JP2641220B2 - 速度分布測定装置 - Google Patents
速度分布測定装置Info
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- JP2641220B2 JP2641220B2 JP62270443A JP27044387A JP2641220B2 JP 2641220 B2 JP2641220 B2 JP 2641220B2 JP 62270443 A JP62270443 A JP 62270443A JP 27044387 A JP27044387 A JP 27044387A JP 2641220 B2 JP2641220 B2 JP 2641220B2
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- distribution measuring
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
- G01P5/26—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting optical wave
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は速度分布測定装置、特に対象物にコヒーレン
ト光を照射し、その散乱光を受光素子により捉え光電変
換して電子的に解析することにより、対象物における速
度分布特性を求める速度分布測定装置に関するものであ
る。
ト光を照射し、その散乱光を受光素子により捉え光電変
換して電子的に解析することにより、対象物における速
度分布特性を求める速度分布測定装置に関するものであ
る。
［従来の技術］ 従来より、レーザー光のようなコヒーレント光を用い
て移動物体の速度、たとえばガラス管等の導管内部を流
れる流体の速度、あるいは眼底等の生体における血管柱
を流れる血液の速度等を測定する手段として、レーザー
ドップラー速度計及びレーザースペックル速度計があ
る。すなわち、レーザードップラー速度計は対象物の測
定領域にレーザー光を絞り込み、そこからの散乱光のド
ップラー周波数偏移量を検出することにより測定領域中
の散乱体の移動速度を測定するもので、測定点での空間
分解能が高く、測定精度も優れているという特徴があ
る。一方、レーザースペックル速度計は、対象物にレー
ザー光を照射し、その散乱光中に生じたスペックルパタ
ーンを検出して、検出信号の自己相関あるいは相互相関
等の演算をすることにより散乱体の移動速度を測定する
もので一般的に光学系が容易で扱い易いという特徴があ
る。ただし、ここでいうスペックルとは、すりガラス、
金属等の粗面、紙、壁などの拡散物体に対して、コヒー
レントな光を照射した場合に、拡散体の各点で散乱され
た光が互いに干渉し合うために散乱光中に現われる不規
則な斑点模様のことである。
て移動物体の速度、たとえばガラス管等の導管内部を流
れる流体の速度、あるいは眼底等の生体における血管柱
を流れる血液の速度等を測定する手段として、レーザー
ドップラー速度計及びレーザースペックル速度計があ
る。すなわち、レーザードップラー速度計は対象物の測
定領域にレーザー光を絞り込み、そこからの散乱光のド
ップラー周波数偏移量を検出することにより測定領域中
の散乱体の移動速度を測定するもので、測定点での空間
分解能が高く、測定精度も優れているという特徴があ
る。一方、レーザースペックル速度計は、対象物にレー
ザー光を照射し、その散乱光中に生じたスペックルパタ
ーンを検出して、検出信号の自己相関あるいは相互相関
等の演算をすることにより散乱体の移動速度を測定する
もので一般的に光学系が容易で扱い易いという特徴があ
る。ただし、ここでいうスペックルとは、すりガラス、
金属等の粗面、紙、壁などの拡散物体に対して、コヒー
レントな光を照射した場合に、拡散体の各点で散乱され
た光が互いに干渉し合うために散乱光中に現われる不規
則な斑点模様のことである。
［発明が解決しようとする問題点］ このような手段を基に、対象物における１次元的及び
２次元的な速度分布を電子的に測定する方法が知られて
いるが、たとえば、レーザードップラー法では、速度の
分布を求めるために光学系全体あるいは対象物そのもの
を移動させる必要があり、装置の構成が複雑になるとい
う問題がある。特にレーザードップラー速度計は、光学
系の制約が厳しくアライメントが難しくて使いにくいと
いう欠点があり、対象物を移動する方法では測定対象は
限られてしまう。また、測定点を多くして空間的な情報
量を高めようとすると、測定に長時間を必要とするとい
う難点もある。
２次元的な速度分布を電子的に測定する方法が知られて
いるが、たとえば、レーザードップラー法では、速度の
分布を求めるために光学系全体あるいは対象物そのもの
を移動させる必要があり、装置の構成が複雑になるとい
う問題がある。特にレーザードップラー速度計は、光学
系の制約が厳しくアライメントが難しくて使いにくいと
いう欠点があり、対象物を移動する方法では測定対象は
限られてしまう。また、測定点を多くして空間的な情報
量を高めようとすると、測定に長時間を必要とするとい
う難点もある。
一方、レーザースペックル法に関して、たとえば光検
出器をポイント形のものにして、その検出信号の自己相
関関数等の演算から速度を算出する装置では、本質的に
測定対象物における一つの測定領域での速度を測定する
のに適したものであり、速度の分布を求めるためには、
レーザードップラー法と同様光学系あるいは対象物その
ものを移動させるか、または光検出器を並列配置する等
の必要があり、装置の構成が複雑になるという問題があ
る。更に、対象物を移動する方法では測定対象は限ら
れ、測定点を多くして空間的な情報量を高めた場合に
は、やはり測定に長時間を必要とする。
出器をポイント形のものにして、その検出信号の自己相
関関数等の演算から速度を算出する装置では、本質的に
測定対象物における一つの測定領域での速度を測定する
のに適したものであり、速度の分布を求めるためには、
レーザードップラー法と同様光学系あるいは対象物その
ものを移動させるか、または光検出器を並列配置する等
の必要があり、装置の構成が複雑になるという問題があ
る。更に、対象物を移動する方法では測定対象は限ら
れ、測定点を多くして空間的な情報量を高めた場合に
は、やはり測定に長時間を必要とする。
また、CCDや撮像管等の１次元または２次元の光検出
器を使用してスペックルパターンを受光し、その検出信
号の相互相関関数等の演算あるいは検出信号のコントラ
ストの変化等を演算することにより対象物における速度
分布を測定する方法も知られている。しかしこれらの方
法は、光検出器が１次元または２次元のイメージセンサ
