(57)【要約】【課題】安価な構成を有する周波数倍加回路を用いることで、波長掃引光源を用いた撮像装置のコストを軽減する。【解決手段】光の周波数を掃引するとともに該光を射出する光源部と、光源部からの光を被検体へ照射する照射光と参照光とに分割するとともに、被検体から反射された該照射光の反射光と参照光とによる干渉光を発生させる干渉部と、光源部からの光に基づいてクロック信号を生成するクロック信号生成部と、干渉光を検出し、クロック信号と同期して干渉信号を生成する検出部と、干渉信号に基づいて、被検体の情報を取得する情報取得部とを備え、クロック信号生成部は、入力される信号の周波数を倍加する周波数倍加回路を含み、周波数倍加回路は、光源部からの光に基づく交流信号を全波整流する全波整流回路を有し、全波整流回路は、センタータップトランスとダイオードを含み、センタータップトランスの出力側の中点に所定の電圧が印加される、撮像装置。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の周波数を掃引するとともに、該光を射出する光源部と、
前記光源部からの光を被検体へ照射する照射光と参照光とに分割するとともに、該被検体から反射された該照射光の反射光と該参照光とによる干渉光を発生させる干渉部と、
前記光源部からの光に基づいてクロック信号を生成するクロック信号生成部と、
前記干渉光を検出し、前記クロック信号と同期して干渉信号を生成する検出部と、
前記干渉信号に基づいて、前記被検体の情報を取得する情報取得部と、
を備え、
前記クロック信号生成部は、入力される信号の周波数を倍加する周波数倍加回路を含み、
前記周波数倍加回路は、前記光源部からの光に基づく交流信号を全波整流する全波整流回路を有し、
前記全波整流回路は、センタータップトランスとダイオードを含み、
前記センタータップトランスの出力側の中点に所定の電圧が印加される、撮像装置。
【請求項２】
前記所定の電圧は前記ダイオードの順方向電圧以上である、請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記所定の電圧は前記ダイオードの順方向電圧にほぼ等しい、請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記ダイオードと同種のダイオードを用いて、前記所定の電圧を生成する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記周波数倍加回路は、前記全波整流回路からの入力信号をデジタル信号として出力するクロック生成回路を含み、
前記クロック生成回路はコンパレータを含み、
前記コンパレータの基準電圧は前記全波整流回路からの入力信号に応じて可変である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記クロック信号生成部は、
前記光源部からの光を光路長の異なる２つの光路に入射する光に分割するとともに、該２つの光路から出射された光によるクロック干渉光を発生させるクロック干渉部と、
前記クロック干渉光を検出し、前記交流信号を生成するクロック検出部と、
をさらに有する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記クロック信号生成部は前記光源部の外部に設けられる、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、光干渉断層撮像法（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、以下、ＯＣＴという。）を用いる撮像装置（以下、ＯＣＴ装置という。）が開発されている。ＯＣＴ装置は、物体へ光を照射し、照射光の波長に応じて物体の異なる深さから戻ってくる反射光と参照光とを干渉させる。ＯＣＴ装置は、干渉光の強度の時間波形（以下、干渉スペクトルという。）に含まれる周波数成分を分析することによって物体の断層に関する情報、具体的には断層像を得ることができる。ＯＣＴ装置は、例えば眼科用の撮像装置として眼底検査等に用いられる。
【０００３】
ＯＣＴ装置を用いた検査では、正確な画像を得るために、検査の間、被検者の行動が制限される。そのため、ＯＣＴ装置の測定速度が遅いと被検者の行動を制限する期間が長くなり、被検者の身体的負担が増加する。このことから、ＯＣＴ装置では、測定速度を向上させ、検査にかかる被検者の身体的負担を低減することが望まれている。
【０００４】
そこで、測定速度を向上させたＯＣＴ装置として、波長掃引光源を用いたＯＣＴ装置（Ｓｗｅｐｔ  Ｓｏｕｒｃｅ  ＯＣＴ装置、以下、ＳＳ−ＯＣＴ装置という。）が盛んに開発されている。特許文献１は、ＳＳ−ＯＣＴ装置の一例を開示しており、波長可変光源として、ファイバーリング共振器及び波長選択フィルタを用いた光源を例示している。
【０００５】
ＳＳ−ＯＣＴ装置では、一回の検査にかかる測定時間をさらに短縮するため、一度の撮像でより広範囲の断層情報を取得することが好ましい。そのため、ＳＳ−ＯＣＴ装置を用いた検査の被検体となる生体組織の深さ方向の撮像範囲をより広くする手法が検討されてきている。なお、被検体となる生体組織の深さ方向は、一般にＡ−スキャン方向と呼ばれる。
【０００６】
ここで、ＳＳ−ＯＣＴ装置では、被検体からの反射光と参照光との干渉光をサンプリングする回数、すなわち干渉光のサンプリング数を増やすことで、Ａ−スキャン方向の撮像範囲をより広くできることが知られている。このため、干渉光のサンプリング数を増やすために、サンプリングのタイミングを示すクロック信号（以下、ｋクロック信号という。）の周波数を増加させることが行われる。
【０００７】
一般に、光源からの光を用いて高周波数のｋクロック信号を生成するためには、コヒーレント長の長い光源を用いる必要がある。しかしながら、コヒーレント長の長い光源は高価であるため、そのような光源を用いる場合にはＳＳ−ＯＣＴ装置にかかるコストが高くなる。そのため、コヒーレント長の長い光源を用いずにｋクロック周波数を増加させる手法が提案されている。
【０００８】
特許文献２は、乗算器を用いてＳＳ−ＯＣＴ装置のサンプルクロックの周波数を倍加する方法を開示している。
【０００９】
また、非特許文献１は、元の波形と、９０°位相シフト回路を用いて元波形の位相を９０°シフトさせた波形の排他的論理和を取ることによりサンプルクロックの周波数を倍加する方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１２−１１５５７８号
【特許文献２】米国特許第７９１６３８７号明細書
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】J.Xi、L.Huo、J．Li、X．Li、「Generic real-time uniform K-space Sampling method for high-speed swept-Source optical coherence tomography」、OPTICS EXPRESS、（米国）、The Optical Society、2010年4月、Vol.18、No.9、p.9511-9517
