JP6125981B2 - 光断層画像装置用サンプルクロック発生装置、および光断層画像装置 - Google Patents

Description

本発明は、光周波数掃引型光干渉断層計に用いて好適な光断層画像装置用サンプルクロック発生装置、および光断層画像装置に関する。

光干渉断層計（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、以下「ＯＣＴ」と表記する。）は、生体の断層画像を光の干渉を利用して計測するものであり、特に眼科において角膜や網膜などの２次元・３次元断層画像を得るために広く用いられている手法である。上述のＯＣＴにはいくつかの基本方式が存在しており、その中でも光周波数掃引型ＯＣＴ（ｓｗｅｐｔ−ｓｏｕｒｃｅ ＯＣＴ、以下「ＳＳ−ＯＣＴ」と表記する）と呼ばれる手法が注目されている。

ＳＳ−ＯＣＴでは、光源から光周波数が高速に掃引された光が出射され、その光を眼球などの被測定物に照射している。被測定物からは散乱光が反射し、干渉計を用いて散乱光を検出している。検出される生の信号（干渉信号）は干渉スペクトルであり、この干渉信号をフーリエ解析することで被測定物の深さ方向に分解された光散乱強度分布を得ることができる。この被測定物の深さ方向に分解された光散乱強度分布を一般にＡ−ｓｃａｎのＯＣＴ信号と呼んでいる。さらに被測定物に照射するビームを横方向にスキャンすることで、２次元の光散乱強度分布、または３次元の光散乱強度分布を得ることができる。

一般にＳＳ−ＯＣＴでは、干渉信号のサンプリングが高速に行われている。このサンプリングは等光周波数間隔で行われることが望ましい。例えば、サンプリングが等光周波数間隔（光の周波数に対して均等な周波数間隔）に行われないと、Ａ−ｓｃａｎのＯＣＴ信号に歪みが生じて分解能が大きく悪化することが知られている。

サンプリングを等光周波数間隔で行う方法として、光学的に生成したサンプルクロックを利用する方法が知られている。この方法では、ＯＣＴで用いられる干渉計とは別に、例えばマッハツェンダー（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）干渉計が構築されている（例えば、特許文献１および２参照。）。マッハツェンダー干渉計の出力は、入力される光の周波数に対して等間隔な正弦波となる。そのため、マッハツェンダー干渉計の出力（クロック用の干渉信号）は、上述のサンプルクロックとして利用することができる。このようなサンプルクロックはｋ−ｃｌｏｃｋと呼ばれることが多い。

特開２０１３−１８１７９０号公報 特許第５２６９８０９号公報

ＳＳ−ＯＣＴでは、光周波数を掃引する波長掃引光源から出射された光を用いて、ｋ−ｃｌｏｃｋの元となるクロック用の干渉信号が生成される。そのため、ｋ−ｃｌｏｃｋは、波長掃引光源の性能の影響を直接的に受けることとなる。一般にＳＳ−ＯＣＴの波長掃引光源を用いた場合、干渉計における光路長差が大きくなると干渉縞の振幅が小さくなるという性質がある。この性質はｋ−ｃｌｏｃｋに入力されるクロック用の信号を生成する干渉計でも同様である。そのため、高周波のｋ−ｃｌｏｃｋを生成しようとすると干渉縞の振幅が小さくなり、高周波のｋ−ｃｌｏｃｋ生成が難しくなるという問題があった。

上記の問題を解決するものとして、特許文献２に開示されているように、電気的にｋ−ｃｌｏｃｋの周波数を倍にする方法が提案されている。この方法では電気的位相シフタを用いており、所定の周波数または所定範囲の周波数について電気的に周波数を倍にすることができる。

しかしながら、クロック用干渉信号の干渉縞には、上述の特定範囲を超えた広範囲の周波数が含まれている。電気的位相シフタによる位相シフト量は、クロック用干渉信号の周波数に依存するため、上述のように特定範囲を超えた広範囲の周波数を含む場合、電気的位相シフタでは、すべての周波数成分について同じ位相シフト量を与えることが困難となる。その結果、電気的位相シフタを用いてｋ−ｃｌｏｃｋの周波数を倍にした場合、等間隔なｋ−ｃｌｏｃｋ周波数を生成することが難しいという問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、サンプルクロックの周波数を逓倍化することができる光断層画像装置用サンプルクロック発生装置、および光断層画像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の光断層画像装置用サンプルクロック発生装置は、光源から出射された周波数が掃引された入力光を受けてサンプルクロック信号を生成する光断層画像装置用サンプルクロック発生装置であって、前記入力光の一部が導かれる第１の光路と、前記入力光の別の一部が導かれる第２の光路と、前記第１の光路で導かれる前記入力光の位相をシフトさせる光学位相シフタと、前記第１の光路で導かれ位相シフトされた前記入力光および前記第２の光路に導かれた前記入力光を合成してサンプルクロック用干渉光を生成する干渉光生成部と、前記サンプルクロック用干渉光を位相の異なる一方の分離光および他方の分離光に分離する分離部と、を少なくとも備えた干渉光学系と、前記一方の分離光を少なくとも受光する一方の受光部と、前記他方の分離光を少なくとも受光する他方の受光部と、前記一方の受光部および前記他方の受光部から出力された信号に基づいて前記サンプルクロック信号を生成する信号生成部と、を少なくとも備えた演算部と、が設けられていることを特徴とする。

本発明の光断層画像装置用サンプルクロック発生装置によれば、第１の光路で導かれる入力光の位相を光学位相シフタでシフトさせることにより、信号生成部で生成されるサンプルクロック信号の周波数における、入力光の周波数による影響を抑えつつ逓倍化させることができる。

光学位相シフタによってシフトされる入力光の位相は、電気的な処理で位相をシフトさせる方法と比較して、入力信号である入力光の周波数の影響を受けにくい。特に、光学位相シフタは、入力光における周波数変化が時間に対して線形であっても、非線形であっても位相をシフトさせる量に影響が出にくい。そのため、周波数が掃引された光が入力されても、信号生成部で生成されるサンプルクロック信号への影響を抑えられる。また、光学位相シフタにより位相をシフトさせる場合には、電気的な処理で生じるようなノイズが発生しにくくなる。そのため、前述のノイズがサンプルクロック信号に影響を与える可能性が低い。

サンプルクロック信号における周波数の増加程度は、光学位相シフタにおける位相のシフト量により調節することができる。例えば、位相のシフト量を９０°とすることによりサンプルクロック信号の周波数を２倍にでき、位相のシフト量を４５°とするとサンプルクロック信号の周波数を４倍にできる。

上記発明において前記光学位相シフタに入射する前記入力光は、＋４５°または−４５°の傾きを有する第１の直線偏光であり、前記第２の光路から前記干渉光生成部に入射する前記入力光は、＋４５°または−４５°の傾きを有する第２の直線偏光であることが好ましい。

このように光学位相シフタに入射する光を第１の直線偏光とし、第２の光路から干渉光生成部に入射する光を第１の直線偏光とは独立した第２の直線偏光とすることにより、サンプルクロック発生装置における構成の自由度が高くなる。

上記発明において前記第１の光路における前記光学位相シフタの光入射側には、前記第１の直線偏光を透過する第１の直線偏光子が配置され、前記第２の光路には、前記第２の直線偏光を透過して前記干渉光生成部に入射させる第２の直線偏光子が配置されていることが好ましい。

このように第１の光路に第１の直線偏光子を配置し、第２の光路に第２の直線偏光子を配置することにより、例えば、第１の光路および第２の光路に入力光を導く単一モードファイバを用いることができる。単一モードファイバは、偏波保存ファイバ等と比較して価格が安く扱いが容易となる。

上記発明においては、前記光源から出射された前記入力光を直線偏光状態にさせた後に分岐させ前記第１の直線偏光を前記第１の光路に導き、前記第２の直線偏光を前記第２の光路に導く偏波保存ファイバカプラが更に設けられ、前記第１の光路は、前記第１の直線偏光を前記光学位相シフタに入射させる第１の偏波保存ファイバを少なくとも備え、前記第２の光路は、前記第２の直線偏光を前記干渉光生成部に入射させる第２の偏波保存ファイバを少なくとも備えていることが好ましい。

