光測量裝置制造方法
【專利摘要】提供一種不需要進行反射鏡的掃描、且不使用波長掃描型光源和分光器而能夠獲取測定對象的像的小型且廉價的光測量裝置。將從光源(401)出射的激光分支為第1光束和第2光束，將第1光束作為信號光通過透鏡(406)向測定對象(409)聚光照射，將第2光束不向測定對象照射而作為參照光在反射鏡(411)上反射，將通過測定對象反射或散射的信號光與參照光合波后入射到干涉光學系統(tǒng)(412)，生成相位關系互不相同的三個以上的干涉光并由光檢測器(417、422)進行檢測，由信號處理部(424)運算檢測信號。在測定時至少在光軸方向上掃描透鏡(406)的第1光束的聚光位置。
【專利說明】光測量裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光斷層觀察裝置和光斷層觀察方法。
【背景技術】
[0002]近年來，使用光獲取反映了測定對象的表面構(gòu)造、內(nèi)部構(gòu)造的圖像的光學相干斷層攝像術(OCT:Optical Coherence Tomography)受到關注(專利文獻I)。OCT不具有對人體的侵襲性，因此特別期待在醫(yī)療領域、生物學領域中應用，在眼科領域中形成眼底、角膜等的圖像的裝置已進入實用化階段。在OCT中，將來自光源的光二分支為向測定對象照射的信號光和不向測定對象照射而通過參照光反射鏡反射的參照光，使從測定對象反射的信號光與參照光合波并發(fā)生干涉，由此得到信號。
[0003]OCT根據(jù)測定位置的在光軸方向上的掃描方法(以下稱為z掃描)，大體分為時域OCT和傅里葉域0CT。在圖1中示出時域OCT的光學系統(tǒng)的示意圖。在本方式中，將低相干光源用作光源，在測定時通過掃描參照光反射鏡來進行Z掃描。由此，僅是信號光中包含的與參照光光路長度一致的分量發(fā)生干涉，能夠得到如圖2所示的檢測信號。通過對圖2所示的信號進行包絡檢波，解調(diào)出如圖3所示的期望的信號。
[0004]另一方面，傅里葉域OCT進一步分為波長掃描型OCT和光譜域0CT。在波長掃描型OCT中，使用能夠掃描出射光的波長的波長掃描型光源，在測定時通過掃描波長來進行z掃描，對檢測出的干涉光強度的波長依賴性(干涉光譜)進行傅里葉變換，由此解調(diào)出期望的信號。
[0005]在光譜域OCT中，光源使用寬頻帶光源，通過分光器將所生成的干涉光分光，對每個波長分量的干涉光強度(干涉光譜)進行檢測對應于進行z掃描。通過對得到的干涉光譜進行傅里葉變換來解調(diào)出期望的信號。
[0006]在如上所述的以往的OCT裝置中，深度方向的空間分辨率由光源的光譜寬度決定，通過擴大光譜寬度來實現(xiàn)高分辨率化。
[0007]專利文獻1:日本特開2011-218155號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]在如上所述的以往的OCT裝置中存在如下課題。在時域OCT中，為了進行z掃描而以機械方式移動參照光反射鏡，因此在參照光反射鏡中會產(chǎn)生角度偏移。由此存在如下問題:參照光的光軸方向偏移而干涉振幅降低，結(jié)果，SN比減少。并且，如果為了提高光軸方向的空間分辨率而使用相干長度更短的光源，則在如圖2所示的干涉波形中包絡線所包含的波的數(shù)量減少。即，干涉信號的振幅變化的頻率(包絡線的頻率)與干涉信號振動的頻率接近，因此存在基于包絡檢波的信號解調(diào)困難這樣的問題。另外，在傅里葉域OCT中，為了進行z掃描而需要以高速掃描波長的光源或分光器，這些均為高價且大型，因此存在OCT裝置本身高價且大型的問題。
[0009]本發(fā)明為了解決上述課題，設為如下結(jié)構(gòu):將從光源出射的激光二分支來得到第I光束和第2光束，將第I光束作為信號光向測定對象聚光照射，將第2光束不向測定對象照射而作為參照光，然后，將通過測定對象反射或散射的信號光與參照光合波來生成相位關系互不相同的三個以上的干涉光，對它們進行檢測。通過透鏡的掃描等來在光軸方向上掃描第I光束的聚光位置。
[0010]由此，與以往的時域OCT不同，不對參照光反射鏡的位置進行掃描而能夠進行Z掃描，因此能夠防止隨著參照光反射鏡的機械運動產(chǎn)生的參照光反射鏡的傾斜。并且，不使用波長掃描型光源、分光器而能夠進行Z掃描，因此能夠提供比以往的傅里葉域OCT小型且廉價的OCT裝置。另外，由于對相位關系不同的三個以上的干涉光進行檢測，因此能夠?qū)@些檢測信號進行運算來獲取不依賴于干涉相位的穩(wěn)定的信號。即，不使用包絡檢波而能夠正確地獲取圖2所示的干涉波形的包絡線。由此，還能夠解調(diào)出通過時域OCT中使用的包絡檢波無法解調(diào)的信號。
