JP2015090280A - 光検出装置および光システム - Google Patents
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Abstract
【課題】波長1.7μmを含む波長帯域の光を安価な構成で検出することができる光検出装置を提供する。【解決手段】本発明の光検出装置は、カットオフ波長が1.7μm付近にあるInGaAsベースの第1フォトダイオードと、カットオフ波長が1.8μm以上にあるExtended InGaAsベースの第2フォトダイオードと、光を分岐して前記第1フォトダイオードおよび前記第2フォトダイオードに入力させる分岐部と、を備える。【選択図】図3
Description
本発明は、光検出装置および光システムに関するものである。
OCT(Optical Coherence Tomography)は、参照光と対象物で生じる後方反射光との干渉を利用して対象物の断層画像を取得することができ、対象物として生体組織(例えば血管)の断層画像を取得して診断に用いることができる。このようなOCTにおいて、波長1.7μmを含む広帯域光を出力する光源が用いられ(非特許文献2を参照)、また、複数の光源から出力される広帯域光を合波して更に広帯域の光を出力することも行われる(特許文献1,2および非特許文献1を参照)。
Opt. Express, vol.12, p.2112(2004)
Photonics West BiOS 2013 , 8565-15, Session 9
ところで、波長1.7μmを含む波長帯域は一般には光通信等で使用されていないことから、この波長帯域において使用する光部品は、生産量も品種も少なく高価であり、また、光フィルタ等については特注する必要があることから更に高価である。
光源として複数個のSLD(Superluminescent Diode)を使用し、そのSLDから出力される光を導光する光ファイバを使用する場合、素子自体の劣化や温度などの外的要因によって各SLDから出力される光のパワーやスペクトルが変化することが予想される。各SLDの出力光を分岐部により分岐してモニタリングすることで、必要な波長帯域における光パワーを制御する必要があるが、分岐後にフィルタリングを要するため、上記理由ゆえの高コストが導入障壁となる。
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、波長1.7μmを含む波長帯域の光を安価な構成で検出することができる光検出装置を提供することを目的とする。また、このような光検出装置を備える光システムをも提供することを目的とする。
本発明の光検出装置は、カットオフ波長が1.7μm付近にあるInGaAsベースの第1フォトダイオードと、カットオフ波長が1.8μm以上にあるExtended InGaAsベースの第2フォトダイオードと、光を分岐して前記第1フォトダイオードおよび前記第2フォトダイオードに入力させる分岐部と、を備える。本発明の光検出装置では、前記分岐部が、1.7μm以上の波長の光を含み帯域幅が100nm以上である光を入力して分岐するのが好適である。
本発明の光検出装置は、前記第1フォトダイオードおよび前記第2フォトダイオードそれぞれから出力される検出信号を解析して当該解析結果に基づいて他の光部品を制御する制御信号を出力する制御部を更に備えるのが好適である。本発明の光検出装置は、前記第1フォトダイオードおよび前記第2フォトダイオードそれぞれから出力される検出信号を解析し又は該検出信号を他の装置へ配信する制御部を更に備えるのも好適である。或いは、本発明の光検出装置は、前記第2フォトダイオードの検出帯域の受光パワーから前記第1フォトダイオードの検出帯域の受光パワーを引いて前記第2フォトダイオードのみが感度を有する波長帯域の受光パワーを求める制御部を更に備えるのも好適である。
本発明の光システムは、1または複数のSLD光源と、前記SLD光源から出力された光を検出する上記の本発明の光検出装置と、を備える。或いは、本発明の光システムは、1または複数のSC光源と、前記SC光源から出力された光を検出する上記の本発明の光検出装置と、を備える。
本発明によれば、波長1.7μmを含む波長帯域の光を安価な構成で検出することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
図1は、第1比較例の光検出装置4Aの構成を示す図である。第1比較例の光検出装置4Aは、分岐部11、波長可変フィルタ13およびフォトダイオード14を備えている。これらの光部品は光ファイバにより光学的に結合されている。この光検出装置4Aでは、分岐部11に入力された光のうち一部の光は分岐部11により分岐されて波長可変フィルタ13に入力され、この波長可変フィルタ13に入力された光のうち透過帯域の光は、フォトダイオード14により受光されてパワーが検出される。波長可変フィルタ13の透過帯域を変更することで、分岐部11に入力される光のパワーの波長依存性を検出することができる。
図2は、第2比較例の光検出装置4Bの構成を示す図である。第2比較例の光検出装置4Bは、分岐部11、分岐部12、フィルタ13A,13Bおよびフォトダイオード14A,14Bを備えている。これらの光部品は光ファイバにより光学的に結合されている。この光検出装置4Bでは、分岐部11に入力された光のうち一部の光は、分岐部11により分岐されて分岐部12に入力され、分岐部12により2分岐される。分岐部12により2分岐されて出力された一方の光はフィルタ13Aに入力され、このフィルタ13Aに入力された光のうち透過帯域の光はフォトダイオード14Aにより受光されてパワーが検出される。分岐部12により2分岐されて出力された他方の光はフィルタ13Bに入力され、このフィルタ13Bに入力された光のうち透過帯域の光はフォトダイオード14Bにより受光されてパワーが検出される。フィルタ13A,13Bそれぞれの透過帯域を互いに異なるものとすることで、分岐部11に入力される光のパワーの波長依存性を検出することができる。
これら比較例の光検出装置4A,4Bは、光のパワーの波長依存性を検出することができるものの、フィルタを用いる必要があることから、構成が複雑になり、コストが高いという問題を有する。特に、検出すべき光が波長1.7μmを含む波長帯域である場合には、更にコストが高くなる。
図3は、本実施形態の光システム1の構成を示す図である。本実施形態の光システム1は光源装置2および光検出装置3を備える。光源装置2は、光源21A〜21C、偏波コントローラ22A〜22C、合波部23および合波部24を含む。光検出装置3は、偏光ビームスプリッタ31、カプラ35、フォトダイオード36A,36Bおよび制御部37を含む。これらの光部品は光ファイバにより光学的に結合されているのが好適である。
光源装置2の光源21A〜21Cは、好適にはSLD光源またはSC(Supercontinuum)光源である。偏波コントローラ22Aは、光源21Aから出力された光の偏光状態を調整する。偏波コントローラ22Bは、光源21Bから出力された光の偏光状態を調整する。偏波コントローラ22Cは、光源21Cから出力された光の偏光状態を調整する。合波部23,24は、偏波コントローラ22A〜22Cから出力された光を合波して、広帯域の光を出力する。光源装置2から出力される光は、図4に示されるように、1.7μm以上の波長の光を含み帯域幅が100nm以上であるのが好適である。
光検出装置3の偏光ビームスプリッタ31は、光源装置2から出力された広帯域光を入力して、その光のうち特定方位の偏光成分の光をカプラ35へ出力する。カプラ35は、偏光ビームスプリッタ31から到達した光を2分岐して、一方の分岐光をフォトダイオード36Aへ出力し、他方の分岐光をフォトダイオード36Bへ出力する。フォトダイオード36Aは、カットオフ波長が1.7μm付近にあるInGaAsベースのもの(第1フォトダイオード)である。フォトダイオード36Bは、カットオフ波長が1.8μm以上にあるExtended InGaAsベースのもの(第2フォトダイオード)である。
光検出装置3の制御部37は、フォトダイオード36A,36Bそれぞれから出力される検出信号を解析して、当該解析結果に基づいて他の光部品(例えば、光源21A〜21C、偏波コントローラ22A〜22C)を制御する制御信号を出力する。制御部37は、フォトダイオード36A,36Bそれぞれから出力される検出信号を解析し、又は、該検出信号を他の装置へ配信する。また、制御部37は、第2フォトダイオード36Bの検出帯域の受光パワーから第1フォトダイオード36Aの検出帯域の受光パワーを引いて、第2フォトダイオード36Bのみが感度を有する波長帯域の受光パワーを求める。
なお、図3の構成において、偏光ビームスプリッタ31に替えて、例えば10dBの分岐比を有するカプラが用いられてもよいし、図5に示されるように偏光子32およびカプラ33が用いられてもよい。また、フォトダイオード36は、1.8μm以上のカットオフ波長を有する他のデバイスであっても良い。例えば、HgCdTe(MCT)、PbSや、InGaAsとGaAsSbからなる多重量子井戸構造デバイスなどが挙げられる。
図6は、光検出装置3における処理を説明する図である。同図に示されるように、フォトダイオード36A,36Bそれぞれの感度特性は互いに異なる。InGaAsベースのフォトダイオード36Aのカットオフ波長は1.7μm付近にある。Extended InGaAsベースのフォトダイオード36Bのカットオフ波長は1.8μm以上にある。1.7μmより短い波長λ1の光が光検出装置3に入力された場合、フォトダイオード36Aの出力電圧値Xに基づきPλ1として処理し、また、フォトダイオード36Bの出力電圧値X’に基づきPλ1’として処理し、Pλ1’をPλ1として出力表示するためにX/X’倍の演算処理を施す。1.7μmより短い波長λ1の光および1.7μmより長い波長λ2の光の双方が光検出装置3に入力された場合、波長λ1の光のみに感度を有するフォトダイオード36Aの出力電圧値Xに基づきPλ1として処理し、また、波長λ1,λ2の双方の光に感度を有するフォトダイオード36Bの出力電圧値I=X’+Yから Y=(IX/X’−X)X’/X なる式によりYを求め、これをPλ2とする。
このように、フォトダイオード36A,36Bそれぞれの感度特性の差に対して所要の補正処理を行う。このような補正処理や、スペクトル間の強度差を比較・評価して処理をすることで、制御部の構成が簡便化でき、また、より精度の高い計測が可能になるなどの利点が得られる。
図3の構成において、光検出装置3に替えて、図7に示される光検出装置3Aが用いられてもよい。図7は、光検出装置3Aの構成を示す図である。光検出装置3Aは、分岐部34、カプラ35、フォトダイオード36A〜36Cおよび制御部37を備える。カプラ35は、分岐部34により分岐されて到達した光を3分岐して、第1の分岐光をフォトダイオード36Aへ出力し、第2の分岐光をフォトダイオード36Bへ出力し、第3の分岐光をフォトダイオード36Cへ出力する。フォトダイオード36Cは、フォトダイオード36A,36Bとは異なる感度特性を有するもので、例えば、より短波長側に感度を有するSiベースのもので、カットオフ波長は1.1μm付近である。図8は、フォトダイオード36A〜36Cの感度特性を示す図である。
本実施形態によれば、高価なフィルタを用いる必要がなく、波長1.7μmを含む波長帯域の光を安価な構成で検出することができる。
1…光システム、2…光源装置、3…光検出装置、11…分岐部、12…分岐部、13,13a,13b…フィルタ、14,14a,14b…フォトダイオード、21A〜21C…光源、22A〜22C…偏波コントローラ、23,24…合波部、31…偏光ビームスプリッタ、32…偏光子、33…カプラ、34…分岐部、35…カプラ、36A〜36C…フォトダイオード、37…制御部。
Claims (7)
- カットオフ波長が1.7μm付近にあるInGaAsベースの第1フォトダイオードと、
カットオフ波長が1.8μm以上にあるExtendedInGaAsベースの第2フォトダイオードと、
光を分岐して前記第1フォトダイオードおよび前記第2フォトダイオードに入力させる分岐部と、
を備える光検出装置。 - 前記分岐部が、1.7μm以上の波長の光を含み帯域幅が100nm以上である光を入力して分岐する、請求項1に記載の光検出装置。
- 前記第1フォトダイオードおよび前記第2フォトダイオードそれぞれから出力される検出信号を解析して当該解析結果に基づいて他の光部品を制御する制御信号を出力する制御部を更に備える請求項1または2に記載の光検出装置。
- 前記第1フォトダイオードおよび前記第2フォトダイオードそれぞれから出力される検出信号を解析し又は該検出信号を他の装置へ配信する制御部を更に備える請求項1または2に記載の光検出装置。
- 前記第2フォトダイオードの検出帯域の受光パワーから前記第1フォトダイオードの検出帯域の受光パワーを引いて前記第2フォトダイオードのみが感度を有する波長帯域の受光パワーを求める制御部を更に備える請求項1または2に記載の光検出装置。
- 1または複数のSLD光源と、
前記SLD光源から出力された光を検出する請求項2に記載の光検出装置と、
を備える光システム。 - 1または複数のSC光源と、
前記SC光源から出力された光を検出する請求項2に記載の光検出装置と、
を備える光システム。
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JP2013229150A JP2015090280A (ja) | 2013-11-05 | 2013-11-05 | 光検出装置および光システム |
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