(57)【要約】【課題】小型化し、且つ作業効率を向上させた光を用いた断層撮影装置を提供することにある。【解決手段】波長走査が可能である波長可変光発生源１０１と、波長可変光発生源１０１の出力を測定光と参照光に分割し、前記測定光を試料に照射し、前記試料によって反射又は後方散乱された信号光を前記参照光と干渉させて干渉信号を発生する差動増幅器１３３と、波長可変光発生源１０１の波数を走査させながら測定した前記干渉信号の集合に基づいて、前記測定光が前記試料によって反射又は後方散乱された位置と反射又は後方散乱強度とを前記試料の奥行き方向に対して特定する演算制御装置１３６とを有する光を用いた断層撮影装置１００において、前記参照光の参照光路１７２が、分散シフトファイバ１５１を具備するようにした。【選択図】図１
2007315857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長走査が可能である波長可変光発生装置と、前記波長可変光発生装置の出力を測定光と参照光に分割し、前記測定光を試料に照射し、前記試料によって反射又は後方散乱された信号光を前記参照光と干渉させて干渉信号を発生する手段と、前記波長可変光発生装置の波数を走査させながら測定した前記干渉信号の集合に基づいて、前記測定光が前記試料によって反射又は後方散乱された位置と反射又は後方散乱強度とを前記試料の奥行き方向に対して特定する手段とを有する光を用いた断層撮影装置において、
前記参照光の参照光路が、光通信用分散制御ファイバを具備する
ことを特徴とする光を用いた断層撮影装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光を用いた断層撮影装置において、
前記光通信用分散制御ファイバは、少なくとも分散シフトファイバ、分散フラットファイバ、または分散補償ファイバを有する
ことを特徴とする光を用いた断層撮影装置。
【請求項３】
請求項１に記載の光を用いた断層撮影装置において、
前記測定光および信号光の光路における空間光路を除く全て光路と、前記参照光路の全ては、分散シフトファイバ、または分散フラットファイバである
ことを特徴とする光を用いた断層撮影装置。
【請求項４】
波長走査が可能である複数の波長可変光発生装置と、前記複数の波長可変光発生装置の出力を測定光と参照光に分割し、前記測定光を試料に照射し、前記試料によって反射又は後方散乱された信号光を前記参照光と干渉させて干渉信号を発生する手段と、前記複数の波長可変光発生装置の波数を走査させながら測定した前記干渉信号の集合に基づいて、前記測定光が前記試料によって後方散乱された位置と反射又は後方散乱強度とを前記試料の奥行き方向に対して特定する手段とを有する光を用いた断層撮影装置において、
前記測定光および信号光の光路の累積波長分散と前記参照光の光路の累積波長分散との差分を、光通信用分散制御ファイバを用いて補償する
ことを特徴とする光を用いた断層撮影装置。
【請求項５】
請求項４に記載の光を用いた断層撮影装置において、
前記光通信用分散制御ファイバが、分散補償ファイバである
ことを特徴とする光を用いた断層撮影装置。
【請求項６】
波長走査が可能である波長可変光発生装置と、前記波長可変光発生装置の出力を測定光と参照光に分割する手段と、前記測定光を試料に照射する手段と、前記試料によって反射又は後方散乱された信号光を前記参照光と干渉させて干渉信号を発生する手段と、前記波長可変光発生装置の波数を走査させながら測定した前記干渉信号の集合に基づいて、前記測定光が前記試料によって反射又は後方散乱された位置と反射又は後方散乱強度とを前記試料の奥行き方向に対して特定する手段とを有する光を用いた断層撮影装置において、
前記測定光の光路は、
前記分割する地点から前記照射する地点に至る、光ファイバからなる第一の光路と、
前記照射する地点から前記試料に至る空間からなる第二の光路とからなり、
前記信号光の光路は、
前記試料から前記照射する地点に至る空間からなる第三の光路と、
前記照射する地点から前記干渉信号を発生する地点に至る、光ファイバからなる第四の光路とからなり、
前記参照光の光路は、
前記分割する地点から前記干渉信号を発生する地点に至る、光ファイバからなる第五の光路からなり、
前記第五の光路を構成する光ファイバは、一部が他の部分より単位長さ当たりの波長分散の絶対値が小さい光ファイバで構成されている
ことを特徴とする光を用いた断層撮影装置。
【請求項７】
請求項６に記載の光を用いた断層撮影装置において、
前記波長分散の絶対値が小さい光ファイバが、分散シフトファイバまたは分散フラットファイバの何れか一方である
ことを特徴とする光を用いた断層撮影装置。
【請求項８】
波長走査が可能である波長可変光発生装置と、前記波長可変光発生装置の出力を測定光と参照光に分割する手段と、前記測定光を試料に照射する手段と、試料によって反射又は後方散乱された信号光を前記参照光と干渉させて干渉信号を発生する手段と、前記波長可変光発生装置の波数を走査させながら測定した前記干渉信号の集合に基づいて、前記測定光が前記試料によって反射又は後方散乱された位置と反射又は後方散乱強度とを前記試料の奥行き方向に対して特定する手段とを有する光を用いた断層撮影装置において、
前記測定光の光路は、
前記分割する地点から前記照射する地点に至る、分散シフトファイバからなる第一の光路と、
前記照射する地点から前記試料に至る空間からなる第二の光路とからなり、
前記信号光の光路は、
前記試料から前記照射する地点に至る空間からなる第三の光路と、
前記照射する地点から前記干渉信号を発生する地点に至る、分散シフトファイバからなる第四の光路とからなり、
前記参照光の光路は、
前記分割する地点から前記干渉信号を発生する地点に至る、分散シフトファイバからなる第五の光路からなる
ことを特徴とする光を用いた断層撮影装置。
【請求項９】
請求項８に記載の光を用いた断層撮影装置において、
前記分散シフトファイバに代えて、分散フラットファイバを用いる
ことを特徴とする光を用いた断層撮影装置。
【請求項１０】
請求項６に記載の光を用いた断層撮影装置において、
前記第一、第二、第三、および第四の光路と、前記第五の光路における単位長さ当たりの波長分散の絶対値が小さい光ファイバ以外の部分とを第一の光ファイバとする一方、
前記単位長さ当りの波長分散の絶対値が小さい光ファイバを第二の光ファイバとし、前記第二の光ファイバの代わりに前記第一の光ファイバにおける単位長さ当りの波長分散とは逆符号の単位長さ当りの波長分散を有する第三の光ファイバを用い、
前記第三の光ファイバの物理長が、
前記第五の光路の全ての部分を前記第一の光ファイバで構成した場合と比べ、前記測定光および信号光の光路と、前記参照光の光路の累積波長分散の差分の絶対値が小さくなる範囲内にある
ことを特徴とする光を用いた断層撮影装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の光を用いた断層撮影装置において、
前記第二の光ファイバが、分散補償ファイバである
ことを特徴とする光を用いた断層撮影装置。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１の何れかに記載の光を用いた断層撮影装置において、
前記ファイバの長さおよびその分散値を調整して、前記信号光の光路の累積波長分散と前記参照光の参照光路の累積波長分散の差を０にする
ことを特徴とする波長分散の補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を用いた断層撮影装置および波長分散の補正方法に関するものである。即ち、この発明は、生体や塗装面等各種構造物の断層像を光の干渉現象を利用して測定する装置および波長分散の補正方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
オプテイカル・コヒーレンス・トモグラフィー法（Optical-Coherence-Tomography：ＯＣＴ法）は、網膜等の断層像の撮影に有効な光学的な断層撮影法であり、生体への無侵襲性と高い空間分解能（〜１０μｍ程度）が注目され、目以外の患部への応用も試みられている（非特徴文献１を参照）。実用化されている従来のＯＣＴでは、操作の容易性・信頼性・小型軽量性を考慮して、光源としては半導体発光素子、具体的には近赤外域スーパー・ルミネセントダイオード（ＳＬＤ）が用いられている。しかし、ＯＣＴの空間分解能は光源のスペクトル幅に反比例するため、実用化されているＯＣＴの空間分解能はＳＬＤのスペクトル幅で制限され１０μｍ程度でしかなかった。また、従来のＯＣＴには、参照反射鏡などの機械的駆動部分が存在するため高速測定には不向きであるという欠点もあった。
【０００３】
本発明の発明者等は、これらの欠点を解消するため、駆動部分が存在せず高速測定が容易な新しいＯＣＴを開発した（非特徴文献２を参照）。
【０００４】
本発明者等が発明した新しいＯＣＴは、波長可変光源を用いその出力光の波長を階段状に変化させて得られた干渉信号から断層像を構築するものである。本発明者等は、この技術をＯＦＤＲ−ＯＣＴ法（Optical-frequency-domain-reflectometory −ＯＣＴ）と呼んでいる。従来のＯＣＴでは参照光路に配置した参照反射鏡を機械的に走査することによって断層像を構築していたが、ＯＦＤＲ−ＯＣＴ法ではこの様な機械的走査が不要なので極めて高速の測定が可能になる。
【０００５】
以下、従来のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置の詳細を述べる前に、本明細書で用いる用語の定義を次のように示す。
【０００６】
光通信用ファイバ：光通信等で用いる様々なシングルモード光ファイバの総称のこと。具体的には、光通信用シングルモードファイバと光通信用分散制御ファイバ（分散シフトファイバ、分散補償ファイバ、分散フラットファイバ、ノンゼロ分散シフトファイバなど）を指す。
【０００７】
光通信用シングルモードファイバ（Single Mode Fiber)：上記光通信用ファイバの一種で、波長１．３μｍ付近で波長分散σが零（０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）であるシングルモード光ファイバ。以下、光通信用ＳＭＦと略す。
【０００８】
光通信用分散制御ファイバ：上記光通信用ファイバの一種で、導波路構造と屈折率差の制御により、意図的に波長分散特性を変化させたシングルモード光ファイバのこと。具体的には、分散シフトファイバ、分散補償ファイバ、分散フラットファイバ、ノンゼロ分散シフトファイバなどを含む。
【０００９】
試料光路と測定光及び信号光：波長可変光源の出力を測定光と参照光に分割する手段を有する光学部品の一方の光出力ポートから出射した測定光が任意の光路を経た後、測定対象により反射または後方散乱された信号光が任意の光路を経て、前記信号光と前記参照光とを干渉させて干渉信号を発生する手段を有する光学部品の光入力ポートに入射するまでに至る光の伝搬路のことを試料光路とする。なお、前記分割手段を有する光学部品の一方の光出力ポートから任意の光路を経て測定対象に至るまでの光路を伝搬する光を測定光とする。同様にして測定対象から任意の光路を経て前記干渉信号を発生する手段を有する光学部品の一方の光入力ポートに至る光路を伝搬する光を信号光とする。
【００１０】
参照光路と参照光：前記分割手段を有する光学部品の他方の光出力ポートから任意の光路を経て、前記干渉信号を発生する手段を有する光学部品の他方の光入力ポートに至る光の伝搬路のことを参照光路とする。なお、同光路を伝搬する光を参照光とする。
【００１１】
波長分散ｄ［単位：ｐｓ／ｎｍ］：光通信用ファイバの波長分散ｄは、上記単位長さ当りの波長分散σsmfに、光通信用ファイバの物理長ｌsmfを乗じた値である。
累積波長分散Ｄ［単位：ｐｓ／ｎｍ］：累積波長分散は、光が光通信用ファイバ中や空間光路などの異なる媒質を任意の距離伝搬したときに、最終的に生じる波長分散の和である。つまり、光路が異なるＮ個（Ｎ＝１，２，３，…，Ｎ−１，Ｎ）の媒質で構成されている時の累積分散Ｄは、各々の媒質の単位長さ当たりの波長分散σiと各々の媒質の物理長ｌiを用いて、次式で表される。
【００１２】
【数１】
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【００１３】
分散シフトファイバ（Dispersion Shifted Fiber）：零分散波長λｚが１．５５μｍであり、光通信用ファイバの導波路構造と屈折率差（コア材料の屈折率とクラッド材料の屈折率の差）を制御することにより、零分散波長λｚを１．３μｍから１．５５μｍへと長波長側にシフトさせているため分散シフトファイバと呼ばれる。以下、ＤＳＦと略す。
【００１４】
分散補償ファイバ（Dispersion Compensated Fiber）：単位長さ当たりの波長分散σdcfと分散スロープｄσdcf／ｄλが、光通信用ＳＭＦのそれらと符号が逆であることにあるため、逆分散ファイバあるいは分散マネージメントファイバと呼ばれることもある。このような逆分散特性は、光通信用ファイバの導波路構造と屈折率差を制御することにより実現される。以下、ＤＣＦと略す。
【００１５】
分散フラットファイバ（Dispersion Flattened Fiber）：分散スロープｄσdff／ｄλが波長１．５５μｍ付近を中心にしてほぼ零、すなわち、波長分散σdffの波長依存性が極めて小さいため、図３中二点鎖線で示した通り、波長分散σdffの波長依存性曲線が、波長１．５５μｍ付近で平坦な特性を示している。このような分散特性は、光通信用ファイバの導波路構造と屈折率差を制御することにより実現される。以下、ＤＦＦと略す。
【００１６】
以下、従来技術のＯＦＤＲ−ＯＣＴ法の詳細について図面を用いて説明する。
【００１７】
（ａ）装置構成
図１９は、本発明者等が開発したＯＦＤＲ−ＯＣＴ法を利用した断層像撮影装置の概略図である。前眼部用の断層像撮影装置５０では、図１９に示すように、超周期構造回折格子分布反射半導体レーザ光発生装置（非特許文献３を参照）のような、波長を変化させながら光を出射できる波長可変光発生手段である波長可変光源１の出力を、方向性結合器等からなる９：１カプラ（第１のカプラ）２の光入力ポート２ａに光通信用ＳＭＦ３により光学的に接続している。この第１のカプラ２によって９０：１０の割合で２分割される。この第１のカプラ２の一方側（分割割合９０％側）の光出力ポートｈは、試料光路側サーキュレータ４の光入力ポートａに、光通信用ＳＭＦ５および光通信用ＳＭＦ６により光学的に接続している。光通信用ＳＭＦ５は、第１のカプラ２の製造時に光出力ポートｈに接続される。また、光通信用ＳＭＦ６は、試料光路側サーキュレータ４の製造時に光入力ポートａに接続される。光通信用ＳＭＦ５と光通信用ＳＭＦ６との接続箇所である接続点をＡとする。
【００１８】
試料光路側サーキュレータ４の光出力ポートｃは、試料光路側偏波コントローラ（以降、試料光路側ＰＣと略す）７の光入力ポートｐに、光通信用ＳＭＦ８および光通信用ＳＭＦ９により光学的に接続している。なお、光通信用ＳＭＦ８と光通信用ＳＭＦ９の接続箇所である接続点をＣとする。また、光通信用ＳＭＦ８は試料光路側サーキュレータ４の製造時に光出力ポートｃに接続され、光通信用ＳＭＦ９は試料光路側ＰＣ７の製造時に光入力ポートｐに接続される。試料光路側ＰＣ７の光出力ポートｑは、１：１カプラ（第２のカプラ）１０の光入力ポートｉに光通信用ＳＭＦ１１および光通信用ＳＭＦ１２により光学的に接続している。光通信用ＳＭＦ１１と光通信用ＳＭＦ１２との接続点をＤとする。また、光通信用ＳＭＦ１１は試料光路側ＰＣ７の製造時に光出力ポートｑに接続され、光通信用ＳＭＦ１２は第２のカプラ１０の製造時に光入力ポートｉに接続される。第２のカプラ１０の両方の光出力ポート１０ａ，１０ｂは、光検出機能を有する差動増幅器１３の光入力ポート１３ａ，１３ｂに光通信用ＳＭＦ１４により光学的にそれぞれ接続している。
【００１９】
また、試料光路側サーキュレータ４の光入力／出力ポートｂは、光通信用ＳＭＦ１５及び光通信用ＳＭＦ１６により測定光送出／信号光入力口Ｂ１、試料光路側コリメータレンズ１７、ガルバノミラー１８、試料光路側対物レンズ１９から成る測定光照射系／信号光受光系２０に接続される。このとき、試料光路側サーキュレータ４の光入力／出力ポートｂと接続されている光通信用ＳＭＦ１５と、測定光送出／信号光入力口Ｂ１を有する光通信用ＳＭＦ１６との接続箇所である接続点をＢとする。光通信用ＳＭＦ１５は、試料光路側サーキュレータ４の製造時に光出力／入力ポートｂに接続される。測定光照射系／信号光受光系２０は、測定対象２１によって測定光が反射又は後方散乱された信号光を捕捉する手段としても機能する。従って、以後、測定光照射／信号光受光手段と呼ぶ。
【００２０】
他方、第１のカプラ２の他方側（分割割合１０％側）の光出力ポートｊは、参照光路側サーキュレータ２２の光入力ポートｅに、光通信用ＳＭＦ２３および光通信用ＳＭＦ２４により光学的に接続している。このとき光通信用ＳＭＦ２３と、光通信用ＳＭＦ２４との接続箇所である接続点をＥとする。光通信用ＳＭＦ２３は、第１のカプラ２の製造時に光出力ポートｊに接続される。また、光通信用ＳＭＦ２４は、参照光路側サーキュレータ２２の製造時に光入力ポートｅに接続される。参照光路側サーキュレータ２２の光出力ポートｇは、参照光路側偏波コントローラ（以降、参照光路側ＰＣと略す）２５の光入力ポートｒに、光通信用ＳＭＦ２６および光通信用ＳＭＦ２７により光学的に接続している。光通信用ＳＭＦ２６と光通信用ＳＭＦ２７の接続箇所である接続点をＧとする。また、光通信用ＳＭＦ２６は参照光路側サーキュレータ２２の製造時に光出力ポートｇに接続され、光通信用ＳＭＦ２７は参照光路側ＰＣ２５の製造時に光入力ポートｒに接続される。参照光路側ＰＣ２５の光出力ポートｓは、第２のカプラ１０の光入力ポートｋに光通信用ＳＭＦ２８および光通信用ＳＭＦ２９により光学的に接続している。光通信用ＳＭＦ２８と光通信用ＳＭＦ２９の接続箇所である接続点をＨとする。また、光通信用ＳＭＦ２８は参照光路側ＰＣ２５の製造時に光出力ポートｓに接続され、光通信用ＳＭＦ２９は第２のカプラ１０の製造時に光入力ポートｋに接続される。
【００２１】
また、参照光路側サーキュレータ２２の光入力／出力ポートｆは、光通信用ＳＭＦ３０及び光通信用ＳＭＦ３１により参照光入力／送出口Ｆ１、参照光路側コリメータレンズ３２、参照光路側対物レンズ３３、位置を固定した状態で用いる参照反射鏡３４から成る参照光照射／受光装置３５に接続される。このとき、参照光路側サーキュレータ２２の光入力／出力ポートｆと接続されている光通信用ＳＭＦ３０と、参照光入力／送出口Ｆ１を有する光通信用ＳＭＦ３１との接続箇所である接続点をＦとする。光通信用ＳＭＦ３０は、参照光路側サーキュレータ２５の製造時に光出力／入力ポートｆに接続される。
【００２２】
差動増幅器１３の出力部１３ｃは、試料の反射又は後方散乱強度分布を計算する演算制御装置３６の入力部３６ａにＡ／Ｄ変換器３７を介して電気的に接続している。演算制御装置３６の出力部３６ｂは、演算結果を表示するモニタやプリンタ等の表示装置３７の入力部３７ａに電気的に接続している。この演算制御装置３６は、入力された情報に基づいて波長可変光源１及びガルバノミラー１８を制御することができるようになっている。
【００２３】
上記（ａ）装置構成で述べた、図１９の構成による従来のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置５０は、試料光路７１を伝搬する測定／信号光と、参照光路７２を伝搬する参照光との干渉現象を利用して断層画像を構築する。そのため、試料光路７１と参照光路７２の光路長がほぼ一致している必要がある（Ｌsample≒Ｌref）のはもちろんのこと、試料光路７１と参照光路７２の累積波長分散がほぼ一致していること（Ｄsample≒Ｄref）も測定分解能を低下させないために必要である（非特許文献４を参照）。そのため、参照光路７２の光路長Ｌrefと累積波長分散Ｄrefは、それぞれ試料光路７１の光路長Ｌsampleと累積波長分散Ｄsampleに合わせて設計する必要がある。そのため、この装置５０では、試料光路７１を構成する各光路と、それらに対応する参照光路７２の各光路とにおいて、それぞれ媒質と物理長が同じ光学部品を用いている。よって、試料光路７１中の各光路の光路長と累積波長分散は、それらに対応する参照光路７２中の各光路の光路長と累積波長分散とにそれぞれ容易に等しくすることができる。
【００２４】
このように、従来技術では、参照光路７２に空間部分を用いることにより累積分散補償を行っていた。これは、測定の高速化及び装置５０の小型化、低コスト化の上で重大な問題となっていた。
【００２５】
【特許文献１】特開２００５−１５６５４０号公報
【非特許文献１】S.H.Yun, G.J.Tearney, J.F.de Boer,and B.E.Bouma, OPTICS EXPRESS, Vol. 12, No.23, pp.5614-5624（2004).
【非特許文献２】D.Choi, T.Amano, H.Hiro-Oka, H.Furukawa, T.Miyazawa, R.Yoshimura, M.Nakanishi, K.Shimizu, and K.Ohbayashi, Proceedings of SPIE, Vol.5690,pp.101-113,2005.
【非特許文献３】吉國  裕三，応用物理  第71巻  第11号(2002), p1362 〜1366.