ーであるため、光電子増倍管等のポイント形の光検出器
に比較して量子効率が低く、対象物の反射率または透過
率が小さい場合には検出信号のSNの点から測定への適用
が困難になること、更に、相互相関関数等の演算を利用
するものでは演算時間が長くなり、測定点を多くするの
は困難であること等の問題がある。
器を使用してスペックルパターンを受光し、その検出信
号の相互相関関数等の演算あるいは検出信号のコントラ
ストの変化等を演算することにより対象物における速度
分布を測定する方法も知られている。しかしこれらの方
法は、光検出器が１次元または２次元のイメージセンサ
ーであるため、光電子増倍管等のポイント形の光検出器
に比較して量子効率が低く、対象物の反射率または透過
率が小さい場合には検出信号のSNの点から測定への適用
が困難になること、更に、相互相関関数等の演算を利用
するものでは演算時間が長くなり、測定点を多くするの
は困難であること等の問題がある。
［発明の目的］ 本発明の目的は上記問題点を解決するためになされた
もので、光学系の調整も容易で、対象物を移動させる必
要もなく、多くの測定点を計測する場合も測定に要する
時間は比較的に短くて済み、対象物の反射率または透過
率が小さい場合にも適用可能な新しい実用的な速度分布
測定装置を提供することにある。
もので、光学系の調整も容易で、対象物を移動させる必
要もなく、多くの測定点を計測する場合も測定に要する
時間は比較的に短くて済み、対象物の反射率または透過
率が小さい場合にも適用可能な新しい実用的な速度分布
測定装置を提供することにある。
［問題点を解決するための手段］ 本発明においては上述した問題点を解決するために、
対象物を光に照射し、それからの散乱光を受光して光電
変換した後信号処理を行なうことにより対象物における
速度分布特性を求める速度分布測定装置において、コヒ
ーレントな光を発生可能な光源と、前記コヒーレント光
を所定周波数で走査するための光偏向器と、前記光偏向
器によって走査されたコヒーレント光を対象物に照射す
るための光学系と、対象物からの散乱光が形成するスペ
ックルパターンを有限開口を通して検出する光検出器
と、前記光検出器の出力信号から、前記光偏向器による
各走査周期でのスペックルパターンの変動状態を解析し
て、対象物におけ速度分布情報を得るための信号処理手
段とを有する構成を採用した。
対象物を光に照射し、それからの散乱光を受光して光電
変換した後信号処理を行なうことにより対象物における
速度分布特性を求める速度分布測定装置において、コヒ
ーレントな光を発生可能な光源と、前記コヒーレント光
を所定周波数で走査するための光偏向器と、前記光偏向
器によって走査されたコヒーレント光を対象物に照射す
るための光学系と、対象物からの散乱光が形成するスペ
ックルパターンを有限開口を通して検出する光検出器
と、前記光検出器の出力信号から、前記光偏向器による
各走査周期でのスペックルパターンの変動状態を解析し
て、対象物におけ速度分布情報を得るための信号処理手
段とを有する構成を採用した。
更に、対象物に光を照射し、それからの散乱光を受光
して光電変換した後信号処理を行なうことにより対象物
における速度分布特性を求める速度分布測定装置におい
て、コヒーレントな光を発生可能な光源と、前記コヒー
レント光を所定周波数で走査するための第１の光偏向器
と、前記コヒーレント光を前記第１の光偏向器の走査方
向とは直交する方向に所定周波数で走査するための第２
の光偏向器と、前記第１と第２の光偏向器によって２次
元的に走査されたコヒーレント光を対象物に照射するた
めの光学系と、対象物からの散乱光が形成するスペック
ルパターンを有限開口を通して検出する第１の光検出器
と、前記第１の光検出器の出力信号からスペックルパタ
ーンを変動状態を解析して、対象物における速度分布情
報を得るための信号処理手段と、対象物における光学系
な反射ないし透過特性を検出する第２の光検出器とを設
け、前記対象物における速度分布特性のデータと共に、
前記対象物における光学的な反射ないし透過特性を表わ
す２次元画像データを取得できる構成を採用した。
して光電変換した後信号処理を行なうことにより対象物
における速度分布特性を求める速度分布測定装置におい
て、コヒーレントな光を発生可能な光源と、前記コヒー
レント光を所定周波数で走査するための第１の光偏向器
と、前記コヒーレント光を前記第１の光偏向器の走査方
向とは直交する方向に所定周波数で走査するための第２
の光偏向器と、前記第１と第２の光偏向器によって２次
元的に走査されたコヒーレント光を対象物に照射するた
めの光学系と、対象物からの散乱光が形成するスペック
ルパターンを有限開口を通して検出する第１の光検出器
と、前記第１の光検出器の出力信号からスペックルパタ
ーンを変動状態を解析して、対象物における速度分布情
報を得るための信号処理手段と、対象物における光学系
な反射ないし透過特性を検出する第２の光検出器とを設
け、前記対象物における速度分布特性のデータと共に、
前記対象物における光学的な反射ないし透過特性を表わ
す２次元画像データを取得できる構成を採用した。
［作 用］ このような構成では、測定原理は本質的にレーザース
ペックル法を利用しているから光学系の調整も容易であ
り、かつ光ビームを走査することにより、対象物を移動
させることも不要になり、多くの測定点を計測する場合
も測定に要する時間は比較的に短くて済む。また、光検
出器として光電子増倍管等の高感度のポイント形のもの
を使用できるので、対象物の反射率や透過率が小さくて
も適用可能であり、更に２次元の光偏向を行なう構成で
は、２次元の速度分布特定のデータと共に、対象物にお
ける通常の反射ないし透過特性の画像データを取得する
ことが可能になる。
ペックル法を利用しているから光学系の調整も容易であ
り、かつ光ビームを走査することにより、対象物を移動
させることも不要になり、多くの測定点を計測する場合
も測定に要する時間は比較的に短くて済む。また、光検
出器として光電子増倍管等の高感度のポイント形のもの
を使用できるので、対象物の反射率や透過率が小さくて
も適用可能であり、更に２次元の光偏向を行なう構成で
は、２次元の速度分布特定のデータと共に、対象物にお
ける通常の反射ないし透過特性の画像データを取得する
ことが可能になる。
［実施例］ 以下、本発明の実施例を第１図〜第５図を参照して詳
細に説明する。
細に説明する。
第１図は本発明による１次元の速度分布測定装置の概
略構成を示したものである。第１図において、符号１で
示すものはコヒーレントな光を放射するヘリウム・ネオ
ン（He−Ne），アルゴン（Ar+）または半導体等のレー
ザー光源である。レーザー光源１からのレーザー光束２
はレンズ３により所定の大きさにまで拡大整形された
後、光偏向器４に入射して偏向走査される。光偏向器４
