(57)【要約】【課題】  所望の波長範囲で、安定的に発振可能で且つ高速に波長掃引可能な光源装置を提供する。【解決手段】  発振波長を連続的に変化可能な波長掃引光源装置であって、共振器内に、光を増幅させる光増幅媒体と、該光増幅媒体より放出される光を波長に応じて分散させる第一の手段と、第一の手段により分散した波長の異なる光束同士を平行化させる非集光光学素子で構成された第二の手段と、第二の手段により平行化した光束から所定波長の光束を選択する選択手段と、を備え、前記選択手段により選択された前記所定波長の光束を前記光増幅媒体に帰還させる波長掃引光源装置。【選択図】  図１
2011187947.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振波長を連続的に変化可能な波長掃引光源装置であって、共振器内に、光を増幅させる光増幅媒体と、該光増幅媒体より放出される光を波長に応じて分散させる第一の手段と、第一の手段により分散した波長の異なる光束同士を平行化させる非集光光学素子で構成された第二の手段と、第二の手段により平行化した光束から所定波長の光束を選択する選択手段と、を備え、前記選択手段により選択された前記所定波長の光束を前記光増幅媒体に帰還させることを特徴とする波長掃引光源装置。
【請求項２】
第一の手段と、第二の手段は、同一の素子で構成されたことを特徴とする請求項１に記載の波長掃引光源装置。
【請求項３】
第一の手段と、第二の手段は、回折格子を用いたものである請求項２に記載の波長掃引光源装置。
【請求項４】
前記回折格子の周期が等しいことを特徴とする請求項３に記載の波長掃引光源装置。
【請求項５】
前記回折格子同士が、平行に配されたことを特徴とする請求項３に記載の波長掃引光源装置。
【請求項６】
前記回折格子は、前記光増幅媒体より入射する光が、該回折格子の回折面に垂直に入射するよう配されたことを特徴とする請求項３に記載の波長掃引光源装置。
【請求項７】
前記回折格子は、透過型であることを特徴とする請求項３に記載の波長掃引光源装置。
【請求項８】
前記回折格子は、反射型であることを特徴とする請求項３に記載の波長掃引光源装置。
【請求項９】
第一の手段と、第二の手段は、音響光学素子を用いたものであることを特徴とする請求項２に記載の波長掃引光源装置。
【請求項１０】
前記選択手段は、空間変調素子であることを特徴とする請求項１に記載の波長掃引光源装置。
【請求項１１】
前記空間変調素子は、回転型のスリットを用いてなることを特徴とする請求項１０に記載の波長掃引光源装置。
【請求項１２】
前記空間変調素子は、ライトバルブであることを特徴とする請求項１０に記載の波長掃引光源装置。
【請求項１３】
前記ライトバルブは、リボン状の金属箔を用いて光を反射させる素子であることを特徴とする請求項１２に記載の波長掃引光源装置。
【請求項１４】
前記ライトバルブは、可動式のマイクロミラーを用いた素子であることを特徴とする請求項１２に記載の波長掃引光源装置。
【請求項１５】
前記ライトバルブは、音響光学素子、表面弾性波素子のいずれかを用いたものであることを特徴とする請求項１２に記載の波長掃引光源装置。
【請求項１６】
前記選択手段は、光が透過する開口部を備えた遮光性の部材を用いたものであることを特徴とする請求項１に記載の波長掃引光源装置。
【請求項１７】
請求項１に記載の波長掃引光源装置を用いた光源部と、
前記光源部からの光を検体に照射し、検体からの反射光を伝達させる検体測定部と、
前記光源部からの光を参照ミラーに照射し、該参照ミラーからの反射光を伝達させる参照部と、
前記検体測定部からの反射光と前記参照部からの反射光とを干渉させる干渉部と、
前記干渉部からの干渉光を検出する光検出部と、
前記光検出部で検出された光に基づいて、前記検体の断層像を得る画像処理部と、
を有することを特徴とする光干渉断層撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発振波長を連続的に変化し得る波長掃引光源装置及びこれを用いた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光源、特にレーザ光源については、発振波長を可変とするものが通信ネットワーク分野や検査装置の分野で種々利用されてきている。
【０００３】
通信ネットワーク分野では、高速な波長切替、また、検査装置の分野では高速で広範な波長掃引が、要望されている。
【０００４】
検査装置における波長可変（掃引）光源の用途としては、レーザ分光器、分散測定器、膜厚測定器、波長掃引型光干渉トモグラフィー（Ｓｗｅｐｔ  Ｓｏｕｒｃｅ  ＯｐｔｉｃａｌＣｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置等がある。
【０００５】
光干渉トモグラフィー（以下、ＯＣＴともいう）は、低コヒーレンス光干渉を用いて検体の断層像を撮像するもので、ミクロンオーダーの空間分解能が得られることや無侵襲性等の理由から医用分野における研究が近年、盛んになってきている撮像技術である。
【０００６】
現在、ＯＣＴは、深さ方向の解像度を数ミクロンとし、且つ数ｍｍの深さまで断層像を得ることができ、眼科撮影、歯科撮影等に用いられている。
【０００７】
波長掃引型（ＳＳ−ＯＣＴ）装置は、光源の発振波長（周波数）を時間的に掃引のするもので、フーリエ領域（ＦＤ）ＯＣＴの範疇に入るが、同じくＦＤＯＣＴの範疇に入るスペクトル領域（スペクトルドメイン：ＳＤ）ＯＣＴが干渉光を分光する分光器を必用とするのに対し、分光器を用いないことから光量のロスが少なく高ＳＮ比の像取得も期待されている。
【０００８】
波長掃引光源を用いて医用画像撮像装置を構成する場合には、掃引速度が早いほど像取得時間を短縮でき、生体組織を生体より採取せずに生体中でそのまま観察する生体観察（所謂、  ｉｎ  ｓｉｔｕ−ｉｎ  ｖｉｖｏ  ｉｍａｇｉｎｇ）にも好適である。
【０００９】
特許文献１は、光増幅器と、該光増幅器の外部に回折格子を用いた反射器を備えた波長可変光源を開示する。図１５に特許文献１に記載の光源装置を示す。
【００１０】
図１５においては、光増幅器１５０１より出射された光は、光分岐素子１５３４を介して回折格子１５０６に入射し、ブラッグ波長の光が反射光として光増幅器１５０１に戻り、光増幅されてファイバ１５４４に出力される。１５４０は全反射ミラーであり、１５４２はアイソレータである。ここで、回折格子１５０６は回転可能であるので、反射光の波長が可変となる。
【００１１】
特許文献２は、レーザ媒質より出射された光を回折格子を用いて波長分散させ、波長分散された光を空間変調素子を用いて選択的にレーザ媒質に戻すことで、レーザ光を出射する装置を開示する。
【００１２】
図１６に示した特許文献２の光源装置においては、レーザ媒質１６０１の端面１６０４より出射された光は、レンズ１６０５を経た後、回折格子１６０６で回折される。回折光は波長に応じて異なる方向に進み、集光レンズ１６２４を介して空間変調素子１６０８の各画素（１６０８ａ、１６０８ｂ）に集光する。この光源装置では空間変調素子の各画素を独立にＯＮ（入射光を反射），ＯＦＦ（入射光を吸収）制御することで、画素（１６０８ｂ）で反射された光は逆光路を戻り、レーザ媒質１６０１に帰還する。ここで、レーザ媒質の出射端面１６０３と空間変調素子１６０８とで共振器が構成され、戻り光の波長のレーザ光１６１３が出射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許第５，８６２，１６２号明細書
【特許文献２】特開２００７−２４２７４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
特許文献１に開示された光源装置は、回折格子の機械的な駆動により、光の入射角を変化させて波長選択を行うことから、高速な波長掃引には向かない。
【００１５】
