(57)【要約】【課題】測定時間の短縮化及び測定精度の向上を図ると共に装置の小型化が可能な光学遅延装置を提供する。【解決手段】回転型の光学遅延装置１０は、入射された光を反射して出射する反射体１１０〜１４０と、反射体から出射された光を反射して、この反射体とは異なる他の反射体に入射させるミラー群２１０〜２３０と、を備える。反射体１１０〜１４０に入射される入力光の光路長を、反射体１１０〜１４０の回転によって変動させることにより、入力光に対して遅延された遅延光を出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射された光を反射して出射する複数の反射体と、前記反射体から出射された光を反射して該反射体とは異なる他の反射体に入射させるミラーと、を備え、前記反射体に入射される入力光の光路長を前記反射体の回転によって変動させることにより、前記入力光に対して遅延された遅延光を出力する回転型の光学遅延装置であって、
前記ミラーは、前記入力光が入射された前記反射体から出射された光を、全ての前記他の反射体に入射させることを特徴とする光学遅延装置。
【請求項２】
前記反射体は、回転台上に設けられており、前記反射体の回転は、該回転台の回転によって作動され、
前記ミラーは、前記回転台の外部に設けられており、前記反射体から出射された光を、前記反射体の回転方向にて隣接する前記他の反射体へ入射させる
ことを特徴とする請求項１に記載の光学遅延装置。
【請求項３】
前記反射体の個数は、２の整数倍であることを特徴とする請求項２に記載の光学遅延装置。
【請求項４】
前記反射体は、前記回転台の回転軸を中心とする所定半径の円の軌跡に沿って互いに等間隔に配置されていると共に、入射された光の入射方向に垂直な前記半径方向に沿って配設された複数の反射部をそれぞれ有し、
前記複数の反射部は、前記半径方向内側の反射部である第１反射部と前記半径方向外側の反射部である第２反射部とを少なくとも含み、
前記反射体が、所定入射角で入射された光を、前記第１反射部から前記第２反射部に対して正反射した後、前記第２反射部から前記ミラーに対して前記入射された光の光路と略平行な光路に正反射して出射した場合に、
前記ミラーは、該ミラーに対して出射された光を、前記隣接する他の反射体の第１反射部へ該所定入射角で入射させる
ことを特徴とする請求項３に記載の光学遅延装置。
【請求項５】
前記反射体は、前記回転台の回転軸を中心とする所定半径の円の軌跡に沿って互いに等間隔に配置されていると共に、入射された光の入射方向に垂直な前記半径方向に沿って配設された複数の反射部をそれぞれ有し、
前記複数の反射部は、前記半径方向内側の反射部である第１反射部と前記半径方向外側の反射部である第２反射部とを少なくとも含み、
前記反射体が、入射された光を、前記第１反射部から前記第２反射部に対して正反射した後、前記第２反射部から前記ミラーに対して前記入射された光の光路と略平行な光路に正反射して所定反射角で出射した場合に、
前記ミラーは、
該ミラーに対して出射された光の光路が、前記入射された光の光路に対して前記半径方向内側に移動する位置ズレが発生したときは、該ミラーに対して出射された光を、前記隣接する他の反射体の第２反射部へ該所定反射角で入射させ、
前記位置ズレが発生しないときは、該ミラーに対して出射された光を、前記隣接する他の反射体の第１反射部へ該所定反射角で入射させる
ことを特徴とする請求項３に記載の光学遅延装置。
【請求項６】
前記反射体から出射された遅延光を正反射し、該遅延光の光路を通って該反射体へ再帰させる再帰反射器を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光学遅延装置。
【請求項７】
前記ミラーは、前記反射体の回転により生じる前記入力光の光路長の変動とは独立して、前記入力光の光路長を変動可能な光路長可変ミラーを含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光学遅延装置。
【請求項８】
入射された光を反射して出射する複数の反射体と、前記反射体から出射された光を反射するミラーと、を備え、前記反射体に入射される入力光の光路長を前記反射体の回転によって変動させることにより、前記入力光に対して遅延された遅延光を出力する光学遅延方法であって、
前記入力光を、回転する前記反射体に入射する第１工程と、
前記第１工程によって入射された前記入力光を反射して、前記回転する反射体から出射する第２工程と、
前記第２工程によって出射された前記入力光を反射して、前記第１工程によって前記入力光が入射された前記反射体とは異なる他の回転する反射体へ入射する第３工程と、
前記第３工程によって入射された前記入力光を反射して、前記他の回転する反射体から出射する第４工程と、
前記第２工程乃至前記第４工程と同様の工程を繰り返して、前記複数の反射体の全てで反射された前記入力光を前記遅延光として出力する第５工程と、
を有することを特徴とする光学遅延方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テラヘルツ時間領域分光法、光干渉計、光コヒーレントトモグラフィ、超短パルス光測定等に係る光学遅延装置及び光学遅延方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
テラヘルツ時間領域分光法等では、ポンプ−プローブ法による時間分解測定法が用いられている。ポンプ−プローブ法では、レーザパルス光を２つの光路に分岐して、分岐された一方の光（プローブ光）の光路長を伸長（若しくは縮小、以下「変動」という）させて時間遅延を与え、測定物から透過又は反射された他方の光（ポンプ光）と合波させて光強度や位相を時間分解測定する方法である。
【０００３】
よって、この方法では、上記光路長差を、正確かつ迅速にそして安定的に発生させることが、測定精度の向上及び測定時間の短縮化を図るうえで重要な問題となっている。従来、上記光路長差は、反射ミラーが搭載された直動ステージ等の光学遅延装置によって発生させていた。しかしながら、従来の光学遅延装置では、直動ステージの移動量や移動速度の限界から、測定時間の短縮化という点で改善の余地があった。
【０００４】
このような問題に対処するため、測定時間の短縮化を図った回転型の光学遅延装置が提案されている。
例えば、特許文献１には、回転ミラーによる高速光遅延発生装置として、高速回転する正方形断面を持つ角柱状ブロック２１の回転ラジアル方向の４面に、板状ミラー２３−１〜２３−４を設置した直角全反射ミラー２０と、この直角全反射ミラー２０からの反射光を受けて、同一光路を反射回帰するための固定反射ミラー２５とを具備する旨が開示されている。そして、特許文献１には、角柱状ブロック２１、板状ミラー２３−１〜２３−４、及び固定反射ミラー２５の替わりに、回転円板３１、コーナーキューブプリズム３３、及び固定反射ミラー３４を設けてもよい旨が開示されている。
【０００５】
特許文献１では、ハーフミラー２からの参照光は、板状ミラー２３−１〜２３−４又はコーナーキューブプリズム３３のうちの一つ（以下、「反射体」という）に入射され、該反射体で反射して反射体外へ出射された後、固定反射ミラー２５、３４を介して、再び同じ反射体へ入射されてハーフミラー２へ出射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３１０８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１では、入射されたプローブ光（文献１では参照光）に与えられる光路長差は、一つの反射体の回転によって発生する光路長差に限定されるため、必要な遅延量を確保するには、反射体自体や反射体の回転半径を大型化しなければならず、光学遅延装置（文献１では高速光遅延発生装置）の大型化や高コスト化を招いてしまうという問題があった。
【０００８】
また、特許文献１では、反射体毎の寸法や配置及び反射率に個体差があると、入射されたプローブ光に与えられる光軸角度や出力光強度が、反射体毎の個体差の影響から出力毎にバラついてしまい、高い測定精度を安定して得られないという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされものであって、上述のような問題点を解消することを課題の一例とするものであり、これらの課題を解決可能な光学遅延装置を提供することを目的とする。すなわち、測定時間の短縮化及び測定精度の向上を図ると共に装置の小型化が可能な、光学遅延装置及び光学遅延方法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】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、入射された光を反射して出射する複数の反射体と、前記反射体から出射された光を反射して該反射体とは異なる他の反射体に入射させるミラーと、を備え、前記反射体に入射される入力光の光路長を前記反射体の回転によって変動させることにより、前記入力光に対して遅延された遅延光を出力する回転型の光学遅延装置であって、前記ミラーは、前記入力光が入射された前記反射体から出射された光を、全ての前記他の反射体に入射させることを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決するために、請求項８に記載の発明は、入射された光を反射して出射する複数の反射体と、前記反射体から出射された光を反射するミラーと、を備え、前記反射体に入射される入力光の光路長を前記反射体の回転によって変動させることにより、前記入力光に対して遅延された遅延光を出力する光学遅延方法であって、前記入力光を、回転する前記反射体に入射する第１工程と、前記第１工程によって入射された前記入力光を反射して、前記回転する反射体から出射する第２工程と、前記第２工程によって出射された前記入力光を反射して、前記第１工程によって前記入力光が入射された前記反射体とは異なる他の回転する反射体へ入射する第３工程と、前記第３工程によって入射された前記入力光を反射して、前記他の回転する反射体から出射する第４工程と、前記第２工程乃至前記第４工程と同様の工程を繰り返して、前記複数の反射体の全てで反射された前記入力光を前記遅延光として出力する第５工程と、を有することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る光学遅延装置を模式的に示す図である。
【図２】回転型光学遅延装置の光路長差を発生させる原理を説明するための図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る第１実施例の光学遅延装置を模式的に示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る光学遅延装置が稼働した際の入力光の光路と反射体の角度走査範囲を説明するための図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る第１実施例の光学遅延装置で出力された遅延光の光強度と光路長差との関係を模式的に示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る第２実施例の光学遅延装置を模式的に示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る第３実施例の光学遅延装置を模式的に示す図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る第３実施例の光学遅延装置において位置ズレが生じた入力光の入射位置と反射体での反射の関係を説明するための図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る第４実施例の光学遅延装置を模式的に示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態である光学遅延装置を搭載したテラヘルツ時間領域分光分析装置を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳細に説明する。
まず、本発明の一実施形態に係る光学遅延装置１０の構成及び光路長差の発生原理について、図１及び図２を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る光学遅延装置１０を模式的に示す図である。図２は、回転型光学遅延装置の光路長差を発生させる原理について説明するための図である。
【００１４】
光学遅延装置１０は、プローブ光など光学遅延装置１０へ入力された光（以下、「入力光」という）の光路長を変動させることによって入力光に対して時間遅延を与えて、この時間遅延が与えられた光（以下、「遅延光」という）を出力する装置である。光学遅延装置１０は、いわゆる回転型の光学遅延装置であって、入力光が入射される反射体１００を回転させ、回転に伴う反射体１００の角度変位により光路長の変動を発生させるものである。
【００１５】
光学遅延装置１０は、図１に示すように、回転台２０と、回転台２０上に設けられた反射体１００と、回転台２０の外部に設けられたミラー群２００と、を少なくとも備えている。回転台２０は、反射体１００を回転させる役割を担っている。反射体１００は、入射された光を反射して出射する役割を担っている。ミラー群２００は、反射体１００から出射された光を反射して他の反射体１００に入射させる役割を担っている。
【００１６】
回転台２０は、単一平面、単一回転軸で回転平面を形成し、当該回転平面上に反射体１００が設けられている。具体的には、反射体１００は、回転台２０の回転軸Ｚと同一回転軸とし、当該回転軸Ｚから所定距離Ｒ離れた位置に固定されている。すなわち、本実施形態では、反射体１００は、回転台２０の回転運動に対して何ら相対運動をせず、回転台２０の回転によって、回転軸Ｚを中心とする半径Ｒの円Ｃの軌跡に沿って回転運動をする。なお、回転台２０の形状は、図１では円形形状であるが、矩形状その他の形状であってもよく、特に限定されない。また、本実施形態では、回転台２０は、所定の駆動パルス電圧によって回転し、反射体１００を一定速度で回転させるものとする。
【００１７】
反射体１００は、複数の反射体１００から構成されており、各反射体１００が、それぞれ円Ｃ上に等間隔に設けられている。反射体１００の数Ｎは、特に限定されないが、本実施形態では、Ｎ＝４、すなわち、反射体１００は、４つの反射体１００から構成されているものとする。そして、反射体１００を担う４つの反射体１００を次のように定義する。すなわち、入力光が入射される反射体１００を第１反射体１１０とし、第１反射体１１０から回転方向（図１では時計回り）に沿って順に、第２反射体１２０、第３反射体１３０、第４反射体１４０とする。
【００１８】
第１反射体１１０〜第４反射体１４０の各反射体１００は、それぞれが再帰性を有する反射体であって、各反射体１００に入射された光を、当該入射された光の光路と略平行な光路に反射し、各反射体１００外へ出射する。本実施形態では、第１反射体１１０〜第４反射体１４０の各反射体１００は、それぞれが少なくとも２つの反射部から形成されており、２つの反射部は、各反射体１００に入射された光の入射方向に垂直な半径Ｒ上に沿って配設されている。
【００１９】
具体的には、第１反射体１１０であれば、第１反射体１１０に入射される入力光の入射方向（図１ではＸ方向）に垂直な円Ｃの半径方向（図１ではＹ方向）に沿って、径方向内側に配設された内側反射部１１１と、径方向外側に配設された外側反射部１１２とから少なくとも形成されている。内側反射部１１１と外側反射部１１２とは、入射された光をそれぞれ正反射する機能を有し、かつ好適には、全反射する機能を有していれば特に限定されず、公知の光学部材から構成することができる。
【００２０】
例えば、内側反射部１１１と外側反射部１１２とを、それぞれ直角プリズムで構成する。そして、図１に示すように、内側反射部１１１を、当該内側反射部１１１の反射面が入力光に対して４５°の入射角を形成して円Ｃの径方向外側へ反射するように配設する。そして、外側反射部１１２を、当該外側反射部１１２の反射面が、内側反射部１１１の反射面と９０°の角度を形成するように配設する。このとき、内側反射部１１１と外側反射部１１２とは、上記のように、それぞれ半径Ｒ上に沿って配設される。
