JPH10267631A - Optical measuring device - Google Patents

Optical measuring device

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Publication number
JPH10267631A
JPH10267631A JP9073916A JP7391697A JPH10267631A JP H10267631 A JPH10267631 A JP H10267631A JP 9073916 A JP9073916 A JP 9073916A JP 7391697 A JP7391697 A JP 7391697A JP H10267631 A JPH10267631 A JP H10267631A
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JP
Japan
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light
optical
measurement
measuring
introducing
Prior art date
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Pending
Application number
JP9073916A
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Japanese (ja)
Inventor
Tairyo Hirono
泰亮 廣野
Mamoru Ueda
護 植田
Koji Obayashi
康二 大林
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.)
Kowa Co Ltd
Original Assignee
Kowa Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Kowa Co Ltd filed Critical Kowa Co Ltd
Priority to JP9073916A priority Critical patent/JPH10267631A/en
Publication of JPH10267631A publication Critical patent/JPH10267631A/en
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Eye Examination Apparatus (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 必要なデータを、短時間で測定することがで
きる光学測定装置を提供する。 【解決手段】 短コヒーレント長光を用いた光学測定装
置内に、反射ミラー13を微少に変動させることによっ
て、参照光を変調する微少変動機構30と、微少変動機
構30の位置を制御する移動機構31を設ける。そし
て、データ収集(測定)が行われるときには、微少変動
機構30のみが起動(活性化)され、測定点の深さを変
えるときには、データ収集が行われず、移動機構31の
駆動のみが行われるように、光学測定装置を構成する。
(57) [Problem] To provide an optical measuring device capable of measuring required data in a short time. SOLUTION: In an optical measuring device using short coherent long light, a minute fluctuation mechanism 30 that modulates a reference light by slightly changing a reflection mirror 13, and a moving mechanism that controls the position of the minute fluctuation mechanism 30. 31 are provided. Then, when data collection (measurement) is performed, only the minute fluctuation mechanism 30 is activated (activated), and when the depth of the measurement point is changed, data collection is not performed and only the driving of the moving mechanism 31 is performed. Next, an optical measuring device is configured.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、試料の光学特性を
測定する光学測定装置に関し、例えば、生体試料の内部
構造を検査するために用いられる光学測定装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical measuring device for measuring an optical characteristic of a sample, for example, an optical measuring device used for inspecting an internal structure of a biological sample.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、試料の内部構造を非破壊で検査で
きるさまざまな技術が開発されており、さまざまな分野
で利用されるようになっている。そのような技術の1つ
として、短いコヒーレント長を有する光を利用して、試
料の断層像等を得るオプティカル・コヒーレンス・トモ
グラフィ(OCT)が知られている。
2. Description of the Related Art In recent years, various techniques capable of nondestructively inspecting the internal structure of a sample have been developed and have been used in various fields. As one of such techniques, optical coherence tomography (OCT) for obtaining a tomographic image or the like of a sample using light having a short coherent length is known.

【0003】以下、OCTの概要を説明する。OCTに
は、短いコヒーレント長(十数μm程度)の光を発生す
る光源と、光合分波器と可動反射ミラーと走査系からな
る干渉計と、解析系とを備える光学測定装置が用いられ
る。
[0003] The outline of OCT will be described below. The OCT uses an optical measurement device including a light source that generates light having a short coherent length (about ten and several μm), an interferometer including an optical multiplexer / demultiplexer, a movable reflection mirror, and a scanning system, and an analysis system.

【0004】当該光学測定装置内の光源の発生する短コ
ヒーレント長光は、干渉計を構成する光合分波器に導入
され、測定光と参照光に分離される。測定光は、測定光
の試料への導入位置を変更するための走査系を介して、
試料(例えば、眼)に導入され、試料内で反射、散乱さ
れた測定光が走査系を介して光合分波器に戻される。一
方、参照光は、参照光の光軸方向に、試料の測定範囲に
応じた距離範囲を、前後運動している反射ミラーで反射
された後に、光合分波器に戻り、光合分波器において、
試料からの反射光と合波される。なお、反射ミラーの運
動パターンとしては、通常、解析系における処理を容易
なものとするために、当該距離範囲の始点から終点まで
を一定速度で運動した後、始点まで高速に戻るといった
ように、反射ミラーが一定速度で運動する時間帯が存在
するパターン(鋸歯状、三角波状パターン)が用いられ
ている。
[0004] Short coherent long light generated by a light source in the optical measuring apparatus is introduced into an optical multiplexer / demultiplexer constituting an interferometer, and is separated into measurement light and reference light. The measurement light passes through a scanning system for changing the position where the measurement light is introduced into the sample.
The measuring light introduced into the sample (for example, the eye) and reflected and scattered in the sample is returned to the optical multiplexer / demultiplexer via the scanning system. On the other hand, the reference light returns to the optical multiplexer / demultiplexer after being reflected by the reflecting mirror that is moving back and forth in the optical axis direction of the reference light in a distance range corresponding to the measurement range of the sample, and is reflected by the optical multiplexer / demultiplexer. ,
It is combined with the reflected light from the sample. In addition, as the movement pattern of the reflection mirror, usually, in order to facilitate the processing in the analysis system, after moving at a constant speed from the start point to the end point of the distance range, return to a high speed to the start point. A pattern in which there is a time zone in which the reflecting mirror moves at a constant speed (sawtooth-shaped or triangular-wave-shaped pattern) is used.

【0005】解析系は、光合分波器で合波された光に施
されている強度変調の程度と反射ミラーの位置との対応
関係を求める処理(測定光が導入されている部分の、深
さの異なる幾つかの箇所における光学特性データを求め
る処理)を行い、その結果を記憶する。測定光の光軸に
垂直な断面像を得る際には、走査系によって測定が必要
とされる各位置に測定光が導入され、解析系によって、
各位置における光学特性データの算出と記憶が行われ
る。そして、解析系は、複数の光学特性データを取得
後、それらの光学特性データに基づき、断面像を作成、
表示する。
[0005] The analysis system is a process for determining the correspondence between the degree of intensity modulation applied to the light multiplexed by the optical multiplexer / demultiplexer and the position of the reflection mirror (the depth of the portion where the measurement light is introduced, (Process for obtaining optical characteristic data at several locations having different sizes) and store the results. When obtaining a cross-sectional image perpendicular to the optical axis of the measurement light, the measurement light is introduced to each position where measurement is required by the scanning system, and the analysis system
Calculation and storage of the optical characteristic data at each position are performed. Then, after acquiring the plurality of optical property data, the analysis system creates a cross-sectional image based on the optical property data,
indicate.

【0006】すなわち、OCT用光学測定装置では、光
合分波器に、同時に入射される、試料内の深さの異なる
多数の場所で反射、散乱された多数の光の中から、特定
の場所において反射、散乱された光を識別するために短
コヒーレント長光が利用されている。より具体的に言え
ば、深さの異なる場所で反射、散乱された結果、光合分
波器に同時に到達した光は、元となった測定光の光合分
波器における分離時刻が異なった短コヒーレント長光で
あるので、それらの光のうち、反射ミラー側からの参照
光と干渉するのは、その参照光と同時刻に光合分波器で
分離された測定光に起因した反射光、すなわち、測定光
の光路長が、参照光の光路長と等しくなる位置で反射さ
れた光だけとなる。そして、参照ミラーの運動に因り参
照光の周波数はドップラー・シフトを受けているため、
光合分波器で合波された光には、試料内の、その時点に
おける参照光の光路長(参照ミラーの位置に相関)で定
まる深さの光学特性を表す測定光成分の大きさに応じた
強度変調が施された光となっている。このため、解析系
は、光合分波器で合波された光の強度変調の程度を、反
射ミラーの位置に関連づけて解析することにより、測定
光が導入された部分の各深さにおける光学特性を求める
ことができる。OCTでは、このような原理による測定
が、試料の各所において繰り返され、試料の2次元像や
3次元像が得られている。
That is, in the OCT optical measurement device, a specific location is selected from among a large number of light beams that are simultaneously incident on the optical multiplexer / demultiplexer and are reflected and scattered at a plurality of locations at different depths in the sample. Short coherent long light is used to identify the reflected and scattered light. More specifically, as a result of being reflected and scattered at different depths, the light arriving at the optical multiplexer / demultiplexer at the same time is a short coherent light having a different separation time of the original measurement light at the optical multiplexer / demultiplexer. Since the light is long, among those lights, the light that interferes with the reference light from the reflection mirror side is the reflected light caused by the measurement light separated by the optical multiplexer / demultiplexer at the same time as the reference light, that is, Only the light reflected at the position where the optical path length of the measurement light is equal to the optical path length of the reference light is obtained. Since the frequency of the reference light is subject to Doppler shift due to the movement of the reference mirror,
The light multiplexed by the optical multiplexer / demultiplexer has a depth corresponding to the optical path length (correlated to the position of the reference mirror) of the reference light at that point in the sample, which corresponds to the magnitude of the measurement light component representing the optical characteristic. The light has been subjected to intensity modulation. For this reason, the analysis system analyzes the degree of intensity modulation of the light multiplexed by the optical multiplexer / demultiplexer in relation to the position of the reflection mirror, and thereby analyzes the optical characteristics at each depth of the portion where the measurement light is introduced. Can be requested. In OCT, a measurement based on such a principle is repeated at various points on a sample, and a two-dimensional image or a three-dimensional image of the sample is obtained.

【0007】なお、OCT技術に関する文献としては、
D.Huang et al.,"Optical Coherence Tomography", Sci
ence 1991,254, pp.1178-1181などが存在している。
[0007] References relating to the OCT technique include:
D. Huang et al., "Optical Coherence Tomography", Sci
1991, 254, pp. 1178-1181 and so on.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上述した説明から明ら
かなように、OCT用光学測定装置(以下、単に、光学
測定装置と表記する)の空間分解能は、基本的には、測
定に用いられる光のコヒーレント長で定まる。このた
め、超音波測定技術(一般的な測定条件である10MH
z測定時の空間分解能:約150μm)、レーザ走査顕
微鏡技術(眼底部分測定時の空間分解能:約200μ
m)等の他の測定技術に比して、高い空間分解能(位置
精度)での測定が可能となっている。
As is clear from the above description, the spatial resolution of an OCT optical measuring device (hereinafter simply referred to as an optical measuring device) basically depends on the light used for measurement. Is determined by the coherent length of For this reason, the ultrasonic measurement technology (10 MH, which is a general measurement condition)
Spatial resolution at the time of z measurement: about 150 μm, laser scanning microscope technology (spatial resolution at the time of fundus part measurement: about 200 μm)
Measurement with higher spatial resolution (positional accuracy) is possible as compared with other measurement techniques such as m).

【0009】しかしながら、従来の光学測定装置は、反
射ミラーを一定速度で運動させることによって、測定対
象試料に関する光学特性データを取得する構成を採用し
ているため、位置精度と、光学特性データの測定精度
を、共に優れたものとすることが困難な装置となってい
た。
However, the conventional optical measuring apparatus employs a configuration in which the reflecting mirror is moved at a constant speed to acquire optical characteristic data on the sample to be measured, so that the position accuracy and the measurement of the optical characteristic data are measured. It has been difficult to improve both the precision and accuracy.

【0010】例えば、反射ミラーが鋸歯状に運動し、そ
の移動速度がVであり、短コヒーレント長光の波長がλ
である光学測定装置を考える。この場合、合波後の光に
は、角周波数ωD=4πV/λを有する時間変化成分が
含まれることになるが、一般に、測定装置は、低周波で
支配的なノイズを持つ。この定周波ノイズは、装置を構
成する回路素子や装置の振動による1/fノイズであ
り、約10kHz以下の周波数領域に現れる。このた
め、上記のような光学測定装置を構成する場合には、角
周波数ωDが、この領域に含まれないよう、ある程度の
速度以上で反射ミラーを移動させる必要がある。
For example, the reflection mirror moves in a sawtooth shape, the moving speed is V, and the wavelength of the short coherent long light is λ.
Consider an optical measurement device that is In this case, the combined light will include a time-varying component having an angular frequency ω D = 4πV / λ, but the measuring device generally has a dominant noise at a low frequency. This constant frequency noise is 1 / f noise due to the vibration of the circuit elements constituting the device or the device, and appears in a frequency region of about 10 kHz or less. Therefore, when configuring an optical measuring device as described above, the angular frequency omega D is, so as not included in this region, it is necessary to move the reflecting mirror at a certain speed or more.

【0011】そして、角周波数ωDを高くするため、反
射ミラーを高速に運動させると、当然、測定対象試料内
の、反射光の収集対象となる位置の、単位時間当たりの
変化量が大きくなる。このとき、位置精度を優先する場
合には、干渉光の強度を収集する時間を短くせざるを得
ない。そのような短い時間にスキャンされる部分に、屈
折率が大きく変化する部分が存在していた場合には、十
分な強度を有する(S/Nが良い)反射光が光合分波器
に入射されるので、正確な光学特性データが求められる
ことになる。しかしながら、当該部分が、屈折率がなだ
らかに変化する部分であった場合、光合分波器には、弱
い(S/Nの悪い)反射光しか戻ってこないので、精度
が低い光学特性データしか得られない。また、S/Nを
高くするために、データを収集する時間を延ばした場合
には、図15に模式的に示したように、測定対象試料内
の広い範囲からデータが収集されることになるので、位
置分解能が悪くなってしまう。
When the reflecting mirror is moved at a high speed in order to increase the angular frequency ω D , the amount of change per unit time in the position where the reflected light is to be collected in the sample to be measured is naturally large. . At this time, if priority is given to the positional accuracy, the time for collecting the intensity of the interference light must be shortened. If there is a portion where the refractive index greatly changes in a portion scanned in such a short time, reflected light having sufficient intensity (good S / N) is incident on the optical multiplexer / demultiplexer. Therefore, accurate optical characteristic data is required. However, if this portion is a portion whose refractive index changes gradually, only weak (poor S / N) reflected light returns to the optical multiplexer / demultiplexer, so that only optical characteristic data with low accuracy is obtained. I can't. When the time for collecting data is extended to increase the S / N, data is collected from a wide range in the sample to be measured, as schematically shown in FIG. Therefore, the position resolution is deteriorated.

【0012】このように、従来の光学測定装置は、位置
精度と、光学特性データの測定精度を、共に優れたもの
とすることが困難な装置となっていた。そこで、本発明
の課題は、位置精度と、光学特性データの測定精度を、
共に優れたものとすることができる光学測定装置を提供
することにある。
As described above, the conventional optical measuring device has been difficult to improve both the positional accuracy and the measuring accuracy of the optical characteristic data. Therefore, an object of the present invention is to improve the position accuracy and the measurement accuracy of optical property data.
An object of the present invention is to provide an optical measuring device that can be both excellent.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、入射された光を合波するための光合波
手段と、短いコヒーレント長を有する光を発生する光発
生手段と、この光発生手段が発生した光を、参照光と測
定光に分離する光分離手段と、この光分離手段が分離し
た参照光の光合波手段に至る光路長と参照光基準光路長
との隔たりが、測定に必要とされる位置分解能に応じた
値以下となる状態を維持しつつ、参照光を変調して光合
波手段に導入する参照光導入手段と、光分離手段が分離
した測定光を測定対象試料に導入するとともに、測定対
象試料によって反射、散乱された測定光を光合波手段に
導入する測定光導入手段と、光合波手段によって合波さ
れた光の強度に応じたレベルの電気信号を出力する光電
変換手段と、この光電変換手段が出力する電気信号と、
参照光導入手段によって参照光に与えられる変調の変調
周波数とを用いて、測定対象試料の、一測定点に関する
光学特性データを取得する取得手段とを用いて光学測定
装置を構成する。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides an optical multiplexing means for multiplexing incident light, a light generating means for generating light having a short coherent length, A light separating unit that separates the light generated by the light generating unit into a reference light and a measuring light, and a gap between an optical path length reaching the optical combining unit of the reference light separated by the light separating unit and a reference light reference optical path length. The reference light introducing means for modulating the reference light and introducing it to the optical multiplexing means while maintaining the state of being equal to or less than the value corresponding to the positional resolution required for the measurement, and the measuring light separated by the light separating means is measured. A measuring light introducing means for introducing the measuring light reflected and scattered by the measuring sample into the optical multiplexing means, and an electric signal having a level corresponding to the intensity of the light multiplexed by the optical multiplexing means, while being introduced into the target sample. Photoelectric conversion means for outputting And an electric signal output from the photoelectric conversion means,
An optical measurement device is configured by using the modulation frequency of the modulation given to the reference light by the reference light introduction unit and an acquisition unit that acquires optical characteristic data on one measurement point of the sample to be measured.

【0014】このように、本発明による光学測定装置
は、ある測定点に関する測定が行われる間における、参
照光の光路長と参照光基準光路長の隔たりを、測定に必
要とされる位置分解能に応じた値以下となるように制御
するための機構(参照光導入手段)を備える。このた
め、例えば、参照光導入手段として、当該隔たりを光発
生手段が発生する短コヒーレント長光のコヒーレント長
に相当する値以下とする手段を採用した場合には、光の
コヒーレント長によって定まる位置分解能を劣化させる
ことなく、測定対象試料内の任意の測定点の測定が行え
る光学測定装置が得られることになる。また、参照光導
入手段として、参照光の光路長と参照光基準光路長の当
該隔たりを、短コヒーレント長光のコヒーレント長相当
値以上とする手段を採用した場合には、その隔たりに応
じた位置分解能で測定が行える光学測定装置が得られる
ことになる。
As described above, the optical measuring apparatus according to the present invention can determine the distance between the optical path length of the reference light and the reference light reference optical path length during the measurement at a certain measurement point to the positional resolution required for the measurement. A mechanism (reference light introducing means) for controlling the value to be equal to or less than the corresponding value is provided. For this reason, for example, when the reference light introducing means employs means for setting the distance to be equal to or less than the value corresponding to the coherent length of the short coherent long light generated by the light generating means, the position resolution determined by the coherent length of the light Thus, an optical measuring apparatus capable of measuring an arbitrary measurement point in a sample to be measured without deteriorating the measurement result can be obtained. Further, when a unit that sets the distance between the optical path length of the reference light and the reference light reference optical path length to a value equal to or more than the coherent length of the short coherent long light is adopted as the reference light introducing unit, the position corresponding to the distance is set. As a result, an optical measuring device capable of performing measurement at a resolution can be obtained.

【0015】なお、光発生手段としては、スーパー・ル
ミネッセント・ダイオード、パルス・レーザー、干渉性
の悪い光を発生する連続発振レーザー、発光ダイオー
ド、しきい値を越えない電流で動作させたレーザー、多
モード・レーザー、レーザー励起による蛍光光源など、
元々、コヒーレント長が短い光を発生する光源を用いて
も良く、コヒーレント長の長い光を発生する光源と、そ
の光源が発生するコヒーレント光からコヒーレント長が
短い光を生成する機器とからなる手段を用いても良い。
The light generating means includes a super luminescent diode, a pulsed laser, a continuous wave laser for generating light with poor coherence, a light emitting diode, a laser operated with a current not exceeding a threshold value, and many others. Mode laser, laser-excited fluorescent light source, etc.
Originally, a light source that generates light with a short coherent length may be used, and a means that includes a light source that generates light with a long coherent length and a device that generates light with a short coherent length from the coherent light generated by the light source. May be used.

【0016】また、参照光導入手段が、参照光に与える
変調の時間変化パターンはどのようなものであっても良
いのであるが、当該時間変化パターンを正弦波状パター
ンとしておけば、複雑な電子回路等を用いることなく、
参照光導入手段を実現できるので、光学測定装置を安価
に形成できることになる。また、その際には、光発生手
段が発生する光の波長を考慮に入れて、光電変換手段に
よって出力される電気信号に含まれる直流成分が“0”
となるように、その正弦波状パターンの振幅を設定して
おくことが望ましい。このように正弦波状パターンを設
定しておけば、光電変換手段が出力する電気信号に含ま
れる測定対象試料に関する光学特性を表す信号を全て交
流信号となるので、測定対象試料に関する情報の一部が
光学特性の算出に使用できない(直流成分は、ノイズの
直流成分と弁別できないため、光学特性の算出に使用で
きない)といったことがなくなるため、高精度に光学特
性が測定できる光学測定装置が得られることになる。
The time-varying pattern of the modulation applied to the reference light by the reference-light introducing means may be any. If the time-varying pattern is a sinusoidal pattern, a complicated electronic circuit may be used. Without using
Since the reference light introducing means can be realized, the optical measuring device can be formed at low cost. In this case, the DC component included in the electric signal output by the photoelectric conversion unit is set to “0” in consideration of the wavelength of the light generated by the light generation unit.
It is desirable to set the amplitude of the sinusoidal pattern so that If a sinusoidal pattern is set in this way, all of the signals representing the optical characteristics related to the sample to be measured included in the electric signal output by the photoelectric conversion means are AC signals. An optical measuring device that can measure optical characteristics with high accuracy can be obtained because it cannot be used for calculating optical characteristics (DC components cannot be used for calculating optical characteristics because they cannot be distinguished from DC components of noise). become.

【0017】なお、参照光導入手段としては、光分離手
段が分離した参照光を反射する反射器と、この反射器で
反射された参照光を光合波手段に導入する反射参照光導
入手段と、反射器の位置を移動させるための反射器移動
機構と、この反射器移動機構を制御することによって、
参照光を変調する反射器移動機構制御手段とを含む手段
や、光分離手段が分離した参照光が通過する光ファイバ
と、この光ファイバを変形させるための変形機構と、こ
の変形機構を制御することによって、光ファイバを通過
する参照光を変調する変形機構制御手段とを含む手段な
どを用いることが出来る。
The reference light introducing means includes a reflector for reflecting the reference light separated by the light separating means, a reflected reference light introducing means for introducing the reference light reflected by the reflector to the optical multiplexing means, By controlling the reflector moving mechanism for moving the position of the reflector and the reflector,
Means including a reflector moving mechanism control means for modulating the reference light, an optical fiber through which the reference light separated by the light separating means passes, a deformation mechanism for deforming the optical fiber, and controlling the deformation mechanism Thus, it is possible to use means including a deformation mechanism control means for modulating the reference light passing through the optical fiber.

【0018】また、本発明による光学測定装置を形成す
る際には、取得手段として、参照光導入手段による変調
周波数が予めデータとして与えられる手段を採用しても
良いが、参照光導入手段として、外部から変調周波数が
検出可能な手段を用いる場合には、当該変調周波数を検
出する検出手段を付加するとともに、取得手段として、
光電変換手段が出力する電気信号と検出手段が検出した
変調周波数とを用いる手段を採用して、光学測定装置を
形成することが望ましい。このような構成を採用すれ
ば、より高精度に測定が行える光学測定装置が得られる
ことになる。
When the optical measuring apparatus according to the present invention is formed, a means in which the modulation frequency of the reference light introducing means is given as data in advance may be adopted as the acquiring means. When using a means that can detect the modulation frequency from the outside, while adding detection means for detecting the modulation frequency, as acquisition means,
It is desirable to form the optical measurement device by employing a unit that uses the electric signal output by the photoelectric conversion unit and the modulation frequency detected by the detection unit. By employing such a configuration, an optical measuring device capable of performing measurement with higher accuracy can be obtained.

【0019】そして、上記構成に、参照光基準光路長を
変更する位置変更手段、あるいは、参照光基準光路長を
変更する位置変更手段を付加すれば、取得手段によって
光学特性データが取得される測定点の位置を、測定対象
試料と光学測定装置の相対的な位置関係を変更しなくと
も、測定光の光軸方向(深さ方向)に変更できることに
なる。その際、測定光導入手段として、光分離手段が分
離した測定光を、その焦点位置が参照光基準光路長ある
いは測定光基準光路長の変更量に応じた位置となるよう
に、測定対象試料に導入する手段を用いておけば、測定
点の深さが変わっても、光軸方向に垂直な方向の分解能
が変わらない光学測定装置が得られることになる。
If a position changing means for changing the reference light reference optical path length or a position changing means for changing the reference light reference optical path length is added to the above-described configuration, the measuring means for obtaining the optical characteristic data by the obtaining means. The position of the point can be changed in the optical axis direction (depth direction) of the measurement light without changing the relative positional relationship between the sample to be measured and the optical measurement device. At this time, as the measuring light introducing means, the measuring light separated by the light separating means is applied to the sample to be measured such that the focal position thereof is a position corresponding to the reference light reference optical path length or the change amount of the measuring light reference optical path length. By using the introducing means, it is possible to obtain an optical measuring device in which the resolution in the direction perpendicular to the optical axis direction does not change even if the depth of the measurement point changes.

【0020】また、測定対象試料への、測定光導入手段
による測定光の導入位置を変更するための測定光導入位
置変更手段を付加しておけば、測定対象試料と光学測定
装置の相対的な位置関係を変更しなくとも、測定点を測
定光と直交する方向に変更できる光学測定装置が得られ
ることになる。
Further, if a measuring light introducing position changing means for changing the introducing position of the measuring light by the measuring light introducing means to the measuring object sample is added, the relative position between the measuring object sample and the optical measuring device can be increased. An optical measuring device that can change the measurement point in a direction orthogonal to the measurement light without changing the positional relationship can be obtained.

【0021】測定光導入位置変更手段、位置制御手段
は、マニュアルで操作されるものであっても良いが、各
手段として電気的な制御が可能なものを用い、取得手段
によって、1つ以上の測定点に関する、導入位置情報、
光軸方向位置情報の双方あるいは一方からなる位置情報
を使用順が分かる形態で記憶する記憶手段に記憶された
位置情報に基づき、測定光導入位置変更手段及び/ある
いは位置制御手段の制御が行われ、記憶手段に位置情報
が記憶された各測定点に関する光学特性データが取得さ
れるように光学測定装置を構成しても良いことは当然で
ある。
The measuring light introducing position changing means and the position control means may be manually operated, but each means may be electrically controllable, and one or more means may be obtained by the obtaining means. Introductory position information on measurement points,
Based on the position information stored in the storage unit that stores the position information including both or one of the optical axis direction position information in a form in which the order of use is known, the control of the measurement light introduction position changing unit and / or the position control unit is performed. Of course, the optical measuring device may be configured such that optical characteristic data regarding each measurement point whose position information is stored in the storage unit is obtained.

【0022】また、そのように光学測定装置を構成する
際には、記憶手段として、測定時間情報をも、使用順が
分かる形態で記憶する手段を用い、取得手段によって、
記憶手段に位置情報が記憶された各測定点に対して、そ
の測定点に対応づけられている測定時間情報に応じた時
間の間に、光電変換手段が出力する電気信号を用いて光
学特性データが取得されるようにしておくことも出来
る。
When the optical measuring apparatus is configured as described above, a storage means for storing measurement time information in a form in which the order of use is also understood is used as a storage means.
For each measurement point whose position information is stored in the storage means, during a time corresponding to the measurement time information associated with the measurement point, optical characteristic data is output using the electric signal output by the photoelectric conversion means. Can be obtained.

【0023】また、上述したような変調周波数制御が、
測定光に対して行われるように光学測定装置を構成して
も良い。すなわち、入射された光を合波するための光合
波手段と、短いコヒーレント長を有する光を発生する光
発生手段と、この光発生手段が発生した光を、参照光と
測定光に分離する光分離手段と、この光分離手段が分離
した参照光を、光合波手段に導入する参照光導入手段
と、光分離手段が分離した測定光を測定対象試料に導入
するとともに、測定対象試料によって反射、散乱された
測定光を光合波手段に導入する手段であって、測定光の
光分離手段から光合波手段に至る光路長と測定光基準光
路長との隔たりが、測定に必要とされる位置分解能に応
じた値以下となる状態を維持しつつ、測定光を変調して
光合波手段に導入する測定光導入手段と、光合波手段に
よって合波された光の強度に応じた電気信号を出力する
光電変換手段と、この光電変換手段が出力する電気信号
と測定光導入手段による変調周波数とを用いて、測定対
象試料の、一測定点に関する光学特性データを取得する
取得手段を組み合わせて光学測定装置を構成しても良
い。
Further, the modulation frequency control as described above
The optical measuring device may be configured to be performed on the measurement light. That is, an optical multiplexing means for multiplexing incident light, a light generating means for generating light having a short coherent length, and a light for separating the light generated by the light generating means into reference light and measurement light Separating means, the reference light separated by the light separating means, a reference light introducing means for introducing the light into the optical multiplexing means, and introducing the measuring light separated by the light separating means to the sample to be measured, reflected by the sample to be measured, The means for introducing the scattered measurement light into the optical multiplexing means, wherein the distance between the optical path length from the light separation means of the measurement light to the optical multiplexing means and the measurement light reference optical path length is the positional resolution required for measurement. And a measuring light introducing unit that modulates the measuring light and introduces it into the optical multiplexing unit, and outputs an electric signal corresponding to the intensity of the light multiplexed by the optical multiplexing unit, while maintaining a state of being equal to or less than the value according to Photoelectric conversion means and the photoelectric conversion means; Means using a modulation frequency due to the electrical signal and measuring light introducing means is outputted, the sample to be measured, may constitute an optical measuring apparatus in combination obtaining means for obtaining optical characteristic data for one measurement point.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を具体的に説明する。 <第1実施形態>図1に、第1実施形態の光学測定装置
の構成を示す。まず、この図を用いて、第1実施形態の
光学測定装置を構成する各要素の機能を説明する。
Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. <First Embodiment> FIG. 1 shows a configuration of an optical measuring apparatus according to a first embodiment. First, the function of each element constituting the optical measurement device according to the first embodiment will be described with reference to FIG.