このように偏波保存ファイバカプラ、第１の偏波保存ファイバおよび第２の偏波保存ファイバが設けられることにより、第１の光路および第２の光路に直線偏光子を配置する場合と比較して、サンプルクロック発生装置を形成する構成要素の点数を減らすことができると共に、光学的な調整も容易になる。

上記発明において前記光学位相シフタは１／４波長板であることが好ましい。
このようにする１／４波長板を光学位相シフタとして用いることにより、位相のシフト量を９０°としてサンプルクロック信号の周波数を２倍とすることができる。さらに、１／４波長板による位相のシフト量は、入力光の周波数の影響を受けにくい。そのため、サンプルクロック信号の周波数は、入力光の周波数の影響を受けにくくなる。

上記発明においては、前記干渉光生成部から異なる二つの方向へ出射される前記サンプルクロック用干渉光のうちの第１のサンプルクロック用干渉光が入射され、前記第１のサンプルクロック用干渉光を位相の異なる第１の一方の分離光、および第１の他方の分離光に分離する第１の分離部と、第２のサンプルクロック用干渉光が入射され、前記第２のサンプルクロック用干渉光を位相の異なる第２の一方の分離光、および他方の分離光に分離する第２の分離部と、が設けられ、前記一方の受光部は、前記第１の分離部において分離された前記第１の一方の分離光、および前記第２の分離部において分離された前記第２の一方の分離光が入射されるバランス型光検出器であり、前記他方の受光部は、前記第１の分離部において分離された前記第１の他方の分離光、および前記第２の分離部において分離された前記第２の他方の分離光が入射されるバランス型光検出器であることが好ましい。

このように第１のサンプルクロック用干渉光および第２のサンプルクロック用干渉光を利用することにより、サンプルクロック信号を生成する際に利用される入力光の割合（利用効率）が高くなる。第１または第２のサンプルクロック用干渉光のみを利用する場合と比較して、サンプルクロック信号の生成に寄与する成分とそれ以外の成分の比であるＳＮ比を高めることができる。

また、干渉生成部で生成され異なる二つの方向へ出射される第１および第２のサンプルクロック用干渉光は、互いに位相が１８０°異なる。この位相の異なる第１のサンプルクロック用干渉光は第１の分離部に入射され、第２のサンプルクロック用干渉光は第２の分離部に入射される。その結果、第１の分離部により分離された第１の一方の分離光と、第２の分離部により分離された第２の一方の分離光とは位相が１８０°異なり、第１の他方の分離光と、第２の他方の分離光とは位相が１８０°異なることになる。位相が１８０°異なる第１の一方の分離光および第２の一方の分離光は、バランス型光検出器である一方の受光部に入射され、同じく位相が１８０°異なる第１の他方の分離光および第２の他方の分離光は、バランス型光検出器である他方の受光部に入射される。つまり、位相が１８０°異なる分離光を用いた差分検出が可能となり、干渉縞（フリンジ）における明暗差を高めることができる。その他に、一方の受光部で受光される第１の一方の分離光および第２の一方の分離光に共通して含まれるノイズ（コモンノイズ）や、他方の受光部で受光される第１の他方の分離光および第２の他方の分離光に共通して含まれるノイズがキャンセルされる。

上記発明において前記干渉光生成部は、少なくとも、前記第１の光路で導かれ位相シフトされた前記入力光および前記第２の光路に導かれた前記入力光を合成して前記サンプルクロック用干渉光を生成するビームスプリッタであり、前記第１の分離部は、少なくとも、前記第１のサンプルクロック用干渉光を互いに直交する第１の一方の直線偏光および第１の他方の直線偏光に分離する第１の偏光ビームスプリッタであり、前記第２の分離部は、少なくとも、前記第２のサンプルクロック用干渉光を互いに直交する第２の一方の直線偏光および第２の他方の直線偏光に分離する第２の偏光ビームスプリッタであり、前記一方の受光部は、前記第１の分離部において分離された前記第１の一方の分離光、および前記第２の分離部において分離された前記第２の一方の分離光として、前記第１の偏光ビームスプリッタにおいて分離された前記第１の一方の直線偏光、および前記第２の偏光ビームスプリッタにおいて分離された前記第２の一方の直線偏光が入射されるバランス型光検出器であり、前記他方の受光部は、前記第１の分離部において分離された前記第１の他方の分離光、および前記第２の分離部において分離された前記第２の他方の分離光として、前記第１の偏光ビームスプリッタにおいて分離された前記第１の他方の直線偏光、および前記第２の偏光ビームスプリッタにおいて分離された前記第２の他方の直線偏光が入射されるバランス型光検出器であることが更に好ましい。

上記発明において前記一方の分離光が入射される前記一方の受光部、および、前記他方の分離光が入力される前記他方の受光部はバランス型光検出器であり、
前記一方の受光部および前記他方の受光部には、前記光源から出射された前記入力光も入射されていることが好ましい。

このように一方の受光部であるバランス型光検出器に、光源から出射された入力光と、一方の分離光とを入射させて両者の差分を計測する構成とすることにより、一方の受光部から出力される信号から、入力光と一方の分離光とに共通して含まれるノイズ（コモンノイズ）を取り除きやすくなる。また、他方の受光部であるバランス型光検出器に、入力光と他方の分離光とを入射させて両者の差分を計測する構成とすることにより、他方の受光部から出力される信号から、入力光と他方の分離光とに共通して含まれるノイズを取り除きやすくなる。

上述のように、バランス型光検出器である一方および他方の受光部に、入力光および分離光が入射される構成とすることにより、２つの分離部を採用する構成と比較して、簡単な構成で一方および他方の受光部から出力される信号から、上記の共通して含まれるノイズを低減することができる。

上記発明において前記第１の光路および前記第２の光路には、導かれる光を折返し反射させる第１の反射部および第２の反射部がそれぞれ設けられ、前記第１の光路および前記第２の光路は、前記干渉光生成部から前記第１の反射部および前記第２の反射部の側では分離し、前記光源、前記一方の受光部および前記他方の受光部の側では重複しており、前記分離部は、前記第１の光路および前記第２の光路の重複部分に配置され、前記光源から出射された前記入力光のうち、前記分離部を透過した光が前記干渉光生成部に入射され、前記干渉光生成部を透過した光を反射させる前記第１の反射部および前記干渉光生成部の間には前記光学位相シフタである１／８波長板が配置され、前記干渉光生成部により反射された光を反射させる前記第２の反射部および前記干渉光生成部の間には１／４波長板が配置され、前記一方の受光部は、少なくとも、前記第１の反射部および前記第２の反射部で反射され前記干渉光生成部で合成された前記サンプルクロック用干渉光が、前記分離部で分離された少なくとも前記一方の直線偏光を少なくとも受光し、前記他方の受光部は、少なくとも、前記第１の反射部および前記第２の反射部で反射され前記干渉光生成部で合成された前記サンプルクロック用干渉光が、前記分離部で分離された前記他方の直線偏光を少なくとも受光することが好ましい。このようにすることにより、干渉光学系をマイケルソン干渉計として構築することができる。

上記発明において前記干渉光生成部は、少なくとも、前記第１の光路で導かれ位相シフトされた前記入力光および前記第２の光路に導かれた前記入力光を合成して前記サンプルクロック用干渉光を生成するビームスプリッタであり、前記分離部は、少なくとも、前記サンプルクロック用干渉光を互いに直交する一方の直線偏光および他方の直線偏光に分離する偏光ビームスプリッタであり、前記一方の受光部は、前記一方の分離光として前記一方の直線偏光を受光し、前記他方の受光部は、前記他方の分離光として前記他方の直線偏光を受光することが好ましい。

本発明の光断層画像装置は、周波数が掃引された入力光を出射する光源と、出射された前記入力光から分岐された入力光を被検物に照射し、かつ、前記被検物から反射した反射光を導く測定光学系と、分岐された他の光を参照光とする参照光学系と、前記測定光学系から導かれた前記反射光、および、前記参照光学系からの前記参照光を合成した測定用干渉光を受光し、測定用干渉信号を出力する受光部と、上記本発明のサンプルクロック発生装置と、前記信号生成部により生成された前記サンプルクロック信号に基づいてサンプリングした前記測定用干渉信号をフーリエ解析し前記被検物の断層画像を演算処理により求める信号処理部と、が設けられていることを特徴とする。