特許文献２に開示された光源装置は、レーザ媒体の端面と空間変調素子とで構成される共振器の中に回折格子を固定し、回折格子で波長分散された光を空間変調素子の電気的駆動により選択して出射するもので、１００ＫＨｚ以上の掃引速度が得られるとしている。
【００１６】
しかしながら、特許文献２の装置は集光レンズ１６２４の空間変調素子１６０８側をテレセントリックとする必用があり、回折格子１６０６、集光レンズ１６２４及び空間変調素子１６０８の位置を精密に調整しないと戻り光がレーザ媒体に戻らず発振には至らない。
【００１７】
実際のところ、これら３つの部材をある程度精度良く、組み立てた場合にあっては、掃引範囲内の極狭い波長範囲で発振が得られる可能性はある。
【００１８】
ところが、掃引範囲内の全域で発振し、光強度が安定な光源装置を構成するには、精密な計測と厳密な位置決めといった困難な作業を必用とし、光源装置を構成するのは容易なことではないというのが実状である。
【００１９】
本発明は、所望の波長範囲で、安定的に発振可能で且つ高速に波長掃引可能な光源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明により提供される波長掃引光源装置は、発振波長を連続的に変化可能な波長掃引光源装置であって、共振器内に、光を増幅させる光増幅媒体と、該光増幅媒体より放出される光を波長に応じて分散させる第一の手段と、第一の手段により分散した波長の異なる光束同士を平行化させる非集光光学素子で構成された第二の手段と、第二の手段により平行化した光束から所定波長の光束を選択する選択手段と、を備え、前記選択手段により選択された前記所定波長の光束を前記光増幅媒体に帰還させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の装置では、共振器内に、光増幅媒体より放出される光を波長に応じて分散させる第一の手段と、第一の手段により分散した波長の異なる光束同士を平行化させる非集光光学素子で構成された第二の手段と、第二の手段により平行化した光束から所定波長の光束を選択する選択手段と、を備える。
【００２２】
分散した波長の異なる光束同士を平行化させる第二の手段を非集光光学素子で構成したことにより第一の手段と第二の手段との位置を決めることで、波長に応じて光束を選択する選択手段と、第一の手段及び第二の手段との位置精度は、さほど厳密に調整されなくとも安定的に発振可能な波長掃引光源装置を構成できる。
【００２３】
また、第二の手段により平行化した光束から所定波長の光束を選択する選択手段により選択された所定波長の光束を前記光増幅媒体に帰還させることで高速な波長掃引が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の光源装置の一例を示す模式図
【図２】回折格子を用いて構成した本発明の装置の原理を説明する図
【図３】本発明に適用可能な空間変調器の原理と動作を説明する図
【図４】本発明に適用可能な進行性回折格子（ＡＯ）によるブラッグ回折を説明する図
【図５】進行性回折格子（ＡＯ）によるラマン・ナース回折と空間変調器の動作を説明する図
【図６】ブレーズド回折格子を用いた光源装置の一例を示す模式図
【図７】ブレーズド回折格子を用いた光源装置の一例を示す模式図
【図８】進行性回折格子（ＡＯ）を用いた光源装置の一例を示す模式図
【図９】表面弾性波（ＳＡＷ）デバイスを用いた空間変調器を示す模式図
【図１０】進行性回折格子（ＡＯ）を用いた光源装置の一例を示す模式図
【図１１】進行性回折格子（ＡＯ）を用いた光源装置の一例を示す模式図
【図１２】本発明に適用し得る回転型スリット一例を示す模式図
【図１３】リングファイバーを用いた光源装置の一例を示す模式図
【図１４】本発明の光源装置を用いたＯＣＴ装置の一例を示す模式図
【図１５】従来技術を示す模式図
【図１６】従来技術を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の波長掃引光源装置は、光増幅媒体を含む共振器内に設けた複数の分散素子により光束の波長分散と分散により生じた波長の異なる光束同士の平行化を行い、高速駆動可能な空間変調器により波長選択する波長可変光源を包含する。
【００２６】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【００２７】
図１は、本発明の波長掃引光源装置の一例を示す模式図である。
【００２８】
図１において、１０１は光増幅器であり、内部に光増幅媒体としての活性層１０２を有している。１０６は活性層１０２より放出される光を波長に応じて分散させる第一の手段としての回折格子、１０７は第一の手段１０６により分散した波長の異なる光束同士を平行化させる非集光光学素子で構成した第二の手段としての回折格子である。１０９は回折格子１０７を経た複数の光束から所定波長の光束を選択する選択手段としての空間変調素子である。
【００２９】
光増幅器１０１に不図示の電源より電気的エネルギーが印加されると活性層１０２内で放射光が発生し、放射光は増幅されて光増幅器１０１の一方の端面１０３側と無反射コートを施した他方の端面１０４側に伝播する。
【００３０】
無反射コート端面１０４を通過した放射光は空間に光１１０として放射され、この光１１０は非点収差を持つため波面は非光軸対称な波面だが、必用に応じて設けられる光学系１０５により光軸対象の球面波に変換される。
【００３１】
球面波１１０は回折格子１０６により、波長に応じて分散され、分散した光束同士は、回折格子１０７を経て平行な状態で空間変調素子１０８上に集光する。
【００３２】
空間変調素子１０８は複数の画素を備えおり、画素を選択的に反射モード（状態）、非反射モード（状態）と切替できるように構成されている。
【００３３】
図１の光源装置では、活性層１０２中で発生した複数波長を含む光１１０が回折格子１０６により波長に応じて分散され、分散された光束同士が回折格子１０７により互いに平行とされた状態で空間変調素子１０８の画素面に垂直に入射する。
【００３４】
空間変調素子１０８を構成する画素を選択的に反射モードとすることで、空間変調素子１０８と光増幅器１０１の端面１０３とで光共振器が構成され、所定波長の光１１３が端面１０３より出射される。異なる波長の複数の光束は、空間変調素子１０８の別々の画素に入射するので、反射モードとなる画素を選択することで、出射面１０３より出射される光の波長を変化させることができる。つまり、レーザの発振波長が変化可能となる。画素の選択を順次行うと出射される光の波長を順次変化させることができ波長掃引光源を構成できる。
【００３５】
以下、図２を参照しながら本発明の特徴である光の波長に応じて光束を分散させる第一の手段、第一の手段により分散した波長の異なる光束同士を平行化させる第二の手段を用いた原理について説明する。
【００３６】
図２は、図１における回折格子１０６と回折格子１０７と光束１１０の関係を示す模式図である。
【００３７】
距離ｄ離間して配された２つの回折格子１０６及び１０７（格子ピッチは共にＰとする）に、波長λ１とλ２からなる光束１１０が回折格子１０６側より入射する。
【００３８】
そのときの入射角θ１と射出角（回折角）φ１は（光軸からの角度、時計回りを正として）、
【００３９】
【数１】
2011187947.tif 000003
【００４０】
として表わされる。いま、一次回折光のみに注目し、回折方向が光束の進行方向の左側を正、右側を負とすると、回折格子１０６では、ｍ＝−１となり、（１）式は、
【００４１】
【数２】
2011187947.tif 000004
【００４２】
となる。
【００４３】
φ１はλの関数であり、波長が大きければφ１は大きくなり、回折角が大きくなることを示す。このことは波長に依存して光束が分散されることを表わしている。
同様に回折格子１０７では、
【００４４】
【数３】
2011187947.tif 000005
【００４５】
と表され、この場合、一次回折光が左側に回折するので、ｍ＝＋１となり，
【００４６】
【数４】
