(57)【要約】放射線の経路長を変化するための装置であって、軸の周りに回転可能に取り付けられた素子（５１）と、軸の周りで素子を回転可能に揺動するための駆動手段（５５）とを含み、素子は相互に固定関係にある２つの反射面を含むことで、放射線は反射面間で反射され且つ素子から出射し得る。
2005539260.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線の経路長を変化するための装置であって、
軸の周りに回転可能に取り付けられた素子と、
前記軸の周りで前記素子を回転可能に揺動するための駆動手段とを含み、
前記素子は相互に固定関係にある２つの反射面を含むことで、前記放射線を前記反射面間で反射し且つ前記素子から出射し得ることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記駆動手段は検流計を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記駆動手段は、前記経路長が時間と共に直線的に変化するよう、各揺動中、前記素子の速度を変化するよう構成されていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記駆動手段は、最大４０°の角度まで前記素子を揺動するよう構成されていることを特徴とする上記請求項のうちいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記素子は立体光学素子を含み、前記反射面は前記立体光学素子の表面によってもたらされているこを特徴とする上記請求項のうちいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記反射面は金属化されていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記立体光学素子は偏菱形プリズムであり、前記反射面は該偏菱形プリズムの２つの向かい合う表面であることを特徴とする請求項５又は６に記載の装置。
【請求項８】
前記立体光学素子は、１よりも高い屈折率を有する材料を含むことを特徴とする請求項５乃至７のうちいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記立体光学素子は、少なくとも１．２の屈折率を有することを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記素子から出射する放射線を前記素子内に戻る方向に反射するよう構成されている反射部材をさらに含み、該反射部材は、前記素子の回転位置に拘わらず、前記素子内に戻る方向に反射された放射線が、固定的な最終の出口経路に沿って、前記素子から出射することを特徴とする上記請求項のうちいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記素子に最初に入射する前記放射線は第一経路に従って進み、前記反射部材は前記放射線を前記素子内に戻る方向に反射するよう構成されることで、前記反射部材によって反射された放射線は前記第一経路を逆方向に従って進むことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記反射部材は偏光転換手段を備えることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記素子に最初に入射する放射線は第一経路に従って進み、前記反射部材は前記放射線を前記素子内に戻る方向に反射するよう構成されていることで、反射された前記放射線は第二経路に従って進み、該第二経路は、逆転され且つ前記回転軸に沿って変位した前記第一経路であることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
前記反射部材は第一反射部材であり、当該装置は第二反射部材をさらに含み、前記第一反射部材及び前記第二反射部材は、前記放射線が前記素子を通じて戻る方向に少なくとも４回反射され得ることを特徴とする請求項１０乃至１３のうちいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
放射線の経路長を変化するための方法であって、
相互に固定関係にある２つの反射面を含む素子を設けることで、前記放射線を前記反射面間で反射し且つ前記素子から出射し得るようにするステップと、
前記素子を軸の周りに回転可能に取り付けるステップと、
前記素子を前記軸の周りで回転可能に揺動するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