【非特許文献４】Takuji Amano, Hideaki Hiro-Oka, DongHak Choi, Hiroyuki Furukawa, Fumiyoshi Kano, Mituo Takeda, Motoi Nakanishi, Kimiya Shimizu, and Kohji Ohbayashi, APPLIED OPTICS, Vol.44, pp.808-816(2005).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
しかしながら、従来のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置５０の構成法では、参照光路７２にもサーキュレータ２２と、コリメータレンズ３２、対物レンズ３３、参照反射鏡３４からなる参照光照射／受光装置３５を構築する必要があるため、部材が多くなり、装置が大型かつコストが高くなってしまうという問題があった。また、試料光路７１側だけでなく参照光路７２側においても、微調整による対物レンズ３３と参照反射鏡３４との焦点距離合わせの作業を行う必要があるため、作業効率が低いという問題があった。作業効率が低い問題について詳細を説明する。ＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置を任意の場所から、別の場所へ運搬して測定を行う場合、運搬中の振動などにより対物レンズ３３と参照反射鏡３４との間の距離が僅かにずれる。よって、そのままの状態で測定を行うと、参照光路７２と試料光路７１のそれぞれの光路長と累積波長分散の値が僅かに異なるため、干渉波形の強度が低いか、全く干渉波形が得られず測定に著しい障害が生じてしまう。そのため、別の場所で再度測定を開始する前に、あらかじめ対物レンズ３３と参照反射鏡３４との間の焦点距離合わせが、場所を移動する度に必要になり、測定を開始できる状態になるまでに時間がかかってしまうという重大な課題があった。
【００２７】
また、用いる波長光源の帯域は、従来技術で用いたＳＭＦの波長分散のため制限がかかるため、空間分解能が低いという重大な課題もあった。
【００２８】
そこで、本発明は、前述した問題に鑑み提案されたもので、小型化し、且つ作業効率を向上させた光を用いた断層撮影装置および波長分散の補正方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
上述した課題を解決する第１の発明に係る光を用いた断層撮影装置は、波長走査が可能である波長可変光発生装置と、前記波長可変光発生装置の出力を測定光と参照光に分割し、前記測定光を試料に照射し、前記試料によって反射又は後方散乱された信号光を前記参照光と干渉させて干渉信号を発生する手段と、前記波長可変光発生装置の波数を走査させながら測定した前記干渉信号の集合に基づいて、前記測定光が前記試料によって反射又は後方散乱された位置と反射又は後方散乱強度とを前記試料の奥行き方向に対して特定する手段とを有する光を用いた断層撮影装置において、前記参照光の参照光路が、光通信用分散制御ファイバを具備することを特徴とする。
【００３０】
上述した課題を解決する第２の発明に係る光を用いた断層撮影装置は、第１の発明に記載の光を用いた断層撮影装置において、前記光通信用分散制御ファイバが、少なくとも分散シフトファイバ、分散フラットファイバ、または分散補償ファイバを有することを特徴とする。
【００３１】
上述した課題を解決する第３の発明に係る光を用いた断層撮影装置は、第１の発明に記載の光を用いた断層撮影装置において、前記測定光および信号光の光路における空間光路を除く全て光路と、前記参照光路の全てが、分散シフトファイバ、または分散フラットファイバであることを特徴とする。
【００３２】
上述した課題を解決する第４の発明に係る光を用いた断層撮影装置は、波長走査が可能である複数の波長可変光発生装置と、前記複数の波長可変光発生装置の出力を測定光と参照光に分割し、前記測定光を試料に照射し、前記試料によって反射又は後方散乱された信号光を前記参照光と干渉させて干渉信号を発生する手段と、前記複数の波長可変光発生装置の波数を走査させながら測定した前記干渉信号の集合に基づいて、前記測定光が前記試料によって後方散乱された位置と反射又は後方散乱強度とを前記試料の奥行き方向に対して特定する手段とを有する光を用いた断層撮影装置において、前記測定光および信号光の光路の累積波長分散と前記参照光の光路の累積波長分散との差分を、光通信用分散制御ファイバを用いて補償することを特徴とする。
【００３３】
上述した課題を解決する第５の発明に係る光を用いた断層撮影装置は、第４の発明に記載の光を用いた断層撮影装置において、前記光通信用分散制御ファイバが、分散補償ファイバであることを特徴とする。
【００３４】
上述した課題を解決する第６の発明に係る光を用いた断層撮影装置は、波長走査が可能である波長可変光発生装置と、前記波長可変光発生装置の出力を測定光と参照光に分割する手段と、前記測定光を試料に照射する手段と、前記試料によって反射又は後方散乱された信号光を前記参照光と干渉させて干渉信号を発生する手段と、前記波長可変光発生装置の波数を走査させながら測定した前記干渉信号の集合に基づいて、前記測定光が前記試料によって反射又は後方散乱された位置と反射又は後方散乱強度とを前記試料の奥行き方向に対して特定する手段とを有する光を用いた断層撮影装置において、前記測定光の光路は、前記照射する地点から前記試料に至る空間からなる第二の光路とからなり、前記信号光の光路は、前記試料から前記照射する地点に至る空間からなる第三の光路と、前記照射する地点から前記干渉信号を発生する地点に至る、光ファイバからなる第四の光路とからなり、前記参照光の光路は、前記分割する地点から前記干渉信号を発生する地点に至る、光ファイバからなる第五の光路からなり、前記第五の光路を構成する光ファイバは、一部が他の部分より単位長さ当たりの波長分散の絶対値が小さい光ファイバで構成されていることを特徴とする。
【００３５】
上述した課題を解決する第７の発明に係る光を用いた断層撮影装置は、第６の発明に記載の光を用いた断層撮影装置において、前記波長分散の絶対値が小さい光ファイバが、分散シフトファイバまたは分散フラットファイバの何れか一方であることを特徴とする。
【００３６】
上述した課題を解決する第８の発明に係る光を用いた断層撮影装置は、波長走査が可能である波長可変光発生装置と、前記波長可変光発生装置の出力を測定光と参照光に分割する手段と、前記測定光を試料に照射する手段と、試料によって反射又は後方散乱された信号光を前記参照光と干渉させて干渉信号を発生する手段と、前記波長可変光発生装置の波数を走査させながら測定した前記干渉信号の集合に基づいて、前記測定光が前記試料によって反射又は後方散乱された位置と反射又は後方散乱強度とを前記試料の奥行き方向に対して特定する手段とを有する光を用いた断層撮影装置において、前記測定光の光路は、前記分割する地点から前記照射する地点に至る、分散シフトファイバからなる第一の光路と、前記照射する地点から前記試料に至る空間からなる第二の光路とからなり、前記信号光の光路は、前記試料から前記照射する地点に至る空間からなる第三の光路と、前記照射する地点から前記干渉信号を発生する地点に至る、分散シフトファイバからなる第四の光路とからなり、前記参照光の光路は、前記分割する地点から前記干渉信号を発生する地点に至る、分散シフトファイバからなる第五の光路からなることを特徴とする。
【００３７】
上述した課題を解決する第９の発明に係る光を用いた断層撮影装置は、第８の発明に記載の光を用いた断層撮影装置において、前記分散シフトファイバに代えて、分散フラットファイバを用いることを特徴とする。
【００３８】
上述した課題を解決する第１０の発明に係る光を用いた断層撮影装置は、第６の発明に記載の光を用いた断層撮影装において、前記第一、第二、第三、および第四の光路と、前記第五の光路における単位長さ当たりの波長分散の絶対値が小さい光ファイバ以外の部分とを第一の光ファイバとする一方、前記単位長さ当りの波長分散の絶対値が小さい光ファイバを第二の光ファイバとし、前記第二の光ファイバの代わりに前記第一の光ファイバにおける単位長さ当りの波長分散とは逆符号の単位長さ当りの波長分散を有する第三の光ファイバを用い、前記第三の光ファイバの物理長が、前記第五の光路の全ての部分を前記第一の光ファイバで構成した場合と比べ、前記測定光および信号光の光路と、前記参照光の光路の累積波長分散の差分の絶対値が小さくなる範囲内にあることを特徴とする。
【００３９】
上述した課題を解決する第１１の発明に係る光を用いた断層撮影装置は、第１０の発明に記載の光を用いた断層撮影装置において、前記第二の光ファイバが、分散補償ファイバであることを特徴とする。
【００４０】
上述した課題を解決する第１２の発明に係る波長分散を補正する波長分散の補正方法であって、第１乃至第１１の何れかの発明に記載の光を用いた断層撮影装置において、前記ファイバの長さおよびその分散値を調整して、前記信号光の光路の累積波長分散と前記参照光の参照光路の累積波長分散の差を０にすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００４１】
本発明に係る光を用いた断層撮影装置によれば、小型化、低コスト化、作業効率の向上のために参照光路を光通信用ファイバのみで構成しても空間分解能が低下しない。作業効率向上の具体的な効果は、以下の通りである。参照光路に参照光出力／入力口、コリメータレンズ、対物レンズ、参照反射鏡から成る参照光照射／受光装置を用いる必要がないため、微調整が必要な対物レンズと参照反射鏡との間の焦点距離合わせの作業を行う必要がなくなること。また、装置を別の場所へ運搬して測定を行う場合も、参照光路は光通信用ファイバのみで構成されているため、従来必要となっていた対物レンズと参照反射鏡との間の焦点距離調整を再度行う必要がなく、速やかに測定を開始することが可能となることである。
【００４２】
また、分散補償ファイバを用いた場合は、広帯域の光源を用いることができ、測定分解能を約２倍に向上させることができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
本発明は、小型かつ低コストであり、作業効率の高い測定を可能とするＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置に係るものである。
【００４４】
本発明の最良の形態に係る光を用いた断層撮影装置および波長分散の補正方法では、参照光路に分散シフトファイバ、分散フラットファイバ、または分散補償ファイバを用いることにより、従来の装置にて用いた、参照光路における参照光出力／入力口、コリメータレンズ、対物レンズ、参照反射鏡から成る参照光照射／受光装置がなくなり、微調整が必要な対物レンズと参照反射鏡との間の焦点距離合わせの作業を行う必要がなくなる。また、装置を別の場所へ運搬して測定を行う場合も、参照光路は光通信用ファイバのみで構成されているため、従来必要となっていた対物レンズと参照反射鏡との間の焦点距離調整を再度行う必要がなく、速やかに測定を開始することが可能となる。
【実施例１】
【００４５】
以下に、本発明の第１の実施例に係る光を用いた断層撮影装置および波長分散の補正方法について、図面を用いて具体的に説明する。すなわち、この実施例では、分散シフトファイバを用いた波長分散制御法について、説明する。
図１は、本発明の第１の実施例に係る光を用いた断層撮影装置の概略図である。図２は、それが有する波長可変光源から出射する光の波長変化を時間に対して表したグラフである。この図２において、縦軸は波長可変光源が出射する光の波長であり、横軸は最初の波長が出射されてからの経過時間である。
【００４６】
（１）装置構成
本発明の第１の実施例に係る光を用いた断層撮影装置（オプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置）では、波長可変光源は、図２に示すように、階段状に波長走査し、波長間隔は波数に変換した場合に等間隔になるように走査する。図２の場合、波数間隔が２．６×１０-4μｍ-1、一波数当たりの保持時間は１μｓである。また、波長可変光源の波長走査範囲は１．５３０〜１．５７０μｍである。また、波長可変光源の出力強度は、波数に拠らず一定値１０ｍＷである。波長可変光源は、例えば超周期構造回折格子分布反射半導体レーザ（非特許文献１を参照）を用いる。
【００４７】
この装置は、小型、低コストであり、作業効率の高いＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置を実現するために、参照光路の一部に分散シフトファイバを用いたことを特徴とする。
【００４８】
装置構成について詳細を説明する。この装置１００は、図１に示すように、波長可変光源１０１の出力を方向性結合器等からなる９：１カプラ（第１のカプラ）１０２の光入力ポート１０２ａに光通信用ＳＭＦ１０３により光学的に接続する。第１のカプラ１０２の一方側（分割割合９０％側）の光出力ポートｈは、試料光路側サーキュレータ１０４の光入力ポートａに、光通信用ＳＭＦ（光路ｈ−Ａ）１０５および光通信用ＳＭＦ（光路Ａ−ａ）１０６により光学的に接続している。光通信用ＳＭＦ１０５は、第１のカプラ１０２の製造時に光出力ポートｈに接続される。また、光通信用ＳＭＦ１０６は、試料光路側サーキュレータ１０４の製造時に光入力ポートａに接続される。光通信用ＳＭＦ１０５と光通信用ＳＭＦ１０６との接続箇所である接続点をＡとする。同接続点Ａは融着または光コネクタにより形成される。本実施例に記述される接続点は全て同様にして形成され、光コネクタを用いる場合は、斜め（角度７°〜１２°）研磨端面を有するコネクタにし、できるだけコネクタ端面における光反射が生じないようにすることが望ましい。また、試料光路側サーキュレータ１０４の光入力ポートａは、同サーキュレータ１０４の製造時に光通信用ＳＭＦ（光路ａ−ｂ）１４１により、同サーキュレータ１０４の光入力／出力ポートｂに接続される。なお、試料光路側サーキュレータ１０４の内部である光路ａ−ｂと後述する光路ｂ−ｃは、実際には光通信用ＳＭＦの他に光学レンズやファアラデー回転子、偏光子などから構成されている。本実施例において、両光路の物理長は、両光路が光通信用ＳＭＦのみで構成されたと仮定して換算した値を用い、この物理長を光通信用ＳＭＦのｎsmfとσsmfに乗じると同サーキュレータ内部の正確な光路長と波長分散にほぼ等しい値を得ることができる。
【００４９】
試料光路側サーキュレータ１０４の光出力ポートｃは、試料光路側偏波コントローラ（以下、試料光路側ＰＣと略す）１０７の光入力ポートｐに、光通信用ＳＭＦ（光路ｃ−Ｃ）１０８および光通信用ＳＭＦ（光路Ｃ−ｐ）１０９により光学的に接続している。なお、試料光路側ＰＣ１０７と後述する参照光路側ＰＣ１２５は、光通信用ファイバを回転機構を有するボビンに巻き付けて同ファイバ中を伝搬する光の偏波状態を制御する光ファイバ型ＰＣを用いた。光通信用ＳＭＦ１０８と光通信用ＳＭＦ１０９の接続箇所である接続点をＣとする。また、光通信用ＳＭＦ１０８は試料光路側サーキュレータ１０４の製造時に光出力ポートｃに接続され、光通信用ＳＭＦ１０９は試料光路側ＰＣ１０７の製造時に光入力ポートｐに接続される。同試料光路側ＰＣ１０７の光入力ポートｐは、同ＰＣ１０７の製造時に光通信用ＳＭＦ（光路ｐ−ｑ）１４３により、同ＰＣ１０７の光出力ポートｑに接続される。試料光路側ＰＣ１０７の光出力ポートｑは、１：１カプラ（第２のカプラ）１１０の光入力ポートｉに光通信用ＳＭＦ（光路ｑ−Ｄ）１１１および光通信用ＳＭＦ（光路Ｄ−ｉ）１１２により光学的に接続している。光通信用ＳＭＦ１１１と光通信用ＳＭＦ１１２の接続点をＤとする。また、光通信用ＳＭＦ１１１は試料光路側ＰＣ１０７の製造時に光出力ポートｑに接続され、光通信用ＳＭＦ１１２は第２のカプラ１１０の製造時に光入力ポートｉに接続される。第２のカプラ１１０の両方の光出力ポート１１０ａ，１１０ｂは、光検出機能を有する差動増幅器１１３の光入力ポート１１３ａ，１１３ｂに光通信用ＳＭＦ１１４により光学的に接続している。
【００５０】
また、試料光路側サーキュレータ１０４の光入力／出力ポートｂは、光通信用ＳＭＦ（光路ｂ−Ｂまたは光路Ｂ−ｂ）１１５及び光通信用ＳＭＦ（光路Ｂ−Ｂ１または光路Ｂ１−Ｂ）１１６により測定光送出／信号光入力口Ｂ１、試料光路側コリメータレンズ１１７，ガルバノミラー１１８，試料光路側対物レンズ１１９から成る測定光照射系／信号光受光系１２０に接続される。このとき、試料光路側サーキュレータ１０４の光入力／出力ポートｂと接続されている光通信用ＳＭＦ１１５と、測定光送出／信号光入力口Ｂ１を有する光通信用ＳＭＦ１１６との接続箇所である接続点をＢとする。光通信用ＳＭＦ１１５は、試料光路側サーキュレータ１０４の製造時に光出力／入力ポートｂに接続される。測定光照射系／信号光受光系１２０は、測定対象１２１によって測定光が反射又は後方散乱された信号光を捕捉する手段としても機能する。従って、以後、測定光照射／信号光受光手段と呼ぶ。なお、測定光照射系／信号光受光系１２０において、測定光が測定光送出／信号光入力口Ｂ１からガルバノミラー１１８に至るまでと、ガルバノミラー１１８から測定対象１２１に至るまでの光路を、それぞれ空間光路Ｂ１−ｍと空間光路ｍ−ｎとする。同様にして、信号光が、測定対象１２１からガルバノミラー１１８に至るまでと、ガルバノミラー１１８から測定光送出／信号光入力口Ｂ１に至るまでの光路を、それぞれ空間光路ｎ−ｍと空間光路ｍ−Ｂ１とする。空間光路Ｂ１−ｍ，ｍ−ｎ，ｎ−ｍ，ｍ−Ｂ１については、後で詳しく説明する。
【００５１】
一方、試料光路側サーキュレータ１０４の光入力／出力ポートｂは、同サーキュレータ１０４の光出力ポートｃに接続される。
【００５２】
他方、第１のカプラ１０２の他方側（分割割合１０％側）の光出力ポートｊは、光通信用ＳＭＦ（光路ｊ−Ｅ）１２３および光路長調整用シングルモードファイバ（以降、ＳＭＦと略す）１５０、および分散シフトファイバ１５１および光通信用ＳＭＦ（光路Ｇ−ｒ）１２４により、参照光路側ＰＣ１２５の光入力ポートｒに光学的に接続されている。このとき、光通信用ＳＭＦ１２３と光路長調整用ＳＭＦ（光路Ｅ−Ｆ）１５０との接続箇所である接続点をＥとする。また、光路長調整用ＳＭＦｌ５０と分散シフトファイバ（光路Ｆ−Ｇ）１５１との接続箇所である接続点をＦとする。さらに、分散シフトファイバ１５１と光通信用ＳＭＦ１２４との接続箇所である接続点をＧとする。光通信用ＳＭＦ１２３は、第１のカプラ１０２の製造時に光出力ポートｊに接続される。また、光通信用ＳＭＦ１２４は、参照光路側ＰＣ１２５の製造時に光入力ポートｒに接続される。参照光路側ＰＣ１２５の光入力ポートｒは、同ＰＣ１２５の製造時に光通信用ＳＭＦ（光路ｒ−ｓ）１４４により、同ＰＣ１２５の光出力ポートｓに接続される。参照光路側ＰＣ１２５の光出力ポートｓは、第２のカプラ１１０の光入力ポートｋに光通信用ＳＭＦ（光路ｓ−Ｈ）１２８および光通信用ＳＭＦ（光路Ｈ−ｋ）１２９により光学的に接続している。光通信用ＳＭＦ１２８と光通信用ＳＭＦ１２９の接続箇所である接続点をＨとする。また、光通信用ＳＭＦ１２８は参照光路側ＰＣ１２５の製造時に光出力ポートｓに接続され、光通信用ＳＭＦ１２９は第２のカプラ１１０の製造時に光入力ポートｋに接続される。
【００５３】
以上説明した試料光路１７１と参照光路１７２における各光路の物理長と媒質を、下記表１にまとめて表示した。なお、表１にて、※１における試料光路側サーキュレータ内部である光路ａ-ｂと光路ｂ-ｃは、実際には光通信用ＳＭＦの他に、光学レンズやファラデー回転子、偏光子などから構成される。本実施例では、両光路の物理長は、両光路が光通信用ＳＭＦのみで構成されたと仮定して換算した値を記載している。この物理長を光通信用ＳＭＦのｎsmfとσsmfに乗じるとサーキュレータ内部の正確な光路長と波長分散にほぼ等しい値を得ることができる。
【００５４】
【表１】
2007315857.tif 000004
【００５５】
また、差動増幅器１１３の出力部１１３ｃは、試料の反射又は後方散乱強度分布を計算する演算制御装置１３６の入力部１３６ａにＡ／Ｄ変換器１３７を介して電気的に接続している。演算制御装置１３６の出力部１３６ｂは、演算結果を表示するモニタやプリンタ等の表示装置１３８の入力部１３８ａに電気的に接続している。この演算制御装置１３６は、入力された情報に基づいて波長可変光源１０１及びガルバノミラー１１８を制御することができるようになっている。
【００５６】
（２）光通信用ファイバ各種の単位長さ当たりの波長分散σの波長依存性について
図３は、光通信用ＳＭＦ，ＤＳＦ，ＤＣＦ，ＤＦＦについて、それぞれ単位長さ当たりの波長分散σの波長依存性を示す図である。図３中、実線は光通信用ＳＭＦの単位長さ当たりの波長分散σsmfを示しており、その値は波長１．５５μｍにおいてσsmf＝１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである。また、同光通信用ＳＭＦの分散スロープをｄσsmf／ｄλと示すことにすると、ｄσsmf／ｄλ＝０．０６ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍであり、光通信用ＳＭＦの零分散波長λｚsmfは、図３中実線で示した通り１．３μｍである。
【００５７】
一方、図３中点線はＤＳＦの単位長さ当たりの波長分散σdsfを示しており、その値は波長１．５５μｍにおいてσdsf＝０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである。また、波長１．５５μｍにおける分散スロープｄσdsf／ｄλ＝０．０６ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍであり、ＤＳＦの零分散波長λｚdsfは、図３中点線で示した通り１．５５μｍである。
【００５８】
図３中、一点鎖線はＤＣＦの単位長さ当たりの波長分散σdcfを示しており、その値は波長１．５５μｍにおいてσdcf＝−１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである。また、波長１．５５μｍにおける分散スロープｄσdcf／ｄλ＝−０．０６ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍであり、ＤＣＦの零分散波長λｚdcfは、図３中一点鎖線で示した通り１．３μｍである。
【００５９】
図３中、二点鎖線はＤＦＦの単位長さ当たりの波長分散σdffを示しており、その値は波長１．５５μｍにおいてσdff＝０．５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである。また、波長１．５５μｍにおける分散スロープｄσdff／ｄλ＝０ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍであり、ＤＦＦの零分散波長λｚdffは、図３中二点鎖線で示した通り１．５μｍと１．６μｍである。
【００６０】
また、４種類の光通信用ファイバと大気について、それぞれの略称、屈折率、波長１．５５μｍにおける単位長さ当たりの波長分散σ、波長１．５５μｍにおける分散スロープｄσ／ｄλ、および零分散波長λｚの値を、表２にまとめて表示した。
【００６１】
【表２】
2007315857.tif 000005
【００６２】
（３）本発明のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置における試料光路の光路長Ｌsampleと累積波長分散Ｄsample
試料光路１７１の光路長Ｌsampleと累積波長分散Ｄsampleについてそれぞれ詳細を説明する。図１に示した本発明の第１の実施例に係る光を用いた断層撮影装置１００において、第１のカプラ１０２の光出力ポートｈから出射した波長可変光源１０１からの測定光は、光通信用ＳＭＦ１０５と光通信用ＳＭＦ１０６を経て試料光路側サーキュレータ１０４の光入力ポートａに入射する。次に、試料光路側サーキュレータ１０４の光入力ポートａから光出力／入力ポートｂに伝搬した測定光は、光通信用ＳＭＦ１１５と光通信用ＳＭＦ１１６を経て測定光送出／信号光入力口Ｂ１に到達する。ここまでの光路（第一の光路）ｈ−Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１の光路長をＬh-B1と表すことにすると、波長１．５５μｍにおける光路長Ｌh-B1は、表１及び表２に示した光路ｈ−Ａ，Ａ−ａ，ａ−ｂ，ｂ−Ｂ，Ｂ−Ｂ１のそれぞれの物理長と前記各光路の屈折率を用いて演算することで、表３に示すように、１８．１９７５ｍとなる。
【００６３】
【表３】
