JP2017207304A - Optical interference measurement device and optical interference measurement method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a phase modulation type optical interference measurement device which eliminates the need for a PZT element in phase modulation and which excels in durability and an optical interference measurement method.SOLUTION: An optical interference measurement device comprises: a heating light source 222 having a center wavelength λd different from a measuring light source 201 having a center wavelength λc; and a control unit 221a for controlling the drive of radiation energy of the heating light source 222 with a frequency f, the temperature of a second liquid 218 whose reference face 216 is arranged in the liquid and which absorbs light of a center wavelength of heating light L4 incident from the heating light source 222 being frequency controlled by the control unit 221a, with the refractive index of the second liquid 218 thereby changed and the optical length changed to achieve phase modulation, eliminating the need for a PZT element.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、光干渉測定装置及び光干渉測定方法に関するものである。   The present invention relates to an optical interference measuring apparatus and an optical interference measuring method.

信号光と参照光との間の光路長差に光の波長程度の位相変調を与えることで、対象物を
測定する位相変調式の光干渉測定装置が知られる(特許文献1)。
There is known a phase modulation type optical interference measuring apparatus that measures an object by applying phase modulation of about the wavelength of light to the optical path length difference between signal light and reference light (Patent Document 1).

図7は、特許文献1のリンニック(Linnik)干渉計を用いた光干渉測定装置である。光源100からの光は、ビームスプリッタ101に入射し、光干渉計の各アーム102,105に至る。   FIG. 7 shows an optical interference measuring apparatus using the Linnik interferometer of Patent Document 1. Light from the light source 100 enters the beam splitter 101 and reaches the arms 102 and 105 of the optical interferometer.

第1アーム102には、レンズ103と対象物104とが配置され、第2アーム105には、レンズ106と参照面107とが配置される。光の波長程度の微細な移動量を与えるために、参照面107にはPZT素子108が配される。各アーム102,105に送られた光は、対象物104及び参照面107から反射し、カメラ109へ入射する。なお、特許文献1では、PZT素子108により干渉光の位相が連続的に正弦変調される。   A lens 103 and an object 104 are disposed on the first arm 102, and a lens 106 and a reference surface 107 are disposed on the second arm 105. A PZT element 108 is disposed on the reference surface 107 in order to give a fine amount of movement about the wavelength of light. The light sent to the arms 102 and 105 is reflected from the object 104 and the reference surface 107 and enters the camera 109. In Patent Document 1, the phase of the interference light is continuously sinusoidally modulated by the PZT element 108.

特表2004−528586号公報JP-T-2004-528586

しかしながら、前記従来の構成では、PZT素子の耐久性が劣化するという課題を有している。   However, the conventional configuration has a problem that the durability of the PZT element deteriorates.

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、位相変調にPZT素子を不要とし、堅牢性に優れた位相変調式の光干渉測定装置及び光干渉測定方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to solve the above-described conventional problems, and to provide a phase modulation type optical interference measuring apparatus and optical interference measuring method which eliminates the need for a PZT element for phase modulation and has excellent robustness.

本発明の1つの態様にかかる光干渉測定装置は、
中心波長を有する測定用光を放つ測定用光源と、
前記測定用光の前記中心波長よりも長波長である中心波長を有する加熱用光を放つ加熱用光源と、
前記測定用光と前記加熱用光とが入射する第1ビームスプリッタと、
前記第1ビームスプリッタを出射した前記測定用光と前記加熱用光とをそれぞれ分光して対象物と参照面とにそれぞれ入射させる第2ビームスプリッタと、
前記第2ビームスプリッタから前記対象物に至る光の光路中に配された第1レンズと、
前記第2ビームスプリッタから前記参照面に至る光の光路中に配された第2レンズと、
前記参照面で反射又は散乱した光と前記対象物で反射又は散乱した光とが干渉した干渉光が入射するカメラと、
前記カメラに入射した前記干渉光の干渉信号強度から演算により画像を構築する演算部と、
前記第2ビームスプリッタから前記対象物に至る前記光路中に配された前記加熱用光の前記中心波長以上の波長を遮蔽するローパスフィルターと、
前記対象物と前記第1レンズとの間に配された第1液体と、
前記参照面と前記第2レンズとの間に配され、かつ前記第2レンズに入射した前記加熱用光の前記中心波長の光を吸収する第2液体と、
前記加熱用光源から放つ前記加熱用光の放射エネルギを周波数で駆動制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記加熱用光を周波数制御することで前記第2液体の温度を変動させて、該第2液体の屈折率を変化させ、前記測定用光のうちの前記第2ビームスプリッタで前記参照面に向けて分離された参照光を位相変調させる。
An optical interference measurement apparatus according to one aspect of the present invention includes:
A measurement light source emitting measurement light having a central wavelength;
A heating light source that emits heating light having a center wavelength that is longer than the center wavelength of the measurement light;
A first beam splitter on which the measurement light and the heating light are incident;
A second beam splitter that splits the measurement light and the heating light emitted from the first beam splitter, respectively, and enters the target and the reference surface, respectively;
A first lens disposed in an optical path of light from the second beam splitter to the object;
A second lens disposed in an optical path of light from the second beam splitter to the reference surface;
A camera on which interference light obtained by interference between light reflected or scattered by the reference surface and light reflected or scattered by the object is incident;
A calculation unit that constructs an image by calculation from the interference signal intensity of the interference light incident on the camera;
A low-pass filter that blocks a wavelength equal to or greater than the center wavelength of the heating light disposed in the optical path from the second beam splitter to the object;
A first liquid disposed between the object and the first lens;
A second liquid that is disposed between the reference surface and the second lens and absorbs the light having the center wavelength of the heating light incident on the second lens;
A control unit that drives and controls the radiant energy of the heating light emitted from the heating light source at a frequency;
The control unit changes the refractive index of the second liquid by changing the temperature of the second liquid by frequency-controlling the heating light, and the second beam splitter of the measurement light uses the second beam splitter. The reference light separated toward the reference surface is phase-modulated.

本発明の別の態様にかかる光干渉測定方法は、
前記態様に記載の前記光干渉測定装置に前記対象物を配置し、
次いで、前記光干渉測定装置を用いて前記対象物を測定する。
An optical interference measurement method according to another aspect of the present invention includes:
Arranging the object on the optical interference measurement device according to the aspect,
Next, the object is measured using the optical interference measuring apparatus.

以上のように、本発明の前記態様によれば、前記測定用光の前記中心波長よりも長波長である中心波長を有する加熱用光を放つ加熱用光源を用いて参照光の位相変調を行うため、位相変調にPZT素子が不要となり、堅牢性に優れた位相変調式の光干渉測定装置及び光干渉測定方法を提供できる。   As described above, according to the aspect of the present invention, phase modulation of reference light is performed using a heating light source that emits heating light having a center wavelength that is longer than the center wavelength of the measurement light. Therefore, a PZT element is not required for phase modulation, and a phase modulation type optical interference measuring apparatus and optical interference measuring method excellent in robustness can be provided.

