JP2004191114A - Detection point scanning method by optical interferometer integrated driving in optical coherence tomography and optical coherence tomography device - Google Patents

Detection point scanning method by optical interferometer integrated driving in optical coherence tomography and optical coherence tomography device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a detection point scanning method by optical interferometer integral driving in optical coherence tomography and an optical coherence tomography device capable of scanning optionally a detection point only in the Z-axis direction and furthermore in the X, Y-axis directions without mistaking a focal point position of convergent light for the detection point, and realizing small-sized mounting. <P>SOLUTION: When parallel beams 5 are formed from light from a low coherence light source 1 by a parallel beam coupling lens 4 through a first half mirror 3, changed into condensing light by a condensing lens 6 and halved into object probe light 8a and reference light 8b by a second half mirror 7, and the reference light is reflected by a reflecting mirror 10, an interferometer composed of the condensing lens 6, the second half mirror 7 and the reflecting mirror 10 is integrally arranged and placed on a moving body 11. First of all, r-axis scanning is performed by moving forward and backward a support rod 12 in the r-axis direction by a driving mechanism 13 such as a small-sized linear actuator. Hereby, while keeping the reference optical path length constant, the interferometer itself is driven and a condensing point is moved, and the condensing point becomes namely a detection point of an inspection object, and the detection point can be scanned in the r-axis direction at optional speed. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光コヒーレンストモグラフィーにおける光干渉計一体駆動による検知点走査方法及び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。
【0002】
【従来の技術】
従来の被検査物体の深層の検知点走査方法においては、Z軸は参照光路長をミラーを用いて光遅延を行い走査し、X軸及びY軸はガルバノミラーで物体プローブ光を走査する方法が知られている。
【0003】
図8は従来の光コヒーレンストモグラフィー装置の概略構成図である。
【0004】
この図において、101は低コヒーレンス光源〔例えばSLD(スーパールミネッセンスダイオード)光源〕、102は光伝送用光ファイバー、103はレンズ、104はZ軸走査用光遅延発生ミラー、105は光ファイバー用ハーフミラー、106はレンズ、107はY軸走査用ガルバノミラー、108はX軸走査用ガルバノミラー、109は集光用レンズ、110は被検査物体、111は光検出器、112は信号処理・表示コンピュータなどである。
【0005】
【非特許文献1】
光学、vol.28,No.1999.3
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の光コヒーレンストモグラフィーにおける検知点走査方法では、図8に示すように、奥行き方向(Z軸方向)の走査は参照光路長をミラー104の光軸方向への移動で行い、被検査物体110には物体プローブ光を凸レンズ109などで集光するが、Z軸走査は焦点位置を前後するため、輝度の高い焦点位置からの反射光のみを取得することはできず、焦点が必ずしも検知点とはならないなどの欠点があった。
【0007】
また、数cmの焦点距離をもつ凸レンズ109では、焦点位置での光ビーム径は数μm以下に絞れても、焦点位置から前後±1mmも離れると光ビーム径は数mmとなり、光の輝度は4乃至6桁も弱くなってしまい、その解決法の具体策はこれまで開示されていない。ただし、被検査物体110自体を走査台におき、X、Y、Z軸方向に移動して走査点を変える方法は自明のこととして利用されている。これまでの光コヒーレンストモグラフィーの各種の装置については、上記非特許文献1に詳細が開示されている。
【0008】
さらに、X軸あるいはY軸方向への走査は、一般にガルバノミラーなどが利用されているが、高価で大型であり、小型化を考えると使用が困難であった。
【0009】
また、光ヘテロダイン検波のための参照光あるいは物体プローブ光に相対的に周波数シフトを起こす方法として、この反射鏡の移動によるドップラーシフトや光伝送用ファイバーをピエゾ伸縮体に巻き付けて位相変調する方法等が採用されているが、製品の小型実装化やモジュール化の点から見ると、実装素子数を複雑化かつ増加させるなどの欠点があった。
【0010】
本発明は、上記状況に鑑み、集束光の焦点位置と検知点とを違えることなく、Z軸方向のみに、さらにはX、Y軸方向に任意に検知点を走査でき、さらに小型実装化が実現できる、光コヒーレンストモグラフィーにおける光干渉計一体駆動による検知点走査方法及び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。
【0011】
【課題を解決するための手段】
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における光干渉計一体駆動による検知点走査方法において、低コヒーレンス光源からの光を集光用レンズにより集光光にして、この集光光をハーフミラーで被検査物体への物体プローブ光と参照光とに2分割し、この参照光を集光点で反射する反射鏡を設け、参照光路長を前記集光点までの一定の距離とし、少なくとも前記集光用レンズと前記ハーフミラーと前記反射鏡を一体に可動体に配置し、この可動体を適宜駆動走査する機構を配備することにより、前記集光光の集光点位置を移動し前記被検査物体の深層検知点として走査し、前記被検査物体の深層からの反射光は、前記ハーフミラーで前記参照光の反射光と合波し、前記集光用レンズを回帰し、前記参照光と物体プローブ光のいずれかに相対的に周波数シフトを生じる方法により光検出器でヘテロダイン干渉ビート信号を含む干渉光を検出して、前記被検査物体の深層断面を映像化することを特徴とする。
【0012】
〔2〕光コヒーレンストモグラフィー装置において、低コヒーレンス光源と、この低コヒーレンス光源からの光と合波回帰光とを分離する第1のハーフミラーと、前記低コヒーレンス光源からの光を平行光束とする結合レンズと、この平行光束を集光する集光用レンズと、この集光用レンズによる集光光を被検査物体への物体プローブ光と参照光とに2分割する第2のハーフミラーと、前記参照光を光路長一定とする集光点で反射する反射鏡と、前記集光用レンズと第2のハーフミラーと反射鏡とを一体に配置する可動体と、前記被検査物体への集光光の焦光点位置を移動し被検査物体の深層検知点として走査し、前記可動体を極座標(r,θ)方向に適宜駆動走査する機構と、前記被検査物体の深層からの反射光は、前記第2のハーフミラーで前記参照光の反射光と合波し、前記集光用レンズを回帰し前記第1のハーフミラーで反射して、前記光軸方向への物体プローブ光の走査によるドップラーシフトに基づくシフト周波数のヘテロダイン干渉ビート信号を含む干渉光を検出する光検出器と、この光検出器からの信号を処理する信号処理器及びコンピュータと、処理信号に基づき、断層画像を表示する装置を具備することを特徴とする。
【0013】
〔3〕光コヒーレンストモグラフィー装置において、低コヒーレンス光源と、この低コヒーレンス光源からの光と反射回帰光とを分離する第1のハーフミラーと、前記低コヒーレンス光源からの光を平行光束とする結合レンズと、前記平行光束を集光する球面平凸集光用レンズと、この球面平凸集光用レンズによる集光光は一部が反射されて参照光を作り、透過光は物体プローブ光を形成する第2のハーフミラーに該当する平板ハーフミラーと、前記球面平凸集光用レンズと平板ハーフミラーを一体に配置する可動体と、前記被検査物体への集光光の焦点位置を移動し被検査物体の深層検知点として走査し、前記可動体を極座標(r,θ)方向に適宜駆動走査する機構と、前記被検査物体の深層からの反射光は、前記平板ハーフミラーで前記参照光の反射光と合波し、前記球面平凸集光用レンズを回帰し、前記第1のハーフミラーで反射して、前記光軸方向への物体プローブ光の走査によるドップラーシフトに基づくシフト周波数のヘテロダイン干渉ビート信号を含む干渉光を検出する光検出器と、この光検出器からの信号を処理する信号処理器及びコンピュータと、処理信号に基づき、断層画像を表示する装置を具備することを特徴とする。
【0014】
〔4〕光コヒーレンストモグラフィー装置において、低コヒーレンス光源と、この低コヒーレンス光源からの光と反射回帰光とを分離する第1のハーフミラーと、前記低コヒーレンス光源からの光を伝送する光ファイバーと、この光ファイバーからの出射光を平行光束とする結合レンズと、この平行光束を集束する集光用レンズと、この集光用レンズによる集光光を被検査物体への物体プローブ光と参照光とに2分割する第2のハーフミラーと、前記参照光を光路長一定とする集光点で反射する反射鏡と、前記集光用レンズと第2のハーフミラーと反射鏡を一体に配置する可動体と、前記被検査物体への集光光の焦光点位置を移動し被検査物体の深層検知点として走査し、前記可動体を極座標(r,θ)方向に適宜駆動走査する機構と、前記被検査物体の深層からの反射光は、前記第2のハーフミラーで前記参照光の反射光と合波し、前記集光用レンズを回帰し、前記第1のハーフミラーで反射して、前記光軸方向への物体プローブ光の走査によるドップラーシフトに基づく周波数のヘテロダイン干渉ビート信号を含む干渉光を検出する光検出器と、この光検出器からの信号を処理する信号処理器及びコンピュータと、処理信号に基づき、断層画像を表示する装置を具備することを特徴とする。
【0015】
