JP2001330558A - ２次元光ヘテロダイン検出法を用いた光画像計測装置 - Google Patents
２次元光ヘテロダイン検出法を用いた光画像計測装置Info
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
- G01N21/4795—Scattering, i.e. diffuse reflection spatially resolved investigating of object in scattering medium
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 光信号の並列検出を有効に行うことができる
２次元光ヘテロダイン検出法を用いた光画像計測装置を
提供する。 【解決手段】 光ビームを出射する光源１から出射され
た光ビームを、信号光と参照光とに二分するとともに、
信号光と参照光とを互いに重畳することにより干渉光を
生成する干渉光学系と、この干渉光学系が、信号光の周
波数と参照光の周波数を相対的にシフトさせる周波数シ
フタと、干渉光学系が、干渉光を受光するために、干渉
光を二分割して、二分割された干渉光を周期的に遮断す
ることにより、互いの位相差が９０度である２列の干渉
光パルスを生成する光遮断装置７，９と、２列の干渉光
パルスをそれぞれ受光する光センサ８，１０と光センサ
で得られた複数の受光信号を統合して被検体配置位置に
配置された被検体５の表面もしくは内部層の、信号光の
伝搬経路上の各関心点に対応する信号を生成する信号処
理部を具備する。
２次元光ヘテロダイン検出法を用いた光画像計測装置を
提供する。 【解決手段】 光ビームを出射する光源１から出射され
た光ビームを、信号光と参照光とに二分するとともに、
信号光と参照光とを互いに重畳することにより干渉光を
生成する干渉光学系と、この干渉光学系が、信号光の周
波数と参照光の周波数を相対的にシフトさせる周波数シ
フタと、干渉光学系が、干渉光を受光するために、干渉
光を二分割して、二分割された干渉光を周期的に遮断す
ることにより、互いの位相差が９０度である２列の干渉
光パルスを生成する光遮断装置７，９と、２列の干渉光
パルスをそれぞれ受光する光センサ８，１０と光センサ
で得られた複数の受光信号を統合して被検体配置位置に
配置された被検体５の表面もしくは内部層の、信号光の
伝搬経路上の各関心点に対応する信号を生成する信号処
理部を具備する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、被検体、特に光散
乱媒質に光ビームを照射し、その被検体を伝搬（反射も
しくは透過）した光を利用して、その被検体の表面もし
くは内部の形態情報を画像化する光画像計測装置に関す
る。
乱媒質に光ビームを照射し、その被検体を伝搬（反射も
しくは透過）した光を利用して、その被検体の表面もし
くは内部の形態情報を画像化する光画像計測装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、レーザ光源などを用いた光画像計
測技術は、安全であること、すなわち脱放射線化、脱ア
イソトプ化であることから、既存のＸ線を用いた画像計
測分野への応用が試みられている。中でも、光による生
体画像計測は有望な応用分野として期待されている。し
かし、例えば人体や生体組織のような不均一な構成物質
をもつ試料（被検体）は、その内部で光を顕著に多重散
乱するために、その内部形態は一般的には不可視であ
る。こうした散乱媒質を光計測する場合の最大難点は、
被検体から四方八方に出射する透過光あるいは反射光の
うち追跡が可能な光路を辿った信号光をどのようにして
抽出するかということにある。これを可能にする方法の
１つとして、優れた距離分解能をもつ光コヒーレンス断
層画像化法が挙げられる〔例えば、丹野直弘、‘光
学’、２８巻３号、１１６（１９９９）参照〕。
測技術は、安全であること、すなわち脱放射線化、脱ア
イソトプ化であることから、既存のＸ線を用いた画像計
測分野への応用が試みられている。中でも、光による生
体画像計測は有望な応用分野として期待されている。し
かし、例えば人体や生体組織のような不均一な構成物質
をもつ試料（被検体）は、その内部で光を顕著に多重散
乱するために、その内部形態は一般的には不可視であ
る。こうした散乱媒質を光計測する場合の最大難点は、
被検体から四方八方に出射する透過光あるいは反射光の
うち追跡が可能な光路を辿った信号光をどのようにして
抽出するかということにある。これを可能にする方法の
１つとして、優れた距離分解能をもつ光コヒーレンス断
層画像化法が挙げられる〔例えば、丹野直弘、‘光
学’、２８巻３号、１１６（１９９９）参照〕。
【０００３】光コヒーレンス断層画像化法は広帯域なス
ペクトル幅を持つ光源の時間領域の低コヒーレンス性
（空間領域で短い可干渉距離とも表現する）に着目し
て、干渉計において生体内部からの反射光波をμｍオー
ダーの距離分解能で検出する方法である。
ペクトル幅を持つ光源の時間領域の低コヒーレンス性
（空間領域で短い可干渉距離とも表現する）に着目し
て、干渉計において生体内部からの反射光波をμｍオー
ダーの距離分解能で検出する方法である。
【０００４】図９にマイケルソン干渉計を用いた光コヒ
ーレンス断層画像計測装置の基本構成を示す。低コヒー
レント光源１０１からの光ビームを半透明鏡１０２によ
って２分割する。一方の光ビームに、例えば鏡１０３の
位置走査（ｚ−スキャン）によるドップラー周波数シフ
トを与えて参照光波とし、他方を被測定物体１０４に照
射して物体の深層からの後方散乱光を得る。被測定物体
１０４が散乱媒質である場合、反射光波は多重散乱を含
む乱雑な位相をもった拡散波面であると考えられる。光
コヒーレンス断層画像計測では、光源の低コヒーレンス
性により、信号光と参照光の光路長差が光源のμｍオー
ダーのコヒーレント長以内でかつ参照光波と位相相関の
ある成分、すなわちコヒーレントな信号光成分のみが選
択的に参照光波と干渉し合う。それゆえに鏡１０３の位
置をスキャンして参照光路長を変化することで光検出器
１０５により光反射分布像を計測することができる。図
１０はその様子を示すものである。
ーレンス断層画像計測装置の基本構成を示す。低コヒー
レント光源１０１からの光ビームを半透明鏡１０２によ
って２分割する。一方の光ビームに、例えば鏡１０３の
位置走査（ｚ−スキャン）によるドップラー周波数シフ
トを与えて参照光波とし、他方を被測定物体１０４に照
射して物体の深層からの後方散乱光を得る。被測定物体
１０４が散乱媒質である場合、反射光波は多重散乱を含
む乱雑な位相をもった拡散波面であると考えられる。光
コヒーレンス断層画像計測では、光源の低コヒーレンス
性により、信号光と参照光の光路長差が光源のμｍオー
ダーのコヒーレント長以内でかつ参照光波と位相相関の
ある成分、すなわちコヒーレントな信号光成分のみが選
択的に参照光波と干渉し合う。それゆえに鏡１０３の位
置をスキャンして参照光路長を変化することで光検出器
１０５により光反射分布像を計測することができる。図
１０はその様子を示すものである。
【０００５】しかし、図１０に見られるように、現行の
光コヒーレンス断層画像計測は光路長差及び光ビームの
走査によって各部位からの反射光波を順次に検出するも
のである。言いかえれば時間領域の測定法とも理解さ
れ、計測時間の短縮には限界がある。
光コヒーレンス断層画像計測は光路長差及び光ビームの
走査によって各部位からの反射光波を順次に検出するも
のである。言いかえれば時間領域の測定法とも理解さ
れ、計測時間の短縮には限界がある。
【０００６】画像計測の更なる高速化のために、例えば
図１１に示すように、レンズ系２０２により信号光のビ