2011187947.tif 000006
【００４７】
で表される。
二つの回折格子同士を平行に配置すると、
【００４８】
【数５】
2011187947.tif 000007
【００４９】
であるので、これを（２）、（４）式に代入することにより、
【００５０】
【数６】
2011187947.tif 000008
【００５１】
となる。
【００５２】
従って、光束が回折格子１０６に垂直に入射すると、回折格子１０７を出射する光束は回折格子面に対して垂直に出射こととなる。つまり、
【００５３】
【数７】
2011187947.tif 000009
【００５４】
となる。
【００５５】
以上より、２枚の回折格子を用いることにより波長の異なる光束同士を平行化し得ることが理解される。
【００５６】
回折格子１０６と回折格子１０７との距離をｄとして、回折格子１０７より出射される光束の幅（分散幅）は以下の式で表される。
【００５７】
【数８】
2011187947.tif 000010
【００５８】
ここで、回折格子１０６、１０７のピッチＰを１．５μｍ、両者の間隔ｄを１０ｍｍとして、中心波長１．１５μｍ、掃引幅±６０ｎｍ、つまり１．０９μｍ〜１．２１μｍの可変波長光源を考える。
【００５９】
回折角φ１は（１）式より、５０．１±３．６°となり、波長の異なる光束同士の分散幅Δは（７）式より、３．１ｍｍとなる。
【００６０】
３．１ｍｍの範囲に分散した光束を空間変調素子１０８を構成する画素により選択して（ミラー１０９により）光増幅媒体１０１に戻すことにより、光増幅媒体１０１の出射端面１０３とミラー１０９とで共振器が構成され、１．０９μｍから１．２１μｍの範囲で波長が変化するレーザ発振を実現できる。
【００６１】
本発明において、光の波長に応じて光束を分散させる第一の手段と、第一の手段により分散した波長の異なる光束同士を平行化させる非集光光学素子で構成した第二の手段は、静的素子として、回折格子（透過型，反射型）、プリズム、さらには回折格子とプリズムを合体させたグリズム等を採用することができる。
【００６２】
また、動的な素子として、時間的・空間的に進行波を発生させる音響光学素子（Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｏｐｉｔｉｃａｌ  ｄｅｖｉｃｅ：ＡＯ）を採用することもできる。
【００６３】
第一の手段と、第二の手段とを別の光学素子で構成することも原理的には可能であるが、同一の光学素子で構成すると、２種の手段を配置する位置精度は、さほど厳密に調整する必用がなくなり好適である。ここで同一の光学素子とは、回折格子であれば実質的に同一のピッチで、同一の厚さのものをいい、音響光学素子であれば、実質的に同一の進行速度と同一の格子ピッチを発生させることができるものをいう。
【００６４】
空間変調素子（複数の光束から所定波長の光束を選択する選択手段）について、詳しくは後述するが、この素子によると空間変調素子を構成する波長選択部位に入射する光の波長に応じて、所定波長の光束を光増幅媒体に帰還させることができる。
【００６５】
以上、静的な分散素子を用いた原理を説明したが、次に動的な分散素子について説明する。図５は、音響光学素子（ＡＯ）の原理説明図である。
【００６６】
図５（ａ）の音響光学素子は、超音波振動子５３と吸収材５２とに挟まれた結晶媒質５０から構成されている。媒質材料としては、二酸化テルル（ＴｅＯ２），水晶（ＳｉＯ２），ガラス（ＳＦ６）等が用いられ、材料により結晶媒質内で超音波の進行速度に違いがある。
【００６７】
ドライバー５１によって駆動される中心周波数ｆＣが、そのまま超音波振動の周波数となり、媒質内を進行速度νｍ／Ｓｅｃで進行する進行波５４を生ずる。そのとき形成される屈折率の粗密波の波長Ｐは（８）式で表される。
【００６８】
【数９】
2011187947.tif 000011
【００６９】
図５（ｂ）は、図５（ａ）の音響光学素子における粗密波の位置（時間）的変化を示す説明図である。
【００７０】
結晶媒質内の超音波の進行速度は、例えば、二酸化テルル（ＴｅＯ２）場合、Ｓｈｅａｒ  Ｍｏｄｅで６１７ｍ／Ｓｅｃ、Ｌｏｎｇｉｔｕｄｏｎａｌ  Ｍｏｄｅで４２００ｍ／Ｓｅｃである。また、駆動周波数つまり超音波の振動数は数１０ＭＨｚ〜百数１０ＭＨｚの範囲で使用されることが多い。
【００７１】
時間的、空間的に媒質中を伝播する進行性回折格子を波長分散素子として用いる場合は、回折光が進行性回折格子によりドップラーシフトを受け、光の振動数が超音波の振動数だけシフトすることに注意する必要がある。
【００７２】
音響光学素子による光束の回折にはブラッグ回折とラマン・ナース回折があるが、入射角と回折角の関係は、両者とも（１）式で表される。また、両者とも回折した波長は入射光の波長に対しｆＣの量の周波数シフトを生じる。ブラッグ回折はラマン・ナース回折に比べ、回折効率が一般的に高い。
【００７３】
図２を用いて説明した静的な２つ回折格子を並べるのと同様に、時間的、空間的に進行する動的な回折格子を複数個用いることにより静的な回折格子と同様な作用を生じさせることができ、本発明の第一の手段及び第二の手段として採用することができる。
【００７４】
しかし、上述したように、進行波の回折格子を用いる場合は、光の周波数に超音波の周波数が加算あるいは減算されるので、このドップラー効果の影響をキャンセルするように進行波の進む方向と回折方向を２つのＡＯで逆にすることが好適である。
【００７５】
ただし、このような構成すると、２つのＡＯのうち後段のＡＯの回折格子形成領域の幅を光の分散幅に応じた幅とする必要が生ずる。しかし、ＡＯの動的な回折格子の特徴を用いると、必ずしも分散幅に応じた幅が必要とはならない。
【００７６】
そのような構成として、２つのＡＯ素子の駆動周波数を同時に変調することが挙げられる。これによるとＡＯ素子の回折光が作る光軸上のみで波長可変させる系が実現できる。
【００７７】
この系は、回折効率の高いブラッグ回折を利用して構成するのが好適である。
【００７８】
次に図４を用いてブラッグ回折について説明する。図４では、図５と同じ部位には同じ番号を付している。
【００７９】
音響光学素子の進行波の進行方向に垂直な面に対して、入射角θで光が入射し、回折角φ＝−θで出射する場合に、ＡＯの進行波の波面に対し、正反射の関係になり、回折効率が最も高くなる。このときの角をブラッグ回折角θＢという。
【００８０】
ブラッグ回折の時の波長λと超音波の中心周波数ｆＣとの関係は次式で表される。
【００８１】
【数１０】
2011187947.tif 000012
【００８２】
νはＡＯ結晶内の超音波の進行速度である。ここでブラッグ回折角θＢを固定すると波長λと駆動周波数ｆＣは反比例の関係にある。
【００８３】
例えば、θＢをθＢ＝３５ｍｒａｄ（２．０°）と固定し、二酸化テルルをＳｈｅａｒＭｏｄｅで使用すると、光の波長λを１．０９〜１．２１μｍの範囲としたときの駆動周波数ｆＣは（９）式より、３９．６〜３５．７ＭＨｚとなる。
【００８４】
この場合、ブラッグ回折光がつくる光軸上のみに反射または透過可能な微小な開口を配置することで微小な開口に到達する光束のみを光増幅媒体に戻すことにより、発振波長を可変なレーザを実現できる。
【００８５】
つまり、このＡＯを２つ組合せることによりドップラー効果をキャンセルでき、ＡＯの駆動周波数を１０ｍＳｅｃで３９．６〜３５．７ＭＨｚに変化させることで、挿引発振波長が１．０９μｍ〜１．２１μｍ、１００ＫＨｚの光源装置が実現できる。本例の詳細は、実施例６、実施例７で後述する。
【００８６】
以上、説明したように、複数の分散素子を組合せて用いることで、光を波長に応じて分散させた複数の光束とし、分散した光束を互いに平行化させることが可能となる。
【００８７】
次に複数の光束から所定波長の光束を選択する選択手段としての空間変調器の説明をする。
【００８８】