〔5〕光コヒーレンストモグラフィー装置において、低コヒーレンス光源と、この低コヒーレンス光源からの光と反射回帰光とを分離する第1のハーフミラーと、前記低コヒーレンス光源からの光を平行光束とする結合レンズと、この平行光束を集束する集光用レンズと、この集光用レンズによる集光光を被検査物体への物体プローブ光と参照光とに2分割する第2のハーフミラーと、前記参照光を光路長一定とする集光点で反射する反射鏡と、前記光源と第1のハーフミラーと光検出器と結合レンズと集光用レンズと第2のハーフミラーと反射鏡を一体に配置する可動体と、前記被検査物体への集光光の焦光点位置を移動し被検査物体の深層検知点として走査し、前記可動体を光軸(Z軸)方向のみに、さらには断面軸(X、Y軸)方向に適宜駆動走査する機構と、前記被検査物体の深層からの反射光は、前記第2のハーフミラーで前記参照光の反射光と合波し、前記集光用レンズを回帰し、前記第1のハーフミラーで反射して、前記光軸方向への物体プローブ光の走査によるドップラーシフトに基づく周波数のヘテロダイン干渉ビート信号を含む干渉光を検出する光検出器と、この光検出器からの信号を処理する信号処理器及びコンピュータと、処理信号に基づき、断層画像を表示する装置を具備することを特徴とする。
【0016】
〔6〕光コヒーレンストモグラフィー装置において、低コヒーレンス光源と、この低コヒーレンス光源からの光と反射回帰光とを分離する第1のハーフミラーと、前記第1のハーフミラーからの光を結合・集光する一個ないし一組のレンズと、このレンズによる集光光を被検査物体への物体プローブ光と参照光とに2分割する第2のハーフミラーと、前記参照光を光路長一定とする集光点で反射する反射鏡と、前記光源と第1のハーフミラーと光検出器と結合・集光用レンズと第2のハーフミラーと反射鏡を一体に配置する可動体と、前記被検査物体への集光光の焦光点位置を移動し被検査物体の深層検知点として走査し、前記可動体を光軸(Z軸)方向のみに、さらには断面軸(X、Y軸)方向に適宜駆動走査する機構と、前記被検査物体の深層からの反射光は、前記第2のハーフミラーで前記参照光の反射光と合波し、前記結合・集光用レンズを回帰し、前記第1のハーフミラーで反射して、前記光軸方向への物体プローブ光の走査によるドップラーシフトに基づくシフト周波数のヘテロダイン干渉ビート信号を含む干渉光を検出する光検出器と、この光検出器からの信号を処理する信号処理器及びコンピュータと、処理信号に基づき、断層画像を表示する装置を具備することを特徴とする。
【0017】
〔7〕上記〔6〕記載の光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記結合・集光用レンズを前記第1のハーフミラーと第2のハーフミラーの中間に配置し、前記光源を前記レンズの前焦点距離の2倍の位置に配置し、光束を後焦点距離の2倍の位置に集束して、前記反射鏡を前記参照光の光路上の概略集光点に配置し、前記集光点を前記被検査物体の走査検知点とすることを特徴とする。
【0018】
〔8〕上記〔2〕、〔4〕、〔5〕又は〔6〕記載の光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記参照光の反射鏡に振動体を配置し、参照光の反射光の位相を変調して相対的に周波数シフトを発生し、ヘテロダイン検波ビート周波数を光検出器で検出することを特徴とする。
【0019】
〔9〕上記〔2〕、〔4〕、〔5〕、〔6〕、〔7〕又は〔8〕に記載の光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記被検査物体表面を照射する光源を配備し、前記第2のハーフミラーを介して物体表面像を観測する対物レンズと撮像装置を具備することを特徴とする。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【0021】
図1は本発明の第1実施例を示す光干渉計一体駆動による検知点走査光コヒーレンストモグラフィー装置の構成図である。
【0022】
この図において、1は低コヒーレンス光源〔例えば、SLD(スーパールミネッセンスダイオード)光源〕、2は出射光束、3は第1のハーフミラー(キューブハーフミラー)、4は平行光束用結合レンズ、5は平行光束、6は集光用レンズ、7は第2のハーフミラー(キューブハーフミラー)、8aは集光された物体プローブ光、8bは集光された参照光、9は被検査物体、10は参照光の焦光点位置にある反射鏡、11は集光用レンズ6と第2のハーフミラー7と反射鏡10を一体に配備した可動体、12は可動体11の支持棒、13は可動体11をr軸方向に駆動する駆動機構(例えば、リニアアクチュエータ)、14は低コヒーレンス光源1から第1のハーフミラー3、レンズ4、光検出器19及び駆動機構13を載せた回転可動体、15は可動体14の回転支持棒、16は可動体14の回転用駆動機構(例えばリニアアクチュエータ)、17はバネ機構内蔵の支持棒、18は可動体14の支持棒、19は光検出器、21は信号増幅及び処理装置、22はパソコンなどの表示装置、23は駆動機構13,16の制御器、30はすべての装置の基礎となる固定台である。
【0023】
このように、集光用レンズ6と第2のハーフミラー7と反射鏡10から構成される干渉計を一体に配備し可動体11に載せるように構成するので、まずr軸走査は、支持棒12を小型のリニアアクチュエータなどの駆動機構13でr軸方向に前後させて行う。それにより、参照光路長は一定のまま、干渉計自体(可動体11)を駆動して焦点を移動させ、焦点がすなわち被検査物体9の検知点となるようにし、r軸方向に検知点を任意の速度で走査可能とするものである。さらに、この可動体11と駆動機構13をもう一つの可動体14に載せ、この可動体14を支持棒18と17を介して回転用駆動機構16で、可動体14の回転支持棒15を回転中心として回転させる。さらに、回転支持棒15に直交する形でもう一つの回転支持棒(図示なし)を設け、別途回転用駆動機構を具備することにより、物体プローブ光である分割光束8aを、直交する(r,θ)面で扇状に走査できることになる。
【0024】
この走査により、物体プローブ光8aの焦点の輝度の高い光で、被検査物体9の深層からの反射光を効率よく発生させ、なおかつ3次元断層像を取得することができる。また、高速走査を必要としない被検査物体9の場合には、例えば可動体14を市販のX−Y−Z軸あるいはr−θ軸駆動ステージなどに搭載すれば、同様の走査が可能なことは明らかである。
【0025】
本発明では、上記のように、深層の位置と反射光強度を高い信号強度対雑音比で検出し、1次元乃至3次元の断層画像を映像化することができる特徴がある。この場合、集光用レンズ6に凸レンズを用い、その焦点を集光点としてもよい。
【0026】
この第1実施例に示すように、SLDなどの低コヒーレンス光源1からの出射光束2は第1のハーフミラー3を経て平行光束用結合レンズ4で平行光束5を形成する。その光束5は集光用レンズ6で集光光を作る。平行光束5は集光用レンズ6に入るが、上記のr軸(光軸)走査によっても光束を乱されることなく、集光できる。また、θ角方向への走査において、集光レンズ6をおよその回転中心とすることで、光束を乱すことなく集光し、所定の焦点走査を実現でき、この間参照光路長は反射鏡10で一定に保たれ、第2のハーフミラー7で合波されることが本実施例の特徴である。
【0027】
被検査物体9の深層などからの物体プローブ光8aの反射光は、第2のハーフミラー7、集光レンズ6および平行光束用結合レンズ4を経て、第1のハーフミラー3で反射され光検出器19で検出される。参照光路長が一定なのに対し、検知点がr軸走査により移動することから、相対的に反射光はドップラーシフトを受け周波数シフトする。その結果、光検出器19では、2乗検波によって光ヘテロダイン検波が実現され、そのドップラーシフト周波数でのビート信号が検出される。ビート信号の振幅が、被検査物体9の深層での反射率情報を検知し、r軸走査における位置情報が反射点距離を検知して、その検知点での映像情報となるものである。
【0028】
このとき、本実施例では光学的に極めて重要な態様を実現している。すなわち、およそ数十μm径の点光源であるSLD1などからの出射光2の波面が、参照光路と物体光路が同一の集束用レンズを介して鏡像関係にあり、さらに光源1と光検出器19も鏡像関係にあるため、光検出器19の検出面にその波面が忠実に再現されることである。つまり、ヘテロダイン検波に重要な時空間上のコヒーレンスがともに保存される位相共役関係で、ヘテロダイン検波を実現していることである。本実施例によれば、この効果により、従来の焦点位置や波面再現を無視した検波法と異なり、光ヘテロダイン検出において格段のSN比の改善とダイナミックレンジの確保を可能とするものである。
【0029】
また、上記の鏡像関係は同一のレンズを介して実現されているが、従来のマイケルソン干渉計など、光源と光検出器と複数のレンズをそれぞれに配置し、ともに一体に可動体に配備して集光点を検知点として走査をする方法も、本発明では排除しないことは明らかである。
【0030】
図2は本発明の第2実施例を示す干渉計部をミロー干渉計とした場合の光干渉計一体駆動による検知点走査光コヒーレンストモグラフィー装置の構成図である。図1に示した第1実施例とは異なる部分のみを詳細に説明する。
【0031】
低コヒーレンス光源1からの平行光束5は球面平凸集光用レンズ6′で集光される。この集光光は第1実施例の第2のハーフミラー7に該当する平板ハーフミラー7′で一部が反射されて参照光8bを作り、透過光は物体プローブ光8aを形成する。
【0032】
この平板ハーフミラー7′は反射膜7aを平板ハーフミラー7′と厚みが等しいガラス板で挟んで構成する。これは反射光路長と物体光路長を光学的に等しくするためである。
【0033】
参照光8bが集光する焦点位置に球面平凸集光用レンズ6′の平面側を配置し、この平面部に焦点径程度の反射膜6aを付着させておくことにより、参照光路長が一定なミロー干渉計を構成する。この参照光8bと物体反射光は、反射膜7a面で合波されて回帰し、球面平凸集光用レンズ6′で平行光束5となり、第1のハーフミラー3を経て光検出器19でヘテロダイン検波され信号が得られる。
【0034】
この第2実施例では、第1実施例と異なり、第2のハーフミラーとして平板ハーフミラー7′を用いるため、図1に示したキューブハーフミラー7より軽量化でき、また、反射鏡10が不要となるため更なる軽量化が実現でき、r軸の高速走査が可能となる特徴を有する。
【0035】
ここで、r軸走査すなわち物体プローブ光路長の変化により発生する物体反射光の周波数シフトに対し、平板ハーフミラー7′に圧電素子を付着し振動させ、その位相変調により、参照光路で周波数シフトを発生させて、ヘテロダインビート信号を検出してもよいことは明らかである。このとき、r軸走査は検知点の走査の主役目のみとなる。
【0036】
図3は本発明の第3実施例を示す光源からの伝送路に光ファイバーを具備した場合の光干渉計一体駆動による検知点走査光コヒーレンストモグラフィー装置の構成図である。図2に示した第2実施例とは異なる部分のみを詳細に説明する。
【0037】
図3において、4aは光ファイバー用のコンデンサレンズ、4bは平行光束用光ファイバー結合レンズ、20は光ファイバー伝送路である。
【0038】
本実施例においては、低コヒーレンス光源1からの光を第1のハーフミラー3を通過後、コンデンサレンズ4aを介して、光ファイバー伝送路20を通過させて、結合レンズ4bにより、所定の平行光束5を得るものである。可動体14に対し、低コヒーレンス光源1と光検出器19および第1のハーフミラー3を外付けにすることで、可動体14における重量の一層の軽減が可能となる特徴がある。
【0039】
図4は本発明の第4実施例を示すマイケルソン干渉計と光源、光検出器、および第1のハーフミラーを一体とした場合の光干渉計一体駆動による検知点走査光コヒーレンストモグラフィー装置の構成図である。図1に示した第1実施例とは異なる部分のみを詳細に説明する。
【0040】
図4に示したように、低コヒーレンス光源1、第1のハーフミラー3、光検出器19、平行光束用結合レンズ4、集光用レンズ6、第2のハーフミラー7および反射鏡10を可動体11′に一体に配備する。この可動体11′は第1実施例の図1における場合と同様に、駆動機構13でZ軸方向に駆動する。
【0041】
本実施例は、Z軸走査のみを必要とする場合の装置であるが、この駆動機構13と可動体11′とをX軸方向の可動体に一体に配置して、それを駆動機構でX軸方向に駆動して、焦点を検知点としてX−Z面で2次元的に走査することも可能なことは明らかである。
【0042】
また、回転支持棒を図1のように設け、X−Z面やY−Z面であるいはその両方の面でθ方向に走査することも可能である。
