JP2008157710A

JP2008157710A - 光コヒーレンストモグラフィー装置

Info

Publication number: JP2008157710A
Application number: JP2006345569A
Authority: JP
Inventors: Naohiro Tanno; 直弘丹野
Original assignee: MICROTOMOGRAPHY KK; Tanno Naohiro
Current assignee: MICROTOMOGRAPHY KK; Tanno Naohiro
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2008-07-10

Abstract

【課題】参照光の回帰光の偏光を任意に制御して、さらに偏光分離した各回折分光を光アレイセンサーで一回検出するのみで、参照光の傾斜や反射ミラーによる機械的位相シフトを行う必要のない、計測物体の深層分布像を容易に観測できる偏光制御スペクトルドメインの光コヒーレンストモグラフィー装置を提供する。
【解決手段】参照光の偏光制御生成手段５０を用い、偏光を変化して合波光を偏光分離した回折分光にして光検出する手段６０を具備して、偏光ビームスプリッター１６で偏光分離した干渉光を光アレイセンサー１７，１８で検出し、機械的位相シフトを要せず、フーリエ積分を適宜演算して断層画像を得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、光干渉系において、参照光の偏光を制御して、干渉光を偏光分離した回折分光にして光検出する偏光制御スペクトルドメインの光コヒーレンストモグラフィー装置に関するものである。

近年、広帯域でショートコヒーレンス特性を有する光源を用いた光コヒーレンストモグラフィー装置が発明され、すでに実用化され諸分野で広く活用されている（例えば、下記特許文献１および非特許文献１）。これらの時間領域光コヒーレンストモグラフィーに対し、干渉光を分光して検出し逆フーリエ変換を演算して、計測物体の深層の分布を測定する方法が知られている（例えば、下記非特許文献２）。このような方法は、最近はフーリエドメインあるいはスペクトルドメイン光コヒーレンストモグラフィーと称されている（下記非特許文献３）が、非干渉成分（ＤＣ成分に相当）と干渉成分（ＡＣ成分に相当）を分離し位相シフト法（例えば、下記特許文献２）を用いて、複素共役像といわれる“影”を分離することなどが提案されている。他方、偏光と時間差を用いた多重化スペクトル干渉光コヒーレンストモグラフィーによる高速化と複素共役像を含まないフルレンジの方法が提案されている（例えば、下記特許文献３）。また、鉛直断面画像を観測する方法に、直交位相干渉光を検出して位相シフトを施し画像抽出を行う方法が提案されている（例えば、下記非特許文献４）。さらには、参照光を物体光と傾斜して交差させ位相シフトを検出する方法も開示されている( 例えば、下記非特許文献５) 。

図１１は従来（特許文献３）の時間分離と偏光分離を用いて、複素共役像を含まないフルレンジのスペクトル干渉光コヒーレンストモグラフィーの構成図である。

この図において、１０１は光源、１０２は第１の偏光ビームスプリッター、１０３は走査鏡、１０４はレンズ、１０５は計測物体、１０６は第２の偏光ビームスプリッター、１０７ａ，１０７ｂは４分の１波長板、１０８ａ，１０８ｂは参照鏡、１０９ａ，１０９ｂはピエゾ素子、１１０はスペクトロメータである。

この構成では、紙面に垂直な偏光成分と平行な偏光成分を独立させるため、第２の偏光ビームスプリッター１０６から参照鏡１０８ａ，１０８ｂまでの光路長差を光源１０１のコヒーレント長より十分長く設定し、各偏光成分を干渉させないように限定して構成されている。ピエゾ素子１０９ａ，１０９ｂは参照鏡１０８ａ，１０８ｂを光路上で移動して位相シフトを与える役目をするように構成している。
特許第２０１００４２号公報特開２００５−３５１７２７号公報特開２００６−０５２９５４号公報光学、２８巻３号、１９９９年ｐｐ. １１６−１２５ＯｐｔｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．１９，Ｎｏ．８，１９９４，ｐｐ．５８７−５８９レーザー研究、第３４巻第７号、２００６年、ｐｐ．４７６−４８２Ｐｒｏｃ．ＩＱＥＣａｎｄＣＬＥＯ−ＰＲ２００５ＣｔｕＭ１−５，２００５，ｐ．１１ＯｐｔｉｃｓＥｘｐｒｅｓｓ，ｖｏｌ．１２，Ｉｓｓｕｅ２５，２００４，ｐｐ．６１８４−６１９１

