JPH10267631A

JPH10267631A - 光学測定装置

Info

Publication number: JPH10267631A
Application number: JP9073916A
Authority: JP
Inventors: Tairyo Hirono; 泰亮廣野; Mamoru Ueda; 護植田; Koji Obayashi; 康二大林
Original assignee: Kowa Co Ltd
Current assignee: Kowa Co Ltd
Priority date: 1997-03-26
Filing date: 1997-03-26
Publication date: 1998-10-09

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。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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ω_D＝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ω_D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。

【００１１】そして、角周波数ω_D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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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）。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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、
ｙ₀）となるようにする。

【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ｘ_i、ｙ_i、ｚ_i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。

【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。

【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(ｘ_i,ｙ_i)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ｚ_i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(ｘ_i,ｙ_i)を変更する必要がなかった場
合、すなわち、ｘ_i＝ｘ_i-1、かつ、ｙ_i＝ｙ_i-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ｚ_iを変更する必要
がなかった場合（ｚ_i＝ｚ_i-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。

【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（ｘ_i,ｙ_i,ｚ_i）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ｔ_iの間、行
った後に、ステップＳ１０７を終了する。

【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。

【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ｔ_sが記憶されていたものと
する。

【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
ｚ₁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。

【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。

【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ｔ_s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（＝
Ｔ₂＋ｔ_s）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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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ω_r、２ω_r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、Ｊ_nは、ｎ次の
ベッセル関数、ｋは、２π／λ、Ｌ_aは、反射ミラー１
３の振動運動（微小振動）の振幅、ω_rは、微小振動の
各周波数、ｔ_Mは、測定時間である。

【００５８】

【数１】

【００５９】ちなみに、ベッセル関数Ｊ_n（ｘ）は、図
５に示したような関数であるため、２ｋＬ_aを任意の値
にした場合、パワースペクトルに、係数Ｊ₀(２ｋＬ_a)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(２ｋＬ_a)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(２ｋＬ_a)が“０”をとるように、２ｋＬ_a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２ｋＬ_aの値は、およそ２．４０５で
あるので、Ｌ_a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。

【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、Ｌ_aは、三角波の振幅、Ｔは、三角波の周期、ｆ
_rは、１／Ｔである。

【００６１】

【数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８ｋＬ_aｆ_r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。

【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。

【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。

【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４２_4A〜４２_4C、同期同調検出器
４３_A〜４３_C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
ω_r成分、角周波数２ω_r成分、角周波数３ω_r成分の大
きさに応じた信号が、それぞれ、同期同調検出器４３_A
〜４３_Cから出力されるようにする。そして、同期同調
検出器４３_A〜４３_C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７６_A〜７６_C
を設ける。さらに、対数増幅器７６_A〜７６_C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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【図５】ベッセル関数の説明図である。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【符号の説明】

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４５Ａ／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

Claims

【特許請求の範囲】

【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。