(57)【要約】【課題】  従来の波長可変光源は、ファブリーペローフィルタを往復運動させることによって波長を変化させていたため、高速な波長掃引が困難であった。【解決手段】  波長幅を有する光を発する部材と、  前記部材から発せられた光を増幅する共振器と、  前記共振器内の光路の一部を含んで存在する波長選択素子とを有し、  前記波長選択素子は、回転することによって、前記光路の光学的光路長を変化させることを特徴とする光源装置。【選択図】  図１
2013182915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長幅を有する光を発する部材と、
前記部材から発せられた光を増幅する共振器と、
前記共振器内の光路の一部を含んで存在する波長選択素子とを有し、
前記波長選択素子は、回転することによって、前記光路の光学的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】
前記波長選択素子は、前記光路と平行な方向を軸として回転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】
前記波長選択素子は、前記光路と垂直な平面内の任意の方向を軸として回転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４】
前記波長選択素子が、前記回転する方向に傾斜が設けられた構成であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項５】
前記波長選択素子が、前記回転する方向に屈折率の分布が設けられた構成であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項６】
前記波長選択素子が、溝を有する構造であり、前記回転する方向に向かって溝のピッチが広いことを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
【請求項７】
前記部材は８００ｎｍ乃至１３５０ｎｍの波長の光を少なくとも発する部材であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項８】
光の波長を変化させる光源装置と、
前記光源装置から出た光を物体へ照射する照射光と参照光とに分岐し、前記物体に照射された光の反射光と前記参照光による干渉光を発生させる干渉光学系と、
前記干渉光を受光する光検出部と、
前記干渉光の強度の時間波形に基づいて、前記物体の情報を取得する情報取得部とを有する光干渉断層撮像装置において、
前記光源装置が請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光源装置であ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、光源装置及びこれを用いた光干渉断層撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
出射する波長を変化可能な光源（以下、波長可変光源と略すことがある）が様々な分野で利用されている。
【０００３】
検査装置における波長可変光源の用途としては、レーザー分光器、分散測定器、膜厚測定器、光干渉断層撮像（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置（以下、ＯＣＴ装置ということがある）
等がある。
【０００４】
ＯＣＴ装置は、物体へ光を照射し、照射光の波長を連続的に変化させ、参照光と物体の異なる深さから戻ってくる反射光とを干渉させる。そして干渉光の強度の時間波形に含まれる周波数成分を分析することによって物体の断層像を得る。
【０００５】
波長可変光源を用いたＯＣＴ装置（Ｓｗｅｐｔ  Ｓｏｕｒｃｅ  ＯＣＴ装置、以下ではＳＳ−ＯＣＴ装置ということがある）は、
分光器を用いないことから、光量のロスが少なく高ＳＮ比の断層像の取得が期待されている。ＳＳ−ＯＣＴ装置を用いる場合には、波長可変光源の波長の掃引速度が早いほど断層像の取得時間が短く、また、生体組織を生体中でそのまま観察しやすい。特許文献１には、半導体利得媒体と、波長選択素子を有する波長可変光源の開示がある。特許文献１に開示の波長可変光源は、波長選択素子としてファブリーペローフィルタキャビティを用い、そのキャビティの光路長を制御することで、所望の波長の光を選択的に出射することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６３３９６０３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、特許文献１に開示の波長可変光源において、キャビティの光路長の制御は、ファブリーペローフィルタを往復運動させることによって行っていたため、光路長の高速変化は難しく、結果的に、高速な波長掃引が困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る光源装置は、波長幅を有する光を発する部材と、前記部材から発せられた光を増幅する共振器と、前記共振器内の光路の一部を含んで存在する波長選択素子とを有し、前記波長選択素子は、回転することによって、前記光路の光学的光路長を変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る光源装置は、選択する波長を変化させるために、波長選択素子を回転させればよいので、選択する波長を高速に変化させることができ、結果的に高速に波長掃引することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態１に係る光源装置を示した図である。