として、ここでは音響光学偏向素子（Acousto−Optic D
eflector:AOD,以下AODと略記する）を使用する。AOD以
外にも光偏向器として振動ミラー、回転多面境等が考え
られるが、本発明の装置においては走査の繰り返し精度
の高い光偏向器が必要であり、従って、現状においては
AODが最も適している。光偏向器（AOD）４には対応した
トライバー５が接続され、それは鋸歯状波生成器６によ
って生成されるのこぎり波信号により制御されている。
光偏向器４によって規則的に繰り返し偏向走査されたレ
ーザービームはレンズ７を通って対象物８に照射され
る。
略構成を示したものである。第１図において、符号１で
示すものはコヒーレントな光を放射するヘリウム・ネオ
ン（He−Ne），アルゴン（Ar+）または半導体等のレー
ザー光源である。レーザー光源１からのレーザー光束２
はレンズ３により所定の大きさにまで拡大整形された
後、光偏向器４に入射して偏向走査される。光偏向器４
として、ここでは音響光学偏向素子（Acousto−Optic D
eflector:AOD,以下AODと略記する）を使用する。AOD以
外にも光偏向器として振動ミラー、回転多面境等が考え
られるが、本発明の装置においては走査の繰り返し精度
の高い光偏向器が必要であり、従って、現状においては
AODが最も適している。光偏向器（AOD）４には対応した
トライバー５が接続され、それは鋸歯状波生成器６によ
って生成されるのこぎり波信号により制御されている。
光偏向器４によって規則的に繰り返し偏向走査されたレ
ーザービームはレンズ７を通って対象物８に照射され
る。
対象物８からの散乱光９はその一部が検出開口10及び
レーザー光の波長に対応したフィルター11を通過して光
検出器12で検出され光電変換される。光検出器12は光電
子増倍管またはアバランシェフォトダイオード等の高感
度のポイント形の受光素子である。対象物８からの散乱
光９の存在する空間中には、対象物の粗面の各点で散乱
された光が互いに干渉し合った結果として、第１図で示
されるような不規則なスペックルパターン13が生じてい
る。検出開口10はそのようなスペックルパターンの微細
構造の一部を代表的に検出するためのもので、その大き
さは近似的にスペックルの平均径のオーダーに対応して
いる。この種の目的の検出開口は、第１図のような１つ
のピンホールが一般的であるが、それ以外に複数のピン
ホール配列やランダムパターン開口等を用いることもで
きる。
レーザー光の波長に対応したフィルター11を通過して光
検出器12で検出され光電変換される。光検出器12は光電
子増倍管またはアバランシェフォトダイオード等の高感
度のポイント形の受光素子である。対象物８からの散乱
光９の存在する空間中には、対象物の粗面の各点で散乱
された光が互いに干渉し合った結果として、第１図で示
されるような不規則なスペックルパターン13が生じてい
る。検出開口10はそのようなスペックルパターンの微細
構造の一部を代表的に検出するためのもので、その大き
さは近似的にスペックルの平均径のオーダーに対応して
いる。この種の目的の検出開口は、第１図のような１つ
のピンホールが一般的であるが、それ以外に複数のピン
ホール配列やランダムパターン開口等を用いることもで
きる。
光検出器12からの出力信号は、増幅器14で所定のレベ
ルにまで増幅された後、信号装置15で演算処理がなさ
れ、その演算結果はTVモニター等の出力装置16に送られ
速度分布の表示が行なわれる。レーザー光の偏向走査を
行なう制御系と受光側の信号処理・出力系とは同期信号
発生器17からの同期信号によって同期が取られ、システ
ムの全体的な時間的制御が可能になる。
ルにまで増幅された後、信号装置15で演算処理がなさ
れ、その演算結果はTVモニター等の出力装置16に送られ
速度分布の表示が行なわれる。レーザー光の偏向走査を
行なう制御系と受光側の信号処理・出力系とは同期信号
発生器17からの同期信号によって同期が取られ、システ
ムの全体的な時間的制御が可能になる。
第２図は第１図の装置における光検出器12からの出力
信号を、レーザー光の偏向走査を制御するのこぎり波信
号と共に示したものである。第２図の上段が、第１図に
おける鋸歯状波生成器６の出力信号であり、のこぎり波
の１つがレーザー光の１走査周期、すなわちレーザー光
の対象物上の１回の移動周期を表わしている。対象物中
において散乱体の移動が全くない、すなわち速度分布が
対象物中のいずれの点においても零であるとして、かつ
レーザー光の偏向走査が非常に正確に行なわれる、すな
わち各周期ごとに走査されるレーザービームが対象物上
の同じ点に戻って来るならば、拡散光中には各周期ごと
に同じスペックルパターンが観測されることになり、従
って光検出器からは第２図に示すごとく、各周期ごとに
同じ波形のランダムな信号が出力されることになる。
信号を、レーザー光の偏向走査を制御するのこぎり波信
号と共に示したものである。第２図の上段が、第１図に
おける鋸歯状波生成器６の出力信号であり、のこぎり波
の１つがレーザー光の１走査周期、すなわちレーザー光
の対象物上の１回の移動周期を表わしている。対象物中
において散乱体の移動が全くない、すなわち速度分布が
対象物中のいずれの点においても零であるとして、かつ
レーザー光の偏向走査が非常に正確に行なわれる、すな
わち各周期ごとに走査されるレーザービームが対象物上
の同じ点に戻って来るならば、拡散光中には各周期ごと
に同じスペックルパターンが観測されることになり、従
って光検出器からは第２図に示すごとく、各周期ごとに
同じ波形のランダムな信号が出力されることになる。
第３図は本発明装置における速度分布測定の原理を示
す説明図であり、第３図（Ａ）は光検出器からの出力信
号を、第２図とは異なり各周期ごとに３周期分重ねて描
いたものである。従って第３図の横軸は時間ｔを表わす
と共に、対象物上の距離ｘに対応していると考えてもよ
い。３周期分の信号はそれぞれI1（ｔ）,I2（ｔ）,I
3（ｔ）として、ここでは対象物の中央部分において散
乱体の移動がある場合を示している。この図からも明ら
かなように、対象物中において散乱体の動きがあった場
合、各周期ごとに得られる信号In（ｔ）は、走査される
レーザー光がその動きのある部分に存在する期間だけ変
動する。従って各周期間の信号の差の絶体値を加算平均
する、つまり、 を演算処理することにより、第３図（Ｂ）のような動き
の程度に応じて大小の生じた信号が得られる。すなわち
第３図（Ｂ）においては、対象物の中央部分において散
乱体の動きがある結果、信号の値が波形の中央部分にお
いて大きくなっており、これらはそのまま対象物中にお
ける散乱体の速度分布表示となる。
す説明図であり、第３図（Ａ）は光検出器からの出力信
号を、第２図とは異なり各周期ごとに３周期分重ねて描
いたものである。従って第３図の横軸は時間ｔを表わす
と共に、対象物上の距離ｘに対応していると考えてもよ
い。３周期分の信号はそれぞれI1（ｔ）,I2（ｔ）,I
3（ｔ）として、ここでは対象物の中央部分において散
乱体の移動がある場合を示している。この図からも明ら
かなように、対象物中において散乱体の動きがあった場
合、各周期ごとに得られる信号In（ｔ）は、走査される
レーザー光がその動きのある部分に存在する期間だけ変
動する。従って各周期間の信号の差の絶体値を加算平均
する、つまり、 を演算処理することにより、第３図（Ｂ）のような動き
の程度に応じて大小の生じた信号が得られる。すなわち
第３図（Ｂ）においては、対象物の中央部分において散
乱体の動きがある結果、信号の値が波形の中央部分にお
いて大きくなっており、これらはそのまま対象物中にお
ける散乱体の速度分布表示となる。
この原理からも明らなように本発明の技術において重
要な点は偏向走査されるレーザー光の繰り返し精度にあ
る。つまり走査されたレーザービームが各周期ごとに対
象物上の同じ地点に返って来ないと拡散光中に生じるス
ペックルパターンは各周期ごとに異なったものになり、
従って光検出器からの出力信号も各周期ごとに変動し、
よって対象物中における散乱体の動きを検出しているの
か、走査レーザー光の変動を検出しているのか分からな
くなってしまうからである。この理由から、本発明の装
置においては走査の繰り返し精度の極めて高い光偏向器
を必要とし、現状では機械的に振動する部分の全くない
AODが最適と考えられ、仮に機械的な光偏向器を使うに
しても、走査周波数を考慮して軸揺れ等が極小となるよ
うな精度の良いものを選択しなければならない。
要な点は偏向走査されるレーザー光の繰り返し精度にあ
る。つまり走査されたレーザービームが各周期ごとに対
象物上の同じ地点に返って来ないと拡散光中に生じるス
ペックルパターンは各周期ごとに異なったものになり、
従って光検出器からの出力信号も各周期ごとに変動し、
よって対象物中における散乱体の動きを検出しているの
か、走査レーザー光の変動を検出しているのか分からな
くなってしまうからである。この理由から、本発明の装
置においては走査の繰り返し精度の極めて高い光偏向器
を必要とし、現状では機械的に振動する部分の全くない
AODが最適と考えられ、仮に機械的な光偏向器を使うに
しても、走査周波数を考慮して軸揺れ等が極小となるよ
うな精度の良いものを選択しなければならない。
第４図は本発明による装置の別の実施例の主に光学系
の構成図を示したものである。第４図においては測定を
行なう対象物として人間の眼底を想定している。すなわ
ち、生体の中でも眼底はその構造上血管を外部より非切
開で直接観察できる唯一の器官であり、生体における血
流速度を測定する目的のためには格好の対象物である。
の構成図を示したものである。第４図においては測定を
行なう対象物として人間の眼底を想定している。すなわ
ち、生体の中でも眼底はその構造上血管を外部より非切
開で直接観察できる唯一の器官であり、生体における血
流速度を測定する目的のためには格好の対象物である。
第４図において、符号21で示すものはコヒーレントな
光を放射するレーザー光源であり、そこから発せられた
レーザー光束22はレンズ23を通ってAOD24（第１図のAOD
4に対応）に入射し、そこで１次元方向（水平方向）に
偏向走査される。レンズ23はAOD24の短形状開口にレー
ザービームを整形して入射するためのものであり、複数
の円筒レンズの組み合わせを含んでいる。AOD24によっ
て偏向されたレーザー光はレンズ23と類似の構成を有す
る。レンズ25によってAODの開口に適した矩形状光束か
ら本来の円形光束に整形された後、レンズ26とスリット
27を通過する。スリット27はAOD24の０次光（図示せ
ず）を遮断して１次回折光のみを利用するためのもので
ある。スリット27を通過した１次回折光はレンズ28によ
ってガルバノメーター29に取り付けられたミラー30に導
かれ、そこでAODによる偏向方向とは直交する方向（垂
直方向）に偏向走査される。ミラー30により２次元的に
走査されたレーザービームはレンズ31を通過してミラー
32で反射され、対物レンズ33によって被検眼34の眼底34
aに投射される。
光を放射するレーザー光源であり、そこから発せられた
レーザー光束22はレンズ23を通ってAOD24（第１図のAOD
4に対応）に入射し、そこで１次元方向（水平方向）に
偏向走査される。レンズ23はAOD24の短形状開口にレー
ザービームを整形して入射するためのものであり、複数
の円筒レンズの組み合わせを含んでいる。AOD24によっ
て偏向されたレーザー光はレンズ23と類似の構成を有す
る。レンズ25によってAODの開口に適した矩形状光束か
ら本来の円形光束に整形された後、レンズ26とスリット
27を通過する。スリット27はAOD24の０次光（図示せ
ず）を遮断して１次回折光のみを利用するためのもので
ある。スリット27を通過した１次回折光はレンズ28によ
ってガルバノメーター29に取り付けられたミラー30に導
かれ、そこでAODによる偏向方向とは直交する方向（垂
直方向）に偏向走査される。ミラー30により２次元的に
走査されたレーザービームはレンズ31を通過してミラー
32で反射され、対物レンズ33によって被検眼34の眼底34
aに投射される。
AOD24及びミラー30によるレーザー光の走査周波数
は、たとえばNTSC方式の通常のTVスキャンに対応して、
それぞれ15.75KHz及び60Hzに選ばれる。また先にも述べ
たように、本発明において重要な点は、光偏向器の走査
繰り返し精度であり、従って機械的な光偏向器であるミ
ラー30を制御するガルバノメーター29は、位置センサー
を備えてフィードバック制御が完全に行われる極めて精
度の高いものでなければならない。
は、たとえばNTSC方式の通常のTVスキャンに対応して、
それぞれ15.75KHz及び60Hzに選ばれる。また先にも述べ
たように、本発明において重要な点は、光偏向器の走査
繰り返し精度であり、従って機械的な光偏向器であるミ
ラー30を制御するガルバノメーター29は、位置センサー
を備えてフィードバック制御が完全に行われる極めて精
度の高いものでなければならない。
被検眼眼底34aからの反射光は対物レンズ33を通り、
その一部がミラー32に隣接した微小なミラー35によって
反射され、検出開口36とフィルター37を通って符号38で
示される光検出器により検出される。検出開口36は被検
眼34の眼底上の各点で散乱された光が互いに干渉し合っ
た結果生じる反射光中のスペックルパターンの微細構造
の一部を代表的に検出するためのものであり、またフィ
ルター37はレーザー光の波長成分のみの光を検出するた
めのものである。光検出器38の出力する信号には対象物
