JP2014232164A - 波長可変フィルタ、波長可変光源及びそれを用いた光干渉断層撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ロスが少なく、透過した光のスペクトルのピークの半値全幅が狭い波長選択フィルタを提供すること。また、ロスが少なく、発せられる光のスペクトルのピークの半値全幅が狭い波長可変光源を提供すること。
【解決手段】 広帯域光のうち特定の波長の光を透過させ、かつ、透過させる光の波長を変化させることが可能な波長選択フィルタであって、周波数間隔Δν_１の離散ピークを有する光を透過させる第一の周波数選択部と、前記Δν_１と異なる周波数間隔Δν_２の離散ピークを有する光を透過させる第二の周波数選択部と、前記第一の周波数選択部と前記第二の周波数選択部との間の光路上に設けられた、光の周波数をシフトさせることが可能な周波数シフト部とを有し、前記シフトの量を変えることによって、透過させる光の波長を変化させることが可能であることを特徴とする波長選択フィルタ。
【選択図】 図１

Description

本発明は、透過させる光の波長を変化させることが可能な波長可変フィルタ、出射する光の波長を変化可能な波長可変光源及びそれを用いた光干渉断層撮像装置に関する。

出射する光の波長を変化可能な光源（以下、波長可変光源と略すことがある）が様々な分野で利用されている。

検査装置における波長可変光源の用途としては、レーザ分光器、分散測定器、膜厚測定器、光干渉断層撮像（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置（以下、ＯＣＴ装置ということがある）等がある。

波長可変光源の一例である波長掃引光源（ＳＳ（Ｓｗｅｐｔ−Ｓｏｕｒｃｅ）光源）を用いたＯＣＴ装置をＳＳ−ＯＣＴ（Ｓｗｅｐｔ−Ｓｏｕｒｃｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置ということがある。ＳＳ−ＯＣＴ装置は、測定対象物体へ光を照射し、照射光の波長を変化させながら、参照光と物体の異なる深さから戻ってくる反射光とを干渉させる。そして干渉光の強度の時間波形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像を得る。ＳＳ−ＯＣＴ装置は、分光器を用いないことから、光量のロスが少なく高ＳＮ比の断層像の取得が期待されている。また、ＯＣＴ装置に用いられる波長可変光源から発せられる光のスペクトルのピークの半値全幅が狭いほどコヒーレンス長が長く、深さ方向の測定範囲が大きいため好ましい。

上記の波長可変光源としては、２台のファブリーペロー共振器を備える波長走査型ファイバレーザ光源が知られている（特許文献１）。この光源は、互いに近接するＦＳＲ（自由スペクトル領域、ｆｒｅｅ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｒａｎｇｅ）を有し、電気光学結晶と凹面鏡を用いた、２台のファブリーペロー共振器（１１Ａ、１１Ｂ）と、光増幅器１２とを備える。そして、２台のファブリーペロー共振器の少なくとも一方の共振器長を変えることで、出射される光の波長を変えるものである（図９（ａ））。図９（ｂ）は、特許文献１で開示されているファブリーペロー共振器の構成を示す図で、１１０は電気光学結晶、１１１、１１２は凹面鏡である。

特開２００９−１６３９６号公報

特許文献１の光源から出射される光は、ファブリーペロー共振器（１１Ａ、１１Ｂ）内に電気光学結晶１１０が設けられているため、電気光学結晶１１０のロスにより、発せられる光のスペクトルのピークの半値全幅が広いという課題がある。すなわち、ファブリーペロー共振器に入射した光は、２枚のミラー間（凹面鏡間）を何度も往復するにつれて、共振器長に応じた波長（共振波長）の光が残り、その他の波長の光は残らない。そのため、共振波長に鋭いピークをもつ半値幅の狭いスペクトルの光が得られる。

一方、ファブリーペロー共振器内に電気光学結晶１１０が設けられている場合、２枚のミラー間（凹面鏡間）を往復する際に電気光学結晶１１０に吸収される、すなわちロスがあるため、往復する回数が少ない。その結果、共振波長に鋭いピークをもたない半値幅の広いスペクトルの光が得られる。

そこで、本発明は、透過した光のスペクトルのピークの半値全幅が、特許文献１のような従来の波長可変光源に比べて狭い波長選択フィルタ及び、発せられる光のスペクトルのピークの半値全幅が狭い波長可変光源を提供することを目的とする。

