(57)【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、
レーザ光を出射する光源、
前記光源から出射されたレーザ光を信号光と参照光に分岐する光分岐部、
前記信号光を前記測定対象に集光して照射する第１対物レンズ、
前記第１対物レンズが前記信号光を照射する位置を前記信号光の光軸に対して直交する平面内で移動させる走査器、
前記参照光のデフォーカス量を変化させるデフォーカス変調部、
前記測定対象によって反射もしくは散乱された前記信号光と前記デフォーカス量が変調された前記参照光とを合波して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、
前記光検出器が検出した前記干渉光を用いて前記画像を生成する画像生成部、
を備え、
前記デフォーカス変調部は、前記信号光が前記測定対象を照射する位置が前記画像の１画素に対応する距離を移動する間に前記参照光のデフォーカス量を複数段階に変化させる  ことを特徴とする光画像計測装置。
【請求項２】
前記デフォーカス変調部は、高さ方向の位置が互いに異なる複数の反射面を有するミラーを備え、
前記デフォーカス変調部は、前記ミラーを用いて前記参照光を反射することにより、前記参照光に対して前記反射面の位置に対応するデフォーカス収差を付与し、
前記画像生成部は、前記信号光の光軸方向に沿った複数の位置における前記測定対象の画像を、前記複数段階のデフォーカス量ごとに生成する
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３】
前記画像生成部は、前記平面内の第１方向においてＮピクセルを有する前記画像を生成し、
前記デフォーカス変調部は、前記デフォーカス量を開始段階から終了段階まで複数段階に変化させ、
前記デフォーカス変調部は、前記走査器が前記第１方向において前記信号光の照射位置を走査する周波数のＮ倍以上の周波数で、前記デフォーカス量を前記開始段階から前記終了段階まで変化させる
ことを特徴する請求項１記載の光画像計測装置。
【請求項４】
前記デフォーカス変調部は、
高さ方向の位置が互いに異なる複数の反射面を有するミラー、
前記参照光を前記ミラーに対して集光する第２対物レンズ、
前記第２対物レンズによる前記参照光の集光位置を前記反射面に対して平行な方向に変位させる参照光集光位置変位器、
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】
前記参照光集光位置変位器は、前記参照光の前記第２対物レンズに対する入射角を変化させることにより前記参照光の集光位置を変位させる光偏向素子を用いて構成されている  ことを特徴とする請求項４記載の光画像計測装置。
【請求項６】
前記参照光集光位置変位器は、前記第２対物レンズの位置を変位させることにより前記参照光の集光位置を変位させる駆動素子を用いて構成されている
ことを特徴とする請求項４記載の光画像計測装置。
【請求項７】
前記参照光集光位置変位器は、前記ミラーの位置を変位させることにより前記ミラーに対する前記参照光の集光位置を変位させる駆動素子を用いて構成されている
ことを特徴とする請求項４記載の光画像計測装置。
【請求項８】
前記ミラーが有する各前記反射面の面積は、各前記反射面における前記参照光のスポット面積よりも大きい
ことを特徴とする請求項４記載の光画像計測装置。
【請求項９】
前記画像生成部は、前記平面内の第１方向においてＮピクセルを有する前記画像を生成し、
前記ミラーは、少なくとも２つ以上の前記反射面を含む単位構造が複数個周期的に配置された構造を有しており、
前記参照光集光位置変位器は、前記デフォーカス量を開始段階から終了段階まで複数段階に変化させ、
前記ミラーが有する前記単位構造の個数をＭ、前記走査器が前記第１方向において前記信号光の照射位置を走査する周波数をｆｓｉｇ、前記参照光集光位置変位器が前記デフォーカス量を前記開始段階から前記終了段階まで変化させる周波数をｆｒｅｆとするとき、前記参照光集光位置変位器は、Ｍ×ｆｒｅｆ≧Ｎ×ｆｓｉｇを満足する
ことを特徴とする請求項４記載の光画像計測装置。
【請求項１０】
前記画像生成部は、前記平面内の第１方向においてＮピクセルを有する前記画像を生成し、
前記ミラーは、少なくとも２つ以上の前記反射面を含む単位構造が複数個周期的に配置された構造を有しており、
前記参照光集光位置変位器は、前記デフォーカス量を開始段階から終了段階まで複数段階に変化させ、
前記単位構造が有する前記反射面の個数は、前記ミラーが有する前記単位構造の個数をＭ、前記走査器が前記第１方向において前記信号光の照射位置を走査する周波数をｆｓｉｇ、前記参照光集光位置変位器が前記デフォーカス量を前記開始段階から前記終了段階まで変化させる周波数をｆｒｅｆとするとき、Ｍ×ｆｒｅｆ≧Ｎ×ｆｓｉｇを満足し、
前記単位構造が有する前記反射面の個数はさらに、前記ミラーが有する各前記反射面の面積が、各前記反射面における前記参照光のスポット面積よりも大きいことを満足する範囲内である
ことを特徴とする請求項４記載の光画像計測装置。
【請求項１１】
前記デフォーカス変調部は、
ミラー、
前記参照光を前記ミラーに対して集光する第２対物レンズ、
前記第２対物レンズによる前記参照光の集光位置を前記ミラーの反射面の法線方向に変位させる参照光集光位置変位器、
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１２】
前記デフォーカス変調部は、
ミラー、
前記参照光を前記ミラーに対して集光する第２対物レンズ、
前記第２対物レンズによる前記参照光の集光位置を、前記ミラーの反射面に対して相対的に、前記ミラーの反射面の法線方向に変位させる参照光集光位置変位器、
を備え、
前記参照光集光位置変位器は、前記ミラーの位置を変位させる駆動素子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１３】
前記参照光集光位置変位器は、前記第２対物レンズの位置を変位させる駆動素子を用いて構成されている
ことを特徴とする請求項１１記載の光画像計測装置。
【請求項１４】
前記光画像計測装置はさらに、前記参照光のデフォーカス量を検出するデフォーカス量検出器を備える
