(57)【要約】【課題】ミラーの走査が不要であり、かつ波長走査型光源及び分光器を用いずに測定対象の像を取得可能な、小型で安価な光計測装置を提供する。【解決手段】光源４０１から出射されたレーザ光を、第１と第２の光束に分岐し、第１の光束をレンズ４０６により測定対象４０９に信号光として集光して照射し、第２の光束を測定対象に照射せずに参照光としてミラー４１１で反射させ、測定対象によって反射もしくは散乱された信号光を参照光と合波して干渉光学系４１２に入射させ、互いに位相関係が異なる３つ以上の干渉光を生成して光検出器４１７，４２２で検出し、検出信号を信号処理部４２４で演算する。測定時にはレンズ４０６による第１の光束の集光位置を少なくとも光軸方向に走査する。【選択図】図４
2014160057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射する光源と、
前記レーザ光を第１の光束と第２の光束とに分岐する光分岐部と、
前記第１の光束を信号光として測定対象に集光して照射するレンズと、
前記第２の光束を測定対象に照射せずに参照光として反射させる光反射部と、
前記第１の光束の集光位置を少なくとも光軸方向に走査する走査部と、
測定対象によって反射もしくは散乱された信号光を前記参照光と合波し、互いに位相関係が異なる３つ以上の干渉光を生成する干渉光学系と、
前記干渉光を検出する複数の光検出器と、
を有することを特徴とする光計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光計測装置において、前記レンズは０．４以上の開口数を有することを特徴とする光計測装置。
【請求項３】
請求項１に記載の光計測装置において、前記レーザ光のコヒーレンス長は、前記第１の光束の集光位置を光軸方向に走査することにより生ずる信号光の光路長変化以上であることを特徴とする光計測装置。
【請求項４】
請求項１に記載の光計測装置において、前記光反射部の位置は測定中に固定されていることを特徴とする光計測装置。
【請求項５】
請求項１に記載の光計測装置において、
前記光検出器の個数は４個であり、
前記４個の光検出器上での前記信号光と前記参照光の干渉位相が互いに略９０度の整数倍だけ異なり、
前記信号光と前記参照光の干渉位相が互いに略１８０度異なる干渉光の対が電流差動型の検出器によって検出されることを特徴とする光計測装置。
【請求項６】
請求項１に記載の光計測装置において、
前記走査部を制御する制御部を有し、
前記制御部は、前記第１の光束の集光位置の走査が前記光軸方向に繰り返されるように前記走査部を制御することを特徴とする光計測装置。
【請求項７】
請求項６に記載の光計測装置において、
前記制御部は、前記集光位置が測定対象の被観察領域を超えて前記光軸方向に折り返されるように、前記走査部を制御することを特徴とする光計測装置。
【請求項８】
請求項６に記載の光計測装置において、
前記レンズと測定対象との間にカバーガラスが設けられ、
前記制御部は、前記集光位置の前記光軸方向の走査範囲に前記カバーガラスの表面が含まれるように前記走査部を制御し、
前記カバーガラスの表面からの信号を用いて観察像の補正を行うことを特徴とする光計測装置。
【請求項９】
請求項６に記載の光計測装置において、
前記集光位置の光軸方向への繰り返し走査における折り返し位置の近傍では、前記レーザ光の強度を、前記集光位置が前記折り返し位置の近傍以外の領域にある場合よりも小さくすることを特徴とする光計測装置。
【請求項１０】
請求項６に記載の光計測装置において、
前記集光位置の光軸方向への繰り返し走査における折り返し位置の近傍では、前記レーザ光のパワーをゼロにすることを特徴とする光計測装置。
【請求項１１】
請求項６に記載の光計測装置において、
前記レーザ光は、信号取得のタイミングと同期して発光するようにパルス変調されていることを特徴とする光計測装置。
【請求項１２】
レーザ光を出射する光源と、
前記レーザ光を第１の光束と第２の光束とに分岐する光分岐部と、
前記第１の光束を信号光として測定対象に集光して照射するレンズと、
前記第２の光束を測定対象に照射せずに参照光として反射させる光反射部と、
前記第１の光束の集光位置を少なくとも光軸方向に走査する走査部と、
光ファイバが接続される光ファイバ接続部と、
測定対象によって反射もしくは散乱された信号光を前記参照光と合波し、前記信号光と前記参照光が合波されて生成された合成光を、前記光ファイバ接続部に接続された光ファイバに入射させる光学系と、
を有することを特徴とする観察ユニット。
【請求項１３】
レーザ光を出射する光源と、
前記レーザ光を第１の光束と第２の光束とに分岐する光分岐部と、
前記第１の光束を信号光として測定対象に集光して照射するレンズと、
前記第２の光束を測定対象に照射せずに参照光として反射させる光反射部と、
前記第１の光束の集光位置を光軸方向に走査する走査部と、
前記参照光の光路長を、前記第１の光束の集光位置の走査により発生する信号光の光路長の変化速度よりも高速に変調させる光路長変調部と、
測定対象によって反射もしくは散乱された信号光を前記参照光と合波した光を検出する光検出器と、
を有することを特徴とする光計測装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の光計測装置において、前記光路長変調部はピエゾ素子を備えることを特徴とする光計測装置。
【請求項１５】
レーザ光を出射する光源と、
前記レーザ光を第１の光束と第２の光束とに分岐する光分岐部と、
前記第１の光束を信号光として測定対象に集光して照射するレンズと、
前記第１の光束の光路中に配置された球面収差補正部と、
前記第２の光束を測定対象に照射せずに参照光として反射させる光反射部と、
前記第１の光束の集光位置を少なくとも光軸方向に走査する走査部と、
測定対象によって反射もしくは散乱された信号光を前記参照光と合波し、互いに位相関係が異なる３つ以上の干渉光を生成する干渉光学系と、
前記干渉光を検出する複数の光検出器と、
を有することを特徴とする光計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光断層観察装置及び光断層観察方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光を用いて測定対象の表面構造や内部構造を反映した画像を取得する光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ：Optical Coherence Tomography）が注目を集めている（特許文献１）。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実用化段階に入っている。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２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。
【０００３】
ＯＣＴは測定位置の光軸方向への走査方法（以下、ｚスキャンと称する）により、大きくタイムドメインＯＣＴとフーリエドメインＯＣＴとに分けられる。タイムドメインＯＣＴの光学系の模式図を図１に示した。本方式においては、光源として低コヒーレンス光源を使用し、測定時に参照光ミラーを走査することによりｚスキャンを行う。これにより信号光に含まれる参照光と光路長が一致する成分のみが干渉し、図２に示すような検出信号が得られる。図２に示した信号に対して包絡線検波を行うことにより、図３に示すような所望の信号が復調される。
【０００４】
一方、フーリエドメインＯＣＴはさらに波長走査型ＯＣＴとスペクトルドメインＯＣＴとに分けられる。波長走査型ＯＣＴでは、出射光の波長を走査することが可能な波長走査型光源を使用し、測定時に波長を走査することによりｚスキャンがなされ、検出された干渉光強度の波長依存性（干渉スペクトル）をフーリエ変換することにより所望の信号が復調される。
【０００５】
スペクトルドメインＯＣＴにおいては、光源に広帯域光源を用い、生成された干渉光を分光器により分光し、波長成分ごとの干渉光強度（干渉スペクトル）を検出することがｚスキャンを行うことに対応している。得られた干渉スペクトルをフーリエ変換することにより所望の信号が復調される。
【０００６】
上記の様な従来のＯＣＴ装置においては、深さ方向の空間分解能は光源のスペクトル幅によって決まっており、スペクトル幅を広げることにより高分解能化を図ってきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−２１８１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上に述べた従来のＯＣＴ装置には以下のような課題がある。タイムドメインＯＣＴでは、ｚスキャンを行うために機械的に参照光ミラーを動かすため、参照光ミラーに角度ずれが生じてしまう。これにより、参照光の光軸方向がずれて干渉振幅が低下し、結果的にＳＮ比が減少するという問題がある。さらに、光軸方向の空間分解能を向上させるためにさらにコヒーレンス長の短い光源を用いると、図２に示すような干渉波形において包絡線に含まれる波の数が減少する。すなわち、干渉信号の振幅が変化する周波数（包絡線の周波数）と干渉信号が振動する周波数が近くなるため、包絡線検波による信号の復調が困難になるという問題がある。また、フーリエドメインＯＣＴでは、ｚスキャンを行うために高速で波長を掃引する光源もしくは分光器が必要であり、これらはいずれも高価でかつ大型であるため、ＯＣＴ装置自体が高価でかつ大型になるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記の課題を解決するために、光源から出射されたレーザ光を２分岐して第１の光束と第２の光束を得、第１の光束を信号光として測定対象に集光して照射する。第２の光束は、測定対象に照射せずに参照光とする。そして、測定対象によって反射もしくは散乱された信号光を参照光と合波させて互いに位相関係が異なる３つ以上の干渉光を生成し、それらを検出する構成とした。第１の光束の集光位置は、レンズの走査などにより光軸方向に走査する。