本発明に係る波長選択フィルタは、広帯域光のうち特定の波長の光を透過させ、かつ、透過させる光の波長を変化させることが可能な波長選択フィルタであって、周波数間隔Δν_１の離散ピークを有する光を透過させる第一の周波数選択部と、前記Δν_１と異なる周波数間隔Δν_２の離散ピークを有する光を透過させる第二の周波数選択部と、前記第一の周波数選択部と前記第二の周波数選択部との間の光路上に設けられた、光の周波数をシフトさせることが可能な周波数シフト部とを有し、前記シフトの量を変えることによって、透過させる光の波長を変化させることが可能であることを特徴とする。

本発明に係る波長可変光源は、周波数間隔Δν_１の離散ピークを有する光を発する発光部と、前記発光部から発せられた光から、前記Δν_１とは異なる周波数間隔Δν_２の離散ピークのいずれかの周波数を有する光を選択して透過させる第二の周波数選択部とを有し、前記第二の周波数選択部を透過した光を出射する波長可変光源であって、
前記発光部と前記第二の周波数選択部との間の光路上に、前記発光部から発せられた光の周波数をシフトさせる周波数シフト部を有し、前記周波数シフト部によってシフトさせる周波数の量を変えることによって、出射する光の波長を変化させることを特徴とする。

本発明に係る波長選択フィルタは、ロスの少ない構成であるため、透過した光のスペクトルのピークの半値全幅が狭い。また、本発明に係る波長可変光源は、ロスの少ない構成であるため、発せられる光のスペクトルのピークの半値全幅が狭い。

本発明の実施形態に係る波長選択フィルタの模式図である。 本発明の実施形態の周波数選択部の特性の一例を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る波長選択フィルタによって選択する波長を変化させる方法について説明するための図である。 本発明の実施形態における第一の周波数選択部、第二の周波数選択部の一例を示す模式図である。 本発明の実施形態における周波数シフト部の一例を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る波長可変光源の一例を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る波長可変光源の別の例を示す模式図である。 本発明の実施形態に係るＯＣＴ装置の一例を示す模式図である。 特許文献１に開示されている、従来の波長走査型ファイバレーザ光源（ａ）。およびファブリーペロー共振器（ｂ）について説明するための図である。

（波長選択フィルタ）
以下、本発明の実施形態に係る波長選択フィルタについて図１を用いて説明する。図１は本実施形態に係る波長選択フィルタの模式図である。なお、図中の矢印は光の進む方向を示している。

本発明の実施形態に係る波長選択フィルタ１０１は、広帯域光（Ｌ１）のうち特定の波長の光を透過させ、かつ、透過させる光の波長を変化させることが可能な波長選択フィルタである。ここで広帯域光とは例えば１０ｎｍ以上の幅の波長成分を有する光のことである。

本実施形態に係る波長選択フィルタは、周波数間隔Δν_１の離散ピークを有する光を透過させる第一の周波数選択部１０２と、Δν_１と異なる周波数間隔Δν_２の離散ピークを有する光を透過させる第二の周波数選択部１０３と、第一の周波数選択部１０２と第二の周波数選択部１０３との間の光路上に設けられた、光の周波数をシフトさせることが可能な周波数シフト部１０４とを有する。そして、シフト部１０４が周波数のシフトの量を変えることによって、透過させる光の波長を変化させることが可能である。以下、透過させる光の波長を変化させるメカニズムについて、図１乃至３を用いて詳細を説明する。なお、以下の説明では、第一の周波数選択部および第二の周波数選択部としてファブリーペローフィルタを用い、Δν_１を第一のＦＳＲ（ＦＳＲ１）、Δν_２を第二のＦＳＲ（ＦＳＲ２）と表現する。

ここで、図２（ａ）のような特性をもつ第一の周波数選択部と、図２（ｂ）のような特性をもつ第二の周波数選択部とを用いるとする。また、ＦＳＲ２＝ＦＳＲ１＋Δν（Δν≠０）の関係にあるとする。第一の周波数選択部で選択される離散ピークを有する光の各中心周波数をν_１１、ν_１２、・・・とし、ν_{１（ｎ＋１）}−ν_１ｎ＝ＦＳＲ１（ｎは正整数）である。同様に、第二の周波数選択部で選択される周波数をν_２１、ν_２２、・・・とし、ν_{２（ｎ＋１）}−ν_２ｎ＝ＦＳＲ２（ｎは正整数）であるとする。

