特開 2017-181115 光周波数領域反射測定装置及び光周波数領域反射測定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-181115(P2017-181115A)

(43)【公開日】2017年10月5日

(54)【発明の名称】光周波数領域反射測定装置及び光周波数領域反射測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/353 20060101AFI20170908BHJP

   G01B 11/16 20060101ALI20170908BHJP

   G01M 11/00 20060101ALI20170908BHJP

   G01N 21/45 20060101ALI20170908BHJP

【ＦＩ】

   G01D5/353 A

   G01B11/16 G

   G01M11/00 U

   G01N21/45 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】28

(21)【出願番号】特願2016-64715(P2016-64715)

(22)【出願日】2016年3月28日

(71)【出願人】

【識別番号】000000572

【氏名又は名称】アンリツ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100119677

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 賢治

(74)【代理人】

【識別番号】100115794

【弁理士】

【氏名又は名称】今下 勝博

(72)【発明者】

【氏名】森 隆

【テーマコード（参考）】

2F065

2F103

2G059

2G086

【Ｆターム（参考）】

2F065AA65

2F065BB12

2F065EE00

2F065FF52

2F065GG04

2F065GG25

2F065HH09

2F065JJ01

2F065LL00

2F065LL02

2F065QQ03

2F065QQ11

2F065QQ16

2F065QQ23

2F065QQ27

2F065QQ33

2F065UU05

2F103BA08

2F103CA03

2F103CA08

2F103EB05

2F103EC09

2F103EC14

2F103ED06

2F103ED27

2F103ED37

2F103FA01

2G059AA05

2G059BB15

2G059EE02

2G059EE05

2G059EE09

2G059JJ17

2G059JJ22

2G059MM01

2G086DD01

2G086DD04

(57)【要約】      （修正有）

【課題】被測定光ファイバの広い範囲にわたり波長掃引の非線形を補正する、光周波数領域反射測定装置を提供する。
【解決手段】掃引光源と、掃引光源の出力光の一部に所定の遅延時間差を与えて干渉させ補助干渉信号として出力する補助干渉計と、掃引光源の出力光の一部を被測定光ファイバに入力すると共に被測定光ファイバからの反射光と掃引光源の出力光の一部を干渉させ測定干渉信号として出力する測定干渉計と、補助干渉信号を用いて測定干渉信号に対して掃引光源の波長掃引の非線形を補正する線形化部と、線形化部の出力信号をフーリエ変換して周波数領域の信号を出力するフーリエ変換部と、を有する光周波数領域反射測定装置において、線形化部は各々異なる遅延時間を持つ複数の線形化部を有し、フーリエ変換部は複数の線形化部の出力信号に対してそれぞれ異なる重みをつけて加算しフーリエ変換された結果を出力する重み付き加算・フーリエ変換部を有する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

波長掃引された光を出力する掃引光源と、
前記掃引光源の出力光の一部に所定の遅延時間差を与えて干渉させ補助干渉信号として出力する補助干渉計と、
前記掃引光源の出力光の一部を被測定光ファイバに入力すると共に前記被測定光ファイバからの反射光と前記掃引光源の出力光の一部を干渉させ測定干渉信号として出力する測定干渉計と、
前記補助干渉信号を用いて前記測定干渉信号に対して前記掃引光源の波長掃引の非線形を補正する線形化部と、
前記線形化部の出力信号をフーリエ変換して周波数領域の信号を出力するフーリエ変換部と、を有する光周波数領域反射測定装置において、
各々異なる遅延時間を持つ複数の前記線形化部を有し、
前記フーリエ変換部は前記複数の線形化部の出力信号に対してそれぞれ異なる重みをつけて加算しフーリエ変換された結果を出力する重み付き加算及びフーリエ変換部である
光周波数領域反射測定装置。

【請求項2】

前記重み付き加算及びフーリエ変換部の重みは、
前記複数の線形化部の各遅延時間に対応した前記掃引光源の波長掃引の非線形による誤差が極小となる前記被測定光ファイバ上の各位置の間において前記被測定光ファイバ上の位置に対して直線的に変化する重み特性である
請求項１記載の光周波数領域反射測定装置。

【請求項3】

前記複数の線形化部は、
異なる遅延時間を持つ第１の線形化部と第２の線形化部とであり、
前記重み付き加算及びフーリエ変換部は、
前記第１の線形化部の出力信号と前記第２の線形化部の出力信号とに対してそれぞれ異なる重みをつけて加算しフーリエ変換された結果を出力する、
請求項１または２記載の光周波数領域反射測定装置。

【請求項4】

前記補助干渉計からの出力光を補助電気信号に変換する受光器と、
前記補助電気信号を一定のサンプリング周波数で補助ディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
前記補助ディジタル信号の位相が一定間隔となるサンプリングタイミングを算出するサンプリングタイミング算出部と、
前記サンプリングタイミングに第１の遅延時間を付加して第１のサンプリングタイミングを算出し、前記サンプリングタイミングに第２の遅延時間を付加して第２のサンプリングタイミングを算出する遅延時間付加部と、
前記測定干渉計からの出力光を測定電気信号に変換する受光器と、
前記測定電気信号を一定のサンプリング周波数で測定ディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
前記第１のサンプリングタイミングに従って前記測定ディジタル信号をリサンプリングして第１の測定ディジタル信号を出力する第１のリサンプリング部と、
前記第２のサンプリングタイミングに従って前記測定ディジタル信号をリサンプリングして第２の測定ディジタル信号を出力する第２のリサンプリング部と、
前記第１の測定ディジタル信号と前記第２の測定ディジタル信号とに対してそれぞれ異なる重みをつけて加算しフーリエ変換された結果を出力する重み付き加算及びフーリエ変換部と、
を有する請求項３記載の光周波数領域反射測定装置。

【請求項5】

前記補助干渉計からの出力光を補助電気信号に変換する受光器と、
前記補助電気信号の周波数に比例した周波数のサンプリングクロックを生成するサンプリングクロック生成部と、
前記サンプリングクロックに第１の遅延時間を付加して第１のサンプリングクロックを出力する第１の遅延器と、
前記サンプリングクロックに第２の遅延時間を付加して第２のサンプリングクロックを出力する第２の遅延器と、
前記測定干渉計からの出力光を測定電気信号に変換する受光器と、
前記測定電気信号を前記第１のサンプリングクロックに従って第１の測定ディジタル信号に変換する第１のＡ／Ｄ変換器と、
前記測定電気信号を前記第２のサンプリングクロックに従って第２の測定ディジタル信号に変換する第２のＡ／Ｄ変換器と、
前記第１の測定ディジタル信号と前記第２の測定ディジタル信号とに対してそれぞれ異なる重みをつけて加算しフーリエ変換された結果を出力する重み付き加算及びフーリエ変換部と、
を有する請求項３記載の光周波数領域反射測定装置。

【請求項6】

前記補助干渉計からの出力光に第１の遅延時間を付加する第１の遅延ファイバと、
前記補助干渉計からの出力光に第２の遅延時間を付加する第２の遅延ファイバと、
前記第１の遅延ファイバからの出力光を第１の補助電気信号に変換する第１の受光器と、
前記第２の遅延ファイバからの出力光を第２の補助電気信号に変換する第２の受光器と、
前記第１の補助電気信号から第１のサンプリングクロックを生成する第１のサンプリングクロック生成部と、
前記第２の補助電気信号から第２のサンプリングクロックを生成する第２のサンプリングクロック生成部と、
前記測定干渉計からの出力光を測定電気信号に変換する受光器と、
前記測定電気信号を前記第１のサンプリングクロックに従って第１の測定ディジタル信号に変換する第１のＡ／Ｄ変換器と、
前記測定電気信号を前記第２のサンプリングクロックに従って第２の測定ディジタル信号に変換する第２のＡ／Ｄ変換器と、
前記第１の測定ディジタル信号と前記第２の測定ディジタル信号とに対してそれぞれ異なる重みをつけて加算しフーリエ変換された結果を出力する重み付き加算及びフーリエ変換部と、
を有する請求項３記載の光周波数領域反射測定装置。

【請求項7】

前記補助干渉計からの出力光を補助電気信号に変換する受光器と、
前記補助電気信号の周波数に比例した周波数のサンプリングクロックを生成するサンプリングクロック生成部と、
前記測定干渉計からの出力光に第１の遅延時間を付加する第１の遅延ファイバと、
前記測定干渉計からの出力光に第２の遅延時間を付加する第２の遅延ファイバと、
前記第１の遅延ファイバからの出力光を第１の測定電気信号に変換する第１の受光器と、
前記第２の遅延ファイバからの出力光を第２の測定電気信号に変換する第２の受光器と、
前記第１の測定電気信号を前記サンプリングクロックに従って第１の測定ディジタル信号に変換する第１のＡ／Ｄ変換器と、
前記第２の測定電気信号を前記サンプリングクロックに従って第２の測定ディジタル信号に変換する第２のＡ／Ｄ変換器と、
前記第１の測定ディジタル信号と前記第２の測定ディジタル信号とに対してそれぞれ異なる重みをつけて加算しフーリエ変換された結果を出力する重み付き加算及びフーリエ変換部と、
を有する請求項３記載の光周波数領域反射測定装置。

