JPH0749306A - Light wave echotomography apparatus - Google Patents

Light wave echotomography apparatus

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JPH0749306A
JPH0749306A JP22974193A JP22974193A JPH0749306A JP H0749306 A JPH0749306 A JP H0749306A JP 22974193 A JP22974193 A JP 22974193A JP 22974193 A JP22974193 A JP 22974193A JP H0749306 A JPH0749306 A JP H0749306A
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JP
Japan
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light
mode
reference light
reflected light
reflected
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Application number
JP22974193A
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Japanese (ja)
Inventor
Naohiro Tanno
直弘 丹野
Tsutomu Ichimura
勉 市村
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Tanno Naohiro
Original Assignee
Tanno Naohiro
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Publication date
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Publication of JPH0749306A publication Critical patent/JPH0749306A/en
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Abstract

PURPOSE:To enable the extraction of positional information of points of an interface layer with higher resolutions by making a multi-mode laser oscillation light irradiate to perform a heterodyne detection of a beat component between reflected light from points in depth of a scattering object and a reference light. CONSTITUTION:Multi-mode laser light from a light source 1 is divided in two 3 and one part thereof is used as reference light wave while the other part thereof is made to irradiate an object 4 to be measured and is scattered at each boundary of layers with different refractive indexes while partially turning to reflected light wave. Phases of multiple modes of reflected light wave are delayed according to the position of the boundary. The reflected light wave is introduced to a light spectrum analyzer 7a together with the reference light wave and the reflected light analyzed spectrally at each mode and the reference light shifted in frequency are emitted therefrom to be introduced to a photodetector 7b. Here, the reflected light is subjected to a heterodyne detection at high efficiency only confined to the component along matching a plane wave component of the reference light wave with higher spatial coherence. The signal subjected to an A/D conversion 8c of a spectrum output of each mode undergoes a Fourier inverse transform with a computer 9 and the results are stored 10 in a time series.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、多モードレーザ発振
器を光源として、例えば生体の組織構造等の被測定物体
に照射し、被測定物体中からの反射光波の反射距離や反
射強度を検出する装置に係わり、特にヘテロダイン検波
受光系または高指向性受光系と干渉計を用いる光エコー
トモグラフィー装置(光波反射像測定装置)に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention uses a multimode laser oscillator as a light source to irradiate an object to be measured, such as a tissue structure of a living body, and detects a reflection distance and a reflection intensity of a reflected light wave from the object to be measured. The present invention relates to an apparatus, and more particularly, to an optical echography apparatus (light wave reflection image measuring apparatus) using a heterodyne detection light receiving system or a highly directional light receiving system and an interferometer.

【0002】[0002]

【従来の技術】X線源の代わりにレーザビームを照射
し、透過光を光ヘテロダイン法で高感度検出して断層像
を得る方法がある。例えば、特願平1−250036、
あるいは電子情報通信学会論文誌C−1 Vol.J7
4−C−1 No.4 pp.137〜150 199
1年4月参照。これら透過光を利用する代りに、スパー
ルミネッセンス光を用いた後方散乱光にヘテロダイン検
波を利用することにより表面から一定深さまでの断層像
を得る方法が、特願平2−300169に開示されてい
る。この方法と同じ方法により、ヒト網膜や血管壁の表
面付近の断層イメージングが米国M.I.T.において
行なわれた(Science,254,pp.1178
〜1181,1991)。この方法は、スパールミネッ
センスを光源として用いているため、部分的コヒーレン
スの波面整合条件がヘテロダイン検波のビート成分を決
め、散乱物体の奥行き方向の各地点からの反射光の距離
分解能を決めている。しかし、光源が部分的コヒーレン
スのため、逆に波面整合のためのアライメントが非常に
困難であり、ビート信号を作るために参照光生成手段と
して必ず可動反射鏡を必要とし、さらに光源の種類が限
られている等の問題を有している。
2. Description of the Related Art There is a method of obtaining a tomographic image by irradiating a laser beam instead of an X-ray source and detecting transmitted light with high sensitivity by an optical heterodyne method. For example, Japanese Patent Application No. 1-250036,
Alternatively, the IEICE Transactions C-1 Vol. J7
4-C-1 No. 4 pp. 137-150 199
See April 1st. Japanese Patent Application No. 2-300169 discloses a method for obtaining a tomographic image from a surface to a certain depth by using heterodyne detection for backscattered light using spar luminescence light instead of using these transmitted light. . By the same method as this method, tomographic imaging near the surface of the human retina or the blood vessel wall is performed by M. I. T. (Science, 254, pp. 1178).
~ 1181, 1991). Since this method uses spar luminescence as a light source, the wavefront matching condition of partial coherence determines the beat component of heterodyne detection, and determines the distance resolution of the reflected light from each point in the depth direction of the scattering object. However, since the light source is partially coherent, on the contrary, alignment for wavefront matching is very difficult, and a movable reflecting mirror is always required as a reference light generating means to generate a beat signal. There are problems such as being

【0003】一方、測定物体の位置情報を遠隔計測する
方法には、光学干渉計を用いて、レーザ光の周波数を線
形に掃引する方法やステップ状に周波数を掃引する方法
により、反射信号光の位相遅れを検出して位置情報に換
算する方法がある。
On the other hand, as a method for remotely measuring the position information of the measuring object, an optical interferometer is used to sweep the frequency of the laser light linearly or stepwise to sweep the reflected signal light. There is a method of detecting a phase delay and converting it into position information.