空間変調素子としては、単一もしくは複数の微小な開口列を有し開口部に入射した光束を反射もしくは透過させる素子（ライトバルブ）の他、進行性回折格子であるＡＯや電気光学素子（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｏｐｉｔｉｃａｌ  ｄｅｖｉｃｅ：ＥＯ）等を採用することができる。尚、遮光性の部材に光を透過する開口部を設け、開口部より光を透過させる素子を用いることもできる。
【００８９】
まず、進行波を用いない空間変調素子について説明する。
【００９０】
こうした空間変調素子は、数μｍから数百μｍの画素（もしくは開口）が一次元もしくは二次元的に並んでおり、この画素（開口）に入射した光束を所定方向に反射、又は透過させるタイプのものである。
【００９１】
この空間変調器の例としてリボン状の金属箔を基板上に配して構成され、光を反射・回折させるマイクロ・オプト・エレクトロ機械素子について図３を参照して説明する。
【００９２】
図３（ａ）はリボンを用いた反射・回折素子を示す模式図である。この素子はリボン３０１とよばれる幅数μｍ、長さ数１００μｍの静電機能をもつ金属箔を基板３０２上に（ｘ方向に）配列して構成されている。リボンの数本で一つの画素が構成され、リボンの各々は静電力により撓ますことで、隣のリボンとの段差として、波長λ（λは入射する光束の波長）の４分の一の変位を生ずる。
【００９３】
図３（ｂ）はこのｘ方向のリボン列の断面を示し、一画素を６本のリボンで構成している例である。ここで光束３５０がこの画素に入射するとする。図３（ｂ）（左）では６本のリボンの段差はないため、この画素は正反射が発生しミラーとして作用する。一方図３（ｂ）（右）では、リボンが交互にλ／４の段差を生ずるよう変位しているので、位相型回折格子として機能する。これにより隣通しの反射光の位相がλ／２となり、隣のリボンの反射光と打ち消しあうため、画素としての正反射光は発生しない。
【００９４】
正反射光が発生しない分は回折光として発生することになる。ここでは正反射光を利用する空間変調器として作用するので、この画素は図３（左）ではＯＮ、図３（右）ではＯＦＦ状態となる。
【００９５】
図３（ｃ）の（１）〜（３）は、空間変調器のリボンの変位とレーザ発振との関係を示す模式図である。
【００９６】
図３（ｃ）（１）では、時間の経過に対するリボンの状態を示し、図３（ｃ）（２）ではリボンの状態に対応した反射スペクトルを、図３（ｃ）（３）ではレーザの発振波長を、それぞれ示している。
【００９７】
（ア）の時刻のリボンの状態に注目すると、図に示すようにリボン列内の左側に反射画素が形成している。この画素の位置で反射すると光増幅媒体に戻る反射スペクトルは（２）に示される画素の幅に関係したある広がりを持ったプロファイルになる。このような反射スペクトルが光増幅媒体にもどると反射スペクトルの幅の中でいくつかの縦モードが立つ。
【００９８】
しかし、縦モードは反射プロファイルのピークの波長にエネルギーの集中が起こるので発振波長は、反射スペクトルのピークの波長となる。
【００９９】
次に時刻（イ）〜（エ）の状態に注目すると、時間とともにリボンの反射画素が右に移動し、発振波長も同様に変化することが理解される。
【０１００】
つぎに可変波長レーザの波長挿引速度について説明する。
【０１０１】
リボンの変位を駆動制御する周波数は約１０ＭＨｚである。したがって１０００画素を用いて１００ＫＨｚ以上の挿引速度を出すためには１０画素が反射スペクトルに関与することになるが、上述のように、反射スペクトルのピークがレーザの発振波長を決めるので、１００ＫＨｚ以上の波長挿引速度を達成し得る光源を実現できる。
【０１０２】
空間変調器の例としてリボン状の金属箔を用いた反射・回折素子を挙げたが、同様に、可動式のマイクロミラーを１次元もしくは２次元に配置し、それぞれのミラーの傾きを制御することで空間変調できるマイクロミラー素子や反射型液晶パネルなどを用いることもできる。
【０１０３】
次に、進行性回折格子を用いた空間変調素子について説明する。ここで、進行性とは、例えば屈折率の粗密波もしくは表面形状の凹凸が媒質中を空間的に進行しながら伝播する性質のことである。ここでは、ＡＯやＥＯを使った例について説明する。
【０１０４】
これらの空間変調素子はＡＯやＥＯの駆動制御により、伝播媒質中に屈折率の粗密が一部（少なくても一画素分）欠落させて進行性回折格子を構成するものである。この進行性回折格子の粗密の欠落した部分が空間変調素子のＯＮ状態の画素として機能する。
【０１０５】
光増幅媒体より放出された光は、２つの回折格子により波長分散と、平行化がなされた光束となって、空間変調素子に入射する。空間変調素子の進行性回折格子が形成されている部分はＯＦＦの画素として作用し、進行性回折格子が形成されていない領域が、透過もしくは反射してＯＮの画素となる。反射の場合はそこで光増幅媒体に光束が戻る。透過の場合は透過位置の後方に設置したミラーにより反射され光束が光増幅媒体に戻る。そして屈折率の粗密が欠落したＯＮの画素は媒質中を伝播媒質中を媒質に固有な高い進行速度で進行する。この高い進行速度により１００ＫＨｚ以上の波長挿引速度を実現することができる。
【０１０６】
以下、音響光学素子（Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｏｐｉｔｉｃａｌ  ｄｅｖｉｃｅ：ＡＯ）を用いた空間変調素子について説明をする。ＡＯ変調素子はＡＯ素子とその透過光を反射するミラーの組み合わせで構成される。この反射ミラーはレーザを構成する一方の共振器を構成するものである。
【０１０７】
次にＡＯの変調原理であるラマン・ナース回折について図５（ａ）を用いて説明する。ブラッグ回折の説明で述べたように、振動子５３を駆動することによりＡＯ結晶媒質５０内に屈折率の粗密波５４が進行する。ラマン・ナース回折でも同様にこのときの格子ピッチＰは、駆動周波数ｆＣ、超音波振動の結晶媒質内の進行速度νｍ／Ｓｅｃを用いて（８）式で表される。
【０１０８】
ラマン・ナース回折は（１）式の入射角θを０とした場合であり、
超音波の伝播速度νと駆動周波数ｆＣと回折角φＲとの関係は以下の式で表される。
【０１０９】
【数１１】
2011187947.tif 000013
【０１１０】
例えば、λ＝１．１５μｍ、ν＝３３００ｍ／Ｓｅｃ、駆動周波数ｆＣ＝８０ＭＨｚとすると、±１次回折光の角度は、１．６°となる。
【０１１１】
図５（ｂ）はＡＯの結晶媒質内の超音波の進行方向をｘ方向として屈折率の粗密の分布を示す。矢印の方向から光束が入射すると、図５（ｂ）の屈折率の一定で粗密がない部分（画素に対応）では、この光束は０次回折光として透過する。
【０１１２】
一方、図５（ｂ）の屈折率分布の周期が存在する部分は、ラマン・ナース回折を起こし±１次，±２次・・・回折光が発生する。この±１次以上の回折光は、実施例４で後述するように、光増幅媒体には戻らないようにアパーチャーなどで遮蔽することが好適である。
【０１１３】
ＡＯ素子の透過位置の後方にミラーを配置することで、このミラーを用いて反射型空間変調素子として機能させることができる。
【０１１４】
つぎに、このＡＯを空間変調素子として用いた可変波長レーザの発振例を説明する。
【０１１５】
図５（ｂ）のＯＮの画素は、図３を用いて説明したと同様に、時間経過とともに屈折率の粗密として進行する。この画素の位置で反射するとレーザに戻る反射スペクトルは画素の幅に関係したある広がりを持ったプロファイルになる。このような反射スペクトルが光増幅媒体に戻ると反射スペクトルの幅の中でいくつかの縦モードが立つ。しかし、縦モードは反射プロファイルのピークの波長にエネルギーの集中が起こるので発振波長は、反射スペクトルのピークの波長となる。
【０１１６】
具体的な挿引速度の例を次に示す。上述した分散幅Δ＝３．１ｍｍをもち、超音波の進行速度を３３００ｍ／Ｓｅｃとすると、１１００ｋＨｚの高速な挿引速度を実現することができる。
【０１１７】
進行性回折格子を用いた空間変調素子としては、この他、圧電効果を利用したＥＯデバイスや表面弾性波を利用した表面弾性波デバイス（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ  ｄｅｖｉｃｅ）を用いることも可能である。
