JP2018040622A - Method of evaluating wavelength swept light source - Google Patents

Method of evaluating wavelength swept light source Download PDF

Info

Publication number
JP2018040622A
JP2018040622A JP2016173608A JP2016173608A JP2018040622A JP 2018040622 A JP2018040622 A JP 2018040622A JP 2016173608 A JP2016173608 A JP 2016173608A JP 2016173608 A JP2016173608 A JP 2016173608A JP 2018040622 A JP2018040622 A JP 2018040622A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light source
wavelength
swept light
frequency
fundamental wave
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2016173608A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6621026B2 (en
Inventor
豊田 誠治
Seiji Toyoda
誠治 豊田
上野 雅浩
Masahiro Ueno
雅浩 上野
雄三 佐々木
Yuzo Sasaki
雄三 佐々木
匡 阪本
Tadashi Sakamoto
匡 阪本
品川 満
Mitsuru Shinagawa
満 品川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Hosei University
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Hosei University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp, Hosei University filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2016173608A priority Critical patent/JP6621026B2/en
Publication of JP2018040622A publication Critical patent/JP2018040622A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6621026B2 publication Critical patent/JP6621026B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem of an SNR evaluation method for a wavelength swept light source in prior art for which improvements for increasing the performance of an SS-OCT device is desired for reasons of insufficiency, that a wavelength swept signal light includes a fundamental wave and harmonic components of repetition frequency of wavelength sweep, but the relationship spectrum characteristics of the fundamental wave and harmonic components and whether an evaluation parameter in a conventional frequency swept electric signal is appropriate for the wavelength swept light source are unknown, and the stability of the wavelength swept light source cannot be accurately evaluated as long as only noise parameters of the fundamental wave are relied as in the case of the SNR evaluation of an electric signal generator.SOLUTION: In a wavelength swept light source evaluation method of the present invention, the output light of a wavelength swept light source is converted into an electric signal and then, with the intensity fluctuation of each of a fundamental wave component of wavelength swept repetition frequency and its harmonic wave component taken into account, the stability of the light source is determined on the basis of the average of intensity fluctuations. The present invention can also be implemented as a wavelength swept light source evaluation system. It can also be implemented as a program invention for carrying out the wavelength swept light source evaluation method.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本発明は、波長掃引光源の評価方法に関する。波長掃引光源は、光を利用したイメージング技術を用いた光学機器や電子機器に幅広く利用されている。例えばカメラやプリンタ、ファクシミリなどの民生用の電子機器に最もよく利用されており、さらに医療分野にも広がっている。生体内部の断層を非侵襲的にイメージングするために、低干渉光を利用して深さ方向の情報を高分解能で取得することができる光干渉断層撮影(OCT:Optical Coherent Tomography)が注目されてきた。近年では、生体内での分子レベルおよび細胞レベルの生物学的事象を解明するためのモレキュラー(分子)イメージングの分野にも、OCTが利用されている。波長掃引光源は、後述するようにOCT技術を支える重要な基幹要素であり、OCT装置の性能にも大きな影響を与える。したがって、波長掃引光源の性能、波長掃引光信号の評価方法が重要である。   The present invention relates to a method for evaluating a wavelength swept light source. Wavelength swept light sources are widely used in optical equipment and electronic equipment using imaging technology using light. For example, it is most often used in consumer electronic devices such as cameras, printers, and facsimiles, and has spread to the medical field. Optical coherent tomography (OCT), which can acquire information in the depth direction with high resolution using low coherent light, has been attracting attention in order to non-invasively image a tomography inside a living body. It was. In recent years, OCT has also been used in the field of molecular (molecular) imaging for elucidating biological events at the molecular and cellular levels in vivo. As will be described later, the wavelength swept light source is an important key element that supports the OCT technology, and greatly affects the performance of the OCT apparatus. Therefore, the performance of the wavelength swept light source and the evaluation method of the wavelength swept optical signal are important.

上述のモレキュラーイメージングでは、光情報を利用してターゲット分子を高感度に検出する方法が主力となっており、OCT装置が利用されている。ここで、OCT装置の構成・動作を概観すれば以下の通りである。OCT装置で3次元情報を収集するためには、スーパールミネセンスダイオード(SLD:Super Luminescent Diode)と呼ばれる低コヒーレンスな光源から出力される光ビームを、水平および垂直方向に走査する必要がある。この走査のために、OCT装置では、SLD光源からコリメータを介して出力された光ビームをビームスプリッタで参照光および測定光にまず分離する。そして、分離された測定光に対して2軸ガルバノミラーを利用して機械的に光ビームを水平・垂直方向に走査している。走査された測定光は、対物レンズを介して入力された測定対象物Tの各層で反射して、再びビームスプリッタまで戻る。測定対象物からの測定光は、ビームスプリッタにおいて、可動ミラーで反射されて戻ってきた参照光と再び合流し、光検出器(PD:Photo Detector)に入る。OCT装置に付随する信号処理装置は、測定光と参照光とが合流する際に生じる干渉現象に基づいて測定光の強度と時間ずれを検知し、空間的位置関係(3次元情報)を導いている。低コヒーレンス干渉を利用して断層イメージを取得するOCT装置には、時間領域OCT(TD−OCT:Time Domain Optical Coherence Tomography)と、フーリエ領域OCT(FD−OCT:Fourier Domain Optical Coherence tomography)がある。FD−OCTは、さらにスペクトル領域OCT(SD−OCT:Spectral Domain Optical Coherence Tomography)と波長掃引OCT(SS−OCT:Swept-Source Optical Coherence Tomography)に分類される。波長掃引光源を用いたSS−OCTは、高速な応答性の点で特に優れている。SS−OCTの応答性は光源の性能によって大きく律速されるため、種々の方式の高速広帯域光源の開発が加速している。   In the above-described molecular imaging, a method of detecting target molecules with high sensitivity using optical information is the main force, and an OCT apparatus is used. Here, an overview of the configuration and operation of the OCT apparatus is as follows. In order to collect three-dimensional information with an OCT apparatus, it is necessary to scan a light beam output from a low-coherence light source called a super luminescence diode (SLD) in the horizontal and vertical directions. For this scanning, in the OCT apparatus, the light beam output from the SLD light source through the collimator is first separated into reference light and measurement light by a beam splitter. The separated measurement light is mechanically scanned in the horizontal and vertical directions using a biaxial galvanometer mirror. The scanned measurement light is reflected by each layer of the measurement object T input through the objective lens, and returns to the beam splitter again. The measurement light from the measurement object is merged again with the reference light reflected and returned by the movable mirror in the beam splitter, and enters the photo detector (PD). The signal processing apparatus accompanying the OCT apparatus detects the intensity and time shift of the measurement light based on the interference phenomenon that occurs when the measurement light and the reference light merge, and derives the spatial positional relationship (three-dimensional information). Yes. OCT apparatuses that acquire tomographic images using low coherence interference include time domain OCT (TD-OCT) and Fourier domain OCT (FD-OCT: Fourier Domain Optical Coherence tomography). The FD-OCT is further classified into a spectral domain OCT (SD-OCT: Spectral Domain Optical Coherence Tomography) and a wavelength sweep OCT (SS-OCT: Swept-Source Optical Coherence Tomography). SS-OCT using a wavelength swept light source is particularly excellent in terms of high-speed response. Since the responsiveness of SS-OCT is largely limited by the performance of the light source, development of various types of high-speed broadband light sources is accelerating.

図10は、SS−OCT装置の基本的な構成および動作を模式的に説明する図である。SS−OCT装置20では、例えば生体24に対して、光周波数(波長)掃引光源21から、時間に対して直線的にその光周波数(または波数)を掃引した光信号26を供給する。光周波数掃引光源21としては、例えば波長可変レーザが使用される。また、ミラー23はその位置を固定されている。ビームスプリッタ22の中心とミラー23との間の距離をLR、ビームスプリッタ22の中心と生体表面31との間の距離をLSとすると、LR=LSとなるように各要素が配置されている。 FIG. 10 is a diagram schematically illustrating the basic configuration and operation of the SS-OCT apparatus. In the SS-OCT apparatus 20, for example, an optical signal 26 in which the optical frequency (or wave number) is linearly swept with respect to time is supplied from the optical frequency (wavelength) sweep light source 21 to the living body 24. As the optical frequency sweep light source 21, for example, a wavelength variable laser is used. Further, the position of the mirror 23 is fixed. If the distance between the center of the beam splitter 22 and the mirror 23 is L R , and the distance between the center of the beam splitter 22 and the living body surface 31 is L S , each element is arranged so that L R = L S. Has been.

このとき、参照光28と、生体内の反射面32からのそれぞれの反射光29bと、反射面33からのそれぞれの反射光29cとの光周波数の差は、時間に関係なく一定となる。これらの光周波数の差をf2およびf3とすれば、参照光28と反射光29b、29cとの干渉によって、反射面32および反射面33に対応したビート周波数f2、f3が混在した信号光が得られる。この信号光をフーリエ変換すると、ビート周波数f2、f3にピークのある反射光強度が得られる。光源21からの光周波数が直線的に掃引されれば、ビート周波数f2、f3と、深さd2、深さd3は正比例する。生体内では、各所から反射光が生じるため、干渉光をフーリエ変換することによって、光軸(z軸)方向に沿った、反射光強度の分布を得ることができる。x軸方向にもビームスキャンを行えば、x−z面内でのOCT断層イメージが得られる。 At this time, the difference in optical frequency between the reference light 28, each reflected light 29b from the reflecting surface 32 in the living body, and each reflected light 29c from the reflecting surface 33 is constant regardless of time. If the difference between these optical frequencies is f 2 and f 3 , beat frequencies f 2 and f 3 corresponding to the reflective surface 32 and the reflective surface 33 are mixed due to interference between the reference light 28 and the reflected light 29b and 29c. Signal light is obtained. When this signal light is subjected to Fourier transform, reflected light intensity having peaks at beat frequencies f 2 and f 3 can be obtained. If it is optical frequency sweep linearly from the light source 21, and the beat frequency f 2, f 3, the depth d 2, the depth d 3 is directly proportional to. In the living body, reflected light is generated from various places. Therefore, the reflected light intensity distribution along the optical axis (z-axis) direction can be obtained by Fourier transforming the interference light. If a beam scan is performed also in the x-axis direction, an OCT tomographic image in the xz plane can be obtained.

