(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振波長が連続的に変化する光を出力する波長掃引光源において、
光を増幅するゲイン媒体、
発振波長を変更する手段、および
前記ゲイン媒体の光利得を変更する手段
を含むレーザ共振器と、
波長制御信号によって前記発振波長を変更する手段を制御して、前記発振波長を掃引する波長制御手段と、
波長掃引の全波長帯域にわたって、前記レーザ共振器内の光利得が、非飽和領域にあってレーザ発振閾値の状態の光利得よりもわずかに高い光利得値となるように、前記光利得を変更する手段を制御する光利得制御手段であって、前記波長制御手段から得られた掃引開始からの複数の時間と、前記複数の時間の各々において波長掃引光のコヒーレンス長が最長となる光利得とを組み合わせた光利得制御データに基づいて、光利得制御信号によって前記光利得を変更する手段を制御するよう構成された、光利得制御手段と、
前記光利得制御手段に関連付けられ、前記光利得制御データを記憶したメモリと、
前記メモリに結合されたプロセッサと
を備え、
前記プロセッサによって実施される電流−時間−コヒーレンス長対応データ取得手段が、
波長掃引期間に渡って、一定値の前記光利得制御信号によって前記光利得を変更する手段を設定光利得値に制御し、
複数の異なる値の前記設定光利得値の各々に対して、掃引開始からの前記複数の時間の各々におけるコヒーレンス長をそれぞれ測定し、前記設定光利得値、前記複数の時間の内の１つの時間および対応する前記測定されたコヒーレンス長からなるデータ組を生成し、
前記複数の時間の内の前記１つの時間において、前記測定されたコヒーレンス長の中から最大コヒーレンス長を与える設定光利得値を選択することによって、
前記１つの時間の各々と前記選択された設定光利得値から前記光利得制御データが、
生成されることを特徴とする波長掃引光源。
【請求項２】
前記光利得制御データは、
前記電流−時間−コヒーレンス長対応データ取得手段が、
前記設定光利得値に設定されたレーザ共振器から出力された、前記波長掃引期間の１回の波長掃引から得られる波長掃引光に対して、異なる干渉条件で当該波長掃引光から前記干渉条件の各々に対応する複数の干渉信号を生成し、および
前記干渉条件の各々に対応する前記複数の干渉信号に基づいて前記コヒーレンス長を計算すること
によって得られた前記コヒーレンス長を含むことを特徴とする請求項１に記載の波長掃引光源。
【請求項３】
前記ゲイン媒体の光利得を変更する手段は、半導体光増幅器（ＳＯＡ）であって、前記光利得制御信号は前記ＳＯＡを駆動するＳＯＡ電流であり、光利得制御データは前記複数の時間の各々に対して選択されたＳＯＡ電流を表すＳＯＡ電流波形データであることを特徴とする請求項１または２に記載の波長掃引光源。
【請求項４】
前記発振波長を変更する手段は、
回折格子と、
前記回折格子からの発振光が入射し、当該入射した前記発振光を垂直に反射するミラーと、
前記回折格子への前記発振光の入射角を変更する光偏向器と
から構成されることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の波長掃引光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長掃引光源に関する。より詳細には、光干渉断層撮影装置で使用できる波長掃引光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長掃引光源は、光を利用したイメージング技術を用いた光学機器や電子機器に幅広く利用されている。例えばカメラやプリンタ、ファクシミリなどの民生用の電子機器に最もよく利用されており、さらに医療分野にも広がっている。生体内部の断層を非侵襲的にイメージングするために、低干渉光を利用して深さ方向の情報を高分解能で取得することができる光干渉断層撮影（ＯＣＴ：Optical Coherence Tomography）が注目されてきた。近年では、生体内での分子レベルおよび細胞レベルの生物学的事象を解明するためのモレキュラー（分子）イメージングの分野にも、ＯＣＴが利用されている。波長掃引光源は、後述するようにＯＣＴ技術を支える重要な基幹要素であり、ＯＣＴ装置の性能にも大きな影響を与える。【０００３】
上述のモレキュラーイメージングでは、光情報を利用してターゲット分子を高感度に検出する方法が主力となっており、ＯＣＴ装置が利用されている。コヒーレンス干渉を利用して断層イメージを取得するＯＣＴ装置には、時間領域ＯＣＴ（ＴＤ−ＯＣＴ：Time Domain Optical Coherence Tomography）と、フーリエ領域ＯＣＴ（ＦＤ−ＯＣＴ：Fourier Domain Optical Coherence Tomography）がある。ＦＤ−ＯＣＴは、さらにスペクトル領域ＯＣＴ（ＳＤ−ＯＣＴ：Spectral Domain Optical Coherence Tomography）と波長掃引ＯＣＴ（ＳＳ−ＯＣＴ：Swept-Source Optical Coherence Tomography）に分類される。波長掃引光源を用いたＳＳ−ＯＣＴは、高速な応答性の点で特に優れている。【０００４】
ＳＳ−ＯＣＴの応答性は光源の性能によって大きく律速されるため、種々の方式の高速広帯域光源の開発が加速している。また掃引の態様の観点からは、波長掃引光源には、掃引される波数が時間と共に線形的に変化する波数リニアな光源のように、応用分野に応じた動作が要求される。【０００５】
特許文献１には、光ファイバループによる波長掃引光源の構成例が示されている。特許文献１の図１を参照すれば、波長掃引光源は、光ファイバループ（１１）にゲイン媒体（１２）とサーキュレータ（１３）を設けている。サーキュレータ（１３）から、コリメートレンズ（２２）を通して光が空間に取出され、その光がバンドパスフィルタ（２４）を通してミラー（２５）に到達する。ミラーからの反射光を、バンドパスフィルタ（２４）を通してコリメートレンズに再度入射させることで、共振器の往復光路が構成される。バンドパスフィルタ（２４）としては、例えば光干渉型の誘電体多層膜フィルタを利用可能であって、フィルタへの光の入射角を変えることによって透過波長を変えることができる。バンドパスフィルタの光軸に対する角度を、ガルバノメータ（２６）を用いて高速に変えることによって、高速に波長掃引をすることができる光源を実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３４７６６８号公報
【特許文献２】特開２０１１−１８６２１８号公報
【特許文献３】特開２０１５−１４２１１１号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Yoshiaki Yasuno他、“Three-dimensional and high-speed swept-source optical coherence tomography for in vivo investigation of human anterior eye segments，２００５年、”ＯＰＴＩＣＳ  ＥＸＰＲＥＳＳ，Ｖｏｌ．13，Ｎｏ．26，ｐｐ．10652−10664
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に示されたような波長掃引光源では、通常、周回利得（ゲイン）や発振閾値は波長によって異なる。レーザでは、周回利得スペクトルが発振閾値よりも大きくなる（周回利得スペクトル＞発振閾値となる）波長帯域内で発振する。この波長帯域は、発振閾値（＝損失）よりも大きくなる周回利得の帯域幅を意味する。以下、この波長帯域幅を非飽和利得帯域幅と呼ぶこととする。【０００９】
ＳＳ−ＯＣＴ用の波長掃引光源は、掃引している全波長においてコヒーレンス長が長い状態に維持することが望ましい。これを実現するためには、掃引している全波長に渡って、非飽和利得帯域幅（レーザ発振可能な波長幅）が狭いことが重要である。【００１０】
非飽和利得帯域幅は周回利得スペクトルが発振閾値を超える波長幅であるので、全掃引波長に対して、周回利得スペクトルのピークが発振スペクトルに一致するような動作状態にできれば良い。しかしながら、従来技術の波長掃引光源では、ゲイン媒体への注入電流量が時間的に一定であったため、このような動作状態の実現は難しかった。レーザ発振器では、ゲイン媒体への注入電流量が周回利得スペクトルの形状、ピーク値を決める。このため、注入電流量が時間的に一定であった従来技術の波長掃引光源では、掃引する全波長に渡って、周回利得ピーク値が発振閾値と一致するとは限らないためである。この理由は、さらに以下のように説明できる。【００１１】
周回利得および発振閾値は、ゲイン媒体の利得、レーザ共振器内のさまざまな光損失、バンドパスフィルタのフィルタリング特性、および、各波長に対して発振に掛けられる時間等から決まる。例えば、特許文献１に開示された波長掃引光源等では、各波長の発振に掛けられる時間、および、バンドパスフィルタのフィルタリング特性は波長によらず一定であるが、ゲイン媒体の利得は掃引波長の中心波長から離れるに従って小さくなっている。したがって、中心波長付近の発振閾値は小さく、中心波長から離れるにしたがって発振閾値は大きくなる。【００１２】
従来技術の波長掃引光源では、掃引中のどの波長に対しても、ゲイン媒体への注入電流量を一定としていたので、広帯域に必要な掃引波長幅（例えばＳＳ−ＯＣＴでは１００ｎｍ程度）を確保するためには、大きな発振閾値を持つ波長に合わせてゲイン媒体への電流注入量を決める必要がある。このようにゲイン媒体へ一定電流を注入した場合、発振閾値が小さい波長においては、閾値を超える周回利得の波長幅（非飽和利得帯域幅）が大きい状態となっていた。特許文献１に開示された波長掃引光源では、掃引波長の最短波長および最長波長において発振可能なゲイン媒体への注入電流量としていたため、最短波長および最長波長付近ではコヒーレンス長が長い状態となっている。しかしながら、中心波長に近付くにつれて注入電流量が過剰となって、周回利得のピーク値が発振閾値を超える程度が著しくなる。このため、掃引波長帯域の概ね中央部では、非飽和利得帯域幅が広くなり発振線幅が広がってコヒーレンス長が短い状態となっていた。【００１３】
ＳＳ−ＯＣＴ装置では、波長掃引光源からの光のコヒーレンス長が長くなるほど干渉信号の強度は上がることが知られている。干渉信号を周波数変換して得られるＯＣＴ画像の１画素すなわち点広がり関数（ＰＳＦ；ｐｏｉｎｔ  ｓｐｒｅａｄ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）の強度は、干渉信号のエネルギー（時間積分値）に比例する。したがって、ＰＳＦの強度を上げるためには、波長掃引をしている全波長帯域において干渉信号全体を強くする必要があり、掃引する全波長帯域においてコヒーレンス長も長い状態でなければならない。ゲイン媒体に時間的に一定の電流注入を行っていた従来技術の波長掃引光源では、波長掃引をしている全波長帯域に渡って、コヒーレンス長を長い状態に維持できていなかった。その結果、ＳＳ−ＯＣＴ装置の出力イメージの品質に直接影響を与えるＰＳＦ強度が下がってしまう問題があった。【００１４】
ＳＳ−ＯＣＴ装置においてＰＳＦ強度が下がると、検出するイメージのＰＳＦピークとシステムノイズとの差が小さくなるため、対象物からの微小な検出信号がシステムノイズの中に埋もれてしまう。結果として、ＳＳ−ＯＣＴ装置のイメージ品質が低下し、イメージの検出感度が落ちてしまう問題があった。【００１５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、広い掃引波長帯域全体に渡って、コヒーレンス長が長い状態を維持することができる光源を提供することにある。また、本発明の波長掃引光源を最適に動作させるための半導体光増幅器（ＳＯＡ）電流波形データ（光利得制御データ）を作成する方法、コヒーレンス長を求める方法も開示される。また、本発明の波長掃引光源を実施するのに好適な光偏向器についても開示される。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の１つの実施態様は、発振波長が連続的に変化する光を出力する波長掃引光源において、光を増幅するゲイン媒体、発振波長を変更する手段、および前記ゲイン媒体の光利得を変更する手段を含むレーザ共振器と、波長制御信号によって前記発振波長を変更する手段を制御して、前記発振波長を掃引する波長制御手段と、波長掃引の全波長帯域にわたって、前記レーザ共振器内の光利得が、レーザ発振閾値の状態の光利得よりもわずかに高い光利得値となるように、前記光利得を変更する手段を制御する光利得制御手段とを備えたことを特徴とする波長掃引光源である。【００１７】
別の実施態様によれば、前記光利得制御手段は、前記波長制御手段から得られた掃引開始からの複数の時間と、前記複数の時間の各々において波長掃引光のコヒーレンス長が最長となる光利得とを組み合わせた光利得制御データに基づいて、光利得制御信号によって前記光利得を変更する手段を制御するよう構成され得る。【００１８】
好ましくは前記発振波長を変更する手段は、回折格子と、前記回折格子からの発振光が入射し、当該入射した前記発振光を垂直に反射するミラーと、前記回折格子への前記発振光の入射角を変更する光偏向器とから構成され得る。【００１９】
またさらに別の実施態様によれば、前記光利得制御手段は、前記レーザ共振器からの出力光レベルを検出し、前記検出された出力光レベルに基づいて、前記出力光レベルが、所定の出力光レベル値になるような光利得制御信号を生成し、当該光利得制御信号によって前記光利得を変更する手段を制御するよう構成され得る。【００２０】
好ましくは、前記発振波長を変更する手段は、回折格子と、前記回折格子への発振光の入射角を変更する光偏向器とから構成され得る。【００２１】
本発明の他の実施態様は、発振波長が連続的に変化する光を出力する波長掃引光源において、光を増幅するゲイン媒体、発振波長を変更する手段、および前記ゲイン媒体の光利得を変更する手段を含むレーザ共振器と、波長制御信号によって前記発振波長を変更する手段を制御して、前記発振波長を掃引する波長制御手段と、前記波長制御手段から得られた掃引開始からの複数の時間と、前記複数の時間の各々において前記波長掃引光のコヒーレンス長が最長となる光利得とを組み合わせた光利得制御データに基づいて、光利得制御信号によって前記光利得を変更する手段とを備えたことを特徴とする波長掃引光源である。【００２２】
本発明のさらに異なる実施態様によれば、上述の光偏向器は、電気光学結晶の対向する面に少なくとも２つの電極が形成された光偏向器であって、前記少なくとも２つの電極に電圧を印加すると、電気光学効果により前記電気光学結晶内に一様でない屈折率分布が生じることにより、前記電圧により形成された電界に直交する光の進路を屈曲させる光偏向器と、前記電気光学結晶の入射側と出射側の少なくとも一方に配置された光学素子であって、前記光が偏向する範囲にわたって空間的に集光特性が分布している光学素子とを備えたものとすることができる。【００２３】
好ましくは前記光偏向器は、偏向角により集光特性が変化し、前記光学素子は、前記光が偏向する範囲にわたって出射側のビームウェスト位置とビームウェスト径の少なくとも一方の変化を補償するように空間的に光学特性が分布しているものとすることができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明の波長掃引光源およびその駆動データの作成方法、光偏向器によって、波長掃引期間中の出力光のコヒーレンス長を常に長い状態に維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施形態の波長掃引光源の構成を示す図である。
【図２】波長掃引光源におけるＳＯＡ電流の動作を説明する図である。
【図３】本発明においてＳＯＡ電流波形データの生成装置を示す図である。
【図４】本発明でＳＯＡ電流波形データ生成手順のフローを示す図である。
【図５】本発明で取得されるコヒーレンス長データ全体を示した表である。
【図６】本発明におけるコヒーレンス長の測定装置の構成を示す図である。
【図７】本発明におけるコヒーレンス長測定手順のフローチャートである。
【図８】本発明の波長掃引光源で、等時間間隔取得したＳＯＡ電流の説明図である。
【図９Ａ】図６に示した干渉計の具体的な構成例を示した図である。
【図９Ｂ】図６に示した干渉計の具体的な別の構成例を示した図である。
【図９Ｃ】図６に示した干渉計の具体的な別の構成例を示した図である。
【図９Ｄ】図６に示した干渉計の具体的な別の構成例を示した図である。
【図１０】ＳＯＡ注入電流と光出力パワー、コヒーレンス長の関係を示した図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態の波長掃引光源の構成を示す図である。
【図１２】制御回路を含む波長掃引光源装置の構成を示す図である。
【図１３】ＳＯＡ注入電流と光出力レベルとの関係を説明する図である。
【図１４】ＳＯＡ注入電流最適化を波長掃引も含めて説明する図である。
【図１５】全波長を含むＳＯＡ駆動電流の最適化フローチャートである。
【図１６】第２の実施形態の波長掃引光源の時間ＳＯＡ駆動電流波形他の図である。
【図１７】第２の実施形態の波長掃引光源の干渉フリンジ波形の図である。
【図１８】光出力パワー値とコヒーレンス長との関係を示す図である。
【図１９】通常のＫＴＮ結晶を用いた光偏向器の構成を示した図である。
【図２０】本発明の第３の実施形態の光偏向器の構成を示した図である。
【図２１】実施例４の波長掃引光源に好適な光偏向器の構成を示した図である。
【図２２】実施例４のプリズムのビーム径倍率の入射角依存性を示した図である。
【図２３】実施例５の波長掃引光源に好適な光偏向器の構成を示した図である。
【図２４】実施例５の焦点距離の印加電圧依存性を示した図である。
【図２５】実施例５の自由曲面ミラー焦点距離と印加電圧の関係を示した図である。
【図２６】実施例６の波長掃引光源に好適な光偏向器の構成を示した図である。
【図２７】実施例７の波長掃引光源に好適な光偏向器の構成を示した図である。