本発明の実施の形態1における光干渉測定装置の模式図Schematic diagram of an optical interference measuring apparatus in Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態1における、波長と水の吸収係数の関係図Relationship diagram between wavelength and water absorption coefficient in Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態1における光干渉測定装置の第2のアームの拡大図The enlarged view of the 2nd arm of the optical interference measuring apparatus in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1における、水の温度と屈折率の関係図Relationship diagram between water temperature and refractive index in Embodiment 1 of the present invention 実施の形態1における光干渉測定装置の光干渉測定方法を示したフローチャートFlowchart showing an optical interference measuring method of the optical interference measuring apparatus in the first embodiment 実施の形態1における光干渉測定装置の光干渉測定によって得られた注目画素の干渉波形の模式図Schematic diagram of the interference waveform of the pixel of interest obtained by the optical interference measurement of the optical interference measuring apparatus in the first embodiment 特許文献1に記載された従来の光干渉測定装置の模式図Schematic diagram of a conventional optical interference measuring apparatus described in Patent Document 1

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における光干渉測定装置200の模式図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram of an optical interference measuring apparatus 200 according to Embodiment 1 of the present invention.

光干渉測定装置200は、リンニック型干渉計の一種であって、測定用光源201と、加熱用光源222と、第1ビームスプリッタ205と、第2ビームスプリッタ206と、第1レンズ210と、第2レンズ215と、カメラ219と、演算部221cと、ローパスフィルター209と、制御部221aとを有する。光干渉測定装置200は、さらに、記憶部221bを有していても良い。   The optical interference measuring apparatus 200 is a kind of linnic interferometer, and includes a measurement light source 201, a heating light source 222, a first beam splitter 205, a second beam splitter 206, a first lens 210, a first lens 210, and a first lens 210. A two-lens 215, a camera 219, a calculation unit 221c, a low-pass filter 209, and a control unit 221a. The optical interference measurement apparatus 200 may further include a storage unit 221b.

測定用光源201は、中心波長λcの測定用光L1を発するユニットであり、ランプ202と、スリット203と、第1のコリメータレンズ204とを具備する。ランプ202は、例えばハロゲンランプ、キセノンアークランプ、水銀ランプ、又はLEDなどの低コヒレンス光を発する光源である。また、ランプ202の発する測定用光は、スリット203と第1のコリメータレンズ204とを通過することにより、例えば中心波長λc=400nm以上かつ1350nm未満で、コヒレンス長Lc=1〜2μmの測定用光L1となる。   The measurement light source 201 is a unit that emits measurement light L1 having a center wavelength λc, and includes a lamp 202, a slit 203, and a first collimator lens 204. The lamp 202 is a light source that emits low coherence light such as a halogen lamp, a xenon arc lamp, a mercury lamp, or an LED. Further, the measurement light emitted from the lamp 202 passes through the slit 203 and the first collimator lens 204, so that the measurement light having a center wavelength λc = 400 nm or more and less than 1350 nm and a coherence length Lc = 1 to 2 μm, for example. L1.

測定用光源201から出た測定用光L1は、第1のビームスプリッタ205に入射して透過し、さらに第2のビームスプリッタ206に入射する。第1のビームスプリッタ205と第2のビームスプリッタ206とは、それぞれ、キューブ型であってもよいし、プレート型でもよい。   The measurement light L1 emitted from the measurement light source 201 enters the first beam splitter 205 and is transmitted therethrough, and further enters the second beam splitter 206. Each of the first beam splitter 205 and the second beam splitter 206 may be a cube type or a plate type.

第2のビームスプリッタ206に入射した測定用光L1は、同一の振幅を持つ信号光L2と参照光L3との2つに分離される。信号光L2は干渉計の第1のアーム207に送られ、参照光L3は第2のアーム208に送られる。   The measurement light L1 incident on the second beam splitter 206 is separated into two, a signal light L2 and a reference light L3 having the same amplitude. The signal light L2 is sent to the first arm 207 of the interferometer, and the reference light L3 is sent to the second arm 208.

第1のアーム207には、ローパスフィルター209と、第1レンズの一例として機能する第1の対物レンズ210と、対象物211(主に生体材料)と、対象物211を入れる容器(以下、単に「ディッシュ」と称する。)212とが配置されている。第1のアーム207は、制御部221aの制御の下に駆動可能なZ方向ステージ271で支持され、Z方向(光路方向)に移動可能として光路長さを調整可能としている。ディッシュ212内は、対象物211の例としての生体材料を培養する第1液体(以下、単に「培養液」と称する。)213で満たされている。また、第1の対物レンズ210の先端部は、培養液213中に液浸させている。対象物211と第1対物レンズ210の先端部との間には、培養液213が配される。   The first arm 207 includes a low-pass filter 209, a first objective lens 210 that functions as an example of the first lens, a target object 211 (mainly a biomaterial), and a container (hereinafter simply referred to as a target object 211). (Referred to as “dish”) 212. The first arm 207 is supported by a Z-direction stage 271 that can be driven under the control of the control unit 221a, and is movable in the Z direction (optical path direction) so that the optical path length can be adjusted. The dish 212 is filled with a first liquid (hereinafter simply referred to as “culture liquid”) 213 for culturing a biological material as an example of the object 211. Further, the tip of the first objective lens 210 is immersed in the culture solution 213. A culture solution 213 is disposed between the object 211 and the tip of the first objective lens 210.

ローパスフィルター209は、理由は後述するが、加熱光L4の中心波長である波長1350nm以上の光をカット(遮蔽)する。   Although the reason will be described later, the low-pass filter 209 cuts (shields) light having a wavelength of 1350 nm or more, which is the central wavelength of the heating light L4.

なお、培養液213は、生体材料(生体又は細胞)の培養に適したものであればよく、特に制限されないが、例えば、純水に添加物を加えたものであることが多い。   The culture solution 213 is not particularly limited as long as it is suitable for culturing a biomaterial (living body or cell). For example, the culture solution 213 is often obtained by adding an additive to pure water.

測定用光L1から分岐された信号光L2の焦点面は、第1の対物レンズ210により対象物211の内部に合わせられる。焦点面で反射又は散乱した信号光L2bは、第1の対物レンズ210を通じて第2のビームスプリッタ206に戻る。なお、反射とは、フレネル反射を含み、散乱とは、後方散乱を含む。   The focal plane of the signal light L2 branched from the measurement light L1 is adjusted to the inside of the object 211 by the first objective lens 210. The signal light L2b reflected or scattered by the focal plane returns to the second beam splitter 206 through the first objective lens 210. The reflection includes Fresnel reflection, and the scattering includes backscattering.

