JP4891261B2 - 光画像計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、特に光散乱媒質の被測定物体に光を照射し、その反射光もしくは透過光を用いて被測定物体の表面形態や内部形態を計測し、その画像を形成する光画像計測装置に関する。

近年、レーザ光源等を用いて被測定物体の表面や内部の画像を形成する光画像計測技術が注目を集めている。この光画像計測技術は、従来からのＸ線ＣＴのような人体に対する有害性を持たないことから、特に医療分野における応用の展開が期待されている。

光画像計測技術における代表的な手法の一例として低コヒーレンス干渉法（光コヒーレンス断層画像化法などとも呼ばれる）がある。この手法は、例えばスーパールミネセントダイオード（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ；ＳＬＤ）のように広いスペクトル幅をもつ広帯域光源の低干渉性を利用するもので、被測定物体からの反射光や透過光をμｍオーダーの優れた距離分解能で検出可能とするものである（例えば下記の非特許文献１を参照）。

この低コヒーレンス干渉法を利用した装置の一例として、マイケルソン型の干渉計に基づく従来の光画像計測装置の基本構成を図９に示す。この光画像計測装置１０００は、広帯域光源１００１、鏡１００２、ビームスプリッタ１００３及び光検出器１００４を含んで構成されている。被測定物体１００５は、散乱媒質により形成されている。広帯域光源１００１からの光ビームは、ビームスプリッタ１００３により、鏡１００２に向かう参照光Ｒと被測定物体１００５に向かう信号光Ｓの２つに分割される。参照光Ｒはビームスプリッタ１００３による反射光であり、信号光Ｓはビームスプリッタ１００３の透過光である。

ここで、図９に示すように、信号光Ｓの進行方向にｚ軸を定めるとともに、信号光Ｓの進行方向に対する直交面をｘ−ｙ面として定義する。鏡１００２は、同図中の両側矢印方向（ｚ−スキャン）に変位可能とされている。

参照光Ｒは、鏡１００２に反射される際にそのｚ−スキャンによりドップラー周波数シフトを受ける。一方、信号光Ｓは、被測定物体１００５に照射されると、その表面及び内部層により反射される。被測定物体は散乱媒質であるので、信号光Ｓの反射光は多重散乱を含む乱雑な位相をもった拡散波面であると考えられる。被測定物体１００５を経由した信号光と、鏡１００２を経由し周波数シフトを受けた参照光は、ビームスプリッタ１００３によって重畳されて干渉光を生成する。

低コヒーレンス干渉方法を用いた画像計測では、信号光Ｓと参照光Ｒの光路長差が光源のμｍオーダーのコヒーレント長（可干渉距離）以内でありかつ参照光Ｒと位相相関のある信号光Ｓの成分のみが参照光Ｒと干渉を生じる。すなわち、信号光Ｓのコヒーレントな信号光成分のみが選択的に参照光Ｒと干渉し合う。この原理から、鏡１００２の位置をｚ−スキャンして参照光Ｒの光路長を変化させることにより、被測定物体１００５の内部層の光反射プロフィールが測定される。更に、被測定物体１００５へ照射される信号光Ｓをｘ−ｙ面方向にも走査する。このようなｚ方向及びｘ−ｙ面方向のスキャンを行いながら干渉光を光検出器１００４で検出し、その検出結果として出力される電気信号（ヘテロダイン信号）を解析することによって、被検体１００５の２次元断層画像が取得される（非特許文献１を参照）。

なお、ビームスプリッタ１００３によって重畳される参照光Ｒ及び信号光Ｓの強度をそれぞれＩ_ｒとＩ_ｓとし、両光波の間の周波数差及び位相差をそれぞれｆ_ｉｆ及びΔθとすると、光検出器からは次式に示すようなヘテロダイン信号が出力される（例えば、非特許文献２を参照）。

式（１）の右辺第３項は交流電気信号であり、その周波数ｆ_ｉｆは参照光Ｒと信号光Ｓのうなり（ビート）の周波数に等しい。ヘテロダイン信号の交流成分の周波数ｆ_ｉｆは、ビート周波数などと呼ばれる。ここで、交流成分は、時間経過に伴って周期的に強度が変化するヘテロダイン信号の干渉成分に相当する。また、式（１）の右辺第１項及び第２項はヘテロダイン信号の直流成分であり、干渉光の背景光成分の信号強度に対応している。

しかしながら、このような従来の低コヒーレンス干渉法で２次元断層画像を取得するためには、被測定物体１００５に対して光ビームを走査することにより、被測定物体１００５の深度方向（ｚ方向）及び断層面方向（ｘ−ｙ面方向）の各部位からの反射光波を順次に検出する必要がある。したがって、被測定物体１００５を計測するためには長時間を要し、また、その計測原理を勘案すると計測時間の短縮を図ることは困難である。

このような問題点に鑑み、計測時間の短縮を図るための光画像計測装置が考案されている。図１０には、そのような装置の一例の基本構成が示されている。同図に示す光画像計測装置２０００は、キセノンランプ（光源）２００１、鏡２００２、ビームスプリッタ２００３、光検出器としての２次元光センサアレイ２００４、及びレンズ２００６、２００７を含んで構成されている。光源２００１から出射された光ビームは、レンズ２００６、２００７により平行光束にされるとともにそのビーム径が拡大され、ビームスプリッタ２００３によって参照光Ｒと信号光Ｓとに二分される。参照光Ｒには鏡２００２のｚ−スキャンによりドップラー周波数シフトが付与される。一方、信号光Ｓは、ビーム径が広げられているので、ｘ−ｙ面の広い範囲に亘って被測定物体２００５に入射される。よって、信号光Ｓは、当該入射範囲における被測定物体２００５の表面や内部の情報を含んだ反射光となる。参照光Ｒと信号光Ｓは、ビームスプリッタ２００３により重畳され、２次元光センサアレイ２００４上に並列配置された素子（ピクセル、光センサ）により検出される。したがって、光ビームを走査することなく、被測定物体２００５の２次元断層画像をリアルタイムに取得することが可能となる。

このような非走査型の光画像計測装置としては、非特許文献３に記載のものが知られている。同文献に記載の装置では、２次元光センサアレイから出力される複数のヘテロダイン信号を、並列配置された複数の信号処理系に入力して、各ヘテロダイン信号の振幅と位相を検出するように構成されている。

しかし、このような構成において画像の空間分解能を高めるためにはアレイの素子数を増加させる必要があり、更に、その素子数に対応するチャンネル数を備えた信号処理系を用意しなければならない。したがって、高分解能の画像を必要とする医療や工業等の分野においては実用化する上で難があると思われる。

そこで、本発明者らは、下記の特許文献１において、次のような非走査型の光画像計測装置を提案した。本提案に係る光画像計測装置は、光ビームを出射する光源と、該光源から出射された光ビームを、被検体が配置される被検体配置位置を経由する信号光と、前記被検体配置位置を経由する光路とは異なる光路を経由する参照光とに二分するとともに、前記被検体配置位置を経由した後の信号光と、前記異なる光路を経由した参照光とを互いに重畳することにより干渉光を生成する干渉光学系と、該干渉光学系が、前記信号光の周波数と前記参照光の周波数を相対的にシフトさせる周波数シフタと、前記干渉光学系が、前記干渉光を受光するために、前記干渉光を二分割して、さらに、該二分割された干渉光を周期的に遮断することにより、互いの位相差が９０度である２列の干渉光パルスを生成する光遮断装置と、前記２列の干渉光パルスをそれぞれ受光する光センサと、該光センサが、空間的に配列され、それぞれが独立に受光信号を得る複数の受光素子を有するものであり、前記光センサで得られた複数の受光信号を統合して前記被検体配置位置に配置された被検体の表面もしくは内部層の、前記信号光の伝搬経路上の各関心点に対応する信号を生成する信号処理部を具備している。

この光画像計測装置は、参照光と信号光の干渉光を二分して２台の光センサ（２次元光センサアレイ）で受光する構成において、両センサアレイの前にそれぞれ光遮断装置を配置して干渉光をサンプリングするように構成されている。そして、分割された２つの干渉光のサンプリング周期にπ／２の位相差を設けることにより、干渉光の背景光成分を構成する信号光と参照光の強度と、干渉光の位相の直交成分（ｓｉｎ成分とｃｏｓ成分）とを検出するとともに、両センサアレイからの出力に含まれる背景光成分の強度を両センサアレイの出力から差し引くことにより、干渉光の２つの位相直交成分を算出し、その算出結果を用いて干渉光の振幅を求めるようになっている。

なお、２次元光センサアレイとしてはＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）カメラなどの市販のイメージセンサが広く用いられている。しかし、現在市販されているＣＣＤイメージセンサは周波数応答特性が低く、数ＫＨzから数ＭＨz程度のヘテロダイン信号のビート周波数に追従できないという問題点が従来から認識されていた。本発明者らによる特許文献１記載の光画像計測装置は、当該問題点を十分に認識した上で、その応答特性の低さを利用して計測を行っている点が特徴的であるといえる。

特開２００１−３３０５５８号公報（請求項、明細書段落［００６８］−［００８４］、第１図） 丹野直弘、「光学」、２８巻３号、１１６（１９９９） 吉沢、瀬田編、「光ヘテロダイン技術（改訂版）」、新技術コミュニケーションズ（２００３）、ｐ．２ Ｋ．Ｐ．Ｃｈａｎ、Ｍ．Ｙａｍａｄａ、Ｈ．Ｉｎａｂａ、「Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ」、Ｖｏｌ．３０、１７５３、（１９９４）

上記のような従来の光画像計測装置では、１０程度の干渉光パルスをＣＣＤで受光して蓄積することにより一つの画像を形成していた。このような装置を眼科測定に応用すると、次のような問題が生じる。すなわち、１０程度の干渉光パルスを検出している間に、眼球運動や心拍などによって被検眼が動くと、眼底で反射されるときに干渉光がドップラーシフトを受けて周波数が変調され、形成される画像の確度が低下してしまう。

なお、このような事情は、眼科分野等の医療分野のみならず、計測中に動く可能性がある物体を計測対象とする各種の分野（たとえば生物学分野等）においても同様である。

また、上記のように一つの画像を形成するためには１０程度の干渉光パルスが必要となるが、そのための光遮断装置の開閉タイミングの制御が困難であるという問題もある。

更に、ヘテロダイン信号のビート周波数に同期させて光源の点滅を行う必要があるが、その同期制御が困難であることも問題である。

また、従来の構成では、一つの画像を形成するために１０程度の干渉光パルスが必要であることから、計測に時間が掛かるという問題もあった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、計測時間の短縮を図ることが可能な光画像計測装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、被測定物体の動きの影響を受けることなく確度の高い画像を形成することが可能な光画像計測装置を提供することを別の目的とするものである。

また、本発明は、光遮断装置や光源の複雑な制御を行わずに被測定物体の画像を形成することが可能な光画像計測装置を提供することを別の目的とするものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、広帯域光を出力する光出力手段と、前記出力された広帯域光を被測定物体を経由する信号光と参照物体を経由する参照光とに分割する分割手段と、前記信号光又は前記参照光の偏光特性を変換する変換手段と、前記変換された偏光特性を有する、前記被測定物体を経由した信号光及び前記参照物体を経由した参照光の一方と、他方とを重畳させて干渉光を生成する重畳手段と、前記生成された干渉光の異なる２つの偏光成分を抽出する抽出手段と、前記抽出された２つの偏光成分の一方を検出して第１の検出信号を出力する第１の検出手段及び他方を検出して第２の検出信号を出力する第２の検出手段と、前記光出力手段により出力された広帯域光に基づく光を検出して第３の検出信号を出力する第３の検出手段と、前記第１、第２及び第３の検出手段により出力された第１、第２及び第３の検出信号に基づいて、前記被測定物体の画像を形成する画像形成処理手段と、を備える、ことを特徴とする光画像計測装置である。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光画像形成装置であって、前記光出力手段により出力された広帯域光を直線偏光に変換する偏光板を更に備え、前記変換手段は、前記直線偏光に変換された広帯域光に基づく前記信号光又は前記参照光を円偏光に変換する、ことを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の光画像計測装置であって、前記画像形成処理手段は、前記第３の検出信号に基づいて、前記干渉光の背景光成分を演算する背景光演算手段と、前記演算された背景光成分と前記第１及び第２の検出信号とに基づいて、前記２つの偏光成分のそれぞれの干渉成分の信号強度を演算する干渉成分強度演算手段と、を備え、前記演算された２つの偏光成分のそれぞれの干渉成分の信号強度に基づいて、前記被測定物体の画像を形成する、ことを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の光画像計測装置であって、前記画像形成処理手段は、前記第３の検出信号に基づいて、前記干渉光の背景光成分を演算する背景光演算手段と、前記演算された背景光成分と前記第１及び第２の検出信号とに基づいて、前記干渉光の位相の空間分布を演算する位相分布演算手段と、を備え、前記演算された位相の空間分布を表す画像を形成する、ことを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の光画像計測装置であって、前記第１、第２及び第３の検出手段は、それぞれ、所定のフレームレートで前記第１、第２及び第３の検出信号を出力し、前記光出力手段は、前記所定のフレームレートに同期したタイミングで前記広帯域光としてのフラッシュ光を断続的に出力し、前記画像形成処理手段は、前記断続的に出力される各フラッシュ光について、そのフラッシュ光に基づく前記第１、第２及び第３の検出信号に基づいて、前記被測定物体の画像を形成する、ことを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の光画像計測装置であって、前記信号光と前記参照光との光路長の差を変更する光路長変更手段を更に備え、前記光出力手段は、前記広帯域光としてのフラッシュ光が出力された後に前記光路長の差が変更されたときに他のフラッシュ光を出力し、前記画像形成処理手段は、前記他のフラッシュ光に基づく前記第１、第２及び第３の検出信号に基づいて、前記被測定物体の他の画像を形成する、ことを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の光画像計測装置であって、前記光路長変更手段は、前記参照光の光路長を連続的に変更し、前記光出力手段は、前記フラッシュ光を断続的に出力し、前記画像形成処理手段は、前記断続的に出力された複数のフラッシュ光のそれぞれに基づく前記第１、第２及び第３の検出信号に基づいて、前記被測定物体の複数の画像を形成する、ことを特徴とする。

また、請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の光画像計測装置であって、前記光路長変更手段は、前記光路長の差を断続的に変更し、前記光出力手段による前記フラッシュ光の断続的な出力タイミングと、前記光路長変更手段による断続的な光路長の差の変更タイミングとを同期させる制御手段を更に備え、前記画像形成処理手段は、前記同期された出力タイミングで出力された複数のフラッシュ光のそれぞれに基づく前記第１、第２及び第３の検出信号に基づいて、前記被測定物体の複数の画像を形成する、ことを特徴とする。

また、請求項９に記載の発明は、請求項７又は請求項８に記載の光画像計測装置であって、前記第１、第２及び第３の検出手段は、それぞれ、所定のフレームレートで前記第１、第２及び第３の検出信号を出力し、前記光出力手段によるフラッシュ光の断続的な出力タイミングが、前記所定のフレームレートに同期されている、ことを特徴とする。

また、請求項１０に記載の発明は、請求項６〜請求項９のいずれか一項に記載の光画像計測装置であって、前記参照物体は、前記参照光の光路に対し直交配置された反射面を有する参照鏡であり、前記光路長変更手段は、前記参照鏡を前記参照光の光路方向に移動させる参照鏡移動機構を含む、ことを特徴とする。

また、請求項１１に記載の発明は、請求項１に記載の光画像計測装置であって、前記第１、第２及び第３の検出手段のうちの少なくとも１つは、ＣＣＤイメージセンサである、ことを特徴とする。

また、請求項１２に記載の発明は、請求項１に記載の光画像計測装置であって、前記第１及び第２の検出手段による前記偏光成分の露光時間をそれぞれ変更する露光時間変更手段を更に備え、前記画像形成処理手段は、前記露光時間が変更されて検出された前記偏光成分に基づく前記第１及び第２の検出信号と、前記第３の検出信号とに基づいて、前記被測定物体の画像を形成する、ことを特徴とする。

また、請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の光画像計測装置であって、前記第１及び第２の検出手段は、それぞれ、所定のフレームレートで前記第１及び第２の検出信号を出力し、前記露光時間変更手段は、前記第１及び第２の検出手段のそれぞれの前記露光時間を、前記所定のフレームレートよりも短い時間に変更する、ことを特徴とする。

また、請求項１４に記載の発明は、請求項１２に記載の光画像計測装置であって、前記第１及び第２の検出手段は、それぞれ、所定のフレームレートで前記第１及び第２の検出信号を出力し、前記光出力手段は、前記所定のフレームレートよりも短い発光時間の前記広帯域光を出力し、前記露光時間変更手段は、前記第１及び第２の検出手段のそれぞれの前記露光時間を、前記広帯域光の発光時間よりも短い時間に変更する、ことを特徴とする。

また、請求項１５に記載の発明は、請求項１に記載の光画像形成装置であって、前記光出力手段により出力される広帯域光はフラッシュ光である、ことを特徴とする。

また、請求項１６に記載の発明は、請求項１に記載の光画像計測装置であって、前記光出力手段により出力される広帯域光は連続光である、ことを特徴とする。

また、請求項１７に記載の発明は、請求項１に記載の光画像計測装置であって、前記光出力手段は、光源と、前記光源から出力された光を広帯域光に変換する光学フィルタとを含む、ことを特徴とする。

また、請求項１８に記載の発明は、請求項１７に記載の光画像計測装置であって、前記光源は熱光源である、ことを特徴とする。

また、請求項１９に記載の発明は、請求項１７に記載の光画像計測装置であって、前記光源は発光ダイオードである、ことを特徴とする。

また、請求項２０に記載の発明は、請求項１に記載の光画像計測装置であって、前記光出力手段により出力された広帯域光の光量を検出する光量検出手段を更に備え、前記画像形成処理手段は、前記検出された光量に基づいて、前記形成された画像の明るさを調整する、ことを特徴とする。

また、請求項２１に記載の発明は、請求項１に記載の光画像計測装置であって、前記変換手段は、前記信号光又は前記参照光の互いに直交するＰ偏光成分とＳ偏光成分との間に位相差を与えて偏光特性を変換する波長板である、ことを特徴とする。

また、請求項２２に記載の発明は、請求項１に記載の光画像計測装置であって、前記抽出手段は、前記重畳手段により生成された干渉光の互いに直交するＰ偏光成分及びＳ偏光成分を抽出する偏光ビームスプリッタである、ことを特徴とする。

本発明に係る光画像計測装置は、光出力手段により出力された広帯域光を被測定物体を経由する信号光と参照物体を経由する参照光とに分割し、信号光又は参照光の偏光特性を変換するとともに、被測定物体を経由した信号光と参照物体を経由した参照光とを重畳させて干渉光を生成する。更に、この干渉光の異なる２つの偏光成分を抽出し、これら２つの偏光成分の一方を検出して第１の検出信号を出力するとともに他方を検出して第２の検出信号を出力し、第１及び第２の検出信号に基づいて被測定物体の画像を形成するように作用する。

このように作用する光画像計測装置によれば、干渉光の２つの偏光成分を同時に取得することができることから、計測時間の短縮を図ることが可能である。

また、本発明に係る光画像計測装置によれば、干渉光の２つの偏光成分を同時に検出でき、２つの偏光成分の検出時間の誤差が無いことから、被測定物体の動きの影響を受けることなく確度の高い画像を形成することが可能である。すなわち、２つの偏光成分を非同時に取得する場合には、第１の偏光成分を検出するときの被測定物体の位置と、第２の偏光成分を検出するときの被測定物体の位置とが異なる場合があり、被測定物体の画像に「流れ」が生じてしまうことがあったが、この発明に係る光画像計測装置によれば、このような「流れ」が発生するおそれを低減することが可能である。

また、本発明に係る光画像計測装置によれば、従来のように複数の干渉光パルスを生成するための光遮断装置（シャッタ）を用いるのではなく、干渉光の偏光特性を利用して画像を形成するようになっているので、光遮断装置と光源との複雑な同期制御を行う必要がない。

本発明に係る光画像計測装置の好適な実施形態の構成の一例を示す概略図である。 本発明に係る光画像計測装置の好適な実施形態の制御系の構成の一例を示す概略ブロック図である。 本発明に係る光画像計測装置の好適な実施形態の変形例の構成の一例を示す概略図である。 本発明に係る光画像計測装置の好適な実施形態の構成の一例を示す概略図である。 本発明に係る光画像計測装置の好適な実施形態の制御系の構成の一例を示す概略ブロック図である。 本発明に係る光画像計測装置の好適な実施形態の構成の一例を示す概略図である。 本発明に係る光画像計測装置の好適な実施形態の制御系の構成の一例を示す概略ブロック図である。 本発明に係る光画像計測装置の好適な実施形態の変形例の構成の一例を示す概略図である。 従来の光画像計測装置の構成を示す概略図である。 従来の光画像計測装置の構成を示す概略図である。

符号の説明

１、１００、２００、３００、４００ 光画像計測装置
２ キセノンランプ
２Ａ 光学フィルタ
２Ｂ ビームスプリッタ
２Ｃ 光検出器
３、３０５、３０５′ 偏光板
４、５ レンズ
６ ハーフミラー
７、３０４、３０４′ 波長板
８、３０９ 参照鏡
８Ａ、３１０ 参照鏡移動機構
９ 光路長変更光学素子
９Ａ 光学素子挿脱機構
１０ 結像用レンズ群
１１、３１４ 偏光ビームスプリッタ
１２、１３、３０３ ビームスプリッタ
２０、３２４ 信号処理部
２０１ 背景光演算部
２０２ 干渉成分強度演算部
２０３ 位相分布演算部
２０４ 画像形成部
２０５ 画像調整処理部
２１、２２、２３、２４、３１６、３１７ ＣＣＤ
３０、３２０ コンピュータ
３１ 制御部
３２ 表示部
３３ 操作部
３０１ ハロゲンランプ
３０２ フィルタ
３０６、３１５ 反射ミラー
３０７、３０７′ ガラス板
３０８、３１１ 対物レンズ
３１３ 結像レンズ（群）
Ｒ 参照光
Ｓ 信号光
Ｌ 干渉光
Ｌ１ Ｓ偏光成分
Ｌ２ Ｐ偏光成分
Ｏ 被測定物体

以下、本発明に係る光画像計測装置の好適な実施形態の一例について、図面を参照しながら詳細に説明する。

〈第１の実施の形態〉
［装置構成］
図１は、本発明に係る光画像計測装置の実施形態の概略構成の一例を表している。同図に示す光画像計測装置１は、例えば医療分野や工業分野等における各種の被測定物体Ｏの断層画像や表面画像の計測に利用可能な装置である。この被測定物体Ｏは、例えば医療分野においては人眼等の散乱媒質からなる物体である。

光画像計測装置１は、フラッシュ光を出力するキセノンランプ２と、出力されたフラッシュ光を低コヒーレントな広帯域光に変換する光学フィルタ２Ａとを備えている。キセノンランプ２と光学フィルタ２Ａは、広帯域光を出力する本発明の「光出力手段」の一例に相当する。

広帯域光に変換されたフラッシュ光の光路上には、フラッシュ光の偏光特性を直線偏光に変換する偏光板３と、ビームスプリッタ２Ｂと、フラッシュ光の径を拡大して平行光にするレンズ４、５と、ビームスプリッタ１２と、ハーフミラー６とが設けられている。

フラッシュ光は、ハーフミラー６によって、被測定物体Ｏに向かう信号光Ｓと、参照鏡８に向かう参照光Ｒとに分割される。参照光Ｒの光路上には、波長板７と参照鏡８が設けられている。波長板７は、参照光Ｒの偏光特性を直線偏光から円偏光に変換するように作用する。以下、これらの部材についてそれぞれ詳しく説明する。

キセノンランプ２は、通常のようにフラッシュ光を出力するように作用し、本発明の「光源」の一例に相当するものである。キセノンランプ２は、従来の光画像形成装置に用いられていたＳＬＤと比べて十分大きな光量の光を出力するものである。なお、本発明の「光源」としては、通常のＳＬＤと比較して十分大きな光量の光を出力する任意の光源、たとえばＬＥＤ（発光ダイオード）等を適用することが可能である。また、ＳＬＤを適宜に用いることも可能である。

光学フィルタ２Ａは、キセノンランプ２から出力されるフラッシュ光の光路上に配置されており、前述のように、このフラッシュ光を低コヒーレントな広帯域光に変換するように作用する。

ここで、図１中に示すｘｙｚ座標系は、信号光Ｓ（フラッシュ光）の進行方向をｚ軸方向とし、それに直交する信号光Ｓの振動面をｘｙ平面として定義している。ｘ軸方向、ｙ軸方向は、信号光Ｓの電場（電界）成分の振動面、磁場（磁界）成分の振動面に一致するように定義される。

偏光板３は、広帯域光源２からのフラッシュ光の所定方向の振動成分を透過させる偏光変換素子である。本実施形態における偏光板３は、上記ｘｙ平面のｘ軸（及びｙ軸）に対して４５°をなす角度方向の振動成分を透過させるように構成される。それにより、偏光板３を透過したフラッシュ光は、角度４５°の直線偏光を有する。すなわち、このフラッシュ光のｘ軸方向の偏光成分とｙ軸方向の偏光成分とは、それぞれ等しい振幅を有している。換言すると、このフラッシュ光のＰ偏光成分とＳ偏光成分とは、それぞれ等しい振幅を有する。

ハーフミラー６は、ビームスプリッタ１２を透過したフラッシュ光を、被測定物体Ｏに向かう信号光Ｓと、参照鏡８に向かう参照光Ｒとに分割するように作用し、本発明の「分割手段」の一例に相当するものである。このハーフミラー６は、フラッシュ光の一部（半分）を透過させて信号光Ｓとし、その残りを反射して参照光Ｒとする。

また、ハーフミラー６は、被測定物体Ｏを経由した信号光Ｓと、参照鏡８を経由した参照光Ｒとを重畳させて干渉光Ｌを生成する、本発明の「重畳手段」の一例としても作用するものである。

なお、本実施形態では、キセノンランプ２からのフラッシュ光の光路上に斜設配置されたハーフミラー６を中心として、フラッシュ光の光路の延長上に被測定物体Ｏを配設し、フラッシュ光の光路の直交方向に参照鏡８を配設することにより、マイケルソン型の干渉計を形成している。そのため、本実施形態では、「分割手段」と「重畳手段」とが、一つのハーフミラー６（の異なる反射面）によって構成されている。

なお、マッハツェンダー型などの他のタイプの干渉計を適用する場合、「分割手段」と「重畳手段」とを、それぞれ別々の光学素子によって構成することもある。

また、「分割手段」及び「重畳手段」としては、フラッシュ光や信号光Ｓや参照光Ｒの偏光特性に影響を与えない無偏光型の任意のビームスプリッタを適用することができる。

波長板７は、本発明の「変換手段」の一例に相当し、直線偏光を有する参照光Ｒの偏光特性を変換する偏光変換素子である。本実施形態においては、波長板７として、それを通過する光のＰ偏光成分とＳ偏光成分との間に位相差π／４を与えるように作用する１／８波長板を用いる。

参照光Ｒは、ハーフミラー６から参照鏡８に向かうときと、参照鏡８に反射されてハーフミラー６に向かうときに、それぞれ波長板７を通過する。したがって、参照鏡８で反射されてハーフミラー６に戻ってきた参照光Ｒには、結果として位相差π／２が付与されることになる。したがって、元々４５°の直線偏光を有している参照光Ｒに対して１／４波長板が作用した場合と同様に、ハーフミラー６に戻ってきた参照光Ｒの偏光特性は、円偏光になっている。なお、参照光が波長板を一度しか通過しないマッハツェンダー型等の他の干渉計を用いる場合には、「第２の変換素子」として１／４波長板が適用される。

参照鏡８は、本発明の「参照物体」の一例に相当し、参照光Ｒの光路方向（進行方向）に対して直交する反射面を有している。この参照鏡８は、後述の機構によって参照光Ｒの光路方向に移動される。それにより、被測定物体Ｏの様々な深さ（ｚ座標）の領域における信号光Ｓの反射光のうちから目的の深さ領域で反射された成分を抽出することが可能になる。また、参照鏡８の移動により、参照光Ｒの位相がシフトされる。

目的の深さ領域における反射成分の抽出についてより具体的に説明する。信号光Ｓと参照光Ｒは低コヒーレント光であるから、参照光Ｒとほぼ等距離を経由した信号光Ｓの部分のみが干渉光Ｌの生成に寄与する。つまり、参照鏡８の光路長とほぼ等距離に位置する被測定物体Ｏの深さ領域における反射光のみが、参照光Ｒと干渉して干渉光Ｌを生成することになる。したがって、参照鏡８の位置を変化させて参照光Ｒの光路長を変更（ｚ−スキャン）することにより、被測定物体Ｏの様々な深さ領域からの反射光を逐次抽出することができる。

光画像計測装置１には、更に、重畳手段としてのハーフミラー６により生成された干渉光Ｌを結像させる結像用レンズ群１０と、干渉光Ｌの光路を偏光特性に応じて分割する偏光ビームスプリッタ１１と、分割された干渉光Ｌの各光路上に設けられたＣＣＤイメージセンサ（単にＣＣＤと呼ぶ。）２１、２２とが設けられている。ＣＣＤ２１、２２は、検出した光に基づく検出信号をコンピュータ３０に出力する。

また、レンズ５とハーフミラー６との間に斜設されたビームスプリッタ１２により分岐された光路上には、ＣＣＤ２３が設けられている。更に、偏光板３とレンズ４との間に斜設されたビームスプリッタ２Ｂにより分岐された光路上には、フォトダイオード等の光検出器２Ｃが設けられている。ＣＣＤ２３と光検出器２Ｃは、それぞれ、検出した光に基づく検出信号をコンピュータ３０に出力する。

偏光ビームスプリッタ１１は、干渉光Ｌの異なる複数の偏光成分を抽出するように作用し、本発明の「抽出手段」の一例に相当するものである。より具体的には、この偏光ビームスプリッタ１１は、干渉光ＬのＳ偏光成分Ｌ１を反射してＣＣＤ２１に入射させるとともに、Ｐ偏光成分Ｌ２を透過させてＣＣＤ２２に入射させるように作用する。ここで、干渉光ＬのＳ偏光成分Ｌ１及びＰ偏光成分Ｌ２は、互いに等しい振幅（最大強度）を有している。

ＣＣＤ２１は、偏光ビームスプリッタ１１により抽出された干渉光ＬのＳ偏光成分Ｌ１を検出し、光電変換を行って検出信号を生成し、その検出信号をコンピュータ３０に出力する。同様に、ＣＣＤ２２は、抽出された干渉光ＬのＰ偏光成分Ｌ２を検出し、光電変換を行って検出信号を生成し、その検出信号をコンピュータ３０に出力する。ＣＣＤ２１、２２は、本発明の「第１の検出手段」、「第２の検出手段」の一例に相当する。また、これらが出力する検出信号は、それぞれ、「第１の検出信号」、「第２の検出信号」の一例に相当する。

ＣＣＤ２３には、ハーフミラー６を透過した信号光Ｓとハーフミラー６により反射された参照光Ｒとから生成される干渉光が、ビームスプリッタ１２により反射されて入射する。この干渉光は、本発明の「広帯域光に基づく光」の一例に相当し、結像用レンズ群１０に向かう干渉光Ｌと同じ特性（特に光の強度）を有している。ＣＣＤ２３は、この干渉光を検出して電気信号（検出信号）に変換し、コンピュータ３０に出力する。ＣＣＤ２３は、本発明の「第３の検出手段」の一例に相当し、出力される検出信号は「第３の検出信号」の一例に相当する。

なお、ＣＣＤ２１、２２、２３は、たとえば３０フレーム毎秒などの所定のフレームレートで光を検出し、検出信号を出力することができる。

光検出器２Ｃは、キセノンランプ２から出力され広帯域光に変換されたフラッシュ光の一部（ビームスプリッタ２Ｂによる反射光）を検出し、光電変換を行って検出信号を生成し、その検出信号をコンピュータ３０に出力する。この検出信号は、検出されたフラッシュ光の光量に対応する信号強度を有している。光検出器２Ｃは、本発明の「光量検出手段」の一例に相当する。

〔制御系の構成〕
図２は、光画像計測装置１の制御系の構成の一例を表している。この光画像計測装置１には、コンピュータ３０が設けられている。

コンピュータ３０は、通常のように、ＣＰＵ等のマイクロプロセッサ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスクドライブ等を具備している。このハードディスクドライブには、所定の制御プログラムや演算プログラム、更には各種パラメータ等のデータがあらかじめ格納されている。上記のマイクロプロセッサは、これらのプログラムやデータをＲＡＭ上に展開して各種の制御処理や演算処理を実行する。このコンピュータ３０には、信号処理部２０とともに、制御部３１、表示部３２及び操作部３３が設けられている。

制御部３１は、光画像計測装置１の各部の制御を行うもので、マイクロプロセッサ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスクドライブ、電源回路等を含んで構成される。この制御部３１は、キセノンランプ２に対する電力供給の制御や、参照鏡移動機構８Ａの動作制御や、表示部３２に各種画面や画像を表示させるための制御や、操作部３３からの操作信号に基づく装置の動作制御などを行う。この制御部３１は、本発明の「制御手段」の一例に相当する。