【図２８】光学素子の焦点距離と、ガウシアンビーム入射時のビームウェスト位置との関係を示した図である。
【図２９】焦点距離を変化時のビームウェスト位置とビーム径倍率の関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の１つの実施態様は、発振波長が連続的に変化する光を出力する波長掃引光源において、光を増幅するゲイン媒体、発振波長を変更する手段、および前記ゲイン媒体の光利得を変更する手段を含むレーザ共振器と、波長制御信号によって前記発振波長を変更する手段を制御して、前記発振波長を掃引する波長制御手段と、波長掃引の全波長帯域にわたって、前記レーザ共振器内の光利得が、レーザ発振閾値の状態の光利得よりもわずかに高い光利得値となるように、前記光利得を変更する手段を制御する光利得制御手段とを備えた波長掃引光源である。
【００２７】
光利得制御手段については、異なる方法による構成例（第１の実施形態および第２の実施形態）が開示される。１つは、コヒーレンス長を最大に維持するＳＯＡ電流を予め求めて、ＳＯＡ電流波形データによって光源を動作させるものである。もう１つは、レーザ共振器からの出力光レベルを検出し、検出された出力光レベルに基づいて、出力光レベルが、所定の出力光レベル値になるように光利得（ＳＯＡ電流）を制御するものである。
【００２８】
さらに、発明の波長掃引光源を実施するにあたって好適な、光偏向器の様々な構成例についても開示される。
[第１の実施形態]
本発明の第１の実施形態の波長掃引光源は、掃引波長帯域の全域に渡って、出力光のコヒーレンス長を長い状態に維持できる。波長掃引に対応して、ゲイン媒体の利得を時間と共に変化させることで、コヒーレンス長は最大の状態に維持される。すなわち、掃引波長帯域の全帯域に渡って、各波長においてゲイン媒体の利得を発振閾値の近傍の状態に維持し、ゲイン媒体の非飽和利得帯域幅を狭窄化するように動作する。すなわち、レーザ共振器内の利得（光利得）が、レーザ発振閾値の状態の利得（発振閾値利得または発振利得）よりもわずかに高い利得値となるように、光利得を制御する。従来技術の波長掃引光源において過剰な利得を持っていた掃引波長帯域の概ね中央部で、より周回利得を下げるようにレーザの利得制御手段を制御することで、出力発振光の発振線幅を常に狭い状態に維持する。
【００２９】
これに限定されないが、例えばレーザ共振器におけるゲイン媒体に注入する半導体光増幅器（ＳＯＡ：Semiconductor Optical Amplifier）に流すＳＯＡ電流によって、ゲイン媒体の周回利得を変化させることができる。本発明の波長掃引光源におけるコヒーレンス長を最大に維持するＳＯＡ電流は、ＳＯＡ電流波形データに基づいて生成される。ＳＯＡ電流波形データを得るためには、異なるＳＯＡ電流に対して、波長掃引光源を掃引した状態で掃引時間情報と対応付けながら、光源出力光の干渉光から各波長に対応したコヒーレンス長を求める。各波長において、異なるＳＯＡ電流の中から、最大コヒーレンス長を与えるＳＯＡ電流が選択される。波長掃引光源を通常の掃引動作状態に置いたままで、波長掃引光から得られた複数の干渉光に基づいてコヒーレンス長を求め、コヒーレンス長を最大に維持するＳＯＡ電流が求められる。コヒーレンス長を最大に維持するＳＯＡ電流は、任意の電流波形を出力可能な電流源から供給され、波長掃引光源は、記憶手段（メモリ）に記憶されたＳＯＡ電流波形を実現するためのＳＯＡ電流波形データに基づいて動作する。レーザ共振器のゲイン媒体の利得の変更は、ＳＯＡの駆動電流以外の他の利得可変手段によっても実現できる。
【００３０】
本発明は、波長掃引光源を、全掃引波長帯域において出力発振光のコヒーレンス長を長い状態に維持しながら駆動するためのＳＯＡ電流波形データを求める方法としても実施できる。また、ＳＯＡ電流波形データを決定するための、本発明の波長掃引光源に適合した本発明に特有の新規なコヒーレンス長の測定方法についても開示される。以下、本発明の波長掃引光源およびその駆動データの作成方法、コヒーレンス長の測定方法について、各実施例と共に説明する。最初に第１の実施形態の波長掃引光源の実施例１として、本発明の波長掃引光源の構成および動作について説明する。
【実施例１】
【００３１】
図１は、本発明の波長掃引光源の構成例を示す図である。本発明の波長掃引光源１００は、リットマン型のレーザ共振器１０１を持つものを例として説明される。後述するように、波長依存の周回利得を持つゲイン媒体を共振器内に有するレーザ発振器であれば、本発明はどのようなタイプのレーザ共振器にも適用可能であることに留意されたい。ＳＯＡ１０２から出力された光は、レンズ１０５によって平行光にコリメートされて、光偏向器１０６を通して偏向される。光偏向器１０６は、後述する光偏向器ドライバからのドライブ信号１１５によって、例えば図１のように図面の上下方向に光路を偏向する。図１では、図の上側に最大に偏向した状態の光路１２１および下側に最大に偏向した状態の光路１２２の２つの場合を描いてある。図１の構成では、光路１２１の状態および光路１２２の状態が、それぞれ、最長波長の状態および最短波長の状態に対応する。【００３２】
光偏向器１０６によって偏向された光は、回折格子１０７で回折し、ミラー１０８に至る。ミラー１０８に垂直入射した波長の光のみが、上述の光路とは逆方向の光路を辿り、ＳＯＡ１０２に戻る。ミラー１０８からＳＯＡ１０２に戻った光は、ＳＯＡ１０２およびカップラ１０３の間にあるハーフミラー１０４で反射される。ミラー１０８およびハーフミラー１０４の間で往復光路が形成されて、レーザ発振が生じる。発振光の一部は、ＳＯＡ１０２からハーフミラー１０４を透過して、カップラ１０３と光ファイバ１２０を介して、出力光としてレーザ共振器１０１の外部へ出力される。【００３３】
上述のように、ミラー１０８に垂直に入射し反射する波長成分のみで往復する光路が形成され発振状態となる構成となっているため、回折格子１０７への光の入射角によってレーザ発振波長を変えることができる。ＳＯＡ１０２およびミラー１０８の間の構成は、例えば概ね二次関数形状のバンドパスフィルタを形成し、周回利得の非飽和利得帯域幅を決定する。【００３４】
光偏向器ドライバ１１３は、ドライブ信号１１５によって、光偏向器１０６から出射する光の偏向方向（偏向角）を制御する。ドライブ信号１１５が時間とともに変化するのに応じて、偏向方向も徐々に変化する。波長掃引光源では、発振光の波長が滑らかに一方向に増加または減少して波長掃引されるように、ドライブ信号は周期的に繰り返し変化する。通常、１回の波長掃引と、次の波長掃引との間には所定の間隔がある。すなわち、繰り返し期間の内の一部が実際の波長掃引に使用される。このようにレーザ共振器１０１では、ドライブ信号１１５によって時間的に連続に発振波長を変えて、波長掃引動作が実現される。【００３５】
光偏向器ドライバ１１３からは、ドライブ信号と共に、波長掃引に同期した同期信号１１４が出力される。例えば、短波長から長波長へ波長掃引する場合は、最短波長に相当する偏向角となるタイミングで同期信号１１４を任意波形電流源１１１へ出力する。【００３６】
任意波形電流源１１１は、図１には示していない関連付けられたメモリ（記憶手段）内に、波長掃引動作中に使用し、ＳＯＡ１０２に印加するＳＯＡ電流１１６を生成するためのＳＯＡ電流波形データを備えている。このメモリは、電流波形データを他から読み出して一時的に記憶するものであっても、半永続的に記憶するものであっても良い。電流波形データの内容の詳細については、実施例２および実施例３で説明するが、ＳＯＡ電流波形データを生成するための情報がメモリに記録される。【００３７】
メモリは、任意波形電流源１１１内に備えられていても良いし、任意波形電流源１１１外であって波長掃引光源１００内のいずれかの場所に備えられていれば良い。任意波形電流源１１１は、光偏向器ドライバ１１３からの同期信号１１４と同期して、メモリに記録された電流波形データまたは情報から、ＳＯＡ電流波形を生成し、ＳＯＡ電流波形に従ったＳＯＡ電流をＳＯＡ１０２に流す。なお、ＳＯＡ１０２にはＳＯＡの温度制御を行う温度制御器が通常接続されているが、ここでは省略してある。これ以降に説明するＳＯＡについても同様である。通常、波長掃引光源では、波長掃引動作の制御を始めとして、光源全体の制御のために、ＣＰＵを含む制御部もさらに備えている。制御部は通常メモリを含んでおり、メモリに記憶されまたは読み出されたデータを使用して動作する電子制御機器は、通常、制御部を持っている。したがって、制御部は図１には示されていないことに留意されたい。【００３８】
任意波形電流源１１１に関連付けられたメモリに記録される情報としては、時間−波形そのものを記録しても良いし、時間−波形を生成するための任意の形態のデータを記録しても良い。すなわち、その時間−波形のデータそのもの、時間−波形のデータおよびこれと組み合わせる係数、時間−波形のデータおよびこれと組み合わせるバイアス、または、時間−波形のデータ並びに係数およびバイアスを組み合わせたものを出力しても良い。【００３９】
さらに、任意波形電流源１１１に関連付けられたメモリに記録される情報としては、電流波形をフーリエ変換したデータとすることもできる。この場合も、フーリエ変換したデータを逆フーリエ変換したデータそのもの、逆フーリエ変換したデータおよびこれと組み合わせる係数、逆フーリエ変換したデータおよびこれと組み合わせるバイアス、または、逆フーリエ変換したデータ並びに係数およびバイアスを組み合わせたものを出力しても良い。【００４０】
本発明の波長掃引光源を動作させるとき、まず、光偏向器ドライバ１１３は光偏向器１０６を偏向動作させる。偏向動作を開始するとともに、任意波形電流源１１１は、ＳＯＡ１０２に印加することになる電流波形データを、任意波形電流源１１１に関連付けられたメモリへ読み出す。光偏向器ドライバ１１３は、光偏向器１０６を偏向動作させる。任意波形電流源１１１は、メモリに記憶した電流波形データに基づいて、光偏向器ドライバ１１１からの同期信号１１４と同期しながら、電流波形データに対応したＳＯＡ電流１１６をＳＯＡ１０２に印加する。本発明の動作原理について、さらに詳細に説明する。【００４１】
既に述べたように、ＳＳ−ＯＣＴ装置に使用する波長掃引光源では、全掃引波長帯域においてレーザ共振器からの発振光のコヒーレンス長を長い状態に維持して、発振線幅をできるだけ細くする必要がある。図１の本発明の波長掃引光源の構成では、従来技術と同様に、回折格子１０７およびミラー１０８で構成される波長フィルタによって、発振線幅の基本的な狭窄化動作が行われている。これに加えて本発明の波長掃引光源では、周回利得を掃引と同期して動的に調整し、波長掃引中のどの時間においても、非飽和利得帯域幅ができる限り狭くなるようにＳＯＡ１０２の動作を制御する。すなわち、刻々と変化する発振波長において、ＳＯＡ１０２を、周回利得が発振閾値よりもわずかに大きい状態とし、非飽和利得帯域幅ができる限り狭くなるようにＳＯＡ電流１１６を設定する。これによって、１回の波長掃引期間中のどの時間においても、発振光のコヒーレンス長が長い状態に維持されるようにする。周回利得の大きさは、波長に依存して異なる。そこで、波長掃引中に波長ととともにＳＯＡの光利得を動的に変えると、１回の波長掃引期間中のどの時間でもコヒーレンス長を長い状態に維持することができる。波長掃引光源では、波長掃引期間中における刻々の波長は、掃引開始からの時間、すなわち掃引時刻と１対１に対応している。したがって、波長に応じて、ＳＯＡ電流１１６によって周回利得の設定をすることは、ＳＯＡ電流１１６を波長掃引の開始からの時刻と関連付けて、時間―ＳＯＡ電流波形をどのように決定するかに帰着することになる。本発明の波長掃引光源は、次の実施例２によって得られる時間―ＳＯＡ電流波形の電流波形データを使用して、ＳＯＡを動作させることになる。【００４２】
図２は、本発明の波長掃引光源におけるＳＯＡ電流の動作を説明する図である。図２の上下のグラフでは、いずれも横軸が掃引開始時刻からの時間を表しており、上下のグラフ間で時間は同期している。図２の上側のグラフは１回の波長掃引期間における発振波長の時間変化を示している。波長掃引開始時点では発振波長は概ね１２８０ｎｍ（波数換算で概ね４．９Ｅ６ｒａｄ／ｍ）で、掃引終了時点で発振波長は概ね１４００ｎｍ（波数換算で概ね４．５Ｅ６ｒａｄ／ｍ）となっており、掃引波長帯域幅は１２０ｎｍに達している。図２の下側のグラフは、１回の波長掃引期間において、本発明に従って、ＳＯＡ電流１１６を変化させた場合の、時間―ＳＯＡ電流波形を示している。波長に応じて、ＳＯＡ電流１１６を変化させていることがわかる。具体的には、掃引波長帯域の両端（掃引開始および掃引終了時間に対応）の少なくとも一方のＳＯＡ電流値よりも、掃引波長帯域の中央部におけるＳＯＡ電流を減らしている。これによって、掃引波長帯域の中央部におけるゲイン媒体の周回利得を動的に下げ、波長掃引中のどの時間でも、非飽和利得帯域幅ができる限り狭くなるようＳＯＡ１０２を制御している。図２の上側の図でも明らかなように、掃引時刻と波長との間は１対１に対応する関係となっており、掃引開始時からの時間（時刻）によって、瞬時の発振波長が特定できることがわかる。【００４３】
本実施例の図１の波長掃引光源１００では、ＳＯＡ電流を動的に時間変化させながらＳＯＡを駆動するための、時間―ＳＯＡ電流波形データが既に存在している状態で動作する。このＳＯＡ電流波形データを作成する方法および装置については、実施例２および実施例３においてさらに詳細に説明する。【００４４】
上述の図１の波長掃引光源１００では、レーザ共振器１０１としてリットマン型外部共振器の構成を例として説明したが、本発明は周回利得を変更する手段を備えることができるものであれば、どのようなタイプのレーザ共振器を持つ波長掃引光源にも適用できる。すなわち、リトロー型外部共振器、ファイバーレーザ、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）−ＭＥＭＳレーザ等を備えた波長掃引光源にも適用できる。レーザ共振器が、波長を変更する手段（図１では光偏向器１０６、回折格子１０７およびミラー１０８）と、光利得を変更する手段（図１ではＳＯＡ１０２）とを備えているものであれば、本発明を適用できる。したがって、以下のように一般化が可能である。【００４５】
例えば、波長を変更する手段は、図１では光偏向器ドライバ１１３に相当する波長制御手段から出力される波長制御信号（偏向器ドライブ信号１１５）を受けて、レーザ発振波長を制御する。波長制御手段が時間とともに連続的に波長を変化させるように制御すれば、波長掃引が可能となる。既に述べたように、図１の本実施例の波長掃引光源の構成例では、光偏向器１０６の光偏向角度を連続的に変化させることによって発振波長の掃引動作が生じる。【００４６】
光偏向器としては、例えば、電気光学材料としてタンタル酸ニオブ酸カリウム（ＫＴＮ）結晶を用いたＫＴＮ偏向器を利用することができる。ＫＴＮの他、ＫＬＴＮ（Ｋ１−ｙＬｉｙＴａ１−ｘＮｂｘＯ３（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１））、ＬｉＮｂＯ３（以下、ＬＮという）、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＩＯ３、ＫＮｂＯ３、ＫＴｉＯＰＯ４、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、Ｂａ１−ｘＳｒｘＴｉＯ３（０＜ｘ＜１）、Ｂａ１−ｘＳｒｘＮｂ２Ｏ６（０＜ｘ＜１）、Ｓｒ０．７５Ｂａ０．２５Ｎｂ２Ｏ６、Ｐｂ１−ｙＬａｙＴｉ１−ｘＺｒｘＯ３（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３-ＰｂＴｉＯ３、ＫＨ２ＰＯ４、ＫＤ２ＰＯ４（Ｄは重水素）、（ＮＨ４）Ｈ２ＰＯ４、ＢａＢ２Ｏ４、ＬｉＢ３Ｏ５、ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０、ＧａＡｓ、ＣｄＴｅ、ＧａＰ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、およびＺｎＯの電気光学材料も利用できる。【００４７】
また、光利得を変更する手段は、図１では任意波形電流源１１１に相当する光利得制御手段から出力される光利得制御信号（ＳＯＡ電流１１６）を受けて制御され、光利得が制御される。光利得制御手段が時間とともに光利得制御信号を変更すると、それに合わせて、光利得も時間とともに変化する。図１の例では、ＳＯＡ電流１１６を時間変動させることによって、ＳＯＡ１０２の光利得（ゲイン媒体の周回利得）がＳＯＡ電流１１６に合わせて時間とともに変化する。【００４８】
図１で示した波長掃引光源１００におけるＳＯＡ電流波形データは、１掃引中のＳＯＡ電流１１６の時間推移のデータ（時間およびＳＯＡ電流を組み合わせたデータ）となる。波長を変更する手段および光利得を変更する手段からなる波長掃引光源としてより一般化すれば、ＳＯＡ電流波形データは、１回の波長掃引中の光利得制御信号の時間推移のデータ（時間および光利得制御信号を組み合わせたデータ：光利得制御データ）の一例ということができる。図２において、下側のグラフの縦軸を光利得制御信号値と読み替えれば、光利得制御信号値が波長とともに動的に制御された、光利得制御データを求めることができる。【００４９】
したがって本発明の波長掃引光源は、発振波長が連続的に変化する波長掃引光を出力する波長掃引光源において、光を増幅するゲイン媒体、発振波長を変更する手段（１０６、１０７、１０８）、および前記ゲイン媒体の光利得を変更する手段（１０２）を含むレーザ共振器と、波長制御信号（１１５）によって前記発振波長を変更する手段を制御して、前記発振波長を掃引する波長制御手段（１１３）と、前記波長制御手段から得られた掃引開始からの複数の時間と、前記複数の時間の各々において前記波長掃引光のコヒーレンス長が最長となる光利得とを組み合わせた光利得制御データに基づいて、光利得制御信号（１１６）によって前記光利得を変更する手段を制御する光利得制御手段（１１１）とを備えたものとして実施できる。【００５０】
