(57)【要約】【課題】本発明は、光学測定装置において振動が測定結果与える影響を低減する。【解決手段】本発明の光学測定装置においては、観察物に光を照射するスキャンヘッド内に振動をモニターするセンサーを配置し、振動により変化する観察物とスキャンヘッドとの距離を光学測定装置内の光路の長さを調整すること、および、観察物に照射する光を走査する走査機構を振動に応じて制御することにより振動の影響を低減する。【選択図】図８
2019196955.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射される光の集光スポットを観察物に順次走査しながら照射し、観察物の形状情報を取得する光学測定装置において、
観察物に照射する集光スポットを形成する光学レンズおよび集光スポットを観察物に順次走査するための走査機構および振動を検知するセンサー部材が配置されたスキャンヘッドを有し、
センサー部材により取得したスキャンヘッドと観察物との距離情報に基づき光路の長さを調整する部材を有することを特徴とする光学測定装置。
【請求項２】
光源から出射される光の集光スポットを観察物に順次走査しながら照射し、観察物の形状情報を取得する光学測定装置において、
観察物に照射する集光スポットを形成する光学レンズおよび集光スポットを観察物に順次走査するための走査機構および振動を検知するセンサー部材が配置されたスキャンヘッドを有し、
センサー部材によりスキャンヘッドから観察物に照射する光の光軸方向に直交する方向成分の振動情報を取得し、その振動情報に基づき走査機構を制御することにより、スキャンヘッドが振動することにより影響を受ける観察物の形状情報の劣化を低減することを特徴とする光学測定装置。
【請求項３】
光源から出射される光の集光スポットを観察物に順次走査しながら照射し、観察物の形状情報を取得する光学測定装置において、
観察物に照射する集光スポットを形成する光学レンズおよび集光スポットを観察物に順次走査するための走査機構および振動を検知するセンサー部材が配置されたスキャンヘッドを有し、
スキャンヘッドから観察物に照射する光の光軸方向に直交する成分の振動情報を取得し、その振動情報に基づき走査機構を制御することにより、スキャンヘッドが振動することにより影響を受ける観察物の形状情報の劣化を低減し、
センサー部材により取得したスキャンヘッドと観察物との距離情報に基づき光路の長さを調整する部材を有することを特徴とする光学測定装置。
【請求項４】
上記観察物の形状情報を取得する光学測定装置は、観察物からの反射光と、参照光学系からの反射光を合波することにより観察物の表面内部の構造情報も取得する光干渉断層撮影装置であることを特徴とする請求項１および請求項２および請求項３に記載の光学測定装置。
【請求項５】
上記光学測定装置において、光路の長さを調整する部材は、光源とスキャンヘッドとの間に配置されたことを特徴とする請求項１および請求項３および請求項４に記載の光学測定装置。
【請求項６】
上記光学測定装置において、光路の長さを調整する部材は、請求項１および請求項３および請求項４に記載の光学測定装置。
【請求項７】
上記光学測定装置において、スキャンヘッドは、アームに取り付けられていることを特徴とする請求項１および請求項２および請求項３に記載の光学測定装置。
【請求項８】
上記光学測定装置において、スキャンヘッドは、アームを介して天井に取り付けられていることを特徴とする請求項７に記載の光学測定装置。
【請求項９】
光源から出射される光の集光スポットを観察物に順次走査しながら照射し、観察物の形状情報を取得する光学測定装置において、
観察物に照射する集光スポットを形成する光学レンズおよび集光スポットを観察物に順次走査するための走査機構および振動を検知するセンサー部材が配置されたスキャンヘッドを有し、
センサー部材により取得したスキャンヘッドと観察物との距離情報に基づき光路の長さを調整することを特徴とする光学測定装置における振動の影響低減方法。
【請求項１０】
光源から出射される光の集光スポットを観察物に順次走査しながら照射し、観察物の形状情報を取得する光学測定装置において、
観察物に照射する集光スポットを形成する光学レンズおよび集光スポットを観察物に順次走査するための走査機構および振動を検知するセンサー部材が配置されたスキャンヘッドを有し、
センサー部材によりスキャンヘッドから観察物に照射する光の光軸方向に直交する方向成分の振動情報を取得し、その振動情報に基づき走査機構を制御することを特徴とする光学測定装置における振動の影響低減方法。
【請求項１１】
光源から出射される光の集光スポットを観察物に順次走査しながら照射し、観察物の形状情報を取得する光学測定装置において、
観察物に照射する集光スポットを形成する光学レンズおよび集光スポットを観察物に順次走査するための走査機構および振動を検知するセンサー部材が配置されたスキャンヘッドを有し、
スキャンヘッドから観察物に照射する光の光軸方向に直交する成分の振動情報を取得し、その振動情報に基づき走査機構を制御することにより、スキャンヘッドが振動することにより影響を受ける観察物の形状情報の劣化を低減し、
センサー部材により取得したスキャンヘッドと観察物との距離情報に基づき光路の長さを調整することを特徴とする光学測定装置における振動の影響低減方法。
【請求項１２】
上記観察物の形状情報を取得する光学測定装置は、観察物からの反射光と、参照光学系からの反射光を合波することにより観察物の表面内部の構造情報も取得する光干渉断層撮影装置であることを特徴とする請求項９および請求項１０および請求項１１に記載の光学測定装置における振動の影響低減方法。