SS−OCT装置では、光検出器25は、異なるビート周波数の干渉光が混在した信号光を単一の検出素子で検出すれば良いので、TD−OCTに必要だった並列ディテクタが不要となる。さらに、赤血球のヘモグロビンによる散乱がなく皮膚等の診断に好適で入手性も良い1.3μm帯域の掃引光源を使用することが可能となる。SS−OCT装置は、光ファイバカプラを使用した安定な構成、可動ミラーが不要なことによって高速イメージ取得できること、多様な光検出器の利用容易性から、眼科診療を始めとしてモレキュラーイメージングの領域において実用化が進められている。ここで、SS−OCT装置における波長掃引光源に必要な条件について考えてみる。   In the SS-OCT apparatus, the photodetector 25 only needs to detect signal light in which interference light with different beat frequencies is mixed with a single detection element, and thus a parallel detector required for TD-OCT is not necessary. Furthermore, it is possible to use a 1.3 μm-band swept light source that is suitable for diagnosis of skin and the like and is easily available because there is no scattering of red blood cells by hemoglobin. The SS-OCT system is practical in the field of molecular imaging including ophthalmic medical care because of its stable configuration using optical fiber couplers, the ability to acquire high-speed images by eliminating the need for movable mirrors, and the ease of use of various photodetectors. Is being promoted. Here, let us consider the conditions necessary for the wavelength swept light source in the SS-OCT apparatus.

非特許文献1を参照すれば、SS−OCT方式の干渉信号s(t)は以下のように表される。   Referring to Non-Patent Document 1, the SS-OCT interference signal s (t) is expressed as follows.

Figure 2018040622
Figure 2018040622

ここで、tは時間を、k(t)は光源光の波数を、A(k)は光の波数に対する光源光の電界強度を、zは基準面から観測対象中の反射面までの距離を、cは光速を、Psは合波されるサンプル側の反射光パワーを、Prは合波されるリファレンス側の反射光パワーを、γ(2z/c)はコヒーレンス関数をそれぞれ示している。 Here, t is time, k (t) is the wave number of the light source light, A (k) is the electric field intensity of the light source light with respect to the wave number of the light, and z is the distance from the reference plane to the reflecting surface being observed. , C indicate the speed of light, P s indicates the reflected light power on the sample side to be combined, P r indicates the reflected light power on the reference side to be combined, and γ (2z / c) indicates the coherence function. .

ここで、波長掃引光源の出力光の波数が、時間に対して直線的に変化する場合、すなわち波数リニアな光源を考える。このときの波数k(t)は、次式で表される。   Here, a case where the wave number of the output light of the wavelength swept light source changes linearly with respect to time, that is, a light source having a wave number linear is considered. The wave number k (t) at this time is expressed by the following equation.

Figure 2018040622
Figure 2018040622

ここでk´は、波長掃引光源の掃引波長幅をΔkとし、Δkだけ掃引する時間をΔtとしたとき、k´=Δk/Δtとなるkの時間に対する変化率を表し、k0はt=0の時のkの値である。
式(2)を適用すると、式(1)の干渉信号s(t)は以下のように表される。
Here, k ′ represents the rate of change with respect to time k when k ′ = Δk / Δt, where Δk is the sweep wavelength width of the wavelength swept light source, and Δt is the time for sweeping by Δk, and k 0 is t = The value of k when 0.
When the expression (2) is applied, the interference signal s (t) of the expression (1) is expressed as follows.

Figure 2018040622
Figure 2018040622

さらに式(3)をフーリエ変換すると、次式のように表される。 Further, when the equation (3) is Fourier transformed, it is expressed as the following equation.

Figure 2018040622
Figure 2018040622

ただし、次式はフーリエ変換を表し、添え字のfは周波数を表す。 However, the following expression represents the Fourier transform, and the subscript f represents the frequency.

Figure 2018040622
Figure 2018040622

後述する点拡がり関数(PSF:Point Spread Function)を求める際にはオフセットであるk0の値は問題にならないため、k0=0とした。 When a point spread function (PSF) to be described later is obtained, the value of k 0 that is an offset does not matter, so k 0 = 0.

式(4)によると、干渉信号s(t)のフーリエ変換は電界強度の自乗A2(t)をフーリエ変換した形状をしており、その中心周波数は次式によって表される。 According to Equation (4), the Fourier transform of the interference signal s (t) has a shape obtained by Fourier transforming the square of the electric field strength A 2 (t), and the center frequency is represented by the following equation.

Figure 2018040622
Figure 2018040622

式(4)に示したように、干渉信号s(t)をフーリエ変換した信号を、点拡がり関数(または点像分布関数:PSF)と言う。もしA2(t)がガウシアンのような対称な単峰性の関数であれば、PSFのピーク位置の周波数が、式(6)で表されるフーリエ変換後の干渉信号の中心周波数となる。 As shown in Expression (4), a signal obtained by Fourier transforming the interference signal s (t) is referred to as a point spread function (or point spread function: PSF). If A 2 (t) is a symmetric monomodal function such as Gaussian, the frequency at the peak position of the PSF is the center frequency of the interference signal after Fourier transform expressed by Equation (6).

上述のように、波長掃引光源の出力光の波数が式(2)で表されるような波数リニアに変化する光源を使用した場合、観測対象中の反射面の位置zは、干渉信号s(t)をフーリエ変換した信号であるPSFの位置を測定することによって求めることができる。特に、電界強度の自乗A2(t)がガウシアンのような対称な単峰性の関数であれば、PSFのピーク位置が反射面の位置zに対応する。反射面の位置zを算出する式は、以下のようになる。 As described above, when a light source whose wave number of the output light of the wavelength swept light source is linearly changed as expressed by the equation (2) is used, the position z of the reflecting surface in the observation target is the interference signal s ( It can be obtained by measuring the position of PSF which is a signal obtained by Fourier transforming t). In particular, if the square A 2 (t) of the electric field strength is a symmetric monomodal function such as Gaussian, the peak position of the PSF corresponds to the position z of the reflecting surface. The equation for calculating the position z of the reflecting surface is as follows.

Figure 2018040622
Figure 2018040622

上述のようなSS−OCTにおける干渉光からイメージを取得する原理から、図10でも示したように、基準面からの距離zに比例して干渉信号の周波数が大きくなる。観測対象内に複数の反射面があっても、基準面からそれぞれの反射面までの距離に応じた周波数成分が干渉信号に含まれるので、周波数解析(フーリエ変換)することにより、複数の反射面を同時に測定できる。SS−OCTにおける反射面の検出は、光源の波長掃引1回毎に行われる。したがって、波長掃引光源の波長掃引時間が短いほど、つまり、波長掃引周波数が高いほど、観測対象の動きが早くても、ブレの少ない断層イメージを得ることができる。   From the principle of acquiring an image from the interference light in SS-OCT as described above, the frequency of the interference signal increases in proportion to the distance z from the reference plane as shown in FIG. Even if there are multiple reflection surfaces within the observation target, frequency components corresponding to the distance from the reference surface to each reflection surface are included in the interference signal, so by performing frequency analysis (Fourier transform), multiple reflection surfaces Can be measured simultaneously. The detection of the reflecting surface in SS-OCT is performed for each wavelength sweep of the light source. Accordingly, the shorter the wavelength sweep time of the wavelength swept light source, that is, the higher the wavelength sweep frequency, the more tomographic images with less blur can be obtained even if the observation object moves faster.

このようなブレの少ない断層イメージの取得を実現する波長掃掃引光源として、近年、KTN(KTa1-xNbx3)結晶またはKLTN(K1-yLiyTa1-xNbx3)結晶における屈折率制御の高速性を利用して、光偏向器を外部共振器に組み込んだ高速の波長掃引光源が注目されている。例えば特許文献1にも開示されているように、医療用光断層撮像システムの中で、KTN光偏向器は高速性を実現するためのキーデバイスである。光の進行方向を変える光偏向器の中で、KTN結晶またはKLTN結晶を用いた光偏向器(KTN偏向器と言う)は、ガルバノミラーやポリゴンミラー、MEMSミラー等と異なり、可動部を持たない固体素子である。KTN結晶は、比較的低い電圧を印加することによってその屈折率が大きく変わる電気光学効果が大きい物質として知られている。さらに、駆動電圧を印加するための電極としてTiやCrを用いると、KTN結晶内に電荷を注入することができる。この注入電荷によって生じる内部電界を利用することで、高速・広角な光偏向器を実現することができる。したがって、レンズ、プリズム、ミラーなどの一般的な光学部品が高速で動く必要がある用途では、これらの光学部品をKTNに置き換えることができる。 As the wavelength sweep swept light source to realize the acquisition of less tomographic image of such blurring, in recent years, KTN (KTa 1-x Nb x O 3) crystal or KLTN (K 1-y Li y Ta 1-x Nb x O 3 A high-speed wavelength swept light source in which an optical deflector is incorporated in an external resonator by taking advantage of the high-speed control of the refractive index in the crystal has attracted attention. For example, as disclosed in Patent Document 1, a KTN optical deflector is a key device for realizing high speed in a medical optical tomographic imaging system. Among optical deflectors that change the traveling direction of light, optical deflectors using KTN crystals or KLTN crystals (referred to as KTN deflectors) have no moving parts, unlike galvanometer mirrors, polygon mirrors, MEMS mirrors, etc. It is a solid element. A KTN crystal is known as a substance having a large electro-optic effect, the refractive index of which greatly changes when a relatively low voltage is applied. Further, when Ti or Cr is used as an electrode for applying a driving voltage, charges can be injected into the KTN crystal. By utilizing the internal electric field generated by this injected charge, a high-speed and wide-angle optical deflector can be realized. Therefore, in applications where general optical components such as lenses, prisms, and mirrors need to move at high speed, these optical components can be replaced with KTN.

上述のように波長掃掃引光源の高速性は、ブレのないOCT断層イメージを得るために必要であるが、加えて、OCT信号の信号対ノイズ比(SNR)も鮮明な画像を得るための重要な指標となる。例えば、光源ノイズや電気ノイズ等の様々なノイズが測定した干渉信号s(t)に入った場合、干渉信号s(t)から求めたk(t)にもノイズが残ることになる。SS−OCT装置の波長掃引光源では、実際には光の波長について線形なスキャンを行っている。したがって、SS−OCT装置のデータ処理では、式(2)に対応するように時間に対して波数が直線的に変化するデータに変換する必要がある。この変換処理は、リスケーリング処理と呼ばれている。   As described above, the high speed of the swept wavelength light source is necessary for obtaining an OCT tomographic image without blurring. In addition, the signal-to-noise ratio (SNR) of the OCT signal is important for obtaining a clear image. Index. For example, when various noises such as light source noise and electric noise enter the measured interference signal s (t), the noise also remains in k (t) obtained from the interference signal s (t). In the wavelength-swept light source of the SS-OCT apparatus, a linear scan is actually performed with respect to the wavelength of light. Therefore, in the data processing of the SS-OCT apparatus, it is necessary to convert the data into data whose wave number changes linearly with respect to time so as to correspond to the equation (2). This conversion process is called rescaling process.

上述のような様々なノイズが干渉信号s(t)に入ったとき、リスケーリング処理を行う際に、干渉信号の変換精度が落ちる問題が起こる。干渉信号の変換精度が落ちることによってPSFのピークが低くなるため、OCT断層イメージにおけるSNRが低下する問題が生じる。さらに、断層イメージのSNRが低くなるため、観測対象への入射光強度に対する感度が低くなる問題も生じる。したがって、SS−OCT装置の性能を上げるためには、波長掃掃引光源におけるSNRの評価を正確に行う必要があり、SNRの評価方法が極めて重要である。   When various noises as described above enter the interference signal s (t), there is a problem that the conversion accuracy of the interference signal is lowered when rescaling is performed. Since the PSF peak is lowered due to the reduced conversion accuracy of the interference signal, there is a problem that the SNR in the OCT tomographic image is lowered. Furthermore, since the SNR of the tomographic image is lowered, there is a problem that the sensitivity to the incident light intensity to the observation object is lowered. Therefore, in order to improve the performance of the SS-OCT apparatus, it is necessary to accurately evaluate the SNR in the wavelength swept light source, and the SNR evaluation method is extremely important.

これまで波長掃掃引光源における波長掃掃引光のSNRを測定する場合、電気の信号発生器の評価と同様に、波長掃引光源から出力される光信号をフォトダイオードで電気信号に変換(包絡線検波)した後に、変換後の電気信号に対して評価を行っていた。例えば、非特許文献2や非特許文献3に示されているように、RFスペクトラムアナライザなどの周波数領域の測定器を用いて、基本波スペクトラム近傍の位相雑音(位相ゆらぎ)を評価したり、基本波スペクトラムから離れたノイズフロアを評価したり、基本波スペクトラムの強度ゆらぎを評価する手法がとられていた。   When measuring the SNR of wavelength-swept light in a wavelength-swept light source, the optical signal output from the wavelength-swept light source is converted into an electric signal by a photodiode (envelope detection), as in the evaluation of an electrical signal generator. After that, the converted electric signal was evaluated. For example, as shown in Non-Patent Document 2 and Non-Patent Document 3, a frequency domain measuring device such as an RF spectrum analyzer is used to evaluate phase noise (phase fluctuation) near the fundamental wave spectrum, Methods were used to evaluate the noise floor away from the wave spectrum and to evaluate the intensity fluctuation of the fundamental spectrum.

特開2012−074597号公報JP 2012-074597 A

上野雅浩、他, KTN光偏向器の広角化による200kHz KTN波長掃引光源の可干渉距離とSNRの改善, 信学技法, 2,014年、CPM2014-44, pp.7-12Masahiro Ueno, et al. Improvement of coherence distance and SNR of 200 kHz KTN wavelength swept light source by widening KTN optical deflector, Science Technology, 2,014, CPM2014-44, pp.7-12 J. A. Barns et al., “Characterization of frequency stability”, IEEE Trans. Instrum. Meas., IM-20, no. 2, 1971年, pp. 105-120J. A. Barns et al., “Characterization of frequency stability”, IEEE Trans. Instrum. Meas., IM-20, no. 2, 1971, pp. 105-120 M. Shinagawa et al., “Jitter analysis of high-speed sampling systems”, IEEE J. Solid-State Circuits, SC-25, no. 1, 1990年, pp. 220-224M. Shinagawa et al., “Jitter analysis of high-speed sampling systems”, IEEE J. Solid-State Circuits, SC-25, no. 1, 1990, pp. 220-224

しかしながら、従来技術の波長掃引光源のSNR評価方法は、依然として十分ものではなく、SS−OCT装置の性能の向上のために改善が望まれていた。波長掃引光源には、電気光学結晶、半導体レーザなどの光学的な機能デバイスが用いられている。また、波長掃引信号光は、波長掃引の繰り返し周波数を基本波とするとき、基本波成分およびその高調波成分を含む。基本波成分と高調波成分の各スペクトラム特性の関係や、従来の評価パラメータがそのまま妥当するのかどうかは明らかではなかった。したがって、電気の信号発生器のSNRを評価する場合のように基本波の各種の雑音パラメータだけを評価するのでは、波長掃引光源の不安定性を十分に正確に評価できていなかった。   However, the SNR evaluation method for the wavelength swept light source of the prior art is still not sufficient, and improvement has been desired for improving the performance of the SS-OCT apparatus. As the wavelength swept light source, an optical functional device such as an electro-optical crystal or a semiconductor laser is used. Further, the wavelength sweep signal light includes a fundamental wave component and its harmonic component when the repetition frequency of the wavelength sweep is a fundamental wave. It was not clear whether the relationship between the spectrum characteristics of the fundamental wave component and the harmonic wave component, and whether the conventional evaluation parameters were valid as they were. Therefore, if only the various noise parameters of the fundamental wave are evaluated as in the case of evaluating the SNR of an electric signal generator, the instability of the wavelength swept light source cannot be evaluated sufficiently accurately.

本発明はこのような従来技術の問題に鑑みなされたものであって、目的とするところは、波長掃引光源の安定性のより正確な評価方法を確立し、SNRの低下を抑えたSS−OCT装置を実現する環境を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and the object of the present invention is to establish a more accurate evaluation method for the stability of a wavelength-swept light source, and to reduce SSNR reduction. The object is to provide an environment for realizing the apparatus.

本発明は、このような目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、波長掃引光源からの波長掃引光の安定性を評価するシステムにおいて、波長掃引光が入力され、前記波長掃引光から光−電気変換された電気信号を出力する光電気変換部と、前記電気信号の、波長掃引繰り返し周波数を持つ基本波、および、前記基本波の1つ以上の高調波の強度ゆらぎを求める周波数領域の信号強度測定部と、前記基本波および前記1つ以上の高調波の各周波数における強度ゆらぎの分散値を求める分散算出部と、前記分散値の平均値を求める平均算出部とを備えたことを特徴とするシステムである。
請求項2に記載の発明は、請求項1のシステムであって、前記平均算出部からの前記平均値に基づいて、前記波長掃引光源の制御パラメータを修正する命令を決定する安定性判定部をさらに備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, according to the present invention, in the system for evaluating the stability of the wavelength swept light from the wavelength swept light source, the wavelength swept light is input and the wavelength swept light is inputted. A photoelectric conversion unit that outputs an electrical signal that is photoelectrically converted from light, a fundamental wave having a wavelength sweep repetition frequency of the electrical signal, and intensity fluctuations of one or more harmonics of the fundamental wave are obtained. A frequency domain signal intensity measuring unit; a dispersion calculating unit for determining a dispersion value of intensity fluctuation at each frequency of the fundamental wave and the one or more harmonics; and an average calculating unit for determining an average value of the dispersion values. This is a system characterized by that.
The invention according to claim 2 is the system according to claim 1, further comprising: a stability determination unit that determines a command for correcting a control parameter of the wavelength-swept light source based on the average value from the average calculation unit. It is further provided with a feature.

請求項3に記載の発明は、請求項1または2のシステムであって、前記信号強度測定部において、前記基本波、および、前記1つ以上の高調波に同調して時間領域の強度ゆらぎを求めるように測定周波数を設定する周波数設定部をさらに備えたことを特徴とする。   A third aspect of the present invention is the system according to the first or second aspect, wherein the signal intensity measurement unit performs time domain intensity fluctuation in synchronization with the fundamental wave and the one or more harmonics. A frequency setting unit for setting the measurement frequency as required is further provided.

請求項4に記載の発明は、波長掃引光源からの波長掃引光の安定性を評価する装置において、波長掃引光が入力され、前記波長掃引光から光−電気変換された電気信号を出力する光電気変換部と、前記電気信号の、波長掃引繰り返し周波数を持つ基本波、および、前記基本波の1つ以上の高調波の強度ゆらぎを求める周波数領域の信号強度測定部と、前記信号強度測定部において、前記基本波、および、前記1つ以上の高調波に同調して時間領域の強度ゆらぎを求めるように、前記信号強度測定部の測定周波数を設定する周波数設定部と、前記基本波および前記1つ以上の高調波の各強度ゆらぎの分散値を求める分散算出部と、前記分散値の平均値を求める平均算出部とを備えたことを特徴とする装置である。   According to a fourth aspect of the present invention, in the apparatus for evaluating the stability of the wavelength swept light from the wavelength swept light source, the light that receives the wavelength swept light and outputs an electrical signal that is photoelectrically converted from the wavelength swept light. An electrical converter; a fundamental wave having a wavelength sweep repetition frequency of the electrical signal; and a signal intensity measuring part in a frequency domain for obtaining intensity fluctuations of one or more harmonics of the fundamental wave; and the signal intensity measuring part A frequency setting unit that sets a measurement frequency of the signal strength measurement unit so as to obtain a time-domain intensity fluctuation in synchronization with the fundamental wave and the one or more harmonics, the fundamental wave, and the fundamental wave An apparatus comprising: a dispersion calculating unit that obtains a dispersion value of each intensity fluctuation of one or more harmonics; and an average calculating unit that obtains an average value of the dispersion values.

請求項5に記載の発明は、請求項4の装置であって、前記波長掃引光源の前記基本波および前記1つ以上の高調波における前記分散値に関連付けられた前記波長掃引光源の安定性の基準データを含むデータ記憶部と、前記安定性の基準データ、および、前記平均算出部からの前記平均値に基づいて、前記波長掃引光源の制御パラメータを修正する命令を決定する安定性判定部をさらに備えたことを特徴とする。   The invention of claim 5 is the apparatus of claim 4, wherein the stability of the wavelength swept light source associated with the dispersion value at the fundamental and at least one harmonic of the wavelength swept light source. A data storage unit including reference data, a stability determination unit that determines a command for correcting the control parameter of the wavelength-swept light source based on the reference value of the stability and the average value from the average calculation unit; It is further provided with a feature.

請求項6に記載の発明は、波長掃引光源からの波長掃引光の安定性を評価する方法において、前記波長掃引光から光−電気変換された電気信号の、波長掃引繰り返し周波数を持つ基本波に、同調するステップと、前記基本波の周波数である同調周波数の電気信号の強度を測定して、強度ゆらぎを求めるステップと、前記同調周波数の強度ゆらぎの分散を求めるステップと、前記同調周波数を、前記基本波に代えて前記基本波の1つ以上の高調波に順次同調し、前記1つ以上の高調波の各々における強度ゆらぎおよび当該強度ゆらぎの分散値をそれぞれ求めるステップと、前記基本波の前記分散値および、前記1つ以上の高調波の各々における前記分散値の平均値を求めるステップとを備えることを特徴とする方法である。   According to a sixth aspect of the present invention, in the method for evaluating the stability of the wavelength swept light from the wavelength swept light source, the fundamental wave having a wavelength swept repetition frequency of the electrical signal photoelectrically converted from the wavelength swept light. A step of tuning, a step of measuring an intensity of an electric signal of a tuning frequency that is a frequency of the fundamental wave, obtaining an intensity fluctuation, a step of obtaining a variance of the intensity fluctuation of the tuning frequency, and the tuning frequency, Instead of the fundamental wave, sequentially tuning to one or more harmonics of the fundamental wave to obtain intensity fluctuations in each of the one or more harmonics and a dispersion value of the intensity fluctuations; and Determining the dispersion value and an average value of the dispersion value in each of the one or more harmonics.