【0043】
本実施例の特徴は、光源1から全てを一体にして小型化して走査することにより光束の振れや外乱の影響を最小限にして、信号を得られることである。このような低コヒーレンス光源1から光検出器19までを干渉計と一体化して駆動し光コヒーレンストモグラフィーを映像化する方法は、これまでのところ開示されていない。
【0044】
また、この第4実施例は、いわゆる共焦点レンズ系を構成しており、光検出器19の直前に数十乃至数μm直径の開口絞りを配置すると、被検査物体9のX−Y面すなわち横断面の解像度を数μmと高解像度にして観測できるものである。すなわち、本発明は、「共焦点干渉計」と言えるもので、本体を例えばモジュール化などして作製すれば多くの用途に適応可能となるものである。
【0045】
図5は本発明の第5実施例を示す、単一凸レンズのみで光源−レンズ−干渉計−光検出器を鏡像関係に構成した場合の光干渉計一体駆動による検知点走査光コヒーレンストモグラフィー装置の構成図である。図1に示した第1実施例とは異なる部分のみを詳細に説明する。なお、図5において、31はYステージである。
【0046】
図5に示したように、第1のハーフミラー3と第2のハーフミラー7の中間に単一凸レンズ6あるいは一組の凸レンズ作用レンズ系のみを配備する。SLDなどの低コヒーレンス光源1の出射端の光束は一般に数十μm径であるので、出射光2′は回折で数十度の広がりを持つ。この出射端面を第1のハーフミラー3を介して凸レンズ6の前焦点距離の2倍の位置に配置する。
【0047】
その結果、凸レンズ6は第2のハーフミラー7を介して後焦点距離の2倍の位置に開口端面の像を結像する。すなわち、出射端の波面と結像点の波面は共役波面となる。この結像点に反射鏡10を置いて参照光8bを形成し、物体プローブ光8aの方はこの結像点を被検査物体9の検知点とする。被検査物体9及び反射鏡10からの反射光は凸レンズ6を経て、第1のハーフミラー3で反射されて光検出器19に入射する。
【0048】
以上により、単一凸レンズのみで、光検出器の検出面に先の実施例と同様に共役波面が形成され、光源から光検出器に至る光束は2つのハーフミラーにより鏡像関係となり、ヘテロダイン検波を効率よく実現することができる。
【0049】
本実施例において、低コヒーレンス光源1の出射光の径が大きい場合や、集束光の径を極小化して被検査物体のX−Y面における解像度を上げたい場合には、光検出器19の直前に数十乃至数μmの絞りを配置し、いわゆる共焦点顕微鏡の原理で解像度を上げることができることは、自明のことである。このような構成にすると、前記と同様に共焦点顕微干渉計による光コヒーレンストモグラフィー装置が実現できる。
【0050】
また、本実施例では上記実施例と比較しても分かるように、レンズを一個減らすことができ、小型化とともに可動体11′の負荷が軽減され、Z軸走査並びにX軸走査もより一層の高速化を可能にする特徴がある。さらに、この第5実施例を示す図5では、干渉計部をマイケルソン干渉計としたが、図2の第2実施例で説明したミロー干渉計としても良いことは明らかである。
【0051】
図6は本発明の第6実施例を示す参照光周波数シフト内蔵型の光干渉計一体駆動による検知点走査光コヒーレンストモグラフィー装置である。図4に示した第4実施例とは異なる部分のみを説明する。
【0052】
図6に示したように、収束する参照光8bの反射鏡10に振動素子28を接着し一定の周波数で振動させる。振動素子28にはピエゾ素子などが用いられる。振動素子28の振動は反射鏡10を振動させるため、その結果、反射光は位相変調され、振動周波数の整数倍の周波数シフトをする。この参照光8bと物体反射光は、前述のようにヘテロダイン検波により振動周波数に基づくビート信号を発生し、断層画像情報をもたらす。このとき、Z軸走査によるドップラーシフトは信号処理系においてフィルターでカットし、無視する。この振動素子28による周波数シフト法では、Z軸走査による不安定性や往復運動による周波数シフトの増減が発生せず、安定にビート信号を検出できる特徴がある。
【0053】
図7は本発明の第7実施例を示す被検査物体の表面を観測するためのCCDカメラなどを組み込んだ場合の光干渉計一体駆動による検知点走査光コヒーレンストモグラフィー装置の構成図の一部である。図1に示した第1実施例とは異なる部分のみを詳細に説明する。
【0054】
図7において、25は被検査物体9の照明光源であり、26は結像レンズ、27はCCDカメラである。照明光源25で被検査物体9の測定部位を照明し、表面反射光は第2のハーフミラー7の反射を利用して、結像レンズ26でCCDカメラ27に被検査物体9の表面像を結像させる。CCDカメラ27の像は測定部位を特定し、物体プローブ光8aの光点の位置決めやX−Y方向の走査範囲の特定を容易にすることができる特徴がある。
【0055】
この時、照明光が光検出器に入らないようにするため、光検出器19の前に可視光カットフィルターなどを装備すれば良いことは明らかである。一般に低コヒーレンス光源は赤外光源で、CCDカメラ27は赤外線にほぼ不感にしてあるが、幾らかの感度があり、物体プローブ光8aは輝度が高いので、可視化できる。他方、光検出器19は可視光線には感度があり、表面反射光のみで飽和させる可能性があるためフィルターを必要とするものである。
【0056】
上記のように、本実施例に示した光干渉計一体駆動による検知点走査方法および装置によれば、少なくとも集光用レンズ6と第2のハーフミラー7と参照光の反射鏡10を一体に可動体11に配備することにより、参照光路長を一定としつつ、集光点を走査して被検査物体9の深層方向の検知点を効率よく検出することができ、さらに干渉計を小型に組むことができ、可動体を所定の速度で2次元(r,θ)あるいは(X,Z),(Y,Z)状に駆動可能として、被検査物体9の深層のミクロ構造からなる断層像を迅速に観測可能とする装置を実現したものである。
【0057】
また、本実施例によれば、光学的に極めて重要な態様を実現している。すなわち、およそ数十μm径の点光源であるSLD1などからの出射光の波面が、参照光路と物体光路が鏡像関係にあり、さらに光源1と光検出器19も鏡像関係にあるため、光検出器の検出面にその波面が忠実に再現されることである。つまり、ヘテロダイン検波に重要な時空間上のコヒーレンスがともに保存される位相共役関係でヘテロダイン検波を実現しており、また、前記のように共焦点干渉計をも実現したものである。
【0058】
この効果により、従来の焦点位置や波面再現を無視した検波法と異なり、本発明によれば、光ヘテロダイン検出において格段のSN比の改善とダイナミックレンジの確保が可能となるので、例えば、皮膚科診断装置に応用すれば、従来皮膚科医師の勘と経験に頼っていた皮膚病における浸潤度や悪性腫瘍の非切開による診断の、迅速かつ確実な組織学的判断を可能とし、また、皮膚の老化や薬剤の効用の生きたままでの形態学的診断や血管内血流分布の測定による動脈瘤の有無の診断を実現できるものとなる。
【0059】
更には、本発明の装置を顕微鏡に組み込めば、3次元断層顕微鏡を容易に実現するものとなる。また、工場などにおける生産ラインでの各種薄膜や半導体ウエハの非接触非破壊厚み検査や3次元形状検査など、多岐にわたる応用が可能となり、その場観察断層検査装置として、小型の特性を利用して広範な採用が期待される。
【0060】
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。
【0061】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【0062】
(A)物体プローブ光の集光位置を被測定物体の検知点とするとともに、波面の共役関係を維持してヘテロダイン検波を高効率で実現して映像信号を検出できる。
【0063】
(B)干渉計の全てと、更には光源と光検出器をも含めて一体に可動体上に配備し、最小限の光学素子で軽量に構成し、参照光路長を一定としつつ上記共役関係を実現して、この可動体を(r,θ)や(X,Y,Z)方向に駆動することにより、被測定物体の深層検知点を高速に走査して、断層画像情報を取得することを可能とする。
【0064】
これらはいずれも従来の光コヒーレンストモグラフィーにおける検知点走査法では実現できなかったもので、検知点をプローブ光の収束点に一致させ、被測定物体を移動することなしに、高効率、高SN比でのヘテロダイン検波による映像化を実現することができる。
【0065】
(C)従来の焦点位置や波面再現を無視した検波法と異なり、本発明によれば、共焦点干渉計をも実現し、光ヘテロダイン検出において格段のSN比の改善とダイナミックレンジの確保が可能となるので、例えば、皮膚科診断装置に応用すれば、従来皮膚科医師の勘と経験に頼っていた皮膚病における浸潤度や悪性腫瘍の非切開による診断の、迅速かつ確実な組織学的判断を可能とし、また、皮膚の老化や薬剤の効用の形態学的診断を皮膚組織を採取することなく、実現できるものとなる。更には、皮膚直下の血管内血流分布の観測や、反射光に分光学的装置を配備すれば、血液の酸素濃度や血糖の測定も非侵襲、無採血で可能となる。
【0066】
(D)本発明の装置を顕微鏡に組み込めば、3次元断層顕微鏡を容易に実現するものとなる。また、工場などにおける生産ラインでの各種薄膜や半導体、ウエハの非接触厚み検査や3次元形状検査など、多岐にわたる応用が可能で、その場観測断層検査装置として、小型の特性を利用して広範な採用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示す光干渉計一体駆動による検知点走査光コヒーレンストモグラフィー装置の構成図である。
【図2】本発明の第2実施例を示す干渉計部をミロー干渉計とした場合の光干渉計一体駆動による検知点走査光コヒーレンストモグラフィー装置の構成図である。
【図3】本発明の第3実施例を示す光源からの伝送路に光ファイバーを具備した場合の光干渉計一体駆動による検知点走査光コヒーレンストモグラフィー装置の構成図である。
【図4】本発明の第4実施例を示すマイケルソン干渉計と光源、光検出器、および第1のハーフミラーを一体とした場合の光干渉計一体駆動による検知点走査光コヒーレンストモグラフィー装置の構成図である。
【図5】本発明の第5実施例を示す単一凸レンズのみで光源−レンズ−干渉計−光検出器を鏡像関係に構成した場合の光干渉計一体駆動による検知点走査光コヒーレンストモグラフィー装置の構成図である。
【図6】本発明の第6実施例を示す参照光周波数シフト内蔵型の光干渉計一体駆動による検知点走査光コヒーレンストモグラフィー装置の構成図である。
【図7】本発明の第7実施例を示す被検査物体の表面を観測するためのCCDカメラなどを組み込んだ場合の光干渉計一体駆動による検知点走査光コヒーレンストモグラフィー装置の構成図である。
【図8】従来の光コヒーレンストモグラフィー装置の概略構成図である。
【符号の説明】
1 低コヒーレンス光源(例えばSLD)
2,2′ 出射光束
3 第1のハーフミラー
4 平行光束用結合レンズ
4a コンデンサレンズ
4b 平行光束用光ファイバー結合レンズ
5 平行光束
6 集光用レンズ
6′ 球面平凸集光用レンズ
6a,7a 反射膜
7 第2のハーフミラー
7′ 平板ハーフミラー
8a 集光された物体プローブ光
8b 集光された参照光
9 被検査物体
10 反射鏡
11,11′,14,14′ 可動体
12,18 可動体の支持棒
13,24 駆動機構(例えばリニアアクチュエータ)
15 可動体の回転支持棒
16 可動体の回転用駆動機構(例えばリニアアクチュエータ)
17 バネ機構内蔵の支持棒
19 光検出器
20 光ファイバー伝送路
21 信号増幅及び処理装置
22 パソコンなどの表示装置
23 駆動機構の制御器
25 照明光源
26 結像レンズ
27 CCDカメラ
28 振動素子(例えば、ピエゾ素子)
30 固定台
31 Yステージ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a detection point scanning method and an optical coherence tomography apparatus by optical interferometer integrated driving in optical coherence tomography.