ーム径を広げて被検体２０５に入射し、その反射光波を
２次元センサアレイ２０６で並列検出する方法が有効で
あると思われる。なお、図１１において、２０１は低コ
ヒーレント光源、２０３は半透明鏡、２０４は鏡であ
る。
図１１に示すように、レンズ系２０２により信号光のビ
ーム径を広げて被検体２０５に入射し、その反射光波を
２次元センサアレイ２０６で並列検出する方法が有効で
あると思われる。なお、図１１において、２０１は低コ
ヒーレント光源、２０３は半透明鏡、２０４は鏡であ
る。
【０００７】これにより、光軸上の鉛直断面画像を瞬時
に取得することができる。図１２はその様子を示すもの
である。
に取得することができる。図１２はその様子を示すもの
である。
【０００８】光ヘテロダイン信号の並列検出方法として
２次元光検出器アレイによる方法が報告されている〔例
えば、Ｋ．Ｐ．Ｃｈａｎ，Ｋ．Ｓａｔｏｒｉ，Ｈ．Ｉｎ
ａｂａ，“Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ”，Ｖｏｌ．３４，１１０１（１９９８）参照〕。こ
の方法では、２次元検出器アレイからの複数のヘテロダ
イン信号は図１３示すような並列の信号処理系に入力さ
れ、それぞれのヘテロダイン信号振幅が検出される。図
１３において、３０１は交流増幅器、３０２は整流検波
器である。
２次元光検出器アレイによる方法が報告されている〔例
えば、Ｋ．Ｐ．Ｃｈａｎ，Ｋ．Ｓａｔｏｒｉ，Ｈ．Ｉｎ
ａｂａ，“Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ”，Ｖｏｌ．３４，１１０１（１９９８）参照〕。こ
の方法では、２次元検出器アレイからの複数のヘテロダ
イン信号は図１３示すような並列の信号処理系に入力さ
れ、それぞれのヘテロダイン信号振幅が検出される。図
１３において、３０１は交流増幅器、３０２は整流検波
器である。
【０００９】一方、複数の光検出器と信号処理系をチッ
プ上に集積化した光ヘテロダインセンサアレイも報告さ
れている〔例えば、Ｓ．Ｂｏｕｒｑｕｉｎ，Ｖ．Ｍｏｎ
ｔｅｒｏｓｓｏ，Ｐ．Ｓｅｉｔｚ，Ｒ．Ｐ．Ｓａｌａｔ
ｈｅ，“Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ”，Ｖｏｌ．２
５，１０２（２０００）参照〕。
プ上に集積化した光ヘテロダインセンサアレイも報告さ
れている〔例えば、Ｓ．Ｂｏｕｒｑｕｉｎ，Ｖ．Ｍｏｎ
ｔｅｒｏｓｓｏ，Ｐ．Ｓｅｉｔｚ，Ｒ．Ｐ．Ｓａｌａｔ
ｈｅ，“Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ”，Ｖｏｌ．２
５，１０２（２０００）参照〕。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従来の単一光検出器も
しくは図１１に示される二次元光検出器アレイを用いた
光検出法で検出される受信光強度は参照光と信号光の強
度をそれぞれＩr とＩs、また両光波の間の周波数差と
位相差をｆifとΔθとすると、次のように表される〔例
えば、吉沢、瀬田編、‘光ヘテロダイン技術’、新技術
コミュニケーションズ社出版（１９９４）参照〕。
しくは図１１に示される二次元光検出器アレイを用いた
光検出法で検出される受信光強度は参照光と信号光の強
度をそれぞれＩr とＩs、また両光波の間の周波数差と
位相差をｆifとΔθとすると、次のように表される〔例
えば、吉沢、瀬田編、‘光ヘテロダイン技術’、新技術
コミュニケーションズ社出版（１９９４）参照〕。
【００１１】
【数１】
【００１２】従来の光ヘテロダイン検出法では、中間周
波数（ビート周波数とも呼ばれる）ｆifの交流信号を交
流増幅器で増幅し、さらにその振幅を例えば整流検波回
路を用いて検出する。このような交流検波方法を２次元
検出器アレイによる光ヘテロダイン測定に応用すると、
図１３に示すように、アレイの素子数に対応したチャン
ネル数をもつ信号処理系が必要となり、実用上アレイの
素子数を増やすことに難点がある。
波数（ビート周波数とも呼ばれる）ｆifの交流信号を交
流増幅器で増幅し、さらにその振幅を例えば整流検波回
路を用いて検出する。このような交流検波方法を２次元
検出器アレイによる光ヘテロダイン測定に応用すると、
図１３に示すように、アレイの素子数に対応したチャン
ネル数をもつ信号処理系が必要となり、実用上アレイの
素子数を増やすことに難点がある。
【００１３】本発明は、上記状況に鑑み、光信号の並列
検出を有効に行うことができる２次元光ヘテロダイン検
出法を用いた光画像計測装置を提供することを目的とす
る。
検出を有効に行うことができる２次元光ヘテロダイン検
出法を用いた光画像計測装置を提供することを目的とす
る。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔１〕２次元光ヘテロダイン検出法を用いた光画像計測
装置において、光ビームを出射する光源と、この光源か
ら出射された光ビームを、被検体が配置される被検体配
置位置を経由する信号光と、前記被検体配置位置を経由
する光路とは異なる光路を経由する参照光とに二分する
とともに、前記被検体配置位置を経由した後の信号光
と、前記異なる光路を経由した参照光とを互いに重畳す
ることにより干渉光を生成する干渉光学系と、この干渉
光学系が、前記信号光の周波数と前記参照光の周波数を
相対的にシフトさせる周波数シフタと、前記干渉光学系
が、前記干渉光を受光するために、前記干渉光を二分割
して、さらに、この二分割された干渉光を周期的に遮断
することにより、互いの位相差が９０度である２列の干
渉光パルスを生成する光遮断装置と、前記２列の干渉光
パルスをそれぞれ受光する光センサと、この光センサ
が、空間的に配列され、それぞれが独立に受光信号を得
る複数の受光素子を有するものであり、前記光センサで
得られた複数の受光信号を統合して前記被検体配置位置
に配置された被検体の表面もしくは内部層の、前記信号
光の伝搬経路上の各関心点に対応する信号を生成する信
号処理部を具備することを特徴とする。
成するために、 〔１〕２次元光ヘテロダイン検出法を用いた光画像計測
装置において、光ビームを出射する光源と、この光源か
ら出射された光ビームを、被検体が配置される被検体配
置位置を経由する信号光と、前記被検体配置位置を経由
する光路とは異なる光路を経由する参照光とに二分する
とともに、前記被検体配置位置を経由した後の信号光
と、前記異なる光路を経由した参照光とを互いに重畳す
ることにより干渉光を生成する干渉光学系と、この干渉
光学系が、前記信号光の周波数と前記参照光の周波数を
相対的にシフトさせる周波数シフタと、前記干渉光学系
が、前記干渉光を受光するために、前記干渉光を二分割
して、さらに、この二分割された干渉光を周期的に遮断
することにより、互いの位相差が９０度である２列の干
渉光パルスを生成する光遮断装置と、前記２列の干渉光
パルスをそれぞれ受光する光センサと、この光センサ
が、空間的に配列され、それぞれが独立に受光信号を得
る複数の受光素子を有するものであり、前記光センサで
得られた複数の受光信号を統合して前記被検体配置位置
に配置された被検体の表面もしくは内部層の、前記信号
光の伝搬経路上の各関心点に対応する信号を生成する信
号処理部を具備することを特徴とする。
【００１５】〔２〕上記〔１〕記載の２次元光ヘテロダ
イン検出法を用いた光画像計測装置において、前記光遮
断装置が、前記信号光と前記参照光の間の周波数差に近
いもしくは等しい周波数で前記干渉光を遮断することを
特徴とする。
イン検出法を用いた光画像計測装置において、前記光遮
断装置が、前記信号光と前記参照光の間の周波数差に近
いもしくは等しい周波数で前記干渉光を遮断することを
特徴とする。
【００１６】〔３〕上記〔１〕記載の２次元光ヘテロダ
イン検出法を用いた光画像計測装置において、前記信号
処理部が、前記光センサで得られた複数の受光信号を統
合して前記信号光と前記参照光の間の周波数差を算出す
ることを特徴とする。
イン検出法を用いた光画像計測装置において、前記信号
処理部が、前記光センサで得られた複数の受光信号を統
合して前記信号光と前記参照光の間の周波数差を算出す
ることを特徴とする。
【００１７】〔４〕上記〔１〕記載の２次元光ヘテロダ
イン検出法を用いた光画像計測装置において、前記干渉
光学系が、マイケルソン干渉計を用いることを特徴とす
る。
イン検出法を用いた光画像計測装置において、前記干渉
光学系が、マイケルソン干渉計を用いることを特徴とす
る。
【００１８】〔５〕上記〔１〕記載の２次元光ヘテロダ
イン検出法を用いた光画像計測装置において、前記干渉
光学系が、軸外し干渉計を用いることを特徴とする。
イン検出法を用いた光画像計測装置において、前記干渉
光学系が、軸外し干渉計を用いることを特徴とする。
【００１９】〔６〕上記〔１〕記載の２次元光ヘテロダ
イン検出法を用いた光画像計測装置において、前記干渉
光学系が、被検体への入射光の偏光方向を制御する偏光
素子を備えることを特徴とする。
イン検出法を用いた光画像計測装置において、前記干渉
光学系が、被検体への入射光の偏光方向を制御する偏光
素子を備えることを特徴とする。
【００２０】〔７〕上記〔１〕記載の２次元光ヘテロダ
イン検出法を用いた光画像計測装置において、前記光源
が、可干渉距離１００μｍ以下のスーパールミネセント
ダイオードであることを特徴とする。
イン検出法を用いた光画像計測装置において、前記光源
が、可干渉距離１００μｍ以下のスーパールミネセント
ダイオードであることを特徴とする。
【００２１】〔８〕上記〔１〕記載の２次元光ヘテロダ
イン検出法を用いた光画像計測装置において、前記光源
が、可干渉距離５０μｍ以下の発光ダイオードであるこ
とを特徴とする。
イン検出法を用いた光画像計測装置において、前記光源
が、可干渉距離５０μｍ以下の発光ダイオードであるこ
とを特徴とする。
【００２２】
〔９〕上記〔１〕記載の２次元光ヘテロダ
イン検出法を用いた光画像計測装置において、前記光源
が、連続発振のレーザ光であることを特徴とする。
イン検出法を用いた光画像計測装置において、前記光源
が、連続発振のレーザ光であることを特徴とする。
【００２３】〔１０〕上記
〔９〕記載の２次元光ヘテロ
ダイン検出法を用いた光画像計測装置において、前記干
渉光学系が、マッハーツェダー干渉計を用いることを特
徴とする。
ダイン検出法を用いた光画像計測装置において、前記干
渉光学系が、マッハーツェダー干渉計を用いることを特
徴とする。
【００２４】〔１１〕上記〔１〕記載の２次元光ヘテロ
ダイン検出法を用いた光画像計測装置において、前記光
遮断装置が、液晶素子を用いた高速光シャッターである
ことを特徴とする。
ダイン検出法を用いた光画像計測装置において、前記光
遮断装置が、液晶素子を用いた高速光シャッターである
ことを特徴とする。
【００２５】〔１２〕上記〔１〕記載の２次元光ヘテロ
ダイン検出法を用いた光画像計測装置において、前記被
検体が、光散乱媒質であることを特徴とする。
ダイン検出法を用いた光画像計測装置において、前記被
検体が、光散乱媒質であることを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照しながら詳細に説明する。
参照しながら詳細に説明する。
【００２７】図１は本発明の２次元光ヘテロダイン画像
計測装置の構成図である。
計測装置の構成図である。
【００２８】この図において、１は低コヒーレント光
源、２は第１のレンズＬと第１のレンズＬからなる
レンズ系、３は第１のビームスプリッタＢＳ１、４はピ
エゾ圧電素子（ＰＺＴ）４Ａ付き反射鏡、５は被検体、
６は第２のビームスプリッタＢＳ２、７は第１のシャッ
ター、８は第１のＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｌ
ｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）、９は第２のシャッター、１
０は第２のＣＣＤ、１１は（π／２）位相シフター、
１２はパルス信号発生器である。
源、２は第１のレンズＬと第１のレンズＬからなる
レンズ系、３は第１のビームスプリッタＢＳ１、４はピ
エゾ圧電素子（ＰＺＴ）４Ａ付き反射鏡、５は被検体、
６は第２のビームスプリッタＢＳ２、７は第１のシャッ
ター、８は第１のＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｌ
ｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）、９は第２のシャッター、１
０は第２のＣＣＤ、１１は（π／２）位相シフター、
１２はパルス信号発生器である。
【００２９】図１に示すように、連続光を出力する低コ
ヒーレント光源１、例えばスーパールミネセントダイオ
ード（ＳＬＤ）から出射した光ビームは、レンズ系（第
１のレンズＬと第２のレンズＬ）２によってビーム
径を広げられ、さらに第１のビームスプリッタ（ＢＳ
１）３により、信号光と参照光とに２分される。参照光
と分かれた信号光は、例えば、散乱媒質からなる被検体
５に入射する。被検体５からの反射光波の一部は第１の
ビームスプリッタ（ＢＳ１）３によって反射され、第２
のビームスプリッタ（ＢＳ２）６へ伝送される。
ヒーレント光源１、例えばスーパールミネセントダイオ
ード（ＳＬＤ）から出射した光ビームは、レンズ系（第
１のレンズＬと第２のレンズＬ）２によってビーム
径を広げられ、さらに第１のビームスプリッタ（ＢＳ
１）３により、信号光と参照光とに２分される。参照光
と分かれた信号光は、例えば、散乱媒質からなる被検体
５に入射する。被検体５からの反射光波の一部は第１の
ビームスプリッタ（ＢＳ１）３によって反射され、第２
のビームスプリッタ（ＢＳ２）６へ伝送される。
【００３０】一方、参照光は反射鏡４へ伝送されて、そ
の反射光波は、例えばピエゾ圧電素子（ＰＺＴ）４Ａに
よる鏡４の振動でドップラー周波数ｆD の周波数シフト
を受ける。周波数シフトを受けた参照光の一部は第１の
ビームスプリッタ（ＢＳ１）３を透過して、信号光と重
畳することにより干渉光を生成する。
の反射光波は、例えばピエゾ圧電素子（ＰＺＴ）４Ａに
よる鏡４の振動でドップラー周波数ｆD の周波数シフト
を受ける。周波数シフトを受けた参照光の一部は第１の
ビームスプリッタ（ＢＳ１）３を透過して、信号光と重
畳することにより干渉光を生成する。
【００３１】図１はマイケルソン干渉計の原理に基づい
て構成されているが、本発明は次のような機構を干渉計
に構えることにより、従来の光ヘテロダイン干渉計と異
なる特徴をもつ光画像計測装置を提供する。ここでは、
上記第１のビームスプリッタ（ＢＳ１）３による光波重
畳の手段で得た干渉光を第２のビームスプリッタ（ＢＳ
２）６で２分割する。さらに、２分割された干渉光ビー
ムを第１のシャッター７と第２のシャッター９を用
いて周期的遮断（サンプリング）する。
て構成されているが、本発明は次のような機構を干渉計
に構えることにより、従来の光ヘテロダイン干渉計と異
なる特徴をもつ光画像計測装置を提供する。ここでは、
上記第１のビームスプリッタ（ＢＳ１）３による光波重
畳の手段で得た干渉光を第２のビームスプリッタ（ＢＳ
２）６で２分割する。さらに、２分割された干渉光ビー
ムを第１のシャッター７と第２のシャッター９を用
いて周期的遮断（サンプリング）する。
【００３２】本発明は、上記した方法で生成される２列
の干渉光パルスを受光するために、イメージセンサ例え
ばＣＣＤカメラを使用する。
の干渉光パルスを受光するために、イメージセンサ例え
ばＣＣＤカメラを使用する。
【００３３】以下に、本発明による測定原理を説明す
る。
る。
【００３４】図２（ａ）は、光ヘテロダイン測定におい
て信号光および参照光がともに連続光である場合、光セ
ンサ面上に生成される干渉光の時間波形を示すものであ
る。式（１）で示されるように、光干渉信号は参照光お
よび信号光の強度に比例した直流成分と、ビート周波数
ｆif＝ｆD の交流成分とからなる。
て信号光および参照光がともに連続光である場合、光セ
ンサ面上に生成される干渉光の時間波形を示すものであ
る。式（１）で示されるように、光干渉信号は参照光お
よび信号光の強度に比例した直流成分と、ビート周波数
ｆif＝ｆD の交流成分とからなる。
【００３５】一方、図２（ｂ）と図２（ｃ）は、本発明
によって２台の光センサの検出面上にて生成される干渉
光の時間波形を示すものである。
によって２台の光センサの検出面上にて生成される干渉
光の時間波形を示すものである。
【００３６】２つの干渉光はともに：Ｔ1 ＝Ｔ2 ＝１／
Δｆの周期でサンプリングされており、そのサンプリン
グ動作を数式を用いて以下に述べる。
Δｆの周期でサンプリングされており、そのサンプリン
グ動作を数式を用いて以下に述べる。
【００３７】連続光源から出射するコヒーレント光を振
幅Ａ、周波数ｆ、位相θをもつ電場の正弦的波動として
考える。すなわち、
幅Ａ、周波数ｆ、位相θをもつ電場の正弦的波動として
考える。すなわち、
【００３８】
【数２】
【００３９】その光強度は次のように表される。
【００４０】
【数３】
【００４１】図１に示す第１のビームスプリッタ（ＢＳ
１）３によって重畳された参照光と信号光はともに連続
光であり、それぞれの電場とを次のように表わすことが
できる。
１）３によって重畳された参照光と信号光はともに連続
光であり、それぞれの電場とを次のように表わすことが
できる。
【００４２】
【数４】
【００４３】
【数５】
【００４４】次に、本発明でのシャッターの周期的遮断
動作、例えば図３（ａ）に示される周期Ｔ1 ＝１／Δｆ
の矩形動作をフーリエ級数の展開により次のように展開
する。
動作、例えば図３（ａ）に示される周期Ｔ1 ＝１／Δｆ
の矩形動作をフーリエ級数の展開により次のように展開
する。
【００４５】
【数６】
【００４６】従って、シャッターを通過する干渉光は、
式（６）の変調レートｍ（ｔ）で強度変調されることと
なる。そこで、図１に示す第１のＣＣＤ（光センサ）
８の面上にて生成される干渉光は次のように表わされ
る。
式（６）の変調レートｍ（ｔ）で強度変調されることと
なる。そこで、図１に示す第１のＣＣＤ（光センサ）
８の面上にて生成される干渉光は次のように表わされ
る。
【００４７】
【数７】
【００４８】但し、Ｔは第２のビームスプリッタ（ＢＳ
２）６の光透過率で、Δθ＝｜θ1＋θ2 ｜である。
２）６の光透過率で、Δθ＝｜θ1＋θ2 ｜である。
【００４９】蓄積型の光センサ、例えば空間的に受光素
子が配置されるＣＣＤカメラを用いて干渉光で受光する
と、光センサの電気出力は測定時間内に蓄積した光電荷
量に比例するものであり、式（７）から次のように与え
られる。
子が配置されるＣＣＤカメラを用いて干渉光で受光する
と、光センサの電気出力は測定時間内に蓄積した光電荷
量に比例するものであり、式（７）から次のように与え
られる。
【００５０】
【数８】
【００５１】ただし、Ｋ1 は第２のビームスプリッタ
（ＢＳ２）６の透過率および光センサの光電変換率を含
めた光検出効率である。
（ＢＳ２）６の透過率および光センサの光電変換率を含
めた光検出効率である。
【００５２】式（８）の積算の第１項は、サンプリング
周波数が光センサの応答周波数よりも十分高ければ、
周波数が光センサの応答周波数よりも十分高ければ、
【００５３】
【数９】
【００５４】となり、同様にその第２項は
【００５５】
【数１０】
【００５６】となる。さらにその第３項は、
【００５７】
【数１１】
【００５８】となる。
【００５９】サンプリング周波数とビート周波数間の差
（δｆ＝｜ｆD −Δｆ｜）が小さく、蓄積型光センサの
応答周波数に比べて十分低いのであれば、式（１１）の
積算は
（δｆ＝｜ｆD −Δｆ｜）が小さく、蓄積型光センサの
応答周波数に比べて十分低いのであれば、式（１１）の
積算は
【００６０】
【数１２】
【００６１】となる。ただし、φ＝Δθ−ψである。
【００６２】式（９）〜（１２）から、式（８）は
【００６３】
【数１３】
【００６４】となる。光センサの出力には、信号光と参
照光の強度のほかに、光干渉信号の振幅（√Ｉs Ｉr ）
及び位相（２πδｆｔ＋φ）に関する項が含まれている
ことが分かる。
照光の強度のほかに、光干渉信号の振幅（√Ｉs Ｉr ）
及び位相（２πδｆｔ＋φ）に関する項が含まれている
ことが分かる。
【００６５】以上の説明から明白となるように、本発明
は、蓄積型光センサ、例えばＣＣＤカメラの低い周波数
応答特性を十分に認識した上で、それを用いた２次元光
ヘテロダイン検波を行う。本発明では、干渉光をそのビ
ート周波数（ｆD ）に近い周波数（Δｆ）でサンプリン
グしてさらにＣＣＤカメラで受光することで、ヘテロダ
イン信号成分を周波数δｆ（δｆ＝｜ｆD −Δｆ｜）の
交流信号として検出する。このことは、ビート周波数ｆ
D の信号を検出する従来の光ヘテロダイン検出法と根本
的に異なる。
は、蓄積型光センサ、例えばＣＣＤカメラの低い周波数
応答特性を十分に認識した上で、それを用いた２次元光
ヘテロダイン検波を行う。本発明では、干渉光をそのビ
ート周波数（ｆD ）に近い周波数（Δｆ）でサンプリン
グしてさらにＣＣＤカメラで受光することで、ヘテロダ
イン信号成分を周波数δｆ（δｆ＝｜ｆD −Δｆ｜）の
交流信号として検出する。このことは、ビート周波数ｆ
D の信号を検出する従来の光ヘテロダイン検出法と根本
的に異なる。
【００６６】また、式（１２）と（１３）から察知する
ように、本発明では、干渉光をそのビート周波数と同じ
周波数でサンプリングすることにより、ヘテロダイン信
号成分を直流信号として検出することも可能である。
ように、本発明では、干渉光をそのビート周波数と同じ
周波数でサンプリングすることにより、ヘテロダイン信
号成分を直流信号として検出することも可能である。
【００６７】さらに、本発明は以下のような測定手段を
用いることを特徴とする。
用いることを特徴とする。
【００６８】図３（ａ）と図３（ｂ）にそれぞれ、本発
明による図１に示した第１のシャッター７と第１のシャ
ッター９のｏｎ−ｏｆｆタイミングを示す。これより、
両ｏｎ−ｏｆｆタイミング間にΔｔ＝Ｔ1 ／４（Ｔ1 ＝
Ｔ2 ）の時間差が設けられていることが分かる。これ
は、フーリエ変換の原理から式（６）の位相ψを相対的
にπ／２ずらすことを意味する。
明による図１に示した第１のシャッター７と第１のシャ
ッター９のｏｎ−ｏｆｆタイミングを示す。これより、
両ｏｎ−ｏｆｆタイミング間にΔｔ＝Ｔ1 ／４（Ｔ1 ＝
Ｔ2 ）の時間差が設けられていることが分かる。これ
は、フーリエ変換の原理から式（６）の位相ψを相対的
にπ／２ずらすことを意味する。
【００６９】従って、図１に示した第２の光センサＣＣ
Ｄ１０からの出力は、
Ｄ１０からの出力は、
【００７０】
【数１４】
【００７１】と求められる。ただし、Ｋ2 は第２のビー
ムスプリッタ（ＢＳ２）６の透過率と第２の光センサＣ
ＣＤ１０の光電変換率を含めた光検出効率である。
ムスプリッタ（ＢＳ２）６の透過率と第２の光センサＣ
ＣＤ１０の光電変換率を含めた光検出効率である。
【００７２】一方、本発明では、例えば図１に示した第
１のシャッター７と第２のシャッター９を“ｏｎ”、す