参照鏡移動機構８Ａは、被測定物体Ｏのｚ−スキャンを行うために、参照鏡８を参照光Ｒの光路方向に移動させる機構である。この参照鏡移動機構８Ａは、参照鏡８を連続的に移動させるものであってもよいし、断続的に移動させるものであってもよい。連続的に参照鏡８を移動させる場合、参照鏡移動機構８Ａは、たとえば通常のモータや超音波モータ等の駆動装置や、その駆動力を参照鏡８に伝達するための各種ギアやシャフト等の機構を含んで構成される。また、断続的に参照鏡８を移動させる場合には、参照鏡移動機構８Ａは、たとえばステッピングモータや超音波モータ等の駆動装置や、その駆動力を参照鏡８に伝達するための機構などを含んで構成される。この参照鏡移動機構８Ａは、本発明の「光路長変更手段」の一例に相当する。

また、制御部３１には、ＣＣＤ２１、２２、２３から出力された検出信号と、光検出器２Ｃから出力された検出信号がそれぞれ入力される。

表示部３２は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）やＣＲＴディスプレイ等の任意の表示装置により構成される。操作部３３は、マウス、キーボード、トラックボール、ジョイスティック、コントロールパネル等の任意の操作デバイスや入力デバイスにより構成される。なお、タッチパネル式のディスプレイやペンタブレット等を用いる場合には、表示部３２と操作部３３とは一体構成とされる。

信号処理部２０は、本発明の「画像形成処理手段」の一例に相当するもので、ＣＣＤ２１、２２、２３からの検出信号に基づいて画像を形成する処理を行うもので、マイクロプロセッサ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスクドライブ等を含んで構成される。この信号処理部２０には、背景光演算部２０１、干渉成分強度演算部２０２、位相分布演算部２０３、画像形成部２０４及び画像調整処理部２０５が設けられている。

背景光演算部２０１は、ＣＣＤ２３から出力された検出信号に基づいて、干渉光Ｌの背景光成分（非干渉成分、直流成分）を演算する。なお、前述したように、ＣＣＤ２３により検出される干渉光は、干渉光Ｌと同じ特性（特に光の強度）を有している。背景光演算部２０１は、たとえば、ＣＣＤ２３からの検出信号を１波長分（或いはその整数倍）に亘って積分することにより、当該検出信号の干渉成分（交流成分）をキャンセルして直流成分を抽出する。この直流成分が干渉光Ｌの背景光成分に相当する。求められた背景光成分は、干渉成分強度演算部２０２に入力される。このように作用する背景光演算部２０１は、本発明の「背景光演算手段」の一例に相当するものである。

干渉成分強度演算部２０２は、背景光演算部２０１から入力される干渉光Ｌの背景光成分（直流成分）と、ＣＣＤ２１から入力される干渉光ＬのＳ偏光成分Ｌ１に基づく検出信号と、ＣＣＤ２２から入力されるＰ偏光成分Ｌ２に基づく検出信号とに基づいて、Ｓ偏光成分Ｌ１及びＰ偏光成分Ｌ２の干渉成分（位相直交成分）の信号強度をそれぞれ演算する。

具体的に説明すると、干渉成分強度演算部２０２は、まず、Ｓ偏光成分Ｌ１の検出信号から背景光成分を除算することにより、Ｓ偏光成分Ｌ１の干渉成分を求める。同様に、Ｐ偏光成分Ｌ２の検出信号から背景光成分を除算することにより、Ｐ偏光成分Ｌ２の干渉成分を求める。ここで、Ｓ偏光成分Ｌ１の干渉成分とＰ偏光成分の干渉成分とは位相直交成分であるから、一方が余弦波であり他方が正弦波であり、かつ、それらは同位相を有する。

干渉成分強度演算部２０２は、これら２つの干渉成分の二乗和を算出し、更に、この二乗和の値の平方根を算出することにより、Ｓ偏光成分及びＰ偏光成分の干渉成分の振幅（信号強度）を求めるとともに、干渉光Ｌの振幅を求める。求められた信号強度は、画像形成部２０４に入力される。このように作用する干渉成分強度演算部２０２は、本発明の「干渉成分強度演算手段」の一例に相当するものである。

なお、第１の実施形態及び第２の実施形態においては、検出信号の強度が時間的に変化する（前述の［数１］参照）ので、Ｓ偏光成分Ｌ１及びＰ偏光成分Ｌ２の干渉成分は、時間的変化を伴う「交流成分」となる。なお、「干渉成分」は、時間的変化を伴う信号成分と、空間的な変化を伴なう信号成分（第３の実施形態参照）との双方を含んでいる。

位相分布演算部２０３は、背景光演算部２０１から入力される干渉光Ｌの背景光成分と、ＣＣＤ２１から入力される干渉光ＬのＳ偏光成分Ｌ１に基づく検出信号と、ＣＣＤ２２から入力されるＰ偏光成分Ｌ２に基づく検出信号とに基づいて、干渉光の位相の空間分布を演算する。

より具体的には、位相分布演算部２０３は、まず、同位相の余弦波及び正弦波であるＳ偏光成分Ｌ１の干渉成分とＰ偏光成分の干渉成分との比を算出して正接関数を求める。Ｓ偏光成分Ｌ１とＰ偏光成分の振幅は等しいので、この正接関数は干渉光Ｌの振幅に依存せず（分子と分母でキャンセルされる。）、位相情報のみを含むものである。位相分布演算部２０３は、この正接関数の逆関数を求めることにより位相情報を求める。求められた位相情報は、画像形成部２０４に出力される。

なお、ＣＣＤ２１、２２の受光面には、複数の受光素子（ピクセル）が２次元的に配列されていることを考慮すると、位相分布演算部２０３によって求められた位相情報は、ＣＣＤ２１、２２の受光面上に定義された２次元座標面における位相の分布状態を表している。このように作用する位相分布演算部２０３は、本発明の「位相分布演算手段」の一例に相当するものである。

画像形成部２０４は、干渉成分強度演算部２０２から入力される干渉光ＬのＳ偏光成分Ｌ１とＰ偏光成分Ｌ２の干渉成分の信号強度に基づいて、被測定物体Ｏの画像を形成する処理を行う。また、画像形成部２０４は、位相分布演算部２０３から入力される位相情報に基づいて、干渉光Ｌの位相の空間分布を表す画像を形成する。

干渉成分強度演算部２０２から入力される干渉光ＬのＳ偏光成分Ｌ１とＰ偏光成分Ｌ２の干渉成分の信号強度は、ＣＣＤ２１、２２の受光面上のピクセル毎に得られるものである。画像形成部２０４は、偏光成分の干渉成分の信号強度に応じた輝度値を各ピクセルごとに指定することにより、被測定物体Ｏの所定の深度（ｚ座標値）における形態を表す断層画像を形成する。この断層画像は、モノクロのコントラスト画像である。なお、偏光成分の干渉成分の信号強度に応じたＲ（赤）値、Ｇ（緑）値、Ｂ（青）値をそれぞれ指定することにより、カラー画像を形成することもできる。

次に、位相の空間分布を表す画像の形成処理について説明する。干渉光Ｌは、キセノンランプ２からのフラッシュ光に基づいて生成されるので、位相分布演算部２０３により求められた位相情報は瞬時位相値であり、したがって、ＣＣＤ２１、２２のピクセルの位置に依存せずに均一であると考えられる。

これを考慮して、画像形成部２０４は、たとえば、ＣＣＤ２１、２２の受光面上の或る特定点に位置するピクセルで検出される位相値を基準として、各ピクセルにおける検出信号の位相差を求める。そして、この基準の位相値の輝度（基準輝度）を指定するとともに、求めた位相差に応じて各ピクセルにおける輝度値を指定することにより、干渉光Ｌの位相差の空間分布を表す画像を形成する。

画像調整処理部２０５は、光検出器２Ｃにより検出されたフラッシュ光の光量に応じて、画像形成部２０４により形成された画像の明るさを調整するように作用する。ここで、「明るさ」とは、モノクロ画像の場合には輝度を意味し、カラー画像の場合には輝度又は明度（Ｒ、Ｇ、Ｂの各輝度の最大値）を意味するものとする。なお、この明るさ調整を施す画像は、干渉光Ｌの信号強度（振幅）を反映して形成される画像である（したがって位相の空間分布を表す画像は除かれる。）。

キセノンランプ２から出力されるフラッシュ光は、発光の度毎に光量にばらつきが生じる。この画像調整処理部２０５は、画像計測時に出力されたフラッシュ光の光量に基づいて、その画像の明るさを調整することにより、一定の明るさの画像を得ようとするものである。このような画像調整処理部２０５の作用は、被測定物体Ｏについて複数の画像を取得する場合に特に有効である。

画像調整処理部２０５は、画像形成部２０４により形成された画像を受けると、この画像の計測を行ったときに光検出器２Ｃが検出した光量値を用いて、この画像を構成する各ピクセルの輝度値や明度値を補正する。

その具体的手法の一例として、まず、フラッシュ光の基準光量値Ｑ０をあらかじめ設定しておく。光検出器２Ｃが検出した光量がＱであった場合、画像調整処理部２０５は、画像形成部２０４により形成された画像の各ピクセルの輝度値（又は明度値）Ｌ（ｘ、ｙ）を、（Ｑ０／Ｑ）×Ｌ（ｘ、ｙ）に補正する。

それにより、光量Ｑが基準光量値Ｑ０より大きく画像が基準よりも明るくなった場合や、逆に光量Ｑが基準光量値Ｑ０より小さく画像が基準よりも暗くなった場合であっても、基準光量値で計測された場合と（ほぼ）等しい明るさの画像を得ることができる。この手法は、画像を１つだけ形成する場合であっても、複数の画像を形成する場合であっても適用することができる。

画像の明るさ調整処理の他の具体例として、被測定物体Ｏについて（たとえば異なる深度の）複数の画像を形成する場合には、次の手法を用いることも可能である。被測定物体ＯについてＮ枚の画像を取得するときに、たとえば第ｉ番目の画像の計測を行ったときに検出されたフラッシュ光の光量値を基準光量値Ｑｉとする（ｉ＝１〜Ｎのいずれか）。そして、第ｊ（ｊ＝１〜Ｎ、ｊ≠ｉ）枚目の画像の計測時の検出光量値をＱｊとする。画像調整処理部２０５は、第ｊ番目の画像の各ピクセルの輝度値（又は明度値）Ｌｊ（ｘ、ｙ）を、（Ｑｉ／Ｑｊ）×Ｌｊ（ｘ、ｙ）に補正する。それにより、Ｎ枚の画像のそれぞれの明るさを第ｉ番目の画像の明るさに（ほぼ）一致させることができる。

また、複数の画像の特定のピクセルの輝度値（又は明度値）を比較し、それらの例えば平均値を基準光量値として各画像の明るさを調整することも可能である。

［動作態様］
以上のように構成された本実施形態の光画像計測装置１の動作態様を説明する。以下、Ｎ枚の画像を形成する場合の動作例について説明する。

まず、制御部３１が、キセノンランプ２を制御して、第１番目の画像を形成するためのフラッシュ光を出力させるとともに、参照鏡移動機構８Ａを制御して参照鏡８の等速度での連続的な移動を開始させる。

フラッシュ光は、光学フィルタ２Ａにより低コヒーレントな広帯域光に変換され、偏光板３により偏光特性が直線偏光に変換される。その光の一部がビームスプリッタ２Ｂにより反射され、光検出器２Ｃにより光量が検出される。検出された光量値は、コンピュータ３０に送られて制御部３１（のＲＡＭやハードディスクドライブ）に記憶される。

ビームスプリッタ２Ｂを透過したフラッシュ光は、レンズ４、５により径が拡大され、平行光とされ、ビームスプリッタ１２を透過してハーフミラー６に向かう。

ハーフミラー６は、このフラッシュ光を信号光Ｓと参照光Ｒに分割する。信号光Ｓは、被測定物体Ｏに向かって進行し、被測定物体Ｏの様々な深度の位置で反射されてハーフミラー６に戻っていく。参照光Ｒは、ハーフミラー６と参照鏡８との間を往復する間に、波長板７によって偏光特性が円偏光に変換される。

ハーフミラー６は、被測定物体Ｏを経由した信号光Ｓと、参照鏡８を経由した円偏光の参照光Ｒとを重畳して干渉光Ｌを生成する。この干渉光Ｌは、信号光Ｓ及び参照光Ｒが低コヒーレントであることから、参照光Ｒが参照鏡８に反射された時点におけるハーフミラー６と参照鏡８（の反射面）との距離とほぼ等しい被測定物体Ｏの深度位置における情報を含んでいる（つまり、広帯域光のコヒーレント長程度の幅の深度位置の情報を含んでいる。）。

このとき、干渉光Ｌと同じ特性を有する干渉光がビームスプリッタ１２に向かう方向に生成され、その一部がビームスプリッタ１２により反射され、ＣＣＤ２３により検出される。ＣＣＤ２３は、検出した干渉光に対応する検出信号をコンピュータ３０に送信する。

一方、干渉光Ｌは、結像用レンズ群１０により平行光から集束光とされ、偏光ビームスプリッタ１１により、Ｓ偏光成分Ｌ１とＰ偏光成分Ｌ２に分割される。Ｓ偏光成分Ｌ１はＣＣＤ２１によって検出され、Ｐ偏光成分Ｌ２はＣＣＤ２２によって検出される。ＣＣＤ２１、２２は、それぞれ検出信号をコンピュータ３０に送信する。

制御部３１は、第１番目のＣＣＤ２１、２２、２３からの検出信号と、光検出器２Ｃからの検出信号を信号処理部２０に送る。また、制御部３１は、第１番目の画像計測用のフラッシュ光の発光から所定時間経過したら、第２番目の画像計測用のフラッシュ光をキセノンランプ２に出力させる。この第２番目の画像計測も第１番目と同様に行う。なお、フラッシュ光の出力タイミングは、制御部３１により、ＣＣＤ２１、２２、２３のフレームレート（たとえば３０フレーム毎秒）に同期される。

以下、第１番目の画像を形成するための信号処理部２０の動作を説明する。まず、背景光演算部２０１が、ＣＣＤ２３からの検出信号に基づいて干渉光Ｌの背景光成分を求める。次に、干渉成分強度演算部２０２が、この背景光成分と、ＣＣＤ２１、２２からのＳ偏光成分Ｌ１、Ｐ偏光成分Ｌ２の検出信号とに基づいて、Ｓ偏光成分Ｌ１の干渉成分の信号強度と、Ｐ偏光成分Ｌ２の干渉成分の信号強度とを求める。次に、画像形成部２０３が、このＳ偏光成分Ｌ１、Ｐ偏光成分Ｌ２の干渉成分の信号強度に基づいて、被測定物体Ｏの深度ｚ＝ｚ１における画像Ｇ１を形成する。

一方、位相分布演算部２０３は、ＣＣＤ２１、２２からの検出信号に基づいて、被測定物体Ｏの深度ｚ＝ｚ１における干渉光Ｌの位相の空間分布を求める。画像形成部２０４は、この干渉光Ｌの位相の空間分布を表す画像Ｐ１を形成する。

以上のような処理を深度ｚ＝ｚ１〜ｚＮのそれぞれについて実行することにより、Ｎ個の画像Ｇ１〜ＧＮと、Ｎ個の画像Ｐ１〜ＰＮが形成される。また、制御部３１には、各画像Ｇ１〜ＧＮを計測したときのフラッシュ光の光量値Ｑ１〜ＱＮが記憶されている。ここで、各光量値Ｑ１〜ＱＮは、対応する画像Ｇ１〜ＧＮと関連付けられて記憶される。

Ｎ個の画像Ｇ１〜ＧＮのうちのいずれかの画像Ｇｉの計測時に検出されたフラッシュ光の光量値Ｑｉを基準光量値とする。基準となる画像Ｇｉは、ユーザが選択してもよいし、自動で選択されるようにしてもよい。自動選択の例として、画像Ｇ１〜ＧＮの特定のピクセルの輝度値（明度値）を比較し、輝度値等が中間に位置する画像を基準画像とすることができる。この選択処理は、たとえば制御部３１が行う。

第ｊ枚目の画像Ｇｊの計測時の検出光量値をＱｊとすると（ｊ＝１〜Ｎ、ｊ≠ｉ）、画像調整処理部２０５は、この画像Ｇｊの各ピクセルの輝度値（又は明度値）Ｌｊ（ｘ、ｙ）を、（Ｑｉ／Ｑｊ）×Ｌｊ（ｘ、ｙ）に補正する。それにより、Ｎ枚の画像Ｇ１〜ＧＮのそれぞれの明るさを第ｉ番目の基準の画像Ｇｉの明るさにほぼ一致させることができる。

このようにして形成された画像Ｇ１〜ＧＮは、たとえば制御部３１のハードディスクドライブに格納される。なお、コンピュータ３０に画像データベース等の記憶装置が接続されている場合には、その記憶装置に画像Ｇ１〜ＧＮを記憶することができる。また、コンピュータ３０がＬＡＮ等のネットワークに接続されている場合には、このネットワーク上のサーバ（のデータベース）に格納するようにしてもよい。