請求項7に記載の発明は、請求項6の方法であって、前記基本波および前記1つ以上の高調波における前記分散値に関連付けられた前記波長掃引光源の安定性の基準データと、前記平均値とに基づいて、前記波長掃引光源の制御パラメータを変更するかどうかを判定するステップとをさらに備えることを特徴とする。   The invention according to claim 7 is the method according to claim 6, wherein the reference data of the stability of the wavelength-swept light source associated with the dispersion value in the fundamental wave and the one or more harmonics, and Determining whether to change the control parameter of the wavelength-swept light source based on the average value.

請求項8に記載の発明は、請求項6または7に記載の各ステップを実行するコンピュータで実施可能な命令を備えたプログラムである。   The invention according to claim 8 is a program comprising computer-executable instructions for executing the steps according to claim 6 or 7.

以上説明したように、本発明により、波長掃引光源の安定性のより正確な評価方法を確立し、SNRの低下を抑えたSS−OCT装置を実現する環境を提供することができる。   As described above, according to the present invention, an environment for realizing an SS-OCT apparatus in which a more accurate evaluation method for the stability of a wavelength-swept light source is established and an SNR is suppressed can be provided.

図1は、KTNを用いた波長掃引光源の安定性を評価する測定系の構成を示すである。FIG. 1 shows the configuration of a measurement system for evaluating the stability of a wavelength swept light source using KTN. 図2は、波長掃引光源からの波長掃引光の代表的なスペクトラムを示した図である。FIG. 2 is a diagram showing a typical spectrum of wavelength swept light from the wavelength swept light source. 図3は、波長掃引光源からの波長掃引光のうち、1つの周波数成分近傍のスペクトラムを拡大して模式的に表した図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing an enlarged spectrum in the vicinity of one frequency component of the wavelength swept light from the wavelength swept light source. 図4は、波長掃引光の高調波成分の強度ゆらぎの測定例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a measurement example of intensity fluctuation of the harmonic component of the wavelength swept light. 図5は、波長掃引光の別の高調波成分の強度ゆらぎの測定例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a measurement example of intensity fluctuation of another harmonic component of the wavelength sweep light. 図6は、本発明の長掃引光源の評価方法における処理を概念的に説明する図である。FIG. 6 is a diagram conceptually illustrating the process in the long sweep light source evaluation method of the present invention. 図7は、本発明波長掃引光源の評価方法を用い、安定性の計測結果を波長掃引光源にフィードバックするシステムの構成を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the configuration of a system that uses the wavelength-swept light source evaluation method of the present invention and feeds back a stability measurement result to the wavelength-swept light source. 図8は、本発明の波長掃引光源の評価方法を用い、安定性の計測結果を波長掃引光源にフィードバックする手順のフローチャートを示す図である。FIG. 8 is a flowchart showing a procedure for feeding back the stability measurement result to the wavelength sweep light source using the wavelength sweep light source evaluation method of the present invention. 図9は、半導体レーザを駆動するSOAの電流値と強度ゆらぎの分散の平均値との関係を実測したデータを示す図である。FIG. 9 is a diagram showing data obtained by actually measuring the relationship between the current value of the SOA driving the semiconductor laser and the average value of the intensity fluctuation dispersion. 図10は、SS−OCT装置の基本的な構成および動作を模式的に説明する図である。FIG. 10 is a diagram schematically illustrating the basic configuration and operation of the SS-OCT apparatus.

本発明の波長掃引光源の評価方法では、波長掃引光源の出力光を電気信号に変換した後で、波長掃引する繰り返し周波数の基本波成分およびその高調波成分の各強度ゆらぎを考慮して、強度ゆらぎの平均に基づいて光源の安定度を決定する。本発明は、波長掃引光源の評価システムまたは評価装置としても実施できる。また、波長掃引光源の評価方法を実施するコンピュータプログラムの発明としても実施できる。   In the evaluation method of the wavelength swept light source of the present invention, after converting the output light of the wavelength swept light source into an electric signal, the intensity of the fundamental wave component of the repetition frequency to be swept in wavelength and the intensity fluctuations of its harmonic components are taken into consideration. The stability of the light source is determined based on the fluctuation average. The present invention can also be implemented as a wavelength swept light source evaluation system or evaluation apparatus. Further, the present invention can also be implemented as a computer program invention for performing a wavelength-swept light source evaluation method.

発明者らは、KTNを用いた波長掃引光源の出力光における基本波成分およびその高調波成分について、強度ゆらぎにおける電気信号の周波数掃引信号とは異なる挙動を見出した。波長掃引光源からの波長掃引出力光における、特有の強度ゆらぎの挙動を考慮したSNRの評価方法、波長掃引光源の安定性の評価方法を提案する。   The inventors have found that the fundamental wave component and its harmonic component in the output light of the wavelength swept light source using KTN behave differently from the frequency sweep signal of the electric signal in the intensity fluctuation. We propose a method for evaluating the SNR in consideration of the behavior of the characteristic intensity fluctuation in the wavelength swept output light from the wavelength swept light source, and a method for evaluating the stability of the wavelength swept light source.

図1は、KTNを用いた波長掃引光源の安定性を評価する測定系の構成を示す図である。測定系10は、波長掃引光源部1、光電気変換器2、周波数領域の信号強度測定器3からなる。図1には示してないが、さらに通信インタフェースを備えることで波長掃引光源の安定性評価の自動化が可能な構成にすることも可能である。波長掃引光源部1から出力される評価対象となる光信号は、フォトダイオードなどの光電気変換器2により電気信号に変換(包絡線検波)される。変換された電気信号は、周波数領域の信号強度測定器によって、周波数成分ごとに電気信号強度が求められる。周波数領域の信号強度測定器は、典型的にはスペクトラムアナライザである。光電気信号変換器は、使用するスペクトラムアナライザの帯域に適合するように周波数変換するミキサ機能などを含んでも良い。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a measurement system for evaluating the stability of a wavelength swept light source using KTN. The measurement system 10 includes a wavelength swept light source unit 1, a photoelectric converter 2, and a signal intensity measuring device 3 in the frequency domain. Although not shown in FIG. 1, it is also possible to provide a configuration that can automate the stability evaluation of the wavelength swept light source by further providing a communication interface. The optical signal to be evaluated output from the wavelength swept light source unit 1 is converted into an electric signal (envelope detection) by the photoelectric converter 2 such as a photodiode. The converted electric signal is obtained for each frequency component by a signal intensity measuring device in the frequency domain. The frequency domain signal strength measuring instrument is typically a spectrum analyzer. The photoelectric signal converter may include a mixer function for performing frequency conversion so as to match the band of the spectrum analyzer to be used.

図2は、波長掃引光源からの波長掃引光の代表的なスペクトラムを示した図である。光電気変換器2からの変換された電気信号には、波長掃引する繰り返し周波数を基本波とすると、基本波成分およびその整数n倍(n≧2)の高次高調波成分が含まれる。この変換された電気信号をRFスペクトラムアナライザなどの周波数領域の信号強度測定器2を用いて測定すると、図2に模式的に示したようなスペクトラム特性を示す。最も左側に位置する基本波成分と、周波数軸上で基本波成分の右側に位置し、強度が徐々に低下してゆく複数の高調波成分が観察される。   FIG. 2 is a diagram showing a typical spectrum of wavelength swept light from the wavelength swept light source. The converted electrical signal from the photoelectric converter 2 includes a fundamental wave component and a higher-order harmonic component that is an integer n times (n ≧ 2) of the fundamental wave component, assuming that the repetition frequency for wavelength sweeping is the fundamental wave. When the converted electric signal is measured using a signal intensity measuring device 2 in a frequency domain such as an RF spectrum analyzer, spectrum characteristics as schematically shown in FIG. 2 are shown. A fundamental wave component located on the leftmost side and a plurality of harmonic components located on the right side of the fundamental wave component on the frequency axis and gradually decreasing in intensity are observed.

図3は、波長掃引光源からの波長掃引光のうち、1つの周波数成分ピーク近傍のスペクトラムを拡大して模式的に表した図である。図3のスペクトラムを参照すると、波長掃引光源からの波長掃引光について、3つのゆらぎ成分を定義することができる(非特許文献2、非特許文献3)。第1に、ある周波数成分のピーク強度が時間的に変動しているものを強度ゆらぎと呼び、スペクトラムの尖頭値の時間変動を測定することで評価できる。第2に、尖頭値を示す周波数からわずかに離れた周波数領域に存在する雑音パワーを位相雑音または位相ゆらぎと呼び、周波数の時間的な変動を表す。位相雑音は波形の時間的なゆらぎを表すジッタとも呼ばれる。第3に、位相雑音の周波数領域からさらに離れ、周波数に対して雑音パワーが一定になる領域の雑音をノイズフロアと呼ぶ。これらの3つの雑音(不安定性)は、高調波ごとに評価することができる。   FIG. 3 is a diagram schematically showing an enlarged spectrum in the vicinity of one frequency component peak in the wavelength swept light from the wavelength swept light source. Referring to the spectrum of FIG. 3, three fluctuation components can be defined for the wavelength swept light from the wavelength swept light source (Non-Patent Document 2, Non-Patent Document 3). First, the peak intensity of a certain frequency component that varies with time is called intensity fluctuation, and can be evaluated by measuring the temporal fluctuation of the peak value of the spectrum. Second, noise power existing in a frequency region slightly away from the frequency indicating the peak value is called phase noise or phase fluctuation, and represents a temporal variation in frequency. Phase noise is also called jitter that represents temporal fluctuations in the waveform. Third, noise in a region that is further away from the frequency region of the phase noise and in which the noise power is constant with respect to the frequency is called a noise floor. These three noises (instabilities) can be evaluated for each harmonic.

上述の3つのゆらぎの定義は、電気信号の信号発生器における連続波(CW)および周波数掃引波でも使用されており、電気信号では高調波ごとの特性が非常に似ているために基本波のみを評価すれば良かった。しかしながら、KTNを用いた波長掃引光源では、波長掃引を実現するために、KTN電気光学結晶を用いた偏光機構および半導体レーザ発振器および光増幅などの機構を利用している。したがって、光信号に由来しない電気信号の周波数掃引信号とは異なる、様々な非線形性や歪みが生じている可能性がある。発明者らはこの点を踏まえて、波長掃引光から変換された電気信号の基本波および高調波における、3つの雑音・ゆらぎの挙動の差異に着目した。   The above three definitions of fluctuation are also used for continuous wave (CW) and frequency sweep wave in the signal generator of the electric signal. Since the characteristic of each harmonic is very similar in the electric signal, only the fundamental wave is used. I should have evaluated. However, a wavelength-swept light source using KTN uses a mechanism such as a polarization mechanism using a KTN electro-optic crystal, a semiconductor laser oscillator, and optical amplification in order to realize wavelength sweep. Therefore, there may be various nonlinearities and distortions different from the frequency sweep signal of the electrical signal not derived from the optical signal. Based on this point, the inventors paid attention to the difference in behavior of three noises and fluctuations in the fundamental wave and the harmonic wave of the electric signal converted from the wavelength swept light.

