(57)【要約】【課題】  低コストで、出射光のビーム広がりが発生せず、光路長を高速に繰り返し可変できる光遅延器を提供する。【解決手段】  光軸Ｌａに沿った入射光Ｓａを回動ミラー２１のミラー本体２２で受け、その１次反射光Ｓｂを第１の反射体４０に出射し、１次反射光Ｓｂの光軸Ｌｂと平行で且つ離間した光軸Ｌｃに沿った２次反射光Ｓｃを回動ミラー２１へ戻す。２次反射光Ｓｃを受けた回動ミラー２１は、光軸Ｌａと平行な光軸Ｌｄに沿った３次反射光Ｓｄを、その光軸Ｌｄと直交する反射面を有する第２の反射体５０に入射する。第２の反射体５０で折り返された４次反射光Ｓｅを上記経路と逆経路で反射させることにより光軸Ｌａに沿った７次反射光を出射させる。ミラー本体２２の回動により入射光Ｓａに対して７次反射光Ｓｈが出射されるまでに至る光路長を連続的に変化させる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面側に反射面が形成された平板状のミラー本体（２２）を有し、該ミラー本体をその反射面と平行な軸を中心に回動させるように構成され、前記軸に直交する平面に沿って入射される入射光（Ｓａ）を前記反射面で受ける回動ミラー（２１）と、
複数の平面状の反射面を有し、前記入射光に対して前記回動ミラーから出射される１次反射光（Ｓｂ）を受けて、該１次反射光の光軸と平行で且つ離間した光軸の２次反射光（Ｓｃ）を前記回動ミラーへ出射する第１の反射体（４０）と、
前記２次反射光を受けた前記回動ミラーから前記入射光の光軸と平行な光軸で出射された３次反射光（Ｓｄ）を、該３次反射光の光軸と直交する平面状の反射面で受けて該３次反射光と一致する光軸の４次反射光（Ｓｅ）を前記回動ミラーへ出射する第２の反射体（５０）とを有し、
前記４次反射光を受けた前記回動ミラーから前記２次反射光と一致する光軸で前記第１の反射体へ５次反射光（Ｓｆ）を出射させ、該５次反射光を受けた前記第１の反射体から前記１次反射光と一致する光軸で前記回動ミラーへ６次反射光（Ｓｇ）を出射させて、該６次反射光を受けた前記回動ミラーから前記入射光と一致する光軸で７次反射光（Ｓｈ）を出射させるとともに、前記入射光に対して前記７次反射光が出射されるまでに至る光路長が、前記ミラー本体の回動により連続的に変化するように構成したことを特徴とする光遅延器。
【請求項２】
前記回動ミラーは、
前記ミラー本体（２２）と、固定基板（２４、２５）と、前記固定基板の縁部と前記ミラー本体の外縁との間を連結し且つ長さ方向に捩れ変形して、前記ミラー本体を回動自在に支持する軸（２３）と、前記ミラー本体と前記軸とで決まる固有振動数に対応した周波数の駆動信号により前記ミラー本体に力を与えて、前記ミラー本体を前記固有振動で往復回動させる回動駆動手段（３０、３１、３５）とを有していることを特徴とする請求項１記載の光遅延器。
【請求項３】
前記第１の反射体は、コーナーミラー、コーナープリズム、直角ミラーまたは直角プリズムのいずれかであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光遅延器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の遅延量（光路長）を連続的に変化させるための光遅延器に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイケルソン干渉計等に用いられる光遅延器としては、入射光軸と出射光軸が等しい状態で、遅延量を連続的に繰り返し変化させることが必要である。
【０００３】
この種の光遅延器として、次の特許文献１には、外周が対数螺旋形状のミラーを回転させて光の遅延量を変化させる構造のものが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２０６４２５号公報
