特許 7510815 光干渉断層撮影装置

(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】2024-06-26

(45)【発行日】2024-07-04

(54)【発明の名称】光干渉断層撮影装置

(51)【国際特許分類】

   H04N 25/00 20230101AFI20240627BHJP

   G01N 21/17 20060101ALI20240627BHJP

   H04N 25/53 20230101ALI20240627BHJP

   H04N 25/77 20230101ALI20240627BHJP

【ＦＩ】

H04N25/00

G01N21/17 630

H04N25/53

H04N25/77

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020133011

(22)【出願日】2020-08-05

(65)【公開番号】P2021132364

(43)【公開日】2021-09-09

【審査請求日】2023-08-01

(31)【優先権主張番号】P 2020027369

(32)【優先日】2020-02-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(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

(72)【発明者】

【氏名】間瀬 光人

(72)【発明者】

【氏名】藤本 正俊

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 智史

【審査官】▲うし▼田 真悟

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－２０８８１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１４－５０８９２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｎ ２５／５３

Ｈ０４Ｎ ２５／７７

Ｇ０１Ｎ ２１／１７

Ｇ０１Ｓ ７／４８１

Ｇ０１Ｓ １７／８９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源と、
往復動作する可動ミラーを含むミラーデバイスと、
対象物を支持する支持部と、
前記光源から出射された光を第１光及び第２光に分割し、前記可動ミラーによって反射された前記第１光、及び、前記対象物によって反射された前記第２光を結合することで、干渉光を生成するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタによって生成された前記干渉光を検出する光センサと、
少なくとも前記光センサと電気的に接続された制御部と、を備え、
前記光センサは、複数の画素を含み、
前記複数の画素のそれぞれは、入射光に応じて電荷を発生する受光部、前記受光部で発生した電荷を転送するための複数の転送ゲート、及び、前記受光部で発生した電荷を排出するための排出ゲートを含み、
前記制御部は、前記干渉光のインターフェログラム信号の１周期ごとに、互いに離れた少なくとも３つの時間範囲において前記複数の転送ゲートが順次に電荷転送状態となり、且つ、前記少なくとも３つの時間範囲以外の時間範囲において前記排出ゲートが電荷排出状態となるように、前記光センサに電気信号を付与する、光干渉断層撮影装置。

【請求項2】

前記可動ミラーは、前記ミラーデバイスにおいて共振動作することで往復動作する、請求項１に記載の光干渉断層撮影装置。

【請求項3】

前記可動ミラーは、１ｋＨｚ以上の周波数で往復動作する、請求項１又は２に記載の光干渉断層撮影装置。

【請求項4】

前記複数の画素は、二次元に配列されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の光干渉断層撮影装置。

【請求項5】

前記ミラーデバイスは、ＭＥＭＳミラーデバイスである、請求項１～４のいずれか一項に記載の光干渉断層撮影装置。

【請求項6】

前記複数の画素のそれぞれは、前記受光部で発生した電荷を前記複数の転送ゲート及び前記排出ゲート側に引き寄せるフォトゲート電極を更に含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の光干渉断層撮影装置。

【請求項7】

前記少なくとも３つの時間範囲のそれぞれは、前記インターフェログラム信号の位相がπ／２ずつずれた時間を中心とする時間範囲である、請求項１～６のいずれか一項に記載の光干渉断層撮影装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光干渉断層撮影装置に関する。

【背景技術】

【0002】

光干渉断層撮影装置として、ＴＤ－ＯＣＴ（Time Domain-Optical Coherence Tomography）と称される手法を利用した装置が知られている（例えば、非特許文献１参照）。ＴＤ－ＯＣＴでは、光源から出射された光を第１光及び第２光に分割し、第１光を可動ミラーに入射させると共に第２光を対象物に入射させる。このとき、光軸方向に沿って可動ミラーを平行移動させながら、可動ミラーによって反射された第１光、及び、対象物によって反射された第２光（具体的には、対象物の内部又は表面で反射又は散乱された第２光）を結合することで、干渉光を生成し、生成した干渉光を検出することで、干渉光のインターフェログラム信号を取得する。取得したインターフェログラム信号をその包絡線に変換し、変換したインターフェログラム信号の包絡線を深さ方向における対象物の構造とみなすことで、対象物の像（断層像）を取得することができる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【文献】Stephan Beer and Peter Seitz, “REAL-TIME TOMOGRAPHIC IMAGING WITHOUTX-RAYS: A SMART PIXEL ARRAY WITH MASSIVELY PARALLEL SIGNAL PROCESSING FORREAL-TIME OPTICAL COHERENCE TOMOGRAPHY PERFORMING CLOSE TO THE PHYSICAL LIMITS”,Published in: Research in Microelectronics and Electronics, 2005 PhD, Date ofConference: 28-28 July 2005, Date Added to IEEE Xplore: 12 December 2005, PrintISBN: 0-7803-9345-7, DOI: 10.1109/RME.2005.1542955, Publisher: IEEE, ConferenceLocation: Lausanne, Switzerland, Page: 135-138

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述したような光干渉断層撮影装置においては、干渉光のインターフェログラム信号の包絡線を精度良く取得することが、対象物の像を精度良く生成する上で重要である。

【0005】

本発明は、干渉光のインターフェログラム信号の包絡線を精度良く取得することができる光干渉断層撮影装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の光干渉断層撮影装置は、光源と、往復動作する可動ミラーを含むミラーデバイスと、対象物を支持する支持部と、光源から出射された光を第１光及び第２光に分割し、可動ミラーによって反射された第１光、及び、対象物によって反射された第２光を結合することで、干渉光を生成するビームスプリッタと、ビームスプリッタによって生成された干渉光を検出する光センサと、少なくとも光センサと電気的に接続された制御部と、を備え、光センサは、複数の画素を含み、複数の画素のそれぞれは、入射光に応じて電荷を発生する受光部、受光部で発生した電荷を転送するための複数の転送ゲート、及び、受光部で発生した電荷を排出するための排出ゲートを含み、制御部は、干渉光のインターフェログラム信号の１周期ごとに、互いに離れた少なくとも３つの時間範囲において複数の転送ゲートが順次に電荷転送状態となり、且つ、少なくとも３つの時間範囲以外の時間範囲において排出ゲートが電荷排出状態となるように、光センサに電気信号を付与する。

【0007】

この光干渉断層撮影装置では、可動ミラーを往復動作させることで、インターフェログラム信号の時間変化を周期的なものとし、インターフェログラム信号の包絡線への変換を容易化している。そして、光センサが含む複数の画素のそれぞれにおいては、干渉光のインターフェログラム信号の１周期ごとに、互いに離れた少なくとも３つの時間範囲において複数の転送ゲートが順次に電荷転送状態となり、且つ、当該少なくとも３つの時間範囲以外の時間範囲において排出ゲートが電荷排出状態となる。これにより、少なくとも３つの時間範囲のそれぞれにおいて受光部で発生した電荷のみを信号電荷として取得することができる。よって、この光干渉断層撮影装置によれば、例えば、可動ミラーの往復動作の速さが一定でない場合や、電荷の取得が一定時間間隔で実施されない場合であっても、干渉光のインターフェログラム信号の包絡線を精度良く取得することができる。