まず、広帯域光Ｌ１が図３（ａ）で示されるような特性を有するとする。光Ｌ１が第一の周波数選択部１０２を透過すると図３（ｂ）で示されるような特性をもつ光Ｌ２となる。光Ｌ２が周波数シフト部１０４を透過し、透過する際にΔνのシフト量だけ周波数がシフトするとする。周波数がシフトした光Ｌ３の光の特性は図３（ｃ）のようになる。次に、光Ｌ３が第二の周波数選択部１０３を透過すると、光Ｌ３のうち、第二の周波数選択部１０３の透過率のピーク位置に対応する周波数の光のみ（ν_１１＋Δν＝ν_２１）が選択される。

さらに周波数シフト部によって、周波数をΔνのシフト量だけシフトすると、ν_１２＋２Δν＝ν_２２の周波数の光のみが第二の周波数選択部１０３に選択される。以下同様にして、周波数シフト部による周波数のシフト量を変化させることで、ｖ_２３、ν_２４・・・といった周波数の光が選択されるため、選択される波長を変えることのできる波長選択フィルタとして機能する。

このように、本実施形態に係る波長選択フィルタは、背景技術で示した特許文献１のようなファブリーペローフィルタ共振器内に電気光学結晶が設けられた構成でないため、電気光学結晶によるロスが発生せず、透過した光のスペクトルのピークの半値全幅が狭い。

ここで、ＳＳ−ＯＣＴ装置では測定対象の物体の深い部位からの干渉信号はスぺクトル上で高周波数になるため、波長可変光源の波長掃引ステップが細かいことも好ましい。特許文献１の光源から出射される光は、ファブリーペロー共振器内に電気光学結晶が設けられているため、電気光学結晶のロスによりピークの半値全幅が太いため、フィネス（ファブリーペロー共振器の透過スペクトルのピーク間隔／ピークの半値全幅）が小さく、ＯＣＴ像を取得するために波長掃引ステップを細くできないという課題がある。一方、本実施形態に係る波長可変フィルタをＳＳ−ＯＣＴ装置に用いると、電気光学結晶によるロスが発生せず共振波長の光が残り、その結果、透過する光のスペクトルのピークの半値全幅が狭いため、フィネスが大きく波長掃引ステップを細くできる。

なお周波数シフト部１０４によってシフトする量は、制御部１０５によって制御される。

（広帯域光）
本実施形態において、広帯域光とは、例えば１０ｎｍ以上の幅の波長成分を有する光のことである。また、５０ｎｍ以上の幅の波長成分を有する光であることが好ましく、７０ｎｍ以上であることがさらに好ましく、２００ｎｍ以下であることが好ましい。広帯域光は例えば利得媒体（ｇａｉｎ ｍｅｄｉｕｍ）から得られる。利得媒体は、広帯域にわたる波長成分を有する自然放出光を発生し、利得媒体に入射する入射光に対しては誘導放出による光増幅機能を有するものであれば特に限定されない。本実施形態における利得媒体の動作波長は７００ｎｍ乃至２０００ｎｍのうち、波長幅５０ｎｍ乃至２００ｎｍ程度に渡って変化できるものが望ましい。特に、利得媒体から発せられる光は７８０ｎｍ乃至９００ｎｍ、８００ｎｍ乃至８８０ｎｍ、９８０ｎｍ乃至１１００ｎｍ、または１２５０ｎｍ乃至１４００ｎｍのいずれかの範囲の波長成分を有することが好ましい。利得媒体の代表的なものとして半導体光増幅器（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ、以下、ＳＯＡと略すことがある）が挙げられる。ＳＯＡの他には、エルビウムやイットリビウム、ネオジウムなどを含有した希土類添加ファイバ、色素を光増幅材として含有した光ファイバなどが挙げられる。ＳＯＡの活性層を構成する材料は、一般的な半導体レーザの活性層を構成する化合物半導体を用いることができ、具体的にはＩｎＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓＰ系、ＧａＡｓＰ系、ＡｌＧａＡｓ系等が挙げられる。ＳＯＡが持つ利得の中心波長は８４０ｎｍ、１０６０ｎｍ、１３００ｎｍなどを代表として挙げることができる。

（第一の周波数選択部、第二の周波数選択部）
本実施形態において、第一の周波数選択部、第二の周波数選択部は、等周波数間隔で透過率の極大値を有するものであれば特に限定されない。別の言い方をすると、第一の周波数選択部、第二の周波数選択部は、広帯域光が透過した結果、等周波数間隔に離散ピークを有する光になるようなものであれば特に限定されない。

本実施形態に係る第一の周波数選択部、第二の周波数選択部として、ファブリーペローフィルタなどの光学素子、マッハツェンダー干渉計、マイケルソン干渉計などの光学系を用いることができる。また、エアギャップを有する構成、具体的には、エアギャップを介して対向するハーフミラーを用いても良く、光ファイバ内に対向する多重反射膜ミラー（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ、以下ＤＢＲと略すことがある）を作製したものであってもよい。本実施形態に係る第一の周波数選択部、第二の周波数選択部として、少なくともいずれか一方が、フィネスを高くしやすいファブリーペローフィルタであることが好ましい。ファブリーペローフィルタとして例えばファブリーペローエタロンが挙げられる。

ファブリーペローエタロンについて図４を用いて説明する。ファブリーペローエタロンの一例は、透過させたい波長に対して透明な基板４０１の両面にＤＢＲ４０２を設けた構成となっている。ＤＢＲは透過させたい波長に対して透明な層の複数からなり、層の数や、多層の屈折率を変えることで、ファブリーペローエタロンの反射率を制御することができる。反射率を高くすることでフィネスは高くなり、等周波数間隔の波長選択性は高くなる。透明な基板、層を構成する材料としては、誘電体、半導体を用いることができる。上記の透明な基板４０１は特に限定されないが、光学ガラスなどを用いることが好ましい。

また、本実施形態に係る第一の周波数選択部、第二の周波数選択部として、エアギャップを有するファブリーペローフィルタ、または、光学ガラスからなるエタロン板であることが、光のロスが少ないという観点から好ましい。

本実施形態に係る波長選択フィルタを有する波長可変光源を用いたＯＣＴ装置において、第一の周波数選択部、第二の周波数選択部がファブリーペローフィルタである場合、フィルタが狭帯域であることが好ましい。これは、フィルタが狭帯域であるほど、透過率の極大値のピークの線幅が狭いため、正確に、等周波数間隔で干渉光の強度の値のサンプリングをしやすく、正確に、等周波数間隔でサンプリングできると、歪みの少ない断層画像を得やすいからである。例えば、サンプリングする光の周波数間隔が１８．７ＧＨｚである場合、ファブリーペローフィルタの透過率の極大値のピークの線幅は、サンプリングする光の周波数間隔の１／１０以下であることが好ましく、１／１００以下であることがさらに好ましい。これは、ファブリーペローフィルタを構成する両端の反射鏡の反射率をそれぞれ、７５％以上、９０％以上に設定することで実現する。

なお、第一の周波数選択部、第二の周波数選択部は、透過光を用いる形態に限らず、反射、吸収、散乱等を用いるものであってもよい。

（周波数シフト部）
周波数シフト部は、透過させた光の周波数をシフトさせることのできるものであれば特に限定されない。周波数シフト部は、周波数シフタと呼ばれることもある。

周波数シフト部による周波数シフトの方法としては、入力した光の周波数ω_ｓに対してサイドバンド（ω_ｓ±ω_ｃで表わされる周波数を有する光）を発生させて、一方（ω_ｓ＋ω_ｃまたはω_ｓ−ω_ｃ）を消して、シングルサイドバンドを発生させる方法が知られている。シングルサイドバンドを発生させる方法としては、光を電気的に変調する方法、すなわち光を電気光学結晶などに入射させ、電気光学結晶に印加する電圧を変化させる方法、光を直接変調する方法、が知られている。

ここでは、光を電気的に変調することによってシングルサイドバンドを発生させる周波数シフト部の例を図５に示す。本例の周波数シフト部５０１は、複数の光変調素子５０２、５０３、５０４とマッハツェンダー型の干渉計導波路とを組み合わせたものである。光変調素子５０２、５０３、５０４はいずれも、電気光学結晶（不図示）、および電気光学結晶に電圧を印加する電極（不図示）を有する。

次に、
Ｓ＝ｓｉｎω_ｓｔ （１）
で表わされる光が上記周波数シフタ部５０１に入力された結果、出射される光がどのようになるか、図５を用いて説明する。

まず、Ｓの光は２つの光路Ｌ１、およびＬ２に分岐する。光路Ｌ１に進んだ光は、光路Ｌ１に設けられた光変調素子５０２において、
Ｃ＝Ａ_ｃｓｉｎω_ｃｔ （２）
で表わされる変調がかかると、
Ｓ・Ｃ＝Ａ_ｃｓｉｎω_ｓｔ・ｓｉｎω_ｃｔ
＝−（Ａ_ｃ／２）｛ｃｏｓ（ω_ｓ＋ω_ｃ）ｔ−ｃｏｓ（ω_ｓ−ω_ｃ）ｔ｝ （３）
で表わされる光となって出力される。

一方、光路Ｌ２に進んだ光は、光路Ｌ２に設けられた光変調素子５０４による変調を受けて、
Ｓ^’＝ｃｏｓω_ｓｔ （４）
で表わされる光を出力する。すなわち、光変調素子５０４を通過することで位相がπずれる。