ここで、KTN電気光学結晶および半導体レーザを用いた波長掃引光源の強度ゆらぎに関する評価例について説明する。例えば、波長掃引の繰り返し周波数が200kHzであるときは、200kHzの整数倍の高調波にあたる周波数上に、尖頭特性のあるスペクトラムが測定される。RFスペクトラムアナライザのゼロスパン機能を用いて、ある周波数の尖頭値を一定時間測定した。ゼロスパン機能は、スペクトラムアナライザの掃引帯域幅を0Hzとして、測定中心周波数に設定された信号成分のみを測定する機能である。ゼロスパン機能は、スペクトラムアナライザにおいて、特定の同調周波数の時間波形を求めることが可能であって、同調周波数毎に時間領域の信号波形を測定することができる。ゼロスパン機能によって、図3に示した3つのゆらぎの内の強度ゆらぎを測定することができる。   Here, an evaluation example regarding intensity fluctuation of a wavelength swept light source using a KTN electro-optic crystal and a semiconductor laser will be described. For example, when the repetition frequency of the wavelength sweep is 200 kHz, a spectrum having a peak characteristic is measured on a frequency corresponding to a harmonic that is an integral multiple of 200 kHz. The peak value of a certain frequency was measured for a certain period of time using the zero span function of the RF spectrum analyzer. The zero span function is a function for measuring only the signal component set to the measurement center frequency with the sweep bandwidth of the spectrum analyzer set to 0 Hz. The zero span function can obtain a time waveform of a specific tuning frequency in a spectrum analyzer, and can measure a signal waveform in the time domain for each tuning frequency. With the zero span function, the intensity fluctuation among the three fluctuations shown in FIG. 3 can be measured.

図4は、波長掃引光の高調波成分の強度ゆらぎの測定例を示す図である。横軸は時間(秒)を、縦軸はパワー(dBm)を表しており、波長掃引の繰り返し周波数を200kHzとした場合の28倍高調波(5.6MHz)の尖頭値の強度を50秒間観測した結果である。図4からは、強度ゆらぎの幅は1dB以下であり、繰り返し周波数200kHzで波長掃引を繰り返していても、5.6MHzの高調波成分のパワーレベルは非常に安定していることがわかる。   FIG. 4 is a diagram illustrating a measurement example of intensity fluctuation of the harmonic component of the wavelength swept light. The horizontal axis represents time (seconds), the vertical axis represents power (dBm), and the peak intensity of the 28th harmonic (5.6 MHz) when the repetition frequency of the wavelength sweep is 200 kHz is 50 seconds. It is the result of observation. FIG. 4 shows that the width of the intensity fluctuation is 1 dB or less, and the power level of the harmonic component at 5.6 MHz is very stable even if the wavelength sweep is repeated at a repetition frequency of 200 kHz.

図5は、波長掃引光の別の高調波成分の強度ゆらぎの測定例を示す図である。図4と同様に、横軸は時間(秒)を、縦軸はパワー(dBm)を表しており、波長掃引の繰り返し周波数を200kHzとした場合の34倍高調波(6.8MHz)の尖頭値の強度を50秒間観測した結果である。図4の5.6MHz成分における測定結果とは対照的に、最大12dBの幅の強度ゆらぎが測定されており、2つの高調波間ではゆらぎの大きさには10倍程度の差がある。図4および図5からわかるように、電気信号の信号発生器とは違って、波長掃引光源からの波長掃引光信号では高調波成分毎に強度ゆらぎ特性が異なることがわかった。したがって、波長掃引光源からの波長掃引光信号の安定性をより正確に評価するためには、電気信号の周波数掃引信号における基本波のみの評価とは異なるアプローチが必要であることが明らかとなった。   FIG. 5 is a diagram illustrating a measurement example of intensity fluctuation of another harmonic component of the wavelength sweep light. As in FIG. 4, the horizontal axis represents time (seconds), the vertical axis represents power (dBm), and the peak of the 34th harmonic (6.8 MHz) when the repetition frequency of the wavelength sweep is 200 kHz. It is the result of observing the intensity of the value for 50 seconds. In contrast to the measurement result of the 5.6 MHz component in FIG. 4, the maximum intensity fluctuation of 12 dB is measured, and there is a difference of about 10 times in the magnitude of fluctuation between the two harmonics. As can be seen from FIGS. 4 and 5, unlike the signal generator for electrical signals, the wavelength fluctuation optical signal from the wavelength sweep light source has different intensity fluctuation characteristics for each harmonic component. Therefore, in order to more accurately evaluate the stability of the wavelength-swept optical signal from the wavelength-swept light source, it became clear that an approach different from the evaluation of only the fundamental wave in the frequency-swept signal of the electrical signal is necessary. .

本発明の波長掃引光源の評価方法では、以下説明するように、複数の周波数成分のスペクトラムでの評価を含む。高調波成分によって強度ゆらぎのレベルが異なるため、基本波および1つ以上の高調波成分に対して強度ゆらぎを考慮して、波長掃引光源を評価した。なお、位相雑音およびノイズフロアを各高調波において評価したところ、その特性には高調波間で大きな差はなかったので、以下では強度ゆらぎのみについて考慮した本発明の波長掃引光源の評価方法について説明する。   The wavelength swept light source evaluation method of the present invention includes evaluation of a plurality of frequency components in the spectrum, as will be described below. Since the level of intensity fluctuation differs depending on the harmonic component, the wavelength swept light source was evaluated in consideration of intensity fluctuation with respect to the fundamental wave and one or more harmonic components. When the phase noise and noise floor were evaluated at each harmonic, there was no significant difference in the characteristics between the harmonics. Therefore, the method for evaluating the wavelength swept light source of the present invention considering only intensity fluctuation will be described below. .

実施形態1:
波長掃引光源からの波長掃引光の安定性を評価する際には、上述のように各高調波成分で強度ゆらぎの特性が異なるので、基本波または単一の高調波成分だけで強度ゆらぎを評価するのは誤った結果を導く可能性が高い。波長掃引光源の性能を正しく評価するには、複数の周波数成分のスペクトラムについて評価する必要がある。
Embodiment 1:
When evaluating the stability of wavelength-swept light from a wavelength-swept light source, the intensity fluctuation characteristics of each harmonic component differ as described above, so the intensity fluctuation is evaluated using only the fundamental wave or a single harmonic component. Doing so is likely to lead to false results. In order to correctly evaluate the performance of the wavelength swept light source, it is necessary to evaluate the spectrum of a plurality of frequency components.

図6は、本発明の波長掃引光源の評価方法における処理を概念的に説明する図である。本発明の波長掃引光源の評価方法では、波長掃引光源を利用する装置(例えばSS−OCT装置)において必要な波長(波数)掃引の線形性のレベルを考慮して、光源の安定性を考慮すべき検出帯域内に入るすべての高調波成分を考慮する。図6の説明では、検出帯域を基本波から5倍の高調波成分までを含む帯域とした例を示している。本発明の評価方法では、図6に示したように、基本波(n=1)および2倍〜5倍(n=2〜5)高調波の尖頭値の強度ゆらぎを、所定の時間に渡ってスペクトラムアナライザなどによって求める。各周波数成分において求められた強度ゆらぎの分散を求める。検出帯域内のすべての周波数成分における各分散の平均値を求めて、これを波長掃引光源のゆらぎとする統計処理を行う。このように、従来技術のように単一の周波数成分のみの評価とは異なり、複数の周波数成分の強度ゆらぎを考慮した分散の平均値を波長掃引光源の安定性の指標とすることで、波長掃引光源の安定性をより正確に評価することができる。   FIG. 6 is a diagram conceptually illustrating processing in the wavelength sweeping light source evaluation method of the present invention. In the wavelength-swept light source evaluation method of the present invention, the stability of the light source is taken into consideration by considering the level of linearity of the wavelength (wave number) sweep required in an apparatus (for example, SS-OCT apparatus) that uses the wavelength-swept light source. Consider all harmonic components that fall within the power detection band. In the description of FIG. 6, an example is shown in which the detection band is a band that includes a fundamental wave to a harmonic component that is five times higher. In the evaluation method of the present invention, as shown in FIG. 6, the intensity fluctuations of the peak values of the fundamental wave (n = 1) and 2 to 5 times (n = 2 to 5) harmonics are obtained at a predetermined time. Find it with a spectrum analyzer. The variance of the intensity fluctuation obtained for each frequency component is obtained. An average value of each variance in all frequency components within the detection band is obtained, and statistical processing is performed using this as the fluctuation of the wavelength swept light source. In this way, unlike the evaluation of only a single frequency component as in the prior art, the average value of dispersion considering the intensity fluctuations of a plurality of frequency components is used as an indicator of the stability of the wavelength swept light source. The stability of the swept light source can be more accurately evaluated.

図6の説明では、強度ゆらぎを求めるのは検出帯域内のすべての高調波成分としたが、評価対象である波長掃引光源の構成や性質によって、特定の高調波成分のみに強度ゆらぎが現われることが事前に把握されていれば、不安定性が顕著に表れる複数の高調波成分について統計処理しても良い。n次高調波の強度ゆらぎの標準偏差をσnとすると、各高調波成分の分散を   In the description of FIG. 6, the intensity fluctuation is obtained for all the harmonic components in the detection band. However, the intensity fluctuation appears only in a specific harmonic component depending on the configuration and properties of the wavelength swept light source to be evaluated. If it is known in advance, statistical processing may be performed on a plurality of harmonic components in which instability appears remarkably. When the standard deviation of the intensity fluctuation of the nth harmonic is σn, the dispersion of each harmonic component is

Figure 2018040622
Figure 2018040622

とすると、その平均値Aは式(8)で表される。 Then, the average value A is represented by Formula (8).