【請求項8】

前記サンプリングタイミング算出部は、
前記補助ディジタル信号を複素ディジタル信号に変換するディジタルフィルタと、
前記複素ディジタル信号の位相を算出する位相算出部と、前記位相が一定間隔となるタイミングを算出するタイミング算出部と、
を有する請求項４記載の光周波数領域反射測定装置。

【請求項9】

前記サンプリングクロック生成部は、
前記補助電気信号と所定の電圧とを比較して前記サンプリングクロックを出力するコンパレータである請求項５または請求項７記載の光周波数領域反射測定装置。

【請求項10】

前記第１のサンプリングクロック生成部は、前記第１の補助電気信号と所定の電圧とを比較して前記第１のサンプリングクロックを出力するコンパレータであり、
前記第２のサンプリングクロック生成部は、前記第２の補助電気信号と所定の電圧とを比較して前記第２のサンプリングクロックを出力するコンパレータである
請求項６記載の光周波数領域反射測定装置。

【請求項11】

前記重み付き加算及びフーリエ変換部は、
前記第１の測定ディジタル信号に第１の重み特性をかけ第１の遅延時間調整を行なう第１の時間領域フィルタと、
前記第２の測定ディジタル信号に第２の重み特性をかけ第２の遅延時間調整を行なう第２の時間領域フィルタと、
前記第１の時間領域フィルタの出力と前記第２の時間領域フィルタの出力とを加算する加算器と、
前記加算器の出力をフーリエ変換するフーリエ変換部と、を有する
請求項４から請求項１０のいずれかに記載の光周波数領域反射測定装置。

【請求項12】

前記重み付き加算及びフーリエ変換部は、
前記第１の測定ディジタル信号をフーリエ変換する第１のフーリエ変換部と、
前記第２の測定ディジタル信号をフーリエ変換する第２のフーリエ変換部と、
前記第１のフーリエ変換部の出力信号に第１の重み特性をかけ第１の遅延時間調整を行なう第１の周波数領域フィルタと、
前記第２のフーリエ変換部の出力信号に第２の重み特性をかけ第２の遅延時間調整を行なう第２の周波数領域フィルタと、
前記第１の周波数領域フィルタの出力信号と前記第２の周波数領域フィルタの出力信号とを加算する加算器と、を有する
請求項４から請求項１０のいずれかに記載の光周波数領域反射測定装置。

【請求項13】

波長掃引された光を補助干渉計と被測定光ファイバを含む測定干渉計とに入力し、前記補助干渉計の出力信号を用いて前記測定干渉計の出力信号に対して波長掃引の非線形を補正する線形化処理を行なった後、フーリエ変換して周波数領域の信号を出力する光周波数領域反射測定方法において、各々遅延時間の異なる複数の線形化処理を行ない、複数の線形化処理された信号を重み付き加算し、フーリエ変換して周波数領域の信号を出力する
光周波数領域反射測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、波長掃引光源を用いて被測定光ファイバの歪みまたは温度分布を測定する光周波数領域反射測定方法および装置に関し、波長掃引光源の光周波数の掃引特性が直線でない場合において発生する誤差を補正する手法に関する。

【背景技術】

【0002】

以下に基本構成を説明する。関連技術では、光周波数領域反射測定法（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ； ＯＦＤＲ）を用いた光ファイバの歪みや温度の測定が行なわれている。関連技術に係る光周波数領域反射測定法の基本構成を図１（ａ）に示す。

【0003】

掃引光源１は時間に対して光周波数が直線的に変化するように波長掃引された光を出力する。測定干渉計４は、入力された光を２つに分岐し、一方の光を被測定光ファイバに入力する。そして、被測定光ファイバからの反射光と他方の光（基準光）とを合波して出力する。例えば、図１（ｂ）に示すように、入力光を光カプラ４１ａで２つに分岐し、一方の光を光サーキュレータ４２ａの第１端子に入力する。光サーキュレータ４２ａの第１端子に入力された光は第２端子から出力され、被測定光ファイバ４３ａに入力される。

【0004】

被測定光ファイバ４３ａからの反射光は光サーキュレータ４２ａの第２端子に入力され、第３端子から出力される。光サーキュレータ４２ａの第３端子から出力された光と、光カプラ４１ａで分岐した他方の光（基準光）とを光カプラ４５ａで合波して出力する。

【0005】

測定干渉計４から出力される光を受光器１１に入力し、光の強度に比例した電気信号に変換する。ここで被測定光ファイバ４３ａからの反射光と基準光の干渉によるビートが電気信号として出力される。受光器から出力される電気信号はＡ／Ｄ変換器１２によりディジタル信号に変換され、フーリエ変換部６０にてフーリエ変換が行なわれる。

【0006】

図２（ａ）に示すように、被測定光ファイバ４３ａにａ点，ｂ点，ｃ点の３つの反射点を想定し、被測定光ファイバ４３ａの近端ｏ点からの距離をＬ_ａ，Ｌ_ｂ，Ｌ_ｃとする。光カプラ４１ａから被測定光ファイバ４３ａの近端ｏ点で反射して光カプラ４５ａまでの距離と、光カプラ４１ａから光カプラ４５ａまでの基準光の距離を等しくすると、被測定光ファイバ４３ａのａ点で反射した光は基準光に比べてｔ_ａ＝２ｎＬ_ａ／ｃだけ時間が遅れて光カプラ４５ａで合波される。

【0007】

ここでｎは被測定光ファイバ４３ａの屈折率、ｃは光速である。同様にｂ点，ｃ点で反射した光はｔ_ｂ＝２ｎＬ_ｂ／ｃ，ｔ_ｃ＝２ｎＬ_ｃ／ｃだけ時間が遅れる。基準光の光周波数ν_ｒ，ａ点からの反射光の光周波数ν_ａ，ｂ点からの反射光の光周波数ν_ｂ，ｃ点からの反射光の光周波数ν_ｃは図２（ｂ）のようになる。掃引光源１の出力光の単位時間当たりの光周波数変化量をＳとすると、ａ点からの反射光と基準光の干渉によるビート周波数ｆ_ａは式１のように示される。同様にｂ点およびｃ点からの反射光と基準光の干渉によるビート周波数ｆ_ｂおよびｆ_ｃは式２及び３となる。

【数1】

【数2】

【数3】

【0008】

式１〜３によって、受信信号をフーリエ変換すると、図２（ｃ）のように距離Ｌ_ａ，Ｌ_ｂ，Ｌ_ｃに比例した周波数ｆ_ａ，ｆ_ｂ，ｆ_ｃのビート信号が観測される。なお、各点での反射率は十分小さいと仮定し、多重反射は無視している。以上のように、光周波数領域反射測定法によって、被測定光ファイバからの反射の長手方向の分布を測定することが出来る。

【0009】

線形化処理を含む構成を以下に説明する。光周波数領域反射測定法では、時間に対して光周波数が直線的に変化する波長掃引光源が必要であるが、実際の光源では直線からのずれが存在する。特に機械的に波長を掃引する外部共振器レーザの場合は完全に直線的に光周波数を変化させることが難しい。

【0010】

例えば、時間に対して光の波長が直線的に変化する掃引や、光の波長が正弦波的に変化する掃引の場合がある。正弦波的な掃引の場合は、正弦波のうちの比較的直線に近い領域のみを使用することにより、直線に近い掃引を得ることが出来るが、使用可能な波長範囲が狭くなる問題があった。このため、被測定光ファイバを含む測定干渉計とは別の補助干渉計を用意し、波長掃引の非線形を補正する手法が従来から提案されている。

【0011】

線形化処理を含む光周波数領域反射測定法の構成を図３（ａ）に示す。光分岐部２は、掃引光源１からの光を２つに分岐し、補助干渉計３と測定干渉計４にそれぞれ入力する。補助干渉計３は、入力された光を２つに分岐し、それぞれ異なる遅延時間を与えて合波する。例えば、図３（ｂ）に示すように、入力光を光カプラ３１ａで２つに分岐し、一方は所定の長さの遅延ファイバ３２ａを経由し、他方は遅延ファイバ無しで、それぞれ光カプラ３４ａに入力され合波される。

【0012】

線形化部として機能する線形化手段５は、補助干渉計３の出力信号を用いて測定干渉計４の出力信号に対して掃引光源１の非線形を補正する線形化処理を行なう。例えば、図３（ｃ）に示すように、補助干渉計３の出力を受光器１１’で電気信号に変換すると掃引速度に比例した周波数の正弦波のビート信号が得られる。サンプリングタイミング算出部として機能するサンプリングタイミング算出手段１３は、前記正弦波の位相が一定間隔となるタイミングを出力する。例えば、コンパレータで前記正弦波のゼロクロス点を検出すると、コンパレータ出力の立上りは前記正弦波の位相が２πの間隔となる。

