JP4505807B2

JP4505807B2 - 多重化スペクトル干渉光コヒーレンストモグラフィー

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Description

本発明は、時分割、偏光分割なども併用し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関するものである。

医療分野等で用いられる非破壊断層計測技術の１つとして、時間的に低コヒーレンスな光をプローブ（探針）として用いる断層計測法「光コヒーレンストモグラフィー」（ＯＣＴ）がある（特許文献１参照）。ＯＣＴは、光を計測プローブとして用いるため、被計測試料の屈折率分布、分光情報、偏光情報（複屈折率分布）等が計測できるという利点がある。

一般的なＯＣＴは、マイケルソン干渉計を基本としており、その原理を図８で説明する。光源６３から射出された光は、コリメートレンズ６２で平行化された後に、ビームスプリッター５７により参照光と物体光に分割される。物体光は、物体アーム内の対物レンズ５８によって被計測試料５９に集光され、そこで散乱・反射された後に再び対物レンズ５８、ビームスプリッター５７に戻る。

一方、参照光は参照アーム内の対物レンズ６０を通過した後に参照鏡６１によって反射され、再び対物レンズ６０を通してビームスプリッター５７に戻る。このようにビームスプリッター５７に戻った物体光と参照光は、物体光とともに集光レンズ５６に入射し光検出器５５（フォトダイオード等）に集光される。

ＯＣＴの光源は、時間的に低コヒーレンスな光（異なった時刻に光源から出た光同士は極めて干渉しにくい光）の光源を利用する。時間的低コヒーレンス光を光源としたマイケルソン型の干渉計では、参照アームと物体アームの距離がほぼ等しいときにのみ干渉信号が現れる。この結果、参照アームと物体アームの光路長差（τ）を変化させながら、光ディテクターで干渉信号の強度を計測すると、光路長差に対する干渉信号（インターフェログラム）が得られる。

そのインターフェログラムの形状が、被計測試料５９の奥行き方向の反射率分布を示しており、１次元の軸方向走査により被計測試料５９の奥行き方向の構造を得ることができる。このように、ＯＣＴでは、光路長走査により、被計測試料５９の奥行き方向の構造を計測できる。

このような軸方向の走査のほかに、横方向の機械的走査を加え、２次元の走査を行うことで被計測試料５９の２次元断面画像が得られる。この横方向の走査を行う走査装置としては、被計測試料を直接移動させる構成、物体は固定したままで対物レンズをシフトさせる構成、非計測物体も対物レンズも固定したままで、対物レンズの瞳面付近においたガルバノ鏡の角度を回転させる構成等が用いられている。

以上のＯＣＴとは別に、被計測物体からの反射光の波長スペクトルを、スペクトロメーター（スペクトル分光器）で取得し、このスペクトル強度分布に対するフーリエ変換を行うことを要旨とする「スペクトル干渉光コヒーレンストモグラフィー（ＦＤ−ＯＣＴ：フーリエドメインＯＣＴ、とも言う。）」という技術が知られている（特許文献２参照）。

通常、フーリエドメインＯＣＴでは、取得した実信号（スペクトル干渉縞を示す干渉信号）をフーリエ変換することで、実空間（ＯＣＴ信号空間）上での信号を取り出す。しかし、通常取得されるスペクトル干渉縞は、複素情報を含まない実信号であるため、それをフーリエ変換してＯＣＴ信号を取得した際に、本来のＯＣＴ信号とかさなりあって、その信号の軸反転複素共役信号及び自己相関信号が現れる。この二つの信号はコヒーレントノイズとも呼ばれ本来のＯＣＴ信号に重なり合うとＯＣＴ計測の障害となる。これを避けるためには、被計測物体の範囲を制限する必要があり、結果的に計測範囲が半分以下に制限されることになる。

これを解決するために、従来、位相シフト方式が知られている。この位相シフト方式では、参照光の光路長さを変化させながら、同じ計測部位に関する複数のスペクトル干渉縞を取得し、そこからスペクトルの位相情報（つまり複素情報）を再構築することにより、複素共役画像を消去する方式が用いられている。

図９は、位相シフト方式の時間ダイアグラムを示す図であり、時間ｔに対する、横方向走査のためのガルバノミラーの１走査サイクルの動作を時間経過とともに示す。（イ）は、ＣＣＤカメラの動作状態トリガを示す。ここで、ｔ_０の時点からＣＣＤカメラが画像の取得を開始する。（ロ）は、ガルバノミラーの１走査サイクル中に不連続なステップで変化している走査位置（横方向の位置）を示す。（ハ）は、ピエゾ素子で移動する参照鏡の位置であり、ガルバノミラーの各走査ステップの位置において、複数（この図では３回）計測している。
特開２００２−３１０８９７号公報特開平１１−３２５８４９号公報

図９の時間ダイアグラムで明らかなように、従来の位相シフト方式では、ガルバノミラーの各走査ステップの位置、即ち同じ計測位置で、異なった参照光路の長さで複数回（少なくとも３回以上）スペクトルを取得する必要があるため、計測時間が長くなるという問題があった。

そして、従来の偏光計測法では、偏光計測に必要な複数のＯＣＴ画像を取得するのに長い時間がかかること、及び、複数の計測レンジの計測を行うには参照アームの位置（光路長）をかえて複数の画像を取得する必要があるという問題があった。