【0025】第1実施形態の光学測定装置は、眼を測定
対象とする装置であり、図示したように、光源10と光
源15を備える。光源10は、測定に用いられる光を発
生する光源であり、波長が、およそ、830nmであ
り、コヒーレント長が、およそ、10μmである光(以
下、短コヒーレント長光と表記する)を発生するスーパ
ー・ルミネッセンス・ダイオード(SLD)を用いて構
成されている。なお、波長が830nmの光を測定に用
いているのは、そのような近赤外領域の光が、測定対象
としている眼の組織に損傷を与えることがなく、かつ、
組織への浸透度も良いからである。また、光源10は、
デジタル信号によってオンオフ制御が行える光源となっ
ており、図示していない信号線によって、コンピュータ
47と接続されている。光源15は、可視光を発生する
光源であり、波長633nmの光を発生する半導体レー
ザによって構成されている。
The optical measuring apparatus according to the first embodiment is an apparatus for measuring an eye, and includes a light source 10 and a light source 15 as illustrated. The light source 10 is a light source that generates light used for measurement, and has a wavelength of approximately 830 nm and a coherent length of approximately 10 μm (hereinafter, referred to as short coherent long light). -It is configured using a luminescence diode (SLD). The light having a wavelength of 830 nm is used for the measurement because such light in the near infrared region does not damage the tissue of the eye to be measured, and
This is because the degree of penetration into the tissue is good. Further, the light source 10
The light source is a light source that can be turned on / off by a digital signal, and is connected to the computer 47 by a signal line (not shown). The light source 15 is a light source that generates visible light, and includes a semiconductor laser that generates light having a wavelength of 633 nm.

【0026】光源10が短コヒーレント長光を出力する
光路24上には、光合波器17が設けられている。ま
た、光源15が可視光を出力する光路25上には、全反
射ミラー16が設けられている。光合波器17は、光路
24側から入射される光を、そのまま(光路20方向
に)直進させ、図において下方から入射される光を、光
路20方向に導くハーフミラーを利用した光回路であ
り、光源15と全反射ミラー16は、光源15からの光
が光路20上に導かれるように光合波器17に対して配
置されている。
An optical multiplexer 17 is provided on the optical path 24 from which the light source 10 outputs short coherent long light. A total reflection mirror 16 is provided on an optical path 25 from which the light source 15 outputs visible light. The optical multiplexer 17 is an optical circuit using a half mirror that directs light incident from the optical path 24 side as it is (in the direction of the optical path 20) and guides light incident from below in the figure toward the optical path 20. , The light source 15 and the total reflection mirror 16 are arranged with respect to the optical multiplexer 17 so that the light from the light source 15 is guided onto the optical path 20.

【0027】すなわち、光源15、全反射ミラー16、
光合波器17は、短コヒーレント長光と同じ光路上に、
可視光(いわゆる、エイミングビーム)を載せるための
要素であり、光源15は、短コヒーレント長光が、測定
試料の目的とする位置に照射されることを確認する際に
駆動される。従って、短コヒーレント長光として可視光
領域の光を用いる場合(測定対象がそのような光を照射
しても良いものであった場合)には、これらの要素を設
けずに光学測定装置を構成することが出来る。また、測
定対象試料内で反射、散乱された短コヒーレント長光
を、可視化して観察するためのCCDカメラなどを用い
る場合にも、これらの要素を設けずに光学測定装置を構
成することが出来る。
That is, the light source 15, the total reflection mirror 16,
The optical multiplexer 17 is on the same optical path as the short coherent long light,
The light source 15 is an element for placing visible light (so-called aiming beam), and is driven when confirming that short coherent long light is irradiated to a target position of the measurement sample. Therefore, when light in the visible light region is used as the short coherent long light (when the object to be measured can irradiate such light), the optical measurement apparatus is configured without these elements. You can do it. Also, when using a CCD camera or the like for visualizing and observing the short coherent long light reflected and scattered in the sample to be measured, the optical measuring apparatus can be configured without providing these elements. .

【0028】光路20上には、光合分波器11が設置さ
れている。光合分波器11も、ハーフミラーを利用した
光回路であり、光合分波器11は、光路20側から入射
される短コヒーレント長光を分離して、光路21および
光路22上に射出するとともに、光路21および光路2
2から入射される光を結合(合波)して、光路23上に
射出する。以下、光合分波器11によって分割された短
コヒーレント長光のうち、光路21上に射出される光を
参照光、光路22上に射出される光を測定光と表記し、
光路23上に射出される光を干渉光と表記することにす
る。
An optical multiplexer / demultiplexer 11 is provided on the optical path 20. The optical multiplexer / demultiplexer 11 is also an optical circuit using a half mirror. The optical multiplexer / demultiplexer 11 separates the short coherent long light incident from the optical path 20 side and emits it on the optical paths 21 and 22. , Optical path 21 and optical path 2
The light incident from 2 is combined (combined) and emitted onto the optical path 23. Hereinafter, of the short coherent long lights split by the optical multiplexer / demultiplexer 11, light emitted on the optical path 21 is referred to as reference light, and light emitted on the optical path 22 is referred to as measurement light.
Light emitted on the optical path 23 is referred to as interference light.

【0029】光合分波器11の参照光出力側(光路21
上)には、レンズ系12が設けられている。そして、レ
ンズ系12を介して参照光が入射される位置には、反射
ミラー13、微小変動機構30、移動機構31、位置セ
ンサ50を主な構成要素として有する参照光変調機構7
1が設けられている。
The reference light output side of the optical multiplexer / demultiplexer 11 (optical path 21
In (upper), a lens system 12 is provided. At the position where the reference light is incident via the lens system 12, the reference light modulation mechanism 7 having the reflection mirror 13, the minute fluctuation mechanism 30, the moving mechanism 31, and the position sensor 50 as main components.
1 is provided.

【0030】微小変動機構30、移動機構31は、いず
れも、反射ミラー13の位置を、その反射面が参照光の
光軸に対して垂直となる状態を維持したまま変化させる
(反射ミラーを光軸に対して並進移動する)ための機構
となっている。
Both the minute fluctuation mechanism 30 and the moving mechanism 31 change the position of the reflection mirror 13 while maintaining the state where the reflection surface is perpendicular to the optical axis of the reference light (the reflection mirror 13 (Translational movement with respect to the axis).

【0031】具体的には、移動機構31は、微小変動機
構30が固定された部材35を、矢印72で示してある
ように、光軸21と平行な方向に移動するための機構と
なっている。移動機構31は、ステッピングモータと、
その駆動回路から構成されており、移動機構31内の駆
動回路は、コンピュータ47から所定の制御コマンドを
受けた際(詳細は後述)に、ステッピングモータを制御
することによって、部材35を、その制御コマンドで指
定されている位置に移動する。また、移動機構31(駆
動回路)は、部材35の現在位置を示す信号(以下、中
心位置信号と表記する)を出力する機能を有し、中心位
置信号は、図示してあるように、測定光光学系14内の
焦点位置制御機構32に、供給されている。
Specifically, the moving mechanism 31 is a mechanism for moving the member 35 to which the minute fluctuation mechanism 30 is fixed in a direction parallel to the optical axis 21 as indicated by an arrow 72. I have. The moving mechanism 31 includes a stepping motor,
The drive circuit in the moving mechanism 31 controls the stepping motor when receiving a predetermined control command from the computer 47 (to be described in detail later), thereby controlling the member 35. Move to the position specified in the command. Further, the moving mechanism 31 (drive circuit) has a function of outputting a signal indicating the current position of the member 35 (hereinafter, referred to as a center position signal). It is supplied to a focus position control mechanism 32 in the optical optical system 14.

【0032】微小変動機構30は、反射ミラー13を、
矢印73で示してあるように、光路21と平行な方向に
変動させるための機構であり、反射ミラー13が固定さ
れたピエゾ素子と、ピエゾ素子の駆動回路を中心として
構成されている。微小変動機構30内の駆動回路には、
測定時に、コンピュータ47から、ピエゾ素子に供給す
べき制御電圧(反射ミラー13の移動量)と時間との対
応関係を規定する駆動プロファイル指定データが与えら
れる。第1実施形態の微少変動機構30内の駆動回路
は、駆動プロファイル指定データとして、反射ミラー1
3が結果として、正弦波、三角波、鋸歯状に運動するこ
とになる3種のデータを受け付けられるように構成され
ており、駆動回路は、コンピュータ47から、動作の開
始を指示されたときに、その駆動プロファイル指定デー
タに従ったピエゾ素子の制御(反射ミラー13の位置制
御)を開始する。その際、駆動回路は、反射ミラー13
の振動動作の中心位置が、基準位置(ピエゾ素子に電圧
が印可されていない場合における反射ミラー13の位
置)となるように、ピエゾ素子を駆動する。
The minute fluctuation mechanism 30 moves the reflection mirror 13
As shown by an arrow 73, the mechanism is for changing the direction in a direction parallel to the optical path 21. The mechanism is mainly composed of a piezo element to which the reflection mirror 13 is fixed and a driving circuit for the piezo element. The driving circuit in the minute fluctuation mechanism 30 includes:
At the time of measurement, the computer 47 supplies drive profile designation data that defines the correspondence between the control voltage (the amount of movement of the reflection mirror 13) to be supplied to the piezo element and time. The drive circuit in the minute fluctuation mechanism 30 according to the first embodiment includes the reflection mirror 1 as drive profile designation data.
3 is configured to receive three types of data that result in a sine wave, a triangular wave, and a sawtooth movement, and the drive circuit, when instructed to start operation by the computer 47, Control of the piezo element (position control of the reflection mirror 13) according to the drive profile designation data is started. At this time, the driving circuit
The piezo element is driven such that the center position of the vibration operation of (1) is the reference position (the position of the reflection mirror 13 when no voltage is applied to the piezo element).

【0033】位置センサ50は、部材35に対して固定
されたセンサであり、自身と反射ミラー13の距離に応
じたレベルの信号、すなわち、微小変動機構30による
反射ミラー13の変位のみに応じた信号(以下、変位信
号と表記する)を出力する。図示してあるように、位置
センサ50が出力する変位信号は、信号復調回路46内
の同期同調検出器43に供給されている。
The position sensor 50 is a sensor fixed to the member 35 and has a signal of a level corresponding to the distance between itself and the reflection mirror 13, that is, only a displacement of the reflection mirror 13 by the minute fluctuation mechanism 30. A signal (hereinafter, referred to as a displacement signal) is output. As shown, the displacement signal output by the position sensor 50 is supplied to a synchronous tuning detector 43 in the signal demodulation circuit 46.

【0034】測定光が射出される光路22上には、測定
光用光学系14が設けられている。測定光用光学系14
は、測定光を平行光化するためのレンズ系33aと、平
行光を、焦点を結ぶ光に変換するためのレンズ系33b
と、レンズ系33bの位置を制御することによって、測
定対象試料1内での焦点の位置を変える焦点位置制御機
構32を備える。また、図示は、省略したが、測定光用
光学系14内には、測定光の導入位置(測定部位)を、
光路22と垂直な面上で、2次元的に変化させるための
測定光走査機構も設けられている。
An optical system for measuring light 14 is provided on an optical path 22 from which the measuring light is emitted. Optical system for measuring light 14
Are a lens system 33a for converting the measurement light into a parallel light, and a lens system 33b for converting the parallel light into light for focusing.
And a focus position control mechanism 32 that controls the position of the lens system 33b to change the position of the focus within the sample 1 to be measured. Although illustration is omitted, the measurement light introduction position (measurement site) is set in the measurement light optical system 14.
A measurement light scanning mechanism for changing two-dimensionally on a plane perpendicular to the optical path 22 is also provided.

【0035】焦点位置制御機構32は、移動機構31か
らの中心位置信号のレベルに応じた深さの測定点に測定
光の焦点が位置するよう、矢印74で示した方向に、レ
ンズ系33bの位置を制御する。すなわち、焦点位置制
御機構32は、移動機構による部材35(反射ミラー1
3)の移動距離と等しい距離分、レンズ系33bの位置
を移動する。測定光走査機構は、コンピュータ47から
与えられる制御コマンドに従って、測定光の測定対象試
料1への導入位置を変更する(詳細は後述)。
The focus position control mechanism 32 moves the lens system 33b in the direction indicated by the arrow 74 so that the focus of the measurement light is located at a measurement point having a depth corresponding to the level of the center position signal from the movement mechanism 31. Control the position. That is, the focus position control mechanism 32 is configured to move the member 35 (the reflection mirror 1
The position of the lens system 33b is moved by a distance equal to the movement distance of 3). The measurement light scanning mechanism changes the position where measurement light is introduced into the measurement target sample 1 according to a control command given from the computer 47 (details will be described later).

【0036】光合分波器11の光路23側には、干渉光
の強度を検出するための検出器40が設けられている。
なお、本実施形態では、検出器40として、アバランシ
ェフォトダイオード(APD)を用いた検出器を採用し
ている。検出器40の後段には、増幅器41と、信号復
調回路46が設けられている。増幅器41は、電流信号
を電圧信号に変換するとともに増幅する回路であり、検
出器40に入射された干渉光のレベルに応じた電圧信号
を出力する。
On the optical path 23 side of the optical multiplexer / demultiplexer 11, a detector 40 for detecting the intensity of the interference light is provided.
In this embodiment, a detector using an avalanche photodiode (APD) is employed as the detector 40. An amplifier 41 and a signal demodulation circuit 46 are provided downstream of the detector 40. The amplifier 41 is a circuit that converts the current signal into a voltage signal and amplifies the voltage signal, and outputs a voltage signal corresponding to the level of the interference light incident on the detector 40.

【0037】信号復調回路46は、帯域通過フィルタ4
2と同期同調検出回路43と積分器44とA/D変換器
45とからなる。帯域通過フィルタ42は、所定の周波
数範囲の信号成分のみを通過するフィルタであり、増幅
器41の出力信号からノイズ成分(測定対象試料に関す
る情報が含まれない周波数成分)を取り除いた信号を出
力する。同期同調検出器43は、帯域通過フィルタ42
から入力される信号に対して、位置センサ50からの変
位信号を用いた同期同調検出を行い、積分器44は、同
期同調検出器43の出力を積分した信号を出力する。A
/D変換器45は、コンピュータ47からデータサンプ
リング指示を受けたときに、積分器33からの信号を、
デジタル信号に変換して、コンピュータ47に供給す
る。
The signal demodulation circuit 46 includes the band-pass filter 4
2, a synchronous tuning detection circuit 43, an integrator 44, and an A / D converter 45. The band-pass filter 42 is a filter that passes only a signal component in a predetermined frequency range, and outputs a signal obtained by removing a noise component (a frequency component that does not include information on a sample to be measured) from an output signal of the amplifier 41. The synchronous tuning detector 43 includes a band-pass filter 42.
, Synchronous detection is performed using the displacement signal from the position sensor 50, and the integrator 44 outputs a signal obtained by integrating the output of the synchronous tuning detector 43. A
When receiving a data sampling instruction from the computer 47, the / D converter 45 converts the signal from the integrator 33 into
The signal is converted into a digital signal and supplied to the computer 47.