【図２】本発明の実施形態における波長選択素子の一例を示した図である。
【図３】本発明の実施形態における波長選択素子の他の例を示した図である。
【図４】本発明の実施形態における波長選択素子のさらに他の例を示した図である。
【図５】本発明の実施形態２に係る光源装置を示した図である。
【図６】本発明の実施形態３に係る光源装置を示した図である。
【図７】本発明の実施形態４に係る光干渉断層撮像装置を示した図である。
【図８】本発明の実施例４における波長選択素子を示した図である。
【図９】本発明の実施例５における波長選択素子を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれらに限られない。
【００１２】
本発明の実施形態に係る光源装置は、波長幅を有する光を発する部材と、前記部材から発せられた光を増幅する共振器と、前記共振器内の光路の一部を含んで存在する波長選択素子とを有する。そして、前記波長選択素子は、回転することによって、前記光路の光学的光路長を変化させることを特徴とする。共振器の光路の光学的光路長が変化すると、光源装置から出射される光の波長は変化するため、本発明の実施形態に係る光源装置は、波長可変光源として用いることができる。また、本発明の実施形態に係る光源装置は、共振器の光学的光路長を、一方向の回転運動によって変化させるため、高速に波長変化させることができる。
【００１３】
また、本発明の実施形態に係る光源装置は、白色光を回折格子によって波長分散させて、波長分散した光を、回転する円盤上に設けられたストライプ状の反射ミラーに照射することで波長変化させる光源装置に比べて、共振器内の光路を短くすることができる。その結果、この共振器間を往復する光のラウンドトリップ回数（周回数）を上げることができるため、可干渉距離を長くすることができるという効果も得られる。
【００１４】
以下、本発明の実施形態に係る光源装置のいくつかの形態について具体的に説明する。
【００１５】
（実施形態１）
実施形態１に係る光源装置を図１を用いて説明する。図１は本実施形態に係る光源装置において、光が出射される方向（Ｘ軸方向）を含む平面で切断して得られた断面図である。
【００１６】
本実施形態に係る光源装置は、波長幅を有する光を発する部材１０１と、部材１０１から発せられた光を増幅する共振器（１０２、１０３）と、共振器（１０２、１０３）の光路の一部を含んで存在する波長選択素子１０４とを有する。そして、波長選択素子１０４は共振器（１０２、１０３）の光路と平行な方向（Ｘ’軸方向）を軸として回転し、回転することによって共振器（１０２、１０３）の光路の光学的光路長を変化させることを特徴とする。
【００１７】
ここで、共振器（１０２、１０３）の光路と平行な方向とは、共振器（１０２、１０３）の光路から−５°以上＋５°以下の範囲と定義する。
【００１８】
なお、共振器（１０２、１０３）は図１のように２つの反射器（１０２、１０３）によって構成され、これら２つの反射器の間を往復することで光が増幅される（Ｌ１）。なお、これら２つの反射器の少なくともいずれか一方は光を透過できるようになっている（Ｌ２、Ｌ３）。なお、図１において、Ｌは光の方向を示している。
【００１９】
波長選択素子１０４が回転することによって、共振器（１０２、１０３）の光路の光学的光路長が変化するため、波長選択素子１０４によって選択される光の波長が変化する。波長選択素子１０４によって選択された波長の光は、２つの反射器（１０２、１０３）のうち少なくともいずれか一方を透過して出射される。すなわち、波長選択素子１０４が回転することによって、光源装置から出射される光（Ｌ２、Ｌ３の少なくともいずれか一方の光）の波長も変化する。
【００２０】
このように、本実施形態に係る光源装置は、波長選択素子１０４を回転させることによって、出射される光の波長を変化させるため、出射される光の波長を高速に変化させることができる。
【００２１】
なお、本実施形態に係る光源装置は、波長幅を有する光を発する部材１０１と、共振器の一方１０２との間に、光を平行光にするコリメータレンズ１０５を設けてもよいし、波長幅を有する光を発する部材１０１と波長選択素子１０４との間に光を集光する集光レンズ１０６を設けてもよい。集光レンズ１０６を設けることで、波長選択素子１０４の狭い領域に集光することができるため、波長選択性が高くなり、好ましい（図１）。
【００２２】
（波長選択素子）
実施形態１に係る波長選択素子は共振器（１０２、１０３）の光路と平行な方向を軸として回転する回転体である。そして、この回転体が回転することによって、共振器（１０２、１０３）の光路の光学的光路長を変化させることで、選択する光の波長を変化させる。なお、見方を変えて言えば、実施形態１に係る光源装置は、波長選択素子と、波長選択素子を回転させる回転機構とを有する。そして、波長選択素子の回転軸を中心とし、波長選択素子の光路中に存在する部分を通る円周状において、波長選択素子の光学的光路長が均等でない、すなわち、円周方向に少なくとも一部は異なる、ということができる。
【００２３】
本実施形態における波長選択素子として例えば、以下の３つの形態が挙げられる。
【００２４】
（波長選択素子の例１）
