JP2017026596A - 三次元屈折率測定方法および三次元屈折率測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】三次元屈折率測定方法および三次元屈折率測定装置。
【解決手段】波面制御器を活用した三次元屈折率測定方法は、波面制御器（ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ｓｈａｐｅｒ）を使用して入射光の走査角度および波面パターンのうち少なくとも１つを変更してサンプルに入射させる段階、前記サンプルを通過した二次元光学場を、干渉計を利用して少なくとも１つ以上の前記入射光にしたがって測定する段階、および測定された前記二次元光学場の情報によって三次元屈折率映像を取得する段階を含む。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、波面制御器を活用した超高速高精密三次元屈折率測定方法および装置に関し、より詳細には、波面制御器（Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ Ｓｈａｐｅｒ）を活用して光断層撮影法のための入射光を制御する超高速高精密三次元屈折率測定方法および装置に関する。

三次元屈折率測定技術（３Ｄ Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ Ｉｎｄｅｘ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＲＩＴ）とは、Ｅ．Ｗｏｌｆによって提案され、Ｖ．Ｌａｕｅｒなどによって実現された光学技術であって、細胞のような微細な試験片（サンプル）または半導体工程製作物などの三次元屈折率分布測定を通じて試験片（サンプル）の形状と光学性質の測定に使用することができる（非特許文献１〜３）。

三次元屈折率測定技術（ＲＩＴ）は、Ｘ−ｒａｙ Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（ＣＴ）を光学によって実現した技術であって、一般的には、サンプルに入射させる平面波の入射角度を変えて測定した複数枚の二次元ホログラフィック映像（光の吸収映像と光の位相遅延映像を含む）を撮影し、撮影した多数の二次元映像から三次元散乱ポテンシャル（Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）を計算して求める方法である。

従来の方式では、平面波の角度を変えるために、サンプルを直接回す方法、ガルバノ（ｇａｌｖａｎｏｍｅｔｅｒ）ミラーを利用する方法（非特許文献２）、または液晶を使用した空間周波数変調器（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ−ｂａｓｅｄ ｓｐａｔｉａｌ ｌｉｇｈｔ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ：ＬＣ−ＳＬＭ）を利用する方法が用いられていた。

しかし、これらの方法は、測定速度と精密度に大きな問題を抱えている。例えば、サンプルを直接回す方法では、サンプルの回転軸を固定するのが難しいうえ、振動による問題が発生するため、細胞のような生体細胞を直接回転させるとサンプルの変形が生じる恐れがある。

ガルバノミラーを利用する方法では、微細振動などの影響で入射角の安定的な制御が難しく、ガルバノミラーの回転軸と反射面が一致しないという問題により、正確な光学整列が不可能であった。さらに、ＬＣ−ＳＬＭを利用する方法では、液晶の反応速度の制約によって根本的に高速撮影が不可能であるうえ、１台あたりの価格が極めて高く、商品製作の個別単価を高騰させてしまう。

Ｅ．Ｗｏｌｆ，"Ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｅｍｉ−ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｏｂｊｅｃｔｓ ｆｒｏｍ ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｄａｔａ，"Ｏｐｔｉｃｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ １，１５３−１５６（１９６９）． Ｖ．Ｌａｕｅｒ，"Ｎｅｗ ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ ｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ｙｉｅｌｄｉｎｇ ａ ｖｅｃｔｏｒ ｅｑｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ａｎｄ ａ ｎｏｖｅｌ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｉｃ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，"Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ２０５，１６５−１７６（２００２）． Ｋ．Ｋｉｍ，Ｈ．−Ｏ．Ｙｏｏｎ，Ｍ．Ｄｉｅｚ−Ｓｉｌｖａ，Ｍ．Ｄａｏ，Ｒ．Ｄａｓａｒｉ，ａｎｄ Ｙ．−Ｋ．Ｐａｒｋ，"Ｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｏｆ ｒｅｄ ｂｌｏｏｄ ｃｅｌｌｓ ｐａｒａｓｉｔｉｚｅｄ ｂｙ Ｐｌａｓｍｏｄｉｕｍ ｆａｌｃｉｐａｒｕｍ ａｎｄ ｉｎ ｓｉｔｕ ｈｅｍｏｚｏｉｎ ｃｒｙｓｔａｌｓ ｕｓｉｎｇ ｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ，"Ｊ．Ｂｉｏｍｅｄ．Ｏｐｔ．１９，０１１００５−０１１０１２（２０１４）． Ｗ．−Ｈ．Ｌｅｅ，"Ｂｉｎａｒｙ ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｈｏｌｏｇｒａｍｓ，"Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ １８，３６６１−３６６９（１９７９）． Ｓ． Ａ． Ｇｏｏｒｄｅｎ， Ｊ． Ｂｅｒｔｏｌｏｔｔｉ， ａｎｄ Ａ． Ｐ． Ｍｏｓｋ， "Ｓｕｐｅｒｐｉｘｅｌ−ｂａｓｅｄ ｓｐａｔｉａｌ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ａｎｄ ｐｈａｓｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ａ ｄｉｇｉｔａｌ ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ ｄｅｖｉｃｅ，" Ｏｐｔｉｃｓ ｅｘｐｒｅｓｓ ２２， １７９９９−１８００９ （２０１４）．． Ｋ．Ｌｅｅ，Ｋ．Ｋｉｍ，Ｊ．Ｊｕｎ，Ｊ．Ｈｅｏ，Ｓ．Ｃｈｏ，Ｓ．Ｌｅｅ，Ｇ．Ｃｈａｎｇ，Ｙ．Ｊｏ，Ｈ．Ｐａｒｋ，ａｎｄ Ｙ．Ｐａｒｋ，"Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｐｈａｓｅ ｉｍａｇｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｃｅｌｌ ｐａｔｈｏｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ：ｆｒｏｍ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｔｏ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，"Ｓｅｎｓｏｒｓ １３，４１７０−４１９１（２０１３）．

本発明の実施形態は、波面制御器（Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ Ｓｈａｐｅｒ）を活用した超高速高精密三次元屈折率測定方法および装置に関する。より詳細には、波面制御器を活用して光断層撮影法のための入射光を制御して超高速高精密三次元屈折率を測定する方法および装置を提供することを目的とする。

また、本発明の実施形態は、超高速光断層撮影のために互いに異なる角度あるいは異なるパターンを有するように入射光を制御し、安定かつ迅速に入射光を制御することにより、高速かつ精密に三次元屈折率を測定することができる波面制御器を活用した超高速高精密三次元屈折率測定方法および装置を提供することを他の目的とする。

