WO2019131298A1 - 光ビーム制御器およびこれを用いた光干渉断層撮像器 - Google Patents

光ビーム制御器およびこれを用いた光干渉断層撮像器 Download PDF

Info

Publication number
WO2019131298A1
WO2019131298A1 PCT/JP2018/046447 JP2018046447W WO2019131298A1 WO 2019131298 A1 WO2019131298 A1 WO 2019131298A1 JP 2018046447 W JP2018046447 W JP 2018046447W WO 2019131298 A1 WO2019131298 A1 WO 2019131298A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
optical
interference
beams
light beam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2018/046447
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
中村　滋
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.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to US16/772,684 priority Critical patent/US11703450B2/en
Priority to JP2019563023A priority patent/JP6908131B2/ja
Priority to EP18897135.2A priority patent/EP3734252A4/en
Publication of WO2019131298A1 publication Critical patent/WO2019131298A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/0209—Low-coherence interferometers
    • G01B9/02091—Tomographic interferometers, e.g. based on optical coherence
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02001—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties
    • G01B9/02002—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties using two or more frequencies
    • G01B9/02004—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties using two or more frequencies using frequency scans
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02015—Interferometers characterised by the beam path configuration
    • G01B9/02027—Two or more interferometric channels or interferometers
    • G01B9/02028—Two or more reference or object arms in one interferometer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02055—Reduction or prevention of errors; Testing; Calibration
    • G01B9/02056—Passive reduction of errors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N2021/178—Methods for obtaining spatial resolution of the property being measured
    • G01N2021/1785—Three dimensional
    • G01N2021/1787—Tomographic, i.e. computerised reconstruction from projective measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/4795—Scattering, i.e. diffuse reflection spatially resolved investigating of object in scattering medium
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/1006—Beam splitting or combining systems for splitting or combining different wavelengths
    • G02B27/1013—Beam splitting or combining systems for splitting or combining different wavelengths for colour or multispectral image sensors, e.g. splitting an image into monochromatic image components on respective sensors