光路Ｌ２をさらに進んだ光は、光変調素子５０３において、
Ｃ^’＝Ａ_ｃｃｏｓω_ｃｔ （５）
で表わされる変調がかかると、
Ｓ^’・Ｃ^’＝Ａ_ｃｃｏｓω_ｓｔ・ｃｏｓω_ｃｔ
＝（Ａ_ｃ／２）｛ｃｏｓ（ω_ｓ＋ω_ｃ）ｔ＋ｃｏｓ（ω_ｓ−ω_ｃ）ｔ｝ （６）
で表わされる光となって出力される。

最終的に周波数シフタ部５０１から出力される光は、
（Ｓ・Ｃ）＋（Ｓ^’・Ｃ^’）＝Ａ_ｃ｛ｃｏｓ（ω_ｓ−ω_ｃ）ｔ｝ （７）
で表わされる。

このように、ω_ｓの周波数成分を有するＳで表わされる光は、周波数シフタ部５０１を経由することで、（ω_ｓ−ω_ｃ）の周波数成分を有する光となる。すなわち、周波数成分ω_ｓを有する光から、（ω_ｓ−ω_ｃ）の周波数成分を有する光へと、周波数をシフトさせることができる。

なお、上記周波数シフト部では、光路に電気光学結晶を用いているが、従来技術で用いられたような共振器内に電気光学結晶を設けたものではないため、電気光学結晶によるロスの影響は少ない。

周波数シフト部の別の例としては音響光学素子（Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ、以下ＡＯＭと略すことがある）を用いた構成が挙げられる。これは、ＡＯＭに光を入射し、ＡＯＭに電圧を印加して音響波を発生させてドップラーシフトを起こすことで、ＡＯＭから出射される光の周波数をシフトさせるものである。ＡＯＭに入射する光の方向と、音響波の進行方向が同じ場合は、周波数は高くなるようにシフトされ、ＡＯＭに入射する光の方向と、音響波の進行方向が逆の場合は、周波数は低くなるようにシフトされる。

なお、図２、３を用いて説明したように、はじめに最小周波数（最大波長）の光を出射させ、順次、出射させる光の周波数を大きくしていく場合、最大周波数（最小波長）の光を出射させるために、周波数シフト部はΔν_１の量シフトさせる必要がある。しかし、はじめに出射させる光の周波数を、最小周波数と最大周波数とを加算して２で除した周波数とすることで、最大でΔν_１／２の量シフトさせることで、最小周波数の光から最大周波数の光までを出射させることができる。すなわち、周波数シフト部によってシフトされるシフト量がΔν_１の−０．５倍以上０．５倍以下の範囲内とすることができ、周波数シフト部の周波数シフト量を小さくすることができる。

また、周波数シフト部の有する端面のうち、光路上にある端面に反射抑制層が設けられていることが好ましい。反射抑制層が設けられていることで、周波数シフト部の有する端面のうち、光路上にある端面によって生じる光の共振を抑制することができる。上記「光路上にある端面」とは上記図５におけるＳの光が入力する部位と（Ｓ＋Ｓ・Ｃ）＋（Ｓ^’＋Ｓ^’・Ｃ^’）の光が出力する部位である。

（用途）
本発明の実施形態に係る波長選択フィルタは、下記に説明するように、広帯域光を発する光源部と組み合わせることで、波長可変光源とすることができる。

（波長可変光源）
（波長可変光源の一例）
本発明の実施形態に係る波長選択フィルタを用いた波長可変光源の一例について図６を用いて説明する。本実施形態における波長可変光源６０１は、広帯域光を発する光源部６０２と、光源部から発せられた広帯域光を透過させる、上記で説明した本実施形態に係る波長選択フィルタ１０１とを有する。光源部６０２は上記の通り広帯域光を発するものであれば特に限定されない。光源部６０２から出た光Ｌ１から特定の波長の光が選択されて出射される（光Ｌ４）。そして、周波数シフト部１０４でシフトさせる周波数のシフト量を変えることで、上記の通り、出射される光の波長が変化するため、波長可変光源として機能する。

後述するように、本例に係る波長可変光源はＯＣＴ装置に用いることができる。

（波長可変光源の別の例）
本発明の実施形態において波長可変光源の別の例について図７を用いて説明する。

本実施形態における波長可変光源７０１の別の例は、周波数間隔Δν_１の離散ピークを有する光Ｌ２’を発する発光部７０２と、発光部から発せられた光Ｌ２’から、Δν_１とは異なる周波数間隔Δν_２の離散ピークを有する光を選択して透過させる第二の周波数選択部１０３とを有し、第二の周波数選択部１０３を透過した光を出射する波長可変光源７０１である。そして、発光部７０２と第二の周波数選択部１０３との間の光路上に、発光部７０２から発せられた光の周波数をシフトさせる周波数シフト部１０４を有し、周波数シフト部１０４によってシフトさせる周波数の量を変えることによって、出射する光（Ｌ４）の波長を変化させる。本例に係る波長可変光源は、周波数間隔Δν_１の離散ピークを有する光を発生させるために、周波数選択部を有していなくてもよい構成である。本例に係る波長可変光源において用いる発光部として例えば、モードロックレーザやＳＣ（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｔｉｎｕｕｍ）光（スーパーコンティニウム光）を発するＳＣ光源を挙げることができる。また、発光部はＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗａｖｅ）光（連続波光）を発するＣＷ光源と、このＣＷ光に周期的な変調をかけてサイドバンドを生成する変調部とを有する構成であってもよい。周期的な変調は、ＣＷ光の強度の周期的な変調であってもよいし、周波数の周期的な変調であってもよい。

後述するように、本例に係る波長可変光源はＯＣＴ装置に用いることができる。

（ＯＣＴ装置）
本発明の実施形態に係る光干渉断層撮像装置（ＯＣＴ装置）について図８を用いて説明する。なお、図中の矢印は光の進む方向を示している。

実施形態に係るＯＣＴ装置は、光源部８０１、干渉光学系８０２、光検出部８０３、情報取得部８０４、を少なくとも有する構成である。光源部８０１は上述の本実施形態に係る波長可変光源を用いる。また、図示していないが、情報取得部８０４はフーリエ変換器を有する。ここで、情報取得部８０４がフーリエ変換器を有するとは、情報取得部が入力されたデータに対してフーリエ変換する機能を有していれば形態は特に限定されない。一例は、情報取得部８０４が演算部を有し、該演算部がフーリエ変換する機能を有する場合である。具体的には、該演算部がＣＰＵを有するコンピュータであり、このコンピュータが、フーリエ変換機能を有するアプリケーションを内蔵する場合である。他の例は、情報取得部８０４がフーリエ変換機能を有するフーリエ変換回路を有する場合である。光源部８０１から出た光は干渉光学系８０２を経て測定対象の物体８１３の情報を有する干渉光となって出力される。干渉光は光検出部８０３において受光される。なお光検出部８０３は差動検出型でも良いし単純な強度モニタ型でも良い。干渉光の強度の時間波形の情報は光検出部８０３から情報取得部８０４に送られる。情報取得部８０４では、受光された干渉光の強度の時間波形をフーリエ変換をし、物体８１３の情報（例えば断層像の情報）を取得する。なお、本発明の目的を達成する範囲において、ここで挙げた光源部８０１、干渉光学系８０２、光検出部８０３、情報取得部８０４以外のものを任意に設けることができる。例えば、光源部８０１から出た光のうち一方を光路８０６に導波し、もう一方を光路８２０に導波する構成とし、光路８２０上に波数クロック（ｋ−ｃｌｏｃｋ）光学系８０５を設けてもよい。波数クロック光学系８０５は、光源部８０１から出射される、波長が変化する光を受光し、受光した光の波数が等波数間隔（等周波数間隔）となるタイミングごとに信号を発信する。波数クロック光学系８０５は具体的には、等波数間隔の波長選択特性を有する光学系と、この光学系を透過した光を受光して電気信号に変換して信号を発信する素子を有する。波数クロック光学系８０５から発信された信号は電気回路８３０を介して情報取得部８０４へと伝えられる。

以下、光源部８０１から光が発振されてから、測定対象の物体の断層像の情報を得るまでについて詳細に説明する。光の波長を変化させる光源部８０１から出た光は、ファイバ（光路）８０６を通って、カップラ８０７に入り、照射光用のファイバ８０８を通る照射光と、参照光用のファイバ８０９を通る参照光とに分岐される。照射光はコリメーター８１０を通って平行光になり、ミラー８１１で反射される。ミラー８１１で反射された光はレンズ８１２を通って物体８１３に照射され、物体８１３の奥行き方向の各層から反射される。一方、参照光はコリメーター８１４を通ってミラー８１５で反射される。カップラ８０７では、物体８１３からの反射光とミラー８１５からの反射光による干渉光が発生する。干渉した光はファイバ８１６を通り、コリメーター８１８を通って集光され、光検出部１０３で受光される。光検出部８０３で受光された干渉光の強度の情報は電圧などの電気的な情報に変換されて、情報取得部８０４に送られる。情報取得部８０４では、フーリエ変換器によってフーリエ変換することによって、物体８１３の断層像の情報を得る。フーリエ変換して得られる値は、干渉光に含まれる周波数成分に相当し、周波数成分は、カップラ８０７から物体表面で反射されカップラ８０７へ到達する光路の長さと、カップラ８０７からミラー８１５で反射されてカップラ８０７に到達する光路の長さとの差に比例する。したがって、物体８１３断層像の情報として、例えば、物体表面からの奥行き方向の長さと、物体８１３の各層からの反射光の強度との関係についての情報を得ることができる。

断層像の情報は、情報取得部８０４から画像表示部８１９に送って画像として表示させてもよい。なお、ミラー８１２を照射光の入射する方向と垂直な平面内で走査することで、測定対象の物体８１３の３次元の断層像を得ることができる。また、光源部８０１の制御は情報取得部８０４が行ってもよい。また図示しないが、光源部８０１から出る光の強度を逐次モニタリングし、そのデータを干渉光の強度の信号の振幅補正に用いてもよい。

本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらに限られない。

（実施例１）
本実施例に係る波長選択フィルタおよび波長可変光源について説明する。

本実施例に係る波長選択フィルタは上記実施形態に係る波長選択フィルタで説明した構成である。

実施例１において、第一の周波数選択部１０２および第二の周波数選択部１０３として、２枚のエタロン板を用いる。各々のエタロン板はＢＫ７を用いる。第一の周波数選択部を透過した光のＦＳＲは、ＦＳＲ１＝１２．７６８８ＧＨｚ（半値全幅４．８ＭＨｚ）であり、これは、８００ｎｍから８８０ｎｍの範囲に、等周波数間隔に２６６８個の離散ピークを有する光であることを意味する。また、第二の周波数選択部を透過した光のＦＳＲは、ＦＳＲ２＝１２．７７３６ＧＨｚ（半値全幅４．８ＭＨｚ）であり、これは、８００ｎｍから８８０ｎｍの範囲に、等周波数間隔に２６６７個の離散ピークを有する光であることを意味する。

周波数シフト部１０４として、図５に示す２つの光路を有するマッハツェンダー干渉計を用い、２つの光路には光変調素子が設けられている。周波数シフト部１０４によってシフトされる量Δνは４．８ＭＨｚである。

このような波長選択フィルタに、少なくとも８００乃至８８０ｎｍの波長成分を有する光を入射させるための発光部として利得媒体（ＩｎＧａＡｓ層を活性層とするＳＯＡ）を用いる。この利得媒体に電流を注入することで、利得媒体は広帯域光を発する。

このような波長可変光源において、周波数シフト部によって４．８ＭＨｚの量だけ周波数をシフトさせると、上記ＦＳＲ２の有する離散ピークのうち、最小周波数の光が選択されて出射される。周波数シフト部によってさらに４．８ＭＨｚの量だけ周波数をシフトさせると、２番目に小さい周波数の光が選択されて出射される。同様にして４．８ＭＨｚの量づつ周波数をシフトさせることによって、出射される光の波長を変化させるこができる。

（実施例２）
本実施例に係るＯＣＴ装置の構成は、実施形態で説明した構成である。ただし、光源部８０１として実施例１で説明した波長可変光源、光検出部８０３としてフォトディテクタ（Ｐｈｏｔｏ ｄｅｔｅｃｔｏｒ、以下ＰＤと略すことがある）、を用いる。

波長可変光源は波長８００ｎｍから８８０ｎｍまでを周期５ｎｓで掃引しこれを繰り返す動作をおこなう。これは掃引周波数にして２００ｋＨｚに相当する。本実施例に係るＯＣＴ装置では光源部８０１の光が出射される点からミラー８１５までの光路長と、光源部８０１の光が出射される点から物体８１３の表面までの光路長を等しくし、物体の表面から照射光の光軸方向に深さ４ｍｍの部位まで観察する。

物体の表面から照射光の光軸方向に深さ４ｍｍの位置に単一の反射物体がある場合、得られる干渉強度のスペクトルは周波数３７．５ＧＨｚ毎に強度が強まる信号となる。これを周波数３７．５ＧＨｚのサイン波と見なすならば、この信号の周波数成分を解析するためには少なくともこの半分の周波数間隔以下で干渉光の強度の値をサンプリングする必要がある。つまり１８．７５ＧＨｚ以下の周波数間隔でサンプリングする必要がある。

