(57)【要約】【課題】複屈折分布を含む魚の骨や人間の皮膚といった生物試料の断面構造の計測について、従来のＯＣＴ計測では得ることができなかった複屈折分布を含む微細な構造を確認可能とする。【解決手段】参照光と物体光の偏光状態を、それぞれ水平直線偏光、垂直直線偏光、４５°直線偏光、右回り円偏光の４通りのいずれかに選択的に調整し、それぞれの偏光状態をビームスプリッター１０で組み合わせて４通り×４通りの１６通りの組み合わせた状態で、回折格子２０及びレンズから成る分光器を通し、その干渉縞をＣＣＤカメラ２２で撮影して１６枚のコヒーレンストモグラフィー像を取得し、これらの１６枚のコヒーレンストモグラフィー像から、試料の偏光特性を表示することができるミュラー行列の各成分を求めることにより、試料内部の偏光情報の測定を行う。【選択図】　　　図１
2004028970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光の入射光路上に設けられ、該入射光の偏光状態を、互いに異なる４通りの偏光状態のいずれかに選択的に調整可能な入射光学系と、
上記入射光路上に設けられ、上記４通りの偏光状態のいずれかに選択的に調整された入射光を参照光と計測対象とする試料に対する入射光とに分けるビームスプリッターと、
上記参照光の偏光状態を、上記４通りの偏光状態のいずれかに選択的に調整して上記ビームスプリッターに戻して透過させるための参照光光学系と、
それぞれの４通りの偏光状態に調整された上記参照光と上記試料から反射されてきた物体光とを互いに組み合わせて４通り×４通りの１６通りの組み合わせた状態で、参照光と物体とを干渉させる回折格子及びレンズから成る分光器と、
上記干渉で生じたスペクトル干渉縞を撮影して１６枚のコヒーレンストモグラフィー像を取得するＣＣＤカメラとを備え、
上記物体光のうち参照光と同じ偏光成分に基づく信号を取り出すことを特徴とする偏光感受型光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項２】
入射光の入射光路上に設けられ、該入射光の偏光状態を、水平直線偏光、垂直直線偏光、４５°直線偏光及び右周り円偏光の４通りのいずれかに選択的に調整する第１の１／２波長板及び第１の１／４波長板と、
上記入射光路上に設けられ、上記４通りの偏光状態のいずれかに選択的に調整された入射光を参照光と計測対象とする試料に対する入射光とに分けるビームスプリッターと、
上記参照光の偏光状態を水平直線偏光、垂直直線偏光、４５°直線偏光及び右周り円偏光の４通りのいずれかに選択的に調整して上記ビームスプリッターに戻して透過させるための第２の１／４波長板、第３の１／４波長板及びミラーと、
上記４通りの偏光状態のいずれかにそれぞれ調整され上記試料で反射され、さらに上記ビームスプリッターで反射された物体光と上記４通りの偏光状態のいずれかにそれぞれ調整された参照光が重ね合わせられた光を水平直線偏光に制御する第４の１／４波長板及び第２の１／２波長板と、
それぞれの４通りの偏光状態に調整された上記参照光と上記試料から反射されてきた物体光とを互いに組み合わせて４通り×４通りの１６通りの組み合わせた状態で、参照光と物体とを干渉させる回折格子及びレンズから成る分光器と、
上記干渉で生じたスペクトル干渉縞を撮影して１６枚のコヒーレンストモグラフィー像を取得するＣＣＤカメラとを備え、
上記物体光のうち参照光と同じ偏光成分に基づく信号を取り出すことを特徴とする偏光感受型光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項３】
参照光と物体光の偏光状態を、互いに異なる４通り偏光状態のいずれかに選択的に調整し、それぞれの偏光状態を組み合わせて４通り×４通りの１６通りの組み合わせた状態で、参照光と物体光の干渉縞を撮影して１６枚のコヒーレンストモグラフィー像を取得し、
これらの１６枚のコヒーレンストモグラフィー像から、上記試料の偏光特性を表示することができるミュラー行列の各成分を求めることにより、試料内部の偏光情報の測定を行うことを特徴とする偏光感受型光コヒーレンストモグラフィーによる試料内部の偏光情報の測定方法。
【請求項４】
入射光の偏光状態を、水平直線偏光、垂直直線偏光、４５°直線偏光及び右周り円偏光の４通りのいずれかに選択的に調整し、
上記４通りの偏光状態のいずれかに選択的に調整された入射光を、ビームスプリッターによって参照光と計測対象とする試料に対する入射光とに分け、
上記参照光の偏光状態を水平直線偏光、垂直直線偏光、４５°直線偏光及び右周り円偏光の４通りのいずれかに選択的に調整して上記ビームスプリッターに戻して透過させ、
上記４通りの偏光状態のいずれかに選択的に調整された上記試料からの物体光と、上記４通りの偏光状態にいずれかに選択的に調整された参照光とを、回折格子及びレンズから成る分光器で干渉させ、
上記干渉で生じたスペクトル干渉縞をＣＣＤカメラで撮影して物体光のうち参照光と同じ偏光成分に基づく信号を取り出すことを特徴とする偏光感受型光コヒーレンストモグラフィーによる試料内部の偏光情報を計測する方法であって、
上記それぞれの偏光状態を組み合わせて４通り×４通りの１６通りの組み合わせた状態で、参照光と物体光の干渉縞を撮影して１６枚のコヒーレンストモグラフィー像を取得し、
これらの１６枚のコヒーレンストモグラフィー像から、上記試料の偏光特性を表示することができる　ミュラー行列の各成分を求めることにより、上記偏光情報の測定を行うことを特徴とする偏光感受型光コヒーレンストモグラフィーによる試料内部の偏光情報の測定方法。
【請求項５】
入射光の偏光状態を、第１の１／２波長板及び第１の１／４波長板によって、水平直線偏光、垂直直線偏光、４５°直線偏光及び右周り円偏光の４通りのいずれかに選択的に調整し、
上記４通りの偏光状態のいずれかに選択的に調整された入射光を、ビームスプリッターによって、参照光と計測対象とする試料に対する入射光とに分け、
上記参照光の偏光状態を、第２の１／４波長板、第３の１／４波長板及びミラーで、水平直線偏光、垂直直線偏光、４５°直線偏光及び右周り円偏光の４通りのいずれかに選択的に調整して上記ビームスプリッターに戻して透過させ、
上記試料で反射され、さらに上記ビームスプリッターで反射された物体光と上記参照光が重ね合わせられた光を、第４の１／４波長板及び第２の１／２波長板で参照光が水平直線偏光になるように制御し、これらの物体光と参照光を回折格子及びレンズから成る分光器で干渉させ、
上記分光器で形成されたスペクトル干渉縞をＣＣＤカメラで撮影し、物体光のうち参照光と同じ偏光成分に基づく信号を取り出し、
該ＣＣＤカメラからの上記信号を、画像処理装置に入力して、フーリエ変換された参照光と物体光との相関信号を得ることを特徴とする偏光感受型光コヒーレンストモグラフィーによる試料内部の偏光情報の測定方法であって、
上記それぞれの偏光状態を組み合わせて４通り×４通りの１６通りの組み合わせた状態で、参照光と物体光の干渉縞を撮影して１６枚のコヒーレンストモグラフィー像を取得し、
これらの１６枚のコヒーレンストモグラフィー像から、上記試料の偏光特性を表示することができる　ミュラー行列の各成分を求めることにより、上記偏光情報の測定を行うことを特徴とする偏光感受型光コヒーレンストモグラフィーによる試料内部の偏光情報の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ　ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ　ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）を用いて物体のもつ偏光情報を捉え、より微細な構造を計測するための偏光感受型光コヒーレンストモグラフィー装置及び該装置による試料内部の偏光情報の測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、物体の内部情報、つまり屈折率分布の微分構造を非破壊、高分解能で捉えるために、ＯＣＴを用いることが行われている。
【０００３】
しかし、従来のＯＣＴでは、物体の屈折率分布の微分構造は、非破壊、高分解能で捉えることはできるものの、物体そのものが本来持っている偏光依存性を捉えることはできない。特にＯＣＴを生体計測へ応用することを考える場合、繊維状の構造に起因する複屈折による偏光依存性を持つ生物試料の測定においては、解像度の低下とともに、構造を捉えられないなどの問題が生じてしまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、散乱光成分はほとんど偏光特性を持っていないため、その偏光情報を捉えるのは困難である。本発明者らは、ＯＣＴのような低コヒーレンス干渉計で、ある特定部分からの散乱光成分とある偏光状態の参照光とを干渉させると、その干渉成分には偏光特性が強く反映され、その結果、奥行き方向の断面のある特定部分の偏光情報を捉えることが可能となるという点を想到するに至った。
【０００５】
本発明は、試料（物体）の持つ偏光情報を捉えて微細な構造を計測する物体の持つ偏光情報を捉えて微細な構造を計測することを目的とし、機械的な走査なしに深さ方向の断面構造を計測できるスペクトル干渉型のトモグラフィー装置に偏光感受性を導入した。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、入射光の入射光路上に設けられ、該入射光の偏光状態を、互いに異なる４通りの偏光状態のいずれかに選択的に調整可能な入射光学系と、上記入射光路上に設けられ、上記４通りの偏光状態のいずれかに選択的に調整された入射光を参照光と計測対象とする試料に対する入射光とに分けるビームスプリッターと、上記参照光の偏光状態を、上記４通りの偏光状態のいずれかに選択的に調整して上記ビームスプリッターに戻して透過させるための参照光光学系と、それぞれの４通りの偏光状態に調整された上記参照光と上記試料から反射されてきた物体光とを互いに組み合わせて４通り×４通りの１６通りの組み合わせた状態で、参照光と物体とを干渉させる回折格子及びレンズから成る分光器と、上記干渉で生じたスペクトル干渉縞を撮影して１６枚のコヒーレンストモグラフィー像を取得するＣＣＤカメラとを備え、上記物体光のうち参照光と同じ偏光成分に基づく信号を取り出すことを特徴とする偏光感受型光コヒーレンストモグラフィー装置を提供する。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するために、入射光の入射光路上に設けられ、該入射光の偏光状態を、水平直線偏光、垂直直線偏光、４５°直線偏光及び右周り円偏光の４通りのいずれかに選択的に調整する第１の１／２波長板及び第１の１／４波長板と、上記入射光路上に設けられ、上記４通りの偏光状態のいずれかに選択的に調整された入射光を参照光と計測対象とする試料に対する入射光とに分けるビームスプリッターと、上記参照光の偏光状態を水平直線偏光、垂直直線偏光、４５°直線偏光及び右周り円偏光の４通りのいずれかに選択的に調整して上記ビームスプリッターに戻して透過させるための第２の１／４波長板、第３の１／４波長板及びミラーと、上記４通りの偏光状態のいずれかにそれぞれ調整され上記試料で反射され、さらに上記ビームスプリッターで反射された物体光と上記４通りの偏光状態のいずれかにそれぞれ調整された参照光が重ね合わせられた光を水平直線偏光に制御する第４の１／４波長板及び第２の１／２波長板と、それぞれの４通りの偏光状態に調整された上記参照光と上記試料から反射されてきた物体光とを互いに組み合わせて４通り×４通りの１６通りの組み合わせた状態で、参照光と物体とを干渉させる回折格子及びレンズから成る分光器と、上記干渉で生じたスペクトル干渉縞を撮影して１６枚のコヒーレンストモグラフィー像を取得するＣＣＤカメラとを備え、上記物体光のうち参照光と同じ偏光成分に基づく信号を取り出すことを特徴とする偏光感受型光コヒーレンストモグラフィー装置を提供する。
【０００８】
本発明は上記課題を解決するために、参照光と物体光の偏光状態を、互いに異なる４通り偏光状態のいずれかに選択的に調整し、それぞれの偏光状態を組み合わせて４通り×４通りの１６通りの組み合わせた状態で、参照光と物体光の干渉縞を撮影して１６枚のコヒーレンストモグラフィー像を取得し、これらの１６枚のコヒーレンストモグラフィー像から、上記試料の偏光特性を表示することができるミュラー行列の各成分を求めることにより、試料内部の偏光情報の測定を行うことを特徴とする偏光感受型光コヒーレンストモグラフィーによる試料内部の偏光情報の測定方法を提供する。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するために、入射光の偏光状態を、水平直線偏光、垂直直線偏光、４５°直線偏光及び右周り円偏光の４通りのいずれかに選択的に調整し、上記４通りの偏光状態のいずれかに選択的に調整された入射光を、ビームスプリッターによって参照光と計測対象とする試料に対する入射光とに分け、上記参照光の偏光状態を水平直線偏光、垂直直線偏光、４５°直線偏光及び右周り円偏光の４通りのいずれかに選択的に調整して上記ビームスプリッターに戻して透過させ、上記４通りの偏光状態のいずれかに選択的に調整された上記試料からの物体光と、上記４通りの偏光状態にいずれかに選択的に調整された参照光とを、回折格子及びレンズから成る分光器で干渉させ、上記干渉で生じたスペクトル干渉縞をＣＣＤカメラで撮影して物体光のうち参照光と同じ偏光成分に基づく信号を取り出すことを特徴とする偏光感受型光コヒーレンストモグラフィーによる試料内部の偏光情報を計測する方法であって、上記それぞれの偏光状態を組み合わせて４通り×４通りの１６通りの組み合わせた状態で、参照光と物体光の干渉縞を撮影して１６枚のコヒーレンストモグラフィー像を取得し、これらの１６枚のコヒーレンストモグラフィー像から、上記試料の偏光特性を表示することができる　ミュラー行列の各成分を求めることにより、上記偏光情報の測定を行うことを特徴とする偏光感受型光コヒーレンストモグラフィーによる試料内部の偏光情報の測定方法を提供する。
【００１０】
本発明は上記課題を解決するために、入射光の偏光状態を、第１の１／２波長板及び第１の１／４波長板によって、水平直線偏光、垂直直線偏光、４５°直線偏光及び右周り円偏光の４通りのいずれかに選択的に調整し、上記４通りの偏光状態のいずれかに選択的に調整された入射光を、ビームスプリッターによって、参照光と計測対象とする試料に対する入射光とに分け、上記参照光の偏光状態を、第２の１／４波長板、第３の１／４波長板及びミラーで、水平直線偏光、垂直直線偏光、４５°直線偏光及び右周り円偏光の４通りのいずれかに選択的に調整して上記ビームスプリッターに戻して透過させ、上記試料で反射され、さらに上記ビームスプリッターで反射された物体光と上記参照光が重ね合わせられた光を、第４の１／４波長板及び第２の１／２波長板で参照光が水平直線偏光になるように制御し、これらの物体光と参照光を回折格子及びレンズから成る分光器で干渉させ、上記分光器で形成されたスペクトル干渉縞をＣＣＤカメラで撮影し、物体光のうち参照光と同じ偏光成分に基づく信号を取り出し、該ＣＣＤカメラからの上記信号を、画像処理装置に入力して、フーリエ変換された参照光と物体光との相関信号を得ることを特徴とする偏光感受型光コヒーレンストモグラフィーによる試料内部の偏光情報の測定方法であって、上記それぞれの偏光状態を組み合わせて４通り×４通りの１６通りの組み合わせた状態で、参照光と物体光の干渉縞を撮影して１６枚のコヒーレンストモグラフィー像を取得し、これらの１６枚のコヒーレンストモグラフィー像から、上記試料の偏光特性を表示することができる　ミュラー行列の各成分を求めることにより、上記偏光情報の測定を行うことを特徴とする偏光感受型光コヒーレンストモグラフィーによる試料内部の偏光情報の測定方法を提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る偏光感受型光コヒーレンストモグラフィー装置の実施の形態を実施例に基づいて図面を参照して説明する。
【００１２】
本発明に係る偏光感受型光コヒーレンストモグラフィー装置の基本的な原理は、参照光と物体光の偏光状態をそれぞれ水平直線偏光（Ｈ）、垂直直線偏光（Ｖ）、４５°直線偏光（Ｐ）、右回り円偏光（Ｒ）の４通りに制御し、それぞれの偏光状態を組み合わせた状態（４通り×４通りの１６通りの組み合わせ）で通常のＯＣＴ計測を行う。
【００１３】
これにより披検物体（試料）の偏光特性が反映された１６枚のＯＣＴ像が取得できる。これらの１６枚のＯＣＴ像から、披検物体の偏光特性を表示することができる　ミュラー行列の各成分を求めることにより、偏光情報の測定を行うものである。
【００１４】
（実施例１）
以下、図１に示す偏光感受型スペクトル干渉トモグラフィー装置を利用した本発明に係る実施例１を説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係る偏光感受型スペクトル干渉トモグラフィー装置１の光学系の全体構成を説明する図である。図１において、この光学系は、その概要としては、マイケルソン干渉計と分光器の２つの光学系から構成されている。
【００１６】
本発明に係る偏光感受型光コヒーレンストモグラフィー装置１は、光源２にパルスレーザ、或いはパルスレーザーと同様に広帯域スペクトルを有するスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ：Ｓｕｐｅｒ　Ｌｕｍｉｎｅｓｓｅｎｔ　Ｄｉｏｄｅ）を使用する。このように、本発明では、光パルスのもつ高いピーク強度を利用していないため、光源に必ずしもパルスレーザを用いる必要は無く、ＳＬＤを使用することが可能である。
【００１７】
但し、パルスレーザーは、ＳＬＤに比べ安定した空間モード（横モード）を持ち、中心波長が可視域に近く、系の作製や調整が容易であることに加え、出力強度が高く最適化なしでも低反射・高散乱物体の計測が可能であるから、実施例では、パルスレーザーを用いる。
【００１８】
まず、光源から出たパルスレーザー光の光路上に、光のパワーを減少させる光ウェッジ３を設け、さらにミラー４、５、６を介して、マイケルソン干渉計が設けられている。マイケルソン干渉計は、入射光路上に設けられた偏光子７、１／２波長板８（第１の１／２波長板）、１／４波長板９（第１の１／４波長板）及びビームスプリッター１０と、参照光光学系を構成する１／４波長板１１（第２の１／４波長板）、１／４波長板１２（第３の１／４波長板）及びミラー１３と、入射光を集光するレンズ１４とから構成される。
【００１９】
ビームスプリッター１０は、１／４波長板９から出た入射光を、参照光と試料台１６に支持された試料に向かう入射光に分ける働きをする。試料台１６に支持された試料に向かう入射光は、レンズ１４により試料の一点に集光して反射され、物体光としてビームスプリッター１０に向かい、そこで反射され参照光光学系からの参照光と重ね合わせられ、マイケルソン干渉計から出射する。
【００２０】
さらに、マイケルソン干渉計から出射された光の光路上にミラー１７を介して１／４波長板１８（第４の１／４波長板）、１／２波長板１９（第２の１／２波長板）を設け、さらに１／２波長板１９から出射された光の光路上に回折格子２０を設け、回折格子２０で反射され回折された光の光路上にレンズ２１とＣＣＤカメラ２２を設ける。この回折格子２０及びレンズ２１で分光器を構成する。
【００２１】
（実施例１の作用）
光源２から出た光（光パルスを利用する。）は、光ウェッジ３によりパワーを減少された後、偏光子７により水平直線偏光（Ｈ）となる。そして、入射光の偏光状態を、１／２波長板８と１／４波長板９により、水平直線偏光（以下「Ｈ」という）、垂直直線偏光（以下「Ｖ」という）、４５°直線偏光（以下「Ｐ」という）及び右周り円偏光（以下「Ｒ」という）の４通りのいずれかに選択的に調整し、参照光と試料に入射する光とに分ける。
【００２２】
ビームスプリッター１０で分けられた参照光は、参照光光学系の２枚の１／４波長板１１、１２により、偏光状態がＨ、Ｖ、Ｐ、Ｒとなるように調整されビームスプリッター１０に入射される。一方、試料に入射する光はレンズ１４により試料１５上の１点に集光され、反射され物体光としてビームスプリッター１０に向かう。ビームスプリッター１０は、上記入射してくる参照光を透過させ物体光を４５度反射させて、両者を重ね合わせる。
【００２３】
このようにして重ね合わせられてビームスプリッター１０から出てくる偏光状態がＨ、Ｖ、Ｐ、Ｒとなるように調整された参照光と、試料から反射してきた物体光は、ミラー１７で反射されてから１／４波長板１８及び１／２波長板１９を通して偏光状態をＨにされ、回折格子２０及びレンズ２１からなる分光器に入射する。なお、回折格子の高い回折効率を使うために回折格子に入射する偏光状態をＨに制御している。
【００２４】
このように特定偏光の参照光（Ｈ、Ｖ、Ｐ、Ｒのいずれかの偏光状態の参照光）と物体光を干渉させることにより、物体光の特定偏光成分だけがＣＣＤカメラ上にスペクトル干渉縞を作り、その結果、物体光のうち参照光と同じ偏光状態をもつ成分だけを信号として取り出すことができる。そして、このスペクトル干渉縞をコンピュータに取り込み、画像のｙ軸のある１点から横１行を抜き取って離散フーリエ変換（ＤＦＴ：Ｄｉｓｃｒｅｔｅ　ｆｏｕｒｉｅｒ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）により空間的なフーリエ変換を計算する。
【００２５】
これにより、参照光と物体光との一次元相関信号が得られる。さらにこれらの信号強度を組み合わせてミュラー行列（Ｍｕｅｌｌｅｒ　ｍａｔｒｉｘ）を求めることにより、試料内部の偏光情報を捉えることができる。
【００２６】
さらに実施例１を詳細に説明する。図１に示す偏光感受型スペクトル干渉トモグラフィー装置の光学系において、光の進行方向にｚ軸、ｚ軸と垂直かつ紙面上になるようにｘ軸、紙面垂直方向にｙ軸を設定している。光源として中心波長（λｃ）７７５ｎｍ、パルスの繰り返し周波数１ＫＨｚ、パルス幅１５０ｆｓ（ＦＷＨＭ）のＴｉ：　Ｓａｐｐｈｉｒｅ再生増幅パルス（Ｃｌｅｒｋ社製　ＣＰＡ２００１）を用いている。
【００２７】
まず、光源から出た光パルスは、光ウェッジ（Ｗｅｄｇｅ　光くさび）　によりパワーを減少させた後、偏光子（Ｐｏｌ．）７により水平直線偏光（Ｈ）となる。ここで、系に入射する光パルスの電場を次の数式１のように定義する。
【００２８】
【数１】
2004028970.tif 000003
【００２９】
次に、入射光の偏光状態を入射光学系を構成する１／２波長板８と１／４波長板９によって　Ｈ、Ｖ、Ｐ、Ｒ　の４通りのいずれかに選択的に調整し、ビームスプリッター１０で試料に入射する光と参照光とに分離する。そして、参照光は、参照光光学系を構成する２枚の１／４波長板１１、１２及びミラー１３により、参照アーム透過後の偏光状態がＨ、Ｖ、Ｐ、Ｒのいずれかに選択的に調整されるるようにしてビームスプリッター１０に戻され、これを透過する。一方、試料１５に入射する光は、レンズ１５により試料１５上の一点に集光されて反射される。この時の参照光の電場ＥＡ，ｒ（ｘ、ｔ）と試料による反射された後の物体光の電場ＥＡ，ｓ（ｘ、ｔ）はそれぞれ次の数式２で表される。
【００３０】
【数２】
2004028970.tif 000004
【００３１】
ここで、Δｌ（本明細書記載の「Δｌ」の「ｌ」はＬ（エル）の小文字を表しているものとする。）は参照アームと物体アームの光路差、ｃは光速、添字のＡは偏光状態、ｒとｓはそれぞれ参照光及び物体光を表している。
【００３２】
次に、試料１５から反射された物体光と、上記偏光状態が選択的に調整された参照光をビームスプリッターにより再度重ね合わせる。そして、マイケルソン干渉計から出力された光（ビームスプリッター１０から出力された光）をミラー１７で反射し、これを偏光状態を１／４波長板１８及び１／２波長板１９を通してＨにし、回折格子２０とレンズ２１からなる分光器に入射させる。
【００３３】
ここで、回折格子１０に入射する偏光状態をＨにするのは、Ｈの場合に回折格子の回折効率が一番高くなるためである。そして分光器による分光、すなわち時間的なフーリエ変換を行うと、参照光と物体光のスペクトルがＣＣＤカメラ２２上に空間的に展開される。ＣＣＤカメラ２２上でのそれぞれの電場は次の数式３で表される。
【００３４】
【数３】
2004028970.tif 000005
【００３５】
また、β＝λｃ／（ｃｄｃｏｓθｄ）は、中心波長λｃ及び回折格子１０の格子間隔ｄ、光速ｃ、回折折角度θｄにより決まる定数、α＝ｃｏｓθｉ／ｃｏｓθｄは、回折格子への入射角度θｉ及び回折角度θｄにより決まる定数、ｆはシリンドリカルレンズｘ−ＣＬの焦点距離であり、＊はコンボリューションを表している。また、次の数式４で示すものの幅は、数式５で示すものの幅に較べて十分小さいため、デルタ関数として無視することにより、上記数式３のように近似して表現することができる。
【００３６】
【数４】
2004028970.tif 000006
【００３７】
【数５】
2004028970.tif 000007
【００３８】
次に、ＣＣＤカメラ２２上（フーリエ変換面）のｘ軸方向に空間的に展開された参照光と物体光のスペクトルはＣＣＤカメラ２２上で重なり合い、スペクトル干渉縞を形成する。ここでは特定の偏光状態の参照光と物体光とが重なり合っているため、物体光の特定の偏光成分だけが干渉していることになる。このスペクトル干渉縞をＣＣＤカメラ２２で撮影して、スペクトル強度分布に変換する。ＣＣＤカメラで得られる強度分布は数式６に示すように、数式３におけるそれぞれの式の電場の和の強度で表される。
【００３９】
【数６】
2004028970.tif 000008
【００４０】
数式６において、第１項と第２項はそれぞれ参照光と物体光のスペクトル強度を表し、第３項と第４項は物体光のスペクトルに窓関数として参照光のスペクトルが掛けられたものが、参照アームと物体アームの光路差Δｌに比例する周波数をもった正弦関数で変調されていることを表している。
【００４１】
最後に、ＣＣＤカメラ２２により撮影し、画像ボード（サイバーテック社製ＣＴ３０００Ａ）を介してコンピュータに取り込んだ干渉縞の強度分布（数式６参照）の空間的なフーリエ変換を離散フーリエ変換（ＤＦＴ）により計算すると、次の数式７で示すように、参照光と物体光の強度相関信号が得られる。
【００４２】
但し、コンピュータで計算する際の標本点数をＮ、標本間隔をＴとし、χ（＝０，１，・・・，　Ｎ−１）　番目の空間周波数をν＝χ／（ＮＴ）で表している。本装置では、数式６で示すスペクトル強度分布をＣＣＤカメラ２２により計測しているため、ＮはＣＣＤカメラ２２のｘ軸方向の画素数、ＴはＣＣＤカメラ２２のｘ軸方向の画素の大きさにより決定される。
【００４３】
【数７】
2004028970.tif 000009
【００４４】
ここで、第１項と第２項はそれぞれ参照光と物体光の自己相関信号でありν＝０を中心として表れる。第３項と第４項はそれぞれ参照光と物体光の相互相関信号であり、自己相関信号からν＝±Δｌ／（λｃβｆｃ）離れた位置に表れる。この相互相関信号をみると、参照アームと物体アームの光路差Δｌ、すなわち深さ情報が含まれている。これにより、マイケルソン干渉計のアームの片方に置かれた試料の深さ情報を得ることができる。
【００４５】
ところで、通常、偏光状態を表示するには、ＪｏｎｅｓベクトルやＳｔｏｋｅｓベクトルが用いられる。Ｊｏｎｅｓベクトルは光がいくつかの光学素子を通る各段において、その偏光状態を表すことができる。だが、完全な偏光しか記述することができず、部分偏光あるいは自然光のような非偏光な光の状態を扱うことができない。一方、ＳｔｏｋｅｓベクトルはＪｏｎｅｓベクトルに比べ、各段における偏光状態の見通しがつきにくくなるものの、自然光のような部分偏光を含む幅広い偏光特性を表すことが可能である。
【００４６】
一般に、光ビームのＳｔｏｋｅｓベクトルＳは検出器に入射する６つの偏光状態Ｈ（水平直線偏光）、Ｖ（垂直直線偏光）、Ｐ（４５°直線偏光）、Ｍ（−４５°直線偏光）、Ｒ（右回り円偏光）、Ｌ（左回り円偏光。以下「Ｌ」という）での光強度により定義することができる。このとき、それぞれの偏光状態での光強度の関係は、ＩＨ＋ＩＶ＝ＩＰ＋ＩＭ＝ＩＲ＋ＩＬとなるため、実際には４つの独立した状態で光強度を測定することによりＳｔｏｋｅｓベクトルを決定することができる。今回用いる偏光状態　Ｈ、Ｖ、Ｐ、Ｒを用いるとＳｔｏｋｅｓベクトルは次の数式８のように定義される。
【００４７】
【数８】
2004028970.tif 000010
【００４８】
例として　Ｈ、Ｖ、Ｐ、Ｍ、Ｒ、Ｌ　及び自然光すなわち無偏光のＳｔｏｋｅｓベクトルを次の数式９に示す。
【００４９】
【数９】
2004028970.tif 000011
【００５０】
さらに、光学素子や測定物体への入力ＳｔｏｋｅｓベクトルをＳｉｎ、出力ＳｔｏｋｅｓベクトルをＳｏｕｔとすると、それらの光学素子や測定物体の偏光特性は、ＳｉｎとＳｏｕｔの線形変換行列をＭとして次の数式１０のように表すことができる。
【００５１】
【数１０】
2004028970.tif 000012
【００５２】
上記数式１０に用いられる線形変換行列Ｍがミュラー行列（Ｍｕｅｌｌｅｒ　Ｍａｔｒｉｘ）と呼ばれているものである。また、Ｍ０、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３はそれぞれ４行１列のミュラーベクトル要素を表している。この４×４のミュラー行列は１６個の独立した要素から構成されているため、１６個の独立した光強度の測定により決定することができる。
【００５３】
そこで、上記数式９のＨ、Ｖ、Ｐ、Ｒの４つを入力Ｓｔｏｋｅｓベクトルとする場合を考える。この時、それぞれの出力Ｓｔｏｋｅｓベクトルは数式１０から、次の数式１１と表すことができる。
【００５４】
【数１１】
2004028970.tif 000013
【００５５】
したがって、これらの出力Ｓｔｏｋｅｓベクトルからミュラー行列を計算すると、数式１２のようになる。
【００５６】
【数１２】
2004028970.tif 000014
【００５７】
ここで、添字は参照光と物体光の偏光状態の組み合わせを表しており、例えばＩＨｖならば参照光の偏光状態がＨで物体光の偏光状態がＶの場合の干渉信号強度である。図１に示す装置では、それぞれの強度はスペクトル干渉縞の強度を離散フーリエ変換（ＤＦＴ）によりフーリエ変換した後の信号強度すなわち相関信号強度となる。本発明に係る装置ではまた、試料１５の一点について一つのミュラー行列を決定する。つまり、最終的には計測物体におけるミュラー行列の分布を計測するのである。
【００５８】
その結果は、Ｍ００〜Ｍ３３までの合計１６枚のＯＣＴ画像を得ることになる。それぞれのＯＣＴ画像は、例えばＭ００であれば通常のＯＣＴ装置で得ることができる偏光情報を含まない分布を表し、Ｍ２３であれば４５°直線偏光の光を円偏光に変換するような分布を表している。つまり、それぞれの成分を観察することにより、試料（物体）の偏光特性を捉えることができるのである。以下に代表的な偏光素子のミュラー行列を数式１３〜１６に示す。
