KR101264671B1

KR101264671B1 - 광 간섭 계측 방법 및 광 간섭 계측 장치

Info

Publication number: KR101264671B1
Application number: KR1020100134184A
Authority: KR
Inventors: 야스히로 카베타니; 토모타카 후루타; 세이지 하마노; 후미오 스가타
Original assignee: 파나소닉 주식회사
Priority date: 2010-01-28
Filing date: 2010-12-24
Publication date: 2013-05-15
Also published as: US8670126B2; JP4916573B2; KR20110088368A; US20110181889A1; CN102192896B; CN102192896A; JP2011174920A

Abstract

본 발명에 의한 광 간섭 계측 방법은 광원 유닛으로부터 출사된 광을 측정광과 참조광으로 분할하고, 상기 참조광과 상기 측정광이 조사된 측정 대상으로부터 반사 또는 후방 산란된 광이 간섭한 간섭광을 검출하고, 상기 참조광의 광로에 설치된 광로 길이 가변 기구를 구동시켜서 상기 참조광의 광로 길이를 변화시키고, 상기 참조광의 광로 길이의 변화에 따라서 변화된 상기 간섭광에 의거하여 상기 검출한 간섭광에 의거한 화상이 정규의 상인지 뒤집힌 상인지를 판정하고, 정규의 상인지 뒤집힌 상인지의 판정 결과에 의거하여 상기 검출된 간섭광으로부터 상기 측정 대상을 계측하는 것이다.

Description

광 간섭 계측 방법 및 광 간섭 계측 장치{OPTICAL INTERFERENCE MEASURING METHOD AND OPTICAL INTERFERENCE MEASURING APPARATUS}

본 발명은 광 간섭 계측 방법 및 광 간섭 계측 장치에 관한 것이고, 특히 반사광과 참조광을 간섭시킴으로써 간섭광을 발생시키고 그 간섭광을 사용하여 측정 대상을 계측하는 기술에 관한 것이다.

OCT(옵티컬ㆍ코히어런스ㆍ토모그래피)는 광의 간섭 현상을 이용한 단층 촬영법이다. OCT에 의하면, 수십㎛라는 높은 분해능을 가지는 단층 계측을 실현할 수 있다. 따라서, OCT는 예를 들면, 일본 특허 공고 평6-35946호 공보 및 일본 특허 공개 2007-024677호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 도장막 등의 구조물의 단층상이나 생체의 단층상 등을 촬영하는 방법으로서 주목받고 있다. OCT는 안과 의료 분야에서는 이미 실용화되어 있다. 예를 들면, OCT는 안구 내의 망막 등의 미세 영역의 단층상의 촬영에 사용되고 있다.

OCT에는 참조 평면의 주사가 필요한 TD-OCT(Time Domain-OCT)와 참조 평면의 주사가 불필요한 FD-OCT(Frequency Domain-OCT)의 2종류가 있다. 또한, FD-OCT에도 스펙트로미터 타입과 파장 주사형 광원 타입의 2종류가 있다.

파장 주사형 광원 타입의 FD-OCT는 SS-OCT(Swept Source-OCT) 계측이라 부르고 있다. SS-OCT 계측에서는 우선, 광원으로부터 출사된 코히어런스 광을 측정 대상에 조사하는 측정광과 참조광으로 분할한다. 그리고, 측정 대상으로부터의 반사광과 참조광을 합파해서 간섭시킴으로써 간섭광을 발생시키고 그 간섭광의 강도에 의거해서 단층 화상을 취득한다. SS-OCT 계측에는 예를 들면, 마이켈손 간섭계를 사용할 수 있다.

보다 자세하게는, SS-OCT 계측에서는 광원으로부터 출사된 광의 주파수를 시간적으로 변화시키면서 간섭광을 검출하고, 광 주파수 영역의 인터페로그램(interferogram)의 주파수 성분을 푸리에 변환에 의해 분석한다. 그리고, 그 분석한 결과로부터 측정 대상 내부의 복수의 특정 깊이 위치로부터의 반사광의 강도를 검출하고, 그 검출된 반사광의 강도를 사용하여 단층 화상을 구축한다.

도 12는 일반적인 SS-OCT 장치의 일구성예의 개략을 나타낸 도면이다. 도 12에 도시된 바와 같이, SS-OCT 장치는 간섭계(101)와 파장 주사형 광원(102)과 연산 제어부(103)를 구비하고 있다. 이하, 일반적인 SS-OCT 장치에 대해서 설명한다.

파장 주사형 광원(102)은 주파수가 일정한 범위에서 변화되는 레이저 광을 출사한다. 파장 주사형 광원(102)으로부터 출사된 레이저 광은 간섭계(101)에 설치되어 있는 분파 커플러(104)에 입사된다. 분파 커플러(104)는 입사된 레이저 광을 피측정 물체에 조사하는 측정광과 참조광으로 나눈다.

참조광은 서큘레이터(105)를 통과하여 콜리메이트 렌즈(106)에 입사된다. 콜리메이트 렌즈(106)는 참조광을 평행광으로 한다. 콜리메이트 렌즈(106)로부터 출사된 참조광은 참조 평면으로서의 참조 미러(107)에 조사된다. 참조 미러(107)로부터 반사된 참조광은 콜리메이트 렌즈(106)나 서큘레이터(105)를 통해 합파 커플러(108)에 입사된다.

한편, 측정광은 서큘레이터(109)를 통과하여 콜리메이트 렌즈(110)에 입사된다. 콜리메이트 렌즈(110)는 측정광을 평행광으로 한다. 콜리메이트 렌즈(110)로부터 출사된 측정광은 갈바노 미러(galvano mirror)(111)에 입사된다. 갈바노 미러(111)는 지면에 수직인 축을 중심으로 해서 일정 범위에서 회동하여 측정광의 반사 각도를 변화시킨다. 갈바노 미러(111)로터 반사된 측정광은 포커싱 렌즈(112)에 의해 집광된다. 포커싱 렌즈(112)에 의해 집광된 측정광은 피측정 물체(113)에 조사된다.

피측정 물체(113)에서 반사된 광인 신호광은 포커싱 렌즈(112), 갈바노 미러(111), 콜리메이트 렌즈(110), 서큘레이터(109)를 통해 합파 커플러(108)에 입사된다.

합파 커플러(108)는 참조광과 신호광을 합파해서 간섭시킨다. 이 간섭에 의해 발생되는 간섭광의 광 비트 신호가 광 검출기로서 사용되는 차동 앰플리파이어(114)에 의해 검출된다.

차동 앰플리파이어(114)에 의해 검출된 간섭광의 광 비트 신호는 연산 제어부(103)로 송신된다. 연산 제어부(103)는 간섭광의 광 비트 신호의 주파수 성분을 푸리에 변환에 의해 분석하여 피측정 물체(113) 내부의 복수의 특정한 깊이 위치로부터의 반사광의 강도 분포를 검출한다. 그리고, 연산 제어부(103)는 반사광의 강도 분포에 기초해서 단층 화상을 구축한다. 이 단층 화상은 모니터(115)에 영상 출력된다.

이상과 같이 구성된 SS-OCT 장치에 있어서, 분파 커플러(104)로부터 참조 미러(107)를 거친 합파 커플러(108)까지의 광로 길이(H1)와, 분파 커플러(104)로부터 피측정 물체(113)의 반사면을 거친 합파 커플러(108)까지의 광로 길이(H2)가 동일할 때 간섭광의 광 비트 주파수는 제로가 된다. 간섭광의 광 비트 주파수가 제로가 될 때의 피측정 물체(113)의 반사면의 깊이 위치를 편의상 제로점이라 칭한다.

