(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸方向の後方散乱光強度プロファイルの測定と光軸に対する横方向走査とを交互に行うことによる測定試料の断面画像測定方法において、
（ａ）ヘテロダイン検出方式を用いて空間干渉強度分布測定を行い、
（ｂ）前記空間干渉強度値をＮ乗し、その半値全幅をほぼ１／√Ｎに狭くし、光軸方向の空間分解能を向上させることを特徴とする測定試料の断面画像測定方法。
【請求項２】
請求項１記載の測定試料の断面画像測定方法において、前記空間干渉強度値を４乗とし、光軸方向空間分解能を４．７μｍとすることを特徴とする測定試料の断面画像測定方法。
【請求項３】
光軸方向の後方散乱光強度プロファイルの測定と光軸に対する横方向走査とを交互に行うことによる測定試料の断面画像測定装置において、
（ａ）光源と、
（ｂ）該光源からの光波がビームスプリッター及び対物レンズを通って照射される測定試料と、
（ｃ）該測定試料からの後方散乱光である信号光が前記対物レンズ、前記ビームスプリッター及びバイプリズムを通って入射するとともに、参照光が前記ビームスプリッター、ヘテロダイン検出のための位相変調器を通過後、ミラー及び前記バイプリズムを介して入射し、前記信号光と参照光のなす角２θにより、空間干渉強度パターンを生ぜしめる１次元アレイ光検出装置と、
（ｄ）前記位相変調器の変調周波数をｆとして、前記空間干渉強度パターンを時間的に周波数ｆで変化させるとともに、ビート振幅の１次元分布として記憶させるメモリを有する信号処理装置と、
（ｅ）前記空間干渉強度値をＮ乗し、その半値全幅をほぼ１／√Ｎに狭くし、光軸方向の空間分解能を向上させる手段とを具備することを特徴とする測定試料の断面画像測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、測定試料の断面画像測定方法及びそのための装置に係り、特にヘテロダイン検出法を用いた空間干渉信号処理による断面画像測定に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような分野の技術としては以下に開示されるようなものがあった。
【０００３】
既知の空間干渉を用いた断層画像測定方法は、干渉強度パターンのエンベローブ形状測定から試料内での反射点の同定を行い、断層画像を測定するようにしている。つまり、干渉強度パターンのエンベローブの形状測定より、反射点の同定をしており、エンベローブの幅が空間分解能となっていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来は、干渉強度パターンのエンベローブの形状測定より、反射点の同定をしており、エンベローブの幅が空間分解能となっており、分解能が低いといった問題があった。
【０００５】
つまり、従来の光波コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）では、コヒーレンス長が空間分解能の限界であった。
【０００６】
本発明は、上記問題点を除去し、光軸方向の空間分解能を向上させ、高感度化・高空間分解能化を図ることができる測定試料の断面画像測定方法及びそのための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】
本発明は、上記の目的を達成するために、
〔１〕光軸方向の後方散乱光強度プロファイルの測定と光軸に対する横方向走査とを交互に行うことによる測定試料の断面画像測定方法において、ヘテロダイン検出方式を用いて空間干渉強度分布測定を行い、前記空間干渉強度値をＮ乗し、その半値全幅をほぼ１／√Ｎに狭くし、光軸方向の空間分解能をほぼ√Ｎ倍に向上させることを特徴とする。
【０００８】