【請求項１３】
上記光学測定装置において、光路の長さを調整する部材は、光源とスキャンヘッドとの間に配置されたことを特徴とする請求項９および請求項１１および請求項１２に記載の光学測定装置における振動の影響低減方法。
【請求項１４】
上記光学測定装置において、光路の長さを調整する部材は、請求項９および請求項１１および請求項１２に記載の光学測定装置における振動の影響低減方法。
【請求項１５】
上記光学測定装置において、スキャンヘッドは、アームに取り付けられていることを特徴とする請求項９および請求項１０および請求項１１に記載の光学測定装置における振動の影響低減方法。
【請求項１６】
上記光学測定装置において、スキャンヘッドは、アームを介して天井に取り付けられていることを特徴とする請求項１５に記載の光学測定装置における振動の影響低減方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動および手振れなどが生じる環境においても使用可能とする光学測定装置および光学測定装置の振動補正方法に関するものである。ここで、光学測定装置とは、光干渉断層観察装置および光学式距離測定装置など光を観察物に照射しその反射光の波長情報あるいは時間情報を解析することにより観察物の表面形状および光が深達する領域の内部情報を取得する装置を意味するものとする。
【背景技術】
【０００２】
エリック  スワンソンらが発明した光干渉断層撮影装置（特許文献１）は、観察物に光を照射しその光の反射光の波長情報を解析することにより光を照射した位置の表面直下の屈折率構造を得ることができる装置である。照射する光のスポットの位置をスキャンすることにより観察物の断面の画像が得られることから、眼科における網膜の診断などに現在用いられている。光干渉断層撮影装置により観察することができる深さは光が深達できる範囲に限られてしまうが、超音波診断機器に比較して高い分解能で、かつ、Ｘ線を使用する機器に比較して被ばくもなく極めて非侵襲に内部の情報を得ることができるので、その用途拡大が期待されている。
【０００３】
島田康史らは、歯科の分野において虫歯の深さ、き裂の有無などの観察に光干渉断層撮影装置を用いる検討（非特許文献１）を行っている。光干渉断層撮影装置の分解能はき裂の発見において十分な約５ミクロンメートルから１０ミクロンメートル程度を有しているので、実用化に期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５３２１５０１号明細書
【特許文献２】特許第６０９０８１８号明細書
【特許文献３】米国特許第９７８４５６０号明細書
【特許文献４】特許第４０５１７３８号明細書
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】島田康史ら、「Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ  （ＯＣＴ）  ｆｏｒ  Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ  ｏｆ  Ｃａｒｉｅｄ，  Ｃｒａｃｋｓ，  ａｎｄ  Ｄｅｆｅｃｔｓ  ｏｆ  Ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎｓ」，Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｏｒａｌ  Ｈｅａｌｔｈ  Ｒｅｐｏｒｔｓ，Ｖｏｌ．２，ｐｐ．７３−８０（２０１５）
【０００６】
眼科における光干渉断層撮影装置を用いた網膜観察の方法は、医師が注目している領域の断面構造を得るという方法であるので、医師が注目している領域を含む１断面あるいは直交する２方向の断面画像を得る方法である。１つあるいは２つの断面画像を取得するのに必要な時間が、１秒間に５００００か所のデータ取得が可能な装置（５０ｋＨｚのＡスキャンレートの装置）であれば、２５６か所のデータ取得に必要な時間は、約５．１２ミリ秒であるので、外部の振動は大きな問題にはならない。しかし、歯科におけるき裂の有無の診断に光干渉断層観察装置を用いようとする場合には、医師が注目している領域の１断面あるいは直交する２方向の断面画像を得る方法ではなく、ある程度の大きさの領域内をもれなくスキャンする必要があるので、外部の振動への対応が必要である。
【０００７】
図１に光干渉断層撮影装置１１０を示す。光干渉断層撮影装置１１０は、光源・検出装置部１００とスキャンヘッド部３６の２つに分離された構成であり、稼働アーム１５１およびアームアダプタ１５２、１５３を介して天井面１５０にスキャンヘッド部３６が取り付けられている。光源１０１から出射した光はファイバー１０２を導波した後カプラー１０３により光ファイバー１０５および反射ミラー１０６よりなる参照光学系と、結像レンズ２４を介して観察物２９に照射され観察物２９の情報を取得する測定光学系とに分離される。測定光学系においては、光ファイバーコネクタベース３７に取り付けられる光ファイバーコネクタ１１の端面１３を出射点とする光をコリメートレンズ３０により平行光とし、Ｘ軸方向移動モーター３３、Ｙ軸方向移動モーター３４により搭載されたＸ軸ガルバノミラー３１、Ｙ軸ガルバノミラー３２によりスキャンレンズ３５に入射する光束の角度を照射する位置に応じて調整される。スキャンレンズ３５に入射した光はその入射角度に応じて、観察物２９の観察面の結像面２６におけるスキャンレンズ３５の集光スポットの位置がスキャンされることとなり、観察物２９の観察面における集光スポットをスキャンする構成となっている。観察物２９からの反射光は、対物レンズ２４、スキャンレンズ３５、Ｘ軸ガルバノミラー３１、Ｙ軸ガルバノミラー３２、コリメートレンズ３０、光ファイバー１０４を介してカプラー１０３に至ったのち、反射ミラー１０６により反射された光と合波された後、ディテクター１０８により検出される。また分光ミラー２１により構成される対物レンズ２４の他の結像面２５には画像撮影が可能な撮像素子２２が配置され、光干渉断層撮影装置により観察される観察物２９の表面のどの位置を光干渉断層撮影装置により観察しているかの情報を得ることができるようにされている。
