JP2774945B2

JP2774945B2 - 反射光測定装置

Info

Publication number: JP2774945B2
Application number: JP5243395A
Authority: JP
Inventors: 四郎及川
Original assignee: 株式会社生体光情報研究所
Priority date: 1995-03-13
Filing date: 1995-03-13
Publication date: 1998-07-09
Anticipated expiration: 2013-07-09
Also published as: JPH08247734A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被検体内部の観測点で
の反射光量を測定する反射光測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、被検体、特に人体の体表や体
腔内壁の表面構造を光学的に調べ、具体的には例えば胃
カメラにより胃の内壁の状態を写真撮影し、それに基づ
いて診断等が行なわれている。近年、そのような生体組
織やそれを切除して得た病理組織試料等の被検体の表面
状態の観察のみでなく、その表面の奥、すなわち被検体
の内部を光学的に観察するための研究が行なわれてい
る。表面状態のみでなく内部の状態を観察することによ
り、より多くの情報を得ることができ、例えば臨床に応
用した場合、より適切な診断を行なうことができる。

【０００３】従来、被検体内部を光学的に観察する手法
として、ＣＬＳＭ（共焦点走査型顕微鏡），ＯＣＴ（Ｏ
ｐｔｉｃａｌＣｏｈｅｒｅｎｃｅＴｏｍｏｇｒａｐ
ｈｙ）が知られている。図９は、ＣＬＳＭの原理説明図
である。ピンホール板８１のピンホール８１ａを経由し
た、フォーカス性の良いレーザ光８０を、ハーフミラー
８２および対物レンズ８３を経由して被検体１の内部の
所定の観測点Ｒに向けて照射する。観測点Ｒからの反射
光は、対物レンズ８３を経由し、ハーフミラー８２を透
過して共焦点ピンホール板８４のピンホール８４ａの位
置に集光する。観測点Ｒ以外の点Ｒ’での反射光は、共
焦点ピンホール板８４の位置では広がってしまい、もし
くは、その共焦点ピンホール板８４上の、ピンホール８
４ａ以外の点に集光する。したがって観測点Ｒからの反
射光が選択的にピンホール８４ａを通過する。この反射
光を検出器（図示せず）で受光する。被検体１を走査し
て各観測点について反射光信号を得ることにより被検体
１の内部の像を得ることができる。

【０００４】図１０は、ＯＣＴ装置の説明図である。可
干渉距離の短い光を発する光源、例えばこの例ではＳＬ
Ｄ（ＳｕｐｅｒＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔＤｉｏｄ
ｅ）９１から発せられた光は、光ファイバ９２に入射し
て伝達され、ファイバ・カプラ９３により第１の光波
（物体光）と第２の光波（参照光）とに二分されて、そ
れぞれ光ファイバ９４，９５で伝達され、それぞれ対物
レンズ系９６、参照レンズ系９７を経由して、被検体
１、参照ミラー９８に伝達される。このとき参照ミラー
９８はＺ方向（光ビームの光軸方向）に移動している。

【０００５】尚、図１０には、物体光側にＰＺＴ（Ｐｉ
ｅｚｏ−ｅｌｅｃｔｒｉｃＴｒａｎｓｄｕｃｅｒ）９
９が配置され物体光の周波数シフトが行われているが、
これは、フォトダイオード１０１で、このフォトダイオ
ード１０１、ないしこのフォトダイオード１０１を含む
信号処理系に適した周波数の信号が得られるようにする
ためのものであり、本装置の測定原理上は必ずしも必要
のないものであり、以下、ＰＺＴ９９の作用については
省略し、ＰＺＴ９９を備えない場合について説明する。

【０００６】被検体１に照射された光ビームは被検体内
を進み、その被検体内を進む間に被検体の光ビームの進
路上の各点で反射し、その反射光は対物レンズ系９６を
経由して光ファイバ９４に入射し、ファイバ・カプラ９
３を経由し、光ファイバ１００を経由し、光検出器、例
えばこの例ではフォトダイオード１０１に入射する。ま
た参照ミラー９８で反射した参照光も同様に、再度、参
照レンズ系９７を経由し、光ファイバ９５に入射し、フ
ァイバ・カプラ９３を経由し、光ファイバ１００を経由
し、フォトダイオード１０１に入射する。

【０００７】図１１は、フォトダイオード１０１で得ら
れる信号を示した図である。この図の横軸は、参照ミラ
ー９８のＺ方向の位置に対応しており、この参照ミラー
９８はＺ方向に等速で移動しているため、この図の横軸
は時間軸ｔでもある。またこの図の縦軸はフォトダイオ
ード１０１の受光信号の振幅であり、一点鎖線はその受
光信号の包絡線である。この図は、被検体内の一点のみ
で反射が生じており、かつ、フォトダイオード１０１に
伝達された反射光と参照光の強度が互いに同一の場合の
ものである。

