(57)【要約】【課題】測定対象物の干渉反射光強度分布を高速に取得することが可能となる光断層画像撮像装置等を提供する。【解決手段】光源から出射された光を参照光と信号光に分割する第一の光分割手段と、前記信号光を試料に照射する照射手段と、前記参照光を複数の参照光群に分割する第二の光分割手段と、前記試料から反射または散乱された信号光を複数の信号光群に分割する第三の光分割手段と、前記参照光群の一つの参照光と前記信号光群の一つの信号光との干渉信号を検出する複数の検出器と、から構成され、同一の前記検出器で検出される干渉信号を形成する参照光と信号光であって、前記第一の分割手段から前記検出器まで当該参照光が通過した光路長と前記第一の分割手段から前記検出器まで当該信号光が通過した光路長との差が、複数の検出器ごとに異なることを特徴とするユニットを備える光断層画像測定装置。【選択図】  図１
2013160699.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射された光を参照光と信号光に分割する第一の光分割手段と、
前記信号光を試料に照射する照射手段と、
前記参照光を複数の参照光群に分割する第二の光分割手段と、
前記試料から反射または散乱された信号光を複数の信号光群に分割する第三の光分割手段と、
前記参照光群の一つの参照光と前記信号光群の一つの信号光との干渉信号を検出する複数の検出器と、から構成され、
同一の前記検出器で検出される干渉信号を形成する参照光と信号光であって、前記第一の分割手段から前記検出器まで当該参照光が通過した光路長と前記第一の分割手段から前記検出器まで当該信号光が通過した光路長との差が、複数の検出器ごとに異なることを特徴とするユニットを備える光断層画像測定装置。
【請求項２】
請求項１の光断層画像測定装置において、
前記検出器を参照光群の参照光と信号光群の信号光との対ごとに複数備えることを特徴とする光断層画像測定装置。
【請求項３】
請求項１の光断層画像測定装置において、
前記出射された光の波長が時間的に変化する光源を備えることを特徴とする光断層画像測定装置。
【請求項４】
請求項１の光断層画像測定装置において、
同一の前記検出器で検出される干渉信号を形成する参照光と信号光とを合波する光合波手段を有することを特徴とする光断層画像測定装置。
【請求項５】
請求項１の光断層画像測定装置において、
同一の前記検出器で検出される干渉信号を形成する参照光と信号光であって、前記第二の分割手段から前記検出器まで当該参照光が通過した光路長と前記第三の分割手段から前記検出器まで当該信号光が通過した光路長との差が、複数の検出器ごとに異なることを特徴とする光断層画像測定装置。
【請求項６】
請求項１のユニットを複数有し、
光源から出射された光を前記ユニットごとに分割する第四の光分割手段を有することを特徴とする光断層画像測定装置。
【請求項７】
請求項６の光断層画像測定装置において、
前記出射された光の波長が時間的に変化する光源を備えることを特徴とする光断層画像測定装置。
【請求項８】
請求項６の光断層画像測定装置において、
前記各ユニットにおいて測定される試料は、同一の試料の異なる試料位置であることを特徴とする光断層画像測定装置。
【請求項９】
請求項１のユニットを複数有し、
光源から出射された光を前記ユニットごとに分割する第四の光分割手段を有し、
前記第四の光分割手段から各ユニットの前記第一の光分割手段までの光路長が互いに異なることを特徴とする光断層画像測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光断層画像測定装置に関し、特に光源からの光を信号光と参照光に分け、被検査物を経由した信号光と参照光とを、光学的に干渉させ検出処理することにより測定対象物体の表面から深さ方向の構造情報を取得する光断層画像測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、測定試料の内部構造を非破壊で、高分解能に得ることができる手段として、Optical Coherence Tomography（ＯＣＴ：光干渉断層計）が知られている。ＯＣＴ装置は、光源から出射された光を、信号光と参照光とに分割し、被検査物を経由した信号光と参照光とを光学的に干渉させ、干渉光を検出処理することにより、測定対象物体の表面から深さ方向の構造情報を取得する光断層画像測定装置である。
【０００３】
上記のＯＣＴの計測方法には、大きく分けてTime domain OCT（ＴＤ−ＯＣＴ）計測法とFourier Domain OCT（ＦＤ−ＯＣＴ）計測法の２種類がある。
【０００４】
ＴＤ−ＯＣＴ計測法は、参照光の光路長を変更しながら干渉光強度を測定することにより、測定対象物の深さ方向の位置に対応した干渉反射光強度分布を取得する方法である。ＴＤ−ＯＣＴの代表的な特許を特許文献１に示す。