しかしながら、上記した偏光成分を独立に参照鏡で回帰する方法では、参照光の偏光を可変して制御することはできず、またその方法は開示されておらず、可干渉距離以内で回帰させると一個の既製品のスペクトルメータでは、各偏光成分を分離して分光できない問題が生じる。さらに、複素共役像を除去するには、前記ピエゾ素子で、機械的位相シフトを各偏光成分ごとに２重に行い、データを蓄積しフーリエ演算して所望の画像を得なければならない。

また、上記非特許文献４で提案されている直交位相干渉光を検出してさらに機械的位相シフトを行う方法では、鉛直断面画像の抽出のみに適用しているので、スペクトルドメイン光コヒーレンストモグラフィーにおける実現性は開示されていない。また、一般にウォラストンプリズムからの常光線と異常光線のビームは各１０度程度屈折して出射されるので、光検出器で適正かつ高効率な干渉情報を得るためには各偏光成分が独立に垂直入射となるように図らなければならないが、その方法は開示されていない。さらに、参照光の傾斜や反射ミラーにより時間をおいて機械的に位相シフトを行う従来の位相シフト法では、生体などの揺らぎのある対象の場合、取得画像に乱れが生じ解像度の低下を招くという問題があった。

本発明は、上記状況に鑑みて、参照光の回帰光の偏光を任意に制御して、さらに偏光分離した各回折分光を光アレイセンサーで一回検出するのみで、参照光の傾斜や反射ミラーによる機械的位相シフトを行う必要のない、計測物体の深層分布像を容易に観測できる偏光制御スペクトルドメインの光コヒーレンストモグラフィー装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕光コヒーレンストモグラフィー装置において、図１に示すように、光源（１）と、この光源（１）の光路上に配置され、物体光と参照光に２分割する無偏光ビームスプリッター（３）と、前記物体光を計測物体（１１）に走査して照射する手段と、前記光源（１）と前記無偏光ビームスプリッター（３）間の光路上に配置される４５度直線偏光子（２）と、前記無偏光ビームスプリッター（３）と前記計測物体（１１）の光路上に配置される４５度直線偏光子（９）と、前記参照光の偏光を変化し回帰させる偏光制御生成手段（５０）と、前記計測物体（１１）の表面乃至深層からの反射物体光と前記回帰参照光とを合波する前記無偏光ビームスプリッター（３）と、この無偏光ビームスプリッターで合波された合波光を偏光分離した回折分光にして検出する手段（６０）とを具備することを特徴とする。

〔２〕上記〔１〕記載の光コヒーレンストモグラフィー装置において、図１に示すように、前記偏光制御生成手段（５０）は、偏光ビームスプリッター（４）とこの偏光ビームスプリッター（４）からの分割光の一方の光路上の参照光反射ミラー（５ｂ）と、前記分割光のもう一方の光路上のピエゾ素子（６）付き参照光反射ミラー（５ａ）から成ることを特徴とする。

〔３〕上記〔１〕記載の光コヒーレンストモグラフィー装置において、図２に示すように、前記偏光制御生成手段（５０）は、可動リトロリフレクター（１９）と偏光ビームスプリッター（４）とこの偏光ビームスプリッター（４）からの分割光の一方の光路上の参照光反射ミラー（５ｂ）と、前記分割光のもう一方の光路上のピエゾ素子（６）付き参照光反射ミラー（５ａ）から成ることを特徴とする。

〔４〕上記〔１〕記載の光コヒーレンストモグラフィー装置において、図３に示すように、前記偏光制御生成手段（５０）は、４分の１波長板（２１）と４５度直線偏光子（２２）及び参照光反射ミラー（５ａ）から成ることを特徴とする。

〔５〕上記〔１〕記載の光コヒーレンストモグラフィー装置において、図４に示すように、前記偏光制御生成手段（５０）は、４分の１波長板（２１）と４５度直線偏光子（２２）と可動リトロリフレクター（１９）及び参照光反射ミラー（５ａ）から成ることを特徴とする。