【0013】

測定干渉計４の出力を受光器１１で電気信号に変換し、サンプリング部として機能するサンプリング手段１５は、サンプリングタイミング算出部として機能するサンプリングタイミング算出手段１３の出力に所定の遅延時間δｔを付加したタイミングでサンプリングし、ディジタル信号に変換する。図３（ｃ）では、サンプリングタイミング算出手段１３の出力に応じてサンプリング手段１５でＡ／Ｄ変換する構成を示したが、一定のサンプリング周波数で測定干渉計４の出力をＡ／Ｄ変換した後にディジタル処理にてサンプリングタイミング算出手段１３の出力に応じたリサンプリングを行なう構成でも同様の効果が得られる。

【0014】

また、サンプリングタイミング算出手段１３についても補助干渉計３の出力信号をＡ／Ｄ変換した後にディジタル処理にて正弦波の位相が一定間隔となるタイミングを検出するようにしても良い。ディジタル処理でサンプリングタイミングを算出する場合、位相間隔を２π以外にすることも容易に出来る。

【0015】

線形化手段５の動作は、定性的には、掃引速度が速い場合は補助干渉計３の出力のビート周波数が高くなり、高頻度で測定干渉計４の出力信号をサンプリングし、掃引速度が遅い場合は補助干渉計３の出力のビート周波数が低くなり、低頻度で測定干渉計４の出力信号をサンプリングすることによって、掃引速度が一定の場合に相当する測定信号を得る。

【0016】

定量的には、遅延時間をδｔ＝τ／２に設定すると１次の誤差項がキャンセルされ、掃引速度の非線形による誤差が低減する（例えば、非特許文献１を参照。）。ここで、τは補助干渉計３の２つの光路の遅延時間差である。以降、非線形掃引による１次の誤差項のみを取り扱う。線形化手段５の出力をフーリエ変換部６０でフーリエ変換し、光周波数領域反射測定法の測定結果を得る。

【0017】

以下に光周波数領域反射測定法の応用の一例を説明する。被測定光ファイバのレイリー散乱または被測定光ファイバに設けられたファイバブラッグ回折格子（ＦＢＧ）によって長手方向に連続的に光が反射すると共に、被測定光ファイバの長手方向に歪みが加わると、レイリー散乱またはＦＢＧによる反射光の位相が変化する。このため、光周波数領域反射測定法によって得られた周波数領域のビート信号の位相を観測することにより、被測定光ファイバの微小な歪みの長手方向の分布を測定することが出来る。

【0018】

関連技術では、複数のコアを持ったマルチコアファイバを使用して被測定光ファイバの位置または形状を測定する方法が示されている（例えば、特許文献１を参照。）。特許文献１においても、レーザー監視ネットワーク中の干渉計からの信号を用いて質問器ネットワークからの信号に対してレーザーの掃引の非線形を補正するようになっており、微小な歪みを精度良く測定するために掃引の非線形補正が必要である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0019】

【特許文献1】特表２０１３−５０５４４１号公報

【非特許文献】

【0020】

【非特許文献1】Ｅｒｉｃ Ｄ． Ｍｏｏｒｅ ａｎｄ Ｒｏｂｅｒｔ Ｒ． ＭｃＬｅｏｄ， “Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｅｒｒｏｒｓ ｄｕｅ ｔｏ ｌａｓｅｒ ｔｕｎｉｎｇ ｒａｔｅ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｓｗｅｐｔ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ，” Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ， ｖｏｌ． １６， ｎｏ． １７， ｐｐ． １３１３９−１３１４９， ２００８．

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0021】

光周波数掃引が直線でない場合において発生する誤差は非特許文献１の手法によって補正することが出来る。しかしながら、非特許文献１の手法によって補正できるのは特定の遅延時間に限られる。

【0022】

つまり、所定の長さの被測定光ファイバの歪み分布を測定する場合は、特定の遅延時間に対応する被測定光ファイバの特定の位置においてのみ誤差を補正することができ、それ以外の位置では誤差を補正する効果が低くなる問題があった。特に被測定光ファイバが長い場合、特定の位置から遠く離れた位置では誤差が大きくなるという問題があった。

【0023】

前記課題を解決するために、本発明は、被測定光ファイバの広い範囲にわたって波長掃引の非線形を補正することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0024】

上記目的を達成するため、本発明では、遅延時間の異なる複数の線形化処理を行ない、複数の線形化処理された信号を重み付き加算し、フーリエ変換して周波数領域の信号を出力する。

【0025】

具体的には、本発明に係る光周波数領域反射測定装置は、
波長掃引された光を出力する掃引光源と、
前記掃引光源の出力光の一部に所定の遅延時間差を与えて干渉させ補助干渉信号として出力する補助干渉計と、
前記掃引光源の出力光の一部を被測定光ファイバに入力すると共に前記被測定光ファイバからの反射光と前記掃引光源の出力光の一部を干渉させ測定干渉信号として出力する測定干渉計と、
前記補助干渉信号を用いて前記測定干渉信号に対して前記掃引光源の波長掃引の非線形を補正する線形化部と、
前記線形化部の出力信号をフーリエ変換して周波数領域の信号を出力するフーリエ変換部と、を有する光周波数領域反射測定装置において、
各々異なる遅延時間を持つ複数の前記線形化部を有し、
前記フーリエ変換部は前記複数の線形化部の出力信号に対してそれぞれ異なる重みをつけて加算しフーリエ変換された結果を出力する重み付き加算及びフーリエ変換部である。

【0026】

本発明に係る光周波数領域反射測定装置では、
前記重み付き加算及びフーリエ変換部の重みは、
前記複数の線形化部の各遅延時間に対応した前記掃引光源の波長掃引の非線形による誤差が極小となる前記被測定光ファイバ上の各位置の間において前記被測定光ファイバ上の位置に対して直線的に変化する重み特性であってもよい。

【0027】

本発明に係る光周波数領域反射測定装置では、
前記複数の線形化部は、
異なる遅延時間を持つ第１の線形化部と第２の線形化部とであり、
前記重み付き加算及びフーリエ変換部は、
前記第１の線形化部の出力信号と前記第２の線形化部の出力信号とに対してそれぞれ異なる重みをつけて加算しフーリエ変換された結果を出力してもよい。

【0028】

本発明に係る光周波数領域反射測定装置では、
前記補助干渉計からの出力光を補助電気信号に変換する受光器と、
前記補助電気信号を一定のサンプリング周波数で補助ディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
前記補助ディジタル信号の位相が一定間隔となるサンプリングタイミングを算出するサンプリングタイミング算出部と、
前記サンプリングタイミングに第１の遅延時間を付加して第１のサンプリングタイミングを算出し、前記サンプリングタイミングに第２の遅延時間を付加して第２のサンプリングタイミングを算出する遅延時間付加部と、
前記測定干渉計からの出力光を測定電気信号に変換する受光器と、
前記測定電気信号を一定のサンプリング周波数で測定ディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
前記第１のサンプリングタイミングに従って前記測定ディジタル信号をリサンプリングして第１の測定ディジタル信号を出力する第１のリサンプリング部と、
前記第２のサンプリングタイミングに従って前記測定ディジタル信号をリサンプリングして第２の測定ディジタル信号を出力する第２のリサンプリング部と、
前記第１の測定ディジタル信号と前記第２の測定ディジタル信号とに対してそれぞれ異なる重みをつけて加算しフーリエ変換された結果を出力する重み付き加算及びフーリエ変換部と、を有してもよい。

【0029】

本発明に係る光周波数領域反射測定装置では、
前記補助干渉計からの出力光を補助電気信号に変換する受光器と、
前記補助電気信号の周波数に比例した周波数のサンプリングクロックを生成するサンプリングクロック生成部と、
前記サンプリングクロックに第１の遅延時間を付加して第１のサンプリングクロックを出力する第１の遅延器と、
前記サンプリングクロックに第２の遅延時間を付加して第２のサンプリングクロックを出力する第２の遅延器と、
前記測定干渉計からの出力光を測定電気信号に変換する受光器と、
前記測定電気信号を前記第１のサンプリングクロックに従って第１の測定ディジタル信号に変換する第１のＡ／Ｄ変換器と、
前記測定電気信号を前記第２のサンプリングクロックに従って第２の測定ディジタル信号に変換する第２のＡ／Ｄ変換器と、
前記第１の測定ディジタル信号と前記第２の測定ディジタル信号とに対してそれぞれ異なる重みをつけて加算しフーリエ変換された結果を出力する重み付き加算及びフーリエ変換部と、を有してもよい。