【０００５】
図１０は、この光遅延器の概略構成を示すものであり、対数螺旋鏡１は、その原点（中心軸）に一致する主軸２を中心に矢印Ｈ１、Ｈ２方向に交互に回転できるようになっており、その主軸２に直交する光軸Ｌａに沿って入射された光Ｓａは、その光軸Ｌａと対数螺旋鏡１の外周に形成された反射面１ａとが交わる点Ｘａで反射するが、その反射方向は、入射光軸Ｌａに対して常に一定角度αをなす方向となる性質がある。
【０００６】
したがって、図１０に示しているように、平面ミラー３を、その反射面３ａが対数螺旋鏡１からの１次反射光Ｓｂの光軸Ｌｂに対して直交するように配置することで、１次反射光Ｓｂに対して反射面３ａの点Ｘｂから出射される２次反射光Ｓｃを光軸Ｌｂに沿って対数螺旋鏡１の反射面１ａに戻すことができる。
【０００７】
この２次反射光Ｓｃに対して対数螺旋鏡１の反射面１ａの点Ｘａから出射される３次反射光Ｓｄは、光軸Ｌａに沿って入射光Ｓａと逆方向に出射される。
【０００８】
ここで、図１０のように、対数螺旋鏡１が入射光軸Ｌａに対して角θの位置にあるときの入射光軸Ｌａ上の点Ｘから対数螺旋鏡１の反射面１ａの点Ｘａまでの距離をＡ（θ）、対数螺旋鏡１の反射面１ａの点Ｘａから平面ミラー３の反射面３ａの点Ｘｂまでの距離をＢ（θ）とすると、点Ｘから入力した光に対する３次反射光Ｓｃが点Ｘに戻ってくるまでの光路長Ｐ（θ）は、
Ｐ（θ）＝２［Ａ（θ）＋Ｂ（θ）］
となる。
【０００９】
そして、対数螺旋鏡１が、図１０の状態から、図１１の（ａ）のように、Ｈ１方向に回転して角θａとなると、点Ｘ、Ｘａ間の距離がＡ（θ）より長いＡ（θａ）となり、点Ｘａ、Ｘｂ間の距離がＢ（θ）より長いＢ（θａ）となって、全体の光路長Ｐ（θａ）も、図１０の状態の光路長Ｐ（θ）より長くなる。
【００１０】
逆に、対数螺旋鏡１が、図１０の状態から、図１１の（ｂ）のように、Ｈ２方向に回転して角θｂとなると、点Ｘ、Ｘａ間の距離がＡ（θ）より短いＡ（θｂ）となり、点Ｘａ、Ｘｂ間の距離がＢ（θ）より短いＢ（θｂ）となって、全体の光路長Ｐ（θｂ）も、図１０の状態の光路長Ｐ（θ）より短くなる。
【００１１】
よって、この対数螺旋鏡１を所定の角度範囲内で往復回動させることで、光路長を所定の範囲で連続的に繰り返し変化させることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記対数螺旋鏡１のように、原点から反射面１ａまでの距離が対数状に変化する曲面構造のものは製造しにくく、高い精度を得るためにはコストが高くなる。
【００１３】
また、反射面１ａは曲面であるため、この反射面１ａで２回反射して出射される光のビームは入射光に対して広がってしまい、ビーム広がりが問題となる場合のマイケルソン干渉計等には使用困難となり、用途が限定される。
【００１４】
また、上記のように対数螺旋鏡１を往復回動させる構造のものでは、必然的に対数螺旋鏡１が回転軸（主軸２）に対して非対称となり、高速に往復回動させたとき振動が発生し、この振動により装置が破壊しやすい。よって、振動が発生しない程度の低速動作（例えば数１００Ｈｚ程度の往復動作）で使用しなければならない。
【００１５】
本発明は、これらの問題を解決し、低コストで、出射光のビーム広がりが発生せず、光路長を高速に繰り返し可変できる光遅延器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１の光遅延器は、
一面側に反射面が形成された平板状のミラー本体（２２）を有し、該ミラー本体をその反射面と平行な軸を中心に回動させるように構成され、前記軸に直交する平面に沿って入射される入射光（Ｓａ）を前記反射面で受ける回動ミラー（２１）と、
複数の平面状の反射面を有し、前記入射光に対して前記回動ミラーから出射される１次反射光（Ｓｂ）を受けて、該１次反射光の光軸と平行で且つ離間した光軸の２次反射光（Ｓｃ）を前記回動ミラーへ出射する第１の反射体（４０）と、
前記２次反射光を受けた前記回動ミラーから前記入射光の光軸と平行な光軸で出射された３次反射光（Ｓｄ）を、該３次反射光の光軸と直交する平面状の反射面で受けて該３次反射光と一致する光軸の４次反射光（Ｓｅ）を前記回動ミラーへ出射する第２の反射体（５０）とを有し、
前記４次反射光を受けた前記回動ミラーから前記２次反射光と一致する光軸で前記第１の反射体へ５次反射光（Ｓｆ）を出射させ、該５次反射光を受けた前記第１の反射体から前記１次反射光と一致する光軸で前記回動ミラーへ６次反射光（Ｓｇ）を出射させて、該６次反射光を受けた前記回動ミラーから前記入射光と一致する光軸で７次反射光（Ｓｈ）を出射させるとともに、前記入射光に対して前記７次反射光が出射されるまでに至る光路長が、前記ミラー本体の回動により連続的に変化するように構成したことを特徴としている。
【００１７】
また、本発明の請求項２の光遅延器は、請求項１記載の光遅延器において、
前記回動ミラーは、
前記ミラー本体（２２）と、固定基板（２４、２５）と、前記固定基板の縁部と前記ミラー本体の外縁との間を連結し且つ長さ方向に捩れ変形して、前記ミラー本体を回動自在に支持する軸（２３）と、前記ミラー本体と前記軸とで決まる固有振動数に対応した周波数の駆動信号により前記ミラー本体に力を与えて、前記ミラー本体を前記固有振動で往復回動させる回動駆動手段（３０、３１、３５）とを有していることを特徴としている。
【００１８】
また、本発明の請求項３の光遅延器は、請求項１または請求項２記載の光遅延器において、
前記第１の反射体は、コーナーミラー、コーナープリズム、直角ミラーまたは直角プリズムのいずれかであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１９】
このように本発明の光遅延器は、第１の反射体および第２の反射体が平面状の反射面で光を反射する構造であり、回動ミラーを含め製造が容易で、低コストに構成でき、しかも、ビーム広がりが発生しないので、前記したマイケルソン干渉計等に用いても問題なく、用途が広い。
【００２０】
また、平板構造のミラー本体を往復回動させて、光路長を可変する構造であるので、対称構造にでき光路長を高速に変化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明を適用した実施形態の光遅延器２０の構成を示している。
【００２２】
図１に示しているように、この光遅延器２０は、回動ミラー２１、第１の反射体４０および第２の反射体５０を有している。
【００２３】
回動ミラー２１は、一面側に光を反射するための反射面２２ａが形成されている平板状のミラー本体２２を有し、このミラー本体２２を反射面２２ａと平行な軸２３を中心に往復回動させるように構成されている。
【００２４】
回動ミラー２１は、所謂ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical
System）技術により形成され、半導体基板のエッチング技術を利用して小型に且つ高い寸法精度で構成されている。
【００２５】
図２は、回動ミラー２１の具体的な構成例を示したものである。図２において、ミラー本体２２は横長矩形の平板状に形成され、その一面側に反射面２２ａが形成されている。ミラー本体２２の上下には、横長矩形の固定基板２４、２５が平行に配置されている。
【００２６】
上側の固定基板２４の下縁中央とミラー本体２２の上縁中央の間および下側の固定基板２５の上縁中央とミラー本体２２の下縁中央の間は、互いに一直線状に並んだ軸２３、２３によって連結されている。