[0002]
[Prior art]
In a conventional method of scanning a deep detection point of an object to be inspected, a method is used in which the Z-axis is scanned by delaying the reference optical path length by using a mirror with an optical delay, and the X-axis and the Y-axis are scanned with an object probe light by galvanometer mirrors. Are known.
[0003]
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a conventional optical coherence tomography apparatus.
[0004]
In this figure, 101 is a low coherence light source (for example, SLD (super luminescence diode) light source), 102 is an optical fiber for transmitting light, 103 is a lens, 104 is an optical delay generation mirror for Z-axis scanning, 105 is a half mirror for optical fiber, 106 Is a lens, 107 is a Y-axis scanning galvanometer mirror, 108 is an X-axis scanning galvanometer mirror, 109 is a condenser lens, 110 is an object to be inspected, 111 is a photodetector, 112 is a signal processing / display computer, etc. .
[0005]
[Non-patent document 1]
Optics, vol. 28, No. 19999.3
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described detection point scanning method in the conventional optical coherence tomography, scanning in the depth direction (Z-axis direction) is performed by moving the reference optical path length in the optical axis direction of the mirror 104, as shown in FIG. The object probe light is condensed on the inspection object 110 by the convex lens 109 or the like. However, since the Z-axis scanning moves back and forth between the focal positions, it is not possible to acquire only the reflected light from the focal position with high luminance. There were drawbacks such as not being a detection point.
[0007]
Further, in the convex lens 109 having a focal length of several cm, even if the light beam diameter at the focal position is narrowed down to several μm or less, the light beam diameter becomes several mm at a distance of ± 1 mm before and after the focal position, and the brightness of the light becomes Four to six orders of magnitude have been weakened, and no specific solution has been disclosed. However, the method of placing the inspected object 110 on a scanning table and moving in the X, Y, and Z-axis directions to change the scanning point is used as a matter of course. Non-Patent Document 1 discloses details of various optical coherence tomography apparatuses so far.
[0008]
Further, for scanning in the X-axis or Y-axis direction, a galvanometer mirror or the like is generally used, but it is expensive and large, and it is difficult to use it in view of miniaturization.
[0009]
In addition, as a method of causing a frequency shift relative to the reference light or the object probe light for optical heterodyne detection, a Doppler shift due to the movement of the reflecting mirror, a method of wrapping an optical transmission fiber around a piezo elastic body, and performing a phase modulation. However, from the viewpoint of product miniaturization and modularization, there are drawbacks such as the complexity and increase in the number of mounted elements.
[0010]
In view of the above situation, the present invention can scan the detection point only in the Z-axis direction, and further arbitrarily in the X and Y-axis directions without changing the focus position of the converged light and the detection point, and can further reduce the size and mounting. It is an object of the present invention to provide a detection point scanning method and an optical coherence tomography apparatus which can be realized and which can be realized by optical interferometer integrated driving in optical coherence tomography.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention, in order to achieve the above object,
[1] In a detection point scanning method by optical interferometer integrated driving in optical coherence tomography, light from a low coherence light source is condensed by a condensing lens, and the condensed light is transmitted to a test object by a half mirror. The object probe light and the reference light are divided into two, and a reflecting mirror that reflects the reference light at the light condensing point is provided, and the reference light path length is a constant distance to the light converging point, and at least the light condensing lens and the light converging light A half mirror and the reflecting mirror are integrally disposed on a movable body, and a mechanism for appropriately driving and scanning the movable body is provided to move a position of a condensing point of the condensed light to detect a deep detection point of the object to be inspected. The reflected light from the deep layer of the object to be inspected is multiplexed with the reflected light of the reference light by the half mirror, returns to the condensing lens, and any of the reference light and the object probe light Relative to The photodetector by a method to produce a frequency shift by detecting the interference light including heterodyne interference beat signal, characterized in that image the deep section of the object to be inspected.
[0012]
[2] In an optical coherence tomography apparatus, a low coherence light source, a first half mirror for separating the light from the low coherence light source and the combined return light, and coupling the light from the low coherence light source into a parallel light beam A lens, a condensing lens for condensing the parallel light beam, a second half mirror for dividing the condensed light by the condensing lens into an object probe light and a reference light for an object to be inspected, A reflecting mirror for reflecting the reference light at a light-condensing point having a constant optical path length, a movable body integrally disposing the condensing lens, a second half mirror, and a reflecting mirror, and condensing light on the inspection object A mechanism for moving the focal point position of the light to scan as a deep detection point of the object to be inspected, and appropriately driving and scanning the movable body in the polar coordinate (r, θ) direction, and the reflected light from the deep layer of the object to be inspected is The second half-mirror And the reflected light of the reference light is multiplexed, the light returns to the condenser lens, is reflected by the first half mirror, and has a shift frequency based on the Doppler shift caused by scanning of the object probe light in the optical axis direction. A photodetector that detects interference light including a heterodyne interference beat signal, a signal processor and a computer that processes a signal from the photodetector, and a device that displays a tomographic image based on the processed signal are provided. And
[0013]
[3] In an optical coherence tomography apparatus, a low coherence light source, a first half mirror for separating light from the low coherence light source and reflected return light, and a coupling lens that converts light from the low coherence light source into a parallel light beam And a spherical plano-convex condensing lens for condensing the parallel light flux, and the condensed light by the spherical plano-convex converging lens is partially reflected to form reference light, and the transmitted light forms object probe light A flat half mirror corresponding to a second half mirror to be formed, a movable body in which the spherical plano-convex condensing lens and the flat half mirror are integrally disposed, and a focal position of condensed light on the object to be inspected is moved. A mechanism for scanning as a deep detection point of the object to be inspected, and for appropriately driving and scanning the movable body in the polar coordinate (r, θ) direction; A shift frequency based on the Doppler shift due to scanning of the object probe light in the optical axis direction after being multiplexed with the reflected light of the illumination, regressing the spherical plano-convex condensing lens, being reflected by the first half mirror, A photodetector that detects interference light including a heterodyne interference beat signal, a signal processor and a computer that processes a signal from the photodetector, and a device that displays a tomographic image based on the processed signal. Features.
[0014]
[4] In an optical coherence tomography apparatus, a low coherence light source, a first half mirror for separating light from the low coherence light source and reflection return light, an optical fiber for transmitting light from the low coherence light source, A coupling lens that converts the light emitted from the optical fiber into a parallel light beam, a condensing lens that converges the parallel light beam, and the light that is condensed by the condensing lens is converted into an object probe light and a reference light for an object to be inspected. A second half mirror for splitting, a reflecting mirror for reflecting the reference light at a light-collecting point having a constant optical path length, and a movable body integrally disposing the light-collecting lens, the second half mirror, and the reflecting mirror. A mechanism for moving a focal point position of condensed light on the object to be inspected, scanning as a deep detection point of the object to be inspected, and appropriately driving and scanning the movable body in polar coordinate (r, θ) directions; The reflected light from the deep layer of the inspection object is combined with the reflected light of the reference light by the second half mirror, returns to the condenser lens, is reflected by the first half mirror, and is reflected by the first half mirror. A photodetector for detecting interference light including a heterodyne interference beat signal having a frequency based on a Doppler shift due to scanning of an object probe light in an axial direction; a signal processor and a computer for processing a signal from the photodetector; A device for displaying a tomographic image based on a signal is provided.
