JP7175982B2 - Optical measurement device and sample observation method - Google Patents
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Description
本開示は、光計測装置およびそれを用いた試料観察方法に関する。 The present disclosure relates to an optical measurement device and a sample observation method using the same.
光計測装置は非破壊的に測定対象の表面構造や内部構造を反映した情報を取得しうる装置であり、幅広い分野で用いられている。このような光計測装置の一種として、光コヒーレンストモグラフィー(OCT:Optical Coherence Tomography)がある。 Optical measurement devices are devices that can non-destructively acquire information reflecting the surface structure and internal structure of a measurement object, and are used in a wide range of fields. One type of such optical measurement device is optical coherence tomography (OCT).
OCTは人体に対する侵襲性を持たないことから、特に医療分野や生物学分野への応用が期待されており、眼科分野においては眼底や角膜等の画像を形成する装置が用いられている。OCTでは光源からの光を、測定対象に照射する信号光と測定対象に照射せずに参照光ミラーで反射させる参照光とに二分岐し、測定対象から反射された信号光を参照光と合波させ干渉させることにより信号を得る。 Since OCT is not invasive to the human body, it is expected to be applied particularly in the medical and biological fields, and in the field of ophthalmology, devices for forming images of the fundus, cornea, etc. are used. In OCT, the light from the light source is divided into signal light that irradiates the measurement target and reference light that is reflected by the reference light mirror without irradiating the measurement target, and the signal light reflected from the measurement target is combined with the reference light. A signal is obtained by making waves interfere with each other.
また、最近では、OCTを応用して測定対象の経時変化情報を取得する技術が注目されている。経時変化情報の取得を利用した光計測装置の一例として血管造影OCTがある。特許文献1には、光源から出射された光を独立な二つの偏光ビームに分け、該二つの偏光ビームをガルバノ鏡により、走査方向に沿ったライン上の異なる二部位に同時に照射しながら走査を行い、反射光を垂直成分と水平成分に分離し、二つの検出器で同時に検出し、時間の異なる同じ部位の二枚の断層画像を、一回の上記走査によって取得し、該二枚の断層画像により、上記同じ部位についての位相の時間変化量を計測する、走査型のOCT装置が開示されている。この装置によれば、人体の組織中の時間変化量の大きい部位である、血管を可視化することができる。
Recently, attention has also been paid to a technique of applying OCT to obtain time-varying change information of a measurement object. An angiographic OCT is an example of an optical measurement device that utilizes acquisition of time-varying information. In
上に述べたような走査型の光計測装置では、測定対象物の所定部位の経時変化情報を取得するために、当該所定部位を時間δtをおいて複数回測定し、得られた複数回の測定結果から時間変化量δSを得て、δtとδSを用いて当該所定部位の経時変化情報を取得する。このとき測定の間隔δtが、経時変化情報の時間分解能となる。より高い時間分解能で測定することで、より多くの情報を取得することができる。 In the scanning optical measurement device as described above, in order to obtain information on the change over time of a predetermined portion of the object to be measured, the predetermined portion is measured a plurality of times at intervals of time δt, and the obtained plurality of times A time change amount δS is obtained from the measurement result, and time change information of the predetermined portion is obtained using δt and δS. At this time, the measurement interval .delta.t is the time resolution of the temporal change information. More information can be obtained by measuring with higher temporal resolution.
走査型のOCTを含めた走査型の光計測装置において、多くの経時変化情報を得るためには時間分解能を高める必要がある。しかしながら、時間分解能は走査周期に依存するため、走査周期より短い時間分解能を得ることが難しい。また、走査周期の短い高価な走査機構を用いると装置が高価で複雑になる。 In scanning-type optical measurement devices including scanning-type OCT, it is necessary to increase temporal resolution in order to obtain a large amount of time-dependent change information. However, since the time resolution depends on the scanning cycle, it is difficult to obtain a time resolution shorter than the scanning cycle. Also, if an expensive scanning mechanism with a short scanning cycle is used, the apparatus will be expensive and complicated.
特許文献1の血管造影OCTでは、ビームの走査周期よりも短い時間分解能で経時変化情報を得るため、測定対象物に二つの信号光ビームを照射するOCTが記載されている。上記のOCTでは、偏光状態の異なる二つの偏光ビームを異なる二部位に照射し、異なる二部位の情報を別々に検出するために、偏光状態に応じて二つのビームを分離する。このため、特許文献1に記載されたOCTはビーム分離機構が必要である他、さらに各ビームに対して独立した検出機構が必要であり、装置サイズが大きくなる。また、特許文献1に記載されたOCTでは、ビームを分離するために偏光状態の異なる二つのビームを利用する。それ故、二つのビームで取得した情報の間に偏光状態の違いによる差異が生じ、経時変化情報の測定誤差となる可能性がある。
In the angiographic OCT of
本開示は、上記の点に鑑みてなされたものであり、低コストで走査周期よりも短い時間分解能で経時変化情報を測定できる技術を提供する。 The present disclosure has been made in view of the above points, and provides a technology capable of measuring temporal change information at low cost and with a temporal resolution shorter than the scanning cycle.
本開示は上記課題を解決する手段として、例えば、光源と、前記光源から出射された光を参照光と信号光とに分岐する光分岐部と、前記信号光を照射して測定対象物を走査する走査部と、前記測定対象物によって反射または散乱された信号光と前記参照光とを合波し、干渉光を生成する光学系と、前記光学系で生成された前記干渉光を受光して電気信号に変換する光検出部と、前記光検出部によって変換された前記電気信号に基づいて前記信号光の強度を算出する信号処理部と、を備える光計測装置であって、前記光検出部は、前記信号光の照射領域と重なる複数の測定領域のそれぞれと対応づけられた複数の光検出素子によって前記信号光を検出し、前記信号処理部は、前記複数の光検出素子のそれぞれが検出した前記信号光の強度を算出し、前記走査部は、前記測定対象物に照射する前記信号光の前記照射領域を、第1の時点における前記複数の測定領域の一部が第2の時点における前記複数の測定領域の別の一部と重なるように移動させて前記測定対象物を走査する、光計測装置を提供する。 As a means for solving the above problems, the present disclosure includes, for example, a light source, a light branching unit that branches light emitted from the light source into reference light and signal light, and irradiating the signal light to scan an object to be measured. an optical system for combining the signal light reflected or scattered by the measurement object and the reference light to generate interference light; and the interference light generated by the optical system for receiving the interference light. An optical measuring device comprising: a photodetector that converts into an electrical signal; and a signal processor that calculates the intensity of the signal light based on the electrical signal converted by the photodetector, wherein the photodetector detects the signal light by a plurality of photodetection elements respectively associated with a plurality of measurement areas that overlap with the irradiation area of the signal light, and the signal processing unit detects the signal light by each of the plurality of photodetection elements The scanning unit calculates the intensity of the signal light applied to the object to be measured, and calculates the intensity of the signal light applied to the object to be measured. Provided is an optical measurement device that scans the measurement object by moving it so as to overlap another part of the plurality of measurement regions.
