JP2002515593A - 散乱光の三次元分布を記録する方法及び装置 - Google Patents

散乱光の三次元分布を記録する方法及び装置

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クリストフ・ヒッツェンベルガー
アンゲラ・バウムガルトナー
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レーザー・ディアグノスティック・テクノロジーズ・インコーポレイテッド
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Abstract

(57)【要約】 人の目などの透明もしくは半透明の物体（１２、１０２）の光の後方散乱強度の三次元分布を示すデータを生み出す装置（１０）を開示する。前記装置（１０）は、干渉計（１４、１０４）を含み、その参照光線及び測定光線の両光線が物体（１２、１０２）に向けられ、物体の各参照箇所と測定箇所で反射され、これによって測定の間の物体（１２、１０４）の軸方向の動きが両光線に等しく影響を及ぼす。前記測定光線は、データを得るための各測定箇所を横切ってラスター走査される。更に、前記光線の１つの周波数が、固定式の周波数変換器（ＦＳ）で変換され、これによって前記反射光線が組み合わされてヘテロダイン・ビート周波数によって変調され、前記物体光路差が前記干渉計光路差と一致したときに検出される。前記固定式周波数変換器（ＦＳ）が約４０ＭＨｚのビート周波数を効率的に生み出すため、比較的短時間の横方向及び長手方向の走査が容易となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （技術分野） 本発明は一般に、透明及び半透明組織の各種深さから後方散乱する光を測定す
ることに関し、より詳しくは、人の目の各層からの光の反射を検出することによ
り目の状態を診断する方法及び装置に関する。
【０００２】 （背景技術） 透明及び半透明の物体の詳細な構造知識は、当該物体の各層から反射される後
方散乱光を測定することにより得ることができる。このような構造知識は、半導
体チップ製造など各種産業への応用に有益である。さらには、人の目の詳細な構
造を把握することは、例えば緑内障など目の特定の状態を診断するのに有用であ
る。
【０００３】 フェルヒャ氏に付与されたドイツ特許第３２０１８０１Ａ１号は、部分コヒー
レンス干渉計使用法（「ＰＣＩ」）と呼ばれる方法を開示しており、これによれ
ば短いコヒーレンス長（coherence length）を有する光がマイケルソン干渉計
と組み合わされて物体内の反射表面の位置を特定する。ＰＣＩでは、干渉計から
の測定光線が物体内の特定の反射面に向けられ、参照光線は既知の参照面に向け
られる。物体内の反射面の位置は、前記参照光線が移動した既知の参照光路長を
前記測定光線が移動した未知の物体の光路長と一致させることにより測定される
。
【０００４】 上述のＰＣＩ方法は、いわゆる光Ａ走査を発生させるもので、後方散乱光の密
度を前記物体内の深さの関数としてプロットしたものと考えることができる。こ
こに参考として含めるものとする米国特許第５，３２１，５０１号では、光学コ
ヒーレンス断層撮影法（「ＯＣＴ」）と呼ばれる技術を開示しており、ここでは
幾つかのＡ走査が組み合わされて物体の深さを効果的にマップに仕上げている。
【０００５】 前記第５，３２１，５０１号特許に開示された発明は、ハンフリー・インダス
トリーズ／カール・ツァイスから販売された市販のＯＣＴ計器で実施されている
。残念ながら前記ハンフリー−ツァイスの計器は、長手方向部分のみの測定が可
能で横方向部分の測定はできず、さらにはその断面構造は経験的に特定される必
要である。本願発明の理解によれば、長手方向及び横方向の両測定を可能として
これにより物体の三次元マップを形成することが好ましく、更には断面構造が経
験的に特定されるものではない方が好ましい。加えて、本願発明の認識によれば
、前記ハンフリー−ツァイスの計器の参照面は測定される物体の一部ではないた
めに、前記計器の精度は測定の間における物体の軸方向の動きによって悪化する
ものとなる。
【０００６】 上述のような欠点に加え、本願発明の認識によれば、従来の計器による測定の
速度は比較的遅く、長時間の測定では後述のような好ましくない結果をもたらす
。このようにＯＣＴを含むＰＣＩの応用においては、物体光路長を参照光路長と
一致させている。この一致は、反射参照光線と反射測定光線とが一致したときに
干渉して干渉縞が生ずることにより確かめられる。初期のＰＣＩ応用では、前記
干渉縞が目視により検出されており、このため各種深さの層における後方散乱デ
ータを集めるのに極めて長時間を要した。残念ながら、長時間のデータ収集時間
では分析すべき物体が動くためにデータ分析が制約される。人の目の場合には、
微細な目の動きが、データの分析を制約となる。
【０００７】 したがって、より短時間での干渉縞の検出を促進するため、ヒッツェンベルガ
氏ほかは、１９９０年ガーミッシュ−パルケンキルヘンでのライフサイエンスに
関する光学国際会議における表題「レーザ・ドプラー干渉計使用法（「ＬＤＩ」
）」の論文の中で、前記の縞をヘテロダインによって検出することを提起してい
る。具体的には、ヒッツェンベルガ氏ほかの前記論文では、光線の１つにドプラ
ー周波数変換を起こさせるために一定速度で参照ミラーを駆動し、これによって
参照光線と測定光線とが物体から反射して相互に干渉したときに検出可能な「ビ
ート（うねり）」周波数を発生させることについて開示している。
【０００８】 しかしながら、本発明によって理解されているように、前記ドプラーによるヘ
