(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光増幅媒体と、
前記光増幅媒体の一方の側から射出された光束を反射する第一の反射部材と、
前記光増幅媒体の他方の側から射出された光束の一部を反射する第二の反射部材と、
前記光増幅媒体の他方の側から射出された光束の他の一部を反射する第三の反射部材と、
を有し、
前記第二の反射部材から光が出力される光源装置であって、
前記第一の反射部材と前記光増幅媒体と前記第二の反射部材とを含んで規定される第一の光路と、前記第一の反射部材と前記光増幅媒体と前記第三の反射部材とを含んで規定される第二の光路と、の光路長差を変化させる調整部材をさらに有し、
前記第二の反射部材と前記第三の反射部材は、前記光増幅媒体の他方の側から射出された光束の一部と他の一部とが径方向に分離した状態で照射されるように配置され、
前記第一の光路の光路長は固定され、
前記調整部材は、前記光源装置の波長を掃引するために、前記第二の光路の光路長を変化させることを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記光増幅媒体の他方の側から射出された光束の一部と他の一部とを径方向に分離する光束分離部材を有することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記第二の反射部材と前記第三の反射部材は、前記光束分離部材で分離された光束が集光する位置に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記光束分離部材は、反射型プリズムであることを特徴とする請求項２又は３に記載の光源装置。
【請求項５】
前記第二の光路の光路長は、前記第一の光路の光路長より長いことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項６】
前記調整部材は、電歪素子、微小機械変位素子、電気光学素子のうち何れかを用いたものであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光源装置を光源部として用いたことを特徴とする検査装置。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の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前記干渉光に基づいて、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、発振波長を変化し得る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。
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。
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  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置等がある。
【０００３】
光干渉トモグラフィー（以下、ＯＣＴともいう）は、光干渉を用いて検体の断層像を撮像するものである。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。
【０００４】
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。
【０００５】
波長掃引型（ＳＳ−ＯＣＴ）装置は、光源の発振波長（周波数）を時間的に掃引するものである。これはフーリエ領域（ＦＤ）ＯＣＴの範疇に入る。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。
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。
特許文献１は、光増幅媒体と、該光増幅媒体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１２に特許文献１に記載の光源装置を示す。
【０００６】
図１２においては、光増幅媒体１２０１より出射された光は、光分岐素子１２３４を介して回折格子１２０６に入射し、ブラッグ波長の光が反射光として光増幅媒体１２０１に戻り、光増幅されてファイバ１２４４に出力される。１２４０は全反射ミラーであり、１２４２はアイソレータである。ここで、回折格子１２０６は回転可能であるので、反射光の波長が可変となる。
【０００７】
特許文献２は、光増幅媒体と該光増幅媒体の外部に反射器を備えた波長可変光源を構成する波長選択素子を開示する。図１３に特許文献２に開示されたファブリペロー型の波長選択素子を示す。
