JP6697762B2

JP6697762B2 - 光干渉測定装置及び光干渉測定方法

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Publication number: JP6697762B2
Application number: JP2016098196A
Authority: JP
Inventors: 禎章太田; 毅吏浦島
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-05-16
Filing date: 2016-05-16
Publication date: 2020-05-27
Anticipated expiration: 2036-05-16
Also published as: JP2017207304A

Description

本発明は、光干渉測定装置及び光干渉測定方法に関するものである。

信号光と参照光との間の光路長差に光の波長程度の位相変調を与えることで、対象物を
測定する位相変調式の光干渉測定装置が知られる（特許文献１）。

図７は、特許文献１のリンニック（Ｌｉｎｎｉｋ）干渉計を用いた光干渉測定装置である。光源１００からの光は、ビームスプリッタ１０１に入射し、光干渉計の各アーム１０２，１０５に至る。

第１アーム１０２には、レンズ１０３と対象物１０４とが配置され、第２アーム１０５には、レンズ１０６と参照面１０７とが配置される。光の波長程度の微細な移動量を与えるために、参照面１０７にはＰＺＴ素子１０８が配される。各アーム１０２，１０５に送られた光は、対象物１０４及び参照面１０７から反射し、カメラ１０９へ入射する。なお、特許文献１では、ＰＺＴ素子１０８により干渉光の位相が連続的に正弦変調される。

特表２００４−５２８５８６号公報

しかしながら、前記従来の構成では、ＰＺＴ素子の耐久性が劣化するという課題を有している。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、位相変調にＰＺＴ素子を不要とし、堅牢性に優れた位相変調式の光干渉測定装置及び光干渉測定方法を提供することを目的とする。

本発明の１つの態様にかかる光干渉測定装置は、
中心波長を有する測定用光を放つ測定用光源と、
前記測定用光の前記中心波長よりも長波長である中心波長を有する加熱用光を放つ加熱用光源と、
前記測定用光と前記加熱用光とが入射する第１ビームスプリッタと、
前記第１ビームスプリッタを出射した前記測定用光と前記加熱用光とをそれぞれ分光して対象物と参照面とにそれぞれ入射させる第２ビームスプリッタと、
前記第２ビームスプリッタから前記対象物に至る光の光路中に配された第１レンズと、
前記第２ビームスプリッタから前記参照面に至る光の光路中に配された第２レンズと、
前記参照面で反射又は散乱した光と前記対象物で反射又は散乱した光とが干渉した干渉光が入射するカメラと、
前記カメラに入射した前記干渉光の干渉信号強度から演算により画像を構築する演算部と、
前記第２ビームスプリッタから前記対象物に至る前記光路中に配された前記加熱用光の前記中心波長以上の波長を遮蔽するローパスフィルターと、
前記対象物と前記第１レンズとの間に配された第１液体と、
前記参照面と前記第２レンズとの間に配され、かつ前記第２レンズに入射した前記加熱用光の前記中心波長の光を吸収する第２液体と、
前記加熱用光源から放つ前記加熱用光の放射エネルギを周波数で駆動制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記加熱用光を周波数制御することで前記第２液体の温度を変動させて、該第２液体の屈折率を変化させ、前記測定用光のうちの前記第２ビームスプリッタで前記参照面に向けて分離された参照光を位相変調させるとともに、
前記第２液体は、前記第１液体と同じ液体である。

本発明の別の態様にかかる光干渉測定方法は、
前記態様に記載の前記光干渉測定装置に前記対象物を配置し、
次いで、前記光干渉測定装置を用いて前記対象物を測定する。

以上のように、本発明の前記態様によれば、前記測定用光の前記中心波長よりも長波長である中心波長を有する加熱用光を放つ加熱用光源を用いて参照光の位相変調を行うため、位相変調にＰＺＴ素子が不要となり、堅牢性に優れた位相変調式の光干渉測定装置及び光干渉測定方法を提供できる。