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１５】
測定対象の画像を取得する光画像計測方法であって、
レーザ光を出射するステップ、
前記出射されたレーザ光を信号光と参照光に分岐するステップ、
前記信号光を前記測定対象に集光して照射するステップ、
前記信号光を照射する位置を前記信号光の光軸に対して直交する平面内で移動させるステップ、
前記参照光のデフォーカス量を変化させるデフォーカス変調ステップ、
前記測定対象によって反射もしくは散乱された前記信号光と前記デフォーカス量が変調された前記参照光とを合波して干渉光を生成するステップ、
前記干渉光を検出するステップ、
前記検出した干渉光を用いて前記画像を生成するステップ、
を有し、
前記デフォーカス変調ステップにおいては、前記信号光が前記測定対象を照射する位置が前記画像の１画素に対応する距離を移動する間に前記参照光のデフォーカス量を複数段階に変化させる
ことを特徴とする光画像計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の干渉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】
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、短い測定時間で複数の深さ位置における画像を取得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】
【０００９】
本発明においては、信号光が測定対象を照射する位置が測定画像の１画素に対応する距離を移動する間に、参照光のデフォーカス量を複数段階に変化させる。これにより、一度の測定で複数の深さ位置の断層画像を取得することが可能となるため、断層画像１枚当たりの測定時間を短縮することができる。
【００１０】
１例として、取得画像の走査方向に対するピクセル数をＮとするとき、参照光のデフォーカス量の変調周波数は信号光の集光位置の走査周波数のＮ倍以上とする。これにより、各測定深さ位置に対応するＮピクセルの画像を生成するのに十分な信号を得ることが可能となる。
【００１１】
１例として、参照光のデフォーカス量を変調させる手段として、階段型ミラーの反射面と参照光の集光位置との間の相対位置を階段型ミラーの反射面と平行な方向に対して変位させる素子を用いる。これにより、対物レンズや階段型ミラーを光軸方向に高速駆動する素子を用いることなく、参照光のデフォーカス量を変調することができる。したがって、安価な構成で測定時間を短縮することができる。
【００１２】
１例として、階段型ミラーの反射面と参照光の集光位置との間の相対位置を階段型ミラーの反射面と平行な方向に対して変位させる素子として、光偏向素子を用いることとした。この構成においては、対物レンズと階段型ミラーとの間の相対位置が固定されているので、外乱などによるデフォーカス量の意図せぬ変化に対するロバスト性が高く、高精度に参照光のデフォーカス量を変調することができる。
【００１３】
１例として、階段型ミラーの反射面と参照光の集光位置との間の相対位置を階段型ミラーの反射面と平行な方向に対して変位させる素子として、対物レンズの位置を変位させる駆動素子を用いることとした。これにより、参照光を対物レンズに対して常に垂直に入射することができるので、レンズに斜めに光が入射した際に発生するデフォーカス収差以外の収差の発生を抑制することができる。
【００１４】
１例として、階段型ミラーの反射面と参照光の集光位置との間の相対位置を階段型ミラーの反射面と平行な方向に対して変位させる素子として、階段型ミラーの位置を変位させる駆動素子を用いることとした。これにより、参照光を対物レンズに対して常に垂直に入射することができるので、レンズに斜めに光が入射した際に発生するデフォーカス収差以外の収差の発生を抑制することができる。さらに、参照光と対物レンズとの間の相対位置が固定されているので、対物レンズの開口を通過する参照光パワーの変動を抑制することができる。
【００１５】
１例として、階段型ミラーの反射面の面積を、各反射面における参照光のスポット面積よりも大きくする。これにより、参照光パワーの大部分を反射させることができるので、信号のＳＮ比を向上させることができる。
【００１６】
１例として、画像の第１方向におけるピクセル数をＮ、階段型ミラーが有する単位構造の個数をＭ、走査器が前記第１方向において信号光の照射位置を走査する周波数をｆｓｉｇ、参照光集光位置変位器がデフォーカス量を開始段階から終了段階まで変化させる周波数をｆｒｅｆとするとき、Ｍｆｒｅｆ≧ Ｎｆｓｉｇを満足することとした。これにより、参照光集光位置を変位させる手段として、駆動周波数の小さな素子を適用することができるので、安価な構成で測定時間を短縮することができる。
【００１７】
１例として、参照光のデフォーカス量を変調する手段として、ミラーの反射面と参照光の集光位置の相対位置を反射面に垂直な方向に変位させる素子を用いることとした。これにより、簡素で安価な構成で参照光のデフォーカス量を変調することができる。
【００１８】
１例として、デフォーカス量を検出する検出器を設けることとした。これにより、検出信号に対応する深さ測定位置を高精度に算出することができる。
【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、測定対象の断層画像を短時間で取得す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の構成例を示す模式図である。
【図２】階段型ミラー１１２の構造を示す側面図である。
【図３】実施形態１に係る光画像計測装置が測定対象を計測する手順を説明するフローチャートである。
【図４】参照光の状態とそれに対応する測定深さ位置を説明する模式図である。
【図５】信号光の集光位置の時間変化と参照光のデフォーカス量の時間変化を説明する図である。
【図６】階段型ミラー１１２を作製する方法の１例である。
【図７】反射膜６０３をスパッタリング法と蒸着法で形成した場合の模式図である。
【図８】エッチングの際のマスクとしてメタルマスクを組み合わせた例である。
【図９】あらかじめ形成した段差素子を母型として転写する方法の例である。