図１３においては、移動可能なメンブレン反射体１３１４と凹面反射体１３１６とで光共振器が構成され、駆動電極１３１２とメンブレン反射体１３１４との間に電圧を印加することで共振器長１３１８を変化させて波長選択を行う。
図１３の素子は、メンブレン反射体１３１４と凹面反射体１３１６の２つの反射器を用い、この２枚の反射器の間隔で決まる共振ピーク間の周波数差、即ち、自由スペクトル間隔（Ｆｒｅｅ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｒａｎｇｅ：ＦＳＲ）に従い、波長を選択的に透過又は反射させるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第５，８６２，１６２号明細書
【特許文献２】米国特許第６，３７３，６３２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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、３０ＫＨｚ以上の高速な波長掃引には不向きである。
特許文献２に開示された波長選択素子では、ＦＳＲを４５〜８０ｎｍに設定すると、２枚の反射器の間隔は、１５μｍ〜２５μｍであるとしている。
しかしながら、眼底用のＯＣＴ装置の光源に適用するに適した挿引中心波長を８４０ｎｍ、ＦＳＲを８０ｎｍとして、波長選択素子を構成しようとすると、２枚の反射器の間隔は、４．４μｍと狭い値を取る必要がある。この狭い間隔で可動反射器を１００ＫＨｚ以上の高速駆動は、電極の配置等細部を工夫して行っても実現が困難であるというのが実状である。
本発明は、ＯＣＴ装置に適した波長で高速に波長挿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】
【００１０】
本発明により提供される光源装置は、光増幅媒体と、前記光増幅媒体の一方の側から射出された光束を反射する第一の反射部材と、前記光増幅媒体の他方の側から射出された光束の一部を反射する第二の反射部材と、前記光増幅媒体の他方の側から射出された光束の他の一部を反射する第三の反射部材と、を有し、前記第二の反射部材から光が出力される光源装置であって、前記第一の反射部材と前記光増幅媒体と前記第二の反射部材とを含んで規定される第一の光路と、前記第一の反射部材と前記光増幅媒体と前記第三の反射部材とを含んで規定される第二の光路と、の光路長差を変化させる調整部材をさらに有し、前記第二の反射部材と前記第三の反射部材は、前記光増幅媒体の他方の側から射出された光束の一部と他の一部とが径方向に分離した状態で照射されるように配置され、前記第一の光路の光路長は固定され、前記調整部材は、前記光源装置の波長を掃引するために、前記第二の光路の光路長を変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の光源装置では、光束を空間的に２つに分離し、分離したそれぞれの光束を第二及び第三の反射部材で反射させて光増幅媒体に戻すと共に、２つの光路の光路長差を可変とする光路長差調整手段により光路長差を変化させる。光束を分離した状態で個別に反射させることで、反射部材を配置する自由度が増大することとなり、高速駆動を可能とする位置に反射部材を配置することが可能となる。これにより、１００ＫＨｚ以上の波長掃引駆動を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の光源装置の一例を示す模式図
【図２】本発明の装置の原理を説明する図
【図３】本発明の光源装置に適用し得る光路長差調整部材の説明図
【図４】本発明の光源装置の一例を示す模式図
【図５】本発明の光源装置の一例を示す模式図
【図６】本発明の光源装置の一例を示す模式図
【図７】面発光型光増幅媒体を用いた本発明の光源装置の模式図
【図８】光路長差調整部材にピエゾを用いた一例を示す模式図
【図９】光路長差調整部材にＥＯを用いた一例を示す模式図
【図１０】光路長差調整部材にＥＯを用いた別の例を示す模式図
【図１１】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１２】従来技術（特許文献１）を示す模式図
【図１３】従来技術（特許文献２）を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の光源装置は、光増幅媒体を挟む一方の側に位置する第一の反射部材と、他方の側に位置する第二及び第三の反射部材を有して光共振器を構成する。つまり、この第二、第三の反射部材が波長挿引と波長選択機能を担う他方の共振器として機能する。
【００１４】
この第二、第三の反射部材は、光増幅媒体で増幅された光の光束を該光束の径方向に分離した状態で光増幅媒体方向に反射させる。光束の分離は、一例としては光路に設けた光束分離素子を用いて光束の進行方向に垂直な断面内で、光束の径方向への分割で成すことができる。
