JP3009521B2 - Measurement endoscope - Google Patents

Measurement endoscope

Info

Publication number
JP3009521B2
JP3009521B2 JP3275554A JP27555491A JP3009521B2 JP 3009521 B2 JP3009521 B2 JP 3009521B2 JP 3275554 A JP3275554 A JP 3275554A JP 27555491 A JP27555491 A JP 27555491A JP 3009521 B2 JP3009521 B2 JP 3009521B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
polarization
optical fiber
interference fringes
fringe
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP3275554A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0587543A (en
Inventor
誠一郎 田端
裕之 栗田
進 高橋
勝則 崎山
敏一 高山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optic Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optic Co Ltd filed Critical Olympus Optic Co Ltd
Priority to JP3275554A priority Critical patent/JP3009521B2/en
Publication of JPH0587543A publication Critical patent/JPH0587543A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3009521B2 publication Critical patent/JP3009521B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、人体の臓器内部や工業
機器内部等のような狭小な領域に挿入してその表面形状
の凹凸を計測する計測内視鏡に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a measuring endoscope which is inserted into a small area such as the inside of a human body organ or the inside of industrial equipment to measure the unevenness of its surface shape.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、体内の臓器表面等の凹凸を計測す
る計測内視鏡として、回折格子によるレーザ光のライン
形状回折パターンを利用したものが一般に知られてい
る。この回折パターンは投影レンズによって被測定物表
面上に投影され、この投影像を視差のある位置から固体
撮像素子等の撮像素子で観察すると、ライン状パターン
は表面の凹凸形状に応じて変形して見える。そのため、
撮像素子の画像信号に基づいて、被測定物表面上のライ
ン状パターンの各明部に関して基準位置からの明度の変
位量を演算することにより、物体表面の凹凸形状を計測
することができるというものである。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a measurement endoscope for measuring irregularities on the surface of internal organs and the like, a measurement endoscope utilizing a line-shaped diffraction pattern of laser light by a diffraction grating is generally known. This diffraction pattern is projected onto the surface of the object to be measured by a projection lens, and when this projected image is observed from a position having parallax by an image sensor such as a solid-state image sensor, the line pattern is deformed according to the unevenness of the surface. appear. for that reason,
By calculating the displacement of the brightness from the reference position for each bright part of the linear pattern on the surface of the measured object based on the image signal of the image sensor, it is possible to measure the uneven shape of the object surface It is.

【0003】又、物体の表面形状の測定をする方法の一
つとして縞走査法がある。この測定法は高精度測定、コ
ントラストのむらに依存せずに測定可能、凹と凸との違
いが自動的に判断できるという三つの特徴がある。縞走
査法はレンズ等の光学素子の形状検査にも用いられる
が、計測内視鏡では投影型の縞走査法を用いるのが適当
と考えられる。投影型縞走査法を計測内視鏡に適用すれ
ば病変部の色変化に影響されることなくその凹凸情報だ
けを得ることができる。
A fringe scanning method is one of the methods for measuring the surface shape of an object. This measurement method has three features: high-precision measurement, measurement that does not depend on contrast unevenness, and the difference between concave and convex can be automatically determined. The fringe scanning method is also used for shape inspection of an optical element such as a lens, but it is considered appropriate to use a projection type fringe scanning method for a measurement endoscope. If the projection fringe scanning method is applied to a measurement endoscope, only the unevenness information can be obtained without being affected by the color change of the lesion.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
の計測内視鏡では、被測定物表面の色や凹凸の深さ等に
よってライン状パターンのコントラストにむらが生じる
場合には、正確な表面計測が行なえなくなるという問題
がある。又投影型縞走査法を狭小領域での物体形状の測
定に用いた例はなく、内視鏡のように小型で細径の光学
系に使用することはできなかった。
However, in this type of measurement endoscope, if unevenness occurs in the contrast of a line pattern due to the color of the surface of an object to be measured or the depth of irregularities, accurate surface measurement is required. There is a problem that can not be performed. Further, there is no example in which the projection fringe scanning method is used for measuring an object shape in a narrow area, and it cannot be used for a small and small-diameter optical system such as an endoscope.

【0005】本発明はこのような問題点に鑑み、測定光
のコントラストのむらに影響されることなく物体表面の
凹凸の計測が可能な計測内視鏡を提供することを目的と
する。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a measurement endoscope capable of measuring unevenness on the surface of an object without being affected by unevenness in contrast of measurement light.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段及び作用】本発明による計
測内視鏡は、被測定物表面上に干渉縞を生成する干渉縞
生成手段と、干渉縞を被測定物表面上で走査させる干渉
縞走査手段と、干渉縞の投影像を撮像する撮像手段と、
撮像手段からの画像信号に基づいて被測定物表面の凹凸
情報を縞走査法の原理によって演算する演算手段とを備
えたことを特徴としている。
The measuring endoscope according to the present invention comprises an interference fringe generating means for generating interference fringes on the surface of the object to be measured, and an interference fringe for scanning the interference fringes on the surface of the object to be measured. Scanning means, and imaging means for capturing a projection image of interference fringes,
Computing means for computing information on the unevenness of the surface of the object to be measured based on the image signal from the imaging means based on the principle of the fringe scanning method.

【0007】又、本発明の計測内視鏡は、前記干渉縞生
成手段を被測定物表面に干渉縞を投影し得るように構成
し、前記干渉縞走査手段を前記干渉縞を縞方向と直交す
る方向へ移動させ得るように構成し、前記撮像手段を前
記干渉縞の移動によって生ずる被測定物表面の光の強弱
の変化を読み取り可能に構成し、前記演算手段を前記読
み取られた被測定物表面の各点における光強度の変化を
縞走査法の原理を用いて演算するように構成することに
より、被測定物表面の凹凸の深さ及び高さを求めるよう
にしたことを特徴とする
[0007] The measurement endoscope of the present invention includes the interference fringe generator.
Configuration means to project interference fringes on the surface of the object to be measured
And, the interference fringe scanning means makes the interference fringes orthogonal to the fringe direction.
To move the image pickup means in the front direction.
Light intensity on the surface of the DUT caused by the movement of the interference fringes
Is configured to be readable, and the arithmetic unit is configured to read the change.
The change in light intensity at each point on the surface of the measured object
To be configured to operate using the principle of the fringe scanning method
From the depth and height of the irregularities on the surface of the workpiece
It is characterized by the following .

【0008】従って、本発明の計測内視鏡では、被測定
物表面に干渉縞生成手段によって干渉縞を投影し、干渉
縞走査手段によって干渉縞を縞方向に直交する方向へ移
動させ、これによって生じる被測定物表面の光の強弱の
変化の様子を撮像手段で読み取り、被測定物表面の各点
における光強度の変化を縞走査法の原理を用いて演算手
段で演算し、夫々の点での凹凸の深さ及び高さを求める
ことができる。
Accordingly, in the measurement endoscope of the present invention, the interference fringes are projected on the surface of the object by the interference fringe generating means, and the interference fringes are moved in the direction orthogonal to the fringe direction by the interference fringe scanning means. The state of the change in light intensity on the surface of the object to be measured is read by the imaging unit, and the change in light intensity at each point on the surface of the object to be measured is calculated by the arithmetic unit using the principle of the fringe scanning method. The depth and height of the unevenness can be determined.

【0009】図1は本発明による計測手段の原理を示す
説明図であり、図中、1はレーザービームBを射出する
光源、2,3はレーザービームBを拡大するビーム拡大
器を構成するレンズ、4は拡大されたビームを分割する
ビームスプリッタ、5はビームスプリッタ4で反射され
たビームを反射させる固定反射鏡、6はビームスプリッ
タ4を通過したビームを反射させると共に入射光軸に対
して適当な角度傾斜して配置されている可動反射鏡、7
は後述のコンピュータに制御されて可動反射鏡6を入射
光軸に沿って移動させ得る電歪素子、8はビームスプリ
ッタ4で重ね合わされた二つの反射鏡5,6からの反射
ビームを拡大する投影レンズであり、投影レンズ8を通
過した二つのビームは干渉して空間において強弱のある
光学場をつくることになる。
FIG. 1 is an explanatory view showing the principle of the measuring means according to the present invention. In FIG. 1, 1 is a light source for emitting a laser beam B, and 2 and 3 are lenses constituting a beam expander for expanding the laser beam B. 4, a beam splitter for splitting the expanded beam, 5 a fixed reflecting mirror for reflecting the beam reflected by the beam splitter 4, 6 for reflecting the beam passing through the beam splitter 4, and suitable for the incident optical axis Movable mirror 7 arranged at an inclined angle
Is an electrostrictive element capable of moving the movable reflecting mirror 6 along the incident optical axis under the control of a computer described later, and 8 is a projection for enlarging the reflected beams from the two reflecting mirrors 5 and 6 superimposed by the beam splitter 4. It is a lens, and the two beams that have passed through the projection lens 8 interfere with each other to create a strong optical field in space.

【0010】9は投影レンズ8を通過した二つのビーム
がその表面9aに照射される被測定物であり、光学場の
中の測定位置に置くことによって干渉光の強弱がその表
面9aに干渉縞10となって現われる。この縞10はヤ
ングの干渉縞と呼ばれ、被測定物9の表面9aが平面の
場合、照射光の光軸から大きく離れていない位置ではほ
ぼ直線の縞となる。しかし、表面9aに凹凸がある場合
にはその凹凸に従って変形された縞となる。又、電歪素
子7によって可動反射鏡6の位置を変化させれば表面9
a上の干渉光の位相が変化して、干渉縞10はその縞方
向に直交する方向に移動することになる。
Reference numeral 9 denotes an object to be measured whose two beams passing through the projection lens 8 are irradiated on its surface 9a. When the beam is placed at a measurement position in an optical field, the intensity of the interference light is reduced on the surface 9a by interference fringes. Appears as 10. This fringe 10 is called a Young's interference fringe. When the surface 9a of the DUT 9 is a flat surface, the fringe 10 is a substantially straight fringe at a position not far from the optical axis of the irradiation light. However, if the surface 9a has irregularities, it becomes a stripe deformed according to the irregularities. Also, if the position of the movable reflecting mirror 6 is changed by the electrostrictive element 7,
The phase of the interference light on “a” changes, and the interference fringe 10 moves in a direction orthogonal to the fringe direction.

【0011】11は被測定物9の表面9aに対して所定
角度を以って配置されていて干渉縞10及びその変化の
様子を撮像するカメラ即ち撮像素子、12はカメラ11
で読み取られた画像信号に基づいて被測定物表面9a上
の各点における光強度の変化からその凹凸の深さ及び高
さを演算出力するコンピュータである。
Reference numeral 11 denotes a camera or image sensor which is arranged at a predetermined angle with respect to the surface 9a of the object 9 and captures images of the interference fringes 10 and changes thereof.
Is a computer that calculates and outputs the depth and height of the unevenness from the change in the light intensity at each point on the surface 9a of the object to be measured based on the image signal read in step (1).

