特許 7433467 高速検査用の傾斜型光干渉断層撮影イメージング

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-08

(45)【発行日】2024-02-19

(54)【発明の名称】高速検査用の傾斜型光干渉断層撮影イメージング

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/17 20060101AFI20240209BHJP

【ＦＩ】

G01N21/17 630

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2022557862

(86)(22)【出願日】2020-07-01

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-07-26

(86)【国際出願番号】 JP2020025830

(87)【国際公開番号】W WO2022003867

(87)【国際公開日】2022-01-06

【審査請求日】2023-02-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140442

【弁理士】

【氏名又は名称】柴山 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100177910

【弁理士】

【氏名又は名称】木津 正晴

(72)【発明者】

【氏名】ザイツ ピーター

(72)【発明者】

【氏名】テイチマン ヘルムート

【審査官】井上 徹

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１０／０９２５３３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】独国特許出願公開第１０３５１３１９（ＤＥ，Ａ１）

【文献】特表２０１１－５３００７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２４９６６３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２４６０４３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／０１４１９５６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】L.VABRE et al.，Thermal-light full-field optical coherence tomography，Optics Letters，2002年04月01日，Vol. 27，No. 7，PP.530－532

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２１／００－Ｇ０１Ｎ ２１／０１

Ｇ０１Ｎ ２１／１７－Ｇ０１Ｎ ２１／６１

Ａ６１Ｂ ３／００－Ａ６１Ｂ ３／１８

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象の内部及び／又は表面の画像を取得する光干渉断層撮影イメージングシステムであって、
光源と、
前記光源から放出される光を平面波に変換するレンズと、
前記平面波を第１の部分及び第２の部分に分割するビームスプリッタと、
前記平面波の前記第１の部分を前記対象に集束させるとともに、焦点面からの対象光をイメージセンサの平面に結像させる結像レンズであって、前記イメージセンサが、１次元又は２次元に配置された複数の画素を含む、結像レンズと、
コリメーションレンズと参照ミラーユニットとを含む、前記参照ミラーユニットと前記ビームスプリッタとの間のビーム光路を変調する参照光学系であって、前記平面波の前記第２の部分を、参照波として、前記ビームスプリッタを介して前記イメージセンサの前記平面に伝播させる参照光学系と、
を備え、
前記参照波及び前記対象光の干渉光が、前記イメージセンサによって検出され、
前記光干渉断層撮影イメージングシステムの光軸が、前記対象の面法線に対して角度をなして傾斜しており、前記結像レンズ及び前記イメージセンサが、前記光軸に沿って並んでおり、
前記結像レンズが、搬送方向に沿って移動している前記対象に前記平面波の前記第１の部分を集束させ、
前記光軸が、前記面法線及び前記搬送方向を含む平面内に位置している、光干渉断層撮影イメージングシステム。

【請求項2】

前記ビーム光路の総変調深さは、前記イメージセンサの各画素において検出される干渉信号の平均振動振幅が前記対象における屈折率の局所不連続性に関する情報に対応するように、前記光源から放出される前記光の中心波長の半分以上であるとともに、前記光源から放出される前記光のコヒーレンス長以下である、請求項１に記載の光干渉断層撮影イメージングシステム。

【請求項3】

前記結像レンズと前記対象との間に配置された補償器を更に備え、
前記補償器は、楔形状に形成されるとともに、前記対象の屈折率に実質的に等しい屈折率を有する、請求項１又は２に記載の光干渉断層撮影イメージングシステム。