피측정 물체(113)의 반사면이 제로점으로부터 깊이(z)만큼 파장 주사형 광원(102)으로부터 먼 위치에 있을 때 제로점으로부터 반사면까지의 광로 길이(z)를 광이 왕복하는 시간만큼 신호광은 참조광으로부터 지연되어 합파 커플러(108)에 도달된다. 이 지연된 만큼의 시간 길이(시간 지연량)는 c를 광속, n을 피측정 물체(113)의 굴절율이라 하면 2nz/c가 된다.

파장 주사형 광원(102)으로부터 출사된 레이저 광의 주파수는 시간 경과에 따라 변화되고 있다. 따라서, 합파 커플러(108)에 있어서 간섭하는 참조광과 반사광(신호광) 사이에 상기한 바와 같은 시간 지연량에 따른 주파수 차가 발생된다. 이 주파수 차가 간섭광의 광 비트 신호로서 검출된다.

여기서, 예를 들면 파장 주사형 광원(102)으로부터 출사된 레이저 광의 주파수가 시간 경과에 대하여 선형으로 증가되는 변화를 일정한 주파수 범위 내에서 주기적으로 반복하고 있고, 제로점으로부터 깊이(z)의 위치에만 피측정 물체(113)의 반사면이 존재하는 경우를 상정한다. 이 경우, 간섭하는 참조광과 피측정 물체로부터의 반사광(신호광) 각각의 광 주파수의 시간적 변화는 각각 도 13에 도시된 직선(A)(참조광), 직선(B)(신호광)와 같이 된다.

참조광[직선(A)]에 대한 신호광[직선(B)]의 지연 시간(시간 지연량)(τ)은 피측정 물체(113)의 굴절율을 n으로 하면 τ=2nz/c이다. 여기서, 파장 주사형 광원(102)으로부터 출사된 광의 주파수의 주사 레이트를 α[㎐/s], 파장 주사형 광원(102)으로부터 출사된 광의 주파수의 주사 시간을 T[s], 파장 주사형 광원(102)으로부터 출사된 광의 주파수가 주사 시간 T[s] 내에서 변화되는 폭을 Δf=αT [㎐]로 하면, 차동 앰플리파이어(114)에서 수광되는 간섭광의 강도는 하기 (식1)로 표시된 비트 주파수(fb)로 변동된다.

fb=ατ=(Δf/T)(2nz/c) ㆍㆍㆍ (식1)

실제로는 피측정 물체(113) 내부의 깊이 방향을 따른 복수의 다른 위치에 반사면이 존재하고, 이들 복수의 반사면으로부터 각각 반사광이 발생한다. 따라서, 각 반사광은 각각의 깊이 위치에 대응한 서로 다른 시간 지연량, 즉 서로 다른 주파수 성분을 갖는다. 따라서, 차동 앰플리파이어(114)에서 검출되는 간섭광의 광 비트 신호(간섭광의 강도 변화)를 푸리에 변환을 사용하여 주파수 분석함으로써 상기 (식1)에 의거하여 각 광 비트 주파수에 대응하는 각 깊이 위치로부터의 반사광(신호광)의 강도를 검출할 수 있다. 그리고, 각 반사광의 강도의 공간 분포에 의거하여 단층 화상을 구축할 수 있다.

제로점을 기준으로 한 반사면의 깊이(z)가 광원으로부터 출사된 광의 코히어런스 길이보다 클 경우 반사광(신호광)이 참조광과 간섭하지 않기 때문에 광 비트 신호를 검출할 수 없다. 또한, 제로점을 기준으로 한 반사면의 깊이(z)가 광원으로부터 출사된 광의 코히어런스 길이보다 작을 경우이어도 깊이(z)에 비례하는 광 비트 주파수가 광 검출기 또는 연산 제어부의 응답 주파수를 초과하면 반사광(신호광)의 강도를 정확하게 검출할 수 없다. 따라서, SS-OCT 계측에 있어서 측정 가능한 깊이 방향의 범위는 광원으로부터 출사된 광의 코히어런스 길이와, 광 검출기의 응답 주파수와, 연산 제어부의 응답 주파수에 의해 제한된다. 이 제한으로부터 결정되는 깊이 방향의 측정 가능 범위를 LC로 한다.

이어서, 반사면이 제로점을 기준으로 해서 광원에 가까운 위치(-z)에 위치하는 경우에 대해서 설명한다. 이 경우, 간섭하는 참조광과 피측정 물체로부터의 반사광(신호광) 각각의 광 주파수의 시간적 변화는 각각 도 14에 도시된 직선(A)(참조광), 직선(B)(신호광)과 같다.

제로점으로부터 깊이(-z)의 위치에만 반사면이 존재하는 경우, 도 14에 도시된 바와 같이, 참조광[직선(A)]과 신호광[직선(B)]의 주파수의 관계는 도 13에 도시된 관계로부터 역전된다. 그러나, 이 경우의 광 비트 주파수는 제로점으로부터 깊이(z)의 위치에 반사면이 존재하는 경우와 동등하다. 이것은 상기 (식1)에 있어서 fb(-z)=-fb(z)로 되는 것으로부터도 알 수 있다.

따라서, SS-OCT 계측에는 제로점에 비해 광원에 가까운 깊이(-z)에 위치하는 반사면이 제로점을 중심으로 깊이 방향으로 반전된 뒤집힌 상이 되어 깊이(z)에 위치하는 것과 같이 잘못 검출되어버리는 원리적인 과제가 있다. 이 뒤집힌 상의 검출을 회피하여 반사면의 정규의 단층 화상을 얻기 위해서는 측정하고 싶은 반사면이 제로점을 기준으로 해서 깊이(LC)까지의 사이에 위치하지 않으면 안된다.

따라서, 측정 대상의 반사면의 위치가 기지(旣知)일 경우는 참조 미러를 기계적으로 이동시켜서 반사면이 제로점으로부터 깊이(LC)까지 사이의 중간에 위치하도록 참조광의 광로 길이를 조정하는 것이 고려된다. 이에 따라, 뒤집힌 상의 검출을 회피하여 정규의 단층 화상을 취득할 수 있다. 그러나, 참조광의 광로 길이의 조정값을 얻기 위해서는 측정 대상의 반사면의 위치가 적어도 ±LC/2의 정밀도로 기지일 필요가 있다. 반사면의 위치가 미지(未知)일 경우는 참조광의 광로 길이의 조정값도 불분명해서 참조광의 광로 길이를 조정할 수는 없다. 따라서, 반사면의 위치가 미지일 경우나, 반사면의 위치가 ±LC/2의 정밀도 또는 그보다 미세한 정밀도로 기지가 아닐 경우에는 단층 화상을 취득해도 그 상이 정규의 상인지 또는 제로점을 중심으로 뒤집힌 상인지를 판정할 수 없다.

일본 특허 공개 2006-201087호 공보에는 뒤집힌 상의 성분을 소거할 수 있는 옵티컬ㆍ코히어런트ㆍ토모그래피(OCT) 장치가 개시되어 있다. 상기 옵티컬ㆍ코히어런트ㆍ토모그래피 장치는 참조광의 광로 중에 설치된 광 위상 변조 기구에 의해 참조광의 위상을 반전시켜서 광 비트 신호 중 또는 반사광의 강도 분포 중의 뒤집힘 성분을 소거시킨다.

그러나, 이 옵티컬ㆍ코히어런트ㆍ토모그래피 장치는 뒤집힌 상(반전 화상)을 소거하는데에 고가의 비선형 결정을 사용한 광 위상 변조 기구와, 위상 변조량을 제어하기 위한 기구를 구비할 필요가 있다.