【0008】

本発明の光干渉断層撮影装置では、可動ミラーは、ミラーデバイスにおいて共振動作することで往復動作してもよい。これによれば、干渉光のインターフェログラム信号を高速で取得することができる。また、可動ミラーが共振動作することで、可動ミラーの往復動作の速さが一定とならなくなるが、その場合にも、上述したように、干渉光のインターフェログラム信号の包絡線を精度良く取得することができる。

【0009】

本発明の光干渉断層撮影装置では、可動ミラーは、１ｋＨｚ以上の周波数で往復動作してもよい。これによれば、干渉光のインターフェログラム信号を高速で取得することができる。また、可動ミラーが１ｋＨｚ以上の周波数で往復動作することで、可動ミラーの往復動作の速さが一定となり難くなるが、その場合にも、上述したように、干渉光のインターフェログラム信号の包絡線を精度良く取得することができる。

【0010】

本発明の光干渉断層撮影装置では、複数の画素は、二次元に配列されていてもよい。これによれば、対象物における所定領域の像を一度に生成することができる。

【0011】

本発明の光干渉断層撮影装置では、ミラーデバイスは、ＭＥＭＳミラーデバイスであってもよい。これによれば、可動ミラーを高速で往復動作させることができる。

【0012】

本発明の光干渉断層撮影装置では、複数の画素のそれぞれは、受光部で発生した電荷を複数の転送ゲート及び排出ゲート側に引き寄せるフォトゲート電極を更に含んでもよい。これによれば、受光部で発生した電荷の転送及び排出を高速で実施することができるため、対象物の像を短時間で生成することができる。

【0013】

本発明の光干渉断層撮影装置では、少なくとも３つの時間範囲のそれぞれは、インターフェログラム信号の位相がπ／２ずつずれた時間を中心とする時間範囲であってもよい。これによれば、干渉光のインターフェログラム信号をその包絡線に変換するための演算を単純化することができる。演算を単純化することで、演算の一部又は全部をハードウエアで実現することが可能となり、全体的な高速処理に寄与することが可能となる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、干渉光のインターフェログラム信号の包絡線を精度良く取得することができる光干渉断層撮影装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】一実施形態の光干渉断層撮影装置の構成図である。

【図2】図１に示されるミラーデバイスの平面図である。

【図3】図２に示されるIII－III線に沿ってのミラーデバイスの断面図である。

【図4】図１に示される光センサの画素の平面図である。

【図5】図４に示される画素の断面図である。

【図6】信号電荷の蓄積動作を説明するためのポテンシャル分布図である。

【図7】不要電荷の排出動作を説明するためのポテンシャル分布図である。

【図8】図１に示される光センサの各画素において取得される干渉光のインターフェログラム信号を示すグラフである。

【図9】図１に示される光センサの各画素に付与される電気信号のタイミングチャートである。

【図10】可動ミラーの位置の時間変化と干渉光の強度の時間変化との関係を示すグラフである。

【図11】可動ミラーの位置の時間変化と干渉光の強度の時間変化との関係を示すグラフである。

【図12】可動ミラーの位置の時間変化と干渉光の強度の時間変化との関係を示すグラフである。

【図13】可動ミラーの位置の時間変化と干渉光の強度の時間変化との関係を示すグラフである。

【図14】変形例の光センサの画素の平面図である。

【図15】変形例の光センサの受光部を説明するための図である。

【図16】変形例の光センサの受光部を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
［光干渉断層撮影装置の構成］

【0017】

図１は、一実施形態の光干渉断層撮影装置の構成図である。図１に示される光干渉断層撮影装置１００は、ＴＤ－ＯＣＴを利用した装置である。光干渉断層撮影装置１００は、光源１０と、ミラーデバイス２０と、支持部３０と、ビームスプリッタ４０と、光センサ５０と、制御部６０と、を備えている。

【0018】

光源１０は、低コヒーレント光である光Ｌ０を出射する。光源１０は、例えば、６５０ｎｍの中心波長及び２０μｍのコヒーレンス長を有する光を出射するＳＬＤ（Super Luminescent Diode）である。

【0019】

ミラーデバイス２０は、可動ミラー２１を含んでいる。可動ミラー２１は、可動ミラー２１のミラー面２１ａに垂直な方向に沿って往復動作する。

【0020】

支持部３０は、対象物Ｓを支持する。支持部３０は、例えば、対象物Ｓを搬送するベルトコンベアである。対象物Ｓは、例えば、包装用の透明プラスチックフィルムである。

【0021】

ビームスプリッタ４０は、光源１０から出射された光Ｌ０を第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２に分割し、可動ミラー２１によって反射された第１光Ｌ１、及び、対象物Ｓによって反射された第２光Ｌ２（具体的には、対象物Ｓの内部又は表面で反射又は散乱された第２光Ｌ２）を結合することで、干渉光Ｌ１０を生成する。

【0022】

光センサ５０は、ビームスプリッタ４０によって生成された干渉光Ｌ１０を検出する。光センサ５０は、複数の画素５１、及び、ＣＭＯＳ読出回路（図示省略）を含んでいる。複数の画素５１は、二次元に配列されている。複数の画素５１、及び、ＣＭＯＳ読出回路（図示省略）は、半導体基板（例えば、シリコン基板）にモノリシックに形成されている。

【0023】

制御部６０は、光源１０、ミラーデバイス２０、支持部３０及び光センサ５０のそれぞれと電気的に接続されている。制御部６０は、各部を動作させるための電気信号を生成して当該電気信号を各部に付与する信号生成部としての機能、及び、光センサ５０から出力された電気信号を処理する信号処理部としての機能を有している。制御部６０は、例えば、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）等の集積回路、ＥＥＰＲＯＭ（ElectricallyErasable Programmable Read-Only Memory）等の不揮発性メモリ、ＰＣ（PersonalComputer）等を含んでいる。

【0024】

本実施形態では、光源１０から出射された光Ｌ０は、コリメートレンズ７０によってコリメートされてビームスプリッタ４０に入射する。ビームスプリッタ４０に入射した光Ｌ０のうち、第１光Ｌ１は、ビームスプリッタ４０によって反射されて可動ミラー２１に入射し、可動ミラー２１によって反射されてビームスプリッタ４０に入射する。ビームスプリッタ４０に入射した光Ｌ０のうち、第２光Ｌ２は、ビームスプリッタ４０を透過して対象物Ｓに入射し、対象物Ｓによって反射されてビームスプリッタ４０に入射する。

【0025】

ビームスプリッタ４０に入射した第１光Ｌ１は、ビームスプリッタ４０を透過する。ビームスプリッタ４０に入射した第２光Ｌ２は、ビームスプリッタ４０によって反射される。これにより生成された第１光Ｌ１及び第２光Ｌ２の干渉光Ｌ１０は、リレーレンズ８０を介して光センサ５０の各画素５１に入射する。リレーレンズ８０は、ビームスプリッタ４０と光センサ５０との間に配置されたレンズによって構成されており、対象物Ｓの実像を複数の画素５１上に結像する。