【図１０】フィルムを用いた転写法の例である。
【図１１】光造形法の例である。
【図１２】射出成型の例である。
【図１３】実施形態２に係る光画像計測装置の構成例を示す模式図である。
【図１４】４分割フォトダイオード１３０５の構成例を示す。
【図１５】実施形態３に係る光画像計測装置における、デフォーカス変調部１１３の構成例を示す図である。
【図１６】実施形態４に係る光画像計測装置における、デフォーカス変調部１１３の構成例を示す図である。
【図１７】実施形態５に係る光画像計測装置における、デフォーカス変調部１１３の構成例を示す図である。
【図１８】実施形態６に係る光画像計測装置の構成例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：光学系の構成＞
図１は、本発明の実施形態１に係る光画像計測装置の構成例を示す模式図である。光源１０１から出射された１本のレーザ光はコリメートレンズ１０２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１０３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１０４からなる光分岐部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１０５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ＮＡｓｉｇの対物レンズ１０６によってサンプル１０８に集光して照射される。対物レンズ１０６の位置は対物レンズアクチュエータ１０７によってｘ軸方向に例えば正弦波状に繰り返し駆動されつつ、ｙ方向に線形に駆動され、これにより信号光の集光位置（測定位置）のｘｙ平面上での２次元走査がなされる。サンプル１０８から反射又は散乱された信号光は対物レンズ１０６を再び通過し、λ／４板１０５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１０４へ入射する。サンプル１０８としては、光源１０１からの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、ヒトの組織などが考えられる。
【００２２】
参照光はλ／４板１０９によって偏光状態をｐ偏光から円偏光に変換された後、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラー１１０、開口数がＮＡｒｅｆの対物レンズ１１１、階段型ミラー１１２から成るデフォーカス変調部１１３に入射する。デフォーカス変調部１１３へ入射した参照光は、ＭＥＭＳミラー１１０によって反射され、対物レンズ１１１によって階段型ミラー１１２に集光して照射される。デフォーカス変調部１１３は、ＭＥＭＳミラー１１０の傾きの変化によって階段型ミラー１１２に対する参照光の集光位置を階段型ミラー１１２の反射面の水平方向へ変位させる。これにより集光位置における反射面の高さが変化し、参照光のデフォーカス量が変調される。階段型ミラー１１２を反射した参照光は再び対物レンズ１１１を透過し、ＭＥＭＳミラー１１０を反射した後、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１０４へ入射する。
【００２３】
信号光と参照光は偏光ビームスプリッタ１０４によって合波され、合成光が生成される。合成光はハーフビームスプリッタ１１４、λ／２板１１５、λ／４板１１６、集光レンズ１１７と１１８、ウォラストンプリズム１１９と１２０から成る干渉光学系１２１へ導かれる。干渉光学系１２１へ入射した合成光は、ハーフビームスプリッタ１１４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１１５を透過した後、集光レンズ１１７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と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１２２によって検出され、それらの強度の差に比例した差動出力信号１２４が出力される。
【００２４】
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１１６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１２０によって偏光分離されること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１２３によって検出され、それらの強度の差に比例した差動出力信号１２５が出力される。このようにして生成された差動出力信号１２４と１２５は画像生成部１２６に入力される。画像生成部１２６は、これらの信号に基づき画像を生成し、画像表示部１２７はこれを表示する。
【００２５】
図２は、階段型ミラー１１２の構造を示す側面図である。階段型ミラー１１２は、単位構造を複数周期的に配置した構造を備える。単位構造は、階段状に並んだ高さが異なる複数の反射面を有する。図２に例示する単位構造は、高さがｐｚずつ異なり幅がｐｘの５つの反射面を有する。図２においては、Ｘｒｅｆの中に単位構造がＭ個並んでいる。
【００２６】
＜実施の形態１：光学系の機能＞
以下では本実施形態１の動作原理と効果について数式を用いて説明する。干渉光学系１２１に対して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。Ｅｓｉｇは信号光の複素電場振幅を表し、Ｅｒｅｆは参照光の複素電場振幅を表す。
【００２７】
【数１】
0006666792.tif 000002
【００２８】
光軸中心から距離ｒだけ離れた位置における信号光と参照光の複素電場振幅は、信号光が集光される光軸方向の位置をｚ０、位置ｚから反射して参照光と合波される信号光成分の電場振幅と位相をそれぞれＡｓｉｇ（ｚ）とθｓｉｇ（ｚ）とし、対物レンズ１１１による参照光のデフォーカス量（参照光のｚ方向の集光位置と階段型ミラー１１２の反射面のｚ位置の差）をΔｚｒｅｆとし、対物レンズ１０６および対物レンズ１１１の有効径をａとすると、それぞれ下記式２と式３のように表すことができる。
【００２９】
【数２】