サンプルを調査するためのシステムであって、
該サンプルを照射するための放射線を放射するためのエミッタと、
前記サンプルから反射された或いは前記サンプルによって伝達された前記放射線を検知するための検知器とを含み、
前記放射線は、第一経路に従って、前記エミッタから前記検知器へ進み、
当該システムは、第二経路に沿って前記放射線を前記検知器に供給し且つ前記エミッタから出射する前記放射線の位相に関係する位相を有する手段をさらに含み、
当該システムは、上記請求項１乃至１４のうちのいずれか１項に記載の装置をさらに含み、前記第一経路内又は第二経路内のいずれかに設けられていることを特徴とするシステム。
【請求項１７】
添付の図面のいずれかを参照して実質的に記述されたような装置。
【請求項１８】
添付の図面のいずれかを参照して実質的に記述されたようなシステム。
【請求項１９】
添付の図面のいずれかを参照して実質的に記述されたような方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学分野に関し、より詳細には、調査システム、特に、口語でテラヘルツ周波数範囲と呼ばれる周波数範囲内で動作する調査システムのための走査遅延線に関する。この周波数範囲は２５ＧＨｚ〜１００ＴＨｚの範囲であり、特に、５０ＧＨｚ〜８４ＴＨｚの範囲、より具体的には、９０ＧＨｚ〜５０ＴＨｚの範囲、とりわけ、１００ＧＨｚ〜２０ＴＨｚの範囲である。
【背景技術】
【０００２】
他に対する１つの放射線ビームの位相を走査することが必要なときに、走査遅延線が用いられる。例えば、英国公報第ＧＢ２３４７８３５号に記載されているようなテラヘルツ撮像システムにおいて、２つの放射線ビームが用いられている。即ち、エミッタからサンプルを介して検知器に進行する第一の放射線ビーム及び第二の参照ビームである。サンプルに関する情報を得るために、２つのビームのうちの１つの位相が他のビームに対して継続的に走査される必要がある。この走査ステップは、ビームの１つの経路内に走査遅延線を設けることによって達成され、走査遅延線はビームの１つの経路長を継続的に変化させる。走査遅延線は光学干渉断層撮影法（ＯＣＴ）でも用いられており、ここでも、マイケルソン干渉計配置における１つの放射線ビームの位相を他に対して変化させることが必要である。
【０００３】
現在、２つの主要な種類の走査遅延線がある。第一の走査遅延線は逆反射器を備える。逆反射器はビームを１８０°まで逆転し且つ直線的な往復運動を行うことが可能であり、よって、光学経路を必要に応じて伸長或いは短縮する。
【０００４】
走査遅延線の走査が速ければ速い程、調査されるサンプルに関する情報の収集も速い。撮像のような用途に必要とされるような高速で逆反射器を動かすことは可能ではない。よって、これらの種類の遅延線の用途は限定的である。
【０００５】
第二の主要な種類の走査遅延線は、常時回転する素子を放射線の１つの経路内に設けることによってもたらされる。放射線は光学素子内の少なくとも１つの表面で反射する。よって、この表面が回転すると、光学経路は変化する。これらの種類の遅延線は逆反射器よりも速く動作する傾向にあるが、時間経過と共に位相内に直線的な変位を生成しない問題を抱え、極めて低い動作周期(duty  cycle)に陥っている。また、一旦遅延線が構築されると、走査遅延線によって導入された最大及び最小の遅延は変更され得ない。
【０００６】
上記設計に対する改良は、Ｄｅｌａｃｈｅｎａｌ  ｅｔ  ａｌ．による業績であるＯｐｔｉｃｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  １６２  １９５−１９９（１９９９）及びＢａｌｌｉｆ  ｅｔ  ａｌ．による業績であるＯｐｔｉｃａｌ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ２２，７５７−７５９（１９９７）を含み、前者は、多角形反射鏡及び固定ガラスキューブを含む遅延線を用い、後者は、全反射を許容する回転キューブと、固定プリズムとを含む遅延線を用いる。
【０００７】
上記の問題を解決するためのさらなる試みがＯＣＴ撮像システムに関してなされてきた。Ｔｅａｒｎｅｙ  ｅｔ  ａｌ．によるＯｐｔｉｃａｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ２１，  １４０８−１４１０（１９９６）は、１つの放射線ビームの光学経路の長さを他に対して継続的に変化させるために圧電ファイバストレッチャを用いている。従来技術の問題に対するこの解決策は、放射線のパルスを用いることの多いテラヘルツシステムにおいては余り役に立たないであろう。そのようなパルスは光学ファイバ内で分散するからである。