[0011]作為一例，設將第I光束向測定對象聚光的透鏡的數(shù)值孔徑為0.4以上。
[0012]由此，不使用寬頻帶光源或波長掃描型光源而能夠達到與以往的OCT裝置同等或其以上高的光軸方向的空間分辨率。
[0013]作為一例，設激光的相干長度為通過透鏡的光軸方向的掃描等來產(chǎn)生的信號光的光路長度變化以上。
[0014]由此，即使在通過透鏡的光軸方向掃描等進行的聚光位置的掃描中在信號光與參照光之間產(chǎn)生光路長度差，也能夠抑制干涉振幅的降低，因此不需要為了調(diào)整光路長度差而移動參照光反射鏡的位置。
[0015]作為一例，設通過干涉光學系統(tǒng)生成的干涉光為四個，四個干涉光相互之間的干涉相位各相差大約90度，由電流差動型的檢測器檢測相位各相差大約180度的干涉光的對。
[0016]由此，通過對檢測信號實施運算來能夠獲取不依賴于干涉相位的信號，因此還能夠解調(diào)出通過以往的時域OCT中使用的包絡檢波無法解調(diào)的信號。
[0017]作為一例，設在光軸方向上反復進行通過透鏡的掃描等進行的第I光束的聚光位置的掃描。
[0018]由此，在為了進行測定而使測定對象接近透鏡時，能夠根據(jù)來自測定對象的表面反射光的有無，容易地判斷測定對象是否接近到通過透鏡的掃描等進行的第I光束的聚光位置的掃描所能夠測定的范圍內(nèi)。
[0019]作為一例，設在透鏡與測定對象之間設置罩玻璃，在光軸方向上反復進行第I光束的聚光位置的掃描，在被測定區(qū)域內(nèi)包括罩玻璃的表面。
[0020]由此，能夠以罩玻璃的表面位置為基準來對因測定時的測定對象的微動、透鏡的掃描路徑的變形等產(chǎn)生的像的彎曲進行校正。并且，能夠防止透鏡與測定對象接觸而損傷透鏡。
[0021]作為一例，設在第I光束的聚光位置的在光軸方向上的反復掃描中的折返位置的附近，與聚光位置處于折返位置的附近以外的區(qū)域的情況相比，使激光的強度小。或者，在聚光位置的在光軸方向上的反復掃描中的折返位置，將激光的功率設為零。
[0022]由此，能夠抑制測定區(qū)域的光軸方向上的端的附近的、激光的曝光對測定對象的損傷。[0023]作為一例，設將激光脈沖調(diào)制成與信號獲取的定時同步地發(fā)光。
[0024]由此，能夠抑制激光的曝光對測定對象的損傷。
[0025]作為一例，設為如下結(jié)構(gòu):在一個殼體中收容將信號光與參照光合波來產(chǎn)生合成光的光學系統(tǒng)來作為光觀察單元，在另一個殼體中收容生成相位關系互不相同的三個以上的干涉光的干涉儀、光檢測器以及信號處理部來作為光檢測單元，將光觀察單元與光檢測單元通過偏振波保持光纖相連接。
[0026]由此，僅使小型的光觀察單元接近測定對象就能夠簡易地進行測定，在某一個單元發(fā)生了故障時只更換該單元即可，因此裝置的維持管理變得容易。
[0027]另外，作為一例，設將參照光的光路長度以比通過第I光束的聚光位置的掃描所產(chǎn)生的信號光的光路長度的變化速度更高的速度調(diào)制，根據(jù)所檢測的干涉信號通過包絡檢波解調(diào)出信號。
[0028]由此，以少的檢測器能夠得到OCT信號。
[0029]另外，作為一例，設在信號光的光路中設置球面像差校正部。
[0030]由此，能夠抑制測定對象的深部中的信號強度的降低、空間分辨率的劣化，因此能夠至測定對象的深部為止得到清晰的像。
[0031]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種不需要進行參照光反射鏡的掃描、且不使用波長掃描型光源或分光器而能夠獲取測定對象的斷層像的光測量裝置。
[0032]上述以外的課題、結(jié)構(gòu)以及效果通過以下實施方式的說明會變得明確。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1是表示以往的OCT裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0034]圖2是由以往的OCT裝置檢測的干涉信號的說明圖。
[0035]圖3是以往的OCT裝置中的解調(diào)信號的說明圖。