本実施形態に係る波長選択素子の一例について、図２を用いて説明する。図２（ａ）の紙面に向かって左側の図は図１の波長選択素子の一部を示した図である。図２（ａ）の紙面に向かって右側の図は、図１において、波長選択素子１０４を、光共振器の一部を構成する１０３からのＸ’軸方向に向かってみたときの、波長選択素子の一部を示した図である。本例に係る波長選択素子は図２（ａ）に示すように、×マークの中心点で示す回転軸（×マークの中心点において、紙面の奥行き方向がＸ’軸方向）を中心に回転する円盤２０１を有する。×マークの中心点を中心としたときの、円盤２０１の円周部分、かつ、上記の共振器の光路に存在する部分は、円周方向に光学的光路長が均等でない、すなわち、円周方向に少なくとも一部は光学的光路長が異なる。この円周部分は共振器の光路に存在する。なお、回転体は回転するものであれば円盤形状でなくてもよく、任意の形状の回転体を用いることができる。また、円盤の主面のうち、共振器の光路に存在する部分が必要に応じて反射防止膜が形成されていてもよいし、反射防止の処理が施されていてもよい。反射防止膜の形成、あるいは反射防止の処理が施されていることによって、本実施形態における光源装置によって掃引される光の波長の乱れを抑制できる。
【００２５】
本例で説明する波長選択素子では、図２（ａ）の紙面に向かって右側に示す波長選択素子１０４を、Ｂ方向（紙面に向かって上方向）からみると、図２（ｂ）に示すような構造になっている。すなわち、ＡからＡ’に向かって傾斜を有するファブリーペローフィルタ２０２、２０３、２０４・・・が設けられている。ここで、ファブリーペローフィルタとは、２枚のハーフミラー（光の一部を透過させ、一部を反射させるミラー、以下同様）を、エアギャップを介して対向させた構造、あるいは、光学的に透明な部材の両面に設けた構造であり、以下断りがない限り同じである。
【００２６】
ここで、ファブリーペローフィルタ２０３は、共振器（１０２、１０３）で増幅される光（Ｌ４）の光路の一部を含んで存在している。ファブリーペローフィルタ２０３に照射された光のうち、ファブリーペローフィルタに照射された位置に応じた波長が選択される。具体的には、ファブリーペローフィルタの厚みが小さい位置に照射された光（Ｌ５）は共振器（１０２、１０３）における光学的光路長が短いため、選択される波長は短い。逆に、ファブリーペローフィルタの厚みが大きい位置に照射された光（Ｌ６）は共振器（１０２、１０３）における光学的光路長が長いため、選択される波長は長い。
【００２７】
したがって、ファブリーペローフィルタ２０３に光が照射された状態で、円盤２０１がＡ’からＡに向かう方向（図２（ｂ）の黒い矢印の方向）に回転すると、選択される波長は短波長から長波長へと変化する。そして、ファブリーペローフィルタ２０３の最も厚みが大きい位置に照射された光は、次に、ファブリーペローフィルタ２０４の最も厚みが小さい位置に照射され、再び、短波長の光が選択され、徐々に長波長の光が選択されていく。
【００２８】
このようにして、本例に示すような波長選択素子１０４を用いることで、短波長から長波長の光が選択されるため、本実施形態に係る光源装置を波長可変光源として用いることができる。
【００２９】
本例では、ファブリーペローフィルタを、円盤の有する平面のうち、１０３側に設けているが、１０２側の平面に設けてもよい。あるいは、円盤の表面に設けずに、円盤の内部に設けてもよい。
【００３０】
また、本例では、円盤２０１上にファブリーペローフィルタ２０２、２０３、２０４・・・を設けた構成を示したが、厚さによって光学的光路長が異なるものであれば特に限定されない。ファブリーペローフィルタの例として、ファブリーペローエタロンが挙げられる。
【００３１】
（波長選択素子の例２）
本実施形態に係る波長選択素子の他の例について、図３を用いて説明する。本例で説明する波長選択素子では、図２（ａ）の紙面に向かって右側に示す波長選択素子１０４を、Ｂ方向（紙面に向かって上方向）からみると、図３（ａ）に示すような構造になっている。すなわち、ＡからＡ’に向かって屈折率の勾配を有するファブリーペローフィルタ３０１、３０２、３０３・・・が設けられている。ファブリーペローフィルタのうち、Ａ側ほど屈折率が小さく、Ａ’側ほど屈折率が大きい。
【００３２】
本例の波長選択素子においても、ファブリーペローフィルタ３０２に照射された光のうち、ファブリーペローフィルタに照射された位置に応じた波長が選択される。具体的には、ファブリーペローフィルタの屈折率が小さい（ｎ０−Δｎ（Δｎ＞０））位置に照射された光（Ｌ５）は共振器（１０２、１０３）における光学的光路長が短いため、選択される波長は短い。逆に、ファブリーペローフィルタの屈折率が大きい（ｎ０）位置に照射された光（Ｌ６）は共振器（１０２、１０３）における光学的光路長が長いため、選択される波長は長い。
【００３３】
したがって、例１と同様に、ファブリーペローフィルタ３０２に光が照射された状態で、円盤２０１がＡ’からＡに向かう方向（図２（ｂ）の黒い矢印の方向）に回転すると、選択される波長は短波長から長波長へと変化する。そして、ファブリーペローフィルタ３０２の最も屈折率が大きい位置に照射された光は、次に、ファブリーペローフィルタ３０３の最も屈折率が小さい位置に照射され、再び、短波長の光が選択され、徐々に長波長の光が選択されていく。
【００３４】
このようにして、本例に示すような波長選択素子１０４を用いることで、短波長から長波長の光が選択されるため、本実施形態に係る光源装置を波長可変光源として用いることができる。本例では、ファブリーペローフィルタを、円盤の有する平面のうち、１０３側に設けているが、１０２側の平面に設けてもよい。あるいは、円盤の表面に設けずに、円盤の内部に設けてもよい。
【００３５】
また、本例では、円盤２０１上にファブリーペローフィルタ３０１、３０２、３０３・・・を設けた構成を示したが、厚さによって光学的光路長が異なるものであれば特に限定されない。ファブリーペローフィルタの例として、ファブリーペローエタロンが挙げられる。
【００３６】
（波長選択素子の例３）
本実施形態に係る波長選択素子のさらに他の例について、図４を用いて説明する。本例で説明する波長選択素子では、図２（ａ）の紙面に向かって右側に示す波長選択素子１０４を、Ｂ方向（紙面に向かって上方向）からみると、図４に示すような構造になっている。すなわち、ＡからＡ’に向かって屈折率の勾配を有するファブリーペローフィルタ４０１、４０２、４０３・・・が設けられている。本例で用いるファブリーペローフィルタは溝を有する構造であり、波長選択素子が回転する方向に向かって溝のピッチが広い。すなわちＡ側ほど溝のピッチが広く、Ａ’側ほど溝のピッチが狭い。したがって、ファブリーペローフィルタを構成する材料の屈折率が空気中の屈折率よりも大きい場合、ファブリーペローフィルタのうち、Ａ側ほど屈折率が小さく（ｎ０−Δｎ（Δｎ＞０））、Ａ’側ほど屈折率が大きい（ｎ０）。なお、ここで示した屈折率は、ファブリーペローフィルタの特定の位置の屈折率ではなく、光が照射される領域における平均の屈折率である。
【００３７】
本例の波長選択素子においても、ファブリーペローフィルタ４０２に照射された光のうち、ファブリーペローフィルタに照射された位置に応じた波長が選択される。具体的には、ファブリーペローフィルタの屈折率が小さい（ｎ０−Δｎ（Δｎ＞０））位置に照射された光（Ｌ５）は共振器（１０２、１０３）における光学的光路長が短いため、選択される波長は短い。逆に、ファブリーペローフィルタの屈折率が大きい（ｎ０）位置に照射された光（Ｌ６）は共振器（１０２、１０３）における光学的光路長が長いため、選択される波長は長い。
【００３８】
したがって、例１と同様に、ファブリーペローフィルタ４０２に光が照射された状態で、円盤２０１がＡ’からＡに向かう方向（図２（ｂ）の黒い矢印の方向）に回転すると、選択される波長は短波長から長波長へと変化する。そして、ファブリーペローフィルタ４０２の最も屈折率が大きい位置に照射された光は、次に、ファブリーペローフィルタ４０３の最も屈折率が小さい位置に照射され、再び、短波長の光が選択され、徐々に長波長の光が選択されていく。
【００３９】
このようにして、本例に示すような波長選択素子１０４を用いることで、短波長から長波長の光が選択されるため、本実施形態に係る光源装置を波長可変光源として用いることができる。本例では、ファブリーペローフィルタを、円盤の有する平面のうち、１０３側に設けているが、１０２側の平面に設けてもよい。あるいは、円盤の表面に設けずに、円盤の内部に設けてもよい。
【００４０】
また、本例では、円盤２０１上にファブリーペローフィルタ４０１、４０２、４０３・・・を設けた構成を示したが、厚さによって光学的光路長が異なるものであれば特に限定されない。ファブリーペローフィルタの例として、ファブリーペローエタロンが挙げられる。
【００４１】
（波長幅を有する光を発する部材）
本実施形態における、波長幅を有する光を発する部材とは、単色光を発する部材ではなく、波長幅を有する光を発する部材であれば特に限定されない。
【００４２】
光を発する部材の光が発せられる方向における両端面が共振器として機能しないように、該両端面に反射防止膜や、光の進行方向に所定の角度を与えておくことが好ましい。
【００４３】
本実施形態における、波長幅を有する光を発する部材は、８００ｎｍ乃至１３５０ｎｍの波長の光を少なくとも発する部材であることが好ましく、８００ｎｍ乃至９００ｎｍ、あるいは、１２５０ｎｍ乃至１３５０ｎｍであることがさらに好ましい。また、発せられる光は可干渉な光束であることが好ましい。
【００４４】
波長幅を有する光を発する部材の代表的なものとしては半導体光増幅器（ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｏｐｔｉｃａｌ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ、以下、ＳＯＡと略すことがある）が挙げられる。この他、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、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。
【００４５】
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。本実施形態における波長幅を有する光を発する部材として、小型で且つ高速制御が可能なＳＯＡが好ましい。ＳＯＡとしては、共振器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。ＳＯＡ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。ＳＯＡ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。
【００４６】
（実施形態２）
実施形態２に係る光源装置について図５を用いて説明する。実施形態２では、実施形態１と異なる点について説明し、同一の点について説明を省略する。
【００４７】
