(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を表面および内層で反射する半透明体のＸＹ断面を光干渉計により測定する内層測定方法であって、
第１照射光を照射して前記半透明体の第１ＸＹ断面を測定する工程と、
前記第１照射光よりも長波長側にピーク波長を有する第２照射光を照射して前記第１ＸＹ断面よりも内層に位置する第２ＸＹ断面を測定する工程と、を含み、
前記第１及び第２照射光は、光源ユニットから放射され、
前記光源ユニットは、
光源と、
透過位置に応じてカットオフ波長が変化するショートパスフィルタと、
透過位置に応じてカットオフ波長が変化するロングパスフィルタと、
前記ショートパスフィルタと、前記ロングパスフィルタの透過位置をそれぞれ移動させる駆動機構と、を有し、
前記ショートパスフィルタと、前記ロングパスフィルタのそれぞれの誘電体面が対向する、内層測定方法。
【請求項２】
前記第２照射光は、前記第１照射光の短波長側の波長を除去して形成される請求項１の内層測定方法。
【請求項３】
前記光源ユニットは、前記光源からの光の強度を変化させることによって前記第１及び第２照射光の光量変化を調整する光量調整機構を更に有する請求項１の内層測定方法。
【請求項４】
前記半透明体は、生体組織であり、
前記第２照射光は、前記ロングパスフィルタのみを移動させて形成される、請求項１の内層測定方法。
【請求項５】
前記第１ＸＹ断面を測定する工程の前に、前記第２ＸＹ断面を測定する工程を実施する、請求項１〜４いずれかの内層測定方法。
【請求項６】
請求項１〜５いずれかの内層測定方法を実施するための内層測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内層測定装方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
白色干渉計の中でも、測定光と参照光との光路長差に光の波長程度の位相変調を与えることで、対象物の光軸に水平な方向であるＸＹ断面を測定する位相変調式の干渉顕微鏡が知られている（特許文献１）。この干渉顕微鏡は、光を表面および内層で反射する半透明体の観察に用いられる。
【０００３】
図１５は特許文献１に基づいたリンニック（Ｌｉｎｎｉｋ）干渉計を用いた半透明体の内層測定装置４００である。
【０００４】
準単色光源４０１は、ハロゲンランプ４０２、干渉フィルタ４０３、コリメートレンズ４０４を具備する。準単色光源４０１から発せられた光はビームスプリッタ４０５に入射し、測定光および参照光に分離される。測定光は第一のアーム４０６、参照光は第二のアーム４０７に至る。
【０００５】
第一のアーム４０６には、第一の対物レンズ４０８と半透明体４０９が配置される。第一の対物レンズ４０８により半透明体４０９の内部でフレネル反射および後方散乱を起こした測定光は、ビームスプリッタ４０５へ戻る。
【０００６】
第二のアーム４０７には第二の対物レンズ４１０と参照面４１１が配置される。参照光は、第二の対物レンズ４１０により参照面４１１で反射し、その後、ビームスプリッタ４０５へ戻る。
【０００７】
参照面４１１はピエゾステージ４１２により微小変位され、測定光と参照光の位相差を変調する。このとき、第一のアーム４０６における光路長と第二のアーム４０７における光路長が準単色光源４０１のコヒレンス長Ｌｃの範囲内で一致するとき、ビームスプリッタ４０５に戻った測定光と参照光は光干渉を起こす。この干渉光は、結像レンズ４１４によりカメラ４１３に結像される。
【０００８】
準単色光源４０１は、半透明体の内部で散乱されにくい近赤外波長の光を放射する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表２００４−５２８５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、近赤外波長の光は可視光と比べて波長が長いため、回折の影響が大きくなる。そのため近赤外波長のみを用いては、測定時の空間分解能が低くなるという課題を有している。