眼底における動きの情報、即ち血流の情報が含まれてい
る。
その一部がミラー32に隣接した微小なミラー35によって
反射され、検出開口36とフィルター37を通って符号38で
示される光検出器により検出される。検出開口36は被検
眼34の眼底上の各点で散乱された光が互いに干渉し合っ
た結果生じる反射光中のスペックルパターンの微細構造
の一部を代表的に検出するためのものであり、またフィ
ルター37はレーザー光の波長成分のみの光を検出するた
めのものである。光検出器38の出力する信号には対象物
眼底における動きの情報、即ち血流の情報が含まれてい
る。
一方、被検眼眼底34aからの反射光の大部分は、ミラ
ー32の周辺部を通り、レンズ39とレーザー光の波長に対
応したフィルター40を通過して符号41で示される光検出
器によって検出される。この光検出器41は反射光中のス
ペックルパターンの微細構造より十分に大きな検出開口
を有しており、従って検出する情報は対象物眼底におけ
る通常の反射特性となる。
ー32の周辺部を通り、レンズ39とレーザー光の波長に対
応したフィルター40を通過して符号41で示される光検出
器によって検出される。この光検出器41は反射光中のス
ペックルパターンの微細構造より十分に大きな検出開口
を有しており、従って検出する情報は対象物眼底におけ
る通常の反射特性となる。
第５図は第４図に光学系を示した装置の電気系の構成
を表わしたブロック図である。レーザー光源21からのレ
ーザー光はAOD24及びガルバノメーター29に取り付けら
れたミラー30によって２次元的に偏向走査された後、被
検眼34の眼底に照射される。AOD24には対応したドライ
バー42が接続され、そのドライバーは鋸歯状波生成器43
によって生成されるのこぎり波信号により制御される。
一方、ガルバノメーター29にはそれに対応したドライバ
ー44が接続され、ドライバー44は鋸歯状波生成器45によ
って生成されるのこぎり波信号により制御される。
を表わしたブロック図である。レーザー光源21からのレ
ーザー光はAOD24及びガルバノメーター29に取り付けら
れたミラー30によって２次元的に偏向走査された後、被
検眼34の眼底に照射される。AOD24には対応したドライ
バー42が接続され、そのドライバーは鋸歯状波生成器43
によって生成されるのこぎり波信号により制御される。
一方、ガルバノメーター29にはそれに対応したドライバ
ー44が接続され、ドライバー44は鋸歯状波生成器45によ
って生成されるのこぎり波信号により制御される。
被検眼34の眼底からの反射光はその一部が検出開口36
を通って光検出器38で検出され、反射光の大部分は光検
出器41で検出される。先にも述べたように、光検出器38
は対象物眼底における動き、すなわち血流の情報を得る
ためのものであり、一方光検出器41は眼底の通常の反射
特性の情報を得るためのものである。それぞれの光検出
器からの出力信号は増幅器46,47で所定のレベルにまで
増幅された後、A/D−D/A変換器、演算回路、記憶装置等
から構成される信号処理装置48に入力される。
を通って光検出器38で検出され、反射光の大部分は光検
出器41で検出される。先にも述べたように、光検出器38
は対象物眼底における動き、すなわち血流の情報を得る
ためのものであり、一方光検出器41は眼底の通常の反射
特性の情報を得るためのものである。それぞれの光検出
器からの出力信号は増幅器46,47で所定のレベルにまで
増幅された後、A/D−D/A変換器、演算回路、記憶装置等
から構成される信号処理装置48に入力される。
光検出器38からの出力信号は信号処理装置48の中のA/
D変換器49によって、たとえば８ビットのディジタルデ
ータに変換された後演算回路50に入力されて、減算、絶
体値、加算平均の計算が行われると共に雑音低減の処理
がなされる。すなわち、すでに第３図で説明したよう
に、 を演算処理することにより、対象物中における散乱体の
動き、つまり眼底の血流の度合を定量化する。更に、こ
のようにして得られたデータは、光検出器38が小さな検
出開口36を通して受光する微弱光を光電変換した結果の
信号を元にしているので、そのデータにはかなりショッ
トノイズが含まれており、それらの雑音成分を低減する
ために、空間フィルターによるSN比改善の処理を行な
う。演算回路50は記憶装置51との間でデータの変換を行
なうが、記憶装置51はたとえば数画面分のフレームメモ
リーから構成され、それらは演算途中のデータの処理と
最終結果の蓄積とのために利用される。演算処理された
結果はD/A変換器52によってアナログ信号に変換された
後、TVモニター等の出力装置53に送られ、眼底における
速度分布、すなわち血流分布として濃度の違いによって
判断できるような状態で表示される。
D変換器49によって、たとえば８ビットのディジタルデ
ータに変換された後演算回路50に入力されて、減算、絶
体値、加算平均の計算が行われると共に雑音低減の処理
がなされる。すなわち、すでに第３図で説明したよう
に、 を演算処理することにより、対象物中における散乱体の
動き、つまり眼底の血流の度合を定量化する。更に、こ
のようにして得られたデータは、光検出器38が小さな検
出開口36を通して受光する微弱光を光電変換した結果の
信号を元にしているので、そのデータにはかなりショッ
トノイズが含まれており、それらの雑音成分を低減する
ために、空間フィルターによるSN比改善の処理を行な
う。演算回路50は記憶装置51との間でデータの変換を行
なうが、記憶装置51はたとえば数画面分のフレームメモ
リーから構成され、それらは演算途中のデータの処理と
最終結果の蓄積とのために利用される。演算処理された
結果はD/A変換器52によってアナログ信号に変換された
後、TVモニター等の出力装置53に送られ、眼底における
速度分布、すなわち血流分布として濃度の違いによって
判断できるような状態で表示される。
一方、光検出器41からの出力信号は、信号処理装置48
の中のA/D変換器54によってディジタルデータに変換さ
れた後、演算回路55に入力する。演算回路55は記憶装置
56との間でデータの交換をしながら加算平均の処理を行
なうもので、信号のSN比を改善する役割りを果たす。た
だし、この加算平均処理は、通常の画像データを得る目
的のためには必ずしも必要なものではない。その処理結
果はD/A変換器57に送られアナログ信号に変換された
後、TVモニター等の出力装置58に送られ、眼底の反射特
性、すなわち通常の眼底画像として表示される。
の中のA/D変換器54によってディジタルデータに変換さ
れた後、演算回路55に入力する。演算回路55は記憶装置
56との間でデータの交換をしながら加算平均の処理を行
なうもので、信号のSN比を改善する役割りを果たす。た