実施形態２に係る光源装置は、実施形態１に係る光源装置における波長選択素子１０４の回転軸が、共振器（１０２、１０３）の光路からθ°（−５°≦θ＜０°、あるいは、０°＜θ≦＋５°以下）傾いている形態である（図５（ａ））。このような構成とすることで、共振器（１０２、１０３）で増幅された光が、共振器のいずれか一方（１０２または１０３）と、波長選択素子１０４との間に共振器が形成されることを抑制することができる。また、集光レンズ１０６と波長選択素子１０４の間に、開口絞り１０７を設けることで、共振器を構成する反射ミラー１０３からの反射光が、波長幅を有する光を発する部材１０１へと戻ることを抑制できる。
【００４８】
（実施形態３）
実施形態３に係る光源装置について図６を用いて説明する。実施形態３では、実施形態１と異なる点について説明し、同一の点について説明を省略する。
【００４９】
実施形態３に係る光源装置は、波長選択素子１０４’が図６（ａ）に示すように、Ｘ軸に対して垂直な平面内の任意の方向を軸（図６（ａ）では、紙面奥行き方向（Ｙ軸）として示している）として回転する。波長選択素子１０４’の拡大図を図６（ｂ）に示す。波長選択素子１０４’はポリゴンミラー６０１であり、各面にはファブリーペローフィルタ６０２が設けられている。また、ファブリーペローフィルタ６０２とポリゴンミラー６０１の面との間には、１０２とともに共振器をなすように、反射ミラー１０３’が設けられている。なお反射ミラー１０３’は、ファブリーペローフィルタ６０２の一部であってもよいし、ポリゴンミラー６０１の一部であってもよい。また、ファブリーペローフィルタ６０１は、回転する方向、すなわち、ＣからＣ’向かって厚みが小さくなっている。
【００５０】
このとき、波長選択素子１０４’が回転することによって、共振器（１０２、１０３’）の光路の光学的光路長が変化するため、波長選択素子１０４’によって選択される光の波長が変化する。波長選択素子１０４’によって選択された波長の光は、２つの反射器（１０２、１０３’）のうち少なくともいずれか一方を透過して出射される。すなわち、波長選択素子１０４’が回転することによって、光源装置から出射される光（Ｌ２’）の波長も変化する。
【００５１】
このように、本実施形態に係る光源装置について他の実施形態と同様に、波長選択素子１０４’を回転させることによって、出射される光の波長を変化させるため、出射される光の波長を高速に変化させることができる。
【００５２】
（実施形態４）
実施形態４では、上記で説明した本発明に係る光源装置を用いた光干渉断層撮像装置（以下、ＯＣＴ装置と略す）について図７説明する。
【００５３】
本実施形態に係るＯＣＴ装置は、光源装置７０１、干渉光学系７０２、光検出部７０３、情報取得部７０４、を少なくとも有する構成であり、光源装置７０１は上記で説明した本発明に係る光源装置である。また、図示していないが、情報取得部７０４はフーリエ変換器を有する。ここで、情報取得部７０４がフーリエ変換器を有するとは、情報取得部が入力されたデータに対してフーリエ変換する機能を有していれば形態は特に限定されない。一例は、情報取得部７０４が演算部を有し、該演算部がフーリエ変換する機能を有する場合である。具体的には、該演算部がＣＰＵを有するコンピュータであり、このコンピュータが、フーリエ変換機能を有するアプリケーションを内蔵する場合である。他の例は、情報取得部１０４がフーリエ変換機能を有するフーリエ変換回路を有する場合である。光源装置７０１から出た光は干渉光学系７０２を経て測定対象の物体７１２の情報を有する干渉光となって出力される。干渉光は光検出部７０３において受光される。なお光検出部７０３は差動検出型でも良いし単純な強度モニタ型でも良い。受光された干渉光の強度の時間波形の情報は光検出部７０３から情報取得部７０４に送られる。情報取得部７０４では、受光された干渉光の強度の時間波形のピーク値を取得してフーリエ変換をし、物体７１２の情報（例えば断層像の情報）を取得する。なお、ここで挙げた光源装置７０１、干渉光学系７０２、光検出部７０３、情報取得部７０４を任意に設けることができる。
【００５４】
以下、光源装置７０１から光が発振されてから、測定対象の物体の断層像の情報を得るまでについて詳細に説明する。
【００５５】
光の波長を変化させる光源装置７０１から出た光は、ファイバ７０５を通って、カップラ７０６に入り、照射光用のファイバ７０７を通る照射光と、参照光用のファイバ７０８を通る参照光とに分岐される。照射光はコリメーター７０９を通って平行光になり、ミラー７１０で反射される。ミラー７１０で反射された光はレンズ７１１を通って物体７１２に照射され、物体７１２の奥行き方向の各層から反射される。一方、参照光はコリメーター７１３を通ってミラー７１４で反射される。カップラ７０６では、物体７１２からの反射光とミラー７１４からの反射光による干渉光が発生する。干渉した光はファイバ７１５を通り、コリメーター７１６を通って集光され、光検出部７０３で受光される。光検出部７０３で受光された干渉光の強度の情報は電圧などの電気的な情報に変換されて、情報取得部７０４に送られる。情報取得部７０４では、干渉光の強度のデータをフーリエ変換し断層像の情報を得る。この、フーリエ変換する干渉光の強度のデータは通常、等波数間隔サンプリングされたデータであるが、等波長間隔にサンプリングされたデータを用いることも可能である。
【００５６】
得られた断層像の情報は、情報取得部７０４から画像表示部７１７に送って画像として表示させてもよい。なお、ミラー７１１を照射光の入射する方向と垂直な平面内で走査することで、測定対象の物体７１２の３次元の断層像を得ることができる。また、光源装置７０１の制御は情報取得部７０４が電気回路７１８を介して行ってもよい。また図示しないが、光源装置７０１から出る光の強度を逐次モニタリングし、そのデータを干渉光の強度の信号の振幅補正に用いてもよい。