본 발명은 광의 간섭 현상을 사용해서 검출한 간섭광(광 비트 신호)의 뒤집힌 상에 관한 문제를 해결할 수 있는 광 간섭 계측 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 광의 간섭 현상을 사용해서 검출한 간섭광(광 비트 신호)의 뒤집힌 상에 관한 문제를 해결할 수 있는 광 간섭 계측 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

즉, 상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 광 간섭 계측 방법은 광원 유닛으로부터 출사된 광을 측정광과 참조광으로 분할하는 스텝과, 상기 참조광과 상기 측정광이 조사된 측정 대상으로부터 반사 또는 후방 산란된 광이 간섭한 간섭광을 검출하는 스텝과, 상기 참조광의 광로에 설치된 광로 길이 가변 기구를 구동시켜서 상기 참조광의 광로 길이를 변화시키는 스텝과, 상기 참조광의 광로 길이의 변화에 따라 변화된 상기 간섭광에 의거하여 상기 검출한 간섭광에 의거한 화상이 정규의 상인지 뒤집힌 상인지를 판정하는 스텝과, 정규의 상인지 뒤집힌 상인지의 판정의 결과에 의거하여 상기 검출한 간섭광으로부터 상기 측정 대상을 계측하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 광 간섭 계측 장치는 광을 출사하는 광원 유닛과, 상기 광원 유닛으로부터 출사된 광을 측정광과 참조광으로 분할하는 광 분할기와, 상기 측정광이 조사된 측정 대상으로부터 반사 또는 후방 산란된 광과 상기 참조광을 간섭시킨 간섭광을 검출하는 간섭광 검출기와, 상기 참조광의 광로에 설치된 광로 길이 가변 기구와, 상기 광로 길이 가변 기구의 구동에 의한 상기 간섭광의 변화에 의거하여 상기 간섭광에 의거한 화상이 정규의 상인지 뒤집힌 상인지를 판정하는 연산 제어부를 구비한 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 있어서의 SS-OCT 장치의 일구성예의 개략을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 있어서의 SS-OCT 장치의 동작의 일례를 나타낸 플로우 챠트이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 있어서의 깊이에 대한 반사광 강도 분포를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 있어서의 광로 길이 가변 기구의 일구성예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5(A) 및 도 5(B)는 본 발명의 실시형태에 있어서의 뒤집힌 상인지의 여부의 판정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시형태에 있어서의 광로 길이 가변 기구의 제 1 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시형태에 있어서의 광로 길이 가변 기구의 제 2 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시형태에 있어서의 광로 길이 가변 기구의 제 3 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시형태에 있어서의 광로 길이 가변 기구의 제 4 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시형태에 있어서의 광로 길이 가변 기구의 제 5 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시형태에 있어서의 광로 길이 가변 기구의 제 6 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 일반적인 SS-OCT 장치의 일구성예의 개략을 나타낸 도면이다.
도 13은 SS-OCT 계측에 있어서의 참조광과 신호광의 주파수 관계를 나타낸 도면이다.
도 14는 SS-OCT 계측에 있어서의 참조광과 신호광의 주파수 관계를 나타낸 도면이다.
도 15는 SS-OCT 계측에 있어서의 정규의 상과 뒤집힌 상의 선대칭 관계를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해서, SS-OCT 장치를 예로 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시형태에 있어서의 SS-OCT 장치의 일구성예의 개략을 나타낸 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, SS-OCT 장치는 간섭계(1)와 파장 주사형 광원(2)과 연산 제어부(3)를 구비하고 있다.

광원 유닛의 일례인 파장 주사형 광원(2)은 파장, 즉 주파수가 일정한 주기로 변화되는 광을 출사할 수 있다. 파장 주사형 광원(2)은 광 파이버를 통해 간섭계(1)에 접속되어 있다. 구체적으로는 파장 주사형 광원(2)의 광 출사구가 광 분할기의 일례인 제 1 커플러(4)의 광 수입구(受入口)에 광 파이버를 통해 접속되어 있다. 광 분할기에는 광을 고정 비율로 2분할하는 방향성 결합기 등을 사용할 수 있다.

제 1 커플러(4)의 한쪽의 광 송출구는 광 파이버를 통해 제 1 서큘레이터(5)에 접속되어 있다. 또한, 제 1 커플러(4)의 다른쪽의 광 송출구는 광 파이버를 통해 제 2 서큘레이터(6)에 접속되어 있다. 제 2 서큘레이터(6)는 합파기의 일례인 제 2 커플러(7)의 광 수입구에 광 파이버를 통해 접속됨과 아울러 측정 헤드(8)에도 광 파이버를 통해 접속되어 있다.

측정 헤드(8)는 콜리메이트 렌즈(9)와, 갈바노 미러(10)와, 포커싱 렌즈(12)를 구비하고 있다. 콜리메이트 렌즈(9)는 제 2 서큘레이터(6)에 접속된 광 파이버로부터 수광된 광을 평행광으로 한다. 갈바노 미러(10)는 콜리메이트 렌즈(9)로부터 수광된 광의 배향 방향을 변경한다. 또한, 갈바노 미러(10)는 지면에 수직인 축을 중심으로 해서 일정 범위에서 회동 가능하다. 포커싱 렌즈(12)는 갈바노 미러(10)와 측정 대상(11) 사이에 배치된다.

제 1 커플러(4)로부터 제 2 서큘레이터(6)를 경유해서 측정 헤드(8)의 콜리메이트 렌즈(9)에 입사된 측정광은 평행광으로 성형된다. 평행광으로 성형된 측정광은 갈바노 미러(10)를 경유해서 포커싱 렌즈(12)에 입사된다. 포커싱 렌즈(12)는 측정광을 집광한다. 집광된 측정광은 측정 대상 설치부에 설치된 측정 대상(11)에 조사된다. 측정광이 조사된 측정 대상(11)의 반사면에서 반사 또는 후방 산란된 광(신호광)은 포커싱 렌즈(12)를 경유해서 측정 헤드(8)의 내부에 입사된다. 그 후, 신호광은 갈바노 미러(10)에서 반사되어 콜리메이트 렌즈(9)를 통해 제 2 서큘레이터(6)에 입사된다.

본 실시형태에서는 제 2 서큘레이터(6)와 측정 헤드(8)에 의해 측정 대상(11)에 광을 유도하여 조사하는 도파/조사부를 구성하고 있다. 또한, 본 실시형태에서는 제 2 서큘레이터(6)와 측정 헤드(8)에 의해 측정 대상(11)의 다층막에 의해 반사 또는 후방 산란된 광을 포착하는 포착부를 구성하고 있다. 즉, 본 실시형태에서는 제 2 서큘레이터(6)와 측정 헤드(8)에 의해 도파/조사/포착부를 구성하고 있다.

제 1 서큘레이터(5)는 합파기의 일례인 제 2 커플러(7)의 광 수입구에 광 파이버를 통해 접속됨과 아울러 참조광의 광로 길이 가변 기구(13)에도 광 파이버를 통해 접속되어 있다.

본 실시형태에서는 광로 길이 가변 기구(13)는 콜리메이트 렌즈(14)와, 참조 평면(15)과, 갈바노 미러(16)를 구비하고 있다. 콜리메이트 렌즈(14)는 제 1 서큘레이터(5)에 접속된 광 파이버로부터 수광된 광을 평행광으로 한다. 참조 평면(15)은 콜리메이트 렌즈(14)로부터 수광된 광을 반사해서 콜리메이트 렌즈(14)로 리턴시킨다. 갈바노 미러(16)는 콜리메이트 렌즈(14)와 참조 평면(15) 사이의 광로 중에 배치된다. 또한, 갈바노 미러(16)는 지면에 수직인 축을 중심으로 해서 일정 범위에서 회동 가능하다. 이 갈바노 미러(16)의 회동 동작은 연산 제어부(3)로부터 제어 가능하다. 광로 길이 가변 기구(13)에 의한 참조광의 광로 길이의 변화량 및 그 변화량의 정부(正負)는 연산 제어부(3)가 구비한 기억부에 미리 기억되어 있다.