よって、第2のビームスプリッタ206からの信号光L2は、まず、ローパスフィルター209を通り、次いで、第1の対物レンズ210を通り、第1対物レンズ210の先端部から培養液213内に入り、対象物211に照射されたのち、対象物211で反射又は散乱されて、再び、培養液213と第1対物レンズ210とローパスフィルター209とを通り、第2のビームスプリッタ206に戻る。   Therefore, the signal light L2 from the second beam splitter 206 first passes through the low-pass filter 209, then passes through the first objective lens 210, enters the culture solution 213 from the tip of the first objective lens 210, After irradiating the object 211, it is reflected or scattered by the object 211, passes through the culture solution 213, the first objective lens 210, and the low-pass filter 209 again, and returns to the second beam splitter 206.

一方、第2のアーム208には、透明硝材214と、第1レンズの一例として機能する第2の対物レンズ215と、参照面216と、参照面216を入れる容器(以下、単に「水槽」と称する。)217とが配置されている。第2のアーム208は、制御部221aの制御の下に駆動可能なZ方向ステージ272で支持され、Z方向(光路方向)に移動可能として光路長さを調整可能としている。水槽217内は、培養液213の屈折率と近い屈折率を有する第2液体(以下、単に「水溶液」と称する。)218で満たされている。また、第2の対物レンズ215の先端部は、水溶液218中に液浸させている。参照面216と第2対物レンズ215との間には、水溶液218が配される。   On the other hand, in the second arm 208, a transparent glass material 214, a second objective lens 215 functioning as an example of the first lens, a reference surface 216, and a container for storing the reference surface 216 (hereinafter simply referred to as “water tank”). 217) is arranged. The second arm 208 is supported by a Z-direction stage 272 that can be driven under the control of the control unit 221a, and is movable in the Z direction (optical path direction) so that the optical path length can be adjusted. The water tank 217 is filled with a second liquid (hereinafter simply referred to as “aqueous solution”) 218 having a refractive index close to that of the culture solution 213. Further, the tip of the second objective lens 215 is immersed in the aqueous solution 218. An aqueous solution 218 is disposed between the reference surface 216 and the second objective lens 215.

透明硝材214は、波長分散による影響を除くために、ローパスフィルター209の屈折率と分散と同じ屈折率と分散とに調整されたものが望ましいが、無くてもよい。   The transparent glass material 214 is preferably adjusted to have the same refractive index and dispersion as the low-pass filter 209 in order to eliminate the influence of wavelength dispersion, but it may be omitted.

水溶液218は、純水に、濃度0.1%以上5%以下の防腐剤を加えたものが望ましい。参照面216の溶解等の懸念がなければ、培養液213と同じ液体を水槽217に入れるのが、波長分散の影響を除く上で最もよい。防腐剤として、フェノキシエタノール、パラベン、デヒドロ酢酸Na、エチレングリコール、又はジクロロイソシアヌル酸Naなどを用いることができる。また、四国化成工業株式会社製のアクアクリーンG若しくはアクアクリーンL、ユーアイ化成株式会社製のホワイト7−SW又は株式会社ゼニス・アドバン製のアピザスを防腐剤として利用できる。   The aqueous solution 218 is preferably obtained by adding a preservative having a concentration of 0.1% to 5% to pure water. If there is no concern about dissolution of the reference surface 216, it is best to remove the influence of wavelength dispersion by putting the same liquid as the culture solution 213 into the water tank 217. As a preservative, phenoxyethanol, paraben, dehydroacetic acid Na, ethylene glycol, dichloroisocyanuric acid Na, or the like can be used. Further, Aquaclean G or Aquaclean L manufactured by Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd., White 7-SW manufactured by UI Kasei Co., Ltd., or Apizzas manufactured by Zenith Advan Co., Ltd. can be used as a preservative.

参照光L3の焦点は、第2の対物レンズ215により、参照面216上に合わせられる。参照面216で反射又は散乱した参照光は、第2の対物レンズ215を経て第2のビームスプリッタ206に戻る。   The reference light L3 is focused on the reference surface 216 by the second objective lens 215. The reference light reflected or scattered by the reference surface 216 returns to the second beam splitter 206 through the second objective lens 215.

よって、第2のビームスプリッタ206からの参照光L3は、まず、透明硝材214を通り、次いで、第2の対物レンズ215を通り、第2の対物レンズ215の先端部から水溶液218i入り、参照面216を照射したのち、参照面216で反射又は散乱されて、再び、水溶液218と第2の対物レンズ215透明硝材214を通り、第2のビームスプリッタ206に戻る。   Therefore, the reference light L3 from the second beam splitter 206 first passes through the transparent glass material 214, then passes through the second objective lens 215, enters the aqueous solution 218i from the tip of the second objective lens 215, and is referred to. After irradiating 216, the light is reflected or scattered by the reference surface 216, passes through the aqueous solution 218 and the second objective lens 215, the transparent glass material 214, and returns to the second beam splitter 206.

第1のアーム207における信号光L2の光路長Lsと第2のアーム208における参照光L3の光路長Lrefとが、測定用光源201のコヒレンス長Lcの範囲内で一致するとき、第2のビームスプリッタ206に戻った信号光L2bと参照光L3bとは、光干渉を起こす。干渉した光(干渉光)L5は、第2のビームスプリッタ206でカメラ219に向けて反射され、カメラ219上に焦点を絞る結像レンズ220によりカメラ219上に結像される。   When the optical path length Ls of the signal light L2 in the first arm 207 and the optical path length Lref of the reference light L3 in the second arm 208 coincide within the range of the coherence length Lc of the measurement light source 201, the second beam The signal light L2b and the reference light L3b that have returned to the splitter 206 cause optical interference. The interfered light (interference light) L5 is reflected by the second beam splitter 206 toward the camera 219, and is imaged on the camera 219 by the imaging lens 220 that focuses on the camera 219.

カメラ219は、例えばCCDタイプの2次元状の画素からなるセンサ面を有する。このセンサ面と対象物211と、並びにセンサ面と参照面216とは、それぞれ、光学的に共役関係になるよう配置されている。つまり、カメラ219は、その視野の中に、対象物211と参照面216とを重複して収める。なお、光学系収差による測定誤差を低減するために、対象物211と参照面216とを同一の倍率で撮像することが望ましく、波長分散による測定誤差を低減するために、同一硝材を用いて倍率を調整することが望ましい。カメラ219には、参照面216で反射又は散乱した光と、対象物211で反射又は散乱した光とが干渉して形成された干渉光L5が入射する。   The camera 219 has a sensor surface composed of, for example, a CCD type two-dimensional pixel. The sensor surface and the object 211, and the sensor surface and the reference surface 216 are arranged so as to be optically conjugate with each other. That is, the camera 219 stores the object 211 and the reference surface 216 in the field of view. Note that in order to reduce measurement errors due to optical system aberrations, it is desirable to image the object 211 and the reference surface 216 at the same magnification. To reduce measurement errors due to wavelength dispersion, magnification is achieved using the same glass material. It is desirable to adjust. Interference light L5 formed by interference between the light reflected or scattered by the reference surface 216 and the light reflected or scattered by the object 211 is incident on the camera 219.