テロダイン検出は、目視検出方法に対しては優れているものの、いずれにせよ前
記の機械的な可動部品の使用によるため、前記参照ミラーのスピードに比例する
誘導周波数変換の大きさが制限されることから測定のスピードが制約される。加
えて、本発明の理解によれば、機械的なヘテロダイニング技術ではビート周波数
の変動を誘発する可能性があり、これが復調の複雑さを生み、前記変動に対応す
ための比較的大きなフィルタのバンド幅（復調の際に使用される）が必要とされ
る。この広いフィルタのバンド幅は更に、計器の信号対ノズル比を減少させる。
【０００９】 （発明の開示） （発明が解決しようとする技術的課題） したがって、本発明は、透明もしくは半透明物体のマップを作り出す方法及び
装置を提供することを目的としている。本発明の他の目的は、人の目のマップを
短時間に作り出す方法及び装置を提供することにある。そして本発明の更に他の
目的は、容易に使用できてコスト効果が高く、測定の間の目の軸方向の動きによ
っても精度が悪化することのない、人の目のマップを短時間で作り出す方法及び
装置を提供することにある。
【００１０】 （課題の解決方法） 人の目などの物体内の後方散乱光の強さの分布を検出する装置を開示する。当
該装置は、好ましくは短いコヒーレンス長の複数の光線を放射する干渉計を含み
、その光線の少なくとも１つを物体に向けることができる。前記複数の光線は、
それぞれの表面で反射されてそれぞれの反射光線を形成する。少なくとも１つの
固定式周波数変換器が前記光線の少なくとも１つの光路に配置され、受信器が前
記反射光線を受信してそれに対応した信号を発生する。本発明で意図されている
ように、前記信号は前記物体内の光の後方散乱の位置を特定するために使用する
ことができる。
【００１１】 好ましい実施の形態では、前記複数の光線が、少なくとも物体に形成される参
照面に向けられる参照光線と、物体に形成される測定位置に向けられる測定光線
とを含む。このような構造とすることにより、前記干渉計に対する前記物体の軸
方向の動きは、前記参照光線と測定光線とに等しく影響を及ぼすものとなる。
【００１２】 以下に詳細を開示するように、前記周波数変換器は通過する光線の周波数を変
化させる。前記周波数変換器は、音響光学周波数変換器、及び位相モジュレータ
を含む一群の周波数変換器から選択される。
【００１３】 好ましくは、前記干渉計は参照アームと測定アームとを形成し、この両アーム
の長さ間で第１の差異が形成される。前記参照光線は前記物体に対する参照距離
を移動し、前記測定光線は前記物体に対する測定距離を移動し、この参照距離と
測定距離との間で第２の差異が形成される。その後、前記第１の差異が前記第２
の差異と比例関係となるよう少なくとも１つのアーム長さを確立することができ
、そして前記の両差異がほぼ一致したときにはビート周波数が前記受信器によっ
て受信される。特に好ましい実施の形態では、前記干渉計は、前記少なくとも１
つのアーム長さを選択的に確立するために、少なくとも１つの並進移動可能な光
路遅延装置を含んでいる。
【００１４】 所望するなら、偏光光線を使用することができる。偏光光線が使用されるとき
には、偏光器を前記干渉計の入口光路に配置することができ、そして半波板（ha
lf wave plate）を前記周波数変換器が配置されている前記干渉計のアーム内
に配置することができる。さらに、１／４波板（a quarter wave plate）を
前記出口光路に配置することができる。
【００１５】 上述の構成に加えて、少なくとも１つの空間フィルタ(spatial filter)を少
なくとも１つのアームに配置し、そこを通過する光の波面（wave front）の質
を向上させることができる。さらには、前記測定アームには走査ミラーが配置さ
れ、前記測定光線の伝播方向を選択的に確立するために少なくとも１次の自由度
を持って傾斜移動が可能である。コヒーレンス層（coherence layer）補償要素
が前記走査ミラーに並んで配置され、前記測定光線が通り抜ける光路長を零方向
と前記測定光線とのなす角度に比例して変化させる。前記零方向は通常、前記参
照光線の方向とされる。
【００１６】 他の態様では、物体光路差を干渉計光路差に一致させ、参照光線と測定光線の
ヘテロダイン検出によって前記一致を特定する装置は、前記参照光線及び測定光
線の内の少なくとも１つの周波数を少なくとも１０メガヘルツだけ変化させる手
段を含んでいる。これにより、前記物体光路差が干渉計光路差に対して予め定め
られた関係になったときに、ビート周波数が発生する。
【００１７】 更に他の態様では、少なくとも１つの参照面と複数の測定箇所を形成する物体
の後方散乱光の強度の三次元分布を示すデータを生み出すための方法を開示する
。この方法は、干渉計の参照アームから参照面に参照光線を向け、同様に干渉計
の測定アームから測定箇所に参照光線を向ける。この方法は更に、少なくとも１
つの光線の周波数を少なくとも１０メガヘルツだけ変化させることを含む。前記
表面からの光線の反射は組み合わされ、検出される。
【００１８】 本発明の構成と動作の詳細は、添付の図面を参照することによってより理解で
き、図面上で同一の部品には同一の符号を付している。
【００１９】 （発明の実施の形態） まず図１において、一般符号１０は、人の目などの透明もしくは半透明の物体
１２内の光の後方散乱箇所、及びそこにおける各反射力の三次元分布を示すデー
タを発生する装置を示す。つまり前記装置１０は、長手方向の軸、即ちｚ軸に沿
った前記物体１２内部の各箇所における光の反射を測定する。ここに、前記ｚ軸
は、２つの横軸ｘ軸とｙ軸とに対して垂直な軸をいう。しかしながら、前記装置
