JP4871791B2 - Optical coherence tomography system - Google Patents

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Description

本発明は計測技術に関し、特に光コヒーレンストモグラフィ装置に関する。   The present invention relates to measurement technology, and more particularly to an optical coherence tomography apparatus.

筋肉、臓器、及び眼球等の生体器官の機能を解明するために、生体器官を生体内(in vivo)で観察可能なシステムの開発が進められている。近年においては、光コヒーレンストモグラフィ(OCT: Optical Coherence Tomography)装置が注目を集めている(例えば、特許文献1参照。)。OCT装置においては、半透鏡が試料に対向して配置される。半透鏡に向けて光を照射すると、光の一部が参照光として半透鏡で反射され、一部が検査光として半透鏡を透過する。検査光は試料で反射された後、再び半透鏡を透過し、参照光と干渉する。半透鏡と試料との間を往復した検査光の光路長をFPとすると、干渉強度SP(ν)は下記(1)式で与えられる。 In order to elucidate the functions of biological organs such as muscles, organs, and eyeballs, development of systems capable of observing biological organs in vivo is in progress. In recent years, optical coherence tomography (OCT: Optical Coherence Tomography) apparatuses have attracted attention (see, for example, Patent Document 1). In the OCT apparatus, a semi-transparent mirror is arranged to face the sample. When light is irradiated toward the semi-transparent mirror, a part of the light is reflected by the semi-transparent mirror as reference light, and a part of the light is transmitted through the semi-transparent mirror as inspection light. After the inspection light is reflected by the sample, it passes through the semi-transparent mirror again and interferes with the reference light. When the optical path length of the inspection light reciprocating between the semi-transparent mirror and the sample is F P , the interference intensity S P (ν) is given by the following equation (1).

SP(ν) = Y + Z ×cos{(2πν/c)×FP} …(1)
YはDC成分、Zは定数、νは光の周波数、cは光速を表す。従来のOCT装置では、(1)式で与えられる干渉強度を有する干渉縞のフォトダイオードによる実測波形から光路長FPの値を求め、試料の表面形状を算出していた。しかし光路長FPが長くなると干渉縞のピークとピークの間隔が狭くなり、干渉縞から光路長FPの値を求めるのが困難であった。そのため光路長FPの値を高い分解能で得るために、OCT装置の波長分解能を高めることが検討された。波長分解能を高めるには、例えば一波長成分に割り当てるフォトダイオードの数を増やす、フォトダイオードの素子サイズを小さくする、ビーム径を広げる、あるいは絞りを大きくする等の手段がある。しかし波長分解能を高める手段を採用すると、一つのフォトダイオードからの光出力電圧が低くなるため、暗電流等のノイズに対するSN比が低くなるという問題があった。
特開2004-340581号公報
S P (ν) = Y + Z × cos {(2πν / c) × F P }… (1)
Y is a DC component, Z is a constant, ν is the frequency of light, and c is the speed of light. In conventional OCT apparatus, it was calculated (1) obtains the value of the optical path length F P from the measured waveform by the photo diode of the interference fringes having the interference intensity given by equation surface shape of the sample. However interval of peaks and peaks of an interference fringe optical path length F P is increased becomes narrow, that determine the value of the optical path length F P has been difficult from the interference fringes. Therefore in order to obtain the value of optical path length F P with high resolution, it has been studied to increase the wavelength resolution of the OCT apparatus. In order to increase the wavelength resolution, for example, there are means such as increasing the number of photodiodes assigned to one wavelength component, decreasing the photodiode element size, expanding the beam diameter, or increasing the aperture. However, when a means for increasing the wavelength resolution is employed, the light output voltage from one photodiode is lowered, so that the SN ratio with respect to noise such as dark current is lowered.
JP 2004-340581 A

本発明は、深さ方向の測定分解能の高い光コヒーレンストモグラフィ装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an optical coherence tomography apparatus having a high measurement resolution in the depth direction.

本発明の特徴は、(イ)照射光を発する光源と、(ロ)照射光を第1参照光と検査光に分割し、試料の断層面に向けて検査光を透過させる第1半透鏡と、(ハ)照射光を第2参照光と基準光に分割する第2半透鏡と、(ニ)第2半透鏡に対向して配置された、基準光を反射する基準用反射鏡と、(ホ)第1参照光と試料の断層面に照射されて測定光路長を進んだ検査光との第1干渉縞と、第2参照光と基準用反射鏡で反射され基準光路長を進んだ基準光との第2干渉縞との合成干渉縞を検出する干渉縞検出素子と、(ヘ)合成干渉縞から、測定光路長と基準光路長との光路差に応じて変動する干渉縞成分を抽出する抽出モジュールと、(ト)干渉縞成分及び基準光路長の値に基づいて測定光路長の値を算出し、第1半透鏡に対する試料の断層面の位置を算出する算出モジュールとを備える光コヒーレンストモグラフィ装置であることを要旨とする。   The features of the present invention are (a) a light source that emits irradiation light, and (b) a first semi-transparent mirror that divides the irradiation light into first reference light and inspection light and transmits the inspection light toward the tomographic plane of the sample; (C) a second semi-transparent mirror that divides the irradiated light into a second reference light and a reference light; and (d) a reference reflector that reflects the reference light and is disposed opposite the second semi-transparent mirror; E) The first interference fringe between the first reference light and the inspection light irradiated on the tomographic plane of the sample and advanced through the measurement optical path length, and the reference reflected by the second reference light and the reference reflector and advanced through the reference optical path length Interference fringe components that vary according to the optical path difference between the measurement optical path length and the reference optical path length are extracted from the interference fringe detection element that detects the synthetic interference fringe with the second interference fringe with light and (f) the synthetic interference fringe. Calculate the measurement optical path length value based on the extraction module, (g) the interference fringe component and the reference optical path length value, and calculate the position of the tomographic plane of the sample with respect to the first semi-transparent mirror The gist of the present invention is an optical coherence tomography device including a calculation module.

本発明によれば、深さ方向の測定分解能の高い光コヒーレンストモグラフィ装置を提供可能である。   According to the present invention, it is possible to provide an optical coherence tomography apparatus having a high measurement resolution in the depth direction.

以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。   Embodiments of the present invention will be described below. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic. Therefore, specific dimensions and the like should be determined in light of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.

(第1の実施の形態)
第1の実施の形態に係る光コヒーレンストモグラフィ装置は、図1に示すように、照射光を発する光源114、照射光を第1参照光と検査光に分割し、試料190の断層面195に向けて検査光を透過させる第1半透鏡41、照射光を第2参照光と基準光に分割する第2半透鏡42、第2半透鏡42に対向して配置された、基準光を反射する基準用反射鏡43、及び第1参照光と試料190の断層面195に照射されて測定光路長を進んだ検査光との第1干渉縞と、第2参照光と基準用反射鏡43で反射され基準光路長を進んだ基準光との第2干渉縞との合成干渉縞を検出する干渉縞検出素子153を備える。また光コヒーレンストモグラフィ装置は、試料190が配置され水平方向に移動可能なステージ400を備える。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the optical coherence tomography device according to the first embodiment divides the irradiation light into the first reference light and the inspection light and emits the irradiation light on the tomographic plane 195 of the sample 190. The first semi-transparent mirror 41 that transmits the inspection light toward the second semi-reflective mirror 42 that divides the irradiation light into the second reference light and the reference light, and the reference light that is disposed facing the second semi-transparent mirror 42 is reflected. Reflection by the reference reflector 43, the first interference fringes of the first reference light and the inspection light irradiated on the tomographic plane 195 of the sample 190 and proceeding the measurement optical path length, and the second reference light and the reference reflector 43 And an interference fringe detecting element 153 that detects a combined interference fringe with the second interference fringe with the reference light that has traveled the reference optical path length. Further, the optical coherence tomography apparatus includes a stage 400 on which a sample 190 is arranged and movable in the horizontal direction.

光コヒーレンストモグラフィ装置はさらに中央演算処理装置(CPU)300を備える。CPU300は、合成干渉縞から測定光路長と基準光路長との光路差に応じて変動する干渉縞成分を抽出する抽出モジュール310、及び干渉縞成分及び基準光路長の値に基づいて測定光路長の値を算出し、第1半透鏡41に対する試料190の断層面195の位置を算出する算出モジュール330を備える。   The optical coherence tomography apparatus further includes a central processing unit (CPU) 300. The CPU 300 extracts an interference fringe component that varies according to the optical path difference between the measurement optical path length and the reference optical path length from the combined interference fringe, and the measurement optical path length based on the interference fringe component and the reference optical path length value. A calculation module 330 that calculates a value and calculates the position of the tomographic plane 195 of the sample 190 with respect to the first semi-transparent mirror 41 is provided.

光源114には紫外域から赤外域まで(185nm〜2,000nm)の連続スペクトルに対応可能なキセノンランプ、発光ダイオード、スーパールミネッセントダイオード、あるいはマルチモードレーザダイオード等の多波長光源が使用可能である。照射光の光強度である照射光強度S0(λ)は、例えば下記(2)式で表される。:
S0(λ) = D×exp{-(λ-λCS / ΔλS)2} …(2)
(2)式においてDは定数を表し、λCSは光源114から照射される照射光の照射光中心波長を表し、ΔλSは光源114の発光帯域幅を表す。
As the light source 114, a multi-wavelength light source such as a xenon lamp, a light emitting diode, a super luminescent diode, or a multimode laser diode capable of supporting a continuous spectrum from the ultraviolet region to the infrared region (185 nm to 2,000 nm) can be used. . The irradiation light intensity S 0 (λ), which is the light intensity of the irradiation light, is expressed by the following equation (2), for example. :
S 0 (λ) = D × exp {-(λ-λ CS / Δλ S ) 2 }… (2)
In Equation (2), D represents a constant, λ CS represents the irradiation light center wavelength of the irradiation light emitted from the light source 114, and Δλ S represents the emission bandwidth of the light source 114.

光源114の下方には、コリメートレンズ44が配置されている。コリメートレンズ44は、光源114が発した照射光を平行光にする。コリメートレンズ44の表面には、例えば反射防止処理がされている。コリメートレンズ44の下方には、波長可変フィルタ23がコリメートレンズ44の光軸上に配置されている。波長可変フィルタ23は例えば複屈折性の結晶を備える。波長可変フィルタ23には発振器24が接続されている。発振器24は波長可変フィルタ23に超音波を与える。与えられた超音波に応じて、波長可変フィルタ23は照射光の任意の波長成分を透過させる。波長可変フィルタ23及び発振器24は、分光器3を構成する。図2に示すように、発振器24は照射光の透過可能な波長成分の波長λを時間tに応じて走査する。分光器3の波長分解能をΔλRとすると、分光器3の周波数分解能Δνは下記(3)式で与えられる。 A collimating lens 44 is disposed below the light source 114. The collimating lens 44 converts the irradiation light emitted from the light source 114 into parallel light. The surface of the collimating lens 44 is subjected to, for example, antireflection treatment. A wavelength tunable filter 23 is disposed on the optical axis of the collimating lens 44 below the collimating lens 44. The wavelength tunable filter 23 includes, for example, a birefringent crystal. An oscillator 24 is connected to the wavelength tunable filter 23. The oscillator 24 applies ultrasonic waves to the wavelength tunable filter 23. In response to the given ultrasonic wave, the wavelength variable filter 23 transmits an arbitrary wavelength component of the irradiation light. The wavelength tunable filter 23 and the oscillator 24 constitute the spectrometer 3. As shown in FIG. 2, the oscillator 24 scans the wavelength λ of the wavelength component that can transmit the irradiation light according to the time t. When the wavelength resolution of the spectrometer 3 is Δλ R , the frequency resolution Δν of the spectrometer 3 is given by the following equation (3).

Δν = cΔλR / λCS 2 …(3)
(3)式においてcは光速を表す。照射光のコヒーレンス長LCは、下記(4)式で与えられる。
LC = c / Δν …(4)
図1に示す波長可変フィルタ23の下方には、照射光を2方向に分割するスプリッタ21がコリメートレンズ44の光軸上に配置されている。スプリッタ21には、ハーフミラー等が使用可能である。スプリッタ21によって、照射光はコリメートレンズ44の光軸方向と、光軸方向に対して垂直な方向に分割される。
Δν = cΔλ R / λ CS 2 (3)
In the formula (3), c represents the speed of light. The coherence length L C of the irradiation light is given by the following equation (4).
L C = c / Δν (4)
Below the tunable filter 23 shown in FIG. 1, a splitter 21 that divides the irradiation light in two directions is disposed on the optical axis of the collimating lens 44. A half mirror or the like can be used for the splitter 21. The splitter 21 divides the irradiation light into the optical axis direction of the collimating lens 44 and the direction perpendicular to the optical axis direction.

スプリッタ21の下方には、第1半透鏡41がコリメートレンズ44の光軸上に配置されている。ここで、スプリッタ21と第1半透鏡41との間の光路長をLR1とする。照射光の一部は第1半透鏡41で第1参照光として反射され、照射光の他の一部は第1半透鏡41を検査光として透過する。 A first semi-transparent mirror 41 is disposed on the optical axis of the collimating lens 44 below the splitter 21. Here, the optical path length between the splitter 21 and the first half mirror 41 and L R1. A part of the irradiation light is reflected by the first semi-transparent mirror 41 as the first reference light, and another part of the irradiation light is transmitted through the first semi-transmission mirror 41 as the inspection light.