【０００８】
Ｒｏｌｌｉｎｓ  ｅｔ  ａｌ．によるＯｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ，３  ２１９−２３９（１９９８）は、単一の反射鏡を含み、且つ、回析格子から光を受光し、回析格子に向けて光を戻す走査遅延線を用いている。走査は共振スキャナの制御の下で反射鏡を傾斜することによって達成される。
【０００９】
最後に、Ｒｉｆｆｅ及びＳａｂｂａｈによるＲｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，６９  ３０９９−３１０１は、プリズムの寸法の関数としての最大可能経路長を決定するために、如何にして回転プリズムが走査遅延線の遅延長に影響を及ぼすかを説明している。用いられているプリズムは偏菱形プリズムであり、ステッピングモータによって駆動される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、少なくとも従来技術の問題点の幾つかの解決を試み、且つ、高速の走査遅延線を生成することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第一の特徴において、本発明は放射線ビームの経路長を変化するための装置を提供し、装置は、軸の周りに回転可能に取り付けられた素子と、軸の周りで素子を回転可能に揺動するための駆動手段とを含み、素子は相互に固定関係にある２つの反射面を含むことで、放射線を前記反射面間で反射し且つ前記素子から出射し得ることを特徴とする。
【００１２】
放射線ビームの経路内に配置されると、素子がビームに対して移動するのに応じて、素子は入射放射線を反射する。ある角度では、素子は入射放射線を正確に反射し得ない。正確に反射された放射線は素子に入射し、第一反射鏡によって、第二反射鏡上に、場合によっては次の反射鏡上に反射され、放射線は最終的に適切な放射線経路に沿って素子の外部に向けられ、この放射線経路はビームがさらなる反射鏡によって方向付けられ或いは検知器のような素子によって収集されることを許容する。不正確に反射された放射線は、第一反射鏡によって反射され得ないか或いは後続の反射鏡の１つ又はそれ以上によって反射されることが妨げられる角度で第一反射鏡によって反射されるか、又は、不正確に反射された放射線は、素子内の反射鏡によって反射されるが、適切な放射線経路に沿って素子から出射しないことで、光学回路内の他の素子によって収集されたり或いは方向転換されないようにされている。
【００１３】
素子を完全に回転するのではなく、素子を揺動することによって、制御素子が走査し且つ入射放射線の不正確な反射を引き起こす角度を最小限化することが可能である。よって、素子の動作周期は９０％を超える値に増大され得る。駆動手段は素子を最大４０°まで揺動するよう構成されるのが好ましい。
【００１４】
駆動手段は検流計を含むのが好ましい。検流計は磁界内に位置するコイルを含む。もし電流がコイルを通じて流れると、コイルはそこを通過する電流に比例したトルクを経験する。従って、検流計によって付与された回転によって、素子の位置を精細に制御可能である。
【００１５】
検流計は、固定された磁石に対するコイルの回転又は固定されたコイルに対する磁石の回転のいずれか一方が素子を位置付けるために用いられるよう構成可能であり、磁石は磁界を発生する。
【００１６】
また、検流計を介して素子に加えられるトルクは検流計に加えられる電流に依存しているので、素子の速度は各揺動を通じて可変であり、よって、素子が遅延長を時間に対して直線的に変化することを許容する。
【００１７】
素子は約１００Ｈｚの周波数で直線的に走査するように動作され得る。もし要素が正弦的に走査されるならば、３００Ｈｚ〜４００Ｈｚの周波数が達成され得る。
【００１８】
素子は揺動されるので、揺動の始点及び終点は駆動手段によって制御され得る。よって、揺動の最小地点及び最大地点は駆動手段によって制御可能であり、それ故に、走査遅延線の最小地点及び最大地点は駆動手段によって設定され、且つ、駆動手段によって変更され得る。
【００１９】
素子は、相互に固定された２つ又はそれ以上の別個の反射鏡によって提供され得る。しかしながら、素子は立体光学素子を含み、反射面は立体光学素子の表面によってもたらされるのが好ましい。より具体的には、立体光学素子はプリズムであり、好ましくは、偏菱形プリズムであり、そこでは、前記表面は偏菱形の２つの相互に平行な表面である。
【００２０】
もし立体光学素子が用いられるならば、装置は全反射を満足するように動作され得る。前記反射面は金属化されているのが好ましい。
【００２１】
立体光学素子の材料は、その周囲よりも大きな屈折率を有するのが好ましい。例えば、立体光学素子は主として空気によって囲まれているのが典型的であり、よって、１以上の屈折率が有利である。少なくとも１．１が好ましく、少なくとも１．２がより好ましく、少なくとも１．５がより一層好ましい。より大きな屈折率を備えた材料を用いることによって、放射線が正確に反射され得る角度範囲が増大し、よって、素子によってより大きな遅延を導入し得る。あるジオメトリに関して、１．７の屈折率を備える素子を用いることで、素子によって導入される経路長の変位は、１の屈折利を備える素子の変位に対して二倍にされる。遅延内の全体的な変位は増大するが、検流計を用いることによって、素子は遅延を依然として直線的に変化するよう駆動され得る。ガラスＳＦ１１は高い屈折率を有する。
【００２２】
素子は前後に揺動するので、素子から出射する放射線の経路は、素子の回転角度に依存して相違する。この出口経路における変位は好ましくない。何故ならば、素子から出射する放射線は、さらなる光学素子によって概ね収集され或いは屈折されるからである。従って、素子の回転角度に拘わらず、出口経路を同一に維持することが好ましい。これは、素子から出射する放射線を素子内に戻る方向に反射するよう構成された反射部材を設けることによって達成され、よって、素子の回転角度に拘わらず、素子内に戻る方向に反射された放射線が固定的な最終的な出口経路に沿って素子から出射する。
【００２３】
素子に最初に入射する放射線は第一経路に従って進み、反射部材は放射線が素子内に戻る方向に反射するように構成され得ることで、反射部材によって反射された放射線は第一経路を反対に従って進む。素子を通じて戻る方向に反射された放射線と素子に入射するべき放射線との間を区別し得るように、反射部材は偏光転換手段を備えるのが好ましく、偏光転換手段は、反射された放射線の偏光が最初に素子に入射する放射線の偏光と異なることを許容する。例えば、偏光は９０°だけ回転され得るし、或いは、１つの方向の円偏光から他の方向の円偏光に変更され得る。これによって、放射線は偏光ビームスプリッタ又はその類似物を用いて分離可能である。
【００２４】
代替的に、反射部材は放射線を素子内に戻る方向に反射するように構成され得ることで、反射された放射線は第二経路に従って進み、第二経路は、逆転され且つ回転軸に沿って変位した第一経路である。
【００２５】
反射部材は第一反射部材であり、装置は第二反射部材をさらに含み、第一反射部材及び第二反射部材は、放射線が素子を通過して戻る方向に少なくとも４回反射され得るよう構成されるのが好ましい。特に好適な配置において、放射線は素子を６回通過する。反射部材は放射線を素子内の平行な経路に沿って反射するよう構成され得る。放射線を素子を通じて戻る方向に４回又はそれ以上の回数反射することによって、素子によって導入される遅延内の変位は増大し得る。遅延内の全体的な変位は増大するが、検流計を用いることによって、素子は遅延を依然として直線的に変化するよう駆動され得る。
【００２６】
第二の特徴において、本発明は放射線ビームの経路長を変化するための方法を提供し、当該方法は、相互に固定関係にある２つの反射面を含む素子を設けることで、放射線を反射面間で反射し且つ素子から出射し得るようにするステップと、素子を軸の周りに回転可能に取り付けるステップと、素子を軸の周りで回転可能に揺動するステップとを含むことを特徴とする。
【００２７】
本発明は、走査遅延線が必要とされる如何なる種類の調査又は撮像システムにも用い得る。例えば、本発明はＯＣＴシステム又はテラヘルツ撮像システム又はサンプルの分析若しくは識別が必要とされるシステムにおいて用いられ得る。
【００２８】
第三の特徴において、本発明はサンプルを調査するためのシステムを提供し、当該システムは、サンプルを照射するための放射線を放射するためのエミッタと、サンプルから反射された或いはサンプルによって伝達された放射線を検知するための検知器とを含み、放射線は、第一経路に従って、エミッタから検知器へ進み、当該システムは、第二経路に沿って放射線を検知器に供給し且つエミッタから出射する放射線の位相に関する位相を有する手段とさらに含み、当該システムは、第一の特徴に従った装置をさらに含み、第一経路内又は第二経路内のいずれかに設けられていることを特徴とする。
【００２９】
本発明の第三の特徴のシステムにおいて、エミッタはテラヘルツ周波数範囲で放射線を放射するのが好ましい。システムは撮像システム又は例えば分光器システムのような他の如何なる種類の調査システムであってもよい。
【００３０】
本発明は以下の非限定的な好適実施態様を参照して記述される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
図１Ａは、第一位置における本発明の第一実施態様に従った装置を例示している。本装置は、回転手段５によって中心軸３の周りで回転可能な素子１を含む。回転手段５は、この図面においては概略的にのみ示されており、この図面に関連してこれ以上詳細には記述されない。
【００３２】
素子１は、放射線ビームを通って回転され得る二組の平行平面を有する偏菱形プリズムである。第一組の平行平面７，９は、プリズム１からの放射線ビームの入射及び出射のために用いられ、第二組の平行平面１１，１３は、プリズムを通じて進行中のビームを反射するために用いられる。反射は入射ビームの角度の故に発生可能であり、その結果、全反射の条件が満たされ、及び／又は、反射を増大するために平行表面１１，１３が金属化され得る。
【００３３】
図１Ａの例において、放射線は表面７の下部から入射し、表面１１から反射面１３に反射される。次に、反射面１３は光を反射して出口表面９を通じて出射する。
【００３４】
図１Ｂは、図１Ａと同様のプリズムを異なる回転角度で例示している。不要な繰り返しを避けるよう、同一の参照番号が同一の機能を指し示すために用いられている。
【００３５】
素子１の回転の故に、図１Ａ及びＢにおいて、反射面１１，１３は異なる位置にある。
【００３６】
図１Ｂにおいては、反射面１１，１３の異なる位置の故に、ビームは本質的に後方に反射されているのに対し、図１Ａにおいては、ビームは概ね前方方向に進行しているが、反射鏡１１，１３によって僅かに屈折されている。よって、図１Ａ及び１Ｂを比較することによって、素子１が軸３の周りで回転されるに従って、地点ＰＳから地点ＰＥの放射線経路長は異なることが分かるであろう。
【００３７】
回転が如何にして経路の長さに影響を及ぼすかは、図２のグラフ及び図３の結果からより明瞭に分かる。
【００３８】
図２において、反射面１３，１１は、各々、反射鏡Ｍ１，Ｍ２に番号変更されている。反射鏡の中心軸ＡはＹ軸の周りで角度θだけ回転されている。角度φは、中心軸Ａに対する２つの反射鏡Ｍ１，Ｍ２の角度を示している。θは回転軸の周りでの素子の回転角度を示しており、回転軸は原点と一致する。この図面は、中心軸Ａに沿った回転軸から反射鏡Ｍ１又は反射鏡Ｍ２の中心までの距離である距離ｒも示している。
【００３９】
放射線２１はＹ軸に沿った高さｈで素子に入射し、反射鏡Ｍ１上に衝突する。次に、放射線は経路２３に沿って反射鏡Ｍ２に反射され、ここで、放射線は経路２５に沿って素子から出射する。経路２３，２５の位置は回転軸の周りでの反射鏡の回転角度θに依存して変化するが、パラメータｈ、ｒ及びφは回転角度θに拘わらず不変である。
【００４０】
図３Ａ、３Ｂ及び３Ｃは結果を例示し、ここで、φ＝４５°、ｒ＝７ｍｍ、ｈ＝９ｍｍ及び反射鏡の長さは１０ｍｍである。
【００４１】
図３Ａは、Ｘ軸に沿った角度で表示されるθに対するＹ軸に沿ったミリメータで表示される変位を例示している。変位は経路の増大又は減少に対応している。θ＝０°、即ち、中心軸ＡがＹ軸と整列しているとき、放射線が経路２１、２３及び２５に沿って要する経路の長さは１４ｍｍである。素子が反時計廻りに回転されると、放射線がそれ自体に戻って反射される故に、この経路長は増大する。θが反時計廻りに３０°まで回転されると、約５ｍｍが経路長に加えられる。同様に、素子１が時計廻りに回転されると、経路長は減少し、３０°において、経路長は約５ｍｍまで減少するのが分かる。
【００４２】
図３Ｂは３つのプロットを例示している。９ｍｍ位置の中央固定線は、放射線が最初に反射鏡Ｍ１に衝突する高さｈに対応している。最上部の曲線は、Ｘ軸上の反射鏡Ｍ１の表面の最大高さに対応している。最下部の曲線は、Ｘ軸からの反射鏡Ｍ１の最小高さに対応している。
【００４３】
プリズムに入射する放射線が第一鏡面Ｍ１に衝突するために、入射放射線の高さは、反射鏡の最大高さと最小高さとの間にあることが重要である。この状況はθが１７．５°を超過する場合には当て嵌まらないことが分かるであろう。ここで、反射鏡Ｍ１の最大高さは入射放射線の高さの下方にあり、従って、入射放射線は単にプリズムを迂回し、反射されない。
【００４４】
図３Ｃは反射鏡Ｍ２に関する情報を例示している。中間にあるトレースは、θ＝−３０°のときに、図２のＸ軸の下方に計測された反射鏡の最大高さに対応している。θ＝３０°位置の最下部トレースはＸ軸下方の反射鏡Ｍ２の最小高さに対応している。θ＝３０°の最上部トレースはＹ軸に沿った距離ｄに対応し、このＹ軸に沿った距離ｄは、ビームが経路２５に沿って素子から出射する位置である図２のＸ軸からの距離ｄに対応している。ビームが反射鏡Ｍ２から反射されるために、この高さは反射鏡の最大及び最小高さの間になければならない。
【００４５】
この状況はθ＝−７．５°とθ＝２０°との間の小さな角度範囲でのみ満足されることが図３Ｃから分かるであろう。従って、図３Ｂ及び３Ｃからの結果を比較すると、上記に与えられた特定の寸法に関して、プリズムはθ＝−７．５°とθ＝１７．５°との間でのみ有効であることが分かるであろう。これらの数値は、中心軸Ａに対する反射鏡Ｍ１，Ｍ２の角度及び反射鏡Ｍ１，Ｍ２の半径ｒに依存して変化し得ることが留意されるべきである。
【００４６】
よって、上記のように構成された素子から最大の効率を得るためには、素子を３０°まで回転しさえすれば十分である。
【００４７】
反射鏡の長さは図３Ａ及び３Ｂに描かれた反射鏡の最大及び最小高さに影響を及ぼすので、反射鏡の長さを変更することは上記グラフにも影響を及ぼす。反射鏡の伸長は最小高さを減少し且つ最大高さを増大し、従って、初期的には望ましい。しかしながら、もし反射鏡の長さが増大すると、図２の上部の反射鏡Ｍ１は下方の反射鏡Ｍ２を塞ぐことによって、入射ビームが素子に入射するのを妨げ得る。
【００４８】
図４は、本発明のさらなる実施態様に従った装置を例示している。
【００４９】
偏菱形プリズム５１が放射線を反射するために設けられている。偏菱形プリズム５１は回転制御アーム５３上に取り付けられ、回転制御アームは今度は検流計５５によって制御されている。検流計５５を活性化することによって、プリズム５１がその回転軸の周りで前後に揺動するよう、制御アームは前後に回転され得る。
【００５０】
検流計５５は磁界内に位置するコイルを含む。もしコイルを通じて電流が流れると、コイルは通過した電流に比例したトルクを経験する。従って、検流計によって付与された回転によって、素子の位置は精細に制御可能である。
【００５１】
また、検流計を介して素子に適用されるトルクは検流計に適用される電流に依存するので、素子の速度は各揺動を通じて可変であり、よって、素子は時間に対して直線的に遅延長を変化し得る。
【００５２】
放射線は放射線経路５７を通じて装置に入射し、第一放射線経路に従って、プリズム５１を通じて反射され、プリズム５１の位置に依存して、出口経路５９又は６１の何れかに沿って出射する。図面において、出口経路５９は、ビームが最大遅延を経験するようにプリズムを位置付けたときの出口ビームの位置を例示しており、出口経路６１は、ビームが最小遅延を経験するようプリズムを位置付けたときの出口ビームの位置を例示している。
【００５３】
ビームが最大遅延を経験し、出口経路５９を介して出射するとき、ビームは直角プリズムであるダハプリズム６３に衝突する。ダハプリズム６３は放射線ビーム５９を経路６５に沿って１８０°まで反射する、経路６５は、出口経路５９に対して平行であり、且つ、経路５９からプリズム５１の回転軸方向に変位している。
【００５４】
ダハプリズム６３から反射された放射線６５はプリズム５１に入射し、第二放射線経路に従って、図１Ａ、１Ｂ及び２に関連して特定された表面によって全反射され、放射線経路６７に沿ってプリズム５１から出射する。
【００５５】
同様に、ビームが最小遅延を経験し、経路６１を介して出射するとき、ビームはダハプリズム６３に衝突し、ビームは経路６９に沿って１８０°まで反射される。出口経路６９は出口経路６１に対して平行であり、経路６１から素子５１の回転軸方向に変位している。
【００５６】
ダハプリズム６３から反射された放射線６９はプリズム５１に入射し、第二放射線経路に従って、図１Ａ、１Ｂ及び２に関連して特定された表面によって全反射され、放射線経路６７に沿ってプリズム５１から出射する。
【００５７】
プリズム５１の回転位置に拘わらず、第二放射線経路は、第一放射線経路が逆転され且つ回転軸に沿って移動されたものである。よって、放射線は最終の出口経路６７に沿って出射する。出口経路６７は、経路５７に対して平行であり、且つ、経路５７から固定的な変位位置にある。よって、操作遅延線は如何なる光学システムにも容易に組み込み可能である。何故ならば、揺動プリズム５１によって導入される遅延に拘わらず、そのビーム出口経路が固定的に維持されるからである。
【００５８】
ここに示されていないが、プリズム５１をシステムにとって正しい位置に調節するために、使用時において、検流計５５、制御アーム５３及びプリズム５１はステッピングモータ上に設けられる。
【００５９】
図５、図４の装置の変形を概略的に例示している。不要な繰り返しを避けるよう、同一の参照番号が同一の機能を示すために用いられている。
【００６０】
図５は、主として、ビームがプリズムを６回通過するように構成されている点において図４と相違する。
【００６１】