分割され２方向に導かれた光束は、第二、第三の反射部材に入射する。そこで個々に反射され、往きの光路を逆方向に戻り、光増幅媒体に到達して光増幅媒体内で合波される。
【００１５】
ここで光束分離素子により光束が分離されてから、第二の反射部材に至る第一の光路と、第三の反射部材に至る第二の光路と、の光路長差を可変とする光路差調整部材を駆動させて発振波長を変化させる。即ち、光路長差を変化させることで発振波長が変化可能となる。
【００１６】
ここで、光束分離素子を用いる場合には、光束分離素子は光増幅部材で増幅された光の光束を波面分割（波面を空間的に分割）する分割部材として捉えることもできる。
この観点にたつと、本発明の光源装置は、光を増幅させる光増幅媒体と、該光増幅部材で増幅された光の光束を、波面分割する分割部材と、前記光増幅媒体の一方の側に位置する第一の反射部材と、前記光増幅媒体の他方の側に位置する第二及び第三の反射部材を有し、第二の反射部材は、前記分割部材により分割された光束の一方を反射し、前記分割部材を介して前記光増幅媒体に戻すものであり、第三の反射部材は、前記分割部材により分割された光束の他方を反射し、前記分割部材を介して前記光増幅媒体に戻すものとした形態を包含する。
【００１７】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【００１８】
図１は、本発明の光源装置の一例を示す図である。
【００１９】
図１において、１０１は光を増幅させ可干渉な光束を生成する光増幅媒体であり、両端面の一方には光共振器として機能する反射膜１０５が施され、他方には無反射膜１０８が施されている。１０２は光増幅媒体より出射された光（発散光束）を集光させるための集光レンズであり、１０３は光増幅媒体より出射された光束である。１０４は光束１０３を空間的に分割する光束分離素子である。
反射膜１０５は、光増幅媒体１０１の一方の側に位置する第一の反射部材として機能する。１０６、１０７は第二、第三の反射部材であり、それぞれ第一の反射部材１０５と対をなして光共振器を構成する。第三の反射部材１０７には、反射部材１０７の位置を光束が進む方向に変化させる光路長差調整部材１０９が具備されている。
【００２０】
光増幅媒体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内部で放射光を発生し、放射光は増幅されて光増幅媒体１０１から両側の端面にむかって伝播する。無反射膜１０８が施された側に進行した光束は光の伝播則に従って発散しながら空中を伝播し、集光レンズ１０２にある光束の径で入射する。この光束は光増幅媒体の特性により非点収差を持つため波面は非光軸対称な波面だが、必要に応じて設けられる不図示の光学系を集光レンズ１０２の前に設置することにより光軸対象の球面波に変換される。この光束は集光レンズ１０２を通過後に集束光１０３として伝播する。
光束１０３は、光束分離素子１０４により光束１０３の径方向に（空間的に）２分され、分割された光束１０３ａと光束１０３ｂはこれらをそれぞれ垂直に反射するように設置された反射部材１０６及び１０７に向かって集光する。
【００２１】
つぎに集光した光束は、往きに通過した光路に戻り、光束分離素子１０４、集光レンズ１０２を通って光増幅媒体１０１の中で合波されて増幅される。
本例の光源装置では、光増幅媒体１０１を挟んで、反射部材１０５と、反射部材１０６及び１０７と、の間で光が共振し波長が選択される。ここで、反射部材１０６は共振器としての機能のほかに光源の出力機能をも兼ね備えており、反射と透過の両方を備えた特性をもつ。
【００２２】
つぎに反射部材１０７の位置を変化させることにより波長を挿引する原理を説明する。
【００２３】
図２は、その説明図である。図２において、Ａ−Ｂ光路をＢ側から光を取出す光出力光路、Ａ−Ｄを光路長を変化させる光路として光路変調光路とする。本波長の挿引原理は、Ａ−Ｂの光出力光路での共振波長と、Ａ−Ｄの光路変調光路での共振波長がそれぞれの光路中に光増幅器１０１を共有するため、同一波長で発振することを利用する。光出力光路の長さをＬｏとし、光路変調光路（Ａ−Ｄ光路）はＬｏに対して、後述する波長挿引幅から決まる量Ｌ１だけ長くし、さらに波長挿引をするために距離ｘだけ光路変調距離を長くとるものとする。
今、理解し易くするために、ｘ＝０とし、光路変調の変調Ａ−Ｄ光路とＡ−Ｂ光路で共通の波長λｏで共振し発振していたとする。
【００２４】
つぎに反射部材１０７をｘ＝δｘに動かしたときに波長がδλだけ変化したとする。このときのδｘとδλの関係式を説明する。
【００２５】
まず、Ａ−Ｄ変調光路について成立する式を説明する。Ａ−Ｄ変調光路内にある波の数は、ｘ＝δｘ変化させ、波長δλ変化させると以下の式（１）が成り立つ。