【００２１】
上記のように配設された内側反射部１１１と外側反射部１１２とから少なくとも形成される第１反射体１１０は、再帰性を有することができる。具体的には、入力光が、図１の一点鎖線で示すように、内側反射部１１１に入射されるとすると、内側反射部１１１は、入力光を正反射して４５°の反射角で外側反射部１１２へ出射する。外側反射部１１２は、内側反射部１１１から４５°の入射角で入射された入力光を正反射して４５°の反射角で、第１反射体１１０外へ出射する。
【００２２】
結果として、第１反射体１１０へ入射された入力光は、内側反射部１１１によって、その進行方向を径方向外側へ９０°向きを変えて外側反射部１１２へ入射され、外側反射部１１２によって、その進行方向を更に径方向外側へ９０°向きを変えて第１反射体１１０外へ出射される。すなわち、第１反射体１１０へ入射された入力光は、当該入力光の光路と略平行な光路を通って、第１反射体１１０外へ出射されることとなる。なお、内側反射部１１１と外側反射部１１２とは、直角プリズム以外にも、コーナーキューブプリズムやリトロリフレクタ等から構成することができる。
【００２３】
第２反射体１２０〜第４反射体１４０も、第１反射体１１０と同様の内側反射部と外側反射部とから形成されている。すなわち、第２反射体１２０は内側反射部１２１と外側反射部１２２、第３反射体１３０は内側反射部１３１と外側反射部１３２、第４反射体１４０は内側反射部１４１と外側反射部１４２、とからそれぞれ形成されている。そして、第２反射体１２０〜第４反射体１４０も、第１反射体１１０と同様に、再帰性を有する反射体となっている。
【００２４】
一方、ミラー群２００は、複数のミラー群２００から構成されており、各ミラー群２００は、反射体１００の回転運動とは同期して運動しないように設けられている。本実施形態では、各ミラー群２００は、それぞれ回転台２０の外部に固定されている。ミラー群２００は、反射体１００から出射された光を反射して他の反射体１００に入射させる役割を担っている。このため、ミラー群２００の数は、反射体１００の数Ｎと相関があり、少なくともＮ−１個のミラー群を要する。
【００２５】
本実施形態では、反射体１００は、４つの反射体１００から構成されているため、ミラー群２００は、３つのミラー群２００から構成されている。そして、ミラー群２００を担う３つのミラー群２００を次のように定義する。すなわち、第１反射体１１０から出射された光を反射して、第２反射体１２０へ入射させるミラー群２００を、第１ミラー群２１０とする。同様に、第２反射体１２０から出射された光を反射して、第３反射体１３０へ入射させるミラー群２００を、第２ミラー群２２０とする。第３射体１３０から出射された光を反射して、第４反射体１４０へ入射させるミラー群２００を、第３ミラー群２３０とする。
【００２６】
第１ミラー群２１０〜第３ミラー群２３０の各ミラー群２００は、各反射体１００から出射された光を、各ミラー群２００内で正反射を繰り返して当該光の進行方向を変える。そして、各ミラー群２００は、各反射体１００から出射された光を、当該光を出射した反射体１００に回転方向で隣接する他の反射体１００へ入射させる。
【００２７】
本実施形態では、各ミラー群２００は、各反射体１００から出射された光の進行方向を変えるものの、隣接する他の反射体１００へ入射させるときには、入射角がそれぞれの反射体１００毎で等しくなるように配置されている。
【００２８】
本実施形態は、第１ミラー群２１０〜第３ミラー群２３０の各ミラー群２００は、それぞれ３つのミラー部から形成されている。具体的には、第１ミラー群２１０であれば、第１ミラー部２１１と、第２ミラー部２１２と、第３ミラー部２１３とから形成されている。第１ミラー群２１０の第１ミラー部２１１〜第３ミラー部２１３は、入射された光をそれぞれ正反射する機能有し、かつ好適には、全反射する機能有していれば、公知の光学部材から構成することができる。
【００２９】
例えば、第１ミラー部２１１〜第３ミラー部２１３を、入射角４５°用誘電体多層膜の平面ミラーで構成する。そして、図１に示すように、第１ミラー部２１１を、当該第１ミラー部２１１の反射面が第１反射体１１０の外側反射部１１２から出射された光に対して４５°の入射角を形成して径方向外側へ反射するように配設する。そして、第２ミラー部２１２を、当該第２ミラー部２１２の反射面が、第１ミラー部２１１の反射面と９０°の角度を形成するように配設する。そして、第３ミラー部２１３を、当該第３ミラー部２１３の反射面が、第２ミラー部２１２の反射面と９０°の角度を形成するように配設する。このとき、第３ミラー部２１３から出射される光が、第２反射体１２０の内側反射部１２１へ入射される際の入射角（図１では４５°）が、第１反射体１１０の内側反射部１１１へ入射される光の入射角（図１では４５°）と等しくなるように、第１ミラー群２１０の第１ミラー部２１１〜第３ミラー部２１３の配置が調整されている。
【００３０】
上記のように配設された第１ミラー群２１０では、図１の一点鎖線で示すように、第１反射体１１０の外側反射部１１２から出射された入力光が、第１ミラー部２１１へ入射されると、第１ミラー部２１１は、入力光を正反射して４５°の反射角で第２ミラー部２１２へ出射する。第２ミラー部２１２は、第１ミラー部２１１から４５°の入射角で入射された入力光を正反射して４５°の反射角で第３ミラー部２１３へ出射する。第３ミラー部２１３は、第２ミラー部２１２から４５°の入射角で入射された入力光を正反射して４５°の反射角で第２反射体１２０の内側反射部１２１へ入射させる。
【００３１】
結果として、第１反射体１１０から出射された入力光は、第１ミラー部２１１によって、その進行方向を径方向外側へ９０°向きを変えて第２ミラー部２１２へ入射され、第２ミラー部２１２によって、その進行方向を更に反射体の回転ベクトルの正方向へ９０°向きを変えて第３ミラー部２１３へ入射され、第３ミラー部２１３によって、その進行方向を更に径方向内側へ９０°向きを変えて第２反射体１２０の内側反射部１２１へ入射されることとなる。すなわち、入射角４５°で第１反射体１１０へ入射され出射された入力光は、第１反射体１１０の回転方向にて隣接する第２反射体１２０へ、第１反射体１１０への入射角と同じ入射角４５°で入射されることとなる。
【００３２】
第２ミラー群２２０、第３ミラー群２３０も、第１ミラー群２１０と同様の第１ミラー部〜第３ミラー部から形成されている。すなわち、第２ミラー群２２０は第１ミラー部２２１〜第３ミラー部２２３、第３ミラー群２３０は第１ミラー部２３１〜第３ミラー部２３３からそれぞれ形成されている。そして、第２ミラー群２２０、第３ミラー群２３０も、第１ミラー群２１０と同様に、入射角がそれぞれの反射体１００同士の間で異なることが無いように配置されている。
【００３３】
上記反射体１００に対してミラー群２００を上記構成とすることにより、反射体１００にて発生可能な光路長差が略一定となり、得られる遅延量も略一定となる。
【００３４】
また、各ミラー群２００をこのように配置すると、入力光を一つの反射体１００ではなく複数の反射体１００に反射された遅延光として出射させることができる。このため、一つの入力光に対して発生する遅延量は、複数の反射体の回転によって発生する光路長差が累積されることで比較的大きくなる。これにより、光学遅延装置１０は、所望の遅延量を得るために要する測定時間の短縮化を図り、所望の遅延量を得ることが可能な程度に装置の小型化を図ることができる。
【００３５】
また、各ミラー群２００をこのように配置すると、入力光を一つの反射体１００ではなく全ての反射体１００に反射された遅延光として出射させることができる。このため、反射体１００毎の寸法や配置に固体差があっても、反射体１００毎の個体差を吸収することができる。そのため、遅延光の出力毎で光路長差や光軸角度にバラツキを生じさせることがなく、安定した測定精度を得ることができる。
