JP6694896B2 - 分光器、光学検査装置、及び、ｏｃｔ装置 - Google Patents

分光器、光学検査装置、及び、ｏｃｔ装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6694896B2
JP6694896B2 JP2017556069A JP2017556069A JP6694896B2 JP 6694896 B2 JP6694896 B2 JP 6694896B2 JP 2017556069 A JP2017556069 A JP 2017556069A JP 2017556069 A JP2017556069 A JP 2017556069A JP 6694896 B2 JP6694896 B2 JP 6694896B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
diffraction grating
receiving element
incident
polarization component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017556069A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2017104661A1 (ja
Inventor
世智 佐藤
世智 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Horiba Ltd
Original Assignee
Horiba Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Horiba Ltd filed Critical Horiba Ltd
Publication of JPWO2017104661A1 publication Critical patent/JPWO2017104661A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6694896B2 publication Critical patent/JP6694896B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B3/00—Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
    • A61B3/10—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
    • A61B3/102—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for optical coherence tomography [OCT]
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0062—Arrangements for scanning
    • A61B5/0066—Optical coherence imaging
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B3/00—Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
    • A61B3/10—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0075—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence by spectroscopy, i.e. measuring spectra, e.g. Raman spectroscopy, infrared absorption spectroscopy
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/0208—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using focussing or collimating elements, e.g. lenses or mirrors; performing aberration correction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/0218—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using optical fibers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/0224—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using polarising or depolarising elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/10—Arrangements of light sources specially adapted for spectrometry or colorimetry
    • G01J3/108—Arrangements of light sources specially adapted for spectrometry or colorimetry for measurement in the infrared range
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J3/18—Generating the spectrum; Monochromators using diffraction elements, e.g. grating
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/42—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect
    • G02B27/4261—Diffraction optics, i.e. systems including a diffractive element being designed for providing a diffractive effect having a diffractive element with major polarization dependent properties
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/18—Diffraction gratings
    • G02B5/1866—Transmission gratings characterised by their structure, e.g. step profile, contours of substrate or grooves, pitch variations, materials
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/36—Image-producing devices or illumination devices not otherwise provided for
    • A61B90/361—Image-producing devices, e.g. surgical cameras
    • A61B2090/3614—Image-producing devices, e.g. surgical cameras using optical fibre
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0233—Special features of optical sensors or probes classified in A61B5/00
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B3/00—Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
    • A61B3/10—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
    • A61B3/12—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for looking at the eye fundus, e.g. ophthalmoscopes
    • A61B3/1225—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for looking at the eye fundus, e.g. ophthalmoscopes using coherent radiation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0082—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence adapted for particular medical purposes
    • A61B5/0088—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence adapted for particular medical purposes for oral or dental tissue
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J2003/1291—Generating the spectrum; Monochromators polarised, birefringent
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J3/18—Generating the spectrum; Monochromators using diffraction elements, e.g. grating
    • G01J2003/1842—Types of grating
    • G01J2003/1861—Transmission gratings

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Ophthalmology & Optometry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Eye Examination Apparatus (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)