なわち“開き”の状態に保つことにより、連続的な干渉
光を受光することも可能である。その場合、干渉光のビ
ート周波数が蓄積型の応答周波数より十分高いのであれ
ば、第１の光センサＣＣＤ８からの出力は、
１のシャッター７と第２のシャッター９を“ｏｎ”、す
なわち“開き”の状態に保つことにより、連続的な干渉
光を受光することも可能である。その場合、干渉光のビ
ート周波数が蓄積型の応答周波数より十分高いのであれ
ば、第１の光センサＣＣＤ８からの出力は、
【００７３】
【数１５】
【００７４】となる。同様に、第２の光センサＣＣＤ１
０からの出力は、
０からの出力は、
【００７５】
【数１６】
【００７６】となる。
【００７７】ｉ3 とｉ4 はそれぞれ第１のセンサＣＣＤ
８と第２のセンサＣＣＤ１０に入射する光の強度に比例
し、前出式（１）から、光ヘテロダイン測定、例えば図
１０に示す光コヒーレンス断層画像化測定で検出される
信号の直流成分に相当することが分かる。そこで、本発
明は、次のような演算処理により、光干渉信号の振幅
（√Ｉs Ｉr ）に関する情報を抽出する。
８と第２のセンサＣＣＤ１０に入射する光の強度に比例
し、前出式（１）から、光ヘテロダイン測定、例えば図
１０に示す光コヒーレンス断層画像化測定で検出される
信号の直流成分に相当することが分かる。そこで、本発
明は、次のような演算処理により、光干渉信号の振幅
（√Ｉs Ｉr ）に関する情報を抽出する。
【００７８】式（１３）〜（１６）の結果から、両セン
サの出力に含まれる干渉信号成分は以下のように算出さ
れる。
サの出力に含まれる干渉信号成分は以下のように算出さ
れる。
【００７９】
【数１７】
【００８０】
【数１８】
【００８１】式（１７）と式（１８）の比較から、Ｓ2
とＳ1 はそれぞれ同期検出法における“Ｉ”（ｉｎ−ｐ
ｈａｓｅ）信号と“Ｑ”（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）信号
に対応することが分かる。これより、光干渉信号の振幅
は
とＳ1 はそれぞれ同期検出法における“Ｉ”（ｉｎ−ｐ
ｈａｓｅ）信号と“Ｑ”（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）信号
に対応することが分かる。これより、光干渉信号の振幅
は
【００８２】
【数１９】
【００８３】と求まる。ここで、ｒは両センサによる検
出効率の比であり、式（１５）と式（１６）から次のよ
うに与えられる。
出効率の比であり、式（１５）と式（１６）から次のよ
うに与えられる。
【００８４】
【数２０】
【００８５】一方、Ｓ1 とＳ2 がそれぞれ同期検出法に
おけるＩ信号とＱ信号に対応することから、本発明は、
光干渉信号の振幅情報のみならず、その周波数情報を取
得することもできる。例えば図４に示す市販品の高速フ
ーリェ変換器（ＦＦＴ：ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔ
ｒａｎｓｆｏｒｍ）Ｃによる演算処理で周波数δｆを求
めることが可能である。これより、本発明はドップラー
周波数シフトを測定対象とする流速計測装置にも応用で
きることが明白である。なお、図４において、Ｂ１，Ｂ
２はＡ／Ｄ変換器である。
おけるＩ信号とＱ信号に対応することから、本発明は、
光干渉信号の振幅情報のみならず、その周波数情報を取
得することもできる。例えば図４に示す市販品の高速フ
ーリェ変換器（ＦＦＴ：ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔ
ｒａｎｓｆｏｒｍ）Ｃによる演算処理で周波数δｆを求
めることが可能である。これより、本発明はドップラー
周波数シフトを測定対象とする流速計測装置にも応用で
きることが明白である。なお、図４において、Ｂ１，Ｂ
２はＡ／Ｄ変換器である。
【００８６】以下、本発明の具体的実施例について説明
する。
する。
【００８７】〔実施例１〕図５は本発明による図１に示
した光画像計測装置に低コヒーレント光源として連続出
力のＳＬＤを用いた実施例を示す。
した光画像計測装置に低コヒーレント光源として連続出
力のＳＬＤを用いた実施例を示す。
【００８８】この図において、２１は低コヒーレント光
源、２２はレンズ系（レンズＬ，レンズＬ）、２３
は第１のビームスプリッタＢＳ１、２４はレンズＬ、
２５は光ファイバ、２６はレンズ、２７はピエゾ圧電
素子（ＰＺＴ）２７Ａ付き反射鏡、２８は２次元レンズ
アレイ、２９は光ファイババンドル、３０は２次元レ
ンズアレイ、３１は被検体、３２は第２のビームスプ
リッタＢＳ２、３３は第１のシャッター、３４は第１
のＣＣＤ、３５は第２のシャッター、３６は第２の
ＣＣＤである。
源、２２はレンズ系（レンズＬ，レンズＬ）、２３
は第１のビームスプリッタＢＳ１、２４はレンズＬ、
２５は光ファイバ、２６はレンズ、２７はピエゾ圧電
素子（ＰＺＴ）２７Ａ付き反射鏡、２８は２次元レンズ
アレイ、２９は光ファイババンドル、３０は２次元レ
ンズアレイ、３１は被検体、３２は第２のビームスプ
リッタＢＳ２、３３は第１のシャッター、３４は第１
のＣＣＤ、３５は第２のシャッター、３６は第２の
ＣＣＤである。
【００８９】市販されている近赤外域ＳＬＤの場合、コ
ヒーレント長ｌC ≒３０μｍ、また発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）の場合ｌC ≒１０μｍ程度である。
ヒーレント長ｌC ≒３０μｍ、また発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）の場合ｌC ≒１０μｍ程度である。
【００９０】更に、この実施例は、本発明による図１に
示した信号光及び参照光の伝送手段として光ファイバを
用いることにより、被検体３１の配置位置を光画像計測
装置から分離できることを特徴とする。
示した信号光及び参照光の伝送手段として光ファイバを
用いることにより、被検体３１の配置位置を光画像計測
装置から分離できることを特徴とする。
【００９１】光源からの出力光は第１のビームスプリッ
タ（ＢＳ１）２３によって参照光と信号光に２分され
る。参照光は空間的に多数のマイクロレンズが配置され
る２次元レンズアレイ２８によって光ファイババンド
ル２９へ結合され、その光ファイババンドル２９を経由
して２次元レンズアレイ３０へ伝送される。２次元レ
ンズアレイ３０は、被検体３１への光入射および被検
体３１からの反射光の集光を同時に行う。集光された被
検体３１からの反射光は同光ファイババンドル２９によ
って第１のビームスプリッタ（ＢＳ１）２３へ返送され
る。
タ（ＢＳ１）２３によって参照光と信号光に２分され
る。参照光は空間的に多数のマイクロレンズが配置され
る２次元レンズアレイ２８によって光ファイババンド
ル２９へ結合され、その光ファイババンドル２９を経由
して２次元レンズアレイ３０へ伝送される。２次元レ
ンズアレイ３０は、被検体３１への光入射および被検
体３１からの反射光の集光を同時に行う。集光された被
検体３１からの反射光は同光ファイババンドル２９によ
って第１のビームスプリッタ（ＢＳ１）２３へ返送され
る。
【００９２】他方、参照光はレンズ２４によって光フ
ァイバ２５へ結合され、反射鏡２７へ伝送される。反射
鏡２７からの反射光は同光ファイバ２５によって第１の
ビームスプリッタ（ＢＳ１）２３へ返送される。
ァイバ２５へ結合され、反射鏡２７へ伝送される。反射
鏡２７からの反射光は同光ファイバ２５によって第１の
ビームスプリッタ（ＢＳ１）２３へ返送される。
【００９３】低コヒーレント光源２１を用いたこの実施
例は、信号光と参照光との光路長差は光源の極めて短い
コヒーレント長以内にあるときのみ、光干渉が生成され
る。そのため、例えば反射鏡２７の位置をスキャンして
参照光の光路長を信号光の光路長に等しくなるように差
調節することが望ましい。
例は、信号光と参照光との光路長差は光源の極めて短い
コヒーレント長以内にあるときのみ、光干渉が生成され
る。そのため、例えば反射鏡２７の位置をスキャンして
参照光の光路長を信号光の光路長に等しくなるように差
調節することが望ましい。
【００９４】また、前述したように、本発明はイメージ
センサ、例えば空間的に受光素子が配置されるＣＣＤカ
メラで光干渉信号を並列検出できることを特徴としてい
る。市販品のＣＣＤカメラは数十万ないし数百万の受光
素子を有するので、これら極めて多数の受光素子を有効
に利用すれば、無走査で実時間の２次元光画像計測が可
能となる。
センサ、例えば空間的に受光素子が配置されるＣＣＤカ
メラで光干渉信号を並列検出できることを特徴としてい
る。市販品のＣＣＤカメラは数十万ないし数百万の受光
素子を有するので、これら極めて多数の受光素子を有効
に利用すれば、無走査で実時間の２次元光画像計測が可
能となる。
【００９５】一方、本実施例で使用されるレンズアレイ
の素子数は必ずしもＣＣＤカメラの受光素子数に等しく
設定される必要がない。複数のＣＣＤ素子でレンズアレ
イの一素子からの信号光を検出することは、光ヘテロダ
イン信号のスペックル平均と増強検出に役立つものと考
えられる。
の素子数は必ずしもＣＣＤカメラの受光素子数に等しく
設定される必要がない。複数のＣＣＤ素子でレンズアレ
イの一素子からの信号光を検出することは、光ヘテロダ
イン信号のスペックル平均と増強検出に役立つものと考
えられる。
【００９６】〔実施例２〕本発明は、図１と図５に示す
マイケルソン干渉計に基づく画像計測装置に制限される
ことがなく、他の形式の干渉計に基づく計測装置にも適
すると考えられる。
マイケルソン干渉計に基づく画像計測装置に制限される
ことがなく、他の形式の干渉計に基づく計測装置にも適
すると考えられる。
【００９７】図６は本発明による２次元光ヘテロダイン
検出法を軸外し干渉計に基づく光画像計測装置へ実施す
る例を示す。
検出法を軸外し干渉計に基づく光画像計測装置へ実施す
る例を示す。
【００９８】この図において、４１は回折格子、４２は
レンズ、４３はビームスプリッタＢＳ、４４は第１のシ
ャッター、４５は第１のＣＣＤ、４６は第２のシャ
ッター、４７は第２のＣＣＤである。
レンズ、４３はビームスプリッタＢＳ、４４は第１のシ
ャッター、４５は第１のＣＣＤ、４６は第２のシャ
ッター、４７は第２のＣＣＤである。
【００９９】図６では、平面波の信号光ａと平面波の参
照光ｂはそれぞれ左右の両側から角分散素子例えば回折
格子４１に入射する。この回折格子４１の面上におい
て、互いに交差する両光波の波面不整合により高い空間
周波数が生成されるが、入射角と回折格子４１の格子定
数を適切に選ぶことにより、信号光ａ及び参照光ｂの１
次回折光の出射角をゼロもしくはゼロに近くなるように
することが可能である。これにより両光波は合波され、
干渉光となる。
照光ｂはそれぞれ左右の両側から角分散素子例えば回折
格子４１に入射する。この回折格子４１の面上におい
て、互いに交差する両光波の波面不整合により高い空間
周波数が生成されるが、入射角と回折格子４１の格子定
数を適切に選ぶことにより、信号光ａ及び参照光ｂの１
次回折光の出射角をゼロもしくはゼロに近くなるように
することが可能である。これにより両光波は合波され、
干渉光となる。
【０１００】さらに、この実施例は、レンズ４２を用い
て回折格子４１からの一次回折光をイメージセンサ例え
ばＣＣＤカメラの検出面上に結像させることを特徴とす
る。図６では、干渉光がビームスプリッタ４３によって
２分され、それぞれ第１のＣＣＤと第２のＣＣＤで
ヘテロダイン検出される。
て回折格子４１からの一次回折光をイメージセンサ例え
ばＣＣＤカメラの検出面上に結像させることを特徴とす
る。図６では、干渉光がビームスプリッタ４３によって
２分され、それぞれ第１のＣＣＤと第２のＣＣＤで
ヘテロダイン検出される。
【０１０１】なお、この実施例では、優れた距離（信号
光と参照光間の光路長差）分解能を得るために、光源と
して低コヒーレント光源例えばＳＬＤを使用することが
望ましい。
光と参照光間の光路長差）分解能を得るために、光源と
して低コヒーレント光源例えばＳＬＤを使用することが
望ましい。
【０１０２】〔実施例３〕図７は、本発明による図１に
示した光画像計測装置に第１のビームスプリッタＢＳ１
として広帯域偏光ビームスプリッタＰＢＳ１を用いた実
施例である。
示した光画像計測装置に第１のビームスプリッタＢＳ１
として広帯域偏光ビームスプリッタＰＢＳ１を用いた実
施例である。
【０１０３】この図において、５１は低コヒーレント光
源、５２はレンズ系（レンズＬ，レンズＬ）、５３
は広帯域偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ１）、５４は反
射鏡、５５は第１のビームスプリッタＢＳ１、５６は
ピエゾ圧電素子（ＰＺＴ）５６Ａ付き反射鏡、５７は
（１／４）波長板、５８はマイクロレンズアレイ、５９
は被検体、６０は反射鏡、６１は第２のビームスプリ
ッタＢＳ２、６２は第１のシャッター、６３は第１の
ＣＣＤ、６４は第２のシャッター、６５は第２のＣ
ＣＤである。
源、５２はレンズ系（レンズＬ，レンズＬ）、５３
は広帯域偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ１）、５４は反
射鏡、５５は第１のビームスプリッタＢＳ１、５６は
ピエゾ圧電素子（ＰＺＴ）５６Ａ付き反射鏡、５７は
（１／４）波長板、５８はマイクロレンズアレイ、５９
は被検体、６０は反射鏡、６１は第２のビームスプリ
ッタＢＳ２、６２は第１のシャッター、６３は第１の
ＣＣＤ、６４は第２のシャッター、６５は第２のＣ
ＣＤである。
【０１０４】この図に示すように、低コヒーレンス光源
５１、例えばＳＬＤとＬＥＤからの出力光は一般的に無
偏光で、すなわち特定の偏光方向をもたないものであ
る。ここでは、広帯域偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ
１）５３が入射光のＰ偏光成分を通過させて信号光とす
る。参照光と分かれた信号光は（１／４）波長板５７を
通過して円偏光に変換され、さらに例えばマイクロレン
ズアレイ５８によって収束されて被検体５９へ入射す
る。被検体５９から反射してきた円偏光の信号光は、再
び（１／４）波長板５７を通過することによりＳ偏光の
直線偏光に変換される。広帯域偏光ビームスプリッタ
（ＰＢＳ１）５３はＳ偏光の信号光を９０度反射し、第
２の鏡６０を経由して第２のビームスプリッタ（ＢＳ
２）６１へ伝送する。
５１、例えばＳＬＤとＬＥＤからの出力光は一般的に無
偏光で、すなわち特定の偏光方向をもたないものであ
る。ここでは、広帯域偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ
１）５３が入射光のＰ偏光成分を通過させて信号光とす
る。参照光と分かれた信号光は（１／４）波長板５７を
通過して円偏光に変換され、さらに例えばマイクロレン
ズアレイ５８によって収束されて被検体５９へ入射す
る。被検体５９から反射してきた円偏光の信号光は、再
び（１／４）波長板５７を通過することによりＳ偏光の
直線偏光に変換される。広帯域偏光ビームスプリッタ
（ＰＢＳ１）５３はＳ偏光の信号光を９０度反射し、第
２の鏡６０を経由して第２のビームスプリッタ（ＢＳ
２）６１へ伝送する。
【０１０５】一方、広帯域偏光ビームスプリッタ（ＰＢ
Ｓ１）５３が入射光のＳ偏光成分を９０o 反射して参照
光とする。第１のビームスプリッタ（ＢＳ１）５５を透
過した参照光は第１の鏡５６によって反射されるが、