本発明の一実施形態に係る波面制御器を活用した三次元屈折率測定方法は、波面制御器（ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ｓｈａｐｅｒ）を使用して入射光の走査角度および波面パターンのうち少なくとも１つを変更してサンプルに入射させる段階、前記サンプルを通過した二次元光学場を、干渉計を利用して少なくとも１つ以上の前記入射光にしたがって測定する段階、および測定された前記二次元光学場の情報によって三次元屈折率映像を取得する段階を含む。

ここで、前記入射光を制御してサンプルに入射させる段階は、前記波面制御器として可変鏡（Ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ Ｍｉｒｒｏｒ：ＤＭ）を使用し、前記可変鏡（ＤＭ）の傾く角度を制御して前記入射光の平面波の進行角度を制御する段階、および制御された前記平面波の進行角度を複数のレンズで拡大して前記サンプルに入射させる段階を含んでもよい。

前記平面波の進行角度を制御する段階は、前記可変鏡で現れる勾配の２倍の傾きに前記平面波の進行角度を制御してもよい。

前記入射光を制御してサンプルに入射させる段階は、前記波面制御器として多数のマイクロミラーを含む配列を備えるデジタルマイクロミラー素子（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ：ＤＭＤ）を使用し、前記デジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）で反射した前記二次元光学場を伝達する第１レンズと第２レンズとの間に空間フィルタ（ｓｐａｔｉａｌ ｆｉｌｔｅｒ）を配置する段階、前記空間フィルタ（ｓｐａｔｉａｌ ｆｉｌｔｅｒ）を通過した１次回折光に位相が調節されて線形的な傾きを有する前記入射光の平面波の進行角度を制御する段階、および制御された前記平面波の進行角度を複数のレンズで拡大して前記サンプルに入射させる段階を含んでもよい。

前記入射光を制御してサンプルに入射させる段階は、前記波面制御器として多数のマイクロミラーを含む配列を備えるデジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）を使用し、前記デジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）で反射した前記二次元光学場を伝達する第１レンズおよび第２レンズのうち少なくとも１つ以上のレンズの中心が光学軸から所定の間隔だけ外れるように配列する段階、前記第１レンズと前記第２レンズとの間に空間フィルタ（ｓｐａｔｉａｌ ｆｉｌｔｅｒ）を配置して回折限界まで縮小して前記デジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）のピクセルをグルーピングして形成されるスーパーピクセルを構成するピクセルを区別できないようにして、位相が０〜２πまで調節可能なスーパーピクセル配列を形成する段階、前記スーパーピクセル配列の前記位相を調節して線形的な位相の傾きを有する前記入射光の平面波の進行角度を制御する段階、および制御された前記平面波の進行角度を複数のレンズで拡大して前記サンプルに入射させる段階を含んでもよい。

前記入射光を制御してサンプルに入射させる段階は、前記波面制御器として多数のマイクロミラーを含む配列を備えるデジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）を使用し、前記デジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）を光学整列のフーリエ平面（Ｆｏｕｒｉｅｒ ｐｌａｎｅ）上に位置させ、個別の光源によって前記多数のマイクロミラーの位置の制御が可能なレーザ配列を形成する段階、前記レーザ配列を利用して光を反射させる前記多数のマイクロミラーの位置を変更して前記入射光の平面波の進行角度を制御する段階、および制御された前記平面波の進行角度を複数のレンズで拡大して前記サンプルに入射させる段階を含んでもよい。

前記三次元屈折率映像を取得する段階は、三次元光回折断層撮影アルゴリズム（３Ｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）に入力して、前記三次元散乱ポテンシャルまたは三次元屈折率映像を取得してもよい。

本発明の他の実施形態に係る波面制御器（ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ｓｈａｐｅｒ）を活用した超高速高精密三次元屈折率測定方法は、デジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）を使用して少なくとも１つ以上の入射光パターンをサンプルの平面に入射させる段階、前記入射光パターンを変更して少なくとも１つ以上の前記入射光パターンに対する前記二次元光学場を、干渉計を利用して測定する段階、および測定された前記二次元光学場の情報から前記入射光パターンに含まれた互いに異なる角度の平面波に対する前記サンプルの反応を数値的に分析し、三次元屈折率映像を取得する段階を含む。

本発明のさらに他の実施形態に係る波面制御器を活用した超高速高精密三次元屈折率測定装置は、波面制御器を使用して入射光の走査角度および波面パターンのうち少なくとも１つを変更してサンプルに入射させる変調部、前記サンプルを通過した二次元光学場を、少なくとも１つ以上の前記入射光にしたがって測定する干渉計、および測定された前記二次元光学場の情報によって三次元屈折率映像を取得する映像部を備える。

前記変調部は、傾く角度を制御して前記入射光の平面波の進行角度を制御する前記波面制御器である可変鏡（Ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ Ｍｉｒｒｏｒ：ＤＭ）、および前記平面波の進行角度を拡大して前記サンプルに入射させる複数のレンズを含んでもよい。

前記変調部は、前記波面制御器として多数のマイクロミラーを含む配列を備えるデジタルマイクロミラー素子（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ：ＤＭＤ）、前記デジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）で反射した前記二次元光学場を伝達する第１レンズおよび第２レンズ、前記第１レンズと第２レンズとの間に配置され、１次回折光に位相が調節されて線形的な傾きを有する前記入射光の平面波の進行角度を制御する空間フィルタ（ｓｐａｔｉａｌ ｆｉｌｔｅｒ）、および前記平面波の進行角度を拡大して前記サンプルに入射させる複数のレンズを含んでもよい。

前記変調部は、前記波面制御器として多数のマイクロミラーを含む配列を備えるデジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）、前記デジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）で反射した前記二次元光学場を伝達し、少なくとも１つ以上のレンズの中心が光学軸から所定の間隔だけ外れるように配列される第１レンズおよび第２レンズ、前記第１レンズと前記第２レンズとの間に配置される空間フィルタ（ｓｐａｔｉａｌ ｆｉｌｔｅｒ）、および前記平面波の進行角度を拡大して前記サンプルに入射させる複数のレンズを含み、前記変調部は、回折限界まで縮小して前記デジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）のピクセルをグルーピングして形成されるスーパーピクセルを構成するピクセルを区別できないようにし、位相が０〜２πまで調節可能なスーパーピクセル配列を形成し、前記スーパーピクセル配列の前記位相を調節して線形的な位相の傾きを有する前記入射光の平面波の進行角度を制御してもよい。