[0036]圖4是表示本發(fā)明的光測量裝置的結(jié)構(gòu)例的示意圖。
[0037]圖5是表示聚光位置的理想的掃描路徑的示意圖。
[0038]圖6是表示聚光位置的實際的掃描路徑的例子的示意圖。
[0039]圖7是表示本發(fā)明的光測量裝置中的聚光位置的掃描路徑的例子的示意圖。
[0040]圖8是表示本發(fā)明的光測量裝置的其它結(jié)構(gòu)例的示意圖。
[0041]圖9是表示本發(fā)明的光測量裝置中的干涉光學系統(tǒng)的例子的圖。
[0042]圖10是表示基于本發(fā)明的光測量裝置的其它結(jié)構(gòu)例的示意圖。
[0043]圖11是表示基于本發(fā)明的光測量裝置的其它結(jié)構(gòu)例的示意圖。
[0044]圖12是表示基于本發(fā)明的光測量裝置的其它結(jié)構(gòu)例的示意圖。
[0045]附圖標記說明
[0046] 401:光源；403、414: λ/2 波片;404:偏振光分束器;405、410、419:入/4波片；406:透鏡；407:透鏡致動器；408:罩玻璃；409:測定對象;412、801、901、1002:干涉光學系統(tǒng)；413:半分束器；416、421:沃拉斯頓棱鏡；417、422:電流差動型的光檢測器；424:信號處理部；802:衍射光柵；1001:壓電元件；1101:光觀察單元；1103:偏振波保持光纖；1104:光檢測單元；1204:球面像差校正部?！揪唧w實施方式】
[0047]下面，參照附圖來說明本發(fā)明的實施方式。
[0048]〔實施例1〕
[0049]圖4是表示基于本發(fā)明的光測量裝置的基本實施方式的示意圖。
[0050]從光源401出射的由單一波長分量構(gòu)成的激光通過準直透鏡402被變換為平行光，在通過能夠調(diào)整光學軸方向的λ /2波片403使偏振光旋轉(zhuǎn)之后，通過偏振光分束器404被二分支為信號光和參照光。信號光在透過光學軸方向相對于水平方向設定為約22.5度的λ /4波片405而偏振狀態(tài)從s偏振光被變換為圓偏振光之后,通過數(shù)值孔徑為0.4以上的透鏡406被聚光并透過罩玻璃408后被照射到測定對象409。在此，透鏡406在控制部430的控制下通過透鏡致動器407至少在ζ方向上被掃描，由此掃描基于透鏡406的信號光的聚光位置(測定位置)。從測定對象反射或散射的信號光通過透鏡406被變換為平行光，在通過λ /4波片405而偏振狀態(tài)從圓偏振光被變換為P偏振光之后入射到偏振光分束器 404。
[0051]另一方面，參照光透過λ/4波片410而偏振狀態(tài)從P偏振光變換為圓偏振光,在入射到位置固定的反射鏡411而被反射之后，偏振狀態(tài)從圓偏振光被變換為s偏振光并入射到偏振光分束器404。
[0052]信號光和參照光在偏振光分束器404中合波而生成合成光。合成光被導入由半分束器413、λ /2波片414、λ /4波片419、聚光透鏡415、420、沃拉斯頓棱鏡416、421構(gòu)成的干涉光學系統(tǒng)412。
[0053]入射到干涉光學系統(tǒng)412的合成光通過半分束器413被二分支為透過光和反射光。透過光在透過光學軸相對于水平方向設定為約22.5度的λ/2波片414之后通過聚光透鏡415被聚光，通過沃拉斯頓棱鏡416被二分支而生成相位關系相差180度的第一干涉光和第二干涉光。第一干涉光和第二干涉光通過電流差動型的光檢測器417被檢測，輸出與它們的強度之差成比例的信號418。
[0054]另一方面，反射光在透過光學軸相對于水平方向設定為約45度的λ /4波片419之后通過聚光透鏡420被聚光，通過沃拉斯頓棱鏡421被二分支而生成相位關系相差180度的第三干涉光和第四干涉光。第三干涉光和第四干涉光通過電流差動型的光檢測器422被檢測，輸出與它們的強度之差成比例的信號423。通過這樣生成的信號418、423輸入到信號處理部424并被運算，由此能夠得到與信號光的振幅成比例的信號。
[0055]在此，使用公式詳細說明如上所述的動作原理。當將入射到干涉光學系統(tǒng)412的時間點的合成光的瓊斯矢量(Jones vector)表示為
[0056]
【權利要求】