〔６〕上記〔１〕記載の光コヒーレンストモグラフィー装置において、図５に示すように、各光路の一部乃至全てに偏光保持光ファイバー（２３，２４ａ，２４ｂ）を具備することを特徴とする。

〔７〕上記〔１〕記載の光コヒーレンストモグラフィー装置において、図１に示すように、前記合波光を偏光分離した回折分光にして検出する手段（６０）は、回折格子（１４）と光ビームを整形するビームエキスパンダー（１２）とレンズ（１５）と偏光ビームスプリッター（１６）及びこの偏光ビームスプリッター（１６）により偏光分離した各回折分光を検出する光アレイセンサー（１７，１８）とから成ることを特徴とする。

〔８〕上記〔１〕記載の光コヒーレンストモグラフィー装置において、図６に示すように、前記合波光を偏光分離した回折分光にして検出する手段（６０）は、回折格子（１４）と光ビームを整形するビームエキスパンダー（１２）及びレンズ（１５）と偏光ビームスプリッター（１６）とプリズム反射鏡（１６ｂ）と光路長補償ガラスブロック（１６ａ）及び前記偏光ビームスプリッター（１６）により偏光分離した各回折分光を検出する光アレイセンサー（１７ａ）とから成ることを特徴とする。

〔９〕上記〔１〕記載の光コヒーレンストモグラフィー装置において、図７に示すように、前記合波光を偏光分離した回折分光にして検出する手段（６０）は、回折格子（１４）と光ビームを整形するビームエキスパンダー（１２）及びレンズ（１５）とウォラストン（Ｗｏｌｌａｓｔｏｎ）プリズム（２５）とバイプリズム（２６）及び前記ウォラストンプリズム（２５）により偏光分離した各回折分光を検出する光アレイセンサー（１７ａ）とから成ることを特徴とする。

〔１０〕上記〔１〕記載の光コヒーレンストモグラフィー装置において、図８に示すように、前記合波光を偏光分離した回折分光にして検出する手段（６０）は、回折格子（１４）と光ビームを整形するビームエキスパンダー（１２）及びレンズ（１５）とビームデスプレイシングプリズム（２８）及びこのビームデスプレイシングプリズム（２８）により偏光分離した各回折分光を検出する光アレイセンサー（２９）とから成ることを特徴とする。

〔１１〕上記〔１〕記載の光コヒーレンストモグラフィー装置において、図９に示すように、前記合波光を偏光分離した回折分光にして検出する手段（６０）は、光ビームを整形するビームエキスパンダー（１２）に前置したビームデスプレイシングプリズム（２８）と回折格子（１４）とレンズ（１５）及び前記ビームデスプレイシングプリズム（２８）により偏光分離した各回折分光を検出する光アレイセンサー（２９）とから成ることを特徴とする。

〔１２〕上記〔１〕記載の光コヒーレンストモグラフィー装置において、図１０に示すように、前記合波光を偏光分離した回折分光にして検出する手段（６０）は、回折格子（１４）と光ビームを整形する非軸放物面ミラー（２９，３０）と偏光ビームスプリッター（１６）及びこの偏光ビームスプリッター（１６）より偏光分離した各回折分光を検出する光アレイセンサー（１７，１８）とから成ることを特徴とする。

本発明によれば、従来の参照光の傾斜干渉や反射ミラーによる機械的な位相シフトを必要とせずに、偏光制御した参照光を用い各偏光分離した回折分光を検出するのみで計測物体の深層の分布を観測することができる。

本発明の光コヒーレンストモグラフィー装置は、光源と、この光源の光路上に配置される、物体光と参照光に２分割する無偏光ビームスプリッターと、前記物体光を計測物体に走査して照射する手段と、前記光源と前記無偏光ビームスプリッター間の光路上に配置される４５度直線偏光子と、前記無偏光ビームスプリッターと前記計測物体の光路上に配置される４５度直線偏光子と、前記参照光の偏光を変化し回帰させる偏光制御生成手段と、前記計測物体の表面乃至深層からの反射物体光と前記回帰参照光とを合波する前記無偏光ビームスプリッターと、この無偏光ビームスプリッターで合波された合波光のビーム径を広げるビームエキスパンダーと、前記合波光を偏光分離した回折分光にして検出する手段とを具備する。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
〔実施例１〕
図１は本発明の第１実施例を示す偏光制御回折分光検出装置の構成図である。

