WO2016178317A1

WO2016178317A1 - 光学装置

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Publication number: WO2016178317A1
Application number: PCT/JP2016/002211
Authority: WO
Inventors: 卓夫森本; 孝行須藤; 石　勉
Original assignee: 日本電気株式会社
Priority date: 2015-05-07
Filing date: 2016-04-27
Publication date: 2016-11-10
Also published as: JPWO2016178317A1

Abstract

本発明の目的は、照明領域が広い用途においても、画像取得レートを低下させず、しかも装置の大型化を伴わずに、干渉パターンの低減を実現する光学装置を提供する。そのために本発明の光学装置は、コヒーレント光源を照明として用いる光学装置において、コヒーレント光源とコリメートレンズの間に光線方向搖動手段を配置し、対象物に焦点が結ばないことを特徴とする。

Description

光学装置

　本発明は、光学装置に関し、特にコヒーレント光を照明として用いる画像取得装置に関する。

　周波数０．１～１０ＴＨｚの電磁波であるテラヘルツ波は、プラスチック、紙、衣服などを透過しつつ、Ｘ線のような有害性が無いことや、テラヘルツ領域特有の指紋スペクトルが見出されてきたことにより、注目を集めている。近年、量子カスケードレーザの進展により、テラヘルツ領域の光源の強度が向上したことにより、非特許文献１のように量子カスケードレーザを用いたテラヘルツ顕微鏡が開発されている。

　しかしながら、コヒーレント光源を用いたテラヘルツ顕微鏡には、背景画像に干渉パターンが生じるため、試料画像取得の障害となる問題がある。これは０．１～１０ＴＨｚのテラヘルツ波に特有の問題である。テラヘルツ領域は他の電磁波領域と異なり、十分な出力を有するインコヒーレントな光源が無い。必要な出力を得るためにはレーザを用いるか、ミリ波、サブミリ波の導波管デバイスを用いる必要があるため、位相のそろったコヒーレント光源を使用することになる。

　このため、レンズ枠などで蹴られた光と、レンズ中心を通った光が干渉して干渉パターンを発生する。例えば、非特許文献１のＴａｂｌｅ４．に示されているように、同心円状の干渉縞が見られることがある。このような干渉の問題は、可視光のコヒーレント光においては顕在化せず、テラヘルツ領域で特有の問題である。問題になる理由はテラヘルツ波の波長が長いため可干渉性が高くなるためである。可視光は波長が１μｍ以下であるのに対し、レンズ枠には１μｍ以上の加工ばらつきがある。このため、レンズ枠で反射された可視光は波長以上の位相ばらつきがあり、インコヒーレントとなって干渉性を失う。よって、可視光ではレンズ枠などの「蹴られ」によって発生する干渉縞はほとんど問題とならない。

　干渉パターンを解消するために、特許文献１の図１のように、レンズ系１６と被写体１２の間に、搖動機構を有するミラー１８を配置する手法がある。揺動によって干渉パターンが動いて平均化されることにより、干渉パターンを軽減することができる。

国際公開第2014/157431号特開2005-177825号公報

小田、外８名、「Ｒｅａｌ－Ｔｉｍｅ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ－ｔｙｐｅ　Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，ｗｉｔｈ　Ｐａｌｍ　ｓｉｚｅ　Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ　Ｃａｍｅｒａ　ａｎｄ　Ｃｏｍｐａｃｔ　Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｃａｓｃａｄｅ　Ｌａｓｅｒ」、Ｐｒｏｃ．　ｏｆ　ＳＰＩＥ、２０１２年８月、ｖｏｌ．８４９６、ｐｐ．８４９６０Ｑ－１～８４９６０Ｑ－１１

　特許文献１の図１で述べられている手法は、照明領域がφ１０ｍｍ程度の顕微鏡システムに大いに効果的である。顕微鏡と称しても、必ずしも像を拡大しなくてもよい。等倍程度で１０ｍｍ角程度の大きさのアレイセンサに、被写体イメージを結像させる用途に好適である。例えば、髪の毛のようなφ７０μｍ程度の異物を検知する装置や、生体組織や細胞の観察などに有効である。