【００１０】
これにより、従来のタイムドメインＯＣＴとは異なり、参照光ミラーの位置を走査することなくｚスキャンが可能なため、参照光ミラーの機械的運動に伴い生じる参照光ミラーの傾きを防ぐことができる。さらに、波長走査型光源や分光器を用いることなくｚスキャンが可能であるため、従来のフーリエドメインＯＣＴよりも小型で安価なＯＣＴ装置を提供することができる。また、位相関係が異なる３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い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。すなわち、図２に示す干渉波形の包絡線を、包絡線検波を用いずに正確に取得することができる。これにより、タイムドメインＯＣＴで用いられていた包絡線検波では復調することができない信号も復調することができる。
【００１１】
一例として、第１の光束を測定対象に集光するレンズの開口数を０．４以上とした。
これにより、広帯域光源あるいは波長走査型光源を用いることなく、従来のＯＣＴ装置と同等かそれ以上の高い光軸方向の空間分解能を達成可能である。
【００１２】
一例として、レーザ光のコヒーレンス長は、レンズの光軸方向の走査などにより発生する信号光の光路長変化以上とした。
これにより、レンズの光軸方向走査などによる集光位置の走査で信号光と参照光の間に光路長差が発生しても干渉振幅の低下を抑えることができるため、光路長差を調整するために参照光ミラーの位置を動かす必要がなくなる。
【００１３】
一例として、干渉光学系により生成される干渉光は４つであり、４つの干渉光は互いに干渉の位相がほぼ９０度ずつ異なり、位相がほぼ１８０度ずつ異なる干渉光の対を電流差動型の検出器によって検出することとした。
これにより、検出信号に演算を施すことによって干渉位相に依存しない信号を取得することができるため、従来のタイムドメインＯＣＴで用いられていた包絡線検波では復調不可能な信号も復調することができる。
【００１４】
一例として、レンズの走査などによる第１の光束の集光位置の走査を光軸方向に繰り返し行うこととした。
これにより、測定を行うために測定対象をレンズへ近づける際に、測定対象からの表面反射光の有無により、レンズの走査などによる第１の光束の集光位置の走査により測定可能な範囲内にまで測定対象が近づいたか否かを容易に判断することができる。
【００１５】
一例として、レンズと測定対象との間にカバーガラスを設置し、第１の光束の集光位置の走査を光軸方向に繰り返し行い、被測定領域内にカバーガラスの表面を含めることとした。
これにより、カバーガラスの表面位置を基準として、測定時の測定対象の微動やレンズの走査経路の歪などにより発生した像の湾曲を補正することができる。さらに、レンズと測定対象とが接触してレンズが傷つくことを防ぐことができる。
【００１６】
一例として、第１の光束の集光位置の光軸方向への繰り返し走査における折り返し位置の近傍では、レーザ光の強度を、集光位置が折り返し位置の近傍以外の領域にある場合よりも小さくすることとした。あるいは、集光位置の光軸方向への繰り返し走査における折り返し位置では、レーザ光のパワーをゼロにすることとした。
これにより、測定領域の光軸方向の端の近傍における、レーザ光の露光による測定対象へのダメージを抑制することができる。
【００１７】
一例として、レーザ光を信号取得のタイミングと同期して発光するように、パルス変調することとした。
これにより、レーザ光の露光による測定対象へのダメージを抑制することができる。
【００１８】
一例として、信号光と参照光を合波して合成光を発生させる光学系を一つの筺体に収容して光観察ユニットとし、互いに位相関係が異なる３つ以上の干渉光を生成する干渉計、光検出器及び信号処理部を別の筺体に収容して光検出ユニットとし、光観察ユニットと光検出ユニットを偏波保持光ファイバで接続する構成とした。
これにより、小型の光観察ユニットだけを測定対象に近づけるだけで簡易に測定を行うことができるようになり、いずれかのユニットが故障した時にはそのユニットだけを交換すればよいため装置の維持管理が容易になる。
【００１９】
また、一例として、参照光の光路長を第１の光束の集光位置の走査により発生する信号光の光路長の変化速度よりも高速に変調し、検出される干渉信号から包絡線検波により信号を復調するようにした。
これにより、少ない検出器でＯＣＴ信号を得ることができる。
【００２０】
また、一例として、信号光の光路中に球面収差補正部を設けることとした。
これにより、測定対象の深部における信号強度の低下や空間分解能の劣化を抑制することができるため、測定対象の深部まで明瞭な像を得ることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、参照光ミラーの走査が不要であり、かつ波長走査型光源もしくは分光器を用いずに測定対象の断層像を取得可能な光計測装置を提供することができる。
【００２２】
上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】従来のＯＣＴ装置の構成を表す模式図。
【図２】従来のＯＣＴ装置で検出される干渉信号の説明図。
【図３】従来のＯＣＴ装置における復調信号の説明図。
【図４】本発明の光計測装置の構成例を示す摸式図。
【図５】集光位置の理想的な走査経路を示す摸式図。
【図６】集光位置の実際の走査経路の例を示す摸式図。
【図７】本発明の光計測装置における集光位置の走査経路の例を示す摸式図。
【図８】本発明の光計測装置の別の構成例を示す摸式図。
【図９】本発明の光計測装置における干渉光学系の例を示す図。
【図１０】本発明による光計測装置の別の構成例を示す摸式図。
【図１１】本発明による光計測装置の別の構成例を示す摸式図。
【図１２】本発明による光計測装置の別の構成例を示す摸式図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２５】
〔実施例１〕
図４は、本発明による光計測装置の基本的な実施形態を示す模式図である。
光源４０１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４０２によって平行光に変換され、光学軸方向を調整可能なλ／２板４０３によって偏光を回転させられた後、偏光ビームスプリッタ４０４によって信号光と参照光に２分岐される。信号光は光学軸方向が水平方向に対して約２２．５度に設定されたλ／４板４０５を透過して偏光状態をｓ偏光から円偏光に変換された後、開口数が０．４以上のレンズ４０６によって集光されつつカバーガラス４０８を透過して測定対象４０９に照射される。ここで、レンズ４０６は制御部４３０による制御のもとでレンズアクチュエータ４０７によって少なくともｚ方向へ走査され、これによりレンズ４０６による信号光の集光位置（測定位置）の走査がなされる。測定対象から反射又は散乱された信号光はレンズ４０６によって平行光に変換され、λ／４板４０５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４０４へ入射する。
【００２６】
一方、参照光はλ／４板４１０を透過し、偏光状態をｐ偏光から円偏光に変換され、位置が固定のミラー４１１に入射し反射された後、偏光状態を円偏光からｓ偏光へ変換されて偏光ビームスプリッタ４０４へ入射する。
【００２７】
信号光と参照光は偏光ビームスプリッタ４０４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４１３、λ／２板４１４、λ／４板４１９、集光レンズ４１５，４２０、ウォラストンプリズム４１６，４２１から成る干渉光学系４１２へ導かれる。
【００２８】
干渉光学系４１２へ入射した合成光は、ハーフビームスプリッタ４１３によって透過光と反射光に２分岐される。透過光は光学軸が水平方向に対して約２２．５度に設定されたλ／２板４１４を透過した後、集光レンズ４１５によって集光され、ウォラストンプリズム４１６によって２分岐されることにより互いに位相関係が１８０度異なる第一の干渉光と第二の干渉光が生成される。第一の干渉光と第二の干渉光は電流差動型の光検出器４１７によって検出され、それらの強度の差に比例した信号４１８が出力される。
【００２９】
一方、反射光は光学軸が水平方向に対して約４５度に設定されたλ／４板４１９を透過した後、集光レンズ４２０によって集光され、ウォラストンプリズム４２１によって２分岐されることにより互いに位相関係が１８０度異なる第三の干渉光と第四の干渉光が生成される。第三の干渉光と第四の干渉光は電流差動型の光検出器４２２によって検出され、それらの強度の差に比例した信号４２３が出力される。このようにして生成された信号４１８，４２３は信号処理部４２４に入力され、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。
【００３０】
ここで、上に述べた動作原理について数式を用いて詳細に説明する。干渉光学系４１２へ入射する時点での合成光のジョーンズベクトルを
2014160057.tif 000003
と表すこととすると、ハーフビームスプリッタ４１３を透過し、さらにλ／２板４１４を透過した後の合成光のジョーンズベクトルは次のようになる。
【００３１】
2014160057.tif 000004
【００３２】
ウォランストンプリズム４１６によって式（２）で示される合成光はｐ偏光成分とｓ偏光成分に２分岐された後、電流差動型の光検出器４１７によって差動検出されるので、検出信号４１８は以下の様に表される。