Definitions

  • the present invention is directed to a light beam controller that suppresses interference between light beams when irradiating a plurality of light beams to a measurement object, and optical coherence tomography (Optical Coherence) for scattered light from inside the object using the light beam controller.
  • the present invention relates to an optical coherence tomography that performs tomographic imaging with OCTography (OCT).
  • Optical coherence tomography technology that obtains three-dimensional structure data of a measurement object irradiated with light with high accuracy using light interference enables tomographic observation in the vicinity of the surface of the measurement object, medical diagnosis and industrial products
  • the application to inspection is expanding.
  • the position of the light scattering point in the optical axis direction, that is, the depth direction is specified by analyzing the result of interference of the reference light with the object light scattered and irradiated with light to the measurement target object, This obtains structural data spatially resolved in the depth direction.
  • the object light is not reflected 100% only on the surface of the measurement object but is propagated to the inside to some extent and then backscattered. For this reason, it becomes possible to obtain structural data spatially resolved in the depth direction inside the object.
  • TD-OCT Time Domain
  • FD-OCT Fourier Domain
  • the interference light spectrum in a wide wavelength band is measured and Fourier-transformed to obtain structure data in the depth direction.
  • SD-OCT Spectral Domain
  • SS-OCT Swept Source
  • the object light beam is irradiated to different positions of the measurement object to obtain spatially resolved structural data in the in-plane direction perpendicular to the optical axis
  • one object light beam is usually scanned using a galvano mirror or the like.
  • the spatial resolution in the in-plane direction is determined by the light beam diameter, and the range is determined by the number of places to which the light beam is irradiated. Therefore, when measuring a wide range, there is a problem that measurement time becomes long.
  • Patent Document 1 describes the following invention.
  • the wide band light pulse 5 is input from the wide band light pulse generation unit 4 to the light pulse demultiplexing delay combination unit 18.
  • the optical multiplexer / demultiplexer 32 of this unit 18 and the plurality of optical delay units 34 generate narrow time-delayed optical pulse trains 20 shown in FIG.
  • the narrow band optical pulse train 20 is branched by the branching and joining unit 42, one is irradiated to the measurement object 46 for back scattering, the other is irradiated to the reference mirror 66, and the returned light is combined by the optical coupler 70.
  • FIG. 1 of the document irradiation of a single object light beam to a measurement object 46 is assumed, and FIG. 6 of the document shows the wavelength of the single object light beam.
  • the change over time is only illustrated. That is, when measuring the above-mentioned wide range, the problem that measurement time becomes long is not solved.
  • Patent Document 2 a method of speeding up the measurement of a wide range by irradiating a plurality of object light beams simultaneously to different positions of the object to be measured is described, for example, in Patent Document 2 and Patent Document 3 ing.
  • An example of the SD-OCT method described in Patent Document 3 is shown in FIG.
  • the light source 21 emits light in a wide wavelength range of about 100 nm.
  • One of the lights passes through a collimator 13 and an irradiation optical system 12 including a scan mirror and a lens, and is irradiated to the measurement object 11.
  • three object light beams 51a, 51b, 51c are simultaneously irradiated to different positions of the object to be measured, and the backscattered light (object light) returns to the branching and joining device.
  • the other light passes through the collimator 14 and the reference light mirror 15, and the reflected light from the mirror is returned to the branching and joining device 42 and becomes the reference light.
  • the object light scattered from the object to be measured and the reference light reflected by the mirror interfere at the branching and joining device 42.
  • the area to be measured is divided, and one object light beam of one divided area is allocated and irradiated. Then, the object light overlaps at a location where the regions are adjacent, causing interference. Interference between object light beams makes it difficult to obtain structural data with high accuracy. In order to irradiate a plurality of object light beams to a measurement object, control for suppressing the influence of interference is necessary.
  • An object of the present invention is to provide a light beam controller that irradiates a plurality of light beams while suppressing the influence of interference with each other, and optical coherence tomography imaging that makes it possible to measure a measurement object with high accuracy using this To provide the
  • a light beam controller comprises a plurality of light beam generating means for generating a plurality of light beams whose wavelengths are swept, and a light frequency difference of any combination of the plurality of light beams. And an optical frequency difference setting unit configured to be larger than a band of a light receiver for receiving the beam.
  • the light beam controller branching means for dividing a plurality of light beams from the light beam controller into object light and reference light, and the plurality of object light beams And an interference unit that causes the object light scattered from the measurement object and the reference light to interfere with each other and to the light receiver.
  • a plurality of light beams whose wavelengths are swept are generated, and the light frequency difference of any combination of the plurality of light beams is larger than the bandwidth of the light receiver for receiving the light beams. It is characterized by setting.
  • the influence of light interference among a plurality of object light beams does not appear in the photoelectric conversion output of the light receiver. This enables the optical coherence tomography to measure the measurement object with high accuracy.
  • FIG. 1 shows the structure of the 1st Embodiment of this invention. It is a figure explaining the feature of the light beam controller of a 1st embodiment of the present invention. It is a figure which shows the structure of the 2nd Embodiment of this invention. It is a figure which shows the structure of the 3rd Embodiment of this invention. It is a figure which shows the structure of the 4th Embodiment of this invention. It is a figure which shows the structure of the light beam controller of the 5th Embodiment of this invention. It is a figure which shows the structure of the optical coherence tomographic imaging device of patent document 2.
  • FIG. 1st Embodiment of this invention It is a figure explaining the feature of the light beam controller of a 1st embodiment of the present invention. It is a figure which shows the structure of the 2nd Embodiment of this invention. It is a figure which shows the structure of the 3rd Embodiment of this invention. It is a figure which shows the structure of the 4th Em
  • FIG. 1 is a view showing a configuration example of a light beam controller according to the first embodiment and an optical coherence tomography of an SS-OCT system using the light beam controller.
  • the wavelength-swept light source 31 (hereinafter referred to as the light source 31) is a laser that emits light while sweeping the wavelength, and the light output wavelength changes almost linearly with respect to time during 5 ⁇ s, that is, per unit time
  • the amount of wavelength change is constant. Also, it is swept in a predetermined wavelength range. In this embodiment, it is swept from 1250 nm to 1350 nm. The repetition frequency of this wavelength sweep is 100 kHz.
  • the light source 31 may be included in the light beam controller, or may not be included in the light beam controller.
  • N 3 in FIG. 1
  • time lag is given to each of them.
  • a time delay of 3 ns is added to the light passing through the branch 101b in the delay unit 102b.
  • a time delay of 6 ns is added to the light passing through the branch 101c in the delay unit 102c.
  • the light After being branched and added with a time delay, the light passes through a circulator 103 and is separated into an object light and a reference light at a branching and combining device 104.
  • the object light and reference light splitting ratio is preferably 1: 1.
  • the branching and joining device one using fiber fusion, one using micro optics, etc. can be used.
  • the object light is irradiated onto the object to be measured 11 through the fiber collimator 13 (hereinafter referred to as a collimator), an irradiation optical system 12 consisting of a scan mirror and a lens.
  • a collimator the fiber collimator 13
  • an irradiation optical system 12 consisting of a scan mirror and a lens.
  • three object light beams 111a, 111b and 111c are irradiated to different positions of the object to be measured, and the backscattered light returns to the branching and joining device 104.
  • the reference light branched by the branching and joining device 104 passes through the collimator 14 and the reference light mirror 15, and the reflected light from the mirror returns to the branching and joining device 104.
  • the object light scattered from the object to be measured and the reference light reflected by the mirror interfere with each other to obtain interference light.
  • the interference light that has passed through the branching and joining device 104 is input to the two-input balanced light receiver 32, one passing through the circulator 103 and the other directly.
  • the balance type light receiver is a light receiver in which two photodiodes are connected in series and the connection is an output (differential output), and an existing one can be used.
  • the bandwidth of the balanced photodetector 32 of this embodiment is 1 GHz or less.
  • the optical path lengths of the length and the reference light are approximately equal. If there is a difference in the optical path length, a frequency difference (wavelength difference) between the object light and the reference light occurs, but this frequency difference is made smaller than the band of photoelectric conversion of the light receiver.
  • An interference light spectrum is obtained from the photoelectric conversion output of the interference light with respect to the wavelength sweep in the balance type light receiver, and structural data in the depth direction at the object light irradiation position of the measurement object is obtained.
  • the amplitude and phase when multiple light beams overlap are represented by linear superposition of the amplitude and phase of each light beam.
  • the noise reduction of the photoelectric conversion output at the light receiver is achieved by increasing the reference light intensity, in which case mainly the interference between the object light of frequency 1 1 and the reference light of frequency R R and the frequency
  • the interference between the object light of 2 2 and the reference light of frequency R R may be considered. Therefore, the instantaneous light intensity of the interference light is given by the following equation (1)
  • the following equation (2) A term that changes according to appears. T in formulas (1) and (2) is a time. Whether the signal after photoelectric conversion in the light receiver is affected by the changing terms (1) and (2) depends on the light reception band ⁇ and 1 1- R R and ⁇ 2- R R It depends on the magnitude relationship.
  • Equation (4) the bandwidth of the light receiver It may be set to be larger.
  • a delay of 3 ns is added by passing through the delay unit 202b, and a delay of 6 ns is added by passing through the delay unit 202c of the third light beam 211c.
  • the beat frequency generated by the interference of the first light beam 211a and the second light beam 211b is about 10 GHz
  • the interference of the second light beam 211b and the third light beam 211c is also about 10 GHz.
  • These beat frequencies do not appear in the photoelectric conversion output of the light receiver because they are frequencies higher than the band of the light receiver, that is, the above-mentioned ⁇ . That is, the influence of light interference between a plurality of object light beams does not appear in the photoelectric conversion output of the light receiver, and highly accurate measurement is possible.
  • FIG. 3 is a view showing an example of the arrangement of an optical coherence tomography according to the second embodiment of the SS-OCT system.
  • separation and interference of the object light and the reference light are performed by the same branching and combining device 104.
  • the object light and the reference light are separated by the branching device 105, and the object light and the reference light are referenced.
  • the merging of the light and the branching of the interference light after the merging toward the input to the balanced light receiver are performed by the branching and merging device 107.
  • there are three sets of object light and reference light because they are branched by the splitter 101, but the optical path length of the object light from the branching by the branching device 105 in each set to the merging again. And the optical path lengths of the reference light and the reference light are approximately equal. If there is a difference in the optical path length, a frequency difference (wavelength difference) between the object light and the reference light occurs, but this frequency difference is made smaller than the band of photoelectric conversion of the light receiver.
  • the light source 31 is a laser that emits light while sweeping the wavelength, as used in the first embodiment, and the light output wavelength thereof changes approximately linearly with respect to time during the time of 5 ⁇ s and is 1250 nm. To 1350 nm. The repetition frequency of this wavelength sweep is 100 kHz.
  • the light After being branched and added with a time delay, the light is divided into an object light and a reference light by a branching unit 105.
  • the object light is irradiated onto the measurement object 11 through the circulator 106, the collimator 13, and the irradiation optical system 12 consisting of a scan mirror and a lens.
  • three object light beams are irradiated to different positions of the object to be measured, and the backscattered light is guided to the branching and joining device 107 by passing through the circulator 106.
  • the reference light passes through the circulator 108, the collimator 14, and the reference light mirror 15, and the reflected light from the mirror is returned to the branching and joining device 107 by passing through the circulator 108.
  • the object light scattered from the object to be measured and the reference light reflected by the mirror interfere at the branching and joining device 107.
  • the interference light that has passed through the branching and joining device 107 is input to the two-input balanced light receiver 32.
  • the bandwidth of the balanced light receiver is 1 GHz or less.
  • the interference light spectrum is obtained from the photoelectric conversion output of the interference light for the wavelength sweep in the balance type light receiver, and the structural data in the depth direction at the object light irradiation position of the measurement object is obtained from the interference light spectrum. . Due to the provision of the light beam control mechanism, the influence of light interference among a plurality of object light beams does not appear in the photoelectric conversion output of the light receiver.
  • the object light and the reference light are branched by the branching unit 105, and the merging is performed by the branching and merging unit 107, that is, by different devices. Therefore, the branching ratio can be set separately. By setting the branching ratio separately, it is possible to reduce the loss of light power.
  • the branching unit 105 sets a branching ratio such that the light intensity on the object light side is high.
  • the branching ratio is set to 1: 1 in consideration of the input to the balanced light receiver 32.
  • the branching unit and the branching / joining unit one using fiber fusion, one using micro optics, etc. can be considered.
  • FIG. 4 is a view showing an example of the arrangement of an optical coherence tomography according to a third embodiment of the SS-OCT system.
  • one of the lights branched by the branching unit is guided to the branching / joining unit to be used as the reference light without using the reference light mirror.
  • there are three sets of object light and reference light because they are branched by the splitter 101, but the optical path length of the object light from the branching by the branching device 105 in each set to the merging again. And the optical path lengths of the reference light and the reference light are approximately equal. If there is a difference in the optical path length, a frequency difference (wavelength difference) between the object light and the reference light occurs, but this frequency difference is made smaller than the band of photoelectric conversion of the light receiver.
  • the light source 31 is a laser that emits light while sweeping the wavelength, as used in the first embodiment, and the light output wavelength thereof changes approximately linearly with respect to time during the time of 5 ⁇ s and is 1250 nm. To 1350 nm. The repetition frequency of this wavelength sweep is 100 kHz.
  • N 3 in FIG. 4
  • a time delay of 3 ns is added at 102 b and a time delay of 6 ns is added at 102 c.
  • the light After being branched and added with a time delay, the light is divided into an object light and a reference light by a branching unit 105.
  • the object light is irradiated onto the measurement object 11 through the circulator 106, the collimator 13, and the irradiation optical system 12 consisting of a scan mirror and a lens.
  • three object light beams are irradiated to different positions of the object to be measured, and the backscattered light is guided to the branching and joining device 107 by passing through the circulator 106.
  • the reference light is guided from the splitter 105 to the splitter / splitter 107.
  • the interference light that has passed through the branching and joining device 107 is input to the two-input balanced light receiver 32.
  • the bandwidth of the balanced light receiver is 1 GHz or less.
  • An interference light spectrum is obtained from the photoelectric conversion output of the interference light with respect to the wavelength sweep in the balance type light receiver, and structural data in the depth direction at the object light irradiation position of the measurement object is obtained. Due to the provision of the light beam control mechanism, the influence of light interference among a plurality of object light beams does not appear in the photoelectric conversion output of the light receiver.
  • FIG. 5 is a view showing an example of the arrangement of an optical coherence tomography according to a fourth embodiment of the SS-OCT system.
  • the collimator 13 and the irradiation optical system 12 of the third embodiment are replaced by an optical switch 109 and a collimator 110 corresponding thereto.
  • the light source 31 is a laser that emits light while sweeping the wavelength, as used in the first embodiment, and the light output wavelength thereof changes approximately linearly with respect to time during the time of 5 ⁇ s and is 1250 nm. To 1350 nm. The repetition frequency of this wavelength sweep is 100 kHz.
  • N 3 in FIG. 5
  • a time delay of 3 ns is added at 102 b and a time delay of 6 ns is added at 102 c.
  • the light After being branched and added with a time delay, the light is divided into an object light and a reference light by a branching unit 105.
  • the object light passes through the circulator 106, the optical switches 109a to 109c, and the collimator 110, and is irradiated to the measurement object 11.
  • three object light beams are irradiated to different positions of the object to be measured, and further, switching of the object light beams by the optical switch is performed.
  • the optical switch 109a is used to switch between the light beam 112a and the light beam 112d that illuminates a place slightly away from it.
  • the optical switch 109b is used to switch between the light beam 112b and the light beam 112e.
  • the optical switch 109c is used to switch between the light beam 112c and the light beam 112f.
  • Backscattered light from the object to be measured is guided to the branching junction 107 by passing through the circulator 106.
  • the reference light is guided from the splitter 105 to the splitter / splitter 107.
  • the object light scattered from the object to be measured and the reference light guided from the branching device 105 interfere with each other at the branching junction 107.
  • the interference light that has passed through the branching and joining device 107 is input to the two-input balanced light receiver 32.
  • the bandwidth of the balanced light receiver is 1 GHz or less.
  • An interference light spectrum is obtained from the photoelectric conversion output of the interference light with respect to the wavelength sweep in the balance type light receiver, and structural data in the depth direction at the object light irradiation position of the measurement object is obtained.
  • the influence of light interference among a plurality of object light beams does not appear in the photoelectric conversion output of the light receiver.
  • the optical switch also to switch the light beam, it is possible to change the position to which the object light beam is irradiated on the measurement object at high speed and in a wide range.
  • waveguide type optical switches that can switch the optical path at relatively high speed can be used. Assuming that the light pulse output while being wavelength swept is, for example, 10 ⁇ s repetition (100 kHz repetition) and the pulse width is 5 ⁇ s, if the light path can be switched in 5 ⁇ s between the light pulse and the light pulse, the light pulse is not wasted It becomes possible to irradiate the object light beam to different positions. As a waveguide type optical switch which can obtain a switching time of about 5 ⁇ s, for example, there is an optical switch of a silicon waveguide. Fifth Embodiment FIG.
  • the light beam controller 60 receives a light beam from a plurality of light beam generating means 61 for generating a plurality of light beams whose wavelengths are swept and a light frequency difference between any combination of the plurality of light beams.
  • the optical frequency difference setting means 62 is set to be larger than the bandwidth of the
  • the light source built in or externally attached to the plural light beam generating means 61 has its wavelength swept at a predetermined cycle.
  • a light beam whose wavelength is swept is split into a plurality of light beams by a splitter. Because the wavelength is swept, there is a frequency difference between one light beam and the light beam adjacent to it. Therefore, in the instantaneous light intensity of the interference light generated by the interference between the object light and the reference light, a changing term as described in the first embodiment appears.
  • the branched light beam is made to enter the light frequency difference setting means 62, and a delay is made to give a delay between the beams.
  • the change of the wavelength that is, the change of the frequency is increased accordingly, and the frequency difference (beat frequency) between adjacent light beams is received by the light receiver (Not shown) can be made larger.
  • the delay time to be applied is adjusted to set the optical frequency difference of any combination of a plurality of light beams to be larger than the bandwidth of the light receiver. With this setting, the influence of light interference among a plurality of object light beams does not appear in the photoelectric conversion output of the light receiver.
  • the light beam with the beat frequency set in this way is output and branched into the object light and the reference light.
  • the splitter which divides the output light of a light source into 3 was used, the number of branches is not limited to this. The effect of speeding up measurement is greater if more branches are performed.
  • the light source which outputs the light of a 1300 nm wavelength band was used, a wavelength is not limited to this. Even in the case of different wavelengths such as 1000 nm and 1550 nm bands, the same effect as the above embodiment can be obtained.
  • the wavelength of the light source is swept linearly with respect to time, but the correction may be performed without sweeping linearly.
  • SS-OCT when Fourier transform is performed on the interference light spectrum to obtain structural data as the measurement target, interference light intensity data for equally spaced light frequencies is used as the interference light spectrum, but it is better to sweep linearly
  • Data processing after interference light intensity data acquisition is simple.
  • irradiation optical system consisting of scan mirror and lens 13 collimator 14 collimator 15 reference light mirror 21 light source 22 spectrometer 31 wavelength sweep light source 32 balance type light receiver 41 splitter 42 branch coupler 101 splitter 102 delayer 103 circulator 104 Branch-splitter 105 Splitter 106 Circulator 107 Branch-splitter 108 Circulator 109 Optical switch 110 Collimator