제 2 커플러(7)의 광 송출구는 광 검출기로서 사용되는 차동 앰플리파이어(17)에 광 파이버를 통해 접속되어 있다. 차동 앰플리파이어(17)에는 예를 들면 밸런스드 포토다이오드(balanced photodiode)를 사용할 수 있다. 차동 앰플리파이어(17)의 출력부는 광 비트 신호의 시간 파형을 화상 취득부의 일례인 연산 제어부(3)에 신호 출력한다.

본 실시형태에서는 제 2 커플러(7)와 차동 앰플리파이어(17)에 의해 측정 대상(11)으로부터 반사 또는 후방 산란된 광(신호광)과 참조광을 합파하여 간섭시키고, 상기 간섭에 의해 발생되는 간섭광을 검출하는 간섭광 검출기를 구성하고 있다.

연산 제어부(3)는 아날로그/디지털 변환 회로(18), 푸리에 변환 회로(19), CPU(20), 및 기억부(21)를 구비하고 있다. 차동 앰플리파이어(17)로부터 송신된 신호는 아날로그/디지털 변환 회로(18)에 의해 디지털 신호로 변환된 후 푸리에 변환 회로(19)에 송신된다. 푸리에 변환 회로(19)는 차동 앰플리파이어(17)에 의해 검출된 광 비트 신호의 주파수 성분을 푸리에 변환한다. CPU(20)는 푸리에 변환 회로(19)에 의한 푸리에 변환의 결과로부터 단층 화상을 구축한다. 기억부(21)에는 메모리나 HDD가 이용된다.

연산 제어부(3)의 출력부는 파장 주사형 광원(2), 측정 헤드(8), 광로 길이 가변 기구(13), 및 모니터(22)에 접속되어 있다. 모니터(22)는 CPU(20)에 의한 연산 결과를 영상 출력한다. 연산 제어부(3)는 입력된 정보에 의거하여 파장 주사형 광원(2), 측정 헤드(8), 광로 길이 가변 기구(13), 및 모니터(22)를 제어할 수 있게 구성되어 있다. 예를 들면, CPU(20)의 제어에 의해 파장 주사형 광원(2)이 파장이 일정한 범위에서 주기적으로 변화되는 레이저 광을 출사한다. 또한, CPU(20)의 제어에 의해 측정 헤드(8) 내에 설치된 갈바노 미러(10)가 회동하여 측정광으로 측정 대상(11)을 주사한다. 여기서는 표시/출력 장치의 일례로서 모니터(22)를 사용한다. 단, 표시/출력 장치에는 모니터 이외에도 예를 들면 프린터 등을 사용할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시형태에 있어서의 SS-OCT 장치의 동작의 일례를 나타낸 플로우 챠트이다. 자세하게는 도 2는 광 비트 신호(간섭광)에 의거한 화상이 정규의 상(정규 화상)인지 뒤집힌 상(반전 화상)인지를 판정하는 동작에 관한 플로우 챠트를 나타낸다.

스텝(S1)에 있어서, 연산 제어부(3)는 시간적으로 파장이 변화되는 광을 파장 주사형 광원(2)으로부터 출사시킨다. 파장 주사형 광원(2)으로부터 출사된 광은 제 1 커플러(4)에서, 예를 들면 5%와 95%의 비율로 분파된다. 그리고, 5%의 광은 제 1 서큘레이터(5)를 통과하여 콜리메이트 렌즈(14)에 의해 평행광으로 성형된다. 평행광으로 성형된 광은 참조광으로서 참조 평면(15)에 입사된다. 한편, 95%의 광은 제 2 서큘레이터(6)를 통과하여 측정 헤드(8)에 입사된다. 측정 헤드(8)에 입사된 광은 측정광으로서 측정 대상(11)에 조사된다.

참조 평면(15)에 입사된 광(참조광)은 그대로 반사되어 콜리메이트 렌즈(14)와 제 1 서큘레이터(5)를 통하여 제 2 커플러(7)에 입사된다. 한편, 측정 대상(11)의 반사면에서 반사 또는 후방 산란된 광(신호광)은 측정 헤드(8)의 포커싱 렌즈(12)에서 집광된 후 제 2 서큘레이터(6)를 통하여 제 2 커플러(7)에 입사된다. 이들 2개의 광은 제 2 커플러(7)에 있어서 합파되어서 간섭한다. 이 간섭에 의해 발생되는 간섭광의 광 비트 신호가 차동 앰플리파이어(17)에서 검출된다.

이어서, 스텝(S2)에 있어서, 연산 제어부(3)는 차동 앰플리파이어(17)에서 검출된 광 비트 신호(간섭광의 강도 변화)에 대하여 푸리에 변환 회로(19)를 사용해서 주파수 해석을 실행한다. 연산 제어부(3)의 CPU(20)는 푸리에 변환 회로(19)에 의한 주파수 해석의 결과와 후술하는 (식2)에 의거하여 광 비트 신호의 주파수에 대응하는 반사광 강도[측정 대상(11)의 깊이 정보]를 추출한다. 예를 들면, 제로점으로부터 깊이(z)의 위치에만 측정 대상(11)의 반사면이 존재하는 경우를 상정하면 깊이에 대한 반사광 강도 분포는 도 3의 좌측에 도시되어 있다.

참조광에 대한 신호광의 지연 시간(시간 지연량)(τ)는 측정 대상(11)의 굴절율을 n이라고 하면 τ=2nz/c이다. 여기서, 파장 주사형 광원(2)으로부터 출사된 광의 주파수의 주사 레이트를 α[㎐/s], 파장 주사형 광원(2)으로부터 출사된 광의 주파수의 주사 시간을 T[s], 파장 주사형 광원(2)으로부터 출사된 광의 주파수가 주사 시간 T[s] 내에서 변화되는 폭을 Δf=αT[㎐]라고 하면 차동 앰플리파이어(17)에서 수광된 간섭광의 비트 주파수(fb)는 하기 (식2)가 된다.

fb=ατ=(Δf/T)(2nz/c) ㆍㆍㆍ(식2)

연산 제어부(3)는 측정 대상(11)의 깊이 정보를 기억부(21)에 기억시킨 후 스텝(S3)에 있어서 광로 길이 가변 기구(13)를 동작시킨다. 광로 길이 가변 기구(13)는 연산 제어부(3)로부터 신호를 수신하여 참조광의 광로 길이를 변화시킨다.

여기서, 광로 길이 가변 기구(13)에 대해서 설명한다. 광로 길이 가변 기구(13)는 예를 들면 참조 평면(15)과 갈바노 미러(16)를 도 4에 도시된 바와 같이 조합시켜서 구성할 수 있다.

갈바노 미러(16)의 경사(회전 각도)는 연산 제어부(3)에 의해 제어된다. 갈바노 미러(16)가 파선으로 도시된 바와 같이 경사진 경우 참조광(H)은 갈바노 미러(16)에 의해 차단되지 않고 참조 평면(15)에 입사되어 참조 평면(15)으로부터 콜리메이트 렌즈(14)로 리턴되어 간다. 한편, 갈바노 미러(16)가 실선으로 도시된 바와 같이 참조광(H)에 대하여 수직이 되도록 경사진 경우에는 참조광(H)은 참조 평면(15)에는 입사되지 않고 갈바노 미러(16)에서 반사되어 콜리메이트 렌즈(14)로 리턴되어 간다.

따라서, 도 4에 도시된 광로 길이 가변 기구(13)에 의하면 갈바노 미러(16)의 경사를 제어함으로써 참조광의 광로 길이를 2단계로 가변시킬 수 있다. 상기 참조광의 광로 길이 차 즉 광로 길이의 변화량 및 그 변화량의 정부는 갈바노 미러(16)와 참조 평면(15)의 위치 관계나 갈바노 미러(16)의 경사(회전 각도)의 변화로부터 구할 수 있다. 그러나, 광로 길이의 변화량 및 그 변화량의 정부는 참조광의 광로 길이를 변화시킴에 의한 광 비트 신호의 변화로부터 산출하는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서는 반사면의 깊이 위치가 기지인 측정 대상을 사용하여 광로 길이 가변 기구(13)에서 참조광의 광로 길이를 변화시켰을 때의 광 비트 신호의 변화를 미리 구한다. 이때, 측정 대상을 z 방향으로 전후 이동시키거나 광로 길이 가변 기구(13)를 참조광의 광로 길이를 따라 전후 이동시킴으로써 광 비트 신호를 사용해서 구축되는 화상이 뒤집힌 상인지의 여부의 판정을 행하여 뒤집힌 상이 발생하지 않도록 한다. 그리고, 광 비트 신호의 변화로부터 참조광의 광로 길이의 변화량 및 그 변화량의 정부를 산출하여 그 산출한 결과를 연산 제어부(3)가 구비한 기억부(21)에 미리 기억시키는 것으로 한다.

광 비트 주파수의 변화가 정방향으로의 변화인지 부방향으로의 변화인지의 판단을 행하기 위해서는 광로 길이의 변화량이 적어도 SS-OCT 장치의 깊이 분해능 이상일 필요가 있다. 또한, 광로 길이의 변화량은 클수록 바람직하고, 보다 바람직하게는 광로 길이 변화의 범위가 측정 가능 범위(LC)와 동일한 상태이다.

참조광의 광로 길이를 가변시키는 기구(광로 길이 가변 기구)로서는 일반적으로는 참조 미러를 기계적으로 평행 이동시킬 수 있는 기계식 스테이지를 사용하는 것이 고려된다. 그러나, 기계적 스테이지를 사용했을 경우 스테이지의 이동 속도 등의 제한에 의해 광로 길이에 큰 변화를 주는데에 SS-OCT 장치에 의한 측정 시간(간섭광의 검출 시간)보다 긴 시간을 필요로 한다. 또한, SS-OCT 장치에 의한 측정 시간은 구체적으로는 파장 주사형 광원으로부터 레이저 광의 출사되고나서 단층 화상이 구축될 때까지의 시간이다. 예를 들면, SS-OCT 장치의 측정 가능 범위(LC)가 파장 주사형 광원으로부터 출사된 광의 코히어런스 길이로 제한되어서 약 5㎜인 경우에 대해서 고려한다. 이 경우에는 기계식 스테이지에 의한 참조 미러의 평행 이동에 의해 참조광의 광로 길이에 코히어런스 길이와 동등한 5㎜의 변화를 일으키는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 5㎜의 평행 이동에는 예를 들면 스텝핑 모터를 사용하여 속도 10㎜/s로 참조 미러를 이동시키는 경우 500㎳의 시간이 필요하게 된다.

SS-OCT 계측의 경우 측정 속도는 1포인트당 수백㎲(수㎑∼수십㎑)이며 예를 들면 500라인의 측정으로 1개의 단층 화상을 구축하는 경우라도 측정 시간은 수십㎳ 정도이다. 이와 같이, SS-OCT 장치에서는 고속으로 단층 화상을 취득할 수 있다. 그러나, 상기와 같은 기계식 스테이지를 사용했을 경우 참조 미러의 이동 시간이 SS-OCT 장치에 의한 실제의 측정 시간보다 길어진다는 문제가 있다.

이러한 문제로부터 광로 길이 가변 기구(13)는 예를 들면 수㎜ 정도의 큰 변화량을 참조광의 광로 길이에 부여하는 동작을 수㎳ 정도의 응답 속도로 순식간에 행하는 기구인 것이 바람직하다. 본 실시형태의 광로 길이 가변 기구(13)에 의하면 고속의 응답 속도를 갖는 갈바노 미러(16)의 경사를 제어하여 참조광의 광로 길이를 비연속적으로 변화시킬 수 있다. 따라서, 참조광의 광로 길이에 큰 변화량을 고속으로 부여할 수 있다. 구체적으로는, SS-OCT 장치에 의한 측정 시간보다 짧은 시간에 참조광의 광로 길이를 스위칭할 수 있다. 따라서, 검출된 광 비트 신호(간섭광)에 의거한 화상이 뒤집힌 상(반전 화상)인지 정규의 상(정규 화상)인지의 판정을 정확하게 행하는 것이 가능하게 됨과 아울러 단층상 촬영에 관련되는 시간의 증가를 적게 할 수 있다.

도 2에 도시된 플로우 챠트의 설명으로 돌아간다. 참조광의 광로 길이가 변화된 후 스텝(S4)에 있어서 연산 제어부(3)는 다시 시간적으로 파장이 변화되는 광을 파장 주사형 광원(2)으로부터 출사시킨다.

파장 주사형 광원(2)으로부터 출사된 광은 제 1 커플러(4)에서 예를 들면 5%와 95%의 비율로 분파된다. 그리고, 5%의 광은 제 1 서큘레이터(5)를 통과하여 콜리메이트 렌즈(14)에 의해 평행광으로 성형된다. 평행광으로 성형된 광은 참조광으로서 갈바노 미러(16)에 입사된다. 한편, 95%의 광은 제 2 서큘레이터(6)를 통과하여 측정 헤드(8)에 입사된다. 측정 헤드(8)에 입사된 광은 측정광으로서 측정 대상(11)에 조사된다.

갈바노 미러(16)에 입사된 광(참조광)은 그대로 반사되어 콜리메이트 렌즈(14)와 제 1 서큘레이터(5)를 통하여 제 2 커플러(7)에 입사된다. 한편, 측정 대상(11)의 반사면에서 반사 또는 후방 산란된 광(신호광)은 측정 헤드(8)의 포커싱 렌즈(12)에서 집광된 후 제 2 서큘레이터(6)를 통하여 제 2 커플러(7)에 입사된다. 이들 2개의 광은 제 2 커플러(7)에 있어서 합파되어서 간섭한다. 상기 간섭에 의해 발생되는 간섭광의 광 비트 신호가 차동 앰플리파이어(17)에서 검출된다.

이어서, 스텝(S5)에 있어서 연산 제어부(3)는 차동 앰플리파이어(17)에서 검출된 광 비트 신호(간섭광의 강도 변화)에 대하여 푸리에 변환 회로(19)를 사용해서 주파수 해석을 실행한다. 연산 제어부(3)의 CPU(20)는 푸리에 변환 회로(19)에 의한 주파수 해석의 결과와 상기 (식2)에 의거하여 광 비트 신호의 주파수에 대응하는 반사광 강도[측정 대상(11)의 깊이 정보]를 추출한다.

참조광의 광로 길이의 변화전에 있어서의 제로점으로부터 깊이(z)의 위치에만 측정 대상(11)의 반사면이 존재하는 경우를 상정한다. 이 경우, 참조광의 광로 길이의 변화후에 있어서의 반사광 강도 분포는 도 3의 우측에 도시되어 있다. 즉, 참조광의 광로 길이의 변화후에 있어서 제로점으로부터의 거리로 표시된 반사광 강도는 참조광의 광로 길이의 변화전에 비해 제로점측에 근접한 위치에서 검출된다. 이와 같이, 반사광 강도의 깊이 위치가 시프팅되는 것은 참조광의 광로 길이가 짧아짐으로써 도 3의 우측에 도시된 바와 같이 제로점이 파장 주사형 광원(2)으로부터 멀어지는 방향으로 이동했기 때문이다.