【0012】上述のように本発明は縞走査法の原理を用
いて凹凸の計測を行なうものであり、次にコンピュータ
12で行なわれる縞走査法の原理について説明する。交
角αをもつ2光束によって生じた干渉縞を入射角θで被
測定物表面上に投影した場合、表面上の各測定点の位置
をx,y座標で表わすと、干渉縞は表面の形状f(x,
y)に従って歪み、このときの光強度分布In (x,
y)は次式で与えられる。 In (x,y) =a(x,y)+b(x,y)cos [2π(x/dx +Φ(x,y))−φn ] ‥‥(1) 但し、 a(x,y):平均光強度 b(x,y):縞のコントラスト φn :干渉光の初期位相 dx :x方向における(被測定物表面上の)縞間隔 Φ(x,y):表面形状の凹凸に関する関数。
As described above, the present invention measures the unevenness using the principle of the fringe scanning method. Next, the principle of the fringe scanning method performed by the computer 12 will be described. When the interference fringes generated by the two light beams having the intersection angle α are projected onto the surface of the measurement object at the incident angle θ, the position of each measurement point on the surface is represented by x and y coordinates, and the interference fringes have the shape f of the surface. (X,
y), the light intensity distribution I n (x,
y) is given by the following equation. I n (x, y) = a (x, y) + b (x, y) cos [2π (x / d x + Φ (x, y)) − φ n ] ‥‥ (1) where a (x, y): average light intensity b (x, y): fringe contrast φ n : initial phase of interference light d x : fringe interval (on the surface of the object to be measured) in x direction Φ (x, y): surface shape Function for bumps.

【0013】又、dx は次式で与えられる。 λ dx =d/cos θ=─────────── ‥‥(2) 2sin (α/2)cos θ 但し、d:縞間隔。又、(1)式における表面形状の凹
凸に関する関数Φ(x,y)は、 Φ(x,y)=f(x,y)sin θ/d ‥‥(3) で表わすことができる。
Further, d x is given by the following equation. λ d x = d / cos θ = ─────────── ‥‥ (2) 2sin (α / 2) cos θ where, d: fringe spacing. Further, the function Φ (x, y) relating to the unevenness of the surface shape in the equation (1) can be represented by Φ (x, y) = f (x, y) sin θ / d ‥‥ (3).

【0014】ここで、干渉縞を走査させることにより、
(1)式における表面形状の凹凸に関する関数Φ(x,
y)の情報を、コントラストのむらを表わすa(x,
y)及びb(x,y)と分離して測定することができ
る。初期位相φn を90゜づつ変化させ、 φn =nπ/2(n=0,1,2,3) ‥‥(4) としたときの四つの異なる干渉強度分布を用いた場合、
(1)式におけるcos 〔2π(x/dx +Φ(x,
y))−φn 〕の引数は、 I1 −I3 2π(Φ(x,y)+x/dx )=tan -1(─────)mod 2π ‥‥(5) I0 −I2 と表わすことができる。ここで得られる位相の値は0〜
2πであり不連続点が存在するため、不連続点の前後で
2πを加減算することによって位相を滑らかに接続す
る。又、(5)式の左辺第2項x/dx については、こ
の項がx軸に対して一様に変化するためΦ(x,y)か
ら容易に除去することができ、そして(3)式を用いて
表面の高さf(x,y)を得ることができる。
Here, by scanning the interference fringes,
The function Φ (x,
The information of y) is represented by a (x,
y) and b (x, y) can be measured separately. When the initial phase φ n is changed by 90 ° and four different interference intensity distributions when φ n = nπ / 2 (n = 0,1,2,3) ‥‥ (4) are used,
Cos [2π (x / d x + Φ (x,
y)) − φ n ] is calculated as follows: I 1 −I 3 2π (Φ (x, y) + x / d x ) = tan −1 (─────) mod 2π ‥‥ (5) I 0 − it can be expressed as I 2. The phase value obtained here is 0
Since it is 2π and there is a discontinuity point, phases are smoothly connected by adding and subtracting 2π before and after the discontinuity point. Further, the second term x / d x on the left side of the equation (5) can be easily removed from Φ (x, y) because this term changes uniformly with respect to the x axis, and (3) ) Can be used to obtain the surface height f (x, y).

【0015】上述のような構成のもとで、光源1から射
出されたレーザービームBはレンズ2,3を通過して適
当な大きさに広げられた後、一部がビームスプリッタ4
で反射され固定反射鏡5で再度反射される。又、一部の
ビームはビームスプリッタ4を通過して可動反射鏡6に
よって入射光軸に対して所定角度を以って反射せしめら
れる。そして両反射鏡5,6で反射された二つのビーム
はビームスプリッタ4を通過及び反射して重ね合わさ
れ、投影レンズ8を介して所定の交角を以って被測定物
9の表面9aに照射される。
Under the above-described configuration, the laser beam B emitted from the light source 1 passes through the lenses 2 and 3 and is spread to an appropriate size.
And is reflected again by the fixed reflecting mirror 5. Some beams pass through the beam splitter 4 and are reflected by the movable reflecting mirror 6 at a predetermined angle with respect to the incident optical axis. Then, the two beams reflected by the two reflecting mirrors 5 and 6 pass through and are reflected by the beam splitter 4 and are superimposed on each other, and are irradiated onto the surface 9a of the object 9 via the projection lens 8 at a predetermined intersection angle. You.

【0016】従って、二つのビームは互いに干渉して表
面9a上にはほぼ直線の干渉縞が投影されるが、表面9
a上の凹凸に従って変形された縞10が現れることにな
る。この干渉縞10はカメラ11で撮像される。そして
コンピュータ12からの通電により電歪素子7が作動せ
しめられ、可動反射鏡6が入射光軸に沿ってその位置を
変化させると、この反射鏡6の反射ビームは被測定物表
面9a上での位相が変化するため、干渉縞10はその縞
方向に直交する方向へ移動する。この縞10の変化即ち
光の強弱の変化の様子はカメラ11で読み取られ、コン
ピュータ12へ入力される。そして、干渉縞10の走査
後に表面9aの各点での光強度の変化から、上述の縞走
査法の原理による演算式により夫々の点での凹凸の深さ
及び高さが求められることになる。
Accordingly, the two beams interfere with each other and project a substantially linear interference fringe on the surface 9a.
A stripe 10 deformed according to the irregularities on a appears. The interference fringe 10 is imaged by the camera 11. Then, when the electrostrictive element 7 is operated by energization from the computer 12 and the movable reflecting mirror 6 changes its position along the incident optical axis, the reflected beam of this reflecting mirror 6 is reflected on the surface 9a of the object to be measured. Since the phase changes, the interference fringe 10 moves in a direction orthogonal to the fringe direction. The change of the stripe 10, that is, the change of light intensity is read by the camera 11 and input to the computer 12. Then, from the change in the light intensity at each point on the surface 9a after the scanning of the interference fringes 10, the depth and height of the concavities and convexities at each point are obtained by the arithmetic expression based on the principle of the above-described fringe scanning method. .

【0017】上述のように本発明の原理によれば、被測
定物表面の色や凹凸の深さ等によるコントラストにむら
があっても、干渉縞の移動による光強度の変化で表面9
aの凹凸を計測でき、コントラストのむらに影響されな
い。又、凹と凸との判断を自動的に行なうことができ
る。
As described above, according to the principle of the present invention, even if the contrast due to the color of the surface of the object to be measured or the depth of the unevenness is uneven, the light intensity changes due to the movement of the interference fringes.
The unevenness of “a” can be measured, and is not affected by uneven contrast. Further, the judgment of the concave and the convex can be made automatically.

【0018】[0018]

【実施例】以下、上述の原理に基づく本発明の各実施例
を、図2乃至図27に基づいて説明する。図2は本発明
の第一実施例を示す要部説明図であり、被測定物9やカ
メラ11等は省略されている。図中、14は光源1から
入射された光を二つの偏光に分ける偏光ビームスプリッ
タ、15は偏光ビームスプリッタ14と固定反射鏡5と
の間に配置された1/4波長板であり、偏光ビームスプ
リッタ14で反射された一方の偏光成分は、固定反射鏡
5との間で往復2回1/4波長板15を通過することに
より偏光され、偏光ビームスプリッタ14を透過するこ
とになる。16は偏光ビームスプリッタ14と可動反射
鏡6との間に配置された1/4波長板であり、偏光ビー
ムスプリッタ14を通過した他方の偏光成分は、可動反
射鏡6との間で往復2回1/4波長板16を通過して偏
光され、偏光ビームスプリッタ14で反射され、上述の
偏光成分と重ね合わされる。
Embodiments of the present invention based on the above-described principle will be described below with reference to FIGS. FIG. 2 is an explanatory view of a main part showing the first embodiment of the present invention, in which the device under test 9, the camera 11, and the like are omitted. In the drawing, reference numeral 14 denotes a polarizing beam splitter for dividing light incident from the light source 1 into two polarized lights, and 15 denotes a quarter-wave plate disposed between the polarizing beam splitter 14 and the fixed reflecting mirror 5, and a polarizing beam splitter. One polarized light component reflected by the splitter 14 is polarized by passing through the quarter-wave plate 15 twice between the fixed reflecting mirror 5 and the fixed reflecting mirror 5, and is transmitted through the polarizing beam splitter 14. Reference numeral 16 denotes a の 間 に wavelength plate disposed between the polarizing beam splitter 14 and the movable reflecting mirror 6. The other polarized component passing through the polarizing beam splitter 14 reciprocates twice with the movable reflecting mirror 6. The light is polarized by passing through the quarter-wave plate 16, reflected by the polarization beam splitter 14, and superimposed on the above-mentioned polarized light component.

【0019】17はこの偏光ビームスプリッタ14で重
ね合わされた二つのビームが通過するカップラーレン
ズ、18はカップラーレンズ17に一端が接続された偏
波面保存光ファイバ、19はこのファイバ18の他端に
接続されたヘッドである。ヘッド19において、20は
レンズ21の前方に配置されている複屈折板(偏光プリ
ズム等)であり、偏光ビームスプリッタ14から偏波面
保存光ファイバ18へ導かれる二つのビームは偏光方向
が互いに直交しており、これらビームに対して複屈折板
20の結晶軸を調節することにより、一方の偏光ビーム
が常光となり又他方の偏光ビームが異常光となるため、
他方の偏光ビームのみが横変位を与えられる(図3参
照)。この作用によって投影レンズ8を通過して被測定
物へ照射される二つのビームの伝搬方向に差が生じるこ
とになる。又、22は複屈折板20と投影レンズ8の間
に配置されていて二つの直交した偏波成分のみを通過さ
せる偏光板である。
Reference numeral 17 denotes a coupler lens through which the two beams superimposed by the polarization beam splitter 14 pass, 18 denotes a polarization-maintaining optical fiber having one end connected to the coupler lens 17, and 19 connects to the other end of the fiber 18. Head. In the head 19, reference numeral 20 denotes a birefringent plate (a polarizing prism or the like) disposed in front of the lens 21. Two beams guided from the polarizing beam splitter 14 to the polarization plane preserving optical fiber 18 have polarization directions orthogonal to each other. By adjusting the crystal axis of the birefringent plate 20 with respect to these beams, one polarized beam becomes ordinary light and the other polarized beam becomes extraordinary light.
Only the other polarized beam is given a lateral displacement (see FIG. 3). Due to this effect, a difference occurs in the propagation directions of the two beams that pass through the projection lens 8 and irradiate the object to be measured. Reference numeral 22 denotes a polarizing plate disposed between the birefringent plate 20 and the projection lens 8 and passing only two orthogonal polarization components.

【0020】ここで、偏波面保存光ファイバ18の射出
端の直後に、レンズ21を介して、光軸に対して傾斜さ
せ且つ偏波面保存光ファイバ18の射出端のx,y偏波
軸の一方と一致させられた光学軸を有する複屈折板20
を配置することにより、偏波面保存光ファイバ18を出
た光束を二つに分離する。更に、この複屈折板20の光
学軸に対して45゜傾けた偏光軸を有する偏光板22を
設けることにより、二つの偏光成分のうち可干渉成分の
みを取り出し、干渉縞を作っている。
Here, immediately after the exit end of the polarization-maintaining optical fiber 18, it is tilted with respect to the optical axis via a lens 21 and the x- and y-polarization axes of the exit end of the polarization-maintaining optical fiber 18 are arranged. Birefringent plate 20 having an optical axis aligned with one
Is arranged to separate the light beam that has exited the polarization-maintaining single-mode fiber 18 into two. Further, by providing a polarizing plate 22 having a polarizing axis inclined by 45 ° with respect to the optical axis of the birefringent plate 20, only the coherent component of the two polarized components is extracted to form interference fringes.

【0021】尚、本実施例では、偏光成分毎に光を分割
する手段として、複屈折板20の結晶軸を光軸に対して
傾けて配置する方法を用いたが、複屈折板としては、ル
チル,方解石,サファイア等の複屈折結晶が用いられて
いる。又、偏光成分毎に光を分割する手段として、サヴ
アール板,セナルモンプリズム(補償器),ローション
偏光プリズム,ウォーラストンプリズム等の複像プリズ
ムを用いることもできる。
In this embodiment, as a means for splitting light for each polarization component, a method of arranging the crystal axis of the birefringent plate 20 at an angle with respect to the optical axis is used. Birefringent crystals such as rutile, calcite, and sapphire are used. Further, as a means for splitting light for each polarization component, a double image prism such as a Savart plate, a Senarmont prism (compensator), a lotion polarizing prism, a Wollaston prism, or the like can be used.

【0022】又、本実施例で用いた偏波面保存光ファイ
バ18の横断面を図4に示す。偏波面保存光ファイバ1
8は、通常シングルモードファイバのコア18cの周辺
に応力付与部18a,18bを設けることにより、x軸
方向とy軸方向の屈折率に差が生じるように作られてい
る。
FIG. 4 shows a cross section of the polarization-maintaining optical fiber 18 used in this embodiment. Polarization-maintaining optical fiber 1
8 is formed so that a difference in refractive index between the x-axis direction and the y-axis direction occurs by providing stress applying portions 18a and 18b around the core 18c of a normal single mode fiber.

【0023】尚、本実施例の場合、縞走査部を構成する
電歪素子7等は内視鏡の外部に配設され、ヘッド19の
みが偏波面保存光ファイバ18と共に鉗子チャンネル等
を通して内視鏡内で使用される。又、被測定物表面9a
上に投影される干渉縞10は、上述した本発明の原理と
は異なって図示されていないイメージガイドを通してC
CDカメラで観測されるようにしてもよい。
In the case of this embodiment, the electrostrictive element 7 and the like constituting the fringe scanning section are disposed outside the endoscope, and only the head 19 is viewed through the forceps channel and the like together with the polarization-maintaining optical fiber 18. Used in mirrors. The surface 9a of the object to be measured
The interference fringe 10 projected on top of the image guide, not shown, differs from the principle of the present invention described above.
You may make it observe with a CD camera.

【0024】尚、ヘッド19内の構成については、上述
の構成に代えて、ファイバ18から射出された二つのビ
ームを偏光性ファイバカップラや偏光ビームスプリッタ
等の偏光性デバイスで再び二つの光路に分け、一方のビ
ームに偏波回転作用を与えることにより、二つのビーム
の偏波方向を一致させて干渉縞を被測定物表面9a上に
投影させるようにしてもよい。上述のように本実施例に
よれば、投影型縞走査法の原理を用いた計測手段を、小
型且つ細径の光学系が要求される内視鏡に採用すること
ができる。
As for the configuration inside the head 19, instead of the above configuration, the two beams emitted from the fiber 18 are again divided into two optical paths by a polarizing device such as a polarizing fiber coupler or a polarizing beam splitter. Alternatively, by giving a polarization rotation effect to one of the beams, the polarization directions of the two beams may be matched to project the interference fringe on the surface 9a of the device under test. As described above, according to the present embodiment, a measuring unit using the principle of the projection fringe scanning method can be employed in an endoscope that requires a small and small-diameter optical system.

【0025】図5は本発明の第二実施例を示すものであ
り、図中、23は波長を変化させることが可能な例えば
色素レーザ,Fセンターレーザ又は温度的に安定化され
た半導体レーザ等から成る光源、24は光源からの光を
カップラーレンズ17からヘッド25へ導く光ファイ
バ、26はヘッド25内に配置されていて光ファイバ2
4から射出された光を平面波にするレンズ、27は入射
される平面波の光軸に対して反射面が45゜の角度から
僅かに傾斜して配設されているビームスプリッタ、28
はビームスプリッタ27の隣接する二つの側面に取付け
られていてビームスプリッタ27を通過した光とそこで
反射された光を夫々反射させる面28a,28bを有す
るアルミ等の反射コートであり、面28a,28bはビ
ームスプリッタ27における光の分割点から互いに異な
る距離に配設されていて、反射コート28で夫々反射さ
れた二つの光に位相差が生じるようになっている。尚、
ビームスプリッタ27としては、一方の側面が入射光の
光軸に対して僅かに傾斜したビームスプリッタを用いて
もよい。この場合、ビームスプリッタ27の代わりにハ
ーフミラーが用いられてもよい。
FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 23 denotes a wavelength-changeable, for example, dye laser, F center laser, or temperature stabilized semiconductor laser. 24 is an optical fiber for guiding light from the light source from the coupler lens 17 to the head 25, and 26 is an optical fiber disposed in the head 25 and
A lens for converting the light emitted from 4 into a plane wave; 27, a beam splitter whose reflection surface is disposed at a slight inclination from an angle of 45 ° with respect to the optical axis of the incident plane wave;
Is a reflection coat made of aluminum or the like, which is attached to two adjacent side surfaces of the beam splitter 27 and has surfaces 28a and 28b for reflecting light passing through the beam splitter 27 and light reflected therefrom, respectively. Are arranged at different distances from the light splitting point in the beam splitter 27, so that a phase difference occurs between the two lights respectively reflected by the reflection coat. still,
As the beam splitter 27, a beam splitter whose one side surface is slightly inclined with respect to the optical axis of the incident light may be used. In this case, a half mirror may be used instead of the beam splitter 27.

【0026】本実施例においては、ビームスプリッタ2
8へ入射された光の一部は反射されて反射コート28の
面28bで再び反射され、又他の一部の光はビームスプ
リッタ27を通過して反射コート28の面28aで反射
され、これら二つの光は重ね合わされて投影レンズ8へ
向かうが、ビームスプリッタ27の反射面の傾斜角によ
って互いに進行方向がずれると共に、反射コート28の
面28a,28bで反射されることによって互いに位相
差が生じる。従って、投影レンズ8を通して被測定物表
面9a上に干渉縞10が投影されることになる。そし
て、光源23の波長を変化させることにより干渉縞を生
成する二つの光の位相差を変化させて、縞走査を行な
う。
In this embodiment, the beam splitter 2
A part of the light incident on 8 is reflected and reflected again on the surface 28b of the reflection coat 28, and another part of the light passes through the beam splitter 27 and is reflected on the surface 28a of the reflection coat 28. The two lights are superimposed and travel toward the projection lens 8, but their traveling directions are shifted from each other by the inclination angle of the reflection surface of the beam splitter 27, and a phase difference is caused by being reflected by the surfaces 28 a and 28 b of the reflection coat 28. . Therefore, the interference fringes 10 are projected on the surface 9a of the object to be measured through the projection lens 8. Then, by changing the wavelength of the light source 23, the phase difference between the two lights that generate the interference fringes is changed, and fringe scanning is performed.

【0027】尚、本実施例においてもヘッド25と光フ
ァイバ24のみが内視鏡内部に配置され、光源23と図
示しない波長変化装置は内視鏡外部に配置される。又、
上述の光源23に代えて、半導体レーザのような小型レ
ーザをヘッド25内のレンズ26の入射側に配置するよ
うにしてもよい。この場合には、光ファイバ24等は不
要となり、電気ケーブルを通して供給電流を変化させて
光の波長を変化させればよい。
In this embodiment, only the head 25 and the optical fiber 24 are arranged inside the endoscope, and the light source 23 and the wavelength changing device (not shown) are arranged outside the endoscope. or,
Instead of the light source 23 described above, a small laser such as a semiconductor laser may be arranged on the incident side of the lens 26 in the head 25. In this case, the optical fiber 24 or the like becomes unnecessary, and the supply current may be changed through the electric cable to change the wavelength of light.

【0028】本実施例は前述の第一実施例と比較して装
置の小型化を図ることができ、又第一実施例と比較して
光分割の位置から干渉縞の照射位置までの距離が短いた
め、外部の影響に対して投影される干渉縞及び縞走査が
安定しているという利点がある。尚、ビームスプリッタ
27の代わりに偏光ビームスプリッタを用い、この偏光
ビームスプリッタと反射コート28の面28a,28b
との間に夫々1/4波長板を挿入すると、効率良く干渉
縞を生成させることができる。この場合、偏光ビームス
プリッタと投影レンズ8との間に偏光板を挿入すること
が必要である。
In this embodiment, the size of the apparatus can be reduced as compared with the above-described first embodiment, and the distance from the light division position to the irradiation position of the interference fringes can be reduced as compared with the first embodiment. The short length has the advantage that the projected interference fringes and fringe scanning are stable against external influences. Note that a polarizing beam splitter is used instead of the beam splitter 27, and the polarizing beam splitter and the surfaces 28a and 28b of the reflection coat 28 are used.
If a quarter-wave plate is inserted between the first and second wavelengths, interference fringes can be efficiently generated. In this case, it is necessary to insert a polarizing plate between the polarizing beam splitter and the projection lens 8.

【0029】次に、図6は本発明の第三実施例を示すも
のであり、30は光源1から射出されたレーザビームが
カップラーレンズ17を介して導入される光ファイバ、
31は光ファイバ30内の光を分岐させて夫々光ファイ
バ32,33内を伝搬させ得るファイバ形光分波器、3
4は一方の光ファイバ33に配設されていてこのファイ
バ33内を伝搬する光の位相を変化させ得る応力等を利
用したファイバ形位相シフタ、35は各光ファイバ3
2,33の先端部とこれら先端部から射出されたビーム
を夫々広げる一対のレンズ36,37とが備えられたヘ
ッドであり、レンズ36,37から射出されたビームに
よって被測定物上に干渉縞が投影される。
Next, FIG. 6 shows a third embodiment of the present invention, in which 30 is an optical fiber into which a laser beam emitted from the light source 1 is introduced through the coupler lens 17.
Numeral 31 denotes a fiber type optical demultiplexer which branches the light in the optical fiber 30 and propagates in the optical fibers 32 and 33, respectively.
Reference numeral 4 denotes a fiber type phase shifter which is disposed on one optical fiber 33 and uses a stress or the like capable of changing the phase of light propagating in the fiber 33.
A head provided with a pair of lenses 36 and 37 for expanding the beams emitted from these tips, respectively. An interference fringe is formed on the object by the beams emitted from the lenses 36 and 37. Is projected.

【0030】本実施例による装置は殆どファイバ形光学
素子によって構成されているため、内視鏡の細径化が可
能になるという利点を有する。
Since the apparatus according to the present embodiment is mostly constituted by fiber type optical elements, there is an advantage that the diameter of the endoscope can be reduced.

【0031】図7は本発明の第四実施例を示すものであ
り、図中、39は光源1等から射出されたレーザービー
ムが伝搬される光ファイバ、40はヘッド41に設けら
れたLiNbO3結晶板、42はこの結晶板40上に形成され
ていて途中で二つに分岐されている光導波路、43は光
ファイバ39と光導波路42との間に介在するカップラ
ーレンズ、44は分岐された一方の光導波路42に配設
されていて電気光学効果等を利用して光の位相を変化さ
せ得る位相シフタである。本実施例では、ヘッド41を
上述の各実施例よりも更に小型化できる。
FIG. 7 shows a fourth embodiment of the present invention. In FIG. 7, reference numeral 39 denotes an optical fiber through which a laser beam emitted from the light source 1 or the like propagates, and reference numeral 40 denotes LiNbO 3 provided on a head 41. A crystal plate 42 is formed on the crystal plate 40 and is divided into two optical waveguides in the middle, 43 is a coupler lens interposed between the optical fiber 39 and the optical waveguide 42, and 44 is a branched lens. This is a phase shifter that is provided in one of the optical waveguides 42 and can change the phase of light using an electro-optic effect or the like. In this embodiment, the size of the head 41 can be further reduced as compared with the above-described embodiments.