【０００８】参照ミラー９８を連続的に定速でＺ方向に
移動すると、その参照ミラー９８で反射した参照光は、
その参照ミラー９８に入射した光と比べ、その周波数が
ドップラ周波数分だけ遷移した光に変換される。したが
ってフォトダイオード１０１上では反射光と参照光が干
渉し、それら反射光の周波数と参照光の周波数との差の
周波数の信号が観測される。

【０００９】ところで、ＳＬＤ９１から発せられた光は
可干渉距離が短く、したがって、被検体１のある一点の
みで反射が生じているものとすると、ＳＬＤ９１から発
せられ、物体光として被検体に照射され、その被検体内
のある一点で反射してフォトダイオード１０１に至る光
路長（光学距離）と、ＳＬＤ９１から発せられ、参照ミ
ラー９８で反射されて参照光としてフォトダイオード１
０１に至る光路長とが完全に同一である、図１０に示す
原点０を中点とし、そのＳＬＤ９１から発せられた光の
可干渉距離に対応したＺ方向の幅（時間幅）だけ、図示
のようなバースト波が観測される。実際には被検体１の
内部を進む光ビームの光路に沿った種々の点で反射が生
じており、参照ミラー９８をＺ方向に移動させることに
より、その移動中の各時点の参照ミラー９８のＺ方向の
位置に対応する、被検体内部の反射光の情報が連続的に
順次抽出された信号が得られることになる。

【００１０】この図１０に示すようなＯＣＴ装置は、主
に眼科領域への応用が研究されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述のＣＬＳＭおよび
ＯＣＴ装置のいずれにおいても、被検体１の観測点で反
射した反射光だけを検出することができず、被検体１の
表面ないし内部で多重に散乱した散乱光の混入を避ける
ことができないという問題がある。図１２は、この散乱
光が混入する様子を模式的に示す説明図である。

【００１２】ここでは、図１２（ａ）に示すように、光
源１１１から光路１１２を経由して被検体１の内部の観
測点Ｒに向けて光を照射し、観測点Ｒで反射した反射光
を、再び光路１１２を経由して光検出器１１３で受光す
るものとする。このとき観測点Ｒで反射した反射光以外
にも、図１２（ａ）に模式的に示すような、被検体１の
表面もしくは内部で種々に多重散乱した光が光路１１２
を経て光検出器１１３に入射する。

【００１３】図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示す光源
１１１から、極めて狭いパルス状の入射光を被検体１に
入射したときの、光検出器１１３に戻る出力光の時間遅
れ頻度分布（光検出器１１３で検出される光の強度）と
散乱回数の頻度を模式的に示したグラフである。入射光
が観測点Ｒに達し、観測点Ｒで反射して戻ってきた光が
光検出器１１３に入射する時刻をｔ_o としたとき、その
時刻ｔ₀ に光検出器１１３に入射した光に限定したとし
ても、その入射光の散乱回数は、観測点Ｒで１回だけ反
射した反射光のみでなく、多重に散乱した散乱光が大き
な割合で含まれている。

【００１４】図９に示すＣＳＬＭにおいては、上述の多
重散乱成分が光検出器に入射するのを除去できず、この
ため、大きな測定誤差を生じるという問題がある。ま
た、ＣＳＬＭにおいては、対物レンズ８３（図９参照）
の開口角を大きくしても光軸方向（被検体１の深さ方
向）の分解能は、例えば数百μｍ程度であり、光軸に直
交する方向の分解能（例えば１０μｍ程度）と比べ大き
く劣る。

【００１５】図１０に示すＯＣＴ装置においては、干渉
計が構成されているため、多重散乱光のうちの、参照光
と干渉しない成分についてはその多重散乱光による影響
を除去することができるが、この多重散乱光の中には、
観測点Ｒで反射した反射光と同時刻（時刻ｔ₀ ）に光検
出器に入射する、参照光と干渉する成分もかなりの割合
で含まれており、その干渉する成分については多量散乱
光の影響を除去することができないという問題がある。
また、ＯＣＴ装置では、光軸方向に走査する方式のた
め、対物レンズ開口角を大きく設定することはできず、
被検体の深部からは極めて微弱な反射光しか得ることが
できない。

【００１６】このように、被検体内部の組織構造を高解
像度で知るためには、光検出器への入射光から多重散乱
成分を取り除くことが極めて重要である。本発明は、上
記事情に鑑み、観測点で反射した反射光成分を多重散乱
成分と区別して高精度に抽出することのできる反射光測
定装置を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の第１の反射光測定装置は、（１−１）被検体内部の所定の観測点で、所定の受光光
軸に沿う方向に反射した反射光を導く受光光学系（１−２）上記受光光軸に直交する照射光軸に沿う方向
から、上記観測点に、受光光軸および照射光軸双方を含
む平面に垂直な方向に直線偏光した第１の偏光光、およ
びその平面に平行な方向に直線偏光した第２の偏光光
を、切替え自在に照射する照射光学系（１−３）受光光学系により導かれた反射光の強度を検
出する光検出器（１−４）光検出器で検出された、上記観測点が上記第
１の偏光光で照射されたときの第１の光強度と、上記観
測点が上記第２の偏光光で照射されたときの第２の光強
度との双方に基づいて、上記反射光と、被検体の表面も
しくは内部で散乱されて受光光学系に入射した散乱光と
のうちの上記反射光による光強度を抽出する反射光抽出
手段を備えたことを特徴とする。

【００１８】ここで、上記本発明の第１の反射光測定装
置において、上記（１−１）の受光光学系が、上記反射
光の、上記平面に垂直な方向に直線偏光した第１の偏光
成分を抽出する偏光抽出手段を備えていてもよい。ま
た、上記目的を達成する本発明の第２の反射光測定装置
は、（２−１）被検体内部の所定の観測点に、所定の照射光
軸に沿う方向から照射光を照射する照射光学系（２−２）上記観測点で、上記照射光軸に直交する受光
光軸に沿う方向に反射した反射光を導くとともに、その
反射光の、照射光軸および受光光軸双方を含む平面に垂
直な方向に直線偏光した第１の偏光成分、およびその平
面に平行な方向に直線偏光した第２の偏光成分を、切替
え自在に抽出する受光光学系（２−３）受光光学系により抽出された反射光の偏光成
分の強度を検出する光検出器（２−４）光検出器で検出された、その光検出器に上記
第１の偏光成分が入射したときの第１の光強度と、その
光検出器に上記第２の偏光成分が入射したときの第２の
光強度との双方に基づいて、上記反射光と、被検体の表
面もしくは内部で散乱されて受光光学系に入射した散乱
光とのうちの上記反射光による光強度を抽出する反射光
抽出手段を備えたことを特徴とする。

【００１９】この本発明の第２の反射光測定装置におい
て、上記（２−１）の照射光学系が、上記照射光とし
て、上記平面に垂直な方向に直線偏光した第１の偏光光
を照射するものであってもよい。また、上記本発明の第
１の反射光測定装置ないし第２の反射光測定装置におい
て、上記（１−４）ないし（２−４）の反射光抽出手段
では、典型的には、上記第１の光強度と上記第２の光強
度との差分演算を含む演算が行なわれる。

【００２０】また、上記本発明の第１の反射光測定装置
ないし第２の反射光測定装置は、被検体内部の所定の観
測点で互いに直交する第１の光軸および第２の光軸それ
ぞれを有し、切替え自在に、上記（１−２）ないし（２
−１）の照射光学系、および上記（１−１）ないし（２
−２）の受光光学系として使用される第１の光学系およ
び第２の光学系を備えたものであってもよい。

【００２１】さらに、上記本発明の第１の反射光測定装
置ないし第２の反射光測定装置は、照射光学系、受光光
学系、および光検出器を、照射光軸と受光光軸とを二等
分する軸を回動軸として回動させる回動機構を備えたも
のであってもよく、また、上記観測点で、照射光軸と受
光光軸との双方に直交する第２の受光光軸に沿う方向に
反射した反射光を導く第２の受光光学系を備えたもので
あってもよい。

【００２２】また、上記本発明の第１の反射光測定装置
ないし第２の反射光測定装置は、所定の可干渉距離を有
する光を射出する光源を有し、その光源から射出された
光を第１の光と第２の光とに二分し第１の光を照射光学
系に入射するとともに第２の光を光検出器に導く干渉光
学系を備えたものであってもよい。さらに、上記本発明
の第１の反射光測定装置ないし第２の反射光測定装置
は、照射光学系が、一次元的もしくは二次元的に並ぶ複
数の観測点に光を照射し、受光光学系が、それら複数の
観測点の像を光検出器上に結像する結像光学系を備えた
ものであって、光検出器が、それら複数の観測点それぞ
れで反射した反射光それぞれを検出するものであっても
よい。