スプリッタ21の横方向には、第2半透鏡42が配置されている。ここで、スプリッタ21と第2半透鏡42との間の光路長をLR2とする。光路長LR2は、コヒーレンス長LCの半分よりも長い下記(5)式で与えられる迂回光路長LFだけ光路長LR1よりも長くなるよう設定されている。 A second semi-transparent mirror 42 is arranged in the lateral direction of the splitter 21. Here, the optical path length between the splitter 21 and the second half mirror 42 and L R2. The optical path length L R2 is set to be longer than the optical path length L R1 by the detour optical path length L F given by the following equation (5), which is longer than half of the coherence length L C.

LF ≫ (LC / 2) …(5)
第1半透鏡41の下方には、集光レンズ45がコリメートレンズ44の光軸上に配置されている。集光レンズ45は、第1半透鏡41を透過した検査光を集光して検査光の密度を高め、焦点に結ぶ。集光レンズ45の表面には、例えば反射防止処理がされている。
L F >> (L C / 2)… (5)
A condensing lens 45 is disposed on the optical axis of the collimating lens 44 below the first semi-transparent mirror 41. The condensing lens 45 condenses the inspection light transmitted through the first semi-transparent mirror 41 to increase the density of the inspection light and focus it on the focus. For example, the surface of the condenser lens 45 is subjected to antireflection treatment.

第1半透鏡41は、試料190の内部の断層面195に対して垂直方向に測定距離LT1をおいて配置される。第1半透鏡を透過した検査光は、試料190の内部の断層面195で反射され第1半透鏡41に戻ってくる。したがって検査光は、第1半透鏡41と断層面195との間で、測定距離LT1の2倍の長さである下記(6)式で与えられる測定光路長F1を進む。下記(6)式及び(7)式に示すように、測定距離LT1はコヒーレンス長LCの半分よりも短くなるよう設定されているため、測定光路長F1はコヒーレンス長LCよりも短い。:
F1 = 2LT1 …(6)
2LT1 < LC …(7)
第1半透鏡41に戻った検査光の一部は第1半透鏡41を透過し、スプリッタ21に向かって進行する。他に、第1半透鏡41に戻った検査光の一部は第1半透鏡41で反射され、再び試料190の内部の断層面195に向かって進行する。このとき、試料190の内部の断層面195から第1半透鏡41に進行する検査光の波長成分と、第1半透鏡41から試料190の内部の断層面195に進行する検査光の波長成分との位相が揃う場合、波長成分の光強度は減衰しない。しかし、 試料190の内部の断層面195から第1半透鏡41に進行する検査光の波長成分と、第1半透鏡41から試料190の内部の断層面195に進行する検査光の波長成分との位相が揃わない場合、波長成分の光強度は減衰する。したがって検査光において、第1半透鏡41と試料190の内部の断層面195との間の多重反射の時に位相が揃わない波長帯域の光強度は減衰する。
The first half mirror 41 is arranged at a measurement distance L T1 in a direction perpendicular to the inside of the fault surface 195 of the sample 190. The inspection light transmitted through the first semi-transparent mirror is reflected by the tomographic plane 195 inside the sample 190 and returns to the first semi-transparent mirror 41. Therefore inspection light, between the first half mirror 41 and the slice plane 195, the process proceeds to the measurement optical path length F 1 given by the following equation (6) is the length of twice the measurement distance L T1. As shown in the following equations (6) and (7), the measurement distance L T1 is set to be shorter than half of the coherence length L C , so the measurement optical path length F 1 is shorter than the coherence length L C. . :
F 1 = 2L T1 (6)
2L T1 <L C (7)
Part of the inspection light that has returned to the first semi-transparent mirror 41 passes through the first semi-transparent mirror 41 and travels toward the splitter 21. In addition, part of the inspection light that has returned to the first semi-transparent mirror 41 is reflected by the first semi-transparent mirror 41 and travels again toward the tomographic plane 195 inside the sample 190. At this time, the wavelength component of the inspection light traveling from the tomographic plane 195 inside the sample 190 to the first semi-transparent mirror 41, and the wavelength component of the inspection light traveling from the first semi-transparent mirror 41 to the tomographic plane 195 inside the sample 190 When the phases are aligned, the light intensity of the wavelength component is not attenuated. However, the wavelength component of the inspection light traveling from the tomographic plane 195 inside the sample 190 to the first semi-transparent mirror 41 and the wavelength component of the inspection light traveling from the first semi-transparent 41 to the tomographic plane 195 inside the sample 190 When the phases are not aligned, the light intensity of the wavelength component is attenuated. Accordingly, in the inspection light, the light intensity in the wavelength band in which the phases are not uniform is attenuated when multiple reflection is performed between the first semi-transparent mirror 41 and the tomographic plane 195 inside the sample 190.

上記(6)式及び(7)式で示したように、測定光路長F1はコヒーレンス長LCよりも短い。そのため測定光路長F1に相当する光路差により、第1半透鏡41で反射された第1参照光は、試料190の内部の断層面195で反射され再び第1半透鏡41を透過した検査光と干渉する。第1半透鏡41に向かって進行する照射光の光強度に対する、スプリッタ21に向かって進行する第1参照光と検査光の干渉強度の比である第1の光強度比RS1は、下記(8)式で与えられる。:
RS1={R1RaaR2Ra-2(ηaR1RaR2Ra)1/2cos2φa}/{1+ηaR1RaR2Ra-2(ηaR1RaR2Ra)1/2cos2φa} …(8)
ここで、R1Raは第1半透鏡41の反射率、R2Raは試料190の内部の断層面195の反射率を表す。ηaは第1半透鏡41と試料190の内部の断層面195の間での光損失を表し、下記(9)式で与えられる。またφaは位相を表し、下記(10)式で与えられる。(9)式においてqは照射光のビーム径を表す。:
ηa= 1 / {1 + (λ×F1) / (2πq2)}2 …(9)
φa= πF1 / λ …(10)
以下において簡略化のため、Aを第1半透鏡41と試料190の内部の断層面195との間の可干渉度を表す定数として、第1の光強度比RS1を下記(11)式で与える。
As shown in the above equations (6) and (7), the measurement optical path length F 1 is shorter than the coherence length L C. Therefore, the first reference light reflected by the first semi-transparent mirror 41 due to the optical path difference corresponding to the measurement optical path length F 1 is reflected by the tomographic plane 195 inside the sample 190 and transmitted again through the first semi-transparent mirror 41. Interfere with. The first light intensity ratio R S1 , which is the ratio of the interference intensity between the first reference light traveling toward the splitter 21 and the inspection light with respect to the light intensity of the irradiation light traveling toward the first semi-transparent mirror 41, is as follows: It is given by equation (8). :
R S1 = {R 1Ra + η a R 2Ra -2 (η a R 1Ra R 2Ra ) 1/2 cos2φ a } / {1 + η a R 1Ra R 2Ra -2 (η a R 1Ra R 2Ra ) 1/2 cos2φ a }… (8)
Here, R 1Ra represents the reflectance of the first semi- transparent mirror 41, and R 2Ra represents the reflectance of the tomographic plane 195 inside the sample 190. η a represents the optical loss between the first semi-transparent mirror 41 and the tomographic plane 195 inside the sample 190, and is given by the following equation (9). Φ a represents a phase and is given by the following equation (10). In equation (9), q represents the beam diameter of the irradiation light. :
η a = 1 / {1 + (λ × F 1 ) / (2πq 2 )} 2 … (9)
φ a = πF 1 / λ (10)
In the following, for simplification, A is a constant representing the coherence between the first semi-transparent mirror 41 and the tomographic plane 195 inside the sample 190, and the first light intensity ratio R S1 is expressed by the following equation (11). give.

RS1 = 1 + A cos {2π×F1 / λ} …(11)
第1参照光及び検査光は、第2半透鏡42が配置された方向と反対の方向に向けてスプリッタ21によって反射される。
R S1 = 1 + A cos {2π × F 1 / λ} (11)
The first reference light and the inspection light are reflected by the splitter 21 in the direction opposite to the direction in which the second semi-transparent mirror 42 is disposed.

また、スプリッタ21で横方向に反射された照射光の一部は第2半透鏡42で第2参照光として反射され、照射光の他の一部は第2半透鏡42を基準光として透過する。基準用反射鏡43は、第2半透鏡42に対して基準距離LT2をおいて配置されている。第2半透鏡42から放射された基準光の光軸は、基準用反射鏡43に対して垂直である。基準光は基準用反射鏡43で反射されて、第2半透鏡42に戻ってくる。したがって基準光は、第2半透鏡42と基準用反射鏡43との間で、基準距離LT2の2倍の長さである下記(12)式で与えられる基準光路長F2を進む。下記(12)式及び(13)式に示すように、基準距離LT2はコヒーレンス長LCの半分よりも短くなるよう設定されているため、基準光路長F2はコヒーレンス長LCよりも短い。:
F2 = 2LT2 …(12)
2LT2 < LC …(13)
基準光路長F2に相当する光路差によって、第2半透鏡42で反射された第2参照光は、基準用反射鏡43で反射され再び第2半透鏡42を透過した基準光と干渉する。第2半透鏡42に向かって進行する照射光の光強度に対する、スプリッタ21に向かって進行する第2参照光と基準光の干渉強度の比である第2の光強度比RS2は、下記(14)式で与えられる。:
RS2={R1RbbR2Rb-2(ηbR1RbR2Rb)1/2cos2φb}/{1+ηbR1RbR2Rb-2(ηbR1RbR2Rb)1/2cos2φb} …(14)
ここでR1Rbは第2半透鏡42の反射率、R2Rbは基準用反射鏡43の反射率を表す。ηbは第2半透鏡42と基準用反射鏡43の間での光損失を表し、下記(15)式で与えられる。またφbは位相を表し、下記(16)式で与えられる。:
ηb= 1 / {1 + (λ×F2) / (2πq2)}2 …(15)
φb= πF2 / λ …(16)
以下において簡略化のため、Bを第2半透鏡42と基準用反射鏡43との間の可干渉度を表す定数として、第2の光強度比RS2を下記(17)式で与える。
Further, a part of the irradiation light reflected laterally by the splitter 21 is reflected as the second reference light by the second semi-transparent mirror 42, and another part of the irradiation light is transmitted through the second semi-transmission mirror 42 as the reference light. . Reference retroreflector 43 is arranged at a reference distance L T2 for the second half mirror 42. The optical axis of the reference light emitted from the second semi-transparent mirror 42 is perpendicular to the reference reflecting mirror 43. The reference light is reflected by the reference reflecting mirror 43 and returns to the second semi-transparent mirror 42. Thus the reference light, between the second half mirror 42 and the reference reflector 43, travels the reference distance L reference optical path length is given by the following equation (12) is a length of 2 times the T2 F 2. As shown in the following equations (12) and (13), the reference distance L T2 is set to be shorter than half of the coherence length L C , so the reference optical path length F 2 is shorter than the coherence length L C. . :
F 2 = 2L T2 (12)
2L T2 <L C … (13)
By the optical path difference corresponding to the reference optical path length F 2, the second reference light reflected by the second half mirror 42 interferes with the reference light transmitted through the second half mirror 42 again and is reflected by the reference reflecting mirror 43. The second light intensity ratio R S2 , which is the ratio of the interference intensity between the second reference light traveling toward the splitter 21 and the reference light with respect to the light intensity of the irradiation light traveling toward the second semi-transparent mirror 42, is as follows: It is given by equation (14). :
R S2 = {R 1Rb + η b R 2Rb -2 (η b R 1Rb R 2Rb ) 1/2 cos2φ b } / {1 + η b R 1Rb R 2Rb -2 (η b R 1Rb R 2Rb ) 1/2 cos2φ b }… (14)
Here, R 1Rb represents the reflectance of the second semi- transmissive mirror 42, and R 2Rb represents the reflectance of the reference reflecting mirror 43. η b represents the optical loss between the second semi-transparent mirror 42 and the reference reflecting mirror 43, and is given by the following equation (15). Φ b represents a phase and is given by the following equation (16). :
η b = 1 / {1 + (λ × F 2 ) / (2πq 2 )} 2 … (15)
φ b = πF 2 / λ (16)
Hereinafter, for simplification, the second light intensity ratio R S2 is given by the following equation (17), where B is a constant representing the coherence between the second semi-transparent mirror 42 and the reference reflecting mirror 43.

RS2 = 1 + B cos {2π×F2 / λ} …(17)
第2参照光及び基準光は、スプリッタ21を透過する。スプリッタ21を挟んで、第2半透鏡42と対向して干渉縞検出素子153が配置されている。第1参照光、検査光、第2参照光、及び基準光は、干渉縞検出素子153に向かって進行する。
R S2 = 1 + B cos {2π × F 2 / λ} (17)
The second reference light and the reference light are transmitted through the splitter 21. An interference fringe detecting element 153 is arranged opposite the second semi-transparent mirror 42 with the splitter 21 interposed therebetween. The first reference light, the inspection light, the second reference light, and the reference light travel toward the interference fringe detection element 153.

ここでスプリッタ21と第2半透鏡42との間の光路長LR2は、(5)式で与えられる迂回光路長LFだけスプリッタ21と第1半透鏡41との間の光路長LR1より長い。したがってスプリッタ21と第1半透鏡41との間を往復した光の光路と、スプリッタ21と第2半透鏡42との間を往復した光の光路との光路差は、迂回光路長LFの2倍以上となる。そのため光路差はコヒーレンス長LCより長くなるため、第1参照光と第2参照光は干渉しない。 Here, the optical path length L R2 between the splitter 21 and the second semi-transparent mirror 42 is the optical path length L R1 between the splitter 21 and the first semi-transparent mirror 41 by the detour optical path length L F given by the equation (5). long. Therefore splitter 21 and the optical path of the light reciprocating between the first half mirror 41, splitter 21 and the optical path difference between the optical path of the light reciprocates between the second half mirror 42, the second bypass optical path length L F More than double. For this reason, the optical path difference is longer than the coherence length L C , so that the first reference light and the second reference light do not interfere.