【0026】

なお、リレーレンズ８０は、ビームスプリッタ４０と支持部３０との間に配置されたレンズによって構成されていてもよい。或いは、リレーレンズ８０は、ビームスプリッタ４０と光センサ５０との間に配置されたレンズ及びビームスプリッタ４０と支持部３０との間に配置されたレンズによって構成されていてもよい。また、ビームスプリッタ４０とミラーデバイス２０との間に集光レンズが配置されていてもよい。これは、可動ミラー２１のミラー面２１ａの径が小さい場合に有効である。また、図１に示されるミラーデバイス２０の位置に支持部３０が配置され、図１に示される支持部３０の位置にミラーデバイス２０が配置されてもよい。
［ミラーデバイスの構成］

【0027】

図２は、図１に示されるミラーデバイス２０の平面図である。図３は、図２に示されるIII－III線に沿ってのミラーデバイス２０の断面図である。図２及び図３に示されるように、ミラーデバイス２０は、可動ミラー２１に加え、ベース２２、枠部２３、複数の弾性支持部２４を含んでいる。可動ミラー２１、ベース２２、枠部２３及び複数の弾性支持部２４は、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板２００によって構成されている。つまり、ミラーデバイス２０は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーデバイスである。ＳＯＩ基板２００は、支持層２０１、デバイス層２０２及び中間層２０３を有している。支持層２０１及びデバイス層２０２は、それぞれ、半導体層（例えば、シリコン層）である。中間層２０３は、支持層２０１とデバイス層２０２との間に配置された絶縁層（例えば、酸化シリコン層）である。

【0028】

ベース２２は、支持層２０１によって形成されており、例えば、円板状を呈している。ベース２２は、開口２２ａを有している。開口２２ａは、ベース２２の厚さ方向から見た場合に、例えば、ベース２２の中心を中心とする円形状を呈している。ベース２２の厚さは、例えば、３２０μｍ程度である。

【0029】

枠部２３は、デバイス層２０２によって形成されており、例えば、円環状を呈している。枠部２３は、ベース２２における中間層２０３側の表面２２ｂに、中間層２０３を介して配置されている。枠部２３の厚さは、例えば、３０μｍ程度である。中間層２０３の厚さは、例えば、１．５μｍ程度である。

【0030】

可動ミラー２１は、デバイス層２０２によって形成されており、例えば、円板状を呈している。可動ミラー２１は、枠部２３の内側に配置されており、ベース２２の厚さ方向において開口２２ａと対向している。可動ミラー２１における開口２２ａとは反対側の表面２１ｂには、ミラー面２１ａを構成する金属膜２５が配置されている。可動ミラー２１の厚さは、例えば、３０μｍ程度である。可動ミラー２１の直径は、例えば、５００μｍ程度である。

【0031】

複数の弾性支持部２４は、デバイス層２０２によって形成されている。各弾性支持部２４は、ベース２２の厚さ方向から見た場合に、例えば、ベース２２の中心を中心とする円弧状を呈している。各弾性支持部２４は、枠部２３と可動ミラー２１との間に配置されている。各弾性支持部２４の一端は、枠部２３に接続されており、各弾性支持部２４の他端は、可動ミラー２１と接続されている。各弾性支持部２４は、ベース２２の厚さ方向において、ベース２２における開口２２ａの周辺部分２２ｃと対向している。各弾性支持部２４と周辺部分２２ｃとの間には、隙間が形成されている。

【0032】

ベース２２の表面２２ｂには、一対の電極パッド２６が配置されている。各電極パッド２６は、ベース２２の表面２２ｂが露出するように枠部２３及び中間層２０３に形成された開口２３ａ内に位置している。枠部２３における中間層２０３とは反対側の表面２３ｂには、一対の電極パッド２７が配置されている。一対の電極パッド２６及び一対の電極パッド２７は、ベース２２の厚さ方向から見た場合に、電極パッド２６と電極パッド２７とが交互いに並ぶように、ベース２２の中心を中心として９０度間隔で配置されている。各電極パッド２６，２７には、制御部６０（図１参照）と電気的に接続されたワイヤ２８が接続されている。

【0033】

以上のように構成されたミラーデバイス２０では、制御部６０（図１参照）からワイヤ２８を介して各電極パッド２６，２７に電気信号が付与されると、各弾性支持部２４と周辺部分２２ｃとの間に静電気力が周期的に生じる。これにより、各弾性支持部２４が周期的に弾性変形し、可動ミラー２１が、ミラー面２１ａに垂直な方向に沿って往復動作する。可動ミラー２１は、ミラーデバイス２０において共振動作することで、１ｋＨｚ以上（例えば、１００ｋＨｚ）の周波数で往復動作する。
［光センサの構成］

【0034】

図４は、図１に示される光センサ５０の画素５１の平面図である。図５の（ａ）は、図４に示されるVａ-Vａ線に沿っての画素５１の断面図であり、図５の（ｂ）は、図４に示されるVｂ-Vｂ線に沿っての画素５１の断面図である。図４及び図５に示されるように、光センサ５０は、互いに対向する第１主面１ａ及び第２主面１ｂを有する半導体基板１を備えている。半導体基板１は、第１主面１ａ側に位置するｐ型の第１半導体領域３と、第１半導体領域３よりも不純物濃度が低く且つ第２主面１ｂ側に位置するｐ^－型の第２半導体領域５と、からなる。半導体基板１は、例えば、ｐ型の半導体基板上に、当該半導体基板よりも不純物濃度が低いｐ^－型のエピタキシャル層を成長させることにより得ることができる。半導体基板１の第２主面１ｂ（第２半導体領域５）上には、絶縁層７が形成されている。

【0035】

絶縁層７上には、フォトゲート電極ＰＧが配置されている。フォトゲート電極ＰＧは、例えば、平面視で長方形状を呈している。半導体基板１（第２半導体領域５）におけるフォトゲート電極ＰＧに対応する領域（図５において、フォトゲート電極ＰＧの下方に位置する領域）は、入射光に応じて電荷を発生する受光部２として機能する。すなわち、光センサ５０は、２次元状に配列された複数の受光部２を備えている。

【0036】

第２半導体領域５には、フォトゲート電極ＰＧから離れて位置する領域それぞれに、不純物濃度が高いｎ型の第３半導体領域９ａ，９ｂが対向して形成されている。第３半導体領域９ａは、受光部２で発生した電荷を蓄積するための第１電荷蓄積部であり、第３半導体領域９ｂは、受光部２で発生した電荷を蓄積するための第２電荷蓄積部である。第３半導体領域９ａ，９ｂは、フォトゲート電極ＰＧを挟んで対向して配置されている。第３半導体領域９ａ，９ｂは、例えば、平面視で正方形状を呈している。

【0037】

第２半導体領域５には、フォトゲート電極ＰＧから離れて位置する領域それぞれに、不純物濃度が高いｎ型の第３半導体領域９ｃ，９ｄが対向して形成されている。第３半導体領域９ｃは、受光部２で発生した電荷を蓄積するための第３電荷蓄積部であり、第３半導体領域９ｄは、受光部２で発生した電荷を蓄積するための第４電荷蓄積部である。第３半導体領域９ｃ，９ｄは、フォトゲート電極ＰＧを挟んで対向して配置されている。第３半導体領域９ｃ，９ｄは、例えば、平面視で正方形状を呈している。

【0038】

第３半導体領域９ａ，９ｃは、後述する第４半導体領域１１ａを挟んで対向して配置されている。第３半導体領域９ｂ，９ｄは、後述する第４半導体領域１１ｂを挟んで対向して配置されている。

【0039】

第２半導体領域５には、各フォトゲート電極ＰＧから離れて位置する領域それぞれに、不純物濃度が高いｎ型の第４半導体領域１１ａ，１１ｂが形成されている。第４半導体領域１１ａ，１１ｂは、受光部２で発生した電荷を外部に排出するための電荷排出部である。本実施形態では、第４半導体領域１１ａ，１１ｂは、フォトゲート電極ＰＧに対して３対配置されている。第４半導体領域１１ａ，１１ｂは、フォトゲート電極ＰＧを挟んで対向して配置されている。第４半導体領域１１ａ，１１ｂは、例えば、平面視で正方形状を呈している。

【0040】

なお、本実施形態では、「不純物濃度が高い」とは例えば不純物濃度が１×１０^１７ｃｍ^－３程度以上のことであって、「＋」を導電型に付けて示す。一方、「不純物濃度が低い」とは例えば１０×１０^１５ｃｍ^－３程度以下のことであって、「－」を導電型に付けて示す。各半導体領域の厚さ／不純物濃度は以下のとおりである。第１半導体領域３の厚さ：１０～１０００μｍ／不純物濃度：１×１０^１２～１０^１９ｃｍ^－３。第２半導体領域５の厚さ：１～５０μｍ／不純物濃度：１×１０^１２～１０^１５ｃｍ^－３。第３半導体領域９ａ，９ｂ及び第４半導体領域１１ａ，１１ｂの厚さ：０．１～１μｍ／不純物濃度：１×１０^１８～１０^２０ｃｍ^－３。

【0041】

半導体基板１（第１半導体領域３及び第２半導体領域５）には、バックゲート又は貫通電極などを介してグランド電位などの基準電位が与えられる。

【0042】

絶縁層７上には、フォトゲート電極ＰＧに対応して、転送電極ＴＸ１、転送電極ＴＸ２、転送電極ＴＸ３及び転送電極ＴＸ４が配置されている。転送電極ＴＸ１は、フォトゲート電極ＰＧと第３半導体領域９ａとの間に位置し、フォトゲート電極ＰＧから離れて配置されている。転送電極ＴＸ２は、フォトゲート電極ＰＧと第３半導体領域９ｂとの間に位置し、フォトゲート電極ＰＧから離れて配置されている。転送電極ＴＸ３は、フォトゲート電極ＰＧと第３半導体領域９ｃとの間に位置し、フォトゲート電極ＰＧから離れて配置されている。転送電極ＴＸ４は、フォトゲート電極ＰＧと第３半導体領域９ｄとの間に位置し、フォトゲート電極ＰＧから離間して配置されている。転送電極ＴＸ１～ＴＸ４は、例えば、平面視で長方形状を呈している。

【0043】

半導体基板１（第２半導体領域５）における転送電極ＴＸ１に対応する領域（図５において、転送電極ＴＸ１の下方に位置する領域）は、受光部２で発生した電荷を第１電荷蓄積部である第３半導体領域９ａに転送するための転送ゲート４ａとして機能する。半導体基板１（第２半導体領域５）における転送電極ＴＸ２に対応する領域（図５において、転送電極ＴＸ２の下方に位置する領域）は、受光部２で発生した電荷を第２電荷蓄積部である第３半導体領域９ｂに転送するための転送ゲート４ｂとして機能する。

【0044】

半導体基板１（第２半導体領域５）における転送電極ＴＸ３に対応する領域（図５において、転送電極ＴＸ３の下方に位置する領域）は、受光部２で発生した電荷を第３電荷蓄積部である第３半導体領域９ｃに転送するための転送ゲート４ｃとして機能する。半導体基板１（第２半導体領域５）における転送電極ＴＸ４に対応する領域（図５において、転送電極ＴＸ４の下方に位置する領域）は、受光部２で発生した電荷を第４電荷蓄積部である第３半導体領域９ｄに転送するための転送ゲート４ｄとして機能する。

【0045】

絶縁層７上には、フォトゲート電極ＰＧに対応して、複数（ここでは６つ）の転送電極ＴＸ５が配置されている。複数の転送電極ＴＸ５のうちのフォトゲート電極ＰＧの一方側の一部は、フォトゲート電極ＰＧと第４半導体領域１１ａとの間に位置し、転送電極ＴＸ１及び転送電極ＴＸ３を挟んでフォトゲート電極ＰＧから離れて配置されている。複数の転送電極ＴＸ５のうちのフォトゲート電極ＰＧの他方側の残部は、フォトゲート電極ＰＧと第４半導体領域１１ｂとの間に位置し、転送電極ＴＸ２及び転送電極ＴＸ４を挟んでフォトゲート電極ＰＧから離れて配置されている。転送電極ＴＸ５は、例えば、平面視で長方形状を呈している。

【0046】

半導体基板１（第２半導体領域５）における一方側の転送電極ＴＸ５に対応する領域（図５において、一方側の転送電極ＴＸ５の下方に位置する領域）は、受光部２で発生した電荷を電荷排出部である第４半導体領域１１ａに転送するための排出ゲート６ａとして機能する。半導体基板１（第２半導体領域５）における他方側の転送電極ＴＸ５に対応する領域（図５において、他方側の転送電極ＴＸ５の下方に位置する領域）は、受光部２で発生した電荷を電荷排出部である第４半導体領域１１ｂに転送するための排出ゲート６ｂとして機能する。このように、排出ゲート６ａ，６ｂは、受光部２で発生した電荷を排出するためのものである。

【0047】

なお、転送電極ＴＸ１～ＴＸ５のフォトゲート電極ＰＧとの対向方向の長さ寸法、すなわち、転送電極ＴＸ１～ＴＸ５のゲート幅は、転送電極ＴＸ１～ＴＸ５において信号電荷及び不要電荷の高速転送が可能となるフォトゲート電極ＰＧの領域をカバーするように、信号電荷及び不要電荷の転送可能な距離に応じて決定される。

【0048】

絶縁層７には、第１半導体領域３の表面を露出させるためのコンタクトホールが設けられている。コンタクトホール内には、第３半導体領域９ａ～９ｄ及び第４半導体領域１１ａ，１１ｂを外部に接続するための導体１３が配置される。半導体基板は一例としてＳｉからなり、絶縁層７は一例としてＳｉＯ_２からなる。フォトゲート電極ＰＧ、転送電極ＴＸ１～ＴＸ５は、一例としてポリシリコンからなる。なお、これらは他の材料を用いてもよい。