好ましくは、前記発振波長を変更する手段は、回折格子（１０７）と、前記回折格子からの発振光が入射し、当該入射した前記発振光を垂直に反射するミラー（１０８）と、前記回折格子への前記発振光の入射角を変更する光偏向器（１０６）とから構成することができる。また、前記ゲイン媒体の光利得を変更する手段は、半導体光増幅器（ＳＯＡ）であって、前記光利得制御信号は前記ＳＯＡを駆動するＳＯＡ電流であり、光利得制御データは前記複数の時間の各々に対して選択されたＳＯＡ電流を表すＳＯＡ電流波形データとして実施できる。【００５１】
このように、レーザ共振器１０１が波長を変更する手段および光利得を変更する手段を備えており、それぞれを制御する波長制御手段および光利得制御手段があれば、本発明は、光利得制御データに基づいて動作する波長掃引光源にも適用できる。以後、説明する本発明の実施例についても同様である。上述の実施例では、本発明の波長掃引光源１００を動作させるためのＳＯＡ電流波形データが既に存在していることを前提に説明したが、次の実施例では、このＳＯＡ電流波形データを生成する装置および一連の手順について説明する。
【実施例２】
【００５２】
図３は、本発明の波長掃引光源に関連付けられたメモリに記憶するＳＯＡ電流波形データを生成する装置の構成を示す図である。図３のＳＯＡ電流波形データを生成する装置は、実施例１の波長掃引光源１０１の要素を全て含み、これに加えて、ＳＯＡ電流波形データを取得するための要素を含んでいる。しかしながら、図３における追加の要素については、実施例３で後述するように、干渉計を除く多くの要素がＣＰＵ等によるソフトウェア演算処理によって実現可能な処理プロセスを示す機能ブロックを表している。したがって、図３における追加の要素は、干渉計を除けば、プロセッサ以外の特別なハードウェア要素なしにソフトウェア演算処理として実現できる点に留意されたい。具体的には、図３における制御部３１５は、ＣＰＵなどのプロセッサおよび関連付けられたメモリなどのハードウェア要素を含むものである。一方、電流−時間−コヒーレンス長対応データ取得手段３１３および最大コヒーレンス長対応電流選択手段３１４等は、図４のフローチャートとともに後述するＳＯＡ電流波形データを取得するための一連の手順の要素を便宜的に示したものと理解できる。したがって、電流−時間−コヒーレンス長対応データ取得手段３１３および最大コヒーレンス長対応電流選択手段３１４は便宜的に別個のものとして描かれているが、制御部３１５の制御の下で後述する一連のＳＯＡ電流波形データを取得する手順（図４）を実行するものと理解されたい。したがって、制御部３１５、電流−時間−コヒーレンス長対応データ取得手段３１３および最大コヒーレンス長対応電流選択手段３１４間の接続関係、包含関係や矢印等は、制御信号、制御データ、演算結果データなどのやり取りを大まかに概念的に示しているものである点に留意されたい。【００５３】
また、電流−時間−コヒーレンス長対応データ取得手段３１３の中に含まれている時間−コヒーレンス長対応データ取得手段３１２は、発振出力光のコヒーレンス長を取得する手順を特に１つの明示的な機能ブロックとして表したものである。本発明の波長掃引光源では、動的にＳＯＡ電流を変化させるときの各波長におけるＳＯＡ電流値を決定するために、発振出力光のコヒーレンス長を取得する必要がある。本発明の波長掃引光源においては、ＳＯＡ電流波形データ取得の前提として、このコヒーレンス長を求める方法および構成にも特有の新規な側面を含んでおり、これが実施例３として開示される。したがって、時間−コヒーレンス長対応データ取得手段３１２の構成およびコヒーレンス長を求める動作・手順は、実施例３によって詳細に説明される。【００５４】
本実施例では、図３のＳＯＡ電流波形データを生成する装置において、ＳＯＡ電流波形データを求める手順の概要を説明する。図３に示したレーザ共振器１０１、電流源１１１および光偏向器ドライバ１１３は、実施例１の波長掃引光源で使用されたものと同一であって、構成は前述した通りである。ただし、任意波形電流源１１１については、その使用方法が実施例１の波長掃引光源の場合とは異なる。【００５５】
実施例１では本発明の波長掃引光源を実際に光源として利用する際に、既に取得済みのＳＯＡ電流波形データに基づいて、波長掃引と同期して時間とともに動的に変化するＳＯＡ電流を生成するものとして動作していた。本実施例では、任意波形電流源１１１は、時間的に変化させずにＳＯＡ１０２に一定値の電流を流す電流源として動作する。簡単のため、以下の説明では電流源１１１とする。電流源１１１におけるＳＯＡ電流値は、外部からＳＯＡ電流設定値データによって設定できる。図３では、電流−時間−コヒーレンス長対応データ取得手段３１３から設定するものとしているが、これは一例であって、制御部３１５からＳＯＡ電流設定値データを設定しても良い。【００５６】
電流−時間−コヒーレンス長対応データ取得手段３１３は、電流源１１１にＳＯＡ電流値データを入力してＳＯＡ１０２に所定のＳＯＡ電流値を設定し、設定したＳＯＡ電流値毎に時間−コヒーレンス長対応データを取得する。すなわち、設定したＳＯＡ電流値毎に、「時間」および「コヒーレンス長」のデータ組（時間，コヒーレンス長）を求める。ここで言うところの「時間」とは、１回の波長掃引期間における掃引開示時刻からの時間（時刻）を意味している。設定した特定のＳＯＡ電流値および特定の時間の条件におけるコヒーレンス長の取得は、時間−コヒーレンス長対応データ取得手段３１２によって行われる。したがって、時間−コヒーレンス長対応データ取得手段３１２は、端的には特定条件の下でコヒーレンス長の測定を行う機能ブロックを表している。時間−コヒーレンス長対応データ取得手段３１２からは、時間−コヒーレンス長対応データ３１６、すなわち端的には、データ組（時間，コヒーレンス長）３１６が出力される。電流−時間−コヒーレンス長対応データ取得手段３１３は、設定したＳＯＡ電流値ごとにデータ組（時間，コヒーレンス長）３１６を取得し、最終的に、「ＳＯＡ電流値」、「時間」、「コヒーレンス長」の３種類のデータを含むデータ組（ＳＯＡ電流値，時間，コヒーレンス長）を求める。上述のデータ組の詳細は、後述する図４のフローチャートおよび図５の取得データ例とともに容易に理解できるだろう。【００５７】
上述のように、時間−コヒーレンス長対応データ取得手段３１２は、光偏向器ドライバ１１３からの同期信号３１８に同期してレーザ共振器１０１から波長掃引光を得て、レーザ共振器１０１からの波長掃引光に対して「時間」毎のコヒーレンス長を測定する。このとき、時間−コヒーレンス長対応データ取得手段３１２では、ＳＯＡ１０２を１つのＳＯＡ電流値に設定した状態で、波長掃引光から異なる干渉条件でそれぞれ異なる干渉光を発生させて、１つのＳＯＡ設定電流値に対する複数の干渉光データから、「時間」毎にコヒーレンス長が計算される。また、本発明の波長掃引光源のためのＳＯＡ電流波形データは、波長掃引動作をしている「波長掃引光」から得られるものである点に注目されたい。すなわち、波長掃引光源を特定の発振波長に設定して、静的に動作させてコヒーレンス長を求めるのではなく、実際の波長掃引動作の条件の下で得られる波長掃引光に基づいて、波長掃引期間の各「時間」に対するコヒーレンス長が計算される。波長掃引期間の各「時間」は、図２の上側のグラフに示されるように、掃引波長帯域内の各波長に１対１に対応している。したがって、時間−コヒーレンス長対応データ取得手段３１２は、波長掃引光源において、発振波長が動的に刻々と変化する「実際の波長掃引動作状態」の波長掃引光から、波長毎にコヒーレンス長を求めることになる。【００５８】
最大コヒーレンス長対応電流選択手段３１４は、電流−時間−コヒーレンス長対応データ取得手段３１３によって求められた電流−時間−コヒーレンス長対応データ３１６を得て、波長掃引期間の各「時間」に対して、コヒーレンス長が最大となるＳＯＡ電流値を選択・決定する。言い換えると、「ＳＯＡ電流値」、「時間」、「コヒーレンス長」の３種類のデータ組（ＳＯＡ電流値，時間，コヒーレンス長）の内で、同一の「時間」を持つデータの中から、コヒーレンス長が最大であるＳＯＡ電流値を選択することになる。最後に、各「時間」において選択したＳＯＡ電流値のデータ（時間−最大コヒーレンス長時電流対応データ）、つまり、電流波形データ３１７を出力する。次に、ＳＯＡ電流波形データを求める詳細な手順をフローチャートとともに説明する。【００５９】
図４は、本発明の波長掃引光源に関連付けられたメモリに記憶するＳＯＡ電流波形データを生成する手順のフローチャートを示す図である。以下の説明では、図４のフローチャートの各要素（箱）に付した符号と以下のステップの番号が対応している。【００６０】
ＳＯＡ電流波形データを生成する手順４００は、まずステップ４０１において、各種パラメータ設定する。制御部３１５から電流−時間−コヒーレンス長対応データ取得手段３１３に、電流源１１１に設定するＳＯＡ電流値データの初期値、最終値および電流変化ステップが設定される。電流源１１１に対して設定されるのは、電流ではなくて設定するＳＯＡ電流値に対応する設定データであるが、以下の説明では、簡単のためＳＯＡ電流値等と呼ぶ。【００６１】
手順４００は、ステップ４０２において、ＳＯＡ電流初期値が設定される。電流−時間−コヒーレンス長対応データ取得手段３１３は、電流源１１１に、ＳＯＡ電流値の初期値を設定する。初期値から開始して、電流変化ステップでＳＯＡ電流値を順次変化させ、各ＳＯＡ電流値に対して、後述するステップ４０３で、１回の波長掃引における時刻毎のコヒーレンス長を計測する。ＳＯＡ電流値は、最初に小さい値として徐々に大きくしても良いし、逆でも良い。【００６２】
手順４００は、ステップ４０３において、時間−コヒーレンス長対応データを取得する。コヒーレンス長を求める手順の詳細は、実施例３として後述するので、ここでは概要を簡単に述べる。時間−コヒーレンス長対応データ取得手段３１２は、光偏向器ドライバ１１３からの同期信号３１８に同期して、レーザ共振器１０１から１回の波長掃引分の波長掃引光を取得する。１回の波長掃引分の波長掃引光を取得した後で、実施例３で後述する干渉計の２つのアーム（サンプルアーム、リファレンスアーム）の光路長差を変えて干渉条件を変更し、異なる干渉条件で対応する複数の干渉信号を取得する。取得した複数の干渉光をそれぞれリスケーリングした後に、波長掃引中の時刻毎に光路長差毎のＰＳＦを算出する。その後、各時刻に対して、各時刻に対して、ＰＳＦピーク値（強度）が最大値ＰＳＦＭＡＸの１／２となるＰＳＦピーク値を持つ２つの光路長差２ｚＰＳＦＨＡＬＦ１および２ｚＰＳＦＨＡＬＦ２の間の差分値を求める。この差分値の絶対値２｜ｚＰＳＦＨＡＬＦ１−ｚＰＳＦＨＡＬＦ２｜を、コヒーレンス長Ｌｃとする。ここで、各光路長差２ｚＰＳＦＨＡＬＦ１、２ｚＰＳＦＨＡＬＦ２はお互い正負の符号が逆転している。光路長差の正負と測定の仕組みについて以下に述べる。【００６３】
リファレンスアームの光路長を基準としたときのサンプルアームの光路長との差を光路長差とすると、サンプルアームの光路長が短い場合には光路長差は負となり、その逆の場合には光路長差は正となる。それぞれの光路長差に対してＰＳＦが計算されるが、光路長差が０に近いものほど干渉が強くなるためＰＳＦピーク値は大きくなり、光路長差が長くなるに従って干渉が弱くなるためＰＳＦピーク値は小さくなる。上述の測定では、光路長差が正負両方とも測定される。このため、ＰＳＦピーク値は光路長差が０付近で最大となり、光路長差０の状態から離れるに従って小さくなる。コヒーレンス長は、干渉強度が最大値から半減するまでの可干渉距離として定義されるため、上述のように、ＰＳＦピーク値がその最大値から半減する光路長差として求められる。【００６４】
もしも、光路長差０を中心に光路長差が正負どちらに対してもＰＳＦピーク値の減衰の仕方が左右対称となる場合は、光路長差が正側または負側だけの測定でも良い。この場合は、光路長差２ｚが０に近いＰＳＦピーク値（強度）をＰＳＦの最大値ＰＳＦＭＡＸとし、そのＰＳＦＭＡＸ／２となるＰＳＦピーク値を持つ時の光路長差２ｚＰＳＦＨＡＬＦを２倍して、この長さ４ｚＰＳＦＨＡＬＦを各時刻におけるコヒーレンス長としても良い。【００６５】
ここで光路長差２ｚが０に近いＰＳＦピーク値をＰＳＦの最大値ＰＳＦＭＡＸとする理由は、光路長差２ｚが０のＰＳＦが計算できないからである。ＰＳＦは干渉信号から計算され、実質的には、リスケーリング後の干渉信号の包絡線のフーリエ変換結果がＰＳＦの形状となる。光路長差２ｚが０の時は、干渉信号の搬送波にあたる周波数は０となり、干渉信号の包絡線を安定に出力することは難しいためである。コヒーレンス長測定においては、光路長差２ｚ＝０のＰＳＦを取得する代わりに、光路長差２ｚ＝０に近い状態でのＰＳＦを取得することが通常も行われている。最後に、波長掃引中の各時刻およびコヒーレンス長の対応データ（時間−コヒーレンス長対応データ３１６）を出力する。【００６６】
手順４００は、ステップ４０４において、電流−時間−コヒーレンス長対応データを取得する。電流−時間−コヒーレンス長対応データ取得手段３１３は、ステップ４０２で出力した時間−コヒーレンス長対応データ３１６と、電流源１１１に現在設定中のＳＯＡ電流値とを関連付ける。既に、電流−時間−コヒーレンス長対応データが存在していれば、その電流−時間−コヒーレンス長対応データに、このステップで新たにＳＯＡ電流と関連付けた時間−コヒーレンス長対応データを追記する。電流−時間−コヒーレンス長対応データが存在していなければ、本ステップで新たにＳＯＡ電流と関連付けた時間−コヒーレンス長対応データを、電流−時間−コヒーレンス長対応データとする。既に述べたように、電流−時間−コヒーレンス長対応データは、各々が「ＳＯＡ電流値」、「時間」、「コヒーレンス長」の３種類のデータを含むデータ組（ＳＯＡ電流値，時間，コヒーレンス長）である。【００６７】
手順４００は、ステップ４０５において、ＳＯＡ電流が最終値かどうか判断をする。電流−時間−コヒーレンス長対応データ取得手段３１３は、電流源１１１に現在設定中のＳＯＡ電流値が最終値か否かを判断する。Ｙｅｓであればステップ４０７へ、Ｎｏであればステップ４０６へ進む。【００６８】
手順４００は、ステップ４０６において、ＳＯＡ電流値を変更する。電流−時間−コヒーレンス長対応データ取得手段３１３は、電流源１１１に設定するＳＯＡ電流値を、電流変化ステップに従って現在のＳＯＡ電流値から新たなＳＯＡ電流値に変更する。そして、ステップ４０３へ戻り、新たなＳＯＡ電流値において、時間−コヒーレンス長対応データ３１６を取得する。すなわち、データ組（時間，コヒーレンス長）３１６が得られる。【００６９】
手順４００は、ステップ４０７において、時間−最大コヒーレンス長対応電流データ（電流波形データ）が取得される。最大コヒーレンス長対応電流選択手段３１４は、ステップ４０４で取得された電流−時間−コヒーレンス長対応データに対して、波長掃引の時刻毎に、コヒーレンス長が最大となるＳＯＡ電流値を選択する。そして、時刻毎にそのＳＯＡ電流値のデータ（時刻−最大コヒーレンス長時電流対応データ３１７）、つまり、ＳＯＡ電流波形データを出力する。【００７０】
図５は、図４のフローチャートに示した各ステップを通じて取得されるコヒーレンス長データの全体を簡単化して示した表である。図５に示した表では、表左端の縦方向に、設定したＳＯＡ電流値を示している。すなわち、最小ＳＯＡ電流値は３０ｍＡで、最大ＳＯＡ電流値は１００ｍＡであり、電流変化ステップは１０ｍＡである。また図５に示した表の最上段に横方向に、コヒーレンス長を求めた波数ｋを示している。波数は、波長掃引の時刻または波長に１対１に対応しており、実施例３で詳細に説明するように、等時間間隔の中心波数ｋ（０・δｔ）〜ｋ（７・δｔ）でコヒーレンス長を求めている。【００７１】
表５のＳＯＡ電流値（ｍＡ）および波数ｋの組み合わせに対して、表５の各セルにおいてコヒーレンス長が示されている。１つのＳＯＡ電流値に対して、中心波数がｋ（０・δｔ）からｋ（７・δｔ）までの各波数に対して、コヒーレンス長が求められる。例えば、ＳＯＡ電流が１００ｍＡである表の最上段のデータでは、中心波数ｋ（０・δｔ）〜ｋ（７・δｔ）について左から右に９．３２〜１０．６５の８個のコヒーレンス長データが求められている。これらの８個のコヒーレンス長データは、図４のフローチャートにおけるステップ４０４で得られる時間−コヒーレンス長対応データ３１６に対応する。後述する図８からもわかるように、波数ｋは波長掃引期間における時間（時刻）と１対１に対応している点に留意されたい。【００７２】
上述の８個のコヒーレンス長データを、異なるＳＯＡ電流値に対して順次求めることで、表５の全体のセルのコヒーレンス長が求められる。これは、図４のフローチャートにおけるステップ４０５でＳＯＡ電流値が最終値かどうかを判断し、ステップ４０６でＳＯＡ電流値を新たな値に変更して、ステップ４０４で異なるＳＯＡ電流値に対して順次コヒーレンス長の取得が繰り返し実施されることに対応する。【００７３】
さらに図４のフローチャートのステップ４０７に対応して、表５における１つの波数に対応する縦方向に並んだ８つのコヒーレンス長データに対して、コヒーレンス長が最大となるＳＯＡ電流値が１つ選択される。例えば、最も左側の列の中心波数がｋ（０・δｔ）であるとき、最大のコヒーレンス長１１．１１は、ハッチングをしたセルに相当しＳＯＡ電流が６０ｍＡの時に得られる。したがって、波数がｋ（０・δｔ）において、コヒーレンス長が最大となるＳＯＡ電流値として６０ｍＡが選択される。中心波数ｋ（０・δｔ）〜ｋ（７・δｔ）の各中心波数において、それぞれコヒーレンス長が最大となるＳＯＡ電流値が選択される。すなわちハッチングされたセルのＳＯＡ電流値が選択される。尚、図５の表において、コヒーレンス長がないセルは、そのＳＯＡ電流値および中心波数の条件において、干渉光が安定しないためコヒーレンス長の計算が異常となってしまう場合、発振自体が消失する場合を意味する。【００７４】
したがって、本発明の波長掃引光源は、前記光利得制御手段（１１１）に関連付けられ、前記光利得制御データを記憶したメモリをさらに備え、前記光利得制御データは、前記光利得を変更する手段が、波長掃引期間に渡って、一定値の前記光利得制御信号によって前記光利得を変更する手段を設定光利得値に制御し、複数の異なる値の前記設定光利得値の各々に対して、掃引開始からの前記複数の時間の各々におけるコヒーレンス長をそれぞれ測定し、前記設定光利得値、前記複数の時間の内の１つの時間および対応する前記測定されたコヒーレンス長からなるデータ組を生成し、前記複数の時間の内の前記１つの時間において、前記測定されたコヒーレンス長の中から最大コヒーレンス長を与える設定光利得値を選択し、前記１つの時間の各々と前記選択された設定光利得値から生成されるものとしても実施できる。【００７５】
上述の図３〜図５の説明ではＳＯＡ電流波形データを求める手順を説明したが、これも実施例１と同様により一般化が可能である。図３の光偏向器１０６を「波長を変更する手段」に、光偏向器ドライバ１１３を波長制御手段に、偏向器ドライブ信号を波長制御信号に、ＳＯＡ１０２を「光利得を変更する手段」に、ＳＯＡ電流を光利得制御信号または光利得にそれぞれ置き替えても、図３〜図５で説明したＳＯＡ電流波形データの取得手順の考え方をそのまま適用できる。【００７６】
図３の電流源１１１は、ＳＯＡ電流値を得て時間的に一定値のＳＯＡ電流を流すよう動作するが、ＳＯＡ１０２を光利得を変更する手段としたときに、時間的に光利得が一定値となるように光利得変更手段を制御する手段（一定光利得制御手段）を備えれば良い。【００７７】
また図３の電流−時間−コヒーレンス長対応データ取得手段３１３は、電流源１１１にＳＯＡ１０２のＳＯＡ電流を設定する印加電流値を渡すよう動作するが、電流源１１１の代わりに一定光利得制御手段が光利得を変更する手段を制御する場合は、一定光利得制御手段に光利得値を入力して光利得変更手段の光利得を変え、時間−コヒーレンス長対応データ取得手段３１２から光利得値毎の時間−コヒーレンス長対応データを得る。そして、光利得毎の時間−コヒーレンス長対応データ、すなわち、光利得−時間−コヒーレンス長対応データを出力する。この場合は、電流−時間−コヒーレンス長対応データ取得手段３１３を、光利得−時間−コヒーレンス長対応データ取得手段と呼ぶことができる。【００７８】
最大コヒーレンス長対応電流選択手段３１４も同様であり、光利得−時間−コヒーレンス長対応データ取得手段３１３から得た光利得−時間−コヒーレンス長対応データを得て、１回の波長掃引中の時刻毎に、コヒーレンス長が最大となる光利得を選択する。そして、時刻毎の選択した光利得のデータ（時間−最大コヒーレンス長利得対応データ）、すなわち、光利得制御データを出力する。【００７９】
最大コヒーレンス長対応電流選択手段３１４によって取得される電流−時間−コヒーレンス長対応データのデータ取得の時間間隔δｔが、電流源１１１が制御する電流の時間間隔δｔ’と異なる場合、これらの時間間隔の間で時間的な整合が取れるようにする。例えば、最大コヒーレンス長対応電流選択手段３１４内で生成した時間−最大コヒーレンス長電流対応データの時間間隔はδｔとなるが、線形的または非線形的な補間によって時間間隔をδｔ’に作り直すことができる。【００８０】
例えば、δｔ＞δｔ’とすると、電流−コヒーレンス長対応データを時間的に粗く、低頻度で取得することになる。結果として、電流−時間−コヒーレンス長対応データも時間的に粗く取得されることになり、処理時間を短縮できる効果がある。時間−最大コヒーレンス長時電流対応データの波形の最高周波数をｆとするとき、δｔ≦１／（２ｆ）とすれば、全周波数成分を折り返し歪等無く正常に取得することができる。【００８１】
次に、図３の時間−コヒーレンス長対応データ取得手段３１２において、コヒーレンス長Ｌｃを求める手順について、実施例３として詳細に説明する。したがって、実施例１に示した本発明の波長掃引光源は、実施例２に示した手順によって得たＳＯＡ電流波形データを利用する。さらに実施例２で得られたＳＯＡ電流波形データは、次に説明する実施例３のコヒーレンス長を求める装置および手順を利用して求められるという関係になる。【００８２】
最初に述べたように、図３に示した構成において、例えばこれに限定されないがＣＰＵなどを含む制御部３１５は、図１に示した波長掃引光源がそもそも備えているものである。また、光利得−時間−コヒーレンス長対応データ取得手段３１３および最大コヒーレンス長対応電流選択手段３１４のいずれについても、ＣＰＵなどを使ったソフトウェアによる演算処理によって実現できる。したがって、本発明の波長掃引光源は、図３の構成要素をすべて備えたものとしても実施できる。実施例２の図４のフローチャートの手順は、波長掃引光を用いて行われるので、波長掃引光源を実際の光源としての用途に使用している最中であっても、ＳＯＡ電流波形データを取得したり、ＳＯＡ電流波形データ更新したりすることも可能である。したがって、例えば波長掃引光源を使用する際の温度などの環境条件の変動に応じて、波長掃引光源が動作している環境中にあるときにＳＯＡ電流波形データ更新することで、常に波長掃引光源を最適な状態で動作させることもできる。
【実施例３】
【００８３】
図６は、本発明の波長掃引光源において使用するＳＯＡ電流波形データを求めるためのコヒーレンス長を測定する装置の構成を示す図である。図６では、図３に示した時間−コヒーレンス長対応データ取得手段３１２の詳細な構成が点線の領域内に示されている。図６におけるレーザ共振器１０１、電流源１１１および光偏向器ドライバ１１３は、実施例２の図３の場合と同一である。コヒーレンス長を求める手順の概要は、次の通りである。【００８４】
時間−コヒーレンス長対応データ取得手段３１２は、光偏向器ドライバ１１３からの同期信号３１８に同期して、レーザ共振器１０１から１回の波長掃引分の波長掃引光１２３を取得する。１回の波長掃引分の波長掃引光を取得した後で、干渉計５０１の２つのアーム（サンプルアーム、リファレンスアーム）光路長差を変えて干渉条件を変更し、異なる干渉条件で対応する複数の干渉信号を取得する。取得した複数の干渉光５２１をそれぞれリスケーリングした後に、時間−光路長差−ＰＳＦ対応データ取得手段５１５が波長掃引中の時刻毎に光路長差毎のＰＳＦを算出する。その後、各時刻に対して、ＰＳＦピーク値（強度）が最大値ＰＳＦＭＡＸの１／２となるＰＳＦピーク値を持つ２つの光路長差２ｚＰＳＦＨＡＬＦ１＝２ｑＰＳＦＨＡＬＦ１δｚおよび２ｚＰＳＦＨＡＬＦ２＝２ｑＰＳＦＨＡＬＦ２δｚの間の差分値を求め、その差分値の絶対値２｜ｚＰＳＦＨＡＬＦ１−ｚＰＳＦＨＡＬＦ２｜＝２δｚ｜ｑＰＳＦＨＡＬＦ１−ｑＰＳＦＨＡＬＦ２｜をコヒーレンス長Ｌｃとする。ここで、各光路長差２ｚＰＳＦＨＡＬＦ１、２ｚＰＳＦＨＡＬＦ２はお互い正負の符号が逆転している。光路長差の正負と測定の仕組みについて以下に述べる。【００８５】
リファレンスアームの光路長を基準としたときのサンプルアームの光路長との差を光路長差とすると、サンプルアームの光路長が短い場合には光路長差は負となり、その逆の場合には光路長差は正となる。それぞれの光路長差に対してＰＳＦが計算されるが、光路長差が０に近いものほど干渉が強くなるためＰＳＦピーク値は大きくなり、光路長差が長くなるに従って干渉が弱くなるためＰＳＦピーク値は小さくなる。上述の測定では、光路長差が正負両方とも測定される。このため、ＰＳＦピーク値は光路長差が０付近で最大となり、そこから離れるに従い小さくなる。コヒーレンス長は、干渉強度が最大値から半減するまでの可干渉距離として定義されるため、上記の通り、ＰＳＦピーク値がその最大値から半減する光路長差として求められる。【００８６】
もしも、光路長差２ｚ＝０を中心として、光路長差が正負どちらに対してもＰＳＦピーク値の減衰の仕方が左右対称となる場合は、光路長差が正側または負側だけの測定でも良い。この場合は、光路長差２ｚが０に近いＰＳＦピーク値（強度）をＰＳＦの最大値ＰＳＦＭＡＸとし、ＰＳＦＭＡＸ／２となるＰＳＦピーク値を持つ時の光路長差２ｚＰＳＦＨＡＬＦを２倍して、この長さ４ｚＰＳＦＨＡＬＦを各時刻におけるコヒーレンス長Ｌｃとしても良い。【００８７】
ここで光路長差２ｚが０に近いＰＳＦピーク値をＰＳＦの最大値ＰＳＦＭＡＸとする理由は、光路長差２ｚが０のときのＰＳＦを計算できないからである。ＰＳＦは干渉信号から計算され、実質的には、リスケーリング後の干渉信号の包絡線のフーリエ変換結果がＰＳＦの形状となる。光路長差２ｚが０の時は、干渉信号の搬送波にあたる周波数は０となり、干渉信号の包絡線を安定に出力することは難しいためである。コヒーレンス長測定においては、光路長差２ｚ＝０のＰＳＦを取得する代わりに、０に近い光路長差でのＰＳＦを取得することが通常でも行われている。光路長差２ｚが０の位置のＰＳＦをＰＳＦの最大値ＰＳＦｐｅａｋ＿ＭＡＸの代わりに、光路長差の異なる複数のＰＳＦピーク点（２ｚｑ、ＰＳＦｐｅａｋ＿ｑ）（ただし、ｑは複数のＰＳＦピーク点を区別する整数）を使って、関数ｆ（２ｚ）フィッティングし、光路長差２ｚ＝０となる関数の値ｆ（０）をＰＳＦの最大値ＰＳＦｐｅａｋ＿ＭＡＸとすることも可能である。この関数ｆ（ｘ）は、たとえば、ガウシアン、ローレンチアン、ｘを引数とした関数の多項式等が好適である。【００８８】
最後に、波長掃引中の各時刻およびコヒーレンス長Ｌｃの対応データ（時間−コヒーレンス長対応データ３１６）を出力する。【００８９】
図６における時間−コヒーレンス長対応データ取得手段３１２内の要素は、コヒーレンス長Ｌｃを求めるための手順のステップ要素を、機能ブロックとして表したものである。すなわち、干渉計５０１以外の要素は、ＣＰＵ等によるソフトウェア演算処理によって実現可能な処理プロセスを示す機能ブロックを表している。したがって、干渉計５０１を除けば、プロセッサ以外の特別なハードウェア要素なしにソフトウェア演算処理として実現できる点に留意されたい。尚、干渉計５０１の具体的な構成例は、最後に図９Ａ〜図９Ｄとともに説明する。以下、図６の各処理ブロックの機能および動作について、詳細に説明する。【００９０】
レーザ共振器１０１からの波長掃引光１２３は、干渉計５０１に供給される。干渉計５０１は、レーザ共振器１０１からの波長掃引光１２３をファイバコリメータ（ＦＣ）５０２で空間に出射する。出射光は、ビームスプリッタ（ＢＳ）５０３で、参照アーム側およびサンプルアーム側の２つの経路に分けられる。参照アームおよびサンプルアームには、それぞれミラー５０４およびミラー５０５が設置されている。それぞれのアームに入射した光は、反射してＢＳ５０３に戻され、ＢＳ５０３で合波され干渉する。その干渉光はフォトディテクタ（ＰＤ）５０７に入射され、電気信号（干渉信号）５２１としてＰＤ５０７から干渉計５０１の外部に出力される。【００９１】
サンプルアーム側のミラー５０５はミラー位置可動手段５０６上に設置されており、ＢＳ５０３とサンプルアーム側ミラー５０５との間の距離を外部から制御できるようになっている。すなわち、参照アーム長およびサンプルアーム長の間の差ｚを、干渉計５０１の外部から制御することができる。【００９２】
干渉信号取得手段５１１は、後述する時間−光路長差−ＰＳＦ対応データ取得手段５１５からミラー移動完了信号５３２を受け取った後、光偏向器ドライバ１１３から得た同期信号に同期して、１回の波長掃引分の干渉信号１２３を取得し出力する。ミラー移動完了信号５３２とは、干渉計５０１内にあるミラー位置可動手段５０６が、光路長差変更のためにサンプルアーム側ミラーの１回の移動を終えたことを示す信号である。【００９３】
リスケ―リング手段５１２は、時間−波数対応データを使って、干渉信号取得手段から得た干渉信号５２２をリスケーリングし、そのリスケーリングされた干渉信号５２３、すなわちｉ（ｋ）（ｋは波数）を出力する。リスケーリングについては、非特許文献１に詳説されているが、干渉信号５２２を再度サンプリング（リサンプリング）して時間軸を伸縮するように動作する。これによって、干渉信号５２２は、時間に対して周波数が一定の信号に変換される。【００９４】
処理時刻発生手段５１８は、１回の波長掃引に掛かる時間Ｔと時間ステップδｔから、以後のプロセスで処理を実行する時刻情報５３１を発生する。具体的には、０、δｔ、２δｔ、…、（ｎ−１）δｔを順番に発生する。ただし、ｎ＝Ｔ／δｔである。【００９５】
抽出位置算出手段５１７は、時間−波数対応データから、処理時刻発生手段５１８から得た時刻５３１すなわちｐδｔ（ｐは０〜ｎ−１）に対応する波数、すなわち抽出位置５３６を求め、これを出力する。具体的には、抽出位置（波数）ｋ（ｐδｔ）を出力する。【００９６】
処理範囲抽出手段５１３は、抽出幅Δｋおよび抽出位置算出手段５１８から得た抽出位置ｋ（ｐδｔ）を使って、リスケーリング手段５１２から得たリスケーング済み干渉信号５２３、すなわちｉ（ｋ）を、ｋ（ｐδｔ）を中心に±Δｋ／２となる範囲で抽出し、出力する。このとき、たとえば、中心ｋ（ｐδｔ）、半値幅±Δｋ／２となる窓関数（たとえば、方形窓、ガウシアン窓、ハニング窓、ハミング窓、ブラックマン窓等）を使って抽出しても良い。【００９７】
窓関数・周波数変換手段５１４は、処理範囲抽出手段５１３から得られた干渉信号５２４に窓関数を掛け、フーリエ変換を使ってパワースペクトル（または、位相を除いた周波数分布、すなわちパワースペクトルの平方根）を計算し、プラス側だけを出力する。この出力された信号５２５は、点広がり関数（ＰＳＦ：ｐｏｉｎｔ  ｓｐｒｅａｄ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）と呼ばれる。【００９８】
窓関数については、処理範囲抽出手段５１３として、ガウシアン窓、ハニング窓、ハミング窓、ブラックマン窓等の中心から離れるに従い強度が小さくなる窓を使っている場合は、使用しなくても良い。また、干渉信号の不連続点に応じて、窓の有無や仕様・種類を決定しても良い。【００９９】
時間−光路長差−ＰＳＦ対応データ取得手段５１５は、窓関数・周波数変換手段５１４からＰＳＦデータを得て、処理時刻発生手段５１８から出力された時刻ｐδｔ（ｐは０〜ｎ−１、ただし、ｎ＝Ｔ／δｔ）と、干渉計５０１のアーム長差ｚの２倍（２ｚ＝２ｑδｚ；光路長差）と関連づけてＰＳＦデータを保存する。ＦＣ５０２からＰＤ５０７までの、参照アームおよびサンプルアームの間の光路長差は２ｚである。【０１００】
その後、干渉計５０１に組み込まれているミラー位置可動手段５０６にミラー位置信号５３３を送ってサンプルアーム側ミラー５０５の位置を変更し、位置移動が完了した後に、ミラー移動完了信号５３２を干渉信号取得手段５１１へ出力する。このミラー位置信号５３３によって変更するサンプルアーム側ミラーの位置は、時間−光路長差−ＰＳＦ対応データ取得手段５１５に予め設定したミラー位置範囲±Δｚ（ｚ＝０からの最大距離をΔｚとする）および位置ステップδｚを使って決定する。例えば、ｚ＝ｑδｚとする。ここで、ｍ＝Δｚ／δｚであり、ｑ＝−ｍ〜ｍの整数である。【０１０１】
時間−光路長差−ＰＳＦ対応データ取得手段５１５がサンプルアーム側ミラー５０５の位置移動が完了したがどうかを検知する方法としては、ミラー位置可動手段５０６から移動完了信号５３２を得て、移動完了したと判断して良い。また、常時ミラー位置可動手段５０６のサンプルアーム側ミラーの位置を観測して、ミラー位置信号と一致しているか、または、あらかじめ設定した誤差内に収まっている場合に、移動完了したと判断しても良い。さらに、ミラーの移動に十分な時間が経った後に、ミラーが移動完了したと判断しても良い。【０１０２】
時間−光路長差−ＰＳＦ対応データ取得手段５１５は、処理時刻発生手段５１８から得た時刻ｐδｔにおけるｐがｎ−１に達した時は、時間−光路長差−ＰＳＦ対応データ５３４を出力する。出力された時間−光路長差−ＰＳＦ対応データ５３４には、時刻が０〜（ｎ−１）δｔの範囲で、光路長差が−ｍδｚ〜ｍδｚの範囲のＰＳＦデータが蓄積されている。【０１０３】
時間−コヒーレンス長対応データ生成手段５１６は、時間−光路長差−ＰＳＦ対応データ取得手段５１５から得た時間−光路長差−ＰＳＦ対応データ５３４から、各時刻ｐδｔ（ｐは０〜ｎ−１）のコヒーレンス長Ｌｃを算出し、ｐδｔおよびＬｃを関連付けて保存する。時刻０〜（ｎ−１）δｔまでの１回の波長掃引分の全てのデータを取得して１つの時間−コヒーレンス長対応データとして保存したら、その時間−コヒーレンス長対応データ３１６を出力する。【０１０４】
コヒーレンス長Ｌｃを得る方法の一例としては、時刻ｐδｔ毎に各光路長差に対応するＰＳＦのピーク値を求め、まず、ＰＳＦピーク値の最大値ＰＳＦＭＡＸの１／２となるＰＳＦピーク値を持つ２つの光路長差２ｚＰＳＦＨＡＬＦ１＝２ｑＰＳＦＨＡＬＦ１δｚおよび２ｚＰＳＦＨＡＬＦ２＝２ｑＰＳＦＨＡＬＦ２δｚの差分値を求める。そして、この差分値の絶対値２｜ｚＰＳＦＨＡＬＦ１−ｚＰＳＦＨＡＬＦ２｜＝２δｚ｜ｑＰＳＦＨＡＬＦ１−ｑＰＳＦＨＡＬＦ２｜をコヒーレンス長Ｌｃとする。２ｚ＝２ｑδｚでちょうどＰＳＦのピーク値がＰＳＦＭＡＸ／２とならない場合には、ＰＳＦＭＡＸ／２となる２ｚの位置の両側の位置から数個のＰＳＦのピーク位置およびピーク値を使って線形的または非線形的な補間をし、ＰＳＦＭＡＸ／２となる２ｚの位置を算出することもできる。ここで、各光路長差２ｚＰＳＦＨＡＬＦ１、２ｚＰＳＦＨＡＬＦ２はお互い正負の符号が逆転している。光路長差の正負とコヒーレンス長Ｌｃ測定の仕組みについて以下さらに述べる。【０１０５】
リファレンスアームの光路長を基準としたときのサンプルアームの光路長との差を光路長差とすると、サンプルアームの光路長が短い場合には光路長差は負となり、その逆の場合には光路長差は正となる。それぞれの光路長差に対してＰＳＦが計算されるが、光路長差が０に近いものほど干渉が強くなるためＰＳＦピーク値は大きくなり、光路長差が長くなるに従って干渉が弱くなるためＰＳＦピーク値は小さくなる。上述の測定では、光路長差が正負両方とも測定される。このため、ＰＳＦピーク値は光路長差が０付近で最大となり、光路長差０の状態から離れるに従って小さくなる。コヒーレンス長は、干渉強度が最大値から半減するまでの可干渉距離として定義されるため、上記の通り、ＰＳＦピーク値がその最大値から半減する光路長差として求められる。【０１０６】
もしも、光路長差２ｚ＝０を中心として、光路長差が正負どちらに対しても、ＰＳＦピーク値の減衰の仕方が左右対称となる場合は、光路長差が正側または負側だけの測定で良い。この場合は、光路長差２ｚが０に近いＰＳＦのピーク値（強度）をＰＳＦの最大値ＰＳＦＭＡＸとし、ＰＳＦＭＡＸ／２となるＰＳＦピーク値を持つ時の光路長差２ｚＰＳＦＨＡＬＦを２倍して、この長さ４ｚＰＳＦＨＡＬＦをコヒーレンス長Ｌｃとしても良い。２ｚ＝２ｑδｚでちょうどＰＳＦのピーク値がＰＳＦＭＡＸ／２とならない場合には、ＰＳＦＭＡＸ／２となる２ｚの位置の両側の位置から数個のＰＳＦのピーク位置およびピーク値を使って線形的または非線形的な補間をし、ＰＳＦＭＡＸ／２となる２ｚの位置を算出することもできる。このとき、コヒーレンス長Ｌｃはその２ｚのさらに２倍の４ｚとなる。【０１０７】