コンピュータ221は、少なくとも、カメラ219で取得したデータを演算して対象物211の画像を構築する演算部221cと、カメラ219のシャッター及び加熱用光源222の放射パワーにそれぞれ指示を出してそれぞれ駆動制御する制御部221aとを具備している。さらに、コンピュータ221は、カメラ219で取得したデータを記憶する記憶部221bを具備していてもよい。なお、カメラ219のシャッターは、電子式でも、機械式でも良い。記憶部221bは、カメラ219で測定した前記干渉光L5の干渉信号強度を保存する。演算部221cは、記憶部221bで保存された前記干渉信号強度から画像を構築するように演算する。   The computer 221 computes at least the data acquired by the camera 219 and constructs an image of the object 211, and instructs the shutters of the camera 219 and the radiant power of the heating light source 222 to control driving. And a control unit 221a. Furthermore, the computer 221 may include a storage unit 221b that stores data acquired by the camera 219. Note that the shutter of the camera 219 may be electronic or mechanical. The storage unit 221b stores the interference signal intensity of the interference light L5 measured by the camera 219. The computing unit 221c performs computation so as to construct an image from the interference signal intensity stored in the storage unit 221b.

制御部221aは、記憶部221bのデータを利用して演算部221cで演算を行うとともに、加熱用光源222からの加熱光L4の放射パワー(放射エネルギ)を周波数fで制御して、物理的距離Dにおける光路長ΔLrefを変動させる他、ランプ202及びカメラ219及びZステージ271及び272などの駆動制御を行う。   The control unit 221a uses the data stored in the storage unit 221b to perform calculations in the calculation unit 221c, and controls the radiant power (radiant energy) of the heating light L4 from the heating light source 222 with the frequency f to obtain a physical distance. In addition to changing the optical path length ΔLref in D, drive control of the lamp 202, the camera 219, the Z stages 271 and 272, and the like is performed.

加熱用光源222は、中心波長λdの赤外加熱光(加熱用光)L4を発するユニットであり、赤外ランプ223と、第2のコリメータレンズ224とを具備する。赤外ランプ223は、例えばレーザー、SLD(Superluminescent diode)、又はLEDなどの高周波駆動が可能な光源である。   The heating light source 222 is a unit that emits infrared heating light (heating light) L 4 having a center wavelength λd, and includes an infrared lamp 223 and a second collimator lens 224. The infrared lamp 223 is a light source capable of high frequency driving such as a laser, an SLD (Superluminescent diode), or an LED.

赤外ランプ223の発する加熱光L4の中心波長λdは、測定用光L1の中心波長λcよりも長波長となるように設定される。このように設定する理由は、加熱光L4をローパスフィルター209で遮蔽するためである。また、加熱光L4の中心波長λdは、後述する位相変調を行うために、第2液体218に吸収される波長とする。第2液体218が水を主成分とする場合、図2に示す、波長と水との吸収係数の関係図から、中心波長λdを1350nm以上とし、水の吸収スペクトルが高い赤外光を、加熱光L4の例として、赤外ランプ223から照射するのが望ましい。好ましい中心波長λdの範囲としては、1350nm以上かつ3000nm未満である。より具体的には、中心波長λd=1450nm又はλd=1940nmの赤外光源を加熱用光源222とするのがよい。   The center wavelength λd of the heating light L4 emitted from the infrared lamp 223 is set to be longer than the center wavelength λc of the measurement light L1. The reason for setting in this way is to shield the heating light L4 with the low-pass filter 209. The center wavelength λd of the heating light L4 is a wavelength that is absorbed by the second liquid 218 in order to perform phase modulation described later. When the second liquid 218 contains water as a main component, infrared light having a high water absorption spectrum with a center wavelength λd of 1350 nm or more is heated from the relationship between the wavelength and water absorption coefficient shown in FIG. As an example of the light L4, it is desirable to irradiate from an infrared lamp 223. A preferable range of the center wavelength λd is 1350 nm or more and less than 3000 nm. More specifically, an infrared light source having a center wavelength λd = 1450 nm or λd = 1940 nm may be used as the heating light source 222.

加熱光L4の一例としての赤外加熱光L4は、第1のビームスプリッタ205に入射して第2のビームスプリッタ206に向けて反射され、さらに第2のビームスプリッタ206に入射する。すなわち、第1のビームスプリッタ205には、測定用光L1と赤外加熱光L4との両方が入射し、その後、第1のビームスプリッタ205を出射した測定用光L1と赤外加熱光L4とは、第2のビームスプリッタ206に入射する。   The infrared heating light L4 as an example of the heating light L4 is incident on the first beam splitter 205, reflected toward the second beam splitter 206, and further incident on the second beam splitter 206. That is, both the measurement light L1 and the infrared heating light L4 enter the first beam splitter 205, and then the measurement light L1 and the infrared heating light L4 emitted from the first beam splitter 205 Enters the second beam splitter 206.

第2のビームスプリッタ206に入射した赤外加熱光L4は2つに分離され、一部の赤外加熱光L4aは、信号光側として干渉計の第1のアーム207に送られ、残りの赤外加熱光L4bは、参照光側として第2のアーム208に送られる。信号光側の第1アーム207に送られた赤外加熱光L4aは、ローパスフィルター209によって通過を阻止される。このため、信号光側としての赤外加熱光L4aは、対象物211に照射されず、測定に影響を与えない。   The infrared heating light L4 incident on the second beam splitter 206 is separated into two, and a part of the infrared heating light L4a is sent to the first arm 207 of the interferometer on the signal light side, and the remaining red light The external heating light L4b is sent to the second arm 208 as the reference light side. The infrared heating light L4a sent to the first arm 207 on the signal light side is blocked from passing by the low-pass filter 209. For this reason, the infrared heating light L4a on the signal light side is not irradiated on the object 211 and does not affect the measurement.

本光干渉測定装置200は、赤外加熱光L4を用いて、測定用光L1のうちの第2のビームスプリッタ206で参照面216に向けて分離された参照光L3の位相変調を行う。このため、位相変調にPZT素子を用いる必要がない。生体材料211を培養する場合、光干渉測定装置200は、インキュベータ300内に配置される。この際、インキュベータ300内は、生体材料211を培養するために湿度が60%以上95%以下といった高湿度環境となっている。この高湿度環境下では、PZT素子の耐久性劣化が問題となっていたが、本光干渉測定装置200は、PZT素子ではなく、赤外加熱光L4bを用いて位相変調を行うことで、その問題を解決している。以下に、赤外加熱光L4bを用いた位相変調方法について詳述する。   The optical interference measurement apparatus 200 uses the infrared heating light L4 to perform phase modulation of the reference light L3 separated toward the reference surface 216 by the second beam splitter 206 in the measurement light L1. For this reason, it is not necessary to use a PZT element for phase modulation. When culturing the biomaterial 211, the optical interference measurement apparatus 200 is disposed in the incubator 300. At this time, the inside of the incubator 300 is in a high humidity environment where the humidity is 60% or more and 95% or less in order to culture the biomaterial 211. In this high humidity environment, the durability deterioration of the PZT element has been a problem, but the optical interference measurement apparatus 200 performs the phase modulation using the infrared heating light L4b instead of the PZT element. The problem is solved. The phase modulation method using the infrared heating light L4b will be described in detail below.

図3は、本発明の実施の形態1における、第2のアーム208の拡大図である。   FIG. 3 is an enlarged view of the second arm 208 in the first embodiment of the present invention.

参照光L3側の第2アーム208に送られた赤外加熱光L4bは、参照光L3と同様に、透明硝材214を通り、第2対物レンズ215で集光され、参照面216に結像しようとする。このとき、第2対物レンズ215と参照面216の光路上の領域に存在する水溶液218aとに赤外加熱光L4bが吸収される。このため、その光路上の領域に存在する水溶液218aの温度が上昇する。なお、ここでは、第2対物レンズ215と参照面216との間で水槽217内に存在する水溶液218は、第2対物レンズ215と参照面216との赤外加熱光L4bの光路の領域(赤外加熱光L4が照射される領域)に存在する水溶液218aと、赤外加熱光L4bの照射されない領域における水溶液218bとに分けて考える。赤外加熱光L4bで照射された水溶液218aは、温度が上昇する。   Similarly to the reference light L3, the infrared heating light L4b sent to the second arm 208 on the reference light L3 side passes through the transparent glass material 214 and is condensed by the second objective lens 215 to form an image on the reference surface 216. And At this time, the infrared heating light L4b is absorbed by the aqueous solution 218a existing in the region on the optical path of the second objective lens 215 and the reference surface 216. For this reason, the temperature of the aqueous solution 218a existing in the region on the optical path rises. Here, the aqueous solution 218 existing in the water tank 217 between the second objective lens 215 and the reference surface 216 is an optical path region (red) of the infrared heating light L4b between the second objective lens 215 and the reference surface 216. The aqueous solution 218a existing in the region irradiated with the external heating light L4) and the aqueous solution 218b in the region not irradiated with the infrared heating light L4b are considered separately. The temperature of the aqueous solution 218a irradiated with the infrared heating light L4b rises.

図4は、本発明の実施の形態1における、水の温度と屈折率との関係図である。水溶液218aの温度が上昇すると、水溶液218aの屈折率nが低下する。物理的距離が同じでも、屈折率nが変化すると、光学的距離(光路長)は変化する。   FIG. 4 is a relationship diagram between the temperature of water and the refractive index in the first embodiment of the present invention. When the temperature of the aqueous solution 218a increases, the refractive index n of the aqueous solution 218a decreases. Even if the physical distance is the same, the optical distance (optical path length) changes when the refractive index n changes.

水溶液218aの低下した屈折率をΔnとし、図3に示すように第2の対物レンズ215の先端部と参照面216の表面との間の物理的距離をDとすると、物理的距離D内で変化する光路長ΔLrefは、以下の(式1)で表される。   Assuming that the reduced refractive index of the aqueous solution 218a is Δn, and the physical distance between the tip of the second objective lens 215 and the surface of the reference surface 216 is D, as shown in FIG. The changing optical path length ΔLref is expressed by the following (formula 1).

ΔLref=Δn×D・・・(式1)
さらに、屈折率nと温度の勾配係数をCnとし、温度変動量をΔCとすると、これらの関係は(式2)で表される。
ΔLref = Δn × D (Expression 1)
Further, assuming that the refractive index n and the temperature gradient coefficient are Cn and the temperature fluctuation amount is ΔC, these relationships are expressed by (Equation 2).

Δn=Cn×ΔC・・・(式2)
したがって、図1の加熱用光源222からの加熱光L4の放射パワーを制御部221aで制御し、周波数fで加熱用光源222を駆動させることで、物理的距離Dにおける光路長ΔLrefを変動させることができる。この光路は、参照光L3も通過する。このため、加熱光L4の放射パワーを制御部221aで変動させることで、参照光L3の位相変調を実現できる。
Δn = Cn × ΔC (Formula 2)
Therefore, the control unit 221a controls the radiation power of the heating light L4 from the heating light source 222 in FIG. 1 and drives the heating light source 222 at the frequency f, thereby changing the optical path length ΔLref at the physical distance D. Can do. This optical path also passes through the reference light L3. For this reason, the phase modulation of the reference light L3 can be realized by changing the radiation power of the heating light L4 by the control unit 221a.

ここで、測定用光源201からの測定用光L1の中心波長λcをλc=800nmとし、位相変調量ΔLrefをΔLref=λc/2=400nmとする。物理的距離Dを5mmとすると、(式1)より、
Δn=ΔLref/D=400/5000000=0.00008
となる。図4より、対象物211の培養温度に使用されることが多い35度近傍の屈折率と温度との勾配係数Cnは、
Cn=|(1.3325−1.3315)/(25−35)|=0.0001
と算出できる。
Here, it is assumed that the center wavelength λc of the measurement light L1 from the measurement light source 201 is λc = 800 nm and the phase modulation amount ΔLref is ΔLref = λc / 2 = 400 nm. Assuming that the physical distance D is 5 mm,
Δn = ΔLref / D = 400/5000000 = 0.00008
It becomes. From FIG. 4, the gradient coefficient Cn between the refractive index and temperature near 35 degrees, which is often used for the culture temperature of the object 211, is
Cn = | (1.3325-1.3315) / (25-35) | = 0.0001
And can be calculated.

したがって、必要な温度変動量ΔCは、
ΔC=Δn/Cn=0.00008/0.0001=0.8℃
と計算される。放熱については、水溶液218の光路上の水溶液218a以外の領域の水溶液218bが水冷の役割をし、加熱された水溶液218aの放熱を助ける。すなわち、水溶液218aのみが局所的に温度変動する。水溶液218bの体積は、水溶液218aの体積に比べて著しく大きく、例えば100倍以上大きく、より好ましくは1000倍以上かつ100000倍以下の範囲で大きい。
Therefore, the required temperature fluctuation amount ΔC is
ΔC = Δn / Cn = 0.00008 / 0.0001 = 0.8 ° C.
Is calculated. Regarding heat dissipation, the aqueous solution 218b in a region other than the aqueous solution 218a on the optical path of the aqueous solution 218 serves as water cooling, and assists heat dissipation of the heated aqueous solution 218a. That is, only the aqueous solution 218a locally varies in temperature. The volume of the aqueous solution 218b is significantly larger than the volume of the aqueous solution 218a, for example, 100 times or more, more preferably 1000 times or more and 100000 times or less.