【００２３】

【作用】以下では、先ず、本発明の原理について説明す
る。図１は、本発明における、基本的な光学系配置の概
念とその光学系配置の場合の散乱光発生の様子を示す模
式図である。図１に示すように、光源１１から発せられ
た光は、照射光学系１２を経由して照射光軸２に沿って
進み、被検体１の内部の観測点Ｒを照射する。観測点Ｒ
で反射して受光光軸４側に進む反射光は、受光光学系１
４を経由して光検出器１３に入射する。ここで、照射光
軸２と受光光軸４は、観測点Ｒで互いに直交している。

【００２４】このような光学配置においても、図１２を
参照して説明した場合と同様に、光検出器１３には、観
測点Ｒで１回だけ反射した反射光のほか、被検体１の表
面ないし内部で多重に散乱した散乱光も入射する。図２
は、直線偏光光の反射方向に対する反射強度分布を示し
た図である。原点Ｏから観測点Ｒに向かって、図２の上
下方向のみに電界Ｅを持つ光、すなわち、図２の上下方
向に直線偏光した照射光を照射すると、観測点Ｒでの、
その照射光の光軸Ｃを含む紙面に垂直な面内への反射光
（もしくは観測点Ｒを透過した透過光）は、ある程度の
強度をもち、例えば点Ａでは、その反射光が観測される
が、観測点Ｒにおける、その平面との垂線方向、例えば
点Ｂでは、観測点Ｒからの反射光は観測されない。

【００２５】本発明は、図２を参照して説明した直線偏
光光の性質を利用し、原理的には図１に示すような光学
系の配置によって、観測点Ｒからの反射光と、散乱光と
のうち、反射光のみを抽出するものである。本発明の第
１の反射光測定装置は、観測点Ｒを、図１の紙面に垂直
な方向に直線偏光した第１の偏光光（以下、これを「Ｓ
偏光」と称することがある）と、図１の紙面に平行な方
向に直線偏光した第２の偏光光（以下、これを「Ｐ偏
光」と称することがある）とを切替え自在に照射する。

【００２６】被検体１がＳ偏光により照射されたとき、
観測点Ｒでの反射光はその偏光状態を保ったまま受光光
学系１４に入射する。一方被検体１の表面ないし内部で
多重に散乱した光は、その偏光状態を失う。したがっ
て、被検体１がＳ偏光により照射されたときに、光検出
器１３で検出される光強度Ｉ_S は、観測点Ｒでの反射光
の、光検出器１３で検出される強度をＩ_RS、多重散乱成
分（ノイズ）の強度をｎ _S としたとき、Ｉ_S ＝Ｉ_RS＋ｎ_S ……（１）で表わされる。

【００２７】一方、被検体１がＰ偏光により照射された
とき観測点Ｒでの反射は受光光学系側には発生せず、し
たがってこのときの観測点Ｒでの反射光の強度はゼロで
ある。一方多重散乱成分（ノイズ）は相変わらず存在
し、その強度をｎ_P としたとき、光検出器１３で検出さ
れる光強度Ｉ_P は、Ｉ_P ＝ｎ_P ……（２）となる。

【００２８】ここで、被検体１が同一光量のＳ偏光，Ｐ
偏光で照射されたとすると、Ｓ偏光を照射したときのノ
イズ強度ｎ_S とＰ偏光を照射したときのノイズ強度ｎ_P
は互いに等しい（ｎ_S ＝ｎ_P ）と考えられる。したがっ
て、（１）式と（２）式との差分ΔＩを演算すると、 ΔＩ＝Ｉ_S −Ｉ_P ＝Ｉ_RS＋ｎ_S −ｎ_P ＝Ｉ_RS ……（３）となり、ノイズ成分がキャンセルされ、観測点Ｒで反射
した反射光による光強度Ｉ_RSが抽出される。

【００２９】ここで、上記本発明の第１の反射光測定装
置において、受光光学系１４にＳ偏光成分のみを抽出す
る偏光抽出手段、例えば偏光板等を備えると、（１）式
の信号成分Ｉ_RSはその偏光抽出手段をそのまま通過し、
ノイズ成分ｎ_S ，ｎ_P は、それらのノイズ成分ｎ_S ，ｎ
_P のうちのＳ偏光成分ｎ_SS，ｎ_PSのみがその偏光抽出手
段を通過する。したがって、この場合、光検出器１３に
入射する光自体のＳ／Ｎが向上し、例えば上述の演算に
より、観測点Ｒでの反射強度Ｉ_RSが、より高精度に抽出
される。

【００３０】本発明の第２の反射光測定装置は、例えば
偏光状態にない照射光を被検体１に照射し、受光光学系
１４の側に、その受光光学系１４に入射してきた光のＳ
偏光成分とＰ偏光成分を切替え自在に抽出して光検出器
１３に導く構成を有している。照射光が被検体１に照射
されたときの、観測点Ｒからの反射光の強度をＩ_R 、散
乱光強度をｎとしたとき、受光光学系１４に入射した光
の合計の光強度Ｉ_R ＋ｎのＳ偏光成分Ｉ_S はＩ_S ＝Ｉ_RS＋ｎ_S ……（４）を表わすことができる。図２を参照して説明したよう
に、受光光学系に入射する反射光は、既にＳ偏光成分の
みであるためＩ_R ＝Ｉ_RSである。一方、受光光学系に入
射した光の合計の光強度Ｉ_R ＋ｎのＰ偏光成分Ｉ_P は、
反射光のＰ偏光成分は存在しないため、Ｉ_P ＝ｎ_P ……（５）である。ここでも、ｎ_S ＝ｎ_P と考えられる。そこで、
（４）式と（５）式との差分ΔＩを演算すると、 ΔＩ＝Ｉ_S −Ｉ_P ＝Ｉ_RS＋ｎ_S −ｎ_P ＝Ｉ_RS ……（６）となり、上述した本発明の第１の反射光測定装置と同様
に、散乱光成分をキャンセルされ、観測点Ｐからの反射
光成分のみが抽出される。

【００３１】ここで、上述したように、観測点Ｒからの
受光光軸４側への反射光はＳ偏光成分のみであるため、
もともと被検体１にＰ偏光成分を照射する必要がなく、
照射光がＳ偏光であってもよい。その場合、観測点Ｐか
らの反射光強度Ｉ_P に対する散乱光強度ｎの割合が減少
し、光検出器１３にもともとＳ／Ｎの高い光が入射し、
したがって観測点Ｒでの反射光強度がより高精度に抽出
される。

【００３２】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
３は、本発明の反射光測定装置の第１実施例の構成図で
ある。光源１１から射出された光は、ビーム拡大光学系
１２１、偏光板１２２、および対物レンズ１２３からな
る照射光学系１２を経由し、観測点Ｒに集光される。観
測点Ｒにおいて、照射光軸２と直交する受光光軸４の方
向に反射した反射光は、図示しない散乱光とともに、対
物レンズ１４１、偏光板１４２、集光レンズ１４３、お
よびピンホール板１４４からなる受光光学系１４を経由
し、ピンホール１４４ａを通過した光が光検出器１３に
より検出される。

【００３３】本実施例では、照射光学系１２を構成する
偏光板１２２は、図３の紙面に垂直な方向に偏光したＳ
偏光、および図３の紙面に平行な方向に偏光したＰ偏光
が切替え自在にこの照射光学系１２から射出されるよう
に、自在に９０°回転させることができる。また、本実
施例では、受光光学系１４を構成する偏光板１４２も、
この受光光学系１４に入射した光のうちのＳ偏光成分，
Ｐ偏光成分がそれぞれこの受光光学系１４から射出され
るように、自在に９０°回転することができるよう構成
されている。このように、図３に示す実施例は、照射光
学系側の偏光板１２２を回転させることができることか
ら、本発明の第１の反射光測定装置の一実施例であり、
またこれと同時に、受光光学系側の偏光板１４２を回転
させることができることから、本発明の第２の反射光測
定装置の一実施例でもある。

【００３４】図３に示す反射光測定装置を、本発明の第
１の反射光測定装置として用いるときは、受光光学系側
の偏光板１４２は、その偏光板１４２からＳ偏光成分が
射出される向きに固定しておき、照射光学系側の偏光板
１２２が、Ｓ偏光成分を射出する向き、およびＰ偏光成
分を射出する向きに、交互にその回転角度が変更され、
その都度、光検出器１３で光強度が測定される。その測
定された光強度は、反射光抽出部１５に入力される。反
射光抽出部１５では、上述した差分演算の、さらにその
平均が演算され、これにより、観測点Ｒにおける反射光
の強度が求められる。

【００３５】また、図３に示す反射光測定装置を本発明
の第２の反射光測定装置として用いるときは、照射光学
系側の偏光板１２２は、その偏光板１２２からＳ偏光成
分が射出される向きに固定しておき、受光光学系側の偏
光板１４２の回転角度が、Ｓ偏光成分を射出する向き、
およびＰ偏光成分を射出する向きに交互にその回転角度
が変更され、上記と同様の検出、演算が行われる。

【００３６】ここで、図３に示す反射光測定装置の、反
射光抽出部１５を除く部分を、照射光軸２と受光光軸４
とを二等分する軸を回転軸として回転自在に構成し、多
数の回転角度における検出、差分演算を行ない、それら
多数の回転角度における差分の平均値を求めると、被検
体１の、観測点Ｒから外れた部分の、各部分によって異
なる誤差要因が均一化され、観測点Ｒからの反射光情報
のみを、一層高精度に求めることができる。

【００３７】尚、被検体１の方を回転させることができ
るときは、装置の方を回転させる代わりに、被検体１の
方を、観測点Ｒが常に照射光軸２と受光光軸４との交点
に一致するように、回転させてもよい。ところで、受光
光学系側では、その受光光学系に入射した光のうちのＳ
偏光成分ないしＰ偏光成分を抽出する必要があるが、照
射光学系側では、光源１１から射出された光の中からＳ
偏光成分ないしＰ偏光成分を「抽出」する必要はなく、
偏光板１２２を備えることに代えて、光源１１として、
例えばもともと直線偏光している光を射出する光源、例
えば半導体レーザ等を用い、その光源を照射光軸２を中
心に９０°回転させることによりＳ偏光とＰ偏光を得て
もよく、あるいは、図示しない１／２波長板を備え、そ
の１／２波長板を、照射光軸２を中心に回転させること
により、光源１１から射出された直線偏光光、あるいは
偏光板１２２から射出された直線偏光光の偏光の向き
を、Ｓ偏光やＰ偏光に合わせてもよい。

【００３８】図４は、照射光学系から射出された照射光
の集光点（対物レンズ１２１の焦点）と、受光光学系が
睨む観測点Ｒ（対物レンズ１４１の焦点）とを高精度に
一致させることのできる光学系の模式図である。図４で
は、照射光学系１２の開口角が受光光学系１４の開口角
と比べ大きくなるように光学系が構成されており、開口
角の大きな照射光学系１２を、照射光軸２の延びる方向
（図示の矢印Ｄ方向）に微調移動させる移動機構１２５
が備えられている。この移動機構１２５により、開口角
の大きな照射光学系を矢印Ｄ方向に微調移動させること
により、照射光学系１２の焦点と受光光学系１４の焦点
を高精度に一致させることができる。

【００３９】尚、図４には、照射光学系１２の開口角が
受光光学系１４の開口角よりも大きい例を示したが、照
射光学系１２の開口角よりも受光光学系１４の開口角の
方を大きく構成してもよい。そのときには、開口角の大
きい受光光学系１４の方が受光光軸４に沿う方向に微調
移動される。図５は、本発明の反射光測定装置の第２実
施例の模式図である。

【００４０】この第２実施例は、図３に示す第１実施例
と比べ、反射ミラー１６，１７と両面反射ミラー１８が
備えられており、この両面反射ミラー１８は、図５に実
線で示す回転位置と破線で示す回転位置とに自在に回転
させることができ、この両面反射ミラー１８を破線で示
す位置に回転させると、照射光学系１２と受光光学系１
４の役割りが交替する。したがって、この第２実施例の
場合、装置ないし被検体１を回転させることなく、図の
左側から照射し右側で受光するモードで求めた差分と、
図の右側から照射し左側で受光するモードで求めた差分
との平均値を求めることができ、図３に示す第１実施例
における、装置ないし被検体１を回転させない場合と比
べ、反射光をより高精度に抽出することができる。

【００４１】図６は、本発明の反射光測定装置の第３実
施例における光軸を示した図である。ここでは、図示の
煩雑さを回避するため、光学系そのものは図示されてい
ない。三次元的には、被検体１の観測点Ｒで互いに直交
する光軸は、図５に示すように光軸２１，２２，２３の
３本存在する。そこで、そのうちの一本を照射光軸と
し、残りの二本を受光光軸とすることにより、１回の測
定で２方向への反射の情報を得ることができ、また反射
光収集立体角が２倍に増え、測定精度が向上する。さら
に、これら３本の光軸２１，２２，２３のいずれの１本
をも照射光軸として用い、かつ残りの２本を受光光軸と
して用いることができるように切替え自在に構成する
と、測定精度をさらに向上させることができる。さら
に、装置もしくは被検体１を、観測点Ｒを通る法線３０
を回転軸として回転自在に構成すると、測定精度をさら
に向上させることができる。

【００４２】図７は、本発明の反射光測定装置の第４実
施例の構成図である。図３に示す第１実施例と比べ、ハ
ーフミラー２０，２２が備えられ、さらに反射ミラー２
１が備えられている。さらに、この第４実施例では、光
源１１として、可干渉距離の短い光を発する光源、例え
ばＳＬＤが採用される。光源１１から射出された光は、
ハーフミラー２０により、被検体１を照射する光５と、
被検体１を経由せずに光検出器１３に導かれる参照光６
とに二分される。参照光６は、さらに反射ミラー２１で
反射され、もう一枚のハーフミラー２２で、被写体１を
経由して受光光学系１４に入射した光と合成されて、光
検出器１３に入射する。ここでは、光源１１から射出し
た光がハーフミラー２０を透過し観測点Ｒを経由して光
検出器１３に入射するまでの光路長と、光源１１から入
射した光がハーフミラー２０で反射し参照光６として光
検出器１３に入射する迄の光路長とが一致するように、
光路長調整機構２３により、反射ミラー２１の位置が調
整される。

【００４３】この第４実施例では、干渉計が構成されて
おり、しかも可干渉距離の短い光を用いているため、図
１０，図１１を参照して説明したように、被検体１を経
由して受光光学系１４に入射し、さらに偏光板１４２を
通過した光のうち、参照光と干渉する成分のみが抽出さ
れる。この干渉する成分には、観測点Ｒからの反射光は
そのまま含まれ、散乱光の方は、その散乱光の一部の、
干渉する成分のみが検出されるため、前述した差分演算
を行う前にＳ／Ｎの高い信号が検出され、したがって前
述した差分演算と合わせ、一層高精度の測定が行われ
る。

【００４４】図８は、本発明の反射光測定装置の第５実
施例の構成図である。この第５実施例では、光検出器と
して、光センサが二次元的に配列された二次元アレイセ
ンサ１３Ａが採用されており、図３に示す第１実施例と
比べ光検出器の前面のピンホール板１４４（図３参照）
は取り除かれている。また、この第５実施例に示す受光
光学系１４は、照射光学系１２による集光点Ｒ₀ ではな
く、その集光点Ｒ₀ よりもやや照射光学系１２に寄りの
観測点Ｒを睨んでいる。また、この受光光学系１４は、
その観測点Ｒを中心とする二次元平面の像を、二次元ア
レイセンサ１３Ａ上に形成している。

【００４５】この第５実施例では、上記の構成により、
観測点Ｒを中心とした平面上の多数の点それぞれを観測
点として、それら多数の観測点の反射強度を二次元アレ
イセンサ１３Ａで一度に検出することができる。本発明
は、被検体内の二次元平面反射分布を知ろうとする場
合、一時には一点の観測点の反射情報を得るように構成
し、走査により二次元的な画像を得ることもできるが、
図８の実施例に示すように二次元的な各点の反射分布
を、走査なしで、一度に得ることもできる。

【００４６】また、例えば、図３に示す第１実施例にお
いて、シリンドリカルレンズ等を配置して、観測点Ｒを
含む、図３に垂直な方向に延びる線状の各点を照射し、
それらの各点からの反射光を図３の紙面に垂直な方向に
一次元的に光センサが配列された光検出器を用いて同時
に検出することにより、一時に一本の直線上の複数の観
測点の反射情報を得ることもできる。尚、この場合、ピ
ンホール板１４４を、図３の紙面に垂直な方向に延びる
スリットが形成されたスリット板に変更する等、必要な
変更を行うことは当然である。

【００４７】このように、本発明の反射光測定装置は、
一時には一点の観測点の反射情報を得るように構成する
こともでき、一時に直線上に並ぶ多数の観測点の反射情
報を得るように構成するともでき、一時に、平面上に並
ぶ多数の観測点の反射情報を得るように構成することも
できる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の反射光測
定装置によれば、被検体内部の観測点からの反射光の情
報を、被検体表面ないし被検体内部で多重に散乱した散
乱光とは高精度に分離して抽出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における、基本的な光学系配置の概念と
その光学系配置の場合の散乱光発生の様子を示す模式図
である。

【図２】直線偏光光の反射方向に対する反射強度分布を
示した図である。

【図３】本発明の反射光測定装置の第１実施例の構成図
である。

【図４】照射光学系から射出された照射光の集光点と、
受光光学系が睨む観測点Ｒとを高精度に一致させること
のできる光学系の模式図である。

【図５】本発明の反射光測定装置の第２実施例の模式図
である。

【図６】本発明の反射光測定装置の第３実施例における
光軸を示した図である。

【図７】本発明の反射光測定装置の第４実施例の構成図
である。

【図８】本発明の反射光測定装置の第５実施例の構成図
である。

【図９】ＣＬＳＭの原理説明図である。

【図１０】ＯＣＴ装置の説明図である。

【図１１】図１０に示すＯＣＴ装置における、フォトダ
イオードで得られる信号を示した図である。

【図１２】散乱光が混入する様子を模式的に示す説明図
である。

【符号の説明】

１被検体２照射光軸４受光光軸１１光源１２照射光学系１３光検出器１４受光光学系１２２，１４２偏光板Ｒ観測点

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被検体内部の所定の観測点で、所定の受
光光軸に沿う方向に反射した反射光を導く受光光学系
と、前記受光光軸に直交する照射光軸に沿う方向から、前記
観測点に、前記受光光軸および前記照射光軸双方を含む
平面に垂直な方向に直線偏光した第１の偏光光、および
前記平面に平行な方向に直線偏光した第２の偏光光を、
切替え自在に照射する照射光学系と、前記受光光学系により導かれた前記反射光の強度を検出
する光検出器と、前記光検出器で検出された、前記観測点が前記第１の偏
光光で照射されたときの第１の光強度と、前記観測点が
前記第２の偏光光で照射されたときの第２の光強度との
双方に基づいて、前記反射光と、前記被検体の表面もし
くは内部で散乱されて前記受光光学系に入射した散乱光
とのうちの前記反射光による光強度を抽出する反射光抽
出手段とを備えたことを特徴とする反射光測定装置。
【請求項２】前記受光光学系が、前記反射光の、前記
平面に垂直な方向に直線偏光した第１の偏光成分を抽出
する偏光抽出手段を備えたことを特徴とする請求項１記
載の反射光測定装置。
【請求項３】被検体内部の所定の観測点に、所定の照
射光軸に沿う方向から照射光を照射する照射光学系と、前記観測点で、前記照射光軸に直交する受光光軸に沿う
方向に反射した反射光を導くとともに、該反射光の、前
記照射光軸および前記受光光軸双方を含む平面に垂直な
方向に直線偏光した第１の偏光成分、および前記平面に
平行な方向に直線偏光した第２の偏光成分を、切替え自
在に抽出する受光光学系と、前記受光光学系により抽出された前記反射光の偏光成分
の強度を検出する光検出器と、前記光検出器で検出された、該光検出器に前記第１の偏
光成分が入射したときの第１の光強度と、該光検出器に
前記第２の偏光成分が入射したときの第２の光強度との
双方に基づいて、前記反射光と、前記被検体の表面もし
くは内部で散乱されて前記受光光学系に入射した散乱光
とのうちの前記反射光による光強度を抽出する反射光抽
出手段とを備えたことを特徴とする反射光測定装置。
【請求項４】前記照射光学系が、前記照射光として、
前記平面に垂直な方向に直線偏光した第１の偏光光を照
射するものであることを特徴とする請求項３記載の反射
光測定装置。
【請求項５】前記反射光抽出手段が、前記第１の光強
度と前記第２の光強度との差分演算を含む演算を行なう
ものであることを特徴とする請求項１から４のうちいず
れか１項記載の反射光測定装置。
【請求項６】被検体内部の所定の観測点で互いに直交
する第１の光軸および第２の光軸それぞれを有し、切替
え自在に、前記照射光学系および前記受光光学系として
使用される第１の光学系および第２の光学系を備えたこ
とを特徴とする請求項１又は３記載の反射光測定装置。
【請求項７】前記照射光学系、前記受光光学系、およ
び前記光検出器を、前記照射光軸と前記受光光軸とを二
等分する軸を回動軸として回動させる回動機構を備えた
ことを特徴とする請求項１又は３記載の反射光測定装
置。
【請求項８】前記観測点で、前記照射光軸と前記受光
光軸との双方に直交する第２の受光光軸に沿う方向に反
射した反射光を導く第２の受光光学系を備えたことを特
徴とする請求項１又は３記載の反射光測定装置。
【請求項９】所定の可干渉距離を有する光を射出する
光源を有し、該光源から射出された光を第１の光と第２
の光とに二分し該第１の光を前記照射光学系に入射する
とともに該第２の光を前記光検出器に導く干渉光学系を
備えたことを特徴とする請求項１又は３記載の反射光測
定装置。
【請求項１０】前記照射光学系が、一次元的もしくは
二次元的に並ぶ複数の観測点に光を照射し、前記受光光
学系が、該複数の観測点の像を前記光検出器上に結像す
る結像光学系を備えたものであって、前記光検出器が該
複数の観測点それぞれで反射した反射光それぞれを検出
するものであることを特徴とする請求項１又は３記載の
反射光測定装置。