【０００５】
ＦＤ−ＯＣＴ計測は、測定対象物を経由した信号光と参照光との干渉信号を波長スペクトルに分解して測定し、測定信号をフーリエ変換することで、測定対象物の深さ方向の位置に対応した干渉反射光強度分布を取得する方法である。
【０００６】
ＦＤ−ＯＣＴ計測には、二つの方式がある。一つはSpectrum Domain-OCT（ＳＤ−ＯＣＴ）方式で、測定試料からの反射あるいは散乱した光と参照光との干渉光を分光器で分光し、アレー検出器等を使うことで、干渉信号のスペクトルを検出し、干渉反射光強度分布を取得する方法である。
【０００７】
もう一方は、Swept Source-OCT（ＳＳ−ＯＣＴ）と呼ばれる方式で、光源に瞬間的には単波長発振し、時間的に発振波長を走査するような光源を用いる。光源からの発振波長を走査することで得られた干渉信号のスペクトルをフーリエ変換することで干渉反射光強度分布を取得する方法である。
【０００８】
ＳＳ−ＯＣＴ法による表面プロファイル測定および光断面画像撮影を行うための装置発明には特許文献２が挙げられる。
【０００９】
特許文献３は、ＴＤ−ＯＣＴ計測を用い、測定試料の光学特性を測定する光学測定装置についての発明である。この発明はＴＤ−ＯＣＴ計測において、測定時間を短縮した光学測定装置が開示されている。実現方法は、短コヒーレント長の光を用いた光学測定装置内に参照光を分割する光合分波器と、分割された各参照光に異なる変調を施す参照光変調機構を設けることによって、光電変換器に入射される、参照光と測定光の合波光に深さの異なる複数の測定点に関する情報が含まれるようにしておき、コンピュータによって光電変換器の出力から、それら複数の測定点に関する光学特性データが算出されるように光学測定装置を構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平４−１７４３４５号公報
【特許文献２】特開２００７−２４６７７号公報
【特許文献３】特開平１０−２６７８３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ＯＣＴでは、短時間に広い範囲を計測することが求められる。ＳＳ−ＯＣＴの光軸方向の測定範囲（一回の波長走査で測定可能な深さ方向の距離）は、光源のコヒーレント長に比例する。波長走査レーザのコヒーレント長は、データサンプリング時間中に起こる波長シフトに依存する。波長シフトΔλ［nm］は干渉信号のデータサンプリング時間Δｔ［ｓ］と波長掃引速度Ｖ［nm／ｓ］とで決定され、（１）式で表される。
〔数１〕
Δλ＝Δｔ・Ｖ            …（１）
【００１２】
データサンプリング時間を減らすことで波長シフトは小さくなる。これによりコヒーレント長は長くなり測定範囲を広くすることができる。しかし、データサンプリング時間は、アナログ／デジタル（ＡＤ）変換回路において、受光器で検出した干渉信号のアナログ電気信号からデジタル信号に変換する際の標本化にかかる時間で決定される。そのため、データサンプリング時間は有限であり、データサンプル時間から決まる光軸方向の測定範囲拡大には限度がある。
【００１３】
波長掃引速度を遅くすることで波長シフトを小さくし、測定範囲を広くすることができる。しかし、波長掃引速度を遅くすると計測時間が長くなってしまう。光軸方向の測定範囲と波長掃引速度はトレードオフの関係にあり、計測時間の短縮と測定範囲の拡大を同時に図ることには問題があった。
【００１４】
また、一回の波長走査で測定可能な測定範囲をさらに広げるためには、ＴＤ−ＯＣＴのように参照光のミラーの位置を移動させ、再度測定する必要があった。このため測定には、ミラーのサブミクロンオーダの精密な移動機構を用意する必要があるため、ミラーの移動により測定には長い時間が必要とされた。
【００１５】
長時間の測定は、測定中の測定対象位置の変動が大きくなるためシグナルノイズ比が悪化していた。
【００１６】
本発明は、上記の課題に鑑み、参照光のミラーの移動機構を必要とせず、測定時間の短時間化と深さ方向測定範囲の拡大の両立を可能とし、高感度な光断層計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明にかかる光断層計測装置は以下の構成を備える。
【００１８】
光源から出射された光を参照光と信号光に分割する第一の光分割手段と、前記信号光を試料に照射する照射手段と、前記参照光を複数の参照光群に分割する第二の光分割手段と、前記試料から反射または散乱された信号光を複数の信号光群に分割する第三の光分割手段と、前記参照光群の一つの参照光と前記信号光群の一つの信号光との干渉信号を検出する複数の検出器と、から構成され、同一の前記検出器で検出される干渉信号を形成する参照光と信号光であって、前記第一の分割手段から前記検出器まで当該参照光が通過した光路長と前記第一の分割手段から前記検出器まで当該信号光が通過した光路長との差が、複数の検出器ごとに異なることを特徴とするユニットを備える光断層画像測定装置。