【００１１】
本開示は、前記従来の課題を解決するもので、従来よりも空間分解能の高い内層測定方法および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】
【００１２】
上記目的を達成するために、本開示の内層測定方法は、光を表面および内層で反射する半透明体のＸＹ断面を光干渉計により測定する内層測定方法であって、第１照射光を照射して前記半透明体の第１ＸＹ断面を測定する工程と、前記第１照射光よりも長波長側にピーク波長を有する第２照射光を照射して前記第１ＸＹ断面よりも内層に位置する第２ＸＹ断面を測定する工程と、を含む。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本開示によれば、従来よりも空間分解能の高い内層測定方法および装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施の形態１における内層測定装置の模式図
【図２】本実施の形態１における波長走査機構の模式図
【図３】本実施の形態１におけるＺ分解能に優れた波長走査方法を表す図
【図４】本実施の形態１におけるＸＹ分解能に優れた波長走査方法を表す図
【図５】本実施の形態１における内層測定方法を示すフローチャート
【図６】本実施の形態１における波長走査テーブルの作成方法を示すフローチャート
【図７】半透明体での光の散乱現象の波長依存性を表す模式図
【図８】本実施の形態１におけるカットオフ波長の導出方法を説明するための図
【図９】本実施の形態１におけるＺ分解能に優れた波長走査方法でのカットオフ波長を示す図
【図１０】本実施の形態１におけるＸＹ分解能に優れた波長走査方法でのカットオフ波長を示す図
【図１１】本実施の形態１における光路長調整テーブルの作成方法を示すフローチャート
【図１２】本実施の形態１における光路長調整テーブル作成時のサンプル設置状態を表す模式図
【図１３】本実施の形態１における光路長調整テーブル作成時の参照面の設置状態を表す模式図
【図１４】本実施の形態１における培地の屈折率の波長分布と、光路長の変位量の関係を示す図
【図１５】従来の内層測定装置を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１における内層測定装置１００の模式図である。内層測定装置１００はリンニック型の光干渉計を成している。より詳細には、内層測定装置１００は、位相変調式の干渉顕微鏡を構成している。
【００１６】
光源ユニット１０１は光を発する光源であり、ランプ１０２、波長走査機構１０３、コリメートレンズ１０４を具備する。ランプ１０２は、例えばハロゲンランプやキセノンアークランプ、水銀ランプなどの近赤外光を含む白色光を発する光源である。
【００１７】
光源ユニット１０１から発せられた光はビームスプリッタ１０５に入射する。ビームスプリッタ１０５はキューブ型であってもよいし、プレート型でもよい。ビームスプリッタ１０５に入射した光は同一の振幅をもつ測定光および参照光に分離される。測定光は第一のアーム１０６に、参照光は第二のアーム１０７に送られる。
【００１８】
第一のアーム１０６には、第一の対物レンズ１０８および半透明体１０９が配置される。入射した測定光の焦点面は、第一の対物レンズ１０８により半透明体１０９の内部に合わせられる。この焦点面でフレネル反射および後方散乱を起こした測定光は第一の対物レンズ１０８を通じてビームスプリッタ１０５へ戻る。半透明体１０９は、入射した光を表面および内層で反射する半透明体である。半透明体の例としては、皮膚細胞などの生体組織や、膜でコーティングされた樹脂や金属、ガラスや半導体製品などの工業製品などが挙げられる。
【００１９】
第二のアーム１０７には第二の対物レンズ１１０および参照面１１１が配置される。参照光は第二の対物レンズ１１０により参照面１１１上に集光する。参照面１１１で反射した参照光はビームスプリッタ１０５へ戻る。参照面１１１の位置は連結されたピエゾステージ１１２により変位する。
【００２０】
第一のアーム１０６における光路長と第二のアーム１０７における光路長が光源ユニット１０１（ランプ＋干渉フィルタ）のコヒレンス長Ｌｃの範囲内で一致すると、ビームスプリッタ１０５に戻った測定光と参照光は光干渉を起こす。この干渉光は、カメラ１１３上に焦点を絞る結像レンズ１１４により結像される。
【００２１】
カメラ１１３は例えばＣＣＤタイプの２次元状の画素をもつセンサを備え、そのセンサ面と半透明体１０９、およびセンサ面と参照面１１１は、それぞれ光学的に共役関係である。つまり、カメラ１１３はその視野の中に半透明体１０９と参照面１１１を重複して収める。共役関係となる際の光学倍率については、光学系収差による測定誤差を低減するために同一の倍率であることが望ましく、波長分散による測定誤差を低減するために同一硝材を用いて倍率を調整することがより望ましい。
【００２２】
サンプル位置決め機構１１６は、Ｚ軸ステージであり半透明体１０９と測定光の集光位置とをＺ軸方向に相対移動させる。測定時には、一定の深さ間隔毎にＸＹ断面画像を取得し、これらを蓄積することで、半透明体１０９の３次元データが構築される。
【００２３】
光路長調整機構１１７は、Ｘ軸ステージである。光路長調整機構１１７は、第二のアーム１０７の位置を調整することで、参照光の光路長を調整する。
【００２４】
参照面傾斜装置１１８は、ゴニオステージであり参照面１１１を傾斜させる。この装置の詳細は後述する。半透明体１０９の測定時にはその傾斜量をゼロとしておく。
【００２５】
波長走査機構１０３は干渉フィルタと波長切替え機構を備える。干渉フィルタはショートパスフィルタとロングパスフィルタの組み合わせや、バンドパスフィルタであり、ランプ１０２の放射光から特定の波長帯の光のみを透過させる機構を有する。
【００２６】
コンピュータ１１５は、カメラ１１３で取得したデータを記憶する記憶部１１５ａ、半透明体１０９のＸＹ断面画像を演算する演算部１１５ｂ、カメラ１１３のシャッターおよびピエゾステージ１１２を制御する変調指示部１１５ｃ、波長走査機構１０３およびサンプル位置決め機構１１６および光路長調整機構１１７を制御する波長走査指示部１１５ｄを具備する。記憶部１１５ａ、演算部１１５ｂ、変調指示部１１５ｃおよび波長走査指示部１１５ｄは、共通の回路基板に設けられたプロセッサでも、別個のデバイスであってもよい。
【００２７】
変調指示部１１５ｃにより、カメラ１１３のシャッターおよびピエゾステージ１１２は同期される。参照面１１１はピエゾステージ１１２により駆動されて、測定光と参照光の位相差を変調する。
【００２８】
本実施の形態において、半透明体１０９の表層近傍の内層（第１ＸＹ断面）と、それよりも深い位置の内層（第２ＸＹ断面）とを観察する際に、照射する光の波長を走査する。これにより空間分解能を向上できる。
【００２９】
ここで、波長走査による空間分解能向上の原理を説明する。白色干渉計では照射する光の波長帯域幅が広いほどＺ分解能は高くなり、またピーク波長が短いほどＸＹＺ分解能が高くなる。そこで、可視光帯の波長を用いて波長帯域幅を拡大、及び、ピーク波長を短波長化することによって、特に表面に近い内層（第１ＸＹ断面）の測定時に高いＸＹＺ分解能を示すことができる。また、より深い内層（第２ＸＹ断面）の測定時には従来と同じ近赤外光を照射する。このように、本実施の形態では、深さに応じて適切な波長の光を照射することで、従来よりも空間分解能を向上させることができる。
【００３０】
このような波長走査は、波長走査指示部１１５ｄによる制御により、波長走査機構１０３によって実現される。
【００３１】
なお、可視光は、３６０ｎｍ以上７００ｎｍ未満の波長帯域の光を含む。また、近赤外光は、７００ｎｍ以上かつ２．６μｍ以下の波長帯域の光（又は電磁波）を含む。
【００３２】
ここで、波長走査機構１０３について図２を用いて説明する。波長走査機構１０３は、コンデンサレンズ２０１と、ショートパスフィルタ２０２と、ロングパスフィルタ２０３と、駆動機構２０４と光量調整機構２０５を具備する。ショートパスフィルタ２０２とロングパスフィルタ２０３（以下、両フィルタ）と光量調整機構２０５の順序は入れ替わってもよい。
【００３３】
両フィルタは、光を透過させる位置（透過位置）に応じてカットオフ波長が変化する。このため、駆動機構２０４により両フィルタを移動させる（透過位置を移動させる）ことで、透過させる光（照射光）の波長帯域幅とピーク波長をそれぞれ独立に可変できる。なお、駆動機構２０４は、例えばアクチュエータである。
【００３４】
また、色ムラを防ぐためには、両フィルタの誘電体面間の距離が小さくなるように設定する。具体的には、誘電体面を向かい合わせにして（対向して）両フィルタが配置されることが好ましい。
【００３５】
なお、両フィルタの代わりに、複数のバンドパスフィルタを切替える機構や回折格子と可変スリット機構でも同様に波長走査を実現できる。しかし、前者は波長走査が非連続になってしまうこと、また後者は光量ロスが大きくなってしまうため、ショートパスフィルタ２０２と、ロングパスフィルタ２０３とを波長走査機構１０３に採用し、両フィルタにリニア型を用いるのが好ましい。
【００３６】
また、両フィルタにおける光の透過位置を移動させることにより照射光の波長を走査すると、光量が変化する。光量の減少は、ＸＹ断面画像のＳ／Ｎの低下を招く。これを防止するため、カメラ１１３（図１）の撮像画像の階調が一定の範囲内に納まるように光量調整機構２０５により光量を調整する。
【００３７】
光量調整機構２０５は、減光機構である可変ＮＤフィルタで構成される。波長走査によりピーク波長が長波長側に切り替わると、光量が減じてしまう。そこで、短波長光の照射時は可変ＮＤフィルタの透過率を低めに設定しておき、照射光の波長が長波長側に切り替わるにつれて可変ＮＤフィルタの透過率を上げる。すなわち、可変ＮＤフィルタの透過率は、第１ＸＹ断面の測定時に比して、第２ＸＹ断面の測定時において大となる。なお、光量調整機構２０５はランプ１０２に内蔵されていてもよい。
【００３８】
なお、駆動機構２０４と光量調整機構２０５は、図１のコンピュータ１１５内に記憶されたプログラムにより制御される。
【００３９】
ここで、波長走査方法としては、Ｚ分解能が高い波長走査方法と、ＸＹ分解能が高い波長走査方法のいずれかを選択できる。いずれの方法においても、表面近傍の断面（第１ＸＹ断面）の測定時に照射する光（第１照射光）の短波長側の波長を除去して形成される光（第２照射光）が、より深い断面（第２ＸＹ断面）の測定時に適用される。以下、両波長走査方法について説明する。
【００４０】
Ｚ分解能が高い波長走査方法では、図３に示す波長強度分布のように波長帯域幅もピーク波長幅も走査される。この方法では、表面近傍の測定時に照射される光の波長帯域幅が最大となる。本波長走査方法は、皮膚の角質層や細胞シートなど、平面状に広がる薄い組織が多層に形成されている生体組織を観察する際に有用である。
【００４１】
一方、ＸＹ分解能が高い波長走査方法では、図４に示す波長強度分布のように波長帯域幅を固定してピーク波長のみが走査される。この方法では、表面近傍の測定時に照射される光のピーク波長が最も短波長となる。本波長走査方法は、高密度に形成されたＣＣＤやディスプレイの画素などの工業製品の微細構造を観察する際に有用である。
【００４２】
なお、Ｚ分解能が高い波長走査方法は、表面近傍の測定時に図２のショートパスフィルタ２０２のカットオフ波長を、設定できる最も長波長になるように固定しておき、測定したい内層の深さに応じてロングパスフィルタ２０３の位置のみを走査する（カットオフ波長をシフトする）ことで実現できる。
【００４３】
一方、ＸＹ分解能が高い波長走査方法は、測定したい内層の深さに応じてショートパスフィルタ２０２とロングパスフィルタ２０３を同じ速度で走査する（両フィルタのカットオフ波長の差を一定に保ったままシフトする）ことで実現できる。
【００４４】
ここで、本実施の形態に係る測定方法について説明する。図５は実施の形態１における測定方法を示したフローチャートである。以下、図１を適宜参照しながら説明する。
【００４５】
ステップＳ１では、半透明体１０９を設置する。
【００４６】
ステップＳ２では、半透明体１０９の第１ＸＹ断面を測定する。具体的には、参照面１１１に連結されたピエゾステージ１１２を用いて、光路長を位相変調しながらカメラ１１３で画像を取得し、取得した画像から第１ＸＹ断面画像を構築する。構築した第１ＸＹ断面画像は、記憶部１１５ａに蓄積される。なお、第１ＸＹ断面を測定する際に光源ユニット１０１から照射される光を第１照射光とする。
【００４７】
ステップＳ３では、測定位置を移動させる。具体的には、サンプル位置決め機構１１６が移動することで、半透明体１０９内における測定位置の深さが移動する。ここでは、第１ＸＹ断面よりも深い位置（深層）を測定位置とする。
【００４８】
ステップＳ４では、照射する光の波長を変更する。具体的には、ステップＳ２で照射された第１照射光よりも長波長側にピーク波長を有する第２照射光に変更する。この変更は、波長走査機構１０３により実現される。第２照射光は、第１照射光の短波長側の波長を除去して形成される。
【００４９】
ステップＳ５では、半透明体１０９の第２ＸＹ断面を測定する。具体的には、参照面１１１に連結されたピエゾステージ１１２を用いて、光路長を位相変調しながらカメラ１１３で画像を取得し、取得した画像から第２ＸＹ断面画像を構築する。構築した第２ＸＹ断面画像は、記憶部１１５ａに蓄積される。すなわち、本工程により、第１ＸＹ断面よりも内層に位置する第２ＸＹ断面を測定する。なお、第２ＸＹ断面を測定する際に光源ユニット１０１から照射される光を第２照射光とする。
【００５０】
ステップＳ６では、ステップＳ３からＳ５が所定回数実行されたか否かを判別する。所定回数に達していない場合はステップＳ３に戻り、所定回数に達している場合は、工程を終了する。
【００５１】
以上のステップにより、測定方法が実施される。表層近傍を測定する場合には短波長側、より深くに位置する内層を測定する場合には長波長側に照射光のピークをシフトさせることで、より高分解能な測定を実現できる。なお、これらの工程は、内層測定装置１００の各構成がコンピュータ１１５に制御されることにより実行される。
【００５２】
なお、上では、表層近傍を測定した後に、深層を測定する工程を説明したが、内層を測定する順番は逆でもよい。すなわち、第１ＸＹ断面を測定する前に、最初に第２ＸＹ断面を測定してもよい。
【００５３】
ここで、分解能の具体的な向上度を説明する。例えば、図１の光源ユニット１０１の照射光の波長帯域を４００〜２０００ｎｍ、カメラ１１３の感度波長帯を４００〜１０００ｎｍ、第一の対物レンズ１０８の開口数ＮＡを０．８とする。
【００５４】
この場合、Ｚ分解能が高い波長走査方法を実施するために、図２のショートパスフィルタ２０２のカットオフ波長を１０００ｎｍで固定し、ロングパスフィルタ２０３のカットオフ波長を４００〜７００ｎｍの間で走査する。こうして、照射光のピーク波長を７００〜８５０ｎｍの間で走査する。この場合、ＸＹ分解能は、表面近傍の測定時に０．５３μｍ、深層測定時には０．６５μｍとなる。一方、Ｚ分解能は、表面近傍の測定時に０．６７μｍ、深層測定時に２．３μｍとなる。
【００５５】
また、ＸＹ分解能が高い波長走査方法を実施するために、ショートパスフィルタ２０２のカットオフ波長を６００〜１０００ｎｍの間で走査し、ロングパスフィルタ２０３のカットオフ波長を４００〜８００ｎｍの間で走査する。両フィルタを同じ速度で移させる。これにより、常に２００ｎｍの波長帯域幅を保ったまま照射光のピーク波長を５００〜９００ｎｍまで走査する。この場合、ＸＹ分解能は、表面近傍の測定時に０．３８μｍ、深層測定時には０．６９μｍとなる。一方、Ｚ分解能は、表面近傍の測定時に１．２μｍ、深層測定時に４．０μｍとなる。
【００５６】
ここで、図５のステップＳ４で実行される波長変更には、波長走査テーブルを用いる方法と、単純に照射光のピーク波長を一定の間隔で切替える方法がある。ただし、波長走査テーブルを用いた方が半透明体の散乱度合いに合わせた光波長を選択できるので、分解能が高くなり好ましい。
【００５７】
そこで、波長走査テーブルの作成工程について説明する。この工程は、実際の測定時ではなく、事前に実行される。なお、波長走査テーブルには、測定位置（深さ）と当該位置の測定に最適な波長とが関連付けられて保存されている。
【００５８】
まず、第１照射光よりも波長帯域の狭い単色光を図１の半透明体１０９に照射する工程が実施される。次に、この単色光の波長を走査して第２ＸＹ断面で測定される干渉縞強度のピークを測定する工程が実施される。そして、測定されたピークに基づき、除去する波長を決定する工程が実施される。最後に、除去する波長と第２ＸＹ断面の位置（深さ）とを対応させて波長走査テーブルとして記憶する工程が実行される。この波長走査テーブルは、記憶部１１５ａ記憶される。これらの工程は、内層測定装置１００の各構成がコンピュータ１１５に制御されることにより実行される。なお、単色光とは波長帯域幅が１００ｎｍ以下の光である。
【００５９】
ここで、波長走査テーブルの作成工程の詳細を示した図６のフローチャートについて図１を参照しながら説明する。
【００６０】
ステップＳ１１では、半透明体１０９を設置する。
【００６１】
ステップＳ１２では、単色光を走査し、干渉縞強度の波長分布を測定する。具体的には、単色光のピーク波長を４５０〜９５０ｎｍの間で走査する。この間、発生する干渉縞強度の波長分布を測定する。
【００６２】
ステップＳ１３では、ステップＳ１２で測定された干渉縞強度の波長分布からピークが検出されるか否かを判定する。ピークが検出されない場合、ステップＳ１４を実行し、ピークが検出される場合は、ステップＳ１５を実行する。
【００６３】
ステップＳ１４では、測定位置をより深い方向に移動する。ここでは移動量を例えば５０μｍとする。
【００６４】
ステップＳ１５では、ステップＳ１２で測定された干渉縞強度の波長分布から、ピークの１０％以上の干渉縞強度となる照射光の波長を決定する。
【００６５】
ステップＳ１６では、半透明体１０９の測定位置をステップＳ１３終了時点よりも深い位置に移動する。
【００６６】
ステップＳ１７では、ステップＳ１２〜Ｓ１５を再度実行する。
【００６７】
ステップＳ１８では、ピークの１０％以上の干渉縞強度となる照射光の波長と深さの２次関数フィットを行う。２次関数フィットを行うことにより、断続的なプロットから、測定深さと照射光の波長との連続的な関係を導くことができる。
【００６８】
ステップＳ１９では、ステップＳ１８で行った２次関数フィットから、測定深さと照射光の波長とを関連づけた波長走査テーブルを作成する。
【００６９】
以上が、波長走査テーブルの作成工程の詳細である。
【００７０】
続いて、波長走査テーブルとして上記工程で作成されるデータの具体例について、説明する。
【００７１】
ステップＳ１１〜Ｓ１９では、半透明体１０９の表面からの所定の深さ位置において、どの波長帯域の光を照射すれば最良の分解能が得られるかを測定している。光源ユニット１０１から放射された光は、半透明体１０９の表面に照射され、一部が内層に浸透する。内層に浸透した光は散乱する。内層での光の散乱度合いはミー散乱を仮定すると波長の２乗に反比例するため、例えば８００ｎｍより４００ｎｍの光の方が４倍強く散乱する。しかし、散乱により光は減衰するため、８００ｎｍの光の方が４倍深い層まで到達できる。そのため、図７に示すように表面近傍では４００ｎｍの光の散乱が強く、中間層以下では８００ｎｍの光の散乱が強いという現象が起きる。ここで、図７中の全てのグラフの横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は散乱光の強度である。図７の中間層での散乱光強度のようなピークを有するグラフが描ければ、短波長側の光は散乱により消失しており、長波長側の光は所定の深さ位置まで到達していると判断できる。
【００７２】
ここで、図８に示すグラフの縦軸は、干渉縞強度、横軸は波長である。照射光の波長は、フィルタのカットオフ波長を制御することで調整される。ここでは、干渉縞強度のピーク値×１０％以上となるように、ロングパスフィルタのカットオフ波長を決定する。ただし、この値は適宜５〜５０％程度の範囲で変更されても構わない。このカットオフ波長より長い波長の光はすべて、測定位置に到達していると判断できる。
【００７３】
そして、半透明体の測定位置を変えた２点でのロングパスフィルタのカットオフ波長が得られる。表面近傍ではロングパスフィルタのカットオフ波長を最も短波長に設定する。すると、図９に示すように３点の白丸をプロットできる。ここで、図９中のグラフの横軸は半透明体１０９の表面からの測定位置の深さであり、縦軸はカットオフ波長である。このグラフに対して２次関数によるフィッティングを行ったのが、白丸を通る曲線である。これにより、３点の離散的な実測値から、測定位置の深さとロングパスフィルタ２０３のカットオフ波長との連続的な関係を導出できる。ここで、Ｚ分解能が高い波長走査方法では、ショートパスフィルタ２０２のカットオフ波長は、測定位置の深さによらず常に最も長波長となるように設定する。
【００７４】
一方、ＸＹ分解能が高い波長走査方法では、ショートパスフィルタ２０２のカットオフ波長は、図１０のグラフに示すようにロングパスフィルタ２０３のカットオフ波長との差を一定に保つように設定する。ここで、図１０中のグラフの横軸は半透明体１０９の表面からの測定位置の深さであり、縦軸はカットオフ波長である。ここで、両フィルタのカットオフ波長の差が、照射される光の波長帯域幅に相当する。この幅が大きいほどＺ分解能が高くなるため、この幅を例えば２００ｎｍ以上とする。
【００７５】
以上のようにして、ショートパスフィルタ２０２とロングパスフィルタ２０３のカットオフ波長と、測定位置の深さとの関係を波長走査テーブルとして作成する。そして波長走査テーブルを記憶する。この波長走査テーブルを参照することで、測定位置に応じて適切な波長帯の光を選択的に照射できる。
【００７６】
なお、図５のステップＳ５において、参照光の光路長を変更してもよい。具体的には、ステップＳ２で第１照射光を照射する時とステップＳ５で第２照射光を照射する時とで、参照光の光路長を変化させる。これは、半透明体が浸漬される媒質と参照光の光路中に配される媒質とが異なる屈折率を示す場合にのみ実行される。発生する光路長ズレの影響を除去するためである。これにより、ＸＹ断面画像の歪みを抑えたより高精度な３次元測定が行える。
【００７７】
なお、異なる媒質が用いられる状況としては、例えば半透明体が細胞シートであり、この細胞シートは細胞を培養する培地に浸漬され、参照光側には純水が配される場合である。
【００７８】
参照光の光路長を変更するに際して、照射光の波長に関連付けられた光路長を示す光路長調整テーブルが参照される。このテーブルの作成方法について、図１１のフローチャートを参照しながら図１を用いて説明する。
