JP5911087B2 - 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、光源から射出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は、例えば下記非特許文献１に、低コヒーレンス干渉計のための可変光路拡大機構が開示されている。また、下記特許文献１の図１〜図４に、複数の支持反射部材を配置させた光路可変部材有する断層測定装置が開示されている。

国際公開第２０１１／０６２２８８号

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）

上記特許文献１に記載の技術では、光路の差を大きくするためには支持板に配置する支持反射部材の個数を増やす必要があり、支持反射部材を配置する支持板の大きさを大きくせざるを得なくなり、断層測定装置が大型化してしまうという課題がある。

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。

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、支持反射部材から反射された光を再度前記支持反射部材に入射させる第一の固定反射部材と、
支持反射部材から再度反射された光を前記支持反射部材に反射して戻す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ほか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、第一の反射面と第二の反射面を有する支持反射部材と、第一の反射面と第二の反射面とを有する第一の固定反射部材と、第二の固定反射部材と、を有し、支持反射部材の第一の反射面に反射された光が支持反射部材の第二の反射面に入射及び反射され、支持反射部材の第二の反射面に反射された光が第一の固定反射部材の第一の反射面に入射及び反射され、第一の固定反射部材の第一の反射面に反射された光が第一の固定反射部材の第二の反射面に入射及び反射され、第一の固定反射部材の第二の反射面に反射された光が支持反射部材の第二の反射面に再度入射及び反射され、支持反射部材の第二の反射面に反射された光が支持反射部材の第一の反射面に入射及び反射され、第二の固定反射部材は、支持反射部材の第一の反射面に再度反射された光が入射されるものである。

以上により本発明によれば、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に係る光路を示す図である。 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。 実施形態２に係る光路長可変部材の概略を示す図である。 実施形態２に係る光路を示す図である。

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、本実施形態に係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、本実施形態に係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ス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、「低コヒーレンス光」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上に配置される支持反射部材４３と、支持反射部材４３から反射された光を反射して再度支持反射部材４３に入射させる第一の固定反射部材４５と、再度支持反射部材４３から反射された光が入射され、反射する第二の固定反射部材４６を有する。

本実施形態において支持板４１は、支持反射部材４３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。また、本実施形態に係る支持反射部材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の中間面４３５と回転中心４１１を通る直線４１２とがほぼ直角になるように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、支持反射部材に入射された光と支持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。

図２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、支持反射部材４３から入射された光を反射して支持反射部材４３に再度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、第一の固定反射部材４５が、反射面が直角で向き合うように組み合わせた反射部材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、支持反射部材４３から反射された光を支持反射部材４３に再度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。

図２及び図４により、本実施形態における第一の光２１の通過経路（光路）を説明する。図２において、方向軸４１４は支持板４１に垂直な方向軸であり、方向軸４１３は支持板の回転中心４１１を通り、支持反射部材４３の反射面４３３、４３４の中間面４３５に垂直な直線４１２に平行な方向軸である。

図４は、本実施形態における第一の光２１の光路を示す図である。第一の光２１は、第二の固定反射部材４６の上部（方向軸４１４の正の方向）を通過し、支持反射部材４３の第一の反射面４３３により方向軸４１３の正の方向に反射され、第二の反射面４３４に入射される。第二の反射面４３４に入射された光は、第二の反射面４３４により第一の固定反射部材４５に入射される。第一の固定反射部材４５の第一の反射面４５３及び第二の反射面４５４は、支持反射部材４３の第一の反射面４３３及び第二の４３４とは異なる方向に傾斜（回転）されている。すなわち、支持反射部材４３の第一の反射面４３３及び第二の反射面４３４は、直線４１３と直線４１４を含む面を基準とすると方向軸４１４を軸として傾斜（回転）されているが、第一の固定反射部材の第一の反射面４５３と第二の反射面４５４は、直線４１３と直線４１４を含む面を基準とすると、方向軸４１３を軸として傾斜（回転）されている。第一の固定反射部材４５に入射された光は、固定反射部材の反射面４５３により方向軸４１４の負の方向、すなわち方向軸４１３に垂直な方向に反射され、第二の反射面４５４に反射されて、再度支持反射部材４３に入射される。再度支持反射部材４３に入射された光は、第二の反射面４３４及び第一の反射面４３３により再度反射され、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に入射された光は、第二の固定反射部材４６の反射面４６１により反射されて支持反射部材４３に戻され、第二の固定反射部材４６に入射された経路とほぼ同一の経路を逆向きに通過する。

図４において、ファイバ出力端７から第二の固定反射部材４６までの光路は、第一の固定反射部材４５及び第二の固定反射部材４６と支持反射部材４３との間を２往復している。光２１は、支持反射部材４３により２回反射されており、第二の固定反射部材４６には、支持反射部材４３の第一の反射面４３３に再度反射された光が入射されている。

図２において、支持板４１の中心４１１と支持反射部材の中心を通る直線４１２が、直線５１と直線５２の範囲内にある場合に限り、光路可変部材４から反射された第一の光２１が検出可能であるとすると、本実施形態によれば、第一の光２１の光路長を最大８ｌ１変化させることが可能である。

本実施形態において、光結合部材５（図１参照）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２２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５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６３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。

図５は、本実施形態に係る振幅測定部材６の機能ブロックを示す図である。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６３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、本実施形態においては、固定反射部材が二つ配置された例で示しているが、三つ以上であっても対応可能である。固定反射部材が三つの例については、実施形態２で後述する。

以上、本実施形態に係る断層測定装置は、第一の固定反射部材の二つの反射面を支持反射部材の二つの反射面とは異なる方向に傾斜させることによって、光を支持反射部材に２回入射させ、第一、第二の固定反射部材と支持反射部材との間を２往復させ、光路を長くすることができる。このように、本実施形態の断層測定装置は、特許文献１に記載された公知技術のように支持反射部材を複数配置することなく光路を長くすることができるため、支持板４１の径（面積）を大きくする必要がなく、光路長の長い断層測定装置を大幅に小型化することが可能である。すなわち、支持反射部材に２回光を反射させ、効率的に利用することによって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。

また、本実施形態によれば、支持反射部材の部品点数を少なくすることができ、断層測定装置の製造コストを低減することができる。

（実施形態２）
図６は、本発明の実施形態２の光路長可変部材４の概略を説明する図であり、図７は、本実施形態の光路を示す図である。本実施形態が実施形態１と異なるのは、第三の固定反射部材４７を配置している点である。実施形態１と同じ構成については説明を省略する。

図７により、本実施形態の光路を説明する。ファイバ出力端７から出力された第一の光２１は、第三の固定反射部材４７の上部（方向軸４１４の正の方向）を通過し、支持反射部材４３に入射される。支持反射部材４３に入射された光２１は、支持反射部材４３の第一の反射面４３３及び第二の反射面４３４により反射され、第一の固定反射部材４５に入射される。第一の固定反射部材４５に入射された光は、第一の固定反射部材４５の第一の反射面４５３及び第二の反射面４５４に反射され、支持反射部材４３に再度入射される。支持反射部材４３に再度入射された光は、支持反射部材４３の第二の反射面４３４及び第一の反射面４３３により再度反射され、第二の固定反射部材４６の側方（方向軸４１３の正の方向）を通過し、第三の固定反射部材４７に入射される。第三の固定反射部材４７に入射された光は、第三の固定反射部材４７により反射され、第二の固定反射部材４６の下方（方向軸４１４の負の方向）を通過して、支持反射部材４３に再度入射される。その後、光は、支持反射部材４３、第一の固定反射部材４５に入射及び反射された後に支持反射部材４３に再度入射及び反射され、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に反射された光は、第二の固定反射部材４６に入射されるまでの経路とほぼ同じ経路を逆向きに通過して光結合部材５に入射される。本実施形態では、支持反射部材４３に４回光が入射され、反射されており、支持反射部材４３に再度反射された光が第二の固定反射部材４６に入射されている。

本実施形態によれば、支持反射部材４３に４回光が入射、反射されているため、実施形態１よりも更に光路長変化を効率的に大きくすることができる。本実施形態と実施形態１に共通する効果は、支持反射部材に２回以上光を入射、反射させているため、支持反射部材が一つしか配置されていなくても光路差を効率的に確保でき、光路可変部材及び断層測定装置を小型化することができる点である。

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 (3)

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測定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、第一の反射面と第二の反射面とを有する支持反射部材と、
   第一の反射面と第二の反射面とを有する第一の固定反射部材と、
   第二の固定反射部材と、を有し、
   前記支持反射部材の第一の反射面に反射された光が前記支持反射部材の第二の反射面に入射及び反射され、
   前記支持反射部材の第二の反射面に反射された光が前記第一の固定反射部材の第一の反射面に入射及び反射され、
   前記第一の固定反射部材の第一の反射面に反射された光が前記第一の固定反射部材の第二の反射面に入射及び反射され、
   前記第一の固定反射部材の第二の反射面に反射された光が前記支持反射部材の第二の反射面に再度入射及び反射され、
   前記支持反射部材の第二の反射面に反射された光が前記支持反射部材の第一の反射面に再度入射及び反射され、
   前記第二の固定反射部材は、前記支持反射部材の第一の反射面に再度反射された光が入射されるものである断層測定装置。
2. 前記第一の固定反射部材の第一の反射面及び第二の反射面は、前記支持反射部材の第一の反射面及び第二の反射面と異なる方向に傾斜されている請求項１に記載の断層測定装置。
3. 前記光結合部材は、前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した第二の光を結合する請求項１又は２に記載の断層測定装置。