［他の動作態様］
上記動作態様は、参照鏡８を等速度で連続的に移動させてｚ−スキャンを行いつつ、ＣＣＤ２１、２２、２３のフレームレートに同期したタイミングでフラッシュ光を出力することにより、異なる深度ｚ＝ｚ１〜ｚＮにおける複数の被測定物体Ｏの画像Ｇ１〜ＧＮを形成するものである。

一方、以下の動作態様では、参照鏡８を断続的に移動させてｚ−スキャンを行いつつ、ＣＣＤ２１、２２、２３のフレームレートに同期したタイミングでフラッシュ光を出力することにより、異なる深度ｚ＝ｚ１〜ｚＮにおける複数の被測定物体Ｏの画像Ｇ１〜ＧＮを形成する構成を説明する。

この動作態様においては、ＣＣＤ２１、２２、２３のフレームレートと、フラッシュ光の出力タイミングと、参照鏡８の移動タイミングとの同期制御が重要となる。

そのために、参照鏡移動機構８Ａの駆動装置として、たとえばステッピングモータを用いる。ステッピングモータは、通常のように、パルス電流を受けると、所定の回転角度だけ軸を回転させる。このステッピングモータの軸と参照鏡８との間には、適当なギア比に構成された複数のギアが介在されており、軸の上記所定の回転角度の駆動力を参照鏡８の所定の移動距離に変換するようになっている。そして、この所定の移動距離は、深度間隔Δｚ＝｜ｚ（ｉ＋１）−ｚｉ｜とされている（ｉ＝１〜Ｎ−１）。

制御部３１は、ＣＣＤ２１、２２、２３のフレームレートと同期するタイミングで、キセノンランプ２に電力を断続的に供給するとともに、参照鏡移動機構８Ａのステッピングモータにパルス電流を断続的に供給する。それにより、キセノンランプ２は、このフレームレートに同期したタイミングでフラッシュ光を断続的に出力し、参照鏡８は、このフレームレートに同期したタイミングで断続的に位置を移動する（ｚ−スキャン）。

なお、この動作態様における被測定物体Ｏの画像の形成処理は、前述の動作態様と同様に行うことができる。

なお、この動作態様では、深度ｚ＝ｚ１〜ｚＮの各間隔Δｚが等しい場合について説明したが、深度間隔が異なる場合であっても、この動作例を応用できる。たとえば、ステッピングモータの軸と参照鏡８との間の上記ギア比を変更して、ステッピングモータの回転角度に対する参照鏡８の移動距離を小さくする。そして、各深度間隔Δｚｉ＝｜ｚ（ｉ＋１）−ｚｉ｜（ｚ＝１〜Ｎ−１）について、所定数のパルス電流を供給することにより、参照鏡８の目的の移動距離Δｚｉを実現することができる。また、超音波モータ等を用いた構成で、この移動距離Δｚｉを実現することも可能である。

［作用・効果］
このような本実施形態に係る光画像計測装置１によれば、以下のような作用、効果が奏される。

本実施形態の光画像計測装置１は、次のように作用する。まず、キセノンランプ２と光学フィルタ２が、広帯域のフラッシュ光を出力する。このフラッシュ光は、偏光板３により直線偏光に変換され、ハーフミラー６より信号光Ｓと参照光Ｒに分割される。直線偏光の参照光Ｒは、波長板７によって円偏光に変換される。参照鏡８を経由した円偏光の参照光Ｒ（の一部）はハーフミラー６を透過し、被測定物体Ｏを経由した直線偏光の信号光Ｓ（の一部）は、ハーフミラー６により反射される。それにより干渉光Ｌが生成される。

このとき、ハーフミラー６により反射された参照光Ｒと、ハーフミラー６を透過した信号光Ｓは、干渉光Ｌと同じ特性（前述）の干渉光を生成する。この干渉光は、ＣＣＤ２３により検出される。

ハーフミラー６により生成された干渉光Ｌは、偏光ビームスプリッタ１１によりＳ偏光成分Ｌ１とＰ偏光成分Ｌ２とに分けられる。Ｓ偏光成分Ｌ１はＣＣＤ２１により検出され、Ｐ偏光成分Ｌ２はＣＣＤ２２により検出される。

コンピュータ３０の信号処理部２０は、ＣＣＤ２１、２２、２３から出力された３つの検出信号に基づいて、被測定物体Ｏの画像を形成する。

このように作用する光画像計測装置１によれば、一のフラッシュ光に基づいて生成される干渉光を検出した結果を用いて被測定物体Ｏの画像を形成することができるので、被測定物体Ｏの動きの影響を受けることなく確度の高い画像を形成することができる。

更に、複数の干渉光パルスを生成するための光遮断装置（シャッタ）を用いる従来の構成と異なり、干渉光の偏光特性を利用して画像を形成するようになっているので、光遮断装置と光源との複雑な同期制御を行う必要がないというメリットもある。

また、本実施形態によれば、ＣＣＤ２１、２２、２３のフレームレートに同期させてフラッシュ光を断続的に出力し、各フラッシュ光から生成される干渉光Ｌの検出結果に基づいて画像を形成するようになっているので、被測定物体Ｏの連続計測を円滑に行うことができる。

また、フラッシュ光を断続的に出力しつつ、参照鏡８の位置を変更してｚ−スキャンを行うことができるので、被測定物体Ｏの異なる深度の画像を円滑に計測することが可能である。

また、キセノンランプ２から出力されるフラッシュ光の光量をモニタし、その光量値に応じて画像の明るさを調整するように構成されているので、発光の度毎に光量にばらつきが生じるキセノンランプ２を用いても、（ほぼ）一定の明るさの画像を得ることができる。特に、被測定物体Ｏの画像の連続計測を行う場合には、各画像の明るさがほぼ等しくなるので、画像観察が容易になるという利点がある。

また、光画像計測装置１は、キセノンランプ２から出力された広帯域光を信号光Ｓと参照光Ｒとに分割し、参照光Ｒの偏光特性を（円偏光に）変換する。更に、偏光特性が変換された参照光Ｒと、信号光Ｓとを重畳して干渉光Ｌを生成し、この干渉光Ｌの２つの偏光成分（Ｓ偏光成分、Ｐ偏光成分）を抽出してＣＣＤ２１、２２でそれぞれ検出する。そして、これらの検出結果と、ＣＣＤ２３による別途の検出結果とに基づいて、被測定物体Ｏの画像を形成する。

このように、光画像計測装置１によれば、干渉光Ｌの２つの偏光成分を同時に取得することができることから、計測時間の短縮を図ることができる。

また、光画像計測装置１によれば、干渉光Ｌの２つの偏光成分Ｌ１、Ｌ２を同時に検出でき、２つの偏光成分Ｌ１、Ｌ２の検出時間の誤差が無いことから、被測定物体Ｏの動きの影響を受けることなく確度の高い画像を形成することが可能である。すなわち、２つの偏光成分Ｌ１、Ｌ２を非同時に取得する場合、偏光成分Ｌ１を検出するときの被測定物体Ｏの位置と、偏光成分Ｌ２を検出するときの被測定物体Ｏの位置とが異なる場合があり、被測定物体Ｏの画像に「流れ」（つまり、偏光成分Ｌ１、Ｌ２の検出時の被測定物体Ｏの位置ずれが反映された画像のボケ）が生じてしまうことがあった。しかし、光画像計測装置１によれば、このような「流れ」が発生するおそれを低減することが可能である。

［変形例］
上記の実施形態では、レンズ５とハーフミラー６との間にビームスプリッタ１２を設け、それにより導かれる干渉光をＣＣＤ２３（第３の検出手段）で検出して背景光強度を求めている。ここでは、この背景光強度取得用の第３の検出手段の配設位置に関する変形例を説明する。

図３に示す光画像計測装置１００は、ハーフミラー６と結像用レンズ群１０との間の干渉光Ｌの光路上にビームスプリッタ１３が斜設されており、このビームスプリッタ１３により分岐された光路Ｌ３上にＣＣＤ２４が配設されている。このＣＣＤ２４は、「第３の検出手段」の一例であり、ビームスプリッタ１３により反射された干渉光Ｌを受光し、検出信号（第３の検出信号）をコンピュータ３０に出力するようになっている。

この光画像計測装置１００によっても、上記実施形態の光画像計測装置１と同様にして被測定物体Ｏの画像を形成することができ、同様の作用効果を奏することができる。

［その他の変形例］
以上に詳述した構成は、本発明に係る光画像計測装置を実施するための構成の一例に過ぎないものである。したがって、本発明の要旨の範囲内において各種の変形を施すことが可能である。

最初に、上記の実施形態と異なる動作原理を有する光画像計測装置について説明する。この光画像計測装置は、図１や図３と同様の構成を有する。ただし、この光画像計測装置は、上記実施形態におけるフラッシュ光を発するキセノンランプ２に代えて、連続光からなる測定光を発する光源を備えている。この光源としては、連続出力可能なキセノンランプや、十分大きな光量を発するＬＥＤなどを用いることができる。また、キセノンランプ以外の熱光源（ハロゲンランプ）を用いることもできる。このように、光源は広帯域光を出力するものであればよい。なお、光学フィルタ２Ａは、光源から出力された広帯域光の所定帯域のみを透過させるフィルタである。たとえば、光学フィルタ２Ａは、光源から出力される広帯域光のうち、中心波長約７６０ｎｍ程度で１００ｎｍ程度の波長幅の帯域の光を透過させるようになっている。

また、この光画像計測装置のＣＣＤ２１、２２は、コンピュータ３０からの制御信号にしたがって露光時間（光蓄積時間）を変更するようになっている。このような露光時間の制御は、一般に「電子シャッタ」等と呼ばれる機能に相当する。このコンピュータ３０（の制御部３１：図２参照）は、本発明の「露光時間変更手段」の一例として動作するものである。

コンピュータ３０は、ＣＣＤ２１、２２による偏光成分Ｌ１、Ｌ２の露光時間を、それらのフレームレートよりも短い時間、望ましくはフレームレートよりも十分に短い時間に設定する。なお、電子シャッタ機能によれば、機械式のシャッタと比較して、露光時間を細かく制御することが可能である。

コンピュータ３０（の信号処理部２０：図２参照）は、このようなＣＣＤ２１、２２により検出された干渉光Ｌの偏光成分Ｌ１、Ｌ２に基づく検出信号と、ＣＣＤ２３により検出された干渉光に基づく検出信号とに基づいて、上記実施形態と同様の処理により画像を形成する。

このように構成された光画像計測装置によれば、ＣＣＤ２１、２２の露光時間を変更することができるので、その露光時間を十分に短い時間に設定することにより、被測定物体の動きの影響を受けることなく確度の高い画像を形成することが可能となる。また、従来のような機械式の光遮断装置（シャッタ）を用いる代わりに、干渉光の偏光特性を利用して画像を形成しているので、複雑な同期制御を行う必要がないというメリットもある。

なお、この光画像計測装置の光源が出力する測定光は、パルス光であってもよい。このパルス光は、ＣＣＤ２１、２２のフレームレートよりも短い発光時間を有するものとされる。更に、コンピュータ３０は、ＣＣＤ２１、２２による偏光成分Ｌ１、Ｌ２の露光時間を、このパルス光の発光時間よりも短い時間（同程度若しくはそれより短時間）に設定する。このような構成によっても、上記光画像計測装置と同様の作用、効果を奏することができる。

以下、上記実施形態や上記変形例の光画像計測装置に適用可能な各種の変形を説明する。まず、図１、３に示した構成において、信号光Ｓの光路上、つまりハーフミラー６と被測定物体Ｏとの間に波長板（１／２波長板）を設けることにより、被測定物体Ｏを経由するときの位相の変化に起因する信号光Ｓの偏光方向の傾きを補正することが可能となる。

また、上記実施形態等では、参照光Ｒの偏光特性を円偏光に変換しているが、信号光Ｓの光路上に波長板７を配設して信号光Ｓの偏光特性を円偏光に変換するように構成することもできる。

本発明に係る光画像計測装置に適用可能な検出手段は、ＣＣＤに限定されるものではなく、２次元的に配列されたピクセルにより干渉光を検出し、光電変換を行って検出信号を出力する、たとえばＣＭＯＳ等の任意の光センサを使用することが可能である。

上記の実施形態等においては、マイケルソン型の干渉計を備えた光画像計測装置について説明したが、例えばマッハツェンダー型などその他の干渉計を採用することも当然に可能である（例えば、本発明者らによる特許第３２４５１３５号を参照）。

また、干渉計の一部に光ファイバ（バンドル）を設けて導光部材として用いることにより、装置設計上の自由度を高めたり、装置のコンパクト化を図ったり、あるいは、被測定物体の配置の自由度を高めたりすることができる（例えば、上記の特許第３２４５１３５号を参照）。

本発明の光画像計測装置を例えば眼科の分野に応用すると、上述した眼底の血流状態の測定のほか、網膜や角膜の２次元断面像などを得ることができる。それにより、例えば角膜の内皮細胞数などを測定することが可能となる。なお、その他にも各種の応用が可能であることはいうまでもない。

〈第２の実施の形態〉
［装置構成］
以下、第１の実施形態と同様の構成部分については同じ符号を付して説明することにする。図４は、本発明に係る光画像計測装置の実施形態の概略構成の一例を表している。同図に示す光画像計測装置２００は、フラッシュ光を出力するキセノンランプ２と、出力されたフラッシュ光を低コヒーレントな広帯域光に変換する光学フィルタ２Ａとを備えている。キセノンランプ２と光学フィルタ２Ａは、広帯域光を出力する本発明の「光出力手段」の一例に相当する。

広帯域光に変換されたフラッシュ光の光路上には、フラッシュ光の偏光特性を直線偏光に変換する偏光板３と、ビームスプリッタ２Ｂと、フラッシュ光の径を拡大して平行光にするレンズ４、５と、ビームスプリッタ１２と、ハーフミラー６とが設けられている。

フラッシュ光は、ハーフミラー６によって、被測定物体Ｏに向かう信号光Ｓと、参照鏡８に向かう参照光Ｒとに分割される。参照光Ｒの光路上には、波長板７と、光路長変更光学素子９と、参照鏡８とが設けられている。以下、これらの部材についてそれぞれ詳しく説明する。

キセノンランプ２は、通常のようにフラッシュ光を出力するように作用し、本発明の「光源」の一例に相当するものである。キセノンランプ２は、従来の光画像計測装置に用いられていたＳＬＤと比べて十分大きな光量の光を出力するものである。なお、本発明の「光源」としては、ＳＬＤと比較して十分大きな光量の光を出力する任意の光源、たとえばＬＥＤ（発光ダイオード）等を適用することが可能である。

光学フィルタ２Ａは、キセノンランプ２から出力されるフラッシュ光の光路上に配置されており、前述のように、このフラッシュ光を低コヒーレントな広帯域光に変換するように作用する。

ここで、図４中に示すｘｙｚ座標系は、信号光Ｓ（フラッシュ光）の進行方向をｚ軸方向とし、それに直交する信号光Ｓの振動面をｘｙ平面として定義している。ｘ軸方向、ｙ軸方向は、信号光Ｓの電場（電界）成分の振動面、磁場（磁界）成分の振動面に一致するように定義される。

偏光板３は、広帯域光源２からのフラッシュ光の所定方向の振動成分を透過させる偏光変換素子である。本実施形態における偏光板３は、上記ｘｙ平面のｘ軸（及びｙ軸）に対して４５°をなす角度方向の振動成分を透過させるように構成される。それにより、偏光板３を透過したフラッシュ光は、角度４５°の直線偏光を有する。すなわち、このフラッシュ光のｘ軸方向の偏光成分とｙ軸方向の偏光成分とは、それぞれ等しい振幅を有している。換言すると、このフラッシュ光のＰ偏光成分とＳ偏光成分とは、それぞれ等しい振幅を有する。

ハーフミラー６は、ビームスプリッタ１２を透過したフラッシュ光を、被測定物体Ｏに向かう信号光Ｓと、参照鏡８に向かう参照光Ｒとに分割するように作用するもので、本発明の「分割手段」の一例に相当する。このハーフミラー６は、フラッシュ光の一部（半分）を透過させて信号光Ｓとし、その残りを反射して参照光Ｒとする。

また、ハーフミラー６は、被測定物体Ｏを経由した信号光Ｓと、参照鏡８を経由した参照光Ｒとを重畳させて干渉光Ｌを生成する、本発明の「重畳手段」の一例としても作用するものである。

なお、本実施形態では、キセノンランプ２からのフラッシュ光の光路上に斜設配置されたハーフミラー６を中心として、フラッシュ光の光路の延長上に被測定物体Ｏを配設し、フラッシュ光の光路の直交方向に参照鏡８を配設することにより、マイケルソン型の干渉計を形成している。そのため、本実施形態では、「分割手段」と「重畳手段」とが、一つのハーフミラー６（の異なる反射面）によって構成されている。

なお、マッハツェンダー型などの他のタイプの干渉計を適用する場合、「分割手段」と「重畳手段」とを、それぞれ別々の光学素子によって構成することもある。

また、「分割手段」及び「重畳手段」としては、フラッシュ光や信号光Ｓや参照光Ｒの偏光特性に影響を与えない無偏光型の任意のビームスプリッタを適用することができる。

波長板７は、本発明の「変換手段」の一例に相当し、直線偏光を有する参照光Ｒの偏光特性を変換する偏光変換素子である。本実施形態においては、波長板７として、それを通過する光のＰ偏光成分とＳ偏光成分との間に位相差π／４を与えるように作用する１／８波長板を用いる。

参照光Ｒは、ハーフミラー６から参照鏡８に向かうときと、参照鏡８に反射されてハーフミラー６に向かうときに、それぞれ波長板７を通過する。したがって、参照鏡８で反射されてハーフミラー６に戻ってきた参照光Ｒには、結果として位相差π／２が付与されることになる。したがって、元々４５°の直線偏光を有している参照光Ｒに対して１／４波長板が作用した場合と同様に、ハーフミラー６に戻ってきた参照光Ｒの偏光特性は、円偏光になっている。なお、参照光が波長板を一度しか通過しないマッハツェンダー型等の他の干渉計を用いる場合には、「第２の変換素子」として１／４波長板が適用される。

光路長変更光学素子９は、参照光Ｒの光路長を所定距離だけ変更する光学素子であり、ガラス等の素材によって形成されている。光路長変更光学素子９は、後述の機構によって参照光Ｒの光路に対して挿脱可能とされている。この光路長変更光学素子９は、本発明の「光路長変更部材」の一例に相当する。

参照鏡８は、本発明の「参照物体」の一例に相当し、参照光Ｒの光路方向（進行方向）に対して直交する反射面を有している。この参照鏡８は、後述の機構によって参照光Ｒの光路方向に移動される。それにより、被測定物体Ｏの様々な深さ（ｚ座標）の領域における信号光Ｓの反射光のうちから目的の深さ領域で反射された成分を抽出することが可能になる。また、参照鏡８の移動により、参照光Ｒの位相がシフトされる。

目的の深さ領域における反射成分の抽出についてより具体的に説明する。信号光Ｓと参照光Ｒは低コヒーレント光であるから、参照光Ｒとほぼ等距離を経由した信号光Ｓの部分のみが干渉光Ｌの生成に寄与する。つまり、参照鏡８の光路長とほぼ等距離に位置する被測定物体Ｏの深さ領域における反射光のみが、参照光Ｒと干渉して干渉光Ｌを生成することになる。したがって、参照鏡８の位置を変化させて参照光Ｒの光路長を変更（ｚ−スキャン）することにより、被測定物体Ｏの様々な深さ領域からの反射光を逐次抽出することができる。

光画像計測装置２００には、更に、重畳手段としてのハーフミラー６により生成された干渉光Ｌを結像させる結像用レンズ群１０と、干渉光Ｌの光路を偏光特性に応じて分割する偏光ビームスプリッタ１１と、分割された干渉光Ｌの各光路上に設けられたＣＣＤイメージセンサ（単にＣＣＤと呼ぶ。）２１、２２とが設けられている。ＣＣＤ２１、２２は、検出した光に基づく検出信号をコンピュータ３０に出力する。

偏光ビームスプリッタ１１は、干渉光Ｌの異なる複数の偏光成分を抽出するように作用し、本発明の「抽出手段」の一例に相当するものである。より具体的には、この偏光ビームスプリッタ１１は、干渉光ＬのＳ偏光成分Ｌ１を反射してＣＣＤ２１に入射させるとともに、Ｐ偏光成分Ｌ２を透過させてＣＣＤ２２に入射させるように作用する。ここで、干渉光ＬのＳ偏光成分Ｌ１及びＰ偏光成分Ｌ２は、互いに等しい振幅（最大強度）を有している。

ＣＣＤ２１は、偏光ビームスプリッタ１１により抽出された干渉光ＬのＳ偏光成分Ｌ１を検出し、光電変換を行って検出信号を生成し、その検出信号をコンピュータ３０に出力する。同様に、ＣＣＤ２２は、抽出された干渉光ＬのＰ偏光成分Ｌ２を検出し、光電変換を行って検出信号を生成し、その検出信号をコンピュータ３０に出力する。ＣＣＤ２１、２２は、本発明の「第１の検出手段」、「第２の検出手段」の一例に相当する。また、これらが出力する検出信号は、それぞれ、「第１の検出信号」、「第２の検出信号」の一例に相当する。

なお、ＣＣＤ２１、２２は、たとえば３０フレーム毎秒などの所定のフレームレートで光を検出し、検出信号を出力することができる。

光検出器２Ｃは、キセノンランプ２から出力され広帯域光に変換されたフラッシュ光の一部（ビームスプリッタ２Ｂによる反射光）を検出し、光電変換を行って検出信号を生成し、その検出信号をコンピュータ３０に出力する。この検出信号は、検出されたフラッシュ光の光量に対応する信号強度を有している。光検出器２Ｃは、本発明の「光量検出手段」の一例に相当する。

〔制御系の構成〕
図５は、光画像計測装置２００の制御系の構成の一例を表している。この光画像計測装置２００には、コンピュータ３０が設けられている。

コンピュータ３０は、通常のように、ＣＰＵ等のマイクロプロセッサ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスクドライブ等を具備している。このハードディスクドライブには、所定の制御プログラムや演算プログラム、更には各種パラメータ等のデータがあらかじめ格納されている。上記のマイクロプロセッサは、これらのプログラムやデータをＲＡＭ上に展開して各種の制御処理や演算処理を実行する。このコンピュータ３０には、信号処理部２０とともに、制御部３１、表示部３２及び操作部３３が設けられている。

制御部３１は、光画像計測装置２００の各部の制御を行うもので、マイクロプロセッサ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスクドライブ、電源回路等を含んで構成される。この制御部３１は、キセノンランプ２に対する電力供給の制御や、光学素子挿脱機構９Ａの動作制御や、参照鏡移動機構８Ａの動作制御や、表示部３２に各種画面や画像を表示させるための制御や、操作部３３からの操作信号に基づく装置の動作制御などを行う。この制御部３１は、本発明の「制御手段」の一例に相当する。

光学素子挿脱機構９Ａは、光路長変更光学素子９を参照光Ｒの光路に対して挿脱させる機構である。この光学素子挿脱機構９Ａは、たとえば、光路長変更光学素子９を直線的に移動させるソレノイド等の駆動装置や、光路長変更光学素子９を保持するターレット板を回転させる回転駆動機構などによって構成される。

本実施形態では、参照光Ｒの光路から光路長変更光学素子９を退避させた状態のときに、信号光Ｓと参照光Ｒとが重畳されて干渉光Ｌが生成されるものとする。なお、光路長変更光学素子９が光路に挿入されているときには、光路長の変更により、信号光Ｓと参照光Ｒとは干渉しない（何故なら低コヒーレント光であるから）。

参照鏡移動機構８Ａは、被測定物体Ｏのｚ−スキャンを行うために、参照鏡８を参照光Ｒの光路方向に移動させる機構である。この参照鏡移動機構８Ａは、参照鏡８を連続的に移動させるものであってもよいし、断続的に移動させるものであってもよい。連続的に参照鏡８を移動させる場合、参照鏡移動機構８Ａは、たとえば通常のモータや超音波モータ等の駆動装置や、その駆動力を参照鏡８に伝達するための各種ギアやシャフト等の機構を含んで構成される。また、断続的に参照鏡８を移動させる場合には、参照鏡移動機構８Ａは、たとえばステッピングモータや超音波モータ等の駆動装置や、その駆動力を参照鏡８に伝達するための機構などを含んで構成される。

また、制御部３１には、ＣＣＤ２１、２２から出力された検出信号と、光検出器２Ｃから出力された検出信号がそれぞれ入力される。

表示部３２は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）やＣＲＴディスプレイ等の任意の表示装置により構成される。操作部３３は、マウス、キーボード、トラックボール、ジョイスティック、コントロールパネル等の任意の操作デバイスや入力デバイスにより構成される。なお、タッチパネル式のディスプレイやペンタブレット等を用いる場合には、表示部３２と操作部３３とは一体構成とされる。

信号処理部２０は、本発明の「画像形成処理手段」の一例に相当するもので、ＣＣＤ２１、２２から入力される検出信号に基づいて画像を形成する処理を行うもので、マイクロプロセッサ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスクドライブ等を含んで構成される。この信号処理部２０には、背景光演算部２０１、干渉成分強度演算部２０２、位相分布演算部２０３、画像形成部２０４及び画像調整処理部２０５が設けられている。

背景光演算部２０１は、光路長変更光学素子９が参照光Ｒの光路に挿入された状態で、ＣＣＤ２１（又はＣＣＤ２２）から出力された検出信号に基づいて、干渉光Ｌの背景光成分を演算する。この検出信号は、本発明の「第４の検出信号」の一例に相当するものである。

干渉光Ｌの背景光成分を計測するときには、光路長変更光学素子９が参照光Ｒの光路に挿入される。その状態で、キセノンランプ２からフラッシュ光を発生すると、そのフラッシュ光は干渉光を形成せずにＣＣＤ２１により検出される。ＣＣＤ２１は、その検出信号をコンピュータ３０に出力する。

背景光演算部２０１は、たとえば、この検出信号を１波長分（或いはその整数倍）に亘って積分することにより、当該検出信号の干渉成分をキャンセルして直流成分を抽出する。干渉光Ｌの生成時と同じキセノンランプ２を用いていることから、この抽出された直流成分は、干渉光Ｌの背景光成分とほぼ等しいと考えられるので同一視することにする。

背景光演算部２０１により求められた干渉光Ｌの背景光成分は、干渉成分強度演算部２０２に入力される。このように作用する背景光演算部２０１は、本発明の「背景光演算手段」の一例に相当するものである。

なお、キセノンランプ２の光量をモニタすることにより、背景光演算部２０１により演算される背景光成分を、実際の干渉光Ｌの背景光成分により近づけることができる。たとえば、光検出器２Ｃを用いて、背景光成分計測時におけるフラッシュ光の光量と、干渉光Ｌ計測時におけるフラッシュ光の光量とを取得する。そして、これらの光量値の比を用いて背景光成分の値を補正する（後に詳述する画像調整処理部２０５と同様の処理を行う）ことにより、干渉光Ｌの背景光成分に近い値を得ることができる。

干渉成分強度演算部２０２は、背景光演算部２０１から入力される干渉光Ｌの背景光成分（直流成分）と、ＣＣＤ２１から入力される干渉光ＬのＳ偏光成分Ｌ１に基づく検出信号及びＣＣＤ２２から入力されるＰ偏光成分Ｌ２に基づく検出信号とに基づいて、Ｓ偏光成分Ｌ１及びＰ偏光成分Ｌ２の干渉成分（位相直交成分）の信号強度をそれぞれ演算する。

具体的に説明すると、干渉成分強度演算部２０２は、まず、Ｓ偏光成分Ｌ１の検出信号から背景光成分を除算することにより、Ｓ偏光成分Ｌ１の干渉成分を求める。同様に、Ｐ偏光成分Ｌ２の検出信号から背景光成分を除算することにより、Ｐ偏光成分Ｌ２の干渉成分を求める。ここで、Ｓ偏光成分Ｌ１の干渉成分とＰ偏光成分の干渉成分とは位相直交成分であるから、一方が余弦波であり他方が正弦波であり、かつ、それらは同位相を有している。

干渉成分強度演算部２０２は、これら２つの干渉成分の二乗和を算出し、更に、この二乗和の値の平方根を算出することにより、Ｓ偏光成分及びＰ偏光成分の干渉成分の振幅（信号強度）を求めるとともに、干渉光Ｌの振幅を求める。求められた信号強度は、画像形成部２０４に入力される。このように作用する干渉成分強度演算部２０２は、本発明の「干渉成分強度演算手段」の一例に相当するものである。

位相分布演算部２０３は、背景光演算部２０１から入力される干渉光Ｌの背景光成分と、ＣＣＤ２１から入力される干渉光ＬのＳ偏光成分Ｌ１に基づく検出信号と、ＣＣＤ２２から入力されるＰ偏光成分Ｌ２に基づく検出信号とに基づいて、干渉光の位相の空間分布を演算する。

より具体的には、位相分布演算部２０３は、まず、同位相の余弦波及び正弦波であるＳ偏光成分Ｌ１の干渉成分とＰ偏光成分の干渉成分との比を算出して正接関数を求める。Ｓ偏光成分Ｌ１とＰ偏光成分の振幅は等しいので、この正接関数は干渉光Ｌの振幅に依存せず（分子と分母でキャンセルされる。）、位相情報のみを含むものである。位相分布演算部２０３は、この正接関数の逆関数を求めることにより位相情報を求める。求められた位相情報は、画像形成部２０４に出力される。

なお、ＣＣＤ２１、２２の受光面には、複数の受光素子（ピクセル）が２次元的に配列されていることを考慮すると、位相分布演算部２０３によって求められた位相情報は、ＣＣＤ２１、２２の受光面上に定義された２次元座標面における位相の分布状態を表している。このように作用する位相分布演算部２０３は、本発明の「位相分布演算手段」の一例に相当するものである。

画像形成部２０４は、干渉成分強度演算部２０２から入力される干渉光ＬのＳ偏光成分Ｌ１とＰ偏光成分Ｌ２の干渉成分の信号強度に基づいて、被測定物体Ｏの画像を形成する処理を行う。また、画像形成部２０４は、位相分布演算部２０３から入力される位相情報に基づいて、干渉光Ｌの位相の空間分布を表す画像を形成する。

干渉成分強度演算部２０２から入力される干渉光ＬのＳ偏光成分Ｌ１とＰ偏光成分Ｌ２の干渉成分の信号強度は、ＣＣＤ２１、２２の受光面上のピクセル毎に得られるものである。画像形成部２０４は、偏光成分の干渉成分の信号強度に応じた輝度値を各ピクセルごとに指定することにより、被測定物体Ｏの所定の深度（ｚ座標値）における形態を表す断層画像を形成する。この断層画像は、モノクロのコントラスト画像である。なお、偏光成分の干渉成分の信号強度に応じたＲ（赤）値、Ｇ（緑）値、Ｂ（青）値をそれぞれ指定することにより、カラー画像を形成することもできる。

次に、位相の空間分布を表す画像の形成処理について説明する。干渉光Ｌは、キセノンランプ２からのフラッシュ光に基づいて生成されるので、位相分布演算部２０３により求められた位相情報は瞬時位相値であり、したがって、ＣＣＤ２１、２２のピクセルの位置に依存せずに均一であると考えられる。

これを考慮して、画像形成部２０４は、たとえば、ＣＣＤ２１、２２の受光面上の或る特定点に位置するピクセルで検出される位相値を基準として、各ピクセルにおける検出信号の位相差を求める。そして、この基準の位相値の輝度（基準輝度）を指定するとともに、求めた位相差に応じて各ピクセルにおける輝度値を指定することにより、干渉光Ｌの位相差の空間分布を表す画像を形成する。

画像調整処理部２０５は、光検出器２Ｃにより検出されたフラッシュ光の光量に応じて、画像形成部２０４により形成された画像の明るさを調整するように作用する。ここで、「明るさ」とは、モノクロ画像の場合には輝度を意味し、カラー画像の場合には輝度又は明度（Ｒ、Ｇ、Ｂの各輝度の最大値）を意味するものとする。なお、この明るさ調整を施す画像は、干渉光Ｌの信号強度（振幅）を反映して形成される画像である（したがって位相の空間分布を表す画像は除かれる。）。

キセノンランプ２から出力されるフラッシュ光は、発光の度毎に光量にばらつきが生じる。この画像調整処理部２０５は、画像計測時に出力されたフラッシュ光の光量に基づいて、その画像の明るさを調整することにより、一定の明るさの画像を得ようとするものである。このような画像調整処理部２０５の作用は、被測定物体Ｏについて複数の画像を取得する場合に特に有効である。

画像調整処理部２０５は、画像形成部２０４により形成された画像を受けると、この画像の計測を行ったときに光検出器２Ｃが検出した光量値を用いて、この画像を構成する各ピクセルの輝度値や明度値を補正する。

その具体的手法の一例として、まず、フラッシュ光の基準光量値Ｑ０をあらかじめ設定しておく。光検出器２Ｃが検出した光量がＱであった場合、画像調整処理部２０５は、画像形成部２０４により形成された画像の各ピクセルの輝度値（又は明度値）Ｌ（ｘ、ｙ）を、（Ｑ０／Ｑ）×Ｌ（ｘ、ｙ）に補正する。