【００２７】
この軸２３の幅および厚さは、長さ方向に所望の回動角度範囲において捩れ変形し、またその変形状態から復帰できるように設定されており、この上下一対の軸２３の捩れ変形により、ミラー本体２２は、固定基板２４、２５に対してその軸２３を中心に往復回動できるようになっている。ただし、軸２３の厚さは、ミラー本体２２、固定基板２４、２５の厚さと共通である。
【００２８】
また、このようにミラー本体２２、固定基板２４、２５および軸２３で一体的に形成されたブロックは、回転駆動力を静電的に与えるために導電性を有している。
【００２９】
なお、ここでは２つの互いに分離した固定基板２４、２５を用いているが、この固定基板２４、２５の両端間を連結して枠状に形成した一つの固定基板の内側に、２本の軸２３を介してミラー本体２２を回動自在に支持する構造であってもよい。
【００３０】
固定基板２４、２５は、絶縁性を有する支持基板２６の一面側に互いに平行に設けられたスペーサ２７、２８の上に重なり合うように固定されている。また、支持基板２６の一面側で、ミラー本体２２の背面の両端に対向する位置には、電極板３０、３１が固定されている。
【００３１】
そして、この一対の電極板３０、３１と、ミラー本体２２を含むブロックの間には、駆動信号発生器３５から図３の（ａ）、（ｂ）のように、互いに電圧レベルが反転する駆動信号Ｖａ、Ｖｂが印加される。
【００３２】
この駆動信号Ｖａ、Ｖｂにより、電極板３０、３１とミラー本体２２の背面両端との間に、静電的な吸引力が交互に生じ、ミラー本体２２が往復回動する。
【００３３】
なお、駆動信号Ｖａ、Ｖｂの周波数は、ミラー本体２２の形状や重さ、軸２３のバネ定数などで決まるミラー本体２２の固有振動数に対応した値に設定されているので、少ない駆動電力で大きな回動振幅が得られる。
【００３４】
また、前記したように、この回動ミラー２１は、ＭＥＭＳ技術によりミラー本体２２を含めて全体的に非常に小型且つ軽量に形成され、しかも、ミラー本体２２の形状を限定する要素はないので、この例のように軸２３に対して左右対称に形成できる。
【００３５】
したがって、振動を生じることなく、ミラー本体２２を数１００Ｈｚ〜数１０ｋＨｚで高速に往復回動させることができる。
【００３６】
また、ここでは光路長を連続的に繰り返し可変するために、回動ミラー２１を連続的に往復回動させているが、回動ミラー２１を任意の角度に停止できるように制御してもよく、その場合には、駆動信号発生器３５からいずれか一方の電極板に一定電圧を印加すればよい。
【００３７】
なお、回動ミラー２１の構造は、上記のものに限定されるものではなく、種々の形状変更が可能であり、また、駆動方式も前記した静電的な力だけでなく、磁石やコイルを用いて得られる磁気的な力を用いてもよい。また、圧電素子等を用いて機械的な力を与えてもよい。
【００３８】
この回動ミラー２１のミラー本体２２の反射面２２ａの端には、図１に示しているように、軸２３に直交する平面と平行な光軸Ｌａの光Ｓａが入射される。
【００３９】
この入射光Ｓａを受けた回動ミラー２１から出射される１次反射光Ｓｂは、第１の反射体４０に入射される。
【００４０】
第１の反射体４０は、入射光Ｓａに対して回動ミラー２１から出射される１次反射光Ｓｂを受けて、その１次反射光Ｓｂの光軸Ｌｂと平行で且つ離間した光軸Ｌｃの２次反射光Ｓｃを回動ミラー２１へ出射するためのものであり、この実施形態では、第１の反射体４０として、図４に示すように、外形が直角２等辺三角形で所定の厚さを有する直角プリズムを用いている。
【００４１】
この直角プリズムの互いに直交する２つの端面４０ａ、４０ｂは、その直角の対辺に沿った端面４０ｃ側から所定範囲の角度で内部に入射する光に対して全反射する性質を有しており、このような角度範囲の状態では、２つの端面４０ａ、４０ｂが反射面をなすので、以下の説明では、この２つの直交する端面を反射面４０ａ、４０ｂと表記する。
【００４２】
なお、より確実な反射特性を得るために、直角プリズムの反射面４０ａ、４０ｂに反射材をコーティングしてもよい。
【００４３】
第１の反射体４０から２次反射光Ｓｃを受けた回動ミラー２１からは、入射光Ｓａの光軸Ｌａと平行な光軸Ｌｄの３次反射光Ｓｄが第２の反射体５０へ向かって出射される。
【００４４】
第２の反射体５０は、例えば平面ミラーからなり、３次反射光Ｓｄをその光軸Ｌｄと直交する平面状の反射面５０ａで受けて、４次反射光Ｓｅを３次反射光Ｓｄと一致する光軸Ｌｄで回動ミラー２１へ戻す。
【００４５】
したがって、この４次反射光Ｓｅを受けた回動ミラー２１からは、２次反射光Ｓｃと一致する光軸Ｌｃで第１の反射体４０へ向かって５次反射光Ｓｆが出射され、この５次反射光Ｓｆを受けた第１の反射体４０からは、１次反射光Ｓｂと一致する光軸Ｌｂで回動ミラー２１へ向かって６次反射光Ｓｇが出射され、その６次反射光Ｓｇを受けた回動ミラー２１からは、入射光Ｓａと一致する光軸Ｌａで７次反射光Ｓｈが出射されることになる。
【００４６】
ここで、光軸Ｌａ、Ｌｄは、第１の反射体４０の端面４０ｃと平行で、回動ミラー２１のミラー本体２２は、図１に示しているように、その反射面２２ａと光軸Ｌａ、Ｌｄのなす角度が所定値θ（例えば４１°）を中心にして数度（例えば±３°）の範囲を往復回動するものとする。
【００４７】
また、この実施形態では、各光軸Ｌａ〜Ｌｄが同一平面内に含まれるものとするが、第１の反射体４０の構造によっては、光軸Ｌａ、Ｌｂが含まれる平面と、光軸Ｌｃ、Ｌｄが含まれる平面との間に段差が生じる場合もある。
【００４８】
上記構成の光遅延器２０の場合、ミラー本体２２の反射面２２ａが、光軸Ｌａに対して角θをなしている状態において、光軸Ｌａ上の点Ｘから入射した光Ｓａに対する７次反射光Ｓｈが点Ｘまで戻ってくるまでの全体の光路長Ｐ（θ）は、
Ｐ（θ）＝２［Ａ（θ）＋Ｂ（θ）＋Ｃ（θ）＋Ｄ（θ）＋Ｑ（θ）］
と表すことができる。
【００４９】
ここで、光路長Ａ（θ）は、光軸Ｌａ上の点Ｘから、ミラー本体２２の反射面２２ａと光軸Ｌａとが交わる点Ｘａまでの距離、光路長Ｂ（θ）は、点Ｘａから光軸Ｌｂと第１の反射体４０の端面４０ｃとが交わる点Ｘｂまでの距離、光路長Ｃ（θ）は、光軸Ｌｃと第１の反射体４０の端面４０ｃとが交わる点Ｘｃから、光軸Ｌｃとミラー本体２２の反射面２２ａとが交わる点Ｘｄまでの距離、光路長Ｄ（θ）は、点Ｘｄから、光軸Ｌｄと第２の反射体５０の反射面５０ａとが交わる点Ｘｅまでの距離である。
【００５０】
また、光路長Ｑ（θ）は、第１の反射体４０内で、点Ｘｂから反射面４０ａ、４０ｂを経て点Ｘｃに至る光路長の総和である。
【００５１】
ここでは上記の光路長の詳細式は示さないが、光路長Ｐ（θ）は、θに関する正弦関数におおよそ近似され、上記各光路のうち光路長Ａ（θ）の変化分が支配的であることが分かっている。
【００５２】
したがって、例えば図１に示した状態から、ミラー本体２２が、図５の（ａ）のように、角度θａまで時計回りに回転したとき、光路長Ａ（θａ）は光路長Ａ（θ）より短くなるので、全体の光路長Ｐ（θａ）も光路長Ｐ（θ）より短くなる。
【００５３】
また、逆に、ミラー本体２２が、図５の（ｂ）のように、角度θｂまで反時計回りに回転したとき、光路長Ａ（θｂ）は光路長Ａ（θ）より長くなるので、全体の光路長Ｐ（θｂ）も光路長Ｐ（θ）より長くなる。
【００５４】
図６は、θを±３°の範囲で変化させたときの光路長Ｐ（θ）の変化特性（−３°の光路長を基準としている）を示している。この図６から明らかなように、θを±３°の範囲で変化させたとき、１ｍｍ以上の光路長Ｐ（θ）の変化が得られる。
【００５５】
なお、回動ミラー２１の初期位置や第１の反射体４０に対する相対位置を設定することによって、光路長の変化特性を、例えばθが０°のときに光路長が最大になる等、所望の形にすることができる。
【００５６】
このように実施形態の光遅延器２０は、平板構造のミラー本体２２に対して光を折り返すための第１の反射体４０および第２の反射体５０が、平面状の反射面で光を反射する構造であるので、回動ミラー２０を含め製造が容易で、低コストに構成でき、しかも、ビーム広がりが発生しないので、マイケルソン干渉計等に用いても問題なく、用途が広い。
【００５７】
また、平板構造のミラー本体２２を往復回動させて光路長を可変する構造であるので、回動軸に対してミラー本体を対称構造にでき、振動を発生させることなく、光路長を高速に変化させることができる。
【００５８】
上記した光遅延器２０では、第１の反射体４０として直角プリズムを用いていたが、第１の反射体４０としては、複数の平面状の反射面を有し、入射光Ｓａに対して回動ミラー２１から出射される１次反射光Ｓｂを受けて、その１次反射光Ｓｂの光軸Ｌｂと平行で且つ離間した光軸Ｌｃの２次反射光Ｓｃを回動ミラー２１へ出射できるものであれば、その構造は任意である。
【００５９】
例えば、第１の反射体４０として、図７に示すように２つの互いに直交する反射面４０ａ′、４０ｂ′を有する直角ミラーを用い、光遅延器２０を図８のように構成してもよい。
【００６０】
また、第１の反射体４０として、図９の（ａ）に示すように、互いに直交する３つの平面状の反射面４０ｄ、４０ｅ、４０ｆを有するコーナープリズム、あるいは図９の（ｂ）に示すように、互いに直交する３つの平面状の反射面４０ｄ′、４０ｅ′、４０ｆ′を有するコーナーミラーを用いることもでき、４つ以上の平面状の反射面を有す反射体を用いてもよい。
【００６１】
また、上記説明では、入射光Ｓａをミラー本体２２の反射面２２ａの第１の反射体４０から遠い方の端に入射し、その反対の端までのほぼ全域を用いて２次反射光や４次反射光を受けているが、逆に、入射光Ｓａをミラー本体２２の反射面２２ａの第１の反射体４０に近い方の端に入射し、その反対の端までのほぼ全域を用いて２次反射光や４次反射光を受けてもよい。また、ミラー本体２２の反射面２２ａの半分の領域だけを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施形態の構成を示す図
【図２】本発明の実施形態の要部の構成例を示す図
【図３】本発明の実施形態の要部の駆動信号図
【図４】本発明の実施形態の要部の斜視図
【図５】本発明の実施形態の動作説明図
【図６】本発明の実施形態のミラー角度に対する光路長の変化特性を示す図
【図７】本発明の第１の反射体として使用可能な直角ミラーの斜視図
【図８】第１の反射体として直角ミラーを用いた光遅延器を示す図
【図９】第１の反射体として使用可能なコーナープリズム、コーナーミラーの斜視図
【図１０】従来装置の概略構成図
【図１１】従来装置の動作説明図
【符号の説明】
【００６３】
２０……光遅延器、２１……回動ミラー、２２……ミラー本体、２２ａ……反射面、２３……軸、２４、２５……固定基板、２６……支持基板、２７、２８……スペーサ、３０、３１……電極板、３５……駆動信号発生器、４０……第１の反射体、４０ａ、４０ｂ……反射面、５０……第２の反射体、５０ａ……反射面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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