【０１１８】
これらの空間変調素子を構成する画素で光を反射させて用いる場合には、光増幅媒体を光路中に挟んで構成される一対の共振器の片方の機能をも兼ねる。
【０１１９】
本発明において光を増幅させる光増幅媒体としては、例えば、半導体レーザを構成する活性層や、半導体光増幅器（ＳＯＡ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ））を構成する活性層、エルビウムやネオジウム等を含有する希土類添加（イオンドープ）光ファイバー、光ファイバー中に色素を添加して色素により増幅を行うもの等を用いることができる。
【０１２０】
半導体光増幅器は、基本的には半導体レーザから共振器を外し、光の増幅過程を利用するもので、共振器を構成しないように、端面での反射を抑えた構造をとっている。
【０１２１】
しかし本発明の光源装置では、共振器内に光増幅媒体を有することから、半導体光増幅器の一端をミラーとして機能させ、他端に分散手段である第一の手段側に光を効率的に放出させるために無反射コートを施すことが好適である。この場合、半導体光増幅器の一端を、劈開面で構成された共振器の一方とすると共に、光源装置の光出射面として機能させることができる。または半導体レーザの一方の端面に無反射コートを施して用いることができる。
【０１２２】
半導体レーザや半導体光増幅器は、小型で且つ高速制御が可能であり、光源装置のコンパクト化、高速制御の観点から好ましい。
【０１２３】
半導体レーザや半導体光増幅器を構成する活性層は、一般的な半導体レーザを構成する化合物半導体等を用いることができ、具体的にはＩｎＧａＡｓ系、ＩｎＡｓＰ系、ＧａＡｌＳｂ系、ＧａＡｓＰ系、ＡｌＧａＡｓ系、ＧａＮ系等の化合物半導体を挙げることができる。これらの活性層は、利得の中心波長が、例えば、８４０ｎｍ、１０６０ｎｍ、１１５０ｎｍ、１３００ｎｍ、１５５０ｎｍ等の中から光源の用途等に応じて適宜、選択して採用することができる。
【０１２４】
希土類添加光ファイバーは、高利得で良好な雑音特性を得るためには好適である。色素添加光ファイバーは、蛍光色素材料やそのホスト材料などを適宜選択することで可変波長の選択肢が増すという利点がある。
【０１２５】
本願発明は、光干渉断層撮像装置（ＯＣＴ装置）を包含する。
【０１２６】
本発明の光干渉断層撮像装置は、本発明の光源装置を備えたことを特徴とするものである。
【０１２７】
ここで、ＯＣＴ装置における挿引波長幅と検体の厚み方向の分解能、及び、挿引波長のサンプリングピッチ幅と被検体の厚み方向の検出可能な幅について述べる。
【０１２８】
挿引波長のサンプリング波長間隔ΔλとＯＣＴ装置によって検出可能な検体の厚み方向（光軸方向）の最大幅Ｌは原理的に以下の関係がある。
【０１２９】
【数１２】
2011187947.tif 000014
【０１３０】
また、挿引波長の上限、下限をそれぞれλ１、λ２とし、ＯＣＴによって検出可能な検体の厚み方向（光軸方向）の分解能ΔＬは、以下の式で示される。
【０１３１】
【数１３】
2011187947.tif 000015
【０１３２】
具体例で示すと、検出可能な検体の厚み方向（光軸方向）の最大幅Ｌは、サンプリング波長間隔Δλを０．１５ｎｍ、中心挿引波長λを１．１５μｍとすると（１１）式により、
Ｌ＝８．８ｍｍとなる。
【０１３３】
また、検出可能な検体の厚み方向（光軸方向）の分解能ΔＬは、挿引波長の上限λ１、下限λ２をそれぞれ、１．０９μｍ、１．２１μｍとすると、
ΔＬ＝５．５μｍ
となる。
【０１３４】
以下、具体的な実施例を挙げて、本発明を詳細に説明する。尚、煩雑を避けるためにこれまでの説明に使用した図と同一の部位には原則同一の符号を付すようにしている。
【０１３５】
〔実施例１及び比較例１〕
図１は、２つの透過型回折格子を用いた本発明の光源装置の例を示す模式図である。
【０１３６】
図１において、１０１はレーザ発振する機能を有する光増幅器、１０２は光増幅媒体としての活性層、１０３は光増幅器１０１の一方の端面で共振器ミラーの機能と出力光を取り出す機能のため半透過ミラーとなっている。
【０１３７】
１０４は無反射コートを施した光増幅器の他方の端面である。１１０は活性層１０２から空間に放射した光束で、活性層のゲイン幅に依存した波長に幅のあるものである。
【０１３８】
１０５は空間に放射した光束１１０の形状を整形し、１０８の空間変調器に集光する光学系である。
【０１３９】
１０６は光束１１０を波長分散させる第一の回折格子であり、１０７は分散された波長の異なる光束同士を平行化する第二の回折格子である。回折格子１０６、１０７の格子ピッチは共に１．５μｍで、両者を１５ｍｍ離間させて平行に配置する。
【０１４０】
１１１は分散により得られた波長の長い光束、１１２は波長の短い光束をそれぞれ示し、１０９は空間変調器によって選択された波長の光束を活性層１０２に戻すための反射ミラーである。
【０１４１】
本実施例では、ＩｎＧａＡｓ層とＧａＡｓ層とを交互に積層して構成される量子井戸構造を有する厚み１μｍの活性層１０２を備えた光増幅器１０１を用いた。
【０１４２】
光増幅器１０１を構成する活性層１０２に電気的エネルギーが与えられると放射光を発生する。この放射光は活性層１０２のなかで増幅し共振器１０３側と無反射コート１０４側に伝播する。無反射コート１０４を通過した放射光は空間に放射される。この光束１１０は非点収差を持つため波面は非光軸対称な波面になる。ここで光学系１０５により光軸対象の球面波に変換する。この球面波は光を波長に応じて分散する回折格子１０６と分散した光束を平行化させる回折格子１０７を透過後、空間変調器１０８上に集光する。
【０１４３】
活性層１０２より放射された光（光束）１１０は、回折格子の回折面に対して垂直に入射されるので入射角θ１＝０となる。上述の（１）式〜（６）式で示したように、回折格子１０７出射の際の角度もφ２＝０となる。
【０１４４】
半透ミラー１０３より出射される出力光１１３を光スペクトラムアナライザーで測定すると中心波長を１．１５μｍ、波長掃引幅を１．０９〜１．２１μｍとするレーザ光が検出される。
【０１４５】
尚、中心波長１．１５μｍ及び短波長端１．０９μｍ，長波長端１．２１μｍの回折角は（３）式により、それぞれ５０．１°、４６．６°、５３．８°となる。また、短波長端と長波長端の幅Δは、（７）式より、Δ＝４．６ｍｍとなる。
【０１４６】
ここで、従来技術の光源装置に相当する比較例を示す。
【０１４７】
つまり、この比較例は図１６に示した光源装置に相当するものである。図１６に示した集光レンズ１６２４の焦点距離をｆｏとし、光増幅器１６０１の近傍のビーム整形レンズ１６０５の焦点距離をｆｂとする。また、光増幅器１６０１の活性層の厚みは０．００１ｍｍとして考える。以上の条件における集光レンズ１６２４の光軸方向の安定度δｚ，光軸と垂直方向の安定度をδｙとする。
【０１４８】
集光レンズ１６２４の位置がδｚもしくはδｙずれたときの光束は、本来の照射されるべき位置からδθだけ偏向する。このδθ偏向した光束が活性層のなかに戻るには、活性層中心から境界までの距離が０．０００５ｍｍなので、以下の式を満たさなければならない。
【０１４９】
【数１４】
2011187947.tif 000016
【０１５０】
ここで、ｆｂ＝３ｍｍとすると、
【０１５１】
【数１５】
2011187947.tif 000017
【０１５２】
となる。
【０１５３】
δｚ，δｙ方向の許容量を算出する。まずδｚについて考察すると、
光束幅は上記のようにΔとすると、この時のδθはδｚの関数として、以下の（１４）式で表される。
【０１５４】
【数１６】
2011187947.tif 000018
【０１５５】
つぎにδｙについて考察すると、
【０１５６】
【数１７】
2011187947.tif 000019
【０１５７】
となる。
【０１５８】
いまΔ＝４．６ｍｍ、ｆｏ＝１５ｍｍとする。これは実施例１の回折格子１０７を集光レンズで置き換えたことに相当する。
（１３）、（１４）、（１５）式より次の値が得られる。
即ち、
【０１５９】
【数１８】
2011187947.tif 000020
【０１６０】
【数１９】
2011187947.tif 000021
【０１６１】
となる。
【０１６２】
以上のことから、集光レンズ１６２４を用いる従来の光源装置では、光軸の許容位置がｚ方向で１７μｍ以下、ｙ方向で０．０１３μｍ（１３ｎｍ）以下となることが理解される。
【０１６３】
特にｙ方向については、ナノメートルオーダーの精密さを要求する極めて厳しいものとなる。
【０１６４】
一方、本発明の光源装置においては、分散した光束を平行化させる手段として非集光光学素子（回折格子）を用いることで、ｚ方向、ｙ方向の許容量δｚ、δｙは、原理的に制限がなく、実際上は機械的干渉で制限されるのみとなる。
【０１６５】
即ち、本発明の光源装置では、掃引範囲内の全域で発振し、光強度が安定な光源装置を構成するのに極めて精密な計測と厳密な位置決めといった困難は作業を必用とせず、簡易に光源装置を構成できる。
【０１６６】
〔実施例２〕
図６を用いて実施例２の光源装置について述べる。
【０１６７】
本例は、回折格子として回折効率の高いブレーズド反射型回折格子を用いた例である。本例の光源装置は、光の利用効率が高いことに加え、反射型として光路を折り返しているため、光軸方向サイズをコンパクトにできるという特長がある。
【０１６８】
１６６は光増幅器１０１からの放射光１１０を分散させるところの反射型ブレーズド回折格子であり、１６７は波長分散させた光束１１０同士を平行にする１６６と同じ反射型ブレーズド回折格子である。１０８は受光位置に応じて所定波長の光束を選択的に活性層に戻すためのリボン状の金属箔を用いた空間変調器である。
【０１６９】
１５１は活性層から出射した楕円形状の光束を平行にするコリメータ、１５２はその楕円形状の光束を円形にすることで平面波にするビーム成形プリズムである。１５３は平面になった光束を空間変調器１０８上に集光させるための集光レンズである。
【０１７０】
光増幅器１０１の出射端面で共振器の一方のミラーを構成する１１３より出射されるレーザ光は、コリメータレンズ１５４、ビーム成形プリズム１５５、カップリングレンズ１５６を経てファイバー１１５に入光する。
【０１７１】
反射型ブレーズド回折格子を溝本数６００本／ｍｍ、ブレーズド角３０°として構成すると１次回折光の効率は８０％以上になる。
【０１７２】
波長分散素子および光束の平行化素子として、２つの反射型ブレーズド回折格子を用いると、回折効率が高いことに加え、光路を折り返した光源装置となるので波長制御性に優れ、且つ長さを抑えたコンパクトな光源装置を構成できる。
【０１７３】
〔実施例３〕
図７に示した光源装置の例について述べる。
【０１７４】
本例の装置は、実施例２の装置を光軸方向にさらにコンパクト化したものである。
【０１７５】
本例の装置は、実施例２の装置と同じく２つのブレーズド反射型回折格子と折り返し光学系を採用すると共に、光増幅器１０５とブレーズド反射型回折格子１６６との間に半透明ミラー１７６を配置して出力光を光増幅器１０１が作る光軸からはずした方向に取り出す光学系を採用している。これにより実施例２に示した光増幅器が作る光軸の延長上に出力側のレンズの配置する構成に比較して、一層のコンパクト化が図れるという特長がある。
【０１７６】
また、一方向出射の光増幅器を用いることができるので、実用上安価な光源が実現できる。
【０１７７】
図７の装置では、光増幅器１０１から放射した光（光束）１１０は、まず光学系１０５により平行光に変換される。さらに光束１１０は半透明ミラー１７６を一部が透過し残りは反射し光束１１０’としてファイバー１１５の方向に向かう。
【０１７８】
透過した光束は集光レンズ１４５により、反射型ブレーズド回折格子１６６、１６７で反射されて空間変調器１０８と共振器を兼ねた素子に光の波長に応じて、例えばリボン状の金属箔を用いた空間変調器の所定の画素に集光する。
【０１７９】
空間変調器１０８で選択された波長の光束は反射されて、再び反射型ブレーズド回折格子１６７及び１６６で反射される。次いで反射光は半透明ミラー１７６を透過して光増幅器１０１に入り光増幅される。
【０１８０】
さらに光増幅器１０１で光増幅された光は光増幅器１０１の端面１３３で反射し、さらに光増幅されながら光束１１０として、光学系１０５に向かう。ここで半透ミラー１７６の反射・吸収によるエネルギーのロスがあってもレーザ発振が動作するように半透ミラーの透過率は設計されている。
【０１８１】
以上の繰り返しにより波長選択された光束がレーザ発振し、その一部は半透明ミラー１７６を介して集光レンズ１２５を通り出力ファイバー１１５に導かれる。
【０１８２】
このような構成とすることで増幅された光は、光束１１０とは非軸外方向（ここではほぼ垂直方向）の光束１１０’として導き、出力光１１３として取り出すことできる。
【０１８３】
本例の装置は、光増幅器が作る光軸の延長上に出力側のレンズの配置した実施例２に示した装置に比較して一層のコンパクト化が図れるという特長がある。また、一方向出射の光増幅媒体を用いることができるので、安価な光源を構成できる。
【０１８４】
〔実施例４〕
本例は、実施例１の光源装置の空間光変調器１０８として音響光学素子（ＡＯ）を用いた例である。
【０１８５】
ＡＯを用いた空間変調器の原理は、発明を実施するための形態で詳細に説明した通りである。
【０１８６】
つまり、伝播媒質中に屈折率の粗密が一部（少なくても一画素分）欠落した進行性回折格子を生成させ、この欠落部分をＯＮの画素、進行性回折格子が形成されている部分をＯＦＦの画素として利用するものである。
【０１８７】
図８を参照して以下説明する。尚、図８では図１で示した部位と同様の部位には同じ番号を付している。
【０１８８】
光増幅器１０１より出射され、２つの回折格子１０６及び１０７により波長の分散化と平行化がなされた光束は、空間変調器１０８に入射する。
【０１８９】
ＡＯを構成する伝搬媒質中を屈折率の粗密波１８４が進行し、進行性回折格子が形成されている部分はＯＦＦの画素、進行性回折格子が形成されていない領域が透過もしくは反射してＯＮの画素となる。
【０１９０】
反射の場合はそこで選択された光束は、光増幅媒体１０２側に戻り、透過の場合は後方に配置してあるミラー１０９により光増幅媒体１０２側に戻る。そしてＯＮの画素は媒質中を媒質に固有な高い速度で進行する。この高い進行速度により１００ＫＨｚ以上の波長挿引速度を実現することができる。
【０１９１】
１８７は活性層１０２からの楕円光束を円形に整形し集光させる光学系であり、図８ではレンズ１枚を示しているが、複数枚で構成してもよい。
【０１９２】
１８８はＡＯからの回折光を遮光する開口であり、１８９は開口１８８から広がった光束をＡＯ１０８の後ろに配置した共振器を構成するミラー１０９上に集光させる集光レンズである。
【０１９３】
ここで、活性層１０２の出力端で無反射膜１０４が施してある面と共振器のミラー１０９は光学的に共役関係にある。一方、開口１８８と共振器のミラー１０９は非共役関係になっている。これによりＡＯによる０次以外の±１次などの回折光は開口１８８で遮光され、活性層１０２側には戻らない。
【０１９４】
活性層１０２として実施例１で述べたのと同様の活性層を用い、回折格子についても離間させる距離を１０ｍｍとした以外、実施例１と同様に配置する。
【０１９５】
これにより中心波長を１．１５μｍ、波長掃引幅を１．０９〜１．２１μｍとするレーザ光が得られる。
【０１９６】
ここでＡＯは、媒質を構成する結晶のサイズに制限があるので、回折格子１０６、１０７の間隔をｄ＝１０ｍｍとしており、短波長端と長波長端の分散幅Δは、（７）式より、Δ＝３．１ｍｍに広がる。
【０１９７】
ＡＯの進行速度を３３００ｍ／Ｓｅｃ、ＡＯの駆動周波数を８０ＭＨｚとすると波長１．１５μｍで一次回折光の回折角は１．６°となる。
【０１９８】
少なくともこの±１次回折光を遮蔽するように開口１８８の径と集光レンズ１８９の焦点距離を決めることにより、挿引速度１ＭＨｚ以上の高速な波長挿引光源が実現できる。
【０１９９】
〔実施例５〕
本例は、空間変調器として表面弾性波素子（ＳＡＷデバイス）を用いる例である。
【０２００】
図９（ａ）（ｂ）は、表面弾性波素子（ＳＡＷデバイス）を示す模式図である。
【０２０１】
この素子を用いると、表面弾性波の速度が４０００ｍ／Ｓｅｃと高速なため、挿引周波数が１ＭＨｚ以上の波長挿引速度が得られると共に、ＳＡＷデバイスがＡＯに比べて薄いことから、より小型の光源装置が構成できる。
【０２０２】
ＳＡＷデバイスを用いた空間変調器としての原理は、実施例４で述べたのと同様である。
【０２０３】
電極に高周波の電圧をかけて超音波振動させることにより進行性回折格子がＳＡＷデバイス中を進行する。ここでＳＡＷデバイスの駆動を周期的に一時休止させるような間欠的な駆動する。
【０２０４】
こうすると屈折率と面形状変化の粗密が、約一画素分欠落した進行性回折格子が形成される。この欠落した部分がＯＮの画素と作用する。つまり、その画素位置に対応する波長の光束が０次光としてそのまま選択的に基板との界面で反射する。
【０２０５】
尚、この界面は共振器の一方のミラーとして作用する。反射した光束は活性層１０２に戻りその波長でレーザ発振する。
【０２０６】
一方、屈折率と面形状変化の粗密がある部分は回折光が発生し、０次反射光は発生しないのでＯＦＦの画素として作用する。その画素から発生する０次光以外の回折光は、活性層側に戻るが途中に配された開口や活性層の開口で遮蔽されレーザ発振には寄与しない。
【０２０７】
図９（ａ）において、９２１は表面弾性波素子、９２２及び９２３は表面弾性波を発生させる電極である。９２４は電極９２２、９２３に電圧を印加する駆動電源回路である。
【０２０８】
図９（ｂ）は、表面弾性波素子９２１の模式的断面図である。
【０２０９】
９１２は圧電効果のある薄膜で、例えばリチウムナイオベート（ＬｉＭｂＯ３）を用いることができる。絶対屈折率ｎｏは２．２３２、実効屈折率ｎｅは２．１５６である。  
【０２１０】
９１１は圧電性薄膜９１２を保持する基板であり、この基板９１１と圧電膜９１２との界面は挿引波長の入射光に対して反射膜として機能する。
【０２１１】
表面弾性波は、電極９２２及び９２３に高周波の交流電圧をかけることにより屈折率と表面形状の粗密となって表面を伝播する。その速度は４０００ｍ／Ｓｅｃである。
【０２１２】
電極９２２及び９２３の幅を１μｍとし、これらを１μｍの隙間を設けて配置すると、ピッチＰが４μｍの表面波が伝播する。このとき±１次回折光は±１６．７°となる。
【０２１３】
また、電極に電圧を印加したときのリチウムナイオベート膜の屈折率の変化を０．０２４、屈折率が変化する深さを波長４μｍの３倍、１２μｍとすると光路長差は０．２８８μｍとなる。これは入射光の波長λ＝１．１５に対しλ／４に当たるので、このとき回折光の０次光の強度は０となる。
【０２１４】
〔実施例６〕
以上の実施例では光増幅媒体からの放射光の波長分散と光束の平行化するための素子として、２つの静的な回折格子を用いた。本実施例は、時間的にも空間的にも動的な進行性の（進行波を用いる）回折格子で構成した例である。
【０２１５】
進行性回折格子の基本的概念は発明を実施するための形態の項で上述した通りである。
【０２１６】
この方式では音響光学素子（ＡＯ）によるブラッグ回折のうち、一定の角度でブラッグ回折する波長を選択して光増幅媒体側に戻すことでレーザ発振を起こさせる。
（９）式に従ってＡＯの駆動周波数ｆＣを走査させるとブラッグ回折角θＢが一定であるのでλが走査することになる。これにより波長挿引光源を実現することができる。
【０２１７】
本実施例のように２つのＡＯを用いることで進行性回折格子のために発生する波長のドップラーシフトをキャンセルすることができる。
【０２１８】
図１０（ａ）を用いて本実施例の装置を説明する。図１０（ａ）において、１００６は光増幅媒体からの放射光を分散化する第一のＡＯであり、１００７は第一のＡＯ１００６により分散した光束を平行化する第二のＡＯである。
【０２１９】
ここで、第一のＡＯ１００６と第二のＡＯ１００７における回折の位置は、振動子１０５３側、１０５４側からの距離を等しくし、同一ピッチの粗密波が到達する位置になるようにしてある。
【０２２０】
１０２７は２つのＡＯ１００６及び１００７を同時に駆動するためのドライバーである。１０２８はＡＯ１００７により並行化した光束から特定の波長の光束を選択するための開口であり、１００９は光増幅器１００１の端面１０３と共振器を構成するミラーである。
【０２２１】
１０５は光増幅器１０１からの光束をミラー１００９上に集光させる集光レンズである。
【０２２２】
以下、実施例の動作について述べる。
【０２２３】
まず、２つのＡＯ１００６及び１００７をドライバー１０２７により周波数ｆ１で駆動しておく。次に、光増幅器１０１に不図示の電源より電気エネルギーを印加することで光増幅器１０１で発生した光は集光レンズ１０５を通過後、第一のＡＯ１００６に入る。
【０２２４】
このとき発生する回折光の回折角（ブラッグ回折角）と波長との関係は（９）式で示した通りであり、ＡＯ１００６への入射角がブラッグ回折角θＢとなる。
【０２２５】
図１０（ａ）から明らかなようにθＢは固定である。第一のＡＯ１００６により回折する光の波長をλ１として、この回折した光束は同一周波数で駆動している第二のＡＯ１００７へ入り同様なブラッグ回折を生ずる。
【０２２６】
その後、開口１０２８により所定波長の光束が選択（波長幅を制限）されてミラー１００９に到達する。ミラー２００９で反射した波長λ１の光束は往路と同じ光路を経て光増幅器１０１の活性層に入り、半透ミラー１０３までの間で増幅される。
【０２２７】
さらに半透ミラー１０３で反射した光束はミラー１００９との間を往復することで増幅され、波長λ１の出力光１１３が半透ミラー１０３より出射される。
【０２２８】
次にドライバー１０２７の駆動周波数をｆ２に変化させる。すると屈折率の粗密のピッチである回折格子のピッチが変わる。
【０２２９】
ブラッグ回折角θＢは一定なので、回折波長は（９）式に従い波長λ２と変化する。これを模式的に示したのが図１０（ｂ）である。
【０２３０】
ここでＡＯ１００６、１００７によるドップラーシフトについて説明する。
【０２３１】
一般に進行性回折格子を用いると回折光の波長はドップラーシフトを受ける。ＡＯ１００６では進行波の進む方向と同じ側に回折しているので、回折光の周波数は、ＡＯ１００６の駆動周波数ｆ１だけ加算される。
【０２３２】
一方、ＡＯ１００７では進行波の進む方向と逆側に回折しているので−ｆ１だけ加算される、つまりｆ１だけ減算されることになる。
【０２３３】
従って、ＡＯ１００６とＡＯ１００７でＡＯの進行波と逆な回折を組合わせることにより、ドップラーシフトをキャンセルすることができ、安定なレーザ発振を実現できる。
【０２３４】
具体的な数値を示すと以下の通りである。
【０２３５】
ＡＯ結晶内の超音波の伝播速度を３３００ｍ／Ｓｅｃ、ブラッグ回折角＝３５ｍｒａｄ（２°）とし、実施例１と同様の活性層用いることで、λ１＝１．２１，λ２＝１．０９μｍとする。これを（９）式に当てはめると、ｆ１＝３５．７ＭＨｚ、ｆ２で＝３９．６ＭＨｚとなる。
【０２３６】
従って、ＡＯの駆動周波数を３５．７〜３９．６ＭＨｚの範囲で変化させることにより、レーザの発振波長を１．２１〜１．０９μｍの範囲で変化させることができる。
【０２３７】
この駆動周波数を、例えば１０μＳｅｃの周期で、ｆ１からｆ２に鋸歯波状として連続的に変化させることにより、１００ＫＨｚの波長挿引光源が実現できる。
【０２３８】
また、本実施例では、空間変調器に相当する部分を遮光部材に形成した開口で構成することで、安価な波長挿引光源が実現できる。
【０２３９】
〔実施例７〕