【0030】

本発明に係る光周波数領域反射測定装置では、
前記補助干渉計からの出力光に第１の遅延時間を付加する第１の遅延ファイバと、
前記補助干渉計からの出力光に第２の遅延時間を付加する第２の遅延ファイバと、
前記第１の遅延ファイバからの出力光を第１の補助電気信号に変換する第１の受光器と、
前記第２の遅延ファイバからの出力光を第２の補助電気信号に変換する第２の受光器と、
前記第１の補助電気信号から第１のサンプリングクロックを生成する第１のサンプリングクロック生成部と、
前記第２の補助電気信号から第２のサンプリングクロックを生成する第２のサンプリングクロック生成部と、
前記測定干渉計からの出力光を測定電気信号に変換する受光器と、
前記測定電気信号を前記第１のサンプリングクロックに従って第１の測定ディジタル信号に変換する第１のＡ／Ｄ変換器と、
前記測定電気信号を前記第２のサンプリングクロックに従って第２の測定ディジタル信号に変換する第２のＡ／Ｄ変換器と、
前記第１の測定ディジタル信号と前記第２の測定ディジタル信号とに対してそれぞれ異なる重みをつけて加算しフーリエ変換された結果を出力する重み付き加算及びフーリエ変換部と、を有してもよい。

【0031】

本発明に係る光周波数領域反射測定装置では、
前記補助干渉計からの出力光を補助電気信号に変換する受光器と、
前記補助電気信号の周波数に比例した周波数のサンプリングクロックを生成するサンプリングクロック生成部と、
前記測定干渉計からの出力光に第１の遅延時間を付加する第１の遅延ファイバと、
前記測定干渉計からの出力光に第２の遅延時間を付加する第２の遅延ファイバと、
前記第１の遅延ファイバからの出力光を第１の測定電気信号に変換する第１の受光器と、
前記第２の遅延ファイバからの出力光を第２の測定電気信号に変換する第２の受光器と、
前記第１の測定電気信号を前記サンプリングクロックに従って第１の測定ディジタル信号に変換する第１のＡ／Ｄ変換器と、
前記第２の測定電気信号を前記サンプリングクロックに従って第２の測定ディジタル信号に変換する第２のＡ／Ｄ変換器と、
前記第１の測定ディジタル信号と前記第２の測定ディジタル信号とに対してそれぞれ異なる重みをつけて加算しフーリエ変換された結果を出力する重み付き加算及びフーリエ変換部と、を有してもよい。

【0032】

本発明に係る光周波数領域反射測定装置では、
前記サンプリングタイミング算出部は、
前記補助ディジタル信号を複素ディジタル信号に変換するディジタルフィルタと、
前記複素ディジタル信号の位相を算出する位相算出部と、前記位相が一定間隔となるタイミングを算出するタイミング算出部と、を有してもよい。

【0033】

本発明に係る光周波数領域反射測定装置では、
前記サンプリングクロック生成部は、
前記補助電気信号と所定の電圧とを比較して前記サンプリングクロックを出力するコンパレータであってもよい。

【0034】

本発明に係る光周波数領域反射測定装置では、
前記第１のサンプリングクロック生成部は、前記第１の補助電気信号と所定の電圧とを比較して前記第１のサンプリングクロックを出力するコンパレータであり、
前記第２のサンプリングクロック生成部は、前記第２の補助電気信号と所定の電圧とを比較して前記第２のサンプリングクロックを出力するコンパレータであってもよい。

【0035】

本発明に係る光周波数領域反射測定装置では、
前記重み付き加算及びフーリエ変換部は、
前記第１の測定ディジタル信号に第１の重み特性をかけ第１の遅延時間調整を行なう第１の時間領域フィルタと、
前記第２の測定ディジタル信号に第２の重み特性をかけ第２の遅延時間調整を行なう第２の時間領域フィルタと、
前記第１の時間領域フィルタの出力と前記第２の時間領域フィルタの出力とを加算する加算器と、
前記加算器の出力をフーリエ変換するフーリエ変換部と、を有してもよい。

【0036】

本発明に係る光周波数領域反射測定装置では、
前記重み付き加算及びフーリエ変換部は、
前記第１の測定ディジタル信号をフーリエ変換する第１のフーリエ変換部と、
前記第２の測定ディジタル信号をフーリエ変換する第２のフーリエ変換部と、
前記第１のフーリエ変換部の出力信号に第１の重み特性をかけ第１の遅延時間調整を行なう第１の周波数領域フィルタと、
前記第２のフーリエ変換部の出力信号に第２の重み特性をかけ第２の遅延時間調整を行なう第２の周波数領域フィルタと、
前記第１の周波数領域フィルタの出力信号と前記第２の周波数領域フィルタの出力信号とを加算する加算器と、を有してもよい。

【0037】

具体的には、本発明に係る光周波数領域反射測定方法は、
波長掃引された光を補助干渉計と被測定光ファイバを含む測定干渉計とに入力し、前記補助干渉計の出力信号を用いて前記測定干渉計の出力信号に対して波長掃引の非線形を補正する線形化処理を行なった後、フーリエ変換して周波数領域の信号を出力する光周波数領域反射測定方法において、各々遅延時間の異なる複数の線形化処理を行ない、複数の線形化処理された信号を重み付き加算し、フーリエ変換して周波数領域の信号を出力する
。

【0038】

なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。

【発明の効果】

【0039】

本発明によれば、被測定光ファイバの広い範囲にわたって波長掃引の非線形を補正することができる。

【図面の簡単な説明】

【0040】

【図1】関連技術に係る光周波数領域反射測定方法の構成図の一例を示す。

【図2】３つの反射点を想定した光周波数領域反射測定方法の基本動作の一例を示す。

【図3】線形化処理を含む光周波数領域反射測定方法の構成図の一例を示す。

【図4】本実施形態に係る光周波数領域反射測定装置の構成図の一例を示す。

【図5】実施形態１に係る光周波数領域反射測定装置の構成図の一例を示す。

【図6】実施形態２に係る光周波数領域反射測定装置の構成図の一例を示す。

【図7】実施形態３に係る光周波数領域反射測定装置の構成図の一例を示す。

【図8】実施形態４に係る光周波数領域反射測定装置の構成図の一例を示す。

【図9】実施形態５に係る光周波数領域反射測定装置の構成図の一例を示す。

【図10】本実施形態に係る光周波数領域反射測定装置において、補助干渉計の構成の一例を示す。

【図11】本実施形態に係る光周波数領域反射測定装置において、測定干渉計の構成の一例を示す。

【図12】本実施形態に係る光周波数領域反射測定装置において、偏波ダイバーシティ方式で受光する場合の構成の一例を示す。

【図13】本実施形態に係るサンプリングタイミング算出手段の構成図の一例を示す。

【図14】本実施形態に係る重み付き加算・フーリエ変換手段の構成図の一例を示す。

【図15】本実施形態に係るサンプリングクロック生成手段の構成図の一例を示す。

【図16】本実施形態に係る重みの設定の一例を示す。

【図17】本実施形態に係る遅延時間の設定の一例を示す。

【図18】本実施形態に係る線形化手段が３系統の場合の重みの設定の一例を示す。

【図19】本実施形態に係る線形化手段が３系統の場合の重みの設定の一例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0041】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

【0042】

図４に本発明における光周波数領域反射測定装置の基本構成を示す。光周波数領域反射測定装置は、掃引光源１と、光分岐部２と、補助干渉計３と、測定干渉計４と、重み付き加算・フーリエ変換手段６と、第１の線形化手段５１と、第２の線形化手段５２と、を備える。

【0043】

掃引光源１は出力光の波長を掃引する。波長の掃引は単発でも良く、所定の周期での繰返し掃引でも良く、図示しない外部からのトリガ信号に応じた掃引でも良い。また、掃引方向は長波長から短波長への掃引でも、短波長から長波長への掃引でも良く、両方向の掃引を利用しても良い。例えば、回折格子を用いた外部共振器レーザにおいて、回折格子またはミラーの角度を変えて共振波長を変えることにより発振波長を掃引することが出来る。

【0044】

光周波数領域反射測定方法では、時間に対して光の周波数が完全に直線的に変化する掃引が理想であるが、実際には直線からのずれが存在する。例えば、時間に対して光の波長が直線的に変化する掃引や、光の波長が正弦波的に変化する掃引の場合がある。正弦波的な掃引の場合は、正弦波のうちの比較的直線に近い領域のみを使用することにより、直線に近い掃引とみなすことが出来る。

【0045】

光分岐部２は、掃引光源１からの光を２つに分岐し、補助干渉計３と測定干渉計４にそれぞれ入力する。ここでは、光分岐部２で２つに分岐した後、補助干渉計３と測定干渉計４でそれぞれさらに２分岐するという構成を示しているが、これに限られるものではなく、分岐の順序を逆にしたり、一度に４分岐したりする構成でも良い。

【0046】

補助干渉計３は、入力された光を２つに分岐し、それぞれ異なる遅延時間を与えて合波する。例えば、図１０（ａ）に示すように、入力光を光カプラ３１ａで２つに分岐し、一方は所定の長さの遅延ファイバ３２ａを経由し、他方は遅延ファイバ無しで、それぞれ光カプラ３４ａに入力され合波される。合波の際には２つの光の偏波が直交しないようにする必要があり、２つの光の偏波を合わせるのが望ましい。

