JP2009025245A - Device for observing optical interference - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被測定面に照射した測定光の該被測定面による反射光と参照面に照射した参照光の該参照面による反射光との干渉光を検出して上記被測定面を観測する光干渉観測装置に関する。 The present invention observes the surface to be measured by detecting interference light between the reflected light of the measurement light irradiated on the surface to be measured and the reflected light of the reference light irradiated on the reference surface by the reference surface. The present invention relates to an optical interference observation apparatus.
医療分野等で用いられる非破壊断層計測技術の1つとして、時間的に低コヒーレンスな光をプローブ(探針)として用いる光断層画像化法「光コヒーレンストモグラフィー」(OCT:Optical Coherence Tomography)が知られている。OCTは、光を計測プローブとして用いるため、被計測物体の屈折率分布、分光情報、偏光情報(複屈折率分布)等が計測できるという利点がある(例えば、特許文献1参照)。 As one of the non-destructive tomographic techniques used in the medical field, etc., optical coherence tomography (OCT: Optical Coherence Tomography) that uses temporally low coherence light as a probe is known. It has been. Since OCT uses light as a measurement probe, OCT has an advantage that it can measure the refractive index distribution, spectral information, polarization information (birefringence distribution), etc. of the object to be measured (see, for example, Patent Document 1).
OCT800は、マイケルソン干渉計を基本としており、その原理を図12に示す。 The OCT 800 is based on a Michelson interferometer, and its principle is shown in FIG.
光源801から射出された光は、コリメートレンズ802で平行化された後に、ビームスプリッタ803により参照光と物体光に分割される。物体光は、物体アーム内の対物レンズ804によって被計測物体805に集光され、そこで散乱・反射された後に再び対物レンズ804、ビームスプリッタ803に戻る。
The light emitted from the
一方、参照光は参照アーム内の対物レンズ806を通過した後に参照鏡807によって反射され、再び対物レンズ806を通してビームスプリッタ803に戻る。このようにビームスプリッタ803に戻った物体光と参照光は、物体光とともに集光レンズ808に入射し光検出器809(フォトダイオード等)に集光される。
On the other hand, the reference light is reflected by the
OCT800の光源801は、時間的に低コヒーレンスな光(異なった時刻に光源から出た光同士は極めて干渉しにくい光)の光源を利用する。時間的低コヒーレンス光を光源としたマイケルソン型の干渉計では、参照アームと物体アームの距離がほぼ等しいときにのみ干渉信号が現れる。この結果、参照アームと物体アームの光路長差(τ)を変化させながら、光検出器809で干渉信号の強度を計測すると、光路長差に対する干渉信号(インターフェログラム)が得られる。
The
そのインターフェログラムの形状が、被計測物体805の奥行き方向の反射率分布を示しており、1次元の軸方向走査により被計測物体805の奥行き方向の構造を得ることができる。このように、OCT800では、光路長走査により、被計測物体805の奥行き方向の構造を計測できる。
The shape of the interferogram shows the reflectance distribution in the depth direction of the measured
このような軸方向の走査のほかに、横方向の機械的走査を加え、2次元の走査を行うことで被計測物体の2次元断面画像が得られる。この横方向の走査を行う走査装置としては、被計測物体を直接移動させる構成、物体は固定したままで対物レンズをシフトさせる構成、被計測物体も対物レンズも固定したままで、対物レンズの瞳面付近においたガルバノミラーの角度を回転させる構成等が用いられている。 In addition to the scanning in the axial direction, a two-dimensional cross-sectional image of the object to be measured can be obtained by performing a two-dimensional scanning by adding a horizontal mechanical scanning. The scanning device that performs the horizontal scanning includes a configuration in which the object to be measured is directly moved, a configuration in which the objective lens is shifted while the object is fixed, and a pupil of the objective lens while the object to be measured and the objective lens are fixed. The structure etc. which rotate the angle of the galvanometer mirror in the surface vicinity are used.