また、例えば、光干渉断層像を取得する光計測装置を用いる試料観察方法であって、測定対象物に信号光を照射し、反射または散乱された信号光と参照光とを合成して干渉光を生成するステップと、前記信号光の照射領域と重なる複数の測定領域のそれぞれに対応した複数の光検出素子によって第1の時点における前記干渉光の信号強度を検出するステップと、前記第1の時点における前記複数の測定領域の一部と第2の時点における前記複数の測定領域の別の一部とが重なるように前記照射領域を移動させるステップと、前記複数の測定領域のそれぞれに対応した前記複数の光検出素子によって前記第2の時点における前記干渉光の信号強度を検出するステップと、を含む試料観察方法を提供する。 Further, for example, a sample observation method using an optical measurement device for acquiring an optical coherence tomographic image, in which a signal light is irradiated onto an object to be measured, and the reflected or scattered signal light and the reference light are synthesized to obtain an interference light. detecting the signal intensity of the interference light at a first time point by a plurality of photodetectors corresponding to each of a plurality of measurement regions overlapping with the irradiation region of the signal light; moving the irradiation region so that a portion of the plurality of measurement regions at a time point and another portion of the plurality of measurement regions at a second time point overlap; and detecting the signal intensity of the interference light at the second time point using the plurality of photodetectors.
本開示によれば、低コストで走査周期よりも短い時間分解能で経時変化情報を測定できる。上記以外の課題、構成および効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。 According to the present disclosure, temporal change information can be measured at low cost and with a temporal resolution shorter than the scanning period. Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.
以下、添付図面を参照して本開示の種々の実施例について説明する。ただし、これらの実施例は本開示を実現するための一例に過ぎず、本開示の技術的範囲を限定するものではない。また、各図において共通の構成については同一の参照番号が付されている。 Various embodiments of the present disclosure will now be described with reference to the accompanying drawings. However, these examples are merely examples for realizing the present disclosure, and do not limit the technical scope of the present disclosure. In addition, the same reference numerals are given to common configurations in each figure.
<実施例1>
以下、実施例1の光計測装置を図1~5を参照しながら説明する。
図1は、本開示による光計測装置1の基本的な実施形態を示す模式図である。図1において、図の上下方向がz方向、左右方向がx方向、紙面に垂直な方向がy方向である。<Example 1>
The optical measuring device of Example 1 will be described below with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a basic embodiment of an
光計測装置1は、光源部190、偏光ビームスプリッタ106、参照光学系191、走査部159、試料ステージ139、カバーガラス114、干渉光学系132、フォトダイオードアレイ(124、125、130および131)、差動検出回路(134および135)、信号処理部136および制御部116を備える。
The
光源部190は、光源101、コリメートレンズ102、ビーム整形プリズム103、ND(Neutral Density)フィルタ104および光学軸方向を調整可能なλ/2板105を備える。光源101から出射された単一の波長成分からなるレーザ光は、コリメートレンズ102によって平行光に変換される。続いて、平行光に変換されたレーザ光は、ビーム整形プリズム103によってビーム断面形状が、y方向がx方向よりも長い楕円形に整形される。その後、レーザ光は、NDフィルタ104によって強度が減少され、光学軸方向を調整可能なλ/2板105によって偏光方向を回転させられた後、偏光ビームスプリッタ106によって信号光と参照光とに二分岐される。
The
走査部159は、2次元スキャナ107、λ/4板112、レンズ113およびレンズアクチュエータ117を備える。信号光は、走査部159内に設けられた光学系に進入し、2次元スキャナ107を通過し、光学軸方向がxz平面に対して約22.5度に設定されたλ/4板112を透過して偏光状態がs偏光から円偏光に変換される。その後、信号光は、開口数が0.3以上のレンズ113によって集光されつつカバーガラス114を透過して測定対象物115に照射され、集光位置にビームスポット140を形成する。
ここで、レンズ113に入射するビームの断面形状はy方向がx方向より長い楕円形であるため、集光時の開口数はy方向がx方向より大きくなる。そのため、ビームスポット140のxy平面上における形状は、x方向がy方向より長い楕円形となる。
Here, since the cross-sectional shape of the beam incident on the
ビームスポット140は、走査部159によってその位置をx、y、z方向の何れかの方向に移動される。レンズ113は、制御部116がレンズアクチュエータ117を制御することにより、少なくともz方向へ移動され、それにより、レンズ113による信号光の集光位置(測定位置)の移動がなされる。
The
また、信号光の集光位置のxy方向への移動は、信号光の光路中に設けられた、二つのガルバノミラー108および109とレンズ110および111を含む2次元スキャナ107とによってなされ、それにより、信号光の集光位置による測定対象物の走査がなされる。
Further, the movement of the condensing position of the signal light in the xy direction is performed by a two-
測定対象物から反射または散乱された信号光は、レンズ113によって平行光(ビーム)に変換される。その後、信号光は、λ/4板112によって偏光状態を円偏光からp偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ106へ入射する。試料ステージ139の移動によって測定対象物115を移動させることによって、信号光の集光位置の測定対象物115中での位置のおおまかな移動がなされる。
Signal light reflected or scattered from the object to be measured is converted into parallel light (beam) by the
一方、参照光はλ/4板118を透過して、偏光状態がp偏光から円偏光に変換される。その後、参照光は、位置が固定されたミラー119に入射して反射された後、再度λ/4板118を透過して偏光状態が円偏光からs偏光へ変換され、偏光ビームスプリッタ106へ入射する。
On the other hand, the reference light passes through the λ/4
信号光と参照光とは、偏光ビームスプリッタ106で合波され、合成光が生成される。合成光は、ハーフビームスプリッタ120、λ/2板(121および127)、λ/4板126、集光レンズ(122および128)、偏光ビームスプリッタ(123および129)から成る干渉光学系132へ導かれる。
The signal light and the reference light are combined by the
干渉光学系132へ入射した合成光は、ハーフビームスプリッタ120によって透過光と反射光とに二分岐される。透過光は、光学軸がxz平面に対して約22.5度に設定されたλ/2板121を透過した後、集光レンズ122によって集光される。その後、透過光は、偏光ビームスプリッタ123によって二分岐されて、互いに位相関係が180度異なる第1の干渉光144と第2の干渉光145とが生成される。
The combined light incident on the interference
第1の干渉光144は、集光レンズ122によって集光されて、フォトダイオードアレイ124の位置にビームスポット140の像153を結ぶ。フォトダイオードアレイ124は、ビームスポット140の像153に複数の光検出素子(フォトダイオード)148が重なるように配置される。
The
同様に、第2の干渉光145は、集光レンズ122によって集光されて、フォトダイオードアレイ125の位置にビームスポット140の像154を結ぶ。フォトダイオードアレイ125は、それぞれが光検出器として機能する複数の光検出素子149からなっており、ビームスポット140の像154に複数の光検出素子149が重なるように配置される。
Similarly, the
第1の干渉光144および第2の干渉光145のそれぞれは、フォトダイオードアレイ124、125および差動検出回路134によって、複数の光検出素子148および複数の光検出素子149の互いに対応する素子の出力同士が組み合わされて電流差動検出され、二つの干渉光の強度の差に比例した信号137が出力される。ここで、複数の光検出素子148および複数の光検出素子149の互いに対応する素子とは、例えば、図1に示された例では、複数の光検出素子148の最も下方に位置する光検出素子と複数の光検出素子149の最も左側に位置する光検出素子とが互いに対応する素子となる。
Each of the
一方、ハーフビームスプリッタ120において反射した反射光は、光学軸がxz平面に対して約45度に設定されたλ/4板126を透過した後、光学軸がxz平面に対して約22.5度に設定されたλ/2板127を透過し、集光レンズ128によって集光される。その後、反射光は、偏光ビームスプリッタ129によって二分岐され、互いに位相関係が180度異なる第三の干渉光と第四の干渉光とが生成される。第三の干渉光および第四の干渉光のそれぞれは、フォトダイオードアレイ131、130および差動検出回路135によって、電流差動検出され、二つの干渉光の強度の差に比例した信号138が出力される。
On the other hand, the reflected light reflected by the
第三の干渉光146は、集光レンズ128によって集光されて、フォトダイオードアレイ131の位置にビームスポット140の像155を結ぶ。フォトダイオードアレイ131は、ビームスポット140の像155に複数の光検出素子(フォトダイオード)150が重なるように配置される。
The
同様に、第四の干渉光147は、集光レンズ128によって集光されて、フォトダイオードアレイ130の位置にビームスポット140の像156を結ぶ。フォトダイオードアレイ130は、それぞれが光検出器として機能する複数の光検出素子151からなっており、ビームスポット140の像156に複数の光検出素子151が重なるように配置される。
Similarly,
第三の干渉光146および第四の干渉光147のそれぞれは、フォトダイオードアレイ130、131および差動検出回路135によって、複数の光検出素子150および複数の光検出素子151の互いに対応する素子の出力同士が組み合わされて電流差動検出され、二つの干渉光の強度の差に比例した信号138が出力される。“互いに対応する素子”の意味については、上で説明したとおりである。
Third interfering light 146 and fourth interfering light 147 are detected by the
上記のようにして生成された信号137および信号138が、信号処理部136に入力されて演算されることにより信号光の振幅に比例した信号が得られる。具体的には、合成光が干渉光学系132へ入射する時点での信号光成分の振幅をEsig、参照光成分の振幅をEref、信号137の強度をI、信号138の強度をQとして、信号処理部136にて以下の式1の演算を行うことにより、位相に依存しない、信号光の振幅の絶対値に比例した信号が得られる。
|Esig|・|Eref|={I2+Q2}1/2 ・・・(式1)The
|E sig |·|E ref |={I 2 +Q 2 } 1/2 (Formula 1)
ここで信号137および信号138は、各フォトダイオードアレイ124、125、130、131の複数の光検出素子148、149、150、151の素子数だけ出力されているので、式1の演算もその数だけ行われ、それに応じた数の信号光の振幅に比例した信号が得られる(図1に示された例では四つ)。本実施例では位相関係が異なる三つ以上の干渉光を検出するため、これらの検出信号に対して演算を行うことで、干渉位相に依存しない安定した信号を取得することができる。
Here, the
図2は、実施例1の光計測装置1の動作状態における、ビームスポット140と差動検出回路134との対応関係を示す模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing the correspondence relationship between the
測定対象物115上のビームスポット140のxy平面上での形状は、先述のとおり、x方向がy方向より長い楕円形である。測定対象物115において反射された信号光は、参照光と合波されて干渉光144、145、146、147となり、装置の光学系を介してフォトダイオードアレイ124、125、130、131の受光面上に、像153、154、155、156としてそれぞれ結ばれる。
The shape of the
図2には、第1の干渉光および第2の干渉光に対応するフォトダイオードアレイ124、125と像153、154の位置関係が示されている。第3の干渉光および第4の干渉光に対応するフォトダイオードアレイ130、131と像155、156の位置関係も第1の干渉光および第2の干渉光の場合と同様である。
FIG. 2 shows the positional relationship between the
干渉光144の形成する像153は、フォトダイオードアレイ124の4つの光検出素子148(D11、D12、D13、D14)の並ぶ方向301に長い楕円形である。像153は、四つの光検出素子148にまたがっており、各光検出素子は干渉光144のうち各検出素子に照射される成分の強度に比例した電流を出力する。図2では、四つの光検出素子148の並ぶ方向301は、像153上において測定対象物115上でのx方向に対応する方向と一致させて描かれている。An
干渉光145の形成する像154は、フォトダイオードアレイ125の4つの光検出素子149(D21、D22、D23、D24)の並ぶ方向302に長い楕円形である。像154は、四つの光検出素子149にまたがっており、各光検出素子は干渉光145のうち各検出素子に照射される成分の強度に比例した電流を出力する。図2では、四つの光検出素子149の並ぶ方向302は、像154上において測定対象物115上でのx方向に対応する方向と一致させて描かれている。An
像153と四つの光検出素子148との相対的な位置関係は、像154と四つ光検出素子149との相対的な位置関係と一致させてあり、四つの光検出素子148(D11、D12、D13、D14)と四つの光検出素子149(D21、D22、D23、D24)は、ともに、測定対象物115上の四つの測定領域303(A1、A2、A3、A4)と光学的に共役な位置となっている。ここで、各光検出素子の間隔をδx、光学系の倍率をMとすると、四つの測定領域303の間隔δx’は、δx’=M×δxとなっている。The relative positional relationship between the
四つの光検出素子148(D11、D12、D13、D14)と四つの光検出素子149(D21、D22、D23、D24)の電流出力は、対応する光検出素子同士(D11とD21、D12とD22、D13とD23、D14とD24)の出力が組み合わされた四組の信号がそれぞれ差動検出回路304、305、306、307に入力されて差動検出され、四つの信号の集合である信号137として信号処理部136に入力される。The current outputs of the four photodetector elements 148 ( D11 , D12 , D13 , D14 ) and the four
第3の干渉光および第4の干渉光についても、第1の干渉光および第2の干渉光と同様に、四つの光検出素子150および四つの光検出素子151は、ともに、測定対象物115上の四つの測定領域303(A1、A2、A3、A4)と光学的に共役な位置となっている。対応する光検出素子同士の出力は組み合わされ、四組の信号がそれぞれ四つの差動検出回路に入力されて差動検出される。その結果、四つの信号の集合である信号138が、信号処理部136に入力される。As for the third interference light and the fourth interference light, similarly to the first interference light and the second interference light, the four
信号処理部136は、信号137および信号138を入力とした上記式1の演算を四回実行し、四つの測定領域303(A1、A2、A3、A4)で反射された信号光の各成分の振幅に比例した四つの信号(S1、S2、S3、S4)が算出される。上記のとおり、四つの測定領域303(A1、A2、A3、A4)についての信号の測定は同時に実施可能である。The
以下、本実施例の光計測装置1がビームスポット140で測定対象物115を走査しながら経時変化情報を取得する際の動作を、図3および図4を参照しながら説明する。
The operation of the
図3は、測定対象物115上に照射されたビームスポット140、157、158が移動する様子を示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing how the beam spots 140, 157, and 158 irradiated onto the
ビームスポット140で測定対象物115を走査する際、測定対象物115上のビームスポット140は、x方向に一定の速度で移動する。図3は走査方向152に一定の走査速さvで移動しているビームスポット140の時刻t1における位置と、同時刻の四つの測定領域303(A1、A2、A3、A4)の位置を示している。四つの測定領域303(A1、A2、A3、A4)の間隔は、上で述べたように光検出素子の間隔と光学系の特性で決まる値(δx’)で、ここでは時刻によらず一定である。図1中には、時刻t1よりδt後と、2×δt後の時刻における、ビームスポット140の予定位置をそれぞれ符号157および符号158で示した。ここで、時間δtは次式で与えられる値である。
δt=δx’/v・・・(式2)
言い換えると、時間δtでのビームスポット140の移動距離はv・δt=δx’であり、測定領域同士の間隔に等しい。When scanning the
δt=δx′/v (Formula 2)
In other words, the distance traveled by the
図4は、測定領域の位置の経時的変化と時間分解能(即ち、サンプリング間隔)との関係を示した模式図である。図4のグラフにおいて、横軸が時間tを示し、縦軸が測定領域303のx方向の位置を示す。図4には、四つの測定領域303(A1、A2、A3、A4)の位置が、それぞれ、トレース401、402、403、404として示されている。各トレースの実線部分は測定期間、破線部分は測定せずに単に移動している期間を表す。図4に示された例では、測定領域303がxの正の方向に移動している間のみ測定し、xの負の方向に移動している(走査の開始位置に戻る)間は測定していない。FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the temporal change in the position of the measurement region and the time resolution (that is, the sampling interval). In the graph of FIG. 4, the horizontal axis indicates time t, and the vertical axis indicates the position of the
時刻t1において測定領域303の1つA1の位置はx1であり、他の三つA2、A3、A4の位置はそれぞれ、x1-δx’、x1-2δx’、x1-3δx’、である。この後、測定領域303は速さvで移動するため、各測定領域303が位置x1に到達する時刻は、それぞれ以下のとおりとなる。
A2: t1+δt
A3: t1+2δt
A4: t1+3δtAt time t 1 , the position of one A 1 of the
A 2 : t 1 + δt
A 3 : t 1 +2δt
A 4 : t 1 +3δt
よって、四つの測定領域303で得られた四つの信号(S1、S2、S3、S4)について、n番目の測定領域の時刻tにおける信号値をSn(t)と書き表すと、S1(t1)、S2(t1+δt)、S3(t1+2δt)、S4(t1+3δt)は、時刻t1から時間δt毎に取得した位置x1の時系列測定値となる。Therefore, for the four signals (S 1 , S 2 , S 3 , S 4 ) obtained in the four
より一般的には、ある時刻t0にm番目の測定領域が通過する位置x0の時系列測定値Y(x0,n)は、Sm+n(t0+n・δt)として得られ、この時系列測定値を用いて位置x0の経時変化情報を取得できる。さらに、位置x0から正方向にx’だけ離れた位置の時系列測定値Y(x0+x’,n)は、Sm+n(t0+x’/v+n・δt)として得られる。このように、四つの測定領域303で測定対象115上の一つの走査線上を一度走査しただけで、当該走査線上の各点で時間δt毎の時系列測定値を取得することができる。More generally, the time-series measured value Y(x 0 , n) of the position x 0 through which the m-th measurement region passes at a certain time t 0 is obtained as S m+n (t 0 +n·δt), and this Time-series measurements can be used to obtain time-varying information for position x0 . Furthermore, the time-series measured value Y(x 0 + x', n) at the position x' in the positive direction from the position x 0 is obtained as S m + n (t 0 + x'/v + n·δt). In this manner, by scanning one scanning line on the
ここで、測定領域303のx方向の走査振幅をXA、走査周期405をTxとすると、走査時の移動は一定速度なのでXA=v・Txとなる。また測定領域同士の間隔に対して走査振幅は十分大きい(δx’<<XA)ため、δt=δx’/v=(δx’/XA)・Tx<<Txとなる。つまり、本実施例の光計測装置1は、上記の動作を実行することにより、測定対象物115上のある位置の経時変化情報を取得可能であり、その時間分解能δtは走査周期405Txより十分に短くすることができる。Here, if the scanning amplitude in the x direction of the
また、差動検出回路134、135やフォトダイオードアレイ124、125、130、131の時間分解能(AD変換周波数や応答周波数)を上記δtと同程度以下とすることで、意図した時点での測定値を得ることができる。さらに、望ましくは上記時間分解能をδt/2以下とすることで、サンプリング定理を満足して意図した時間分解能での情報を得ることができる。また、上記時間分解能をδt/10以下とすることで、測定の隣り合う時点における測定対象物115の状態に影響を受けない測定が可能となり、経時変化情報を精度よく検出することができる。
In addition, by setting the time resolution (AD conversion frequency and response frequency) of the
以上のように、本開示によれば、走査方向に対応する方向に設けられた複数の検出器によって、測定対象物の所定部位を異なる時刻に測定でき、得られた複数の測定結果によって当該所定部位の経時変化情報を取得することができる。つまり、本開示の光計測装置1は、二つの信号光ビームを用いることなく、走査周期よりも短い時間分解能で経時変化情報を測定できる。
As described above, according to the present disclosure, a plurality of detectors provided in a direction corresponding to the scanning direction can measure a predetermined portion of an object to be measured at different times, and a plurality of obtained measurement results can be used to measure the predetermined portion. It is possible to acquire information on changes over time of the site. That is, the
実施例1の光計測装置1では、フォトダイオードアレイ148、149、150、151について、各アレイ上の光検出素子の数は二個以上であり、これによって二つ以上の時点間の信号を取得し、経時変化量を算出することができる。また、より好ましくは各フォトダイオードアレイ上の光検出素子の数は三個以上である。この場合には、時間分解能を可変にするか、複数の時間分解能での情報を一度に取得することができる。具体的には、三つの光検出素子を持つフォトダイオードアレイを用いて取得した三つの信号S1、S2、S3のうち、S1、S2を用いれば時間分解能δtの情報を取得可能で、S1、S3を用いれば時間分解能2δtの情報を取得可能となる。In the
本実施例の光計測装置1では、フォトダイオードアレイ148、149、150、151について、各フォトダイオードアレイ上の任意の光検出素子間の間隔の最小値δxmin、最大値δxmax、光学系の倍率をM、ビームスポット140の走査速さをvとすると、(δxmin/M)/v≦δt≦(δxmax/M)/vの範囲の時間分解能δtで経時変化情報を取得することが可能である。ここで、最小値δxminは、例えば、隣り合う光検出素子同士の間隔であり、最大値δxmaxは、例えば、(光検出素子の個数-1)×δxminである。In the
また、図3において、ビームスポット140の形状は、複数の測定領域303に収まるような大きさとして説明した。ビームスポット140の形状(照射領域)は、測定領域303を含む形状であってもよい。そのようにすると、各測定領域(A1、A2、A3、A4)に照射される信号光の強度を均一にすることができ、経時変化情報の精度を向上させることができる。Also, in FIG. 3, the shape of the
また、図3に示されているように、ビームスポット140の形状を楕円形状とした場合、複数の測定領域303の両端と中央とで信号光の照射量に差がでる可能性がある。その場合、複数の測定領域303の両端と中央との照射量の差(信号強度の差)を予め計測し、信号処理部136は、複数の測定領域303のそれぞれに対応する信号光の強度をキャリブレーションして算出してもよい。このようにすると、測定対象物115の経時変化情報の測定精度が向上する。
Also, as shown in FIG. 3, when the shape of the
続いて、測定対象物115の2次元像および3次元像を取得するための走査方法について述べる。測定対象物115の2次元像(zx像)は、ビームスポット140で測定対象物115の2次元領域を走査することで得られる。例えば、制御部116によって走査部159を構成する2次元スキャナ107を制御し、ガルバノミラー108(第1の走査部)を動かしてx方向に繰り返し走査しつつ、ガルバノミラー108が折り返し位置に到達する度に、制御部116によってレンズアクチュエータ117を作動させてz方向に所定の量(集光されたビームスポット140のz方向径程度)だけレンズ113(第2の走査部)を移動させることによって、2次元像(zx像)を得ることができる。なお、例えば、x方向への走査は、z方向への走査よりも高速にビームスポット140(照射領域)を移動させる。
Next, a scanning method for acquiring a two-dimensional image and a three-dimensional image of the
測定対象の3次元像は、上記の走査方法でzx像を取得した後にレンズ113をy方向に所定量(集光された信号光のスポット径程度)移動させるという手順を繰り返すことにより取得することができる。または、ガルバノミラー108およびレンズ113の走査によりzx像を取得した後に、測定対象物115もしくは光計測装置1全体を電動ステージ等によりy方向へ移動させるという手順を繰り返してもよい。なお、本実施例においてはレンズ113を走査することによりzスキャンを行っているが、例えばレンズ113の手前に少なくとも1枚レンズをさらに挿入し、当該レンズを走査することにより集光位置を走査することとしてもよく、また2次元スキャナ107によってy方向への移動を行っても良い。
The three-dimensional image of the object to be measured can be obtained by repeating the procedure of moving the
上記のとおり、本開示の光計測装置1は、レンズアクチュエータ117と2次元スキャナ107を用いることで、2次元領域または3次元領域を走査して、当該領域の経時変化情報を取得することができ、取得した経時変化量を各ピクセルの輝度値に持つ2次元または3次元の画像として出力することもできる。
As described above, the
なお、信号光を集光して測定対象物115中にビームスポット140を形成するレンズ113の開口数は0.3が望ましい。また、レンズ113の開口数を0.4以上と大きくした場合、高いZ方向分解能が得られる。また、レンズ113の開口数を0.3~0.4とした場合、レンズの焦点深度を深く取ることができるため、測定対象物115中の測定可能な深さの範囲を広げることができる。
The numerical aperture of the
また、光源101には、出射されるレーザ光のコヒーレンス長が、レンズ113の光軸方向の走査により発生する信号光の光路長変化よりも長いレーザ光源を用いる。こうすると、レンズ113を光軸方向に走査した場合に信号光と参照光とで光路長差が発生しても、干渉振幅の低下を抑制することができる。そのため、レンズ113をz方向に駆動することでビームスポット140の位置をz方向に移動することが可能となり、参照ミラー119を駆動する方式に比べて簡素でコンパクトな装置を実現できる。
For the
ビームスポット140の形状は、円形、楕円形、線状、矩形などでよい。円形のビームスポット140を用いる場合は、通常の光学系構成を用いることができるため、光計測装置1の装置構成を簡素に構築できる。線状または矩形のビームスポットは、シリンドリカルレンズ等を用いて実現でき、ビームスポット140中の信号光強度が、x方向についてほぼ変化しないため、走査時に安定した信号が得やすい。
The shape of
また、ビームスポット140のx方向の大きさは、フォトダイオードアレイ148、149、150、151上に光学系によって結ばれた像において、x方向に対応する方向の大きさが、それぞれ少なくとも二つ以上の光検出素子を含む大きさである。すなわち、光学系の倍率をM、各フォトダイオードアレイにおいて検出に使用する光検出素子のうち最も離れた素子間の距離をLmax、ビームスポット140のx方向の大きさをDxとして、Dx≧Lmax/Mである。Also, the size of the
また、ビームスポット140のy方向の大きさは、x方向の大きさより小さくてよい。望ましくは、y方向の大きさは、フォトダイオードアレイ148、149、150、151上に光学系によって結ばれた像において、y方向に対応する方向の大きさが、光検出素子の受光面に収まる大きさである。すなわち、光学系の倍率をM、光検出素子のy方向に対応する方向の幅をLy、ビームスポット140のy方向の大きさをDyとして、Dy≦Ly/Mである。この場合、信号光の強度に関する情報はあますところなく検出される信号に寄与するため、SN比の高い信号が得られる。Also, the size of the
このような楕円形のビームスポット140は、断面形状が楕円形のビームとして信号光をレンズ113に入射することで得られる。レンズ113に入射するビームの断面形状はy方向がx方向より長い楕円形であれば、集光時の開口数はy方向がx方向より大きくなり、ビームスポット140のxy平面上での形状はx方向がy方向より長い楕円形となる。信号光の楕円ビームのy方向の径およびx方向の径を変更することで、ビームスポット140の楕円形のx方向の径およびy方向の径を変更することもできる。楕円ビーム形状の調整は、信号光の光路に挿入されたビーム整形プリズム103によって可能となる。
Such an
また、光源101として半導体レーザなど、楕円形ビームを出力する素子を用いれば、ビーム整形プリズム103を省略することも可能である。また、この方式によって楕円形のビームスポット140を形成した場合、ビームスポット140のx方向を大きくしても、ビームスポットのz方向へのデフォーカスを抑制することができ、ビームスポットを大きくすることによって生じる測定時の空間分解能の劣化を最低限に抑えることができる。
Moreover, if an element that outputs an elliptical beam, such as a semiconductor laser, is used as the
測定対象物115に入射して反射された信号光は、理想的には入射時の信号光と同じ径を持つビームになるが、実際には測定対象物115の光学的な不均一性などにより、入射時より大きな径のビームとなる可能性がある。参照光のビーム径を信号光のビーム径より大きくしておくことで、このような場合にも反射された信号光の全成分が干渉および信号の生成に寄与するようにできる。その結果、信号光量の増加によるSN比向上と実効開口数の増大による分解能向上が達成される。
Ideally, the signal light incident on and reflected from the
<実施例1の変形例>
図5は、上で述べたビーム径を拡大する参照光学系500の構成を示す模式図である。図5において、上下方向をz方向、左右方向をx方向、紙面に垂直な方向をy方向としている。光源101から出射されたレーザ光は、偏光ビームスプリッタ501でs偏光の信号光とp偏光の参照光とに二分岐される。参照光は、二枚のレンズ502、503からなるビームエクスパンダ506によってビーム径が拡大され、ミラー504、505で反射されて向きを変え、λ/2板507によってp偏光からs偏光へ変換され、偏光ビームスプリッタ106へ入射する。信号光は偏光ビームスプリッタ106を透過した後は、図1と同様の光学系を経て戻り、偏光ビームスプリッタ106にて参照光と合波され、合成光を生じる。以降の動作は図1と同様であるので説明を省略する。<Modification of Example 1>
FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of the reference
<実施例2>
図6は、実施例2に係る光計測装置2の基本的な構成例を示す図である。図6において、図の上下方向をz方向、左右方向をx方向、紙面に垂直な方向をy方向としている。<Example 2>
FIG. 6 is a diagram showing a basic configuration example of the
実施例2の光計測装置2は、光源101から出射されたレーザ光が、信号光と参照光とに二分岐され、再び合波されることにより合成光が生成されるまでの構成は実施例1と同様である。実施例2の光計測装置2では、複数の光検出素子が一列に並んだフォトダイオードアレイ607を用いて干渉光の強度に比例した電流を出力する点が実施例1の光計測装置1とは異なる。
The
実施例2の光計測装置2では、生成された合成光は、まず回折格子602によって±1次の回折光に分岐され、第1の分岐合成光と第2の分岐合成光とが生成される。これらの合成光は、第1の分岐合成光のs偏光成分およびp偏光成分の位相差と、第2の分岐合成光のs偏光成分およびp偏光成分の位相差が90度異なるように配置された位相板603を通過する。
In the
その後、第1の分岐合成光および第2の分岐合成光は、xz平面に対して約22.5度に設定されたλ/2板604にて偏光方向が回転され、ウォラストンプリズム605によって偏光分離されることにより、互いに干渉の位相がほぼ90度ずつ異なる四つの干渉光が生成される。これらの干渉光は集光レンズ606によって集光され、フォトダイオードアレイ607上のそれぞれ複数の光検出素子からなる四つの領域608、609、610、611にビームスポット140の像を結ぶ。その結果、干渉光のそれぞれは各光検出素子により電流に変換され、位相関係が180度異なる干渉光に対応する領域からの電流の対が差動検出回路134、135によって差動検出される。
Thereafter, the first branched combined light and the second branched combined light have their polarization directions rotated by the λ/2
検出信号は信号処理部136で演算され、位相に依存しない、信号光の振幅の絶対値に比例した信号が得られる。干渉光学系601の機能は実施例1の干渉光学系132と同様であるため、ここでは説明を省略する。以上のように、干渉位相の異なる四つの干渉光のうち複数を、1つのフォトダイオードアレイ607で受光して検出する構成とすることにより、部品点数を少なくすることができる。
The detection signal is calculated by the
つまり、実施例2の光計測装置2は、実施例1の光計測装置1に比べて干渉光学系の部品点数が少なく小型であるため、実施例1の光計測装置1よりも装置全体が小さくなる。
That is, the
<実施例3>
図7は、実施例3の光計測装置3の構成を示す模式図である。図7において、図の上下方向をz方向、左右方向をx方向、紙面に垂直な方向をy方向としている。なお、図2に示した部材と同じ部材には同じ符号を付し、説明を省略する。<Example 3>
FIG. 7 is a schematic diagram showing the configuration of the
実施例3の光計測装置3は、実施例1のOCT装置とは種類が異なり、低コヒーレンス光源を用いるタイプのOCT装置に本開示の技術を適用したものである。SLD(Super Luminescence Diode)等の低コヒーレンス光源である光源701から出射された光は、コリメートレンズ702によって平行光に変換され、ビーム整形プリズム703によってビーム断面形状をy方向がx方向より長い楕円形に整形され、ビームスプリッタ706で信号光と参照光とに二分岐される。
The
信号光は、レンズ713で集光され、試料ステージ739に保持された測定対象物115上の集光位置に楕円形のビームスポット740を形成する。ここで、レンズ713に入射するビームの断面形状はy方向がx方向より長い楕円形であるため、集光時の開口数はy方向がx方向より大きくなり、ビームスポット740のxy平面上での形状はx方向がy方向より長い楕円形となる。
The signal light is condensed by a
測定対象物715で反射または拡散された信号光は、レンズ713でビームにされてビームスプリッタ706に戻る。参照光はミラー719で反射されて同じくビームスプリッタ706に戻り、信号光と合波されて干渉し、合成光を生成する。合成光は集光レンズ722で集光され、フォトダイオードアレイ724上にビームスポット740の像753を結ぶ。像753はフォトダイオードアレイ724の複数の光検出素子748で検出され、検出された複数の信号737は信号処理部736に送られる。
The signal light reflected or diffused by the
実施例3の光計測装置3では、低コヒーレンス光源を用い、信号光に含まれる成分のうち参照光と光路長が一致する成分のみが干渉して信号737を与えるため、測定対象物715の特定のz位置を測定点とした情報を取得できる。光計測装置3は、測定時に制御部716によりアクチュエータ760を駆動してミラー719を走査することにより、測定点のz走査を行う。また、光計測装置3は、制御部716によって制御された2次元スキャナ759によってxy走査を行う。上記の操作を組み合わせて測定対象物715の2次元像や3次元像を取得できる。
In the
実施例3の光計測装置3では、測定時に2次元スキャナ759によってx方向の走査を行い、実施例1と同様に複数の光検出素子からの信号を比較することで、x方向の走査の走査周期より短い時間分解能で経時変化情報を取得することができる。また、実施例3の光計測装置3は、実施例1の光計測装置1と比較してより少ない部品点数で実施例1と同様の機能を達成でき、より小型の装置を提供することができる。
In the
<実施例4>
図8は、実施例4の光計測装置4の構成を示す模式図である。図8において、図の上下方向をz方向、左右方向をx方向、紙面に垂直な方向をy方向とする。なお、図2に示した部材と同じ部材には同じ符号を付し、説明を省略する。<Example 4>
FIG. 8 is a schematic diagram showing the configuration of the
図8に示されているように、実施例4の光計測装置4は、光観察ユニット801と光検出ユニット804とが偏波保持光ファイババンドル803によって接続されている点が実施例1の光計測装置1とは異なる。偏波保持光ファイババンドル803は、光観察ユニット801のファイバ接続部807と、光検出ユニット804のファイバ接続部808に着脱自在に固定されている。
As shown in FIG. 8, the
実施例4の光計測装置4は、光源101から出射されたレーザ光が二分岐され、再び合波されることにより合成光が生成されるまでの構成および機能が実施例1と同様である。生成された合成光は、集光レンズ802によって偏波保持光ファイババンドル803の入射端で像809を結び、偏波保持光ファイババンドル803に結合される。合成光の像809の空間分布情報は、偏波保持光ファイババンドル803によって光検出ユニット804へ伝送され、偏波保持光ファイババンドル803の出射端に像810として提示される。像810から発せられた合成光はコリメートレンズ805によって平行光に変換された後、干渉光学系132へ入射する。その後の構成および機能は実施例1と同じであるため説明を省略する。
The
上記のとおり、実施例4の光計測装置4では、光検出ユニット804と光観察ユニット801とが偏波保持ファイババンドル803によって接続されている。そのため、人体などの大きな測定対象を測定する場合に、光観察ユニット801だけを測定対象115に近づけることで測定が容易になる。また、偏波保持光ファイババンドル803は容易に着脱可能である。そのため、例えば光検出ユニット804が故障した際には光検出ユニット804だけを交換することが可能であり、装置全体を交換する必要がない。したがって、光計測装置4のランニングコストが減少する。
As described above, in the
<実施例5>
図9は、測定対象物上のビームスポット940、957、958の移動の様子を示す模式図である。図1に示した部材と同じ要素には同じ符号を付し、説明を省略する。<Example 5>
FIG. 9 is a schematic diagram showing movement of
実施例5の光計測装置は、実施例1の光計測装置1と同じ部材構成で実現されるが、ビーム整形プリズム103の設置角度を90度回転させて用いる点が実施例1とは異なる。この場合、レンズ113に入射するビームの断面形状はx方向がy方向より長い楕円形となる。そのため、集光時の開口数はx方向がy方向より大きくなり、図9に示されているように測定対象物115中でのビームスポット940のxy平面上での形状はy方向がx方向より長い楕円形となる。
The optical measuring device of Example 5 is realized by the same member configuration as the
ビームスポット940は測定対象物115の2次元領域を走査し、測定対象物115の2次元像(xy像)を取得する。走査方向152に一定の走査速さv、走査周期Txで繰り返し走査しつつ、走査方向152の折り返し位置901に到達すると、副走査方向952、ここではy方向にビームスポット940を走査線幅δyだけ移動させる。この結果、ビームスポット940は軌跡902をたどる。軌跡902の実線部分は測定しながら走査する区間、破線は測定せずに走査する区間を表す。時刻t1に斜線部の位置にあるビームスポット940は、時刻t1+Txに予定位置957、時刻t1+2Txには予定位置958に位置する。このように、実施例5の走査方法では、走査周期Tx毎に同じx位置(ここではx1)に戻る。A beam spot 940 scans a two-dimensional area of the
図9に示された例では、走査線幅δyと四つの測定領域903の間隔δx’とが一致するように走査している。この場合、時刻t1に測定領域のA1が測定した位置は、時刻t1+Txには測定領域のA2が、時刻t1+2Txには測定領域のA3が、それぞれ測定することとなり、時間分解能が走査周期Txと等しい経時変化情報を取得できる。さらにこの場合、例えば、時刻t1の測定領域のA1の測定結果と、時刻t1+2Txの測定領域のA3の測定結果を比較することで、走査周期Txのn倍に等しい経時変化情報を取得することもできる。In the example shown in FIG. 9, scanning is performed so that the scanning line width .delta.y and the interval .delta.x' between the four
なお、走査線幅δyと四つの測定領域903の間隔δx’が、δy=δx’/mであるとき、時刻t1に測定領域のA1が測定した位置を測定領域のA2が再び測定する時刻は、時刻t1+mTxとなり、時間分解能はmTxとなる。When the scanning line width δy and the interval δx′ between the four
走査線幅δyと四つの測定領域903の間隔δx’が、δy=δx’×m(=2)である場合、時刻t1に測定領域のA1が測定した位置は、時刻t1+Txには測定領域のA3が、時刻t1に測定領域のA2が測定した位置は、時刻t1+Txには測定領域のA4が、それぞれ測定することとなり、時間分解能はTxであるが、δyがm倍と大きくできるため、所定の面積を走査して測定するのに要する時間を短くできる。When the scanning line width δy and the interval δx′ between the four
以上のように、走査方向152と垂直な方向に長い径を持つビームスポット940と、同じく走査方向152と垂直な方向に対応する方向に設けられた複数の検出器を用いることで、走査周期Txより長い時間分解能での情報を取得することができる。As described above, by using the beam spot 940 having a long diameter in the direction perpendicular to the
また、楕円の長軸方向を走査方向152に対して傾ける(例えば45度)ように配置することで、走査周期Txの整数倍以外の時間分解能を得ることも可能である。Also, by arranging the ellipse so that the long axis direction is inclined (for example, 45 degrees) with respect to the
<実施例5の変形例>
図10は、測定領域がx方向およびy方向の両方向に複数の測定領域が定義された走査方法を示す図である。図10には、ビームスポット1040のx方向およびy方向の両方に対応する方向にそれぞれ複数の検出器を設けた場合の測定領域1003(A11、A12、A13、A14、A21、A22、A23、A24)が示されている。上で説明した走査と同様の走査を実施することによって、この例では、走査周期Txより短い時間分解能と長い時間分解能の両方の経時変化情報を同時に取得することができる。<Modification of Example 5>
FIG. 10 is a diagram showing a scanning method in which a plurality of measurement areas are defined in both the x-direction and the y-direction. FIG. 10 shows measurement areas 1003 (A 11 , A 12 , A 13 , A 14 , A 21 , A 22 , A 23 , A 24 ) are shown. By performing a scan similar to the scan described above, in this example, time-varying information with both temporal resolution shorter and longer than the scanning period Tx can be acquired simultaneously.
