(57)【要約】【解決手段】本発明は光学的コヒーレンス干渉計法および光学的コヒーレンス断層写真法に関する。光源の像を用いて対象物を読み取ることによって、横方向の多重モードレーザ、横方向に振動するスーパールミネッセンス・ダイオード、並びにガス封入ランプ、アークおよび白熱電球のような空間的に部分コヒーレントな光源を使用することができる。このような光源、たとえばハロゲン白熱電球は、λ＝５００ｎｍないしλ＝１３００ｎｍの範囲でコヒーレンス長ｌｃ？０．９μｍで光を発射する。それゆえこれらの光源は、光学的コヒーレンス干渉計法および光学的コヒーレンス断層写真法の測定精度を相当に改善させる。【選択図】図３
2004512516.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的コヒーレンス干渉計法および光学的コヒーレンス断層写真法において、光を反射する対象物の深部位置を測定する際に、２ビーム干渉計の参照アームの光学長を、２ビーム干渉計出力に現れる干渉を介して測定アームの光学長に等化させることにより、短コヒーレンス干渉計法「ｚスキャン」すなわち深部スキャンを実施するための方法であって、空間的に部分コヒーレントな光源、たとえば横方向のマルチモードレーザ、横方向に振動するスーパールミネッセンス・ダイオード、並びにガス封入ランプ、アークおよび白熱電球が利用され、これら一次光源（１４，１９）の、または結像することによってそれらから導かれる二次光源（２０または２３）の像（１５）によって対象物が読み取られることを特徴とする方法。
【請求項２】
光学的コヒーレンス干渉計法および光学的コヒーレンス断層写真法において、短コヒーレンス干渉計法を介して、光を反射する対象物構造の深部位置を測定するための配置であって、光源（１４，１９，２０，２３）が測定光ビーム光路を通じて、および参照光ビーム光路を通じて、同一の尺度でかつ合同に２ビーム干渉計出力において光検出器（１０）上に結像されることを特徴とする、請求項１に記載の配置。
【請求項３】
光学的コヒーレンス干渉計法および光学的コヒーレンス断層写真法において、短コヒーレンス干渉計法を介して、光を反射する対象物構造の深部位置を測定するための配置であって、ビームスプリッタから参照鏡まで、およびビームスプリッタから対象物までの光学的および幾何学的光路の長さが等しく、さらに参照ビームおよび測定ビームにおいて、同一の焦点距離およびガラス導波路を有する同一の光学素子（１３，１７）を有し、これらの光学素子が、参照ビームおよび測定ビームにおいてビームスプリッタ（４）から同一の距離にある配置が使用されていることを特徴とする、前記請求項１あるいは２に記載の配置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、光学的コヒーレンス干渉計法（パーシャル・コヒーレンス・インターフェロメトリ；ＰＣＩ）および光学的コヒーレンス断層写真法（オプティカル・コヒーレンス・トモグラフィ；ＯＣＴ）において、２ビーム干渉計の参照アームの光学長を、干渉計出力に現れる干渉を介して測定アームの光学長に等化させることによって、光を反射する対象物構造の深部位置を測定する際の、短コヒーレンス干渉計法「ｚスキャン」すなわち深部スキャンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学的ＰＣＩおよびＯＣＴにおいては、光を反射する対象物構造の深部位置が短コヒーレンス干渉計法を介して、２ビーム干渉計の参照アームの光学長を測定アームの長さに等化することによって測定される。この際、対象物１は、図１に明らかなように、２ビーム干渉計、たとえばミケルソン干渉計の鏡像を形成する。この干渉計では、短コヒーレンス光源３、たとえばスーパールミネッセンス・ダイオードからの短いコヒーレンス長の光ビーム２によって照明される。ビームスプリッタ４は、照明光ビームを測定ビームおよび参照ビームに分割する。ビームスプリッタ４で反射した光ビーム２の部分は、参照ビーム５として干渉計の参照鏡６へと走る。ビームスプリッタを通過する光ビーム２の成分は測定ビーム７を形成し、これは光学系１３によって対象物１上に焦点を結ぶ。