以上の基本的なOCTが発展したものとして、光源の波長を走査してスペクトル干渉信号を得る波長走査型OCTと、分光器を用いてスペクトル信号を得るスペクトルドメインOCTがあり、後者としてフーリエドメインOCTがある。 The basic OCT has been developed as follows: a wavelength scanning type OCT that obtains a spectral interference signal by scanning the wavelength of a light source, and a spectral domain OCT that obtains a spectral signal using a spectroscope. The latter is a Fourier domain OCT. There is.
波長走査型OCTは、非特許文献1に記されているように、生体に光を照射し、照射光の波長を連続的に変化させ、参照光と生体内の異なる深さから戻ってくる反射光とを干渉計で干渉させ、その干渉信号の周波数成分を分析することによって、断層画像を得るシステムである。この技術は物体内部からの信号の周波数分析から極めて高分解能の断層画像を構築することができるため、高度なシステムとして期待されている。波長走査型OCTは測定感度も高く、動的ノイズに強いという点で内視鏡などの実使用に好適である。ここで照射する光の波長走査の帯域が広いほど周波数分析の帯域が上がるので、深さ方向の分解能が上がる。
As described in
フーリエドメインOCTは、被計測物体からの反射光の波長スペクトルを、スペクトロメーター(スペクトル分光器)で取得し、このスペクトル強度分布に対してフーリエ変換することで、実空間(OCT信号空間)上での信号を取り出すことを特徴とするものであり、このフーリエドメインOCTは、奥行き方向の走査を行う必要がなく、x軸方向の走査を行うことで被計測物体の断面構造を計測可能である。 In the Fourier domain OCT, the wavelength spectrum of the reflected light from the object to be measured is acquired with a spectrometer (spectrum spectrometer), and Fourier transform is performed on this spectrum intensity distribution, so that the real space (OCT signal space) is obtained. This Fourier domain OCT does not need to scan in the depth direction, and can measure the cross-sectional structure of the object to be measured by scanning in the x-axis direction.
偏光感受型OCTは、フーリエドメインOCTと同様に、被計測物体からの反射光の波長スペクトルをスペクトル分光器で取得するものであるが、入射光及び参照光をそれぞれ1/2波長板、1/4波長板等を通して水平直線偏光、垂直直線偏光、45°直線偏光、円偏光として、被計測物体からの反射光と参照光を重ねて1/2波長板、1/4波長板等を通して、例えば水平偏光成分だけをスペクトル分光器に入射させて干渉させ、物体光の特定偏光状態をもつ成分だけを取り出してフーリエ変換するものである。この偏光感受型OCTも、奥行き方向の走査を行う必要がない。 Like the Fourier domain OCT, the polarization-sensitive OCT acquires the wavelength spectrum of the reflected light from the object to be measured with a spectrum spectrometer. For example, horizontal linearly polarized light, vertical linearly polarized light, 45 ° linearly polarized light, and circularly polarized light passed through a four-wavelength plate, etc. Only the horizontally polarized component is incident on the spectrum spectrometer to cause interference, and only the component having a specific polarization state of the object light is extracted and subjected to Fourier transform. This polarization sensitive OCT also does not need to be scanned in the depth direction.
従来のフーリエドメインOCTは、広帯域光源を用い、その出力光を、分光器において回折格子で分光し受光素子でスペクトル干渉信号を得る構成であるが、発光ダイオードのような白色広帯域光源を用いているので、回折格子で分光し受光素子に入射される光周波数の値は分光器の性能や受光素子の配置に依存していた。周波数軸の情報が不正確となるため、スペクトル強度のフーリエ変換で得られる実空間の距離情報の精度を上げることが困難であった。 The conventional Fourier domain OCT uses a broadband light source, and the output light is split by a diffraction grating in a spectroscope and a spectral interference signal is obtained by a light receiving element. However, a white broadband light source such as a light emitting diode is used. Therefore, the value of the optical frequency that is split by the diffraction grating and incident on the light receiving element depends on the performance of the spectrometer and the arrangement of the light receiving elements. Since the information on the frequency axis is inaccurate, it is difficult to improve the accuracy of the distance information in the real space obtained by Fourier transform of the spectrum intensity.
そこで、本発明の目的は、上述の如き問題点に鑑み、周波数軸上の情報または実空間上の絶対距離情報を高精度に検出できる光干渉観測装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical interference observation apparatus that can detect information on the frequency axis or absolute distance information in real space with high accuracy in view of the above-described problems.
本発明の他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。 Other objects of the present invention and specific advantages obtained by the present invention will become more apparent from the description of embodiments described below.
本発明に係る光干渉観測装置は、光周波数コムを発生して出射する光周波数コム発生器と、上記光周波数コム発生器から出射された光周波数コムを参照光と測定光に分割して参照光学系と測定光学系に入射し、上記参照光学系と測定光学系から戻ってくる参照光と測定光の干渉光を発生する干渉光学系と、上記干渉光学系において分割された参照光が入射され、入射された参照光を上記干渉光学系に戻す参照光学系と、上記干渉光学系において分割された測定光が入射され、入射された測定光を被測定面に照射し、上記被測定面で反射された測定光を上記干渉光学系に戻す測定光学系と、上記干渉光学系により発生された干渉光に含まれる光スペクトルを分離する光スペクトル分離手段と、上記光スペクトル分離手段により分離された各光スペクトルを検出する複数の光検出器からなる光検出手段と、上記光検出手段による各光スペクトルの検出出力が供給される信号処理手段とを備えることを特徴とする。 An optical interference observation apparatus according to the present invention generates an optical frequency comb and emits it, and divides the optical frequency comb emitted from the optical frequency comb generator into reference light and measurement light for reference. An interference optical system that enters the optical system and the measurement optical system, generates interference light between the reference light and the measurement optical system that returns from the reference optical system and the measurement optical system, and the reference light that is split in the interference optical system is incident A reference optical system that returns the incident reference light to the interference optical system, and the measurement light divided in the interference optical system is incident, the incident measurement light is irradiated onto the measurement surface, and the measurement surface Is separated by the measurement optical system for returning the measurement light reflected at the interference optical system, the optical spectrum separation means for separating the optical spectrum contained in the interference light generated by the interference optical system, and the optical spectrum separation means. Each light A light detection means comprising a plurality of light detectors for detecting the vector, the detection output of the optical spectrum by the light detecting means; and a signal processing means supplied.
本発明に係る光干渉観測装置において、上記参照光学系は、例えば、入射された参照光を参照面に照射し、上記参照面で反射された参照光を上記干渉光学系に戻す。 In the optical interference observation apparatus according to the present invention, for example, the reference optical system irradiates the reference surface with the incident reference light, and returns the reference light reflected by the reference surface to the interference optical system.
また、本発明に係る光干渉観測装置は、例えば、上記参照光学系の参照光経路又は上記測定光学系の測定光経路の何れか一方に挿入された周波数シフタを備え、上記参照光又は測定光の何れか一方の周波数を上記周波数シフタによりシフトされて上記干渉光学系に戻される。 Moreover, the optical interference observation apparatus according to the present invention includes, for example, a frequency shifter inserted in either the reference light path of the reference optical system or the measurement light path of the measurement optical system, and the reference light or measurement light Is shifted by the frequency shifter and returned to the interference optical system.
本発明では、従来のフーリエドメインOCTにおける広帯域光源に替えて、等間隔のスペクトル分布を持つ光源である光周波数コム発生器を用いたことにより、周波数軸の情報を高精度の検出することができる。 In the present invention, the information on the frequency axis can be detected with high accuracy by using an optical frequency comb generator which is a light source having a spectral distribution of equal intervals instead of the broadband light source in the conventional Fourier domain OCT. .
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Needless to say, the present invention is not limited to the following examples, and can be arbitrarily changed without departing from the gist of the present invention.
本発明に係る光干渉観測装置100は、その基本的な構成を図1に示すように、レーザー光を出射するレーザー光源10と、上記レーザー光源10からレーザー光が入射される光周波数コム発生器20と、上記光周波数コム発生器20から出射された光周波数コムを参照光と測定光に分割して参照光学系40と測定光学系50に入射し、上記参照光学系40と測定光学系50から戻ってくる参照光Paと測定光Pbの干渉光Pcを発生する干渉光学系30と、上記干渉光学系30において分割された参照光が入射され、入射された参照光を上記干渉光学系30に戻す参照光学系40と、上記干渉光学系30において分割された測定光が入射され、入射された測定光を被測定面51に照射し、上記被測定面51で反射された測定光を上記干渉光学系30に戻す測定光系50と、上記干渉光学系30により発生された干渉光Pcに含まれる光スペクトルを分離する分光器60と、上記分光器60により分離された各光スペクトルを検出する複数の光検出器からなる光検出器アレイ70と、光検出器アレイ70の検出出力が供給される信号処理部80を備える。
As shown in FIG. 1, the optical
この光干渉観測装置100において、レーザー光源10は、周波数がνのレーザー光を出射する。
In the optical
また、光周波数コム発生器20は、等間隔のスペクトル分布を持つ光源である。
The optical
この光周波数コム発生器20は、例えばEOM(電気光学変調器)と当該EOMを挟むように対向して配設された反射鏡とからなり、EOMと反射鏡で光発振器を構成してなる外部変調方式の光周波数コム発生器であって、外部発振器21により周波数fmの変調信号が与えられる。この光周波数コム発生器20は、図2に示すように、変調信号の周波数fmに一致する等周波数間隔で発生させた側波帯(サイドバンド)を有する光周波数コムを上記レーザー光源10から出射されたレーザー光に基づいて発生して出射する。また、光周波数コム発生器20が出射する光周波数コムの中心の周波数は、入射レーザー周波数νに一致している。
The optical
この光干渉観測装置100において、レーザー光源10が出射するレーザー光の周波数νと、光周波数コム発生器20の変調信号の周波数fmは独立に調整可能である。
In this optical
ここで、光周波数コム発生器20が出射する光周波数コムは、相対的な位相の関係が固定されており、また、その周波数間隔の確度、安定度はマイクロ波周波数fmの確度、安定度に一致する。マイクロ波周波数帯では、スペクトル幅が狭く周波数安定度も高い発振器が容易に入手できるため、光コム発生器が出力する光コムは、きわめて正確な光周波数の目盛りとなる。入射レーザーを安定化レーザーに置き換えれば、すべてのサイドバンドの絶対周波数を固定できる。
Here, the optical frequency comb emitted from the optical
このような構成の光干渉観測装置100では、光周波数コム発生器20から出射される光周波数コムが光パルスとして干渉光学系30の半透鏡31により測定光と参照光に分割されて参照光学系40と測定光学系50に入射される。
In the optical
参照光学系40は、上記干渉光学系30から入射された参照光を参照面41に照射し、この参照面41により反射された参照光Paを当該干渉光学系30に戻す。また、測定光学系50は、上記干渉光学系30から入射された測定光を被測定面51に照射し、この被測定面51により反射された測定光Pbを当該干渉光学系30に戻す。
The reference
そして、干渉光学系30は、上記参照光学系40と測定光学系50から戻ってくる参照光Paと測定光Pbを半透鏡31において重ね合わせることにより上記参照光Paと測定光Pbとの干渉光Pcを発生する。
Then, the interference
ここで、上記干渉光学系30において、半透鏡31による重ね合わされる被測定面51による反射された測定光(遅延パルス)Pbと参照面31により反射された参照光(参照パルス)Paは、図3に示すように、半透鏡31から被測定面40と参照面31までの差距離差、すなわち、光路長の差に対応した時間差t0を有している。そして、フーリエ変換の性質から、被測定面40により反射された測定光(遅延パルス)Pbのスペクトルは、図4に示すように、参照面31により反射された参照光(参照パルス)Paのスペクトルに対して周波数に比例した位相特性を持つ。
Here, in the interference
そして、被測定面40により反射された測定光(遅延パルス)Pbと参照面31により反射された参照光(参照パルス)Paを干渉光学系30において半透鏡31により重ねることにより発生される干渉光Pcは、図5に示すように、分光器60により各光スペクトル成分に分解すると光検出器アレイ70により検出される各光スペクトル成分の強度に周波数特性があらわれる。
Then, interference light generated by superimposing the measurement light (delayed pulse) Pb reflected by the surface to be measured 40 and the reference light (reference pulse) Pa reflected by the
ここで、分光器60によりに分解された各光スペクトル成分は、コリメータレンズ61を介して光検出器アレイ70の1素子毎に1本のサイドバンドが入射されるようになっている。
Here, each side of the optical spectrum component decomposed by the spectroscope 60 is incident on each element of the
分光器60には、周波数に応じて光路を分離する機能を持つ回折格子やプリズムなど光学素子が用いられる。また、光検出器アレイ70に替えて単独の光検出器を複数用いることもできる。
The spectroscope 60 uses an optical element such as a diffraction grating or a prism having a function of separating an optical path according to a frequency. A plurality of single photodetectors can be used in place of the
信号処理部80では、光検出器アレイ70により検出される各光スペクトル成分の強度の周波数特性から、上記半透鏡31から参照面41と被測定面51までの距離差に対応した時間差t0を求め、求めた時間差t0から上記距離差を求めることができる。
In the
すなわち、上述の如く、被測定面51により反射された測定光(遅延パルス)Pbのスペクトルは、図4に示すように、参照面41により反射された参照光(参照パルス)Paのスペクトルに対して周波数に比例した位相特性を持つので、上記光検出器アレイ70により検出出力に基づき、上記参照パルスPaに対する遅延パルスPbの相対位相の傾き2πft0から上記時間差t0を求め、求めた時間差t0から上記距離差を求めることができる。
That is, as described above, the spectrum of the measurement light (delayed pulse) Pb reflected by the surface to be measured 51 corresponds to the spectrum of the reference light (reference pulse) Pa reflected by the
なお、途中の経路に群遅延分散があると、周波数と位相の関係は直線から外れる。この場合、群遅延分散の補償素子を挿入するか、信号処理で直線成分のみ推定することによって時間差t0を求める。 Note that if there is group delay dispersion in the middle path, the relationship between frequency and phase deviates from a straight line. In this case, the time difference t 0 is obtained by inserting a compensation element for group delay dispersion or estimating only a linear component by signal processing.
ここで、図6に示す光干渉観測装置110のように、干渉光学系30から参照光が入射される参照光学系40において、入射された参照光の周波数を周波数シフタ42によりシフトして、周波数をシフトした参照光Paを上記干渉光学系30に戻すようにしてもよい。なお、この光干渉観測装置110において、上記光干渉観測装置100と同一の構成要素については、図6中に同一参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。
Here, in the reference
この光干渉観測装置110において、干渉光学系30は、光周波数コム発生器20から入射される光周波数コムを参照光と測定光に分離する第1の半透鏡31Aと、参照光学系40と測定光学系50から戻されて参照光Paと測定光Pbを重ね合わせて、参照光Paと測定光Pbとの干渉光Pcを発生する第2の半透鏡31Bとを備える。そして、上記第1の半透鏡31Aにより分離した参照光は参照光学系40を入射され、また、測定光は、第2の半透鏡31Bを介して測定光学系50に入射されるようになっている。
In this optical
また、参照光学40は、上記干渉光学系30の第1の半透鏡31Aにより分離された参照光が入射され、発振器43の出力により動作して、入射された参照光の周波数をfaだけシフトする周波数シフタ42を備え、この周波数シフタ42により周波数がシフトされた参照光Paを第1の反射鏡41A及び第2の反射鏡41Bを介して上記干渉光学系30の第2の半透鏡31Bに戻すようになっている。
Further, the reference optical 40 receives the reference light separated by the first
上記周波数シフタ42は、例えば内部に発生した超音波により音響光学相互作用で参照光の位相を変化させる音響光学変調器(AOM:acoustooptic modulator)からなる。
The
そして、上記干渉光学系30は、上記参照光学系40と測定光学系50から戻されて参照光Paと測定光Pbを第2の半透鏡31Bにおいて重ね合わせることにより上記参照光Paと測定光Pbとの干渉光Pcを発生する。上記干渉光学系30により発生された干渉光Pcは、分光器60により各光スペクトル成分に分解され、光検出器アレイ70により検出される。
The interference
このような構成の光干渉観測装置110では、レーザー光源10から出射されるレーザー子の周波数をν、光周波数コム発生器20に外部発振器21から与えられる変調信号の周波数をfmとすると、図7の(A)に示すように、中心(0次)周波数がνで、n次コムモード周波数がν+nfmの測定光Pbが上記測定光学系50を介して上記干渉光学系30に戻され、図7の(B)に示すように、中心(0次)周波数がν+faで、n次コムモード周波数がν+fa+nfmの参照Paが上記参照系40を介して上記干渉光学系30に戻される。