【0032】次に、図8は本発明の第五実施例を示す説
明図であり、図中、波長を変化させることが可能な例え
ば色素レーザ,Fセンターレーザ又は温度的に安定化さ
れた半導体レーザ等から成る光源23からの光がカップ
ラーレンズ17に導かれており、46はカップラーレン
ズ17を介して光源23の光が導入されるマルチモード
光ファイバ、47はマルチモード光ファイバ46を圧着
固定するための2枚の平板、48は平板47に一端が装
着されている電歪素子、49は電歪素子48に高周波電
圧を印加するための駆動回路である。マルチモード光フ
ァイバ46の他端に接続されたヘッド25内には、マル
チモード光ファイバ46から射出された光を平面波にす
るレンズ26と、平面波の光軸に対して反射面が45゜
の角度から僅かに傾斜して配置されたビームスプリッタ
27と、ビームスプリッタ27における光の分割点から
互いに異なる距離にある側面上に配置された反射面28
a,28bを有し、各反射面での反射光に位相差を生じ
させる反射コート28、投影レンズ8が夫々備えられ
ている。本実施例における縞走査は、光源23の波長を
変化させることにより、干渉縞を生成する二つの光の位
相差を変化させて縞走査を行うようにしている。
FIG. 8 is an explanatory view showing a fifth embodiment of the present invention. In FIG. 8, for example, a dye laser, an F center laser, or a semiconductor stabilized in temperature which can change the wavelength is shown. Light from a light source 23 composed of a laser or the like is guided to the coupler lens 17, 46 is a multi-mode optical fiber into which light from the light source 23 is introduced via the coupler lens 17, and 47 is a crimp-fixed multi-mode optical fiber 46. Reference numeral 48 denotes an electrostrictive element having one end attached to the flat plate 47, and 49 denotes a drive circuit for applying a high-frequency voltage to the electrostrictive element 48. In a head 25 connected to the other end of the multi-mode optical fiber 46, a lens 26 for converting light emitted from the multi-mode optical fiber 46 into a plane wave, and a reflecting surface having an angle of 45 ° with respect to the optical axis of the plane wave A beam splitter 27 arranged at a slight inclination from the light source, and a reflecting surface 28 arranged on a side surface at a different distance from a light splitting point in the beam splitter 27.
a and 28b, and a reflection coat 28 for generating a phase difference in light reflected on each reflection surface, and a projection lens 8 are provided. In the fringe scanning in the present embodiment, by changing the wavelength of the light source 23, fringe scanning is performed by changing the phase difference between two lights that generate interference fringes.

【0033】ところで、マルチモード光ファイバ46を
用いる場合、その射出パターンにはモーダル干渉成分が
引き起こすスペックルパターンが含まれており、このよ
うな光を用いて被測定物面上に干渉縞を生成させると、
スペックルパターン上に直線的な干渉縞を重畳したよう
な光強度分布が生じることになる。このような光強度分
布をそのまま用いると、測定精度が劣化する。そこで、
本実施例では、電歪素子48を用いてマルチモード光フ
ァイバ46内の屈折率を変動させてスペックルパターン
を平均化し、測定精度の劣化を防ぐようにしている。
When the multi-mode optical fiber 46 is used, the emission pattern of the multi-mode optical fiber 46 includes a speckle pattern caused by a modal interference component, and an interference fringe is generated on the surface of the measured object using such light. When you do
A light intensity distribution occurs as if linear interference fringes were superimposed on the speckle pattern. If such a light intensity distribution is used as it is, the measurement accuracy deteriorates. Therefore,
In the present embodiment, the speckle pattern is averaged by changing the refractive index in the multi-mode optical fiber 46 by using the electrostrictive element 48 to prevent the measurement accuracy from deteriorating.

【0034】即ち、駆動回路49で電歪素子48を駆動
させると、その応力が平板47を介してマルチモード光
ファイバ46に加えられる。これによってマルチモード
光ファイバ46内の屈折率を周期的に変化させることが
できて、マルチモード光ファイバ46内で生じるモーダ
ル干渉成分を時間的に平均化させることができる。そし
て、マルチモード光ファイバ46から射出された光は、
ビームスプリッタ27で分割され且つ重ね合わされて投
影レンズ8へ向かうが、その際、ビームスプリッタ27
の傾斜角によって互いに進行方向がずれると共に、反射
コート28の面28a,28bで反射されることによっ
て互いに位相差が生じる。これによって、投影レンズ8
を通して被測定物面上に直線的な干渉縞が投影される。
That is, when the driving circuit 49 drives the electrostrictive element 48, the stress is applied to the multi-mode optical fiber 46 via the flat plate 47. Thereby, the refractive index in the multimode optical fiber 46 can be changed periodically, and the modal interference component generated in the multimode optical fiber 46 can be averaged over time. The light emitted from the multimode optical fiber 46 is
The beam is split and overlapped by the beam splitter 27 toward the projection lens 8, and at this time, the beam splitter 27
The traveling directions are deviated from each other due to the inclination angle, and the light is reflected on the surfaces 28a and 28b of the reflection coat 28, so that a phase difference is generated between them. Thereby, the projection lens 8
, A linear interference fringe is projected on the surface of the object to be measured.

【0035】以上のように本実施例では、光導波路とし
てマルチモード光ファイバ46を用いたので、シングル
モード光ファイバを用いた場合よりも効率良く光を利用
することができる。このため、明るい干渉縞を得ること
ができる。
As described above, in this embodiment, since the multi-mode optical fiber 46 is used as the optical waveguide, light can be used more efficiently than when a single-mode optical fiber is used. Therefore, bright interference fringes can be obtained.

【0036】図9は本発明の第六実施例を示す説明図で
ある。本実施例では、光源23,マルチモード光ファイ
バ46,ヘッド25等は上述の第五実施例と同一構成で
あり、モーダル干渉成分の時間的平均化手段が異なって
いる。図中、平板47に代えて、電歪素子50の外周
(円周)上にマルチモード光ファイバ46が数回巻きつ
けられている。そして、駆動回路49によって電歪素子
50に高周波電圧を印加すると電歪素子50が伸縮し、
マルチモード光ファイバ46に応力が加えられる。これ
によって、マルチモード光ファイバ46内のモーダル干
渉成分を時間的に平均化させることができる。
FIG. 9 is an explanatory view showing a sixth embodiment of the present invention. In this embodiment, the light source 23, the multi-mode optical fiber 46, the head 25, and the like have the same configuration as that of the above-described fifth embodiment, but the means for temporally averaging the modal interference component is different. In the figure, a multimode optical fiber 46 is wound several times around the outer periphery (circumference) of the electrostrictive element 50 instead of the flat plate 47. When a high-frequency voltage is applied to the electrostrictive element 50 by the drive circuit 49, the electrostrictive element 50 expands and contracts,
Stress is applied to the multimode optical fiber 46. Thereby, the modal interference component in the multimode optical fiber 46 can be averaged over time.

【0037】この場合、第五実施例と比較して、長尺の
マルチモード光ファイバ46に応力を作用させることが
できるため、比較的低電圧でモーダル干渉成分の平均化
を実現できる。
In this case, as compared with the fifth embodiment, stress can be applied to the long multimode optical fiber 46, so that the modal interference component can be averaged at a relatively low voltage.

【0038】図10は、本発明の第七実施例を示す説明
図である。図中、51はコヒーレントな直線偏光を射出
し且つ直線偏光の振動方向角(方位角)θを制御し得る
ように構成された光源ユニット、52は光源ユニット5
1から射出された光に対し互いに直交する偏光波間の位
相差に変化を与えるための1/4波長板、53は対物レ
ンズ、54はイメージガイド、55は接眼レンズであ
る。計測を行う場合には、接眼レンズ55の代わりにカ
メラ等を用いて画像を取り込み、演算を行う。
FIG. 10 is an explanatory view showing a seventh embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 51 denotes a light source unit configured to emit coherent linearly polarized light and control the oscillation direction angle (azimuth angle) θ of the linearly polarized light, and 52 denotes a light source unit 5
A quarter-wave plate for changing the phase difference between polarized waves orthogonal to each other with respect to the light emitted from 1, an objective lens 53, an image guide 54, and an eyepiece 55. When performing measurement, an image is captured using a camera or the like instead of the eyepiece lens 55, and calculation is performed.

【0039】本実施例によれば、偏光成分間の位相差を
偏波面保存光ファイバ18を用いてその先端まで伝搬し
て位相シフトを行っており、位相シフト手段が手元側に
配置できるので、先端部を小型化でき、又、生成された
干渉縞は、対物レンズ53,イメージガイド54及び接
眼レンズ55を介して観察することができる。更に、外
部の位相シフトを行うための手段が、光を偏光成分に分
割して位相差を変えた後合成するのではなくて、一本の
光束のままで位相差を変えることができるので、外部の
影響に対して投影される干渉縞及び縞走査が安定してい
ると云う利点がある。又、構成が簡単で安価に製作で
き、而もファイバに集光させる際の調整が容易であっ
て、製品化し易いという利点がある。尚、本実施例にお
いて、1/4波長板52と偏波面保存光ファイバ18と
を順序を入れ替えて配置しても、効果は同じである。
According to the present embodiment, the phase difference between the polarization components is propagated to the distal end thereof using the polarization-maintaining optical fiber 18 to perform the phase shift, and the phase shift means can be arranged on the hand side. The tip can be miniaturized, and the generated interference fringes can be observed through the objective lens 53, the image guide 54 and the eyepiece 55. Furthermore, since the means for performing an external phase shift can change the phase difference without changing the phase difference by dividing the light into polarized light components and changing the phase difference with a single light beam, The advantage is that the interference fringes and fringe scanning projected against external influences are stable. In addition, there is an advantage that the configuration is simple, the device can be manufactured at a low cost, the adjustment at the time of condensing light on the fiber is easy, and the product can be easily manufactured. In this embodiment, even if the quarter-wave plate 52 and the polarization-maintaining single-mode fiber 18 are arranged in a different order, the effect is the same.

【0040】図11には、上記光源ユニット51とし
て、半導体レーザ又はHe−Neレーザ等の直線偏光の
コヒーレント光源51aと、回転制御可能素子としての
1/2波長板51bとにより構成された具体例が示され
ている。ここで、51c,56はコリメートレンズ、5
7は投影レンズである。
FIG. 11 shows a specific example in which the light source unit 51 includes a linearly polarized coherent light source 51a such as a semiconductor laser or a He--Ne laser and a half-wave plate 51b as a rotation controllable element. It is shown. Here, 51c and 56 are collimating lenses, 5
Reference numeral 7 denotes a projection lens.

【0041】図12には、第11図に示した各光学要素
による光の偏光状態の変化が示されている。今、直線偏
光の振動方向を45゜とすると、その直線偏光は1/2
波長板51bを通過すると、振動方向のみが角度2θだ
け回転する。次に方位角が45゜に設定された1/4波
長板52を通過することにより、図12に示されたよう
に、偏光状態が変化する。この場合、1/4波長板52
の方位角45゜とは、偏波面保存光ファイバ18の入射
端のx,y偏波軸に対して1/4波長板52の方位が4
5゜傾けられていることを意味する。
FIG. 12 shows a change in the polarization state of light by each optical element shown in FIG. Assuming that the oscillation direction of the linearly polarized light is 45 °, the linearly polarized light is は.
After passing through the wave plate 51b, only the vibration direction rotates by the angle 2θ. Next, by passing through a quarter-wave plate 52 whose azimuth is set to 45 °, the polarization state changes as shown in FIG. In this case, the 波長 wavelength plate 52
The azimuth angle of 45 ° means that the azimuth of the quarter-wave plate 52 is 4 with respect to the x and y polarization axes at the incident end of the polarization-maintaining optical fiber 18.
5 ° means tilted.