【０００３】
いわゆる「ｚスキャン」の場合、参照鏡６は参照ビーム５の軸に沿って移動する。光ビーム２のコヒーレンス長ｌｃ内部にあるビームスプリッタ４から、参照鏡６までの距離と対象物１内での光を反射する場所８までの距離とが等しいならば、干渉計出力で光検出器１０には干渉が現れる。参照鏡６を連続的に押し動かすことにより、光検出器１０に現れる干渉を介して対象物内における光線反射場所のｚ位置が記録される。ｚ位置の決定は、したがって、利用されている光のコヒーレンス長　ｌｃ≒λ２／Δλ　でほぼ決まる精度により行われる。ここでλは平均波長であり、Δλは利用されている放射の波長バンド幅である。ｘ座標を把握するため、ＯＣＴにおいて対象物１はｘ方向に移動するか、または図１に破線で示されたように、回転するか振動する回転鏡１１を介して測定ビームは対象物１においてｘ座標を読み取る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＯＣＴのこの根本的な方法に一連の修正案があるが、これらの修正のいくつかは次の概要報告に記載されている：Ａ．Ｆ．フェルヒャー：光学的コヒーレンス断層写真法；Ｊ．Ｂｉｏｍｅｄ．Ｏｐｔ．１（１９９６）１５７−１７３。これらの修正のすべてに共通しているのは、空間的にコヒーレントな光を発する光源を必要としていることである。
【０００５】
空間的にコヒーレントな光源は、また時間的なコヒーレンスも、延いては発射される光のコヒーレンス長も比較的大きいという特性を持ち、このことがそれらをＰＣＩおよびＯＣＴに使用する際に短所となる。ＰＣＩおよびＯＣＴに利用されるたとえばスーパールミネッセンス・ダイオードの典型的な波長バンド幅は、目下のところ３０ｎｍほどである。このことから、典型的な８００ｎｍという平均波長の場合、コヒーレンス長はおよそ２１マイクロメートルという結果になる。しかしこれを用いると、ｚ位置を決定する際の精度が、他の干渉計による方法に比較してかなり悪い。
【０００６】
逆に、短いコヒーレンス長を有する光源は、また空間コヒーレンスも小さい。確かに高い空間コヒーレンスと非常に短い時間コヒーレンスとを有するレーザ光源で、チタン・サファイア・レーザのようなものもあるが、これは法外に高価であり、高コスト技術の代表である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
特に短いコヒーレンス長を有する光源には、一方では横方向のマルチモード・レーザおよび横方向のマルチモード発光ダイオード（ライト・エミッティング・ダイオード：ＬＥＤ）が、また他方では広帯域自然発光光源が挙げられる。さらに、横方向に振動するスーパールミネッセンス・ダイオードも極度に短いコヒーレンス長を持つであろう。このような横方向に振動するスーパールミネッセンス・ダイオードは、これらの光源のアクティブ・ゾーンをより厚く形成することによって得られ、そうすればその出力電力も明らかにより大きくなろう（しかし利用の可能性がなく、これらはこれまで商業ベースに乗らなかった）。これらの光源はすべて部分的にのみ空間コヒーレンスを有する。
【０００８】
そのほか、自然発光光源があるが、これは、レーザ、スーパールミネッセンス・ダイオードやＬＥＤのように誘導放射に基づいて光を作り出すのではない。この光源には白熱電球、アーク灯およびガス封入ランプが挙げられる。たとえばハロゲン白熱電球は、λ＝５００ｎｍないしλ＝１３００ｎｍの領域の光を発射する。対応するコヒーレンス長はｌｃ＝０．９μｍである。これらの光源もまた部分的にのみ空間コヒーレンスを有する。これらをＯＣＴに使用するなら、たとえば一方では達成可能なｚ分解能がはっきりと改善され、他方ではこれらの光源の単純な操作性および低廉性により、ＰＣＩ機器およびＯＣＴ機器の価格を引き下げることにもなろう。
【０００９】
それゆえ本発明の技術的課題は、光学的コヒーレンス干渉計法および光学的コヒーレンス断層写真法において光を反射する対象物構造の深部位置を測定する際に、２ビーム干渉計の参照アームの光学長を、２ビーム干渉計出力に現れる干渉を介して測定アームの光学長に等化させることにより、短コヒーレンス干渉計法「ｚスキャン」すなわち深部スキャンを実施するための、空間的に部分コヒーレントな光源を使用することのできる方法および配置を提供することである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は以下に図１ないし図３を参考して説明する。
本発明方法の場合、空間的に部分コヒーレントな光源、たとえば横方向のマルチモードレーザ、横方向に振動するスーパールミネッセンス・ダイオード、並びにガス封入ランプ、アークおよび白熱電球が利用され、対象物はこの一次光源１４の、またはこれから結像することによって導出された二次光源（２０または２３）の像１５によって読み取られる（図２を見よ）。
【００１１】
これを得るため、光源は、測定光ビーム光路および参照光ビーム光路を通じて、同一の尺度でかつ合同に光検出器１０上に結像される。このとき光学的および幾何学的光路は、ビームスプリッタから参照鏡へも対象物へも同一距離でなければならず、さらに、参照ビーム内および測定ビーム内で同一の焦点距離およびガラス導波路を持つ同一の光学素子を有し、参照ビーム内および測定ビーム内でビームスプリッタ４からこれらの素子が同一の距離を有する配置を利用しなければならない。
【００１２】
本発明方法は、リニックの干渉顕微鏡（たとえばＷ．Ｈ．スティールのモノグラフィー：干渉計法、ケンブリッジ大学出版に記載）といくつか類似点を有する。両者の方法は光源を対象物および参照鏡上およびそのほか干渉計出力上に結像する。しかし、リニックの干渉顕微鏡は、対象物表面の形を参照鏡の形との関係において対象物像中の干渉縞によって干渉計出力において見えるようにする。それゆえ表面のみを測定することができる。これに反して、ここに記述する機器は対象物を光源像によって読み取り、このとき干渉計出力において得られる干渉信号から像を合成する。表面像および深部像を得ることができる。
【００１３】
図２は本発明に従う配置をミケルソン干渉計の例で示す。しかし、ここに記述する方法は、他のすべての２ビーム干渉計にも利用することができ、その場合「測定ビーム」および「参照ビーム」という概念を準用する。
図２では空間的に部分コヒーレントな第１の光源１４が干渉計入力に存在する。光源１４はビームスプリッタ４を通じて、一方では光学系１２および１３経由で焦点を結ぶ測定ビーム７によって測定アーム内の対象物１内に結像し、他方では光学系１２および１７経由でビームスプリッタ４を通じて、光学系１７から焦点を結ぶ参照ビーム１８によって参照アーム内の参照鏡６上に結像する。光学系１３および１７はビームスプリッタから同一の距離に存在し、同一に作り上げられている。それらは、それらを通過する光ビームについて同一の焦点距離および同一のガラス導波路を有する。光源像１５および１６は、これらの光学系から２度目にビームスプリッタ４および光学系９を通じて光検出器１０上に結像される。光学系１３および１５の光学特性が同一であり、ビームスプリッタからのそれらの距離が同一であることから、参照アームおよび測定アームを通じて光検出器１０上に生ずる光源１４の像は空間的に互いにコヒーレントなままである。
【００１４】
図２にはたしかに参照鏡６上および対象物１内への光源１４の結像が示唆されているが、しかしこれは絶対に必要なものではない。反対に、必要なものは、干渉計の参照アームを通じてばかりでなく測定アームを通じても、光検出器１０上に光源１４の合同な結像がなされることである。そうでない場合はそこに干渉が現れない。もっとも、対象物１内に結像がなければ、光検出器信号をある対象物領域にあてはめることは容易でない。むしろそのときは、特定の光検出器信号はある対象物領域に関する何らかの平均値を代表しているであろう。
【００１５】
光源１４の代わりに、空間的に部分コヒーレントな光源１９の像２０もまた利用することができ、図２の破線のケースＡ内に概略図示したとおりである。空間的に部分コヒーレントな光源１９のこのような像２０を、ここでは「二次光源」と名づける。余計な光源成分を切り離すため、孔絞り２１を二次光源２０の位置で使用することができる。
【００１６】
