CN100582741C - 光图像计测装置及光图像计测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光图像计测装置，即使在计测中被测定物体进行动作，也可以高精度形成基于被测定物体的各种深度的断层图像的3维图像等。该光图像计测装置包括将来自低相干光源的光束分割为信号光S和参照光R的半透镜(6)、使参照光R的频率进行位移的频率位移器(8)、变更参照光R的光路长的参照镜(9)及压电元件(9A)、接受使信号光S和参照光R由半透镜(6)进行重叠而生成的干涉光L并输出检测信号的CCD(21，22)、根据该检测信号形成断层图像的图像形成部(51)、求取各断层图像的计测深度的计测深度计算装置(53)、使所形成的复数个断层图像根据该计测深度而沿计测深度方向进行排列的图像处理部(57)。图像处理部(57)根据所排列的断层图像，形成3维图像等。

Description

光图像计测装置及光图像计测方法

技术领域

本发明涉及一种特别是向光散射媒质的被测定物体照射光束，并利用其反射光或透射光对被测定物体的表面形态和内部形态进行计测，且形成其图像的光图像计测装置及光图像计测方法。特别是涉及一种利用光外差检测法对被测定物体的表面形态和内部形态进行计测，并形成图像的光图像计测装置及光图像计测方法。

背景技术

近年来，利用激光光源等形成被测定物体的表面和内部的图像的光图像计测技术集中了人们的注目。该光图像计测技术因为不具有像现有习知的X射线CT(computer tomography，断层扫瞄)那样对人体的有害性，所以其在医疗领域方面的应用开展特别受到期待。

作为光图像检测技术的代表性方法的一个例子，有一种低相干(coherence)干涉法(也称作光相干断层图像化法等)。该方法利用例如超辐射发光二极管(Super Luminescent Diode；SLD)这样的具有宽光谱(spectrum)宽度的宽频带光源的低干涉性，并可对来自被测定物体的反射光和透射光，以μm级的优良的距离分解能力进行检测(参照例如下述的非专利文献1)。

作为利用了该低相干干涉法的装置的一个例子，根据麦克逊(Michelson)干涉仪的现有习知的光图像计测装置的基本构成如图8所示。该光图像计测装置200的构成包括宽频带光源201、镜202、分光器203及光检测器204。被测定物体205由散射媒质形成。宽频带光源201发出的光束，由分光器203被分割为朝向镜202的参照光R和朝向被测定物体205的信号光S两部分。参照光R为利用分光器203的反射光，信号光S为分光器203的透射光。

这里，如图8所示，将信号光S的行进方向设定为z轴，并将对信号光S的行进方向的直交面定义为x-y面。镜202可沿同图中的两侧箭形符号方向(z-扫描方向)进行位移。

参照光R在被反射到镜202上时，藉由该z-扫描而接受多谱勒(Doppler)频率位移。另一方面，信号光S在照射到被测定物体205上时，信号光S在其表面及内部层被反射。由于被测定物体为散射媒质，所以可认为信号光S的反射光为具有多重散射的杂乱相位的扩散波面。经由被测定物体205的信号光，和经由镜202并接受了频率位移的参照光，以利用分光器203进行重叠并生成干涉光。

在利用低相干干涉方法的图像计测中，只有信号光S和参照光R的光路长差在光源的μm级的相干长度(可干涉距离)以内，且与参照光R具有相位相关的信号光S的成分，才会与参照光R产生干涉。即，只是信号光S的相干信号光成分有选择地与参照光R相互进行干涉。根据该原理，藉由使镜202的位置移动而使参照光R的光路长变化，可含有被测定物体205的各种z座标(计测深度)的反射光的信息而生成干涉光，并藉此对被测定物体205的内部层的光反射轮廓(profile)进行测定。另外，也对向被测定物体205所照射的信号光S沿x-y面方向进行扫描。藉由进行这种z方向及x-y面方向的扫描，并利用光检测器204检测干涉光，且对作为其检测结果被输出的电气信号(外差信号)进行解析，而取得被测定物体205的2维断层图像(参照非专利文献1)。

另外，如设利用分光器203进行重叠的参照光R及信号光S的强度分别为I_r及I_s，并设两光波间的频率差及相位差分别为f_if及Δθ，则从光检测器输出如下式所示的外差信号(例如参照非专利文献2)。

[数1]

$i\left(t\right)\∝I_r+I_s+2\sqrt{I_r{I}_s}\cos (2\mathrm{\π}{f}_{\mathrm{if}}t+\mathrm{\Δ\θ})---\left(1\right)$

式(1)的右边第3项为交流电信号，其频率f_if等于参照光R和信号光S的差拍(beat，拍)频率。外差信号的交流成分的频率f_if被称作拍率等。而且，式(1)的右边第1项及第2项为外差信号的直流成分，并与干涉光的背景光的信号强度相对应。

但是，为了利用这种现有习知的低相干干涉法取得2维断层图像，需要藉由对被测定物体205扫描光束，从而依次检测来自被测定物体205的深度方向(z方向)及断层面方向(x-y面方向)的各部位的反射光波。因此，为了计测被测定物体205而需要较长的时间，而且考虑其计测原理可发现，难以谋求计测时间的缩短。

鉴于这些问题，研究了一种用于缩短计测时间的光图像计测装置。图9所示为这种装置的一个例子的基本构成。同图所示的光图像计测装置300的构成包括宽频带光源301、镜302、分光器303、作为光检测器的2维光传感器数组304及透镜306，307。从光源301所射出的光束，由透镜306、307而形成平行光束，且使其波束径扩大，并利用分光器303而将其分为参照光R和信号光S两部分。参照光R藉由镜302的z-扫描而被付以多谱勒频率位移。另一方面，信号光S由于其波束径扩大，所以可在x-y面的大范围内入射被测定物体305。藉此，信号光S形成含有该入射范围中的被测定物体305的表面和内部的信息的反射光。参照光R和信号光S利用分光器303进行重叠，并利用在2维光传感器数组304上所并列载置的组件(光传感器)进行检测。因此，可不对光束沿x-y方向进行扫描，而实时取得被测定物体305的2维断层图像。

作为这种非扫描型的光图像计测装置，已知有一种非专利文献3所记述的装置。在同文献所记述的装置中，可将从2维光传感器数组所输出的复数个外差信号输入并列配置的复数个信号处理系统，并对各外差信号的振幅和相位进行检测。

但是，在该构成中，为了提高图像的空间分解能力，需要增加数组的组件数，另外，必须准备具有与该组件数相对应的信道(channel)数的信号处理系统。因此，其被认为难以在需要高分解能力的图像的医疗和工业等领域上进行实用化。

因此，本发明者们在下述的专利文献1中，提出了一种以下这样的非扫描型的光图像计测装置。关于该提案的光图像计测装置包括：光源，用于射出光束；干涉光学系统，用于将该光源所射出的光束分为经由配置有被检测体的被检测体配置位置的信号光，和经由与前述经由被检测体配置位置的光路不同的光路的参照光两部分，且将经由了前述被检测体配置位置后的信号光，和经由了前述不同的光路的参照光彼此进行重叠，而生成干涉光；频率位移器，用于将该干涉光学系统的前述信号光的频率和前述参照光的频率相对进行位移；光遮蔽装置，前述干涉光学系统为了接受前述干涉光，藉由将前述干涉光进行二分割，再对该被二分割了的干涉光进行周期性地遮蔽，而生成彼此的相位差为90度的2列干涉光脉冲；光传感器，分别接受前述2列干涉光脉冲；信号处理部，该光传感器具有空间性排列且分别独立地得到受光信号的复数个受光组件，并将前述光传感器所得到的复数个受光信号进行合并，而生成与前述被检测体配置位置上所配置的被检测体的表面或内部层的，在前述信号光的传输路径上的各关心点相对应的信号。

该光图像计测装置采用将参照光和信号光的干涉光进行二分割，并以2台光传感器(2维光传感器数组)受光，且在两传感器数组前分别配置光遮蔽装置，以对干涉光进行抽样的构成。而且，可藉由在被分割的2个干涉光的抽样周期中设置π/2的相位差，而对构成干涉光的背景光的信号光和参照光的强度、和干涉光的相位的直交成分(sin成分和cos成分)进行检测，且藉由将来自两传感器数组的输出中所包括的背景光的强度，从两传感器数组的输出中去除，而计算干涉先的2个相位直交成分，并利用该计算结果求得干涉光的振幅。

另外，作为以上那样的光图像计测装置的2维光传感器数组，广泛利用CCD(Charge-Coupled Device，电荷耦合器件)照相机等市售的影像传感器。但是，目前市售的CCD照相机，习知以来已认识到存在频率响应特性低，无法追随从数KHz到数MHz左右的外差信号的拍率的问题。可以说，由本发明者们提出的专利文献1所记述的光图像计测装置的特征在于，在充分认识该问题点后，利用其低响应特性而进行计测。

在专利文献1所记述的那种光图像计测装置中，为了取得1帧x-y断层像要花费1微秒左右的时间。而且，为了形成被测定物体的3维图像、计测深度方向的断层图像(x-z断层图像、y-z断层图像)或与某轴斜交的方向的断层图像，需要取得多个计测深度(z座标)的x-y断层图像，而且，为了以适当的精度取得被测定物体的3维图像等，需要以例如5微米左右的一定间隔进行计测深度方向(z方向)的扫描。另外，被测定物体的3维图像等，是假设各x-y断层图像以该一定间隔进行计测而形成的。

这样，为了形成3维图像，虽然也依据被测定物体的种类等，但需要1秒乃至多于1秒的时间。但是，在对人眼等生物组织等的可动的被测定物体进行计测的情况下，如在计测中被测定物体进行动作，则在各x-y断层图像的计测位置产生偏离，有可能使3维图像等的精度劣化。

特别是如在计测深度方向上的x-y断层图像的计测间隔产生偏离，则关于3维图像等的形成的上述的假设不成立，所以图像的精度会明显下降。因此，需要与计测深度方向(z方向)上的x-y断层图像建立关系的某些轮廓。

作为取得这种被测定物体的z方向信息的方法，例如图10所示的那种光计测装置为众所周知(例如参照非专利文献4)。同图所示的光计测装置400将来自宽频带光源401的光束利用半透镜402，分割为朝向被测定物体404的信号光和朝向固定配置的镜(固定镜)403的参照光，并使被测定物体404及固定镜403所分别反射的信号光及参照光进行重叠而生成干涉光，且将该干涉光利用衍射光栅405分光为波长λ1～λn的波长成分，并对各波长成分利用1维光传感器数组406进行检测。构成1维光传感器数组406的各光传感器，将所检测的波长成分的光强度的检测信号输出到计算机407。

计算机407根据从1维光传感器数组406所输出的干涉光的各波长成分的检测信号，求关于该干涉光的波长-光强度的关系即干涉光的光强度分布(波长频谱)。图11(A)所示为干涉光的波长频谱的一个例子的概略标绘图。

另外，计算机407对所求得的干涉光的波长频谱进行傅里叶转换。藉此，得到将图11(B)所示的将被测定物体404的z座标(计测深度)作为变量的干涉信号的强度分布。其形成依存于被测定物体404的计测深度的信息。另外，1维光传感器数组406通常具有MHz以上(即μsec以下)的读出速度，以计测深度作为变量的干涉信号的强度分布的取得也可以同等的速度进行。

[专利文献1]日本专利早期公开的特开2001-330558号公报(权利要求项，说明书段落[0068]-[0084]，第1图)

[非专利文献1]丹野直弘，《光学》(日本光学杂志)，第28卷第3号，116(1999)

[非专利文献2]吉泽、濑田编，《光外差技术(修订版)》，新技术通讯(2003)，p.2

[非专利文献3]K.P.Chan，M.Yamada，H.Inaba，[Electronics Letters]，Vol.30，1753，(1994)

[非专利文献4]A.F.Fercher、C.K.Hitzenberger、G.Kamp、S.Y.Elzaiat、[Optics Communication]Vol.117、pp.43-48(1995)

发明内容

本发明的目的在于，提供一种鉴于以上问题的，即使在计测中被测定物体进行动作或移动，也可根据关于被测定物体的各种深度(z座标)的领域所取得的x-y断层图像，形成高精度的3维图像等的光图像计测装置及光图像计测方法。

为了达到上述目的，本发明的第一项提供一种光图像计测装置，包括：分割装置，将从低相干光源所输出的光束分割为朝向被测定物体的信号光和朝向参照物体的参照光；频率位移装置，使前述信号光的频率和前述参照光的频率相对地进行位移；变更装置，变更前述参照光的光路长；重叠装置，使经由前述被测定物体的前述信号光和经由前述参照物体的前述参照光进行重叠，生成对应前述频率的位移量的拍率的干涉光；检测装置，接受前述生成的干涉光并输出检测信号；图像形成装置，根据前述输出的检测信号，形成与前述信号光的行进方向直交的前述被测定物体的断层图像；其特征在于：具有获取装置，求取前述形成的前述被测定物体的前述断层图像的前述信号光的行进方向上的计测深度。

而且，本发明的第二项提供一种光图像计测装置，其特征在于：还具有图像处理装置，将由前述变更装置而使前述参照光的光路长变更所得到的复数个前述断层图像，根据前述获取装置所求取的前述复数个断层图像的各个前述计测深度，沿前述计测深度方向进行排列。

而且，本发明的第三项提供一种光图像计测装置，其特征在于，前述获取装置包括：辅助光源，输出低相干的辅助光束；辅助分割装置，将前述输出的辅助光束，分割为经由前述被测定物体的辅助信号光和经由固定配置的辅助参照物体的辅助参照光；辅助重叠装置，使经由前述被测定物体的前述辅助信号光和经由前述辅助参照物体的前述辅助参照光进行重叠而生成辅助干涉光；波长成分分离装置，从前述生成的前述辅助干涉光分离复数个波长成分；辅助检测装置，接受前述分离的前述复数个波长成分，并输出辅助检测信号；计测深度计算装置，根据前述检测的前述辅助检测信号，计算前述断层图像的前述计测深度。

而且，本发明的第四项提供一种光图像计测装置，其特征在于：前述获取装置还具有合成分离装置，将由前述辅助分离装置所分割的前述辅助信号光合成为前述信号光，并入射前述被测定物体，且将经由了前述被测定物体的前述辅助信号光从前述信号光进行分离并导向前述辅助重叠装置。

而且，本发明的第五项提供一种光图像计测装置，其特征在于：前述获取装置还包括将利用前述合成分离装置合成为前述信号光的前述辅助信号光，沿对前述信号光的行进方向直交的方向进行扫描的扫描装置；前述计测深度计算装置根据基于利用前述扫描装置的前述辅助信号光的扫描而由前述辅助检测装置所输出的复数个前述辅助检测信号，计算前述计测深度。

而且，本发明的第六项提供一种光图像计测装置，其特征在于：前述扫描装置在每次利用前述变更装置变更前述参照光的光路长时，对前述辅助信号光在复数个位置进行扫描；前述计测深度计算装置根据基于在前述复数个位置分别被扫描的前述辅助信号光的前述辅助检测信号，计算与前述复数个位置分别对应的复数个前述计测深度，并根据前述计算的前述复数个计测深度，计算前述断层图像的前述计测深度。

而且，本发明的第七项提供一种光图像计测装置，其特征在于：前述扫描装置为一种包括将前述辅助信号光进行反射的反射镜和将前述反射镜的反射面朝向进行变更的驱动部的电流镜(galvano mirror)。

而且，本发明的第八项提供一种光图像计测装置，其特征在于：前述合成分离装置为一种在前述信号光的光路上倾斜设置的波长滤波器或分光器。

而且，本发明的第九项提供一种光图像计测装置，其特征在于：前述获取装置包括将前述重叠装置所生成的前述干涉光的一部分作为辅助干涉光进行分离的干涉光分离装置、从前述干涉光分离装置所分离的前述辅助干涉光将复数个波长成分进行分离的波长成分分离装置、接受前述分离的前述复数个波长成分并输出辅助检测信号的辅助检测装置、根据前述检测的前述辅助检测信号而计算前述断层图像的前述计测深度的计测深度计算装置。

而且，本发明的第十项提供一种光图像计测装置，其特征在于：前述干涉光分离装置为在利用前述重叠装置所生成的前述干涉光的光路上所倾斜设置的分光器。

而且，本发明的第十一项提供一种光图像计测装置，其特征在于：前述波长成分分离装置为衍射光栅。

而且，本发明的第十二项提供一种光图像计测装置，其特征在于：前述辅助检测装置为1维光传感器数组。

而且，本发明的第十三项提供一种光图像计测装置，其特征在于：前述计测深度计算装置包括根据前述辅助检测信号而求前述辅助干涉光的波长频谱的波长频谱获取装置、将前述求取的前述波长频谱进行傅里叶转换，并求用于表示与前述计测深度对应的前述辅助干涉光的强度分布的计测深度信息的计测深度信息获取装置；根据利用前述图像形成装置所形成的每一个前述断层图像的前述求取的前述计测深度信息，分别计算前述断层图像的前述计测深度。

而且，本发明的第十四项提供一种光图像计测装置，其特征在于：前述计测深度计算装置藉由对利用前述图像形成装置而连续形成的一对前述断层图像的每一个以前述计测深度信息获取装置所求取的前述计测深度信息进行比较，并计算前述一对前述断层图像间的计测间隔，而求取前述计测深度。

而且，本发明的第十五项提供一种光图像计测方法，将从低相干光源所输出的光束分割为朝向被测定物体的信号光和朝向参照物体的参照光，并使前述信号光的频率和前述参照光的频率相对地进行位移，且使经由了前述被测定物体的前述信号光和经由了前述参照物体的前述参照光进行重叠而生成与前述频率的位移量对应的拍率的干涉光，并接受前述生成的干涉光且输出检测信号，且根据前述输出的检测信号而形成与前述信号光的行进方向直交的前述被测定物体的断层图像；其特征在于：包括求取前述所形成的前述被测定物体的前述断层图像的前述信号光的行进方向上的计测深度的步骤、将藉由变更前述参照光的光路长所得到的复数个前述断层图像，根据每一个这些复数个断层图像的前述所求取的前述计测深度而在前述计测深度方向上进行排列的步骤。

而且，本发明的第十六项提供一种光图像计测方法，其特征在于：求前述计测深度的步骤包括输出低相干的辅助光束的步骤；将前述输出的辅助光束分割为与前述信号光一起经由前述被测定物体的辅助信号光和经由固定配置的辅助参照物体的辅助参照光的步骤；将经由了前述被测定物体的前述辅助信号光和经由了前述辅助参照物体的前述辅助参照光进行重叠并生成辅助干涉光的步骤、从前述生成的前述辅助干涉光分离复数个波长成分的步骤、接受前述分离的前述复数个波长成分并输出辅助检测信号的步骤、根据前述检测的前述辅助检测信号而计算前述断层图像的前述计测深度的步骤。

而且，本发明的第十七项提供一种光图像计测方法，其特征在于：求取前述计测深度的步骤还包括对前述辅助信号光沿对前述信号光的行进方向直交的方向进行扫描的步骤；计算前述计测深度的步骤根据基于前述辅助信号光的扫描的前述输出的复数个前述辅助检测信号，计算前述计测深度。

而且，本发明的第十八项提供一种光图像计测方法，其特征在于：求前述计测深度的步骤包括将前述所生成的前述干涉光的一部分作为辅助干涉光进行分离的步骤、从前述分离的前述辅助干涉光分离复数个波长成分的步骤、接受前述分离的前述复数个波长成分并输出辅助检测信号的步骤、根据前述检测的前述辅助检测信号计算前述断层图像的前述计测深度的步骤。

而且，本发明的第十九项提供一种光图像计测方法，其特征在于：计算前述计测深度的步骤包括根据前述辅助检测信号求取前述辅助干涉光的波长频谱的步骤、将前述所求取的前述波长频谱进行傅里叶转换，并求取用于表示与前述计测深度对应的前述辅助干涉光的强度分布的计测深度信息的步骤；根据前述形成的每一个前述断层图像的前述求取的前述计测深度信息，分别计算前述断层图像的前述计测深度。

如利用本发明，关于被测定物体的断层图像可求信号光的行进方向上的计测深度，所以即使在计测中被测定物体进行动作或移动这样的情况下，也可根据该求取的计测深度而形成高精度的3维图像等。

特别是如利用本发明的第2项，由于采用一种将藉由变更参照光的光路长所得到的复数个断层图像，根据这些复数个断层图像所分别求取的计测深度，在计测深度方向上进行排列的构成，所以可轻松地取得高精度的3维图像等。

而且，如利用本发明的第5项或第17项，由于采用一种沿对信号光的行进方向直交的方向扫描辅助信号光，且根据基于该辅助信号光的扫描的复数个辅助检测信号而计算计测深度的构成，所以可形成更高精度的3维图像。

附图说明

图1所示为关于本发明的第1实施形态的光图像计测装置的构成的一个例子的概略图。

图2所示为关于本发明的第1实施形态的光图像计测装置的控制系统构成的一个例子的框图。

图3所示为利用关于本发明的第1实施形态的光图像计测装置的辅助信号光扫描形态的一个例子的概略图。

图4所示为利用关于本发明的第1实施形态的光图像计测装置的x-y断层图像计测形态的一个例子的概略图。

图5所示为利用关于本发明的第1实施形态的光图像计测装置所求取的计测深度轮廓的一个例子的概略图。

图6所示为用于说明关于本发明的光图像计测装置的干涉光的检测形态的框图。图6(A)所示为频率进行强度调制并从宽频带光源输出的光束的时间波形。图6(B)所示为从宽频带光源所输出的光束为连续光时的干涉光的S偏光成分的时间波形。图6(C)所示为从宽频带光源所输出的光束为连续光时的干涉光的P偏光成分的时间波形。图6(D)所示为从宽频带光源所输出的光束进行强度调制的情况下的干涉光的S偏光成分的时间波形。图6(E)所示为从宽频带光源所输出的光束进行强度调制的情况下的干涉光的P偏光成分的时间波形。

图7所示为关于本发明的第2实施形态的光图像计测装置的构成的一个例子的概略图。

图8所示为现有习知的光图像计测装置的构成的概略图。

图9所示为现有习知的光图像计测装置的构成的概略图。

图10所示为现有习知的光计测装置的概略图。

图11所示为利用现有习知的光计测装置所获取的信息的形态的概略图。图11(A)所示为干涉光的波长频谱的一个例子的概略标绘图。而且，图11(B)所示为以被测定物体的z座标(计测深度)作为变量的干涉信号的强度分布的一个例子的标绘图。

1：光图像计测装置            2：宽频带光源

3：偏光板                    4、5：透镜

6：半透镜                    7：波长板

8：频率位移器(8：成像用透镜群)

9：参照镜                    9A：电元件

11：偏光分光器               20：信号处理部

21、22：CCD                  31：光源

32：分光器                   33：反射镜

34：光电探测器               35：脉冲驱动器

41：宽频带光源               42：半透镜

43：固定镜                   44：电流镜

44A：反射镜                  44B：驱动部

45：波长滤波器               46：衍射光栅

47：1维光传感器数组          50：控制部

51：图像形成部               52：扫描控制部

53：计测深度计算部           54：频谱获取部

55：轮廓获取部               56：信息存储部

57：图像处理部               60：显示装置

71：分光器                   72：衍射光栅

73：1维光传感器数组          100：光图像计测装置

200：光图像计测装置          201：宽频带光源

202：镜                      203：分光器

204：光检测器                205：被测定物体

300：光图像计测装置          301：宽频带光源

302：镜                      303：分光器

304：2维光传感器数组         305：被测定物体

306、307：透镜               400：光计测装置

401：宽频带光源              402：半透镜

403：镜                      404：被测定物体

405：衍射光栅                406：1维光传感器数组

407：计算机                  S：信号光

R：参照光                    L：干涉光

L1：S偏光成分                L2：P偏光成分

O：被测定物体                G1～GN：x-y断层图像

P1～PN：计测深度计算结果     T1～TM：辅助信号光的扫描位置

具体实施方式

下面，对关于本发明的光图像计测装置及光图像计测方法的较佳实施形态的一个例子，参照图示详细地进行说明。

(第1实施形态)