物体の表面から照射光の光軸方向に４ｍｍまでが最大の深さであると想定すると、周波数を解析すべき信号の周波数は３７．５ＧＨｚ以下の信号となるため、上記１８．７５ＧＨｚ以下の周波数間隔にて信号を取得すれば、断層像を得るために必要な周波数帯域の信号は得られる。

本実施例では、このサンプリング間隔を、ｋクロック光学系８０５にて規定する。具体的には、等波数間隔、かつ、１８．７ＧＨｚ未満になるようなタイミングでｋクロック信号を発信させる。次に、本実施例に係るＯＣＴ装置を用いてＰＤで得られる受光電圧の強度の時間波形から、ｋクロック信号が発信されるタイミングに相当するデータを取得する。取得したデータをフーリエ変換することで物体の断層像を取得出来る。

１０１ 波長選択フィルタ
１０２ 第一の周波数選択部
１０３ 第二の周波数選択部
１０４ 周波数シフト部

Claims (14)

1. 広帯域光のうち特定の波長の光を透過させ、かつ、透過させる光の波長を変化させることが可能な波長選択フィルタであって、周波数間隔Δν_１の離散ピークを有する光を透過させる第一の周波数選択部と、前記Δν_１と異なる周波数間隔Δν_２の離散ピークを有する光を透過させる第二の周波数選択部と、前記第一の周波数選択部と前記第二の周波数選択部との間の光路上に設けられた、光の周波数をシフトさせることが可能な周波数シフト部とを有し、前記シフトの量を変えることによって、透過させる光の波長を変化させることが可能であることを特徴とする波長選択フィルタ。
2. 前記周波数シフト部は複数の光変調素子とマッハツェンダー型の干渉計導波路とを有することを特徴とする請求項１に記載の波長選択フィルタ。
3. 前記シフト量が前記Δν_１の−０．５倍以上０．５倍以下の範囲内であることを特徴とする請求項１または２に記載の波長選択フィルタ。
4. 前記周波数シフト部の有する端面のうち、前記光路上にある端面に反射抑制層が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の波長選択フィルタ。
5. 前記第一の周波数選択部、前記第二の周波数選択部の少なくともいずれか一方が、ファブリーペローフィルタであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の波長選択フィルタ。
6. 前記ファブリーペローフィルタがエアギャップを有する構成、または、光学ガラスからなるエタロン板であることを特徴とする請求項５に記載の波長選択フィルタ。
7. 広帯域光を発する光源部と、前記光源部から発せられた広帯域光を透過させる請求項１乃至６のいずれか一項に記載の波長選択フィルタとを有することを特徴とする波長可変光源。
8. 周波数間隔Δν_１の離散ピークを有する光を発する発光部と、前記発光部から発せられた光から、前記Δν_１とは異なる周波数間隔Δν_２の離散ピークのいずれかの周波数を有する光を選択して透過させる周波数選択部とを有し、前記周波数選択部を透過した光を出射する波長可変光源であって、
   前記発光部と前記周波数選択部との間の光路上に、前記発光部から発せられた光の周波数をシフトさせる周波数シフト部を有し、前記周波数シフト部によってシフトさせる周波数の量を変えることによって、出射する光の波長を変化させることを特徴とする波長可変光源。
9. 前記発光部は、利得媒体と、前記利得媒体から発せられた光から前記Δν_１を有する光を選択して透過させる更なる周波数選択部とを有することを特徴とする請求項８に記載の波長可変光源。
10. 前記更なる周波数選択部がファブリーペローフィルタであることを特徴とする請求項９に記載の波長可変光源。
11. 前記発光部は、モードロックレーザであることを特徴とする請求項８に記載の波長可変光源。
12. 前記発光部は、スーパーコンティニウム光を発する光源であることを特徴とする請求項８に記載の波長可変光源。
13. 前記発光部は連続波光を発する光源と、前記連続波光に周期的な変調をかけてサイドバンドを生成する変調部とを有することを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の波長可変光源。
14. 光の波長を変化させる光源部と、
    前記光源部からの光を物体へ照射する照射光と参照光とに分岐し、前記物体に照射された光の反射光と前記参照光による干渉光を発生させる干渉光学系と、
    前記干渉光を受光する光検出部と、
    前記干渉光の強度の時間波形に基づいて、前記物体の情報を取得する情報取得部と、
    を有する光干渉断層撮像装置において、
    前記光源部が請求項７乃至１３のいずれか一項に記載の波長可変光源を有することを特徴とする光干渉断層撮像装置。

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