JP2002148556A

JP2002148556A - 光路長スキャニング機構及びそれを備えた光学装置

Info

Publication number: JP2002148556A
Application number: JP2000352561A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Hirata; 唯史平田
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2000-11-15
Filing date: 2000-11-15
Publication date: 2002-05-22

Abstract

(57)【要約】【課題】高速にスキャニングが可能な透過型光路長スキ
ャニング機構、及び、その光路長スキャニング機構を用
いて、高速動作が可能で高ＳＮなＯＣＴシステムなどの
光学装置を提供する。【解決手段】屈折面３６ｂを少なくとも１面有する第１
の光学要素３１と、第１の光学要素３１の屈折面３６ｂ
の向きを時間とともに変化させる駆動装置３２と、光の
通過する位置によって光路長が異なる第２の光学要素３
３と、駆動装置３２が動作したときと動作しないときの
いずれの場合においても特定の同じ位置に第１の光学要
素３２からの光を導くようにした第３の光学要素３４と
を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低コヒーレンス光
を用いた光断層観測装置（ＯＣＴシステム）および、Ｏ
ＣＴシステムに用いられる光路長スキャニング機構に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＯＣＴ（Optical Coherence Tomo
graphy）といわれる可干渉距離が短い低コヒーレンス光
を用いた生体の断層構造を観察する装置が開発されてい
る。

【０００３】低コヒーレンス光を用いた光断層観測装置
は、低コヒーレンス光を発生させる光源からの光をサン
プル光と参照光とに分離し、サンプル光をサンプルに照
射させた後、サンプルからの反射光を再び参照光と合成
し両者の光の干渉信号を検出する方法を用いた構成とな
っている。このとき、サンプル光と参照光の光路長が一
致したところだけ干渉信号が得られ、その干渉成分の強
度はサンプルから戻ってくる光強度の平方根と参照側の
光強度の平方根を掛けた値になる。従って、参照光側ま
たはサンプル側の光路長を変化させることによってサン
プルを観察している場所を奥行き方向にスキャンしてい
るのと同じ効果が得られ、サンプルの奥行き方向の構造
を観察することが可能となる。前記奥行き方向のスキャ
ンに加えて、さらにサンプル側の観察位置を横方向にス
キャンをおこなうとトータルとして観察位置を２次元ま
たは３次元にスキャンしたことになり、サンプルの２次
元または３次元構造を観察することが可能になる。

【０００４】ところで、ＯＣＴシステムのもう一つの特
徴として、光ヘテロダイン検出という手法を用いて、生
体の散乱光などの非常に弱い信号でも高ＳＮ比で観測す
ることが可能なことが挙げられる。光ヘテロダイン検出
の原理は、参照光又はサンプル光の少なくとも一方の光
の周波数をシフトさせた後に、サンプル光と参照光を干
渉させると、干渉信号として参照光とサンプル光の差の
周波数成分をもつビート信号が観測されるが、このビー
ト信号をディテクターで電気信号に変換した後、このビ
ート周波数に合わせたバンドパスフィルターを通すこと
で他のノイズ成分を除去し、ＳＮ比を飛躍的に向上させ
るというものである。

【０００５】図４５は、ＯＣＴシステムを内視鏡に応用
した一従来例を示す概略構成図である。本従来例におい
ては、光学系はマイケルソン干渉計として構成されてい
る。本従来例のＯＣＴシステムでは、具体的に説明する
と、低コヒーレンス光源１０１から射出された光は、シ
ングルモードファイバー１０２を通り、光サーキュレー
タ１０３、シングルモードファイバー１０４を経て、光
カップラー１０５へと導かれ、光カップラー１０５を介
してサンプル側と参照側とに光路を分岐される。

【０００６】参照側に分岐された光は、シングルモード
ファイバー１０６を介して光路長スキャニング機構１０
７に導かれる。光路長スキャニング機構１０７は、レン
ズ１０８と可動ミラー１０９とで構成されており、可動
ミラー１０９の位置を変化させることによって、サンプ
ル側の光と干渉する位置のスキャニングをおこなうこと
ができるようになっている。光路長スキャニング機構１
０７に導かれた光は、レンズ１０８を経た後に可動ミラ
ー１０９で反射されてレンズ１０８を経て光路長スキャ
ニング機構１０７から戻される。光路長スキャニング機
構１０７から戻された光は、再びシングルモードファイ
バー１０６を介して光カップラー１０５に導かれる。

【０００７】一方、サンプル側に分岐された光は、参照
側のシングルモードファイバー１０６とは別個に設けら
れたシングルモードファイバー１１０を介してサンプル
側先端光学系１１１に導かれ、そこからサンプル１１２
に向けて照射される。さらに、サンプル１１２で反射さ
れた光は、再びサンプル側先端光学系１１１、シングル
モードファイバー１１０を通り、光カップラー１０５を
介して参照側経路からの戻り光と合成されて、干渉す
る。光カップラー１０５で合成された干渉光は、一方が
シングルモードファイバー１１３を介して第１ディテク
ター１１４に直接導かれ、他方がシングルモードファイ
バー１０４を通り光サーキュレータ１０３を介して、シ
ングルモードファイバー１１５を通り第２ディテクター
１１６へ選択的に導かれる。導かれたこれら２つの光
は、それぞれ第１ディテクター１１４および第２ディテ
クター１１６を介して光信号から電気信号に変換され
る。電気信号に変換されたこれら２つの信号は、差分検
出によって、直流成分（非干渉成分）が除去されて干渉
成分だけが残り、バンドパスフィルター１１７を通過し
た後に復調器１１８を介して復調される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ＯＣＴシス
テムにおいて生体からの反射光などの弱い信号を観察し
たい場合は、上記のように差分ディテクターを使用する
ことは重要である。サンプルからの反射光が非常に弱い
場合の干渉光の強度は、図４６に示すように、グラフ形
状が、非常に強い直流成分（Ｌ）の上に小さな干渉信号
成分（Ｉ）がのっているような形になる。

【０００９】このような信号を通常の差分を用いないデ
ィテクターで検出した場合には、検出される電気信号
は、直流成分が非常に大きく、干渉成分が非常に弱い信
号として検出される。そして、直流成分が大きい電気信
号を、バンドパスフィルターに入力すると、信号が飽和
しやすくなるだけでなく、光源の出力揺らぎに起因する
電気信号の直流成分の揺らぎによるノイズが増加してし
まうため好ましくない。

【００１０】一方、差分ディテクターを用いて検出する
と、直流成分が除去されて干渉信号の成分だけを信号と
して取り出すことができ、取り出した信号をバンドパス
フィルターに入力しても飽和することが無くなる。また
光源の出力揺らぎに起因する直流成分の揺らぎも同時に
キャンセルすることができるため、ノイズの増加も抑え
ることができる。

【００１１】しかし、上述のような従来のマイケルソン
型の干渉計と差分ディテクターの両方を用いてＯＣＴシ
ステムの光学系を構成する場合には、差分ディテクター
を構成する第１ディテクターと第２ディテクターの直流
成分の大ささを一致させるために、光カップラーの分配
比を１：１にする必要があり、サンプル側と参照側の光
の分配比を自由に変えることができない。一方、本件出
願人の今までの実験結果から、生体を観察する場合に
は、生体からの反射光が弱いためにサンプル側に光を多
く分配し、参照側の光量を少なくしたほうがＳＮ比がよ
くなることが分かっている。そこで、サンプル側と参照
側との光量分配比を変えることができ、かつ差分ディテ
クターを使用することができる光学系を構成するのが理
想的である。

【００１２】サンプル側と参照側の光量分配比を変える
ことができ、かつ、差分ディテクターを用いた構成とし
ては図４７に示すようなマハツェンダー型の干渉計を構
成するのがよい。すなわち、図４７に示すマハツェンダ
ー型の干渉計では、低コヒーレンス光源１２１から射出
された光は、シングルモードファイバー１２２を通り第
１光カップラー１２３へと導かれ、第１光カップラー１
２３を介してサンプル側と参照光側とに光路を分岐され
る。

【００１３】サンプル側に分岐された光は、シングルモ
ードファイバー１２４、光サーキュレーター１２５、シ
ングルモードファイバー１２６,１２７、サンプル側先
端光学系１２８を経てサンプル１２９に照射される。サ
ンプル１２９で反射された光は、再びサンプル側先端光
学系１２８、シングルモードファイバー１２７，１２６
を経て、光サーキュレーター１２５へ戻される。光サー
キュレーター１２５へ戻されたサンプル１２９からの光
は、第２光カップラー１３１へつながっているシングル
モードファイバー１３０の方へ選択的に導かれる。

【００１４】一方、参照側に分岐された光は、光導入用
のシングルモードファイバー１３２を介して、光路長ス
キャニング機構１３３へと導かれ、光路長スキャニング
機構１３３を介して光路長が変化させられた後に、光取
り出し用シングルモードファイバー１３４を介して、第
２光カップラー１３１へと導かれる。サンプル側経路か
ら導かれた光と参照側経路から導かれた光とは、第２光
カップラー１３１で合成され、それにより干渉信号を生
じて第２光カップラー１３１から出力される。第２光カ
ップラー１３１で合成されて生じた干渉信号は、シング
ルモードファイバー１３５，１３６を介して第１ディテ
クター１３７，第２ディテクター１３８へと分配されて
導かれる。第１ディテクター１３７と第２ディテクター
１３８では、それぞれ光の強度の検出がおこなわれる。
第２光カップラー１３１における光量分配比を１：１と
して、第１ディテクター１３７と第２ディテクター１３
８とで差分ディテクター１３９を構成することにより、
直流成分が除去されて、干渉信号の成分のみが出力され
る。

【００１５】ところで、マハツェンダー型干渉計を構成
する場合には、参照光の導入部と取り出し部が異なる構
成の光路長スキャニング機構、すなわち、透過型光路長
スキャニング機構が必要になる。このような光路長スキ
ャニング機構としては、米国特許第５，３２１，５０１
号の図１０に示されるようにレトロリフレクターを往復
運動させて光路長のスキャンを行なう方法を用いた構成
のものがあるが、この方法ではレトロリフレクターを往
復運動させるのに大きな力が必要になるため、レトロリ
フレクターを垂直方向に十分な幅で高速にスキャンする
ことは不可能である。

【００１６】その他の透過型光路長スキャニング機構と
しては、ＰＣＴＷＯ９８／５２０２１中にＦＩＧ．１
０に回折格子とフーリエレンズのペアと振幅、位相マス
クを使った透過型の光路長スキャニング機構が開示され
ているが、この光路長スキャニング機構には、透過型の
振幅、位相マスクを高速動作する方法が具体的に示され
てはいない。

【００１７】このため、従来の透過型の光路長スキャニ
ング機構を用いた場合には、光路長のスキャンスピード
が遅く、ＯＣＴ断層画像をリアルタイムで得ることが難
しかった。

【００１８】本発明は、上記問題点に鑑み、高速にスキ
ャニングが可能な透過型光路長スキャニング機構、及
び、その光路長スキャニング機構を用いて、高速動作が
可能で高ＳＮなＯＣＴシステムなどの光学装置を提供す
ることを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本第１の発明による光路
長スキャニング機構は、屈折面を少なくとも１面有する
第１の光学要素と、前記第１の光学要素の屈折面の向き
を時間とともに変化させる駆動装置と、光の通過する位
置によって光路長が異なる第２の光学要素と、前記駆動
装置が動作したときと動作しないときのいずれの場合に
おいても特定の同じ位置に前記第１の光学要素からの光
を導くようにした第３の光学要素とを有して構成したこ
とを特徴とする。

【００２０】本第２の発明による光学装置は、コヒーレ
ンス長が短い光を発生させる光源と、前記光源からの光
を第１の光路と第２の光路とに分岐して導く第１の光分
岐器と、前記第１の光路の先端部に設けられたサンプル
側光スキャニング機構と、前記第１の光路を通る前記サ
ンプル側光スキャニング機構からの戻り光を第３の光路
に分岐して導く第２の光分岐器と、前記第２の光路から
の光と前記第３の光路からの光とを合成して干渉させる
光合成器と、前記干渉光を電気信号に変換するディテク
ターと、前記ディテクターで検出された信号をヘテロダ
イン検出する電気処理機構と、前記第１の光分岐器から
前記光合成器に至るまでの光路中に設けられた、少なく
とも本第１の発明の構成要件を備えた光路長スキャニン
グ機構と、前記第１の光路中、第２の光路中又は第３の
光路中の少なくとも１箇所に設けた光位相変調器とで構
成したことを特徴とする。

【００２１】本第３の発明による光路長スキャニング機
構は、光透過部の厚さが位置により異なり、かつ、屈折
面を有する光学要素と、前記光学要素が複数付設または
成形された回転盤と、前記回転盤を回転させる手段とで
構成したことを特徴とする。

【００２２】本第４の発明による光学装置は、コヒーレ
ンス長が短い光を発生させる光源と、前記光源からの光
とを第１の光路と第２の光路とに分岐して導く第１の光
分岐器と、前記第１の光路の先端部に設けられたサンプ
ル側光スキャニング機構と、前記第１の光路を通る前記
サンプル側光スキャニング機構からの戻り光を第３の光
路に分岐して導く第２の光分岐器と、前記第２の光路か
らの光と前記第３の光路からの光とを合成して干渉させ
る光合成器と、前記干渉光を電気信号に変換するディテ
クターと、前記ディテクターで検出された信号をヘテロ
ダイン検出する電気処理機構と、前記第１の光分岐器か
ら前記光合成器に至るまでの光路中に設けられた、少な
くとも本第３の発明の構成要件を備えた光路長スキャニ
ング機構とで構成したことを特徴とする。

【００２３】

【発明の実施形態】以下、図面を参照しながら本発明の
実施例について述べる。なお、各実施例における光路長
スキャニング機構の説明に際しては、特に断らない限
り、光が光路長スキャニング機構に入射してくる側を前
側、光が光路長スキャニング機構から出射していく側を
後側ということにする。

【００２４】実施例１本発明の光路長スキャニング機構及びそれを用いた光学
装置の第１実施例を図１〜７を用いて説明する。図１は
本発明の第１実施例にかかる光路長スキャニング機構を
用いたＯＣＴシステムの概略構成図である。図２は第１
実施例のＯＣＴシステムに設けられたサンプル側スキャ
ニング光学系の概略構成図であり、(a)は光軸に沿う部
分断面図、(b)は光軸に垂直な断面図である。図３は第
１実施例の光路長スキャニング機構の概略構成図であ
る。図４は第１実施例の光路長スキャニング機構に用い
られている楔形状プリズムが回転したときの状態説明図
である。図５は第１実施例の光路長スキャニング機構に
用いられている楔形状プリズムが回転したときの階段形
状プリズムにおける光の通過位置を追跡した状態を階段
形状プリズムの前側からみた説明図である。図６は第１
実施例の光路長スキャニング機構に用いられている階段
形状プリズムの断面図である。図７は第１実施例の光路
長スキャニング機構に用いられている楔形状プリズムの
回転の位相に対する光路長の変化状態を示すグラフであ
る。なお、本実施例のＯＣＴシステムの光学系は、マハ
ツェンダー型干渉計を基本として構成されている。

【００２５】まず、本実施例のＯＣＴシステム全体につ
いて説明する。本実施例のＯＣＴ光学装置は、図１に示
すように、コヒーレンス長が短い光を発生させる低コヒ
ーレンス光源１と、光源１からの光を第１の光路（サン
プル側経路）と第２の光路（参照側経路）とに分岐して
導く第１の光分岐器である第１光カップラー２と、第１
の光路の先端部に設けられたサンプル側光スキャニング
機構３と、第１の光路を通るサンプル側光スキャニング
機構３からの戻り光を第３の光路に分岐して導く第２の
光分岐器である光サーキュレーター４と、第２の光路か
らの光と第３の光路からの光とを合成して干渉させる光
合成器である第２光カップラー５と、前記干渉光を電気
信号に変換するディテクター６と、ディテクター６で検
出された信号をヘテロダイン検出する電気処理機構であ
るバンドパスフィルター７と、光路長スキャニング機構
８と、光位相変調器である音響光学素子（以後、ＡＯＭ
と称する）９とで構成されている。本実施例では、ＡＯ
Ｍ９は、第２の光路中において光路長スキャニング機構
８と第２光カップラー５との間に設けられている。な
お、ＡＯＭ９は、前記第１の光路中、第２の光路中又は
第３の光路中の少なくとも１箇所に設けられていればよ
い。光路長スキャニング機構８は、第２の光路中の第１
光カップラー２とＡＯＭ９との間に設けられている。

【００２６】本実施例のＯＣＴ光学装置では、低コヒー
レンス光源１から射出された光は、シングルモードファ
イバー１０を通り第１光カップラー２へと導かれ、第１
光カップラー２を介してサンプル側経路（第１の光路）
と参照側径路（第２の光路）とに光路が分岐されて導か
れる。

【００２７】第１の光路は、シングルモードファイバー
１１と、光サーキュレーター４と、シングルモードファ
イバー１２とで構成されており、サンプル側の光は、こ
れらの構成要素中を通過する。第１の光路を通過した光
は、サンプル側光スキャニング機構３を経てサンプル１
３に向けて照射される。サンプル１３に照射された光の
散乱光または反射光は、再びサンプル側光スキャニング
機構３、シングルモードファイバー１２を経て、光サー
キュレーター４へ戻される。光サーキュレーター４は、
第１の光路を通り戻って来たサンプル１３からの散乱光
または反射光を、シングルモードファイバー１１の方へ
は向かわせずに、シングルモードファイバー１４から成
る第３の光路へ選択的に導く。そして、第３の光路を通
過した光は、さらに第２光カップラー５へ導かれる。

【００２８】一方、第１光カップラー２を介して参照側
に分岐された光は、シングルモードファイバー１５と、
光路長スキャニング機構８と、シングルモードファイバ
ー１６と、ＡＯＭ９と、シングルモードファイバー１７
とから成る第２の光路を経て、第２光カップラー５へ導
かれる。光路長スキャニング機構８においては、時間の
経過とともに光路長が変化し、また、ＡＯＭ９では、光
の中心周波数がｆだけシフトを受けるようになってい
る。なお、第２光カップラー５には、光の分配比が１：
１のものが使用されている。

【００２９】第３の光路からの光と第２の光路からの光
は、第２光カップラー５で合成されて干渉し、干渉した
光がシングルモードファイバー１８、シングルモードフ
ァイバー１９を通り、それぞれ第１ディテクター２０、
第２ディテクター２１に導かれて、光の強度が検出され
る。ここで、第１ディテクター２０と第２ディテクター
２１は、差分ディテクター６を構成しており、また、第
２カップラー５には、光量分配比が１：１のものを使用
しているため、干渉信号を検出するときには、直流成分
が除去され、干渉信号の成分のみが出力される。

【００３０】差分ディテクター６から出力された干渉信
号は、干渉信号のビート周波数に特性を合わせたバンド
パスフィルター７を通ることによってノイズ成分が除去
されてヘテロダイン検出されたあと、プロセッサー２２
で２次元画像が構築され、断層画像がモニター２３に表
示される。

【００３１】次に、サンプル側スキャニング機構３を構
成する光学系について図２（a）、（b）を用いて説明す
る。サンプル側スキャニング機構３を構成する光学系
は、光ロータリージョイント（以後、ＯＲＪと称す）２
４と、シングルモードファイバー２５と、先端光学系２
６とで構成されている。先端光学系２６は、さらに屈折
率分布レンズ（以後、ＧＲＩＮレンズと称す）２７と偏
向プリズム２８とで構成されている。また、シングルモ
ードファイバー２５、ＧＲＩＮレンズ２７及び偏向プリ
ズム２８は、シース２９によって外部から保護されてい
る。

【００３２】ＯＲＪ２４は、シングルモードファイバー
１２からの光をシングルモードファイバー２５へ導くと
ともに、シングルモードファイバー２５、ＧＲＩＮレン
ズ２７及び偏向プリズム２８を回転させることができる
ように構成されている。図２(b)は、ＯＲＪ２４を回転
させたときの光の射出方向および図示省略したサンプル
からの光がサンプル側スキャニング光学系３に取り込ま
れる方向の変化を示している。ある時刻において、偏向
プリズム２８が実線で示した位置にあるとすると、光は
の方向に射出され、また同じの方向からの光が先端
光学系２６に取り込まれる。ある時間が経過すると、偏
光プリズム２８はＯＲＪ２４の回転軸を中心として回転
し点線で示した位置に向きを変える。それにしたがっ
て、光はとは別のの方向に射出され、また同じの
方向からの光が先端光学系２６に取り込まれるようにな
る。さらに時間が経過すると、偏光プリズム２８はさら
に回転してまた元の位置（実線で示した位置）に戻る。
このようにＯＲＪの回転に伴ない光の射出方向および取
り込まれる方向が変化するので、サンプルの観察部位を
円周方向にスキャンすることができる。なお、サンプル
側スキャニング光学系３は、上記以外であっても、光を
照射する位置をスキャンできるものであれば、どのよう
なものでも良い。

【００３３】次に、光路長スキャニング機構について図
３を用いて説明する。光路長スキャニング機構８は、第
１光カップラー２からの光を導くシングルモードファイ
バー１５と、第１コリメータレンズ３０と、第１の光学
要素３１と、第１中空モータ３２と、光の通過する位置
によって光路長が異なる第２の光学要素である階段形状
プリズム３３と、第３の光学要素３４と、第２コリメー
タレンズ３５と、光取り出し用のシングルモードファイ
バー１６とで構成されている。

【００３４】第１の光学要素３１は、第１楔形状プリズ
ム３６と、第１正レンズ３７とで構成されている。第１
楔形状プリズム３６は、第１の駆動手段である第１中空
モーター３２の中央部に取り付けられており、第１中空
モーター３２の駆動により回転させられるようになって
いる。

【００３５】第２の光学要素３４は、第２正レンズ３８
と、第２楔形状プリズム３９と、第２の駆動手段である
第２中空モーター４０と、位相制御手段４１とで構成さ
れている。第２楔形状プリズム３９は、第２中空モータ
ー４０の中央部に取り付けられており、第２中空モータ
ー４０の駆動により回転させられるようになっている。

【００３６】階段形状プリズム３３は、段の境界部分は
略直線状でかつ互いに略平行に形成されている。なお、
第１楔形状プリズム３６は、第１正レンズ３７の前側焦
点位置近傍に配置され、第２楔形状プリズム３９は、第
２正レンズ３８の後側焦点位置近傍に配置されている。

【００３７】また、第１コリメータレンズ３０の光軸
と、第１楔形状プリズム３６を取り付けている第１中空
モーター３２の回転軸と、第１正レンズ３７の光軸と、
第２正レンズ３８の光軸と、第２楔形状プリズム３９を
取り付けている第２中空モーター４０の回転軸と、第２
コリメータレンズ３５の光軸は、ほぼ一直線上に揃って
配置されている。以後、この直線を改めて光軸と称する
ことにする。

【００３８】第１楔形状プリズム３６及び第２楔形状プ
リズム３９は、ガラスでできている。また、第１楔形状
プリズム３６は、光の射出面３６ｂが入射面３６ａに対
し傾斜しており、この射出面３６ｂで光を屈折させるよ
うに形成されている。また、第２楔形状プリズム３９
は、光の入射面３９ａが射出面３９ｂに対して傾斜して
おり、この入射面３９ａで光を屈折させるように形成さ
れている。また、第１楔形状プリズム３６及び第２楔形
状プリズム３９は、夫々中空モーター３２，４０に取り
付けられているため、中空モーター３２，４０を回転駆
動させることにより、第１楔形状プリズム３６の後ろ側
の面（射出面）３６ｂの向き、第２楔形状プリズム３９
の前側の面（入射面）３９ａの向きが時間とともに変化
するようになっている。

【００３９】次に、光路長スキャニング機構内での光の
経路について図３及び図４を用いて説明する。図３と図
４は、第１楔形状プリズム３６が回転したときの光の通
過する経路の時間変化と第１楔形状プリズム３６の方向
ベクトルＵ及び第２楔形状プリズム３９の方向ベクトル
Ｖの時間変化を示した説明図である。なお、第１楔形状
プリズム３６の方向ベクトルおよび第２楔形状プリズム
３９の方向ベクトルとは、それぞれ光軸を基点とする、
光軸に対して傾いている面（射出面３６ｂ、入射面３９
ａ）の法線ベクトルのことをいう。図４は図３の状態か
ら楔形状プリズム３６，３９が１８０度回転したときの
状態を表す説明図である。

【００４０】第２の光路のシングルモードファイバー１
５からの光は、第１コリメータレンズ３０で略平行にさ
れた後、第１楔形状プリズム３６によって屈折される。
第１楔形状プリズム３６は第１正レンズ３７の前側焦点
位置近傍にあるため、第１楔形状プリズム３６を介して
屈折された主光線は、第１正レンズ３７を介して略光軸
に沿う方向に曲げられる。また、第１楔形状プリズム３
６から射出された光は、同時に階段形状プリズム３３近
傍にフォーカスされる。そして、階段形状プリズム３３
を通過した光は、第２正レンズ３８で略平行な光に戻さ
れると同時に進行方向が曲げられて、第２楔形状プリズ
ム３９に入射する。第２楔形状プリズム３９に入射した
光は第２楔形状プリズム３９を介して光軸とほぼ平行な
方向に曲げられた後、コリメータレンズ３５を介してシ
ングルモードファイバー１６に結合される。

【００４１】その際、第１楔形状プリズム３６の回転に
伴ない、プリズム内に入射した光の屈折方向が変化する
ため、光の経路は時間とともに変化する。例えば、時刻
ｔ₀のときには、光は、図３に示すように、階段形状プ
リズム３３の厚さが厚い部分（ア）を通るが、第１楔形
状プリズム３６の回転に伴なって、光路は変化し、第１
楔形状プリズム３６が１８０度回転したときには、光
は、図４に示すように、階段形状プリズム３３の厚さが
薄い部分（イ）を通るようになる。第１楔形状プリズム
３６が１回転したときの階段形状プリズム３３における
光の通過位置を追跡すると、図５の点線部分に示すよう
な円運動の軌跡を辿る。なお、図５では階段形状プリズ
ム３６を前側から見たときの円運動の軌跡を示してい
る。

【００４２】また、本実施例では、位相制御手段４１
が、第２楔形状プリズム３９を取り付けている第２中空
モーター４０に取り付けられていて、回転の位相を第１
中空モーター３２に同期させており、第１楔形状プリズ
ム３６と第２楔形状プリズム３９の方向ベクトルＵ，Ｖ
が、常に同一平面上に位置するようにしている。さら
に、第２楔形状プリズム３９は、第２正レンズ３８から
の光が光軸に平行な方向に曲げられるような角度に楔の
角度が決められている。

【００４３】本実施例では、第２正レンズ３８からの光
が光軸に平行な方向に曲げられるようにするための条件
を満たす一例として、第１正レンズ３７と第２正レンズ
３８に同じ焦点距離のレンズを使用し、さらに、第１楔
形状プリズム３６と第２楔形状プリズム３９に同一材
料、同一の形状のものを使用し、互いに入射側と射出側
の面の向きを反対（面対称）にして配置している。

【００４４】ところで、本実施例では、階段形状プリズ
ム３３は、光透過性の材料（例えば、光学用樹脂、ガラ
スなど）でできており、断面形状が、図６に示すよう
に、位置によって厚さが段階的に変化する形状で形成さ
れている。そして、本実施例の階段形状プリズム３３
は、段と段の間隔がΔｐで、および１段あたりの厚さの
差がΔｄで一様に変化するように形成されている。

【００４５】ここで、階段形状プリズム３３の階段の面
に垂直な光が面Ａから面Ｂの間を通過するときの光路長
について考える。ただし、面Ａは、階段形状プリズムの
厚さが最も厚い面を含んだ平面、面Ｂは、階段形状プリ
ズムの後ろ側の面を含む平面である。図６において、
の部分を通る光と、の部分を通る光に対して階段形状
プリズムの厚さの差がΔｄあるの部分を通る光との光
路長差ΔＬは、次式(1)のようになる。 ΔＬ＝（Ｎ−１）Δｄ …(1) ただし、Ｎは階段形状プリズムの屈折率である。したが
って、光は階段形状プリズム３３上を円運動する際に、
厚さが１段変わるごとにΔＬずつ光路長が変化し、全体
としては光が１周する間にある幅でもって光路長がスキ
ャンできる。

【００４６】図７は本実施例の構成において楔形状プリ
ズム３６を１回転させたときの光路長の変化状態を示す
グラフである。横軸に第１楔形状プリズム３６の回転の
位相、縦軸に光路長スキャニング機構８の光路長をとっ
ている。図中の符号Ｉ、II、III、IVは、図５中の符号
Ｉ、II、III、IVの位置に光が通過したときの光路長に
対応している。図７に示すように、位相が０度から１８
０度では、光が通過する部分の階段形状プリズム３３の
厚さが増加していくため、光路長も増加し、位相が１８
０度から３６０度の間では、光が通過する部分の階段形
状プリズム３３の厚さが減少していくため、光路長も減
少する。

【００４７】なお、階段形状プリズム３３の形状は、次
の条件式(2)を満たすのが望ましい。 Δｄ／（Ｎ−１）＜Ｌｃ ……(2) ただし、Ｌｃは低コヒーレンス光源のコヒーレンス長で
あり、低コヒーレンス光源のスペクトルの中心波長をλ
₀、半値全幅をΔλとすると、Ｌｃ＝２（ｌｎ２）λｏ²／（πΔλ）の関係がある。この条件は、光路長をスキャンしたとき
に情報の欠落部分が発生しないようにするための条件で
ある。低コヒーレンス光源を使って光を干渉させた場
合、奥行き方向の情報に関しては、サンプル側と参照側
の光路長が合ったところからほぼ±Ｌｃ／２の範囲の情
報が干渉信号から得られ、それより大きな範囲の情報は
得られない。階段形状プリズムの１段あたりの段差Δｄ
が上記式(2)を満たさない場合、段が１段変わったとき
に光路長の変化量がＬｃを超えてしまうので、情報の欠
落部分が発生する。

【００４８】以上、本実施例によれば、光路長スキャン
機構中の稼動部材は第１楔形状プリズム３６と、第２楔
形状プリズム３９と、第１中空モーター３２と、第２中
空モーター４０であるが、これらの部材は回転運動する
ため、従来のレトロリフレクターを往復運動させる構成
のものに比べて、非常に小さな力で動かすことができ、
光路長スキャンの高速化が実現でき、その結果、高速動
作が可能で、高ＳＮ比のＯＣＴシステムを実現すること
ができる。

【００４９】実施例２第２実施例は、第１実施例の光路長スキャニング機構に
ついての変形例である。図８は、第２実施例の光路長ス
キャニング機構の概略構成図である。なお、その他の構
成は実施例１と同様であるので、ＯＣＴシステム全体の
概略構成図は省略する。

【００５０】本実施例の光路長スキャニング機構８は、
シングルモードファイバー１５と、第１コリメータレン
ズ３０と、楔形状プリズム３６及び第１正レンズ３７と
からなる第１の光学要素３１と、中空モーター３２と、
光の通過する位置によって光路長が異なる第２の光学要
素である階段形状プリズム３３と、第２正レンズ３８、
コーンレンズ４２及び第３正レンズ４３とからなる第３
の光学要素３４’と、シングルモードファイバー１６と
で構成されている。楔形状プリズム３６は、駆動手段で
ある中空モーター３２の中央部に取り付けられており、
中空モーター３２の駆動により回転させられるようにな
っている。

【００５１】また、楔形状プリズム３６は、第１正レン
ズ３７の前側焦点位置近傍に配置され、コーンレンズ４
２は、第２正レンズ３８の後側焦点位置から少し後ろ側
に配置されている。

【００５２】本実施例では、楔形状プリズム３６は、ガ
ラスでできており、光の射出面３６ｂが入射面３６ａに
対して傾斜して形成されている。楔形状プリズム３６
は、中空モーター３２に取り付けられているため、中空
モーター３２を回転駆動させることにより、楔形状プリ
ズム３６の後ろ側の面（射出面）３６ｂの向きが時間と
ともに変化するようになっている。第３の光学要素３
４’中のコーンレンズ４２は、入射面４２ａが円錐形状
に形成され、射出面４２ｂが平面形状に形成されたガラ
スで構成されている。その他、本実施例の階段形状プリ
ズム３３は、第１実施例の階段形状プリズム３３と同様
の形状に形成されている。

【００５３】次に、本実施例における光路長スキャニン
グ機構内での光の経路について説明する。本実施例で
は、第２の光路のシングルモードファイバー１５からの
光は、コリメータレンズ３０を介して略平行にされた
後、楔形状プリズム３６により屈折される。このとき、
楔形状プリズム３６は、中空モーター３２によって回転
させられるため、光の屈折方向が時間とともに変化す
る。また、楔形状プリズム３６は、第１正レンズ３７の
前側焦点位置近傍にあるため、楔形状プリズム３６で屈
折された主光線は、第１正レンズ３７で略光軸方向に曲
げられる。また、楔形状プリズム３６を出射した光は、
同時に階段形状プリズム３３近傍にフォーカスされる。

【００５４】ここで、階段形状プリズム３３における光
の通過位置は、楔形状プリズム３６の回転に伴なって光
の屈折方向が変化するため、実施例１と同様に図５の点
線部分で示すように円運動をする。階段形状プリズム３
３を通過した光は、第２正レンズ３８を介して略平行な
光に戻されると同時に進行方向が曲げられて、コーンレ
ンズ４２に入射する。コーンレンズ４２に入射した光
は、屈折して光軸と略平行な方向に向きが変えられた
後、第３正レンズ４３を介してシングルモードファイバ
ー１６に結合される。楔形状プリズム３６の回転によっ
て経路が変化させられた光は、コーンレンズ４２と第３
正レンズ４３とによって、光を常にシングルモードファ
イバー１６の端面に集光するため、シングルモードファ
イバー１６から常に光を取り出すようにすることができ
る。

【００５５】また、光路長の変化に関しては、本実施例
では第１実施例と同様に、光が階段形状プリズム３３を
通過する位置は、時間の経過とともに円周上を移動して
変化する。従って、階段形状プリズム３３を通過する光
は時間の経過とともに厚さが異なった部分を通ることに
なり、上記式(1)にしたがい楔形状プリズム３６の回転
に伴なって、光路長が段階的に変化する。

【００５６】本実施例によれば、稼動部材の楔形状プリ
ズム３６、中空モーター３２が回転運動をするため、従
来のレトロリフレクターを往復運動させるものに比べ
て、非常に小さな力で動かすことができ、光路長スキャ
ンの高速化が実現できる。また、本実施例によれば、稼
動部材である楔形状プリズム３６、中空モーター３２が
１個所に設けられており、第１実施例のように２つの楔
形状プリズムの回転の位相を合わせるための制御をおこ
なわなくて済むので、構成が簡単にできるだけでなく、
楔形状プリズムを回転駆動させるためのモーターが１つ
で済み、原価を低減させることができる。

【００５７】実施例３第３実施例は、第２実施例の第２の光学要素である階段
形状プリズム３３を図９に示す階段形状プリズム３３’
にそのまま置きかえた変形例である。図９は第３実施例
の第２の光学要素である段階形状プリズムを示す図であ
り、(a)は断面図、（b）は楔形状プリズムが回転したと
きの階段形状プリズムにおける光の通過位置を追跡した
状態を光の入射側から見た図である。図１０は本実施例
の楔形状プリズムの回転の位相に対する光路長の変化状
態を示すグラフである。横軸は楔形状プリズム３６の回
転の位相、縦軸は光路長を示している。また、図中の符
号Ｉ、II、III、IVは、図９(b)の符号Ｉ、II、III、IV
位置に光が通過したときの光路長に対応している。な
お、その他の構成は第２実施例と同じであるので図示は
省略する。

【００５８】本実施例の階段形状プリズム３３’は、段
の境界部分は略直線状でかつ互いに略平行になっている
とともに、中央部が最も厚くなっており、周辺に向かう
につれて厚さが段階的に減少するように形成されてお
り、厚さが最も厚くなっている中央部３３’ａと、図８
における楔形状プリズム３６が回転したときに円運動す
る光の軌跡の中心とが一致するようにして配置されてい
る。このように配置すると、階段形状プリズムを通過す
る光の軌跡は、図９(b)に示すように、Iの位置から出発
して円周上を回転していき、II、III、IVの位置を経て
再びＩの位置の戻ってくるようになる。

【００５９】また、楔形状プリズム３６を回転させたと
きの光路長は、図１０に示すように、位相が０度から９
０度の間では、光が通過する部分の階段形状プリズム３
３’の厚さが増加していくので光路長も増加し、位相が
９０度から１８０度の間では、光が通過する部分の階段
形状プリズム３３’の厚さが減少していくので光路長も
減少する。また、位相が１８０度から２７０度の間で
は、光が通過する部分の階段形状プリズム３３’の厚さ
が増加していくので光路長も増加し、位相が２７０度か
ら３６０度の間では、光が通過する部分の階段形状プリ
ズム３３’の厚さが減少していくので光路長も減少す
る。

【００６０】本実施例によれば、稼動部材は（第２実施
例と同様に）、楔形状プリズムと、中空モーターであ
り、これらは回転運動するため、従来のレトロリフレク
ターを往復運動させるものに比べて、非常に小さな力で
動かすことができ、光路長スキャンの高速化を実現する
ことができる。また、本実施例によれば、楔形状プリズ
ムが１回転すると２往復の光路長スキャンが得られるの
で、光路長のスキャンを第２実施例に比べてより高速化
することができる。

【００６１】ところで、厚さが段階的に変わる階段形状
の光学ブロックの各段の境界の高い部分を結んだ面を傾
斜面と定義すると、例えば、図９に示す階段形状プリズ
ム３３’は、傾斜面を符号Ｓ１，Ｓ２と２つ持ってい
る。傾斜面を複数持った階段形状の光学ブロックとして
は、階段形状プリズム３３’以外に、例えば、図１１や
図１２に示すようなものがある。図１１，１２におい
て、中央部に描かれたものは、前側から見た階段形状ブ
ロックをあらわしており、その周囲に描かれたものは、
階段形状ブロックを夫々の側面から見た形状をあらわし
ている。なお、図中、符号Ｓ１〜Ｓ４は傾斜面を示して
いる。これらのブロックは傾斜面をおのおの４つずつ持
っており、これらの階段形状ブロックに階段形状プリズ
ム３３’を置きかえると、光路長のスキャンは楔形状プ
リズム３６が１回転すると４回行われることになる。従
って、一般的には、傾斜面が複数ある階段形状の光学ブ
ロックを用いれば、楔形状プリズムが１回転する間の光
路長スキャン回数を増やすことができるため、光路長ス
キャニング機構の光路長スキャンをより高速化すること
ができる。

【００６２】実施例４第４実施例は、第２実施例の第２の光学要素である階段
形状プリズム３３を円周方向に沿って厚さが段階的に等
間隔で変化する形状の光学ブロック３３”に置き換えた
変形例である。図１３は本実施例の光学ブロック３３”
を前側から見た図である。図において、内側と外側の円
は光学ブロック３３”の輪郭をあらわしており、２つの
円の間に半径方向に描かれた実線は、厚さが変化する境
界部をあらわしている。図１４は光学ブロック３３”に
おける中心を通る基準線Ｌからの角度θに対する光学ブ
ロックの厚さの変化状態を示すグラフである。その他の
構成は第２実施例と同じであるので図示は省略する。

【００６３】光学ブロック３３”は、図１４に示すよう
に、角度θが０度から９０度までの間は角度θに対して
等間隔で段階的に厚くなっていき、θが９０度を超える
と再び０度のときと同じ厚さになり、それからθが１８
０度になるまで再び角度θに対して等間隔に段階的に厚
くなっていく。そして、θが１８０度を超えるとθが０
度のときと同じ厚さになり、θが２７０度になるまで再
び角度θに対して等間隔で段階的に厚くなっていく。そ
して、θが２７０度を超えると厚さはθ＝０度のときの
同じ厚さになり、それからθが３６０度になるまで等間
隔で段階的に厚くなっていく。

【００６４】なお、光学ブロック３３”は、光学ブロッ
ク３３”の円周の中心と光軸とがほぼ一致するようにし
て配置する。光は図１３において紙面の上方から光学ブ
ロック３３”に入射することになる。

【００６５】本実施例のように、円周方向に厚さが段階
的に等間隔で変化する形状の光学ブロックを使用する
と、光路長が変化する割合を一定にすることができる。
そのため、ＯＣＴの２次元または３次元の断層画像をプ
ロセッサ上で構築するときに、位置の座標変換のアルゴ
リズムを簡単に構築できるというメリットがある。

【００６６】実施例５第５実施例は、第２実施例の第２の光学要素である階段
状プリズム３３を形状が異なる光学ブロック３３'''に
置き換えたものである。図１５(a)は光学ブロック３
３’’’の断面図で、図１５(b)は光学ブロック３
３’’’を前側から見た図である。図１５(a)，(b)で
は、外側の線は光学ブロック３３’’’の輪郭をあらわ
しており、内側の線は屈折率が異なる部分の境界線を示
している。図１６は、光学ブロック３３’’’の屈折率
分布を示したグラフであり、横軸に光学ブロック３
３’’’のＹ方向位置、縦軸に屈折率を取ってある。光
学ブロック３３’’’は厚さが均一で、Ｙ方向の位置が
Δｐ変わると屈折率がΔｎずつ段階的に増加するように
構成されている。

【００６７】ところで、厚さがＤ₀、屈折率がＮの光学
ブロックに光が通るときの光路長Ｌは、次のように表さ
れる。Ｌ＝Ｎ・Ｄ₀ 本実施例では、光学ブロック３３’’’は、厚さがＤ₀
で一定で、１段あたりの屈折率差がΔｎであるので、光
路長は通過する段が変わるごとにΔｎ・Ｄ₀ずつ変化す
ることになる。

【００６８】また、本実施例では、楔形状プリズム３６
の回転に伴なって、光学ブロック３３’’’を通過する
光は、図１５(b)の点線で示した円の上を移動する。従
って、楔形状プリズム３６が１回転したときの光路長
は、図１７に示すように、段階的に変化する。ただし、
図１７では、横軸は楔形状プリズム３３’’’の回転の
位相、縦軸は光路長を取ってある。

【００６９】本実施例によれば、稼動部材は、楔形状プ
リズム３３’’’と中空モーター３２であり、これらは
回転運動するため、従来のレトロリフレクターを往復運
動させるものに比べて、非常に小さな力で動かすことが
でき、光路長スキャンの高速化を実現することができ
る。

【００７０】実施例６本発明の光路長スキャニング機構及びそれを用いた光学
装置の第６実施例を図１８〜２１を用いて説明する。図
１８は第６実施例のＯＣＴシステムの概略構成図であ
る。本実施例のシステムは、マハツェンダー型干渉計を
基本としている。図１９は、本実施例の光路長スキャニ
ング機構の概略構成図である。図２０は図１９の光路長
スキャニング機構を前側から見た図、図２１は図２０の
Ａ−Ａ’断面図である。本実施例は、第１実施例と比べ
て、ＯＣＴシステムの光路中にＡＯＭが設けられてな
く、また、光路長スキャニング機構の内部構成が異なっ
ている。その他については、第１実施例とほぼ同様に構
成されている。

【００７１】本実施例のＯＣＴ光学装置では、低コヒー
レンス光源１から出射された光は、シングルモードファ
イバー１０を通り、第１光分岐器である第１光カップラ
ー２へと導かれ、第１光カップラー２を介してサンプル
側経路（第１の光路）と参照側経路（第２の光路）とに
光路が分岐されて導かれる。

【００７２】第１の光路は、シングルモードファイバー
１１と、光サーキュレ−ター４と、シングルモードファ
イバー１２とで構成されており、サンプル側の光は、こ
れらの構成要素中を通過する。第１の光路を通過した光
は、サンプル側光スキャニング機構３を経てサンプル１
３に向けて照射される。サンプル１３に照射された光の
散乱光または反射光は、再びサンプル側光スキャニング
機構３、シングルモードファイバー１２を経て、第２の
光分離器である光サーキュレーター４へ戻される。光サ
ーキュレーター４は、第１の光路を通って戻って来たサ
ンプル１３からの散乱光または反射光を、シングルモー
ドファイバー１１の方へは向かわせずに、シングルモー
ドファイバー１４から成る第３の光路へ選択的に導く。
そして、第３の光路を通過した光は、さらに光合成器で
ある第２光カップラー５へ導かれる。

【００７３】一方、第１光カップラー２を介して参照側
に分岐された光は、シングルモードファイバー１５と、
光路長スキャニング機構８’と、シングルモードファイ
バー１６とから成る第２の光路を経て、光合成器である
第２光カップラー５へと導かれる。光路長スキャニング
機構８’においては、時間の経過とともに光路長が変化
する。また、第２光カップラー５には、シングルモード
フャイバー１４およびシングルモードファイバー１６か
らシングルモードファイバー１７，１８へ光の分配比が
１:１になるものが使用されている。

【００７４】第３の光路からの光と第２の光路からの光
は、第２光カップラー５で合成されて干渉し、干渉した
光がシングルモードファイバー１７，１８を通り、それ
ぞれ第１ディテクター２０、第２ディテクター２１に導
かれて、光の強度が検出される。ここで、第１ディテク
ター２０と第２ディテクター２１は、差分ディテクター
６を構成しており、また、第２カップラー５には、光量
分配比が１：１のものを使用しているので、干渉信号を
検出するときには、直流成分が除去され、干渉信号の成
分のみが出力される。

【００７５】差分ディテクター６から出力された干渉信
号は、干渉信号のビート周波数に特性を合わせたバンド
パスフィルター７を通ることによってノイズ成分が除去
されてヘテロダイン検出されたあと、プロセッサー２２
で画像構築され、断層画像がモニター２３に表示され
る。

【００７６】本実施例のサンプル側スキャニング光学系
３は、第１実施例と同様に構成されており、サンプルの
観察部位を円周方向でスキャンすることができるように
なっている。

【００７７】次に、光路長スキャニング機構について図
１９を用いて説明する。本実施例の光路長スキャニング
機構８’は、第１光カップラー２からの光を導くシング
ルモードファイバー１５と、第１正レンズ４４と、回転
盤４５と、回転盤４５を回転させる手段であるモーター
４６と、第２正レンズ４７と、光を取り出して第２光カ
ップラー５へ導くためのシングルモードファイバー１６
とで構成されている。

【００７８】回転盤４５には、図２０に示すように、光
透過部の厚さが位置により異なり、かつ屈折面を有する
光学要素４８_nが複数個（ここでは、４８₁〜４８₈の８
つ）取り付けられている。光学要素４８₁，４８₂，…４
８₈は、回転盤４５の回転中心４５ａから等距離かつ等
間隔に、回転盤４５の回転方向に沿って厚さが変化する
ような向きにして、取り付けられている。

【００７９】また、光学要素４８_n（ｎ：１〜８）は、
図２１に示すように、光の入射面Ｓｉに対し、射出面Ｓ
ｏが傾斜して形成されており、回転盤４５の回転方向に
沿って厚さが変化するようなっている。さらに本実施例
では、入射面Ｓｉは、回転盤４５の回転方向に対して高
さが変わらないように配置されている。

【００８０】シングルモードファイバー１５、第１正レ
ンズ４４は、図２０，２１に示すように、回転盤４５が
回転したときに、光学要素４８₁〜４８₈が通過する回転
盤の周辺箇所Ｐ１に光が当たるように配置されている。
また、第２正レンズ４７、シングルモードファイバー１
６は、周辺箇所Ｐ１のところに光学要素４８_nが位置し
た時に、シングルモードファイバー１５からの光が、シ
ングルモードファイバー１６に光学的に接続されるよう
に配置されている。

【００８１】次に、本実施例の光路長スキャニング機構
の作用について図２２〜図２４を用いて説明する。図２
２はある時刻ｔにおける回転盤４５の位相の変化状態を
示す説明図であり、(a)は、時刻ｔ₀（このときの回転盤
の位相を０とする）のときの回転盤４５の正面図、(b),
(c)は、時刻ｔ₀からそれぞれ所定の時間が経過したとき
の回転盤４５の正面図である。図２３は、図２２の要部
断面図であり、実線でかかれている部分は図２２(a)の
状態における要部断面図である。図２４は、本実施例の
光路長スキャニング機構の回転盤４５を１回転させたと
きの光路長の変化を示すグラフである。横軸に回転盤４
５の位相、縦軸に光路長スキャニング機構８’の光路長
をとっている。

【００８２】光路長スキャニング機構の回転盤４５を１
回転させたときの光路長の変化について説明すると、図
２４に示すように、時刻ｔ₀において、シングルモード
ファイバー１５から射出された光は、第１正レンズ４４
を介して光学要素４８₁近傍にフォーカスされ、さら
に、光学要素４８₁の入射面Ｓｉから入射し、その面で
屈折させられたあと、光学要素４８₁の射出面Ｓｏに対
してほぼ垂直に出射し、さらに第２正レンズ４７を介し
て、シングルモードファイバー１６に結合される。この
ときの光路長は図２４のに示す長さに相当する。

【００８３】時間が経過し、時刻がｔ₀＋Δｔになる
と、回転盤４５が回転して、光学要素４８₁は、図２２
(a)に示す位置より図２２(b)に示す位置にずれる。図２
３の点線でかかれている部分はこのときの断面図であ
る。このときもシングルモードファイバー１５から射出
された光は、第１正レンズ４４で光学要素４８₁近傍に
フォーカスされ、光学要素４８₁の入射面Ｓｉから入射
し、その面で屈折させられたあと、光学要素４８₁の射
出面Ｓｏに対してほぼ垂直に出射し、さらに第２正レン
ズ４７を介して、シングルモードファイバー１６に結合
される。このときの光路長は図２４のに示す長さに相
当する。

【００８４】時刻ｔ₀と時刻ｔ₀＋Δｔのときの相違点
は、時刻ｔ₀のときは、光が、光学要素４８₁の入射面Ｓ
ｉの下部から入射していたのに対して、時刻ｔ₀＋Δｔ
のときは、光学要素４８₁の入射面Ｓｉの上部から入射
しており、時刻ｔ₀＋Δｔのときのほうが時刻ｔ₀のとき
と比べて光学要素４８₁の媒質中を通る距離が短くなっ
ている点である。ところで、物理的な長さが一定でも、
媒質の厚さに差がある場合には、光路長は第１実施例の
式(1)にしたがって変化する。したがって、本実施例の
場合には、図２４に示すように、時刻ｔ₀＋Δｔのとき
のほうが（で示す光路長）光時刻ｔ₀のとき(で示す
光路長)に比べて光路長が短くなる。

【００８５】さらに時間が経過し、時刻がｔ₀＋Δｔ’
になると、回転盤４５がさらに回転して、光学要素４８
₁は、図２２(c)に示す位置にずれる。この時刻になる
と、シングルモードファイバー１５から射出され、第１
正レンズ４４を通過した光は、光学要素４８₁を通らず
に回転盤４５に当たって遮断されてしまうため、シング
ルモードファイバー１６に結合されなくなる。このとき
は、図２４のに相当する。

【００８６】さらに時間が経過すると、シングルモード
ファイバー１５から射出され、第１正レンズ４４を通過
した光は、光学要素４８₁の隣りの光学要素４８₂を通過
するようになり、再びシングルモードファイバー１６に
結合されるようになる。光が光学要素４８₂を通過して
いる間、光路長は光学要素４８₁を通過したときと同様
に回転盤４５の回転に伴なって光路長が次第に短くな
り、さらに時間ｔが経過すると、光は光学要素４８₂か
ら再び外れて、シングルモードファイバー１６に結合さ
れなくなる（図２４のに相当する）。

【００８７】この過程は、光学要素４８₃〜４８₈でも繰
り返され、回転盤４５が１回転して光学要素４８₁がも
との位置に戻ってくる。以上の過程は、回転盤４５が１
回転する毎に繰り返される。

【００８８】以上のように、本実施例によれば、複数の
厚さが位置によって異なり、かつ屈折面を有する光学要
素４８_nが取り付けられている回転盤４５を、回転盤を
回転させる手段であるモーター４６によって回転させる
ことにより、光路長スキャニング機構の入り口と出口と
の間で光路長を回転盤４５が１回転する間に複数回スキ
ャンすることができる。このため、厚さが位置によって
異なり、かつ屈折面を有する光学要素の数を増やすこと
により、回転盤を回転駆動させるモーターの回転数を上
げなくても、ＯＣＴの光路長スキャンレートを上げるこ
とができる。

【００８９】また、本実施例では、光路長が変化してい
るときの光路長変化の時間に関する割合は一定になって
いる。ところで、光路長Ｌが時間的に変化するときに光
が受けるドップラーシフト周波数ｆは、時刻をｔとする
と次のように表される。ｆ＝ｄＬ／ｄｔしかるに、本実施例では、光路長変化の時間に関する割
合ｄＬ／ｄｔが一定になっているので、光路長スキャニ
ング光学系を出ていく光のドップラーシフト周波数も一
定になる。このため、第２光カップラー５においてサン
プル側の光と干渉させたときにビート周波数が一定にな
り、電気系でヘテロダイン検出をするときのバンドパス
フィルターの帯城幅を狭めることができ、ＳＮ比を向上
させることができる。

【００９０】なお、上記実施例では、厚さが位置によっ
て異なり、かつ屈折面を有する光学要素４８_nを回転盤
４５に取り付けていたが、回転盤４５自体に、厚さが位
置によって異なり、かつ屈折面を有する光学要素４８_n
になる部分が一体に成形されていてもよい。図２５は厚
さが位置によって異なり、かつ屈折面を有する光学要素
が一体に成形された回転盤４５’の正面図である。回転
盤４５’には厚さが位置によって異なり、かつ屈折面を
有する光学要素部４８’ｎ（ｎ：１，２…８）が一体に
成形されている。図２６は、図２５のＡ−Ａ’断面図で
ある。光学要素４８’₁は、厚さが回転盤４５’の回転
方向に沿って一定の割合で変化し、入射面Ｓｉに対し
て、射出面Ｓｏが傾斜して形成されている。他の光学要
素４８’₂〜４８’₈も同様な断面形状に形成されてい
る。

【００９１】なお、厚さが位置によって異なり、かつ屈
折面を有する光学要素４８’_nが一体に成形された回転
盤４５’は、成形したときにその光学要素４８’_nの部
位で光が透過するように、例えば、アクリル、ＰＭＭＡ
などの光透過性樹脂や光学ガラスのように光が透過する
材料を用いて製造されている。

【００９２】実施例７第７実施例は、第６実施例の光路長スキャニング機構の
回転盤の部分の変形例である。その他の部分について
は、第６実施例と同様である。

【００９３】本実施例の光路長スキャニング機構につい
て、図２７を用いて説明する。図２７は、第７実施例の
光路長スキャニング機構を横から見た概略構成図であ
る。本実施例の光路長スキャニング機構８’は、第１光
カップラー２からの光を導入するシングルモードファイ
バー１５と、第１正レンズ４４と、回転盤４９と、回転
盤４９を回転させる手段であるモーター５０と、第２正
レンズ４７と、光を第２光カップラーへ取り出すための
シングルモードファイバー１６とで構成されている。

【００９４】本実施例では、回転盤４９は、第１回転盤
５１と、第２回転盤５２とで構成されている。第１回転
盤５１には、第６実施例の回転盤４５と同様に、図２８
に示すように、光透過部の厚さが位置により異なり、か
つ屈折面を有する光学要素５３_n（ｎ：１、２…８）が
複数個（ここでは、８個）取り付けられている。なお、
図２８は第１回転盤５１の正面図である。光学要素５３
₁〜５３₈は、第１回転盤５１の回転中心５１ａから等距
離かつ等間隔に、第１回転盤５１の回転方向に沿って厚
さが変化するような向きに、８つ取り付けられている。

【００９５】また、光学要素５３_nは、図２９に示すよ
うに、入射面Ｓｉに対して、射出面Ｓｏが傾斜した形状
に形成されており、第１回転盤５１の回転方向に対して
厚さが変化するように取り付けられている。さらに本実
施例では、光学要素５３_nの入射面Ｓｉは、第１回転盤
５１の前側の面Ｓｊと回転方向に対して高さが変わらな
いようにして配置されている。以後、本実施例の説明に
おいては、この高さが変わらない面をＳａ面とし、その
反対側の凹凸がある側の面をＳｂ面と称することにす
る。

【００９６】一方、第２回転盤５２は、図３０に示すよ
うに、両面とも回転方向に対して平らな形状をしてい
る。回転盤４９は、図３１に示すように、第１回転盤５
１のＳｂ面に第２回転盤５２を接合して構成されてい
る。これにより、回転盤４９の外側面は回転方向に対し
て平らな形状にすることができる。

【００９７】シングルモードファイバー１５、第１正レ
ンズ４４は、第６実施例と同様に、図２８に示すよう
に、回転盤４９を回転させたときに、光学要素５３₁〜
５３₈が通過する回転盤４９の周辺部分Ｐ１に光が当た
るように位置を合わせて配置されている。また、周辺部
分Ｐ１のところに光学要素５３_nが位置した時に、シン
グルモードファイバー１５からの射出光が、シングルモ
ードファイバー１６に光学的に接続されるように、第２
正レンズ４７と、シングルモードファイバー１６が、第
６実施例と同様に配置されている。

【００９８】本実施例の光路長スキャンは、回転盤４９
をモーター５０に取り付けて回転させることにより行な
う。光路長スキャンの原理は、第６実施例と同様に、第
１回転盤５１に取り付けられた光学要素５３_nを光が通
過する際に、第１回転盤５１の回転に伴なって光学要素
５３_n中の屈折率が変化して光路長が変化することによ
っておこなわれる。なお、第２回転盤５１は、入射面と
射出面とが平行であるので、光路長の変動には影響を与
えない。

【００９９】ところで、前述したように本実施例では、
回転盤４９の外側面は回転方向に対して凹凸がなく、平
らな形状をしている。このため、本実施例によれば、第
６実施例と比較して、回転盤を回転させたときの空気抵
抗による損失（以後、風損ということとする）を減らす
ことができる。そして、風損の減少により、モーター６
９の負荷を減らすことができ、回転盤４９の高速回転が
実現できる。したがって、本実施例によれば、光路長ス
キャンニング機構の光路長のスキャンレートを第６実施
例よりも一層高くすることができる。なお、本実施例で
は、厚さが位置によって異なり、かつ屈折率を有する光
学要素を第１回転盤に取り付けた構成をとっているが、
厚さが位置によって異なり、かつ屈折率を有する光学要
素を第１回転盤に一体成形した構成のものでも同様の効
果が得られる。

【０１００】実施例８第８実施例は、第７実施例の光路長スキャニング機構の
回転盤の部分の変形例である。それ以外の部分について
は第７実施例と同様である。

【０１０１】本実施例の光路長スキャニング機構につい
て図３２を用いて説明する。図３２は本実施例の光路長
スキャニング機構を横から見た概略構成図である。本実
施例の光路長スキャニング機構８’は、第１光カップラ
ー２からの光を導入するシングルモードファイバー１５
と、第１正レンズ４４と、回転盤５４と、回転盤５４を
回転させる手段であるモーター５５と、第２正レンズ４
７と、光を第２光カップラー５へ取り出すためのシング
ルモードファイバー１６とで構成されている。回転盤５
４は、第１回転盤５６と第２回転盤５７とで構成されて
いる。

【０１０２】第１回転盤５６には、図３３に示すよう
に、光透過部の厚さが位置により異なり、かつ屈折面を
有する光学要素５８_nが複数個（５８₁〜５８₈の８つ）
取り付けられている。なお、図３３は第１回転盤５６を
前側から見た正面図である。光学要素５８₁〜５８₈は、
第１回転盤５６の回転中心５６ａから等距離かつ等間隔
に、第１回転盤５６の回転方向に対して厚さが変化する
ような向きに、８つ取り付けられている。

【０１０３】また、光学要素５８_nは、図３４に示すよ
うに、光の入射面Ｓｉ１に対して、光の射出面Ｓｏ１が
傾いた形状に形成されており、第１回転盤５６の回転方
向に対して厚さが変化するように取り付けられている。
さらに本実施例では、入射面Ｓｉ１は、第１回転盤５６
の外側に接した面Ｓｊ１の回転方向に対して高さが変わ
らないように配置されている。この面をＳａ１面とし、
その反対側の凹凸がある側の面をＳｂ１面と称すること
にする。一方、第２回転盤５７は、第１回転盤５６を裏
返した構成となっている。

【０１０４】第２回転盤５７には、図３５に示すよう
に、光透過部の厚さが位置によって異なり、かつ屈折率
が異なる光学要素５９_nが複数個（ここでは、５９₁〜５
９₈の８つ）取り付けられている。なお、図３５は第２
回転盤５７を前側から見た正面図である。光学要素５９
₁〜５９₈は、第２回転盤５７の回転中心５７ａから等距
離かつ等間隔に、第２回転盤５７の回転方向に沿って厚
さが変化するような向きに、８つ取り付けられている。

【０１０５】また、光学要素５９_n（ｎ：１〜８）は、
図３６に示すように、入射面Ｓｉ２に対して、射出面Ｓ
ｏ２が傾斜した形状に形成されており、第２回転盤５７
の回転方向に対して厚さが変化するようなっている。さ
らに本実施例では、射出面Ｓｏ２は、第２回転盤５７の
外側に接した面Ｓｐ１の回転方向に対して高さが変わら
ないように配置してある。この面をＳｂ２とし、その反
対側の凹凸がある側の面をＳａ２と称することにする。

【０１０６】また、本実施例の回転盤５４は、第１回転
盤５６と、第２回転盤５７とを、図３７に示すように、
第１回転盤５６に設けられた各光学要素５８_nの位置と
第２回転盤５７に設けられた各光学要素５９_nが夫々同
じ位置で重なり、かつ、第１回転盤５６のＳａ１面側と
第２回転盤５７のＳｂ２面側が外側になるように接合し
て、構成されている。これにより、回転盤５４の外側面
は回転方向に沿って平らな形状にすることができる。

【０１０７】また、光の入射位置は、図３７に示すよう
に、回転盤５４を回転させたときに、光学要素５８₁〜
５８₈が順に通過する回転盤５４の周辺箇所Ｐ１にあわ
せられている。また、Ｐ１のところに光学要素５８
_n（ｎ：１〜８）が位置した時に、シングルモードファ
イバー１５からの射出光が、シングルモードファイバー
１６に光学的に接続されるように、シングルモードファ
イバー１５と、第１正レンズ４４と、回転盤５４と、第
２正レンズ４７と、シングルモードファイバー１６とが
配置されている。

【０１０８】本実施例では、光路長スキャンは、回転盤
５４を回転させる手段であるモーター５５に取り付けて
回転させることにより実現させている。図３８は光学要
素５８_nおよび光学要素５９_nが回転盤５４の回転に伴な
って動いたときの光の経路が変化する状態を示す説明図
である。光学要素５８_nおよび光学要素５９_nの位置は、
ある時点において実線で示したの位置にあり、その時
の光は符号Ｗ１のところを通っているものとする。時間
が経過すると光学要素５８_nおよび光学要素５９_nは、点
線で示したの位置に移動し、光は符号Ｗ２のところを
通るようになる。光路Ｗ１とＷ２とを比較すると、光路
Ｗ２の方が、長さが短く、また、光が光学要素５８_n，
５９_nなどの光透過性媒質中を通る割合が小さくなって
いる。このため、の状態に比べての状態のほうがス
キャニング機構の光路長が短くなる。

【０１０９】このように、厚さが位置によって異なり、
かつ屈折面を有する光学要素を本実施例のように配置に
しても、回転盤５４を回転させることにより光路長スキ
ャンをおこなうことができる。また、本実施例では、光
が、光路長を変化させる作用のある厚さが位置によって
異なり、かつ屈折面を有する光学要素を２回通るように
したので、厚さが位置によって異なり、かつ屈折面を有
する光学要素の円周方向の移動量に対する光路長の変動
の度合を第７実施例よりも大きくすることができる。従
って、本実施例によれば、第７実施例と同じ光路長スキ
ャン幅を得るためには、厚さが位置によって異なり、か
つ屈折面を有する光学要素の円周方向の長さが短くて済
む。

【０１１０】その結果、回転盤に搭載する厚さが位置に
よって異なり、かつ屈折率を有する光学要素の数を同じ
にした場合には、回転盤の直径を小さくできる。また、
回転盤の直径をそのままにする場合は、回転盤に搭載す
る厚さが位置によって異なり、かつ屈折面を有する光学
要素の数を増やすことができるので、モーターの回転ス
ピードはそのままで光路長スキャンレートを速くした
り、光路長スキャンレートはそのままでモーターの回転
スピードを遅くしたりすることができる。

【０１１１】さらに、本実施例では、回転盤５４の外側
面は円周方向に沿って凹凸がなく、平らな形状をしてい
る。このため、本実施例によれば、第7実施例と同様
に、回転盤を回転させたときの空気抵抗による損失（風
損）を減らすことができる。そして風損の減少により、
回転盤を回転させるモーターの負荷を減らすことがで
き、回転盤の高速回転が実現できる。したがって、本実
施例によれば、光路長スキャン装置の光路長のスキャン
レートをより一層高くすることができる。なお、本実施
例の光路長スキャンニング機構では、厚さが位置に対し
て異なっており、かつ屈折面を有する光学要素を第１回
転盤および第２回転盤に取りつけて構成したが、厚さが
位置によって異なり、かつ屈折面を有する光学要素が、
第１回転盤や第２回転盤に一体に成形された構成のもの
でも同様の効果が得られる。

【０１１２】実施例９第９実施例は、第６実施例のＯＣＴ光学装置の光路長ス
キャニング機構の変形例である。図３９は本実施例の光
路長スキャニング機構の概略構成図である。本実施例の
光路長スキャニング機構は、第１光カップラー２からの
光を導入するシングルモードファイバー１５と、シング
ルモードファイバー１５を通る光を第１の経路と第２の
経路とに分岐させる光分岐手段である第３光カップラー
６０と、回転盤４５と、回転盤４５を回転させる手段で
あるモーター４６と、第３光カップラー６０で分岐され
た光を合流させる光合流手段である第４光カップラー６
１と、第３光カップラー６０から第１の経路に分岐され
た光を回転盤４５上に導く第１の光伝達手段であるシン
グルモードファイバー６２及び第１正レンズ６３と、第
２の経路に分岐された光を回転盤４５上に導く第２の光
伝達手段であるシングルモードファイバー６４及び第２
正レンズ６５と、第１の光伝達手段からの光を第４光カ
ップラー６１に伝達する第３の光伝達手段である第３正
レンズ６６及びシングルモードファイバー６７と、第２
の光伝達手段からの光を第４光カップラー６１に伝達す
る第４の光伝達手段である第４の正レンズ６８及びシン
グルモードファイバー６９とで構成されている。

【０１１３】本実施例では、回転盤４５は第６実施例で
用いたもの（図２０参照）と同一のものを使用してお
り、回転盤４５には光透過部の厚さが位置により異な
り、かつ屈折面を有する光学要素４８₁〜４８₈が回転盤
４５の回転中心４５ａから等距離かつ等間隔に８つ取り
付けられている。また、正レンズ６３と正レンズ６４は
材料、形状が同じものを使用しており、さらに、正レン
ズ６６と正レンズ６８も材料、形状が同じものを使用し
ている。

【０１１４】本実施例の光学系は、次のようにして配置
されている。図４０は回転盤４５を前側から見た正面
図、図４１は図４０のＡ−Ａ’断面図、図４２は図４０
のＢ−Ｂ’断面図である。図４０に示すように、回転盤
４５を回転させたときに、光学要素４８₁〜４８₈が順に
通過する回転盤４５の周辺箇所Ｐ１に光が当たるように
シングルモードファイバー６２、第１正レンズ６３の位
置が位置合わせされている。また、回転盤４５が回転し
て、光学要素４８_nが（ｎ：１〜８）が周辺部分Ｐ１の
ところに位置した時に、図４１に示すように、シングル
モードファイバー６２からの射出光が、シングルモード
ファイバー６７に光学的に接続されるように、第３の正
レンズ６６、シングルモードファイバー６７が配置され
ている。

【０１１５】次に、シングルモードファイバー６４およ
び第２正レンズ６５は、シングルモードファイバー６２
および第１正レンズ６３が配置された位置に対して回転
盤６４の回転軸に関して１５７．５度回転させた位置に
配置されている。これにより、シングルモードファイバ
ー６２と第１正レンズ６３とを介して回転盤４５に入射
する光の回転盤４５近傍での経路と、シングルモードフ
ァイバー６４と第３の正レンズ６５とを介して回転盤４
５に入射する光の回転盤４５近傍での経路とは、回転盤
４５に関して回転対称な関係になる。ここで、シングル
モードファイバー６４と第２正レンズ６５を介して入射
する光の回転盤４５上の位置をＰ２と称することにす
る。第４の正レンズ６８、シングルモードファイバー６
９は、回転盤４５が回転して、光学要素４８_nがＰ２の
ところに位置した時に、シングルモードファイバー６４
からの射出光が、シングルモードファイバー６９に光学
的に接続されるように、シングルモードファイバー６
４、第２正レンズ６５、第４の正レンズ６８、シングル
モードファイバー６９が配置されている。

【０１１６】次に、本実施例の光路長スキャニング機構
の作用について図４０〜４４を用いて説明する。なお、
図４３は、図４０から少し時間が経過して、回転盤６４
の位相が２２．５度ずれたときの回転盤４５の正面図、
図４４は、回転盤４５の回転の位相に対する光路長の変
化状態を示すグラフである。本実施例では、シングルモ
ードファイバー１５を通過した光は、第３光カップラー
６０で第１の経路と第２の経路とに分岐される。第１の
経路に分岐された光は、シングルモードファイバー６
２、正レンズ６３を通り、回転盤４５の円周上の点Ｐ１
に到達する。第３光カップラー６０を介して第２の経路
に分岐された光は、シングルモードファイバー６４、正
レンズ６５を通り、回転盤４５上の点Ｐ２に到達する。

【０１１７】回転盤４５が図４０に示す状態にあるとき
は、回転盤４５上のＰ１に到達した光は、光学要素４８
₁、正レンズ６６を通り、シングルモードファイバー６
７に結合され、その光は、更に第４光カップラー６１を
通って、シングルモードファイバー１６に到達する。し
かし、回転盤４５上のＰ２に到達した光は、回転盤６４
で遮断されるため、シングルモードファイバー６９には
結合されない。

【０１１８】回転盤４５が回転するにしたがい、第６実
施例で説明したように、Ｐ１に到達した光が光学要素４
８₁を通過できる間は、光路長が次第に短くなる。この
とき、Ｐ２に到達した光は依然として回転盤４５で遮断
される。さらに回転盤４５が回転して、図４３に示す状
態になると、Ｐ１に到達した光は回転盤４５で遮断され
るため、シングルモードファイバー６７に結合されなく
なる。一方、Ｐ２に到達した光は、光学要素４８₅、正
レンズ６８を通って、第１３シングルモードファイバー
６９に結合され、その光はさらに第４光カップラー６１
を通って、シングルモードファイバー１６に到達する。
そして、Ｐ２に到達した光が光学要素４８₅を通ってい
る間は、回転盤４５の回転に伴なって光路長は次第に短
くなっていく。回転盤４５が更に回転すると、今度はＰ
１に到達した光が光学要素４８₂を通るようになり、Ｐ
２に到達していた光は回転盤４５で遮断されるようにな
る。

【０１１９】以上のように、本実施例では、光路長スキ
ャンは、Ｐ１を通る光とＰ２を通る光が交互に入れ替わ
って行われる。図４４は、その様子をあらわしたもの
で、横軸に回転盤６４の回転の位相、縦軸に光路長をと
っている。グラフ中の実線で示されている部分はＰ１を
通ってきた光による光路長変化、点線で示されている部
分がＰ２を通ってきた光による光路長変化を表してい
る。図を見て分かるように、本実施例では、回転盤６４
が１回転する際の光路長スキャンの回数を第６実施例と
比較して２倍にすることができる。また、光出力が常に
得られるようにすることが可能になる。

【０１２０】一般的にはＰ１を通ってくる光とＰ２を通
って来る光とを交互に入れ替えて光路長スキャンを行う
には、第２の光伝達手段によって回転盤上に導かれる光
の回転盤近傍での経路は、第１の光伝達手段によって回
転盤上に導かれる光の回転盤近傍での経路を回転盤の回
転軸に関して次式(3)に規定する角度α回転させたとき
に一致するようにすれば良い。 α（度）＝（２ｋ−１）・３６０（度）／２ｍ（ｋ＝１，２，３，…ｍ） ……(3) ここで、ｍは回転盤に取り付けられた光透過部の厚さが
一定ではない光学要素の数である。例えば、本実施例の
ように回転盤４５に取り付けられた、光透過部の厚さが
位置によって異なり、かつ屈折率を有する光学要素４８
_nの数が８個の場合には、αは、２２．５度、６７．５
度、１１２．５度、１５７．５度、２０２．５度、２４
７．５度、２９２．５度、３３７．５度が当てはまる。

【０１２１】以上のように本実施例の構成によれば、光
を２分割して光路長スキャンを交互におこなうようにし
たため、光路長スキャニング機構の出力側で光を常に出
力させることができ、第６実施例と比べてさらに光路長
のスキャンレートを２倍に速くすることができる。な
お、上記各実施例においては、光路長スキャニング機構
を第３の光路に配置して、参照側の光路長を可変にした
ＯＣＴシステムを構成したが、光路長スキャニング機構
を第１の光路又は第３の光路に配置してサンプル側の光
路長を可変にしたＯＣＴシステムを構成してもよい。

【０１２２】以上説明したように、本発明による光路長
スキャン機構及びそれを用いた光学装置は、特許請求の
範囲に記載された特徴のほかに下記に示すような特徴も
備えている。

【０１２３】（１）前記第１の光学要素は、第１の楔形
状プリズムと第１の正レンズとで構成され、前記駆動装
置は前記第１の楔形状プリズムを回転駆動させる装置で
あることを特徴とする請求項１に記載の光路長スキャニ
ング機構。

【０１２４】（２）前記駆動装置は、モーターであるこ
とを特徴とする上記（１）に記載の光路長スキャニング
機構。

【０１２５】（３）前記第３の光学要素は、第２の正レ
ンズと、第２の楔形状のプリズムと、前記第２の楔形状
プリズムを回転駆動させる第２の駆動装置と、前記第１
の楔形状プリズムの回転の位相と前記第２の楔形状プリ
ズムの回転の位相を同期させる位相制御手段とで構成さ
れていることを特徴とする上記（２）又は（３）に記載
の光路長スキャニング機構。

【０１２６】（４）前記第３の光学要素は、第２の正レ
ンズと、コーンレンズと、前記第２の正レンズとは別の
第３の正レンズと、シングルモードファイバーとで構成
されていることを特徴とする請求項１、上記（１）〜
（３）のいずれかに記載の光路長スキャニング機構。

【０１２７】（５）前記第２の光学要素は、位置によっ
て厚さが段階的に変化する階段形状の光学ブロックであ
ることを特徴とする請求項１、上記（１）〜（４）のい
ずれかに記載の光路長スキャニング機構。

【０１２８】（６）前記階段形状の光学ブロックは、傾
斜面を複数持った光学ブロックであることを特徴とする
上記（５）に記載の光路長スキャニング機構。

【０１２９】（７）前記第２の光学要素は、位置によっ
て屈折率が段階的に変化する光学ブロックであることを
特徴とする請求項１、上記（１）〜（４）のいずれかに
記載の光路長スキャニング機構。

【０１３０】（８）前記光学ブロックの段の境界部分は
略直線状でかつ互いに略平行になっていることを特徴と
する上記（５）〜（７）のいずれかに記載の光路長スキ
ヤニング機構。

【０１３１】（９）前記光学ブロックは、円周と垂直な
方向に厚さまたは屈折率が段階的に変化する形状の光学
ブロックであることを特徴とする上記（５）又は（７）
に記載の光路長スキャニング機構。

【０１３２】（１０）前記光路長スキャニング機構が、
上記（１）〜（８）のいずれかに記載の光路長スキャニ
ング機構であることを特徴とする請求項２に記載の光学
装置。

【０１３３】（１１）前記光学要素は、前記回転盤が回
転する円周方向に対して厚さが変化するように前記回転
円盤に付設または成形されていることを特徴とする請求
項３に記載の光路長スキャニング機構。

【０１３４】（１２）前記光学要素は、前記回転盤が回
転する中心から等距離に、等間隔に複数付設または成形
されていることを特徴とする上記（１１）に記載の光路
長スキャニング機構。

【０１３５】（１３）前記光学要素の少なくとも１面の
高さと、前記回転盤のうちの少なくとも１面の高さとが
同じであることを特徴とする上記（１１）又は（１２）
に記載の光路長スキャニング機構。

【０１３６】（１４）光透過部の厚さが位置により異な
り、かつ屈折面を有する光学要素と、回転盤と、前記回
転盤を回転させる手段とで構成され、前記回転盤は、第
１の回転盤と第２の回転盤が接合させられて構成され、
前記第２の回転盤は、前記第１の回転盤と接合させられ
た側と反対側の形状が前記回転盤の回転方向に対し平ら
であり、前記第１の回転盤は、前記光学要素が複数付設
または成形され、かつ前記第２の回転盤と接合させられ
た側と反対側の面の高さと、前記光学要素の少なくとも
１面の高さが同じになっていることを特徴とする光路長
スキャニング機構。

【０１３７】（１５）前記第２の回転盤の前記第１の回
転盤と接合している側の面は、前記回転盤の回転方向に
対し平らであることを特徴とする上記（１４）に記載の
光路長スキャニング機構。

【０１３８】（１６）前記第２の回転盤は、前記光学要
素が複数付設または成形され、かつ、前記第１の回転盤
と合体させられた側と反対側の面の高さと、前記光学要
素の少なくとも１面の高さが同じになるように複数付設
または成形され、かつ、前記第２の回転盤に付設または
成形された前記光学要素の位置は、第１の回転盤に付設
または成形された前記光学要素と前記回転盤の回転方向
に対して同じ位置にあることを特徴とする上記（１４）
に記載の光路長スキャニング機構。

【０１３９】（１７）光を第１の経路と第２の経路とに
分岐させる光分岐手段と、光透過部の厚さが位置により
異なっており、かつ屈折面を有する光学要素と、前記光
学要素が複数付設または成形された回転盤と、前記回転
盤を回転させる手段と、光を合流させる光合流手段と、
前記光分岐手段で第１の経路に分岐された光を前記回転
盤上に導く第１の光伝達手段と、前記光分岐手段で第２
の経路に分岐された光を前記回転盤上に導く第２の光伝
達手段と、前記第１の光伝達手段から導かれた光を前記
光合流手段に導く第３の光伝達手段と、前記第２の光伝
達手段から導かれた光を前記光合流手段に導く第４の光
伝達手段とで構成されていることを特徴とする光路長ス
キャニング機構。

【０１４０】（１８）前記第１の光伝達手段によって前
記回転盤上に導かれる光の前記回転盤近傍での経路と、
前記第２の光伝達手段によって前記回転盤上に導かれる
光の前記回転盤近傍での経路とは、前記回転盤の回転軸
に関して回転対称な関係であることを特徴とする上記
（１７）に記載の光路長スキャニング機構。

【０１４１】（１９）前記第２の光伝達手段によって前
記回転盤上に導かれる光の前記回転盤近傍での経路は、
前記第１の光伝達手段によって前記回転盤上に導かれる
光の前記回転盤近傍での経路を前記回転盤の回転軸に関
して次式(3)で規定する角度αで回転させたときに一致
することを特徴とする上記（１８）に記載の光路長スキ
ャニング機構。 α（度）＝（２ｋ−１）・３６０（度）／２ｍ（ｋ＝１，２，３，…ｍ） ……(3) ただし、ｍは前記回転盤に付設または成形された光透過
部の厚さが位置によって異なり、かつ屈折面を有する光
学要素の数である。

【０１４２】（２０）前記光路長スキャニング機構は、
上記（１１）〜（１９）のいずれかに記載の光路長スキ
ャニング機構であることを特徴とする請求項４に記載の
光学装置。

【０１４３】

【発明の効果】以上のように本発明の構成を取ること
で、高速にスキャニングが可能な透過型光路長スキャニ
ング機構を実現できる。また、高速の光路長スキャニン
グ機構をもちいて、高速動作が可能で、高ＳＮ比である
ＯＣＴシステムを得ることをができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例にかかる光路長スキャニン
グ機構を用いたＯＣＴ光学装置のシステムの概略構成図
である。

【図２】第１実施例のＯＣＴ光学装置のシステムに設け
られたサンプル側スキャニング光学系の概略構成図であ
り、(a)は光軸方向に沿う部分断面図、(b)は断面図であ
る。

【図３】第１実施例の光路長スキャニング機構の概略構
成図である。

【図４】図３の光路長スキャニング機構の状態説明図で
ある。

【図５】第１実施例の光路長スキャニング機構に用いら
れている楔形状プリズムが回転したときの階段形状プリ
ズムにおける光の通過位置を追跡した状態を階段形状プ
リズムの前側からみた説明図である。

【図６】本実施例の光路長スキャニング機構に用いる階
段形状プリズムの断面図である。

【図７】本実施例のような構成における楔形状プリズム
の回転の位相に対する光路長の変化状態を示すグラフで
ある。

【図８】第２実施例の光路長スキャニング機構の概略構
成図である。

【図９】第３実施例の第２の光学要素である段階形状プ
リズムを示す図であり、(a)は断面図、（b）は楔形状プ
リズムが回転したときの階段形状プリズムにおける光の
通過位置を追跡した状態を光の入射側から見た図であ
る。

【図１０】第３実施例の楔形状プリズムの回転の位相に
対する光路長の変化状態を示すグラフである。

【図１１】第３実施例の楔形状プリズムに適用可能な傾
斜面を複数持った階段形状の光学ブロックの一変形例を
示す説明図である。

【図１２】第３実施例の楔形状プリズムに適用可能な傾
斜面を複数持った階段形状の光学ブロックの他の変形例
を示す説明図である。

【図１３】第４実施例の光学ブロックの正面図である。

【図１４】本実施例の光学ブロックにおける中心を通る
基準線Ｌからの角度θに対する光学ブロックの厚さの変
化状態を示すグラフである。

【図１５】第５実施例の光学ブロックを示す図であり、
(a)は光学ブロックの断面図、(b)は光学ブロックの正面
図である。

【図１６】第５実施例の光学ブロックの屈折率分布を示
すグラフである。

【図１７】第５実施例の楔形状プリズムの回転の位相に
対する光路長の変化状態を示すグラフである。

【図１８】第６実施例のＯＣＴ光学装置のシステムの概
略構成図である。

【図１９】図１８における光路長スキャニング機構の部
分の詳細説明図である。

【図２０】図１８における光路長スキヤニング機構を前
側から見た図である。

【図２１】図２０のＡ−Ａ’断面図である。

【図２２】第６実施例における、ある時刻ｔにおける回
転盤の位相の変化状態を示す説明図であり、(a)は、時
刻ｔ₀のときの回転盤の正面図、(b),(c)は、時刻ｔ₀か
らそれぞれ所定の時間が経過したときの回転盤の正面図
である。

【図２３】図２２の要部断面図である。

【図２４】第６実施例の光路長スキャニング機構の回転
盤を１回転させたときの光路長の変化を示すグラフであ
る。

【図２５】第６実施例における、厚さが位置によって異
なり、かつ屈折面を有する光学要素が一体に成形された
回転盤を前側から見た図である。

【図２６】図２５のＡ−Ａ’断面図である。

【図２７】第７実施例の光路長スキャニング機構を横か
ら見た図である。

【図２８】本実施例における第１の回転盤を前側から見
た図である。

【図２９】図２８のＡ−Ａ’断面図である。

【図３０】第７実施例における第２の回転盤の斜視図で
ある。

【図３１】第７実施例における回転盤の説明図である。

【図３２】第８実施例の光路長スキャニング機構を横か
ら見た図である。

【図３３】第８実施例における第１の回転盤を前側から
見た図である。

【図３４】図３３のＡ−Ａ’断面図である。

【図３５】第８実施例における第２の回転盤を前側から
見た図である。

【図３６】図３５のＡ−Ａ’断面図である。

【図３７】第８実施例の光路長スキャニング機構におけ
る光の経路を示す説明図である。

【図３８】第８実施例における光学要素が回転盤の回転
に伴なって動いたときの光の経路が変化する状態を示す
説明図である。

【図３９】第９実施例の光路長スキャニング機構の概略
構成図である。

【図４０】第９実施例における回転盤の正面図である。

【図４１】図４０のＡ−Ａ’断面図である。

【図４２】図４０のＢ−Ｂ’断面図である。

【図４３】図４０から少し時間が経過して、回転盤の位
相が２２．５度ずれたときの回転盤の正面図である。

【図４４】回転盤の回転の位相に対する光路長の変化状
態を示すグラフである。

【図４５】内視鏡に応用したＯＣＴシステムの一従来例
を示す概略構成図である。（マイケルソン干渉型）

【図４６】ＯＣＴの干渉信号に関する説明図である。
（マハツェンダー干渉型）

【図４７】マハツェンダー型干渉計を構成したＯＣＴシ
ステムの一従来例を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１，１０１，１２１低コヒーレンス光源２，１２３第１光カップラー３サンプル側光スキャニング機
構４，１０３，１２５光サーキュレーター５，１３１第２光カップラー６，１３９差分ディテクター７，１１７バンドパスフィルター８，８’，１０７，１３３光路長スキャニン
グ機構９ＡＯＭ（音響光学素子）１０，１１，１２，１４，１５，１６，１７，１８，１
９，２５，６２，６４，６７，６９，１０２，１０４，
１０６，１１０，１１３，１１５，１２２，１２４，１
２６，１２７，１３０，１３２，１３４，１３５，１３
６シングルモードファイバー１３，１１２，１２９サンプル２０，１１４，１３７第１ディテクター２１，１１６，１３８第２ディテクター２２プロセッサー２３モニター２４ＯＲＪ（光ロータリージョイ
ント）２６，１１１，１２８先端光学系２７ＧＲＩＮレンズ（屈折率分布
レンズ）２８偏向プリズム２９シース３０，３５コリメータレンズ３１第１の光学要素３２第１中空モーター３３階段形状プリズム（第２の光
学要素）３４，３４’ 第３の光学要素３６第１楔形状プリズム３７，４４，６３第１正レンズ３８，４７，６５第２正レンズ３９第２楔形状プリズム４０第２中空モーター４１位相制御手段４２コーンレンズ４５，４５’，４９，５４回転盤４６，５０，５５モーター４８_n（ｎ：１〜８），４８’_n（ｎ：１〜８），５３_n
（ｎ：１〜８），５８_n（ｎ：１〜８），５９_n（ｎ：１
〜８）光学要素５１，５６第１回転盤５２，５７第２回転盤６０第３光カップラー６１第４光カップラー６６第３正レンズ６８第４正レンズ１０５光カップラー１０８レンズ１０９ミラー１１８復調器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】屈折面を少なくとも１面有する第１の光
学要素と、前記第１の光学要素の屈折面の向きを時間とともに変化
させる駆動装置と、光の通過する位置によって光路長が異なる第２の光学要
素と、前記駆動装置が動作したときと動作しないときのいずれ
の場合においても特定の同じ位置に前記第１の光学要素
からの光を導くようにした第３の光学要素とを有して構
成されていることを特徴とする光路長スキャニング機
構。
【請求項２】コヒーレンス長が短い光を発生させる光
源と、前記光源からの光を第１の光路と第２の光路とに分岐し
て導く第１の光分岐器と、前記第１の光路の先端部に設けられたサンプル側光スキ
ャニング機構と、前記第１の光路を通る前記サンプル側光スキャニング機
構からの戻り光を第３の光路に分岐して導く第２の光分
岐器と、前記第２の光路からの光と前記第３の光路からの光とを
合成して干渉させる光合成器と、前記干渉光を電気信号に変換するディテクターと、前記ディテクターで検出された信号をヘテロダイン検出
する電気処理機構と、前記第１の光分岐器から前記光合成器に至るまでの光路
中に設けられた、少なくとも請求項１に記載の構成要件
を備えた光路長スキャニング機構と、前記第１の光路中、第２の光路中又は第３の光路中の少
なくとも１箇所に設けられた光位相変調器とで構成され
ていることを特徴とする光学装置。
【請求項３】光透過部の厚さが位置により異なり、か
つ、屈折面を有する光学要素と、前記光学要素が複数付設または成形された回転盤と、前記回転盤を回転させる手段とで構成されていることを
特徴とする光路長スキャニング機構。
【請求項４】コヒーレンス長が短い光を発生させる光
源と、前記光源からの光を第１の光路と第２の光路とに分岐し
て導く第１の光分岐器と、前記第１の光路の先端部に設けられたサンプル側光スキ
ャニング機構と、前記第１の光路を通る前記サンプル側光スキャニング機
構からの戻り光を第３の光路に分岐して導く第２の光分
岐器と、前記第２の光路からの光と前記第３の光路からの光とを
合成して干渉させる光合成器と、前記干渉光を電気信号に変換するディテクターと、前記ディテクターで検出された信号をヘテロダイン検出
する電気処理機構と、前記第１の光分岐器から前記光合成器に至るまでの光路
中に設けられた、少なくとも請求項３に記載の構成要件
を備えた光路長スキャニング機構とで構成されているこ
とを特徴とする光学装置。