【００３３】
2014160057.tif 000005
【００３４】
ここで、θsig，θrefはそれぞれ複素数Ｅsig，Ｅrefを極座標表示で表した際の位相である。簡単のため検出器の変換効率は１とした。
一方、ハーフビームスプリッタ４１３で反射され、さらにλ／４板４１９を透過した後の合成光のジョーンズベクトルは次のようになる。
【００３５】
2014160057.tif 000006
【００３６】
ウォランストンプリズム４２１によって、式（４）で示される合成光はｐ偏光成分とｓ偏光成分に２分岐された後、電流差動型の光検出器４２２によって差動検出されるので、検出信号４２３は以下の様に表される。
【００３７】
2014160057.tif 000007
【００３８】
これらの出力に対して、信号処理部４２４にて以下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。
【００３９】
2014160057.tif 000008
【００４０】
続いて、レンズの走査方法及びレーザ光強度の制御方法について述べる。以下では、光軸方向をｚ方向、紙面に平行な方向をｘ方向、紙面に垂直な方向をｙ方向とする。
【００４１】
測定対象の２次元像（ｚｘ像）は、例えば制御部４３０によって走査部を構成するレンズアクチュエータ４０７を制御してレンズ４０６をｚ方向に繰り返し走査しつつ、レンズ４０６が折り返し位置に到達する度にｘ方向に所定の量（集光された信号光のスポット径程度）だけレンズ４０６を移動させることにより得ることができる。このときの信号光の集光位置の理想的な走査経路を図５に示した。しかし、レンズアクチュエータは必ずしも直線的には動かないため、ストロークのｘｙ方向の端ではレンズの傾きが生じてしまい、実際の走査経路は図６の様に歪みを持つ場合がある。このように走査経路が歪みを持つ場合には、取得した像が湾曲し、正しい像を得ることが出来ない。そこで、本実施例においては、図７に示すように、測定領域内（光軸方向の走査範囲）にカバーガラス４０８の表面を含めることとした。これにより、ｚ方向の走査を繰り返し行うたびにカバーガラス４０８の表面からの信号を取得し、カバーガラス４０８の表面が平坦になるように湾曲した像を補正することにより、正しい像を取得することが出来る。
【００４２】
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。もしくは、レンズの走査でｚｘ像を取得した後に、測定対象物もしくはＯＣＴ装置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４０６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４０６の手前に少なくとも１枚レンズを挿入し、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い。
【００４３】
また、上記のレンズ走査において、走査の折り返し位置の近傍においては集光位置の走査スピードが相対的に遅くなるため、露光量が増加し測定対象へのダメージが大きくなる可能性がある。これを抑制するため、本実施例では走査の折り返し位置においてレーザ光の強度を相対的に小さくすることとした。走査の折り返し位置でレーザ光のパワーをゼロにしてもよい。ここで、露光による測定対象へのダメージを抑制する別の手段として、信号取得のタイミングと同期して発光するように、レーザ光をパルス変調することもできる。これにより、信号を取得する以外の時間は露光しないため、平均的な露光量を低下させることができる。
【００４４】
本実施例においては、レンズを走査することにより測定位置を光軸方向へ走査するため、タイムドメインＯＣＴの様な参照光ミラーの走査が不要である。これにより参照光ミラーの機械的運動により生じる参照光ミラーの傾きを防ぐことができる。さらに、フーリエドメインＯＣＴのように波長走査光源や分光器も不要であるため、装置を小型で安価に提供することができる。
【００４５】
また、出射されるレーザ光のコヒーレンス長がレンズ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。これにより、レンズを光軸方向に走査することで信号光と参照光の間に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。
【００４６】
さらに、本実施例では信号光と参照光の干渉位相が互いに約９０度の整数倍だけ異なる４つの干渉光を生成して検出し、これらの検出信号に対して演算をほどこして式（６）に示す干渉位相に依存しない信号を取得するため、従来のタイムドメインＯＣＴで用いられていた包絡線検波では復調不可能な信号も復調することができる。
【００４７】
〔実施例２〕