【0049】

上述したように、第３半導体領域９ａ～９ｄは、入射光に応じて受光部２で発生した電荷を蓄積するためのものである。転送電極ＴＸ１～ＴＸ４に印加される電荷転送信号の位相は、互いに異なっている。１つの画素５１に入射した光は、受光部２において電荷に変換され、受光部２で発生した電荷は、電圧が印加されたフォトゲート電極ＰＧによって、転送ゲート４ａ～４ｄ及び排出ゲート６ａ，６ｂ側に引き寄せられる。引き寄せられた電荷は、信号電荷として、フォトゲート電極ＰＧ及び転送電極ＴＸ１～ＴＸ４に印加される電圧により形成されるポテンシャル勾配にしたがって、転送電極ＴＸ１～ＴＸ４の方向に走行する。

【0050】

転送電極ＴＸ１～ＴＸ４に正電位を与えると、転送電極ＴＸ１～ＴＸ４の下のポテンシャルがフォトゲート電極ＰＧの下の部分の半導体基板１（第２半導体領域５）のポテンシャルより電子に対して低くなり、負の電荷（電子）は、転送電極ＴＸ１～ＴＸ４の方向に引き込まれ、第３半導体領域９ａ～９ｄによって形成されるポテンシャル井戸内に蓄積される。

【0051】

ｎ型の半導体は、正にイオン化したドナーを含んでおり、正のポテンシャルを有し、電子を引き付ける。転送電極ＴＸ１～ＴＸ４に、上記正電位よりも低い電位（グランド電位）を与えると、転送電極ＴＸ１～ＴＸ４によるポテンシャル障壁が生じ、半導体基板１で発生した電荷は、第３半導体領域９ａ～９ｄには引き込まれない。

【0052】

第４半導体領域１１ａ，１１ｂは、入射光に応じて受光部２で発生した不要電荷を収集して外部に排出するためのものである。１つの画素５１に入射した光は、受光部２において電荷に変換され、受光部２で発生した電荷は、電圧が印加されたフォトゲート電極ＰＧによって、転送ゲート４ａ～４ｄ及び排出ゲート６ａ，６ｂ側に引き寄せられる。引き寄せられた電荷は、不要電荷として、フォトゲート電極ＰＧ及び転送電極ＴＸ５に印加される電圧により形成されるポテンシャル勾配にしたがって、転送電極ＴＸ５の方向に走行する。

【0053】

転送電極ＴＸ５に正電位を与えると、転送電極ＴＸ５の下のポテンシャルがフォトゲート電極ＰＧの下の部分の半導体基板１（第２半導体領域５）のポテンシャルより電子に対して低くなり、負の電荷（電子）は、転送電極ＴＸ５の方向に引き込まれ、第４半導体領域１１ａ，１１ｂによって形成されるポテンシャル井戸内に蓄積される。転送電極ＴＸ５に、上記正電位よりも低い電位（グランド電位）を与えると、転送電極ＴＸ５によるポテンシャル障壁が生じ、半導体基板１で発生した電荷は、第４半導体領域１１ａ，１１ｂ内には引き込まれない。

【0054】

図６は、信号電荷の蓄積動作を説明するための「半導体基板１の第２主面１ｂ近傍におけるポテンシャル分布」を示す図である。図７は、不要電荷の排出動作を説明するための「半導体基板１の第２主面１ｂ近傍におけるポテンシャル分布」を示す図である。図６及び図７では、下向きがポテンシャルの正方向である。図６において、（ａ）及び（ｂ）は、図４の横方向の断面の横方向に沿ったポテンシャル分布を示し、（ｃ）は、図５の横方向の断面の横方向に沿ったポテンシャル分布を示す。図７において、（ａ）は、図４の横方向の断面の横方向に沿ったポテンシャル分布を示し、（ｂ）は、図５の横方向の断面の横方向に沿ったポテンシャル分布を示す。

【0055】

図６及び図７には、転送電極ＴＸ１の直下の領域（転送ゲート４ａ）のポテンシャルφ_ＴＸ１、転送電極ＴＸ２の直下の領域（転送ゲート４ｂ）のポテンシャルφ_ＴＸ２、転送電極ＴＸ５の直下の領域（排出ゲート６ａ，６ｂ）のポテンシャルφ_ＴＸ５、フォトゲート電極ＰＧ直下の受光部２のポテンシャルφ_ＰＧ、第３半導体領域９ａのポテンシャルφ_ＦＤ１、第３半導体領域９ｂのポテンシャルφ_ＦＤ２、第４半導体領域１１ａのポテンシャルφ_ＯＦＤ１、第４半導体領域１１ｂのポテンシャルφ_ＯＦＤ２が示されている。

【0056】

フォトゲート電極ＰＧの直下の受光部２のポテンシャルφ_ＰＧは、無バイアス時における隣接する転送電極ＴＸ１，ＴＸ２、及び、転送電極ＴＸ５直下の領域のポテンシャル（φ_ＴＸ１，φ_ＴＸ２，φ_ＴＸ５）を基準電位とすると、この基準電位よりも高く設定されている。この受光部２のポテンシャルφ_ＰＧはポテンシャルφ_ＴＸ１，φ_ＴＸ２，φ_ＴＸ５よりも高くなり、この領域のポテンシャル分布は図面の下向きに凹んだ形状となる。

【0057】

図６を参照して、信号電荷の蓄積動作を説明する。転送電極ＴＸ１に印加される電荷転送信号の位相が０度のとき、転送電極ＴＸ１には正の電位が与えられ、転送電極ＴＸ２には、逆相の電位、すなわち位相が１８０度の電位（グランド電位）が与えられる。この場合、図６の（ａ）に示されるように、受光部２で発生した負の電荷ｅは、転送電極ＴＸ１直下の領域のポテンシャルφ_ＴＸ１が下がることにより、第３半導体領域９ａのポテンシャル井戸内に流れ込む。

【0058】

一方、転送電極ＴＸ２直下の領域のポテンシャルφ_ＴＸ２は下がらず、第３半導体領域９ｂのポテンシャル井戸内には、電荷は流れ込まない。第３半導体領域９ａ，９ｂでは、ｎ型の不純物が添加されているため、正方向にポテンシャルが凹んでいる。

【0059】

転送電極ＴＸ２に印加される電荷転送信号の位相が０度のとき、転送電極ＴＸ２には正の電位が与えられ、転送電極ＴＸ１には、逆相の電位、すなわち位相が１８０度の電位（グランド電位）が与えられる。この場合、図６の（ｂ）に示されるように、受光部２で発生した負の電荷ｅは、転送電極ＴＸ２直下の領域のポテンシャルφ_ＴＸ２が下がることにより、第３半導体領域９ｂのポテンシャル井戸内に流れ込む。一方、転送電極ＴＸ１直下の領域のポテンシャルφ_ＴＸ１は下がらず、第３半導体領域９ａのポテンシャル井戸内には、電荷は流れ込まない。これにより、信号電荷が第３半導体領域９ｂのポテンシャル井戸に収集されて、蓄積される。このように、ここでは、受光部２に対してポテンシャルの傾斜が形成される。

【0060】

転送電極ＴＸ１及び転送電極ＴＸ２に位相が１８０度ずれた電荷転送信号が印加されている間、転送電極ＴＸ５にはグランド電位が与えられている。このため、図６の（ｃ）に示されるように、転送電極ＴＸ５直下の領域のポテンシャルφ_ＴＸ３は下がらず、第４半導体領域１１ａ，１１ｂのポテンシャル井戸内には、電荷は流れ込まない。

【0061】

以上により、信号電荷が第３半導体領域９ａ，９ｂのポテンシャル井戸に収集されて、蓄積される。第３半導体領域９ａ，９ｂのポテンシャル井戸に蓄積された信号電荷は、外部に読み出される。なお、以上の例では、転送電極ＴＸ１及び転送電極ＴＸ２の組について説明したが、転送電極ＴＸ３及び転送電極ＴＸ４の組についても同様である。

【0062】

以上のように、転送電極ＴＸ１～ＴＸ４に対して所定の電位が付与され、それらの直下の領域、すなわち、転送ゲート４ａ～４ｄが、第３半導体領域９ａ～９ｄのそれぞれに電荷を転送可能な状態であることを、電荷転送状態であると称する場合がある。また、転送ゲート４ａ～４ｄが電荷転送状態であることを、転送ゲート４ａ～４ｄがＯＮ状態であると称する場合もある。

【0063】

引き続いて、図７を参照して、不要電荷の排出動作を説明する。転送電極ＴＸ１及び転送電極ＴＸ２（更に、転送電極ＴＸ３及び転送電極ＴＸ４）には、グランド電位が与えられている。このため、図７の（ａ）に示されるように、転送電極ＴＸ１及び転送電極ＴＸ２直下の領域のポテンシャルφ_ＴＸ１，φ_ＴＸ２は下がらず、第３半導体領域９ａ，９ｂのポテンシャル井戸内には、電荷は流れ込まない。

【0064】

一方、転送電極ＴＸ５には正の電位が与えられる。この場合、図７の（ｂ）に示されるように、受光部２で発生した負の電荷ｅは、転送電極ＴＸ５直下の領域のポテンシャルφ_ＴＸ５が下がることにより、第４半導体領域１１ａ，１１ｂのポテンシャル井戸内に流れ込む。以上により、不要電荷が第４半導体領域１１ａ，１１ｂのポテンシャル井戸に収集される。第４半導体領域１１ａ，１１ｂのポテンシャル井戸に収集された不要電荷は、外部に排出される。

【0065】

以上のように、転送電極ＴＸ５に対して所定の電位が付与され、それらの直下の領域、すなわち、排出ゲート６ａ，６ｂが、第４半導体領域１１ａ，１１ｂのそれぞれに電荷を転送可能な状態であることを電荷転排出態であると称する場合がある。また、排出ゲート６ａ，６ｂが電荷転送状態であることを、排出ゲート６ａ，６ｂがＯＮ状態であると称する場合もある。

【0066】

なお、光センサ５０は、画素５１に設けられたリセットトランジスタ（図示省略）を含む。リセットトランジスタにリセット電圧を印加することにより、リセット処理が実行される。リセット電圧は、フォトゲート電極ＰＧの電位を基準として正の電圧である。これにより、電荷蓄積部である第３半導体領域９ａ～９ｄ等に蓄積された電荷が外部に排出されて電荷が蓄積されていない状態となる。
［制御部の動作］

【0067】

図８は、図１に示される構成において、両矢印のいずれか一方向に、光Ｌ０のコヒーレンス長よりも長い距離に渡って、可動ミラー２１を移動させたときに、光センサ５０の各画素５１において取得される干渉光Ｌ１０のインターフェログラム信号を示すグラフである。インターフェログラム信号の包絡線は、深さ方向における対象物Ｓの構造を表す。包絡線の幅は、光Ｌ０のコヒーレンス長によって決まり、深さ方向における光干渉断層撮影装置１００の分解能を規定する。可動ミラー２１の駆動を短い距離の往復動作とし、可動ミラー２１の動作時の速さを一定とする場合には、図８に示されるインターフェログラム信号から一部の時間範囲の分が切り取られ、そこで得られるインターフェログラム信号が時間的に往復する形態の信号となる。光干渉断層撮影装置１００では、干渉光Ｌ１０のインターフェログラム信号の周期が、光源１０から出射される光Ｌ０の中心波長（或いは、ピーク波長）の半分に対応する。そこで、制御部６０は、干渉光Ｌ１０のインターフェログラム信号の１周期ごとに、互いに離れた４つの時間範囲において４つの転送ゲート４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが順次に電荷転送状態となり、且つ、当該４つの時間範囲以外の時間範囲において複数の排出ゲート６ａ，６ｂが同時に電荷排出状態となるように、光センサ５０の各画素５１に電気信号を付与する。

【0068】

以下、干渉光Ｌ１０のインターフェログラム信号の周期をＴとして、光センサ５０の各画素５１に付与される電気信号について、より詳細に説明する。図９は、光センサ５０の各画素５１に付与される電気信号のタイミングチャートである。

【0069】

電気信号ＶＴＸ１は、転送電極ＴＸ１に付与される電気信号であって、周期Ｔで繰り返される時間範囲Ｔ１（＜ｔ／４）において、転送ゲート４ａを電荷転送状態（ＯＮ状態）とする電気信号である。電気信号ＶＴＸ２は、転送電極ＴＸ２に付与される電気信号であって、周期Ｔで繰り返される時間範囲Ｔ２（＜ｔ／４）において、転送ゲート４ｂを電荷転送状態（ＯＮ状態）とする電気信号である。電気信号ＶＴＸ２は、電気信号ＶＴＸ１に対してＴ／４だけ位相が遅れている。

【0070】

電気信号ＶＴＸ３は、転送電極ＴＸ３に付与される電気信号であって、周期Ｔで繰り返される時間範囲Ｔ３（＜ｔ／４）において、転送ゲート４ｃを電荷転送状態（ＯＮ状態）とする電気信号である。電気信号ＶＴＸ３は、電気信号ＶＴＸ２に対してＴ／４だけ位相が遅れている。電気信号ＶＴＸ４は、転送電極ＴＸ４に付与される電気信号であって、周期Ｔで繰り返される時間範囲Ｔ４（＜ｔ／４）において、転送ゲート４ｄを電荷転送状態（ＯＮ状態）とする電気信号である。電気信号ＶＴＸ４は、電気信号ＶＴＸ３に対してＴ／４だけ位相が遅れている。

【0071】

電気信号ＶＴＸ５は、複数の排出ゲート６ａ，６ｂに同時に付与される電気信号であって、時間範囲Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４以外の時間範囲（換言すれば、周期Ｔ／４で繰り返される時間範囲Ｔ５）において、複数の排出ゲート６ａ，６ｂを電荷排出状態（ＯＮ状態）とする電気信号である。なお、各時間範囲Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４は、互いに同一の長さである。また、各時間範囲Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４は、時間範囲Ｔ５よりも短い。

【0072】

制御部６０は、以上の電気信号ＶＴＸ１，ＶＴＸ２，ＶＴＸ３，ＶＴＸ４，ＶＴＸ５を光センサ５０の各画素５１に付与することで、干渉光Ｌ１０のインターフェログラム信号の各周期Ｔにおいて、４つの干渉光Ｌ１０の強度Ｖ０，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を取得する。制御部６０は、取得した４つの干渉光Ｌ１０の強度Ｖ０，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３に基づいて、干渉光Ｌ１０のインターフェログラム信号の各周期Ｔにおいて、
ＡＭＰ成分＝［｛（Ｖ３－Ｖ１）^２＋（Ｖ２－Ｖ０）^２｝^１／２］／２
ＯＦＦ成分＝（Ｖ０＋Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３）／４
を取得する。これにより、制御部６０は、光センサ５０の各画素５１について干渉光Ｌ１０のインターフェログラム信号の包絡線を精度良く再現することができ、対象物Ｓの像（断層像）を精度良く生成することができる。
［作用及び効果］

【0073】

光干渉断層撮影装置１００では、可動ミラー２１を往復動作させることで、インターフェログラム信号の時間変化を周期的なものとし、インターフェログラム信号の包絡線への変換を容易化している。そして、光センサ５０が含む各画素５１においては、干渉光Ｌ１０のインターフェログラム信号の１周期ごとに、互いに離れた４つの時間範囲において複数の転送ゲート４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが順次に電荷転送状態となり、且つ、当該４つの時間範囲以外の時間範囲において排出ゲート６ａ，６ｂが同時に電荷排出状態となる。これにより、４つの時間範囲のそれぞれにおいて受光部２で発生した電荷のみを信号電荷として取得することができる。よって、光干渉断層撮影装置１００によれば、干渉光Ｌ１０のインターフェログラム信号の包絡線を精度良く取得することができる。以上のような信号電荷の取得は、可動ミラー２１の往復動作の速さが一定でなく、干渉光Ｌ１０のインターフェログラム信号が非対称形状となるような場合に、特に有効である。

【0074】

光干渉断層撮影装置１００では、可動ミラー２１が、ミラーデバイス２０において共振動作することで往復動作する。これにより、干渉光Ｌ１０のインターフェログラム信号を高速で取得することができる。また、可動ミラー２１が共振動作することで、可動ミラー２１の往復動作の速さが一定とならなくなるが、その場合にも、上述したように、干渉光Ｌ１０のインターフェログラム信号の包絡線を精度良く取得することができる。

【0075】

光干渉断層撮影装置１００では、可動ミラー２１が、１ｋＨｚ以上の周波数で往復動作する。これにより、干渉光Ｌ１０のインターフェログラム信号を高速で取得することができる。また、可動ミラー２１が１ｋＨｚ以上の周波数で往復動作することで、可動ミラー２１の往復動作の速さが一定となり難くなるが、その場合にも、上述したように、干渉光Ｌ１０のインターフェログラム信号の包絡線を精度良く取得することができる。なお、可動ミラー２１が、１ｋＨｚ未満の周波数で往復動作するような場合には、通常の二次元センサ（高速カメラ等）を用いて、二次元画像をデジタル化してから画像処理を実施することで、干渉光Ｌ１０のインターフェログラム信号をその包絡線に変換し得る。しかし、可動ミラー２１が、１ｋＨｚ以上の周波数で往復動作するような場合には、通常の二次元センサ（高速カメラ等）を用いて干渉光Ｌ１０のインターフェログラム信号をその包絡線に変換することは、困難である。

【0076】

光干渉断層撮影装置１００では、複数の画素５１が二次元に配列されている。これにより、対象物Ｓにおける所定領域の像を一度に生成することができる。なお、単一のＰＤで干渉光Ｌ１０を検出するような場合には、波形データを高速でＡＤ変換した後にデジタル信号処理を実施することで、干渉光Ｌ１０のインターフェログラム信号をその包絡線に変換し得る。しかし、二次元に配置された複数のＰＤで干渉光Ｌ１０を検出するような場合には、波形データを高速で処理して干渉光Ｌ１０のインターフェログラム信号をその包絡線に変換することは、困難である。

【0077】

光干渉断層撮影装置１００では、ミラーデバイス２０がＭＥＭＳミラーデバイスである。これにより、可動ミラー２１を高速で往復動作させることができる。

【0078】

光干渉断層撮影装置１００では、各画素５１がフォトゲート電極ＰＧを含んでいる。これにより、受光部２で発生した電荷の転送及び排出を高速で実施することができるため、対象物Ｓの像を短時間で生成することができる。つまり、干渉光Ｌ１０のインターフェログラム信号の包絡線を高速に取得することができるため、対象物Ｓの像を瞬間像として生成することが可能となる。対象物Ｓの像を瞬間像として生成し得ることは、例えば、対象物Ｓが支持部３０によって搬送されるような場合等、対象物Ｓが移動体である場合に、極めて有効である。
［変形例］

【0079】

本発明は、上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では、各時間範囲Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４が互いに同一の長さであったが、各時間範囲Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４は、互いに同一の長さでなくてもよい。上記実施形態では、排出ゲート６ａ，６ｂを電荷排出状態とする時間範囲Ｔ５の開始タイミングが、各転送ゲート４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを電荷転送状態とする各時間範囲Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４の終了タイミングと一致していたが、時間範囲Ｔ５の終了タイミングが各時間範囲Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４の開始タイミングと一致していれば、時間範囲Ｔ５の開始タイミングは、各時間範囲Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４の終了タイミングから遅れてもよい。

【0080】

制御部６０は、干渉光Ｌ１０のインターフェログラム信号の１周期ごとに、互いに離れた少なくとも３つの時間範囲において複数の転送ゲート（転送ゲート４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄのうちの少なくとも２つ）が順次に電荷転送状態となり、且つ、当該少なくとも３つの時間範囲以外の時間範囲において排出ゲート（排出ゲート６ａ，６ｂのうちの少なくとも１つ）が電荷排出状態となるように、光センサ５０に電気信号を付与してもよい。

【0081】

干渉光Ｌ１０のインターフェログラム信号の１周期ごとに、互いに離れた少なくとも３つの時間範囲において電荷を取得すれば、干渉光Ｌ１０のインターフェログラム信号を再現し得る理由は、次のとおりである。まず、干渉光Ｌ１０のインターフェログラム信号Ｉは、位相差の正弦関数で表すことができる。すなわち、Ｉ＝Ａ＋Ｂ・cosφと表わすことができる。ここで、光Ｌ０の中心波長をλとする。例えば、ミラーデバイス２０が、最大変位量Ｌ、角振動数ωで正弦波振動の往復運動をしているとする。このとき、φ＝（２π／λ）・Ｌ・sin（ωｔ）＋φ_０となる。更に、例えば、Ｌ＝λ／２とすると、
Ｉ＝Ａ＋Ｂ・cos｛π・sin（ωｔ）＋φ_０｝
となる。当該式において、未知数はＡ，Ｂ，φ_０であるから、干渉光Ｌ１０のインターフェログラム信号の１周期ごとに、互いに離れた少なくとも３つの時間範囲において電荷を取得すれば、干渉光Ｌ１０のインターフェログラム信号から、その包絡線を表すＢの値を再現することができる。

【0082】

干渉光Ｌ１０のインターフェログラム信号の各周期において電荷を取得する少なくとも３つの時間範囲（例えば、４つの時間範囲）のそれぞれは、干渉光Ｌ１０のインターフェログラム信号の位相がπ／２ずつずれた時間を中心とする時間範囲であってもよい。これによれば、干渉光Ｌ１０のインターフェログラム信号をその包絡線に変換するための演算を単純化することができる。演算を単純化することで、演算の一部又は全部をハードウエアで実現することが可能となり、全体的な高速処理に寄与することが可能となる。例えば、上述したＩ＝Ａ＋Ｂ・cosφにおいて、初期位相をφ_０とし、初期位相から０，π／２，π，３π／２だけ位相がずれたときのＩをそれぞれＩ_０，Ｉ_π／２，Ｉ_π，Ｉ_３π／２とすると、
Ｉ_０＝Ａ＋Ｂ・cos（０＋φ_０）＝Ａ＋Ｂ・cosφ_０
Ｉ_π／２＝Ａ＋Ｂ・cos（π／２＋φ_０）＝Ａ－Ｂ・sinφ_０
Ｉ_π＝Ａ＋Ｂ・cos（π＋φ_０）＝Ａ－Ｂ・cosφ_０
Ｉ_３π／２＝Ａ＋Ｂ・cos（３π／２＋φ_０）＝Ａ＋Ｂ・sinφ_０
となる。よって、Ｉ_０－Ｉ_π＝２Ｂ・cosφ_０及びＩ_３π／２－Ｉ_π／２＝２Ｂ・sinφ_０を導出することができ、それらの二乗和からＢを求めることができる。

【0083】

図１０は、「可動ミラー２１の位置の時間変化」と「初期位相φ_０＝０の場合の干渉光Ｌ１０の強度の時間変化」との関係を示すグラフである。図１１は、「可動ミラー２１の位置の時間変化」と「初期位相φ_０＝π／２の場合の干渉光Ｌ１０の強度の時間変化」との関係を示すグラフである。図１２は、「可動ミラー２１の位置の時間変化」と「初期位相φ_０＝πの場合の干渉光Ｌ１０の強度の時間変化」との関係を示すグラフである。図１３は、「可動ミラー２１の位置の時間変化」と「初期位相φ_０＝３π／２の場合の干渉光Ｌ１０の強度の時間変化」との関係を示すグラフである。

【0084】

図１０、図１１、図１２及び図１３に示されるいずれの場合にも、電荷を取得する４つの時間範囲のそれぞれを、位相がπ／２ずつずれた時間を中心とする時間範囲とすると、電荷の取得は、一定時間間隔では実施されないことになる。このような場合にも、光干渉断層撮影装置１００では、干渉光Ｌ１０のインターフェログラム信号の１周期ごとに、互いに離れた４つの時間範囲において電荷を取得するため、干渉光Ｌ１０のインターフェログラム信号の包絡線を精度良く取得することができる。

【0085】

例えば、干渉光Ｌ１０のインターフェログラム信号の１周期を４つ時間範囲（連続する時間範囲）に分けて、各時間範囲において電荷を積算して取得すると（すなわち、電荷の排出を全く実施せずに、全ての電荷を信号電荷として取得すると）、例えば、可動ミラー２１の往復動作の速さが一定でない場合や、電荷の取得が一定時間間隔で実施されない場合に（後者の場合には、可動ミラー２１の往復動作の速さが一定であったとしても）、干渉光Ｌ１０のインターフェログラム信号をその包絡線に精度良く変換することができない。光干渉断層撮影装置１００によれば、いずれの場合にも、干渉光Ｌ１０のインターフェログラム信号の包絡線を精度良く取得することができる。

【0086】

光センサ５０において、各画素５１は、図１４に示されるように、２つの転送ゲート４ａ，４ｂを含むものであってもよい（図１４には、２つの転送ゲート４ａ，４ｂに対応する２つの転送電極ＴＸ１，ＴＸ２が示されている）。つまり、各画素５１は、複数の転送ゲートを含むものであればよい。光センサ５０において、複数の画素５１は、一次元に配列されていてもよい。ミラーデバイス２０は、可動ミラー２１を磁力によって往復動作させるものであってもよいし、或いは、可動ミラー２１をピエゾアクチュエータ等の駆動源によって往復動作させるものであってもよい。本発明によれば、可動ミラーの動作の速さが一定でないミラーデバイスを備える光干渉断層撮影装置において、干渉光のインターフェログラム信号の包絡線を精度良く取得することができる。このとき、可動ミラーの移動量が制御信号に対して歪んでいる場合には、光センサの各転送ゲートを電荷転送状態とする各時間範囲を、可動ミラーの移動量の歪みに合わせて調整することで、容易に補償をすることが可能である。

【0087】

上記光センサ５０では、受光部２としてフォトゲート構造のものを例示した。しかしながら、受光部２は、フォトゲート構造に限定されず他の構造であってもよい。一例として、図１５の（ａ）に示されるように、受光部２は、埋め込みＰＤ構造であってもよい。この場合には、受光部２は、第２主面１ｂ側において第２半導体領域５に設けられたｐ^＋型の半導体領域２Ｂと、半導体領域２Ｂの直下において第２半導体領域５に設けられたｎ型の半導体領域２Ａと、によって構成される。

【0088】

この場合も、高速電荷転送を行うために、受光部２にポテンシャルの傾斜を設けることができる。そのための構成の一例としては、図１５の（ｂ）及び（ｃ）に示されるように、ｎ型の半導体領域２Ａが、例えば転送ゲート４ａに向かうにつれて不純物濃度が高くなるように配列された複数（ここでは３つ）のｎ型の半導体領域２ａ，２ｂ，２ｃを含むことにより、電界の勾配をつける構成が挙げられる。なお、図１５の（ｂ）は模式的な断面図であり、図１５の（ｃ）は平面図である。

【0089】

受光部２にポテンシャルの傾斜を設けるための構成としては、図１６に示されるように、ｎ型の半導体領域２Ａが、一対のｎ型の半導体領域２ｄ，２ｅと、半導体領域２ｄ，２ｅに挟まれると共に、例えば転送ゲート４ａに向かうにつれて幅Ｗが拡大するｎ⁺型の半導体領域２ｆと、を含むことにより、電界の勾配をつける構成であってもよい。なお、図１６は、第２主面１ｂ側からの平面図である。

【符号の説明】

【0090】

１００…光干渉断層撮影装置、２…受光部、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ…転送ゲート、６ａ，６ｂ…排出ゲート、１０…光源、２０…ミラーデバイス、２１…可動ミラー、３０…支持部、４０…ビームスプリッタ、５０…光センサ、５１…画素、ＰＧ…フォトゲート電極、６０…制御部、Ｌ０…光、Ｌ１…第１光、Ｌ２…第２光、Ｌ１０…干渉光、Ｓ…対象物。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】