(装置的构成)

参照图1、2对关于本发明的光图像计测装置的第1实施形态的构成进行说明。图1所示为本实施形态的光图像计测装置的光学系统的概略构成，图2所示为该控制系统的构成。本实施形态的光图像计测装置1为可利用于例如医疗方面和工业方面的被测定物体的断层图像和表面图像，还有其3维图像的形成等的装置。被测定物体为例如在医疗方面，由人眼等散射媒质形成的物体。

(光学系统的构成)

首先，参照图1对本实施形态的光图像计测装置的光学系统的构成进行说明。同图所示的光图像计测装置1包括：输出低相干的光束的宽频带光源2、将该光束的偏光特性转换为直线偏光的偏光板3、使光束形成平行光束且扩大其波束径的透镜4，5、将光束分割为信号光S和参照光R且将它们进行重叠而生成干涉光L的半透镜6、将参照光R的偏光特性从直线偏光转换为圆偏光的波长板7、使参照光R的频率进行位移的频率位移器8、利用对参照光R的行进方向直交的反射面而使参照光R进行全反射的参照镜9、在参照镜9的反射面的背面所设置的压电元件9A。

宽频带光源2相当于本发明中所说的[低相干光源]，由SLD和LED(发光二极管)等构成。另外，市售的近红外区SLD的相干长为30μm左右，在LED的情况下为10μm左右。

图1中所示的xyz座标系统将从宽频带光源2所输出的光束的行进方向作为z方向，并将与其直交的光束的振动面定义为x-y平面。x方向、y方向被定义为与光束的电场(电场)成分的振动面、磁场(磁场)成分的振动面一致。而且，z方向被定义为朝向被测定物体O的信号光S的行进方向，且也被定义为被测定物体O的计测深度方向。

偏光板3为使来自宽频带光源3的光束的设定方向的振动成分透过的偏光转换元件。本实施形态的偏光板3采用使对上述xyz平面的x轴及y轴分别形成45°的角度方向的振动成分透过的构成。藉此，透过了偏光板3的光束具有角度45°的直线偏光。因此，该光束的x轴方向及y轴方向的偏光成分，分别具有相等的振幅。换言之，该光束的P偏光成分和S偏光成分分别具有相等的振幅。

半透镜6以将形成平行光束的直线偏光的光束，分割为朝向被测定物体O的信号光S和朝向参照镜9的参照光R的形态进行作用，并构成本发明的[分割装置]。半透镜6使光束的一部分(一半)进行反射并形成参照光R，且使剩余的光束透过而形成信号光S。

而且，半透镜6构成藉由将经由被测定物体O的信号光S的一部分进行反射且使经由参照镜9的参照光R的一部分透过，而使信号光S和参照光R进行重叠生成干涉光L的本发明的[重叠装置]。另外，在信号光S的光路上所倾斜设置的符号45的光学元件，为具有使信号光S的波长透过的特性的波长滤波器45(详细将在后面进行说明)。

在本实施形态中，因为利用由作为反射体的被测定物体O及参照镜9、半透镜6所形成的米切尔森型的干涉仪，所以使分割装置和重叠装置由相同的半透镜6(的不同的反射面)构成。另一方面，在利用马赫-曾德型等其它干涉仪的情况下，分割装置和重叠装置也可分别由不同的光学元件构成。而且，作为分割装置及重叠装置，最好应用对输出的光束和信号光S、参照光R的偏光特性不施加影响的无偏光型的任意的分光器。

波长板7为将直线偏光的参照光R的偏光特性进行转换的偏光转换元件。作为本实施形态的波长板7，采用1/8波长板。藉此，在参照光R通过波长板7时，对其P偏光成分和S偏光成分间付以相位差π/4。参照光R在由半透镜6朝向参照镜9时，和被参照镜9反射而再次入射半透镜6时，分别被付以该相位差，所以结果被付以相位差π/2。因此，对具有45°的直线偏光的参照光R，与1/4波长板同样地进行作用，所以再次入射半透镜6的参照光R被转换为圆偏光。另外，在如上述那样利用马赫-曾德型等其它干涉仪的情况下，可应用1/4波长板。

频率位移器8构成本发明所说的[频率位移装置]，对利用参照镜9被反射前后的参照光R分别付以频率位移。该频率位移器8由例如电光式调制器和声光式调制器等构成。另外，如后面所说明的，作为关于本发明的光图像计测装置，也可采用不含有频率位移器8的构成。在这种情况下，藉由使参照镜9进行移动而使参照光R的频率位移。而且，虽然本实施形态的频率位移器8是配置在参照光R的光路上，但也可配置在信号光S的光路上。即，频率位移器是用于形成干涉光L的拍率的，所以只要采用在信号光S和参照光R之间相对地形成频率差的构成就足够了。

参照镜9构成本发明的[参照物体]，藉由沿参照光的光路方向进行移动，而抽出在被测定物体O的各种深度(z座标)所形成的信号光S的反射光。更具体地进行说明，因为来自宽频带光源2的光束为低相干光，所以只有与参照光R经由大致相等距离的信号光S有助于干涉光L的生成。即，对半透镜6，只有来自与参照镜9大致相等距离的被测定物体O的z座标区域的反射光，与参照光进行干涉而形成干涉光L。因此，藉由使参照镜9的位置变化(z-扫描)，可依次抽出来自被测定物体O的各种z座标区域的反射光。

而且，参照镜9起到利用压电元件9A而沿参照光R的光路方向连续地进行移动，使参照光R的频率进行位移的作用。有时将利用这种参照镜9的移动而付与的频率位移，称作多谱勒频率位移。此时，参照镜9和压电元件9A构成本发明中所说的[驱动装置]。而且，参照镜9和压电元件9A构成将参照光R的光路长进行变更的本发明的[变更装置]。

另外，也可采用不在频率位移中使用参照镜9和压电元件9A，而只由频率位移器8付与频率位移的构成，而且，也可采用不设置频率位移器8，而只由参照镜9和压电元件9A付与频率位移的构成。

在本实施形态的光图像计测装置1中，还包括：使利用作为重叠装置的半透镜6所生成的干涉光L进行成像的成像用透镜群8、从干涉光L将不同的复数个偏光成分进行分离的偏光分光器11、在分离了的干涉光L的各偏光成分的光路上所设置的CCD(照相机)21，22、对分别由CCD21，22所形成的检测结果进行处理的信号处理部20。

偏光分光器11起到从干涉光L将不同的复数个偏光成分进行分离的作用。更具体地说，偏光分光器11起到将干涉光L的S偏光成分L1进行反射并入射CCD21，且使P偏光成分L2透过并入射CCD22的作用。在这里，干涉光L的S偏光成分L1及P偏光成分L2，具有彼此相等的振幅(即最大强度)。

CCD21、22构成本发明中所说的[检测装置]，为干涉光检测用的积蓄型的2维光传感器数组。CCD21接受由偏光分光器11被反射的干涉光L的S偏光成分L1，并将其进行光电转换而生成检测信号，且输出到信号处理部20。同样，CCD22接受透过偏光分光器11的干涉光L的P偏光成分L2，并将其进行光电转换而生成检测信号，且输出到信号处理部20。从各CCD21、22所输出的检测信号为前述的外差信号。

信号处理部20根据CCD21、22所分别输出的检测信号，进行后述的运算处理和对该运算处理的结果进行解析而形成被测定物体O的2维断层图像的处理。利用信号处理部20所形成的该2维断层图像，为信号光S的光路与参照光R的光路大致相等的被测定物体O的深度(z座标)的区域上的x-y断层图像。这样，如利用光图像计测装置1，则可由一次计测(即不进行x-y方向的扫描)获取被测定物体O的任意深度区域的x-y断层图像。

而且，信号处理部20根据各种深度的x-y断层图像，形成被测定物体O的3维图像、计测深度方向的断层图像(x-z断层图像、y-z断层图像)或与某轴斜交的方向的断层图像等各种图像，详细情况将在后面进行说明。利用信号处理部20所形成的图像，可由监视器装置等显示装置(省略图示)进行显示。

实行以上那种处理的信号处理部20由例如含有用于存储设定的运算程序的ROM和硬盘驱动器等存储装置、用于执行该程序的CPU等运算控制装置的计算机等构成。信号处理部20的构成和作用的详细内容在后面进行说明。

另外，本实施形态的光图像计测装置1形成一种用于对被付以参照光R的频率位移进行监视，且将来自宽频带光源2的光束进行强度调制的构成，包括光源31、分光器32、反射镜33、光电探测器(PD)34及脉冲驱动器35。

光源31由与宽频带光源2相比，发出具有长相干长度的激光光的激光二极管等构成。分光器32将光源31发出的激光光，分割为经由频率位移器8及参照镜9的第1激光光(反射光)和经由固定配置的反射镜33的第2激光光(透过光)，且将利用频率位移器8等接受了频率位移的第1激光光和由反射镜33被反射的第2激光光进行重叠，生成干涉光。

光电探测器34对由分光器32所生成的干涉光进行检测，并输出与该干涉光相等频率的电气信号。而且，脉冲驱动器35生成与光电探测器34所输出的电气信号同步的频率(例如相等频率)的脉冲信号，并输出到宽频带光源2。

宽频带光源2由脉冲驱动器34所输出的脉冲信号被驱动，并输出与该脉冲信号同步的频率的脉冲状的光束。此时，从宽频带光源2所输出的光束，作为例如50％duty的矩形列的脉冲光被输出。

另外，在光图像计测装置1中，作为用于制作为了获取被测定物体O的复数个x-y断层图像的计测深度(z座标)所使用的计测深度轮廓的构成，设置有宽频带光源41、半透镜42、电流镜44、波长滤波器45及1维光传感器数组47。另外，该计测深度轮廓还构成本发明所说的[计测深度信息]，详细情况将在后面进行说明。

宽频带光源41为输出与计测用的宽频带光源2不同的波长的光束(称作[辅助光束])的本发明的[辅助光源]。从宽频带光源41所输出的辅助光束的一部分(称作[辅助信号光])，由作为本发明的[辅助分割装置]发挥作用的半透镜42被反射而向电流镜44行进，而且，辅助光束的剩余的部分(称作[辅助参照光])透过半透镜42而朝向固定镜43。

电流镜44构成本发明所说的[扫描装置]，包括反射镜和驱动该反射镜并变更反射面的朝向的驱动部(参照图2)。而且，波长滤波器45具有使来自宽频带光源2的光束(因此信号光S)的波长透过，并将来自宽频带光源41的辅助光束(因此辅助信号光)的波长进行反射的特性。

藉此，由利用半透镜42的反射光所构成的辅助信号光，由电流镜44被反射，并由波长滤波器45再次被反射，而与信号光S一起照射被测定物体O。照射被测定物体O的辅助信号光与信号光S一起，在各种深度(z座标)的领域被反射而从被测定物体O射出，并由波长滤波器45而从信号光S被分离，且由电流镜44被反射而入射半透镜42。另外，波长滤波器45构成本发明所说的[合成分离装置]。

经由被测定物体O并入射半透镜42的辅助信号光，与固定镜43所反射的辅助参照光重叠而形成干涉光(称作[辅助干涉光])。半透镜42构成本发明的[辅助重叠装置]。

辅助干涉光由衍射光栅46而分离为各波长成分，并由1维光传感器数组47受光。构成1维光传感器数组406的各光传感器，将所检测的波长成分的光强度检测信号(称作[辅助检测信号])输出到信号处理部20。这里，衍射光栅46构成本发明的[波长成分分离装置]，且1维光传感器数组47构成本发明的[辅助检测装置]。

信号处理部20根据从1维光传感器数组47所输出的与各波长成分对应的辅助检测信号，求关于辅助干涉光的波长-光强度的关系，换言之为辅助干涉光的光强度分布(波长频谱)(参照图11(A))。

另外，信号处理部20藉由对所求取的辅助干涉光的波长频谱进行傅里叶转换，而求将被测定物体O的z座标(计测深度)作为变量的辅助干涉光的强度分布(参照图11(B))。该强度分布相当于前述计测深度轮廓(计测深度信息)。然后，参照该强度分布，求各x-y断层图像的计测深度。以上那种计测深度获取处理以MHz以上的速度即μsec以下的时间执行。

另外，在利用电流计44对辅助信号光进行扫描并计测的情况下，关于各x-y断层图像，使与复数个扫描位置对应的复数个辅助检测信号输入到信号处理部20。在这种情况下，信号处理部20根据该复数个辅助检测信号，计算该x-y断层图像的计测深度。

信号处理部20根据所获取的复数个x-y断层图像和关于各x-y断层图像所计算的计测深度，使复数个x-y断层图像进行排列，且对该排列的复数个x-y断层图像施行3维化处理(补充完成处理)等，形成被测定物体O的3维图像等，并在显示装置上进行显示。关于利用以上所说明的信号处理部20的处理的详细情况，将在后面进行说明。

另外，在本实施形态中，为了求取被测定物体O的x-y断层图像的计测深度而进行作用的本发明的[获取装置]的构成，包括宽频带光源41、半透镜42、固定镜43、电流镜44、波长滤波器45、衍射光栅46、1维光传感器数组47及信号处理部20。

而且，信号处理部20包括根据来自CCD21、22的检测信号而形成被测定物体O的x-y断层图像的本发明的[图像形成装置]，且包括根据所获取的计测深度而排列复数个x-y断层图像的本发明的[图像处理装置]。

(控制系统的构成)

下面，参照图2，对光图像计测装置1的控制系统的构成进行说明。光图像计测装置1的控制系统的构成包括：信号处理部20、CCD21，22、压电元件9A(及参照镜9)、宽频带光源41、电流镜44、1维光传感器数组47及显示装置60。

电流镜44如上述那样，具有在基于来自宽频带光源41的光束的干涉光的光路上所配置的反射镜44A、驱动该反射镜44A并变更该反射面的朝向的驱动部44B。

信号处理部20由前述那样的计算机构成，包括控制部50、图像形成部51、扫描控制部52、计测深度计算部53、信息存储部56、图像处理部57。

控制部50用于对利用信号处理部20的各种运算处理、图像处理和控制处理等进行控制，由CPU等构成。

(图像形成部)

图像形成部51构成本发明所说的[图像形成装置]，根据从CCD21、22所输出的检测信号，进行用于形成被测定物体O的x-y断层图像的处理。利用该图像形成部51的图像形成处理，藉由与习知技术相同的程序而实行。在图像形成部51，从CCD21、22依次输入与伴随参照镜9的移动的计测深度相对应的检测信号。图像形成部51对各检测信号执行图像形成处理，并依次形成x-y断层图像。这里，将x-y断层图像的计测张数设为N。利用图像形成部51而依次形成的N个x-y断层图像G1～GN，利用控制部50被存储在信息存储部56中。

(扫描控制部)

扫描控制部52向电流镜44的驱动部44B发送控制信号，并变更反射镜44A的朝向，将辅助信号光沿对信号光S的行进方向直交的方向进行扫描。图3所示为辅助信号光的扫描的一个例子。同图所示为在图1中从波长滤波器45侧观察被测定物体O时的状态。在同图中所示为以在被测定物体O上画圆的形态对辅助信号光进行扫描时的辅助信号光的轨迹。即，辅助信号光将例如垂直上方位置作为扫描的起点T1，并沿顺时针方向以一定间隔对T2、T3、T4、...、T(M-1)、TM进行扫描。此时，电流镜44的反射镜44A以其反射面的法线按设定速度进行旋转的形态被驱动，且宽频带光源41以在反射镜44A进行一旋转期间，将M次的辅助光束按一定间隔进行输出的形态被控制。藉此，从1维光传感器数组47，以设定间隔输出辅助干涉光的辅助检测信号。

另外，藉由在输出连续的辅助光束的宽频带光源的前面配置液晶遮光器等，并以一定间隔进行开关，也可使辅助光束断续地输出。而且，也可从宽频带光源41输出连续的辅助光束，并使辅助信号光连续地被扫描。

(计测深度计算部)

计测深度计算部53构成本发明所说的[计测深度计算装置]，根据从1维光传感器数组47所输出的辅助检测信号，进行计算各x-y断层图像G1～GN的计测深度的处理。

更详细地说，计测深度计算部53具有根据辅助检测信号求辅助干涉光的波长频谱的频谱获取部54、将该波长频谱进行傅里叶转换并求与计测深度对应的辅助干涉光的强度分布即计测深度轮廓(计测深度信息)的轮廓获取部55。该计测深度轮廓在应用例如图3所示的辅助信号光的扫描形态的情况下，关于各x-y断层图像G1～GN分别各制作M个。另外，频谱获取部54构成本发明所说的[波长频谱获取装置]，且轮廓获取部55构成本发明的[计测深度信息获取装置]。

另外，计测深度计算部53藉由对关于各x-y断层图像G1～GN的M个计测深度轮廓进行比较，并计算连续形成的x-y断层图像Gi、G(i+1)间的计测间隔，而求各x-y断层图像G1～GN的计测深度(i＝1～N-1)。所求取的计测深度利用控制部50，而作为计测深度计算结果P1～PN被存储于信息存储部56中。此时，各计测深度计算结果Pj与对应的x-y断层图像Gj建立关联并被存储(j＝1～N)。

利用该计测深度计算部53的处理，例如以下这样进行。这里，以Tk(i)表示计测第i张的x-y断层图像Gi(i＝1～N)的深度的辅助信号光的各扫描位置Tk(k＝1～M)。而且，图4所示为获取x-y断层图像G1～GN时的向Z方向的扫描形态的一个例子，并使连续的图像Gi、G(i+1)的计测间隔为d＝一定(假设被测定物体O为静止状态)。另外，图像的计测间隔由参照镜9向z方向的移动速度和利用宽频带光源2的光束的输出周期被设定。该假定的计测间隔d由控制部50把握，并发送到计测深度计算部53。另外，也可取代使参照镜9连续地移动，而阶段性地使参照镜9移动并依次进行各图像Gi的计测。

而且，当进行图4所示的第i张的x-y断层图像Gi的计测时，扫描控制部52控制电流镜44，并对辅助信号光在图3所示的扫描位置T1～TM进行扫描。基于由各扫描位置Tk(k＝1～M)的各种深度区域所反射的辅助信号光的辅助干涉光，利用衍射光栅46而使波长成分分离为λ1～λn，并由1维光传感器数组47进行检测。计测深度计算部53的频谱获取部54，根据来自1维光传感器数组47的辅助检测信号，求取图11(A)所示那样的波长频谱。

接着，频谱获取部55将该波长频谱进行傅里叶转换，取得图5(A)所示那样的计测深度轮廓。另外，在本实施形态的光图像计测装置1中，在假设被测定物体O静止的情况下，各扫描位置的计测深度轮廓不依据图像Gi而总是相同。

图5(B)所示为在图像G(i+1)的计测时，被测定物体O进行移动的情况下所取得的计测深度轮廓的形态。图5(B)所示的计测深度轮廓是与图5(A)所示的轮廓相同的波形沿计测深度方向进行位移的。这里，关于各计测位置Tk，将图像Gi和图像G(i+1)的轮廓的位移量以Δdk(i+1)表示(i＝1～N-1)。另外，当被测定物体O在图像Gi、G(i+1)的计测间静止时，Δdk(i+1)＝0，如沿+z方向进行移动，则Δdk(i+1)＞0，如沿-z方向进行移动，则Δdk(i+1)＜0。

计测深度计算部53对连续进行计测的各图像Gi、G(i+1)的计测深度轮廓进行比较，并计算其位移量Δdk(i+1)。该计算处理藉由例如对各轮廓进行图案辨识或使其平行移动而进行。而且，也可计算各轮廓的例如峰值向计测深度方向的位移量。

另外，计测深度计算部53利用该位移量dk(i+1)，将图像Gi、G(i+1)的计测间隔d(如前述那样假设为一定值)进行变更(修正)。即，在位移量Δdk(i+1)＝0的情况下，使图像Gi和图像G(i+1)的[实际的]计测间隔为d，而在位移量dk(i+1)≠0的情况下，设[实际的]计测间隔为d-Δdk(i+1)。所求取的实际计测间隔与图像G(i+1)建立关联，并作为计测深度计算结果P(i+1)在信息存储部56中进行存储。藉此，关于各图像G(i+1)，计算基于与扫描位置T1～TM对应的Δd1(i+1)～ΔdM(i+1)的M个计测间隔，并作为计测深度计算结果P(i+1)进行存储。

另外，藉由将例如第1张的图像G1的计测深度作为基准(z＝z1＝0)，且根据第2张的图像G2的位移量Δdk(2)计算图像G2的z座标z2，并同样地计算第i张的图像Gi的z座标zi，也可求各图像G1～GN的计测深度(z座标)z1～zN，并与各图像G1～GN建立关联，作为计测深度计算结果P1～PN进行存储。

而且，也可计算关于各扫描位置T1～TM所得到的位移量Δd1(i+1)～ΔdM(i+1)的平均值Δd(i+1)，并利用该平均值Δd(i+1)求图像Gi、G(i+1)的计测间隔。

(信息存储部)

信息存储部56由图像存储器和硬盘驱动器等存储装置构成。藉由对信息存储部56所存储的信息分配目录，并使目录彼此建立关联，可使存储信息建立关联。特别是使x-y断层图像Gi和计测深度计算结果Pi，象这样彼此建立关联并进行存储(i＝1～N)。另外，对信息存储部56的存储处理及关联处理，由控制部50执行。

(图像处理部)

图像处理部构成本发明所说的[图像处理装置]，根据计测深度计算部53所求取的x-y断层图像G1～GN的各个计测深度计算结果P1～PN，进行使图像G1～GN沿计测深度方向(z方向)排列的处理。另外，图像处理部57藉由对计测深度方向上所排列的图像G1～GN施行图像处理(3维化处理等的补完处理等)，而进行形成被测定物体O的3维图像、计测深度方向的断层图像(x-z断层图像、y-z断层图像)或与x，y，z轴斜交方向的断层图像的处理。

更具体地说，图像处理部57从信息存储部56读出x-y断层图像G1～GN，且参照计测深度计算结果P1～PN中所包含的图像Gi和图像G(i+1)(i＝1～N-1)间的计测间隔Δd1(i+1)～ΔdM(i+1)，使图像G1～GN沿z方向进行排列。另外，当作为计测深度计算结果Pi(i＝1～N)而存储各图像Gi的z座标zi时，将各x-y断层图像Gi在z座标zi上进行配置。另外，图像处理部57关于依据计测间隔或z座标所排列的x-y断层图像G1～GN，藉由对连续的图像Gi、G(i+1)间的图像进行补充完成处理，而形成被测定物体O的3维图像。

而且，在形成被测定物体O的(位于任意的y座标y0)x-z断层图像的情况下，图像处理部57使各x-z断层图像Gi(i＝1～N)的y＝Y0的部分图像，参照计测深度计算结果Pi而沿z方向进行排列，且施行补充完成处理，形成x-z断层图像。形成被测定物体O的(位于任意的x座标x0)的y-z断层图像的情况也是同样的。

而且，在形成与x、y、z轴斜交的方向上的被测定物体O的断层图像的情况下，可藉由例如只抽出与该斜交面(断层图)交差的3维图像的部分而图像化。另外，在形成x-z断层图像和y-z断层图像的情况下，也可同样地形成3维图像的限幅图像。

利用图像处理部57所形成的3维图像等，由控制部50而在显示装置60上进行显示。而且，也可将所形成的3维图像等在信息存储部56等中进行存储。

(测定形态)

接着，对利用本实施形态的光图像计测装置1所执行的干涉光L的信号强度和相位的空间分布的测定形态，即外差信号的信号强度和其相位信息的测定形态进行说明。以下所详细说明的信号处理，利用图1所示的信号处理部20而执行。

本实施形态的光图像计测装置1的特征在于：藉由形成偏光特性不同的信号光S和参照光R，并将它们的干涉光L作为外差信号进行检测，而得到被测定物体O的表面图像和断层图像。

(测定原理)

首先，对利用光图像计测装置1的测定形态的基本原理进行说明。从宽频带光源2所输出的光束，由偏光板3而转换为对上述x轴形成45°的角度方向的直线偏光，并利用透镜4、5扩大波束径，且形成平行光束而入射半透镜6，并被二分为信号光S和参照光R。

信号光S入射由散射媒质构成的被测定物体O，并由其表面和各种深度的断层面被反射。来自被测定物体O的反射光波的一部分，由半透镜6被反射，并传送到成像用透镜群10。

另一方面，参照光R通过波长板7向参照镜9被传送。此时，参照镜9利用压电元件9A而沿参照光R的光路方向被驱动(z-扫描)。而且，参照光R由频率位移器8而接受设定量的频率位移。来自参照镜9的反射光波接受伴随参照镜9的z-扫描的多谱勒频率位移，还有利用频率位移器8的频率位移，并通过波长板7。这里，参照光R的偏光特性为角度45°的直线偏光，波长板7为1/8波长板，所以2次通过波长板7的参照光R的偏光特性可被转换为圆偏光。形成圆偏光的参照光R的一部分透过半透镜6，而被传送到成像用透镜群10。

此时，半透镜6将由被测定物体O所反射的直线偏光的信号光S，和频率进行位移并转换为圆偏光的参照光R进行重叠而生成干涉光L，并使该干涉光L被传送到成像用透镜群10。干涉光L经由成像用透镜群10，被传送到偏光分光器11。

偏光分光器11起到将干涉光L的S偏光成分L1进行反射，并透过P偏光成分L2的作用。干涉光1的S偏光成分L1由CCD21被检测，P偏光成分L2由CCD22被检测。这里，干涉光L的S偏光成分L1包括信号光S的S偏光成分Ess、参照光R的S偏光成分Ers，且干涉光L的P偏光成分L2包括信号光S的P偏光成分Esp、参照光R的P偏光成分Erp。信号光S的S偏光成分Ess及P偏光成分Esp、参照光R的S偏光成分Ers及P偏光成分Erp，如下式所示。

[数2]

$\mathrm{Ess}=\sqrt{I_{\mathrm{ss}}}\sin (2\mathrm{\πft}+\mathrm{\φ})---\left(2\right)$

$\mathrm{Esp}=\sqrt{I_{\mathrm{rp}}}\sin (2\mathrm{\πft}+\mathrm{\φ})---\left(3\right)$

$\mathrm{Ers}=\sqrt{I_{\mathrm{rs}}}\sin [2\mathrm{\π}(f+f_D)t+{\mathrm{\φ}}^{\′}]---\left(4\right)$

这里，分别以f表示从宽频带光源2所输出的光束的频率，f_D表示频率位移，φ表示信号光S的初期相位，φ’表示参照光R的初期相位。另外，将信号光S和参照光R的初期相位的差表示为Δφ(＝φ-φ’)。参照[数2]所示的式(2)～(5)，干涉光的S偏光成分L1和P偏光成分L2利用CCD21、22，分别作为下式那样的外差信号i₁、i₂被检测。

[数3]

$i_1\∝{|E_{\mathrm{ss}}+E_{\mathrm{rs}}|}^2\∝I_{\mathrm{rs}}+I_{\mathrm{ss}}+2\sqrt{I_{\mathrm{rs}}{I}_{\mathrm{ss}}}\cos (2\mathrm{\π}{f}_{D}t+\mathrm{\Δ\Φ})---\left(6\right)$

$i_2\∝{|E_{\mathrm{sp}}+E_{\mathrm{rp}}|}^2\∝I_{\mathrm{rp}}+I_{\mathrm{sp}}+2\sqrt{I_{\mathrm{rp}}{I}_{\mathrm{sp}}}\sin (2\mathrm{\π}{f}_{D}t+\mathrm{\Δ\Φ})---\left(7\right)$

比较式(6)、(7)可知，因为各式的第3项的交流信号为同相位的cos函数和sin函数，所以具有90°的相位差。本发明藉由利用该特征且将周期性强度调制的光束作为测定光使用，可实现不利用基于遮光器的抽样处理的光外差检测，并藉此对干涉光L的信号强度及相位的空间分布进行测定。在习知的光图像计测技术中，藉由将单一的干涉光以相位不同的复数个函数进行抽样，可对其cos成分和sin成分进行检测，但本发明的特征在于：采用将参照光R和信号光S的偏光特性进行转换而生成相位不同的复数个(在这里为2个)干涉光，并对它们分别进行检测的构成。下面，对本发明中的测定原理进行说明。

在本实施形态中，利用光源31、分光器32、反射镜33、光电探测器(PD)34及脉冲驱动器35，从宽频带光源2输出被周期性强度调制的光束。

从光源31所输出的激光光，由分光器32被分割为参照镜9方向的光路(反射光)和固定镜33方向的光路(透过光)。参照光9方向的光路的激光光，可经由频率位移器8和参照镜9，并接受因它们所产生的频率位移且再次入射分光器32。另一方面，固定镜33方向的光路的激光光，作为由固定镜33所产生的反射光(不使频率进行位移)而再次入射分光器32。经由两光路的激光光利用分光器33被重叠而形成干涉光，且由光电探测器34进行检测。

由光电探测器34被检测的干涉光，与参照光R同样地，接受频率位移器8所形成的频率位移和参照镜9所形成的多谱勒频率位移，所以与参照光R接受(大致)同量的频率位移。因此，该干涉光具有与信号光S和参照光R所形成的干涉光L(大致)相同的拍率。

光电探测器34将与所检测的干涉光相对应的电气信号输出到脉冲驱动器35。该电气信号与式(1)所示的外差信号同样地具有直流成分和交流成分，且其交流成分的频率如上面所说明的，与干涉光L的拍率大致相同。脉冲驱动器35接受来自光电探测器34的电气信号，并将与其具有相同频率的脉冲信号输出到宽频带光源2。宽频带光源2由来自脉冲驱动器35的脉冲信号被驱动，输出与该脉冲信号大致相同频率的脉冲状的光束。

这样，在本实施形态中，可对被付与参照光R的频率位移的位移量进行监视，并利用与该位移量(大致)相等的频率的脉冲状的光束，进行被测定物体O的测定。来自宽频带光源2的光束如上所述，作为例如50％duty的矩形列的脉冲光被输出。另外，该光束的duty比并不限定于50％，且其脉冲形状也可为矩形列以外的形状(例如三角形列或梯形列等)。而且，也可取代转换输出强度0和100所得到的脉冲光，而应用例如将输出强度在50和100间进行调制所得到的光束。即，这里重要的并不是光束的强度调制的程度，而是进行控制，以使该强度调制的频率与干涉光L的拍率大致相等。

下面，参照图6所示的标绘图，对本实施形态的光图像计测装置1的干涉光L的检测形态进行说明。以下，将从宽频带光源2所输出的光束的强度调制频率设为f_m。而且，如前面所说明的，f_D表示被付与参照光R的频率位移(干涉光L的拍率)，光束的调制频率f_m形成与频率位移f_D相等或与其接近的值。

图6(A)所示为由频率f_m进行强度调制并从宽频带光源2所输出的光束的时间波形。图6(B)所示为光束为连续光，因此使参照光R和信号光S都为连续光的情况下的干涉光L的S偏光成分L1(拍率f_D)的时间波形。图6(C)所示为参照光R和信号光S都为连续光的情况下的干涉光L的P偏光成分L2的时间波形。因此，图6(B)、(C)所示的S偏光成分L1和P偏光成分L2的相位差为90°

而且，图6(D)所示为来自宽频带光源2的光束如图6(A)那样进行强度调制的情况下的干涉光L的S偏光成分L1的时间波形(与图6(B)对应)。图6(E)所示为来自宽频带光源2的光束如图6(A)那样进行强度调制的情况下的干涉光L的P偏光成分L2的时间波形(与图6(C)对应)。图6(D)、(E)所示的S偏光成分L1和P偏光成分L2具有90°的相位差。

CCD21检测图6(D)所示的时间波形的S偏光成分L1。来自宽频带光源2的光束为频率f_m、50％duty的矩形列的光脉冲，且当其调制频率f_m和干涉光L的拍率f_D的差δf＝|f_m-f_D|，与作为积蓄型光传感器的CCD21的响应频率相比足够小时，从CCD21所输出的S偏光成分L1的检测信号与检测时间内所积蓄的光电荷量成比例，如下式那样得到。(参照例如M.Akiba.K.P.Chan，N.Tanno.Japanese Journal of Applied Physics，Vol.39，L1194(2000))。

[数4]

$S_1\left(t\right)=<K_{1}m\left(t\right)i_1\left(t\right)>$

$=K_1[\frac{1}{2}{I}_{\mathrm{ss}}+\frac{1}{2}{I}_{\mathrm{rs}}+\frac{2}{\mathrm{\&pi;}}\sqrt{I_{\mathrm{ss}}{I}_{\mathrm{rs}}}\cos (2\mathrm{\&pi;\&delta;ft}+\mathrm{\&beta;})]---\left(8\right)$

这里，<.>表示基于CCD21的积蓄效果的时间平均，K₁表示包含偏光分光器11的反射率和CCD21的光电转换率的光检测效率，m(t)表示对宽频带光源2的输出进行强度调制的函数(表示矩形脉冲的函数)，而且β表示测定中的初期相位值。如式(8)可知，在CCD21所输出的检测信号中，除了关于信号光S和参照光R的强度的项(背景光成分)以外，还包括关于干涉光L的S偏光成分L1的振幅

及相位2πδft+β的项。

同样，CCD22检测图2(E)所示的时间波形的P偏光成分L2，并输出下式那样的检测信号。

[数5]

$S_2\left(t\right)=K_2[\frac{1}{2}{I}_{\mathrm{sp}}+\frac{1}{2}{I}_{\mathrm{rp}}+\frac{2}{\mathrm{\&pi;}}\sqrt{I_{\mathrm{sp}}{I}_{\mathrm{rp}}}\sin (2\mathrm{\&pi;\&delta;ft}+\mathrm{\&beta;})]---\left(9\right)$

这里，K₂表示包含偏光分光器11的反射率和CCD22的光电转换率的光检测效率。

下面，对根据从CCD21、22所分别输出的检测信号(8)、(9)的干涉光L的信号强度的计算处理进行说明。

由于参照光R由波长板7被转换为圆偏光，所以可认为其S偏光成分Ers的强度I_rs和P偏光成分Erp的强度I_rp相等(表示为I_rs＝I_rp＝I_r)。

另一方面，关于信号光S，因为来自被测定物体O的反射光被认为并不显著依存于入射光的偏光特性，所以可认为其S偏光成分Ess的强度I_ss和P偏光成分Esp的强度I_sp大致相等或为接近值(表示为I_ss＝I_sp＝I_s)。而且，因为信号光S由被测定物体O被散射、吸收，所以其强度在通常情况下可认为较参照光R足够小(I_s＜＜I_r)。

而且，式(8)及式(9)的右边的第1项和第2项表示背景光的强度，其值可在事前或另外的进行测定。例如，藉由利用宽频带光源2输出由连续光形成的光束，并利用CCD21等进行检测，且将其只积分1波长量(或其整数倍)并取消第3项(交流成分；相位直交成分)，可取得背景光的强度(背景光成分)。

藉由从来自各CCD21、22的检测信号的强度除去所取得的背景光成分，而计算各检测信号的相位直交成分，即干涉光L的S偏光成分L1及P偏光成分L2的相位直交成分S₁’(t)、S₂’(t)(参照下式)。

[数6]

${S^{\&prime;}}_1\left(t\right)=K_1\frac{2}{\mathrm{\&pi;}}\sqrt{I_s{I}_r}\cos (2\mathrm{\&pi;\&delta;ft}+\mathrm{\&beta;})---\left(10\right)$

${S^{\&prime;}}_2\left(t\right)=K_2\frac{2}{\mathrm{\&pi;}}\sqrt{I_s{I}_r}\sin (2\mathrm{\&pi;\&delta;ft}+\mathrm{\&beta;})---\left(11\right)$

如利用这些式(10)、(11)，干涉光L的S偏光成分L1及P偏光成分L2的振幅如下式所示。

[数7]

$\sqrt{I_s{I}_r}\&Proportional;\sqrt{S_1^{12}+S_2^{12}}---\left(12\right)$

另外，本实施形态的光图像计测装置1如下面那样，将干涉光L的相位的空间分布图像化。

在某测定时间t＝t₁，当干涉光L的S偏光成分L1的相位直交成分S₁’(t1)由CCD21被检测，P偏光成分L2的相位直交成分S₂’(t1)由CCD22被检测时，取这两相位直交成分的比，得到以下那样的信号。

[数8]

$S_3=\frac{{S^{\&prime;}}_2\left(t_1\right)}{{S^{\&prime;}}_1\left(t_1\right)}=\tan (2\mathrm{\&pi;\&delta;f}{t}_1+\mathrm{\&beta;})---\left(13\right)$

可知该式(13)所示的信号S₃，不依存于干涉光L的振幅，而只由相位信息构成。在本实施形态中，由于利用具有复数个像素呈2维排列的受光面的CCD21、22，对S偏光成分L1和P偏光成分L2进行检测，所以在各像素所检测的信号的相位β(x、y、t₁)，如下式那样进行表示(在这里，(x、y)表示在各像素的受光面上的座标)。

[数9]

$\mathrm{\&beta;}(x,y,t_1)={\tan }^{-1}\left[\frac{{S^{\&prime;}}_2(x,y,t_1)}{{S^{\&prime;}}_1(x,y,t_1)}\right]-2\mathrm{\&pi;\&delta;f}{t}_1---\left(14\right)$

该式(14)的第2项为具有0或大致为0的频率

的交流信

号在测定时间t₁的瞬时相位值，所以可认为与CCD21、22的像素的位置即座标x、y无关而为均匀值。因此，如以在例如位于CCD21、22的受光面上的某一特定点(x＝x₁，y＝y₁)上的像素所检测的相位Φ(x、y、t1)作为基准，求在各像素所检测的检测信号的相位差，则可使外差信号的相位差的空间分布，即干涉光L的相位差的空间分布图像化。

另一方面，也可由干涉光L的相位信息取得其频率信息。如使在2个测定时间t＝t₁及t＝t₂的干涉光L的S偏光成分L1及P偏光成分L2的相位分别为β(x、y、t₁)及β(x、y、t₂)，则干涉光L的拍率f_D与来自宽频带光源2的光束的调制频率f_m的差δf，如下式所示。

[数10]

$\mathrm{\&delta;f}=\frac{1}{2\mathrm{\&pi;}}\left|\frac{\mathrm{\&beta;}(x,y,t_1)-\mathrm{\&beta;}(x,y,t_2)}{t_1-t_2}\right|---\left(15\right)$

在这里，由于光束的调制频率f_m为已知，所以由式(10)和式(11)可计算外差频率即干涉光L的拍率f_D。该外差频率的测定方法在例如利用外差干涉法的多谱勒速度计测中是有效的。

(作用效果)

本实施形态的光图像计测装置1使利用以上那样的原理所取得的被测定物体O的复数个x-y断层图像沿z方向(计测深度方向)进行排列，且对该排列的复数个x-y断层图像施行图像处理，形成被测定物体O的3维图像等。这里，复数个x-y断层图像根据对每个图像所计算的计测间隔(或z座标)进行排列。因此，即使在计测中被测定物体O进行动作或移动，也可良好地变更(修正)各x-y断层图像的计测深度，所以能够形成高精度的3维图像等。

而且，藉由对辅助信号光进行扫描，可获取各x-y断层图像的复数个位置上的计测深度，所以即使在被测定物体O进行旋转运动这样的情况下，也可使x-y断层图像沿抵消因其旋转运动所造成的位移的方向旋转而进行修正。例如，藉由对图3中的扫描位置T1和扫描位置T(M/2+1)(使M为偶数)这种，处于对向位置的一对扫描位置的计测深度轮廓的位移进行比较，可求取被测定物体O的旋转方向，并可沿抵消该求取的旋转方向的方向使x-y断层图像旋转而进行修正。而且，也可藉由对在x、y、z的各方向上对向的扫描位置分别进行比较，并求向x方向的旋转量、向y方向的旋转量、向z方向的旋转量，且将它们进行合成，而求被测定物体O的3维旋转。如进行这种处理，可以更高的精度形成被测定物体O的3维图像等。

另外，辅助信号光的扫描可在任意的轨迹上进行。而且，作为关于本发明的光图像计测装置，没有必要扫描辅助信号光，关于各x-y断层图像只测定1点就足够了。

[变形例]

上述实施形态采用利用电流镜对辅助信号光进行扫描的构成，但本发明的扫描装置并不限定于电流镜，可采用能够对辅助信号光恰当地进行扫描的任意的构成。

而且，作为将辅助信号光合成为信号光，并将辅助信号光从信号光进行分离的本发明的合成分离装置，使用波长滤波器，但可使用分光器等作为替代。

另外，作为检测辅助干涉光的本发明的辅助检测装置，使用1维光传感器数组，但也可使用CCD等2维光传感器数组等作为替代。但是，考虑所形成的3维图像等的精度，为了取得更多个扫描位置的计测深度，认为最好利用读出速度快的1维光传感器数组。

而且，在上述的构成中，作为用于对参照光R付以频率位移的构成，考虑频率位移器8、参照镜9及压电元件9A这两者，但也可只具有它们中的一个。即，即使采用形成不具有频率位移器8的光图像计测装置，并只利用参照镜9的z-扫描而对参照光R付以频率位移的构成，也可实行同样的测定。而且，在利用频率位移器8的情况下，也可设置在信号光S的光路上。这是因为，在关于本发明的图像计测中，使重叠时的信号光S的频率和参照光R的频率相对地进行位移就足够了。

而且，在上述构成中，是将来自宽频带光源2的光束首先形成直线偏光，然后再分割为信号光S和参照光R，但也可在光束的分割后将信号光S和参照光R分别转换为直线偏光。但是，在这种情况下，需要在信号光S和参照光R双方的光路上设置偏光板，形成较上述构成多少有些复杂的构成，所以在实用上认为以上述构成较为适当。

而且，在上述构成中，是使参照光R的偏光特性转换为圆偏光，但也可使信号光S转换为圆偏光，并与保持直线偏光的参照光进行重叠。但是，如上所述，由于信号光S的由被测定物体O所形成的反射光，与参照光相比较为微弱，所以如在信号光S的光路上设置波长板，则在通过它们时信号光S会变弱。象这样含有被测定物体O的信息的信号光S的强度减弱，有可能对测定的灵敏度带来不良影响。因此，可以说象上述构成那样将参照光R的偏光特性进行转换的较为有利。另外，关于频率位移器的配置是同样的。

而且，在上述构成中，设置对参照光的频率的位移量进行监视的光源31、分光器32、反射镜33及光电探测器34，并将其监视结果反馈到光束的强度调制中，但在例如对付与参照光R的频率位移量进行设定等时，也也可设置自发地生成与该位移量(大致)相等频率的脉冲信号的脉冲驱动器35，并控制光束的强度调制。

而且，也可藉由取代利用脉冲驱动器35的宽频带光源2的脉冲驱动，而设置发出连续的光束(连续光)的宽频带光源2、将该连续的光束周期性的进行遮蔽的遮光器，从而使光束的强度周期性的进行调制。

(第2实施形态)

对关于本发明的光图像计测装置的第2实施形态进行说明。第1实施形态为了取得x-y断层图像的计测深度，而形成一种具有与图像计测用的光源(宽频带光源2)不同的光源(宽频带光源41)的构成，但本实施形态具有藉由对基于图像计测用的光源的干涉光的一部分进行检测，而求取x-y断层图像的计测深度的构成。

图7所示为本实施形态的光图像计测装置的构成的一个例子。同图所示的光图像计测装置100与第1实施形态的光图像计测装置1具有大致相同的构成。在图7中，与图1相同的构成要素以相同的符号表示。

本实施形态的光图像计测装置100具有在利用半透镜6所生成的干涉光L的光路上倾斜设置，并将该干涉光的一部分进行分离的分光器71。该分光器71构成本发明所说的[干涉光分离装置]。

由分光器72所分离的干涉光L的一部分，利用在其光路上倾斜设置的衍射光栅72(波长成分分离装置)而被分离为复数个波长成分，并利用1维光传感器数组73(辅助检测装置)进行检测。1维光传感器数组73将该检测信号(辅助检测信号)输出到信号处理部20。

信号处理部20具有与第1实施形态相同的构成(参照图2)，并由计测深度计算部53计算根据来自CCD21、22的检测信号所形成的各x-y断层图像的计测深度，且利用图像处理部57使x-y断层图像根据计测深度而在z方向(计测深度方向)上进行排列。另外，信号处理部20藉由对该排列的复数个x-y断层图像施行图像处理，而形成被测定物体O的3维图像等，并在显示装置上进行显示。在本实施形态中，本发明的[获取装置]由分光器71、衍射光栅72、1维光传感器数组73及信号处理部20(计测深度计算部53)构成。

另外，在本实施形态中，计测深度轮廓的位移是加上了参照光R的光路长的变化，所以从计测深度轮廓的位移减去参照光R的光路长的变化量的值，形成被测定物体O的位移量。另外，由图2所示的控制系统的构成可知，利用压电元件9A的参照光R的光路长的变化，由控制部50进行控制，所以该光路长的变化量可由控制部50把握。计测深度计算部53(计测深度计算装置)由控制部50接受该变化量的信息，计算x-y断层图像的计测深度。

如利用本实施形态的光图像计测装置100，则与第1实施形态同样，即使在计测中被测定物体O进行动作或移动，也可良好地变更(修正)各x-y断层图像的计测深度，所以能够形成高精度的3维图像等。

(另外的变形例)

以上所详细说明的构成，只不过是用于实施关于本发明的光图像检测装置的构成的一个例子。因此，在本发明的要旨范围内可施以各种变形。

例如，在上述各实施形态的构成中，采用一种同时实行用于取得断层图像的计测和用于取得断层图像的计测深度的计测，并将各个计测的结果作为对数据(图2所示的x-y断层图像G1～GN和计测深度计算结果P1～PN)进行存储的构成，但本发明并不限定于此，也可采用以不同的时序进行各个计测的构成。而且，也可采用在断层图像的计测中对该计测深度进行复数次计测，并根据该复数次的计测结果推定被测定物体的动作而进行修正的构成。

而且，上述实施形态的光图像计测装置包括获取用于计算断层图像的计测深度的信息(辅助检测信号)的构成、由该获取的信息计算计测深度的构成这两种构成，但也可将这些构成分别设置。例如，作为第1、2实施形态的光图像计测装置1、100的变形例，可采用不具有信号处理部20的构成。此时，信号处理部20由与该变形例的光图像计测装置分别设置的计算机装置等构成，且光图像计测装置对该外部的计算机装置等输出辅助检测信号。在采用该变形例的情况下，本发明所说的[获取装置]在关于第1实施形态的该变形例中，由宽频带光源41、半透镜42、固定镜43、电流镜44、波长滤波器45、衍射光栅46及1维光传感器数组47构成，而在关于第2实施形态的该变形例中，由分光器71、衍射光栅72及1维光传感器数组73构成。这是因为，利用该变形例的获取装置所得到的辅助检测信号包含反映断层图像的计测深度的信息，而且计测深度可根据该辅助检测信号得到，所以使辅助检测信号自身被视作计测深度。而且，在采用该变形例的构成的情况下，没有必要具备本发明所说的[图像形成装置]，可采用一种例如将来自检测装置的检测信号输出到外部的计算机装置等，且利用该计算机等执行复数个断层图像的排列处理的构成。

而且，在图1和图7所示的构成中，如采用藉由在信号光S的光路上即半透镜6和被测定物体O之间设置波长板(1/2波长板)，而对因经由被测定物体O时的相位的变化所造成的信号光S的偏光方向的倾斜进行修正的构成，则可谋求计测精度的进一步提高。

关于本发明的光图像计测装置的检测装置，并不限定于前述的CCD21、22、23，也可为例如具有积算电路的线路传感器等，具备对干涉光进行检测并进行光电转换的机能和将所检测的电荷进行积蓄的机能这两项机能的检测装置，而且既可为1维的传感器也可为2维的传感器。

在以上的实施形态中，是对具有麦克逊型(Michelson)的干涉仪的光图像计测装置进行了说明，但当然也可采用例如马赫-曾德型(Mach-Zehuder)等其它的干涉仪(例如，参照本发明者们所提供的日本专利第3245135号)。

而且，在本发明者们所提出的上述专利文献1(日本专利早期公开的特开2001-330558号公报)中记述的，利用遮光器对干涉光进行抽样的构成的光图像计测装置中，当然也可应用本发明的构成。在这种情况下，可追加设置例如图1所示的那种宽频带光源41～1维光传感器数组47所构成的光学系统，且应于图2所示的那种控制系统。另外，本发明的特征构成是，可应用于满足权利要求的范围所记述的本发明的构成要素的所有类型的光图像计测装置

而且，藉由在干涉仪的一部分上设置光纤(束)而作为导光构件使用，可提高装置设计上的自由度，或谋求装置的简洁化(compact)，或提高被测定物体的配置自由度(例如，参照上述的日本专利第3245135号)。

如将本发明的光图像计测装置应用在例如眼科的领域上，则除了上述眼底的血流状态的测定以外，还可得到网膜或角膜的2维轮廓像等。藉此，可对例如角膜的内皮细胞数目等进行测定。另外，当然还可进行其它的各种应用。

关于本发明的光图像计测方法，可利用例如以上所详细说明的本发明的光图像计测装置而进行实施。

Claims (71)

1.一种光图像计测装置，包括：分割装置，将从低相干光源所输出的光束分割为朝向被测定物体的信号光和朝向参照物体的参照光；频率位移装置，使前述信号光的频率和前述参照光的频率相对地进行位移；变更装置，变更前述参照光的光路长；重叠装置，使经由前述被测定物体的前述信号光和经由前述参照物体的前述参照光进行重叠，生成对应前述频率的相对位移量的拍率的干涉光；检测装置，接受前述生成的干涉光并输出检测信号；图像形成装置，根据前述输出的检测信号，形成与前述信号光的行进方向直交的前述被测定物体的断层图像；

其特征在于：具有获取装置，从经由前述被测定物体的光生成辅助干涉光，并基于前述辅助干涉光，求取沿前述信号光行进方向上的前述形成的前述被测定物体的前述断层图像的计测深度，前述获取装置包括：

波长成分分离装置，从前述生成的前述辅助干涉光分离复数个波长成分；

辅助检测装置，接受前述分离的前述复数个波长成分，并输出辅助检测信号；

计测深度计算装置，根据前述检测的前述辅助检测信号，计算前述断层图像的前述计测深度。

2.根据权利要求1所述的光图像计测装置，其特征在于：还具有图像处理装置，将由前述变更装置而使前述参照光的光路长变更所得到的复数个前述断层图像，根据前述获取装置所求取的前述复数个断层图像的各个前述计测深度，沿前述计测深度方向进行排列。

3.根据权利要求2所述的光图像计测装置，其特征在于：

前述获取装置包括

辅助光源，输出低相干的辅助光束；

辅助分割装置，将前述输出的辅助光束，分割为经由前述被测定物体的辅助信号光和经由固定配置的辅助参照物体的辅助参照光；

辅助重叠装置，使经由前述被测定物体的前述辅助信号光和经由前述辅助参照物体的前述辅助参照光进行重叠而生成前述辅助干涉光。

4.根据权利要求1所述的光图像计测装置，其特征在于：

前述获取装置包括

辅助光源，输出低相干的辅助光束；

辅助分割装置，将前述输出的辅助光束，分割为经由前述被测定物体的辅助信号光和经由固定配置的辅助参照物体的辅助参照光；

辅助重叠装置，使经由前述被测定物体的前述辅助信号光和经由前述辅助参照物体的前述辅助参照光进行重叠而生成前述辅助干涉光。

5.根据权利要求4所述的光图像计测装置，其特征在于：

前述获取装置还包括合成分离装置，将由前述辅助分离装置所分割的前述辅助信号光与前述信号光进行合成，并入射前述被测定物体，且将经由了前述被测定物体的前述辅助信号光从前述信号光进行分离并导向前述辅助重叠装置。

6.根据权利要求2所述的光图像计测装置，其特征在于：

前述获取装置还包括合成分离装置，将由前述辅助分离装置所分割的前述辅助信号光与前述信号光进行合成，并入射前述被测定物体，且将经由了前述被测定物体的前述辅助信号光从前述信号光进行分离并导向前述辅助重叠装置。

7.根据权利要求5所述的光图像计测装置，其特征在于：

前述获取装置还包括

将利用前述合成分离装置而与前述信号光进行合成的前述辅助信号光，沿对前述信号光的行进方向直交的方向进行扫描的扫描装置；

前述计测深度计算装置根据基于利用前述扫描装置的前述辅助信号光的扫描而由前述辅助检测装置所输出的复数个前述辅助检测信号，计算前述计测深度。

8.根据权利要求6所述的光图像计测装置，其特征在于：

前述获取装置还包括

将利用前述合成分离装置而与前述信号光进行合成的前述辅助信号光，沿对前述信号光的行进方向直交的方向进行扫描的扫描装置；

前述计测深度计算装置根据基于利用前述扫描装置的前述辅助信号光的扫描而由前述辅助检测装置所输出的复数个前述辅助检测信号，计算前述计测深度。

9.根据权利要求7所述的光图像计测装置，其特征在于：

前述扫描装置在每次利用前述变更装置变更前述参照光的光路长时，对前述辅助信号光在复数个位置进行扫描；

前述计测深度计算装置根据基于在前述复数个位置分别被扫描的前述辅助信号光的前述辅助检测信号，计算与前述复数个位置分别对应的复数个前述计测深度，并根据前述计算的前述复数个计测深度，计算前述断层图像的前述计测深度。

10.根据权利要求8所述的光图像计测装置，其特征在于：

前述扫描装置在每次利用前述变更装置变更前述参照光的光路长时，对前述辅助信号光在复数个位置进行扫描；

前述计测深度计算装置根据基于在前述复数个位置分别被扫描的前述辅助信号光的前述辅助检测信号，计算与前述复数个位置分别对应的复数个前述计测深度，并根据前述计算的前述复数个计测深度，计算前述断层图像的前述计测深度。

11.根据权利要求7所述的光图像计测装置，其特征在于：前述扫描装置为一种包括将前述辅助信号光进行反射的反射镜和将前述反射镜的反射面朝向进行变更的驱动部的电流镜。

12.根据权利要求9所述的光图像计测装置，其特征在于：前述扫描装置为一种包括将前述辅助信号光进行反射的反射镜和将前述反射镜的反射面朝向进行变更的驱动部的电流镜。

13.根据权利要求8所述的光图像计测装置，其特征在于：前述扫描装置为一种包括将前述辅助信号光进行反射的反射镜和将前述反射镜的反射面朝向进行变更的驱动部的电流镜。

14.根据权利要求10所述的光图像计测装置，其特征在于：前述扫描装置为一种包括将前述辅助信号光进行反射的反射镜和将前述反射镜的反射面朝向进行变更的驱动部的电流镜。

15.根据权利要求14所述的光图像计测装置，其特征在于：前述合成分离装置为一种在前述信号光的光路上倾斜设置的波长滤波器或分光器。

16.根据权利要求12所述的光图像计测装置，其特征在于：前述合成分离装置为一种在前述信号光的光路上倾斜设置的波长滤波器或分光器。

17.根据权利要求1所述的光图像计测装置，其特征在于：

前述获取装置包括

将前述重叠装置所生成的前述干涉光的一部分作为前述辅助干涉光进行分离的干涉光分离装置。

18.根据权利要求2所述的光图像计测装置，其特征在于：

前述获取装置包括

将前述重叠装置所生成的前述干涉光的一部分作为前述辅助干涉光进行分离的干涉光分离装置。

19.根据权利要求17所述的光图像计测装置，其特征在于：前述干涉光分离装置为在利用前述重叠装置所生成的前述干涉光的光路上所倾斜设置的分光器。

20.根据权利要求18所述的光图像计测装置，其特征在于：前述干涉光分离装置为在利用前述重叠装置所生成的前述干涉光的光路上所倾斜设置的分光器。

21.根据权利要求3所述的光图像计测装置，其特征在于：前述波长成分分离装置为衍射光栅。

22.根据权利要求4所述的光图像计测装置，其特征在于：前述波长成分分离装置为衍射光栅。

23.根据权利要求11所述的光图像计测装置，其特征在于：前述波长成分分离装置为衍射光栅。

24.根据权利要求16所述的光图像计测装置，其特征在于：前述波长成分分离装置为衍射光栅。

25.根据权利要求13所述的光图像计测装置，其特征在于：前述波长成分分离装置为衍射光栅。

26.根据权利要求15所述的光图像计测装置，其特征在于：前述波长成分分离装置为衍射光栅。

27.根据权利要求17所述的光图像计测装置，其特征在于：前述波长成分分离装置为衍射光栅。

28.根据权利要求18所述的光图像计测装置，其特征在于：前述波长成分分离装置为衍射光栅。

29.根据权利要求19所述的光图像计测装置，其特征在于：前述波长成分分离装置为衍射光栅。

30.根据权利要求20所述的光图像计测装置，其特征在于：前述波长成分分离装置为衍射光栅。

31.根据权利要求21所述的光图像计测装置，其特征在于：前述辅助检测装置为1维光传感器数组。

32.根据权利要求22所述的光图像计测装置，其特征在于：前述辅助检测装置为1维光传感器数组。

33.根据权利要求23所述的光图像计测装置，其特征在于：前述辅助检测装置为1维光传感器数组。

34.根据权利要求24所述的光图像计测装置，其特征在于：前述辅助检测装置为1维光传感器数组。

35.根据权利要求25所述的光图像计测装置，其特征在于：前述辅助检测装置为1维光传感器数组。

36.根据权利要求26所述的光图像计测装置，其特征在于：前述辅助检测装置为1维光传感器数组。

37.根据权利要求27所述的光图像计测装置，其特征在于：前述辅助检测装置为1维光传感器数组。

38.根据权利要求29所述的光图像计测装置，其特征在于：前述辅助检测装置为1维光传感器数组。

39.根据权利要求28所述的光图像计测装置，其特征在于：前述辅助检测装置为1维光传感器数组。

40.根据权利要求30所述的光图像计测装置，其特征在于：前述辅助检测装置为1维光传感器数组。

41.根据权利要求31所述的光图像计测装置，其特征在于：

前述计测深度计算装置包括

根据前述辅助检测信号而求前述辅助干涉光的波长频谱的波长频谱获取装置、

将前述求取的前述波长频谱进行傅里叶转换，并求用于表示与前述计测深度对应的前述辅助干涉光的强度分布的计测深度信息的计测深度信息获取装置；

根据利用前述图像形成装置所形成的每一个前述断层图像的前述求取的前述计测深度信息，分别计算前述断层图像的前述计测深度。

42.根据权利要求21所述的光图像计测装置，其特征在于：

前述计测深度计算装置包括

根据前述辅助检测信号而求前述辅助干涉光的波长频谱的波长频谱获取装置、

将前述求取的前述波长频谱进行傅里叶转换，并求用于表示与前述计测深度对应的前述辅助干涉光的强度分布的计测深度信息的计测深度信息获取装置；

根据利用前述图像形成装置所形成的每一个前述断层图像的前述求取的前述计测深度信息，分别计算前述断层图像的前述计测深度。

43.根据权利要求32述的光图像计测装置，其特征在于：

前述计测深度计算装置包括

根据前述辅助检测信号而求前述辅助干涉光的波长频谱的波长频谱获取装置、

将前述求取的前述波长频谱进行傅里叶转换，并求用于表示与前述计测深度对应的前述辅助干涉光的强度分布的计测深度信息的计测深度信息获取装置；

根据利用前述图像形成装置所形成的每一个前述断层图像的前述求取的前述计测深度信息，分别计算前述断层图像的前述计测深度。

44.根据权利要求22所述的光图像计测装置，其特征在于：

前述计测深度计算装置包括

根据前述辅助检测信号而求前述辅助干涉光的波长频谱的波长频谱获取装置、

将前述求取的前述波长频谱进行傅里叶转换，并求用于表示与前述计测深度对应的前述辅助干涉光的强度分布的计测深度信息的计测深度信息获取装置；

根据利用前述图像形成装置所形成的每一个前述断层图像的前述求取的前述计测深度信息，分别计算前述断层图像的前述计测深度。

45.根据权利要求33所述的光图像计测装置，其特征在于：

前述计测深度计算装置包括

根据前述辅助检测信号而求前述辅助干涉光的波长频谱的波长频谱获取装置、

将前述求取的前述波长频谱进行傅里叶转换，并求用于表示与前述计测深度对应的前述辅助干涉光的强度分布的计测深度信息的计测深度信息获取装置；

根据利用前述图像形成装置所形成的每一个前述断层图像的前述求取的前述计测深度信息，分别计算前述断层图像的前述计测深度。

46.根据权利要求34所述的光图像计测装置，其特征在于：

前述计测深度计算装置包括

根据前述辅助检测信号而求前述辅助干涉光的波长频谱的波长频谱获取装置、

将前述求取的前述波长频谱进行傅里叶转换，并求用于表示与前述计测深度对应的前述辅助干涉光的强度分布的计测深度信息的计测深度信息获取装置；

根据利用前述图像形成装置所形成的每一个前述断层图像的前述求取的前述计测深度信息，分别计算前述断层图像的前述计测深度。

47.根据权利要求35所述的光图像计测装置，其特征在于：

前述计测深度计算装置包括

根据前述辅助检测信号而求前述辅助干涉光的波长频谱的波长频谱获取装置、

将前述求取的前述波长频谱进行傅里叶转换，并求用于表示与前述计测深度对应的前述辅助干涉光的强度分布的计测深度信息的计测深度信息获取装置；

根据利用前述图像形成装置所形成的每一个前述断层图像的前述求取的前述计测深度信息，分别计算前述断层图像的前述计测深度。

48.根据权利要求36所述的光图像计测装置，其特征在于：

前述计测深度计算装置包括

根据前述辅助检测信号而求前述辅助干涉光的波长频谱的波长频谱获取装置、

将前述求取的前述波长频谱进行傅里叶转换，并求用于表示与前述计测深度对应的前述辅助干涉光的强度分布的计测深度信息的计测深度信息获取装置；

根据利用前述图像形成装置所形成的每一个前述断层图像的前述求取的前述计测深度信息，分别计算前述断层图像的前述计测深度。

49.根据权利要求40所述的光图像计测装置，其特征在于：

前述计测深度计算装置包括

根据前述辅助检测信号而求前述辅助干涉光的波长频谱的波长频谱获取装置、

将前述求取的前述波长频谱进行傅里叶转换，并求用于表示与前述计测深度对应的前述辅助干涉光的强度分布的计测深度信息的计测深度信息获取装置；

根据利用前述图像形成装置所形成的每一个前述断层图像的前述求取的前述计测深度信息，分别计算前述断层图像的前述计测深度。

50.根据权利要求39所述的光图像计测装置，其特征在于：

前述计测深度计算装置包括

根据前述辅助检测信号而求前述辅助干涉光的波长频谱的波长频谱获取装置、

将前述求取的前述波长频谱进行傅里叶转换，并求用于表示与前述计测深度对应的前述辅助干涉光的强度分布的计测深度信息的计测深度信息获取装置；

根据利用前述图像形成装置所形成的每一个前述断层图像的前述求取的前述计测深度信息，分别计算前述断层图像的前述计测深度。

51.根据权利要求38所述的光图像计测装置，其特征在于：

前述计测深度计算装置包括

根据前述辅助检测信号而求前述辅助干涉光的波长频谱的波长频谱获取装置、

将前述求取的前述波长频谱进行傅里叶转换，并求用于表示与前述计测深度对应的前述辅助干涉光的强度分布的计测深度信息的计测深度信息获取装置；

根据利用前述图像形成装置所形成的每一个前述断层图像的前述求取的前述计测深度信息，分别计算前述断层图像的前述计测深度。

52.根据权利要求37所述的光图像计测装置，其特征在于：

前述计测深度计算装置包括

根据前述辅助检测信号而求前述辅助干涉光的波长频谱的波长频谱获取装置、

将前述求取的前述波长频谱进行傅里叶转换，并求用于表示与前述计测深度对应的前述辅助干涉光的强度分布的计测深度信息的计测深度信息获取装置；

根据利用前述图像形成装置所形成的每一个前述断层图像的前述求取的前述计测深度信息，分别计算前述断层图像的前述计测深度。

53.根据权利要求41所述的光图像计测装置，其特征在于：前述计测深度计算装置藉由对利用前述图像形成装置而连续形成的一对前述断层图像的每一个以前述计测深度信息获取装置所求取的前述计测深度信息进行比较，并计算前述一对前述断层图像间的计测间隔，而求取前述计测深度。

54.根据权利要求42所述的光图像计测装置，其特征在于：前述计测深度计算装置藉由对利用前述图像形成装置而连续形成的一对前述断层图像的每一个以前述计测深度信息获取装置所求取的前述计测深度信息进行比较，并计算前述一对前述断层图像间的计测间隔，而求取前述计测深度。

55.根据权利要求43所述的光图像计测装置，其特征在于：前述计测深度计算装置藉由对利用前述图像形成装置而连续形成的一对前述断层图像的每一个以前述计测深度信息获取装置所求取的前述计测深度信息进行比较，并计算前述一对前述断层图像间的计测间隔，而求取前述计测深度。

56.根据权利要求44所述的光图像计测装置，其特征在于：前述计测深度计算装置藉由对利用前述图像形成装置而连续形成的一对前述断层图像的每一个以前述计测深度信息获取装置所求取的前述计测深度信息进行比较，并计算前述一对前述断层图像间的计测间隔，而求取前述计测深度。

57.根据权利要求45所述的光图像计测装置，其特征在于：前述计测深度计算装置藉由对利用前述图像形成装置而连续形成的一对前述断层图像的每一个以前述计测深度信息获取装置所求取的前述计测深度信息进行比较，并计算前述一对前述断层图像间的计测间隔，而求取前述计测深度。

58.根据权利要求46所述的光图像计测装置，其特征在于：前述计测深度计算装置藉由对利用前述图像形成装置而连续形成的一对前述断层图像的每一个以前述计测深度信息获取装置所求取的前述计测深度信息进行比较，并计算前述一对前述断层图像间的计测间隔，而求取前述计测深度。

59.根据权利要求47所述的光图像计测装置，其特征在于：前述计测深度计算装置藉由对利用前述图像形成装置而连续形成的一对前述断层图像的每一个以前述计测深度信息获取装置所求取的前述计测深度信息进行比较，并计算前述一对前述断层图像间的计测间隔，而求取前述计测深度。

60.根据权利要求48所述的光图像计测装置，其特征在于：前述计测深度计算装置藉由对利用前述图像形成装置而连续形成的一对前述断层图像的每一个以前述计测深度信息获取装置所求取的前述计测深度信息进行比较，并计算前述一对前述断层图像间的计测间隔，而求取前述计测深度。

61.根据权利要求49所述的光图像计测装置，其特征在于：前述计测深度计算装置藉由对利用前述图像形成装置而连续形成的一对前述断层图像的每一个以前述计测深度信息获取装置所求取的前述计测深度信息进行比较，并计算前述一对前述断层图像间的计测间隔，而求取前述计测深度。

62.根据权利要求50所述的光图像计测装置，其特征在于：前述计测深度计算装置藉由对利用前述图像形成装置而连续形成的一对前述断层图像的每一个以前述计测深度信息获取装置所求取的前述计测深度信息进行比较，并计算前述一对前述断层图像间的计测间隔，而求取前述计测深度。

63.根据权利要求51所述的光图像计测装置，其特征在于：前述计测深度计算装置藉由对利用前述图像形成装置而连续形成的一对前述断层图像的每一个以前述计测深度信息获取装置所求取的前述计测深度信息进行比较，并计算前述一对前述断层图像间的计测间隔，而求取前述计测深度。

64.根据权利要求52所述的光图像计测装置，其特征在于：前述计测深度计算装置藉由对利用前述图像形成装置而连续形成的一对前述断层图像的每一个以前述计测深度信息获取装置所求取的前述计测深度信息进行比较，并计算前述一对前述断层图像间的计测间隔，而求取前述计测深度。

65.一种光图像计测方法，将从低相干光源所输出的光束分割为朝向被测定物体的信号光和朝向参照物体的参照光，并使前述信号光的频率和前述参照光的频率相对地进行位移，且使经由了前述被测定物体的前述信号光和经由了前述参照物体的前述参照光进行重叠而生成与前述频率的相对位移量对应的拍率的干涉光，并接受前述生成的干涉光且输出检测信号，且根据前述输出的检测信号而形成与前述信号光的行进方向直交的前述被测定物体的断层图像；

其特征在于，包括：

求取沿前述信号光行进方向上的前述所形成的前述被测定物体的前述断层图像的计测深度的步骤；

将藉由变更前述参照光的光路长所得到的复数个前述断层图像，根据每一个这些复数个断层图像的前述所求取的前述计测深度而在前述计测深度方向上进行排列的步骤，

前述求取计测深度的步骤包括：

从经由前述被测定物体的光生成辅助干涉光的步骤；

从前述生成的前述辅助干涉光分离复数个波长成分的步骤；

接受前述分离的前述复数个波长成分并输出辅助检测信号的步骤；

根据前述检测的前述辅助检测信号而计算前述断层图像的前述计测深度的步骤。

66.根据权利要求65所述的光图像计测方法，其特征在于：

前述求取计测深度的步骤包括

输出低相干的辅助光束的步骤；

将前述输出的辅助光束分割为与前述信号光一起经由前述被测定物体的辅助信号光和经由固定配置的辅助参照物体的辅助参照光的步骤；

前述生成辅助参照光的步骤将经由了前述被测定物体的前述辅助信号光和经由了前述辅助参照物体的前述辅助参照光进行重叠并生成前述辅助干涉光。

67.根据权利要求66所述的光图像计测方法，其特征在于：

求取前述计测深度的步骤还包括

对前述辅助信号光沿对前述信号光的行进方向直交的方向进行扫描的步骤；

计算前述计测深度的步骤根据基于前述辅助信号光的扫描的前述输出的复数个前述辅助检测信号，计算前述计测深度。

68.根据权利要求65所述的光图像计测方法，其特征在于：

前述生成辅助参照光的步骤将前述所生成的前述干涉光的一部分进行分离以生成前述辅助干涉光。

69.根据权利要求66所述的光图像计测方法，其特征在于：

计算前述计测深度的步骤包括

根据前述辅助检测信号求取前述辅助干涉光的波长频谱的步骤、

将前述所求取的前述波长频谱进行傅里叶转换，并求取用于表示与前述计测深度对应的前述辅助干涉光的强度分布的计测深度信息的步骤；

根据前述形成的每一个前述断层图像的前述求取的前述计测深度信息，分别计算前述断层图像的前述计测深度。

70.根据权利要求67所述的光图像计测方法，其特征在于：

计算前述计测深度的步骤包括

根据前述辅助检测信号求取前述辅助干涉光的波长频谱的步骤、

将前述所求取的前述波长频谱进行傅里叶转换，并求取用于表示与前述计测深度对应的前述辅助干涉光的强度分布的计测深度信息的步骤；

根据前述形成的每一个前述断层图像的前述求取的前述计测深度信息，分别计算前述断层图像的前述计测深度。

71.根据权利要求68所述的光图像计测方法，其特征在于：

计算前述计测深度的步骤包括

根据前述辅助检测信号求取前述辅助干涉光的波长频谱的步骤、

将前述所求取的前述波长频谱进行傅里叶转换，并求取用于表示与前述计测深度对应的前述辅助干涉光的强度分布的计测深度信息的步骤；

根据前述形成的每一个前述断层图像的前述求取的前述计测深度信息，分别计算前述断层图像的前述计测深度。

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