【０００８】
図２は、スキャンレンズ３５に入射する光の角度をＸ軸ガルバノミラー３１、Ｙ軸ガルバノミラー３２により順次変えることにより、結像面２６に集光される光スポットの位置を説明した図である。Ｘ軸ガルバノミラー３１を移動させることにより、結像面２６における集光スポットの位置が、７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ、７１ｅのようにライン７０ａ上を移動した後、Ｙ軸ガルバノミラー３２がライン７０ｂに対応する位置に移動した後、再びＸ軸ガルバノミラー３１を移動させることにより、結像面２６における集光スポットの位置が、７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄ、７２ｅのようにライン７０ｂ上を移動することとなる。スキャンヘッド３６に振動などが加わっていな環境であれば、スキャンヘッド内結像面上における集光スポット７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ、７１ｅ、７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄ、７２ｅは、観察物２９上において、ゆがみなく投影されることとなる。
【０００９】
しかしながら、実際の環境は、天井面１５０にはエアーコンディショナー装置などの振動源１４９などが配置されていることが一般的であるので、スキャンヘッド内結像面上における集光スポット７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ、７１ｅ、７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄ、７２ｅの観察物２９上の投影スポットは、図３に示す集光スポット８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８１ｄ、８１ｅ、８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、８２ｄ、８２ｅのようになり直線状で一定間隔の列ではなくなってしまう。
【００１０】
光干渉断層撮影装置などの光学測定装置において、振動の影響を図４から図６を用いて説明する。観察物の例として表面層９１と内部層９２の２層構造からなり、表面層９１の表面９３、表面層９１と内部層９２の界面９４ともになめらかな構造の観察物とし、振動がない状態で観察された観察物の構造を図４に示すものとする。観察物の情報取得方法は、図２に示したごとく、Ｙ軸ガルバノミラー３２を停止させた状態で、Ｘ軸ガルバノミラー３１を移動させることによりデータ列を取得した後、Ｙ軸ガルバノミラー３２を次のデータ列を取得する位置に対応する位置に移動し停止させた状態で、Ｘ軸ガルバノミラー３１を移動させることによりデータ列を取得する方法とする。ここで、Ｘ軸ガルバノミラー３１、Ｙ軸ガルバノミラー３２を順次移動させることにより、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向にそれぞれ２５６点の位置のデータを取得することとし、光干渉断層撮影装置は１秒間に５００００か所のデータ取得が可能な装置（５０ｋＨｚのＡスキャンレートの装置）とする。また振動源の主たる振動の要素はＡＣモーターであることを想定し、振動源の主たる周波数は６０Ｈｚとする。
【００１１】
Ｘ軸ガルバノミラー３１を順次２５６点移動させる時間は約５．１２ミリ秒であるので、この画像取得に要した時間は約５．１２ミリ秒となる。６０Ｈｚの振動源は約１６．７ミリ秒ごとの振動であるので、図５に例としてＸ軸ガルバノミラー３１を順次移動させながらデータ取得を行った断面の画像（ＸＺ断面画像）を示すが、表面層９１の表面位置９５、表面層９１と内部層９２との界面９６の形状に影響はでるが、画像の劣化は大きくない。図６にデータ取得を行った後に構成したＸＹＺの３次元データから抽出したＹ軸方向の断面の画像（ＹＺ断面画像）を示すが、この断面の画像はＸＺ断面の画像とは異なり短時間に撮影された画像ではなく、２５６×２５６のデータ取得時間である１秒以上の時間をかけて撮影された画像であるので、振動の影響が顕著に現れた画像となり、表面層９１の表面位置９７、表面層９１と内部層９２との界面９８は不連続となってしまうほどの影響がある。したがって、光干渉断層撮影装置などの光学測定装置においては、ある程度の大きさの領域内をもれなくスキャンする撮影方法の場合に振動の影響が大きいことがわかる。
【００１２】
スキャンヘッドからレーザを観察物に照射する場合において照射する位置に影響を与える振動成分は、ヨーイング（上下方向を軸として回転する方向）、ピッチング（左右方向を軸として回転する方向）、ローリング（光の進行方向：Ｚ方向を軸として回転する方向）、上下方向のシフト、左右方向のシフト、光の進行方向のシフトの６成分が存在する。カメラの撮影においては、特許文献２に示されるヨーイング、ピッチング、ローリングの３方向の振動を補正する雲台技術が存在する。図１に示した光干渉断層撮影装置の構成にこのヨーイング、ピッチング、ローリングの３方向の振動を補正する雲台１５４を採用した構成例を図７に示す。この技術は、ヨーイング、ピッチング、ローリングの３方向に移動する雲台の回転中心に搭載物の重心を一致させて搭載することにより、３方向の振動を補正する技術であり、この技術により遠景の風景を撮影する場合などにおける振動によるブレは回避が可能である。しかし、一般の画像撮影においては、光の進行方向の振動は焦点深度内の範囲であれば画像に影響を与えることがないが、光干渉断層撮影装置あるいは特許文献３に示す距離測定装置など、レーザ光を照射した点の距離情報を取得する方法においては、光の進行方向の振動対策は必要である。また、上下方向のシフト、左右方向のシフトについては、観察物を拡大して内部監察あるいは形状測定する場合においては、振動対策が必要である。
【００１３】
具体的には、１メートル×１メートルの領域を５００×５００の画素数で撮影する遠景撮影カメラの場合には、１画素あたり２ミリメートルとなるので１００ミクロンメートルの振幅の振動は影響しないが、５ミリメートル×５ミリメートルの領域を５００×５００の画素数でデータを取得する歯科用光干渉断層撮影装置においては、１画素あたり１０ミクロンメートルとなるので１００ミクロンメートルの振幅の振動は大きく影響するので対策が必要となる。また、スキャンヘッド３６内にはレンズ、ミラーなど多くの部材があり重いので、振動を補正するようにスキャンヘッド３６を動かすことは容易でない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、光干渉断層撮影装置あるいは特許文献３に示す距離測定装置などの光学測定装置において外部振動の影響を受けない光学測定装置を提案しようとするものである。また光学測定装置における振動補正方法を提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
かかる課題を解決するため本発明の光学測定装置においては、振動の影響を受けるスキャンヘッドにセンサーを配置することによりその振動についての情報を取得する。そして光の進行方向の振動については、距離測定を行う光路の長さを調整する部材を用い、その部材に振動を補正する信号を入力することにより振動の影響を除外する。また、光の進行方向に直交する方向の振動については、振動が加わった状態における観察物上に集光されるスポットの位置が振動のない状態と一致するようにスキャンヘッド内の結像面に形成する集光スポットを振動に対応させて補正することにより振動の影響を除外する。
【００１６】
さらに本発明の光学測定装置の振動補正方法においては、振動の影響を受けるスキャンヘッドにセンサーを配置することによりその振動についての情報を取得し、光の進行方向の振動については、距離測定を行う光路の長さを調整する部材を用い、その部材に振動を補正する信号を入力することにより振動の影響を除外することができる。また、光の進行方向に直交する方向の振動については、振動が加わった状態における観察物上に集光されるスポットの位置が振動のない状態と一致するようにスキャンヘッド内の結像面に形成する集光スポットを振動に対応させて補正することにより振動の影響を除外することができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように本発明によれば、光学測定装置に関して、振動がある環境においても精度の高い測定を行うことができるので、今まで装置の導入が困難であった用途における装置の使用が可能となるだけでなく、光学測定装置を搭載するアームなどに安価なアームを用いることが可能となるので、システムの低価格化も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】光干渉断層撮影装置の使用方法を示す図である。
【図２】光干渉断層撮影装置における集光スポットの走査方法を示す概略説明図である。
【図３】光干渉断層撮影装置における振動の影響を示す概略説明図である。
【図４】光干渉断層撮影装置における振動の影響を示すための概略説明図である。
【図５】光干渉断層撮影装置における振動の影響を示すための概略説明図である。
【図６】光干渉断層撮影装置における振動の影響を示すための概略説明図である。
【図７】光干渉断層撮影装置の使用方法を示す図である。
【図８】第１の実施の形態による光干渉断層撮影装置の構成図である。
【図９】振動影響低減デバイス構成図である。
【図１０】振動影響低減デバイスの駆動方法説明図である。
【図１１】光軸に垂直な方向の振動を低減する説明図である。
【図１２】光軸に垂直な方向の振動を低減する説明図である。
【図１３】光軸に垂直な方向の振動を低減する説明図である。
【図１４】光軸に垂直な方向の振動を低減する説明図である。
【図１５】第２の実施の形態による距離測定装置の構成図である。
【図１６】第３の実施の形態による光干渉断層撮影装置の構成図である。
【図１７】振動影響低減デバイス構成図である。
【図１８】振動影響低減デバイスの駆動方法説明図である。
【図１９】第４の実施の形態による光干渉断層撮影装置の構成図である。
【図２０】第４の実施の形態による撮影画像の振動を低減する説明図である。
【図２１】第５の実施の形態による光干渉断層撮影装置の構成図である。