この図において、１は光源、２，９は４５度直線偏光子、３は無偏光ビームスプリッター、４，１６は偏光ビームスプリッター、５ａ、５ｂは参照光反射ミラー、６はピエゾ素子、１０ａ、１０ｂはガルバノミラー系、１１は計測物体、１２はビームエキスパンダー、１３はミラー、１４は回折格子、１５はレンズ（フーリエ変換用レンズ）、１７、１８は光アレイセンサーである。

本実施例では前記走査して照射する手段にはガルバノミラー系１０ａ、１０ｂを例示してある。Ｈは水平偏光、Ｖは垂直偏光であることを示している。５０は、参照光の偏光を変化し回帰させる偏光制御生成手段、６０は合波光を偏光分離した回折分光にして検出する手段である。

光源１からのビームを偏光方向を４５度に傾けた４５度直線偏光子２で選択し、無偏光ビームスプリッター３で２分割する。この２分割ビームのうち一方のビームを参照光として、参照光の偏光を変化し回帰させる偏光制御生成手段５０に入射する。本実施例では、この偏光制御生成手段５０は偏光ビームスプリッター４とこの偏光ビームスプリッター４からの分割光の一方の光路上の参照光反射ミラー５ｂと、前記分割光のもう一方の光路上のピエゾ素子６付き参照光反射ミラー５ａから構成されている。つまり、入射参照光は偏光ビームスプリッター４でさらに水平偏光Ｈと垂直偏光Ｖに等しく分割させ、参照光反射ミラー５ａ，５ｂで回帰反射させる。各水平偏光Ｈと垂直偏光Ｖの光路長差を、光源の波長λの±１／４〜±１／２〜０とピエゾ素子６を駆動させ変化させると、回帰する参照光は、円偏光〜楕円偏光〜直線偏光と変化制御できる。例えば、その光路長差を±λ／４と設定すると回帰参照光は右回りあるいは左回りの円偏光とすることができる。

無偏光ビームスプリッター３で分割されたもう一方のビームは、４５度直線偏光子９を経て、ガルバノミラー系１０ａ，１０ｂにより計測物体１１を２次元的に走査して、この計測物体１１の表面乃至深層からの反射物体光となる。この反射物体光と前記回帰参照光は、無偏光ビームスプリッター３により重畳し、光検出器で干渉出力を生じる合波光を形成する。

本実施例では、この合波光を偏光分離した回折分光にして検出する手段６０は、ビームエキスパンダー１２とミラー１３と回折格子１４とレンズ（フーリエ変換用レンズ）１５と偏光ビームスプリッター１６と光アレイセンサー１７および１８から構成されている。

前記合波光は回折格子１４で分光し、レンズ１５の作用で焦点距離面に分光した各波長成分が集光される。このとき、この集光される光は偏光ビームスプリッター１６により水平偏光Ｈ成分と垂直偏光Ｖ成分の各成分に分離して、光アレイセンサー１７および１８でそれぞれ検出され分光波長毎の干渉出力が得られる。

前記干渉出力に対して、前記回帰参照光の偏光を制御することで、前記反射物体光とこの回帰参照光との相対的位相差φに関して、正弦干渉項あるいは余弦干渉項を任意に生成することができる。例えば、前記参照光の自己相関成分と複素共役像を除去したいときは、回帰参照光を円偏光に制御して各偏光成分を直交位相にして各アレイセンサー１７および１８で同時に一回のみ出力し、各波長を角周波数ωに変換する。角周波数ω毎の水平偏光Ｈ成分および垂直偏光Ｖ成分の干渉出力は次式となる。

Ｉ_H( ω) ＝Ｉｐ( ω) ＋２Ｉｓ( ω) ｃｏｓ( ωτ) …（１）
Ｉ_V( ω) ＝Ｉｐ( ω) ＋２Ｉｓ( ω) ｓｉｎ( ωτ) …（２）
ここで、τは測定物体の表面乃至深層分布の距離を光速で割った時間、Ｉｐ( ω) は参照光Ｉｒ( ω) と物体光Ｉｏ( ω) の和でＤＣ成分（背景雑音）に相当し、Ｉｓ( ω) は参照光電界と物体光電界の積で、測定したいＡＣ成分を表す。

