置は、光リフレクトメトリ技術を利用するものであって、光ファイバ線路等の光線路を監視光が伝搬する際に生じる反射光（フレネル反射光およびレイリー散乱光）に基づいて、その光線路における反射率分布を求めて、その光線路における故障の箇所を検知する。そして、このような光反射計測装置は、高い空間分解能で反射率分布を測定することが要求されている。
【０００４】
光リフレクトメトリ技術として、パルス状の監視光が光線路を伝搬する際に生じる反射光の強度の時間変化に基づいて反射率分布を測定する光時間領域リフレクトメトリ技術（ＯＴＤＲ: Optical Time Domain Reflectometry）が知られている。また、他の光リフレクトメトリ技術として、光コヒーレンス領域リフレクトメトリ技術（ＯＣＤＲ: Optical Coherence Domain Reflectometry）も知られている（特許文献１および非特許文献１を参照）。
【０００５】
ＯＣＤＲでは、光周波数が変調されて櫛歯状の光波コヒーレンス関数を有する監視光を発生させ、この監視光が光線路を伝搬する際に生じる反射光を入力するとともに、この監視光の一部を分岐して取り出した参照光をも入力し、これら反射光と参照光との干渉の大きさが両光の間の遅延時間差に依存することを利用して、光線路における特定位置における反射率を測定する。さらに、ＯＣＤＲでは、監視光における光周波数変調の間隔を変化させる等により、反射率を測定する位置を変化させて、光線路における反射率分布を求める。
【０００６】
光波コヒーレンス関数は、時刻ｔを変数とする関数である光の電場Ｖ(ｔ)の自己相関関数を光強度で規格化したものであり、光パワースペクトルのフーリエ変換を光強度で規格化したものである。電場Ｖ(ｔ)の光が２分岐されて、これら２つの分岐光の間の遅延時間差がτであるとしたとき、これら２つの分岐光の干渉縞の大きさは、その光の光波コヒーレンス関数の実部により表される。また、光波コヒーレンス関数の絶対値は、可干渉度と呼ばれ、干渉の大きさを表す。
【０００７】
ＯＣＤＲで用いられる監視光は、光周波数が変調されたものであって、櫛歯状の光波コヒーレンス関数を有する。具体例としては、光周波数を一定時間間隔で順にｆ0，ｆ0＋ｆs，ｆ0−ｆs，ｆ0＋２ｆs，ｆ0−２ｆs，ｆ0＋３ｆs，ｆ0−３ｆs，・・・ というように変調された光が監視光として用いられる。或いは、変調周波数ｆsで光周波数を正弦波状に変調された光が監視光として用いられる。このように光周波数が変調された監視光の光波コヒーレンス関数は、ｆsτが整数であるときにデルタ関数形状に類似した形状のピーク（コヒーレンスピーク）を有する。すなわち、これらの監視光は、櫛歯状の光波コヒーレンス関数を有する。ｆsが変化すると、コヒーレンスピークの位置も変化する。
【０００８】
櫛歯状の光波コヒーレンス関数は、間隔(１／ｆs)で配置される複数のコヒーレンスピークを有する。そのうちの１つのコヒーレンスピークが光線路のうちの被測定区間に存在するように、コヒーレンスピークの配置の間隔(１／ｆs)より短い時間幅のゲートが監視光にかけられて監視光のパルスが切り出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−１４８５９６号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Kazuo Hotate,et al., Journal of Lightwave Technology, Vol.24, No.7, pp.2541-2557 (2006).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ＯＴＤＲで高い空間分解能を得るには、監視光のパルス幅を狭くすることが必要である。また、監視光のパルス幅を狭くすると、監視光のエネルギーの低下に因る測定の信号対雑音比（ＳＮＲ: Signal to Noise Ratio）が低下するので、このＳＮＲの低下を補うために監視光のパワーを高くすることが必要である。ところが、監視光のパワーを高くすると、光線路において誘導ブリルアン散乱などの非線形光学現象が発現することによって測定性能の低下や通信信号への干渉が生じる可能性がある。したがって、ＯＴＤＲでは、空間分解能は数ｍに制限される。