１０は、目以外の物体の後方散乱光の強度の三次元分布を示すデータを生むため
にも使用できることは理解されよう。
【００２０】 図１は、マイケルソン干渉計１４を使用する簡略化された実施の形態を示す。
図示のように、短いコヒーレンスで広いバンド幅の光源ＬＳが、干渉計１４の入
口光路１６に光線を向ける。好ましい実施の形態では、前記光源ＬＳは、超発光
ダイオードとコリメート光学系とを含む。入口光路に沿って伝播された光は、光
線分割器ＢＳに照射され、当該光線は参照アーム即ち光路１８に沿って伝播され
る参照光線と、測定アーム即ち光路２０に沿って伝播される測定光線とに分割さ
れる。前記参照光線は、参照ミラーＭに反射して前記入口の光線分割器ＢＳに戻
り、そこを通過して重複光線光路ＤＢに沿って伝播し、出口の光線分割器ＢＳ’
に至る。同様に、前記測定光線は、測定ミラーＭ’に反射して前記入口の光線分
割器ＢＳに戻り、そこで反射して重複光線光路ＤＢに沿って伝播し、前記参照光
線と測定光線とが同軸の重複光線を形成して出口の光線分割器ＢＳ’に至る。
【００２１】 干渉計１４を通過する少なくとも前記測定光線の光路長を変化させるため、少
なくとも前記測定ミラーＭ’が図１の破線で示す零位置と複数の測定位置（図１
では１つの測定位置のみを実線で示す。）との間で並進移動が可能である。測定
ミラーＭ’が零位置にあるときには、干渉計１４を通過する前記測定光線の移動
距離は、干渉計１４を通過する前記参照光線の移動距離に等しい。他方、前記測
定ミラーＭ’が前記零位置から干渉計光路差距離「ｄ」だけ離れた測定位置にあ
るときには、前記測定光線の移動距離は、干渉計を通過する前記参照光線の移動
距離に「ｄ」の２倍を加えた距離に等しい。後者の場合、大きさ「２ｄ」の干渉
計光路差は、干渉計１４を通過する前記参照光線と測定光線との移動距離の差に
よって形成される。前記測定ミラーＭ’は、零位置が一旦定まれば実際には零位
置に移動する必要はなく、各測定位置への移動のみが必要であることは理解され
よう。
【００２２】 本発明によれば、少なくとも１つの周波数変換器ＦＳがアーム１８、２０の少
なくとも１つに配置される。図示の実施の形態では、周波数変換器ＦＳは参照光
線１８に対して配置されているが、この周波数変換器ＦＳは測定アーム２０に対
して配置されても、もしくは第２の周波数変換器（図示せず）が測定アーム２０
に配置されてもよいことは理解されよう。
【００２３】 本発明で意図されているように、前記周波数変換器ＦＳは、そこを通過して伝
播される光の周波数をΔｆだけ変化させ、物体１２から反射された参照光線と測
定光線との干渉によって生ずる干渉縞のヘテロダイン検出を容易にする。このよ
うな縞の検出は、上述の干渉計光路差が物体１２内部の前記参照光線と測定光線
の間の物体光路差に一致することを示しており、以下に更に詳述する。ここで「
一致」とは、前記２つの光路差が互いに予め定められた比例関係になること、例
えば１対１の関係になることを意味する。好ましくは、前記一致の精度は、前記
光源のコヒーレンス長のオーダである。
【００２４】 好ましい実施の形態では、前記周波数変換器ＦＳは固定式である。ここで「固
定式」とは、機能的に不動であること、すなわち、前記光の周波数を変換するた
めに好ましくは前記周波数変換器ＦＳが移動する必要がないことを意味する。こ
のため、前記周波数変換器ＦＳは、例えば音響光学周波数変換器や位相モジュレ
ータにより形成され得る。しかしながら前記周波数変換器ＦＳは、少なくとも１
千万ヘルツ（１０ＭＨｚ）のヘテロダイン・ビート周波数を発生させ、より好ま
しくは少なくとも４千万ヘルツ（４０ＭＨｚ）のヘテロダイン・ビート周波数を
発生させるほど十分俊敏に移動できるものであれば、移動ミラー、移動キューブ
、移動ガラス板、移動光線分割器、移動逆反射体、移動レンズであっても良いこ
とは理解されよう。
【００２５】 図１に示すように、干渉計１４からの光線は出口の光線分割器ＢＳ’で反射さ
れ、干渉計１４を出て物体光路２２に沿って物体１２に向かう。両光線は、好ま
しくは前方表面２４である物体１２の強く反射する参照面で反射する。しかしな
がら、もし前記前方表面２４が不十分な反射面であるなら、ガラス板（図示せず
）や他の透過可能な高い反射能の物体が、物体１２の前であって物体１２から一
定の距離だけ離れて参照面として機能するよう配置されても良い。
【００２６】 加えて、両光線は、物体１２内部の前記ｚ軸に沿った測定箇所で反射される。
図１は、前記参照面２４から物体差異距離「ｚ」だけ離れた１つの測定箇所２６
を示す。本発明では、物体１２の前記参照面２４から各種内部反射測定箇所２６
に至る各種の物体差異距離「ｚ」を測定することを目的としている。その上、本
発明では、前記参照面２４から前記各種測定箇所２６までの距離を測定するだけ
でなく、前記各種測定箇所２６の後方散乱強度（即ち、反射力）をも測定する。
全ての反射された光線は、出口の光線分割器ＢＳ’を通過して戻され、レンズＬ
１によってフォトディテクタＰＤなどの検出器に焦点合わせをされる。
【００２７】 本原理によれば、前記干渉計差異距離「ｄ」が前記物体差異距離「ｚ」の１つ
と等しいときには、対応する参照面２４から反射された参照光線と測定箇所２６
から反射された測定光線とが干渉する。周波数変換器ＦＳが前記光線の１つのを
Δｆだけ変化させていることから、両光線が干渉したときには両光線は周波数Δ
ｆに強度変調された特性を備えた光学的ないわゆるビート信号を発生し、これが
キャリヤ周波数として働く。
【００２８】 当業者には理解されるように、このビート信号は前記フォトディテクタＰＤに