【0047】

光ファイバや光カプラを偏波保持ファイバで構成すると、同一偏波で２つの光を合波することが出来る。偏波保持ではないファイバで構成する場合は図１０（ｂ）に示すように偏波コントローラ３３ａを用いて２つに分岐した光のうちの少なくともどちらか一方の光の偏波を調整する。

【0048】

また、図１０（ｃ）に示すように、入力光を光カプラ３１ｂで２つに分岐し、一方は所定の長さの遅延ファイバ３２ｂを経由し、他方は遅延ファイバ無しで、それぞれミラー３５ａ，３６ａで反射して同経路を逆方向に伝搬し、光カプラ３１ｂで合波され、入力側と別のポートから光を出力する構成も可能である。

【0049】

この構成においても、光ファイバや光カプラを偏波保持ファイバで構成すると、同一偏波で２つの光を合波することが出来る。偏波保持ではないファイバで構成する場合は図１０（ｄ）に示すように偏波コントローラ３３ｂを用いて２つに分岐した光のうちの少なくともどちらか一方の光の偏波を調整する。または図１０（ｅ）に示すようにファラデーミラー３５ｂ，３６ｂを用いることにより、偏波保持ファイバや偏波コントローラを使用することなく合波時の偏波を合わせることが出来る。

【0050】

測定干渉計４は、入力された光を２つに分岐し、一方の光を被測定光ファイバに入力する。そして、被測定光ファイバからの反射光と他方の光（基準光）とを合波して出力する。例えば、図１１（ａ）に示すように、入力光を光カプラ４１ａで２つに分岐し、一方の光を光サーキュレータ４２ａの第１端子に入力する。光サーキュレータ４２ａの第１端子に入力された光は第２端子から出力され、被測定光ファイバ４３ａに入力される。被測定光ファイバ４３ａからの反射光は光サーキュレータ４２ａの第２端子に入力され、第３端子から出力される。光サーキュレータ４２ａの第３端子から出力された光と、光カプラ４１ａで分岐した他方の光（基準光）とを光カプラ４５ａで合波して出力する。

【0051】

図１１（ｂ）のように、光サーキュレータ４２ａの代わりに光カプラ４２ｂを用いても良い。また、図１１（ｃ）のように、入力光を光カプラ４１ｂで２つに分岐し、一方の光を被測定光ファイバ４３ａに入力し、他方の光をミラー４６ａに入力する。被測定光ファイバ４３ａからの反射光とミラー４６ａからの反射光（基準光）を前記光カプラ４１ｂで合波し、入力側と別のポートから光を出力する構成も可能である。

【0052】

また、図１１（ｄ）のように、入力光を光カプラ４１ｃで２つに分岐し、一方の光を被測定光ファイバ４３ａに入力し、他方の光（基準光）と、被測定光ファイバ４３ａで反射され光カプラ４１ｃを経由した光とを光カプラ４５ｂで合波して出力する構成も可能である。

【0053】

補助干渉計の場合と同様に、合波の際には２つの光の偏波が直交しないようにする必要があり、偏波保持ではないファイバで構成する場合は図１１（ｅ），（ｆ），（ｇ），（ｈ）に示すように偏波コントローラ４４ａ，４４ｂ，４４ｃを用いて２つに分岐した光のうちの少なくともどちらか一方の光の偏波を調整する。

【0054】

被測定光ファイバ４３ａを伝搬中に光の偏波が変化する場合は、被測定光ファイバ４３ａ上の反射位置によって反射光の偏波が異なる。この場合、図１２（ａ）に示すように測定干渉計４からの出力光を偏光ビームスプリッタ４７ａで互いに直交する２つの偏波に分離し、それぞれを受光する偏波ダイバーシティ方式が用いられる。

【0055】

この時、基準光が偏光ビームスプリッタ４７ａの偏光方向と直交しないようにする必要があり、基準光が偏光ビームスプリッタ４７ａでほぼ１対１に分離されるのが望ましく、少なくとも基準光の経路を偏波保持ファイバで構成するか、もしくは図１１（ｅ），（ｆ），（ｇ），（ｈ）の構成により基準光の偏波を偏波コントローラで調整する。

【0056】

偏波ダイバーシティ方式では、偏光ビームスプリッタ４７ａに入力される基準光の偏波を調整すれば良いので、偏波コントローラ４４ａ，４４ｂ，４４ｃは光カプラ４１ａ，４１ｂ，４１ｃの前に配置しても良く光カプラ４５ａ，４１ｂ，４５ｂの後に配置しても良い。例えば、図１１（ｅ）の偏波コントローラ４４ａを光カプラ４１ａの前に配置すると図１２（ｂ）、光カプラ４５ａの後に配置すると図１２（ｃ）のようになる。

【0057】

掃引光源の光周波数が時間的に非線形に変化することにより、測定干渉計４の被測定光ファイバ４３ａの所定の位置からの反射光と基準光との干渉によるビート周波数が時間的に変化する。第１の線形化部として機能する第１の線形化手段５１は、補助干渉計３からの出力を用いて測定干渉計４の被測定光ファイバ４３ａの所定の位置からの反射光と基準光との干渉によるビート周波数が一定になるようにサンプリングする。

【0058】

具体的には、補助干渉計３からの出力のビート周波数に比例した周波数で測定干渉計４の出力のビート信号をサンプリングする。即ち、補助干渉計３からの出力のビート信号の正弦波の位相が一定間隔となる時間で測定干渉計４の出力のビート信号をサンプリングする。第２の線形化部として機能する第２の線形化手段５２も同じ構成であり、補助干渉計３からの出力のビート信号の正弦波の位相が一定間隔となる時間で測定干渉計４の出力のビート信号をサンプリングする。

【0059】

ここで、第１の線形化手段５１と第２の線形化手段５２は、補助干渉計３からの出力信号と測定干渉計４からの出力信号の相対時間差が異なる値に設定されている。具体的には、補助干渉計３からの出力信号と測定干渉計４からの出力信号の少なくともどちらか一方を遅延する構成になっており、両方を遅延させる場合はその遅延時間差が第１の線形化手段５１と第２の線形化手段５２で異なっている。

【0060】

重み付き加算及びフーリエ変換部として機能する重み付き加算・フーリエ変換手段６は、第１の線形化手段５１からの出力信号と第２の線形化部として機能する第２の線形化手段５２からの出力信号とを、被測定光ファイバ４３ａの位置によって異なる重みをつけて加算して、フーリエ変換した結果を出力する。

【0061】

例えば図１４（ａ）に示すように、第１の線形化手段５１からの出力信号に対して所定の周波数特性を持った第１の時間領域フィルタ２５をかけ、第２の線形化手段５２からの出力信号に対して別の周波数特性を持った第２の時間領域フィルタ２６をかけて両者を加算し、加算された信号をフーリエ変換して出力する。第１の時間領域フィルタ２５と第２の時間領域フィルタ２６の周波数特性の振幅が被測定光ファイバ４３ａの位置に応じた重みに対応する。

【0062】

図１４（ｂ）に示すように、第１の線形化手段５１からの出力信号をフーリエ変換した後に第１の周波数領域フィルタ７７をかけ、第２の線形化手段５２からの出力信号をフーリエ変換した後に第２の周波数領域フィルタ７８をかけて両者を加算して出力することも可能である。

【0063】

時間領域フィルタは畳み込み演算が必要であるのに対して、周波数領域フィルタは乗算で済むためフィルタの演算量は少ないが、フーリエ変換が２回必要になる。第１の周波数領域フィルタ７７の係数と第２の周波数領域フィルタ７８の係数の振幅が被測定光ファイバ４３ａの位置に応じた重みに対応する。

【0064】

また、第１の線形化手段５１からの出力信号と第２の線形化手段５２からの出力信号の遅延時間差を調整する機能を備える場合もある。この場合、掃引光源１の光周波数の掃引の非線形が大きい時間領域において、非線形によって発生する第１の線形化後の誤差項と第２の線形化後の誤差項が逆相になり互いに打ち消し合うように第１の線形化手段５１からの出力信号と第２の線形化手段５２からの出力信号の遅延時間差を設定することが望ましい。

【0065】

この遅延時間調整は、第１の線形化手段５１からの出力信号と第２の線形化手段５２からの出力信号の少なくともどちらか一方に、整数サンプル分の遅延やサンプル間を補間してサンプリング間隔未満の遅延を付加する遅延時間調整部として機能する遅延時間調整手段を挿入することで実現できるが、時間領域フィルタまたは周波数領域フィルタに遅延時間調整を含めることも出来る。

【0066】

時間領域フィルタに遅延時間調整を含める場合は時間領域フィルタの周波数特性の位相傾斜、周波数領域フィルタに遅延時間調整を含める場合は周波数領域フィルタの係数の位相傾斜が遅延時間に対応する。遅延時間調整と重みづけは加算の前に行なう必要があるが、それ以外は任意に順序を入れ替えることができ、種々の実施形態が可能である。