前記変調部は、前記波面制御器として多数のマイクロミラーを含む配列を備えるデジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）、前記デジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）で反射した前記二次元光学場を伝達する第１レンズ、および前記平面波の進行角度を拡大して前記サンプルに入射させる複数のレンズを含み、前記変調部は、前記デジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）を光学整列のフーリエ平面（Ｆｏｕｒｉｅｒ ｐｌａｎｅ）上に位置させ、個別の光源によって前記多数のマイクロミラーの位置の制御が可能なレーザ配列を形成し、前記レーザ配列を利用して光を反射させる前記多数のマイクロミラーの位置を変更して前記入射光の平面波の進行角度を制御してもよい。

前記映像部は、三次元光回折断層撮影アルゴリズム（３Ｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）に入力して、前記三次元散乱ポテンシャルまたは三次元屈折率映像を取得してもよい。

本発明のさらに他の実施形態に係る波面制御器を活用した超高速高精密三次元屈折率測定装置は、少なくとも１つ以上の入射光パターンをサンプルの平面に入射させるデジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）、前記入射光の平面波の進行角度を拡大して前記サンプルに入射させる第１レンズおよび第２レンズ、前記入射光パターンを変更して少なくとも１つ以上の前記入射光パターンに対する前記二次元光学場を測定する干渉計、および測定された前記二次元光学場の情報から前記入射光パターンに含まれた互いに異なる角度の平面波に対する前記サンプルの反応を数値的に分析し、三次元屈折率映像を取得する映像部を備える。

本発明の実施形態によると、超高速光断層撮影のために互いに異なる角度あるいは異なるパターンを有するように入射光を制御し、安定かつ迅速に入射光を制御することにより、高速かつ精密に三次元屈折率を測定することができる波面制御器を活用した超高速高精密三次元屈折率測定方法および装置を提供することができる。

また、本発明の実施形態によると、可変鏡（ＤＭ）あるいはデジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）のような波面制御器を利用した超高速入射光制御により、既存のガルバノ（ｇａｌｖａｎｏｍｅｔｅｒ）ミラーや機械的な試験片、あるいは光源の動きよりも遥かに安定かつ迅速に作動し、三次元屈折率測定を高速かつ精密に行うことができる。

本発明の一実施形態に係る、波面制御器を活用した超高速高精密三次元屈折率測定装置を概略的に説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る、可変鏡を活用した超高速高精密三次元屈折率測定装置を説明するための図である。 本発明の他の実施形態に係るデジタルマイクロミラー素子を活用した超高速高精密三次元屈折率測定装置を説明するための図である。 本発明のさらに他の実施形態に係るデジタルマイクロミラー素子を活用した超高速高精密三次元屈折率測定装置を説明するための図である。 本発明のさらに他の実施形態に係るデジタルマイクロミラー素子を活用した超高速高精密三次元屈折率測定装置を説明するための図である。 本発明のさらに他の実施形態に係るデジタルマイクロミラー素子を活用した超高速高精密三次元屈折率測定装置を説明するための図である。

以下、添付の図面を参照しながら実施形態を説明する。しかし、記述される実施形態は、多様な他の形態に変形されてもよく、本発明の範囲が以下で説明される実施形態によって限定されることはない。また、多様な実施形態は、当技術分野において通常的な知識を有する者に、本発明をより完全に説明するために提供されるものである。図面において、要素の形状および大きさなどは、より明確な説明のために誇張されてもよい。

本発明は、波面制御器（ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ｓｈａｐｅｒ）を活用して光断層撮影法のための入射光の制御技術に関し、光断層撮影法のために互いに異なる角度あるいは異なるパターンを有するように入射光を制御し、安定かつ迅速に入射光を制御する技術に関する。超高速で波面を制御することができる素子としては、可変鏡（Ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ Ｍｉｒｒｏｒ：ＤＭ）とデジタルマイクロミラー素子（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ：ＤＭＤ）を含んでもよい。

このような素子を利用して入射光を制御する技術は、光学的整列に応じて数種類の方法を使用することが可能である。下記では、可変鏡（ＤＭ）とデジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）を活用して入射光を制御する技術について具体的に説明する。

図１は、一実施形態に係る波面制御器を活用した超高速高精密三次元屈折率測定装置を概略的に説明するための図である。

図１を参照すると、本発明の一実施形態に係る波面制御器を活用した超高速高精密三次元屈折率測定装置１００は、変調部１１０、干渉計１２０、および映像部１３０を備えても構成されてもよい。

変調部１１０は、波面制御器を使用して入射光の走査角度および波面パターンのうち少なくとも１つを変更してサンプル（試験片）に入射させてもよい。波面制御器としては、光の位相を制御することができる機器、または位相を制御することができる固定された形態のフィルムが使用されてもよい。例えば、波面制御器は、超高速で波面を制御することができる可変鏡（ＤＭ）とデジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）を含んでもよい。

干渉計１２０は、少なくとも１つ以上の入射光から干渉信号を抽出するものであって、サンプルを通過した二次元光学場を少なくとも１つ以上の入射光にしたがって測定してもよい。

映像部１３０は、測定された二次元光学場の情報によって三次元屈折率映像を取得するものであって、高速かつ精密に三次元屈折率の測定が可能な波面制御器を活用した超高速高精密三次元屈折率測定方法および装置を提供してもよい。

以下では、実施形態を参照しながら、波面制御器を活用した超高速高精密三次元屈折率測定に関する技術についてさらに具体的に説明する。

図２は、本発明の一実施形態に係る、可変鏡を活用した超高速高精密三次元屈折率測定装置を説明するための図である。

図２を参照すると、可変鏡（ＤＭ）を利用して可変鏡が傾く角度を直接制御し、平面波の進行角度を制御してもよい。

可変鏡（ＤＭ）を活用した超高速高精密三次元屈折率測定装置２００は、変調部、干渉計、および映像部を備えて構成されてもよい。

変調部は、波面制御器を使用して入射光の走査角度および波面パターンのうち少なくとも１つを変更してサンプルに入射させてもよい。

より具体的に、変調部は、可変鏡（ＤＭ）２１０および複数のレンズ２２１、２２２を含んでもよい。

可変鏡（Ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ Ｍｉｒｒｏｒ：ＤＭ）２１０は、波面制御器のうち１つであって、傾く角度を制御して入射光の平面波の進行角度を制御してもよい。

複数のレンズ２２１、２２２は、平面波の進行角度を拡大してサンプルに入射させてもよい。

すなわち、可変鏡２１０を利用して可変鏡２１０が傾く角度を直接制御し、平面波の進行角度を制御してもよい。このとき、可変鏡２１０で反射する光が入射されるため、可変鏡２１０で表現する勾配の２倍の傾きによって平面波の進行角度を制御してもよい。このように制御された平面波の角度を複数のレンズ２２１、２２２で拡大してサンプルに入射させ、これに対応する二次元光学場を測定してもよい。ここで、複数のレンズ２２１、２２２は、一例として、チューブレンズ２２１と集光レンズ２２２を使用してもよい。