2007315857.tif 000006
【００６４】
また、光路ｈ−Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１の累積波長分散をＤh-B1と表すことにすると、波長１．５５μｍにおける累積波長分散Ｄh-B1は、表１及び表２に示した光路ｈ−Ａ，Ａ−ａ，ａ−ｂ，ｂ−Ｂ，Ｂ−Ｂ１のそれぞれの物理長と前記各光路の単位長さ当たりの波長分散を用いて演算することで、表３に示すように、２１３．３５×１０-3ｐｓ／ｎｍとなる。
【００６５】
続いて、測定光送出／信号光入力口Ｂ１に到達した測定光は、測定光照射系／信号光受光系１２０に入射する。図１に示すように、光通信用ＳＭＦ１１６を通ってきた測定光は、測定光送出／信号光入力口Ｂ１から大気中にＢ１−ｍ方向へ放射し平行光ビームに整形する試料光路側コリメータレンズ１１７を通過する。この平行光ビームはさらに大気中をＢ１−ｍ方向へ伝搬し、ガルバノミラー１１８により反射され光路をｍ−ｎに変えて測定対象１２１に集光する試料光路側対物レンズ１１９を経て、測定対象１２１に入射する。このときの光路を、それぞれ空間光路Ｂ１−ｍ，空間光路ｍ−ｎとし、この光路Ｂ１−ｍ−ｎを第二の光路とする。続いて測定対象１２１によって測定光が反射又は後方散乱された信号光は、大気中を光路ｎ−ｍに沿って再ぴ試料光路側対物レンズ１１９を通過し、再び平行ビーム光に変換される。続いて、再びガルバノミラー１１８によって反射され光路をｍ−Ｂ１へ変えられた後、試料光路側コリメータレンズ１１７に再び入射し、同レンズ１１７により集光され測定光送出／信号光入力口Ｂ１から光通信用ＳＭＦ１１６に入射する。このときの光路を、それぞれ空間光路ｎ−ｍ，空間光路ｍ−Ｂ１とし、この光路ｎ−ｍ−Ｂ１を第三の光路とする。なお、ガルバノミラー１１８は、測定光の進行方向を走査するために用いる。
【００６６】
ここまでの光路Ｂ１−ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１の光路長をＬB1-B1と表すことにすると、波長１．５５μｍにおける光路長ＬB1-B1は、表１及び表２に示した光路Ｂ１−ｍ，ｍ−ｎ，ｎ−ｍ，ｍ−Ｂ１のそれぞれの物理長と前記各光路の屈折率を用いて演算することで、表３に示すように、１．０ｍとなる。
【００６７】
また、光路Ｂ１−ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１の累積波長分散をＤB1-B1と表すことにすると、波長１．５５μｍにおける累積波長分散Ｄh-B1は、表１及び表２に示した光路Ｂ１−ｍ，ｍ−ｎ，ｎ−ｍ，ｍ−Ｂ１のそれぞれの物理長と前記各光路の単位長さ当たりの波長分散を用いて演算することで、表３に示すように、０ｐｓ／ｎｍとなる。
【００６８】
次に、測定光送出／信号光入力口Ｂ１に入射してきた試料光は、光通信用ＳＭＦ１１６と光通信用ＳＭＦ１１５を経て試料光路側サーキュレータ１０４の光出力／入力ポートｂから光出力ポートｃへと伝搬し、光通信用ＳＭＦ１０８および光通信用ＳＭＦ１０９を経て試料光路側ＰＣ１０７の光入力ポートｐから光出力ポートｑへ伝搬し、光通信用ＳＭＦ１１１と光通信用ＳＭＦ１１２を経て第２のカプラ１１０の入力ポートｉに入射する。
【００６９】
ここまでの光路（第四の光路）Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃ−ｐ−ｑ−Ｄ−ｉの光路長をＬB1-iと表すことにすると、波長１．５５μｍにおける光路長ＬB1-iは、表１及び表２に示した光路Ｂ１−Ｂ，Ｂ−ｂ，ｂ−ｃ，ｃ−Ｃ，Ｃ−ｐ，ｐ−ｑ，ｑ−Ｄ，Ｄ−ｉのそれぞれの物理長と前記各光路の屈折率を用いて演算することで、表３に示すように、１９．６４７５ｍとなる。
【００７０】
また、光路Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃ−Ｐ−ｑ−Ｄ−ｉの累積波長分散をＤB1-iと表すことにすると、波長１．５５μｍにおける累積波長分散ＤB1-iは、表１及び表２に示した光路Ｂ１−Ｂ，Ｂ−ｂ，ｂ−ｃ，ｃ−Ｃ，Ｃ−ｐ，ｐ−ｑ，ｑ−Ｄ，Ｄ−ｉのそれぞれの物理長と前記各光路の単位長さ当たりの波長分散を用いて演算することで、表３に示すように、２３０．３５×１０-3ｐｓ／ｎｍとなる。
【００７１】
以上より、光路ｈ−Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１−ｎ−ｎ−ｍ−Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃ−ｐ−ｑ−Ｄ−ｉ、すなわち試料光路１７１の光路長Ｌsampleは、上述したＬh-B1，ＬB1-B1，ＬB1-iを用いて演算することで、表３に示すように、３８．８４５ｍとなる。
【００７２】
また、同様にして試料光路１７１の累積波長分散Ｄsampleは、上述したＤh-B1，ＤB1-B1，ＤB1-iを用いて演算することで、表３に示すように、４４３．７×１０-3ｐｓ／ｎｍとなる。
【００７３】
以上、試料光路の光路長Ｌsampleと累積波長分散Ｄsampleについて述べた。両者の関係をチャート化し、図４（ａ）に示す。図４（ａ）において、光通信用ＳＭＦで構成される光路ｈ−Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１（光路長Ｌh-B1＝１８．１９７５ｍ）の累積波長分散Ｄh-B1は２１３．３５×１０-3ｐｓ／ｎｍであり、空間光路で構成される光路Ｂ１−ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１（光路長ＬB1-B1＝１．０ｍ）の累積波長分散ＤB1-B1は０ｐｓ／ｎｍであるため、光路ｈ−Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１−ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１（光路長Ｌh-B1＋ＬB1-B1＝１９．１９７５ｍ）の累積波長分散Ｄh-B1の値は、２１３．３５×１０-3ｐｓ／ｎｍのまま変わらない。一方、光通信用ＳＭＦで構成される光路Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃ−ｐ−ｑ−Ｄ−ｉ（光路長ＬB1-i＝１９．６４７５ｍ）の累積波長分散ＤB1-iは２３０．３５×１０-3ｐｓ／ｎｍであるため、最終的に光路ｈ−Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１−ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃ−Ｄ−ｉ、すなわち試料光路（光路長Ｌsample＝Ｌh-B1＋ＬB1-B1＋ＬB1-i＝３８．８４５ｍ）の累積波長分散Ｄsampleは、４４３．７×１０-3ｐｓ／ｎｍとなる。なお、図４（ａ）の横軸について、視覚的な理解のため光路長ＬB1-B1の部分を拡大して表示している。以上、図４（ａ）について説明を述べた。
【００７４】
（４）本発明のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置１００における参照光路１７２の光路長Ｌrefと累積波長分散Ｄref
なお、図１に示した本発明のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置１００は、試料光路１７１を伝搬する測定／信号光と、参照光路１７２を伝搬する参照光との干渉現象を利用して断層画像を構築する。そのため、試料光路１７１と参照光路１７２の光路長がほぼ一致している必要がある（Ｌsample≒Ｌref）のはもちろんのこと、試料光路１７１と参照光路１７２の累積波長分散がほぼ一致していること（Ｄsample≒Ｄref）も必要である。よって、本実施例においては試料光路１７１の各光路と、それらに対応する参照光路１７２の各光路の光路長と累積波長分散の値を等しくなるように設定した。具体的には、光路ｈ−Ａの光路長と累積波長分散と、光路ｊ−Ｅの光路長と累積波長分散がそれぞれほぼ等しくなるように設定した。同じく光路Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１の光路長と光路Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃの光路長との和および光路Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１の累積波長分散と光路Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃの累積波長分散との和が、光路Ｅ−Ｆの光路長と累積波長分散にそれぞれほぼ等しくなるように設定した。同じく光路Ｂ１−ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１の光路長と累積波長分散が、光路Ｆ−Ｇの光路長と累積波長分散にそれぞれほぼ等しくなるように設定した。同じく光路Ｃ−ｐ−ｑ−Ｄ−ｉの光路長と累積波長分散が、光路Ｇ−ｒ−ｓ−Ｈ−ｋの光路長と累積波長分散にそれぞれほぼ等しくなるように設定した。詳細については、後述する。
【００７５】
続いて、上記（３）項と同様にして、参照光路１７２の光路長Ｌrefと累積波長分散Ｄrefについてそれぞれ詳細を説明する。図１の構成による本発明のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置１００において、第１のカプラ１０２の光出力ポートｊから出射した波長可変光源１０１からの参照光は、光通信用ＳＭＦ１２３を介して光路長調整用ＳＭＦ１５０に入射する。ここまでの光路ｊ−Ｅの光路長をＬj-Eと表することにすると、波長１．５５μｍにおける光路長Ｌj-Eは、表１及び表２に示した光路ｊ−Ｅの物理長と前記光路の屈折率を用いて演算することで、表３に示すように、０．７２５ｍとなる。
【００７６】
ここで、光路ｊ−Ｅと対応する試料光路中の光路ｈ−Ａの光路長Ｌh-Aは、表１及び表２に示した光路ｈ−Ａの物理長と屈折率を用いて演算することで、表３に示すように、０．７２５ｍとなる。
【００７７】
よって、光路ｊ−Ｅの光路長Ｌj-Eと、光路ｊ−Ｅに対応する光路ｈ−Ａの光路長Ｌh-Aは等しく設定されている。また、光路ｊ−Ｅの累積波長分散をＤj-Eと表すことにすると、波長１．５５μｍにおける累積波長分散Ｄj-Eは、表１及び表２に示した光路ｊ−Ｅの物理長と前記光路の単位長さ当たりの波長分散を用いて演算することで、表３に示すように、８．５×１０-3ｐｓ／ｎｍとなる。
【００７８】
このとき、光路ｊ−Ｅと対応する試料光路中の光路ｈ−ＡのＤh-Aは、表１及び表２に示した光路ｈ−Ａの物理長と単位長さ当たりの波長分散を用いて演算することで、表３に示すように、８．５×１０-3ｐｓ／ｎｍとなる。
【００７９】
よって、光路ｊ−Ｅの累積波長分散Ｄj-Eと、光路ｊ−Ｅに対応する光路ｈ−Ａの累積波長分散Ｄh-Aは等しく設定されている。続いて、光路長調整用ＳＭＦ１５０に到達した参照光は、接続点ＦにおいてＤＳＦ１５１に入射する。このときの光路長調整用ＳＭＦ１５０の光路長をＬE-Fと表すことにすると、波長１．５５μｍにおける光路長ＬE-Fは、表１及び表２に示した光路Ｅ−Ｆの物理長と前記光路の屈折率を用いて演算することで、表３に示すように、３４．９２５ｍとなる。
【００８０】
ここで、図１に示した本発明のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置１００において、試料光路側サーキュレータ（光通信用ＳＭＦ１４１，光通信用ＳＭＦ１４２）１０４と同サーキュレータ１０４の各ポート（光入力ポートａ，光出力／入力ポートｂ，光出力ポートｃ）に接続された光通信用ＳＭＦ（光通信用ＳＭＦ１０６，光通信用ＳＭＦ１１５，光通信用ＳＭＦ１０８）を測定／信号光が伝搬する光路を、参照光路１７２では単一の光通信用ＳＭＦである光路長調整用ＳＭＦ１５０のみで置き換えることにより、参照光路１７２にサーキュレータを用いることなくＯＥＤＲ−ＯＣＴ装置１００の小型・低コスト化を実現している。よって、光路長調整用ＳＭＦ１５０の光路長ＬE-Fと、光路Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１の光路長ＬA-B1と光路Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃの光路長ＬB1-Cとの和が等しくなるように設定した。すなわち、ＬE-F＝ＬA-B1＋ＬB1-Cである。光路長ＬA-B1は、表１及び表２に示した光路Ａ−ａ，ａ−ｂ，ｂ−Ｂ，Ｂ−Ｂ１のそれぞれの物理長と前記各光路の屈折率を用いて演算することで、表３に示すように、１７．４７２５ｍとなる。
【００８１】
また、光路長ＬB1-Cは、表１及び表２に示した光路Ｂ１−Ｂ，Ｂ−ｂ，ｂ−ｃ，ｃ−Ｃのそれぞれの物理長と前記各光路の屈折率を用いて演算することで、表３に示すように、１７．４７２５となる。
【００８２】
よって、ＬA-B1＋ＬB1-C＝３４．９４５ｍとなり、ＬE-F＝ＬA-B1＋ＬB1-Cを満たしている。すなわち、光路Ｅ−Ｆの光路長ＬE-Fと、光路Ｅ−Ｆに対応する光路Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１の光路長ＬA-B1と光路Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃの光路長ＬB1-Cとの和は等しく設定されている。
【００８３】
また、光路Ｅ−Ｆの累積波長分散をＤE-Fと表することにすると、波長１．５５μｍにおける累積波長分散ＤE-Fは、表１及び表２に示した光路Ｅ−Ｆの物理長と前記光路の単位長さ当たりの波長分散を用いて演算することで、表３に示すように、４０９．７×１０-3ｐｓ／ｎｍとなる。
【００８４】
ここで、光路Ｅ−Ｆと対応関係にある、光路Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１と光路Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃの累積波長分散の値を求める。光路Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１の物理長ｌA-B1（＝ｌA-a＋ｌa-b＋ｌb-B＋ｌB-B1）と光路Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃの物理長ｌB1-C（＝ｌB1-B＋ｌB-b＋ｌb-c＋ｌc-C）は、表１よりそれぞれ１２．０５ｍ，１２．０５ｍである。よって、累積波長分散ＤA-B1と累積波長分散ＤB1-Cの和は、表３に示すように、４０９．７×１０-3ｐｓ／ｎｍとなる。
【００８５】
よって、ＤE-F＝ＤA-B1＋ＤB1-Cであることを確認した。すなわち、光路Ｅ−Ｆの累積波長分散ＤE-Fと、光路Ｅ−Ｆに対応するＡ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１の累積波長分散ＤA-B1と光路Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃの累積波長分散ＤB1-Cとの和は等しく設定されている。なお、光路ｊ−Ｅ−Ｆまでの累積波長分散をＤj-Fとすると、このＤj-Fは、表３に示すように、４１８．２×１０-3ｐｓ／ｎｍとなる。
【００８６】
続いて、参照光は光路長調整用ＳＭＦ１５０から接続点Ｆを経てＤＳＦ１５１に入射する。このときのＤＳＦ１５１の光路長をＬF-Gと表すことにすると、波長１．５５μｍにおける光路長ＬF-Gは、表１及び表２に示した光路Ｆ−Ｇの物理長と前記光路の屈折率を用いて演算することで、表３に示すように、１．０ｍとなる。
【００８７】
ここで、図１に示した本発明のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置１００において、光路Ｂ１−ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１を測定／信号光が伝搬する空間光路を、参照光路１７２では単一のＤＳＦ１５１のみで置き換えることにより、参照光路１７２に従来の装置の参照光照射／受光装置を用いることなくＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置の小型・低コスト化・作業効率の向上を実現している。よって、屈折率ｎdef＝１．４５であるＤＳＦ１５１の物理長ｌF-Gの値は、ＤＳＦ１５１の光路長ＬF-Gと空間光路Ｂ１−ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１の光路長ＬB1-B1とが等しくなるように設定した。すなわち、光路Ｆ−Ｇの光路長ＬF-Gと、光路Ｆ−Ｇに対応する空間光路Ｂ１−ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１の光路長ＬB1-B1は、ともに１．０ｍであり、等しく設定されている。
【００８８】
一方、ＤＳＦ１５１の累積波長分散をＤF-Gとすると、表１及び表２に示した光路Ｆ−Ｇの物理長と前記光路の単位長さ当たりの波長分散を用いて演算することで、表３に示すように、０ｐｓ／ｎｍとなる。
【００８９】
すなわち、光路Ｆ−Ｇの累積波長分散ＤF-Gと、光路Ｆ−Ｇに対応する空間光路Ｂ１−ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１の累積波長分散ＤB1-B1は、ともに０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、等しく設定されている。
【００９０】
このように、波長１．５５μｍ付近において単位長さ当たりの波長分散σが０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであるＤＳＦを用いると、試料光路の空間光路を参照光路では単一の光通信用ファイバで置き換えても、それぞれの光路長と累積波長分散の値を１．５５μｍ付近において等しくすることが可能となる。ところで、図３の点線で示したように、ＤＳＦの単位長さ当たりの波長分散σdefは、厳密には波長１．５５μｍ以外においては０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍではなく、有限の値を有する。しかしながら、本実施例における測定光／信号光の波長範囲は１．５３〜１．５７μｍであるため、同波長範囲におけるσdefの値は、−１．２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍから１．２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの間の値となるため、実用上０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであると考えて良い。
【００９１】
続いて参照光は、接続点Ｇから参照光路側ＰＣ１２５の入力ポートｒに入射する。次に参照光は、参照光路側ＰＣ１２５の光入力ポートｒから光出力ポートｓへと伝搬し、光通信用ＳＭＦ１２８および光通信用ＳＭＦ１２９を経て第２のカプラ１１０の入力ポートｋに入射する。ここまでの光路Ｇ−ｒ−ｓ−Ｈ−ｋの光路長をＬG-kと表すことにすると、波長１．５５μｍにおける光路長ＬG-kは、表１及び表２に示した光路Ｇ−ｒ，ｒ−ｓ，ｓ−Ｈ，Ｈ−ｋのそれぞれの物理長と前記各光路の屈折率を用いて演算することで、表３に示すように、２．１７５ｍとなる。
【００９２】
ここで、光路Ｇ−ｒ−ｓ−Ｈ−ｋと対応する試料光路中の光路Ｃ−ｐ−ｑ−Ｄ−ｉの光路長ＬC-iは、表１及び表２に示した光路Ｃ−ｐ，ｐ−ｑ，ｑ−Ｄ，Ｄ−ｉのそれぞれの物理長と各光路の屈折率を用いて演算することで、表３に示すように、２．１７５ｍとなる。
【００９３】
よって、光路Ｇ−ｋの光路長ＬG-kと、光路Ｇ−ｒ−ｓ−Ｈ−ｋに対応する光路Ｃ−ｐ−ｑ−Ｄ−ｉの光路長ＬC-iは、ともに２．１７５ｍであり、等しく設定されている。
【００９４】
また、光路Ｇ−ｒ−ｓ−Ｈ−ｋの累積波長分散をＤG-kと表すことにすると、波長１．５５μｍにおける累積波長分散ＤG-kは、表１及び表２に示した光路Ｇ−ｒ，ｒ−ｓ，ｓ−Ｈ，Ｈ−ｋのそれぞれの物理長と前記各光路の単位長さ当たりの波長分散を用いて演算することで、表３に示すように、２５．５×１０-3ｐｓ／ｎｍとなる。
【００９５】
ここで、光路Ｇ−ｒ−ｓ−Ｈ−ｋと対応する試料光路中の光路Ｃ−ｐ−ｑ−Ｄ−ｉの累積波長分散ＤC-iは、表１及び表２に示した光路Ｃ−ｐ，ｐ−ｑ，ｑ−Ｄ，Ｄ−ｉのそれぞれの物理長と各光路の単位長さ当たり波長分散を用いて演算することで、表３に示すように、２５．５×１０-3ｐｓ／ｎｍとなる。
【００９６】
すなわち、光路Ｇ−ｋの累積波長分散ＤG-kと、光路Ｇ−ｋに対応するＣ−ｐ−ｑ−Ｄ−ｉの累積波長分散ＤC-iは、ともに２５．５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、等しく設定されている。
【００９７】
以上より、参照光路（光路（第五の光路）ｊ−Ｅ−Ｆ−Ｇ−ｒ−ｓ−Ｈ−ｋ）の光路長Ｌrefは、上述したＬj-E，ＬE-F，ＬF-G，ＬG-Kを用いて演算することで、表３に示すように、３８．８４５ｍとなる。
【００９８】
よって、参照光路Ｌrefと試料光路Ｌsampleの光路長は、ともに３８．８４５ｍとなり、等しく設定されている（Ｌref＝Ｌsample）。
【００９９】
また、同様にして参照光路１７２の累積波長分散Ｄrefは、上述したＤj-E，ＤE-F，ＤF-G，ＤG-K式を用いて演算することで、表３に示すように、４４３．７×１０-3ｐｓ／ｎｍとなる。
【０１００】
よって、参照光路１７２と試料光路１７１の累積波長分散はともに４４３．７×１０-3ｐｓ／ｎｍとなり、等しく設定されている（Ｄref＝Ｄsample）。
【０１０１】
これまで述べてきた参照光路１７２の光路長Ｌrefと累積波長分散Ｄrefについて両者の関係をチャート化し、図４（ｂ）に示す。図４（ｂ）において、横軸は光路長Ｌ、縦軸は累積波長分散Ｄである。図４（ｂ）より、光通信用ＳＭＦで構成される光路ｊ−Ｅ−Ｆ（光路長Ｌj-F＝３５．６７ｍ）の累積波長分散は、４１８．２×１０-3ｐｓ／ｎｍであり、波長１．５５μｍにおけるσdsf＝０であるＤＳＦで構成される光路Ｆ−Ｇ（光路長ＬF-G＝１．０ｍ）の累積波長分散ＤF-Gは、０ｐｓ／ｎｍであるため、光路ｊ−Ｅ−Ｆ−Ｇ（光路長Ｌj-G＝３６．６７ｍ）の累積波長分散Ｄj-Gは、４１８．２×１０-3ｐｓ／ｎｍのまま変わらない。一方、光通信用ＳＭＦで構成される光路Ｇ−ｒ−ｓ−Ｈ−ｋ（光路長ＬG-k＝２．１７５ｍ）の累積波長分散ＤG-kは２５．５×１０-3ｐｓ／ｎｍであるため、最終的に光路ｊ−Ｅ−Ｆ−Ｆ−Ｇ−ｒ−ｓ−Ｈ−ｋ，すなわち参照光路（光路長Ｌref＝Ｌj-E＋ＬE-F＋ＬF-G＋ＬG-K＝３８．８４５ｍ）１３９の累積波長分散Ｄrefは、４４３．７×１０-3ｐｓ／ｎｍとなる。
【０１０２】
よって、図４（ａ）と図４（ｂ）を比較すると、これまで説明してきたように、参照光路１７２と試料光路１７１では光路長が一致し、かつ累積波長分散の値も一致することが視覚的に理解できる。
【０１０３】
（５）本発明のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置による測定結果
図５に、図１に示した本発明のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置１００を用いて得られた反射光信号強度のピークを示す（図５中実線）。図５の横軸は、測定対象のｚ軸（奥行き）方向の座標を、縦軸は反射光信号の強度を表している。図５中実線で示した本発明のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置１００を用いて得られた反射光信号強度のピークの半値全幅は２６μｍであり、参照光路へのＤＳＦ導入により試料光路と参照光路の累積波長分散の値が等しく設定されているため、測定分解能が低下せず、図１９に示した従来のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置の測定分解能（２６μｍ）と同じ良好な値を示している。
【０１０４】
（６）ＤＳＦの代わりに光通信用ＳＭＦを用いた場合
