(57)【要約】【課題】広帯域光源を用いることなく、小型かつ安価な構成で高速に測定を実施することができる光画像計測装置を提供する。【解決手段】本発明に係る光画像計測装置は、光源が出射した光を信号光と参照光に分岐する光分岐部を備え、光源と前記光分岐部との間に、前記光源が出射した光の光軸の角度を走査する光走査部を配置する。【選択図】図１
2019045431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の画像を取得する光画像計測装置であって、
光を出射する光源、
前記光源が出射した光を信号光と参照光に分岐する光分岐部、
前記光源と前記光分岐部との間に配置され、前記光源が出射した光の光軸の角度を走査する、光走査部、
前記測定対象から反射した前記信号光と前記参照光を合波することにより干渉光を生成する干渉光学系、
前記干渉光を検出する光検出器、
を備えることを特徴とする光画像計測装置。
【請求項２】
前記光画像計測装置はさらに、前記光源が出射した光を受け取り前記光分岐部に対して出射する光ファイバを備え、
前記光走査部は、前記光ファイバが前記光分岐部に対して光を出射する出射端の位置を変位させることにより、前記光軸の角度を走査する、光ファイバ駆動部を備える
ことを特徴とする請求項１記載の光画像計測装置。
【請求項３】
前記光検出器の受光面の平面サイズは、前記光走査部が前記光軸の角度を走査することにより前記干渉光が前記受光面上において変位する範囲よりも大きく、
前記光検出器は、前記干渉光が前記受光面上において変位する範囲を前記受光面が全て包含する位置に配置されている
ことを特徴とする請求項１記載の光画像計測装置。
【請求項４】
前記光画像計測装置はさらに、
前記光分岐部が出射した前記参照光を反射することにより前記光分岐部に対して前記参照光を戻す参照光ミラー、
前記参照光ミラーに対して前記参照光を集光するレンズ、
を備えることを特徴とする請求項１記載の光画像計測装置。
【請求項５】
前記光画像計測装置はさらに、
前記光分岐部と前記測定対象との間に配置され、前記信号光を前記測定対象に対して集光する、対物レンズ、
前記信号光の光軸方向に沿って前記対物レンズの集光位置を変位させる駆動部、
を備えることを特徴とする請求項１記載の光画像計測装置。
【請求項６】
前記光画像計測装置はさらに、
前記光分岐部と前記測定対象との間に配置され、前記信号光を前記測定対象に対して集光する、対物レンズ、
前記測定対象を載置するステージ、
を備え、
前記ステージは、前記信号光の光軸方向に沿って前記測定対象の位置を変位させることができるように構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の光画像計測装置。
【請求項７】
前記光画像計測装置はさらに、前記測定対象のなかに分布する粒子のサイズ分布を求める信号処理部を備え、
前記信号処理部は、前記測定対象から反射された反射光の強度に基づき前記粒子のサイズを推定する
ことを特徴とする請求項１記載の光画像計測装置。
【請求項８】
前記光源は、第１波長の光を出射する第１波長光源と、前記第１波長とは異なる第２波長の光を出射する第２波長光源とを有し、
前記第１波長光源と前記第２波長光源は、交互に光を出射する
ことを特徴とする請求項１記載の光画像計測装置。
【請求項９】
前記光画像計測装置はさらに、前記光検出器が検出した前記干渉光を用いて前記測定対象の画像データを生成する演算部を備え、
前記光源は、前記光走査部によって前記信号光の前記測定対象上における走査位置が前記画像データの１ピクセルに相当する距離移動する時間以内に、前記第１波長光源が光を出射する動作と前記第２波長光源が光を出射する動作を少なくとも１回実施する
ことを特徴とする請求項８記載の光画像計測装置。
【請求項１０】
前記光走査部は、前記光源が出射した光を反射することにより前記光軸の角度を変更するミラーを用いて構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の光画像計測装置。
【請求項１１】
前記干渉光学系は、互いに位相関係が異なる３つ以上の前記干渉光を生成する
ことを特徴とする請求項１記載の光画像計測装置。
【請求項１２】
前記光走査部は、前記光分岐部が配置されている空間に向けて前記光を出射するように構成されており、
前記光画像計測装置は、前記光走査部と前記光分岐部との間において、前記光の伝搬を媒介する光学部材を備えておらず、
前記光源が出射した光は、前記空間を介して伝搬する