放射線は放射線経路１０１を通じてプリズム５１に入射し、第一放射線経路に従って、プリズム５１を通じて反射され、出口経路１０３から出射する。出口経路１０３の垂直位置はプリズム５１の回転角度に依存して変化する。図面において、出口経路１０３は、ビームが最大遅延を経験するようプリズム５１を位置付けたときの出口ビームの位置を例示している。
【００６２】
ビームが最大遅延を経験し、出口経路１０３を介して出射すると、ビームは直角プリズムである大きなダハプリズム１０５に衝突する。ダハプリズム１０５は放射線ビーム１０３を経路１０７に沿って１８０°まで反射する。経路１０７は、出口経路１０３に対して平行であり、且つ、出口経路１０３からプリズム５１の回転軸方向に変位している。
【００６３】
もしプリズム５１がビームに最小遅延を経験させるように配置されているならば、ビームは経路１０３から垂直に下方に変位した位置でプリズムから出射する（図示せず）。ビームは大きなダハプリズム１０５によって１８０°に反射され、ビームは経路１０９に沿ってダハプリズム１０５から出射する。経路１０９は、経路１０７から垂直に下方に変位している。
【００６４】
ダハプリズム１０５からの経路１０７又は１０９に従って進む放射線はプリズム５１に入射し、第二放射線経路に従って、図１Ａ、１Ｂ及び２に関連して特定された表面によって全反射され、放射線経路１１１に沿ってプリズム５１から出射する。
【００６５】
プリズム５１の回転位置に拘わらず、第二放射線経路は、第一放射線経路が逆転され且つ回転軸に沿って変位したものである。よって、放射線は常に経路１１１に沿って出射し、経路１１１は経路１０３に対して平行であり、且つ、経路１０３から固定的な変位位置にある。
【００６６】
経路１１１に沿った放射線出射プリズムは、次に、下部ダハプリズムに衝突し、１８０°まで反射される。ビームは経路１１５に沿って下部ダハプリズム１１３から出射する。下部ダハプリズム１１３は、経路１１１に対して平行であり、且つ、経路１１１から水平方向に変位している。
【００６７】
経路１１５に従って進む放射線は、次に、第一経路及び第二経路と平行な第三経路に沿って、回転プリズム５１を通じて戻る方向に反射される。放射線は、次に、経路１１７に沿ってプリズム５１から出射する。放射線が経路１１８に沿ってダハプリズム１０５から出射するよう、経路１１７は上部ダハプリズム１０５によって１８０°に反射される。経路１１７は、プリズム５１の故に最大遅延を経験している放射線のための出口経路である。
【００６８】
経路１１８に従って進む放射線は、次に、第一経路、第二経路及び第三経路に対して平行な第四経路に沿って、回転プリズム５１を通じて戻る方向に反射される。放射線は、次に、経路１１９に沿ってプリズム５１から出射する。放射線が経路１２５に沿ってダハプリズム１０５から出射するよう、経路１１９は下部ダハプリズム１１３によって１８０°に反射される。プリズム５１の回転位置に拘わらず、経路１１９は放射線のための出口経路である。
【００６９】
経路１２１に従って進む放射線は、次に、第一経路、第二経路、第三経路及び第四経路に対して平行な第五経路に沿って、回転プリズム５１を通じて戻る方向に反射される。放射線は、次に、経路１２３に沿ってプリズム５１から出射する。放射線が経路１２５に沿ってダハプリズム１０５から出射するよう、経路１１７は上部ダハプリズム１０５によって１８０°に反射される。経路１２３は、プリズム５１の故に最大遅延を経験する放射線のための出口経路である。
【００７０】
経路１２５に従って進む放射線は、次に、第一乃至第五経路に対して平行な最終の第六経路に沿って、回転プリズム５１を通じて戻る方向に反射される。放射線は、次に、経路１２７に沿ってプリズム５１から出射する。プリズム５１の回転位置に拘わらず、経路１２７は放射線のための出口経路である。よって、走査遅延線は如何なる光学システムにも容易に組み込み可能である。何故ならば、揺動プリズム５１によって導入される遅延に拘わらず、そのビーム出口経路が一定に維持されるからである。
【００７１】
図６はプリズム５１を通じた第一乃至第六経路を図式的に示している。不要な繰り返しを避けるよう、同一の参照番号が同一の機能を示すために用いられている。
【００７２】
第一及び第二放射線経路（経路１及び２）はプリズム５１の最端部に見られる。第三及び第四放射線経路（経路３及び４）は最内側経路である。第五経路（経路５）は第二及び第二経路の間にあり、第六経路（経路６）は第一及び第二経路の間にある。ダハプリズムは各々対称であるため、この配置が選択されている。プリズム５１を通じた記述の経路を達成するために、下部ダハプリズム１１３は上部ダハプリズム１０５から偏って設けられている。
【００７３】
プリズム５１を通じた放射線の戻る方向への反射を倍増することによって、プリズムによって導入される遅延を増大し得る。
【００７４】
図７ａ乃至７ｃは、立体光学素子をプリズムとして用い、且つ、立体光学素子を高屈折率を有する材料で製造することの効果を図式的に例示している。図７ａは、プリズム内部の屈折率がプリズム周囲の屈折率と一致する場合に、プリズム１５１が回転され得る利用可能な角度を例示している。図７ａのジオメトリのプリズムに関して、この角度は１６．０８°であるのが分かる。利用可能な角度は、プリズムを回転可能であり、且つ、放射線を正確に反射し方向付け得る角度である。正確及び不正確な反射の記述は図１及び２に関して与えられている。
【００７５】
図７ｂは、プリズムの屈折率がプリズム周囲の屈折率よりも僅かに高い場合に、プリズム１５１を回転し得る利用可能な角度を図式的に示している。この場合、図７ａの同一のジオメトリに関して、利用可能な角度は２２．８０°である。
【００７６】
図７ｃは、プリズムの屈折率がプリズム周囲の屈折率よりも僅かに高い場合に、プリズム１５１を回転し得る利用可能な角度を図式的に示している。この場合、図７ａの同一のジオメトリに関して、利用可能な角度は３６．８０°である。
【００７７】
よって、立体光学素子の材料の屈折率を増大することによって、プリズムを大きな角度で回転可能であり、依然として放射線を正確に反射可能である。よって、プリズムの屈折率を増大することによって、プリズムによって導入される経路長の変化を実質的に増大し得る。
【００７８】
図１乃至７を参照して記述された遅延素子は、調査システム、主としてテラヘルツ放射線を用いて動作するシステムにおいて用いられることを主として意図している。そのようなシステムが図８に図式的に例示されている。
【００７９】
レーザ２０１は放射線ビーム２０３を出力し、放射線ビームはビームスプリッタ２０５によってポンプビーム２０７及びプローブビームに分割される。レーザ２０１によって放射される放射線は中間赤外線領域にあるのが典型的である。テラヘルツ放射線を生成するために、中間赤外線ポンプビーム２０７はテラヘルツエミッタ２１１に衝突する。テラヘルツエミッタ２１１は、光伝導性基板と、基板上に設けられた２つの電極とを含む。テラヘルツビーム２１３がエミッタ２１１から放射され、反射鏡２１５を介してサンプル２１７に案内される。サンプル２１７はモータ駆動ステージ上に設けられ、モータ駆動ステージはサンプル２１７をＸ及びＹ方向に移動可能である。Ｘ及びＹ方向は相互に直交することによって、サンプルの大きな領域を走査し得る。反射された放射線は、次に、反射鏡２１９を介して検知器２２１に向けられる。
【００８０】
この種の撮像システムにおいて、プローブビーム２０９は検知器２２１にも設けられる。サンプル２１７によって導入される位相シフトを決定するために、検知器２２１に達するプローブビームの位相を継続的に変化するよう、プローブビーム２１９の位相は小さな領域に亘って変化される。これを達成するために、パルスビームは、図１乃至７を参照して記述された走査遅延線２２３を通過する。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】Ａは、本発明の第一実施態様に従った装置を第一位置で示す概略図であり、Ｂは、Ａの装置を第二位置で示す概略図である。
【図２】図１Ａの装置の回転角度を用いて、図１Ａの装置を通過する放射線の経路長が如何にして変化するかを実証する概略図である。
【図３】Ａは、図１Ａの装置の回転角度θに対するミリメータで表示される経路長のプロットを示すグラフであり、Ｂは、回転角度に対する、反射鏡Ｍ１の最大高さ、反射鏡Ｍ１の最小高さ及び入射放射線が反射鏡Ｍ１に衝突する高さのＹ軸に沿った変位のプロットを示すグラフであり、Ｃは、回転角度に対する、反射鏡Ｍ２の最大高さ、反射鏡Ｍ２の最小高さ及び反射鏡Ｍ２から反射される放射線の高さのＹ軸に沿った変位のプロットを示すグラフである。
【図４】本発明のさらなる実施態様に従った装置を示す概略図である。
【図５】本発明のさらなる実施態様に従った装置を示す概略図である。
【図６】図５のプリズムを通じた放射線経路を示す概略図である。
【図７】ａ乃至ｃは、素子を形成するために用いられる材料の屈折率を増大することによって、放射線が正確に反射される回転角度を如何にして増大し得るかを示す概略図である。
【図８】本発明のさらなる実施態様に従った調査システムを示す概略図である。
【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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【国際調査報告】
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