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本発明は、複数の光ビームを互いの干渉による影響を抑制して照射する光ビーム制御器と、これを用いて、測定対象を高精度に測定することを可能にする光干渉断層撮像器を提供することを目的とする。そのために本発明の光ビーム制御器は、波長が掃引された光ビームを複数生成する複数光ビーム生成手段と、前記複数の光ビームのどの組み合わせの光周波数差も、光ビームを受光する受光器の帯域より大きくなるよう設定する光周波数差設定手段と、を備えている。また本発明の光干渉断層撮像器は、前記光ビーム制御器と、前記光ビーム制御器からの複数の光ビームを物体光と参照光に分岐する分岐手段と、前記複数の物体光ビームを測定対象物に照射する照射手段と、前記測定対象物から散乱された物体光と前記参照光とを干渉させ受光器に導く干渉手段と、を備えている。

Description

光ビーム制御器およびこれを用いた光干渉断層撮像器
　本発明は、複数の光ビームを測定対象物に照射する際に光ビーム間の干渉を抑制する光ビーム制御器、およびこれを用いて物体内部からの散乱光に対し光コヒーレンス・トモグラフィー(Optical Coherence Tomography: OCT)で断層撮像を行う光干渉断層撮像器に関する。
　光の干渉を利用して、光を照射した測定対象物の３次元構造データを高精度に得る光コヒーレンス・トモグラフィー技術は、測定対象物の表面近傍の断層観察を可能とし、医療診断や工業製品検査への適用が拡大している。
　ＯＣＴでは、測定対象物体に光を照射して散乱されてくる物体光に対し参照光を干渉させた結果を分析することで、光散乱点の光軸方向すなわち深さ方向における位置を特定し、これにより深さ方向に空間分解した構造データを得る。物体光は、多くの場合、測定対象物の表面だけで１００％反射されることはなくある程度内部まで伝搬してから後方散乱される。このため、物体内部の深さ方向に空間分解した構造データを得ることが可能になる。OCTにはTime Domain(TD-OCT)方式、Fourier Domain(FD-OCT)方式があるが、高速・高感度という点でＦＤ－ＯＣＴ方式の方が有望である。FD-OCT方式では、物体光と参照光を干渉させる際に、広い波長帯域の干渉光スペクトルを測定し、これをフーリエ変換することで深さ方向の構造データを得る。干渉光スペクトルを得る方式として、分光器を用いるSpectral Domain(SD-OCT)方式と、波長を掃引する光源を用いるSwept Source(SS-OCT)方式がある。
　深さ方向に空間分解した構造データを得る上記の方法を用いながら、測定対象物の異なる位置に物体光ビームを照射し、光軸に垂直な面内方向に対して空間分解した構造データを得ることにより、３次元構造データを得ることが可能になる。測定対象物の異なる位置に物体光ビームを照射するためには、通常は、ガルバノミラー等を用いて１本の物体光ビームをスキャンする。このため、基本的には、面内方向の空間分解能は光ビーム径で決まり、範囲は光ビームを照射する箇所の数で決まることになる。従って広い範囲を測定する際には測定時間が長くなるという問題がある。
　特許文献１に次のような発明が記載されている。同文献の図１では、広帯域光パルス生成ユニット４から広帯域光パルス５を光パルス分波遅延合波ユニット１８に入力する。このユニット１８の光合分波器３２と複数の光遅延器３４で、同文献の図６に示される、異なる時間遅延させた狭帯域光パルス列２０を生成している。この狭帯域光パルス列２０を分岐合流器４２で分岐させ、一方を測定対象物４６に照射して後方散乱させ、他方を参照ミラー６６に照射し、戻った光を光結合器７０で合波している。この文献では同文献の図１に示されるように測定対象物４６に対して単一の物体光ビームの照射が想定されており、同文献の図６はこの単一の物体光ビームの波長の時間に対する変化が図示されているのみである。つまり上述の広い範囲を測定する際には測定時間が長くなるという問題は解決されていない。
　このような問題に対処するため、複数の物体光ビームを同時に測定対象物の異なる位置に照射して、広い範囲の測定を高速化する方法が、例えば、特許文献２や特許文献３に記載されている。特許文献３に記載されているSD-OCT方式の例を図７に示す。光源２１は１００ｎｍ程度の広い波長範囲の光を出射する。光源２１から出射された光は、スプリッタ４１でＮ分岐（図７ではＮ＝３）された後、分岐合流器４２でそれぞれ２つに分けられ、物体光と参照光になる。一方の光はコリメータ１３、スキャンミラーとレンズから成る照射光学系１２を経て、測定対象物１１に照射される。ここでは３本の物体光ビーム５１ａ、５１ｂ、５１ｃが同時に測定対象物の異なる位置に照射され、後方散乱光（物体光）が分岐合流器４２へ戻る。他方の光はコリメータ１４と参照光ミラー１５を経て、ミラーからの反射光が分岐合流器４２へ戻り、参照光となる。測定対象物から散乱されてきた物体光とミラーで反射されてきた参照光が、分岐合流器４２で干渉する。干渉光の光スペクトルを分光器２２で得ることにより、測定対象物の物体光照射位置での深さ方向の構造データが得られることになる。
特開２０１０－１１７７８９号公報 特開平８－２５２２５６号公報 特開２０１０－１６７２５３号公報
　図７の構成では、測定対象領域を分割し、分割した一つの領域の一つの物体光ビームを割り当てて照射する。すると領域が隣接する箇所で物体光が重なり、干渉が生じる。物体光ビーム間での干渉があると、構造データを高精度に得ることは困難になる。複数の物体光ビームを測定対象物に照射する上で、干渉の影響を抑制するための制御が必要である。
　本発明の目的は、複数の光ビームを互いの干渉による影響を抑制して照射する光ビーム制御器と、これを用いて、測定対象を高精度に測定することを可能にする光干渉断層撮像器を提供することにある。
　上記目的を達成するため、本発明に係る光ビーム制御器は、波長が掃引された光ビームを複数生成する複数光ビーム生成手段と、前記複数の光ビームのどの組み合わせの光周波数差も、光ビームを受光する受光器の帯域より大きくなるよう設定する光周波数差設定手段と、を備えている。
　また、本発明に係る光干渉断層撮像器は、前記光ビーム制御器と、前記光ビーム制御器からの複数の光ビームを物体光と参照光に分岐する分岐手段と、前記複数の物体光ビームを測定対象物に照射する照射手段と、前記測定対象物から散乱された物体光と前記参照光とを干渉させ受光器に導く干渉手段と、を備えている。
　また本発明の光ビーム制御方法は、波長が掃引された光ビームを複数生成し、前記複数の光ビームのどの組み合わせの光周波数差も、光ビームを受光する受光器の帯域より大きくなるように設定することを特徴とする。
　本発明では複数の物体光ビームの間での光干渉の影響は受光器の光電変換出力には現れない。これにより、光干渉断層撮像器は測定対象を高精度に測定することが可能になる。
本発明の第１の実施形態の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態の光ビーム制御器の特徴を説明する図である。 本発明の第２の実施形態の構成を示す図である。 本発明の第３の実施形態の構成を示す図である。 本発明の第４の実施形態の構成を示す図である。 本発明の第５の実施形態の光ビーム制御器の構成を示す図である。 特許文献２の光干渉断層撮像器の構成を示す図である。
（第１の実施形態）
　本発明の第１の実施形態について説明する。図１は第１の実施形態である光ビーム制御器と、これを用いたSS-OCT方式の光干渉断層撮像器の構成例を示す図である。
　波長掃引光源３１（以下光源３１と略称する）は、波長を掃引しながら光を出射するレーザであり、その光出力波長は時間５μｓの間に時間に対しほぼ線形に変化するつまり単位時間当たりの波長変化量が一定である。また所定の波長範囲で掃引される。本実施形態では１２５０ｎｍから１３５０ｎｍまで掃引されている。この波長掃引の繰り返し周波数は１００ｋＨｚである。光源３１は光ビーム制御器に含まれていても良いし、含まれておらず外付けでもよい。
　このレーザ光出力から、測定対象物に照射する複数の光ビームを生成するための制御機構が設けられている。すなわち、光源３１から出射された光は、スプリッタ１０１でＮ分岐（図１ではＮ＝３）された後、各々に時間差が付くようにする。ここでは、遅延を与えない分岐１０１ａを通る光に対して、分岐１０１ｂを通る光には、遅延器１０２ｂで３ｎｓの時間遅延が付加される。また遅延を与えない分岐１０１ａを通る光に対して、分岐１０１ｃを通る光には、遅延器１０２ｃで６ｎｓの時間遅延が付加される。
　分岐され時間遅延を付加された後、サーキュレータ１０３を経て、分岐合流器１０４で物体光と参照光に分けられる。物体光と参照光分岐比は１：１が望ましい。分岐合流器としては、ファイバ融着を用いるもの、マイクロオプティクスを用いるものなどを用いることができる。
　物体光はファイバコリメータ１３（以下コリメータと略称する）、スキャンミラーとレンズから成る照射光学系１２を経て、測定対象物１１に照射される。ここでは３本の物体光ビーム１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃが測定対象物の異なる位置に照射され、後方散乱光が分岐合流器１０４へ戻る。
　他方、分岐合流器１０４で分岐された参照光はコリメータ１４、参照光ミラー１５を経て、ミラーからの反射光が分岐合流器１０４へ戻る。分岐合流器１０４で、測定対象物から散乱されてきた物体光とミラーで反射されてきた参照光が干渉し、干渉光が得られる。
分岐合流器１０４を通過した干渉光は、一方はサーキュレータ１０３を経て、他方は直接に、二入力のバランス型受光器３２へ入力される。バランス型受光器は２つのフォトダイオードが直列に接続され、その接続が出力（差動出力）となっている受光器であり、既存のものを使うことができる。本実施形態のバランス型受光器３２の帯域は１ＧＨｚ以下である。
　本実施形態では、スプリッタ１０１で３分岐されているので、物体光と参照光の組は３組あるが、各々の組において分岐合流器１０４で分岐されてから再び合流するまでの物体光の光路長と参照光の光路長は概略等しくしておく。光路長に差があると物体光と参照光の周波数差（波長差）が生じるが、この周波数差を受光器の光電変換の帯域よりも小さくしておく。
　波長掃引に対する干渉光のバランス型受光器での光電変換出力から、干渉光スペクトルが得られ、測定対象物の物体光照射位置での深さ方向の構造データが得られることになる。
　以下に、本実施形態において、複数の物体光ビームの間での光干渉の影響が受光器の光電変換出力には現れない理由を述べる。
　一般に、複数の光ビームが重なり合う場合の振幅と位相は、各々の光ビームの振幅と位相の線形の重ね合わせで表される。ある時刻ｔにおいて、周波数ν1（波長λ1＝ｃ／ν1、ｃ：光速度）の物体光ビームと、周波数ν2（波長λ2＝ｃ／ν2）の物体光ビームとが重なり合って、周波数νR（波長λR＝ｃ／νR）の参照光と干渉し、受光器で光電変換される場合を考える。通常、参照光強度を高くすることで受光器での光電変換出力を低雑音化するが、その場合、主に、周波数ν1の物体光と周波数νRの参照光との干渉、および、周波数ν2の物体光と周波数νRの参照光との干渉、を考えればよい。したがって、干渉光の瞬時光強度には次の式（１）
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001

および次の式（２）
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002

に従って変化する項が現れる。式（１）、（２）中のｔは時刻である。受光器で光電変換された後の信号が、この変化する項（１）、（２）によって影響されるかどうかは、受光器の帯域Δνとν1－νR、ν2－νRとの大小関係に依存する。
　周波数ν1の物体光を照射した位置ａにおける構造データを得ようとする場合、
ν1－νR ＜＜ Δν　　　（３）
となるようにすることで、測定対象の断層構造を反映した干渉光スペクトルが受光器で光電変換された信号で検出できるようになる。しかしこの信号に、周波数ν2の物体光を照射した別の位置ｂ（通常は隣接する位置）の影響が現れてしまうと、位置ａにおける深さ方向の構造を反映した信号に、位置ｂにおける深さ方向の構造を反映した信号が重畳されてしまう。これを避けるために、本実施形態では
ν2－νR ＞＞ Δν　　　（４）
とする。これにより、ｂの位置における深さ方向の構造の影響が現れるのを避けることができる。ここでは周波数ν1とν2の２つの光ビームの間の関係だけを述べたが、測定に用いる複数の光ビームのどの組み合わせの光周波数差も、式（４）を満たすつまり受光器の帯域より大きくなるように設定すればよい。
　次に図２を用いて、ν2－νR＞＞ Δνとするための具体的な手法を説明する。
　時間５μｓの間に時間に対しほぼ線形に波長がλ１＝１２５０ｎｍからλ３＝１３５０ｎｍまで掃引される光が、スプリッタ２０１で３分岐され、第一の光ビーム２１１ａに対し、第二の光ビーム２１１ｂは遅延器２０２ｂを通過することにより３ｎｓの遅延が付加されており、さらに、第三の光ビーム２１１ｃは遅延器２０２ｃを通過することにより６ｎｓの遅延が付加されている。
　従って、第一の光ビーム２１１ａの波長に対し、第二の光ビーム２１１ｂの波長は０．０６ｎｍほどずれており、さらに、第三の光ビーム２１１ｃの波長は０．１２ｎｍほどずれている。これは次のような計算である。５μｓで波長が１００ｎｍ（＝１３５０ｎｍ－１２５０ｎｍ）変化するので、１ｎｓでは波長は０．０２ｎｍ変化する。（０．０２ｎｍ＝１ｎｓ×１００ｎｍ／５μｓ）従って、第一の光ビーム２１１ａの波長がλであったとき、ある時刻において、第二の光ビーム２１１ｂは３ｎｓ遅延しているため、第二の光ビーム２１１ｂの波長は、λ－０．０２[ｎｍ／ｎｓ]×３[ｎｓ]＝λ－０．０６[ｎｍ]となる。同様に、第三の光ビームは６ｎｓ遅延しているため、その波長はλ－０．０２[ｎｍ／ｎｓ]×６[ｎｓ]＝λ－０．１２[ｎｍ]となる。
　その結果、第一の光ビーム２１１ａと第二の光ビーム２１１ｂの干渉によって生じるビート周波数つまり上述のν1－νRは１０ＧＨｚ程度、第二の光ビーム２１１ｂと第三の光ビーム２１１ｃの干渉によって生じるビート周波数も１０ＧＨｚ程度になる。これらのビート周波数は、受光器の帯域つまり上述のΔνよりも高い周波数であるため、受光器の光電変換出力には現れない。すなわち、複数の物体光ビームの間での光干渉の影響は受光器の光電変換出力には現れなくなり、高精度な測定が可能になる。
　また本実施形態では、例えば、10本の物体光ビームを同時に照射するつまり広範囲に照射することが可能になり、測定時間を1/10に短縮することが可能になる。
（第２の実施形態）
　本発明の第２の実施形態について説明する。図３は第２の実施形態であるＳＳ－ＯＣＴ方式の光干渉断層撮像器の構成例を示す図である。第１の実施形態では物体光と参照光の分離と干渉を同じ分岐合流器１０４で行ったが、本実施形態では、物体光と参照光の分岐は分岐器１０５で行われ、物体光と参照光の合流および合流した後の干渉光のバランス型受光器への入力に向けた分岐は分岐合流器１０７で行われる。本実施形態でも、スプリッタ１０１で３分岐されているので、物体光と参照光の組は３組あるが、各々の組において分岐器１０５で分岐されてから再び合流するまでの物体光の光路長と参照光の光路長は概略等しくしておく。光路長に差があると物体光と参照光の周波数差（波長差）が生じるが、この周波数差を受光器の光電変換の帯域よりも小さくしておく。
　光源３１は、第１の実施形態に用いられているものと同じく、波長を掃引しながら光を出射するレーザであり、その光出力波長は時間５μｓの間に時間に対しほぼ線形に変化し１２５０ｎｍから１３５０ｎｍまで掃引されている。この波長掃引の繰り返し周波数は１００ｋＨｚである。
　このレーザ光出力から、測定対象物に照射する複数の光ビームを生成するための制御機構が設けられている。すなわち、光源３１から出射された光は、スプリッタ１０１でＮ分岐（図３ではＮ＝３）された後、各々に異なる時間遅延が与えられる。ここでは、１０２ｂで３ｎｓの時間遅延が付加され、１０２ｃで６ｎｓの時間遅延が付加される。
　分岐され時間遅延を付加された後、分岐器１０５で物体光と参照光に分けられる。物体光は、サーキュレータ１０６、コリメータ１３、スキャンミラーとレンズから成る照射光学系１２を経て、測定対象物１１に照射される。ここでは３本の物体光ビームが測定対象物の異なる位置に照射され、後方散乱光がサーキュレータ１０６を通過することにより分岐合流器１０７へ導かれる。他方、参照光は、サーキュレータ１０８、コリメータ１４、参照光ミラー１５を経て、ミラーからの反射光がサーキュレータ１０８を通過することにより分岐合流器１０７へ戻る。測定対象物から散乱されてきた物体光とミラーで反射されてきた参照光は分岐合流器１０７で干渉する。分岐合流器１０７を通過した干渉光は、二入力のバランス型受光器３２へ入力される。バランス型受光器の帯域は１ＧＨｚ以下である。波長掃引に対する干渉光のバランス型受光器での光電変換出力から、干渉光スペクトルが得られ、干渉光スペクトルから測定対象物の物体光照射位置での深さ方向の構造データが得られることになる。光ビーム制御機構が設けられていることにより、複数の物体光ビームの間での光干渉の影響は受光器の光電変換出力には現れない。
　また本実施形態では物体光と参照光の分岐を分岐器１０５で行い、合流を分岐合流器１０７で行う、つまり別々の装置で行うので、分岐比を別々に設定することが可能である。
分岐比を別々に設定することで、光のパワーの損失を低減することが可能になる。多くの場合、分岐器１０５では、物体光側の光強度が高くなるような分岐比が設定される。分岐合流器１０７では、バランス型受光器３２への入力を考慮して分岐比は１：１に設定される。分岐器と分岐合流器としては、ファイバ融着を用いるもの、マイクロオプティクスを用いるものなどが考えられる。
（第３の実施形態）
　本発明の第３の実施形態について説明する。図４は第３の実施形態であるＳＳ－ＯＣＴ方式の光干渉断層撮像器の構成例を示す図である。本実施形態では参照光ミラーを使わず、分岐器で分岐した光の一方を分岐合流器に導いて参照光にしている。本実施形態でも、スプリッタ１０１で３分岐されているので、物体光と参照光の組は３組あるが、各々の組において分岐器１０５で分岐されてから再び合流するまでの物体光の光路長と参照光の光路長は概略等しくしておく。光路長に差があると物体光と参照光の周波数差（波長差）が生じるが、この周波数差を受光器の光電変換の帯域よりも小さくしておく。
　光源３１は、第１の実施形態に用いられているものと同じく、波長を掃引しながら光を出射するレーザであり、その光出力波長は時間５μｓの間に時間に対しほぼ線形に変化し１２５０ｎｍから１３５０ｎｍまで掃引されている。この波長掃引の繰り返し周波数は１００ｋＨｚである。
　このレーザ光出力から、測定対象物に照射する複数の光ビームを生成するための制御機構が設けられている。すなわち、光源３１から出射された光は、スプリッタ１０１でＮ分岐（図４ではＮ＝３）された後、各々に異なる時間遅延が与えられる。ここでは、１０２ｂで３ｎｓの時間遅延が付加され、１０２ｃで６ｎｓの時間遅延が付加される。
