光学测量装置和光学测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种光学测量装置和光学测量方法，抑制来自观测对象与培养容器和空气等的边界面的反射光的影响，得到观测对象的高品质的像。利用观测对象具有三维形状、边界面能够视为平面这一点，通过对参考光的光束内赋予相位或强度分布，而选择性地使来自边界面的反射光的影响衰减，从而获得高品质的OCT图像。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学测量装置，特别涉及用于进行光层析观察的光学测量装置及其方法。
技术介绍
近年来，使用光获得反映了观测对象的表面结构和内部结构的图像的光学相干层析术(OCT：Optical Coherence Tomography)受到了关注。OCT对人体不具有侵袭性，所以特别期待其应用于医疗领域和生物学领域，在眼科领域中形成眼底和角膜等的图像的装置已进入实用化阶段。OCT中，使来自光源的光分束为对观测对象照射的信号光、和不对测量对象照射而是在参考光反射镜上反射的参考光这2束，通过使从观测对象反射的信号光与参考光合束(合波)干涉而得到信号。OCT按测量位置在光轴方向上的扫描方法，大致分为时域OCT和傅立叶域OCT。时域OCT中，光源使用低相干光源，在测量时通过使参考光反射镜扫描而进行光轴方向上的扫描。由此，仅有信号光中包括的与参考光的光程一致的成分发生干涉，对于得到的干涉信号进行包络线检波，从而解调为期望的信号。另一方面，傅立叶域OCT进而分为波长扫描型OCT和谱域OCT。波长扫描型OCT中，使用能够使出射光的波长扫描的波长扫描型光源，在测量时通过使波长扫描而进行光轴方向上的扫描，通过对检测出的干涉光强度的波长依赖性(干涉谱)进行傅立叶变换而解调为期望的信号。谱域OCT中，光源使用宽带光源，对生成的干涉光用分光器分光，检测各波长成分的干涉光强度(干涉谱)，这相当于进行光轴方向上的扫描。通过对得到的干涉谱进行傅立叶变换而解调为期望的信号。这样，OCT中，基本上通过使信号光与参考光干涉，而能够得到反映了观测对象的内部结构的图像信息。“专利文献1”中公开了对改变信号光的相位同时获得的多个图像进行处理，增加能够观测的到达
深度的技术。“专利文献2”中公开了在傅立叶域OCT中，通过基于光源的波长对参考光的相位进行调制，实质上地实施参考光的强度调整而不需要光程的微调的技术。“专利文献3”中公开了在时域OCT中，通过使用多个SLD并且改变参考光的相位，来获得由波长差异决定的观测对象的吸收分布差异的技术。“专利文献4”中公开了在时域OCT中，用白色光和SLD作为光源，通过使其切换而使深度方向的分辨率可变的技术。“专利文献5”中公开了在时域OCT中，使物镜物理地扫描，并且对于信号光与干涉光的干涉用相位条件不同的4个检测器受光，从而不需要通过反射镜的扫描进行的参考光的相位调整的技术。现有技术文献专利文献专利文献1：US2014/0023255号专利文献2：日本特开2011-196694号公报专利文献3：日本特开2007-240453号公报专利文献4：WO2001/42735号专利文献5：US2014/0204388号
技术实现思路
专利技术要解决的课题用OCT测量生物体的情况下，一般而言来自观测对象内部的反射光与在观测对象与培养容器等的边界上发生的反射光相比非常小。OCT中，通过用这些反射光的和作为信号光与参考光干涉，而得到图像信息，因此在边界上发生的反射光(以下称为边界反射光)，对于观测对象的内部反射光的观测，表现为噪声或者串扰，所以是使观测精度降低的多余光成分。这样的边界反射光导致的观测精度降低，在隔着玻璃或塑料制的培养容器观测培养中的细胞片的情况下的容器与细胞片的边界、或者用OCT观测人的皮肤的情况下的空气与皮肤表面的边界等发生。图2是表示测量充满了培养液的透明培养容器内的细胞片的情况的示意图。设培养液或细胞质的折射率为1.33、作为细胞内组织特别大的细胞核的折射率为1.38时，根据菲涅尔公式，细胞核的反射率是
