[go: up one dir, main page]

JP2018185201A - Optical image measurement device - Google Patents

Optical image measurement device Download PDF

Info

Publication number
JP2018185201A
JP2018185201A JP2017086422A JP2017086422A JP2018185201A JP 2018185201 A JP2018185201 A JP 2018185201A JP 2017086422 A JP2017086422 A JP 2017086422A JP 2017086422 A JP2017086422 A JP 2017086422A JP 2018185201 A JP2018185201 A JP 2018185201A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
timing
optical image
spot
spots
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.)
Pending
Application number
JP2017086422A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
賢太郎 大澤
Kentaro Osawa
賢太郎 大澤
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.)
Hitachi LG Data Storage Inc
Original Assignee
Hitachi LG Data Storage Inc
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 Hitachi LG Data Storage Inc filed Critical Hitachi LG Data Storage Inc
Priority to JP2017086422A priority Critical patent/JP2018185201A/en
Publication of JP2018185201A publication Critical patent/JP2018185201A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

【課題】広帯域光源を用いることなく、短い測定時間で複数の深さ位置における画像を取得することができる光画像計測装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る光画像計測装置は、第1光スポットが照射される第1タイミングと第2光スポットが照射される第2タイミングを、1ピクセル分の走査時間よりも短い時間間隔で切り替える。
【選択図】図3
An optical image measurement apparatus capable of acquiring images at a plurality of depth positions in a short measurement time without using a broadband light source.
An optical image measuring device according to the present invention has a first time point when a first light spot is irradiated and a second time point when a second light spot is irradiated with a time interval shorter than the scanning time for one pixel. Switch with.
[Selection] Figure 3

Description

本発明は、光を用いて測定対象を観察する光画像計測装置に関する。   The present invention relates to an optical image measurement device that observes a measurement object using light.

光コヒーレンストモグラフィー(OCT:Optical Coherence Tomography)は光の干渉を用いて測定対象の断層画像を取得する技術であり、眼底検査の分野で1996年より実用化されており、近年では心臓病学、歯科学、腫瘍学、食品産業や再生医療など様々な分野への適用が検討されている。   Optical coherence tomography (OCT: Optical Coherence Tomography) is a technique for acquiring a tomographic image of a measurement object using light interference, and has been put into practical use in the field of fundus examination since 1996. In recent years, cardiology, dentistry Application to various fields such as medicine, oncology, food industry and regenerative medicine is being studied.

下記特許文献1は、OCTに関する技術を記載している。同文献が記載しているようにOCTにおいては、光源からの光を、測定対象に照射する信号光と測定対象に照射せずに参照光ミラーで反射させる参照光とに2分岐し、測定対象から反射された信号光を参照光と合波させ干渉させることにより測定信号を得る。   The following Patent Document 1 describes a technique related to OCT. As described in this document, in OCT, light from a light source is branched into two parts: a signal light that irradiates a measurement object and a reference light that is reflected by a reference light mirror without irradiating the measurement object. A measurement signal is obtained by combining the signal light reflected from the reference light with the reference light to cause interference.

OCTは、測定位置の光軸方向への走査方法(以下、zスキャンと称する)により、大きくタイムドメインOCTとフーリエドメインOCTとに分けられる。タイムドメインOCTにおいては、光源として低コヒーレンス光源を使用し、測定時に参照光ミラーを走査することによりzスキャンを実施する。これにより信号光に含まれる参照光と光路長が一致する成分のみが干渉し、得られた干渉信号に対して包絡線検波を行うことにより、所望の信号が復調される。フーリエドメインOCTはさらに、波長走査型OCTとスペクトルドメインOCTとに分けられる。波長走査型OCTにおいては、出射光の波長を走査することが可能な波長掃引光源を使用し、測定時に波長を走査することによりzスキャンがなされ、検出された干渉光強度の波長依存性(干渉スペクトル)をフーリエ変換することにより所望の信号を得る。スペクトルドメインOCTにおいては、光源として広帯域光源を用い、生成された干渉光を分光器により分光し、波長成分ごとの干渉光強度(干渉スペクトル)を検出することがzスキャンに対応している。得られた干渉スペクトルをフーリエ変換することにより所望の信号を得る。   OCT is roughly divided into a time domain OCT and a Fourier domain OCT according to a method of scanning the measurement position in the optical axis direction (hereinafter referred to as z scan). In the time domain OCT, a low-coherence light source is used as a light source, and a z-scan is performed by scanning a reference light mirror during measurement. As a result, only the component having the same optical path length as the reference light included in the signal light interferes, and the desired signal is demodulated by performing envelope detection on the obtained interference signal. The Fourier domain OCT is further divided into a wavelength scanning type OCT and a spectral domain OCT. In the wavelength scanning OCT, a wavelength swept light source capable of scanning the wavelength of emitted light is used, z scanning is performed by scanning the wavelength during measurement, and the wavelength dependence (interference) of the detected interference light intensity is detected. A desired signal is obtained by Fourier transforming the spectrum. In the spectral domain OCT, a wide-band light source is used as a light source, the generated interference light is dispersed by a spectroscope, and the interference light intensity (interference spectrum) for each wavelength component is detected corresponding to the z scan. A desired signal is obtained by Fourier-transforming the obtained interference spectrum.

US2014/0204388US2014 / 020204388

上に述べた従来のOCT装置においては、深さ分解能が光の波長帯域幅あるいは波長掃引幅によって決まる。そのため、スーパールミネッセンスダイオード(SLD:Superluminescent diode)や波長掃引光源などの波長帯域の広い光源が用いられる。これらの光源は狭帯域光を発生する通常のレーザ光源と比べると高価である。また、使用する光の波長帯域が広いことに起因して、広帯域光に対応した光学素子が必要であり、波長分散補償も必須となる。これらのことから、従来のOCT装置は低価格化が困難であった。   In the conventional OCT apparatus described above, the depth resolution is determined by the wavelength bandwidth or wavelength sweep width of light. Therefore, a light source having a wide wavelength band such as a super luminescent diode (SLD) or a wavelength swept light source is used. These light sources are more expensive than ordinary laser light sources that generate narrow band light. Further, due to the wide wavelength band of light to be used, an optical element corresponding to broadband light is necessary, and chromatic dispersion compensation is also essential. For these reasons, it has been difficult to reduce the cost of the conventional OCT apparatus.

そこで本発明者らは、特許文献1に記載の光計測装置を発明した。本光計測装置は、高NA(Numerical Aperture)の対物レンズを用いてレーザ光(信号光)を測定対象に集光して照射し、対物レンズを走査することにより集光位置を走査して測定対象の断層画像を取得する。本光計測装置においては、信号光に含まれる対物レンズの焦点以外からの反射光成分は参照光とは波面の曲率が一致しないため見かけ上干渉しなくなるという原理を用いて3次元計測を可能にしており、SLDもしくは波長掃引光源を用いる従来のOCT装置とは根本的に原理が異なる。本構成においては、高価な光源を必要としないため、安価な光画像計測装置を提供することができる。他方、集光位置の走査に時間を要するため測定時間が長い傾向がある。   Therefore, the present inventors invented the optical measuring device described in Patent Document 1. This optical measurement device uses a high NA (Numerical Aperture) objective lens to collect and irradiate laser light (signal light) onto the measurement object, and scans the objective lens to scan the condensing position. Acquire a tomographic image of the object. This optical measurement device enables three-dimensional measurement using the principle that the reflected light component other than the focal point of the objective lens included in the signal light does not interfere with the reference light because the wavefront curvature does not coincide with the reference light. The principle is fundamentally different from that of a conventional OCT apparatus using an SLD or a swept wavelength light source. In this configuration, since an expensive light source is not required, an inexpensive optical image measurement device can be provided. On the other hand, the measurement time tends to be long because it takes time to scan the condensing position.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、広帯域光源を用いることなく、短い測定時間で複数の深さ位置における画像を取得することができる光画像計測装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an optical image measurement device that can acquire images at a plurality of depth positions in a short measurement time without using a broadband light source. To do.

