CN1734253B - 光图像计测装置及光图像计测方法 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种光图像计测装置及光图像计测方法。该光图像计测装置，可使检测灵敏度提高并有效地求取干涉光的信号强度和相位信息。该光图像计测装置包括输出被周期性强度调制的光束的宽频带光源(2)、将光束转换为直线偏光的偏光板(3)、将光束分割为信号光(S)和参照光(R)，并且使信号光(S)和参照光(R)进行重叠而生成干涉光(L)的半反射镜(6)、将参照光(R)转换为圆偏光的波长板(7)、利用使参照光(R)的频率进行位移的频率位移器(8)及压电元件(9A)而被移动的参照镜(9)、将干涉光(L)的(S)偏光成分(L1)和(P)偏光成分(L2)进行抽出的偏光分光器(11)、分别检测偏光成分(L1，L2)并输出检测信号的(CCD21，22)、根据该检测信号计算干涉光(L)的信号强度及相位的信号处理部(20)；且根据该计算结果而形成被测定物体(0)的图像。

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5所示。该光图像计测装置100的构成包括宽频带光源101、镜102、分光器103及光检测器104。被测定物体105由散射媒质形成。宽频带光源101发出的光束，由分光器103被分割为朝向镜102的参照光R和朝向被测定物体105的信号光S两部分。参照光R为利用分光器103的反射光，信号光S为分光器103的透射光。

这里，如图5所示，在信号光S的行进方向上设定为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102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102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105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105的信号光，和经由镜102并接受了频率位移的参照光，以利用分光器103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，藉由对镜102的位置进行z-扫描而使参照光R的光路长变化，可对被测定物体105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105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104检测干涉光，且对作为其检测结果被输出的电气信号进行解析，而取得被测定物体105的2维断层图像(参照非专利文献1).

另外，如设利用分光器103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105扫描光束，从而依次检测来自被测定物体105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105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6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200的构成包括宽频带光源201、镜202、分光器203、作为光检测器的2维光传感器数组204及透镜206，207。从光源201所射出的光束，由透镜206、207而形成平行光束，且将其波束径扩大，并利用分光器203而将其分为参照光R和信号光S两部分。参照光R藉由镜202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205。藉此，信号光S形成含有该入射范围中的被测定物体205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203进行重叠，并利用在2维光传感器数组204上所并列载置的组件(光传感器)进行检测。因此，可不对光束进行扫描，而实时取得被测定物体205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多数个外差信号输入并列配置的多数个信号处理系统，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多数个受光组件，并将前述光传感器所得到的多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，而计算干涉光的2个相位直交成分，并利用该计算结果求得干涉光的振幅。

但是，在专利文献1所记述的光图像计测装置中，因为需要将干涉光分割为多数个光路，并在各光路上设置光遮蔽装置，且使各光遮蔽装置同步并进行各干涉光的抽样，所以除了装置构成和控制变得复杂以外，有可能还会使成本增加。而且，当利用液晶遮光器等透过型的遮光器作为光遮蔽装置时，干涉光的损失增大，存在干涉光检测灵敏度下降的担忧，所以有可能使计测的灵敏度变差。

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。

[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)

发明内容

本发明的目的在于，提供一种鉴于以上问题的，可藉由提高干涉光的检测灵敏度，而利用精度更加良好的干涉光的信号强度和相位信息对被检测物体进行计测的光图像计测装置及光图像计测方法。

