(57)【要約】  光計測装置は、光源と、光源から出射された光を参照光と信号光とに分岐する光分岐部と、信号光を照射して測定対象物を走査する走査部と、測定対象物によって反射または散乱された信号光と参照光とを合波し、干渉光を生成する光学系と、光学系で生成された干渉光を受光して電気信号に変換する光検出部と、光検出部によって変換された電気信号に基づいて信号光の強度を算出する信号処理部と、を備える光計測装置であって、光検出部は、信号光の照射領域と重なる複数の測定領域のそれぞれと対応づけられた複数の光検出素子によって信号光を検出し、信号処理部は、複数の光検出素子のそれぞれが検出した信号光の強度を算出し、走査部は、測定対象物に照射する信号光の照射領域を、第１の時点における複数の測定領域の一部が第２の時点における複数の測定領域の別の一部と重なるように移動させて測定対象物を走査する。
2020017017.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から出射された光を参照光と信号光とに分岐する光分岐部と、
前記信号光を照射して測定対象物を走査する走査部と、
前記測定対象物によって反射または散乱された信号光と前記参照光とを合波し、干渉光を生成する光学系と、
前記光学系で生成された前記干渉光を受光して電気信号に変換する光検出部と、
前記光検出部によって変換された前記電気信号に基づいて前記信号光の強度を算出する信号処理部と、
を備える光計測装置であって、
前記光検出部は、前記信号光の照射領域と重なる複数の測定領域のそれぞれと対応づけられた複数の光検出素子によって前記信号光を検出し、
前記信号処理部は、前記複数の光検出素子のそれぞれが検出した前記信号光の強度を算出し、
前記走査部は、前記測定対象物に照射する前記信号光の前記照射領域を、第１の時点における前記複数の測定領域の一部が第２の時点における前記複数の測定領域の別の一部と重なるように移動させて前記測定対象物を走査する、
光計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光計測装置において、
前記走査部は、前記複数の測定領域のそれぞれが配列される方向に沿って前記測定対象物を走査し、
前記複数の光学素子のそれぞれは、前記複数の測定領域と光学的に共役の位置関係で配列されている、
光計測装置。
【請求項３】
請求項１に記載の光計測装置において、
前記信号処理部は、前記第１の時点における前記複数の測定領域の一部に対応する光検出素子で検出した前記信号光の強度と前記第２の時点における前記複数の測定領域の別の一部に対応する光検出素子で検出した前記信号光の強度とを前記測定対象物の同一箇所の時系列情報として処理する、
光計測装置。
【請求項４】
請求項３に記載の光計測装置において、
前記第１の時点と前記第２の時点との時間間隔は、前記複数の測定領域の一部と前記複数の測定領域の別の一部の間隔を、前記走査部が前記照射領域を移動させる速度で除した値である、
光計測装置。
【請求項５】
請求項２に記載の光計測装置において、
前記走査部は、前記測定対象物を第１の方向に走査する第１の走査部と、前記測定対象物を第１の方向とは異なる第２の方向に走査する第２の走査部と、を備え、
前記第１の走査部は、前記第２の走査部よりも高速に前記照射領域を移動させる、
光計測装置。
【請求項６】
請求項１に記載の光計測装置において、
前記照射領域の形状は、前記測定対象物を走査する走査方向の径が、前記走査方向に垂直な方向の径よりも大きい形状である、
光計測装置。
【請求項７】
請求項６に記載の光計測装置において、
前記走査部における光路上の少なくとも一点において、前記信号光のビームの形状は、前記走査方向の径が前記走査方向に垂直な方向の径よりも小さい、
光計測装置。
【請求項８】
請求項１に記載の光計測装置において、
前記照射領域は前記複数の測定領域を含む、
光計測装置。
【請求項９】
請求項１に記載の光計測装置において、
前記信号処理部は、前記複数の測定領域のそれぞれに対応する前記信号光の強度をキャリブレーションして算出する、
光計測装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の光計測装置において、
複数の前記光検出部と、
前記干渉光を互いに干渉位相が異なる三つ以上の干渉光に分光する干渉光学系と、
を備え、
前記三つ以上の干渉光の前記複数の光検出部における前記信号光と前記参照光との干渉位相の位相差は、互いに略９０度の整数倍であり、前記位相差が略１８０度異なる干渉光に対応する出力電流の対が電流差動検出を行う差動検出回路に入力される、
光計測装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の光計測装置において、
前記光検出部の個数は四個であり、
前記干渉光学系は、前記干渉光を前記干渉位相が異なる四つの干渉光に分光し、
二組の前記干渉位相の位相差が略１８０度である干渉光の対のそれぞれが前記差動検出回路に入力される、
光計測装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の光計測装置において、
光ファイババンドルをさらに備え、
前記干渉光を生成する光学系は、合成した前記干渉光を前記光ファイババンドルの一端が接続される光ファイバ接続部に入射させる、
光計測装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の光計測装置において、
前記光検出部は、三つ以上の前記光検出素子によって前記信号光を検出する、
光計測装置。
【請求項１４】
光干渉断層像を取得する光計測装置を用いる試料観察方法であって、
測定対象物に信号光を照射し、反射または散乱された信号光と参照光とを合成して干渉光を生成するステップと、
前記信号光の照射領域と重なる複数の測定領域のそれぞれに対応した複数の光検出素子によって第１の時点における前記干渉光の信号強度を検出するステップと、
前記第１の時点における前記複数の測定領域の一部と第２の時点における前記複数の測定領域の別の一部とが重なるように前記照射領域を移動させるステップと、
前記複数の測定領域のそれぞれに対応した前記複数の光検出素子によって前記第２の時点における前記干渉光の信号強度を検出するステップと、
を含む試料観察方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光計測装置およびそれを用いた試料観察方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光計測装置は非破壊的に測定対象の表面構造や内部構造を反映した情報を取得しうる装置であり、幅広い分野で用いられている。このような光計測装置の一種として、光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）がある。【０００３】
ＯＣＴは人体に対する侵襲性を持たないことから、特に医療分野や生物学分野への応用が期待されており、眼科分野においては眼底や角膜等の画像を形成する装置が用いられている。ＯＣＴでは光源からの光を、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二分岐し、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信号を得る。【０００４】
また、最近では、ＯＣＴを応用して測定対象の経時変化情報を取得する技術が注目されている。経時変化情報の取得を利用した光計測装置の一例として血管造影ＯＣＴがある。特許文献１には、光源から出射された光を独立な二つの偏光ビームに分け、該二つの偏光ビームをガルバノ鏡により、走査方向に沿ったライン上の異なる二部位に同時に照射しながら走査を行い、反射光を垂直成分と水平成分に分離し、二つの検出器で同時に検出し、時間の異なる同じ部位の二枚の断層画像を、一回の上記走査によって取得し、該二枚の断層画像により、上記同じ部位についての位相の時間変化量を計測する、走査型のＯＣＴ装置が開示されている。この装置によれば、人体の組織中の時間変化量の大きい部位である、血管を可視化することができる。【０００５】
上に述べたような走査型の光計測装置では、測定対象物の所定部位の経時変化情報を取得するために、当該所定部位を時間δｔをおいて複数回測定し、得られた複数回の測定結果から時間変化量δＳを得て、δｔとδＳを用いて当該所定部位の経時変化情報を取得する。このとき測定の間隔δｔが、経時変化情報の時間分解能となる。より高い時間分解能で測定することで、より多くの情報を取得することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１０／１４３６０１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
走査型のＯＣＴを含めた走査型の光計測装置において、多くの経時変化情報を得るためには時間分解能を高める必要がある。しかしながら、時間分解能は走査周期に依存するため、走査周期より短い時間分解能を得ることが難しい。また、走査周期の短い高価な走査機構を用いると装置が高価で複雑になる。【０００８】
特許文献１の血管造影ＯＣＴでは、ビームの走査周期よりも短い時間分解能で経時変化情報を得るため、測定対象物に二つの信号光ビームを照射するＯＣＴが記載されている。上記のＯＣＴでは、偏光状態の異なる二つの偏光ビームを異なる二部位に照射し、異なる二部位の情報を別々に検出するために、偏光状態に応じて二つのビームを分離する。このため、特許文献１に記載されたＯＣＴはビーム分離機構が必要である他、さらに各ビームに対して独立した検出機構が必要であり、装置サイズが大きくなる。また、特許文献１に記載されたＯＣＴでは、ビームを分離するために偏光状態の異なる二つのビームを利用する。それ故、二つのビームで取得した情報の間に偏光状態の違いによる差異が生じ、経時変化情報の測定誤差となる可能性がある。【０００９】
本開示は、上記の点に鑑みてなされたものであり、低コストで走査周期よりも短い時間分解能で経時変化情報を測定できる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示は上記課題を解決する手段として、例えば、光源と、前記光源から出射された光を参照光と信号光とに分岐する光分岐部と、前記信号光を照射して測定対象物を走査する走査部と、前記測定対象物によって反射または散乱された信号光と前記参照光とを合波し、干渉光を生成する光学系と、前記光学系で生成された前記干渉光を受光して電気信号に変換する光検出部と、前記光検出部によって変換された前記電気信号に基づいて前記信号光の強度を算出する信号処理部と、を備える光計測装置であって、前記光検出部は、前記信号光の照射領域と重なる複数の測定領域のそれぞれと対応づけられた複数の光検出素子によって前記信号光を検出し、前記信号処理部は、前記複数の光検出素子のそれぞれが検出した前記信号光の強度を算出し、前記走査部は、前記測定対象物に照射する前記信号光の前記照射領域を、第１の時点における前記複数の測定領域の一部が第２の時点における前記複数の測定領域の別の一部と重なるように移動させて前記測定対象物を走査する、光計測装置を提供する。【００１１】
また、例えば、光干渉断層像を取得する光計測装置を用いる試料観察方法であって、測定対象物に信号光を照射し、反射または散乱された信号光と参照光とを合成して干渉光を生成するステップと、前記信号光の照射領域と重なる複数の測定領域のそれぞれに対応した複数の光検出素子によって第１の時点における前記干渉光の信号強度を検出するステップと、前記第１の時点における前記複数の測定領域の一部と第２の時点における前記複数の測定領域の別の一部とが重なるように前記照射領域を移動させるステップと、前記複数の測定領域のそれぞれに対応した前記複数の光検出素子によって前記第２の時点における前記干渉光の信号強度を検出するステップと、を含む試料観察方法を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本開示によれば、低コストで走査周期よりも短い時間分解能で経時変化情報を測定できる。上記以外の課題、構成および効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本開示による光計測装置の基本的な実施形態を示す模式図である。
【図２】実施例１の光計測装置の動作状態における、ビームスポットと差動検出回路の配置との対応関係を示す模式図である。
【図３】測定対象物上に照射されたビームスポットが移動する様子を示す模式図である。
【図４】測定領域の位置の経時的変化と時間分解能との関係を示した模式図である。
【図５】上で述べたビーム径を拡大する参照光学系の構成を示す模式図である。
【図６】実施例２に係る光計測装置の基本的な構成例を示す図である。
【図７】実施例３の光計測装置の構成を示す模式図である。
【図８】実施例４の光計測装置の構成を示す模式図である。
【図９】測定対象物上のビームスポットの移動の様子を示す模式図である
【図１０】測定領域がｘ方向およびｙ方向の両方向に複数の測定領域が定義された走査方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して本開示の種々の実施例について説明する。ただし、これらの実施例は本開示を実現するための一例に過ぎず、本開示の技術的範囲を限定するものではない。また、各図において共通の構成については同一の参照番号が付されている。
【００１５】
＜実施例１＞
以下、実施例１の光計測装置を図１〜５を参照しながら説明する。
図１は、本開示による光計測装置１の基本的な実施形態を示す模式図である。図１において、図の上下方向がｚ方向、左右方向がｘ方向、紙面に垂直な方向がｙ方向である。
【００１６】
光計測装置１は、光源部１９０、偏光ビームスプリッタ１０６、参照光学系１９１、走査部１５９、試料ステージ１３９、カバーガラス１１４、干渉光学系１３２、フォトダイオードアレイ（１２４、１２５、１３０および１３１）、差動検出回路（１３４および１３５）、信号処理部１３６および制御部１１６を備える。
【００１７】
光源部１９０は、光源１０１、コリメートレンズ１０２、ビーム整形プリズム１０３、ＮＤ（Neutral Density）フィルタ１０４および光学軸方向を調整可能なλ／２板１０５を備える。光源１０１から出射された単一の波長成分からなるレーザ光は、コリメートレンズ１０２によって平行光に変換される。続いて、平行光に変換されたレーザ光は、ビーム整形プリズム１０３によってビーム断面形状が、ｙ方向がｘ方向よりも長い楕円形に整形される。その後、レーザ光は、ＮＤフィルタ１０４によって強度が減少され、光学軸方向を調整可能なλ／２板１０５によって偏光方向を回転させられた後、偏光ビームスプリッタ１０６によって信号光と参照光とに二分岐される。
【００１８】
走査部１５９は、２次元スキャナ１０７、λ／４板１１２、レンズ１１３およびレンズアクチュエータ１１７を備える。信号光は、走査部１５９内に設けられた光学系に進入し、２次元スキャナ１０７を通過し、光学軸方向がｘｚ平面に対して約２２．５度に設定されたλ／４板１１２を透過して偏光状態がｓ偏光から円偏光に変換される。その後、信号光は、開口数が０．３以上のレンズ１１３によって集光されつつカバーガラス１１４を透過して測定対象物１１５に照射され、集光位置にビームスポット１４０を形成する。
【００１９】
ここで、レンズ１１３に入射するビームの断面形状はｙ方向がｘ方向より長い楕円形であるため、集光時の開口数はｙ方向がｘ方向より大きくなる。そのため、ビームスポット１４０のｘｙ平面上における形状は、ｘ方向がｙ方向より長い楕円形となる。
【００２０】
ビームスポット１４０は、走査部１５９によってその位置をｘ、ｙ、ｚ方向の何れかの方向に移動される。レンズ１１３は、制御部１１６がレンズアクチュエータ１１７を制御することにより、少なくともｚ方向へ移動され、それにより、レンズ１１３による信号光の集光位置（測定位置）の移動がなされる。
【００２１】
また、信号光の集光位置のｘｙ方向への移動は、信号光の光路中に設けられた、二つのガルバノミラー１０８および１０９とレンズ１１０および１１１を含む２次元スキャナ１０７とによってなされ、それにより、信号光の集光位置による測定対象物の走査がなされる。
【００２２】
測定対象物から反射または散乱された信号光は、レンズ１１３によって平行光（ビーム）に変換される。その後、信号光は、λ／４板１１２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１０６へ入射する。試料ステージ１３９の移動によって測定対象物１１５を移動させることによって、信号光の集光位置の測定対象物１１５中での位置のおおまかな移動がなされる。
【００２３】
一方、参照光はλ／４板１１８を透過して、偏光状態がｐ偏光から円偏光に変換される。その後、参照光は、位置が固定されたミラー１１９に入射して反射された後、再度λ／４板１１８を透過して偏光状態が円偏光からｓ偏光へ変換され、偏光ビームスプリッタ１０６へ入射する。
【００２４】
信号光と参照光とは、偏光ビームスプリッタ１０６で合波され、合成光が生成される。合成光は、ハーフビームスプリッタ１２０、λ／２板（１２１および１２７）、λ／４板１２６、集光レンズ（１２２および１２８）、偏光ビームスプリッタ（１２３および１２９）から成る干渉光学系１３２へ導かれる。
【００２５】
干渉光学系１３２へ入射した合成光は、ハーフビームスプリッタ１２０によって透過光と反射光とに二分岐される。透過光は、光学軸がｘｚ平面に対して約２２．５度に設定されたλ／２板１２１を透過した後、集光レンズ１２２によって集光される。その後、透過光は、偏光ビームスプリッタ１２３によって二分岐されて、互いに位相関係が１８０度異なる第１の干渉光１４４と第２の干渉光１４５とが生成される。
【００２６】
第１の干渉光１４４は、集光レンズ１２２によって集光されて、フォトダイオードアレイ１２４の位置にビームスポット１４０の像１５３を結ぶ。フォトダイオードアレイ１２４は、ビームスポット１４０の像１５３に複数の光検出素子（フォトダイオード）１４８が重なるように配置される。
【００２７】
同様に、第２の干渉光１４５は、集光レンズ１２２によって集光されて、フォトダイオードアレイ１２５の位置にビームスポット１４０の像１５４を結ぶ。フォトダイオードアレイ１２５は、それぞれが光検出器として機能する複数の光検出素子１４９からなっており、ビームスポット１４０の像１５４に複数の光検出素子１４９が重なるように配置される。
【００２８】
第１の干渉光１４４および第２の干渉光１４５のそれぞれは、フォトダイオードアレイ１２４、１２５および差動検出回路１３４によって、複数の光検出素子１４８および複数の光検出素子１４９の互いに対応する素子の出力同士が組み合わされて電流差動検出され、二つの干渉光の強度の差に比例した信号１３７が出力される。ここで、複数の光検出素子１４８および複数の光検出素子１４９の互いに対応する素子とは、例えば、図１に示された例では、複数の光検出素子１４８の最も下方に位置する光検出素子と複数の光検出素子１４９の最も左側に位置する光検出素子とが互いに対応する素子となる。
【００２９】
一方、ハーフビームスプリッタ１２０において反射した反射光は、光学軸がｘｚ平面に対して約４５度に設定されたλ／４板１２６を透過した後、光学軸がｘｚ平面に対して約２２．５度に設定されたλ／２板１２７を透過し、集光レンズ１２８によって集光される。その後、反射光は、偏光ビームスプリッタ１２９によって二分岐され、互いに位相関係が１８０度異なる第三の干渉光と第四の干渉光とが生成される。第三の干渉光および第四の干渉光のそれぞれは、フォトダイオードアレイ１３１、１３０および差動検出回路１３５によって、電流差動検出され、二つの干渉光の強度の差に比例した信号１３８が出力される。
【００３０】
第三の干渉光１４６は、集光レンズ１２８によって集光されて、フォトダイオードアレイ１３１の位置にビームスポット１４０の像１５５を結ぶ。フォトダイオードアレイ１３１は、ビームスポット１４０の像１５５に複数の光検出素子（フォトダイオード）１５０が重なるように配置される。
【００３１】
同様に、第四の干渉光１４７は、集光レンズ１２８によって集光されて、フォトダイオードアレイ１３０の位置にビームスポット１４０の像１５６を結ぶ。フォトダイオードアレイ１３０は、それぞれが光検出器として機能する複数の光検出素子１５１からなっており、ビームスポット１４０の像１５６に複数の光検出素子１５１が重なるように配置される。
【００３２】
第三の干渉光１４６および第四の干渉光１４７のそれぞれは、フォトダイオードアレイ１３０、１３１および差動検出回路１３５によって、複数の光検出素子１５０および複数の光検出素子１５１の互いに対応する素子の出力同士が組み合わされて電流差動検出され、二つの干渉光の強度の差に比例した信号１３８が出力される。“互いに対応する素子”の意味については、上で説明したとおりである。
【００３３】
上記のようにして生成された信号１３７および信号１３８が、信号処理部１３６に入力されて演算されることにより信号光の振幅に比例した信号が得られる。具体的には、合成光が干渉光学系１３２へ入射する時点での信号光成分の振幅をＥｓｉｇ、参照光成分の振幅をＥｒｅｆ、信号１３７の強度をＩ、信号１３８の強度をＱとして、信号処理部１３６にて以下の式１の演算を行うことにより、位相に依存しない、信号光の振幅の絶対値に比例した信号が得られる。
｜Ｅｓｉｇ｜・｜Ｅｒｅｆ｜＝｛Ｉ２＋Ｑ２｝１／２      ・・・（式１）
【００３４】
ここで信号１３７および信号１３８は、各フォトダイオードアレイ１２４、１２５、１３０、１３１の複数の光検出素子１４８、１４９、１５０、１５１の素子数だけ出力されているので、式１の演算もその数だけ行われ、それに応じた数の信号光の振幅に比例した信号が得られる（図１に示された例では四つ）。本実施例では位相関係が異なる三つ以上の干渉光を検出するため、これらの検出信号に対して演算を行うことで、干渉位相に依存しない安定した信号を取得することができる。
【００３５】
図２は、実施例１の光計測装置１の動作状態における、ビームスポット１４０と差動検出回路１３４との対応関係を示す模式図である。
【００３６】
測定対象物１１５上のビームスポット１４０のｘｙ平面上での形状は、先述のとおり、ｘ方向がｙ方向より長い楕円形である。測定対象物１１５において反射された信号光は、参照光と合波されて干渉光１４４、１４５、１４６、１４７となり、装置の光学系を介してフォトダイオードアレイ１２４、１２５、１３０、１３１の受光面上に、像１５３、１５４、１５５、１５６としてそれぞれ結ばれる。
【００３７】
図２には、第１の干渉光および第２の干渉光に対応するフォトダイオードアレイ１２４、１２５と像１５３、１５４の位置関係が示されている。第３の干渉光および第４の干渉光に対応するフォトダイオードアレイ１３０、１３１と像１５５、１５６の位置関係も第１の干渉光および第２の干渉光の場合と同様である。
【００３８】
干渉光１４４の形成する像１５３は、フォトダイオードアレイ１２４の４つの光検出素子１４８（Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４）の並ぶ方向３０１に長い楕円形である。像１５３は、四つの光検出素子１４８にまたがっており、各光検出素子は干渉光１４４のうち各検出素子に照射される成分の強度に比例した電流を出力する。図２では、四つの光検出素子１４８の並ぶ方向３０１は、像１５３上において測定対象物１１５上でのｘ方向に対応する方向と一致させて描かれている。
【００３９】
干渉光１４５の形成する像１５４は、フォトダイオードアレイ１２５の４つの光検出素子１４９（Ｄ２１、Ｄ２２、Ｄ２３、Ｄ２４）の並ぶ方向３０２に長い楕円形である。像１５４は、四つの光検出素子１４９にまたがっており、各光検出素子は干渉光１４５のうち各検出素子に照射される成分の強度に比例した電流を出力する。図２では、四つの光検出素子１４９の並ぶ方向３０２は、像１５４上において測定対象物１１５上でのｘ方向に対応する方向と一致させて描かれている。
【００４０】
像１５３と四つの光検出素子１４８との相対的な位置関係は、像１５４と四つ光検出素子１４９との相対的な位置関係と一致させてあり、四つの光検出素子１４８（Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４）と四つの光検出素子１４９（Ｄ２１、Ｄ２２、Ｄ２３、Ｄ２４）は、ともに、測定対象物１１５上の四つの測定領域３０３（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４）と光学的に共役な位置となっている。ここで、各光検出素子の間隔をδｘ、光学系の倍率をＭとすると、四つの測定領域３０３の間隔δｘ’は、δｘ’＝Ｍ×δｘとなっている。
【００４１】
四つの光検出素子１４８（Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４）と四つの光検出素子１４９（Ｄ２１、Ｄ２２、Ｄ２３、Ｄ２４）の電流出力は、対応する光検出素子同士（Ｄ１１とＤ２１、Ｄ１２とＤ２２、Ｄ１３とＤ２３、Ｄ１４とＤ２４）の出力が組み合わされた四組の信号がそれぞれ差動検出回路３０４、３０５、３０６、３０７に入力されて差動検出され、四つの信号の集合である信号１３７として信号処理部１３６に入力される。
【００４２】
第３の干渉光および第４の干渉光についても、第１の干渉光および第２の干渉光と同様に、四つの光検出素子１５０および四つの光検出素子１５１は、ともに、測定対象物１１５上の四つの測定領域３０３（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４）と光学的に共役な位置となっている。対応する光検出素子同士の出力は組み合わされ、四組の信号がそれぞれ四つの差動検出回路に入力されて差動検出される。その結果、四つの信号の集合である信号１３８が、信号処理部１３６に入力される。
【００４３】
信号処理部１３６は、信号１３７および信号１３８を入力とした上記式１の演算を四回実行し、四つの測定領域３０３（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４）で反射された信号光の各成分の振幅に比例した四つの信号（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）が算出される。上記のとおり、四つの測定領域３０３（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４）についての信号の測定は同時に実施可能である。
【００４４】
以下、本実施例の光計測装置１がビームスポット１４０で測定対象物１１５を走査しながら経時変化情報を取得する際の動作を、図３および図４を参照しながら説明する。
【００４５】
図３は、測定対象物１１５上に照射されたビームスポット１４０、１５７、１５８が移動する様子を示す模式図である。
【００４６】
ビームスポット１４０で測定対象物１１５を走査する際、測定対象物１１５上のビームスポット１４０は、ｘ方向に一定の速度で移動する。図３は走査方向１５２に一定の走査速さｖで移動しているビームスポット１４０の時刻ｔ１における位置と、同時刻の四つの測定領域３０３（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４）の位置を示している。四つの測定領域３０３（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４）の間隔は、上で述べたように光検出素子の間隔と光学系の特性で決まる値（δｘ’）で、ここでは時刻によらず一定である。図１中には、時刻ｔ１よりδｔ後と、２×δｔ後の時刻における、ビームスポット１４０の予定位置をそれぞれ符号１５７および符号１５８で示した。ここで、時間δｔは次式で与えられる値である。