本実施例のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置１００において、分散シフトファイバを用いることの重要性について説明する。図１に示した本発明のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置１００において、参照光路中の光路長ＬF-Gを有するＤＳＦ（光路Ｆ−Ｇ）１５１の部分を、同じ光路長Ｌ１F-G（＝ＬF-G＝ｎsmf×ｌF-G）を有する光通信用ＳＭＦにより置き換えた場合を考える。このような場合でも、図１９に示した従来のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置と比較して、装置の小型化・低コスト化・作業効率の向上を実現できる。しかしながら、光通信用ＳＭＦを光路Ｆ−Ｇに用いる場合、光路長Ｌ１F-GはＬF-Gと等しいが、同光路の累積波長分散Ｄ１F-Gが異なる。具体的には、ＤＳＦ１５１を用いた時の累積波長分散ＤF-Gは０ｐａ／ｎｍ／ｋｍであったが、光通信用ＳＭＦの場合は、累積波長分散Ｄ１F-Gは、表３に示すように、１１．７３ｐｓ／ｎｍとなる。
【０１０５】
この累積波長分散Ｄ１F-Gは、光路Ｆ−Ｇに対応する試料光路中の光路Ｂ１−ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１の累積波長分散ＤB1-B1と一致しなくなる。よって、参照光路の累積波長分散Ｄrefは、参照光路の累積波長分散よりも１１．７３ｐｓ／ｎｍだけ大きくなるため、図４（ｂ）に示した参照光路の累積波長分散の光路長依存性を示したチャートは、図６のようになる。よって、図４（ａ）と図６を比較すると、参照光路と試料光路では光路長は一致するものの、累積波長分散の値は一致しないことが視覚的な理解できる。このように、試料光路と参照光路の光路長が等しくても、両者の累積波長分散に差が生じた場合は、図５中点線で示したように反射光信号強度のピークの半値全幅が５２μｍと、ＤＳＦを用いた場合と比べ著しく大きくなってしまう。そのため、光路Ｆ−Ｇにおいて光通信用ＳＭＦを用いても、小型、低コスト、作業効率の高いＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置を実現することはできるが、反射光信号強度のピークの半値全幅が大きくなり、測定分解能が著しく低下する。よって、図１に示した本発明のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置１００の光路Ｆ−Ｇに同光通信用ＳＭＦを用いることは適切でない。
【０１０６】
なお、ＤＳＦは国内外の光通信用ＳＭＦメーカが量産している市販品であるため、本ＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置のごく一部分にＤＳＦを導入しても、装置全体のコスト上昇は無視できる範囲内であると考えられる。
【０１０７】
また、本実施例において参照光路中の光路Ｆ−ＧにＤＳＦ１５１を用いたが、光路Ｆ−ＧをＤＳＦ１５１と同じ光路長を有するＤＦＦで置き換えても同様の効果が得られることは明らかである。図３中二点鎖線で示したように、波長１．５５μｍにおける単位長さ当たりの波長分散σdff＝０．５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、また分散スロープｄσdff／ｄλが波長１．５５μｍ付近を中心にしてほぼ零、すなわち、波長分散σdffの波長依存性が極めて小さい。そのため、ＤＳＦとは異なり、波長１．５５μｍ付近においては有限の単位長さ当たりの波長分散の値（σdff＝０．５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）を有するが、その値は極めて小さい。また、本実施例における測定光／信号光の波長範囲は１．５３〜１．５７μｍであるが、同波長範囲におけるＤＦＦの分散スロープがほぼ零である。そのため、同波長範囲におけるσdffの値は０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍから０．５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの間の値となり、実用上０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであると考えて良い。そのため、参照光路にＤＦＦを用いても、ＤＳＦを用いたときと同様の効果が得られるのは明らかである。
【実施例２】
【０１０８】
以下に、本発明の第２の実施例に係る光を用いた断層撮影装置および波長分散の補正方法について、図面を用いて具体的に説明する。すなわち、この実施例では、試料光路と参照光路に用いる光通信用ファイバの全てに、分散シフトファイバを用いる方法について、説明する。
図７は、本発明の第２の実施例に係る光を用いた断層撮影装置の概略図である。図８は、それが有する波長可変光源から出射する光の波長変化を時間に対して表したグラフである。この図８において、縦軸は波長可変光源が出射する光の波長であり、横軸は最初の波長が出射されてからの経過時間である。
【０１０９】
（１）装置構成
本発明の第２の実施例に係る光を用いた断層撮影装置（オプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置）では、波長可変光源は、図８に示すように、階段状に波長走査し、波長間隔は波数に変換した場合に等間隔になるように走査する。図８の場合、波数間隔が２．６×１０-4μｍ-1、一波数当たりの保持時間は１μｓである。また、波長可変光源の波長走査範囲は１．５３０〜１．５７０μｍ（Ｃ−ｂａｎｄ）である。また、波長可変光源の出力強度は、波数に拠らず一定値１０ｍＷである。波長可変光源は、例えば超周期構造回折格子分布反射半導体レーザ（非特許文献１を参照）を用いる。
【０１１０】
この装置は、小型、低コスト、作業効率の高いＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置を実現するために、試料光路と参照光路に用いる光通信用ファイバの全てにＤＳＦを用いたことを特徴とする。
【０１１１】
装置構成について詳細を説明する。この装置２００は、図７に示すように、波長可変光源２０１の出力を方向性結合器等からなる９：１カプラ（第１のカプラ）２０２の光入力ポート２０２ａに光通信用ＳＭＦ２０３により光学的に接続する。第１のカプラ２０２の一方側（分割割合９０％側）の光出力ポートｈは、試料光路側サーキュレータ２０４の光入力ポートａに、ＤＳＦ（光路ｈ−Ａ）２０５およびＤＳＦ（光路Ａ−ａ）２０６により光学的に接続している。ＤＳＦ２０５は、第１のカプラ２０２の製造時に光出力ポートｈに接続される。また、ＤＳＦ２０６は、試料光路側サーキュレータ２０４の製造時に光入力ポートａに接続される。ＤＳＦ２０５とＤＳＦ２０６との接続箇所である接続点をＡとする。同接続点は融着または光コネクタにより形成される。本実施例に記述される接続点は全て同様にして形成され、光コネクタを用いる場合は、斜め（角度７°〜１２°）研磨端面を有するコネクタにし、できるだけコネクタ端面における光反射が生じないようにすることが望ましい。また、試料光路側サーキュレータ２０４の光入力ポートａは、同サーキュレータ２０４の製造時にＤＳＦ（光路ａ−ｂ）２４１により、同サーキュレータ２０４の光入力／出力ポートｂに接続される。なお、試料光路側サーキュレータ２０４の内部である光路ａ−ｂと後述する光路ｂ−ｃは、実際には光通信用ＤＳＦの他に光学レンズやファラデー回転子、偏光子などから構成されている。本実施例において、両光路の物理長は、両光路が光通信用ＤＳＦのみで構成されたと仮定して換算した値を用い、この物理長を光通信用ＤＳＦのｎdsfとσdsfに乗じると同サーキュレータ内部の正確な光路長と波長分散にほぼ等しい値を得ることができる。
【０１１２】
試料光路側サーキュレータ２０４の光出力ポートｃは、試料光路側ＰＣ２０７の光入力ポートｐに、ＤＳＦ（光路ｃ−Ｃ）２０８およびＤＳＦ（光路Ｃ−ｐ）２０９により光学的に接続している。なお、試料光路側ＰＣ２０７と後述する参照光路側ＰＣ２２５は、光通信用ファイバを回転機構を有するボビンに巻き付けて同ファイバ中を伝搬する光の偏波状態を制御する光ファイバ型ＰＣを用いた。ＤＳＦ２０８とＤＳＦ２０９の接続箇所である接続点をＣとする。また、ＤＳＦ２０９は試料光路側サーキュレータ２０４の製造時に光出力ポートｃに接続され、ＤＳＦ２０９は試料光路側ＰＣ２０７の製造時に光入力ポートｐに接続される。同試料光路側ＰＣ２０７の光入力ポートｐは、同ＰＣ２０７の製造時にＤＳＦ（光路ｐ−ｑ）２４３により、同ＰＣ２０７の光出力ポートｑに接続される。試料光路側ＰＣ２０７の光出力ポートｑは、１：１カプラ（第２のカプラ）２１０の光入力ポートｉにＤＳＦ（光路ｑ−Ｄ）２１１およびＤＳＦ（光路Ｄ−ｉ）２１２により光学的に接続している。ＤＳＦ２１１とＤＳＦ２１２の接続点をＤとする。また、ＤＳＦ２１１は試料光路側ＰＣ２０７の製造時に光出力ポートｑに接続され、ＤＳＦ２１２は第２のカプラ２１０の製造時に光入力ポートｉに接続される。第２のカプラ２１０の両方の光出力ポート２１０ａ，２１０ｂは、光検出機能を有する差動増幅器２１３の光入力ポート２１３ａ，２１３ｂに光通信用ＤＳＦ２１４により光学的に接続している。
【０１１３】
また、試料光路側サーキュレータ２０４の光入力／出力ポートｂは、ＤＳＦ（光路ｂ−Ｂまたは光路Ｂ−ｂ）２１５及びＤＳＦ（光路Ｂ−Ｂ１または光路Ｂ１−Ｂ）２１６により測定光送出／信号光入力口Ｂ１、試料光路側コリメータレンズ２１７，ガルバノミラー２１８，試料光路側対物レンズ２１９から成る測定光照射系／信号光受光系２２０に接続される。このとき、試料光路側サーキュレータ２０４の光入力／出力ポートｂと接続されているＤＳＦ２１５と、測定光送出／信号光入力口Ｂ１を有するＤＳＦ２１６との接続箇所である接続点をＢとする。ＤＳＦ２１５は、試料光路側サーキュレータ２０４の製造時に光出力／入力ポートｂに接続される。測定光照射系／信号光受光系２２０は、測定対象２２１によって測定光が反射又は後方散乱された信号光を捕捉する手段としても機能する。従って、以後、測定光照射／信号光受光手段と呼ぶ。なお、測定光照射系／信号光受光系２２０において、測定光が測定光送出／信号光入力口Ｂ１からガルバノミラー２１８に至るまでと、ガルバノミラー２１８から測定対象２２１に至るまでの光路を、それぞれ空間光路Ｂ１−ｍと空間光路ｍ−ｎとする。同様にして、信号光が、測定対象２２１からガルバノミラー２１８に至るまでと、ガルバノミラー２１８から測定光送出／信号光入力口Ｂ１に至るまでの光路を、それぞれ空間光路ｎ−ｍと空間光路ｍ−Ｂ１とする。空間光路Ｂ１−ｍ，ｍ−ｎ，ｎ−ｍ，ｍ−Ｂ１については、後で詳しく説明する。
【０１１４】
一方、試料光路側サーキュレータ２０４の光入力／出力ポートｂは、同サーキュレータ２０４の光出力ポートｃに接続される。
【０１１５】
他方、第１のカプラ２０２の他方側（分割割合１０％側）の光出力ポートｊは、ＤＳＦ（光路ｊ−Ｅ）２２３および光路長調整用ＤＳＦ（光路Ｅ−Ｆ）２５０、および光路長調整用ＤＳＦ（光路Ｆ−Ｇ）２５１およびＤＳＦ（光路Ｇ−ｒ）２２４により、参照光路側ＰＣ２２５の光入力ポートｒに光学的に接続されている。このとき、ＤＳＦ２２３と光路長調整用ＤＳＦ２５０との接続箇所である接続点をＥとする。また、光路長調整用ＤＳＦ１と光路長調整用ＤＳＦ２との接続箇所をＦとする。さらに、光路長調整用ＤＳＦ２５１とＤＳＦ２２４との接続箇所である接続点をＧとする。ＤＳＦ２２３は、第１のカプラ２０２の製造時に光出力ポートｊに接続される。また、ＤＳＦ２２４は、参照光路側ＰＣ２２５の製造時に光入力ポートｒに接続される。参照光路側ＰＣ２２５の光出力ポートｓは、同ＰＣ２２５の製造時にＤＳＦ（光路ｒ−ｓ）２４４により、同ＰＣ２２５の光出力ポートｓに接続される。参照光路側ＰＣ２２５の光出力ポートｓは、第２のカプラ２１０の光入力ポートｋにＤＳＦ（光路ｓ−Ｈ）２２８およびＤＳＦ（光路Ｈ−ｋ）２２９により光学的に接続している。ＤＳＦ２２８とＤＳＦ２２９の接続点をＨとする。また、ＤＳＦ２２８は参照光路側ＰＣ２２５の製造時に光出力ポートｓに接続され、ＤＳＦ２２９は第２のカプラ２１０の製造時に光入力ポートｋに接続される。
【０１１６】
以上説明した試料光路２７１と参照光路２７２における各光路の物理長と媒質を、表４にまとめて表示した。なお、表４にて、※１における試料光路側サーキュレータ内部である光路ａ-ｂと光路ｂ-ｃは、実際にはＤＳＦの他に、光学レンズやファラデー回転子、偏光子などから構成される。本実施例では、両光路の物理長は、両光路がＤＳＦのみで構成されたと仮定して換算した値を記載している。この物理長を光通信用ＤＳＦのｎdsfとσdsfに乗じるとサーキュレータ内部の正確な光路長と波長分散にほぼ等しい値を得ることができる。
【０１１７】
【表４】
2007315857.tif 000007
【０１１８】
また、差動増幅器２１３の出力部２１３ｃは、試料の反射又は後方散乱強度分布を計算する演算制御装置２３６の入力部２３６ａにＡ／Ｄ変換器２３７を介して電気的に接続している。演算制御装置２３６の出力部２３６ｂは、演算結果を表示するモニタやプリンタ等の表示装置２３８の入力部２３８ａに電気的に接続している。この演算制御装置２３６は、入力された情報に基づいて波長可変光源２０１及びガルバノミラー２１８を制御することができるようになっている。
【０１１９】
（２）本発明のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置における試料光路の光路長Ｌsampleと累積波長分散Ｄsample
試料光路２７１の光路長Ｌsampleと累積波長分散Ｄsampleについてそれぞれ詳細を説明する。図７に示した本発明の第２の実施例に係る光を用いた断層撮影装置２００において、第１のカプラ２０２の光出力ポートｈに入射して来た波長可変光源２０１からの測定光は、ＤＳＦ２０５とＤＳＦ２０６を経て試料光路側サーキュレータ２０４の光入力ポートａに入射する。次に、試料光路側サーキュレータ２０４の光入力ポートａから光出力／入力ポートｂに伝搬した測定光は、ＤＳＦ２１５とＤＳＦ２１６を経て測定光送出／信号光入力口Ｂ１に到達する。ここまでの光路（第一の光路）ｈ−Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１の光路長をＬh-B1と表すことにすると、波長１．５５μｍにおける光路長Ｌh-B1は、表２及び表４に示した光路ｈ−Ａ，Ａ−ａ，ａ−ｂ，ｂ−Ｂ，Ｂ−Ｂ１のそれぞれの物理長と前記各光路の屈折率を用いて演算することで、表５に示すように、１８．１９７５ｍとなる。
【０１２０】
【表５】
2007315857.tif 000008
【０１２１】
また、光路ｈ−Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１の累積波長分散をＤh-B1と表すことにすると、波長１．５５μｍにおける。累積波長分散Ｄh-B1は、表２及び表４に示した光路ｈ−Ａ，Ａ−ａ，ａ−ｂ，ｂ−Ｂ，Ｂ−Ｂ１のそれぞれの物理長と前記各光路の単位長さ当たりの波長分散を用いて演算することで、表５に示すように、０ｐｓ／ｎｍとなる。
【０１２２】
続いて、測定光送出／信号光入力口Ｂ１に到達した測定光は、測定光照射系／信号光受光系２２０に入射する。図７に示すように、ＤＳＦ２１６を通ってきた測定光は、測定光送出／信号光入力口Ｂ１から大気中にＢ１−ｍ方向へ放射し平行光ビームに整形する試料光路側コリメータレンズ２１７を通過する。この平行光ビームはさらに大気中をＢ１−ｍ方向へ伝搬し、ガルバノミラー２１８により反射され光路をｍ−ｎに変えて測定対象２２１に集光する試料光路側対物レンズ２１９を経て、測定対象２２１に入射する。このときの光路を、それぞれ空間光路Ｂ１−ｍ，空間光路ｍ−ｎとし、この光路Ｂ１−ｍ−ｎを第二の光路とする。続いて測定対象２２１によって測定光が反射又は後方散乱された信号光は、大気中を光路ｎ−ｍに沿って再ぴ試料光路側対物レンズ２１９を通過し、再び平行ビーム光に変換される。続いて、再びガルバノミラー２１８によって反射され光路をｍ−Ｂ１へ変えられた後、試料光路側コリメータレンズ２１７に再び入射し、同レンズ２１７により集光され測定光送出／信号光入力口Ｂ１からＤＳＦ２１６に入射する。このときの光路を、それぞれ空間光路ｎ−ｍ，空間光路ｍ−Ｂ１とし、この光路ｎ−ｍ−Ｂ１を第三の光路とする。なお、ガルバノミラー２１８は、測定光の進行方向を走査するために用いる。
【０１２３】
ここまでの光路Ｂ１−ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１の光路長をＬB1-B1と表すことにすると、波長１．５５μｍにおける光路長ＬB1-B1は、表２及び表４に示した光路Ｂ１−ｍ，ｍ−ｎ，ｎ−ｍ，ｍ−Ｂ１のそれぞれの物理長と前記各光路の屈折率を用いて演算することで、表５に示すように、１．０ｍとなる。
【０１２４】
また、光路Ｂ１−ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１の累積波長分散をＤB1-B1と表すことにすると、波長１．５５μｍにおける累積波長分散Ｄh-B1は、表２及び表４に示した光路Ｂ１−ｍ，ｍ−ｎ，ｎ−ｍ，ｍ−Ｂ１のそれぞれの物理長と前記各光路の単位長さ当たりの波長分散を用いて演算することで、表５に示すように、０ｐｓ／ｎｍとなる。
【０１２５】
次に、測定光送出／信号光入力口Ｂ１に入射してきた試料光は、ＤＳＦ２１６とＤＳＦ２１５を経て試料光路側サーキュレータ２０４の光出力／入力ポートｂから光出力ポートｃへと伝搬し、ＤＳＦ２０８およびＤＳＦ２０９を経て試料光路側ＰＣ２０７の光入力ポートｐから光出力ポートｑへ伝搬し、ＤＳＦ２１１とＤＳＦ２１２を経て第２のカプラ２１０の入力ポートｉに入射する。
【０１２６】
ここまでの光路（第四の光路）Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃ−ｐ−ｑ−Ｄ−ｉの光路長をＬB1-iと表すことにすると、波長１．５５μｍにおける光路長ＬB1-iは、表２及び表４に示した光路Ｂ１−Ｂ，Ｂ−ｂ，ｂ−ｃ，ｃ−Ｃ，Ｃ−ｐ，ｐ−ｑ，ｑ−Ｄ，Ｄ−ｉのそれぞれの物理長と前記各光路の屈折率を用いて演算することで、表５に示すように、１９．６４７５ｍとなる。
【０１２７】
また、光路Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃ−ｐ−ｑ−Ｄ−ｉの累積波長分散をＤB1-iと表すことにすると、波長１．５５μｍにおける累積波長分散ＤB1-iは、表２及び表４に示した光路Ｂ１−Ｂ，Ｂ−ｂ，ｂ−ｃ，ｃ−Ｃ，Ｃ−ｐ，ｐ−ｑ，ｑ−Ｄ，Ｄ−ｉのそれぞれの物理長と前記各光路の単位長さ当たりの波長分散を用いて演算することで、表５に示すように、０ｐｓ／ｎｍとなる。
【０１２８】
以上より、光路ｈ−Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１−ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃ−ｐ−ｑ−Ｄ−ｉ，すなわち試料光路の光路長Ｌsampleは、上述したＬh-B1，ＬB1-B1，ＬB1-iを用いて演算することで、表５に示すように、３８．８４５ｍとなる。
【０１２９】
また、同様にして試料光路の累積波長分散Ｄsampleは、上述したＤh-B1，ＤB1-B1，ＤB1-iを用いて演算することで、表５に示すように、０ｐｓ／ｎｍとなる。
【０１３０】
以上、試料光路２７１の光路長Ｌsampleと累積波長分散Ｄsampleについて述べた。両者の関係をチャート化し、図９（ａ）に示す。図９（ａ）において、光路ｈ−Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１−ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃ−Ｄ−ｉ，すなわち試料光路（光路長Ｌsample＝Ｌh-B1＋ＬB1-B1＋ＬB1-i＝３８．８４５ｍ）の累積波長分散Ｄsampleは、試料光路が全て波長１．５５μｍにおける波長分散σが０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである媒質（ＤＳＦと空間光路）で構成されるため、試料光路のどの場所においても累積波長分散Ｄは０ｐｓ／ｎｍであるため、Ｄsampleも当然０ｐｓ／ｎｍである。なお、図９（ａ）の横軸について、視覚的な理解のため光路長ＬB1-Bの部分を拡大して表示している。以上、図９（ａ）について説明を述べた。
【０１３１】
（３）本発明のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置２００における参照光路２７２の光路長Ｌrefと累積波長分散Ｄref
なお、図７に示した本発明のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置２００は、試料光路２７１を伝搬する測定／信号光と、参照光路２７２を伝搬する参照光との干渉現象を利用して断層画像を構築する。そのため、試料光路２７１と参照光路２７２の光路長がほぼ一致している必要がある（Ｌsample≒Ｌref）のはもちろんのこと、試料光路２７１と参照光路２７２の累積波長分散がほぼ一致していること（Ｄsample≒Ｄref）も必要である。よって、本実施例においては試料光路２７１の各光路と、それらに対応する参照光路２７２の各光路の光路長と累積波長分散の値を等しくなるように設定した。具体的には、光路ｈ−Ａの光路長と累積波長分散と、光路ｊ−Ｅの光路長と累積波長分散がそれぞれほぼ等しくなるように設定した。同じく光路Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１の光路長と光路Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃの光路長との和および光路Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１の累積波長分散と光路Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃの累積波長分散との和が、光路Ｅ−Ｆの光路長と累積波長分散とそれぞれほぼ等しくなるように設定した。同じく光路Ｂ１−ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１の光路長と累積波長分散と、光路Ｆ−Ｇの光路長と累積波長分散がそれぞれほぼ等しくなるように設定した。同じく光路Ｃ−ｐ−ｑ−Ｄ−ｉの光路長と累積波長分散と、光路Ｇ−ｒ−ｓ−Ｈ−ｋの光路長と累積波長分散がそれぞれほぼ等しくなるように設定した。詳細については、後述する。
【０１３２】
続いて、上記（２）項と同様にして、参照光路２７２の光路長Ｌrefと累積波長分散Ｄrefについてそれぞれ詳細を説明する。図７の構成による本発明のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置２００において、第１のカプラ２０２の光出力ポートｊに入射して来た波長可変光源２０１からの参照光は、ＤＳＦ２２３を介して光路長調整用ＤＳＦ２５０に入射する。ここまでの光路ｊ−Ｅの光路長をＬj-Eと表することにすると、波長１．５５μｍにおける光路長Ｌj-Eは、表２及び表４に示した光路ｊ−Ｅの物理長と前記光路の屈折率を用いて演算することで、表５に示すように、０．７２５ｍとなる。
【０１３３】
ここで、光路ｊ−Ｅと対応する試料光路中の光路ｈ−Ａの光路長Ｌh-Aは、表２及び表４に示した光路ｈ−Ａの物理長と屈折率を用いて演算することで、表５に示すように、０．７２５ｍとなる。
【０１３４】
よって、光路ｊ−Ｅの光路長Ｌj-Eと、光路ｊ−Ｅに対応する光路ｈ−Ａの光路長Ｌh-Aは等しく設定されている。また、光路ｊ−Ｅの累積波長分散をＤj-Eと表すことにすると、波長１．５５μｍにおける累積波長分散Ｄj-Eは、表１及び表２に示した光路ｊ−Ｅの物理長と前記光路の単位長さ当たりの波長分散を用いて演算することで、表５に示すように、０ｐｓ／ｎｍとなる。
【０１３５】
このとき、光路ｊ−Ｅと対応する試料光路中の光路ｈ−ＡのＤh-Aは、表２及び表４に示した光路ｈ−Ａの物理長と単位長さ当たりの波長分散を用いて演算することで、表５に示すように、０ｐｓ／ｎｍとなる。
【０１３６】
よって、光路ｊ−Ｅの累積波長分散Ｄj-Eと、光路ｊ−Ｅに対応する光路ｈ−Ａの累積波長分散Ｄh-Aは等しく設定されている。続いて、光路長調整用ＤＳＦ２５０に到達した参照光は、接続点Ｆにおいて光路長調整用ＤＳＦ２５１に入射する。このときの光路長調整用ＤＳＦ２５０の光路長をＬE-Fと表すことにすると、波長１．５５μｍにおける光路長ＬE-Fは、表２及び表４に示した光路Ｅ−Ｆの物理長と前記光路の屈折率を用いて演算することで、表５に示すように、３４．９２５ｍとなる。