【図２２】第６の実施の形態による距離測定装置の構成図である。
【図２３】第７の実施の形態による光干渉断層撮影装置の構成図である。
【図２４】第５の実施の形態および第６の実施の形態および第７の実施の形態による光軸に垂直な方向の振動を低減する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
第１の実施の形態による光干渉断層撮影装置１２０を図８に示す。光干渉断層撮影装置１２０は、Ｚ方向の振動影響低減デバイス２０１が光源・検出装置部２００内に配置され、加速度センサー８がスキャンヘッド１３６内に配置された光学測定装置としての光干渉断層撮影装置である。また、光干渉断層撮影装置１２０のスキャンヘッド１３６は、ヨーイング、ピッチング、ローリングの３方向の振動を補正する雲台１５４に搭載されており、ヨーイング、ピッチング、ローリングの３方向の振動は低減されている。以下に光軸方向であるＺ軸方向の振動低減方法と、Ｚ軸方向に直交するＸ軸方向およびＹ軸方向の振動低減方法について説明を行う。
【００２０】
図９に光軸方向であるＺ方向の振動影響低減デバイス２０１の構成図を示す。振動影響低減デバイス２０１においては、光ファイバー２０２から出射された光がコリメートレンズ２０４により平行光とされ反射ミラー２０５により反射した光がコリメートレンズ２０６を介して光ファイバー２０３に入射するような構成となっている。反射ミラー２０５は、１軸アクチュエーター２０７により矢印２０９に示す方向に移動する駆動ロッド２０８に固定されている。したがって、１軸アクチュエーター２０７を駆動することにより反射ミラー２０５の位置が変化し、光ファイバー２０２と光ファイバー２０３の距離が変化するような構成となっている。
【００２１】
図１０に振動影響低減デバイス２０１の駆動方法説明図を示す。スキャンヘッド１３６内に配置された加速度センサー８より出力される光軸方向であるＺ方向の加速度信号８Ｚを積分部１６３Ｚにより変位信号とする。その変位信号をアンプ回路１６４Ｚにより増幅し、振動影響低減デバイス２０１内のアクチュエーター２０７に入力する。具体的には、スキャンヘッド１３６が振動により５０ミクロンメートル観察物２９に近づくような加速度信号が加速度センサー８および積分部１６３により出力された場合には、アンプ回路１６４Ｚにより反射ミラー２０５をコリメートレンズ２０４および２０６より遠ざかる方向に２５ミクロンメートル移動するように移動させることにより、光ファイバー２０２と光ファイバー２０３との距離が５０ミクロンメートルの距離だけ遠ざかることとなる。したがって、光源・検出装置部２００内のカプラー１０３から観察物２９までの距離は、振動によりスキャンヘッドと観察物２９までの距離が変化しても変わらないこととなる。
【００２２】
コリメートレンズ２０４、２０６の直径を３ミリメートルとし、反射ミラー２０５の大きさが一辺約１０ミリメートルの立方体内に収まる大きさであるとすると反射ミラー２０５の重さは、約２グラム程度にすることが可能である。約２グラムの重さの物体を６０Ｈｚの周波数で１００ミクロン程度の距離を動かすアクチュエーターを作製することは容易であるが、１キログラム以上の重さとなるモーター３３、３４などが搭載されているスキャンヘッド１３６を６０Ｈｚの周波数で１００ミクロン程度の距離を動かすアクチュエーターを作製することは容易ではない。したがって、本発明によりスキャンヘッドに加わる光軸方向であるＺ方向の振動の影響を低減することができる。
【００２３】
次に図１１、図１２、図１３、図１４を用いて、Ｚ軸方向に直交するＸ軸方向およびＹ軸方向の振動低減方法について説明を行う。図１１は、Ｘ方向の振動を低減するための制御回路図である。スキャンヘッド１３６内のＸ軸ガルバノミラー３１を動かすＸ軸方向移動モーター３３を所定の関数１６６Ｘにより制御しているサーボ回路内に、加速度センサー８により検出されるＸ方向の加速度信号８Ｘを積分器１６３Ｘにより変位信号とし入力し、Ｘ軸方向移動モーター３３の位置検出回路１３３の位置をアクチュエーターとしてのＸ軸方向移動モーター３３の制御を行うことにより、Ｘ軸方向の振動の低減を行う閉ループ制御回路である。同様に図１２は、Ｙ方向の振動を低減するための制御回路図であり、スキャンヘッド１３６内のＹ軸ガルバノミラー３２を動かすＹ軸方向移動モーター３４を所定の関数１６６Ｙにより制御しているサーボ回路内に、加速度センサー８により検出されるＹ方向の加速度信号８Ｙを積分器１６３Ｙにより変位信号とし入力し、Ｙ軸方向移動モーター３４の位置検出回路１３４の位置をアクチュエーターとしてのＹ軸方向移動モーター３３の制御を行うことにより、Ｙ軸方向の振動の低減を行う閉ループ制御回路である。
【００２４】
図１１、図１２に示した制御回路により、振動の制御を行うのは、観察物２９における測定光の照射位置であり、Ｘ軸ガルバノミラー３１、Ｙ軸ガルバノミラー３２により集光スポットを形成しているのは対物レンズ２４による観察物２９の結像面２６であるので、加速度センサー８により検出されるＸ方向およびＹ方向の加速度を変位信号に変換する積分器１６３Ｘおよび１６３Ｙは、対物レンズ２４による投影倍率が換算された数値を出力するように調整がなされた構造となっている。つまり、対物レンズ２４の倍率が２倍であり、結像面２６においてＸ軸ガルバノミラー３１、Ｙ軸ガルバノミラー３２によりスキャンされる集光スポットのエリアが一辺５ミリメートルの正方形である場合に、観察物２９において一辺２．５ミリメートルの正方形のエリアがスキャンされる場合においては、加速度センサーにより１０ミクロンメートルの変位の振動が検出された場合には、２０ミクロンの変位を結像面２６において補正する必要がある。