【００３６】
続いて、回転型光学遅延装置が回転によって光路長差を発生させる原理について説明する。図２では、説明の簡略化のため、一つの反射体と一つのミラーのみを記載している。また、図２では、回転台２０による反射体の回転角が、０°〜＋θ°の範囲の場合を示している。
【００３７】
図２に示すように、入力光の入射方向に垂直な半径Ｒ上に沿って位置する反射体を、反射体Ａとし、反射体Ａに対して角度θ°だけ回転したとき（すなわち回転角がθ°のとき）の反射体を、反射体Ｂとする。また、ミラーは、回転台の外部に固定された固定ミラーとし、反射体Ａ又は反射体Ｂから出射された光を、再び反射体Ａ又は反射体Ｂへ再帰させる。そして、反射体Ａへ入射される入力光の光路を光路ａ、反射体Ｂへ入射される入力光の光路を光路ｂとする。なお、回転角θは、例えば、−４５°〜４５°の範囲に設定することができる。
【００３８】
入力光が反射体Ａ及び反射体Ｂへそれぞれ入射され、反射体Ａ及び反射体Ｂの各内側反射部及び各外側反射部でそれぞれ正反射されて固定ミラーへ出射されたとき、光路ａと光路ｂとの光路長に差が生じる。このときの光路ａと光路ｂの光路長差は、２Ｒsinθとなる。また、このとき、光路ｂに係る光の光軸は、光路ａに係る光の光軸に対して径方向内側へ移動する（以下、「位置ズレ」という）。
【００３９】
その後、反射体Ａ及び反射体Ｂから出射された光が、固定ミラーによって再び反射体Ａ又は反射体Ｂへ再帰されたとき、上記と同様に光路ａと光路ｂとの光路長に差が生じる。このときの光路ａと光路ｂの光路長差は、２Ｒsinθとなる。
【００４０】
また、このとき、入力光は、回転により位置ズレした光路ｂで反射体Ｂから固定ミラーへ出射された後、固定ミラーでの再帰反射では位置ズレを維持し、その後、位置ズレした光路ｂのままで固定ミラーから当該反射体Ｂへ再び入射されている。そのため、位置ズレした光路ｂを通って固定ミラーから反射体Ｂへ入射された入力光は、外側反射部及び内側反射部での正反射によって、位置ズレが解消されることとなる。
【００４１】
このとき、入力光は、回転角θ°で回転された反射体の内側反射部に入射角（９０°−θ°）で入射され、正反射されて外側反射部へ出射される。そして、外側反射部にて正反射されて固定ミラーに反射角θ°で出射される。その後、光路長差及び位置ズレを維持したまま、再び同じ回転角θ°で回転された反射体の外側反射部に、当該反射角と同じ角度の入射角θ°で入射され、正反射されて内側反射部へ出射される。そして、内側反射部にて正反射されて入力光の入射位置に反射角（９０°−θ°）で出射される。反射体へ入射された入力光の入射角と、戻ってきた入力光の反射角とが、両者とも（９０°−θ°）で等しいため、位置ズレが解消されることとなる。
【００４２】
すなわち、内側反射部及び外側反射部はそれぞれ正反射し、互いに９０°の角度をなすように形成されている。このため、内側反射部へ入射される光の入射角（９０°−θ°）及び外側反射部から出射される光の反射角θ°の合計と、外側反射部へ入射される光の入射角θ°及び内側反射部から出射される光の反射角（９０°−θ°）の合計とが、両者とも９０°であり等しくなるようにすれば、位置ズレの解消が可能となる。よって、上記のような構成の反射体を２の整数倍設け、各反射体を１度ずつ通過させたときには、回転による光軸の位置ズレが解消される。
【００４３】
また、上記の場合には、反射体を２度通過することによって、２Ｒsinθ×２個＝４Ｒsinθの光路長差を発生させることができる。数値例を挙げると、Ｒ＝３０ｍｍの位置に反射体を配置し、θ＝１５°回転させた場合には、光路長差を３１ｍｍ与えることができる。これは、空気中を進行する光に対して１０４ピコ秒（１ｐｓ＝１０−１２ｓ）の遅延を与えることに相当する。
【００４４】
[第１実施例]
次に、本発明の一実施形態に係る第１実施例の光学遅延装置１１について、図３乃至図５を用いて説明する。
図３は、本発明の一実施形態に係る第１実施例の光学遅延装置１１を模式的に示す図である。図４は、本発明の一実施形態に係る光学遅延装置が稼働した際の入力光の光路と反射体の角度走査範囲を説明するための図である。図５は、本発明の一実施形態に係る第１実施例の光学遅延装置１１から出力された遅延光の光強度と光路長差との関係を模式的に示す図である。
【００４５】
なお、図３では、説明の簡略化のため、回転台２０による反射体１００の回転角が、０°〜＋θ°の範囲の場合を示している。また、図３の一点鎖線は、回転角が０°のときの入力光の光路を示し、図３の二点鎖線は、回転角がθ°のときの入力光の光路を示している。
【００４６】
第１実施例では、図１で示した光学遅延装置１０を、光ファイバ結合部材４００に結合した例を示す。光学遅延装置１０の光ファイバへの結合は、光ファイバを介して光学遅延装置１０と接続される他の計側装置との取り回しの自由度が向上するといった利点がある。その他の構成は、図１で示した回転台２０、反射体１００、ミラー群２００を含め、光学遅延装置１０の構成と同様である。
【００４７】
光ファイバ結合部材４００は、図３に示すように、入力光を光学遅延装置１１に入射する入力ファイバ４１１と、光学遅延装置１１から出射された遅延光を取り込む出力ファイバ４１２と、から構成されている。また、光ファイバ結合部材４００には、入力ファイバ４１１から光学遅延装置１１へ入射される入力光を平行化するためのコリメータである入力コリメータ４２１と、光学遅延装置１１から出力ファイバ４１２へ出射される遅延光を集光化するための出力コリメータ４２２とが含まれている。
【００４８】
なお、遅延光を出力ファイバ４１２へ結合させるとき、遅延光の光軸が、光ファイバのコア部で全反射できない程にずれてしまうと、得られる遅延光の光強度が低下してしまう。このため、遅延光の光軸を一定に保って出力ファイバ４１２へ結合させることが重要となる。
【００４９】
入力ファイバ４１１から出射された入力光は、図３に示すように、入力コリメータ４２１を介して、光学遅延装置１１の第１反射体１１０へ入射される。第１反射体１１０へ入射された入力光は、具体的には、図１での説明と同様に、第１反射体１１０の内側反射部１１１へ入射される。ここで、回転台２０によって回転角θ°だけ反射体１００が回転している場合、入力光は、内側反射部１１１によって、径方向外側へ正反射して、外側反射部１１２へ入射され、外側反射部１１２によって、更に径方向外側へ正反射して、第１ミラー群２１０へ出射される。
【００５０】
この間、第１反射体１１０から第１ミラー群２１０へ出射された入力光の光路長は、図２での説明と同様に、２Ｒsinθだけ増加する。また、この間、第１反射体１１０から第１ミラー群２１０へ出射された入力光の光軸は、径方向内側へ位置ズレする。
【００５１】
そして、第１ミラー群２１０へ入射された入力光は、具体的には、図１での説明と同様に、第１ミラー群２１０の第１ミラー部２１１へ入射される。ここで、回転台２０によって回転角θ°だけ反射体１００が回転している場合でも、ミラー群２００は、回転台２０の外部に固定されている。このため、第１ミラー群２１０内では、入力光の光路長差及び光軸の位置ズレは維持されたまま、第２反射体１２０へ出射される。
【００５２】
すなわち、第１ミラー群２１０へ入射された入力光は、第１ミラー部２１１によって、径方向外側へ９０°向きを変えて第２ミラー部２１２へ入射され、第２ミラー部２１２によって、更に反射体の回転ベクトルの正方向へ９０°向きを変えて第３ミラー部２１３へ入射され、第３ミラー部２１３によって、更に径方向内側へ９０°向きを変えて第２反射体１２０へ出射される。
【００５３】
そして、第１ミラー群２１０から第２反射体１２０へ入射された入力光は、第２反射体１２０の内側反射部１２１へ入射される。ここで、回転台２０によって回転角θ°だけ反射体１００が回転している場合、入力光は、内側反射部１２１によって、径方向外側へ正反射して、外側反射部１２２へ入射され、外側反射部１２２によって、更に径方向外側へ正反射して、第２ミラー群２２０へ出射される。
【００５４】
この間、第２反射体１２０から第２ミラー群２２０へ出射された入力光の光路長は、第１反射体１１０の場合と同様に、２Ｒsinθだけ増加する。また、この間、第２反射体１２０から第２ミラー群２２０へ出射された入力光の光軸は、位置ズレを解消する。この位置ズレの解消は、図２で説明した原理と同様である。
【００５５】
すなわち、回転角θ°だけ回転した第１反射体１１０において、内側反射部１１１への入射角（９０°−θ°）及び外側反射部１１２での反射角θ°となって出射された入力光が、第１ミラー群２１０では光路長差及び位置ズレを維持されたまま、第１反射体１１０と同一回転角θ°だけ回転した第２反射体１２０の内側反射部１２１へ、入射角（９０°−θ°）で入射したときは、第２反射体の内側反射部１２１及び外側反射部１２２の正反射によって、外側反射部１２２から反射角θ°で出射されるため、位置ズレを解消することができる。
【００５６】
そして、第２ミラー群２２０へ入射された入力光は、第１ミラー群２１０での場合と同様に、第２ミラー群２２０内では、入力光の光路長差は維持され、光軸の位置ズレは解消されたまま、第３射体１３０へ出射される。
【００５７】
すなわち、第２ミラー群２２０へ入射された入力光は、第１ミラー部２２１によって、径方向外側へ９０°向きを変えて第２ミラー部２２２へ入射され、第２ミラー部２２２によって、更に反射体の回転ベクトルの正方向へ９０°向きを変えて第３ミラー部２２３へ入射され、第３ミラー部２２３によって、更に径方向内側へ９０°向きを変えて第３反射体１３０へ出射される。
【００５８】
そして、第２ミラー群２２０から第３反射体１３０へ入射された入力光は、第３反射体１３０の内側反射部１３１へ入射される。ここで、回転台２０によって回転角θ°だけ反射体１００が回転している場合、入力光は、内側反射部１３１によって、径方向外側へ正反射して、外側反射部１３２へ入射され、外側反射部１３２によって、更に径方向外側へ正反射して、第３ミラー群２３０へ出射される。
【００５９】
この間、第３反射体１３０から第３ミラー群２３０へ出射された入力光の光路長は、第１反射体１１０での場合と同様に、２Ｒsinθだけ増加する。また、この間、第３反射体１３０から第３ミラー群２３０へ出射された入力光の光軸は、第１反射体１１０での場合と同様に、径方向内側へ位置ズレする。
【００６０】
そして、第３ミラー群２３０へ入射された入力光は、第１ミラー群２１０での場合と同様に、第３ミラー群２３０内では、入力光の光路長差及び光軸の位置ズレは維持されたまま、第４射体１４０へ出射される。
【００６１】
すなわち、第３ミラー群２３０へ入射された入力光は、第１ミラー部２３１によって、径方向外側へ９０°向きを変えて第２ミラー部２３２へ入射され、第２ミラー部２３２によって、更に反射体の回転ベクトルの正方向へ９０°向きを変えて第３ミラー部２３３へ入射され、第３ミラー部２３３によって、更に径方向内側へ９０°向きを変えて第４反射体１４０へ出射される。
【００６２】
そして、第３ミラー群２３０から第４反射体１４０へ入射された入力光は、第４反射体１４０の内側反射部１４１へ入射される。ここで、回転台２０によって回転角θ°だけ反射体１００が回転している場合、入力光は、内側反射部１４１によって、径方向外側へ正反射して、外側反射部１４２へ入射され、外側反射部１４２によって、更に径方向外側へ正反射して、遅延光として光学遅延装置１１外の出力コリメータ４２２を介して、出力ファイバ４１２へ出射される。
【００６３】
この間、第４反射体１４０から出力ファイバ４１２へ出射された入力光の光路長は、第１反射体１１０での場合と同様に、２Ｒsinθだけ増加する。また、この間、第４反射体１４０から出力ファイバ４１２へ出射された入力光の光軸は、位置ズレを解消する。この位置ズレの解消は、第２反射体１２０での場合と同様である。
【００６４】
上記のように、第１反射体１１０〜第４反射体１４０の各反射体１００では、回転角θ°だけ各反射体１００を回転させたことによって、各反射体１００にて光路長を２Ｒsinθずつ増加させることができる。そして、第１反射体１１０〜第４反射体１４０の全ての反射体１００を通過させたときは、反射体１００の数がＮ＝４であるため、光路長の増加分は、２Ｒsinθ×４個＝８Ｒsinθとなる。また、回転よる光軸の位置ズレは、上記のように、反射体の数ＮがＮ＝４が２の整数倍であることで解消される。回転による光軸の位置ズレが解消されたことで、回転させた場合とそうでない場合での遅延光の光軸は同軸となる。
【００６５】
ここで、図３では、説明の簡略化のため、回転角が０°〜＋θ°だけ回転した場合を示した。実際に光学遅延装置１１が稼働中の場合は、図４に示すように、反射体１００は、回転角が−θ°〜＋θ°の範囲で入力光を有効にミラー群２００へ反射することができ、入力光に対して光路長差を発生させることができる。なお、本実施形態では、この回転角−θ°〜＋θ°の範囲を「角度走査範囲」という。
【００６６】
反射体１００の回転角が０°〜＋θ°の場合、発生する光路長差は、上記のように２Ｒsinθ×４個＝８Ｒsinθであった。このため、反射体１００の回転角が−θ°〜＋θ°の場合、発生する光路長差は、４Ｒsinθ×４個＝１６Ｒsinθとなる。すなわち、回転角が−θ°〜＋θ°の場合、反射体の数がＮであれば、４ＮＲsinθとなる。
【００６７】
第１実施例に係る光学遅延装置１１へ入力された入力光は、上記構成により、図５に示すような遅延光となって出力される。図５（ａ）は、回転パルスと回転角θの関係を示す図である。図５（ｂ）は、遅延光と回転角θの関係を示す図である。図５（ｃ）は、光路長差と回転角θの関係を示す図である。
【００６８】
本実施形態では、図５（ａ）に示すように、１つの回転パルスによって回転台２０が１回転するものとする。反射体１００は、図４で説明したように、回転角が−θ°〜＋θ°の範囲で有効に作動し、入力光は、図３で説明したように、第１反射体１１０→第２反射体１２０→第３反射体１３０→第４反射体１４０の順に通過していった後、遅延光として出力ファイバ４１２へ出力される。
【００６９】
このとき、光路長差は、図４で説明したように、通過した反射体１００の数が増える毎に、それぞれの反射体１００で４Ｒsinθずつ増加し、４個の反射体１００を通過した後は、４Ｒsinθ×４個＝１６Ｒsinθとなる。
【００７０】
また、遅延光の光軸は、図３で説明したように、回転による位置ズレが解消されて出力ファイバ４１２へ出力される。すなわち、遅延光の光軸は、回転角θの増加に伴う位置ズレの影響を受けることなく、遅延光は一定の光軸で出力ファイバ４１２へ出力されることとなる。よって、遅延光の光強度は、反射体１００及びミラー群２００で全反射が可能であれば、入力光の光強度とほぼ同等の光強度として出力することができる。
【００７１】
更に回転が進むと、入力光は、第４反射体１４０→第１反射体１１０→第２反射体１２０→第３反射体１３０の順に通過していった後、遅延光として出力ファイバ４１２へ出力される。このときも、前回（第１反射体１１０→第２反射体１２０→第３反射体１３０→第４反射体１４０の順に入力光が通過した場合）と同様に、光路長差は１６Ｒsinθとなる。また、遅延光の光軸も、前回と同様に、回転による位置ズレが解消されて出力ファイバ４１２へ出力される。遅延光の光強度も、反射体１００及びミラー群２００で全反射が可能であれば、入力光の光強度とほぼ同等の光強度として出力することができる。
【００７２】
以後、同様にして、回転台２０が１回転する間に、入力光は、第３反射体１３０→第４反射体１４０→第１反射体１１０→第２反射体１２０の順に通過して遅延光が出力され、第２反射体１２０→第３反射体１３０→第４反射体１４０→第１反射体１１０の順に通過して遅延光が出力される。
【００７３】
本実施形態では、入力光を、反射体１００を担う第１反射体１１０〜第４反射体１４０
の全てで反射させて出力ファイバ４１２へ出力している。このため、反射体１００が回転しても、入力光の光路中に配置された複数の反射体１００の組合せ（すなわち、第１反射体１１０〜第４反射体１４０））を常に同じにすることができる。よって、複数の反射体１００毎で反射角や反射率の性能にバラツキがあっても、遅延光の光強度に影響を及ぼすことがない。これにより、遅延光の光強度に対し出力毎でバラツキを生じさせず、安定した測定精度を得ることができる。