【発明の効果】
【００１９】
本発明により、一回の波長走査による深さ方向の測定範囲が拡大することで、参照ミラーの駆動系を不要とし、短時間で計測することができる。また装置原価も廉価となる。また、短時間測定が可能となることで、計測中の測定試料移動が起因となるノイズを低減でき、高感度、高精度に光断層計測が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る光断層画像撮像装置の一実施例。
【図２】本発明に係る光断層画像撮像装置の一実施例（異なる測定位置の同時測定）。
【図３】本発明に係る光断層画像撮像装置の一実施例（ユニット間の光の干渉を防ぐ）。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の原理について説明する。
【００２２】
瞬間的には単波長発振し、時間的に発振波長を走査することを特徴とする光発生手段から出射された光を、信号光と参照光に分割する。さらに参照光を複数の参照光に分割する（参照光群）。
【００２３】
信号光は、測定対象の試料に照射し、試料からの散乱あるいは反射された信号光を複数の信号光に分割する（信号光群）。参照光群と信号光群は、前記参照光群の各参照光ごとに長さの異なる光路長を与える光路体または、前記信号光群の各信号光ごとに長さの異なる光路長を与える光路体を通り、前記参照光群と試料を経由した前記信号光群を合波する合波手段により合波する。前記合波手段による干渉光は、検出手段により干渉光の光強度を検出する。干渉信号の検出により得られた波長スペクトルのフーリエ変換から試料の深さ位置に対応した反射光強度分布を取得することを特徴とする。
【００２４】
長さの異なる光路長を通過した参照光と信号光を干渉することは、ＴＤ−ＯＣＴ計測の手法で試料の深さ方向で異なる資料位置の断面の有無を計測していることを意味する。そして、発信波長を走査して干渉光の光強度を検出することは、前記異なる深さ方向で異なる試料位置の周辺の断面の有無をＳＳ−ＯＣＴ計測の手法で連続的に計測していることに相当する。
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【実施例１】
【００２６】
図１は、本発明の一実施例における光断層画像測定装置の概略構成図である。
【００２７】
瞬間的には単波長発振し、時間的に発振波長を走査することを特徴とする光源１があり、光源１から出射された光を信号光ＬＳ１と参照光ＬＲ１の二つに光を分割する光分割手段２を有する。
【００２８】
光源１として、たとえば半導体増幅器ＳＯＡ（semiconductor optical amplifier）、共振器、および波長選択フィルタによって構成された波長走査レーザを使用することができる。波長選択フィルタとしては、たとえば、回折格子とポリゴンミラーを組み合わせたもの、回折格子とポリゴンミラーを組み合わせたもの、ファブリペローフィルタを用いたものなどを使用する。また、光分割手段２として、例えばファイバカプラを用いればよい。より具体的には、１×２の光ファイバカプラから構成されており、光源からの光を二つに分けることができる。
【００２９】
光分割手段２により分光された参照光ＬＲ１を複数の参照光である参照光群ＬＲ２にさらに分割するための光分割手段５Ｒを有する。一方、光分割手段２により分光された信号光ＬＳ１は、該信号光ＬＳ１を試料１１に導くためのプローブ６を通過し、さらに試料１１によってはコリメータレンズ１２を通過して、試料１１に照射される。
【００３０】
プローブ６からの信号光ＬＳ２の照射による測定試料からの反射または散乱光ＬＳ３は、該反射または散乱光ＬＳ３を光検出部へ導くための光サーキュレータ３を通過し、さらに光サーキュレータ３を通過した該信号光ＬＳ４を複数の光に分割する光分割手段５Ｓを通過し、信号光群ＬＳ５となる。
【００３１】
光分割手段５Ｒ，５Ｓはファイバカプラを用いることができる。より具体的には、光分割手段５Ｒは、たとえば１×３の光ファイバカプラから構成されており、一つの参照光を２本以上、例えば３本の参照光群に分ける。光分割手段５Ｒも同様に、たとえば１×３の光ファイバカプラから構成されており、一つの参照光を２本以上、例えば３本の参照光群に分ける。
【００３２】
参照光群ＬＲ２の各参照光は、それぞれ異なる光路長の光路体１７を通過し、試料１１を経由した信号光群ＬＳ５の各信号光と光合波手段７により合波される。光合波手段として、ファイバカプラを用いることができる。より具体的には、参照光と信号光を合波する光合波手段７としては、たとえば２×１光ファイバカプラを使用することができる。
【００３３】