【請求項4】

対象の内部及び／又は表面の画像を取得する画像取得方法であって、
レンズにより、光源から放出される光を平面波に変換するステップと、
ビームスプリッタにより、前記平面波を第１の部分及び第２の部分に分割するステップと、
結像レンズにより、前記平面波の前記第１の部分を前記対象に集束させ、前記結像レンズにより、焦点面からの対象光をイメージセンサの平面に結像させるステップであって、前記イメージセンサが、１次元又は２次元に配置された複数の画素を含み、光軸が、前記対象の面法線に対して角度をなして傾斜しており、前記結像レンズ及び前記イメージセンサが、前記光軸に沿って並んでいる、ステップと、
コリメーションレンズ及び参照ミラーユニットを含む参照光学系により、前記参照ミラーユニットと前記ビームスプリッタとの間のビーム光路を変調し、前記参照光学系により、前記平面波の前記第２の部分を、参照波として、前記ビームスプリッタを介して前記イメージセンサの前記平面に伝播させるステップと、
前記イメージセンサにより、前記参照波及び前記対象光の干渉光を検出するステップと、
を含み、
前記結像レンズが、搬送方向に沿って移動している前記対象に前記平面波の前記第１の部分を集束させ、
前記光軸が、前記面法線及び前記搬送方向を含む平面内に位置している、画像取得方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

[0001]本開示の１つの態様は、奥行き（深さ）方向に変化する反射及び散乱特性を有する移動対象の３次元撮像用の、低コヒーレンス光源を用いる白色光干渉計装置を利用する光干渉断層撮影（ＯＣＴ）システムに関する。

【0002】

[0002]特に、本開示の１つの態様は、完全な生成されたＯＣＴ画像の回折限界横方向分解能のための、対象におけるすべての光散乱点が対象における傾斜した焦点面において同時に焦点が合う、大型の可動光学機械要素のない、ＯＣＴシステムに関する。

【背景技術】

【0003】

[0003]光干渉断層撮影測定システムは、空間的に変化する散乱及び反射特性を有する対象の内部３次元構造を撮像する目的で、低コヒーレンス光源を用いる干渉計装置を利用する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

[0004]最良の３次元ＯＣＴ画像品質は、時間領域ＯＣＴ原理（ＴＤ－ＯＣＴ）によるＯＣＴ原理を実施することで得られる。これは、参照ミラーのみでなく結像レンズ及びそれとともに焦点面も同時に機械的に移動させて、焦点距離と参照距離とを常に同じにすることによって達成される。これらの状況下では、結果として得られるＴＤ－ＯＣＴ画像の横方向分解能は、結像レンズの回折限界によって与えられる最終的な横方向空間分解能を常に有する。不都合なことに、これには、多数の光学部品の搬送のための機械的システムが必要であり、そのため、結果として得られるシステムは、結像レンズを含む機械的搬送サブシステムの速度によって制限される走査速度を有する。したがって、既知のＴＤ－ＯＣＴシステムは、コンベヤベルト用途における等、連続的に移動する対象の３Ｄ（３次元）イメージングには適していない。

【0005】

[0005]フーリエ領域ＯＣＴ原理（ＦＤ－ＯＣＴ）又は波長掃引型ＯＣＴ原理（ＳＳ－ＯＣＴ）等、機械的に走査する構成要素を必要としないＯＣＴ装置を用いて、ＯＣＴ画像のより高速な取得が可能である。これらの方法により、単一のスペクトル分解測定において完全な３Ｄ散乱パターンを取得することができる。しかしながら、これらのＯＣＴ原理における焦点面は固定されており、このため、３次元ＯＣＴ画像の非常に狭い層のみが、回折限界分解能を示す。

【0006】

[0006]その結果、既知のＯＣＴ技法では、以下のような妥協が必要である。すなわち、ＴＤ－ＯＣＴ等の原理が選択され、３次元ＯＣＴ画像の優れた均質な分解能が、低速で移動する機械的走査要素という代償を払って達成されるか、又は、ＦＤ－ＯＣＴ若しくはＳＳ－ＯＣＴ等の原理が選択され、大部分の奥行き位置で結像レンズの回折限界を大幅に下回る不均質な横方向光学分解能を有する３次元ＯＣＴ画像という代償を払って、高速３Ｄ画像取得を達成することができる。

【課題を解決するための手段】

【0007】

[0007]本開示の１つの態様は、振動マイクロミラー又は光電子変調器等、単一の小型の高周波数位相シフト素子のみを必要とする、横方向に移動する対象のための高速光干渉断層撮影システムにより、上述した妥協を克服する。本開示は、例えばコンベヤベルト用途におけるように、ＯＣＴシステムの下で検査対象の横方向の動きを利用する。本開示は、低コヒーレンス光源からなり、その出力は好適なレンズで平面波に変換される。ビームスプリッタを使用して、この平面波は、同時に、検査対象の小さい体積部を照明するために採用されるとともに、好適な集光レンズを利用して、位相シフト機能を有する小型参照ミラーによって反射される。参照ビームの位相シフトは、１００Ｈｚを超える、典型的には数ＭＨｚの高周波で発生しており、光路の総変調深さは、採用する低コヒーレンス光の中心波長の少なくとも半分、及び光のコヒーレンス長未満に対応する。結像レンズ系により、イメージセンサの平面に対象の平面断面の像が形成される。ビームスプリッタを介して、参照ミラーからの平面波もまたイメージセンサ平面に入射し、そこで、参照ミラーからの平面波が対象から反射された集束光に干渉する。イメージセンサの各画素において、時間変調された光が復調され、検出された振幅が、対象における焦点面の周囲の照明された体積部からの局所ＯＣＴ信号を表す。ＯＣＴシステムの光軸は、対象表面の法線に対して角度をなして傾けられており、したがって傾斜型ＯＣＴ配置を形成する。対象の横方向の動きにより、対象の３次元体積部を完全に走査することができる。

【0008】

[0008]本開示の１つの態様による光干渉断層撮影イメージングシステムは、対象の内部及び／又は表面の画像を取得するものであって、光源と、光源から放出される光を平面波に変換するレンズと、平面波を第１の部分及び第２の部分に分割するビームスプリッタと、平面波の第１の部分を対象に集束させるとともに、焦点面からの対象光をイメージセンサの平面に結像させる結像レンズであって、イメージセンサが、１次元又は２次元に配置された複数の画素を含む、結像レンズと、コリメーションレンズと参照ミラーユニットとを含み、参照ミラーユニットとビームスプリッタとの間のビーム光路を変調する参照光学系であって、平面波の第２の部分を、参照波として、ビームスプリッタを介してイメージセンサの平面に伝播させる参照光学系とを含み、参照波及び対象光の干渉光は、イメージセンサによって検出され、光干渉断層撮影イメージングシステムの光軸が、対象の面法線に対して角度をなして傾斜しており、結像レンズ及びイメージセンサが、光軸に沿って並んでいる。

【0009】

[0009]ビーム光路の総変調深さは、イメージセンサの各画素において検出される干渉信号の平均振動振幅が、対象における屈折率の局所不連続性に関する情報に対応するように、光源から放出される光の中心波長の半分以上であるとともに、光源から放出される光のコヒーレンス長以下であってもよい。

【0010】

[0010]結像レンズは、搬送方向に沿って移動している対象に平面波の第１の部分を集束させてもよい。光軸は、面法線及び搬送方向を含む平面内に位置していてもよい。

【0011】

[0011]本開示の１つの態様による光干渉断層撮影イメージングシステムは、結像レンズと対象との間に配置された補償器をさらに備えていてもよい。補償器は、楔形状に形成されるとともに、対象の屈折率に実質的に等しい屈折率を有していてもよい。

【0012】

[0012]本開示の１つの態様による画像取得方法は、対象の内部及び／又は表面の画像を取得するものであって、レンズにより、光源から放出される光を平面波に変換するステップと、ビームスプリッタにより、平面波を第１の部分及び第２の部分に分割するステップと、結像レンズにより、平面波の第１の部分を対象に集束させ、結像レンズにより、焦点面からの対象光をイメージセンサの平面に結像させるステップであって、イメージセンサが、１次元又は２次元に配置された複数の画素を含み、光軸が、対象の面法線に対して角度をなして傾斜しており、結像レンズ及びイメージセンサが、光軸に沿って並んでいる、ステップと、コリメーションレンズ及び参照ミラーユニットを含む参照光学系により、参照ミラーユニットとビームスプリッタとの間のビーム光路を変調し、参照光学系により、平面波の第２の部分を、参照波として、ビームスプリッタを介してイメージセンサの平面に伝播させるステップと、イメージセンサにより、参照波及び対象光の干渉光を検出するステップとを含む。

【0013】

[0013]本開示の以下の詳細な説明を考慮すると、本開示はよりよく理解され、上述したもの以外の目的も明らかとなろう。こうした説明は添付図面を参照する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本開示による傾斜型ＯＣＴシステムの断面図である。

【図2】イメージセンサの１つの画素における典型的なＴＤ－ＯＣＴ信号を示す図であり、ＴＤ－ＯＣＴ信号は、包絡線で変調された振動部分からなり、その重心は、対応する３Ｄ対象の位置での対象における反射光学構造の存在を示す。

【図3】本開示による傾斜型ＯＣＴシステムのイメージセンサの１つの画素における典型的な信号を示す図である。平均復調振幅は、局所ＯＣＴ信号に対応する。

【図4】横方向に移動する対象の断面と、イメージセンサの画素が投影されている傾斜した焦点面とを示す図である。これらの投影された画素の各々において、位相シフト変調による振動ＯＣＴ信号を示す。振幅は、屈折率が変化している対象における光学的界面で最大である。

【図5】傾斜した焦点面を観測する２次元イメージセンサの上面図であり、各画素において、位相シフト変調による振動ＯＣＴ信号を示す。この例では、対象の内部の屈折率段差の表面は、搬送方向４５によって画定される軸を中心に回転する平面である。この傾きは図４には示されていない。したがって、屈折率段差面から対象の上面までの距離は、図５の底部のイメージセンサ画素に対応する、図４の前部のイメージセンサ画素に対して小さく、図５の頂部のイメージセンサ画素に対応する、図４の後部のイメージセンサ画素に対して大きい。

【発明を実施するための形態】

【0015】

[0014]本開示の目的は、検査対象の３次元ＯＣＴ画像を高速で取得することができるＯＣＴイメージングシステムを提供することである。

【0016】

[0015]本開示のさらなる目的は、対象における検査体積部全体を通して均質な回折限界分解能を有する３次元ＯＣＴ画像を生成する高速ＯＣＴイメージングシステムを提供することである。

【0017】

[0016]本開示の別の目的は、検査対象における完全なサンプリング体積部においてＯＣＴデータを取得することができる高速、高分解能ＯＣＴイメージングシステムを提供し、それにより、対象が、例えばロールツーロール（ｒｏｌｌ－ｔｏ－ｒｏｌｌ）構成でＯＣＴイメージングシステムの下で移動する長尺状材料からなる、コンベヤベルト状況において、ＯＣＴイメージングシステムを採用することができるようにすることである。

【0018】

[0017]上述した目的を考慮して、本開示は、図１に示す傾斜型ＯＣＴ装置で達成される。光源１が、低コヒーレンス光を立体角２で放射している。低コヒーレンス光は、１μｍ～１００μｍのコヒーレンス長を有していてもよい。光学レンズ３が、この光を平面波に変換し、平面波はビームスプリッタ４に入射する。ビームスプリッタ５は、平面波を反射部分（第１の部分）と透過部分（第２の部分）とに分割する。平面波の透過部分は、レンズ（コリメーションレンズ）５によって参照ミラー（参照ミラーユニット）７上の小さいスポットに集束され、光路長を変調する追加の機能を提供する。参照ミラーは、光を立体角６で反射し、光学レンズ５は平面参照波を再生成しており、この平面参照波は、ビームスプリッタ４により、１次元又は２次元のイメージセンサ１５の方向に反射される。レンズ５及び参照ミラー７が参照光学系を構成し、この参照光学系が、平面波の透過部分を平面参照波として、ビームスプリッタ４を介してイメージセンサの平面に伝播させることが分かる。

【0019】

[0018]結像レンズ８が、光源１からの低コヒーレンス光の平面波の反射部分を検査対象１０の小さい体積部に集束させている。結像収差は、屈折率が検査対象１０のバルク１１の平均屈折率に可能な限り近くなければならない、楔形の光学補償器９を採用することにより、低減させることができる。言い換えれば、光学補償器９は、検査対象１０のバルク１１の平均屈折率の屈折率と実質的に等しい屈折率を有する。

【0020】

[0019]結像レンズ８は、結像光路１４を介して焦点面１２をイメージセンサ１５の平面上に結像させる第２の機能を有する。すなわち、結像レンズ８は、焦点面１２からの対象光１４をイメージセンサ１５の平面上に結像させる。検査対象１０のバルク１１における焦点面１２上のすべての対象点は、同時に焦点が合い、イメージセンサ平面１５において同じ光学位相を示す。焦点面１２からの平面参照波１３及び集束した対象光１４は、１次元又は２次元のイメージセンサ１５の平面において干渉し、イメージセンサ１５の各画素に所望のＯＣＴ干渉信号をもたらす。参照波１３と対象光１４との干渉光は、イメージセンサ１５によって検出される。

【0021】

[0020]光学補償器９を用いずに、本開示によるＯＣＴシステムを実施することも可能である。この場合、焦点面１２は、傾き角αよりも小さい傾きとなり、結像条件が光軸に対して対称でなくなるため、結像レンズ９の結像品質が損なわれる可能性がある。

【0022】

[0021]光軸１６は、ＯＣＴシステムの光軸１６が面法線及び搬送方向１７により形成される平面に位置するように傾斜している。すなわち、光軸１６は、面法線に対して角度αだけ傾斜している。結像レンズ８及びイメージセンサ１５は、光軸１６に沿って並んでいる。角度αは、対象表面１０の法線を基準として測定される。その結果、楔形の光学補償器素子９が同じ楔角αを有するのであれば、焦点面１２もまた同じ角度αだけ傾けられる。したがって、対象における焦点面１２の傾きにより、Ｈ＝Ｌ×ｔａｎ（α）によって関連する、長さＬ上のサンプリング高さＨがもたらされる。一例として、適度な角度α＝２００及び長さＬ＝１０００μｍを考慮する。これにより、高さＨは３６４μｍとなる。Ｈがゼロよりも大きくなるように、傾き角αはゼロよりも大きくなければならない。

【0023】

[0022]光学補償器９が採用される場合では、上記角度は、臨界角α_ｃｒｉｔ＝ａｒｃ ｓｉｎ（１／ｎ）（ｎは補償器素子の屈折率である）よりも小さくなければならない。光学補償器の底面における屈折に起因して、補償器素子と空気との界面に臨界角よりも大きい角度で光が入射する場合、補償器素子から光が出ることができない。したがって、補償器素子９が採用される場合、角度αについて０＜α＜α_ｃｒｉｔという不等式が成立しなければならない。

【0024】

[0023]イメージセンサ面１５の画素におけるＯＣＴ干渉信号が、焦点面１２の散乱点から生じていることを確実にするためには、焦点面１２からビームスプリッタ４の中心までの光路が、参照ミラー７からビームスプリッタ４の中心までの光路に対応することが必要である。１次元又は２次元のイメージセンサ平面１５にＴＤ－ＯＣＴ干渉信号を１周期発生させるためには、参照ミラー７から反射される光の光路差を、光源１からの低コヒーレンス光の中心波長λに対応する量だけ変化させればよい。その結果、光路長を変調している参照ミラー７の表面が、λ／４の振幅Ｍで振動している場合、イメージセンサの平面１５において、局所ＯＣＴ信号振幅に関する求められる情報を含む、周期的な時間干渉信号が発生する。

【0025】

[0024]参照ミラー７の表面のより大きな振幅Ｍを提供して、λ／２の倍数の光路差をもたらすことも可能である。その結果、後に説明するように、各画素において数周期のＴＤ－ＯＣＴ信号が通過することになる。典型的なＴＤ－ＯＣＴ信号は、光源１によって放出される低コヒーレンス光の光コヒーレンス長ＯＣＬに関連する幅を有する包絡線を有するため、最大光路差は、この光コヒーレンス長よりも小さくなければならない。したがって、参照ミラーの偏位振幅Ｍについては、λ／４≦Ｍ＜ＯＣＬ／２という不等式が成立するはずである。

【0026】

[0025]参照ミラー７が光路長を変調すべき周波数は、検査対象１１の横方向の動き１７の速度によって決まる。焦点面１２の１つの位置からのＯＣＴ信号の取得の間、この焦点面は、イメージセンサ平面１５の画素間隔の半分に対応する距離を超えて移動すべきではない。非常に低速で移動する対象１１の場合、約１００Ｈｚの変調周波数が適切であり得る。高速で移動する対象１１（例えば１ｍ／ｓの横速度）の場合、１ＭＨｚを超える変調周波数が必要であり得る。このため、光路長変調参照ミラー７は、こうした高周波が可能であるように、小さくてもよい。

【0027】

[0026]光路差を変調することができる光学デバイスは、鏡面反射面を備えた水晶振動子である。電子機器のための安定した時間基準として使用される水晶振動子は、数十ＭＨｚの周波数で動作することができる。イメージセンサ１５の画素においてＴＤ－ＯＣＴ信号の全期間を通過させるのに必要な最小ミラー振幅Ｍはλ／４のみであるため、こうした高い発振周波数を実際に維持することができる。一例として、光源１からの低コヒーレンス光に対してλ＝８００ｎｍの中心波長を採用した場合、振動する参照ミラー７の振動振幅Ｍは２００ｎｍ程度に小さくすることができる。

【0028】

[0027]光路差を変調することができる第２の光学デバイスは、小型の固定ミラーの前方にある電気光学変調器である。すなわち、参照ミラーユニットは、固定ミラーと、固定ミラーの前方にある電気光学変調器とを含むことができる。数ＧＨｚの変調周波数を提供する位相変調型電気光学変調器が市販されている。

【0029】

[0028]空気抗力のために、小型の参照ミラー７の高周波機械振動が必要な振幅Ｍで可能でない場合、小型の参照ミラー７をコリメーションレンズ５に面する窓を備えた真空容器内に配置することができる。

【0030】

[0029]図２及び図３に、本開示による傾斜型ＯＣＴ装置でＯＣＴ信号を取得する戦略を示す。ｚが位相シフトミラー７の総光路長を示す場合、イメージセンサ１５の画素で観測されるＴＤ－ＯＣＴ干渉信号の振幅Ａ（ｚ）は、図２に示すような形状を有する。すなわち、λが光源１からの低コヒーレンス光の中心周波数である場合、振幅Ａ（ｚ）は、光路差で測定されたλの周期での振動２０からなる。この振動は、オフセット２２を中心として包絡線２１で変調されている。包絡線２１の幅は、光源１からの低コヒーレンス光のコヒーレンス長に関連する。従来のＴＤ－ＯＣＴシステムでは、ｚの範囲は、観測対象における対象の完全な奥行きを包含する。本開示による傾斜型ＯＣＴシステムでは、横方向移動１７は、対象のバルク１１における完全なＯＣＴ信号をサンプリングするために、焦点面１２の非ゼロ角度と組み合わせて採用される。したがって、焦点面１２の１つの位置に対して、局所振幅Ａ（ｚ０）を調べることで十分である。これは、少なくともλ／２の総光路長差２Ｍ、すなわちＯＣＴ発振信号２０の完全な周期で小型の参照ミラー７を振動させることによって達成される。これは、位置ｚ０において幅Δｚの狭い窓２３でＯＣＴ信号２０をサンプリングすることに対応する。参照ミラー７が振動している場合、ＴＤ－ＯＣＴ信号は繰り返し通過し、図３に示すＯＣＴ振幅信号Ａ（ｔ）が得られ、ここでは、参照ミラー７の総偏位２Ｍが数λであり、参照ミラー７の振動が鋸歯形状であると想定する。

【0031】

[0030]イメージセンサ１５の各画素では、図３に示すような時間的ＯＣＴ信号３０が観測される。各画素において、ＯＣＴ信号３０は、オフセット値３１及び平均信号振幅３２が得られるように処理されなければならない。

【0032】

[0031]このパラメータ抽出を達成する第１の方法は、同期信号検出及び復調技法からなり、ＯＣＴ信号３０が変調される時間周波数の正確な知識を必要とし、この周波数は位相シフト参照ミラー７の変調周波数によって決定される。ＯＣＴ信号の各期間において、信号サンプルの数ｎ≧３が取得され、同じＯＣＴ信号の全期間にわたって平均化される。これらのサンプル値から、既知の計算方法に従って、位相、オフセット及び変調振幅の３つのパラメータを決定することができる。

【0033】

[0032]第２の方法は、オフセット値３１の検出と、ＯＣＴ信号３０からオフセット値３１を減算することと、結果として得られた純粋なＡＣ信号を整流することと、平均振幅３２を決定することからなる。オフセット値３１の減算は、各画素の光センサ信号のＡＣ結合により、したがって、各画素のＯＣＴ信号に対するすべてのＤＣ寄与（すなわち、オフセット値）を除去することによっても、達成することができる。

【0034】

[0033]別の方法は、観測時間内にＯＣＴ信号の最大値及び最小値を求めるために既知の電子回路を使用することからなる。最大値と最小値との差は、求められるＯＣＴ変調振幅の測定基準となる。

【0035】

[0034]ＯＣＴ信号は、１次元又は２次元のイメージセンサ１５の各画素において個別に処理することができるため、本開示による方法は、固定パターンノイズ、画素応答における空間的に変化するオフセット値、又は画素応答における空間的に変化する感度によって悪影響を受ける、異なる画素からの信号の組合せを必要としない。

【0036】

[0035]検査対象１１の横方向の動き１７によって、対象のバルク内のすべての位置（ｘ，ｙ，ｚ）でＯＣＴ信号振幅Ａ（ｘ，ｙ，ｚ）を収集することが可能になる。イメージセンサ１５が焦点面１２の距離Ｄを画像化していると想定すると、角度αが既知であることにより、サンプリング体積部の高さＨ＝Ｄ×ｓｉｎ（α）の計算が可能になる。サンプリング体積部の横方向寸法は、焦点面１２に投影されるイメージセンサ１５の平面によって与えられる。対象１１の横方向の動き１７により、サンプリング高さＨ内のすべての高さ位置からのＯＣＴ信号の連続的なサンプリングが可能になる。

【0037】

[0036]図４において、個々の画素からのＯＣＴ復調信号の抽出と、それら信号の対象のバルク内の屈折率の変化との関係について説明する。例示のために、対象は、２つの均質な部分的に透明な部分、すなわち、屈折率ｎ_１を有する上方部分４０と屈折率ｎ_２を有する第２の部分４２とのみから構成されていると想定し、上方部分４０は第２の部分４２から屈折率段差面４１によって隔てられている。焦点面４３は、イメージセンサ平面から焦点面４３に投影された画素で表される。焦点面４３の各位置において、イメージセンサ平面の対応する画素によって観測されるＯＣＴ信号は、振動信号で表される。図４に示すように、ＯＣＴ信号の振幅は、屈折率の異なる材料部分の界面で最大となる。屈折率段差面４１からの距離が増大するほど振動振幅は小さくなる。屈折率段差面４１からの距離が、採用される低コヒーレンス光源のコヒーレンス長より大きくなると、ＯＣＴ信号の振動は画素信号のノイズの中で消滅する。