また、別の条件でも説明する。図4の温度と屈折率との関係より、係数α=0.00013[1/℃]がわかる。物理的距離D(焦点距離)を4.5mmとし、透明硝材214を通過した光のスポット径を7.2mmとすると、光学的距離の変動量Δ=100[nm]に必要な温度変化β[℃]は
β=Δ/(α×D)=100[nm]/(0.00013[1/℃]×4500000[nm])≒0.17[℃]
となる。光路中の水溶液218aの体積Vは、焦点距離D及びスポット径より0.61[ml]である。必要熱量J=4.2×体積V×温度変化βであるため、0.042[J]となる。光の周波数fを100[Hz]とすると、必要な熱源(光源)パワーPは4.3[W]となる。なお、光の周波数fを60[Hz]とすると、必要なパワーは2.6[W]である。ここで、中心波長λcを1450nmとすると、水(水溶液218a)の吸収係数は12、吸光度は23.45、吸収率は100%であるため、光学的距離を100nm変動させるためには、周波数100[Hz]かつパワー4,3[W]とすればよい。なお、中心波長λcを940nmとすると、水(水溶液218a)の吸収係数は0.3、吸光度は0.59、吸収率は74%となるため、中心波長λcを1450nmかつ100[Hz]の1.4倍のパワーが必要となる。なお、光路上以外の水溶液218bが水冷の機能を発揮し、加熱された水溶液218aの温度は直ちに低下するため、後述の位相変調が可能となる。
Further, another condition will be described. From the relationship between the temperature and the refractive index in FIG. 4, the coefficient α = 0.00013 [1 / ° C.] is known. Assuming that the physical distance D (focal length) is 4.5 mm and the spot diameter of the light that has passed through the transparent glass material 214 is 7.2 mm, the temperature change β [necessary for the optical distance variation Δ = 100 [nm]. [° C.] is β = Δ / (α × D) = 100 [nm] / (0.00013 [1 / ° C.] × 4500000 [nm]) ≈0.17 [° C.]
It becomes. The volume V of the aqueous solution 218a in the optical path is 0.61 [ml] from the focal length D and the spot diameter. Since the required heat amount J = 4.2 × volume V × temperature change β, 0.042 [J] is obtained. If the frequency f of light is 100 [Hz], the necessary heat source (light source) power P is 4.3 [W]. If the light frequency f is 60 [Hz], the required power is 2.6 [W]. Here, assuming that the center wavelength λc is 1450 nm, the absorption coefficient of water (aqueous solution 218a) is 12, the absorbance is 23.45, and the absorptance is 100%. Therefore, in order to change the optical distance by 100 nm, the frequency 100 [Hz] and power 4, 3 [W] may be used. If the center wavelength λc is 940 nm, the absorption coefficient of water (aqueous solution 218a) is 0.3, the absorbance is 0.59, and the absorptance is 74%. Therefore, the center wavelength λc is 1450 nm and 1 [100 Hz]. .4 times more power is required. The aqueous solution 218b other than on the optical path exhibits a water cooling function, and the temperature of the heated aqueous solution 218a immediately decreases, so that phase modulation described later becomes possible.

ここで、簡単に位相変調方式の干渉計について説明する。   Here, a phase modulation interferometer will be briefly described.

対象物211と参照面216との光路差を、前述のように加熱用光源222を制御部221aで連続的に変化せると、対象物211と参照面216との光路差がゼロとなる箇所で、コントラスト最大の干渉画像がカメラ219で撮像される。   When the optical path difference between the object 211 and the reference surface 216 is continuously changed by the control unit 221a as described above, the optical path difference between the object 211 and the reference surface 216 becomes zero. The interference image with the maximum contrast is captured by the camera 219.

ここで、光干渉測定装置200による測定方法について図1と図5と図6とを用いて説明する。図5は、本発明の実施の形態1における、測定方法を示したフローチャートである。図6は、本発明の実施の形態1における、測定によって得られた注目画素の干渉波形の模式図である。   Here, a measurement method using the optical interference measurement apparatus 200 will be described with reference to FIGS. 1, 5, and 6. FIG. FIG. 5 is a flowchart showing the measurement method in the first embodiment of the present invention. FIG. 6 is a schematic diagram of the interference waveform of the target pixel obtained by measurement in Embodiment 1 of the present invention.

まず、ステップS1では、光干渉測定装置200に対象物211を配置したのち、制御部221aの制御の下に、光路長の調整を行う。具体的には、制御部221aの制御の下に、対象物211又は参照面216のZ方向ステージ271又は272を駆動して対象物211又は参照面216のZ方向(光路方向)の位置を調整することで、信号光L2と参照光L3との光路長を、測定用光源201からの光のコヒレンス長Lc内で一致させる。このZ方向ステージ271又は272は、ステッピングモータなど、光路長差がコヒレンス長Lcの範囲内になるよう調整できる機構であればよく、PZT素子である必要はない。   First, in step S1, after the object 211 is arranged in the optical interference measuring apparatus 200, the optical path length is adjusted under the control of the control unit 221a. Specifically, under the control of the control unit 221a, the Z direction stage 271 or 272 of the object 211 or the reference surface 216 is driven to adjust the position of the object 211 or the reference surface 216 in the Z direction (optical path direction). As a result, the optical path lengths of the signal light L2 and the reference light L3 are matched within the coherence length Lc of the light from the measurement light source 201. The Z-direction stage 271 or 272 may be a mechanism that can be adjusted so that the optical path length difference is within the range of the coherence length Lc, such as a stepping motor, and need not be a PZT element.

次に、ステップS2で、その光路長を調整した位置で、前述の加熱用光源222と制御部221aとを用いて加熱光L4で水溶液218aを加熱して光路長を変化させることによる位相変調を行い、制御部221aの制御の下に、対象物211の表面から反射又は散乱した参照光L3bと信号光L2bとの1度目の干渉光L5の信号(干渉信号)をカメラ219で取得し、記憶部221bに保存する。   Next, in step S2, phase modulation is performed by changing the optical path length by heating the aqueous solution 218a with the heating light L4 using the heating light source 222 and the control unit 221a at the position where the optical path length is adjusted. Under the control of the control unit 221a, a signal (interference signal) of the first interference light L5 of the reference light L3b and the signal light L2b reflected or scattered from the surface of the object 211 is acquired by the camera 219 and stored. Stored in the part 221b.

なお、制御部221aの制御の下に、保存の際、同じ位置においてカメラ219で複数回の撮影を行い、その複数画像の積算によりS/N比を向上してもよいし、カメラ219のCCDの光電変換後のゲインを下げて長時間露光させることで、S/N比を向上してもよい。   Note that, under the control of the control unit 221a, at the time of storage, the camera 219 may take a plurality of shots at the same position, and the S / N ratio may be improved by integrating the plurality of images. The S / N ratio may be improved by lowering the gain after photoelectric conversion and exposing for a long time.

次に、ステップS3で、制御部221aの制御の下に、第1のアーム207のZステージ271を対象物211の表面から厚み方向内部側(光路長が長くなる方向)にλc/2程度移動させる。   Next, in step S3, under the control of the control unit 221a, the Z stage 271 of the first arm 207 is moved from the surface of the object 211 to the inside in the thickness direction (in the direction in which the optical path length is increased) by about λc / 2. Let

次いで、ステップS4で、その移動させた位置で、制御部221aの制御の下に、干渉信号をカメラ219で取得し、記憶部221bに保存する。   Next, in step S4, an interference signal is acquired by the camera 219 under the control of the control unit 221a at the moved position, and stored in the storage unit 221b.