【００１２】
一方、ＯＣＤＲでは、ＯＴＤＲと比べると高い空間分解能を得ることができ、例えば数ｋｍ遠方の反射点を数ｃｍの空間分解能で測定できることが知られている。しかしながら、ＯＣＤＲでは、光波領域での周波数変調および位相変調が必要であり、光源に要求される性能が非常に厳しい。
【００１３】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、光線路における反射率分布を高い空間分解能で容易に計測することができる光反射計測装置および光反射計測方法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】
【００１４】
本発明に係る光反射計測装置は、光線路における反射率分布を計測する光反射計測装置であって、(1) 自己相関関数がデルタ関数的なピークを有する変調信号を出力する信号源と、(2) 信号源から出力された変調信号に従って強度変調した光を出力する光源と、(3)光源から出力された光が光線路を伝搬する際に生じた反射光を受光して当該反射光強度に応じた値の検出信号を出力する受光部と、(4) 信号源から出力された変調信号に遅延を与えて該変調信号を出力するとともに当該遅延量が可変である遅延部と、(5)受光部から出力された検出信号と遅延部から出力された変調信号との積の時間的平均値を表す電気信号を出力する演算部と、(6) 遅延部における遅延量を制御するとともに、演算部から出力された電気信号に基づいて光線路における反射率分布を求める制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る光反射計測方法は、光線路における反射率分布を計測する光反射計測方法であって、自己相関関数がデルタ関数的なピークを有する変調信号を信号源から出力させ、信号源から出力された変調信号に従って強度変調した光を光源から出力させ、光源から出力された光が光線路を伝搬する際に生じた反射光を受光部により受光して当該反射光強度に応じた値の検出信号を該受光部から出力させ、遅延量が可変である遅延部により、信号源から出力された変調信号に遅延を与えて該変調信号を出力させ、受光部から出力された検出信号と遅延部から出力された変調信号との積の時間的平均値を表す電気信号を演算部から出力させ、遅延部における遅延量を制御して、演算部から出力された電気信号に基づいて光線路における反射率分布を求めることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る光反射計測装置または本発明に係る光反射計測方法では、信号源がＭ系列符号に基づいて生成した変調信号を出力するのが好適である。
【００１７】
本発明に係る光反射計測装置または本発明に係る光反射計測方法では、(a) 光源からパルス光が出力されたときに受光部から出力される検出信号に基づいて、光線路の第１区間におけるＯＴＤＲ計測結果を取得し、(b)演算部から出力された電気信号に基づいて、光線路の第１区間に含まれる第２区間における反射率分布を求めるのが好適である。
【００１８】
また、本発明に係る光反射計測装置または本発明に係る光反射計測方法では、(a) 遅延部における遅延量を第１単位時間で走査して、演算部から出力された電気信号に基づいて、光線路の第１区間における反射率分布を求め、(b)遅延部における遅延量を第１単位時間より短い第２単位時間で走査して、演算部から出力された電気信号に基づいて、光線路の第１区間に含まれる第２区間における反射率分布を求めるのも好適である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、光線路における反射率分布を高い空間分解能で容易に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態に係る光反射計測装置１の構成を示す図である。
【図２】本実施形態に係る光反射計測装置１に含まれる演算部６０の構成例を示す図である。
【図３】６段のＭ系列符号により生成された疑似乱数信号ｍ６、および、この疑似乱数信号ｍ６の自己相関関数を示す図である。
【図４】本実施形態に係る光反射計測装置１または光反射計測方法による反射率分布計測の態様を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２２】
図１は、本実施形態に係る光反射計測装置１の構成を示す図である。この図に示される光反射計測装置１は、光線路（例えば光ファイバ線路）２における反射率分布を計測する装置であって、信号源１０、光源２０、光サーキュレータ３０、受光部４０、遅延部５０、演算部６０および制御部７０を備える。
【００２３】
信号源１０は、自己相関関数がデルタ関数的なピークを有する変調信号ｍ(ｔ)を光源２０へ出力する。また、信号源１０は、上記変調信号ｍ(ｔ)に対して時間ｎτだけ遅れた変調信号ｍ(ｔ−ｎτ)を遅延部５０へ出力する。τは、光源２０から出力される光のパルス幅である。ｎは自然数である。信号源１０は、Ｍ系列符号に基づいて生成した変調信号ｍ(ｔ)を出力するのが好適である。
【００２４】
光源２０は、信号源１０から出力された変調信号ｍ(ｔ)に従って強度変調した光を光サーキュレータ３０へ出力する。光源２０はレーザダイオードを含むのが好適である。光サーキュレータ３０は、光源２０から出力されて到達した光を光線路２へ出力するとともに、その光が光線路２を伝搬する際に生じた反射光を入力して該反射光を受光部４０へ出力する。受光部４０は、光サーキュレータ３０から到達した光（光源２０から出力された光が光線路２を伝搬する際に生じた反射光）を受光して、当該反射光強度に応じた値の検出信号Ｉ(ｔ)を演算部６０へ出力する。受光部４０はフォトダイオードを含むのが好適である。
【００２５】
遅延部５０は、信号源１０から出力された変調信号ｍ(ｔ−ｎτ)に遅延を与えて、該変調信号ｍ(ｔ−ｎτ−Δτ)を演算部６０へ出力する。遅延部５０における遅延量Δτは可変である。遅延部５０における遅延量は、１００ｐｓ以下の単位時間で走査され得るのが好適であり、１０ｐｓ以下の単位時間で走査され得ると更に好適である。遅延部５０として、例えば、株式会社キャンドックスシステムズの製品CDX-ATI011が好適に用いられる。この製品の遅延量の可変範囲は１ｎｓであり、遅延量の分解能は０.５ｐｓである。
【００２６】
演算部６０は、受光部４０から出力された検出信号Ｉ(ｔ)を入力するとともに、遅延部５０から出力された変調信号ｍ(ｔ−ｎτ−Δτ)をも入力する。そして、演算部６０は、検出信号Ｉ(ｔ)と変調信号ｍ(ｔ−ｎτ−Δτ)との積の時間的平均値を表す電気信号Ｖを制御部７０へ出力する。演算部６０は、デジタル的に処理をしてもいいし、アナログ的に処理をしてもよい。制御部７０は、遅延部５０における遅延量を制御するとともに、演算部６０から出力された電気信号に基づいて光線路２における反射率分布を求め、また、その求めた反射率分布を表示する。
【００２７】
なお、本実施形態では、信号源１０および遅延部５０の双方により、光源２０に与えられる変調信号ｍに対して、演算部６０に与えられる変調信号に遅延が付加される。この場合、例えば、信号源１０により与えられる遅延量を大きくし、遅延部５０により与えられる遅延量を小さくすることで、遅延量の粗調および微調を実現することができる。
【００２８】