而且，本发明的另一目的在于，提供一种藉由不利用用于对干涉光进行抽样的光遮蔽装置(遮光器)，而谋求装置构成和控制形态的简略化的光图像计测装置及光图像计测方法。

为了达到上述目的，本发明的第一发明提供一种光图像计测装置，包括：光束输出装置，使光束周期性地进行强度调制并输出；第1转换装置，将前述光束的偏光特性转换为直线偏光；分割装置，将前述光束分割为经由被测定物体的信号光和经由参照物体的参照光；第2转换装置，将直线偏光的前述信号光或前述参照光的偏光特性进行转换，而将前述直线偏光转换为圆偏光；频率位移装置，使前述参照光的频率，只相对位移与前述光束的前述强度调制的频率大致相等的量；重叠装置，分别具有利用前述第1及第2转换装置被转换的偏光特性，并利用前述频率位移装置使频率进行位移，且使分别经由前述被测定物体和前述参照物体的前述信号光和前述参照光进行重叠而生成第1干涉光；抽出装置，抽出前述生成的第1干涉光的不同的多数个偏光成分；第1检测装置，对前述抽出的前述第1干涉光的各偏光成分进行检测；运算装置，根据前述检测的前述各偏光成分，计算前述第1干涉光的信号强度或相位；其特征在于：根据前述计算的前述第1干涉光的信号强度或相位，形成前述被测定物体的图像.

而且，本发明的第二发明提供一种光图像计测装置，其特征在于：前述第1检测装置为在设定的响应频率对前述第1干涉光的各偏光成分进行检测的积蓄型光传感器。

而且，本发明的第三发明提供一种光图像计测装置，其特征在于：前述第1检测装置为CCD照相机。

而且，本发明的第四发明提供一种光图像计测装置，其特征在于：以使前述光束的强度调制的频率和前述第1干涉光的拍率的差，与前述第1检测装置的响应频率相比足够小，而使从前述第1检测装置所输出的S偏光成分的检测信号与检测时间内所积蓄的光电荷量成比例的形态，而设定前述强度调制的频率。

而且，本发明的第五发明提供一种光图像计测装置，其特征在于：前述第1转换装置为使前述光束的设定方向的振动成分透过的偏光板。

而且，本发明的第六发明提供一种光图像计测装置，其特征在于：前述第2转换装置为对直线偏光的前述信号光或前述参照光的彼此直交的P偏光成分和S偏光成分间付以相位差，并转换偏光特性的波长板。

而且，本发明的第七发明提供一种光图像计测装置，其特征在于：前述第1转换装置将前述光束的偏光特性，对与前述光束的行进方向直交的xy平面的x轴及y轴，转换为45°的角度方向的直线偏光，前述第2转换装置将形成前述45°的角度方向的直线偏光的前述信号光或前述参照光的偏光特性转换为圆偏光。

而且，本发明的第八发明提供一种光图像计测装置，其特征在于：前述抽出装置将前述第1干涉光的彼此直交的P偏光成分及S偏光成分抽出。

而且，本发明的第九发明提供一种光图像计测装置，其特征在于：前述参照物体为具有对前述参照光的光路直交配置的反射面的参照镜；前述分割装置及前述重叠装置为对前述输出的前述光束、前述信号光及前述参照光的各光路倾斜设置的半反射镜；前述被测定物体、前述参照镜及前述半反射镜形成麦克森型的干涉仪。

而且，本发明的第十发明提供一种光图像计测装置，其特征在于：前述第1转换装置为偏光板，使对与前述光束的行进方向直交的xy平面的x轴及y轴，沿45°的角度方向进行振动的前述光束的振动成分透过；前述半反射镜将利用前述偏光板转换为直线偏光的前述光束，分割为前述信号光和前述参照光；前述第2转换装置为1/8波长板，设置于前述半反射镜和前述参照镜之间，并藉由在前述参照光的彼此直交的P偏光成分和S偏光成分间，于利用前述参照镜所进行的反射的前后，分别付以相位差π/4，而将前述参照光的偏光特性从直线偏光转换为圆偏光。

而且，本发明的第十一发明提供一种光图像计测装置，其特征在于：前述抽出装置包括使前述第1干涉光的P偏光成分透过，并将S偏光成分进行反射的偏光分光器。

而且，本发明的第十二发明提供一种光图像计测装置，其特征在于：前述频率位移装置包括在前述参照光的光路上所设置的频率位移器。

而且，本发明的第十三发明提供一种光图像计测装置，其特征在于：前述频率位移装置包括前述参照镜、使前述参照镜在前述参照光的光路方向上连续地进行移动的驱动装置。

而且，本发明的第十四发明提供一种光图像计测装置，其特征在于：前述频率位移装置为在前述参照光的光路上所设置的频率位移器，包括：驱动装置，使前述参照镜在前述参照光的光路方向上进行移动；驱动控制装置，对前述驱动装置进行控制，以使前述参照镜与利用前述光束输出装置所进行的前述光束的前述强度调制同步，阶段式的进行移动。