コヒーレンス長Ｌｃを測定する別の方法としては、光路長差の異なる複数のＰＳＦピーク位置およびピーク値をガウシアンフィッティングし、ガウシアンの半値全幅をコヒーレンス長Ｌｃとすることもできる。ガウシアンの他には、ローレンチアン、関数の多項式等が好適である。【０１０８】
もし、光路長差２ｚ＝０を中心に光路長差が正負どちらに対してもＰＳＦピーク値の減衰の仕方が左右対称となる場合は、光路長差が正側または負側だけの測定で良い。この場合は、光路長差２ｚが０に近いＰＳＦピーク値（強度）をＰＳＦの最大値ＰＳＦＭＡＸとし、ＰＳＦＭＡＸ／２となるＰＳＦピーク値を持つ時の光路長差２ｚＰＳＦＨＡＬＦを２倍して、この長さ４ｚＰＳＦＨＡＬＦを各時刻におけるコヒーレンス長としても良い。ここで光路長差２ｚが０に近いＰＳＦピーク値をＰＳＦの最大値ＰＳＦｐｅａｋ＿ＭＡＸとする理由は、光路長差２ｚが０のＰＳＦが計算できないからである。【０１０９】
ＰＳＦは干渉信号から計算され、実質的には、リスケーリング後の干渉信号の包絡線のフーリエ変換結果がＰＳＦの形状となるが、光路長差２ｚが０の時は、干渉信号の搬送波にあたる周波数は０となり、干渉信号の包絡線を安定に出力することは難しいため、コヒーレンス長測定においては、光路長差２ｚ＝０のＰＳＦを取得する代わりに、０に近い光路長差でのＰＳＦを取得することが通常行われている。光路長差２ｚが０の位置のＰＳＦをＰＳＦの最大値ＰＳＦｐｅａｋ＿ＭＡＸの代わりに、光路長差の異なる複数のＰＳＦピーク点（２ｚｑ、ＰＳＦｐｅａｋ＿ｑ）（ただし、ｑは複数のＰＳＦピーク点を区別する整数）を使って、関数ｆ（２ｚ）フィッティングし、光路長差２ｚ＝０となる関数の値ｆ（０）をＰＳＦの最大値ＰＳＦｐｅａｋ＿ＭＡＸとすることも可能である。この関数ｆ（ｘ）は、たとえば、ガウシアン、ローレンチアン、ｘを引数とした関数の多項式等が好例である。【０１１０】
次に、時間−コヒーレンス長対応データ取得手段３１２によってコヒーレンス長Ｌｃを求める手順を、図７のフローチャートとともに説明する。【０１１１】
図７は、本発明の波長掃引光源において使用するＳＯＡ電流波形データを求めるためのコヒーレンス長を測定する手順を示すフローチャートである。以下の説明では、図７のフローチャートの各要素（箱）に付した符号と以下のステップの番号が対応している。【０１１２】
コヒーレンス長Ｌｃを求める手順６００は、ステップ６０１において、各種パラメータ設定することで始まる。ステップ６０１で、下記のパラメータを設定する。
・時間−光路長差−ＰＳＦ対応データ取得手段５１５に、ミラー位置の範囲±Δｚとミラー位置のステップδｚを設定する。
・処理時刻発生手段５１８に、１掃引時間Ｔおよび時間ステップδｔを設定する。
・リスケ―リング手段５１２および抽出位置算出手段５１７に、時間−波数対応データｋ（ｔ）を設定する。【０１１３】
手順６００は、ステップ６０２において、初期光路長差を設定する。時間−光路長差−ＰＳＦ対応データ取得手段５１５は、ミラー可動手段５０６に初期のミラー位置信号５３３を出力する。ミラー位置可動手段５０６は、そのミラー位置信号５３３に従った位置（初期位置）にサンプルアーム側ミラー５０５を移動させる。【０１１４】
ここで、ミラー位置信号５３３とは、ミラーの位置ｚを代表する何らかの信号である。
ミラー位置信号は何らかの電気信号を利用できるが、ｚを示すものとして、電圧値で示すこともできるし、ＲＳ-２３２ＣやＵＳＢインタフェースにおいて、ｚの位置情報をコマンドで送ることもできる。つまり、ｚ＝ｑδｚに相当する何らかの電気信号をミラー位置信号と呼ぶ。このように、ミラー位置信号５３３はｚ＝ｑδｚを表すものである。ここでｍ＝Δｚ／δｚであり、ｑは−ｍ〜ｍの整数である。昇順の場合はサンプルアームを−ｍδｚの位置に移動させ、降順の場合はｍδｚの位置に移動させる。時間−光路長差−ＰＳＦ対応データ取得手段５１５は、ミラーを移動させた後に、ミラー移動完了信号５３２を、干渉信号取得手段５１１へ出力する。【０１１５】
手順６００は、ステップ６０３において、干渉信号の取得を実行する。干渉信号取得手段５１１は、時間−光路長差−ＰＳＦ対応データ取得手段５１５からミラー移動完了信号５３２を受け取ると、光偏向器ドライバ１１３から得た同期信号３１８に同期して、干渉計５０１から１回の波長掃引分の干渉信号５２１を取得し、出力する。【０１１６】
手順６００は、ステップ６０４において、リスケーリングを実行する。リスケ―リング手段５１２は、時間−波数対応データを使って、干渉信号取得手段５１１から得られた１回の波長掃引分の干渉信号５２１をリスケーリングする。【０１１７】
手順６００は、ステップ６０５において、初期処理時刻を発生する。処理時刻発生手段５１８は、１回の波長掃引に掛かる時間Ｔおよび時間ステップδｔから、初期時刻５３１を発生し出力する。具体的には、例えば時刻情報として、０、δｔ、２δｔ、…、（ｎ−１）δｔ（ただしｎ＝Ｔ／δｔ）のように昇順で時刻情報を発生した場合、初期時刻として０を出力する。【０１１８】
手順６００は、ステップ６０６において抽出位置を算出する。抽出位置算出手段５１７は、時間−波数対応データに基づいて、処理時刻発生手段５１８から得た時刻ｐδｔ（ｐは０〜ｎ−１）に対応する波数５３６、すなわちｋ（ｐδｔ）を求め、これを出力する。ここで抽出位置とは、以後のステップで干渉信号を抽出する時間を意味している点に留意されたい。波長掃引光源の波長掃引期間においては、波長掃引開始からの時間（時刻）は、発振出力光の波長または波数に１対１に対応していることを思い出されたい。【０１１９】
手順６００は、ステップ６０７において、処理範囲を抽出する。処理範囲抽出手段５１３は、抽出幅Δｋ、並びに、抽出位置算出手段５１７から得た抽出位置５３６すなわちｋ（ｐδｔ）を使って、リスケーリング手段５１２から得たリスケーング済み干渉信号５２３すなわちｉ（ｋ）を、ｋ（ｐδｔ）を中心とした±Δｋ／２の範囲で抽出し、抽出された干渉信号５２４を出力する。このとき、例えば中心ｋ（ｐδｔ）、半値幅±Δｋ／２となる窓関数、例えば方形窓、ガウシアン窓、ハニング窓、ハミング窓、ブラックマン窓等を使っても良い。【０１２０】
手順６００は、ステップ６０８において、抽出された干渉光に窓関数を適用し周波数変換を実行する。窓関数・周波数変換手段５１４は、処理範囲抽出手段５１３から得られた干渉信号５２４に窓関数を掛け、フーリエ変換を使ってパワースペクトル（または、位相を除いた周波数分布、つまり、パワースペクトルの平方根）を計算し、プラス側の周波数の分だけを出力する。この出力された信号５２５は、点広がり関数（ＰＳＦ）である。本ステップにおける窓関数の使用については必須ではなく、使用しなくても良い。特に、ステップ６０７において方形窓以外のものを使用した場合は、本ステップにおける窓関数を使用する必要はない。【０１２１】
手順６００は、ステップ６０９において、時間−光路長差−ＰＳＦ対応データを取得し、蓄積する。時間−光路長差−ＰＳＦ対応データ取得手段５１５は、窓関数・周波数変換手段５１４から得たＰＳＦデータ５３４を、時刻ｐδｔ、および、光路長差２ｚ＝２ｑδｚと関連付けて、記憶手段に蓄積する。記憶手段は、実施例１で説明したように、波長掃引光源に関連付けられたメモリを使用することができる。【０１２２】
手順６００は、ステップ６１０において、時間更新を実行する。処理時刻発生手段５１８は、時刻ｐδｔにおける変数ｐを更新する。具体的はｐ＋１を更新したｐとする。すなわち、（ｐ＋１）δｔを更新した時刻とする。【０１２３】
手順６００は、ステップ６１１において、終了時間の判別を実行する。時間−光路長差−ＰＳＦ対応データ取得手段５１５は、処理時刻発生手段５１８が更新した時刻ｐδｔが終了時刻であるか否かを判別する。もしｐ＝ｎ−１でなければ、ステップ６０６に戻る。もし、ｐ＝ｎ−１であれば、ステップ６１２へ進む。【０１２４】
手順６００は、ステップ６１２において、光路長差の更新を実施する。時間−光路長差−ＰＳＦ対応データ取得手段５１５は、光路長差２ｚを更新するため、ｚ＝ｑδｚの変数ｑを更新する。昇順の場合はｑに1を加えた値を新たなｑとなる更新をし、降順であればｑから１を引いた値を新たなｑとなる更新をする。【０１２５】
手順６００は、ステップ６１３において、光路長差更新が終了したかの判別を実行する。時間−光路長差−ＰＳＦ対応データ取得手段５１５は、ｚ＝ｑδｚが最終値となったか否かを判別する。もし、ｚ＝ｑδｚが最終値でなければ、ｚ＝ｑδｚとするミラー位置信号５３３をミラー位置可動手段５０６へ送る。このときミラー位置可動手段５０６がサンプルアーム側ミラー５０５をミラー位置信号５３３に応じた位置に移動させる。ミラーを移動した後、時間−光路長差−ＰＳＦ対応データ取得手段５１５はミラー移動完了信号５３２を出力し、ステップ６０３へ戻る。もし、ｚ＝ｑδｚが最終値であれば、蓄積した時間−光路長差−ＰＳＦ対応データを出力する。なお、ｚ＝ｑδｚの最終値は、ｚが昇順で更新される場合はｍδｚであり、降順で更新される場合は−ｍδｚである。ここで、ｍ＝Δｚ／δｚである。【０１２６】
手順６００は、ステップ６１４において、時間−コヒーレンス長対応データを生成する。時間−コヒーレンス長対応データ生成手段５１６は、時間−光路長差−ＰＳＦ対応データ取得手段５１５から得た時間−光路長差−ＰＳＦ対応データから、各時刻ｐδｔ（ｐは０〜ｎ−１）のコヒーレンス長Ｌｃを算出し、ｐδｔおよびＬｃを関連付けて保存する。時刻０〜（ｎ−１）δｔまでの１回の波長掃引分の全てのデータを取得して１つの時間−コヒーレンス長対応データ３１６として保存したら、その時間−コヒーレンス長対応データ３１６を出力する。ステップ６１４を完了した段階で、１つのＳＯＡ電流に対して、各波数に対するコヒーレンス長が求まることになる。すなわち、図５を再び参照すれば、１つのＳＯＡ電流値に対して、中心波数がｋ（０・δｔ）からｋ（７・δｔ）までの各波数に対して、コヒーレンス長が求められる。【０１２７】
したがって本発明の波長掃引光源においては、光利得制御データは、前記設定光利得値に設定されたレーザ共振器から出力された、前記波長掃引期間の１回の波長掃引から得られる波長掃引光（１２３）を、異なる干渉条件で干渉させる干渉計から生成された、前記干渉条件の各々に対応する複数の干渉信号（５２１）に基づいて、前記複数の干渉信号から求められた前記コヒーレンス長（３１６）を含むものとしても実施できる。【０１２８】
図８は、本発明の波長掃引光源において、等時間間隔で求めたＳＯＡ電流の動作を説明する図である。図８は、上述の実施例３で求められたコヒーレンス長Ｌｃに基づき、実施例２のＳＯＡ電流波形データを求める手順にしたがって、求めたＳＯＡ電流波形を示している。既に図２でも同様の説明をしているが、図２では、等波数間隔でコヒーレンス長を計算して、コヒーレンス長が最大となるＳＯＡ電流を決定したものである。図２の場合は、時間軸で見るとき、決定されたＳＯＡ電流の間隔は不均一である。また、等波長間隔でもコヒーレンス長を計算しても良いが、この場合も、決定されたＳＯＡ電流の時間間隔は不均一となってしまう。【０１２９】
これに対し、図８のＳＯＡ電流波形は、実施例３で説明したように等時間間隔となるように、すなわちコヒーレンス長を計算する時刻の間隔（δｔ）が均一となるように計算時刻を決定している。したがって、０パディングしたデータをフーリエ変換して、ＳＯＡ電流をより簡便かつ高速に補間することが可能となる。  
図２および図８では、コヒーレント長を計算する波数ｋの数は８点だけしか描いてないが、実際には、波長掃引速度に応じて、最大で５０００〜１００００点に対してコヒーレンス長を計算することが好適である。また図５の表では、ＳＯＡ電流を１０ｍＡの電流可変ステップで取っているが、より細かいステップで取ることができるのは言うまでもない。【０１３０】
図９Ａ〜図９Ｄは、図６に示した時間−コヒーレンス長対応データ取得手段内の干渉計の具体的な構成例を示した図である。図６では、マイケルソン型干渉計５０１の構成例を示したが、図９Ａ〜図９Ｄのようにマッハツェンダ型の各種構成によっても実現できる。図９Ａはマッハツェンダ型(差分出力型、ファイバ干渉計型)を、図９Ｂはマッハツェンダ型(差分出力型)を、図９Ｃはマッハツェンダ型(差分出力型、ファイバ干渉計型)を、図９Ｄはマッハツェンダ型の構成をそれぞれ示す。図９Ａ〜図９Ｄにおいて各略号は、それぞれ、ＦＣ：ファイバコリメータ、ＣＰＬ：カプラ、ＣＣＬ：サーキュレータ、ＢＰＤ：バランスドディテクタ、Ｍｓ：サンプルアームミラー、ＭＲ：参照アームミラーを意味する。【０１３１】
本発明の波長掃引光源におけるコヒーレンス長Ｌｃの改善例を示せば、ガルバノスキャナを使用し、ＳＯＡ電流が０〜６００ｍＡの範囲で可変できるレーザ共振器においては、中心波長１３１０ｎｍ±４０ｎｍの波長掃引範囲において、２０ｋＨｚで繰り返し波長掃引し、波長掃引期間が２５μｓの場合、全掃引波長帯域に渡ってコヒーレンス長Ｌｃを１．７倍にすることができた。【０１３２】
以上、詳細に述べたように、本発明の波長掃引光源およびその駆動データの作成方法によって、波長掃引期間中における波長掃引出力光のコヒーレンス長を常に長い状態に維持できる。これにより、ＳＳ−ＯＣＴ装置におけるＰＳＦ強度を上げて、ＳＳ−ＯＣＴ装置のイメージ検出感度を高くすることができる。【０１３３】
上述の第１の実施形態の波長掃引光源では、波長掃引の全波長帯域にわたって、レーザ共振器内の光利得が、レーザ発振閾値の状態の光利得よりもわずかに高い光利得値となるように、光利得を変更する手段（ＳＯＡ）を制御している。しかしながら、レーザ共振器の構成やタイプによっては、レーザ発振閾値の近傍と比べて大幅に高い光利得値において、コヒーレンス長が最大となるような場合もあり得る。このような場合であっても、本実施形態の波長掃引光源のように最大のコヒーレンス長を与えるＳＯＡ電流波形を求めることで、掃引波長帯域の全域に渡って、出力光のコヒーレンス長を長い状態に維持できる。
[第２の実施形態]
上述の第１の実施形態では、波長掃引光源に使用されるＳＯＡのＳＯＡ電流波形データを事前に求めて、その取得データに基づいて波長掃引光源を動作させる。したがって、波長掃引光源を通常動作させる前に、このＳＯＡ電流波形データを取得する工程が必要である。また、実施例３で説明したＳＯＡ電流波形データの取得のためにコヒーレンス長を求める手順は、図６および図９Ａ〜図９Ｄに示した処理ブロック図の干渉計５０１が必要であり、波長掃引光源の装置としては本来不要な構成要素が必要となる。【０１３４】
本実施形態では、各掃引波長におけるコヒーレンス長を求めないで、光源の出力レベルに基づいて、より簡素な構成要素と処理によって、第１の実施形態と同様に、波長掃引期間中の波長掃引出力光のコヒーレンス長を常に長い状態に維持する例を示す。【０１３５】
従来技術について既に述べたように、ＳＳ−ＯＣＴシステムではコヒーレンス長の１／４よりも深い層を観測しようとした場合に像が不明瞭になる。このため、コヒーレンス長の長い波長掃引光源が求められる。別の言い方をすれば、波長掃引光源では瞬時のレーザ線幅を狭く維持する必要がある。瞬時線幅の逆数はコヒーレンス長の関係にある。【０１３６】
ここで、ＳＯＡの動作について再度検討する。ＳＯＡは、広い帯域幅と短いキャリア寿命に特徴があり、光励起を必要とせずに、電流注入により直接電気信号で駆動できる実用性にも優れる。一方で波長掃引光源に限らず一般的な連続発振の半導体レーザにおいても、注入電流の増加によりレーザ線幅が増大することが知られている。【０１３７】
図１０は、波長掃引光源においてＳＯＡへの注入電流と光出力パワーおよびコヒーレンス長の関係を示した図である。横軸にＳＯＡへの注入電流を示し、縦軸にある特定の波長におけるコヒーレンス長および出力光レベルを示している。図１０から明らかなように、ＳＯＡへの注入電流の増大にともなって出力光レベルが増大するのに対し、コヒーレンス長は逆に低下する。具体的には図１０では、特定の波長においてＳＯＡ注入電流が２５ｍＡ以下の発振閾値に近い状態で、コヒーレンス長が急速に伸びている。つまり波長掃引光源においては、出力光レベルが増大する発振閾値付近でＳＯＡを駆動したほうが、より長いコヒーレンス長が得られることを示している。しかしながら、ＳＯＡの利得スペクトルに波長依存性があるため、通常の一定電流によるＳＯＡ駆動では、このような発振閾値付近でコヒーレンス長が伸張した状態の駆動条件を全波長帯域に渡って実現できないことが問題であった。第１の実施形態の波長掃引光源では、コヒーレンス長を最大化する時間−ＳＯＡ電流波形データを事前取得することによってこの問題に対処していた。【０１３８】
本実施形態の波長掃引光源では、波長掃引光源の通常動作中に、出力光レベルをリアルタイムでモニタすることにより、さらに簡単な制御方法によって、全掃引波長帯域に渡って長いコヒーレンス長を維持するように動作する。波長掃引光源内の発振波長を変更する手段（波長選択素子）の動作に連動して、出力光のレベルに基づいてＳＯＡへの注入電流を制御する。これによって、掃引波長帯域内の各波長において発振閾値付近でＳＯＡを駆動することで、光源の瞬時発振線幅を狭め、コヒーレンス長を最大化する。本実施形態の波長掃引光源は、後述する波長掃引と連動した制御ステップを数回以上繰り返せば、少なくとも一定程度はコヒーレンス長が伸張した状態に直ちに近づき、光源の通常動作である波長掃引動作中においてコヒーレンス長を測定する必要はない。後述する光出力パワーの目標値の決定は、波長掃引光源装置の製造調整段階だけで実施可能であって、第１の実施形態の波長掃引光源においてコヒーレンス長を求めるのに必要だった干渉計も不要である。【０１３９】
図１１は、本発明の第２の実施形態の波長掃引光源の構成を示す図である。波長掃引光源７００は、構成要素として、光を増幅する光増幅素子（ＳＯＡ）７０１、特定の波長帯域の光を選択的にフィルタリングする発振波長を変更する手段（波長選択素子）７０２、光の一部を分岐し光源に帰還させる例えばハーフミラーなどの光帰還素子７０５、発振波長を変更する手段７０２を駆動するドライバ装置７０９、光増幅素子（ＳＯＡ）７０１を駆動するドライバ装置７０８が含まれる。発振波長を変更する手段（波長選択素子）７０２に含まれる複数の光学素子は、後述するように光学的に往復光路を形成し、光がこれら素子間を繰返し往復することが可能な光共振器として構成されている。【０１４０】
光増幅素子（以下、ＳＯＡ）７０１から出力された一方の光は、発振波長を変更する手段（以下、波長選択素子）７０２に入射する。ここでの波長選択素子７０２は、光偏向器７０３および回折格子７０４で構成される。第１の実施形態では、回折格子はリットマン型の配置としていたが、本実施形態の波長掃引光源では、回折格子７０４は、回折光が入射光と同軸逆方向に回折されるリトロー条件で配置されている。波長選択素子７０２としては、ファブリペローフィルタなどの別の波長選択原理に基づく素子を用いても良い。  
光偏向器７０３は、ガルバノミラー、ＭＥＭＳミラー、ＫＴＮ光偏向器などを用いることができる。ＳＯＡ７０１のもう一方の出力光は、光帰還素子１０５において一部が反射され、回折格子７０４および光帰還素子７０５の間で構成される共振器に帰還される。光帰還素子７０５を透過した光は、そのまま出力光としてレンズ７０６で集光され、光ファイバ７０７に結合され、光源の出力光７１２となる。図１１の波長掃引光源における共振器は直線型の構成であるが、これは一例であり、それぞれの光学素子が光ファイバで接続されたリング型の共振器で構成されても良い。【０１４１】
波長掃引光源の共振器において出力光の線幅を狭窄化する動作は、以下のように説明される。ＳＯＡ７０１から出力された光は広い光スペクトルを有しており、波長選択素子７０２においてフィルタリングされ、波長選択素子７０２が持っているフィルタの形状によって切り出されたスペクトルが、再びＳＯＡ７０１に入射する。この際にＳＯＡ７１０で増幅され、ＳＯＡ７０１の反対側の端面から出力さる。光帰還素子７０５により、光の一部は再びＳＯＡ７０１に戻され、このようにして光共振器内をある一定時間の間に複数回、周回する。波長掃引光源では、波長選択素子７０２の選択波長が変化するため、この一定時間はある特定の波長をフィルタスペクトルが横切る時間で決まる。この横切る時間内に複数回、波長選択素子１０２を光が通過することでフィルタリングの累積効果により出力光の線幅が狭窄化される。【０１４２】
図１０でも説明したように、波長掃引光源では、使用するＳＯＡ７０１の利得スペクトルや共振器損失の波長依存性などの影響によって、レーザ発振の閾値に波長依存性が生じる。そのため、コヒーレンス長を長く維持するために最適なＳＯＡ駆動電流値は、波長ごとに異なる。本実施形態の波長掃引光源では、波長ごとに異なる最適なＳＯＡ駆動電流値にＳＯＡを設定するために、光源からの光出力パワーを監視し、制御する。【０１４３】
波長掃引光源からの光出力パワーは、ＳＯＡ７０１で増幅を受ける回数に依存する。一方で、既に述べたようにコヒーレンス長も波長選択素子７０２を通過する回数に依存する。このため、光出力パワーおよびコヒーレンス長は、それぞれ共振器における発振光の周回数に関連付けられている。波長選択素子７０２の透過特性がガウス形状のスペクトルを持っているとすると、その形状関数Ｆ（λ）は次式で表される。
0006774504.tif 000002
【０１４４】
ここで、ηは波長選択素子７０２の最大透過率を、λＣは中心波長を、ΔλＦはスペクトルの半値全幅を表している。光が光共振器を一周回したときに波長選択素子７０２以外の部分で生じる正味の利得Ｇｎｅｔ（ネットゲイン）と、波長選択素子７０２で生じる損失とが釣り合う状態が、レーザの発振閾値の状態となる。光共振器の損失は各構成素子の特性で決まっているため、ネットゲインＧｎｅｔは主にＳＯＡ７０１の利得で変化する。【０１４５】
波長選択素子７０２における損失Ｌは、ｄＢで表すと次式となる。
0006774504.tif 000003
【０１４６】
発振閾値の条件から、ネットゲインＧｎｅｔと損失Ｌとの間で次式の関係が求められる。
Ｇｎｅｔ＋Ｌ＝０                        式（３）
さらに式（３）に式（１）および式（２）を代入すると、以下の関係式が求められる。
0006774504.tif 000004
【０１４７】
ここで、式（４）の左辺（λ−λＣ）は、ネットゲインＧｎｅｔが損失Ｌよりも大きい状態であって発振閾値を上回っている波長帯域の半幅を表している。したがって、発振閾値を上回る波長領域の全幅Δλｅｆｆは、式（４）の半幅を２倍して、式（５）を組み合わせ、次式となる。
0006774504.tif 000005
【０１４８】
式（６）のΔλｅｆｆは、レーザ発振に関わる実効的な波長選択幅を表しており、実効波長選択幅とも呼ばれる。ここで注目すべきは、波長選択素子７０２のスペクトル幅ΔλＦが波長によらず不変であるとみなせる場合（条件１）には、レーザ発振に関わる実効波長選択幅ΔλｅｆｆはネットゲインＧｎｅｔつまりＳＯＡ７０１の駆動電流によって決定されることである。これは、各波長においてネットゲインＧｎｅｔを一定にすることによって、実効波長選択幅Δλｅｆｆを一定に維持できることを意味する。さらに波長選択素子７０２の選択波長が掃引波長帯域内において一定の速度で変化すると仮定（条件２）すると、実効波長選択幅Δλｅｆｆが一定であれば、各波長において共振器内における光の周回数も一定となる。【０１４９】
上述の２つの条件が成り立てば、共振器内における光の周回数、ネットゲインＧｎｅｔおよび実効波長選択幅Δλｅｆｆはいずれも各波長で一定となる。すなわち、波長掃引光源の光出力パワーおよびコヒーレンス長は、掃引帯域内の波長によらず一定となる。したがって、監視信号光として光出力パワーをモニタしながら、ネットゲインＧｎｅｔを一定化するようにＳＯＡ駆動電流を制御することで、掃引波長帯域内の各波長でコヒーレンス長を一定にすることができる。そのため光偏向器７０３の制御電圧は、選択波長が掃引波長帯域内において一定の速度で変化する波形とすることが好ましい
しかし実際には波長選択素子１０２は、制御信号（波長掃引信号）として正弦波によって駆動されることもある。このような場合は、掃引速度が波長によって異なり、実効波長選択幅Δλｅｆｆが一定であったとしても共振器内における光の周回数は波長によって異なる。したがって、光出力パワーを一定化したとしてもコヒーレンス長は必ずしも一定になるとは限らない。しかしながら、掃引波長帯域の中心付近の波長選択素子７０２の選択波長の変化速度は概ね一定であり、正弦波によって駆動しても、掃引波長帯域の中心付近では一定程度はコヒーレンス長が一定に近い状態が得られる。上記の議論は波長空間で表されているが、これらを周波数空間に置き換えたとしても本発明の効果は同様に得ることができる。【０１５０】
以上のように、ネットゲインＧｎｅｔを発振閾値に近づけ光出力パワーを一定化する制御を行うことで、実効波長選択幅Δλｅｆｆをさらに狭くし、各波長において、図１０に示したように発振閾値状態の近傍でコヒーレンス長を最大化した状態とすることができる。図１０のグラフでは発振閾値の状態（点線）に近づくにつれてコヒーレンス長が指数関数的に増大するように見えるが、実際には発振閾値に近づくにつれて発振状態が不安定になる。このため、レーザ縦モード間のモード競合によりコヒーレンス長はかえって劣化する。この不安定性も考慮すれば、ネットゲインＧｎｅｔやＳＯＡ駆動電流値の最適値は、発振閾値よりわずかに高い値（図１０の点線の右側）となる。【０１５１】
光出力パワーの一定化を行うためには、光源の実際の動作である波長掃引に対応して、SＯＡ駆動電流値を刻々と時間的に（対応する波長と同期して）増減させるよう制御する必要がある。本実施形態の波長掃引光源は、この制御回路を含む波長掃引光源装置として実施できる。【０１５２】
図１２は、波長掃引光源およびＳＯＡの注入電流を制御して波長掃引出力光のコヒーレンス長を常に長い状態に維持する制御回路を含む波長掃引光源装置の構成を示す。波長掃引光源装置７２０は、図１１に示した波長掃引光源７００を含み、さらに波長掃引光源７００からの出力光の一部を分岐して取り出す光分岐素子７２２、一方の分岐光７２８の光出力パワーを測定する光検出器７２３、光検出器７２３の出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器７２４、デジタル信号を処理してＳＯＡのドライバ装置７０８への制御信号となる制御波形データを生成する演算機（例えばＣＰＵ）７２５、演算機で生成した波形信号７１１を出力する任意波形発生器７２６を備えている。【０１５３】
波長掃引光源７００からの出力光を光分岐素子７２２によって一部の光を取出して一方の分岐光は光源出力光７２７として、他方の分岐光７２８は監視信号光として光検出器７２３で検出する。光検出器７２３では、監視信号光は電圧信号７２９に変換されＡ／Ｄ変換器７２４によってサンプリングする。サンプリングされた信号は演算機７２５に入力され、演算機７２５では入力された信号と後述する設定値７３０とを比較し、エラー信号を生成して、エラー信号に応じた制御波形７３１を生成する。設定値７３０は、後述の波長毎の閾値電流や、初期電流、許容誤差Ｄ、目標光出力パワー値Ｖｔなどが含まれ、図示していないメモリや記憶装置から読み出しても良い。制御波形７３１は任意波形発生器７２６に入力され、任意波形発生器７２６は入力波形のデータ列に対し制御信号７１１としてデータ点間が滑らかに補間された電圧波形の形態で出力する。波長掃引光源７００内の電流ドライバ７０８は、任意波形発生器７２６から入力される電圧波形をＳＯＡ駆動電流波形に変換する機能を有しており、入力電圧波形に対応したＳＯＡ駆動電流をＳＯＡ７０１に注入する。発振波長を変更する手段（例えば光偏向器）７０２を駆動するドライバ装置７０９は、波長掃引に同期したトリガ信号７１０を任意波形発生器７２６に供給する。【０１５４】
上述の説明では、演算機７２５を、Ｄ／Ａ変換機能を含み制御波形７３１を出力するものとして説明したが、演算機７２５から波形データを出力して、別に設けられたＤ／Ａ変換器によって制御波形７３１を得ても良い。Ａ／Ｄ変換器７２４から、任意波形発生器７２６までの構成は、図１２に示した構成だけに限られず様々な変形が可能である。次に演算機７２５によって実施される、２分法による時間−ＳＯＡ駆動電流波形の生成方法について詳細に説明する。後述の時間−ＳＯＡ駆動電流波形の生成方法の手順は、演算機７２５またはＣＰＵ等によるソフトウェア演算処理によって実現可能な処理プロセスを示す。図１２の構成では、光共振器およびＳＯＡの特性が決まっており、後述する光出力パワーの目標値Ｖｔが既知であれば、プロセッサ以外に、第１の実施形態における干渉計などのような特別なハードウェア要素なしに、ソフトウェア演算処理として実現できる。【０１５５】
図１３は、本実施形態の波長掃引光源におけるＳＯＡへの注入電流および光出力レベルの関係を説明する図である。図１３のグラフでは、横軸にＳＯＡへの注入電流すなわちＳＯＡ駆動電流を示し、縦軸には図１２の光検出器７２３から得られる光検出器出力電圧を示す。光検出器出力電圧は、波長掃引光源７００からの光出力レベルに対応する。第２の実施形態の波長掃引光源に特有の、波長掃引動作を実施しながらＳＯＡ駆動電流を最適化する制御は、以下のように説明される。【０１５６】
ここで、１回の波長掃引動作においてＡ／Ｄ変換器７２４でサンプリングすることで取得できるＮ個の光出力パワーデータＶ０、Ｖ１、…、ＶＮ−１を考える。このＮ個の各データ点は、全掃引波長帯域に含まれる波長λ０、λ１、…、λＮ−１の光出力パワーデータにそれぞれ対応している。この光出力パワーデータの各々は、図１２における監視信号光の電圧信号７２９に一対一に対応し、図１３の縦軸の光検出器出力の電圧に対応する。ここで、Ｎ個の波長の内のｎ番目のデータ点８０３、つまり波長λｎにおける光出力パワーデータＶｎについて注目する。【０１５７】
図１３において、実線８０５は波長λｎにおけるＳＯＡ注入電流対光出力パワー特性（Ｉ−Ｐ特性）を示している。また点線８０６は、光出力パワーデータの異なる例として、波長λｎ−１におけるＳＯＡ注入電流対光出力パワー特性（Ｉ−Ｐ特性）を示している。目標となる光出力パワー値８０４をＶｔとし、Ｖｎ８０３が得られたときの注入電流値をＩｎとする。現在の光出力パワーＶｎと目標光出力パワー値Ｖｔとの差を、エラー信号Ｅｎとして次式のように定義する。【０１５８】
Ｅｎ＝Ｖｔ−Ｖｎ                    式（７） 
目標光出力パワー値Ｖｔを、光出力パワーの制御に用いる数値として、目標光出力パワー値Ｖｔを任意に設定することが可能である。目標光出力パワー値Ｖｔの最適値は、波長掃引光源７００のそれぞれの構成要素のゲイン特性、損失特性によって決まるため、光源ごとに存在するはずである。目標光出力パワー値Ｖｔの最適値を求めるに際しては、波長掃引光源としての実際の動作をさせる前に、以下に説明する制御フローを使用してあらかじめＶｔをある値に設定して光出力パワーを一定化する制御を行い、さらにこのＶｔの値を変えてこの制御を繰返し実行し、最適値を探索する。このとき、第１の実施形態で示した手法などによってコヒーレンス長を測定することで探索することができる。【０１５９】
このように決定された最適な目標光出力パワー値Ｖｔについては、波長掃引光源７００の出力特性が著しく変化しない限りは変化しないと考えられる。このため、波長掃引光源としての実際の動作をさせる前に一旦目標光出力パワー値Ｖｔを決定してしまえば、以後は同じ値を用いることができる。したがって、例えば波長掃引光源の製造時に、波長掃引光源装置の製造調整のための外部調整設備として光干渉計などを備えておいて、Ｖｔ値の決定のためにコヒーレンス長を測定できれば十分である。装置の製造・調整工程で目標光出力パワー値Ｖｔの決定が行われ、個々の装置にこのＶｔ値を記憶させておけば、第１の実施形態のように波長掃引光源装置自体に光干渉計を備える必要はない。【０１６０】
原理的には各波長において図１３に示したＩ−Ｐ特性をそれぞれ取得し、得られたＩ−Ｐ特性および目標光出力パワー値Ｖｔから各波長でコヒーレンス長を最大化するための所望の光出力パワーが得られるＳＯＡ注入電流値を決定すれば良いはずである。しかしながら実際には、ある時間におけるＳＯＡ駆動電流値に対する光出力パワーは、波長掃引において時間的に前後する瞬間に注入されたＳＯＡ駆動電流値によっても変化する。したがって波長掃引に対応したＳＯＡ駆動電流波形を生成するためには、フィードバック制御が必要である。ＳＯＡへの注入電流が発振閾値電流以下では光出力パワーは得られないので、注入電流値の下限８０１は発振閾値電流Ｉｔｈ、ｎとなる。ＳＯＡ駆動電流の最適化プロセスで、初期に注入する電流値Ｉｉｎｉ、ｎは、発振閾値電流に係数ａを乗算した値として次式の通り設定する。【０１６１】
Ｉｉｎｉ,ｎ＝aＩｔｈ,ｎ              式（８）
上式で係数ａの値は、各波長において初期電流を注入したときにエラー信号Ｅｎが負の値となるように設定する。つまり、Ｎ個の光出力パワーデータＶ０、Ｖ１、…、ＶＮ−１の全てのデータ点において、初期電流を注入時に最初の光出力パワーデータが目標光出力パワー値Ｖｔよりも大きい、Ｖｎ＞Ｖｔの関係が満たされることになる。次に、ＳＯＡ駆動電流をフィードバック制御するときの制御ステップΔＩｎを、次式のように定義する。
0006774504.tif 000006
【０１６２】
また光検出器７２３によってモニタしている光出力パワー値Ｖｎと目標光出力パワー値Ｖｔとの間の許容誤差をＤと定義する。ＳＯＡ駆動電流の最適化プロセスにおいて最初のフィードバック制御を行う時、波長λｎにおけるＳＯＡ電流値Ｉｎは式（８）によって定義した初期電流値Ｉｉｎｉ，ｎとなる。ＳＯＡ駆動電流Ｉｎが設定され、波長掃引中のある時点でモニタされた光出力パワーＶｎから求められるエラー信号Ｅｎの絶対値が、定められた許容誤差Ｄより大きいとき、最適化プロセスはＩｎの値を次の波長掃引のために更新するよう制御する必要がある。Ｅｎ＜０（０も含む）のときは検出された出力パワーが目標値よりも小さくＶｎ＞Ｖｔ（０も含む）となるので、注入電流Ｉｎは減らすべきであり、次式のようにＩｎの値を更新する。
0006774504.tif 000007
【０１６３】
上式で、Ｍはフィードバック制御がＭ回目のものであることを表している。また、‘：＝’は、右辺の数値を左辺の変数に代入することを示している。上の説明ではＥｎ＜０（０も含む）の場合を示したが、Ｅｎ＞０（０も含む）の場合、式（１０）の中のΔＩｎ／２Ｍの符号は正となる。制御ループでは、｜Ｅｎ｜＜Ｄとなった場合には電流値Ｉｎを更新しない。全ての波長においてエラー信号Ｅｎの大きさが許容誤差Ｄ以下となったとき、ＳＯＡ駆動電流の最適化プロセスの制御は停止する。【０１６４】
したがって、本実施形態の波長掃引光源では、光利得制御手段（７２３〜７２６）は、レーザ共振器からの出力光レベルを検出し、前記検出された出力光レベルに基づいて、前記出力光レベルが、所定の出力光レベル値になるような光利得制御信号を生成し、当該光利得制御信号によって光利得を変更する手段７１０を制御するよう構成されている。【０１６５】
上述の光出力パワーＶｎからＳＯＡ駆動電流を制御するプロセスは、ある波長λｎにおける一連の制御として説明しているが、本実施形態の波長掃引光源装置７２０では、１回の波長掃引期間中に、上述のＮ個の光出力パワーデータＶ０、Ｖ１、…、ＶＮ−１を取得することができる。そして、｜Ｅｎ｜＜Ｄの条件が成り立つまでは、条件を満たさない波長においてＳＯＡ駆動電流値Ｉｎの更新を実行することになる。つまり波長掃引動作を繰り返すたびに、図１３に示したＳＯＡ駆動電流の最適化プロセスによって、各波長において目標となる光出力パワー値Ｖｔを得るためのＳＯＡ電流値Ｉｎの更新の制御が繰り返される。【０１６６】
図１４は、本実施形態の波長掃引光源装置７２０におけるＳＯＡ駆動電流の最適化プロセスを波長掃引の時間も含めて概念的に説明する図である。図１４の上側にはＳＯＡ駆動電流の最適化プロセスの一連の進行を、時間−ＳＯＡ駆動電流の時間波形８１２、８１３、８１４として示している。また図１４の下側には、波長掃引時間を揃えて時間−ＳＯＡ駆動電流の時間波形と連動させて、波長掃引光源からの出力光の時間−波長波形８２０を示している。時間−ＳＯＡ駆動電流の時間波形の内、一番下の一点鎖線８１１は、ＳＯＡの発振閾値電流の時間変化を示している。図１４の下側のグラフで横軸の時間は光源出力光の波長と一対一に対応しているので、各波長に対して発振閾値電流も一対一に対応していることになる。一番上の一点鎖線８１２は、式（８）で定義された時間−初期電流値Ｉｉｎｉ、ｎを示している。初期電流値Ｉｉｎｉ、ｎ８１２上には、ある波長間隔で、最適化プロセスの開始時に最初に設定される初期電流値Ｉｉｎｉ、ｎに対応した複数のサンプル点が示されている。これらのサンプル点が取得される波長間隔は、等間隔でも非等間隔でも良い。【０１６７】