本発明においては、第1光スポットの照射位置と第2光スポットの照射位置は、走査部による走査方向に対して平行ではない方向に互いにずれており、タイミング制御部は、測定対象に対して前記第1光スポットが照射される第1タイミングと、前記測定対象に対して前記第2光スポットが照射される第2タイミングとの間を、切替時間間隔によって切り替え、前記タイミング制御部は、前記走査部が前記第1および第2光スポットの照射位置を走査する走査周波数の1周期よりも短い前記切替時間間隔で、前記第1タイミングと前記第2タイミングとの間を切り替える。これにより、従来よりも短い時間で測定対象の断層画像を取得することができる。   In the present invention, the irradiation position of the first light spot and the irradiation position of the second light spot are shifted from each other in a direction that is not parallel to the scanning direction by the scanning unit. The timing control unit switches between a first timing at which the first light spot is irradiated and a second timing at which the second light spot is irradiated on the measurement target, according to a switching time interval. The scanning unit switches between the first timing and the second timing at the switching time interval shorter than one cycle of the scanning frequency at which the irradiation positions of the first and second light spots are scanned. Thereby, the tomographic image to be measured can be acquired in a shorter time than in the past.

1例として、参照光と測定光とを光分岐によって生成し、信号光を前記参照光と合波することにより互いに位相関係が異なる3つ以上の干渉光を生成し、光源から出射された光を互いに伝搬角度が異なる光として伝搬させることにより、前記第1光スポットの照射位置と前記第2光スポットの照射位置を互いにずらす。これにより、より高い光軸方向の分解能で測定対象の断層画像を取得することができる。   For example, reference light and measurement light are generated by optical branching, and signal light is combined with the reference light to generate three or more interference lights having different phase relationships, and light emitted from the light source. Are propagated as light having different propagation angles, thereby shifting the irradiation position of the first light spot and the irradiation position of the second light spot. Thereby, the tomographic image of the measurement object can be acquired with higher resolution in the optical axis direction.

1例として、対物レンズを駆動することにより光スポットを走査する。これにより、より小型で安価な構成で測定対象の断層画像を取得することができる。   As an example, a light spot is scanned by driving an objective lens. Thereby, a tomographic image to be measured can be acquired with a smaller and less expensive configuration.

1例として、前記第1光スポットの中心位置と前記第2光スポットの中心位置との間の距離を、前記画像の1ピクセルに相当する距離だけずらす。これにより、複数の光スポットを測定領域内で概ね均一に走査させつつ、従来よりも短い時間で測定対象の断層画像を取得することができる。   As an example, the distance between the center position of the first light spot and the center position of the second light spot is shifted by a distance corresponding to one pixel of the image. As a result, a tomographic image of the measurement target can be acquired in a shorter time than before while scanning a plurality of light spots almost uniformly within the measurement region.

1例として、光スポットの位置を互いに光軸方向にずらすこととした。これにより、1度の測定で2つの異なる深さ位置の断層画像を取得することができる。   As an example, the positions of the light spots are shifted from each other in the optical axis direction. Thereby, tomographic images at two different depth positions can be acquired by one measurement.

1例として、前記光源から出射された光を互いに伝搬角度が異なる第1角度光と第2角度光に分岐し、前記第1角度光と前記第2角度光の光路上に遮光器を配置して前記第1角度光と前記第2角度光を遮光する。これにより、複数の光スポット間の距離を高い精度で容易に制御することができる。   As an example, the light emitted from the light source is branched into first angle light and second angle light having different propagation angles, and a light shield is disposed on the optical path of the first angle light and the second angle light. Thus, the first angle light and the second angle light are shielded. Thereby, the distance between a plurality of light spots can be easily controlled with high accuracy.

1例として、前記光源として第1光源と第2光源を備え、前記第1光源が出射する光と前記第2光源が出射する光を互いに伝搬角度が異なる第1角度光と第2角度光として伝搬させることにより、前記第1角度光が前記第1光スポットとして照射され、前記第2角度光が前記第2光スポットとして照射されるようにする。これにより、簡素な構成で複数の光スポットが生成されるタイミングを制御することができる。   As an example, the light source includes a first light source and a second light source, and the light emitted from the first light source and the light emitted from the second light source are used as first angle light and second angle light having different propagation angles. By propagating, the first angle light is irradiated as the first light spot, and the second angle light is irradiated as the second light spot. Thereby, the timing at which a plurality of light spots are generated with a simple configuration can be controlled.

1例として、前記第1および第2光スポットを第1方向に沿って繰り返し走査するとともに、前記第1方向に対して直交する第2方向に沿って略一定の速度で前記第1および第2光スポットを変位させ、前記走査部は、前記第1方向に沿って前記第1および第2光スポットをN回未満走査することにより、前記第2方向においてNピクセルを有する前記画像を得る。これにより、従来よりも短い時間で測定対象の断層画像を取得することができる。   As an example, the first and second light spots are repeatedly scanned along a first direction, and the first and second light spots are moved at a substantially constant speed along a second direction orthogonal to the first direction. The light spot is displaced, and the scanning unit scans the first and second light spots less than N times along the first direction, thereby obtaining the image having N pixels in the second direction. Thereby, the tomographic image to be measured can be acquired in a shorter time than in the past.

1例として、前記第1および第2光スポットを第1方向に沿って前記走査周波数で繰り返し走査するとともに、前記第1方向に対して直交する第2方向に沿って略一定の速度で前記第1および第2光スポットを変位させ、前記タイミング制御部は、前記画像の前記第2方向における1ピクセルに相当する位置において、前記対物レンズが前記測定対象に対してm個の光スポットを照射するように、前記タイミングを制御し、前記タイミング制御部は、前記対物レンズが前記測定対象に対して1番目の光スポットを照射してからm番目の光スポットを照射するまでの時間間隔が、前記走査周波数の1周期よりも短くなるように、前記タイミングを制御する。これにより、Nピクセルの画像を生成するのに十分な信号をサンプリングすることができる。   As an example, the first and second light spots are repeatedly scanned at the scanning frequency along the first direction, and the first light spot is scanned at a substantially constant speed along the second direction orthogonal to the first direction. The timing control unit displaces the first and second light spots, and the timing control unit irradiates the measurement object with m light spots at a position corresponding to one pixel in the second direction of the image. As described above, the timing is controlled, and the timing control unit is configured such that the time interval from when the objective lens irradiates the measurement target with the first light spot to the mth light spot is The timing is controlled so as to be shorter than one cycle of the scanning frequency. Thereby, a signal sufficient to generate an image of N pixels can be sampled.

本発明によれば、SLDや波長掃引光源などの広帯域光源を用いることなく、測定対象の断層画像を短時間で取得する光画像計測装置を提供することができる。上記した以外の課題、構成、および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。   According to the present invention, it is possible to provide an optical image measurement device that acquires a tomographic image to be measured in a short time without using a broadband light source such as an SLD or a wavelength sweep light source. Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.

実施形態1に係る光画像計測装置の構成例を示す模式図である。1 is a schematic diagram illustrating a configuration example of an optical image measurement device according to Embodiment 1. FIG. 対物レンズ111の焦点位置の移動の時間スケールと、タイミング制御部107による第1および第2光スポットの照射タイミングを説明する図である。It is a figure explaining the time scale of the movement of the focus position of the objective lens, and the irradiation timing of the 1st and 2nd light spot by the timing control part. 第1および第2光スポットの走査経路を説明する図である。It is a figure explaining the scanning path | route of the 1st and 2nd light spot. 実施形態2に係る光画像計測装置の模式図である。6 is a schematic diagram of an optical image measurement device according to Embodiment 2. FIG. ピンホールディスク407の構造例を示す上面図である。3 is a top view showing an example of the structure of a pinhole disk 407. FIG. 第1〜3光スポットの走査経路を説明する図である。It is a figure explaining the scanning path | route of the 1st-3rd light spot. 実施形態3に係る光画像計測装置の模式図である。It is a schematic diagram of the optical image measurement device according to the third embodiment. 2面参照光ミラー701の構造例である。2 is a structural example of a two-surface reference light mirror 701. 第1および第2光スポットの走査経路を説明する図である。It is a figure explaining the scanning path | route of the 1st and 2nd light spot.

<実施の形態1:光学系の構成>
図1は、本発明の実施形態1に係る光画像計測装置の構成例を示す模式図である。第1光源101から出射された第1レーザ光は、コリメートレンズ102によって平行光に変換され、偏光ビームスプリッタ103を透過したのち、光学軸が水平方向に対して約22.5度に設定されたλ/2板108によって偏光を45度直線偏光に調整され、偏光ビームスプリッタ109に入射する。第2光源104から出射された第2レーザ光は、コリメートレンズ105によって平行光に変換され、λ/2板106によって偏光状態をS偏光状態に変更され、偏光ビームスプリッタ103を反射したのち、光学軸が水平方向に対して約22.5度に設定されたλ/2板108によって偏光を45度直線偏光に調整され、偏光ビームスプリッタ109に入射する。偏光ビームスプリッタ109に入射する時点において第1レーザ光の入射角度と第2レーザ光の入射角度は互いに異なる。このような相対的な角度のずれは、例えばコリメートレンズ102と105の位置を適切に設定することにより実現できる。タイミング制御部107は、第1光源101と第2光源104が周期的に交互に発光するように、発光タイミングを制御する。
<Embodiment 1: Configuration of optical system>
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration example of an optical image measurement apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The first laser light emitted from the first light source 101 is converted into parallel light by the collimator lens 102, and after passing through the polarization beam splitter 103, the optical axis is set to about 22.5 degrees with respect to the horizontal direction. The polarized light is adjusted to 45-degree linearly polarized light by the λ / 2 plate 108 and enters the polarizing beam splitter 109. The second laser light emitted from the second light source 104 is converted into parallel light by the collimator lens 105, the polarization state is changed to the S polarization state by the λ / 2 plate 106, the light is reflected by the polarization beam splitter 103, and then optical Polarization is adjusted to 45 degrees linearly polarized light by a λ / 2 plate 108 whose axis is set to about 22.5 degrees with respect to the horizontal direction, and is incident on the polarization beam splitter 109. The incident angle of the first laser beam and the incident angle of the second laser beam are different from each other at the time of entering the polarizing beam splitter 109. Such a relative angular shift can be realized, for example, by appropriately setting the positions of the collimating lenses 102 and 105. The timing control unit 107 controls the light emission timing so that the first light source 101 and the second light source 104 emit light alternately and periodically.

第1レーザ光は、偏光ビームスプリッタ109によって第1測定光と第1参照光に2分岐され、第2レーザ光は、偏光ビームスプリッタ109によって第2測定光と第2参照光に2分岐される。第1および第2測定光は、光学軸方向が水平方向に対して約22.5度に設定されたλ/4板110によって偏光状態をs偏光から円偏光に変換された後、対物レンズ111に対して互いに異なる角度で入射する。これにより、サンプル113に対して第1光スポットと第2光スポットが照射される、後述するように、第1光スポットと第2光スポットは、x方向に画像の1ピクセルに相当する距離だけ離れた位置に生成される。対物レンズ111は、対物レンズアクチュエータ112によってy軸方向に周波数fsigで例えば正弦波状に繰り返し駆動されつつ、x方向に線形に駆動され、これにより第1および第2光スポットの照射位置がxy方向に走査される。 The first laser light is split into two, the first measurement light and the first reference light, by the polarization beam splitter 109, and the second laser light is split into two, the second measurement light and the second reference light, by the polarization beam splitter 109. . The first and second measurement lights are converted in polarization state from s-polarized light to circularly-polarized light by the λ / 4 plate 110 whose optical axis direction is set to about 22.5 degrees with respect to the horizontal direction, and then the objective lens 111. Are incident at different angles. Thereby, the first light spot and the second light spot are irradiated to the sample 113. As will be described later, the first light spot and the second light spot are only a distance corresponding to one pixel of the image in the x direction. Generated at a remote location. The objective lens 111 is linearly driven in the x direction while being repeatedly driven in the y-axis direction at a frequency f sig by , for example, a sine wave by the objective lens actuator 112, whereby the irradiation positions of the first and second light spots are changed in the xy direction. Scanned.

サンプル113から第1および第2測定光が反射または散乱することにより得られる第1および第2信号光は、対物レンズ111を再び通過し、λ/4板110によって偏光状態を円偏光からp偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ109へ入射する。サンプル113は、光をある程度透過する物質で構成されており、非侵襲的に内部構造の観察が望まれるものであればどのようなものでもよい。例えば半導体の多層構造、食品、植物、培養細胞、ヒトの組織などが考えられる。   The first and second signal lights obtained by reflecting or scattering the first and second measurement lights from the sample 113 pass through the objective lens 111 again, and the polarization state is changed from circularly polarized light to p-polarized light by the λ / 4 plate 110. And enters the polarization beam splitter 109. The sample 113 is made of a material that transmits light to some extent, and may be any material as long as non-invasive observation of the internal structure is desired. For example, a semiconductor multilayer structure, food, plant, cultured cell, human tissue, and the like are conceivable.

第1および第2参照光は、光学軸方向が水平方向に対して約22.5度に設定されたλ/4板114によって偏光状態をp偏光から円偏光に変換された後、参照光レンズ115によって参照光ミラー116に集光して照射される。参照光ミラー116は、参照光レンズ115の焦点位置に配置されている。参照光ミラー116を反射した第1および第2参照光は、再び参照光レンズ115を通過し、λ/4板114によって偏光状態を円偏光からs偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ109へ入射する。   The first and second reference lights are converted from p-polarized light to circularly-polarized light by the λ / 4 plate 114 whose optical axis direction is set to about 22.5 degrees with respect to the horizontal direction, and then the reference light lens The light is condensed and irradiated on the reference light mirror 116 by 115. The reference light mirror 116 is disposed at the focal position of the reference light lens 115. The first and second reference lights reflected by the reference light mirror 116 pass through the reference light lens 115 again, the polarization state is converted from circularly polarized light to s-polarized light by the λ / 4 plate 114, and is incident on the polarization beam splitter 109. .

偏光ビームスプリッタ109は、第1信号光と第1参照光を合波することにより、第1合成光を生成する。第1合成光は、干渉光学系124へ入射する。干渉光学系124はハーフビームスプリッタ117、λ/2板118、λ/4板121、集光レンズ119と122、ウォラストンプリズム120と123を有する。干渉光学系124へ入射した第1合成光は、ハーフビームスプリッタ117によって透過光と反射光に2分岐される。ハーフビームスプリッタ117を透過した第1合成光は、光学軸が水平方向に対して約22.5度に設定されたλ/2板118を透過した後、集光レンズ119によって集光される。ウォラストンプリズム120は、第1合成光を偏光分離することにより、互いに位相関係が180度異なる第1干渉光と第2干渉光を生成する。電流差動型の光検出器125は、第1干渉光と第2干渉光を検出し、それらの強度の差に比例した差動出力信号126を出力する。   The polarization beam splitter 109 generates the first combined light by combining the first signal light and the first reference light. The first synthesized light is incident on the interference optical system 124. The interference optical system 124 includes a half beam splitter 117, a λ / 2 plate 118, a λ / 4 plate 121, condenser lenses 119 and 122, and Wollaston prisms 120 and 123. The first combined light incident on the interference optical system 124 is branched into two by the half beam splitter 117 into transmitted light and reflected light. The first combined light transmitted through the half beam splitter 117 passes through the λ / 2 plate 118 whose optical axis is set to about 22.5 degrees with respect to the horizontal direction, and is then collected by the condenser lens 119. The Wollaston prism 120 generates first interference light and second interference light having a phase relationship of 180 degrees different from each other by polarizing and separating the first combined light. The current differential type photodetector 125 detects the first interference light and the second interference light, and outputs a differential output signal 126 proportional to the difference in intensity between them.