【００２６】
【数１】
0005730076.tif 000002
【００２７】
左辺は光路（Ｌｏ＋Ｌ１）の往復光路で波数が整数になることが共振条件となる。従って、その波の数は往復光路を波長で除した数となる。
【００２８】
一方、右辺は反射部材１０７を移動することにより光路（Ｌｏ＋Ｌ１）にδｘ変化したので、その分、波長もδλ変化する。ここで重要なのは左辺も右辺も波の数は変化しないことである。
【００２９】
次に、Ａ−Ｂ出力光路について成立する式を説明する。Ａ−Ｂ出力光路は光路Ｌ１が固定しているため，以下の式（２）が成り立つ。
【００３０】
【数２】
0005730076.tif 000003
【００３１】
左辺は波長がλｏからδλ変化したときの波の数で整数である。一方、右辺は、最初のλｏから波の数を１つ変化させることが肝要である。これは、前述したように、  光路Ｌｏが変わらずに波長が変化するので、共振する波の数が１つ変化することになるからである。
この（１），（２）式からδｘとδλの式を導くと、以下の式（３）が得られる。
【００３２】
【数３】
0005730076.tif 000004
【００３３】
いま、Ｌ１＞＞λｏとすると、式（３）は以下の式（４）のように簡便に記述することができる。
【００３４】
【数４】
0005730076.tif 000005
【００３５】
つぎに、Ｌ１をλｏとΔλ（光増幅媒体の利得幅からきまるＦｒｅｅ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｒａｎｇｅ：ＦＳＲ）の関係式を示す。
【００３６】
まず、Ａ−Ｄ変調光路のＦＳＲをΔνＡＤとすると、式（５）が得られる。
【００３７】
【数５】
0005730076.tif 000006
【００３８】
次に、Ａ−Ｂ出力光路のＦＳＲをΔνＡＢとすると、式（６）が得られる。
【００３９】
【数６】
0005730076.tif 000007
【００４０】
ここで、ｃは光の真空中での速度である。
【００４１】
この式（５）、式（６）より、これらのＦＳＲの差がΔνＡＢ間隔となるまでの周波数幅ΔνＬｏとすると、式（７）が得られる。
【００４２】
【数７】
0005730076.tif 000008
【００４３】
一方、一周波数と波長との一般的関係から、式（８）が得られる。
【００４４】
【数８】
0005730076.tif 000009
【００４５】
よって、式（９）が得られる。
【００４６】
【数９】
0005730076.tif 000010
【００４７】
ここで、Ｌｏ＞＞Ｌ１とすると、Ｌ１は以下の式（１０）で表わされる。
【００４８】
【数１０】
0005730076.tif 000011
【００４９】
このようにＬ１をλｏとΔλで表すことができる。そして、この式はファブリペロー素子の間隔とＦＳＲの式と一致する。
そのため、特許文献２に記載された波長選択素子のようにファブリペローの２枚の反射器を光束の進行方向に離間して配置するのではなく、一対の反射器の片方の反射器を光束の進行方向に垂直な方向に空間的に分離して配置する。
そして２つに分けたそれぞれの光束をそれぞれの分離した反射器で戻す本方式では、ファブリペロー素子と等価の効果を実現できる。
【００５０】
次に、δλとδｘの関係を式（４）と式（１０）から以下の式（１１）が得られる。
【００５１】
【数１１】
0005730076.tif 000012
【００５２】
ここで、具体例としてλｏ＝０．８４ミクロン、Δλ＝０．０８ミクロンとすると、式（１１）より以下の式（１２）が得られる。
【００５３】
【数１２】
0005730076.tif 000013
【００５４】
この式（１０）、式（１２）よりＬ１＝４．４１ミクロン、δｘの最大値は４２１ナノメータであることを概算することができる。
【００５５】
ここで、本発明の光源装置を用いたＯＣＴ装置における挿引波長幅と被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（深さ方向）について述べる。
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被検物体の厚み方向（光軸方向）の最大幅Ｌには以下の式（１３）の関係がある。
【００５６】
【数１３】
0005730076.tif 000014
【００５７】
また、挿引波長の幅をΔλとし、ＯＣＴ装置によって検出可能な被検体の厚み方向（光軸方向）の分解能ΔＬは、以下の式（１４）で示される。
【００５８】
【数１４】
0005730076.tif 000015
【００５９】
本発明において、光を増幅させる光増幅媒体としては、半導体光増幅器（ＳＯＡ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）の他、エルビウムやイットリビウム等を含有する希土類添加（イオンドープ）光ファイバ、光ファイバ中に色素を添加して色素により増幅を行うもの等を採用することができる。