　分岐され時間遅延を付加された後、分岐器１０５で物体光と参照光に分けられる。物体光は、サーキュレータ１０６、コリメータ１３、スキャンミラーとレンズから成る照射光学系１２を経て、測定対象物１１に照射される。ここでは３本の物体光ビームが測定対象物の異なる位置に照射され、後方散乱光がサーキュレータ１０６を通過することにより分岐合流器１０７へ導かれる。他方、参照光は、分岐器１０５から分岐合流器１０７に導かれる。分岐合流器１０７で測定対象物から散乱されてきた物体光と分岐器１０５から導かれてきた参照光が干渉する。分岐合流器１０７を通過した干渉光は、二入力のバランス型受光器３２へ入力される。バランス型受光器の帯域は１ＧＨｚ以下である。波長掃引に対する干渉光のバランス型受光器での光電変換出力から、干渉光スペクトルが得られ、測定対象物の物体光照射位置での深さ方向の構造データが得られることになる。光ビーム制御機構が設けられていることにより、複数の物体光ビームの間での光干渉の影響は受光器の光電変換出力には現れない。本実施形態では、参照光ミラーでの折り返しを用いずに分岐から合流までを接続しており、サーキュレータが不要になり、構成が簡単になる。ただし第１、第２の実施形態に比べて光路長の調整に多少手間がかかる。
（第４の実施形態）
　本発明の第４の実施形態について説明する。図５は第４の実施形態であるＳＳ－ＯＣＴ方式の光干渉断層撮像器の構成例を示す図である。本実施形態は、第３の実施形態のコリメータ１３と照射光学系１２を、光スイッチ１０９とそれに対応したコリメータ１１０に代えたものである。本実施形態でも、スプリッタ１０１で３分岐されているので、物体光と参照光の組は３組あるが、各々の組において分岐器１０５で分岐されてから再び合流するまでの物体光の光路長と参照光の光路長は概略等しくしておく。光路長に差があると物体光と参照光の周波数差（波長差）が生じるが、この周波数差を受光器の光電変換の帯域よりも小さくしておく。
　光源３１は、第１の実施形態に用いられているものと同じく、波長を掃引しながら光を出射するレーザであり、その光出力波長は時間５μｓの間に時間に対しほぼ線形に変化し１２５０ｎｍから１３５０ｎｍまで掃引されている。この波長掃引の繰り返し周波数は１００ｋＨｚである。
　このレーザ光出力から、測定対象物に照射する複数の光ビームを生成するための制御機構が設けられている。すなわち、光源３１から出射された光は、スプリッタ１０１でＮ分岐（図５ではＮ＝３）された後、各々に異なる時間遅延が与えられる。ここでは、１０２ｂで３ｎｓの時間遅延が付加され、１０２ｃで６ｎｓの時間遅延が付加される。
　分岐され時間遅延を付加された後、分岐器１０５で物体光と参照光に分けられる。物体光は、サーキュレータ１０６、光スイッチ１０９ａ～１０９ｃ、コリメータ１１０を経て、測定対象物１１に照射される。ここでは３本の物体光ビームが測定対象物の異なる位置に照射され、さらに、光スイッチでの物体光ビームの切り替えが行われる。光スイッチ１０９ａは光ビーム１１２ａと、それより少し離れた箇所を照射する光ビーム１１２ｄの切り替えに用いる。同様に光スイッチ１０９ｂは光ビーム１１２ｂと光ビーム１１２ｅの切り替えに用いる。同様に光スイッチ１０９ｃは光ビーム１１２ｃと光ビーム１１２ｆの切り替えに用いる。測定対象物からの後方散乱光はサーキュレータ１０６を通過することにより分岐合流器１０７へ導かれる。
　他方、参照光は、分岐器１０５から分岐合流器１０７に導かれる。測定対象物から散乱されてきた物体光と分岐器１０５から導かれてきた参照光が、分岐合流器１０７で干渉する。分岐合流器１０７を通過した干渉光は、二入力のバランス型受光器３２へ入力される。バランス型受光器の帯域は１ＧＨｚ以下である。波長掃引に対する干渉光のバランス型受光器での光電変換出力から、干渉光スペクトルが得られ、測定対象物の物体光照射位置での深さ方向の構造データが得られることになる。光ビーム制御機構が設けられていることにより、複数の物体光ビームの間での光干渉の影響は受光器の光電変換出力には現れない。本実施形態では、光ビームの切り替えに光スイッチも用いることで、測定対象物上において物体光ビームを照射する位置を、より高速で広範囲に変えていくことが可能となる。
　なお、図５での光スイッチ１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃとしては、例えば、比較的高速で光経路切り替えができる導波路型光スイッチを用いることができる。波長掃引されつつ出力される光パルスが例えば１０μｓ繰り返し（１００ｋＨｚ繰り返し）でパルス幅５μｓであるとすると、光パルスと光パルスの間の５μｓで光経路切り替えができれば、光パルスを無駄にすることなく、異なる位置に物体光ビームを照射することが可能になる。
５μｓ程度の切り替え時間が得られる導波路型光スイッチとしては、例えばシリコン導波路の光スイッチがある。
（第５の実施形態）
　図６は本発明の第５の実施形態の光ビーム制御器を説明するための図である。本実施形態の光ビーム制御器６０は、波長が掃引された光ビームを複数生成する複数光ビーム生成手段６１と、前記複数の光ビームのどの組み合わせの光周波数差も、光ビームを受光する受光器の帯域より大きくなるよう設定する光周波数差設定手段６２を備えている。
　複数光ビーム生成手段６１に内蔵または外付けされた光源は、所定の周期で波長が掃引されている。波長が掃引された光ビームをスプリッタで複数の光ビームに分岐する。波長が掃引されているので、ある光ビームとそれに隣接する光ビームで周波数に差がある。そのため、物体光と参照光による干渉で生成した干渉光の瞬時光強度には、第１の実施形態で述べたような、変化する項が現れる。本実施形態では、分岐した光ビームを光周波数差設定手段６２に入射させ、遅延器等によってビーム間に遅延を与える。波長が掃引されているので、遅延を与えると、その分だけ波長の変化つまり周波数の変化が大きくなり、隣接する光ビーム間の周波数の差（ビート周波数）を、光ビームを受光する受光器（不図示）の帯域より大きくすることができる。与える遅延時間を調整して、複数の光ビームのどの組み合わせの光周波数差も受光器の帯域より大きくなるよう設定する。このように設定すると、複数の物体光ビームの間での光干渉の影響は受光器の光電変換出力には現れなくなる。このようにしてビート周波数を設定した光ビームを出力し、物体光と参照光に分岐させる。
　以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
　例えば、上述の実施形態では、光源の出力光を３分岐するスプリッタを用いたが、分岐数はこれに限定されない。もっと多くの分岐を行う方が測定高速化の効果は大きくなる。
また、波長１３００ｎｍ帯の光を出力する光源を用いたが、波長はこれに限定されない。
１０００ｎｍ、１５５０ｎｍ帯等、異なる波長の場合であっても、上記の実施形態と同様の効果を得ることができる。
　また上述の実施形態では光源の波長を時間に対して線形に掃引したが、線形に掃引しなくても補正を行えばよい。SS-OCTでは、干渉光スペクトルに対してフーリエ変換を行って測定対象に構造データを得る際に、干渉光スペクトルとして等間隔の光周波数に対する干渉光強度データを用いるが、線形に掃引する方が干渉光強度データ取得後のデータ処理は簡単である。
　以上、上述した実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態には限定されない。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。
　この出願は、２０１７年１２月２５日に出願された日本出願特願２０１７－２４８２２９を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　１１　　測定対象物
　１２　　スキャンミラーとレンズからなる照射光学系
　１３　　コリメータ
　１４　　コリメータ
　１５　　参照光ミラー
　２１　　光源
　２２　　分光器
　３１　　波長掃引光源
　３２　　バランス型受光器
　４１　　スプリッタ
　４２　　分岐合流器
　１０１　　スプリッタ
　１０２　　遅延器
　１０３　　サーキュレータ
　１０４　　分岐合流器
　１０５　　分岐器
　１０６　　サーキュレータ
　１０７　　分岐合流器
　１０８　　サーキュレータ
　１０９　　光スイッチ
　１１０　　コリメータ

Claims (9)

  1. 　波長が掃引された光ビームを複数生成する複数光ビーム生成手段と、
    前記複数の光ビームのどの組み合わせの光周波数差も、光ビームを受光する受光器の帯域より大きくなるよう設定する光周波数差設定手段と、
    を備えたことを特徴とする光ビーム制御器。
  2. 　前記複数光ビーム生成手段は波長が掃引された光ビームを生成する光源から出力される前記光ビームを分岐するスプリッタであり、
    前記光周波数差設定手段は前記スプリッタから出力される複数の光の間に時間差を設ける遅延器を備え、前記時間差は、前記複数の出力光のどの組み合わせの光周波数差も、光を受光する受光器の帯域より大きくなるよう設定される請求項１に記載の光ビーム制御器。
  3. 　前記波長掃引の際、前記波長は時間に対して線形に変化する請求項１または２に記載の光ビーム制御器。
  4. 　請求項１から３のいずれか一項に記載の光ビーム制御器と、前記光ビーム制御器からの複数の光ビームを物体光と参照光に分岐する分岐手段と、前記複数の物体光ビームを測定対象物に照射する照射手段と、前記測定対象物から散乱された物体光と前記参照光とを干渉させ受光器に導く干渉手段と、
    を備えたことを特徴とする光干渉断層撮像器。
  5. 　請求項１から３のいずれか一項に記載の光ビーム制御器と、
    前記光ビーム制御器の複数の出力に設けたサーキュレータと、
    前記サーキュレータの出力に接続され、前記光ビームを物体光と参照光に分岐させる分岐合流器と、
    前記複数の物体光を測定対象物に照射する照射光学系と、
    前記複数の参照光が照射される参照光ミラーと、を備え、
    前記分岐合流器は前記測定対象物で散乱された物体光と前記参照光ミラーで反射された参照光とを干渉させて得た干渉光を受光器に導き、
    前記受光器には、前記分岐合流器から直接入力された干渉光と、前記サーキュレータを経た干渉光とが入力される光干渉断層撮像器。
  6. 　請求項１から３のいずれか一項に記載の光ビーム制御器と、
    前記光ビーム制御器の出力に設けられ、前記光ビーム制御器からの光ビームを物体光と参照光に分岐させる分岐器と、
    前記分岐器の出力にそれぞれ接続された第１のサーキュレータと、
    前記それぞれの第１のサーキュレータからの物体光を測定対象物に照射する照射光学系と、
    前記測定対象物で散乱された物体光が前記第１のサーキュレータを経て入力される分岐合流器と、
    前記分岐器の出力にそれぞれ接続された第２のサーキュレータと、
    前記第２のサーキュレータからの参照光が照射される参照光ミラーと、
    前記散乱された物体光と前記参照光ミラーで反射された参照光とが前記分岐合流器で干渉して生じた干渉光を受光する受光器を備えた光干渉断層撮像器。
  7. 　請求項１から３のいずれか一項に記載の光ビーム制御器と、
    前記光ビーム制御器の出力に設けられ、前記光ビーム制御器からの光ビームを物体光と参照光に分岐させる分岐器と、
    前記分岐器の出力にそれぞれ接続された第１のサーキュレータと、
    前記それぞれの第１のサーキュレータからの物体光を測定対象物に照射する照射光学系と、
    前記測定対象物で散乱された物体光が前記第１のサーキュレータ経由で入力され、しかも前記分岐器から前記参照光が入力されて前記物体光と前記参照光が干渉する分岐合流器と、
    前記干渉して生じた干渉光を受光する受光器を備えた光干渉断層撮像器。
  8. 　前記照射光学系として、複数の光スイッチとそれに対応したコリメータを備えた請求項５から７のいずれか一項に記載の光干渉断層撮像器。
  9. 　波長が掃引された光ビームを複数生成し、
    前記複数の光ビームのどの組み合わせの光周波数差も、光ビームを受光する受光器の帯域より大きくなるように設定することを特徴とする光ビーム制御方法。
PCT/JP2018/046447 2017-12-25 2018-12-18 光ビーム制御器およびこれを用いた光干渉断層撮像器 Ceased WO2019131298A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/772,684 US11703450B2 (en) 2017-12-25 2018-12-18 Optical beam controller and optical interference tomographic imaging device using same
JP2019563023A JP6908131B2 (ja) 2017-12-25 2018-12-18 光ビーム制御器およびこれを用いた光干渉断層撮像器
EP18897135.2A EP3734252A4 (en) 2017-12-25 2018-12-18 OPTICAL RAY CONTROL UNIT AND DEVICE FOR TOMOGRAPHIC IMAGING WITH OPTICAL INTERFERENCES, USING THEREOF

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017248229 2017-12-25
JP2017-248229 2017-12-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019131298A1 true WO2019131298A1 (ja) 2019-07-04

Family

ID=67067122

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2018/046447 Ceased WO2019131298A1 (ja) 2017-12-25 2018-12-18 光ビーム制御器およびこれを用いた光干渉断層撮像器

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11703450B2 (ja)
EP (1) EP3734252A4 (ja)
JP (2) JP6908131B2 (ja)
WO (1) WO2019131298A1 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022120645A1 (de) 2021-09-15 2023-03-16 Omron Corporation Entfernungssensor basierend auf optischer Interferenz
US20230102868A1 (en) * 2020-03-25 2023-03-30 Nec Corporation Optical coherence tomography (oct) apparatus and method for controlling an opticalcoherence tomography apparatus
CN116734725A (zh) * 2022-03-11 2023-09-12 欧姆龙株式会社 光干涉测距传感器
EP4246083A1 (en) 2022-03-11 2023-09-20 OMRON Corporation Optical interference range sensor