Figure 2018040622
Figure 2018040622

実施形態2:
図7は、本発明の波長掃引光源の評価方法を用い、安定性の計測結果を波長掃引光源にフィードバックする評価システムの構成を示す図である。評価システム70は、波長掃引光源部71、光電気変換部72、周波数領域の信号強度測定器73を備え、これらは図1に示したKTNを用いた波長掃引光源の安定性を評価する測定系の構成と同一であり説明は省略する。評価システム70は、さらに、図6に示した本発明の波長掃引光源の評価方法を実施するための分散算出部74、平均算出部76、強度ゆらぎを測定する周波数領域の信号強度測定器73を設定する周波数設定部75を含む。図7では、信号強度測定器73における周波数設定を、平均算出部76からの周波数変更命令に応じて行うように示しているが、これだけに限定されない。評価システム70全体の動作を制御する中央演算装置(CPU)が、平均算出部76以外の評価システム70内のいずれのブロックにあっても、または、独立に制御部があっても良いし、図7に示さない評価システム70外部からの制御によっても良い。
Embodiment 2:
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of an evaluation system that feeds back a stability measurement result to the wavelength sweep light source using the wavelength sweep light source evaluation method of the present invention. The evaluation system 70 includes a wavelength swept light source unit 71, a photoelectric conversion unit 72, and a signal intensity measuring device 73 in the frequency domain, which are measurement systems for evaluating the stability of the wavelength swept light source using the KTN shown in FIG. The configuration is the same as that in FIG. The evaluation system 70 further includes a dispersion calculation unit 74, an average calculation unit 76, and a signal intensity measuring device 73 in the frequency domain for measuring intensity fluctuations for implementing the wavelength sweeping light source evaluation method of the present invention shown in FIG. A frequency setting unit 75 for setting is included. Although FIG. 7 shows that the frequency setting in the signal strength measuring device 73 is performed in accordance with a frequency change command from the average calculating unit 76, the present invention is not limited to this. The central processing unit (CPU) that controls the operation of the entire evaluation system 70 may be in any block in the evaluation system 70 other than the average calculation unit 76, or may have a control unit independently. Control from outside the evaluation system 70 not shown in FIG.

したがって本発明は、波長掃引光源からの波長掃引光の安定性を評価するシステム70において、波長掃引光が入力され、前記波長掃引光から光−電気変換された電気信号を出力する光電気変換部72と、前記電気信号の、波長掃引繰り返し周波数を持つ基本波、および、前記基本波の1つ以上の高調波の強度ゆらぎを求める周波数領域の信号強度測定部73と、前記基本波および前記1つ以上の高調波の各周波数における強度ゆらぎの分散値を求める分散算出部74と、前記分散値の平均値を求める平均算出部76とを備えたことを特徴とするシステムとして実施できる。好ましくは、前記平均算出部からの前記平均値に基づいて、前記波長掃引光源の制御パラメータを修正する命令を決定する安定性判定部77をさらに備えることができる。また、前記信号強度測定部において、前記基本波、および、前記1つ以上の高調波に同調して時間領域の強度ゆらぎを求めるように測定周波数を設定する周波数設定部75をさらに備えることもできる。   Therefore, according to the present invention, in the system 70 for evaluating the stability of the wavelength swept light from the wavelength swept light source, the photoelectric conversion unit that receives the wavelength swept light and outputs an electrical signal that is photoelectrically converted from the wavelength swept light. 72, a fundamental wave having a wavelength sweep repetition frequency of the electrical signal, and a signal intensity measuring unit 73 in a frequency domain for obtaining intensity fluctuations of one or more harmonics of the fundamental wave, the fundamental wave and the 1 The present invention can be implemented as a system including a dispersion calculation unit 74 that obtains a dispersion value of intensity fluctuations at each frequency of two or more harmonics, and an average calculation unit 76 that obtains an average value of the dispersion values. Preferably, a stability determination unit 77 that determines a command for correcting the control parameter of the wavelength swept light source based on the average value from the average calculation unit may be further included. The signal intensity measurement unit may further include a frequency setting unit 75 that sets a measurement frequency so as to obtain an intensity fluctuation in the time domain in synchronization with the fundamental wave and the one or more harmonics. .

評価システム70は、平均算出部76から得られる分散平均値Aに基づいて、波長掃引光源71の安定性を判定する安定性判定部77をさらに備えることができる。安定性判定部77は、波長掃引光源の種類や測定対象に応じた安定性の判断の基準データが格納されているデータベース78と協働して、算出された分散の平均値Aがデータベース内の基準値を満たすかどうかを判定することができる。安定性の基準を満たす場合は、波長掃引光源部71の調整を終了する。安定性の基準を満たさない場合は、波長掃引光源部71に用いられている半導体光増幅器(SOA:Semiconductor Optical Amplifier)の電流・温度やKTN駆動電圧、KTN結晶の設定温度、光源筐体の温度などの波長掃引光源を制御するパラメータを変更して、再度、次に述べるように調整フローを実施する。   The evaluation system 70 can further include a stability determination unit 77 that determines the stability of the wavelength swept light source 71 based on the dispersion average value A obtained from the average calculation unit 76. The stability determination unit 77 cooperates with the database 78 in which reference data for determining stability according to the type of the wavelength swept light source and the measurement target is stored, and the average value A of the calculated dispersion is stored in the database. It can be determined whether the reference value is satisfied. When the stability criterion is satisfied, the adjustment of the wavelength swept light source unit 71 is finished. When the stability standard is not satisfied, the current and temperature of the semiconductor optical amplifier (SOA) used in the wavelength swept light source unit 71, the KTN drive voltage, the set temperature of the KTN crystal, and the temperature of the light source housing The parameter for controlling the wavelength swept light source is changed, and the adjustment flow is performed again as described below.

上述の図7に示した評価システムは、波長掃引光源部71を除いて、波長掃引光源からの波長掃引光の安定性を評価するシステムは、波長掃引光源からの波長掃引光の安定性を評価する装置としても実施できる。この装置において、データベースは必ずしも備えていなくとも良い。次に、評価システム70を用いて安定性の計測結果を波長掃引光源にフィードバックする処理手順のフローを説明する。   The evaluation system shown in FIG. 7 except for the wavelength swept light source unit 71 except for the wavelength swept light source unit 71 evaluates the stability of the wavelength swept light from the wavelength swept light source, and evaluates the stability of the wavelength swept light from the wavelength swept light source. It can also be implemented as a device that performs. In this apparatus, the database is not necessarily provided. Next, a flow of a processing procedure for feeding back the stability measurement result to the wavelength swept light source using the evaluation system 70 will be described.

実施形態3:
図8は、本発明の波長掃引光源の評価方法を用い、安定性の計測結果を波長掃引光源にフィードバックする手順のフローチャートを示す図である。図7に示したように、評価システム70では、波長掃引光源部71から光信号を光電気変換器72で電気信号に変換(包絡線検波)される。
Embodiment 3:
FIG. 8 is a flowchart showing a procedure for feeding back the stability measurement result to the wavelength sweep light source using the wavelength sweep light source evaluation method of the present invention. As shown in FIG. 7, in the evaluation system 70, the optical signal from the wavelength swept light source unit 71 is converted into an electric signal by the photoelectric converter 72 (envelope detection).

フローが開始する(ステップ80)と、まずn=1に設定される(ステップ81)。周波数領域の信号強度測定器73(RFスペクトラムアナライザ)を用い、周波数設定部75によりまず測定周波数が基本波f0に設定され(ステップ82)、基本波f0における強度ゆらぎが測定される(ステップ83)。ここでf0は、波長掃引光源部71における波長掃引光の掃引繰り返し周波数である。次に、分散算出部74において分散値が算出される(ステップ84)。n≧Nの判断が実施され(ステップ85)、所定の検出帯域内のすべての高調波成分の測定が行われたかどうかが判定される。n≧Nが偽(NO)であれば、n=n+1として、nの値が1つ増加される(ステップ90)。信号強度測定器73は、第2高調波である2f0に設定され、第2高調波2f0の強度ゆらぎの測定および分散値の算出が行われる。n≧Nの判断が真(YES)となるまで、ステップ81〜84が繰り返され、最大の高調波Nf0になるまで、分散を算出する。 When the flow starts (step 80), first, n = 1 is set (step 81). Using a signal intensity measuring device 73 (RF spectrum analyzer) in the frequency domain, the frequency setting unit 75 first sets the measurement frequency to the fundamental wave f 0 (step 82), and the intensity fluctuation in the fundamental wave f 0 is measured (step). 83). Here, f 0 is the sweep repetition frequency of the wavelength swept light in the wavelength swept light source unit 71. Next, a variance value is calculated in the variance calculation unit 74 (step 84). A determination of n ≧ N is performed (step 85), and it is determined whether or not all the harmonic components in the predetermined detection band have been measured. If n ≧ N is false (NO), n = n + 1 and the value of n is incremented by one (step 90). The signal intensity measuring device 73 is set to 2f 0 which is the second harmonic, and the intensity fluctuation of the second harmonic 2f 0 is measured and the dispersion value is calculated. Steps 81 to 84 are repeated until the determination of n ≧ N is true (YES), and the variance is calculated until the maximum harmonic Nf 0 is reached.

図8のフローにおいては、基本波から2番目〜N番目のすべての高調波を順次測定して、分散値を求めるものとして説明をしたが、これは、図6に示した検出帯域内のすべての高調波成分について強度ゆらぎを測定する例示的な場合である。例えば、高調波成分の内の特定の高調波成分のみで強度ゆらぎが観察されることが予め知られているような場合には、検出帯域内の一部の高調波についてのみ分散値を測定して、平均値Aを求めても良い。この場合には、nの値を1つ増加するステップ90において、特定のnについては、ステップ82からステップ84までをスキップするような処理を加えても良い。   In the flow of FIG. 8, it has been described that the second to Nth harmonics from the fundamental wave are sequentially measured to obtain the dispersion value, but this is all for the detection band shown in FIG. This is an exemplary case of measuring intensity fluctuations for the harmonic components of. For example, when it is known in advance that intensity fluctuation is observed only with a specific harmonic component of the harmonic components, the dispersion value is measured only for some of the harmonics within the detection band. Thus, the average value A may be obtained. In this case, in step 90 in which the value of n is incremented by 1, processing may be added such that steps 82 to 84 are skipped for a specific n.