【００２５】
図１３は、図１１および図１２の制御回路により形成された振動を考慮した結像面２６上の集光スポット７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄ、７４ｅ、７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、７５ｄ、７５ｅである。振動がない状態においては、７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄ、７４ｅの集光スポット列は、破線７３ａの直線の上にあり、７５ａ、７５ｂ、７５ｃ、７５ｄ、７５ｅの集光スポット列は、破線７３ｂの直線の上にあるが、振動を考慮することにより、直線から離脱している。しかしスキャンヘッド１３６に加わるＸ方向およびＹ方向の振動により、観察物２９上の集光スポットは、図１４に示す集光スポット８４ａ、８４ｂ、８４ｃ、８４ｄ、８４ｅ、８５ａ、８５ｂ、８５ｃ、８５ｄ、８５ｅのようになり直線８３ａおよび８３ｂ上に一定間隔で配置することができることとなる。
【００２６】
１キログラム以上の重さとなるモーター３３、３４などが搭載されているスキャンヘッド１３６を６０Ｈｚの周波数で１００ミクロン程度の距離を動かすアクチュエーターを作製することは容易ではないが、図１１から図１４に示した方法により、加速度センサー８による信号により結像面２６に形成する集光スポットの形成位置を振動を補正するような位置とするようにＸ軸ガルバノミラー３１、Ｙ軸ガルバノミラー３２の位置を調整することにより、Ｘ軸およびＹ軸方向の振動の影響を低減することができる。
【００２７】
第２の実施の形態による形状測定装置１３０を図１５に示す。形状測定装置１３０は、距離測定を行う距離測定装置２１０とスキャンヘッド１３６との間にＺ方向の振動影響低減デバイス２０１が配置され、加速度センサー８がスキャンヘッド１３６内に配置された光学測定装置としての形状測定装置である。
形状測定装置１３０においても第１の実施の形態に示した光干渉断層撮影装置１２０の場合と同様に、スキャンヘッド１３６はヨーイング、ピッチング、ローリングの３方向の振動を補正する雲台１５４に搭載されている。第１の実施の形態と同様に、加速度センサー８の信号を用い、光軸方向であるＺ軸方向、および、Ｚ軸方向に直交するＸ軸方向およびＹ軸方向の振動低減がなされる。
【００２８】
具体的には、スキャンヘッド１３６に光軸方向であるＺ軸方向の振動が加わった場合には、スキャンヘッド１３６と観察物との間で変化した距離を、光ファイバー２０２と光ファイバー２０３の間で補正するようにＺ方向の振動影響低減デバイス２０１内の反射ミラー２０５を動かすことにより、距離測定装置２１０から観察物２９までの距離が一定となるような制御を行う。
また、スキャンヘッド１３６にＺ軸方向に直交するＸ軸方向およびＹ軸方向の振動が加わった場合には、観察物２９上の集光スポットの位置が振動が加わらない場合と同様の位置となるように、対物レンズ２４の結像倍率を加味して振動を補正するように結像面２６の集光スポットの位置とする制御を行う。
【００２９】
第３の実施の形態による光干渉断層撮影装置１２１を図１６に示す。光干渉断層撮影装置１２１は、Ｚ方向の振動影響低減デバイス２１１が光源・検出装置部２２０内における参照光路系に配置され、加速度センサー８がスキャンヘッド１３６内に配置された光学測定装置としての光干渉断層撮影装置である。また、光干渉断層撮影装置１２１のスキャンヘッド１３６は、第１の実施の形態における光干渉断層撮影装置１２０と同様に、ヨーイング、ピッチング、ローリングの３方向の振動を補正する雲台１５４に搭載されており、ヨーイング、ピッチング、ローリングの３方向の振動は低減されている。この第３の実施例においては、光軸方向であるＺ軸方向の振動低減方法のみが、第１の実施例とことなるので、ここでは、光軸方向であるＺ軸方向の振動低減方法を説明し、光軸方向であるＺ軸方向に直交するＸ軸方向およびＹ軸方向の振動低減方法については、説明を省略する。
【００３０】
光干渉断層撮影装置の測定原理は、観察物に照射した光の反射光と参照ミラーにより反射した光とを合波された後、ディテクターにより検出を行うので、参照ミラーと観察物との相対位置により検出がなされるので、光源から参照ミラーまでの距離を変えることと、光源から観察物までの距離を変えることは同等である。図１６に示す本発明の第３の実施の形態による光干渉断層撮影装置１２１は、この特性を利用したものであり、スキャンヘッド１３６内に設置された加速度センサー８により検出された光軸方向の加速度から算出された光軸方向の変位に応じて、光源から参照ミラーまでの距離を変えることにより振動の影響を低減する方法である。
【００３１】
図１７に光軸方向であるＺ方向の第２の振動影響低減デバイス２１１の構成図を示す。第２の振動影響低減デバイス２１１においては、光ファイバー１０５から出射された光がコリメートレンズ２１４により平行光とされ反射ミラー２１５により反射した光が再度コリメートレンズ２１４を介して光ファイバー１０５に入射するような構成となっている。そして反射ミラー２１５は、１軸アクチュエーター２１７により矢印２１９に示す方向に移動する駆動ロッド２１８に固定されている。したがって、１軸アクチュエーター２１７を駆動することにより反射ミラー２１５の位置が変化し、光源１０１からミラー２１５までの距離が変化するような構成となっている。
【００３２】