[0015]
[5] In an optical coherence tomography apparatus, a low coherence light source, a first half mirror that separates light from the low coherence light source and reflected return light, and a coupling lens that converts light from the low coherence light source into a parallel light beam A condensing lens for converging the parallel light beam, a second half mirror for dividing the condensed light by the condensing lens into an object probe light to a test object and reference light, and the reference light , A light source, a first half mirror, a photodetector, a coupling lens, a condensing lens, a second half mirror, and a reflecting mirror. The movable body and the focal point position of the condensed light on the object to be inspected are moved to scan as a deep detection point of the object to be inspected, and the movable body is moved only in the optical axis (Z-axis) direction, and further, in the sectional axis. (X, Y axis) direction And a reflected light from a deep layer of the object to be inspected is multiplexed with a reflected light of the reference light by the second half mirror, returns to the condensing lens, returns to the first A photodetector for detecting interference light including a heterodyne interference beat signal having a frequency based on Doppler shift due to scanning of the object probe light in the optical axis direction, reflected by a half mirror, and processing a signal from the photodetector And a computer for displaying a tomographic image based on the processed signal.
[0016]
[6] In an optical coherence tomography apparatus, a low coherence light source, a first half mirror for separating light from the low coherence light source and reflected return light, and combining and condensing light from the first half mirror One or a pair of lenses, a second half mirror that divides the condensed light by the lens into an object probe light to the object to be inspected, and a reference light, and a condensate that makes the reference light have a constant optical path length. A reflecting mirror that reflects light at a point, a movable body that integrally arranges the light source, the first half mirror, a photodetector, a coupling / condensing lens, a second half mirror, and a reflecting mirror; The movable body is moved only in the optical axis (Z-axis) direction and further in the sectional axis (X, Y-axis) direction by moving the focal point position of A drive scanning mechanism, and the inspection object The reflected light from the deep layer is combined with the reflected light of the reference light by the second half mirror, returns to the coupling / condensing lens, is reflected by the first half mirror, and is reflected by the optical axis. A light detector for detecting interference light including a heterodyne interference beat signal having a shift frequency based on a Doppler shift due to scanning of an object probe light in a direction, a signal processor and a computer for processing a signal from the light detector, and processing A device for displaying a tomographic image based on a signal is provided.
[0017]
[7] In the optical coherence tomography apparatus according to the above [6], the coupling / condensing lens is disposed between the first half mirror and the second half mirror, and the light source is disposed at a front focal length of the lens. , The light flux is focused at a position twice the back focal length, the reflecting mirror is arranged at a substantially converging point on the optical path of the reference light, and the converging point is It is characterized in that it is a scanning detection point of the inspection object.
[0018]
[8] In the optical coherence tomography apparatus according to the above [2], [4], [5] or [6], a vibrator is disposed on the reference light reflecting mirror to modulate the phase of the reflected light of the reference light. And a relatively frequency shift is generated, and a heterodyne detection beat frequency is detected by a photodetector.
[0019]
[9] In the optical coherence tomography apparatus according to [2], [4], [5], [6], [7] or [8], a light source for irradiating the surface of the inspection object is provided, It is characterized by comprising an objective lens for observing an object surface image via a second half mirror and an imaging device.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
[0021]
FIG. 1 is a configuration diagram of a detection point scanning optical coherence tomography apparatus according to a first embodiment of the present invention, which is driven integrally with an optical interferometer.
[0022]
In this figure, 1 is a low coherence light source [for example, SLD (super luminescence diode) light source], 2 is an emitted light beam, 3 is a first half mirror (cube half mirror), 4 is a coupling lens for a parallel light beam, and 5 is a parallel light beam. Reference numeral 6 denotes a condenser lens, 7 denotes a second half mirror (cube half mirror), 8a denotes a converged object probe light, 8b denotes a condensed reference light, 9 denotes an object to be inspected, and 10 denotes a reference. A reflecting mirror at a focal point of light, 11 is a movable body integrally provided with a condenser lens 6, a second half mirror 7, and a reflecting mirror 10, 12 is a support rod of the movable body 11, and 13 is a movable body. A driving mechanism (for example, a linear actuator) for driving the 11 in the r-axis direction, and a rotating movable body 14 on which the first half mirror 3, the lens 4, the photodetector 19 and the driving mechanism 13 are mounted from the low coherence light source 1 15 is a rotation support rod of the movable body 14, 16 is a drive mechanism for rotating the movable body 14 (for example, a linear actuator), 17 is a support rod with a built-in spring mechanism, 18 is a support rod of the movable body 14, 19 is a photodetector, 21 is a signal amplifying and processing device, 22 is a display device such as a personal computer, 23 is a controller for the drive mechanisms 13 and 16, and 30 is a fixed base which is the basis of all devices.
[0023]
As described above, since the interferometer including the condensing lens 6, the second half mirror 7, and the reflecting mirror 10 is integrally provided and mounted on the movable body 11, first, the r-axis scanning is performed by the support rod. 12 is moved back and forth in the r-axis direction by a driving mechanism 13 such as a small linear actuator. Thus, while keeping the reference optical path length constant, the interferometer itself (movable body 11) is driven to move the focus so that the focus becomes the detection point of the object 9 to be inspected, and the detection point is set in the r-axis direction. Scanning can be performed at an arbitrary speed. Further, the movable body 11 and the drive mechanism 13 are placed on another movable body 14, and the movable body 14 is rotated by the rotation drive mechanism 16 via the support rods 18 and 17 to rotate the rotation support rod 15 of the movable body 14. Rotate as center. Further, another rotation support rod (not shown) is provided orthogonal to the rotation support rod 15 and a separate rotation driving mechanism is provided, so that the divided light beam 8a, which is the object probe light, is orthogonalized (r, r). θ) plane can be scanned in a fan shape.
[0024]
By this scanning, it is possible to efficiently generate reflected light from the deep layer of the object 9 to be inspected with high-intensity light at the focal point of the object probe light 8a and obtain a three-dimensional tomographic image. In the case of the inspected object 9 that does not require high-speed scanning, similar scanning can be performed by mounting the movable body 14 on a commercially available XYZ axis or r-θ axis driving stage, for example. Is clear.
[0025]
As described above, the present invention is characterized in that the position of the deep layer and the intensity of the reflected light can be detected with a high signal-to-noise ratio, and a one-dimensional or three-dimensional tomographic image can be visualized. In this case, a convex lens may be used as the condenser lens 6, and the focal point may be set as the focal point.
[0026]
As shown in the first embodiment, a light beam 2 emitted from a low coherence light source 1 such as an SLD passes through a first half mirror 3 to form a parallel light beam 5 by a parallel light beam coupling lens 4. The light beam 5 forms condensed light by a condensing lens 6. Although the parallel light beam 5 enters the condenser lens 6, the light beam can be collected without being disturbed by the r-axis (optical axis) scanning. Further, in the scanning in the θ angle direction, by using the condenser lens 6 as an approximate center of rotation, light can be condensed without disturbing the light flux and a predetermined focal scan can be realized. It is a feature of the present embodiment that the laser beam is kept constant and is multiplexed by the second half mirror 7.
[0027]
The reflected light of the object probe light 8a from the deep layer of the inspected object 9 passes through the second half mirror 7, the condenser lens 6, and the parallel light beam coupling lens 4, and is reflected by the first half mirror 3 to detect light. Is detected by the detector 19. While the reference optical path length is constant, the detection point moves by r-axis scanning, so that the reflected light relatively undergoes a Doppler shift and is frequency-shifted. As a result, the photodetector 19 realizes optical heterodyne detection by square detection, and detects a beat signal at the Doppler shift frequency. The amplitude of the beat signal detects the reflectance information of the inspected object 9 at a deep layer, the position information in the r-axis scanning detects the reflection point distance, and becomes image information at the detection point.
[0028]
At this time, in this embodiment, an optically important aspect is realized. In other words, the wavefront of the light 2 emitted from the point light source SLD 1 or the like having a diameter of about several tens of μm is in a mirror image relationship through the same focusing lens having the same reference light path and object light path. Are also mirror images, so that the wavefront is faithfully reproduced on the detection surface of the photodetector 19. In other words, heterodyne detection is realized in a phase conjugate relationship in which coherence in time and space important for heterodyne detection is both preserved. According to the present embodiment, this effect makes it possible to significantly improve the SN ratio and secure a dynamic range in optical heterodyne detection, unlike the conventional detection method in which the focus position and the wavefront reproduction are ignored.
[0029]
In addition, the above-mentioned mirror image relationship is realized through the same lens, but a light source, a photodetector, and a plurality of lenses, such as a conventional Michelson interferometer, are arranged respectively, and both are integrally arranged on a movable body. Obviously, the method of scanning by using the condensing point as the detection point is not excluded in the present invention.
[0030]
FIG. 2 is a configuration diagram of a detection point scanning optical coherence tomography apparatus by an optical interferometer integrated drive in a case where the interferometer unit according to the second embodiment of the present invention is a Millau interferometer. Only parts different from the first embodiment shown in FIG. 1 will be described in detail.
[0031]
A parallel light beam 5 from the low coherence light source 1 is condensed by a spherical plano-convex converging lens 6 '. This condensed light is partially reflected by a flat plate half mirror 7 'corresponding to the second half mirror 7 of the first embodiment to form reference light 8b, and transmitted light forms object probe light 8a.
[0032]
This flat plate half mirror 7 'is constructed by sandwiching a reflection film 7a between glass plates having the same thickness as the flat plate half mirror 7'. This is to make the reflected light path length and the object light path length optically equal.
[0033]
By arranging the plane side of the spherical plano-convex condensing lens 6 'at the focal position where the reference light beam 8b is condensed, and attaching a reflective film 6a having a focal diameter approximately equal to the plane portion, the reference optical path length is kept constant. A simple Miraud interferometer. The reference light 8b and the object reflected light are multiplexed on the surface of the reflection film 7a, return, become parallel light flux 5 by the spherical plano-convex converging lens 6 ', and pass through the first half mirror 3 to the photodetector 19. The signal is obtained by heterodyne detection.
[0034]
In the second embodiment, unlike the first embodiment, since the flat half mirror 7 'is used as the second half mirror, the weight can be reduced as compared with the cube half mirror 7 shown in FIG. 1, and the reflecting mirror 10 is not required. Therefore, further reduction in weight can be realized, and high-speed scanning of the r-axis can be performed.
[0035]
Here, in response to the frequency shift of the object reflected light caused by the r-axis scanning, that is, the change in the object probe optical path length, a piezoelectric element is attached to the flat half mirror 7 'and vibrated, and the frequency shift is performed in the reference optical path by phase modulation. Obviously, a heterodyne beat signal may be detected and generated. At this time, r-axis scanning plays only the main role of scanning the detection point.
[0036]
FIG. 3 is a block diagram of a detection point scanning optical coherence tomography apparatus driven by an optical interferometer integrally provided with an optical fiber in a transmission path from a light source according to a third embodiment of the present invention. Only parts different from the second embodiment shown in FIG. 2 will be described in detail.
[0037]
In FIG. 3, reference numeral 4a denotes a condenser lens for an optical fiber, 4b denotes an optical fiber coupling lens for a parallel light beam, and 20 denotes an optical fiber transmission line.
[0038]
In the present embodiment, the light from the low coherence light source 1 passes through the first half mirror 3, then passes through the optical fiber transmission path 20 via the condenser lens 4a, and the predetermined parallel light flux 5 Is what you get. By attaching the low coherence light source 1, the photodetector 19, and the first half mirror 3 to the movable body 14, the weight of the movable body 14 can be further reduced.
[0039]
FIG. 4 shows a configuration of a detection point scanning optical coherence tomography apparatus according to a fourth embodiment of the present invention, in which a Michelson interferometer, a light source, a photodetector, and a first half mirror are integrated, and the optical interferometer is integrally driven. FIG. Only parts different from the first embodiment shown in FIG. 1 will be described in detail.
[0040]
As shown in FIG. 4, the low-coherence light source 1, the first half mirror 3, the photodetector 19, the parallel light beam coupling lens 4, the condenser lens 6, the second half mirror 7, and the reflecting mirror 10 are movable. It is provided integrally with the body 11 '. The movable body 11 'is driven by the drive mechanism 13 in the Z-axis direction, as in the case of FIG. 1 of the first embodiment.
[0041]
The present embodiment is an apparatus in the case where only Z-axis scanning is required. However, the driving mechanism 13 and the movable body 11 'are arranged integrally with the movable body in the X-axis direction, and the X-axis is moved by the driving mechanism. Obviously, it is also possible to drive in the axial direction and perform two-dimensional scanning on the XZ plane using the focus as a detection point.
[0042]
Further, it is also possible to provide a rotation support bar as shown in FIG. 1 and scan in the θ direction on the XZ plane or the YZ plane or on both planes.
[0043]
The feature of the present embodiment is that a signal can be obtained by minimizing the influence of the fluctuation of the light beam and the disturbance by scanning the light source 1 integrally and downsized. A method for imaging the optical coherence tomography by driving such a low coherence light source 1 to the photodetector 19 integrally with an interferometer has not been disclosed so far.
[0044]
Further, the fourth embodiment constitutes a so-called confocal lens system, and if an aperture stop having a diameter of several tens to several μm is arranged immediately before the photodetector 19, the XY plane of the object 9 to be inspected, that is, The cross section can be observed with a high resolution of several μm. That is, the present invention can be said to be a "confocal interferometer", and can be adapted to many uses if the main body is manufactured by, for example, modularization.
[0045]
FIG. 5 shows a fifth embodiment of the present invention, which is a detection point scanning optical coherence tomography apparatus integrally driven by an optical interferometer when a light source, a lens, an interferometer, and a photodetector are constituted in a mirror image relation only by a single convex lens. It is a block diagram. Only parts different from the first embodiment shown in FIG. 1 will be described in detail. In FIG. 5, reference numeral 31 denotes a Y stage.
[0046]
As shown in FIG. 5, only a single convex lens 6 or a set of convex lens action lens systems is provided between the first half mirror 3 and the second half mirror 7. Since the light beam at the emission end of the low coherence light source 1 such as an SLD generally has a diameter of several tens μm, the emitted light 2 ′ has a spread of several tens degrees due to diffraction. This emission end face is arranged at a position twice the front focal length of the convex lens 6 via the first half mirror 3.
[0047]
As a result, the convex lens 6 forms an image of the aperture end face at a position twice the rear focal length via the second half mirror 7. That is, the wavefront at the exit end and the wavefront at the imaging point are conjugate wavefronts. A reference mirror 8b is formed by placing the reflecting mirror 10 at this image forming point, and the object probe light 8a uses this image forming point as a detection point of the inspected object 9. Light reflected from the inspection object 9 and the reflecting mirror 10 passes through the convex lens 6, is reflected by the first half mirror 3, and enters the photodetector 19.
[0048]
As described above, only the single convex lens forms a conjugate wavefront on the detection surface of the photodetector in the same manner as in the previous embodiment, and the light flux from the light source to the photodetector has a mirror image relationship by the two half mirrors, and heterodyne detection is performed. It can be realized efficiently.
[0049]
In this embodiment, when the diameter of the light emitted from the low coherence light source 1 is large, or when it is desired to minimize the diameter of the focused light to increase the resolution on the XY plane of the object to be inspected, immediately before the photodetector 19. It is self-evident that an aperture of several tens to several μm can be arranged on the surface and the resolution can be increased by the principle of a so-called confocal microscope. With this configuration, an optical coherence tomography apparatus using a confocal microscopic interferometer can be realized as described above.
[0050]
Further, in this embodiment, as can be seen from comparison with the above embodiment, the number of lenses can be reduced by one, the load on the movable body 11 'can be reduced with miniaturization, and the Z-axis scanning and the X-axis scanning can be further improved. There is a feature that enables high speed. Further, in FIG. 5 showing the fifth embodiment, the interferometer section is a Michelson interferometer, but it is clear that the Millow interferometer described in the second embodiment in FIG. 2 may be used.
[0051]
FIG. 6 shows a detection point scanning optical coherence tomography apparatus according to a sixth embodiment of the present invention, in which a reference light frequency shift built-in type optical interferometer is integrally driven. Only parts different from the fourth embodiment shown in FIG. 4 will be described.
[0052]
As shown in FIG. 6, the vibrating element 28 is adhered to the reflecting mirror 10 of the converging reference light 8b and vibrated at a constant frequency. As the vibration element 28, a piezo element or the like is used. Since the vibration of the vibration element 28 causes the reflection mirror 10 to vibrate, as a result, the reflected light is phase-modulated and shifts the frequency by an integral multiple of the vibration frequency. The reference light 8b and the object reflected light generate a beat signal based on the vibration frequency by heterodyne detection as described above, and provide tomographic image information. At this time, the Doppler shift due to the Z-axis scanning is cut by a filter in the signal processing system and ignored. The frequency shift method using the vibrating element 28 has a characteristic that a beat signal can be detected stably without instability due to Z-axis scanning or increase / decrease in frequency shift due to reciprocating motion.
[0053]
FIG. 7 is a part of a block diagram of a detection point scanning optical coherence tomography apparatus according to a seventh embodiment of the present invention, in which a CCD camera or the like for observing the surface of an object to be inspected is built in and integrated with an optical interferometer. is there. Only parts different from the first embodiment shown in FIG. 1 will be described in detail.
[0054]
In FIG. 7, reference numeral 25 denotes an illumination light source for the inspection object 9, reference numeral 26 denotes an imaging lens, and reference numeral 27 denotes a CCD camera. The illumination light source 25 illuminates the measurement site of the inspection object 9, and the surface reflected light forms the surface image of the inspection object 9 on the CCD camera 27 by the imaging lens 26 using the reflection of the second half mirror 7. Image. The image of the CCD camera 27 has a feature that the measurement site can be specified, the light spot of the object probe light 8a can be positioned, and the scanning range in the XY directions can be easily specified.
[0055]
At this time, it is clear that a visible light cut filter or the like may be provided in front of the photodetector 19 in order to prevent the illumination light from entering the photodetector. In general, the low coherence light source is an infrared light source, and the CCD camera 27 is almost insensitive to infrared light, but has some sensitivity and the object probe light 8a has high brightness, so that it can be visualized. On the other hand, the photodetector 19 is sensitive to visible light and may be saturated only with surface reflected light, and thus requires a filter.
[0056]
As described above, according to the detection point scanning method and apparatus by the optical interferometer integrated driving shown in the present embodiment, at least the condenser lens 6, the second half mirror 7, and the reference light reflecting mirror 10 are integrated. By disposing it on the movable body 11, it is possible to efficiently detect the detection point in the depth direction of the object 9 to be inspected by scanning the light converging point while keeping the reference optical path length constant, and furthermore, to make the interferometer compact. The movable body can be driven two-dimensionally (r, θ) or (X, Z), (Y, Z) at a predetermined speed, and a tomographic image composed of a deep microstructure of the inspection object 9 can be obtained. A device that enables rapid observation is realized.
[0057]
Further, according to the present embodiment, an extremely important optical aspect is realized. That is, the wavefront of light emitted from a point light source such as SLD1 having a diameter of approximately several tens of μm has a mirror image relationship between the reference optical path and the object optical path, and furthermore, the light source 1 and the photodetector 19 have a mirror image relationship. That is, the wavefront is faithfully reproduced on the detection surface of the detector. That is, heterodyne detection is realized by a phase conjugate relationship in which coherence in time and space important for heterodyne detection is both preserved, and a confocal interferometer is also realized as described above.
[0058]
By this effect, unlike the conventional detection method in which the focus position and wavefront reproduction are ignored, according to the present invention, it is possible to significantly improve the SN ratio and secure a dynamic range in optical heterodyne detection. If applied to a diagnostic device, it will enable quick and reliable histological judgment of the diagnosis of invasiveness and non-incision of malignant tumors in dermatology, which has traditionally relied on the intuition and experience of dermatologists. It is possible to realize morphological diagnosis of aging and the effects of drugs as they are, and diagnosis of the presence or absence of an aneurysm by measuring blood flow distribution in blood vessels.
[0059]
Furthermore, if the device of the present invention is incorporated in a microscope, a three-dimensional tomographic microscope can be easily realized. In addition, it can be applied to a wide variety of applications, such as non-contact non-destructive thickness inspection and three-dimensional shape inspection of various thin films and semiconductor wafers on production lines in factories and the like. Widespread adoption is expected.
[0060]
It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible based on the spirit of the present invention, and these are not excluded from the scope of the present invention.
[0061]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
[0062]
(A) The focus position of the object probe light is set as the detection point of the object to be measured, and the video signal can be detected by realizing heterodyne detection with high efficiency while maintaining the conjugate relationship of the wavefront.