時間−ＳＯＡ駆動電流の時間波形の内、コヒーレンス長を最大化する光出力レベルに対応する目標値の最適ＳＯＡ駆動電流波形８１５が、実線で示されている。初期電流値Ｉｉｎｉ、ｎの設定の後で、各波長において１回目のフィードバック制御が行われると新しい時間−ＳＯＡ駆動電流波形８１３（１回目の更新）が得られる。すなわち、全波長において式（４）によってＳＯＡ駆動電流値が更新され、時間−ＳＯＡ駆動電流８１３の時間波形によってＳＯＡを駆動しながら次の２回目の波長掃引が行われる。２回目の波長掃引の間に光検出器７２３から２回目の新たな波長λ０、λ１、…、λＮ−１の光出力パワーデータを取得することができる。新たに全波長の光出力パワーデータが取得され２回目の制御が終わると、更新された時間−ＳＯＡ駆動電流８１４（２回目の更新）の時間波形が得られる。３回目の波長掃引のために更新された時間−ＳＯＡ駆動電流８１４が使用される。時間−ＳＯＡ駆動電流波形８１４は、時間−ＳＯＡ駆動電流波形８１３と比べて、各波長においてより時間―最適ＳＯＡ駆動電流波形８１５に近づいている。【０１６８】
また図１４の例では、中央付近の波長帯において、電流時間波形８１３と電流時間波形８１４が一致している。これは、この中央部の波長帯域では、１回目のＳＯＡ駆動電流値Ｉｎの更新後で｜Ｅｎ｜＜Ｄの条件が成立したため、２回目のＩｎの更新が不要であったことを示している。図１４に示したように、ＳＯＡ駆動電流−時間波形は、各波長において、例えば掃引開始波長λ０におけるサンプル点８１７→８１８→８１９のように、図１３のＳＯＡ駆動電流の最適化プロセスが実施されて、時間―最適ＳＯＡ駆動電流波形８１５に近づいていくよう動作する。したがってある波長に着目すれば、ＳＯＡ駆動電流を制御する図１４のプロセスは、波長掃引に連動または同期して、時間的に離散的な制御を実施していることになる。【０１６９】
図１５は、全ての波長を含むＳＯＡ駆動電流の最適化プロセスの制御フローチャートである。Ｓ９０１からＳ９０５において、各波長点における初期データが設定され、Ｓ９０６からＳ９１９で、各波長においてＳＯＡ電流の更新（Ｓ９０７）およびモニタ電圧取得（Ｓ９０８）が行われる。Ｓ９１１からＳ９１７の繰り返しループによって、Ｎ個の波長λ０、λ１、…、λＮ−１に対して、エラー信号Ｅｎの許容誤差との比較、ＳＯＡ電流値Ｉｎの更新値の決定などの上述の動作が順次行われている。【０１７０】
図１５のフローチャートで、配列Ｃの要素Ｃｎは波長λｎにおいて制御電流値Ｉｎを更新する必要かどうかを表す。制御が必要な場合Ｃｎ＝Ｆａｕｌｔとなる。ＡＮＤ（Ｃ）は配列Ｃの全配列要素のＡＮＤを表しておりＡＮＤ（Ｃ）＝Ｔｒｕｅの場合、ＳＯＡ駆動電流の最適化プロセス制御は停止する。【０１７１】
図１６は、第２の実施形態の波長掃引光源において、実際のＳＯＡ駆動電流の時間波形および光出力レベルを従来技術と比較して示した図である。図１６の上側には、従来技術のＳＯＡ駆動電流一定の場合９５０、本発明によってＳＯＡ駆動電流の最適化プロセスを実行後の場合９５１の時間―ＳＯＡ電流波形をそれぞれ示した。また図１６の下側には、対応する従来技術の場合９５２、ＳＯＡ駆動電流の最適化プロセスを実行後の場合９５３で、時間−光出力レベル（光検出器の出力信号）をそれぞれ示した。ＳＯＡ電流注入は、波長掃引の短波長から長波長への掃引区間のみであり、図１６からわかるように、波長掃引区間において、光出力レベルは波長変化（時間変化）に対してほぼ一定となっている。【０１７２】
図１７は、第２の実施形態の波長掃引光源の波長掃引光の干渉フリンジ波形を従来技術と比較して示した図である。振幅を規格化した光路長差１ｍｍのマイケルソン干渉計により取得した干渉フリンジ波形を、従来技術のＳＯＡ駆動電流一定の場合９５４、本発明によってＳＯＡ駆動電流の最適化プロセスを実行後の場合９５５で、それぞれ示している。図１７のフリンジ波形９５５の振幅も、ＳＯＡ駆動電流一定の場合９５４と比較して、時間に対して一定となっている。【０１７３】
図１８は、ＳＯＡ電流の制御により一定化された光出力パワーの値とコヒーレンス長の関係を示す図である。第２の実施形態の波長掃引光源で一定に制御する光出力パワーの値を変えて、それぞれの光出力パワーの場合のコヒーレンス長を求めている。図１８では、おおよそ０．３５ｍＷ付近でコヒーレンス長が最大になることがわかる。このときのコヒーレンス長は、８０ｎｍの波長掃引幅に渡って概ね約２４ｍｍとなっており、従来技術の一定のＳＯＡ駆動電流でＳＯＡを動作させた場合のコヒーレンス長最大値である１２ｍｍの約２倍の値が得られた。しかも、従来技術の場合ではコヒーレンス長最大となる波長は狭い範囲に限られていた。図１８からも明らかなように、本実施形態の波長掃引光源により、従来技術の場合と比べて２倍ものコヒーレンス長を得ることができる。【０１７４】
第２の実施形態の波長掃引光源では、演算機７２５における時間−ＳＯＡ駆動電流波形の生成法として２分法を用いた。２分法では、光利得制御手段（７２３〜７２６）は、波長掃引に連動して時間的に離散的な制御を実施し、前記出力光レベルと前記所定の出力光レベルとの差分に対して、前記光利得を変更する制御量（ＳＯＡ駆動電流の制御ステップ）を漸次半減している。この２分法は、波長掃引光源の環境変化に対して制御対象量（光出力レベル）が比較的安定している場合に適した簡便なフィードバック制御方法である。【０１７５】
一方で温度変化などの環境変化に対して光源特性がより敏感な場合では、光出力レベルを目標値に収束させることができない場合もあり得る。そのような場合には、演算機７２５によって、２分法に代えて、掃引波長帯域の各波長λについて独立にＰＩＤ制御など行うことで解決することもできる。ＰＩＤ法によれば、光利得制御手段（７２３〜７２６）は、波長掃引に連動して時間的に離散的な制御を実施し、前記出力光レベルと前記所定の出力光レベルとの差分に対して、前記光利得を変更する制御（ＳＯＡ駆動電流の操作）を、当該差分、前記差分の積分、および前記差分の微分の要素によって行う。【０１７６】
図１４でも説明したように、本実施形態のＳＯＡ駆動電流の最適化プロセスでは、１回の波長掃引期間の間に、全波長におけるＮ個の光出力パワーデータＶ０、Ｖ１、…、ＶＮ−１を取得して、ＳＯＡ駆動電流Ｉｎの更新を行って、次の波長掃引期間で、新たな全波長のＮ個の光出力パワーデータを取ることが可能である。通常、１０〜１００回程度のＳＯＡ駆動電流Ｉｎの更新を実行すれば、目標の光出力レベルに達することができる。しかしながら、演算機７２５における演算処理能力・処理時間などを考慮して、所定の掃引回数毎にフィードバック制御を行えば良い。【０１７７】
波長掃引光源における掃引の繰り返し周波数は、２００ｋＨｚ以上にも達する場合があるので、波長掃引光源の実際の利用態様からすれば、１０〜１００回程度のＳＯＡ駆動電流Ｉｎの更新は非常に短い時間に過ぎない。したがって、光源の波長掃引開始の度に毎回、連続的にフィードバック制御をする必要はない。例えば、図１５のフローのＳ９０６〜Ｓ９１９のステップを、１００、１０００または１００００回の掃引毎に間隔を置いて実施しても良い。この実施間隔は、一定間隔であっても良いし不定期のものであっても良い。例えば、波長掃引光源装置のウオームアップの時間で、図１４および図１５のＳＯＡ駆動電流の最適化プロセスが完了すれば十分である。【０１７８】
ＳＯＡ駆動電流の最適化プロセスが一旦完了すれば、波長掃引光源の動作が安定している環境の場合であれば、図１５の一連のフローは停止させたままでも良い。一方、環境変化が大きくて、光源の状態に変化が生じやすい場合には、定期的にまたは不定期に、図１５の一連のフローを実施することもできる。本実実施形態のＳＯＡ駆動電流の最適化プロセスは、第１の実施形態のように、コヒーレンス長の計算を行わない。光源の光出力レベルをモニタしながら、ＳＯＡ電流に直接フィードバックして、一定の目標光出力パワー値（Ｖｔ）に制御するだけなので、最適化プロセスの動作は第１の実施形態と比べて非常に簡単である。波長掃引光源装置７２０の演算機７２５は、既存のＣＰＵなどを利用すれば良い。装置の製造調整の段階で一定の目標光出力パワー値（Ｖｔ）が事前に決定されていれば、波長掃引光源装置の通常動作の波長掃引のために第１の実施形態のような干渉計は不要である。より簡素な構成要素と処理によって、第１の実施形態と同様に、波長掃引期間中の波長掃引出力光のコヒーレンス長を常に長い状態に維持することができる。【０１７９】
尚、本実施形態の波長掃引光源では、図１０に示したようなＳＯＡ電流とコヒーレンス長の関係が成り立つ場合を前提として、レーザ発振閾値の状態の光利得よりもわずかに高い光利得値となるように、光利得を変更する手段（ＳＯＡ）を制御するものとして説明した。しかしながら、レーザ共振器の構成やタイプによっては、レーザ発振閾値の近傍と比べて大幅に高い光利得値において、コヒーレンス長が最大となるような例外的な場合もあり得る。そのような場合でも、コヒーレンス長が最大となるような目標光出力パワー値（Ｖｔ）を実際のＳＯＡ電流−コヒーレンス長特性に基づいて決定すれば良いのであって、図１２の波長掃引光源装置の構成や図１５の制御フローに変わりはない。本実施形態の波長掃引光源によれば、ＳＳ−ＯＣＴ装置におけるＰＳＦ強度を上げて、ＳＳ−ＯＣＴ装置のイメージ検出感度を高くし、イメージ品質を向上させることができる。
[第３の実施形態]
上述の２つの実施形態では、コヒーレンス長を最大に維持するＳＯＡ電流を求め、ＳＯＡ電流波形データを生成して、波長掃引光源を動作させる構成および制御方法を示してきた。波長掃引光源において、出力光のコヒーレンス長に影響を与える重要な要素は、図１に示した光偏向器１０６や図１１に示した光偏向器７０３である。波長掃引光源に好適な光偏向器としては、電気光学結晶を用いた光偏向器がある。電気光学結晶を用いた光偏向器は、機械的な可動部分が無く、電気光学効果がＭＨｚ〜ＧＨｚの範囲の高周波数で応答するため、高速な光偏向が可能である。以下では、本発明の波長掃引光源として好適に利用可能な光偏向器の様々な実施例を示す。【０１８０】
電気光学結晶であるＫＴＮ（ＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３）結晶またはＫＬＴＮ結晶（Ｋ１−ｙＬｉｙＴａ１−ｘＮｂｘＯ３）（以下、まとめてＫＴＮ結晶という）は、低い電圧で屈折率が大きく変わる電気光学効果が大きい物質として知られている。さらに、電極としてＴｉ、Ｃｒ材料を用いると、結晶内に電荷を注入することができ、注入された電荷によって生じる内部電界を利用して、高速・広角な光偏向器を実現することができる。従って、レンズ、プリズム、ミラーといった一般的な光学部品を、高速で動く必要がある用途に用いる場合に、これら光学部品に代えて、ＫＴＮ結晶を用いることができる。【０１８１】
図１９は、従来技術のＫＴＮ結晶を用いた光偏向器の構成を示す。ＫＴＮ結晶１１０１の対向する２つ面のそれぞれに、電極１１０２、１１０３が形成されている。２つの電極１１０２，１１０３の間には、制御電圧源１１０４から電圧が印加される。入射光１１０５は、ＫＴＮ結晶１１０１の電極１１０２、１１０３が形成された面と直行する面（ｘｙ平面）に入射され、ＫＴＮ結晶１１０１内をｚ軸方向に伝搬する。ＫＴＮ結晶１１０１内において偏向を受けて、ｘ軸方向に進行方向を変えた出射光１１０６が得られる。制御電圧源１１０４からの印加電圧に応じた偏向角が得られる。制御電圧源１１０４からは、光偏向器の用途に応じた電圧が与えられる。例えば、印加電圧の波形は、正弦波、鋸波などであり、光偏向器の用途に応じて印加される。適切な最大偏向角を得るために、ＫＴＮ結晶１１０１へは、概ね数百Ｖ程度の電圧を印加する。【０１８２】
高周波動作時には、印加電圧によって電極から注入された電子の移動距離が電極間の距離より短くなるため、理想的な空間電荷制御状態が実現されず、偏向角が減少する。この問題点に対しては、偏向を生じさせるための印加電圧を印加する前に、ＫＴＮ結晶１１０１にバースト状の波形の電圧を印加することによって、結晶中へ電子を注入し、予めトラップ準位に電子を捕捉させる制御法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。【０１８３】
ＫＴＮ結晶１１０１中のトラップに、予め電子を充填することによって、偏向を生じさせるための電圧の印加に際しては、ＫＴＮ結晶１１０１中に電界の分布または傾斜を生じさせることが可能となり、光偏向を実現することができる。トラップ準位に電子を捕捉させる方法として、ＤＣバイアス電圧に光偏向や走査のための交流電圧を重畳して、ＫＴＮ結晶１１０１に印加する方法も提案されている（例えば、特許文献３参照）。【０１８４】
ＤＣバイアス電圧を印加し続けると、トラップ準位から熱励起等で再放出された電子を補うように電子が負電極から供給されるため、長時間経過しても一定の電子が結晶内に残留する。従って、高周波動作に必要な電子の捕捉量を一定に保持し、長時間経過しても偏向角が減少しない偏向器を実現することができる。【０１８５】
ＫＴＮ結晶内の電荷密度Ｎは、結晶の誘電率が高い場合には空間的に一様に近づくが、誘電率が低い場合には電圧印加時の陰極付近のみに蓄積され、結晶内で不均一な分布となる。電荷密度Ｎが空間的に一様ではなく、Ｎ（ｘ，ｙ，ｚ）のように結晶内の位置に依存するような分布の場合には、結晶内で偏向される光の透過位置によって、電気光学結晶のレンズとしての効果が異なることになる。つまり、光偏向のための駆動電圧の瞬時値によって、レンズ効果が異なることになる。【０１８６】
これに対し、光偏向のための電圧に同期して焦点距離が変化する可変焦点レンズをＫＴＮ結晶の出射側に配置し、ＫＴＮ結晶への印加電圧に依存せず、集光特性が一定な偏向光を得られる方法が提案されている。この方法では、本来の光偏向器の他に動的に動作する付加的な可変焦点レンズが必要となり、可変焦点レンズを動作させる電源、光偏向器と可変焦点レンズを同期させるための電気回路などの構成が複雑になってしまう問題があった。【０１８７】
そこで、本実施形態の波長掃引光源に好適な光偏向器は、レンズ効果を有する光偏向器において、レンズ効果の空間的変化を補償するよう動作する。本実施形態の波長掃引光源に好適な光偏向器は、電気光学結晶の対向する面に少なくとも２つの電極が形成された光偏向器であって、前記少なくとも２つの電極に電圧を印加すると、電気光学効果により前記電気光学結晶内に一様でない屈折率分布が生じることにより、前記電圧により形成された電界に直交する光の進路を屈曲させる光偏向器と、前記電気光学結晶の入射側と出射側の少なくとも一方に配置された光学素子であって、前記光が偏向する範囲にわたって空間的に集光特性が分布している光学素子とを備える。本実施形態の光偏向器によれば、光偏向器の後段に集光特性や光路長が空間的に分布している光学素子を配置することにより、レンズ効果の偏向方向における変化を補償することができる。【０１８８】
以下、図面を参照しながら本発明の第３の実施形態の波長掃引光源に好適な光偏向器の様々な構成について詳細に説明する。【０１８９】
図２０は、本発明の一実施形態にかかる波長掃引光源に好適な光偏向器の構成を示す図である。電気光学効果を利用した光偏向器は、電気光学結晶１２０１の対向する２つ面のそれぞれに、電極１２０２、１２０３が形成されている。制御電圧源１２０４から、この電極対を介して、電気光学結晶１２０１内への電荷の注入、または光の偏向のための電圧を印加する。【０１９０】
電気光学結晶として、例えばタンタル酸ニオブ酸カリウム（ＫＴａ１−ｘＮｂｘＯ３（０＜ｘ＜１）：以下、ＫＴＮという）、またはリチウムをドープした結晶（Ｋ１−ｙＬｉｙＴａ１−ｘＮｂｘＯ３（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）：以下、ＫＬＴＮという）を用いることができる。これらの電気光学結晶は、電圧印加による電界に伴って、結晶に電荷の注入が行なわれる。その結果、結晶内に、注入電荷により形成される空間電荷分布、または、注入電荷がさらに電気光学結晶中に捕捉されて生成されるトラップ電荷分布が生じる。この電荷分布によって一様でない電界分布が形成され、電界分布の変化に応じた屈折率分布が生じる。この一様でない電界分布が屈折率の勾配を発現させ、屈折率の勾配に直交する光線の進路を屈曲させる。このとき、電気光学結晶の中央付近で屈折率が高い非線形な屈折率分布となるので、電気光学結晶１２０１を透過した入射光１２０５は、偏向されると同時に集光されて出射光１２０６または出射光１２０８となり、焦点以降は発散する。【０１９１】
光偏向器として用いる電気光学結晶１２０１の組成分布や、電荷充填のための印加電圧によっては、トラップ密度Ｎが常に空間的に一様とは限らない。この場合には、結晶内で偏向される光の透過位置によって、電気光学結晶のレンズ効果が異なる。つまり、光偏向器である電気光学結晶への印加電圧の瞬時値によって、電気光学結晶によって形成される焦点位置が異なることになる。この変動を補償するような空間的に集光特性が分布している光学素子１２０９によって、光偏向器への印加電圧の瞬時値に関わらず、一定の焦点距離を有する偏向動作が得られる。【０１９２】
例えば、空間的に集光特性が分布している光学素子１２０９がない場合には、偏向時の出射光のビーム形状は、角度によって焦点位置が異なる出射光１２０６または出射光１２０８となる。このとき、出射光１２０８は、出射光１２０６に比べて焦点位置が電気光学結晶１２０１の出射面に近い。これを、光偏向器１２０１の後段に配置する光学素子１２０９によって、出射光のビームが発散するような波面変化を与え、出射光１２０６と同じ焦点位置を有するような出射光１２１０に変換する。または、出射光１２０６の焦点位置が電気光学結晶１２０１の出射面に近くなるような光学素子１２０９の配置によって、出射光１２０６の焦点位置を出射光１２０８と同様の出射光１２１１に変換する。【０１９３】
光偏向器として用いる電気光学結晶１２０１が偏向角により集光特性が変化しているとき、出射光のビームの発散角を補正する光学素子１２０９は、出射光が偏向する範囲にわたって、空間的に光学特性が分布している。このようなビームの補正によって、出射光はどの偏向角においても等しい焦点位置を有することができる。例えば、レーザプリンタ等では感光体面上のどの位置においてもビームウェストを形成できるという利点が生じる。また、出射光をどの偏向角においても平行光となるようにすることもでき、例えば、分光装置などの応用では、分光帯域全域において分解能が劣化することなく、一様な分解能の分光特性を得ることができる。【０１９４】
次に、上述の本実施形態の波長掃引光源に好適な光偏向器に関して、より具体的な実施例を述べる。
【実施例４】
【０１９５】
図２１は、実施例４にかかる波長掃引光源に好適な光偏向器の構成を示す。ＫＴＮ、ＫＬＴＮなどの電気光学結晶１３０１を備える光偏向器は、電気光学結晶１３０１の対向する２つの面のそれぞれに、電極１３０２、１３０３が形成されている。電気光学結晶１３０１に入射される入射光１３０５は、シリンドリカル凹レンズ１３０７を透過した後に、電気光学結晶１３０１に入射される。平行光である入射光１３０５は、このシリンドリカル凹レンズ１３０７によって、電気光学結晶１３０１へ拡散しながら入射される。入射光１３０５は、電気光学結晶１３０１のレンズ効果によって、出射光として出射される。【０１９６】
電気光学結晶１３０１は、厚さ１．２ｍｍのＫＴＮ結晶を用い（電極間隔も１．２ｍｍとなる）、ビーム直径１．０ｍｍの光線を、電界に平行な直線偏光で入射した。電気光学結晶１３０１の長さは４ｍｍである。電気光学結晶１３０１の入出射端面は、反射膜と反射防止膜の両方が形成されており、折り返し光路により入射光が偏向される距離は１２ｍｍとなっている。【０１９７】
電気光学結晶１３０１に制御電圧源１３０４により、振幅±３６０Ｖ、周波数２００ｋＨｚの正弦波状のＡＣ電圧を、−２４０ＶのＤＣバイアス電圧に重畳して印加する。電圧は結晶表面に蒸着された金属からなる電極１３０２、１３０３を介して印加されている。このとき、１１０ｍｒａｄ（約６．５°）の偏向角が得られる。ＤＣバイアス電圧を印加することによって、結晶内のトラップ密度は、空間的に一様ではない。結晶内でのトラップ密度が一様でないために、結晶内で偏向される光の透過位置によって、電気光学結晶のレンズとしての効果が異なる。プリズム１３０９がない場合には、出射光が偏向した時のビームは、偏向角によって焦点位置が異なり、出射光１３０６、１３０８のような形状である。【０１９８】
実施例４では、電気光学結晶１３０１の後段に、ＳＦ１１ガラスを硝材とし、入射面と出射面のなす角が３０°のプリズム１３０９を配置した。プリズム１３０９は透過する光のビーム径を拡大するので、透過後のビームは、プリズム１３０９に入射される前に比べて、回折による広がりが抑えられる。このプリズム１３０９によるビーム径の拡大率は、入射角に依存する。【０１９９】
図２２は、実施例４におけるプリズムのビーム径倍率の入射角依存性示す。実施例４では、偏向されている状態のうち、焦点位置が電気光学結晶１３０１の出射面に近い偏向角（電圧）のとき（図２１において出射光１３０８の場合）、プリズム１３０９への入射角が大きくなり、焦点位置が遠い偏向角（電圧）のとき（図２１において出射光１３０６の場合）、プリズムへの入射角が小さくなるように配置している。さらに、プリズム１３０９の頂角、つまりプリズムの幅が小さくなる方向が、焦点位置が遠い偏向角の側になるように配置する。【０２００】
この配置によって、焦点位置が近い偏向角（電圧）の出射光１３０８は、焦点距離が大きい偏向角（電圧）の出射光１３０６に比べて、ビームがより拡大され、回折による広がりを抑制する効果がより得られ、出射光１３１０となる。一方、出射光１３０６は、プリズム１３０９によって、出射光１３１１となる。このように出射光が偏向する範囲にわたって空間的に集光特性が分布しているプリズム１３０９によって、焦点位置の角度依存性が抑制され、制御電圧源から光偏向器に印加されるＡＣ電圧の瞬時値に関わらず、一定の焦点位置を有する偏向動作が得られる。
【実施例５】
【０２０１】
図２３は、実施例５にかかる波長掃引光源に好適な光偏向器の構成を示す。ＫＴＮ、ＫＬＴＮなどの電気光学結晶１４０１を備える光偏向器は、電気光学結晶１４０１の対向する２つの面のそれぞれに、電極１４０２、１４０３が形成されている。電気光学結晶１４０１に入射される入射光１４０５は、シリンドリカル凹レンズ１４０７を透過した後に、電気光学結晶１４０１に入射される。電気光学結晶１４０１の形状、駆動条件は、実施例４と同じである。【０２０２】
実施例５では、電気光学結晶１４０１の後段に、自由曲面ミラー１４０９を用いることにより、光偏向器によって発現される偏向角に依存した集光効果を補正している。自由曲面ミラー１４０９は、偏向方向に沿って偏向方向の曲率半径が変化している凹面ミラーであり、その曲率は光偏向器の接地側の電極１４０２から制御電圧源側の電極１４０３に向かって小さくなっている。つまり、自由曲面ミラー１４０９の曲率は、偏向された出射光のうち、焦点位置が電気光学結晶１４０１の出射面に近い偏向角（電圧）のときの出射光が照射される面の曲率半径は小さく、焦点位置が遠い偏向角（電圧）のときの出射光が照射される面の曲率半径は大きくなっている。【０２０３】
図２４は、実施例５における電気光学結晶１４０１のみによる焦点距離の印加電圧依存性を示し、図２５は、実施例５における自由曲面ミラーの焦点距離と印加電圧の関係を示す。電気光学結晶１４０１の焦点距離が短い電圧（焦点位置が電気光学結晶１４０１の出射面に近い電圧）のときの出射光が照射される凹面の曲率は小さくし、自由曲面ミラーの焦点距離を長くして印加電圧に対する焦点距離の変動を補償する。一方、焦点距離が長い電圧（焦点位置が出射面から遠い電圧）のときの出射光が照射される凹面の曲率は大きくし、自由曲面ミラーの焦点距離を短くして印加電圧に対する焦点距離の変動を補償する。このようにして、印加電圧に対する焦点距離の変動を補償するように、自由曲面ミラー１４０９の曲率が設定されていることがわかる。【０２０４】
自由曲面ミラー１４０９の焦点距離は、位置の関数としてｆ（ｘ）と表すと、各々の入射位置において自由曲面ミラー１４０９に入射される光の焦点位置から、自由曲面ミラー１４０９までの距離が常にｆ（ｘ）となるような自由曲面を形成している。これによって、自由曲面ミラー１４０９で反射された光は、どの偏向角度においても平行光となる。実施例５では、平行光を生成する例としたが、平行光にすることが必ずしも重要ではなく、出射光が偏向する範囲内で、各々の瞬間のビームの拡散角を一定に保つことが本質である。【０２０５】
実施例５では、制御電圧源１４０４からの印加電圧として、マイナスのＤＣバイアス電圧を印加しているため、電気光学結晶１４０１内の電荷密度が、制御電圧源側の電極４０３付近で大きくなるため、自由曲面ミラー１４０９の曲率の変化と電極の関係を上記のようにしている。印加電圧として、プラスのＤＣバイアス電圧を印加する場合には、電気光学結晶１４０１内の接地側の電極１４０２付近の電荷密度が大きくなる。従って、自由曲面ミラー１４０９の曲率が電極１４０２側で小さくなるように配置すれば良い。
【実施例６】
【０２０６】
図２６は、実施例６にかかる波長掃引光源に好適な光偏向器の構成を示す。ＫＴＮ、ＫＬＴＮなどの電気光学結晶１５０１を備える光偏向器は、電気光学結晶１５０１の対向する２つの面のそれぞれに、電極１５０２、１５０３が形成されている。電気光学結晶１５０１に入射される入射光１５０５は、シリンドリカル凹レンズ１５０７を透過した後に、電気光学結晶１５０１に入射される。電気光学結晶５０１の形状、駆動条件は、実施例４と同じである。【０２０７】
実施例６では、電気光学結晶１５０１の後段に、透過型の光学素子１５０９を用いることにより、光偏向器によって発現される偏向角に依存した集光効果を補正している。光学素子１５０９は、ＳＦ１１ガラスを硝材とし、出射面において自由曲面が形成され、出射光の偏向角に応じて出射面の曲率が変化しており、出射光が偏向する範囲にわたって空間的に集光特性が分布している。【０２０８】
実施例６では透過型の光学素子１５０９を用いたが、同様の集光効果を奏するように、素子の内部に屈折率分布を有する光学素子を用いても良い。この場合、光学素子の形状は、表面が平面となるので、光学素子の形状加工が容易になる。このような光学素子は、内部の屈折率分布を調整することにより、出射面の形状で集光特性を与える光学素子１５０９に比べ、空間的に分解能の高い集光特性を与えることができる。【０２０９】
実施例５および実施例６によれば、自由曲面を有するミラーなどの光学素子を、電気光学結晶の出射側に配置することによって、光偏向器の出射光の偏向の範囲内で、ビームの拡散角を一定に保つことができる。この光偏向器を、回折格子などの分散素子と組み合わせて分光装置として用いると、分光帯域全域にわたって分解能が劣化することなく、一様な分解能の分光特性を得ることができる。
【実施例７】
【０２１０】
図２７は、実施例７にかかる波長掃引光源に好適な光偏向器の構成を示す図である。ＫＴＮ、ＫＬＴＮなどの電気光学結晶１６０１を備える光偏向器は、電気光学結晶１６０１の対向する２つの面のそれぞれに、電極１６０２、１６０３が形成されている。電気光学結晶１６０１の出射側にシリンドリカル凹レンズ１６０７を配置して、出射光１６０８を平行光としている。すなわち、シリンドリカル凹レンズ１６０７の焦点距離は、光偏向器による出射光の偏向範囲内で焦点距離が大きい偏向角（焦点位置が電気光学結晶１６０１の出射面から遠い電圧）の時のビームが、平行光になるように選択する。光偏向器によって発現されるビームの集光効果は、印加電圧と、印加電圧に対応する偏向角に依存している。従って、一部の偏向角においては、ビームの集光特性が良好に打ち消されているが、集光特性を打ち消しきれない偏向角のビームが存在している。【０２１１】
そこで、シリンドリカル凹レンズ１６０７の出射側に、さらに空間位相変調器１６０９を配置した。空間位相変調器１６０９は、透過光または反射光の断面内において、各々場所の位相を独立に変調することができる光学素子である。電気光学結晶１６０１にて偏向された光は、空間位相変調器１６０９に入射される。空間位相変調器１６０９は、中央から周辺部に向かって位相を大きく遅らせるように位相変調量が連続的に制御されている。位相変調量は、偏向された出射光のうち、焦点位置が電気光学結晶１６０１の出射面に近い偏向角（電圧）のときの出射光が照射される面は大きく、焦点位置が遠い偏向角（電圧）のときの出射光が照射される面は小さくなっている。【０２１２】
このようにして、シリンドリカル凹レンズ１６０７によって平行光とされた偏向角の出射光１６１０に対しては、空間位相変調器１６０９で位相変化を与えず、シリンドリカル凹レンズ１６０７によって集光効果が打ち消されなかった偏向角の出射光１６０６に対して集光効果を打ち消すような空間分布の位相変調を与える。空間位相変調器１６０９が挿入される前の焦点距離に応じて、各々の出射光の焦点距離を延伸することにより、出射光の偏向する範囲内全域にわたって、光の拡散角を一定に保つことができる。【０２１３】
空間位相変調器として、空間的な位相変調分布を有するホログラフィック光学素子、回折光学素子を用いても良い。
【実施例８】
【０２１４】
レンズ効果を有する光学素子にガウシアンビームを入射する場合、入射側のビームウェストの光学素子からの位置をｓ、出射側のビームウェストの位置をs''とすると、下記のSelfの式の関係が成り立つ。【０２１５】
0006774504.tif 000008
ｚＲはレイリー長、ｆは光学素子の焦点距離である。この式により焦点距離を変化させた時のｓ、s''の関係を求めた結果を、図２８に示す。【０２１６】
実施例４〜実施例７において、光偏向器（電気光学結晶）への入射光は、ほぼ平行光であると想定しており、入射側のビームウェストの位置は、光偏向器から離れた位置にある。このとき、図２８の矢印Ａで示すように、光偏向器のレンズパワー（＝焦点距離の逆数）により、出射側のビームウェストの位置は、単調に増減する。しかしながら、光偏向器への入射側のビームウェストの位置は様々な場合があるので、図２８の矢印Ｂで示すように、入射側ビームウェスト位置によっては単調に増減しない場合がある。このような場合においても光偏向器のレンズパワーを補正するためには、Selfの式の関係を考慮して、外部に配置する光学素子のレンズ効果を決定することが有効である。【０２１７】
また、ビームウェスト位置だけでなく、ビームウェスト径も偏向角により変化するため、これを補正することが望まれる。Selfの式によれば、入射光と出射光の間のビームウェスト径の比率、すなわち倍率ｍは下式のように表される。【０２１８】
0006774504.tif 000009
【０２１９】
図２９は、焦点距離を変化させた時のビームウェスト位置とビーム径倍率の関係を示す。図２９の矢印Ｃで示すように、焦点距離の変化に応じ、ビームウェスト径も変化することがわかる。このように、偏向角に応じて光偏向器の集光特性（焦点距離）が変化し、出射光のビームウェスト位置、ビームウェスト径が上述したように偏向角により変化する。このとき、実施例４から実施例７に示した補償用の光学素子の特性も、偏向角に応じて変化させ、ビームウェスト位置とビーム径の変動を抑制することが望ましい。【０２２０】
そこで、ビームウェスト位置が光偏向器の出射側にある場合についての補償方法を述べる。ビームウェスト位置が光偏向器の入射側にある場合も同様の方法で補償することができる。【０２２１】
例えば、実施例４（図２１）の光偏向器と同じ構成であって、補償光学素子としてプリズムを使用する場合について説明する。光がプリズム内部を透過するとき、光路長は、空気中よりも長くなるため、光偏向器と出射光のビームウェスト位置との間の距離を、プリズムにより調整することができる。すなわち、偏向角によってビームウェスト位置が変化するのに伴い、ビームウェスト位置が光偏向器から遠い場合にはプリズム内の光路長を長く設定し、ビームウェスト位置が光偏向器から近い場合にはプリズム内の光路長を短く設定すれば良い。【０２２２】
ビームウェスト位置が偏向角により単調に増減する場合、ビームウェスト位置が遠い偏向角のときプリズムの幅が大きく、ビームウェスト位置が近い偏向角のときプリズムの幅が小さくなるように、プリズムの頂角側をビームウェスト位置が近い偏向角側に配置する。また、プリズムへの入射角度および出射角度によりビーム径の倍率が変わるので、ビームウェスト径を補償することもできる。さらに、プリズムの頂角およびプリズムへの入射角度を適当に決定することにより、ビームウェスト位置およびビームウェスト径を同時に補償することもできる。【０２２３】
実施例４（図２１）の構成に、さらにプリズムを追加する構成とすれば、光路長とビーム径の倍率とをある程度独立に設定することができるため、補償の精度を向上させることができる。【０２２４】
次に、実施例５（図２３）の光偏向器と同じ構成であって、補償光学素子として自由曲面ミラーを使用する場合について説明する。自由曲面ミラーの場合には、ミラーに入射するまでの光路長とレンズパワーとを制御することにより、出射光のビームウェスト位置とビームウェスト径を変化させることができる。ビームウェスト位置、ビームウェスト径のいずれかの変化を補償するように自由曲面ミラーの形状を決定しても良いし、両方の変化を抑制するように自由曲面ミラーの形状を決定しても良い。例えば、ビームウェスト位置が光偏向器から遠い偏向角に対して自由曲面ミラーの焦点距離を短くし、ビームウェスト位置が光偏向器から近い偏向角に対して自由曲面ミラーの焦点距離を長くすれば良い。【０２２５】
同様にして、空間位相変調器、屈折率分布を有する媒体を用いる場合も、偏向角に応じて位相変調量、屈折率分布を変化させることにより、出射光のビームウェスト位置、ビームウェスト径を調整することができ、偏向角に依存した変化を抑えることができる。【０２２６】
実施例５（図２３）の構成に、さらに自由曲面ミラーを追加する構成とすれば、光路長とビームウェスト径をある程度独立に設定することができるため、補償の精度を向上させることができる。【０２２７】
ビームウェスト位置が入射側にある場合も、同様にして、光偏向器の入射側に空間的に光学特性が分布している光学素子を配置して、ビームウェスト位置と光偏向器の距離に応じて補償を行えば良い。【０２２８】
実施例８によれば、光偏向器の出射光の偏向の範囲内で、出射光のビームウェスト位置、ビームウェスト径の一方、または双方のバラツキを抑制することができる。また、入射光のビームウェスト位置、ビームウェスト径に応じて補償光学系を最適化することもできる。この光偏向器を、回折格子などの分散素子と組み合わせて分光装置として用いると、分光帯域全域にわたって分解能が劣化することなく、一様な分解能の分光特性を得ることができる。【０２２９】
尚、実施例４から実施例８においては、ＫＴＮまたはＫＬＴＮを用いた光偏向器について説明したが、これら以外の電気光学効果を有する結晶を用いた光偏向器であっても良い。実施例４から実施例８の光偏向器は、第1の実施形態および第２の実施形態の波長掃引光源にそれぞれ好適に利用できる。【０２３０】
以上、様々な実施形態および実施例とともに詳細に述べたように、本発明によって、広い掃引波長帯域の全体に渡って、コヒーレンス長が長い状態を維持することができる波長掃引光源を提供できる。ＳＳ−ＯＣＴ装置のイメージ品質を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【０２３１】
本発明は、一般的にイメージング装置に利用することができる。特に、ＳＳ−ＯＣＴ装置の波長掃引光源として利用できる。
【図１】
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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】
0006774504.tif 000019
【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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