【0067】

例えば図１４（ｃ）のように、遅延時間調整７１，７２、重みフィルタ７３，７４、加算２７、フーリエ変換６０の順に処理してもよく、遅延時間調整７１，７２と重みフィルタ７３，７４の順序を逆にしてもよく、遅延時間調整７１，７２と重みフィルタ７３，７４を１つの時間領域フィルタ２５，２６で実現しても良い。図１４（ｄ）のように、フーリエ変換７５，７６、遅延時間調整７９，８０、重み乗算８１，８２、加算８３の順に処理してもよく、遅延時間調整７９，８０と重み乗算８１，８２の順序を逆にしてもよく、遅延時間調整７９，８０と重み乗算８１，８２を１つの周波数領域フィルタ７７，７８で実現しても良い。

【0068】

また、図１４（ｅ）のように、遅延時間調整７１，７２、フーリエ変換７５，７６、重み乗算８１，８２、加算８３の順に処理してもよく、図１４（ｆ）のように、重みフィルタ７３，７４、フーリエ変換７５，７６、遅延時間調整７９，８０、加算８３の順に処理しても良い。同様に、第３の線形化部として機能する第３の線形化手段を設けて遅延時間の異なる３つの信号に対して重み付き加算・フーリエ変換を行なうことも可能であり、複数の線形化手段を設けて遅延時間の異なる複数の信号に対して重み付き加算・フーリエ変換を行なう構成に拡張することも可能である。

【0069】

（第１の実施形態）
図５を用いて本発明を実施するための第１の形態を説明する。掃引光源１，光分岐部２，補助干渉計３，測定干渉計４は図４の基本構成と同じである。補助干渉計３からの出力光は受光器１１’で電気信号に変換される。受光器１１’は光の強度に比例した電流または電圧を出力するものであり、補助干渉計３で合波された２つの光の干渉によるビート信号が出力される。

【0070】

補助干渉計３では遅延時間の異なる２つの光が合波されるため、光源の光周波数掃引レートに比例した周波数の正弦波信号が得られる。受光器１１’からの信号をＡ／Ｄ変換器１２’に入力し、一定のサンプリング周波数でディジタル信号に変換する。瞬時位相算出部１７では、Ａ／Ｄ変換器１２’の出力から正弦波のビート信号の瞬時位相を算出する。タイミング算出部１８では、前記瞬時位相が一定間隔となるタイミングをサンプリングタイミングとして出力する。

【0071】

瞬時位相算出部１７は、図１３（ａ）のように、正弦波ビート信号をヒルベルト変換（６２）し、虚数単位ｊをかけ、正弦波ビート信号と加算して複素数とし、複素数の位相を算出（６３）する構成である。実際には、図１３（ｂ）のように、ヒルベルト変換をＦＩＲフィルタ６５で実現すると遅延が生じるため、実部の経路に遅延６４を挿入して実部と虚部の遅延時間を合わせる必要がある。そして、実部と虚部の値から逆正接関数６６によって瞬時位相を算出することが出来る。

【0072】

もしくは、図１３（ｃ）のように、少なくとも正弦波のビート信号に対応する正の周波数領域を通過し、正弦波のビート信号に対応する負の周波数領域を遮断する複素係数のＦＩＲフィルタ６７を用いて、同様に瞬時位相を算出することも可能である。タイミング算出部では、瞬時位相が例えば−πからπまでの値に折り返されていることを考慮して前記瞬時位相が一定間隔となるタイミングを検出する。もしくは、前記瞬時位相の折り返しを復元した後に復元された位相が一定間隔となるタイミングを検出するようにしても良い。

【0073】

瞬時位相算出部１７とタイミング算出部１８からなるサンプリングタイミング算出手段１３では、位相間隔が２πに限定されず任意の位相間隔に設定することが可能であり、被測定光ファイバの長さや補助干渉計３内の遅延時間差などの設計自由度が増すという利点がある。

【0074】

サンプリングタイミング算出手段１３は、図１３（ｄ）に示すように、正弦波ビート信号がゼロクロスするタイミングを算出（６８）し、サンプリングタイミングとして出力するようにしても良い。ゼロクロスタイミングを算出する方法では、サンプリング周波数は正弦波ビート信号の周波数の２倍またはそれを分周した整数分の１の周波数に限られる。

【0075】

サンプリングタイミング算出手段１３からの出力に第１の遅延時間２１および第２の遅延時間２２を付加し、それぞれ第１のサンプリングタイミングと第２のサンプリングタイミングとして出力する。一方、測定干渉計４からの出力光は受光器１１で電気信号に変換される。受光器１１は光の強度に比例した電流または電圧を出力するものであり、被測定光ファイバからの反射光と基準光との干渉によるビート信号が出力される。

【0076】

受光器１１から出力された電気信号は、一定のサンプリング周波数でＡ／Ｄ変換（１２）されてディジタル信号に変換され、第１のリサンプリング部２３と第２のリサンプリング部２４に入力される。第１のリサンプリング部２３は第１のサンプリングタイミングで示される時刻の信号を第１のディジタル信号として出力する。第２のリサンプリング部２４は第２のサンプリングタイミングで示される時刻の信号を第２のディジタル信号として出力する。

【0077】

各サンプリングタイミングで示される時刻はＡ／Ｄ変換器１２のサンプリングの時刻と一致するとは限らないため、各リサンプリング部２３，２４はＡ／Ｄ変換されたディジタル信号を補間して出力する。具体的には、各サンプリングタイミングで示される時刻付近の有限個のＡ／Ｄ変換されたディジタル信号からＦＩＲディジタルフィルタを用いて補間された信号を算出する。

【0078】

第１のディジタル信号は第１の時間領域フィルタ２５に入力され、第２のディジタル信号は第２の時間領域フィルタ２６に入力され、各フィルタの出力を加算（２７）する。そしてフーリエ変換（６０）を行ない、その結果を出力する。以上のように、図５の形態では、補助干渉計３からの出力光が入力される受光器１１’，Ａ／Ｄ変換器１２’，サンプリングタイミング算出手段１３、および測定干渉計４からの出力光が入力される受光器１１，Ａ／Ｄ変換器１２は、第１の遅延時間２１と第２の遅延時間２２の違いに依存しないため、図４の第１の線形化手段５１と第２の線形化手段５２で共用している。

【0079】

これにより、部品点数の増加を抑えつつ本発明の効果を得ることが可能である。例えば、第１の遅延時間付加２１，第２の遅延時間付加２２，第１のリサンプリング部２３，第２のリサンプリング部２４，第１の時間領域フィルタ２５，第２の時間領域フィルタ２６，加算２７をソフトウェア処理で実施すると、受光器やＡ／Ｄ変換器等のハードウエアを増加することなく本発明を実施することが可能である。特に特許文献１のような１つの補助干渉計と複数の測定干渉計を有する多チャネル測定装置に適用する場合は、受光器やＡ／Ｄ変換器を増加する必要がない利点が大きい。

【0080】

（第２の実施形態）
図６を用いて本発明を実施するための第２の形態を説明する。掃引光源１，光分岐部２，補助干渉計３，測定干渉計４，受光器１１，１１’，重み付き加算・フーリエ変換手段６は第１の形態と同じである。補助干渉計側の受光器１１’から出力される電気信号は、コンパレータ２９に入力され、正弦波信号のゼロクロス点に対応したサンプリングクロックに変換される。

【0081】

つまり、受光器１１’から出力される電気信号は正弦波信号であるため、コンパレータを用いて、Ａ／Ｄ変換器のサンプリングクロックに適した矩形波信号に変換している。Ａ／Ｄ変換器のサンプリングクロックとして正弦波信号を入力可能な場合は、コンパレータ２９を省略することも可能である。

【0082】

コンパレータ２９から出力されたサンプリングクロックを第１の遅延器３５および第２の遅延器３６に入力し、異なる遅延時間が付加され、それぞれ第１のサンプリングクロックと第２のサンプリングクロックとして出力する。なお、コンパレータ２９と遅延器３５，３６の順序を逆にすることも可能であり、その場合はコンパレータが２個必要となる。

【0083】

サンプリングクロック生成部として機能するサンプリングクロック生成手段１９は、図１５（ａ）に示すコンパレータ２９のみの構成以外に、図１５（ｂ）に示すようにコンパレータ２９の出力を分周器等の周波数変換部として機能する周波数変換手段３０により周波数を変えてサンプリングクロックにしてもよく、図１５（ｃ）に示すようにＰＬＬ（位相ロックループ）等の周波数変換手段３０’により周波数を変えてコンパレータ２９に入力しサンプリングクロックを生成してもよい。

【0084】

サンプリングクロックを物理的に遅延させる遅延線では、負の遅延時間を付加することが出来ない。負の遅延時間が必要な場合は、測定干渉計側に遅延ファイバまたは遅延線を追加して補助干渉計側の遅延時間が正になるようにすればよい。第１のサンプリングクロックおよび第２のサンプリングクロックは、それぞれ第１のＡ／Ｄ変換器３７および第２のＡ／Ｄ変換器３８のサンプリングクロックとして用いられる。

【0085】

第１のＡ／Ｄ変換器３７では、測定干渉計側の受光器１１から出力される電気信号を第１のサンプリングクロックに従って標本化し第１のディジタル信号に変換する。第２のＡ／Ｄ変換器３８では、測定干渉計側の受光器１１から出力される電気信号を第２のサンプリングクロックに従って標本化し第２のディジタル信号に変換する。

【0086】

以上のように、図６の形態では、補助干渉計３からの出力光が入力される受光器１１’，コンパレータ２９、および測定干渉計４からの出力光が入力される受光器１１は、第１の遅延時間と第２の遅延時間の違いに依存しないため、第１の線形化手段５１と第２の線形化手段５２で共用している。これにより、部品点数の増加を抑えつつ本発明の効果を得ることが可能である。

【0087】

本構成は、第１の形態におけるサンプリングタイミング算出手段１３とリサンプリング部２３，２４が不要で演算量を少なくできる特長を持つ。しかし、測定干渉計側のＡ／Ｄ変換器が２個必要となるため、特許文献１のような１つの補助干渉計と複数の測定干渉計を有する多チャネル測定装置に適用する場合は、ハードウェア規模が大きくなる。

【0088】

（第３の実施形態）
図７を用いて本発明を実施するための第３の形態を説明する。掃引光源１，光分岐部２，補助干渉計３，測定干渉計４，受光器１１，Ａ／Ｄ変換器３７，３８，重み付き加算・フーリエ変換手段６は第２の形態と同じである。補助干渉計３からの出力光は光分岐部２’で２つに分岐され、一方は第１の遅延ファイバ３９に入力され、他方は第２の遅延ファイバ４０に入力される。

【0089】

第１の遅延ファイバ３９と第２の遅延ファイバ４０は長さが異なる。第１の遅延ファイバ３９および第２の遅延ファイバ４０からの出力光は、それぞれ第１の受光器４６および第２の受光器４７で電気信号に変換され、それぞれ第１のサンプリングクロック生成部として機能する第１のサンプリングクロック生成手段４８および第２のサンプリングクロック生成部として機能する第２のサンプリングクロック生成手段４９で第１のサンプリングクロックおよび第２のサンプリングクロックに変換され、それぞれ第１のＡ／Ｄ変換器３７および第２のＡ／Ｄ変換器３８にサンプリングクロックとして入力される。

【0090】

第１のサンプリングクロック生成手段４８および第２のサンプリングクロック生成手段４９は、例えばそれぞれ第１のコンパレータ５３および第２のコンパレータ５４で構成される。Ａ／Ｄ変換器のサンプリングクロックとして正弦波信号を入力可能な場合は、第１のコンパレータ５３および第２のコンパレータ５４を省略することも可能である。第１のサンプリングクロック生成手段４８および第２のサンプリングクロック生成手段４９は、図１５のように分周器やＰＬＬ等の周波数変換手段３０，３０’を併用することも可能である。

【0091】

第１の遅延ファイバ３９および第２の遅延ファイバ４０では、負の遅延時間を付加することが出来ない。負の遅延時間が必要な場合は、測定干渉計側に遅延ファイバまたは遅延線を追加して補助干渉計側の遅延時間が正になるようにすればよい。第１のＡ／Ｄ変換器３７および第２のＡ／Ｄ変換器３８以降の構成は第２の形態と同じである。

【0092】

以上のように、図７の形態では、測定干渉計４からの出力光が入力される受光器１１のみを第１の線形化部として機能する第１の線形化手段５１と第２の線形化部として機能する第２の線形化手段５２で共用している。第２の形態における電気信号の遅延器３５，３６と比較して、第３の形態における遅延ファイバ３９，４０の方が長い遅延時間を低損失で実現できるという特長を持つ。

【0093】

（第４の実施形態）
図８を用いて本発明を実施するための第４の形態を説明する。第４の形態は、第３の形態における第１の遅延ファイバ３９と第２の遅延ファイバ４０を測定干渉計側に挿入した構成であり、掃引光源１，光分岐部２，補助干渉計３，測定干渉計４，重み付き加算・フーリエ変換手段６は第３の形態と同じである。補助干渉計３からの出力光は、第２の形態と同様に、受光器１１’で電気信号に変換され、コンパレータ２９に入力されて、サンプリングクロックに変換される。

【0094】

サンプリングクロック生成手段１９は、図１５のように分周器やＰＬＬ等の周波数変換手段３０，３０’を併用することも可能である。測定干渉計４からの出力光は、光分岐部２’’で２つに分岐され、一方は第１の遅延ファイバ３９’を経て第１の受光器４６’に入力されて第１の電気信号に変換され、第１のＡ／Ｄ変換器３７に入力されて前記サンプリングクロックに従って第１のディジタル信号に変換される。

【0095】

光分岐部２’’で分岐された他方は第２の遅延ファイバ４０’を経て第２の受光器４７’に入力されて第２の電気信号に変換され、第２のＡ／Ｄ変換器３８に入力されて前記サンプリングクロックに従って第２のディジタル信号に変換される。第１の遅延ファイバ３９’と第２の遅延ファイバ４０’は長さが異なる。Ａ／Ｄ変換器のサンプリングクロックとして正弦波信号を入力可能な場合は、コンパレータ２９を省略することも可能である。

【0096】

第１の遅延ファイバ３９’および第２の遅延ファイバ４０’では、負の遅延時間を付加することが出来ない。負の遅延時間が必要な場合は、補助干渉計側に遅延ファイバまたは遅延線を追加して測定干渉計側の遅延時間が正になるようにすればよい。第１のＡ／Ｄ変換器３７および第２のＡ／Ｄ変換器３８以降の構成は第２の形態と同じである。

【0097】

以上のように、図８の形態では、補助干渉計３からの出力光が入力される受光器１１’とサンプリングクロック生成手段１９を第１の線形化手段５１と第２の線形化手段５２で共用している。第２の形態における電気信号の遅延器３５，３６と比較して、第４の形態における遅延ファイバ３９’，４０’の方が長い遅延時間を低損失で実現できるという特長を持つ。

【0098】

（第５の実施形態）
図９を用いて本発明を実施するための第５の形態を説明する。第５の形態は、第１の遅延ファイバと第２の遅延ファイバを補助干渉計側と測定干渉計側の両方に挿入した構成であり、掃引光源１，光分岐部２，補助干渉計３，測定干渉計４，重み付き加算・フーリエ変換手段６は第４の形態と同じである。補助干渉計３からの出力光は、第３の形態と同様に、光分岐部２’で２つに分岐され、一方は第１の補助干渉計用遅延ファイバ３９に入力され、他方は第２の補助干渉計用遅延ファイバ４０に入力される。

【0099】

第１の補助干渉計用遅延ファイバ３９および第２の補助干渉計用遅延ファイバ４０からの出力光は、それぞれ第１の補助干渉計用受光器４６および第２の補助干渉計用受光器４７で電気信号に変換され、それぞれ第１のサンプリングクロック生成手段４８および第２のサンプリングクロック生成手段４９で第１のサンプリングクロックおよび第２のサンプリングクロックに変換され、それぞれ第１のＡ／Ｄ変換器３７および第２のＡ／Ｄ変換器３８にサンプリングクロックとして入力される。

【0100】

測定干渉計４からの出力光は、光分岐部２’’で２つに分岐され、一方は第１の測定干渉計用遅延ファイバ３９’を経て第１の測定干渉計用受光器４６’に入力されて第１の電気信号に変換され、第１のＡ／Ｄ変換器３７に入力されて前記第１のサンプリングクロックに従って第１のディジタル信号に変換される。

【0101】

光分岐部２’’で分岐された他方は第２の測定干渉計用遅延ファイバ４０’を経て第２の測定干渉計用受光器４７’に入力されて第２の電気信号に変換され、第２のＡ／Ｄ変換器３８に入力されて前記第２のサンプリングクロックに従って第２のディジタル信号に変換される。第１の補助干渉計用遅延ファイバ３９と第１の測定干渉計用遅延ファイバ３９’の長さの差は、第２の補助干渉計用遅延ファイバ４０と第２の測定干渉計用遅延ファイバ４０’の長さの差と異なるように設定されている。

【0102】

補助干渉計用遅延ファイバ３９，４０と測定干渉計用遅延ファイバ３９’，４０’の長さの大小関係により正負いずれの遅延時間差も設定可能である。第１のＡ／Ｄ変換器３７および第２のＡ／Ｄ変換器３８以降の構成は第４の形態と同じである。以上のように、図９の形態は、補助干渉計用受光器４６，４７，サンプリングクロック生成手段４８，４９，測定干渉計用受光器４６’，４７’，Ａ／Ｄ変換器３７，３８のいずれも第１の線形化手段５１と第２の線形化手段５２で共用せずに２系統用意した構成であり、ハードウェア規模は最も大きくなる。

