JP5713319B2 - 断層測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、断層測定装置に関し、より詳細には光干渉技術を用いた断層測定装置に関する。

光干渉技術を用いた断層測定装置とは、光源から出射された光を少なくとも二つの光に分割し、その分割された光をそれぞれ異なる光路を経た後で再び重ね合わせ、光路差により発生する干渉縞を測定し、この干渉縞に基づき被測定物の表面状態等を把握する装置である。

公知の断層測定装置に関する技術として、例えば下記非特許文献１に、低コヒーレンス干渉計を用いた可変光路拡大機構に関する技術が開示されている。

森谷洋平ら、"長深度低コヒーレンス干渉計のための可変光路拡大機構"、信学技報、ＯＣＳ２００−７７、ＯＰＥ２０００−９４、ＬＱＥ２０００−８６（２０００−１１）

しかしながら、上記非特許文献１に記載の技術では光路の差を大きくするには支持板の大きさを大きくするしかなく、効率的な光路差拡大には未だ課題が残る。

そこで、本発明は、上記課題を解決し、同じ支持板の径（面積）であっても、より光路長の変化を大きくすることのできる断層測定装置を提供することを目的とする。

すなわち、上記課題を解決する本発明の一観点に係る断層測定装置は、光を放出する光源と、光源から放出された光を第一の光と第二の光に分割する光分割部材と、第一の光の光路を変化させる光路可変部材と、第一の光と前記第二の光を結合させる光結合部材と、光結合部材により結合した光の振幅を測定する振幅測定部材と、を有し、光路可変部材は、支持板と、支持板を支持し回転させる回転支持部材と、支持板の回転中心を通る直線に沿って支持板上に配置される第一の支持反射部材及び第二の支持反射部材と、第一の支持反射部材から反射された光を第二の支持反射部材に入射させる第一の固定反射部材と、第二の支持反射部材から反射された光を第二の支持反射部材に反射させる第二の固定反射部材と、を有する。

また、上記課題を解決する本発明の他の一観点に係る断層測定装置は、光を放出する光源と、光源から放出された光を第一の光と第二の光に分割する光分割部材と、第一の光の光路を変化させる光路可変部材と、第一の光と前記第二の光を結合させる光結合部材と、結合部材により結合した光の振幅を測定する振幅測定部材と、を有し、光路可変部材は、支持板と、支持板を支持し、かつ回転させる回転支持部材と、支持板上に配置される支持反射部材と、光分割部材と前記支持反射部材との間に配置される反射偏光部材と、反射偏光部材と支持反射部材との間に配置されるλ／４板と、支持反射部材から反射された光を前記支持反射部材に反射させて戻す固定反射部材と、を有する。

また、上記課題を解決する本発明の他の一観点に係る断層測定装置は、光を放出する光源と、光源から放出された光を第一の光と第二の光に分割する光分割部材と、第一の光の光路を変化させる光路長可変部材と、第一の光と前記第二の光を結合させる光結合部材と、結合部材により結合した光の振幅を計測する振幅測定部材と、を有し、光路可変部材は、支持板と、支持板を支持し、かつ回転させる回転支持部材と、支持板上に配置される第一の支持反射部材及び第二の支持反射部材と、第一の支持反射部材から反射された光を前記第一の支持反射部材に反射させて戻す第一の固定反射部材と、第二の支持反射部材に光を入射させる第二の固定反射部材と、第二の支持反射部材から反射された光を第二の支持反射部材に反射させて戻す第三の固定反射部材と、を有する。

以上により本発明は、同じ支持板の径（面積）であっても、より光路長の変化を大きくすることのできる断層測定装置となる。

実施形態１に係る断層測定装置の機能ブロックを示す図である。 実施形態１に係る光路長可変部材の概略を示す図である。 実施形態１に係る支持反射部材の概略を示す図である。 実施形態１に係る振幅測定部材の機能ブロックを示す図である。 支持反射部材の数を増加させた場合の例を示す図である。 実施形態２に係る断層測定装置の光路可変部材の概略を示す図である。 実施形態３に係る光路長可変部材の概略を示す図である。 実施形態３に係る支持反射部材の概略を示す図である。 実施形態４に係る光路長可変部材の概略を示す図である。 実施形態４に係る支持反射部材の概略を示す図である。 実施形態４に係る支持反射部材の概略を示す図である。 実施形態４に係る光路長可変部材の他の例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。ただし、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に示す実施形態に限定されるものではない。また、明細書及び請求の範囲において「第一の」「第二の」等の記載は、一つの実施形態、請求項において存在する同種の構成要件を区別し説明するためにのみ用いる語句にすぎず、この語句のみによって機能が限定されるわけではない。

（実施形態１）
図１は、本実施形態にかかる断層測定装置の概略を示す機能ブロック図であり、図２は、本実施形態にかかる光路可変部材の概略を示す図である。

これらの図で示すように、本実施形態にかかる断層測定装置（以下「本断層測定装置」という。）１は、光を放出する光源２と、光源２から放出された光を第一の光２１と第二の光２２に分割する光分割部材３と、第一の光２１の光路を変化させる光路可変部材４と、第一の光２１と第二の光２２を結合させる光結合部材５と、結合部材により結合した光の振幅を測定する振幅測定部材６と、を有して構成されている。