希土類添加光ファイバは、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。
【００６０】
半導体光増幅器は、小型で且つ高速制御が可能なことから好ましい。半導体光増幅器としては、反射型光増幅器と進行波形光増幅器の双方を用いることができる。半導体光増幅器を構成する材料は、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。半導体光増幅器は、利得の中心波長が、例えば、８４０ｎｍ、１０６０ｎｍ、１３００ｎｍ、１５５０ｎｍのもの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。
【００６１】
本発明の光共振器を構成する第一の反射部材は、ファブリーペロー型光共振器を構成するミラー、または部分透過ミラーと同等か類似する反射部材で構成することができる。より具体的には、半導体結晶の壁界面で構成したミラーや、ガラス等を研磨して構成したミラー、更には金属膜等の薄膜を被覆したミラー等で構成することができる。
【００６２】
光共振器を構成する第二及び第三の反射部材は、光増幅媒体で増幅された光の光束を該光束の径方向に分離した状態で光増幅媒体方向に反射するように配されるものであるが、反射部材を構成する材料自体は上述の反射部材と同様のものを採用することができる。だだし、第一の反射部材と共に光共振器を構成することから第一の反射部材の反射率とは異なる反射率を持たせる必要がある。
第二及び第三の反射部材は、光増幅媒体で増幅された光の光束を該光束の径方向に分離した状態で反射させるが、光束の分離には反射型プリズムを用いることもできるし、光束の分離を光束（平行光束）が照射される領域に第二及び第三の反射部材を並べて配置することで行うこともできる。反射型プリズムを用いる場合、プリズムの稜線を境に光束を分離しても良い。反射プリズムの稜線をなす角は、光束より分離された主光線同士が平行となる角度とすることが好適である。詳細は、実施例で後述する。
【００６３】
また、第一の反射部材と光増幅媒体と第二の反射部材とを含んで規定される第一の光路と、第一の反射部材と光増幅媒体と第三の反射部材とを含んで規定される第二の光路と、の光路長差を可変とする光路長差調整部材は、電歪素子、微小機械変位素子、電気光学素子等を用いて構成することができる。
【００６４】
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、以下の説明は図を参照して行うが、図では同一の部位には原則同一の符号を付すこととし、重複した説明はなるべく行わないこととする。
【００６５】
（実施例１）
図１は、本発明の光源装置の一例を示す模式図である。
図１において、１０１は可干渉な光束を生成する光増幅媒体であり、中心波長０．８４μｍの発光スペクトルを有する半導体光増幅器を用いた。光増幅媒体１０１の両端面の一方は光共振器の第一の反射部材としての反射器もしくは反射膜１０５を構成する。他方は無反射膜１０８が施されている。１０２は光増幅媒体から出射した発散光束を集光させるための集光レンズ、１０３は光増幅媒体１０１から出射した光束である。１０４は光束１０３を分割する光束分離素子として機能する反射型プリズムである。１０６、１０７はそれぞれ第二、第三の反射部材であり、第一の反射部材１０５と、互いに対となって複数の光共振器を構成している。第二の反射部材１０６は光共振器としての機能のほかに光源の出力部としての機能をも兼ねており、光の反射機能と透過機能の両方を備える。第三の反射部材１０７は、反射部材１０７の位置を光束が進む方向に変化させる光路長差調整部材として電歪素子１０９を具備する。
【００６６】
光増幅媒体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内部で放射光を発生し、放射光は増幅されて光増幅媒体１０１から両側の端面にむかって伝播する。無反射膜１０８が施された側に進行した光束は光の伝播則に従って発散しながら空中を伝播し、集光レンズ１０２にある光束の径で入射する。この光束は光増幅媒体の特性により非点収差を持つため波面は非光軸対称な波面だが、必要に応じて設けられる不図示の光学系を集光レンズ１０２の前に設置することにより光軸対象の球面波に変換される。この光束は集光レンズ１０２を通過後に集束光１０３として伝播する。このとき光束分離素子１０４により光束１０３の口径方向の領域を２分し、１０３ａと１０３ｂに分割した状態でそれぞれ垂直に反射するように設置された第二の反射部材１０６及び第三の反射部材１０７に向かって集光する。反射部材１０６および１０７によって反射した光束は、往路と逆の経路を通って光増幅媒体１０１に入射し、増幅されて、反対側の第一の反射部材１０５で反射されて再び増幅媒体１０１に入射し、光が増幅される。このように第一の反射部材１０５と、第二の反射部材１０６との間及び第一の反射部材１０５と、第三の反射部材１０７との間で、光の反射と増幅が繰り返され、出力光１０６として、第二の反射部材１０６を透過した光が得られる。
【００６７】
次に、本実施例における波長を挿引する原理を説明する。
【００６８】
図３は、光路長差調整部材の拡大図である。図３において、１１６は変調光路長δｘを与えるための電歪素子でありここでは、ピエゾ素子を用いた。１１７は、ピエゾ素子１１６、第二の反射部材１０６、第三の反射部材１０７及び光束分離素子を機械的に一体化する光路変調用ベースである。本実施例の光源装置では、第一の反射部材１０５、光増幅媒体１０１及び第二の反射部材１０６を含んで構成される光共振器の光路長と、第一の反射部材１０５、光増幅媒体１０１及び第三の反射部材１０７を含んで構成される光共振器の光路長には、一定の光路長差Ｌ１を与えてある。これらの光束１０３は、反射型プリズムで構成した光束分離素子１０４により、それぞれ１０３ａ，１０３ｂに分かれて反射される。ここで、光束１０３は、主光線１０３ａａと主光線１０３ｂｂとからならなるものとする。このとき、主光線１０３ａａと反射した光束１０３ａ、及び主光線１０３ｂｂと反射した光束１０３ｂと、は互いに直角をなすように、光束分離素子１０４の反射面は角度設定されている。こうすることで光増幅媒体１０１と反射部材１０５に対し、紙面内における１０３の方向と、その垂直方向に機械的擾乱があっても反射部材１０５と反射部材１０６を含む光共振器の光路長と、反射部材１０５と反射部材１０７を含む光共振器の光路長との差に変化のない構成となっている。
【００６９】
具体的数値例を挙げると、発振中心波長λｏ＝０．８４μｍ、掃引波長（範囲）Δλ＝０．０８μｍとすると、上述した式（１０）、式（１１）より、光路長差Ｌ１＝４．４１μｍ、反射部材１０７の移動距離δｘ＝４２１ｎｍが得られる。
Ｌ１４．４１μｍの設定は、集光レンズ１０２の実効ＮＡを０．１程度に設計すると、焦点深度内で反射部材１０６と１０７を設定でき、光路変調用ベース１０７と光束分離素子１０４の相対位置の初期補正によってＬ１＝４．４１μｍを実現した。
【００７０】
次に反射部材１０７の移動距離δｘについて検討する。
【００７１】
δｘの最大値は４２１ｎｍであるが、ピエゾ素子の単素子は約１ボルトあたり１ｎｍの変位量であるので、不図示の電圧印加装置より単層のピエゾ素子に４２１ボルトを印加（４０層の多層ピエゾ素子の場合には一層あたり約１０ボルト印加）して変位量４２１ｎｍを実現した。
ここで、単層ピエゾの印加電圧を−２００，−１００，０，＋１００，＋２００ボルトと変化させると、
δｘ＝−２００ｎｍ，−１００ｎｍ，０．１００ｎｍ，２００ｎｍと変化する。
このとき式（１２）より、
δλ＝−３８ｎｍ，−１９ｎｍ，０．１９ｎｍ，３８ｎｍが得られる。
出力波長はλｏ＋δλなので、以下の通り波長の変化が得られる。
即ち、λ＝８０２ｎｍ，８２１ｎｍ，８５９ｎｍ，８７８ｎｍである。このようにピエゾ素子の駆動電圧を制御することで波長挿引が可能となる。
ピエゾ素子に印加する電圧を１００ＫＨｚ以上で駆動することにより波長挿引速度が１００ＫＨｚ以上となる光源が実現できた。
【００７２】
次に、この光源をＯＣＴ装置に適用して得られる断層像の分解能と検出可能な深さを示す。
【００７３】
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は上述の式（１３）に示した通りである。
検出可能な被検物体の厚み方向（光軸方向）の最大幅Ｌは，サンプリング波長間隔δΛを０．０８ｎｍ。中心挿引波長λｏを０．８４μｍとすると式（１３）より、
Ｌ＝４．４１ｍｍとなる。
また、検出可能な被検体の厚み方向（光軸方向）の分解能ΔＬは式（１４）よりΔλ＝０．０８μｍとして、
ΔＬ＝４．４μｍとなる。
【００７４】
以上、述べたように、本実施例の波長挿引光源をＯＣＴ装置の光源に適用することにより、被検最大深さ４．４１ｍｍ、分解能４．４μｍが実現できた。
【００７５】
（実施例２）
図４を用いて実施例２の光源装置について述べる。
図４に示した光源装置は、図１の装置に類似するものであるが図１における第三の反射部材１０７に代えて反射部材１０６ｂを配置したことと、第二の反射部材１０６ａを用いたことが図１の装置との違いである。
ここで、第二の反射部材１０６ａは実施例１と同様に共振器の反射機能の他に光源の出力（透過）機能をも兼ねている。本実施例２においては、第三の反射部材１０６ｂが、実施例１における反射部材１０６と異なり、反射率を低く抑えた反射部材としたところに特長がある。
【００７６】