　テラヘルツ波イメージングは、衣服の内側の武器、封書や箱の中の危険物の検知にも有効である。このようなセキュリティ用途では、被写体の大きさがφ３０ｍｍ程度以上ある。このような用途でイメージング領域を拡大しようとすると、別の課題が生じる。照明領域を拡大するとき、搖動するミラーの面積も比例して拡大しなければならないが、ミラーの質量が増大する。そのためミラーの搖動スピードが低下する。このため、照明の平均化にも時間を要するようになり、イメージング画像取得スピードが低下する。またミラーの質量が増大するとミラーの搖動機構が大型化し、その結果イメージング装置が大型化する。

　本発明の目的は、照明領域が広い用途においても、画像取得レートを低下させず、しかも装置の大型化を伴わずに、干渉パターンの低減を実現する光学装置を提供することにある。

　本発明の光学装置は、コヒーレント光源を照明として用いる光学装置において、前記コヒーレント光源とコリメートレンズの間に光線方向搖動手段を配置し、対象物に焦点が結ばないことを特徴とする。

　本発明によれば、照明領域が広い用途でも、イメージング画像取得レートが低下せず、しかも装置を小型化でき、干渉パターンを低減した光学装置を提供できる。

本発明の光学装置の第１の実施形態を示す断面図である。本発明の光学装置の第２の実施形態を示す断面図である。本発明の光学装置の第３の実施形態を示す断面図である。本発明の光学装置の第４の実施形態を示す断面図である。本発明の光学装置の第５の実施形態を示す断面図である。本発明の光学装置の第６の実施形態を示す断面図である。本発明の光学装置の第７の実施形態を示す断面図である。２軸ガルバノスキャナを用いた照明装置を示す側面図である。

　次に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
（第１の実施形態）
　図１を参照すると、本第１の実施形態の光学装置は、光が進む順に、テラヘルツ波のコヒーレント光源１、搖動ミラー２、コリメートレンズ５、試料６、対物レンズ７、テラヘルツ波カメラ８を配置したイメージング装置である。コヒーレント光源１以外は光軸上に一直線上に配置する。コヒーレント光源１は射出光が前述の光軸に対して直角になるように配置する。コヒーレント光源１側を前段側、テラヘルツ波カメラ８側を後段側と呼ぶことにする。

　イメージング対象物である試料６の光学的性質により、コリメート光源１の光（ここではテラヘルツ波）の周波数は、適宜選べばよい。光の周波数を０．１ＴＨｚ～１．５ＴＨｚとするときは、コリメート光源１として、例えばショットキーダイオード逓倍器光源や進行波管などを用いればよい。１．５ＴＨｚ～１０ＴＨｚにおいては、量子カスケードレーザを用いればよい。

　光線方向を振動させる搖動ミラー２は１枚ミラーでもよいが、より望ましくは、２枚のミラーを組み合わせた図８に示すような２軸ガルバノスキャナ１３が良い。図８には、コヒーレント光源１が描かれていないが、紙面の手前にあり、手前からコヒーレント光が紙面の奥に向かって入射することを想定した図である。

　コヒーレント光は、まず、ｘ軸用ミラー１１に入射し上向きに反射され、次に、ｙ軸用ミラー１２により紙面の右方向に反射され、コリメートレンズ５を通って、試料６を照明する。図８では試料６を透過する光は省略している。

　ｘ軸用ミラー１１とｙ軸用ミラー１２はいずれも金コートされ、反射率は１００％に近い。ｘ軸用ミラー１１とｙ軸用ミラー１２には、それぞれ、回転用のモータが接続されており、ｘ軸用ミラー１１を回転させると、ビーム１４の方向が水平方向（図８の紙面手前から紙面奥またはその逆の方向）に変化する。ｙ軸用ミラー１２を回転させると、ビーム１４は垂直方向（図８の紙面上下方向）に変化する。ｘ軸用ミラー１１とｙ軸用ミラー１２の搖動の組み合わせにより、ビーム１４が試料６上に当たる位置を２次元的に走査する。