干渉計は、少なくとも１つ以上の入射光から干渉信号を抽出するものであって、サンプルを通過した二次元光学場を少なくとも１つ以上の入射光にしたがって測定してもよい。

映像部は、測定された二次元光学場の情報によって三次元屈折率映像を取得してもよい。このように、可変鏡２１０を利用して可変鏡２１０が傾く角度を直接制御し、平面波の進行角度を制御してもよい。

光が進行する経路のとおりに作動順序を説明すると、レーザと共に光源から出た光が、波面制御器で位相が制御されてもよい。このとき、光源は、可視光線帯域の光源を含んでもよい。

波面制御器（ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ｓｈａｐｅｒ）を使用して入射光の走査角度および波面パターンのうち少なくとも１つを変更してサンプルに入射させてもよい。ここで、波面制御器として可変鏡２１０を使用してもよい。可変鏡２１０の傾く角度を制御することにより、入射光の平面波の進行角度を制御し、制御された平面波の進行角度を複数のレンズ２２１、２２２で拡大してサンプルに入射させてもよい。可変鏡２１０で反射する光が入射されるため、可変鏡２１０で現れる勾配の２倍の傾きによって平面波の進行角度を制御してもよい。

次に、サンプルを通過した二次元光学場を、干渉計を利用して少なくとも１つ以上の入射光によってそれぞれ撮影することにより、測定された二次元光学場の情報によって三次元屈折率映像を取得してもよい。

したがって、超高速光断層撮影のために可変鏡２１０の傾く角度を制御して互いに異なる角度を有するように入射光の平面波の進行角度を制御し、安定かつ迅速に入射光を制御することにより、高速かつ精密に三次元屈折率を測定することができる。

図３は、本発明の他の実施形態に係るデジタルマイクロミラー素子を活用した超高速高精密三次元屈折率測定装置を説明するための図である。

図３を参照すると、デジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）を周期制御可能反射型振幅回折格子（ｐｅｒｉｏｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｇｒａｔｉｎｇ）として活用してもよい。

デジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）を活用した超高速高精密三次元屈折率測定装置は、変調部、干渉計、および映像部を備えて構成されてもよい。ここで、デジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）は、周期制御可能反射型振幅回折格子として利用されてもよい。

変調部は、波面制御器を使用して入射光の走査角度を変更してサンプルに入射させてもよい。

そして、変調部は、デジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）、第１レンズ３３１、第２レンズ３３２、空間フィルタ（ｓｐａｔｉａｌ ｆｉｌｔｅｒ）３２０、および複数のレンズ３４１、３４２を含んでもよい。ここで、複数のレンズ３４１、３４２は、一例として、チューブレンズと集光レンズを使用してもよい。

デジタルマイクロミラー素子（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ：ＤＭＤ）は、波面制御器で多数のマイクロミラーを含む配列を備えてもよい。

第１レンズ３３１および第２レンズ３３２は、デジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）で反射した二次元光学場を伝達してもよい。

空間フィルタ（ｓｐａｔｉａｌ ｆｉｌｔｅｒ）３２０は、第１レンズ３３１と第２レンズ３３２との間に配置され、１次回折光に位相が調節されて線形的な傾きを有する入射光の平面波の進行角度を制御してもよい。

複数のレンズ３４１、３４２は、平面波の進行角度を拡大してサンプルに入射させてもよい。

そして、干渉計は、サンプルを通過した二次元光学場を少なくとも１つ以上の入射光にしたがって測定してもよい。

映像部は、測定された二次元光学場の情報によって三次元屈折率映像を取得してもよい。

具体的には、Ｌｅｅ ｈｏｌｏｇｒａｍ（非特許文献４）を利用して空間フィルタ（ｓｐａｔｉａｌ ｆｉｌｔｅｒ）３２０によって回折された１次回折光に所望する位相情報を選択してもよく、線形的な傾きを有する平面波の位相で現すことにより、所望する角度に進む平面波を表現してもよい。所望する角度に進む平面波を表現するために、空間的には線形的に増加する位相が表現されなければならない。デジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）は、反射直後の光の強度だけが制御可能であるが、表現しようとする位相を含むＬｅｅ ｈｏｌｏｇｒａｍは、光の強度によって表現が可能であるため、ＤＭＤを利用して平面波に該当する位相の表現が可能となる。具体的に、光軸をｚ軸と定め、表現しようとする波長λを有するレーザ平面波のｘ軸、ｙ軸方向の角度をそれぞれθ_ｘ、θ_ｙとすると、これに該当する波面位相情報φ（ｘ、ｙ）は下記の数式（１）のように表現可能となる。

このような波面の光をＤＭＤで形成するために、ＤＭＤに下記の数式（２）のようなＬｅｅ ｈｏｌｏｇｒａｍ ｐａｔｔｅｒｎを入力してもよい。

この場合、２番目の式の２番目の項に該当する反射光だけをサンプルに走査し、残りの光を遮断すると、サンプルに走査される光はφ（ｘ、ｙ）をＤＭＤ上で直接制御が可能となり、所望する方向の平面波の形成が可能となる。このとき、Ｌｅｅ ｈｏｌｏｇｒａｍを使用しながら発生する所望しない回折光は、空間フィルタなどを利用して除去してもよい。

ここで、各ピクセルの位相を０〜２πまで制御可能であるため、デジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）によって制御可能な位相の傾きは、ピクセルのサイズによって制限される。一般的に、数マイクロメートルの長さのマイクロミラーによって素子が製作されたとき、制御可能な最大角度は約１〜２度である。２つのレンズを追加してこの角度を拡大してサンプルに入射させた後、二次元光学場情報を入射光の角度別に撮影すると、三次元散乱ポテンシャル（Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）を得ることができる。

光が進む経路のとおりに作動順序を説明すると、レーザと共に光源から出た光が波面制御器で位相が制御されてもよい。このとき、光源は、可視光線帯域の光源を含んでもよい。

波面制御器（ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ｓｈａｐｅｒ）を使用して入射光の走査角度および波面パターンのうち少なくとも１つを変更してサンプルに入射させてもよい。ここで、波面制御器として、多数のマイクロミラーを含む配列を備えるデジタルマイクロミラー素子（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ：ＤＭＤ）を使用してもよい。デジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）で反射した二次元光学場を伝達する第１レンズ３３１と第２レンズ３３２との間に空間フィルタ（ｓｐａｔｉａｌ ｆｉｌｔｅｒ）３２０を配置してもよく、空間フィルタ（ｓｐａｔｉａｌ ｆｉｌｔｅｒ）３２０を通過した１次回折光に位相が調節されて線形的な傾きを有する入射光の平面波の進行角度を制御してもよい。この後、制御された平面波の進行角度を複数のレンズ３４１、３４２で拡大してサンプルに入射させてもよい。

サンプルを通過した二次元光学場を、干渉計を利用して少なくとも１つ以上の入射光にしたがって測定してもよい。

測定された二次元光学場の情報によって三次元屈折率映像を取得してもよい。

このように、超高速光断層撮影のためにデジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）を周期制御可能反射型振幅回折格子として活用し、互いに異なる角度を有するように入射光を制御し、安定かつ迅速に入射光を制御することにより、高速かつ精密に三次元屈折率を測定することができる。

図４は、本発明のさらに他の実施形態に係る、デジタルマイクロミラー素子を活用した超高速高精密三次元屈折率測定装置を説明するための図である。

図４を参照すると、スーパーピクセル方法を利用したデジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）４１０活用してもよい。

デジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）を活用した超高速高精密三次元屈折率測定装置４００は、変調部、干渉計、および映像部を備えて構成されてもよい。ここで、デジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）４１０は、スーパーピクセル方法を利用してもよい。

変調部は、波面制御器を使用して入射光の走査角度および波面パターンのうち少なくとも１つを変更してサンプルに入射させてもよい。ここで、変調部は、デジタルマイクロミラー素子４１０を使用して走査角度を変調してサンプルに入射させてもよい。

変調部は、デジタルマイクロミラー素子４１０、第１レンズ４３１、第２レンズ４３２、空間フィルタ（ｓｐａｔｉａｌ ｆｉｌｔｅｒ）４２０、および複数のレンズ４４１、４４２を含んでもよい。ここで、複数のレンズ４４１、４４２は、一例として、チューブレンズと集光レンズを使用してもよい。

デジタルマイクロミラー素子（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ：ＤＭＤ）は、波面制御器であって、多数のマイクロミラーを含む配列を備えてもよい。

第１レンズ４３１および第２レンズ４３２は、デジタルマイクロミラー素子４１０で反射した二次元光学場を伝達してもよい。また、第１レンズ４３１および第２レンズ４３２は、少なくとも１つ以上のレンズの中心が光学軸から所定の間隔だけ外れるように配列されてもよい。

空間フィルタ（ｓｐａｔｉａｌ ｆｉｌｔｅｒ）４２０は、第１レンズ４３１と第２レンズ４３２との間に配置され、１次回折光に位相が調節されて線形的な傾きを有する入射光の平面波の進行角度を制御してもよい。

複数のレンズ４４１、４４２は、平面波の進行角度を拡大してサンプルに入射させてもよい。

このような変調部は、回折限界まで縮小してデジタルマイクロミラー素子４１０の多数のピクセルをグルーピングして形成されるスーパーピクセルを構成するピクセルを区別できないようにし、位相が０〜２πまで調節可能なスーパーピクセル配列を形成し、スーパーピクセル配列の位相を調節して線形的な位相の傾きを有する入射光の平面波の進行角度を制御してもよい。

より具体的に、Ａ．Ｍｏｓｋによってデジタルマイクロミラー素子４１０のピクセルを束ねて、スーパーピクセルを利用した光の位相変調方法が知られていた（非特許文献５）。具体的な方法は、デジタルマイクロミラー素子４１０で反射した光学場を伝達するレンズを光学軸から少しだけ外れるように配列し、マイクロミラーの位置によって光の位相が異なって表現される方法である。したがって、レンズの間に空間フィルタ（ｓｐａｔｉａｌ ｆｉｌｔｅｒ）４２０を置いて回折限界まで縮小してスーパーピクセルを構成するピクセルを区別できないようにすると、位相が０〜２πまで調節可能なスーパーピクセル配列を生成するようになる。この方法を利用して線形的な位相の傾きを表現すると、所望する角度に進行する平面波を表現できるようになる。この方法も同じように、表現することができる位相の傾きがスーパーピクセルのサイズによって制限されるため、２つのレンズを追加して表現される角度を拡大した後、サンプルに入射させて三次元光断層撮影に活用してもよい。

干渉計は、サンプルを通過した二次元光学場を少なくとも１つ以上の入射光にしたがって測定してもよい。

映像部は、測定された二次元光学場の情報によって三次元屈折率映像を取得してもよい。

光が進む経路のとおりに作動順序を説明すると、レーザと共に光源から出た光が波面制御器で位相が制御されてもよい。このとき、光源は、可視光線帯域の光源を含んでもよい。

波面制御器（ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ｓｈａｐｅｒ）を使用して入射光の走査角度および波面パターンのうち少なくとも１つを変更してサンプルに入射させてもよい。ここで、波面制御器として多数のマイクロミラーを含む配列を備えるデジタルマイクロミラー素子４１０を使用し、デジタルマイクロミラー素子４１０で反射した二次元光学場を伝達する第１レンズ４３１および第２レンズ４３２のうち少なくとも１つ以上のレンズの中心が光学軸から所定の間隔だけ外れるように配列させてもよい。次に、第１レンズ４３１と第２レンズ４３２との間に空間フィルタ（ｓｐａｔｉａｌ ｆｉｌｔｅｒ）４２０を配置して回折限界まで縮小してデジタルマイクロミラー素子４１０のピクセルをグルーピングして形成されるスーパーピクセルを構成するピクセルを区別できないようにし、位相が０〜２πまで調節可能なスーパーピクセル配列を形成してもよい。このためには、第１レンズ４３１と第２レンズ４３２を利用して４−f映像システムを構築し、映像の縮小倍率を第１レンズ４３１と第２レンズ４３２の焦点距離を適切に選択してデジタルマイクロミラー素子に形成されるスーパーピクセルが縮小され、光の回折限界、一般的には波長の半分の大きさになるように設定して構成してもよい。続いて、スーパーピクセル配列の位相を調節して線形的な位相の傾きを有する入射光の平面波の進行角度を制御し、制御された平面波の進行角度を複数のレンズ４４１、４４２で拡大してサンプルに入射させてもよい。

サンプルを通過した二次元光学場を、干渉計を利用して少なくとも１つ以上の入射光にしたがって測定してもよく、測定された二次元光学場の情報によって三次元屈折率映像を取得してもよい。