本実施例は、第三の反射部材１０６ｂの反射率を図１における反射部材１０７よりも下げ、第二の反射部材１０６ａと第三の反射部材１０６ｂとの間での発振を抑える構成としたものである。
挿引速度に関しては、実施例１と同様にピエゾ素子により１００ＫＨｚ以上の波長挿引が実現できる。
このようにして、掃引波長が安定な波長挿引光源が実現できる。
【００７７】
これをＯＣＴ装置の光源に用いることにより、分解能、検出可能深さを落とさずに鮮明な断層画像を得ることができる。
【００７８】
（実施例３）
図５に示した光源装置の例について述べる。
本例の装置は、実施例１及び実施例２に示した装置に比べて光軸方向に対する垂直方向のサイズを省サイズ化した例である。
実施例１では光束分離プリズム１０４で二つの方向に光束を反射分離したが、本実施例では、図５に示すように、光束１０３を構成する光束１０３ｂを光束分離プリズム１０４ｂにより偏向させ、同じく光束１０３を構成する１０３ａは空間を通過させる構成を採用している。この構成により、実施例１及び２で説明した装置に比べて、
１０３の光束の光軸方向に垂直な平面方向に対し，小さくなり省サイズ化が実現できた。また、１０４ｂは光束１０３の片側しか反射せず光束分離素子１０４ｂの反射面の面精度の影響が半分で済むので、挿引波長が精度よく制御できるとともに光源のサイズを小型化できるという効果がある。
【００７９】
（実施例４）
図６は実施例４の光源装置を示す模式図である。本例の装置は、実施例１の装置に比べて小型化と更なる高速挿引を可能とする構成である。
図６の装置においては、光増幅媒体１０１からの光束はレンズ１０２により平行光束となる。この平行光束を１０３ａと１０３ｂに２分しそれぞれ反射部材１０６、１０７によりこれまで同様に反射させる。これにより、光束分離素子はないため更なる装置の小型化が実現可能となる。
そして、一方の光共振器を構成する反射部材１０５と他方の光共振器を構成する反射部材１０６及び１０７との距離が短縮できる。
【００８０】
具体例として、この距離を５０ｍｍとするとこの共振器を光が往復する時間は０．３ｎＳｅｃとなる。
ある波長の光を生成する時間が１ｎＳｅｃとすると、この光共振器では光が３往復できることが理解される。生成する波長を１０００点とすると１ＭＨｚ以上の波長挿引が実現できる。このように共振器長を短くするとともに、光束光路可変変調の駆動周波数を１ＭＨｚ以上にすることにより、１ＭＨｚの高速波長掃引が可能な波長挿引光源が小型の装置で実現できる。
【００８１】
（実施例５）
図７に示した光源装置の例について述べる。これは、実施例４の装置を更に小型化する例である。
本実施例では、光増幅媒体１０１としてこれまでの端面発光タイプの半導体光増幅器ではなく、面発光タイプ（面型発光素子タイプ）の光増幅器を採用する。
こうすると、図６の装置で採用した集光レンズ１０２は不要となり、光増幅媒体から出射した光束１０３ａと１０３ｂをそれぞれ反射部材１０６、１０７で反射させることができる。この構成を採用すると数ミリから数センチサイズの小型で高速に波長挿引可能な光源が実現できる。
【００８２】
（実施例６）
本実施例は、図３の装置で説明した光路長差調整部材を機械的微小変位機構で構成した例である。
図８に本例の特徴部を示す。図８の１１９が、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ：微小電気機械素子）素子で構成した機械的微小変位機構である。
ＭＥＭＳ素子１１９は、曲げ部分（ヒンジ）と電極部１２０を備え、電極部１２０に電位差を与えることにより、反射部材１０７を４００ｎｍ程度変位させることができる。
更に本例の装置では空気揺らぎ起因による不安定性の改善を図っている。光束１０３が光束分離素子１０４により分割されてから、再び光束分離素子に戻るまでの光路を安定にするために、硝材１１５で光路の大半を覆い、空気揺らぎを低減させた。この構成により、安定した波長挿引の光源装置が実現できる。
【００８３】
（実施例７）
本実施例は、図３や図８の装置で説明した光路長差調整部材をＥＯ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃ，  電気光学）素子を用いて構成した例である。図９に本例の特徴部を示す。図９の１１８は電気光学効果を生じさせるニオブ酸リチウムの薄膜であり、１１４は透明電極を示している。ニオブ酸リチウムは電気光学効果を生み出す非線形定数γが高く、約３０ｐｍ／Ｖである。電圧と屈折率の関係は、電圧をかける結晶の厚みをｄ，屈折率をｎｅとすると、以下の式（１５）が成り立つ。
【００８４】
【数１５】
0005730076.tif 000016
【００８５】
実施例１で得られた反射部材１０７の移動距離δｘ＝４２１ｎｍを考慮し、この４２１ｎｍよりも大きな値として、Δｎｄ＝４８０ｎｍを満足する電圧を式（１５）より算出すると３０００Ｖとなる。