またスプリッタ21と第1半透鏡41との間の光路長LR1の2倍及び測定光路長F1の和と、スプリッタ21と第2半透鏡42との間の光路長LR2の2倍及び基準光路長F2の和との差の絶対値は、下記(18)式に示すようにコヒーレンス長LCよりも長くなるよう設定される。したがって、検査光と基準光は干渉しない。 Also, twice the optical path length L R1 between the splitter 21 and the first semi-transparent mirror 41 and the sum of the measurement optical path length F 1 , twice the optical path length L R2 between the splitter 21 and the second semi-transparent mirror 42, and the absolute value of the difference between the sum of the reference optical path length F 2 is set to be longer than the coherence length L C as shown in the following equation (18). Therefore, the inspection light and the reference light do not interfere with each other.

|2LR1 + F1 - (2LR2 + F2)| ≫ LC …(18)
またスプリッタ21と第1半透鏡41との間の光路長LR1の2倍及び測定光路長F1の和と、スプリッタ21と第2半透鏡42との間の光路長LR2の2倍との差の絶対値は、下記(19)式に示すようにコヒーレンス長LCよりも長くなるよう設定される。したがって、検査光と第2参照光は干渉しない。
| 2L R1 + F 1- (2L R2 + F 2 ) | ≫ L C … (18)
Also, twice the optical path length L R1 between the splitter 21 and the first semi-transparent mirror 41 and the sum of the measurement optical path length F 1 and twice the optical path length L R2 between the splitter 21 and the second semi-transparent mirror 42 The absolute value of the difference is set to be longer than the coherence length L C as shown in the following equation (19). Therefore, the inspection light and the second reference light do not interfere.

|2LR1 + F1 - 2LR2| ≫ LC …(19)
またスプリッタ21と第1半透鏡41との間の光路長LR1の2倍と、スプリッタ21と第2半透鏡42との間の光路長LR2の2倍及び基準光路長F2の和との差の絶対値は、下記(20)式に示すようにコヒーレンス長LCよりも長くなるよう設定される。したがって、第1参照光と基準光は干渉しない。
| 2L R1 + F 1 - 2L R2 | »L C ... (19)
Also, twice the optical path length L R1 between the splitter 21 and the first semi-transparent mirror 41, twice the optical path length L R2 between the splitter 21 and the second semi-transparent mirror 42, and the sum of the reference optical path length F 2 and The absolute value of the difference is set to be longer than the coherence length L C as shown in the following equation (20). Therefore, the first reference light and the reference light do not interfere.

|2LR1 - (2LR2 + F2)| ≫ LC …(20)
干渉縞検出素子153は、第1参照光、検査光、第2参照光、及び基準光を受光する。干渉縞検出素子153には、エリアイメージセンサ等のCCDイメージセンサが使用可能であり、複数のフォトダイオードを備える。ここで、干渉縞検出素子153が受光する第1参照光及び検査光が形成する第1干渉縞の光強度である検査光強度S1(λ)は下記(21)式で与えられる。
| 2L R1- (2L R2 + F 2 ) | >> L C … (20)
The interference fringe detection element 153 receives the first reference light, the inspection light, the second reference light, and the reference light. As the interference fringe detection element 153, a CCD image sensor such as an area image sensor can be used, and includes a plurality of photodiodes. Here, the inspection light intensity S 1 (λ), which is the light intensity of the first reference light received by the interference fringe detection element 153 and the first interference fringe formed by the inspection light, is given by the following equation (21).

S1(λ) = (1/4) × S0(λ) ×TL1(λ) ×RS1 …(21)
(21)式において照射光強度S0(λ)に係る1/4は、照射光がスプリッタ21を合計2回経由することによる光強度の損失を示している。TL1(λ)は、照射光、第1参照光及び検査光が干渉縞検出素子153に到着するまでに経由する光路の透過率を示している。
S 1 (λ) = (1/4) × S 0 (λ) × T L1 (λ) × R S1 … (21)
In equation (21), 1/4 related to the irradiation light intensity S 0 (λ) indicates a loss of light intensity due to the irradiation light passing through the splitter 21 a total of two times. T L1 (λ) indicates the transmittance of the optical path through which the irradiation light, the first reference light, and the inspection light pass until they reach the interference fringe detection element 153.

また干渉縞検出素子153が受光する第2参照光及び基準光が形成する第2干渉縞の光強度である基準光強度S2(λ)は下記(22)式で与えられる。 The reference light intensity S 2 (λ), which is the light intensity of the second reference light formed by the second reference light and the reference light received by the interference fringe detection element 153, is given by the following equation (22).

S2(λ) = (1/4) × S0(λ) ×TL2(λ) ×RS2 …(22)
(22)式においてTL2(λ)は、照射光、第2参照光及び基準光が干渉縞検出素子153に到着するまでに経由する光路の透過率を示している。(21)式及び(22)式より、第1干渉縞と第2干渉縞の合成干渉縞の光強度である出力光強度SOUT(λ)は、下記(23)式で与えられる。図3は、中心波長λCSが880nm、波長分解能ΔλRが3.6nm、迂回光路長LFが7.2m、コヒーレンス長LCが200μmの場合の出力光強度SOUT(λ)のスペクトルの一例である。
S 2 (λ) = (1/4) × S 0 (λ) × T L2 (λ) × R S2 … (22)
In Expression (22), T L2 (λ) indicates the transmittance of the optical path through which the irradiation light, the second reference light, and the reference light reach the interference fringe detection element 153. From the equations (21) and (22), the output light intensity S OUT (λ) that is the light intensity of the combined interference fringe of the first interference fringe and the second interference fringe is given by the following equation (23). Fig. 3 shows an example of the spectrum of the output light intensity S OUT (λ) when the center wavelength λ CS is 880 nm, the wavelength resolution Δλ R is 3.6 nm, the bypass optical path length L F is 7.2 m, and the coherence length L C is 200 μm. is there.

SOUT(λ) = S1(λ) + S2(λ)
= (1/4) × S0(λ) ×{TL1(λ) ×RS1 + TL2(λ) ×RS2}
= (1/4)×S0(λ) [{TL1(λ)+TL2(λ)}+TL1(λ)×A cos{2π×F1 /λ}
+ TL2(λ)×B cos {2π×F2 /λ}] …(23)
ここで下記(24)式及び(25)式で与えられる変数α, βを定義すると、(23)式で与えられた出力光強度SOUT(λ)は下記(26)式に変形される。
S OUT (λ) = S 1 (λ) + S 2 (λ)
= (1/4) × S 0 (λ) × {T L1 (λ) × R S1 + T L2 (λ) × R S2 }
= (1/4) × S 0 (λ) [{T L1 (λ) + T L2 (λ)} + T L1 (λ) × A cos {2π × F 1 / λ}
+ T L2 (λ) × B cos {2π × F 2 / λ}]… (23)
If the variables α and β given by the following equations (24) and (25) are defined, the output light intensity S OUT (λ) given by the equation (23) is transformed into the following equation (26).

α= TL1(λ)×A …(24)
β= TL2(λ)×B …(25)
SOUT(λ)=(1/4)×S0(λ) [{TL1(λ)+TL2(λ)}+
2αcos{(π/λ)(F1 - F2)}cos{(π/λ)(F1+F2)}
+(β-α)cos{(2π/λ)×F2}] …(26)
(26)式の第2項のcos{(π/λ)(F1 - F2)}は、出力光強度SOUT(λ)のスペクトルの低周波成分として現れる。低周波成分は、図4に示すように、出力光強度SOUT(λ)のスペクトルの包絡線で表現される。ここで低周波成分の極大点又は極小点は2πの周期ごとに現れる。そこでnを2以上の整数として、n番目の極大点を与える波長をλnとし、n-1番目の極大点を与える波長をλn-1とすると、下記(27)式が成立する。
α = T L1 (λ) × A… (24)
β = T L2 (λ) × B… (25)
S OUT (λ) = (1/4) × S 0 (λ) [{T L1 (λ) + T L2 (λ)} +
2αcos {(π / λ) (F 1- F 2 )} cos {(π / λ) (F 1 + F 2 )}
+ (β-α) cos {(2π / λ) × F 2 }]… (26)
The second term cos {(π / λ) (F 1 F 2 )} appears as a low frequency component of the spectrum of the output light intensity S OUT (λ). As shown in FIG. 4, the low frequency component is expressed by an envelope of the spectrum of the output light intensity S OUT (λ). Here, the maximum point or minimum point of the low frequency component appears every 2π period. Therefore the n as an integer of 2 or more, the wavelength giving the n-th maximum point and lambda n, and the wavelength giving the n-1 th maximum point and lambda n-1, the following (27) is established.

(π/λn)(F1 - F2) - (π/λn-1)(F1 - F2) = 2π …(27)
(27)式より、出力光強度SOUT(λ)の低周波成分の極大点どうしの間隔、又は極小点どうしの間隔であるピーク間隔Pは下記(28)式で与えられる。
(π / λ n ) (F 1- F 2 )-(π / λ n-1 ) (F 1- F 2 ) = 2π… (27)
From the equation (27), the interval between the maximum points of the low frequency component of the output light intensity S OUT (λ) or the peak interval P that is the interval between the minimum points is given by the following equation (28).

P = 1/λn - 1/λn-1
= 2 / (F1 - F2) …(28)
第1半透鏡41、第2半透鏡42、及び基準用反射鏡43の位置が固定されていれば、試料190の内部の断層面195の高さのみに依存して、測定光路長と基準光路長との光路差(F1 - F2)は変動し、結果として合成干渉縞の低周波成分のピーク間隔Pが変動する。なお低周波成分のピーク間隔Pの変動は、検査光の光強度と基準光の光強度との差に影響されない。
P = 1 / λ n -1 / λ n-1
= 2 / (F 1 -F 2 )… (28)
If the positions of the first semi-transparent mirror 41, the second semi-transparent mirror 42, and the reference reflecting mirror 43 are fixed, the measurement optical path length and the reference optical path depend only on the height of the tomographic plane 195 inside the sample 190. Optical path difference with length (F 1- F 2 ) varies, and as a result, the peak interval P of the low-frequency component of the synthetic interference fringe varies. Note that the fluctuation of the peak interval P of the low frequency component is not affected by the difference between the light intensity of the inspection light and the light intensity of the reference light.

図1に示す干渉縞検出素子153が備える複数のフォトダイオードのそれぞれは、合成干渉縞の出力光強度SOUT(λ)をCPU300に伝送する。CPU300は駆動モジュール305を備える。駆動モジュール305はx-y平面内でステージ400を移動させ、ステージ400が配置される(x, y)座標を制御する。CPU300の補正モジュール306は、合成干渉縞の出力光強度SOUT(λ)を常時受信する。補正モジュール306は、移動平均法により合成干渉縞の出力光強度SOUT(λ)を補正する。ここで「移動平均法」について説明する。図4に示すように出力光強度SOUT(λ)のスペクトルが得られた場合、図1に示す補正モジュール306は、上記(26)式の第2項に含まれる低周波成分cos{(π/λ)(F1 - F2)}の1周期以上で照射光強度S0(λ)のスペクトル分布の1周期未満の幅の区間を定義する。さらに補正モジュール306は、定義された区間における出力光強度SOUT(λ)の平均値を算出し、区間の中心にプロットする。次に補正モジュール306は区間を波長方向に移動させ、移動された区間における出力光強度SOUT(λ)の平均値を算出し、区間の中心にプロットする。以後、補正モジュール306は区間の移動と出力光強度SOUT(λ)の平均値の算出を繰り返し、算出された出力光強度SOUT(λ)の平均値の集合である図5に示す移動平均線を算出する。 Each of the plurality of photodiodes included in the interference fringe detection element 153 illustrated in FIG. 1 transmits the output light intensity S OUT (λ) of the combined interference fringe to the CPU 300. The CPU 300 includes a drive module 305. The drive module 305 moves the stage 400 in the xy plane and controls the (x, y) coordinates where the stage 400 is arranged. The correction module 306 of the CPU 300 always receives the output light intensity S OUT (λ) of the combined interference fringes. The correction module 306 corrects the output light intensity S OUT (λ) of the combined interference fringe by the moving average method. Here, the “moving average method” will be described. When the spectrum of the output light intensity S OUT (λ) is obtained as shown in FIG. 4, the correction module 306 shown in FIG. 1 performs the low frequency component cos {(π / λ) (F 1- F 2 )} is defined as a section having a width of at least one period and less than one period of the spectral distribution of the irradiation light intensity S 0 (λ). Further, the correction module 306 calculates the average value of the output light intensity S OUT (λ) in the defined section and plots it at the center of the section. Next, the correction module 306 moves the section in the wavelength direction, calculates the average value of the output light intensity S OUT (λ) in the moved section, and plots it at the center of the section. Thereafter, the correction module 306 moving average shown in FIG. 5 is a set of moving and repeatedly calculating the average value of the output light intensity S OUT (λ), the mean value of the calculated output light intensity S OUT (lambda) of the section Calculate the line.

図4に例示する出力光強度SOUT(λ)のスペクトル分布には、照射光強度S0(λ)のスペクトル分布、上記(26)式の第2項に含まれる低周波成分cos{(π/λ)(F1 - F2)}のスペクトル分布、(26)式の第2項に含まれる高周波成分cos{(π/λ)(F1 + F2)}のスペクトル分布、及び(26)式の第3項で与えられる反射光成分(β-α)cos{(2π/λ)×F2}のスペクトル分布が重畳している。ここで低周波成分cos{(π/λ)(F1 - F2)}の周期以上で、照射光強度S0(λ)のスペクトル分布の周期よりも短い区間を設定して出力光強度SOUT(λ)の移動平均線を算出すると、低周波成分cos{(π/λ)(F1 - F2)}のスペクトル分布、高周波成分cos{(π/λ)(F1 + F2)}のスペクトル分布、及び反射光成分(β-α)cos{(2π/λ)×F2}のスペクトル分布が平均化される。そのため図5に示す移動平均線は、照射光強度S0(λ)のスペクトル分布のみを反映する。 The spectral distribution of the output light intensity S OUT (λ) illustrated in FIG. 4 includes the spectral distribution of the irradiated light intensity S 0 (λ), the low-frequency component cos {(π / λ) (F 1- F 2 )} spectral distribution, high-frequency component cos {(π / λ) (F 1 + F 2 )} included in the second term of equation (26), and third term of equation (26) The spectral distribution of the given reflected light component (β-α) cos {(2π / λ) × F 2 } is superimposed. Where the low frequency component cos {(π / λ) (F 1 F 2 )} period or more and shorter than the period of the spectral distribution of the irradiation light intensity S 0 (λ), and calculating the moving average line of the output light intensity S OUT (λ), the low frequency component cos {(π / λ) (F 1- F 2 )}, high-frequency component cos {(π / λ) (F 1 + F 2 )}, and reflected light component (β-α) cos {(2π / λ) × F 2 } The spectral distribution is averaged. Therefore, the moving average line shown in FIG. 5 reflects only the spectral distribution of the irradiation light intensity S 0 (λ).

図1に示す補正モジュール306は、下記(29)式に示すように、出力光強度SOUT(λ)を移動平均線で近似された照射光強度S0(λ)で割って、出力光強度SOUT(λ)のスペクトル分布から照射光強度S0(λ)のスペクトル分布を除去し、図6に示す補正された出力光強度SOUT_C(λ)のスペクトル分布を算出する。 As shown in the following equation (29), the correction module 306 shown in FIG. 1 divides the output light intensity S OUT (λ) by the irradiation light intensity S 0 (λ) approximated by the moving average line to obtain the output light intensity. The spectrum distribution of the irradiated light intensity S 0 (λ) is removed from the spectrum distribution of S OUT (λ), and the spectrum distribution of the corrected output light intensity S OUT_C (λ) shown in FIG. 6 is calculated.

SOUT_C(λ) = SOUT(λ) / S0(λ)
= (1/4)[{TL1(λ)+TL2(λ)}+
2αcos{(π/λ)(F1 - F2)}cos{(π/λ)(F1 + F2)}
+(β-α)cos{(2π/λ)×F2}] …(29)
ここで光の周波数νと、光速cと、波長λの関係は、下記(30)式で与えられる。
S OUT_C (λ) = S OUT (λ) / S 0 (λ)
= (1/4) [{T L1 (λ) + T L2 (λ)} +
2αcos {(π / λ) (F 1- F 2 )} cos {(π / λ) (F 1 + F 2 )}
+ (β-α) cos {(2π / λ) × F 2 }]… (29)
Here, the relationship between the light frequency ν, the speed of light c, and the wavelength λ is given by the following equation (30).

ν= c /λ …(30)
図1に示す変換モジュール307は(30)式を用いて、波長λの関数である(29)式を図7に示す周波数νの関数に変換する。周波数νの関数で表される補正された出力光強度SOUT_C(ν)は、下記(31)式で与えられる。
ν = c / λ (30)
The conversion module 307 shown in FIG. 1 converts the expression (29), which is a function of the wavelength λ, into a function of the frequency ν shown in FIG. 7 using the expression (30). The corrected output light intensity S OUT — C (ν) expressed as a function of the frequency ν is given by the following equation (31).

SOUT_C(ν) = (1/4)[{TL1(c /ν)+ TL2(c /ν)}+
2αcos{(πν/ c)(F1 - F2)}cos{(πν/ c)(F1 + F2)}
+(β-α)cos{(2πν/ c)×F2}] …(31)
(31)式で与えられる出力光強度SOUT_C(ν)の低周波成分のn番目の極大点を与える周波数をνnとし、n-1番目の極大点を与える波長をνn-1とすると、下記(32)式が成立する。
S OUT_C (ν) = (1/4) [{T L1 (c / ν) + T L2 (c / ν)} +
2αcos {(πν / c) (F 1- F 2 )} cos {(πν / c) (F 1 + F 2 )}
+ (β-α) cos {(2πν / c) × F 2 }]… (31)
If the frequency that gives the nth local maximum of the low frequency component of the output light intensity S OUT_C (ν) given by Eq. (31) is ν n and the wavelength that gives the n-1st local maximum is ν n-1 The following equation (32) is established.

(πνn / c)(F1 - F2) - (πνn-1 / c)(F1 - F2) = 2π …(32)
(32)式より、出力光強度SOUT_C(ν)の低周波成分のピーク間隔Pは下記(33)式で与えられる。
(πν n / c) (F 1- F 2 )-(πν n-1 / c) (F 1- F 2 ) = 2π… (32)
From the equation (32), the peak interval P of the low frequency component of the output light intensity S OUT — C (ν) is given by the following equation (33).

P = (νn - νn-1) / c
= 2 / (F1 - F2) …(33)
よって出力光強度SOUT_C(ν)の低周波成分のピーク間隔Pも、測定光路長と基準光路長との光路差(F1 - F2)のみに依存して変動する。例えば図8は、測定光路長と基準光路長との光路差(F1 - F2)の初期からの増加量Δ(F1 - F2)が0μm、9.12μm、15.78μm、22.08μmの時の出力光強度SOUT_C(ν)のスペクトルである。測定光路長と基準光路長との光路差(F1 - F2)が大きくなるにつれて、合成干渉縞の低周波成分のピーク間隔Pが狭くなる。図1に示す抽出モジュール310は出力光強度SOUT_C(ν)から、低周波成分のピーク間隔Pを抽出する。
P = (ν nn-1 ) / c
= 2 / (F 1 -F 2 )… (33)
Therefore, the peak interval P of the low frequency component of the output light intensity S OUT_C (ν) is also the optical path difference between the measured optical path length and the reference optical path length (F 1 It varies depending only on F 2 ). For example, FIG. 8 shows the optical path difference between the measurement optical path length and the reference optical path length (F 1 F 2 ) increase Δ (F 1 This is a spectrum of output light intensity S OUT — C (ν) when F 2 ) is 0 μm, 9.12 μm, 15.78 μm, and 22.08 μm. Optical path difference between measurement optical path length and reference optical path length (F 1- As F 2 ) increases, the peak interval P of the low frequency component of the combined interference fringes becomes narrower. The extraction module 310 shown in FIG. 1 extracts the peak interval P of the low frequency component from the output light intensity S OUT — C (ν).

算出モジュール330は、例えば図9に示す予め取得された測定光路長と基準光路長との光路差(F1 - F2)の初期からの増加量Δ(F1 - F2)と低周波成分のピーク間隔Pとの関係を用いて、図1に示す抽出モジュール310が抽出した低周波成分のピーク間隔Pから測定光路長と基準光路長との光路差(F1 - F2)を算出する。基準光路長F2は既知であるため、算出モジュール330は算出された光路差から測定距離LT1を算出する。CPU300は画像生成モジュール331をさらに備える。画像生成モジュール331は、干渉縞検出素子153の複数のフォトダイオードのそれぞれの出力に基づいて算出モジュール330が算出した測定距離LT1に基づいて、試料190の断層面195の画像を生成する。 For example, the calculation module 330 calculates the optical path difference (F 1 − between the measurement optical path length acquired in advance and the reference optical path length shown in FIG. 9. F 2 ) increase Δ (F 1 F 2 ) and the low frequency component peak interval P using the relationship between the low frequency component peak interval P extracted by the extraction module 310 shown in FIG. 1 and the optical path difference between the measured optical path length and the reference optical path length (F 1 - F 2 ) is calculated. Since the reference light path length F 2 it is known, calculation module 330 calculates the measured distance L T1 from the calculated optical path difference. The CPU 300 further includes an image generation module 331. Image generation module 331, calculation module 330 based on the respective outputs of the plurality of photodiodes fringe detection element 153 based on the measured distance L T1 calculated to generate a tomographic image of 195 samples 190.

CPU300にはデータ記憶装置200が接続されている。データ記憶装置200は干渉縞成分記憶モジュール201、関係記憶モジュール202、及び結果記憶モジュール203を備える。干渉縞成分記憶モジュール201は、抽出モジュール310で抽出された合成干渉縞の低周波成分のピーク間隔Pを保存する。関係記憶モジュール202は、予め取得された測定光路長と基準光路長との光路差(F1 - F2)と低周波成分のピーク間隔Pとの関係を保存する。結果記憶モジュール203は、算出モジュール330で算出された測定距離LT1、及び画像生成モジュール331が生成した試料190の断層面195の画像を保存する。 A data storage device 200 is connected to the CPU 300. The data storage device 200 includes an interference fringe component storage module 201, a relation storage module 202, and a result storage module 203. The interference fringe component storage module 201 stores the peak interval P of the low frequency component of the combined interference fringe extracted by the extraction module 310. The relationship storage module 202 uses the optical path difference (F 1 − between the measured optical path length and the reference optical path length acquired in advance. The relationship between F 2 ) and the low frequency component peak interval P is stored. The result storage module 203 stores the measurement distance L T1 calculated by the calculation module 330 and the image of the tomographic plane 195 of the sample 190 generated by the image generation module 331.

次に図10を用いて、第1の実施の形態に係る光コヒーレンストモグラフィ方法について説明する。   Next, the optical coherence tomography method according to the first embodiment will be described with reference to FIG.

(a) ステップS101で図1に示す光源114は、(2)式で与えられる照射光強度S0(λ)のスペクトルを有する照射光を発する。照射光はコリメートレンズ44で平行光にされ、分光器3に向かって進行する。ステップS102で分光器3は、図2に示すように、時間tに応じて照射光の波長成分を選択的に透過させる。図1に示す分光器3を透過した照射光はスプリッタ21に向かって進行する。ステップS103で照射光は、スプリッタ21で2方向に分割される。コリメートレンズ44の光軸に沿ってスプリッタ21を透過した照射光は、第1半透鏡41に向かって進行する。スプリッタ21でコリメートレンズ44の光軸と垂直に反射された照射光は、スプリッタ21と第1半透鏡41との間の光路長LR1よりも迂回光路長LFだけ長い光路長LR2を進み、第2半透鏡42に到達する。 (a) In step S101, the light source 114 shown in FIG. 1 emits irradiation light having a spectrum of irradiation light intensity S 0 (λ) given by equation (2). The irradiation light is collimated by the collimating lens 44 and travels toward the spectroscope 3. In step S102, the spectrometer 3 selectively transmits the wavelength component of the irradiation light according to the time t as shown in FIG. The irradiation light transmitted through the spectroscope 3 shown in FIG. In step S103, the irradiation light is split in two directions by the splitter 21. Irradiation light transmitted through the splitter 21 along the optical axis of the collimator lens 44 travels toward the first semi-transparent mirror 41. The irradiation light reflected perpendicularly to the optical axis of the collimator lens 44 by the splitter 21 travels an optical path length L R2 that is longer than the optical path length L R1 between the splitter 21 and the first semi-transparent mirror 41 by the detour optical path length L F2. The second semi-transparent mirror 42 is reached.

(b) ステップS201で、第1半透鏡41に到達した照射光は、一部が第1参照光として反射され、一部が検査光として第1半透鏡41を透過する。ステップS202で検査光は集光レンズ45で集光され、試料190の内部の断層面195に向かって進行し、試料190の内部の断層面195で反射される。試料190の内部の断層面195で反射された検査光は、第1半透鏡41を再び透過する。第1半透鏡41と試料190の内部の断層面195との間を往復する時に、検査光は測定光路長F1を進む。ステップS203で、第1半透鏡41で反射された第1参照光は、測定光路長F1を進んだ検査光と干渉する。その後、第1参照光及び検査光はスプリッタ21で反射され、干渉縞検出素子153に向かって進行する。 (b) In step S201, the irradiation light that has reached the first semi-transparent mirror 41 is partially reflected as the first reference light and partially transmitted through the first semi-transparent mirror 41 as the inspection light. In step S202, the inspection light is collected by the condenser lens 45, travels toward the tomographic plane 195 inside the sample 190, and is reflected by the tomographic plane 195 inside the sample 190. The inspection light reflected by the tomographic plane 195 inside the sample 190 passes through the first semi-transparent mirror 41 again. When reciprocates between the interior of the fault plane 195 of the first half mirror 41 and the sample 190, the inspection light goes measurement optical path length F 1. In step S203, the first reference light reflected by the first half mirror 41 interferes with the advanced measurement optical path length F 1 inspection light. Thereafter, the first reference light and the inspection light are reflected by the splitter 21 and travel toward the interference fringe detection element 153.

(c) ステップS301で、第2半透鏡42に到達した照射光は、一部が第2参照光として反射され、一部が基準光として第2半透鏡42を透過する。ステップS302で基準光は基準用反射鏡43に向かって進行し、基準用反射鏡43で反射される。基準用反射鏡43で反射された基準光は、第2半透鏡42を再び透過する。第2半透鏡42と基準用反射鏡43との間を往復する時に、基準光は基準光路長F2を進む。 (c) In step S301, a part of the irradiation light that has reached the second semi-transparent mirror 42 is reflected as the second reference light, and a part thereof is transmitted through the second semi-transparent mirror 42 as the reference light. In step S302, the reference light travels toward the reference reflecting mirror 43 and is reflected by the reference reflecting mirror 43. The reference light reflected by the reference reflecting mirror 43 passes through the second semi-transmissive mirror 42 again. When reciprocates between the second half mirror 42 and the reference reflector 43, the reference light advances to a reference optical path length F 2.

(d) ステップS303で、第2半透鏡42で反射された第2参照光は、基準光路長F2を進んだ基準光と干渉する。その後、第2参照光及び基準光はスプリッタ21を透過し、干渉縞検出素子153に向かって進行する。なお、ステップS301乃至ステップS303の進行は、ステップS201乃至ステップS203の進行と並行する。また、ステップS103、ステップS201乃至ステップS203、ステップS301乃至ステップS303は、ステップS102で時間tに応じて選択的に透過される照射光の波長成分のそれぞれについて連続的に実施される。 (d) In step S303, the second reference light reflected by the second half mirror 42 interferes with the reference light advances to a reference optical path length F 2. Thereafter, the second reference light and the reference light pass through the splitter 21 and travel toward the interference fringe detection element 153. Note that the progress of steps S301 to S303 is parallel to the progress of steps S201 to S203. Further, Step S103, Step S201 to Step S203, and Step S301 to Step S303 are continuously performed for each wavelength component of the irradiation light that is selectively transmitted according to time t in Step S102.

(e) ステップS401で干渉縞検出素子153は、検査光及び第1参照光による第1干渉縞、及び基準光及び第2参照光による第2干渉縞の合成干渉縞を検出する。干渉縞検出素子153が備える複数のフォトダイオードのそれぞれは、検出した合成干渉縞の上記(26)式で与えられる出力光強度SOUT(λ)をCPU300に伝送する。ステップS402でCPU300の補正モジュール306は、合成干渉縞の出力光強度SOUT(λ)を受信する。次に補正モジュール306は、出力光強度SOUT(λ)のスペクトル分布の移動平均線を算出する。その後、補正モジュール306は出力光強度SOUT(λ)のスペクトル分布を移動平均線で近似された照射光強度S0(λ)のスペクトル分布で割り、(29)式で与えられる補正された出力光強度SOUT_C(λ)を算出する。補正モジュール306は、出力光強度SOUT_C(λ)を変換モジュール307に伝送する。 (e) In step S401, the interference fringe detecting element 153 detects a combined interference fringe of the first interference fringe by the inspection light and the first reference light and the second interference fringe by the reference light and the second reference light. Each of the plurality of photodiodes included in the interference fringe detection element 153 transmits the output light intensity S OUT (λ) given by the above equation (26) of the combined interference fringe to the CPU 300. In step S402, the correction module 306 of the CPU 300 receives the output light intensity S OUT (λ) of the combined interference fringe. Next, the correction module 306 calculates a moving average line of the spectrum distribution of the output light intensity S OUT (λ). Thereafter, the correction module 306 divides the spectral distribution of the output light intensity S OUT (λ) by the spectral distribution of the irradiation light intensity S 0 (λ) approximated by the moving average line, and corrects the corrected output given by Equation (29). The light intensity S OUT_C (λ) is calculated. The correction module 306 transmits the output light intensity S OUT — C (λ) to the conversion module 307.

(f) ステップS403で変換モジュール307は、(29)式で与えられる出力光強度SOUT_C(λ)を受信する。次に変換モジュール307は波長λの関数である(29)式を、周波数νの関数である(31)式に変換する。変換モジュール307は、(31)式で与えられる出力光強度SOUT_C(ν)を抽出モジュール310に伝送する。ステップS404で抽出モジュール310は、出力光強度SOUT_C(ν)を受信する。次に抽出モジュール310は、出力光強度SOUT_C(ν)のスペクトルに含まれる低周波成分のピーク間隔Pを抽出する。抽出モジュール310は、抽出した低周波成分のピーク間隔Pの値を干渉縞成分記憶モジュール201に保存する。 (f) In step S403, the conversion module 307 receives the output light intensity S OUT — C (λ) given by equation (29). Next, the conversion module 307 converts equation (29), which is a function of wavelength λ, into equation (31), which is a function of frequency ν. The conversion module 307 transmits the output light intensity S OUT — C (ν) given by the equation (31) to the extraction module 310. In step S404, the extraction module 310 receives the output light intensity S OUT — C (ν). Next, the extraction module 310 extracts the peak interval P of the low frequency component included in the spectrum of the output light intensity S OUT — C (ν). The extraction module 310 stores the extracted value of the peak interval P of the low frequency component in the interference fringe component storage module 201.

(g) ステップS405で算出モジュール330は、例えば図9に示す予め取得された測定光路長と基準光路長との光路差(F1 - F2)と低周波成分のピーク間隔Pとの関係を、図1に示す関係記憶モジュール202から読み出す。次に算出モジュール330は、測定光路長と基準光路長との光路差(F1 - F2)とピーク間隔Pとの関係を、ピーク間隔Pを変数とする光路差(F1 - F2)の近似式で近似する。その後、算出モジュール330は、抽出モジュール310が抽出した低周波成分のピーク間隔Pの値を干渉縞成分記憶モジュール201から読み出す。算出モジュール330は、ピーク間隔Pの値を近似式に代入し、測定光路長と基準光路長との光路差(F1 - F2)を算出する。さらに算出モジュール330は、既知の基準光路長F2を用いて、光路差から測定距離LT1を算出する。算出モジュール330は干渉縞検出素子153の複数のフォトダイオードのそれぞれの出力に基づいて算出した測定距離LT1を結果記憶モジュール203に保存する。 (g) In step S405, the calculation module 330 performs, for example, the optical path difference between the measurement optical path length acquired in advance and the reference optical path length (F 1 The relationship between F 2 ) and the low frequency component peak interval P is read from the relationship storage module 202 shown in FIG. Next, the calculation module 330 calculates the optical path difference between the measurement optical path length and the reference optical path length (F 1 F 2 ) and the peak interval P, and the optical path difference (F 1 Approximate with the approximate expression of F 2 ). Thereafter, the calculation module 330 reads the value of the peak interval P of the low frequency component extracted by the extraction module 310 from the interference fringe component storage module 201. The calculation module 330 substitutes the value of the peak interval P into the approximate expression, and calculates the optical path difference (F 1 F 2 ) is calculated. Further calculation module 330, using known reference optical path length F 2, and calculates the measured distance L T1 from the optical path difference. Calculation module 330 stores the measured distance L T1 calculated based on the respective outputs of the plurality of photodiodes fringe detection element 153 in the result storing module 203.

(h) ステップS406で画像生成モジュール331は、結果記憶モジュール203から複数のフォトダイオードのそれぞれの出力に基づいて算出された測定距離LT1を読み出す。次に画像生成モジュール331は、測定距離LT1の平面分布に基づいて試料190の断層面195の凹凸画像を生成する。画像生成モジュール331は生成した試料190の断層面195の画像を結果記憶モジュール203に保存し、第1の実施の形態に係る光コヒーレンストモグラフィ方法を終了する。 (h) In step S406, the image generation module 331 reads the measurement distance L T1 calculated based on the outputs of the plurality of photodiodes from the result storage module 203. Next, the image generation module 331 generates a concavo-convex image of the tomographic plane 195 of the sample 190 based on the planar distribution of the measurement distance LT1 . The image generation module 331 stores the generated image of the tomographic plane 195 of the sample 190 in the result storage module 203, and ends the optical coherence tomography method according to the first embodiment.

従来のOCT装置は(1)式で与えられる干渉強度SP(ν)を解析していたが、干渉強度SP(ν)の式に含まれる光路長FPには係数として2が係っている。これに対し、(31)式で与えられる出力光強度SOUT_C(ν)の低周波成分cos{(πν/ c)(F1 - F2)}に含まれる測定光路長F1には係数2が係らない。また測定光路長F1から基準光路長F2が引かれている。したがって、測定光路長F1が長くなることにより生じる図8に例示するピーク間隔Pの減少が、従来のOCT装置と比較して抑制される。そのため、波長分解能を高める手段を採ることなく、測定距離LT1の測定分解能を高めることが可能となり、結果として試料190の断層面195の深さ方向の測定分解能を高めることが可能となる。また第1の実施の形態に係る光コヒーレンストモグラフィ装置は、集光レンズ45の焦点を変えることにより、試料190の複数の断層面の画像を撮影することも可能である。 Conventional OCT apparatus had analyzes (1) interference intensity S P ([nu) given by equation 2 Kakari' as a coefficient in the optical path length F P included in the formula of the interference intensity S P ([nu) ing. In contrast, the low-frequency component cos (31) below at given output light intensity S OUT_C (ν) {(πν / c) (F 1 - F 2 )} does not have a coefficient of 2 for the measurement optical path length F 1 included. Further, the reference optical path length F 2 is subtracted from the measurement optical path length F 1 . Therefore, the decrease in the peak interval P illustrated in FIG. 8 caused by the increase in the measurement optical path length F 1 is suppressed as compared with the conventional OCT apparatus. Therefore, it is possible to increase the measurement resolution of the measurement distance L T1 without adopting a means for increasing the wavelength resolution, and as a result, it is possible to increase the measurement resolution in the depth direction of the tomographic plane 195 of the sample 190. Further, the optical coherence tomography device according to the first embodiment can also capture images of a plurality of tomographic planes of the sample 190 by changing the focus of the condenser lens 45.


(第1の実施の形態の第1の変形例)
上記(26)式の第2項に含まれるcos{(π/λ)(F1 - F2)}に着目すると、出力光強度SOUT(λ)のスペクトルの低周波成分の任意の第1の波長λ1における第1の周期G1は下記(34)式で与えられ、第1の波長λ1と異なる第2の波長λ2における低周波成分の第2の周期G2は下記(35)式で与えられる。また第1の周期G1と第2の周期G2との差は、下記(36)式で与えられる。さらに(36)式から、測定光路長F1と基準光路長F2との差(F1 - F2)は下記(37)式で与えられる。

(First modification of the first embodiment)
Cos {(π / λ) (F 1 Focusing on F 2 )}, the first period G 1 at an arbitrary first wavelength λ 1 of the low frequency component of the spectrum of the output light intensity S OUT (λ) is given by the following equation (34): The second period G 2 of the low frequency component at the second wavelength λ 2 different from the wavelength λ 1 is given by the following equation (35). The difference between the first period G 1 and the second period G 2 is given by the following equation (36). Furthermore, from equation (36), the difference between the measurement optical path length F 1 and the reference optical path length F 2 (F 1 F 2 ) is given by the following equation (37).

G1 = (F1 - F2) / (2×λ1) …(34)
G2 = (F1 - F2) / (2×λ2) …(35)
G1 - G2 = (F1 - F2)×{(1 / (2×λ1)) - (1 / (2×λ2))} …(36)
F1 - F2 = (G1 - G2) / {(1 / (2×λ1)) - (1 / (2×λ2))} …(37)
ここで、第1の周期G1と第2の周期G2との差(G1 - G2)は、第1の波長λ1から第2の波長λ2までの間の低周波成分の干渉縞の数を表す。したがって第1の波長λ1から第2の波長λ2までの間における出力光強度SOUT(λ)のスペクトルの低周波成分による干渉縞の数が分かれば、上記(37)式から、測定光路長F1と基準光路長F2との差(F1 - F2)を算出可能である。
        G1= (F1- F2) / (2 × λ1)… (34)
        G2= (F1- F2) / (2 × λ2)… (35)
        G1 -G2 = (F1- F2) × {(1 / (2 × λ1))-(1 / (2 × λ2))}… (36)
        F1- F2 = (G1 -G2) / {(1 / (2 × λ1))-(1 / (2 × λ2))}… (37)
  Where the first period G1And the second period G2Difference with (G1 -G2) Is the first wavelength λ1To second wavelength λ2This represents the number of interference fringes of low frequency components up to. Thus, the first wavelength λ1To second wavelength λ2Output light intensity S up toOUTIf the number of interference fringes due to the low frequency component of the spectrum of (λ) is known, the measurement optical path length F can be calculated from the above equation (37).1And reference optical path length F2Difference (F1- F2) Can be calculated.

以上示した原理を適用する第1の変形例において、図1に示す抽出モジュール310は合成干渉縞の出力光強度SOUT(λ)のスペクトルのデータから、任意の第1の波長λ1と第2の波長λ2の間の低周波成分の極大点を抽出する。なお抽出モジュール310は、合成干渉縞の出力光強度SOUT(λ)のスペクトルの包絡線を計算し、任意の第1の波長λ1と第2の波長λ2の間の包絡線の極大点を抽出してもよい。 In the first modification that applies the principle described above, the extraction module 310 shown in FIG. 1 uses the spectrum data of the output light intensity S OUT (λ) of the combined interference fringes to obtain an arbitrary first wavelength λ 1 and the first wavelength λ 1 . Extract the maximum point of the low frequency component between the two wavelengths λ 2 . The extraction module 310 calculates the envelope of the spectrum of the output light intensity S OUT (λ) of the combined interference fringe, and the maximum point of the envelope between any first wavelength λ 1 and second wavelength λ 2 May be extracted.

算出モジュール330は抽出された極大点の数を数える。また算出モジュール330は、上記(37)式に第1の波長λ1の値、第2の波長λ2の値、及び抽出された極大点の数を代入し、測定光路長F1と基準光路長F2との差(F1 - F2)を算出する。なお第1の変形例においては、干渉縞成分記憶モジュール201は抽出モジュール310で抽出された第1の波長λ1の値、第2の波長λ2の値、及び極大点を保存する。関係記憶モジュール202は、上記(37)式を保存する。 The calculation module 330 counts the number of extracted maximum points. Further, the calculation module 330 substitutes the value of the first wavelength λ 1 , the value of the second wavelength λ 2 , and the number of extracted maximum points into the above equation (37), and the measurement optical path length F 1 and the reference optical path Difference from length F 2 (F 1- F 2 ) is calculated. In the first modification, the interference fringe component storage module 201 stores the value of the first wavelength λ 1 , the value of the second wavelength λ 2 , and the maximum point extracted by the extraction module 310. The relationship storage module 202 stores the above equation (37).

次に図10を用いて、第1の実施の形態の第1の変形例に係る光コヒーレンストモグラフィ方法について説明する。   Next, an optical coherence tomography method according to the first modification of the first embodiment will be described with reference to FIG.

(a) ステップS101乃至ステップS103、ステップS201乃至ステップS203、ステップS301乃至ステップS303、ステップS401、及びステップS402が第1の実施の形態と同様に実施される。ステップS403は省略される。次にステップS404で図1に示す抽出モジュール310は、任意の第1の波長λ1と第2の波長λ2との間における出力光強度SOUT(λ)のスペクトルの低周波成分の極大点を、測定光路長F1と基準光路長F2との光路差に応じて変動する干渉縞成分として抽出する。抽出モジュール310は、抽出した第1の波長λ1の値、第2の波長λ2の値、及び低周波成分の極大点を干渉縞成分記憶モジュール201に保存する。 (a) Steps S101 to S103, Steps S201 to S203, Steps S301 to S303, Step S401, and Step S402 are performed in the same manner as in the first embodiment. Step S403 is omitted. Next, in step S404, the extraction module 310 shown in FIG. 1 performs the maximum point of the low frequency component of the spectrum of the output light intensity S OUT (λ) between the arbitrary first wavelength λ 1 and the second wavelength λ 2. Are extracted as interference fringe components that vary according to the optical path difference between the measurement optical path length F 1 and the reference optical path length F 2 . The extraction module 310 stores the extracted value of the first wavelength λ 1 , the value of the second wavelength λ 2 , and the maximum point of the low frequency component in the interference fringe component storage module 201.

(b) ステップS405で算出モジュール330は、抽出モジュール310によって抽出された第1の波長λ1の値、第2の波長λ2の値、及び低周波成分の極大点を干渉縞成分記憶モジュール201から読み出し、極大点の数を数える。また算出モジュール330は、関係記憶モジュールから上記(37)式を読み出す。次に算出モジュール330は、第1の波長λ1の値、第2の波長λ2の値、及び極大点の数を(37)式に代入することにより、測定光路長F1と基準光路長F2との差(F1 - F2)を算出し、その後、第1の実施の形態と同様にステップS406を実施して、第1の実施の形態の第1の変形例に係る光コヒーレンストモグラフィ方法を終了する。 (b) In step S405, the calculation module 330 uses the interference fringe component storage module 201 to calculate the value of the first wavelength λ 1 , the value of the second wavelength λ 2 , and the maximum point of the low frequency component extracted by the extraction module 310. Read from and count the number of local maxima. In addition, the calculation module 330 reads the expression (37) from the relation storage module. Next, the calculation module 330 substitutes the value of the first wavelength λ 1 , the value of the second wavelength λ 2 , and the number of local maximum points into the equation (37), so that the measurement optical path length F 1 and the reference optical path length Difference from F 2 (F 1- F 2 ) is calculated, and then step S406 is performed in the same manner as in the first embodiment, and the optical coherence tomography method according to the first modification of the first embodiment is terminated.

以上説明した第1の実施の形態の第1の変形例に係る光コヒーレンストモグラフィ装置及び光コヒーレンストモグラフィ方法によっても、高い精度で測定光路長F1を測定することが可能となる。なお抽出モジュール310は、任意の第1の波長λ1と第2の波長λ2との間における出力光強度SOUT(λ)のスペクトルの低周波成分の極小点の数、あるいは出力光強度SOUT(λ)のスペクトルの包絡線における極小点の数を、測定光路長F1と基準光路長F2との差(F1 - F2)に応じて変動する干渉縞成分として抽出してもよい。 By optical coherence tomography apparatus and an optical coherence tomography method according to a first modification of the first embodiment described above, it is possible to measure the measured optical path length F 1 with high accuracy. It should be noted that the extraction module 310 determines the number of minimum points of the low frequency component of the spectrum of the output light intensity S OUT (λ) between the arbitrary first wavelength λ 1 and the second wavelength λ 2 or the output light intensity S. The number of local minimum points in the envelope of the spectrum of OUT (λ) is expressed as the difference between the measured optical path length F 1 and the reference optical path length F 2 (F 1 It may be extracted as an interference fringe component that varies according to F 2 ).


(第1の実施の形態の第2の変形例)
図11に示す第1の実施の形態の第2の変形例に係る光コヒーレンストモグラフィ装置においては、光源114と波長可変フィルタ23の間に光導波路29が配置されている。光導波路29は光源114から照射された照射光を波長可変フィルタ23に伝搬する。波長可変フィルタ23と光ファイバカプラ等のスプリッタ121の間には、波長可変フィルタ23を透過した照射光を伝搬する光導波路30が配置されている。

(Second modification of the first embodiment)
In the optical coherence tomography device according to the second modification of the first embodiment shown in FIG. 11, an optical waveguide 29 is disposed between the light source 114 and the wavelength tunable filter 23. The optical waveguide 29 propagates the irradiation light irradiated from the light source 114 to the wavelength tunable filter 23. Between the wavelength tunable filter 23 and a splitter 121 such as an optical fiber coupler, an optical waveguide 30 that propagates irradiation light transmitted through the wavelength tunable filter 23 is disposed.

スプリッタ121には、分割された一方の照射光を伝搬する光導波路31と、分割された他方の照射光を伝搬する光導波路32が接続されている。光導波路31の末端に対向して、コリメートレンズ47が配置されている。コリメートレンズ47は、光導波路31の末端から放射された照射光を平行光にする。平行光にされた照射光は、一部が第1参照光として第1半透鏡41で反射され、一部が検査光として第1半透鏡41を透過する。第1参照光及び断層面195で反射された検査光は、コリメートレンズ47を再び透過し、光導波路31でスプリッタ121に向けて伝搬される。   The splitter 121 is connected to an optical waveguide 31 that propagates one of the divided irradiation lights and an optical waveguide 32 that propagates the other divided irradiation light. A collimating lens 47 is disposed opposite the end of the optical waveguide 31. The collimating lens 47 makes the irradiation light emitted from the end of the optical waveguide 31 parallel light. A part of the irradiation light converted into parallel light is reflected by the first semi-transparent mirror 41 as the first reference light, and a part of the irradiation light is transmitted through the first semi-transparent mirror 41 as the inspection light. The first reference light and the inspection light reflected by the tomographic plane 195 are transmitted again through the collimator lens 47 and propagated toward the splitter 121 through the optical waveguide 31.

光導波路32の光路長は、(5)式で与えられる迂回光路長LFだけ光導波路31の光路長より長く設定されている。光導波路32の末端に対向して、コリメートレンズ46が配置されている。コリメートレンズ46は、光導波路32の末端から放射された照射光を平行光にする。平行光にされた照射光は、一部が第2参照光として第2半透鏡42で反射され、一部が基準光として第2半透鏡42を透過する。第2参照光及び基準用反射鏡43で反射された基準光は、コリメートレンズ46を再び透過し、光導波路32でスプリッタ121に向けて伝搬される。 The optical path length of the optical waveguide 32 is set (5) bypass optical path length given by the formula L F only longer than the optical path length of the optical waveguide 31. A collimating lens 46 is disposed facing the end of the optical waveguide 32. The collimating lens 46 converts the irradiation light emitted from the end of the optical waveguide 32 into parallel light. A part of the irradiation light converted into parallel light is reflected by the second semi-transparent mirror 42 as the second reference light, and a part of the irradiation light is transmitted through the second semi-transparent mirror 42 as the reference light. The second reference light and the reference light reflected by the reference reflecting mirror 43 are transmitted again through the collimating lens 46 and propagated toward the splitter 121 through the optical waveguide 32.

スプリッタ121には、光導波路33がさらに接続されている。光導波路33は、検査光、基準光、第1参照光、及び第2参照光を伝搬する。光導波路33の末端に対向して、コリメートレンズ48が配置されている。コリメートレンズ48は、光導波路33の末端から放射された検査光、基準光、第1参照光、及び第2参照光を平行光にする。干渉縞検出素子153は、平行光にされた検査光、基準光、第1参照光、及び第2参照光を受光する。光導波路29, 30, 31, 32, 33のそれぞれには、シングルモード光ファイバ、グレーテッドインデックス型光ファイバ、及びステップインデックス型光ファイバ等が使用可能である。   An optical waveguide 33 is further connected to the splitter 121. The optical waveguide 33 propagates inspection light, reference light, first reference light, and second reference light. A collimating lens 48 is disposed facing the end of the optical waveguide 33. The collimating lens 48 collimates the inspection light, the reference light, the first reference light, and the second reference light emitted from the end of the optical waveguide 33. The interference fringe detection element 153 receives the inspection light, the reference light, the first reference light, and the second reference light that are converted into parallel light. For each of the optical waveguides 29, 30, 31, 32, and 33, a single mode optical fiber, a graded index optical fiber, a step index optical fiber, or the like can be used.

図11に示す光コヒーレンストモグラフィ装置のその他の構成要素は、図1と同様であるので、説明は省略する。光導波路29〜33を用いることにより、光源114、試料190、及び干渉縞検出素子153等の配置位置を柔軟に設定することが可能となる。   Other components of the optical coherence tomography apparatus shown in FIG. 11 are the same as those in FIG. By using the optical waveguides 29 to 33, it is possible to flexibly set the arrangement positions of the light source 114, the sample 190, the interference fringe detection element 153, and the like.


(第2の実施の形態)
図1に示す光コヒーレンストモグラフィ装置においては、光源114とスプリッタ21の間に、コリメートレンズ44及び波長可変フィルタ23が配置されている。これに対し第2の実施の形態に係る光コヒーレンストモグラフィ装置においては、図12に示すように、光源114とスプリッタ21の間には、コリメートレンズ44のみが配置されている。但しスプリッタ21と干渉縞検出素子153の間に、分光器93が配置されている。分光器93は例えば図13に示すように、回折格子54を備える。回折格子54は、検査光、第1参照光、基準光、及び第2参照光を干渉縞検出素子153に向けて反射する。ここで回折格子54は、検査光、第1参照光、基準光、及び第2参照光のそれぞれの波長成分を、波長毎に異なる方角に反射する。そのため干渉縞検出素子153の複数のフォトダイオードのそれぞれに、異なる波長成分が入射される。第2の実施の形態に係る光コヒーレンストモグラフィ装置のその他の構成要素は、図1と同様であるので説明は省略する。

(Second embodiment)
In the optical coherence tomography apparatus shown in FIG. 1, a collimating lens 44 and a wavelength tunable filter 23 are arranged between a light source 114 and a splitter 21. On the other hand, in the optical coherence tomography device according to the second embodiment, only the collimator lens 44 is disposed between the light source 114 and the splitter 21, as shown in FIG. However, a spectrometer 93 is disposed between the splitter 21 and the interference fringe detection element 153. The spectroscope 93 includes a diffraction grating 54 as shown in FIG. The diffraction grating 54 reflects the inspection light, the first reference light, the reference light, and the second reference light toward the interference fringe detection element 153. Here, the diffraction grating 54 reflects the wavelength components of the inspection light, the first reference light, the reference light, and the second reference light in different directions for each wavelength. Therefore, different wavelength components are incident on each of the plurality of photodiodes of the interference fringe detection element 153. Other components of the optical coherence tomography device according to the second embodiment are the same as those in FIG.

次に図14を用いて、第2の実施の形態に係る光コヒーレンストモグラフィ方法について説明する。   Next, an optical coherence tomography method according to the second embodiment will be described with reference to FIG.

(a) ステップS111で図12に示す光源114は、照射光強度S0(λ)のスペクトルを有する照射光を発し、照射光はスプリッタ21に向かって進行する。その後、ステップS113、ステップS211、ステップS212、ステップS311、及びステップS312が、それぞれ図10のステップS103、ステップS201、ステップS202、ステップS301、及びステップS302と同様に実施される。 (a) In step S111, the light source 114 shown in FIG. 12 emits irradiation light having a spectrum of irradiation light intensity S 0 (λ), and the irradiation light travels toward the splitter 21. Thereafter, step S113, step S211, step S212, step S311 and step S312 are performed in the same manner as step S103, step S201, step S202, step S301 and step S302 in FIG. 10, respectively.

(b) 図14のステップS213で、互いに干渉しあう第1参照光及び検査光は、図12に示すスプリッタ21で分光器93に向かって反射される。またステップS313で、互いに干渉しあう第2参照光及び基準光は、スプリッタ21を透過し、分光器93に向かって進行する。   (b) In step S213 of FIG. 14, the first reference light and the inspection light that interfere with each other are reflected toward the spectroscope 93 by the splitter 21 shown in FIG. In step S313, the second reference light and the reference light that interfere with each other pass through the splitter 21 and travel toward the spectroscope 93.

(c) ステップS410で分光器93は、第1参照光、検査光、第2参照光、及び基準光のそれぞれの波長成分を干渉縞検出素子153に向けて波長に応じた角度で反射する。その後、図14のステップS411乃至ステップS416が図10のステップS401乃至ステップS406と同様に実施された後、第2の実施の形態に係る光コヒーレンストモグラフィ方法を終了する。   (c) In step S410, the spectroscope 93 reflects the wavelength components of the first reference light, the inspection light, the second reference light, and the reference light toward the interference fringe detection element 153 at an angle corresponding to the wavelength. Then, after steps S411 to S416 in FIG. 14 are performed in the same manner as steps S401 to S406 in FIG. 10, the optical coherence tomography method according to the second embodiment is terminated.

以上説明した第2の実施の形態に係る光コヒーレンストモグラフィ装置及び光コヒーレンストモグラフィ方法によれば、図12に示す分光器93をCPU300の近くに配置することが可能となる。そのため、分光器93の設定等を容易に変更可能となる。   According to the optical coherence tomography device and the optical coherence tomography method according to the second embodiment described above, the spectroscope 93 shown in FIG. 12 can be arranged near the CPU 300. Therefore, the setting of the spectroscope 93 can be easily changed.


(第2の実施の形態の変形例)
図15に示す第2の実施の形態に係る光コヒーレンストモグラフィ装置においては、光源114とスプリッタ121の間に、光源114から照射された照射光を伝搬する光導波路34が配置されている。またコリメートレンズ48に対向して、回折格子54が配置されている。図11に示す光コヒーレンストモグラフィ装置のその他の構成要素は、図11と同様であるので、説明は省略する。

(Modification of the second embodiment)
In the optical coherence tomography device according to the second embodiment shown in FIG. 15, an optical waveguide 34 that propagates the irradiation light emitted from the light source 114 is disposed between the light source 114 and the splitter 121. A diffraction grating 54 is disposed so as to face the collimating lens 48. Other components of the optical coherence tomography apparatus shown in FIG. 11 are the same as those in FIG.


(第3の実施の形態)
第3の実施の形態に係る光コヒーレンストモグラフィ装置は図1に示す光コヒーレンストモグラフィ装置と異なり、図16に示す変調駆動回路115を備える。変調駆動回路115は、図17に示すように、時間tに応じて変動する駆動電流を図16に示す光源114に供給する。時間tに応じて変動する駆動電流が供給されることにより、半導体レーザ共振器等の光源114は、図2に示すように時間tに応じて照射光の波長を変化させる。光源114が照射光の波長を変化させるため、図16に示す光コヒーレンストモグラフィ装置は分光器が不要である。図16に示す光コヒーレンストモグラフィ装置のその他の構成要素は、図1に示す光コヒーレンストモグラフィ装置と同様であるので説明は省略する。

(Third embodiment)
Unlike the optical coherence tomography apparatus shown in FIG. 1, the optical coherence tomography apparatus according to the third embodiment includes a modulation drive circuit 115 shown in FIG. As shown in FIG. 17, the modulation drive circuit 115 supplies a drive current that varies with time t to the light source 114 shown in FIG. By supplying a drive current that varies according to time t, the light source 114 such as a semiconductor laser resonator changes the wavelength of irradiation light according to time t as shown in FIG. Since the light source 114 changes the wavelength of irradiation light, the optical coherence tomography apparatus shown in FIG. 16 does not require a spectroscope. The other components of the optical coherence tomography apparatus shown in FIG. 16 are the same as those of the optical coherence tomography apparatus shown in FIG.

次に図18を用いて第3の実施の形態に係る光コヒーレンストモグラフィ方法について説明する。   Next, an optical coherence tomography method according to the third embodiment will be described with reference to FIG.

ステップS101で図16に示す変調駆動回路115は、時間tに応じて変動する駆動電流を光源114に供給する。駆動電流を供給された光源114は、時間tに応じて波長が変化する照射光を発する。照射光はスプリッタ21に向かって進行する。ステップS103、ステップS201、ステップS202、ステップS301、及びステップS302が図10と同様に実施された後、図18のステップS203で、干渉しあう第1参照光及び検査光は、スプリッタ21で干渉縞検出素子153に向かって反射される。またステップS303で、干渉しあう第2参照光及び基準光はスプリッタ21を透過し、干渉縞検出素子153に向かって進行する。その後、ステップS401乃至ステップS406が図10と同様に実施された後、第3の実施の形態に係る光コヒーレンストモグラフィ方法を終了する。   In step S101, the modulation drive circuit 115 shown in FIG. 16 supplies the light source 114 with a drive current that varies according to time t. The light source 114 supplied with the drive current emits irradiation light whose wavelength changes with time t. Irradiation light travels toward the splitter 21. After step S103, step S201, step S202, step S301, and step S302 are performed in the same manner as in FIG. 10, the first reference light and the inspection light that interfere with each other in step S203 in FIG. Reflected toward the detection element 153. In step S303, the second reference light and the reference light that interfere with each other pass through the splitter 21 and travel toward the interference fringe detection element 153. Then, after steps S401 to S406 are performed in the same manner as in FIG. 10, the optical coherence tomography method according to the third embodiment is terminated.

以上説明した第3の実施の形態に係る光コヒーレンストモグラフィ装置及び光コヒーレンストモグラフィ方法によれば、分光器による照射光の光強度損失がなくなる。そのため、出力光強度SOUT(λ)の低減を防止することが可能となる。なお変調駆動回路115は、時間tに応じて鋸刃状に駆動電流を変動させてもよい。また照射光、検査光、基準光、第1参照光、及び第2参照光のそれぞれを光導波路で伝搬してもよい。 According to the optical coherence tomography device and the optical coherence tomography method according to the third embodiment described above, the light intensity loss of the irradiation light by the spectroscope is eliminated. Therefore, it is possible to prevent the output light intensity S OUT (λ) from being reduced. Note that the modulation drive circuit 115 may vary the drive current in a sawtooth shape according to the time t. Further, the irradiation light, the inspection light, the reference light, the first reference light, and the second reference light may be propagated through the optical waveguide.


(第4の実施の形態)
第4の実施の形態に係る光コヒーレンストモグラフィ装置は、図11に示す光コヒーレンストモグラフィ装置と異なり、図19に示すように光源114に光導波路34aが接続され、光導波路34aにスプリッタ20が接続されている。スプリッタ20には、照射光導波路80aと光導波路34bとが接続されている。照射光導波路80aには波長フィルタ85が接続されている。波長フィルタ85は、照射光導波路80aで伝搬された照射光の一部の波長成分を選択的に透過させる。波長フィルタ85は、多層膜干渉フィルタ、ファブリペロフィルタ、あるいはファイバブラッググレーティング等が使用可能である。波長フィルタ85には、波長フィルタ85を透過した照射光を伝搬する照射光導波路80bが接続されている。照射光導波路80bには、照射光を受光する照射光受光素子154が接続されている。波長フィルタ85が配置されているため、光源114から発せられた照射光の波長が波長フィルタ85の透過波長帯域の中心と一致した場合に、照射光受光素子154は最も強い光強度で照射光を受光する。以下、照射光の波長が透過波長帯域の中心と一致するときの駆動電流を、設定駆動電流と呼ぶことにする。

(Fourth embodiment)
Unlike the optical coherence tomography apparatus shown in FIG. 11, the optical coherence tomography apparatus according to the fourth embodiment has an optical waveguide 34a connected to a light source 114 as shown in FIG. 19, and a splitter 20 is connected to the optical waveguide 34a. It is connected. The irradiation optical waveguide 80a and the optical waveguide 34b are connected to the splitter 20. A wavelength filter 85 is connected to the irradiation optical waveguide 80a. The wavelength filter 85 selectively transmits a part of the wavelength components of the irradiation light propagated through the irradiation optical waveguide 80a. As the wavelength filter 85, a multilayer interference filter, a Fabry-Perot filter, a fiber Bragg grating, or the like can be used. The wavelength filter 85 is connected to an irradiation optical waveguide 80b that propagates the irradiation light transmitted through the wavelength filter 85. An irradiation light receiving element 154 that receives irradiation light is connected to the irradiation optical waveguide 80b. Since the wavelength filter 85 is disposed, the irradiation light receiving element 154 emits the irradiation light with the strongest light intensity when the wavelength of the irradiation light emitted from the light source 114 coincides with the center of the transmission wavelength band of the wavelength filter 85. Receive light. Hereinafter, the drive current when the wavelength of the irradiation light coincides with the center of the transmission wavelength band is referred to as a set drive current.

光源114に半導体レーザ共振器等を用いると、変調駆動回路115で駆動電流を管理しても、周囲の温度変化により照射光の波長が変化する場合がある。また光源114がファブリペロ構造を有する場合、図20に示すように、温度変化によりモードホッピング(波長跳び)が生じる場合がある。光源114に面発光レーザ(VCSEL : Vertical Cavity Surface Emitting Laser)光源を用いた場合、照射光の波長は駆動電流にほぼ比例して変化する。しかし周囲の温度が変化すれば、駆動電流が同一であっても、図21に示すように照射光の波長が変化してしまう場合がある。   When a semiconductor laser resonator or the like is used as the light source 114, the wavelength of irradiation light may change due to a change in ambient temperature even if the drive current is managed by the modulation drive circuit 115. When the light source 114 has a Fabry-Perot structure, mode hopping (wavelength jump) may occur due to a temperature change as shown in FIG. When a surface emitting laser (VCSEL) light source is used as the light source 114, the wavelength of the irradiation light changes almost in proportion to the drive current. However, if the ambient temperature changes, even if the drive current is the same, the wavelength of the irradiation light may change as shown in FIG.

そこで図19に示す変調駆動回路115及び照射光受光素子154には、フィードバック回路116が接続されている。フィードバック回路116は、変調駆動回路115が光源114に供給した駆動電流と、照射光受光素子154が受光する照射光の光強度を監視する。またフィードバック回路116は、図22に示すように、初期状態における透過波長帯域の中心波長と設定駆動電流とを記憶している。ここで図23に示すように、照射光受光素子154が中心波長の照射光を受光した時の駆動電流が温度変化により設定駆動電流より弱まった場合、フィードバック回路116は変調駆動回路115が光源114に供給する駆動電流の走査範囲をマイナス方向にシフトさせ、光源114が初期状態と同じ波長範囲の照射光を発するよう設定する。また照射光受光素子154が中心波長の照射光を受光した時の駆動電流が温度変化により設定駆動電流から強まった場合、フィードバック回路116は変調駆動回路115が光源114に供給する駆動電流の走査範囲をプラス方向にシフトさせ、光源114が初期状態と同じ波長範囲の照射光を発するよう設定する。   Therefore, a feedback circuit 116 is connected to the modulation drive circuit 115 and the irradiation light receiving element 154 shown in FIG. The feedback circuit 116 monitors the drive current supplied to the light source 114 by the modulation drive circuit 115 and the light intensity of the irradiation light received by the irradiation light receiving element 154. Further, as shown in FIG. 22, the feedback circuit 116 stores the center wavelength of the transmission wavelength band in the initial state and the set drive current. Here, as shown in FIG. 23, when the driving current when the irradiation light receiving element 154 receives the irradiation light of the center wavelength becomes weaker than the setting driving current due to the temperature change, the feedback driving circuit 116 uses the modulation driving circuit 115 as the light source 114. Is set so that the light source 114 emits irradiation light in the same wavelength range as the initial state. Further, when the driving current when the irradiation light receiving element 154 receives the irradiation light having the center wavelength is increased from the setting driving current due to the temperature change, the feedback circuit 116 scans the driving current supplied to the light source 114 by the modulation driving circuit 115. Is set so that the light source 114 emits irradiation light in the same wavelength range as the initial state.

図19に示す光コヒーレンストモグラフィ装置のその他の構成要素は図11と同様であるので、説明は省略する。次に図24を用いて、第4の実施の形態に係る光コヒーレンストモグラフィ方法を説明する。   Other components of the optical coherence tomography apparatus shown in FIG. 19 are the same as those in FIG. Next, an optical coherence tomography method according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG.

(a) ステップS51で図19に示す変調駆動回路115は、初期設定で定められた走査範囲で駆動電流を光源114に供給する。またフィードバック回路116は、駆動電流を監視する。ステップS52で光源114は、駆動電流に応じた波長の照射光を発する。照射光は光導波路34aで伝搬され、スプリッタ20で照射光導波路80a方向と光導波路34b方向に分割される。照射光導波路80a方向に分割された照射光は、照射光導波路80aで波長フィルタ85に伝搬される。   (a) In step S51, the modulation drive circuit 115 shown in FIG. 19 supplies drive current to the light source 114 within the scanning range determined by the initial setting. The feedback circuit 116 monitors the drive current. In step S52, the light source 114 emits irradiation light having a wavelength corresponding to the drive current. The irradiation light propagates through the optical waveguide 34a and is split by the splitter 20 in the direction of the irradiation optical waveguide 80a and the direction of the optical waveguide 34b. The irradiation light divided in the direction of the irradiation optical waveguide 80a is propagated to the wavelength filter 85 through the irradiation optical waveguide 80a.

(b) ステップS53で、波長フィルタ85の透過波長帯域と等しい帯域の照射光の波長成分が、波長フィルタ85を透過する。波長フィルタ85を透過した照射光は照射光導波路80bで伝搬され、ステップS54で照射光受光素子154によって受光される。照射光受光素子154は、受光した照射光の光強度をフィードバック回路116に伝送する。ステップS55でフィードバック回路116は、照射光受光素子154が受光した照射光の光強度が設定駆動電流で最大となっているか否かを監視する。設定駆動電流で最大となっていない場合、ステップS56に進む。設定駆動電流で最大となっている場合、ステップS60に進む。   (b) In step S53, the wavelength component of the irradiation light in the band equal to the transmission wavelength band of the wavelength filter 85 is transmitted through the wavelength filter 85. The irradiation light transmitted through the wavelength filter 85 is propagated through the irradiation optical waveguide 80b and received by the irradiation light receiving element 154 in step S54. The irradiation light receiving element 154 transmits the light intensity of the received irradiation light to the feedback circuit 116. In step S55, the feedback circuit 116 monitors whether or not the light intensity of the irradiation light received by the irradiation light receiving element 154 is maximum at the set drive current. If the set drive current is not the maximum, the process proceeds to step S56. If the set drive current is the maximum, the process proceeds to step S60.

(c) 照射光受光素子154が受光した照射光の光強度が設定駆動電流よりも弱い駆動電流で最大となっている場合、ステップS56でフィードバック回路116は、変調駆動回路115の駆動電流の走査範囲をマイナス方向にシフトさせる。照射光受光素子154が受光した照射光の光強度が設定駆動電流よりも強い駆動電流で最大となっている場合、フィードバック回路116は、変調駆動回路115の駆動電流の走査範囲をプラス方向にシフトさせる。ステップS60で、第3の実施の形態に係る光コヒーレンストモグラフィ方法と同様に測定光路長F1を算出し、第4の実施の形態に係る光コヒーレンストモグラフィ方法を終了する。 (c) When the light intensity of the irradiation light received by the irradiation light receiving element 154 is maximum at a driving current weaker than the set driving current, the feedback circuit 116 scans the driving current of the modulation driving circuit 115 in step S56. Shift the range in the negative direction. When the light intensity of the irradiating light received by the irradiating light receiving element 154 is maximized at a driving current stronger than the set driving current, the feedback circuit 116 shifts the scanning current scanning range of the modulation driving circuit 115 in the plus direction. Let In step S60, similarly to the optical coherence tomography method according to the third embodiment calculates the measured optical path length F 1, and terminates the optical coherence tomography method according to the fourth embodiment.

温度変化に伴い照射光の波長が変調すると、上記(26)式より測定光路長F1と基準光路長F2との差(F1 - F2)を算出する際に誤差が生じる。これに対し、第4の実施の形態に係る光コヒーレンストモグラフィ装置及び光コヒーレンストモグラフィ方法によれば、フィードバック回路116が温度変化に伴う照射光の波長変調を防止する。そのため、高い精度で測定光路長F1と基準光路長F2との差(F1 - F2)を算出することが可能となる。 When the wavelength of the irradiation light is modulated with the temperature change, the difference between the measurement optical path length F 1 and the reference optical path length F 2 (F 1 An error occurs when calculating F 2 ). On the other hand, according to the optical coherence tomography device and the optical coherence tomography method according to the fourth embodiment, the feedback circuit 116 prevents the wavelength modulation of the irradiation light accompanying the temperature change. Therefore, the difference between the measurement optical path length F 1 and the reference optical path length F 2 (F 1 F 2 ) can be calculated.


(その他の実施の形態)
上記のように本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。例えば図1に示す干渉縞検出素子153がリニアイメージセンサである場合、ステージ400を駆動モジュール305で移動させながら測定距離LT1を算出することにより、試料190の断層面195の2次元画像を生成してもよい。この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。

(Other embodiments)
Although the present invention has been described by the embodiments as described above, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques should be apparent to those skilled in the art. For example, when the interference fringe detection element 153 shown in FIG. 1 is a linear image sensor, a two-dimensional image of the tomographic plane 195 of the sample 190 is generated by calculating the measurement distance L T1 while moving the stage 400 by the drive module 305. May be. Thus, it should be understood that the present invention includes various embodiments and the like not described herein. Therefore, the present invention is limited only by the invention specifying matters in the scope of claims reasonable from this disclosure.

本発明の第1の実施の形態に係る光コヒーレンストモグラフィ装置の模式図である。1 is a schematic diagram of an optical coherence tomography device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施の形態に係る分光器による時間毎の選択波長を示すグラフである。It is a graph which shows the selection wavelength for every time by the spectrometer which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る合成干渉縞の第1のスペクトルである。It is a 1st spectrum of the synthetic | combination interference fringe which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る合成干渉縞の第2のスペクトルである。It is a 2nd spectrum of the synthetic | combination interference fringe which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る移動平均線を示すグラフである。It is a graph which shows the moving average line which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る補正された合成干渉縞のスペクトルの第1の例である。It is a 1st example of the spectrum of the corrected synthetic | combination interference fringe which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る補正された合成干渉縞のスペクトルの第2の例である。It is a 2nd example of the spectrum of the corrected synthetic | combination interference fringe which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る補正された合成干渉縞のスペクトルの第3の例である。It is a 3rd example of the spectrum of the corrected synthetic | combination interference fringe which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る光路差とピーク間隔との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the optical path difference which concerns on the 1st Embodiment of this invention, and a peak space | interval. 本発明の第1の実施の形態に係る光コヒーレンストモグラフィ方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the optical coherence tomography method which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態の第2の変形例に係る光コヒーレンストモグラフィ装置の模式図である。It is a schematic diagram of the optical coherence tomography apparatus which concerns on the 2nd modification of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係る光コヒーレンストモグラフィ装置の模式図である。It is a schematic diagram of the optical coherence tomography apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係る分光器を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the spectrometer which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係る光コヒーレンストモグラフィ方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the optical coherence tomography method which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態の変形例に係る光コヒーレンストモグラフィ装置の模式図である。It is a schematic diagram of the optical coherence tomography apparatus which concerns on the modification of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係る光コヒーレンストモグラフィ装置の模式図である。It is a schematic diagram of the optical coherence tomography apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係る変調駆動回路による時間毎の駆動電流を示すグラフである。It is a graph which shows the drive current for every time by the modulation drive circuit which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係る光コヒーレンストモグラフィ方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the optical coherence tomography method which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態に係る光コヒーレンストモグラフィ装置の模式図である。It is a schematic diagram of the optical coherence tomography apparatus which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態に係る照射光の波長の温度依存性を示す第1のグラフである。It is a 1st graph which shows the temperature dependence of the wavelength of the irradiation light which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態に係る照射光の波長の温度依存性を示す第2のグラフである。It is a 2nd graph which shows the temperature dependence of the wavelength of the irradiation light which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態に係る照射光の波長と駆動電流との関係を示す第1のグラフである。It is a 1st graph which shows the relationship between the wavelength of the irradiation light which concerns on the 4th Embodiment of this invention, and a drive current. 本発明の第4の実施の形態に係る照射光の波長と駆動電流との関係を示す第2のグラフである。It is a 2nd graph which shows the relationship between the wavelength of the irradiation light which concerns on the 4th Embodiment of this invention, and a drive current. 本発明の第4の実施の形態に係る光コヒーレンストモグラフィ方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the optical coherence tomography method which concerns on the 4th Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

3, 93…分光器
20, 21, 121…スプリッタ
23…波長可変フィルタ
24…発振器
29, 30, 31, 32, 33, 34, 34a, 34b…光導波路
41…第1半透鏡
42…第2半透鏡
43…基準用反射鏡
44, 46, 47, 48…コリメートレンズ
45…集光レンズ
54…回折格子
80a, 80b…照射光導波路
85…波長フィルタ
114…光源
115…変調駆動回路
116…フィードバック回路
153…干渉縞検出素子
154…照射光受光素子
190…試料
195…断層面
200…データ記憶装置
201…干渉縞成分記憶モジュール
202…関係記憶モジュール
203…結果記憶モジュール
300…CPU
305…駆動モジュール
306…補正モジュール
307…変換モジュール
310…抽出モジュール
330…算出モジュール
331…画像生成モジュール
400…ステージ
3, 93 ... Spectroscope
20, 21, 121 ... Splitter
23… Wavelength tunable filter
24 ... Oscillator
29, 30, 31, 32, 33, 34, 34a, 34b ... optical waveguide
41 ... First semi-transparent mirror
42… Second semi-transparent mirror
43 ... Reflective mirror for reference
44, 46, 47, 48… collimating lens
45 ... Condensing lens
54 ... Diffraction grating
80a, 80b ... Irradiation optical waveguide
85… Wavelength filter
114 ... Light source
115: Modulation drive circuit
116… Feedback circuit
153 ... Interference fringe detector
154 ... Irradiation light receiving element
190 ... Sample
195 ... Fault surface
200 ... Data storage device
201 ... Interference fringe component storage module
202 ... Relational memory module
203 ... Result storage module
300 ... CPU
305 ... Drive module
306 ... Correction module
307 ... Conversion module
310 ... Extraction module
330 ... Calculation module
331… Image generation module
400 ... Stage

Claims (10)

照射光を発する光源と、
前記照射光を第1参照光と検査光に分割し、試料の断層面に向けて前記検査光を透過させる第1半透鏡と、
前記照射光を第2参照光と基準光に分割する第2半透鏡と、
前記第2半透鏡に対向して配置された、前記基準光を反射する基準用反射鏡と、
前記第1参照光と前記試料の断層面に照射されて測定光路長を進んだ前記検査光との第1干渉縞と、前記第2参照光と前記基準用反射鏡で反射され基準光路長を進んだ前記基準光との第2干渉縞との合成干渉縞を検出する干渉縞検出素子と、
前記合成干渉縞から、前記測定光路長と前記基準光路長との光路差に応じて変動する干渉縞成分を抽出する抽出モジュールと、
前記干渉縞成分及び前記基準光路長の値に基づいて前記測定光路長の値を算出し、前記第1半透鏡に対する前記試料の断層面の位置を算出する算出モジュール
とを備えることを特徴とする光コヒーレンストモグラフィ装置。
A light source that emits irradiation light;
A first semi-transparent mirror that divides the irradiation light into first reference light and inspection light and transmits the inspection light toward a tomographic plane of a sample;
A second semi-transparent mirror that divides the irradiation light into second reference light and reference light;
A reference reflecting mirror that is disposed opposite to the second semi-transmissive mirror and reflects the reference light;
A first interference fringe between the first reference light and the inspection light that has been irradiated on the tomographic plane of the sample and has traveled the measurement optical path length, and reflected by the second reference light and the reference reflecting mirror to obtain a reference optical path length. An interference fringe detecting element for detecting a combined interference fringe with the second interference fringe with the advanced reference light;
An extraction module that extracts an interference fringe component that varies according to an optical path difference between the measurement optical path length and the reference optical path length from the combined interference fringe;
A calculation module that calculates a value of the measurement optical path length based on the interference fringe component and the value of the reference optical path length, and calculates a position of a tomographic plane of the sample with respect to the first semi-transparent mirror. Optical coherence tomography device.
前記第1半透鏡が、前記試料の断層面に対して前記照射光のコヒーレンス長の半分よりも短い測定距離をおいて配置されることを特徴とする請求項1に記載の光コヒーレンストモグラフィ装置。
2. The optical coherence tomography apparatus according to claim 1, wherein the first semi-transparent mirror is disposed at a measurement distance shorter than half of the coherence length of the irradiation light with respect to the tomographic plane of the sample. .
前記基準用反射鏡が、前記第2半透鏡に対して前記照射光のコヒーレンス長の半分よりも短い基準距離をおいて配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の光コヒーレンストモグラフィ装置。
3. The optical coherence according to claim 1, wherein the reference reflecting mirror is disposed at a reference distance shorter than half of the coherence length of the irradiation light with respect to the second semi-transparent mirror. Tomography device.
前記第1半透鏡及び第2半透鏡は、前記検査光と前記基準光の干渉、前記検査光と前記第2参照光の干渉、前記第1参照光と前記基準光の干渉、及び前記第1参照光と前記第2参照光の干渉を妨げる位置に配置されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光コヒーレンストモグラフィ装置。
The first semi-transmission mirror and the second semi-transmission mirror are configured such that interference between the inspection light and the reference light, interference between the inspection light and the second reference light, interference between the first reference light and the reference light, and the first 4. The optical coherence tomography apparatus according to claim 1, wherein the optical coherence tomography apparatus is disposed at a position that prevents interference between the reference light and the second reference light. 5.
前記抽出モジュールが、前記合成干渉縞のスペクトルの包絡線を算出することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光コヒーレンストモグラフィ装置。
The optical coherence tomography apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the extraction module calculates an envelope of a spectrum of the combined interference fringe.
前記抽出モジュールが、前記包絡線の極値点の間隔を抽出することを特徴とする請求項5に記載の光コヒーレンストモグラフィ装置。
The optical coherence tomography apparatus according to claim 5, wherein the extraction module extracts an interval between extreme points of the envelope.
前記照射光の波長成分を選択的に透過させる分光器を更に備えることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の光コヒーレンストモグラフィ装置。
The optical coherence tomography apparatus according to any one of claims 1 to 6, further comprising a spectrometer that selectively transmits a wavelength component of the irradiation light.
前記検査光、前記第1参照光、前記基準光、及び前記第2参照光のそれぞれの波長成分を選択的に透過させる分光器を更に備えることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の光コヒーレンストモグラフィ装置。
The spectroscope which selectively transmits each wavelength component of the inspection light, the first reference light, the reference light, and the second reference light is further provided. The optical coherence tomography device according to item.
前記光源が、前記照射光の波長を変化させることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の光コヒーレンストモグラフィ装置。
The optical coherence tomography apparatus according to claim 1, wherein the light source changes a wavelength of the irradiation light.
前記合成干渉縞のスペクトル分布から前記照射光のスペクトル分布を除去する補正モジュールを更に備えることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の光コヒーレンストモグラフィ装置。   The optical coherence tomography apparatus according to claim 1, further comprising a correction module that removes the spectrum distribution of the irradiation light from the spectrum distribution of the combined interference fringes.
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