ハーフビームスプリッタ117から反射した第1合成光は、光学軸が水平方向に対して約45度に設定されたλ/4板121を透過した後、集光レンズ122によって集光される。ウォラストンプリズム123は、第1合成光を偏光分離することにより、互いに位相関係が約180度異なる第3干渉光と第4干渉光を生成する。第3干渉光は第1干渉光に対して位相が約90度異なる。電流差動型の光検出器127は、第3干渉光と第4干渉光を検出し、それらの強度の差に比例した差動出力信号128を出力する。   The first combined light reflected from the half beam splitter 117 passes through the λ / 4 plate 121 whose optical axis is set to about 45 degrees with respect to the horizontal direction, and is then collected by the condenser lens 122. The Wollaston prism 123 generates third interference light and fourth interference light having a phase relationship of about 180 degrees different from each other by polarization-separating the first combined light. The third interference light is approximately 90 degrees out of phase with the first interference light. The current differential photodetector 127 detects the third interference light and the fourth interference light, and outputs a differential output signal 128 proportional to the difference in intensity between them.

第2信号光と第2参照光は、偏光ビームスプリッタ109によって合波され、第2合成光が生成される。第2合成光のその後の処理は第1合成光と同じであるからここでは説明を省略する。画像生成部129は、生成された差動出力信号126と128に基づき画像を生成し、画像表示部130はその画像を表示する。   The second signal light and the second reference light are combined by the polarization beam splitter 109 to generate the second combined light. Since the subsequent processing of the second combined light is the same as that of the first combined light, description thereof is omitted here. The image generation unit 129 generates an image based on the generated differential output signals 126 and 128, and the image display unit 130 displays the image.

図2は、対物レンズ111の焦点位置の移動の時間スケールと、タイミング制御部107による第1および第2光スポットの照射タイミングを説明する図である。図2(a)に示すように、対物レンズ111の焦点位置が画像の1ライン分に相当する距離だけ移動するのに要する時間は1/2fsigである。したがって、本実施形態1に係る光画像計測装置が取得するサンプル113の画像のピクセル数をN×Nとすると、対物レンズ111の焦点位置が1ピクセルに相当する距離分だけ移動するのに要する時間は平均的には1/2Nfsig程度となる(図2(b))。本実施形態1においては、タイミング制御部107により、対物レンズ111の焦点位置が1ピクセルに相当する距離分だけ移動する間(平均的には1/2Nfsigの時間)に第1光源101と第2光源104の発光状態を少なくとも1回以上切り替えることとした。言い換えると、少なくとも2Nfsig以上の周波数で第1光源101と第2光源104を交互に発光することとした。これにより、例えば図2(c)に示すように、対物レンズ111の焦点位置が1ピクセル分移動する時間の間に第1および第2光スポットを少なくとも1回測定対象に生成することができるので、第1および第2光スポットそれぞれについてN×Nピクセルの画像を生成するのに十分な信号をサンプリングすることが可能となる。 FIG. 2 is a diagram for explaining the time scale of the movement of the focal position of the objective lens 111 and the irradiation timings of the first and second light spots by the timing control unit 107. As shown in FIG. 2A, the time required for the focal position of the objective lens 111 to move by a distance corresponding to one line of the image is ½f sig . Therefore, when the number of pixels of the image of the sample 113 acquired by the optical image measurement device according to the first embodiment is N × N, the time required for the focal position of the objective lens 111 to move by a distance corresponding to one pixel. Is about ½ Nf sig on average (FIG. 2B). In the first embodiment, the timing control unit 107 causes the first light source 101 and the first light source 101 to move while the focal position of the objective lens 111 moves by a distance corresponding to one pixel (average time of 1/2 Nf sig ). The light emission state of the two light sources 104 is switched at least once. In other words, the first light source 101 and the second light source 104 emit light alternately at a frequency of at least 2Nf sig . Thereby, as shown in FIG. 2C, for example, the first and second light spots can be generated on the measurement object at least once during the time when the focal position of the objective lens 111 moves by one pixel. It is possible to sample enough signals to produce an N × N pixel image for each of the first and second light spots.

第1および第2光スポットを生成するタイミングは、対物レンズ111の焦点位置が1ピクセル分移動する間に、第1および第2光スポットがそれぞれ少なくとも1回ずつ測定対象に対して照射されれば、どのようなタイミングでも良い。図2(c)に示すように対物レンズ111の焦点位置が1ピクセル分移動する間に第1および第2光スポットを1回ずつ生成する場合、図2(d)に示すように2回ずつ生成する場合、などあらゆるパターンが考えられる。   The timing of generating the first and second light spots is such that the first and second light spots are irradiated to the measurement object at least once each while the focal position of the objective lens 111 moves by one pixel. Any timing is acceptable. When the first and second light spots are generated once each while the focal position of the objective lens 111 moves by one pixel as shown in FIG. 2C, twice as shown in FIG. 2D. When generating, all patterns are conceivable.

一方で、第1光源101と第2光源104を交互に発光させる周波数を大きくしすぎると、タイミング制御部107や光検出器125、127が高い性能(高速性)を有していることが必要になるので、コストの増大を招く。したがって、第1光源101と第2光源104を交互に発光させる周波数は必要以上に大きくせず、例えば約2Nfsig以上から約4Nfsig以下程度の範囲に設定するのが好ましい。 On the other hand, if the frequency at which the first light source 101 and the second light source 104 are alternately emitted is too large, the timing controller 107 and the photodetectors 125 and 127 need to have high performance (high speed). As a result, the cost increases. Therefore, the first light source 101 not larger than the frequency to emit the second light source 104 are alternately required, for example, from about 2NF sig or to set a range of degree less than or equal to about 4Nf sig preferred.

図3は、第1および第2光スポットの走査経路を説明する図である。説明のため光スポットを大サイズの丸によって模式的に示した。後述する図6においても同様である。従来の光画像計測装置においては、N×Nピクセルの画像を生成するためには光スポット位置を繰り返し走査軸方向(y軸方向)に少なくともN回移動させる必要があった(ここでは測定領域y方向の端から端への片道の移動を1回と数えることとする)。本実施形態1においては、繰り返し走査軸に直交する方向(x軸方向)に1ピクセルに相当する距離分だけ第1光スポットの照射と第2光スポットの照射位置をずらし、かつ図2で説明したようにタイミングをずらして生成することにより、1回の光スポットの移動で画像2ライン分の情報を取得することができる。したがって、従来よりも少ないN/2回の光スポットの移動でN×Nピクセルの画像を生成することができる。すなわち、従来の約半分の時間で画像を生成することができる。   FIG. 3 is a diagram for explaining scanning paths of the first and second light spots. For the sake of explanation, the light spot is schematically shown by a large circle. The same applies to FIG. 6 described later. In the conventional optical image measurement device, in order to generate an image of N × N pixels, it is necessary to repeatedly move the light spot position in the scanning axis direction (y-axis direction) at least N times (here, the measurement region y). One-way movement from one end of the direction to the other is counted as one time). In the first embodiment, the irradiation position of the first light spot and the irradiation position of the second light spot are shifted by a distance corresponding to one pixel in the direction orthogonal to the repeated scanning axis (x-axis direction) and described with reference to FIG. As described above, by generating the data at different timings, it is possible to acquire information for two lines of the image by moving the light spot once. Therefore, it is possible to generate an image of N × N pixels by moving the light spot N / 2 times less than before. That is, an image can be generated in about half the time of the conventional method.

<実施の形態1:空間分解能>
本実施形態1に係る光画像計測装置の光軸方向の空間分解能について説明する。本実施形態1においては、第1および第2信号光に含まれる対物レンズ111の焦点以外からの反射光成分は、デフォーカス収差を有しており、平坦な波面を持った第1および第2参照光と波面形状が一致しない。そのため、参照光と空間的に一様に干渉せず、検出器の受光面上で干渉縞が多数形成される。この様な干渉縞が形成されると、検出される干渉光の強度を受光部面内で積分した値は、単に信号光と参照光の強度和とほぼ等しくなるので、対物レンズ111の焦点以外からの反射光成分に対応する差動出力信号126と128の成分はほぼ0になる。このような原理により、対物レンズ111の焦点以外からの反射光成分は実効的に参照光と干渉しなくなり、対物レンズ111の焦点からの反射光成分だけが選択的に検出され、光軸方向の高い空間分解能が達成される。光軸方向の空間分解能は、対物レンズの開口数NAと、レーザ光の波長λによって決まり、λ/NAに比例する。一般的にOCT装置で利用される光の波長は、ヘモグロビンにも水にも吸収されにくい600nmから1300nm程度である。例えば対物レンズ111の開口数を0.4以上とすると、波長600nm〜1300nmにおける光軸方向の空間分解能は約3.3μm〜約7.2μmとなる。
<Embodiment 1: Spatial resolution>
The spatial resolution in the optical axis direction of the optical image measurement device according to the first embodiment will be described. In the first embodiment, reflected light components other than the focal point of the objective lens 111 included in the first and second signal lights have defocus aberrations, and the first and second having flat wavefronts. The reference beam and wavefront shape do not match. Therefore, it does not interfere with the reference light uniformly in space, and many interference fringes are formed on the light receiving surface of the detector. When such interference fringes are formed, the value obtained by integrating the intensity of the detected interference light in the light receiving surface is almost equal to the sum of the intensity of the signal light and the reference light. The components of the differential output signals 126 and 128 corresponding to the reflected light component from are substantially zero. By such a principle, the reflected light component from other than the focal point of the objective lens 111 does not effectively interfere with the reference light, and only the reflected light component from the focal point of the objective lens 111 is selectively detected, and the optical axis direction High spatial resolution is achieved. The spatial resolution in the optical axis direction is determined by the numerical aperture NA of the objective lens and the wavelength λ of the laser light, and is proportional to λ / NA 2 . In general, the wavelength of light used in the OCT apparatus is about 600 nm to 1300 nm which is not easily absorbed by hemoglobin or water. For example, when the numerical aperture of the objective lens 111 is 0.4 or more, the spatial resolution in the optical axis direction at wavelengths of 600 nm to 1300 nm is about 3.3 μm to about 7.2 μm.

<実施の形態1:光学系の動作原理>
以下では干渉光学系124の機能について数式を用いて説明する。干渉光学系124へ入射する時点における第1合成光のジョーンズベクトルを下記式1で表す。
<Embodiment 1: Operation Principle of Optical System>
Hereinafter, the function of the interference optical system 124 will be described using mathematical expressions. The Jones vector of the first combined light at the time of incidence on the interference optical system 124 is expressed by the following formula 1.

Figure 2018185201
Figure 2018185201

ハーフビームスプリッタ117とλ/2板118を透過した後の合成光のジョーンズベクトルは下記式2で表される。Esigは信号光の複素振幅を表し、Erefは参照光の複素振幅を表す。 The Jones vector of the combined light after passing through the half beam splitter 117 and the λ / 2 plate 118 is expressed by the following formula 2. E sig represents the complex amplitude of the signal light, and E ref represents the complex amplitude of the reference light.

Figure 2018185201
Figure 2018185201

式2で示される合成光は、ウォラストンプリズム120によってp偏光成分とs偏光成分に2分岐されたのち、電流差動型の光検出器125によって差動検出される。このとき光検出器125から出力される電気信号は、下記式3で表される。θsigとθrefはそれぞれ複素振幅数EsigとErefを極座標表示で表した際の位相である。簡単のため検出器の変換効率は1とした。 The combined light represented by Equation 2 is bifurcated into a p-polarized component and an s-polarized component by the Wollaston prism 120 and then differentially detected by the current differential photodetector 125. At this time, the electrical signal output from the photodetector 125 is expressed by the following Equation 3. θ sig and θ ref are phases when the complex amplitude numbers E sig and E ref are expressed in polar coordinates, respectively. For simplicity, the conversion efficiency of the detector was set to 1.

Figure 2018185201
Figure 2018185201

一方、ハーフビームスプリッタ117で反射され、さらにλ/4板121を透過した後の合成光のジョーンズベクトルは、下記式4で表される。   On the other hand, the Jones vector of the combined light reflected by the half beam splitter 117 and further transmitted through the λ / 4 plate 121 is expressed by the following formula 4.

Figure 2018185201
Figure 2018185201

式4で示される合成光は、ウォラストンプリズム123によってp偏光成分とs偏光成分に2分岐された後、電流差動型の光検出器127によって差動検出される。このとき光検出器127から出力される電気信号は、下記式5で表される。   The combined light represented by Equation 4 is bifurcated into a p-polarized component and an s-polarized component by the Wollaston prism 123, and then differentially detected by the current differential photodetector 127. At this time, the electrical signal output from the photodetector 127 is expressed by the following Equation 5.

Figure 2018185201
Figure 2018185201

画像生成部129は、式3と式5で表される信号に対して、下記式6で表される演算を実施することにより、位相に依存しない、信号光の振幅の絶対値に比例した信号を生成する。   The image generation unit 129 performs a calculation represented by the following equation 6 on the signals represented by the equations 3 and 5, thereby making the signal proportional to the absolute value of the amplitude of the signal light independent of the phase. Is generated.

Figure 2018185201
Figure 2018185201

<実施の形態2>
図4は、本発明の実施形態2に係る光画像計測装置の模式図である。図1に示した部品と同じものには同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施形態2は主に、(a)サンプル113に対して複数の光スポットを生成する手段として回折格子403を用いている点、(b)個々の光スポットが生成されるタイミングをずらすためのタイミング調整手段としてピンホールディスク407を用いている点、が実施形態1と異なる。
<Embodiment 2>
FIG. 4 is a schematic diagram of an optical image measurement device according to Embodiment 2 of the present invention. Components that are the same as those shown in FIG. 1 are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted. In the second embodiment, (a) the diffraction grating 403 is used as a means for generating a plurality of light spots for the sample 113, and (b) the timing for generating individual light spots is shifted. The difference from the first embodiment is that a pinhole disk 407 is used as timing adjustment means.

光源401から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ402によって平行光に変換され、回折格子403によって互いに角度が異なる第1レーザ光と第2レーザ光と第3レーザ光の3つに分離される。第1〜3レーザ光は、偏光ビームスプリッタ404を透過して、光学軸方向が水平方向に対して約22.5度に設定されたλ/4板405によって偏光状態をp偏光から円偏光に変換された後、レンズ406によってピンホールディスク407の互いに異なる位置に集光される。ピンホールディスク407の構造については後述する。   The laser light emitted from the light source 401 is converted into parallel light by the collimator lens 402, and is separated into three light beams of the first laser light, the second laser light, and the third laser light having different angles by the diffraction grating 403. The first to third laser beams pass through the polarization beam splitter 404 and change the polarization state from p-polarized light to circularly-polarized light by the λ / 4 plate 405 whose optical axis direction is set to about 22.5 degrees with respect to the horizontal direction. After the conversion, the light is condensed at different positions on the pinhole disk 407 by the lens 406. The structure of the pinhole disk 407 will be described later.

ピンホールディスク407を透過した第1〜3レーザ光は、レンズ410によって平行光に変換されたのち、レンズ411によってミラー412に集光される。ミラー412はレンズ411の焦点位置に配置されている。ミラー412を反射した第1〜3レーザ光は再びレンズ411と410、ピンホールディスク407、レンズ406を透過したのち、λ/4板405によって円偏光からs偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ404を反射して、λ/2板108に入射する。それ以降の装置構成については実施形態1と同じなので説明を省略する。   The first to third laser beams that have passed through the pinhole disk 407 are converted into parallel light by the lens 410 and then focused on the mirror 412 by the lens 411. The mirror 412 is disposed at the focal position of the lens 411. The first to third laser beams reflected by the mirror 412 are transmitted again through the lenses 411 and 410, the pinhole disk 407, and the lens 406, and then converted from circularly polarized light to s polarized light by the λ / 4 plate 405. The light is reflected and enters the λ / 2 plate 108. Subsequent apparatus configurations are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof is omitted.

図5は、ピンホールディスク407の構造例を示す上面図である。ピンホールディスク407の表面上には多数のピンホールが配置されており、タイミング制御部107がモータ408を制御してピンホールディスク407を回転させることにより、第1〜3レーザ光のうち1つを交互に透過させることができる。   FIG. 5 is a top view showing an example of the structure of the pinhole disk 407. A large number of pinholes are arranged on the surface of the pinhole disk 407, and the timing control unit 107 controls the motor 408 to rotate the pinhole disk 407, so that one of the first to third laser lights. Can be transmitted alternately.

第1〜3レーザ光は互いに所定の量だけ伝搬角度が異なっており、サンプル113に対してx方向に画像の1ピクセルに相当する距離ずつ異なる3つの位置に第1〜3光スポットが交互に生成される。本実施形態2において、タイミング制御部107は、対物レンズ111の焦点位置が1ピクセルに相当する距離分だけ移動する間(平均的には1/2Nfsigの時間)に第1〜3光スポットを少なくとも1回ずつ生成することとした。 The first to third laser beams have propagation angles different from each other by a predetermined amount, and the first to third light spots are alternately arranged at three positions different from each other by a distance corresponding to one pixel of the image in the x direction with respect to the sample 113. Generated. In the second embodiment, the timing control unit 107 applies the first to third light spots while the focal position of the objective lens 111 moves by a distance corresponding to one pixel (on average, a time of 1/2 Nf sig ). It was decided to generate at least once.

図6は、第1〜3光スポットの走査経路を説明する図である。本実施形態2においては第1〜3光スポットを、繰り返し走査軸に直交する方向(x軸方向)に1ピクセルに相当する距離ずつずらした位置に、タイミングをずらして生成する。これにより、1回の光スポットの移動で画像3ライン分の情報を取得することができるので、従来よりも少ないN/3回の光スポットの移動でN×Nピクセルの画像を生成することができる。   FIG. 6 is a diagram for explaining scanning paths of the first to third light spots. In the second embodiment, the first to third light spots are repeatedly generated at different timings at positions shifted by a distance corresponding to one pixel in the direction orthogonal to the scanning axis (x-axis direction). As a result, the information for three lines of the image can be acquired by one movement of the light spot, so that an image of N × N pixels can be generated by the movement of the light spot N / 3 times less than the conventional one. it can.

本実施形態2においては、回折格子403を用いて互いに角度の異なる第1〜3レーザ光を生成しているので、実施形態1とは異なり、コリメートレンズの位置によらず光スポット間の距離を精度良く設定することができる。   In the second embodiment, since the first to third laser beams having different angles are generated using the diffraction grating 403, unlike the first embodiment, the distance between the light spots is set regardless of the position of the collimating lens. It can be set with high accuracy.

<実施の形態3>
図7は、本発明の実施形態3に係る光画像計測装置の模式図である。図1に示した部品と同じものには同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施形態3は、サンプル113に対して照射される第1および第2光スポットの照射位置が、光軸方向において互いに異なる点が、実施形態1と異なる。
<Embodiment 3>
FIG. 7 is a schematic diagram of an optical image measurement device according to Embodiment 3 of the present invention. Components that are the same as those shown in FIG. 1 are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted. The third embodiment is different from the first embodiment in that the irradiation positions of the first and second light spots irradiated on the sample 113 are different from each other in the optical axis direction.

第1光源101から出射された第1レーザ光は、コリメートレンズ102によって平行光に変換される。第2光源104から出射された第2レーザ光は、コリメートレンズ105によって所定のデフォーカス収差を有する状態に変換される。デフォーカス量は、コリメートレンズ105の光軸方向の位置により調整することができる。本実施形態3においては、参照光ミラー116に代えて後述する2面参照光ミラー701を備える。   The first laser light emitted from the first light source 101 is converted into parallel light by the collimating lens 102. The second laser light emitted from the second light source 104 is converted into a state having a predetermined defocus aberration by the collimating lens 105. The defocus amount can be adjusted by the position of the collimating lens 105 in the optical axis direction. In the third embodiment, a two-surface reference light mirror 701 described later is provided instead of the reference light mirror 116.

第2レーザ光のデフォーカス収差が0となる位置からのコリメートレンズ105の光軸方向の変位量をΔzcolとすると、第2レーザ光に対して付与されるデフォーカス量は近似的に下記式7で表すことができる。NAcolはコリメートレンズ105の開口数である。 If the amount of displacement in the optical axis direction of the collimator lens 105 from the position where the defocus aberration of the second laser beam is 0 is Δz col , the defocus amount applied to the second laser beam is approximately 7 can be expressed. NA col is the numerical aperture of the collimating lens 105.

Figure 2018185201
Figure 2018185201

式7で表されるデフォーカス量が第2レーザ光に対して付与されているので、第2光スポットは、第1光スポットから光軸方向に所定量Δzsigずれた位置に生成される。ずれ量Δzsigは、対物レンズ111の開口数をNAsigとすると、近似的に下記式8によって表される。 Since the defocus amount expressed by Expression 7 is given to the second laser light, the second light spot is generated at a position shifted by a predetermined amount Δz sig from the first light spot in the optical axis direction. The shift amount Δz sig is approximately expressed by the following formula 8 when the numerical aperture of the objective lens 111 is NA sig .

Figure 2018185201
Figure 2018185201

同様に、式7で表されるデフォーカス量が第2レーザ光に対して付与されることにより、参照光レンズ115による第2参照光の集光位置は、第1参照光の集光位置から、下記式9で表される量だけ異なる。NArefは参照光レンズ115の開口数である。 Similarly, when the defocus amount represented by Expression 7 is given to the second laser light, the condensing position of the second reference light by the reference light lens 115 is changed from the condensing position of the first reference light. The amount is different by the amount represented by the following formula 9. NA ref is the numerical aperture of the reference light lens 115.

Figure 2018185201
Figure 2018185201

図8は、2面参照光ミラー701の構造例である。2面参照光ミラー701は第1反射面801と第2反射面802を有しており、2つの反射面の間隔はΔzref程度となっている。したがって、第1および第2参照光をそれぞれの集光位置で反射させることができる。 FIG. 8 is a structural example of the two-surface reference light mirror 701. The two-surface reference light mirror 701 has a first reflecting surface 801 and a second reflecting surface 802, and the interval between the two reflecting surfaces is about Δz ref . Therefore, the first and second reference lights can be reflected at the respective condensing positions.

