JPH09159607A - 光ヘテロダイン計測方法および装置 - Google Patents
光ヘテロダイン計測方法および装置Info
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- JPH09159607A JPH09159607A JP32334595A JP32334595A JPH09159607A JP H09159607 A JPH09159607 A JP H09159607A JP 32334595 A JP32334595 A JP 32334595A JP 32334595 A JP32334595 A JP 32334595A JP H09159607 A JPH09159607 A JP H09159607A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】サンプルの光屈折率についての情報を得る。
【解決手段】光ヘテロダイン方式において低コヒーレン
ト光を用いる。
ト光を用いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光源から射出され
た光を二分し二分された一方であるプローブ光を被検査
体に照射し、そのプローブ光が被検査体を透過してなる
透過光と、二分されたもう一方である参照光とを干渉さ
せて得た干渉光を受光する光ヘテロダイン計測方法およ
びその方法を実施する装置に関する。
た光を二分し二分された一方であるプローブ光を被検査
体に照射し、そのプローブ光が被検査体を透過してなる
透過光と、二分されたもう一方である参照光とを干渉さ
せて得た干渉光を受光する光ヘテロダイン計測方法およ
びその方法を実施する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】人体やその他の生体組織のような、光に
対して顕著な光散乱体を光計測する場合の最大な難点
は、サンプルから四方八方に出射する透過光或いは反射
光のうち追跡が可能な光路を沿った信号光をどのように
して抽出するかということにある。これを可能にする方
法として、例えば極めて短いレーザパルス（ピコ秒；１
０ -12 ｓｅｃ）をサンプルに入射して、その出射光の時
間プロファイルを超高速ストリックカメラを用いて測定
し、最短距離を通過した光成分、いわゆる近軸前方散乱
光成分を検出する方法が知られている（例えばＳ．Ａｎ
ｄｅｒｓｏｎ−Ｅｎｇｅｌｅｓ，Ｒ．Ｂｅｒｇ，Ｓ．Ｓ
ｖａｎｂｅｒｇ，Ｏ．Ｊａｒｌｍａｎ “Ｏｐｔｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ” ｖｏｌ．１５，１１７９ （１９
９０） 参照）。
対して顕著な光散乱体を光計測する場合の最大な難点
は、サンプルから四方八方に出射する透過光或いは反射
光のうち追跡が可能な光路を沿った信号光をどのように
して抽出するかということにある。これを可能にする方
法として、例えば極めて短いレーザパルス（ピコ秒；１
０ -12 ｓｅｃ）をサンプルに入射して、その出射光の時
間プロファイルを超高速ストリックカメラを用いて測定
し、最短距離を通過した光成分、いわゆる近軸前方散乱
光成分を検出する方法が知られている（例えばＳ．Ａｎ
ｄｅｒｓｏｎ−Ｅｎｇｅｌｅｓ，Ｒ．Ｂｅｒｇ，Ｓ．Ｓ
ｖａｎｂｅｒｇ，Ｏ．Ｊａｒｌｍａｎ “Ｏｐｔｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ” ｖｏｌ．１５，１１７９ （１９
９０） 参照）。
【０００３】一方、散乱光の方向性、コヒーレンス、お
よび偏光面の光波の特性の消失に着目して、これらの特
性を保った近軸前方散乱光成分のみを検出する光ヘテロ
ダイン検出方法も提案されている（例えばＭ．Ｔｏｉｄ
ａ，Ｍ．Ｋｏｎｄｏ，Ｔ．Ｉｃｈｉｍｕｒａ，Ｈ．Ｉｎ
ａｂａ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．ｖｏｌ２６，７
００（１９９０）参照）。
よび偏光面の光波の特性の消失に着目して、これらの特
性を保った近軸前方散乱光成分のみを検出する光ヘテロ
ダイン検出方法も提案されている（例えばＭ．Ｔｏｉｄ
ａ，Ｍ．Ｋｏｎｄｏ，Ｔ．Ｉｃｈｉｍｕｒａ，Ｈ．Ｉｎ
ａｂａ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．ｖｏｌ２６，７
００（１９９０）参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ここで、サンプルを透
過する光の伝播時間差を計測することにより、サンプル
の光屈折率分布を計測することを考える。厚さＬ、光屈
折率ｎのサンプルを直進して透過する光成分の、サンプ
ル内を伝播する時間ｔは、 ｔ＝ｎＬ／Ｃ ……（１） で表わされる。ここで、Ｃは光の真空中での速度であ
る。上記（１）式から、光屈折率ｎの異なる（ｎ1 とｎ
2 ）同じ厚さの２つのサンプルを通過する直進光の伝播
時間差は、 Δｔ＝（ｎ1 −ｎ2 ）（Ｌ／Ｃ） ……（２） と表わされる。例えば生体の筋肉と脂肪の場合、水の光
屈折率ｎ1 ，油の光屈折率ｎ2 ，サンプルの厚さＬを、
それぞれ ｎ1 ＝１．４ ｎ2 ＝１．５ Ｌ ＝５ｍｍ としたとき、同じ厚さＬ＝５ｍｍの水と油のサンプルを
通過する直進光の伝播時間差Δｔは、 Δｔ＝１．７×１０-12 ｓｅｃ すなわち、１．７ピコ秒である。
過する光の伝播時間差を計測することにより、サンプル
の光屈折率分布を計測することを考える。厚さＬ、光屈
折率ｎのサンプルを直進して透過する光成分の、サンプ
ル内を伝播する時間ｔは、 ｔ＝ｎＬ／Ｃ ……（１） で表わされる。ここで、Ｃは光の真空中での速度であ
る。上記（１）式から、光屈折率ｎの異なる（ｎ1 とｎ
2 ）同じ厚さの２つのサンプルを通過する直進光の伝播
時間差は、 Δｔ＝（ｎ1 −ｎ2 ）（Ｌ／Ｃ） ……（２） と表わされる。例えば生体の筋肉と脂肪の場合、水の光
屈折率ｎ1 ，油の光屈折率ｎ2 ，サンプルの厚さＬを、
それぞれ ｎ1 ＝１．４ ｎ2 ＝１．５ Ｌ ＝５ｍｍ としたとき、同じ厚さＬ＝５ｍｍの水と油のサンプルを
通過する直進光の伝播時間差Δｔは、 Δｔ＝１．７×１０-12 ｓｅｃ すなわち、１．７ピコ秒である。
【０００５】このような時間分解能は現在のストリック
カメラを用いた高速光検出方法（パルス積算の場合、時
間分解能は約１０ピコ秒）では困難であり、（ｎ1-ｎ
2 ）・Ｌの項がさらに小さいとき、この方法で伝播時間
差（屈折率差）を計測するのは不可能に近い。しかもこ
の方法では、レーザおよびストリックカメラの装置が大
型であり、かつ高価である。
カメラを用いた高速光検出方法（パルス積算の場合、時
間分解能は約１０ピコ秒）では困難であり、（ｎ1-ｎ
2 ）・Ｌの項がさらに小さいとき、この方法で伝播時間
差（屈折率差）を計測するのは不可能に近い。しかもこ
の方法では、レーザおよびストリックカメラの装置が大
型であり、かつ高価である。
【０００６】一方連続発振レーザを用いる、従来提案さ
れている光ヘテロダイン検出方法は、直進光成分を極め
て高精度に検出することはできるものの、時間分解能が
ないので、光の伝播時間を測定することはできない。本
発明は、上記事情に鑑み、被検体（サンプル）の、高精
度な光屈折率分布画像を得ることのできる光ヘテロダイ
ン計測方法およびその方法の実施に好適な光ヘテロダイ
ン計測装置を提供することを目的とする。
れている光ヘテロダイン検出方法は、直進光成分を極め
て高精度に検出することはできるものの、時間分解能が
ないので、光の伝播時間を測定することはできない。本
発明は、上記事情に鑑み、被検体（サンプル）の、高精
度な光屈折率分布画像を得ることのできる光ヘテロダイ
ン計測方法およびその方法の実施に好適な光ヘテロダイ
ン計測装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の光ヘテロダイン計測方法は、光源から射出された光
を二分し二分された一方であるプローブ光を被検体に照
射し、そのプローブ光が被検体を透過してなる透過光
と、二分されたもう一方である参照光とを干渉させて得
た干渉光を受光する光ヘテロダイン計測方法において、
上記光源として所定の低コヒーレント光を射出する光源
を用いることを特徴とする。
明の光ヘテロダイン計測方法は、光源から射出された光
を二分し二分された一方であるプローブ光を被検体に照
射し、そのプローブ光が被検体を透過してなる透過光
と、二分されたもう一方である参照光とを干渉させて得
た干渉光を受光する光ヘテロダイン計測方法において、
上記光源として所定の低コヒーレント光を射出する光源
を用いることを特徴とする。
【０００８】ここで、上記本発明の光ヘテロダイン計測
方法において、光源として、コヒーレント長１ｍｍ以下
の低コヒーレント光を射出する光源を用いることが測定
の精度上好ましい。また、上記本発明の光ヘテロダイン
計測方法において、参照光の光路長を変化させながら、
上記干渉光が最大強度となる光路長を求めることによ
り、被検体の屈折率情報を得ることが好ましい。
方法において、光源として、コヒーレント長１ｍｍ以下
の低コヒーレント光を射出する光源を用いることが測定
の精度上好ましい。また、上記本発明の光ヘテロダイン
計測方法において、参照光の光路長を変化させながら、
上記干渉光が最大強度となる光路長を求めることによ
り、被検体の屈折率情報を得ることが好ましい。
【０００９】また、本発明の光ヘテロダイン計測装置
は、所定の低コヒーレント光を射出する光源と、光源か
ら射出された低コヒーレント光を二分する光分配器と、
光分配器で二分された一方であるプローブ光を被検体に
照射する照射手段と、プローブ光が被検体を透過してな
る透過光と、光分配器で二分されたもう一方である参照
光とを重畳させることにより、これら透過光と参照光と
を干渉させる光合成器と、光合成器で得られた、透過光
と参照光とが干渉した干渉光を受光する受光器とを備え
たことを特徴とする。
は、所定の低コヒーレント光を射出する光源と、光源か
ら射出された低コヒーレント光を二分する光分配器と、
光分配器で二分された一方であるプローブ光を被検体に
照射する照射手段と、プローブ光が被検体を透過してな
る透過光と、光分配器で二分されたもう一方である参照
光とを重畳させることにより、これら透過光と参照光と
を干渉させる光合成器と、光合成器で得られた、透過光
と参照光とが干渉した干渉光を受光する受光器とを備え
たことを特徴とする。
【００１０】ここで、上記本発明の光ヘテロダイン計測
装置において、プローブ光および参照光のうちの少なく
とも一方の周波数を、これらプローブ光および参照光の
周波数が相互に異なるように変換する周波数変換器を備
えることが好ましい。また、上記本発明の光ヘテロダイ
ン計測装置において、光分配器から光合成器に至るまで
の間の参照光の光路長を、変更自在に調整する光路長調
整手段を備えることも好ましい態様である。
装置において、プローブ光および参照光のうちの少なく
とも一方の周波数を、これらプローブ光および参照光の
周波数が相互に異なるように変換する周波数変換器を備
えることが好ましい。また、上記本発明の光ヘテロダイ
ン計測装置において、光分配器から光合成器に至るまで
の間の参照光の光路長を、変更自在に調整する光路長調
整手段を備えることも好ましい態様である。
【００１１】さらに、上記照射手段が、被検体に照射す
るプローブ光もしくはその被検体を相対的に移動させる
ことによりプローブ光で被検体を走査する走査手段を含
むものであることも好ましい態様である。尚、上記光源
としては、コヒーレント長１ｍｍ以下の低コヒーレント
光を射出する光源を用いることが好ましく、そのような
光源としては、例えばＳＬＤもしくはＬＥＤが好適であ
る。
るプローブ光もしくはその被検体を相対的に移動させる
ことによりプローブ光で被検体を走査する走査手段を含
むものであることも好ましい態様である。尚、上記光源
としては、コヒーレント長１ｍｍ以下の低コヒーレント
光を射出する光源を用いることが好ましく、そのような
光源としては、例えばＳＬＤもしくはＬＥＤが好適であ
る。
【００１２】従来の連続発振レーザを用いた光ヘテロダ
イン方式の場合、レーザ光の時間コヒーレンスτc （距
離に換算するとＬc ＝τc ／Ｃ）が長いため、プローブ
光と参照光の光路長の相違ΔＬがＬc 以内であれば、Δ
Ｌがかなり大きくても、プローブ光と参照光とが干渉し
た干渉光が得られる。しかし、光源として、低コヒーレ
ント光を出射する光源（例えばＳｕｐｅｒＬｕｍｉｎｅ
ｉｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ；ＳＬＤ、発光ダイオード；ＬＥ
Ｄ等）を用いた場合、Ｌc は非常に短く、近似的に、Ｌ
c 〜λ2 ／Δλ（λはその低コヒーレント光の中心波
長、Δλはその低コヒーレント光のスペクトル幅）で表
わすことができ、市販されている近赤外域ＳＬＤの場合
Ｌc 〜５０μｍ、ＬＥＤの場合Ｌc 〜１０μｍ程度であ
る。したがって、このような低コヒーレント光を用いた
場合、プローブ光と参照光との光路長の違いが、この極
めて短いコヒーレント長以内にあるときのみ、光ヘテロ
ダイン信号が得られる。
イン方式の場合、レーザ光の時間コヒーレンスτc （距
離に換算するとＬc ＝τc ／Ｃ）が長いため、プローブ
光と参照光の光路長の相違ΔＬがＬc 以内であれば、Δ
Ｌがかなり大きくても、プローブ光と参照光とが干渉し
た干渉光が得られる。しかし、光源として、低コヒーレ
ント光を出射する光源（例えばＳｕｐｅｒＬｕｍｉｎｅ
ｉｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ；ＳＬＤ、発光ダイオード；ＬＥ
Ｄ等）を用いた場合、Ｌc は非常に短く、近似的に、Ｌ
c 〜λ2 ／Δλ（λはその低コヒーレント光の中心波
長、Δλはその低コヒーレント光のスペクトル幅）で表
わすことができ、市販されている近赤外域ＳＬＤの場合
Ｌc 〜５０μｍ、ＬＥＤの場合Ｌc 〜１０μｍ程度であ
る。したがって、このような低コヒーレント光を用いた
場合、プローブ光と参照光との光路長の違いが、この極
めて短いコヒーレント長以内にあるときのみ、光ヘテロ
ダイン信号が得られる。
【００１３】参照光の光路上に参照用サンプルとして空
気（ｎ＝１）あるいは光屈折率の知られた試料を置き、
光ヘテロダイン信号が最大になるように、すなわち参照
光とプローブ光との光路長差ΔＬがΔＬ＝０となるよう
に調整しておき、プローブ光の光路上に計測用サンプル
を置き、参照光の光路長を変更する素子（例えばミラー
等）を掃引して光ヘテロダイン信号が最大となる参照光
の光路長を見い出すことにより、計測用サンプルの光屈
折率を知ることができる。
気（ｎ＝１）あるいは光屈折率の知られた試料を置き、
光ヘテロダイン信号が最大になるように、すなわち参照
光とプローブ光との光路長差ΔＬがΔＬ＝０となるよう
に調整しておき、プローブ光の光路上に計測用サンプル
を置き、参照光の光路長を変更する素子（例えばミラー
等）を掃引して光ヘテロダイン信号が最大となる参照光
の光路長を見い出すことにより、計測用サンプルの光屈
折率を知ることができる。
【００１４】すなわち、プローブ光の光路上に計測用サ
ンプルを配置したときと配置しないときの参照光の光路
長差をΔＬ’とし、参照用サンプルの光屈折率ｎ1 と計
測用サンプルの光屈折率ｎ2 との差をΔｎ、参照用サン
プルと計測用サンプルの光伝播時間差をΔｔとしたと
き、参照光の光路長ΔＬ’は、 ΔＬ’＝Δｔ・Ｃ＝Δｎ・Ｌ ……（３） と表わされる。したがって Δｎ＝ΔＬ’／Ｌ ……（４） となり、直接Δｔを測定する代わりに、ΔＬ’を測定す
ることにより、Δｎを計測することができる。
ンプルを配置したときと配置しないときの参照光の光路
長差をΔＬ’とし、参照用サンプルの光屈折率ｎ1 と計
測用サンプルの光屈折率ｎ2 との差をΔｎ、参照用サン
プルと計測用サンプルの光伝播時間差をΔｔとしたと
き、参照光の光路長ΔＬ’は、 ΔＬ’＝Δｔ・Ｃ＝Δｎ・Ｌ ……（３） と表わされる。したがって Δｎ＝ΔＬ’／Ｌ ……（４） となり、直接Δｔを測定する代わりに、ΔＬ’を測定す
ることにより、Δｎを計測することができる。
【００１５】尚、光の速度を考慮したとき、距離分解能
１μｍに対応する時間分解能は約３フェトム秒（１フェ
トム秒＝１０-15 ｓｅｃ．）であり、したがってコヒー
レント長１ｍｍ以下の低コヒーレント光を用いると、極
めて短いパルス光１０-12 ｓｅｃ程度のパルス光と同程
度以上の時間分解能に相当する計測を行なうことができ
る。
１μｍに対応する時間分解能は約３フェトム秒（１フェ
トム秒＝１０-15 ｓｅｃ．）であり、したがってコヒー
レント長１ｍｍ以下の低コヒーレント光を用いると、極
めて短いパルス光１０-12 ｓｅｃ程度のパルス光と同程
度以上の時間分解能に相当する計測を行なうことができ
る。
【００１６】測定サンプル内の光屈折率が不均一な場
合、プローブ光の光路に沿った座標をｘとしたとき、Δ
ｎはｘの関数Δｎ（ｘ）であり、したがって ΔＬ’＝∫Δｎ（ｘ）ｄｘ ……（５） すなわち、ΔＬ’は、Δｎ（ｘ）の光路ｘに沿った積分
値となり、そのΔＬ’から求められる光屈折率差Δｎ
は、ｘ方向の平均値 Δｎ＝ΔＬ／Ｌ＝∫Δｎ（ｘ）ｄｘ／Ｌ ……（６） となる。
合、プローブ光の光路に沿った座標をｘとしたとき、Δ
ｎはｘの関数Δｎ（ｘ）であり、したがって ΔＬ’＝∫Δｎ（ｘ）ｄｘ ……（５） すなわち、ΔＬ’は、Δｎ（ｘ）の光路ｘに沿った積分
値となり、そのΔＬ’から求められる光屈折率差Δｎ
は、ｘ方向の平均値 Δｎ＝ΔＬ／Ｌ＝∫Δｎ（ｘ）ｄｘ／Ｌ ……（６） となる。
【００１７】尚、ここでは、光ヘテロダイン信号が最大
となるように光路長を変更することについて述べたが光
路長を固定した場合、サンプルがその光路長に適合した
光屈折率をもつものであるか否かを検出することができ
る。
となるように光路長を変更することについて述べたが光
路長を固定した場合、サンプルがその光路長に適合した
光屈折率をもつものであるか否かを検出することができ
る。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。図１は、本発明の光ヘテロダイン計測装置の
第１実施形態の概略構成図である。低コヒーレント光を
発するＳＬＤ１から射出された低コヒーレント光ビーム
１ａは、ビームスプリッタ２で参照光２ａとプローブ光
２ｂとに二分される。ビームスプリッタ２から出射した
プローブ光２ｂは、全反射プリズム３１及びミラー３で
反射しサンプル（被検体）１０を透過し、その透過光が
ビーム合成器４に入射する。一方、ビームスプリッタ２
から出射した参照光２ａは、音響光学的周波数シフタ
（ＡＯＭ）５により周波数シフトを受け、参照光折り返
し用全反射プリズム６で反射され、さらにミラー７で反
射された後、ビーム合成器４に入射する。参照光の光路
上に配置された全反射プリズム６は、図示の矢印Ｘ−
Ｘ’方向に移動自在に構成されており、この移動により
参照光の光路長が変化する。ビーム合成器４では、サン
プル１０を透過した透過プローブ光と参照光とが合成さ
れその合成されたビームが受光器８に入射して受光され
る。この受光器８により得られた受光信号は信号処理部
９に入される。 信号処理部９では、全反射プリズム６
がＸ−Ｘ’方向に移動する間の、受光器８で受光される
干渉光が最大強度となる点を検出し、これにより、サン
プル１０の光屈折率が求められる。
説明する。図１は、本発明の光ヘテロダイン計測装置の
第１実施形態の概略構成図である。低コヒーレント光を
発するＳＬＤ１から射出された低コヒーレント光ビーム
１ａは、ビームスプリッタ２で参照光２ａとプローブ光
２ｂとに二分される。ビームスプリッタ２から出射した
プローブ光２ｂは、全反射プリズム３１及びミラー３で
反射しサンプル（被検体）１０を透過し、その透過光が
ビーム合成器４に入射する。一方、ビームスプリッタ２
から出射した参照光２ａは、音響光学的周波数シフタ
（ＡＯＭ）５により周波数シフトを受け、参照光折り返
し用全反射プリズム６で反射され、さらにミラー７で反
射された後、ビーム合成器４に入射する。参照光の光路
上に配置された全反射プリズム６は、図示の矢印Ｘ−
Ｘ’方向に移動自在に構成されており、この移動により
参照光の光路長が変化する。ビーム合成器４では、サン
プル１０を透過した透過プローブ光と参照光とが合成さ
れその合成されたビームが受光器８に入射して受光され
る。この受光器８により得られた受光信号は信号処理部
９に入される。 信号処理部９では、全反射プリズム６
がＸ−Ｘ’方向に移動する間の、受光器８で受光される
干渉光が最大強度となる点を検出し、これにより、サン
プル１０の光屈折率が求められる。
【００１９】尚、この図１には図示されていないが、サ
ンプル１０ないしそのサンプル１０を照射するプローブ
光２ｂの光路を相対的に移動させ、これによりサンプル
１０をプローブ光で走査し、サンプル１０の光屈折率分
布を計測し、その光屈折率分布を例えば画像として表示
してもよい。図２は、本発明の光ヘテロダイン計測装置
の第２実施形態の概略構成図である。図１の第１実施形
態との相違点について説明する。
ンプル１０ないしそのサンプル１０を照射するプローブ
光２ｂの光路を相対的に移動させ、これによりサンプル
１０をプローブ光で走査し、サンプル１０の光屈折率分
布を計測し、その光屈折率分布を例えば画像として表示
してもよい。図２は、本発明の光ヘテロダイン計測装置
の第２実施形態の概略構成図である。図１の第１実施形
態との相違点について説明する。
【００２０】図２に示す実施形態には、ビームスプリッ
タ１１およびミラー１２が配置されており、かつ図１に
示すＡＯＭ５に代わり、ミラー１２が貼着されたピエゾ
素子１３が備えられている。この実施形態ではピエゾ素
子１３が参照光の光軸方向に微小振動し、これにより、
参照光２ａの周波数がドプラシフトを受けるように構成
されている。
タ１１およびミラー１２が配置されており、かつ図１に
示すＡＯＭ５に代わり、ミラー１２が貼着されたピエゾ
素子１３が備えられている。この実施形態ではピエゾ素
子１３が参照光の光軸方向に微小振動し、これにより、
参照光２ａの周波数がドプラシフトを受けるように構成
されている。
【００２１】また、この図２に示す実施形態には、ビー
ム合成器４で合成された２つのビーム４ａ，４ｂのうち
のビーム４ａを受光する受光器８のほかビーム４ｂを受
光する受光器１４を備え、それら２つの受光器８，１４
で得られた２つの受光信号は、信号成分を互いに加算し
ノイズ成分をキャンセルする、いわゆるバランスディテ
クタアンプ１５に入力される。
ム合成器４で合成された２つのビーム４ａ，４ｂのうち
のビーム４ａを受光する受光器８のほかビーム４ｂを受
光する受光器１４を備え、それら２つの受光器８，１４
で得られた２つの受光信号は、信号成分を互いに加算し
ノイズ成分をキャンセルする、いわゆるバランスディテ
クタアンプ１５に入力される。
【００２２】この構成により、光量の極めて弱い、量子
ノイズが目立つ領域であっても光ヘテロダイン信号を得
ることができる。図３は、本発明の光ヘテロダイン計測
装置の第３実施形態の概略構成図である。ＳＬＤ１から
射出された低コヒーレント光は光ファイバ２１に入射さ
れて伝搬し光ファイバカプラ２２により二分される。そ
の光ファイバカプラ２２で二分された低コヒーレント光
の一方である参照光は、光ファイバ２３を経由しＡＯＭ
５で周波数シフトを受けさらに光ファイバ２４、光ファ
イバカプラ２５、レンズ２６を経由してミラー２７に至
る。ミラー２７は、図示のＸ−Ｘ’方向に掃引されるよ
う構成されている。ミラー２７から反射した参照光は、
再びレンズ２６を経由し光ファイバカプラ２５で今度は
光ファイバ２８に入射して伝搬し、光ファイバカプラ２
９に至る。
ノイズが目立つ領域であっても光ヘテロダイン信号を得
ることができる。図３は、本発明の光ヘテロダイン計測
装置の第３実施形態の概略構成図である。ＳＬＤ１から
射出された低コヒーレント光は光ファイバ２１に入射さ
れて伝搬し光ファイバカプラ２２により二分される。そ
の光ファイバカプラ２２で二分された低コヒーレント光
の一方である参照光は、光ファイバ２３を経由しＡＯＭ
５で周波数シフトを受けさらに光ファイバ２４、光ファ
イバカプラ２５、レンズ２６を経由してミラー２７に至
る。ミラー２７は、図示のＸ−Ｘ’方向に掃引されるよ
う構成されている。ミラー２７から反射した参照光は、
再びレンズ２６を経由し光ファイバカプラ２５で今度は
光ファイバ２８に入射して伝搬し、光ファイバカプラ２
９に至る。
【００２３】一方、光ファイバカプラ２２で二分された
低コヒーレント光のうちのもう一方であるプローブ光
は、光ファイバ３０内を伝搬しレンズ３１を経由し、サ
ンプル１０を透過し、そのプローブ光が光ファイバカプ
ラ２９に入射される。光ファイバカプラ２９ではその透
過プローブ光と、光ファイバ２８を経由してきた参照光
とが合成され、その合成光が受光器８により受光され
る。
低コヒーレント光のうちのもう一方であるプローブ光
は、光ファイバ３０内を伝搬しレンズ３１を経由し、サ
ンプル１０を透過し、そのプローブ光が光ファイバカプ
ラ２９に入射される。光ファイバカプラ２９ではその透
過プローブ光と、光ファイバ２８を経由してきた参照光
とが合成され、その合成光が受光器８により受光され
る。
【００２４】本実施形態に示すように、本発明にいう光
分配器、光合成器として光ファイバカプラを用いてもよ
い。図４は、本発明の光ヘテロダイン計測装置の第４実
施形態の概略構成図である。この実施形態は、マイケル
ソン干渉計を用いた実施形態である。ＳＬＤ１から射出
した低コヒーレントビーム１ａは、ビームスプリッタ４
１で参照光４１ａとプローブ光４１ｂとに二分される。
参照光４１ａは、ミラー４２で反射し、ビームスプリッ
タ４１を透過して受光器８に入射する。ミラー４２には
ピエゾ素子４３が貼着されており、そのピエゾ素子４３
が、参照光４１ａの光路に沿う方向にミラー４２を微小
振動させ、したがってミラー４２から反射した参照光の
周波数はドプラシフトを受けたものである。
分配器、光合成器として光ファイバカプラを用いてもよ
い。図４は、本発明の光ヘテロダイン計測装置の第４実
施形態の概略構成図である。この実施形態は、マイケル
ソン干渉計を用いた実施形態である。ＳＬＤ１から射出
した低コヒーレントビーム１ａは、ビームスプリッタ４
１で参照光４１ａとプローブ光４１ｂとに二分される。
参照光４１ａは、ミラー４２で反射し、ビームスプリッ
タ４１を透過して受光器８に入射する。ミラー４２には
ピエゾ素子４３が貼着されており、そのピエゾ素子４３
が、参照光４１ａの光路に沿う方向にミラー４２を微小
振動させ、したがってミラー４２から反射した参照光の
周波数はドプラシフトを受けたものである。
【００２５】一方、ビームスプリッタ４１に二分された
もう一方のプローブ光４１ｂは、サンプル１０を透過
し、ミラー４４で反射されて再度サンプル１０を透過
し、ビームスプリッタ４１で反射して受光器８に至る。
この実施形態では、プローブ光４１ｂはサンプル１０を
二回透過することとなるため、サンプル１０の光屈折率
が参照光が通過する経路（ここでは空気）の光屈折率と
異なることによるプローブ光の光路長の変化は、サンプ
ル１０の厚みの二倍分となってあらわれる。
もう一方のプローブ光４１ｂは、サンプル１０を透過
し、ミラー４４で反射されて再度サンプル１０を透過
し、ビームスプリッタ４１で反射して受光器８に至る。
この実施形態では、プローブ光４１ｂはサンプル１０を
二回透過することとなるため、サンプル１０の光屈折率
が参照光が通過する経路（ここでは空気）の光屈折率と
異なることによるプローブ光の光路長の変化は、サンプ
ル１０の厚みの二倍分となってあらわれる。
【００２６】図５は、本発明の光ヘテロダイン計測装置
の第５実施形態の概略構成図である。図１に示す第１実
施形態との相違点について説明する。この図５に示す実
施形態であり、サンプル１０は、サンプル台５０上に固
定される。このサンプル台５０は、Ｒ−Ｒ’方向に回転
自在であるとともに、プローブ光２ｂの光路を横切るＹ
−Ｙ’方向、さらに図５の紙面に垂直なＺ−Ｚ’方向に
移動自在に構成されており、通常の光ヘテロダイン法で
行なわれているような、サンプル１０の光透過率分布像
や光透過率分布による光ＣＴ像に加え、サンプル１０の
光屈折率分布像や光屈折率分布によるＣＴ像を得ること
ができる。
の第５実施形態の概略構成図である。図１に示す第１実
施形態との相違点について説明する。この図５に示す実
施形態であり、サンプル１０は、サンプル台５０上に固
定される。このサンプル台５０は、Ｒ−Ｒ’方向に回転
自在であるとともに、プローブ光２ｂの光路を横切るＹ
−Ｙ’方向、さらに図５の紙面に垂直なＺ−Ｚ’方向に
移動自在に構成されており、通常の光ヘテロダイン法で
行なわれているような、サンプル１０の光透過率分布像
や光透過率分布による光ＣＴ像に加え、サンプル１０の
光屈折率分布像や光屈折率分布によるＣＴ像を得ること
ができる。
【００２７】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
６は、図１に示す形態の光ヘテロダイン計測装置におい
て、光源としてコヒーレント長Ｌc 〜５０μｍ、波長８
５０ｎｍのＳＬＤを用い、サンプルとして、厚さＬ＝１
ｃｍの水溶液中に、散乱体として直径１μｍのガラス球
を入れ、散乱強度を表わす平均自由光路長（Ｍｅａｎ
Ｆｒｅｅ Ｐａｔｈ：ＭＦＰ）を０から２０まで変えた
ときの透過光をヘテロダイン検出法を用いて測定した結
果を表わす。直進光成分の透過強度Ｉは、Ｉ＝ＩO ｅ
ｘｐ（−ＭＦＰ）、従ってＭＦＰ＝２０のとき、Ｉはｅ
ｘｐ（−２０）にまで減衰されるが、図６では、見やす
さのために、すべてのピーク値が一定になるように正規
化して示した。
６は、図１に示す形態の光ヘテロダイン計測装置におい
て、光源としてコヒーレント長Ｌc 〜５０μｍ、波長８
５０ｎｍのＳＬＤを用い、サンプルとして、厚さＬ＝１
ｃｍの水溶液中に、散乱体として直径１μｍのガラス球
を入れ、散乱強度を表わす平均自由光路長（Ｍｅａｎ
Ｆｒｅｅ Ｐａｔｈ：ＭＦＰ）を０から２０まで変えた
ときの透過光をヘテロダイン検出法を用いて測定した結
果を表わす。直進光成分の透過強度Ｉは、Ｉ＝ＩO ｅ
ｘｐ（−ＭＦＰ）、従ってＭＦＰ＝２０のとき、Ｉはｅ
ｘｐ（−２０）にまで減衰されるが、図６では、見やす
さのために、すべてのピーク値が一定になるように正規
化して示した。
【００２８】サンプル内の水の光屈折率はＭＦＰ値によ
らずｎ＝１．３３と一定に保たれており、したがってＭ
ＦＰ値によらずΔＬ＝０のときに透過強度Ｉのピークが
観察されれば、散乱強度によらず光屈折率のみでピーク
が観察される光路長が定まることになる。図６に示すよ
うに、サンプル内の散乱強度が変化しても、ピーク値は
ΔＬ＝０のときに観測されることから、このような低コ
ヒーレンス光を用いた光ヘテロダイン検出法は強い光散
乱体を透過した直進光成分の選別的な検出に有効である
ことが実証された。
らずｎ＝１．３３と一定に保たれており、したがってＭ
ＦＰ値によらずΔＬ＝０のときに透過強度Ｉのピークが
観察されれば、散乱強度によらず光屈折率のみでピーク
が観察される光路長が定まることになる。図６に示すよ
うに、サンプル内の散乱強度が変化しても、ピーク値は
ΔＬ＝０のときに観測されることから、このような低コ
ヒーレンス光を用いた光ヘテロダイン検出法は強い光散
乱体を透過した直進光成分の選別的な検出に有効である
ことが実証された。
【００２９】図７に、厚さ１ｍｍの鶏肉の筋肉（赤身）
と脂肪をサンプルとし、各サンプルを透過した直進光成
分を波長８５０ｎｍ、ＬC ＝５０μｍのＳＬＤを用いて
ヘテロダイン検出した結果を示す。サンプルを置かずに
空気のみのときのΔＬをΔＬ＝０とし、これに対し、筋
肉（赤身）のときΔＬ／Ｌ〜０．４、脂肪のときΔＬ／
Ｌ〜０．５と測定された。従って、それぞれの屈折率は
ｎ＝ｎO ＋Δｎ＝ｎO ＋ΔＬ／Ｌ（ｎO ＝１；空気の屈
折率）からｎ（赤身）〜１．４、ｎ（脂肪）〜１．５と
求められる。
と脂肪をサンプルとし、各サンプルを透過した直進光成
分を波長８５０ｎｍ、ＬC ＝５０μｍのＳＬＤを用いて
ヘテロダイン検出した結果を示す。サンプルを置かずに
空気のみのときのΔＬをΔＬ＝０とし、これに対し、筋
肉（赤身）のときΔＬ／Ｌ〜０．４、脂肪のときΔＬ／
Ｌ〜０．５と測定された。従って、それぞれの屈折率は
ｎ＝ｎO ＋Δｎ＝ｎO ＋ΔＬ／Ｌ（ｎO ＝１；空気の屈
折率）からｎ（赤身）〜１．４、ｎ（脂肪）〜１．５と
求められる。
【００３０】図８に、図７と同じ方法で測定した、鶏肉
と牛肉の筋肉（赤身）の部分と脂肪部分の測定結果を示
す。鶏肉と牛肉のいずれにおいても、脂肪部分はｎ〜
１．５０と測定され、油のｎ〜１．５５に近い値である
ことが分かる。図９は、厚さ５ｍｍの鶏肉の赤身に厚さ
１ｍｍ以下の脂肪を埋め込んだサンプルを作成し、その
サンプルを、図５に示すサンプル台５０に乗せ、そのサ
ンプル台５０を、図示のＹ−Ｙ’方向およびＺ−Ｚ’方
向に移動させながらサンプル透過光を光ヘテロダイン法
により受光して得た二次元画像を示した図である。
と牛肉の筋肉（赤身）の部分と脂肪部分の測定結果を示
す。鶏肉と牛肉のいずれにおいても、脂肪部分はｎ〜
１．５０と測定され、油のｎ〜１．５５に近い値である
ことが分かる。図９は、厚さ５ｍｍの鶏肉の赤身に厚さ
１ｍｍ以下の脂肪を埋め込んだサンプルを作成し、その
サンプルを、図５に示すサンプル台５０に乗せ、そのサ
ンプル台５０を、図示のＹ−Ｙ’方向およびＺ−Ｚ’方
向に移動させながらサンプル透過光を光ヘテロダイン法
により受光して得た二次元画像を示した図である。
【００３１】図９（Ａ）は、光源として波長λ＝８５０
ｎｍのチタンサファイアレーザーを用いたときの、透過
光強度分布画像（比較例）、図９（Ｂ）は、光源として
波長λ＝８５０ｎｍのＳＬＤを用いΔＬを赤身のみの部
分でΔＬ＝０となるように調整したときの画像（実施
例）である。図９（Ａ）に示すように光透過率特性がわ
ずかしか変化しないようなサンプルの場合であっても、
ΔＬを固定して二次元透過光画像を測定すると脂肪が埋
め込まれた部分はΔＬが最適でないことから光ヘテロダ
イン信号強度が低下し、図９（Ｂ）のようにコントラス
トの大きい画像を得ることができる。
ｎｍのチタンサファイアレーザーを用いたときの、透過
光強度分布画像（比較例）、図９（Ｂ）は、光源として
波長λ＝８５０ｎｍのＳＬＤを用いΔＬを赤身のみの部
分でΔＬ＝０となるように調整したときの画像（実施
例）である。図９（Ａ）に示すように光透過率特性がわ
ずかしか変化しないようなサンプルの場合であっても、
ΔＬを固定して二次元透過光画像を測定すると脂肪が埋
め込まれた部分はΔＬが最適でないことから光ヘテロダ
イン信号強度が低下し、図９（Ｂ）のようにコントラス
トの大きい画像を得ることができる。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は光ヘテロ
ダイン法に低コヒーレント光を適用したため、被検体の
光屈折率に関する情報を得ることができる。
ダイン法に低コヒーレント光を適用したため、被検体の
光屈折率に関する情報を得ることができる。
【図１】本発明の光ヘテロダイン計測装置の第１実施形
態の概略構成図である。
態の概略構成図である。
【図２】本発明の光ヘテロダイン計測装置の第２実施形
態の概略構成図である。
態の概略構成図である。
【図３】本発明の光ヘテロダイン計測装置の第３実施形
態の概略構成図である。
態の概略構成図である。
【図４】本発明の光ヘテロダイン計測装置の第４実施形
態の概略構成図である。
態の概略構成図である。
【図５】本発明の光ヘテロダイン計測装置の第５実施形
態の概略構成図である。
態の概略構成図である。
【図６】光屈折率が同一散乱強度の異なるサンプルの遅
延距離ΔＬ／Ｌに対するヘテロダイン信号強度変化を示
す図である。
延距離ΔＬ／Ｌに対するヘテロダイン信号強度変化を示
す図である。
【図７】鶏肉の赤身と脂肪の遅延距離ΔＬ／Ｌを示す図
である。
である。
【図８】鶏肉と牛肉の、赤身と脂肪の光屈折率を示す図
である。
である。
【図９】光源の相違による光ヘテロダイン信号の二次元
画像の相違を示す図である。
画像の相違を示す図である。
１ ＳＬＤ １ａ 低コヒーレントビーム ２，１１，４１ ビームスプリッタ ２ａ，４１ａ 参照光 ２ｂ，４１ｂ プローブ光 ３，７，１２，２７，４２，４４ ミラー ４ ビーム合成器 ５ 音響光学的周波数シフタ（ＡＯＭ） ６，３１ 全反射プリズム ８，１４ 受光器 ９ 信号処理部 １０サンプル １３，４３ピエゾ素子 １５ バランスディテクタアンプ ２１，２３，２４，２８，３０光ファイバ ２２，２５，２９光ファイバカプラ ２６，３１レンズ ５０ サンプル台
Claims (7)
- 【請求項１】 光源から射出された光を二分し二分され
た一方であるプローブ光を被検体に照射し、該プローブ
光が該被検体を透過してなる透過光と、二分されたもう
一方である参照光とを干渉させて得た干渉光を受光する
光ヘテロダイン計測方法において、 前記光源として所定の低コヒーレント光を射出する光源
を用い、 前記参照光の光路長を変化させながら、前記干渉光が最
大強度となる光路長を、前記プローブ光による前記被検
体の各走査点について求めることにより、該被検体の屈
折率情報を得ることを特徴とする光ヘテロダイン計測方
法。 - 【請求項２】 前記光源として、コヒーレント長１ｍｍ
以下の低コヒーレント光を射出する光源を用いることを
特徴とする請求項１記載の光ヘテロダイン計測方法。 - 【請求項３】 所定の低コヒーレント光を射出する光源
と、 前記光源から射出された低コヒーレント光を二分する光
分配器と、 前記光分配器で二分された一方であるプローブ光を被検
体に照射する照射手段と、 前記プローブ光が前記被検
体を透過してなる透過光と、前記光分配器で二分された
もう一方である参照光とを重畳させることにより、これ
ら透過光と参照光とを干渉させる光合成器と、 前記光合成器で得られた、前記透過光と前記参照光とが
干渉した干渉光を受光する受光器と、 前記光分配器から前記光合成器に至るまでの間の前記参
照光の光路長を、変更自在に調整する光路長調整手段を
備えたことを特徴とする光ヘテロダイン計測装置。 - 【請求項４】 前記プローブ光および前記参照光のうち
の少なくとも一方の周波数を、これらプローブ光および
参照光の周波数が相互に異なるように変換する周波数変
換器を備えたことを特徴とする請求項３記載の光ヘテロ
ダイン計測装置。 - 【請求項５】 前記照射手段が、前記被検体に照射する
プローブ光もしくは該被検体を相対的に移動させること
により該プローブ光で該被検体を走査する走査手段を含
むものであることを特徴とする請求項３記載の光ヘテロ
ダイン計測装置。 - 【請求項６】 前記光源が、コヒーレント長１ｍｍ以下
の低コヒーレント光を射出する光源であることを特徴と
する請求項３記載の光ヘテロダイン計測装置。 - 【請求項７】 前記光源が、ＳＬＤもしくはＬＥＤであ
ることを特徴とする請求項６記載の光ヘテロダイン計測
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32334595A JPH09159607A (ja) | 1995-12-12 | 1995-12-12 | 光ヘテロダイン計測方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32334595A JPH09159607A (ja) | 1995-12-12 | 1995-12-12 | 光ヘテロダイン計測方法および装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09159607A true JPH09159607A (ja) | 1997-06-20 |
Family
ID=18153764
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32334595A Pending JPH09159607A (ja) | 1995-12-12 | 1995-12-12 | 光ヘテロダイン計測方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09159607A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007537425A (ja) * | 2004-05-14 | 2007-12-20 | シェモメテック・アクティーゼルスカブ | 試料を評価する方法およびシステム |
| JP2011013162A (ja) * | 2009-07-03 | 2011-01-20 | Fujifilm Corp | 低コヒーレンス光源を用いた動的光散乱測定装置及び光散乱強度測定方法 |
| CN103267743A (zh) * | 2013-04-08 | 2013-08-28 | 辽宁科旺光电科技有限公司 | 一种折射率测量装置及方法 |
-
1995
- 1995-12-12 JP JP32334595A patent/JPH09159607A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007537425A (ja) * | 2004-05-14 | 2007-12-20 | シェモメテック・アクティーゼルスカブ | 試料を評価する方法およびシステム |
| JP2011013162A (ja) * | 2009-07-03 | 2011-01-20 | Fujifilm Corp | 低コヒーレンス光源を用いた動的光散乱測定装置及び光散乱強度測定方法 |
| US8467067B2 (en) | 2009-07-03 | 2013-06-18 | Fujifilm Corporation | Dynamic light-scattering measuring apparatus using low-coherence light source and light-scattering measuring method of using the apparatus |
| CN103267743A (zh) * | 2013-04-08 | 2013-08-28 | 辽宁科旺光电科技有限公司 | 一种折射率测量装置及方法 |
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