이어서, 스텝(S6)에 있어서 연산 제어부(3)는 간섭광의 변화에 의거하여 참조광의 광로 길이의 변화전에 검출된 간섭광(광 비트 신호)에 의거한 화상이 정규의 상인지 뒤집힌 상인지를 판정한다. 여기서, 판정 기준인 간섭광의 변화는 구체적으로는 반사광 강도 분포의 시프팅량과 그 시프팅 방향이다. 상기 시프팅량 및 시프팅 방향은 참조광의 광로 길이의 변화 전후의 측정 대상(11)의 깊이 정보(반사광 강도 분포)에 의거하여 산출될 수 있다. 예를 들면, 광 비트 신호의 주파수 성분이 최대치를 나타내는 위치의 변화나 광 비트 신호의 주파수 성분의 피크 형상을 가우시안에 피팅시켰을 경우의 중심 위치의 변화로부터 시프팅량 및 시프팅 방향을 계산할 수 있다. 뒤집힌 상인지 정규의 상인지는 시프팅량 및 시프팅 방향이 광로 길이 가변 기구(13)가 부여한 광로 길이 차에 대응하는 것인지의 여부에 의해 판정될 수 있다. 여기서, 광로 길이 가변 기구(13)가 부여한 광로 길이 차는 구체적으로는 참조광의 광로 길이의 변화량 및 그 변화량의 정부이다.

이와 같이, 본 실시형태에서는 참조광의 광로를 기지의 광로 길이 차를 갖는 복수의 광로간에서 순식간에 스위칭할 수 있는 광로 길이 가변 기구를 사용하고 있다. 그리고, 이 광로 길이 가변 기구를 사용하여 단층 화상의 구축에 사용되는 반사광 강도 분포를 검출할 때마다 참조광의 광로 길이의 변경을 행한다. 상기 광로 길이의 변경에 의해 신호광에 대한 참조광의 시간 지연이 변화되어 참조광의 주파수의 시간적 변화를 나타내는 직선(A)과, 신호광의 주파수의 시간적 변화를 나타내는 직선(B)의 차인 비트 주파수(fb)가 변화된다. 그 주파수 시프팅량의 정부는 정규의 상인 경우와 뒤집힌 상인 경우에서 반대로 된다. 따라서, 본 실시형태에서는 참조광의 광로 길이의 변화량 및 그 변화량의 정부와, 주파수 시프팅량 및 그 주파수 시프팅량의 정부를 비교하고 있다. 이와 같이 비교함으로써 검출된 광 비트 신호가 정규의 상을 구축시키는 신호인지 뒤집힌 상을 구축시키는 신호인지를 판정할 수 있다.

여기서, 정규의 상인지 뒤집힌 상인지의 판정에 대해서 어떤 하나의 반사면에서 반사 또는 후방 산란된 광에 의거한 간섭광으로부터 구축되는 상을 예로 구체적으로 설명한다. 도 5(B)에 도시된 바와 같이, 상기 참조광의 광로 길이의 변화전에 기억한 반사광 강도 분포가 뒤집힌 상을 구축시키는 것일 경우 참조광의 광로 길이를 1㎜ 증가시켰을 때 참조광의 광로 길이의 변화후의 반사광 강도 분포는 1㎜ 깊은 위치로 이동한다. 한편, 도 5(A)에 도시된 바와 같이, 상기 참조광의 광로 길이의 변화전에 기억한 반사광 강도 분포가 정규의 상을 구축시키는 것일 경우 참조광의 광로 길이를 1㎜ 증가시켰을 때 참조광의 광로 길이의 변화후의 반사광 강도 분포는 1㎜ 얕은 위치로 이동한다. 상기 반사광 강도 분포의 위치의 변화량과 그 변화의 방향에 의거하여 참조광의 광로 길이의 변화전에 검출된 간섭광이 뒤집힌 상을 구축시키는 것인지의 여부, 즉 뒤집힌 상을 구축시키는 것인지 정규의 상을 구축시키는 것인지를 판정할 수 있다.

참조광의 광로 길이의 변화전의 간섭광이 정규의 상을 구축시키는 것이면 연산 제어부(3)는 참조광의 광로 길이의 변화전에 기억부(21)에 기억한 반사광 강도의 공간 분포의 신호에 의거하여 단층 화상을 구축한다[스텝(S7)]. 이 구축된 단층 화상은 모니터(22)에 영상 출력된다.

참조광의 광로 길이의 변화전의 간섭광이 뒤집힌 상을 구축시키는 것일 경우 얻어진 단층 화상을 실제의 단층 구조와 같게 할 필요가 있다. 따라서, 연산 제어부(3)는 참조광의 광로 길이의 변화전에 얻은 반사광 강도의 공간 분포를 참조광의 광로 길이의 변화전의 제로점을 중심으로 해서 깊이 방향으로 반전시키는 변환 처리를 실행한다[스텝(S8)]. 그리고, 연산 제어부(3)는 그 변환 처리후의 반사광 강도의 공간 분포의 신호에 의거하여 단층 화상을 구축한다[스텝(S7)]. 이 구축된 단층 화상은 모니터(22)에 영상 출력된다.

이상의 설명으로부터 명확한 바와 같이 본 실시형태에서는 광로 길이 가변 기구에 의한 참조광의 광로 길이의 변화의 전후에서 반사광 강도 분포(측정 대상의 깊이 정보)를 검출한다. 그리고, 참조광의 광로 길이의 변화의 전후간에서의 반사광 강도 분포의 위치의 변화량 및 그 변화량의 정부와, 참조광의 광로 길이의 변화량 및 그 변화량의 정부를 비교함으로써 얻어진 신호가 뒤집힌 상을 구축시키는 신호인지 정규의 상을 구축시키는 신호인지를 판정한다. 그리고, 뒤집힌 상을 구축시키는 신호일 경우에는 상을 반전시키기 위한 변환 처리를 실행함으로써 정규의 상을 제공한다.

이어서, 광로 길이 가변 기구의 다른 예에 대해서 설명한다.

도 6에 광로 길이 가변 기구의 제 1 변형예를 나타낸다. 도 6에 도시된 광로 길이 가변 기구에서는 참조 평면(15)의 광 입사면의 전방에 셔터 기구(23)가 설치되어 있다. 셔터 기구(23)는 반사 미러부(23a)와 투과창부(23b)를 구비하고 있다. 셔터 기구(23)는 회전식이다. 셔터 기구(23)가 회전하면 참조광(H)의 광로 중에 반사 미러부(23a)와 투과창부(23b)가 교대로 나타난다.

셔터 기구(23)의 회전의 위상은 연산 제어부(3)에 의해 제어된다. 셔터 기구(23)의 회전의 위상을 참조광(H)의 광로가 반사 미러부(23a)에서 차단되는 위상으로 했을 때에는 참조광(H)은 반사 미러부(23a)에서 반사된다. 한편, 셔터 기구(23)의 회전의 위상을 참조광(H)의 광로가 투과창부(23b)를 통과하는 위상으로 했을 때에는 참조광(H)은 투과창부(23b)를 통과해서 참조 평면(15)에서 반사된다.

따라서, 도 6에 도시된 광로 길이 가변 기구에 의하면 셔터 기구(23)의 회전의 위상을 제어하여 참조광(H)이 반사되는 평면을 참조 평면(15)과 반사 미러부(23a) 사이에서 스위칭함으로써 참조광의 광로 길이를 2단계로 가변시킬 수 있다.

도 7에 광로 길이 가변 기구의 제 2 변형예를 나타낸다. 이 광로 길이 가변 기구는 참조광(H)이 입사되는 갈바노 미러(24)와, 갈바노 미러(24)로부터의 거리가 서로 다른 복수(여기서는 3매)의 참조 평면(25∼27)을 구비하고 있다. 갈바노 미러(24)는 지면에 수직인 축을 중심으로 해서 일정 범위에서 회동 가능하다.

갈바노 미러(24)의 경사(회전 각도)는 연산 제어부(3)에 의해 제어된다. 상기 광로 길이 가변 기구는 갈바노 미러(24)의 경사가 변화됨으로써 참조 평면(25∼27) 중 어느 1매에 참조광(H)이 입사되는 구성으로 되어 있다. 참조 평면으로부터 반사된 참조광(H)은 갈바노 미러(24)에서 반사되어서 상술한 콜리메이트 렌즈(14)로 리턴된다.

따라서, 도 7에 도시된 광로 길이 가변 기구에 의하면 갈바노 미러(24)의 경사(회전 각도)를 제어해서 참조광(H)이 입사되는 평면을 참조 평면(25∼27)의 사이에서 스위칭함으로써 다른 광로 길이를 갖는 복수의 광로간에서 참조광(H)의 광로를 스위칭할 수 있다. 또한, 상기 광로 길이 가변 기구에 의하면 참조광을 반사시키는 참조 평면을 갈바노 미러로부터의 거리가 서로 다른 복수의 참조 평면 중에서 선택할 수 있으므로 참조광의 광로 길이 차를 복수의 광로 길이 차 중에서 선택할 수 있다.

도 8에 광로 길이 가변 기구의 제 3 변형예를 나타낸다. 상기 광로 길이 가변 기구는 그 중심부에 참조광(H)이 입사되는 갈바노 미러(28)와, 갈바노 미러(28)로부터 반사된 참조광(H)이 입사되는 사이클로이드 곡선형의 참조 평면(29)을 구비한다. 갈바노 미러(28)는 지면에 수직인 축을 중심으로 해서 일정 범위에서 회동 가능하다. 사이클로이드 곡선형의 참조 평면(29)은 갈바노 미러(28)의 중심부로부터의 거리가 연속적으로 변화되는 광 입사면을 갖는다.

갈바노 미러(28)의 경사(회전 각도)는 연산 제어부(3)에 의해 제어된다. 상기 광로 길이 가변 기구는 갈바노 미러(28)의 경사가 변화됨으로써 갈바노 미러(28)의 중심부에서 반사된 참조광(H)이 사이클로이드 곡선형의 참조 평면(29)의 광 입사면에 입사되는 위치가 변화되는 구성으로 되어 있다. 사이클로이드 곡선형의 참조 평면(29)으로부터 반사된 참조광은 참조 평면(29)에 입사됐을 때와 같은 광로를 지나가서 상술한 콜리메이트 렌즈(14)로 리턴된다. 따라서, 참조광의 광로 길이는 갈바노 미러(28)의 경사에 의해 변화된다.

도 8에 도시된 광로 길이 가변 기구에 의하면 갈바노 미러(28)의 경사(회전 각도)를 제어해서 사이클로이드 곡선형의 참조 평면(29) 상의 참조광(H)의 입사 위치를 스위칭함으로써 다른 광로 길이를 갖는 복수의 광로간에서 참조광의 광로를 스위칭할 수 있다. 또한, 도 8에 도시된 광로 길이 가변 기구에 의하면 참조광의 광로 길이를 이산적이 아닌 연속적으로 변화시킬 수 있다.

도 9에 광로 길이 가변 기구의 제 4 변형예를 나타낸다. 상기 광로 길이 가변 기구는 도 1에 도시된 제 1 서큘레이터(5)에 광 파이버를 통해 접속되는 광 스위치(30)와, 서로 길이가 다른 복수(여기서는 2개)의 광 파이버(31, 32)와, 파이버 커플러(33)를 구비하고 있다.

광 스위치(30)는 입사된 참조광(H)을 2개의 출력 포트 중 연산 제어부(3)로부터의 신호에 대응하는 출력 포트로부터 출사시킨다. 광 스위치(30)의 2개의 출력 포트는 서로 길이가 다른 광 파이버(31, 32)의 한쪽 단에 각각 접속되어 있다. 광 파이버(31, 32)의 다른쪽 단은 파이버 커플러(33)의 2개의 광 수입구에 각각 접속되어 있다.

참조광(H)은 광 스위치(30)에 입사된 후 연산 제어부(3)로부터의 신호에 의해 선택된 출력 포트로부터 출사된다. 광 스위치(30)로부터 출사된 참조광(H)은 광 파이버(31) 또는 광 파이버(32) 중 어느 한쪽을 통과하고 파이버 커플러(33)를 경유하여 콜리메이터 렌즈(14)에 입사된다. 콜리메이터 렌즈(14)는 참조광(H)을 평행광으로 성형한다. 평행광으로 성형된 참조광(H)은 참조 평면(15)에 입사된다. 참조 평면(15)으로부터 반사된 참조광(H)은 참조 평면(15)에 입사됐을 때와 같은 광로를 거쳐서 제 1 서큘레이터(5)로 리턴된다.

따라서, 도 9에 도시된 광로 길이 가변 기구에 의하면 광 스위치(30)의 2개의 출력 포트간에서 참조광(H)을 출사하는 출력 포트를 스위칭함으로써 참조광의 광로 길이를 2단계로 가변시킬 수 있다.

또한, 도 9에 도시된 광로 길이 가변 기구에 있어서 콜리메이터 렌즈(14)와 파이버 커플러(33) 사이에 서큘레이터를 삽입함으로써 반사광이 파이버 커플러(33)를 통과하지 않도록 해도 좋다. 이와 같이 하면 파이버 커플러(33)에 의한 광 강도의 손실을 감소시킬 수 있다.

또한, 도 9에 도시된 광로 길이 가변 기구에 의하면 참조광의 광로 길이의 스위칭 속도가 광 스위치의 응답 속도와 동일한 100㎲ 정도로 된다. 따라서, 고속의 광로 길이 스위칭을 용이하게 행할 수 있게 된다. 또한, 광 스위치에 복수의 출력 포트를 설치함으로써 참조광의 광로 길이 차를 2종류 이상으로 용이하게 증가시킬 수 있다.

도 10에 광로 길이 가변 기구의 제 5 변형예를 나타낸다. 상기 광로 길이 가변 기구는 그 직경 방향으로 신축 가능한 원통 부재(34)에 도 1에 도시된 제 1 서큘레이터(5)에 접속되는 광 파이버(35)를 복수회 권취한 구성을 갖는다. 원통 부재(34)에는 예를 들면 드럼형 피에조 소자 등을 사용할 수 있다.

원통 부재(34)는 연산 제어부(3)로부터의 신호에 의해 직경 방향으로 신축된다. 원통 부재(34)를 직경 방향으로 신축시킴으로써 광 파이버(35)에 응력을 부여해서 파이버 길이를 왜곡시킬 수 있다. 이 왜곡에 의해 참조광의 광로 길이가 가변된다. 참조광의 광로 길이의 변화량은 원통 부재(34)의 직경의 변화량과 광 파이버(35)의 원통 부재(34)에 대한 권취수에 의해 조정될 수 있다. 따라서, 도 10에 도시된 광로 길이 가변 기구에 의하면 원통 부재(34)의 직경을 변화시킴으로써 서로 다른 광로 길이를 갖는 복수의 광로간에서 참조광의 광로를 스위칭할 수 있다.

도 11에 광로 길이 가변 기구의 제 6 변형예를 나타낸다. 상기 광로 길이 가변 기구는 콜리메이트 렌즈(14)(부도시)와 참조 평면(15) 사이에 삽입된 투명 부재(36)를 구비한다. 투명 부재(36)는 굴절율이 n(n>1), 길이가 L이다. 투명 부재(36)에는 예를 들면 유리 등을 사용할 수 있다. 상기 투명 부재(36)는 예를 들면 도시되지 않은 1축 모터의 모터축에 고정하여 그 모터축을 회전시킴으로써 참조광의 광로로부터 이탈 가능하게 한다. 이 구성에 의하면 참조광의 광로 길이의 변화량이 2L(n-1)로 된다.