図１８に振動影響低減デバイス２１１の駆動方法説明図を示す。スキャンヘッド１３６内に配置された加速度センサー８より出力される光軸方向であるＺ方向の加速度信号８Ｚを積分部１６３Ｚにより変位信号とする。その変位信号をアンプ回路１６４Ｚにより増幅し、振動影響低減デバイス２１１内のアクチュエーター２１７に入力する。具体的には、スキャンヘッド１３６が振動により５０ミクロンメートル観察物２９に近づくような加速度信号が加速度センサー８および積分部１６３により出力された場合には、アンプ回路により反射ミラー２１５をコリメートレンズ２１４より近づける方向に５０ミクロンメートル移動するように移動させることにより、光源１０１からみて観察物２９と参照ミラー２１５との相対距離が変化しないこととなるので、スキャンヘッド１３６に加わる光軸方向であるＺ方向の振動の影響を低減することが可能となる。
【００３３】
コリメートレンズ２１４の直径を３ミリメートルとし、反射ミラー２１５の大きさが一辺約５ミリメートルの立方体内に収まる大きさであるとすると反射ミラー２０５の重さは、約１グラム以下程度にすることが可能である。また、第１の実施の形態の振動影響低減デバイス２０１においては、スキャンヘッドの変位の１／２の変位量を反射ミラー２０５の移動量とすることにより振動の影響を低減することができたが、第３の実施の形態の振動影響低減デバイス２１１においては、スキャンヘッドの変位と同じ変位量を反射ミラー２１５の移動量とすることにより振動の影響を低減することとなるので、倍の変位が必要となる。しかし、コリメートレンズ２１４の直径を第１の実施の形態におけるコリメートレンズ２０４の直径と同じとしても第３の実施の形態における反射ミラー２１５は第１の実施の形態における反射ミラー２０５よりも小さくすることが容易であるので、第３の実施の形態における反射ミラー２１５は軽量化が可能であるので、第１の実施の形態よりも難易度が増加することにはならない。
【００３４】
第４の実施の形態による光干渉断層撮影装置１２２を図１９に示す。光干渉断層撮影装置１２２は、撮影画像における振動の影響を低減するスキャンヘッド１３７を有し、データ取得中に撮影する撮像素子２２により撮影する画像においても振動の影響を低減する機能を有している。撮像素子２２をＸＹアクチュエーター９９に搭載し、加速度センサー８により検出される加速度からＸ方向あるいはＹ方向の変位を算出し、撮像素子２２の画像撮影時においてＸＹアクチュエーター９９に振動の影響が低減できるような信号を与えることにより、撮影画像における振動の影響を低減できるので撮影画像が鮮明となる。したがって、光干渉断層撮影装置１２１における測定位置を画像と比較する際の精度を高められる。
【００３５】
図２０に時間にＸＹアクチュエーター９９の制御ブロック線図を示す。図１１に示した光干渉断層撮影装置における結像面２６における集光スポット位置の制御と類似しているが、撮像素子２２は振動がない状態では静止しているので、加速度センサー８から検出される変位のみが入力値となるブロック線図となる。図２０は、ＸＹアクチュエーター９９の制御ブロック線図としてＸ方向とＹ方向を合わせた記載となっているが、Ｘ方向およびＹ方向の振動の低減は、それぞれの方向において独立な制御ブロック線図に示した方法にてなされる。
【００３６】
第５の実施の形態による光干渉断層撮影装置１２３を図２１に示す。また、第６の実施の形態による形状測定装置１３１を図２２に示す。さらに第７の実施の形態による光干渉断層撮影装置１２４を図２３に示す。これらは、それぞれ第１の実施の形態、第２の実施の形態、第３の実施の形態におけるヨーイング、ピッチング、ローリングの３方向の振動を補正する雲台１５４を用いず、ヨーイングおよびピッチングの２方向の振動の影響を低減する光学式手振れ補正レンズを有するスキャンヘッド１３８を採用した実施例である。光学式手振れ補正レンズは、特許文献４に示されているように、対物レンズ２４を構成するレンズ群２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄのうち、光学式手振れ補正に有効なレンズ２４ｂをＸＹアクチュエーター２０により稼働可能とし、加速度センサー８により検出されるヨーイングおよびピッチングの２方向の加速度信号を積分し変位信号を入力信号とすることによりヨーイングおよびピッチングの２方向の振動の影響を除外する。
【００３７】
第５の実施の形態による光干渉断層撮影装置１２３、第６の実施の形態による距離測定装置１３１、および、第７の実施の形態による光干渉断層撮影装置１２４における光軸方向の振動の影響の除外方法は、それぞれ第１の実施の形態、第２の実施の形態、第３の実施の形態と同様であるので説明を省略する。
第１の実施の形態、第２の実施の形態、第３の実施の形態において用いていた雲台１５４を用いず、光学式手振れ補正レンズを有するスキャンヘッド１３８を用いると、光軸方向を回転中心とした回転成分であるローリング方向の振動を低減する必要が生じる。図２４に、光軸方向を回転中心とした回転成分であるローリング方向の振動の低減と、光軸に垂直なＸ方向、および、Ｙ方向の振動の影響の除外を行うブロック線図を示す。
【００３８】
光軸方向を回転中心とした回転成分であるローリング方向の振動は、ＸＹ面内の移動である、そして、加速度センサー８により検出されたローリング方向の加速度信号８Ｒを積分器１６３Ｒにより得た回転量から、結像面２６における集光スポットの位置における変位１６７を得る。この変位１６７は、Ｘ方向Ｙ方向のそれぞれの変位成分１６７Ｘおよび１６７Ｙに分解することができる。図１１および図１２に示したＸ方向およびＹ方向の振動の影響を低減するブロック線図において、ローリング方向の振動に起因する振動成分１６７Ｘおよび１６７Ｙを入力として加えることにより振動の影響を低減することが可能となる。