【００７４】
また、本実施形態では、反射体の数Ｎを、Ｎ＝４と２の整数倍としているため、回転による光軸の位置ズレが解消された状態で遅延光が出力される。このため、遅延光の光軸が反射体の回転角に影響されることなく、遅延光を一定の光軸で出力ファイバ４１２へ出力させることができる。よって、遅延光の光軸を一定に保って光ファイバ結合を行うことができるため、安定した遅延光の光強度を得ることができる。これにより、遅延光の光強度に対し、回転角の増減や角度走査範囲の変更でバラツキを生じさせず、安定した測定精度を得ることができる。
【００７５】
また、本実施形態では、入力光は、１つの反射体１００ではなく複数の反射体１００で反射させて出力ファイバ４１２へ出力している。このため、遅延光の光路長差は、それぞれの反射体１００毎で発生する光路長差が反射体１００の数だけ累積されることで大きくなる。これにより、光学遅延装置１１では、所望の遅延量を得ることが可能な程度に、反射体１００の回転半径Ｒや反射体１００自体の大きさを小さくしたり、角度走査範囲（−θ°〜＋θ°）を小さくしたりして、装置を小型化することができる。そして、反射体１００の回転半径Ｒを小さくできれば、回転台２０の回転動力が同じときは、加減速時間を短くすることができ、測定時間を短縮することができる。
【００７６】
なお、第１実施例に係る光学遅延装置１１は、上述した構成以外は、光学遅延装置１０と同様の構成であり、光学遅延装置１０と同様の作用効果を得ることができる。
【００７７】
[第２実施例]
次に、本発明の一実施形態に係る第２実施例の光学遅延装置１２について、図６を用いて説明する。
図６は、本発明の一実施形態に係る第２実施例の光学遅延装置１２を模式的に示す図である。
【００７８】
第２実施例では、図３で示した第１実施例の光学遅延装置１１に対し、再帰反射器５１０を設ける点と、入力光と遅延光を一つの光ファイバ４１０で入出力させる点が異なっている。その他の構成は、図１及び図３で示した構成と同様であるため、説明を省略する。また、図６では、図３と同様に、回転角が０°〜＋θ°の範囲の場合を示し、回転角が０°のときの入力光の光路を一点鎖線で示し、回転角がθ°のときの入力光の光路を二点鎖線で示している。
【００７９】
再帰反射器５１０は、再帰性を有する反射器である。具体的には、再帰反射器５１０は、再帰反射器５１０に入射された光を、当該入射された光の光路と同じ光路に正反射する機能を有し、かつ好適には、全反射する機能を有していれば特に限定されない。本実施形態では、再帰反射器５１０は、第４反射体１４０から出射される光の光路に垂直な反射面を形成して回転台２０の外部に固定されている。
【００８０】
光ファイバ４１０から出射された入力光は、図６に示すように、第１実施例と同様、第１反射体１１０〜第４反射体１４０で反射されて、第４反射体１４０から入力光が出射される。第４反射体１４０から出射された入力光は、再帰反射器５１０にて正反射されて、再び入力光と同じ光路を通って第４反射体１４０へ入射される。
【００８１】
ここで、回転台２０によって回転角θ°だけ反射体１００が回転している場合でも、図３で説明したように、第４反射体１４０から出射された入力光は、回転による光軸の位置ズレが解消されたまま、再帰反射器５１０へ出射される。そして、再帰反射器５１０では入射された入力光を、当該入力光の光路と同じ光路に正反射して、再び第４反射体１４０へ入射させる。このため、再び第４反射体１４０へ入射された入力光は、光ファイバ４１０から出射されて第１反射体１１０〜第４反射体１４０で反射された入力光の光路と同じ光路を通って、遅延光として光ファイバ４１０へ取り込まれることとなる。
【００８２】
よって、第２実施例に係る光学遅延装置１２では、第１実施例に係る光学遅延装置１１の光路長差の２倍の光路長差を得ることができる。すなわち、回転角が−θ°〜＋θ°の場合、１６Ｒsinθ×２＝３２Ｒsinθとなる。反射体の数がＮであれば４ＮＲsinθ×２＝８ＮＲsinθとなる。このため、光学遅延装置１２では、第１実施例に係る光学遅延装置１１よりも、更に装置を小型化することができる。
【００８３】
なお、第２実施例に係る光学遅延装置１２は、上述した構成以外は、光学遅延装置１０及び光学遅延装置１１と同様の構成であり、光学遅延装置１０及び光学遅延装置１１と同様の作用効果を得ることができる。
【００８４】
[第３実施例]
次に、本発明の一実施形態に係る第３実施例の光学遅延装置１３について、図７及び図８を用いて説明する。
図７は、本発明の一実施形態に係る第３実施例の光学遅延装置１３を模式的に示す図である。図８は、本発明の一実施形態に係る第３実施例の光学遅延装置１３において位置ズレが生じた入力光の入射位置と反射体での反射の関係を説明するための図である。
【００８５】
第３実施例では、図３で示した第１実施例の光学遅延装置１１に対し、ミラー群２００の配置が異なっている。その他の構成は、図１及び図３で示した構成と同様であるため、説明を省略する。また、図７では、図３と同様に、回転角が０°〜＋θ°の範囲の場合を示し、回転角が０°のときの入力光の光路を一点鎖線で示し、回転角がθ°のときの入力光の光路を二点鎖線で示している。
【００８６】
これまでの説明で示したミラー群２００は、反射体１００の回転角がθ°の場合、例えば、第１反射体１１０の外側反射部１１２から反射角θ°で出射された入力光を、第１ミラー群２１０内で正反射した後、第２反射体１２０の内側反射部１２１へ入射角（９０°−θ°）で入射していた。すなわち、これまでの説明で示したミラー群２００は、反射体１００の回転角がθ°の場合、それぞれの反射体１００を形成する各内側反射部に対し、入射角（９０°−θ°）で入射させていた。
【００８７】
これに対し、第３実施例のミラー群２００は、反射体１００の回転角がθ°の場合、例えば、第１反射体１１０の外側反射部１１２から反射角θ°で出射された入力光を、第１ミラー群２１０内で正反射した後、第２反射体１２０の外側反射部１２２へ入射角θ°で入射させる。このとき、第１ミラー群２１０は、第１反射体１１０で発生した光路長差及び位置ズレを維持したまま、第２反射体１２０へ入力光を入射させる。
【００８８】
そして、第３実施例のミラー群２００は、第２反射体１２０の内側反射部１２１から反射角（９０°−θ°）で出射された入力光を、第２ミラー群２２０内で正反射した後、第３反射体１３０の内側反射部１３１へ入射角（９０°−θ°）で入射させる。このとき、第２ミラー群２２０は、第２反射体１２０で発生した光路長差を維持し、位置ズレが解消されたまま、第３反射体１３０へ入力光を入射させる。
【００８９】
そして、第３実施例のミラー群２００は、第３反射体１３０の外側反射部１３２から反射角θ°で出射された入力光を、第３ミラー群２３０内で正反射した後、第４反射体１４０の外側反射部１４２へ入射角θ°で入射させる。このとき、第３ミラー群２３０は、第３反射体１３０で発生した光路長差及び位置ズレを維持したまま、第４反射体１４０へ入力光を入射させる。
【００９０】
すなわち、第３実施例のミラー群２００は、反射体１００の回転により位置ズレが発生した入力光が、反射体１００が備える外側反射部から所定反射角で出射された場合には、当該入力光を、回転方向にて隣接する他の反射体１００が備える外側反射部へ当該所定反射角で入射させる。また、第３実施例のミラー群２００は、反射体１００の回転により位置ズレが発生していない入力光が、反射体１００が備える内側反射部及から所定反射角で出射された場合には、当該入力光を、回転方向にて隣接する他の反射体１００が備える内側反射部へ当該所定反射角で入射させる。
【００９１】
このとき、光学遅延装置１３は、位置ズレが生じた入力光の入射位置と外側反射部及び内側反射部での反射の関係により、第１実施例に係る光学遅延装置１１よりも、更に装置を小型化することができる。その理由について図８を用いて説明する。
【００９２】
図８では、一つ前の反射体１００によって位置ズレが生じた入力光が、ミラー群２００を介して出射され、図８に示された反射体１００に入射された場合を示している。図８（ａ）は、位置ズレが生じた入力光を、この反射体１００の内側反射部へ入射させた場合を示し、図８（ｂ）は、位置ズレが生じた入力光を、この反射体１００の外側反射部へ入射させた場合を示している。
【００９３】
光路ａは、位置ズレが生じていない入力光の光路を示し、光路ｂは、光路ａに対して径方向内側に位置ズレが生じた入力光の光路を示している。また、Ｄ１は、光路ａと光路ｂとの距離、すなわち、入力光の位置ズレ量を示し、Ｄ２は、入射光と出射光の最小光軸間隔を示している。最小光軸間隔は、入射された光と出射された光とが干渉なくに適切に分別できる間隔の最小値であり、光ファイバその他の測定装置の性能等から制約される設計値である。よって、Ｄ１及びＤ２の大きさは、図８（ａ）及び（ｂ）で同じ大きさである。
【００９４】
図８（ａ）のように、径方向内側へＤ１だけ位置ズレした入力光を、Ｄ２を確保しながら反射体１００の内側反射部へ入射させた場合、回転角θ°や反射体１００の大きさによっては、位置ズレした入力光が、反射体１００の内側反射部に到達せず、有効に反射することができない場合がある。一方、図８（ｂ）のように、径方向内側へＤ１だけ位置ズレした入力光を、Ｄ２を確保しながら反射体１００の外側反射部へ入射させた場合、Ｄ１及びＤ２の大きさが図８（ａ）の場合と同様であっても、反射体１００の外側反射部に到達して、有効に反射することができる場合がある。
【００９５】
これは、入力光が回転によって位置ズレした方向が径方向内側であるため、回転によって当該位置ズレした方向と逆方向に移動する内側反射部よりも、回転によって当該位置ズレした方向と同じ方向に移動する外側反射部へ入射させた方が、入射された反射体１００が有効に反射可能な角度走査範囲が大きいためである。なお、図８（ａ）の場合に、位置ズレした入力光の反射体１００への入射位置を径方向外側へ移動させようとしても、最小光軸間隔Ｄ２が減少する方向となってしまい、反射体１００から出射される光との干渉が生じてしまい、適切な遅延光を得ることが困難となる。
【００９６】
よって、図８（ａ）の場合と、図８（ｂ）の場合とで同じ角度走査範囲であれば、図８（ｂ）の場合の方が反射体１００の大きさを小さくしても、径方向内側へ位置ズレした入力光を有効に反射することができる。このため、第３実施例に係る光学遅延装置１３では、第１実施例に係る光学遅延装置１１よりも、反射体１００自体の大きさを小さくしたり、回転半径Ｒを小さくしたりすることができ、更に装置を小型化することができる。
【００９７】
なお、第３実施例に係る光学遅延装置１３は、上述した構成以外は、光学遅延装置１０及び光学遅延装置１１と同様の構成であり、光学遅延装置１０及び光学遅延装置１１と同様の作用効果を得ることができる。
【００９８】
[第４実施例]
次に、本発明の一実施形態に係る第４実施例の光学遅延装置１４について、図９を用いて説明する。
図９は、本発明の一実施形態に係る第４実施例の光学遅延装置１４を模式的に示す図である。
【００９９】
第４実施例では、図３で示した第１実施例の光学遅延装置１１に対し、光路長可変ミラー５２０を設ける点が異なっている。その他の構成は、図１及び図３で示した構成と同様であるため、説明を省略する。また、図９では、回転角０°の場合のみを示し、入力光の光路を一点鎖線で示している。
【０１００】
光路長可変ミラー５２０は、ミラー群２００を担う第１ミラー群２１０〜第３ミラー群２３０のうちの特定のミラー群２００（図９では第２ミラー群２２０）に、反射体１００の回転とは独立して光路長差を発生させる手段を加えることによって構成される。
【０１０１】
例えば、光路長可変ミラー５２０を、第２ミラー群２２０の第１ミラー部２２１及び第２ミラー部２２２を用いて構成する場合には、第１ミラー部２２１へ入射される光の入射角及び第２ミラー部２２２から出射される光の反射角、並びに、第１ミラー部２２１へ入射される光の光軸及び第２ミラー部２２２から出射される光の光軸を、それぞれ維持する。その上で、第１ミラー部２２１及び第２ミラー部２２２に対し、反射体１００の回転とは独立して光路長差を発生させる手段を加えればよい。
【０１０２】
独立して光路長差を発生させる手段は、特に限定されない。例えば、第１ミラー部２２１へ入射される光の進行方向及び第２ミラー部２２２から出射される光の進行方向に沿って移動可能な直動ステージを用意する。そして、第１ミラー部２２１及び第２ミラー部２２２を当該直動ステージ上に搭載して移動させて、光の経路自体を変動させればよい。また、独立して光路長差を発生させる手段としては、上記のように光の経路自体を変動させずに光路長を変動させる静的な手段を用いることもできる。例えば、第１ミラー部２２１や第２ミラー部２２２の反射面前に空気の屈折率とは異なる屈折率を有するフィルタを設け、第１ミラー部２２１への入射や第２ミラー部２２２からの出射を、当該フィルタを介して行わせるようにすればよい。
【０１０３】
よって、第４実施例に係る光学遅延装置１４では、反射体１００の回転により発生した光路長差に、光路長可変ミラー５２０により発生した光路長差を独自に加えることができる。このため、光学遅延装置１４では、光学遅延装置１４を稼働中に光路長差を微調整したい場合でも、光路長可変ミラー５２０により、反射体１００の回転とは独立して光路長差を調整することができる。
【０１０４】
例えば、測定中に、測定物の屈折率が一様でないことで光路長が変動する場合に、プローブ光の焦点が光学遅延装置の走査範囲から外れることがある。これは、測定点の深さをｄ、測定物の屈折率をｎとすると、空気中に比べて光路長はｄ（ｎ−１）)だけ増加するからである。このような場合に、光学遅延装置１４では、例えば、図９では、第２ミラー群２２０の第１ミラー部２２１及び第２ミラー部２２２を、距離ｄ（ｎ−１）／２だけ移動させることにより、プローブ光の焦点を走査範囲内に調整することができる。このため、光学遅延装置１４では、更に測定精度を向上させることができる。
【０１０５】
なお、第４実施例に係る光学遅延装置１４は、上述した構成以外は、光学遅延装置１０及び光学遅延装置１１と同様の構成であり、光学遅延装置１０及び光学遅延装置１１と同様の作用効果を得ることができる。また、上記の説明では、光路長可変ミラー５２０は、ミラー群２００のうちの第２ミラー群２２０を用いて構成した。しかしながら、本発明はこれに限定されず、第２ミラー群２２０とは別のミラー群２００であってもよいし、全てのミラー群２００であってもよいし、また、ミラー群２００とは別個のミラーであってもよい。
【０１０６】
次に、上記各実施例に代表される本実施形態の光学遅延装置１０の分析・測定装置への適用例を示す。ここでは、本実施形態の光学遅延装置１０を、テラヘルツ時間領域分光法（Terahertz Time-Domain Spectoroscopy、以下、「ＴＨｚ−ＴＤＳ」という）を用いた分析装置（以下、「ＴＨｚ−ＴＤＳ装置」という）に適用した例について、図１０を用いて説明する。
図１０は、本発明の一実施形態である光学遅延装置１０を搭載したテラヘルツ時間領域分光分析装置６００を模式的に示す図である。
【０１０７】
ＴＨｚ−ＴＤＳは、テラヘルツ波を測定物に入射させ、測定物から透過又は反射されたテラヘルツ波の波形を時間分解して時間波形を得る。そして、取得した時間波形をフーリエ変換することにより周波数毎の振幅や位相を得る分光法である。
【０１０８】
テラヘルツ波は、周波数が１テラヘルツ（１ＴＨｚ＝１０１２Ｈｚ）前後の領域（テラヘルツ領域）に存在する電磁波である。テラヘルツ領域では、光の直進性と電磁波の透過性を兼ね備えた周波数領域であり、様々な物資が固有の吸収スペクトルを示すことが知られている。近年、この特性を利用した分析・測定技術について、様々な技術分野で実用化が期待されている。
【０１０９】
ところが、テラヘルツ波の周期は、サブピコ秒（１ｐｓ＝１０−１２ｓ）のオーダーと非常に短く、テラヘルツ波の時間波形を直接検出することは困難である。そこで、現在は、時間遅延走査によるポンプ・プローブ法に基づいて、間接的にテラヘルツ波の時間波形を得ている。具体的には、光学遅延装置によってポンプ光とプローブ光との間に光路長差を発生させて、テラヘルツ波検出素子へのプローブ光の到達時間に時間遅延を与えることで時間遅延走査を行い、テラヘルツ波の時間波形を得ている。
【０１１０】
よって、光学遅延装置において、一定の遅延量を得るために必要な光路長差を、正確かつ迅速にそして安定的に発生させることは、ＴＨｚ−ＴＤＳ装置の測定精度の向上及び測定時間の短縮にとって重要な課題となっている。
【０１１１】
ＴＨｚ−ＴＤＳ装置６００は、図１０に示すように、超短パルスレーザ源６１０と、分岐部６２０と、発信部６３０と、受信部６４０と、ロックイン検出部６５０と、バイアス電圧制御部６６０と、制御・演算処理部６７０と、を備えている。
【０１１２】
なお、図１０に示すように、超短パルスレーザ源６１０と分岐部６２０の間、分岐部６２０と光学遅延装置１０との間、分岐部６２０と発信部６３０との間、及び受信部６４０と光学遅延装置１０との間は、それぞれ光ファイバ結合部材４００で接続されている。
【０１１３】
超短パルスレーザ源６１０は、レーザパルス光のパルス幅がフェムト秒（１ｆｓ＝１０−１５ｓ）のオーダーで発振可能なフェトム秒レーザ光源等から構成されており、フェトム秒レーザパルス光を分岐部６２０へ出力する。
【０１１４】
分岐部６２０は、フェトム秒レーザパルス光の光路を２つの光路に分岐するビームスプリッタ等から構成されている。そして、分岐部６２０は、超短パルスレーザ源６１０から出力されたレーザパルス光の光路を、ポンプ光とプローブ光に分岐する。ポンプ光は、発信部６３０へ出力され、プローブ光は光学遅延装置１０へ出力される。
【０１１５】
光学遅延装置１０は、分岐部６２０から出力されたプローブ光を入力光として入力し、上記各実施例にて説明したような構成によってプローブ光の光路長を変動させ、時間遅延を与えたプローブ光を遅延光として受信部６４０へ出力する。プローブ光は、光学遅延装置１０にて時間遅延を与えられたことで、受信部６４０の後述するテラヘルツ波検出素子６４１へ到達するタイミングが遅延される。
【０１１６】
よって、ポンプ光が後述するテラヘルツ波発生素子６３１へ到達するタイミングに対し、プローブ光がテラヘルツ波検出素子６４１へ到達するタイミングが遅延されることで、ＴＨｚ−ＴＤＳ装置６００の時間遅延走査が可能となる。なお、光学遅延装置１０は、制御・演算処理部６７０から出力された制御信号に基づいて駆動制御されている。
【０１１７】
発信部６３０は、テラヘルツ波を発生させるためのテラヘルツ波発生素子６３１を有する。発信部６３０では、分岐部６２０から出力されたポンプ光をテラヘルツ波発生素子６３１へ集光し、テラヘルツ波発生素子６３１にてテラヘルツ波を発生させる。
【０１１８】
テラヘルツ波発生素子６３１は、半絶縁性ＧａＡｓ（Gallium Arsenide）等で形成された半導体基板（図示せず）上にダイポールアンテナ等を有する光伝導アンテナ（図示せず）を備えている。そして、アンテナ中央部に配設されたギャップ部（図示せず）には、バイアス電圧制御部６６０から出力された変調された参照信号により電圧が印可されている。テラヘルツ波発生素子６３１では、当該ギャップ部にポンプ光が照射されると、半導体基板中の電子が光励起され、印可電圧によって加速されて光電流が流れ、光電流の時間変化によってテラヘルツ波が発生する。発信部６３０から発生されたテラヘルツ波は、測定物Ｓへ照射される。
【０１１９】
受信部６４０は、テラヘルツ波を検出するためのテラヘルツ波検出素子６４１を有する。受信部６４０は、分岐部６２０から出力され、光学遅延装置１０にて遅延されたプローブ光をテラヘルツ波検出素子６４１へ集光し、測定物Ｓから透過又は反射されたテラヘルツ波を検出する。
【０１２０】
テラヘルツ波検出素子６４１は、テラヘルツ波発生素子６３１と同様の光伝導アンテナを備え、同様の原理でテラヘルツ波を検出する。すなわち、テラヘルツ波検出素子６４１では、測定物Ｓからのテラヘルツ波が照射された光伝導アンテナにプローブ光が照射されることで微弱な光電流が流れる。受信部６４０は、この光電流をＩ−Ｖ変換部６４２にて計側し増幅及び信号処理を行って、測定物Ｓから透過又は反射されたテラヘルツ波の検出信号を得る。そして、受信部６４０は、検出信号をロックイン検出部６５０へ出力する。
【０１２１】
ロックイン検出部６５０では、受信部６４０から出力された検出信号と、バイアス電圧制御部６６０から出力された参照信号とをロックインアンプ（図示せず）へ入力し、参照信号を用いて検出信号を同期検波する。そして、ロックイン検出部６５０は、検出信号中の参照信号とは位相の異なるノイズ成分を除去して、検出信号からテラヘルツ波信号の時間波形を得て、制御・演算処理部６７０へ出力する。
【０１２２】
制御・演算処理部６７０では、ロックイン検出部６５０から出力されたテラヘルツ波信号の時間波形を、フーリエ変換して周波数毎の振幅や位相を得る。このようにして、ＴＨｚ−ＴＤＳ装置６００は、測定物Ｓから反射又は透過されたテラヘルツ波の固有スペクトルを求めることができる。
【０１２３】
なお、本実施形態では、光学遅延装置１０をＴＨｚ−ＴＤＳ装置へ適用する例を示したが、本発明はこれに限定されず、光干渉計、光コヒーレントトモグラフィ、超短パルス光測定等の光学遅延装置を有する他の装置へ適用することが可能である。また、本発明は、その目的および構成等に特に矛盾や問題がない限り、各種の設計変更が可能である。
【符号の説明】
【０１２４】
１０        光学遅延装置
２０        回転台
１００      反射体
１１０      第１反射体
１１１      第１反射体の内側反射部
１１２      第１反射体の外側反射部
１２０      第２反射体
１２１      第２反射体の内側反射部
１２２      第２反射体の外側反射部
１３０      第３反射体
１３１      第３反射体の内側反射部
１３２      第３反射体の外側反射部
１４０      第４反射体
１４１      第４反射体の内側反射部
１４２      第４反射体の外側反射部
２００      ミラー群
２１０      第１ミラー群
２１１      第１ミラー群の第１ミラー部
２１２      第１ミラー群の第２ミラー部
２１３      第１ミラー群の第３ミラー部
２２０      第２ミラー群
２２１      第２ミラー群の第１ミラー部
２２２      第２ミラー群の第２ミラー部
２２３      第２ミラー群の第３ミラー部
２３０      第３ミラー群
２３１      第３ミラー群の第１ミラー部
２３２      第３ミラー群の第２ミラー部
２３３      第３ミラー群の第３ミラー部
４００      光ファイバ結合部材
４１０      光ファイバ
４１１      入力ファイバ
４１２      出力ファイバ
４２０      コリメータ
４２１      入力コリメータ
４２２      出力コリメータ
５１０      再帰反射器
５２０      光路長可変ミラー
６００      テラヘルツ時間領域分光分析装置
６１０      超短パルスレーザ源
６２０      分岐部
６３０      発信部
６３１      テラヘルツ波発生素子
６４０      受信部
６４１      テラヘルツ波検出素子
６４２      Ｉ−Ｖ変換手段
６５０      ロックイン検出部
６６０      バイアス電圧制御部
６７０      制御・演算処理部
【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】
2013033099.tif 000007
【図６】
2013033099.tif 000008
【図７】
2013033099.tif 000009
【図８】
2013033099.tif 000010
【図９】
2013033099.tif 000011
【図１０】
2013033099.tif 000012