(57)【要約】【課題】光フィルタが破損または脱落した場合であっても測定対象物への高パワーの光の照射を回避することができる光フィルタモジュールを提供する。【解決手段】光フィルタモジュール１は、第１光ファイバ１０、第１レンズ２０、光フィルタ部３０、第２レンズ４０および第２光ファイバ５０を備える。光フィルタ部３０は、光フィルタ３１を透明部材３２および透明部材３３で挟んで構成される。光フィルタ部３０の透過率が最も大きい波長における光ファイバ１０から光ファイバ５０への光結合の損失は、光路上の所定位置に光フィルタ部３０が配置されているときに５ｄＢ未満であり、光路上に光フィルタ部３０が配置されていないときに３０ｄＢ以上である。【選択図】図２
2014106196.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を導光して出射端から出力する第１光ファイバと、
前記第１光ファイバの出射端から出力された光をコリメートする第１レンズと、
前記第１レンズによりコリメートされた光の光路上の所定位置に配置され、該光を入射面に入力し、波長に応じた透過率で該光を透過させて出射面から出力する光フィルタ部と、
前記光フィルタ部の前記出射面から出力された光を集光する第２レンズと、
前記第２レンズにより集光された光を入射端に入力して導光する第２光ファイバと、
を備え、
前記光フィルタ部の透過率が最も大きい波長における前記第１光ファイバから前記第２光ファイバへの光結合の損失が、前記光路上の前記所定位置に前記光フィルタ部が配置されているときに５ｄＢ未満であり、前記光路上に前記光フィルタ部が配置されていないときに３０ｄＢ以上である、
ことを特徴とする光フィルタモジュール。
【請求項２】
前記光路上の前記所定位置に前記光フィルタ部が配置されているときに、前記第１レンズから前記光フィルタ部に入力される光の進行方向と、前記光フィルタ部から前記第２レンズへ出力される光の進行方向とが、互いに平行であり、
前記光フィルタ部の前記入射面と前記出射面とが互いに平行である、
ことを特徴とする請求項１に記載の光フィルタモジュール。
【請求項３】
前記光路上の前記所定位置に前記光フィルタ部が配置されているときに、前記第１レンズから前記光フィルタ部に入力される光の進行方向と、前記光フィルタ部から前記第２レンズへ出力される光の進行方向とが、互いに平行でなく、
前記光フィルタ部の前記入射面と前記出射面とが互いに平行でない、
ことを特徴とする請求項１に記載の光フィルタモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光フィルタモジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非侵襲で測定対象物の奥行き方向の構造を高分解能で見ることができる光干渉断層像取得技術（ＯＣＴ: Optical Coherence Tomography）は様々な分野で実用化されている。ＯＣＴの方式としては、初期に、参照側の光路長を変えたときの干渉信号の振動振幅から光断層像を作成する時間領域ＯＣＴ（ＴＤ-ＯＣＴ）が開発された。現在では、干渉スペクトルを測定しフーリエ変換することにより光断層像を作成するフーリエ領域ＯＣＴ（ＦＤ-ＯＣＴ）が、高速測定ができることから主流となっている。ＦＤ-ＯＣＴは、広帯域光源および分光計を用いる構成と、波長掃引可能な光源および光検出器を用いる構成とに分けられる。
【０００３】
ＦＤ-ＯＣＴで利用される広帯域光源としては、ＳＬＤが用いられ、また、パルス光を光学非線形媒体に入力することによって生じるsuper-continuum（ＳＣ）光を出力する光源も用いられる。特にＳＣ光源は、帯域を２００〜３００ｎｍも広げることができ、広帯域のスペクトルを得る上では理想的である。ただし、ＳＣ光は分光計の帯域以外の波長の光をも含み、測定対象物に照射する光の量に安全性等の面で制限がある場合、これらの余計な光を除去する必要がある。
【０００４】
特許文献１に開示されたＯＣＴ装置は、パルス光源から発せられたパルス光をパルス圧縮部で圧縮した後に光フィルタによってスペクトルを整形する光源を用いる。このような光フィルタが所定位置に配置された光源を用いることにより、分光計の帯域以外の光を出力しないようすることができるので、測定対象物に照射する光の量に制限がある場合であっても、測定対象物に与えるダメージを軽減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／０２１５１７０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示されたＯＣＴ装置で用いられる光源は、光フィルタが所定位置に配置されているときには所期の帯域の光を出力することができる。しかし、光フィルタが破損または脱落すると、測定対象物に高パワーのパルス光が照射されて、測定対象物がダメージを受ける危険性がある。
【０００７】
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、光フィルタが破損または脱落した場合であっても測定対象物への高パワーの光の照射を回避することができる光フィルタモジュール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】
【０００８】
本発明の光フィルタモジュールは、(1) 光を導光して出射端から出力する第１光ファイバと、(2) 第１光ファイバの出射端から出力された光をコリメートする第１レンズと、(3) 第１レンズによりコリメートされた光の光路上の所定位置に配置され、該光を入射面に入力し、波長に応じた透過率で該光を透過させて出射面から出力する光フィルタ部と、(4) 光フィルタ部の出射面から出力された光を集光する第２レンズと、(5) 第２レンズにより集光された光を入射端に入力して導光する第２光ファイバと、を備えることを特徴とする。さらに、本発明の光フィルタモジュールでは、光フィルタ部の透過率が最も大きい波長における第１光ファイバから第２光ファイバへの光結合の損失は、光路上の所定位置に光フィルタ部が配置されているときに５ｄＢ未満であり、光路上に光フィルタ部が配置されていないときに３０ｄＢ以上であることを特徴とする。
【０００９】
本発明の光フィルタモジュールでは、光路上の所定位置に光フィルタ部が配置されているときに、第１レンズから光フィルタ部に入力される光の進行方向と、光フィルタ部から第２レンズへ出力される光の進行方向とが、互いに平行であり、光フィルタ部の入射面と出射面とが互いに平行であるのが好適である。或いは、光路上の所定位置に光フィルタ部が配置されているときに、第１レンズから光フィルタ部に入力される光の進行方向と、光フィルタ部から第２レンズへ出力される光の進行方向とが、互いに平行でなく、光フィルタ部の入射面と出射面とが互いに平行でないのも好適である。
【発明の効果】
【００１０】
光フィルタが破損または脱落した場合であっても測定対象物への高パワーの光の照射を回避することができる光フィルタモジュールを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】比較例の光フィルタモジュール３の構成を示す図である。
【図２】第１実施形態の光フィルタモジュール１の構成を示す図である。
【図３】第１実施形態の光フィルタモジュール１における光結合率ηと軸ずれ量Δｘとの関係を示すグラフである。
【図４】比較例の光フィルタモジュール３および第１実施形態の光フィルタモジュール１それぞれの諸特性の一例を纏めた図表である。
【図５】第１実施形態の光フィルタモジュール１の実装例を示す図である。
【図６】第２実施形態の光フィルタモジュール２の構成を示す図である。
【図７】第２実施形態の光フィルタモジュール２におけるα，β，γの間の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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または同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
図１は、比較例の光フィルタモジュール３の構成を示す図である。比較例の光フィルタモジュール３は、第１光ファイバ１０、第１レンズ２０、光フィルタ３１、第２レンズ４０および第２光ファイバ５０を備える。同図（ａ）は、レンズ２０によりコリメートされた光の光路上の所定位置に光フィルタ３１が配置されている光フィルタモジュール３の構成を示す。同図（ｂ）は、レンズ２０によりコリメートされた光の光路上に光フィルタ３１が配置されていないときの構成を示す。
【００１４】
光ファイバ１０は、コアおよびクラッドを有し、コアにより光を導光して、該光を出射端１０Ａから空間へ出力する。このとき、出射端１０Ａから空間へ出力される際の光の拡がり角は、光ファイバ１０のＮＡに相当する角度である。レンズ２０は、光ファイバ１０の出射端１０Ａから出力された光を入力し、この光をコリメートする。光フィルタ３１は、レンズ２０によりコリメートされた光の光路上の所定位置に配置されており、平板形状を有する。光フィルタ３１は、レンズ２０から到達した光を入射面３０Ａに入力し、波長に応じた透過率で該光を透過させて出射面３０Ｂから出力する。レンズ４０は、光フィルタ３１の出射面３０Ｂから出力された光を入力し、この光を集光する。光ファイバ５０は、コアおよびクラッドを有し、レンズ４０により集光された光を入射端５０Ａに入力して、その光をコアにより導光する。
【００１５】
光ファイバ１０の出射端１０Ａの面は、光ファイバ１０の中心軸に垂直な面に対して傾斜している。光ファイバ５０の入射端５０Ａの面は、光ファイバ５０の中心軸に垂直な面に対して傾斜している。また、光フィルタ３１の入射面３０Ａは、レンズ２０から光フィルタ３１に入力される光の進行方向に垂直な面に対して傾斜している。このような傾斜が設けられていることにより、各々の面で反射した光が光ファイバ１０に戻ることが抑制され得る。
【００１６】
レンズ２０によりコリメートされた光の光路上の所定位置に光フィルタ３１が配置されるときに（同図（ａ））、光ファイバ１０から光ファイバ５０への光結合の損失が最小になるように、光ファイバ１０、レンズ２０、光フィルタ３１、レンズ４０および光ファイバ５０が配置される。
【００１７】
レンズ２０によりコリメートされた光の光路上の所定位置に光フィルタ３１が配置されている場合（同図（ａ））と、レンズ２０によりコリメートされた光の光路上に光フィルタ３１が配置されていない場合（同図（ｂ））とでは、光フィルタ３１が傾斜配置されていることにより、レンズ４０に入力される光の光路は異なる。しかし、一般に光フィルタ３１の厚みは小さいので、光フィルタ３１の有無による光路の変化量は僅かである。
【００１８】
したがって、光フィルタ３１が破損または脱落して、レンズ２０によりコリメートされた光の光路上に光フィルタ３１が存在しないとき（同図（ｂ））には、光ファイバ１０の出射端１０Ａから出力された光の殆どは、光ファイバ５０の入射端５０Ａに入力されて光ファイバ５０により導光されることになる。このような比較例の光フィルタモジュール３から出力された高パワーの光が測定対象物に照射されると、測定対象物がダメージを受ける危険性がある。以下に説明する実施形態の光フィルタモジュール１，２は、このような比較例の光フィルタモジュール３が有する問題を解消し得るものである。
【００１９】
図２は、第１実施形態の光フィルタモジュール１の構成を示す図である。第１実施形態の光フィルタモジュール１は、第１光ファイバ１０、第１レンズ２０、光フィルタ部３０、第２レンズ４０および第２光ファイバ５０を備える。同図（ａ）は、レンズ２０によりコリメートされた光の光路上の所定位置に光フィルタ部３０が配置されている光フィルタモジュール１の構成を示す。同図（ｂ）は、レンズ２０によりコリメートされた光の光路上に光フィルタ部３０が配置されていないときの構成を示す。
【００２０】
図１に示された比較例の光フィルタモジュール３の構成と比較すると、図２に示される第１実施形態の光フィルタモジュール１は、光フィルタ３１を透明部材３２および透明部材３３で挟んで構成される光フィルタ部３０を備える点で相違する。光フィルタ３１は平板形状を有し、透明部材３２，３３も適切な厚みの平板形状を有する。透明部材３２は、光フィルタ３１のレンズ２０側に配置されている。透明部材３３は、光フィルタ３１のレンズ４０側に配置されている。透明部材３２のレンズ２０側の面は、光フィルタ部３０の入射面３０Ａとなる。透明部材３２のレンズ４０側の面は、光フィルタ部３０の出射面３０Ｂとなる。
【００２１】
透明部材３２，３３は、光ファイバ１０から光ファイバ５０へ結合されるべき光の波長において透過率が高い材料からなるのが好ましく、例えば石英ガラスまたはＢＫ７等からなる。透明部材３２，３３の熱膨張率は、光フィルタ３１の熱膨張率と同程度であるのが好適である。透明部材３２，３３の屈折率は高いのが好適である。
【００２２】
光フィルタ部３０は、レンズ２０によりコリメートされた光の光路上の所定位置に配置されている。光フィルタ部３０は、レンズ２０から到達した光を入射面３０Ａに入力し、その光を透明部材３２で透過させ、光フィルタ３１で波長に応じた透過率で該光を透過させ、更に該光を透明部材３３で透過させて出射面３０Ｂから出力する。
【００２３】
光フィルタ部３０の入射面３０Ａは、レンズ２０から光フィルタ部３０に入力される光の進行方向に垂直な面に対して傾斜している。光フィルタ部３０の出射面３０Ｂは入射面３０Ａと平行である。光路上の所定位置に光フィルタ部３０が配置されているときに、レンズ２０から光フィルタ部３０に入力される光の進行方向と、光フィルタ部３０からレンズ４０へ出力される光の進行方向とは、互いに平行である。
【００２４】
レンズ２０によりコリメートされた光の光路上の所定位置に光フィルタ部３０が配置されるときに（同図（ａ））、光ファイバ１０から光ファイバ５０への光結合の損失が最小になるように、光ファイバ１０、レンズ２０、光フィルタ部３０、レンズ４０および光ファイバ５０が配置される。
【００２５】
第１実施形態の場合と比較すると、第２実施形態の場合には、光フィルタ部３０の厚みが大きいことから、光フィルタ部３０の入射面３０Ａおよび出射面３０Ｂそれぞれでの屈折によって生じる光フィルタ部３０以降の光路の変化量が大きい。すなわち、光フィルタ部３０の有無による光路の変化量が大きい。
【００２６】
第１実施形態では、光フィルタ部３０の透過率が最も大きい波長における光ファイバ１０から光ファイバ５０への光結合の損失は、光路上の所定位置に光フィルタ部３０が配置されているときに５ｄＢ未満であり、光路上に光フィルタ部３０が配置されていないときに３０ｄＢ以上である。
【００２７】
したがって、第１実施形態では、光フィルタ部３０が破損または脱落して、レンズ２０によりコリメートされた光の光路上に光フィルタ部３０が存在しないとき（同図（ｂ））には、光ファイバ１０から光ファイバ５０への光結合の損失が大きい。それ故、光路上に光フィルタ部３０が存在しないときに、光フィルタモジュール１から出力されて測定対象物に照射される光のパワーが小さくなり、測定対象物が受けるダメージが軽減される。
【００２８】
また、第１実施形態では、光フィルタ３１において光の吸収により発生する熱が透明部材３２，３３へ拡散されることから、光フィルタ３１の破損が抑制されるという効果もある。
【００２９】
レンズ２０の位置での光のビーム径をｗ１とし、レンズ４０の位置での光のビーム径をｗ２とし、レンズ２０とレンズ４０との間の距離をＬとし、レンズ２０とレンズ４０との間の相対的な傾き角をφとし、光フィルタ部３０の有無による光路のずれ量をΔｘとし、光の波長をλとする。このとき、光ファイバ１０から光ファイバ５０への光結合率ηは下記（１）式で記述される。
【００３０】
【数１】
2014106196.tif 000003
【００３１】
図３は、第１実施形態の光フィルタモジュール１における光結合率ηと軸ずれ量Δｘとの関係を示すグラフである。ここでは、ｗ１＝ｗ２＝０.４３５ｍｍ、Ｌ＝１００ｍｍ、φ＝０、λ＝１５５０ｎｍ とした。
【００３２】
図４は、比較例の光フィルタモジュール３および第１実施形態の光フィルタモジュール１それぞれの諸特性の一例を纏めた図表である。ここでは、光フィルタ３１の厚みｔを１ｍｍとし、光フィルタ３１の屈折率を１.５とし、光フィルタ３１の傾斜角θを１０°とした。また、光ファイバ１０，５０の端面についてはangled physical contact （ＡＰＣ）を想定して、光ファイバ１０，５０の端面の傾斜角を８°とした。比較例の光フィルタモジュール３では、軸ずれ量Δｘは０.１１ｍｍでしかなく、光結合率ηは０.３ｄＢしか低下しない。これに対して、第１実施形態の光フィルタモジュール１では、透明部材３２，３３の厚みの和を１０ｍｍとすると、軸ずれ量Δｘは１.２ｍｍであり、光結合率ηは３２.３ｄＢも低下する。
【００３３】
このように、比較例の光フィルタモジュール３と比べて、第１実施形態の光フィルタモジュール１では、レンズ２０によりコリメートされた光の光路上に光フィルタ部３０が存在しないときに、光結合率ηの低下量が大きいので、光フィルタが破損または脱落した場合であっても測定対象物への高パワーの光の照射を回避することができる。
【００３４】
図５は、第１実施形態の光フィルタモジュール１の実装例を示す図である。同図に示される実装例では、第１光ファイバ１０、第１レンズ２０、光フィルタ部３０、第２レンズ４０および第２光ファイバ５０は、金属チューブ１００の内部に挿入されて位置固定されている。
【００３５】
光ファイバ１０は、樹脂１１０により金属チューブ１００の内部で位置固定される。レンズ２０およびフェルール６０は、レンズ支持部１２０により金属チューブ１００の内部で位置固定される。フェルール６０は、パイプ形状を有し、光ファイバ１０の出射端１０Ａを含む一定範囲の部分をパイプ内部で固定する。光フィルタ部３０は、フィルタ支持部１３０により金属チューブ１００の内部で位置固定される。レンズ４０およびフェルール７０は、レンズ支持部１４０により金属チューブ１００の内部で位置固定される。フェルール７０は、パイプ形状を有し、光ファイバ５０の入射端５０Ａを含む一定範囲の部分をパイプ内部で固定する。光ファイバ５０は、樹脂１５０により金属チューブ１００の内部で位置固定される。
【００３６】
図６は、第２実施形態の光フィルタモジュール２の構成を示す図である。第２実施形態の光フィルタモジュール２は、第１光ファイバ１０、第１レンズ２０、光フィルタ部３０、第２レンズ４０および第２光ファイバ５０を備える。同図（ａ）は、レンズ２０によりコリメートされた光の光路上の所定位置に光フィルタ部３０が配置されている光フィルタモジュール２の構成を示す。同図（ｂ）は、レンズ２０によりコリメートされた光の光路上に光フィルタ部３０が配置されていないときの構成を示す。
【００３７】
図２に示された第１実施形態の光フィルタモジュール１の構成と比較すると、図６に示される第２実施形態の光フィルタモジュール２は、光フィルタ部３０の形状の点で相違する。光フィルタ３１は平板形状を有するが、透明部材３２または透明部材３３は平板形状を有してない。すなわち、第２実施形態の光フィルタモジュール２では、光フィルタ部３０の出射面３０Ｂは入射面３０Ａと平行でない。光路上の所定位置に光フィルタ部３０が配置されているときに、レンズ２０から光フィルタ部３０に入力される光の進行方向と、光フィルタ部３０からレンズ４０へ出力される光の進行方向とは、互いに平行でない。
【００３８】
レンズ２０によりコリメートされた光の光路上の所定位置に光フィルタ部３０が配置されるときに（同図（ａ））、光ファイバ１０から光ファイバ５０への光結合の損失が最小になるように、光ファイバ１０、レンズ２０、光フィルタ部３０、レンズ４０および光ファイバ５０が配置される。
【００３９】
第２実施形態の場合にも、平板形状ではない透明部材を使うことによって入射面と出射面を平行にならないようにできることから、光フィルタ部３０の入射面３０Ａおよび出射面３０Ｂそれぞれでの屈折によって生じる光フィルタ部３０以降の光路の変化量が大きい。すなわち、光フィルタ部３０の有無による光路の変化量が大きい。
【００４０】
第２実施形態でも、光フィルタ部３０の透過率が最も大きい波長における光ファイバ１０から光ファイバ５０への光結合の損失は、光路上の所定位置に光フィルタ部３０が配置されているときに５ｄＢ未満であり、光路上に光フィルタ部３０が配置されていないときに３０ｄＢ以上である。
【００４１】
したがって、第２実施形態でも、光フィルタ部３０が破損または脱落して、レンズ２０によりコリメートされた光の光路上に光フィルタ部３０が存在しないとき（同図（ｂ））には、光ファイバ１０から光ファイバ５０への光結合の損失が大きい。それ故、光路上に光フィルタ部３０が存在しないときに、光フィルタモジュール１から出力されて測定対象物に照射される光のパワーが小さくなり、測定対象物が受けるダメージが軽減される。
【００４２】
また、第２実施形態でも、光フィルタ３１において光の吸収により発生する熱が透明部材３２，３３へ拡散されることから、光フィルタ３１の破損が抑制されるという効果もある。
【００４３】
水平軸に対するレンズ２０での光の進行方向の傾きの角をθとし、垂直面に対する光フィルタ部３０の入射面３０Ａの傾きの角をαとし、光フィルタ部３０の入射面３０Ａに対する出射面３０Ｂの傾きの角をβとし、水平軸に対する透明部材３２，３３内での光の進行方向の傾きの角をγとする。θ，α，β，γそれぞれぞれの符号については、時計回り方向を正とする。また、透明部材３２，３３の屈折率をｎとする。
【００４４】
このとき、光フィルタ部３０の入射面３０Ａおよび出射面３０Ｂそれぞれでの光の屈折を考慮すると、これらのパラメータの間の関係は下記（２）式で表される。この（２）式から、β，θ，ｎが与えられたときに、光ファイバ１０から光ファイバ５０へ光を結合させるためのαの条件は下記（３）式で表される。
【００４５】
【数２】
2014106196.tif 000004
【００４６】
【数３】
2014106196.tif 000005
【００４７】
図７は、第２実施形態の光フィルタモジュール２におけるα，β，γの間の関係を示すグラフである。ここでは、ｎ＝１.５（波長１.５５μｍ帯でのＢＫ７を想定）、θ＝８°（ＡＰＣコネクタを想定）とした。入射面３０Ａおよび出射面３０Ｂでの入射角（θ−αおよびα＋β−γ）が過度に大きいと、これらの面でのフレネル反射が生じやすくなるので、この場合のβは３０°付近が適当である。
【００４８】
また、光フィルタ３１と光ファイバ５０の入射端５０Ａとの間の距離をＬとすると、上記を満たす条件で透明部材３２，３３が外れた場合の光ファイバ５０の入射端５０Ａの位置における光の位置のずれ量は約２Ｌθと見積もられる。Ｌ＝５ｍｍとしても、ずれ量は１.４ｍｍとなり、ファイバ径に対して十分大きいずれになるので、高い安全性が期待できる。
【００４９】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、光フィルタ部３０において透明部材３２，３３のうち何れか一方のみが設けられていてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１〜３…光フィルタモジュール、１０…第１光ファイバ、１０Ａ…出射端、２０…第１レンズ、３０…光フィルタ部、３０Ａ…入射面、３０Ｂ…出射面、３１…光フィルタ、３２，３３…透明部材、４０…第２レンズ、５０…第２光ファイバ、５０Ａ…入射端、６０…フェルール、７０…フェルール、１００…金属チューブ、１１０…樹脂、１２０…レンズ支持部、１３０…フィルタ支持部、１４０…レンズ支持部、１５０…樹脂。
【図１】
2014106196.tif 000006
【図２】
2014106196.tif 000007
【図３】
2014106196.tif 000008
【図４】
2014106196.tif 000009
【図５】
2014106196.tif 000010
【図６】
2014106196.tif 000011
【図７】
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