特開 2018-185278 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2018-185278(P2018-185278A)

(43)【公開日】2018年11月22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】

   G01M 11/00 20060101AFI20181026BHJP

   G01B 11/16 20060101ALI20181026BHJP

   G01D 5/353 20060101ALI20181026BHJP

   G01K 11/32 20060101ALI20181026BHJP

【ＦＩ】

   G01M11/00 U

   G01B11/16 G

   G01D5/353 A

   G01K11/32 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】44

(21)【出願番号】特願2017-88764(P2017-88764)

(22)【出願日】2017年4月27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】100072604

【弁理士】

【氏名又は名称】有我 軍一郎

(72)【発明者】

【氏名】森 隆

【テーマコード（参考）】

2F056

2F065

2F103

2G086

【Ｆターム（参考）】

2F056VF02

2F056VF12

2F056VF13

2F056VF15

2F065AA65

2F065BB12

2F065CC23

2F065DD03

2F065EE11

2F065FF41

2F065FF48

2F065FF52

2F065GG25

2F065LL02

2F065LL12

2F065LL37

2F065LL42

2F065NN06

2F065QQ03

2F065QQ13

2F065QQ16

2F065QQ17

2F103BA08

2F103BA37

2F103CA03

2F103CA04

2F103CA07

2F103CA08

2F103EB05

2F103EB19

2F103EC09

2F103EC10

2F103EC13

2F103ED27

2F103ED37

2G086DD04

(57)【要約】

【課題】被測定光ファイバの広い範囲にわたって歪み又は温度分布の測定精度を向上させることが可能な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を提供する。
【解決手段】重みフィルタ６１，６２は、波長掃引の非線形性が補正された信号の誤差が極小となる被測定光ファイバ上の極小位置ｚ_１，ｚ_２の間の位置を変数として直線的に変化する重み特性Ａと、被測定光ファイバ上の極小位置ｚ_１，ｚ_２の外側の位置を変数とする重み特性Ｂと、からなり、被測定光ファイバ上の位置に対する重み特性Ｂの振幅の微分値は、極小位置ｚ_１，ｚ_２において重み特性Ａの振幅の微分値と連続であり、測定干渉信号の零周波数に相当する被測定光ファイバ上の位置において零であり、線形化手段５１，５２におけるサンプリング周波数の１／２の周波数に相当する被測定光ファイバ上の位置において零である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

波長掃引された光を出力光として出力する掃引光源（１）と、
前記掃引光源からの前記出力光の一部を遅延ファイバ（３２）に入力し、前記遅延ファイバから出力される光と、前記掃引光源からの前記出力光の別の一部とを干渉させて補助干渉信号として出力する補助干渉計（３）と、
前記掃引光源からの前記出力光の一部を被測定光ファイバ（４３）に入力し、前記被測定光ファイバで反射された反射光と、前記掃引光源からの前記出力光の別の一部とを干渉させて測定干渉信号として出力する測定干渉計（４）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性を補正した信号を出力信号としてそれぞれ出力する第１及び第２の線形化手段（５１，５２）であって、前記補助干渉信号と前記測定干渉信号の間に２つの異なる相対時間差を与えるための遅延時間をそれぞれ持つ前記第１及び第２の線形化手段（５１，５２）と、
前記第１及び第２の線形化手段からの２つの前記出力信号に対してそれぞれ第１及び第２の重み特性を付加する第１及び第２の重みフィルタ（６１，６２）と、
前記第１及び第２の重み特性が付加された２つの前記出力信号を加算しフーリエ変換された周波数領域の信号を出力する加算・フーリエ変換手段（７）と、を備える光周波数領域反射測定装置であって、
前記出力信号の零周波数に相当する前記被測定光ファイバ上の位置をｚ_０とし、
前記第１及び第２の線形化手段の各前記遅延時間に対応し、前記掃引光源の波長掃引の非線形性による２つの前記出力信号の誤差が極小となる前記被測定光ファイバ上の位置をそれぞれｚ_１及びｚ_２とし、
前記出力信号のサンプリング周波数の１／２の周波数に相当する前記被測定光ファイバ上の位置をｚ_ｎとし、
前記第１及び第２の重み特性は、
前記被測定光ファイバ上の位置ｚを変数として、ｚ_１≦ｚ≦ｚ_２において定義され、前記ｚに対して直線的に変化する重み特性Ａと、
ｚ_０≦ｚ＜ｚ_１、及び、ｚ_２＜ｚ≦ｚ_ｎにおいて定義された重み特性Ｂと、からなり、
前記重み特性Ｂの振幅の前記ｚに対する微分値は、前記ｚ_１及びｚ_２において前記重み特性Ａの振幅の前記ｚに対する微分値と連続であり、かつ、前記ｚ_０において零であり、かつ、前記ｚ_ｎにおいて零であることを特徴とする光周波数領域反射測定装置。

【請求項2】

前記第１及び第２の重みフィルタは、前記サンプリング周波数の逆数の整数倍のフィルタ遅延時間を持つＦＩＲフィルタであることを特徴とする請求項１に記載の光周波数領域反射測定装置。

【請求項3】

前記重み特性Ｂの振幅は、前記ｚ_ｎにおいて零であることを特徴とする請求項１に記載の光周波数領域反射測定装置。

【請求項4】

波長掃引された光を出力光として出力する掃引光源（１）と、
前記掃引光源からの前記出力光の一部を遅延ファイバ（３２）に入力し、前記遅延ファイバから出力される光と、前記掃引光源からの前記出力光の別の一部とを干渉させて補助干渉信号として出力する補助干渉計（３）と、
前記掃引光源からの前記出力光の一部を被測定光ファイバ（４３）に入力し、前記被測定光ファイバで反射された反射光と、前記掃引光源からの前記出力光の別の一部とを干渉させて測定干渉信号として出力する測定干渉計（４）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性を補正した信号を出力信号としてそれぞれ出力する第１及び第２の線形化手段（５１，５２）であって、前記補助干渉信号と前記測定干渉信号の間に２つの異なる相対時間差を与えるための遅延時間をそれぞれ持つ前記第１及び第２の線形化手段（５１，５２）と、
前記第１及び第２の線形化手段からの２つの前記出力信号に対してそれぞれ第１及び第２の重み特性を付加する第１及び第２の重みフィルタ（６１，６２）と、
前記第１及び第２の重み特性が付加された２つの前記出力信号を加算しフーリエ変換された周波数領域の信号を出力する加算・フーリエ変換手段（７）と、を備える光周波数領域反射測定装置であって、
前記出力信号の零周波数に相当する前記被測定光ファイバ上の位置をｚ_０とし、
前記第１及び第２の線形化手段の各前記遅延時間に対応し、前記掃引光源の波長掃引の非線形性による２つの前記出力信号の誤差が極小となる前記被測定光ファイバ上の位置をそれぞれｚ_１及びｚ_２とし、
前記出力信号のサンプリング周波数の１／２の周波数に相当する前記被測定光ファイバ上の位置をｚ_ｎとし、
前記第１及び第２の重み特性は、
前記被測定光ファイバ上の位置ｚを変数として、ｚ_１≦ｚ≦ｚ_２において定義され、前記ｚに対して直線的に変化する重み特性Ａと、
ｚ_０≦ｚ＜ｚ_１、及び、ｚ_２＜ｚ≦ｚ_ｎにおいて定義された重み特性Ｂと、からなり、
前記重み特性Ｂの振幅の前記ｚに対する微分値は、前記ｚ_１及びｚ_２において前記重み特性Ａの振幅の前記ｚに対する微分値と連続であり、かつ、前記ｚ_０において零であり、
前記重み特性Ｂの振幅は、前記ｚ_ｎにおいて零であることを特徴とする光周波数領域反射測定装置。

【請求項5】

前記第１及び第２の重みフィルタは、前記サンプリング周波数の逆数の整数倍＋１／２倍のフィルタ遅延時間を持つＦＩＲフィルタであることを特徴とする請求項４に記載の光周波数領域反射測定装置。

【請求項6】

前記ｚ_０において、前記第１の重みフィルタの前記重み特性Ｂの振幅が１であり、かつ、前記第２の重みフィルタの前記重み特性Ｂの振幅が零であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の光周波数領域反射測定装置。

【請求項7】

前記重み特性Ｂの振幅が、前記ｚを変数とする三角関数で表されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の光周波数領域反射測定装置。

【請求項8】

前記重み特性Ｂにおいては、ｚ_０≦ｚ＜ｚ_１、又は、ｚ_２＜ｚ≦ｚ_ｎの少なくとも一方が２つの領域に分割されており、
前記重み特性Ｂの振幅は、前記２つの領域において前記ｚを変数とする三角関数でそれぞれ表され、かつ、前記２つの領域の三角関数の周期が等しく設定されたことを特徴とする請求項３から請求項６のいずれかに記載の光周波数領域反射測定装置。

【請求項9】

前記重み特性Ｂの振幅が、前記ｚを変数とする２次関数で表されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の光周波数領域反射測定装置。

【請求項10】

前記重み特性Ｂにおいては、ｚ_０≦ｚ＜ｚ_１、又は、ｚ_２＜ｚ≦ｚ_ｎの少なくとも一方が２つ又は３つの領域に分割されており、
前記重み特性Ｂの振幅は、前記２つ又は３つの領域において前記ｚを変数とする２次関数でそれぞれ表され、かつ、前記２つ又は３つの領域の２次関数の２階微分値が等しく設定されたことを特徴とする請求項３から請求項６のいずれかに記載の光周波数領域反射測定装置。

【請求項11】

掃引光源（１）から波長掃引された光を出力光として出力するステップ（Ｓ１）と、
前記掃引光源からの前記出力光の一部を遅延ファイバ（３２）に入力し、前記遅延ファイバから出力される光と、前記掃引光源からの前記出力光の別の一部とを干渉させて補助干渉信号として出力するステップ（Ｓ２）と、
前記掃引光源からの前記出力光の一部を被測定光ファイバ（４３）に入力し、前記被測定光ファイバで反射された反射光と、前記掃引光源からの前記出力光の別の一部とを干渉させて測定干渉信号として出力するステップ（Ｓ３）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性を補正した信号を出力信号としてそれぞれ出力する第１及び第２の線形化ステップ（Ｓ４１，Ｓ４２）であって、前記第１及び第２の線形化ステップは、前記補助干渉信号と前記測定干渉信号の間に２つの異なる相対時間差を与えるための遅延時間をそれぞれ持つ前記第１及び第２の線形化ステップ（Ｓ４１，Ｓ４２）と、
前記第１及び第２の線形化ステップからの２つの前記出力信号に対してそれぞれ第１及び第２の重み特性を付加するステップ（Ｓ５１，Ｓ５２）と、
前記第１及び第２の重み特性を付加するステップにより重み特性が付加された２つの前記出力信号を加算しフーリエ変換された周波数領域の信号を出力するステップ（Ｓ６）と、を含む光周波数領域反射測定方法であって、
前記出力信号の零周波数に相当する前記被測定光ファイバ上の位置をｚ_０とし、
前記第１及び第２の線形化手段の各前記遅延時間に対応し、前記掃引光源の波長掃引の非線形性による２つの前記出力信号の誤差が極小となる前記被測定光ファイバ上の位置をそれぞれｚ_１及びｚ_２とし、
前記出力信号のサンプリング周波数の１／２の周波数に相当する前記被測定光ファイバ上の位置をｚ_ｎとし、
前記第１及び第２の重み特性は、
前記被測定光ファイバ上の位置ｚを変数として、ｚ_１≦ｚ≦ｚ_２において定義され、前記ｚに対して直線的に変化する重み特性Ａと、
ｚ_０≦ｚ＜ｚ_１、及び、ｚ_２＜ｚ≦ｚ_ｎにおいて定義された重み特性Ｂと、からなり、
前記重み特性Ｂの振幅の前記ｚに対する微分値は、前記ｚ_１及びｚ_２において前記重み特性Ａの振幅の前記ｚに対する微分値と連続であり、かつ、前記ｚ_０において零であり、かつ、前記ｚ_ｎにおいて零であることを特徴と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又は温度分布を測定する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に関し、特に、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に関する。

【背景技術】

【0002】

＜基本構成＞
従来から、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。従来の光周波数領域反射測定法の基本構成を図３１（ａ）に示す。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、一方の光を測定干渉計４に含まれる被測定光ファイバに入力し、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。

【0003】

例えば、図３１（ｂ）に示すように、入力光は光カプラ４１で２つに分岐され、一方の光が光サーキュレータ４２の第１端子４２ａに入力される。光サーキュレータ４２の第１端子４２ａに入力された光は第２端子４２ｂから出力され、被測定光ファイバ４３に入力される。被測定光ファイバ４３からの反射光は光サーキュレータ４２の第２端子４２ｂに入力され、第３端子４２ｃから出力される。光サーキュレータ４２の第３端子４２ｃから出力された光と、光カプラ４１で分岐した他方の光（基準光）とは光カプラ４５で合波されて出力される。

【0004】

測定干渉計４から出力される光は受光器１１に入力される。受光器１１は、入力された光をその強度に比例した電気信号に変換する。これにより、被測定光ファイバ４３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１１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。

【0005】

図３２（ａ）に示すように、被測定光ファイバ４３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４３の近端Ｏ点から各点までの距離をそれぞれＬ_Ａ，Ｌ_Ｂ，Ｌ_Ｃとする。光カプラ４１から出力され被測定光ファイバ４３の近端Ｏ点で反射して光カプラ４５に到達する光の光路長と、光カプラ４１から出力され光カプラ４５に到達する基準光の光路長とを等しくすると、被測定光ファイバ４３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４５で基準光と合波される。

【0006】

ここで、ｎは被測定光ファイバ４３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。例えば光カプラ４５の入力端子の位置における、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の時間変化はそれぞれ図３２（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、下記の式（１）で示される。

【数1】

【0007】

同様に、Ｂ点及びＣ点からの反射光と基準光の干渉によるビート周波数は、下記の式（２）及び式（３）で表される。

【数2】

【数3】

【0008】

よって、Ａ／Ｄ変換器１２により変換されたディジタル信号をフーリエ変換すると、図３２（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４３の長手方向の反射光分布を測定することができる。

【0009】

＜線形化処理を含む構成＞
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掃引光源が必要であるが、実際の光源では掃引特性に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】

掃引光源による波長掃引には、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できるが、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、波長掃引の非線形性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３３（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。

【0012】

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３３（ｂ）に示すように、補助干渉計３への入力光は光カプラ３１ａで２つに分岐され、一方は所定の長さの遅延ファイバ３２を経由し、他方は遅延ファイバ無しの光ファイバ３３を経由し、それぞれ光カプラ３４に入力され合波される。

【0013】

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の波長掃引の非線形性を補正する線形化処理を行なう。例えば、図３３（ｃ）に示すように、補助干渉計３の出力が受光器１１ａで電気信号に変換されると、掃引光源１の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。

【0014】

サンプリングタイミング算出手段１３は、前記正弦波のビート信号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。

【0015】

サンプリング手段１５は、サンプリングタイミング算出手段１３からのタイミングに遅延付加手段１４により所定の遅延時間δｔが付加されたタイミングで、受光器１１ｂで電気信号に変換された測定干渉計４の出力をサンプリングし、ディジタル信号に変換する。

【0016】

図３３（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のタイミング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。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よい。なお、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には、検出する位相間隔を２π以外の任意の値にすることも容易にできる。

【0017】

定性的には、掃引光源１の掃引速度が速い場合には補助干渉計３の出力のビート周波数が高くなるため、線形化手段５は、高頻度で測定干渉計４の出力信号をサンプリングする。一方、掃引光源１の掃引速度が遅い場合には補助干渉計３の出力のビート周波数が低くなるため、線形化手段５は、低頻度で測定干渉計４の出力信号をサンプリングする。これにより、測定干渉計４から掃引速度が一定の場合に相当する測定信号を得ることができる。

【0018】

定量的には、非特許文献１に示されているように、遅延付加手段１４による遅延時間をδｔ＝τ／２に設定すると１次の誤差項がキャンセルされ、掃引速度の非線形性による誤差が低減される。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により波長掃引の非線形性が補正された測定干渉計４からの測定信号はフーリエ変換部６０でフーリエ変換され、光周波数領域反射測定法の測定結果が得られる。

【0019】

＜光周波数領域反射測定法の応用＞
被測定光ファイバ４３においては、レイリー散乱又は被測定光ファイバ４３に設けられたファイバブラッグ回折格子（ＦＢＧ）によって、長手方向で連続的に光が反射する。被測定光ファイバ４３の長手方向に歪みが加わると、レイリー散乱又は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４３の微小な歪みの長手方向の分布を測定することができる。

【0020】

被測定光ファイバ４３の温度が変化すると、被測定光ファイバ４３の長手方向に歪みが加わった場合と同様に、レイリー散乱又は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４３の歪みの代わりに長手方向の温度分布を測定することもできる。

【0021】

特許文献１には、複数のコアを持ったマルチコアファイバを使用して、光周波数領域反射測定法により被測定光ファイバの位置又は形状を測定する方法が示されている。特許文献１においても、レーザ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の掃引の非線形性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波長掃引の非線形補正が必要である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0022】

【特許文献1】特表２０１３−５０５４４１号公報

【非特許文献】

【0023】

【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】

【0024】

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は、非特許文献１の手法によって補正することができる。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、設定された特定の遅延時間δｔに対応した周波数の測定干渉計からのビート信号に限られる。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δｔ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という問題があった。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。

【0025】

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、被測定光ファイバの広い範囲にわたって歪み又は温度分布の測定精度を向上させることが可能な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を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0026】

上記課題を解決するために、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光として出力する掃引光源と、前記掃引光源からの前記出力光の一部を遅延ファイバに入力し、前記遅延ファイバから出力される光と、前記掃引光源からの前記出力光の別の一部とを干渉させて補助干渉信号として出力する補助干渉計と、前記掃引光源からの前記出力光の一部を被測定光ファイバに入力し、前記被測定光ファイバで反射された反射光と、前記掃引光源からの前記出力光の別の一部とを干渉させて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性を補正した信号を出力信号としてそれぞれ出力する第１及び第２の線形化手段であって、前記補助干渉信号と前記測定干渉信号の間に２つの異なる相対時間差を与えるための遅延時間をそれぞれ持つ前記第１及び第２の線形化手段と、前記第１及び第２の線形化手段からの２つの前記出力信号に対してそれぞれ第１及び第２の重み特性を付加する第１及び第２の重みフィルタと、前記第１及び第２の重み特性が付加された２つの前記出力信号を加算しフーリエ変換された周波数領域の信号を出力する加算・フーリエ変換手段と、を備える光周波数領域反射測定装置であって、前記出力信号の零周波数に相当する前記被測定光ファイバ上の位置をｚ_０とし、前記第１及び第２の線形化手段の各前記遅延時間に対応し、前記掃引光源の波長掃引の非線形性による２つの前記出力信号の誤差が極小となる前記被測定光ファイバ上の位置をそれぞれｚ_１及びｚ_２とし、前記出力信号のサンプリング周波数の１／２の周波数に相当する前記被測定光ファイバ上の位置をｚ_ｎとし、前記第１及び第２の重み特性は、前記被測定光ファイバ上の位置ｚを変数として、ｚ_１≦ｚ≦ｚ_２において定義され、前記ｚに対して直線的に変化する重み特性Ａと、ｚ_０≦ｚ＜ｚ_１、及び、ｚ_２＜ｚ≦ｚ_ｎにおいて定義された重み特性Ｂと、からなり、前記重み特性Ｂの振幅の前記ｚに対する微分値は、前記ｚ_１及びｚ_２において前記重み特性Ａの振幅の前記ｚに対する微分値と連続であり、かつ、前記ｚ_０において零であり、かつ、前記ｚ_ｎにおいて零である構成である。

【0027】

この構成により、本発明に係る光周波数領域反射測定装置は、波長掃引の非線形性を補正して、被測定光ファイバの広い範囲にわたって歪み又は温度分布の測定精度を向上させることができる。

【0028】

また、この構成により、本発明に係る光周波数領域反射測定装置は、タップ数の少ないＦＩＲディジタルフィルタで、所望の重み特性からの振幅誤差の小さい重みフィルタを実現することができ、少ない演算量で掃引光源の波長掃引の非線形の影響を低減することができる。

【0029】

また、本発明に係る光周波数領域反射測定装置においては、前記第１及び第２の重みフィルタは、前記サンプリング周波数の逆数の整数倍のフィルタ遅延時間を持つＦＩＲフィルタであってもよい。

【0030】

この場合、第１及び第２の線形化手段の出力信号のサンプリング周波数の１／２での周波数特性の折り返し点において、第１及び第２の重みフィルタの周波数特性の位相の連続性が保たれるため、本発明に係る光周波数領域反射測定装置は、所望の重み特性を有する重みフィルタをＦＩＲフィルタで精度良く実現することができる。

【0031】

また、本発明に係る光周波数領域反射測定装置においては、前記重み特性Ｂの振幅は、前記ｚ_ｎにおいて零であってもよい。

【0032】

この構成により、本発明に係る光周波数領域反射測定装置は、第１及び第２の重みフィルタの遅延時間にかかわらず、サンプリング周波数の１／２での周波数特性の折り返し点において、振幅値及び振幅の微分値が連続となるため、所望の重み特性を有する重みフィルタをＦＩＲフィルタで精度良く実現することができる。

【0033】

また、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光として出力する掃引光源と、前記掃引光源からの前記出力光の一部を遅延ファイバに入力し、前記遅延ファイバから出力される光と、前記掃引光源からの前記出力光の別の一部とを干渉させて補助干渉信号として出力する補助干渉計と、前記掃引光源からの前記出力光の一部を被測定光ファイバに入力し、前記被測定光ファイバで反射された反射光と、前記掃引光源からの前記出力光の別の一部とを干渉させて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性を補正した信号を出力信号としてそれぞれ出力する第１及び第２の線形化手段であって、前記補助干渉信号と前記測定干渉信号の間に２つの異なる相対時間差を与えるための遅延時間をそれぞれ持つ前記第１及び第２の線形化手段と、前記第１及び第２の線形化手段からの２つの前記出力信号に対してそれぞれ第１及び第２の重み特性を付加する第１及び第２の重みフィルタと、前記第１及び第２の重み特性が付加された２つの前記出力信号を加算しフーリエ変換された周波数領域の信号を出力する加算・フーリエ変換手段と、を備える光周波数領域反射測定装置であって、前記出力信号の零周波数に相当する前記被測定光ファイバ上の位置をｚ_０とし、前記第１及び第２の線形化手段の各前記遅延時間に対応し、前記掃引光源の波長掃引の非線形性による２つの前記出力信号の誤差が極小となる前記被測定光ファイバ上の位置をそれぞれｚ_１及びｚ_２とし、前記出力信号のサンプリング周波数の１／２の周波数に相当する前記被測定光ファイバ上の位置をｚ_ｎとし、前記第１及び第２の重み特性は、前記被測定光ファイバ上の位置ｚを変数として、ｚ_１≦ｚ≦ｚ_２において定義され、前記ｚに対して直線的に変化する重み特性Ａと、ｚ_０≦ｚ＜ｚ_１、及び、ｚ_２＜ｚ≦ｚ_ｎにおいて定義された重み特性Ｂと、からなり、前記重み特性Ｂの振幅の前記ｚに対する微分値は、前記ｚ_１及びｚ_２において前記重み特性Ａの振幅の前記ｚに対する微分値と連続であり、かつ、前記ｚ_０において零であり、前記重み特性Ｂの振幅は、前記ｚ_ｎにおいて零である構成である。

【0034】

この構成により、本発明に係る光周波数領域反射測定装置は、波長掃引の非線形性を補正して、被測定光ファイバの広い範囲にわたって歪み又は温度分布の測定精度を向上させることができる。

【0035】

また、この構成により、本発明に係る光周波数領域反射測定装置は、タップ数の少ないＦＩＲディジタルフィルタで、所望の重み特性からの振幅誤差の小さい重みフィルタを実現することができ、少ない演算量で掃引光源の波長掃引の非線形の影響を低減することができる。

【0036】

また、本発明に係る光周波数領域反射測定装置においては、前記第１及び第２の重みフィルタは、前記サンプリング周波数の逆数の整数倍＋１／２倍のフィルタ遅延時間を持つＦＩＲフィルタであってもよい。

【0037】

この場合、第１及び第２の線形化手段の出力信号のサンプリング周波数の１／２での周波数特性の折り返し点において、第１及び第２の重みフィルタの周波数特性の位相の連続性が保たれるため、本発明に係る光周波数領域反射測定装置は、所望の重み特性を有する重みフィルタをＦＩＲフィルタで精度良く実現することができる。

【0038】

また、本発明に係る光周波数領域反射測定装置においては、前記ｚ_０において、前記第１の重みフィルタの前記重み特性Ｂの振幅が１であり、かつ、前記第２の重みフィルタの前記重み特性Ｂの振幅が零であってもよい。

【0039】

この構成により、本発明に係る光周波数領域反射測定装置は、ｚ_１付近で、波長掃引の非線形性を低減するとともに、零周波数付近で、重みフィルタの処理による雑音の増大や演算に必要なダイナミックレンジの増大を抑えることができる。

【0040】

また、本発明に係る光周波数領域反射測定装置においては、前記重み特性Ｂの振幅が、前記ｚを変数とする三角関数で表されるものであってもよい。

【0041】

また、本発明に係る光周波数領域反射測定装置においては、前記重み特性Ｂにおいては、ｚ_０≦ｚ＜ｚ_１、又は、ｚ_２＜ｚ≦ｚ_ｎの少なくとも一方が２つの領域に分割されており、前記重み特性Ｂの振幅は、前記２つの領域において前記ｚを変数とする三角関数でそれぞれ表され、かつ、前記２つの領域の三角関数の周期が等しく設定されていてもよい。

【0042】

また、本発明に係る光周波数領域反射測定装置においては、前記重み特性Ｂの振幅が、前記ｚを変数とする２次関数で表されるものであってもよい。

【0043】

また、本発明に係る光周波数領域反射測定装置においては、前記重み特性Ｂにおいては、ｚ_０≦ｚ＜ｚ_１、又は、ｚ_２＜ｚ≦ｚ_ｎの少なくとも一方が２つ又は３つの領域に分割されており、前記重み特性Ｂの振幅は、前記２つ又は３つの領域において前記ｚを変数とする２次関数でそれぞれ表され、かつ、前記２つ又は３つの領域の２次関数の２階微分値が等しく設定されていてもよい。

【0044】

また、本発明に係る光周波数領域反射測定方法は、掃引光源から波長掃引された光を出力光として出力するステップと、前記掃引光源からの前記出力光の一部を遅延ファイバに入力し、前記遅延ファイバから出力される光と、前記掃引光源からの前記出力光の別の一部とを干渉させて補助干渉信号として出力するステップと、前記掃引光源からの前記出力光の一部を被測定光ファイバに入力し、前記被測定光ファイバで反射された反射光と、前記掃引光源からの前記出力光の別の一部とを干渉させて測定干渉信号として出力するステップと、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性を補正した信号を出力信号としてそれぞれ出力する第１及び第２の線形化ステップであって、前記第１及び第２の線形化ステップは、前記補助干渉信号と前記測定干渉信号の間に２つの異なる相対時間差を与えるための遅延時間をそれぞれ持つ前記第１及び第２の線形化ステップと、前記第１及び第２の線形化ステップからの２つの前記出力信号に対してそれぞれ第１及び第２の重み特性を付加するステップと、前記第１及び第２の重み特性を付加するステップにより重み特性が付加された２つの前記出力信号を加算しフーリエ変換された周波数領域の信号を出力するステップと、を含む光周波数領域反射測定方法であって、前記出力信号の零周波数に相当する前記被測定光ファイバ上の位置をｚ_０とし、前記第１及び第２の線形化手段の各前記遅延時間に対応し、前記掃引光源の波長掃引の非線形性による２つの前記出力信号の誤差が極小となる前記被測定光ファイバ上の位置をそれぞれｚ_１及びｚ_２とし、前記出力信号のサンプリング周波数の１／２の周波数に相当する前記被測定光ファイバ上の位置をｚ_ｎとし、前記第１及び第２の重み特性は、前記被測定光ファイバ上の位置ｚを変数として、ｚ_１≦ｚ≦ｚ_２において定義され、前記ｚに対して直線的に変化する重み特性Ａと、ｚ_０≦ｚ＜ｚ_１、及び、ｚ_２＜ｚ≦ｚ_ｎにおいて定義された重み特性Ｂと、からなり、前記重み特性Ｂの振幅の前記ｚに対する微分値は、前記ｚ_１及びｚ_２において前記重み特性Ａの振幅の前記ｚに対する微分値と連続であり、かつ、前記ｚ_０において零であり、かつ、前記ｚ_ｎにおいて零である。

【0045】

この構成により、本発明に係る光周波数領域反射測定方法は、波長掃引の非線形性を補正して、被測定光ファイバの広い範囲にわたって歪み又は温度分布の測定精度を向上させることができる。

【0046】

また、この構成により、本発明に係る光周波数領域反射測定方法は、タップ数の少ないＦＩＲディジタルフィルタで、所望の重み特性からの振幅誤差の小さい重みフィルタを実現することができ、少ない演算量で掃引光源の波長掃引の非線形の影響を低減することができる。

【発明の効果】

【0047】

本発明は、被測定光ファイバの広い範囲にわたって歪み又は温度分布の測定精度を向上させることが可能な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を提供する。

【図面の簡単な説明】

【0048】

【図1】本発明の実施形態に係る光周波数領域反射測定装置の構成の一例を示す構成図である。

【図2】本発明の実施形態に係る光周波数領域反射測定装置が備える補助干渉計の構成の一例を示す構成図である。

【図3】本発明の実施形態に係る光周波数領域反射測定装置が備える測定干渉計の構成の一例を示す構成図である。

【図4】本発明の実施形態に係る光周波数領域反射測定装置が備える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構成図である。

【図5】第１の実施形態に係る光周波数領域反射測定装置の構成の一例を示す構成図である。

【図6】重みフィルタによる重みの設定の一例を示すグラフである。

【図7】被測定光ファイバの測定範囲の一例を示すグラフである。

【図8】重みフィルタとしてのＦＩＲフィルタの構成の一例を示す構成図である。

【図9】振幅を０〜１に制限した重みフィルタの周波数特性（整数サンプル遅延）を示すグラフである。

【図10】振幅を０〜１に制限した重みフィルタの周波数特性（整数＋１／２サンプル遅延）を示すグラフである。

【図11】全帯域直線の重みフィルタの周波数特性（整数サンプル遅延）を示すグラフである。

【図12】全帯域直線の重みフィルタの周波数特性（整数＋１／２サンプル遅延）を示すグラフである。

【図13】第１の実施形態の三角関数を用いた重みフィルタの周波数特性（整数サンプル遅延）を示すグラフである。

【図14】第１の実施形態の２次関数を用いた重みフィルタの周波数特性（整数サンプル遅延）を示すグラフである。

【図15】第１の実施形態の三角関数を用いた重みフィルタの周波数特性（整数＋１／２サンプル遅延）を示すグラフである。

【図16】第１の実施形態の２次関数を用いた重みフィルタの周波数特性（整数＋１／２サンプル遅延）を示すグラフである。

【図17】第２の実施形態の三角関数を用いた重みフィルタの周波数特性（整数サンプル遅延）を示すグラフである。

【図18】第２の実施形態の２次関数を用いた重みフィルタの周波数特性（整数サンプル遅延）を示すグラフである。

【図19】第２の実施形態の三角関数を用いた重みフィルタの周波数特性（整数＋１／２サンプル遅延）を示すグラフである。

【図20】第２の実施形態の２次関数を用いた重みフィルタの周波数特性（整数＋１／２サンプル遅延）を示すグラフである。

【図21】第３の実施形態の三角関数を用いた重みフィルタの周波数特性（整数サンプル遅延）を示すグラフである。

【図22】第３の実施形態の２次関数を用いた重みフィルタの周波数特性（整数サンプル遅延）を示すグラフである。

【図23】第３の実施形態の三角関数を用いた重みフィルタの周波数特性（整数＋１／２サンプル遅延）を示すグラフである。

【図24】第３の実施形態の２次関数を用いた重みフィルタの周波数特性（整数＋１／２サンプル遅延）を示すグラフである。

【図25】第４の実施形態の三角関数を用いた重みフィルタの周波数特性（整数サンプル遅延）を示すグラフである。

【図26】第４の実施形態の２次関数を用いた重みフィルタの周波数特性（整数サンプル遅延）を示すグラフである。

【図27】第４の実施形態の三角関数を用いた重みフィルタの周波数特性（整数＋１／２サンプル遅延）を示すグラフである。

【図28】第４の実施形態の２次関数を用いた重みフィルタの周波数特性（整数＋１／２サンプル遅延）を示すグラフである。

【図29】第４の実施形態の重みフィルタの周波数特性のバリエーションを示すグラフである。

【図30】第１〜第４の実施形態に係る光周波数領域反射測定装置による光周波数領域反射測定方法の処理を示すフローチャートである。

【図31】従来の光周波数領域反射測定方法の基本構成の一例を示す構成図である。

【図32】３つの反射点を想定した場合の従来の光周波数領域反射測定方法の基本動作の一例を示す説明図である。

【図33】線形化処理を含む従来の光周波数領域反射測定方法の構成の一例を示す構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0049】

以下、本発明に係る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の実施形態について、図面を用いて説明する。

【0050】

＜構成＞
図１に本発明に係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、第１の線形化手段５１と、第２の線形化手段５２と、第１の重みフィルタ６１と、第２の重みフィルタ６２と、加算・フーリエ変換手段７と、を備える。

【0051】

掃引光源１は、規定された掃引波長範囲及び掃引速度で出力光の波長を掃引する。波長の掃引は単発でもよく、所定の周期での繰返し掃引でもよく、図示しない外部からのトリガ信号に応じた掃引でもよい。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よく、両方向の掃引を利用してもよい。例えば、回折格子を用いた外部共振器レーザにおいて、回折格子又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できる。

【0052】

光周波数領域反射測定法では、時間に対して光周波数が完全に直線的に変化する掃引が理想であるが、実際には掃引光源の掃引特性には直線からのずれが存在する。掃引光源による波長掃引には、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できる。

【0053】

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で掃引光源１からの光を２つに分岐した後、補助干渉計３と測定干渉計４でそれぞれ更に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よい。

【0054】

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２に示すように、補助干渉計３への入力光は光カプラ３１ｂで２つに分岐され、一方は所定の長さの遅延ファイバ３２を経由し、ファラデーミラー３５で反射されて同経路を逆方向に伝搬する。また、他方は遅延ファイバ無しの光ファイバ３３を経由し、ファラデーミラー３６で反射されて同経路を逆方向に伝搬する。ファラデーミラー３５，３６で反射されたこれら２つの光は、光カプラ３１ｂで合波されて補助干渉信号として、入力側と別のポートから出力される。

【0055】

つまり、補助干渉計３は、掃引光源１からの出力光の一部を遅延ファイバ３２に入力し、遅延ファイバ３２から出力される光と、掃引光源１からの出力光の別の一部とを干渉させて補助干渉信号を出力するようになっている。なお、光の強度に比例した電気信号を出力する受光器に補助干渉信号が入力されると、補助干渉信号が２乗検波され、干渉によるビート信号が得られる。なお、ファラデーミラー３５，３６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２つの光の偏波を合わせることができる。

【0056】

測定干渉計４は、入力された光を２つに分岐し、一方の光を測定干渉計４に含まれる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３に示すように、測定干渉計４への入力光は光カプラ４１で２つに分岐され、一方の光が光サーキュレータ４２の第１端子４２ａに入力される。光サーキュレータ４２の第１端子４２ａに入力された光は第２端子４２ｂから出力され、被測定光ファイバ４３に入力される。被測定光ファイバ４３からの反射光は光サーキュレータ４２の第２端子４２ｂに入力され、第３端子４２ｃから出力される。光サーキュレータ４２の第３端子４２ｃから出力された光と、光カプラ４１で分岐した他方の光（基準光）とは光カプラ４５で合波されて測定干渉信号として出力される。

【0057】

つまり、測定干渉計４は、掃引光源１からの出力光の一部を被測定光ファイバ４３に入力し、被測定光ファイバ４３で反射された反射光と、掃引光源１からの出力光の別の一部とを干渉させて測定干渉信号を出力するようになっている。なお、光の強度に比例した電気信号を出力する受光器に測定干渉信号が入力されると、測定干渉信号が２乗検波され、干渉によるビート信号が得られる。

【0058】

被測定光ファイバ４３が通常の単一モードファイバの場合には、伝搬中に光の偏波が変化するため、被測定光ファイバ４３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４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４７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。

【0059】

このとき、基準光が偏光ビームスプリッタ４７の２つの偏光方向のいずれとも直交しないようにする必要があり、偏光ビームスプリッタ４７で基準光の強度がほぼ１対１に分離されるのが望ましい。このため、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、基準光の経路に偏波コントローラを挿入して基準光の偏波を調整する。

【0060】

掃引光源１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４３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の線形化手段５１は、補助干渉計３からの補助干渉信号を用いて、測定干渉計４の被測定光ファイバ４３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、測定干渉計４からの測定干渉信号をサンプリングする。

【0061】

具体的には、第１の線形化手段５１は、補助干渉計３からの補助干渉信号のビート周波数に比例した周波数で、測定干渉計４からの測定干渉信号のビート信号をサンプリングする。すなわち、補助干渉計３からの補助干渉信号の正弦波の位相が一定間隔となる時刻で測定干渉計４からの測定干渉信号のビート信号がサンプリングされる。

【0062】

第２の線形化手段５２は、第１の線形化手段５１と同様の構成であり、補助干渉計３からの補助干渉信号の正弦波の位相が一定間隔となる時刻で測定干渉計４からの測定干渉信号のビート信号をサンプリングする。これにより、第１の線形化手段５１と第２の線形化手段５２は、補助干渉信号を用いて測定干渉信号に対して掃引光源１の波長掃引の非線形性を補正したビート信号をそれぞれ出力することが可能になっている。

【0063】

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からの補助干渉信号と測定干渉計４からの測定干渉信号の間に２つの異なる相対時間差を与えるための遅延時間をそれぞれ持っている。具体的には、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からの補助干渉信号と測定干渉計４からの測定干渉信号の少なくともどちらか一方を遅延させる構成になっており、その遅延時間が第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。

【0064】

第１の重みフィルタ６１は、所定の周波数特性を持った時間領域フィルタであって、第１の線形化手段５１からの出力信号に対して第１の重み特性を付加した結果を出力する。第２の重みフィルタ６２は、第１の重みフィルタ６１とは別の周波数特性を持った時間領域フィルタであって、第２の線形化手段５２からの出力信号に対して第２の重み特性を付加した結果を出力する。ここで、第１の重みフィルタ６１と第２の重みフィルタ６２の周波数特性の振幅は、被測定光ファイバ４３上の位置に応じた重みに対応している。

【0065】

加算・フーリエ変換手段７は、第１の重みフィルタ６１からの重み特性が付加された出力信号と、第２の重みフィルタ６２からの重み特性が付加された出力信号とを加算しフーリエ変換された周波数領域の信号を出力する。

【0066】

また、本発明に係る光周波数領域反射測定装置は、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からの出力信号との遅延時間差を補正する機能を備えている場合もある。この場合、掃引光源１の光周波数の掃引の非線形性が大きい時間領域において、この非線形性によって発生する、第１の線形化手段５１による線形化後の誤差項と、第２の線形化手段５２による線形化後の誤差項とが逆相になって互いに打ち消し合うように、上述の遅延時間差を補正することが望ましい。なお、以降では、第１の線形化手段５１による線形化を単に「第１の線形化」とも称し、第２の線形化手段５２による線形化を単に「第２の線形化」とも称する。

【0067】

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からの出力信号と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得られるサンプリング間隔未満の遅延を付加することで実現できる。あるいは、第１の重みフィルタ６１又は第２の重みフィルタ６２の少なくとも一方に遅延時間調整を含めることもできる。具体的には、重みフィルタ６１，６２を構成する時間領域フィルタの周波数特性に位相傾斜をつけることにより、サンプリング間隔未満の遅延を含めた遅延時間差を実現することができる。

【0068】

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る光周波数領域反射測定装置の構成について、説明する。図５は本実施形態の構成を詳細に表したものである。掃引光源１、光分岐部２、補助干渉計３、及び測定干渉計４の構成及び動作は、図１の基本構成と同様である。

【0069】

さらに、本実施形態の光周波数領域反射測定装置は、受光器１１ａ，１１ｂと、Ａ／Ｄ変換器１２ａ，１２ｂと、瞬時位相算出部１７と、タイミング算出部１８と、第１の遅延付加部２１と、第２の遅延付加部２２と、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と、第１の重みフィルタ６１と、第２の重みフィルタ６２と、加算部２７と、フーリエ変換部６０と、制御部７０と、を備える。

【0070】

ここで、受光器１１ａ，１１ｂ、Ａ／Ｄ変換器１２ａ，１２ｂ、瞬時位相算出部１７、タイミング算出部１８、第１の遅延付加部２１、及び第１のリサンプリング部２３は、第１の線形化手段５１を構成する。一方、受光器１１ａ，１１ｂ、Ａ／Ｄ変換器１２ａ，１２ｂ、瞬時位相算出部１７、タイミング算出部１８、第２の遅延付加部２２、及び第２のリサンプリング部２４は、第２の線形化手段５２を構成する。受光器１１ａ，１１ｂ、Ａ／Ｄ変換器１２ａ，１２ｂ、瞬時位相算出部１７、タイミング算出部１８は、第１の線形化手段５１と第２の線形化手段５２で共用されている。また、第１の重みフィルタ６１、第２の重みフィルタ６２、加算部２７、及びフーリエ変換部６０は、加算・フーリエ変換手段７を構成する。

【0071】

補助干渉計３からの出力光は受光器１１ａで電気信号に変換される。受光器１１ａは、光の強度に比例した電流又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を出力する。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、掃引光源１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１１ａから出力された電気信号は、Ａ／Ｄ変換器１２ａに入力されることにより、一定のサンプリング周波数でディジタル信号に変換される。

【0072】

瞬時位相算出部１７では、Ａ／Ｄ変換器１２ａの出力から正弦波のビート信号の瞬時位相を算出する。瞬時位相算出部１７は、例えば、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させ、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フィルタと、複素係数のＦＩＲフィルタから出力される複素数の位相を算出する逆正接関数による処理部と、で構成される。

【0073】

タイミング算出部１８では、瞬時位相算出部１７により算出された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。ここでは、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必要がある。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よい。

【0074】

第１の遅延付加部２１は、タイミング算出部１８から出力されたタイミングに第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として出力する。同様に、第２の遅延付加部２２は、タイミング算出部１８から出力されたタイミングに第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として出力する。

【0075】

一方、測定干渉計４からの出力光は受光器１１ｂで電気信号に変換される。受光器１１ｂは、光の強度に比例した電流又は電圧を出力するものであり、被測定光ファイバ４３からの反射光と基準光との干渉によるビート信号を出力する。

【0076】

受光器１１ｂ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。

【0077】

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に対応する時刻の入力信号を第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に対応する時刻の入力信号を第２のディジタル信号として出力する。

【0078】

各サンプリングタイミングに対応する時刻はＡ／Ｄ変換器１２ｂ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、各リサンプリング部２３，２４は、各サンプリングタイミングに対応する時刻付近の有限個のＡ／Ｄ変換されたディジタル信号に対して有限インパルス応答（ＦＩＲ）ディジタルフィルタを用いて、各サンプリングタイミングに対応する時刻の補間された各ディジタル信号をそれぞれ算出する。

【0079】

第１のディジタル信号は第１の重みフィルタ６１に入力され、第２のディジタル信号は第２の重みフィルタ６２に入力される。加算部２７は、各重みフィルタ６１，６２の出力を加算する。フーリエ変換部６０は、加算部２７からの出力に対してフーリエ変換を行ない、その結果を出力する。

【0080】

図４に示した偏波ダイバーシティ構成の場合、偏光ビームスプリッタ４７の２つの出力に対して、それぞれ受光器、Ａ／Ｄ変換器、第１のリサンプリング部、第２のリサンプリング部、第１の重みフィルタ、第２の重みフィルタ、加算部、及びフーリエ変換部を配置する。

【0081】

制御部７０は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤなどを含むマイクロコンピュータ又はパーソナルコンピュータ等で構成され、光周波数領域反射測定装置を構成する上記各部の動作を制御する。さらに、制御部７０は、被測定光ファイバ４３の長さに応じて、第１の遅延時間、第２の遅延時間、第１の重みフィルタ６１のフィルタ係数、第２の重みフィルタ６２のフィルタ係数を設定する動作を含めることも可能である。これにより、様々な長さの被測定光ファイバ４３を測定可能な光周波数領域反射測定装置を構成することができる。瞬時位相算出部１７、タイミング算出部１８、第１の遅延付加部２１、第２の遅延付加部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の重みフィルタ６１、第２の重みフィルタ６２、加算部２７、及びフーリエ変換部６０は、ＦＰＧＡやＡＳＩＣなどのディジタル回路で構成することも可能で、所定のプログラムを実行することによりソフトウェア的に構成することも可能で、ディジタル回路によるハードウェア処理と所定のプログラムによるソフトウェア処理とを適宜組み合わせた構成も可能である。

【0082】

＜遅延時間の設定＞
補助干渉計３の２つの光ファイバ３２，３３における光路長（反射型の場合は往復の光路長）をそれぞれＬ_ａ，Ｌ_ｂ、測定干渉計４の基準光の光路長（反射型の場合は往復の光路長）をＬ_ｒ、測定干渉計４の被測定光ファイバ４３側の光ファイバにおける光路長が基準光の光路長Ｌ_ｒと等しくなる被測定光ファイバ４３上の位置をｚ＝ｚ_０＝０とする。その他の補助干渉計３側の遅延時間と測定干渉計４側の遅延時間は等しいとする。

【0083】

測定干渉計４の被測定光ファイバ４３上の位置ｚで反射した光の光路長は２ｚ＋Ｌ_ｒとなる。よって、補助干渉計３のビート信号の遅延時間ｔ_ａｂ、測定干渉計４において被測定光ファイバ４３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４において被測定光ファイバ４３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、下記の式（４）〜式（６）で表される。

【数4】

【数5】

【数6】

【0084】

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４３上の位置ｚ_１及びｚ_２において非線形掃引による測定干渉信号のビート信号の周波数の誤差がゼロになるように補助干渉計３側に付加する第１の遅延時間δｔ_１及び第２の遅延時間δｔ_２は、下記の式（７）〜式（１０）で表される。測定干渉計４側に遅延時間を付加する場合には、δｔ_１及びδｔ_２は逆符号になる。

【数7】

【数8】

【0085】

＜重みの設定＞
掃引光源１の掃引の非線形性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、下記の式（１１）及び式（１２）で表される。

【数9】

【数10】

【0086】

ここで、ｚは被測定光ファイバ４３上の位置（距離）を示す変数である。第１の遅延付加部２１による第１の線形化の遅延時間は、被測定光ファイバ４３上の位置ｚ_１において、掃引光源１の非線形掃引による測定干渉信号のビート信号の周波数の誤差が極小（又はゼロ）になるように設定されるものとする。また、第２の遅延付加部２２による第２の線形化の遅延時間は、被測定光ファイバ４３上の位置ｚ_２において、掃引光源１の非線形掃引による測定干渉信号のビート信号の周波数の誤差が極小（又はゼロ）になるように設定されるものとする。このように設定される位置ｚ_１，ｚ_２を以降では極小位置ｚ_１，ｚ_２とも称する。すなわち、極小位置ｚ_１，ｚ_２は、第１及び第２の線形化手段５１，５２の各遅延時間にそれぞれ対応し、第１及び第２の線形化手段５１，５２からの２つの出力信号における、掃引光源１の波長掃引の非線形性による誤差がそれぞれ極小となる被測定光ファイバ４３上の位置である。

【0087】

ここで、誤差項ψ_１，ψ_２を互いに打ち消し合わせるために、第１の重みフィルタ６１により第１の線形化後の信号にｒ_１（ｚ）、第２の重みフィルタ６２により第２の線形化後の信号にｒ_２（ｚ）の重み特性を付加して加算する構成を考える。下記の式（１３）及び式（１４）が成り立つように重みｒ_１（ｚ）及びｒ_２（ｚ）を設定すると、重みをかけて加算した信号は、測定干渉信号のビート信号の振幅を保ちつつ、誤差項ψ_１，ψ_２を互いに打ち消すことができる。

【数11】

【数12】

【0088】

上記の式（１３）及び式（１４）より求まる重みｒ_１（ｚ）及びｒ_２（ｚ）は、下記の式（１５）及び式（１６）で表される。

【数13】

【数14】

【0089】

式（１５）及び式（１６）の重みｒ_１（ｚ）及びｒ_２（ｚ）はｚを変数とした１次関数であり、図６（ａ）のようになる。ｚ＜ｚ_１及びｚ＞ｚ_２の領域では、ｒ_１（ｚ）とｒ_２（ｚ）の符号が異なるため、加算部２７における各重みフィルタ６１，６２の出力に対する加算処理が実質的に減算処理になり雑音が増加する（Ｓ／Ｎ比が悪化する）といった問題が生じる。さらに、ｒ_１（ｚ）又はｒ_２（ｚ）が１より大きくなるため演算に必要なダイナミックレンジが増加するといった問題も生じる。ｚ_１とｚ_２の間隔を広くすると、重みの最大値が小さくなりｚ＜ｚ_１及びｚ＞ｚ_２の領域も狭くなるためこの問題が軽減されるが、ｚ_１とｚ_２の中間付近において高次の非線形誤差等が残る場合がある。

【0090】

また、ｚ＜ｚ_１及びｚ＞ｚ_２の領域において式（１５）及び式（１６）以外の重みを設定することもできる。例えば、図６（ｂ）のようにｚ＜ｚ_１及びｚ＞ｚ_２の領域においてｒ_１（ｚ）とｒ_２（ｚ）を重み１又は重み０の一定値にすると、同領域では各重みフィルタ６１，６２及び加算部２７による重み付き加算による非線形誤差の低減効果は得られないが、減算処理による雑音の増加や、演算に必要なダイナミックレンジの増加は発生しない。

【0091】

したがって、これらの影響を考慮して適切なｚ_１，ｚ_２を決定することができる。図７（ａ）のように被測定光ファイバ４３の測定範囲の外側にｚ_１，ｚ_２を設定してもよいが、高次の非線形誤差等が残る場合がある。よって、図７（ｂ）のように被測定光ファイバ４３の測定範囲の両端にｚ_１，ｚ_２を設定する方が、高次の非線形誤差等が低減するという点で望ましい。また、図７（ｃ）のように被測定光ファイバ４３の測定範囲の両端よりも内側にｚ_１，ｚ_２を設定し、高次の非線形誤差等の最大値を低減するようにしてもよい。

【0092】

＜重みフィルタの実際の特性とその改善法＞
以下、重みフィルタ６１，６２を時間領域フィルタで実現する構成を考える。時間領域フィルタとしては、図８に示す有限インパルス応答（ＦＩＲ）ディジタルフィルタ（以下、単に「ＦＩＲフィルタ」とも称する）が広く利用されている。ここで、図中のｘ_ｉは本ＦＩＲフィルタへの入力データ、符号６３は入力データを１サンプル分遅延させる遅延器、ａ_１，ａ_２，ａ_３，ａ_４，・・・，ａ_ｎはフィルタ係数、符号６４は入力データに各フィルタ係数を乗算する乗算器、符号６５は各乗算器６４からの出力を加算する加算器を示す。図中の最も右側の加算器６５は、全ての乗算器６４からの出力を加算した値ｙ_ｉを出力するようになっている。

【0093】

ＦＩＲフィルタは時間応答が有限のため、一般に周波数特性に誤差が生じる。重みフィルタ６１，６２の周波数特性に誤差があると、第１の線形化後の誤差項と第２の線形化後の誤差項を前述のように完全に打ち消し合うことができなくなり、重み付き加算後の信号に誤差が残ることになる。ＦＩＲフィルタのタップ数を大きくすると、より高精度な周波数特性を実現できるが、演算量やハードウェア規模が大きくなる問題があるため、極力少ないタップ数で所望の特性を得ることが求められている。

【0094】

ＦＩＲフィルタの係数は、フィルタの周波数特性を逆フーリエ変換することにより算出することができる。ここで、零位相の周波数特性にφ（ｆ）＝−２πτｆ（ｆは周波数）の位相傾斜をつけることにより、時間軸上で周波数ｆによらない一定のフィルタ遅延時間τをＦＩＲフィルタにつけることができる。

【0095】

ここで、各リサンプリング部２３，２４の測定干渉信号のビート信号に対する実際のサンプリング周波数は補助干渉信号のビート周波数によって変化するため通常は一定ではないが、各重みフィルタ６１，６２は入力データのサンプリング周波数を一定値ｆ_ｓとみなして第１及び第２のディジタル信号のフィルタ処理を行う。なお、各リサンプリング部２３，２４と各重みフィルタ６１，６２の間に図示しないバッファメモリを設けることにより、各重みフィルタ６１，６２への入力データの実際のサンプリング周波数を一定にすることもできる。ＦＩＲフィルタのフィルタ遅延時間τが入力データのサンプリング周期１／ｆ_ｓの整数倍（ｋ倍）の場合はτ＝ｋ／ｆ_ｓとなる。つまり、φ（ｆ）＝−２πｋｆ／ｆ_ｓとなり、φ（ｆ_ｓ／２）とφ（−ｆ_ｓ／２）の差は２πの整数倍（ｋ倍）、すなわち同位相となる。

【0096】

離散フーリエ変換では必然的に周波数ｆ_ｓ／２から周波数−ｆ_ｓ／２への折り返しが発生するが、φ（ｆ_ｓ／２）とφ（−ｆ_ｓ／２）が同位相であれば、この折り返し点において位相の連続性が保たれる。フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍でない場合にはこの関係が成立せず、周波数ｆ_ｓ／２における位相と周波数−ｆ_ｓ／２における位相が異なるため、周波数ｆ_ｓ／２から周波数−ｆ_ｓ／２への折り返し点において位相の不連続が発生する。特に、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍＋１／２倍（ｋ＋１／２倍）の場合は、φ（ｆ_ｓ／２）とφ（−ｆ_ｓ／２）の差は２πの整数倍＋１／２倍（ｋ＋１／２倍）であり、すなわち逆位相となる。なお、第１及び第２の線形化手段５１，５２からの２つの出力信号の零周波数に相当する正負の周波数領域の接続点においては、フィルタ遅延時間τにかかわらず位相の連続性が保たれる。

【0097】

図６（ｂ）に相当する振幅特性について、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍の場合のＦＩＲフィルタの周波数特性は図９（ａ）のようになる。以下、横軸は、被測定光ファイバ４３上の位置ｚに比例した値である、サンプリング周波数ｆ_ｓで規格化した周波数を表している。ここで、ｚ_１＝０．１０、ｚ_２＝０．２５であり、ＦＩＲフィルタのタップ数は３２である。また、図中の実線はＦＩＲフィルタの実際の振幅特性Ａｒ_１，Ａｒ_２を示し、図中の破線は図６（ｂ）に示した理想的な重み特性ｒ_１，ｒ_２を示している。

【0098】

重みフィルタ６１，６２は２つの極小位置ｚ_１とｚ_２の間の位置で振幅が直線的（１次関数的）に変化する重み特性を有することが望ましいが、実際のＦＩＲフィルタの周波数特性では完全な直線の振幅特性が実現できず、若干のうねりが生じる。ｚ_１〜ｚ_２間の振幅特性の振幅誤差Δｒ_１，Δｒ_２（ＦＩＲフィルタの振幅特性Ａｒ_１，Ａｒ_２と直線の理想的な重み特性ｒ_１，ｒ_２との差）は図９（ｂ）のようになる。図６（ｂ）に示した理想的な重み特性ｒ_１，ｒ_２は、ｚ_１，ｚ_２にて振幅の微分値が不連続になっているため、特にｚ_１，ｚ_２付近で振幅誤差Δｒ_１，Δｒ_２が大きくなっている。

【0099】

なお、図６（ｂ）の重み特性ｒ_１，ｒ_２においては、零周波数及び規格化周波数０．５（ＦＩＲフィルタの入力データのサンプリング周波数ｆ_ｓの１／２の周波数）の折り返し点において振幅一定なので、振幅の微分値の連続性が保たれている。また、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍なので規格化周波数０．５の折り返し点における位相の連続性も保たれている。これらのことから、零周波数及び規格化周波数０．５付近における振幅誤差Δｒ_１，Δｒ_２は小さくなっている。

【0100】

図６（ｂ）に相当する振幅特性について、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍＋１／２倍の場合のＦＩＲフィルタの周波数特性は図１０（ａ）のようになる。このフィルタ遅延時間τでは規格化周波数０．５の折り返し点において位相の連続性が保たれないため、規格化周波数０．５付近でＡｒ_１，Ａｒ_２と理想的な重み特性ｒ_１，ｒ_２との差が大きくなり、それに伴って図１０（ｂ）のようにｚ_１〜ｚ_２間の振幅誤差Δｒ_１，Δｒ_２も大きくなっている。

【0101】

図６（ａ）に相当する全帯域が直線の振幅特性について、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍の場合のＦＩＲフィルタの周波数特性は図１１（ａ）のようになる。図６（ａ）の重み特性ｒ_１，ｒ_２においては、ｚ_１，ｚ_２における振幅の微分値は連続であるが、零周波数及び規格化周波数０．５の折り返し点において振幅の微分値が非零なので、振幅の微分値の連続性が保たれない。このため、Ａｒ_１，Ａｒ_２において零周波数及び規格化周波数０．５の付近で振幅特性にうねりが見られる。それに伴って、図１１（ｂ）のようにｚ_１〜ｚ_２間にもうねりによる振幅誤差Δｒ_１，Δｒ_２が見られる。

【0102】

図６（ａ）に相当する全帯域が直線の振幅特性について、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍＋１／２倍の場合のＦＩＲフィルタの周波数特性は図１２（ａ）のようになる。このフィルタ遅延時間τでは規格化周波数０．５の折り返し点において位相の連続性が保たれないため、規格化周波数０．５付近でＡｒ_１，Ａｒ_２と理想的な重み特性ｒ_１，ｒ_２との差が大きくなり、それに伴って図１２（ｂ）のようにｚ_１〜ｚ_２間の振幅誤差Δｒ_１，Δｒ_２も大きくなっている。

【0103】

したがって、図６（ａ），（ｂ）のように直線で構成された振幅特性では、振幅の微分値の不連続がどこかに存在するため、フィルタ遅延時間τをサンプリング周期の整数倍とした場合でもＦＩＲフィルタの振幅特性の振幅誤差Δｒ_１，Δｒ_２が大きくなるという問題がある。

【0104】

これに対して、本実施形態の重みフィルタ６１，６２は、タップ数が有限であるＦＩＲフィルタにおいてｚ_１〜ｚ_２間のフィルタ特性の振幅誤差Δｒ_１，Δｒ_２を低減するために、ｚ_１〜ｚ_２間以外の区間の振幅特性を直線（１次関数）から変更したものである。重みフィルタ６１，６２の周波数特性において、被測定光ファイバ４３上の位置ｚに対する振幅値及び振幅の微分値が不連続になると振幅誤差Δｒ_１，Δｒ_２が大きくなってしまう。このため、本実施形態では、ｚ_１及びｚ_２を含む全帯域において、重みフィルタ６１，６２の周波数特性の振幅値及び振幅の微分値が連続になるように、ｚ＜ｚ_１及びｚ＞ｚ_２の重み特性をそれぞれ設定する。

【0105】

すなわち、第１及び第２の重みフィルタ６１，６２の重み特性は、被測定光ファイバ４３上の位置ｚを変数として、２つの極小位置ｚ_１，ｚ_２の間のｚ_１≦ｚ≦ｚ_２において定義され、位置ｚに対して直線的に変化する重み特性Ａと、２つの極小位置ｚ_１，ｚ_２の外側のｚ_０≦ｚ＜ｚ_１、及び、ｚ_２＜ｚ≦ｚ_ｎにおいて定義された重み特性Ｂと、からなる。

【0106】

被測定光ファイバ４３上の位置ｚに対する重み特性Ｂの振幅値及び振幅の微分値は、２つの極小位置ｚ_１，ｚ_２において重み特性Ａの振幅値及び振幅の微分値と連続である。

【0107】

さらに、周波数特性の折り返し成分との振幅の微分不連続を避けるために、重み特性Ｂの振幅の微分値は、零周波数及び規格化周波数０．５に相当する被測定光ファイバ４３上の位置ｚ_０，ｚ_ｎにおいて零である。ｚ＝０，ｚ_１，ｚ_２，ｚ_ｎにおける条件は、下記の式（１７）〜式（２０）で表される。

【数15】

【数16】

【数17】

【数18】

【0108】

ここで、ｚ_ｎは規格化周波数０．５に相当するｚ値である。式（１７）〜式（２０）の条件は、０≦ｚ＜ｚ_１とｚ_２＜ｚ≦ｚ_ｎにおいては直線の振幅特性では満たせないので、非線形の関数を用いて実現する。例えば下記の式（２１）及び式（２２）のように、被測定光ファイバ４３上の位置ｚを変数とする三角関数を用いて、０≦ｚ＜ｚ_１とｚ_２＜ｚ≦ｚ_ｎにおける重み特性Ｂとしての重みｒ_１（ｚ）及びｒ_２（ｚ）を実現することができる。なお、ｒ_１（ｚ）及びｒ_２（ｚ）はｚ_１≦ｚ≦ｚ_２においては１次関数で実現される。

【数19】

【数20】

【0109】

また、下記の式（２３）及び式（２４）のように、被測定光ファイバ４３上の位置ｚを変数とする２次関数を用いて、０≦ｚ＜ｚ_１とｚ_２＜ｚ≦ｚ_ｎにおける重みｒ_１（ｚ）及びｒ_２（ｚ）を実現することもできる。

【数21】

【数22】

【0110】

フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍の場合について、三角関数を用いた本実施形態の重みフィルタ６１，６２の周波数特性は図１３（ａ）、２次関数を用いた本実施形態の重みフィルタ６１，６２の周波数特性は図１４（ａ）のようになり、図９〜図１２の振幅特性と比較してうねりが減少している。図１３（ａ）及び図１４（ａ）のスケールではＡｒ_１，Ａｒ_２とｒ_１，ｒ_２はほとんど重なって区別ができない。それに伴って、図１３（ｂ）及び図１４（ｂ）のようにｚ_１〜ｚ_２間の振幅誤差Δｒ_１，Δｒ_２も大幅に減少している。

【0111】

これは、前述のように規格化周波数０．５（サンプリング周波数ｆ_ｓの１／２）の折り返し点において位相の連続性が保たれることに加えて、ｚ_１〜ｚ_２間は直線の振幅特性を保ちつつ、ｚ_１〜ｚ_２間以外の区間に三角関数又は２次関数を用いることにより、零周波数及び規格化周波数０．５での折り返し点を含めて振幅の微分値の不連続を排除したためである。

【0112】

一方、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍でない場合、例えばサンプリング周期の整数倍＋１／２倍の場合について、三角関数を用いた本実施形態の重みフィルタ６１，６２の周波数特性は図１５（ａ）、２次関数を用いた本実施形態の重みフィルタ６１，６２の周波数特性は図１６（ａ）のようになり、規格化周波数０．５の付近において理想的な重み特性ｒ_１，ｒ_２との差が大きくなっている。それに伴って、図１５（ｂ）及び図１６（ｂ）のようにｚ_１〜ｚ_２間の振幅誤差Δｒ_１，Δｒ_２も大きくなっている。

【0113】

これは、前述のように、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍＋１／２の場合には、規格化周波数０．５（サンプリング周波数ｆ_ｓの１／２）での周波数特性の折り返し点において位相が不連続になるためである。

【0114】

したがって、本実施形態はフィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍の場合に有用である。

【0115】

以上説明したように、本実施形態に係る光周波数領域反射測定装置は、補助干渉信号と測定干渉信号の間に２つの異なる相対時間差を与えるための遅延時間をそれぞれ持つ第１及び第２の線形化手段５１，５２と、第１及び第２の線形化手段５１，５２からの２つの出力信号に対して重み特性を付加する第１及び第２の重みフィルタ６１，６２と、を備えることにより、波長掃引の非線形性を補正して、被測定光ファイバ４３の広い範囲にわたって歪み又は温度分布の測定精度を向上させることができる。

【0116】

また、本実施形態に係る光周波数領域反射測定装置において、被測定光ファイバ４３上の位置ｚに対する重み特性Ｂの振幅の微分値は、２つの極小位置ｚ_１，ｚ_２において重み特性Ａの振幅の微分値と連続であり、かつ、零周波数及び規格化周波数０．５（サンプリング周波数ｆ_ｓの１／２）において零である。これにより、本実施形態に係る光周波数領域反射測定装置は、タップ数の少ないＦＩＲディジタルフィルタで、所望の重み特性ｒ_１，ｒ_２からの振幅誤差Δｒ_１，Δｒ_２の小さい重みフィルタを実現することができ、少ない演算量で掃引光源１の波長掃引の非線形の影響を低減することができる。

【0117】

また、本実施形態に係る光周波数領域反射測定装置においては、第１及び第２の重みフィルタ６１，６２が、サンプリング周波数ｆ_ｓの逆数の整数倍のフィルタ遅延時間を持つＦＩＲフィルタである。これにより、規格化周波数０．５（サンプリング周波数ｆ_ｓの１／２）での周波数特性の折り返し点において、第１及び第２の重みフィルタ６１，６２の周波数特性の位相の連続性が保たれるため、本実施形態に係る光周波数領域反射測定装置は、所望の重み特性ｒ_１，ｒ_２を有する重みフィルタをＦＩＲフィルタで精度良く実現することができる。

【0118】

（第２の実施形態）
続いて、本発明の第２の実施形態に係る光周波数領域反射測定装置について、図面を参照しながら説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成及び動作については適宜説明を省略する。

【0119】

本実施形態においては、第１の実施形態のように規格化周波数０．５（サンプリング周波数ｆ_ｓの１／２）において重みフィルタ６１，６２の周波数特性の振幅の微分値を零にするのではなく、規格化周波数０．５（サンプリング周波数ｆ_ｓの１／２）において重みフィルタ６１，６２の周波数特性の振幅を零にする。

【0120】

本実施形態においても、被測定光ファイバ４３上の位置ｚに対する重み特性Ｂの振幅値及び振幅の微分値は、２つの極小位置ｚ_１，ｚ_２において重み特性Ａの振幅値及び振幅の微分値と連続である。また、ｚ_１及びｚ_２を含む全帯域において、重みフィルタ６１，６２の重み特性の振幅値が連続である。

【0121】

また、重み特性Ｂの振幅の微分値は、零周波数に相当する被測定光ファイバ４３上の位置ｚ_０において零である。また、既に述べたように、重み特性Ｂの振幅は、規格化周波数０．５（サンプリング周波数ｆ_ｓの１／２）に相当する被測定光ファイバ４３上の位置ｚ_ｎにおいて零である。ｚ＝０，ｚ_１，ｚ_２，ｚ_ｎにおける条件は、下記の式（２５）〜式（２８）で表される。

【数23】

【数24】

【数25】

【数26】

【0122】

式（２５）〜式（２８）の条件は、０≦ｚ＜ｚ_１とｚ_２＜ｚ≦ｚ_ｎにおいては直線の振幅特性では満たせないので、非線形の関数を用いて実現する。例えば下記の式（２９）及び式（３０）のように、被測定光ファイバ４３上の位置ｚを変数とする三角関数を用いて、ｚ_２＜ｚ≦ｚ_ｎを２つの領域ｚ_２＜ｚ≦ｚ_ｃ２とｚ_ｃ２＜ｚ≦ｚ_ｎに分割した重み特性Ｂを用いて重みｒ_１（ｚ）及びｒ_２（ｚ）を実現することができる。ここで、ｚ_ｃ２はｚ_２からｚ_ｎまでのいずれかの値であり、被測定光ファイバ４３上のｚ_２＜ｚ≦ｚ_ｎがｚ_ｃ２によって２つの領域に分割されている。

【数27】

【数28】

【0123】

例えば、式（２９）及び式（３０）においてｚ_ｃ２の前後で連続する２つの三角関数の周期が等しく設定されると、ｚ_ｃ２の値は下記の式（３１）のようになる。本実施形態では、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍の場合、三角関数を用いた本実施形態の重みフィルタ６１，６２の周波数特性は図１７（ａ）のようになり、振幅特性にうねりが見られる。それに伴って、図１７（ｂ）のようにｚ_１〜ｚ_２間の振幅誤差Δｒ_１，Δｒ_２が大きくなっている。

【数29】

【0124】

また、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍＋１／２倍の場合について、三角関数を用いた本実施形態の重みフィルタ６１，６２の周波数特性は図１９（ａ）のようになり、図１７の振幅特性と比較して振幅特性のうねりが減少している。図１９（ａ）のスケールではＡｒ_１，Ａｒ_２とｒ_１，ｒ_２はほとんど重なって区別ができない。それに伴って、図１９（ｂ）のようにｚ_１〜ｚ_２間の振幅誤差Δｒ_１，Δｒ_２が大幅に減少している。

【0125】

また、下記の式（３２）及び式（３３）のように、被測定光ファイバ４３上の位置ｚを変数とする２次関数を用いて、０≦ｚ＜ｚ_１とｚ_２＜ｚ≦ｚ_ｎにおける重みｒ_１（ｚ）及びｒ_２（ｚ）を実現することもできる。ここで、ｚ_ｃ２及びｚ_ｃ３はｚ_２からｚ_ｎまでのいずれかの値である。重みｒ_１（ｚ）については、被測定光ファイバ４３上のｚ_２＜ｚ≦ｚ_ｎがｚ_ｃ２によって２つの領域に分割され、重みｒ_２（ｚ）については、被測定光ファイバ４３上のｚ_２＜ｚ≦ｚ_ｎがｚ_ｃ３によって２つの領域に分割されている。

【数30】

【数31】

【0126】

例えば、式（３２）及び式（３３）においてｚ_ｃ２の前後及びｚ_ｃ３の前後でそれぞれ連続する２つの２次関数の２階微分値が等しく設定されると、ｚ_ｃ２及びｚ_ｃ３の値は下記の式（３４）及び式（３５）のようになる。本実施形態では、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍の場合、２次関数を用いた本実施形態の重みフィルタ６１，６２の周波数特性は図１８（ａ）のようになり、振幅特性にうねりが見られる。それに伴って、図１８（ｂ）のようにｚ_１〜ｚ_２間の振幅誤差Δｒ_１，Δｒ_２も大きくなっている。

【0127】

また、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍＋１／２倍の場合について、２次関数を用いた本実施形態の重みフィルタ６１，６２の周波数特性は図２０（ａ）のようになり、図１８の振幅特性と比較してうねりが減少している。図２０（ａ）のスケールではＡｒ_１，Ａｒ_２とｒ_１，ｒ_２はほとんど重なって区別ができない。それに伴って、図２０（ｂ）のようにｚ_１〜ｚ_２間の振幅誤差Δｒ_１，Δｒ_２が大幅に減少している。

【数32】

【数33】

【0128】

本実施形態では規格化周波数０．５（サンプリング周波数ｆ_ｓの１／２）において、重みフィルタ６１，６２の周波数特性の振幅を零にしている。前述のようにフィルタ遅延時間τをサンプリング周期の整数倍＋１／２倍にすると、規格化周波数０．５の折り返し点の前後で逆位相、すなわち符号が反転した値となり、規格化周波数０．５において振幅の微分値が連続となる。これにより、折り返し点を含めて振幅の微分値の不連続が排除され、振幅誤差Δｒ_１，Δｒ_２が減少する。

【0129】

したがって、本実施形態はフィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍＋１／２倍の場合に有用である。

【0130】

以上説明したように、本実施形態に係る光周波数領域反射測定装置は、第１の実施形態と同様に、波長掃引の非線形性を補正して、被測定光ファイバ４３の広い範囲にわたって歪み又は温度分布の測定精度を向上させることができる。

【0131】

また、本実施形態に係る光周波数領域反射測定装置において、被測定光ファイバ４３上の位置ｚに対する重み特性Ｂの振幅の微分値は、２つの極小位置ｚ_１，ｚ_２において重み特性Ａの振幅の微分値と連続であり、かつ、零周波数において零である。また、重み特性Ｂの振幅は、規格化周波数０．５（サンプリング周波数ｆ_ｓの１／２）において零である。これにより、本実施形態に係る光周波数領域反射測定装置は、タップ数の少ないＦＩＲディジタルフィルタで、所望の重み特性ｒ_１，ｒ_２からの振幅誤差Δｒ_１，Δｒ_２の小さい重みフィルタを実現することができ、少ない演算量で掃引光源１の波長掃引の非線形の影響を低減することができる。

【0132】

また、本実施形態に係る光周波数領域反射測定装置においては、第１及び第２の重みフィルタ６１，６２が、サンプリング周波数ｆ_ｓの逆数の整数倍＋１／２倍のフィルタ遅延時間を持つＦＩＲフィルタである。これにより、規格化周波数０．５（サンプリング周波数ｆ_ｓの１／２）での周波数特性の折り返し点において、第１及び第２の重みフィルタ６１，６２の周波数特性の位相の連続性が保たれるため、本実施形態に係る光周波数領域反射測定装置は、所望の重み特性ｒ_１，ｒ_２を有する重みフィルタをＦＩＲフィルタで精度良く実現することができる。

【0133】

（第３の実施形態）
続いて、本発明の第３の実施形態に係る光周波数領域反射測定装置について、図面を参照しながら説明する。なお、第１及び第２の実施形態と同様の構成及び動作については適宜説明を省略する。

【0134】

本実施形態は、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍や整数倍＋１／２倍でない任意の場合においても振幅誤差Δｒ_１，Δｒ_２を低減するために、第１の実施形態と第２の実施形態を組み合わせたものである。

【0135】

本実施形態においても、被測定光ファイバ４３上の位置ｚに対する重み特性Ｂの振幅値及び振幅の微分値は、２つの極小位置ｚ_１，ｚ_２において重み特性Ａの振幅値及び振幅の微分値と連続である。

【0136】

また、重み特性Ｂの振幅の微分値は、零周波数及び規格化周波数０．５（サンプリング周波数ｆ_ｓの１／２）に相当する被測定光ファイバ４３上の位置ｚ_ｎにおいて零である。また、ｚ_１及びｚ_２を含む全帯域において、重みフィルタ６１，６２の重み特性の振幅値及び振幅の微分値が連続である。

【0137】

さらに、本実施形態においては、重み特性Ｂの振幅は、規格化周波数０．５（サンプリング周波数ｆ_ｓの１／２）に相当する被測定光ファイバ４３上の位置ｚ_ｎにおいて零である。ｚ＝０，ｚ_１，ｚ_２，ｚ_ｎにおける条件は、下記の式（３６）〜式（３９）で表される。

【数34】

【数35】

【数36】

【数37】

【0138】

式（３６）〜式（３９）の条件は、０≦ｚ＜ｚ_１とｚ_２＜ｚ≦ｚ_ｎにおいては直線の振幅特性では満たせないので、非線形の関数を用いて実現する。例えば下記の式（４０）及び式（４１）のように、被測定光ファイバ４３上の位置ｚを変数とする三角関数を用いて、ｚ_２＜ｚ≦ｚ_ｎを２つの領域ｚ_２＜ｚ≦ｚ_ｃ２とｚ_ｃ２＜ｚ≦ｚ_ｎに分割した重み特性Ｂを用いて重みｒ_１（ｚ）及びｒ_２（ｚ）を実現することができる。ここで、ｚ_ｃ２はｚ_２からｚ_ｎまでのいずれかの値であり、被測定光ファイバ４３上のｚ_２＜ｚ≦ｚ_ｎがｚ_ｃ２によって２つの領域に分割されている。

【数38】

【数39】

【0139】

例えば、式（４０）及び式（４１）においてｚ_ｃ２の前後で連続する２つの三角関数の周期が等しく設定されると、ｚ_ｃ２の値は下記の式（４２）のようになる。本実施形態では、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍の場合、三角関数を用いた本実施形態の重みフィルタ６１，６２の周波数特性は図２１（ａ）のようになり、図９〜図１２の振幅特性と比較してうねりが減少している。図２１（ａ）のスケールではＡｒ_１，Ａｒ_２とｒ_１，ｒ_２はほとんど重なって区別ができない。それに伴って、図２１（ｂ）のようにｚ_１〜ｚ_２間の振幅誤差Δｒ_１，Δｒ_２が大幅に減少している。

【0140】

また、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍＋１／２倍の場合について、三角関数を用いた本実施形態の重みフィルタ６１，６２の周波数特性は図２３（ａ）のようになり、図９〜図１２の振幅特性と比較してうねりが減少している。図２３（ａ）のスケールではＡｒ_１，Ａｒ_２とｒ_１，ｒ_２はほとんど重なって区別ができない。それに伴って、図２３（ｂ）のようにｚ_１〜ｚ_２間の振幅誤差Δｒ_１，Δｒ_２が大幅に減少している。フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍や整数倍＋１／２倍ではない場合についても、同様に振幅特性のうねりが減少し、ｚ_１〜ｚ_２間の振幅誤差Δｒ_１，Δｒ_２が減少する。

【数40】

【0141】

また、下記の式（４３）及び式（４４）のように、被測定光ファイバ４３上の位置ｚを変数とする２次関数を用いて、０≦ｚ＜ｚ_１とｚ_２＜ｚ≦ｚ_ｎにおける重みｒ_１（ｚ）及びｒ_２（ｚ）を実現することもできる。ここで、ｚ_ｃ２及びｚ_ｃ３はｚ_２からｚ_ｎまでのいずれかの値である。重みｒ_１（ｚ）については、被測定光ファイバ４３上のｚ_２＜ｚ≦ｚ_ｎがｚ_ｃ２と（ｚ_ｃ２＋ｚ_ｎ）／２によって３つの領域に分割され、重みｒ_２（ｚ）については、被測定光ファイバ４３上のｚ_２＜ｚ≦ｚ_ｎがｚ_ｃ３と（ｚ_ｃ３＋ｚ_ｎ）／２によって３つの領域に分割されている。

【数41】

【数42】

【0142】

例えば、式（４３）及び式（４４）においてｚ_ｃ２の前後及びｚ_ｃ３の前後でそれぞれ連続する２つの２次関数の２階微分値が等しく設定されると、ｚ_ｃ２及びｚ_ｃ３の値は下記の式（４５）及び式（４６）のようになる。本実施形態では、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍の場合、２次関数を用いた本実施形態の重みフィルタ６１，６２の周波数特性は図２２（ａ）のようになり、図９〜図１２の振幅特性と比較してうねりが減少している。図２２（ａ）のスケールではＡｒ_１，Ａｒ_２とｒ_１，ｒ_２はほとんど重なって区別ができない。それに伴って、図２２（ｂ）のようにｚ_１〜ｚ_２間の振幅誤差Δｒ_１，Δｒ_２が大幅に減少している。

【0143】

また、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍＋１／２倍の場合について、２次関数を用いた本実施形態の重みフィルタ６１，６２の周波数特性は図２４（ａ）のようになり、図９〜図１２の振幅特性と比較してうねりが減少している。図２４（ａ）のスケールではＡｒ_１，Ａｒ_２とｒ_１，ｒ_２はほとんど重なって区別ができない。それに伴って、図２４（ｂ）のようにｚ_１〜ｚ_２間の振幅誤差Δｒ_１，Δｒ_２が大幅に減少している。

【数43】

【数44】

【0144】

本実施形態では規格化周波数０．５（サンプリング周波数ｆ_ｓの１／２）において、重みフィルタ６１，６２の周波数特性の振幅値及び振幅の微分値を零にしている。このため、規格化周波数０．５の前後の位相にかかわらず、すなわちフィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍や整数倍＋１／２倍に限られない任意の場合においても、規格化周波数０．５の折り返し点において振幅の微分値が連続となる。これにより、折り返し点を含めて振幅の微分値の不連続が排除され、振幅誤差Δｒ_１，Δｒ_２が減少する。

【0145】

したがって、本実施形態はフィルタ遅延時間τが任意の場合にも有用で、汎用性の高い形態である。

【0146】

以上説明したように、本実施形態に係る光周波数領域反射測定装置は、第１及び第２の実施形態と同様に、波長掃引の非線形性を補正して、被測定光ファイバ４３の広い範囲にわたって歪み又は温度分布の測定精度を向上させることができる。

【0147】

また、本実施形態に係る光周波数領域反射測定装置において、被測定光ファイバ４３上の位置ｚに対する重み特性Ｂの振幅の微分値は、２つの極小位置ｚ_１，ｚ_２において重み特性Ａの振幅の微分値と連続であり、かつ、零周波数及び規格化周波数０．５（サンプリング周波数ｆ_ｓの１／２）において零である。さらに、重み特性Ｂの振幅は、規格化周波数０．５において零である。

【0148】

これにより、本実施形態に係る光周波数領域反射測定装置は、タップ数の少ないＦＩＲディジタルフィルタで、所望の重み特性ｒ_１，ｒ_２からの振幅誤差Δｒ_１，Δｒ_２の小さい重みフィルタを実現することができ、少ない演算量で掃引光源１の波長掃引の非線形の影響を低減することができる。さらに、規格化周波数０．５の前後のＦＩＲフィルタの周波数特性の位相にかかわらず、規格化周波数０．５での周波数特性の折り返し点において、振幅値及び振幅の微分値が連続となるため、本実施形態に係る光周波数領域反射測定装置は、所望の重み特性ｒ_１，ｒ_２を有する重みフィルタをＦＩＲフィルタで精度良く実現することができる。

【0149】

（第４の実施形態）
続いて、本発明の第４の実施形態に係る光周波数領域反射測定装置について、図面を参照しながら説明する。なお、第１〜第３の実施形態と同様の構成及び動作については適宜説明を省略する。

【0150】

本実施形態では、ｚ＝ｚ_０＝０に近い低周波領域において、重みｒ_１（ｚ）及びｒ_２（ｚ）を図６（ｂ）に近い特性にするために、第１又は第２又は第３の実施形態の構成に加えて、零周波数における振幅値を１及び０にする。

【0151】

本実施形態においても、被測定光ファイバ４３上の位置ｚに対する重み特性Ｂの振幅値及び振幅の微分値は、２つの極小位置ｚ_１，ｚ_２において重み特性Ａの振幅値及び振幅の微分値と連続である。また、ｚ_１及びｚ_２を含む全帯域において、重みフィルタ６１，６２の重み特性の振幅値及び振幅の微分値が連続である。

【0152】

また、測定干渉信号の零周波数に相当する被測定光ファイバ４３上の位置ｚ_０において、第１の重みフィルタ６１の重み特性Ｂの振幅が１であり、第２の重みフィルタ６２の重み特性Ｂの振幅が零である。

【0153】

例えば、０≦ｚ＜ｚ_１において第１又は第２又は第３の実施形態と異なるフィルタ特性（零周波数において振幅値が１及び０）を有し、ｚ_１≦ｚ≦ｚ_ｎにおいて第１又は第２又は第３の実施形態と同じフィルタ特性を有する。ここではｚ_１≦ｚ≦ｚ_ｎにおいて第３の実施形態と同じフィルタ特性の場合を示すが、ｚ_１≦ｚ≦ｚ_ｎにおいて第１又は第２の実施形態と同じフィルタ特性にしてもよい。ｚ＝０，ｚ_１，ｚ_２，ｚ_ｎにおける条件は、下記の式（４７）〜式（５０）で表される。

【数45】

【数46】

【数47】

【数48】

【0154】

式（４７）〜式（５０）の条件は、０≦ｚ＜ｚ_１とｚ_２＜ｚ≦ｚ_ｎにおいては直線の振幅特性では満たせないので、非線形の関数を用いて実現する。例えば下記の式（５１）及び式（５２）のように、被測定光ファイバ４３上の位置ｚを変数とする三角関数を用いて、０≦ｚ＜ｚ_１及びｚ_２＜ｚ≦ｚ_ｎを４つの領域０≦ｚ＜ｚ_ｃ１とｚ_ｃ１≦ｚ＜ｚ_１とｚ_２＜ｚ≦ｚ_ｃ２とｚ_ｃ２＜ｚ≦ｚ_ｎに分割した重み特性Ｂを用いて重みｒ_１（ｚ）及びｒ_２（ｚ）を実現することができる。ここで、ｚ_ｃ１は０からｚ_１までのいずれかの値、ｚ_ｃ２はｚ_２からｚ_ｎまでのいずれかの値である。つまり、被測定光ファイバ４３上の０≦ｚ＜ｚ_１がｚ_ｃ１によって２つの領域に分割されるとともに、ｚ_２＜ｚ≦ｚ_ｎがｚ_ｃ２によって２つの領域に分割されている。

【数49】

【数50】

【0155】

例えば、式（５１）及び式（５２）においてｚ_ｃ１の前後及びｚ_ｃ２の前後で連続する２つの三角関数の周期が等しく設定されると、ｚ_ｃ１及びｚ_ｃ２の値は下記の式（５３）及び式（５４）のようになる。本実施形態では、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍の場合、三角関数を用いた本実施形態の重みフィルタ６１，６２の周波数特性は図２５（ａ）のようになり、図９〜図１２の振幅特性と比較してうねりが減少している。図２５（ａ）のスケールではＡｒ_１，Ａｒ_２とｒ_１，ｒ_２はほとんど重なって区別ができない。それに伴って、図２５（ｂ）のようにｚ_１〜ｚ_２間の振幅誤差Δｒ_１，Δｒ_２が減少している。

【0156】

また、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍＋１／２倍の場合について、三角関数を用いた本実施形態の重みフィルタ６１，６２の周波数特性は図２７（ａ）のようになり、図９〜図１２の振幅特性と比較してうねりが減少している。図２７（ａ）のスケールではＡｒ_１，Ａｒ_２とｒ_１，ｒ_２はほとんど重なって区別ができない。それに伴って、図２７（ｂ）のようにｚ_１〜ｚ_２間の振幅誤差Δｒ_１，Δｒ_２が減少している。

【数51】

【数52】

【0157】

また、下記の式（５５）及び式（５６）のように、被測定光ファイバ４３上の位置ｚを変数とする２次関数を用いて、０≦ｚ＜ｚ_１とｚ_２＜ｚ≦ｚ_ｎにおける重みｒ_１（ｚ）及びｒ_２（ｚ）を実現することもできる。ここで、ｚ_ｃ１は０からｚ_１までのいずれかの値、ｚ_ｃ２及びｚ_ｃ３はｚ_２からｚ_ｎまでのいずれかの値である。

【0158】

重みｒ_１（ｚ）については、被測定光ファイバ４３上の０≦ｚ＜ｚ_１がｚ_ｃ１／２とｚ_ｃ１によって３つの領域に分割されるとともに、ｚ_２＜ｚ≦ｚ_ｎがｚ_ｃ２と（ｚ_ｃ２＋ｚ_ｎ）／２によって３つの領域に分割されている。

【0159】

また、重みｒ_２（ｚ）については、被測定光ファイバ４３上の０≦ｚ＜ｚ_１がｚ_ｃ１／２とｚ_ｃ１によって３つの領域に分割されるとともに、ｚ_２＜ｚ≦ｚ_ｎがｚ_ｃ３と（ｚ_ｃ３＋ｚ_ｎ）／２によって３つの領域に分割されている。

【数53】

【数54】

【0160】

例えば、式（５５）及び式（５６）においてｚ_ｃ１の前後及びｚ_ｃ２の前後及びｚ_ｃ３の前後でそれぞれ連続する２つの２次関数の２階微分値が等しく設定されると、ｚ_ｃ１〜ｚ_ｃ３の値は下記の式（５７）〜式（５９）のようになる。本実施形態では、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍の場合、２次関数を用いた本実施形態の重みフィルタ６１，６２の周波数特性は図２６（ａ）のようになり、図９〜図１２の振幅特性と比較してうねりが減少している。図２６（ａ）のスケールではＡｒ_１，Ａｒ_２とｒ_１，ｒ_２はほとんど重なって区別ができない。それに伴って図２６（ｂ）のようにｚ_１〜ｚ_２間の振幅誤差Δｒ_１，Δｒ_２が減少している。

【0161】

また、フィルタ遅延時間τがサンプリング周期の整数倍＋１／２倍の場合について、２次関数を用いた本実施形態の重みフィルタ６１，６２の周波数特性は図２８（ａ）のようになり、図９〜図１２の振幅特性と比較して振幅特性のうねりが減少している。図２８（ａ）のスケールではＡｒ_１，Ａｒ_２とｒ_１，ｒ_２はほとんど重なって区別ができない。それに伴って、図２８（ｂ）のようにｚ_１〜ｚ_２間の振幅誤差Δｒ_１，Δｒ_２が減少している。

【数55】

【数56】

【数57】

【0162】

本実施形態では、ｚ＝ｚ_１における振幅の微分値が連続でｚ＝０における振幅を１及び０にしているため、重みｒ_１（ｚ）及びｒ_２（ｚ）は、ｚ＝ｚ_１付近では図６（ａ）に近い特性（重み付き加算による非線形誤差の低減効果）を有し、ｚ＝０付近では図６（ｂ）に近い特性（雑音の増大や必要なダイナミックレンジの増大を抑える効果）を有する。フィルタ遅延時間τの影響については、重みｒ_１（ｚ）及びｒ_２（ｚ）は、ｚ_１≦ｚ≦ｚ_ｎにおいて第１又は第２又は第３のいずれかの実施形態と同じフィルタ特性を有するため、それに対応した第１又は第２又は第３の実施形態と同様の特性となる。

【0163】

また、図２９に示すようにｚ_ｃ１，ｚ_ｃ２，ｚ_ｃ３の値を変えることにより、重みｒ_１（ｚ）及びｒ_２（ｚ）を、図２５（ａ）及び図２６（ａ）の特性と、重みの下限値を零にした特性との中間にすることも可能である。ここで、図２９（ａ）は三角関数を用いた場合、図２９（ｂ）は２次関数を用いた場合である。同様に、第２の実施形態又は第３の実施形態においてｚ_ｃ２，ｚ_ｃ３の値を変えることにより、重みｒ_１（ｚ）及びｒ_２（ｚ）を、図１７（ａ）、図１８（ａ）、図２１（ａ）、図２２（ａ）の特性と、重みの下限値を零にした特性との中間にすることも可能である。

【0164】

以上説明したように、本実施形態に係る光周波数領域反射測定装置は、第１〜第３の実施形態と同様に、波長掃引の非線形性を補正して、被測定光ファイバ４３の広い範囲にわたって歪み又は温度分布の測定精度を向上させることができる。

【0165】

また、第１〜第３の実施形態のいずれかにおける第１及び第２の重みフィルタ６１，６２の構成に加えて、零周波数において、第１の重みフィルタ６１の重み特性Ｂの振幅が１であり、かつ、第２の重みフィルタ６２の重み特性Ｂの振幅が零である。

【0166】

これにより、本実施形態に係る光周波数領域反射測定装置は、タップ数の少ないＦＩＲディジタルフィルタで、所望の重み特性ｒ_１，ｒ_２からの振幅誤差Δｒ_１，Δｒ_２の小さい重みフィルタを実現することができ、少ない演算量で掃引光源１の波長掃引の非線形の影響を低減することができる。さらに、本実施形態の光周波数領域反射測定装置は、極小位置ｚ_１付近で、波長掃引の非線形性を低減するとともに、零周波数付近で、重みフィルタの処理による雑音の増大や演算に必要なダイナミックレンジの増大を抑えることができる。

【0167】

（光周波数領域反射測定方法）
以下、第１〜第４の実施形態に係る光周波数領域反射測定装置を用いる光周波数領域反射測定方法について、図３０のフローチャートを参照しながらその処理の一例を説明する。

【0168】

まず、掃引光源１は、波長掃引された光を出力光として出力する（ステップＳ１）。

【0169】

次に、補助干渉計３は、掃引光源１からの出力光の一部を遅延ファイバ３２に入力し、遅延ファイバ３２から出力される光と、掃引光源１からの出力光の別の一部とを干渉させて補助干渉信号として出力する（ステップＳ２）。

【0170】

次に、測定干渉計４は、掃引光源１からの出力光の一部を被測定光ファイバ４３に入力し、被測定光ファイバ４３で反射された反射光と、掃引光源１からの出力光の別の一部とを干渉させて測定干渉信号として出力する（ステップＳ３）。

【0171】

次に、第１及び第２の線形化手段５１，５２は、補助干渉信号を用いて測定干渉信号に対して掃引光源１の波長掃引の非線形性を補正したビート信号を出力信号としてそれぞれ出力する（第１の線形化ステップＳ４１、第２の線形化ステップＳ４２）。

【0172】

次に、第１及び第２の重みフィルタ６１，６２は、第１及び第２の線形化手段５１，５２からの２つの出力信号（すなわち、非線形性を補正された測定干渉信号のビート信号）に対して第１及び第２の重み特性を付加する（第１の重み特性を付加するステップＳ５１、第２の重み特性を付加するステップＳ５２）。

【0173】

次に、加算・フーリエ変換手段７は、第１及び第２の重みフィルタ６１，６２により重み特性が付加された２つの出力信号を加算した信号をフーリエ変換して周波数領域の信号として出力する（ステップＳ６）。

【符号の説明】

【0174】

１ 掃引光源
２ 光分岐部
３ 補助干渉計
４ 測定干渉計
７ 加算・フーリエ変換手段
１１ａ，１１ｂ 受光器
１２ａ，１２ｂ Ａ／Ｄ変換器
１７ 瞬時位相算出部
１８ タイミング算出部
２１ 第１の遅延付加部
２２ 第２の遅延付加部
２３ 第１のリサンプリング部
２４ 第２のリサンプリング部
２７ 加算部
３２ 遅延ファイバ
４３ 被測定光ファイバ
５１ 第１の線形化手段
５２ 第２の線形化手段
６０ フーリエ変換部
６１ 第１の重みフィルタ
６２ 第２の重みフィルタ

【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】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】