測定されたＩ_H( ω) 、Ｉ_V( ω) の右辺に、余弦、正弦フーリエ変換関数を乗じ、共役像成分を消去して、光源の中心周波数がω₀で周波数幅がΔωの有限積分領域の演算を実行する。Ｉｒ( ω) は光源の出力から予め測定し、除算しておく。これらの演算の結果について自乗和を取ると、フーリエ変換軸ζ上に物体深層の分布像が観測される。物体光の自己相関像も存在するが、振幅が十分小さいこととそのピークはζ＝０に局在することで無視できる。

さらには、与式（１）と（２）の差分をとり予めＩｐ（ω）を除去して、上述と同様の演算をしても良い。この場合は複素共役像は残るが、測定地点毎のＤＣ成分Ｉｐ（ω）を完全に除去できる利点がある。被測定物体の分布がζ＝０以外のところにあれば、有効な演算方法である。

本発明における演算方法は、回折干渉光の偏光分離した直交位相成分に余弦および正弦変換を交互に演算することで、時間を要する機械的な位相シフトなどを必要とせずに、等価な位相シフト演算を実現するものである。この結果、本方法によって、複素共役像と参照光の自己相関像および中心周波数の干渉縞などが除去された１次元実像が一回の光検出のみで抽出できる。

本発明の方法によって、機械的位相シフトの走査時間の短縮に加え、フーリエ積分演算は２回で済むので、従来より数段の高速化が実現できる。一般に、例えば、５段階の機械的位相シフトで得られたデータに対しては、１次元の分布像を得るのに５回のフーリエ積分演算をしなければならない。２次元、３次元データの場合には、光センサーで検出するデータ取り込み時間よりも、それらの演算時間が長くなり、実時間表示が困難になる。本実施例によれば、並列高速演算プロセッサを用いる場合でも、2 ／５の台数で済む。

なお、本実施例では、参照光の偏光を円偏光にした場合を示したが、例えば、測定物体の複屈折性の測定などでは、必要に応じ直線偏光や楕円偏光にして偏光分離して回折分光を測定することもできる。

また、２次元、３次元データは、ガルバノミラー系１０ａ，１０ｂにより照射物体光を計測物体１１上を２次元的に走査して各走査点毎に上記の１次元実像を測定して、得られたデータを演算し積層することで、２次元乃至３次元断層画像を観測できる。前記物体光を計測物体に走査して照射する手段は、本実施例以外に、計測物体をＸＹＺ軸可動ステージに置いて、相対的に照射光を走査しても良いことは明らかである。
〔実施例２〕
図２は本発明の第２実施例を示す参照光路長を長距離に可変する偏光制御回折分光検出装置の構成図である。

この図において、参照光の偏光を変化し回帰させる偏光制御生成手段５０には、第１実施例に可動リトロリフレクター１９およびその可動台２０を付加し具備するように構成している。

一般に、ピエゾ素子６は駆動電圧で伸縮して参照光反射ミラー５ａを光軸方向に移動できるが、可動範囲は数ｍｍ程度である。一方、被測定物体に、例えば照射光のレンズ焦点位置を近づけるには、参照光反射ミラーのｃｍオーダーの移動が必要である。コヒーレント長の短い光源を用いる光コヒーレンストモグラフィーでは、その都度参照光路長を可変にしてこの焦点位置に可干渉位置を移動して物体光路長との差をそのコヒーレント長以内にする必要がある。そのため、長距離の移動が可能で、光ビームの軸が振れないように参照光を反射回帰させることが可能な可動リトロリフレクター１９とその可動台２０を設けたものである。可動台２０には、駆動用モーター（図示なし）などを具備すればよい。

この実施例によれば、本発明の偏光制御生成機能を損なうことなく、光路長を長距離で可変とすることが、本構成によって実現できるものである。本実施例の他の構成要素は、図１の実施例に同じであるから、説明は省略する。
〔実施例３〕
図３は本発明の第３実施例を示す参照光の偏光を固定制御する偏光制御回折分光検出装置の構成図である。

本実施例では、参照光の偏光を変化し回帰させる偏光制御生成手段５０には、４分の１波長板２１と４５度直線偏光子２２と参照光反射ミラー５ａを具備している。本構成では、入射４５度直線偏光７の参照光は、円偏光８となり回帰参照光を生成する。所定の決まった偏光を固定して発生する場合の方法である。本実施例の他の構成要素は図１の実施例に同じであるから、説明は省略する。
〔実施例４〕
図４は本発明の第４実施例を示す参照光路長を長距離可変する偏光制御回折分光検出装置の構成図である。

この図において、参照光の偏光を変化し回帰させる偏光制御生成手段５０には、４分の１波長板２１と４５度直線偏光子２２と可動リトロリフレクター１９およびその可動台２０、参照光反射ミラー５ａを具備している。本実施例の他の構成要素は図１、図２および図３の実施例と部分的に同じであるから、説明は省略する。
〔実施例５〕
図５は本発明の第５実施例を示す偏光保持光ファイバーを配備する偏光制御回折分光検出装置の構成図である。

この図において、２３，２４ａおよび２４ｂは、偏光保持光ファイバーである。

本実施例では物体光路および参照光路にそれぞれ、偏光を保持して伝送可能な光ファイバーである偏光保持光ファイバー２４ａおよび２４ｂを具備してある。さらに、合波光路においても偏光保持光ファイバー２３を配備するようにしている。本構成によって、計測物体１１が遠隔にあっても各光路を長距離にして測定を可能にするシステムとして実用性が高められている。本実施例では、３光路すべてにこの偏光保持光ファイバーを具備した例を示したが、必要に応じ一部のみに具備しても良いことは明らかである。なお、本実施例の他の構成要素は図１および図３の実施例と部分的に同じであるから、説明は省略する。
〔実施例６〕
図６は本発明の第６実施例を示す合波光を偏光分離した回折分光にして検出する手段を備えた偏光制御回折分光検出装置の構成図である。

この図において、１６ａは光路長補償ガラスブロック、１６ｂはプリズム反射鏡、１７ａは光アレイセンサーである。回折格子１４で分光した合波光を偏光ビームスプリッター１６で各偏光に分離して、同一光アレイセンサー１７ａで検出することを特徴とする。レンズ１５によるフーリエ変換面が各分離光で同じ光学距離、この場合は焦点距離となるように、水平偏光２７ｂの光路に光路長補償ガラスブロック１６ａを配備したものである。なお、本実施例の他の構成要素は図１乃至図５の実施例と同じであるから、説明は省略する。
〔実施例７〕
図７は本発明の第７実施例を示す合波光を偏光分離した回折分光にして検出する手段を備えた偏光制御回折分光検出装置の構成図である。

この図において、２５はウォラストン（Ｗｏｌｌａｓｔｏｎ）プリズム、２６はバイプリズムである。回折格子１４で分光した合波光をウォラストンプリズム２５で各垂直，水平偏光２７ａ、２７ｂに分離して、同一光アレイセンサー１７ａで検出することを特徴とする。レンズ１５によるフーリエ変換面が各分離光で同じ光学距離、この場合は焦点距離となるようにして、さらに各分離光が光アレイセンサー１７ａの受光面に垂直に入射するようにバイプリズム２６で各光路を適宜屈折させたことに特徴がある。本構成により、前記回帰参照光と反射物体光が各偏光ベクトルを傾斜させることなく受光面に入射するために、効率よく合波干渉信号が２乗検波される。なお、本実施例の他の構成要素は図１乃至図５の実施例と同じであるから、説明は省略する。
〔実施例８〕
図８は本発明の第８実施例を示す合波光を偏光分離した回折分光にして検出する手段を備えた偏光制御回折分光検出装置の構成図である。

この図において、２８はビームデスプレイシングプリズムである。回折格子１４で分光した光をビームデスプレイシングプリズム２８で、同図の下側に図示したように、上下各垂直、水平偏光２７ａ，２７ｂに偏光分離する。各光ビームは、光アレイセンサ２９でそれぞれ検波される。上下に分離することで、各波長毎の出力を検出器のピクセル毎に合わせるのが容易になる特徴と光学素子を軽減できる特徴がある。なお、各偏光の光路長差はレンズの焦点深度以内であるので、焦点ボケは無視できる。
〔実施例９〕
図９は本発明の第９実施例を示す、合波光を偏光分離した回折分光にして検出する手段を備えた偏光制御回折分光検出装置の構成図である。

この図において、２８はビームエキスパンダー１２に前置したビームデスプレイシングプリズムである。前記合波光をビームデスプレイシングプリズム２８で、同図の下側に図示したように、上下各垂直，水平偏光２７ａ，２７ｂに偏光分離する。各光ビームは、回折格子１４とレンズ１５で分光され、光アレイセンサ２９でそれぞれ検波される。上下に分離することで、各波長毎の出力を検出器のピクセル毎に合わせるのが容易になる特徴と光学素子を軽減できる特徴がある。
〔実施例１０〕
図１０は本発明の第１０実施例を示す、合波光を偏光分離した回折分光にして検出する手段を備えた偏光制御回折分光検出装置の構成図である。

この図において、２９は光ビームを整形する非軸放物面ミラーである。例えば、このミラー２９は、偏光保持光ファイバー２３よりの拡散光を図のように平行ビームにして回折格子１４に照射させるものである。３０は同様な非軸放物面ミラーである。この非軸放物面ミラー３０は、回折格子１４よりの回折光を波長分離して光アレイセンサー１７，１８に集光するものであり、光路中のレンズなどの分散素子の影響を与えることなく回折分光を実現できる特徴と素子数を減らせる特徴がある。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形、組み合わせが可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の光コヒーレンストモグラフィー装置は、構成が簡単で製品化が容易であるので、材料分析、非破壊検査、生体計測などのミクロな断層画像を迅速に観測する必要のある分野で広く利用可能である。

本発明の第１実施例を示す偏光制御回折分光検出装置の構成図である。本発明の第２実施例を示す参照光路長を長距離に可変する偏光制御回折分光検出装置の構成図である。本発明の第３実施例を示す参照光の偏光を固定制御する偏光制御回折分光検出装置の構成図である。本発明の第４実施例を示す参照光路長を長距離可変する偏光制御回折分光検出装置の構成図である。本発明の第５実施例を示す偏光保持光ファイバーを配備する偏光制御回折分光検出装置の構成図である。本発明の第６実施例を示す合波光を偏光分離した回折分光にして検出する手段を備えた偏光制御回折分光検出装置の構成図である。本発明の第７実施例を示す合波光を偏光分離した回折分光にして検出する手段を備えた偏光制御回折分光検出装置の構成図である。本発明の第８実施例を示す合波光を偏光分離した回折分光にして検出する手段を備えた偏光制御回折分光検出装置の構成図である。本発明の第９実施例を示す、合波光を偏光分離した回折分光にして検出する手段を備えた偏光制御回折分光検出装置の構成図である。本発明の第１０実施例を示す、合波光を偏光分離した回折分光にして検出する手段を備えた偏光制御回折分光検出装置の構成図である。従来の時間分離と偏光分離を用いて、複素共役像を含まないフルレンジのスペクトル干渉光コヒーレンストモグラフィーの構成図である。

符号の説明

１光源
２，９，２２４５度直線偏光子
３無偏光ビームスプリッター
４，１６偏光ビームスプリッター
５ａ，５ｂ参照光反射ミラー
６ピエゾ素子
７４５度直線偏光子
８円偏光
１０ａ，１０ｂガルバノミラー系
１１計測物体
１２ビームエキスパンダー
１３ミラー
１４回折格子
１５レンズ（フーリエ変換用レンズ）
１６ａ光路長補償ガラスブロック
１６ｂプリズム反射鏡
１７，１７ａ，１８，２９光アレイセンサー
１９可動リトロリフレクター
２０可動台
２１４分の１波長板
２３，２４ａ，２４ｂ偏光保持光ファイバー
２５ウォラストンプリズム
２６バイプリズム
２７ａ，２７ｂ垂直、水平各偏光
２８ビームデスプレイシングプリズム
２９，３０非軸放物面ミラー
５０偏光制御生成手段
６０合波光を偏光分離した回折分光にして検出する手段