　搖動ミラー２が１枚ミラー（１軸ミラー）の場合は、上述のｘ軸用ミラー１１またはｙ軸用ミラー１２のうちの片方だけを使い、ｘ軸またはｙ軸を回転軸として一次元的に走査する。１軸ミラーとその搖動機構の質量は当然だが２軸ミラーとそれらの搖動機構の質量の半分になる。

　図１に示すように、コヒーレント光源１から出射されたコヒーレント光（以下ビームと称する）は、まず揺動ミラー２に入射し反射することで進行方向が変わり、コリメートレンズ５に入射する。コリメートレンズ５で平行光となり試料６を照明するが、試料６上に焦点は結ばない。試料６を照明したビームは対物レンズ７を経由してテラヘルツ波カメラ８に入射する。揺動ミラー２は図１の紙面に対して垂直方向（紙面手前から奥に向かう方向）に揺動軸を持っており、この揺動軸を中心に正負の方向に交互に回転（振動）する。また揺動軸は光軸と直交する。

　コリメートレンズ５の位置を、コリメート光源１の発光点から、焦点距離の位置とした場合、搖動ミラー２が光軸に対して４５°の角度で静止している場合、コリメートレンズ５を通って試料６に照射されるビームは平行光となる。イメージング画像の背景画像の干渉パターンを低減するために搖動ミラー２を数10～数100Hzで搖動させるが、ビームは図１中に実線で示したミラー上向き時ビーム３から、破線で示したミラー下向き時ビーム４まで振られ、照明はこれを平均化したものとなる。ミラー上向き時ビーム３とミラー下向き時ビーム４では、光線経路が異なるため、レンズ枠などの蹴られなどにより発生する干渉パターンは異なる。異なる干渉パターンが平均化するので、照明の干渉パターンは大幅に低減されることになる。

　コヒーレント光源１の放射角が半値全幅で１０～１３°で、発光点から搖動ミラー２までの距離（光路長）が５０ｍｍのとき、搖動ミラー２として用いる２軸ガルバノスキャナ１３は、φ３０ｍｍのビーム径に対応したものを用いればよい。φ３０ｍｍと広い口径であれば、蹴られによる損失や回折の発生を十分低く抑えることができる。コリメートレンズ５を発光点から光路長で１５０ｍｍの位置に設置する。ミラー２からコリメートレンズ５までは１００ｍｍになる。このような位置関係で設置した場合、コリメートレンズ５の有効開口径をφ１００ｍｍ程度とすれば、半値全幅φ３０ｍｍ程度のガウシアンビームを、レンズ枠による蹴られを十分に抑えて通すことができる。半値全幅φ３０ｍｍ程度のガウシアンビームは搖動ミラー２により振って、半値全幅φ５０ｍｍ程度に拡大したビームで試料６を照明することができる。

　また試料６のサイズとしては、６０ｍｍ×４５ｍｍ程度のものを照明することができる。対物レンズ７は、試料６の像を１／４倍程度の倍率でテラヘルツ波カメラ８のアレイセンサ上に結像できるものとすると、サイズが１５ｍｍ×１１．３ｍｍのアレイセンサにより、６０ｍｍ×４５ｍｍの視野のイメージングができる。対物レンズの倍率を１／４にするためには、例えば、焦点距離５０ｍｍの対物レンズを用い、試料と対物レンズの間を２５０ｍｍ、レンズとアレイセンサの距離を６２．５ｍｍとすればよい。

　特許文献１のように搖動ミラー２をコリメートレンズ５と試料６の間に設置した場合、半値全幅φ３０ｍｍのビームの搖動ミラー２による蹴られを十分低く抑えるためには、φ８０ｍｍ～φ１００ｍｍ程度の口径ビームを通すことができる搖動ミラー２としなければならない。