それにより、光量Ｑが基準光量値Ｑ０より大きく画像が基準よりも明るくなった場合や、逆に光量Ｑが基準光量値Ｑ０より小さく画像が基準よりも暗くなった場合であっても、基準光量値で計測された場合と（ほぼ）等しい明るさの画像を得ることができる。この手法は、画像を１つだけ形成する場合であっても、複数の画像を形成する場合であっても適用することができる。

画像の明るさ調整処理の他の具体例として、被測定物体Ｏについて（たとえば異なる深度の）複数の画像を形成する場合には、次の手法を用いることも可能である。被測定物体ＯについてＮ枚の画像を取得するときに、たとえば第ｉ番目の画像の計測を行ったときに検出されたフラッシュ光の光量値を基準光量値Ｑｉとする（ｉ＝１〜Ｎのいずれか）。そして、第ｊ（ｊ＝１〜Ｎ、ｊ≠ｉ）枚目の画像の計測時の検出光量値をＱｊとする。画像調整処理部２０５は、第ｊ番目の画像の各ピクセルの輝度値（又は明度値）Ｌｊ（ｘ、ｙ）を、（Ｑｉ／Ｑｊ）×Ｌｊ（ｘ、ｙ）に補正する。それにより、Ｎ枚の画像のそれぞれの明るさを第ｉ番目の画像の明るさに（ほぼ）一致させることができる。

また、複数の画像の特定のピクセルの輝度値（又は明度値）を比較し、それらの例えば平均値を基準光量値として各画像の明るさを調整することも可能である。

［動作態様］
以上のように構成された本実施形態の光画像計測装置２００の動作態様を説明する。以下、被測定物体Ｏの深度ｚ＝ｚ１〜ｚＮに対応するＮ枚の画像Ｇ１〜ＧＮを形成する場合の動作例について説明する。

まず、背景光成分の計測を行う。そのために、制御部３１は、光学素子挿脱機構９Ａを制御して、参照光Ｒの光路に光路長変更光学素子９を挿入するとともに、参照鏡移動機構８Ａを制御して、参照鏡８を計測の初期位置（ｚ＝ｚ１に対応する位置）に移動させる。そして、キセノンランプ２に電力を供給してフラッシュ光を出力させる。ＣＣＤ２１は、このフラッシュ光を検出して検出信号をコンピュータ３０に出力する。このとき、必要に応じて、光検出器２Ｃがフラッシュ光の光量を検出し、検出信号をコンピュータに出力する。

背景光演算部２０１は、ＣＣＤ２１からの検出信号に基づいて背景光成分を求める。

次に、制御部３１は、光学素子挿脱機構９Ａを制御して、参照光Ｒの光路から光路長変更光学素子９を退避させる。そして、キセノンランプ２を制御して、第１番目の画像を形成するためのフラッシュ光を出力させるとともに、参照鏡移動機構８Ａを制御して参照鏡８の等速度での連続的な移動を開始させる。

フラッシュ光は、光学フィルタ２Ａにより低コヒーレントな広帯域光に変換され、偏光板３により偏光特性が直線偏光に変換される。その光の一部がビームスプリッタ２Ｂにより反射され、光検出器２Ｃにより光量が検出される。検出された光量値は、コンピュータ３０に送られて制御部３１（のＲＡＭやハードディスクドライブ）に記憶される。

ビームスプリッタ２Ｂを透過したフラッシュ光は、レンズ４、５により径が拡大され、平行光とされ、ビームスプリッタ１２を透過してハーフミラー６に向かう。

ハーフミラー６は、このフラッシュ光を信号光Ｓと参照光Ｒに分割する。信号光Ｓは、被測定物体Ｏに向かって進行し、被測定物体Ｏの様々な深度の位置で反射されてハーフミラー６に戻っていく。参照光Ｒは、ハーフミラー６と参照鏡８との間を往復する間に、波長板７によって偏光特性が円偏光に変換される。

ハーフミラー６は、被測定物体Ｏを経由した信号光Ｓと、参照鏡８を経由した円偏光の参照光Ｒとを重畳して干渉光Ｌを生成する。この干渉光Ｌは、信号光Ｓ及び参照光Ｒが低コヒーレントであることから、参照光Ｒが参照鏡８に反射された時点におけるハーフミラー６と参照鏡８（の反射面）との距離とほぼ等しい被測定物体Ｏの深度位置（ｚ＝ｚ１）における情報を含んでいる（つまり、広帯域光のコヒーレント長程度の幅の深度位置の情報を含んでいる。）。

干渉光Ｌは、結像用レンズ群１０により平行光から集束光とされ、偏光ビームスプリッタ１１により、Ｓ偏光成分Ｌ１とＰ偏光成分Ｌ２に分割される。Ｓ偏光成分Ｌ１はＣＣＤ２１によって検出され、Ｐ偏光成分Ｌ２はＣＣＤ２２によって検出される。ＣＣＤ２１、２２は、それぞれ検出信号をコンピュータ３０に送信する。

制御部３１は、第１番目のＣＣＤ２１、２２からの検出信号と、光検出器２Ｃからの検出信号を信号処理部２０に送る。また、制御部３１は、第１番目の画像計測用のフラッシュ光の発光から所定時間経過したら、第２番目の画像計測用のフラッシュ光をキセノンランプ２に出力させる。第２番目のフラッシュ光の出力時には、参照鏡８は、深度ｚ＝ｚ２に対応する位置に移動されている。この第２番目の画像計測も第１番目と同様に行う。なお、フラッシュ光の出力タイミングは、制御部３１により、ＣＣＤ２１、２２のフレームレート（たとえば３０フレーム毎秒）に同期される。

以下、第１番目の画像を形成するための信号処理部２０の動作を説明する。背景光演算部２０１は、必要に応じ、背景光成分計測時のフラッシュ光の光量と、干渉光Ｌ計測時のフラッシュ光の光量とに基づいて、先に求めた背景光成分の値を補正する。干渉成分強度演算部２０２は、背景光演算部２０１により演算された背景光成分と、ＣＣＤ２１、２２からのＳ偏光成分Ｌ１、Ｐ偏光成分Ｌ２の検出信号とに基づいて、Ｓ偏光成分Ｌ１の干渉成分の信号強度と、Ｐ偏光成分Ｌ２の干渉成分の信号強度とを求める。次に、画像形成部２０３が、このＳ偏光成分Ｌ１、Ｐ偏光成分Ｌ２の干渉成分の信号強度に基づいて、被測定物体Ｏの深度ｚ＝ｚ１における画像Ｇ１を形成する。

一方、位相分布演算部２０３は、ＣＣＤ２１、２２からの検出信号に基づいて、被測定物体Ｏの深度ｚ＝ｚ１における干渉光Ｌの位相の空間分布を求める。画像形成部２０４は、この干渉光Ｌの位相の空間分布を表す画像Ｐ１を形成する。

以上のような処理を深度ｚ＝ｚ１〜ｚＮのそれぞれについて実行することにより、Ｎ個の画像Ｇ１〜ＧＮと、Ｎ個の画像Ｐ１〜ＰＮが形成される。また、制御部３１には、各画像Ｇ１〜ＧＮを計測したときのフラッシュ光の光量値Ｑ１〜ＱＮが記憶されている。ここで、各光量値Ｑ１〜ＱＮは、対応する画像Ｇ１〜ＧＮと関連付けられて記憶される。

Ｎ個の画像Ｇ１〜ＧＮのうちのいずれかの画像Ｇｉの計測時に検出されたフラッシュ光の光量値Ｑｉを基準光量値とする。基準となる画像Ｇｉは、ユーザが選択してもよいし、自動で選択されるようにしてもよい。自動選択の例として、画像Ｇ１〜ＧＮの特定のピクセルの輝度値（明度値）を比較し、輝度値等が中間に位置する画像を基準画像とすることができる。この選択処理は、たとえば制御部３１が行う。

第ｊ枚目の画像Ｇｊの計測時の検出光量値をＱｊとすると（ｊ＝１〜Ｎ、ｊ≠ｉ）、画像調整処理部２０５は、この画像Ｇｊの各ピクセルの輝度値（又は明度値）Ｌｊ（ｘ、ｙ）を、（Ｑｉ／Ｑｊ）×Ｌｊ（ｘ、ｙ）に補正する。それにより、Ｎ枚の画像Ｇ１〜ＧＮのそれぞれの明るさを第ｉ番目の基準の画像Ｇｉの明るさにほぼ一致させることができる。

このようにして形成された画像Ｇ１〜ＧＮは、たとえば制御部３１のハードディスクドライブに格納される。なお、コンピュータ３０に画像データベース等の記憶装置が接続されている場合には、その記憶装置に画像Ｇ１〜ＧＮを記憶することができる。また、コンピュータ３０がＬＡＮ等のネットワークに接続されている場合には、このネットワーク上のサーバ（のデータベース）に格納するようにしてもよい。

［他の動作態様］
上記動作態様は、参照鏡８を等速度で連続的に移動させてｚ−スキャンを行いつつ、ＣＣＤ２１、２２のフレームレートに同期したタイミングでフラッシュ光を出力することにより、異なる深度ｚ＝ｚ１〜ｚＮにおける複数の被測定物体Ｏの画像Ｇ１〜ＧＮを形成するものである。

一方、以下の動作態様では、参照鏡８を断続的に移動させてｚ−スキャンを行いつつ、ＣＣＤ２１、２２のフレームレートに同期したタイミングでフラッシュ光を出力することにより、異なる深度ｚ＝ｚ１〜ｚＮにおける複数の被測定物体Ｏの画像Ｇ１〜ＧＮを形成する構成を説明する。

この動作態様においては、ＣＣＤ２１、２２のフレームレートと、フラッシュ光の出力タイミングと、参照鏡８の移動タイミングとの同期制御が重要となる。

そのために、参照鏡移動機構８Ａの駆動装置として、たとえばステッピングモータを用いる。ステッピングモータは、通常のように、パルス電流を受けると、所定の回転角度だけ軸を回転させる。このステッピングモータの軸と参照鏡８との間には、適当なギア比に構成された複数のギアが介在されており、軸の上記所定の回転角度の駆動力を参照鏡８の所定の移動距離に変換するようになっている。そして、この所定の移動距離は、深度間隔Δｚ＝｜ｚ（ｉ＋１）−ｚｉ｜とされている（ｉ＝１〜Ｎ−１）。

制御部３１は、ＣＣＤ２１、２２のフレームレートと同期するタイミングで、キセノンランプ２に電力を断続的に供給するとともに、参照鏡移動機構８Ａのステッピングモータにパルス電流を断続的に供給する。それにより、キセノンランプ２は、このフレームレートに同期したタイミングでフラッシュ光を断続的に出力し、参照鏡８は、このフレームレートに同期したタイミングで断続的に位置を移動する（ｚ−スキャン）。

なお、この動作態様における被測定物体Ｏの画像の形成処理は、前述の動作態様と同様に行うことができる。

なお、この動作態様では、深度ｚ＝ｚ１〜ｚＮの各間隔Δｚが等しい場合について説明したが、深度間隔が異なる場合であっても、この動作例を応用できる。たとえば、ステッピングモータの軸と参照鏡８との間の上記ギア比を変更して、ステッピングモータの回転角度に対する参照鏡８の移動距離を小さくする。そして、各深度間隔Δｚｉ＝｜ｚ（ｉ＋１）−ｚｉ｜（ｚ＝１〜Ｎ−１）について、所定数のパルス電流を供給することにより、参照鏡８の目的の移動距離Δｚｉを実現することができる。また、超音波モータ等を用いた構成で、この移動距離Δｚｉを実現することも可能である。

［作用・効果］
このような本実施形態に係る光画像計測装置２００によれば、以下のような作用、効果が奏される。

本実施形態の光画像計測装置２００は、次のように作用する。まず、キセノンランプ２からフラッシュ光を出力させると、ＣＣＤ２１（又はＣＣＤ２２）が、このフラッシュ光を検出し、背景光成分演算用の検出信号をコンピュータ３０に出力する。続いて、キセノンランプ２からフラッシュ光を再度出力させると、光学フィルタ２がこのフラッシュ光を広帯域光に変換する。この広帯域のフラッシュ光は、偏光板３により直線偏光に変換され、ハーフミラー６より信号光Ｓと参照光Ｒに分割される。直線偏光の参照光Ｒは、波長板７によって円偏光に変換される。参照鏡８を経由した円偏光の参照光Ｒ（の一部）はハーフミラー６を透過し、被測定物体Ｏを経由した直線偏光の信号光Ｓ（の一部）は、ハーフミラー６により反射される。それにより干渉光Ｌが生成される。

この干渉光Ｌは、偏光ビームスプリッタ１１によりＳ偏光成分Ｌ１とＰ偏光成分Ｌ２とに分けられる。Ｓ偏光成分Ｌ１はＣＣＤ２１により検出され、Ｐ偏光成分Ｌ２はＣＣＤ２２により検出される。

コンピュータ３０の信号処理部２０は、先にＣＣＤ２１から出力された検出信号と、ＣＣＤ２１、２２から出力されたＳ偏光成分Ｌ１、Ｐ偏光成分Ｌ２に対応する検出信号とに基づいて、被測定物体Ｏの画像を形成する。

このように作用する光画像計測装置２００によれば、一のフラッシュ光に基づいて生成される干渉光を検出した結果と、別途に計測される背景光成分とを用いて、被測定物体Ｏの画像を形成することができるので、被測定物体Ｏの動きの影響を受けることなく確度の高い画像を形成することができる。

更に、複数の干渉光パルスを生成するための光遮断装置（シャッタ）を用いる従来の構成と異なり、干渉光の偏光特性を利用して画像を形成するようになっているので、光遮断装置と光源との複雑な同期制御を行う必要がないというメリットもある。

また、本実施形態によれば、ＣＣＤ２１、２２のフレームレートに同期させてフラッシュ光を断続的に出力し、各フラッシュ光から生成される干渉光Ｌの検出結果に基づいて画像を形成するようになっているので、被測定物体Ｏの連続計測を円滑に行うことができる。

また、フラッシュ光を断続的に出力しつつ、参照鏡８の位置を変更してｚ−スキャンを行うことができるので、被測定物体Ｏの異なる深度の画像を円滑に計測することが可能である。

また、キセノンランプ２から出力されるフラッシュ光の光量をモニタし、その光量値に応じて画像の明るさを調整するように構成されているので、発光の度毎に光量にばらつきが生じるキセノンランプ２を用いても、（ほぼ）一定の明るさの画像を得ることができる。特に、被測定物体Ｏの画像の連続計測を行う場合には、各画像の明るさがほぼ等しくなるので、画像観察が容易になるという利点がある。

また、光画像計測装置２００は、キセノンランプ２から出力された広帯域光を信号光Ｓと参照光Ｒとに分割し、参照光Ｒの偏光特性を（円偏光に）変換する。更に、偏光特性が変換された参照光Ｒと、信号光Ｓとを重畳して干渉光Ｌを生成し、この干渉光Ｌの２つの偏光成分（Ｓ偏光成分、Ｐ偏光成分）を抽出してＣＣＤ２１、２２でそれぞれ検出する。このような検出処理を光路長偏光光学素子９を参照光Ｒの光路に挿入した状態と光路から退避させた状態とで行う。そして、これら２回の検出処理の結果に基づいて、被測定物体Ｏの画像を形成する。

このように、光画像計測装置２００によれば、干渉光Ｌの２つの偏光成分を同時に取得することができることから、計測時間の短縮を図ることができる。

また、光画像計測装置２００によれば、干渉光Ｌの２つの偏光成分Ｌ１、Ｌ２を同時に検出でき、２つの偏光成分Ｌ１、Ｌ２の検出時間の誤差が無いことから、被測定物体Ｏの動きの影響を受けることなく確度の高い画像を形成することが可能である。

［変形例］
以上に詳述した構成は、本発明に係る光画像計測装置を実施するための構成の一例に過ぎないものである。したがって、本発明の要旨の範囲内において各種の変形を施すことが可能である。

最初に、上記の実施形態と異なる動作原理を有する光画像計測装置について説明する。この光画像計測装置は、図４と同様の構成を有する。ただし、この光画像計測装置は、上記実施形態におけるフラッシュ光を発するキセノンランプ２に代えて、連続光からなる測定光を発する光源を備えている。この光源としては、連続出力可能なキセノンランプや、十分大きな光量を発するＬＥＤなどを用いることができる。また、キセノンランプ以外の熱光源（ハロゲンランプ）を用いることもできる。このように、光源は広帯域光を出力するものであればよい。なお、光学フィルタ２Ａは、光源から出力された広帯域光の所定帯域のみを透過させるフィルタである。たとえば、光学フィルタ２Ａは、光源から出力される広帯域光のうち、中心波長約７６０ｎｍ程度で１００ｎｍ程度の波長幅の帯域の光を透過させるようになっている。

また、この光画像計測装置のＣＣＤ２１、２２は、コンピュータ３０からの制御信号にしたがって露光時間（光蓄積時間）を変更するようになっている。このような露光時間の制御は、一般に「電子シャッタ」等と呼ばれる機能に相当する。このコンピュータ３０（の制御部３１：図５参照）は、本発明の「露光時間変更手段」の一例として動作するものである。

コンピュータ３０は、ＣＣＤ２１、２２による偏光成分Ｌ１、Ｌ２の露光時間を、それらのフレームレートよりも短い時間、望ましくはフレームレートよりも十分に短い時間に設定する。なお、電子シャッタ機能によれば、機械式のシャッタと比較して、露光時間を細かく制御することができる。

コンピュータ３０は、まず、背景光成分の計測を行うために、参照光Ｒの光路から光路長変更光学素子９を退避させた状態で光源から測定光を出力させる。ＣＣＤ２１又はＣＣＤ２２は、この測定光を受光してコンピュータに検出信号を入力する。

次に、コンピュータ３０は、参照光Ｒの光路に光路長変更光学素子９を挿入させるとともに、ＣＣＤ２１、２２の露光時間を前述のような短時間に変更する。この状態で光源から測定光を出力し、ＣＣＤ２１、２２により干渉光Ｌの偏光成分Ｌ１、Ｌ２を検出する。ＣＣＤ２１、２２は、それぞれ検出信号をコンピュータ３０に入力する。

コンピュータ３０（の信号処理部２０：図５参照）は、ＣＣＤ２１、２２から入力される上記３つの検出信号に基づき、上記実施形態と同様の処理を実行して画像を形成する。

このように構成された光画像計測装置によれば、ＣＣＤ２１、２２の露光時間を変更することができるので、その露光時間を十分に短い時間に設定することにより、被測定物体の動きの影響を受けることなく確度の高い画像を形成することが可能となる。また、従来のような機械式の光遮断装置（シャッタ）を用いる代わりに、干渉光の偏光特性を利用して画像を形成しているので、複雑な同期制御を行う必要がないというメリットもある。

なお、背景光成分の計測においても、ＣＣＤ２１又はＣＣＤ２２の露光時間を上記のような短い時間に設定するようにしてもよい。

また、この光画像計測装置の光源が出力する測定光は、パルス光であってもよい。このパルス光は、ＣＣＤ２１、２２のフレームレートよりも短い発光時間を有するものとされる。更に、コンピュータ３０は、ＣＣＤ２１、２２による偏光成分Ｌ１、Ｌ２の露光時間を、このパルス光の発光時間よりも短い時間（同程度若しくはそれより短時間）に設定する。このような構成によっても、上記光画像計測装置と同様の作用、効果を奏することができる。

以下、上記実施形態や上記変形例の光画像計測装置に適用可能な各種の変形を説明する。まず、上記の実施形態等においては、光路長変更光学素子９が参照光Ｒの光路に挿入されているときに背景光成分を計測し、光路から退避されているときに干渉光Ｌの計測を行うように構成されているが、逆の構成を適用することも可能である。すなわち、光路長変更光学素子９が挿入させた状態における参照鏡８の位置を、被測定物体Ｏの深度ｚ＝ｚ１〜ｚＮに合わせるように設定することにより、光路長変更光学素子９が光路から退避されているときに背景光成分を計測し、光路に挿入されているときに干渉光Ｌの計測を行うように構成することが可能である。その場合にも、画像を形成するための演算処理は同様である。

また、上記実施形態等では、干渉光Ｌの計測の前に背景光成分の計測を行っているが、背景光成分の計測のタイミングは任意に設定することができる。たとえば、干渉光Ｌの計測の後に背景光成分を計測してもよいし、また、ｚ−スキャンを行いつつ複数の深度に対応する干渉光Ｌを計測する場合には、ｚ−スキャンの途中の任意のタイミングで背景光成分を計測することも可能である。

また、図４に示した構成において、信号光Ｓの光路上、つまりハーフミラー６と被測定物体Ｏとの間に波長板（１／２波長板）を設けることにより、被測定物体Ｏを経由するときの位相の変化に起因する信号光Ｓの偏光方向の傾きを補正することが可能となる。

また、上記実施形態等では、参照光Ｒの偏光特性を円偏光に変換しているが、信号光Ｓの光路上に波長板７を配設して信号光Ｓの偏光特性を円偏光に変換するように構成することもできる。

本発明に係る光画像計測装置に適用可能な検出手段は、ＣＣＤに限定されるものではなく、２次元的に配列されたピクセルにより干渉光を検出し、光電変換を行って検出信号を出力する、たとえばＣＭＯＳ等の任意の光センサを使用することが可能である。

以上の実施形態等においては、マイケルソン型の干渉計を備えた光画像計測装置について説明したが、例えばマッハツェンダー型などその他の干渉計を採用することも当然に可能である（例えば、本発明者らによる特許第３２４５１３５号を参照）。

また、干渉計の一部に光ファイバ（バンドル）を設けて導光部材として用いることにより、装置設計上の自由度を高めたり、装置のコンパクト化を図ったり、あるいは、被測定物体の配置の自由度を高めたりすることができる（例えば、上記の特許第３２４５１３５号を参照）。

本発明の光画像計測装置を例えば眼科の分野に応用すると、上述した眼底の血流状態の測定のほか、網膜や角膜の２次元断面像などを得ることができる。それにより、例えば角膜の内皮細胞数などを測定することが可能となる。なお、その他にも各種の応用が可能であることはいうまでもない。

〈第３の実施の形態〉
［装置構成］
本発明に係る光画像形成装置の第３の実施形態について説明する。本実施形態に係る光画像計測装置の構成を図６に示す。

図６の被測定物体Ｏは、計測に適した状態にて配設されている。たとえば、被測定物体Ｏは、境界における屈折率の変化を小さくするように液浸状態で配設されている。また、被測定物体Ｏが生体である場合などには、境界での屈折率の変化を小さくするためのゼリーや液体などを被測定物体Ｏに適用することができる。

図６に示す光画像計測装置３００は、光源としてハロゲンランプ３０１を備えている。ハロゲンランプ３０１は、無偏光の広帯域光Ｍを出力する本発明の「光出力手段」の一例に相当する。なお、図示は省略するが、ハロゲンランプ３０１は、通常のハロゲンランプとともに、出力光を導光する光ファイババンドルや、出力光の照射野を一様に照明するためのケーラー照明光学系などを含んで構成されている。ハロゲンランプ３０１から出力される無偏光の広帯域光Ｍは、所定のビーム径を有している。

本実施形態における光出力手段としては、ハロゲンランプ以外にも、無偏光の広帯域光を出力する任意の光源を適用することが可能である。たとえば、キセノンランプ等の任意の熱光源（黒体輻射に基づく光源）を適用することができる。また、本実施形態における光出力手段は、ランダム偏光の広帯域光を出力するレーザ光源であってもよい。ここで、無偏光とは、直線偏光の光と円偏光の光と楕円偏光の光とを含む偏光状態を意味する。また、ランダム偏光とは、互いに直交する２つの直線偏光成分を有し、各直線偏光成分のパワーが時間的にランダムに変化する偏光状態を意味する（たとえば特開平７−９２６５６号公報参照）。以下、無偏光の場合についてのみ詳しく説明するが、ランダム偏光の場合も同様の構成で同様の作用効果を得ることができる。

さて、ハロゲンランプ３０１により出力された広帯域光Ｍは、様々な帯域の光を含んでいる。フィルタ３０２は、無偏光の広帯域光Ｍの所定帯域のみを透過させるフィルタである。透過させる所定帯域は、分解能や計測深度等によって決定され、たとえば中心波長７６０ｎｍ程度で１００ｎｍ程度の波長幅の帯域に設定することができる。この場合、被測定物体Ｏの深度方向（図１に示すｚ方向）及びそれに直交する方向（横方向）について、それぞれ２μｍ程度の分解能の画像を取得することができる。なお、フィルタ３０２を透過した光を同じく広帯域光Ｍと呼ぶことにする。

フィルタ３０２を透過した無偏光の広帯域光Ｍは、ハーフミラー等のビームスプリッタ３０３によって二分される。すなわち、ビームスプリッタ３０３による反射光は信号光Ｓを形成し、ビームスプリッタ３０３を透過した光は参照光Ｒを形成する。

信号光Ｓは、無偏光状態を保ったまま対物レンズ３１１により被測定物体Ｏに合焦される。被測定物体Ｏの表面や内部にて反射、散乱された光は、対物レンズ３１１を経由してビームスプリッタ３０３に戻ってくる。

ビームスプリッタ３０３により生成された無偏光の参照光Ｒは、波長板（λ／４板）３０４と偏光板３０５を通過し、反射ミラー３０６にて反射される。更に、参照光Ｒは、ガラス板３０７を通過し、対物レンズ３０８によって参照鏡３０９の反射面に合焦される。参照鏡３０９により反射された参照光Ｒは、同じ光路を逆向きに経由してビームスプリッタ３０３に戻ってくる。

参照鏡３０９は、参照鏡移動機構３１０によって参照光Ｒの進行方向、すなわち参照鏡３０９の反射面に直交する方向（図１の両側矢印方向）に移動されるようになっている。参照鏡移動機構３１０は、たとえばピエゾ素子等を含んで構成されている。参照鏡移動機構３１０は、参照鏡３０９を移動させることにより、参照光Ｒの光路長を「第１の光路長」と「第２の光路長」とに切り替えることができる。

当初は無偏光であった参照光Ｒは、波長板３０４と偏光板３０５を二回経由することにより円偏光に変換される。ガラス板３０７は、信号光Ｓ及び参照光Ｒの光路（干渉計の両アーム）にて発生する分散の影響を最小にする分散補正光学素子である。

被測定物体Ｏを経由した信号光Ｓと、参照鏡３０９を経由した参照光Ｒは、ビームスプリッタ３０３によって重畳されて干渉光Ｌを生成する。干渉光Ｌは、第１、第２の実施形態と同様にＳ偏光成分とＰ偏光成分とを含んでいる。

ビームスプリッタ３０３によって生成された干渉光Ｌは、開口絞り３１２を経由し、結像レンズ（群）３１３によって集束光となる。集束光となった干渉光ＬのＳ偏光成分Ｌ１は、偏光ビームスプリッタ３１４により反射されてＣＣＤ（イメージセンサ）３１６により検出される。一方、干渉光ＬのＰ偏光成分Ｌ２は、偏光ビームスプリッタ３１４を透過し、反射ミラー３１５により反射されてＣＣＤ（イメージセンサ）３１７により検出される。

Ｓ偏光成分Ｌ１、Ｐ偏光成分Ｌ２をそれぞれ検出したＣＣＤ３１６、３１７は、それぞれ検出信号（第１の検出信号、第２の検出信号）をコンピュータ３２０に送る。

なお、干渉光Ｌの元になる参照光Ｒは円偏光であり信号光Ｓは無偏光であるから、Ｓ偏光成分Ｌ１とＰ偏光成分Ｌ２は９０度（π／２）の位相差を有している。したがって、ＣＣＤ３１６から出力される検出信号Ｃ_Ａと、ＣＣＤ３１７から出力される検出信号Ｃ_Ｂは、９０度の位相差を有しており、次式のように表すことができる。

ここで、Ｉ_ｓ（ｘ、ｙ）は信号光Ｓの強度を表し、Ｉ_ｒ（ｘ、ｙ）は参照光Ｒの強度を表している。また、φ（ｘ、ｙ）は初期位相差を表している。また、各検出信号Ｃ_Ａ、Ｃ_Ｂは、背景光成分（非干渉成分、直流成分）Ｉ_ｓ（ｘ、ｙ）＋Ｉ_ｒ（ｘ、ｙ）を含む。更に、検出信号Ｃ_Ａはｃｏｓ成分からなる干渉成分を含み、検出信号Ｃ_Ｂはｓｉｎ成分からなる干渉成分を含んでいる。

なお、式（２）、（３）から分かるように、各検出信号Ｃ_Ａ、Ｃ_Ｂは、空間（ｚ方向に直交するｘ方向、ｙ方向）のみを変数とし、時間を変数として含んでいない。すなわち、本実施形態に係る干渉信号は、空間的変化のみを含むものであり、第１、第２の実施形態の干渉信号（交流信号）とは異なっている。

〔制御系の構成〕
本実施形態に係る光画像計測装置３００の制御系の構成を説明する。図７は、光画像計測装置の制御系の構成の一例を表している。

コンピュータ３２０は、第１、第２の実施形態と同様に、制御部３２１、表示部３２２、操作部３２３及び信号処理部３２４を備えている。制御部３２１は、ハロゲンランプ３０１の点灯／消灯の制御や、参照鏡移動機構３１０の制御や、ＣＣＤ３１６、３１７の露光時間の制御などを行う。信号処理部３２４は、ＣＣＤ３１６、３１７から出力された検出信号Ｃ_Ａ、Ｃ_Ｂに基づいて被測定物体Ｏの画像を形成する。

なお、本実施形態に係る光画像形成装置３００は、第１、第２の実施形態と同様に、光検出器（２Ｃ）及び画像調整処理部２０５を備えていてもよい。

［動作態様］
以上のような構成を有する本実施形態に係る光画像計測装置３００の動作態様を説明する。

まず、制御部３２１は、ハロゲンランプ３０１を点灯させる。この動作態様では、ハロゲンランプ３０１を点灯させた状態にして、広帯域光Ｍの連続光を出力する。

次に、制御部３２１は、参照鏡移動機構３１０を制御して参照光Ｒの光路長を「第１の光路長」にする。そして、各ＣＣＤ３１６、３１７の露光時間を制御して検出信号Ｃ_Ａ、Ｃ_Ｂを出力させる。

次に、制御部３２１は、参照鏡移動機構３１０を制御して参照光Ｒの光路長を「第２の光路長」に切り替えるとともに、各ＣＣＤ３１６、３１７の露光時間を制御して新たな検出信号Ｃ_Ａ′、Ｃ_Ｂ′を出力させる。

ここで、参照光Ｒの第１の光路長と第２の光路長は、検出信号Ｃ_Ａと検出信号Ｃ_Ａ′とが位相差１８０度（π）を有し、かつ、検出信号Ｃ_Ｂと検出信号Ｃ_Ｂ′とが位相差１８０度（π）を有するような距離間隔となるようにあらかじめ設定されている。なお、検出信号Ｃ_Ａ、Ｃ_Ｂは位相差９０度を有しているので、位相差９０度ごとの４つの検出信号Ｃ_Ａ、Ｃ_Ｂ、Ｃ_Ａ′、Ｃ_Ｂ′が得られたことになる。

信号処理部３２４は、検出信号Ｃ_Ａ、Ｃ_Ａ′（位相差１８０度）を加算し、その和を２で除算することにより、背景光成分Ｉ_ｓ（ｘ、ｙ）＋Ｉ_ｒ（ｘ、ｙ）を演算する。この演算処理は、検出信号Ｃ_Ｂ、Ｃ_Ｂ′（位相差１８０度）を用いて行ってもよい。

更に、信号処理部３２４は、求めた背景光成分Ｉ_ｓ（ｘ、ｙ）＋Ｉ_ｒ（ｘ、ｙ）を各検出信号Ｃ_Ａ、Ｃ_Ｂから除算して干渉成分（ｃｏｓ成分、ｓｉｎ成分）を求める。そして、信号処理部３２４は、各検出信号Ｃ_Ａ、Ｃ_Ｂの干渉成分の二乗和を演算することによりｘｙ方向の断面における画像を形成する。制御部３２１は、たとえば操作部３２３に対する操作に応じて、形成した画像を表示部３２２に表示させる。この画像形成処理は、検出信号Ｃ_Ａ′、Ｃ_Ｂ′（位相差１８０度）を用いて行ってもよい。

光画像計測装置３００は、信号光Ｓや参照光Ｒの光路長を変更しつつ反復することにより、被測定物体Ｏの様々な深度位置（ｚ＝ｚ１〜ｚＮ）におけるｘｙ断面画像を順次に形成する。

信号光Ｓの光路長を変更する場合、たとえば、図１に示す光学系をステージ上に設けるとともに、このステージを駆動機構によってｚ方向に移動させるように構成することが可能である。また、被測定物体Ｏを同様のステージ上の配設することにより信号光Ｓの光路長を変更するように構成してもよい。一方、参照光Ｒの光路長を変更する場合には、たとえば参照鏡移動機構３１０によって参照鏡３０９を移動させるように構成することができる。

また、上記の断面画像を順次に形成する処理において、制御部３２１は、ＣＣＤ３１６、３１７を所定のフレームレートでかつ同じタイミングで検出信号を出力するように制御するとともに、このフレームレートと、各ＣＣＤ３１６、３１７の露光タイミングと、参照鏡３０９の移動タイミングと、信号光Ｓ（参照光Ｒ）の光路長の変更タイミングとを同期させる。

このとき、各ＣＣＤ３１６、３１７の露光時間は、フレームレートよりも短く設定されている。たとえば、ＣＣＤ３１６、３１７のフレームレートを３０ｆ／ｓに設定し、露光時間を３０〜５０μｓ程度に設定することができる。

また、中心波長７６０ｎｍ程度で波長幅１００ｎｍ程度の広帯域光Ｍを用いることにより、数μｍ程度の分解能の画像を取得することができる。たとえば、広帯域光Ｍの波長をガウス型と仮定し、被測定物体Ｏの屈折率をｎ＝１．３３としたときの分解能の理論値は約１．８μｍとなる。

［作用・効果］
このように動作する本実施形態に係る光画像計測装置３００によれば、以下のような作用・効果が奏される。

光画像計測装置３００は、ハロゲンランプ３０１から出力された（無偏光の）広帯域光Ｍを信号光Ｓと参照光Ｒとに分割し、参照光Ｒの偏光特性を（円偏光に）変換する。更に、偏光特性が変換された参照光Ｒと、信号光Ｓとを重畳して干渉光Ｌを生成し、この干渉光Ｌの２つの偏光成分（Ｓ偏光成分、Ｐ偏光成分）を抽出してＣＣＤ３１６、３１７でそれぞれ検出する。そして、ＣＣＤ３１６、３１７から出力される検出信号Ｃ_Ａ、Ｃ_Ｂ（Ｃ_Ａ′、Ｃ_Ｂ′）に基づいて、被測定物体Ｏの画像を形成する。

このように、光画像計測装置３００によれば、干渉光Ｌの２つの偏光成分を同時に取得することができることから、計測時間の短縮を図ることができる。特に、位相の異なる４つの検出信号Ｃ_Ａ、Ｃ_Ｂ、Ｃ_Ａ′、Ｃ_Ｂ′を２回の計測で取得して画像を形成するように構成されているので、計測時間を短縮することが可能である。

また、参照光Ｒの光路長を切り替えるだけで、検出信号Ｃ_Ａ、Ｃ_Ｂの取得と、検出信号Ｃ_Ａ′、Ｃ_Ｂ′の取得とを容易にかつ迅速に切り替えることができるので、計測時間を短縮することが可能である。

また、光画像計測装置３００によれば、干渉光Ｌの２つの偏光成分Ｌ１、Ｌ２を同時に検出でき、２つの偏光成分Ｌ１、Ｌ２の検出時間の誤差が無いことから、被測定物体Ｏの動きの影響を受けることなく確度の高い画像を形成することが可能である。

また、無偏光の広帯域光Ｍを用いることにより、光学系の構成が容易になるという利点もある。すなわち、直線偏光等の偏光状態の広帯域光を用いる場合、ビームスプリッタやレンズを経由するときに広帯域光の偏光状態が影響を受けることがあることから、偏光状態を維持するための光学系の構成が難しいという問題があったが、本実施形態のように無偏光の広帯域光Ｍを用いることにより光学系の構成を容易化することができる。

また、光出力手段として熱光源を用いたり、光ファイババンドルを用いたりすることにより、無偏光の広帯域光を容易に得ることが可能である。ランダム偏光の広帯域光を出力するレーザ光源を用いる場合においても、ランダム偏光の広帯域光を容易に得ることが可能である。

また、信号光Ｓ及び参照光Ｒの光路（干渉計の両アーム）にて発生する分散の影響を最小にする分散補正光学素子としてのガラス板３０７を設けることにより、信号光Ｓと参照光Ｒとの分散の相違を解消することができ、信号光Ｓが含む情報を好適に反映した干渉光Ｌを効率的に取得することが可能である。

また、ＣＣＤ３１６、３１７の露光時間を短く設定して計測を行うことにより、計測中に被測定物体Ｏが動いた場合であっても、その動きの影響を受けることなく確度の高い画像を形成することが可能である。

また、広帯域光Ｍの連続光を出力しつつ、ＣＣＤ３１６、３１７の露光時間を短く設定して計測を行うことができるので、従来のように光遮断装置や光源の複雑な制御を行うことなく被測定物体Ｏの画像を形成することが可能である。

また、ハロゲンランプ３０１から出力された広帯域光Ｍから、計測に好適な帯域をフィルタ３０２で抽出して利用するようになっているので、好適な画像を取得することができる。

［変形例］
本実施形態に係る光画像計測装置３００の変形例を説明する。

上述した光画像計測装置３００は、参照光Ｒの偏光特性を変換するように構成されている。一方、図８に示す光画像計測装置４００は、信号光Ｓの偏光特性を変換するものである。そのために、光画像計測装置４００は、参照光Ｒの光路上に反射ミラー３０６と対物レンズ３０８を備えており、信号光Ｓの光路上に波長板（λ／４板）３０４′と偏光板３０５′とガラス板３０７′とを備えている。

信号光Ｓは、波長板３０４′と偏光板３０５′によって円偏光に変換されるとともに、ガラス板３０７′によって分散補正がなされる。一方、参照光Ｒは、偏光特性の変換が施されずに、無偏光（ランダム偏光）を維持したままで信号光Ｓに重畳される。

このような光画像計測装置４００によれば、上述の光画像計測装置３００と同様に、計測時間の短縮を図ることができ、被測定物体Ｏの動きの影響を受けることなく確度の高い画像を形成することができ、光遮断装置や光源の複雑な制御を行わずに被測定物体Ｏの画像を形成することができるなどの利点がある。

上述の光画像計測装置３００では、ハロゲンランプ、キセノンランプ等の熱光源やレーザ光源などにより無偏光又はランダム偏光の広帯域光を出力しているが、無偏光又はランダム偏光の広帯域光を出力可能な任意の形態の光出力手段を適宜に使用することが可能である。

上述の光画像形成装置３００では、波長板３０４と偏光板３０５を用いて偏光特性の変換を行っているが、偏光特性を変換可能な任意の形態の変換手段を用いることが可能である。また、上述の構成では、参照光Ｒを円偏光に変換しているが、光画像形成装置の構成によっては、参照光Ｒ又は信号光Ｓを任意の偏光特性（直線偏光、楕円偏光）に変換するように構成することも可能である。

上述の光画像計測装置３００では、ガラス板３０７を用いて干渉計の両アームにて発生する分散を補正しているが、分散の補正が可能な任意の形態の光学素子等の分散補正光学素子を適用することも可能である。

上述の光画像計測装置３００では、第１、第２の検出手段としてＣＣＤ３１６、３１７を用いているが、たとえばＣＭＯＳ等の任意の形態の光検出手段を適用することも可能である。

上述の光画像計測装置３００では、広帯域光の連続光を用いるとともに、ＣＣＤ３１６、３１７の露光時間を短時間にすることで、被測定物体Ｏの動きなどに対処しているが、このような構成に限定されるものではない。

たとえば、光出力手段により出力された広帯域光（連続光）の光路上に光チョッパ（ｃｈｏｐｐｅｒ）を配設し、この光チョッパによって広帯域光を周期的に遮断してパルス状の広帯域光を生成し、各パルスをＣＣＤ３１６、３１７で検出するようにしてもよい。この構成によれば、光画像計測装置３００と同様に、被測定物体Ｏが動いた場合であっても画像を好適に取得することができる。

なお、光チョッパによる広帯域光の遮断周期は１ｍｓ程度であり、露光時間（３０〜５０μｓ程度）と比べて長い。したがって、被測定物体Ｏの動きが速い場合などには露光時間を制御することが望ましい。

また、たとえばキセノンランプ等の光源を用いてフラッシュ光からなる広帯域光を出力し、各フラッシュ光をＣＣＤ３１６、３１７で検出するように構成することも可能である。

また、光画像計測装置３００の説明中でも言及したが、光出力手段により出力された広帯域光の光路上にビームスプリッタを斜設して広帯域光の一部を取り出し、この一部の広帯域光をフォトダイオード等の光検出器で検出して検出信号をコンピュータ３２０に出力するとともに、コンピュータ３２０の画像調整処理部（図２、図５の画像調整処理部２０５と同様に機能する）によって画像の輝度値や明度値を補正するように構成することが可能である。

また、上述の光画像計測装置３００では、位相差９０度の２つの検出信号Ｃ_Ａ、Ｃ_Ｂ（Ｃ_Ａ′、Ｃ_Ｂ′）一度の計測で取得するようになっているが、たとえば波長板３０４としてλ・２板を用いて位相差１８０度の２つの検出信号を取得するようにしてもよい。この場合、参照光Ｒの第１の光路長と第２の光路長は、第１の検出処理により得られる検出信号と第２の検出処理において得られる検出信号とが位相差９０度を有するような距離間隔となるようにあらかじめ設定される。それにより、位相差９０度ごとの４つの検出信号を取得することができる。

以上の実施形態等においては、マイケルソン型の干渉計を備えた光画像計測装置について説明したが、例えばマッハツェンダー型などその他の干渉計を採用することも当然に可能である（例えば、本発明者らによる特許第３２４５１３５号を参照）。

また、干渉計の一部に光ファイバ（バンドル）を設けて導光部材として用いることにより、装置設計上の自由度を高めたり、装置のコンパクト化を図ったり、あるいは、被測定物体の配置の自由度を高めたりすることができる（例えば、上記の特許第３２４５１３５号を参照）。

本発明の光画像計測装置を例えば眼科の分野に応用すると、上述した眼底の血流状態の測定のほか、網膜や角膜の２次元断面像などを得ることができる。それにより、例えば角膜の内皮細胞数などを測定することが可能となる。なお、その他にも各種の応用が可能であることはいうまでもない。

Claims (22)

1. 広帯域光を出力する光出力手段と、
   前記出力された広帯域光を被測定物体を経由する信号光と参照物体を経由する参照光とに分割する分割手段と、
   前記信号光又は前記参照光の偏光特性を変換する変換手段と、
   前記変換された偏光特性を有する、前記被測定物体を経由した信号光及び前記参照物体を経由した参照光の一方と、他方とを重畳させて干渉光を生成する重畳手段と、
   前記生成された干渉光の異なる２つの偏光成分を抽出する抽出手段と、
   前記抽出された２つの偏光成分の一方を検出して第１の検出信号を出力する第１の検出手段及び他方を検出して第２の検出信号を出力する第２の検出手段と、
   前記光出力手段により出力された広帯域光に基づく光を検出して第３の検出信号を出力する第３の検出手段と、
   前記第１、第２及び第３の検出手段により出力された第１、第２及び第３の検出信号に基づいて、前記被測定物体の画像を形成する画像形成処理手段と、
   を備える、
   ことを特徴とする光画像計測装置。
2. 前記光出力手段により出力された広帯域光を直線偏光に変換する偏光板を更に備え、
   前記変換手段は、前記直線偏光に変換された広帯域光に基づく前記信号光又は前記参照光を円偏光に変換する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光画像形成装置。
3. 前記画像形成処理手段は、
   前記第３の検出信号に基づいて、前記干渉光の背景光成分を演算する背景光演算手段と、
   前記演算された背景光成分と前記第１及び第２の検出信号とに基づいて、前記２つの偏光成分のそれぞれの干渉成分の信号強度を演算する干渉成分強度演算手段と、
   を備え、
   前記演算された２つの偏光成分のそれぞれの干渉成分の信号強度に基づいて、前記被測定物体の画像を形成する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光画像計測装置。
4. 前記画像形成処理手段は、
   前記第３の検出信号に基づいて、前記干渉光の背景光成分を演算する背景光演算手段と、
   前記演算された背景光成分と前記第１及び第２の検出信号とに基づいて、前記干渉光の位相の空間分布を演算する位相分布演算手段と、
   を備え、
   前記演算された位相の空間分布を表す画像を形成する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光画像計測装置。
5. 前記第１、第２及び第３の検出手段は、それぞれ、所定のフレームレートで前記第１、第２及び第３の検出信号を出力し、
   前記光出力手段は、前記所定のフレームレートに同期したタイミングで前記広帯域光としてのフラッシュ光を断続的に出力し、
   前記画像形成処理手段は、前記断続的に出力される各フラッシュ光について、そのフラッシュ光に基づく前記第１、第２及び第３の検出信号に基づいて、前記被測定物体の画像を形成する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光画像計測装置。
6. 前記信号光と前記参照光との光路長の差を変更する光路長変更手段を更に備え、
   前記光出力手段は、前記広帯域光としてのフラッシュ光が出力された後に前記光路長の差が変更されたときに他のフラッシュ光を出力し、
   前記画像形成処理手段は、前記他のフラッシュ光に基づく前記第１、第２及び第３の検出信号に基づいて、前記被測定物体の他の画像を形成する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光画像計測装置。
7. 前記光路長変更手段は、前記参照光の光路長を連続的に変更し、
   前記光出力手段は、前記フラッシュ光を断続的に出力し、
   前記画像形成処理手段は、前記断続的に出力された複数のフラッシュ光のそれぞれに基づく前記第１、第２及び第３の検出信号に基づいて、前記被測定物体の複数の画像を形成する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の光画像計測装置。
8. 前記光路長変更手段は、前記光路長の差を断続的に変更し、
   前記光出力手段による前記フラッシュ光の断続的な出力タイミングと、前記光路長変更手段による断続的な光路長の差の変更タイミングとを同期させる制御手段を更に備え、
   前記画像形成処理手段は、前記同期された出力タイミングで出力された複数のフラッシュ光のそれぞれに基づく前記第１、第２及び第３の検出信号に基づいて、前記被測定物体の複数の画像を形成する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の光画像計測装置。
9. 前記第１、第２及び第３の検出手段は、それぞれ、所定のフレームレートで前記第１、第２及び第３の検出信号を出力し、
   前記光出力手段によるフラッシュ光の断続的な出力タイミングが、前記所定のフレームレートに同期されている、
   ことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の光画像計測装置。
10. 前記参照物体は、前記参照光の光路に対し直交配置された反射面を有する参照鏡であり、
    前記光路長変更手段は、前記参照鏡を前記参照光の光路方向に移動させる参照鏡移動機構を含む、
    ことを特徴とする請求項６〜請求項９のいずれか一項に記載の光画像計測装置。
11. 前記第１、第２及び第３の検出手段のうちの少なくとも１つは、ＣＣＤイメージセンサである、
    ことを特徴とする請求項１に記載の光画像計測装置。
12. 前記第１及び第２の検出手段による前記偏光成分の露光時間をそれぞれ変更する露光時間変更手段を更に備え、
    前記画像形成処理手段は、前記露光時間が変更されて検出された前記偏光成分に基づく前記第１及び第２の検出信号と、前記第３の検出信号とに基づいて、前記被測定物体の画像を形成する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の光画像計測装置。
13. 前記第１及び第２の検出手段は、それぞれ、所定のフレームレートで前記第１及び第２の検出信号を出力し、
    前記露光時間変更手段は、前記第１及び第２の検出手段のそれぞれの前記露光時間を、前記所定のフレームレートよりも短い時間に変更する、
    ことを特徴とする請求項１２に記載の光画像計測装置。
14. 前記第１及び第２の検出手段は、それぞれ、所定のフレームレートで前記第１及び第２の検出信号を出力し、
    前記光出力手段は、前記所定のフレームレートよりも短い発光時間の前記広帯域光を出力し、
    前記露光時間変更手段は、前記第１及び第２の検出手段のそれぞれの前記露光時間を、前記広帯域光の発光時間よりも短い時間に変更する、
    ことを特徴とする請求項１２に記載の光画像計測装置。
15. 前記光出力手段により出力される広帯域光はフラッシュ光である、
    ことを特徴とする請求項１に記載の光画像形成装置。
16. 前記光出力手段により出力される広帯域光は連続光である、
    ことを特徴とする請求項１に記載の光画像計測装置。
17. 前記光出力手段は、光源と、前記光源から出力された光を広帯域光に変換する光学フィルタとを含む、
    ことを特徴とする請求項１に記載の光画像計測装置。
18. 前記光源は熱光源である、
    ことを特徴とする請求項１７に記載の光画像計測装置。
19. 前記光源は発光ダイオードである、
    ことを特徴とする請求項１７に記載の光画像計測装置。
20. 前記光出力手段により出力された広帯域光の光量を検出する光量検出手段を更に備え、
    前記画像形成処理手段は、前記検出された光量に基づいて、前記形成された画像の明るさを調整する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の光画像計測装置。
21. 前記変換手段は、前記信号光又は前記参照光の互いに直交するＰ偏光成分とＳ偏光成分との間に位相差を与えて偏光特性を変換する波長板である、
    ことを特徴とする請求項１に記載の光画像計測装置。
22. 前記抽出手段は、前記重畳手段により生成された干渉光の互いに直交するＰ偏光成分及びＳ偏光成分を抽出する偏光ビームスプリッタである、
    ことを特徴とする請求項１に記載の光画像計測装置。

Images