〔２〕上記〔１〕記載の測定試料の断面画像測定方法において、前記空間干渉強度値を４乗とし、光軸方向空間分解能を４．７μｍとすることを特徴とする。
【０００９】
〔３〕光軸方向の後方散乱光強度プロファイルの測定と光軸に対する横方向走査とを交互に行うことによる測定試料の断面画像測定装置において、光源と、この光源からの光波がビームスプリッター及び対物レンズを通って照射される測定試料と、この測定試料からの後方散乱光である信号光が前記対物レンズ、前記ビームスプリッター及びバイプリズムを通って入射するとともに、参照光が前記ビームスプリッター、ヘテロダイン検出のための位相変調器を通過後、ミラー及び前記バイプリズムを介して入射し、前記信号光と参照光のなす角２θにより、空間干渉強度パターンを生ぜしめる１次元アレイ光検出装置と、前記位相変調器の変調周波数をｆとして、前記空間干渉強度パターンを時間的に周波数ｆで変化させるとともに、ビート振幅の１次元分布として記憶させるメモリを有する信号処理装置と、前記空間干渉強度値をＮ乗し、その半値全幅をほぼ１／√Ｎに狭くし、光軸方向の空間分解能をほぼ１／√Ｎに向上させる手段とを具備することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
図１は本発明の実施例を示すヘテロダイン検出法を用いた空間干渉信号処理による断面画像測定装置の模式図である。
【００１２】
この図において、１は光源、２はレンズ、３はビームスプリッター（ＢＳ）、４は対物レンズ（ＯＢＪ）、５は測定試料（Ｓ）、６は位相変調器（ＰＭ）、７は第１のミラー（Ｍ１）、８は第２のミラー（Ｍ２）、９はバイプリズム（ＢＰ）、１０は１次元アレイ光検出装置（ＡＤ）、１１は走査装置（ＳＳ）、１２は検波＋フィルタ装置（ＲＦ）、１３は信号処理装置（ＰＣ）である。
【００１３】
以下、本発明の基本原理を図１に基づいて説明する。
【００１４】
光源１からの光波は、ビームスプリッター（ＢＳ）３、対物レンズ（ＯＢＪ）４を通って、測定試料５に照射される。測定試料５からの後方散乱光である信号光２１は、再度、対物レンズ（ＯＢＪ）４、ビームスプリッター（ＢＳ）３、バイプリズム（ＢＰ）９を通って１次元アレイ光検出装置（ＡＤ）１０へ入射する。
【００１５】
一方、参照光２２は、ビームスプリッター（ＢＳ）３、ヘテロダイン検出のための位相変調器（ＰＭ）６を通過後、第１のミラー（Ｍ１）７、第２のミラー（Ｍ２）８、バイプリズム（ＢＰ）９を介して１次元アレイ光検出装置（ＡＤ）１０に入射する。
【００１６】
そこで、信号光２１と参照光２２のなす角２θにより、１次元アレイ光検出装置（ＡＤ）１０上に空間干渉強度パターンが生ずる。位相変調器（ＰＭ）６の変調周波数をｆとすると、強度パターンは時間的に周波数ｆで変化する。１次元アレイ光検出装置（ＡＤ）１０は、光検出器が１次元上にＭ個並んだアレイ状光検出器である。走査装置（ＳＳ）１１は、まず１チャンネル目の光検出器に接続する。その際、光検出器からの周波数ｆのヘテロダインビート信号を検波＋フィルタ装置（ＲＦ）１２を介して信号処理装置（ＰＣ）１３へ入力・記憶されてから、走査装置（ＳＳ）１１は、次の光検出器に接続を行い、順次繰り返すことにより各チャンネルごとに全ての光検出器を接続し、１次元の空間干渉強度パターンをビート振幅の１次元分布として信号処理装置（ＰＣ）１３のメモリ上に実現する。
【００１７】
例えば、参照光路と等しい光路となるサンプル内の基準点ａ点とΔＺ離れたｂ点とによる空間干渉パターンは、後述の式（１）〜（３）で示され、図２（ａ）に示すように直流成分を有する２つの波束となる。
【００１８】
なお、この図２（ａ）において、ｌＣ  ＝４ｌｎ  ２  λ２  ／πΔλ、
２ｘ０  ＝ｌＣ  ／２ｓｉｎθ、ｘＳ  ＝Δｚ／ｓｉｎθ、λ′＝λ／２ｓｉｎθである。