　これに対し、本実施形態のように、搖動ミラー２をコヒーレント光源１とコリメートレンズ５の間に設置することにより、搖動ミラー２としては、ビーム口径φ３０ｍｍの２軸ガルバノスキャナ１３を用いれば良く、大幅にミラー面積を低減できる。これは、特許文献１に比べて揺動ミラー２をビーム径が狭い位置に配置できることと、揺動ミラー２と試料６の間の光路が長くとれることが理由である。そのため揺動ミラーを同じ角度だけ振っても、ビームの移動距離を長くすることができる。

　これにより、ミラーの質量のみならず、ミラーを駆動するモータや筐体の質量を大幅に低減できる。２軸ガルバノスキャナ全体としては、質量を１／２０～１／３０と大幅に低減できる。また、ミラーの回転速度は３倍程度に上げられるので、イメージング画像取得レートは３倍程度に向上することができる。またミラーを小型化できるのでコストと搖動の消費電力が低減できる。なお1軸ミラーの場合でも２軸ミラーと同様の効果が得られる。

　特許文献２には、伝送系の初期の段階でビームを走査し長い伝送系を通してビームを対象物に当てるようにする長距離伝送用光学系が記載されている。これはレーザ光源と、レーザ光を二次元走査するために微小振幅角で揺動させるガルバノミラーと、ガルバノミラー以降のレンズ経路にリレーレンズ、コリメートレンズ、スキャンレンズを備え、ビームを包囲する複数のガイドパイプを備えた長距離伝送用光学系である。この光学系は最終段に空間的余裕がなくレーザ光伝送系の初期、緒段階にしか走査機構を設置できない場合を想定している。

　しかしこの特許文献２はレーザ光の焦点を対象物面に結びそれを二次元走査し熱を発生させて、切断、研磨、溶接、熱処理、表面処理、マーキング、穴開け、検査を行うものである。一方本実施形態のテラヘルツ波イメージングは対象物には焦点を結ばず、広がった照明を揺動して均一照明とするものであり、異なるものである。
（第２の実施形態）
　第１の実施形態において、搖動ミラー２により、ミラー上向き時ビーム３からミラー下向き時ビーム４までビームを振って、平均化されたビームは、全体的には平行光ではなく広がっていく。コヒーレント光源１のパワー出力が十分に高く、試料６により光が散乱、拡散される場合は、照明光が広がっていっても問題無い。しかし、テラヘルツ波領域においては、十分に高出力で小型の光源が無いため、照明光を無駄なく対物レンズ７、テラヘルツ波カメラ８に入射させることが望ましい。

　また、テラヘルツ波は波長が３０μｍ～３ｍｍと長く、試料の表面平滑度や粒径より、波長の方が長い場合がしばしばある。テラヘルツ波は波長が長いので試料の表面はそれより平滑だと散乱、拡散しにくい。その場合、テラヘルツ波は試料６に当たっても（減衰はするが）直進し、テラヘルツ波カメラ８に入射しない光もある。入射しないとイメージングには寄与しない。従って試料６が無いときの背景照明光が、そのまま対物レンズ７およびテラヘルツ波カメラ８に入射する割合が高いことが望まれる。

　この割合を高めるためには、背景照明光が広がっていく場合、対物レンズ７の口径を広げることで可能になる。しかし、装置の大型化や質量の増大を招く。想定する試料６の大きさに対して、極力装置全体を大きくしない設計としては、平均化されたビームの径が、コリメートレンズ５から対物レンズ７まで、略一定となるようにするのが好ましい。言い方を変えれば、平均化されたビームの外縁を用途により半値全幅や１／ｅ^２などで定義し、この外縁が光軸と略平行となるのが好ましい。略平行であれば、コリメートレンズ５と対物レンズ７の径を、同程度とすることができる。平均化されたビームの外縁が平行でなくなると、試料６のサイズを基準として、対物レンズ７またはコリメートレンズ５のどちらかが大型化する。このような大型化を避けるためには、平行度は±５°以内が望ましい。レンズ材料として高比抵抗シリコンを用いる場合などにおいては、インゴットの径に制限されて、最大レンズ径がφ１２５ｍｍ程度に制限される場合がある。このような場合などに、コリメートレンズ５と対物レンズ７を極力同じ口径とすることが望ましいので、平均化されたビーム外縁の平行度は、±２°以内にすることが望ましい。なおインゴットとは、シリコン基板を切り出すシリコン単結晶インゴットのことである。