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献２に記載される乗算器や非特許文献１に記載される９０°位相シフト回路もまた高価であり、これらはＳＳ−ＯＣＴ装置のコストアップに繋がる。
【００１３】
そこで、本発明では、安価な構成を有する周波数倍加回路を用いてｋクロック信号の周波数を倍加することで、波長掃引光源を用いた撮像装置のコストを軽減する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一実施態様によれば、光の周波数を掃引するとともに、該光を射出する光源部と、前記光源部からの光を被検体へ照射する照射光と参照光とに分割するとともに、該被検体から反射された該照射光の反射光と該参照光とによる干渉光を発生させる干渉部と、前記光源部からの光に基づいてクロック信号を生成するクロック信号生成部と、前記干渉光を検出し、前記クロック信号と同期して干渉信号を生成する検出部と、前記干渉信号に基づいて、前記被検体の情報を取得する情報取得部とを備え、前記クロック信号生成部は、入力される信号の周波数を倍加する周波数倍加回路を含み、前記周波数倍加回路は、前記光源部からの光に基づく交流信号を全波整流する全波整流回路を有し、前記全波整流回路は、センタータップトランスとダイオードを含み、前記センタータップトランスの出力側の中点に所定の電圧が印加される、撮像装置が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明による撮像装置は、上記構成を有することから、安価にｋクロックの周波数を倍加することができ、波長掃引光源を用いた撮像装置のコストを軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例１によるＯＣＴ装置の構成例を概略的に示す。
【図２】本発明の実施例１に係るｋクロック生成部の構成例を概略的に示す。
【図３】一般的な全波整流回路の構成例を概略的に示す。
【図４】一般的な全波整流回路を伝播する各信号の波形を示す。
【図５】提案する全波整流回路の構成例を概略的に示す。
【図６】提案する全波整流回路を伝播する各信号の波形を示す。
【図７】一般的な全波整流回路と提案する全波整流回路を説明するための図である。
【図８】本発明の実施例１に係る周波数倍加回路の構成例を概略的に示す。
【図９】本発明の実施例１に係る周波数倍加回路内を伝播する各信号の波形を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための例示的な実施例を、図面を参照して詳細に説明する。ただし、以下の実施例で説明する寸法、材料、形状、構成要素の相対的な位置等は任意であり、本発明が適用される装置の構成又は様々な条件に応じて変更できる。また、図面において、同一であるか又は機能的に類似している要素を示すために図面間で同じ参照符号を用いる。  
【００１８】
［実施例１］
以下、図１乃至９を参照して、本発明の実施例１による光干渉断層撮像法を用いた撮像装置（ＯＣＴ装置）について説明する。図１は、本発明の実施例１によるＯＣＴ装置の構成例を概略的に示す。なお、以下、本発明によるＯＣＴ装置を、被検体の眼底を検査するために用いられるＯＣＴ装置として説明する。しかしながら、本発明によるＯＣＴ装置は、眼底検査以外の用途に用いられることができ、例えば眼の前眼部や臓器等の任意の物体の検査等に用いられてもよい。なお、本発明によるＯＣＴ装置は、波長掃引光源を用いたＳＳ−ＯＣＴ装置であるが、簡略化のため以下では単にＯＣＴ装置という。
【００１９】
図１に示すように、ＯＣＴ装置１には、光を射出する光源部１０と、干渉光を生成する干渉部２０と、干渉光を検出する検出部３０と、被検体１００である眼の眼底の情報を取得する情報取得部４０と、取得した情報を表示する表示部７０とが設けられている。さらに、ＯＣＴ装置１には、被検体１００に照射光を照射し、被検体１００からの反射光を干渉部２０へ出射する測定アーム５０と、測定アーム５０からの反射光と干渉させる参照光を出射する参照アーム６０が設けられている。また、ＯＣＴ装置１には、ｋクロック信号を生成するｋクロック生成部（クロック信号生成部）８０と、光源部１０からの光をｋクロック生成部８０に入射する光及び干渉部２０に入射する光に分割する光ファイバカプラ（分割部）９０とが設けられている。
【００２０】
光源部１０は、射出される光の波長を掃引し、光周波数を掃引する波長掃引光源１１を含む。波長掃引光源１１としては、射出される光の波長を掃引し、光周波数を掃引することができる光源であれば、任意の光源を用いることができる。そのため、波長掃引光源１１は、例えば、特許文献１に記載されるファイバーリング共振器及び波長選択フィルタを用いた光源であってもよいし、その他の市販の波長掃引レーザー等であってもよい。光源部１０は、光ファイバを介して光ファイバカプラ９０に接続される。
【００２１】
光ファイバカプラ９０は、光ファイバを介して光源部１０、干渉部２０及びｋクロック生成部８０に接続される。光ファイバカプラ９０は、光源部１０からの光をｋクロック生成部８０に入射する光と干渉部２０に入射する光に分割する。なお、光ファイバカプラ９０の代わりにビームスプリッタ等を用いてもよい。
【００２２】
ｋクロック生成部８０は、光ファイバカプラ９０を経由した光源部１０から射出された光に基づいてｋクロック信号を生成する。また、ｋクロック生成部８０は生成したｋクロック信号を検出部３０に送る。検出部３０は後述する被検体１００からの反射光と参照光とによる干渉光の検出を行い、ｋクロック生成部８０から受け取ったｋクロック信号に同期して干渉光に基づく干渉信号を生成する。
【００２３】
干渉部２０は、光源部１０からの光を測定アーム５０に向かう光と参照アーム６０に向かう光に分割するとともに、測定アーム５０からの反射光及び参照アーム６０からの参照光による干渉光を発生させる。干渉部２０には、光ファイバカプラ２１，２２が設けられている。光ファイバカプラ２１は、光ファイバを介して光ファイバカプラ９０，２２、測定アーム５０、及び参照アーム６０に接続される。光ファイバカプラ２１は、光ファイバカプラ９０を経由した光源部１０から射出された光を、測定アーム５０を経由して眼底へ照射される照射光と参照アーム６０を経由する参照光とに分割する。
【００２４】
照射光は、測定アーム５０を経由して被検体１００に照射され、被検体１００によって反射された反射光として測定アーム５０及び光ファイバカプラ２１を経由し、光ファイバカプラ２２に入射する。一方、参照光は、参照アーム６０を経由し光ファイバカプラ２２に入射する。反射光と参照光は、光ファイバカプラ２２で互いに干渉し、干渉光として光ファイバカプラ２２から出射する。
【００２５】
光ファイバカプラ２２は、光路長の異なる２つの光ファイバを介して、検出部３０に接続される。なお、干渉部２０は、光ファイバカプラの代わりにビームスプリッタ等を用いて構成されてもよい。
【００２６】
測定アーム５０には、偏光コントローラ５１と、コリメータ５２と、Ｘ軸スキャナ５３と、Ｙ軸スキャナ５４と、フォーカスレンズ５５とが設けられている。偏光コントローラ５１は、光ファイバカプラ２１から測定アーム５０に接続される光ファイバに設けられ、測定アーム５０を通る照射光及び反射光の偏光状態を整える。コリメータ５２は、光ファイバを介して光ファイバカプラ２１と接続されており、偏光コントローラ５１で偏光状態を整えられた照射光を、空間光として照射する。空間光として照射された照射光は、Ｘ軸スキャナ５３、Ｙ軸スキャナ５４、及びフォーカスレンズ５５を経由して被検体１００の眼底に照射される。
【００２７】
Ｘ軸スキャナ５３及びＹ軸スキャナ５４は、それぞれ回転軸が互いに直交するよう配置された偏向ミラーで構成される。Ｘ軸スキャナ５３及びＹ軸スキャナ５４は、眼底を照射光で走査する機能を有する走査部を構成し、眼底に対する照射光の照射位置を変更することができる。ここで、Ｘ軸スキャナ５３は、Ｘ軸方向の走査を行い、Ｙ軸スキャナ５４は、Ｙ軸方向の走査を行う。なお、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の各方向は、被検体１００である眼の眼軸方向に対して直交する方向であり、且つ、互いに直交する方向である。
【００２８】
眼底に照射された照射光は、眼底において後方散乱光（反射光）として反射される。眼底からの反射光は、再びフォーカスレンズ５５、Ｙ軸スキャナ５４、Ｘ軸スキャナ５３、コリメータ５２、及び偏光コントローラ５１を経由して測定アーム５０から出射される。測定アーム５０を経由した反射光は光ファイバを伝播し、光ファイバカプラ２１を経由して光ファイバカプラ２２に入射する。
【００２９】
一方、参照アーム６０には、偏光コントローラ６１と、コリメータ６２と、分散補償ガラス６３と、光路長調整光学系６４と、分散調整プリズムペア６５と、コリメータ６６とが設けられている。偏光コントローラ６１は、光ファイバカプラ２１から参照アーム６０に接続される光ファイバに設けられ、参照アーム６０を通る参照光の偏光状態を整える。コリメータ６２は、光ファイバを介して光ファイバカプラ２１と接続されており、偏光コントローラ６１で偏光状態を整えられた参照光を、空間光として出射する。空間光として出射された参照光は、分散補償ガラス６３、光路長調整光学系６４、及び分散調整プリズムペア６５を経由してコリメータ６６に入射する。
【００３０】
分散補償ガラス６３及び分散調整プリズムペア６５は、参照光の分散を調整することができる。そのため、分散補償ガラス６３及び分散調整プリズムペア６５を用いることで、測定アーム５０を経由する反射光の分散に対応するように参照光の分散を調整することができる。また、光路長調整光学系６４は、図１の矢印Ａ１で示すように、コリメータ６２，６６に対し近づく又は遠ざかる方向に移動することができ、参照アーム６０の光路長を調整することができる。そのため、光路長調整光学系６４によって、照射光が経由する眼底までの光路長に応じて、参照アーム６０の光路長を調整することができる。
【００３１】
コリメータ６６に入射した参照光は、コリメータ６６と光ファイバカプラ２２とを接続する光ファイバを伝播し、光ファイバカプラ２２に入射する。
【００３２】
上記のように、光ファイバカプラ２２に入射した反射光及び参照光は、互いに干渉し、干渉光として光ファイバカプラ２２から光路長の異なる２つの光ファイバ内に分割して出射され、検出部３０に入射する。
【００３３】
検出部３０には、検出器３１とＡ／Ｄ変換器３２が設けられている。検出器３１は、光ファイバカプラ２２で干渉光を発生させた後すぐに分割された２つの干渉光を検出する。ここで、検出器３１に入射する２つの干渉光は、互いに干渉信号成分の位相が反転するように調整されており、検出器３１で２つの干渉光の差動検出することにより良好な信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）で干渉信号成分を検出できる。
【００３４】
検出器３１は、検出した干渉光に基づく干渉信号（ＯＣＴ干渉信号）をＡ／Ｄ変換器３２に送り、Ａ／Ｄ変換器３２は受け取ったＯＣＴ干渉信号をデジタル信号に変換する。なお、Ａ／Ｄ変換器３２はｋクロック生成部８０と接続されており、Ａ／Ｄ変換器３２はｋクロック生成部８０から送られてくるｋクロック信号に同期して干渉信号をサンプリングし、デジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器３２は、デジタル信号に変換した干渉信号を、情報取得部４０に送る。そのため、検出部３０は、干渉光を検出し、ｋクロック信号に同期してデジタル化された干渉信号を生成し、情報取得部４０に当該干渉信号を送ることができる。
【００３５】
情報取得部４０は、検出部３０から受け取ったデジタル信号に対してフーリエ変換などの周波数分析を行い、眼底の情報を得る。なお、情報取得部４０は、検出器３１で検出した位相の異なる干渉光に基づく干渉信号の差を取ることで、干渉信号の差動を検出し、干渉信号の非干渉成分に基づくノイズを低減することができる。そのため、情報取得部４０は、当該差動検出を行うことで、干渉信号に基づく眼底の情報の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）を改善することができる。情報取得部４０は、得られた眼底の情報を表示部７０に送り、表示部７０は受け取った情報を断層像として表示する。
【００３６】
なお、情報取得部４０は、ＣＰＵやＭＰＵなどを備えた任意の情報処理部としてＯＣＴ装置１内に構成してもよいし、汎用コンピュータを用いて構成してもよい。また表示部７０は、ＯＣＴ装置１に備えつけられたモニタであってもよいし、ＯＣＴ装置１に接続された個別のモニタであってもよい。
【００３７】
上記の一連の動作により、ＯＣＴ装置１は、被検体１００のある１点における断層に関する情報を取得することができる。このように、被検体１００の奥行き方向の断層に関する情報を取得することをＡ−スキャンと呼ぶ。また、ＯＣＴ装置１では、Ｘ軸スキャナ５３及びＹ軸スキャナ５４によって構成される走査部によって、被検体１００を照射光で走査することにより、被検体１００の２次元の断層像や３次元の断層像の情報を取得することができる。
【００３８】
ここで、Ａ−スキャンと直交する方向における被検体１００の断層に関する情報、すなわち２次元の断層像の情報を取得する方向に被検体１００を照射光で走査することをＢ−スキャンと呼ぶ。さらに、Ａ−スキャン、及びＢ−スキャンのいずれの走査方向とも直交する方向に被検体１００を照射光で走査することをＣ−スキャンと呼ぶ。特に、３次元の断層像の情報を取得する際に被検体１００の眼底面内に２次元ラスター走査する場合、高速に走査が行われる方向をＢ−スキャン方向と呼び、Ｂ−スキャン方向に直交し、低速に走査が行われる方向をＣ−スキャン方向と呼ぶ。
【００３９】
ＯＣＴ装置１は、Ａ−スキャン及びＢ−スキャンを行うことで被検体１００の２次元の断層像が得ることができ、Ａ−スキャン、Ｂ−スキャン及びＣ−スキャンを行うことで、被検体１００の３次元の断層像を得ることができる。Ｂ−スキャン及びＣ−スキャンは、上述したＸ軸スキャナ５３及びＹ軸スキャナ５４により構成される走査部によって行われる。なお、Ｂ−スキャン方向及びＣ−スキャン方向といったライン走査方向と、Ｘ軸方向又はＹ軸方向とは一致していなくてもよい。このため、Ｂ−スキャン及びＣ−スキャンのライン走査方向は、撮像したい２次元の断層像あるいは３次元の断層像に応じて、適宜決めることができる。
【００４０】
また、ＯＣＴ装置１では、検出部３０のＡ／Ｄ変換器３２によるＯＣＴ干渉信号のサンプリングは、ｋクロック生成部８０が生成したｋクロック信号に基づいて等光周波数（等波数）間隔に行われる。
【００４１】
ここで、ＯＣＴ装置１の光源部１０からの光は波長掃引されるため、時間に応じて光周波数が変化する。検出部３０は、このような光周波数が時間に応じて変化する光源部１０からの光に基づく干渉光を検出してＯＣＴ干渉信号を生成する。これに対し、ｋクロック生成部８０は、光源部１０からの光に基づいてｋクロック信号を生成するため、ｋクロック信号は検出部３０で検出される干渉光に基づくＯＣＴ干渉信号に対して等波数間隔でのサンプリングタイミングを示すことができる。
【００４２】
次に、図２を参照して、ｋクロック生成部８０についてより詳細に説明する。図２は、ｋクロック生成部８０の構成例を概略的に示す。
【００４３】
図２に示すように、ｋクロック生成部８０には、ｋクロック干渉部（クロック干渉部）８２と、光センサ（クロック検出部）８３と、周波数倍加回路８４とが設けられている。
【００４４】
ｋクロック干渉部８２は、光源部１０からの光を光路長の異なる２つの光路に入射する光に分割するとともに、該２つの光路から出射された光によるクロック干渉光を発生させる。ｋクロック干渉部８２には、光ファイバカプラ８２１，８２８と、コネクタ８２２，８２４，８２５，８２７と、光ファイバ８２３，８２６とが設けられている。
【００４５】
光ファイバカプラ９０を経由した光源部１０からの光８１１は、光ファイバカプラ９０，８２１に接続される光ファイバを伝播し、光ファイバカプラ８２１に入射する。光ファイバカプラ８２１は、コネクタ８２２、光ファイバ８２３及びコネクタ８２４によって構成される第１の光路と、コネクタ８２５、光ファイバ８２６及びコネクタ８２７によって構成される第２の光路に、光源部１０からの光８１１を分割して入射させる。ここで、光ファイバ８２３と光ファイバ８２６は所定の異なる光路長を有するため、第１の光路と第２の光路とは異なる光路長を有する。第１の光路を経由した光はコネクタ８２４から光ファイバを経由して光ファイバカプラ８２８に入射し、第２の光路を経由した光はコネクタ８２７から光ファイバを経由して光ファイバカプラ８２８に入射する。
【００４６】
第１の光路を経由した光と第２の光路を経由した光は光ファイバカプラ８２８において、互いに干渉し、干渉光として光ファイバを経由して光センサ８３に入射する。
【００４７】
光センサ８３は、入射した干渉光を検出し、干渉信号８１２を生成する。光センサ８３は、生成した干渉信号８１２を周波数倍加回路８４に送る。
【００４８】
周波数倍加回路８４は、受け取った干渉信号８１２に基づいて、干渉信号８１２の周波数を倍加したｋクロック信号８１３を生成し、ＯＣＴ装置１のＡ／Ｄ変換器３２に周波数を倍加したｋクロック信号８１３を送る。
【００４９】
これにより、Ａ／Ｄ変換器３２は、周波数が倍加されたｋクロック信号８１３に同期して、測定光及び参照光に基づくＯＣＴ干渉信号をサンプリングすることができる。
【００５０】
次に、図３乃至９を参照して、本実施例に係る周波数倍加回路８４について説明する。
【００５１】
本実施例に係る周波数倍加回路８４の説明を行うにあたり、周波数倍加回路で通常用いられる全波整流回路の概略説明とその問題点について述べる。干渉信号８１２のような交流信号に対して周波数の倍加を行う場合、通常、交流信号に対しセンタータップトランス（以降、単にトランスという。）を用いた全波整流を行う。ここで、センタータップトランスとは、トランスの出力側（二次側）の中点にセンタータップが設けられたトランスをいう。
【００５２】
まず、図３及び図４を参照して、通常使用される全波整流回路についての構成と問題点を解説する。図３は、一般的に周波数倍加回路に使用される全波整流回路の概略的な構成例を示している。図４は、図３に示した各素子で観測される信号波形を示している。なお、図４における各グラフにおける横軸は時間を示し、縦軸は電圧又は電流を示している。また、各グラフの実線は電圧波形を示し、破線は電流波形を示している。また、説明のため、トランスＴＲ１に入力される交流信号は、波長が一定であり振幅のみ変化するものとする。
【００５３】
図３に示すように、一般的な全波整流回路には、トランスＴＲ１、２つの整流用ダイオードＤ１１，Ｄ１２、及び負荷抵抗Ｒ１が設けられている。
【００５４】
トランスＴＲ１は、その巻き線比に応じて、入力側（紙面左側）の交流信号を出力側（紙面右側）へ伝播する電気部品である。トランスＴＲ１は、図３に示すように、出力側の両端に整流用ダイオードＤ１１，Ｄ１２を接続し、出力側の中点をＧＮＤに落とすことで入力側の交流信号を全波整流することが可能である。なお、トランスＴＲ１の巻き線比や巻き線方向等のトランスＴＲ１に関わる諸条件については、当該全波整流回路の問題点とは離れるため省略する。
【００５５】
トランスＴＲ１に図４のＴＲ１のグラフに示されるような交流信号が入力されると、入力信号と同様の波形を有する信号がトランスＴＲ１の出力側に伝播される。トランスＴＲ１は出力側の中点がＧＮＤに接続されている。そのため、交流信号がトランスＴＲ１に入力されると、整流用ダイオードＤ１１，Ｄ１２に接続される、トランスＴＲ１の出力側の中点から延在する端部（紙面上下）に応じて、整流用ダイオードＤ１１，Ｄ１２にそれぞれ正負が逆転した電圧が印加される。すなわち、整流用ダイオードのアノード側からカソード側へ電流が流れる方向を正として考えると、整流用ダイオードＤ１１にはトランスＴＲ１の入力と同位相電圧、整流用ダイオードＤ１２には当該入力と逆位相の電圧が印加されることと同義となる。このときの整流用ダイオードＤ１１，Ｄ１２に印加される電圧をそれぞれ図４のＤ１１のグラフ及びＤ１２のグラフに示す。
【００５６】
ダイオードは構造上、入力される電圧が一定の閾値電圧（以下、順方向電圧Ｖｆという。）を超えるとアノード側からカソード側に向かい電流を流し始める。図４の一点鎖線は整流用ダイオードＤ１１，Ｄ１２の順方向電圧Ｖｆを示しており、トランスＴＲ１からのそれぞれの出力信号が順方向電圧Ｖｆを超えると図４の破線で示したように整流用ダイオードＤ１１，Ｄ１２に電流が流れ始める。整流用ダイオードＤ１１，Ｄ１２に流れた電流は、図３に示す負荷抵抗Ｒ１を経由し、トランスＴＲ１の出力側の中点に還ることで電流ループを形成している。整流用ダイオードＤ１１，Ｄ１２はそれぞれ印加される交流信号の半分ずつの電流しか流さないが、整流用ダイオードＤ１１，Ｄ１２からの電流が負荷抵抗Ｒ１で合成されることで、負荷抵抗Ｒ１の両端には図４のＲ１のグラフに示される電圧信号があらわれる。これにより、トランスＴＲ１に入力される交流信号の負極性側が反転した出力信号が得られる。このような回路が一般的に全波整流回路と呼ばれる。
【００５７】
交流信号からｋクロック信号を生成する場合、一般的に交流信号波形の立ち上がり部のエッジ検出やゼロクロス検出が行われる。前述の全波整流回路では、図４のＴＲ１のグラフに示す入力の交流信号の波形に対して、全波整流後の信号波形、すなわち図４のＲ１のグラフに示す負荷抵抗Ｒでの信号波形は、立ち上がり部の数が倍になっている。そのため、周波数倍加回路において全波整流回路を用いることで、全波整流回路に入力する前の交流信号に比べ、周波数が倍加されたｋクロック信号を生成することが可能である。