0006666792.tif 000003
【００３０】
【数３】
0006666792.tif 000004
【００３１】
Ｗｓｉｇ（ｚ−ｚ０）ｒ２とＷｒｅｆΔｚｒｅｆｒ２は、それぞれ位置ｚから反射した信号光と参照光が有するデフォーカス収差を表す。デフォーカス収差係数ＷｓｉｇとＷｒｅｆはそれぞれ下記式４と式５のように表される。
【００３２】
【数４】
0006666792.tif 000005
【００３３】
【数５】
0006666792.tif 000006
【００３４】
ハーフビームスプリッタ１１４を透過し、さらにλ／２板１１５を透過した後の合成光のジョーンズベクトルは、下記式６で表される。
【００３５】
【数６】
0006666792.tif 000007
【００３６】
式６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偏光成分に偏光分離された後、電流差動型の光検出器１２２によって差動検出される。光検出器１２２は、下記式７で表わされる差動出力信号１２４を生成する。ｒは光束断面の座標ベクトルを表す。Ｄは検出領域を表す。∫Ｄｄｒは光束内全域における積分演算を意味する。簡単のため検出器の変換効率は１とした。
【００３７】
【数７】
0006666792.tif 000008
【００３８】
ハーフビームスプリッタ１１４で反射され、さらにλ／４板１１６を透過した後の合成光のジョーンズベクトルは、下記式８のように表される。
【００３９】
【数８】
0006666792.tif 000009
【００４０】
式８で示される合成光は、ウォラストンプリズム１２０によってｐ偏光成分とｓ偏光成分に偏光分離された後、電流差動型の光検出器１２３によって差動検出される。光検出器１２３は、下記式９で表される差動出力信号１２５を生成する。
【００４１】
【数９】
0006666792.tif 000010
【００４２】
式７、式９に式２、式３を代入すると下記式１０と式１１が得られる。
【００４３】
【数１０】
0006666792.tif 000011
【００４４】
【数１１】
0006666792.tif 000012
【００４５】
Ｆ（ｚ）とΔθ（ｚ）は、それぞれ下記式１２と式１３で表される。
【００４６】
【数１２】
0006666792.tif 000013
【００４７】
【数１３】
0006666792.tif 000014
【００４８】
十分大きな定数ｋに対して成立する近似式１４を用いると、式１０と式１１はそれぞれ下記式１５と式１６のように簡略化される。
【００４９】
【数１４】
0006666792.tif 000015
【００５０】
【数１５】
0006666792.tif 000016
【００５１】
【数１６】
0006666792.tif 000017
【００５２】
画像生成部１２６は、信号Ｉと信号Ｑの二乗和を求めることにより、信号光の集光位置ｚ０と参照光のデフォーカス量Δｚｒｅｆに対応する画像の輝度データＳ（ｚ０, Δｚｒｅｆ）を生成する。
【００５３】
【数１７】
0006666792.tif 000018
【００５４】
【数１８】
0006666792.tif 000019
【００５５】
式２で表される信号光はあらゆる深さ（光軸方向）位置からの反射光成分を含んでいるが、信号光と参照光を干渉させることにより、式１７で表されるように、特定の深さ位置からの反射光成分だけを選択的に検出することができる。さらに式１７は、参照光の集光位置を光軸方向にΔｚｒｅｆだけ変位させて参照光のデフォーカス量を変化させることにより、測定位置を信号光の集光位置ｚ０から（ＮＡｒｅｆ／ＮＡｓｉｇ）２Δｚｒｅｆだけシフトさせることができることを意味している。
【００５６】
そこで本発明は、参照光のデフォーカス量を高速で変調して測定位置深さを高速に切り替えながら、信号光の集光位置を光軸に対して垂直な平面内（ｘｙ平面内）で走査することにより、ｘｙ平面上の信号光の集光位置を１画素分走査する間に、複数の深さ位置からの信号を同時に取得することとした。これにより、画像１枚あたりの測定時間を短縮することができる。また、本実施形態１における参照光のデフォーカス量変調方法においては、対物レンズ１１１と階段型ミラー１１２との間の相対位置が固定されているので、外乱などによるデフォーカス量の意図せぬ変化に対するロバスト性が高く、高精度に参照光のデフォーカス量を変調することができる。
【００５７】
＜実施の形態１：測定手順＞
図３は、本実施形態１に係る光画像計測装置が測定対象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３の各ステップについて説明する。
【００５８】
（図３：ステップＳ３００）
ユーザが測定開始を選択すると、光画像計測装置は本フローチャートを開始する（Ｓ３００）。光画像計測装置は、ＭＥＭＳミラー１１０を駆動することにより、参照光のデフォーカス量を変調する（Ｓ３０１）。参照光のデフォーカス量を変調する具体的態様については図４で改めて説明する。
【００５９】
（図３：ステップＳ３０２〜Ｓ３０３）
光画像計測装置は、対物レンズアクチュエータ１０７を駆動することにより、信号光の集光位置の走査を開始する（Ｓ３０２）。画像生成部１２６は、信号光の集光位置が走査されている間、差動出力信号１２４と１２５をＡＤ変換することにより計測データを取得する（Ｓ３０３）。
【００６０】
（図３：ステップＳ３０４〜Ｓ３０７）
光画像計測装置は、測定対象領域全体にわたって信号光の集光位置を走査すると、信号光の走査を終了する（Ｓ３０４）。画像生成部１２６は、計測データを測定深さ位置ごとに仕分け（Ｓ３０５）、仕分けられた計測データに基づき測定深さ位置ごとに測定対象の画像を生成する（Ｓ３０６）。画像表示部１２７は、画像生成部１２６が生成した画像を表示する（Ｓ３０７）。後述するように、信号光の集光位置を１画素分走査する間に、参照光のデフォーカス量が多段的に変化するので、画素位置ごとに複数の深さ位置における画像を得ることができる。
【００６１】
＜実施の形態１：制御方法について＞
以下では、信号光の集光位置を走査する制御方法、および参照光デフォーカス量を変調する制御方法について説明する。ここでは例として、１度の測定で５枚のｘｙ平面断層画像を取得する場合について述べる。
【００６２】
図４は、参照光の状態とそれに対応する測定深さ位置を説明する模式図である。図４（ａ）に示すように、ＭＥＭＳミラー１１０の角度変化によって階段型ミラー１１２上における参照光の集光位置は１から５まで移動する。これにともなって、参照光に付与されるデフォーカス量は−２ｐｚから２ｐｚまで５段階に変化する。このときの測定深さ位置は、図４（ｂ）に示すように、参照光のデフォーカス量に対応して（ＮＡｒｅｆ／ＮＡｓｉｇ）２ｐｚ間隔で５段階に変化する。
【００６３】
図５は、信号光の集光位置の時間変化と参照光のデフォーカス量の時間変化を説明する図である。図５（ａ）に示すように、信号光の集光位置は、時間１／２ｆｓｉｇの間に取得するｘｙ断層画像のＮピクセルに相当する距離だけ移動する。したがって図５（ｂ）に示すように、信号光の集光位置は平均的には時間１／２Ｎｆｓｉｇの間に１ピクセルに相当する距離だけ移動する。図５（ｃ）に示すように、参照光のデフォーカス量は、信号光の集光位置が１ピクセル相当分だけ移動する時間（１／２Ｎｆｓｉｇ）の間に、５段階に変調される。上記のプロセスが測定中にＮ２回繰り返されることにより、信号光の集光位置の１度のｘｙ平面走査で５枚のｘｙ断層画像を取得することができる。
【００６４】
以下では式を用いて制御方法の例を具体的に説明する。信号光の集光位置（ｘ，ｙ，ｚ）は、対物レンズアクチュエータ１０７により以下記式１９にしたがって走査される。ＸｓｉｇとＹｓｉｇは、それぞれｘｙ方向の測定領域幅である。ｆｓｉｇは、対物レンズアクチュエータ１０７の駆動周波数である。Ｎは、取得する断層画像のピクセル数（ｘ方向とｙ方向のピクセル数は等しいとする）である。
【００６５】
【数１９】
0006666792.tif 000020
【００６６】
式１９にしたがう制御によって、信号光の集光位置は、時間（Ｎ／２ｆｓｉｇ）の間にｙ方向にＹｓｉｇだけ一定速度で移動しつつ、ｘ方向に振幅ＸｓｉｇでＮ／２回だけ往復する。一方で、ＭＥＭＳミラー１１０によって階段型ミラー１１２上における参照光の集光位置がｘ方向に繰り返し走査され、これにより参照光のデフォーカス量が変調される。参照光の集光位置のｘ座標ｘｒｅｆは、ＭＥＭＳミラー１１０の角度の駆動周波数をｆｒｅｆとすると下記式２０で与えられる。
【００６７】
【数２０】
0006666792.tif 000021
【００６８】
対物レンズ１１１の焦点距離をＦとし、ＭＥＭＳミラー１１０の角度の駆動振幅範囲を±φｒｅｆとすると、Ｘｒｅｆは近似的に下記式２１で表すことができる。
【００６９】
【数２１】
0006666792.tif 000022
【００７０】
図２に示したように、参照光の集光位置がｘ方向に変位すると、反射面の高さが変わるので参照光のデフォーカス量が変化する。対物レンズ１１１の焦点位置を、単位構造における５つの反射面のうち下から３段目の反射面に合わせることとすると、このときの参照光のデフォーカス量Δｚｒｅｆは、参照光の集光位置に応じて下記式２２に示す５つの値をとる。焦点が反射面よりも奥にずれる場合をΔｚｒｅｆ＜０とした。
【００７１】
【数２２】
0006666792.tif 000023
【００７２】
ＭＥＭＳミラー１１０が１往復スキャンする間に、参照光の集光位置は階段型ミラー１１２の単位構造を往復で２Ｍ個だけ通過することになる。そうすると、ＭＥＭＳミラー１１０による参照光のデフォーカス変調周波数ｆｄｅｆｏｃｕｓは、下記式２３となる。
【００７３】
【数２３】
0006666792.tif 000024
【００７４】
Ｎ×Ｎピクセルの画像を取得するためには、信号光集光位置の１ライン分の走査の間（１／２ｆｓｉｇ）に、参照光のデフォーカス状態は（−２ｐｚから２ｐｚまでの５段階の変化を１回として）Ｎ回以上変化する必要がある。すなわち、参照光のデフォーカス変調周波数ｆｄｅｆｏｃｕｓは、信号光の集光位置の走査周波数（往復で２ライン走査されるためこのときの信号光の集光位置の走査周波数は２ｆｓｉｇとなる）のＮ倍以上でなければならない。この条件を式で表すと、下記式２４または式２５となる。
【００７５】
【数２４】
0006666792.tif 000025
【００７６】
【数２５】
0006666792.tif 000026
【００７７】
本実施形態１においては、対物レンズアクチュエータ１０７とＭＥＭＳミラー１１０の駆動周波数をそれぞれｆｓｉｇ＝１００Ｈｚ、ｆｒｅｆ＝４０００Ｈｚ、画像のピクセル数をＮ＝４００とすると、Ｍ≧１０となる。
【００７８】
次に、階段型ミラー１１２の単位構造におけるｘ方向のピッチｐｘとｚ方向のピッチｐｚについて述べる。ｚ方向のピッチｐｚは、測定深さ間隔をΔｚｓｉｇとすると下記式２６となる。
【００７９】
【数２６】
0006666792.tif 000027
【００８０】
測定深さ間隔は目的に応じて任意に設定可能であるが、例えば光画像計測装置の深さ分解能程度とすることができる。測定深さ間隔を光画像計測装置の深さ分解能以下にセットしても、光画像計測装置がその測定深さ間隔を分解することができないからである。本発明に係る光画像計測装置の深さ分解能Δｚは、対物レンズ１０６の開口数ＮＡｓｉｇと光源１０１の波長λを用いて、下記式２７により与えられる。αはｓｉｎｃ２（α）＝１／２を満たす定数であり、およそ１．３９である。
【００８１】
【数２７】
0006666792.tif 000028
【００８２】
式２７を用いると、測定深さ間隔が深さ分解能に等しいとする場合におけるｚ方向のピッチｐｚは、下記式２８により与えられる。本実施形態１においてλ＝７８０ｎｍ、ＮＡref＝０．１を用いることとすると、ｐｚ＝６９μｍである。
【００８３】
【数２８】
0006666792.tif 000029
【００８４】
ｘ方向のピッチｐｘについては、参照光パワーの大部分が反射されるためには、参照光の最大デフォーカス時（Δｚｒｅｆ＝±２ｐｚ）のスポット径よりも反射面の幅が大きくなければならない。したがって、下記式２９を満たす必要がある。
【００８５】
【数２９】
0006666792.tif 000030
【００８６】
ωｒｅｆ（ｚ）は、参照光がｚだけデフォーカスした際のスポット半径である。ここでは、簡単のため参照光は集光位置近傍でガウシアンビームとして振る舞うとし、ωｒｅｆ（ｚ）として近似的に下記式３０を用いることとする。
【００８７】
【数３０】
0006666792.tif 000031
【００８８】
式２８と式３０を式２９に代入すると、下記式３１が得られる。
【００８９】
【数３１】
0006666792.tif 000032
【００９０】
幅Ｘｒｅｆの中にＭ個の単位構造があり、それぞれの単位構造は５つの反射面を有するので、ｘ方向のピッチｐｘは下記式３２で与えられる。
【００９１】
【数３２】
0006666792.tif 000033
【００９２】
本実施形態１においてはＭ＝１０、Ｆ＝２０ｍｍ,φｒｅｆ＝１２度を用いることとすると、ｐｘ≒８４μｍとなり、これは式３０の条件を満たす。ここで説明した階段型ミラーの構造はあくまでも１例であり、参照光のデフォーカス量を変調可能であればどのような構造を用いてもよいし、その他にもあらゆる構造・寸法のものが考えられる。
【００９３】
＜実施の形態１：多重度の理論的な限界値＞
ここまでは例として１回の測定で５枚のｘｙ平面断層画像を取得する場合（参照光の多重度が５の場合）について述べたが、さらに多重度を大きくすることも可能である。以下では多重度の理論的な上限値を求めておく。多重度は奇数であるとし、任意の自然数ｍを用いて２ｍ＋１と表すこととすると、ｘ方向のピッチｐｘは下記式３３で表すことができる。
【００９４】
【数３３】
0006666792.tif 000034
【００９５】
式３３をＭについて解いて式２５へ代入すると、下記式３４が得られる。
【００９６】
【数３４】
0006666792.tif 000035
【００９７】
多重度が２ｍ＋１のときの式２９に相当する条件は、下記式３５である。
【００９８】
【数３５】
0006666792.tif 000036
【００９９】
式３５と式３４の条件から、多重度についての条件式として下記式３６が得られる。
【０１００】
【数３６】
0006666792.tif 000037
【０１０１】
式３６を満たす最大のｍをｍ０としたとき、２ｍ０＋１が多重度の理論的な上限値である。多重度に対するより明示的な条件を得るため、式３０を式３６に代入して整理すると、下記式３７が得られる。
【０１０２】
【数３７】
0006666792.tif 000038
【０１０３】
式３７から分かるように、取得画像のピクセル数Ｎ、信号光の集光位置の駆動周波数ｆｓｉｇ、参照光の集光位置の駆動周波数ｆｒｅｆと駆動振幅Ｘｒｅｆ、対物レンズ１１１のＮＡｒｅｆ、および波長λが決まると、多重度の理論的な上限値が決まる。多重度を大きくするためには、参照光のデフォーカス変調手段としてＸｒｅｆ×ｆｒｅｆ×ＮＡｒｅｆが大きなものを選ぶべきである。一般的には、共振型の走査素子（共振型のガルバノミラーやＭＥＭＳミラー）を利用するとＸｒｅｆ×ｆｒｅｆを大きくすることができる。対物レンズ１１１としては、多重度の観点では単純にＮＡｒｅｆが大きければ大きいほど望ましいが、本実施形態１のようにレンズに対して斜めに光を入射する場合には、ＮＡｒｅｆが大きいほど斜め入射により生じる収差が生じやすくなるので、ＮＡｒｅｆを大きくし過ぎると信号劣化を招く要因となる。
【０１０４】
本実施形態１における上記パラメータの値（Ｎ＝４００, ｆｓｉｇ＝１００Ｈｚ, ｆｒｅｆ＝４０００Ｈｚ, Ｘｒｅｆ＝４１８９μｍ, ＮＡｒｅｆ＝０．１, λ＝０．７８μｍ）を式３７に代入すると、式３７を満たす最大のｍはｍ０＝４となる。すなわち、本実施形態１における最大の多重度２ｍ０＋１は９である。
【０１０５】
上述の内容を踏まえると、階段型ミラー１１２は、例えば以下の様な手順で設計することができる。ただしこの手順はあくまでも設計手順の１例であり、他にも様々な手順が考えうる。
【０１０６】
（手順１）収差などの信号劣化要因を考慮しつつ、Ｘｒｅｆ×ｆｒｅｆ×ＮＡｒｅｆが大きくなるように参照光のデフォーカス量を変調させる手段を決定する。
（手順２）式３６（あるいは式３７）を満たす範囲内で、多重度を決定する（ｍを決定する）。
（手順３）式２５を満たすように、単位構造数Ｍを決定する。
（手順４）式２８と式３３によりｚ方向のピッチｐｚとｘ方向のピッチｐｘを決定する。
【０１０７】
＜実施の形態１：階段型ミラー１１２の作製方法＞
図６は、階段型ミラー１１２を作製する方法の１例である。ここでは例として３つの段差を形成した。
【０１０８】
石英基板６０１上にレジストマスク６０２を形成する（図６（ａ））。その後、マスク以外の領域をエッチングすることにより第１段差を形成する（図６（ｂ））。マスク用レジストとしてはネガレジストであるＺＥＯＮ製ＺＰＮ１１５０を使用し、現像液としては東京応化製ＮＭＤ−３を用いた。レジストに対する露光についてはマスクアライナー（キャノン製ＰＬＡ−５０１Ｆ）を使用した。石英基板６０１をエッチングについてはＨＦ水溶液を用い、エッチング後にアセトン溶液中で超音波洗浄することによりレジストを除去した（図６（ｃ））。
【０１０９】
レジストは密着露光時のレチクルデザインと組み合わせることによりポジ型を用いてもよいし、直接露光するレーザ描画や電子線による描画でも構わない。エッチングはウエットエッチングのほかにＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）によるドライエッチングでもよい。
【０１１０】
第１段差を作成した石英基板６０１上に位置を合わせて、第１段差を含む第２マスクを形成する（図６（ｄ））。その後同様にしてマスク以外の領域をエッチングし第２段差を形成する（図６（ｅ））。第１段差と第２段差に合わせて、第１段差と第２段差を含むマスクを形成する（図６（ｆ））。その後同様にしてマスク以外の領域をエッチングし第３段差を形成する（図６（ｇ））。所望の段差を形成した後に、反射膜６０３としてスパッタリングでＡｌ膜１５０ｎｍを成膜する（図６（ｈ））。
【０１１１】
反射膜６０３としては、ＡｌのほかにＡｇ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｗ、Ｐｔ、Ａｕもしくはこれらを含む合金を用いてもよい。使用する波長において充分な反射光のある材料を用いればよい。成膜方法としては、スパッタリングのほかに蒸着法、ＣＶＤ法などを用いてもよい。必要な反射率となるよう膜表面が滑らかであることが望ましい。
【０１１２】
図７は、反射膜６０３をスパッタリング法と蒸着法で形成した場合の模式図である。図７（ａ）はスパッタリング法により形成した例、図７（ｂ）は蒸着法により形成した例である。一般的に量産向きとされるスパッタリング法においては、様々な方向からターゲット材が付着するので、段差境界にも一様に製膜される。蒸着法においては、指向性が高いので平面には製膜されるが段差境界には製膜されにくい特徴をもつ。段差境界面からの不要な反射光を少なくするには、蒸着法が適しているといえる。基板としては、石英基板のほかにＳｉ基板など不透明な基材でも構わない。加工した後に反射膜６０３を形成するので、反射率は基板の影響を受けないからである。エッチング加工ができる基材であればよい。
【０１１３】
図８は、エッチングの際のマスクとしてメタルマスクを組み合わせた例である。第１段差はメタルマスク８０４とレジストマスク８０２により形成する。最初に形成する第１段差を形成する際のマスクは最も狭い。本例においては、ウエットエッチングの際に生じやすいレジスト崩れによる加工不良を防ぐためにメタルマスク８０４を配した。この結果、レジスト幅が狭い場合でも所望の加工を実現できた。第２段差以降はマスク幅が広くなるので、メタルマスク８０４がなくても安定したエッチング加工ができた。メタルマスク８０４の材料としてはＡｌを用い、加工については水酸化ナトリウム水溶液で処理したが、他にＷやＣｒでも問題はない。Ｗの場合はアンモニア＋過酸化水素水の混合液、Ｃｒの場合にはＤＮＰファインケミカル製ＭＰＭ−Ｅ３５０を用いて処理することができる。メタルマスク８０４の材料は、エッチング液との組み合わせで選択すればよい。
【０１１４】
別例として、基板上に反射材料を厚く形成し、前述と同様にマスクを用いて反射材料を直接加工してもよい。
【０１１５】
図９は、あらかじめ形成した段差素子を母型として転写する方法の例である。透明基板９０１と、前述のように形成した段差素子９０２との間に、光硬化性樹脂（日本化薬製ＤＶＤ００３Ｎ）９０３を挟み、均一になるよう加圧する。その後、紫外線を透明基板９０１側から照射して樹脂を硬化させる。その後、段差素子９０２を剥離して反射膜を形成する。透明でない基板を用いる場合は、熱硬化型の樹脂を用いればよい。このように転写方法は、母型を１つ作製すれば複数個の素子が簡便な方法で作製できるので、生産性に優れているといえる。本方法においては、透明基板９０１側からレーザ光を入射させているので、基板と樹脂の屈折率差を設計すれば段差を大きくすることができる。したがって、加工マージンを広くする効果が得られる。
【０１１６】
図１０は、フィルムを用いた転写法の例である。基板１００１と母型１００２との間にフィルム１００３を挟み、加圧ローラー１００４によって密着させた後、フィルム１００３を硬化させて母型１００２を剥離する。これにより、転写された段差素子が完成する。母型１００２を平面上に複数並べて配置すれば、一度に複数個の段差素子を作ることも可能である。その後は反射膜を形成して型を除去する。フィルム１００３は、光硬化性、熱硬化性どちらでもよく、必要な硬化機構を設置すればよい。
【０１１７】
図１１は、光造形法の例である。光硬化性樹脂１１０１に対してレーザ光１１０２を照射して硬化させながら、造形ステージ１１０３上に所望の形状を形成する。光硬化性樹脂１１０１は、レーザ集光部の光強度が高い部分で硬化する。レーザ光１１０２をＸＹ方向にスキャンし、造形ステージ１１０３はＺ方向に移動する。まず第１段差１１０４を形成し、その後Ｚ軸を移動して第２段差１１０５、ついで第３段差１１０６を形成する。集光スポットの大きさおよびＸＹ方向・Ｚ方向のピッチに応じて、段差精度やミラー面の平坦性が決まる。そこで、段差条件に応じて１つの段差形成のピッチを細かくし、複数回に分けて処理するとさらに性能がよくなる。取り出した際に周りに付着している未硬化の樹脂はアルコールで洗浄する。この後、反射膜を形成して樹脂材料一体型の段差ミラー素子を作製する。
【０１１８】
図１２は、射出成型の例である。熱で溶かした樹脂１２０１を金型１２０２に流しこみ、圧力をかけて硬化させる。金型１２０２を形成するには精度とコストはかかるが、金型１２０２を１枚作製すれば大量に複製を作ることができるので、量産に適した方法である。この後、反射膜を形成して樹脂材料一体型の段差ミラー素子を作製する。
【０１１９】
＜実施の形態２＞
図１３は、本発明の実施形態２に係る光画像計測装置の構成例を示す模式図である。図１に示した部品と同じものには同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施形態２は、デフォーカス変調部１１３の構成が実施形態１と異なるとともに、デフォーカス量検出部１３０６をさらに備える点が実施形態１と異なる。その他構成・動作・機能は実施形態１と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【０１２０】
デフォーカス変調部１１３は、対物レンズアクチュエータ１３０１、対物レンズ１１１、階段型ミラー１１２によって構成される。本実施形態２においては、対物レンズアクチュエータ１３０１によって対物レンズ１１１を光軸に垂直な方向に駆動することにより、階段型ミラー１１２に対する参照光の集光位置を変位させ、参照光のデフォーカス量を変調する。実施形態１とは異なり、参照光を対物レンズ１１１に対して常に垂直に入射することができるので、レンズに斜めに光が入射した際に発生するデフォーカス収差以外の収差の発生を抑制することができる。これにより、画質劣化を伴うことなく、画像１枚あたりの測定時間を短縮することができる。
【０１２１】
デフォーカス量検出部１３０６は、ビームスプリッタ１３０２、集光レンズ１３０３、シリンドリカルレンズ１３０４、４分割フォトダイオード１３０５によって構成される。階段型ミラー１１２から反射した参照光の一部は、ビームスプリッタ１３０２によって反射された後、集光レンズ１３０３およびシリンドリカルレンズ１３０４によって集光されて、４分割フォトダイオード１３０５によって検出される。
【０１２２】