Claims

（ａ）光源と、
（ｂ）該光源の光路上に配置され、物体光と参照光に２分割する無偏光ビームスプリッターと、
（ｃ）前記物体光を計測物体に走査して照射する手段と、
（ｄ）前記光源と前記無偏光ビームスプリッター間の光路上に配置される４５度直線偏光子と、
（ｅ）前記無偏光ビームスプリッターと前記計測物体の光路上に配置される４５度直線偏光子と、
（ｆ）前記参照光の偏光を変化し回帰させる偏光制御生成手段と、
（ｇ）前記計測物体の表面乃至深層からの反射物体光と前記回帰参照光とを合波する前記無偏光ビームスプリッターと、
（ｈ）該無偏光ビームスプリッターで合波された合波光を偏光分離した回折分光にして検出する手段とを具備することを特徴とする光コヒーレンストモグラフィー装置。
請求項１記載の光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記偏光制御生成手段は、偏光ビームスプリッターと該偏光ビームスプリッターからの分割光の一方の光路上の参照光反射ミラーと、前記分割光のもう一方の光路上のピエゾ素子付き参照光反射ミラーから成ることを特徴とする光コヒーレンストモグラフィー装置。
請求項１記載の光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記偏光制御生成手段は、可動リトロリフレクターと偏光ビームスプリッターと該偏光ビームスプリッターからの分割光の一方の光路上の参照光反射ミラーと、前記分割光のもう一方の光路上のピエゾ素子付き参照光反射ミラーから成ることを特徴とする光コヒーレンストモグラフィー装置。
請求項１記載の光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記偏光制御生成手段は、４分の１波長板と４５度直線偏光子及び参照光反射ミラーから成ることを特徴とする光コヒーレンストモグラフィー装置。
請求項１記載の光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記偏光制御生成手段は、４分の１波長板と４５度直線偏光子と可動リトロリフレクター及び参照光反射ミラーから成ることを特徴とする光コヒーレンストモグラフィー装置。
請求項１記載の光コヒーレンストモグラフィー装置において、各光路の一部乃至全てに偏光保持光ファイバーを具備することを特徴とする光コヒーレンストモグラフィー装置。
請求項１記載の光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記合波光を偏光分離した回折分光にして検出する手段は、回折格子と光ビームを整形する系と偏光ビームスプリッター及び該偏光ビームスプリッターにより偏光分離した各回折分光を検出する光アレイセンサーとから成ることを特徴とする光コヒーレンストモグラフィー装置。
請求項１記載の光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記合波光を偏光分離した回折分光にして検出する手段は、回折格子と光ビームを整形するビームエキスパンダー及びレンズと偏光ビームスプリッターとプリズム反射鏡と光路長補償ガラスブロック及び前記偏光ビームスプリッターにより偏光分離した各回折分光を検出する光アレイセンサーとから成ることを特徴とする光コヒーレンストモグラフィー装置。
請求項１記載の光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記合波光を偏光分離した回折分光にして検出する手段は、回折格子と光ビームを整形するビームエキスパンダー及びレンズとウォラストン（Ｗｏｌｌａｓｔｏｎ）プリズムとバイプリズム及び前記ウォラストンプリズムにより偏光分離した各回折分光を検出する光アレイセンサーとから成ることを特徴とする光コヒーレンストモグラフィー装置。
請求項１記載の光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記合波光を偏光分離した回折分光にして検出する手段は、回折格子と光ビームを整形するビームエキスパンダー及びレンズとビームデスプレイシングプリズム及び該ビームデスプレイシングプリズムにより偏光分離した各回折分光を検出する光アレイセンサーとから成ることを特徴とする光コヒーレンストモグラフィー装置。
請求項１記載の光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記合波光を偏光分離した回折分光にして検出する手段は、光ビームを整形するビームエキスパンダーに前置したビームデスプレイシングプリズムと回折格子とレンズ及び前記ビームデスプレイシングプリズムにより偏光分離した各回折分光を検出する光アレイセンサーとから成ることを特徴とする光コヒーレンストモグラフィー装置。
請求項１記載の光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記合波光を偏光分離した回折分光にして検出する手段は、回折格子と光ビームを整形する非軸放物面ミラーと偏光ビームスプリッター及び該偏光ビームスプリッターにより偏光分離した各回折分光を検出する光アレイセンサーとから成ることを特徴とする光コヒーレンストモグラフィー装置。