[0063]
(B) All of the interferometers, and further including the light source and the photodetector, are integrally disposed on a movable body, are configured to be lightweight with a minimum number of optical elements, and have the above-mentioned conjugate relationship while maintaining a constant reference optical path length. And moving the movable body in the (r, θ) or (X, Y, Z) directions to scan a deep detection point of the measured object at high speed to acquire tomographic image information. Is possible.
[0064]
All of these cannot be realized by the detection point scanning method in the conventional optical coherence tomography, and the detection point is made to coincide with the convergence point of the probe light, and the object to be measured is moved without high efficiency and high SN ratio. , It is possible to realize imaging by heterodyne detection.
[0065]
(C) Unlike the conventional detection method in which the focus position and wavefront reproduction are ignored, according to the present invention, a confocal interferometer is also realized, and it is possible to significantly improve the SN ratio and secure a dynamic range in optical heterodyne detection. For example, if applied to a dermatology diagnostic device, rapid and reliable histological judgment of invasiveness in skin diseases and non-incision of malignant tumors can be made based on the intuition and experience of dermatologists. In addition, morphological diagnosis of skin aging and the effects of drugs can be realized without collecting skin tissue. Furthermore, by observing the blood flow distribution in the blood vessel just below the skin and by installing a spectroscopic device for the reflected light, it becomes possible to measure the oxygen concentration and blood glucose of blood without invasion and without blood collection.
[0066]
(D) By incorporating the device of the present invention into a microscope, a three-dimensional tomographic microscope can be easily realized. In addition, it can be applied to a wide variety of applications such as non-contact thickness inspection and three-dimensional shape inspection of various thin films, semiconductors, and wafers on production lines in factories and the like. Is expected.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a detection point scanning optical coherence tomography apparatus by an optical interferometer integrated drive showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a detection point scanning optical coherence tomography apparatus integrally driven by an optical interferometer in a case where the interferometer unit according to a second embodiment of the present invention is a Millau interferometer.
FIG. 3 is a configuration diagram of a detection point scanning optical coherence tomography apparatus driven by an optical interferometer integrally provided with an optical fiber in a transmission path from a light source according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 shows a detection point scanning optical coherence tomography apparatus according to a fourth embodiment of the present invention, in which a Michelson interferometer, a light source, a photodetector, and a first half mirror are integrated, and the optical interferometer is integrally driven. It is a block diagram.
FIG. 5 shows a detection point scanning optical coherence tomography apparatus according to a fifth embodiment of the present invention, in which a light source, a lens, an interferometer, and a photodetector are configured in a mirror image relationship only with a single convex lens, and the optical interferometer is integrally driven. It is a block diagram.
FIG. 6 is a configuration diagram of a detection point scanning optical coherence tomography apparatus integrally driven by an optical interferometer with a built-in reference light frequency shift showing a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a configuration diagram of a detection point scanning optical coherence tomography apparatus according to a seventh embodiment of the present invention in which a CCD camera or the like for observing the surface of an object to be inspected is incorporated, and the optical interferometer is integrally driven.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a conventional optical coherence tomography apparatus.
[Explanation of symbols]
1 Low coherence light source (eg SLD)
2,2 'outgoing beam
3 First half mirror
4 Coupling lens for parallel light beam
4a Condenser lens
4b Optical fiber coupling lens for parallel light beam
5 Parallel light flux
6 Condensing lens
6 'Spherical plano-convex focusing lens
6a, 7a reflective film
7 Second half mirror
7 'flat mirror
8a Focused object probe light
8b Focused reference light
9 Object to be inspected
10 Reflector
11,11 ', 14,14' movable body
12,18 Support rod for movable body
13, 24 drive mechanism (for example, linear actuator)
15 Movable body rotation support rod
16 Movable body rotation drive mechanism (eg linear actuator)
17 Support rod with built-in spring mechanism
19 Photodetector
20 Optical fiber transmission line
21 Signal amplification and processing equipment
22 Display devices such as personal computers
23 Drive mechanism controller
25 Illumination light source
26 Imaging lens
27 CCD camera
28 vibrating element (for example, piezo element)
30 fixed base
31 Y Stage

Claims (9)

  1. 低コヒーレンス光源からの光を集光用レンズにより集光光にして、該集光光をハーフミラーで被検査物体への物体プローブ光と参照光とに2分割し、該参照光を集光点で反射する反射鏡を設け、参照光路長を前記集光点までの一定の距離とし、少なくとも前記集光用レンズと前記ハーフミラーと前記反射鏡を一体に可動体に配置し、該可動体を適宜駆動走査する機構を配備することにより、前記集光光の集光点位置を移動し前記被検査物体の深層検知点として走査し、前記被検査物体の深層からの反射光は、前記ハーフミラーで前記参照光の反射光と合波し、前記集光用レンズを回帰し、前記参照光と物体プローブ光のいずれかに相対的に周波数シフトを生じる方法により光検出器でヘテロダイン干渉ビート信号を含む干渉光を検出して、前記被検査物体の深層断面を映像化することを特徴とする光コヒーレンストモグラフィーにおける光干渉計一体駆動による検知点走査方法。The light from the low coherence light source is converted into condensed light by a condensing lens, and the condensed light is split into two by a half mirror into an object probe light and a reference light for an object to be inspected. Provide a reflecting mirror that reflects in the, the reference optical path length is a fixed distance to the focusing point, at least the focusing lens, the half mirror and the reflecting mirror are integrally disposed on a movable body, the movable body By arranging a mechanism for driving and scanning as appropriate, the focal point position of the converged light is moved to scan as a deep detection point of the inspected object, and reflected light from the deep layer of the inspected object is reflected by the half mirror. The reflected light of the reference light is multiplexed with the light to return the condensing lens, and a heterodyne interference beat signal is generated by a photodetector by a method of causing a frequency shift relative to one of the reference light and the object probe light. Including the interference light, Sensing point scanning method according to the optical interferometer one body driven in optical coherence tomography, characterized by imaging deep section of the inspected object.
  2. (a)低コヒーレンス光源と、
    (b)該低コヒーレンス光源からの光と合波回帰光とを分離する第1のハーフミラーと、
    (c)前記低コヒーレンス光源からの光を平行光束とする結合レンズと、
    (d)該平行光束を集光する集光用レンズと、
    (e)該集光用レンズによる集光光を被検査物体への物体プローブ光と参照光とに2分割する第2のハーフミラーと、
    (f)前記参照光を光路長一定とする集光点で反射する反射鏡と、
    (g)前記集光用レンズと第2のハーフミラーと反射鏡とを一体に配置する可動体と、
    (h)前記被検査物体への集光光の焦光点位置を移動し被検査物体の深層検知点として走査し、前記可動体を極座標(r,θ)方向に適宜駆動走査する機構と、
    (i)前記被検査物体の深層からの反射光は、前記第2のハーフミラーで前記参照光の反射光と合波し、前記集光用レンズを回帰し前記第1のハーフミラーで反射して、前記光軸方向への物体プローブ光の走査によるドップラーシフトに基づくシフト周波数のヘテロダイン干渉ビート信号を含む干渉光を検出する光検出器と、
    (j)該光検出器からの信号を処理する信号処理器及びコンピュータと、
    (k)処理信号に基づき、断層画像を表示する装置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。
    (A) a low coherence light source;
    (B) a first half mirror for separating the light from the low coherence light source and the combined return light;
    (C) a coupling lens that converts light from the low coherence light source into a parallel light beam;
    (D) a condensing lens for condensing the parallel light beam;
    (E) a second half mirror that divides the light condensed by the light condensing lens into an object probe light to the object to be inspected and a reference light;
    (F) a reflecting mirror that reflects the reference light at a light-collecting point having a constant optical path length;
    (G) a movable body integrally disposing the condenser lens, the second half mirror, and the reflecting mirror;
    (H) a mechanism for moving the focal point position of the condensed light on the object to be inspected, scanning as a deep detection point of the object to be inspected, and appropriately driving and scanning the movable body in the polar coordinate (r, θ) direction;
    (I) The reflected light from the deep layer of the object to be inspected is combined with the reflected light of the reference light by the second half mirror, returns to the condenser lens, and is reflected by the first half mirror. A light detector for detecting interference light including a heterodyne interference beat signal having a shift frequency based on a Doppler shift due to scanning of the object probe light in the optical axis direction,
    (J) a signal processor and a computer for processing a signal from the photodetector;
    (K) An optical coherence tomography apparatus comprising a device for displaying a tomographic image based on a processing signal.
  3. (a)低コヒーレンス光源と、
    (b)該低コヒーレンス光源からの光と反射回帰光とを分離する第1のハーフミラーと、
    (c)前記低コヒーレンス光源からの光を平行光束とする結合レンズと、
    (d)前記平行光束を集光する球面平凸集光用レンズと、
    (e)該球面平凸集光用レンズによる集光光は一部が反射されて参照光を作り、透過光は物体プローブ光を形成する第2のハーフミラーに該当する平板ハーフミラーと、
    (f)前記球面平凸集光用レンズと平板ハーフミラーを一体に配置する可動体と、
    (g)前記被検査物体への集光光の焦点位置を移動し被検査物体の深層検知点として走査し、前記可動体を極座標(r,θ)方向に適宜駆動走査する機構と、
    (h)前記被検査物体の深層からの反射光は、前記平板ハーフミラーで前記参照光の反射光と合波し、前記球面平凸集光用レンズを回帰し、前記第1のハーフミラーで反射して、前記光軸方向への物体プローブ光の走査によるドップラーシフトに基づくシフト周波数のヘテロダイン干渉ビート信号を含む干渉光を検出する光検出器と、
    (i)該光検出器からの信号を処理する信号処理器及びコンピュータと、
    (j)処理信号に基づき、断層画像を表示する装置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。
    (A) a low coherence light source;
    (B) a first half mirror for separating light from the low coherence light source and reflected return light;
    (C) a coupling lens that converts light from the low coherence light source into a parallel light beam;
    (D) a spherical plano-convex condensing lens for condensing the parallel light beam;
    (E) a part of the light condensed by the spherical plano-convex condensing lens is reflected to form reference light, and the transmitted light is a flat plate half mirror corresponding to a second half mirror forming object probe light;
    (F) a movable body in which the spherical plano-convex condensing lens and the flat plate half mirror are integrally arranged;
    (G) a mechanism for moving the focal position of the condensed light on the object to be inspected, scanning as a deep detection point of the object to be inspected, and appropriately driving and scanning the movable body in the polar coordinate (r, θ) direction;
    (H) The reflected light from the deep layer of the object to be inspected is combined with the reflected light of the reference light by the flat plate half mirror, returns to the spherical plano-convex condensing lens, and is reflected by the first half mirror. Reflection, a photodetector that detects interference light including a heterodyne interference beat signal of a shift frequency based on Doppler shift due to scanning of the object probe light in the optical axis direction,
    (I) a signal processor and a computer for processing a signal from the photodetector;
    (J) An optical coherence tomography apparatus comprising an apparatus for displaying a tomographic image based on a processing signal.
  4. (a)低コヒーレンス光源と、
    (b)該低コヒーレンス光源からの光と反射回帰光とを分離する第1のハーフミラーと、
    (c)前記低コヒーレンス光源からの光を伝送する光ファイバーと、
    (d)該光ファイバーからの出射光を平行光束とする結合レンズと、
    (e)該平行光束を集束する集光用レンズと、
    (f)該集光用レンズによる集光光を被検査物体への物体プローブ光と参照光とに2分割する第2のハーフミラーと、
    (g)前記参照光を光路長一定とする集光点で反射する反射鏡と、
    (h)前記集光用レンズと第2のハーフミラーと反射鏡を一体に配置する可動体と、
    (i)前記被検査物体への集光光の焦光点位置を移動し被検査物体の深層検知点として走査し、前記可動体を極座標(r,θ)方向に適宜駆動走査する機構と、
    (j)前記被検査物体の深層からの反射光は、前記第2のハーフミラーで前記参照光の反射光と合波し、前記集光用レンズを回帰し、前記第1のハーフミラーで反射して、前記光軸方向への物体プローブ光の走査によるドップラーシフトに基づく周波数のヘテロダイン干渉ビート信号を含む干渉光を検出する光検出器と、
    (k)該光検出器からの信号を処理する信号処理器及びコンピュータと、
    (l)処理信号に基づき、断層画像を表示する装置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。
    (A) a low coherence light source;
    (B) a first half mirror for separating light from the low coherence light source and reflected return light;
    (C) an optical fiber for transmitting light from the low coherence light source;
    (D) a coupling lens that converts light emitted from the optical fiber into a parallel light beam;
    (E) a condensing lens for converging the parallel light beam,
    (F) a second half mirror that divides the light condensed by the condensing lens into two parts, an object probe light to the object to be inspected and a reference light;
    (G) a reflecting mirror that reflects the reference light at a converging point having a constant optical path length;
    (H) a movable body in which the condenser lens, the second half mirror, and the reflecting mirror are integrally arranged;
    (I) a mechanism for moving the focal point position of the condensed light on the inspection object, scanning as a deep detection point of the inspection object, and appropriately driving and scanning the movable body in the polar coordinate (r, θ) direction;
    (J) The reflected light from the deep layer of the object to be inspected is combined with the reflected light of the reference light by the second half mirror, returns to the condensing lens, and is reflected by the first half mirror. A light detector that detects interference light including a heterodyne interference beat signal having a frequency based on Doppler shift due to scanning of the object probe light in the optical axis direction,
    (K) a signal processor and a computer for processing a signal from the photodetector;
    (1) An optical coherence tomography apparatus, comprising: an apparatus for displaying a tomographic image based on a processing signal.
  5. (a)低コヒーレンス光源と、
    (b)該低コヒーレンス光源からの光と反射回帰光とを分離する第1のハーフミラーと、
    (c)前記低コヒーレンス光源からの光を平行光束とする結合レンズと、
    (d)該平行光束を集束する集光用レンズと、
    (e)該集光用レンズによる集光光を被検査物体への物体プローブ光と参照光とに2分割する第2のハーフミラーと、
    (f)前記参照光を光路長一定とする集光点で反射する反射鏡と、
    (g)前記光源と第1のハーフミラーと光検出器と結合レンズと集光用レンズと第2のハーフミラーと反射鏡を一体に配置する可動体と、
    (h)前記被検査物体への集光光の焦光点位置を移動し被検査物体の深層検知点として走査し、前記可動体を光軸(Z軸)方向のみに、さらには断面軸(X、Y軸)方向に適宜駆動走査する機構と、
    (i)前記被検査物体の深層からの反射光は、前記第2のハーフミラーで前記参照光の反射光と合波し、前記集光用レンズを回帰し、前記第1のハーフミラーで反射して、前記光軸方向への物体プローブ光の走査によるドップラーシフトに基づく周波数のヘテロダイン干渉ビート信号を含む干渉光を検出する光検出器と、
    (j)該光検出器からの信号を処理する信号処理器及びコンピュータと、
    (k)処理信号に基づき、断層画像を表示する装置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。
    (A) a low coherence light source;
    (B) a first half mirror for separating light from the low coherence light source and reflected return light;
    (C) a coupling lens that converts light from the low coherence light source into a parallel light beam;
    (D) a condenser lens for converging the parallel light beam;
    (E) a second half mirror that divides the light condensed by the light condensing lens into an object probe light to the object to be inspected and a reference light;
    (F) a reflecting mirror that reflects the reference light at a light-collecting point having a constant optical path length;
    (G) a movable body integrally disposing the light source, the first half mirror, the photodetector, the coupling lens, the condensing lens, the second half mirror, and the reflecting mirror;
    (H) moving the focal point position of the condensed light on the object to be inspected, scanning as a deep detection point of the object to be inspected, and moving the movable body only in the optical axis (Z axis) direction, and further in the sectional axis ( A mechanism for appropriately driving and scanning in the (X, Y axis) directions;
    (I) The reflected light from the deep layer of the object to be inspected is combined with the reflected light of the reference light by the second half mirror, returns to the condenser lens, and is reflected by the first half mirror. A light detector that detects interference light including a heterodyne interference beat signal having a frequency based on Doppler shift due to scanning of the object probe light in the optical axis direction,
    (J) a signal processor and a computer for processing a signal from the photodetector;
    (K) An optical coherence tomography apparatus comprising a device for displaying a tomographic image based on a processing signal.
  6. (a)低コヒーレンス光源と、
    (b)該低コヒーレンス光源からの光と反射回帰光とを分離する第1のハーフミラーと、
    (c)前記第1のハーフミラーからの光を結合・集光する一個ないし一組のレンズと、
    (d)該レンズによる集光光を被検査物体への物体プローブ光と参照光とに2分割する第2のハーフミラーと、
    (e)前記参照光を光路長一定とする集光点で反射する反射鏡と、
    (f)前記光源と第1のハーフミラーと光検出器と結合・集光用レンズと第2のハーフミラーと反射鏡を一体に配置する可動体と、
    (g)前記被検査物体への集光光の焦光点位置を移動し被検査物体の深層検知点として走査し、前記可動体を光軸(Z軸)方向のみに、さらには断面軸(X、Y軸)方向に適宜駆動走査する機構と、
    (h)前記被検査物体の深層からの反射光は、前記第2のハーフミラーで前記参照光の反射光と合波し、前記結合・集光用レンズを回帰し、前記第1のハーフミラーで反射して、前記光軸方向への物体プローブ光の走査によるドップラーシフトに基づくシフト周波数のヘテロダイン干渉ビート信号を含む干渉光を検出する光検出器と、
    (i)該光検出器からの信号を処理する信号処理器及びコンピュータと、
    (j)処理信号に基づき、断層画像を表示する装置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。
    (A) a low coherence light source;
    (B) a first half mirror for separating light from the low coherence light source and reflected return light;
    (C) one or a set of lenses for combining and condensing light from the first half mirror;
    (D) a second half mirror that divides the light condensed by the lens into an object probe light to the object to be inspected and a reference light;
    (E) a reflecting mirror that reflects the reference light at a converging point having a constant optical path length;
    (F) a movable body integrally disposing the light source, the first half mirror, the photodetector, the coupling / condensing lens, the second half mirror, and the reflecting mirror;
    (G) moving the focal point position of the condensed light on the object to be inspected, scanning as a deep detection point of the object to be inspected, and moving the movable body only in the optical axis (Z axis) direction, and further, in the sectional axis ( A mechanism for appropriately driving and scanning in the (X, Y axis) directions;
    (H) the reflected light from the deep layer of the object to be inspected is combined with the reflected light of the reference light by the second half mirror, returns to the coupling / condensing lens, and returns to the first half mirror Reflected at the photodetector to detect interference light including a heterodyne interference beat signal of a shift frequency based on the Doppler shift by scanning the object probe light in the optical axis direction,
    (I) a signal processor and a computer for processing a signal from the photodetector;
    (J) An optical coherence tomography apparatus comprising an apparatus for displaying a tomographic image based on a processing signal.
  7. 請求項6記載の光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記結合・集光用レンズを前記第1のハーフミラーと第2のハーフミラーの中間に配置し、前記光源を前記レンズの前焦点距離の2倍の位置に配置し、光束を後焦点距離の2倍の位置に集束して、前記反射鏡を前記参照光の光路上の概略集光点に配置し、前記集光点を前記被検査物体の走査検知点と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。7. The optical coherence tomography apparatus according to claim 6, wherein the coupling / condensing lens is disposed between the first half mirror and the second half mirror, and the light source is twice as long as a front focal length of the lens. Position, focus the light beam at a position twice the back focal length, position the reflecting mirror at a substantially converging point on the optical path of the reference light, and scan the converging point with the object to be inspected. An optical coherence tomography apparatus, which is a detection point.
  8. 請求項2、4、5又は6記載の光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記参照光の反射鏡に振動体を配置し、参照光の反射光の位相を変調して相対的に周波数シフトを発生し、ヘテロダイン検波ビート周波数を光検出器で検出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。7. The optical coherence tomography apparatus according to claim 2, wherein a vibrator is arranged on the reflector of the reference light, and a phase shift of the reflected light of the reference light is modulated to relatively generate a frequency shift. An optical coherence tomography apparatus characterized in that a heterodyne detection beat frequency is detected by a photodetector.
  9. 請求項2、4、5、6、7又は8記載の光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記被検査物体表面を照射する光源を配備し、前記第2のハーフミラーを介して物体表面像を観測する対物レンズと撮像装置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。9. The optical coherence tomography apparatus according to claim 2, further comprising a light source for irradiating the surface of the object to be inspected, and observing an image of the object surface via the second half mirror. An optical coherence tomography apparatus comprising a lens and an imaging device.
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