而且，本发明的第十五发明提供一种光图像计测装置，其特征在于：前述驱动装置为设置于前述参照镜的前述反射面的背面的压电元件。

而且，本发明的第十六发明提供一种光图像计测装置，其特征在于：前述光束输出装置包括射出激光的激光光源；将前述射出的激光分割为经由前述频率位移装置的第1激光和经由固定配置的反射镜的第2激光，并使接受前述频率位移的前述第1激光和由前述反射镜被反射的前述第2激光进行重叠而生成第2干涉光的干涉光学系统；对前述生成的第2干涉光进行检测，并输出与前述第2干涉光相等频率的电气信号的第2检测装置；生成与前述输出的电气信号相等频率的脉冲信号的脉冲生成装置；由前述生成的脉冲信号被驱动，而输出与该脉冲信号相等频率的脉冲状的光束的光源。

而且，本发明的第十七发明提供一种光图像计测装置，其特征在于：前述光束输出装置包括脉冲生成装置，生成与利用前述频率位移装置所形成的前述频率的位移量大致相等频率的脉冲信号；光源，由前述脉冲信号被驱动而输出脉冲状的光束。

而且，本发明的第十八发明提供一种光图像计测装置，其特征在于：前述光束输出装置包括射出连续光束的光源；将前述射出的前述光束周期性地进行遮蔽的遮光器装置。

而且，本发明的第十九发明提供一种光图像计测装置，其特征在于：前述光源为超发光二极管或发光二极管。

而且，本发有的第二十发明提供一种光图像计测装置，其特征在于：前述光束为低相干光。

而且，本发明的第二十一发明提供一种光图像计测装置，包括：将利用前述重叠装置所生成的前述第1干涉光的一部分进行分离的分离装置；对前述分离的前述第1干涉光的一部分进行检测的第3检测装置；其特征在于：前述运算装置根据利用前述第3检测装置所检测的前述第1干涉光的一部分，计算前述第1干涉光的背景成分的信号强度。

而且，本发明的第二十二发明提供一种光图像计测方法，包括：使光束周期性地进行强度调制并输出的步骤；将前述输出的光束的偏光特性转换为直线偏光的第1转换步骤；将前述被转换的光束分割为经由被测定物体的信号光和经由参照物体的参照光的分割步骤；将前述信号光或前述参照光的偏光特性进行转换的第2转换步骤，前述第2转换步骤将直线偏光转换成圆偏光；使前述参照光的频率，只相对位移与前述光束的前述强度调制的频率大致相等的量的频率位移步骤；分别具有利用前述第1及第2转换步骤被转换的偏光特性，并利用前述频率位移步骤使频率进行位移，且使分别经由前述被测定物体和前述参照物体的前述信号光和前述参照光进行重叠而生成第1干涉光的重叠步骤；抽出前述生成的第1干涉光的不同的多数个偏光成分的抽出步骤；对前述抽出的前述第1干涉光的各偏光成分进行检测的检测步骤；根据前述检测的前述各偏光成分，计算前述第1干涉光的信号强度或相位的运算步骤；其特征在于：根据前述计算的前述第1干涉光的信号强度或相位，形成前述被测定物体的图像.

本发明由于采用使光束周期性的进行强度调制并输出，且由该光束生成偏光特性不同的信号光和参照光，并将它们进行重叠而生成第1干涉光，且对从该第1干涉光所抽出的多数个不同的偏光成分进行检测，并根据其检测结果计算第1干涉光的信号强度或相位，而形成被测定物体的图像的构成，所以没有必要象习知技术那样，设置用于对第1干涉光进行抽样的光遮蔽装置(特别是透过型的高速遮光器等)。因此，没有因光遮蔽装置所造成的第1干涉光的强度的衰减，所以使第1干涉光的检测灵敏度提高。藉此，可精度良好地求取第1干涉光的信号强度和相位信息，并恰当地进行被测定物体的计测。