その反射光は第１の鏡５６に付着したピエゾ素子の振
動によってドップラ周波数シフトを受ける。第１のビー
ムスプリッタ（ＢＳ１）５５は反射光の一部を９０度反
射して第２のビームスプリッタ（ＢＳ２）６１へ伝送す
る。このように、第２のビームスプリッタ（ＢＳ２）６
１にて重畳される信号光および参照光はともにＳ偏光で
ある。
Ｓ１）５３が入射光のＳ偏光成分を９０o 反射して参照
光とする。第１のビームスプリッタ（ＢＳ１）５５を透
過した参照光は第１の鏡５６によって反射されるが、
その反射光は第１の鏡５６に付着したピエゾ素子の振
動によってドップラ周波数シフトを受ける。第１のビー
ムスプリッタ（ＢＳ１）５５は反射光の一部を９０度反
射して第２のビームスプリッタ（ＢＳ２）６１へ伝送す
る。このように、第２のビームスプリッタ（ＢＳ２）６
１にて重畳される信号光および参照光はともにＳ偏光で
ある。
【０１０６】本実施例は広帯域偏光ビームスプリッタ
（ＰＢＳ１）５３及び（１／４）波長板５７を用いるこ
とにより、被検体５９への入射光の偏光方向を制御でき
ることが特徴である。
（ＰＢＳ１）５３及び（１／４）波長板５７を用いるこ
とにより、被検体５９への入射光の偏光方向を制御でき
ることが特徴である。
【０１０７】〔実施例４〕図８は、本発明による２次元
光ヘテロダイン検出法をマッハツエンダー干渉計に基づ
く光透過画像計測装置へ実施する例を示す。
光ヘテロダイン検出法をマッハツエンダー干渉計に基づ
く光透過画像計測装置へ実施する例を示す。
【０１０８】この図において、７１はレーザー、７２は
第１のビームスプリッタＢＳ１、７３は音響光学変調器
（ＡＯＭ）、７４は反射鏡、７５はレンズ系（レンズ
Ｌ，レンズＬ）、７６は反射鏡、７７はレンズ系
（レンズＬ，レンズＬ）、７８は被検体、７９は第
２のビームスプリッタＢＳ２、８０は第１のシャッター
、８１は第１のＣＣＤ、８２は第２のシャッター
、８３は第２のＣＣＤである。
第１のビームスプリッタＢＳ１、７３は音響光学変調器
（ＡＯＭ）、７４は反射鏡、７５はレンズ系（レンズ
Ｌ，レンズＬ）、７６は反射鏡、７７はレンズ系
（レンズＬ，レンズＬ）、７８は被検体、７９は第
２のビームスプリッタＢＳ２、８０は第１のシャッター
、８１は第１のＣＣＤ、８２は第２のシャッター
、８３は第２のＣＣＤである。
【０１０９】この実施例では、コヒーレント光源、例え
ばレーザ７１からの出力光は第１のビームスプリッタ
（ＢＳ１）７２によって参照光と信号光に２分される。
参照光と分かれた信号光はレンズＬとレンズＬから
なるレンズ系７７によってビーム径を広げられ、被検体
７８へ入射される。被検体７８を透過した信号光の一部
は第２のビームスプリッタ（ＢＳ２）７９を透過して、
第１のＣＣＤ８１へ入射する。また、第２のビームス
プリッタ（ＢＳ２）７９によって９０度反射された信号
光は第２のＣＣＤ８３へ入射する。
ばレーザ７１からの出力光は第１のビームスプリッタ
（ＢＳ１）７２によって参照光と信号光に２分される。
参照光と分かれた信号光はレンズＬとレンズＬから
なるレンズ系７７によってビーム径を広げられ、被検体
７８へ入射される。被検体７８を透過した信号光の一部
は第２のビームスプリッタ（ＢＳ２）７９を透過して、
第１のＣＣＤ８１へ入射する。また、第２のビームス
プリッタ（ＢＳ２）７９によって９０度反射された信号
光は第２のＣＣＤ８３へ入射する。
【０１１０】一方、参照光は周波数シフタ例えば音響光
学変調器（ＡＯＭ）７３から周波数シフトを受けて、さ
らにレンズＬとレンズＬからなるレンズ系７５によ
ってビーム径を広げられる。参照光の一部は第２のビー
ムスプリッタ（ＢＳ２）７９を透過して、第２のＣＣＤ
８３へ入射する。また、第２のビームスプリッタ（ＢＳ
２）７９によって９０度反射された参照光は第１のＣＣ
Ｄ８１へ入射する。
学変調器（ＡＯＭ）７３から周波数シフトを受けて、さ
らにレンズＬとレンズＬからなるレンズ系７５によ
ってビーム径を広げられる。参照光の一部は第２のビー
ムスプリッタ（ＢＳ２）７９を透過して、第２のＣＣＤ
８３へ入射する。また、第２のビームスプリッタ（ＢＳ
２）７９によって９０度反射された参照光は第１のＣＣ
Ｄ８１へ入射する。
【０１１１】この実施例で第１の光シャッター８０と
第２の光シャッター８２として、例えば液晶素子また
は電気光学素子を用いた高速シャッターを使用すること
が望ましい。また、干渉光のビート周波数をシャッター
のｏｎ−ｏｆｆ周波数に合わせるために、周波数シフタ
として２台もしくは２台以上のＡＯＭを使用することも
効果的である。
第２の光シャッター８２として、例えば液晶素子また
は電気光学素子を用いた高速シャッターを使用すること
が望ましい。また、干渉光のビート周波数をシャッター
のｏｎ−ｏｆｆ周波数に合わせるために、周波数シフタ
として２台もしくは２台以上のＡＯＭを使用することも
効果的である。
【０１１２】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【０１１３】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。
よれば、以下のような効果を奏することができる。
【０１１４】（Ａ）光信号の並列検出を有効に行うこと
のできる２次元光ヘテロダイン検出法を用いた光画像計
測装置を提供することができる。
のできる２次元光ヘテロダイン検出法を用いた光画像計
測装置を提供することができる。
【０１１５】（Ｂ）光干渉信号の振幅情報のみならず、
その周波数情報を取得することもできる。
その周波数情報を取得することもできる。
【０１１６】（Ｃ）信号光及び参照光の伝送手段として
光ファイバを用いることにより、被検体の配置位置を光
画像計測装置から分離できる。
光ファイバを用いることにより、被検体の配置位置を光
画像計測装置から分離できる。
【０１１７】（Ｄ）入射角と回折格子の格子定数を適切
に選ぶことにより、信号光及び参照光の１次回折光の出
射角をゼロもしくはゼロに近くなるようにすることがで
きる。
に選ぶことにより、信号光及び参照光の１次回折光の出
射角をゼロもしくはゼロに近くなるようにすることがで
きる。
【０１１８】（Ｅ）広帯域偏光ビームスプリッタ及び
（１／４）波長板を用いることにより、被検体への入射
光の偏光方向を制御することができる。
（１／４）波長板を用いることにより、被検体への入射
光の偏光方向を制御することができる。
【図１】本発明の２次元光ヘテロダイン画像計測装置の
構成図である。
構成図である。
【図２】本発明での光ヘテロダイン測定において信号光
および参照光がともに連続光である場合、光センサ面上
に生成される干渉光の時間波形を示す図である。
および参照光がともに連続光である場合、光センサ面上
に生成される干渉光の時間波形を示す図である。
【図３】本発明でのシャッターの周期的遮断動作を示す
図である。
図である。
【図４】高速フーリェ変換（ＦＦＴ）器による演算処理
で周波数δｆを求めるシステム構成図である。
で周波数δｆを求めるシステム構成図である。
【図５】本発明による図１に示した光画像計測装置に低
コヒーレント光源として連続出力のＳＬＤを用いた実施
例を示す図である。
コヒーレント光源として連続出力のＳＬＤを用いた実施
例を示す図である。
【図６】本発明による２次元光ヘテロダイン検出法を軸
外し干渉計に基づく光画像計測装置へ実施する例を示す
図である。
外し干渉計に基づく光画像計測装置へ実施する例を示す
図である。
【図７】本発明による図１に示した光画像計測装置に第
１のビームスプリッタＢＳ１として広帯域偏光ビームス
プリッタＰＢＳ１を用いた実施例を示す図である。
１のビームスプリッタＢＳ１として広帯域偏光ビームス
プリッタＰＢＳ１を用いた実施例を示す図である。