本発明の光断層画像装置によれば、上記本発明のサンプルクロック発生装置が設けられているため、被検物の断層画像を求めるサンプリング周期を規定するサンプルクロックの周波数を逓倍化することができる。

本発明の光断層画像装置用サンプルクロック発生装置、および光断層画像装置によれば、第１の光路で導かれる入力光の位相を光学位相シフタでシフトさせることにより、入力光の周波数による影響を抑えつつサンプルクロックの周波数を逓倍化することができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係るＳＳ−ＯＣＴの構成を説明する模式図である。 図１のｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置の構成を説明する模式図である。 図２の演算部の構成を説明するブロック図である。 垂直偏光信号、水平偏光信号およびサンプルクロック信号の対応を説明する図である。 本発明の第２の実施形態に係るｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置の構成を説明する模式図である。 本発明の第３の実施形態に係るｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置の構成を説明する模式図である。 本発明の第４の実施形態に係るｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置の構成を説明する模式図である。 本発明の第５の実施形態に係るｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置の構成を説明する模式図である。

〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係るＳＳ−ＯＣＴついて図１から図４を参照して説明する。本実施形態では、本願発明の光断層画像装置をＳＳ−ＯＣＴ１に適用し、本願発明の光断層画像装置用サンプルクロック発生装置を、マッハツェンダー干渉計を用いたサンプルクロック発生装置１００（以下、「ｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置１００」とも表記する。）に適用して説明する。本実施形態のＳＳ−ＯＣＴ１は、例えば、眼科医療等においてサンプル（被検物）６０の断層像を撮影に用いて好適なものである。

ＳＳ−ＯＣＴ１には、図１に示すように、周波数が掃引された入力光を出射する光源１０と、サンプル６０における断層像の撮影に用いられるＯＣＴ干渉系２０と、断層像を取得するサンプリング周期を規定するサンプルクロック信号（以下、「ｋ−ｃｌｏｃｋ信号」とも表記する。）を生成するｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置１００と、が主に設けられている。

光源１０から出射される入力光は、例えば、単一モードファイバ（Ｓｉｎｇｌｅ ｍｏｄｅ ｆｉｂｅｒ）などの光ファイバにより導かれ、サンプル６０の断層像撮影に利用されるとともに、サンプルクロック信号の生成にも利用されるものである。光源１０とＯＣＴ干渉系２０およびｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置１００との間には、出射された入力光を分岐させるＳＭＦＣ（単一モードファイバカプラ、Ｓｉｎｇｌｅ ｍｏｄｅ ｆｉｂｅｒ ｃｏｕｐｌｅｒ）１１が設けられ、ＳＭＦＣ１１により入力光は、ＯＣＴ干渉系２０およびｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置１００に向けて分岐される。

なお、光源１０における入力光の周波数を掃引する方法は、公知の方法を用いることができ特に限定するものではない。また、周波数の掃引は時間に対して、周波数が線形に増減するものであってもよいし、非線形に増減するものであってもよい。

ＯＣＴ干渉系２０には、分岐された入力光を更に分岐させるＳＭＦＣ２１と、更に分岐された一方の入力光を用いてサンプル６０の測定を行う測定光学系３１と、更に分岐された他方の入力光を参照光とする参照光学系４１と、サンプル６０の反射光および参照光が構成した測定用干渉光を受光して測定用干渉信号を出力する受光部５１と、測定用干渉信号に基づいてサンプル６０の断層像を演算処理により求める信号処理部５５と、が主に設けられている。

ＳＭＦＣ２１は、ＳＭＦＣ１１により分岐された入力光の一方が入射されるものであり、入射された入力光を更に測定光学系３１に導かれるものと、参照光学系４１に導かれるものに分岐するものである。

測定光学系３１には、入力光をサンプル６０に照射するとともにサンプル６０から反射した反射光が入射する照射光学系３２と、入力光を照射光学系３２に導くとともに反射光を受光部５１に導く測定側サーキュレータ（Ｃｉｒｃｌａｔｏｒ）３３と、が主に設けられている。

照射光学系３２は、サンプル６０に入力光を照射するとともに、サンプル６０からの反射光を導くための光学系である。照射光学系３２は、レンズや反射ミラーやサンプル６０の奥行き方向に対して垂直方向に入力光を走査可能なガルバノミラーなどの光学素子の組み合わせにより構成されるものであり、特にその構成を限定するものではない。

測定側サーキュレータ３３は、ＳＭＦＣ２１と照射光学系３２と受光部５１との間に配置された光学素子である。測定側サーキュレータ３３により、ＳＭＦＣ２１から導かれた入力光は照射光学系３２へ導かれ、照射光学系３２から導かれた反射光は受光部５１へ導かれる。

参照光学系４１には、入力光を参照光に変換する参照部４２と、入力光を参照部４２に導くとともに参照光を受光部５１に導く参照側サーキュレータ４３と、が主に設けられている。本実施形態において参照部４２は、入射された入力光を参照光として出射するプリズムである。参照部４２は、サンプル６０を測定する前に測定光学系の光路長と参照光学系の光路長とを一致させるために移動可能とされている。サンプル６０の測定中は、参照部４２の位置は固定される。

参照側サーキュレータ４３は、ＳＭＦＣ２１と参照部４２と受光部５１との間に配置された光学素子である。参照側サーキュレータ４３により、ＳＭＦＣ２１から導かれた入力光は参照部４２へ導かれ、参照部４２から導かれた参照光は受光部５１へ導かれる。

受光部５１は、測定光学系３１から導かれた反射光、および参照光学系４１から導かれた参照光を合成した測定用干渉光を受光する光検出器であり、本実施形態ではバランス型光検出器が用いられたものである。測定光学系３１および参照光学系４１と、受光部５１との間にはＳＭＦＣ５２が配置され、参照光学系４１とＳＭＦＣ５２との間には偏光制御部である偏光コントローラ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）５３が配置されている。

ＳＭＦＣ５２は、測定光学系３１から導かれた反射光と、参照光学系４１から導かれた参照光とを合成して測定用干渉光を生成するものであり、かつ、合成された測定用干渉光を１８０°位相が異なる２つの測定用干渉用光に分岐させて受光部５１に導くものでもある。

偏光コントローラ５３は、参照光学系４１からＳＭＦＣ５２に導かれる参照光の偏光を制御する素子である。偏光コントローラ５３としては、インライン型やパドル型など、公知の形式のものを用いることができ特に限定するものではない。

信号処理部５５は、受光部５１から出力される測定用干渉信号に基づいてサンプル６０の断層像を演算処理により求めるものであり、求められた断層像はディスプレイ（図示せず）により表示される。なお、信号処理部５５において行われる処理としては、公知の処理を用いることができ、処理の内容を特に限定するものではない。

次に、本実施形態の特徴であるｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置１００について図２を参照しながら説明する。ｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置１００は上述のように、ＳＳ−ＯＣＴ１におけるサンプリング周期を規定するｋ−ｃｌｏｃｋ信号を生成するものである。本実施形態では、マッハツェンダー干渉計を用いたｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置１００の例に適用して説明する。

ｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置１００には、図２に示すように、サンプルクロック用干渉光を生成する干渉光学系１１０と、サンプルクロック信号を生成する演算部１６０と、が主に設けられている。

干渉光学系１１０には、ＳＭＦＣ１１１と、第１の光ファイバ１２２、第１の直線偏光子１２３および１／４波長板（光学位相シフタ）１２４から主に構成される第１の光路１２１と、第２の光ファイバ１３２および第２の直線偏光子１３３から主に構成される第２の光路１３１と、ビームスプリッタ（干渉光生成部）１４１と、偏光ビームスプリッタ（分離部）１５１と、が主に設けられている。

ＳＭＦＣ１１１は、ＳＭＦＣ１１により分岐された入力光を、第１の光路１２１および第２の光路１３１に更に分岐するものであり、分岐された入力光は第１の光路１２１の第１の光ファイバ１２２に導かれるとともに、第２の光路１３１の第２の光ファイバ１３２に導かれる。なお、ＳＭＦＣ１１，ＳＭＦＣ２１，ＳＭＦＣ５２およびＳＭＦＣ１１１としては、公知の構成のものを用いることができ、特に構成を限定するものではない。