【００１９】
【数１】
0003594878.tif 000002
【００２０】
【数２】
0003594878.tif 000003
【００２１】
【数３】
0003594878.tif 000004
【００２２】
ただし、
ＩＲ  ：参照光強度、ＩＳａ：ａ点からの後方散乱光強度、ＩＳｂ：ｂ点からの後方散乱光強度、ω０  ＝２πｃ／λ：光の角周波数、δ＝πｃΔλ／√（２ｌｎ  ２  ）λ２  ：スペクトル拡がりパラメータ、φ０  ：位相変調の変調指数、ｆ：位相変調周波数、Δｚ：基準点ａ点からΔＺ離れたｂ点までの距離、ｘ：１次元アレイ光検出装置上中心位置からの距離である。
【００２３】
ここで、λ′、２ｘ０  、ｘＳ  はそれぞれ、干渉の周期、波束の幅、基準点と任意の散乱点との距離による波束のシフトに対応する。
【００２４】
検波＋フィルタ装置（ＲＦ）１２を介して測定されるヘテロダインビート信号の振幅分布は、図２（ｂ）に示すように、バックグラウンドが除去されたエンベローブであり、サンプル内からのコヒーレントな散乱光信号のみを表している。この時の波束の幅は、２ｘ０  であり、空間分解能は、コヒーレント長の半分である。
【００２５】
この振幅分布情報が、信号処理装置（ＰＣ）１３のメモリに記憶されているため、この強度信号値をＮ乗する。Ｎ乗した際の強度分布は、図２（ｃ）に示すようになり、半値全幅がほぼ１／√Ｎに狭くなり、これは光軸方向の空間分解能がほぼ√Ｎ倍向上したことになる。
【００２６】
以上の方法により、光軸方向の後方散乱光強度プロファイルの測定と光軸に対する横方向走査とを交互に行うことにより、断層画像を測定することができる。
【００２７】
具体例としては、光源波長：０．８μｍ、スペクトル幅：３０ｎｍ、アレイ検出器ピッチ：２５μｍ、アレイ長：２５．６ｍｍとする。この時、コヒーレンス長は１８．８μｍとなり、光軸方向の空間分解能は、９．４μｍとなる。サンプリング定理から干渉パターンの周期は５０μｍとなるので、信号光と参照光とのなす各２θは、１．８°となる。この時、サンプル内の測定範囲は、４１０μｍで、４乗の信号処理を仮定すると、光軸方向空間分解能は、４．７μｍとなる。
【００２８】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００２９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００３０】
（Ａ）測定試料の断面画像測定にあたり、空間干渉強度分布測定にヘテロダイン検出方式を用いて高感度かつダイナミックレンジを実現し、Ｎ乗の信号処理により、ほぼ√Ｎ倍の空間分解能の向上を図ることができる。
【００３１】
（Ｂ）高い空間分解能を有する断層画像計測が可能になり、医学分野では新しい臨床診断が期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示すヘテロダイン検出法を用いた空間干渉信号処理による断面画像測定装置の模式図である。
【図２】本発明の実施例を示すヘテロダイン検出法を用いた空間干渉信号処理による断面画像測定装置による波束を示す図である。
【符号の説明】
１    光源
２    レンズ
３    ビームスプリッター（ＢＳ）
４    対物レンズ（ＯＢＪ）
５    測定試料（Ｓ）
６    位相変調器（ＰＭ）
７    第１のミラー（Ｍ１）
８    第２のミラー（Ｍ２）
９    バイプリズム（ＢＰ）
１０    １次元アレイ光検出装置（ＡＤ）
１１    走査装置（ＳＳ）
１２    検波＋フィルタ装置（ＲＦ）
１３    信号処理装置（ＰＣ）
２１    信号光
２２    参照光
【図１】
0003594878.tif 000005
【図２】
0003594878.tif 000006