δｔ＝δｘ’／ｖ・・・（式２）
言い換えると、時間δｔでのビームスポット１４０の移動距離はｖ・δｔ＝δｘ’であり、測定領域同士の間隔に等しい。
【００４７】
図４は、測定領域の位置の経時的変化と時間分解能（即ち、サンプリング間隔）との関係を示した模式図である。図４のグラフにおいて、横軸が時間ｔを示し、縦軸が測定領域３０３のｘ方向の位置を示す。図４には、四つの測定領域３０３（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４）の位置が、それぞれ、トレース４０１、４０２、４０３、４０４として示されている。各トレースの実線部分は測定期間、破線部分は測定せずに単に移動している期間を表す。図４に示された例では、測定領域３０３がｘの正の方向に移動している間のみ測定し、ｘの負の方向に移動している（走査の開始位置に戻る）間は測定していない。
【００４８】
時刻ｔ１において測定領域３０３の１つＡ１の位置はｘ１であり、他の三つＡ２、Ａ３、Ａ４の位置はそれぞれ、ｘ１−δｘ’、ｘ１−２δｘ’、ｘ１−３δｘ’、である。この後、測定領域３０３は速さｖで移動するため、各測定領域３０３が位置ｘ１に到達する時刻は、それぞれ以下のとおりとなる。
Ａ２：  ｔ１＋δｔ
Ａ３：  ｔ１＋２δｔ
Ａ４：  ｔ１＋３δｔ
【００４９】
よって、四つの測定領域３０３で得られた四つの信号（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４）について、ｎ番目の測定領域の時刻ｔにおける信号値をＳｎ（ｔ）と書き表すと、Ｓ１（ｔ１）、Ｓ２（ｔ１＋δｔ）、Ｓ３（ｔ１＋２δｔ）、Ｓ４（ｔ１＋３δｔ）は、時刻ｔ１から時間δｔ毎に取得した位置ｘ１の時系列測定値となる。
【００５０】
より一般的には、ある時刻ｔ０にｍ番目の測定領域が通過する位置ｘ０の時系列測定値Ｙ（ｘ０，ｎ）は、Ｓｍ＋ｎ（ｔ０＋ｎ・δｔ）として得られ、この時系列測定値を用いて位置ｘ０の経時変化情報を取得できる。さらに、位置ｘ０から正方向にｘ’だけ離れた位置の時系列測定値Ｙ（ｘ０＋ｘ’，ｎ）は、Ｓｍ＋ｎ（ｔ０＋ｘ’／ｖ＋ｎ・δｔ）として得られる。このように、四つの測定領域３０３で測定対象１１５上の一つの走査線上を一度走査しただけで、当該走査線上の各点で時間δｔ毎の時系列測定値を取得することができる。
【００５１】
ここで、測定領域３０３のｘ方向の走査振幅をＸＡ、走査周期４０５をＴｘとすると、走査時の移動は一定速度なのでＸＡ＝ｖ・Ｔｘとなる。また測定領域同士の間隔に対して走査振幅は十分大きい（δｘ’＜＜ＸＡ）ため、δｔ＝δｘ’／ｖ＝（δｘ’／ＸＡ）・Ｔｘ＜＜Ｔｘとなる。つまり、本実施例の光計測装置１は、上記の動作を実行することにより、測定対象物１１５上のある位置の経時変化情報を取得可能であり、その時間分解能δｔは走査周期４０５Ｔｘより十分に短くすることができる。
【００５２】
また、差動検出回路１３４、１３５やフォトダイオードアレイ１２４、１２５、１３０、１３１の時間分解能（ＡＤ変換周波数や応答周波数）を上記δｔと同程度以下とすることで、意図した時点での測定値を得ることができる。さらに、望ましくは上記時間分解能をδｔ／２以下とすることで、サンプリング定理を満足して意図した時間分解能での情報を得ることができる。また、上記時間分解能をδｔ／１０以下とすることで、測定の隣り合う時点における測定対象物１１５の状態に影響を受けない測定が可能となり、経時変化情報を精度よく検出することができる。
【００５３】
以上のように、本開示によれば、走査方向に対応する方向に設けられた複数の検出器によって、測定対象物の所定部位を異なる時刻に測定でき、得られた複数の測定結果によって当該所定部位の経時変化情報を取得することができる。つまり、本開示の光計測装置１は、二つの信号光ビームを用いることなく、走査周期よりも短い時間分解能で経時変化情報を測定できる。
【００５４】
実施例１の光計測装置１では、フォトダイオードアレイ１４８、１４９、１５０、１５１について、各アレイ上の光検出素子の数は二個以上であり、これによって二つ以上の時点間の信号を取得し、経時変化量を算出することができる。また、より好ましくは各フォトダイオードアレイ上の光検出素子の数は三個以上である。この場合には、時間分解能を可変にするか、複数の時間分解能での情報を一度に取得することができる。具体的には、三つの光検出素子を持つフォトダイオードアレイを用いて取得した三つの信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３のうち、Ｓ１、Ｓ２を用いれば時間分解能δｔの情報を取得可能で、Ｓ１、Ｓ３を用いれば時間分解能２δｔの情報を取得可能となる。
【００５５】
本実施例の光計測装置１では、フォトダイオードアレイ１４８、１４９、１５０、１５１について、各フォトダイオードアレイ上の任意の光検出素子間の間隔の最小値δｘｍｉｎ、最大値δｘｍａｘ、光学系の倍率をＭ、ビームスポット１４０の走査速さをｖとすると、（δｘｍｉｎ／Ｍ）／ｖ≦δｔ≦（δｘｍａｘ／Ｍ）／ｖの範囲の時間分解能δｔで経時変化情報を取得することが可能である。ここで、最小値δｘｍｉｎは、例えば、隣り合う光検出素子同士の間隔であり、最大値δｘｍａｘは、例えば、（光検出素子の個数−１）×δｘｍｉｎである。
【００５６】
また、図３において、ビームスポット１４０の形状は、複数の測定領域３０３に収まるような大きさとして説明した。ビームスポット１４０の形状（照射領域）は、測定領域３０３を含む形状であってもよい。そのようにすると、各測定領域（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４）に照射される信号光の強度を均一にすることができ、経時変化情報の精度を向上させることができる。
【００５７】
また、図３に示されているように、ビームスポット１４０の形状を楕円形状とした場合、複数の測定領域３０３の両端と中央とで信号光の照射量に差がでる可能性がある。その場合、複数の測定領域３０３の両端と中央との照射量の差（信号強度の差）を予め計測し、信号処理部１３６は、複数の測定領域３０３のそれぞれに対応する信号光の強度をキャリブレーションして算出してもよい。このようにすると、測定対象物１１５の経時変化情報の測定精度が向上する。
【００５８】
続いて、測定対象物１１５の２次元像および３次元像を取得するための走査方法について述べる。測定対象物１１５の２次元像（ｚｘ像）は、ビームスポット１４０で測定対象物１１５の２次元領域を走査することで得られる。例えば、制御部１１６によって走査部１５９を構成する２次元スキャナ１０７を制御し、ガルバノミラー１０８（第１の走査部）を動かしてｘ方向に繰り返し走査しつつ、ガルバノミラー１０８が折り返し位置に到達する度に、制御部１１６によってレンズアクチュエータ１１７を作動させてｚ方向に所定の量（集光されたビームスポット１４０のｚ方向径程度）だけレンズ１１３（第２の走査部）を移動させることによって、２次元像（ｚｘ像）を得ることができる。なお、例えば、ｘ方向への走査は、ｚ方向への走査よりも高速にビームスポット１４０（照射領域）を移動させる。
【００５９】
測定対象の３次元像は、上記の走査方法でｚｘ像を取得した後にレンズ１１３をｙ方向に所定量（集光された信号光のスポット径程度）移動させるという手順を繰り返すことにより取得することができる。または、ガルバノミラー１０８およびレンズ１１３の走査によりｚｘ像を取得した後に、測定対象物１１５もしくは光計測装置１全体を電動ステージ等によりｙ方向へ移動させるという手順を繰り返してもよい。なお、本実施例においてはレンズ１１３を走査することによりｚスキャンを行っているが、例えばレンズ１１３の手前に少なくとも１枚レンズをさらに挿入し、当該レンズを走査することにより集光位置を走査することとしてもよく、また２次元スキャナ１０７によってｙ方向への移動を行っても良い。
【００６０】
上記のとおり、本開示の光計測装置１は、レンズアクチュエータ１１７と２次元スキャナ１０７を用いることで、２次元領域または３次元領域を走査して、当該領域の経時変化情報を取得することができ、取得した経時変化量を各ピクセルの輝度値に持つ２次元または３次元の画像として出力することもできる。
【００６１】
なお、信号光を集光して測定対象物１１５中にビームスポット１４０を形成するレンズ１１３の開口数は０．３が望ましい。また、レンズ１１３の開口数を０．４以上と大きくした場合、高いＺ方向分解能が得られる。また、レンズ１１３の開口数を０．３〜０．４とした場合、レンズの焦点深度を深く取ることができるため、測定対象物１１５中の測定可能な深さの範囲を広げることができる。
【００６２】
また、光源１０１には、出射されるレーザ光のコヒーレンス長が、レンズ１１３の光軸方向の走査により発生する信号光の光路長変化よりも長いレーザ光源を用いる。こうすると、レンズ１１３を光軸方向に走査した場合に信号光と参照光とで光路長差が発生しても、干渉振幅の低下を抑制することができる。そのため、レンズ１１３をｚ方向に駆動することでビームスポット１４０の位置をｚ方向に移動することが可能となり、参照ミラー１１９を駆動する方式に比べて簡素でコンパクトな装置を実現できる。
【００６３】
ビームスポット１４０の形状は、円形、楕円形、線状、矩形などでよい。円形のビームスポット１４０を用いる場合は、通常の光学系構成を用いることができるため、光計測装置１の装置構成を簡素に構築できる。線状または矩形のビームスポットは、シリンドリカルレンズ等を用いて実現でき、ビームスポット１４０中の信号光強度が、ｘ方向についてほぼ変化しないため、走査時に安定した信号が得やすい。
【００６４】
また、ビームスポット１４０のｘ方向の大きさは、フォトダイオードアレイ１４８、１４９、１５０、１５１上に光学系によって結ばれた像において、ｘ方向に対応する方向の大きさが、それぞれ少なくとも二つ以上の光検出素子を含む大きさである。すなわち、光学系の倍率をＭ、各フォトダイオードアレイにおいて検出に使用する光検出素子のうち最も離れた素子間の距離をＬｍａｘ、ビームスポット１４０のｘ方向の大きさをＤｘとして、Ｄｘ≧Ｌｍａｘ／Ｍである。
【００６５】
また、ビームスポット１４０のｙ方向の大きさは、ｘ方向の大きさより小さくてよい。望ましくは、ｙ方向の大きさは、フォトダイオードアレイ１４８、１４９、１５０、１５１上に光学系によって結ばれた像において、ｙ方向に対応する方向の大きさが、光検出素子の受光面に収まる大きさである。すなわち、光学系の倍率をＭ、光検出素子のｙ方向に対応する方向の幅をＬｙ、ビームスポット１４０のｙ方向の大きさをＤｙとして、Ｄｙ≦Ｌｙ／Ｍである。この場合、信号光の強度に関する情報はあますところなく検出される信号に寄与するため、ＳＮ比の高い信号が得られる。
【００６６】
このような楕円形のビームスポット１４０は、断面形状が楕円形のビームとして信号光をレンズ１１３に入射することで得られる。レンズ１１３に入射するビームの断面形状はｙ方向がｘ方向より長い楕円形であれば、集光時の開口数はｙ方向がｘ方向より大きくなり、ビームスポット１４０のｘｙ平面上での形状はｘ方向がｙ方向より長い楕円形となる。信号光の楕円ビームのｙ方向の径およびｘ方向の径を変更することで、ビームスポット１４０の楕円形のｘ方向の径およびｙ方向の径を変更することもできる。楕円ビーム形状の調整は、信号光の光路に挿入されたビーム整形プリズム１０３によって可能となる。
【００６７】
また、光源１０１として半導体レーザなど、楕円形ビームを出力する素子を用いれば、ビーム整形プリズム１０３を省略することも可能である。また、この方式によって楕円形のビームスポット１４０を形成した場合、ビームスポット１４０のｘ方向を大きくしても、ビームスポットのｚ方向へのデフォーカスを抑制することができ、ビームスポットを大きくすることによって生じる測定時の空間分解能の劣化を最低限に抑えることができる。
【００６８】
測定対象物１１５に入射して反射された信号光は、理想的には入射時の信号光と同じ径を持つビームになるが、実際には測定対象物１１５の光学的な不均一性などにより、入射時より大きな径のビームとなる可能性がある。参照光のビーム径を信号光のビーム径より大きくしておくことで、このような場合にも反射された信号光の全成分が干渉および信号の生成に寄与するようにできる。その結果、信号光量の増加によるＳＮ比向上と実効開口数の増大による分解能向上が達成される。
【００６９】
＜実施例１の変形例＞
図５は、上で述べたビーム径を拡大する参照光学系５００の構成を示す模式図である。図５において、上下方向をｚ方向、左右方向をｘ方向、紙面に垂直な方向をｙ方向としている。光源１０１から出射されたレーザ光は、偏光ビームスプリッタ５０１でｓ偏光の信号光とｐ偏光の参照光とに二分岐される。参照光は、二枚のレンズ５０２、５０３からなるビームエクスパンダ５０６によってビーム径が拡大され、ミラー５０４、５０５で反射されて向きを変え、λ／２板５０７によってｐ偏光からｓ偏光へ変換され、偏光ビームスプリッタ１０６へ入射する。信号光は偏光ビームスプリッタ１０６を透過した後は、図１と同様の光学系を経て戻り、偏光ビームスプリッタ１０６にて参照光と合波され、合成光を生じる。以降の動作は図１と同様であるので説明を省略する。
【００７０】
＜実施例２＞
図６は、実施例２に係る光計測装置２の基本的な構成例を示す図である。図６において、図の上下方向をｚ方向、左右方向をｘ方向、紙面に垂直な方向をｙ方向としている。
【００７１】
実施例２の光計測装置２は、光源１０１から出射されたレーザ光が、信号光と参照光とに二分岐され、再び合波されることにより合成光が生成されるまでの構成は実施例１と同様である。実施例２の光計測装置２では、複数の光検出素子が一列に並んだフォトダイオードアレイ６０７を用いて干渉光の強度に比例した電流を出力する点が実施例１の光計測装置１とは異なる。
【００７２】
実施例２の光計測装置２では、生成された合成光は、まず回折格子６０２によって±１次の回折光に分岐され、第１の分岐合成光と第２の分岐合成光とが生成される。これらの合成光は、第１の分岐合成光のｓ偏光成分およびｐ偏光成分の位相差と、第２の分岐合成光のｓ偏光成分およびｐ偏光成分の位相差が９０度異なるように配置された位相板６０３を通過する。
【００７３】
その後、第１の分岐合成光および第２の分岐合成光は、ｘｚ平面に対して約２２．５度に設定されたλ／２板６０４にて偏光方向が回転され、ウォラストンプリズム６０５によって偏光分離されることにより、互いに干渉の位相がほぼ９０度ずつ異なる四つの干渉光が生成される。これらの干渉光は集光レンズ６０６によって集光され、フォトダイオードアレイ６０７上のそれぞれ複数の光検出素子からなる四つの領域６０８、６０９、６１０、６１１にビームスポット１４０の像を結ぶ。その結果、干渉光のそれぞれは各光検出素子により電流に変換され、位相関係が１８０度異なる干渉光に対応する領域からの電流の対が差動検出回路１３４、１３５によって差動検出される。
【００７４】
検出信号は信号処理部１３６で演算され、位相に依存しない、信号光の振幅の絶対値に比例した信号が得られる。干渉光学系６０１の機能は実施例１の干渉光学系１３２と同様であるため、ここでは説明を省略する。以上のように、干渉位相の異なる四つの干渉光のうち複数を、１つのフォトダイオードアレイ６０７で受光して検出する構成とすることにより、部品点数を少なくすることができる。
【００７５】
つまり、実施例２の光計測装置２は、実施例１の光計測装置１に比べて干渉光学系の部品点数が少なく小型であるため、実施例１の光計測装置１よりも装置全体が小さくなる。
【００７６】
＜実施例３＞
図７は、実施例３の光計測装置３の構成を示す模式図である。図７において、図の上下方向をｚ方向、左右方向をｘ方向、紙面に垂直な方向をｙ方向としている。なお、図２に示した部材と同じ部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
【００７７】
実施例３の光計測装置３は、実施例１のＯＣＴ装置とは種類が異なり、低コヒーレンス光源を用いるタイプのＯＣＴ装置に本開示の技術を適用したものである。ＳＬＤ（Super Luminescence Diode）等の低コヒーレンス光源である光源７０１から出射された光は、コリメートレンズ７０２によって平行光に変換され、ビーム整形プリズム７０３によってビーム断面形状をｙ方向がｘ方向より長い楕円形に整形され、ビームスプリッタ７０６で信号光と参照光とに二分岐される。
【００７８】
信号光は、レンズ７１３で集光され、試料ステージ７３９に保持された測定対象物１１５上の集光位置に楕円形のビームスポット７４０を形成する。ここで、レンズ７１３に入射するビームの断面形状はｙ方向がｘ方向より長い楕円形であるため、集光時の開口数はｙ方向がｘ方向より大きくなり、ビームスポット７４０のｘｙ平面上での形状はｘ方向がｙ方向より長い楕円形となる。
【００７９】
測定対象物７１５で反射または拡散された信号光は、レンズ７１３でビームにされてビームスプリッタ７０６に戻る。参照光はミラー７１９で反射されて同じくビームスプリッタ７０６に戻り、信号光と合波されて干渉し、合成光を生成する。合成光は集光レンズ７２２で集光され、フォトダイオードアレイ７２４上にビームスポット７４０の像７５３を結ぶ。像７５３はフォトダイオードアレイ７２４の複数の光検出素子７４８で検出され、検出された複数の信号７３７は信号処理部７３６に送られる。
【００８０】
実施例３の光計測装置３では、低コヒーレンス光源を用い、信号光に含まれる成分のうち参照光と光路長が一致する成分のみが干渉して信号７３７を与えるため、測定対象物７１５の特定のｚ位置を測定点とした情報を取得できる。光計測装置３は、測定時に制御部７１６によりアクチュエータ７６０を駆動してミラー７１９を走査することにより、測定点のｚ走査を行う。また、光計測装置３は、制御部７１６によって制御された２次元スキャナ７５９によってｘｙ走査を行う。上記の操作を組み合わせて測定対象物７１５の２次元像や３次元像を取得できる。
【００８１】
実施例３の光計測装置３では、測定時に２次元スキャナ７５９によってｘ方向の走査を行い、実施例１と同様に複数の光検出素子からの信号を比較することで、ｘ方向の走査の走査周期より短い時間分解能で経時変化情報を取得することができる。また、実施例３の光計測装置３は、実施例１の光計測装置１と比較してより少ない部品点数で実施例１と同様の機能を達成でき、より小型の装置を提供することができる。
【００８２】
＜実施例４＞
図８は、実施例４の光計測装置４の構成を示す模式図である。図８において、図の上下方向をｚ方向、左右方向をｘ方向、紙面に垂直な方向をｙ方向とする。なお、図２に示した部材と同じ部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
【００８３】
図８に示されているように、実施例４の光計測装置４は、光観察ユニット８０１と光検出ユニット８０４とが偏波保持光ファイババンドル８０３によって接続されている点が実施例１の光計測装置１とは異なる。偏波保持光ファイババンドル８０３は、光観察ユニット８０１のファイバ接続部８０７と、光検出ユニット８０４のファイバ接続部８０８に着脱自在に固定されている。
【００８４】
実施例４の光計測装置４は、光源１０１から出射されたレーザ光が二分岐され、再び合波されることにより合成光が生成されるまでの構成および機能が実施例１と同様である。生成された合成光は、集光レンズ８０２によって偏波保持光ファイババンドル８０３の入射端で像８０９を結び、偏波保持光ファイババンドル８０３に結合される。合成光の像８０９の空間分布情報は、偏波保持光ファイババンドル８０３によって光検出ユニット８０４へ伝送され、偏波保持光ファイババンドル８０３の出射端に像８１０として提示される。像８１０から発せられた合成光はコリメートレンズ８０５によって平行光に変換された後、干渉光学系１３２へ入射する。その後の構成および機能は実施例１と同じであるため説明を省略する。
【００８５】
上記のとおり、実施例４の光計測装置４では、光検出ユニット８０４と光観察ユニット８０１とが偏波保持ファイババンドル８０３によって接続されている。そのため、人体などの大きな測定対象を測定する場合に、光観察ユニット８０１だけを測定対象１１５に近づけることで測定が容易になる。また、偏波保持光ファイババンドル８０３は容易に着脱可能である。そのため、例えば光検出ユニット８０４が故障した際には光検出ユニット８０４だけを交換することが可能であり、装置全体を交換する必要がない。したがって、光計測装置４のランニングコストが減少する。
【００８６】
＜実施例５＞
図９は、測定対象物上のビームスポット９４０、９５７、９５８の移動の様子を示す模式図である。図１に示した部材と同じ要素には同じ符号を付し、説明を省略する。
【００８７】
実施例５の光計測装置は、実施例１の光計測装置１と同じ部材構成で実現されるが、ビーム整形プリズム１０３の設置角度を９０度回転させて用いる点が実施例１とは異なる。この場合、レンズ１１３に入射するビームの断面形状はｘ方向がｙ方向より長い楕円形となる。そのため、集光時の開口数はｘ方向がｙ方向より大きくなり、図９に示されているように測定対象物１１５中でのビームスポット９４０のｘｙ平面上での形状はｙ方向がｘ方向より長い楕円形となる。
【００８８】
ビームスポット９４０は測定対象物１１５の２次元領域を走査し、測定対象物１１５の２次元像（ｘｙ像）を取得する。走査方向１５２に一定の走査速さｖ、走査周期Ｔｘで繰り返し走査しつつ、走査方向１５２の折り返し位置９０１に到達すると、副走査方向９５２、ここではｙ方向にビームスポット９４０を走査線幅δｙだけ移動させる。この結果、ビームスポット９４０は軌跡９０２をたどる。軌跡９０２の実線部分は測定しながら走査する区間、破線は測定せずに走査する区間を表す。時刻ｔ１に斜線部の位置にあるビームスポット９４０は、時刻ｔ１＋Ｔｘに予定位置９５７、時刻ｔ１＋２Ｔｘには予定位置９５８に位置する。このように、実施例５の走査方法では、走査周期Ｔｘ毎に同じｘ位置（ここではｘ１）に戻る。
【００８９】
図９に示された例では、走査線幅δｙと四つの測定領域９０３の間隔δｘ’とが一致するように走査している。この場合、時刻ｔ１に測定領域のＡ１が測定した位置は、時刻ｔ１＋Ｔｘには測定領域のＡ２が、時刻ｔ１＋２Ｔｘには測定領域のＡ３が、それぞれ測定することとなり、時間分解能が走査周期Ｔｘと等しい経時変化情報を取得できる。さらにこの場合、例えば、時刻ｔ１の測定領域のＡ１の測定結果と、時刻ｔ１＋２Ｔｘの測定領域のＡ３の測定結果を比較することで、走査周期Ｔｘのｎ倍に等しい経時変化情報を取得することもできる。
【００９０】
なお、走査線幅δｙと四つの測定領域９０３の間隔δｘ’が、δｙ＝δｘ’／ｍであるとき、時刻ｔ１に測定領域のＡ１が測定した位置を測定領域のＡ２が再び測定する時刻は、時刻ｔ１＋ｍＴｘとなり、時間分解能はｍＴｘとなる。
【００９１】
走査線幅δｙと四つの測定領域９０３の間隔δｘ’が、δｙ＝δｘ’×ｍ（＝２）である場合、時刻ｔ１に測定領域のＡ１が測定した位置は、時刻ｔ１＋Ｔｘには測定領域のＡ３が、時刻ｔ１に測定領域のＡ２が測定した位置は、時刻ｔ１＋Ｔｘには測定領域のＡ４が、それぞれ測定することとなり、時間分解能はＴｘであるが、δｙがｍ倍と大きくできるため、所定の面積を走査して測定するのに要する時間を短くできる。
【００９２】
以上のように、走査方向１５２と垂直な方向に長い径を持つビームスポット９４０と、同じく走査方向１５２と垂直な方向に対応する方向に設けられた複数の検出器を用いることで、走査周期Ｔｘより長い時間分解能での情報を取得することができる。
【００９３】
また、楕円の長軸方向を走査方向１５２に対して傾ける（例えば４５度）ように配置することで、走査周期Ｔｘの整数倍以外の時間分解能を得ることも可能である。
【００９４】
＜実施例５の変形例＞
図１０は、測定領域がｘ方向およびｙ方向の両方向に複数の測定領域が定義された走査方法を示す図である。図１０には、ビームスポット１０４０のｘ方向およびｙ方向の両方に対応する方向にそれぞれ複数の検出器を設けた場合の測定領域１００３（Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ１４、Ａ２１、Ａ２２、Ａ２３、Ａ２４）が示されている。上で説明した走査と同様の走査を実施することによって、この例では、走査周期Ｔｘより短い時間分解能と長い時間分解能の両方の経時変化情報を同時に取得することができる。
【符号の説明】
【００９５】
１０１、７０１  光源
１０２、７０２  コリメートレンズ
１０３、７０３  ビーム整形プリズム
１０４  ＮＤフィルタ
１０５  λ／２板
１０６、７０６  偏光ビームスプリッタ
１０７  ２次元スキャナ
１０８、１０９  ガルバノミラー
１１０、１１１  レンズ
１１２、１１８  λ／４板
１１３、７１３  レンズ
１１４  カバーガラス
１１５、７１５  測定対象物
１１６、７１６  制御部
１１７  レンズアクチュエータ
１１９、７１９  ミラー
１２０  ハーフビームスプリッタ
１２１、１２７  λ／２板
１２２、１２８、７２２  集光レンズ
１２３、１２９  偏光ビームスプリッタ
１２４、１２５、１３０、１３１、７２４  フォトダイオードアレイ
１２６  λ／４板
１３２  干渉光学系
１３４、１３５  差動検出回路
１３６、７３６  信号処理部
１３７、１３８、７３７  信号
１３９、７３９  試料ステージ
１４０、７４０、９４０、１０４０  ビームスポット
１４１  信号光
１４２  反射された信号光
１４３、７４３  参照光
１４４、１４５、１４６、１４７  干渉光
１４８、１４９、１５０、１５１、７４８  光検出素子
１５２  走査方向
１５３、１５４、１５５、１５６、７５３  像
１５７、１５８、９５７、９５８、１０５７、１０５８  将来のビームスポットの予定位置
１５９、７５９  走査部
１９０、７９０  光源部
１９１、７９１  参照光学系
３０１、３０２  光検出素子の並ぶ方向
３０３、９０３、１００３  測定領域
３０４、３０５、３０６、３０７  差動検出回路
４０１、３０２、４０３、４０４  測定領域位置のトレース
５００  ビーム径を拡大する参照光学系
５０１  偏光ビームスプリッタ
５０２、５０３  レンズ
５０４、５０５  ミラー
５０６  ビームエクスパンダ
５０７  λ／２板
６０１  干渉光学系
６０２  回折格子
６０３  位相板
６０４  λ／２板
６０５  ウォラストンプリズム
６０６  集光レンズ
６０７  フォトダイオードアレイ
６０８、６０９、６１０、６１１  複数の光検出素子からなる領域
７６０  アクチュエータ
８０１  光観察ユニット
８０２  集光レンズ
８０３  偏波保持光ファイババンドル
８０４  光検出ユニット
８０５  コリメートレンズ
８０７  ファイバ接続部
８０９、８１０  像
【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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【国際調査報告】
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