Description

本発明は、例えば測定対象物の断層画像を得るために測定対象物からの反射光と参照光とが干渉している干渉光の分光スペクトルを測定可能に構成されたＯＣＴ装置に関するものである。
例えば網膜の状態を短時間で診断するために、ＯＣＴ装置を用いて網膜の断層画像を撮像することが行われている。
ＯＣＴ装置は近赤外光を網膜に照射するとともに網膜からの反射光に対して参照光を干渉させるように光学系が構成されている。そして、得られた干渉光は回折格子によって分光され、その分光スペクトルが受光素子によって検出される。さらにこの分光スペクトルに基づいて網膜の断層画像が生成される。
ところで、ＯＣＴ装置１００Ａには特許文献１や図８に示されるように干渉光をまず偏光ビームスプリッタＢＳによってＴＥ偏光成分とＴＭ偏光成分に２系統の光路５Ａ、５Ｂに分離し、各偏光成分について分光スペクトルを得るように構成された分光器を備えたものがある。このようにすることで例えば各偏光成分に基づいて生成される網膜Ｔの断層画像の違い等から病変に関するより詳細な医療診断が行えるようになることが期待されている。
しかしながら、上述したような干渉光の偏光成分ごとに分光スペクトルを測定可能なＯＣＴ装置１００Ａは偏光ビームスプリッタＢＳを用いているので、例えば、偏光を分離しないＯＣＴ装置と比較してサイズが大きくなるという問題がある。また、上述したようなＯＣＴ装置に用いられている分光器単体としての問題点としては、反射面の数が多くなるため反射による光量のロスや波面の歪みが大きくなる点が挙げられる。このような光量のロスや波面の歪みは分光器としての分解能を低下させてしまう。
米国特許文献ＵＳ２００７／００３８０４０
本発明は上述したような問題を鑑みてなされたものであり、入射する光について複数の偏光成分ごとに分光スペクトルを検出できるようにしつつ、光量のロスや波面の歪みを抑えて分解能を向上させることができる分光器を提供することを目的とする。
すなわち、本発明に係る分光器は、測定対象物からの透過光又は反射光が少なくとも入射するものであり、入射する光の第１偏光成分については回折し、入射する光の第１偏光成分とは異なる第２偏光成分については回折せずに透過するように構成された第１回折格子と、前記第１回折格子で回折された光のスペクトルを受光する第１受光素子と、を備えたことを特徴とする。
ここで、「入射する光の第１偏光成分については回折し」とは、入射する光の第１偏光成分の全てが前記第１回折格子により回折される場合だけでなく、少なくとも入射する光の第１偏光成分が前記第１回折格子により回折される割合が回折されずに透過する割合よりも大きい場合を含む概念である。
また、「第２偏光成分については回折せずに透過する」とは、入射する光の第２偏光成分の全てが前記第１回折格子により回折せずに透過する場合だけでなく、少なくとも入射する光の第２偏光成分が前記第１回折格子に対して回折せずに透過する割合が前記第１回折格子により回折される割合よりも大きい場合を含む概念である。
このようなものであれば、前記第１回折格子により入射する光を第１偏光成分と第２偏光成分に分離すると同時に入射する光の第１偏光成分については分光して前記第１受光素子でその分光スペクトルを得ることができる。
したがって、入射する光を偏向成分ごとに分離をするために偏光ビームスプリッタを設ける必要がないので、反射面の数が増加することがなく、反射面での光量のロスや波面の歪みも増加させないようにできる。したがって、偏光成分ごとのスペクトルを得られながら高い分解能も両立させた分光器とすることができる。また、このような分光器を用いれば、装置のサイズを大型化することなく複数の偏光成分に基づいてより検査精度の高い光学検査装置やＯＣＴ装置を構成する事が可能となる。
前記第１回折格子で回折せずに透過した光の第２偏光成分についても分光スペクトルを得られるようにしつつ、その光学系の構成を簡素なものにするには、前記第１回折格子において回折せずに透過した光が入射するように設けられ、前記第１回折格子を透過した光の前記第２偏光成分を回折するように構成された第２回折格子と、前記第２回折格子で回折された光のスペクトルを受光する第２受光素子と、を備えたものであればよい。
前記第１回折格子と前記第２回折格子を平行に配置することができ、前記第１受光素子及び前記第２受光素子の配置もし易いものにするには、前記第１回折格子及び前記第２回折格子が透過型回折格子であればよい。
前記第１回折格子及び前記第２回折格子で回折された光の各偏光成分を集光して所定の範囲内で各分光スペクトルを測定できるようにし、前記第１受光素子及び前記第２受光素子として小型のものを使えるようにするには、前記第１回折格子と前記第１受光素子との間に設けられた第１レンズと、前記第２回折格子と前記第２受光素子との間に設けられた第２レンズと、を備えたものであればよい。
前記第１回折格子の格子間距離や格子溝の深さを製作しやすい値にすることができ、製造性を高められるようにするには、前記第１偏光成分がＴＭ偏光成分であり、前記第２偏光成分がＴＥ偏光成分であればよい。
測定対象物からの透過光又は反射光に由来する偏光成分に基づいて、当該測定対象物の状態や特性を得るために有用なデータを生成するには、本発明に係る分光器と、少なくとも前記第１受光素子の出力信号に基づいて、波長ごとの分布を示すスペクトル信号を出力するスペクトル信号出力部と、を備えた光学検査装置を用いればよい。
例えば眼の網膜の検査や歯の検査等の生体について断層画像を得るのに適した具体的な構成としては、本発明に係る光学検査装置と、光入射端から入射した光が光射出端から前記第１回折格子へ射出されるように構成された光ファイバ機構と、近赤外光を射出する光源と、前記光源から射出された光を測定光と参照光に分岐させる分岐機構と、前記分岐機構により分岐された参照光を前記光入射端へ入射させるように構成された参照光学系と、前記分岐機構により分岐された測定光を前記測定対象物へ照射するとともに、前記測定対象物で生じた反射光を入射させるように構成された測定光学系と、を備えたものが挙げられる。
例えば前記測定対象物の画像診断を行う際に従来発見しにくかった病変等をより視覚的に捉えやすくするには、前記第１受光素子の出力に基づいて第１断層画像を生成するとともに、前記第２受光素子の出力に基づいて第２断層画像を生成する解析部をさらに備えたものであればよい。
このように本発明に係る分光器によれば、前記第１回折格子によって入射した光を第１偏光成分と第２偏光成分に分離しつつ、入射した光の第１偏光成分を回折させて分光することができる。したがって、従来のように偏光成分の分離のために別途偏光ビームスプリッタを設ける必要がないため反射面の数を増やさないようにして、光量のロスや波面の歪みを押させることができる。
本発明の第１実施形態に係るＯＣＴ装置を示す模式図。 第１実施形態における干渉光学系を示す模式的拡大図。 第１実施形態における第１回折格子の特性について示す模式図及びグラフ。 第１実施形態における第２回折格子の特性について示す模式図及びグラフ。 本発明の第２実施形態に係るＯＣＴ装置の干渉光学系を示す模式図。 本発明の第３実施形態に係るＯＣＴ装置の干渉光学系を示す模式図。 本発明の第４実施形態に係るＯＣＴ装置の干渉光学系を示す模式図。 従来のＯＣＴ装置を示す模式図。
１００・・・ＯＣＴ装置
１ ・・・光源
２ ・・・分岐機構
３ ・・・測定光学系
３１ ・・・反射ミラー
３２ ・・・レンズ
４ ・・・参照光学系
４１ ・・・参照ミラー
５ ・・・干渉光学系
５Ｆ ・・・光ファイバ機構
ＩＮ ・・・入射端
ＦＢ ・・・ファイバ部
ＥＸ ・・・射出端
５１ ・・・第１回折格子
５２ ・・・第２回折格子
５３ ・・・第１集光レンズ
５４ ・・・第２集光レンズ
５５ ・・・第１受光素子
５６ ・・・第２受光素子
本発明の第１実施形態に係るＯＣＴ（Optical Coherence Tomography:光コヒーレンストモグラフィ）装置１００は、眼科において測定対象物である眼球内の網膜Ｔの断層画像を撮像するために用いられるものである。このＯＣＴ装置１００は、図１に示すように光源１と、分岐機構２と、測定光学系３と、参照光学系４と、干渉光学系５を構成する分光器１０１と、演算機構６とを備え、偏光感受型として構成してある。
前記光源１は、近赤外の波長の低コヒーレンス光を射出するものである。この実施形態では前記光源１は例えば１１００ｎｍの波長の近赤外光を射出するようにしてある。
前記分岐機構２は、前記光源１の光軸に対して斜めに配置されたハーフミラー２である。前記光源１から射出された光のうち前記ハーフミラー２で反射された光は測定光として前記測定光学系３に入射する。前記光源１から射出された光のうち前記ハーフミラー２を透過した光は参照光として前記参照光学系４へと入射する。
前記測定光学系３は、少なくとも反射ミラー３１と複数のレンズ３２を備え、測定対象物である網膜Ｔに測定光を照射するように構成してある。また、この測定光学系３は網膜Ｔで生じる反射光を前記ハーフミラー２へと導くように構成してある。
前記参照光学系４は少なくとも参照ミラー４１を備え、参照光を前記ハーフミラー２へと導くように構成してある。
前記ハーフミラー２へ導かれた反射光は前記ハーフミラー２を透過してそのまま直進し、参照光は当該反射ミラーで反射され反射光と合流する。したがって、網膜Ｔで生じた反射光と参照光とは前記ハーフミラー２以降において互いに干渉している干渉光となり、前記干渉光学系５へと入射する。
分光器１０１である前記干渉光学系５は、図２の拡大図に示すように光ファイバ機構５Ｆと、第１回折格子５１と、第１集光レンズ５３と、第１受光素子５５と、第２回折格子５２と、第２集光レンズ５４と、第２受光素子５６とを備えている。
前記光ファイバ機構５Ｆは、干渉光が入射する入射端ＩＮと、干渉光が導波されるファイバ部ＦＢと、レンズを具備し、コリメートした干渉光を前記第１回折格子５１の格子が形成されている面に対して斜めに入射するように構成された射出端ＥＸとを具備している。なお、前記レンズについて単一のレンズであってもよいし、ダブレットレンズやトリブレットレンズ、又はこれらを組み合わせて構成してもよい。
前記第１回折格子５１は、バイナリ型の回折格子であって干渉光の第１偏光成分としてＴＭ偏光成分（ｓ偏光成分）については回折し、干渉光の第２偏光成分としてＴＥ偏光成分（ｐ偏光成分）については回折せずに透過するように構成してある。本実施形態では例えば前記光源１から射出される１１００ｎｍの波長に光を偏光成分ごとに選択的に回折又は透過させることができるように図３（ａ）に示すように前記第１回折格子５１は紙面に対して垂直な方向から見た場合に突出したリッジ部Ｒと、紙面に垂直な方向に貫通した溝Ｇが交互に形成して格子を平板状の合成石英における面板部に形成してある。なお、前記リッジ部Ｒ及び溝Ｇの寸法や形状については入射する光の波長に応じて適宜設定すればよい。この第１回折格子５１では、前記リッジ部Ｒの幅の方が前記溝Ｇの幅よりも小さくしてある。第１実施形態では前記第１回折格子５１は１１００ｎｍ近傍の波長の光についてＴＭ偏光成分を回折対象としており、リッジ部Ｒの幅と溝Ｇの幅の比が８：１７（Duty比０．３２）となるように刻印密度を９００本／ｍｍで格子を形成してある。また、前記第１回折格子５１の溝Ｇの深さについては３．４μｍで形成してある。上述したDuty比及び溝Ｇの深さを調節する事で、干渉光の偏光成分ごとに回折の生じる量を異ならせることができる。また、上述したように格子を形成することにより、前記第１回折格子５１の偏光成分ごとの回折特性は図３（ｂ）のグラフに示されるようなものとなる。すなわち、第１回折格子５１は偏光依存性を有する透過型の回折格子として構成してある。
前記第１集光レンズ５３は、前記第１回折格子５１で回折された干渉光のＴＭ偏光成分について集光し、コリメートするように配置してある。なお、第１集光レンズ５３については単一のレンズであってもよいし、２つのレンズからなるダブレットレンズ、３つのレンズからなるトリプレットレンズであってもよい。また、ダブレットレンズ及びトリプレットレンズの組み合わせによって構成してもよい。
前記第１受光素子５５は、干渉光の分光方向に延びるラインセンサであって前記第１回折格子５１からみて前記第１回折格子５１における干渉光のTM偏光成分の回折方向に配置してある。すなわち、前記第１受光素子５５により干渉光のＴＭ偏光成分の分光スペクトルが測定される。
前記第２回折格子５２は、前記第１回折格子５１とは形成されている格子の形状が異なる平板状の合成石英で形成されたバイナリ型の回折格子である。この第２回折格子５２は図２に示されるように前記第１回折格子５１からみて当該第１回折格子５１における干渉光のTE偏光成分の透過方向に配置してある。また、前記第２回折格子５２は格子の形成されている面板部が前記第１回折格子５１の面板部と平行になるように配置してある。すなわち、前記第１回折格子５１及び前記第２回折格子５２に入射する干渉光の入射角度は等しくなるようにしてある。第１実施形態では前記第２回折格子５２は１１００ｎｍ近傍の波長の光についてＴＥ偏光成分を回折対象としており、図４（ａ）に示すようにリッジ部Ｒの幅と溝Ｇの幅の比が１：１（Duty比０．５）となるように刻印密度を９００本／ｍｍで格子を形成してある。また、前記第２回折格子５２の溝Ｇの深さについては前記第１回折格子５１の溝Ｇの深さよりも浅くしてあり、１．９μｍに設定してある。このように格子が形成された前記第２回折格子５２の偏光成分ごとの回折特性は図４（ｂ）のグラフに示されるようなものとなる。すなわち、前記第２回折格子５２は前記第１回折格子５１と比較して偏光依存性が弱い透過型の回折格子として構成してある。
前記第２集光レンズ５４は、前記第２回折格子５２で回折された干渉光のＴＥ偏光成分について集光し、コリメートするように配置してある。なお、第２集光レンズ５４についても単一のレンズであってもよいし、２つのレンズからなるダブレットレンズ、３つのレンズからなるトリプレットレンズであってもよい。また、ダブレットレンズ及びトリプレットレンズの組み合わせによって構成してもよい。
前記第２受光素子５６も前記第１受光素子５５と同様に干渉光の分光方向に延びるラインセンサであって、前記第２回折格子５２からみて前記第２回折格子５２における干渉光のＴＥ偏光成分の回折方向に配置してある。この第２受光素子５６により干渉光のＴＥ偏光成分の分光スペクトルが測定される。
前記演算機構６は、ＣＰＵ、メモリ、Ａ／Ｄ・Ｄ／Ａコンバータ、入出力手段等を備えたいわゆるコンピュータであり、前記メモリに格納されている光学検査装置用プログラム及びＯＣＴ装置用プログラムが実行され、各機器が協業することにより少なくともスペクトル信号出力部６１と、解析部６２としての機能が発揮されるものである。第１実施形態では、前記スペクトル信号出力部６１は、前記第１受光素子５５及び前記第２受光素子５６の出力信号に基づいて、各偏光成分について波長ごとの分布を示すスペクトル信号を出力するように構成してある。前記解析部６２は、前記第１受光素子５５の出力に基づいて干渉光のＴＭ偏光成分に基づいた網膜Ｔの断層画像である第１断層画像を生成するとともに、前記第２受光素子５６の出力に基づいて干渉光のＴＥ偏光成分に基づいた網膜Ｔの断層画像である第２断層画像を生成するように構成してある。より具体的には、前記解析部６２はまず前記スペクトル信号出力部６１から出力されるTM偏光成分のスペクトル信号と、TE偏光成分のスペクトル信号に基づいて網膜Ｔの奥行ごとの光の反射率を算出する。前記光源１から射出される光は前記網膜Ｔ上で走査され、その照射点ごとに各偏光成分のスペクトル信号が生成される。前記解析部６２は、走査で得られる各偏光成分の多数のスペクトル信号を集積して、各偏光成分についての網膜Ｔの奥行ごとの反射率を算出する。そして、前記解析部６２は各偏光成分の網膜Ｔの奥行に対する反射率の情報に基づき、前記第１断層画像及び前記第２断層画像を生成する。
例えば生体組織に発生している病変が反射率に偏光依存性を有するものの場合、その部位について前記第１画像及び前記第２画像に違いが表れることになる。したがって、各偏光成分に基づいた第１画像及び第２画像を出力できるようにすることでより詳細な網膜Ｔの診断が可能となる。
このように構成されたＯＣＴ装置１００は、図３（ｂ）に示されるように前記第１回折格子５１が、入射した干渉光のＴＭ偏光成分の大部分については回折させる一方、ＴＥ偏光成分についてはほとんど回折せずに透過させることができる。したがって、前記第１受光素子５５では干渉光のＴＭ偏光成分についての分光スペクトルを得ることができる。
また、前記第１回折格子５１を透過してほぼＴＥ偏光成分のみとなった干渉光が前記第２回折格子５２に入射するように構成してあるので、前記第２回折格子５２により干渉光のＴＥ偏光成分を回折させ、前記第２受光素子５６で干渉光のＴＥ偏光成分の分光スペクトルを得ることができる。
このように前記第１回折格子５１が干渉光をＴＭ偏光成分とＴＥ偏光成分に分離する機能と、ＴＭ偏光成分のみを回折させる機能を兼ねているので、従来のように偏光成分ごとの断層画像を得るために偏光ビームスプリッタを用いる必要が無く、省略できる。
したがって、部品点数を従来よりも減らし、前記ＯＣＴ装置１００全体を小型に構成することができる。
また、分光器１０１としてみた場合には、前記分光器１０１は、測定対象物からの光の２つの偏光成分について分光スペクトルを得られるようにしつつ、従来とほぼ同様の反射面の数にすることができる。したがって、反射面における光量のロスや波面の歪みは従来のものとほぼ同様に抑えることができ、複数の偏光成分を得られながら分解能についても向上させることができる。
次に本発明の第２実施形態に係るＯＣＴ装置１００について図５を参照しながら説明する。なお、第１実施形態において説明した部材と対応する部材については同じ符号を付すこととする。
第２実施形態のＯＣＴ装置１００は、第１実施形態と比較して干渉光学系５の構成が異なっている。すなわち、図５に示されるように第１実施形態における前記第１集光レンズ５４及び前記第２集光レンズ５４が設けられておらず、第１回折格子５１及び第２回折格子５２で回折された干渉光はそれぞれ第１受光素子５５及び第２受光素子５６に直接入射するように構成してある。
このようなものであっても第１実施形態と同様に干渉光の各偏光成分について前記第１受光素子５５及び前記第２受光素子５６により分光スペクトルを得て、それぞれの分光スペクトルに基づく断層画像を生成する事が可能となる。また、第２実施形態のＯＣＴ装置１００であれば第１実施形態よりもさらに部品点数を減らし、小型化をさらに進めることが可能となる。
次に本発明の第３実施形態に係るＯＣＴ装置１００について図６を参照しながら説明する。なお、第１実施形態において説明した部材と対応する部材には同じ符号を付すこととする。
第３実施形態のＯＣＴ装置１００では干渉光学系５において光ファイバ機構５Ｆの構成と、第１回折格子５１に対する第２回折格子５２の配置が前記実施形態のものと異なっている。
より具体的には、前記ファイバ機構は１つの干渉光が入射する入射端ＩＮと、カプラにより途中で二股に分岐したファイバ部ＦＢと、２つの干渉光が射出される射出端ＥＸを備えている。すなわち、干渉光が２つの射出端ＥＸから分配されるようにしてある。
各射出端ＥＸにはそれぞれ第１回折格子５１と第２回折格子５２が設けてあり、回折された干渉光が第１受光素子５５又は第２受光素子５６にそれぞれ入射されるようにしてある。
前記第１回折格子５１は第１実施形態と同じものとして構成してあるが、前記第２回折格子５２については干渉光のＴＥ偏光成分については回折し、干渉光のＴＭ偏光成分については回折せずに透過するように構成してある。これは第２回折格子５２に形成されている格子のDuty比と溝Ｇの深さを適宜調整することで実現される。
このような第３実施形態のＯＣＴ装置１００でも、偏光ビームスプリッタを設ける必要が無く、装置全体を小型化する事が可能である。
次に本発明の第４実施形態に係るＯＣＴ装置１００について図７を参照しながら説明する。なお、第１実施形態において説明した部材と対応する部材には同じ符号を付すこととする。
第４実施形態では図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように分光器１０１である干渉光学系５が偏光子（ポラライザー）をさらに備えている。より具体的には、図７（ａ）に示す例では前記第１回折格子５１と前記第２回折格子５２との間に前記第１回折格子５３を透過した光のうち第２偏光成分のみを通過させる第２偏光子５８が設けてある。このようにすれば、前記第１回折格子５３において回折されずに透過した第１偏光成分の光については前記第２回折格子５４に到達しないようにでき、各偏光成分の分光スペクトルをより正確に得ることができる。また、図７（ｂ）に示すように前記第１回折格子５１と前記第１受光素子５５との間に第１偏光成分のみを通過させる第１偏光子５７を設け、前記第２回折格子５２と前記第２受光素子５６との間に前記第２偏光子５８を設けるようにしてもよい。なお、前記第１回折格子５１と前記第１受光素子５５との間に第１偏光成分のみを通過させる第１偏光子５７を設け、前記第１回折格子５１と前記第２回折格子５２との間に前記第１回折格子５３を透過した光のうち第２偏光成分のみを通過させる第２偏光子５８を設けるようにしてもよい。
その他の実施形態について説明する。
第１回折格子及び第２回折格子については透過型のものに限られず反射型のものであっても構わない。また、第１回折格子及び第２回折格子は、リッジ部と溝を交互に形成したものに限られず、屈折率が面板方向に対して正弦波状に変化するように構成した透過型ＶＰＨ（Volume Phase Holographic）回折格子として構成してもよい。また、複数の層を隣接する層同士が屈折率が異なるように形成し、それらの多層膜をエッチングして矩形状又は台形状のリッジ部と溝が交互に現れるようにして形成した回折格子を用いても構わない。これらのようなものであっても、偏光成分ごとに透過率又は回折効率を異ならせて本発明に係る分光器の構成要素として用いることができる。
第１受光素子及び第２受光素子は１次元センサであるラインセンサに限られず、２次元センサ（エリアセンサ）を用いても構わない。２次元センサを用いる場合には、例えば分光スペクトルが表れる方向に画素が長くなるように構成すればよい。また、前記第１受光素子及び前記第２受光素子を単一のラインセンサ又はエリアセンサを用いて構成してもよい。この場合、単一のラインセンサ又はエリアセンサの第１所定領域が前記第１受光素子として構成され、前記第１所定領域とは別の第２所定領域が前記第２受光素子として構成される。
さらに第１受光素子及び第２受光素子は、例えば分光スペクトルの現れる位置が固定されている場合には、輝線ごとに設けられた複数のＰＭＴから構成してもよい。
また、光源から射出される光の波長は特に１１００ｎｍの近赤外光に限られず、８００ｎｍ、９００ｎｍ、１０００ｎｍ等様々な波長であってもよい。光源から射出される波長に合わせて前記第１回折格子及び前記第２回折格子の形状や特性については適宜設計すればよい。
また、第１実施形態のＯＣＴ装置のように干渉光が前記第１回折格子に最初に入射し、次に第２回折格子に入射する場合において、前記第１回折格子が干渉光の第１偏光成分としてＴＥ偏光成分（ｐ偏光成分）については回折し、干渉光の第２偏光成分としてＴＭ偏光成分（ｓ光成分）については回折せずに透過するように構成してもよい。この場合前記第２回折格子は干渉光のＴＭ偏光成分を回折するように構成すればよい。
さらに第２回折格子については、第１回折格子を回折せずに透過した干渉光の第２偏光成分だけでなく第１偏光成分についても回折する特性を有するものであっても構わない。例えば第１回折格子において干渉光の第１偏光成分がほぼ全て回折されている場合には、干渉光の第１偏光成分は第２回折格子にはほとんど入射しない。したがって、前記第２回折格子が干渉光の第１偏光成分を高い効率で回折できる特性を有していたとしても第２受光素子においては干渉光の第２偏光成分の分光スペクトルを得ることが可能である。
測定光学系及び参照光学系については第１実施形態において詳述したものに限られない。例えば反射光及び参照光をそれぞれ光ファイバ内へ入射させ、サーキュレータ等により合流させて干渉光とし、第１回折格子へと干渉光が射出されるようにしてもよい。
測定対象物は眼の網膜に限られるものではなく、例えば測定対象物を歯としても構わない。また、生体組織に限られずその他の物質の断層画像等を得るために本発明を用いても構わない。この場合測定対象物の光の透過又は反射散乱特性に合わせて適宜光源から射出される波長を設定すればよい。
本発明に係る分光器は、ＯＣＴ装置だけに用いられるものではなく、複数の偏光成分の分光スペクトルに基づいて何らかの検査をする光学検査装置に用いてもよい。光学検査装置は、分光器と、前記分光器の少なくとも第１受光素子から波長ごとのスペクトル信号を出力するスペクトル信号出力部を備えたものであればよい。例えば、単一の偏光成分についてスペクトル信号を出力してもよいし、複数の偏光成分についてスペクトル信号を出力してもよい。より具体的には、前記光学検査装置は、偏光蛍光測定装置として構成し、細胞の反応等を測定できるようにしてもよい。また、前記光学検査装置の別の実施形態としては分光反射式の膜厚計であってもよい。このような膜厚計により半導体の成膜工程において膜の厚さを正確に測定する事が可能となる。
また、本発明に係る分光器は前記各実施形態のように干渉光について偏光成分ごとに分光するものに限られない。前記分光器は、例えば干渉光等のように測定対象物からの反射光又は透過光を含んだ光、又は、測定対象物からの反射光又は透過光自体を分光するものであってもよい。
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な実施形態の変形や組み合わせを行っても構わない。
本発明に係る分光器であれば、前記第１回折格子によって入射した光を第１偏光成分と第２偏光成分に分離しつつ、入射した光の第１偏光成分を回折させて分光することができる。したがって、従来のように偏光成分の分離のために別途偏光ビームスプリッタを設ける必要がないため反射面の数を増やさないようにして、光量のロスや波面の歪みを押させることができる。

Claims (7)

  1. 測定対象物からの透過光又は反射光が少なくとも入射するものであり、入射する光の第１偏光成分については回折し、入射する光の第１偏光成分とは異なる第２偏光成分については回折せずに透過するように構成された第１回折格子と、
    前記第１回折格子で回折された光のスペクトルを受光する第１受光素子と、
    前記第１回折格子において回折せずに透過した光が入射するように設けられ、前記第１回折格子を透過した光の前記第２偏光成分を回折するように構成された第２回折格子と、
    前記第２回折格子で回折された光のスペクトルを受光する第２受光素子と、を備え、
    前記第１回折格子において回折された光が、前記第２回折格子を経由せずに前記第１受光素子に入射するように構成されたことを特徴とする分光器。
  2. 前記第１回折格子及び前記第２回折格子が透過型回折格子である請求項１記載の分光器。
  3. 前記第１回折格子と前記第１受光素子との間に設けられた第１レンズと、
    前記第２回折格子と前記第２受光素子との間に設けられた第２レンズと、を備えた請求項１又は２記載の分光器。
  4. 前記第１偏光成分がＴＭ偏光成分であり、前記第２偏光成分がＴＥ偏光成分である請求項１乃至３いずれかに記載の分光器。
  5. 請求項１乃至４いずれかに記載の分光器と、
    少なくとも前記第１受光素子の出力信号に基づいて、波長ごとの分布を示すスペクトル信号を出力するスペクトル信号出力部と、を備えた光学検査装置。
  6. 請求項５記載の光学検査装置と、
    光入射端から入射した光が光射出端から前記第１回折格子へ射出されるように構成された光ファイバ機構と、
    近赤外光を射出する光源と、
    前記光源から射出された光を測定光と参照光に分岐させる分岐機構と、
    前記分岐機構により分岐された参照光を前記光入射端へ入射させるように構成された参照光学系と、
    前記分岐機構により分岐された測定光を前記測定対象物へ照射するとともに、前記測定対象物で生じた反射光を前記光入射端へ入射させるように構成された測定光学系と、を備えたＯＣＴ装置。
  7. 前記第１受光素子の出力に基づいて第１断層画像を生成するとともに、前記第２受光素子の出力に基づいて第２断層画像を生成する解析部をさらに備えた請求項６記載のＯＣＴ装置。
JP2017556069A 2015-12-15 2016-12-13 分光器、光学検査装置、及び、ｏｃｔ装置 Active JP6694896B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015244658 2015-12-15
JP2015244658 2015-12-15
PCT/JP2016/087062 WO2017104661A1 (ja) 2015-12-15 2016-12-13 分光器、光学検査装置、及び、ｏｃｔ装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2017104661A1 JPWO2017104661A1 (ja) 2018-11-01
JP6694896B2 true JP6694896B2 (ja) 2020-05-20

Family

ID=59056748

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017556069A Active JP6694896B2 (ja) 2015-12-15 2016-12-13 分光器、光学検査装置、及び、ｏｃｔ装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10945607B2 (ja)
EP (1) EP3392646A4 (ja)
JP (1) JP6694896B2 (ja)
WO (1) WO2017104661A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20240152116A (ko) * 2023-04-12 2024-10-21 영남대학교 산학협력단 객체 탐지 방법 및 이를 수행하기 위한 장치

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12449575B2 (en) * 2019-12-16 2025-10-21 Jasco Corporation Reflective polarized light separation and diffraction element and optical measurement device comprising same

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5272550A (en) * 1991-10-11 1993-12-21 International Business Machines Corporation Hologram system
JPH07121923A (ja) * 1993-10-27 1995-05-12 Olympus Optical Co Ltd 光学式ピックアップヘッド装置
US6765724B1 (en) * 2001-01-16 2004-07-20 Holotek, Llc Diffraction grating-based wavelength selection unit having improved polarization dependent performance
EP1529204A1 (en) 2002-07-12 2005-05-11 River Diagnostics B.V. Optical spectrometer
KR20080013919A (ko) 2005-04-22 2008-02-13 더 제너럴 하스피탈 코포레이션 스펙트럼 도메인 편광 민감형 광간섭 단층촬영을 제공할 수있는 장치, 시스템 및 방법
JP5626687B2 (ja) * 2009-06-11 2014-11-19 国立大学法人 筑波大学 ２ビーム型光コヒーレンストモグラフィー装置
JP5610884B2 (ja) 2010-07-09 2014-10-22 キヤノン株式会社 光断層撮像装置及び光断層撮像方法
JP2013007830A (ja) 2011-06-23 2013-01-10 Seiko Epson Corp 透過型回折格子及び検出装置
JP5988772B2 (ja) 2012-01-20 2016-09-07 キヤノン株式会社 画像処理装置及び画像処理方法
US9279660B2 (en) 2013-05-01 2016-03-08 Canon Kabushiki Kaisha Method and apparatus for processing polarization data of polarization sensitive optical coherence tomography
US20150355023A1 (en) 2014-06-06 2015-12-10 Canon Kabushiki Kaisha System and Method of Alignment for Balanced Detection in a Spectral Domain Optical Coherence Tomography

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20240152116A (ko) * 2023-04-12 2024-10-21 영남대학교 산학협력단 객체 탐지 방법 및 이를 수행하기 위한 장치
KR102864516B1 (ko) 2023-04-12 2025-09-24 영남대학교 산학협력단 객체 탐지 방법 및 이를 수행하기 위한 장치

Also Published As

Publication number Publication date
EP3392646A4 (en) 2019-07-17
JPWO2017104661A1 (ja) 2018-11-01
EP3392646A1 (en) 2018-10-24
WO2017104661A1 (ja) 2017-06-22
US20200260959A1 (en) 2020-08-20
US10945607B2 (en) 2021-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1666838B1 (en) Optical tomographic apparatus
KR101627444B1 (ko) 분광 특성 측정 장치 및 분광 특성 측정 방법
JP5881051B2 (ja) 分光特性測定装置
JP5317298B2 (ja) 分光計測装置及び分光計測方法
US8836951B2 (en) Imaging device for optical coherence tomographic image and imaging method
JP4429886B2 (ja) 光断層映像装置
JP5517621B2 (ja) 高感度スペクトル分析ユニット
JP5538194B2 (ja) 光学装置及び電子機器
KR20190038994A (ko) 공초점 계측 장치
CN104266755A (zh) 一种提高光通量的光谱测量方法及系统
EP2896347B1 (en) Scattered light measurement device
JP6744005B2 (ja) 分光測定装置
CN113811244B (zh) 用于测量脉搏和血氧饱和度的包含具有全息元件的波导的光学传感器
JP6694896B2 (ja) 分光器、光学検査装置、及び、ｏｃｔ装置
US10506922B2 (en) Spectrometer for color spectrally-encoded endoscopy
JP6732339B2 (ja) 分光測定装置
KR101547459B1 (ko) 위상 축소 이미징 시스템 및 이를 이용한 이미징 방법
JP5028660B2 (ja) 光学特性測定装置および光学特性測定方法
KR101078190B1 (ko) 파장 검출기 및 이를 갖는 광 간섭 단층 촬영 장치
JP2012202910A (ja) 反射光測定装置
TWI287619B (en) A light beam measurement device
US12387439B2 (en) Optical spectroscopy apparatus
JP2013200329A (ja) 顕微鏡システム
Asuka et al. Spectroscopic-tomography of biological membrane with high-spatial resolution by the imaging-type 2D Fourier spectroscopy
WO2016121540A1 (ja) 分光測定装置および分光測定方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20181219

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190820

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191011

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200331

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200420

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6694896

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250