光学测量装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种光学测量装置，可抑制来自测量对象表面或测量对象保持部的反射光的影响，得到测量对象的清晰的像。本发明的光学测量装置使从光源(301)出射的激光分束为信号光、参考光和控制光，利用物镜(309)使信号光会聚照射到测量对象(312)上。控制光由离焦控制部(316、317、318)控制离焦量，并由相位控制部(313、314)控制相位。使被测量对象反射或散射的信号光与控制光合束而生成被控信号光，并使被控信号光与参考光合束，利用干涉光学系统(333)生成相位关系彼此不同的多束干涉光，进行相位分集检测。
【专利说明】光学测量装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光学测量装置，特别涉及用于进行光层析观测（光断层观察）的光学 测量装置。
【背景技术】
[0002] 近年来，使用光来获取反映测量对象的表面结构和内部结构的图像的光学相干层 析术（OCT:0pticalCoherenceTomography)受到了关注（专利文献1)。OCT对人体不具 有侵袭性，所以在医疗领域和生物学领域的应用尤其受到期待，并且在眼科领域中，用来形 成眼底和角膜等的图像的装置已进入实用化阶段。OCT技术中，使来自光源的光分束为对测 量对象照射的信号光和不对测量对象照射而是在参考光反射镜上反射的参考光这2束光， 通过使从测量对象反射的信号光与参考光合束（合波）干涉而获得信号。
[0003] 按测量位置在光轴方向上的扫描方法（以下称为Z扫描），0CT大致分为时域OCT 和傅立叶域0CT。时域OCT中，作为光源使用低相干光源，在测量时通过使参考光反射镜扫 描而进行z扫描。由此，仅信号光中包含的与参考光的光程一致的成分发生干涉，通过对得 到的干涉信号进行包络检波而解调出期望的信号。另一方面，傅立叶域OCT还进一步分为 波长扫描型OCT和谱域OCT。波长扫描型OCT使用能够进行出射光的波长扫描的波长扫描 型光源，在测量时通过使波长扫描而进行z扫描，通过对检测出的干涉光强度的波长依赖 性（干涉谱）进行傅立叶变换而解调出期望的信号。而在谱域OCT中，光源使用宽谱光源 (宽带光源），对生成的干涉光用分光器分光来检测各波长成分的干涉光强度（干涉谱）， 这样的处理就对应于进行z扫描。通过对得到的干涉谱进行傅立叶变换而解调出期望的信 号。
[0004] 现有技术文献
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1 :日本特开2011-218155号公报
[0007] 非专利文献
[0008]非专利文献I:0pticsExpressVol. 19, 5536-5550(2011)
【发明内容】
[0009] 发明要解决的技术问题
[0010] 在利用OCT测量生物体的情况下，一般而言，来自测量对象内部的反射光与来自 测量对象表面的反射光相比，或者与来自盖玻片或细胞的培养容器等测量对象保持部与测 量对象间的界面上的反射光相比非常小。例如考虑如图1所示对充满了培养液的培养容器 内的细胞进行测量的情况。典型的培养容器（聚苯乙烯制）的折射率是1.59,细胞的折射 率是1. 37左右，根据这些值估算培养容器与细胞的界面上的反射率约为0. 55%。而相对 地，细胞与培养液的界面上的反射率在设培养液的折射率为1. 33左右时为0. 022%左右。 并且，不同的细胞之间的界面以及细胞内部的反射率应当比这样值更小。图2中表示了使 用光轴方向分辨率为5i!m的OCT装置沿着图1所示的Z扫描轴取得信号的情况下的波形。 此处设2个反射点（培养容器底面和细胞的顶点）的距离换算成光程为IOym。根据图2 可知，因为与培养容器底面对应的峰值的振幅非常大，所以来自细胞顶点的信号被淹没，难 以识别。
[0011] 于是，现有的OCT装置存在这样的问题，S卩，由于会检测到来自测量对象的表面或 者测量对象保持部与测量对象的界面上的较强的反射光，所以不能够使发生该较强反射光 的区域附近的结构清晰地可视化。
[0012] 本发明为了解决上述课题，使从光源出射的激光分束为信号光、参考光和控制光， 利用物镜使信号光会聚照射在测量对象上，通过将被测量对象反射或散射的信号光与控制 光合束而生成被控信号光，并使被控信号光与参考光合束而生成相位关系彼此不同的多束 干涉光，对这些干涉光进行检测。信号光的会聚位置通过会聚位置扫描部来扫描。此外，控 制光的离焦量控制为具有与包含在信号光中的从测量对象表面或测量对象保持部反射的 光相同的离焦量，控制光的相位被控制为与信号光相差180°。
[0013]由此，控制光成分与来自测量对象表面或测量对象保持部的反射光成分抵消，所 以能够使测量对象表面或测量对象保持部附近的测量对象的结构清晰地可视化。
[0014] 作为一例，使第一光束会聚到测量对象上的物镜的数值孔径为0. 4以上。
[0015]由此，无需使用宽谱光源或波长扫描型光源，就能够实现与现有的OCT装置同等 或以上的光轴方向的空间分辨率。
[0016] 作为一例，设置有对控制光附加球面像差的球面像差附加部。
[0017]由此，控制光与来自测量对象表面或测量对象保持部的反射光的干涉效率提高， 所以能够进一步抑制来自测量对象表面或测量对象保持部的反射光的影响。
[0018]作为一例，当令激光的波长为A、物镜的数值孔径为NA时，对控制光的离焦量进 行控制，使得控制光的离焦量与包含在信号光中的从测量对象表面或保持测量对象的保持 部反射的光的离焦量的差为〇. 856入ANA)2以下。
[0019]由此，控制光与来自测量对象表面或测量对象保持部的反射光的干涉效率提高， 所以能够进一步抑制来自测量对象表面或测量对象保持部的反射光的影响。
[0020] 作为一例，使激光分为2束，在所分束的一方的光束的光路中插入对于激光而言 为大致透明的平板，将来自该平板的反射光用作控制光，通过控制透明平板的光轴方向的 位置而控制控制光的离焦量。
[0021] 由此，能够在简单且小型的光学系统结构中，使控制光成分与来自测量对象表面 或测量对象保持部的反射光成分抵消，将测量对象表面或测量对象保持部附近的测量对象 的结构清晰地可视化。
[0022] 作为一例，干涉光学系统中生成的干涉光为4束，这4束干涉光中信号光与参考光 的干涉相位彼此相差约90度的整数倍，其中，信号光与参考光的干涉相位彼此相差约180 度的干涉光的对，由电流差动式光检测器检测，对得到的2个检测信号例如实施平方和运 算。
[0023]由此，能够得到不依赖于信号光与参考光的相位差的、与信号光的强度成比例的 稳定的信号。此外，通过求出所得到的2个检测信号的比并实施反正切运算，也能够获得信 号光的相位信息。进而，因为使用了电流差动式的检测器，即使增大参考光的强度检测器也 不容易饱和，与不使用电流差动式检测器的情况相比能够增大信号的SN比。
[0024] 作为一例，利用光程调制部以比因信号光的会聚位置的扫描而产生的信号光的光 程的变化速度更高的速度，对信号光与参考光的光程差进行调制，在干涉光学系统中生成2 束干涉光，该2束干涉光由电流差动式光检测器检测，对检测信号进行包络检波。
[0025] 由此，能够用较少的检测器获得期望的信号。
[0026] 发明效果
[0027] 根据本发明能够提供一种光学测量装置，其能够抑制来自测量对象表面或测量对 象保持部的反射光的影响，将测量对象表面或测量对象保持部附近的结构可视化。
[0028] 上述以外的问题、结构和效果通过以下实施方式的说明而明确。
【专利附图】
【附图说明】
[0029] 图1是表示现有的OCT装置和本发明的OCT装置的测量对象的例子的示意图。
[0030] 图2是表示用现有的OCT装置测量的信号的例子的示意图。
[0031] 图3是表示本发明的光学测量装置的结构例的示意图。
[0032] 图4是表示用本发明的OCT装置测量的信号的例子的示意图。
[0033] 图5是表示用本发明的OCT装置测量的信号的例子的示意图。
[0034] 图6是表示本发明的光学测量装置的结构例的示意图。
[0035] 图7是表示本发明的光学测量装置的结构例的示意图。
[0036] 图8是表示使物镜在光轴方向上扫描的状况的示意图。
[0037] 图9是表示不驱动压电元件的情况下的信号的示意图。
[0038] 图10是表示驱动压电元件的情况下的信号的示意图。
[0039] 附图标记说明
[0040] 301 :光源
[0041] 302:准直透镜
[0042] 303, 306, 319, 327:入/2 波片
[0043] 304, 307, 320, 324 :偏振分束器
[0044] 308, 315, 328, 501:X/4 波片
[0045] 309, 316, 502, 506:物镜
[0046] 310, 317:物镜致动器
[0047] 311:样品容器
[0048] 312:测量对象
[0049] 313:压电元件
[0050] 314, 325, 507:反射镜
[0051] 333:干涉光学系统
[0052] 326:半反射分束器
[0053] 321，329:会聚透镜
[0054] 330, 331:沃拉斯顿棱镜
[0055] 334, 335:电流差动式光检测器
[0056] 338:信号处理部
[0057] 323 :控制部
[0058] 339:图像显示部
[0059] 318, 503, 506 :平板
【具体实施方式】
[0060] 以下参考【专利附图】
【附图说明】本发明的实施方式。
[0061](实施例1)
[0062] 图3是表示本发明的光学测量装置的基本实施例的示意图。
[0063] 从光源301出射激光。激光被准直透镜302转换为平行光，由光轴方向可调整的 入/2波片（即半波片）303旋转了偏振方向之后，被偏振分束器304分为2束。偏振分束器 304所分为2束的一方的光束作为参考光对偏振分束器324入射。偏振分束器304所分为 2束的另一方的光束在由光轴方向可调整的X/2波片306旋转了偏振方向之后，被偏振分 束器307分束为信号光和控制光这2束光束。
[0064] 信号光通过光轴方向被设定为相对于水平方向成约22. 5度的X/4波片（即1/4 波片）308,偏振状态从p偏振转换为圆偏振，通过数值孔径0. 4以上的物镜309而会聚照 射到配置在样品容器311中的测量对象312上。此处，物镜309在控制部323的控制下由 物镜致动器310扫描驱动，由此进行信号光在物镜309下的会聚位置（测量位置）的扫描。 从测量对象反射或散射的信号光再次通过物镜309之后，偏振状态被A/4波片308从圆偏 振转换为s偏振，对偏振分束器307入射。
[0065] 控制光被安装在压电元件313上的反射镜314反射，通过光轴方向被设定为相对 于水平方向成为约22. 5度的A/4波片315,偏振状态从s偏振转换为圆偏振，然后通过与 物镜309相同的物镜316照射到背面蒸镀了反射膜的平板318上。在平板318上反射的控 制光再次通过物镜316之后，偏振状态被A/4波片315从圆偏振转换为p偏振，对偏振分 束器307入射。此处，平板318的厚度和材料被设定为使得控制光上被平板318附加的球 面像差与来自样品容器的反射光上被样品容器311附加的球面像差相等。作为平板318例 如也可以使用与样品容器311相同的容器。
[0066] 控制光和信号光被偏振分束器307合束，合束后的光的经光轴方向可调整的X/2 波片319旋转了偏振方向之后，被偏振分束器320分为2束。偏振分束器320所分为2束 的光束中的一方被会聚透镜321会聚，由检测器322检测。偏振分束器320所分为2束的 光束中的另一方作为被控信号光对偏振分束器324入射。
[0067] 此处，控制光的相位通过控制部323驱动压电元件313而控制，以使得检测器322 检测出的光束的强度最大。此外，控制光的离焦（defocus)量通过控制部323驱动物镜致 动器317而控制，使得其与包含在信号光中的来自样品容器311的底面（正确而言是样品 容器311与测量对象312的界面）的反射光的离焦量相等。
[0068] 被控信号光和参考光被偏振分束器324合束而生成合成光。合成光在反射镜325 上反射之后，被导向包括半反射分束器326、A/2波片327、A/4波片328、会聚透镜329a、 329b、沃拉斯顿棱镜330、331的干涉光学系统333。
[0069] 入射到干涉光学系统333的合成光被半反射分束器326分束为透射光和反射光这 2束。透射光通过光轴被设定为相对于水平方向成约22. 5度的X/2波片327之后，被会聚 透镜329a会聚，再经沃拉斯顿棱镜330偏振分离而生成相位关系相差180度的第一干涉光 和第二干涉光。第一干涉光和第二干涉光由电流差动式的光检测器334检测，输出与它们 的强度的差成比例的信号336。
[0070]另一方面，反射光从光轴设定为相对于水平方向成约45度的A/4波片328透射 之后，被会聚透镜329b会聚，再经沃拉斯顿棱镜331偏振分离而生成相位关系彼此相差180 度的第三干涉光和第四干涉光。此处，第三干涉光相对于第一干涉光相位相差90度。第三 干涉光和第四干涉光由电流差动式光检测器335检测，输出与它们的强度差成比例的信号 337。这样生成的信号336、337被输入到信号处理部338,通过运算得到与信号光的振幅成 比例的信号。基于该信号形成的测量对象的层析图像显示在图像显示部339上。
[0071] 接着，对被控信号光生成之前的光学系统的功能进行说明。在信号光从测量对象 和样品容器的底面反射之后而对偏振分束器307入射时，其琼斯矢量如下所示。
【权利要求】
1. 一种光学测量装置，其特征在于，包括： 出射激光的光源； 使所述激光分束为信号光、参考光和控制光的光分束部； 使所述信号光会聚照射在测量对象上的物镜； 使所述信号光的会聚位置扫描的会聚位置扫描部； 控制所述控制光的离焦量的离焦控制部； 控制所述控制光与信号光之间的相位差的相位控制部； 使被测量对象反射或散射的信号光与所述控制光合束，生成被控信号光的被控信号光 生成部； 使所述被控信号光与所述参考光合束，生成相位关系彼此不同的多束干涉光的干涉光 学系统；和 对所述干涉光进行检测的光检测器。
2. 如权利要求1所述的光学测量装置，其特征在于： 所述物镜的数值孔径为〇. 4以上。
3. 如权利要求1所述的光学测量装置，其特征在于： 包括对所述控制光附加球面像差的球面像差附加部。
4. 如权利要求1所述的光学测量装置，其特征在于： 所述离焦控制部控制所述控制光的离焦量，使得所述控制光的离焦量与包含在所述信 号光中的从测量对象表面或保持测量对象的保持部反射的光的离焦量相等。
5. 如权利要求1所述的光学测量装置，其特征在于： 当令所述激光的波长为A、所述物镜的数值孔径为NA时， 所述离焦控制部控制所述控制光的离焦量，使得所述控制光的离焦量与包含在所述 信号光中的从测量对象表面或保持测量对象的保持部反射的光的离焦量的差为〇. 856入/ (NA)2以下。
6. 如权利要求1所述的光学测量装置，其特征在于： 所述光分束部包括将所述激光分束为信号光和参考光这2束光的光分束兀件，和被插 入到所述信号光或所述参考光的光路中的平板， 所述平板使所述信号光或所述参考光的一部分反射而形成控制光。
7. 如权利要求1所述的光学测量装置，其特征在于： 包括用于调整包含在所述被控信号光中的控制光的强度的部件。
8. 如权利要求1所述的光学测量装置，其特征在于： 所述干涉光学系统中生成的干涉光为4束， 所述信号光与所述参考光的干涉相位彼此相差约90度的整数倍， 所述信号光与所述参考光的干涉相位彼此相差约180度的干涉光的对，由电流差动式 光检测器检测。
9. 如权利要求1所述的光学测量装置，其特征在于： 包括光程调制部，以比因所述信号光的会聚位置的扫描而产生的信号光的光程的变化 速度更高的速度，对所述信号光与所述参考光的光程差进行调制， 所述干涉光学系统中生成的干涉光为2束，该2束干涉光由电流差动式光检测器检测。
【文档编号】G01N21/21GK104515739SQ201410520617
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2013年10月2日
【发明者】大泽贤太郎 申请人:日立乐金光科技株式会社