図9は、第1および第2光スポットの走査経路を説明する図である。本実施形態3においては、第1および第2光スポットを、光軸方向に所定の距離Δzsigずらした位置に、タイミングをずらして生成することにより、N回の光スポットの移動で異なる深さ位置に対応する2枚の画像を生成することができる。 FIG. 9 is a diagram for explaining the scanning paths of the first and second light spots. In the third embodiment, the first and second light spots are generated at different timings at positions shifted by a predetermined distance Δz sig in the optical axis direction, so that different depths can be obtained by moving the light spot N times. Two images corresponding to the position can be generated.

<本発明の変形例について>
本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。例えば実施形態1〜2の構成において、実施形態3で説明した光軸方向に光スポットを変位させる構成を追加することができる。
<Modification of the present invention>
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment. For example, in the configuration of the first and second embodiments, the configuration for displacing the light spot in the optical axis direction described in the third embodiment can be added.

101:第1光源
102:コリメートレンズ
103:偏光ビームスプリッタ
104:第2光源
108:λ/2板
109:偏光ビームスプリッタ
110:λ/4板
111:対物レンズ
112:対物レンズアクチュエータ
113:サンプル
114:λ/4板
115:参照光レンズ
116:参照光ミラー
117:ハーフビームスプリッタ
118:λ/2板
119:集光レンズ
120:ウォラストンプリズム
121:λ/4板
122:集光レンズ
123:ウォラストンプリズム
124:干渉光学系
125:光検出器
127:光検出器
129:画像生成部
130:画像表示部
101: first light source 102: collimating lens 103: polarizing beam splitter 104: second light source 108: λ / 2 plate 109: polarizing beam splitter 110: λ / 4 plate 111: objective lens 112: objective lens actuator 113: sample 114: λ / 4 plate 115: Reference light lens 116: Reference light mirror 117: Half beam splitter 118: λ / 2 plate 119: Condensing lens 120: Wollaston prism 121: λ / 4 plate 122: Condensing lens 123: Wollaston Prism 124: Interference optical system 125: Photo detector 127: Photo detector 129: Image generation unit 130: Image display unit

Claims (11)

測定対象の画像を取得する光画像計測装置であって、
光を出射する光源、
前記光源から出射された光を集光して前記測定対象に対して第1光スポットおよび第2光スポットとして照射する対物レンズ、
前記第1および第2光スポットの照射位置を走査する走査部、
前記測定対象に対して前記第1および第2光スポットが照射されるタイミングを制御するタイミング制御部、
前記測定対象に対して前記第1および第2光スポットが照射された位置において光が反射または散乱することによって生じた信号光を検出する光検出器、
を備え、
前記第1光スポットの照射位置と前記第2光スポットの照射位置は、前記走査部による走査方向に対して平行ではない方向に互いにずれており、
前記タイミング制御部は、前記測定対象に対して前記第1光スポットが照射される第1タイミングと、前記測定対象に対して前記第2光スポットが照射される第2タイミングとの間を、切替時間間隔によって切り替え、
前記タイミング制御部は、前記走査部が前記第1および第2光スポットの照射位置を走査する走査周波数の1周期よりも短い前記切替時間間隔で、前記第1タイミングと前記第2タイミングとの間を切り替える
ことを特徴とする光画像計測装置。
An optical image measurement device that acquires an image of a measurement object,
A light source that emits light,
An objective lens that collects the light emitted from the light source and irradiates the measurement object as a first light spot and a second light spot;
A scanning unit that scans the irradiation positions of the first and second light spots;
A timing controller for controlling the timing at which the first and second light spots are irradiated to the measurement object;
A photodetector that detects signal light generated by reflection or scattering of light at a position at which the first and second light spots are irradiated on the measurement object;
With
The irradiation position of the first light spot and the irradiation position of the second light spot are shifted from each other in a direction not parallel to the scanning direction by the scanning unit,
The timing control unit switches between a first timing at which the measurement object is irradiated with the first light spot and a second timing at which the measurement object is irradiated with the second light spot. Switch by time interval,
The timing control unit is configured to switch between the first timing and the second timing at the switching time interval shorter than one cycle of a scanning frequency at which the scanning unit scans the irradiation positions of the first and second light spots. The optical image measuring device characterized by switching.
前記光画像計測装置はさらに、
前記光源から出射された光から、参照光と、前記対物レンズにより前記測定対象に対して照射される測定光とを生成する光分岐素子、
前記信号光を前記参照光と合波することにより互いに位相関係が異なる3つ以上の干渉光を生成する干渉光学系、
前記光源から出射された光を互いに伝搬角度が異なる光として伝搬させることにより、前記第1光スポットの照射位置と前記第2光スポットの照射位置を互いにずらす、光学素子、
を備え、
前記光検出器は、前記干渉光を検出して電気信号として出力する
ことを特徴とする請求項1記載の光画像計測装置。
The optical image measurement device further includes
An optical branching element that generates reference light and measurement light that is irradiated onto the measurement object by the objective lens from light emitted from the light source,
An interference optical system that generates three or more interference lights having different phase relationships by combining the signal light with the reference light;
An optical element that shifts the irradiation position of the first light spot and the irradiation position of the second light spot by propagating light emitted from the light source as light having different propagation angles,
With
The optical image measuring device according to claim 1, wherein the photodetector detects the interference light and outputs the detected signal as an electrical signal.
前記走査部は、前記対物レンズを移動させるアクチュエータを用いて構成されている
ことを特徴とする請求項1記載の光画像計測装置。
The optical image measurement device according to claim 1, wherein the scanning unit is configured using an actuator that moves the objective lens.
前記光学素子は、前記第1光スポットの中心位置と前記第2光スポットの中心位置との間の距離を、前記画像の1ピクセルに相当する距離だけずらす
ことを特徴とする請求項2記載の光画像計測装置。
3. The optical element according to claim 2, wherein the distance between the center position of the first light spot and the center position of the second light spot is shifted by a distance corresponding to one pixel of the image. Optical image measurement device.
前記光画像計測装置はさらに、前記第1光スポットの光軸方向に沿った集光位置を第1集光位置に調整するとともに前記第2光スポットの光軸方向に沿った集光位置を前記第1集光位置とは異なる第2集光位置に調整する光学素子を備える
ことを特徴とする請求項1記載の光画像計測装置。
The optical image measurement device further adjusts a condensing position along the optical axis direction of the first light spot to a first condensing position, and sets the condensing position along the optical axis direction of the second light spot. The optical image measuring device according to claim 1, further comprising an optical element that adjusts to a second condensing position different from the first condensing position.
前記光画像計測装置はさらに、前記光源から出射された光を互いに伝搬角度が異なる第1角度光と第2角度光に分岐する光分岐素子を備え、
前記光画像計測装置はさらに、前記第1角度光と前記第2角度光の光路上に配置され前記第1角度光と前記第2角度光を遮光する遮光器を備え、
前記タイミング制御部は、前記第1タイミングにおいて前記遮光器が前記第2角度光を遮光することにより前記第1光スポットが照射され、前記第2タイミングにおいて前記遮光器が前記第1角度光を遮光することにより前記第2光スポットが照射されるように、前記遮光器を制御する
ことを特徴とする請求項1記載の光画像計測装置。
The optical image measurement device further includes a light branching element that branches light emitted from the light source into first angle light and second angle light having different propagation angles,
The optical image measurement device further includes a light shield disposed on an optical path of the first angle light and the second angle light to shield the first angle light and the second angle light,
The timing controller irradiates the first light spot when the light shield blocks the second angle light at the first timing, and the light shield blocks the first angle light at the second timing. The optical image measuring device according to claim 1, wherein the shader is controlled so that the second light spot is irradiated by doing so.
前記光画像計測装置は、前記光源として第1光源と第2光源を備え、
前記光画像計測装置はさらに、前記第1光源が出射する光と前記第2光源が出射する光を互いに伝搬角度が異なる第1角度光と第2角度光として伝搬させることにより、前記第1角度光が前記第1光スポットとして照射され、前記第2角度光が前記第2光スポットとして照射されるようにする、光学素子を備え、
前記タイミング制御部は、前記第1タイミングにおいて前記第1光スポットが照射され、前記第2タイミングにおいて前記第2光スポットが照射されるように、前記第1光源が光を出射するタイミングと前記第2光源が光を出射するタイミングを制御する
ことを特徴とする請求項1記載の光画像計測装置。
The optical image measurement device includes a first light source and a second light source as the light source,
The optical image measurement device further propagates the light emitted from the first light source and the light emitted from the second light source as first angle light and second angle light having different propagation angles, thereby causing the first angle. An optical element that allows light to be irradiated as the first light spot and the second angle light to be irradiated as the second light spot;
The timing control unit includes the timing at which the first light source emits light and the first light spot so that the first light spot is irradiated at the first timing and the second light spot is irradiated at the second timing. The optical image measurement device according to claim 1, wherein the timing at which the two light sources emit light is controlled.
前記光画像計測装置は、前記光源として第1光源と第2光源を備え、
前記光学素子は、前記第1光源が出射する光の伝搬角度と前記第2光源が出射する光の伝搬角度が互いに異なるようにすることにより、前記第1光スポットの照射位置と前記第2光スポットの照射位置を互いにずらす
ことを特徴とする請求項2記載の光画像計測装置。
The optical image measurement device includes a first light source and a second light source as the light source,
The optical element is configured such that a propagation angle of light emitted from the first light source and a propagation angle of light emitted from the second light source are different from each other, thereby irradiating the irradiation position of the first light spot and the second light. The optical image measurement device according to claim 2, wherein the irradiation positions of the spots are shifted from each other.
前記走査部は、前記第1および第2光スポットを第1方向に沿って繰り返し走査するとともに、前記第1方向に対して直交する第2方向に沿って略一定の速度で前記第1および第2光スポットを変位させ、
前記画像は、前記第2方向においてNピクセルを有し、
前記走査部は、前記第1方向に沿って前記第1および第2光スポットをN回未満走査することにより、前記第2方向においてNピクセルを有する前記画像を得るための前記信号光を生じさせる
ことを特徴とする請求項1記載の光画像計測装置。
The scanning unit repeatedly scans the first and second light spots along a first direction, and the first and second light spots at a substantially constant speed along a second direction orthogonal to the first direction. Displace two light spots,
The image has N pixels in the second direction;
The scanning unit generates the signal light for obtaining the image having N pixels in the second direction by scanning the first and second light spots less than N times along the first direction. The optical image measuring device according to claim 1.
前記走査部は、前記第1および第2光スポットを第1方向に沿って前記走査周波数で繰り返し走査するとともに、前記第1方向に対して直交する第2方向に沿って略一定の速度で前記第1および第2光スポットを変位させ、
前記タイミング制御部は、前記画像の前記第2方向における1ピクセルに相当する位置において、前記対物レンズが前記測定対象に対してm個の光スポットを照射するように、前記タイミングを制御し、
前記タイミング制御部は、前記対物レンズが前記測定対象に対して1番目の光スポットを照射してからm番目の光スポットを照射するまでの時間間隔が、前記走査周波数の1周期よりも短くなるように、前記タイミングを制御する
ことを特徴とする請求項1記載の光画像計測装置。
The scanning unit repeatedly scans the first and second light spots at a scanning frequency along a first direction and at a substantially constant speed along a second direction orthogonal to the first direction. Displacing the first and second light spots;
The timing control unit controls the timing so that the objective lens emits m light spots to the measurement target at a position corresponding to one pixel in the second direction of the image;
In the timing control unit, the time interval from when the objective lens irradiates the measurement target with the first light spot to the mth light spot becomes shorter than one cycle of the scanning frequency. The optical image measurement device according to claim 1, wherein the timing is controlled as follows.
前記対物レンズは、前記測定対象に対して前記第1および第2光スポットに加えて第3光スポットを照射し、
前記走査部は、前記第1および第2光スポットの照射位置に加えて前記第3光スポットの照射位置を走査し、
前記タイミング制御部は、前記第1タイミング、前記第2タイミング、および前記測定対象に対して前記第3光スポットが照射される第3タイミングの間を、前記切替時間間隔によって切り替え、
前記タイミング制御部は、前記走査部が前記第1、第2、および第3光スポットの照射位置を走査する走査周波数の1周期よりも短い前記切替時間間隔で、前記第1タイミング、前記第2タイミング、および前記第3タイミングの間を切り替える
ことを特徴とする請求項1記載の光画像計測装置。
The objective lens irradiates the measurement object with a third light spot in addition to the first and second light spots,
The scanning unit scans the irradiation position of the third light spot in addition to the irradiation positions of the first and second light spots,
The timing control unit switches between the first timing, the second timing, and a third timing at which the measurement object is irradiated with the third light spot according to the switching time interval,
The timing control unit includes the first timing and the second timing at the switching time interval shorter than one cycle of a scanning frequency at which the scanning unit scans irradiation positions of the first, second, and third light spots. The optical image measuring device according to claim 1, wherein the timing is switched between the timing and the third timing.
JP2017086422A 2017-04-25 2017-04-25 Optical image measurement device Pending JP2018185201A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017086422A JP2018185201A (en) 2017-04-25 2017-04-25 Optical image measurement device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017086422A JP2018185201A (en) 2017-04-25 2017-04-25 Optical image measurement device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2018185201A true JP2018185201A (en) 2018-11-22

Family

ID=64355898

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017086422A Pending JP2018185201A (en) 2017-04-25 2017-04-25 Optical image measurement device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2018185201A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6227337B2 (en) Optical measuring device
JP6186215B2 (en) Optical measuring device and optical tomographic observation method
JP4505807B2 (en) Multiplexed spectral interferometric optical coherence tomography
US20100166293A1 (en) Image forming method and optical coherence tomograph apparatus using optical coherence tomography
US9625380B2 (en) Optical coherence tomography with homodyne-phase diversity detection
JP6188521B2 (en) Optical measuring device
CN103743707B (en) The microscopic method and device of controllable high-speed layer phase separation position
JP6887350B2 (en) Optical image measuring device
JP7175982B2 (en) Optical measurement device and sample observation method
JP4997406B1 (en) Shape measuring device, depth measuring device and film thickness measuring device
CN103792192B (en) Polarization Frequency Domain Optical Coherence Tomography System Based on Single Detector
CN108931478A (en) Single acquisition non-dispersive phase shift whole-field optically coherent chromatographic imaging device and method
JP6720051B2 (en) Optical image measuring device and optical image measuring method
JP4852651B2 (en) Multiplexed spectral interferometric optical coherence tomography
JP6014449B2 (en) Laser scanning microscope equipment
JP3934131B2 (en) Coaxial spatial optical coherence tomographic image measurement device
JP6709407B2 (en) Thickness measuring device and thickness distribution measuring device
JP2018185201A (en) Optical image measurement device
JP2019132638A (en) Optical image measuring device
JP2010117372A (en) Multiplexed spectral interference light coherence tomography
JP7554860B2 (en) Observation device and observation method
CN109297599A (en) Fixed-phase linear array spectral domain OCT device and method capable of eliminating OCT conjugate images
CN109297596A (en) A fixed-phase dual-line array spectral domain OCT device and method capable of eliminating OCT conjugate images