【0038】

[0037]したがって、焦点面４３の各横方向位置に対して、復調された画素信号の振幅に基づいて、焦点面４３における屈折率段差Δｎ（ｘ，ｙ，ｚ）の局所分布を決定することができる。対象は搬送方向４５において横方向に移動するため、図１に示す焦点面の高さＨと、イメージセンサの幅と結像レンズ８の倍率とによって決まる焦点面の幅Ｗとによって決まる、対象における測定体積部からのＯＣＴ信号の局所サンプリングのために、静止焦点面４３が採用される。

【0039】

[0038]場合によっては、対象表面４４が平面であると仮定することができないため、焦点面４３が対象表面４４と交差しているようにイメージングジオメトリが選択されてもよい。その結果、対象表面４４における屈折率不連続性は、センサ平面において常に可視であり、対象のバルクにおける屈折率の分布は、対象表面４４に関連付けることができる。

【0040】

[0039]画像取得プロセスを明確にするために、図５はイメージセンサ面におけるＯＣＴ信号の分布例を示す。図４に示すように焦点面が傾斜していると想定すると、イメージセンサの上方のラインは下方のラインよりも対象表面から遠い屈折率の不連続性を示すと推定することができる。明らかに、これらの不連続性段差間の距離が採用された低コヒーレンス光のコヒーレンス長より大きければ、イメージセンサの各ラインにおいて２つ以上の屈折率不連続性を検出することができる。対象の横方向搬送５１により、図４に示すように、イメージセンサは対象のさまざまな奥行きからのＯＣＴ信号を連続的に検査することができる。

【0041】

[0040]本開示の特徴は、以下のように記載され得る。

【0042】

特徴１
コンベヤベルト用途におけるように横方向に移動する対象を連続的に検査するために、いかなる大型の可動光学機械部品も備えていない、光干渉断層撮影イメージングシステムであって、
平面波を発生させるためのレンズを備える低コヒーレンス光源と、ビームスプリッタと、焦点面からの光をイメージセンサの平面に結像させる結像レンズと、参照ビーム経路であって、コリメーションレンズとビーム光路を変調する能力を有する参照ミラーとからなる参照ビーム経路とを備え、
光路の総変調深さが、採用される低コヒーレンス光の中心波長の少なくとも半分と、最大でこの光のコヒーレンス長とに対応し、イメージセンサの各画素におけるＯＣＴ光信号の平均振動振幅が、対象の検査体積部における屈折率の局所不連続性に関する情報に対応することと、
ＯＣＴシステムの光軸は、面法線及び搬送方向の平面内に位置するように、面法線に対して角度をなして傾斜していることとを特徴とする光干渉断層撮影イメージングシステム。対象の横方向の搬送により、焦点面は対象全体を通して横方向に移動し、したがって、対象の屈折率の局所的な不連続性を完全に画像化することができる。

【0043】

特徴２
いかなる大型の可動光学機械部品も備えていない光干渉断層撮影イメージングシステムは、好適なレンズを用いて平面波に変換される低コヒーレンス光源からなる。ビームスプリッタを使用して、この平面波は、検査対象の小さい体積部を照射するように使用されると同時に、また、好適な集光レンズを利用して位相シフト変調機能を有する小型の参照ミラーで反射される。参照ビームの位相シフトは１００Ｈｚを超える高周波で発生しており、光路の総変調深さは採用される光の中心波長の少なくとも半分、及び光のコヒーレンス長未満に対応する。結像レンズ系が、イメージセンサの平面内に対象の平面断面の像を形成する。ビームスプリッタを介して、参照ミラーからの平面波もイメージセンサ面に入射し、そこで、参照ミラーからの平面波は、物体から反射される集束された光に干渉する。イメージセンサの各画素では、時間変調された光が復調され、検出された振幅は、対象における焦点面周辺の照明された体積部からの局所的なＯＣＴ信号を表す。ＯＣＴシステムの光軸は、対象搬送の方向において対象表面の法線に対して角度をなして傾けられており、傾斜型ＯＣＴ配置を形成する。例えば、コンベヤベルト用途における対象の横方向の動きは、対象の３次元体積部の完全な走査を可能にする。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】