　コリメートレンズ５と対物レンズ７の大きさの課題の重要性について更に補足する。テラヘルツ波のような長い波長のコヒーレント光においては、イメージング画像に干渉パターンが発生しやすい。レンズ枠などの表面の凹凸は、波長に比べ小さいため、位相がランダムに乱れて反射されることがないため、干渉しやすい。このような干渉パターンは、テラヘルツ波画像認識の障害となるため、極力無くすことが望ましい。

　このためには、レンズ枠を十分大きくし、レンズ枠位置でのビームのパワーが、ビーム中心に比べ例えば１％以下、できれば０．１％以下に抑えることが望ましい。このようにするためには、コリメートレンズ５や対物レンズ７の口径を大きくする。コリメートレンズ５と対物レンズ７で口径に差があると大きい方で装置全体の大きさが決まってしまう。そのため、試料６のサイズを基準として、コリメートレンズ５と対物レンズ７の大きさを同程度にそろえる設計をした方が、装置全体を小型化できる。このような理由により、遥動ミラー２により遥動された光線の平均化ビームは、ビームの外縁が略平行となることが好ましい。

　具体的には、例えば、コリメートレンズ５から、試料６を経由して対物レンズ７の入射口に至るまで、一貫してビームの１／ｅ^２径を、おおよそφ６０ｍｍと略一定にすることが望ましい。この場合、レンズ枠の蹴られによる干渉パターン発生を抑えるため、コリメートレンズ５と対物レンズ７の有効径はφ１００ｍｍ程度と、１／ｅ^２径より大きくすればよい。

　このような目的で、遥動ミラー２による平均化されたビームの外縁を光軸方向に略平行とするためには、搖動ミラー２が静止した状態において、ビームが集光気味になるように設計すればよい。つまり、静止状態でのビームを集光気味にしておき、揺動ミラーの揺動の最大振り角においてビームの外縁が略平行になるように設計する。言い換えると静止状態でのビーム径に揺動ミラーの揺動で拡張する分のビーム径を加えたビームの外縁が略平行になるようにする。

　静止状態でのビームを集光気味にするには、具体的には、コヒーレント光源１とコリメートレンズ５間の距離（光路長）をコリメートレンズ５の焦点距離よりも離すように配置する。例えば、コリメートレンズ５の焦点距離を１５０ｍｍとし、コヒーレント光源１とコリメートレンズ５の光路長を２００ｍｍとすれば、コリメートレンズ５から６００ｍｍ先において集光することになる。この集光点は、試料６より十分先の位置とするのが良い。試料６の位置においてビーム径が小さ過ぎると、試料６全体を照明するために、遥動ミラー２を細かく長時間走査する必要が生じ、走査一巡の時間が長くなるため、イメージング画像取得レートが低下する。このことを避けるため試料６に集光しないようにする。試料６をコリメートレンズ５から２５０ｍｍの位置に設置すれば、試料６は集光点より十分コリメートレンズ５に近くなる。そのため試料６の位置におけるビーム径は小さくなく、画像取得レート低下の問題が生じない。

　遥動ミラー２静止時において、このような配置にした上で、遥動ミラー２を適当な振り幅で遥動することにより、図２のように、遥動ビームの平均化されたビームの外縁を光学装置の光軸に対して略平行とすることができる。

　以上述べた、径、距離などの数値は、一例であって上記の値に限るものではない。例えば、径、距離の全数値を２倍にすれば、試料６を観察する視野範囲を２倍×２倍＝４倍にすることができる。すなわち、観察対象とする試料６の想定最大サイズに応じて、光学系をスケーリングして装置設計をすればよい。
（第３の実施形態）
　上記第１、第２実施形態において、コヒーレント光源の放射角が広く、搖動ミラー２で捕捉しきれない場合、搖動ミラー２による光線の蹴られにより、回折パターンの発生や、パワー損失を招く場合がある。このような場合は、コヒーレント光源１と搖動ミラー２の間に、レンズを挿入し、ビームの広がりを抑えればよい。

　そのための構成を、第３の実施形態として図３に示す。コヒーレント光源１の後段に、初段コリメートレンズ９を設置し、コヒーレント光源１のビームを平行光とする。この平行光を搖動ミラー２に入射させれば、搖動ミラー２の位置におけるビーム径を狭くすることができるので、搖動ミラー２を小型化できる。搖動ミラー２を小型化できれば、高速に搖動することができるので、照明の平均化を高速に行うことができるので、イメージング画像取得レートを高速化できる。

　なおコヒーレント光源の放射角が広い場合以外にも、何らかの理由によって光源１と搖動ミラー２の距離を短くできない場合も、初段コリメートレンズ９を設置すればビームの広がりを抑えることができる。
（第４の実施形態）
　第３の実施形態に比べて搖動ミラー２を更に小型化して、画像取得レートを高めるための構成を、第４の実施形態として図４に示す。図３の初段コリメートレンズ９の代わりに、初段集光レンズ１０を設置する。このようにすると、搖動ミラー２の位置において、更にビーム径を絞ることができるので、搖動ミラー２を更に小型化することができ、画像取得レートを更に高めることができる。集光の中心点は揺動ミラー２における揺動軸上に来るようにする。

　ただし、初段集光レンズ１０によって搖動ミラー２表面上の回転軸上に完全に集光すると、実質的発光点位置が変位しなくなるため、干渉パターンが動きにくくなる。このため、干渉パターンの低減効果が低下する。照明の均一性を重視するか、画像取得レートの高速化を重視するか、用途により、搖動ミラー２上への集光度は調整すればよい。均一性を重視するのであれば集光度を緩くし、高速レートを重視するのであれば集光度を上げる。
（第５の実施形態）
　上記実施形態においては、光線方向搖動手段として、ミラーの搖動を用いた。これは光の反射を利用し、ミラーの角度により、反射角が変わることを利用した方法である。この他に、光の屈折を用いた方法も利用することができる。

　そのための構成を第５の実施形態として図５に示す。搖動ミラー２の代わりに、搖動初段コリメートレンズ１０２を設置し、コヒーレント光源１は、コリメートレンズ５から対物レンズ７に至る光軸線の延長線上に配置する。搖動初段コリメートレンズ１０２を光軸に対し垂直な面の上で振動させれば、光線方向は、搖動初段コリメートレンズ１０２の移動方向に向きが変わる。例えば、図５では、搖動初段コリメートレンズ１０２を上下に平行移動させれば、ビーム方向は、レンズ上移動時ビーム１０３からレンズ下移動時ビーム１０４まで変化する。このとき変化する干渉パターンを平均化した状態で照明光として用いれば、ほぼ均一な照明を得ることができる。

　なお本実施形態に第３実施形態の初段コリメートレンズまたは第４実施形態の初段集光レンズを用いることもできる。
（第６の実施形態）
　屈折を利用して光線方向を変える手段として、ウェッジプリズムを用いる方法もある。そのための構成を第６の実施形態として図６に示す。図５の搖動初段コリメートレンズ１０２の代わりに、回転ウェッジプリズム２０２を配置する。回転ウェッジプリズム２０２の回転軸を光軸と一致させておき、回転軸を中心に回転（自転）させる。回転ウェッジプリズム２０２の厚い方が図６の上側にあるとき（図６の実線の回転ウェッジプリズム２０２）、ビームは上向き屈折時ビーム２０３に振れる。一方回転ウェッジプリズム２０２の厚い方が図６の下側にあるとき（図６の破線の回転ウェッジプリズム２０２）、ビームは下向き屈折時ビーム２０４に振れる。回転ウェッジプリズム２０２が一回転する間のビームを平均化すれば、平均化ビームの外縁を略平行とすることができる。

　この方法では、一定角速度で回転させればよいので、回転用のモータに対する負荷を低減することができる。搖動ミラー２の駆動においては、角速度が正と負の間で切り換わるとき、大きな加速度を生じるので、モータに大きな負荷がかかる。図５の搖動初段コリメートレンズ１０２の往復運動をさせる場合も、運動方向が変わるタイミングに加速度が大きくなり、モータに負荷がかかる。第６の実施形態では、このような大きな加速度によりモータの負荷が大きくなるという問題がないので、高速にビーム方向を動かすことができる。このため、イメージングの画像取得レートを高速化できる。

　なお本実施形態に第３実施形態の初段コリメートレンズまたは第４実施形態の初段集光レンズを用いることもできる。
（第７の実施形態）
　以上のように、平均化された照明光のビーム径を、光軸方向に略一定とすることにより、光軸方向のどの位置においても、略一定の分布の照明を試料６に照射することができる。また、対物レンズ７とテラヘルツ波カメラ８を光軸方向に移動させれば、テラヘルツ波画像のピントが合う位置を光軸方向に移動させることができる。このようにすれば、イメージング対象物である試料６が段ボール箱に入れられて隠された物体の場合でも、テラヘルツ波イメージング画像を、段ボール箱の中をスキャンして、立体画像を取得することができる。

　そのための構成を第７の実施形態として図７に示す。試料６は平面的な物体ではなく、立体的な物体である。対物レンズ７とその後段に設けるイメージング対象物撮像装置であるテラヘルツ波カメラ８は、駆動機構３０により移動可能である。図７の光学装置は、対物レンズ７とテラヘルツ波カメラ８を駆動機構３０で光軸方向に移動させながら、立体的な物体に対するテラヘルツ波イメージング画像を多数枚取得できるシステムとなっている。

　おおよそ１ＴＨｚ以下のテラヘルツ波は段ボールを透過するので、開封することなく危険物を検知するセキュリティ用途システムに有効である。

　以上述べた実施形態においては、試料６を透過したテラヘルツ波を取得する透過イメージング画像取得装置について述べた。これは、試料６で反射したテラヘルツ波を取得する反射イメージング画像取得装置にも適用することができる。反射イメージング画像取得装置の場合は対物レンズとテラヘルツ波カメラを、反射したテラヘルツ波が取得できる位置に設置すればよい。

　上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）
　コヒーレント光源を照明として用いる光学装置であって、前記コヒーレント光源とコリメートレンズの間に光線方向搖動手段を配置し、対象物に焦点が結ばないことを特徴とする光学装置。
（付記２）
　前記コヒーレント光源と前記コリメートレンズ間の距離を前記コリメートレンズの焦点距離よりも離すことにより、前記光線方向搖動手段の静止状態でのビーム径に、前記光線方向搖動手段によるビームの揺動で拡張する分のビーム径を加えた前記ビームの外縁が略平行になるようにことを特徴とする付記１に記載の光学装置。
（付記３）
　前記コヒーレント光源と前記光線方向搖動手段との間に、初段コリメート手段を配置し、略平行光を前記光線方向搖動手段に入射させることを特徴とする付記１または２に記載の光学装置。
（付記４）
　前記コヒーレント光源と前記光線方向搖動手段との間に、集光手段を配置し、前記光線方向搖動手段に集光させることを特徴とする付記１または２に記載の光学装置。
（付記５）
　前記光線方向搖動手段が、搖動反射鏡であることを特徴とする付記１から４のいずれか一項に記載の光学装置。
（付記６）
　前記光線方向搖動手段が、光線を屈折する物体の振動または回転であることを特徴とする付記１から４のいずれか一項に記載の光学装置。
（付記７）
　前記光線方向搖動手段が光軸方向と垂直方向に搖動するコリメートレンズであることを特徴とする付記１または２に記載の光学装置。
（付記８）
　前記対象物の後段に対象物撮像装置を配置し、前記撮像装置の対象物ピント位置を光軸方向に走査することにより、前記対象物の光軸方向走査画像を取得することを特徴とする付記１から７のいずれか一項に記載の光学装置。
（付記９）
　前記コヒーレント光源はテラヘルツ波の光源である付記１から８のいずれか一項に記載の光学装置。
（付記１０）
　前記コリメートレンズの後段側に対物レンズを設け、更にその後段側に対象物撮像装置を設け、前記コリメートレンズと前記対物レンズの間に対象物を配置する付記１から９のいずれか一項に記載の光学装置。
（付記１１）
　前記対物レンズと前記対象物撮像装置の前記光軸方向への移動機構を備えた付記１０に記載の光学装置。

　以上、上述した実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態には限定されない。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。

　この出願は、２０１５年５月７日に出願された日本出願特願２０１５－０９４６７３を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

　１　　コヒーレント光源
　２　　搖動ミラー
　３　　ミラー上向き時ビーム
　４　　ミラー下向き時ビーム
　５　　コリメートレンズ
　６　　試料
　７　　対物レンズ
　８　　テラヘルツ波カメラ
　９　　初段コリメートレンズ
　１０　　初段集光レンズ
　１１　　ｘ軸用ミラー
　１２　　ｙ軸用ミラー
　１３　　２軸ガルバノスキャナ
　１４　　ビーム
　３０　　駆動機構
　１０２　　搖動初段コリメートレンズ
　１０３　　レンズ上移動時ビーム
　１０４　　レンズ下移動時ビーム
　２０２　　回転ウェッジプリズム
　２０３　　上向き屈折時ビーム
　２０４　　下向き屈折時ビーム

Claims

　コヒーレント光源を照明として用いる光学装置であって、前記コヒーレント光源とコリメートレンズの間に光線方向搖動手段を配置し、対象物に焦点が結ばないことを特徴とする光学装置。
　前記コヒーレント光源と前記コリメートレンズ間の距離を前記コリメートレンズの焦点距離よりも離すことにより、前記光線方向搖動手段の静止状態でのビーム径に、前記光線方向搖動手段によるビームの揺動で拡張する分のビーム径を加えた前記ビームの外縁が略平行になるようにことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
　前記コヒーレント光源と前記光線方向搖動手段との間に、初段コリメート手段を配置し、略平行光を前記光線方向搖動手段に入射させることを特徴とする請求項１または２に記載の光学装置。
　前記コヒーレント光源と前記光線方向搖動手段との間に、集光手段を配置し、前記光線方向搖動手段に集光させることを特徴とする請求項１または２に記載の光学装置。
　前記光線方向搖動手段が、搖動反射鏡であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の光学装置。
　前記光線方向搖動手段が、光線を屈折する物体の振動または回転であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の光学装置。
　前記光線方向搖動手段が光軸方向と垂直方向に搖動するコリメートレンズであることを特徴とする請求項１または２に記載の光学装置。
前記対象物の後段に対象物撮像装置を配置し、前記撮像装置の対象物ピント位置を光軸方向に走査することにより、前記対象物の光軸方向走査画像を取得することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の光学装置。
　前記コヒーレント光源はテラヘルツ波の光源である請求項１から８のいずれか一項に記載の光学装置。
　前記コリメートレンズの後段側に対物レンズを設け、更にその後段側に対象物撮像装置を設け、前記コリメートレンズと前記対物レンズの間に対象物を配置する請求項１から９のいずれか一項に記載の光学装置。