合波した干渉光群ＬＣ１は光検出手段８Ｄにより検出され、光検出手段８Ｄより得られたアナログ信号に基づきＡ／Ｄ変換回路９がデジタルの波長スペクトルを生成する。
【００３４】
該波長スペクトルは、計算機１０によりフーリエ変換され、試料の深さ位置に対応した反射光強度分布を算出する。該反射光強度分布により、試料１１中に含まれる断面を測定することができる。
【００３５】
なお、本実施例では光源１としてＳＯＡ、共振器、および波長選択フィルタを組み合わせたものを使用したが、スペクトルが広帯域の光源と波長可変フィルタを組み合わせたものでもかまわない。スペクトルが広帯域の光源としてはたとえば、スーパーコンティニューム光源を使用し、波長可変フィルタとしては、たとえば、ＦＦＰ（ファイバーファブリペロー）型フィルタを用いることができる。
【００３６】
さらに、本実施例において、前記参照光群ＬＲ２の各参照光の光路長に異なる光路長を与える光路体１７は、参照光群ＬＲ２の光路について各参照光に異なる光路長を与えるため、光路体１７の光路長を異なる長さとし（例えば長さの異なる光ファイバを使用する）、試料１１を経由した信号光群ＬＳ５については、同じ光路長とする形態をとった。ここでは、参照光群ＬＲ２の各参照光の光路長に異なる光路長を与える形態をとったが、信号光群ＬＳ５の各信号光の光路長に異なる光路長を与える形態をとっても良い。この場合たとえば、参照光群ＬＲ２の各光路長は同じにし、信号光群ＬＳ５の光路については、異なる光路長を与えるために、信号光群ＬＳ５に使用する光ファイバ４を異なる長さとしてもよい。
【００３７】
本質的なのは、参照光群ＬＲ２の光路の長さを同じにすることもしくは信号光群ＬＳ５の長さを同じにすることが重要なのではなく、互いに干渉させる参照光と信号光の光路長を等しく、もしくはほぼ等しくすることが重要である。そして、互いに干渉させる参照光と信号光の光路差をばらつかせることにより、試料１１の異なる深さ領域を同時に観察することが可能となる。
【００３８】
本発明によれば、長さの異なる光路長を通過した参照光と信号光を干渉することは、試料の深さ方向で異なる試料位置の断面の有無を計測し、発信波長を走査して干渉光の光強度を検出することは、前記異なる深さ方向で異なる試料位置の周辺の断面の有無を連続的に検出することができる。これにより、短時間に同時に試料１１の断面方向の計測を広範囲に亘り調べることができる。
【実施例２】
【００３９】
図２は、光源１からの光を複数に分割する手段が備わった構成をとる光断層画像測定装置の概略構成図であり、実施例１のユニット１８を複数使用した形態である。
【００４０】
実施例１の光源１と、光源１から出射された光を複数の光に分割する光分割手段１９を有する。該光分割手段１９で分けられた光が、実施例１の光源１から出射された光に相当し、光分割手段２で参照光ＬＲ１と信号光ＬＳ１の二つに分割される。
【００４１】
試料の異なる測定位置（深さ方向以外の二次元的な位置）に信号光ＬＳ２を照射すれば、試料の異なる測定位置で、光断層画像を取得することが可能となる。
【００４２】
光源１からの光を複数に分割する光分割手段１９として、例えば１×３光ファイバカプラを使用することができる。光分割手段は二つ以上とする。
【００４３】
なお、図２では、便宜上試料が複数あるように記載されているが、同一の試料の異なる位置を同時に計測してもよいし、異なる試料を同時に測定してもよい。
【実施例３】
【００４４】
図３は、光断層画像測定装置の別の概略構成図である。実施例３は、光源１からの光を複数に分割する光分割手段１９と、該光分割手段１９と各光分割手段２との間の光路長について、それぞれ異なる光路長を与える光路体２０を備えることを特徴とする光断層画像測定装置システムである。各ユニットの構成は、実施例２と同じである。
【００４５】
本実施例３において、光源１からの光を複数に分割する光分割手段１９と、分割した光を信号光と参照光の二つに光を分割する光分割手段との間の光路長に異なる光路長を与える光路体２０としては、例えば長さの異なるファイバを使用する。これにより、測定試料の位置が近接している場合や、重なっている場合であっても、複数の光軸の試料反射光を区別することが可能となる。
【符号の説明】
【００４６】
１  光源
２、５Ｒ、５Ｓ、１９  光分割手段
３  光サーキュレータ
４  光ファイバ
６  プローブ
７  光合波手段
８Ｄ  光検出手段
９  Ａ／Ｄ変換回路
１０  計算機
１１  試料
１２  コリメータレンズ
１７、２０  光路体
１８  ユニット
ＬＣ１  干渉光群
ＬＲ１  参照光
ＬＲ２  参照光群
ＬＮ  分割光
ＬＳ１、ＬＳ２、ＬＳ４  信号光
ＬＳ３  反射または散乱光
ＬＳ５  信号光群
【図１】
2013160699.tif 000003
【図２】
2013160699.tif 000004
【図３】
2013160699.tif 000005