【００５８】
ここで、このような全波整流回路の問題点について述べる。前述の通り、整流用ダイオードＤ１１，Ｄ１２には順方向電圧Ｖｆが存在し、一般的なダイオードでは順方向電圧Ｖｆは０．６Ｖ程度である。これは、トランスＴＲ１の出力電圧が０Ｖ〜０．６Ｖの期間には整流用ダイオードＤ１１，Ｄ１２には電流が流れないことを意味している。そのため、トランスＴＲ１の出力電圧が０Ｖ〜０．６Ｖ（＝順方向電圧Ｖｆ）の期間、負荷抵抗Ｒ１からみると電流の流れない不感帯時間が存在することとなる。
【００５９】
図４のＲ１のグラフに図示された時間間隔Ｔ１１，Ｔ１２は、全波整流後の信号の立ち上がりエッジ間の時間間隔を表している。上述のように、トランスＴＲ１に入力する交流信号の波長を一定としている。また、説明のため、ＯＣＴ装置１の検出部３０で生成するＯＣＴ干渉信号の波長も一定であるとする。この場合、検出部３０で生成するＯＣＴ干渉信号に対して、ｋクロック信号の等波数性を維持するためには、図４のＲ１のグラフに示すような全波整流回路の出力信号における時間間隔Ｔ１１と時間間隔Ｔ１２も同じ長さである必要がある。
【００６０】
しかしながら、トランスＴＲ１に入力される交流信号の振幅は時間に応じて変化する。ここで、トランスＴＲ１から出力される電圧信号の波形の傾きは、トランスＴＲ１に入力される交流信号の振幅に基づいて変化する。従って、トランスＴＲ１に入力される交流信号の振幅が時間に応じて変化する場合には、トランスＴＲ１から出力される電圧信号の波形とダイオードの順方向電圧Ｖｆの交差点の時間的な位置が交流信号の振幅に応じて変わる。すなわち、トランスＴＲ１に入力される交流信号の振幅に応じて、整流用ダイオードＤ１１，Ｄ１２に電流が流れ始めるタイミングが変化する。そのため、整流用ダイオードＤ１１，Ｄ１２の順方向電圧の影響により、時間間隔Ｔ１１と時間間隔Ｔ１２が変化してしまう。
【００６１】
後述するように、ｋクロック生成部８０で生成される干渉信号８１２は、時間に応じて振幅が変化する。そのため、従来の全波整流回路では、入力される干渉信号８１２の振幅の変化に応じて、出力信号の波形の立ち上がりエッジの間隔（時間間隔Ｔ１１，Ｔ１２）が変化してしまう。この場合、出力信号における当該間隔の変化に応じて、全波整流回路の出力信号に基づくｋクロック信号の立ち上がりエッジのタイミングが変化する。そのため、このようなｋクロック信号は、検出部３０で生成されるＯＣＴ干渉信号に対する等波数性を維持することができない。従って、従来の一般的な全波整流回路は、ｋクロック信号の周波数倍加回路には適さないことが分かる。
【００６２】
次に前述の問題点を解消する全波整流回路について、図５及び図６を参照して説明する。図５は提案する全波整流回路の概略的な構成例を示す。図６は、図５に示した各素子で観測される信号波形を示している。図６において、図４と同様に、各グラフの横軸は時間を表し、縦軸は電圧又は電流を示す。また、図６に示す各グラフの実線は電圧波形を示し、破線は電流波形を示している。なお、図６に示すトランスＴＲ２に流れる信号波形は、図４に示すトランスＴＲ１に流れる信号波形と同様である。
【００６３】
図３を参照して説明した一般的な全波整流回路では、トランスＴＲ１の出力側の中点をＧＮＤに落としていた。これに対し、提案する全波整流回路では、トランスＴＲ２の出力側の中点に整流用ダイオードＤ２１，Ｄ２２の順方向電圧Ｖｆに対応する所定の電圧Ｖｐを、電流が当該中点から各整流用ダイオードＤ２１，Ｄ２２のアノードに流れる向きに印加している。
【００６４】
図５に示すように、提案する全波整流回路には、トランスＴＲ２、２つの整流用ダイオードＤ２１，Ｄ２２、及び負荷抵抗Ｒ２が設けられている。また、トランスＴＲ２の中点には所定の電圧Ｖｐが印加されている。
【００６５】
トランスＴＲ２は、入力側に入力された交流信号を出力側へ伝播する電気部品であり、出力される信号の振幅原点は出力側の中点の電圧により決定される。そのため、トランスＴＲ２の出力側の中点に所定の電圧Ｖｐを印加すると、図６のＤ２１及びＤ２２のグラフの波形のように、整流用ダイオードＤ２１，Ｄ２２には電圧Ｖｐを中心点（振幅原点）とした交流信号が伝播される。
【００６６】
そのため、電圧Ｖｐが整流用ダイオードＤ２１，Ｄ２２の順方向電圧Ｖｆ以上である場合、トランスＴＲ２の入力側に入力される信号の交流成分は整流用ダイオードＤ２１，Ｄ２２の順方向電圧Ｖｆの影響を受けずに出力側へ伝播されることになる。ただし、電圧Ｖｐが順方向電圧Ｖｆよりも高い場合は、交流信号の入力の有無に関わらずトランスＴＲ２の出力側の巻き線や整流用ダイオードＤ２１，Ｄ２２に常に電流が流れ続け、熱効率が非常に悪くなり、発熱による損失が多く非効率な回路となってしまう。そこで、提案する全波整流回路では、トランスＴＲ２の出力側の中点に印加される電圧Ｖｐを整流用ダイオードＤ２１，Ｄ２２の順方向電圧Ｖｆと同じ値になるように回路を構成する。
【００６７】
前述の通り、整流用ダイオードＤ２１，Ｄ２２はカソード側に対してアノード側にかかる電圧が順方向電圧Ｖｆを超えた瞬間から電流を流し始める。そのため、図５のようにトランスＴＲ２の中点に順方向電圧Ｖｆにほぼ等しい電圧Ｖｐをかけることで、トランスＴＲ２の出力側に伝播された電圧が０Ｖ〜０．６Ｖ（＝順方向電圧Ｖｆ）の範囲であっても整流用ダイオードＤ２１，Ｄ２２に電流が流れる。そのため、トランスＴＲ２の出力側に伝播される電圧が０Ｖ〜０．６Ｖ（＝順方向電圧Ｖｆ）の範囲であっても、負荷抵抗Ｒ２へ信号を伝播することができる。
【００６８】
ここで、図６のＲ２のグラフに示す時間間隔Ｔ２１及び時間間隔Ｔ２２は、全波整流後の信号の立ち上がりエッジ間の時間間隔を表している。提案する全波整流回路では、トランスＴＲ２の出力側に伝播される電圧が０Ｖ〜０．６Ｖ（＝順方向電圧Ｖｆ）の範囲であっても、負荷抵抗Ｒ２へ信号が伝播されるため、時間間隔Ｔ２１と時間間隔Ｔ２２は等しくなる。すなわち、提案する全波整流回路を用いることで、図６のＲ２のグラフに示す波形のように、トランスＴＲ２に入力された交流信号の波形の立ち上がりエッジ間の時間間隔を維持したまま、より連続的に全波整流することが可能となる。
【００６９】
このように、提案する全波整流回路では、整流用ダイオードＤ２１，Ｄ２２の順方向電圧の影響によって全波整流回路から出力される信号の波形の立ち上がりエッジ間の時間間隔が変化することを防止できる。そのため、全波整流回路に入力される交流信号の振幅が時間に応じて変化する場合であっても、全波整流回路から出力される信号の波形の立ち上がりエッジの間隔が変化することを防止できる。従って、全波整流回路の出力信号に基づいて生成されるｋクロック信号について、検出部３０で生成されるＯＣＴ干渉信号に対する等波数性を維持することができる。
【００７０】
上記においては、説明のために波長が一定である交流信号を全波整流回路の入力信号としたが、ＯＣＴ装置１では波長掃引光源１１からの光を用いてｋクロック信号を生成しているため、周波数倍加回路８４に入力される信号の波長は時間に応じて変化する。また、同様に検出部３０で生成されるＯＣＴ干渉信号も時間に応じて変化する。この場合、ｋクロック信号は、同じ波長掃引光源１１からの光に基づいているため、ＯＣＴ干渉信号に対して等波数性を有する。このため、ｋクロック信号の周波数が適切に倍加された場合には、同様に、ｋクロック信号がＯＣＴ干渉信号に対して等波数性を有する。
【００７１】
上述した一般的な全波整流回路の問題は、時間に応じて波長（周波数）が変化する信号が全波整流回路に入力された場合であっても生じうる。この場合について、図７を参照して説明する。図７は、干渉信号８１２、干渉信号８１２が図３に示すような一般的な全波整流回路によって全波整流された場合の信号７０１、干渉信号８１２が理想的に全波整流された場合の信号７０２の波形の一例を示す。図７において、横軸は時間を示し、縦軸は電位を示す。
【００７２】
ｋクロック生成部８０で生成される干渉信号は、ｋクロック生成部８０に入力される光の波長に応じて干渉信号の強度（振幅）が異なり、ｋクロック干渉部８２（干渉計）の光路長差に基づき干渉信号の強度に大幅な減衰が生じる場合があることが知られている。すなわち、波長掃引光源１１からの光に基づいてｋクロック生成部８０で生成された干渉信号８１２が全波整流回路に入力される場合、図７に示すように干渉信号８１２は時間に応じて波長及び振幅が変化する。
【００７３】
図３に示すような一般的な全波整流回路では、整流ダイオードに入力される電圧信号の波形は干渉信号８１２の振幅変化に応じて傾きが変化し、当該電圧信号の波形と順方向電圧の交差点の時間的な位置も干渉信号８１２の振幅変化に応じて変化する。そのため、整流用ダイオードの順方向電圧の影響により、全波整流回路に入力される干渉信号８１２の振幅変化に応じて、整流後の信号７０１の立ち上がりエッジ間の時間間隔Ｔ３１が、理想的に全波整流された信号７０２の時間間隔Ｔ４１から変化する。このことから、一般的な全波整流回路による整流後の信号７０１に基づいてｋクロック信号が生成されると、ｋクロック信号の立ち上がりエッジの間隔が干渉信号８１２の振幅に応じて変化してしまう。従って、一般的な全波整流回路を用いて生成されたｋクロック信号では、ＯＣＴ干渉信号に対して等波数性を維持できない。
【００７４】
これに対し、上述の提案する全波整流回路を用いる場合には、全波整流後の信号が整流用ダイオードの順方向電圧の影響によって信号の立ち上がりエッジ間の時間間隔が変化することを防止できる。そのため、提案する全波整流回路からの出力信号は、理想的に全波整流された信号７０２の立ち上がりエッジ間の時間間隔と同様の立ち上がりエッジ間の時間間隔を維持できる。従って、上述の提案する全波整流回路を用いる場合には、全波整流後の信号に基づいて生成されるｋクロック信号の周波数を適切に倍加することができ、ｋクロック信号がＯＣＴ干渉信号に対して等波数性を維持することができる。これにより、提案する全波整流回路はｋクロック信号の周波数倍加回路に適していることが分かる。
【００７５】
以下、このような提案する全波整流回路を用いた本実施例に係る周波数倍加回路８４について、図８及び９を参照して説明する。図８は、本実施例に係る周波数倍加回路８４の概略的な構成例を示す。図９は、周波数倍加回路８４内を伝播する各信号の波形を示す。なお、図９における各グラフにおける横軸は時間を示し、縦軸は電位を示す。
【００７６】
図８に示す周波数倍加回路８４は、提案する全波整流回路に対応する全波整流回路８４０とクロック生成回路８５０の２つの回路構成を含む。周波数倍加回路８４は、全波整流回路８４０及びクロック生成回路８５０を接続させた構成を有する。
【００７７】
全波整流回路８４０には、トランス８４１、２つの整流用ダイオード８４２，８４３、ダイオード８４４，抵抗８４５、及び負荷抵抗８４６が設けられている。トランス８４１の出力側の中点は抵抗８４５とダイオード８４４のアノードが接続されている。また、トランス８４１の出力側の中点に接続されていない側の抵抗８４５の端子はシステム電源に接続され、ダイオード８４４のカソードはＧＮＤに接続されている。
【００７８】
ここで、抵抗８４５に接続されるシステム電圧は、トランス８４１の出力側に伝播される信号４０１（干渉信号８１２）の信号レベルに対して十分高いものとし、トランス８４１の出力がシステム電源側には逆流しない電圧値に設定する。
【００７９】
システム電源から流れた電流は抵抗８４５とダイオード８４４を経由してＧＮＤに流れる。ダイオード８４４に電流が流れるとダイオード８４４のアノード側に順方向電圧Ｖｆが発生するため、トランス８４１の出力側の中点の電圧を整流用ダイオード８４２，８４３の順方向電圧Ｖｆと同じ値に設定することができる。
【００８０】
ここで、ダイオード８４４は、整流用ダイオード８４２，８４３と同じものを使用することができる。ダイオードの順方向電圧Ｖｆは、温度等の外部要因に影響を受けることが知られているが、各ダイオードを同じ仕様で構成することでこのような外部要因による各ダイオードの順方向電圧Ｖｆの値のバラツキを最小に抑えることができる。従って、整流用ダイオード８４２，８４３と同種のダイオードをダイオード８４４として用いることで、各ダイオードの順方向電圧Ｖｆの値のバラツキを最小に抑えることができる。
【００８１】
全波整流回路８４０は、これらの構成から、ＯＣＴ干渉信号に対する等波数性を維持したまま、入力される信号４０１を全波整流し、信号４０２としてクロック生成回路８５０に出力する。
【００８２】
クロック生成回路８５０には、オペアンプ８５１、ダイオード８５２、コンパレータ８５３、コンデンサ８５４、及び抵抗８５５，８５６が設けられている。クロック生成回路８５０はこれら安価な電気部品で構成することができる。
【００８３】
オペアンプ８５１は−側の反転入力端子と出力が短絡されており、いわゆる電圧フォロア回路を構成している。電圧フォロア回路はオペアンプの増幅度が１であるため、＋側の非反転入力端子に入力された信号をそのまま出力することが可能な回路である。オペアンプ８５１の＋側の非反転入力端子には信号４０２が入力される。オペアンプ８５１の出力端子はオペアンプ８５１の−側の反転入力端子及びダイオード８５２のカソード端子に接続される。
【００８４】
コンパレータ８５３は、＋側入力端子及び−側入力端子に入力された信号の大小を比較し出力を決める素子である。コンパレータ８５３は、＋側の入力端子に対して−側の入力端子に印加された電圧が低い場合にはＨｉｇｈレベルの信号（Ｈｉｇｈ出力）を出力する。逆に＋側の入力端子に対して−側の入力端子に印加された電圧が高い場合には、コンパレータ８５３はＬｏｗレベルの信号（Ｌｏｗ出力）を出力する。ここで、Ｈｉｇｈ出力の電圧レベルはコンパレータ８５３に接続された不図示の電源電圧レベルと同等であり、Ｌｏｗ出力はＧＮＤレベルすなわち０Ｖとなっている。コンパレータ８５３の出力はｋクロック信号８１３（信号４０４）として、次段のＡ／Ｄ変換器３２に出力される。また、コンパレータ８５３の出力端子は、抵抗８５５を介してコンパレータ８５３の−側入力端子、ダイオード８５２のアノード端子、コンデンサ８５４、及び抵抗８５６に接続されている。
【００８５】
コンパレータ８５３に接続されていない、コンデンサ８５４と抵抗８５６の端子はＧＮＤに接続される。ダイオード８５２のカソード端子は、前述のオペアンプ８５１の出力と接続されている。
【００８６】
クロック生成回路８５０は、これらの構成から、入力される信号４０２に応じてコンパレータ８５３の−側入力端子に入力される基準電圧を可変とすることができる。例えば、信号４０２が時間に応じて変化する場合において、コンパレータの基準電圧が固定値であると、信号４０２のピークがコンパレータの基準電圧以下となり信号４０２の立ち上がりに応じたｋクロック信号が適切に生成できない可能性がある。これに対し、クロック生成回路８５０は、信号４０２の振幅が時間に応じて変化する場合であっても、基準電圧が信号４０２に応じて可変であるため、信号４０２のピークに応じて適切にｋクロック信号８１３を生成することができる。
【００８７】
次に周波数倍加回路８４における各素子の役割について、図９に示す各伝播信号の波形を参照して説明する。図９は、周波数倍加回路８４に入力される信号４０１、全波整流回路８４０によって全波整流された信号４０２、コンパレータ８５３の−側入力端子に入力される信号４０３、及びコンパレータ８５３から出力される信号４０４の波形を示す。なお、信号４０１はｋクロック生成部８０で生成された干渉信号８１２に対応し、信号４０４はｋクロック生成部８０からＡ／Ｄ変換器３２に入力される、周波数が倍加されたｋクロック信号８１３に対応する。
【００８８】
光センサ８３から出力された干渉信号８１２は、周波数倍加回路８４に入力され、トランス８４１に入力される。干渉信号８１２は図９に示す信号４０１のような交流信号であるため、トランス８４１の出力側に伝播され、整流用ダイオード８４２，８４３を経由して全波整流される。ここで、前述の通り、抵抗８４５及びダイオード８４４の作用により、トランス８４１の出力側の中点の電圧値は整流用ダイオード８４２，８４３の順方向電圧Ｖｆと同等な電圧値となっている。そのため、負荷抵抗８４６には、図５乃至７を参照して説明したように、ＯＣＴ干渉信号に対して等波数性を維持した、全波整流された信号４０２の電圧が印加される。
【００８９】
全波整流された信号４０２は、オペアンプ８５１の＋側入力端子及びコンパレータ８５３の＋側入力端子に入力される。オペアンプ８５１の＋側入力端子に信号４０２が入力されると、出力端子には電圧フォロア回路の働きにより信号４０２と同様の信号が出力される。
【００９０】
次にコンパレータ８５３の動作について説明する。トランス８４１に干渉信号８１２（信号４０１）が入力される前の状態（初期状態）では、コンパレータ８５３のそれぞれの入力端子には、０Ｖが入力されている。そのため、初期状態ではコンパレータ８５３の出力は不定であるが、仮に−側入力端子に対し＋側入力端子に印加された電圧が高いと判断された場合には、コンパレータ８５３の出力はＨｉｇｈレベルになる。
【００９１】
本実施例の構成では、コンパレータ８５３の出力は、抵抗８５５を介して−側入力端子に接続されているため、＋側入力端子に対して−側入力端子の入力電圧が高くなる。その結果として、初期状態においては、コンパレータ８５３の出力はＬｏｗレベルに安定する。そのため、本実施例では、初期状態としてコンパレータ８５３の出力がＬｏｗレベルであると仮定して説明を行う。
【００９２】
トランス８４１の入力に干渉信号８１２（信号４０１）が入力されると、全波整流回路８４０からコンパレータ８５３の＋側入力端子に信号４０２が入力される。コンパレータ８５３の＋側入力端子の電圧が−側入力端子の電圧（＝０Ｖ）を超えると、コンパレータ８５３の出力（信号４０４）がＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化する。これにより、信号４０４に対応するｋクロック信号８１３が立ち上がる。
【００９３】
コンパレータ８５３の出力（信号４０４）がＨｉｇｈレベルに切り替わると、コンパレータ８５３の出力端子に接続された抵抗８５５を介してコンデンサ８５４が充電され、コンパレータ８５３の−側入力端子の電圧は徐々に上昇する。コンデンサ８５４の充電電圧、すなわちコンパレータ８５３の−側入力端子に入力される信号４０３が、コンパレータ８５３の＋側入力端子に入力される信号４０２を超えると、コンパレータ８５３の出力はＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへと切り替わる。これにより、信号４０４に対応するｋクロック信号８１３が立ち下がる。
【００９４】
ここで、オペアンプ８５１は電圧フォロア回路を形成しているため、その出力は全波整流された信号４０２と同等である。従って、コンパレータ８５３の入力端子間の電圧差は、ダイオード８５２の両端の電圧差としてあらわれる。
【００９５】
全波整流された信号４０２の減少に伴い、コンデンサ８５４の充電電圧も減少する。コンデンサ８５４に溜まった電荷は、抵抗８５５及び抵抗８５６により放電されるが、その放電時定数を全波整流された信号４０２の周期に対して十分大きな値に設定すると、コンデンサ８５４に溜まった電荷はダイオード８５２を介して放電されることになる。また、全波整流された信号４０２の電圧レベルに対し、コンデンサ８５４の電圧はダイオード８５２の順方向電圧分だけ高くなる。そのため、信号４０４が立ち下がった後も、全波整流された信号４０２が減少する間、コンパレータ８５３の出力信号はＬｏｗレベルを維持し続けることになる。
【００９６】
次に信号４０２の値が下限に到達後に上昇を開始すると、ダイオード８５２の電圧差が逆転しダイオード８５２に流れる電流が停止し、さらにコンパレータ８５３の入力端子間の電圧レベルが逆転する。そのため、コンパレータ８５３の出力（信号４０４）がＨｉｇｈレベルに切り替わる。これにより、信号４０４に対応するｋクロック信号８１３が立ち上がる。
【００９７】
以上のプロセスにより、ＯＣＴ干渉信号に対する干渉信号８１２の等波数性を維持したまま全波整流された信号４０２に基づいて、ｋクロック信号８１３（信号４０４）が生成される。ここで、信号４０４は全波整流後の信号であるため、ｋクロック信号８１３は、干渉信号８１２を単純にパルス化した信号に比べてパルスの数が倍加されている。従って、コンパレータ８５３から出力された信号４０４は、周波数が倍加されたｋクロック信号８１３としてＡ／Ｄ変換器３２に送られる。そのため、Ａ／Ｄ変換器３２は、周波数が倍加されたｋクロック信号８１３に同期して、測定光及び参照光に基づく干渉信号のサンプリングを行うことができる。
【００９８】
従って、本実施例によるｋクロック生成部８０では、高価な乗算器や９０°位相シフト回路などを用いずに、安価な電気部品を用いて周波数が倍加されたｋクロック信号８１３を生成することができる。
【００９９】
また、クロック生成回路８５０では、コンパレータ８５３から出力される信号４０４に応じた信号４０３がコンパレータ８５３の−側入力端子に印加される。そのため、クロック生成回路８５０に入力される信号４０２に応じて、コンパレータ８５３の−側入力端子に入力される基準電圧が変化することができる。そのため、クロック生成回路８５０は、信号４０２の振幅が時間に応じて変化する場合であっても、コンパレータ８５３の基準電圧が信号４０２に応じて可変であるため、信号４０２のピークに応じて適切にｋクロック信号８１３を生成することができる。
【０１００】
上記のように、本実施例によるＯＣＴ装置１は、光の光周波数を掃引するとともに、該光を射出する光源部１０を備える。さらに、ＯＣＴ装置１は、光源部１０からの光を被検体１００へ照射する照射光と参照光とに分割するとともに、該被検体１００から反射された照射光の反射光と参照光とによる干渉光を発生させる干渉部２０を備える。また、ＯＣＴ装置１は、光源部１０からの光に基づいてｋクロック信号を生成するｋクロック生成部８０と、光源部１０からの光をｋクロック生成部８０に入射する光と干渉部２０に入射する光に分割する光ファイバカプラ９０とを備える。さらに、ＯＣＴ装置１は、干渉部２０で発生した干渉光を検出し、ｋクロック信号と同期して干渉信号を生成する検出部３０と、干渉信号に基づいて、被検体１００の情報を取得する情報取得部４０とを備える。ｋクロック生成部８０は、入力される干渉信号８１２の周波数を倍加する周波数倍加回路８４を含む。周波数倍加回路８４は、光源部１０からの光に基づく交流信号（信号４０２）を全波整流する全波整流回路８４０を有する。全波整流回路８４０は、トランス８４１と整流用ダイオード８４２，８４３を含む。トランス８４１の出力側の中点には、整流用ダイオード８４２，８４３の順方向電圧Ｖｆに対応する所定の電圧が印加される。特に、トランス８４１の出力側の中点に印加される所定の電圧は、整流用ダイオード８４２，８４３の順方向電圧以上であり、本実施例では順方向電圧にほぼ等しい値にされる。
【０１０１】
本実施例によるＯＣＴ装置１では、このような構成から、高価な乗算器や９０°位相シフト回路などを用いずに、安価な電気部品を用いて周波数が倍加されたｋクロック信号を生成することができ、ＯＣＴ装置１のコストアップを抑制することができる。
【０１０２】
また、干渉光を生じさせる際には、干渉光を生じさせる２つの光がそれぞれ伝播する２つの光路の光路差を大きくすることに応じて、干渉光の周波数が高くなることが知られている。これに関し、本実施例によるＯＣＴ装置１では、周波数倍加回路８４で干渉信号８１２の周波数を倍にすることができる。そのため、ＯＣＴ装置１では、高い周波数を有するｋクロック信号を生成するに当たり、より長い光路差を有する光路を経由した光を干渉させる必要がなくなるため、コヒーレント長の短い光源を用いて安定したｋクロック信号を生成することができる。
【０１０３】
なお、Ａ／Ｄ変換器３２によるＯＣＴ干渉信号のサンプリングに関しては、サンプリング定理に基づき、ＯＣＴ干渉信号の周波数の２倍以上の周波数でサンプリングされることが知られている。さらに、ＯＣＴ装置では、被検体の測定に用いられる光は、測定アームと被検体の眼底との間を往復する。そのため、通常のＯＣＴ装置では、ｋクロック生成部の第１の光路及び第２の光路間の光路差は、取得する画像の深さ方向の距離の少なくとも４倍必要とされることが知られている。
【０１０４】
これに対し、上記のように、本実施例によるＯＣＴ装置１では、周波数倍加回路８４で干渉信号８１２の周波数を倍にすることができる。そのため、本実施例によるＯＣＴ装置１では、ｋクロック生成部８０の第１の光路及び第２の光路間の光路差を、取得する画像の深さ方向の距離の２倍程度にしてもよい。このように、本実施例によるＯＣＴ装置１は、ｋクロック生成部８０において、第１の光路及び第２の光路間の光路差を通常のＯＣＴ装置と比べ短くし、コヒーレント長の短い光源を用いて、通常のＯＣＴ装置と同程度の性能を発揮することもできる。この場合には、コヒーレント長の短い光源を用いることができるので、通常のＯＣＴ装置と比べコストを低減することができる。
【０１０５】
また、本実施例に係る全波整流回路８４０では、整流用ダイオード８４２，８４３と同種のダイオード８４４を用いて、トランス８４１の出力側の中点に印加する所定の電圧を生成する。これにより、各ダイオードの順方向電圧Ｖｆの値のバラツキを最小に抑え、トランス８４１の出力側の中点に整流用ダイオード８４２，８４３の順方向電圧Ｖｆにほぼ等しい所定の電圧を印加することができる。
【０１０６】
さらに、周波数倍加回路８４は、全波整流回路８４０からの信号４０２をデジタル信号として出力するクロック生成回路８５０を含む。クロック生成回路８５０はコンパレータ８５３を含み、コンパレータ８５３の基準電圧は全波整流回路８４０からの信号４０２に応じて可変とされる。このため、周波数倍加回路８４は、信号４０２のピークがコンパレータの基準電圧以下となり、信号４０２の立ち上がりに応じたｋクロック信号が適切に生成できなくなることを防止できる。従って、クロック生成回路８５０は、信号４０２の振幅が時間に応じて変化する場合であっても、コンパレータ８５３の基準電圧が信号４０２に応じて可変であるため、信号４０２のピークに応じて適切にｋクロック信号８１３を生成することができる。
【０１０７】
なお、本実施例によるＯＣＴ装置１では、ｋクロック生成部８０及び光ファイバカプラ９０は、光源部１０の外部に設けられている。しかしながら、ｋクロック生成部８０及び光ファイバカプラ９０は光源部１０の内部に設けられてもよい。
【０１０８】
また、本実施例によるＯＣＴ装置１では、上記構成を有するクロック生成回路８５０を設けた。しかしながら、クロック生成回路は、コンパレータの基準電圧を全波整流回路８４０からの入力信号（信号４０２）に応じて可変とすることができれば、他の構成を有してもよい。また、入力信号の振幅がコンパレータの基準電圧よりも低くならない場合には、クロック生成回路として、コンパレータの基準電圧が所定値に固定されている回路を用いてもよい。
【０１０９】
さらに、本実施例では、ｋクロック生成部８０以外のＯＣＴ装置の構成について、図１に記載したＯＣＴ装置の構成例に基づいて説明したが、ｋクロック生成部８０以外のＯＣＴ装置の構成はこれに限られない。例えば、干渉光の差動検出を行わず、単に干渉光を検出する構成としてもよい。また、Ａ／Ｄ変換器３２は、検出部３０ではなく、情報取得部４０に設けられていてもよい。さらに、分割手段としてカプラを使用したファイバ光学系を用いているが、コリメータとビームスプリッタを使用した空間光学系を用いてもよい。
【０１１０】
また、本実施例では、ＯＣＴ装置１の干渉光学系としてマッハツェンダー型干渉計の構成を用いているが、干渉光学系の構成はこれに限られない。例えば、ＯＣＴ装置１の干渉光学系はマイケルソン干渉計の構成を有していてもよい。
【０１１１】
以上、実施例を参照して本発明について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではない。本発明の趣旨に反しない範囲で変更された発明、及び本発明と均等な発明も本発明に含まれる。また、上述の各実施例及び変形例は、本発明の趣旨に反しない範囲で適宜組み合わせることができる。
【符号の説明】
【０１１２】
１０：光源部、２０：干渉部、３０：検出部、４０：情報取得部、８０：ｋクロック生成部（クロック信号生成部）、１００：眼底（被検体）、８４：周波数倍加回路、８４０：全波整流回路、８４１：トランス（センタータップトランス）、８４２，８４３：ダイオード
【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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