所定の検出帯域内のすべての高調波成分の測定が行われ分散値が求まり、n≧Nの判断が真(YES)となると、フローは式(8)に基づいて、分散の平均値Aを算出する(ステップ86)。データベース78には、波長掃引光源の種類や測定対象に応じた安定性の基準データが格納されている。フローは、データベースとの照合へ進み(ステップ87)、ステップ86で算出された分散の平均値Aがデータベース内の基準値を満たすかどうかが安定性判定部によって判定される。算出された分散の平均値Aが所定の基準を満たしている場合は、波長掃引光源部71の調整を終了する(ステップ91)。算出された分散の平均値Aが所定の基準を満たさない場合は、波長掃引光源部71に用いるSOA電流やKTN駆動電圧、KTNの設定温度などの波長掃引光源を制御するパラメータを変更する(ステップ89)。このとき、図7に示したように、安定性判定部77から波長掃引光源部71へパラメータ変更命令が送られて、波長掃引光源を制御するパラメータを変更することができる。尚、安定性判定部77における判断結果を波長掃引光源部71の制御パラメータにフィードバックするためのパラメータ変更命令は、安定性判定部77とは別の制御部によって供給されても良い。また、データベース78の使用は、必ずしも必要ではなく、評価システム70の内外の記憶手段に記憶された安定性の基準データや、図8の各ステップを実施するためのプログラム内の固定値として含まれていても良い。   When all the harmonic components in the predetermined detection band are measured and the dispersion value is obtained, and the determination of n ≧ N is true (YES), the flow calculates the average value A of dispersion based on the equation (8). Calculate (step 86). The database 78 stores stability reference data corresponding to the type of wavelength-swept light source and the measurement target. The flow proceeds to collation with the database (step 87), and it is determined by the stability determination unit whether the average value A of the variance calculated in step 86 satisfies the reference value in the database. If the calculated average value A of dispersion satisfies a predetermined standard, the adjustment of the wavelength sweep light source unit 71 is terminated (step 91). When the calculated average value A of dispersion does not satisfy a predetermined standard, parameters for controlling the wavelength swept light source such as the SOA current, the KTN drive voltage, and the KTN set temperature used for the wavelength swept light source unit 71 are changed (step) 89). At this time, as shown in FIG. 7, a parameter change command is sent from the stability determination unit 77 to the wavelength swept light source unit 71, and the parameter for controlling the wavelength swept light source can be changed. The parameter change command for feeding back the determination result in the stability determination unit 77 to the control parameter of the wavelength sweep light source unit 71 may be supplied by a control unit different from the stability determination unit 77. The use of the database 78 is not necessarily required, and is included as stability reference data stored in the storage means inside and outside the evaluation system 70 and as a fixed value in the program for executing each step of FIG. May be.

安定性の基準データとしては、図7のシステム構成からもわかるように、光強度に関するデータを利用することができる。例えば、強度ゆらぎの分散の平均値Aの上限データであっても良いし、分散値でも良い。これらのデータを光源のタイプごとに備えていても良い。したがって、波長掃引光源の安定度を判断するための関連する閾値データであれば、様々なものを利用できる。   As the stability reference data, as can be seen from the system configuration of FIG. 7, data relating to light intensity can be used. For example, it may be the upper limit data of the average value A of variance of intensity fluctuations, or may be a variance value. These data may be provided for each type of light source. Therefore, various types of threshold data can be used as long as they are related threshold data for determining the stability of the wavelength swept light source.

したがって本発明の別の実施形態では、波長掃引光源からの波長掃引光の安定性を評価する方法において、前記波長掃引光から光−電気変換された電気信号の、波長掃引繰り返し周波数を持つ基本波に、同調するステップと、前記基本波の周波数である同調周波数の電気信号の強度を測定して、強度ゆらぎを求めるステップと、前記同調周波数の強度ゆらぎの分散を求めるステップと、前記同調周波数を、前記基本波に代えて前記基本波の1つ以上の高調波に順次同調し、前記1つ以上の高調波の各々における強度ゆらぎおよび当該強度ゆらぎの分散値をそれぞれ求めるステップと、前記基本波の前記分散値および、前記1つ以上の高調波の各々における前記分散値の平均値を求めるステップとを備えることを特徴とする方法としても実施できる。好ましくは、前記基本波および前記1つ以上の高調波における前記分散値に関連付けられた前記波長掃引光源の安定性の基準データと、前記平均値とに基づいて、前記波長掃引光源の制御パラメータを変更するかどうかを判定するステップとをさらに備えることもできる。   Therefore, in another embodiment of the present invention, in a method for evaluating the stability of wavelength-swept light from a wavelength-swept light source, a fundamental wave having a wavelength-sweep repetition frequency of an electrical signal photoelectrically converted from the wavelength-swept light. The step of tuning, the step of measuring the intensity of the electric signal of the tuning frequency which is the frequency of the fundamental wave, obtaining the intensity fluctuation, the step of obtaining the variance of the intensity fluctuation of the tuning frequency, and the tuning frequency. A step of sequentially tuning to one or more harmonics of the fundamental wave instead of the fundamental wave, and obtaining an intensity fluctuation in each of the one or more harmonics and a dispersion value of the intensity fluctuation; and And a step of obtaining an average value of the dispersion values in each of the one or more harmonics. That. Preferably, based on the reference data of the stability of the wavelength swept light source associated with the dispersion value in the fundamental wave and the one or more harmonics and the average value, the control parameter of the wavelength swept light source is And a step of determining whether or not to change.

尚、本発明の評価システム、評価装置、評価方法は、コンピュータとプログラムによっても実現でき、例えば、上述の波長掃引光源からの波長掃引光の安定性を評価する方法の各ステップを実行する命令を含むコンピュータ実施可能なプログラムを記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。   The evaluation system, the evaluation apparatus, and the evaluation method of the present invention can be realized by a computer and a program. For example, an instruction for executing each step of the method for evaluating the stability of the wavelength swept light from the wavelength swept light source is provided. The computer-executable program including the program can be recorded on a recording medium or can be provided through a network.

フィードバックを行う制御パラメータとしては、前述のように、KTN結晶の設定温度、KNT結晶に加える駆動電圧の大きさ、レーザ発振器やSOAの駆動電流・温度、光源筐体全体の温度などが考えられるが、これらだけに限定されない。本発明の波長掃引光源の評価方法、評価システム70では、波長掃引光から変換された電気信号の基本波および複数の高調波の分散を求めて、分散の平均値に基づいて、波長掃引光源の安定性を評価する。基本波および複数の高調波の分散の平均値に基づいて、波長掃引光源の制御パラメータに変更を加えるフィードバック動作を行う点で、基本波のみに対して強度ゆらぎ等を評価していた従来技術と異なっている。   As described above, the control parameters for performing feedback include the set temperature of the KTN crystal, the magnitude of the drive voltage applied to the KNT crystal, the drive current / temperature of the laser oscillator and the SOA, the temperature of the entire light source casing, and the like. However, it is not limited to these. In the wavelength sweep light source evaluation method and evaluation system 70 of the present invention, the dispersion of the fundamental wave and the plurality of harmonics of the electrical signal converted from the wavelength sweep light is obtained, and the wavelength sweep light source of the wavelength sweep light source is calculated based on the average value of the dispersion. Assess stability. Based on the average value of the dispersion of the fundamental wave and multiple harmonics, and the conventional technology that evaluates intensity fluctuations etc. only for the fundamental wave in that it performs a feedback operation that changes the control parameters of the wavelength swept light source. Is different.

図9は、半導体レーザを駆動するSOAの電流値と強度ゆらぎの平均値Aとの関係を実測したデータを示す図である。波長掃引光源の半導体レーザを駆動するSOAの駆動電流を変えて、検出帯域内の高調波の強度ゆらぎ(分散)の平均値Aを求めたものである。強度ゆらぎ(分散の平均値)がSOA駆動電流に依存していることがわかる。図9の結果から、波長掃引光源のスペクトラムの不安定性の原因として、半導体レーザの特性が関連していることが確認できる。よって、図9に示したような分散の平均値をモニタしながら、SOA電流を最適化することが可能である。同様の光源の制御パラメータとして、KTN結晶の駆動条件(温度、駆動電圧)などを最適化し得る。   FIG. 9 is a diagram showing data obtained by actually measuring the relationship between the current value of the SOA driving the semiconductor laser and the average value A of the intensity fluctuation. The average value A of the intensity fluctuation (dispersion) of the harmonics in the detection band is obtained by changing the drive current of the SOA that drives the semiconductor laser of the wavelength swept light source. It can be seen that the intensity fluctuation (average value of dispersion) depends on the SOA drive current. From the result of FIG. 9, it can be confirmed that the characteristics of the semiconductor laser are related as the cause of the instability of the spectrum of the wavelength swept light source. Therefore, it is possible to optimize the SOA current while monitoring the average value of dispersion as shown in FIG. As a similar light source control parameter, the drive conditions (temperature, drive voltage) of the KTN crystal can be optimized.

以上説明したように、本発明に波長掃引光源の評価方法により、特定の検出帯域内に入る複数成分のスペクトラムのそれぞれの強度ゆらぎを一定時間観測し、それらの強度ゆらぎ(分散)の平均を指標とすることで、波長掃引光源の不安定性をより正確に評価することができる。波長掃引光源からの波長掃引光信号に特有の挙動を考慮した評価方法を利用することで、SS−OCT装置のOCTイメージのSNRを改善することが可能となる。   As described above, according to the wavelength sweeping light source evaluation method of the present invention, intensity fluctuations of a spectrum of a plurality of components falling within a specific detection band are observed for a certain period of time, and an average of the intensity fluctuations (dispersion) is used as an index. Thus, the instability of the wavelength swept light source can be more accurately evaluated. The SNR of the OCT image of the SS-OCT apparatus can be improved by using an evaluation method that takes into account the behavior peculiar to the wavelength swept optical signal from the wavelength swept light source.

本発明は、一般的に波長掃引光源に利用することができる。特に、OCT装置に適用可能な波長掃引光源に利用することができる。   The present invention is generally applicable to a wavelength swept light source. In particular, it can be used for a wavelength swept light source applicable to an OCT apparatus.

1、21、71 波長掃引光源部
2、72 光電気変換器
3、73 周波数領域の信号強度測定器
10 波長掃引光源の評価測定系
20 SS−OCT装置
22 ビームスプリッタ
23 ミラー
24 生体(測定対象)
25 光検出器(PD)
70 評価システム
74 分散算術部
75 周波数設定部
76 平均算出部
77 安定性判定部
78 データベース
1, 21, 71 Wavelength sweep light source unit 2, 72 Photoelectric converter 3, 73 Frequency domain signal intensity measurement device 10 Wavelength sweep light source evaluation measurement system 20 SS-OCT device 22 Beam splitter 23 Mirror 24 Living body (measurement object)
25 Photodetector (PD)
70 Evaluation System 74 Distributed Arithmetic Unit 75 Frequency Setting Unit 76 Average Calculation Unit 77 Stability Determination Unit 78 Database

Claims (8)