101、701 光源
102、702 コリメートレンズ
103、703 ビーム整形プリズム
104 NDフィルタ
105 λ/2板
106、706 偏光ビームスプリッタ
107 2次元スキャナ
108、109 ガルバノミラー
110、111 レンズ
112、118 λ/4板
113、713 レンズ
114 カバーガラス
115、715 測定対象物
116、716 制御部
117 レンズアクチュエータ
119、719 ミラー
120 ハーフビームスプリッタ
121、127 λ/2板
122、128、722 集光レンズ
123、129 偏光ビームスプリッタ
124、125、130、131、724 フォトダイオードアレイ
126 λ/4板
132 干渉光学系
134、135 差動検出回路
136、736 信号処理部
137、138、737 信号
139、739 試料ステージ
140、740、940、1040 ビームスポット
141 信号光
142 反射された信号光
143、743 参照光
144、145、146、147 干渉光
148、149、150、151、748 光検出素子
152 走査方向
153、154、155、156、753 像
157、158、957、958、1057、1058 将来のビームスポットの予定位置
159、759 走査部
190、790 光源部
191、791 参照光学系
301、302 光検出素子の並ぶ方向
303、903、1003 測定領域
304、305、306、307 差動検出回路
401、302、403、404 測定領域位置のトレース
500 ビーム径を拡大する参照光学系
501 偏光ビームスプリッタ
502、503 レンズ
504、505 ミラー
506 ビームエクスパンダ
507 λ/2板
601 干渉光学系
602 回折格子
603 位相板
604 λ/2板
605 ウォラストンプリズム
606 集光レンズ
607 フォトダイオードアレイ
608、609、610、611 複数の光検出素子からなる領域
760 アクチュエータ
801 光観察ユニット
802 集光レンズ
803 偏波保持光ファイババンドル
804 光検出ユニット
805 コリメートレンズ
807 ファイバ接続部
809、810 像101, 701 Light sources 102, 702 Collimating lenses 103, 703 Beam shaping prism 104 ND filter 105 λ/2 plates 106, 706 Polarizing beam splitter 107 Two-dimensional scanners 108, 109 Galvanometer mirrors 110, 111 Lenses 112, 118 λ/4 plate 113 , 713 lens 114 cover glass 115, 715 measurement object 116, 716 control unit 117 lens actuator 119, 719 mirror 120 half beam splitter 121, 127 λ/2 plate 122, 128, 722 condenser lens 123, 129 polarization beam splitter 124 , 125, 130, 131, 724 photodiode array 126 λ/4 plate 132 interference optical system 134, 135 differential detection circuits 136, 736 signal processing units 137, 138, 737 signals 139, 739 sample stages 140, 740, 940, 1040 beam spot 141 signal light 142 reflected signal light 143, 743 reference light 144, 145, 146, 147 interference light 148, 149, 150, 151, 748 photodetector 152 scanning direction 153, 154, 155, 156, 753 Images 157, 158, 957, 958, 1057, 1058 Planned positions of future beam spots 159, 759 Scanning units 190, 790 Light source units 191, 791 Reference optical systems 301, 302 Directions 303, 903, 1003 in which photodetectors are arranged Measurement Regions 304, 305, 306, 307 Differential detection circuits 401, 302, 403, 404 Measurement region position trace 500 Reference optics for expanding beam diameter 501 Polarizing beam splitters 502, 503 Lenses 504, 505 Mirrors 506 Beam expander 507 λ/2 plate 601 Interference optical system 602 Diffraction grating 603 Phase plate 604 λ/2 plate 605 Wollaston prism 606 Condensing lens 607 Photodiode array 608, 609, 610, 611 Area 760 consisting of a plurality of photodetecting elements Actuator 801 Light Observation unit 802 Condensing lens 803 Polarization-maintaining optical fiber bundle 804 Light detection unit 805 Collimating lens 807 Fiber connecting parts 809 and 810 Image
Claims (14)
前記光源から出射された光を参照光と信号光とに分岐する光分岐部と、
前記信号光を照射して測定対象物を走査する走査部と、
前記測定対象物によって反射または散乱された前記信号光と前記参照光とを合波し、干渉光を生成する光学系と、
前記光学系で生成された前記干渉光を受光して電気信号に変換する光検出部と、
前記光検出部によって変換された前記電気信号に基づいて前記信号光の強度を算出する信号処理部と、
を備える光計測装置であって、
前記光検出部は、前記信号光の照射領域と重なる複数の測定領域のそれぞれと対応づけられた複数の光検出素子によって前記信号光を検出し、
前記信号処理部は、前記複数の光検出素子のそれぞれが検出した前記信号光の強度を算出し、
前記走査部は、前記測定対象物に照射する前記信号光の前記照射領域を、第1の時点における前記複数の測定領域の一部が第2の時点における前記複数の測定領域の別の一部と重なるように移動させて前記測定対象物を走査する、
光計測装置。 a light source;
an optical splitter that splits light emitted from the light source into reference light and signal light;
a scanning unit that irradiates the signal light to scan an object to be measured;
an optical system that combines the signal light reflected or scattered by the measurement object and the reference light to generate interference light;
a photodetector that receives the interference light generated by the optical system and converts it into an electrical signal;
a signal processing unit that calculates the intensity of the signal light based on the electrical signal converted by the photodetector;
An optical measurement device comprising
wherein the photodetector detects the signal light by means of a plurality of photodetection elements associated with each of a plurality of measurement regions overlapping an irradiation region of the signal light;
The signal processing unit calculates the intensity of the signal light detected by each of the plurality of photodetection elements,
The scanning unit changes the irradiation area of the signal light with which the measurement object is irradiated to a part of the plurality of measurement areas at a first time point and another part of the plurality of measurement areas at a second time point. scanning the measurement object by moving it so as to overlap with
Optical measurement device.
前記光計測装置は、複数の光学素子を備え、
前記走査部は、前記複数の測定領域のそれぞれが配列される方向に沿って前記測定対象物を走査し、
前記複数の光学素子のそれぞれは、前記複数の測定領域と光学的に共役の位置関係で配列されている、
光計測装置。 In the optical measurement device according to claim 1,
The optical measurement device includes a plurality of optical elements,
The scanning unit scans the measurement object along a direction in which each of the plurality of measurement regions is arranged,
Each of the plurality of optical elements is arranged in an optically conjugate positional relationship with the plurality of measurement regions,
Optical measurement device.
前記信号処理部は、前記第1の時点における前記複数の測定領域の一部に対応する光検出素子で検出した前記信号光の強度と前記第2の時点における前記複数の測定領域の別の一部に対応する光検出素子で検出した前記信号光の強度とを前記測定対象物の同一箇所の時系列情報として処理する、
光計測装置。 In the optical measurement device according to claim 1,
The signal processing unit controls the intensity of the signal light detected by the photodetector corresponding to a part of the plurality of measurement regions at the first time point and another one of the plurality of measurement regions at the second time point. processing the intensity of the signal light detected by the photodetector corresponding to the part as time-series information of the same part of the measurement object;
Optical measurement device.
前記第1の時点と前記第2の時点との時間間隔は、前記複数の測定領域の一部と前記複数の測定領域の別の一部の間隔を、前記走査部が前記照射領域を移動させる速度で除した値である、
光計測装置。 In the optical measurement device according to claim 3,
The time interval between the first time point and the second time point is the interval between a part of the plurality of measurement areas and another part of the plurality of measurement areas, and the scanning unit moves the irradiation area. is the value divided by the velocity,
Optical measurement device.
前記走査部は、前記測定対象物を、前記複数の測定領域のそれぞれが配列される方向である第1の方向に走査する第1の走査部と、前記測定対象物を第1の方向とは異なる第2の方向に走査する第2の走査部と、を備え、
前記第1の走査部は、前記第2の走査部よりも高速に前記照射領域を移動させる、
光計測装置。 In the optical measurement device according to claim 2,
The scanning unit comprises: a first scanning unit that scans the measurement object in a first direction that is a direction in which the plurality of measurement regions are arranged; A second scanning unit that scans in a different second direction,
The first scanning unit moves the irradiation area faster than the second scanning unit,
Optical measurement device.
前記照射領域の形状は、前記測定対象物を走査する走査方向の径が、前記走査方向に垂直な方向の径よりも大きい形状である、
光計測装置。 In the optical measurement device according to claim 1,
The shape of the irradiation region is such that the diameter in the scanning direction in which the measurement object is scanned is larger than the diameter in the direction perpendicular to the scanning direction.
Optical measurement device.
前記走査部における光路上の少なくとも一点において、前記信号光のビームの形状は、前記走査方向の径が前記走査方向に垂直な方向の径よりも小さい、
光計測装置。 In the optical measurement device according to claim 6,
At least one point on the optical path in the scanning unit, the shape of the beam of the signal light is such that the diameter in the scanning direction is smaller than the diameter in the direction perpendicular to the scanning direction.
Optical measurement device.
前記照射領域は前記複数の測定領域を含む、
光計測装置。 In the optical measurement device according to claim 1,
wherein the irradiation area includes the plurality of measurement areas;
Optical measurement device.
前記信号処理部は、前記複数の測定領域のそれぞれに対応する前記信号光の強度をキャリブレーションして算出する、
光計測装置。 In the optical measurement device according to claim 1,
The signal processing unit calibrates and calculates the intensity of the signal light corresponding to each of the plurality of measurement regions.
Optical measurement device.
複数の前記光検出部と、
前記干渉光を互いに干渉位相が異なる三つ以上の干渉光に分光する干渉光学系と、
を備え、
前記三つ以上の干渉光の前記複数の光検出部における前記信号光と前記参照光との干渉位相の位相差は、互いに略90度の整数倍であり、前記位相差が略180度異なる干渉光に対応する出力電流の対が電流差動検出を行う差動検出回路に入力される、
光計測装置。 In the optical measurement device according to claim 1,
a plurality of the photodetectors;
an interference optical system that disperses the interference light into three or more interference lights having mutually different interference phases;
with
The phase difference between the interference phases of the signal light and the reference light in the plurality of photodetectors of the three or more interference lights is an integer multiple of approximately 90 degrees, and the phase difference is approximately 180 degrees. the pair of output currents corresponding to the light are input to a differential detection circuit that performs current differential detection;
Optical measurement device.
前記光検出部の個数は四個であり、
前記干渉光学系は、前記干渉光を前記干渉位相が異なる四つの干渉光に分光し、
二組の前記干渉位相の位相差が略180度である干渉光の対のそれぞれが前記差動検出回路に入力される、
光計測装置。 In the optical measurement device according to claim 10,
The number of the photodetectors is four,
The interference optical system splits the interference light into four interference lights having different interference phases,
Each pair of interference light having a phase difference of approximately 180 degrees between the two sets of interference phases is input to the differential detection circuit.
Optical measurement device.
光ファイババンドルをさらに備え、
前記干渉光を生成する光学系は、合成した前記干渉光を前記光ファイババンドルの一端が接続される光ファイバ接続部に入射させる、
光計測装置。 In the optical measurement device according to claim 1,
further equipped with a fiber optic bundle,
The optical system that generates the interference light causes the combined interference light to enter an optical fiber connection portion to which one end of the optical fiber bundle is connected.
Optical measurement device.
前記光検出部は、三つ以上の前記光検出素子によって前記信号光を検出する、
光計測装置。 In the optical measurement device according to claim 1,
The photodetector detects the signal light with three or more of the photodetectors,
Optical measurement device.
測定対象物に信号光を照射し、反射または散乱された前記信号光と参照光とを合成して干渉光を生成するステップと、
前記信号光の照射領域と重なる複数の測定領域のそれぞれに対応した複数の光検出素子によって第1の時点における前記干渉光の信号強度を検出するステップと、
前記第1の時点における前記複数の測定領域の一部と第2の時点における前記複数の測定領域の別の一部とが重なるように前記照射領域を移動させるステップと、
前記複数の測定領域のそれぞれに対応した前記複数の光検出素子によって前記第2の時点における前記干渉光の信号強度を検出するステップと、
を含む試料観察方法。 A sample observation method using an optical measurement device that acquires an optical coherence tomogram,
irradiating an object to be measured with signal light, and synthesizing the reflected or scattered signal light and reference light to generate interference light;
a step of detecting the signal intensity of the interference light at a first point in time using a plurality of photodetectors corresponding to each of a plurality of measurement regions overlapping the irradiation region of the signal light;
moving the irradiation region so that a portion of the plurality of measurement regions at the first time point and another portion of the plurality of measurement regions at a second time point overlap;
detecting the signal intensity of the interference light at the second time point by the plurality of photodetection elements corresponding to each of the plurality of measurement regions;
Sample observation method including.
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