【００７９】
ステップＳ２１では、半透明体１０９が浸かっている培地のみをディッシュに入れ測定位置に設置する。ここでディッシュは例えば底面が平面ガラスである。
【００８０】
ステップＳ２２では、参照面傾斜装置１１８が参照面を傾斜させた状態で、干渉縞を観察する。その際、光路長調整機構１１７を用いてカメラ１１３の視野中心で干渉縞が観察されるように調整する。
【００８１】
ステップＳ２３では、波長走査テーブルを読み込み、照射光の波長を決定する。
【００８２】
ステップＳ２４では、カメラ１１３の視野中心で干渉縞が観察されるよう光路長調整機構１１７を移動させる。培地と純水の屈折率の違いを補正するためである。
【００８３】
ステップＳ２５では、記憶部１１５ａにステップＳ２４での移動量を照射光の波長と紐付けて光路長調整テーブルとして記憶する。
【００８４】
ステップＳ２６では、波長走査テーブルに基づき波長走査機構１０３が波長を切替える。
【００８５】
ステップＳ２７は、波長走査機構１０３が波長走査を終了したかどうかを判定する。終了していなければ、ステップＳ２４に戻る。終了していれば手順を完了する。
【００８６】
以上のように、照射光の波長毎に、参照光の光路を決定し、両者を紐付けて光路長調整テーブルとして保存する。
【００８７】
なお、図１２は、ディッシュ３０１に培地３０２のみを入れた設置状態を示す図である。第一の対物レンズ１０８の焦点面の位置にディッシュ３０１の底面が位置する。図１３は、参照面１１１が傾斜された設置状態を示す図である。参照面１１１と第二の対物レンズ１１０の間は純水３０３で満たされる。このように参照面１１１を傾けておくと、測定光と参照光の光路長を一致させることが容易になる。例えば、参照面１１１が１度傾けられており、視野サイズがφ１ｍｍの場合、視野内での高さの差は最大１７μｍである。このとき、光路長差が１７μｍ以内であれば、視野内に干渉縞を観察することができる。
【００８８】
ここで、図１４の上側のグラフは、培地の純水に対する相対屈折率を表す。グラフの横軸は波長、縦軸は初期波長での屈折率（相対屈折率）を表す。初期波長では光路長は一致している。しかし、波長走査により相対屈折率が変化すると（Δｎ＝０でなくなると）光路長のズレが発生する。下側のグラフは、このような光路長のズレを補正するための光路長の変位量を表す。横軸は波長、縦軸は変位量を表す。ここで、縦軸の正の値が光路長を長くする方向を表している。光路長の変位量は“対物レンズとディッシュ間の距離ＷＤ×屈折率変化Δｎ”で表される。実際には視野の中心に干渉縞が観察されるように光路長を変位させる。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明は、皮膚の水分量測定や細胞の構造分析にも適用できる。
【符号の説明】
【００９０】
１００  内層測定装置
１０１  光源ユニット
１０２  ランプ
１０３  波長走査機構
１０４  コリメートレンズ
１０５  ビームスプリッタ
１０６  第一のアーム
１０７  第二のアーム
１０８  第一の対物レンズ
１０９  半透明体
１１０  第二の対物レンズ
１１１  参照面
１１２  ピエゾステージ
１１３  カメラ
１１４  結像レンズ
１１５  コンピュータ
１１６  サンプル位置決め機構
１１７  光路長調整機構
２０１  コンデンサレンズ
２０２  ショートパスフィルタ
２０３  ロングパスフィルタ
２０４  駆動機構
２０５  光量調整機構
３０１  ディッシュ
３０２  培地
３０３  純水
【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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