第１の光ファイバ１２２は、第１の直線偏光子１２３および１／４波長板１２４とともに第１の光路１２１を構成する光学素子である。本実施形態において第１の光ファイバ１２２は、単一モードファイバから構成されている例に適用して説明する。

第１の光ファイバ１２２には、導かれる入力光の偏光を制御する第１の偏光コントローラ１２５が配置されている。第１の偏光コントローラ１２５によって入力光の偏光を制御することにより、後述する第１の直線偏光子１２３を透過する入力光の割合を増やすことができる。

また、第１の光ファイバ１２２と第１の直線偏光子１２３との間には、第１の光ファイバ１２２から出射された入力光を第１の直線偏光子１２３に導く第１のレンズ１２６が配置されている。第１のレンズ１２６は、例えば、第１の光ファイバ１２２から出射されて拡散する入力光を、平行光として第１の直線偏光子１２３等に入射させる役割も果たしている。

第１の直線偏光子１２３は、第１の光ファイバ１２２により導かれた入力光のうち、傾きが４５°の直線偏光のみを透過させる光学素子である。１／４波長板１２４は、第１の直線偏光子１２３を透過した直線偏光の位相をシフトさせるものであり、具体的には１／４波長（９０°）遅延させる光学素子である。

第２の光ファイバ１３２は、第２の直線偏光子１３３とともに第２の光路１３１を構成する光学素子である。本実施形態において第２の光ファイバ１３２は、第１の光ファイバ１２２と同様に、単一モードファイバから構成されている例に適用して説明する。

第２の光ファイバ１３２には、導かれる入力光の偏光を制御する第２の偏光コントローラ１３５が配置されている。第２の偏光コントローラ１３５は、第１の偏光コントローラ１２５と同様に、第２の直線偏光子１３３を透過する入力光の割合を増やすことができる。

また、第２の光ファイバ１３２と第２の直線偏光子１３３との間には、第２の光ファイバ１３２から出射された入力光を第２の直線偏光子１３３に導く第２のレンズ１３６が配置されている。第２のレンズ１３６は、第１のレンズ１２６と同様な役割を果たしている。

第２の直線偏光子１３３は、第２の光ファイバ１３２により導かれた入力光のうち、傾きが４５°の直線偏光のみを透過させる光学素子である。なお、第１の直線偏光子１２３、第２の直線偏光子１３３および１／４波長板１２４としては、公知の光学素子を用いることができ、特に光学素子の形式などを限定するものではない。

ビームスプリッタ１４１は、第１の光路１２１で導かれた光と、第２の光路１３１で導かれた光とを合成してサンプルクロック用干渉光を生成する光学素子である。そのため、ビームスプリッタ１４１は、第１の光路１２１における１／４波長板１２４の光出射側であり、かつ、第２の光路１３１における第２の直線偏光子１３３の光出射側に配置されている。

偏光ビームスプリッタ１５１は、ビームスプリッタ１４１で生成されたサンプルクロック用干渉光を、互いに直交する直線偏光である、垂直偏光（一方の分離光、一方の直線偏光）および水平偏光（他方の分離光、他方の直線偏光）に分離する光学素子である。なお、垂直偏光および水平偏光の名称は、電気工学や光学などの分野において異なる複数の名称も存在するが、名称に違いがあっても同一の偏光を示すものである。

また、偏光ビームスプリッタ１５１は、ビームスプリッタ１４１から出射される２つのサンプルクロック用干渉光のうち、一方が入射される位置に配置されている。なお、ビームスプリッタ１４１および偏光ビームスプリッタ１５１としては、公知の光学素子を用いることができ、ビームスプリッタ１４１および偏光ビームスプリッタ１５１の形式などを特に限定するものではない。

演算部１６０には、図２および図３に示すように、垂直偏光の検知に関する垂直偏光受光部（一方の受光部）１６１Ｖ、バンドパスフィルタ１６２Ｖおよびコンパレータ１６３Ｖと、水平偏光の検知に関する水平偏光受光部（他方の受光部）１６１Ｈ、バンドパスフィルタ１６２Ｈおよびコンパレータ１６３Ｈと、ＸＯＲゲート（信号生成部）１６４と、が主に設けられている。

垂直偏光受光部１６１Ｖおよび水平偏光受光部１６１Ｈは、それぞれ入射された垂直偏光および水平偏光に基づき垂直偏光信号および水平偏光信号を出力するセンサである。なお、垂直偏光受光部１６１Ｖおよび水平偏光受光部１６１Ｈとしては公知の光センサを用いることができる。垂直偏光受光部１６１Ｖおよび水平偏光受光部１６１Ｈと、偏光ビームスプリッタ１５１との間には、図２に示すように、それぞれ垂直偏光を導くレンズ１５２Ｖおよびファイバ１５３Ｖと、水平偏光を導くレンズ１５２Ｈおよびファイバ１５３Ｈとが配置されている。

バンドパスフィルタ１６２Ｖおよびバンドパスフィルタ１６２Ｈは、それぞれ垂直偏光信号および水平偏光信号に含まれるノイズをカットし、垂直偏光および水平偏光に関する部分のみを透過させるフィルタである。コンパレータ１６３Ｖおよびコンパレータ１６３Ｈは、バンドパスフィルタ１６２Ｖおよびバンドパスフィルタ１６２Ｈによりノイズをカットされたアナログ信号である垂直偏光信号および水平偏光信号を、デジタル信号に変換するものである。

ＸＯＲゲート１６４は、コンパレータ１６３Ｖおよびコンパレータ１６３Ｈから出力された垂直偏光信号および水平偏光信号に基づきサンプルクロック信号を求め、信号処理部５５へ出力するものである。具体的には、垂直偏光信号および水平偏光信号に基づく論理的排他和の演算処理によりサンプルクロック信号を算出するものである。なお、バンドパスフィルタ１６２Ｖ、バンドパスフィルタ１６２Ｈ、コンパレータ１６３Ｖ、コンパレータ１６３Ｈ、およびＸＯＲゲート１６４としては公知のものを用いることができる。

次に、本実施形態の特徴であるｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置１００の動作について説明する。
ｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置１００には、図２に示すように、光源１０から出射され入力光が、ＳＭＦＣ１１を介して入力される。入力光は、ＳＭＦＣ１１１により２つに分岐され、一方は第１の光路１２１へ、他方は第２の光路１３１へと導かれる。

第１の光路１２１へ導かれた入力光は、第１の偏光コントローラ１２５により偏光の状態が制御された後に第１の直線偏光子１２３へ入射される。第１の直線偏光子１２３では、入射された入力光のうち、傾きが４５°の直線偏光のみが透過する。透過した直線偏光は、１／４波長板１２４によって円偏光に変換される。

第２の光路１３１へ導かれた入力光は、第２の偏光コントローラ１３５により偏光の状態が制御された後に第２の直線偏光子１３３へ入射される。第２の直線偏光子１３３では、入射された入力光のうち、傾きが４５°の直線偏光のみが透過する。

ビームスプリッタ１４１では、１／４波長板１２４によって変換された円偏光と、第２の直線偏光子１３３を透過した直線偏光とが合成されてサンプルクロック用干渉光が合成される。合成されたサンプルクロック用干渉光は、偏光ビームスプリッタ１５１に入射し、垂直偏光および水平偏光に分離される。

図３および図４に示すように、分離された垂直偏光は垂直偏光受光部１６１Ｖに入射し、垂直偏光受光部１６１Ｖは垂直偏光の明るさに応じてアナログ的に値が変動する垂直偏光信号ＳＶを出力する。水平偏光についても同様に水平偏光受光部１６１Ｈに入射し、水平偏光受光部１６１Ｈは水平偏光の明るさに応じて値が変動する水平偏光信号ＳＨを出力する。

ここで、図４（ａ）には、横軸を時間とし、縦軸を信号の値として表した垂直偏光信号ＳＶおよび水平偏光信号ＳＨが示されている。１／４波長板１２４により位相をシフトさせていることにより、垂直偏光信号ＳＶおよび水平偏光信号ＳＨの間にも１／４波長分の位相差が生じている。

垂直偏光信号ＳＶおよび水平偏光信号ＳＨは、それぞれバンドパスフィルタ１６２Ｖおよびバンドパスフィルタ１６２Ｈにおいてノイズ成分がカットされる。その後、コンパレータ１６３Ｖおよびコンパレータ１６３Ｈにより矩形波状に値が変動するデジタル的な信号に変換される。