而且，没有必要如习知技术那样，在分割为多数个光路的第1干涉光的各光路上设置遮光器并进行抽样，也没有必要对那些多数个遮光器进行同步控制，所以可使装置构成和控制形态简略化。

附图说明

图1所示为关于本发明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光图像计测装置的干涉光的检测形态的一个例子。图2(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2(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2(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2(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2(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3所示为关于本发明的光图像计测装置的构成的一个例子的概略图。

图4所示为关于本发明的光图像计测装置的构成的一个例子的概略图。

图5所示为现有习知的光图像计测装置的构成的概略图。

图6所示为现有习知的光图像计测装置的构成的概略图。

1、1’：光图像计测装置     2：宽频带光源

3：偏光板                  4、5：透镜

6：半反射镜                7：波长板

8：频率移位器              9：参照镜

9A：压电元件               10：成像用透镜群

11：偏光分光器             12：分光器

20：信号处理部             21、22、23：CCD

31：光源                   32：分光器

33：固定镜                 34：光电探测器

35：脉冲驱动器             100：光图像计测装置

101：宽频带光源            102：镜

103：半透明镜              104：光检测器

105：被测定物体            110：控制部

200：光图像计测装置        201：宽频带光源

202：镜                    203：半透明镜

204：2维光传感器数组       205：被测定物体

206、207：透镜             R：参照光

S：信号光                  L：干涉光

L’：干涉光的一部分        L1：S偏光成分

L2：P偏光成分              O：被测定物体

具体实施方式

下面，对关于本发明的光图像计测装置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)

图1所示为本发明的第1实施形态的光图像计测装置1的概略构成。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O的断层图像和表面图像的计测的装置。被测定物体O为例如在医疗方面，由人眼等散射媒质形成的物体。

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、使光束为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的半反射镜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。这里，利用半反射镜6所生成的干涉光L，相当于本发明中所说的[第1干涉光]。

宽频带光源2相当于本发明中所说的[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轴方向，并将与其直交的光束的振动面定义为xy平面。x轴方向、y轴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。

偏光板3相当于本发明中所说的[第1转换装置]，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xy平面的x轴(及y轴)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，所说的该光束的x轴方向及y轴方向的偏光成分，分别具有相等的振幅。换言的，该光束的P偏光成分和S偏光成分分别具有相等的振幅。

半反射镜6构成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的本发明的[分割装置]。半反射镜6使光束的一部分(一半)透过形成信号光S，并将剩余的光束进行反射形成参照光R。

而且，半反射镜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、半反射镜6所形成的麦克森型的干涉仪，所以使分割装置和重叠装置由相同的半反射镜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，可应用对光束(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构成本发明的[第2转换装置]，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在由半反射镜6朝向参照镜9时，和被参照镜9反射而再次入射半反射镜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，所以再次入射半反射镜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。

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，对半反射镜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位置的反射光，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，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构成本发明的[频率位移装置]。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的构成，这一点在第2实施形态中将进行详细说明。

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反射镜6所生成的干涉光L进行成像的成像用透镜群8、将干涉光L的光路依据偏光特性进行分割的偏光分光器11、在分割了的干涉光L的各光路上所设置的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构成抽出干涉光L的不同的多数个偏光成分的本发明中所说的[抽出装置]。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[第1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藉由对利用偏光分光器11所抽出的干涉光L的S偏光成分L1进行检测，并进行光电转换，而生成检测信号，并将其输出到信号处理部20.同样，CCD22藉由对抽出的干涉光L的P偏光成分L2进行检测，并进行光电转换，而生成检测信号，并将其输出到信号处理部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为根据CCD21、22所分别输出的检测信号，执行后述的运算处理的本发明的[运算装置]。另外，信号处理部20进行藉由对该运算处理的结果进行解析，而形成被测定物体O的2维断面图像等各种图像，且使未图示的显示器装置等显示装置进行显示的处理。这种信号处理部20由例如含有用于存储设定的运算程序的ROM等存储装置、用于执行该运算程序的CPU等运算控制装置的计算机等构成。