【０１３７】
ここで、図７に示した本発明のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置２００において、試料光路側サーキュレータ（ＤＳＦ２４１，ＤＳＦ２４２）２０４と同サーキュレータの各ポート（光入力ポートａ，光出力／入力ポートｂ，光出力ポートｃ）に接続されたＤＳＦ（ＤＳＦ２０６，ＤＳＦ２１５，ＤＳＦ２０８）を測定／信号光が伝搬する光路を、参照光路２７２では単一のＤＳＦである光路長調整用ＤＳＦ２５０のみで置き換えることにより、参照光路２７２にサーキュレータを用いることなくＯＥＤＲ−ＯＣＴ装置２００の小型・低コスト化を実現している。よって、光路長調整長ＤＳＦ２５０の光路長ＬE-Fと、光路Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１の光路長ＬA-B1と光路Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃの光路長ＬB1-Cとの和に等しくなるように設定した。すなわち、ＬE-F＝ＬA-B1＋ＬB1-Cである。光路長ＬA-B1は、表２及び表４に示した光路Ａ−ａ，ａ−ｂ，ｂ−Ｂ，Ｂ−Ｂ１のそれぞれの物理長と前記各光路の屈折率を用いて演算することで、表５に示すように、１７．４７２５ｍとなる。
【０１３８】
また、光路長ＬB1-Cは、表２及び表４に示した光路Ｂ１−Ｂ，Ｂ−ｂ，ｂ−ｃ，ｃ−Ｃのそれぞれの物理長と前記各光路の屈折率を用いて演算することで、表５に示すように、１７．４７２５ｍとなる。
【０１３９】
よって、ＬA-B1＋ＬB1-C＝３４．９４５ｍとなり、ＬE-F＝ＬA-B1＋ＬB1-Cを満たしている。すなわち、光路Ｅ−Ｆの光路長ＬE-Fと、光路Ｅ−Ｆに対応する光路Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１の光路長ＬA-B1と光路Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃの光路長ＬB1-Cとの和は等しく設定されている。
【０１４０】
また、光路Ｅ−Ｆの累積波長分散をＤE-Fと表することにすると、波長１．５５μｍにおける累積波長分散ＤE-Fは、表２及び表４に示した光路Ｅ−Ｆの物理長と前記光路の単位長さ当たりの波長分散を用いて演算することで、表５に示すように、０ｐｓ／ｎｍとなる。
【０１４１】
ここで、光路Ｅ−Ｆと対応関係にある、光路Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１と光路Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃの累積波長分散の値を求める。光路Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１の物理長ｌA-B1（＝ｌA-a＋ｌa-b＋ｌb-B＋ｌB-B1）と光路Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃの物理長ｌB1-C（＝ｌB1-B＋ｌB-b＋ｌb-c＋ｌc-C）は、表４よりそれぞれ１２．０５ｍ，１２．０５ｍである。よって、累積波長分散ＤA-B1と累積波長分散ＤB1-Cの和は、表５に示すように、０ｐｓ／ｎｍとなる。
【０１４２】
よって、ＤE-F＝ＤA-B1＋ＤB1-Cであることを確認した。すなわち、光路Ｅ−Ｆの累積波長分散ＤE-Fと、光路Ｅ−Ｆに対応するＡ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１の累積波長分散ＤA-B1と光路Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃの累積波長分散ＤB1-Cとの和は等しく設定されている。なお、光路ｊ−Ｅ−Ｆまでの累積波長分散をＤj-Fとすると、Ｄj-Fは、表５に示すように、０ｐｓ／ｎｍとなる。
【０１４３】
続いて、参照光は光路長調整用ＤＳＦ２５０から接続点Ｆを経て光路長調整用ＤＳＦ２５１に入射する。このときの光路長調整用ＤＳＦ２５１の光路長をＬF-Gと表すことにすると、波長１．５５μｍにおける光路長ＬF-Gは、表２及び表４に示した光路Ｆ−Ｇの物理長と前記光路の屈折率を用いて演算することで、表５に示すように、１．０ｍとなる。
【０１４４】
ここで、図７に示した本発明のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置２００において、光路Ｂ１−ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１を測定／信号光が伝搬する空間光路を、参照光路２７２側では単一のＤＳＦのみで置き換えることにより、参照光路２７２に従来の装置の参照光照射／受光装置を用いることなくＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置の小型・低コスト化・作業効率の向上を実現している。よって、屈折率ｎdsf＝１．４５である光路長調整用ＤＳＦ２５１の物理長ｌF-Gの値は、光路長調整用ＤＳＦ２５１の光路長ＬF-Gと空間光路Ｂ１−ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１の光路長ＬB1-B1とが等しくなるように設定した。すなわち、光路Ｆ−Ｇの光路長ＬF-Gと、空間光路Ｂ１−ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１の光路長ＬB1-B1は、ともに１．０ｍであり、等しく設定されている。
【０１４５】
一方、光路長調整用ＤＳＦ２５１の累積波長分散をＤF-Gとすると、表２及び表４に示した光路Ｆ−Ｇの物理長と前記光路の単位長さ当たりの波長分散を用いて演算することで、表５に示すように、０ｐｓ／ｎｍとなる。
【０１４６】
すなわち、光路Ｆ−Ｇの累積波長分散ＤF-Gと、光路Ｆ−Ｇに対応する空間光路Ｂ１−ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１の累積波長分散ＤB1-B1は、ともに０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、等しく設定されている。
【０１４７】
このように、波長１．５５μｍ付近において単位長さ当たりの波長分散σが０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであるＤＳＦを用いると、試料光路の空間光路を参照光路では単一の光通信用ファイバで置き換えても、それぞれの光路長と累積波長分散の値を波長１．５５μｍ付近において等しくすることが可能となる。ところで、図３の点線で示したように、ＤＳＦの単位長さ当たりの波長分散σdsfは、厳密には波長１．５５μｍ以外においては０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍではなく、有限の値を有する。しかしながら、本実施例における測定光／信号光の波長範囲は１．５３〜１．５７μｍであるため、同波長範囲におけるσdefの値は、−１．２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍから１．２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの間の値となるため、実用上０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであると考えて良い。
【０１４８】
続いて参照光は、接続点Ｇから参照光路側ＰＣ２２５の入力ポートｒに入射する。次に参照光は、参照光路側ＰＣ２２５の光入力ポートｒから光出力ポートｓへと伝搬し、ＤＳＦ２２８およびＤＳＦ２２９を経て第２のカプラ２１０の入力ポートｋに入射する。ここまでの光路Ｇ−ｒ−ｓ−Ｈ−ｋの光路長をＬG-kと表すことにすると、波長１．５５μｍにおける光路長ＬG-kは、表２及び表４に示した光路Ｇ−ｒ，ｒ−ｓ，ｓ−Ｈ，Ｈ−ｋのそれぞれの物理長と前記各光路の屈折率を用いて演算することで、表５に示すように、２．１７５ｍとなる。
【０１４９】
ここで、光路Ｇ−ｒ−ｓ−Ｈ−ｋと対応する試料光路中の光路Ｃ−ｐ−ｑ−Ｄ−ｉの光路長ＬC-iは、表２及び表４に示した光路Ｃ−ｐ，ｐ−ｑ，ｑ−Ｄ，Ｄ−ｉのそれぞれの物理長と各光路の屈折率を用いて演算することで、表５に示すように、２．１７５ｍとなる。
【０１５０】
よって、光路Ｇ−ｋの光路長ＬG-kと、光路Ｇ−ｒ−ｓ−Ｈ−ｋに対応する光路Ｃ−ｐ−ｑ−Ｄ−ｉの光路長ＬC-iは、ともに２．１７５ｍであり、等しく設定されている。
【０１５１】
また、光路Ｇ−ｒ−ｓ−Ｈ−ｋの累積波長分散をＤG-kと表すことにすると、波長１．５５μｍにおける累積波長分散ＤG-kは、表２及び表４に示した光路Ｇ−ｒ，ｒ−ｓ，ｓ−Ｈ，Ｈ−ｋのそれぞれの物理長と前記各光路の単位長さ当たりの波長分散を用いて演算することで、表５に示すように、０ｐｓ／ｎｍとなる。
【０１５２】
ここで、光路Ｇ−ｒ−ｓ−Ｈ−ｋと対応する試料光路中の光路Ｃ−ｐ−ｑ−Ｄ−ｉの累積波長分散ＤC-iは、表２及び表４に示した光路Ｃ−ｐ，ｐ−ｑ，ｑ−Ｄ，Ｄ−ｉのそれぞれの物理長と各光路の単位長さ当たり波長分散を用いて演算することで、表５に示すように、０ｐｓ／ｎｍとなる。
【０１５３】
すなわち、光路Ｇ−ｋの累積波長分散ＤG-kと、光路Ｇ−ｋに対応するＣ−ｐ−ｑ−Ｄ−ｉの累積波長分散ＤC-iは、等しく設定されている。
【０１５４】
以上より、参照光路（光路（第五の光路）ｊ−Ｅ−Ｆ−Ｇ−ｒ−ｓ−Ｈ−ｋ）の光路長Ｌrefは、上述したＬj-E，ＬE-F，ＬF-G，ＬG-Kを用いて演算することで、表５に示すように、３８．８４５ｍとなる。
【０１５５】
よって、参照光路Ｌrefと試料光路Ｌsampleの光路長は、ともに３８．８４５ｍとなり、等しく設定されている（Ｌref＝Ｌsample）。
【０１５６】
また、同様にして参照光路の累積波長分散Ｄrefは、上述したＤj-E，ＤE-F，ＤF-G，ＤG-K式を用いて演算することで、表５に示すように、０ｐｓ／ｎｍとなる。
【０１５７】
よって、参照光路２７２と試料光路２７１の累積波長分散はともに０ｐｓ／ｎｍとなり、等しく設定されている（Ｄref＝Ｄsample）。
【０１５８】
これまで述べてきた参照光路２７２の光路長Ｌrefと累積波長分散Ｄrefについて両者の関係をチャート化し、図９（ｂ）に示す。図９（ｂ）において、横軸は光路長Ｌ、縦軸は累積波長分散Ｄである。図９（ｂ）より、光路ｊ−Ｅ−Ｆ−Ｆ−Ｇ−ｒ−ｓ−Ｈ−ｋ、すなわち参照光路（光路長Ｌref＝Ｌj-E＋ＬE-F＋ＬF-G＋ＬG-K＝３８．８４５ｍ）の累積波長分散Ｄrefは、波長１．５５μｍにおける波長分散σである０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであるＤＳＦで構成されるため、参照光路のどの場所においても累積波長分散Ｄは０ｐｓ／ｎｍであるため、Ｄsampleも当然０ｐｓ／ｎｍである。
【０１５９】
よって、図９（ａ）と図９（ｂ）を比較すると、これまで説明してきたように、参照光路２７２と試料光路２７１では光路長が一致し、かつ累積波長分散の値も両者とも０ｐｓ／ｎｍで一致することが視覚的に理解できる。
【０１６０】
（４）本発明のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置による測定結果
図１０に、図７に示した本発明のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置２００を用いて得られた反射光信号強度のピークを示す。図１０の横軸は、測定対象のｚ軸（奥行き）方向の座標を、縦軸は反射光信号の強度を表している。図１０で示した本発明のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置２００を用いて得られた反射光信号強度のピークの半値全幅は２６μｍであり、試料光路と参照光路において、光通信用ファイバにより構成される光路を全てＤＳＦで置き換えることにより、試料光路と参照光路の累積波長分散の値が等しく設定されているため、測定分解能が低下せず、図１９に示した従来のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置の測定分解能（２６μｍ）と同じ良好な値を示している。
【０１６１】
また、本実施例において試料光路２７１と参照光路２７２の内、光通信用ファイバで構成される光路全てにＤＳＦを用いたが、同ＤＳＦを用いた部分を同ＤＳＦと同じ光路長を有するＤＦＦで置き換えても同様の効果が得られることは明らかである。図３中二点鎖線で示したように、波長１．５５μｍにおける単位長さ当たりの波長分散σdff＝０．５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、また分散スロープｄσdff／ｄλが波長１．５５μｍ付近を中心にしてほぼ零、すなわち、波長分散σdffの波長依存性が極めて小さい。そのため、ＤＳＦとは異なり、波長１．５５μｍ付近においては有限の単位長さ当たりの波長分散の値（σdff＝０．５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）を有するが、その値は極めて小さい。また、本実施例における測定光／信号光の波長範囲は１．５３〜１．５７μｍであるが、同波長範囲におけるＤＦＦの分散スロープがほぼ零である。そのため、同波長範囲におけるσdffの値は０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍから０．５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの間の値となり、実用上０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであると考えて良い。そのためＤＦＦを用いても、ＤＳＦを用いたときと同様の効果が得られるのは明らかである。
【実施例３】
【０１６２】
以下に、本発明の第３の実施例に係る光を用いた断層撮影装置および波長分散の補正方法について、図面を用いて具体的に説明する。すなわち、この実施例では、分散補償ファイバ（ＤＣＦ）を用いた波長分散制御法について、説明する。
実施例１において、参照光路の波長分散制御方法としてＤＳＦを用いたが、図３中一点鎖線で示したＤＣＦを用いても、実施例１と同等かそれ以上の効果を実現できる。以下、詳細について説明を述べる。
図１１は、本発明の第３の実施例に係る光を用いた断層撮影装置の概略図である。図１２は、それが有する波長可変光源から出射する光の波長変化を時間に対して表したグラフである。この図１２において、縦軸は波長可変光源が出射する光の波長であり、横軸は最初の波長が出射されてからの経過時間である。
【０１６３】
（１）装置構成
本発明の第３の実施例に係る光を用いた断層撮影装置（オプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置）では、波長可変光源は、図１２に示すように、階段状に波長走査し、波長間隔は波数に変換した場合に等間隔になるように走査する。図１２の場合、波数間隔が２．６×１０-4μｍ-1、一波数当たりの保持時間は１μｓである。また、波長可変光源の波長走査範囲は１．５３０〜１．５７０μｍ（光通信のＣ−ｂａｎｄ）であり、波長可変光源の出力強度は波数に拠らず一定値１０ｍＷである。波長可変光源は、例えば超周期構造回折格子分布反射半導体レーザ（非特許文献１を参照）を用いる。
【０１６４】
この装置は、小型、低コスト、作業効率の高いＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置を実現するために、分散補償ファイバ（ＤＣＦ）を用いたことを特徴とする。
【０１６５】
装置構成について詳細を説明する。この装置３００は、図１１に示すように、波長可変光源３０１の出力を方向性結合器等からなる９：１カプラ（第１のカプラ）３０２の光入力ポート３０２ａに光通信用ＳＭＦ３０３により光学的に接続する。第１のカプラ３０２の一方側（分割割合９０％側）の光出力ポートｈは、試料光路側サーキュレータ３０４の光入力ポートａに、光通信用ＳＭＦ（光路ｈ−Ａ）３０５および光通信用ＳＭＦ（光路Ａ−ａ）３０６により光学的に接続している。光通信用ＳＭＦ３０５は、第１のカプラ３０２の製造時に光出力ポートｈに接続される。また、光通信用ＳＭＦ３０６は、試料光路側サーキュレータ３０４の製造時に光入力ポートａに接続される。光通信用ＳＭＦ３０５と光通信用ＳＭＦ３０６との接続箇所である接続点をＡとする。同接続点は融着または光コネクタにより形成される。本実施例に記述される接続点は全て同様にして形成され、光コネクタを用いる場合は、斜め（角度７°〜１２°）研磨端面を有するコネクタにし、できるだけコネクタ端面における光反射が生じないようにすることが望ましい。また、試料光路側サーキュレータ３０４の光入力ポートａは、同サーキュレータ３０４の製造時に光通信用ＳＭＦ（光路ａ−ｂ）３４１により、同サーキュレータ３０４の光入力／出力ポートｂに接続される。なお、試料光路側サーキュレータ３０４の内部である光路ａ−ｂと後述する光路ｂ−ｃは、実際には光通信用ＳＭＦの他に光学レンズやファラデー回転子、偏光子などから構成されている。本実施例において、両光路の物理長は、両光路が光通信用ＳＭＦのみで構成されたと仮定して換算した値を用い、この物理長を光通信用ＳＭＦのｎsmfとσsmfに乗じると同サーキュレータ内部の正確な光路長と波長分散にほぼ等しい値を得ることができる。
【０１６６】
試料光路側サーキュレータ３０４の光出力ポートｃは、試料光路側ＰＣ３０７の光入力ポートｐに、光通信用ＳＭＦ（光路ｃ−Ｃ）３０８および光通信用ＳＭＦ（光路Ｃ−ｐ）３０９により光学的に接続している。なお、試料光路側ＰＣ３０７と後述する参照光路側ＰＣ３２５は、光通信用ファイバを回転機構を有するボビンに巻き付けて同ファイバ中を伝搬する光の偏波状態を制御する光ファイバ型ＰＣを用いた。光通信用ＳＭＦ３０８と光通信用ＳＭＦ３０９の接続箇所である接続点をＣとする。また、光通信用ＳＭＦ３０８は試料光路側サーキュレータ３０４の製造時に光出力ポートｃに接続され、光通信用ＳＭＦ３０９は試料光路側ＰＣ３０７の製造時に光入力ポートｐに接続される。同試料光路側ＰＣ３０７の光入力ポートｐは、同ＰＣ３０７の製造時に光通信用ＳＭＦ（光路ｐ−ｑ）３４３により、同ＰＣ３０７の光出力ポートｑに接続される。試料光路側ＰＣ３０７の光出力ポートｑは、１：１カプラ（第２のカプラ）３１０の光入力ポートｉに光通信用ＳＭＦ（光路ｑ−Ｄ）３１１および光通信用ＳＭＦ（光路Ｄ−ｉ）３１２により光学的に接続している。光通信用ＳＭＦ３１１と光通信用ＳＭＦ３１２の接続点をＤとする。また、光通信用ＳＭＦ３１１は試料光路側ＰＣ３０７の製造時に光出力ポートｑに接続され、光通信用ＳＭＦ３１２は第２のカプラ３１０の製造時に光入力ポートｉに接続される。第２のカプラ３１０の両方の光出力ポート３１０ａ，３１０ｂは、光検出機能を有する差動増幅器３１３の光入力ポート３１３ａ，３１３ｂに光通信用ＳＭＦ３１４により光学的に接続している。
【０１６７】
また、試料光路側サーキュレータ３０４の光入力／出力ポートｂは、光通信用ＳＭＦ（光路ｂ−Ｂまたは光路Ｂ−ｂ）３１５及び光通信用ＳＭＦ（光路Ｂ−Ｂ１または光路Ｂ１−Ｂ）３１６により測定光送出／信号光入力口Ｂ１、試料光路側コリメータレンズ３１７、ガルバノミラー３１８、試料光路側対物レンズ３１９から成る測定光照射系／信号光受光系３２０に接続される。このとき、試料光路側サーキュレータ３０４の光入力／出力ポートｂと接続されている光通信用ＳＭＦ３１５と、測定光送出／信号光入力口Ｂ１を有する光通信用ＳＭＦ３１６との接続箇所である接続点をＢとする。光通信用ＳＭＦ３１５は、試料光路側サーキュレータ３０４の製造時に光出力／入力ポートｂに接続される。測定光照射系／信号光受光系３２０は、測定対象３２１によって測定光が反射又は後方散乱された信号光を捕捉する手段としても機能する。従って、以後、測定光照射／信号光受光手段と呼ぶ。なお上記測定光照射系／信号光受光系３２０において、測定光が測定光送出／信号光入力口Ｂ１からガルバノミラー３１８に至るまでと、ガルバノミラー３１８から測定対象３２１に至るまでの光路を、それぞれ空間光路Ｂ１−ｍと空間光路ｍ−ｎとする。同様にして、信号光が、測定対象からガルバノミラー３１８に至るまでと、ガルバノミラー３１８から測定光送出／信号光入力口Ｂ１に至るまでの光路を、それぞれ空間光路ｎ−ｍと空間光路ｍ−Ｂ１とする。空間光路Ｂ１−ｍ，ｍ−ｎ，ｎ−ｍ，ｍ−Ｂ１については、後で詳しく説明する。
【０１６８】
一方、試料光路側サーキュレータ３０４の光入力／出力ポートｂは、同サーキュレータ３０４の光出力ポートｃに接続される。
【０１６９】
他方、第１のカプラ３０２の他方側（分割割合１０％側）の光出力ポートｊは、光通信用ＳＭＦ３２３および光路長調整用シングルモードファイバ（以降、ＳＭＦと略す）３５０、分散制御用ＳＭＦ３５１、ＤＣＦ３５２及び光通信用ＳＭＦ３２４により、参照光路側ＰＣ３２５の光入力ポートｒに光学的に接続されている。このとき、光通信用ＳＭＦ（光路ｊ−Ｅ）３２３と光路長調整用ＳＭＦ（光路Ｅ−Ｆ）３５０との接続箇所である接続点をＥとする。また、光路長調整用ＳＭＦ３５０と分散制御用ＳＭＦ（光路Ｆ−Ｙ）３５１の接続箇所である接続点をＦとする。一方、分散制御用ＳＭＦ３５１とＤＣＦ（光路Ｙ−Ｇ）３５２との接続箇所をＹとする。さらに、ＤＣＦ３５２と光通信用ＳＭＦ（光路Ｇ−ｒ）３２４との接続箇所である接続点をＧとする。光通信用ＳＭＦ３２３は、第１のカプラ３０２の製造時に光出力ポートｊに接続される。また、光通信用ＳＭＦ３２４は、参照光路側ＰＣ３２５の製造時に光入力ポートｒに接続される。参照光路側ＰＣ３２５の光出力ポートｓは、第２のカプラ３１０の光入力ポートｋに光通信用ＳＭＦ（光路ｓ−Ｈ）３２８および光通信用ＳＭＦ（光路Ｈ−ｋ）３２９により光学的に接続している。光通信用ＳＭＦ３２８と光通信用ＳＭＦ３２９の接続点をＨとする。また、光通信用ＳＭＦ３２８は参照光路側ＰＣ３２５の製造時に光出力ポートｓに接続され、光通信用ＳＭＦ３２９は第２のカプラ３１０の製造時に光入力ポートｋに接続される。
【０１７０】
以上説明した試料光路３７１と参照光路３７２における各光路の物理長と媒質を、表６にまとめて表示した。なお、表６にて、※１における試料光路側サーキュレータ内部である光路ａ-ｂと光路ｂ-ｃは、実際は光通信用ＳＭＦの他に、光学レンズやファラデー回転子、偏光子などから構成される。本実施例では、両光路の物理長は、両光路が光通信用ＳＭＦのみで構成されたと仮定して換算した値を記載している。この物理長を光通信用ＳＭＦのｎsmfとσsmfに乗じるとサーキュレータ内部の正確な光路長と波長分散にほぼ等しい値を得ることができる。
【０１７１】
【表６】
2007315857.tif 000009
【０１７２】
また、差動増幅器３１３の出力部３１３ｃは、試料の反射又は後方散乱強度分布を計算する演算制御装置３３６の入力部３３６ａにＡ／Ｄ変換器３３７を介して電気的に接続している。演算制御装置３３６の出力部３３６ｂは、演算結果を表示するモニタやプリンタ等の表示装置３３８の入力部３３８ａに電気的に接続している。この演算制御装置３３７は、入力された情報に基づいて波長可変光源３０１及びガルバノミラー３１８を制御することができるようになっている。
【０１７３】
（２）本発明のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置における試料光路の光路長Ｌsampleと累積波長分散Ｄsample
試料光路３７１の光路長Ｌsampleと累積波長分散Ｄsampleについてそれぞれ詳細を説明する。図１１に示した本発明によるＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置３００において、第１のカプラ３０２の光出力ポートｈから出射した波長可変光源３０１からの測定光は、光通信用ＳＭＦ３０５と光通信用ＳＭＦ３０６を経て試料光路側サーキュレータ３０４の光入力ポートａに入射する。次に、試料光路側サーキュレータ３０４の光入力ポートａから光出力／入力ポートｂに伝搬した測定光は、光通信用ＳＭＦ３１５と光通信用ＳＭＦ３１６を経て測定光送出／信号光入力口Ｂ１に到達する。ここまでの光路（第一の光路）ｈ−Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１の光路長をＬh-B1と表すことにすると、波長１．５５μｍにおける光路長Ｌh-B1は、表２及び表６に示した光路ｈ−Ａ，Ａ−ａ，ａ−ｂ，ｂ−Ｂ，Ｂ−Ｂ１のそれぞれの物理長と前記各光路の屈折率を用いて演算することで、表７に示すように、１８．１９７５ｍとなる。
【０１７４】
【表７】
2007315857.tif 000010
【０１７５】
また、光路ｈ−Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１の累積波長分散をＤh-B1と表すことにすると、波長１．５５μｍにおける累積波長分散Ｄh-B1は、表２及び表６に示した光路ｈ−Ａ，Ａ−ａ，ａ−ｂ，ｂ−Ｂ，Ｂ−Ｂ１のそれぞれの物理長と前記各光路の単位長さ当たりの波長分散を用いて演算することで、表７に示すように、２１３．３５×１０-3ｐｓ／ｎｍとなる。
【０１７６】
続いて、測定光送出／信号光入力口Ｂ１に到達した測定光は、測定光照射系／信号光受光系３２０に入射する。図１１に示すように、光通信用ＳＭＦ３１６を通ってきた測定光は、測定光送出／信号光入力口Ｂ１から大気中にＢ１−ｍ方向へ放射し平行光ビームに整形する試料光路側コリメータレンズ３１７を通過する。この平行光ビームはさらに大気中をＢ１−ｍ方向へ伝搬し、ガルバノミラー３１８により反射され光路をｍ−ｎに変えて測定対象３２１に集光する試料光路側対物レンズ３１９を経て、測定対象３２１に入射する。このときの光路を、それぞれ空間光路Ｂ１−ｍ，空間光路ｍ−ｎとし、この光路Ｂ１−ｍ−ｎを第二の光路とする。続いて測定対象３２１によって測定光が反射又は後方散乱された信号光は、大気中を光路ｎ−ｍに沿って再び試料光路側対物レンズ３１９を通過し、再び平行ビーム光に変換される。続いて、再びガルバノミラー３１８によって反射され光路をｍ−Ｂ１へ変えられた後、試料光路側コリメータレンズ３１７に再び入射し、同レンズ３１７により集光され測定光送出／信号光入力口Ｂ１から光通信用ＳＭＦ３１６に入射する。このときの光路を、それぞれ空間光路ｎ−ｍ，空間光路ｍ−Ｂ１とし、この光路ｎ−ｍ−Ｂ１を第三の光路とする。なお、ガルバノミラー３１８は、測定光の進行方向を走査するために用いる。
【０１７７】
ここまでの光路Ｂ１−ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１の光路長をＬB1-B1と表すことにすると、波長１．５５μｍにおける光路長ＬB1-B1は、表２及び表６に示した光路Ｂ１−ｍ，ｍ−ｎ，ｎ−ｍ，ｍ−Ｂ１のそれぞれの物理長と前記各光路の屈折率を用いて演算することで、表７に示すように、２．０ｍとなる。
【０１７８】
また、光路Ｂ１−ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１の累積波長分散をＤB1-B1と表すことにすると、波長１．５５μｍにおける累積波長分散Ｄh-B1は、表２及び表６に示した光路Ｂ１−ｍ，ｍ−ｎ，ｎ−ｍ，ｍ−Ｂ１のそれぞれの物理長と前記各光路の単位長さ当たりの波長分散を用いて演算することで、表７に示すように、０ｐｓ／ｎｍとなる。
【０１７９】
次に、測定光送出／信号光入力口Ｂ１に入射してきた試料光は、光通信用ＳＭＦ３１６と光通信用ＳＭＦ３１５を経て試料光路側サーキュレータ３０４の光出力／入力ポートｂから光出力ポートｃへと伝搬し、光通信用ＳＭＦ３０８および光通信用ＳＭＦ３０９を経て試料光路側ＰＣ３０７の光入力ポートｐから光出力ポートｑへ伝搬し、光通信用ＳＭＦ３１１と光通信用ＳＭＦ３１２を経て第２のカプラ３１０の入力ポートｉに入射する。
【０１８０】
ここまでの光路（第四の光路）Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃ−ｐ−ｑ−Ｄ−ｉの光路長をＬB1-iと表すことにすると、波長１．５５μｍにおける光路長ＬB1-iは、表２及び表６に示した光路Ｂ１−Ｂ，Ｂ−ｂ，ｂ−ｃ，ｃ−Ｃ，Ｃ−ｐ，ｐ−ｑ，ｑ−Ｄ，Ｄ−ｉのそれぞれの物理長と前記各光路の屈折率を用いて演算することで、表７に示すように、１９．６４７５ｍとなる。
【０１８１】
また、光路Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃ−ｐ−ｑ−Ｄ−ｉの累積波長分散をＤB1-iと表すことにすると、波長１．５５μｍにおける累積波長分散ＤB1-iは、表２及び表６に示した光路Ｂ１−Ｂ，Ｂ−ｂ，ｂ−ｃ，ｃ−Ｃ，Ｃ−ｐ，ｐ−ｑ，ｑ−Ｄ，Ｄ−ｉのそれぞれの物理長と前記各光路の単位長さ当たりの波長分散を用いて演算することで、表７に示すように、２３０．３５×１０-3ｐｓ／ｎｍとなる。
【０１８２】
以上より、光路ｈ−Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１−ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃ−ｐ−ｑ−Ｄ−ｉ、すなわち試料光路の光路長Ｌsampleは、上述したＬh-B1，ＬB1-B1，ＬB1-iを用いて演算することで、表７に示すように、３９．８４５ｍとなる。
【０１８３】
また、同様にして試料光路の累積波長分散Ｄsampleは、上述したＤh-B1，ＤB1-B1，ＤB1-iを用いて演算することで、表７に示すように、４４３．７×１０-3ｐｓ／ｎｍとなる。
【０１８４】
以上、試料光路３７１の光路長Ｌsampleと累積波長分散Ｄsampleについて述べた。両者の関係をチャート化し、図１３（ａ）に示す。図１３（ａ）において、光通信用ＳＭＦで構成される光路ｈ−Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１(光路長Ｌh-B1＝１８．１９７５ｍ）の累積波長分散Ｄh-B1は２１３．３５×１０-3ｐｓ／ｎｍであり、空間光路で構成される光路Ｂ１−ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１(光路長ＬB1-B1＝２．０ｍ）の累積波長分散ＤB1-B1は０ｐｓ／ｎｍであるため、光路ｈ−Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１−ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１(光路長Ｌh-B1＋ＬB1-B1＝２０．１９７５ｍ）の累積波長分散Ｄh-B1の値は、２１３．３５×１０-3ｐｓ／ｎｍのまま変わらない。一方、光通信用ＳＭＦで構成される光路Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃ−ｐ−ｑ−Ｄ−ｉ（光路長ＬB1-i＝１９．６４７５ｍ）の累積波長分散ＤB1-iは（７９）式より２３０．３５×１０-3ｐｓ／ｎｍであるため、最終的に光路ｈ−Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１−ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃ−Ｄ−ｉ、すなわち試料光路（光路長Ｌsample＝Ｌh-B1ＬB1-B1ＬB1-i＝３９．８４５ｍ）の累積波長分散Ｄsampleは、４４３．７×１０-3ｐｓ／ｎｍとなる。なお、図１３（ａ）の横軸について、視覚的な理解のため光路長ＬB1-B1の部分を拡大して表示している。以上、図１３（ａ）について説明を述べた。
【０１８５】
（３）本発明のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置３００における参照光路３７２の光路長Ｌrefと累積波長分散Ｄref
なお、図１１に示した本発明のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置３００は、試料光路３７１を伝搬する測定／信号光と、参照光路３７２を伝搬する参照光との干渉現象を利用して断層画像を構築する。そのため、試料光路３７１と参照光路３７２の光路長がほぼ一致している必要がある（Ｌsample≒Ｌref）のはもちろんのこと、試料光路３７１と参照光路３７２の累積波長分散がほぼ一致していること（Ｄsample≒Ｄref）も必要である。よって、本実施例においては試料光路３７１の各光路と、それらに対応する参照光路３７２の各光路の光路長と累積波長分散の値を等しくなるように設定した。具体的には、光路ｈ−Ａの光路長と累積波長分散と、光路ｊ−Ｅの光路長と累積波長分散がそれぞれほぼ等しくなるように設定した。同じく光路Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１の光路長と光路Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃの光路長との和および光路Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１の累積波長分散と光路Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃの累積波長分散との和が、光路Ｅ−Ｆの光路長と累積波長分散とそれぞれほぼ等しくなるように設定した。同じく光路Ｂ１−ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１の光路長と累積波長分散と、光路Ｆ−Ｙ−Ｇの光路長と累積波長分散がそれぞれほぼ等しくなるように設定した。同じく光路Ｃ−ｐ−ｑ−Ｄ−ｉの光路長と累積波長分散と、光路Ｇ−ｒ−ｓ−Ｈ−ｋの光路長と累積波長分散がそれぞれほぼ等しくなるように設定した。詳細については、後述する。
【０１８６】
続いて、上記（２）項と同様にして、参照光路３７２の光路長Ｌrefと累積波長分散Ｄrefについてそれぞれ詳細を説明する。図１１の構成による本発明のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置３００において、第１のカプラ３０２の光出力ポートｊから出射した波長可変光源３０１からの参照光は、光通信用ＳＭＦ３２３を介して光路長調整用ＳＭＦ３５０に入射する。ここまでの光路ｊ−Ｅの光路長をＬj-Eと表すことにすると、波長１．５５μｍにおける光路長Ｌj-Eは、表２及び表６に示した光路ｊ−Ｅの物理長と前記光路の屈折率を用いて演算することで、表７に示すように、０．７２５ｍとなる。
【０１８７】
ここで、光路ｊ−Ｅと対応する試料光路中の光路ｈ−Ａの光路長Ｌh-Aは、表２及び表６に示した光路ｈ−Ａの物理長と屈折率を用いて演算することで、表７に示すように、０．７２５ｍとなる。
【０１８８】
よって、光路ｊ−Ｅの光路長Ｌj-Eと、光路ｊ−Ｅに対応する光路ｈ−Ａの光路長Ｌh-Aは等しく設定されている。また、光路ｊ−Ｅの累積波長分散をＤj-Eと表すことにすると、波長１．５５μｍにおける累積波長分散Ｄj-Eは、表２及び表６に示した光路ｊ−Ｅの物理長と前記光路の単位長さ当たりの波長分散を用いて演算することで、表７に示すように、８．５×１０-3ｐｓ／ｎｍとなる。
【０１８９】
このとき、光路ｊ−Ｅと対応する試料光路中の光路ｈ−ＡのＤh-Aは、表２及び表６に示した光路ｈ−Ａの物理長と単位長さ当たりの波長分散を用いて演算することで、表７に示すように、８．５×１０-3ｐｓ／ｎｍとなる。
【０１９０】
よって、光路ｊ−Ｅの累積波長分散Ｄj-Eと、光路ｊ−Ｅに対応する光路ｈ−Ａの累積波長分散Ｄh-Aは等しく設定されている。続いて、光路長調整用ＳＭＦ３５０に到達した参照光は、接続点Ｆにおいて分散制御用ＳＭＦ３５１に入射する。このときの光路長調整用ＳＭＦ３５０の光路長をＬE-Fと表すことにすると、波長１．５５μｍにおける光路長ＬE-Fは、表２及び表６に示した光路Ｅ−Ｆの物理長と前記光路の屈折率を用いて演算することで、表７に示すように、３４．９２５ｍとなる。
【０１９１】
ここで、図１１に示した本発明のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置３００において、試料光路側サーキュレータ３０４と同サーキュレータ３０４の各ポート（光入力ポートａ，光出力／入力ポートｂ，光出力ポートｃ）に接続された光通信用ＳＭＦ（光通信用ＳＭＦ３０６，光通信用ＳＭＦ３１５，光通信用ＳＭＦ３０８）を測定／信号光が伝搬する光路を、参照光路３７２では単一の光通信用ファイバである光路長調整用ＳＭＦ３５０のみで置き換えることにより、参照光路３７２にサーキュレータを用いることなくＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置３００の小型・低コスト化を実現している。よって、光路長調整用ＳＭＦ３５０の光路長ＬE-Fと、光路Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１の光路長ＬA-B1と光路Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃの光路長ＬB1-Cとの和が等しくなるように設定した。すなわち、ＬE-F＝ＬA-B1＋ＬB1-Cである。光路長ＬA-B1は、表２及び表６に示した光路Ａ−ａ，ａ−ｂ．ｂ−Ｂ，Ｂ−Ｂ１のそれぞれの物理長と前記各光路の屈折率を用いて演算することで、表７に示すように、１７．４７２５ｍとなる。
【０１９２】
また、光路長ＬB1-Cは、表２及び表６に示した光路Ｂ１−Ｂ，Ｂ−ｂ，ｂ−ｃ，ｃ−Ｃのそれぞれの物理長と前記各光路の屈折率を用いて演算することで、表７に示すように、１７．４７２５ｍとなる。
【０１９３】
よって、ＬA-B1＋ＬB1-C＝３４．９４５ｍとなり、ＬE-F＝ＬA-B1＋ＬB1-Cを満たしている。すなわち、光路Ｅ−Ｆの光路長ＬE-Fと、光路Ｅ−Ｆに対応する光路Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１の光路長ＬA-B1と光路Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃの光路長ＬB1-Cとの和は等しく設定されている。
【０１９４】
また、光路Ｅ−Ｆの累積波長分散をＤE-Fと表すことにすると、波長１．５５μｍにおける累積波長分散ＤE-Fは、表２及び表６に示した光路Ｅ−Ｆの物理長と前記光路の単位長さ当たりの波長分散を用いて演算することで、表７に示すように、４０９．７×１０-3ｐｓ／ｎｍとなる。
【０１９５】
ここで、光路Ｅ−Ｆと対応関係にある、光路Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１と光路Ｂ１-Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃの累積波長分散の値を求める。光路Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１の物理長ｌA-B1（＝ｌA-a＋ｌa-b＋ｌb-B＋ｌB-B1)と光路Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃの物理長ＬB1-C（＝ｌB1-B＋ｌB-b＋ｌb-c＋ｌc-C）は、表４よりそれぞれ１２．０５ｍ，１２．０５ｍである。よって、累積波長分散ＤA-B1と累積波長分散ＤB1-Cの和は、表７に示すように、４０９．７×１０-3ｐｓ／ｎｍとなる。
【０１９６】
よって、ＤE-F＝ＤA-B1＋ＤB1-Cであることを確認した。すなわち、光路Ｅ−Ｆの累積波長分散ＤE-Fと、光路Ｅ−Ｆに対応する光路Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１の累積波長分散A-B1と光路Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃの累積波長分散ＤB1-Cとの和は等しく設定されている。なお、光路ｊ−Ｅ−Ｆまでの累積波長分散をＤj-Fとすると、このＤj-Fは、表７に示すように、４１８．２×１０-3ｐｓ／ｎｍとなる。
【０１９７】
続いて、参照光は光路長調整用ＳＭＦ３５０から接続点Ｆを経て分散制御用ＳＭＦ３５１に入射した後、接続点Ｙを経てＤＣＦ３５２に入射し、さらに参照側ＰＣ３２５の光入力ポートｒに接続される光通信用ＳＭＦ３２４と同ＤＣＦ３５２の接続点Ｇに至る。このときの分散制御用ＳＭＦ３５１とＤＣＦ３５２の光路長をＬF-Gと表すことにすると、波長１．５５μｍにおける光路長ＬF-Gは、表２及び表６に示した光路Ｆ−Ｙ，Ｙ−Ｇのそれぞれの物理長と前記各光路の屈折率を用いて演算することで、表７に示すように、２．０ｍとなる。
【０１９８】
ここで、図１１に示した本発明のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置２００において、光路Ｂ１−ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１を測定／信号光が伝搬する空間光路を、参照光路側では分散制御用ＳＭＦ３５１とＤＣＦ３５２のみで置き換えることにより、参照光路３７２に従来の装置の参照光照射／受光装置を用いることなくＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置の小型・低コスト化・作業効率の向上を実現している。よって、分散制御用ＳＭＦ３５１とＤＣＦ３５２の物理長ｌF-Y ，lY-Gの値は、分散制御用ＳＭＦ３５１とＤＣＦ３５２の光路長ＬF-Gと空間光路Ｂ１−ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１の光路長ＬB1-B1とが等しくなるように設定した。すなわち、光路Ｆ−Ｙ−Ｇの光路長ＬF-Gと、光路Ｆ−Ｙ−Ｇに対応する空間光路Ｂ１−ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１の光路長ＬB1-B1は、ともに２．０ｍであり、等しくなっている（ＬF-G＝ＬB1-B1）。
【０１９９】
一方、分散制御用ＳＭＦ３５１とＤＣＦ３５２の累積波長分散をＤF-Gとすると、表２及び表６に示した光路Ｆ−Ｙ，Ｙ−Ｇのそれぞれ物理長と前記各光路の単位長さ当たりの波長分散を用いて演算することで、表７に示すように、０ｐｓ／ｎｍとなる。
【０２００】
よって、光路Ｆ−Ｇの累積波長分散ＤF-Gと、光路Ｂ１−ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１の累積波長分散ＤB1-B1とは等しくなっている。
【０２０１】
このように、任意の光路において累積波長分散を零にしたい場合は、σdcf＝−１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍのＤＣＦとσsmf＝１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである分散制御用ＳＭＦ、すなわち光通信用ＳＭＦとを組み合わせて実現する。本実施例で用いたＤＣＦ３５２は、図３中一点鎖線で示したように、図３中実線で示した光通信用ＳＭＦと全く逆の波長分散特性（単位長さ当たりの波長分散σと分散スロープｄσ／ｄλ）を有し、表２より両者の屈折率も等しいことから、先に説明したようにＤＣＦの物理長ｌY-Gと分散制御用ＳＭＦ（光通信用ＳＭＦ）の物理長ｌF-Yは同一とした。すなわち、前記第一、第二、第三、および第四の光路と、前記第五の光路における単位長さ当たりの波長分散の絶対値が小さい光ファイバ以外の部分とを第一の光ファイバである光通信用ＳＭＦとする一方、前記単位長さ当りの波長分散の絶対値が小さい光ファイバを第二の光ファイバであるＤＳＦとし、前記第二の光ファイバの代わりに前記第一の光ファイバにおける単位長さ当りの波長分散とは逆符号の単位長さ当りの波長分散を有する第三の光ファイバであるＤＣＦを用い、前記第三の光ファイバの物理長が、前記第五の光路の全ての部分を前記第一の光ファイバで構成した場合と比べ、前記測定光および信号光の光路と、前記参照光の光路の累積波長分散の差分の絶対値が小さくなる範囲内となるようにした。ＤＣＦは、本実施例で用いた波長分散特性の他にも、様々な波長分散特性を有する種類が存在する。そのため、ＤＣＦの物理長と、同ＤＣＦと組み合わせて用いる光通信用ＳＭＦの物理長は、用いるＤＣＦの波長分散特性と光通信用ＳＭＦの波長分散特性を考慮して決定される。
【０２０２】
ここで、実施例１および実施例２で示した、ＤＳＦを用いたＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置と比較したときの、本実施例の利点について述べる。図３の点線で示したように、ＤＳＦの単位長さ当たりの波長分散σdsfは、厳密には波長１．５５μｍ以外においては０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍではなく、有限の値を有する。すなわち、本実施例における測定光／信号光の波長範囲１．５３〜１．５７μｍのσdsfの値は、−１．２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍから１．２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの間の値となる。そのため、ＤＳＦの物理長が１ｍ以下のように短い場合は、実用上累積波長分散を０ｐｓ／ｎｍと考えられるが、ＤＳＦの物理長を１ｍ以上長くする必要がある場合には、僅かな累積波長分散が反射光信号強度のピークの半値全幅を僅かに大きくし、測定分解能が若干低下してしまう。そのため、ＤＳＦを用いる場合、ＤＳＦの物理長が１ｍ以上、すなわち試料光路の空間光路長が１．４５ｍ以上になると注意が必要である。しかしながら、本実施例で用いたＤＣＦでは、光通信用ＳＭＦとは全く逆の波長分散特性を有するために、光通信用ＳＭＦと組み合わせて用いることにより、ＤＣＦの物理長によらず、累積波長分散を０ｐｓ／ｎｍにすることができ、測定分解能が低下することもない。そのため、本実施例のように試料光路の空間光路長が１．４５ｍ以上である場合か、参照光路中の任意の光路の累積波長分散を完全に０ｐｓ／ｎｍにする必要がある場合は、ＤＣＦを用いる方が望ましい。
【０２０３】
続いて参照光は、接続点Ｇから参照光路側ＰＣ３２５の入力ポートｒに入射する。次に参照光は、参照光路側ＰＣ３２５の光入力ポートｒから光出力ポートｓへと伝搬し、光通信用ＳＭＦ３２８および光通信用ＳＭＦ３２９を経て第２のカプラ３１０の入力ポートｋに入射する。ここまでの光路Ｇ−ｒ−ｓ−Ｈ−ｋの光路長をＬG-kと表すことにすると、波長１．５５μｍにおける光路長ＬG-kは、表２及び表６に示した光路Ｇ−ｒ，ｒ−ｓ，ｓ−Ｈ，Ｈ−ｋのそれぞれの物理長と前記各光路の屈折率を用いて演算することで、表７に示すように、２．１７５ｍとなる。
【０２０４】
ここで、光路Ｇ−ｒ−ｓ−Ｈ−ｋと対応する試料光路中の光路Ｃ−ｐ−ｑ−Ｄ−ｉの光路長ＬC-iは、表２及び表６に示した光路Ｃ−ｐ，ｐ−ｑ，ｑ−Ｄ，Ｄ−ｉのそれぞれの物理長と各光路の屈折率を用いて演算することで、表７に示すように、２．１７５ｍとなる。
【０２０５】
よって、光路Ｇ−ｋの光路長ＬG-kと、光路Ｇ−ｒ−ｓ−Ｈ−ｋに対応する光路Ｃ−ｐ−ｑ−Ｄ−ｉの光路長ＬC-iは、ともに２．１７５ｍであり、等しく設定されている。
【０２０６】
また、光路Ｇ−ｒ−ｓ−Ｈ−ｋの累積波長分散をＤG-kと表すことにすると、波長１．５５μｍにおける累積波長分散ＤG-kは、表２及び表６に示した光路Ｇ−ｒ，ｒ−ｓ，ｓ−Ｈ，Ｈ−ｋのそれぞれの物理長と前記各光路の単位長さ当たりの波長分散を用いて演算することで、表７に示すように、２５．５×１０-3ｐｓ／ｎｍとなる。
【０２０７】
ここで、光路Ｇ−ｒ−ｓ−Ｈ−ｋと対応する試料光路中の光路Ｃ−ｐ−ｑ−Ｄ−ｉの累積波長分散ＤC-iは、表２及び表６に示した光路Ｃ−ｐ，ｐ−ｑ，ｑ−Ｄ，Ｄ−ｉのそれぞれの物理長と各光路の単位長さ当たり波長分散を用いて演算することで、表７に示すように、２５．５×１０-3ｐｓ／ｎｍとなる。
【０２０８】
すなわち、光路Ｇ−ｋの累積波長分散ＤG-kと、光路Ｇ−ｋに対応するＣ−ｐ−ｑ−Ｄ−ｉの累積波長分散ＤC-iは、ともに２５．５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、等しく設定されている。
【０２０９】
以上より、参照光路（光路（第五の光路）ｊ−Ｅ−Ｆ−Ｇ−ｒ−ｓ−Ｈ−ｋ）の光路長Ｌrefは、上述したＬj-E，ＬE-F，ＬF-G，ＬG-Kを用いて演算することで、表７に示すように、３９．８４５ｍとなる。
【０２１０】
よって、参照光路Ｌrefと試料光路Ｌsampleの光路長は、ともに３９．８４５ｍとなり、等しく設定されている（Ｌref＝Ｌsample）。
【０２１１】
また、同様にして参照光路の累積波長分散Ｄrefは、上述したＤj-E，ＤE-F，ＤF-G，ＤG-K式を用いて演算することで、表７に示すように、４４３．７×１０-3ｐｓ／ｎｍとなる。