よって電気信号に変換される。この信号はその後、復調のために信号処理器ＳＰ
へ送られる。この復調は、Δｆに中心をおいたフィルタを用い、前記信号をフィ
ルタにかけてそのエンベロープを検出するバンド・パスにより実施され、その大
きさは、対象とする測定箇所２６の後方散乱強度に関連付けられている。その後
、この信号はアナログ−デジタル変換器ＡＤによりデジタル形式に変換され、さ
らに当技術分野で了解されている相関関係の原則を使用して、前記処理された信
号を、参照面２４に対する深さ「ｚ」の測定箇所と前記干渉縞に対比させること
によって表示される後方散乱強度とに相関させるため、コンピュータＰＣに蓄積
される。代替として、前記ビート信号が直ちにデジタル信号に変換され、その後
コンピュータもしくはデジタル信号処理装置により数値処理されてもよい。
【００２９】 このように、測定ミラーＭは、各種位置に配置されて干渉計差異距離「ｄ」に
対する各種値を形成し、前記各位置において、物体１２内の参照面２４からの距
離「ｚ」に存在する後方散乱の箇所があるか否か、どれだけ強力なのかを表示す
るものとして前記干渉縞が各位置で記録される（もしくはされない）ことが理解
されよう。前記参照光線と測定光線のいずれもが物体１２で反射されることから
、装置１０は測定の間における物体１２の軸方向の動きには感応しない。
【００３０】 参照面２４から距離「ｚ」の位置にある後方散乱箇所は、距離「ｚ」において
は全て共通の「コヒーレンス層」にある。ここで「コヒーレンス層」とは、物体
の内部にあるマップされるべき層であって、参照点（参照光線が反射される物体
上の点）に対する距離が前記干渉計光路差に等しい層をいう。前記コヒーレンス
層内のどの後方散乱構造も、測定光線が参照光線と干渉するように測定光線を反
射させる。本発明によって理解されるように、前記コヒーレンス層の位置は、前
記干渉計光路差の値によって特定され、コヒーレンス層の曲面は、前記光路の幾
何学構造によって特定される。
【００３１】 図２を参照して以下により詳細に述べるように、各コヒーレンス層内の二次元
の後方散乱強度分布を記録するため、物体１２もしくは測定光線のいずれかが各
干渉計差異距離「ｄ」に対してラスター走査の移動が可能である。エイリアシン
グ効果を回避するため、前記ビート周波数Δｆは、前記ラスター走査の間、前記
コヒーレンス層内の局部的な変動領域によって生ずることがある強度変化による
周波数よりも大きくなければならない。固定式の周波数変換器ＦＳは、移動する
ドプラー形式の装置よりも比較的大きなビート周波数Δｆを発生することから、
本発明では好ましくは固定式の周波数変換器ＦＳを使用することが更に理解され
よう。
【００３２】 図２を参照して、一般符号１００は、人の目などの透明もしくは半透明の物体
１０２内の光後方散乱箇所の三次元分布とその反射力を示すデータを生み出す本
発明の特に好ましい実施の形態の装置を示す。図２に示す装置１００は、以下に
示す例外を除いては、図１に示す装置１０の動作及び目的と同様であることは理
解されよう。装置１００は、マイケルソン干渉計の代わりにマッハ−ツェーダ干
渉計１０４を使用し、この干渉計１０４は、以下に述べる要素が移動可能に、あ
るいは固定して搭載されるベースを形成する。本発明によって認識されるように
、このような干渉計の使用は、２つの光線要素が物体１０２内の各固有の深さに
独立して焦点を合わせることができるよう、そして両反射光線の平行な波面がフ
ォトディテクタで得られるように、２つの光線要素が他と独立して処理されるこ
とを容易にする。
【００３３】 図２に示すように、装置１００は、干渉計１０４の入口光路１０６内に光線を
向ける短いコヒーレンスで広いバンドの光源ＬＳを含む。過剰な周波数変換、及
び／又は周波数変換の相殺を回避するため、さらには光線が周波数変換器ＦＳを
１度ではなくて２度通過した時に発生する信号対ノイズ比の低下を最小にするた
めに、偏光器Ｐが入口光路１０６もしくは光源ＬＳと周波数変換器との間の適当
な位置に配置される。
【００３４】 入口光路１０６に沿って伝播された光は、入口光線分割器ＢＳ１に照射され、
光線分割器ＢＳ１は前記光線を、参照アームすなわち光路１０８に沿って伝播さ
れる参照光線と、測定アームすなわち光路１１０に沿って伝播される測定光線と
に分割する。
【００３５】 まず、干渉計１０４の参照光線に関して言えば、参照アーム１０８に沿って伝
播される光は、固定参照ミラーＭ１によって第１の偏光光線分割器ＰＢＳ１に向
けて反射される。ここでいう偏光光線分割器は、偏光が使用されるときにのみ使
用され、これにより前記参照光線は周波数変換器を１度のみ通過することが理解
されよう。その他の場合には、前記偏光光線分割器は各ミラーに置き換えること
ができる。後者の場合には、周波数変換器は参照光線のどこに配置してもよく、
さらには測定光線内のどこに配置されてもよい。
【００３６】 前記第１の偏光光線分割器ＰＢＳ１は、参照ミラーＭ１からの光を通過させる
ことができる。前記偏光器Ｐにより光が偏光されていることから、参照ミラーＭ
１からの参照光線のほぼ全てが第１の偏光光線分割器ＰＢＳ１によって反射され
ることはない。
【００３７】 前記参照光線は、光線分割器ＰＢＳ１から少なくとも１つの好ましくは固定式
の周波数変換器ＦＳに向けて移動し、ここで上述の原理にしたがって参照光線の
周波数が変換される。その後、参照光線はオプションの回転式半波板ＨＷＰを通
過してもよく、これによって参照光線の偏光極性を当初の向き、もしくは他の所
望の向きに回転させる。この半波板ＨＷＰは、例えばＡＯ周波数変換器などの特
定の周波数変換器で発生するような、周波数変換器ＦＳが周波数変換された光線