1.一種光測量裝置，其特征在于，具有: 光源，出射激光； 光分支部，將所述激光分支為第1光束和第2光束； 透鏡，將所述第I光束作為信號光向測定對象聚光照射； 光反射部，將所述第2光束不向測定對象照射而作為參照光反射； 掃描部，至少在光軸方向上掃描所述第1光束的聚光位置； 干涉光學系統(tǒng)，將通過測定對象反射或散射的信號光與所述參照光合波，生成相位關系互不相同的三個以上的干涉光；以及多個光檢測器，檢測所述干涉光。
2.根據(jù)權利要求1所述的光測量裝置，其特征在于， 所述透鏡具有0.4以上的數(shù)值孔徑。
3.根據(jù)權利要求1所述的光測量裝置，其特征在于， 所述激光的相干長度為通過在光軸方向上掃描所述第I光束的聚光位置來產(chǎn)生的信號光的光路長度變化以上。
4.根據(jù)權利要求1所述的光測量裝置，其特征在于， 所述光反射部的位置在測定過程中被固定。
5.根據(jù)權利要求1所述的光測量裝置，其特征在于， 所述光檢測器的個數(shù)為四個， 四個所述光檢測器上的所述信號光與所述參照光的干涉相位相互相差約90度的整數(shù)倍， 由電流差動型的檢測器檢測所述信號光與所述參照光的干涉相位相互相差約180度的干涉光的對。
6.根據(jù)權利要求1所述的光測量裝置，其特征在于， 具有控制所述掃描部的控制部， 所述控制部對所述掃描部進行控制使得在所述光軸方向上反復進行所述第I光束的聚光位置的掃描。
7.根據(jù)權利要求6所述的光測量裝置，其特征在于， 所述控制部對所述掃描部進行控制使得所述聚光位置超過測定對象的被觀察區(qū)域而向所述光軸方向折返。
8.根據(jù)權利要求6所述的光測量裝置，其特征在于， 在所述透鏡與測定對象之間設置有罩玻璃， 所述控制部對所述掃描部進行控制使得在所述聚光位置的所述光軸方向的掃描范圍內(nèi)包括所述罩玻璃的表面， 使用來自所述罩玻璃的表面的信號進行觀察像的校正。
9.根據(jù)權利要求6所述的光測量裝置，其特征在于， 在所述聚光位置的在光軸方向上的反復掃描中的折返位置的附近，與所述聚光位置處于所述折返位置的附近以外的區(qū)域的情況相比，使所述激光的強度小。
10.根據(jù)權利要求6所述的光測量裝置，其特征在于， 在所述聚光位置的在光軸方向上的反復掃描中的折返位置的附近，將所述激光的功率設為零。
11.根據(jù)權利要求6所述的光測量裝置，其特征在于， 所述激光被脈沖調(diào)制成與信號獲取的定時同步地發(fā)光。
12.一種觀察單元，其特征在于，具有: 光源，出射激光； 光分支部，將所述激光分支為第I光束和第2光束； 透鏡，將所述第1光束作為信號光向測定對象聚光照射； 光反射部，將所述第2光束不向測定對象照射而作為參照光反射； 掃描部，至少在光軸方向上掃描所述第I光束的聚光位置； 光纖連接部，連 接有光纖；以及 光學系統(tǒng)，將通過測定對象反射或散射的信號光與所述參照光合波，使所述信號光與所述參照光被合波而生成的合成光入射到連接于所述光纖連接部的光纖。
13.—種光測量裝置，其特征在于，具有: 光源，出射激光； 光分支部，將所述激光分支為第I光束和第2光束； 透鏡，將所述第I光束作為信號光向測定對象聚光照射； 光反射部，將所述第2光束不向測定對象照射而作為參照光反射； 掃描部，在光軸方向上掃描所述第I光束的聚光位置； 光路長度調(diào)制部，將所述參照光的光路長度以比通過所述第I光束的聚光位置的掃描所產(chǎn)生的信號光的光路長度的變化速度更高的速度調(diào)制；以及 光檢測器，檢測將通過測定對象反射或散射的信號光與所述參照光合波而成的光。
14.根據(jù)權利要求13所述的光測量裝置，其特征在于， 所述光路長度調(diào)制部具備壓電元件。
15.一種光測量裝置，其特征在于，具有: 光源，出射激光； 光分支部，將所述激光分支為第I光束和第2光束； 透鏡，將所述第I光束作為信號光向測定對象聚光照射； 球面像差校正部，配置于所述第I光束的光路中； 光反射部，將所述第2光束不向測定對象照射而作為參照光反射； 掃描部，至少在光軸方向上掃描所述第I光束的聚光位置； 干涉光學系統(tǒng)，將通過測定對象反射或散射的信號光與所述參照光合波，生成相位關系互不相同的三個以上的干涉光；以及多個光檢測器，檢測所述干涉光。
【文檔編號】A61B3/14GK103961056SQ201310573943
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年11月15日 優(yōu)先權日:2013年1月24日
【發(fā)明者】大澤賢太郎, 渡辺康一, 富田大輔 申請人:日立視聽媒體股份有限公司