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相当于本发明的[激光光源]，由与宽频带光源2相比，发出具有长相干长度的激光的激光二极管等构成。分光器32将光源31发出的激光，分割为经由频率位移器8及参照镜9的第1激光(反射光)和经由固定配置的反射镜(固定镜)33的第2激光(透过光)，且将利用频率位移器8等受到了频率位移的第1激光和由反射镜33被反射的第2激光进行重叠，生成干涉光。这里，分光器32、反射镜33及参照镜9构成本发明中所说的[干涉光学系统]，而且，由该干涉光学系统所生成的干涉光相当于[第2干涉光]。

光电探测器34构成本发明的[第2检测装置]，对由该干涉光学系统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。脉冲驱动器35构成本发明的[脉冲生成装置]，生成与光电探测器34所输出的电气信号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35所输出的脉冲信号被驱动，并输出与该脉冲信号相等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，宽频带光源2、光源31、分光器32、反射镜33、光电检测器(PD)34及脉冲驱动器35，构成本发明中所说的[光束输出装置]。

(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。

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反射镜6，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，由半反射镜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的一部分透过半反射镜6，而被传送到成像用透镜群10。

此时，半反射镜6将由被测定物体O被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，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多数个函数进行抽样，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多数个(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，由分光器32被分割为参照镜9方向的光路和固定镜33方向的光路(透过光)。参照光9方向的光路的激光，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，作为由固定镜33所产生的反射光(不使频率进行位移)而再次入射分光镜32。经由两光路的激光利用分光器33被重叠而形成干涉光，且由光电探测器34被检测。

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。该电气信号具有与式(1)所示的外差信号同样的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％，且其脉冲形状也可不为矩形列(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2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2(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2(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2(D)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2(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2(D)所示为来自宽频带光源2的光束如图2(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2(B)对应)。图2(E)所示为来自宽频带光源2的光束如图2(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2(C)对应)。图2(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2(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)的于涉光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，由于利用具有多数个像素呈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。

[变形例]

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，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的因被测定物体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、固定镜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。在这种情况下，该遮光器构成本发明的[遮光器装置]，且宽频带光源2及该遮光器构成本发明的[光束输出装置]。即使在应用这种构成的情况下，由于只设置1个光束遮蔽用的遮光器即可，所以与利用同步的多数个遮先器而对多数个干涉光进行抽样的习知的构成相比，可在装置构成、控制形态两个方面上谋求简略化。

图3所示为附加有用于与上述的测定同时求取干涉光L中所包含的背景光成分强度的装置的光图像计测装置1的构成。该光图像计测装置1还包括将经由成像用透镜群10的干涉光L的一部分L’分离取出的分光器12(分离装置)、在取出的干涉光L的一部分L’的光路上所配置的CCD23(第3检测装置)。这里，分光器12可为低反射率，在这种情况下，干涉光L的大部分透过分光器12，反映在利用CCD21、22的检测上。

CCD23在例如对被测定物体O的测定中，检测干涉光L的一部分L’并持续积蓄电荷。CCD23在测定结束时将检测信号输出到信号处理部20。CCD23因为在长时间进行了电荷的积蓄，所以该检测信号被平均化。信号处理部20藉由计算该检测信号的时间平均，而求干涉光L的背景光成分的强度。

而且，藉由将利用CCD23的检测时间控制为来自宽频带光源2的光束的周期的整数倍的时间，并计算届时所取得的检测信号的时间平均，也可求背景光成分的强度。

如采用图3所示的构成，可在被测定物体O的测定时求取干涉光L的背景光的强度，所以没有必要在事前进行用于求取背景光强度的预备式测定，较为便利.

在以上的说明中，是对一种使参照镜9进行z-扫描并取得被测定物体O的各种深度的断层像的计测形态进行了说明，但藉由固定参照光9的位置并进行计测，可精度良好地求取在被测定物体O的某一深度的静止图像和动态图像。

[作用效果]

本实施形态的光图像计测装置1如以上所说明的，将来自宽频带光源2的光束进行周期性的强度调制，并由该光束生成不同偏光特性的信号光S和参照光R，且将它们进行重叠而生成干涉光L，并抽出该干涉光L的不同的偏光成分(S偏光成分L1，P偏光成分L2)，计算干涉光L的信号强度和相位信息。因此，没有必要进行利用习知的那种遮光器的抽样处理，所以可以高灵敏度对干涉光L进行检测。藉此，可精度良好地求取干涉光的信号强度和相位的空间分布，能够有效地进行被测定物体O的计测。

而且，本实施形态的光图像计测装置1不具有遮光器，也不具有用于对其进行控制的构成，所以可谋求装置构成和控制形态的简略化。

(第2实施形态)

在上述的第1实施形态中，作为用于使参照光R的频率进行位移的构成，利用付与光电式、声光式的频率位移的频率位移器8和付与多谱勒频率位移的参照镜9及压电元件9A。另一方面，在本实施形态中，只利用频率位移器8进行频率位移，参照镜9及压电元件9A没有向参照光R付与多谱勒频率位移的目的，而只用于被测定物体O的深度方向的扫描(z-扫描)。

图4所示为第2实施形态的光图像计测装置1’的概略构成。光图像计测装置1’与第1实施形态采用大致相同的构成，但具有对利用频率位移器8的频率位移量进行检测，并向脉冲驱动器35和压电元件9A发送控制信号的控制部110。该控制部110构成本发明的[驱动控制装置]。

控制部110的构成包括：CPU、存储器、电源电路、脉冲信号产生电路等。控制部110在由频率位移器8接受对参照光R的频率的位移量信息后，生成该位移量信息所表示的频率(Δf)的脉冲信号，并输出到脉冲驱动器35。脉冲驱动器35接受从控制部110所输出的频率Δf的脉冲信号，并生成具有频率Δf的光源驱动用脉冲信号。宽频带光源2由该脉动信号被驱动，输出频率Δf的脉冲状的光束。

此时，例如从控制部110向脉冲驱动部35所输出的脉冲信号，为50％duty的矩形的脉冲，且脉冲驱动器35输出与该脉冲信号同相位的50％duty的矩形的光源驱动用脉冲信号。因此，宽频带光源2输出被施以50％duty的矩形的强度调制的光束(与第1实施形态相同)。

而且，控制部110根据来自频率位移器8的上述位移量信息，向压电元件9A输出频率Δf的脉冲状的电源信号。该电源信号为例如50％duty的矩形的脉冲信号，但作为与输出到脉冲驱动器35的脉冲信号相反相位的信号被输出。藉此，压电元件9A以在从宽频带光源2输出光束时(强度高时)不使参照镜9移动，而在不输出光束时(强度低时)使参照镜9移动的形态进行动作。即，参照镜9以在反射参照光R时停止，不施以多谱勒频率位移，而在不反射参照光R时使其位置阶段式的进行移动的形态被控制。

如利用进行这种控制的光图像计测装置1’，则即使采用只由频率位移器8使参照光R的频率进行位移的构成，也可进行不利用遮光器的高灵敏度的检测，能够有效的求取干涉光的信号强度和相位的空间分布.

而且，由于不需要对参照光R的频率位移进行监视的光源31、分光器32、固定镜33及光电探测器34，所以可使装置构成简略化。

[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，在图1、3、4所示的构成中，藉由在信号光S的光路上即半反射镜6和被测定物体O之间设置波长板(1/2波长板)，可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。

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)等其它的于涉仪(例如，参照本发明者们所提供的日本专利第3245135号)。

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维断面图像等。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。

Claims (27)

1.一种光图像计测装置，其特征在于其包括：

光束输出装置，使光束周期性地进行强度调制并输出；

第1转换装置，将前述光束的偏光特性转换为直线偏光；

分割装置，将前述光束分割为经由被测定物体的信号光和经由参照物体的参照光；

第2转换装置，将直线偏光的前述信号光或前述参照光的偏光特性进行转换，而将前述直线偏光转换为圆偏光；

频率位移装置，使前述参照光的频率，只相对位移与前述光束的前述强度调制的频率大致相等的量；

重叠装置，分别具有利用前述第1及第2转换装置被转换的偏光特性，并利用前述频率位移装置使频率进行位移，且使分别经由前述被测定物体和前述参照物体的前述信号光和前述参照光进行重叠而生成第1干涉光；

抽出装置，抽出前述生成的第1干涉光的不同的多数个偏光成分；

第1检测装置，对前述抽出的前述第1干涉光的各偏光成分进行检测；

运算装置，根据前述检测的前述各偏光成分，计算前述第1干涉光的信号强度或相位；

其特征在于：

根据前述计算的前述第1干涉光的信号强度或相位，形成前述被测定物体的图像。

2.根据权利要求1所述的光图像计测装置，其特征在于：前述第1检测装置为在设定的响应频率对前述第1干涉光的各偏光成分进行检测的积蓄型光传感器。

3.根据权利要求1所述的光图像计测装置，其特征在于：前述第1检测装置为CCD照相机。

4.根据权利要求2或3所述的光图像计测装置，其特征在于：以使前述光束的强度调制的频率和前述第1干涉光的拍率的差，与前述第1检测装置的响应频率相比足够小，而使从前述第1检测装置所输出的S偏光成分的检测信号与检测时间内所积蓄的光电荷量成比例的形态，而设定前述强度调制的频率。

5.根据权利要求1所述的光图像计测装置，其特征在于：前述第1转换装置为使前述光束的设定方向的振动成分透过的偏光板。

6.根据权利要求1所述的光图像计测装置，其特征在于：前述第2转换装置为对直线偏光的前述信号光或前述参照光的彼此直交的P偏光成分和S偏光成分间付以相位差，并转换偏光特性的波长板。

7.根据权利要求1或6所述的光图像计测装置，其特征在于：

前述第1转换装置将前述光束的偏光特性，对与前述光束的行进方向直交的xy平面的x轴及y轴，转换为45°的角度方向的直线偏光，

前述第2转换装置将形成前述45°的角度方向的直线偏光的前述信号光或前述参照光的偏光特性转换为圆偏光。

8.根据权利要求1所述的光图像计测装置，其特征在于：前述抽出装置将前述第1干涉光的彼此直交的P偏光成分及S偏光成分抽出。

9.根据权利要求6所述的光图像计测装置，其特征在于：前述抽出装置将前述第1干涉光的彼此直交的P偏光成分及S偏光成分抽出。

10.根据权利要求7所述的光图像计测装置，其特征在于：前述抽出装置将前述第1干涉光的彼此直交的P偏光成分及S偏光成分抽出.

11.根据权利要求1所述的光图像计测装置，其特征在于：

前述参照物体为具有对前述参照光的光路直交配置的反射面的参照镜；

前述分割装置及前述重叠装置为对前述输出的前述光束、前述信号光及前述参照光的各光路倾斜设置的半反射镜；

前述被测定物体、前述参照镜及前述半反射镜形成麦克森型的干涉仪。

12.根据权利要求11所述的光图像计测装置，其特征在于：

前述第1转换装置为偏光板，使对与前述光束的行进方向直交的xy平面的x轴及y轴，沿45°的角度方向进行振动的前述光束的振动成分透过；

前述半反射镜将利用前述偏光板转换为直线偏光的前述光束，分割为前述信号光和前述参照光；

前述第2转换装置为1/8波长板，设置于前述半反射镜和前述参照镜之间，并藉由在前述参照光的彼此直交的P偏光成分和S偏光成分间，于利用前述参照镜所进行的反射的前后，分别付以相位差π/4，而将前述参照光的偏光特性从直线偏光转换为圆偏光。

13.根据权利要求12所述的光图像计测装置，其特征在于：前述抽出装置包括使前述第1干涉光的P偏光成分透过，并将S偏光成分进行反射的偏光分光器。

14.根据权利要求1、11或12项所述的光图像计测装置，其特征在于：前述频率位移装置包括在前述参照光的光路上所设置的频率位移器。

15.根据权利要求11或12所述的光图像计测装置，其特征在于：前述频率位移装置包括前述参照镜、使前述参照镜在前述参照光的光路方向上连续地进行移动的驱动装置。

16.根据权利要求1、11或12所述的光图像计测装置，其特征在于：

前述频率位移装置为在前述参照光的光路上所设置的频率位移器，包括：

驱动装置，使前述参照镜在前述参照光的光路方向上进行移动；

驱动控制装置，对前述驱动装置进行控制，以使前述参照镜与利用前述光束输出装置所进行的前述光束的前述强度调制同步，阶段式的进行移动。

17.根据权利要求15所述的光图像计测装置，其特征在于：前述驱动装置为设置于前述参照镜的前述反射面的背面的压电元件。

18.根据权利要求16所述的光图像计测装置，其特征在于：前述驱动装置为设置于前述参照镜的前述反射面的背面的压电元件。

19.根据权利要求1、11或12所述的光图像计测装置，其特征在于：

前述光束输出装置包括

射出激光的激光光源；

将前述射出的激光分割为经由前述频率位移装置的第1激光和经由固定配置的反射镜的第2激光，并使接受前述频率位移的前述第1激光和由前述反射镜被反射的前述第2激光进行重叠而生成第2干涉光的干涉光学系统；

对前述生成的第2干涉光进行检测，并输出与前述第2干涉光相等频率的电气信号的第2检测装置；

生成与前述输出的电气信号相等频率的脉冲信号的脉冲生成装置；

由前述生成的脉冲信号被驱动，而输出与该脉冲信号相等频率的脉冲状的光束的光源.

20.根据权利要求1、11或12所述的光图像计测装置，其特征在于：前述光束输出装置包括：脉冲生成装置，生成与利用前述频率位移装置所形成的前述频率的位移量大致相等频率的脉冲信号；光源，由前述脉冲信号被驱动而输出脉冲状的光束。

21.根据权利要求1、11或12所述的光图像计测装置，其特征在于：前述光束输出装置包括：射出连续光束的光源；将前述射出的前述光束周期性地进行遮蔽的遮光器装置。

22.根据权利要求19所述的光图像计测装置，其特征在于：前述光源为超发光二极管或发光二极管。

23.根据权利要求20所述的光图像计测装置，其特征在于：前述光源为超发光二极管或发光二极管。

24.根据权利要求21所述的光图像计测装置，其特征在于：前述光源为超发光二极管或发光二极管。

25.根据权利要求1、11或12所述的光图像计测装置，其特征在于：前述光束为低相干光。

26.根据权利要求1所述的光图像计测装置，包括：

将利用前述重叠装置所生成的前述第1干涉光的一部分进行分离的分离装置；

对前述分离的前述第1干涉光的一部分进行检测的第3检测装置；

其特征在于：

前述运算装置根据利用前述第3检测装置所检测的前述第1干涉光的一部分，计算前述第1干涉光的背景成分的信号强度。

27.一种光图像计测方法，包括：

使光束周期性地进行强度调制并输出的光束输出步骤；

将前述输出的光束的偏光特性转换为直线偏光的第1转换步骤；

将前述被转换的光束分割为经由被测定物体的信号光和经由参照物体的参照光的分割步骤；

将前述信号光或前述参照光的偏光特性进行转换的第2转换步骤，前述第2转换步骤将直线偏光转换成圆偏光；

使前述参照光的频率，只相对位移与前述光束的前述强度调制的频率大致相等的量的频率位移步骤；

分别具有利用前述第1及第2转换步骤被转换的偏光特性，并利用前述频率位移步骤使频率进行位移，且使分别经由前述被测定物体和前述参照物体的前述信号光和前述参照光进行重叠而生成第1干涉光的重叠步骤；

抽出前述生成的第1干涉光的不同的多数个偏光成分的抽出步骤；

对前述抽出的前述第1干涉光的各偏光成分进行检测的检测步骤；

根据前述检测的前述各偏光成分，计算前述第1干涉光的信号强度或相位的运算步骤；

其特征在于：

根据前述计算的前述第1干涉光的信号强度或相位，形成前述被测定物体的图像。

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