図８は、本発明による光計測装置の別の実施形態を示す模式図である。なお、図４に示した部材と同じ部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４８】
光源４０１から出射されたレーザ光が、信号光と参照光に２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と同じである。生成された合成光は、まず回折格子８０２によって±１次の回折光に分岐され、第一の分岐合成光と第二の分岐合成光が生成される。これらの合成光は、第一の分岐合成光のｓ偏光成分とｐ偏光成分の位相差と、第二の分岐合成光のｓ偏光成分と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８０３を通過する。その後、水平方向に対して約２２．５度に設定されたλ／２板８０４にて偏光方向が回転され、ウォラストンプリズム８０５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４つの干渉光が生成される。これらの干渉光は集光レンズ８０６によって集光され、検出器８０７によって位相関係が１８０度異なる干渉光の対が差動検出される。検出信号は信号処理部４２４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８０１の機能は実施例１の干渉光学系４１２と同様であるため、ここでは説明を省略する。本実施例では、実施例１に比べて干渉光学系が小型であるため、より小型のＯＣＴ装置を提供することができる。
【００４９】
また、実施例１及び図８の実施例では４つの干渉光の強度から信号光の各偏光成分の振幅と位相の情報を取得したが、干渉光強度を決めるパラメータは、（１）信号光強度、（２）参照光強度、（３）信号光と参照光の位相差、の３つであるため、原理的には３つ以上の異なる位相の干渉光強度を検出することにより振幅と位相の情報を取得可能である。
【００５０】
これにより、干渉光学系として例えば図９に示す干渉光学系９０１を用いることができる。以下、干渉光学系９０１の機能について説明する。干渉光学系９０１に入射した合成光は、無偏光ビームスプリッタ９０２，９０３によって第一の分岐合成光、第二の分岐合成光及び第三の分岐合成光に３分割され、そのうち第一の分岐合成光はｓ偏光がｐ偏光に対して１２０度の位相差を生じる位相板９０４を、第二の分岐合成光はｓ偏光がｐ偏光に対して２４０度の位相差を生じる位相板９０５を通過し、３つの分岐合成光のいずれも４５度直線偏光のみを透過する偏光子９０６，９０７，９０８を透過し、集光レンズ９０９，９１０，９１１によって集光され、検出器９１２，９１３，９１４によって検出される。これらの検出器の出力９１５，９１６，９１７は、次のように表される。
【００５１】
2014160057.tif 000009
これらの信号に対して次式の演算を行うことにより、干渉位相に依存しない信号が得られる。
【００５２】
2014160057.tif 000010
【００５３】
〔実施例３〕
図１０は本発明の別の実施形態を示す模式図である。なお、図４に示した部材と同じ部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５４】
光源４０１から出射されたレーザ光はコリメートレンズ４０２によって平行光に変換され、λ／２板４０３によって偏光を回転させられた後、偏光ビームスプリッタ４０４によって信号光と参照光に２分岐される。信号光はλ／４板４０５を透過して偏光状態をｓ偏光から円偏光に変換された後、開口数が０．４以上のレンズ４０６によって集光されつつカバーガラス４０８を透過して測定対象４０９に照射される。測定対象４０９から反射または散乱された信号光はレンズ４０６によって平行光に変換され、λ／４板４０５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４０４へ入射する。
【００５５】
一方、参照光は、λ／４板４１０を透過し偏光状態をｐ偏光から円偏光に変換され、ピエゾ素子１００１に接着固定されたミラー４１１に入射して反射された後、λ／４板４１０を透過し偏光状態を円偏光からｓ偏光へ変換されて偏光ビームスプリッタ４０４へ入射する。
【００５６】
信号光と参照光は偏光ビームスプリッタ４０４によって合波され、合成光が生成される。合成光はλ／２板１００３、集光レンズ１００４、ウォラストンプリズム１００５を備える干渉光学系１００２へ導かれる。合成光は光学軸が水平方向に対して約２２．５度に設定されたλ／２板１００３を透過した後、集光レンズ１００４によって集光され、ウォラストンプリズム１００５によって２分岐されることにより互いに位相関係が１８０度異なる第一の干渉光と第二の干渉光が生成される。第一の干渉光と第二の干渉光は電流差動型の光検出器４１７によって検出され、それらの強度の差に比例した信号４１８が出力される。ここで、出力される信号は以下の式で表される。
【００５７】