【0103】

以下に遅延時間の設定を具体的に説明する。補助干渉計の２つの光路のファイバ長（反射型の場合は往復のファイバ長）をＬ_ａ，Ｌ_ｂ，測定干渉計の基準光の光路のファイバ長（反射型の場合は往復のファイバ長）をＬ_ｒ，測定干渉計の被測定光ファイバ側の光路のファイバ長が基準光の光路のファイバ長Ｌ_ｒと等しくなる被測定光ファイバ上の位置をｚ＝０とする。その他の補助干渉計側の遅延時間と測定干渉計側の遅延時間は等しいとする。

【0104】

被測定光ファイバ上の位置ｚで反射した光の光路のファイバ長は２ｚ＋Ｌ_ｒとなるので、補助干渉計のビート信号の遅延時間ｔ_ａｂ，測定干渉計において被測定光ファイバ上の位置ｚ_１で反射した光と基準光とのビート信号の遅延時間ｔ_１ｒ，測定干渉計において被測定光ファイバ上の位置ｚ_２で反射した光と基準光とのビート信号の遅延時間ｔ_２ｒは、以下の式４〜６で表される。

【数4】

【数5】

【数6】

【0105】

ここで、ｎは光ファイバの屈折率，ｃは光速である。被測定光ファイバ上の位置ｚ_１およびｚ_２において非線形掃引による誤差がゼロになるように補助干渉計側に付加する第１の遅延時間δｔ_１および第２の遅延時間δｔ_２は式７〜１０となる。なお、測定干渉計側に遅延時間を付加する場合は逆符号になる。

【数7】

【数9】

【0106】

以下に重みの設定を具体的に説明する。掃引の非線形によって発生する第１の線形化後の誤差項ψ_１，第２の線形化後の誤差項ψ_２は式１１及び１２で表される。

【数11】

【数12】

【0107】

ここで、ｚは被測定光ファイバ上の距離であり、第１の線形化の遅延時間は被測定光ファイバ上の距離ｚ_１において非線形掃引による誤差がゼロになるように設定し、第２の線形化の遅延時間は被測定光ファイバ上の距離ｚ_２において非線形掃引による誤差がゼロになるように設定するものとする。ここで、次式１３及び１４のように誤差項がゼロになるように第１の線形化後の信号にｒ_１（ｚ），第２の線形化後の信号にｒ_２（ｚ）の重みをつけて加算する。これより重みｒ_１（ｚ），ｒ_２（ｚ）を求めると式１５及び１６となる。

【数13】

【数14】

【数15】

【数16】

【0108】

重みｒ_１（ｚ），ｒ_２（ｚ）を図示すると図１６（ａ）のようになる。ｚ＜ｚ_１およびｚ＞ｚ_２の領域ではｒ_１（ｚ）とｒ_２（ｚ）の符号が異なるため、加算ではなく減算になり雑音の影響が大きくなる。このため、図１６（ｂ）のようにｒ_１（ｚ）とｒ_２（ｚ）の最小値を０に制限することも可能である。この場合、ｚ_１≦ｚ≦ｚ_２の領域で非線形誤差がゼロになり、ｚ＜ｚ_１の領域では第１の線形化後の信号と等しく、ｚ＞ｚ_２の領域では第２の線形化後の信号と等しくなる。また、ｚ_１をゼロ、ｚ_２を被測定光ファイバ長ｚ_Ｌと等しく設定すると、図１６（ｃ）のようになり重みは常に正の値となる。

【0109】

本手法ではｚ_１≦ｚ≦ｚ_２の領域で非線形誤差がゼロになるように設計するため、図１７（ａ）のように被測定光ファイバの測定範囲の外側にｚ_１，ｚ_２を配置しても良いが、高次の非線形誤差等が残る場合がある。図１７（ｂ）のように被測定光ファイバの測定範囲の両端にｚ_１，ｚ_２を配置する方が高次の非線形誤差等が低減するので望ましい。また、図１７（ｃ）のように被測定光ファイバの測定範囲の両端よりも内側にｚ_１，ｚ_２を配置し、高次の非線形誤差等の最大値を低減するようにしても良い。

【0110】

線形化手段が３系統の場合、条件式が２つで変数が３つになるので一意に定まらず様々な場合が可能となる。例えば、重みｒ_１（ｚ），ｒ_２（ｚ），ｒ_３（ｚ）を図１８（ａ）のように設定することが出来る。３系統の場合においても、図１８（ｂ）のように重みの最小値を０に制限することも可能であり、図１８（ｃ）のようにｚ_１をゼロ、ｚ_３を被測定光ファイバ長ｚ_Ｌと等しく設定することも可能である。

【0111】

しかし、１つの線形化手段の出力を使用する距離範囲は非線形掃引による誤差がゼロになる点の近くにすることが望ましい。例えば第１の線形化手段の出力は、距離ｚ_１の付近で使用するのが望ましい。これより、ｚ≧ｚ_２の領域でｒ_１（ｚ）＝０，ｚ≦ｚ２の領域でｒ_３（ｚ）＝０として、第１の線形化手段の出力はｚ＜ｚ_２でのみ使用し、第３の線形化手段の出力はｚ＞ｚ_２でのみ使用するようにすると、重みｒ_１（ｚ），ｒ_２（ｚ），ｒ_３（ｚ）は図１９（ａ）のようになる。

【0112】

ｚ_２はｚ_１とｚ_３の中点（ｚ_１＋ｚ_３）／２に設定しても良いが、ｚ＝０から離れるほど高次の非線形誤差が大きくなるので、図１８（ａ），図１９（ａ）のようにｚ_２＞（ｚ_１＋ｚ_３）／２に設定してなるべく遠距離の高次の非線形誤差が小さくなるように設定することも出来る。

【0113】

この場合においても、図１９（ｂ）のようにｒ_２（ｚ）の最小値を０に制限することも可能であり、図１９（ｃ）のようにｚ_１をゼロ、ｚ_３を被測定光ファイバ長ｚ_Ｌと等しく設定することも可能である。また、２系統の場合と同様に、被測定光ファイバの測定範囲の外側にｚ_１，ｚ_３を配置しても良いが、被測定光ファイバの測定範囲の両端にｚ_１，ｚ_３を配置する方が望ましく、被測定光ファイバの測定範囲の両端よりも内側にｚ_１，ｚ_３を配置するようにしても良い。同様にして、複数系統の場合に拡張することが出来る。

【産業上の利用可能性】

【0114】

上記実施例装置により得られた被測定光ファイバの情報から、その被測定光ファイバが固定されている物体を被測定物とし、その歪み、温度、位置または形状を測定する装置に適用することができる。その場合の具体例としては、被測定光ファイバを固定する被測定物として、医療用カテーテル、医療用検査プローブ、医療用センサ、建築物検査センサ、海底センサ、または地質センサが実現可能である。

【符号の説明】

【0115】

１：掃引光源
２，２’，２’’：光分岐部
３：補助干渉計
４：測定干渉計
５：線形化手段
６：重み付き加算・フーリエ変換手段
１１，１１’：受光器
１２，１２’：Ａ／Ｄ変換器
１３：サンプリングタイミング算出手段
１４：遅延時間
１５：サンプリング手段
１７：瞬時位相算出部
１８：タイミング算出部
１９：サンプリングクロック生成手段
２１：第１の遅延時間
２２：第２の遅延時間
２３：第１のリサンプリング部
２４：第２のリサンプリング部
２５：第１の時間領域フィルタ
２６：第２の時間領域フィルタ
２７：加算
２９：コンパレータ
３０，３０’：周波数変換手段
３１ａ，３１ｂ、３４ａ、４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４２ｂ、４５ａ，４５ｂ：光カプラ
３２ａ、３２ｂ：遅延ファイバ
３３ａ，３３ｂ、４４ａ，４４ｂ，４４ｃ：偏波コントローラ
３５：第１の遅延器
３５ａ，３６ａ：ミラー
３５ｂ，３６ｂ：ファラデーミラー
３６：第２の遅延器
３７：第１のＡ／Ｄ変換器
３８：第２のＡ／Ｄ変換器
３９，３９’：第１の遅延ファイバ
４０，４０’：第２の遅延ファイバ
４２ａ：光サーキュレータ
４３ａ：被測定光ファイバ
４６，４６’：第１の受光器
４７，４７’：第２の受光器
４７ａ：偏光ビームスプリッタ
４８：第１のサンプリングクロック生成手段
４９：第２のサンプリングクロック生成手段
５１：第１の線形化手段
５２：第２の線形化手段
５３：第１のコンパレータ
５４：第２のコンパレータ
６０：フーリエ変換部
６２：ヒルベルト変換
６３：位相算出
６４：遅延
６５：ＦＩＲフィルタ
６６：逆正接関数
６７：複素係数ＦＩＲフィルタ
６８：ゼロクロスタイミング算出
７１：第１の遅延時間調整
７２：第２の遅延時間調整
７３：第１の重みフィルタ
７４：第２の重みフィルタ
７５：第１のフーリエ変換
７６：第２のフーリエ変換
７７：第１の周波数領域フィルタ
７８：第２の周波数領域フィルタ
７９：第１の遅延時間調整
８０：第２の遅延時間調整
８１：第１の重み乗算
８２：第２の重み乗算
８３：加算

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】