本発明の実施の形態１における光干渉測定装置の模式図本発明の実施の形態１における、波長と水の吸収係数の関係図本発明の実施の形態１における光干渉測定装置の第２のアームの拡大図本発明の実施の形態１における、水の温度と屈折率の関係図実施の形態１における光干渉測定装置の光干渉測定方法を示したフローチャート実施の形態１における光干渉測定装置の光干渉測定によって得られた注目画素の干渉波形の模式図特許文献１に記載された従来の光干渉測定装置の模式図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における光干渉測定装置２００の模式図である。

光干渉測定装置２００は、リンニック型干渉計の一種であって、測定用光源２０１と、加熱用光源２２２と、第１ビームスプリッタ２０５と、第２ビームスプリッタ２０６と、第１レンズ２１０と、第２レンズ２１５と、カメラ２１９と、演算部２２１ｃと、ローパスフィルター２０９と、制御部２２１ａとを有する。光干渉測定装置２００は、さらに、記憶部２２１ｂを有していても良い。

測定用光源２０１は、中心波長λｃの測定用光Ｌ１を発するユニットであり、ランプ２０２と、スリット２０３と、第１のコリメータレンズ２０４とを具備する。ランプ２０２は、例えばハロゲンランプ、キセノンアークランプ、水銀ランプ、又はＬＥＤなどの低コヒレンス光を発する光源である。また、ランプ２０２の発する測定用光は、スリット２０３と第１のコリメータレンズ２０４とを通過することにより、例えば中心波長λｃ＝４００ｎｍ以上かつ１３５０ｎｍ未満で、コヒレンス長Ｌｃ＝１〜２μｍの測定用光Ｌ１となる。

測定用光源２０１から出た測定用光Ｌ１は、第１のビームスプリッタ２０５に入射して透過し、さらに第２のビームスプリッタ２０６に入射する。第１のビームスプリッタ２０５と第２のビームスプリッタ２０６とは、それぞれ、キューブ型であってもよいし、プレート型でもよい。

第２のビームスプリッタ２０６に入射した測定用光Ｌ１は、同一の振幅を持つ信号光Ｌ２と参照光Ｌ３との２つに分離される。信号光Ｌ２は干渉計の第１のアーム２０７に送られ、参照光Ｌ３は第２のアーム２０８に送られる。

第１のアーム２０７には、ローパスフィルター２０９と、第１レンズの一例として機能する第１の対物レンズ２１０と、対象物２１１（主に生体材料）と、対象物２１１を入れる容器（以下、単に「ディッシュ」と称する。）２１２とが配置されている。第１のアーム２０７は、制御部２２１ａの制御の下に駆動可能なＺ方向ステージ２７１で支持され、Ｚ方向（光路方向）に移動可能として光路長さを調整可能としている。ディッシュ２１２内は、対象物２１１の例としての生体材料を培養する第１液体（以下、単に「培養液」と称する。）２１３で満たされている。また、第１の対物レンズ２１０の先端部は、培養液２１３中に液浸させている。対象物２１１と第１対物レンズ２１０の先端部との間には、培養液２１３が配される。

ローパスフィルター２０９は、理由は後述するが、加熱光Ｌ４の中心波長である波長１３５０ｎｍ以上の光をカット（遮蔽）する。

なお、培養液２１３は、生体材料（生体又は細胞）の培養に適したものであればよく、特に制限されないが、例えば、純水に添加物を加えたものであることが多い。

測定用光Ｌ１から分岐された信号光Ｌ２の焦点面は、第１の対物レンズ２１０により対象物２１１の内部に合わせられる。焦点面で反射又は散乱した信号光Ｌ２ｂは、第１の対物レンズ２１０を通じて第２のビームスプリッタ２０６に戻る。なお、反射とは、フレネル反射を含み、散乱とは、後方散乱を含む。

よって、第２のビームスプリッタ２０６からの信号光Ｌ２は、まず、ローパスフィルター２０９を通り、次いで、第１の対物レンズ２１０を通り、第１対物レンズ２１０の先端部から培養液２１３内に入り、対象物２１１に照射されたのち、対象物２１１で反射又は散乱されて、再び、培養液２１３と第１対物レンズ２１０とローパスフィルター２０９とを通り、第２のビームスプリッタ２０６に戻る。