さらに、二次光源２０はマルチモード光ファイバ２２を介しても干渉計入力に、すなわち光源１４の位置に伝達することができ、破線で表したケースＢで明らかなとおりである。空間的に部分コヒーレントな二次光源としては、マルチモードファイバ２２の出力面２３の輝度分布がその役割をする。最後に、光源１４または１９は、横方向マルチモードレーザまたは横方向スーパールミネッセンス・ダイオードの出力窓ともすることができる。
【００１７】
図２に示した配置では、ｚスキャンは対象物１がｚ方向に移動することによって得られる。ＯＣＴについて必要なｘ方向の読み取りもまた、対象物１がｘ方向に移動することによって実現する。ｘスキャンは、こうする代わりに回転鏡１１により達成することもできる（図２に破線で記入した）。
対象物１自体を推し動かすことによってｚスキャンを実現するのは、少なくとも大き目の対象物の場合つごうが悪い。
【００１８】
代わりの方法を図３に示す。ここでのｚスキャンは、光学系１３が光軸に沿ってΔｚだけ移動することによって成就する。光学系１３はこのため、たとえばステップモータ２７によって駆動される移動テーブル２６上に装着されている。測定ビーム７と参照ビーム１８との間の時間コヒーレンスを保証するためには、光学系１３および１７は同期して同じ量Δｚだけ移動しなければならない。さらに、光学系１７と共に参照鏡６もまた同期してΔｚだけ移動しなければならない。この共通した移動は、光学系１７と参照鏡６との間での、ステップモータ２５を介して制御される機械的結合２４の助けを借りて保証することができる。ビームスプリッタ４からくる参照光ビーム５はここでは平行に進むから、これによって光源１４の像の空間コヒーレンスはなにも変わらない。
【００１９】
対象物表面における幾何光学的ビーム屈折ゆえ、ｚスキャンの量から逸脱した光源像１５の移動が対象物内に現れ得る。たとえば、対象物内での光源像１５の位置は、平らな対象物表面の場合、光学系１３を推し動かした場合より係数ｎ．ｎＧだけ強く推し動かされる（ｎは対象物１の位相屈折率、ｎＧは群屈折率である）。これを等しくするには、光学系１３をΔｚ／（ｎ．ｎＧ）のみ推し動かす。曲面の対象物表面の場合には他の修正が必要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の配置
【図２】本発明に従う配置
【図３】本発明に従う別の配置
【符号の説明】
１　　対象物
２　　短コヒーレンス長の光ビーム
３　　短コヒーレンス光源
４　　ビームスプリッタ
５　　参照ビーム
６　　参照鏡
７　　測定ビーム
８　　対象物内の光線反射場所
９　　光学系
１０　　光検出器
１１　　回転鏡
１２，１３　　光学系
１４　　空間的に部分コヒーレントな一次光源
１５，１６　　光源の像
１７　　光学系
１８　　参照ビーム
１９　　空間的に部分コヒーレントな一次光源
２０　　空間的に部分コヒーレントな二次光源
２１　　孔絞り
２２　　マルチモード光ファイバ
２３　　マルチモード光ファイバの発出面
２４　　光学系１７と参照鏡６との間の結合
２５，２７　　ステップモータ
２６　　移動テーブル
【図１】
2004512516.tif 000003
【図２】
2004512516.tif 000004
【図３】
2004512516.tif 000005
【国際公開パンフレット】
2004512516.tif 000006
2004512516.tif 000007
2004512516.tif 000008
2004512516.tif 000009
2004512516.tif 000010
2004512516.tif 000011
2004512516.tif 000012
2004512516.tif 000013
2004512516.tif 000014
2004512516.tif 000015
2004512516.tif 000016
2004512516.tif 000017
【国際調査報告】
2004512516.tif 000018
2004512516.tif 000019
2004512516.tif 000020
2004512516.tif 000021