【００５９】
ここに、ｘ軸方向の振幅透過率ｐｘ、ｙ軸方向の振幅透過率がｐｙである部分偏光子のミュラー行列は数式１３で示し、ｘ軸方向に透過軸をもつ完全偏光子のミュラー行列は数式１４で示し、ｚ軸方向の位相がδだけ進む移相子のミュラー行列は数式１５で示し、偏光方位をθ回転させる旋光子のミュラー行列は数式１６で示す。
【００６０】
【数１３】
2004028970.tif 000015
【００６１】
【数１４】
2004028970.tif 000016
【００６２】
【数１５】
2004028970.tif 000017
【００６３】
【数１６】
2004028970.tif 000018
【００６４】
（実験例１）
本発明者等は、図１に示す装置により奥行き方向の情報がどの程度の分解能で得られるかを確認するために、マイケルソン干渉計の試料台１６に平面鏡をおいて光路差を測定した。偏光状態は試料、ここでは平面鏡に入射した光と参照光、両方とも水平直線偏光（ＨＨ）の状態で行った。測定した結果を図２に示す。
【００６５】
図２（ａ）において左側の像はＣＣＤカメラ２２で撮影されたスペクトル干渉縞の像である。右側の分布は、スペクトル干渉縞の強度分布の横一列を抜き取り、離散フーリエ変換（ＤＦＴ：　Ｄｉｓｃｒｅａｔ　ｆｏｕｒｉｅｒ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）によってスペクトル強度のフーリエ変換を計算して得られた参照光と物体光の相関強度分布である。また、図２（ｂ）は、（ａ）の場合よりも６００μｍ物体光側の光路長が長い場合の結果である。
【００６６】
図２（ａ）と図２（ｂ）それぞれの相関強度分布は、干渉縞画像のｙ＝１０７〜４０６の部分の相関強度分布の平均値をとったものであり、参照光に起因するノイズを除去するためにＤＦＴを行う前に干渉縞画像を参照光のみの画像で割っている。これら２つの相関強度分布において、ｚ＝０付近の分布は参照光と物体光それぞれの自己相関分布（０次光分布）を、その右側及び左側の分布が参照光と物体光の相互相関分布（１次光成分及び−１次光成分）をそれぞれ表している。
【００６７】
これらの結果から、相関分布における１次または−１次のピーク位置のずれが、干渉計の光路差に比例していることが分かる。ピーク位置のずれと光路差の比例関係から強度相関分布の横軸（ｚ軸に対応）の係数を計算すると、１６μｍ／ｐｉｘｅｌとなる。さらに、相互相関分布の半値全幅（ＦＷＨＭ：Ｆｕｌｌ　ｗｉｄｔｈ　ａｎｄ　ｈａｌｆｍａｘｉｍｕｍ）から装置の深さ方向（ｚ軸）の分解能を求めた結果、本装置では３２μｍの分解能をもつことが分かった。
【００６８】
この装置１は、奥行き方向の走査を行うことなく１回の測定で深さ情報を得ることができるため、ｘ軸方向の一次元走査のみで測定物体の断面構造を計測することができる。そのため、ｘ軸方向の分解能は、走査間隔により決まると言える。
【００６９】
（実験例２）
魚の骨の計測：
生物試料として、図３（ａ）に示す魚（鮭）の中骨の断面構造の計測を行った。試料はスライドガラス上に両面テープにより張り付けて固定し、図３（ａ）中のＡ−Ｂの部分を５μｍ間隔で５０点走査した。（ｂ）の写真は、図３（ａ）の断面部分を、微分干渉顕微鏡（ＤＩＣ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　ｃｏｎｔｒａｓｔ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）により計測し
たものである。
【００７０】
Ｈ、Ｖ、Ｐ、Ｒ　の４つの偏光状態の組み合わせにより得られる１６枚の生のＯＣＴ像を図４に、そのＯＣＴ計測データから数式１２によりミュラー行列を計算しその要素ごとに表示したミュラー行列像を図５に示す。ＨＨやＨＶなどは試料に入射する光と参照光の偏光状態を、Ｍの添字はミュラー行列の各成分を表しており、それぞれの画像は各画像の最大値で規格化している。また、これらの画像の大きさは、横２５０μｍ×縦８００μｍである。
【００７１】
図４のＯＣＴ像において、ＨＰやＰＰ、ＲＰなどに微細な構造が観測されていることがわかる。しかし、ＯＣＴ像では−４５°直線偏光や左回り円偏光に変換する性質をもつ部分の分布を確認することはできない。一方、図５のミュラー行列の各成分を表示した像を見ると、Ｍ００は通常のＯＣＴ像と同様の偏光特性情報を含まない像であるため、全体の大まかな構造を確認することができるが、複屈折性を示す細かな構造は分からない。しかし、ＯＣＴ像でははっきりしていなかった骨のコラーゲン小繊維が要因と思われる複屈折性をもつ細かな構造がＭ００以外の像にはっきりと表れているのが確認できる。
【００７２】
例えば、Ｍ２１では、水平直線偏光を４５°直線偏光に変換する性質をもつ部分（図５では明示されないが赤色を呈する部分。以下、色については図５では明示されない。）と−４５°直線偏光に変換する性質（青色）をもつ部分の構造が表れており、Ｍ２３では右回り円偏光を４５°直線偏光に変換する性質（赤色）をもつ部分と−４５°直線偏光に変換する性質（青色）をもつ部分の構造が、さらにＭ２２では４５°直線偏光を保存する性質（赤色）をもつ部分と４５°直線偏光を−４５°直線偏光に変換する性質（青色）をもつ部分の分布、Ｍ３３では右回り円偏光成分を保存する性質（赤色）をもつ部分と右回り円偏光を左回り円偏光に変換する性質（青色）をもつ部分の微細な構造が表れている。
【００７３】
（実験例３）
人間の皮膚の計測：
本発明の装置の生体への応用の可能性を調べるために、人間の皮膚切片の断面構造の計測を行った。計測した皮膚切片（大きさ２．０ｃｍ×２．５ｃｍ）は、図６（ａ）のようにスライドガラス上にテープで固定し、５μｍ間隔で５０点走査を行った。図６は、微分干渉顕微鏡により測定された人間の皮膚の断面像である。
【００７４】
偏光状態を制御して得られたＯＣＴ像を図７に示し、そのＯＣＴ像からミュラー行列の各成分の像を求めて表示した結果を図８に示す。画像の大きさは横　２５０μｍ×縦１０００μｍであり、各画像の最大値で規格化している。
【００７５】
偏光情報を含まないＭ００の像では、皮膚切片の表層付近の大まかな構造は分かるものの、微細構造がはっきりとは確認できない。その他の像について見てみると、角質層の構造によるものと思われる複雑な微細構造を確認することができる。
【００７６】
例えば、Ｍ１１では垂直直線偏光を保存する成分（図８では明示されないが赤色を呈する部分。以下、色については図８では明示されない）の構造が、Ｍ３０では水平直線偏光を右回り円偏光に変換する性質をもつ部分（赤色）の微細な構造がはっきりと表れている。また、Ｍ３２では、４５°直線偏光を左回り円偏光に変換する成分（青色）をもつ部分の分布、Ｍ３３では右回り円偏光を左回り円偏光に変換する成分（青色）をもつ部分の分布といった微細な構造がはっきりと表れていることが分かる。
【００７７】
実際の皮膚の断面構造は、図６（ａ）を見るとわかるように、繊維状の構造が複雑に重なりあっている。今回の計測結果においては、皮膚の表層部分つまり角質層部分の複雑な繊維状の構造が要因とみられる偏光状態の変化を捉えることができていると考えられる。
【００７８】
以上の結果から、本装置により生体がもつ複屈折性を含んだ微細な構造を計測することが十分可能である。
【００７９】
以上、本発明に係る偏光感受型光コヒーレンストモグラフィー装置の実施形態を実施例に基づいて説明したが、本発明は特にこのような実施例に限定されることなく、特許請求の範囲記載の技術的事項の範囲内でいろいろな実施例があることはいうまでもない。
【００８０】
【発明の効果】
本発明は以上の通り、深さ方向の機械走査を必要としないスペクトル干渉型のＯＣＴに偏光感受性を導入することで、偏光感受型スペクトル干渉ＯＣＴ装置を作製したものであり、次のような顕著な効果を奏する。
【００８１】
（１）１／４波長板の偏光特性を計測した結果、水平直線偏光を垂直直線偏光に変換、垂直直線偏光を水平直線偏光に変換、４５°直線偏光はそのまま保持、右回り円偏光を左回り円偏光に変換するミュラー行列の各成分を計測できる。
【００８２】
（２）複屈折分布を含む魚の骨や人間の皮膚といった生物試料の断面構造の計測について、従来のＯＣＴ計測では得ることができなかった複屈折分布を含む微細な構造を確認できる。そして、本装置では、深さ方向の空間分解能は３２μｍであり、空気中では２ｍｍのダイナミックレンジを確認し、きわめて高い分解能で計測が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る偏光感受型光コヒーレンストモグラフィー装置の光学系を説明する図である。
【図２】実験例１の測定結果を示す図である。
【図３】実験例２で行った魚の断面構造の計測の生物試料として使用する魚（鮭）を示す図である。
【図４】実験例２のそれぞれの偏光状態の組み合わせにより得られる１６枚の生のＯＣＴ像を示す。
【図５】図４のＯＣＴ計測データからミュラー行列を計算しその要素ごとに表示したミュラー行列像を示す。
【図６】実験例３で行った試料である人間の皮膚切片をスライドガラス上にテープで固定した状態を示す図である。
【図７】実験例３で偏光状態を制御して得られたＯＣＴ像を示す。
【図８】図７のＯＣＴ像からミュラー行列の各成分の像を求めて表示した結果を示す。
【符号の説明】
１　　偏光感受型光コヒーレンストモグラフィー装置
２　　光源
３　　光ウェッジ
４、５、６、１３、１７　　ミラー
７　　偏光子
８、１９　　１／２波長板
９、１１、１２、１８　　１／４波長板
１０　　ビームスプリッター
１４　　入射光を集光するレンズ
１５　　試料
１６　　試料台
２０　　回折格子
２１　　レンズ
２２　　ＣＣＤカメラ
【図１】
2004028970.tif 000019
【図２】
2004028970.tif 000020
【図３】
2004028970.tif 000021
【図４】
2004028970.tif 000022
【図５】
2004028970.tif 000023
【図６】
2004028970.tif 000024
【図７】
2004028970.tif 000025
【図８】
2004028970.tif 000026