一方、第２のアーム２０８には、透明硝材２１４と、第１レンズの一例として機能する第２の対物レンズ２１５と、参照面２１６と、参照面２１６を入れる容器（以下、単に「水槽」と称する。）２１７とが配置されている。第２のアーム２０８は、制御部２２１ａの制御の下に駆動可能なＺ方向ステージ２７２で支持され、Ｚ方向（光路方向）に移動可能として光路長さを調整可能としている。水槽２１７内は、培養液２１３の屈折率と近い屈折率を有する第２液体（以下、単に「水溶液」と称する。）２１８で満たされている。また、第２の対物レンズ２１５の先端部は、水溶液２１８中に液浸させている。参照面２１６と第２対物レンズ２１５との間には、水溶液２１８が配される。

透明硝材２１４は、波長分散による影響を除くために、ローパスフィルター２０９の屈折率と分散と同じ屈折率と分散とに調整されたものが望ましいが、無くてもよい。

水溶液２１８は、純水に、濃度０．１％以上５％以下の防腐剤を加えたものが望ましい。参照面２１６の溶解等の懸念がなければ、培養液２１３と同じ液体を水槽２１７に入れるのが、波長分散の影響を除く上で最もよい。防腐剤として、フェノキシエタノール、パラベン、デヒドロ酢酸Ｎａ、エチレングリコール、又はジクロロイソシアヌル酸Ｎａなどを用いることができる。また、四国化成工業株式会社製のアクアクリーンＧ若しくはアクアクリーンＬ、ユーアイ化成株式会社製のホワイト７−ＳＷ又は株式会社ゼニス・アドバン製のアピザスを防腐剤として利用できる。

参照光Ｌ３の焦点は、第２の対物レンズ２１５により、参照面２１６上に合わせられる。参照面２１６で反射又は散乱した参照光は、第２の対物レンズ２１５を経て第２のビームスプリッタ２０６に戻る。

よって、第２のビームスプリッタ２０６からの参照光Ｌ３は、まず、透明硝材２１４を通り、次いで、第２の対物レンズ２１５を通り、第２の対物レンズ２１５の先端部から水溶液２１８ｉ入り、参照面２１６を照射したのち、参照面２１６で反射又は散乱されて、再び、水溶液２１８と第２の対物レンズ２１５透明硝材２１４を通り、第２のビームスプリッタ２０６に戻る。

第１のアーム２０７における信号光Ｌ２の光路長Ｌｓと第２のアーム２０８における参照光Ｌ３の光路長Ｌｒｅｆとが、測定用光源２０１のコヒレンス長Ｌｃの範囲内で一致するとき、第２のビームスプリッタ２０６に戻った信号光Ｌ２ｂと参照光Ｌ３ｂとは、光干渉を起こす。干渉した光（干渉光）Ｌ５は、第２のビームスプリッタ２０６でカメラ２１９に向けて反射され、カメラ２１９上に焦点を絞る結像レンズ２２０によりカメラ２１９上に結像される。

カメラ２１９は、例えばＣＣＤタイプの２次元状の画素からなるセンサ面を有する。このセンサ面と対象物２１１と、並びにセンサ面と参照面２１６とは、それぞれ、光学的に共役関係になるよう配置されている。つまり、カメラ２１９は、その視野の中に、対象物２１１と参照面２１６とを重複して収める。なお、光学系収差による測定誤差を低減するために、対象物２１１と参照面２１６とを同一の倍率で撮像することが望ましく、波長分散による測定誤差を低減するために、同一硝材を用いて倍率を調整することが望ましい。カメラ２１９には、参照面２１６で反射又は散乱した光と、対象物２１１で反射又は散乱した光とが干渉して形成された干渉光Ｌ５が入射する。