図１４は、４分割フォトダイオード１３０５の構成例を示す。図１４（ａ）は、４分割フォトダイオード１３０５の受光部の構造例と受光部における参照光のスポット形状の例を示す。シリンドリカルレンズ１３０４が生じさせる非点収差の影響により、受光部におけるスポット形状は、デフォーカス変調部１１３が参照光に対して付与するデフォーカス収差の大きさ・符号に依存して、図示するように異なる。そこで本実施形態２においては４つの受光部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄからの出力をそれぞれＩＡ，ＩＢ，ＩＣ，ＩＤとして、フォーカスエラー信号ＦＥを下記式３８により定義することとした。
【０１２３】
【数３８】
0006666792.tif 000039
【０１２４】
図１４（ｂ）は、デフォーカス変調部１１３が参照光に対して付与するデフォーカス収差Δｚｒｅｆとフォーカスエラー信号ＦＥの関係を示す。一定のデフォーカス量Δｚｒｅｆの範囲内においてはΔｚｒｅｆとＦＥの値は一対一の対応関係にあるので、ＦＥの値からデフォーカス量Δｚｒｅｆを算出することができる。これにより、任意の時刻に検出した信号Ｉ,Ｑに対応する深さ測定位置を高精度に算出することができる。
【０１２５】
＜実施の形態３＞
図１５は、本発明の実施形態３に係る光画像計測装置における、デフォーカス変調部１１３の構成例を示す図である。デフォーカス変調部１１３以外の構成は実施形態１〜２と同様であるので、その説明を省略する。図１５（ａ）に示すように、本実施形態３におけるデフォーカス変調部１１３は、対物レンズ１１１、円盤状の階段型ミラー１５０１、モーター１５０２から構成される。
【０１２６】
図１５（ｂ）は、円盤状の階段型ミラー１５０１の構造例を示す模式図である。円盤状の階段型ミラー１５０１は、高さが異なる複数種類の反射面（１〜５の５種類）が円周上に周期的に並んだ構造を有している。本実施形態３においては、対物レンズ１１１で参照光を円盤状の階段型ミラー１５０１に集光して照射し、円盤状の階段型ミラー１５０１をモーター１５０２によって回転させることにより、参照光のデフォーカス収差を変調することとした。本構成においては、参照光と対物レンズ１１１との間の相対位置が固定されているので、対物レンズ１１１の開口を通過する参照光パワーの変動による信号Ｉ,Ｑの強度変動を抑制することができる。
【０１２７】
＜実施の形態４＞
図１６は、本発明の実施形態４に係る光画像計測装置における、デフォーカス変調部１１３の構成例を示す図である。デフォーカス変調部１１３以外の構成は実施形態１〜２と同様であるので、その説明を省略する。図１６（ａ）に示すように、本実施形態４におけるデフォーカス変調部１１３は、対物レンズ１１１、対物レンズアクチュエータ１６０１、ミラー１６０２から構成される。
【０１２８】
図１６（ｂ）は、ミラー１６０２の反射面と参照光の集光位置との間の相対位置変化を示す。本実施形態４においては、対物レンズアクチュエータ１６０１を用いて対物レンズ１１１を光軸方向に駆動し、ミラー１６０２の反射面と参照光の集光位置の相対位置を光軸方向に変化させることにより、参照光のデフォーカス収差を変調することとした。本構成においては、階段型ミラー１１２を用いることなく、簡素で安価な構成で参照光のデフォーカス収差を変調することができる。対物レンズアクチュエータ１６０１に代えて、対物レンズ１１１を焦点可変レンズとして構成することにより、同様の効果を発揮することもできる。
【０１２９】
＜実施の形態５＞
図１７は、本発明の実施形態５に係る光画像計測装置における、デフォーカス変調部１１３の構成例を示す図である。デフォーカス変調部１１３以外の構成は実施形態１〜２と同様であるので、その説明を省略する。図１７（ａ）に示すように、本実施形態５におけるデフォーカス変調部１１３は、対物レンズ１１１、ミラー１７０１、ピエゾ素子１７０２から構成される。
【０１３０】
図１７（ｂ）は、ミラー１７０１の反射面と参照光の集光位置との間の相対位置変化を示す。本実施形態５においては、ピエゾ素子１７０２を用いてミラー１７０１を光軸方向に駆動し、ミラー１７０１の反射面と参照光の集光位置との間の相対位置を光軸方向に変化させることにより、参照光のデフォーカス収差を変調することとした。ミラー１７０１としては、参照光のスポットサイズ程度の反射面の大きさを有していればよいので、サイズおよび質量の小さなミラーを用いることとした。これにより、実施形態４のように対物レンズ１１１を駆動する場合に比べて、より高速にデフォーカス量を変調することができる。
【０１３１】
＜実施の形態６＞
図１８は、本発明の実施形態６に係る光画像計測装置の構成例を示す模式図である。本実施形態６におけるデフォーカス変調部１１３は、対物レンズアクチュエータ１３０１に代えて階段型ミラーアクチュエータ１８０１を備える。その他の構成は実施形態２と同様である。
【０１３２】
本実施形態６においては、階段型ミラーアクチュエータ１８０１によって階段型ミラー１１２を光軸に垂直な方向に駆動することにより、階段型ミラー１１２に対する参照光の集光位置を変位させ、参照光のデフォーカス量を変調する。これにより、実施形態２と同様の効果を発揮させることができる。さらに、参照光と対物レンズ１１１との間の相対位置が固定されているので、対物レンズ１１１の開口を通過する参照光パワーの変動を抑制することができる。
【０１３３】
＜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。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】
【０１３４】
１０１：光源
１０２：コリメートレンズ
１０３：λ／２板
１０４：偏光ビームスプリッタ
１０５：λ／４板
１０６：対物レンズ
１０７：対物レンズアクチュエータ
１０８：サンプル
１０９：λ／４板
１１０：ＭＥＭＳミラー
１１１：対物レンズ
１１２：階段型ミラー
１１３：デフォーカス変調部
１１４：ハーフビームスプリッタ
１１５：λ／２板
１１６：λ／４板
１１７：集光レンズ
１１８：集光レンズ
１１９：ウォラストンプリズム
１２０：ウォラストンプリズム
１２１：干渉光学系
１２２：光検出器
１２３：光検出器
１２６：画像生成部
１２７：画像表示部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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