ことを特徴とする請求項１記載の光画像計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を用いて測定対象を観察する光画像計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）は光の干渉を用いて測定対象の断層画像を取得する技術であり、眼底検査の分野で１９９６年より実用化されており、近年では心臓病学、歯科学、腫瘍学、食品産業や再生医療など様々な分野への適用が検討されている。
【０００３】
下記特許文献１は、ＯＣＴに関する技術を記載している。同文献が記載しているようにＯＣＴにおいては、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測定信号を得る。
【０００４】
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スキャンを実施する。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、得られた干渉信号に対して包絡線検波を行うことにより、所望の信号が復調される。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においては、出射光の波長を走査することが可能な波長掃引光源を使用し、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を得る。スペクトルドメインＯＣＴにおいては、光源として広帯域光源を用い、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を得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＵＳ２０１４／０２０４３８８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上に述べた従来のＯＣＴ装置においては、深さ分解能が光の波長帯域幅あるいは波長掃引幅によって決まる。そのため、スーパールミネッセンスダイオード（ＳＬＤ：Ｓｕｐｅｒｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  ｄｉｏｄｅ）や波長掃引光源などの波長帯域の広い光源が用いられる。これらの光源は狭帯域光を発生する通常のレーザ光源と比べると高価である。また、使用する光の波長帯域が広いことに起因して、広帯域光に対応した光学素子が必要であり、波長分散補償も必須となる。これらのことから、従来のＯＣＴ装置は低価格化が困難であった。
【０００７】
そこで本発明者らは、特許文献１に記載の光計測装置を発明した。本光計測装置は、高ＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）の対物レンズを用いてレーザ光（信号光）を測定対象に集光して照射し、対物レンズを走査することにより集光位置を走査して測定対象の断層画像を取得する。本光計測装置においては、信号光に含まれる対物レンズの焦点以外からの反射光成分は参照光とは波面の曲率が一致しないため見かけ上干渉しなくなるという原理を用いて３次元計測を可能にしており、ＳＬＤもしくは波長掃引光源を用いる従来のＯＣＴ装置とは根本的に原理が異なる。本構成においては、高価な光源を必要としないため、安価な光画像計測装置を提供することができる。他方、集光位置の走査に時間を要するため測定時間が長い傾向がある。
【０００８】
高速に測定を実施するためには、信号光の光軸の角度を走査することにより、測定位置を走査することが考えられる。信号光の光軸の角度を走査するためには、例えばガルバノミラーなどの光学部品を信号光の光路に配置すればよい。しかし、このような光学部品を信号光の光路に挿入することにより、信号光の光路長が長くなり、それに合わせて参照光の光路長も長くする必要がある。これにより光計測装置が大型化してしまう。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、広帯域光源を用いることなく、小型かつ安価な構成で高速に測定を実施することができる光画像計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る光画像計測装置は、光源が出射した光を信号光と参照光に分岐する光分岐部を備え、光源と前記光分岐部との間に、前記光源が出射した光の光軸の角度を走査する光走査部を配置する。これにより、光源が出射する光を信号光と参照光とに分岐した後に信号光の光軸角度を走査する場合に比べて、信号光と参照光の光路長を短くすることができる。したがって、従来よりも光画像計測装置を小型化しつつ、測定対象の断層画像を取得することができる。
【００１１】