In the optical
したがって、上記干渉光学系30において発生される干渉光Pcのビート周波数は、0次の周波数が(ν+fa)−ν=faで、n次周波数が{ν+fa+nfm}−(ν+nfm)=fa(ここで、n=0,±1,±2,…..)、すなわち、すべてfaになる。
Therefore, the beat frequency of the interference light Pc generated in the interference
すなわち、光検出器アレイ70の各素子では、すべてビート周波数がfaの各光スペクトル成分が検出される。
That is, each element of the
ここで、n次モードの干渉波の電界en(t)は、次の(1)式にて示される。 Here, the electric field e n (t) of the interference wave of the n-th mode is expressed by the following equation (1).
この(1)式において、νはレーザー周波数、faはシフト周波数、nはコムモード次数、fmは変調周波数、ETnは測定光の電界、ERnは参照光の電界である。さらに、θnは、参照光パルスのn次モードの位相に対する測定光パルスの相対位相である。 In this equation (1), ν is a laser frequency, fa is a shift frequency, n is a comb mode order, fm is a modulation frequency, ETn is an electric field of measurement light, and ERn is an electric field of reference light. Furthermore, θn is the relative phase of the measurement light pulse with respect to the phase of the nth mode of the reference light pulse.
そして、光検出器アレイ70による検出出力電流in(t)は、次の(2)式にて示される。
The detection output current i n (t) by the
この(2)式において、aは比例定数である。 In the formula (2), a is a proportionality constant.
したがって、信号処理部80では、光検出器アレイ70で同時に検出された交流信号in(t)の位相と振幅を比較することによりサイドバンド間の相対位相・振幅をリアルタイムに知ることができる。
Therefore, the
干渉信号の直流成分を測る場合、測定された電圧値から測定光の振幅と隣接サイドバンド間の位相差を求めることは容易でないが、この光干渉観測装置110のように参照光の経路に周波数シフタ42を挿入することにより、光検出器アレイ70で観測される信号がシフト周波数faになるため、信号処理部80における信号処理による位相比較が行いやすくなり、また、交流成分を観測しているので1モードあたり1個の検出器で干渉信号の位相と振幅を知ることができる。
When measuring the DC component of the interference signal, it is not easy to obtain the amplitude of the measurement light and the phase difference between adjacent sidebands from the measured voltage value, but the frequency in the reference light path as in the optical
なお、この光干渉観測装置110では、参照光学系40の参照光経路の時間遅延に対する測定光学系50の測定光経路の時間遅延を測定する。
The optical
ここで、上記参照光学系40の参照光経路中に周波数シフタ42を挿入する代わりに、上記測定光学系50の測定光経路中に周波数シフタ42を挿入するようにしてもよい。
Here, instead of inserting the
また、図8に示す光干渉観測装置120のように、測定光学系50の測定光経路中に半透鏡を用いた参照面41を設け、参照光学系40の参照光経路の時間遅延に対する測定光学系50の測定光経路の時間遅延を参照面41と被測定面51の2枚の反射面に対してそれぞれ測定して、距離の差を求めることによって、参照面41と被測定面51の間隔を測定することができる。
Further, like the optical
なお、この光干渉観測装置120は、測定光学系50以外の構成は上記光干渉観測装置110と同一であるので、同一構成要素を図8中に同一参照符号を付して示し、その詳細な説明を省略する。
Since this optical
上記光干渉観測装置110や光干渉観測装置120では、往復で使用することのできる周波数シフタ42を用いることもでき、例えば、図9に示す光干渉観測装置130のように、参照光学系40において、周波数シフタ42を往復で使用する構成とすることにより、往路と復路それぞれfa/2の周波数シフトを与えるようにしてもよい。
In the optical