【0042】本構成においては、1/2波長板51bを
通過した後の回転した直線偏光が1/4波長板52を通
過することにより、そのx,y成分の位相が連続的に変
化し、x,yの二成分の強度が夫々等しく而も一定な状
態を実現している。この光線は、偏波面保存光ファイバ
18により伝達される。このため、手元側で1/2波長
板51bを回転させ、1/4波長板52を通過すること
により作り出された上記x,y成分の位相差の変化を偏
波面保存光ファイバ18の射出端まで伝達させることが
できるので、偏波面保存光ファイバ18の先端部を機械
的に動かすことなしに、干渉縞を走査することができ
る。又、構成が単純であり、偏波面保存光ファイバの先
端部をコンパクトに構成することができる。
In this configuration, the rotated linearly polarized light after passing through the half-wave plate 51b passes through the quarter-wave plate 52, so that the phases of the x and y components are continuously changed. The two components x and y have the same intensity, and a constant state is realized. This light beam is transmitted by the polarization-maintaining optical fiber 18. For this reason, the change in the phase difference between the x and y components created by rotating the half-wave plate 51 b on the hand side and passing through the quarter-wave plate 52 is used as the output end of the polarization-maintaining optical fiber 18. Therefore, the interference fringes can be scanned without mechanically moving the tip of the polarization-maintaining single-mode fiber 18. Further, the configuration is simple, and the distal end of the polarization-maintaining single-mode fiber can be made compact.

【0043】上述のように、本第七実施例によれば、位
相シフト手段として1/2波長板51bを回転し、偏光
成分間の位相差を偏波面保存光ファイバを用いその射出
端まで伝達して位相シフトを行っており、而も位相シフ
ト手段は手元側に配置できるので、装置先端部を小型に
構成することができるばかりか、位相制御を比較的容易
に行うことができる。更に、外部にある位相シフト手段
が、偏光成分に従って光を分割し位相差を変えた後合成
するのではなしに、一本の光束のままで位相差を変化さ
せるようにしたので、外部の影響に対して生成される干
渉縞及び縞走査が安定していると云う利点がある。また
構成が簡単で安価且つ容易に製作でき、而も偏波面保存
光ファイバ18への集光の調整が容易である。このよう
に、図11に示された実施例の場合も図10の実施例と
全く同様の効果を有することが分かる。
As described above, according to the seventh embodiment, the half-wave plate 51b is rotated as the phase shift means, and the phase difference between the polarization components is transmitted to the exit end using the polarization-maintaining optical fiber. Since the phase shift means can be arranged near the hand, not only can the front end of the apparatus be made compact, but also the phase control can be performed relatively easily. Furthermore, the external phase shift means does not split the light according to the polarization component and changes the phase difference and then combines the light, but instead changes the phase difference with a single light beam, so that it is not affected by external influences. There is an advantage that the generated interference fringes and fringe scanning are stable. Further, the structure is simple, inexpensive and easy to manufacture, and the adjustment of the light condensing on the polarization-maintaining single-mode fiber 18 is easy. Thus, it can be seen that the embodiment shown in FIG. 11 has exactly the same effects as the embodiment shown in FIG.

【0044】以下に本第七実施例における偏光状態が数
式により示されている。これらの式からも、1/2波長
板51bの回転角θに対して干渉縞の強度は変化せず且
つx,y成分の位相のみが4θの速度で変わることが分
かるであろう。図13に、この位相変化の状態が示され
ている。
Hereinafter, the polarization state in the seventh embodiment is shown by numerical expressions. From these equations, it can be seen that the intensity of the interference fringes does not change with respect to the rotation angle θ of the half-wave plate 51b, and only the phase of the x and y components changes at a speed of 4θ. FIG. 13 shows the state of this phase change.

【0045】 [0045]

【0046】本第七実施例において、偏波面保存光ファ
イバ18の偏波軸と1/4波長板52の光学軸との関係
及び該偏波軸と複屈折板20の光学軸との関係は、45
°に限らず、互いに対応する角度が同一であれば問題は
ない。尚、位相シフト手段である1/2波長板51bを
0゜,90゜,180゜,270゜等の位相が互いに9
0゜ずれた各位相位置で止めて、その位置毎に物体画像
をコンピュータ12に取り込んで解析するか、又は1/
2波長板51bを連続回転させて各位相位置での物体の
積分画像を用いることにより、立体計測を行うことがで
きる。
In the seventh embodiment, the relationship between the polarization axis of the polarization-maintaining single-mode fiber 18 and the optical axis of the quarter-wave plate 52 and the relationship between the polarization axis and the optical axis of the birefringent plate 20 are as follows. , 45
There is no problem if the angles corresponding to each other are the same, not limited to °. Incidentally, 0 ° the half-wave plate 51b is phase shifting means, 90 °, 180 °, to each other phase, such as 270 ° 9
Stopping at each phase position shifted by 0 ° , the object image is taken into the computer 12 for each position and analyzed, or
By continuously rotating the two-wavelength plate 51b and using an integrated image of the object at each phase position, stereoscopic measurement can be performed.

【0047】第七実施例において、振動方向を変えるこ
とのできる直線偏光を作り出す光源ユニット51は、図
14に示す如く、円偏光を出射するコヒーレント光源5
1dと回転可能な1/4波長板51eとの組合せを含ん
でいてもよい。以下に、1/4波長板51eをπ/4に
固定してコヒーレント光と組合せた状態が式により示さ
れている。
In the seventh embodiment, as shown in FIG. 14, a light source unit 51 for generating linearly polarized light whose oscillation direction can be changed is a coherent light source 5 for emitting circularly polarized light.
A combination of 1d and a rotatable quarter-wave plate 51e may be included. Hereinafter, a state where the 1 / wavelength plate 51e is fixed to π / 4 and combined with coherent light is shown by an equation.

【0048】 [0048]

【0049】又、上記光源ユニット51は、図15に示
す如く、直線偏光のレーザ光源51aとファラディー素
子51fとの組合せを含んでいてもよい。この場合は、
ファラディー素子51fに印加する電圧により直線偏光
の振動方向を変えることができる。即ち、この組合せ
は、結晶の旋光性を利用している。
As shown in FIG. 15, the light source unit 51 may include a combination of a linearly polarized laser light source 51a and a Faraday element 51f. in this case,
The oscillation direction of the linearly polarized light can be changed by the voltage applied to the Faraday element 51f. That is, this combination utilizes the optical rotation of the crystal.

【0050】更に、上記光源ユニット51は、図16に
示す如く、直線偏光のレーザ光源51aと二種類の液晶
板51g,51hとの組合せを含んでいてもよい。この
場合は、二枚の液晶板51g,51hに夫々接続された
電源をON,OFFさせて、直線偏光の振動方向を四種
類に変えることができるようにしたもので、液晶の旋光
性を利用した例である。即ち、液晶板51gは電源のO
N−OFFで旋光角が0゜から45゜に切り換わる旋光
子として、又液晶板51hは電源のON−OFFで旋光
角が0゜から90゜に切り換わる旋光子として夫々利用
される。
Further, as shown in FIG. 16, the light source unit 51 may include a combination of a linearly polarized laser light source 51a and two types of liquid crystal plates 51g and 51h. In this case, the power supply connected to the two liquid crystal plates 51g and 51h is turned on and off, respectively, so that the vibration direction of the linearly polarized light can be changed to four types. This is an example. That is, the liquid crystal panel 51g is connected to the power supply O.
The liquid crystal plate 51h is used as an optical rotator whose optical rotation angle switches from 0 ° to 90 ° when the power is turned ON / OFF when the optical rotation angle is switched from 0 ° to 45 °.

【0051】更に、直線偏光のレーザ光源51a自体
を、例えば回転台座に乗せて、回転させることにより、
直線偏光の振動方向を変えるようにすることもできる。
Further, by rotating the linearly polarized laser light source 51a itself on, for example, a rotating base,
The oscillation direction of the linearly polarized light may be changed.

【0052】次に、図10乃至16に示された位相子か
ら成る位相可変素子(互いに直交する偏光間の位相差の
みを変化させることのできる光学素子、例えば、図11
における回転可能な1/2波長板51bと、固定された
1/4波長板52)の他の例を説明する。
Next, a phase variable element (an optical element capable of changing only the phase difference between mutually orthogonal polarized lights, such as the optical element shown in FIGS.
Another example of the rotatable half-wave plate 51b and the fixed quarter-wave plate 52) will be described.

【0053】図17は、位相差可変素子として、バビネ
ソレイユ板58を利用した例を示している。即ち、図1
7において、バビネソレイユ板58を光軸に対し直交す
る方向(矢印)へ動かすことにより位相差を変えること
ができる。この位相差の変化は、偏波面保存光ファイバ
18によりその先端まで伝達され、複屈折板20により
偏光成分が分離されて、それにより、生成されるべき干
渉縞を走査することができる。
FIG. 17 shows an example in which a Babinet Soleil plate 58 is used as a phase difference variable element. That is, FIG.
In 7, the phase difference can be changed by moving the Babinet Soleil plate 58 in a direction (arrow) orthogonal to the optical axis. This change in phase difference is transmitted to the distal end by the polarization-maintaining optical fiber 18 and the polarization component is separated by the birefringent plate 20, so that the interference fringes to be generated can be scanned.

【0054】図18は、位相差可変素子として、電気光
学効果を持つ結晶59が用いられた例を示している。こ
の結晶59としては、LiNbO3 やLiTaO3 やK
DPが用いられ得る。即ち、結晶59を挾んで電極板6
0,61を設け、これに電圧コントローラー62を接続
して、結晶内に、光軸に対して直交する方向へ電界を生
じさせると、互いに直交する偏波方向の屈折率差が変化
する。結晶59を透過した光は、偏波面保存光ファイバ
18により、その先端まで位相差の変化を伝達し、複屈
折板20で各偏光成分に分離され、被測定物上に干渉縞
を生成せしめる。そして、電圧コントローラー62によ
り結晶59に印加される電圧を変化させると、干渉縞が
移動する。
FIG. 18 shows an example in which a crystal 59 having an electro-optical effect is used as a phase difference variable element. As the crystal 59, LiNbO 3 , LiTaO 3 , K
DP may be used. That is, the electrode plate 6 sandwiching the crystal 59
When an electric field is generated in the crystal in a direction perpendicular to the optical axis by connecting a voltage controller 62 to the voltage controller 61 and a voltage controller 62, the refractive index difference in the polarization directions perpendicular to each other changes. The light transmitted through the crystal 59 transmits the change of the phase difference to the tip thereof by the polarization-maintaining optical fiber 18, is separated into each polarization component by the birefringent plate 20, and generates interference fringes on the measured object. When the voltage applied to the crystal 59 by the voltage controller 62 is changed, the interference fringes move.

【0055】図19は、位相差可変素子として液晶装置
63が用いられた例を示している。この例では、液晶に
印加される電圧の大きさに応じて、そこを透過する光の
偏光成分間の位相差が変化し、この位相差は偏波面保存
光ファイバ18によりその先端まで伝達され、上記と同
様にして干渉縞を移動させることができる。この場合
は、図18の例と同様に、位相シフト手段としての可変
抵抗器等の電圧コントローラを手元に配置できるので、
内視鏡先端部を小型化することができるばかりか、構成
を簡素化することができ、而も偏波面保存光ファイバへ
の入射光の調整や制御操作が容易であるという利点があ
る。
FIG. 19 shows an example in which a liquid crystal device 63 is used as a phase difference variable element. In this example, the phase difference between the polarization components of the light passing therethrough changes in accordance with the magnitude of the voltage applied to the liquid crystal, and this phase difference is transmitted by the polarization-maintaining optical fiber 18 to the tip thereof, The interference fringes can be moved in the same manner as described above. In this case, as in the example of FIG. 18, a voltage controller such as a variable resistor as a phase shift means can be arranged at hand.
Not only can the endoscope end portion be miniaturized, but also the configuration can be simplified, and there is an advantage that adjustment and control operation of incident light to the polarization-maintaining optical fiber are easy.

【0056】図20は、本発明の第八実施例を示す説明
図である。図中、64は光アイソレータ、65は結合レ
ンズ、66は半導体レーザ駆動部である。その他の構成
部材は、図1,図5及び11において用いられている
ものと実質上同一であるので、図1,図5及び11で
用いたのと同一の部材には同一符号を用い、それらの説
明は省略する。
FIG. 20 is an explanatory view showing an eighth embodiment of the present invention. In the figure, 64 is an optical isolator, the 65 coupling lens, 66 is a semiconductor laser driving unit. Other components are 1, because it is substantially the same as those used in FIGS. 5 and 11, using the same reference numerals to the same members as used in FIGS. 1, 5 and 11 , And the description thereof will be omitted.

【0057】本実施例では、偏波面保存光ファイバ18
屈折率により、直交する偏光成分間に光路差を設け
て、波長シフト量を低減させるようにしている。このこ
とにより、干渉する二光束は殆ど同一の光路を通ること
になるため外乱の影響を殆ど受けず、また先端構成部に
可動要素がないため先端部を小型化できる。
In this embodiment, the polarization maintaining optical fiber 18
The optical path difference is provided between the orthogonal polarization components by the birefringence of (1) to reduce the wavelength shift amount. As a result, the two light beams that interfere with each other pass through almost the same optical path, and thus are hardly affected by disturbance, and the distal end portion can be downsized because there is no movable element in the distal end portion.

【0058】この第八実施例においては、位相差を2π
だけ変化させるためには、次の式を満足すればよい。 2π=(2πΔλ/λ2 )L(nx −ny ) ‥‥(6) ここで、nx は偏波面保存光ファイバ18のx軸方向の
屈折率、ny は偏波面保存光ファイバ18のy軸方向の
屈折率、Lは偏波面保存光ファイバ18の長さ、λは使
用光の波長、Δλは波長のシフト量である。上記式
(6)から、必要な波長シフト量は Δλ=λ2 /[L(nx −ny )] ‥‥(7) となる。従って、光源からの光の波長を、式(7)で求
められるシフト量だけ連続的又はステップ状に変化させ
れば、縞走査法を適用することができることになる。
In the eighth embodiment, the phase difference is 2π
In order to change only the value, the following expression should be satisfied. 2π = (2πΔλ / λ 2) L (n x -n y) ‥‥ (6) where, n x is the x-axis direction of the refractive index of the polarization-maintaining optical fiber 18, n y is polarization-maintaining optical fiber 18 Is the refractive index in the y-axis direction, L is the length of the polarization-maintaining optical fiber 18, λ is the wavelength of the used light, and Δλ is the wavelength shift amount. From the equation (6), the wavelength shift amount required Δλ = λ 2 / [L ( n x -n y)] becomes ‥‥ (7). Therefore, if the wavelength of the light from the light source is changed continuously or stepwise by the shift amount obtained by the equation (7), the fringe scanning method can be applied.

【0059】波長可変光源としては、半導体レーザや色
素レーザを使用することができる。特に半導体レーザ
は、供給電流を変化させることにより、容易に出射光の
波長をシフトさせることができる。又、白色光源と可変
波長フィルターを組み合わせることにより、波長シフト
を行わせることもできる。
As the wavelength variable light source, a semiconductor laser or a dye laser can be used. In particular, a semiconductor laser can easily shift the wavelength of emitted light by changing the supply current. The wavelength shift can also be performed by combining a white light source and a variable wavelength filter.

【0060】第八実施例においては、波長可変光源23
から出た光は、コリメートレンズ51cで平行光とな
り、戻り光を除去するために挿入されたアイソレータ6
4を通過する。そして結合レンズ65により偏波面保存
光ファイバ18に入射する。
In the eighth embodiment, the wavelength tunable light source 23
Is collimated by the collimator lens 51c, and is inserted into the isolator 6 for removing return light.
Pass 4 Then, the light enters the polarization-maintaining single-mode fiber 18 through the coupling lens 65.

【0061】今、偏波面保存光ファイバ18の軸方向
を、入射するレーザ光の偏波方向に対して45゜傾けた
とすれば、偏波面保存光ファイバ18を通過した光のx
偏光成分とy偏光成分との間には、位相差が生じる。偏
波面保存光ファイバ18内を伝搬した光は、コリメート
レンズ56により平行光にされた後、第七実施例と同様
の複屈折板20に入射する。この複屈折板20の結晶軸
は、入射する二つの光の偏光成分の何れか一方と一致し
ている。従って、複屈折板20に対し異常光となる他方
の偏光成分は光軸がずれる。そして偏光板22をこれら
の光が通過することによって、直線型の干渉縞ができ
る。この干渉縞を投影レンズ57で被測定物の表面に投
影し、CCDカメラ等の撮像装置11でこの縞を観察す
ると、表面の凹凸に従って歪んだ像を得ることができ
る。そして、波長シフトを行うと、干渉縞を作っている
二つの光の位相差が変化し、干渉縞が移動する。この時
の画像を撮像装置11でコンピュータ12へ取り込んで
解析すると、被測定物表面の凹凸が計測できる。
Assuming that the axial direction of the polarization-maintaining optical fiber 18 is inclined by 45 ° with respect to the polarization direction of the incident laser beam, x of the light passing through the polarization-maintaining optical fiber 18 is obtained.
A phase difference occurs between the polarized light component and the y-polarized light component. The light that has propagated in the polarization-maintaining single-mode fiber 18 is collimated by a collimator lens 56, and then enters the birefringent plate 20 as in the seventh embodiment. The crystal axis of the birefringent plate 20 matches one of the polarization components of the two incident lights. Therefore, the optical axis of the other polarization component that becomes extraordinary light with respect to the birefringent plate 20 is shifted. Then, when these lights pass through the polarizing plate 22, linear interference fringes are formed. When this interference fringe is projected on the surface of the object to be measured by the projection lens 57 and the fringe is observed by the imaging device 11 such as a CCD camera, an image distorted according to the unevenness of the surface can be obtained. When the wavelength shift is performed, the phase difference between the two lights forming the interference fringes changes, and the interference fringes move. When the image at this time is taken into the computer 12 by the imaging device 11 and analyzed, irregularities on the surface of the object to be measured can be measured.

【0062】この種の装置は、元来、光路長差が殆どな
くて、波長シフトによる位相シフト法を適用することは
出来なかった。しかしながら、上述の説明から明らかな
ように、本発明によれば、偏波面保存光ファイバの複屈
折性による光路長差を利用することにより、波長シフト
による位相シフト法の適用が可能となった。
Originally, this type of device had almost no difference in optical path length, and could not apply the phase shift method by wavelength shift. However, as is apparent from the above description, according to the present invention, the phase shift method based on the wavelength shift can be applied by utilizing the optical path length difference due to the birefringence of the polarization-maintaining optical fiber.

【0063】ここで、偏波面保存光ファイバ18の屈折
率差(nx −ny )=3×10-4、波長λ=0.78μ
m、ファイバー長L=50mとして、前記式(7)にこ
れらを代入すると、必要な波長シフト量は、Δλ=40
pmとなる。この値は、光源として半導体レーザを使用
する場合でも、モードホッピングが起こらない程度の値
である。
[0063] Here, the refractive index difference of polarization-maintaining optical fiber 18 (n x -n y) = 3 × 10 -4, a wavelength λ = 0.78μ
m and the fiber length L = 50 m, when these are substituted into the above equation (7), the required wavelength shift amount is Δλ = 40
pm. This value is such that mode hopping does not occur even when a semiconductor laser is used as a light source.

【0064】図21は本発明の第九実施例を示す説明図
である。この実施例は、直交する二つの偏光成分の光路
差を光路中に挿入された二枚の複屈折板68,69によ
り得るようにした点で、第八実施例とは異なる。本実施
例でも、偏波面保存光ファイバ18を用いているため、
二つの偏光成分の間に光路差は生じるが、製品の仕様に
よって偏波面保存光ファイバの長さが限定される場合に
は、上記複屈折素子68,69により位相差を調節して
最適位相差が得られるように補正される。尚、装置全体
の構成及び作用は、第八実施例と同様であるので、第八
実施例のそれらと同じ構成部材には同一符号を付すに留
め、詳細な説明は省略する。
FIG. 21 is an explanatory view showing a ninth embodiment of the present invention. This embodiment is different from the eighth embodiment in that an optical path difference between two orthogonal polarization components is obtained by two birefringent plates 68 and 69 inserted in the optical path. Also in this embodiment, since the polarization maintaining optical fiber 18 is used,
Although an optical path difference occurs between the two polarization components, if the length of the polarization-maintaining optical fiber is limited by the specifications of the product, the phase difference is adjusted by the birefringent elements 68 and 69 to optimize the phase difference. Is corrected so as to obtain Since the configuration and operation of the entire apparatus are the same as those of the eighth embodiment, the same reference numerals are given to the same components as those of the eighth embodiment, and the detailed description is omitted.

【0065】図22は本発明の第十実施例を示す説明図
である。この実施例は、複屈折板68,69が除かれ、
偏波面保存光ファイバ18の代わりに光ファイバ70が
用いられ且つコリメートレンズ56と複屈折板20との
間に位相板71が挿入されている点で第九実施例とは異
なる。この第十実施例では、複屈折板20の光路長差を
十分とることで、波長のシフト量の低減を行っている。
これにより、干渉する二光束は殆ど同一の光路を通るた
めに、外乱による影響を殆ど受けない。尚、装置全体の
構成及び作用は、第八実施例と同様であるので、第八実
施例のそれらと同じ構成部材には同一符号を付すに留
め、詳細な説明は省略する。本実施例の場合、光を分割
する複屈折板20自体において光路長差が生じるので、
要求される波長シフト量によっては、位相板71を省略
することもできる。
FIG. 22 is an explanatory view showing a tenth embodiment of the present invention. In this embodiment, the birefringent plates 68 and 69 are eliminated,
The ninth embodiment differs from the ninth embodiment in that an optical fiber 70 is used instead of the polarization-maintaining optical fiber 18 and a phase plate 71 is inserted between the collimator lens 56 and the birefringent plate 20. In the tenth embodiment, the amount of wavelength shift is reduced by making the difference in optical path length of the birefringent plate 20 sufficient.
As a result, the two light beams that interfere with each other pass through almost the same optical path, and thus are hardly affected by disturbance. Since the configuration and operation of the entire apparatus are the same as those of the eighth embodiment, the same reference numerals are given to the same components as those of the eighth embodiment, and the detailed description is omitted. In the case of the present embodiment, an optical path length difference occurs in the birefringent plate 20 itself for splitting light.
The phase plate 71 may be omitted depending on the required wavelength shift amount.

【0066】図23は本発明の第十一実施例を示す説明
図である。この実施例は、複屈折板68,69の代わり
に偏光ビームスプリッタ72を用いて光路長差を設ける
ようにした点で第九実施例とは異なる。この実施例にお
いては、波長可変光源23から発した光は、偏光ビーム
スプリッタ72に入射し、透過する偏光と反射する偏光
とに分割される。反射した偏光は1/4波長板72aを
通過し、ミラー72bで反射し、再び1/4波長板72
aを通過して偏光ビームスプリッタ72に入射する。こ
の偏光は、1/4波長板72aを二度通過しているの
で、振動方向は90゜回転している。従って、この偏光
は、偏光ビームスプリッタ72中を通過する。そして、
1/4波長板72cを通過し、ミラー72dで反射し、
再び1/4波長板72cを通過して偏光ビームスプリッ
タ72に入射し、そこで反射せしめられて結合レンズ
5に向う。従って、偏光ビームスプリッタ72を透過し
た偏光と反射した偏光とでは光路長が異なる。これらの
偏光は偏波面保存光ファイバ18中を伝搬し、複屈折板
20で分割され、そして干渉縞を生成する。本第十一実
施例によれば、ミラー72b,72dの位置を変化させ
ることにより、光源に適した波長シフト量を変化させる
ことができる。尚、この実施例においても、既述の実施
例におけるそれらと同様の構成部材には同一符号が付さ
れている。
FIG. 23 is an explanatory view showing an eleventh embodiment of the present invention. This embodiment is different from the ninth embodiment in that a polarization beam splitter 72 is used instead of the birefringent plates 68 and 69 to provide an optical path length difference. In this embodiment, light emitted from the wavelength variable light source 23 is incident on the polarization beam splitter 72 and is split into transmitted polarized light and reflected polarized light. The reflected polarized light passes through the quarter-wave plate 72a, is reflected by the mirror 72b, and is again reflected by the quarter-wave plate 72a.
a and enters the polarization beam splitter 72. Since this polarized light passes through the quarter-wave plate 72a twice, the oscillation direction is rotated by 90 °. Therefore, this polarized light passes through the polarizing beam splitter 72. And
After passing through the quarter-wave plate 72c, it is reflected by the mirror 72d,
The light passes through the quarter-wave plate 72c again and enters the polarization beam splitter 72, where it is reflected and coupled to the coupling lens 6
Go to 5. Accordingly, the optical path length differs between the polarized light transmitted through the polarizing beam splitter 72 and the reflected polarized light. These polarizations propagate through the polarization-maintaining optical fiber 18, are split by the birefringent plate 20, and produce interference fringes. According to the eleventh embodiment, the wavelength shift amount suitable for the light source can be changed by changing the positions of the mirrors 72b and 72d. In this embodiment, the same components as those in the above-described embodiments are denoted by the same reference numerals.

【0067】図24は本発明の第十二実施例を示す説明
図である。この実施例は、光ファイバ33から位相シフ
34が除かれている点と波長可変光源23を用いてい
点で、第6図に示した第三実施例とは異なる。本第十
二実施例は、長さの異なる二本のファイバを用いて光路
長差を得るようにしたもので、一方の光ファイバを長く
するだけで、光路長差をつけることができ、他の実施例
と比較してより大きな光路長差をつけることができると
云う利点がある。この場合、二本のファイバの材料を異
ならせれば、屈折率が異なるため、光路長差をより大き
くすることが可能である。尚、この実施例の基本的な構
成及び作用は、第三実施例と同様であるので、第三実施
例のそれらと同じ構成部材には同一符号を付すに留め、
詳細な説明は省略する。
FIG. 24 is an explanatory view showing a twelfth embodiment of the present invention. In this embodiment, the phase shift from the optical fiber 33 is performed.
Have used terms and a wavelength tunable light source 23 that data 34 has been removed
That a point different from the third embodiment shown in Figure 6. In the twelfth embodiment, the difference in optical path length is obtained by using two fibers having different lengths.By simply lengthening one optical fiber, the difference in optical path length can be provided. There is an advantage that a larger optical path length difference can be provided as compared with the embodiment. In this case, if the materials of the two fibers are different, the refractive index is different, so that the optical path length difference can be further increased. Since the basic configuration and operation of this embodiment are the same as those of the third embodiment, the same components as those of the third embodiment are denoted by the same reference numerals.
Detailed description is omitted.

【0068】図25は本発明の第十三実施例を示す説明
図である。この実施例においては、内視鏡先端部に位相
差可変素子73が設けられて、これにより位相シフトが
行われるようにしている。光源51からは、偏波面保
存光ファイバ18を介して直線偏光の光がその先端まで
伝搬され、位相差可変素子73により、二つの偏光成分
は同一光量のまま位相のみが変えられる。これにより、
干渉縞のコントラストは変えずに、干渉縞の走査が行わ
れる。この場合、直線偏光の方位角は、複屈折板20に
より分割される直交する二つの偏光成分の光量は同一と
なるように、選定されている。
FIG. 25 is an explanatory view showing a thirteenth embodiment of the present invention. In this embodiment, a phase difference variable element 73 is provided at the distal end portion of the endoscope so that a phase shift is performed. From the light source 51 a, the polarization maintaining optical fiber 18 through the linearly polarized light is propagated to the tip, the phase difference variable element 73, the two polarization components only remain phases of the same amount of light is changed. This allows
Scanning of the interference fringes is performed without changing the contrast of the interference fringes. In this case, the azimuth angle of the linearly polarized light is selected such that the light amounts of two orthogonal polarization components divided by the birefringent plate 20 are the same.

【0069】図26は本発明の第十四実施例を示す説明
図である。この実施例では、内視鏡先端部に半導体レー
ザ光源51aと位相差可変素子73が配置されていて、
該光源51aから出射した直線偏光の光は、第十三実施
例と同様に、直交する二つの偏光成分の位相差のみが変
えられて、干渉縞が生成されるようになっている。
FIG. 26 is an explanatory view showing a fourteenth embodiment of the present invention. In this embodiment, the semiconductor laser light source 51a and the phase difference variable element 73 are disposed at the end of the endoscope.
As in the thirteenth embodiment, only the phase difference between two orthogonal polarization components of the linearly polarized light emitted from the light source 51a is changed, so that interference fringes are generated.

【0070】図27は本発明の第十五実施例を示す説明
図である。この実施例では、内視鏡の先端部に可変波長
レーザ光源23と位相板71とを配設して、光源23か
ら出射したレーザ光の波長を変えることにより、干渉縞
を走査するようにしている。即ち、光源23から出射す
る直線偏光の振動方向と位相板71の方位とが45゜を
なすように位相板を配置して、直交する二つの偏光成分
間に光路長差を与え、その波長を変えることにより位相
差が生じるようにしている。この場合、複屈折板20
は、光路を二つに分割する作用と同時に分割される二つ
の光路間に光路長差を生じさせる作用を有するので、波
長シフト量が大きくとれれば、位相板71は省略でき
る。
FIG. 27 is an explanatory view showing a fifteenth embodiment of the present invention. In this embodiment, a variable wavelength laser light source 23 and a phase plate 71 are provided at the tip of the endoscope, and the interference fringes are scanned by changing the wavelength of the laser light emitted from the light source 23. I have. That is, the phase plate is arranged so that the oscillation direction of the linearly polarized light emitted from the light source 23 and the azimuth of the phase plate 71 are at 45 °, and an optical path length difference is given between two orthogonal polarization components, and the wavelength is adjusted. By changing the phase difference, a phase difference is generated. In this case, the birefringent plate 20
Has the function of splitting the optical path into two, and at the same time, the function of causing an optical path length difference between the two split optical paths. Therefore, if the wavelength shift amount is large, the phase plate 71 can be omitted.

【0071】尚、上記各実施例において用いられる偏波
面保存光ファイバ18は、ある程度の偏波性をもつ光フ
ァイバにより置換されてもよい。又、電歪素子,光源の
波長変化装置,ファイバ型位相シフト,位相差可変素子
は、干渉縞走査手段を構成する。
The polarization-maintaining optical fiber 18 used in each of the above embodiments may be replaced by an optical fiber having a certain degree of polarization. The electrostrictive element, the wavelength changing device of the light source, the fiber type phase shift, and the phase difference variable element constitute interference fringe scanning means.

【0072】[0072]

【発明の効果】上述のように本発明に係る計測内視鏡
は、干渉縞を生成する干渉縞生成手段と、干渉縞を走査
させる干渉縞走査手段と、干渉縞を撮像する撮像手段
と、画像信号から被測定物表面の凹凸情報を演算する演
算手段とを備えているから、被測定物に投影される干渉
縞のコントラストのむらに影響されることなく、その凹
凸を正確に計測することができ、人体臓器内部の病変部
やガス管等工業用管体の内部欠陥等の観測に有効に利用
することができる。
As described above, the measuring endoscope according to the present invention comprises: an interference fringe generating means for generating interference fringes; an interference fringe scanning means for scanning interference fringes; an imaging means for imaging interference fringes; Since there is provided a calculating means for calculating unevenness information on the surface of the object to be measured from the image signal, the unevenness can be accurately measured without being affected by the unevenness of the contrast of interference fringes projected on the object to be measured. It can be effectively used for observing a lesion inside a human body organ or an internal defect of an industrial pipe such as a gas pipe.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による計測手段の原理図を示す概略説明
図である。
FIG. 1 is a schematic explanatory view showing a principle diagram of a measuring means according to the present invention.

【図2】本発明の第一実施例を示す要部説明図である。FIG. 2 is an explanatory view of a main part showing a first embodiment of the present invention.

【図3】第一実施例に用いられる複屈折板における光の
分離の状態を示す拡大図である。
FIG. 3 is an enlarged view showing a state of light separation in a birefringent plate used in the first embodiment.

【図4】第一実施例における偏波面保存光ファイバの端
面図である。
FIG. 4 is an end view of the polarization-maintaining optical fiber in the first embodiment.

【図5】本発明の第二実施例を示す要部説明図である。FIG. 5 is an explanatory view of a main part showing a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第三実施例を示す要部説明図である。FIG. 6 is an explanatory view of a main part showing a third embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第四実施例を示す要部説明図である。FIG. 7 is an explanatory view of a main part showing a fourth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第五実施例を示す要部説明図である。FIG. 8 is an explanatory view of a main part showing a fifth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第六実施例を示す要部説明図である。FIG. 9 is an explanatory view of a main part showing a sixth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第七実施例の基本構成を示す説明図
である。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a basic configuration of a seventh embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第七実施例の具体的構成を示す説明
図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a specific configuration of a seventh embodiment of the present invention.

【図12】図11に示された各光学要素の光の偏光状態
の変化を示す説明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a change in a polarization state of light of each optical element shown in FIG. 11;

【図13】第七実施例における位相変化の状態を示す線
図である。
FIG. 13 is a diagram showing a state of a phase change in a seventh embodiment.

【図14】第七実施例の第一変形例を示す要部説明図で
ある。
FIG. 14 is an explanatory view of a main part showing a first modification of the seventh embodiment.

【図15】第七実施例の第二変形例を示す要部説明図で
ある。
FIG. 15 is an explanatory view of a main part showing a second modification of the seventh embodiment.

【図16】第七実施例の第三変形例を示す要部説明図で
ある。
FIG. 16 is an explanatory view of a main part showing a third modification of the seventh embodiment.

【図17】第七実施例の第四変形例を示す要部説明図で
ある。
FIG. 17 is an explanatory view of a main part showing a fourth modification of the seventh embodiment.

【図18】第七実施例の第五変形例を示す要部説明図で
ある。
FIG. 18 is an explanatory view of a main part showing a fifth modification of the seventh embodiment.

【図19】第七実施例の第六変形例を示す要部説明図で
ある。
FIG. 19 is an explanatory view of a main part showing a sixth modification of the seventh embodiment.

【図20】本発明の第八実施例を示す要部説明図であ
る。
FIG. 20 is an explanatory view of a main part showing an eighth embodiment of the present invention.

【図21】本発明の第九実施例を示す要部説明図であ
る。
FIG. 21 is an explanatory view of a main part showing a ninth embodiment of the present invention.

【図22】本発明の第十実施例を示す要部説明図であ
る。
FIG. 22 is an explanatory view of a main part showing a tenth embodiment of the present invention.

【図23】本発明の第十一実施例を示す要部説明図であ
る。
FIG. 23 is an explanatory view of a principal part showing an eleventh embodiment of the present invention.

【図24】本発明の第十二実施例を示す要部説明図であ
る。
FIG. 24 is an explanatory view of a main part showing a twelfth embodiment of the present invention.

【図25】本発明の第十三実施例を示す要部説明図であ
る。
FIG. 25 is an explanatory view of a principal part showing a thirteenth embodiment of the present invention.

【図26】本発明の第十四実施例を示す要部説明図であ
る。
FIG. 26 is an explanatory view of a principal part showing a fourteenth embodiment of the present invention.

【図27】本発明の第十五実施例を示す要部説明図であ
る。
FIG. 27 is an explanatory view of a main part showing a fifteenth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源 4,27 ビームスプリッタ 5,6 反射鏡 7,48,50 電歪素子 9 被測定物 10 干渉縞 11 カメラ 12 コンピュータ 14,72 偏光ビームスプリッタ 18 偏波面保存光ファイバ 20,56,68,69 複屈折板 22 偏光板23 波長可変光源 28 反射コート 31 ファイバ形光分波器 34 ファイバ形位相シフタ 44 位相シフタ 46 マルチモード光ファイバ 51 光源ユニット 51a レーザ光源 51b 1/2波長板 51c コヒーレント光源 51d 1/4波長板 51e ファラディー素子 51f,51g 液晶板 58 バビネソレイユ板 59 電気光学効果を持つ結晶 63 液晶装置 64 光アイソレータ 70 光ファイバー 73 位相差可変素子Reference Signs List 1 light source 4, 27 beam splitter 5, 6 reflecting mirror 7, 48, 50 electrostrictive element 9 device under test 10 interference fringe 11 camera 12 computer 14, 72 polarization beam splitter 18 polarization plane preserving optical fiber 20, 56, 68, 69 Birefringent plate 22 Polarizing plate 23 Variable wavelength light source 28 Reflection coat 31 Fiber type optical demultiplexer 34 Fiber type phase shifter 44 Phase shifter 46 Multimode optical fiber 51 Light source unit 51a Laser light source 51b 1/2 wavelength plate 51c Coherent light source 51d 1 / 4 wavelength plate 51e Faraday element 51f, 51g Liquid crystal plate 58 Babinet Soleil plate 59 Crystal having electro-optical effect 63 Liquid crystal device 64 Optical isolator 70 Optical fiber 73 Phase difference variable element

フロントページの続き (72)発明者 崎山 勝則 東京都渋谷区幡ケ谷2の43の2 オリン パス光学工業株式会社内 (72)発明者 高山 敏一 東京都渋谷区幡ケ谷2の43の2 オリン パス光学工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−297515(JP,A) 特開 平2−95201(JP,A) 特開 昭63−160634(JP,A) 特開 昭60−256443(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 9/00 - 11/30 102 A61B 1/00 - 1/32 G02B 23/24 - 23/26 Continued on the front page (72) Inventor Katsunori Sakiyama 2-43-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Inside Olympus Optical Industry Co., Ltd. (72) Inventor Toshikazu Takayama 43-2-2 Hatagaya, Shibuya-ku, Tokyo Olympus Optical (56) References JP-A-2-297515 (JP, A) JP-A-2-95201 (JP, A) JP-A-63-160634 (JP, A) JP-A-60-256443 (JP, A A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01B 9/00-11/30 102 A61B 1/00-1/32 G02B 23/24-23/26

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 被測定物表面の凹凸の計測を行なう計測
内視鏡において、被測定物表面上に干渉縞を生成する干
渉縞生成手段と、該干渉縞を走査させる干渉縞走査手段
と、該干渉縞の投影像を画像として撮像する撮像手段
と、該撮像手段からの画像信号に基づいて前記被測定物
表面の凹凸情報を演算する演算手段とを備えていること
を特徴とする計測内視鏡。
1. A measurement endoscope for measuring irregularities on a surface of an object to be measured, an interference fringe generating unit for generating interference fringes on the surface of the object to be measured, an interference fringe scanning unit for scanning the interference fringes, A measurement device comprising: an imaging unit that captures a projection image of the interference fringe as an image; and a calculation unit that calculates unevenness information on the surface of the workpiece based on an image signal from the imaging unit. Endoscope.
【請求項2】 前記干渉縞生成手段を被測定物表面に干
渉縞を投影し得るように構成し、前記干渉縞走査手段を
前記干渉縞を縞方向と直交する方向へ移動させ得るよう
に構成し、前記撮像手段を前記干渉縞の移動によって生
ずる被測定物表面の光の強弱の変化を読み取り可能に構
成し、前記演算手段を前記読み取られた被測定物表面の
各点における光強度の変化を縞走査法の原理を用いて演
算するように構成することにより、被測定物表面の凹凸
の深さ及び高さを求めるようにしたことを特徴とする請
求項1に記載の計測内視鏡
2. The method according to claim 1, further comprising:
The interference fringe scanning means is configured to project interference fringes.
The interference fringes can be moved in a direction orthogonal to the fringe direction.
And the imaging means is generated by the movement of the interference fringes.
It is configured to be able to read the change in light intensity on the surface of the object to be measured.
And calculating the arithmetic means with the read surface of the DUT.
Changes in light intensity at each point are performed using the principle of the fringe scanning method.
By calculating the
The depth and height of the
The measurement endoscope according to claim 1 .
JP3275554A 1990-10-23 1991-10-23 Measurement endoscope Expired - Fee Related JP3009521B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3275554A JP3009521B2 (en) 1990-10-23 1991-10-23 Measurement endoscope

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP28565290 1990-10-23
JP16465691 1991-07-04
JP3-164656 1991-07-04
JP2-285652 1991-07-04
JP3275554A JP3009521B2 (en) 1990-10-23 1991-10-23 Measurement endoscope

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0587543A JPH0587543A (en) 1993-04-06
JP3009521B2 true JP3009521B2 (en) 2000-02-14

Family

ID=27322364

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3275554A Expired - Fee Related JP3009521B2 (en) 1990-10-23 1991-10-23 Measurement endoscope

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3009521B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016185618A1 (en) * 2015-05-18 2016-11-24 オリンパス株式会社 Interference fringe projection optical system and shape measurement device

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005078519A1 (en) * 2004-02-18 2005-08-25 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Projection display and projection displaying method
US7492450B2 (en) * 2005-10-24 2009-02-17 General Electric Company Methods and apparatus for inspecting an object
JP2008070350A (en) * 2006-08-15 2008-03-27 Fujifilm Corp Optical tomographic imaging apparatus
US8477318B2 (en) * 2007-11-01 2013-07-02 Dimensional Photonics International, Inc. Optical fiber-based three-dimensional imaging system
JP2009247463A (en) * 2008-04-02 2009-10-29 Fujifilm Corp Image processor, image processing method and program
US9628903B2 (en) 2014-12-23 2017-04-18 Bose Corporation Microspeaker acoustical resistance assembly
JP6484485B2 (en) * 2015-03-30 2019-03-13 オリンパス株式会社 Stripe scanning position compensation structure and endoscope apparatus having the same
JP6706026B2 (en) * 2015-04-01 2020-06-03 オリンパス株式会社 Endoscope system and operating method of endoscope apparatus
JP6618704B2 (en) * 2015-04-10 2019-12-11 オリンパス株式会社 Endoscope system
JP6548727B2 (en) * 2015-05-29 2019-07-24 オリンパス株式会社 Lighting device and measuring device
JP6524223B2 (en) * 2015-06-01 2019-06-05 オリンパス株式会社 Interference fringe projection apparatus and measurement apparatus
WO2017012624A1 (en) * 2015-07-21 2017-01-26 3Dintegrated Aps Cannula assembly kit, trocar assembly kit, sleeve assembly, minimally invasive surgery system and method therefor
JP6549021B2 (en) * 2015-11-17 2019-07-24 富士フイルム株式会社 Endoscope system and operation method of measurement apparatus
JPWO2017183181A1 (en) 2016-04-22 2019-02-28 オリンパス株式会社 3D shape measuring device
KR101915843B1 (en) 2016-06-29 2018-11-08 한국과학기술원 Method for estimating depth of image using birefringent medium with a camera and apparatus therefor
JP2018105932A (en) * 2016-12-22 2018-07-05 日本電信電話株式会社 Optical transmission path
JP6785674B2 (en) * 2017-01-25 2020-11-18 オリンパス株式会社 Optical measuring device
JP6740143B2 (en) * 2017-01-25 2020-08-12 オリンパス株式会社 Lighting equipment
WO2018235223A1 (en) * 2017-06-22 2018-12-27 オリンパス株式会社 Illuminated imaging system, endoscope, and endoscope system

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016185618A1 (en) * 2015-05-18 2016-11-24 オリンパス株式会社 Interference fringe projection optical system and shape measurement device
CN107532888A (en) * 2015-05-18 2018-01-02 奥林巴斯株式会社 Interference fringe projection optical system and shape measuring apparatus
JPWO2016185618A1 (en) * 2015-05-18 2018-03-01 オリンパス株式会社 Interference fringe projection optical system and shape measuring apparatus
CN107532888B (en) * 2015-05-18 2020-05-26 奥林巴斯株式会社 Interference fringe projection optical system and shape measuring device
US10782125B2 (en) 2015-05-18 2020-09-22 Olympus Corporation Interference fringe projection optical system and shape measurement apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0587543A (en) 1993-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3009521B2 (en) Measurement endoscope
US5434669A (en) Measuring interferometric endoscope having a laser radiation source
US10156436B2 (en) Illumination apparatus and measurement apparatus
US6992779B2 (en) Interferometer apparatus for both low and high coherence measurement and method thereof
CN109804294B (en) Fiber optic splitter device for digital holographic imaging and interferometry and optical system comprising said fiber optic splitter device
KR900003116B1 (en) Apparatus of condition of flatness
US7277180B2 (en) Optical connection for interferometry
JP6524223B2 (en) Interference fringe projection apparatus and measurement apparatus
US7180602B2 (en) Agile spectral interferometric microscopy
US8665436B2 (en) Device and method for determining a piece of polarisation information and polarimetric imaging device
JPS6117921A (en) Real-time wave-head analyzing correcting device
US4798468A (en) Interference apparatus for detecting state of wave surface
JPS6159224A (en) Method and device for measuring state of polarization of quasi-monochromatic light for actual time
JP6586459B2 (en) Interference fringe projection optical system and shape measuring apparatus
JP2009253129A (en) Light source, and optical tomography imaging apparatus
US20050008290A1 (en) Static method for laser speckle reduction and apparatus for reducing speckle
Wyant Advances in interferometric metrology
JP2002286409A (en) Interferometer
JP2006349382A (en) Phase shift interferometer
US6064482A (en) Interferometric measuring device for form measurement on rough surfaces
JPH07280535A (en) Three-dimensional shape measuring apparatus
JPH05149719A (en) Property measuring instrument
US6804009B2 (en) Wollaston prism phase-stepping point diffraction interferometer and method
JP2020095229A (en) Heterodyne digital holography device
JP2002250675A (en) Low-coherence reflectometer

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 19991116

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees