(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの第１波長（λＥ）を持つ入射光波の少なくとも１つの光源（１０）と、
内部を入射光波が伝搬するためのシングルモード光ファイバ（３０）と、
前記光ファイバの近位側に配置され、プローブ状態と呼ばれる入射光波の偏光状態を所与の数生成することができる偏光状態生成器（ＰＳＧ）と、
前記光ファイバの遠位側に配置されるための反射板（４０、４４）と、
前記光ファイバの近位側に配置される偏光状態解析器（ＰＳＡ）と、
処理手段（７０）とを備え、
前記偏光状態解析器（ＰＳＡ）は、入射波の各プローブ状態に関し、入射波が前記光ファイバ（３０）中を伝搬し、前記光ファイバの遠位側で反射し、前記光ファイバ（３０）中を逆向きに伝搬した後に得られる光波の偏光状態を解析することができ、
前記処理手段（７０）は、前記光ファイバの第１偏光測定から、第１波長での前記光ファイバに関するミュラー行列（ＭＦ（λＥ））を決定することができ、
前記光ファイバに関するミュラー行列（ＭＦ（λＥ））は、各プローブ状態の解析と、前記光ファイバの遠位側の前記反射板で反射し、前記光ファイバ（３０）中を後方に伝搬した少なくとも１つの光波の偏光の解析とによって得られ、
前記処理手段（７０）は、前記光ファイバと試料とを含む集合体の第２偏光測定から、第１波長での前記集合体に関するミュラー行列（ＭＴ）を決定することができ、
前記集合体に関するミュラー行列（ＭＴ）は、各プローブ状態に関し、遠位側の試料によって戻され、前記光ファイバ（３０）中を後方に伝搬した波を解析することによって得られ、
前記処理手段（７０）は、前記光ファイバに関するミュラー行列（ＭＦ（λＥ））と、前記光ファイバと試料とを含む集合体に関するミュラー行列（ＭＴ）とから、第１波長での試料に関するミュラー行列（ＭＯ）を決定することができる、試料（Ｓ）の遠隔偏光測定装置（１００、２００）。
【請求項２】
前記光源は、第１波長（λＥ）の波と、第１波長と異なる第２波長（λＦ１）の波とを発することができ、
前記反射板は、第２波長（λＦ１）における前記光ファイバの偏光測定のため、前記光ファイバ中を第２波長（λＦ１）で伝搬した波を反射することができ、
第１波長（λＥ）における前記光ファイバと試料とを含む集合体の偏光測定のため、前記光ファイバ中を第１波長（λＥ）で伝搬した波を透過させることができるスペクトル反射板であり、
前記処理手段は、第２波長（λＦ１）における前記光ファイバの偏光測定から、第２波長（λＦ１）での前記光ファイバに関するミュラー行列（ＭＦ（λＦ１））を決定することができ、
前記処理手段は、前記第２波長（λＦ１）での前記光ファイバに関するミュラー行列（ＭＦ（λＦ１））から、第１波長（λＥ）での前記光ファイバに関するミュラー行列（ＭＦ（λＥ））を決定することができる、請求項１に記載の偏光測定装置。
【請求項３】
前記光源は、第１および第２波長と異なる第３波長（λＦ２）の波も発することができ、
前記スペクトル反射板は、第２および第３波長（λＦ１、λＦ２）における前記光ファイバの偏光測定のため、前記光ファイバ中を第２および第３波長（λＦ１、λＦ２）で伝搬した波を反射することができ、
前記処理手段は、第２波長（λＦ１）における前記光ファイバの偏光測定から、第２波長（λＦ１）での前記光ファイバに関するミュラー行列（ＭＦ（λＦ１））を決定することができ、
前記処理手段は、第３波長（λＦ２）における前記光ファイバの偏光測定から、第３波長（λＦ２）での前記光ファイバに関するミュラー行列（ＭＦ（λＦ２））を決定することができ、
前記処理手段は、前記第２波長（λＦ１）および第３波長（λＦ２）での前記光ファイバに関するミュラー行列（ＭＦ（λＦ１）、ＭＦ（λＦ２））から、第１波長（λＥ）での前記光ファイバに関するミュラー行列（ＭＦ（λＥ））を決定することができる、請求項２に記載の偏光測定装置。
【請求項４】
前記反射板は、反射位置と透過位置との間で切替可能で、
前記光ファイバの偏光測定のため、反射位置において、前記光ファイバ中を第１波長で伝搬した波を反射することができ、
前記光ファイバと試料とを含む集合体の偏光測定のため、透過位置において、前記光ファイバ中を第１波長で伝搬した波を試料で反射させることができる、請求項１に記載の偏光測定装置。
【請求項５】
前記シングルモード光ファイバ（３０）は偏波保持光ファイバである、先行する請求項のいずれか一項に記載の偏光測定装置。
【請求項６】
前記シングルモード光ファイバは、偏波保持シングルモード光ファイバの第１セクションと、偏波保持シングルモード光ファイバの第２セクションとを備え、
前記第１セクションと第２セクションは長さが同じであり、
前記第１セクションと第２セクションとは、前記第１セクションの高速軸と前記第２セクションの低速軸とが合致するように互いに接続されている、そしてその逆の、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
試料の点領域を偏光測定するため、前記光ファイバの遠位側に第１波長の波の焦点合わせ手段（４２）をさらに備える、先行する請求項のいずれか一項に記載の偏光測定装置。
【請求項８】
試料の点領域を偏光測定するため、前記光ファイバの遠位側に走査手段（４６）をさらに備える、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
少なくとも１つの第１波長（λＥ）を持つ入射光波の少なくとも１つの光源（１０）と、
内部を入射光波が伝搬するためのシングルモード光ファイバ（３０）と、
前記光ファイバの近位側に配置され、プローブ状態と呼ばれる入射光波の偏光状態を所与の数生成することができる偏光状態生成器（ＰＳＧ）と、
前記光ファイバの遠位側に配置されるための反射板（４０、４４）と、
前記光ファイバの近位側に配置される偏光状態解析器（ＰＳＡ）と、
処理手段（７０）と、
を備える遠隔偏光測定装置の作動方法において、
前記光源（１０）が、前記シングルモード光ファイバ（３０）中を伝搬するための少なくとも１つの第１波長（λＥ）を持つ入射光波を発するステップと、
前記遠隔偏光測定装置が、第１波長において、前記光ファイバの偏光測定を行うステップと、
前記遠隔偏光測定装置が、第１波長において、前記光ファイバと試料とを含む集合体の偏光測定を行うステップと、
前記処理手段（７０）が、前記光ファイバに関するミュラー行列と、前記光ファイバと試料とを含む集合体に関するミュラー行列とから、試料に関するミュラー行列（ＭＯ）を決定するステップとを備え、
前記光ファイバの偏光測定を行うステップは、
前記偏光状態生成器（ＰＳＧ）による、入射光の所与の数の偏光状態（プローブ状態）の生成と、
入射波の各プローブ状態に関し、前記偏光状態解析器（ＰＳＡ）による、入射波が前記光ファイバ（３０）内を伝搬し、前記反射板（４０、４４）で反射し、前記光ファイバ（３０）内を後方に伝播した後に得られる光波の偏光の解析と、
第１波長での前記光ファイバに関するミュラー行列（ＭＦ（λＥ））の決定とを含み、
前記光ファイバと試料とを含む集合体の偏光測定を行うステップは、
各プローブ偏光状態に関し、前記偏光状態生成器（ＰＳＧ）と前記偏光状態解析器（ＰＳＡ）とを用いた、前記ファイバの遠位側の試料によって戻され、前記光ファイバ（３０）内を逆向きに伝搬した波の解析と、
第１波長での前記集合体に関するミュラー行列（ＭＴ）の決定とを含む、遠隔偏光測定装置の作動方法。
【請求項１０】
前記光源は、第１波長（λＥ）の波と、第１波長と異なる第２波長（λＦ１）の波とを発することができ、
前記光源が、第１波長（λＥ）と異なる第２波長（λＦ１）の光波を発するステップを備え、
前記反射板は、第２波長（λＦ１）における前記光ファイバの偏光測定のため、前記光ファイバ中を第２波長（λＦ１）で伝搬した波を反射することができ、
第１波長（λＥ）における前記光ファイバと試料とを含む集合体の偏光測定のため、前記光ファイバ中を第１波長（λＥ）で伝搬した波を透過させることができる、スペクトル反射板であり、
第１波長での前記光ファイバに関するミュラー行列（ＭＦ（λＥ））の決定は、
第２波長（λＦ１）における前記光ファイバの偏光測定による、第２波長（λＦ１）での前記光ファイバに関するミュラー行列（ＭＦ（λＦ１））の決定と、
第２波長（λＦ１）での前記光ファイバに関するミュラー行列（ＭＦ（λＦ１））による、第１波長（λＥ）での前記光ファイバに関するミュラー行列（ＭＦ（λＥ））の決定とを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記光源は、第１および第２波長と異なる第３波長（λＦ２）の波も発することができ、
前記光源が、第１および第２波長と異なる第３波長（λＦ２）の波を発するステップを備え、
前記スペクトル反射板は、第２および第３波長（λＦ１、λＦ２）における前記光ファイバの偏光測定のため、前記光ファイバ中を第２および第３波長（λＦ１、λＦ２）で伝搬した波を反射することができ、
第１波長での前記光ファイバに関するミュラー行列（ＭＦ（λＥ））の決定は、
第２波長（λＦ１）における前記光ファイバの偏光測定からの、第２波長（λＦ１）での前記光ファイバに関するミュラー行列（ＭＦ（λＦ１））の決定と、
第３波長（λＦ２）における前記光ファイバの偏光測定からの、第３波長（λＦ２）での前記光ファイバに関するミュラー行列（ＭＦ（λＦ２））の決定と、
第２波長（λＦ１）および第３波長（λＦ２）での前記光ファイバに関するミュラー行列からの、第１波長（λＥ）での前記光ファイバに関するミュラー行列（ＭＦ（λＥ））の決定とを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記反射板は、反射位置と透過位置との間で切替可能で、
第１波長における前記光ファイバの偏光測定のため、反射位置において、前記光ファイバ中を第１波長で伝搬した波を反射することができ、
前記光ファイバと試料とを含む集合体の偏光測定のため、透過位置において、前記光ファイバ中を第１波長で伝搬した波を試料で反射させることができる、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記遠隔偏光測定装置は、試料の点領域を偏光測定するため、前記光ファイバの遠位側に第１波長の波の焦点合わせ手段（４２）をさらに備え、
前記焦点合わせ手段（４２）が、第１波長の波の焦点合わせをするステップをさらに備える、請求項９から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記遠隔偏光測定装置は、試料の点領域を偏光測定するため、前記光ファイバの遠位側に走査手段（４６）をさらに備え、
前記走査手段（４６）が、焦点合わせされた光波を走査するステップをさらに備える、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光ファイバを用いた遠隔偏光測定装置および方法に関し、特に偏光測定を利用した生体組織の体内内視鏡検査に適用される。
【背景技術】
【０００２】
電磁波（特に可視光）の偏光状態を、ストークスパラメータと呼ばれる４つの値の組で記述することは既知の方法である。このストークスパラメータはしばしば、ストークスベクトル
【数１】
0006599352.tif 000002
と呼ばれるベクトルの形で表される。
【数２】
0006599352.tif 000003
【０００３】
ストークスベクトルは、一般にＩ、Ｑ、ＵおよびＶで表される４つの成分を持つ。これら４つの成分はそれぞれ、ビームの全強度（Ｉ＝Ｉｘ＋Ｉｙ）、水平成分と垂直成分の差（Ｉｘ−Ｉｙ）、±４５°の差（Ｉ４５°−Ｉ−４５°）および左と右の円偏光の差（ＩＧ−ＩＤ）を表す。これにより、偏光していない光、一部偏光した光および完全に偏光した光を完全な形で記述することができる。
【０００４】
ポアンカレ球は光の偏光状態を図形的に表現したものであり、その一例を図１Ａに示す。一般的なストークスベクトルは、縮小した座標ｑ＝Ｑ／Ｉ、ｕ＝Ｕ／Ｉおよびｖ＝Ｖ／Ｉで表される。これにより、偏光状態が全体強度とは独立に規定される。完全に偏光した状態は、単位半径の球面上に位置する（例えば、図１Ａの点Ａ）。偏光度ｐで一部偏光した状態は、次の式で規定される。
【数３】
0006599352.tif 000004
これは、中心から距離ｐ＜１の球内に位置する（例えば、図１Ａの点Ｂ）。図１Ｂに示されるように、極座標εとθとはそれぞれ、一般に楕円偏光の楕円率と方位角とを規定する。
【０００５】
図１Ｃに、所与の偏光状態にある偏光波のストークスベクトルの例を示す。すなわち各ストークスベクトルは、水平直線偏光（Ｈ）、垂直直線偏光（Ｖ）、±４５°の直線偏光（ＰおよびＭ）、右円偏光（Ｒ）と左円偏光（Ｌ）および楕円偏光（Ａ）に相当する。これらの偏光状態は図１Ａに示すポアンカレ球上の点で示される。
【０００６】
試料のミュラー行列は１６個のデータの組であり、当該試料の偏光反応を完全に決定し、試料の構造を特徴付ける手段を構成する。「ミュラー偏光測定」と呼ばれる技術により、この行列を決定することができる。ミュラー偏光測定の本質は、図２に示されるように、少なくとも４つの異なる偏光状態にある光で試料を照射し、戻った光の偏光状態を解析することにある。より具体的には、例えばレーザやレーザダイオードなどの照射光源から、光ビームが「偏光状態生成器（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｓｔａｔｅ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）」（ＰＳＧ）と呼ばれる装置に送りこまれる。これにより、与えられた既知の４つの光偏光状態（「プローブ偏光状態」）を生成することができる。この状態の各々は、前述のようにストークスベクトルによって決まる。ＰＳＧは、例えば連続する偏光板と遅延板とからなり、電気制御などによりその特性を変えることができる。これらの板は例えば、印加制御電圧により配向される液晶板により構成することができる。ＰＳＧから出力された４つの偏光状態の各々に関し、試料から戻った光の偏光状態が「偏光状態解析器（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｓｔａｔｅ  ａｎａｌｙｚｅｒ）」（ＰＳＡ）を用いて解析される。ＰＳＡにより、戻った光波が４つの偏光フィルタ（これはプローブ偏光状態の生成に用いた偏光フィルタと同じものであってよい）を通過した後に、その強度を測定することが可能となる。例えばＰＳＡは、ＰＳＧと同じ構成要素を逆順に並べた「鏡像」であってよい。ＰＳＡはＰＳＧと異なるものでもよい。いずれの場合もＰＳＡは、少なくとも４つの異なる偏光フィルタを備え、試料が発した光のストークスベクトルを完全に決定できるものでなければならない。最終的に、少なくとも１６回の強度測定が行われ、試料のミュラー行列が形成される。
【０００７】
異なるいくつかの研究により、ミュラー行列の係数の解析方法が示されてきた。これらにより、測定試料の偏光情報（直線および円複屈折、直線および円ディアテニュエーション（ｄｉａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ）（または偏光二色性（ｄｉｃｈｒｏｉｓｍ））および偏光解消率）を得ることができる。例えばＬｕとＣｈｉｐｍａｎは、非縮退のミュラー行列を、各々が特定の光効果の特性を持つ行列の積に分解できることを明らかにした（Ｓ．Ｌｕ他 「極分解に基づくミュラー行列の解釈」Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ａ１３、１１０６―１１１３（１９９６））。この光効果の特性は、「偏光解消」（式（２）で規定される、試料との相互作用による偏光の減少）、「直線遅延と円遅延」（それぞれ、２つの直交する直線偏光により導入される位相遅延と、２つの逆向きの円偏光により導入される位相遅延）、および「直線ディアテニュエーションと円ディアテニュエーション」（それぞれ、２つの直交する直線偏光により導入される伝達の違いと、２つの逆向きの円偏光により導入される伝達の違い）である。
【０００８】
その後偏光情報から、生体試料上の被験物質の物理的−化学的構造に関する情報が得られる。例えば「偏光解消」は厚い組織（目の組織を除く）において最も大きな効果を表すが、これは主に繊維やコラーゲン節、細胞内小器官、細胞核などの対象物体上の光の多重散乱に起因する。「直線遅延」は、対象物体の繊維が好ましい方を向いている場合に、薄い組織（組織学的板（ｈｉｓｔｏｌｏｇｉｃａｌ  ｐｌａｔｅｓ））上で、あるいはコラーゲンＩのような線繊維タンパク質が存在する厚い組織上で観測される。一般に「ディアテニュエーション」は、組織の観察がすれすれ入射でされた場合を除いて無視できる。すれすれ入射の場合、垂直入射と比べて入射面における偏光の伝達が改善されるため、干渉の交差によって著しいディアテニュエーションが発生する可能性がある。
【０００９】
体外における結腸試料の研究（Ａ．Ｐｉｅｒａｎｇｅｌｏ他、ＯｐｔＥｘｐｒｅｓｓ  １９、１５８２−１５９３（２０１１）参照）により、これらの試料が純粋な偏光解消物質（ｄｅｐｏｌａｒｉｚｅｒ）として振る舞うことが明らかになった。この偏光解消は、初期段階における腫瘍の検知や、より進行した腫瘍の侵入度の診断、あるいは化学放射線療法後の残留腫瘍の検知に対して有益なコントラストを与える（周囲の健常な細胞と比べ、腫瘍は偏光解消率が小さい）（Ａ．Ｐｉｅｒａｎｇｅｌｏ他、Ｊ．Ｂｉｏｍｅｄ．Ｏｐｔ  １８、０４６０１４（２０１３））。子宮頸部組織の診断では、偏光解消と遅延の両方が観測される。後者は健常部分にのみ存在するため、強力なマーカーとなる（Ａ．Ｐｉｅｒａｎｇｅｌｏ他、ＯｐｔＥｘｐｒｅｓｓ  ２１、１４１２０−３０（２０１３））。偏光解消により、（それが観測される方の）健常部分と、前癌病変（異形成）とを区別することができる。国際公開第２００７／００３８４０号には、腟鏡を補完するためにミュラー偏光測定を付加するための方法、すなわち、子宮頸部の精密な体内診断のための、作動距離の長い双眼鏡が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
生体対象物体の体内解析、より一般的に任意のアクセス困難な対象物体の体内解析に関しては、遠隔偏光測定を行うことに明らかな利点がある。これにより測定対象物を、一方では光源／ＰＳＧの装置から、他方ではＰＳＡ／測定器／解析器の装置から遠ざけることができる。このような遠隔測定は、例えば光ファイバのような光ガイドを用いて実行することができる。この場合、ＰＳＧから対象物体に向けて光ファイバ内に送り込まれる光の偏光状態は既知である。対象物体が発した光は光ファイバを通って戻り、その偏光状態をＰＳＡによって解析することができる。しかしながら、光ファイバは光の偏光状態に揺らぎを誘起する。この揺らぎは、往路（光源から関心対象物体に向かう経路）と復路（対象物体から検出器と解析システムに向かう経路）の両方を通って伝達される。この予測不能かつ制御不能な揺らぎは、光ファイバの状態（曲げ、ひねり等）や環境（温度等）に大きく依存する。この揺らぎにより、対象物体に入射する光の実際の偏光状態を知ることや、解析対象物によって戻される光の、ファイバ内での偏光状態（解析されるべきもの）を得ることが妨げられる。この状況では、ミュラー偏光測定による対象物体の測定は最早不可能である。
【００１１】
最近、上記の課題に対する解決方法が提案されている。これは、光ファイバ、より一般的には解析対象物を遠ざけるために使用される光ガイドで誘起される揺らぎの問題を克服し、試料の偏光情報を得ることを目的とする。
【００１２】
仏国特許出願公開第２９４１０４７の技術では、１つの直線偏光波が、多数かつポアンカレ球に広く分布する偏光状態を生成することのできる装置の内部に送られる。生成された偏光状態が導波路内に送られた後、対象物体上で反射される。反射波が導波路を通って戻った後、その偏光が解析される。遠位側、すなわち解析対象物が設置される側の導波路端部に、ファラデー回転子が置かれる。ファラデー回転子は偏光を４５°回転することができる。このファラデー回転子は、対象物体に送られた各偏光に関し、ファイバによって導入された遅延を補償する機能を持つ。各プローブ偏光状態に関し、送信された直線偏光に平行な偏光により伝達された後、戻った部分の強度Ｆが測定される。測定されたすべてのＦから、プローブ偏光状態に応じて、最小値Ｆｍｉｎと最大値Ｆｍａｘとが決定される。最小値Ｆｍｉｎと最大値Ｆｍａｘとから、偏光解消率と、対象物体によって導入された位相遅延とが求められる。しかしながらこの方法では、試料のディアテニュエーションと円偏光二色性は得ることができない。
【００１３】
より最近、シングルモードファイバを用いた偏光測定装置が開示された（仏国特許出願公開第２９７７０３３号、Ａｌｏｕｎｉ他、参照）。これは、解析対象物に入射した２つの偏光の直交性が、対象物体上で破れているかを検知することができる。直交性の破れは対象物体による偏光解消またはディアテニュエーションに起因すると考えられる。しかしながらこの方法では、この２つの効果を切り分けることができない上、対象物体で導入される可能性のある遅延を測定することもできない。
【００１４】
Ｗｏｏｄ他による論文（Ｔ．Ｃ．Ｗｏｏｄ他「硬性内視鏡の偏光反応測定およびシミュレーション」Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ４６３、Ｖｏｌ．１、Ｎｏ２（２０１０））は、商用の硬性内視鏡（腹腔鏡とも呼ばれる）において、特にサファイアの入力ウィンドゥに起因する複屈折効果に注目し、その特性を明らかにした。この論文は、サファイアに代えて、滅菌上の制約に従う複屈折性を持たない物質を使用することを示唆する。これにより複屈折効果が抑制され、体内試料の総合的な偏光測定が可能となる。しかしながら、残余複屈折効果は依然として残る。残余複屈折効果は、それが時間的に、あるいは器具の位置により変化する場合、特に障害となることが分かっている。
【００１５】
Ｑｉ他はまた、遠位端に直線偏光板を備え、近位側にそれと異なる方向の直線偏光板を備える腹腔鏡を開示した（Ｑｉ他「狭帯域３Ｘ３偏光測定」Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ、ｖｏｌ．４、Ｎｏ１１（２０１３））。この装置により、ミュラー行列を部分的に、すなわち最初の３行３列に限って得ることができる。これは、測定用偏光板の方向を変える目的で、装置を軸周りに回転することによりなされる。この方法には２つの制約がある。１つには、この方法では円偏光とディアテニュエーションは得ることができない。いま１つには、現実の測定条件下では、この装置の軸周り回転は実現困難である。２つの撮像が視野内で動くことを避けるためには、この内視鏡の軸周り回転を非常に正確に行わなければならないためである。さらにこの条件が満足されたとしても、回転中に体内被験組織の「非硬性」変形が発生するおそれがある。従って、多くの状況で測定が不可能となる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、光ファイバを用いて試料のミュラー行列を完全に決定することのできる遠隔測定方法およびシステムを提案する。これにより、直線および円のディアテニュエーションを含む、試料のすべての偏光情報を同時に得ることができる。特にこのミュラー行列の完全な決定により、生体試料の解析にとっての多くの利点が得られる。実際、大抵の場合組織は本質的に直線的な固有効果を示すが、この場合であっても、すれすれ入射（内視鏡ではよくある）の下で、組織表面上を通過する強いディアテニュエーションを同時に測定することができる。このディアテニュエーションは、組織がさらに直線複屈折性を示す場合、円ディアテニュエーションを引き起こす可能性がある。
【００１７】
本発明の第１態様は、以下の構成を備える試料の遠隔偏光測定装置に関する。
−少なくとも１つの第１波長を持つ入射光波の少なくとも１つの光源。
−内部を入射光波が伝搬するためのシングルモード光ファイバ。
−光ファイバの近位側に配置され、入射光波の偏光状態を所与の数生成することができる偏光状態生成器。この偏光状態はプローブ状態と呼ばれる。
−光ファイバの遠位側に配置されるための反射板。
−光ファイバの近位側に配置される偏光状態解析器。この偏光状態解析器は、入射波の各プローブ状態に関し、入射波が光ファイバ中を伝搬し、光ファイバの遠位側で反射し、光ファイバ中を逆向きに伝搬した後に得られる光波の偏光状態を解析することができる。
−以下の特徴を持つ処理手段。
・処理手段は、光ファイバの偏光測定（第１偏光測定）から、第１波長での光ファイバに関するミュラー行列を決定することができる。ここでこのミュラー行列は、各プローブ状態の解析と、光ファイバの遠位側の反射板で反射した少なくとも１つの光波の偏光の解析とによって得られる。
・処理手段は、光ファイバと試料とを含む集合体の偏光測定（第２偏光測定）から、第１波長での前記集合体に関するミュラー行列を決定することができる。ここでこの行列は、偏光の各プローブ状態に関し、遠位側の試料によって戻され、光ファイバ中を逆向きに伝搬した波を解析することによって得られる。
・処理手段は、光ファイバに関するミュラー行列と、光ファイバと試料とを含む集合体に関するミュラー行列とから、第１波長での試料に関するミュラー行列を決定することができる。
【００１８】
偏光測定装置のこの最初の配置を用いて試料のミュラー行列を完全に決定することにより、試料のすべての偏光情報を得ることができる。
【００１９】
１つ以上の実施例では、光源は、第１波長の波と、第１波長と異なる第２波長の波とを発することができる。
【００２０】
１つ以上の実施例では、反射板は有利にはスペクトル反射板である。すなわち、第２波長における光ファイバの偏光測定のため、光ファイバ中を第２波長で伝搬した波を反射することができ、第１波長における光ファイバと試料とを含む集合体の偏光測定のため、第１波長で伝搬した波を透過させることができるスペクトル反射板である。処理手段は以下の特徴を持つ。
・処理手段は、第２波長における光ファイバの偏光測定から、第２波長での光ファイバに関するミュラー行列を決定することができる。
・処理手段は、第２波長での光ファイバに関するミュラー行列から、第１波長での光ファイバに関するミュラー行列を決定することができる。
【００２１】
この光波の色分離に基づく第１変形形態により、一方で光ファイバに関するミュラー行列を決定し、同時に他方で光ファイバと試料とを含む集合体に関するミュラー行列を決定することができる。さらにこの方法では、光ファイバの遠位側に能動的光素子を置く必要がない。
【００２２】
１つ以上の実施例では、２つの波長は異なるが近接する。典型的には、２つの波長の差は１００ｎｍを超えない。
【００２３】
１つ以上の実施例では、光ファイバにより生成された位相遅延が２πより大きいとき、光ファイバの測定を２つの異なる波長を用いて行うことができる。
【００２４】
本例では光源は、第１および第２波長と異なる第３波長の波も発することができる。スペクトル反射板は、第２および第３波長における光ファイバの偏光測定のため、光ファイバ中を第２および第３波長で伝搬した波を反射することができる。処理手段は以下の特徴を持つ。
・処理手段は、第２波長における光ファイバの偏光測定から、第２波長での光ファイバに関するミュラー行列を決定し、第３波長における光ファイバの偏光測定から、第３波長での光ファイバに関するミュラー行列を決定することができる。
・処理手段は、第２および第３波長での光ファイバに関するミュラー行列から、第１波長での光ファイバに関するミュラー行列を決定することができる。
【００２５】
ここでも各波長は異なるが近接する。有利には、各波長の差は１００ｎｍ未満である。
【００２６】
１つ以上の実施例では、反射板は、反射位置と透過位置との間で切替可能である。この反射板は、光ファイバの偏光測定のため、反射位置において、光ファイバ中を第１波長で伝搬した波を反射することができる。さらにこの反射板は、光ファイバと試料とを含む集合体の偏光測定のため、透過位置において、光ファイバ中を第１波長で伝搬した波を試料で反射させることができる。
【００２７】
この第２変形形態には、第１波長（光ファイバと試料とを含む集合体の偏光測定のために使われる波長）を用いて光ファイバを直接測定できるという利点がある。特にこれにより、使用するシングルモード光ファイバの選択を、より柔軟に行うことができる。
【００２８】
１つ以上の実施例およびその変形形態では、シングルモード光ファイバは偏波保持光ファイバである。これにより、いかなるカイラル効果も排除することができる。
【００２９】
１つ以上の実施例では、シングルモード光ファイバは、偏波保持シングルモード光ファイバの第１セクションと、偏波保持シングルモード光ファイバの第２セクションとを備える。これらのセクションは、長さが同じである。さらに両セクションは、第１セクションの高速軸と第２セクションの低速軸とが合致するように互いに接続されており、その逆も然りである。
【００３０】
特に本例のファイバにより、あらゆるカイラル効果を排除すると同時に、ファイバにより導入される位相遅延を低減することができる。従ってファイバの測定が容易となる。
【００３１】
１つ以上の実施例では、第１態様に係る装置は、試料の点領域（ｓｐｏｔ  ｚｏｎｅ）を偏光測定するため、光ファイバの遠位側に第１波長の波の焦点合わせ手段を備える。
【００３２】
１つ以上の実施例では、第１態様に係る装置は、試料の点領域を偏光測定するため、光ファイバの遠位側に走査手段をさらに備える。
【００３３】
本発明の第２態様は、第１態様に係る装置を１つ以上用いる、試料の遠隔偏光測定のための１つ以上の方法に関する。
【００３４】
本発明は、試料の遠隔偏光測定のための方法に関するもので、以下のステップを備える。
−シングルモード光ファイバ中を伝搬するための少なくとも１つの第１波長を持つ入射光波を発するステップ。
−第１波長において、光ファイバの偏光測定を行うステップ。このステップは以下を含む。
・光ファイバの近位側に配置された偏光状態生成器による、入射光の所与の数の偏光状態（プローブ状態）の生成。
・入射波の各プローブ状態に関し、入射波が光ファイバ内を伝搬し、光ファイバの遠位側に配置された反射板で反射し、光ファイバ内を後方に伝播した後に得られる光波の偏光の解析。
・第１波長での光ファイバに関するミュラー行列の決定。
−第１波長において、光ファイバと試料とを含む集合体の偏光測定を行うステップ。このステップは以下を含む。
・各プローブ偏光状態に関し、偏光状態生成器と偏光状態解析器とを用いた、ファイバの遠位側の試料によって戻され、光ファイバ内を後方に伝搬した波の解析。
・第１波長での前記集合体に関するミュラー行列の決定。
−光ファイバに関するミュラー行列と、光ファイバと試料とを含む集合体に関するミュラー行列とから、試料に関するミュラー行列を決定するステップ。
【００３５】
１つ以上の実施例では、本方法は、第１波長と異なる第２波長の光波を発するステップをさらに備える。この変形形態によると、反射板はスペクトル反射板である。すなわち、第２波長における光ファイバの偏光測定のため、光ファイバ中を第２波長で伝搬した波を反射することができ、第１波長における光ファイバと試料とを含む集合体の偏光測定のため、第１波長で伝搬した波を透過させることができる。さらに、第１波長での光ファイバに関するミュラー行列の決定は以下を含む。
・第２波長における光ファイバの偏光測定による、第２波長での光ファイバに関するミュラー行列の決定。
・第２波長での光ファイバに関するミュラー行列による、第１波長での光ファイバに関するミュラー行列の決定。
【００３６】
１つ以上の実施例では、本方法は、第１および第２波長と異なる第３波長の波を発するステップを備える。さらに、スペクトル反射板は、第２および第３波長における光ファイバの偏光測定のため、光ファイバ中を第２および第３波長で伝搬した波を反射することができる。さらに、第１波長での光ファイバに関するミュラー行列の決定は以下を含む。
・第２波長における光ファイバの偏光測定からの、第２波長での光ファイバに関するミュラー行列の決定、および、第３波長における光ファイバの偏光測定からの、第３波長での光ファイバに関するミュラー行列の決定。
・第２波長および第３波長での光ファイバに関するミュラー行列からの、第１波長での光ファイバに関するミュラー行列の決定。
【００３７】
１つ以上の実施例では、反射板は、反射位置と透過位置との間で切替可能である。この反射板は、第１波長における光ファイバの偏光測定のため、反射位置において、光ファイバ中を第１波長で伝搬した波を反射することができる。さらにこの反射板は、光ファイバと試料とを含む集合体の偏光測定のため、透過位置において、光ファイバ中を第１波長で伝搬した波を試料で反射させることができる。
【００３８】
１つ以上の実施例では、前述の変形形態に係る方法は、試料の点領域を偏光測定するため、光ファイバの遠位側において、焦点合わせ手段を用いて第１波長の波の焦点合わせをするステップをさらに備える。
【００３９】
本方法は、試料の点領域を偏光測定するため、光ファイバの遠位側において、走査手段を用いて、焦点合わせされた光波を走査するステップをさらに備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
下記図面を基に述べられる詳細説明を読むことにより、その他の利点と特性が明らかになるだろう。
【００４１】
【図１Ａ−１Ｂ】ポアンカレ球と楕円偏光状態とを示す図である（既述）。
【図１Ｃ】異なる偏光状態のストークスベクトルの成分を示す表である（既述）。
【図２】先行技術に係るミュラー偏光測定の実験装置を示す図である（既述）。
【図３】本明細書の第１の実施形態に係る偏光測定装置を示す図である。
【図４】本明細書の第２の実施形態に係る偏光測定装置を示す図である。
【図５】本明細書のある変形形態に係る偏光測定装置の一部を示す図である。
【図６】本明細書のある実施形態に係る測定方法の検証に使われる実験装置を示す図である。
【図７−８】図６の実験で得られた結果と予測理論値とを比較するグラフである。
【図９Ａ】本明細書のある実施形態に係る測定方法の検証に使われる試料を表すため、図６の一部を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ａの試料を用いた実験で得られた結果と予測理論値とを比較するグラフである。
【図１０Ａ】本明細書のある実施形態に係る測定方法の検証に使われる試料を表すため、図６の一部を示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａのタイプの試料を用いた実験で得られた結果と予測理論値とを比較するグラフである。
【図１１Ａ】本明細書のある実施形態に係る測定方法の検証に使われる試料を表すため、図６の一部を示す図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａのタイプの試料を用いた実験で得られた結果と予測理論値とを比較するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
図３に、本発明の第１の態様に係る偏光測定方法を実現する第１の実施例に係る偏光測定装置１００を示す。
【００４３】
偏光測定装置１００は一般に、少なくとも１つの第１波長λＥの少なくとも１つの光波の光源１０と、試料Ｓの遠隔測定に用いる光波が内部を伝搬するためのシングルモード光ファイバ３０とを備える。特にシングルモード光ファイバは、その特性や測定条件に起因して入射光の偏光を変える可能性があるが、偏光を解消しないマルチモードファイバに比べて際立った利点を持つ。解析される試料（「解析対象物」）Ｓが、光源１０に対して光ファイバ３０の反対端に置かれる。
【００４４】
以後本明細書では、光ファイバの光源側にある装置はすべて、近位部分と呼ぶ。光ファイバの上記と反対側、すなわち試料が置かれた側にある装置はすべて、遠位部分と呼ぶ。
【００４５】
装置１００はさらに、偏光状態生成器ＰＳＧと、偏光状態解析器ＰＳＡとを備える。ＰＳＧは光ファイバの近位側に置かれ、光の偏光状態（プローブ偏光状態）を所与の数生成することができる。ＰＳＡも光ファイバの近位側に置かれ、光ファイバの遠位側で反射され、光ファイバ内を逆向きに伝播した光の偏光状態を解析することができる。
【００４６】
図３の例の光源１０は、第１波長λＥの波と、少なくとも１つの第２波長λＦ１の波とを発することができる。ここでλＥとλＦ１とは異なる。後に詳述する変形形態では、光源１０は、波長がそれぞれλＦ１とλＦ２の２つの波を発することができる。ここでλＦ１とλＦ２とは互いに異なり、これらはλＥとも異なる。例えば光源１０は、レーザダイオードなどの単色光源の組を備える。これらは図３では１２，１４および１６で表され、それぞれ異なる波長の波の一つを発する。代替的に光源１０は、すべての波長の波を発する単一光源、例えば光ファイバ内部のレーザビームのスペクトル広がりで生成される「スーパーコンティニウム光源」型の光源で構成されてもよい。
【００４７】
有利には、光源は連続光源である。代替的に光源は、光ファイバ内部で非線形光学効果を生成しない程度の十分低いピークパワーを持つパルス光源であってもよい。別の選択肢として、チョッパーにより変調された連続光源が使われてもよい。この場合、連続光源に関する信号対雑音比を改善する必要がある場合は、すべての測定器で同期測定を行う。このとき有利には、変調はＰＳＧとＰＳＡの液晶のスイッチング周波数よりはるかに高い周波数でなされる。これらのスイッチング周波数は最大でｋＨｚのオーダだが、原則としてそれは問題とならない。商用標準システムの場合、同期測定は典型的には最大１００ｋＨｚで行われる。
【００４８】
図３に示される例の偏光測定装置は、光ファイバの遠位側に置かれる波長選択反射板４０と焦点合わせ手段４２とをさらに備える。反射板４０は、波長λＥの波を透過させることができる一方、波長λＦ１、または波長λＦ１およびλＦ２の両方の波を反射することができる。例えば反射板４０は、光ファイバ３０の出力側に置かれたスペクトルフィルタである。このフィルタは例えば、λＦ１＜λＦ２＜λＥの波長を選んだ場合、λＦ１とλＦ２との間の波長を遮断するハイパスフィルタである。同様に、λＦ１＜λＥ＜λＦ２の波長を選んだ場合はバンドパスフィルタであり、λＥ＜λＦ１＜λＦ２の波長を選んだ場合はローパスフィルタである。
【００４９】
偏光測定装置１００は、分割板２２と波長分割素子６５，６３とをさらに備える。波長分割素子６５，６３は例えばスペクトルフィルタであって、偏光状態解析器ＰＳＡの後に置かれる。ファイバの遠位側で逆反射または後方散乱し、ファイバ内を後方に導波された波は、波長分割素子６５，６３によって波長に応じて分割される。適切に分割された光波は、図３のＤＥ、ＤＦ１、ＤＦ２で示される光検出器に送られる。光検出器は例えばフォトダイオードであって、それぞれλＥ、λＦ１およびλＦ２の波長の光を検知する。
【００５０】
偏光測定装置１００はまた、処理手段７０を備える。後述のように処理手段７０を用いて、光検出器より送信された電気信号から、試料Ｓのミュラー行列を決定することができる。特に処理手段７０は、ＰＳＧとＰＳＡの制御および同期化、光検出器から送信された信号の収集と処理、およびミュラー行列の形成を確実に実行する。
【００５１】
例えば図３に示される装置を用いて実現する、第１変形形態に係る偏光測定の一般原理は、異なるが近接する波長（典型的には１００ｎｍ未満の差）の波の同時測定に基づく。これにより、一方では光ファイバが、他方ではファイバ／対象物体の集合体が測定される。より具体的には、ファイバを測定するために１つまたは２つの波長（λＦ１とλＦ２）が使える一方、ファイバ−対象物体の集合体を測定するためには１つの波長（λＥ）で十分である。
【００５２】
例えば単色または準単色（典型的にはスペクトル幅が４０ｎｍ未満）の波が、入射レンズ２４を用いてシングルモード光ファイバ３０内に送られる。波長λＥのビームは、波長選択反射板４０を透過した後、焦点合わせ手段４２を用いて対象物体上に焦点合わせされる。焦点合わせ手段４２は例えばレンズ、または焦点合わせ機能を持つ他の任意の光学素子である。対象物体から戻った光の一部は波長がλＥのまま、焦点合わせ光学素子４２とスペクトルフィルタ４０を通って後方に進み、光ファイバ３０に再入射する。λＥと異なる波長（本例ではλＦ１とλＦ２）のビームは、スペクトルフィルタ４０で反射し、試料Ｓに衝突することなく光ファイバ３０内に再入射する。戻った波長λＦ１、λＦ２およびλＥのすべてのビームはＰＳＡに向けて偏向される。これらはその後、検出器６２、６４および６６に向けて、ＰＳＡの出力側の分割素子６５、６３で分割される。波長λＥ、λＦ１およびλＦ２のビームを発する広帯域単一光源を用いた場合、有利には、各検出器６２、６４および６６の前に狭帯域のスペクトルフィルタ（典型的には＜４０ｎｍ）を置いてもよい。これらは、それぞれλＥ、λＦ１およびλＦ２の周辺の狭いスペクトル帯のビームのみが通過できる。
【００５３】
最初に、シングルモード光ファイバ３０を測定するために第２波長λＦ１の波を使う実施例について述べる。
【００５４】
この例では、第２波長λＦ１において光ファイバの偏光測定が行われ、第２波長λＦ１での光ファイバに関するミュラー行列が決定される。この第２波長λＦ１での光ファイバに関するミュラー行列から、第１波長λＥでの光ファイバに関するミュラー行列（ＭＦ）が導出される。第２波長λＦ１における光ファイバの偏光測定と同時に、第１波長λＥにおいて光ファイバと試料とを含む集合体の偏光測定が行われる。これは、試料で逆反射、および／または、後方散乱した波の偏光状態を解析することによりなされる。この測定により、第１波長λＥでの集合体に関するミュラー行列（ＭＴ）得られる。その後、光ファイバに関するミュラー行列（ＭＦ）と、光ファイバと試料とを含む集合体に関するミュラー行列（ＭＴ）とから、波長λＥでの試料に関するミュラー行列（ＭＯ）を決定することができる。
【００５５】
一般に光ファイバの偏光測定は、光ファイバの測定と、光ファイバの出力端（遠位端）と反射板４０との間に存在するすべての構成要素の測定とを含むことに注意する必要がある。光ファイバの他に構成要素がないか、他の構成要素が偏光を変えない場合は、この測定を光ファイバのみの測定と同一視できる。さらに、選択反射板４０と試料Ｓとの間に配置してよい光学的要素としては、伝搬する波の偏光を変えないものが選ばれる。例えばレンズ、周波数選択ミラーなどレンズ以外の光学的要素、あるいはより一般的に光学的に等方な物質からなり、必要であれば誘電体または金属の層を備える板である。これらは、垂直に非常に近い入射角（典型的には５°のオーダの公差）で使われる。
【００５６】
所与の波長における解析対象物（本例では光ファイバまたはファイバ／試料の集合体）の偏光測定は、既知の方法、例えば欧州特許出願公開１４１１３３３に記載された方法によってなされる。４つのプローブ偏光状態を定めるために、光波が偏光状態生成器ＰＳＧ（これは例えば電気的に制御されてもよい）に送られる。有利にはこれらの偏光状態は、可能な限り互いに独立である。これらの状態は、ポアンカレ球面上に正四面体状に配置される。実際にはこの作業は、より多くのプローブ偏光状態を使って行うこともできる。しかし、偏光測定に必要なプローブ偏光状態の最小数は４である。プローブ偏光状態を生成するためのＰＳＧは既知であり、例えば、直線偏光板、電気的制御可能な第１液晶セル、四分の一波長板および電気的制御可能な第２液晶セルを含む構成要素の組み合わせを備える。この方法により４つの偏光状態に相当する４つのストークスベクトルが生成され、Ｗで表される４×４の変調行列（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ｍａｔｒｉｘ）を作るために４列に配置される。試料と相互作用した後に戻った波の偏光状態が、偏光状態解析器ＰＳＡで解析される。ＰＳＡは、ＰＳＧと同じ構成要素を、光の方向に関し逆順に並べた構成要素を備える。例えば、第２液晶セル、四分の一波長板、第１液晶セルおよび直線偏光板である。ＰＳＡによって解析された４つの偏光状態に相当するストークスベクトルが、Ａで表される４×４の解析行列（ａｎａｌｙｓｉｓ  ｍａｔｒｉｘ）を作るために４行に配置される。ＰＳＧに由来する４つの偏光状態の各々に関し、ＰＳＡの出力側における光強度が、解析された偏光状態の各々に応じて検出器で測定される。１６個の光強度レベル測定値の行列Ｂは、以下の形で得られる。
【数４】
0006599352.tif 000005
ここでＭは試料のミュラー行列である。
【００５７】
従って、既知の行列ＡとＷの逆行列により、以下の形でミュラー行列を決定することができる。
【数５】
0006599352.tif 000006
【００５８】
有利には、ＰＳＧとＰＳＡを形成する構成要素の調整における不完全さと誤差を修正するため、較正が行われてもよい。実際、変調行列Ｗと解析行列Ａは、偏光状態生成器および偏光状態解析器を形成する構成要素の関数として理論的に計算された値と異なっていてよい。この較正を実行するために、例えば試料の位置に４つの較正用試料を置いてもよい。これらから、それぞれ４つの強度行列を得ることができる。その後、文献（前述の欧州特許出願公開１４１１３３３参照）に記載された較正アルゴリズムを用いて、正しい変調および解析行列Ｗ、Ａを得ることができる。
【００５９】
前述の試料の偏光測定の例では、ＰＳＧとＰＳＡは液晶（ネマチックまたは強誘電体の液晶）を備える。本発明に係る測定の実行のために、他の多くのシステムが使われてもよい。例えばＰＳＧは、ポッケルスセル（例えば、Ｅ．Ｃｏｍｐａｉｎ他「単一の高周波変調を用いたミュラー行列の完全測定」Ｔｈｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｉｌｍｓ３１３−３１４、４７−５２、１９９８）または光弾性変調器（Ｅ．Ｃｏｍｐａｉｎ他「新しい位相結合変調器を用いたミュラー行列の完全高周波測定」Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．６８、２６７１−２６８０  〜１９９７）を用いて偏光を制御してもよい。これらのシステムによりＰＳＧの４つの状態を、４つの異なる周波数で同時に符号化できる。ＰＳＡ側には、Ｅ．Ｃｏｍｐａｉｎ等により開示された「ＤＯＡＰ」（米国特許出願公開第６１７５４１２号参照）などの強度分割システム（これは分割プリズムと平行に配置した４つの測定器を利用する）を使うことが想像できる。このタイプのＰＳＡは、有利には、ＰＳＧの符号化に用いた周波数と同期してもよい。すなわち各測定器からの信号は、ＰＳＧの４つの周波数の上で復調されてもよい。このようにして復調された信号の組は１６個の測定結果を与え、ここからミュラー行列を得ることができる。このタイプの装置の例が、米国特許出願公開６１７５４１２号Ｂ１に記載されている。別のタイプのＰＳＧとＰＳＡでは、固定した直線偏光板と回転する遅延板とを使う（米国特許出願公開７２９８４８０号Ｂ２参照）。
【００６０】
図３に示す装置を用いて測定を行うことにより、先ず第２波長λＦ１での光ファイバのミュラー行列Ｍｍ１（λＦ１）を得ることができる。
【数６】
0006599352.tif 000007
ここでＭＦ（λＦ１）とＭＦＲ（λＦ１）とは、それぞれ光ファイバの往路上および復路上のミュラー行列である。Ｒ（θ１）とＲ（−θ１）は、それぞれ角度θ１と−θ１の回転行列である。θ１は、ファイバの入力端における中性軸と、ストークスベクトルが規定される実験室の基準系との間のなす角度であり、原理的には未知である。ファイバが純粋な位相遅延器として振る舞うと仮定すると、積ＭＦＲ（λＦ１）・ＭＦ（λＦ１）は、このファイバの往復路全体にわたる純粋な直線位相遅延器に相当する。従って角度θ１と−θ１とは、積Ｒ（−θ１）−１・Ｍｍ１（λＦ１）・Ｒ（θ１）−１＝ＭＦＲ（λＦ１）・ＭＦ（λＦ１）が、この純粋な直線位相遅延器の行列に一致するように決定される。代替的に、これらの角度がファイバの角度位置、すなわち事前に特定されたファイバの中性軸から知られてもよい。ファイバがいかなるカイラル効果（円ディアテニュエーションと遅延）も示さない場合、すなわちひねりがないように処理された通常のシングルモードファイバの場合、行列ＭＦＲ（λＦ１）とＭＦ（λＦ１）とは、同一の２つの直線遅延器の行列に相当する。直接測定された積ＭＦＲ（λＦ１）・ＭＦ（λＦ１）から、行列ＭＦ（λＦ１）とＭＦＲ（λＦ１）の各々が容易に導き出される。ここで、ＭＦ（λＦ１）とＭＦＲ（λＦ１）は、それぞれ第１波長λＥにおける光ファイバの往路上と復路上の行列である。次に、波長λＥにおける光ファイバと試料の集合体のミュラー行列ＭＴが直接測定され、下記の方程式で与えられる。
【数７】
0006599352.tif 000008
ここでＭＯは、求めるべき波長λＥにおける試料のミュラー行列である。
【００６１】
算出したカイラル効果の行列ＭＯを修正する目的で、角度θ２を決定することが有益となる場合もある。ここでθ２は、出力端すなわち遠位端におけるファイバの特定の一軸の、実験室基準系に対する方位角である。例えば偏波保持光ファイバの場合、この方位角はファイバに紐付いており「機械的に」決定することができる。
【００６２】
従って、逆行列により試料のミュラー行列を導出することができる。
【数８】
0006599352.tif 000009
【００６３】
波長λＦ１とλＥとが異なるが十分近接し（すなわちその差が１００ｎｍ未満、有利には５０ｎｍ未満である）、かつ明確に特定された中性軸を備える直線遅延器としてファイバが振る舞う（例えば光ファイバが、中性軸に沿って十分小さい（０と２πとの間）位相遅延δφＦ１を誘起する）場合、前述の方法は有効に機能するだろう。この場合、第２波長λＦ１での位相遅延δφＦ１から、第１波長λＥでの位相遅延δφＥを導出することにより（δφＥ＝δφＦ１＊λＦ１／λＥ）、λＦ１での光ファイバの行列を用いて、λＥでの光ファイバの行列を導出することができる。
【００６４】
第２変形形態に係る偏光測定も図３に示す装置を用いて実現でき、光ファイバの偏光測定のために２つの波長λＦ１、λＦ２が使われる。ここでλＦ１とλＦ２とは互いに異なり、第１波長λＥとも異なる。
【００６５】
従ってこの変形形態の光源は、第１および第２波長λＥ、λＦ２と異なる第３波長λＦ２の波も発することができる。以下の性質を持つ選択反射板４０、例えばハイパススペクトルフィルタが適用される。すなわち選択波長板は、波長λＦ１＜λＥ＜λＦ２を選んだ場合、光ファイバ内を第２および第３波長λＦ１、λＦ２で伝搬した波を反射し、第１波長λＥで伝搬した波を透過させることができる。
【００６６】
この変形形態では、第２波長（λＦ１）での光ファイバに関するミュラー行列と、第３波長（λＦ２）での光ファイバに関するミュラー行列とを決定するために、例えば前述の手段を用いて、第２および第３波長λＦ１、λＦ２における光ファイバの偏光測定が行われる。波長λＦ１でのミュラー行列を測定することにより、位相遅延δφＦ１＿ｍｅｓを決定することができる。この位相遅延の測定値δφＦ１＿ｍｅｓは、モジュロ２πで真の位相遅延δφＦ１に等しい。言い換えれば、λＦ１において求められた位相遅延δφＦ１＿ｍｅｓは、ｍを整数として、δφＦ１＝δφＦ１＿ｍｅｓ＋２ｍπの関係を満たす。同様に、波長λＦ２でのミュラー行列の測定により、位相遅延δφＦ２＿ｍｅｓを決定することができる。この位相遅延の測定値δφＦ２＿ｍｅｓは、モジュロ２πで真の位相遅延δφＦ２に等しい。すなわちλＦ２において求められた位相遅延δφＦ２＿ｍｅｓは、ｍ’を整数として、δφＦ２＝δφＦ２＿ｍｅｓ＋２ｍ’πの関係を満たす。２つの波長λＦ１とλＦ２は近接しているため、比δφＦ１／δφＦ２は、一次のオーダまでは波長の逆比λＦ２／λＦ１に等しい。残余位相変化δφＦ１とδφＦ２を小さい値に保つ、すなわち整数ｍとｍ’を小さい値（典型的には５未満）に保つことにより、条件δφＦ１／δφＦ２＝λＦ２／λＦ１を満足させる（ｍ、ｍ’）のペアを簡単に見つけることができる。これによりδφＦ１とδφＦ２の値を導出することができる。第２段階で、三数法（δφＥ＝δφＦｉ＊λＦｉ／λＥ（ｉ＝１または２））を用いて、波長λＥにおける位相遅延δφＥが計算される。従って、λＥにおける往路上と復路上の光ファイバのミュラー行列が導出され、前述の式５を用いて求めるべき試料の行列を決定することができる。
【００６７】
実際には現在の通常のシングルモードファイバの技術には、中性軸の方向が明確に定義できず、応力や温度などに従って中性軸の方向が変化し得るという欠点がある。ある変形形態では、好ましくは、入力端と出力端において中性軸の方向が既知でかつ不動の偏波保持光ファイバが使われる。しかしながら通常の偏波保持光ファイバの場合、導入される位相遅延が非常に大きい（典型的にはπ／ｍｍ）ことが知られている。これは図３に示す変形形態を実行する場合、問題となる可能性がある。
【００６８】
本出願人は、本発明に係る偏光測定の実行のために特に有利となるよう、シングルモード光ファイバを改良した。
【００６９】
以後この光ファイバを「遅延補償型偏波保持シングルモード光ファイバ」と呼ぶ。この光ファイバは、同一の偏波保持光ファイバからなる２つのセクションを備える。両セクションは長さが等しく、第１セクションの高速軸が第２セクションの低速軸に合致するよう互いに接続されている（例えば融着による）。この配列を用いて、すなわち交差偏光板の間にこの配列を置き、送信された場の消失を求めることにより、このファイバの中性軸の方向を出力側と入力側で容易に決定することができる。実際この状況では、入力偏光板の方向は、入力側におけるファイバの中性軸の１つが向く方向である。同様に、出力偏光板の方向は、出力側におけるファイバの中性軸の１つが向く方向である。従って、両セクションが正確に等しい長さを持ち、同じ状態（同じ曲げ、同じ温度等）にある場合は、遅延補償型偏波保持シングルモード光ファイバによって入射場の２成分の間に付加される位相遅延が、零か無視できるほど小さいことが期待できる。これは第２セクションが、第１セクションを正確に補償することによる。実際には、２つのセクションの間に存在するわずかな違い（すなわち、ファイバの長さ、および／または、状態、および／または、環境の違い）が原因で、遅延補償型偏波保持シングルモード光ファイバによって、ファイバの出力側の場の２成分の間に位相遅延が付加され、これが残余位相遅延となる可能性がある。本出願人は、ファイバの長さとは無関係に、この残余位相遅延を８π未満に、さらに４π未満にできることを明らかにした。その後、前述の方法を用いて第２波長λＦ１における光ファイバの測定（さらに前述の通り、２つの波長λＦ１、λＦ２における測定）を行うことにより、第１波長λＥでの光ファイバの行列を完全に決定し、従って試料のミュラー行列を導出することができる。さらに、このようなファイバのカイラル効果は小さい。
【００７０】
図４に、本発明に係る偏光測定方法を用いる第２の実施例に係る偏光測定装置２００を示す。
【００７１】
装置２００は、装置１００の構成要素と同一の多数の構成要素を備えるが再掲しない。特に装置２００は、ＰＳＧ２０、ＰＳＡ５０、シングルモード光ファイバ３０および処理手段７０を備える。
【００７２】
この変形形態の光源は、第１波長λＥの光を発する光源１２（レーザダイオードなど）を１つだけ備え、これと同じ波長を検出する検出器（フォトダイオードなど）をＰＳＡの出力端に備える。
【００７３】
図３に示される選択反射板に代えて、可動反射板（例えばＭＥＭＳ型の切替可能な反射板）が使われる。この反射板は図４に示すように、ファイバの出力端に配置されたときはオンモードで、ファイバ端から離されたときはオフモードで動作することができる。
【００７４】
この変形形態では、波長λＥにおける光ファイバの測定と、同じ波長における光ファイバと試料とを含む集合体の測定とを交互に行うことができる。ファイバと、ファイバ／試料の集合体の測定が十分短い時間（典型的には１０ｍｓ未満）で行われる限り、この方法は、簡単なシングルモード光ファイバ、あるいは通常の偏波保持シングルモード光ファイバを用いて実現することができる。言うまでもなくこの方法は、前述の遅延補償型偏波保持シングルモード光ファイバを用いて実現することもできる。
【００７５】
その後、ファイバのミュラー行列と、ファイバと試料とを含む集合体のミュラー行列とから、前述の方程式５を用いて試料のミュラー行列を決定することができる。
【００７６】
図５に、図３と４の装置の１つ、または他の装置に対して適用可能な変形形態を示す。
【００７７】
この変形形態では、近位側で焦点合わせ手段４２の後に走査システム４６が配置される。別の配置として、走査システム４６が、ファイバ３０と焦点合わせ手段４２との間に置かれてもよい。この場合有利には、走査システム４６の前に、ファイバ３０から外側に向かうビームを較正する手段が置かれる。この走査システムにより、関心領域の画像を再構成するために試料を走査することができる。
【００７８】
本出願人はまた、試料の隣接点の組をマイクロ走査することにより、一点のみを測定した場合に生じ得る悪影響を排除できることを明らかにした。特に、試料上の焦点で測定されたミュラー行列の場合、より広い領域の解析から得られたものに比べ、より低い偏光解消率しか与えない。このより広い領域から生成される偏光解消率は、当該領域の様々な点において個別測定されたミュラー行列の組を平均することによって得られる。
【００７９】
図７から１１に、本発明に係る方法により得られた実験結果の第１例を示す。
【００８０】
これらの第１結果は、図４のタイプの装置を用いて、十分に較正された「試験用」試料上で得られる。図６に、この検証のための実験装置を示す。使用されるすべての構成要素は図４に示すものと同じだが、試料Ｓは較正された解析対象物４８と平面鏡４９とで形成される。
【００８１】
図７に示す結果を与える実験の試料は、λ／８型波長板とその後の鏡とにより形成される。λ／８板は、光が一回通過すると、中性軸の間に４５°の位相遅延を導入する。実験室基準系に対する中性軸の向きを変えるために、λ／８板は光の伝搬方向に対して垂直に置かれる。曲線Ｃ１は、任意の基準系に対するこの板の向き（０°と９０°との間の値を取る）（実線）と、装置で測定された向きを表す（点）。曲線Ｃ２は、これらの向きの各々に関して、この板で測定された位相遅延とを表す。この９０°の遅延は、解析対象物であるλ／８板を２回通過（往路と復路）することに伴う位相遅延の合計に相当する。
【００８２】
図８に示す結果を与える実験の試料は、バビネソレイユ補償板とその後の鏡とからなる。バビネソレイユ補償板は、光の通過に伴い、中性軸の間に既知の調整可能な位相遅延を導入する。曲線Ｃ３は、光の往復通過に伴う、バビネソレイユ補償板の設定で調整された直線位相遅延（実線）と、これに相当する位相遅延の測定値とを示す（点）。
【００８３】
図９Ａに、平行表面を持つ板４８とその後の鏡４９からなる試料を示す。板の表面は、較正システム２４から出た光ビームの入射面に垂直であり、その法線方向は角度αで傾斜している。この傾斜αは、ビームの方向に対して調整可能である。従ってこの板は純粋な直線ディアテニュエータ部品として振る舞い、そのディアテニュエーションは角度αにより調整可能である。図９Ｂは、光の往復に伴うこの平行表面を持つ板の直線ディアテニュエーションを、角度αの関数として算出したもの（実線）と、これに相当する直線ディアテニュエーションの測定値とを示す（点）。これらの各点に関し、円ディアテニュエーションと直線位相遅延の測定値は零であることも示される。
【００８４】
図１０Ａに、バビネソレイユ補償板４７と、その後の平行表面を持つ板４８および鏡４９からなる試料を示す。平行表面を持つ板は、入射ビームに対して図９Ａの場合と同じ方法で置かれる。この配置では板の法線が入射ビームに対して角度αで傾斜しており、これにより、光の往復に伴い３５％の直線ディアテニュエーションが導入される。バビネソレイユ補償板は、その高速軸が板の回転軸との間で４５°の角度をなすように、ビームに垂直な平面に向けられる。この配置を取ることにより、バビネソレイユ補償板を用いて、板を固定したまま、位相遅延を光の片道通過では０°から９０°まで、すなわち往復通過では０°から１８０°まで調整することができる。
【００８５】
光の片道通過に伴い位相遅延γ（０°から９０°までの値を取る）を導入するようにバビネソレイユ補償板を設定した場合、この補償板と平行表面を備える板との組み合わせは、光の往復通過に伴い、位相遅延２γと、直線および円ディアテニュエーションＤＬ、ＤＣの組とを導入する構成要素として振る舞うことが、数値シミュレーションにより示される。ここで、ディアテニュエーションは
【数９】
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である。γ＝０°のとき、ディアテニュエー
ションは純粋な直線ディアテニュエーションであり、Ｄ＝ＤＬ＝３５％となる。γ＝９０°のとき、ディアテニュエーションは純粋な円ディアテニュエーションであり、Ｄ＝ＤＣ＝３５％となる。図１０Ｂの曲線Ｃ５、Ｃ６およびＣ７の実線はそれぞれ、図１０Ａの構成において、位相遅延、円ディアテニュエーションおよび直線ディアテニュエーションを計算したシミュレーション結果である。曲線Ｃ５、Ｃ６およびＣ７に相当する点は、それぞれの実験値である。
【００８６】
図１１Ａに、図１０Ａのものと同じ構成要素だが、順序を逆転した試料を示す。言い換えればこの試料は、平行表面を持つ板４８とその後のバビネソレイユ補償板４７および鏡４９からなり、その他の設定はすべて図１０Ａと同じである。
【００８７】
光の片道通過に伴い位相遅延γ（０°から９０°までの値を取る）を導入するようにバビネソレイユ補償板を設定した場合、この補償板と平行表面を備える板との組み合わせは、光の往復通過に伴い、位相遅延２γと、直線および円ディアテニュエーションＤＬ、ＤＣの組とを導入する構成要素として振る舞うことが、数値シミュレーションにより示される。ここで、位相遅延γが０°から９０°まで変化すると、直線ディアテニュエーションは３５％から０％に減少し、円ディアテニュエーションは０％から１７．５％に増加した後０％に減少する。図１１Ｂの曲線Ｃ８、Ｃ９およびＣ１０の実線はそれぞれ、図１１Ａの構成において、位相遅延、円ディアテニュエーションおよび直線ディアテニュエーションを計算したシミュレーション結果である。曲線Ｃ８、Ｃ９およびＣ１０に相当する点は、それぞれの実験値である。
【００８８】
以上の実験結果は、本発明に係る偏光測定方法が実行可能であることと、試料の完全かつ正確な偏光情報、特に直線位相遅延、直線ディアテニュエーションおよび円ディアテニュエーションを得ることが可能であることを示す。
【００８９】
ここに記載した測定は、内視鏡検査による生体試料の偏光測定のみならず、接近困難な試料、例えば苛酷な環境下（放射線や強電場の存在、超高温あるいは超低温など）における絶縁体や導電体の測定などにも適用可能である。
【００９０】
以上、数々の実施例を詳細に説明したが、本発明に係る偏光測定方法および装置は、その他の変形、改良および改善を含む。これらの変形、改良および改善も、本出願の特許請求の範囲に規定される発明の範囲を形成することは、当業者にとって明らかだろう。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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