このことから、ニオブ酸リチウムの層を３０層にすると一層あたり約１００Ｖで駆動すれば、実施例１と同様に０．８４μｍを中心波長として約８０ｎｍの幅で波長挿引できる。
【００８６】
（実施例８）
図１０に、図９に示した例の変形例を示す。図１０においては、図９の薄膜のニオブ酸リチウムに対してバルクのニオブ酸リチウム１１８を採用すると共に、図９の透明電極１１４に対して光束を反射する機能を兼ねた電極１１４を採用している。
図１０に示すように電極１１４のなす角θが以下の式（１６）を満足するとき入射光束と出射光束は平行になる。
【００８７】
【数１６】
0005730076.tif 000017
【００８８】
このとき電極方向に、光束は
【００８９】
【数１７】
0005730076.tif 000018
回通過する。
【００９０】
例えば、図１０のようにθ＝４５°とするとｎ＝４となり電極方向に３回光束が通過する。このような構成により、ニオブ酸リチウム１１８中の光路が長くなるため、より定電圧駆動で所望の波長挿引が実現できる。
【００９１】
（実施例９）
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。
ＯＣＴ装置は、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。
【００９２】
図１１は、本発明のＯＣＴ装置の一例を示す模式図である。
図１１において１１８２は本発明の波長挿引光源装置を用いた光源部、１１８６は検体である眼を構成する眼底の網膜を示す。１１９０は眼底を走査するためのミラーであり、検体１１８６からの反射光を伝達させる光ファイバー１１８５と共に検体測定部を構成する。
１１８８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１１８７と共に参照部を構成する。
１１８４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。
１１９６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。１１９７はその断層像を可視化するディスプレーである。
光源部１１８２より出射された光束は、ファイバー１１８３を通り、カップラー１１８４で２方向に分岐する。
【００９３】
分岐した一方の光束は、ファイバー１１８５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１１８５を再び通りファイバーカップラ１１８４に戻る。
分岐した他方の光束はファイバー１１８７を通り参照ミラー１１８８を照射する。この反射光はファイバー１１８７を再び通りファイバーカップラー１１８４に戻る。
カップラー１１８４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１１９４を通って光電変換素子１１９５に入る。
【００９４】
このとき光源部１１８２より出射される光の波長を掃引変化させると、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。
この信号をデジタル化しコンピュータ１１９６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１１９０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１１９７により可視化することにより光断層像が得られる。
本例のＯＣＴ装置は、光源部１１８２に本発明の光源装置を用いたものであり、本発明による光源装置は、挿引速度１００ＫＨｚ以上が得られるため高速に光断層像が検出でき、また検出深さが深く、深さ方向の検出分解能が高いＯＣＴ装置を提供できる。
【符号の説明】
【００９５】
１０１  光増幅媒体
１０３  光束
１０５  第一の反射部材
１０６  第二の反射部材
１０７  第三の反射部材
１０９  光路長差調整部材
【図１】
0005730076.tif 000019
【図２】
0005730076.tif 000020
【図３】
0005730076.tif 000021
【図４】
0005730076.tif 000022
【図５】
0005730076.tif 000023
【図６】
0005730076.tif 000024
【図７】
0005730076.tif 000025
【図８】
0005730076.tif 000026
【図９】
0005730076.tif 000027
【図１０】
0005730076.tif 000028
【図１１】
0005730076.tif 000029
【図１２】
0005730076.tif 000030
【図１３】
0005730076.tif 000031