なお、この光干渉観測装置130は、参照光学系50以外の構成は上記光干渉観測装置110と同一であるので、同一構成要素を図9中に同一参照符号を付して示し、その詳細な説明を省略する。
Since this optical
以上の説明では、参照面と被測定面と間の経路差や距離を測定する場合について説明したが、測定光学系50において測定光による被測定面を走査して、光検出器アレイ70により得られる検出出力に基づいて、信号処理部80において被測定面51の断層画像を生成するなど、本発明に係る光干渉観測装置は、光コヒーレンストモグラフィー装置に応用することもできる。
In the above description, the case where the path difference or distance between the reference surface and the surface to be measured is measured has been described. However, the measurement
なお、直流的な位相比較を行う構成の場合、例えば図10に示す光干渉観測装置140のように、それぞれ2個の分光器60A,60B、光検出器アレイ70A,760B、信号処理部80A,80Bを備える構成とし、干渉信号のsin成分とcos成分の電圧を計測することにより、位相と振幅を測定することができる。
In the case of a configuration that performs DC phase comparison, for example, two spectrometers 60A and 60B,
この光干渉観測装置140では、参照光学系40の参照光経路中に1/8波長板44を備え、光周波数コム発生器20は、光周波数コム出力の偏光を上記1/8波長板44の結晶軸に一致した成分と直交した成分を持つように調整しておく。
This optical
参照光学系40の参照光経路中に設けられた1/8波長板44は、干渉光学系30から入射された参照光の一方の偏光成分に往復で1/4波長の位相シフトを与える。
The 1/8
干渉光学系30は、上記1/8波長板44により1/4波長の位相シフトされた成分の干渉光を分離する偏光ビームスプリッタ32を備え、この偏光ビームスプリッタ32により分離した干渉光Pca,Pcbを第1の分光器60Aと第2の分光器60Bに入射するようになっている。この偏光ビームスプリッタ32により分離された一方の干渉光Pcbは、反射鏡33により反射して第2の分光器60Bに入射される。
The interference
そして、上記第1の分光器60Aにより干渉光Pcaに含まれる光スペクトルを分離して第1の光検出器アレイ70Aで検出するとともに、上記第2の分光器60Bにより干渉光Pcbに含まれる光スペクトルを分離して第2の光検出器アレイ70Bで検出する。信号処理部80では、第1の信号処理部80Aにより上記第1の光検出器アレイ70Aによる検出出力に基づいて、干渉光Pcaのancosθn成分の電圧を算出するとともに、第2の信号処理部80Bにより上記第2の光検出器アレイ70Bによる検出出力に基づいて、干渉光Pcbのansinθn成分の電圧を算出し、算出した干渉信号のsin成分とcos成分の電圧から位相と振幅を求めることができる。
Then, the light spectrum included in the interference light Pca is separated by the first spectroscope 60A and detected by the
ここで、上述の如き構成の光干渉観測装置100,110,120,130,140において、レーザー光源10とEOMを用いる光周波数コム発生器20にかえてモード同期レーザーを用いてもよい。この場合、用いるモード同期レーザーの中心周波数と光コム周波数間隔に合わせて、1素子に1本の周波数成分が入力されるよう分光器60の特性と光検出器アレイ70の配置を調整する。
Here, in the optical
また、分光器60によりに分解された各光スペクトル成分は、図5に示したように、コリメータレンズ61を介して光検出器アレイ70の1素子毎に1本のサイドバンドが入射され、全て光スペクトル成分が光検出器アレイ70で検出されるものとしたが、図11に示す光干渉観測装置150のように、光コムの多数のモードの中で必要なモードの光スペクトル成分を選択的に検出するように、光検出器アレイ70に替えて、検出すべき光スペクトルに対応した数の光検出器70A,70B,70Cを備える構成とし、光検出器70A,70B,70Cによる検出出力について、信号処理部にて、それらの位相・振幅情報を求めるようにしても良い。この場合にも、光検出器70A,70B,70Cには、1素子毎に1本のサイドバンドが入射されるようになっている。
Further, as shown in FIG. 5, each of the optical spectrum components decomposed by the spectroscope 60 is incident on one sideband for each element of the
なお、この光干渉観測装置150において、上記光干渉観測装置100と同一の構成要素については、図11中に同一参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。
In this optical
10 レーザー光源、20 光周波数コム発生器、21 外部発振器、30 干渉光学系、31,31A,31B 半透鏡、32 偏光ビームスプリッタ、33 反射鏡40 参照光学系、41 参照面、41A,41B 反射鏡、42 周波数シフタ、43 発振器、44 1/8波長板、50 測定光学系、51 被測定面、60,60A,60B 分光器、61 コリメータレンズ、70,70A,70B 光検出器アレイ、80,80A,80B 信号処理部、100〜150 光干渉観測装置
DESCRIPTION OF
Claims (3)
上記光周波数コム発生器から出射された光周波数コムを参照光と測定光に分割して参照光学系と測定光学系に入射し、上記参照光学系と測定光学系から戻ってくる参照光と測定光の干渉光を発生する干渉光学系と、
上記干渉光学系において分割された参照光が入射され、入射された参照光を上記干渉光学系に戻す参照光学系と、
上記干渉光学系において分割された測定光が入射され、入射された測定光を被測定面に照射し、上記被測定面で反射された測定光を上記干渉光学系に戻す測定光学系と、
上記干渉光学系により発生された干渉光に含まれる光スペクトルを分離する光スペクトル分離手段と、
上記光スペクトル分離手段により分離された各光スペクトルを検出する複数の光検出器からなる光検出手段と、
上記光検出手段による各光スペクトルの検出出力が供給される信号処理手段と
を備えることを特徴とする光干渉観測装置。 An optical frequency comb generator for generating and emitting an optical frequency comb;
The optical frequency comb emitted from the optical frequency comb generator is divided into reference light and measurement light, incident on the reference optical system and measurement optical system, and the reference light returned from the reference optical system and measurement optical system and measurement. An interference optical system that generates interference light, and
A reference optical system that receives the reference light split in the interference optical system and returns the incident reference light to the interference optical system;
A measurement optical system that receives the measurement light split in the interference optical system, irradiates the measurement light incident on the surface to be measured, and returns the measurement light reflected by the surface to be measured to the interference optical system;
An optical spectrum separating means for separating an optical spectrum included in the interference light generated by the interference optical system;
A light detection means comprising a plurality of light detectors for detecting each light spectrum separated by the light spectrum separation means;
An optical interference observation apparatus comprising: signal processing means to which detection output of each optical spectrum by the light detection means is supplied.
上記参照光又は測定光の何れか一方の周波数を上記周波数シフタによりシフトされて上記干渉光学系に戻されることを特徴とする請求項1又は請求項2の何れか1項に記載の光干渉観測装置。 A frequency shifter inserted into either the reference light path of the reference optical system or the measurement light path of the measurement optical system;
3. The optical interference observation according to claim 1, wherein the frequency of one of the reference light and the measurement light is shifted by the frequency shifter and returned to the interference optical system. 4. apparatus.
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