JP2016017762A - 光学遅延装置及び光コヒーレンストモグラフィー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 大きな光路長を実現する小型の光学遅延装置を提供する。
【解決手段】 実施形態に係る光学遅延装置は、第１のリトロリフレクタ、第２のリトロリフレクタ、第３のリトロリフレクタ、及び第１の駆動機構を備える。第１のリトロリフレクタは、互いに略直交する第１反射面及び第２反射面を有する。第２のリトロリフレクタは、第１反射面に対向しかつ互いに略直交する第３反射面及び第４反射面を有する。第３のリトロリフレクタは、第２反射面に対向しかつ互いに略直交する第５反射面及び第６反射面を有する。第１の駆動機構は、第１のリトロリフレクタと第２のリトロリフレクタ及び第３のリトロリフレクタの組とを相対的に移動させる。第１反射面と第２反射面との第１交線は、第３反射面と第４反射面との第２交線と略垂直であり、第２交線は、第５反射面と第６反射面との第３交線と略平行であり、第２交線及び第３交線は、第１交線に沿った方向にずれて位置する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、光学遅延装置、及びそれを用いた光コヒーレンストモグラフィー装置に関する。

低コヒーレンス干渉測定技術は、分解能が高く、被測定物の表面形状や厚さといった情報を光の波長と同程度以下で測定することができる技術である。被測定物を透過する波長の光を用いることで被測定物の断層情報を得ることができることから、低コヒーレンス干渉測定技術は、例えば、臨床装置に利用されている。臨床装置の一例として、生体の断層情報を取得する光コヒーレンストモグラフィー装置がある。臨床装置においては、低コヒーレンス干渉測定技術と近赤外分光法（near-infrared spectroscopy；ＮＩＲＳ）や偏光解析などを併用することで、生体の断層情報以外の情報も得ることができる。

低コヒーレンス干渉測定技術は、低コヒーレンス光源から発せられる光をプローブ光と参照光とに分離し、プローブ光を被測定物に照射し、被測定物で反射したプローブ光と参照光との干渉光の強度を検出することにより、測定を行う。干渉による強度変化は、プローブ光の光路長と参照光の光路長との差が光源のコヒーレンス長以内となる場合に生じる。低コヒーレンス干渉測定技術を利用する装置は、参照光の光路長を変更可能な光学遅延装置を備える。光学遅延装置においては、小型で、大きな光路長を実現できることが求められている。

特開２０１０−３８６５３号公報

K. Takeda et al. "Range extension in optical low coherence reflectometry achieved by using a pair of retroreflectors"; Electron. Lett. Vol. 31, No. 18, 156501567

本発明が解決しようとする課題は、大きな光路長を実現する小型の光学遅延装置、及びそれを用いた光コヒーレンストモグラフィー装置を提供することである。

実施形態に係る光学遅延装置は、第１のリトロリフレクタ、第２のリトロリフレクタ、第３のリトロリフレクタ、及び第１の駆動機構を備える。第１のリトロリフレクタは、互いに略直交する第１反射面及び第２反射面を有する。第２のリトロリフレクタは、前記第１反射面に対向しかつ互いに略直交する第３反射面及び第４反射面を有する。第３のリトロリフレクタは、前記第２反射面に対向しかつ互いに略直交する第５反射面及び第６反射面を有する。第１の駆動機構は、前記第１のリトロリフレクタと前記第２のリトロリフレクタ及び前記第３のリトロリフレクタの組とを相対的に移動させる。前記第１反射面と前記第２反射面との第１交線は、前記第３反射面と前記第４反射面との第２交線と略垂直であり、前記第２交線は、前記第５反射面と前記第６反射面との第３交線と略平行であり、前記第２交線及び前記第３交線は、前記第１交線に沿った方向にずれて位置する。

第１の実施形態に係る光学遅延装置を示す図。 図１に示した光学遅延装置に含まれる光学部材の配置を示す側面図。 図１に示した光学遅延装置に含まれる光学部材の配置を示す上面図。 第１の実施形態の第１変形例に係る光学遅延装置を示す図。 図４に示した光学遅延装置に含まれる光学部材の配置を示す側面図。 第１の実施形態の第２変形例に係る光学遅延装置を示す図。 図６に示した光学遅延装置に含まれる光学部材の配置を示す側面図。 第２の実施形態に係る光学遅延装置を示す図。 図８に示した光学遅延装置に含まれる光学部材の配置を示す側面図。 第３の実施形態に係る光学遅延装置を示す図。 第４の実施形態に係る光コヒーレンストモグラフィー装置を示す図。 光路長差と光強度変化の関係を示す図。 （ａ）及び（ｂ）は図１１に示した光コヒーレンストモグラフィー装置の動作を説明する図。

以下、図面を参照しながら実施形態を説明する。以下の実施形態では、同一の構成要素に同一の参照符号を付して、重ねての説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る光学遅延装置１０を概略的に示している。図２及び図３は、光学遅延装置１０に含まれる光学部材の配置を概略的に示す側面図及び上面図である。図１に示されるように、光学遅延装置１０は、リトロリフレクタＲａ、Ｒｂ、Ｒｃ及び駆動機構１８を備える。

リトロリフレクタＲａは、互いに略直交する反射面１１ａ及び１２ａを備える。リトロリフレクタＲｂは、互いに略直交する反射面１１ｂ及び１２ｂを備える。リトロリフレクタＲｃは、互いに略直交する反射面１１ｃ及び１２ｃを備える。反射面１１ａ、１２ａ、１１ｂ、１２ｂ、１１ｃ、１２ｃは、例えば、誘電体多層膜ミラー、金属蒸着ミラーであってもよく、プリズムによる全反射を利用したものであってもよい。

本実施形態では、反射面１１ａ、１２ａ、１１ｂ、１２ｂ、１１ｃ、１２ｃは、矩形状に形成されている。リトロリフレクタＲａにおいて、反射面１１ａの短辺と反射面１２ａの短辺とが互いに接続し、稜線１３ａを形成する。リトロリフレクタＲｂにおいて、反射面１１ｂの長辺と反射面１２ｂの長辺とが互いに接続し、稜線１３ｂを形成する。リトロリフレクタＲｃにおいて、反射面１１ｃの短辺と反射面１２ｃの短辺とが互いに接続し、稜線１３ｃを形成する。なお、各リトロリフレクタの２つの反射面は、略９０度の角度をなすように配置されていればよく、互いに接続されていなくてもよい。その場合、稜線は形成されない。

図３に示されるように、リトロリフレクタＲａは、リトロリフレクタＲｃと並んで配置されている。リトロリフレクタＲａは、リトロリフレクタＲｃに機械的に結合されていてもよく、結合されていなくてもよい。リトロリフレクタＲａ及びＲｃは、リトロリフレクタＲｂに対向して配置されている。具体的には、図１に示されるように、リトロリフレクタＲａの反射面１１ａ及び１２ａは、リトロリフレクタＲｂの反射面１１ｂに対向し、リトロリフレクタＲｃの反射面１１ｃ及び１２ｃは、リトロリフレクタＲｂの反射面１２ｂに対向している。

反射面１１ａと反射面１２ａとの交線は、反射面１１ｃと反射面１２ｃとの交線と略平行であり、反射面１１ｂと反射面１２ｂとの交線と略垂直である。ここで、２つの反射面の交線は、これら２つの反射面を含む２つの仮想平面が交差する直線を指す。反射面１１ａと反射面１２ａとの交線は稜線１３ａを含む。反射面１１ｂと反射面１２ｂとの交線は稜線１３ｂを含む。反射面１１ｃと反射面１２ｃとの交線は稜線１３ｃを含む。

ここで、説明のために、ｘｙｚ直交座標系を規定する。稜線１３ｂに平行な軸をｘ軸とし、稜線１３ａに平行な軸をｙ軸とし、ｘ軸及びｙ軸と直交する軸をｚ軸とする。本実施形態では、リトロリフレクタＲａ及びＲｃの入射平面はｙ軸に略直交し、リトロリフレクタＲｂの入射平面はｘ軸に略直交する。入射平面は、入射光線及び反射光線を含む仮想平面を指す。例えば、リトロリフレクタＲａにはｚ軸の方向に進む光線が入射し、リトロリフレクタＲａによって反射された光線はｚ軸の方向であって入射光線と反対の方向に進む。

図２に示されるように、リトロリフレクタＲａ及びＲｃは、ｘ軸の方向に距離Δだけずらして配置されている。より詳細には、反射面１１ａと反射面１２ａとの交線及び反射面１１ｃと反射面１２ｃとの交線は、ｘ軸の方向に距離Δだけずれて位置している。横から見て、稜線１３ａは、稜線１３ｃからｘ軸の方向に距離Δだけずれた位置にある。なお、リトロリフレクタＲａ及びＲｃは、ｘ軸の方向とともに、ｚ軸の方向にずらして配置されていてもよい。図２の例では、リトロリフレクタＲａ、Ｒｂ、Ｒｃは、ｘ軸の方向における寸法が略同じである。リトロリフレクタＲｂの上端は、リトロリフレクタＲａの上端より下方であって、リトロリフレクタＲｃの上端と同じレベルに位置する。リトロリフレクタＲｂの下端は、リトロリフレクタＲｃの下端より上方であって、リトロリフレクタＲｂの下端と同じレベルに位置する。

駆動機構１８は、光学遅延装置１０を通過する光線の光路長を変化させるために、リトロリフレクタＲｂとリトロリフレクタＲａ及びＲｃの組とを相対的に移動させる。駆動機構１８としては、例えば、ステッピングモータとラックピニオンにより構成されるアクチュエータを利用することができる。

リトロリフレクタＲｂは、ｚ軸の方向にリトロリフレクタＲａ及びＲｃの組と対向している。本実施形態では、駆動機構１８は、リトロリフレクタＲｂに結合され、ｚ軸の方向にリトロリフレクタＲｂを移動させる。リトロリフレクタＲｂがｚ軸の方向に移動すると、リトロリフレクタＲｂとリトロリフレクタＲａとの距離及びリトロリフレクタＲｂとリトロリフレクタＲｃとの距離が変化する。例えば、リトロリフレクタＲａ及びＲｃの組に対して近づく方向にリトロリフレクタＲｂが移動すると、リトロリフレクタＲｂとリトロリフレクタＲａとの距離及びリトロリフレクタＲｂとリトロリフレクタＲｃとの距離は小さくなり、すなわち、光路長は短くなる。リトロリフレクタＲａ及びＲｃの組に対して離れる方向にリトロリフレクタＲｂが移動すると、リトロリフレクタＲｂとリトロリフレクタＲａとの距離及びリトロリフレクタＲｂとリトロリフレクタＲｃとの距離は大きくなり、すなわち、光路長は長くなる。他の実施形態では、駆動機構１８は、リトロリフレクタＲａ及びＲｃに結合され、ｚ軸の方向にリトロリフレクタＲａ及びＲｃを移動させる。

本実施形態に係る光学遅延装置１０は、駆動機構１８によってリトロリフレクタＲｂを駆動することにより、光路長を調整する。すなわち、リトロリフレクタＲｂの駆動によって光学遅延量（遅延時間）が制御される。

次に、光学遅延装置１０の動作について詳細に説明する。
図１を参照すると、図示しない光源で発生した光線は、リトロリフレクタＲｂの上方に設けられた入射ポート１６から、リトロリフレクタＲａに入射する。この光線は、反射面１１ａ上の位置ａ１で反射され、反射面１２ａ上の位置ａ２で反射され、リトロリフレクタＲａに入射した角度と同じ角度でリトロリフレクタＲｂに向かう。次に、光線は、反射面１１ｂ上の位置ｂ１で反射し、反射面１２ｂ上の位置ｂ２で反射し、リトロリフレクタＲｂに入射した角度と同じ角度でリトロリフレクタＲｃに向かう。さらに、光線は、反射面１１ｃ上の位置ｃ１で反射し、そして反射面１２ｃ上の位置ｃ２で反射し、リトロリフレクタＲｃに入射した角度と同じ角度でリトロリフレクタＲｂに向かう。光線は、反射面１２ｂ上の位置ｂ３で反射し、反射面１１ｂ上の位置ｂ４で反射し、リトロリフレクタＲｂに入射した角度と同じ角度でリトロリフレクタＲａに再び入射する。

そして、光線は、位置ａ３、ａ４、ｂ５、ｂ６、ｃ３、ｃ４、ｂ７、ｂ８、ａ５、ａ６、ｂ９、ｂ１０、ｃ５、ｃ６、ｂ１１、ｂ１２、ａ７、ａ８、ｂ１３、ｂ１４、ｃ７、ｃ８、ｂ１５、ｂ１６、ａ９、ａ１０、ｂ１７、ｂ１８、ｃ９、ｃ１０でこの順番に反射し、射出ポート１７から出る。位置ａ１、ａ３、ａ５、ａ８、ａ１０は、反射面１１ａ上の位置であり、位置ａ２、ａ４、ａ６、ａ７、ａ９は、反射面１２ａ上の位置である。位置ｂ１、ｂ４、ｂ５、ｂ８、ｂ９、ｂ１２、ｂ１３、ｂ１６、ｂ１７は、反射面１１ｂ上の位置であり、位置ｂ２、ｂ３、ｂ６、ｂ７、ｂ１０、ｂ１１、ｂ１４、ｂ１５、ｂ１８は、反射面１２ｂ上の位置である。位置ｃ２、ｃ４、ｃ５、ｃ７、ｃ９は、反射面１１ｃ上の位置であり、位置ｃ１、ｃ３、ｃ６、ｃ８、ｃ１０は、反射面１２ｃ上の位置である。

このようにして、光線は、Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ、Ｒｂ、Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ、・・・、Ｒｃという順番で、リトロリフレクタＲａ、Ｒｂ、Ｒｃ間で多重反射され、射出ポート１７から出力される。図１に示される例では、光線は、リトロリフレクタＲｂとリトロリフレクタＲａ及びＲｃの組との間を９往復する。往復は、光線がリトロリフレクタＲａ及びＲｃの一方からリトロリフレクタＲｂを介してリトロリフレクタＲａ及びＲｃの他方に至ることを指す。具体的には、リトロリフレクタＲａとリトロリフレクタＲｂとの間に９つの光路が形成され、リトロリフレクタＲｃとリトロリフレクタＲｂとの間に９つの光路が形成される。リトロリフレクタＲａ及びＲｃをｘ軸の方向にずらして配置することにより、光線がリトロリフレクタＲａ、Ｒｂ、Ｒｃ間で多重反射するようになり、大きな光路長を実現することができる。

ｘ軸の方向に隣接する２つの光路の間の距離は、距離Δである。リトロリフレクタＲａとリトロリフレクタＲｂとの間に形成される光路の数及びリトロリフレクタＲｃとリトロリフレクタＲｂとの間に形成される光路の数は、適用する機器の仕様に応じて設計されるものであり、例えば、ｘ軸の方向におけるリトロリフレクタＲａ、Ｒｂ、Ｒｃの寸法とリトロリフレクタＲａをリトロリフレクタＲｃに対してｘ軸の方向にずらす量である距離Δとの関係に応じて決まる。

本実施形態では、駆動機構１８によってリトロリフレクタＲｂを移動させることによって、光学遅延装置１０を通過する光線の光路長を大きく変化させることができる。例えば、光線がリトロリフレクタＲｂとリトロリフレクタＲａ及びリトロリフレクタＲｃの組との間を９往復する場合、リトロリフレクタＲｂをｄ［ｍｍ］ｚ軸の方向に動かすと、光路長は１８×ｄ（＝２×９×ｄ）［ｍｍ］変化する。２つのリトロリフレクタを対向配置した従来の技術では、これらの２つのリトロリフレクタ間に９つの光路が形成される場合、一方のリトロリフレクタをｄ［ｍｍ］動かすと、光路長は９×ｄ［ｍｍ］変化する。従って、リトロリフレクタを同じ距離だけ移動させる場合、本実施形態は、従来の技術の２倍の光路長変化を得ることができる。さらに、リトロリフレクタＲｂで光路を立体的に折りたたむような構造となっているため、装置の大きさを面積的に小さくすることができる。

以上のように、第１の実施形態に係る光学遅延装置１０では、リトロリフレクタＲａ及びＲｃがリトロリフレクタＲｂに対向しかつリトロリフレクタＲｂの稜線１３ｂに沿った方向にずらして配置され、リトロリフレクタＲｂがリトロリフレクタＲａ及びＲｃの組に対して相対的に移動させる駆動機構１８が設けられている。それにより、大きな光路長を実現することができるとともに、リトロリフレクタＲｂの小さな移動距離で大きな光路長変化を得ることができる。光学遅延装置１０の大きさを小さく保ちながら、光路長（遅延時間）を変更可能な範囲を拡張することができる。

（第１の実施形態の変形例）
図１に示される光学遅延装置１０では、入射ポート１６はリトロリフレクタＲｂの上方に設けられ、射出ポート１７はリトロリフレクタＲｂの下方に設けられている。入射ポート１６及び射出ポート１７は、図１に示されるような両方ともにリトロリフレクタＲｂ側に設けられる例に限らず、入射ポート１６及び射出ポート１７の少なくとも一方は、リトロリフレクタＲａ及びリトロリフレクタＲｃ側に設けられていてもよい。

図４は、第１の実施形態の第１変形例に係る光学遅延装置２０を概略的に示している。図５は、光学遅延装置２０に含まれる光学部材の配置を概略的に示す側面図である。図４に示される光学遅延装置２０は、図１に示される光学遅延装置１０と基本的な構造は同じである。光学遅延装置２０のリトロリフレクタＲｂは、ｘ軸の方向に光学遅延装置１０のリトロリフレクタＲｂより長くなっている。具体的には、図５に示されるように、リトロリフレクタＲｂの下端は、リトロリフレクタＲａの下端より下方であって、リトロリフレクタＲｃの下端と略同じレベルに位置する。第１変形例では、射出ポート１７は、リトロリフレクタＲａの下方に設けられる。

図４を参照すると、第１変形例に係る光路は、入射ポート１６からリトロリフレクタＲｃの反射面１２ｃ上の位置ｃ１０に至るところまで図１を参照して説明したものと同じである。反射面１２ｃ上の位置ｃ１０で反射された光線は、リトロリフレクタＲｂに再び入射する。この光線は、反射面１２ｂ上の位置ｂ１９で反射し、反射面１１ｂ上の位置ｂ２０で反射し、射出ポート１７から出力される。

図６は、第１の実施形態の第２変形例に係る光学遅延装置３０を概略的に示している。図７は、光学遅延装置３０に含まれる光学部材の配置を概略的に示す側面図である。図６に示される光学遅延装置３０は、図１に示される光学遅延装置１０と基本的な構造は同じである。光学遅延装置２０のリトロリフレクタＲｂは、ｘ軸の方向に光学遅延装置１０のリトロリフレクタＲｂより長く形成されている。具体的には、図７に示されるように、リトロリフレクタＲｂの上端は、リトロリフレクタＲｃの上端より上方であって、リトロリフレクタＲａの上端と略同じレベルに位置し、リトロリフレクタＲｂの下端は、リトロリフレクタＲａの下端より下方であって、リトロリフレクタＲｃの下端と略同じレベルに位置する。第２変形例では、入射ポート１６は、リトロリフレクタＲｃの上方に設けられ、射出ポート１７は、リトロリフレクタＲａの下方に設けられる。

図６を参照すると、図示しない光源で発生した光線は、入射ポート１６からリトロリフレクタＲｂに入射する。この光線は、Ｒｂ、Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ、Ｒｂ、Ｒａ、Ｒｂ、・・・、Ｒｂという順番で、リトロリフレクタＲａ、Ｒｂ、Ｒｃ間で多重反射し、射出ポート１７から出力される。具体的には、光線は、位置ｂ１、ｂ２、ａ１、ａ２、ｂ３、ｂ４、ｃ１、ｃ２、ｂ５、ｂ６、ａ３、ａ４、ｂ７、ｂ８、ｃ３、ｃ４、ｂ９、ｂ１０、ａ５、ａ６、ｂ１１、ｂ１２、ｃ５、ｃ６、ｂ１３、ｂ１４、ａ７、ａ８、ｂ１５、ｂ１６、ｃ７、ｃ８、ｂ１７、ｂ１８、ａ９、ａ１０、ｂ１９、ｂ２０、ｃ９、ｃ１０、ｂ２１、ｂ２２でこの順番に反射し、射出ポート１７から出る。位置ａ１、ａ３、ａ５、ａ８、ａ１０は、反射面１１ａ上の位置であり、位置ａ２、ａ４、ａ６、ａ７、ａ９は、反射面１２ａ上の位置である。位置ｂ２、ｂ３、ｂ６、ｂ７、ｂ１０、ｂ１１、ｂ１４、ｂ１５、ｂ１８、ｂ１９、ｂ２２は、反射面１１ｂ上の位置であり、位置ｂ１、ｂ４、ｂ５、ｂ８、ｂ９、ｂ１２、ｂ１３、ｂ１６、ｂ１７、ｂ２０、ｂ２１は、反射面１２ｂ上の位置である。位置ｃ２、ｃ４、ｃ５、ｃ７、ｃ９は、反射面１１ｃ上の位置であり、位置ｃ１、ｃ３、ｃ６、ｃ８、ｃ１０は、反射面１２ｃ上の位置である。

以上述べた第１変形例に係る光学遅延装置２０及び第２変形例に係る光学遅延装置３０においても、図１に示される光学遅延装置１０と同様の効果を得ることができる。

（第２の実施形態）
図８は、第２の実施形態に係る光学遅延装置４０を概略的に示している。図９は、光学遅延装置４０に含まれる光学部材の配置を概略的に示す側面図である。図８に示されるように、光学遅延装置４０は、リトロリフレクタＲａ、Ｒｂ、Ｒｃ、反射素子（反射ミラーとも呼ぶ）４２、及び駆動機構４３を備える。第２の実施形態に係るリトロリフレクタＲａ、Ｒｂ、Ｒｃの構造及び配置は、第１の実施形態で説明したものと同一であるので、説明を省略する。なお、リトロリフレクタＲａ、Ｒｂ、Ｒｃの構造及び配置は、例えば、図４に示される構造及び配置又は図６に示される構造及び配置と同一であってもよい。

反射素子４２の反射面４４は、図９に示されるように、リトロリフレクタＲｃの反射面１２ｃに対向配置されている。反射素子４２の位置は、第１の実施形態に係る光学遅延装置１０における射出ポート１７の位置に対応する。リトロリフレクタＲｃの反射面１２ｃ上の位置ｃ１０で反射された光線は、反射素子４２の反射面４４で反射されて反射面１２ｃに戻る。反射面４４は、例えば、誘電体多層膜ミラー、金属蒸着ミラーであってもよく、プリズムによる全反射を利用したものでもよい。

駆動機構４３は、リトロリフレクタＲｃに対して反射素子４２を相対的に移動させる。反射素子４２は、ｚ軸の方向にリトロリフレクタＲｃと対向しており、駆動機構４３は、反射素子４２に結合され、ｚ軸の方向に反射素子４２を移動させる。反射素子４２がｚ軸の方向に移動すると、反射素子４２とリトロリフレクタＲｃとの距離が変化する。例えば、リトロリフレクタＲｃに対して近づく方向に反射素子４２が移動すると、反射素子４２とリトロリフレクタＲｃとの距離は小さくなり、すなわち、光路長は短くなる。リトロリフレクタＲｃに対して離れる方向に反射素子４２が移動すると、反射素子４２とリトロリフレクタＲｂとの距離は大きくなり、すなわち、光路長は長くなる。駆動機構４３として、例えば、ピエゾアクチュエータを利用することができる。

図示しない光源で発生した光線は、ポート４１からリトロリフレクタＲａに入射する。この光線は、第１の実施形態で説明したものと同じ光路を通過して反射素子４２に入射する。反射素子４２で反射された光線は、同じ光路を逆向きに通過してポート４１から出力される。すなわち、第２の実施形態の光学遅延装置４０は、第１の実施形態の光学遅延装置１０と同じ体積で光学遅延装置１０の２倍の光路長を実現する。

第２の実施形態では、駆動機構４３によって反射素子４２を移動させることによって、光学遅延装置４０を通過する光線の光路長を変化させる。反射素子４２をｄ［ｍｍ］ｚ軸の方向に動かすと、光路長は２×ｄ［ｍｍ］変化する。それにより、高い分解能で光学遅延を調整することができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態は、第１の実施形態と第２の実施形態とを組み合わせたものに対応する。
図１０は、第３の実施形態に係る光学遅延装置５０を概略的に示している。図１０に示されるように、光学遅延装置５０は、リトロリフレクタＲａ、Ｒｂ、Ｒｃ、反射素子４２、駆動機構１８、及び駆動機構４３を備える。第３の実施形態に係るリトロリフレクタＲａ、Ｒｂ、Ｒｃの構造及び配置は、第１の実施形態で説明したものと同一であるので、説明を省略する。なお、リトロリフレクタＲａ、Ｒｂ、Ｒｃの構造及び配置は、例えば、図４に示される構造及び配置又は図６に示される構造及び配置と同一であってもよい。

第３の実施形態では、駆動機構１８によってリトロリフレクタＲｂを駆動し、さらに、駆動機構４３によって反射素子４２を駆動することによって、光学遅延装置１０を通過する光線の光路長を変化させる。例えば、リトロリフレクタＲａとリトロリフレクタＲｂとの間に９つの光路が形成され、リトロリフレクタＲｃとリトロリフレクタＲｂとの間に９つの光路が形成される場合、リトロリフレクタＲｂをｄ１［ｍｍ］ｚ軸の方向に動かすと、光路長は３６×ｄ１（＝２×１８×ｄ１）［ｍｍ］変化する。反射素子４２は一本の光線を反射するので、反射素子４２をｄ２［ｍｍ］ｚ軸の方向に動かすと、光路長は２×ｄ２［ｍｍ］変化する。すなわち、リトロリフレクタＲｂの駆動によって光路長を粗調整し、反射素子４２の駆動によって光路長を微調整することができる。光学遅延量を大きく変化させることができると同時に、高分解能で光学遅延量を調整することができる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態では、光学遅延装置を利用する装置の一例を説明する。
図１１は、第４の実施形態に係る光コヒーレンストモグラフィー（optical coherence tomography；ＯＣＴ）装置６０を概略的に示している。図１１に示されるように、光コヒーレンストモグラフィー装置６０は、光源６１、コリメータレンズ６２、ビームスプリッタ６３、対物レンズ６４、絞り６５、ビーム径変換器としてのビームエキスパンダ６６、光学遅延装置６７、及びイメージセンサ６８を備える。光学遅延装置６７は、上述した実施形態に係る光学遅延装置のいずれか又はその変形であり得る。本実施形態の光学遅延装置６７は、第３の実施形態に係る光学遅延装置５０と同じ構造を有する。具体的には、光学遅延装置６７は、リトロリフレクタＲａ、Ｒｂ、Ｒｃ、反射素子４２、駆動機構１８、及び駆動機構４３を備える。図１１では、駆動機構１８及び駆動機構４３は省略されている。

光源６１は、低コヒーレンス光源であり、例えば、近赤外波長のスーパールミネッセントダイオード（super luminescent diode；ＳＬＤ）を含む。光源６１から発せられた光線は、コリメータレンズ６２によって平行光線にされ、ビームスプリッタ６３に入射する。ビームスプリッタ６３は、入射した光線を２つの分岐光線に分離する。一方の分岐光線は、プローブ光として対物レンズ６４に向けられる。対物レンズ６４を通過したプローブ光は、絞り６５を経由して被測定物６９に照射される。絞り６５は、対物レンズ６４と被測定物６９との間であって対物レンズ６４の焦点距離付近に配置されている。

プローブ光は、被測定物６９によって反射又は散乱され、再び対物レンズ６４を通過する。絞り６５の効果により、対物レンズ６４は像側テレセントリックとなっている。そのため、プローブ光は被測定物６９に対して拡がりを持ち、横方向に広い領域を測定することができる。また、像側（受光側）については、被測定物６９のある点により散乱された光の主光線は、往路光（被測定物６９に入射するプローブ光）の主光線と略平行となり、ビームスプリッタ６３に入射してイメージセンサ６８に達し、イメージセンサ６８上に被測定物６９の像を結ぶ。

もう一方の分岐光線は、参照光としてビームエキスパンダ６６に向けられる。ビームエキスパンダ６６の倍率は１倍以下となっており、コリメータレンズ６２により広げられた光を細い平行光に変換する。細径の平行光線になった参照光は、光学遅延装置６７に入射し、反射素子４２によって反射されて同じ経路を戻ってくる。戻ってきた参照光は、ビーム径変換装置としてのビームエキスパンダ６６を逆方向に通過することでそのビーム径が拡大された後に、ビームスプリッタ６３に入射する。参照光は、ビームスプリッタ６３によって反射され、平行光のままイメージセンサ６８に入射する。ビームスプリッタ６３は、光源６１からの光をプローブ光と参照光とに分割する分割部として機能するとともに、被測定物６９によって反射又は散乱されたプローブ光と光学遅延装置６７によって遅延された参照光とを合波する合波部としても機能する。

プローブ光の光路長と参照光の光路長との差が光源６１のコヒーレンス長以内となる場合に、コヒーレンス度が大きくなり、干渉による強度変化が生じる。そのため、被測定物６９までの距離を少なくとも光源６１のコヒーレンス長の精度で測定することが可能となる。

本実施形態では、対物レンズ６４が像側テレセントリックであるため、イメージセンサ６８の全面にわたって参照光の主光線方向とプローブ光の主光線方向が変わらない。通常、光線方向が変わると、干渉による強度コントラストが低下し、ＳＮ比（signal-to-noise ratio）が悪化する。本実施形態の光学系では、特にイメージセンサ６８の周辺部での強度コントラストの低下を抑え、干渉強度変化のムラを抑えることが可能となる。

実際の干渉による強度変化の測定は、参照光の光路長を変化させることで行う。光路長を変化させるために、駆動機構４３（図１０）、例えばピエゾアクチュエータを用いて反射素子４２を微小変化させると、イメージセンサ６８の画素ごとに異なるインターフェログラムを得ることができる。図１２は、光源６１の中心波長λ_０を０．８５０［μｍ］、波長帯域幅Δλを０．０４０［μｍ］としたときのインターフェログラムをシミュレーションしたものである。干渉による強度変化が得られる光路長差は、光源６１のコヒーレンス長ｌ_ｃで決まる。上記光源６１の場合、コヒーレンス長ｌ_ｃは次のように求められる。

ｌ_ｃ ＝２ｌｎ２λ_０ ^２／（πΔλ）
＝２ｌｎ２×０．８５^２／（π×０．０４）
＝７．９７［μｍ］
光路長差がコヒーレンス長以内である場合、図１２に示されるように、干渉による強度分布変化が生じる。このため、この干渉による強度分布変化のエンベロープ最大となる時の参照光の光路長が、被測定物の反射点又は散乱点までの光路長に等しいことが分かる。本実施形態のＯＣＴ装置６０の場合、インターフェログラムのエンベロープを画素ごとに求めることで、それぞれの画素ごとの被測定物６９までの距離を測定することができる。また、プローブ光が被測定物６９内部で散乱される場合、被測定物６９の内部構造をイメージングすることが可能となる。奥行方向の測定範囲は、参照光の光路長の可変範囲に対応する。一般的に高い分解能と長駆動範囲を両立するアクチュエータはほとんどない。例えばピエゾアクチュエータは高い分解能を得られるが、駆動距離は高々数ミリメートルである。反射素子４２のみを駆動する場合、アクチュエータの駆動距離以上に奥行方向の測定範囲を広げることはできない。本実施形態では、リトロリフレクタＲｂとリトロリフレクタＲａ及びＲｃの組とを相対的に移動させることにより、奥行方向の測定範囲を広げることができる。

図１３（ａ）及び（ｂ）を参照して、ＯＣＴ装置６０による測定方法を具体的に説明する。図１３（ａ）は、図１１の光学遅延装置６７を拡大して示す模式図であり、図１３（ｂ）は、被測定物６９上の測定範囲の様子を示した模式図である。被測定物６９の屈折率はｎとする。リトロリフレクタＲｂは、駆動機構１８（図１３（ａ）には図示されていない）、例えば、ステッピングモータとラックピニオンにより構成されるアクチュエータにより駆動される。第３の実施形態で説明したように、反射素子４２が一本の光線を反射するのに対し、リトロリフレクタＲｂは複数の光線を反射する。それにより、リトロリフレクタＲｂの移動距離に対して光路長を大きく変化させることができる。例えば図１０に示されるように、リトロリフレクタＲｂが９本の光線を反射する場合は、移動距離ｄ１［ｍｍ］に対し、光路長は３６×ｄ１［ｍｍ］変化する。

まず、リトロリフレクタＲｂが位置Ｓ０にあり、反射素子４２が位置Ｓａにある場合の参照光の光路長と、被測定物６９の面Ｍ０で反射又は散乱するプローブ光の光路長とが一致するものとする。この状態から反射素子４２を位置Ｓｂまで距離Ｌだけ移動させ、その間にイメージセンサ６８によって、参照光とプローブ光とのインターフェログラムを取得する。反射素子４２が屈折率１の大気中にあるとすると、参照光の光路長は、往復で２×Ｌ変化する。被測定物６９の屈折率がｎであるので、図１３（ｂ）の面Ｍ０からＬ／ｎだけ奥にある面Ｍ１が参照光と同じ光路長となる。つまり、反射素子４２の駆動により、面Ｍ０と面Ｍ１との間のインターフェログラムが測定され、そこから被測定物の形状や構造を得ることができる。

次に、反射素子４２を位置Ｓａに戻し、リトロリフレクタＲｂを位置Ｓ０から位置Ｓ１に移動させる。位置Ｓ０と位置Ｓ１との間の距離を例えばＬ／３６とする場合、面Ｍ０で反射されたプローブ光と参照光との光路長差は２×Ｌ／ｎとなり、被測定物６９上の面Ｍ１が位置Ｓ１に対する等光路長面になる。この状態で再び反射素子を位置Ｓａから位置Ｓｂまで距離Ｌだけ移動させる間に、前述したものと同様にしてインターフェログラムを取得する。このようにすることで、面Ｍ１からＬ／ｎだけ奥にある面Ｍ２までの被測定物６９の構造を得ることができる。この動作を繰り返し行うことで、反射素子４２の移動距離Ｌをはるかに超えた測定範囲で奥行方向の情報を取得することができる。

なお、上述した方法は、反射素子４２を駆動することでインターフェログラムを取得し、リトロリフレクタＲｂを駆動することで奥行測定範囲を広げることを示す例であって、反射素子４２を動かす方向及び順番、リトロリフレクタＲｂが反射する光線の本数を制限するものではない。

また、上記実施形態は、参照光の光路長を時間的に変化させてインターフェログラムを取得する、いわゆるタイムドメイン方式の例であるが、フーリエドメイン方式の光コヒーレンストモグラフィーにも適用することができる。フーリエドメイン方式とは、反射素子４２を駆動せず、参照光とプローブ光との干渉光のスペクトラムを解析、具体的にはフーリエ変換を行うことで深さ方向の情報を得るものである。光源６１に広帯域光源を用いるものはスペクトラルドメインＯＣＴ、波長掃引光源を用いるものは波長掃引型ＯＣＴと呼ばれる。

以上のように、第４の実施形態に係るＯＣＴ装置６０では、光学遅延装置６７のリトロリフレクタＲｂ及び反射素子４２を駆動することにより、奥行き方向の測定範囲を格段に広げつつ、装置の小型化を実現することができる。

実施形態に係る光学遅延装置を利用する装置の例には、ＯＣＴ装置の他に、例えば、一般的な干渉計やフーリエ変換赤外分光光度計（fourier-transform infrared spectrometer；ＦＴＩＲ）が含まれる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ…リトロリフレクタ、１０…光学遅延装置、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…反射面、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ…稜線、１６…入射ポート、１７…射出ポート、１８…駆動機構、２０，３０，４０…光学遅延装置、４１…ポート、４２…反射素子、４３…駆動機構、４４…反射面、５０…光学遅延装置、６０…光コヒーレンストモグラフィー装置、６１…光源、６２…コリメータレンズ、６３…ビームスプリッタ、６４…対物レンズ、６５…絞り、６６…ビームエキスパンダ、６７…光学遅延装置、６８…イメージセンサ、６９…被測定物。

Claims (9)

1. 互いに略直交する第１反射面及び第２反射面を有する第１のリトロリフレクタと、
   前記第１反射面に対向しかつ互いに略直交する第３反射面及び第４反射面を有する第２のリトロリフレクタと、
   前記第２反射面に対向しかつ互いに略直交する第５反射面及び第６反射面を有する第３のリトロリフレクタと、
   前記第１のリトロリフレクタと前記第２のリトロリフレクタ及び前記第３のリトロリフレクタの組とを相対的に移動させる第１の駆動機構と、
   を具備し、
   前記第１反射面と前記第２反射面との第１交線は、前記第３反射面と前記第４反射面との第２交線と略垂直であり、前記第２交線は、前記第５反射面と前記第６反射面との第３交線と略平行であり、前記第２交線及び前記第３交線は、前記第１交線に沿った方向にずれて位置することを特徴とする光学遅延装置。
2. 前記第１の駆動機構は、前記第１交線及び前記前記第２交線に略垂直な方向に、前記第１のリトロリフレクタを移動させることを特徴とする請求項１に記載の光学遅延装置。
3. 前記第１の駆動機構は、前記第１交線及び前記前記第２交線に略垂直な方向に、前記第２のリトロリフレクタ及び前記第３のリトロリフレクタを移動させることを特徴とする請求項１に記載の光学遅延装置。
4. 前記第１乃至第６反射面のいずれか１つの反射面に対向する第７反射面を有する反射素子と、
   前記１つの反射面に対して前記反射素子を相対的に移動させる第２の駆動機構と、
   をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学遅延装置。
5. 前記第２の駆動機構は、前記第１交線及び前記前記第２交線に略垂直な方向に、前記反射素子を移動させることを特徴とする請求項４に記載の光学遅延装置。
6. 互いに略直交する第１反射面及び第２反射面を有する第１のリトロリフレクタと、
   前記第１反射面に対向しかつ互いに略直交する第３反射面及び第４反射面を有する第２のリトロリフレクタと、
   前記第２反射面に対向しかつ互いに略直交する第５反射面及び第６反射面を有する第３のリトロリフレクタと、
   前記第１乃至第６反射面のいずれか１つの反射面に対向する第７反射面を有する反射素子と、
   前記１つの反射面に対して前記反射素子を相対的に移動させる駆動機構と、
   を具備し、
   前記第１反射面と前記第２反射面との第１交線は、前記第３反射面と前記第４反射面との第２交線と略垂直であり、前記第２交線は、前記第５反射面と前記第６反射面との第３交線と略平行であり、前記第２交線及び前記第３交線は、前記第１交線に沿った方向にずれて位置することを特徴とする光学遅延装置。
7. 前記駆動機構は、前記第１交線及び前記前記第２交線に略垂直な方向に、前記反射素子を移動させることを特徴とする請求項６に記載の光学遅延装置。
8. 光を発生する光源と、
   前記光を第１の分岐光及び第２の分岐光に分離する分離部と、
   前記第１の分岐光を被測定物に照射する照射部と、
   前記第２の分岐光を遅延させる請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学遅延装置と、
   前記被検出物によって反射又は散乱された前記第１の分岐光と前記光学遅延装置によって遅延された前記第２の分岐光とを合波することによって合波光を得る合波部と、
   前記合波光の強度変化を検出する検出部と、
   を具備することを特徴とする光コヒーレンストモグラフィー装置。
9. 前記照射部は、像側テレセントリックな対物レンズを備え、
   前記検出部は、前記合波光を撮像するイメージセンサを備えることを特徴とする請求項８に記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。

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