コンピュータ２２１は、少なくとも、カメラ２１９で取得したデータを演算して対象物２１１の画像を構築する演算部２２１ｃと、カメラ２１９のシャッター及び加熱用光源２２２の放射パワーにそれぞれ指示を出してそれぞれ駆動制御する制御部２２１ａとを具備している。さらに、コンピュータ２２１は、カメラ２１９で取得したデータを記憶する記憶部２２１ｂを具備していてもよい。なお、カメラ２１９のシャッターは、電子式でも、機械式でも良い。記憶部２２１ｂは、カメラ２１９で測定した前記干渉光Ｌ５の干渉信号強度を保存する。演算部２２１ｃは、記憶部２２１ｂで保存された前記干渉信号強度から画像を構築するように演算する。

制御部２２１ａは、記憶部２２１ｂのデータを利用して演算部２２１ｃで演算を行うとともに、加熱用光源２２２からの加熱光Ｌ４の放射パワー（放射エネルギ）を周波数ｆで制御して、物理的距離Ｄにおける光路長ΔＬｒｅｆを変動させる他、ランプ２０２及びカメラ２１９及びＺステージ２７１及び２７２などの駆動制御を行う。

加熱用光源２２２は、中心波長λｄの赤外加熱光（加熱用光）Ｌ４を発するユニットであり、赤外ランプ２２３と、第２のコリメータレンズ２２４とを具備する。赤外ランプ２２３は、例えばレーザー、ＳＬＤ(Superluminescent diode)、又はＬＥＤなどの高周波駆動が可能な光源である。

赤外ランプ２２３の発する加熱光Ｌ４の中心波長λｄは、測定用光Ｌ１の中心波長λｃよりも長波長となるように設定される。このように設定する理由は、加熱光Ｌ４をローパスフィルター２０９で遮蔽するためである。また、加熱光Ｌ４の中心波長λｄは、後述する位相変調を行うために、第２液体２１８に吸収される波長とする。第２液体２１８が水を主成分とする場合、図２に示す、波長と水との吸収係数の関係図から、中心波長λｄを１３５０ｎｍ以上とし、水の吸収スペクトルが高い赤外光を、加熱光Ｌ４の例として、赤外ランプ２２３から照射するのが望ましい。好ましい中心波長λｄの範囲としては、１３５０ｎｍ以上かつ３０００ｎｍ未満である。より具体的には、中心波長λｄ＝１４５０ｎｍ又はλｄ＝１９４０ｎｍの赤外光源を加熱用光源２２２とするのがよい。

加熱光Ｌ４の一例としての赤外加熱光Ｌ４は、第１のビームスプリッタ２０５に入射して第２のビームスプリッタ２０６に向けて反射され、さらに第２のビームスプリッタ２０６に入射する。すなわち、第１のビームスプリッタ２０５には、測定用光Ｌ１と赤外加熱光Ｌ４との両方が入射し、その後、第１のビームスプリッタ２０５を出射した測定用光Ｌ１と赤外加熱光Ｌ４とは、第２のビームスプリッタ２０６に入射する。

第２のビームスプリッタ２０６に入射した赤外加熱光Ｌ４は２つに分離され、一部の赤外加熱光Ｌ４ａは、信号光側として干渉計の第１のアーム２０７に送られ、残りの赤外加熱光Ｌ４ｂは、参照光側として第２のアーム２０８に送られる。信号光側の第１アーム２０７に送られた赤外加熱光Ｌ４ａは、ローパスフィルター２０９によって通過を阻止される。このため、信号光側としての赤外加熱光Ｌ４ａは、対象物２１１に照射されず、測定に影響を与えない。

本光干渉測定装置２００は、赤外加熱光Ｌ４を用いて、測定用光Ｌ１のうちの第２のビームスプリッタ２０６で参照面２１６に向けて分離された参照光Ｌ３の位相変調を行う。このため、位相変調にＰＺＴ素子を用いる必要がない。生体材料２１１を培養する場合、光干渉測定装置２００は、インキュベータ３００内に配置される。この際、インキュベータ３００内は、生体材料２１１を培養するために湿度が６０％以上９５％以下といった高湿度環境となっている。この高湿度環境下では、ＰＺＴ素子の耐久性劣化が問題となっていたが、本光干渉測定装置２００は、ＰＺＴ素子ではなく、赤外加熱光Ｌ４ｂを用いて位相変調を行うことで、その問題を解決している。以下に、赤外加熱光Ｌ４ｂを用いた位相変調方法について詳述する。