次いで、ステップS5で、このようなステップS3〜ステップS4までの干渉信号取得動作を、制御部221aの制御の下に、対象物211の表面から指定位置(対象物211の表面から対象物211の大略厚み寸法分だけ光路長が長くなった位置)に至るまで繰り返す。   Next, in step S5, the interference signal acquisition operation from step S3 to step S4 is performed from the surface of the object 211 under the control of the control unit 221a (from the surface of the object 211 to the object 211. Repeat until the optical path length is increased by approximately the thickness dimension.

ステップS5で、制御部221aの制御の下に、指定位置まで到達したと判断された後、ステップS6で、演算部221cで、第1のアーム207のZステージ271によるZ方向の移動で撮像されて干渉信号が取得され、さらに演算部221cでの演算により画像を取得する。そして、取得した複数枚の画像の各点の輝度を演算部221cで計算すると、図6に示すような干渉波形(実線部)が得られる。   In step S5, it is determined that the designated position has been reached under the control of the control unit 221a, and then in step S6, the calculation unit 221c picks up an image by moving the first arm 207 in the Z direction by the Z stage 271. Then, an interference signal is acquired, and an image is acquired by calculation in the calculation unit 221c. Then, when the luminance of each point of the acquired plurality of images is calculated by the calculation unit 221c, an interference waveform (solid line portion) as shown in FIG. 6 is obtained.

次いで、ステップS7で、この干渉波形の包絡線(点線)を演算部221cで求める。   Next, in step S7, an envelope (dotted line) of this interference waveform is obtained by the calculation unit 221c.

次いで、ステップS8で、この包絡線から干渉振幅を演算部221cで計算して取得する。カメラ219の全画素にわたって同様の計算を演算部221cですることで、演算部221cで対象物211のXY面画像を構築できる。   Next, in step S8, the interference amplitude is calculated from the envelope by the calculation unit 221c and obtained. By performing the same calculation for all the pixels of the camera 219 by the calculation unit 221c, an XY plane image of the object 211 can be constructed by the calculation unit 221c.

測定用光源201からの光が対象物211を透過する場合は、演算部221cで断層画像を構築できる。   When light from the measurement light source 201 passes through the object 211, a tomographic image can be constructed by the calculation unit 221c.

以上が、位相変調した干渉信号に基づいて画像を構築する詳細である。   The above is the details of constructing an image based on the phase-modulated interference signal.

制御部221aは、水溶液218の屈折率変動のプロファイルが正弦波状となるように、加熱用光源222の放射パワー(放射エネルギ)を調整して位相変調することが画像処理の高速化にとっては望ましいが、周波数fで変動させておけば問題はない。なお、屈折率変動は温度変動と相関するため、水溶液218の屈折率変動のプロファイルが正弦波状となる場合、水溶液218の温度の変動も正弦波となる。すなわち、制御部221aは、水溶液218の温度の変動が正弦波状となるように、加熱用光源222の放射パワー(放射エネルギ)を調整して位相変調してもよい。   Although it is desirable for the speedup of the image processing that the control unit 221a adjusts the phase by adjusting the radiation power (radiant energy) of the heating light source 222 so that the refractive index variation profile of the aqueous solution 218 is sinusoidal. If the frequency f is varied, there is no problem. Since the refractive index variation correlates with the temperature variation, when the refractive index variation profile of the aqueous solution 218 is sinusoidal, the temperature variation of the aqueous solution 218 is also a sine wave. That is, the controller 221a may adjust the phase of the heating light source 222 by adjusting the radiation power (radiant energy) so that the temperature variation of the aqueous solution 218 becomes sinusoidal.

以上のように、前記実施の形態1によれば、測定用光L1の中心波長λcよりも長波長である中心波長λdを有する加熱光L4を放つ加熱用光源222を用いて、参照面216が液中に配置されかつ加熱用光源222から入射した加熱光L4の中心波長λdの光を吸収する水溶液218の温度を制御部221aによって周波数制御している。このように構成することで、参照光L3の位相変調を行うため、位相変調にPZT素子が不要となり、高湿度下でも堅牢性に優れた位相変調式の光干渉測定装置200及び光干渉測定方法を提供できる。   As described above, according to the first embodiment, the reference surface 216 is formed by using the heating light source 222 that emits the heating light L4 having the center wavelength λd that is longer than the center wavelength λc of the measurement light L1. The temperature of the aqueous solution 218 that is disposed in the liquid and absorbs light having the center wavelength λd of the heating light L4 incident from the heating light source 222 is frequency-controlled by the control unit 221a. With this configuration, the phase modulation of the reference light L3 is performed, so that no PZT element is required for the phase modulation, and the phase modulation type optical interference measuring apparatus 200 and the optical interference measuring method excellent in robustness even under high humidity. Can provide.

よって、上記の光干渉測定装置200に対象物211を配置し、当該光干渉測定装置200を用いて前記対象物211を測定する光干渉測定方法が実施できる。これにより、高精度な測定が実現可能である。また、前記対象物211は、生体、又は細胞であることが好ましい。加えて、インキュベータ300内で前記光干渉測定装置200を用いて前記対象物211の測定を行うのが望ましい。そのような構成によれば、生体又は細胞を培養しつつ、位相変調を高精度に行うことで、より信頼性の高い測定が可能となる。   Therefore, an optical interference measurement method in which the object 211 is arranged on the optical interference measurement apparatus 200 and the object 211 is measured using the optical interference measurement apparatus 200 can be implemented. Thereby, highly accurate measurement is realizable. The object 211 is preferably a living body or a cell. In addition, it is desirable to measure the object 211 using the optical interference measuring apparatus 200 in the incubator 300. According to such a configuration, more reliable measurement can be performed by performing phase modulation with high accuracy while culturing a living body or a cell.

なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。   In addition, it can be made to show the effect which each has by combining arbitrary embodiment or modification of the said various embodiment or modification suitably. In addition, combinations of the embodiments, combinations of the examples, or combinations of the embodiments and examples are possible, and combinations of features in different embodiments or examples are also possible.

本発明の前記態様にかかる光干渉測定装置及び光干渉測定方法は、高湿度環境化において、堅牢性に優れた位相変調方式を実現し、工業分野における測定又は化学分野における測定等において対象物の表層又は内層の測定用途にも適用できる。   The optical interference measuring apparatus and the optical interference measuring method according to the above aspect of the present invention realize a phase modulation method having excellent robustness in a high humidity environment, and can measure an object in an industrial field or a chemical field. It can also be applied to surface or inner layer measurement applications.

200 光干渉測定装置
201 測定用光源
202 ランプ
203 スリット
204 第1のコリメータレンズ
205 第1のビームスプリッタ
206 第2のビームスプリッタ
207 第1のアーム
208 第2のアーム
209 ローパスフィルター
210 第1の対物レンズ
211 対象物
212 ディッシュ
213 培養液
214 透明硝材
215 第2の対物レンズ
216 参照面
217 水槽
218 水溶液
219 カメラ
220 結像レンズ
221 コンピュータ
221a 制御部
221b 記憶部
221c 演算部
222 加熱用光源
223 赤外ランプ
224 第2のコリメータレンズ
271 第1のアームのZステージ
272 第2のアームのZステージ
300 インキュベータ
L1 測定用光
L2 信号光
L2b 参照面から反射又は散乱した信号光
L3 参照光
L3b 対象物の表面から反射又は散乱した参照光
L4 加熱光
L4a 信号光側に分離された加熱光
L4b 参照光側に分離された加熱光
L5 干渉光
DESCRIPTION OF SYMBOLS 200 Optical interference measuring device 201 Measurement light source 202 Lamp 203 Slit 204 1st collimator lens 205 1st beam splitter 206 2nd beam splitter 207 1st arm 208 2nd arm 209 Low pass filter 210 1st objective lens 211 Object 212 Dish 213 Culture solution 214 Transparent glass material 215 Second objective lens 216 Reference surface 217 Water tank 218 Aqueous solution 219 Camera 220 Imaging lens 221 Computer 221a Control unit 221b Storage unit 221c Calculation unit 222 Heating light source 223 Infrared lamp 224 Second collimator lens 271 Z stage of first arm 272 Z stage of second arm 300 Incubator L1 Measurement light L2 Signal light L2b Signal reflected or scattered from the reference surface Signal light L3 Reference light L3b Reference light reflected or scattered from the surface of the object L4 Heating light L4a Heating light separated on the signal light side L4b Heating light separated on the reference light side L5 Interference light

Claims (10)

中心波長を有する測定用光を放つ測定用光源と、
前記測定用光の前記中心波長よりも長波長である中心波長を有する加熱用光を放つ加熱用光源と、
前記測定用光と前記加熱用光とが入射する第1ビームスプリッタと、
前記第1ビームスプリッタを出射した前記測定用光と前記加熱用光とをそれぞれ分光して対象物と参照面とにそれぞれ入射させる第2ビームスプリッタと、
前記第2ビームスプリッタから前記対象物に至る光の光路中に配された第1レンズと、
前記第2ビームスプリッタから前記参照面に至る光の光路中に配された第2レンズと、
前記参照面で反射又は散乱した光と前記対象物で反射又は散乱した光とが干渉した干渉光が入射するカメラと、
前記カメラに入射した前記干渉光の干渉信号強度から演算により画像を構築する演算部と、
前記第2ビームスプリッタから前記対象物に至る前記光路中に配された前記加熱用光の前記中心波長以上の波長を遮蔽するローパスフィルターと、
前記対象物と前記第1レンズとの間に配された第1液体と、
前記参照面と前記第2レンズとの間に配され、かつ前記第2レンズに入射した前記加熱用光の前記中心波長の光を吸収する第2液体と、
前記加熱用光源から放つ前記加熱用光の放射エネルギを周波数で駆動制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記加熱用光を周波数制御することで前記第2液体の温度を変動させて、該第2液体の屈折率を変化させ、前記測定用光のうちの前記第2ビームスプリッタで前記参照面に向けて分離された参照光を位相変調させる、
光干渉測定装置。
A measurement light source emitting measurement light having a central wavelength;
A heating light source that emits heating light having a center wavelength that is longer than the center wavelength of the measurement light;
A first beam splitter on which the measurement light and the heating light are incident;
A second beam splitter that splits the measurement light and the heating light emitted from the first beam splitter, respectively, and enters the target and the reference surface, respectively;
A first lens disposed in an optical path of light from the second beam splitter to the object;
A second lens disposed in an optical path of light from the second beam splitter to the reference surface;
A camera on which interference light obtained by interference between light reflected or scattered by the reference surface and light reflected or scattered by the object is incident;
A calculation unit that constructs an image by calculation from the interference signal intensity of the interference light incident on the camera;
A low-pass filter that blocks a wavelength equal to or greater than the center wavelength of the heating light disposed in the optical path from the second beam splitter to the object;
A first liquid disposed between the object and the first lens;
A second liquid that is disposed between the reference surface and the second lens and absorbs the light having the center wavelength of the heating light incident on the second lens;
A control unit that drives and controls the radiant energy of the heating light emitted from the heating light source at a frequency;
The control unit changes the refractive index of the second liquid by changing the temperature of the second liquid by frequency-controlling the heating light, and the second beam splitter of the measurement light uses the second beam splitter. Phase-modulating the reference light separated toward the reference surface;
Optical interference measurement device.
前記カメラで測定した前記干渉光の干渉信号強度を保存する記憶部をさらに備える、請求項1に記載の光干渉測定装置。   The optical interference measurement apparatus according to claim 1, further comprising a storage unit that stores an interference signal intensity of the interference light measured by the camera. 前記加熱用光の前記中心波長が1350nm以上かつ3000nm以下である、請求項1又は2に記載の光干渉測定装置。   The optical interference measuring apparatus according to claim 1 or 2, wherein the central wavelength of the heating light is 1350 nm or more and 3000 nm or less. 前記第2液体は、純水と、濃度0.1%以上かつ5%以下の防腐剤とからなる、請求項1〜3のいずれか1つに記載の光干渉測定装置。   The optical interference measurement apparatus according to claim 1, wherein the second liquid is composed of pure water and a preservative having a concentration of 0.1% to 5%. 前記第2液体は、前記第1液体と同じ液体である、請求項1〜3のいずれか1つに記載の光干渉測定装置。   The optical interference measurement apparatus according to claim 1, wherein the second liquid is the same liquid as the first liquid. 前記制御部は、前記第1液体の温度の変動が正弦波となるように前記加熱用光の放射エネルギを制御する、請求項1〜5のいずれか1つに記載の光干渉測定装置。   6. The optical interference measurement apparatus according to claim 1, wherein the control unit controls the radiant energy of the heating light so that a change in temperature of the first liquid becomes a sine wave. 前記第2ビームスプリッタから前記参照面に至る前記光路中に、前記ローパスフィルターと同じ屈折率と同じ分散とを持つ透明硝材を更に有する、請求項1〜6のいずれか1つに記載の光干渉測定装置。   The optical interference according to any one of claims 1 to 6, further comprising a transparent glass material having the same refractive index and the same dispersion as the low-pass filter in the optical path from the second beam splitter to the reference surface. measuring device. 請求項1〜7のいずれか1つに記載の前記光干渉測定装置に前記対象物を配置し、
次いで、前記光干渉測定装置を用いて前記対象物を測定する光干渉測定方法。
The object is arranged in the optical interference measurement device according to any one of claims 1 to 7,
Next, an optical interference measuring method for measuring the object using the optical interference measuring apparatus.
前記対象物は、生体、又は細胞である、請求項8に記載の光干渉測定方法。   The optical interference measurement method according to claim 8, wherein the object is a living body or a cell. インキュベータ内で前記光干渉測定装置を用いて前記対象物の測定を行う、請求項9に記載の光干渉測定方法。   The optical interference measuring method according to claim 9, wherein the object is measured using the optical interference measuring device in an incubator.
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