约0.034％。另一方面，设典型的培养容器的折射率为1.59时，培养容器与培养液或细胞质的边界的反射率是0.79％，可知有大1个数量级的强度的多余光作为边界反射光发生。实际上，因为以细胞核为代表的生物体细胞内的结构体具有三维结构，所以信号光因其表面形状而扩散地反射，所以被1个细胞组织反射的光中作为信号光检测出的光小于0.034％，边界反射光的影响进一步增大。以下，在本专利技术的记载中如附图所记载，统一为以光轴方向为z轴的坐标系进行说明。一般而言，OCT中得到的检测信号S，在设信号光的复振幅为Esig、参考光的复振幅为Eref时能够用下式表示。式1S＝|Esig|2|Eref|2cos(θsig-θref) (式1)此处，θsig和θref分别是信号光和参考光的基于光程的相位。接着，对边界反射光的表现定量化。设光源的波长为λ、物镜的数值孔径为NA、培养容器与观测对象的边界位置为z＝0、物镜的焦点位置为z，考虑信号光中包括的离焦波前像差，实施相位分集(Phase Diversity)检测方式的情况下的检测信号S(z)可以用下式表示。式2 S ( z ) = | E s i g | 2 | E r e f | 2 sinc 2 ( π · z λ NA 2 ) ]]> (式2)图3表示边界反射的影响的计算结果。此处基于(式1)，设光源的波长λ＝780nm、物镜的数值孔径NA＝0.52，使用以上所示的各折射率，计算不存在观测对象(容器内仅充满了培养液)的条件下得到的检测信号S。图中的横轴表示物镜的焦点位置z。如图所示，边界反射光的影响不仅限于边界，也按sinc函数扩大至生物体细胞构成的观测区域，可知发生相对于来自生物体细胞的反射信号较大的串扰。以下，只要没有特别提示，就统一为光源波长780nm、物镜数值孔径0.52进行说明。“专利文献1”～“专利文献5”中公开的技术中，公开了改变信号光和参考光的基于光程的相位的技术，但因为得到与来自观测对象的反射光量相应的检测信号，所以不能够减少此处指出的边界反射光
的影响。用于解决课题的技术方案本专利技术为了解决上述课题，着眼于观测对象具有三维形状但边界能够近似为平面这一点，通过对参考光赋予与光轴正交的方向的相位分布，提供一种能够选择性地衰减或者除去边界反射光的光学测量方法和装置。本专利技术中，以下为了简化说明而记载了用“专利文献5”中记载的所谓相位分集检测方式得到检测信号的情况，但本专利技术的技术只要考虑参考光和信号光的基于光路差的相位，就能够容易地扩展到其他检测方式。在OCT装置中采用使信号光与参考光合束之后、用检测透镜在光检测器上聚光的光学系统。如上所述以光轴方向为z轴时，检测透镜的孔径在x-y平面上形成。设物镜的焦点的z坐标为z、检测透镜的z坐标为z0，将信号光与参考光的干涉形式化为检测透镜的孔径上的各点(x，y，z0)处的干涉的叠加时，检测信号S能够用下式表示。式3 S = 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学测量装置，其特征在于，包括：出射激光的光源；使从所述光源出射的激光分束为信号光和参考光的光分束部；将所述信号光会聚在观测对象上的聚光单元；使被所述观测对象反射的信号光与所述参考光合束而生成干涉光的单元；对所述参考光的光束内赋予规定的相位分布和强度分布中的至少一者的单元；检测所述干涉光的检测器；和基于来自所述检测器的信号生成所述观测对象的层析图像的图像处理部。

【技术特征摘要】
2015.03.11 JP 2015-0478711.一种光学测量装置，其特征在于，包括：出射激光的光源；使从所述光源出射的激光分束为信号光和参考光的光分束部；将所述信号光会聚在观测对象上的聚光单元；使被所述观测对象反射的信号光与所述参考光合束而生成干涉光的单元；对所述参考光的光束内赋予规定的相位分布和强度分布中的至少一者的单元；检测所述干涉光的检测器；和基于来自所述检测器的信号生成所述观测对象的层析图像的图像处理部。2.如权利要求1所述的光学测量装置，其特征在于：所述赋予相位分布和强度分布中的至少一者的单元是赋予圆锥型的相位分布的单元。3.如权利要求1所述的光学测量装置，其特征在于：所述赋予相位分布和强度分布中的至少一者的单元是赋予用下式表示的相位分布的单元： E r e f ( x , y , z 0 ) = A exp ( iΦ 0 x 2 + y 2 R ) exp ( i 2 π λ L ) ]]>其中，φ0是赋予的相位的最大值，R是检测透镜孔径的半径，(2π/λ)L是参考光的基于光程的相位，A是振幅，x和y是检测透镜的孔径上的各个点。4.如权利要求1所述的光学测量装置，其特征在于：所述赋予相位分布和强度分布中的至少一者的单元是赋予用下式表示的相位分布的单元： E r e f ( x , y , z 0 ) = A exp ( iΦ 0 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：峰邑浩行，大泽贤太郎，
申请(专利权)人：日立乐金光科技株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP