CN1763499A - 光图像计测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光图像计测装置，可在短时间内进行包含双折射层的被测定物体的计测。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、扩大光束径的透镜、将光束转换为直线偏光的偏光板、将光束分割为信号光和参照光的半透镜、将参照光转换为圆偏光的波长板、将朝向被测定物体的信号光形成圆偏光，将来自被测定物体的信号光形成直线偏光的波长板、使参照光进行频率位移的频率位移器、从参照光和信号光所生成的干涉光将偏光成分和偏光成分进行分离的偏光分光器、接受各偏光成分并输出含有其强度变化的信息的检测信号的、根据该强度变化的信息形成反映被测定物体的双折射的图像的信号处理部。

Description

光图像计测装置
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。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。
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7所示。该光图像计测装置300的构成包括宽频带光源301、镜302、分光器303及光检测器304。被测定物体305由散射媒质形成。宽频带光源301发出的光束，由分光器303被分割为朝向镜302的参照光R和朝向被测定物体305的信号光S两部分。参照光R为利用分光器303的反射光，信号光S为分光器303的透射光。
这里，如图7所示，在信号光S的行进方向上设定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302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302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305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。通过被测定物体305的信号光，和通过镜302并接受了频率位移的参照光，利用分光器303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302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305的内部层的光反射轮廓(profile)进行测定。另外，对向被测定物体305所照射的信号光S也沿xy面方向进行扫描。藉由进行这种z方向及xy面方向的扫描，并利用光检测器304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305的2维断层图像(参照非专利文献1)。
另外，如设利用分光器303进行重叠的参照光R及信号光S的强度分别为Ir及Is并设两光波间的频率差及相位差分别为fif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 ( t ) ∝ I r + I s + 2 I r I s cos ( 2 π f if t + Δθ ) - - - ( 1 )
式(1)的右边第3项为交流电信号，其频率fif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fif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断层图像，需要藉由对被测定物体305扫描光束，从而依次检测来自被测定物体305的深度方向(z方向)及断层面方向(xy面方向)的各部位的反射光波。因此，为了对被测定物体305的宽大范围区域进行计测，需要使信号光S进行扫描或将计测位置进行变更，所以计测需要较长的时间。另外，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8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400的构成包括宽频带光源401、镜402、分光器403、作为光检测器的2维光传感器数组404及透镜406，407。从光源401所射出的光束，由透镜406、407而形成平行光束，且使其波束径扩大，并利用分光器403而将其分为参照光R和信号光S两部分。参照光R藉由镜402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xy面的大范围内入射被测定物体405。藉此，信号光S形成含有该入射范围中的被测定物体405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403进行重叠，并利用在2维光传感器数组404上所并列载置的元件(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405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。
然而，光图像计测装置也可应用于例如眼的视网膜神经纤维层(Retinal Nerve Fibre Layer：RNFL)这种含有双折射层的被测定物体的计测中(例如参照专利文献1)。
专利文献1所述的光图像计测装置采用一种藉由使来自光源的光由偏光元件沿纵方向进行偏光后再入射光纤，并在信号光及参照光的光路上设置4分之1波长延迟板(1/4波长板)，且从信号光和参照光所生成的干涉光，利用偏光分光器将直交的2个偏光成分进行分离，并对偏光成分分别进行检测，且将这2个检测结果进行合成，而取得双折射层的信息并形成图像的构成。
但是，为了利用专利文献1的光图像计测装置，在被测定物体的大范围内获取反映了双折射的图像，需要如图7所示的装置那样，使信号光对被测定物体进行扫描，因此，存在计测时间长时间化的问题。
[专利文献1]日本专利早期公开的特开2004-105708号公报(权利要求项16、32、49～56，说明书段落[0019]、[0100]～[0108]，第11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，[ElectronicsLetters]，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，可短时间且有效地进行含有双折射层的被测定物体的计测的光图像计测装置。
为了达到上述目的，本发明提供一种光图像计测装置，其特征在于，包括：光束输出装置，将光束周期性地进行强度调制并输出；光束径扩大装置，扩大前述光束的光束径；直线偏光装置，将前述光束的偏光特性转换为直线偏光；光束分割装置，将前述光束径扩大且转换为直线偏光的前述光束，分割为通过被测定物体的信号光和通过参照物体的参照光；参照光偏光装置，将直线偏光的前述参照光的偏光特性进行转换；信号光偏光装置，将通过前述被测定物体前的直线偏光的前述信号光的偏光特性进行转换，且将通过了前述被测定物体后的前述信号光的偏光特性转换为直线偏光；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；重叠装置，使利用前述频率位移装置相对地进行频率位移的，利用前述参照光偏光装置转换偏光特性的前述参照光，和利用前述信号光偏光装置转换为直线偏光的前述信号光进行重叠而生成干涉光；偏光成分分离装置，从前述生成的干涉光将不同的多数个偏光成分进行分离；检测装置，接受前述分离了的前述干涉光的各偏光成分，并输出含有前述各偏光成分的强度变化的信息的检测信号；信号处理装置，根据前述输出的检测信号所含有的前述各偏光成分的强度变化的信息，形成反映前述被测定物体的双折射的图像。
而且，本发明提供一种光图像计测装置，其特征在于：前述直线偏光装置将前述光束转换为对与其行进方向直交的xy平面的x轴及y轴成45°的角度方向的直线偏光；前述信号光偏光装置，将通过前述被测定物体前的前述45°的角度方向的直线偏光的前述信号光转换为圆偏光，且将通过前述被测定物体后的圆偏光的前述信号光转换为直线偏光。
而且，本发明提供一种光图像计测装置，其特征在于：前述光束分割装置和前述重叠装置，由对从前述光束输出装置所输出的前述光束、前述信号光及前述参照光的各光路倾斜设置的半透镜一体构成；前述信号光偏光装置包括在前述半透镜和前述被测定物体间所配置的1/4波长板。
而且，本发明提供一种光图像计测装置，其特征在于：前述直线偏光装置将前述光束，转换为对与其行进方向直交的xy平面的x轴及y轴成45°的角度方向的直线偏光；前述参照光偏光装置将前述45°的角度方向的直线偏光的前述参照光转换为圆偏光。
而且，本发明提供一种光图像计测装置，其特征在于：前述光束分割装置和前述重叠装置，由对从前述光束输出装置所输出的前述光束、前述信号光及前述参照光的各光路倾斜设置的半透镜一体构成；前述参照光偏光装置包括在前述半透镜和前述参照物体间所配置的1/8波长板。
而且，本发明提供一种光图像计测装置，其特征在于：前述直线偏光装置包括使前述光束的前述45°的角度方向的振动成分透过的偏光板。
而且，本发明提供一种光图像计测装置，其特征在于：前述偏光成分分离装置从前述干涉光将彼此直交的P偏光成分和S偏光成分进行分离。
而且，本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，生成与前述频率位移装置所形成的频率位移同步的频率的脉冲信号；光源，由前述脉冲信号被驱动并输出脉冲状的光束。
而且，本发明提供一种光图像计测装置，其特征在于：前述脉冲生成装置包括激光光源，射出激光光；辅助干涉光学系统，将前述射出的激光光分割为通过前述频率位移装置的第1激光光和通过固定配置的反射镜的第2激光光，并将接受了前述频率位移的前述第1激光光和由前述反射镜所反射的前述第2激光光进行重叠而生成辅助干涉光；辅助检测装置，检测前述生成的辅助干涉光，并输出与前述辅助干涉光的拍率大致相等频率的电气信号；光源驱动装置，生成与前述辅助检测装置所输出的前述电气信号的频率同步的频率的前述脉冲信号，并输出到前述光源。
而且，本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、将前述所射出的连续光束周期性地进行遮蔽的遮光器装置。
而且，本发明提供一种光图像计测装置，其特征在于：前述光束装置包括光源，射出激光光、辅助干涉光学系统，将前述射出的激光光分割为通过前述频率位移装置的第1激光光和通过固定配置的反射镜的第2激光光，并将接受了前述频率位移的前述第1激光光和由前述反射镜所反射的前述第2激光光进行重叠而生成辅助干涉光、辅助检测装置，检测前述生成的辅助干涉光，并输出与前述辅助干涉光的拍率大致相等频率的电气信号、遮光器驱动装置，生成与前述辅助检测装置所输出的前述电气信号的频率同步的频率的脉冲信号，并输出到前述遮光器装置；前述遮光器装置由从前述遮光器驱动装置所输出的前述脉冲信号进行驱动，并对从前述光源所射出的前述连续的光束周期性地进行遮蔽。
而且，本发明提供一种光图像计测装置，其特征在于，包括：光源，输出连续的光束；光束径扩大装置，扩大前述光束的光束径；直线偏光装置，将前述光束的偏光特性转换为直线偏光；光束分割装置，将前述光束径扩大且转换为直线偏光的前述光束，分割为通过被测定物体的信号光和通过参照物体的参照光；信号光偏光装置，将通过前述被测定物体前的直线偏光的前述信号光的偏光特性进行转换，且将通过了前述被测定物体后的前述信号光的偏光特性转换为直线偏光；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；重叠装置，使利用前述频率位移装置相对地进行频率位移的，前述参照光和利用前述信号光偏光装置转换为直线偏光的前述信号光进行重叠而生成干涉光；偏光成分分离装置，从前述生成的干涉光将不同的多数个偏光成分进行分离；强度调制装置，将前述分离的前述干涉光的前述多数个偏光成分的强度，周期性地且以相当于前述干涉光的拍率的相位差180°的时间差分别进行调制；检测装置，接受前述进行了强度调制的前述干涉光的各偏光成分，并输出含有前述各偏光成分的强度变化的信息的检测信号；信号处理装置，根据前述输出的检测信号所含有的前述各偏光成分的强度变化的信息，形成反映前述被测定物体的双折射的图像。
而且，本发明提供一种光图像计测装置，其特征在于，包括：光源，输出连续的光束；光束径扩大装置，扩大前述光束的光束径；直线偏光装置，将前述光束的偏光特性转换为直线偏光；光束分割装置，将前述光束径扩大且转换为直线偏光的前述光束，分割为通过被测定物体的信号光和通过参照物体的参照光；信号光偏光装置，将通过前述被测定物体前的直线偏光的前述信号光的偏光特性进行转换，且将通过了前述被测定物体后的前述信号光的偏光特性转换为直线偏光；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；重叠装置，使利用前述频率位移装置相对地进行频率位移的，前述参照光和利用前述信号光偏光装置转换为直线偏光的前述信号光进行重叠而生成干涉光；偏光成分分离装置，从前述生成的干涉光将不同的多数个偏光成分进行分离；强度调制装置，将前述分离的前述干涉光的前述多数个偏光成分的强度，周期性地且以相当于前述干涉光的拍率的相位差180°的时间差分别进行调制；检测装置，接受前述进行了强度调制的前述干涉光的各偏光成分，并输出含有前述各偏光成分的强度变化的信息的检测信号；信号处理装置，根据前述输出的检测信号所含有的前述各偏光成分的强度变化的信息，形成反映前述被测定物体的双折射的图像。
而且，本发明提供一种光图像计测装置，其特征在于：具有脉冲信号生成装置，用于生成与前述频率位移装置所形成的频率位移同步的频率的脉冲信号；前述强度调制装置根据利用前述脉冲信号生成装置所生成的前述脉冲信号，对前述干涉光的各偏光成分的强度周期性地进行调制。
而且，本发明提供一种光图像计测装置，其特征在于，包括：光源，射出激光光、辅助干涉光学系统，将前述射出的激光光分割为通过前述频率位移装置的第1激光光和通过固定配置的反射镜的第2激光光，并将接受了前述频率位移的前述第1激光光和由前述反射镜所反射的前述第2激光光进行重叠而生成辅助干涉光、辅助检测装置，检测前述生成的辅助干涉光，并输出与前述辅助干涉光的拍率大致相等频率的电气信号；前述脉冲信号生成装置生成与前述辅助检测装置所输出的前述电气信号的频率同步的频率的脉冲信号。
而且，本发明提供一种光图像计测装置，其特征在于：前述强度调制装置及前述检测装置对前述干涉光的前述多数个偏光成分的每一个进行设置；前述脉冲信号生成装置分别向多数个前述强度调制装置输出多数个前述脉冲信号，并具有对利用前述脉冲信号发生装置所输出的前述多数个脉冲信号付以相位差，且向前述多数个强度调制装置分别进行输出的相位差付与装置；前述多数个强度调制装置根据由前述相位差付与装置所输出的前述脉冲信号，以与前述相位差相当的时间差，对前述多数个偏光成分的强度分别进行调制。
如利用本发明的光图像计测装置，由于具有光束输出装置，使光束周期性地进行强度调制并输出、光束径扩大装置，扩大光束的光束径、直线偏光装置，将光束的偏光特性转换为直线偏光、光束分割装置，将光束径扩大且转换为直线偏光的光束，分割为通过被测定物体的信号光和通过参照物体的参照光、参照光偏光装置，将直线偏光的前述参照光的偏光特性进行转换、信号光偏光装置，将通过被测定物体前的直线偏光的信号光的偏光特性进行转换，且将通过了被测定物体后的信号光的偏光特性转换为直线偏光、频率位移装置，使信号光的频率和参照光的频率相对地进行位移、重叠装置，使利用频率位移装置相对地进行频率位移的，利用参照光偏光装置转换偏光特性的参照光，和利用信号光偏光装置转换为直线偏光的信号光进行重叠而生成干涉光、偏光成分分离装置，从生成的干涉光将不同的多数个偏光成分进行分离、检测装置，接受分离了的干涉光的各偏光成分，并输出含有各偏光成分的强度变化的信息的检测信号、信号处理装置，根据输出的检测信号所含有的各偏光成分的强度变化的信息，形成反映被测定物体的双折射的图像，所以即使在大范围内获取反映了被测定物体的双折射的图像的情况下，也可一次性获取被测定物体的某一深度区域的2维图像，因此没有必要象习知技术那样，在上述xy面方向上使信号光扫描。因此，可在短时间内且有效地进行反映被测定物体的双折射的图像的计测。而且，即使在获取用于表示被测定物体的双折射的3维分布状态的图像的情况下，由于只使参照物体进行z-扫描即可，所以也可在短时间内且有效地进行计测。而且，在获取双折射的1维分布状态的情况下，由于利用一次获取的2维图像的一部分即可，所以也可进行有效率且有效果的图像化处理。
而且，如利用本发明的光图像计测装置，由于具有光源，输出连续的光束、光束径扩大装置，扩大光束的光束径、直线偏光装置，将光束的偏光特性转换为直线偏光、光束分割装置，将光束径扩大且转换为直线偏光的光束，分割为通过被测定物体的信号光和通过参照物体的参照光、参照光偏光装置，将直线偏光的参照光的偏光特性进行转换、信号光偏光装置，将通过被测定物体前的直线偏光的信号光的偏光特性进行转换，且将通过了被测定物体后的信号光的偏光特性转换为直线偏光、频率位移装置，使信号光的频率和参照光的频率相对地进行位移、重叠装置，使利用频率位移装置相对地进行频率位移的，利用参照光偏光装置使偏光特性被转换的参照光和利用信号光偏光装置转换为直线偏光的信号光进行重叠而生成干涉光、偏光成分分离装置，从生成的干涉光将不同的多数个偏光成分进行分离、强度调制装置，将分离的干涉光的各偏光成分的强度，周期性地进行调制、检测装置，接受前述进行了强度调制的干涉光的各偏光成分，并输出含有各偏光成分的强度变化的信息的检测信号；信号处理装置，根据输出的检测信号所含有的各偏光成分的强度变化的信息，形成反映被测定物体的双折射的图像，所以即使在大范围获取用于反映被测定物体的双折射的图像的情况下，也可一次获取被测定物体的某一深度区域的2维图像，因此可与本发明的前述光图像计测装置同样地，在短时间内且有效地进行计测。
而且，如利用本发明的光图像计测装置，由于具有光源，输出连续的光束、光束径扩大装置，扩大光束的光束径、直线偏光装置，将光束的偏光特性转换为直线偏光、光束分割装置，将光束径扩大且转换为直线偏光的光束，分割为通过被测定物体的信号光和通过参照物体的参照光、信号光偏光装置，将通过被测定物体前的直线偏光的信号光的偏光特性进行转换，且将通过了被测定物体后的信号光的偏光特性转换为直线偏光、频率位移装置，使信号光的频率和参照光的频率相对地进行位移、重叠装置，使利用频率位移装置相对地进行频率位移的，参照光和利用信号光偏光装置转换为直线偏光的信号光进行重叠而生成干涉光、偏光成分分离装置，从生成的干涉光将不同的多数个偏光成分进行分离、强度调制装置，将分离的干涉光的多数个偏光成分的强度，周期性地且以相当于干涉光的拍率的相位差180°的时间差分别进行调制、检测装置，接受进行了强度调制的干涉光的各偏光成分，并输出含有各偏光成分的强度变化的信息的检测信号、信号处理装置，根据输出的检测信号所含有的各偏光成分的强度变化的信息，形成反映被测定物体的双折射的图像，所以即使在大范围获取用于反映被测定物体的双折射的图像的情况下，也可一次获取被测定物体的某一深度区域的2维图像，因此可与本发明的前述光图像计测装置同样地，在短时间内且有效地进行计测。
经由上述可知，本发明提供一种光图像计测装置，可在短时间内进行包含双折射层的被测定物体的计测。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、扩大光束径的透镜、将光束转换为直线偏光的偏光板、将光束分割为信号光和参照光的半透镜、将参照光转换为圆偏光的波长板、将朝向被测定物体的信号光形成圆偏光，将来自被测定物体的信号光形成直线偏光的波长板、使参照光进行频率位移的频率位移器、从参照光和信号光所生成的干涉光将偏光成分和偏光成分进行分离的偏光分光器、接受各偏光成分并输出含有其强度变化的信息的检测信号的、根据该强度变化的信息形成反映被测定物体的双折射的图像的信号处理部。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1所示为关于本发明的光图像计测装置的第1实施形态的构成的一个例子的概略图。
图2所示为用于说明关于本发明的光图像计测装置的第1实施形态的干涉光的检测形态的标绘图。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第1实施形态的变形例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第2实施形态的构成的一个例子的概略图。
图5所示为关于本发明的光图像计测装置的第2实施形态的变形例的构成的一个例子的概略图。
图6所示为关于本发明的光图像计测装置的第3实施形态的构成的一个例子的概略图。
图7所示为现有习知的光图像计测装置的构成的概略图。
图8所示为现有习知的光图像计测装置的构成的概略图。
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                     9：参照镜
9A：压电元件                      10：波长板
11：成像用透镜群                  12：偏光分光器
20：信号处理部                    21、22：CCD
31：激光光源                      32：分光器
33：反射镜                        34：光电探测器(PD)
35：脉冲驱动器                    36：液晶遮光器
41、42：遮光器                    50：脉冲信号产生器
51、52：相位位移器               100：光图像计测装置
200：光图像计测装置              300：光图像计测装置
301：宽频带光源                  302：镜
303：分光器                      304：光检测器
305：被测定物体                  400：光图像计测装置
401：宽频带光源                  402：镜
403：分光器                      404：2维光传感器数组
405：被测定物体                  406、407：透镜
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
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的光图像计测装置其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
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所示为关于本发明的光图像计测装置的第1实施形态的概略构成。同图所示的光图像计测装置1为在例如医疗方面和工业领域，可利用于由散射媒质构成的被测定物体O的断层图像和表面图像的计测，特别是包括视网膜神经纤维层等具有双折射性的层(双折射层)的被测定物体O的计测的装置。
光图像计测装置1的构成包括：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、将信号光S的偏光特性进行转换的波长板10。
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。而且，透镜4、5构成本发明所说的“光束径扩大装置”。
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(特别是信号光S)的行进方向定义为z轴方向，且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成分的振动面、磁场成分的振动面一致。换言之，z轴方向与被测定物体O的深度方向对应，x轴方向与垂直于z轴方向的水平方向，y轴方向与垂直方向分别对应。
偏光板3相当于本发明中所说的“直线偏光装置”，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并转换为直线偏光的偏光转换元件。本实施形态的偏光板3使对上述xyz座标系的x轴及y轴分别形成45°的角度方向的振动成分透过。藉此，使透过了偏光板3的光束具有直线偏光，且其偏光方向对x轴及y轴分别朝向角度45°。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“光束分割装置”。半透镜6使光束的一部分进行反射形成参照光R，并使剩余的光束透过形成信号光S。
而且，半透镜6起到将通过波长10及被测定物体O的信号光S的一部分进行反射且使通过参照镜9的参照光R的一部分透过的作用。藉此，使信号光S和参照光R进行重叠生成干涉光L。这样，半透镜6构成本发明所说的“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、该半透镜6所形成的米切尔森型的干涉仪，所以使光束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，可分别利用不同的光学元件构成光束分割装置和重叠装置。而且，作为光束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，以半透镜为代表的无偏光型的任意的分光器。
另外，波长板7构成本发明的“参照光偏光装置”，为利用偏光板3将形成直线偏光的参照光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，可将例如1/4波长板等作为参照光偏光装置进行应用。
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，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，可藉由例如象后面所述的那样，使参照镜9以设定的速度连续地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”，利用压电元件9A而沿参照光R的光路方向进行移动。藉此，参照镜9起到抽出来自被测定物体O的各种深度(z座标)的信号光S的反射光的作用。更具体地说，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通过大致相等距离的信号光S有助于干涉光L的生成。即，干涉光L由对半透镜6，与参照镜9大致相等距离的被测定物体O的深度区域所反射的信号光S，与参照光R进行干涉而生成。因此，藉由使参照镜9沿参照光R的光路方向进行移动，并使参照光R的光路长变化，可使与参照光R进行干涉的信号光S被反射的被测定物体O的深度变化。这种参照光R的移动，被称作z-扫描等。
而且，参照镜9利用压电元件9A而沿参照光R的光路方向，以设定的频率及设定的振幅进行振动。当参照镜9进行振动时，这种参照镜9的振动也可与z-扫描同时进行。
压电元件9A可使参照镜9沿参照光R的光路方向连续地进行移动，并进行z-扫描。当参照镜9连续地进行移动时，参照光R在反射时接受频率位移。有时将象这样被付与的频率位移称作多谱勒频率位移。而且，压电元件9A也可使参照镜9沿单方向以设定的步骤阶段性地移动而进行z-扫描。
另外，压电元件9A受到控制以在参照光R的光路方向上以设定的频率及振幅进行振动，藉此，可使参照镜9以该频率及振幅沿参照光R的光路方向进行振动。对压电元件9A的振动频率和振幅的控制将在后面进行说明。
另外，虽然省略图示，但利用压电元件9A的参照镜9的移动形态(移动速度、移动距离、移动时间、振动频率、振幅等)可如习知技术那样，由对压电元件9A的电力供给形态，即被供给到压电元件9A的驱动电力的波形等而进行控制。
这里，参照镜9和压电元件9A藉由其动作形态而构成本发明的“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。
在信号光S的光路上配置波长板10。该波长板10构成本发明所说的“信号光偏光装置”，为将直线偏光的信号光S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10，利用起到将角度45°的直线偏光的光转换为圆偏光，且将圆偏光的光转换为角度45°的直线偏光的作用的1/4波长板。由透过了半透镜6的光束所构成的信号光S，在通过波长板10时由直线偏光被转换为圆偏光，并入射被测定物体O。而且，通过了被测定物体O的信号光S，在通过波长板10时由圆偏光被转换为直线偏光，并被导向半透镜6。
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11、从通过了该成像用透镜群11的干涉光L将偏光特性不同的多数个成分(偏光成分)进行分离的偏光分光器12、在分离了的各偏光成分的光路上所设置的CCD(照相机)21，22、对由这些CCD21，22分别形成的检测结果进行处理的信号处理部20。
偏光分光器12构成本发明中所说的“偏光成分分离装置”，起到从干涉光L将不同的多数个偏光成分进行分离的作用。更具体地说，偏光分光器12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藉由接受由偏光分光器12被反射的干涉光L的S偏光成分L1，并进行光电转换，而生成含有S偏光成分L1的强度变化的信息的检测信号，并输出到信号处理部20。同样，CCD22藉由接受透过了偏光分光器12的干涉光L的P偏光成分L2，并进行光电转换，而生成含有P偏光成分L2的强度变化的信息的检测信号，并输出到信号处理部20。这里，从各CCD21、22被输入到信号处理部20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，执行后述的运算处理。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的断面图像等各种图像，且在未图示的监视器装置等显示装置上进行显示的处理。特别是信号处理部20在被测定物体O中含有双折射层时，可形成用于反映双折射的被测定物体O的图像，详细情况将在后面进行说明。为了进行这种处理，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。信号处理部20构成本发明所说的“信号处理装置”。
另外，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，包括激光光源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将激光光源31输出的激光光，分割为与参照光R同样地通过频率位移器8及参照镜9的第1激光光(反射光)和通过固定配置的反射镜33的第2激光光(透过光)，且将利用频率位移器8及/或参照镜9而受到了频率位移的第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。将该干涉光与干涉光L进行区别，是称作“辅助干涉光”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”。
光电探测器34构成本发明的“辅助检测装置”，对由该干涉光学系统所生成的辅助干涉光进行检测，并输出与该辅助干涉光的拍率大致相等的频率的电气信号。而且，脉冲驱动器35构成本发明的“光源驱动装置”，生成与光电探测器34所输出的电气信号的频率同步的频率(例如与电气信号的频率大致相等的频率)的脉冲信号，并输出到作为本发明的“光源”的宽频带光源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，并以与该脉冲信号相等的频率输出脉冲状的光束。来自脉冲驱动器35的脉冲信号，形成例如50％占空(duty)的矩形列的电气信号，且此时从宽频带光源2输出50％占空的矩形列的脉冲状光束。另外，从宽频带光源2所输出的光束的占空(duty)比并不限定于50％，可应用任意的占空(duty)比，而且，脉冲驱动器35生成用于实现该光束的占空(duty)比的脉冲信号。可采用使这种占空(duty)比的设定和变更，由例如形成信号处理部20的计算机进行的构成。
以上所述的宽频带光源2、激光光源31、分光器32、反射镜33、光电探测器(PD)34及脉冲驱动器35，构成本发明所说的“光束输出装置”。而且，激光光源31、分光器32、反射镜33、光电探测器(PD)34及脉冲驱动器35，构成本发明所说的“脉冲生成装置”。
另外，在由压电元件9A使参照镜9振动并进行计测的情况下的振动频率，为与从光电探测器34所输出的电气信号同步的频率(例如与该电气信号相等的频率)。而且，使该振动的振幅为形成来自光电探测器34的电气信号的波长的例如2分之1那样的振幅(振幅可任意设定)。因此，可设置以例如根据来自光电探测器34的电气信号，生成作为具有上述振动频率的电气信号且为使参照镜9只振动上述振幅那种振幅的电气信号(驱动信号)，并输出到压电元件9A的形态进行动作的电路。被发送到压电元件9A的驱动信号的振幅和压电元件9A的实际振幅的关系已知，该电路可例如参照该关系对驱动信号的振幅进行设定。
(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的测定形态进行说明。以下所详细说明的运算处理及图像形成处理，利用信号处理部20执行。
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轴及y轴分别形成角度45°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。光束由半透镜6被二分为信号光S和参照光R。信号光S和参照光R都具有角度45°的直线偏光。
信号光S由波长板10而从直线偏光被转换为圆偏光，且入射被测定物体O，并由其表面和各种深度区域被反射。由被测定物体O被反射的信号光S在再次通过波长板10时，从圆偏光被转换为角度45°的直线偏光，并再次入射半透镜6，且其一部分由半透镜6被反射。另外，即使当通过被测定物体O时信号光S产生相位差，也由波长板10被转换为角度45°的直线偏光，使干涉光L的S偏光成分L1和P偏光成分L2总是形成一定的比率，所以能够有效地进行计测。
另一方面，参照光R通过波长板7及频率位移器8被导向参照镜9。此时，参照镜9利用压电元件9A而沿参照光R的光路方向进行移动(即z-扫描及/或振动)。参照光R由频率位移器8而接受设定量的频率位移，且接受参照镜9的移动所造成的频率位移。而且，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被转换为圆偏光，并再次入射半透镜6。半透镜6使参照光R的一部分透过。
通过被测定物体O的45°的直线偏光的信号光S和频率进行位移且转换为圆偏光的参照光R，在通过半透镜6时进行重叠而生成干涉光L。该干涉光L具有与对参照光R的频率位移量相当的拍率。由半透镜6所生成的干涉光L，通过成像用透镜群11被传送到偏光分光器12。
偏光分光器12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。同样，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，分别如下式那样表示。
[数2]
Ess = I ss sin ( 2 πft + φ ) - - - ( 2 )
Esp = I rp sin ( 2 πft + φ ) - - - ( 3 )
Ers = I rs sin [ 2 π ( f + f D ) t + φ ′ ) - - - ( 4 )
Figure A20051010838200293
这里，f表示从宽频带光源2所输出的光束的频率，fD表示对参照光R的频率位移量。而且，φ表示信号光S的初期相位，φ’表示参照光R的初期相位。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。另外，将信号光S的初期相位和参照光R的初期相位之差表示为Δφ(＝φ-φ’)。
[数3]
i 1 ∝ | E ss + E rs | 2 ∝ I rs + I ss + 2 I rs I ss cos ( 2 π f D t + ΔΦ ) - - - ( 6 )
i 2 ∝ | E sp + E rp | 2 ∝ I rp + I sp + 2 I rp I sp sin ( 2 π f D t + ΔΦ ) - - - ( 7 )
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。本实现形态的光图像计测装置1藉由利用该特征进行如下的测定。
光图像计测装置1可如前述那样，利用激光光源31、分光器32、反射镜33、光电探测器(PD)34及脉冲驱动器35，对宽频带光源2进行控制。
从激光光源31所输出的激光光，由分光器32被分割为朝向参照镜9方向的光路和朝向反射镜33方向的光路。朝向参照镜9的激光光，接受频率位移器8和参照镜9所形成的频率位移，并再次入射分光器32。另一方面，朝向反射镜33的激光光，(不使频率进行位移)而由反射镜33被直接反射，并再次入射分光镜32。通过两光路的激光光利用分光器32进行重叠而形成辅助干涉光。辅助干涉光由光电探测器34进行检测。
这里，辅助干涉光与参照光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，该辅助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将与所检测的辅助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的拍率相同。脉冲驱动器35接受来自光电探测器34的电气信号，并生成与其同步的频率(例如与电气信号相等的频率)的脉冲信号且输出到宽频带光源2。宽频带光源2由来自脉冲驱动器35的脉冲信号被驱动，并以与该脉冲信号相同的频率输出光束。
这样，光图像计测装置1采用一种监视对参照光R的频率位移量，并利用与该位移量同步(例如与位移量大致相等)的频率的脉冲状的光束，对被测定物体O进行测定的构成。来自宽频带光源2的光束如上所述，作为例如50％占空的矩形列的脉冲光被输出。
另外，从宽频带光源2所输出的光束的占空(duty)比并不限定于50％，且其脉冲状也可为除了矩形列以外的形状(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。在这种情况下，可采用使宽频带光源2的输出强度自身进行调制的构成，和在光束的光路上插拔滤波器而调制强度的构成等。即，这里重要的并不是光束的强度调制的程度，而是使该强度调制的频率与干涉光L的拍率同步(例如形成与拍率大致相等的调制频率)。
下面，参照图2所示的标绘图，对光图像计测装置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fm。而且，如前面所说明的，fD表示被付与参照光R的频率位移量(＝干涉光L的拍率)。因此，光束的调制频率fm形成与频率位移量fD大致相等的值。
图2(A)所示为由频率fm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，由此使参照光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fD)的时间波形。图2(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。这里，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fm、50％占空(duty)的矩形列的光脉冲，且当其调制频率fm和干涉光L的拍率fD之差δf＝|fm-fD|，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 AppliedPhysics，Vol.39，L1194(2000))。
[数4]
S1(t)＝<K1m(t)i1(t)>
= K 1 [ 1 2 I ss + 1 2 I rs + 2 &pi; I ss I rs cos ( 2 &pi;&delta;ft + &beta; ) ] - - - ( 8 )
这里，<·>表示基于CCD21的积蓄效果的时间平均。而且，K1表示包括偏光分光器12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ψ表示测定中的初期相位值。
由式(8)可知，在CCD21所输出的检测信号中，除了关于信号光s的S偏光成分和参照光R的强度的项(第1项及第2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、(IssIrs)及测定中的初期相位ψ的项(第3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 ( t ) = K 2 [ 1 2 I sp + 1 2 I rp + 2 &pi; I sp I rp sin ( 2 &pi;&delta;ft + &beta; ) ] - - - ( 9 )
这里，K2为包括偏光分光器12的透过率和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。
式(8)及式(9)的右边的第1项和第2项表示背景光的强度。关于该背景光的强度，也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，并将该光束的利用CCD21等的检测结果，在例如1波长量(或其整数倍)的范围内进行积分，而取消式(8)、(9)的第3项(交流成分；相位直交成分)，取得背景光的强度(背景光成分)。而且，也可藉由使干涉光的一部分由分光器被分支并由CCD同样地进行检测，而求取背景光强度。
藉由将象这样取得的干涉光L的背景光成分的强度，从式(8)、(9)所示的S偏光成分L1及P偏光成分L2的检测信号的强度分别除去，而计算各检测信号的相位直交成分(交流成分)，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 = K 1 2 &pi; I ss I rs cos &psi; - - - ( 10 )
S &prime; 2 = K 2 2 &pi; I sp I rp sin &psi; - - - ( 11 )
然而，被测定物体O由于象眼睛的视网膜神经纤维层等那样具有双折射性，所以被认为对信号光的2个直交偏光成分，可作为下式那种形式的滞相元件(使相位延迟的作用元件)发挥作用。
[数7]
S ( &alpha; , &beta; ) = cos 2 &beta; + sin 2 &beta; e - j 2 &alpha; cos &beta; sin &beta; ( 1 - e - j 2 &alpha; ) cos &beta; sin &beta; ( 1 - e - j 2 &alpha; ) cos 2 &beta; e - j 2 &alpha; + sin 2 &beta; - - - ( 12 )
这里，α表示对被测定物体O的信号光S的入射光及反射光的相位的迟进的平均值，β表示被测定物体O的双折射层的进相轴(光的传送速度快的轴)的倾斜角度的平均值。
因此，式(10)、(11)所示的干涉光L的S偏光成分L1及P偏光成分L2的相位直交成分S1’、S2’，分别如下式那样被改写。
[数8]
S &prime; 1 = K 1 2 &pi; I ss I rs cos ( &psi; + &alpha; ) - - - ( 13 )
S &prime; 2 = K 2 2 &pi; I sp I rp sin ( &psi; + &alpha; ) - - - ( 14 )
另外，由于参照光R由波长板7被转换为圆偏光，所以其S偏光成分Ers的强度Irs和P偏光成分Erp的强度Irp被认为大致相等(表示为IrsIrp＝Ir)。而且，关于信号光S，也认为来自被测定物体O的反射光并不显著依存于入射光的偏光特性，所以关于该S偏光成分Ess的强度Iss和P偏光成分Esp的强度Isp也被认为大致相等(表示为IssIsp＝Is)。而且，信号光S由被测定物体O被散射、吸收，所以可认为干涉光L所包括的信号光S的强度与干涉光L中的参照光R相比，通常足够小(Is＜＜Ir)。因此，由式(13)、(14)可得到以下的关系。
[数9]
&alpha; = tan - 1 ( K 1 S 2 &prime; &prime; K 2 S 1 &prime; &prime; ) - &psi; - - - ( 15 )
该式(15)表示与被测定物体O的双折射性相关的参数α(相位迟进的平均值)。
在形成被测定物体O的某一深度(zo＝一定)的断面图像即xy平面图像的情况下，藉由比较平面z＝zo上的座标(x、y、zo)的α的值α(x、y、zo)，并利用显示的对比度和显示颜色等显示其分布状态，可使深度zo的被测定物体O的双折射的分布状态有效地图像化。
而且，在形成被测定物体O的深度方向的断面图像的情况下也是同样的。例如，在形成xo＝一定的断面图像即yz平面图像的情况下，藉由比较平面x＝xo上的座标(xo、y、z)的α的值α(xo、y、z)，并利用显示的对比度和显示颜色等显示其分布状态，可使深度方向的断面x＝xo的被测定物体O的双折射的分布有效地图像化。对yo＝一定的断面图像也是同样的。
而且，光图像计测装置1不只是这种2维断面图像，也可形成表示1维和3维的双折射分布状态的图像。例如，可预先获取被测定物体O内的任意的座标(x、y、z)的α的值α(x、y、z)，并将该α(x、y、z)对任意的座标(x、y、z)进行组合而图像化即可。而且，也可形成被测定物体O的任意断面(包括倾斜方向的断面)的2维图像。
另一方面，如利用式(13)、(14)，则干涉光L的S偏光成分L1及P偏光成分L2的振幅，即干涉光L的强度分布如下式所示。
[数10]
I s I r &Proportional; S 1 n 2 + S 2 n 2 - - - ( 16 )
[效果]
如利用以上这种光图像计测装置1，则即使在大范围内获取用于反映被测定物体O的双折射的图像的情况下，也可一次性获取被测定物体O的某一深度区域的2维图像(xy面上的图像)，所以没有必要象习知技术那样使信号光S沿xy方向进行扫描。因此，可在短时间内且有效地进行反映被测定物体O的双折射的图像的计测。而且，即使在获取用于表示被测定物体的双折射的3维分布状态的图像的情况下，由于只使参照镜9进行z-扫描并进行被测定物体O的深度方向(z方向)的扫描即可，所以同样可在短时间内且有效地进行计测。而且，即使在需要双折射的1维分布状态的情况下，也可利用2维获取的分布的一部分，进行有效率且有效果的图像化处理。
[变形例]
在上述的实施形态中，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，在上述实施形态中，设置对参照光R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，也可设置自发地生成与其同步的频率的脉冲信号的光源驱动器，并控制光束的强度调制。
而且，在上述实施形态中，是对使参照镜9进行z-扫描并获取被测定物体O的各种深度的断层像的计测形态进行说明，但藉由固定参照镜9的位置并进行计测，可精度良好地求取被测定物体O的某深度的静止图像和动态图像。
而且，光图像计测装置1的检测装置并不限定于前述的CCD，也可为具有检测干涉光并进行光电转换的机能，和将检测的电荷进行积蓄的机能这两种机能的。
而且，虽然是对具有米切尔森型的干涉仪的光图像计测装置1进行了说明，但当然也可采用例如马赫曾德型和菲佐型等任意的干涉仪(例如参照本发明者们所提出的日本专利的特许第3245135号)。
而且，藉由在干涉仪的一部分中设置光纤(束)并作为导光构件使用，可提高装置设计上的自由度，或谋求装置的简洁化，或者提高被测定物体的配置的自由度(例如参照上述的日本专利的特许第3245135号)。
而且，藉由取代将宽频带光源2进行脉冲驱动的构成，而对连续的光束(连续光)以同步于干涉光L的拍率的频率周期性地进行遮蔽，也可使光束的强度周期性地进行调制。
图3所示为这种光图像计测装置的一个构成例。同图所示的光图像计测装置1’在输出连续的光束的宽频带光源2和偏光板3之间，设置有液晶遮光器36。该液晶遮光器36构成本发明的“遮光器装置”，接受利用脉动驱动器35而与上述实施形态同样生成的脉冲信号，并将光束周期性地进行遮蔽。
脉冲驱动器35接受从光电探测器34所输出的电气信号(具有与干涉光L的拍率大致相等的频率)，并生成与该电气信号的频率同步的频率，例如其2倍的频率的脉冲信号，且向液晶遮光器36进行输出。
液晶遮光器36接受从脉冲驱动器35所输出的脉冲信号，并对每个脉冲进行遮光器的开/关。例如，与最初的脉冲对应使光束透过，与下一脉冲对应将光束遮断，与再下一脉冲对应使光束透过，再与更下一脉冲对应将光束遮断，...，象这样周期性地反复遮光器的开关动作。因此，从宽频带光源2所输出的连续光束，以与干涉光L的拍率大致相等的频率入射偏光板3。藉此，可与上述实施形态同样地，获取被测定物体O的图像。
在本变形例中，脉冲驱动器35构成本发明的“遮光器驱动装置”。而且，宽频带光源2构成本发明的“光源”。另外，宽频带光源2、激光光源31、分光器32、反射镜33、光电探测器34、脉冲驱动器35及液晶遮光器36，构成本发明的“光束输出装置”。
(第2实施形态)
下面，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。本实施形态取代象第1实施形态那样利用进行了强度调制的光束，而采用将以连续输出的光束为基础所生成的干涉光，利用遮光器进行取样的构成。
首先，对本实施形态的光图像计测装置的构成进行说明。图4所示为本实施形态的光图像计测装置的(主)光学系统的一个构成例。在同图中，对与第1实施形态相同的构成部分付以相同的符号。下面，对与第1实施形态相同的构成部分，省略其详细说明。
图4所示的光图像计测装置100与第1实施形态同样，具有宽频带光源2、偏光板3、透镜4，5、半透镜6、波长板(1/8波长板)7、参照镜9、压电元件9A、波长板(1/4波长板)10、成像用透镜群11、偏光分光器12、信号处理部20、CCD21，22、激光光源31、分光器32、反射镜33、光电探测器(PD)34。宽频带光源2由可连续输出低相干光的SLD和发光二极管(LED)等构成。
另外，也可与第1实施形态同样地，在参照镜9的稍前面等参照光R的光路上，设置由电光调制器和声光调制器等构成的频率位移器。
在本实施形态的光图像计测装置100中，于各CCD21、22的稍前面，设置将S偏光成分L1及P偏光成分L2分别周期性地进行遮蔽的液晶遮光器等由高速遮光器等所构成的遮光器41、42(强度调制装置)。液晶遮光器的构成包括使光透过/遮断的液晶面板、藉由依据后述的脉动信号驱动该液晶面板而转换光的透过/遮断的驱动电路。
另外，遮光器41、42没有必要配置在CCD21、22的稍前面，可配置在从偏光分光器12所形成的干涉光L的S偏光成分L1及P偏光成分L2的分支点连结CCD21、22的各光路的任意位置上。即，使遮光器41、42配置在可转换干涉光L的S偏光成分L1、P偏光成分L2的遮断和通过，并将利用CCD21、22的受光光量在0和100间进行切换的位置上即可。
而且，利用本发明的强度调制装置的干涉光L的偏光成分的强度调制，并不限定于象遮光器41、42那样将光的透过和遮断进行转换的，也可为将光的透过率进行转换的。例如，可应用一种将液晶遮光器的液晶面板的显示状态，在透过率100％的状态和50％的状态间进行转换的构成。
另外，在光图像计测装置100上，设置产生遮光器驱动用的脉冲信号，并向各遮光器41、42进行输出的脉冲信号产生器50(脉冲信号产生装置)。各遮光器41、42可将来自相位位移器51、52的脉冲信号作为时序信号，分别独立地转换干涉光L的S偏光成分L1及P偏光成分L2的遮断/通过。
脉冲信号产生器50接受从光电探测器34所输出的电气信号(具有与干涉光L的拍率大致相等的频率)，并生成与该电气信号的频率同步的频率(例如与该电气信号相等的频率)的脉冲信号，且向遮光器41、42分别进行输出。藉此，各遮光器41、42以利用与干涉光L的拍率同步的频率(例如相等的频率)将S偏光成分L1及P偏光成分L2同时遮蔽的形态进行动作。因此，干涉光L的S偏光成分L1、P偏光成分L2可以与干涉光L的拍率同步的频率，由CCD21、22同时被检测。CCD21、22将与第1实施形态同样的检测信号输出到信号处理部20。信号处理部20根据从CCD21、22所输入的检测信号，进行与第1实施形态所详细说明的处理同样的处理，形成反映被测定物体O的双折射的图像，并在未图示的显示器装置上进行显示。
如利用以上这种光图像计测装置100，则即使在与第1实施形态同样地，于大范围内获取用于反映被测定物体O的双折射的图像的情况下，也可一次性获取被测定物体O的某一深度区域的2维图像(xy面上的图像)，所以没有必要象习知技术那样使信号光S沿xy方向进行扫描。因此，可在短时间内且有效地进行反映被测定物体O的双折射的图像的计测。即使在形成3维图像和1维图像的情况下，也可与第1实施形态同样地，进行有效率且有效果的图像化处理。
[变形例]
在上述的光图像计测装置100中，以使遮光器41、42根据来自光电探测器34的电气信号，接受从脉冲信号产生器50所输出的脉冲信号，并利用与干涉光L的拍率同步的频率将S偏光成分L1及P偏光成分L2分别“同时”遮断的形态进行控制。以下所说明的变形例，采用一种对遮光器41、42的(变化开关时序)S偏光成分L1及P偏光成分进行抽样的构成。
图5所示为关于本变形例的光图像计测装置的一个构成例。同图所示的光图像计测装置100’与上述实施形态的光图像计测装置100形成大致相同的构成。
本变形例的光图像计测装置100’形成一种控制遮光器41、42的动作的构成，包括根据从光电探测器34所输出的电气信号而产生遮光器驱动用的脉冲信号的脉冲信号产生器50、使该脉冲信号产生器50产生的脉冲信号的相位进行位移并各自输出到各遮光器41，42的相位位移器51，52(相位差付与装置)。遮光器41、42可将来自相位位移器51、52的脉冲信号作为时序信号，并分别独立地转换干涉光L的S偏光成分L1及P偏光成分L2的遮断/通过。
脉冲信号发生器50生成与从光电探测器34所输出的电气信号同步的频率(例如与该电气信号相等的频率)的脉冲信号，并输出到各相位位移器51、52。相位位移器51、52使该脉冲信号的相位只位移设定的相位差，并分别输出到遮光器41、42。
这里，由相位位移器51、52被付与的2个脉冲信号的相位差，形成除了180°(π)以外的任意的相位差例如90°(π/2)。即，因为如使该相位差为180°，则与根据参照光R的光路上的波长板7被付与S偏光成分L1和P偏光成分L2的相位差变得相同。
另外，没有必要对遮光器41、42这两者都设置相位移位器，也可只对一个设置相位移位器。例如，可采用对遮光器41不配置相位移位器，而只对遮光器42配置相位移位器的构成，和与此相反的构成。
遮光器41、42由相位相对进行位移的脉冲信号被驱动，并以与该脉冲信号相等的频率反复开关动作。此时，遮光器41、42以与相位位移器51、52所付与的脉冲信号的相位差相对应的时间差进行开关。藉此，CCD21、22可以与干涉光L的拍率同步的频率且通过设定的时间差，分别接受S偏光成分L1、P偏光成分L2。CCD21、22向信号处理部20输出与第1实施形态相同的检测信号。信号处理部20根据从CCD21、22所输入的检测信号，利用与第1实施形态同样的处理而形成被测定物体O的图像。
利用以上这样的本变形例的光图像计测装置100’，也可与第2实施形态同样地，不象习知技术那样使信号光S进行扫描，而在大范围获取反映被测定物体O的双折射的图像，所以能够进行有效率且有效果的图像计测。
(第3实施形态)
下面，对关于本发明的光图像计测装置的第3实施形态进行说明。本实施形态与第2实施形态同样地，对以连续的光束为基础所生成的干涉光利用遮光器进行抽样。本实施形态的光图像计测装置为了对所检测的干涉光的S偏光成分和P偏光成分付与相位差，采用一种取代在参照光路上设置波长板(符号7)，而在各偏光成分的光路上使遮光板以与该波长板所形成的相位差相当的时间差进行开关的构成。
图6所示的光图像计测装置200与第2实施形态同样，具有宽频带光源2、偏光板3、透镜4，5、半透镜6、参照镜9、压电元件9A、波长板(1/4波长板)10、成像用透镜群11、偏光分光器12、信号处理部20、CCD21，22、激光光源31、分光器32、反射镜33、光电探测器(PD)34、遮光器41，42(强度调制装置)、脉冲信号产生器50(脉冲信号产生装置)、相位移位器51，52(相位差付与装置)。宽频带光源2输出连续的低相干光。另外，也可在参照光R的光路上，设置由电光调制器和声光调制器等构成的频率位移器。
脉冲信号产生器50接受与从光电探测器34所输出的电气信号同步的频率(例如与该电气信号相等的频率)的脉冲信号，并输出到各相位位移器51、52。相位位移器51、52使该脉冲信号的相位只相对位移设定的相位差，并分别输出到遮光器41、42。
这里，由相位位移器51、52被付与2个脉冲信号的相位差，形成利用在第1、第2实施形态中于参照光R的光路上所配置的波长板7，被付与干涉光L的S偏光成分L1和P偏光成分L2之间的相位差即180°(π)。因此，例如相位位移器51使来自脉冲信号产生器50的脉冲信号的相位延迟90°，而相位位移器52使同一脉冲信号的相位前进90°。另外，在例如利用相位位移器51使脉冲信号的相位前进180°等，利用单一的相位位移器而付与目的相位差的情况下，没有必要对遮光器41、42两者都设置相位移位器，只要对一个遮光器设置相位移位器即可。
遮光器41、42分别由来自相位移位器51、52的脉冲信号被驱动，并以与该脉冲信号相等的频率反复进行开关动作。此时，遮光器41、42以与相位位移器51、52所付与的脉冲信号的相位差(干涉光L的拍率的相位差180°)相对应的时间差进行开关。藉此，以与干涉光L的拍率同步的频率，且通过与利用波长板7的相位差相当的时间差，使S偏光成分L1、P偏光成分L2分别由CCD21、22被受光。CCD21、22将与第1、第2实施形态同样的检测信号输出到信号处理部20。信号处理部20根据从CCD21、22所输入的检测信号，利用与第1实施形态同样的处理而形成被测定物体O的图像。
利用以上这样的本实施形态的光图像计测装置200，可与第1、第2实施形态同样地，不使信号光S进行扫描，而在大范围内获取反映被测定物体O的双折射的图像，进行有效果且有效率的图像计测。
(另外的变形例)
以上所详细说明的各实施形态，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任意地施以各种变形。
例如，第1实施形态的光束的强度调制方法，并不限定于将上述光源进行脉动驱动的方法和以遮光器周期性地进行遮蔽的方法，可应用任意的方法。例如藉由在光束的光路上周期性地进行插拔，可对光束的强度进行调制。
而且，作为使参照物体(参照镜)移动的装置，可应用除了压电元件以外的任意的构成。
在第1实施形态中，使光束的强度调制的频率与干涉光的拍率同步即可，且为了实现该同步可采用任意的构成。同样，在第2、3实施形态中，使利用强度调制装置(遮光器)的干涉光的强度调制的频率与干涉光的拍率同步即可，且为了实现该同步可采用任意的构成。例如，在构成使干涉光的拍率(信号光和参照光的相对频率差)总是一定的光图像计测装置的情况下，可将光束和干涉光的强度调制频率设定为一定的值。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (57)

1、一种光图像计测装置，其特征在于其包括：
光束输出装置，将光束周期性地进行强度调制并输出；
光束径扩大装置，扩大前述光束的光束径；
直线偏光装置，将前述光束的偏光特性转换为直线偏光；
光束分割装置，将前述光束径扩大且转换为直线偏光的前述光束，分割为通过被测定物体的信号光和通过参照物体的参照光；
参照光偏光装置，将直线偏光的前述参照光的偏光特性进行转换；
信号光偏光装置，将通过前述被测定物体前的直线偏光的前述信号光的偏光特性进行转换，且将通过前述被测定物体后的前述信号光的偏光特性转换为直线偏光；
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；
重叠装置，使利用前述频率位移装置相对地进行频率位移的，利用前述参照光偏光装置转换偏光特性的前述参照光，和利用前述信号光偏光装置转换为直线偏光的前述信号光进行重叠而生成干涉光；
偏光成分分离装置，从前述生成的干涉光将不同的多数个偏光成分分离；
检测装置，接受前述分离了的前述干涉光的各偏光成分，并输出含有前述各偏光成分的强度变化的信息的检测信号；
信号处理装置，根据前述输出的检测信号所含有的前述各偏光成分的强度变化的信息，形成反映前述被测定物体的双折射的图像。
2、根据权利要求1所述的光图像计测装置，其特征在于：
前述直线偏光装置，将前述光束转换为对与其行进方向直交的xy平面的x轴及y轴成45°的角度方向的直线偏光；
前述参照光偏光装置，将前述45°的角度方向的直线偏光的前述参照光转换为圆偏光。
3、根据权利要求2所述的光图像计测装置，其特征在于：
前述直线偏光装置包括使前述光束的前述45°的角度方向的振动成分透过的偏光板。
4、根据权利要求3所述的光图像计测装置，其特征在于其中所述的偏光成分分离装置从前述干涉光将彼此直交的P偏光成分和S偏光成分分离。
5、根据权利要求4所述的光图像计测装置，其特征在于：
前述光束输出装置包括
脉冲生成装置，生成与前述频率位移装置所形成的频率位移同步的频率的脉冲信号；
光源，由前述脉冲信号驱动并输出脉冲状的光束。
6、根据权利要求5所述的光图像计测装置，其特征在于：
前述脉冲生成装置包括
激光光源，射出激光光；
辅助干涉光学系统，将前述射出的激光光分割为通过前述频率位移装置的第1激光光和通过固定配置的反射镜的第2激光光，并将接受了前述频率位移的前述第1激光光和由前述反射镜所反射的前述第2激光光进行重叠而生成辅助干涉光；
辅助检测装置，检测前述生成的辅助干涉光，并输出与前述辅助干涉光的拍率大致相等频率的电气信号；
光源驱动装置，生成与前述辅助检测装置所输出的前述电气信号的频率同步的频率的前述脉冲信号，并输出到前述光源。
7、根据权利要求4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
光源，射出连续光束、
遮光器装置，将前述所射出的连续光束周期性地进行遮蔽。
8、根据权利要求7所述的光图像计测装置，其特征在于：
前述光束装置包括
激光光源，射出激光光、
辅助干涉光学系统，将前述射出的激光光分割为通过前述频率位移装置的第1激光光和通过固定配置的反射镜的第2激光光，并将接受了前述频率位移的前述第1激光光和由前述反射镜所反射的前述第2激光光进行重叠而生成辅助干涉光、
辅助检测装置，检测前述生成的辅助干涉光，并输出与前述辅助干涉光的拍率大致相等频率的电气信号、
遮光器驱动装置，生成与前述辅助检测装置所输出的前述电气信号的频率同步的频率的脉冲信号，并输出到前述遮光器装置；且
前述遮光器装置由从前述遮光器驱动装置所输出的前述脉冲信号进行驱动，并对从前述光源所射出的前述连续的光束周期性地进行遮蔽。
9、根据权利要求2所述的光图像计测装置，其特征在于：
前述光束分割装置和前述重叠装置，由对从前述光束输出装置所输出的前述光束、前述信号光及前述参照光的各光路倾斜设置的半透镜一体构成；
前述参照光偏光装置包括在前述半透镜和前述参照物体间所配置的1/8波长板。
10、根据权利要求9所述的光图像计测装置，其特征在于其中所述的直线偏光装置包括使前述光束的前述45°的角度方向的振动成分透过的偏光板。
11、根据权利要求10所述的光图像计测装置，其特征在于其中所述的偏光成分分离装置从前述干涉光将彼此直交的P偏光成分和S偏光成分进行分离。
12、根据权利要求11所述的光图像计测装置，其特征在于：
前述光束输出装置包括
脉冲生成装置，生成与前述频率位移装置所形成的频率位移同步的频率的脉冲信号；
光源，由前述脉冲信号驱动并输出脉冲状的光束。
13、根据权利要求12所述的光图像计测装置，其特征在于：
前述脉冲生成装置包括
激光光源，射出激光光；
辅助干涉光学系统，将前述射出的激光光分割为通过前述频率位移装置的第1激光光和通过固定配置的反射镜的第2激光光，并将接受了前述频率位移的前述第1激光光和由前述反射镜所反射的前述第2激光光进行重叠而生成辅助干涉光；
辅助检测装置，检测前述生成的辅助干涉光，并输出与前述辅助干涉光的拍率大致相等频率的电气信号；
光源驱动装置，生成与前述辅助检测装置所输出的前述电气信号的频率同步的频率的前述脉冲信号，并输出到前述光源。
14、根据权利要求11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
光源，射出连续光束、
遮光器装置，将前述所射出的连续光束周期性地进行遮蔽。
15、根据权利要求14所述的光图像计测装置，其特征在于：
前述光束装置包括
激光光源，射出激光光、
辅助干涉光学系统，将前述射出的激光光分割为通过前述频率位移装置的第1激光光和通过固定配置的反射镜的第2激光光，并将接受了前述频率位移的前述第1激光光和由前述反射镜所反射的前述第2激光光进行重叠而生成辅助干涉光、
辅助检测装置，检测前述生成的辅助干涉光，并输出与前述辅助干涉光的拍率大致相等频率的电气信号、
遮光器驱动装置，生成与前述辅助检测装置所输出的前述电气信号的频率同步的频率的脉冲信号，并输出到前述遮光器装置；且
前述遮光器装置由从前述遮光器驱动装置所输出的前述脉冲信号进行驱动，并对从前述光源所射出的前述连续的光束周期性地进行遮蔽。
16、根据权利要求1所述的光图像计测装置，其特征在于：
前述直线偏光装置，将前述光束转换为对与其行进方向直交的xy平面的x轴及y轴成45°的角度方向的直线偏光；
前述信号光偏光装置，将通过前述被测定物体前的前述45°的角度方向的直线偏光的前述信号光转换为圆偏光，且将通过前述被测定物体后的圆偏光的前述信号光转换为直线偏光。
17、根据权利要求16所述的光图像计测装置，其特征在于：
前述直线偏光装置，将前述光束转换为对与其行进方向直交的xy平面的x轴及y轴成45°的角度方向的直线偏光；
前述参照光偏光装置，将前述45°的角度方向的直线偏光的前述参照光转换为圆偏光。
18、根据权利要求17所述的光图像计测装置，其特征在于：
前述直线偏光装置包括使前述光束的前述45°的角度方向的振动成分透过的偏光板。
19、根据权利要求18所述的光图像计测装置，其特征在于其中所述的偏光成分分离装置从前述干涉光将彼此直交的P偏光成分和S偏光成分进行分离。
20、根据权利要求19所述的光图像计测装置，其特征在于：
前述光束输出装置包括
脉冲生成装置，生成与前述频率位移装置所形成的频率位移同步的频率的脉冲信号；
光源，由前述脉冲信号被驱动并输出脉冲状的光束。
21、根据权利要求20所述的光图像计测装置，其特征在于：
前述脉冲生成装置包括
激光光源，射出激光光；
辅助干涉光学系统，将前述射出的激光光分割为通过前述频率位移装置的第1激光光和通过固定配置的反射镜的第2激光光，并将接受了前述频率位移的前述第1激光光和由前述反射镜所反射的前述第2激光光进行重叠而生成辅助干涉光；
辅助检测装置，检测前述生成的辅助干涉光，并输出与前述辅助干涉光的拍率大致相等频率的电气信号；
光源驱动装置，生成与前述辅助检测装置所输出的前述电气信号的频率同步的频率的前述脉冲信号，并输出到前述光源。
22、根据权利要求19所述的光图像计测装置，其特征在于：
前述光束输出装置包括
光源，射出连续光束、
遮光器装置，将前述所射出的连续光束周期性地进行遮蔽。
23、根据权利要求22所述的光图像计测装置，其特征在于：
前述光束装置包括
激光光源，射出激光光、
辅助干涉光学系统，将前述射出的激光光分割为通过前述频率位移装置的第1激光光和通过固定配置的反射镜的第2激光光，并将接受了前述频率位移的前述第1激光光和由前述反射镜所反射的前述第2激光光进行重叠而生成辅助干涉光、
辅助检测装置，检测前述生成的辅助干涉光，并输出与前述辅助干涉光的拍率大致相等频率的电气信号、
遮光器驱动装置，生成与前述辅助检测装置所输出的前述电气信号的频率同步的频率的脉冲信号，并输出到前述遮光器装置；且
前述遮光器装置由从前述遮光器驱动装置所输出的前述脉冲信号进行驱动，并对从前述光源所射出的前述连续的光束周期性地进行遮蔽。
24、根据权利要求17所述的光图像计测装置，其特征在于：
前述光束分割装置和前述重叠装置，由对从前述光束输出装置所输出的前述光束、前述信号光及前述参照光的各光路倾斜设置的半透镜一体构成；
前述参照光偏光装置包括在前述半透镜和前述参照物体间所配置的1/8波长板。
25、根据权利要求24所述的光图像计测装置，其特征在于其中所述的直线偏光装置包括使前述光束的前述45°的角度方向的振动成分透过的偏光板。
26、根据权利要求25所述的光图像计测装置，其特征在于其中所述的偏光成分分离装置从前述干涉光将彼此直交的P偏光成分和S偏光成分进行分离。
27、根据权利要求26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，生成与前述频率位移装置所形成的频率位移同步的频率的脉冲信号；
光源，由前述脉冲信号被驱动并输出脉冲状的光束。
28、根据权利要求27所述的光图像计测装置，其特征在于：
前述脉冲生成装置包括
激光光源，射出激光光；
辅助干涉光学系统，将前述射出的激光光分割为通过前述频率位移装置的第1激光光和通过固定配置的反射镜的第2激光光，并将接受了前述频率位移的前述第1激光光和由前述反射镜所反射的前述第2激光光进行重叠而生成辅助干涉光；
辅助检测装置，检测前述生成的辅助干涉光，并输出与前述辅助干涉光的拍率大致相等频率的电气信号；
光源驱动装置，生成与前述辅助检测装置所输出的前述电气信号的频率同步的频率的前述脉冲信号，并输出到前述光源。
29、根据权利要求26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
光源，射出连续光束、
遮光器装置，将前述所射出的连续光束周期性地进行遮蔽。
30、根据权利要求29所述的光图像计测装置，其特征在于：
前述光束装置包括
激光光源，射出激光光、
辅助干涉光学系统，将前述射出的激光光分割为通过前述频率位移装置的第1激光光和通过固定配置的反射镜的第2激光光，并将接受了前述频率位移的前述第1激光光和由前述反射镜所反射的前述第2激光光进行重叠而生成辅助干涉光、
辅助检测装置，检测前述生成的辅助干涉光，并输出与前述辅助干涉光的拍率大致相等频率的电气信号、
遮光器驱动装置，生成与前述辅助检测装置所输出的前述电气信号的频率同步的频率的脉冲信号，并输出到前述遮光器装置；且
前述遮光器装置由从前述遮光器驱动装置所输出的前述脉冲信号进行驱动，并对从前述光源所射出的前述连续的光束周期性地进行遮蔽。
31、根据权利要求2所述的光图像计测装置，其特征在于：
前述光束分割装置和前述重叠装置，由对从前述光束输出装置所输出的前述光束、前述信号光及前述参照光的各光路倾斜设置的半透镜一体构成；
前述信号光偏光装置包括在前述半透镜和前述被测定物体间所配置的1/4波长板。
32、根据权利要求31所述的光图像计测装置，其特征在于：
前述直线偏光装置将前述光束转换为对与其行进方向直交的xy平面的x轴及y轴成45°的角度方向的直线偏光；
前述参照光偏光装置，将前述45°的角度方向的直线偏光的前述参照光转换为圆偏光。
33、根据权利要求32所述的光图像计测装置，其特征在于：
前述直线偏光装置包括使前述光束的前述45°的角度方向的振动成分透过的偏光板。
34、根据权利要求33所述的光图像计测装置，其特征在于其中所述的偏光成分分离装置从前述干涉光将彼此直交的P偏光成分和S偏光成分进行分离。
35、根据权利要求34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，生成与前述频率位移装置所形成的频率位移同步的频率的脉冲信号；
光源，由前述脉冲信号被驱动并输出脉冲状的光束。
36、根据权利要求35所述的光图像计测装置，其特征在于：
前述脉冲生成装置包括
激光光源，射出激光光；
辅助干涉光学系统，将前述射出的激光光分割为通过前述频率位移装置的第1激光光和通过固定配置的反射镜的第2激光光，并将接受了前述频率位移的前述第1激光光和由前述反射镜所反射的前述第2激光光进行重叠而生成辅助干涉光；
辅助检测装置，检测前述生成的辅助干涉光，并输出与前述辅助干涉光的拍率大致相等频率的电气信号；
光源驱动装置，生成与前述辅助检测装置所输出的前述电气信号的频率同步的频率的前述脉冲信号，并输出到前述光源。
37、根据权利要求34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
光源，射出连续光束、
遮光器装置，将前述所射出的连续光束周期性地进行遮蔽。
38、根据权利要求37所述的光图像计测装置，其特征在于：
前述光束装置包括
激光光源，射出激光光、
辅助干涉光学系统，将前述射出的激光光分割为通过前述频率位移装置的第1激光光和通过固定配置的反射镜的第2激光光，并将接受了前述频率位移的前述第1激光光和由前述反射镜所反射的前述第2激光光进行重叠而生成辅助干涉光、
辅助检测装置，检测前述生成的辅助干涉光，并输出与前述辅助干涉光的拍率大致相等频率的电气信号、
遮光器驱动装置，生成与前述辅助检测装置所输出的前述电气信号的频率同步的频率的脉冲信号，并输出到前述遮光器装置；且
前述遮光器装置由从前述遮光器驱动装置所输出的前述脉冲信号进行驱动，并对从前述光源所射出的前述连续的光束周期性地进行遮蔽。
39、根据权利要求32所述的光图像计测装置，其特征在于：
前述光束分割装置和前述重叠装置，由对从前述光束输出装置所输出的前述光束、前述信号光及前述参照光的各光路倾斜设置的半透镜一体构成；
前述参照光偏光装置包括在前述半透镜和前述参照物体间所配置的1/8波长板。
40、根据权利要求39所述的光图像计测装置，其特征在于其中所述的直线偏光装置包括使前述光束的前述45°的角度方向的振动成分透过的偏光板。
41、根据权利要求40所述的光图像计测装置，其特征在于其中所述的偏光成分分离装置从前述干涉光将彼此直交的P偏光成分和S偏光成分进行分离。
42、根据权利要求41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，生成与前述频率位移装置所形成的频率位移同步的频率的脉冲信号；
光源，由前述脉冲信号被驱动并输出脉冲状的光束。
43、根据权利要求42所述的光图像计测装置，其特征在于：
前述脉冲生成装置包括
激光光源，射出激光光；
辅助干涉光学系统，将前述射出的激光光分割为通过前述频率位移装置的第1激光光和通过固定配置的反射镜的第2激光光，并将接受了前述频率位移的前述第1激光光和由前述反射镜所反射的前述第2激光光进行重叠而生成辅助干涉光；
辅助检测装置，检测前述生成的辅助干涉光，并输出与前述辅助干涉光的拍率大致相等频率的电气信号；
光源驱动装置，生成与前述辅助检测装置所输出的前述电气信号的频率同步的频率的前述脉冲信号，并输出到前述光源。
44、根据权利要求41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
光源，射出连续光束、
遮光器装置，将前述所射出的连续光束周期性地进行遮蔽。
45、根据权利要求44所述的光图像计测装置，其特征在于：
前述光束装置包括
激光光源，射出激光光、
辅助干涉光学系统，将前述射出的激光光分割为通过前述频率位移装置的第1激光光和通过固定配置的反射镜的第2激光光，并将接受了前述频率位移的前述第1激光光和由前述反射镜所反射的前述第2激光光进行重叠而生成辅助干涉光、
辅助检测装置，检测前述生成的辅助干涉光，并输出与前述辅助干涉光的拍率大致相等频率的电气信号、
遮光器驱动装置，生成与前述辅助检测装置所输出的前述电气信号的频率同步的频率的脉冲信号，并输出到前述遮光器装置；且
前述遮光器装置由从前述遮光器驱动装置所输出的前述脉冲信号进行驱动，并对从前述光源所射出的前述连续的光束周期性地进行遮蔽。
46、根据权利要求31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，生成与前述频率位移装置所形成的频率位移同步的频率的脉冲信号；
光源，由前述脉冲信号被驱动并输出脉冲状的光束。
47、根据权利要求46所述的光图像计测装置，其特征在于：
前述脉冲生成装置包括
激光光源，射出激光光；
辅助干涉光学系统，将前述射出的激光光分割为通过前述频率位移装置的第1激光光和通过固定配置的反射镜的第2激光光，并将接受了前述频率位移的前述第1激光光和由前述反射镜所反射的前述第2激光光进行重叠而生成辅助干涉光；
辅助检测装置，检测前述生成的辅助干涉光，并输出与前述辅助干涉光的拍率大致相等频率的电气信号；
光源驱动装置，生成与前述辅助检测装置所输出的前述电气信号的频率同步的频率的前述脉冲信号，并输出到前述光源。
48、根据权利要求31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
光源，射出连续光束、
遮光器装置，将前述所射出的连续光束周期性地进行遮蔽。
49、根据权利要求48所述的光图像计测装置，其特征在于：
前述光束装置包括
激光光源，射出激光光、
辅助干涉光学系统，将前述射出的激光光分割为通过前述频率位移装置的第1激光光和通过固定配置的反射镜的第2激光光，并将接受了前述频率位移的前述第1激光光和由前述反射镜所反射的前述第2激光光进行重叠而生成辅助干涉光、
辅助检测装置，检测前述生成的辅助干涉光，并输出与前述辅助干涉光的拍率大致相等频率的电气信号、
遮光器驱动装置，生成与前述辅助检测装置所输出的前述电气信号的频率同步的频率的脉冲信号，并输出到前述遮光器装置；且
前述遮光器装置由从前述遮光器驱动装置所输出的前述脉冲信号进行驱动，并对从前述光源所射出的前述连续的光束周期性地进行遮蔽。
50、一种光图像计测装置，其特征在于其包括：
光源，输出连续的光束；
光束径扩大装置，扩大前述光束的光束径；
直线偏光装置，将前述光束的偏光特性转换为直线偏光；
光束分割装置，将前述光束径扩大且转换为直线偏光的前述光束，分割为通过被测定物体的信号光和通过参照物体的参照光；
参照光偏光装置，将直线偏光的前述参照光的偏光特性进行转换；
信号光偏光装置，将通过前述被测定物体前的直线偏光的前述信号光的偏光特性进行转换，且将通过了前述被测定物体后的前述信号光的偏光特性转换为直线偏光；
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；
重叠装置，使利用前述频率位移装置相对地进行频率位移的，前述参照光和利用前述信号光偏光装置转换为直线偏光的前述信号光进行重叠而生成干涉光；
偏光成分分离装置，从前述生成的干涉光将不同的多数个偏光成分进行分离；
强度调制装置，将前述分离的前述干涉光的前述多数个偏光成分的强度，周期性地且以相当于前述干涉光的拍率的相位差180°的时间差分别进行调制；
检测装置，接受前述进行了强度调制的前述干涉光的各偏光成分，并输出含有前述各偏光成分的强度变化的信息的检测信号；
信号处理装置，根据前述输出的检测信号所含有的前述各偏光成分的强度变化的信息，形成反映前述被测定物体的双折射的图像。
51、根据权利要求50所述的光图像计测装置，其特征在于：
具有脉冲信号生成装置，用于生成与前述频率位移装置所形成的频率位移同步的频率的脉冲信号；
前述强度调制装置根据利用前述脉冲信号生成装置所生成的前述脉冲信号，对前述干涉光的各偏光成分的强度周期性地进行调制。
52、根据权利要求51所述的光图像计测装置，其特征在于其包括：
激光光源，射出激光光、
辅助干涉光学系统，将前述射出的激光光分割为通过前述频率位移装置的第1激光光和通过固定配置的反射镜的第2激光光，并将接受了前述频率位移的前述第1激光光和由前述反射镜所反射的前述第2激光光进行重叠而生成辅助干涉光、
辅助检测装置，检测前述生成的辅助干涉光，并输出与前述辅助干涉光的拍率大致相等频率的电气信号；且
前述脉冲信号生成装置生成与前述辅助检测装置所输出的前述电气信号的频率同步的频率的脉冲信号。
53、根据权利要求52所述的光图像计测装置，其特征在于：
前述强度调制装置及前述检测装置对前述干涉光的前述多数个偏光成分的每一个进行设置；
前述脉冲信号生成装置分别向多数个前述强度调制装置输出多数个前述脉冲信号，
并具有相位差付与装置，对利用前述脉冲信号发生装置所输出的前述多数个脉冲信号付以相位差，且向前述多数个强度调制装置分别进行输出；
前述多数个强度调制装置根据由前述相位差付与装置所输出的前述脉冲信号，以与前述相位差相当的时间差，对前述多数个偏光成分的强度分别进行调制。
54、一种光图像计测装置，其特征在于其包括：
光源，输出连续的光束；
光束径扩大装置，扩大前述光束的光束径；
直线偏光装置，将前述光束的偏光特性转换为直线偏光；
光束分割装置，将前述光束径扩大且转换为直线偏光的前述光束，分割为通过被测定物体的信号光和通过参照物体的参照光；
信号光偏光装置，将通过前述被测定物体前的直线偏光的前述信号光的偏光特性进行转换，且将通过了前述被测定物体后的前述信号光的偏光特性转换为直线偏光；
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；
重叠装置，使利用前述频率位移装置相对地进行频率位移的，前述参照光和利用前述信号光偏光装置转换为直线偏光的前述信号光进行重叠而生成干涉光；
偏光成分分离装置，从前述生成的干涉光将不同的多数个偏光成分进行分离；
强度调制装置，将前述分离的前述干涉光的前述多数个偏光成分的强度，周期性地且以相当于前述干涉光的拍率的相位差180°的时间差分别进行调制；
检测装置，接受前述进行了强度调制的前述干涉光的各偏光成分，并输出含有前述各偏光成分的强度变化的信息的检测信号；
信号处理装置，根据前述输出的检测信号所含有的前述各偏光成分的强度变化的信息，形成反映前述被测定物体的双折射的图像。
55、根据权利要求54所述的光图像计测装置，其特征在于：
具有脉冲信号生成装置，用于生成与前述频率位移装置所形成的频率位移同步的频率的脉冲信号；
前述强度调制装置根据利用前述脉冲信号生成装置所生成的前述脉冲信号，对前述干涉光的各偏光成分的强度周期性地进行调制。
56、根据权利要求55所述的光图像计测装置，其特征在于其包括：
激光光源，射出激光光、
辅助干涉光学系统，将前述射出的激光光分割为通过前述频率位移装置的第1激光光和通过固定配置的反射镜的第2激光光，并将接受了前述频率位移的前述第1激光光和由前述反射镜所反射的前述第2激光光进行重叠而生成辅助干涉光、
辅助检测装置，检测前述生成的辅助干涉光，并输出与前述辅助干涉光的拍率大致相等频率的电气信号；且
前述脉冲信号生成装置生成与前述辅助检测装置所输出的前述电气信号的频率同步的频率的脉冲信号。
57、根据权利要求56所述的光图像计测装置，其特征在于：
前述强度调制装置及前述检测装置对前述干涉光的前述多数个偏光成分的每一个进行设置；
前述脉冲信号生成装置分别向多数个前述强度调制装置输出多数个前述脉冲信号，
并具有对利用前述脉冲信号发生装置所输出的前述多数个脉冲信号付以相位差，且向前述多数个强度调制装置分别进行输出的相位差付与装置；
前述多数个强度调制装置根据由前述相位差付与装置所输出的前述脉冲信号，以与前述相位差相当的时间差，对前述多数个偏光成分的强度分别进行调制。
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