【図８】本発明による２次元光ヘテロダイン検出法をマ
ッハツエンダー干渉計に基づく光透過画像計測装置へ実
施する例を示す図である。
ッハツエンダー干渉計に基づく光透過画像計測装置へ実
施する例を示す図である。
【図９】マイケルソン干渉計を用いた光コヒーレンス断
層画像計測装置の基本構成を示す図である。
層画像計測装置の基本構成を示す図である。
【図１０】図９における装置を用いて光コヒーレンス断
層画像計測の様子を示す図である。
層画像計測の様子を示す図である。
【図１１】画像計測の更なる高速化のため光コヒーレン
ス断層画像計測装置の基本構成を示す図である。
ス断層画像計測装置の基本構成を示す図である。
【図１２】図１１における装置を用いて光コヒーレンス
断層画像計測の様子を示す図である。
断層画像計測の様子を示す図である。
【図１３】２次元検出器アレイからの複数のヘテロダイ
ン信号の並列の信号処理系を示す図である。
ン信号の並列の信号処理系を示す図である。
１，２１，５１ 低コヒーレント光源 ２，２２，５２，７５，７７ レンズ系 ３，２３，５５，７２ 第１のビームスプリッタＢＳ
１ ４，２７，５６ ピエゾ圧電素子（ＰＺＴ）付き反射
鏡 ４Ａ，２７Ａ，５６Ａ ピエゾ圧電素子（ＰＺＴ） ５，３１，５９，７８ 被検体 ６，３２，６１，７９ 第２のビームスプリッタＢＳ
２ ７，３３，４４，６２，８０ 第１のシャッター ８，３４，４５，６３，８１ 第１のＣＣＤ ９，３５，４６，６４，８２ 第２のシャッター １０，３６，４７，６５，８３ 第２のＣＣＤ １１ （π／２）位相シフター １２ パルス信号発生器 ２４ レンズ ２５ 光ファイバ ２６ レンズ ２８ ２次元レンズアレイ ２９ 光ファイババンドル ３０ ２次元レンズアレイ ４１ 回折格子 ４２ レンズ ４３ ビームスプリッタ ５３ 広帯域偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ１） ５４，７４ 反射鏡 ５７ （１／４）波長板 ５８ マイクロレンズアレイ ６０，７６ 反射鏡 ７１ レーザ ７３ 音響光学変調器（ＡＯＭ）
１ ４，２７，５６ ピエゾ圧電素子（ＰＺＴ）付き反射
鏡 ４Ａ，２７Ａ，５６Ａ ピエゾ圧電素子（ＰＺＴ） ５，３１，５９，７８ 被検体 ６，３２，６１，７９ 第２のビームスプリッタＢＳ
２ ７，３３，４４，６２，８０ 第１のシャッター ８，３４，４５，６３，８１ 第１のＣＣＤ ９，３５，４６，６４，８２ 第２のシャッター １０，３６，４７，６５，８３ 第２のＣＣＤ １１ （π／２）位相シフター １２ パルス信号発生器 ２４ レンズ ２５ 光ファイバ ２６ レンズ ２８ ２次元レンズアレイ ２９ 光ファイババンドル ３０ ２次元レンズアレイ ４１ 回折格子 ４２ レンズ ４３ ビームスプリッタ ５３ 広帯域偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ１） ５４，７４ 反射鏡 ５７ （１／４）波長板 ５８ マイクロレンズアレイ ６０，７６ 反射鏡 ７１ レーザ ７３ 音響光学変調器（ＡＯＭ）
フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA53 DD06 FF52 GG07 HH03 HH13 JJ03 JJ05 JJ09 JJ26 LL03 LL04 LL13 LL30 LL46 LL57 NN06 NN08 QQ03 QQ16 2G059 AA05 BB12 EE09 FF01 GG01 GG02 JJ11 JJ13 JJ17 JJ20 JJ22 JJ23 JJ30 KK04 MM01 MM09
Claims (12)
- 【請求項１】（ａ）光ビームを出射する光源と、 （ｂ）該光源から出射された光ビームを、被検体が配置
される被検体配置位置を経由する信号光と、前記被検体
配置位置を経由する光路とは異なる光路を経由する参照
光とに二分するとともに、前記被検体配置位置を経由し
た後の信号光と、前記異なる光路を経由した参照光とを
互いに重畳することにより干渉光を生成する干渉光学系
と、 （ｃ）該干渉光学系が、前記信号光の周波数と前記参照
光の周波数を相対的にシフトさせる周波数シフタと、 （ｄ）前記干渉光学系が、前記干渉光を受光するため
に、前記干渉光を二分割して、さらに、該二分割された
干渉光を周期的に遮断することにより、互いの位相差が
９０度である２列の干渉光パルスを生成する光遮断装置
と、 （ｅ）前記２列の干渉光パルスをそれぞれ受光する光セ
ンサと、 （ｆ）該光センサが、空間的に配列され、それぞれが独
立に受光信号を得る複数の受光素子を有するものであ
り、前記光センサで得られた複数の受光信号を統合して
前記被検体配置位置に配置された被検体の表面もしくは
内部層の、前記信号光の伝搬経路上の各関心点に対応す
る信号を生成する信号処理部を具備することを特徴とす
る２次元光ヘテロダイン検出法を用いた光画像計測装
置。 - 【請求項２】 前記光遮断装置が、前記信号光と前記参
照光の間の周波数差に近いもしくは等しい周波数で前記
干渉光を遮断することを特徴とする請求項１記載の２次
元光ヘテロダイン検出法を用いた光画像計測装置。 - 【請求項３】 前記信号処理部が、前記光センサで得ら
れた複数の受光信号を統合して前記信号光と前記参照光
の間の周波数差を算出することを特徴とする請求項１記
載の２次元光ヘテロダイン検出法を用いた光画像計測装
置。 - 【請求項４】 前記干渉光学系が、マイケルソン干渉計
を用いることを特徴とする請求項１記載の２次元光ヘテ
ロダイン検出法を用いた光画像計測装置。 - 【請求項５】 前記干渉光学系が、軸外し干渉計を用い
ることを特徴とする請求項１記載の２次元光ヘテロダイ
ン検出法を用いた光画像計測装置。 - 【請求項６】 前記干渉光学系が、被検体への入射光の
偏光方向を制御する偏光素子を備えることを特徴とする
請求項１記載の２次元光ヘテロダイン検出法を用いた光
画像計測装置。 - 【請求項７】 前記光源が、可干渉距離１００μｍ以下
のスーパールミネセントダイオードであることを特徴と
する請求項１記載の２次元光ヘテロダイン検出法を用い
た光画像計測装置。 - 【請求項８】 前記光源が、可干渉距離５０μｍ以下の
発光ダイオードであることを特徴とする請求項１記載の
２次元光ヘテロダイン検出法を用いた光画像計測装置。 - 【請求項９】 前記光源が、連続発振のレーザ光である
ことを特徴とする請求項１記載の２次元光ヘテロダイン
検出法を用いた光画像計測装置。 - 【請求項１０】 前記干渉光学系が、マッハーツェダー
干渉計を用いることを特徴とする請求項９記載の２次元
光ヘテロダイン検出法を用いた光画像計測装置。 - 【請求項１１】 前記光遮断装置が、液晶素子を用いた
高速光シャッターであることを特徴とする請求項１記載
の２次元光ヘテロダイン検出法を用いた光画像計測装
置。 - 【請求項１２】 前記被検体が、光散乱媒質であること
を特徴とする請求項１記載の２次元光ヘテロダイン検出
法を用いた光画像計測装置。
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| JP2000153919A JP3594875B2 (ja) | 2000-05-25 | 2000-05-25 | ２次元光ヘテロダイン検出法を用いた光画像計測装置 |
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| JP2000153919A JP3594875B2 (ja) | 2000-05-25 | 2000-05-25 | ２次元光ヘテロダイン検出法を用いた光画像計測装置 |
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