具体的には、変換前の信号の値が０未満の場合には比較して低い値（例えば０）を持つ信号に変換し、変換前の信号の値が０を超える場合には比較して高い値（例えば１）を持つ信号に変換する処理が行われる。言い換えると、変換前の信号が０を超えて変化するたびに、変換後の信号の値を高い値から低い値へ、または、低い値から高い値へ変動させる変換が行われる。

図４（ｂ）には、コンパレータ１６３Ｖおよびコンパレータ１６３Ｈにより変換された後の垂直偏光信号ＳＶおよび水平偏光信号ＳＨが示されている。変換後の垂直偏光信号ＳＶおよび水平偏光信号ＳＨにおいても、変換前と同様に、１／４波長分の位相差が生じている。

コンパレータ１６３Ｖおよびコンパレータ１６３Ｈにより変換された後の垂直偏光信号ＳＶおよび水平偏光信号ＳＨは、ＸＯＲゲート１６４に入力される。ＸＯＲゲート１６４は、入力された垂直偏光信号ＳＶおよび水平偏光信号ＳＨに基づいてサンプルクロック信号を求める処理を行う。図４（ｃ）には、ＸＯＲゲート１６４により求められたサンプルクロック信号が示されている。

上記の構成のｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置１００によれば、第１の光路１２１で導かれる入力光の位相を１／４波長板１２４でシフトさせることにより、ＸＯＲゲート１６４で生成されるサンプルクロック信号の周波数における、入力光の周波数による影響を抑えつつ逓倍化させること（本実施形態では２倍にすること）ができる。

１／４波長板１２４によってシフトされる入力光の位相は、電気的な処理で位相をシフトさせる方法と比較して、入力信号である入力光の周波数の影響を受けにくい。特に、１／４波長板１２４は、入力光における周波数変化が時間に対して線形であっても、非線形であっても位相をシフトさせる量に影響が出にくい。そのため、周波数が掃引された光が入力されても、ＸＯＲゲート１６４で生成されるサンプルクロック信号への影響を抑えられる。また、１／４波長板１２４により位相をシフトさせる場合には、電気的な処理で生じるようなノイズが発生しにくくなる。そのため、前述のノイズがサンプルクロック信号に影響を与える可能性が低い。

第１の光路１２１に第１の直線偏光子１２３を配置し、第２の光路１３１に第２の直線偏光子１３３を配置することにより、例えば、第１の光路１２１および第２の光路１３１に入力光を導く単一モードファイバを用いることができる。単一モードファイバは、偏波保存ファイバ等と比較して価格が安く扱いが容易となる。また、１／４波長板１２４を光学位相シフタとして用いることにより、位相のシフト量を９０°としてサンプルクロック信号の周波数を２倍とすることができる。

なお、上述のサンプルクロック信号における周波数の増加程度は、第１の光路１２１における光の位相シフト量により調節することができる。例えば、上述の実施形態のように、１／４波長板１２４を用いて位相のシフト量を９０°とすることによりサンプルクロック信号の周波数を２倍にできる。また、１／８波長板を用いて位相のシフト量を４５°とするとサンプルクロック信号の周波数を４倍にできる。

なお、第１の直線偏光子１２３を透過した直線偏光と、第２の直線偏光子１３３を透過した直線偏光と、は互いに独立したものである。そのため、直線偏光の傾きは、上述の実施形態のように４５°同士で同じでも良いし、一方が＋４５°他方が−４５°であってもよいし、−４５°同士で同じであってもよい。そのため、ｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置１００における第１の直線偏光子１２３および第２の直線偏光子１３３の選択枝が広がり、構成の自由度が高くなる。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態に係るＳＳ−ＯＣＴついて図５を参照しながら説明する。本実施形態のＳＳ−ＯＣＴの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、ｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図５を用いてｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置についてのみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。

本実施形態のｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置（サンプルクロック発生装置）２００には、図５に示すように、サンプルクロック用干渉光を生成する干渉光学系２１０と、サンプルクロック信号を生成する演算部１６０と、が主に設けられている。

干渉光学系２１０には、ＰＭＦＣ（偏波保存ファイバカプラ）２１１と、第１の光ファイバ（第１の偏波保存ファイバ）２２２および１／４波長板１２４から主に構成される第１の光路２２１と、第２の光ファイバ（第２の偏波保存ファイバ）２３２から主に構成される第２の光路２３１と、ビームスプリッタ１４１と、偏光ビームスプリッタ１５１と、が主に設けられている。

ＰＭＦＣ２１１は、ＳＭＦＣ１１により分岐された入力光を、第１の光路２２１および第２の光路２３１に更に分岐するものであり、かつ、入力光を直線偏光として第１の光路２２１および第２の光路２３１に導くものである。分岐された直線偏光は第１の光路２２１の第１の光ファイバ２２２に導かれるとともに、第２の光路２３１の第２の光ファイバ２３２に導かれる。なお、ＰＭＦＣ２１１としては、公知の構成のものを用いることができ、特に構成を限定するものではない。

ＳＭＦＣ１１およびＰＭＦＣ２１１の間には、導かれる入力光の偏光を制御する偏光コントローラ２１２が配置されている。偏光コントローラ２１２によって入力光の偏光を制御することにより、ＰＭＦＣ２１１から第１の光路２２１および第２の光路２３１に導かれる直線偏光の割合を増やすことができる。

第１の光ファイバ２２２は、１／４波長板１２４とともに第１の光路２２１を構成する光学素子である。第１の光ファイバ２２２は、１／４波長板１２４に向かって傾きが４５°の直線偏光を出射するように配置されている。第２の光ファイバ２３２は、第２の光路２３１を構成する光学素子であり、ビームスプリッタ１４１に向かって傾きが４５°の直線偏光を出射するように配置されている。

なお、本実施形態において第１の光ファイバ２２２および第２の光ファイバ２３２は、直線偏光の状態を保ちつつ光を導く偏波保存ファイバ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ ｆｉｂｅｒ）から構成されている例に適用して説明する。

次に、本実施形態の特徴であるｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置２００の動作について説明する。
ｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置２００には、図５に示すように、光源１０から出射され入力光が、ＳＭＦＣ１１を介して入力される。入力光は、ＰＭＦＣ２１１により２つに分岐され、一方は第１の光路２２１へ、他方は第２の光路２３１へと導かれる。

第１の光路２２１へ導かれた直線偏光は、傾きが４５°の直線偏光として１／４波長板１２４に出射され、１／４波長板１２４によって円偏光に変換される。第２の光路２３１へ導かれた直線偏光は、傾きが４５°の直線偏光としてビームスプリッタ１４１に向けて出射される。

ビームスプリッタ１４１では、１／４波長板１２４によって変換された円偏光と、第２の光路２３１により導かれた直線偏光とが合成されてサンプルクロック用干渉光が合成される。合成されたサンプルクロック用干渉光は、偏光ビームスプリッタ１５１に入射し、垂直偏光および水平偏光に分離される。以降については第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

上記の構成のｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置２００によれば、ＰＭＦＣ２１１、第１の光ファイバ２２２および第２の光ファイバ２３２が設けられることにより、第１の光路２２１および第２の光路２３１に直線偏光子を配置する第１の実施形態のような場合と比較して、ｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置２００を形成する構成要素の点数を減らすことができる。

〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態に係るＳＳ−ＯＣＴついて図６を参照しながら説明する。本実施形態のＳＳ−ＯＣＴの基本構成は、第２の実施形態と同様であるが、第２の実施形態とは、ｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図６を用いてｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置についてのみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。

本実施形態のｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置（サンプルクロック発生装置）３００には、図６に示すように、サンプルクロック用干渉光を生成する干渉光学系３１０と、サンプルクロック信号を生成する演算部３６０と、が主に設けられている。

干渉光学系３１０には、ＰＭＦＣ２１１と、第１の光ファイバ２２２および１／４波長板１２４から主に構成される第１の光路２２１と、第２の光ファイバ２３２から主に構成される第２の光路２３１と、ビームスプリッタ１４１と、第１の偏光ビームスプリッタ３５１Ａおよび第２の偏光ビームスプリッタ３５１Ｂと、が主に設けられている。