本例の光源装置の模式図を図１１に示す。図１１の光源装置は、実施例６の光源装置を基にしており、出力光１１３が実施例６とは反対のミラー１００９側より出射される点が実施例６の装置との違いである。
【０２４０】
つまり光増幅器１０１の端面を構成する共振器１０３をミラーで構成し、反対側の共振器１００９を半透ミラーで構成した以外は図１０の装置と同様である。
【０２４１】
本例の装置は、出力がＡＯ側となり入手しやすい片側ミラーの光増幅器を用いることで、実施例６に比べて安価な波長挿引光源が実現できる。
【０２４２】
〔実施例８〕
本例の光源装置は、実施例１に示した装置における光変調器１０８に代えて、図１２に示す回転型スリット（スリットホイール）１２０８を用いた例である。図１２の回転型スリット１２０８は、回転円盤１２２０上に複数の透過型スリット１２２１が、円周上に一定の間隔で、かつその長手方向がその回転円盤の回転中心を通るように配置され、回転円盤１２２０の後方に反射ミラー（共振器ミラー）１２２５を配して構成されている。この装置では、光の分散領域１２２７を一つのスリットが通過することにより、分散領域内に存在する波長の光が連続的に選択されて反射ミラー１２０８により反射され発振（波長掃引）することになる。
【０２４３】
ここでは、透過型のスリットを採用した例を示したが、スリットを反射型として、スリットの機能と共振ミラー１２２５の機能を一体化してもよい。
【０２４４】
〔実施例９〕
本例は、ファイバーリングレーザを用いた装置の例である。
【０２４５】
図１３において、１３３５は光導波路であるファイバー、１１３２は光路の方向性を制御するサーキュレータ、１０１は光増幅器、１１３４は出力光１１３を取り出すために光を分岐するカップラーである。
【０２４６】
光増幅器１０１は、半導体光増幅器や希土類ドープ光ファイバーで構成する。
【０２４７】
光増幅媒体１０１からの放射光はカップラー１３３４で一部は出力側のファイバーに分かれ、残りは光ファイバー１３３５、サーキュレータ１３３２、集光レンズ１０５を介して、２つの回折格子１６６及び１６７側に導かれる。空間光変調器１０８とミラー１０９は前述したのと同様の部材で構成される。
【０２４８】
ここで波長選択した光束はサーキュレータ１３３２に戻り、再び光増幅器１０１内で増幅される。これを繰り返して光が増幅され、レーザ光１１３が出射される。
【０２４９】
本例の装置においては、ファイバー導波路を用いることで光路は空気揺らぎのない安定なものとなり、出力が極めて安定な可変波長光源が実現できる。
【０２５０】
〔実施例１０〕
本例は、本発明の波長挿引光源装置を備えた光干渉断層撮像装置（ＯＣＴ）の例である。
【０２５１】
ＯＣＴは、一方のアーム（測定部）において得られる光軸方向に複数の界面を有する検体からの反射光と、他方のアーム（参照部）において得られる参照面からの反射光と、を干渉させ、光源の波長を挿引することにより得られる変調干渉信号をフーリエ変換して、断層情報を得る装置である。
【０２５２】
図１４は、本発明のＯＣＴ装置の一例を示す模式図である。
【０２５３】
図１４において１４８２は本発明の波長挿引光源装置を用いた光源部、１４８６は検体である眼を構成する眼底の網膜を示す。１４９０は眼底を走査するためのミラーであり、検体１４８６からの反射光を伝達させる光ファイバー１４８５と共に検体測定部を構成する。
【０２５４】
１４８８は参照ミラーであり、参照ミラーからの反射光を伝達させる光ファイバー１４８７と共に参照部を構成する。
【０２５５】
１４８４は検体測定部からの反射光（光束）と参照部からの反射光（光束）を合波して干渉部を構成するファイバーカップラーである。１４９５は干渉部からの干渉光（変調干渉信号）を検出する光検出部としての光電変換素子である。
【０２５６】
１４９６は電気的に検出した信号をデジタル化し、フーリエ変換などのデータ処理を行い、検体の断層画像を構築する画像処理部としてのコンピュータである。つまり、光検出部で検出された光に基づいて断層像が得られる。１４９７はその断層像を可視化するディスプレーである。
【０２５７】
光源部１４８２より出射された光束は、ファイバー１４８３を通り、カップラー１４８４で２方向に分岐する。
【０２５８】
分岐した一方の光束は、ファイバー１４８５を通り、検体である眼の網膜を照射する。そして反射光が同様にファイバー１４８５を再び通りファイバーカップラ１４８４に戻る。
【０２５９】
分岐した他方の光束はファイバー１４８７を通り参照ミラー１４８８を照射する。この反射光はファイバー１４８７を再び通りファイバーカップラー１４８４に戻る。
【０２６０】
カップラー１４８４で被検面からの反射光と参照面からの反射光が干渉した後、ファイバー１４９４を通って光電変換素子１４９５に入る。
【０２６１】
このとき光源部１４８２より出射される光の波長を（１２）式に示すλ１からλ２式まで変化させると、前述のように断層構造に応じた変調干渉信号が得られる。
【０２６２】
この信号をデジタル化しコンピュータ１１６でフーリエ変換することにより断層信号が得られる。これはポイントとしての断層信号なので、ミラー１１０を走査して一次元方向の断層信号を測定し、ディスプレー１４９７により可視化することにより光断層像が得られる。
【０２６３】
ここで光源部１４８２を実施例１で示した光源装置で構成したものとして、空間変調器の画素数と画素ピッチについて述べる。
【０２６４】
ＯＣＴ装置における検体の深さ方向の分解能と検出幅は光源スペクトルの波長挿引幅とスペクトル幅に依存することは前述した通りであり、（１１）式のＬが深さ方向の検出幅であり、（１２）式が検出分解能となる。
【０２６５】
挿引波長のサンプリング間隔ΔλとＯＣＴによって検出可能な被検体の厚み方向（光軸方向）最大幅Ｌは（１１）式に示した通りである。
【０２６６】
実施例１の光源装置は、短波長端と長波長端の幅Δは、Δ＝４．６ｍｍであり、λ１−λ２＝０．１２μｍである。
【０２６７】
Δ＝４．６ｍｍを光源装置を構成する空間変調器により１０００分割するとΔλ＝０．１２ｎｍとなり、本式に従うと、検出可能な被検体の厚み方向（光軸方向）最大幅はＬ＝１１ｍｍとなる。
【０２６８】
また、このときの検出可能な検体の厚み方向（光軸方向）の分解能ΔＬは（１２）式より、ΔＬ＝５．５μｍとなる。
【０２６９】
画素数１０００個、画素ピッチ４．６μｍの空間変調器を光源装置に用いることにより、被検深さ１１ｍｍ、分解能５．５μｍのＯＣＴ装置が構成できる。
【０２７０】
本発明による光源装置により挿引速度が１００ＫＨｚ以上のため高速に光断層像が検出できまた検出深さ幅が広く深さ方向の検出分解能が高いＯＣＴ装置を提供できる。
【０２７１】
尚、本発明のＯＣＴ装置は、実施例で示した光源装置を光源部に用いたものは、勿論、本発明の光源装置を光源部に用いたものを包含する。
【符号の説明】
【０２７２】
１０２  光増幅媒体
１０６、１６６、１００６、１２０６  第一の手段
１０７、１６７、１００７、１２０７  第二の手段
１０８、１０２８  選択手段
【図１】
2011187947.tif 000022
【図２】
2011187947.tif 000023
【図３】
2011187947.tif 000024
【図４】
2011187947.tif 000025
【図５】
2011187947.tif 000026
【図６】
2011187947.tif 000027
【図７】
2011187947.tif 000028
【図８】
2011187947.tif 000029
【図９】
2011187947.tif 000030
【図１０】
2011187947.tif 000031
【図１１】
2011187947.tif 000032
【図１２】
2011187947.tif 000033
【図１３】
2011187947.tif 000034
【図１４】
2011187947.tif 000035
【図１５】
2011187947.tif 000036
【図１６】
2011187947.tif 000037