本発明は、上記従来の問題点を解決することを目的とするものであり、高次の走査による計測時間の遅延がなく、複素共役画像及び自己相関画像を含まないフルレンジのＯＣＴ計測を可能とする時分割、偏光分割なども併用した多重化（時間多重、偏光多重、変調多重等も併用した多重化）スペクトル干渉光コヒーレンストモグラフィーを実現することである。

本発明は上記課題を解決するために、光源からの光路上に配置され、物体光と参照光を分離する第１のビームスプリッターと、前記物体光の光路上に配置され、被計測物に前記物体光を走査する走査装置と、前記参照光の光路上に配置された第２のビームスプリッターと、前記第２のビームスプリッターで分離された第１の参照光の光路上にある第１の参照鏡と、前記第２のビームスプリッターで分離された第２の参照光の光路上にある第２の参照鏡と、前記第１の参照光と第２の参照光を交互に通過させるチョッパとを備えていることを特徴とするスペクトル干渉光コヒーレンストモグラフィーを提供する。

本発明は上記課題を解決するために、光源からの光路上に配置され、物体光と参照光を分離するビームスプリッターと、前記物体光の光路上に配置され被計測物に前記物体光を走査する走査装置と、前記参照光の光路上に配置され、該光路上を可動し前記物体光と参照光との干渉信号に連続的な位相変調を加えるための参照鏡とを備えていることを特徴とするスペクトル干渉光コヒーレンストモグラフィーを提供する。

本発明は上記課題を解決するために、光源からの光路上に配置され、物体光と参照光を分離する第１のビームスプリッターと、前記物体光の光路上に配置され被計測物に前記物体光を走査する走査装置と、前記参照光の光路上に配置された第２のビームスプリッターと、前記第２のビームスプリッターで分離された第１の参照光の光路上にあり該光路上を可動な第１の参照鏡と、前記第２のビームスプリッターで分離された第２の参照光の光路上にあり該光路上を可動な第２の参照鏡とを備えており、前記第２の参照鏡は、前記第１の参照鏡に較べて移動速度が速い又は移動速度が異なることを特徴とするスペクトル干渉光コヒーレンストモグラフィーを提供する。

本発明は上記課題を解決するために、光源からの光路上に配置され、物体光と参照光を分離するビームスプリッターと、前記物体光の光路上に配置され被計測物に前記物体光を走査する走査装置と、前記ビームスプリッターからの前記物体光と参照光が重なられた光を受光するスペクトロメータと、前記参照光の光路上に配置された第１の偏光ビームスプリッターと、前記第１の偏光ビームスプリッターで分離された第１の参照光の光路上にあり該光路上を可動な第１の参照鏡と、前記第１の偏光ビームスプリッターで分離された第２の参照光の光路上にあり該光路上を可動な第２の参照鏡と、前記ビームスプリッターのスペクトロメータに向かう出光側の光路上に設けた第２の偏光ビームスプリッターとを備えており、第前記２の参照鏡は、前記第１の参照鏡に較べて移動速度が速い又は移動速度が異なることを特徴とするスペクトル干渉光コヒーレンストモグラフィーを提供する。

本発明は上記課題を解決するために、光源からの光路上に配置され、物体光と参照光を分離するビームスプリッターと、前記物体光の光路上に配置され被計測物に前記物体光を走査する走査装置と、前記ビームスプリッターからの前記物体光と参照光が重ねられた光を受光するスペクトロメータと、前記光源と前記ビームスプリッターとの光路上に設けられた第１の偏光選択器と、前記ビームスプリッターのスペクトロメータに向かう出光側の光路上に設けた第２の偏光選択器とを備えているスペクトル干渉光コヒーレンストモグラフィーであって、前記第１の偏光選択器は、光源からの光を互いに９０°偏光した第１の入光と第２の入光に分離するとともに、第１の入光と第２の入光とを交互に通過させるものであり、前記第２の偏光選択器は、前記光源からの光を互いに９０°偏光した第１の出光と第２の出光に分離するとともに、前記第１の出光と第２の出光とを交互に通過させるものであることを特徴とするスペクトル干渉光コヒーレンストモグラフィーを提供する。

前記第１の偏光選択器は、光源からの光路上に配置された第１の偏光ビームスプリッター及び第２の偏光ビームスプリッターと、前記第１の偏光ビームスプリッターから分離した第２の入光を反射して前記第２の偏光ビームスプリッターに入射させる反射鏡と、前記第１の入光と第２の入光を交互に通過させる第１のチョッパとを備え、前記第２の偏光選択器は、光源からの光路上に配置された第３の偏光ビームスプリッター及び第４の偏光ビームスプリッターと、前記第３の偏光ビームスプリッターから分離した第２の出光を反射して第４の偏光ビームスプリッターに入射させる反射鏡と、前記第１の出光と第２の出光を交互に通過させる第２チョッパとを備えていることを特徴とする請求項４記載のスペクトル干渉光コヒーレンストモグラフィー。

本発明は上記課題を解決するために、光源からの光路上に配置され、物体光と参照光を分離するビームスプリッターと、前記物体光の光路上に配置され被計測物に前記物体光を走査する走査装置と、前記参照光の光路上に配置された偏光ビームスプリッターと、前記ビームスプリッターからの前記物体光と参照光が重なられた光を受光するスペクトロメータと、前記光源とビームスプリッターとの光路上に設けられた偏光選択器と、前記偏光ビームスプリッターで分離された第１の参照光の光路上にあり該光路上を可動な第１の参照鏡と、偏光ビームスプリッターで分離された第２の参照光の光路上にあり該光路上を可動な第２の参照鏡と、を備えており、前記偏光選択器は、光源からの光を互いに９０°偏光した第１の入光と第２の入光に分離するとともに、第１の入光と第２の入光とを交互に通過させるものであり、前記第２の参照鏡は、前記第１の参照鏡に較べて移動速度が速い又は移動速度が異なることを特徴とするスペクトル干渉光コヒーレンストモグラフィーを提供する。

本発明に係る多重化スペクトル干渉光コヒーレンストモグラフィーは、時分割、偏光分割なども併用し、高次の走査による計測時間の遅延がなく、複素共役画像及び自己相関画像を含まないフルレンジのＯＣＴ偏光計測を可能とする。

本発明に係るスペクトル干渉光コヒーレンストモグラフィーを実施するための最良の形態を実施例に基づき図面を参照して、以下説明する。

図１（ａ）は、本発明の実施例１の全体構成を説明する図である。この実施例１では、ガルバノミラー（横方向の走査装置の１例）による横方向の走査と、参照光路上を参照鏡が移動することにより、異なった光路長の参照アームを同時に用いることで計測領域を広げることができる。つまり、この実施例１では、異なった計測領域のＯＣＴ画像を同時に２枚得ることができる。

つまり、この実施例１は、横方向のある走査位置で、参照光を二つの光路長差で交互に変えて、それぞれでスペクトル（スペクトル干渉縞）を計測した後に、横方向位置を移動させ、そこで、同様のスペクトル干渉縞を計測する構成である。

図１（ａ）において、光源１からの光路２上に、第１のビームスプリッター３が配置されている。第１のビームスプリッター３は、光路２の延長上に進む物体光４と光路から９０°直交する方向に進む参照光５に分離する。第１のビームスプリッター３から物体光が進む光路上にガルバノミラー６が配置されている。

ガルバノミラー６から反射された物体光の光路上に対物レンズ７が配置され、被計測物に集光される。被計測物８に集光され反射された物体光は、再度、第１のビームスプリッター３に戻り、参照光と重ねられて側方に反射され、これを受光するＣＣＤカメラを有するスペクトロメータ９（スペクトル分光器）に入光する。

なお、詳細は省略するが、スペクトロメータ９は、ＣＣＤカメラで受光した物体光と参照光をデジタルデータに変換して、パソコンにおいて、このデータをフーリエ変換可能な構成である。

第１のビームスプリッター３から分離された参照光の光路上に第２のビームスプリッター１０が設けられている。第２のビームスプリッター１０で直角方向に反射される第１の参照光１１の光路上に第１の参照鏡１２が配置されている。第２のビームスプリッター１０を透過する第２の参照光１３の光路上に第２の参照光１３を直角方向に反射する反射鏡１４が配置されている。この反射鏡１４で直角方向に反射される第２の参照光１３の光路上に第２の参照鏡１５が配置されている。

第１の参照光１１の光路と第２の参照光１３の光路は互いに平行しているが、これら第１の参照光１１の光路と第２の参照光１３の光路を交互に遮るように、チョッパ１６（回転シャッタ）が設けられている。

このような構成により、ビームスプリッターから分離された参照光は、第１の参照光１１の光路と第２の参照光１３の光路により行路長が互いに異なる２種類の参照光が生成され、チョッパ１６により交互の時間で再度、第２のビームスプリッター１０から第１のビームスプリッター３に戻り、物体光と重ねられてスペクトロメータ９に入光する。

図１（ｂ）は、実施例１の時間ダイアグラムを示す図であり、時間ｔに対するガルバノミラー６の１走査サイクル（ｔ_０〜ｔｎ）の動作を時間経過とともに示す。（イ）は、ＣＣＤカメラの動作状態（ＯＮとＯＦＦ）を示す線図である。ｔ_０の時点からＣＣＤカメラが画像の取得を開始する。

（ロ）は、ガルバノミラー６の制御状態を示し、縦軸方向は、ガルバノミラー６の１走査サイクル中に、一定の時間間隔Ｔ（図中の１目盛）で不連続のステップで変化する走査位置（横方向の位置）を示す。（ハ）は、チョッパ１６で交互に変動する参照鏡１５の位置を示す。

この実施例１によると、参照鏡１５の位置が異なり、行路長が互いに異なる第１の参照光１１と第２の参照光１３が交互の時間で物体光に重ねられ、スペクロトロメータ９に入光するから、２つの異なった計測レンジを交互の時間で計測することができる。

図２（ａ）は、本発明の実施例２の全体構成を説明する図である。この実施例２では、実施例１と同様にガルバノミラー（横方向の走査装置の１例）による横方向の走査と、参照光路上を参照鏡が移動することにより、参照光の光路長の変更による位相シフトを同時に行う。

しかしながら、実施例１と異なり、ガルバノミラー６の走査の１周期中に、２つの参照光の参照鏡を、それぞれ不連続のステップで光路長を変更して位相シフトを変えてスペクトル干渉縞を計測する構成である。

図２（ａ）において、光源１からの光路２上に第１のビームスプリッター３が配置されている。第１のビームスプリッター３は、光路２の延長上に進む物体光４と光路２から９０°直交する方向に進む参照光５に分離する。第１のビームスプリッター３から物体光が進む光路上にガルバノミラー６が配置されている。

ガルバノミラー６から反射された物体光の光路上に対物レンズ７が配置され、被計測物８に集光される。被計測物８に集光され反射された物体光は、再度、第１のビームスプリッター３に戻り、側方に反射されて参照光と重ねられスペクトロメータ９に入光する。

第１のビームスプリッター３から分離された参照光５の光路上に第２のビームスプリッター１０が設けられている。第２のビームスプリッター１０を透過する第１の参照光１７の光路上に第１の参照鏡１８が配置され、第１の参照アーム１９を形成している。第２のビームスプリッター１０で直角方向に反射される第２の参照光２０の光路上に第２の参照鏡２１が配置され第２の参照アーム２２を形成している。

この実施例２の特徴は、第１の参照鏡１８及び第２の参照鏡２１は、それぞれ光路上をピエゾ素子ＰＺＴ１及びピエゾ素子ＰＺＴ２で移動することが可能な構成とした点である。このような構成とすることにより、第１の参照光１７と第２の参照光２０は、それぞれの行路長が変わることにより、２つの互いに異なる位相変調された第１の参照光１７及び第２の参照光２０が生成される。

第１の参照鏡１８及び第２の参照鏡２１は、その移動距離は、可干渉長よりも長くする必要があり、可干渉長の数倍とする。このようにすれば、第１の参照光１７及び第２の参照光２０は、互いに干渉することなく、物体光と重なり参照光としての機能を発揮する。

図２（ｂ）は、実施例２の時間ダイアグラムを示す図であり、時間ｔに対するガルバノミラー６の１走査サイクルの動作を時間経過とともに示す。（イ）は、ＣＣＤカメラの動作トリガ信号の状態を示す。ここで、ｔ_０の時点からＣＣＤカメラが画像の取得を開始する。（ロ）は、ガルバノミラー６の１走査サイクル中に、不連続のステップで変化する走査位置（横方向の位置）を示す。

（ハ）は、第１の参照アーム１９におけるピエゾ素子ＰＺＴ１による第１の参照鏡１８の位置を示す線図である。第１の参照鏡１８は、ガルバノミラー６の走査の１サイクルでその全可動範囲（波長の長さ）を時間間隔Ｔで不連続のステップで移動するものである。

（ニ）は、第２の参照アーム２２におけるピエゾ素子ＰＺＴ２による第２の参照鏡２１の位置を示す線図である。第２の参照鏡２１は、ガルバノミラー６の走査の１サイクルでその全可動範囲（波長の長さ）を２回、時間間隔Ｔ／２で不連続のステップで移動するものである。

図３（ａ）〜（ｃ）は、実施例２によりＣＣＤカメラで取得した縞模様の画像を示す図である。これらの図において、横軸がＣＣＤのピクセル（ＣＣＤ画像の横方向の位置）を示し、縦軸が計測番数（計測回数）を示す。図３（ａ）の画像２３は、図２（ｂ）の（ハ）に相当する縞模様の画像を示す図であり、図３（ｂ）の画像は、図２（ｂ）の（ニ）に相当する縞模様の画像を示す図である。図３（ｃ）は、図３（ａ）の画像２３と図３（ｂ）の画像２４を重ね合わせた縞模様の画像２５を示す図である。

画像２３と画像２４から明らかなように、画像２３に比較して画像２４は垂直方向からの傾斜角度が大となる。図３（ｄ）、（ｅ）は、画像２３、２４をそれぞれ、Ｘ−Ｘに沿った位置でのスペクトル強度分布を示す図である。この図から明らかなように、画像２３に比較して画像２４の縞模様によるスペクトル強度分布の空間周波数は密となる。

画像２５についてのＸ−Ｘに沿った位置でスペクトル強度分布は図示しないが、図３（ｄ）、（ｅ）に示すような粗と密の二つの空間周波数を有するスペクトル強度分布を重ね合わせたものとなる。図３（ｆ）、（ｇ）は、図３（ｄ）、（ｅ）で示す画像をフーリエ変換した画像を示す図である。

このように実施例２では、フーリエ変換することにより、図３（ｃ）に示す画像２５から、チョッパ等で時間的に交互にすることなく、画像２３、２４の縞模様の特徴を分離して計測することが可能となり、１回の計測で２枚のＯＣＴ画像が取得できることとなる。

図４は、本発明の実施例３を説明する図である。この実施例３は、実施例２において、第１の参照アーム１９による第１の参照光１７を垂直偏光させて、第２の参照アームの第２の参照光２２を水平偏光させて、２つの参照光が互いに干渉しないようにした構成のものである。

図４において、光源１からの光路２上にビームスプリッター３が配置されている。ビームスプリッター３は、光源１からの光路２の延長上に進む物体光４と光路から９０°直交する方向に進む参照光５に分離する。ビームスプリッター３から物体光が進む光路上にガルバノミラー６が配置されている。

ビームスプリッター３から分離された参照光の光路上に第１の偏光ビームスプリッター２７が設けられている。第１の偏光ビームスプリッター２７を透過する第１の参照光１７の光路上に第１の参照鏡１８が配置され、第１の参照アーム１９を形成している。第１の偏光ビームスプリッター２７で直角方向に反射される第２の参照光２０の光路上に第２の参照鏡２１が配置され第２の参照アーム２２を形成している。

第１の参照鏡１８及び第２の参照鏡２１は、それぞれ光路上を移動することなく固定された構成としている。そして、参照アーム１と参照アーム２に、それぞれ１／４波長板２８、２９が配置されている。このような構成とすることにより、互いに９０°偏光方向が異なる第１の参照光１７及び第２の参照光２０が生成される。

ガルバノミラー６から反射された物体光の光路上に対物レンズ７が配置され、被計測物８に集光される。ガルバノミラー６のスペクトロメータ９への出光側には、第２の偏光ビームスプリッター３０が配置されている。被計測物８に集光され反射された物体光は、再度、第１のビームスプリッター３に戻り、参照光ともに、第２のビームスプリッター１０に向けて出光される。

以上の構成であるから、光源１から４５°偏光された光がビームスプリッターに入光した場合、直角方向に反射された参照光５は第１の偏光ビームスプリッター２７から参照アーム１と参照アーム２により、互いに９０°異なるように偏光された２つの第１の参照光１７及び第２の参照光２０が形成される。

この２つの参照光１７、２０は、物体光４に同時に重ねられ、ビームスプリッター３から第２の偏光ビームスプリッター３０に入光される。垂直偏光された第１の参照光１７及び物体光の一部が第２の偏光ビームスプリッターを透過し第１のスペクトロメータ３１に入光する。一方、水平偏光された第２の参照光２０及び物体光の一部が第２の偏光ビームスプリッター３０で直角方向に反射され第２のスペクトロメータ３２に入光する。これにより、第１及び第２のスペクトロメータ３１、３２で取得した画像をそれぞれフーリエ変換して同時にマルチレンジのスペクトル干渉画像を得ることができる。

図５は、本発明の実施例４を説明する図である。この実施例４は、実施例２において、第１の参照アーム１９による第１の参照光１７を垂直偏光させて、第２の参照アームの第２の参照光２２を水平偏光させて、２つの参照光が互いに干渉しないようにした構成のものである。

図５において、光源１からの光路２上にビームスプリッター３が配置されている。ビームスプリッター３は、光源１からの光路２の延長上に進む物体光４と光路から９０°直交する方向に進む参照光５に分離する。ビームスプリッター３から物体光が進む光路上にガルバノミラー６が配置されている。

ビームスプリッター３から分離された参照光の光路上に偏光ビームスプリッター２７’が設けられている。偏光ビームスプリッター２７’を透過する第１の参照光１７の光路上に第１の参照鏡１８が配置され、第１の参照アーム１９を形成している。偏光ビームスプリッター２７’で直角方向に反射される第２の参照光２０の光路上に第２の参照鏡２１が配置され第２の参照アーム２２を形成している。

第１の参照鏡１８及び第２の参照鏡２１は、それぞれ光路上をピエゾ素子ＰＺＴ１及びピエゾ素子ＰＺＴ２で移動することが可能な構成としている。そして、参照アーム１と参照アーム２に、それぞれ１／４波長板２８、２９が配置されている。このような構成とすることにより、互いに９０°偏光方向が異なるとともに、それぞれの行路長が変えられる位相変調された第１の参照光１７及び第２の参照光２０が生成される。

以上の構成であるから、光源１から４５°偏光された光がビームスプリッターに入光した場合、直角方向に反射された参照光５は偏光ビームスプリッター２７’から参照アーム１と参照アーム２により、互いに９０°異なるように偏光され、かつ光路長が異なることで位相変調された２つの第１の参照光１７及びが第２の参照光２０が形成される。

これらの垂直偏光された第１の参照光１７及び水平偏光された第２の参照光２０は、物体光４に同時に重ねられ、ビームスプリッター３からスペクトロメータ３２’に入光する。これにより、スペクトロメータ３２’で取得した画像をフーリエ変換して同時にマルチレンジのスペクトル干渉画像得ることができる。

図６は、本発明の実施例５を説明する図である。図６（ａ）において、光源１からの光路２上にビームスプリッター３が配置されている。ビームスプリッター３は、光路の延長上に進む物体光４と光路から９０°直交する方向に進む参照光５に分離する。ビームスプリッター３から物体光が進む光路上にガルバノミラー６が配置されている。

ガルバノミラー６から反射された物体光の光路上に対物レンズ７が配置され、被計測物８に集光される。被計測物８に集光され反射された物体光は、再度、ビームスプリッター３に戻り、参照光とともに側方に反射されてスペクトロメータ９に入光する。

ビームスプリッター３から分離された参照光の光路上に１／４波長板３３及び反射鏡３４が配置されており、第１の反射鏡３４で直角方向に反射される参照光５の光路上に参照鏡３５が配置され参照アーム３６が形成されている。

このような構成により、ビームスプリッター３から分離された参照光５は、１／４波長板３３、反射鏡３４及び参照鏡３５により、反射及び＋４５°又は−４５°偏光されてビームスプリッター３に戻り、物体光と重ねられてスペクトロメータ９方向に出光される。

以上の構成において、この実施例５では、ビームスプリッター３に光源１から入光する光路２側（干渉計の入光路）に第１の偏光選択器３７が配置されるとともに、ビームスプリッター３から出光する光路３９側（干渉計の出光路）に第２の偏光選択器３８が配置されている構成を特徴とする。

第１の偏光選択器３７は、光路２上に第１の偏光ビームスプリッター４０と第２の偏光ビームスプリッター４１が配置され、これらの偏光ビームスプリッター４０、４１を通過して水平方向に偏光した第１の光Ｈをビームスプリッター３に入光させている。

そして、第１の偏光ビームスプリッター４０から垂直方向に偏光し直角方向に向けられた第２の光Ｖを反射する第１の反射鏡４２が設けられている。さらに、第１の反射鏡４２から反射された第２の光Ｖを第２の偏光ビームスプリッター４１に向けて反射する第２の反射鏡４３が設けられている。

第１の偏光ビームスプリッター４０と第２の偏光ビームスプリッター４１を結ぶ光路と第１の反射鏡４２と第２の反射鏡４３を結ぶ光路は、互いに平行であり、これら２つの光路を交互の時間で遮るように、第１のチョッパ４４（回転シャッタ）が設けられている。この第１のチョッパ４４により、互いに横及び縦に９０°直角に偏光された第１の光Ｈと第２の光Ｖが一定時間で交互に選択的に通過して、ビームスプリッター３に入光するようになる。

第２の偏光選択器３８は、光路３９上に第３の偏光ビームスプリッター４５と第４の偏光ビームスプリッター４６が配置され、ビームスプリッター３から出た物体光と参照光のうち、水平方向に偏光した光が、第３の偏光ビームスプリッター４５と第４の偏光ビームスプリッター４６を通過しスペクトロメータ９方向に向けてられる。

そして、第３の偏光ビームスプリッター４５から垂直方向に偏光し直角方向に向けられた光を反射する第３の反射鏡４７が設けられている。さらに、第２の反射鏡４３から反射された光を第４の偏光ビームスプリッター４６に向けて反射する第４の反射鏡４８が設けられている。

第３の偏光ビームスプリッター４５と第４の偏光ビームスプリッター４６を結ぶ光路と第２の反射鏡４３と第４の反射鏡を結ぶ光路は、互いに平行であり、これら２つの光路を事件的に交互に遮るように、第２のチョッパ４９（回転シャッタ）が設けられている。

さらに、第４の偏光ビームスプリッター４６の出光側には、１／２波長板５０が設けられている。第２のチョッパ４９により、互いに水平方向及び垂直方向に偏光された第１の出光Ｈと第２の出光Ｖが一定の時間で交互に通過し第４の偏光ビームスプリッター４６から１／２波長板５０を通ってスペクトロメータ９に向け、第２の偏光選択器３８から出光する。

第２の偏光選択器３８の出光側には、偏光板５１が配置されており、第２の偏光選択器３８から出た光は、常に同じ方向に偏光されてスペクトロメータ９に向かう。

実施例５の作用を以下、説明する。光源１からの光は、第１の偏光選択器３７において、水平偏光の光Ｈと垂直偏光の光Ｖに交互の時間で偏光され、ビームスプリッター３に入光する。ビームスプリッター３で分離された物体光４は、ガルバノミラー６で被計測物８に走査して照射し、その反射光がビームスプリッター３に戻る。

ビームスプリッター３で分離された参照光５は、１／４波長板３３、反射鏡３４、参照鏡３５から成る参照アーム３６を経てビームスプリッター３に戻る。このようにしてビームスプリッター３に戻った物体光と参照光は、ともに第２の偏光選択器３８で水平偏光の出光Ｈと垂直偏光の出光Ｖが交互に選択されて、１／２波長板５０、偏光板５１を通過してスペクロトメータに入光する。

図６（ｂ）は、実施例５のガルバノミラー６の１走査サイクル中の動作を示す時間ダイアグラムであり、（イ）は、ＣＣＤカメラの撮影可能な動作状態を示す線図であり、ｔ_０の時点からＣＣＤカメラが画像の取得を開始する。（ロ）は、ガルバノミラー６の１走査サイクル中に不連続なステップで変化している走査位置（横方向の位置）を示す。

（ハ）は、第１の偏光選択器３７における第１のチョッパ４４により、交互の時間で選択的に通過される、水平方向に偏光された第１の光Ｈと垂直方向に偏光された第２の光Ｖを示している。（ニ）は、第２の偏光選択器３８における第２のチョッパ４９により、交互の時間で選択的に通過される、水平方向に偏光された第１の出光Ｈと垂直方向に偏光された第２の出光Ｖを示している。

この時間ダイアグラムの（ハ）、（ニ）で把握されるように、第１の偏光選択器３７及び第２の偏光選択器３８でそれぞれ選択された水平偏光の光Ｈと垂直偏光の光Ｖの４つの組合せＨＶ、ＨＨ、ＶＨ、ＶＶによる４回の計測が、各時間間隔Ｔで得られるので、きわめて高速の偏光ＯＣＴ計測が可能となる。このように偏光計測を時分割で多重化することにより、高速な偏光ＯＣＴ計測が実施可能になり、試料の複屈折情報を計測するようなＯＣＴ計測にきわめて有効である。

図７は、本発明の実施例６を説明する図である。この実施例は、図７（ａ）に示すように、実施例５における出光側に設ける第２の偏光選択器３８をなくして、その代わりに、実施例３の図４で示したものと同様に、偏光ビームスプリッターを用いて異なる方向に偏光した参照光の参照アームを２つ設けて、２つの参照光による計測を同時に単一のスペクトロメータ（単一ディテクター）９で行う構成である。

そして、２つの参照光の参照鏡の走査（参照鏡の光路上の移動であり、「Ｍ−Ｓｃａｎ」とも言う。）の速度を異ならせて、干渉縞の一軸上のスペクトル強度分布のモジュレーション周波数（空間周波数）は異なることになり、フーリエ変換で位相を再構築する際に、信号スペクトルの窓関数の位置をずらすことで、それぞれの信号を分離することを可能とするものである。

実施例６の具体的な装置は、図７（ａ）に示すように、光源１からの光路２上に、偏光選択器５２、１／４波長板５３及びビームスプリッター３が配置されている。ビームスプリッター３は、光路２の延長上に進む物体光４と光路から９０°直交する方向に進む参照光５に分離する。ビームスプリッターから物体光が進む光路上にガルバノミラー６が配置されている。

ガルバノミラー６から反射された物体光の光路上に対物レンズ７が配置され、被計測物８に集光される。被計測物８に集光され反射された物体光は、再度、ビームスプリッターに戻り、側方に反射され参照光とともにスペクトロメータ９に入光する。

ビームスプリッター３から分離された参照光５の光路上に偏光ビームスプリッター５４が配置されている。偏光ビームスプリッター５４を透過した第１の参照光１７の光路上に１／４波長板２８及び第１の参照鏡１８が配置され第１の参照アーム１９が構成されている。第１の参照鏡１８は、ピエゾ素子ＰＺＴ１により光路に沿って移動可能であり、行路長の調整ができる。第１の参照アーム１９の１／４波長板２８により、垂直方向に偏光された第１の参照光１７が再度、ビームスプリッター３に戻る。

第１の偏光ビームスプリッター５４から直角方向に反射される第２の参照光の光路上に１／４波長板２９及び第２の参照鏡２１が配置され第２の参照アーム２２が構成されている。第２の参照鏡２１は、ピエゾ素子ＰＺＴ２により光路に沿って移動可能であり、行路長の調整ができる。第２の参照アーム２２の１／４波長板２９により、水平方向に偏光された第２の参照光２０が再度、ビームスプリッター３に戻る。

偏光選択器５２は、実施例５と同様の構成であり、光路２上に第１の偏光ビームスプリッター４０と第２の偏光ビームスプリッター４１が配置され、これら第１の偏光ビームスプリッター４０及び第２の偏光ビームスプリッター４１を通過して水平方向に偏光した第１の光をビームスプリッターに向けて出光する。

そして、第１の偏光ビームスプリッター４０から垂直方向に偏光し直角方向に向けられた第２の光を反射する第１の反射鏡４２が設けられている。さらに、第１の反射鏡４２から反射された第２の光を第２の偏光ビームスプリッター４１に向けて反射する第２の反射鏡４３が設けられている。これにより、第１の偏光ビームスプリッター４０から水平方向に偏光した第２の光をビームスプリッター３に向けて出光する。

第１の偏光ビームスプリッター４０と第２の偏光ビームスプリッター４１を結ぶ光路と第１の反射鏡４２と第２の反射鏡４３を結ぶ光路は、互いに平行であり、これら第１の光路と第２の光路を交互に遮るようにチョッパ（回転シャッタ）４４が設けられている。

チョッパ４４により、互いに水平方向及び垂直方向に偏光された第１の光Ｈと第２の光Ｖを一定の時間で交互に通過させて、第２の偏光ビームスプリッター４１から出光し、これを１／４波長板５３で、垂直方向に対して、第１の光を＋４５°偏光し、第２の光を−４５°偏光してビームスプリッター３に入光させている。

この実施例６によると、偏光選択器５２により、行路長及び偏光状態が互いに異なる光が交互の時間でビームスプリッター３に入光し、物体光４と参照光５に分離され、参照光５については、偏光された参照光１７、２０のそれぞれについて、行路長がそれぞれ調整されてビームスプリッター３に戻り、物体光４とともにスペクロトロメータ９に入光するから、２つの異なった計測レンジを有する互いに偏光された光でかつ行路長を調整された光で、交互に計測することができる。

図７（ｂ）は、実施例５のガルバノミラー６の１走査サイクルの各機器等の動作を時間経過とともに示す時間ダイアグラムである。ここで（イ）〜（ハ）は、図６（ｂ）と同様であり、（イ）はスペクロトロメータ９のＣＣＤカメラの撮影可能状態を示す線図（ｔ_０の時点からＣＣＤカメラが画像の取得を開始する。）であり、（ロ）はガルバノミラー６の制御状態を示す線図であり、（ハ）は偏光選択器５２による水平方向と垂直方向に偏光された第１の光Ｈと第２の光Ｖが交互に選択された線図である。

（ニ）は、第１の参照アーム１７におけるピエゾ素子ＰＺＴ１による第１の参照鏡１８の位置を示す線図である。第１の参照鏡１８は、ガルバノミラー６の走査の１サイクルでその全可動範囲（波長の長さ）を時間間隔Ｔで不連続なステップで移動するものである。

（ホ）は、第２の参照アーム２２におけるピエゾ素子ＰＺＴ２による第２の参照鏡２１の位置を示す線図である。第２の参照鏡２１は、ガルバノミラー６の走査の１サイクルでその全可動範囲（波長の長さ）を２回、時間間隔Ｔ／２で不連続なステップで移動するものである。ここで第２の参照アーム２２におけるピエゾ素子ＰＺＴ２による第２の参照鏡２１の位置の変化は必ずしも（ホ）のようである必要はなく、サイン波型、コサイン波型でも擬似的に（ホ）と同様の変調が可能である。

この実施例６では、このように第１のアーム１７の第１の参照鏡１８を、第２のアーム２２の第２の参照鏡２１より２倍の速度で移動することにより、実施例２の図３において説明したものと同様に、スペクトロメータ９で、それぞれ粗と密の空間周波数を有する２つの画像を重ね合わせた画像のスペクトル強度分布が得られ、これをフーリエ変換することで、図３（ｆ）、（ｇ）に示すような画像１、２の縞模様の特徴を分離して計測することが可能となり、１回の計測で２枚のＯＣＴ画像が取得できることとなる。