１例として、前記光源が出射した光を光ファイバ経由で伝搬させたのちに空間に対して前記光を出射させ、前記光ファイバの出射端の位置を変位させることにより、前記光が信号光と参照光に分岐される前に前記光の光軸角度を走査することとした。これにより、ガルバノミラーなどのようなミラー駆動型の走査手段を使用する場合よりも、小型で安価な構成で測定対象の断層画像を取得することができる。
【００１２】
１例として、前記光検出器の受光面の平面サイズは、前記光走査部が前記光軸の角度を走査することにより前記干渉光が前記受光面上において変位する範囲よりも大きく、前記光検出器は、前記干渉光が前記受光面上において変位する範囲を前記受光面が全て包含する位置に配置されていることとした。これにより、全計測領域に対して、干渉光の全エネルギーを正確に検出することができる。
【００１３】
１例として、前記光画像計測装置は、前記参照光を前記光分岐部に対して反射する参照光ミラーを備え、レンズにより前記参照光ミラーに対して前記参照光を集光することとした。前記光源が出射する光の光軸角度を走査したとしても、参照光が分岐時と同じ角度で前記光分岐部に対して戻るので、信号光と参照光の干渉効率低下に伴う信号強度の低下を抑制することができる。
【００１４】
１例として、測定対象に対して前記信号光を集光する対物レンズの光軸方向における集光位置を変更できることとした。これにより、測定対象の任意の光軸位置における断層画像を取得することができる。
【００１５】
１例として、前記光画像計測装置は、測定対象から反射された反射光の強度に基づき、測定対象のなかに分布する粒子のサイズを推定することとした。これにより、前記光画像計測装置の空間分解能よりも小さい粒子のサイズ分布を計測することができる。
【００１６】
１例として、前記光画像計測装置は、第１波長の光を出射する第１波長光源と、前記第１波長とは異なる第２波長の光を出射する第２波長光源とを有し、前記第１波長光源と前記第２波長光源は、交互に光を出射することとした。これにより、測定対象の反射率の波長依存性を評価することができる。したがって、測定対象に関するより多様な情報を取得することができる。
【００１７】
１例として、信号光と参照光を合波することにより、互いに位相関係が異なる３つ以上の干渉光を生成することとした。これにより、信号光と参照光の位相差に依存しない安定な信号を得ることができる。したがって、測定対象のより高精度な断層画像を取得することができる。
【００１８】
１例として、前記光源が出射した光は、光の伝搬を媒介する部材を介することなく、空間上を伝搬する。これにより、広帯域光源を用いることなく、安価な構成で測定対象の高解像度の画像を取得することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ＳＬＤや波長掃引光源などの広帯域光源を用いることなく、小型でかつ安価な構成で高速に測定を実施することができる光画像計測装置を提供することができる。上記した以外の課題、構成、および効果は、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】
【００２０】
【図１】実施形態１に係る光画像計測装置１００の構成を示す模式図である。
【図２】実施形態２に係る光画像計測装置１００の構成を示す模式図である。
【図３】測定対象１１２の例を示す模式図である。
【図４】実施形態２における測定対象１１２のｘｙ画像（光軸に対して垂直な平面内の断層画像）の例である。
【図５】光画像計測装置１００が粒子３０２のサイズを計測する手順を説明するフローチャートである。
【図６】粒子サイズ分布の例である。
【図７】実施形態３に係る光画像計測装置１００の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
＜実施の形態１：装置構成について＞
図１は、本発明の実施形態１に係る光画像計測装置１００の構成を示す模式図である。光源１０１から出射されたレーザ光は、光ファイバ１０２を伝搬する。偏波コントローラ１０３は、レーザ光の偏光状態を調整する。偏波コントローラ１０３を出射したレーザ光は、ファイバスキャナ１０６に導かれる。ファイバスキャナ１０６は、光ファイバ１０２の一部、ピエゾアクチュエータ１０４、およびコリメートレンズ１０５によって構成されている。走査制御部１０７は、ピエゾアクチュエータ１０４を制御する。
【００２２】
ピエゾアクチュエータ１０４は、光ファイバ１０２の出射端に共振振動を誘発する。この振動により、光ファイバ１０２の出射端位置は、光軸に対して垂直な平面内で２次元的に駆動される。これにより、コリメートレンズ１０５によって平行光に変換されたレーザ光の光軸角度は、２次元的に走査される。光ファイバ１０２出射端の典型的な共振周波数は１０〜４０ｋＨｚ程度である。光ファイバ１０２の出射端位置の軌跡としては、例えば螺旋状のパターンなどが考えられる。
【００２３】
光ファイバ１０２から出射されコリメートレンズ１０５を通過した光は、偏光ビームスプリッタ１０８が配置されている空間を伝搬する。この空間内には、光の伝搬を媒介する光学素子は配置されていない。これによる利点については後述する。
【００２４】
偏光ビームスプリッタ１０８は、ファイバスキャナ１０６から出射したレーザ光を、信号光と参照光とに分岐する。信号光と参照光の分岐比は、偏波コントローラ１０３により自由に調整することができ、典型的な強度比は１対１である。偏光ビームスプリッタ１０８を反射した信号光は、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１０９によって偏光状態をｓ偏光から円偏光に変換された後、対物レンズ１１０によって測定対象１１２に対して集光して照射される。信号光の集光位置は、ファイバスキャナ１０６がレーザ光の光軸角度を走査することにより、光軸に対して垂直な平面内において２次元的に走査される。
【００２５】
対物レンズアクチュエータ１１１は、信号光の光軸方向に沿って対物レンズ１１０の位置を駆動することができる。これにより任意の光軸方向位置に信号光を集光して２次元走査することができる。対物レンズ１１０に代えて、または対物レンズ１１０と併用して、測定対象１１２を載置するステージ１１２ａを駆動することにより、測定対象１１２の光軸方向に沿った位置を駆動してもよい。光軸に沿って集光位置を変位させることにより、測定対象１１２の深さ方向における任意位置を測定することができる。
【００２６】
測定対象１１２から反射した信号光は、対物レンズ１１０を再び通過し、λ／４板１０９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１０８へ入射する。測定対象１１２としては、光をある程度透過する物質で構成されており、非侵襲的に内部構造の観察が望まれるものであればどのようなものでもよい。例としては、半導体の多層構造、食品、植物、培養細胞、ヒトの組織、バイオ医薬品などが考えられる。
【００２７】
参照光は、光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１１３によって偏光状態をｐ偏光から円偏光に変換された後、対物レンズ１１０と同一の構造をもつ参照光レンズ１１４によって参照光ミラー１１５に対して集光して照射される。参照光ミラー１１５は、参照光レンズ１１４の焦点位置に配置されている。
【００２８】
参照光ミラー１１５から反射した参照光は、再び参照光レンズ１１４を通過し、λ／４板１１３によって偏光状態を円偏光からｓ偏光に変換されたのち、偏光ビームスプリッタ１０８へ入射する。このとき、参照光レンズ１１４として対物レンズ１１０と同じ構造を有するものを用いているので、対物レンズ１１０が信号光に対して付与する収差量と、参照光レンズ１１４が参照光に対して付与する収差量は、ファイバスキャナ１０６による光軸角度の変位量に依存せず常にほぼ等しくなる。これにより、光軸角度を走査したとしても、信号光と参照光との間の干渉効率の変動を抑制することができる。
【００２９】
偏光ビームスプリッタ１０８は、信号光と参照光を合波することにより、合成光を生成する。合成光は、干渉光学系１２３へ導かれる。干渉光学系１２３は、ハーフビームスプリッタ１１６、λ／２板１１７、λ／４板１２０、集光レンズ１１８と１２１、ウォラストンプリズム１１９と１２２、を有する。干渉光学系１２３へ入射した合成光は、ハーフビームスプリッタ１１６によって透過光と反射光に２分岐される。
【００３０】
ハーフビームスプリッタ１１６を透過した合成光は、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１１７を透過した後、集光レンズ１１８によって集光され、ウォラストンプリズム１１９によって偏光分離される。これにより、互いに位相関係が１８０度異なる第１干渉光と第２干渉光が生成される。第１干渉光と第２干渉光は、電流差動型の光検出器１２５によって検出される。光検出器１２５は、各干渉光の強度差に比例した差動出力信号１２７を出力する。
【００３１】
ハーフビームスプリッタ１１６を反射した合成光は、光学軸が水平方向に対して約４５度に設定されたλ／４板１２０を透過した後、集光レンズ１２１によって集光され、ウォラストンプリズム１２２によって偏光分離される。これにより、互いに位相関係が約１８０度異なる第３干渉光と第４干渉光が生成される。第３干渉光は第１干渉光に対して位相が約９０度異なる。第３干渉光と第４干渉光は、電流差動型の光検出器１２４によって検出される。光検出器１２４は、各干渉光の強度差に比例した差動出力信号１２６を出力する。
【００３２】
ファイバスキャナ１０６が光軸角度を走査することにより、光検出器１２４と１２５それぞれの受光面上において、光スポットが変位する。光検出器１２４と１２５は、その変位をカバーできるように構成されている。すなわち各光検出器の受光面サイズは光スポットの移動量よりも大きく、各光検出器は光スポットの移動範囲を全てカバーできる位置に配置されている。これにより、測定対象１１２の全ての計測領域に対して、干渉光の全エネルギーを正確に検出することができる。
【００３３】
画像生成部１２８は、差動出力信号１２６と１２７を受け取る。画像生成部１２８は、これらの信号に基づき測定対象１１２の画像を生成する。画像表示部１２９は、その画像を表示する。
【００３４】
＜実施の形態１：空間分解能について＞
光画像計測装置１００の光軸方向（測定対象１１２の深さ方向）における空間分解能について説明する。本実施形態１において、信号光に含まれる対物レンズ１１０の焦点以外からの反射光成分は、デフォーカス収差を有している。これに対して、参照光の波面形状は平坦である。したがって、焦点以外からの反射光成分は、参照光と波面形状が一致しないので、参照光と空間的に一様に干渉することはない。これにより、光検出器の受光面上で干渉縞が多数形成される。このような干渉縞が形成されると、検出される干渉光の強度を受光面内で積分した値は、信号光と参照光の強度和とほぼ等しくなる。すなわち、対物レンズ１１０の焦点以外からの反射光成分に対応する差動出力信号１２６と１２７は、ほぼ０になる。このような原理により、対物レンズ１１０の焦点以外からの反射光成分は実効的に参照光と干渉しなくなり、対物レンズ１１０の焦点からの反射光成分だけが選択的に検出され、高いｚ分解能を達成することができる。
【００３５】
ｚ分解能は、対物レンズ１１０の開口数ＮＡと、レーザ光の波長λによって決まり、λ／ＮＡ２に比例する。一般的にＯＣＴ装置で利用される光の波長は、ヘモグロビンにも水にも吸収されにくい６００ｎｍから１３００ｎｍ程度である。例えば対物レンズ１１０の開口数を０．４以上とすると、波長６００ｎｍ〜１３００ｎｍにおける光軸方向の空間分解能は約３．３μｍ〜約７．２μｍとなる。
【００３６】
上記原理によれば、光ファイバ１０２から出射した光が、各光学素子を配置している空間上で干渉することにより、安価な光源を利用して高分解能を実現することができる。他方で上記原理を利用した従来の構成においては、対物レンズ１１０をアクチュエータが駆動することによりｘｙ座標を走査するので、動作周波数が遅かった。そこで本実施形態１においては、上記原理の利点を生かしつつ、光ファイバ１０２を駆動することによりｘｙ座標を高速に走査することを図っている。
【００３７】
上記原理に基づいて高いｚ分解能を得るためには、測定対象１１２から反射した信号光が波面情報を保持したまま、参照光と合波される必要がある。例えば、ファイバスキャナ１０６を、信号光と参照光とに分岐された後の信号光に対して適用すると、光ファイバに入射した時点で信号光は波面情報を失ってしまうため、高いｚ分解能を得ることができない。本実施形態１は、偏光ビームスプリッタ１０８の前段にファイバスキャナ１０６を配置することにより、光軸を高速に走査することと高いｚ分解能を両立させることができる利点がある。
【００３８】
＜実施の形態１：光学系について＞
干渉光学系１２３の機能について数式を用いて説明する。干渉光学系１２３へ入射する時点における合成光のジョーンズベクトルを下記式１で表すこととする。
【００３９】
【数１】
2019045431.tif 000003
【００４０】
ハーフビームスプリッタ１１６とλ／２板１１７を透過した後の合成光のジョーンズベクトルは、下記式２で表される。Ｅｓｉｇは信号光の複素振幅を表し、Ｅｒｅｆは参照光の複素振幅を表す。
【００４１】
【数２】
2019045431.tif 000004
【００４２】
式２で示される合成光は、ウォラストンプリズム１１９によって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１２５によって差動検出される。このとき光検出器１２５が出力する差動出力信号１２７は、下記式３で表される。θｓｉｇとθｒｅｆはそれぞれ複素数ＥｓｉｇとＥｒｅｆを極座標表示で表した際の位相である。簡単のため光検出器の変換効率は１とした。
【００４３】
【数３】
2019045431.tif 000005
【００４４】
ハーフビームスプリッタ１１６で反射され、さらにλ／４板１２０を透過した後の合成光のジョーンズベクトルは、下記式４で表される。
【００４５】
【数４】
2019045431.tif 000006
【００４６】
式４で示される合成光は、ウォラストンプリズム１２２によって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１２４によって差動検出される。このとき光検出器１２４が出力する差動出力信号１２６は、下記式５で表される。
【００４７】
【数５】
2019045431.tif 000007
【００４８】
画像生成部１２８は、式３と式５で表わされる信号に対して、下記式６の演算を実施することにより、信号光と参照光の位相差に依存しない、信号光の振幅の絶対値に比例した反射信号強度Ｓを生成する。
【００４９】
【数６】
2019045431.tif 000008
【００５０】
＜実施の形態１：まとめ＞
本実施形態１に係る光画像計測装置１００においては、偏光ビームスプリッタ１０８が光を信号光と参照光とに分岐する前にファイバスキャナ１０６を配置して、光軸角度を走査する。この構成においては、偏光ビームスプリッタ１０８が光を信号光と参照光とに分岐した後にファイバスキャナ１０６が信号光の光軸角度を走査する場合とは異なり、測定対象１１２から反射した信号光が光ファイバを伝搬することなく（したがって波面情報を維持したまま）参照光と合波される。したがって先に説明したように、高いｚ分解能（光軸方向の空間分解能）を達成することができる。
【００５１】
本実施形態１に係る光画像計測装置１００においては、信号光の光路上に角度走査素子（ファイバスキャナに限らずガルバノミラー、ＭＥＭＳミラー、ポリゴンミラーなどを用いることもできる）を配置していない。したがって、信号光の光路上に角度走査素子を挿入することにより光路長が増加することはないので、信号光の光路長増加に合わせて参照光の光路長を増加させる必要がない。したがって、光学系のサイズを小さくすることができる利点がある。
【００５２】
＜実施の形態２＞
図２は、本発明の実施形態２に係る光画像計測装置１００の構成を示す模式図である。本実施形態２に係る光画像計測装置１００は、実施形態１で説明した構成に加えて信号処理ユニット２０１を備えている。信号処理ユニット２０１は、検出信号に基づいて測定対象１１２に含まれる粒子サイズ分布を算出する。その他構成は実施形態１と同様である。
【００５３】
図３は、測定対象１１２の例を示す模式図である。本実施形態２においては、測定対象１１２として、ガラスセル３０１内に封入された様々なサイズの粒子３０２が液体中に浮遊しているものを測定する。このような測定対象１１２の例として、バイオ医薬品が挙げられる。バイオ医薬品の中には様々な大きさ（数ｎｍ〜数百μｍ）のタンパク質の凝集体（粒子）が含まれており、これらの凝集体が濃度によっては人体に悪影響を及ぼす可能性が示唆されている。そのため、医薬品の品質検査としてその凝集体のサイズを計測する必要がある。
【００５４】
光画像計測装置１００の空間分解能よりも大きな粒子に関しては、取得した画像から直接そのサイズを評価することができる。しかし空間分解能よりも小さい粒子に関しては画像から直接そのサイズを評価することはできない。そこで本実施形態２においては、個々の粒子からの反射信号強度に基づいて、空間分解能よりも小さい粒子のサイズを推定することとした。
【００５５】
信号光を対物レンズ１１０で集光した際のスポットサイズよりも小さい粒子に対して信号光が照射されたとき、式６で表される反射信号強度Ｓは、信号光の光スポットサイズをＲｓｐｏｔ、粒子半径をＲｐａｒｔｉｃｌｅとしたとき、これらの比の２乗に比例すると考えられる。すなわち反射信号強度Ｓは、下記式７で表すことができる。αは粒子の屈折率に依存した比例係数である。
【００５６】
【数７】
2019045431.tif 000009
【００５７】
粒子サイズ・屈折率が機知の標準ビーズの測定結果から、αの値をあらかじめ求めておくことにより、式７の関係を用いて反射信号強度Ｓから空間分解能よりも小さい粒子のサイズを求めることができる。以下では説明の簡略化のため、測定対象１１２に含まれる粒子３０２のサイズは全て空間分解能よりも小さいものと仮定する。
【００５８】
図４は、本実施形態２における測定対象１１２のｘｙ画像（光軸に対して垂直な平面内の断層画像）の例である。粒子３０２は、取得したｘｙ画像内に輝点として現れ、輝点の大きさからはその大きさを判別することができないが、それぞれの輝点の輝度（反射信号強度）は粒子のサイズに関する情報を含んでいる。
【００５９】
図５は、光画像計測装置１００が粒子３０２のサイズを計測する手順を説明するフローチャートである。以下図５の各ステップについて説明する。
【００６０】
（図５：ステップＳ５０１）
反射信号強度を粒子サイズに換算する際には、注目している粒子３０２からの反射信号強度が最大となる状態（すなわち信号光のスポットサイズが最小となるｚ位置）における反射信号強度を用いる必要がある。そこで信号処理ユニット２０１は、測定するｚ位置を変えながら繰り返しｘｙ画像を取得して、測定対象１１２の３次元画像を生成する。
【００６１】
（図５：ステップＳ５０２〜Ｓ５０５）
信号処理ユニット２０１は、３次元画像から粒子の存在を識別する（Ｓ５０２）。信号処理ユニット２０１は、個々の粒子の反射信号強度の最大値を取得する（Ｓ５０３）。信号処理ユニット２０１は、式７の関係に基づいて、当該反射信号強度を粒子サイズに換算する（Ｓ５０４）。信号処理ユニット２０１は、画像表示部１２９上に、後述する図６に示すような粒子サイズ分布を表示する（Ｓ５０５）。
【００６２】
図６は、粒子サイズ分布の例である。信号処理ユニット２０１は、図５のフローチャートにより、各粒子３０２のサイズを推定することができる。信号処理ユニット２０１は、粒子３０２のサイズと個数の分布を算出し、画像表示部１２９上に、例えば図６のような表示形式で表示する。
【００６３】
＜実施の形態２：まとめ＞
本実施形態２に係る光画像計測装置１００は、反射信号強度Ｓに基づき、粒子３０２のサイズを推定する。これにより、光画像計測装置１００の空間分解能よりも小さい粒子３０２のサイズを求めることができる。
【００６４】
＜実施の形態３＞
図７は、本発明の実施形態３に係る光画像計測装置１００の構成を示す模式図である。本実施形態３に係る光画像計測装置１００は、光源１０１に代えて、波長の異なる３つの光源７０１、光源７０２、光源７０３と、光合波器７０４を備えている。その他構成は実施形態１と同様である。
【００６５】
光源７０１、光源７０２、光源７０３はそれぞれ、互いに波長の異なる第１レーザ光、第２レーザ光、第３レーザ光を出射する。各レーザ光は、光ファイバ１０２を伝搬して光合波器７０４に導かれる。光源７０１〜７０３は、ファイバスキャナ１０６の駆動周波数よりも高い繰り返し周波数で時間的に交互に発光し、常にいずれか１つの光源が発光している。具体的には、ファイバスキャナ１０６によって信号光の集光位置が取得画像の１ピクセルに相当する分だけ移動する時間の間に、光源７０１〜７０３がそれぞれ少なくとも１回以上は発光する周波数で、光源７０１〜７０３は交互に発光する。
【００６６】
本実施形態３に係る光画像計測装置１００は、ファイバスキャナ１０６が測定対象１１２上の１ピクセルに相当する計測位置に対して光軸角度を走査する間に、複数の波長に対する断層画像を取得することができる。これにより、測定対象１１２が有する反射率の波長依存性に関する情報を取得することができる。
【００６７】
本実施形態３においては、波長の異なるレーザ光を同一の光ファイバから空間に出射しているので、各レーザ光の光軸がほぼ完全に一致している。これにより、波長の異なる光を用いて測定対象１１２の正確に同じ領域を測定することができる。
【００６８】
本実施形態３においては、光源７０１〜７０３を交互に発光させることにより、測定対象１１２に対する照射タイミングを異ならしめることとした。これに代えて例えば、光合波器７０４の代わりに光スイッチを設け、光スイッチを制御することにより、透過させるレーザ光を交互に切り替えることもできる。
【００６９】
＜本発明の変形例について＞
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。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。
【００７０】
画像生成部１２８と信号処理ユニット２０１は、これらの機能を実装した回路デバイスなどのハードウェアを用いて構成することもできるし、これらの機能を実装したソフトウェアを演算装置が実行することにより構成することもできる。
【００７１】
以上の実施形態においては、干渉光学系１２３において４つの干渉光を生成することとしたが、位相に依存しない信号を取得する上では、干渉光の数は３つ以上であればいくつでもかまわない。
【符号の説明】
【００７２】
１００：光画像計測装置
１０１：光源
１０５：コリメートレンズ
１０８：偏光ビームスプリッタ
１１７：λ／２板
１０９：λ／４板
１１０：対物レンズ
１１１：対物レンズアクチュエータ
１１２：測定対象
１１３：λ／４板
１１４：参照光レンズ
１１５：参照光ミラー
１１６：ハーフビームスプリッタ
１１８：集光レンズ
１１９：ウォラストンプリズム
１２０：λ／４板
１２１：集光レンズ
１２２：ウォラストンプリズム
１２３：干渉光学系
１２４：光検出器
１２５：光検出器
１２８：画像生成部
１２９：画像表示部
２０１：信号処理ユニット
７０１〜７０３：光源
７０４：光合波器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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