だし、この加算平均処理は、通常の画像データを得る目
的のためには必ずしも必要なものではない。その処理結
果はD/A変換器57に送られアナログ信号に変換された
後、TVモニター等の出力装置58に送られ、眼底の反射特
性、すなわち通常の眼底画像として表示される。
レーザー光の２次元的な偏向走査を行なう制御系と、
受光側の信号処理・出力系とは、同期信号発生器59によ
って生成される水平同期信号59a、垂直同期信号59bまた
は複合同期信号59c等によって同期が取られ、システム
の全体的な時間的制御が可能になる。
受光側の信号処理・出力系とは、同期信号発生器59によ
って生成される水平同期信号59a、垂直同期信号59bまた
は複合同期信号59c等によって同期が取られ、システム
の全体的な時間的制御が可能になる。
第４図及び第５図の装置においては、検出信号の差の
絶対値を加算平均する周期はガルバノメーター29により
駆動されるミラー30の走査周波数によって決定される画
像のフレームが基準になる。従って特に対象物眼底にお
ける血流分布を測定するためには、検出信号を加算平均
する期間は少なくとも15〜20フレーム分の時間、すなわ
ちレーザー光の走査をNTSC方式の通常のTVスキャンに対
応させたとすれば、最低0.5秒程度以上の時間が必要で
あり、その間に対象物である被検眼の眼底は完全に固定
していなければならない。なぜならば、眼球運動等によ
る眼底の動きはそのまま血流分布に重畳して、得られる
結果を信頼性のないものにしてしまうからである。従っ
て本発明の装置により眼底の血流分布を測定する場合、
固視の不充分な被検者に対しては、コンタクトレンズ等
を用いて眼球運動を固定してしまうということも重要な
手法である。第４図、第５図のような装置によれば、眼
底の血流分布として眼底の血管における血液の流れが遮
断しているかどうかを判断するためのデータを得ること
が可能になり、それも通常の反射特性を表わす眼底画像
データとの同時測定が可能になる。
絶対値を加算平均する周期はガルバノメーター29により
駆動されるミラー30の走査周波数によって決定される画
像のフレームが基準になる。従って特に対象物眼底にお
ける血流分布を測定するためには、検出信号を加算平均
する期間は少なくとも15〜20フレーム分の時間、すなわ
ちレーザー光の走査をNTSC方式の通常のTVスキャンに対
応させたとすれば、最低0.5秒程度以上の時間が必要で
あり、その間に対象物である被検眼の眼底は完全に固定
していなければならない。なぜならば、眼球運動等によ
る眼底の動きはそのまま血流分布に重畳して、得られる
結果を信頼性のないものにしてしまうからである。従っ
て本発明の装置により眼底の血流分布を測定する場合、
固視の不充分な被検者に対しては、コンタクトレンズ等
を用いて眼球運動を固定してしまうということも重要な
手法である。第４図、第５図のような装置によれば、眼
底の血流分布として眼底の血管における血液の流れが遮
断しているかどうかを判断するためのデータを得ること
が可能になり、それも通常の反射特性を表わす眼底画像
データとの同時測定が可能になる。
［発明の効果］ 以上の説明から明らかなような、本発明によれば、レ
ーザードップラー法等に比較して光学系の調整も容易で
あり、測定対象物を移動させる必要もなく、仮に２次元
のTV画面の画素数に対応するだけの多くの測定点を計測
するような場合も、測定及び演算処理に要する時間は比
較的に短くて済む。更に受光素子として光電子増倍管等
の量子効率の高い高感度なポイント形の光検出器を使用
しているから、生体の眼底等反射率の低い測定対象に対
しても適用可能であり、対象物中における散乱体の速度
分布特性のデータを、通常の反射特性を表わす画像デー
タと共に、同時測定により取得することができるという
全く新しい極めて優れた速度分布測定装置を実現するこ
とができる。
ーザードップラー法等に比較して光学系の調整も容易で
あり、測定対象物を移動させる必要もなく、仮に２次元
のTV画面の画素数に対応するだけの多くの測定点を計測
するような場合も、測定及び演算処理に要する時間は比
較的に短くて済む。更に受光素子として光電子増倍管等
の量子効率の高い高感度なポイント形の光検出器を使用
しているから、生体の眼底等反射率の低い測定対象に対
しても適用可能であり、対象物中における散乱体の速度
分布特性のデータを、通常の反射特性を表わす画像デー
タと共に、同時測定により取得することができるという
全く新しい極めて優れた速度分布測定装置を実現するこ
とができる。
第１図は本発明装置に係わる１次元の速度分布を測定す
る実施例装置の全体構成を示す構成図、第２図は第１図
装置の光検出器からの出力信号を示す波形図、第３図
（Ａ），（Ｂ）は速度分布測定の原理を説明する説明
図、第４図は２次元の速度分布を測定する実施例装置の
全体構成を示す構成図、第５図は第４図装置の電気系の
構成を示す構成図である。 4,24……音響光学偏向素子（AOD） 10,36……検出開口 12,38,41……光検出器
る実施例装置の全体構成を示す構成図、第２図は第１図
装置の光検出器からの出力信号を示す波形図、第３図
（Ａ），（Ｂ）は速度分布測定の原理を説明する説明
図、第４図は２次元の速度分布を測定する実施例装置の
全体構成を示す構成図、第５図は第４図装置の電気系の
構成を示す構成図である。 4,24……音響光学偏向素子（AOD） 10,36……検出開口 12,38,41……光検出器
Claims (9)
- 【請求項１】対象物に光を照射し、それからの散乱光を
受光して光電変換した後信号処理を行なうことにより対
象物における速度分布特性を求める速度分布測定装置に
おいて、 コヒーレントな光を発生可能な光源と、 前記コヒーレント光を所定周波数で走査するための光偏
向器と、 前記光偏向器によって走査されたコヒーレント光を対象
物に照射するための光学系と、 対象物からの散乱光が形成するスペックルパターンを有
限開口を通して検出する光検出器と、 前記光検出器の出力信号から、前記光偏向器による各走
査周期でのスペックルパターンの変動状態を解析して、
対象物における速度分布情報を得るための信号処理手段 とを有することを特徴とする速度分布測定装置。 - 【請求項２】前記光偏向器は、音響光学偏向素子である
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の速度分
布測定装置。 - 【請求項３】前記信号処理手段は、減算、絶体値、加算
平均のそれぞれの演算を行なうための演算回路を含むこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項に記
載の速度分布測定装置。 - 【請求項４】対象物に光を照射し、それからの散乱光を
受光して光電変換した後信号処理を行なうことにより対