図２は、本実施形態に係る光反射計測装置１に含まれる演算部６０の構成例を示す図である。この図に示される演算部６０は、検出信号Ｉ(ｔ)と変調信号ｍ(ｔ−ｎτ−Δτ)との積の時間的平均値を表す電気信号Ｖをアナログ的処理により求めるものである。演算部６は、抵抗器６１、抵抗器６２、ＮＭＯＳトランジスタ６３、ＰＭＯＳトランジスタ６４、アンプ６５、アンプ６６、ローパスフィルタ６７、ローパスフィルタ６８および差動アンプ６９を含む。
【００２９】
アンプ６５の入力端は、抵抗器６１を介して受光部４０と接続され、トランジスタ６３のソース端子とも接続されている。アンプ６６の入力端は、抵抗器６２を介して受光部４０と接続され、トランジスタ６４のソース端子とも接続されている。トランジスタ６３，６４それぞれのドレイン端子は接地されている。トランジスタ６３，６４それぞれのゲート端子は遅延部５０と接続されている。
【００３０】
ローパスフィルタ６７は、アンプ６５の出力端から出力された信号を入力して、その入力信号のうち低周波成分を選択的に差動アンプ６９へ出力する。ローパスフィルタ６８は、アンプ６６の出力端から出力された信号を入力して、その入力信号のうち低周波成分を選択的に差動アンプ６９へ出力する。差動アンプ６９は、ローパスフィルタ６７，６８それぞれから出力された低周波成分の信号を入力して、これら入力信号の差に応じた信号Ｖを出力する。
【００３１】
このような構成を有する演算部６０は、受光部４０から出力された検出信号Ｉ(ｔ)を抵抗器６１，６２に入力するとともに、遅延部５０から出力された変調信号ｍ(ｔ−ｎτ−Δτ)をトランジスタ６３，６４のゲート端子に入力することで、検出信号Ｉ(ｔ)と変調信号ｍ(ｔ−ｎτ−Δτ)との積の時間的平均値を表す電気信号Ｖを出力することができる。
【００３２】
次に、信号源１０から出力される変調信号ｍ、信号源１０または遅延部５０により変調信号に与えられる遅延量、演算部６０から出力される電気信号Ｖ、および、制御部７０による光反射計測の制御、について詳細に説明する。
【００３３】
光反射計測装置１の光サーキュレータ３０から出力されて光線路２を伝搬する前方伝搬光の光電場Ｅｆ(ｔ,ｘ)は式（１）で表される。ここで、ｊは虚数単位である。ｔは時刻を表す変数である。ｘは位置を表す変数である。Ａは搬送波の振幅である。ωは角周波数である。ｋは波数である。ｖｇは群速度である。ｎ(ωｔ−ｋｘ)は強度雑音である。また、θ(ωｔ−ｋｘ)は位相雑音である。
【００３４】
【数１】
0005428630.tif 000002
【００３５】
光線路２上の位置ｘ’ における反射（フレネル反射およびレイリー散乱）により発生した後方伝搬光の光電場Ｅｂは式（２）で表される。したがって、受光部４０から出力される検出信号Ｉ(ｔ)は式（３）で表される。ここで、ｒは位置ｘ’ における前方伝搬光から後方伝搬光への結合の際の振幅結合係数である。また、ηは受光部４０の受光感度である。
【００３６】
【数２】
0005428630.tif 000003
【００３７】
【数３】
0005428630.tif 000004
【００３８】
充分に長い計測時間Ｔを想定し、変調信号ｍ(ｔ)が実関数であることに注意すると、演算部６０から出力される電気信号Ｖは式（４）で表される。ここで、ｍ*ｍは変調信号ｍ(ｔ)の自己相関関数である。この式から判るように、変調信号ｍ(ｔ)の自己相関関数ｍ*ｍがデルタ関数的なピークを有することで、演算部６０から出力される電気信号Ｖは、そのピーク位置に対応する光線路２上の位置ｘ’ における反射率ｒを表すものとなる。
【００３９】
【数４】
0005428630.tif 000005
【００４０】
光線路２における光反射位置ｘ’ を高い空間分解能で求めるには、自己相関関数ｍ*ｍが適当な極限でディラックのデルタ関数に収束するような変調信号ｍ(ｔ)が用いられる必要がある。さらに、計測時間Ｔに亘って光源２０から光が連続出力されることが好ましく、また、演算部６０に与えられる変調信号は、光源２０に与えられる変調信号ｍに対して、時間０から時間Ｔまでの遅延が付加されることが好ましい。
【００４１】
このような変調信号ｍはＭ系列（maximum-length sequences）符号から生成され得る。以下では、Ｎ段のＭ系列符号の０を−１に変更することで生成された疑似乱数信号ｍＮが変調信号ｍとして用いられる。Ｎ段のＭ系列疑似乱数信号ｍＮの性質は式（５）〜（１０）で表される。
【００４２】
【数５】
0005428630.tif 000006
【００４３】
【数６】
0005428630.tif 000007
【００４４】
【数７】
0005428630.tif 000008
【００４５】
【数８】
0005428630.tif 000009
【００４６】
【数９】
0005428630.tif 000010
【００４７】
【数１０】
0005428630.tif 000011
【００４８】
ここで、Ｔは符号長である（式（１１））。τはパルス幅である。Δτはパルス幅τより短い遅延時間である（式（１２））。ｐ、ｑ、ｑ’は、互いに異なる正の整数であり、その組み合わせはＭ系列ごとに一意に決定され得る。また、ｂτは式（１３）で表される周期τの関数である。
【００４９】
【数１１】
0005428630.tif 000012
【００５０】
【数１２】
0005428630.tif 000013
【００５１】
【数１３】
0005428630.tif 000014
【００５２】
図３（ａ）は、６段のＭ系列符号により生成された疑似乱数信号ｍ６を示す図である。また、図３（ｂ）は、この疑似乱数信号ｍ６の自己相関関数を示す図である。この図に示されるように、Ｎ段のＭ系列符号により生成された疑似乱数信号ｍＮの自己相関関数は、デルタ関数的なピークを有している。
【００５３】
光線路２上にＰ個の反射点{ｘｐ}を想定すると、後方散乱光の光電場Ｅｂは式（１４）のように表される。ここで、ｒｐは、位置ｘｐにおける前方伝搬光から後方伝搬光への結合の際の振幅結合係数である。また、簡単化のため、搬送波の強度雑音ｎは無視できるものとした。
【００５４】
【数１４】
0005428630.tif 000015
【００５５】
この式（１４）から、受光部４０から出力される検出信号Ｉ(ｔ)は式（１５）のように表される。ここで、δｐｑはクロネッカーのデルタである。Δτｐｑは、位置ｘｐおよび位置ｘｑそれぞれで発生した後方伝搬光のパルスの重なり時間である。ξｐｑおよびζｐｑは、位置ｘｐおよび位置ｘｑぞれぞれで発生した後方伝搬光の干渉と式（７）の性質による見掛けの反射位置を表す。
【００５６】
【数１５】
0005428630.tif 000016
【００５７】
式（７）において、ｐ、ｑ、ｑ’ の組み合わせがＭ系列ごとに異なるので、Ｍ系列を変更して複数回測定すれば、真の反射点と見掛けの反射点とは区別され得る。また、θｐｑは式（１６）で定義される。
【００５８】
【数１６】
0005428630.tif 000017
【００５９】
ここで、式（１５）で表される検出信号Ｉ(ｔ)と変調信号ｍとに基づいて演算部６０から出力される電気信号Ｖを求めるに際して、パラメータＸｐｑが式（１７）で定義され、パラメータＹｐｑが式（１８）で定義される。
【００６０】
【数１７】
0005428630.tif 000018
【００６１】
【数１８】
0005428630.tif 000019
【００６２】
ｐ＝ｑ である場合、式（１６）のθｐｑの値は０であるので、パラメータＸｐｑおよびＹｐｑのうち対角成分ＸｐｐおよびＹｐｐは、式（１９）、（２０）で表され、位相雑音θとは無関係な値となる。
【００６３】
【数１９】
0005428630.tif 000020
【００６４】
【数２０】
0005428630.tif 000021
【００６５】
一方、パラメータＸｐｑおよびＹｐｑのうち非対角成分は位相雑音θに依存する。ここで、式（２１）を満たす微少量εを仮定する。微小量εは光波領域における適切な周波数変調により任意に小さくすることができる。特に、光源２０が半導体レーザダイオードを含む場合には、出力光の位相がランダム・ウォークで拡散するので、意図せずとも式（２１）が成立する。
【００６６】
【数２１】
0005428630.tif 000022
【００６７】
変調信号としての疑似乱数信号ｍＮおよびcosθｐｑそれぞれの繰り返し数が互いに大きく異なる場合、自己相関関数は値０がよい近似となる。逆に、変調信号としての疑似乱数信号ｍＮおよびcosθｐｑそれぞれの繰り返し数が互いに近い場合、自己相関関数の最大値は無視できない大きさになり得るが、その確率は非常に小さい。したがって、ほとんどの場合、パラメータＸｐｑおよびＹｐｑのうち非対角成分については、式（２２）および式（２３）が成り立つ。
【００６８】
【数２２】
0005428630.tif 000023
【００６９】
【数２３】
0005428630.tif 000024
【００７０】
以上から、パラメータＸｐｑおよびＹｐｑのうち対角成分が支配的となる。したがって、式（１５）で表される検出信号Ｉ(ｔ)と変調信号ｍとに基づいて演算部６０から出力される電気信号Ｖについては、ほとんどの場合で式（２４）が成立する。
【００７１】
【数２４】
0005428630.tif 000025
【００７２】
この式から判るように、演算部６０から出力される電気信号Ｖは、変調信号ｍ(ｔ)の自己相関関数ｍ*ｍのピーク位置に対応する光線路２上の位置における反射率ｒを表すものとなり、その自己相関関数ｍ*ｍのピーク位置が走査されることで光線路２の或る範囲における反射率分布を表すものとなる。また、自己相関関数ｍ*ｍのピーク位置を走査するには、光源２０に与えられる変調信号ｍに対して、演算部６０に与えられる変調信号に与えられる遅延時間を走査すればよい。
【００７３】
本実施形態に係る光反射計測方法は、上記の光反射計測装置１を用いて光線路２における反射率分布を計測する方法である。本実施形態に係る光反射計測方法では、自己相関関数がデルタ関数的なピークを有する変調信号ｍ(ｔ)が信号源１０から出力され、この信号源１０から出力された変調信号ｍに従って強度変調された光が光源２０から出力される。光源２０から出力された光は光サーキュレータ３０を経て光線路２を伝搬する。
【００７４】
光源２０から出力された光が光線路２を伝搬する際に生じた反射光は光サーキュレータ３０を経て受光部４０により受光されて、当該反射光強度に応じた値の検出信号Ｉ(ｔ)が受光部４０から出力される。また、遅延量が可変である遅延部５０から、遅延が与えられた変調信号ｍ(ｔ−ｎτ−Δτ)が出力される。演算部６０から、受光部４０から出力された検出信号Ｉ(ｔ)と遅延部５０から出力された変調信号ｍ(ｔ−ｎτ−Δτ)との積の時間的平均値を表す電気信号Ｖが出力される。そして、制御部７０により、遅延部５０における遅延量が制御されて、演算部６０から出力された電気信号Ｖに基づいて光線路２における反射率分布が求められる。
【００７５】
本実施形態に係る光反射計測技術は、光リフレクトメトリ技術に属する点では、ＯＴＤＲやＯＣＤＲと同様である。また、本実施形態に係る光反射計測装置１の構成の一部は、ＯＴＤＲ装置の構成と共通している。すなわち、光源２０からパルス光を出力させて、そのパルス光を光線路２に伝搬させ、光線路２において生じた反射光を受光部４０により受光して、受光部４０から検出信号を出力させれば、この検出信号に基づいてＯＴＤＲ測定が可能である。以下では、このような動作をＯＴＤＲモードと呼ぶ。
【００７６】
また、本実施形態に係る光反射計測技術では、信号源１０または遅延部５０により変調信号に与えられる遅延量の大きさによって、演算部６０から出力された電気信号Ｖに基づいて得られる光線路２の光反射率分布の空間分解能の大きさが異なる。例えば、信号源１０により与えられる遅延量を第１単位時間（例えばパルス幅τ単位）で走査して、比較的低い空間分解能で光線路２における光反射計測を行うことができる。また、微調可能な遅延部５０により与えられる遅延量を第１単位時間より短い第２単位時間（例えばパルス幅τ未満の単位時間）で走査して、比較的高い空間分解能で光線路２における光反射計測を行うことができる。以下では、前者の低分解能の計測動作を第１計測モードと呼び、後者の高分解能の計測動作を第２計測モードと呼ぶ。
【００７７】
図４は、本実施形態に係る光反射計測装置１または光反射計測方法による反射率分布計測の態様を説明する図である。この図を用いて、ＯＴＤＴモード、第１計測モードおよび第２計測モードを組み合わせた反射率分布計測の態様について説明する。ここでは、光線路２として用いられる光ファイバの長さを２０ｋｍとし、その光ファイバにおけるパルス光の群速度ｖｇを２×１０８ｍ／ｓとする。
【００７８】
初めに、ＯＴＤＲモードで光線路２の反射率分布が計測される（図４（ａ））。このとき、パルス光出力一回当たりの計測時間は０.２ｍｓであるので、１０回の繰り返し測定を仮定しても、１秒程度で光線路２の全長の反射率分布の概要が得られる。パルス幅が１μｓであれば、反射率分布計測空間分解能は４００ｍである。
【００７９】
次に、ＯＴＤＲモードで計測された光線路２の区間のうち詳しく計測したい区間が選択され、その選択された区間の反射率分布が第１計測モードで計測される。パルス幅τが１ｎｓであって、このパルス幅τの単位時間で遅延量が走査されれば、反射率分布計測の空間分解能は４０ｃｍである。自己相関関数の周期は２０ｋｍ以上となればよいので、Ｍ系列は１７段とすればよい。なお、１７段のＭ系列は長さ２６ｋｍに相当する。例えば、１点当り１０周期を仮定すると、長さ１２００ｍの区間（３０００点）の反射率分布は数秒で計測される。
【００８０】
最後に、第１計測モードで計測された光線路２の区間のうち更に詳しく計測したい区間が選択され、その選択された区間の反射率分布が第２計測モードで計測される。第２計測モードにおける変調信号は、第１計測モードにおける変調信号と同じとされる。遅延部５０により与えられる遅延量が単位時間１０ｐｓで走査されれば、反射率分布計測の空間分解能は４ｍｍである。セット・アップに１秒程度を要するとすれば、長さ１２０ｃｍの区間（３００点）の反射率分布は５分程度で計測される。
【００８１】
以上のように、本実施形態に係る光反射計測装置１または光反射計測方法では、ＯＴＤＲと比較すると光線路２における反射率分布を高い空間分解能で計測することができる。また、本実施形態に係る光反射計測装置１または光反射計測方法では、ＯＣＤＲのような光波領域での周波数変調や位相変調が不要であり、光源２０から出力される光の位相雑音が寧ろ大きい方が好ましいので、通常のレーザダイオードを光源２０として用いることができ、したがって、光線路２における反射率分布を容易に計測することができる。
【００８２】
本実施形態に係る光反射計測技術による反射率分布計測の空間分解能については、１Ｇｂｐｓの１７段Ｍ系列疑似乱数信号を変調信号ｍとして出力する信号源１０を用いるとともに、変調信号に対して分解能１０ｐｓの遅延量を与え得る遅延部５０を用いれば、原理上、最大長さ２６ｋｍの光線路２を空間分解能４ｍｍで監視することができる。
【００８３】
また、図４を用いて説明したような反射率分布計測の態様を実施する場合であっても、本実施形態に係る光反射計測装置１がＯＴＤＲ装置としても用いられ得るので、システム構成の複雑化や高コスト化が抑制され得る。
【符号の説明】
【００８４】
１…光反射計測装置、２…光線路、１０…信号源、２０…光源、３０…光サーキュレータ、４０…受光部、５０…遅延部、６０…演算部、７０…制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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