【００３９】
上述した実施の形態の説明において、図１０および図１８に示した振動影響低減デバイス２０１、および、振動影響低減デバイス２１１の制御方法においては、オープン制御の例を示しているが、アクチュエーター２０７および２１７に、アクチュエーターの位置を検出するセンサーを有するアクチュエーターを採用しクローズド制御を行ることも可能であり、本発明における振動影響低減デバイスの制御はオープンループ制御に限定するものではない。また、図１０および図１８に示した振動影響低減デバイス２０１、および、振動影響低減デバイス２１１においては、４５度ミラーを組み合わせた反射ミラー２０５および平面ミラー２１５を例に示したが、ミラー形状はこれらに限定することなく１／４波長板などを用いた反射・分離機構のもの、コーナーキューブを用いたものなどの使用が可能である。
【００４０】
上述した実施の形態の説明において、振動の影響を低減する光学測定装置として、光干渉断層撮影装置および特許文献３に示した距離測定装置を例に示したが、光学的な手法により距離測定が可能な装置であれば本発明の振動の影響低減方法が効果を有することとなる。また、上述した実施の形態の説明において、スキャンヘッドに影響を与える振動源は天井に設置されておりスキャンヘッドは天井に設置されたアームにマウントされている例を示したが、本発明の効果は振動源が天井にある場合に限定されない。特に歯科クリニックは、各歯科用チェアー横には患者が口をすすぐ際の流しがあるにも関わらず、歯科クリニックが入居する建物は一般のオフィスであることが一般的であるので、歯科クリニックは流しの排水配管を床上に設置しその上を簡易なアクセスフロアで覆うことが多い。したがって、歯科助手が歩くことにより床面上に設置している機器は揺れることとなるので、光学測定装置を床面に設置した場合において振動の影響を低減することが望まれることとなるので、本発明の適用先に適している。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、たとえば光干渉断層撮影装置などを用いてき裂を探索するなど表面から容易に認識することのできない内部の微細は構造物を探索するなどの産業、あるいは、高精度で非接触に形状を測定する産業おいて利用することができる。
【符号の説明】
【００４２】
８……加速度センサー、１１、３７、１５２、１５３……コネクタ、１３……発光点、２１……分光ミラー、２２……撮像素子、２４……対物レンズ、２５、２６……結像面、２９……観察物、３０、２０４，２０６、２１４……コリメートレンズ、３１、３２、２０５、２１５……ミラー、３３，３４……モーター、３３ａ、３４ａ……スキャンモーター回転方向、３５……スキャンレンズ、３６、１３６、１３７、１３８……スキャンヘッド、３７……光ファイバーコネクタベース、７０、７３、８０、８３……スポット走査ライン、７１、７２、７４、７５、８１、８２、８４、８５……スポット走査位置、９１……観察物の表面層、９２……観察物の内部層、９３、９５、９７……観察物の表面、９４，９６，９８……観察物の内部の界面、１００、２００、２２０……光源・検出装置部、１０１……光源、１０２、１０４、１０５、１０９、２０２、２０３……光ファイバー、１０３……カプラー、１０６……参照ミラー、１１０、１２０、１２１、１２２、１２３、１２４……光干渉断層撮影装置、１３０、１３１……形状測定装置、１３３、１３４……位置検出装置、１４９……振動源、１５０……天井、１５１……アーム、１５４……雲台、１６３……積分部、１６４……アンプ、１６６……入力関数、１６７……回転方向変位、２０１、２１１……振動影響低減デバイス、２０、９９、２０７、２１７……アクチュエーター、２０８、２１８……駆動ロッド、２０９、２１９……アクチュエーター駆動方向、２１０……距離測定装置
【図１】
2019196955.tif 000003
【図２】
2019196955.tif 000004
【図３】
2019196955.tif 000005
【図４】
2019196955.tif 000006
【図５】
2019196955.tif 000007
【図６】
2019196955.tif 000008
【図７】
2019196955.tif 000009
【図８】
2019196955.tif 000010
【図９】
2019196955.tif 000011
【図１０】
2019196955.tif 000012
【図１１】
2019196955.tif 000013
【図１２】
2019196955.tif 000014
【図１３】
2019196955.tif 000015
【図１４】
2019196955.tif 000016
【図１５】
2019196955.tif 000017
【図１６】
2019196955.tif 000018
【図１７】
2019196955.tif 000019
【図１８】
2019196955.tif 000020
【図１９】
2019196955.tif 000021
【図２０】
2019196955.tif 000022
【図２１】
2019196955.tif 000023
【図２２】
2019196955.tif 000024
【図２３】
2019196955.tif 000025
【図２４】
2019196955.tif 000026