【０２１２】
よって、参照光路３７２と試料光路３７１の累積波長分散は等しく設定されている（Ｄref＝Ｄsample）。
【０２１３】
これまで述べてきた参照光路の光路長Ｌrefと累積波長分散Ｄrefについて両者の関係をチャート化し、図１３（ｂ）に示す。図１３（ｂ）において、横軸は光路長Ｌ、縦軸は累積波長分散Ｄである。図１３（ｂ）より、光通信用ＳＭＦで構成される光路ｊ−Ｅ−Ｆ（光路長Ｌj-F＝３５．６７ｍ）の累積波長分散は、４１８．２×１０-3ｐｓ／ｎｍであり、波長１．５５μｍにおけるσsmf＝１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである光通信用ＳＭＦと、σdcf＝−１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであるＤＣＦとで構成される光路Ｆ−Ｙ−Ｇ（光路長ＬF-G＝２．０ｍ）の累積波長分散ＤF-Gは、０ｐｓ／ｎｍであるため、光路ｊ−Ｅ−Ｆ−Ｙ−Ｇ（光路長Ｄj-G＝３７．６７ｍ）の累積波長分散Ｄj-Gは、４１８．２×１０-3ｐｓ／ｎｍのまま変わらない。一方、光ファイバで構成される光路Ｇ−ｒ−ｓ−Ｈ−ｋ（光路長ＬG-k＝２．１７５ｍ）の累積波長分散ＤG-kは２５．５×１０-3ｐｓ／ｎｍであるため、最終的に光路ｊ−Ｅ−Ｆ−Ｆ−Ｙ−Ｇ−ｒ−ｓ−Ｈ−ｋ、すなわち参照光路（光路長Ｌref＝Ｌj-E＋ＬE-F＋ＬF-G＋ＬG-K＝３９．８４５ｍ）の累積波長分散Ｄrefは、４４３．７×１０-3ｐｓ／ｎｍとなる。
【０２１４】
よって、図１３（ａ）と図１３（ｂ）を比較すると、これまで説明してきたように、参照光路３７２と試料光路３７１では光路長が一致し、かつ累積波長分散の値も一致することが視覚的に理解できる。
【０２１５】
（４）本発明のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置による測定結果
図１４に、図１１に示した本発明のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置３００を用いて得られた反射光信号強度のピークを示す（図１４中実線）。図１４の横軸は、測定対象のｚ軸（奥行き）方向の座標を、縦軸は反射光信号の強度を表している。図１４中実線で示した本発明のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置を用いて得られた反射光信号強度のピークの半値全幅は２６μｍであり、参照光路へのＤＣＦ導入により試料光路と参照光路の累積波長分散の値が等しく設定されているため、測定分解能が低下せず、図１９に示した従来のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置の測定分解能（２６μｍ）と同じ良好な値を示している。
【０２１６】
なお、ＤＣＦは国内外の光ファイバメーカが量産している市販品であるため、本ＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置のごく一部分にＤＣＦを導入しても、装置全体のコスト上昇は無視できる範囲内であると考えられる。
【実施例４】
【０２１７】
以下に、本発明の第４の実施例に係る光を用いた断層撮影装置および波長分散の補正方法について、図面を用いて具体的に説明する。すなわち、この実施例では、分散補償ファイバを用いた広帯域波長分散制御法について、説明する。
【０２１８】
実施例１〜３において、ＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置に用いる波長可変光源の波長帯域がＣ−ｂａｎｄ（波長１．５３〜１．５７μｍ）のものを用いたが、ＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置の分解能は、波長走査する波長帯域の大きさに反比例するため、同光源の波長帯域は大きいほど測定分解能は高くなる。しかしながら、実施例１〜３で用いた波長可変光源は、超周期構造回折格子分布反射半導体レーザ（非特許文献１を参照）であるため、同レーザ内部の半導体活性層の利得幅から決定される波長可変帯域は数十ｎｍ程度あり、それ以上は大きくすることは困難である。そのため、同半導体レーザを用いてＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置の測定分解能を向上するため、本実施例ではＣ−ｂａｎｄ用に設計した超周期構造回折格子分布反射半導体レーザ（以下、第１の波長可変光源と称す）と、Ｌ−ｂａｎｄ（波長１．５７〜１．６１μｍ）用に設計した超周期構造回折格子分布反射半導体レーザ（以下、第２の波長可変光源と称す）の２つの波長可変光源を用いた。また、参照光路の累積波長分散制御には、ＤＣＦを用いた。このような構成を用いることにより、ＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置の分解能を向上することができる。よって、本発明によるＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置は、高分解能、小型、低コスト、作業効率の高いＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置を実現するために、異なる出力光の波長範囲を有する２つの波長可変光源とＤＣＦを用いたことを特徴とする。本発明に係る装置を、高分解能ＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置と呼ぶこととする。以下、詳細について述べる。
【０２１９】
図１５は、本発明による高分解能ＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置の概略図である。図１６は、それが有する第１および第２の波長可変光源から出射する光の波長変化を時間に対して表したグラフである。この図１６において、縦軸は第１および第２の波長可変光源が出射する光の波長であり、横軸は最初の波長が出射されてからの経過時間である。
【０２２０】
（１）装置構成
本発明の第４の実施例に係る光を用いた断層撮影装置（オプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置）では、第１および第２の波長可変光源は、図１６に示すように、まず同第１の波長可変光源を波長１．５３μｍから１．５７μｍまで階段状に波長走査した後、連続して同第２の波長可変光源を波長１．５７μｍから１．６１μｍまで同様に階段状に波長走査する。このとき波長間隔は波数に変換した場合に等間隔になるように走査する。図１６の場合、波数間隔が２．６×１０-4μｍ-1、一波数当たりの保持時間は１μｓであり、波長可変光源の出力強度は波数に拠らず一定値１０ｍＷである。第１および第２の波長可変光源は、例えば超周期構造回折格子分布反射半導体レーザ（非特許文献１を参照）を用いる。
【０２２１】
装置構成について詳細に説明する。この装置４００は、図１５に示すように、第１および第２の波長可変光源４６１，４６２の出力を、方向性結合器等からなる測定光合波用の１：１カプラ（測定光合波用カプラ）４６３の両方の光入力ポート４６３ａ，４６３ｂにそれぞれ接続する。続いて、測定光合波用カプラ４６３の光出力ポート４６３ｃと、９：１カプラ（第１のカプラ）４０２の光入力ポート４０２ａに光ファイバ４０３により光学的に接続する。第１のカプラ４０２の一方側（分割割合９０％側）の光出力ポートｈは、試料光路側サーキュレータ４０４の光入力ポートａに、光通信用ＳＭＦ（光路ｈ−Ａ）４０５および光通信用ＳＭＦ（光路Ａ−ａ）４０６により光学的に接続している。光通信用ＳＭＦ４０５は、第１のカプラ４０２の製造時に光出力ポートｈに接続される。また、光通信用ＳＭＦ４０６は、試料光路側サーキュレータ４０４の製造時に光入力ポートａに接続される。光通信用ＳＭＦ４０５と光通信用ＳＭＦ４０６との接続箇所である接続点をＡとする。同接続点は融着または光コネクタにより形成される。本実施例に記述される接続点は全て同様にして形成され、光コネクタを用いる場合は、斜め（角度７°〜１２°）研磨端面を有するコネクタにし、できるだけコネクタ端面における光反射が生じないようにすることが望ましい。また、試料光路側サーキュレータ４０４の光入力ポートａは、同サーキュレータ４０４の製造時に光通信用ＳＭＦ（光路ａ−ｂ）４４１により、同サーキュレータ４０４の光入力／出力ポートｂに接続される。なお、試料光路側サーキュレータ４０４の内部である光路ａ−ｂと後述する光路ｂ−ｃは、実際には光通信用ＳＭＦの他に光学レンズやファラデー回転子、偏光子などから構成されている。本実施例において、両光路の物理長は、両光路が光通信用ＳＭＦのみで構成されたと仮定して換算した値を用い、この物理長を光通信用ＳＭＦのｎsmfとσsmfに乗じると同サーキュレータ内部の正確な光路長と波長分散にほぼ等しい値を得ることができる。
【０２２２】
試料光路側サーキュレータ４０４の光出力ポートｃは、試料光路側ＰＣ４０７の光入力ポートｐに、光通信用ＳＭＦ（光路ｃ−Ｃ）４０８および光通信用ＳＭＦ（光路Ｃ−ｐ）４０９により光学的に接続している。なお、試料光路側ＰＣ４０７と後述する参照光路側ＰＣ４２５は、光通信用ファイバを回転機構を有するボビンに巻き付けて同ファイバ中を伝搬する光の偏波状態を制御する光ファイバ型ＰＣを用いた。光通信用ＳＭＦ４０８と光通信用ＳＭＦ４０９の接続箇所である接続点をＣとする。また、光通信用ＳＭＦ４０８は試料光路側サーキュレータ４０４の製造時に光出力ポートｃに接続され、光通信用ＳＭＦ４０９は試料光路側ＰＣ４０７の製造時に光入力ポートｐに接続される。同試料光路側ＰＣ４０７の光入力ポートｐは、同ＰＣ４０７の製造時に光通信用ＳＭＦ（光路ｐ−ｑ）４４３により、同ＰＣ４０７の光出力ポートｑに接続される。試料光路側ＰＣ４０７の光出力ポートｑは、１：１カプラ（第２のカプラ）４１０の光入力ポートｉに光通信用ＳＭＦ（光路ｑ−Ｄ）４１１および光通信用ＳＭＦ（光路Ｄ−ｉ）４１２により光学的に接続している。光通信用ＳＭＦ４１１と光通信用ＳＭＦ４１２の接続点をＤとする。また、光通信用ＳＭＦ４１１は試料光路側ＰＣ４０７の製造時に光出力ポートｑに接続され、光通信用ＳＭＦ４１２は第２のカプラ４１０の製造時に光入力ポートｉに接続される。第２のカプラ４１０の両方の光出力ポート４１０ａ，４１０ｂは、光検出機能を有する差動増幅器４１３の光入力ポート４１３ａ，４１３ｂに光通信用ＳＭＦ４１４により光学的に接続している。
【０２２３】
また、試料光路側サーキュレータ４０４の光入力／出力ポートｂは、光通信用ＳＭＦ（光路ｂ−Ｂまたは光路Ｂ−ｂ）４１５及び光通信用ＳＭＦ（光路Ｂ−Ｂ１または光路Ｂ１−Ｂ）４１６により測定光送出／信号光入力口Ｂ１、試料光路側コリメータレンズ４１７、ガルバノミラー４１８、試料光路側対物レンズ４１９から成る測定光照射系／信号光受光系４２０に接続される。このとき、試料光路側サーキュレータ４０４の光入力／出力ポートｂと接続されている光通信用ＳＭＦ４１５と、測定光送出／信号光入力口Ｂ１を有する光通信用ＳＭＦ４１６との接続箇所である接続点をＢとする。光通信用ＳＭＦ４１５は、試料光路側サーキュレータ４０４の製造時に光出力／入力ポートｂに接続される。測定光照射系／信号光受光系４２０は、測定対象４２１によって測定光が反射又は後方散乱された信号光を捕捉する手段としても機能する。従って、以後、測定光照射／信号光受光手段と呼ぶ。なお、測定光照射系／信号光受光系４２０において、測定光が測定光送出／信号光入力口Ｂ１からガルバノミラー４１８に至るまでと、ガルバノミラー４１８から測定対象４２１に至るまでの光路を、それぞれ空間光路Ｂ１−ｍと空間光路ｍ−ｎとする。同様にして、信号光が、測定対象４２１からガルバノミラー４１８に至るまでと、ガルバノミラー４１８から測定光送出／信号光入力口Ｂ１に至るまでの光路を、それぞれ空間光路ｎ−ｍと空間光路ｍ−Ｂ１とする。空間光路Ｂ１−ｍ，ｍ−ｎ，ｎ−ｍ，ｍ−Ｂ１については、後で詳しく説明する。
【０２２４】
一方、試料光路側サーキュレータ４０４の光入力／出力ポートｂは、同サーキュレータ４０４の光出力ポートｃに接続される。
【０２２５】
他方、第１のカプラ４０２の他方側（分割割合１０％側）の光出力ポートｊは、光通信用ＳＭＦ４２３および光路長調整用シングルモードファイバ（以降、ＳＭＦと略す）４５０、分散制御用ＳＭＦ４５１、ＤＣＦ４５２及び光通信用ＳＭＦ４２４により、参照光路側ＰＣ４２５の光入力ポートｒに光学的に接続されている。このとき、光通信用ＳＭＦ（光路ｊ−Ｅ）４２３と光路長調整用ＳＭＦ（光路Ｅ−Ｆ）４５０との接続箇所である接続点をＥとする。また、光路長調整用ＳＭＦ４５０と分散制御用ＳＭＦ（光路Ｆ−Ｙ）４５１の接続箇所である接続点をＦとする。一方、分散制御用ＳＭＦ４５１とＤＣＦ（光路Ｙ−Ｇ）４５２との接続箇所をＹとする。さらに、ＤＣＦ４５２と光通信用ＳＭＦ（光路Ｇ−ｒ）４２４との接続箇所を接続点Ｇとする。光通信用ＳＭＦ４２３は、第１のカプラ４０２の製造時に光出力ポートｊに接続される。また、光通信用ＳＭＦ４２４は、参照光路側ＰＣ４２５の製造時に光入力ポートｒに接続される。参照光路側ＰＣ４２５の光入力ポートｒは、同ＰＣ４２５の製造時に光通信用ＳＭＦ（光路ｒ−ｓ）４４４により、同ＰＣ４２５の光出力ポートｓに接続される。参照光路側ＰＣ４２５の光出力ポートｓは、第２のカプラ４１０の光入力ポートｋに光通信用ＳＭＦ（光路ｓ−Ｈ）４２８および光通信用ＳＭＦ（光路Ｈ−ｋ）４２９により光学的に接続している。光通信用ＳＭＦ４２８と光通信用ＳＭＦ４２９の接続点をＨとする。また、光通信用ＳＭＦ４２８は参照光路側ＰＣ４２５の製造時に光出力ポートｓに接続され、光通信用ＳＭＦ４２９は第２のカプラ４１０の製造時に光入力ポートｋに接続される。
【０２２６】
以上説明した試料光路４７１と参照光路４７２における各光路の物理長と媒質を、表８にまとめて表示した。なお、表８にて、※１における試料光路側サーキュレータ内部である光路ａ-ｂと光路ｂ-ｃは、実際は光通信用ＳＭＦの他に、光学レンズやファラデー回転子、偏光子などから構成される。本実施例では、両光路の物理長は、両光路が光通信用ＳＭＦのみで構成されたと仮定して換算した値を記載している。この物理長を光通信用ＳＭＦのｎsmfとσsmfに乗じるとサーキュレータ内部の正確な光路長と波長分散にほぼ等しい値を得ることができる。
【０２２７】
【表８】
2007315857.tif 000011
【０２２８】
また、差動増幅器４１３の出力部４１３ｃは、試料の反射又は後方散乱強度分布を計算する演算制御装置４３６の入力部４３６ａにＡ／Ｄ変換器４３７を介して電気的に接続している。演算制御装置４３６の出力部４３６ｂは、演算結果を表示するモニタやプリンタ等の表示装置４３８の入力部４３８ａに電気的に接続している。この演算制御装置４３６は、入力された情報に基づいて第１，第２波長可変光源４６１，４６２及びガルバノミラー４１８を制御することができるようになっている。
【０２２９】
（２）本発明の高分解能ＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置における試料光路の光路長Ｌsampleと累積波長分散Ｄsample
試料光路４７１の光路長Ｌsampleと累積波長分散Ｄsampleについてそれぞれ詳細を説明する。図１５に示した本発明の第４の実施例に係る光を用いた断層撮影装置４００において、第１および第２の波長可変光源４６１，４６３から出射された測定光は、測定合波用カプラ４６３の両方の光入力ポート４６３ａ，４６３ｂにそれぞれ入射し、測定合波用カプラ４６３の光出力ポート４６３ｃから第１のカプラ４０２の光入力ポート４０２ａを経て第１のカプラ４０２に入射する。第１のカプラ４０２の光出力ポートｈから出射した波長可変光源４６１，４６２からの測定光は、光通信用ＳＭＦ４０５と光通信用ＳＭＦ４０６を経て試料光路側サーキュレータ４０４の光入力ポートａに入射する。次に、試料光路側サーキュレータ４０４の光入力ポートａから光出力／入力ポートｂに伝搬した測定光は、光通信用ＳＭＦ４１５と光通信用ＳＭＦ４１６を経て測定光送出／信号光入力口Ｂ１に到達する。ここまでの光路（第一の光路）ｈ−Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１の光路長をＬh-B1と表すことにすると、波長１．５５μｍにおける光路長Ｌh-B1は、表２及び表８に示した光路ｈ−Ａ，Ａ−ａ，ａ−ｂ，ｂ−Ｂ，Ｂ−Ｂ１のそれぞれの物理長と前記各光路の屈折率を用いて演算することで、表９に示すように、１８．１９７５ｍとなる。
【０２３０】
【表９】
2007315857.tif 000012
【０２３１】
また、光路ｈ−Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１の累積波長分散をＤh-B1と表すことにすると、波長１．５５μｍにおける累積波長分散Ｄh-B1は、表２及び表８に示した光路ｈ−Ａ，Ａ−ａ，ａ−ｂ，ｂ−Ｂ，Ｂ−Ｂ１のそれぞれの物理長と前記各光路の単位長さ当たりの波長分散を用いて演算することで、表９に示すように、２１３．３５×１０-3ｐｓ／ｎｍとなる。
【０２３２】
続いて、測定光送出／信号光入力口Ｂ１に到達した測定光は、測定光照射系／信号光受光系４２０に入射する。図１５に示すように、光通信用ＳＭＦ４１６を通ってきた測定光は、測定光送出／信号光入力口Ｂ１から大気中にＢ１−ｍ方向へ放射し平行光ビームに整形する試料光路側コリメータレンズ４１７を通過する。この平行光ビームはさらに大気中をＢ１−ｍ方向へ伝搬し、ガルバノミラー４１８により反射され光路をｍ−ｎに変えて測定対象４２１に集光する試料光路側対物レンズ４１９を経て、測定対象４２１に入射する。このときの光路を、それぞれ空間光路Ｂ１−ｍ，空間光路ｍ−ｎとし、この光路Ｂ１−ｍ−ｎを第二の光路とする。続いて測定対象４２１によって測定光が反射又は後方散乱された信号光は、大気中を光路ｎ−ｍに沿って再び試料光路側対物レンズ４１９を通過し、再び平行ビーム光に変換される。続いて、再びガルバノミラー４１８によって反射され光路をｍ−Ｂ１へ変えられた後、試料光路側コリメータレンズ４１７に再び入射し、同レンズ４１７により集光され測定光送出／信号光入力口Ｂ１から光通信用ＳＭＦ４１６に入射する。このときの光路を、それぞれ空間光路ｎ−ｍ，空間光路ｍ−Ｂ１とし、この光路ｎ−ｍ−Ｂ１を第三の光路とする。なお、ガルバノミラー４１８は、測定光の進行方向を走査するために用いる。
【０２３３】
ここまでの光路Ｂ１−ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１の光路長をＬB1-B1と表することにすると、波長１．５５μｍにおける光路長ＬB1-B1は、表２及び表８に示した光路Ｂ１−ｍ，ｍ−ｎ，ｎ−ｍ，ｍ−Ｂ１のそれぞれの物理長と前記各光路の屈折率を用いて演算することで、表９に示すように、１．０ｍとなる。
【０２３４】
また、光路Ｂ１−ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１の累積波長分散をＤB1-B1と表すことにすると、波長１．５５μｍにおける累積波長分散Ｄh-B1は、表２及び表８に示した光路Ｂ１−ｍ，ｍ−ｎ，ｎ−ｍ，ｍ−Ｂ１のそれぞれの物理長と前記各光路の単位長さ当たりの波長分散を用いて演算することで、表９に示すように、０ｐｓ／ｎｍとなる。
【０２３５】
次に、測定光送出／信号光入力口Ｂ１に入射してきた試料光は、光通信用ＳＭＦ４１６と光通信用４１５を経て試料光路側サーキュレータ４０４の光出力／入力ポートｂから光出力ポートｃへと伝搬し、光通信用ＳＭＦ４０８および光通信用ＳＭＦ４０９を経て試料光路側ＰＣ４０７の光入力ポートｐから光出力ポートｑへ伝搬し、光通信用ＳＭＦ４１１と光通信用ＳＭＦ４１２を経て１：１カプラ（第２のカプラ）４１０の入力ポートｉに入射する。
【０２３６】
ここまでの光路（第四の光路）Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃ−ｐ−ｑ−Ｄ−ｉの光路長をＬB1-iと表すことにすると、波長１．５５μｍにおける光路長ＬB1-iは、表２及び表８に示した光路Ｂ１−Ｂ，Ｂ−ｂ，ｂ−ｃ，ｃ−Ｃ，Ｃ−ｐ，ｐ−ｑ，ｑ−Ｄ，Ｄ−ｉのそれぞれの物理長と前記各光路の屈折率を用いて演算することで、表９に示すように、１９．６４７５ｍとなる。
【０２３７】
また、光路Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃ−ｐ−ｑ−Ｄ−ｉの累積波長分散をＤB1-iと表すことにすると、波長１．５５μｍにおける累積波長分散ＤB1-iは、表２及び表８に示した光路Ｂ１−Ｂ，Ｂ−ｂ，ｂ−ｃ，ｃ−Ｃ，Ｃ−ｐ，ｐ−ｑ，ｑ−Ｄ，Ｄ−ｉのそれぞれの物理長と前記各光路の単位長さ当たりの波長分散を用いて演算することで、表９に示すように、２３０．３５×１０-3ｐｓ／ｎｍとなる。
【０２３８】
以上より、光路ｈ−Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１−ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃ−ｐ−ｑ−Ｄ−ｉ、すなわち試料光路の光路長Ｌsampleは、上述したＬh-B1，ＬB1-B1，ＬB1-iを用いて演算することで、表９に示すように、３８．８４５ｍとなる。
【０２３９】
また、同様にして試料光路の累積波長分散Ｄsampleは、上述したＤh-B1，ＤB1-B1，ＤB1-iを用いて演算することで、表９に示すように、４４３．７×１０-3ｐｓ／ｎｍとなる。
【０２４０】
以上、試料光路４７１の光路長Ｌsampleと累積波長分散Ｄsampleについて述べた。両者の関係をチャート化し、図１７（ａ）に示す。図１７（ａ）において、光通信用ＳＭＦで構成される光路ｈ−Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１（光路長Ｌh-B1＝１８．１９７５ｍ）の累積波長分散Ｄh-B1は２１３．３５×１０-3ｐｓ／ｎｍであり、空間光路で構成される光路Ｂ１ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１（光路長ＬB1-B1＝１．０ｍ）の累積波長分散ＤB1-Bは０ｐｓ／ｎｍであるため、光路ｈ−Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１ ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１（光路長Ｌh-B1＋ＬB1-B1＝１９．１９７５ｍ）の累積波長分散Ｄh-B1の値は、２１３．３５×１０-3ｐs／ｎｍのまま変わらない。一方、光通信用ＳＭＦで構成される光路Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃ−ｐ−ｑ−Ｄ−ｉ（光路長ＬB1-i＝１９．６４７５ｍ）の累積波長分散ＤB1-iは２３０．３５×１０-3ｐｓ／ｎｍであるため、最終的に光路ｈ−Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１ ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃ−Ｄ−ｉ、すなわち試料光路（光路長Ｌsample＝Ｌh-B1＋ＬB1-B1＋ＬB1-i＝３８．８４５ｍ）の累積波長分散Ｄsampleは、４４３．７×１０-3ｐｓ／ｎｍとなる。なお、図１７（ａ）の横軸について、視覚的な理解のため光路長ＬB1-B1の部分を拡大して表示している。以上、図１７（ａ）について説明を述べた。
【０２４１】
（３）本発明の高分解能ＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置４００における参照光路４７２の光路長Ｌrefと累積波長分散Ｄref
なお、図１５に示した本発明の高分解能ＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置４００は、試料光路４７１を伝搬する測定／信号光と、参照光路４７２を伝搬する参照光との干渉現象を利用して断層画像を構築する。そのため、試料光路４７１と参照光路４７２の光路長がほぼ一致している必要がある（Ｌsample≒Ｌref）のはもちろんのこと、試料光路４７１と参照光路４７２の累積波長分散がほぼ一致していること（Ｄsample≒Ｄref）も必要である。よって、本実施例においては試料光路４７１の各光路と、それらに対応する参照光路４７２の各光路の光路長と累積波長分散の値を等しくなるように設定した。具体的には、光路ｈ−Ａの光路長と累積波長分散と、光路ｊ−Ｅの光路長と累積波長分散がそれぞれほぼ等しくなるように設定した。同じく光路Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１の光路長と光路Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃの光路長との和および光路Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１の累積波長分散と光路Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃの累積波長分散との和が、光路Ｅ−Ｆの光路長と累積波長分散とそれぞれほぼ等しくなるように設定した。同じく光路Ｂ１ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１の光路長と累積波長分散と、光路Ｆ−Ｙ−Ｇの光路長と累積波長分散がそれぞれほぼ等しくなるように設定した。同じく光路Ｃ−ｐ−ｑ−Ｄ−ｉの光路長と累積波長分散と、光路Ｇ−ｒ−ｓ−Ｈ−ｋの光路長と累積波長分散がそれぞれほぼ等しくなるように設定した。詳細については、後述する。
【０２４２】
続いて、上記（２）項と同様にして、参照光路４７２の光路長Ｌrefと累積波長分散Ｄrefについてそれぞれ詳細を説明する。図１５の構成による本発明のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置４００において、第１のカプラ４０２の光出力ポートｊから出射した波長可変光源４６１，４６２からの参照光は、光通信用ＳＭＦ４２３を介して光路長調整用ＳＭＦ４５０に入射する。ここまでの光路ｊ−Ｅの光路長をＬj-Eと表すことにすると、波長１．５５μｍにおける光路長Ｌj-Eは、表２及び表８に示した光路ｊ−Ｅの物理長と前記光路の屈折率を用いて演算することで、表９に示すように、０．７２５ｍとなる。
【０２４３】
ここで、光路ｊ−Ｅと対応する試料光路中の光路ｈ−Ａの光路長Ｌh-Aは、表２及び表８に示した光路ｈ−Ａの物理長と屈折率を用いて演算することで、表９に示すように、０．７２５ｍとなる。
【０２４４】
よって、光路ｊ−Ｅの光路長Ｌj-Eと、光路ｊ−Ｅに対応する光路ｈ−Ａの光路長Ｌh-Aは等しく設定されている。また、光路ｊ−Ｅの累積波長分散をＤj-Eと表すことにすると、波長１．５５μｍにおける累積波長分散Ｄj-Eは、表２及び表８に示した光路ｊ−Ｅの物理長と前記光路の単位長さ当たりの波長分散を用いて演算することで、表９に示すように、８．５×１０-3ｐｓ／ｎｍとなる。
【０２４５】
このとき、光路ｊ−Ｅと対応する試料光路中の光路ｈ−ＡのＤh-Aは、表２及び表８に示した光路ｈ−Ａの物理長と単位長さ当たりの波長分散を用いて演算することで、表９に示すように、８．５×１０-3ｐｓ／ｎｍとなる。
【０２４６】
よって、光路ｊ−Ｅの累積波長分散Ｄj-Eと、光路ｊ−Ｅに対応する光路ｈ−Ａの累積波長分散Ｄh-Aは等しく設定されている。続いて、光路長調整用ＳＭＦ４５０に到達した参照光は、接続点Ｆにおいて分散制御用ＳＭＦ４５１に入射する。このときの光路長調整用ＳＭＦ４５０の光路長をＬE-Fと表すことにすると、波長１．５５μｍにおける光路長ＬE-Fは、表２及び表８に示した光路Ｅ−Ｆの物理長と前記光路の屈折率を用いて演算することで、表９に示すように、３４．９２５ｍとなる。
【０２４７】
ここで、図１５に示した本発明のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置４００において、試料光路側サーキュレータ（光通信用ＳＭＦ４４１，光通信用ＳＭＦ４４２）４０４と同サーキュレータ４０４の各ポート（光入力ポートａ，光出力／入力ポートｂ，光出力ポートｃ）に接続された光通信用ＳＭＦ（光通信用ＳＭＦ４０６，光通信用ＳＭＦ４１５，光通信用ＳＭＦ４０８）を測定／信号光が伝搬する光路を、参照光路４７２では単一の光通信用ファイバである光路長調整用ＳＭＦ４５０のみで置き換えることにより、参照光路４７２にサーキュレータを用いることなく高分解能ＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置４００の小型・低コスト化を実現している。よって、光路長調整用ＳＭＦ４５０の光路長ＬE-Fと、光路Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１の光路長ＬA-B1と光路Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃの光路長ＬB1-Cとの和が等しくなるように設定した。すなわち、ＬE-F＝ＬA-B1＋ＬB1-Cである。光路長ＬA-B1は、表２及び表８に示した光路Ａ−ａ，ａ−ｂ，ｂ−Ｂ，Ｂ−Ｂ１のそれぞれの物理長と前記各光路の屈折率を用いて演算することで、表９に示すように、１７．４７２５ｍとなる。
【０２４８】
また、光路長ＬB1-Cは、表２及び表８に示した光路Ｂ１−Ｂ，Ｂ−ｂ，ｂ−ｃ，ｃ−Ｃのそれぞれの物理長と前記各光路の屈折率を用いて演算することで、表９に示すように、１７．４７２５ｍとなる。
【０２４９】
よって、ＬA-B1＋ＬB1-C＝３４．９４５ｍとなり、ＬE-F＝ＬA-B1＋ＬB1-Cを満たしている。すなわち、光路Ｅ−Ｆの光路長ＬE-Fと、光路Ｅ−Ｆに対応する光路Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１の光路長ＬA-B1と光路Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃの光路長ＬB1-Cとの和は等しく設定されている。
【０２５０】
また、光路Ｅ−Ｆの累積波長分散をＤE-Fと表すことにすると、波長１．５５μｍにおける累積波長分散ＤE-Fは、表２及び表８に示した光路Ｅ−Ｆの物理長と前記光路の単位長さ当たりの波長分散を用いて演算することで、表９に示すように、４０９．７×１０-3ｐｓ／ｎｍとなる。
【０２５１】
ここで、光路Ｅ−Ｆと対応関係にある、光路Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１と光路Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃの累積波長分散の値を求める。光路Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１の物理長ｌA-B1（＝ｌA-a＋ｌa-b＋ｌb-B＋ｌB-B1）と光路Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃの物理長ｌB1-C（＝ｌB1-B＋ｌB-b＋ｌb-c＋ｌc-C）は、表８よりそれぞれ１２．０５ｍ，１２．０５ｍである。よって、累積波長分散ＤA-B1と累積波長分散ＤB1-Cの和は、表９に示すように、４０９．７×１０-3ｐｓ／ｎｍとなる。
【０２５２】
よって、ＤE-F＝ＤA-B1＋ＤB1-Cであることを確認した。すなわち、光路Ｅ−Ｆの累積波長分散ＤE-Fと、光路Ｅ−Ｆに対応する光路Ａ−ａ−ｂ−Ｂ−Ｂ１の累積波長分散ＤA-B1と光路Ｂ１−Ｂ−ｂ−ｃ−Ｃの累積波長分散ＤB1-Cとの和は等しく設定されている。なお、光路ｊ−Ｅ−Ｆまでの累積波長分散をＤj-Fとすると、表９に示すように、４１８．２×１０-3ｐｓ／ｎｍとなる。
【０２５３】
続いて、参照光は光路長調整用ＳＭＦ４５０から接続点Ｆを経て分散制御用ＳＭＦ４５１に入射した後、接続点Ｙを経てＤＣＦ４５２に入射し、さらに参照側ＰＣ４２５の光入力ポートｒに接続される光ファイバ４２４と同ＤＣＦ４５２の接続点Ｇに至る。このときの分散制御用ＳＭＦ４５１とＤＣＦ４５２の光路長をＬF-Gと表すことにすると、波長１．５５μｍにおける光路長ＬF-Gは、表２及び表８に示した光路Ｆ−Ｙ，Ｙ−Ｇのそれぞれの物理長と前記各光路の屈折率を用いて演算することで、表９に示すように、１．０ｍとなる。
【０２５４】
ここで、図１５に示した本発明の高分解能ＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置４００において、光路Ｂ１−ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１を測定／信号光が伝搬する空間光路を、参照光路側では分散制御用ＳＭＦ４５１とＤＣＦ４５２のみで置き換えることにより、参照光路４７２に従来の装置の参照光照射／受光装置を用いることなく高分解能ＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置の小型・低コスト化・作業効率の向上を実現している。よって、分散制御用ＳＭＦ４５１とＤＣＦ４５２の物理長ｌF-Y，ｌY-Gの値は、分散制御用ＳＭＦ４５１とＤＣＦ４５２の光路長ＬF-Gと空間光路Ｂ１−ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１の光路長ＬB1-B1とが等しくなるように設定した。すなわち、光路Ｆ−Ｙ−Ｇの光路長ＬF-Gと、光路Ｆ−Ｙ−Ｇに対応する空間光路Ｂ１−ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１の光路長ＬB1-B1は、ともに１．０ｍであり、等しくなっている（ＬF-G＝ＬB1-B1）。
【０２５５】
一方、分散制御用ＳＭＦ４５１とＤＣＦ４５２の累積波長分散をＤF-Gとすると、表２及び表８に示した光路Ｆ−Ｙ，Ｙ−Ｇのそれぞれ物理長と前記各光路の単位長さ当たりの波長分散を用いて演算することで、表９に示すように、０ｐｓ／ｎｍとなる。
【０２５６】
よって、光路Ｆ−Ｇの累積波長分散ＤF-Gと、光路Ｂ１−ｍ−ｎ−ｍ−Ｂ１の累積波長分散ＤB1-B1とは等しくなっている。
【０２５７】
このように、任意の光路において累積波長分散を零にしたい場合は、σrcf＝−１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍのＤＣＦとσsmf＝１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである分散制御用ＳＭＦ２、すなわち光通信用ＳＭＦとを組み合わせて実現する。本実施例で用いたＤＣＦは、図３中一点鎖線で示したように、図３中実線で示した光通信用ＳＭＦと全く逆の波長分散特性（単位長さ当たりの波長分散σと分散スロープｄσ／ｄλ）を有し、表２より両者の屈折率も等しいことから、先に説明したようにＤＣＦの物理長ｌY-Gと分散制御用ＳＭＦ２（光通信用ＳＭＦ）ｌF-Yの物理長は同一とした。ＤＣＦは、本実施例で用いた波長分散特性の他にも、様々な波長分散特性を有する種類が存在する。そのため、ＤＣＦの物理長と、同ＤＣＦと組み合わせて用いる光通信用ＳＭＦの物理長は、用いるＤＣＦの波長分散特性と光通信用ＳＭＦの波長分散特性を考慮して決定される。このようにして、試料光路の空間光路を参照側では光通信用ＳＭＦとＤＣＦで置き換えても、それぞれの光路長と累積波長分散の値を波長１．５５μｍ付近において等しくすることが可能となる。
【０２５８】
ここで、実施例１および実施例２で示した、ＤＳＦを用いたＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置と比較したときの、本実施例の利点について述べる。図３の点線で示したように、ＤＳＦの単位長さ当たりの波長分散σdsfは、厳密には波長１．５５μｍ以外においては０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍではなく、有限の値を有する。さらに本実施例では測定分解能向上のため、測定光の波長範囲１．５３〜１．６１μｍを、実施例１〜３と比較して２倍に拡大している。そのため、本実施例における測定光／信号光の波長範囲１．５３〜１．６１μｍにおけるσdsfの値は、−３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍから６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの間の値となり、累積波長分散を０ｐｓ／ｎｍと考えることはできず、僅かな累積波長分散が反射光信号強度のピークの半値全幅を僅かに大きくし、測定分解能が低下してしまう。よって、波長範囲が１．５３〜１．６１μｍのとき、ＤＳＦを用いることは望ましくない。しかしながら、本実施例で用いたＤＣＦでは、波長１．２〜１．７μｍと広範囲に渡り光通信用ＳＭＦとは全く逆の波長分散特性を有するために、光通信用ＳＭＦと組み合わせて用いることにより、測定光の波長範囲によらず、累積波長分散を０ｐｓ／ｎｍにすることができ、測定分解能が低下することもない。そのため、本実施例のように４０ｎｍを超える波長範囲に渡り、参照光路中の任意の光路の累積波長分散を完全に０ｐｓ／ｎｍにする必要がある場合は、ＤＣＦを用いる方が望ましい。
【０２５９】
続いて参照光は、接続点Ｇから参照光路側ＰＣ４２５の入力ポートｒに入射する。次に参照光は、参照光路側ＰＣ４２５の光入力ポートｒから光出力ポートｓへと伝搬し、光通信用ＳＭＦ４２８および光通信用ＳＭＦ４２９を経て第２のカプラ４１０の入力ポートｋに入射する。ここまでの光路Ｇ−ｒ−ｓ−Ｈ−ｋの光路長をＬG-kと表すことにすると、波長１．５５μｍにおける光波長ＬG-kは、表２及び表８に示した光路Ｇ−ｒ，ｒ−ｓ，ｓ−Ｈ，Ｈ−ｋのそれぞれの物理長と前記各光路の屈折率を用いて演算することで、表９に示すように、２．１７５ｍとなる。
【０２６０】
ここで、光路Ｇ−ｒ−ｓ−Ｈ−ｋと対応する試料光路中の光路Ｃ−ｐ−ｑ−Ｄ−ｉの光路長ＬC-iは、表２及び表８に示した光路Ｃ−ｐ，ｐ−ｑ，ｑ−Ｄ，Ｄ−ｉのそれぞれの物理長と各光路の屈折率を用いて演算することで、表９に示すように、２．１７５ｍとなる。
【０２６１】
よって、光路Ｇ−ｋの光路長ＬG-kと、光路Ｇ−ｒ−ｓ−Ｈ−ｋに対応する光路Ｃ−ｐ−ｑ−Ｄ−ｉの光路長ＬC-iは、ともに２．１７５ｍとなり、等しく設定されている。
【０２６２】
また、光路Ｇ−ｒ−ｓ−Ｈ−ｋの累積波長分散をＤG-kと表すことにすると、波長１．５５μｍにおける累積波長分散ＤG-kは、表２及び表８に示した光路Ｇ−ｒ，ｒ−ｓ，ｓ−Ｈ，Ｈ−ｋのそれぞれの物理長と前記各光路の単位長さ当たりの波長分散を用いて演算することで、表９に示すように、２５．５×１０-3ｐｓ／ｎｍとなる。
【０２６３】
ここで、光路Ｇ−ｒ−ｓ−Ｈ−ｋと対応する試料光路中の光路Ｃ−ｐ−ｑ−Ｄ−ｉの累積波長分散ＤC-iは、表２及び表８に示した光路Ｃ−ｐ．ｐ−ｑ，ｑ−Ｄ，Ｄ−ｉのそれぞれの物理長と各光路の単位長さ当たりの波長分散を用いて演算することで、表９に示すように、２５．５×１０-3ｐｓ／ｎｍとなる。
【０２６４】
すなわち、光路Ｇ−ｋの累積波長分散ＤG-kと、光路Ｇ−ｋに対応するＣ−ｐ−ｑ−Ｄ−ｉの累積波長分散ＤC-iは、ともに２５．５ｐｓ／ｎｍであり、等しく設定されている。
【０２６５】
以上より、参照光路（光路（第五の光路）ｊ−Ｅ−Ｆ−Ｇ−ｒ−ｓ−Ｈ−ｋ）の光路長Ｌrefは、上述したＬj-E，ＬE-F，ＬF-G，ＬG-Kを用いて演算することで、表９に示すように、３８．８４５ｍとなる。
【０２６６】
よって、参照光路Ｌrefと試料光路Ｌsampleの光路長は、ともに３８．８４５ｍとなり、等しく設定されている（Ｌref＝Ｌsample）。
【０２６７】
また、同様にして参照光路の累積波長分散Ｄrefは、上述したＤj-E，ＤE-F，ＤF-G，ＤG-K式を用いて演算することで、表９に示すように、４４３．７×１０-3ｐｓ／ｎｍとなる。
【０２６８】
よって、参照光路４７２と試料光路４７１の累積波長分散は等しく設定されている（Ｄref＝Ｄsample）。
【０２６９】
これまで述べてきた参照光路の光路長Ｌrefと累積波長分散Ｄrefについて両者の関係をチャート化し、図１７（ｂ）に示す。図１７（ｂ）において、横軸は光路長Ｌ、縦軸は累積波長分散Ｄである。図１７（ｂ）より、光通信用ＳＭＦで構成される光路ｊ−Ｅ−Ｆ（光路長Ｌj-F＝３５．６７ｍ）の累積波長分散は、４１８．２×１０-3ｐｓ／ｎｍであり、波長１．５５μｍにおけるσsmf＝１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである分散制御用ＳＭＦ２（光通信用ＳＭＦ）と、σdcf＝−１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであるＤＣＦとで構成される光路Ｆ−Ｙ−Ｇ（光路長ＬF-G＝１．０ｍ）の累積波長分散ＤF-Gは、０ｐｓ／ｎｍであるため、光路ｊ−Ｅ−Ｆ−Ｙ−Ｇ（光路長Ｌj-G＝３６．６７ｍ）の累積波長分散Ｄj-Gは，４１８．２×１０-3ｐｓ／ｎｍのまま変わらない。一方、光ファイバで構成される光路Ｇ−ｒ−ｓ−Ｈ−ｋ（光路長ＬG-k＝２．１７５ｍ）の累積波長分散ＤG-kは２５．５×１０-3ｐｓ／ｎｍであるため、最終的に光路ｊ−Ｅ−Ｆ−Ｆ−Ｙ−Ｇ−ｒ−ｓ−Ｈ−ｋ，すなわち参照光路（光路長Ｌref＝Ｌj-E＋ＬE-F＋ＬF-G＋ＬG-K＝３８．８４５ｍ）の累積波長分散Ｄrefは、４４３．７×１０-3ｐｓ／ｎｍとなる。
【０２７０】
よって、図１７（ａ）と図１７（ｂ）を比較すると、これまで説明してきたように、参照光路４７２と試料光路４７１では光路長が一致し、かつ累積波長分散の値も一致することが視覚的に理解できる。
【０２７１】
（４）本発明のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置による測定結果
図１８に、図１５に示した本発明の高分解能ＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置４００を用いて得られた反射光信号強度のピークを示す（図１８中実線）。図１８の横軸は、測定対象のｚ軸（奥行き）方向の座標を、縦軸は反射光信号の強度を表している。図１８中実線で示した本発明の高分解能ＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置４００を用いて得られた反射光信号強度のピークの半値全幅は１３μｍであり、図１９で示した従来のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置で得られた反射光信号強度のピークの半値全幅の値（２６μｍ）の１／２となっている。よって、本発明による高分解能ＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置は、測定光の波長範囲拡大により、また試料光路と参照光路の光路長と累積波長分散がそれぞれほぼ一致しているため測定分解能が２倍向上していることが分かる。一方、図１５に示した本発明の高分解能ＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置において、分散制御用ＳＭＦ４５１とＤＣＦ４５２の部分を、同じ光路長を有する１本のＤＳＦで置き換えた場合は、先に説明したように、同ＤＳＦの単位長さ当たりの波長分散σdefは厳密には波長１．５５μｍ以外においては０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍではなく、有限の値を有する。そのため、本実施例における測定光／信号光の波長範囲１．５３〜１．６１μｍのσdsfの値は、−１．２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍから３．６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの間の値となり、累積波長分散を０ｐｓ／ｎｍと考えることはできない。よって、反射光信号強度のピークの半値全幅１３μｍよりも若干大きくなり、測定分解能が低下する。そのため、図１５に示した本発明による高分解能ＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置においてＤＳＦを用いると、試料光路と測定光路における累積波長分散の値が僅かに異なるため、測定光の波長範囲を拡大した効果が十分に得られない。
【０２７２】
なお、ＤＣＦは国内外の光ファイバメーカが量産している市販品であるため、本ＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置のごく一部分にＤＣＦを導入しても、装置全体のコスト上昇は無視できる範囲内であると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【０２７３】
本発明は、光を用いた断層撮影装置および波長分散の補正方法に利用することが可能であり、特に、生体や塗装面等各種構造物の断層像を光の干渉現象を利用して測定する装置および波長分散の補正方法に利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０２７４】
【図１】本発明の第１の実施例に係る光を用いた断層撮影装置の概略図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る光を用いた断層撮影装置が有する波長可変光源から出射する光の波長変化を時間に対して表したグラフである。
【図３】光通信用ＳＭＦ，ＤＳＦ，ＤＣＦ，ＤＦＦについて、それぞれ単位長さ当たりの波長分散σの波長依存性を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施例に係る光を用いた断層撮影装置における試料光路および参照光路の累積波長分散を示すグラフである。
【図５】本発明の第１の実施例に係る光を用いた断層撮影装置を用いて得られた反射光信号強度のピークを示す図である。
【図６】本発明の第１の実施例に係る光を用いた断層撮影装置における参照光路に光通信用ＳＭＦを用いた場合の累積波長分散の光路長依存性を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施例に係る光を用いた断層撮影装置の概略図である。
【図８】本発明の第２の実施例に係る光を用いた断層撮影装置が有する波長可変光源から出射する光の波長変化を時間に対して表したグラフである。
【図９】本発明の第２の実施例に係る光を用いた断層撮影装置における試料光路および参照光路の累積波長分散を示すグラフである。
【図１０】本発明の第２の実施例に係る光を用いた断層撮影装置を用いて得られた反射光信号強度のピークを示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施例に係る光を用いた断層撮影装置の概略図である。
【図１２】本発明の第３の実施例に係る光を用いた断層撮影装置が有する波長可変光源から出射する光の波長変化を時間に対して表したグラフである。
【図１３】本発明の第３の実施例に係る光を用いた断層撮影装置における試料光路および参照光路の累積波長分散を示すグラフである。
【図１４】本発明の第３の実施例に係る光を用いた断層撮影装置を用いて得られた反射光信号強度のピークを示す図である。
【図１５】本発明の第４の実施例に係る光を用いた断層撮影装置の概略図である。
【図１６】本発明の第４の実施例に係る光を用いた断層撮影装置が有する波長可変光源から出射する光の波長変化を時間に対して表したグラフである。
【図１７】本発明の第４の実施例に係る光を用いた断層撮影装置における試料光路および参照光路の累積波長分散を示すグラフである。
【図１８】本発明の第４の実施例に係る光を用いた断層撮影装置を用いて得られた反射光信号強度のピークを示す図である。
【図１９】従来の光を用いた断層撮影装置の概略図である。
【符号の説明】
【０２７５】
１００        光を用いた断層撮影装置
１０１        波長可変光源
１０２        ９：１カプラ（第１のカプラ）
１０４        試料光路側サーキュレータ
１０７        試料光路側偏波コントローラ（試料光路側ＰＣ）
１１０        １：１カプラ（第２のカプラ）
１１８        ガルバノミラー
１２５        参照光路側偏波コントローラ（参照光路側ＰＣ）
１５０        光路長調整用ＳＭＦ
１５１        分散シフトファイバ
【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９】
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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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