【００５７】
次に、上記の本実施形態に係るＯＣＴ装置における、光源装置７０１によって発振される光の波長の幅（以下、波長掃引幅ということがある）、観測対象となる物体７１２の深さ方向の分解能、上記の等波長間隔にサンプリングされた各データの波長間隔（以下、サンプリング波長間隔ということがある）について説明する。また、本実施形態に係るＯＣＴ装置を用いて物体７１２の断層像を得るための測定をしたときの、深さ方向の測定可能な範囲について述べる。
【００５８】
まず、サンプリング波長間隔δλと、本実施形態に係るＯＣＴ装置によって検出可能な物体７１２の深さ方向の測定可能な範囲の最大値Ｌは原理的に以下の関係がある。
【００５９】
【数１】
2013182915.tif 000003
【００６０】
ここで、光源装置７０１によって発振される波長掃引幅の中心波長（例えば、波長掃引幅が、８００ｎｍから９００ｎｍにかけての１００ｎｍであるとき、中心波長は８５０ｎｍ）と、波長掃引幅をそれぞれ、λｏ、Δλとする。このとき、本実施形態に係るＯＣＴ装置によって測定可能な物体７１２の深さ方向の分解能δＬは、式（２）で示される。
【００６１】
【数２】
2013182915.tif 000004
【００６２】
具体例で示すと、測定可能な物体７１２の深さ方向の最大値Ｌは、中心波長λ０を１．１５μｍ、サンプリング波長間隔δλを０．１５ｎｍとすると式（１）により、Ｌ＝８．８ｍｍとなる。
【００６３】
また、測定可能な物体７１２の深さ方向の分解能δＬは、波長掃引幅Δλを０．１２μｍとすると、δＬ＝５．５μｍとなる。
【００６４】
ＳＳ−ＯＣＴ装置を用いて断層像を得る場合、光源装置による波長の掃引速度が早いほど断層像を得るための時間を短縮できる。光源装置による波長の掃引速度を１００ＫＨｚ、物体の深さ方向（ｚ方向）に対して垂直な方向（ｘ方向）に、測定点を１０００点とる場合、２次元（ｚ−ｘ平面）の断層像を得るためには０．０１秒かかる。これをさらにｚ方向、及び、ｘ方向に対して垂直な方向（ｙ方向）に測定点を１０００点とる場合、３次元（ｘｙｚ空間）の断層像を得るためには１０秒かかる。波長の掃引速度が高速であればあるほど、２次元、あるいは、３次元の断層像を高速に得ることができる。光源装置の波長の掃引速度の高速化のための１つの手段は、波長選択素子によって波長選択する周期を短くすることである。
【００６５】
特許文献１では波長選択素子の往復運動によって波長選択を行っているのに対し、本発明は回転運動によって波長選択を行っているので、波長選択する周期を短くすることができる。また、上記の共振器を構成する２つの反射器の間（１０２と１０３の間、あるいは、１０２と１０３’の間）を光が往復する回数（ラウンドトリップ回数（周回数））を増やすために、上記２つの反射器の間隔を短くすることによっても、光源装置の波長の掃引速度の高速化を達成することができる。
【００６６】
ここで、特開２００８−９８３９５号公報（特許文献２）には、円盤を回転させることによって波長を変える波長可変光源の開示がある。特許文献２に開示された光源装置は、回折格子を波長選択素子とするため、回折角ができるような設計と、集光レンズを設けることが必要である。このとき、波長掃引速度を２００ＫＨｚ、ラウンドトリップ回数（周回数）を１０回とすると、２つの反射器の間隔は７．５センチメータ以下にする必要があり実現は困難であった。
【００６７】
（用途）
本実施形態に係る光源装置は、レーザー分光器、分散測定器、膜厚測定器、ＳＳ−ＯＣＴ装置などに好適に用いられる。また、通信ネットワーク分野においても用いられる。
【実施例】
【００６８】
以下、本発明の実施例に係る光源装置について説明するが、本発明はこれらに限られない。
【００６９】
（実施例１）
実施例１では本発明に係る光源装置の一例について図１、２を用いて説明する。実施例１に係る光源装置は実施形態１の（波長選択素子の例１）で説明したものと同様の装置構成である。すなわち、波長幅を有する光を発する部材１０１から発せられた光が、共振器（１０２、１０３）によって増幅され、波長選択素子１０４が回転することによって、光源装置から出射される光の波長が変化する。波長選択素子１０４の一部を構成するファブリーペローフィルタ２０３は、ハーフミラー２１０、ハーフミラー２１１、及び透明部材２１２からなる。ファブリーペローフィルタは、円盤上で、かつ、共振器（１０２、１０３）の光路に存在する円周上（回転軸を中心とし、半径ｒの部分）に複数設けられている（図２（ａ））。図２（ａ）では３個のファブリーペローフィルタ（２０３、２０３、２０４）が示されているが、半径ｒ上にファブリーペローフィルタが多数配置されている。以下ではファブリーペローフィルタ２０３のみについて説明するが、２０２、２０４をはじめ、他のファブリーペローフィルタについても同様である。
【００７０】
そして、図２（ｂ）に示すように、光が照射される方向におけるファブリーペローフィルタ２０３の厚さが、中心部（一点鎖線で示した部分）においてｌ０であり、最も厚みが大きい部分と最も厚みが小さい部分との差がΔｌである。
【００７１】
ここで、光がファブリーペローフィルタ２０３の厚みがｌ０の部分に照射されたときの光の透過波長をλｏとする。また透明部材２１１の屈折率をｎとする。このとき、ハーフミラー２１０とハーフミラー２１１との間の光路長はｎｌ０となるのでハーフミラー２１０とハーフミラー２１１との間に存在する光の波数Ｎは式（３）で表される。
【００７２】
【数３】
2013182915.tif 000005
【００７３】