【0038】コンピュータ47には、測定シーケンスフ
ァイル作成プログラム、測定プログラム、データ処理プ
ログラム等が記憶されている。測定シーケンスファイル
作成プログラムは、測定すべき点に関する3次元座標デ
ータと、各測定点の測定時間指定データと、駆動プロフ
ァイル指定データが記憶された測定シーケンスファイル
を、対話形式で作成するためのプログラムとなってい
る。測定プログラムは、測定を実際に行う際に起動され
るプログラムであり、測定プログラムが起動された場
合、コンピュータ47は、操作者によって指定された測
定シーケンスファイル内のデータに基づき、測定を行う
べき測定点の位置、測定順を認識し、各測定点に関する
光学特性データを測定していく。そして、測定結果が記
憶された測定データファイルを作成し、測定プログラム
を終了する。また、データ処理プログラムは、測定デー
タファイルに記憶されたデータを、2次元像や3次元
像、あるいは、生データの形で、モニタ48あるいはプ
リンタ49に出力させるためのプログラムとなってい
る。
The computer 47 stores a measurement sequence file creation program, a measurement program, a data processing program, and the like. The program for creating a measurement sequence file includes a program for interactively creating a measurement sequence file in which three-dimensional coordinate data relating to a point to be measured, measurement time designation data of each measurement point, and drive profile designation data are stored. Has become. The measurement program is a program that is started when the measurement is actually performed. When the measurement program is started, the computer 47 performs the measurement to be performed based on the data in the measurement sequence file specified by the operator. The positions of the points and the measurement order are recognized, and the optical characteristic data for each measurement point is measured. Then, a measurement data file storing the measurement results is created, and the measurement program ends. The data processing program is a program for outputting the data stored in the measurement data file to the monitor 48 or the printer 49 in the form of a two-dimensional image, a three-dimensional image, or raw data.

【0039】以下、第1実施形態の光学測定装置の総合
的な動作を説明する。本光学測定装置を用いて測定を行
う者(操作者)は、実際の測定に先駆けて、測定シーケ
ンスファイル作成プログラムを走らせることにより、測
定を行いたい複数の測定点の3次元座標データx,y,
z(zは、測定点の深さ方向の座標であり、x,yは、
深さ方向に垂直な平面における測定点の座標)と、各測
定点の測定時間指定データtと、駆動プロファイル指定
データが記憶された、幾つか(少なくとも1つ)の測定
シーケンスファイルを作成し、コンピュータ47内部に
格納しておく。なお、コンピュータ47内には、駆動プ
ロファイル指定データとして使用できる、反射ミラー1
3の運動による参照光光路長の変動幅が、短コヒーレン
ト長光のコヒーレント長以下になるようにその内容が設
定されたデータや、当該変動幅が数百μmとなるデータ
など、幾つかの標準データが用意されており、操作者
は、通常、それらの標準データの中から、測定の目的に
応じたデータ(詳細は後述)を選択することによって、
測定シーケンスファイルを作成する。
The overall operation of the optical measuring device according to the first embodiment will be described below. Prior to the actual measurement, the person (operator) who performs measurement using the optical measurement apparatus runs the measurement sequence file creation program, thereby obtaining three-dimensional coordinate data x, x, of a plurality of measurement points to be measured. y,
z (z is the coordinate of the measurement point in the depth direction, and x and y are
Creating several (at least one) measurement sequence files in which the measurement point coordinates on the plane perpendicular to the depth direction, the measurement time designation data t of each measurement point, and the drive profile designation data are stored; It is stored inside the computer 47. The computer 47 has a reflection mirror 1 that can be used as drive profile designation data.
Some standard data such as data whose contents are set so that the fluctuation width of the reference light path length due to the motion of 3 is equal to or less than the coherent length of the short coherent long light, and data whose fluctuation width is several hundred μm. Data is prepared, and the operator usually selects data (details will be described later) from those standard data according to the purpose of the measurement.
Create a measurement sequence file.

【0040】そして、操作者は、実際に測定を開始する
際に、測定プログラムを走らせる。測定プログラムに従
った動作を開始したコンピュータ47は、まず、移動機
構31、測定光光学系14内の測定光走査機構に対し
て、それぞれ、イニシャライズ命令を出すことによっ
て、移動機構31、測定光走査機構の状態を基準状態と
する。すなわち、移動機構31を制御することによっ
て、反射ミラー13の位置Zを基準位置z0に移動させ
るともに、測定光走査機構を制御することによって、測
定光が導入される位置(X,Y)が基準位置(x0
0)となるようにする。
Then, the operator runs the measurement program when actually starting the measurement. The computer 47, which has started the operation according to the measurement program, first issues an initialization command to the moving mechanism 31 and the measuring light scanning mechanism in the measuring light optical system 14, thereby causing the moving mechanism 31, the measuring light scanning The state of the mechanism is set as a reference state. That is, by controlling the moving mechanism 31, both moving the position Z of the reflecting mirror 13 to the reference position z 0, by controlling the measurement light scanning mechanism, the position (X, Y) of the measurement light is introduced Reference position (x 0 ,
y 0 ).

【0041】次いで、コンピュータ47は、操作者から
の測定シーケンスファイル名入力を待機する状態に移行
する。そして、測定シーケンスファイル名が入力された
ときには、指定された測定シーケンスファイルに記憶さ
れた、Nmax個の座標データxi、yi、ziと時間情報t
i(i=1〜Nmax)と、駆動プロファイル指定データを
読み出す。次いで、コンピュータ47は、駆動プロファ
イル指定データを微少変動機構30内の駆動回路に通知
し、操作者によって、測定の開始を指示する操作がなさ
れるのを待機する。
Next, the computer 47 shifts to a state of waiting for input of a measurement sequence file name from the operator. When the measurement sequence file name is input, stored in the specified measurement sequence file, Nmax pieces of the coordinate data x i, y i, z i and time information t
i (i = 1 to Nmax) and drive profile designation data are read. Next, the computer 47 notifies the drive circuit in the minute fluctuation mechanism 30 of the drive profile designation data, and waits for an operation to instruct the start of measurement by the operator.

【0042】一方、操作者は、測定プログラムを走らせ
た後、使用する測定シーケンスファイル名を入力すると
ともに、光源15をオンとして測定光が照射される位置
を確認しつつ、測定対象試料1(本装置では、被検者の
眼、あるいは被検眼)の位置や、光学測定装置の位置を
調整することによって、測定対象試料1と光学測定装置
の相対位置関係が、所定の位置関係をとるようにする。
そして、位置関係の調整が終わったときに、光源15を
オフとし、コンピュータ47に、測定の開始を指示す
る。
On the other hand, after running the measurement program, the operator inputs the name of the measurement sequence file to be used, and turns on the light source 15 to check the position to be irradiated with the measurement light. The apparatus adjusts the position of the subject's eye or the subject's eye) and the position of the optical measuring device so that the relative positional relationship between the sample 1 to be measured and the optical measuring device takes a predetermined positional relationship. I do.
When the adjustment of the positional relationship is completed, the light source 15 is turned off, and the computer 47 is instructed to start measurement.

【0043】測定の開始を指示されたコンピュータ47
は、図2に示した流れ図に従って動作する。すなわち、
コンピュータ47は、まず、変数iに“1”をセット
(ステップS101)し、光源10(測定用光源)に、
動作開始(短コヒーレント長光の発生開始)を指示する
(ステップS102)。次いで、コンピュータ47は、
測定光用光学系14内の測定光走査機構に対して、測定
光導入位置を、位置(xi,yi)に変更することを指示す
る(ステップS103)。さらに、コンピュータ47
は、移動機構31に対して、部材35の位置(反射ミラ
ー13の中心位置)を、位置ziへ移動することを指示
する(ステップS104)。なお、流れ図への表記は省
略したが、位置(xi,yi)を変更する必要がなかった場
合、すなわち、xi=xi-1、かつ、yi=yi-1であった
場合、コンピュータ47は、測定光用光学系14への指
示を出すことなくステップS103を終了する(ステッ
プS104に進む)。同様に、位置ziを変更する必要
がなかった場合(zi=zi-1であった場合)、コンピュ
ータ47は、移動機構31への指示を出すことなくステ
ップS104を終了する。
Computer 47 instructed to start measurement
Operates according to the flowchart shown in FIG. That is,
The computer 47 first sets “1” to a variable i (step S101), and sets the light source 10 (light source for measurement) to:
An operation start (start of generation of short coherent long light) is instructed (step S102). Next, the computer 47
The measuring light measuring optical scanning mechanism of the optical system 14, the measurement light introducing position, the position (x i, y i) for instructing to change (step S103). Further, the computer 47
To the mobile mechanism 31, the position of the member 35 (the center position of the reflecting mirror 13), for instructing to move to a position z i (step S104). Although not shown in the flowchart, the position (x i , y i ) did not need to be changed, that is, x i = x i-1 and y i = y i-1 . In this case, the computer 47 ends step S103 without issuing an instruction to the measurement light optical system 14 (proceeds to step S104). Similarly, when it is not necessary to change the position z i (when z i = z i−1 ), the computer 47 ends step S104 without issuing an instruction to the moving mechanism 31.

【0044】ステップS104の終了後、コンピュータ
47は、指示を出した機器から、位置の変更が完了した
ことを示す情報が入力されるのを待機(ステップS10
5)する(指示を出した機器がない場合には、情報入力
を待機することなく、ステップS105を終了する)。
そして、指示を出した機器(移動機構31と測定光用光
学系14のいずれか、あるいは、両方)から、当該通知
を受けた際(ステップS105;Y)に、微少変動機構
30内の駆動回路に対して、動作の開始を指示(ステッ
プS106)する。そして、A/D変換器45からデー
タを周期的に取得する処理を開始し、取得した各データ
を、i番目の測定点に関するデータとして記憶していく
(ステップS107)。すなわち、A/D変換器45か
らデータを、座標(xi,yi,zi)に関連づけて記憶し
ていく。そして、そのような処理を、時間tiの間、行
った後に、ステップS107を終了する。
After the end of step S104, the computer 47 waits for input of information indicating that the position change has been completed from the device that issued the instruction (step S10).
5) Do (if there is no device that has issued the instruction, end step S105 without waiting for information input).
Then, when the notification is received from the device that issued the instruction (either or both of the moving mechanism 31 and the optical system for measurement light 14) (step S <b>105; Y), the drive circuit in the minute fluctuation mechanism 30. Is instructed to start the operation (step S106). Then, a process of periodically acquiring data from the A / D converter 45 is started, and each acquired data is stored as data relating to the i-th measurement point (step S107). That is, the data from the A / D converter 45 is stored in association with the coordinates (x i , y i , z i ). Then, after such processing is performed for the time t i , the step S107 ends.

【0045】ステップS107の終了後、コンピュータ
47は、微小変動機構30に対して、動作の停止を指示
(ステップS108)する。次いで、変数iの内容を、
“1”インクリメント(ステップS109)して、i≦
Nmaxであった場合(ステップS110;Y)には、次
の測定点に対する測定を行うために、ステップS103
からの処理を、再度、実行する。一方、i>Nmaxであ
った場合(ステップS110;N)、コンピュータ47
は、測定用光源10に対して、動作の停止を指示(ステ
ップS111)して、図示した処理を終了する。
After the end of step S107, the computer 47 instructs the minute fluctuation mechanism 30 to stop the operation (step S108). Next, the content of the variable i is
By incrementing “1” (step S109), i ≦
If it is Nmax (step S110; Y), step S103 is performed to perform measurement at the next measurement point.
Is executed again. On the other hand, if i> Nmax (step S110; N), the computer 47
Instructs the measurement light source 10 to stop the operation (step S111), and ends the illustrated processing.

【0046】ここで、図3を用いて、測定シーケンスフ
ァイル内に、“1”〜“4”番目の測定点の座標データ
として、それぞれ、x,yが、x0、y0であり、zのみ
が異なるデータ(ただし、z0<z1<z2<z3<z4
が、駆動プロファイル指定データとして、参照光光路長
の変動幅が、比較的、小さな値に設定されたデータが含
まれていた場合を例に、測定の開始が指示された後のコ
ンピュータ47の制御動作、並びに、当該制御動作の結
果として、各部が実行する動作の補足説明を行ってお
く。なお、駆動プロファイル指示データは、正弦波状に
反射ミラー16を運動させるデータであり、当該データ
の微少変動機構への通知は既に完了しているものとす
る。また、測定シーケンスファイル内には、時間情報t
1〜t4として、同じデータtsが記憶されていたものと
する。
Here, referring to FIG. 3, x and y are x 0 and y 0 , respectively, as coordinate data of the “1” to “4” th measurement points in the measurement sequence file. only different data (however, z 0 <z 1 <z 2 <z 3 <z 4)
However, the control of the computer 47 after the start of the measurement is instructed, as an example, in the case where the variation width of the reference light path length is set to a relatively small value is included as the drive profile designation data. The operation and a supplementary explanation of the operation performed by each unit as a result of the control operation will be described. The drive profile instruction data is data for moving the reflection mirror 16 in a sine wave shape, and it is assumed that the notification of the data to the minute fluctuation mechanism has already been completed. Further, the time information t is included in the measurement sequence file.
As 1 ~t 4, the same data t s is assumed to have been stored.

【0047】このような状況下、時刻T1において、測
定の開始が指示された場合、コンピュータ47は、ま
ず、移動機構31に、反射ミラー13の中心位置の位置
1への移動を指示する。その結果、移動機構31は、
図3(b)に示したように、中心位置が位置z0にある
反射ミラー13を位置z1に移動し、移動が完了した時
刻T2に、その旨をコンピュータ47に通知する。ま
た、当該移動が完了した際には、移動機構31が出力す
る中心位置信号を受けた焦点位置制御機構32によっ
て、測定光のビームウェスト位置が、座標z1に移動さ
れることにもなる。移動の完了の通知を受けたコンピュ
ータ47は、微少変動機構30内の駆動回路に動作の開
始を指示するので、駆動回路は、与えられている駆動プ
ロファイル指示データに従ったピエゾ素子の制御を開始
する。その結果、図3(a)に示してあるように、参照
ミラー13は、基準位置からの変位が、ゼロを中心とし
て正弦波状に変化するような振動を開始する。また、微
少変動機構30が動作している間、駆動機構31は、図
3(b)に示してあるように、参照ミラー13の中心位
置座標を同じ座標z1に維持し続ける。このため、図3
(c)に示してあるように、反射ミラー13の実座標
も、座標z1を中心として変化することになる。
In such a situation, when the start of the measurement is instructed at time T 1 , the computer 47 first instructs the moving mechanism 31 to move the center position of the reflection mirror 13 to the position z 1 . . As a result, the moving mechanism 31
As shown in FIG. 3 (b), the center position is moved to the reflecting mirror 13 at a position z 0 at the position z 1, the time T 2, the move is completed, notifies the computer 47. Further, when the the mobile is completed, the focal position control mechanism 32 which receives the center position signal moving mechanism 31 outputs, the beam waist positions of the measuring light, also will be moved to the coordinate z 1. The computer 47, having received the notification of the completion of the movement, instructs the drive circuit in the minute fluctuation mechanism 30 to start the operation, so that the drive circuit starts controlling the piezo element according to the given drive profile instruction data. I do. As a result, as shown in FIG. 3A, the reference mirror 13 starts to vibrate such that the displacement from the reference position changes sinusoidally around zero. Also, while the small fluctuation mechanism 30 is operating, drive mechanism 31, as is shown in FIG. 3 (b), maintains the center position coordinates of the reference mirror 13 in the same coordinate z 1. For this reason, FIG.
As is shown (c), the actual coordinates of the reflecting mirror 13 also changes around the coordinate z 1.

【0048】さて、このような形で振動している反射ミ
ラー13で反射された参照光には、参照ミラー13の微
小変動の周波数に応じた変調が施され、光合分波器11
には、変調が施された参照光と、測定対象試料1内の各
所で反射、散乱された測定光とが入射されることにな
る。測定光は、短コヒーレント長光であるので、反射ミ
ラー13からの参照光と干渉するのは、参照ミラー13
の実座標に応じた深さの点で反射あるいは散乱された測
定光のみである。このため、光合分波器11で合波され
た光に含まれる強度変調成分は、測定対象試料1内の、
その時点における参照光の光路長に対応する箇所の光学
特性のみを表すものとなっている。
The reference light reflected by the reflecting mirror 13 vibrating in such a manner is subjected to modulation in accordance with the frequency of minute fluctuation of the reference mirror 13, and
In this case, the modulated reference light and the measurement light reflected and scattered at various points in the sample 1 to be measured are incident. Since the measurement light is a short coherent long light, the light that interferes with the reference light from the reflection mirror 13
Is only the measurement light reflected or scattered at a point at a depth corresponding to the actual coordinates of. For this reason, the intensity modulation component included in the light multiplexed by the optical multiplexer / demultiplexer 11 is
Only the optical characteristics of the portion corresponding to the optical path length of the reference light at that time are shown.

【0049】ただし、図3に示した例では、反射ミラー
13の移動速度が連続的に変化しているため、当該強度
変調成分は、多数の周波数成分を含んでいる。しかしな
がら、第1実施形態の光学測定装置では、位置センサ5
0の出力を用いた同期同調検波を行っているので、積分
器44の出力が、そのまま、測定点の光学特性を示すデ
ータとなっている。このため、コンピュータ47は、積
分器44の出力を、時間tsの間、周期的に収集し、収
集したデータを、1番目の測定点に関するデータとして
記憶する。そして、コンピュータ47は、時刻T3(=
2+ts)に、データ収集を完了し、次の測定点に関す
る測定を行うために、同様の制御を繰り返していく。
However, in the example shown in FIG. 3, since the moving speed of the reflection mirror 13 is continuously changing, the intensity modulation component includes many frequency components. However, in the optical measuring device of the first embodiment, the position sensor 5
Since the synchronous tuning detection using the output of 0 is performed, the output of the integrator 44 is the data indicating the optical characteristic of the measurement point as it is. For this reason, the computer 47 periodically collects the output of the integrator 44 during the time t s and stores the collected data as data relating to the first measurement point. Then, the computer 47 sets the time T 3 (=
At T 2 + t s ), the same control is repeated in order to complete data collection and perform measurement for the next measurement point.

【0050】このように、第1実施形態の光学測定装置
では、参照ミラーの中心位置を固定した形で、しかも、
参照光の光路長の変化量が指定した値以下となるような
状態で、試料の光学特性の測定が行われる。このため、
参照光の光路長の変化量が、短コヒーレント長光のコヒ
ーレント長程度あるいはそれ以下となるように、測定シ
ーケンスファイルを作成しておけば、短コヒーレント長
光のコヒーレント長によって定まる分解能を低下させる
ことなく、測定対象試料の測定が行えることになる。
As described above, in the optical measuring device according to the first embodiment, the center position of the reference mirror is fixed, and
The optical characteristics of the sample are measured in a state where the amount of change in the optical path length of the reference light is equal to or less than a specified value. For this reason,
If a measurement sequence file is created so that the amount of change in the optical path length of the reference light is about the coherent length of the short coherent long light or less, the resolution determined by the coherent length of the short coherent long light can be reduced. Thus, the measurement of the sample to be measured can be performed.

【0051】また、参照光の光路長の変化量が比較的大
きくなるような測定シーケンスファイルを作成しておけ
ば、測定対象試料の構造の概要測定を行うことも出来る
ので、本光学測定装置によれば、そのような概要測定
と、その概要測定で詳細な測定が必要であることが判明
した箇所のみの高分解能測定により、測定対象試料に関
する測定を完了させることも出来る。
By creating a measurement sequence file in which the amount of change in the optical path length of the reference light is relatively large, a general measurement of the structure of the sample to be measured can be performed. According to this, the measurement relating to the sample to be measured can be completed by such a general measurement and the high-resolution measurement of only the portion where it is determined that the detailed measurement is necessary in the general measurement.

【0052】例えば、人眼が測定対象試料であるときに
は、網膜や角膜に関しては微細構造の測定(すなわち、
高い空間分解能での測定)が必要とされることが多い。
しかしながら、硝子体、水晶体は、光学的には単層の構
造をしているので、これらの部分に関しては、内部に混
濁物が存在していないことが確認できれば良い。この確
認のために必要とされる情報は、測定対象領域(例え
ば、硝子体)を分割した幾つかの領域内の物質の平均的
な光学特性データだけである。すなわち、そのような光
学特性データが得られれば、各光学特性データが標準的
なデータ(あるいは隣りの領域の光学特性データ)と異
なっているか否かを判断することによって混濁物の有無
を判断できる。
For example, when the human eye is a sample to be measured, the fine structure of the retina and the cornea is measured (ie,
Measurement with high spatial resolution) is often required.
However, since the vitreous body and the lens have an optically single-layer structure, it is sufficient to confirm that no turbid material exists inside these portions. The information required for this confirmation is only the average optical property data of the substances in several regions obtained by dividing the measurement target region (for example, the vitreous body). That is, if such optical characteristic data is obtained, the presence or absence of a turbid substance can be determined by determining whether each optical characteristic data is different from standard data (or optical characteristic data of an adjacent area). .

【0053】このため、本光学測定装置を用いて、硝子
体などを測定する際には、数百μm程度の間隔で測定が
行われるようにするとともに、参照光の光路長の変化量
をその間隔に応じたものにしておけば、短時間の間に、
混濁物の有無が確認できることになる。なお、混濁物が
存在していることが確認された場合には、参照光の光路
長の変化量を小さな値に設定して、再度、その混濁物の
存在が確認された領域に関する測定を行えば良い。
For this reason, when measuring the vitreous body or the like using the present optical measuring device, the measurement is performed at intervals of about several hundred μm, and the amount of change in the optical path length of the reference light is measured. If you set it according to the interval, in a short time,
The presence or absence of turbidity can be confirmed. If it is confirmed that a turbid substance exists, the change amount of the optical path length of the reference light is set to a small value, and the measurement is again performed on the area where the presence of the turbid substance is confirmed. Good.

【0054】このように、本光学測定装置は、参照光の
光路長の変化量を指定できるよう構成されているので、
本光学測定装置を用いれば、各種の測定を、その測定の
目的に応じた形態で行うことが出来る。
As described above, the present optical measuring apparatus is configured so that the amount of change in the optical path length of the reference light can be specified.
By using the present optical measurement device, various measurements can be performed in a form according to the purpose of the measurement.

【0055】また、反射光強度が弱い部分の測定時間だ
けを、長く設定することが可能であるので、装置に無駄
な動作を行わせることなく、各部の光学特性を正確に測
定することが出来る。さらに、測定点の深さが変化した
とき(参照光の光路長が変化したとき)には、その変化
に追従して、測定光の焦点の位置が制御されるので、測
定点の深さが変わっても、横方向の分解能は常に等しく
なっている。このため、本光学測定装置を用いれば、高
精度の2、3次元像を得ることが出来る。
Further, since it is possible to set only a long measurement time for a portion where the reflected light intensity is weak, it is possible to accurately measure the optical characteristics of each part without causing the apparatus to perform unnecessary operations. . Further, when the depth of the measurement point changes (when the optical path length of the reference light changes), the position of the focal point of the measurement light is controlled according to the change, so that the depth of the measurement point is reduced. Even if it changes, the horizontal resolution is always equal. For this reason, a highly accurate two- or three-dimensional image can be obtained by using the present optical measurement device.

【0056】なお、本光学測定装置において、干渉光か
ら強度変調成分を取り出すために使用できる回路は、図
1に示した信号復調回路46に限られるものではない。
例えば、信号復調回路46に相当する部分に、図4に示
した回路を採用することも出来る。すなわち、信号復調
回路46から、同期同調検出器43、積分器44を取り
除き、帯域通過フィルタ42の出力を、A/D変換器4
5に直結した回路462を用いることも出来る。ただ
し、この場合、測定対象試料1の光学特性を表すデータ
が、直接、A/D変換器45から出力されなくなるの
で、測定プログラムを、図2に示した処理の完了後(あ
るいは当該処理の実行と並行して)、各測定点に関して
収集されたデータの周波数分析(FFT等)を行って、
光学特性データが求められるプログラムとしておく。当
然、当該プログラムは、駆動プロファイル指示データに
応じた周波数分析が行われるプログラムとしておく。
The circuit that can be used to extract the intensity modulation component from the interference light in the present optical measurement apparatus is not limited to the signal demodulation circuit 46 shown in FIG.
For example, the circuit shown in FIG. 4 can be employed for a portion corresponding to the signal demodulation circuit 46. That is, the synchronous tuning detector 43 and the integrator 44 are removed from the signal demodulation circuit 46, and the output of the band-pass filter 42 is output to the A / D converter 4
The circuit 46 2 which is directly connected to 5 can also be used. However, in this case, since the data representing the optical characteristics of the sample 1 to be measured is not output directly from the A / D converter 45, the measurement program is executed after the completion of the processing shown in FIG. In parallel), perform a frequency analysis (FFT, etc.) of the data collected for each measurement point,
It is a program that requires optical characteristic data. Naturally, the program is a program for performing a frequency analysis according to the drive profile instruction data.

【0057】例えば、反射ミラー13の位置を、正弦波
状に変化させる駆動プロファイル指示データに対して
は、次式(1)で示されるパワースペクトラムが得られ
ることになるので、角周波数ωr、2ωr等の成分の大き
さを、FFT等により求めるルーチンが実行されるよう
にしておく。なお、(1)式において、Jnは、n次の
ベッセル関数、kは、2π/λ、Laは、反射ミラー1
3の振動運動(微小振動)の振幅、ωrは、微小振動の
各周波数、tMは、測定時間である。
For example, with respect to drive profile instruction data for changing the position of the reflection mirror 13 in a sinusoidal manner, a power spectrum represented by the following equation (1) is obtained, so that the angular frequencies ω r , 2ω A routine for obtaining the size of a component such as r by FFT or the like is executed. Note that in equation (1), J n is n Bessel function, k is 2 [pi / lambda, L a is a reflecting mirror 1
The amplitude of the vibration motion (micro vibration) of No. 3, ω r is each frequency of the micro vibration, and t M is the measurement time.

【0058】[0058]

【数1】 (Equation 1)

【0059】ちなみに、ベッセル関数Jn(x)は、図
5に示したような関数であるため、2kLaを任意の値
にした場合、パワースペクトルに、係数J0(2kLa)を
持つ成分、すなわち、直流成分が含まれることになる。
この直流成分を、ノイズに含まれる直流成分と弁別する
ことは不可能であるため、係数J0(2kLa)を持つ成分
を、光学特性値の算出のために用いることはできない。
従って、正弦波状に、反射ミラー13を振動させる際に
は、J0(2kLa)が“0”をとるように、2kLaを選
択することによって、他の角周波数の信号の相対的な強
度を上げておくことが望ましい。例えば、第1実施形態
の光学測定装置のように、短コヒーレント長光として、
波長λが830nmの光を用いる場合には、J0(2kL
a)が“0”となる2kLaの値は、およそ2.405で
あるので、Laがおよそ158.9nm(=2.405
×λ/4π)となるように、反射ミラーを振動させるこ
とが望ましい。なお、このように反射ミラーを振動させ
た場合、パワースペクトルは、図6に示したものとな
る。
Since the Bessel function J n (x) is a function as shown in FIG. 5, when 2 kL a is set to an arbitrary value, a component having a coefficient J 0 (2 kL a ) in the power spectrum is obtained. That is, a DC component is included.
Since it is impossible to distinguish this DC component from the DC component included in the noise, the component having the coefficient J 0 (2 kL a ) cannot be used for calculating the optical characteristic value.
Therefore, sinusoidally, when vibrating the reflective mirror 13, to assume a J 0 (2kL a) is "0", by selecting 2kL a, relative to the other of the angular frequency of the signal strength It is desirable to raise. For example, as in the optical measuring device of the first embodiment, as short coherent long light,
When light with a wavelength λ of 830 nm is used, J 0 (2 kL
The value of 2kL a which a) is "0", since it is approximately 2.405, L a is approximately 158.9nm (= 2.405
× λ / 4π) is desirable to vibrate the reflection mirror. When the reflecting mirror is vibrated in this manner, the power spectrum is as shown in FIG.

【0060】また、反射ミラー13の位置を、三角波状
に変化させる駆動プロファイル指示データに対しては、
次式(2)及び図7に示したパワースペクトルが得られ
ることになる。なお、(2)式において、kは、2π/
λ、Laは、三角波の振幅、Tは、三角波の周期、f
rは、1/Tである。
Further, with respect to the drive profile instruction data for changing the position of the reflection mirror 13 in a triangular waveform,
The power spectrum shown in the following equation (2) and FIG. 7 is obtained. In the equation (2), k is 2π /
lambda, L a is the amplitude of the triangular wave, T is the period of the triangular wave, f
r is 1 / T.

【0061】[0061]

【数2】 (Equation 2)

【0062】このように、三角波状に反射ミラー13を
振動させた場合には、反射ミラー13の移動速度に比例
する角周波数8kLarがピークとなるパワースペクト
ルが得られるので、当該角周波数成分の大きさを、FF
T等により求めるルーチンが実行されるようにしてお
く。なお、そのような演算処理が行われる際に、位置セ
ンサ50の出力をも用いられるように(同期検波が行わ
れるように)しても良いことは当然である。
[0062] Thus, in the case of vibrating the reflective mirror 13 to the triangular waveform, since the power spectrum angular frequency 8kL a f r reaches a peak which is proportional to the moving speed of the reflection mirror 13 is obtained, the angular frequency The size of the component is FF
A routine to be determined by T or the like is executed. It should be noted that when such arithmetic processing is performed, the output of the position sensor 50 may be used (so that synchronous detection is performed).

【0063】また、反射ミラー13を三角波あるいは鋸
歯状にのみ振動させる場合には、信号復調回路46の代
わりに、図8に示した、帯域通過フィルタ423と整流
器75と積分器44と対数増幅器76とA/D変換器4
5からなる信号復調回路46 3を採用することも出来
る。
Further, the reflecting mirror 13 is turned into a triangular wave or
In the case of vibrating only in a tooth shape, the signal demodulation circuit 46 is used instead.
Instead, the band-pass filter 42 shown in FIG.ThreeAnd rectification
Unit 75, integrator 44, logarithmic amplifier 76, and A / D converter 4
5 signal demodulation circuit 46 ThreeCan also be adopted
You.

【0064】この信号復調回路463を構成する際に
は、帯域通過フィルタ423として、帯域フィルタ42
よりも極めて狭い通過帯域を有するフィルタを用いる。
そして、その通過帯域の中心波長と、干渉光に含まれる
強度変調成分の周波数とが一致するような速度で、反射
ミラー13を振動させる。このような条件下で光学測定
装置を動作させると、整流器75から、干渉光に含まれ
る強度変調成分の大きさに応じた信号が出力される。積
分器44は、当該信号を積分した信号を出力し、対数増
幅器76は、入力された信号のダイナミック・レンジを
調節して、A/D変換器45に供給する。このため、コ
ンピュータ47は、信号復調回路36が接続されている
ときと同様に、A/D変換器45の出力を記憶するだけ
で、各測定点に関する測定結果を収集できることにな
る。
[0064] When configuring the signal demodulating circuit 46 3, as a band-pass filter 42 3, a bandpass filter 42
A filter having an extremely narrow pass band is used.
Then, the reflecting mirror 13 is vibrated at such a speed that the center wavelength of the pass band coincides with the frequency of the intensity modulation component included in the interference light. When the optical measurement device is operated under such conditions, a signal corresponding to the magnitude of the intensity modulation component included in the interference light is output from the rectifier 75. The integrator 44 outputs a signal obtained by integrating the signal, and the logarithmic amplifier 76 adjusts the dynamic range of the input signal and supplies the signal to the A / D converter 45. Therefore, the computer 47 can collect the measurement results for each measurement point only by storing the output of the A / D converter 45, as in the case where the signal demodulation circuit 36 is connected.

【0065】また、反射ミラー13が正弦波状に振動す
る光学測定装置を構成する際には、図9に示したような
信号復調回路464を採用することができる。すなわ
ち、帯域通過フィルタ424A〜424C、同期同調検出器
43A〜43Cを、図示したように結線することによっ
て、干渉光に含まれる強度変調成分に含まれる角周波数
ωr成分、角周波数2ωr成分、角周波数3ωr成分の大
きさに応じた信号が、それぞれ、同期同調検出器43A
〜43Cから出力されるようにする。そして、同期同調
検出器43A〜43Cの後段に、それぞれ、入力される信
号に所定の増幅(対応するベッセル関数の値に応じた増
幅)を施した上で対数増幅する対数増幅器76A〜76C
を設ける。さらに、対数増幅器76A〜76Cの出力を加
算する加算器77を設け、加算器77の出力が、A/D
変換器45を介して、コンピュータ47に供給されるよ
うに、信号復調回路364を構成する。
[0065] Further, when the reflecting mirror 13 constitutes an optical measuring device that oscillates sinusoidally may employ a signal demodulating circuit 46 4 shown in FIG. That is, the band-pass filter 42 4A through 42 4C, synchronous tuning detector 43 A ~ 43 C, by connected as shown, the angular frequency omega r component contained in the intensity modulation component included in the interference light, the angular frequency A signal corresponding to the magnitude of the 2ω r component and the magnitude of the angular frequency 3ω r component is respectively output from the synchronous tuning detector 43 A
To be output from ~ 43 C. Then, in the subsequent stage of the synchronous tuning detector 43 A ~ 43 C, respectively, the logarithmic amplifiers 76 A ~ logarithmically amplified after applying a predetermined amplification (amplification in accordance with the value of the corresponding Bessel functions) to a signal input 76 C
Is provided. Furthermore, the provided adder 77 for adding the output of the logarithmic amplifier 76 A to 76 C, the output of the adder 77, A / D
Via the converter 45, to be supplied to the computer 47, constituting the signal demodulating circuit 36 4.

【0066】このような信号復調回路364を用いれ
ば、反射ミラー13が正弦波状に振動する装置であっ
て、FFT等の信号処理を行うことなく、正確な測定結
果が得られる光学測定装置が形成できることになる。な
お、図9では、増幅器の出力から、3成分のみを抽出し
ているが、さらに、多くの成分を抽出しても良いことは
当然である。
[0066] The use of such a signal demodulating circuit 36 4, an apparatus reflecting mirror 13 is vibrated sinusoidally, without performing signal processing such as FFT, the optical measuring device accurate results are obtained It can be formed. In FIG. 9, only three components are extracted from the output of the amplifier, but it goes without saying that more components may be extracted.

【0067】<第2実施形態>図10に、本発明の第2
実施形態による光学測定装置の構成を示す。第2実施形
態の光学測定装置は、第1実施形態の光学測定装置の各
光路を、光ファイバ(偏波保持光ファイバ)を用いて形
成した装置である。このため、第2実施形態の光学測定
装置では、ハーフミラーを利用した(強度分割型の)光
合波器17,光合分波器11の代わりに、分布結合型の
光合波器17′,光合分波器11′が用いられている。
第2実施形態の光学測定装置を構成する各要素は、第1
実施形態の対応する要素と全く同じ機能を有するもので
あるため、説明は省略する。
<Second Embodiment> FIG. 10 shows a second embodiment of the present invention.
1 shows a configuration of an optical measurement device according to an embodiment. The optical measuring device according to the second embodiment is a device in which each optical path of the optical measuring device according to the first embodiment is formed using an optical fiber (a polarization maintaining optical fiber). For this reason, in the optical measurement device of the second embodiment, instead of the optical multiplexer 17 and the optical multiplexer / demultiplexer 11 (of intensity division type) using a half mirror, a distribution-coupled optical multiplexer 17 'and an optical multiplexer / demultiplexer are used. A corrugator 11 'is used.
Each element constituting the optical measuring device of the second embodiment is the first component.
Since they have exactly the same functions as the corresponding elements of the embodiment, the description will be omitted.

【0068】このように、光ファイバを用いて光学測定
装置を形成した場合には、光学系の構築が比較的容易で
あり、また、小型化も可能となる。なお、第2実施形態
の光学測定装置は、偏波保持光ファイバを用いた構成さ
れているが、単一モード光ファイバを用いても良いこと
は当然である。ただし、単一モード光ファイバは、偏波
安定性が、偏波保持光ファイバに比して劣るので、単一
モード光ファイバを用いた場合、外乱や温度変化の影響
を受けやすい装置が形成されてしまう。このため、光フ
ァイバを用いて光学測定装置を構成する際には、偏波保
持光ファイバを用いることが望ましい。
As described above, when the optical measuring device is formed by using the optical fiber, the construction of the optical system is relatively easy, and the size can be reduced. Although the optical measuring device of the second embodiment is configured using the polarization maintaining optical fiber, it is obvious that a single mode optical fiber may be used. However, single-mode optical fibers are inferior in polarization stability to polarization-maintaining optical fibers.Therefore, when single-mode optical fibers are used, devices that are susceptible to disturbances and temperature changes are formed. Would. Therefore, it is desirable to use a polarization-maintaining optical fiber when configuring an optical measurement device using an optical fiber.

【0069】<第3実施形態>図11に、本発明の第3
実施形態による光学測定装置の構成を示す。図から明ら
かなように、第3実施形態の光学測定装置は、第1実施
形態の光学測定装置において、参照光変調機構71の代
わりに参照光変調機構71*を搭載した装置となってい
る。
<Third Embodiment> FIG. 11 shows a third embodiment of the present invention.
1 shows a configuration of an optical measurement device according to an embodiment. As is clear from the figure, the optical measurement device of the third embodiment is a device in which the reference light modulation mechanism 71 * is mounted instead of the reference light modulation mechanism 71 in the optical measurement device of the first embodiment.

【0070】図示してあるように、参照光変調機構71
*は、反射ミラー13と変動・移動機構30*と位置セン
サ50とからなる。変動・移動機構30*は、微少変動
機構30と同様に、ピエゾ素子とその駆動回路からな
る。ただし、変動・移動機構30*内のピエゾ素子は、
微少変動機構30内のピエゾ素子と比して、大きく反射
ミラー13の位置を変化させることができるもの(大き
な素子)となっている。
As shown, the reference light modulation mechanism 71
* Is composed of the reflection mirror 13, the movement / movement mechanism 30 *, and the position sensor 50. The fluctuation / movement mechanism 30 * is composed of a piezo element and its driving circuit, like the minute fluctuation mechanism 30. However, the piezo element in the fluctuation / movement mechanism 30 *
As compared with the piezo element in the minute fluctuation mechanism 30, the position of the reflection mirror 13 can be changed largely (large element).

【0071】また、変動・移動機構30*内の駆動回路
は、第1実施形態の光学測定装置内の移動機構31と微
少変動機構30が、それぞれ、コンピュータ47から受
けている制御コマンド等を、全て受け付ける回路となっ
ている。すなわち、当該駆動回路は、駆動プロファイル
指定データ、反射ミラー13の中心位置の移動を指示す
る制御コマンド、反射ミラー13の変動運動の開始を指
示する制御コマンド等を、受け付ける。そして、反射ミ
ラー13の中心位置の移動を指示する制御コマンドが入
力された場合、駆動回路は、当該制御コマンドで指定さ
れた位置に反射ミラー13が移動されるよう、ピエゾ素
子を制御する。また、反射ミラー13の変動運動の開始
を指示する制御コマンドが入力された場合には、その時
点における反射ミラー13の位置を中心として、反射ミ
ラー13が、駆動プロファイル指定データで指定された
運動をするように、ピエゾ素子を制御する。すなわち、
変動・移動機構30*内の駆動回路は、コンピュータ4
7の指示に従い、図3(c)の縦軸を電圧に読み替えた
ような制御信号をピエゾ素子に供給する。
The drive circuit in the fluctuation / movement mechanism 30 * is provided with a control command and the like which the movement mechanism 31 and the minute fluctuation mechanism 30 in the optical measuring device of the first embodiment respectively receive from the computer 47. It is a circuit that accepts all. That is, the drive circuit receives drive profile designation data, a control command for instructing movement of the center position of the reflection mirror 13, a control command for instructing the start of the fluctuation movement of the reflection mirror 13, and the like. When a control command instructing movement of the center position of the reflection mirror 13 is input, the drive circuit controls the piezo element so that the reflection mirror 13 is moved to the position specified by the control command. When a control command instructing the start of the fluctuating movement of the reflecting mirror 13 is input, the reflecting mirror 13 performs the movement specified by the drive profile specifying data around the position of the reflecting mirror 13 at that time. The piezo element is controlled so that That is,
The drive circuit in the fluctuation / movement mechanism 30 * is a computer 4
In accordance with the instruction of FIG. 7, a control signal in which the vertical axis of FIG. 3C is read as a voltage is supplied to the piezo element.

【0072】なお、参照光変調機構71*内には、部材
35に相当するものがないので、位置センサ50は、光
学測定装置の筐体に対して固定されており、その結果と
して、位置センサ50は、変位信号ではなく、反射ミラ
ー13の実際の位置を表す位置信号を出力するセンサと
して機能しており、同期同調検出器43は、その位置信
号を用いて、同期同調検出を行う。
Since there is no component equivalent to the member 35 in the reference light modulation mechanism 71 * , the position sensor 50 is fixed to the housing of the optical measuring device. Reference numeral 50 functions as a sensor that outputs a position signal indicating the actual position of the reflection mirror 13 instead of the displacement signal, and the synchronous tuning detector 43 performs synchronous tuning detection using the position signal.

【0073】このように、第3実施形態の光学測定装置
では、反射ミラー13の移動(測定点の深さの変更)と
参照光の変調が、1つの機構により実現されている。こ
のため、第3実施形態の光学測定装置は、第1実施形態
の光学測定装置に比して、安価に、構成できる装置とな
っている。また、小型化も容易な装置にもなっている。
As described above, in the optical measuring device of the third embodiment, the movement of the reflecting mirror 13 (change of the depth of the measuring point) and the modulation of the reference light are realized by one mechanism. For this reason, the optical measuring device according to the third embodiment is a device that can be configured at lower cost than the optical measuring device according to the first embodiment. In addition, the device can be easily miniaturized.

【0074】<第4実施形態>第4実施形態の光学測定
装置は、第2実施形態の光学測定装置を変形したもので
あり、第2実施形態の光学測定装置とは、異なる構成の
参照光変調機構を備える。
<Fourth Embodiment> An optical measuring device according to a fourth embodiment is a modification of the optical measuring device according to the second embodiment, and is different from the optical measuring device according to the second embodiment in reference light. A modulation mechanism is provided.

【0075】図12に、第4実施形態の光学測定装置が
備える参照光変調機構71″の構成を示す。図示したよ
うに、参照光変調機構71″には、光ファイバ21′か
らの参照光を平行光に変換するためのレンズ系81aが
設けられている。レンズ系81aからの平行光が入射さ
れる位置には、レンズ系81bと光ファイバ86が設け
られている。レンズ系81bと光ファイバ86は、駆動
機構85によってその位置が移動される部材89に対し
て固定されており、レンズ系81bは、レンズ系81a
からの平行光を集光して光ファイバ86に導入する。
FIG. 12 shows the structure of a reference light modulation mechanism 71 "provided in the optical measuring apparatus according to the fourth embodiment. As shown in the figure, the reference light modulation mechanism 71" has the reference light from the optical fiber 21 '. Is provided with a lens system 81a for converting the light into parallel light. The lens system 81b and the optical fiber 86 are provided at the position where the parallel light from the lens system 81a is incident. The lens system 81b and the optical fiber 86 are fixed to a member 89 whose position is moved by a driving mechanism 85, and the lens system 81b is
The parallel light from the light source is collected and introduced into the optical fiber 86.

【0076】光ファイバ86は、フォトカプラ82と接
続されている。フォトカプラ82には、円柱状のピエゾ
素子83に、その一部が巻き付けられた光ファイバ87
の両端が接続されており、光ファイバ86に導入された
光は、フォトカプラ82、光ファイバ87を通った後
に、再度、フォトカプラ82を通り、レンズ系81b、
81aを介して、光合分波器11′に至る。
The optical fiber 86 is connected to the photocoupler 82. An optical fiber 87 in which a part is wound around a cylindrical piezo element 83 is mounted on the photocoupler 82.
Are connected to each other, and the light introduced into the optical fiber 86 passes through the photocoupler 82 and the optical fiber 87, then passes through the photocoupler 82 again, and passes through the lens system 81b,
The light reaches the optical multiplexer / demultiplexer 11 'via 81a.

【0077】ピエゾ素子83には、ピエゾ素子駆動回路
84が電気的に接続されている。ピエゾ素子駆動回路8
4は、微少変動機構30内の駆動回路と同様に、コンピ
ュータ47からの駆動プロファイル指定データや、微少
変動の開始を指示する制御コマンドを受け付ける。そし
て、微少変動の開始を指示する制御コマンドが入力され
た場合には、やはり、微少変動機構30内の駆動回路と
同様に、駆動プロファイル指示データに応じた制御信号
をピエゾ素子83に対して供給する処理を開始する。そ
して、駆動機構85は、第2あるいは第1実施形態内の
駆動機構31と全く同じ動作を行う。すなわち、駆動機
構85は、コンピュータからの指示に従い、部材89を
移動することによって、レンズ系81aとレンズ系81
b間の距離、すなわち、参照光の光路長を変更する。な
お、レンズ系81aによって、光は平行光にされている
ので、レンズ系81aと81bの間隔が変わっても、測
定系、光学系に問題が生じることはない。
The piezo element 83 is electrically connected to a piezo element drive circuit 84. Piezo element drive circuit 8
4 receives drive profile designation data from the computer 47 and a control command for instructing the start of minute fluctuation, similarly to the drive circuit in the minute fluctuation mechanism 30. When a control command instructing the start of the minute fluctuation is input, a control signal corresponding to the drive profile instruction data is supplied to the piezo element 83, similarly to the drive circuit in the minute fluctuation mechanism 30. To start processing. Then, the drive mechanism 85 performs exactly the same operation as the drive mechanism 31 in the second or first embodiment. In other words, the driving mechanism 85 moves the member 89 in accordance with an instruction from the computer, thereby moving the lens system 81a and the lens system 81.
The distance between b, that is, the optical path length of the reference light is changed. Since the light is collimated by the lens system 81a, no problem occurs in the measurement system and the optical system even if the distance between the lens systems 81a and 81b is changed.

【0078】第4実施形態の光学測定装置では、ピエゾ
素子駆動回路84による制御の結果、光ファイバ87
の、ピエゾ素子83に巻き付けられた部分の長さが変動
するので、参照光に周波数変調が施されることになる。
従って、第4実施形態の光学測定装置は、第2実施形態
の光学測定装置と同様に機能することになる。
In the optical measuring device of the fourth embodiment, as a result of the control by the piezoelectric element driving circuit 84, the optical fiber 87
Since the length of the portion wound around the piezo element 83 varies, the reference light is frequency-modulated.
Therefore, the optical measuring device according to the fourth embodiment functions similarly to the optical measuring device according to the second embodiment.

【0079】なお、本光学測定装置では、位置センサ5
0相当の機器を設けることができないので、ピエゾ素子
駆動回路84に、変位信号(実際には、制御信号を減衰
させた信号)を出力する機能を付加することによって、
信号変調回路において、同期検波が行えるようにしてい
る。
In this optical measuring device, the position sensor 5
Since a device equivalent to 0 cannot be provided, by adding a function of outputting a displacement signal (actually, a signal obtained by attenuating a control signal) to the piezo element driving circuit 84,
In the signal modulation circuit, synchronous detection can be performed.

【0080】<第5実施形態>第5実施形態の光学測定
装置は、測定対象試料が複屈折が生じるものであって
も、感度が低下することなく測定が行えるように、第2
実施形態の光学測定装置を変形したものである。
<Fifth Embodiment> The optical measuring apparatus according to the fifth embodiment is designed so that the measurement can be performed without lowering the sensitivity even if the sample to be measured has birefringence.
It is a modification of the optical measurement device of the embodiment.

【0081】図13に示してあるように、第5実施形態
の光学測定装置は、第2実施形態の光学測定装置の光源
10と光合波器17′の間に、偏光子60を設け、測定
光用光学系14と測定対象試料1の間にも、偏光子61
を設けた装置となっている。
As shown in FIG. 13, the optical measuring apparatus according to the fifth embodiment has a polarizer 60 provided between the light source 10 and the optical multiplexer 17 'of the optical measuring apparatus according to the second embodiment. A polarizer 61 is also provided between the optical system for light 14 and the sample 1 to be measured.
Is provided.

【0082】以下、第5実施形態の光学測定装置の動作
(偏光子60、61の機能)を説明する。第5実施形態
の光学測定装置では、光源10からの光が、偏光子60
によってある方向に偏光される。偏光子60からの光
は、偏波保持光ファイバからなる光路20′を通り、光
合分波器11′で参照光と測定光に分離される。参照光
は、偏波保持光ファイバからなる光路21′を経て、参
照光変調機構71に供給され、変調が施される。また、
測定光は、偏波保持光ファイバからなる光路22′、測
定光用光学系14、偏光子61を経て、測定対象試料1
に導入される。偏光子61は、測定光用光学系14から
の光をそのまま測定対象試料1に供給し、測定対象試料
1内における複屈折によって、たとえば、楕円偏光に変
換されてしまった測定光の偏光状態を、元の偏光状態に
戻す光回路となっている。このため、第2実施形態の光
学測定装置のように、偏光子61が設けられていない場
合には、当該楕円偏光に含まれる参照光と同じ偏光方向
を有する成分の大きさに応じたレベルの強度変調成分を
含む干渉光が検出器40に入射されるのに対して、本実
施形態の光学測定装置では、偏光子61によって楕円偏
光が直線偏光に戻されるので、楕円偏光化による強度変
調成分の低下がない干渉光が検出器40に入射されるこ
とになる。従って、本光学測定装置によれば、複屈折の
影響を受けることなく、常に、高い精度で、測定対象試
料1の測定が行えることになる。
Hereinafter, the operation of the optical measuring apparatus according to the fifth embodiment (the functions of the polarizers 60 and 61) will be described. In the optical measuring device according to the fifth embodiment, the light from the light source 10
Is polarized in a certain direction. The light from the polarizer 60 passes through an optical path 20 'composed of a polarization maintaining optical fiber, and is separated into reference light and measurement light by an optical multiplexer / demultiplexer 11'. The reference light is supplied to a reference light modulation mechanism 71 via an optical path 21 ′ composed of a polarization maintaining optical fiber, and is modulated. Also,
The measurement light passes through an optical path 22 ′ composed of a polarization-maintaining optical fiber, a measurement light optical system 14, and a polarizer 61, and then passes through the sample 1
Will be introduced. The polarizer 61 supplies the light from the measurement light optical system 14 to the measurement target sample 1 as it is, and changes the polarization state of the measurement light converted into, for example, elliptically polarized light by birefringence in the measurement target sample 1. , An optical circuit for returning to the original polarization state. For this reason, when the polarizer 61 is not provided as in the optical measuring device of the second embodiment, a level corresponding to the magnitude of the component having the same polarization direction as the reference light included in the elliptically polarized light is used. While the interference light including the intensity modulation component is incident on the detector 40, the elliptically polarized light is returned to the linearly polarized light by the polarizer 61 in the optical measurement apparatus according to the present embodiment. Is incident on the detector 40. Therefore, according to the present optical measurement device, the measurement of the sample 1 to be measured can always be performed with high accuracy without being affected by birefringence.

【0083】なお、本光学測定装置では、測定光側だけ
に偏光子を設けたが、参照ミラー側に、あるいは、参照
ミラー側にも偏光子を設けて、参照ミラーで反射された
参照光と、測定対象試料1からの光とが、結果として、
干渉するようにしても良い。
In this optical measuring apparatus, a polarizer is provided only on the measurement light side. However, a polarizer is provided on the reference mirror side or on the reference mirror side so that the reference light reflected by the reference mirror can be used. , And the light from the sample 1 to be measured, as a result,
You may make it interfere.

【0084】以上、詳細に説明したように、各実施形態
の光学測定装置では、測定対象となる位置の移動を伴わ
ない形で、各測定点の光学特性データが測定される。こ
のため、図14に模式的に示したように、各測定点にお
ける位置分解能は、測定に用いる光のコヒーレント長に
よって制限されるだけであり、従来の光学測定装置のよ
うに、反射ミラーの移動速度によって位置分解能が制限
されることはない。また、測定対象となる位置の移動を
伴わない形で、各測定点の光学特性データが測定される
ため、同一深さの複数の測定点を高速に測定することが
可能な装置にもなっている。さらに、各測定点における
測定時間を任意に設定できるため、本光学測定装置を用
いれば、所望の精度のデータを、従来の光学測定装置に
比して、短い時間で収集することができる。
As described above in detail, in the optical measuring device of each embodiment, the optical characteristic data of each measuring point is measured without moving the position to be measured. For this reason, as schematically shown in FIG. 14, the position resolution at each measurement point is only limited by the coherent length of the light used for measurement. The position resolution is not limited by the speed. In addition, since the optical characteristic data of each measurement point is measured without moving the position to be measured, the device can measure a plurality of measurement points at the same depth at high speed. I have. Furthermore, since the measurement time at each measurement point can be set arbitrarily, the use of the present optical measurement device enables data of desired accuracy to be collected in a shorter time as compared with a conventional optical measurement device.

【0085】<変形形態>各実施形態の光学測定装置
は、各種の変形が可能である。例えば、図に示した参照
光変調機構71″を、第1実施形態の光学測定装置に適
用することも出来る。また、各実施形態の光学測定装置
では、光源10として、SLDを用いているが、短コヒ
ーレント長光を発生できる光源であれば、どのような光
源をも光源10として使用することが出来る。例えば、
光源10として、パルス・レーザー、干渉性の悪い光を
発生する連続発振レーザー、発光ダイオード、しきい値
を越えない電流で動作させたレーザー、多モード・レー
ザー、レーザー励起による蛍光光源を用いることもでき
る。また、コヒーレント光源と、当該コヒーレント光源
が発生するコヒーレント光を、ランダムに変調し、位相
に不規則な飛びを発生させる手段とを組み合わせたもの
を、光源10として使用することも出来る。
<Modifications> Various modifications of the optical measuring device of each embodiment are possible. For example, the reference light modulation mechanism 71 ″ shown in the figure can be applied to the optical measuring device of the first embodiment. In the optical measuring device of each embodiment, the SLD is used as the light source 10. Any light source that can generate short coherent long light can be used as the light source 10. For example,
As the light source 10, a pulsed laser, a continuous wave laser generating light with poor coherence, a light emitting diode, a laser operated with a current not exceeding a threshold, a multimode laser, and a fluorescent light source excited by laser may be used. it can. Further, a combination of a coherent light source and a unit that randomly modulates coherent light generated by the coherent light source and generates irregular jumps in phase can be used as the light source 10.

【0086】また、各実施形態では、微少変動機構を、
ピエゾ素子を用いて構成しているが、水晶振動子や、電
磁振動素子、マイクロフォン、音叉等を用いて、微少変
動機構を構成しても良いことは当然である。同様に、ス
テッピングモータ以外の機器、例えば、DCモータや電
磁的アクチュエータなどを用いて、移動機構を構成して
も良い。
In each embodiment, the minute fluctuation mechanism is
Although it is configured using a piezo element, it is obvious that the minute fluctuation mechanism may be configured using a crystal resonator, an electromagnetic resonator, a microphone, a tuning fork, or the like. Similarly, the moving mechanism may be configured using a device other than the stepping motor, for example, a DC motor or an electromagnetic actuator.

【0087】また、各実施形態では、参照光変調機構側
から測定光用光学系に対して、焦点位置を変更させるた
めの信号が供給されているが、コンピュータが、測定光
用光学系に対して、x、y、zを指定するコマンドを出
力し、そのようなコマンドを受けた測定光用光学系によ
って、参照光変調機構に、参照光の光路長を変更させる
ための信号が供給されるように、光学測定装置を構成し
ても良いことは当然である。
In each of the embodiments, a signal for changing the focal position is supplied from the reference light modulation mechanism to the measuring light optical system. Then, a command for designating x, y, and z is output, and a signal for changing the optical path length of the reference light is supplied to the reference light modulation mechanism by the measuring light optical system that has received such a command. As a matter of course, the optical measuring device may be configured as described above.

【0088】また、測定光が照射される方向を固定して
おき、測定光に対する測定対象試料の相対位置が変更で
きるように光学測定装置を構成しても良い。すなわち、
測定対象試料の位置の変更により、測定点の移動が行わ
れるように装置を構成しても良い。
The optical measuring device may be configured so that the direction in which the measuring light is irradiated is fixed and the relative position of the sample to be measured with respect to the measuring light can be changed. That is,
The apparatus may be configured such that the measurement point is moved by changing the position of the sample to be measured.

【0089】また、参照光に、周波数変調だけではな
く、振幅変調もが施されるように光学測定装置を構成し
ても良く、振幅変調だけが施されるように光学測定装置
を構成しても良い。また、参照光路にファラデー素子な
どの磁界による偏光面ローテーターを設けることによ
り、偏光面の回転(モジュレーション)という形態の変
調が、参照光に施されるように装置を構成しても良い。
Further, the optical measuring device may be configured so that not only frequency modulation but also amplitude modulation is performed on the reference light, and the optical measuring device may be configured such that only amplitude modulation is performed. Is also good. Further, by providing a polarization plane rotator by a magnetic field such as a Faraday element in the reference optical path, the apparatus may be configured such that the modulation in the form of rotation (modulation) of the polarization plane is performed on the reference light.

【0090】また、参照光の変調だけではなく、測定光
の変調もが行われるように装置を構成しても良い。例え
ば、更に振幅変調素子等を測定光路側に設け、測定光に
振幅変調が施されるようにしておき、参照光に対する周
波数変調と測定光に対する振幅変調とに応じた変調が干
渉光に施されるように装置を構成することも出来る。
The apparatus may be configured so that not only the modulation of the reference light but also the modulation of the measurement light is performed. For example, an amplitude modulation element or the like is further provided on the measurement optical path side so that amplitude modulation is performed on the measurement light, and modulation according to frequency modulation on the reference light and amplitude modulation on the measurement light is performed on the interference light. The device can also be configured such that:

【0091】[0091]

【発明の効果】本発明の光学測定装置を用いれば、任意
の位置の測定点の光学特性データが、測定対象となる位
置の移動を伴わない形で、測定することが出来る。この
ため、本発明の光学測定装置によれば、必要な測定点に
関するデータのみを、高い位置分解能で、しかも、高速
に測定できることになる。
According to the optical measuring apparatus of the present invention, the optical characteristic data at the measuring point at an arbitrary position can be measured without moving the position to be measured. For this reason, according to the optical measuring device of the present invention, only data relating to a necessary measuring point can be measured at a high position resolution and at a high speed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の第1実施形態による光学測定装置の
構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of an optical measurement device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 第1実施形態の光学測定装置が備えるコンピ
ュータの動作手順を示した流れ図である。
FIG. 2 is a flowchart illustrating an operation procedure of a computer included in the optical measurement device according to the first embodiment.

【図3】 第1実施形態の光学測定装置の動作を説明す
るためのタイムチャートである。
FIG. 3 is a time chart for explaining the operation of the optical measuring device according to the first embodiment.

【図4】 第1実施形態の光学測定装置において、干渉
光から強度変調成分を取り出すために使用できる回路の
ブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram of a circuit that can be used to extract an intensity modulation component from the interference light in the optical measurement device according to the first embodiment.

【図5】 ベッセル関数の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a Bessel function.

【図6】 0次のベッセル関数がゼロとなるような振幅
で、参照ミラーを正弦波状に駆動した場合に得られるパ
ワースペクトルを示した図である。
FIG. 6 is a diagram showing a power spectrum obtained when a reference mirror is driven in a sine wave shape with an amplitude such that a zero-order Bessel function becomes zero.

【図7】 参照ミラーを三角波状に駆動した場合に得ら
れるパワースペクトルを示した図である。
FIG. 7 is a diagram showing a power spectrum obtained when a reference mirror is driven in a triangular waveform.

【図8】 第1実施形態の光学測定装置に適用すること
ができる信号復調回路のブロック図である。
FIG. 8 is a block diagram of a signal demodulation circuit that can be applied to the optical measurement device of the first embodiment.

【図9】 第1実施形態の光学測定装置に適用すること
ができる信号復調回路のブロック図である。
FIG. 9 is a block diagram of a signal demodulation circuit that can be applied to the optical measurement device of the first embodiment.

【図10】 本発明の第2実施形態による光学測定装置
の構成図である。
FIG. 10 is a configuration diagram of an optical measurement device according to a second embodiment of the present invention.

【図11】 本発明の第3実施形態による光学測定装置
の構成図である。
FIG. 11 is a configuration diagram of an optical measurement device according to a third embodiment of the present invention.

【図12】 本発明の第4実施形態による光学測定装置
の要部構成図である。
FIG. 12 is a main part configuration diagram of an optical measurement device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図13】 本発明の第5実施形態による光学測定装置
の構成図である。
FIG. 13 is a configuration diagram of an optical measurement device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図14】 本発明の各実施形態の光学測定装置によっ
て得られる位置分解能を説明するための図である。
FIG. 14 is a diagram for describing a position resolution obtained by the optical measurement device according to each embodiment of the present invention.

【図15】 従来の光学測定装置の問題点の1つを説明
するための図である。
FIG. 15 is a diagram for explaining one of the problems of the conventional optical measurement device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、15 光源 11 光合分波器 12、33 レンズ系 13 反射ミラー 14 測定光用光学系 16 全反射ミラー 17 光合波器 30 微小変動機構 31 移動機構 32 焦点位置制御機構 40 検出器 41 増幅器 42 帯域通過フィルタ 43 同期同調検出器 44 積分器 45 A/D変換器 46 信号復調回路 47 コンピュータ 48 モニタ 49 プリンタ 50 位置センサ 60,61 偏光子 71 参照光変調機構 10, 15 light source 11 optical multiplexer / demultiplexer 12, 33 lens system 13 reflecting mirror 14 optical system for measuring light 16 total reflection mirror 17 optical multiplexer 30 minute fluctuation mechanism 31 moving mechanism 32 focal position control mechanism 40 detector 41 amplifier 42 band Pass filter 43 Synchronous tuning detector 44 Integrator 45 A / D converter 46 Signal demodulation circuit 47 Computer 48 Monitor 49 Printer 50 Position sensor 60, 61 Polarizer 71 Reference light modulation mechanism

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入射された光を合波するための光合波手
段と、 短いコヒーレント長を有する光を発生する光発生手段
と、 この光発生手段が発生した光を、参照光と測定光に分離
する光分離手段と、 この光分離手段が分離した参照光の前記光合波手段に至
る光路長と参照光基準光路長との隔たりが、測定に必要
とされる位置分解能に応じた値以下となる状態を維持し
つつ、前記参照光を変調して前記光合波手段に導入する
参照光導入手段と、 前記光分離手段が分離した測定光を測定対象試料に導入
するとともに、測定対象試料によって反射、散乱された
測定光を前記光合波手段に導入する測定光導入手段と、 前記光合波手段によって合波された光の強度に応じたレ
ベルの電気信号を出力する光電変換手段と、 この光電変換手段が出力する電気信号と、前記参照光導
入手段による参照光の変調周波数とを用いて、前記測定
対象試料の、一測定点に関する光学特性データを取得す
る取得手段とを備えることを特徴とする光学測定装置。
An optical multiplexing means for multiplexing incident light; a light generating means for generating light having a short coherent length; and a light generated by the light generating means is converted into a reference light and a measuring light. Light separating means to be separated, the distance between the optical path length of the reference light separated by the light separating means and the reference light reference optical path length reaching the optical multiplexing means is not more than a value corresponding to the positional resolution required for measurement. And a reference light introducing unit that modulates the reference light and introduces the light into the optical multiplexing unit, and introduces the measurement light separated by the light separating unit into the measurement target sample, and reflects the measurement light by the measurement target sample. Measuring light introducing means for introducing the scattered measuring light into the optical multiplexing means; photoelectric conversion means for outputting an electric signal at a level corresponding to the intensity of the light multiplexed by the optical multiplexing means; Electricity output by means An optical measurement apparatus comprising: an acquisition unit configured to acquire optical characteristic data on one measurement point of the measurement target sample using a signal and a modulation frequency of the reference light by the reference light introduction unit.
【請求項2】 前記参照光導入手段による前記参照光に
施された変調の時間変化パターンが正弦波状パターンで
あることを特徴とする請求項1記載の光学測定装置。
2. The optical measuring apparatus according to claim 1, wherein a time-varying pattern of the modulation applied to the reference light by the reference light introducing means is a sinusoidal pattern.
【請求項3】 前記正弦波状パターンが、前記光電変換
手段によって出力される電気信号に含まれる直流成分が
“0”となるように、振幅が設定されたパターンである
ことを特徴とする請求項2記載の光学測定装置。
3. The sine wave pattern is a pattern whose amplitude is set such that a DC component included in an electric signal output by the photoelectric conversion unit becomes “0”. 3. The optical measuring device according to 2.
【請求項4】 前記参照光導入手段は、 前記光分離手段が分離した参照光を反射する反射器と、 この反射器で反射された参照光を前記光合波手段に導入
する反射参照光導入手段と、 前記反射器の位置を移動させるための反射器移動機構
と、 この反射器移動機構を制御することによって、前記参照
光を変調する反射器移動機構制御手段とを含むことを特
徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の光
学測定装置。
4. The reference light introducing means comprises: a reflector for reflecting the reference light separated by the light separating means; and a reflected reference light introducing means for introducing the reference light reflected by the reflector to the optical multiplexing means. And a reflector moving mechanism for moving the position of the reflector; and a reflector moving mechanism control means for modulating the reference light by controlling the reflector moving mechanism. An optical measuring device according to any one of claims 1 to 3.
【請求項5】 前記参照光導入手段は、 前記光分離手段が分離した参照光が通過する光ファイバ
と、 この光ファイバを変形させるための変形機構と、 この変形機構を制御することによって、前記光ファイバ
を通過する参照光を変調する変形機構制御手段とを含む
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに
記載の光学測定装置。
5. The reference light introducing means includes: an optical fiber through which the reference light separated by the light separating means passes; a deforming mechanism for deforming the optical fiber; and controlling the deforming mechanism. 4. An optical measuring apparatus according to claim 1, further comprising a deformation mechanism control means for modulating the reference light passing through the optical fiber.
【請求項6】 前記参照光導入手段によって前記参照光
に与えられる変調の変調周波数を検出する検出手段を、
さらに、備え、 前記取得手段は、前記光電変換手段が出力する電気信号
と前記検出手段が検出した変調周波数とを用いることを
特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の
光学測定装置。
6. A detecting means for detecting a modulation frequency of a modulation given to the reference light by the reference light introducing means,
5. The optical measurement device according to claim 1, wherein the acquisition unit uses an electric signal output by the photoelectric conversion unit and a modulation frequency detected by the detection unit. apparatus.
【請求項7】 前記参照光基準光路長を変更することに
よって、前記取得手段により光学特性データが取得され
る測定点の、前記測定光の光軸方向の位置を変更する位
置変更手段を、さらに、備えることを特徴とする請求項
1ないし請求項6のいずれかに記載の光学測定装置。
7. A position changing unit that changes a position of a measurement point at which optical characteristic data is obtained by the obtaining unit in an optical axis direction of the measurement light by changing the reference light reference optical path length. The optical measurement device according to any one of claims 1 to 6, further comprising:
【請求項8】 前記測定光導入手段は、前記光分離手段
が分離した測定光を、その焦点位置が前記光路長変更手
段による前記参照光基準光路長の変更量に応じた位置と
なるように、前記測定対象試料に導入することを特徴と
する請求項7記載の光学測定装置。
8. The measuring light introducing means may be arranged so that the measuring light separated by the light separating means has a focal position corresponding to a change amount of the reference light reference optical path length by the optical path length changing means. 8. The optical measuring apparatus according to claim 7, wherein said optical measuring apparatus is introduced into said sample to be measured.
【請求項9】 前記測定光の前記光分離手段から前記光
合波手段に至る光路長を変更することによって、前記取
得手段により光学特性データが取得される測定点の、前
記測定光の光軸方向の位置を変更する位置変更手段を、
さらに、備えることを特徴とする請求項1ないし請求項
8のいずれかに記載の光学測定装置。
9. An optical axis direction of the measurement light of a measurement point at which optical data is acquired by the acquisition means by changing an optical path length of the measurement light from the light separation means to the optical multiplexing means. Position changing means for changing the position of
The optical measurement device according to claim 1, further comprising:
【請求項10】 前記測定光導入手段は、前記光分離手
段が分離した測定光を、その焦点位置が前記光路長変更
手段による前記測定光の光路長の変更量に応じた位置と
なるように、前記測定対象試料に導入することを特徴と
する請求項9記載の光学測定装置。
10. The measuring light introducing means causes the measuring light separated by the light separating means to have a focal position corresponding to a change amount of the optical path length of the measuring light by the optical path length changing means. 10. The optical measuring apparatus according to claim 9, wherein the optical measuring apparatus is introduced into the sample to be measured.
【請求項11】 前記測定対象試料への、前記測定光導
入手段による前記測定光の導入位置を変更するための測
定光導入位置変更手段を、さらに、備えることを特徴と
する請求項1ないし請求項10のいずれかに記載の光学
測定装置。
11. The apparatus according to claim 1, further comprising a measuring light introducing position changing unit for changing an introducing position of the measuring light by the measuring light introducing unit into the measurement target sample. Item 11. The optical measuring device according to any one of Items 10.
【請求項12】 1つ以上の測定点に関する導入位置情
報を使用順が分かる形態で記憶する記憶手段と、 前記取得手段は、前記記憶手段に記憶された導入位置情
報に基づき、前記測定光導入位置変更手段を制御するこ
とによって、前記記憶手段に導入位置情報が記憶された
各測定点に関する光学特性データを取得することを特徴
とする請求項11記載の光学測定装置。
12. A storage unit for storing introduction position information on one or more measurement points in a form in which the order of use is known, and said obtaining unit, based on the introduction position information stored in said storage unit, said measuring light introduction. 12. The optical measuring apparatus according to claim 11, wherein by controlling the position changing unit, optical characteristic data regarding each measurement point whose introduction position information is stored in the storage unit is obtained.
【請求項13】 前記測定対象試料への、前記測定光導
入手段による前記測定光の導入位置を変更するための測
定光導入位置変更手段と、 1つ以上の測定点に関する、導入位置情報及び光軸方向
位置情報からなる位置情報を使用順が分かる形態で記憶
する記憶手段と、 前記取得手段は、前記記憶手段に記憶された位置情報を
構成する導入位置情報及び光軸方向位置情報に基づき、
それぞれ、前記測定光導入位置変更手段及び前記位置制
御手段を制御することによって、前記記憶手段に位置情
報が記憶された各測定点に関する光学特性データを取得
することを特徴とする請求項7ないし請求項10のいず
れかに記載の光学測定装置。
13. A measuring light introducing position changing means for changing an introducing position of the measuring light by the measuring light introducing means to the sample to be measured, and introducing position information and light relating to one or more measuring points. A storage unit that stores the position information composed of the axial position information in a form in which the use order is understood, and the acquisition unit is based on the introduction position information and the optical axis direction position information that constitute the position information stored in the storage unit.
The optical characteristic data relating to each measurement point whose position information is stored in the storage unit by controlling the measurement light introduction position changing unit and the position control unit, respectively. Item 11. The optical measuring device according to any one of Items 10.
【請求項14】 前記記憶手段は、1つ以上の測定点に
関する、導入位置情報及び光軸方向位置情報からなる位
置情報並びに測定時間情報を、使用順が分かる形態で記
憶し、 前記取得手段は、前記記憶手段に位置情報が記憶された
各測定点に対して、その測定点に対応づけられている測
定時間情報に応じた時間の間に、前記光電変換手段が出
力する電気信号を用いて光学特性データを取得すること
を特徴とする請求項13記載の光学測定装置。
14. The storage unit stores, in a form in which the use order can be understood, position information and measurement time information including one or more introduction points information and optical axis direction position information regarding one or more measurement points. For each measurement point at which the position information is stored in the storage means, during a time corresponding to the measurement time information associated with the measurement point, using an electric signal output by the photoelectric conversion means. 14. The optical measuring device according to claim 13, wherein optical characteristic data is acquired.
【請求項15】 前記光合波手段に導入される測定対象
試料からの測定光と参照光とが干渉するように、前記測
定光および前記参照光のいずれか一方あるいは双方の偏
光状態を調整する偏光状態調整手段を、さらに、備える
ことを特徴とする請求項1ないし請求項14のいずれか
に記載の光学測定装置。
15. Polarization for adjusting the polarization state of one or both of the measurement light and the reference light such that the measurement light from the sample to be measured introduced into the optical multiplexing means and the reference light interfere with each other. The optical measuring device according to claim 1, further comprising a state adjusting unit.
【請求項16】 入射された光を合波するための光合波
手段と、 短いコヒーレント長を有する光を発生する光発生手段
と、 この光発生手段が発生した光を、参照光と測定光に分離
する光分離手段と、 この光分離手段が分離した参照光を、前記光合波手段に
導入する参照光導入手段と、 前記光分離手段が分離した測定光を測定対象試料に導入
するとともに、測定対象試料によって反射、散乱された
測定光を前記光合波手段に導入する手段であって、前記
測定光の前記光分離手段から前記光合波手段に至る光路
長と測定光基準光路長との隔たりが、測定に必要とされ
る位置分解能に応じた値以下となる状態を維持しつつ、
前記測定光を変調して前記光合波手段に導入する測定光
導入手段と、 前記光合波手段によって合波された光の強度に応じた電
気信号を出力する光電変換手段と、 この光電変換手段が出力する電気信号と前記測定光導入
手段によって前記測定光に与えられる変調の変調周波数
とを用いて、前記測定対象試料の、一測定点に関する光
学特性データを取得する取得手段とを備えることを特徴
とする光学測定装置。
16. Light combining means for combining incident light, light generating means for generating light having a short coherent length, and light generated by the light generating means as reference light and measurement light. A light separating means for separating, a reference light introducing means for introducing the reference light separated by the light separating means to the optical multiplexing means, and a measuring light separated by the light separating means for introducing into the sample to be measured and measuring A means for introducing the measurement light reflected and scattered by the target sample into the optical multiplexing means, wherein a distance between an optical path length from the light separation means of the measurement light to the optical multiplexing means and a measurement light reference optical path length is different. , While maintaining a state that is equal to or less than the value corresponding to the positional resolution required for measurement,
A measuring light introducing unit that modulates the measuring light and introduces the light into the optical multiplexing unit; a photoelectric conversion unit that outputs an electric signal according to the intensity of the light multiplexed by the optical multiplexing unit; Using an electric signal to be output and a modulation frequency of the modulation applied to the measurement light by the measurement light introduction unit, an acquisition unit that acquires optical characteristic data regarding one measurement point of the measurement target sample. Optical measuring device.
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