第１の偏光ビームスプリッタ３５１Ａは、ビームスプリッタ１４１で生成された第１のサンプルクロック用干渉光を、互いに直交する直線偏光である垂直偏光（第１の一方の直線偏光）および水平偏光（第１の他方の直線偏光）に分離する光学素子である。第２の偏光ビームスプリッタ３５１Ｂは、ビームスプリッタ１４１で生成された第２のサンプルクロック用干渉光を、互いに直交する直線偏光である垂直偏光（第２の一方の直線偏光）および水平偏光（第２の他方の直線偏光）に分離する光学素子である。

第１の偏光ビームスプリッタ３５１Ａは、ビームスプリッタ１４１から出射される２つのサンプルクロック用干渉光のうち、一方である第１のサンプルクロック用干渉光が入射される位置に配置され、第２の偏光ビームスプリッタ３５１Ｂは他方である第２のサンプルクロック用干渉光が入射される位置に配置されている。なお、第１の偏光ビームスプリッタ３５１Ａおよび第２の偏光ビームスプリッタ３５１Ｂとしては、公知のものを用いることができる。

演算部３６０は、垂直偏光受光部１６１Ｖおよび水平偏光受光部１６１Ｈの代わりに、垂直偏光受光部（一方の受光部）３６１Ｖおよび水平偏光受光部（他方の受光部）３６１Ｈが用いられている点を除き、第１の実施形態における演算部１６０と同一の構成を有している。

垂直偏光受光部３６１Ｖはバランス型光検出器であり、第１の偏光ビームスプリッタ３５１Ａおよび第２の偏光ビームスプリッタ３５１Ｂにより分離された垂直偏光が入力されるものである。水平偏光受光部３６１Ｈはバランス型光検出器であり、第１の偏光ビームスプリッタ３５１Ａおよび第２の偏光ビームスプリッタ３５１Ｂにより分離された水平偏光が入力されるものである。

垂直偏光受光部３６１Ｖおよび水平偏光受光部３６１Ｈと、第１の偏光ビームスプリッタ３５１Ａとの間には、それぞれ垂直偏光を導く第１のレンズ３５２ＡＶおよび第１のファイバ３５３ＡＶと、水平偏光を導く第１のレンズ３５２ＡＨおよび第１のファイバ３５３ＡＨとが配置されている。

また、垂直偏光受光部３６１Ｖおよび水平偏光受光部３６１Ｈと、第２の偏光ビームスプリッタ３５１Ｂ１５１との間には、それぞれ垂直偏光を導く第２のレンズ３５２ＢＶおよび第２のファイバ３５３ＢＶと、水平偏光を導く第２のレンズ３５２ＢＨおよび第２のファイバ３５３ＢＨとが配置されている。

次に、本実施形態の特徴であるｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置３００の動作について説明する。光源１０から出射された入力光がｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置３００に入力されてから、ビームスプリッタ１４１において第１および第２のサンプルクロック用干渉光が合成されるまでは第２の実施形態と同様な動作を行うため、その説明を省略する。

ビームスプリッタ１４１で合成された第１および第２のサンプルクロック用干渉光は、異なる２つの方向に向かって出射され、両者の間には１８０°の位相差が含まれる。その一方のサンプルクロック用干渉光は、第１の偏光ビームスプリッタ３５１Ａに入射され、垂直偏光および水平偏光に分離される。他方のサンプルクロック用干渉光は、第２の偏光ビームスプリッタ３５１Ｂに入射され、垂直偏光および水平偏光に分離される。

第１の偏光ビームスプリッタ３５１Ａおよび第２の偏光ビームスプリッタ３５１Ｂで分離された垂直偏光は垂直偏光受光部３６１Ｖに入射される。その一方で、第１の偏光ビームスプリッタ３５１Ａおよび第２の偏光ビームスプリッタ３５１Ｂで分離された水平偏光は水平偏光受光部３６１Ｈに入射される。垂直偏光受光部３６１Ｖは、入射された位相が１８０°異なる２つの垂直偏光を用いた差分検出を行い、垂直偏光信号ＳＶを出力する。水平偏光受光部３６１Ｈは、入射された位相が１８０°異なる２つの水平偏光を用いた差分検出を行い、垂直偏光信号ＳＶを出力する。以降の動作については第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

上記の構成のｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置３００によれば、位相が１８０°異なる２つのサンプルクロック用干渉光を利用することにより、サンプルクロック信号を生成する際に利用される入力光の割合（利用効率）が高くなる。サンプルクロック用干渉光の一方または他方のみを利用する場合と比較して、サンプルクロック信号の生成に寄与する成分とそれ以外の成分の比であるＳＮ比を高めることができる。

また、垂直偏光受光部３６１Ｖおよび水平偏光受光部３６１Ｈはバランス型光検出器であるため、上述のように、位相が１８０°異なる直線偏光を用いた差分検出が可能となり、干渉縞（フリンジ）における明暗差を高めることができる。その他に、垂直偏光受光部３６１Ｖで受光される２つの垂直偏光に共通して含まれるノイズ（コモンノイズ）や、水平偏光受光部３６１Ｈで受光される２つの水平偏光に共通して含まれるノイズをキャンセルすることができる。

〔第４の実施形態〕
次に、本発明の第４の実施形態に係るＳＳ−ＯＣＴついて図７を参照しながら説明する。

本実施形態のＳＳ−ＯＣＴの基本構成は、第３の実施形態と同様であるが、第３の実施形態とは、ｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図７を用いてｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置についてのみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。

本実施形態のｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置（サンプルクロック発生装置）４００には、図７に示すように、サンプルクロック用干渉光を生成する干渉光学系４１０と、サンプルクロック信号を生成する演算部３６０と、が主に設けられている。

干渉光学系４１０には、ＳＭＦＣ４１１と、ＰＭＦＣ２１１と、第１の光ファイバ２２２および１／４波長板１２４から主に構成される第１の光路２２１と、第２の光ファイバ２３２から主に構成される第２の光路２３１と、ビームスプリッタ１４１と、偏光ビームスプリッタ１５１と、が主に設けられている。

ＳＭＦＣ４１１は、光源１０から出射された入力光をＰＭＦＣ２１１と、垂直偏光受光部３６１Ｖおよび水平偏光受光部３６１Ｈとに向けて分岐するものである。ＳＭＦＣ４１１と、垂直偏光受光部３６１Ｖおよび水平偏光受光部３６１Ｈとの間には、入力光を更に分岐するＳＭＦＣ４１２が配置されている。ＳＭＦＣ４１２で分岐された一方の入力光は、光ファイバ４５３Ｖに導かれて垂直偏光受光部３６１Ｖに入射され、他方の入力光は、光ファイバ４５３Ｈに導かれて水平偏光受光部３６１Ｈに入射されている。

次に、本実施形態の特徴であるｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置４００の動作について説明する。光源１０から出射された入力光がｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置４００に入力されてから、偏光ビームスプリッタ１５１で分離された垂直偏光が垂直偏光受光部３６１Ｖに入射され、水平偏光が水平偏光受光部３６１Ｈに入射されるまでは、第３の実施形態と同様な動作を行うため、その説明を省略する。

ＳＭＦＣ４１１により分岐されＳＭＦＣ４１２に入射された入力光は、更に分岐されて光ファイバ４５３Ｖを介して垂直偏光受光部３６１Ｖに入射されるとともに、光ファイバ４５３Ｈを介して水平偏光受光部３６１Ｈに入射される。垂直偏光受光部３６１Ｖは、入射された垂直偏光および入力光を用いた差分検出を行い、垂直偏光信号ＳＶを出力する。水平偏光受光部３６１Ｈは、入射された水平偏光および入力光を用いた差分検出を行い、垂直偏光信号ＳＶを出力する。以降の動作については第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

上記の構成のｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置４００によれば、バランス型光検出器である垂直偏光受光部３６１Ｖを用いて入力光および垂直偏光の差分を検出する構成とし、同じくバランス型光検出器である水平偏光受光部３６１Ｈを用いて入力光および水平偏光の差分を検出する構成としたことにより、入力光および垂直偏光に共通して含まれるノイズ（コモンノイズ）、入力光および水平偏光に共通して含まれるノイズを低減することができる。

上述のように、垂直偏光受光部３６１Ｖに入力光および垂直偏光を入射し、水平偏光受光部３６１Ｈに入力光および水平偏光を入射する構成とすることにより、第３の実施形態の構成と比較して、簡単な構成で、上述した共通して含まれるノイズ等を低減できると共に、光軸合わせ等の光学調整も容易となる。

〔第５の実施形態〕
次に、本発明の第５の実施形態に係るＳＳ−ＯＣＴついて図８を参照しながら説明する。

本実施形態のＳＳ−ＯＣＴの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、ｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図８を用いてｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置についてのみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。

本実施形態では、マイケルソン干渉計を用いたｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置５００の例に適用して説明する。ｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置１００には、図８に示すように、サンプルクロック用干渉光を生成する干渉光学系５１０と、サンプルクロック信号を生成する演算部３６０と、が主に設けられている。

干渉光学系５１０には、ＳＭＦＣ１１１と、偏光ビームスプリッタ（分離部）５５１と、ビームスプリッタ（干渉光生成部）５４１と、１／８波長板（光学位相シフタ）５２４および第１のミラー（第１の反射部）５２５から少なくとも構成される第１の光路５２１と、１／４波長板５３４および第２のミラー（第２の反射部）５３５から少なくとも構成される第２の光路５３１と、が主に設けられている。

ＳＭＦＣ１１１は、ＳＭＦＣ１１により分岐された入力光を、偏光ビームスプリッタ５５１およびＳＭＦＣ４１２に向けて更に分割するものである。ＳＭＦＣ１１１と偏光ビームスプリッタ５５１との間には、偏光コントローラ５１２と、サーキュレータ５１３とが配置されている。

偏光コントローラ５１２は、ＳＭＦＣ１１１から偏光ビームスプリッタ５５１に導かれる入力光の偏光の状態を制御するものである。入力光の偏光の状態を制御することにより、偏光ビームスプリッタ５５１を透過する偏光の割合を増やすことができる。

サーキュレータ５１３は、ＳＭＦＣ１１１から偏光ビームスプリッタ５５１に向かって入力光を導くとともに、偏光ビームスプリッタ５５１から垂直偏光受光部３６１Ｖに向かって垂直偏光を導くものである。

偏光ビームスプリッタ５５１は、ＳＭＦＣ１１１から導かれた入力光のうち垂直偏光のみを透過し、ビームスプリッタ５４１へ出射する光学素子である。また、ビームスプリッタ５４１から出射されたサンプルクロック用干渉光を、互いに直交する直線偏光である、垂直偏光および水平偏光に分離する光学素子でもある。

偏光ビームスプリッタ５５１におけるＳＭＦＣ１１１側にはレンズ５５２が配置され、水平偏光受光部３６１Ｈ側にはレンズ５５３が配置されている。レンズ５５２は、ＳＭＦＣ１１１から光ファイバを介して導かれた光を平行光として偏光ビームスプリッタ５５１に入射させるものであり、かつ、偏光ビームスプリッタ５５１で分離された垂直偏光を光ファイバに入射させるものである。レンズ５５３は、偏光ビームスプリッタ５５１で分離された水平偏光を光ファイバに入射させるものである。

ビームスプリッタ５４１は、偏光ビームスプリッタ５５１から導かれる垂直偏光を２つに分離する光学素子であり、かつ、１／８波長板５２４から出射される円偏光および１／４波長板５３４から出射される傾きが４５°の直線偏光を合成してサンプルクロック用干渉光を生成する光学素子である。

ビームスプリッタ５４１における垂直偏光が出射する２つ面の一方には、１／８波長板５２４および第１のミラー５２５が隣接して配置され、他方には１／４波長板５３４および第２のミラー５３５が隣接して配置されている。１／８波長板５２４は入射された光の位相を１／８波長だけ遅らせる光学素子であり、１／４波長板５３４は入射された光の位相を１／４波長だけ遅らせる光学素子である。

第１のミラー５２５は、１／８波長板５２４を透過した光が入射される反射鏡であり、反射された光は１／８波長板５２４に入射される。また、１／８波長板５２４と第１のミラー５２５との間には、第１のレンズ５２６が配置されている。

第２のミラー５３５は、１／４波長板５３４を透過した光が入射される反射鏡であり、反射された光は１／４波長板５３４に入射される。また、１／４波長板５３４と第２のミラー５３５との間には、第２のレンズ５３６が配置されている。

次に、本実施形態の特徴であるｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置５００の動作について説明する。
ｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置５００のＳＭＦＣ１１１には、図８に示すように、入力光が入力される。入力光は、ＳＭＦＣ１１１により２つに分岐され、一方は偏光ビームスプリッタ５５１に向けて導かれ、他方はＳＭＦＣ４１２に向けて導かれる。

偏光ビームスプリッタ５５１に向けて導かれた入力光は、偏光コントローラ５１２により偏光の状態が制御された後、サーキュレータ５１３を介して偏光ビームスプリッタ５５１に入射される。偏光ビームスプリッタ５５１では入力光が垂直偏光と水平偏光に分離され、垂直偏光はビームスプリッタ５４１に向けて出射される。

ビームスプリッタ５４１では垂直偏光を２つに分岐させ、一方を１／８波長板５２４に向けて出射し、他方を１／４波長板５３４に向けて出射する。１／８波長板５２４では、入射した垂直偏光が１／８波長板５２４を透過し、第１のミラー５２５で反射されて再び１／８波長板５２４を透過することにより円偏光に変換される。１／４波長板５３４では、入射した直線偏光が１／４波長板５３４を透過し、第２のミラー５３５で反射されて再び１／４波長板５３４を透過することにより傾きが４５°の直線偏光に変換される。

１／８波長板５２４により変換された円偏光、および、１／４波長板５３４により変換された傾きが４５°の直線偏光は、ビームスプリッタ５４１において合成されてサンプルクロック用干渉光となる。サンプルクロック用干渉光は、偏光ビームスプリッタ５５１に入射して垂直偏光および水平偏光に分離される。分離された垂直偏光は、サーキュレータ５１３を介して垂直偏光受光部３６１Ｖに入射される。その一方、分離された水平偏光は、水平偏光受光部３６１Ｈに入射される。

ＳＭＦＣ１１１で分岐されＳＭＦＣ４１２に導かれた入力光は、ＳＭＦＣ４１２において更に分岐され、一方は垂直偏光受光部３６１Ｖに入射され、他方は水平偏光受光部３６１Ｈに入射される。垂直偏光受光部３６１Ｖは、入射された垂直偏光および入力光を用いた差分検出を行い、垂直偏光信号ＳＶを出力する。水平偏光受光部３６１Ｈは、入射された水平偏光および入力光を用いた差分検出を行い、垂直偏光信号ＳＶを出力する。以降の動作については第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

上記の構成のｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置５００によれば、第１の実施形態から第４の実施形態のようにマッハツェンダー干渉計を用いるだけでなく、マイケルソン干渉計を用いたｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置５００を構成することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、本発明を上記の実施形態に適用したものに限られることなく、これらの実施形態を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定するものではない。

１…ＳＳ−ＯＣＴ（光断層画像装置）、１０…光源、３１…測定光学系、４１…参照光学系、５１…受光部、５５…信号処理部、６０…サンプル（被検物）、１００，２００，３００，４００，５００…ｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置（サンプルクロック発生装置）、１１０，２１０，３１０，４１０，５１０…干渉光学系、１２１，２２１，５２１…第１の光路、１２３…第１の直線偏光子、１２４…１／４波長板（光学位相シフタ）、１３１，２３１，５３１…第２の光路、１３３…第２の直線偏光子、１４１，５４１…ビームスプリッタ（干渉光生成部）、１５１，５５１…偏光ビームスプリッタ（分離部）、１６０，３６０…演算部、１６１Ｖ，３６１Ｖ…垂直偏光受光部（一方の受光部）、１６１Ｈ，３６１Ｈ…水平偏光受光部（他方の受光部）、１６４…ＸＯＲゲート（信号生成部）、２１１…ＰＭＦＣ（偏波保存ファイバカプラ）、２２２…第１の光ファイバ（第１の偏波保存ファイバ）、２３２…第２の光ファイバ（第２の偏波保存ファイバ）、３５１Ａ…第１の偏光ビームスプリッタ、３５１Ｂ…第２の偏光ビームスプリッタ、５２４…１／８波長板（光学位相シフタ）、５２５…第１のミラー（第１の反射部）、５３４…１／４波長板、５３５…第２のミラー（第２の反射部）

Claims (11)

1. 光源から出射された周波数が掃引された入力光を受けてサンプルクロック信号を生成する光断層画像装置用サンプルクロック発生装置であって、
   前記入力光の一部が導かれる第１の光路と、前記入力光の別の一部が導かれる第２の光路と、前記第１の光路で導かれる前記入力光の位相をシフトさせる光学位相シフタと、前記第１の光路で導かれ位相シフトされた前記入力光および前記第２の光路に導かれた前記入力光を合成してサンプルクロック用干渉光を生成する干渉光生成部と、前記サンプルクロック用干渉光を位相の異なる一方の分離光および他方の分離光に分離する分離部と、を少なくとも備えた干渉光学系と、
   前記一方の分離光を少なくとも受光する一方の受光部と、前記他方の分離光を少なくとも受光する他方の受光部と、前記一方の受光部および前記他方の受光部から出力された信号に基づいて前記サンプルクロック信号を生成する信号生成部と、を少なくとも備えた演算部と、
   が設けられていることを特徴とする光断層画像装置用サンプルクロック発生装置。
2. 前記光学位相シフタに入射する前記入力光は、＋４５°または−４５°の傾きを有する第１の直線偏光であり、
   前記第２の光路から前記干渉光生成部に入射する前記入力光は、＋４５°または−４５°の傾きを有する第２の直線偏光であることを特徴とする請求項１記載の光断層画像装置用サンプルクロック発生装置。
3. 前記第１の光路における前記光学位相シフタの光入射側には、前記第１の直線偏光を透過する第１の直線偏光子が配置され、
   前記第２の光路には、前記第２の直線偏光を透過して前記干渉光生成部に入射させる第２の直線偏光子が配置されていることを特徴とする請求項２記載の光断層画像装置用サンプルクロック発生装置。
4. 所定の方向に直線偏光させる偏光制御部を透過した前記光源から出射された前記入力光を分岐させ前記第１の直線偏光を前記第１の光路に導き、前記第２の直線偏光を前記第２の光路に導く偏波保存ファイバカプラが更に設けられ、
   前記第１の光路は、前記第１の直線偏光を前記光学位相シフタに入射させる第１の偏波保存ファイバを少なくとも備え、
   前記第２の光路は、前記第２の直線偏光を前記干渉光生成部に入射させる第２の偏波保存ファイバを少なくとも備えていることを特徴とする請求項２記載の光断層画像装置用サンプルクロック発生装置。
5. 前記光学位相シフタは１／４波長板であることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の光断層画像装置用サンプルクロック発生装置。
6. 前記干渉光生成部から異なる二つの方向へ出射される前記サンプルクロック用干渉光のうちの第１のサンプルクロック用干渉光が入射され、前記第１のサンプルクロック用干渉光を位相の異なる第１の一方の分離光、および第１の他方の分離光に分離する第１の分離部と、第２のサンプルクロック用干渉光が入射され、前記第２のサンプルクロック用干渉光を位相の異なる第２の一方の分離光、および他方の分離光に分離する第２の分離部と、が設けられ、
   前記一方の受光部は、前記第１の分離部において分離された前記第１の一方の分離光、および前記第２の分離部において分離された前記第２の一方の分離光が入射されるバランス型光検出器であり、
   前記他方の受光部は、前記第１の分離部において分離された前記第１の他方の分離光、および前記第２の分離部において分離された前記第２の他方の分離光が入射されるバランス型光検出器であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光断層画像装置用サンプルクロック発生装置。
7. 前記干渉光生成部は、少なくとも、前記第１の光路で導かれ位相シフトされた前記入力光および前記第２の光路に導かれた前記入力光を合成して前記サンプルクロック用干渉光を生成するビームスプリッタであり、
   前記第１の分離部は、少なくとも、前記第１のサンプルクロック用干渉光を互いに直交する第１の一方の直線偏光および第１の他方の直線偏光に分離する第１の偏光ビームスプリッタであり、
   前記第２の分離部は、少なくとも、前記第２のサンプルクロック用干渉光を互いに直交する第２の一方の直線偏光および第２の他方の直線偏光に分離する第２の偏光ビームスプリッタであり、
   前記一方の受光部は、前記第１の分離部において分離された前記第１の一方の分離光、および前記第２の分離部において分離された前記第２の一方の分離光として、前記第１の偏光ビームスプリッタにおいて分離された前記第１の一方の直線偏光、および前記第２の偏光ビームスプリッタにおいて分離された前記第２の一方の直線偏光が入射されるバランス型光検出器であり、
   前記他方の受光部は、前記第１の分離部において分離された前記第１の他方の分離光、および前記第２の分離部において分離された前記第２の他方の分離光として、前記第１の偏光ビームスプリッタにおいて分離された前記第１の他方の直線偏光、および前記第２の偏光ビームスプリッタにおいて分離された前記第２の他方の直線偏光が入射されるバランス型光検出器であることを特徴とする請求項６記載の光断層画像装置用サンプルクロック発生装置。
8. 前記一方の分離光が入射される前記一方の受光部、および、前記他方の分離光が入力される前記他方の受光部はバランス型光検出器であり、
   前記一方の受光部および前記他方の受光部には、前記光源から出射された前記入力光も入射されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光断層画像装置用サンプルクロック発生装置。
9. 前記第１の光路および前記第２の光路には、導かれる光を折返し反射させる第１の反射部および第２の反射部がそれぞれ設けられ、
   前記第１の光路および前記第２の光路は、前記干渉光生成部から前記第１の反射部および前記第２の反射部の側では分離し、前記光源、前記一方の受光部および前記他方の受光部の側では重複しており、
   前記分離部は、前記第１の光路および前記第２の光路の重複部分に配置され、
   前記光源から出射された前記入力光のうち、前記分離部を透過した光が前記干渉光生成部に入射され、
   前記干渉光生成部を透過した光を反射させる前記第１の反射部および前記干渉光生成部の間には前記光学位相シフタである１／８波長板が配置され、
   前記干渉光生成部により反射された光を反射させる前記第２の反射部および前記干渉光生成部の間には１／４波長板が配置され、
   前記一方の受光部は、少なくとも、前記第１の反射部および前記第２の反射部で反射され前記干渉光生成部で合成された前記サンプルクロック用干渉光が、前記分離部で分離された少なくとも前記一方の直線偏光を少なくとも受光し、
   前記他方の受光部は、少なくとも、前記第１の反射部および前記第２の反射部で反射され前記干渉光生成部で合成された前記サンプルクロック用干渉光が、前記分離部で分離された前記他方の直線偏光を少なくとも受光することを特徴とする請求項１記載の光断層画像装置用サンプルクロック発生装置。
10. 前記干渉光生成部は、少なくとも、前記第１の光路で導かれ位相シフトされた前記入力光および前記第２の光路に導かれた前記入力光を合成して前記サンプルクロック用干渉光を生成するビームスプリッタであり、
    前記分離部は、少なくとも、前記サンプルクロック用干渉光を互いに直交する一方の直線偏光および他方の直線偏光に分離する偏光ビームスプリッタであり、
    前記一方の受光部は、前記一方の分離光として前記一方の直線偏光を受光し、
    前記他方の受光部は、前記他方の分離光として前記他方の直線偏光を受光することを特徴とする請求項１から５、８、および、９のいずれか１項に記載の光断層画像装置用サンプルクロック発生装置。
11. 周波数が掃引された入力光を出射する光源と、
    出射された前記入力光から分岐された入力光を被検物に照射し、かつ、前記被検物から反射した反射光を導く測定光学系と、
    分岐された他の光を参照光とする参照光学系と、
    前記測定光学系から導かれた前記反射光、および、前記参照光学系からの前記参照光を合成した測定用干渉光を受光し、測定用干渉信号を出力する受光部と、
    請求項１から請求項１０のいずれかに記載のサンプルクロック発生装置と、
    前記信号生成部により生成された前記サンプルクロック信号に基づいてサンプリングした前記測定用干渉信号をフーリエ解析し前記被検物の断層画像を演算処理により求める信号処理部と、
    が設けられていることを特徴とする光断層画像装置。