の偏光面を回転させるときにのみ必要である。本発明によって意図されているよ
うに、半波板ＨＷＰが一旦妥当な方向に向けられたならば、この半波板ＨＷＰを
更に回転させる必要はない。
【００３８】 前記参照光線は、前記半波板ＨＷＰから第２の偏光光線分割器ＰＢＳ２を通過
するが、この第２の偏光光線分割器ＰＢＳ２は、前記参照光線の偏光極性を有す
る全ての光線を反射させることなく通過させるよう形成されていることは理解さ
れよう。上述のように、周波数変換器が復路でバイパスされないならば、この第
２の偏光光線分割器ＰＢＳ２はミラーに置き換えることもできる。
【００３９】 干渉計１０４の対照的な復路での光路を通る光線がデータに影響を及ぼすこと
を回避するため、そして物体１０２から反射した参照光線の波面の質を向上させ
るため、参照空間フィルタＳ１が参照アーム１０８に配置される。１つの好まし
い実施の形態では、前記参照空間フィルタＳ１は、光を参照開口板Ａ１の開口部
１１２に収束させる第１の参照レンズＬ５と、前記開口部からの光を受け、その
光を物体１０２の参照面（前記物体１０２が人の目であるときには角膜の頂点）
に焦点を当てる第２の参照レンズとを含む。物体１０２が人の目である図示の実
施の形態においては、物体１０２の参照面は物体１０２の前方表面１１４である
。図２を参照して理解されるように、物体１０２から反射された参照光線は、第
２の参照レンズＬ６によって開口部１１２に収束され、前記反射光が開口部１１
２を通って回折されると第１の参照レンズＬ５を通過し、参照レンズＬ５は前記
光線を屈折させて平坦で平行な波面を有する光線にする。
【００４０】 前記参照光線は、前記参照空間フィルタＳ１から出口光線分割器ＢＳ２に伝播
され、ここを透過して干渉計１０４を出て物体光路１１６に至る。周波数変換器
ＦＳが反射光線によってバイパスされるときには、図示のように１／４波板ＱＷ
Ｐが物体光路１１６に配置される。
【００４１】 前記参照光線は、この１／４波長板ＱＷＰから物体１０２に伝播し、少なくと
も参照光線の一部は物体１０２の参照面１１４で反射されて上述したものと同じ
光路を戻る。具体的には、反射した前記参照光線は、１／４波板ＱＷＰ、出口の
光線分割器ＢＳ２を通過し、干渉計１０４の参照アームすなわち光路１０８に戻
る。上述したように、この戻りの参照光線は参照交換フィルタＳ１で調整され、
その後第２の偏光光線分割器ＰＢＳ２に伝播される。
【００４２】 前記戻り光線の偏光により、戻り光線のほぼ全ては第２の偏光光線分割器ＰＢ
Ｓ２で反射され、参照光路遅延装置ＰＤＵ１へ向かう。図示のように、この参照
光路遅延装置ＰＤＵ１は、第１及び第２の参照遅延ミラーＭ３、Ｍ２を含み、前
記戻り光線は第１の参照遅延ミラーＭ３で反射されて第２の参照遅延ミラーＭ２
へ向かう。次に、第２の参照遅延ミラーＭ２は、前記光線を第１の偏光光線分割
器ＰＢＳ１へ反射し、その後、残りの参照アーム１０８に沿って入口の光線分割
器ＢＳ１へと戻す。上述の構成による協働により、参照光線は固定周波数変換器
ＦＳを１度だけ通過することが理解されよう。
【００４３】 本発明によれば、前記参照光路遅延装置ＰＤＵ１は、矢印１１８に表示する方
向に並進移動可能であり、これにより図示のように参照光路差距離ｄ１を形成す
る。参照光路遅延装置ＰＤＵ１の移動のため、小型サーボ装置などの適当な手段
が使用可能である。
【００４４】 前記光線は、入口の光線分割器ＢＳ１から出口レンズＬ１を通過し、これによ
り光線はフォトディテクタＰＤに焦点を合わされ、その後、図１を参照して説明
したように信号処理装置ＳＰ、アナログ−デジタル変換器ＡＤ、及びコンピュー
タＰＣにより処理される。このように、入口の光線分割器ＢＳ１で存在する光線
成分は平行な波面を持ち、フォトディテクタＰＤに焦点合わせが可能であり、こ
の場合には前記光線は物体１０２での、又は物体１０２内での各共役点と焦点を
共有する。これに対して、反対側の干渉計光路を通って戻る光線成分は、入口の
光線分割器ＢＳ１を出るときに平行な波面を持っておらず、その結果フォトディ
テクタＰＤの前に効果的に配置された共焦開口部を通過しない。したがって、前
記反対側の干渉計光路を通って戻る光線成分は、干渉計使用法による距離測定に
は使用されない。
【００４５】 次に、測定アーム１１０について説明すると、入口の光線分割器ＢＳ１からア
ーム１１０に沿って伝播された光は、第１の固定測定光路ミラーＭ１０によって
測定光路遅延装置ＰＤＵ２に向けて反射される。図示のように、この測定光路遅
延装置ＰＤＵ２は第１及び第２の測定遅延ミラーＭ９、Ｍ８を含んでおり、前記
光線は第１の測定遅延ミラーＭ９で反射された後に第２の測定遅延ミラーＭ８へ
向かう。次に、第２の測定遅延ミラーＭ８は前記光線を第２の固定式の測定光路
ミラーＭ７に向けて反射する。符号Ｍ８、Ｍ９は、代替として前記第１及び第２
の測定遅延ミラーの代わりに使用が可能な逆反射体に置き換えが可能なことは理
解されよう。
【００４６】 本発明によれば、前記測定光路遅延装置ＰＤＵ２は、矢印１２０に表示する方
向に並進移動可能であり、これにより図示のように測定光路差距離ｄ２を形成す
る。２つの光路遅延装置ＰＤＵ１、ＰＤＵ２を設けることにより、物体１０２の
参照面１１４に近い（すなわち、浅い）測定箇所の検出が容易になる。測定光路
遅延装置ＰＤＵ２の移動のため、小型サーボ装置などの適当な手段が使用可能で
ある。
【００４７】 図２は、第２の測定光路ミラーＭ７からの光が散乱補償要素ＤＣに伝播される
ことを示している。本発明によれば、この散乱補償要素ＤＣは、２つのアーム１
０８、１１０と、物体１０２内部の異なる光路長によって生ずる光学要素のグル
ープ分散効果の正味差を補償するよう構成されている。こうすることにより散乱
補償要素ＤＣは、装置１００の軸方向の解像度を向上させる。１つの好ましい実
施の形態では、この散乱補償要素ＤＣは図示のように隣接された２つのくさび形
状のガラスにより構成され、少なくとも前記くさびの１つが矢印δで示す方向に
移動可能で、これによりくさびを通るときに光線が通過しなければならない距離
を形成して散乱効果を補償する。
【００４８】 図２においては測定アーム１１０に配置された散乱補償要素ＤＣを示している
が、物体１０２内における光路差によって生ずるグループ散乱効果が参照アーム
１０８に配置される追加光学要素によって生ずるものよりも大きいときには、こ
の散乱補償要素ＤＣは参照アーム１０８に配置される。もしくは、散乱補償要素
を干渉計１０４の各アーム１０８、１１０に配置してもよい。
【００４９】 測定空間フィルタＳ２が測定アーム１１０に配置される。この測定空間フィル
タＳ２は、上述の参照空間フィルタＳ１と構成、作用は全く同様である。したが
って、前記測定空間フィルタＳ２は、光を測定開口板Ａ２の開口部１２２に収束
させる第１の測定レンズＬ２と、前記開口部からの光を受け取り、その光を走査
ミラーＭ４に向ける第２の測定レンズＬ３とを含む。
【００５０】 本発明により意図されるように、前記走査ミラーＭ４は、物体１０２内のマッ
プを作成しようとする特定のコヒーレンス層を横切って前記測定光線を走査させ
る。好ましい実施の形態では、このミラーＭ４は、ラスター走査の際には図２に
示す直交する矢印ｘと矢印ｙの方向、すなわちｘ軸とｙ軸の両軸に対して傾斜移
動が可能である。したがって、この走査ミラーＭ４は、例えばジンバルなどの適
当な手段により干渉計１０４に可動式に搭載され、２次の自由度でミラーＭ４の
傾斜移動を可能にする。代替として、この走査ミラーＭ４に代わりに各１次の自
由度を有する２つの走査ミラーを使用することであってもよい。１つもしくはそ
れ以上のサーボ装置が前記走査ミラーＭ４を駆動するために使用可能である。
【００５１】 図２に示すように、この走査ミラーＭ４は前記測定光線を測定出口レンズＬ４
に向けて反射させる。この測定光線はレンズＬ４を通過して伝播され、出口レン
ズＬ４を出て物体１０２に至る。図２に示すように、この測定光線は物体１０２
内の測定箇所（物体１０２が人の目であるときには、例えば網膜、もしくは眼底
の深層）で反射され、上述の測定光路すなわちアーム１１０を経由してフォトデ
ィテクタＰＤに戻る。
【００５２】 本発明で意図されているように、測定光路レンズＬ３とＬ４とは、物体１０２
の屈折要素との協働で前記測定光線を所望の測定箇所に焦点を合わせる。例えば
人の目などの物体の屈折誤差は、追加の測定光路レンズ(図示せず)や、移動レン
ズ、可変焦点レンズなどを使用して調整が可能である。いずれの場合にも、前記
測定出口レンズＬ４の焦点位置は、走査ミラーＭ４の軸支点が物体１０２のほぼ
中心点上に結像するように形成される。更に、一方もしくは双方の測定光路レン
ズＬ３、Ｌ４は、例えばサーボ装置などにより並進移動ができ、もしくはその焦
点位置を変化させて前記干渉計光路遅延の変動と調和させることにより、検出し
ようとする測定箇所に前記光線の焦点を合わせる。
【００５３】 干渉計１０４内の光路遅延に関して更にいえば、復路において周波数変換器Ｆ
Ｓがバイパスされたとき（即ち、２つの偏光光線分割器ＰＢＳ１とＰＢＳ２とが
使用されたとき）には、前記干渉計光路差＝２ｄ1−４ｄ2（これに１０８、１１
０の一方の光路と他方の光路との異なる光学要素による差異を加える。）となる
。それ以外の場合（即ち、復路において周波数変換器ＦＳがバイパスされないと
き)には、前記干渉計光路差＝４ｄ1−４ｄ2（これに１０８、１１０の一方の光
路と他方の光路との異なる光学要素による差異を加える。）となる。
【００５４】 図３は、干渉計１０４の更なる詳細を示す。後方散乱箇所の横方向の分布は、
上述のように走査ミラーＭ４を駆動して測定光線を走査することにより測定する
ため、物体内のコヒーレンス層が曲げられる。人の目の場合には、図３に実線で
示すように、前記コヒーレンス層の曲面は測定すべき表面(例えば、網膜)の曲面
とは異なる。本発明の認識によれば、測定光線の光路は、前記コヒーレンス層の
曲面が、例えば網膜などの測定すべき構造の曲面とほぼ一致するように形成され
る。
【００５５】 このような曲面の差異を補償するため、走査ミラーＭ４とレンズＬ４の間にコ
ヒーレンス層補償要素ＣＬＣを配置することができ、傾斜駆動された測定光線の
光路長を前記走査角度の関数として変化させ、これによって図３の破線で示すよ
うにコヒーレンス層の曲面を効果的に変化させて測定すべき表面の曲面に一致さ
せる。図３に示す実施の形態では、前記コヒーレンス層補償要素ＣＬＣはガラス
板である。代替として、コヒーレンス層補償要素を前記の散乱補償要素ＤＣと同
様な２つのガラスのくさびとすることができ、ここでこの両くさびは、走査角度
及び測定される表面の曲面に対して適当な相対横位置となるよう移動可能(例え
ば、サーボ装置や他の手段により)なものとする。
【００５６】 図４は、コンピュータＰＣが、上述の原理に従って干渉計１０４内の各種要素
を制御可能であることを示す。より具体的には、コンピュータＰＣはこれまで開
示したように、１つもしくはそれ以上のサーボ装置１２６を制御して走査ミラー
Ｍ４を駆動するよう、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）１２４に信号を送信
可能である。さらにコンピュータＰＣはこれまで開示したように、１つもしくは
それ以上のサーボ装置１３０を制御して参照光路遅延装置ＰＤＵ１を並進移動さ
せるよう、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）１２８に信号を送信可能である
。さらには、コンピュータＰＣはこれまで開示したように、１つもしくはそれ以
上のサーボ装置１３４を制御して測定光路遅延装置ＰＤＵ２を並進移動させるよ
う、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）１３２に信号を送信可能である。その
上さらに、コンピュータＰＣはこれまで開示したように、１つもしくはそれ以上
のサーボ装置１３８を制御して１つもしくはそれ以上のレンズ、及び／又はコヒ
ーレンス層補償要素ＣＬＣ、及び／又は散乱補償要素を駆動するよう、デジタル
−アナログ変換器（ＤＡＣ）１３６に信号を送信可能である。
【００５７】 図５は、透明もしくは半透明物体の三次元マップを作成するために有用なデー
タを作り出す際に、コンピュータＰＣにより実行されるロジックを示す。以下に
述べるように、三次元マップを作成するために連続するコヒーレンス層が順次ラ
スター走査され、このときコヒーレンス層間の間隔は光源のコヒーレンス長にほ
ぼ等しい。
【００５８】 したがって、ブロック１４０から開始され、始値及び終値、並びに干渉計光路
差の増分ステップ長さが確定される。前記光路差の始値から始まり、ロジックは
以下のステップで実行される。走査ミラーＭ４が走査ミラー・サーボ装置１２６
を使用して制御され、開示したように測定光線をラスター走査に駆動する。ブロ
ック１４４で、前記ラスター走査の各点において、光路差の現在値に対する干渉
縞の対比が記録される。これらの値は、上述のように物体の参照層に対する後方
散乱強度やコヒーレンス層深さに相関させることができる。１つのコヒーレンス
層に対する前記ラスター走査が完了すると、ロジックはブロック１４６に進み、
１つもしくは両方のＰＤＵのサーボ機構１３０、１３４を動かすよう信号を送る
ことによって干渉計光路差を前記ステップ長さだけ増加させる。このロジックは
、その後ブロック１４２に戻り、新しいコヒーレンス層がラスター走査される。
これらのステップは、前記干渉計光路差の最終値に至るまで繰り返される。
【００５９】 「透明及び半透明構造物内の光線後方散乱強度の三次元分布を記録する方法及
び装置」につき、上述の本発明の目的が完全に達成されるようその具体例を述べ
てきたが、以上は本発明の現状における好ましい実施の形態であり、したがって
本発明で広く意図された主題を代表するものであり、本発明の範囲は、当業者に
よって明らかにされる他の実施の形態をも包含しており、したがって本発明の範
囲は添付の請求の範囲によってのみ限定されるものであることは理解されるべき
である。請求の範囲において単数で表示された要素は、明確にそれが「唯一」と表
示されていない限り、「１つもしくはそれ以上」を意味する意図であることは理解
されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 マイケルソン干渉計を使用する本発明の第１の実施の形態の概略
図で、測定ミラーを零位置に破線で、測定ミラーを測定位置に実線で示す。
【図２】 改良されたマッハ−ツェーンダ干渉計を使用する本発明の第２の
実施の形態の概略図である。
【図３】 図２に示す装置の部分の他の実施の形態の概略図で、コヒーレン
ス層補正要素を示し、コヒーレンス層が補正要素なしに現れた場合を実線で、コ
ヒーレンス層が補正要素と共に現れた場合を破線で示す。
【図４】 電気制御要素のブロック図である。
【図５】 物体の三次元マップを作り出すための装置に使用される工程のフ
ローチャートである。
【符号の説明】
１０．装置、 １２．物体、 １４．マイケルソン干渉計、 １６．入口光路、
１８．参照アーム、 ２０．測定アーム、 ２４．参照面、 ２６．測定箇所
、 １００．装置、 １０２．物体、 １０４．マッハ−ツェーダ干渉計、 １
０６．入口光路、 １０８．参照アーム、 １１０．測定アーム、 １１２．開
口部、 １１４．参照面、 １２６．サーボ装置、 Ａ１．参照開口板、 ＡＤ．アナログ−デジタル変換器、 ＢＳ．光線分割器
、 ＣＬＣ．コヒーレンス層補償要素、 ＤＢ．重複光線光路、 ＤＣ．散乱補
償要素、 ＦＳ．周波数変換器、 Ｌ５．参照レンズ、 ＬＳ．光源、 Ｍ．参
照ミラー、 Ｍ４．走査ミラー、 ＰＢＳ．偏光光線分割器、 ＰＣ．コンピュ
ータ、 ＰＤ．フォトディテクタ、 ＰＤＵ．参照光路遅延装置、 Ｓ１．参照
空間フィルタ、 ＳＰ．信号処理器、 ＱＷＰ．１／４波板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ， ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，Ｎ Ｏ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ， ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 アンゲラ・バウムガルトナー オーストリア、アー−1160ヴィーン、シュ タルケンブルクガッセ100／１番 Ｆターム(参考） 2F064 BB00 EE01 EE04 FF01 GG00 GG12 GG13 GG22 GG23 GG38 GG39 GG51 GG70 HH01 HH05 JJ05 2G059 AA06 BB12 EE02 EE09 FF09 GG02 GG04 GG09 JJ11 JJ13 JJ15 JJ18 JJ19 JJ20 JJ22 JJ30 KK01 LL01 MM01 PP04