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4748686A (en) * 1986-10-15 1988-05-31 United Technologies Corporation Coherence multiplexed optical position transducer
JPH075101A (ja) * 1993-06-18 1995-01-10 Fuji Photo Film Co Ltd 光散乱媒体の吸光計測装置
JPH08252256A (ja) 1995-03-17 1996-10-01 Seitai Hikari Joho Kenkyusho:Kk 断層撮影装置
JP2008128709A (ja) * 2006-11-17 2008-06-05 Fujifilm Corp 光断層画像化装置
JP2010117789A (ja) 2008-11-11 2010-05-27 Sharp Corp 電子機器
JP2010167253A (ja) 2008-12-26 2010-08-05 Canon Inc 光断層画像撮像装置
JP2010261858A (ja) * 2009-05-08 2010-11-18 Canon Inc 光干渉断層撮像装置
JP2016505828A (ja) * 2012-12-06 2016-02-25 リーハイ・ユニバーシティー 空間分割多重光コヒーレンストモグラフィー装置
WO2017013177A1 (en) * 2015-07-22 2017-01-26 Medlumics S.L. High-speed optical coherence tomography using multiple interferometers with suppressed multiple scattering cross-talk

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5716324A (en) * 1992-08-25 1998-02-10 Fuji Photo Film Co., Ltd. Endoscope with surface and deep portion imaging systems
JP2002095663A (ja) * 2000-09-26 2002-04-02 Fuji Photo Film Co Ltd センチネルリンパ節光断層画像取得方法および装置
US7764384B1 (en) * 2006-11-16 2010-07-27 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Swept frequency laser metrology system
EP2128561B1 (de) * 2008-05-28 2014-10-29 Leica Geosystems AG Interferometrisches Distanzmessverfahren mit verzögertem Chirp-Signal und ebensolche Vorrichtung
US8345257B2 (en) 2009-04-20 2013-01-01 D4D Technologies, Llc Swept source optical coherence tomography (OCT) method and system
JP5645445B2 (ja) * 2009-05-22 2014-12-24 キヤノン株式会社 撮像装置及び撮像方法
JP5627259B2 (ja) 2009-05-22 2014-11-19 キヤノン株式会社 撮像装置及び撮像方法
JP5627260B2 (ja) 2009-05-22 2014-11-19 キヤノン株式会社 撮像装置および撮像方法
US8422842B2 (en) * 2010-09-02 2013-04-16 Yong Huang Plastic fiber coupler and method of manufacturing thereof
WO2014018942A1 (en) * 2012-07-27 2014-01-30 Thorlabs, Inc. Tunable short cavity laser sensor
US9400169B2 (en) * 2012-12-06 2016-07-26 Lehigh University Apparatus and method for space-division multiplexing optical coherence tomography
CN115079340B (zh) * 2017-05-12 2024-02-02 周超 使用低损耗集成光子芯片的空分复用光学相干层析成像技术

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4748686A (en) * 1986-10-15 1988-05-31 United Technologies Corporation Coherence multiplexed optical position transducer
JPH075101A (ja) * 1993-06-18 1995-01-10 Fuji Photo Film Co Ltd 光散乱媒体の吸光計測装置
JPH08252256A (ja) 1995-03-17 1996-10-01 Seitai Hikari Joho Kenkyusho:Kk 断層撮影装置
JP2008128709A (ja) * 2006-11-17 2008-06-05 Fujifilm Corp 光断層画像化装置
JP2010117789A (ja) 2008-11-11 2010-05-27 Sharp Corp 電子機器
JP2010167253A (ja) 2008-12-26 2010-08-05 Canon Inc 光断層画像撮像装置
JP2010261858A (ja) * 2009-05-08 2010-11-18 Canon Inc 光干渉断層撮像装置
JP2016505828A (ja) * 2012-12-06 2016-02-25 リーハイ・ユニバーシティー 空間分割多重光コヒーレンストモグラフィー装置
WO2017013177A1 (en) * 2015-07-22 2017-01-26 Medlumics S.L. High-speed optical coherence tomography using multiple interferometers with suppressed multiple scattering cross-talk

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3734252A4

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230102868A1 (en) * 2020-03-25 2023-03-30 Nec Corporation Optical coherence tomography (oct) apparatus and method for controlling an opticalcoherence tomography apparatus
US12213763B2 (en) * 2020-03-25 2025-02-04 Nec Corporation Optical coherence tomography (OCT) apparatus and method for controlling an optical coherence tomography apparatus
DE102022120645A1 (de) 2021-09-15 2023-03-16 Omron Corporation Entfernungssensor basierend auf optischer Interferenz
CN116734725A (zh) * 2022-03-11 2023-09-12 欧姆龙株式会社 光干涉测距传感器
EP4242578A1 (en) 2022-03-11 2023-09-13 Omron Corporation Optical interferometric range sensor
EP4246083A1 (en) 2022-03-11 2023-09-20 OMRON Corporation Optical interference range sensor
US12298117B2 (en) 2022-03-11 2025-05-13 Omron Corporation Optical interference range sensor

Also Published As

Publication number Publication date
EP3734252A4 (en) 2021-02-24
JP6908131B2 (ja) 2021-07-21
JPWO2019131298A1 (ja) 2020-11-26
US20200309692A1 (en) 2020-10-01
JP7120400B2 (ja) 2022-08-17
JP2021165747A (ja) 2021-10-14
US11703450B2 (en) 2023-07-18
EP3734252A1 (en) 2020-11-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7120400B2 (ja) 光干渉断層撮像器
JP5939866B2 (ja) 光干渉断層撮像装置及び撮像方法
JP4505807B2 (ja) 多重化スペクトル干渉光コヒーレンストモグラフィー
US9933245B2 (en) Interferometric distance measuring arrangement for measuring surfaces and corresponding method with emission of at least two parallel channels
JP6125981B2 (ja) 光断層画像装置用サンプルクロック発生装置、および光断層画像装置
US20090015842A1 (en) Phase Sensitive Fourier Domain Optical Coherence Tomography
CN101674770A (zh) 图像形成方法和光学相干层析成像设备
JP6690390B2 (ja) 光コヒーレンストモグラフィー装置
JP7175982B2 (ja) 光計測装置および試料観察方法
WO2013118541A1 (ja) 光断層画像測定装置
US10222197B2 (en) Interferometric distance measuring arrangement for measuring surfaces and corresponding method with at least two parallel measurement channels and wavelength ramp
JP6453519B2 (ja) 抑制された多重散乱クロストークを有する複数の干渉計を用いる高速光干渉断層撮影
JP2005351839A (ja) 断層映像装置
JP4852651B2 (ja) 多重化スペクトル干渉光コヒーレンストモグラフィー
JP7327620B2 (ja) 光干渉断層撮像装置、撮像方法、及び、撮像プログラム
JP6917663B2 (ja) 光コヒーレンストモグラフィ装置用の光干渉ユニット
WO2012029809A2 (ja) 形状測定装置および形状測定方法
WO2020129200A1 (ja) 光干渉断層撮像装置
KR101200984B1 (ko) 광의 공간 분할을 이용한 측정 시스템
JP5149923B2 (ja) 多重化スペクトル干渉光コヒーレンストモグラフィー
JP2014092425A (ja) 光干渉断層撮像装置及び光干渉断層撮像方法
JP7563460B2 (ja) 光干渉断層撮像装置
KR20220090228A (ko) 마하젠더 간섭계 기반 초고속 광 주파수 및 시분할 광 간섭성 단층 촬영장치 및 이를 이용한 촬영방법
KR20120007483A (ko) 광의 공간 분할을 이용한 측정 시스템
CN112424561A (zh) Oct系统与oct方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18897135

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019563023

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018897135

Country of ref document: EP

Effective date: 20200727