このように、超高速光断層撮影のためにスーパーピクセル方法を利用したデジタルマイクロミラー素子４１０を活用して互いに異なる角度を有するように入射光を制御し、安定かつ迅速に入射光を制御することにより、高速かつ精密に三次元屈折率を測定することができる。

図５は、本発明のさらに他の実施形態に係る、デジタルマイクロミラー素子を活用した超高速高精密三次元屈折率測定装置を説明するための図である。

図５を参照すると、デジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）５１０を個別光源制御可能レーザ配列（ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ ｓｏｕｒｃｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ ｌａｓｅｒ ａｒｒａｙ）として活用してもよい。

デジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）を活用した超高速高精密三次元屈折率測定装置５００は、変調部、干渉計、および映像部を備えて構成されてもよい。ここで、デジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）５１０は、個別光源制御可能レーザ配列として活用（ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ ｓｏｕｒｃｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ ｌａｓｅｒ ａｒｒａｙ）してもよい。

変調部は、波面制御器を使用して入射光の走査角度および波面パターンのうち少なくとも１つを変更してサンプルに入射させてもよい。ここで、変調部は、デジタルマイクロミラー素子５１０を使用して走査角度を変調してサンプルに入射させてもよい。

変調部は、デジタルマイクロミラー素子５１０、第１レンズ５２０、および複数のレンズ５３１、５３２を含んでもよい。

デジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）は、波面制御器として多数のマイクロミラーを含む配列を備えてもよい。

第１レンズ５２０は、デジタルマイクロミラー素子５１０で反射した二次元光学場を伝達してもよい。

複数のレンズ５３１、５３２は、平面波の進行角度を拡大してサンプルに入射させてもよい。ここで、複数のレンズ５３１、５３２は、一例としてチューブレンズと集光レンズを使用してもよい。

このような変調部は、デジタルマイクロミラー素子５１０を光学整列のフーリエ平面（Ｆｏｕｒｉｅｒ ｐｌａｎｅ）上に位置させ、個別の光源によって多数のマイクロミラーの位置の制御が可能なレーザ配列を形成し、レーザ配列を利用して光を反射させる多数のマイクロミラーの位置を変更して入射光の平面波の進行角度を制御してもよい。このために、平面波がフーリエ平面上に位置したデジタルマイクロミラー素子に走査され、特定のデジタルマイクロミラー素子だけを作動させ、その素子に該当する光だけを反射をさせることにより、サンプルに入射する光は特定の空間周波数だけを有する光、すなわち、特定の角度にだけ入射する平面波が生成される。

干渉計は、サンプルを通過した二次元光学場を少なくとも１つ以上の入射光にしたがって測定してもよい。

映像部は、測定された二次元光学場の情報によって三次元屈折率映像を取得してもよい。

言い換えれば、デジタルマイクロミラー素子５１０をシステムの光学整列のフーリエ平面（Ｆｏｕｒｉｅｒ ｐｌａｎｅ）上に位置させ、光を反射させるマイクロミラーの位置を変えることにより、サンプルに入射される光の角度を制御してもよい。このとき、集光レンズ（ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ ｌｅｎｓ）の開口数（ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｐｅｒｔｕｒｅ）の大きさにデジタルマイクロミラー素子５１０の大きさが対応するように、レンズの倍率を適切に調整してもよい。

光が進む経路のとおりに作動順序を説明すると、レーザと共に光源から出た光が波面制御器で位相が制御されてもよい。このとき、光源は、可視光線帯域の光源を含んでもよい。

波面制御器（ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ｓｈａｐｅｒ）を使用して入射光の走査角度および波面パターンのうち少なくとも１つを変更してサンプルに入射させてもよい。

ここで、波面制御器として多数のマイクロミラーを含む配列を備えるデジタルマイクロミラー素子５１０を使用し、デジタルマイクロミラー素子５１０を光学整列のフーリエ平面（Ｆｏｕｒｉｅｒ ｐｌａｎｅ）上に位置させ、個別の光源によって多数のマイクロミラーの位置の制御が可能なレーザ配列を形成してもよい。次に、レーザ配列を利用して光を反射させる多数のマイクロミラーの位置を変更して入射光の平面波の進行角度を制御してもよい。制御された平面波の進行角度を複数のレンズ５３１、５３２で拡大してサンプルに入射させてもよい。

サンプルを通過した二次元光学場を、干渉計を利用して少なくとも１つ以上の入射光にしたがって測定してもよく、測定された二次元光学場の情報によって三次元屈折率映像を取得してもよい。

したがって、超高速光断層撮影のためにデジタルマイクロミラー素子５１０を個別光源制御可能レーザ配列として活用し、互いに異なる角度を有するように入射光を制御し、安定かつ迅速に入射光を制御することにより、高速かつ精密に三次元屈折率を測定することができる。

図６は、本発明のさらに他の実施形態に係る、デジタルマイクロミラー素子を活用した超高速高精密三次元屈折率測定装置を説明するための図である。

図６を参照すると、デジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）６１０を入射光パターン制御機（ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｐａｔｔｅｒｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）として活用してもよい。

デジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）を活用した超高速高精密三次元屈折率測定装置６００は、デジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）６１０、第１レンズ６２１、第２レンズ６２２、干渉計、および映像部を備えて構成されてもよい。ここで、デジタルマイクロミラー素子６１０は、入射光パターン制御機（ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｐａｔｔｅｒｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）として活用してもよい。

デジタルマイクロミラー素子６１０は、少なくとも１つ以上の入射光パターンをサンプルの平面に入射させてもよい。

第１レンズ６２１および第２レンズ６２２は、入射光の平面波の進行角度を拡大してサンプルに入射させてもよい。

干渉計は、入射光パターンを変更し、少なくとも１つ以上の入射光パターンに対する二次元光学場を測定してもよい。

映像部は、測定された二次元光学場の情報から入射光パターンに含まれた互いに異なる角度の平面波に対するサンプルの反応を数値的に分析し、三次元屈折率映像を取得してもよい。

言い換えれば、デジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）を活用した超高速高精密三次元屈折率測定装置６００は、デジタルマイクロミラー素子６１０の入射光パターンをサンプルの平面にイメージングして入射光パターンを変更して二次元光学場を撮影して測定された光学場情報から、パターンに含まれた互いに異なる角度の平面波に対するサンプルの反応を求めてもよい。すなわち、入射光パターンを変更することによってパターンに平面波の位相が含まれているため、平面波の位相を変更することができる。これは、構造化された入射光（ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）を含んだ、分かっているパターンの情報を入れておき、パターンに含まれた各平面波の位相を変更することによって変わるパターンに対するサンプルの反応を数値的に分析することによって可能となる。