또한, 이상 설명한 실시형태에 있어서는 광원 유닛으로서 파장이 일정 주기로 변화되는 레이저 광을 출사하는 파장 주사형 광원을 사용했지만 저코히어런스 광을 출사하는 광원 유닛을 사용해도 좋다.

또한, 본 실시형태에 있어서는 측정광이나 참조광 등의 광이 광 파이버 중을 전파하는 구성에 있어서 설명했다. 그러나, 광 파이버에 의해 광을 전파하는 구성에 한정되는 것이 아니고 대기중 또는 진공중을 광이 전파하는 구성을 사용해도 좋다.

또한, 본 실시형태에 있어서는 참조광의 광로에 광로 길이 가변 기구를 설치했지만 참조광의 광로 대신에 신호광 또는 측정광의 광로에 광로 길이 가변 기구를 설치해도 좋고, 참조광의 광로에 추가해서 신호광 또는 측정광의 광로에도 광로 길이 가변 기구를 설치해도 좋다.

또한, 본 실시형태에 있어서는 간섭계로서 마이켈손형 간섭계를 사용했지만 이에 한정되는 것이 아니고, 다른 형식의 간섭계 예를 들면 마흐-젠더(Mach-Zehnder)형 간섭계 등을 사용해도 좋다.

또한, 본 실시형태에 있어서는 파장 주사형 광원 타입의 FD-OCT를 사용했지만 이에 한정되는 것이 아니고, 스펙트로미터 타입의 FD-OCT를 사용해도 좋다.

또한, 본 실시형태에 있어서는 광 비트 신호의 주파수 해석에 푸리에 변환을 사용했다. 이것은 광 비트 신호의 주파수 해석의 소요 시간을 단축하기 위함이다. 즉, 주파수 해석의 소요 시간을 단축하기 위해서는 신호를 이산적으로 2ⁿ의 샘플수로 샘플링하는 고속 푸리에 변환을 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 푸리에 변환에 한정되는 것이 아니고, 스펙트럼 애널라이저를 사용해도 좋다.

또한, 본 실시형태에 있어서는 참조광의 광로 길이의 변화량과 그 변화량의 정부에 반사광 강도 분포의 시프팅량과 그 시프팅 방향이 대응하는지의 여부에 의해 검출된 광 비트 신호(간섭광)이 정규의 상을 취득시키는 신호인지 뒤집힌 상을 취득시키는 신호인지를 판정했다. 그러나, 참조광의 광로 길이의 변화량의 정부에 반사광 강도 분포의 시프팅 방향이 대응하는지의 여부에 의해서만 검출된 상이 뒤집힌 상인지의 여부를 판정해도 좋다.

이상 설명한 실시형태에 의하면, 광 간섭 계측의 원리적 문제인 뒤집힌 상이 발생해도 검출된 간섭광(광 비트 신호)이 정규의 상을 취득시키는 것인지 정규의 상이 뒤집힌 상을 취득시키는 것인지를 간단히 판정하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 광의 간섭 현상을 사용해서 검출된 간섭광(광 비트 신호)의 뒤집힌 상에 관한 문제를 해결할 수 있다. 따라서, 본 발명은 반사면의 높이가 가지런하지 않은 복수의 샘플의 인라인 계측, 특히 인간이 측정 대상 위치를 조정할 수 없는 자동 계측에 유효하다.

이상, 본 발명에 의한 단지 몇개인가의 모범이 되는 실시형태가 상세히 기술되었지만 이 기술에 정통하는 자이면 본 발명이 신규로 교시하는 것, 및 본 발명의 효과로부터 실질적으로 일탈하지 않는 범위에서 상기의 모범이 되는 실시형태에 있어서 다양한 변경이 가능한 것이 용이하게 인식될 것이다. 따라서, 그러한 다양한 변경은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도되어 있다.

Claims

광원 유닛으로부터 출사된 광을 측정광과 참조광으로 분할하는 스텝,
상기 참조광과 상기 측정광이 조사된 측정 대상으로부터 반사 또는 후방 산란된 광이 간섭한 제 1 간섭광을 검출하는 스텝,
상기 참조광의 광로 길이 또는 상기 측정광의 광로 길이를 변화시킨 후, 상기 참조광과, 상기 측정광이 조사된 측정 대상으로부터 반사 또는 후방 산란된 광이 간섭한 제 2 간섭광을 검출하는 스텝,
상기 제 1 간섭광에 대한 상기 제 2 간섭광의 변화에 의거하여 상기 검출한 제 1 간섭광 또는 제 2 간섭광에 의거한 화상이 정규의 상인지 뒤집힌 상인지를 판정하는 스텝, 및
정규의 상인지 뒤집힌 상인지의 판정 결과에 의거하여 상기 검출된 제 1 간섭광 또는 제 2 간섭광으로부터 상기 측정 대상을 계측하는 스텝을 구비한 것을 특징으로 하는 광 간섭 계측 방법.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 측정 대상의 측정을 시작하기 전에 참조광 또는 측정광의 광로 길이를 서로 다른 복수의 광로 길이 사이에서 스위칭하여 그 스위칭 전후의 간섭광의 변화로부터 광로 길이 차를 산출하는 스텝을 구비하고,
상기 측정 대상을 측정할 때에 미리 산출한 광로 길이 차와 상기 측정 대상의 측정시의 상기 제 1 간섭광에 대한 상기 제 2 간섭광의 변화에 의거하여 정규의 상인지 뒤집힌 상인지의 판정을 행하는 것을 특징으로 하는 광 간섭 계측 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 참조광 또는 상기 측정광의 광로 길이를 변화시킬 때에 미러를 회전시켜서 상기 참조광 또는 상기 측정광의 광로 길이를 서로 다른 복수의 광로 길이 사이에서 스위칭하는 것을 특징으로 하는 광 간섭 계측 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 광원 유닛으로부터 파장이 일정한 주기로 변화되는 광을 출사하고,
상기 제 1 간섭광 또는 제 2 간섭광을 주파수 해석해서 상기 측정 대상의 단층 화상을 취득하는 것을 특징으로 하는 광 간섭 계측 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 광원 유닛으로부터 출사된 광이 저코히어런스 광인 것을 특징으로 하는 광 간섭 계측 방법.
광을 출사하는 광원 유닛,
상기 광원 유닛으로부터 출사된 광을 측정광과 참조광으로 분할하는 광 분할기,
상기 측정광이 조사된 측정 대상으로부터 반사 또는 후방 산란된 광과 상기 참조광을 간섭시킨 간섭광을 검출하는 간섭광 검출기,
상기 참조광의 광로 길이 또는 상기 측정광의 광로 길이 중 어느 하나를 서로 다른 2가지의 광로 길이로 변화시키는 광로 길이 가변 기구, 및
상기 참조광 또는 상기 측정광의 서로 다른 2가지의 광로 길이에 대하여 각각 검출된 2가지의 간섭광 사이의 변화에 의거하여 상기 2가지의 간섭광 중 어느 하나에 의거한 화상이 정규의 상인지 뒤집힌 상인지를 판정하는 연산 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 광 간섭 계측 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 광로 길이 가변 기구는 미러를 가지고 있고, 그 미러를 회전시킴으로써 서로 다른 광로 길이를 갖는 복수의 광로간에서 상기 참조광의 광로 또는 상기 측정광의 광로를 스위칭할 수 있는 것을 특징으로 하는 광 간섭 계측 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 광원 유닛은 파장이 일정한 주기로 변화되는 광을 출사하는 것을 특징으로 하는 광 간섭 계측 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 광원 유닛이 저코히어런스 광을 출사하는 것을 특징으로 하는 광 간섭 계측 장치.