2014160057.tif 000011
【００５８】
本実施例においては、測定時にピエゾ素子１００１を駆動してミラー４１１の位置を変調することによって、参照光の光路長をレンズ４０６の走査により発生する信号光の光路長の変化速度よりも高速に変調させる。これにより、検出される干渉信号から包絡線検波により所望の信号を復調することができるため、実施例１よりも少ない検出器で同様の機能を実現することが出来る。
【００５９】
〔実施例４〕
図１１は本発明の別の実施形態を示す模式図である。なお、図４に示した部材と同じ部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００６０】
本実施例の光計測装置は、光観察ユニット１１０１と光検出ユニット１１０４、及びそれらをつなぐ偏波保持光ファイバ１１０３を備える。偏波保持光ファイバ１１０３は、光観察ユニット１１０１のファイバ接続部１１０７と、光検出ユニット１１０４のファイバ接続部１１０８に着脱自在に固定されている。光源４０１から出射されたレーザ光が２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及び機能は実施例１と同じである。生成された合成光は、集光レンズ１１０２によって偏波保持光ファイバ１１０３へ結合される。偏波保持光ファイバ１１０３によって光検出ユニット１１０４へ伝送された合成光は、コリメートレンズ１１０５によって平行光に変換された後、干渉光学系４１２へ入射する。その後の構成及び機能は実施例１と同じであるため説明を省略する。
【００６１】
本実施例においては、光検出ユニット１１０４と光観察ユニット１１０１が偏波保持ファイバ１１０３によって接続されているため、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１１０１だけを測定対象４０９に近づけることで測定可能となり、測定が容易になる。また、偏波保持光ファイバ１１０３は容易に着脱可能であるため、例えば光検出ユニットが故障した際には光検出ユニット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。
【００６２】
〔実施例５〕
図１２は本発明の別の実施形態を示す模式図である。なお、図４に示した部材と同じ部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００６３】
本実施例は信号光の光路中に第一及び第二の補正用レンズ１２０１，１２０２、補正用モータ１２０３からなる球面収差補正部１２０４を備えている点において実施例１と異なる。球面収差補正部１２０４は、測定対象内部で発生する信号光の球面収差を補正するためのものである。具体的には、制御部４３０によって制御される補正用モータ１２０３により第一の補正用レンズ１２０１の光軸方向への位置が変更され、第二の補正用レンズ１２０２との相対的な位置関係が変化することにより球面収差が補正される。本実施例では球面収差補正の手段として２枚のレンズを用いているが、液晶光学素子などを用いることもできる。球面収差補正部１２０４以外の構成及び機能は実施例１と同様であるためここでは説明を省略する。
【００６４】
本実施例においては球面収差の補正が可能であるため、測定対象の深部においても信号の強度低下によるＳ／Ｎの劣化、及び空間分解能の低下を抑制することができる。従って、測定対象物の深部における像の劣化を抑制することが可能となる。
【００６５】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００６６】
４０１：光源
４０３，４１４：λ／２板
４０４：偏光ビームスプリッタ
４０５，４１０，４１９：λ／４板
４０６：レンズ
４０７：レンズアクチュエータ
４０８：カバーガラス
４０９：測定対象
４１２，８０１，９０１，１００２：干渉光学系
４１３：ハーフビームスプリッタ
４１６，４２１：ウォラストンプリズム
４１７，４２２：電流差動型の光検出器
４２４：信号処理部
８０２：回折格子
１００１：ピエゾ素子
１１０１：光観察ユニット
１１０３：偏波保持光ファイバ
１１０４：光検出ユニット
１２０４：球面収差補正部
【図１】
2014160057.tif 000012
【図２】
2014160057.tif 000013
【図３】
2014160057.tif 000014
【図４】
2014160057.tif 000015
【図５】
2014160057.tif 000016
【図６】
2014160057.tif 000017
【図７】
2014160057.tif 000018
【図８】
2014160057.tif 000019
【図９】
2014160057.tif 000020
【図１０】
2014160057.tif 000021
【図１１】
2014160057.tif 000022
【図１２】
2014160057.tif 000023