要するに、本実施例６では、偏光選択器５２による水平方向と垂直方向に偏光された第１の光Ｈと第２の光Ｖが交互に選択され、これら第１の光Ｈと第２の光Ｖのそれぞれについて、１回の計測で水平方向に偏光された参照光１７と垂直方向に偏光された参照光２０による、２枚のＯＣＴ画像が取得でき、結果として一回の計測で４枚の画像の取得が可能になるので、高速の計測が可能となる。

以上、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲内でいろいろな実施例があることは言うまでもない。

本発明は以上のような構成であり、高速でフルレンジの非破壊断層計測が可能であるから、眼科等の医療分野、その他工業計測の分野に、非破壊断層計測技術の１つとして適用可能である。

本発明の実施例１を説明する図である。本発明の実施例２を説明する図である。本発明の実施例２を説明する図である。本発明の実施例３を説明する図である。本発明の実施例４を説明する図である。本発明の実施例５を説明する図である。本発明の実施例６を説明する図である。従来例を説明する図である。別の従来例の時間ダイアグラムを説明する図である。

符号の説明

１、５５光源
２光源からの光路
３第１のビームスプリッター
４物体光
５参照光
６ガルバノミラー
７、５８、６０対物レンズ
８被計測物
９スペクトロメータ
１０第２のビームスプリッター
１１、１７第１の参照光
１２、１８第１の参照鏡
１３、２０第２の参照光
１４反射鏡
１５、２１第２の参照鏡
１６チョッパ
１９第１の参照アーム
２２第２の参照アーム
２３、２４、２５ＣＣＤ画像
２７第１の偏光ビームスプリッター
２７’ 偏光ビームスプリッター
２８、２９１／４波長板
３０第２の偏光ビームスプリッター
３１第１のスペクトロメータ
３２第２のスペクトロメータ
３２’ スペクトロメータ
３３１／４波長板
３４反射鏡
３５、６１参照鏡
３６参照アーム
３７第１の偏光選択器
３８第２の偏光選択器
３９ビームスプリッターから出光する光路
４０第１の偏光ビームスプリッター
４１第２の偏光ビームスプリッター
４２第１の反射鏡
４３第２の反射鏡
４４第１のチョッパ
４５第３の偏光ビームスプリッター
４６第４の偏光ビームスプリッター
４７第３の反射鏡
４８第４の反射鏡
４９第２のチョッパ
５０１／２波長板
５１偏光板
５２偏光選択器
５３１／４波長板
５４偏光ビームスプリッター
５６コリメートレンズ
５７ビームスプリッター
５９被計測試料
６２集光レンズ
６３光検出器
ＰＺＴ１ピエゾ素子
ＰＺＴ２ピエゾ素子

Claims

光源からの光路上に配置され、物体光と参照光を分離する第１のビームスプリッターと、
前記物体光の光路上に配置され被計測物に前記物体光を走査する走査装置と、
前記参照光の光路上に配置された第２のビームスプリッターと、
前記第２のビームスプリッターで分離された第１の参照光の光路上にあり該光路上を可動な第１の参照鏡と、
前記第２のビームスプリッターで分離された第２の参照光の光路上にあり該光路上を可動な第２の参照鏡とを備えており、
前記第２の参照鏡は、前記第１の参照鏡に較べて移動速度が速い又は異なった速度で移動することを特徴とするスペクトル干渉光コヒーレンストモグラフィー。
光源からの光路上に配置され、物体光と参照光を分離するビームスプリッターと、
前記物体光の光路上に配置され被計測物に前記物体光を走査する走査装置と、
前記ビームスプリッターからの前記物体光と参照光が重なった光を受光するスペクトロメータと、
前記参照光の光路上に配置された第１の偏光ビームスプリッターと、
前記第１の偏光ビームスプリッターで分離された第１の参照光の光路上にあり該光路上を可動な第１の参照鏡と、
前記第１の偏光ビームスプリッターで分離された第２の参照光の光路上にあり該光路上を可動な第２の参照鏡と、
前記ビームスプリッターのスペクトロメータに向かう出光側の光路上に設けた第２の偏光ビームスプリッターとを備えており、
前記第２の参照鏡は、前記第１の参照鏡に較べて移動速度が速い又は異なった速度で移動することを特徴とするスペクトル干渉光コヒーレンストモグラフィー。
光源からの光路上に配置され、物体光と参照光を分離するビームスプリッターと、
前記物体光の光路上に配置され被計測物に前記物体光を走査する走査装置と、
前記参照光の光路上に配置された偏光ビームスプリッターと、前記ビームスプリッターからの前記物体光と参照光が重なられた光を受光するスペクトロメータと、
前記光源とビームスプリッターとの光路上に設けられた偏光選択器と、
前記偏光ビームスプリッターで分離された第１の参照光の光路上にあり該光路上を可動な第１の参照鏡と、
前記偏光ビームスプリッターで分離された第２の参照光の光路上にあり該光路上を可動な第２の参照鏡と、を備えており、
前記偏光選択器は、光源からの光を互いに９０°偏光した第１の入光と第２の入光に分離するとともに、第１の入光と第２の入光とを交互に通過させるものであり、
前記第２の参照鏡は、前記第１の参照鏡に較べて移動速度が速い又は移動速度が異なることを特徴とするスペクトル干渉光コヒーレンストモグラフィー。