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 物体(１２,１０２)内の光の後方散乱強度を検出するための
    装置（１０）において、 干渉計（１４，１０４）が、前記物体（１２、１０２）に向けられる少なくと
    も１つの光線を含む複数の光線を放射し、当該複数の光線は各表面で反射されて
    それぞれの反射光線を形成し、 前記複数の光線の少なくとも１つの光路に、少なくとも１つの固定式周波数変
    換器（ＦＳ）が配置され、 受信器（ＰＤ）が前記の複数の反射光線を受けてこの反射光線に対応する信号
    を発生し、当該信号が前記物体(１２、１０２)内の光の後方散乱強度の分布を測
    定するために使用可能であること、を特徴とする改善。
  2. 【請求項２】 前記複数の光線が、少なくとも前記物体（１２、１０２）に
    よって定められる参照面（２４、１１４）に向けられる参照光線と、前記物体（
    １２、１０２）によって定められる測定箇所（２６）に向けられる測定光線とを
    含み、これによって前記干渉計（１４、１０４）に対する前記物体（１２、１０
    ２）の軸方向の動きが前記参照光線と測定光線とに等しく影響を及ぼす、請求項
    １に記載の改善。
  3. 【請求項３】 前記周波数変換器（ＦＳ）が、通過する光の周波数を変化さ
    せる、請求項１に記載の改善。
  4. 【請求項４】 前記周波数変換器（ＦＳ）が、音響光学周波数変換器(ＦＳ)
    、及び位相モジュレータを含む周波数変換器（ＦＳ）の群から選択される、請求
    項３に記載の改善。
  5. 【請求項５】 前記干渉計（１４、１０４）が参照アームと測定アームとを
    形成して前記両アームの長さの間で第１の差異が形成され、前記参照光線は前記
    物体（１２、１０２）に対する参照距離を移動し、前記測定光線は前記物体（１
    ２、１０２）に対する測定距離を移動して前記参照距離と測定距離との間で第２
    の差異が形成され、前記第１の差異が前記第２の差異に対して比例関係となり、
    前記両差異がほぼ一致したときにビート周波数が前記受信器（ＰＤ）により受信
    されるよう少なくとも１つの前記アームの長さが確定される、請求項３に記載の
    改善。
  6. 【請求項６】 前記干渉計（１４、１０４）が、前記少なくとも１つのアー
    ムの長さを選択的に確定できるよう、少なくとも１つの並進移動可能な光路遅延
    装置（ＰＤＵ）を含む、請求項５に記載の改善。
  7. 【請求項７】 前記干渉計（１４、１０４）が、参照アームと、測定アーム
    と、入口光路と、出口光路とを形成し、前記周波数変換器（ＦＳ）が前記アーム
    の内の１つに配置され、前記干渉計（１４、１０４）が、 前記入口光路に偏光器（Ｐ）と、 前記出口光路に配置された１／４波板（ＱＷＰ）と、を更に含む請求項１に記
    載の改善。
  8. 【請求項８】 前記干渉計（１４、１０４）が、参照アームと、測定アーム
    と、入口光路と、出口光路とを形成し、前記周波数変換器（ＦＳ）が前記アーム
    の内の１つに配置され、前記干渉計（１４、１０４）が、 通過する光線の波面の質を向上するために前記アームの内の少なくとも１つに
    配置された少なくとも１つの空間フィルタ（Ｓ１、Ｓ２）を更に含む、請求項１
    に記載の改善。
  9. 【請求項９】 前記干渉計（１４、１０４）が参照アームと測定アームとを
    形成し、前記改善が、入射する光線の伝播方向を選択的に確定するために前記測
    定アームに配置された少なくとも１次の自由度で傾動可能な走査ミラー（Ｍ４）
    を更に含む、請求項１に記載の改善。
  10. 【請求項１０】 前記複数の光線が、少なくとも参照光線と前記物体（１２
    、１０２）によって形成される測定箇所に向けられる測定光線とを含み、前記改
    善が更に、前記走査ミラー（Ｍ４）に隣接して設けられ、前記測定光線が通り抜
    ける光路長を前記測定光線と前記測定光線の零方向との間で形成される角度に比
    例して変化させるコヒーレンス層補償要素（ＣＬＣ）を含む、請求項９に記載の
    改善。
  11. 【請求項１１】 物体光路差を干渉計光路差に一致させ、この一致を参照光
    線と測定光線とのヘテロダイン検出によって確認する装置であって、 前記参照光線と測定光線の少なくとも１つの周波数を少なくとも約１０メガヘ
    ルツだけ変化させる手段を有し、これによって前記物体光路差が干渉計光路差に
    対して予め定められた関係になったときにビート周波数を発生させることを特徴
    とする装置。
  12. 【請求項１２】 前記変化させる手段が、前記光線の内の少なくとも１つの
    光路に配置された少なくとも１つの固定式の周波数変換器（ＦＳ）であり、前記
    改善が、 前記光線が伝播する干渉計（１４、１０４）と、 前記反射光線を受け、この光線に対応した物体(１２,１０２)内の光の後方散
    乱強度の分布を測定するのに有用な信号を発生する受信器（ＰＤ）と、を更に含
    み、 前記参照光線は前記物体（１２、１０２）によって定められる参照面（２４、
    １１４）によって反射され、前記測定光線は前記物体（１２、１０２）によって
    定められる測定箇所によって反射され、これにより干渉計（１４、１０４）に対
    する前記物体（１２、１０２）の軸方向の動きが前記参照光線と測定光線とに等
    しく影響を及ぼす、請求項１１に記載の装置。
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