本実施形態において、光源２は、被測定物を観察するために用いられる光を放出するための部材であって、この限りにおいて限定されるわけではないが低コヒーレント光を放出することができるものであることが好ましい。ここで「低コヒーレント光」とは、発光する光が互いに干渉しにくい光をいい、断層測定以外における影響を受けにくいため、この光を用いることで必要な情報だけをより精度よく抽出することができる。光源２の例としては、上記機能を有する限りにおいて特に限定されるわけではないが、例えばＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）を用いることが好ましい。

本実施形態において、光分割部材３は、少なくとも光源２を二以上に分割することができる部材である。光分割部材３としては、上記機能を有する限りにおいて限定されるわけではないが、例えばハーフミラーや光カプラを好適に用いることができる。

また本実施形態において、光路可変部材４は、光路を変化させることのできる部材であって、この機能を有する限りにおいて限定されるわけではないが、図２の一例で示すように、支持板４１と、支持板４１を支持し、かつ回転させる回転支持部材４２と、支持板４１の回転中心４１１を通る直線４１２に沿って支持板４１上に配置される第一の支持反射部材４３及び第二の支持反射部材４４と、第一の支持反射部材４３から反射された光を第二の支持反射部材４４に入射させる第一の固定反射部材４５と、第二の支持反射部材４４から反射された光を第二の支持反射部材４４に反射させて戻す第二の固定反射部材４６と、を有する。

本実施形態において支持板４１は、第一の支持反射部材４３及び第二の支持反射部材４４を保持し、回転可能である程度に硬いものであれば特に制限されないが、材料としては例えば金属を好適に用いることができる。また支持板４１の形状は、特に制限されないが、回転を均一に行なえるよう円形状であることが好ましい。なお、支持板４１の大きさは、測定対象となる被測定物の深さに応じて適宜調節が可能である。

また本実施形態において回転支持部材４２は、支持板４１を支持かつ回転することができるものであって、この限りにおいて限定されるわけではないが、例えば軸４２１と、この軸を回転させる回転機構４２２とを有する装置であることは好ましい一例である。この場合、軸４２１で支持板４１が支持され、この軸４２１の中心が回転中心４１１となる。なお支持板４１の回転速度は適宜調整可能である。

また本実施形態において、支持板４１に配置される第一の支持反射部材４３は、入射される光を反射させることができる部材であり、限定されるわけではないが、プリズム又はミラーであることがこのましい一例である。また本実施形態に係る第一の支持反射部材４３は、入射された光と反射される光とが平行となるよう配置されていることが好ましい。具体的には、図２、３の例で示すように、二つの反射部材４３１、４３２を、その反射面４３３、４３４が直角で向き合うよう組み合わせて結合させたいわゆるコーナーリフレクターを用いることが好ましく、双方の反射面４３３、４３４の中間面４３５と回転中心４１１を通る直線４１２とが直角になるよう配置されていることがより好ましい。このように組み合わせることで、この反射部材に入射された光（第一の光）とこの反射部材によって反射された光の進行方向を平行にすることができ、更に、第一の光２１の入射方向を中間面４３５と平行な方向とすることで、第一の光を反射できる領域を広く確保することができる。

また本実施形態において、第二の支持反射部材４４は、入射される光を反射させることができる部材であり、限定されるわけではないが、上記第一の支持反射部材４３と同様、プリズム又はミラーであることがこのましく、コーナーリフレクターであることが寄り好ましい。第二の支持反射部材は、限定されるわけではないが、上記第一の支持反射部材と同様の構成とすることが製造の観点から好ましい。

また本実施形態において、第一の支持反射部材４３と第二の支持反射部材４４は、支持板４１の回転中心４１１を通る直線４１２に沿って配置されていることが好ましい。また、図２、３の例で示すように第一の支持反射部材４３及び第二の支持反射部材４４それぞれを反射面が直角に向き合うよう組み合わせて結合したコーナーリフレクターを採用した場合において、第一の支持反射部材４３の反射面の中間面４３５と、第二の支持反射部材４４の反射面の中間面４４５が平行となっていることがより好ましく、更には第一及び第二の支持反射部材を同一の大きさ、形状とし、回転中心４１１を通る直線４１２に沿って平行移動させた位置に配置することが好ましい。このようにすることで後述する第一の固定反射部材４５と第二の固定反射部材４６との組み合わせにより、光路差をより効率的に大きくすることができる。なお、本実施形態において第一の支持反射部材４３の中間面４３５と回転中心４１１の距離を１とした場合、第二の支持反射部材４４の中間面４４５と回転中心４１１の距離は限定されるわけではないが１．５以上３以下であることが好ましく、より好ましくは２である。なお本実施形態において、第一の支持反射部材は第二の支持反射部材４４よりも回転中心に近い位置に配置されているものとするが、逆であっても特に構わない。

本実施形態において、第一の固定反射部材４５は、支持板外において固定して配置される反射部材であって、第一の反射部材４３から反射された光を第二の支持反射部材４４に入射させることができるものである。材料としては、この機能を有する限りにおいて限定されるわけではないが、プリズム又はミラーであることは好ましい一例である。なお、この構成としては、上記機能を有する限りにおいて限定されるわけではないが、第一の支持反射部材４３が、反射面が直角で向き合うよう組み合わせた反射部材を採用した場合、同様に反射面が直角で向き合うよう反射部材４５１、４５２を配置したものであることが好ましい。このようにすることで第一の支持反射部材４３から反射された光を、第二の支持反射部材４４に入射させることができ、かつその方向を平行にすることができる。

本実施形態において、第二の固定反射部材４６は、支持板４１の外において固定して配置される反射部材であって、第二の支持反射部材４４から反射された光をそのまま第二の支持反射部材４４側に反射するものである。第二の固定反射部材４６の材質としては、この限りにおいて限定されるわけではないが、例えばミラー又はプリズムを用いることができる。

また本実施形態において、光結合部材５は、上記光分割部材３により分割される第一の光２１と第二の光を結合させることのできるものである。この機能を有する限りにおいて限定されないが、例えばハーフミラーや光カプラを好適に用いることができる。なお、本実施形態において、光結合部材５において結合される光は、上記光路可変部材４により光路が変化した第一の光２１と、被測定物に対して照射され反射された第二の光２２である。

また本実施形態において、振幅測定部材６は、光結合部材５が結合した光の振幅を測定することのできるものである。振幅測定部材６は、上記の限りにおいて限定されるわけではないが、例えば図４の例で示すように、検出器６１と、この検出器６１に接続され所定の処理を行う情報処理装置６２を有して構成されていることが好ましい。

本実施形態における検出器６１としては、入射される光を定量化例えば電気信号化して出力することのできるものであり、例えばフォトダイオード、ＣＣＤ等を好適に用いることができる。

本実施形態に係る情報処理装置６２は、検出器６１が検出した光の量に対し処理を行い、その結果を表示することのできるものである。いわゆるパーソナルコンピュータ及びそれに組み込まれる各種計算プログラムが該当する。

なお、検出器６１に入射される光が微弱である場合、光量を増幅するために、情報処理装置６２と検出器６１との間に、例えばロックインアンプ等の増幅部材を配置してこの光量を増幅させることは好ましい一例である。

なお、本実施形態に係る断層測定装置では支持反射部材を二つの例で示しているが、三つ以上であっても対応可能である。例えば三つの場合、図５で示すように、回転中心４１１を通る直線４１２上であって、第一の支持反射部材４３及び第二の支持反射部材４４よりも内側に第三の支持反射部材４７を配置し、更に第三の支持反射部材４７から反射された光を第一の支持反射部材４３に入射する第三の固定反射部材４８を設けることで拡張できる。なおこの場合、光源３から第三の支持反射部材４７に第一の光３２を入射し、第三の固定反射部材４８を介して第一の支持反射部材４３に入射し、第一の固定反射部材４５により第二の支持反射部材４４に光を入射し、第二の固定反射部材４６で反射し、第二の支持反射部材４４に光を入射させることで光結合部材に光を戻すことができる。なお、以後４つ以上とする場合もこれと同様に増加させていくことができる。

以上本実施形態に係る断層測定装置は、回転中心上に複数の支持反射部材を配置し、これらに対応して固定反射部材を配置させて順次支持反射部材に反射させていくことで光路を長くすることができる。例えば、第二の支持反射部材と回転中心との距離を第一の支持反射部材と回転中心との距離の２倍にすると、第一の支持反射部材（及び対応する固定反射部材）のみを配置した公知の断層測定装置に比べ約３倍の光路差を確保することができる。すなわち、回転中心を通る直線状に複数の支持反射部材を配置することで支持板の無駄なスペースを少なくして光路差を効率的に確保することができる。

ここで、本実施形態に係る断層測定装置を用いた測定方法について説明する。

まず、回転支持部材４２を用いて支持板４１を回転させる。次に、光源２を発光させ、低コヒーレント光（以下「光」）を放出し、光を光分割部材３に入射させる。次に、光分割部材３は、入射された光を第一の光２１と第二の光２２に分割し、それぞれ放出する。分割された第一の光は、光路長可変部材４に入射され、光路長の変化を受けた後、光結合部材に入射される。一方、光分割部材３により分割された第二の光２２は、被測定物表面において反射され、光結合部材に入射される。光結合部材において上記第一の光と第二の光は結合され、振幅測定部材６の検出器６１に入力される。この場合において、支持板４１は回転しているため、第一の支持反射部材及び第二の支持反射部材の位置に応じて、光路可変部材内を伝播する光の光路は変化し、光量も変化することとなる。この光量の変化を振幅測定部材で測定、処理することで、断層測定を行うことができるようになる。

以上、本実施形態により、同じ支持部材の径（面積）であっても、より光路の変化を大きくすることのできる断層測定装置を提供することができる。

（実施形態２）
本実施形態では、上記実施形態１の構成に加え、第一の支持反射部材の前段に反射偏光手段４９１及びλ／４板４９２を配置している点が異なる。以下本実施形態について詳細に説明するが、同じ構成については説明を省略する。図６に、本実施形態に係る断層測定装置１における光路可変部材４の概略図を示す。

本実施形態に係る反射偏光部材４９１は、光に含まれる偏光成分のうち一つの偏光透過容易軸の偏光成分を有する光のみを透過させ、それ以外の光を反射させることのできる機能を有するものであり、光分割部材３と第一の支持反射部材４３の間に配置される。この機能を有する限りにおいて限定されるわけではなく公知の材料を用いてでき、例えばプリズムやフィルム等を用いて実現することができる。

本実施形態に係るλ／４板４９２は、反射偏光部材４９１を透過することにより生じる直線偏光を円偏光に変えることができるものであり、反射偏光部材４９１と第一の支持反射部材との間に配置される。この結果、反射偏光部材を透過した第一の光２１は、λ／４板４９２に入射され、円偏光となり、第一の支持反射部材４３に入射される。

ここで、この部材を用いることによる光路の変化について説明する。まず、光分割部材により分割された第一の光２１は、反射偏光部材４９１に入射され、一の透過容易軸の偏光成分を有する直線偏光となる。そしてこの直線偏光となった第一の光２１は更にλ／４板４９２に入射され、円偏光となる。円偏光となった第一の光は、第一の支持反射部材４３に入射され、次いで第一の固定反射部材４５に入射される。この場合において第一の支持反射部材４３は２つの反射部材４３１、４３２を組み合わせたものであり、第一の支持反射部材４３により２回反射した後の円偏光の回転方向はλ／４板４９２を透過した当初の状態と同じとなる。そして、第一の固定反射部材４５によって反射されるが、第一の固定反射部材４５も２回の反射を行なうため、円偏光の回転方向は当初の状態と同じになる。そして更に、円偏光となった第一の光２１は、第二の支持反射部材４４に入射され、２回の反射を経て当初の状態と同じ回転方向となり、第二の固定反射部材４６に入射される。第二の固定反射部材４６は、奇数個（１個）の反射部材で構成されているため、円偏光の回転方向は当初の回転方向と反対の回転方向となり、２つの反射支持部材４４１、４４２を有する第二の支持反射部材４４に再び入射、反射され、反対の回転方向が維持されたまま第一の固定反射部材４５、第一の支持反射部材４３を経てλ／４板４９２に再び入射され、直線偏光に変換される。しかしながら、反対の回転方向でλ／４板４９２に入射された場合、第一の光２１は当初の直線偏光と直交する方向の成分を有する直線偏光となる。そしてこの状態で反射偏光部材４９１に入射されると、透過せず反射される。そして再びλ／４板４９２を通過して円偏光となり、第一の支持反射部材４３、第一の固定反射部材４５、第二の支持反射部材４４、第二の固定反射部材４６、第二の支持反射部材４４、第一の固定反射部材４５、第一の支持反射部材４３を経て再びλ／４板４９２を通過して直線偏光に戻る。するとこの直線偏光は最初に反射偏光部材４９１を透過した方向と同じ方向の成分を有する直線偏光となっているため、反射偏光部材４９１を透過することができ、光結合部材５において第二の光２２と結合されることとなる。すなわち、第一の光は反射偏光部材４９１と第二の固定反射部材４６の間を二往復することとなるため、光路差は上記実施形態において一往復する場合の２倍となり、光路差を効率的に確保することができる。

なお、本実施形態に係るλ／４板４９２と反射偏光部材４９１は、前述及び後述の実施形態においても配置を適用させることが可能であり、光分割部材３と、支持反射部材との間に設けることができる。

（実施形態３）
本実施形態において、断層測定装置の概略を示す機能ブロック図は上記実施形態１と同様である。図７は、本実施形態にかかる光路可変部材の概略を示す図であり、図８は、本実施形態に係る支持反射部材の概略を示す図である。本実施形態に係る断層測定装置の構成は、光路可変部材の構成のみが異なりそれ以外はほぼ実施形態１と同様である。

本断層測定装置１は、光を放出する光源２と、光源２から放出された光を第一の光２１と第二の光２２に分割する光分割部材３と、第一の光２１の光路を変化させる光路可変部材４と、第一の光２１と第二の光２２を結合させる光結合部材５と、光結合部材５により結合した光の振幅を計測する振幅測定部材６と、を有して構成されている。

本実施形態において、光源２は、被測定物を観察するために用いられる光を放出するための部材であって、この限りにおいて限定されるわけではないが低コヒーレント光を放出することができるものであることが好ましい。ここで「低コヒーレント光」とは、発光する光が互いに干渉しにくい光をいい、断層測定以外における影響を受けにくいため、この光を用いることで必要な情報だけをより精度よく抽出することができる。光源２の例としては、上記機能を有する限りにおいて特に限定されるわけではないが、例えばＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）を用いることが好ましい。

本実施形態において、光分割部材３は、少なくとも光源２を二以上に分割することができる部材である。光分割部材３としては、上記機能を有する限りにおいて限定されるわけではないが、例えばハーフミラーや光カプラを好適に用いることができる。

また本実施形態において、光路可変部材４は、光路を変化させることのできる部材であって、この機能を有する限りにおいて限定されるわけではないが、図７、８の例で示すように、支持板４１と、支持板４１を支持し、かつ回転させる回転支持部材４２と、支持板４１上に配置される第一の支持反射部材４３と、光分割部材３と第一の支持反射部材４３との間に配置される反射偏光部材４９１と、反射偏光部材４９１と第一の支持反射部材４３との間に配置されるλ／４板４９２と、第一の支持反射部材４３から反射された光を第一の支持反射部材４３に反射させて戻す固定反射部材４６と、を有する。

本実施形態において支持板４１は、第一の支持反射部材４３を保持しており、回転可能である程度に硬いものであれば特に制限されないが、材料としては例えば金属を好適に用いることができる。また支持板４１の形状は、特に制限されないが、回転を均一に行なうよう円形状であることが好ましい。なお、支持板４１の大きさは、測定対象となる被測定物の深さに応じて適宜調節が可能である。

また本実施形態において回転支持部材４２は、支持板４１を支持かつ回転することができるものであって、この限りにおいて限定されるわけではないが、例えば軸４２１と、この軸を回転させる回転機構４２２とを有する装置であることは好ましい一例である。この場合、軸４２１で支持板４１が支持され、この軸４２１の中心が回転中心４１１となる。なお支持板４１の回転数は適宜調整可能である。

また本実施形態において、支持板４１に配置される第一の支持反射部材４３は、入射される光を反射させることができる部材であり、限定されるわけではないが、プリズム又はミラーであることがこのましい一例である。また本実施形態に係る第一の支持反射部材４３は、入射された光と反射される光とが平行となるよう配置されていることが好ましい。具体的には、本図の例で示すように、二つの反射部材４３１、４３２を、反射面４３３、４３４が直角で向き合うよう組み合わせて結合させたいわゆるコーナーリフレクターであることが好ましく、反射面４３３、４３４の中間面４３５と回転中心４１１を通る直線４１２とが直角になるよう配置されていることがより好ましい。このように組み合わせることで、この第一の支持反射部材４３に入射された光（第一の光）とこの支持反射部材によって反射された光を平行にし、更に、第一の光の入射方向を中間面４３５と平行な方向とすることで、第一の光を反射できる領域を広く確保することができる。

本実施形態に係る反射偏光部材４９１は、支持板４１の外において固定されて設けられ、光に含まれる偏光成分のうち一の偏光透過容易軸の偏光成分を有する光のみを透過させ、それ以外の光を反射させることのできる機能を有するものである。この機能を有する限りにおいて限定されるわけではなく公知の材料を用いてでき、例えばプリズムやフィルム等を用いて実現することができる。

本実施形態に係るλ／４板４９２は、支持板４１の外において固定されて設けられ、反射偏光部材４９１を透過することにより生じる直線偏光を円偏光に変えることができるものである。この結果、反射偏光部材４９１を透過した第一の光は、λ／４板４９２に入射され、円偏光となり、第一の支持反射部材４３に入射される。この結果生ずる光路の変化については改めて後述する。

本実施形態において、固定反射部材４６は、支持板外において固定して配置される反射部材であって、第一の支持反射部材４３から反射された光をそのまま第一の支持反射部材４３側に反射するものである。固定反射部材４６の材質としては、この限りにおいて限定されるわけではないが、例えばミラー又はプリズムを用いることができる。

また本実施形態において、光結合部材５は、上記光分割部材３により分割される第一の光２１と第二の光を結合させることのできるものである。この機能を有する限りにおいて限定されないが、例えばハーフミラーや光カプラを好適に用いることができる。なお、本実施形態において、光結合部材５において結合される光は、上記光路可変部材４により光路長が変化した第一の光２１と、被測定物に対して照射され反射された第二の光２２である。

なお、本実施形態に係る断層測定装置では第一の支持反射部材を一つとした例で示しているが、円周上に複数配置することが可能であり、また回転中心を通る直線上に複数配置することも可能であり、数に限定はされない。

本実施形態に係る断層測定装置は、支持板上に支持反射部材を配置し、この支持反射部材４３に第一の光を入射させる前に反射偏光部材４９１及びλ／４板４９２を介している。ここでこの部材を用いることによる光路の変化について説明する。

まず、光分割部材により分割された第一の光は、反射偏光部材４９１に入射され、一の透過容易軸の偏光成分を有する直線偏光となる。そしてこの直線偏光となった第一の光は更にλ／４板４９２に入射され、円偏光となる。円偏光となった第一の光２１は、第一の支持反射部材４３に入射され、更に固定反射部材４６に入射される。この場合において第一の支持反射部材４３は２つの反射部材４３１、４３２を組み合わせたものであり、第一の支持反射部材４３により２回反射した後の円偏光の回転方向はλ／４板を透過した当初の状態と同じとなる。そして、固定反射部材４６によって反射され、円偏光の回転方向は当初の回転方向と反対の回転方向となり、更に２つの反射支持部材を有する第一の支持反射部材４３に再び入射、反射され、反対の回転方向が維持されたままλ／４板４９２に再び入射され、直線偏光に変換される。しかしながら、反対の回転方向でλ／４板に入射された場合、第一の光２１は当初の直線偏光と直交する方向の成分を有する直線偏光となる。そしてこの状態で反射偏光部材４９１に入射されると、透過せず反射される。そして再びλ／４板４９２を通過して円偏光となり、第一の支持反射部材４３、固定反射部材４６、再び第一の支持反射部材４３、λ／４板４９２を通過して直線偏光に戻る。するとこの直線偏光は最初に反射偏光部材４９１を透過した方向と同じ方向の成分を有する直線偏光となっているため、反射偏光部材４９１を透過することができ、光結合部材５において第二の光２２と結合されることとなる。すなわち、第一の光２１は反射偏光部材４９１と固定反射部材４６の間を二往復することとなるため、光路差は一往復する場合の２倍となり、光路差を効率的に確保することができる。

ここで、本実施形態に係る断層測定装置を用いた測定方法について説明する。

まず、回転支持部材４２を用いて支持板４１を回転させる。次に、光源２を発光させ、低コヒーレント光（以下「光」）を放出し、光を光分割部材３に入射させる。次に、光分割部材３は、入射された光を第一の光２１と第二の光２２に分割し、それぞれ放出する。分割された第一の光は、光路長可変部材４に入射され、光路長の変化を受けた後、光結合部材に入射される。一方、光分割部材３により分割された第二の光２２は、被測定物表面において反射され、光結合部材に入射される。光結合部材において上記第一の光と第二の光は結合され、振幅測定部材６の検出器に入力される。この場合において、支持板４１は回転しているため、支持反射部材の位置に応じて、光路可変部材内を伝播する光の光路は変化し、光量も変化することとなる。この光量の変化を振幅測定部材で測定、処理することで、断層測定を行うことができるようになる。

以上、本実施形態により、同じ支持部材の径（面積）であっても、より光路の変化を大きくすることのできる断層測定装置を提供することができる。

（実施形態４）
本実施形態において、断層測定装置の概略を示す機能ブロック図は上記実施形態１（図１）と同様である。図９乃至１１は、本実施形態にかかる光路可変部材の概略を示す図である。本実施形態に係る断層測定装置の構成は、光路可変部材の構成のみが異なりそれ以外はほぼ実施形態１と同様であるため、必要に応じ省略する。

本実施形態にかかる断層測定装置（以下「本断層測定装置」という。）１は、光を放出する光源２と、光源２から放出された光を第一の光２１と第二の光２２に分割する光分割部材３と、第一の光２１の光路を変化させる光路可変部材４と、第一の光２１と第二の光２２を結合させる光結合部材５と、結合部材により結合した光の振幅を計測する振幅測定部材６と、を有して構成されている。

本実施形態において、光源２は、被測定物を観察するために用いられる光を放出するための部材であって、この限りにおいて限定されるわけではないが低コヒーレント光を放出することができるものであることが好ましい。ここで「低コヒーレント光」とは、発光する光が互いに干渉しにくい光をいい、断層測定以外における影響を受けにくいため、この光を用いることで必要な情報だけをより精度よく抽出することができる。光源２の例としては、上記機能を有する限りにおいて特に限定されるわけではないが、例えばＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）を用いることが好ましい。

本実施形態において、光分割部材３は、少なくとも光源２から放出される光を二以上に分割することができる部材である。光分割部材３としては、上記機能を有する限りにおいて限定されるわけではないが、例えばハーフミラーや光カプラを好適に用いることができる。

また本実施形態において、光路可変部材４は、光路を変化させることのできる部材であって、この機能を有する限りにおいて限定されるわけではないが、図９乃至１１で示すように、支持板４１と、支持板４１を支持し、かつ回転させる回転支持部材４２と、支持板４１上に配置される第一の支持反射部材４３及び第二の支持反射部材４４と、第一の支持反射部材４３から反射された光をそのまま第一の支持反射部材４３に反射させる第一の固定反射部材４５と、第一の光２１を反射させて第二の支持反射部材４４に入射させるための第二の固定反射部材４６と、第二の支持反射部材４４から反射された光をそのまま第二の支持反射部材４４に反射させる第三の固定反射部材７１と、を有する。なお、第一の支持反射部材４３と第一の固定反射部材４５との間には、光路調整部材７２が配置されている。

本実施形態において支持板４１は、第一の支持反射部材４３及び第二の支持反射部材４４を保持し、回転可能であるものであれば特に制限されないが、材料としては例えば金属板やプラスチックの板を好適に用いることができる。また支持板４１の形状は、特に制限されないが、回転を均一に行なうよう円形状であることが好ましい。なお、支持板４１の大きさは、測定対象となる被測定物の深さに応じて適宜調節が可能である。

また本実施形態において回転支持部材４２は、支持板４１を支持かつ回転することができるものであって、この限りにおいて限定されるわけではないが、例えば軸４２１と、この軸を回転させる回転機構４２２とを有する装置であることは好ましい一例である。この場合、軸４２１で支持板４１が支持され、この軸４２１の中心が回転中心４１１となる。なお支持板４１の回転数は適宜調整可能である。

また本実施形態において、支持板４１に配置される第一の支持反射部材４３は、入射される光を反射させることができる部材であり、限定されるわけではないが、プリズム又はコーナーリフレクター等のミラーであることがこのましい一例である。また本実施形態に係る第一の支持反射部材４３は、入射された光と反射される光とが平行となるよう配置されていることが好ましい。具体的には、図９乃至１１の例で示すように、二つの反射部材４３１、４３２を、反射面４３３、４３４が直角で向き合うよう組み合わせて結合させたものであることが好ましく、双方の反射面４３３、４３４の中間面４３５と回転中心４１１を通る直線４１２とが直角になるよう配置されていることがより好ましい。このように組み合わせることで、この反射部材に入射された光（第一の光）とこの反射部材によって反射された光を平行にすることができ、更に、第一の光２１の入射方向を中間面４３５と平行な方向とすることで、第一の光を反射できる領域を広く確保することができる。

また、本実施形態において、第一の支持反射部材４３が二つの反射部材４３１、４３２で構成されている場合、限定されるわけではないが、光源からの光（第一の光２１）は、回転中心４１１から遠い側の反射部材４３２側に入射され、回転中心４１１よりも近い側の反射部材４３１に入射、反射され、第一の固定部材４５に入射、反射されるよう構成されていることが好ましい。このようにすることで、第二の固定反射部材４６を調整して配置し、支持板４１が回転（図９においては左回りに回転）することで第一の支持反射部材４３に光が当たらなくなったときすぐに第二の固定反射部材４６に第一の光を反射させ、第二の支持反射部材４４に入射させることができるようになり、光路長の連続性を確保することができるといった効果がある。この場合の概念図が図１０、図１１である。なお図１０は、第一の支持反射部材４３に光が当たっている場合の図であり、図１１は、第二の支持反射部材４４に光が当たっている場合の図である。

本実施形態において、第一の固定反射部材４５は、支持板外において固定して配置される反射部材であって、第一の反射部材４３から反射された光をそのまま第一の支持反射部材４３に入射させることができるものである。材料としては、この機能を有する限りにおいて限定されるわけではないが、プリズム又はミラーであることは好ましい一例である。

また本実施形態において、第二の支持反射部材４４は、入射される光を反射させることができる部材であり、限定されるわけではないが、上記第一の支持反射部材４３と同様、プリズム又はコーナーリフレクター等のミラーであることがこのましい一例である。第二の支持反射部材は、限定されるわけではないが、上記第一の支持反射部材と同様の構成とすることが製造の観点から好ましい。具体的には、図９乃至１１の例で示すように、二つの反射部材４４１、４４２を、反射面４４３、４４４が直角で向き合うよう組み合わせて結合させたものであることが好ましく、双方の反射面４４３、４４４の中間面４４５と回転中心４１１を通る直線が直角になるよう配置されていることがより好ましい。このように組み合わせることで、この反射部材に入射された光（第一の光）とこの反射部材によって反射された光を平行にすることができ、更に、第一の光２１の入射方向を中間面４４５と平行な方向とすることで、第一の光を反射できる領域を広く確保することができる。

本実施形態において、第二の固定反射部材４６は、支持板４１の外において固定して配置される反射部材であって、光源からの光（第一の光）を、第二の支持反射部材４４側に反射し、入射させることができるものである。第二の固定反射部材４６の材質としては、この限りにおいて限定されるわけではないが、例えばミラー又はプリズムを用いることができる。なお、本実施形態において、第二の固定反射部材４６は、第一の光が第一の支持反射部材４３にあたっている間はこの第一の支持反射部材４３に隠れて配置され、第一の支持反射部材が回転し、第一の光が第一の支持反射部材に当たらなくなった場合に第一の光を反射するよう配置しておくことが好ましい。このようにすることで、光路長変化を連続的に変化させることができるようになる。

本実施形態において、第三の固定反射部材７１は、支持板４１の外において固定して配置される反射部材であって、第二の支持反射部材４４から反射された光をそのまま第二の支持反射部材４４側に反射するものである。第三の固定反射部材７１の材質としては、この限りにおいて限定されるわけではないが、例えばミラー又はプリズムを用いることができる。

また本実施形態において、第一の光が第一の支持反射部材によって反射される状態から第二の固定部材によって反射される状態に変化する場合、これら状態における光路長が等しくなっていることが好ましい。このようにすることで、第一の支持反射部材による反射によって形成される光路差と、第二の支持反射部材による反射によって形成される光路差を組み合わせ、より長い光路差を形成することができる。なお、ここで「等しい」とは、理論上完全な同一を含むことはもちろんであるが、装置製造上の誤差等の差異をも許容しうるものであって、例えば＋５％〜−５％程度の誤差を許容する。即ち、第一の支持反射部材によって定められる最短の光路長を１とした場合、第二の支持反射部材によって定められる最長の光路長は０．９５以上１．０５以下の範囲にあることが好ましく、より好ましくは０．９８以上１．０２以下の範囲である。このようにすることで、第一の支持反射部材と第二の支持反射部材を組み合わせより長い光路差を生じさせることができる。

また本実施形態において、第一の支持反射部材４３と第一の固定反射部材４５の間には、光路長調整部材７２が配置されている。光路長調整部材７２は、この部材を透過した光の光路長を調節することのできる部材である。このようにすることで、第一の支持反射部材４３による反射から第二の支持反射部材４４への反射部位の変更が起こった場合において、支持反射部材、固定反射部材の配置に空間的な制限があった場合であっても、光路長の変化を連続的に変化させる構成をより容易に実現できるといった効果がある。なお、空間的な制限が無い場合は、特に設けなくても良い。なお光路調整部材７２の材質としては、特に限定されるわけではないが、屈折率の高いものであることが好ましく、例えばガラスなどを好適に用いることができるがこれに限定されない。

また本実施形態において、光結合部材５は、上記光分割部材３により分割される第一の光２１と第二の光を結合させることのできるものである。この機能を有する限りにおいて限定されないが、例えばハーフミラーや光カプラを好適に用いることができる。なお、本実施形態において、光結合部材５において結合される光は、上記光路可変部材により光路長が変化した第一の光と、被測定物に対して照射され反射された第二の光である。

また本実施形態において、振幅測定部材６は、光結合部材５が結合した光の振幅を計測することのできるものである。振幅測定部材６は、上記の限りにおいて限定されるわけではないが、例えば図１の例で示すように、検出器６１と、この検出器６１に接続され所定の処理を行う情報処理装置６２を有して構成されていることが好ましい。

本実施形態における検出器６１としては、入射される光を定量化例えば電気信号化して出力することのできるものであり、例えばフォトダイオード、ＣＣＤ等を好適に用いることができる。

本実施形態に係る情報処理装置６２は、検出器６１が検出した光の量に対し処理を行い、その結果を表示することのできるものである。

なお、検出器６１に入射される光が微弱である場合、光量を増幅するために、情報処理装置６２と検出器６１との間に、例えばロックインアンプ等の増幅部材を配置してこの光量を増幅させることは好ましい一例である。

なお、本実施形態に係る断層測定装置では支持反射部材を二つの例で示しているが、上記の効果を達成する限りにおいて、その他の支持反射部材、固定反射部材を用いることはもちろん可能であり、三つ以上であっても対応可能である。

更には、上記実施形態１で示したように、回転軸を通る直線上に複数の支持反射部材を配置し、複数の固定反射部材で複数回往復させる構成も可能である。この例を例えば図１２に示しておく。

以上本実施形態に係る断層測定装置は、支持板上に複数の支持反射部材を配置し、これらに対応して固定反射部材を配置させて反射させていくことで光路を長くすることができる。

ここで、本実施形態に係る断層測定装置を用いた測定方法について説明する。

まず、回転支持部材４２を用いて支持板４１を回転させる。次に、光源２を発光させ、低コヒーレント光（以下「光」）を放出し、光を光分割部材３に入射させる。次に、光分割部材３は、入射された光を第一の光２１と第二の光２２に分割し、それぞれ放出する。分割された第一の光は、光路長可変部材４に入射され、光路長の変化を受けた後、光結合部材に入射される。一方、光分割部材３により分割された第二の光２２は、被測定物表面において反射され、光結合部材に入射される。光結合部材において上記第一の光と第二の光は結合され、振幅測定部材６の検出器６１に入力される。この場合において、支持板４１は回転しているため、第一の支持反射部材及び第二の支持反射部材の位置に応じて、光路可変部材内を伝播する光の光路は変化し、光量も変化することとなる。この光量の変化を振幅測定部材で測定、処理することで、断層測定を行うことができるようになる。

以上、本実施形態により、より光路長の変化を大きくすることのできる断層測定装置を提供することができる。

本発明は、断層測定装置として産業上の利用可能性がある。

１…断層測定装置、２…光源、３…光分割部材、４…光路可変部材、５…光結合部材、６…振幅測定部材

Claims (2)

1. 光を放出する光源と、
   前記光源から放出された光を第一の光と第二の光に分割する光分割部材と、
   前記第一の光の光路を変化させる光路長可変部材と、
   前記第一の光と前記第二の光を結合させる光結合部材と、
   前記結合部材により結合した光の振幅を計測する振幅測定部材と、
   を有し、
   前記光路可変部材は、
   支持板と、
   前記支持板を支持し、かつ回転させる回転支持部材と、
   前記支持板上に配置される第一の支持反射部材及び第二の支持反射部材と、
   前記第一の支持反射部材から反射された光を前記第一の支持反射部材に入射させて戻す第一の固定反射部材と、
   前記第一の光が前記第一の支持反射部材に当たっている間は前記第一の支持反射部材に隠れるよう配置され、前記第一の支持反射部材が回転し、前記第一の光が前記第一の支持反射部材に当たらなくなった場合に前記第二の支持反射部材に光を入射させる第二の固定反射部材と、
   前記第二の支持反射部材から反射された光を前記第二の支持反射部材に反射させて戻す第三の固定反射部材と、を有する断層測定装置。
2. 前記光結合部材は、前記光路長可変部材により光路長が変化した第一の光と、被測定物に対して照射され反射した第二の光を結合する請求項１に記載の断層測定装置。