波長掃引光源からの波長掃引光の安定性を評価するシステムにおいて、
波長掃引光が入力され、前記波長掃引光から光−電気変換された電気信号を出力する光電気変換部と、
前記電気信号の、波長掃引繰り返し周波数を持つ基本波、および、前記基本波の1つ以上の高調波の強度ゆらぎを求める周波数領域の信号強度測定部と、
前記基本波および前記1つ以上の高調波の各周波数における強度ゆらぎの分散値を求める分散算出部と、
前記分散値の平均値を求める平均算出部と
を備えたことを特徴とするシステム。
In a system for evaluating the stability of wavelength swept light from a wavelength swept light source,
A photoelectric conversion unit that receives wavelength-swept light and outputs an electrical signal that is photoelectrically converted from the wavelength-swept light; and
A fundamental wave having a wavelength sweep repetition frequency of the electrical signal, and a signal intensity measuring unit in a frequency domain for obtaining intensity fluctuations of one or more harmonics of the fundamental wave;
A dispersion calculation unit for obtaining a dispersion value of intensity fluctuation at each frequency of the fundamental wave and the one or more harmonics;
An average calculation unit for obtaining an average value of the variance values.
前記平均算出部からの前記平均値に基づいて、前記波長掃引光源の制御パラメータを修正する命令を決定する安定性判定部
をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載のシステム。
The system according to claim 1, further comprising: a stability determination unit that determines a command for correcting a control parameter of the wavelength swept light source based on the average value from the average calculation unit.
前記信号強度測定部において、前記基本波、および、前記1つ以上の高調波に同調して時間領域の強度ゆらぎを求めるように測定周波数を設定する周波数設定部
をさらに備えたことを特徴とする請求項1または2に記載のシステム。
The signal intensity measurement unit further includes a frequency setting unit that sets a measurement frequency so as to obtain a time domain intensity fluctuation in synchronization with the fundamental wave and the one or more harmonics. The system according to claim 1 or 2.
波長掃引光源からの波長掃引光の安定性を評価する装置において、
波長掃引光が入力され、前記波長掃引光から光−電気変換された電気信号を出力する光電気変換部と、
前記電気信号の、波長掃引繰り返し周波数を持つ基本波、および、前記基本波の1つ以上の高調波の強度ゆらぎを求める周波数領域の信号強度測定部と、
前記信号強度測定部において、前記基本波、および、前記1つ以上の高調波に同調して時間領域の強度ゆらぎを求めるように、前記信号強度測定部の測定周波数を設定する周波数設定部と、
前記基本波および前記1つ以上の高調波の各強度ゆらぎの分散値を求める分散算出部と、
前記分散値の平均値を求める平均算出部と
を備えたことを特徴とする装置。
In an apparatus for evaluating the stability of wavelength swept light from a wavelength swept light source,
A photoelectric conversion unit that receives wavelength-swept light and outputs an electrical signal that is photoelectrically converted from the wavelength-swept light; and
A fundamental wave having a wavelength sweep repetition frequency of the electrical signal, and a signal intensity measuring unit in a frequency domain for obtaining intensity fluctuations of one or more harmonics of the fundamental wave;
In the signal strength measurement unit, a frequency setting unit that sets a measurement frequency of the signal strength measurement unit so as to obtain a time-domain strength fluctuation in synchronization with the fundamental wave and the one or more harmonics;
A dispersion calculating unit for obtaining a dispersion value of each intensity fluctuation of the fundamental wave and the one or more harmonics;
An average calculation unit for obtaining an average value of the variance values.
前記波長掃引光源の前記基本波および前記1つ以上の高調波における前記分散値に関連付けられた前記波長掃引光源の安定性の基準データを含むデータ記憶部と、
前記安定性の基準データ、および、前記平均算出部からの前記平均値に基づいて、前記波長掃引光源の制御パラメータを修正する命令を決定する安定性判定部
をさらに備えたことを特徴とする請求項4に記載の装置。
A data storage unit including reference data of stability of the wavelength swept light source associated with the dispersion value in the fundamental wave and the one or more harmonics of the wavelength swept light source;
The apparatus further comprises a stability determination unit that determines a command for correcting a control parameter of the wavelength-swept light source based on the stability reference data and the average value from the average calculation unit. Item 5. The apparatus according to Item 4.
波長掃引光源からの波長掃引光の安定性を評価する方法において、
前記波長掃引光から光−電気変換された電気信号の、波長掃引繰り返し周波数を持つ基本波に、同調するステップと、
前記基本波の周波数である同調周波数の電気信号の強度を測定して、強度ゆらぎを求めるステップと、
前記同調周波数の強度ゆらぎの分散を求めるステップと、
前記同調周波数を、前記基本波に代えて前記基本波の1つ以上の高調波に順次同調し、前記1つ以上の高調波の各々における強度ゆらぎおよび当該強度ゆらぎの分散値をそれぞれ求めるステップと、
前記基本波の前記分散値および、前記1つ以上の高調波の各々における前記分散値の平均値を求めるステップと
を備えることを特徴とする方法。
In the method of evaluating the stability of the wavelength swept light from the wavelength swept light source,
Tuning to a fundamental wave having a wavelength sweep repetition frequency of an electrical signal photoelectrically converted from the wavelength swept light;
Measuring the intensity of an electrical signal having a tuning frequency that is the frequency of the fundamental wave to obtain intensity fluctuation;
Determining a dispersion of intensity fluctuations of the tuning frequency;
Sequentially tuning the tuning frequency to one or more harmonics of the fundamental instead of the fundamental, and obtaining an intensity fluctuation in each of the one or more harmonics and a dispersion value of the intensity fluctuation; ,
Determining the dispersion value of the fundamental and the average of the dispersion values in each of the one or more harmonics.
前記基本波および前記1つ以上の高調波における前記分散値に関連付けられた前記波長掃引光源の安定性の基準データと、前記平均値とに基づいて、前記波長掃引光源の制御パラメータを変更するかどうかを判定するステップと
をさらに備えることを特徴とする請求項6に記載の方法。
Whether to change the control parameter of the wavelength swept light source based on the reference value of the stability of the wavelength swept light source associated with the dispersion value in the fundamental wave and the one or more harmonics and the average value The method of claim 6, further comprising: determining whether or not.
請求項6または7に記載の各ステップを実行するコンピュータ実施可能な命令を備えたコンピュータプログラム。   A computer program comprising computer-executable instructions for performing the steps of claim 6 or 7.
JP2016173608A 2016-09-06 2016-09-06 Evaluation method of wavelength swept light source Active JP6621026B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016173608A JP6621026B2 (en) 2016-09-06 2016-09-06 Evaluation method of wavelength swept light source

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016173608A JP6621026B2 (en) 2016-09-06 2016-09-06 Evaluation method of wavelength swept light source

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018040622A true JP2018040622A (en) 2018-03-15
JP6621026B2 JP6621026B2 (en) 2019-12-18

Family

ID=61625645

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016173608A Active JP6621026B2 (en) 2016-09-06 2016-09-06 Evaluation method of wavelength swept light source

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6621026B2 (en)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08195519A (en) * 1995-01-17 1996-07-30 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Stabilizing equipment of operation of mode locking laser
JP2002184767A (en) * 2000-10-03 2002-06-28 L'air Liquide Sa Pour L'etude & L'exploitation Des Procede S Georges Claude Semiconductor processing system and method for controlling moisture level therein
JP2012063264A (en) * 2010-09-16 2012-03-29 Anritsu Corp Laser frequency change evaluation device and method
JP2012088174A (en) * 2010-10-20 2012-05-10 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Frequency noise measuring device and measuring method
US20120140783A1 (en) * 2010-12-06 2012-06-07 Industrial Technology Research Institute Wavelength-Tunable Laser Source Apparatus
JP2013007571A (en) * 2011-06-22 2013-01-10 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Laser beam coherence function measuring method and measuring apparatus
JPWO2012093654A1 (en) * 2011-01-05 2014-06-09 日本電信電話株式会社 Wavelength swept light source
US20140185054A1 (en) * 2012-12-28 2014-07-03 Axsun Technologies, Inc. System and Method for Stabilizing Mode Locked Swept Laser for OCT Medical Imaging
JP2015142111A (en) * 2014-01-30 2015-08-03 日本電信電話株式会社 Wavelength sweep light source
JP2016031294A (en) * 2014-07-29 2016-03-07 日本電信電話株式会社 Optical coherence tomography device

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08195519A (en) * 1995-01-17 1996-07-30 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Stabilizing equipment of operation of mode locking laser
JP2002184767A (en) * 2000-10-03 2002-06-28 L'air Liquide Sa Pour L'etude & L'exploitation Des Procede S Georges Claude Semiconductor processing system and method for controlling moisture level therein
JP2012063264A (en) * 2010-09-16 2012-03-29 Anritsu Corp Laser frequency change evaluation device and method
JP2012088174A (en) * 2010-10-20 2012-05-10 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Frequency noise measuring device and measuring method
US20120140783A1 (en) * 2010-12-06 2012-06-07 Industrial Technology Research Institute Wavelength-Tunable Laser Source Apparatus
JPWO2012093654A1 (en) * 2011-01-05 2014-06-09 日本電信電話株式会社 Wavelength swept light source
JP2013007571A (en) * 2011-06-22 2013-01-10 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Laser beam coherence function measuring method and measuring apparatus
US20140185054A1 (en) * 2012-12-28 2014-07-03 Axsun Technologies, Inc. System and Method for Stabilizing Mode Locked Swept Laser for OCT Medical Imaging
JP2015142111A (en) * 2014-01-30 2015-08-03 日本電信電話株式会社 Wavelength sweep light source
JP2016031294A (en) * 2014-07-29 2016-03-07 日本電信電話株式会社 Optical coherence tomography device

Also Published As

Publication number Publication date
JP6621026B2 (en) 2019-12-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11721948B2 (en) Swept light source and drive data generation method and optical deflector for swept light source
Lim et al. Optical frequency domain imaging with a rapidly swept laser in the 815–870 nm range
JP4804820B2 (en) Optical tomographic image display system
JP4933336B2 (en) Optical tomographic image display system and optical tomographic image display method
JP5519152B2 (en) Device for acquiring information about anatomical samples using optical microscopy
US9506740B2 (en) System and method for calibrated spectral domain optical coherence tomography and low coherence interferometry
US8836952B2 (en) Optical coherence tomographic imaging method and optical coherence tomographic imaging apparatus
US8939582B1 (en) Optical coherence tomography with dynamic focus sweeping and windowed averaging
JP5679686B2 (en) Optical coherence tomography system
KR20140130635A (en) Method and apparatus for processing polarization data of polarization sensitive optical coherence tomography
JP2014042010A (en) Method for driving wavelength-swept light source
CN104483289A (en) Birefringence detection device and birefringence detection method based on sweep frequency optical coherence tomography technology
JP6039493B2 (en) Optical frequency calibration method and program for wavelength-swept light source, storage medium, optical frequency calibration apparatus, and optical coherence tomography measurement apparatus
JP2014115280A (en) Oct apparatus, ss-oct apparatus and method for acquiring ss-oct image
JP6180961B2 (en) Interferometer calibration method and interferometer using the calibration method
Shi et al. Frequency-comb-linearized, widely tunable lasers for coherent ranging
JP6621026B2 (en) Evaluation method of wavelength swept light source
JP2009031156A (en) Wide dyanamic range optical coherent tompography system
JP2018013417A (en) Component concentration measuring device and method
JP6570343B2 (en) Optical coherence tomography, surface emitting laser
JP2007327909A (en) Optical tomography apparatus
JP2017219376A (en) Imaging device
JP6047059B2 (en) Data processing apparatus and resampling method
JP2013152223A (en) Optical interference tomographic imaging apparatus, and optical interference tomographic imaging method
JP5296814B2 (en) Wavelength swept light source

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160907

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20181225

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20181225

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20191023

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20191105

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20191108

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6621026

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250