このように測定した多数の二次元光学場に基づいて光学回折三次元映像技法（ｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）アルゴリズムを利用し、三次元屈折率分布図を抽出してもよい。

光が進む経路のとおりに作動順序を説明すると、レーザと共に光源から出た光が波面制御器で位相が制御されてもよい。このとき、光源は、可視光線帯域の光源を含んでもよい。

デジタルマイクロミラー素子６１０を使用して少なくとも１つ以上の入射光パターンをサンプルの平面に入射させてもよい。次に、入射光パターンを変更して少なくとも１つ以上の入射光パターンに対する二次元光学場を、干渉計を利用して測定してもよい。また、測定された二次元光学場の情報から入射光パターンに含まれた互いに異なる角度の平面波に対するサンプルの反応を数値的に分析して、三次元屈折率映像を取得してもよい。

このように、超高速光断層撮影のためにデジタルマイクロミラー素子６１０を入射光パターン制御機（ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｐａｔｔｅｒｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）として利用して互いに異なるパターンを有するように入射光を制御し、安定的かつ迅速に入射光を制御することにより、高速かつ精密に三次元屈折率を測定することができる。

図１〜図６で説明したように、可変鏡（ＤＭ）やデジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）を活用して入射光を制御した後、これをサンプルに入射させてもよい。サンプルを通過した二次元光学場を多様な入射光にしたがって測定した後、これを三次元光回折断層撮影アルゴリズム（３Ｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）に入力すると、三次元散乱ポテンシャル（Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）または三次元屈折率映像を取得することができる。

二次元光学場測定方法には、一般的な干渉計を利用してもよい。例えば、マッハ・ツェンダ干渉計（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ）、位相移動干渉計（ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔｉｎｇ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ）、定量位相イメージングユニット（Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｐｈａｓｅ ｉｍａｇｉｎｇ ｕｎｉｔ）などを含んだ時間的（ｔｅｍｐｏｒａｌ）、空間的（ｓｐａｔｉａｌ）強度変調（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を利用してもよいし、強度伝達公式（ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｏｆ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｅｑｕａｔｉｏｎ）を利用した二次元光学場測定方法を利用してもよい（非特許文献６）。

以上、本発明の実施形態は、既存の三次元屈折率測定技術撮影法で機械的に動く要素なく超高速超精密撮影を行うためのものであって、超高速光断層撮影のための入射光の制御速度を高めて装置の動きを取り除くことによって雑音を最小化し、システムの安全性を増大させることができる。

また、本発明の実施形態によると、可変鏡（ＤＭ）またはデジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）のような波面制御器（ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ｓｈａｐｅｒ）を利用した超高速入射光制御方法は、既存のガルバノ（ｇａｌｖａｎｏｍｅｔｅｒ）ミラーや機械的な試験片、あるいは光源の動きよりも遥かに安定かつ迅速に作動する技術であって、三次元屈折率測定が高速かつ精密に可能となる。

これを利用すると、多様な生物学的試験片（細胞、組職、バクテリアなど）の三次元形状測定やダイナミック分析が可能となる。さらに、携帯電話のカメラなどに使用される小さなサイズの光学レンズや部品などの精密な形状と屈折率の測定が可能となる。

以上のように、実施形態を、限定された実施形態と図面に基づいて説明したが、当業者であれば、上述した記載から多様な修正および変形が可能である。例えば、説明された技術が、説明された方法とは異なる順序で実行されたり、かつ／あるいは、説明されたシステム、構造、装置、回路などの構成要素が、説明された方法とは異なる形態で結合されたりまたは組み合わされたり、他の構成要素または均等物によって対置されたり置換されたとしても、適切な結果を達成することができる。

したがって、異なる実施形態であっても、特許請求の範囲と均等なものであれば、添付される特許請求の範囲に属する。

１００：波面制御器を活用した超高速高精密三次元屈折率測定装置
１１０：変調部
１２０：干渉計
１３０：映像部

Claims (15)

1. 波面制御器（ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ｓｈａｐｅｒ）を使用して入射光の走査角度および波面パターンのうち少なくとも１つを変更してサンプルに入射させる段階、
   前記サンプルを通過した二次元光学場を、干渉計を利用して少なくとも１つ以上の前記入射光にしたがって測定する段階、および
   測定された前記二次元光学場の情報によって三次元屈折率映像を取得する段階
   を含む、波面制御器を活用した三次元屈折率測定方法。
2. 前記サンプルに入射させる段階は、
   前記波面制御器として可変鏡（Ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ Ｍｉｒｒｏｒ：ＤＭ）を使用し、前記可変鏡（ＤＭ）の傾く角度を制御して前記入射光の平面波の進行角度を制御する段階、および
   制御された前記平面波の進行角度を複数のレンズで拡大して前記サンプルに入射させる段階
   を含む、請求項１に記載の波面制御器を活用した三次元屈折率測定方法。
3. 前記平面波の進行角度を制御する段階は、
   前記可変鏡で現れる勾配の２倍の傾きに前記平面波の進行角度を制御すること
   を特徴とする、請求項２に記載の波面制御器を活用した三次元屈折率測定方法。
4. 前記サンプルに入射させる段階は、
   前記波面制御器として多数のマイクロミラーを含む配列を備えるデジタルマイクロミラー素子（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ：ＤＭＤ）を使用し、前記デジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）で反射した前記二次元光学場を伝達する第１レンズと第２レンズとの間に空間フィルタ（ｓｐａｔｉａｌ ｆｉｌｔｅｒ）を配置する段階、
   前記空間フィルタ（ｓｐａｔｉａｌ ｆｉｌｔｅｒ）を通過した１次回折光に位相が調節されて線形的な傾きを有する前記入射光の平面波の進行角度を制御する段階、および
   制御された前記平面波の進行角度を複数のレンズで拡大して前記サンプルに入射させる段階
   を含む、請求項１に記載の波面制御器を活用した三次元屈折率測定方法。
5. 前記サンプルに入射させる段階は、
   前記波面制御器として多数のマイクロミラーを含む配列を備えるデジタルマイクロミラー素子（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ：ＤＭＤ）を使用し、前記デジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）で反射した前記二次元光学場を伝達する第１レンズおよび第２レンズのうち少なくとも１つ以上のレンズの中心が光学軸から所定の間隔だけ外れるように配列する段階、
   前記第１レンズと前記第２レンズとの間に空間フィルタ（ｓｐａｔｉａｌ ｆｉｌｔｅｒ）を配置して回折限界まで縮小して前記デジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）のピクセルをグルーピングして形成されるスーパーピクセルを構成するピクセルを区別できないようにし、位相が０〜２πまで調節可能なスーパーピクセル配列を形成する段階、
   前記スーパーピクセル配列の前記位相を調節して線形的な位相の傾きを有する前記入射光の平面波の進行角度を制御する段階、および
   制御された前記平面波の進行角度を複数のレンズで拡大して前記サンプルに入射させる段階
   を含む、請求項１に記載の波面制御器を活用した三次元屈折率測定方法。
6. 前記サンプルに入射させる段階は、
   前記波面制御器として多数のマイクロミラーを含む配列を備えるデジタルマイクロミラー素子（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ：ＤＭＤ）を使用し、前記デジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）を光学整列のフーリエ平面（Ｆｏｕｒｉｅｒ ｐｌａｎｅ）上に位置させ、個別の光源によって前記多数のマイクロミラーの位置の制御が可能なレーザ配列を形成する段階、
   前記レーザ配列を利用して光を反射させる前記多数のマイクロミラーの位置を変更して前記入射光の平面波の進行角度を制御する段階、および
   制御された前記平面波の進行角度を複数のレンズで拡大して前記サンプルに入射させる段階
   を含む、請求項１に記載の波面制御器を活用した三次元屈折率測定方法。
7. 前記三次元屈折率映像を取得する段階は、
   三次元光回折断層撮影アルゴリズム（３Ｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）に入力して三次元散乱ポテンシャルまたは前記三次元屈折率映像を取得すること
   を特徴とする、請求項１に記載の波面制御器を活用した三次元屈折率測定方法。
8. デジタルマイクロミラー素子（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ：ＤＭＤ）を使用して少なくとも１つ以上の入射光パターンをサンプルの平面に入射させる段階、
   前記入射光パターンを変更して少なくとも１つ以上の前記入射光パターンに対する二次元光学場を、干渉計を利用して測定する段階、および
   測定された前記二次元光学場の情報から前記入射光パターンに含まれた互いに異なる角度の平面波に対する前記サンプルの反応を数値的に分析し、三次元屈折率映像を取得する段階
   を含む、波面制御器を活用した三次元屈折率測定方法。
9. 波面制御器（ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ｓｈａｐｅｒ）を使用して入射光の走査角度および波面パターンのうち少なくとも１つを変更してサンプルに入射させる変調部、
   前記サンプルを通過した二次元光学場を、少なくとも１つ以上の前記入射光にしたがって測定する干渉計、および
   測定された前記二次元光学場の情報によって三次元屈折率映像を取得する映像部
   を備える、波面制御器を活用した三次元屈折率測定装置。
10. 前記変調部は、
    傾く角度を制御して前記入射光の平面波の進行角度を制御する前記波面制御器である可変鏡（Ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ Ｍｉｒｒｏｒ：ＤＭ）、および
    前記平面波の進行角度を拡大して前記サンプルに入射させる複数のレンズ
    を含む、請求項９に記載の波面制御器を活用した三次元屈折率測定装置。
11. 前記変調部は、
    前記波面制御器として多数のマイクロミラーを含む配列を備えるデジタルマイクロミラー素子（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ：ＤＭＤ）、
    前記デジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）で反射した前記二次元光学場を伝達する第１レンズおよび第２レンズ、
    前記第１レンズと第２レンズとの間に配置され、１次回折光に位相が調節されて線形的な傾きを有する前記入射光の平面波の進行角度を制御する空間フィルタ（ｓｐａｔｉａｌ ｆｉｌｔｅｒ）、および
    前記平面波の進行角度を拡大して前記サンプルに入射させる複数のレンズ
    を含む、請求項９に記載の波面制御器を活用した三次元屈折率測定装置。
12. 前記変調部は、
    前記波面制御器として多数のマイクロミラーを含む配列を備えるデジタルマイクロミラー素子（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ：ＤＭＤ）、
    前記デジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）で反射した前記二次元光学場を伝達し、少なくとも１つ以上のレンズの中心が光学軸から所定の間隔だけ外れるように配列される第１レンズおよび第２レンズ、
    前記第１レンズと前記第２レンズとの間に配置される空間フィルタ（ｓｐａｔｉａｌ ｆｉｌｔｅｒ）、および
    平面波の進行角度を拡大して前記サンプルに入射させる複数のレンズ
    を含み、
    前記変調部は、回折限界まで縮小して前記デジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）のピクセルをグルーピングして形成されるスーパーピクセルを構成するピクセルを区別できないようにし、位相が０〜２πまで調節可能なスーパーピクセル配列を形成し、前記スーパーピクセル配列の前記位相を調節して線形的な位相の傾きを有する前記入射光の平面波の進行角度を制御すること
    を特徴とする、請求項９に記載の波面制御器を活用した三次元屈折率測定装置。
13. 前記変調部は、
    前記波面制御器として多数のマイクロミラーを含む配列を備えるデジタルマイクロミラー素子（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ：ＤＭＤ）、
    前記デジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）で反射した前記二次元光学場を伝達する第１レンズ、および
    平面波の進行角度を拡大して前記サンプルに入射させる複数のレンズ
    を含み、
    前記変調部は、前記デジタルマイクロミラー素子（ＤＭＤ）を光学整列のフーリエ平面（Ｆｏｕｒｉｅｒ ｐｌａｎｅ）上に位置させ、個別の光源によって前記多数のマイクロミラーの位置の制御が可能なレーザ配列を形成し、前記レーザ配列を利用して光を反射させる前記多数のマイクロミラーの位置を変更して前記入射光の平面波の進行角度を制御すること
    を特徴とする、請求項９に記載の波面制御器を活用した三次元屈折率測定装置。
14. 前記映像部は、
    三次元光回折断層撮影アルゴリズム（３Ｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）に入力して前記三次元散乱ポテンシャルまたは三次元屈折率映像を取得すること
    を特徴とする、請求項９に記載の波面制御器を活用した三次元屈折率測定装置。
15. 少なくとも１つ以上の入射光パターンをサンプルの平面に入射させるデジタルマイクロミラー素子（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ、：ＤＭＤ）、
    前記入射光の平面波の進行角度を拡大して前記サンプルに入射させる第１レンズおよび第２レンズ、
    前記入射光パターンを変更し、少なくとも１つ以上の前記入射光パターンに対する二次元光学場を測定する干渉計、および
    測定された前記二次元光学場の情報から前記入射光パターンに含まれた互いに異なる角度の平面波に対する前記サンプルの反応を数値的に分析し、三次元屈折率映像を取得する映像部
    を備える、波面制御器を活用した三次元屈折率測定装置。