図３は、本発明の実施の形態１における、第２のアーム２０８の拡大図である。

参照光Ｌ３側の第２アーム２０８に送られた赤外加熱光Ｌ４ｂは、参照光Ｌ３と同様に、透明硝材２１４を通り、第２対物レンズ２１５で集光され、参照面２１６に結像しようとする。このとき、第２対物レンズ２１５と参照面２１６の光路上の領域に存在する水溶液２１８ａとに赤外加熱光Ｌ４ｂが吸収される。このため、その光路上の領域に存在する水溶液２１８ａの温度が上昇する。なお、ここでは、第２対物レンズ２１５と参照面２１６との間で水槽２１７内に存在する水溶液２１８は、第２対物レンズ２１５と参照面２１６との赤外加熱光Ｌ４ｂの光路の領域（赤外加熱光Ｌ４が照射される領域）に存在する水溶液２１８ａと、赤外加熱光Ｌ４ｂの照射されない領域における水溶液２１８ｂとに分けて考える。赤外加熱光Ｌ４ｂで照射された水溶液２１８ａは、温度が上昇する。

図４は、本発明の実施の形態１における、水の温度と屈折率との関係図である。水溶液２１８ａの温度が上昇すると、水溶液２１８ａの屈折率ｎが低下する。物理的距離が同じでも、屈折率ｎが変化すると、光学的距離（光路長）は変化する。

水溶液２１８ａの低下した屈折率をΔｎとし、図３に示すように第２の対物レンズ２１５の先端部と参照面２１６の表面との間の物理的距離をＤとすると、物理的距離Ｄ内で変化する光路長ΔＬｒｅｆは、以下の（式１）で表される。

ΔＬｒｅｆ＝Δｎ×Ｄ・・・（式１）
さらに、屈折率ｎと温度の勾配係数をＣｎとし、温度変動量をΔＣとすると、これらの関係は（式２）で表される。

Δｎ＝Ｃｎ×ΔＣ・・・（式２）
したがって、図１の加熱用光源２２２からの加熱光Ｌ４の放射パワーを制御部２２１ａで制御し、周波数ｆで加熱用光源２２２を駆動させることで、物理的距離Ｄにおける光路長ΔＬｒｅｆを変動させることができる。この光路は、参照光Ｌ３も通過する。このため、加熱光Ｌ４の放射パワーを制御部２２１ａで変動させることで、参照光Ｌ３の位相変調を実現できる。

ここで、測定用光源２０１からの測定用光Ｌ１の中心波長λｃをλｃ＝８００ｎｍとし、位相変調量ΔＬｒｅｆをΔＬｒｅｆ＝λｃ／２＝４００ｎｍとする。物理的距離Ｄを５ｍｍとすると、（式１）より、
Δｎ＝ΔＬｒｅｆ／Ｄ＝４００／５００００００＝０．００００８
となる。図４より、対象物２１１の培養温度に使用されることが多い３５度近傍の屈折率と温度との勾配係数Ｃｎは、
Ｃｎ＝｜（１．３３２５−１．３３１５）／（２５−３５）｜＝０．０００１
と算出できる。

したがって、必要な温度変動量ΔＣは、
ΔＣ＝Δｎ／Ｃｎ＝０．００００８／０．０００１＝０．８℃
と計算される。放熱については、水溶液２１８の光路上の水溶液２１８ａ以外の領域の水溶液２１８ｂが水冷の役割をし、加熱された水溶液２１８ａの放熱を助ける。すなわち、水溶液２１８ａのみが局所的に温度変動する。水溶液２１８ｂの体積は、水溶液２１８ａの体積に比べて著しく大きく、例えば１００倍以上大きく、より好ましくは１０００倍以上かつ１０００００倍以下の範囲で大きい。

また、別の条件でも説明する。図４の温度と屈折率との関係より、係数α＝０．０００１３［１／℃］がわかる。物理的距離Ｄ（焦点距離）を４．５ｍｍとし、透明硝材２１４を通過した光のスポット径を７．２ｍｍとすると、光学的距離の変動量Δ＝１００［ｎｍ］に必要な温度変化β［℃］は
β＝Δ／（α×Ｄ）＝１００［ｎｍ］／（０．０００１３［１／℃］×４５０００００［ｎｍ］）≒０．１７［℃］
となる。光路中の水溶液２１８ａの体積Ｖは、焦点距離Ｄ及びスポット径より０．６１［ｍｌ］である。必要熱量Ｊ＝４．２×体積Ｖ×温度変化βであるため、０．０４２［Ｊ］となる。光の周波数ｆを１００［Ｈｚ］とすると、必要な熱源（光源）パワーＰは４．３［Ｗ］となる。なお、光の周波数ｆを６０［Ｈｚ］とすると、必要なパワーは２．６［Ｗ］である。ここで、中心波長λｃを１４５０ｎｍとすると、水（水溶液２１８ａ）の吸収係数は１２、吸光度は２３．４５、吸収率は１００％であるため、光学的距離を１００ｎｍ変動させるためには、周波数１００［Ｈｚ］かつパワー４，３［Ｗ］とすればよい。なお、中心波長λｃを９４０ｎｍとすると、水（水溶液２１８ａ）の吸収係数は０．３、吸光度は０．５９、吸収率は７４％となるため、中心波長λｃを１４５０ｎｍかつ１００［Ｈｚ］の１．４倍のパワーが必要となる。なお、光路上以外の水溶液２１８ｂが水冷の機能を発揮し、加熱された水溶液２１８ａの温度は直ちに低下するため、後述の位相変調が可能となる。

ここで、簡単に位相変調方式の干渉計について説明する。

対象物２１１と参照面２１６との光路差を、前述のように加熱用光源２２２を制御部２２１ａで連続的に変化せると、対象物２１１と参照面２１６との光路差がゼロとなる箇所で、コントラスト最大の干渉画像がカメラ２１９で撮像される。

ここで、光干渉測定装置２００による測定方法について図１と図５と図６とを用いて説明する。図５は、本発明の実施の形態１における、測定方法を示したフローチャートである。図６は、本発明の実施の形態１における、測定によって得られた注目画素の干渉波形の模式図である。

まず、ステップＳ１では、光干渉測定装置２００に対象物２１１を配置したのち、制御部２２１ａの制御の下に、光路長の調整を行う。具体的には、制御部２２１ａの制御の下に、対象物２１１又は参照面２１６のＺ方向ステージ２７１又は２７２を駆動して対象物２１１又は参照面２１６のＺ方向（光路方向）の位置を調整することで、信号光Ｌ２と参照光Ｌ３との光路長を、測定用光源２０１からの光のコヒレンス長Ｌｃ内で一致させる。このＺ方向ステージ２７１又は２７２は、ステッピングモータなど、光路長差がコヒレンス長Ｌｃの範囲内になるよう調整できる機構であればよく、ＰＺＴ素子である必要はない。

次に、ステップＳ２で、その光路長を調整した位置で、前述の加熱用光源２２２と制御部２２１ａとを用いて加熱光Ｌ４で水溶液２１８ａを加熱して光路長を変化させることによる位相変調を行い、制御部２２１ａの制御の下に、対象物２１１の表面から反射又は散乱した参照光Ｌ３ｂと信号光Ｌ２ｂとの１度目の干渉光Ｌ５の信号（干渉信号）をカメラ２１９で取得し、記憶部２２１ｂに保存する。

なお、制御部２２１ａの制御の下に、保存の際、同じ位置においてカメラ２１９で複数回の撮影を行い、その複数画像の積算によりＳ／Ｎ比を向上してもよいし、カメラ２１９のＣＣＤの光電変換後のゲインを下げて長時間露光させることで、Ｓ／Ｎ比を向上してもよい。

次に、ステップＳ３で、制御部２２１ａの制御の下に、第１のアーム２０７のＺステージ２７１を対象物２１１の表面から厚み方向内部側（光路長が長くなる方向）にλｃ／２程度移動させる。

次いで、ステップＳ４で、その移動させた位置で、制御部２２１ａの制御の下に、干渉信号をカメラ２１９で取得し、記憶部２２１ｂに保存する。

次いで、ステップＳ５で、このようなステップＳ３〜ステップＳ４までの干渉信号取得動作を、制御部２２１ａの制御の下に、対象物２１１の表面から指定位置（対象物２１１の表面から対象物２１１の大略厚み寸法分だけ光路長が長くなった位置）に至るまで繰り返す。

ステップＳ５で、制御部２２１ａの制御の下に、指定位置まで到達したと判断された後、ステップＳ６で、演算部２２１ｃで、第１のアーム２０７のＺステージ２７１によるＺ方向の移動で撮像されて干渉信号が取得され、さらに演算部２２１ｃでの演算により画像を取得する。そして、取得した複数枚の画像の各点の輝度を演算部２２１ｃで計算すると、図６に示すような干渉波形（実線部）が得られる。

次いで、ステップＳ７で、この干渉波形の包絡線（点線）を演算部２２１ｃで求める。

次いで、ステップＳ８で、この包絡線から干渉振幅を演算部２２１ｃで計算して取得する。カメラ２１９の全画素にわたって同様の計算を演算部２２１ｃですることで、演算部２２１ｃで対象物２１１のＸＹ面画像を構築できる。

測定用光源２０１からの光が対象物２１１を透過する場合は、演算部２２１ｃで断層画像を構築できる。

以上が、位相変調した干渉信号に基づいて画像を構築する詳細である。

制御部２２１ａは、水溶液２１８の屈折率変動のプロファイルが正弦波状となるように、加熱用光源２２２の放射パワー（放射エネルギ）を調整して位相変調することが画像処理の高速化にとっては望ましいが、周波数ｆで変動させておけば問題はない。なお、屈折率変動は温度変動と相関するため、水溶液２１８の屈折率変動のプロファイルが正弦波状となる場合、水溶液２１８の温度の変動も正弦波となる。すなわち、制御部２２１ａは、水溶液２１８の温度の変動が正弦波状となるように、加熱用光源２２２の放射パワー（放射エネルギ）を調整して位相変調してもよい。

以上のように、前記実施の形態１によれば、測定用光Ｌ１の中心波長λｃよりも長波長である中心波長λｄを有する加熱光Ｌ４を放つ加熱用光源２２２を用いて、参照面２１６が液中に配置されかつ加熱用光源２２２から入射した加熱光Ｌ４の中心波長λｄの光を吸収する水溶液２１８の温度を制御部２２１ａによって周波数制御している。このように構成することで、参照光Ｌ３の位相変調を行うため、位相変調にＰＺＴ素子が不要となり、高湿度下でも堅牢性に優れた位相変調式の光干渉測定装置２００及び光干渉測定方法を提供できる。

よって、上記の光干渉測定装置２００に対象物２１１を配置し、当該光干渉測定装置２００を用いて前記対象物２１１を測定する光干渉測定方法が実施できる。これにより、高精度な測定が実現可能である。また、前記対象物２１１は、生体、又は細胞であることが好ましい。加えて、インキュベータ３００内で前記光干渉測定装置２００を用いて前記対象物２１１の測定を行うのが望ましい。そのような構成によれば、生体又は細胞を培養しつつ、位相変調を高精度に行うことで、より信頼性の高い測定が可能となる。

なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。

本発明の前記態様にかかる光干渉測定装置及び光干渉測定方法は、高湿度環境化において、堅牢性に優れた位相変調方式を実現し、工業分野における測定又は化学分野における測定等において対象物の表層又は内層の測定用途にも適用できる。

２００光干渉測定装置
２０１測定用光源
２０２ランプ
２０３スリット
２０４第１のコリメータレンズ
２０５第１のビームスプリッタ
２０６第２のビームスプリッタ
２０７第１のアーム
２０８第２のアーム
２０９ローパスフィルター
２１０第１の対物レンズ
２１１対象物
２１２ディッシュ
２１３培養液
２１４透明硝材
２１５第２の対物レンズ
２１６参照面
２１７水槽
２１８水溶液
２１９カメラ
２２０結像レンズ
２２１コンピュータ
２２１ａ制御部
２２１ｂ記憶部
２２１ｃ演算部
２２２加熱用光源
２２３赤外ランプ
２２４第２のコリメータレンズ
２７１第１のアームのＺステージ
２７２第２のアームのＺステージ
３００インキュベータ
Ｌ１測定用光
Ｌ２信号光
Ｌ２ｂ参照面から反射又は散乱した信号光
Ｌ３参照光
Ｌ３ｂ対象物の表面から反射又は散乱した参照光
Ｌ４加熱光
Ｌ４ａ信号光側に分離された加熱光
Ｌ４ｂ参照光側に分離された加熱光
Ｌ５干渉光

Claims

中心波長を有する測定用光を放つ測定用光源と、
前記測定用光の前記中心波長よりも長波長である中心波長を有する加熱用光を放つ加熱用光源と、
前記測定用光と前記加熱用光とが入射する第１ビームスプリッタと、
前記第１ビームスプリッタを出射した前記測定用光と前記加熱用光とをそれぞれ分光して対象物と参照面とにそれぞれ入射させる第２ビームスプリッタと、
前記第２ビームスプリッタから前記対象物に至る光の光路中に配された第１レンズと、
前記第２ビームスプリッタから前記参照面に至る光の光路中に配された第２レンズと、
前記参照面で反射又は散乱した光と前記対象物で反射又は散乱した光とが干渉した干渉光が入射するカメラと、
前記カメラに入射した前記干渉光の干渉信号強度から演算により画像を構築する演算部と、
前記第２ビームスプリッタから前記対象物に至る前記光路中に配された前記加熱用光の前記中心波長以上の波長を遮蔽するローパスフィルターと、
前記対象物と前記第１レンズとの間に配された第１液体と、
前記参照面と前記第２レンズとの間に配され、かつ前記第２レンズに入射した前記加熱用光の前記中心波長の光を吸収する第２液体と、
前記加熱用光源から放つ前記加熱用光の放射エネルギを周波数で駆動制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記加熱用光を周波数制御することで前記第２液体の温度を変動させて、該第２液体の屈折率を変化させ、前記測定用光のうちの前記第２ビームスプリッタで前記参照面に向けて分離された参照光を位相変調させるとともに、
前記第２液体は、前記第１液体と同じ液体である、
光干渉測定装置。
前記カメラで測定した前記干渉光の干渉信号強度を保存する記憶部をさらに備える、請求項１に記載の光干渉測定装置。
前記加熱用光の前記中心波長が１３５０ｎｍ以上かつ３０００ｎｍ以下である、請求項１又は２に記載の光干渉測定装置。
前記第２液体は、純水と、濃度０．１％以上かつ５％以下の防腐剤とからなる、請求項１〜３のいずれか１つに記載の光干渉測定装置。
前記制御部は、前記第２液体の屈折率変動のプロファイルが正弦波状となるように、前記加熱用光の放射エネルギを制御する、請求項１〜４のいずれか１つに記載の光干渉測定装置。
前記第２ビームスプリッタから前記参照面に至る前記光路中に、前記ローパスフィルターと同じ屈折率と同じ分散とを持つ透明硝材を更に有する、請求項１〜５のいずれか１つに記載の光干渉測定装置。
請求項１〜６のいずれか１つに記載の前記光干渉測定装置に前記対象物を配置し、
次いで、前記光干渉測定装置を用いて前記対象物を測定する光干渉測定方法。
前記対象物は、生体、又は細胞である、請求項７に記載の光干渉測定方法。
インキュベータ内で前記光干渉測定装置を用いて前記対象物の測定を行う、請求項８に記載の光干渉測定方法。