円盤２０１が回転すると、ファブリーペローフィルタ２０３に照射された光に対し、ハーフミラー２１０とハーフミラー２１１との間隔は変化する。ここで、ファブリーペローフィルタ２０３が矢印の方向に移動して、ハーフミラー２１０とハーフミラー２１１との間隔がｌ０からｌ０＋δｌへと変化するとする。このとき、透過する波長はλｏ＋δλになる。このとき波数Ｎは変化しないとする。そして、式（３）をδｌ、δλで全微分することにより以下の式（４）が成り立つ。
【００７４】
【数４】
2013182915.tif 000006
【００７５】
式（４）を変形することで、ファブリーペローフィルタ２０３の透過波長の変化δλは式（５）のように表される。
【００７６】
【数５】
2013182915.tif 000007
【００７７】
上記変化量δｌは、円盤２０１の回転角に比例するので、円盤２０１が回転することで、ファブリーペローフィルタ２０３がその幅ｄだけ移動すると１回の波長掃引が実現する。さらに円盤２０１が回転すると、隣のファブリーペローフィルタ２０４において同様に波長掃引することができる。
【００７８】
ここで、ｌ０＝４μｍ，初期波長λｏ＝０．８４μｍとする。波長変化δλとハーフミラー２１０とハーフミラー２１１との間隔変化δｌから上記式（５）は下記式（６）のように表される。
【００７９】
【数６】
2013182915.tif 000008
【００８０】
後述するように、本発明に係る光源装置を用いたＯＣＴ装置において、観察対象の物体の観察深度を４ｍｍとしたときに必要なコヒーレント長は８ｍｍとなり、このことから光源装置が掃引する必要のある波長の幅は０．０８ｎｍとなる。またこの波長の幅は波長掃引する光源装置の波長分解能は、すなわち波長変化量と考えるとする。この波長変化量に対応する間隔δｌは式（６）より０．３８ｎｍとなる。
【００８１】
ここでファブリーペローフィルタ２０３の幅ｄを５００μｍ、Δｌ＝０．４μｍとすると、円盤２０１の移動量δｘは０．４７５μｍとなる。
０．４７５μｍ移動することを可能にするためには、円盤２０１の半径ｒは３１．７５ｍｍとなる。これにより回転角δθ＝１４．９６μｒａｄで波長分解能０．０８ｎｍとなることがわかる。また回転角Δθ＝１５．７ｍｒａｄで掃引波長幅８０ｎｍとなることもわかる。
【００８２】
ここで、半径ｒ＝３１．７５ｍｍの円盤２０１の円周上には，約４００個のファブリーペローフィルタを設けることができる。このことから、３００００ｒｐｍの速さで円盤を回転することにより波長掃引速度２００ＫＨｚを実現できることがわかる。また集光レンズ１０６の焦点距離を３ｍｍ程度にすれは，共振器を構成する１０２と１０３との間隔は１．５ｃｍ以内にすることができる。そのためラウンドトリップ回数も５０回となるため，可干渉距離の長い光源装置となる。
【００８３】
以上にのべたように，本実施例における光源装置を用いることにより、観察対象の観察深さが４ｍｍ（コヒーレント長８ｍｍ）、かつ、深さ分解能が３μｍ，かつ、波長掃引速度が２００ＫＨｚのＯＣＴ装置を実現できることがわかる。
【００８４】
（実施例２）
実施例２では本発明に係る光源装置の他の例について、図３を用いて説明する。実施例２に係る光源装置は実施形態１の（波長選択素子の例２）で説明したものと同様の装置構成である。実施例１との違いは、波長選択素子のファブリーペローフィルタのみである。具体的には、ファブリーペローフィルタが、図３のように屈折率分布を有するという点である。以下、本実施例におけるファブリーペローフィルタについて３０２を代表として説明するが、３０１や３０３のファブリーペローフィルタについても同様である。
【００８５】
ファブリーペローフィルタ３０２はハーフミラー３１０、ハーフミラー３１１、及び透明部材３１２からなる。
【００８６】
ハーフミラー３１０とハーフミラー３１１との感覚ｌは４μｍ程度である。そして、透明部材３１２の屈折率が、円盤２０１の回転方向に向かって小さくなっている。屈折率の最も大きい部分（３０２と３０３の境界部分）の屈折率ｎ０を１．５とし、屈折率が最も小さい部分（３０１と３０２の境界部分）の屈折率ｎ０−Δｎは、Δｎ＝０．１とすると、１．４となる。したがって、屈折率の最も大きい部分を通る場合と屈折率の最も小さい部分を通る場合とで光学的光路長差Δｎ・ｌが０．４μｍとなる。透明部材３１２に屈折率分布をもたせる方法は特に限定されず、イオン交換法や、フォトケミカル法などの方法が挙げられる。
【００８７】
実施例２におけるファブリーペローフィルタは、実施例１におけるファブリーペローフィルタに比べてハーフミラー３１０、ハーフミラー３１１での多重反射による光線の横ずれが少なく、ハーフミラー３１０とハーフミラー３１１との間で光を閉じ込めやすい。その結果、コヒーレント性能が向上し，フィルタ特性が良く、観察対象の物体のより深くまで観察できるという効果がある。
【００８８】
（実施例３）
実施例３では本発明に係る光源装置のさらに他の例について、図４を用いて説明する。
【００８９】
実施例３に係る光源装置は実施形態１の（波長選択素子の例３）で説明したものと同様の装置構成である。実施例１との違いは、波長選択素子のファブリーペローフィルタのみである。具体的には、ファブリーペローフィルタが、図４のように屈折率分布を有するという点である。また、実施例２との違いは、フィブリーペローフィルタに屈折率分布をもたせるために、ファブリーペローフィルタに、上記共振器内の光の波長程度のサイズ、あるいは、それ以下のサブ波長サイズの微細な構造によって実現させた点である。
【００９０】
以下、本実施例におけるファブリーペローフィルタについて４０２を代表として説明するが、４０１や４０３のファブリーペローフィルタについても同様である。
【００９１】
本実施例におけるファブリーペローフィルタ４０２は、図４のように、ライン＆スペース構造になっている。この例ではフィリングファクターと呼ばれる図中のピッチ幅Ｐ（ライン幅＋スペース幅）に対するライン幅Ｑの割合、Ｑ／Ｐが回転方向に１０％小さくなっている。すなわち、ファブリーペローフィルタ４０２において、４０２と４０３の境界のＱ／Ｐ（ＭＡＸ）に対して、４０２と４０１の境界のＱ／Ｐ（ＭＩＮ）はＱ／Ｐ（ＭＡＸ）の０．９倍である。なお、ファブリーペローフィルタ４０２において回折光が発生しないように、ピッチ幅Ｐは使用する波長（例えば、０．８μｍ）以下であることが望ましい。
【００９２】
本実施例は上記ファブリーペローフィルタのパターニング形状で屈折率分布をもたせるため、実施例２に比べて、経時変化の少ない、長期間にわたって安定であるという効果がある。
【００９３】
（実施例４）
実施例４では、本発明に係る光源装置において、図５のように、波長選択素子１０４が共振器の光路（Ｘ方向またはＸ’方向）に対してθ°傾いている。波長選択素子１０４は、Ｘ方向またはＸ’方向に対してθ°傾いた軸を中心に回転する。
【００９４】
集光レンズ１０６のビームウエストの径を１０μｍとすると、発散角は半角で３．１°となる。そこで、θを３．１°以上にすれば、反射光は開口絞り１０７により遮光され波長幅を有する光を発する部材には戻らないようにできる。ここで、波長選択素子がθ°傾いていても、必要なコヒーレント長を得られることを、図８を用いて説明する。図８は図５の波長選択素子の一部を拡大した図である。
【００９５】
上記のように波長選択素子１０４がファブリーペローフィルタ内で光が横ずれし、この横ずれ量がδｘとなる。ここで、θ＝３．１°のとき、ファブリーペローフィルタ８０１の屈折率を１．５とすると、屈折角をφとしたときに、φ＝２．１°となり、ファブリーペローフィルタ１０４の間隔ｌ０を４μｍとすれば、横ずれ量δｘは，０．２９μｍとなる。これにより多重反射によりスポット径１０μｍを外れるまでには約３０回往復することができる。この回数はコヒーレント長８ｍｍを実現する必要な回数以内である。したがって、波長選択素子１０４が共振器の光路に対して、３．１°傾いていたとしても、必要なコヒーレント長を得られる。
【００９６】
（実施例５）
実施例４の変形例である実施例５について、図９（ａ）（ｂ）を用いて説明する。実施例５に係る光源装置は、実施例４に係る光源装置における波長選択素子１０４のうち、ファブリーペローフィルタの構造が異なる。実施例５におけるファブリーペローフィルタは、ファブリーペローフィルタの両面での反射回数を増やし、さらにコヒーレント長を向上させることができる。図９（ａ）に示すように、ファブリーペローフィルタ９０１の、円盤２０１と接しない方の面（９０３）が曲率をもつ。適切な曲率の面にすることで、ファブリーペローフィルタ９０１の、円盤２０１と接する面（９０２）と、接しない方の面（９０３）とで共振し横ずれしない構成となる。図９（ｂ）では、図９（ａ）の右上の図のＡ方向からみた図である。図９（ｂ）において、ｄが円盤２０１の回転方向である。図９（ｂ）に示すように楔形状をしている。この楔の大きさは平行面から約１／１０００の傾きであるため、この方向への横ずれは小さく、両面での反射回数は６０００回以上である。本実施例に係る光源装置は、コヒーレント長が大きいため、本実施例に係る光源装置を用いたＯＣＴ装置において、観察対象の物体のより深い位置まで高画質なＯＣＴ画像を得ることができる。
【００９７】
（比較例）
ここでは、特許文献１特許文献１の図１０に示された可変レーザーについて説明する。図１０に示された可変レーザーにおけるファブリーペローキャビティ４１０を構成する２つの反射器は、自由スペクトル領域（Ｆｒｅｅ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｒａｎｇｅ、以下、ＦＳＲと略す）を４５乃至８０ｎｍに設定すると、１５μｍ乃至２５μｍであることが開示されており、１００ＫＨｚ以上の波長掃引速度を実現できるとしている。ここで、ＦＳＲは周波数間隔として一般に以下の式（７）で表され、式（７）式を、波長間隔に変換したものが、式（８）である。ｃは光の速度，ｌは共振器を構成する２つの反射器の間隔長、ｎはこの２つの共振器の間における屈折率である。
【００９８】
【数７】
2013182915.tif 000009
【００９９】
【数８】
2013182915.tif 000010
【０１００】
しかし、挿引波長の中心波長を８４０ｎｍ、ＦＳＲを８０ｎｍとすると、共振器を構成する２つの反射器の間隔は４．４μｍと狭いことがわかっている。この狭い間隔では２００ＫＨｚ以上の高速な掃引をすることは困難であると考えられる。
【符号の説明】
【０１０１】
１０１  波長幅を有する光を発する部材
１０２  反射器
１０３  反射器
１０４  波長選択素子
【図１】
2013182915.tif 000011
【図２】
2013182915.tif 000012
【図３】
2013182915.tif 000013
【図４】
2013182915.tif 000014
【図５】
2013182915.tif 000015
【図６】
2013182915.tif 000016
【図７】
2013182915.tif 000017
【図８】
2013182915.tif 000018
【図９】
2013182915.tif 000019