象物における速度分布特性を求める速度分布測定装置に
おいて、 コヒーレントな光を発生可能な光源と、 前記コヒーレント光を所定周波数で走査するための第１
の光偏向器と、 前記コヒーレント光を前記第１の光偏向器の走査方向と
は直交する方向に所定周波数で走査するための第２の光
偏向器と、 前記第１と第２の光偏向器によって２次元的に走査され
たコヒーレント光を対象物に照射するための光学系と、 対象物からの散乱光が形成するスペックルパターンを有
限開口を通して検出する第１の光検出器と、 前記第１の光検出器の出力信号からスペックルパターン
の変動状態を解析して、対象物における速度分布情報を
得るための信号処理手段と、 対象物における光学的な反射ないし透過特性を検出する
第２の光検出器とを設け、 前記対象物における速度分布特性のデータと共に、前記
対象物における光学的な反射ないし透過特性を表わす２
次元画像データを取得できることを特徴とする速度分布
測定装置。 - 【請求項５】前記第１の光偏向器は音響光学偏向素子で
あることを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の速
度分布測定装置。 - 【請求項６】前記第２の光偏向器はガルバノメーターに
装着されたミラーであることを特徴とする特許請求の範
囲第４項または第５項に記載の速度分布測定装置。 - 【請求項７】前記信号処理手段は、減算、絶体値、加算
平均のそれぞれの演算を行なうための演算回路を含むこ
とを特徴とする特許請求の範囲第４項から第６項までの
いずれか１項に記載の速度分布測定装置。 - 【請求項８】前記加算平均を行なうための周期は、前記
第２の光偏向器の走査周波数によって決定される画像の
フレームを基準とすることを特徴とする特許請求の範囲
第７項に記載の速度分布測定装置。 - 【請求項９】前記第２の光偏向器の走査周波数は第１の
光偏向器の走査周波数より低いことを特徴とする特許請
求の範囲第４項から第８項までのいずれか１項に記載の
速度分布測定装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62270443A JP2641220B2 (ja) | 1987-10-28 | 1987-10-28 | 速度分布測定装置 |
| US07/262,524 US4979818A (en) | 1987-10-28 | 1988-10-25 | Apparatus for measuring movement of light scattering bodies in an object |
| EP88310100A EP0316093B1 (en) | 1987-10-28 | 1988-10-27 | Velocity distribution measurement apparatus |
| DE8888310100T DE3867803D1 (de) | 1987-10-28 | 1988-10-27 | Messgeraet fuer die geschwindigkeitsverteilung. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62270443A JP2641220B2 (ja) | 1987-10-28 | 1987-10-28 | 速度分布測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01113672A JPH01113672A (ja) | 1989-05-02 |
| JP2641220B2 true JP2641220B2 (ja) | 1997-08-13 |
Family
ID=17486355
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62270443A Expired - Lifetime JP2641220B2 (ja) | 1987-10-28 | 1987-10-28 | 速度分布測定装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4979818A (ja) |
| EP (1) | EP0316093B1 (ja) |
| JP (1) | JP2641220B2 (ja) |
| DE (1) | DE3867803D1 (ja) |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0386927B1 (en) * | 1989-03-06 | 1994-08-03 | Kowa Company Ltd. | Ophthalmological diagnosis apparatus |
| US5760900A (en) * | 1989-03-18 | 1998-06-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Method and apparatus for optically measuring specimen |
| JPH071279B2 (ja) * | 1989-06-26 | 1995-01-11 | 海洋科学技術センター | 海上風測定方法及び測定装置 |
| WO1991006244A1 (en) * | 1989-10-31 | 1991-05-16 | Gert Nilsson | A system and a method for measurement and presentation of fluid flow movements, particularly the flow of blood through a body organ |
| DD296549A5 (de) * | 1990-07-13 | 1991-12-05 | ����@�����@����@����@����@����K@����K`�����K@�������������@���k�� | Stehwelleninterpolator |
| US5620000A (en) * | 1993-07-02 | 1997-04-15 | Heidelberg Engineering, Optische Messsysteme Gmbh | Method and apparatus for measuring flow rate, particularly of blood |
| JP3332535B2 (ja) * | 1993-12-14 | 2002-10-07 | キヤノン株式会社 | 眼科測定装置 |
| FR2714971B1 (fr) * | 1994-01-13 | 1996-03-22 | Sextant Avionique | Capteur de mesure de la concentration en eau liquide dans un gaz en mouvement. |
| FR2716723B1 (fr) * | 1994-02-28 | 1996-04-26 | Matra Transport | Procédé et dispositif de mesure du déplacement relatif entre deux composants. |
| US5943130A (en) * | 1996-10-21 | 1999-08-24 | Insitec, Inc. | In situ sensor for near wafer particle monitoring in semiconductor device manufacturing equipment |
| WO1999021722A2 (en) * | 1997-10-24 | 1999-05-06 | Industrial Dynamics Co., Ltd. | Laser marking with beam deflection verification and intensity control |
| US7113817B1 (en) * | 2001-10-04 | 2006-09-26 | Wintec, Llc | Optical imaging of blood circulation velocities |
| FR2860300B1 (fr) * | 2003-09-25 | 2006-01-27 | Formulaction | Procede et dispositif d'analyse du mouvement dans un milieu diffusant. |
| JP2007125144A (ja) * | 2005-11-02 | 2007-05-24 | Omega Wave Kk | レーザー血流画像装置 |
| JPWO2007080743A1 (ja) * | 2006-01-16 | 2009-06-11 | 国立大学法人 北海道大学 | 検査システムおよび検査方法 |
| JP5234470B2 (ja) * | 2007-12-21 | 2013-07-10 | 独立行政法人国立高等専門学校機構 | レーザドップラー血流測定方法及び装置 |
| WO2010037485A1 (de) * | 2008-09-30 | 2010-04-08 | Carl Zeiss Meditec Ag | Anordnungen und verfahren zur messung einer augenbewegung, insbesondere einer bewegung des augenhintergrunds |
| DE102008049881A1 (de) * | 2008-09-30 | 2010-04-01 | Carl Zeiss Meditec Ag | Anordnung und Verfahren zur Messung einer Augenbewegung, insbesondere einer Bewegung des Augenhintergrunds |
| US20150216415A1 (en) * | 2014-01-31 | 2015-08-06 | The General Hospital Corporation | Method and apparatus for performing multidimensional velocity measurements using amplitude and phase in optical interferometry |
| CN105445492B (zh) * | 2015-12-14 | 2019-11-26 | 华中科技大学 | 一种透过散射介质的激光散斑流速检测方法和装置 |
| US11371878B2 (en) | 2016-08-29 | 2022-06-28 | Elbit Systems Land And C4I Ltd. | Optical detection of vibrations |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3737233A (en) * | 1971-02-22 | 1973-06-05 | Singer Co | Vector velocimeter |
| JPS58188433A (ja) * | 1982-04-28 | 1983-11-02 | アロカ株式会社 | 超音波診断装置 |
| US4721385A (en) * | 1985-02-11 | 1988-01-26 | Raytheon Company | FM-CW laser radar system |
| US4743107A (en) * | 1986-02-25 | 1988-05-10 | Kowa Company Ltd. | Ophthalmological diagnosis method and apparatus |
| US4715706A (en) * | 1986-10-20 | 1987-12-29 | Wang Charles P | Laser doppler displacement measuring system and apparatus |
-
1987
- 1987-10-28 JP JP62270443A patent/JP2641220B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1988
- 1988-10-25 US US07/262,524 patent/US4979818A/en not_active Expired - Fee Related
- 1988-10-27 DE DE8888310100T patent/DE3867803D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1988-10-27 EP EP88310100A patent/EP0316093B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0316093A3 (en) | 1989-10-18 |
| DE3867803D1 (de) | 1992-02-27 |
| EP0316093A2 (en) | 1989-05-17 |
| US4979818A (en) | 1990-12-25 |
| EP0316093B1 (en) | 1992-01-15 |
| JPH01113672A (ja) | 1989-05-02 |
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