【0004】これらに用いられるレーザには、空間分解
能を上げSN比良く信号を観測するため、狭帯域な単一
モードレーザで広帯域に掃引可能なものが要求されて来
た。しかし、多モードでのレーザ発振現象は、レーザ発
振器に本質的に存在するもので、現状の技術では広帯域
な掃引を妨げる要因となっている。すなわち、これらの
制約のため、空間距離分解能を上げることは限界があっ
た。しかも、これらの方法を、生体試料に適用して反射
距離や反射強度より、光波反射像を得る光波エコートモ
グラフィーに応用するには、生体試料特有の散乱成分の
影響を除去して、屈折率の異なる地点からの反射光を選
択的に検出することが必要である。
Lasers used for these purposes have been required to be narrow-band single-mode lasers capable of sweeping in a wide band in order to increase spatial resolution and observe signals with a good SN ratio. However, the multi-mode laser oscillation phenomenon is essentially present in the laser oscillator, and is a factor that hinders wideband sweeping in the current technology. That is, due to these restrictions, there is a limit to improving spatial distance resolution. Moreover, in order to apply these methods to a light wave echography to obtain a light wave reflection image based on the reflection distance and the reflection intensity by applying the method to a biological sample, the influence of the scattering component peculiar to the biological sample is removed, and the refractive index It is necessary to selectively detect the reflected light from different points.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするとこ
ろは、生体試料特有の散乱成分の影響を除去した被測定
物体内の屈折率の異なる境界面の位置情報を高分解能で
得る光波エコートモグラフィー装置(光波反射像測定装
置)を提供することである。
The present invention has been made in view of such a situation, and an object thereof is to refract in an object to be measured in which the influence of a scattering component peculiar to a biological sample is removed. An object of the present invention is to provide a light wave echography apparatus (light wave reflection image measuring apparatus) that obtains position information of boundary surfaces having different rates with high resolution.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】この発明は、上記課題を
解決さるため、多モード発振レーザ光を照射光として、
屈折率の異なる層からなる散乱物体に照射する照射手段
と、前記照射光の周波数をシフトさせた参照光を生成す
る生成手段と、前記散乱物体内部の奥行き方向の屈折率
の異なる地点からの反射光と、参照光とを合成する合成
手段と、この合成された光を各モード毎に分光分離する
分光手段と、この分光手段から出力される各モードの前
記合成された光を光電変換する変換手段と、この光電変
換手段から出力されるビート成分の大きさを各モード毎
に記憶する手段と、各モード毎の成分の分布を逆フーリ
エ変換することにより、散乱物体の奥行き方向の屈折率
の異なる地点の反射情報を求める手段と、多モードレー
ザ光と試料である散乱物体の位置が相対的に変化するよ
うに、多モードレーザ光または試料を走査する手段によ
り走査して光波エコートモグラフィー(光波反射像)を
測定することを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a multimode oscillation laser beam as irradiation light,
Irradiation means for irradiating a scattering object composed of layers having different refractive indexes, generating means for generating reference light with the frequency of the irradiation light shifted, and reflection from a point having a different refractive index in the depth direction inside the scattering object. Combining means for combining light and reference light, spectroscopic means for spectrally separating the combined light for each mode, and conversion for photoelectrically converting the combined light in each mode output from the spectroscopic means Means, means for storing the magnitude of the beat component output from this photoelectric conversion means for each mode, and inverse Fourier transform of the distribution of the component for each mode to obtain the depthwise refractive index of the scattering object. The means for obtaining the reflection information at different points and the means for scanning the multimode laser light or the sample so that the positions of the scattering object, which is the multimode laser light, and the sample relatively change, are scanned to obtain the light wave And measuring the over tomography (light wave reflected image).

【0007】また本発明の光波エコートモグラフィー装
置(光波反射像測定装置)は、多モードレーザ光を照射
光として、屈折率の異なる層からなる散乱物体に照射す
る照射手段と、前記照射光の一部を分割して参照光を生
成する生成手段と、前記散乱物体からのランダムな後方
散乱光を除去し、内部の奥行き方向の屈折率の異なる地
点からの直進反射光のみを透過させる高指向性受光系手
段と、前記高指向性受光系手段から出射される反射光と
参照光とを合成する手段と、この合成された光を各モー
ドに分光する分光手段と、前記分光手段から出力される
合成された光を光電変換する変換手段と、この光電変換
手段から出力される大きさを各モード毎に記憶する手段
と、各モード各の成分の分布を逆フーリエ変換すること
により散乱物体の奥行き方向の屈折率の異なる地点の反
射情報を求める手段と、多モードレーザ光と試料である
被測定物体である散乱物体位置が相対的に変化するよう
に多モードレーザ光または試料を走査する手段と、前記
走査手段により走査して散乱物体の光波エコートモグラ
フィー(光波反射像)を測定することを特徴とする。
The light wave echography apparatus (light wave reflection image measuring apparatus) of the present invention includes an irradiation means for irradiating a scattering object composed of layers having different refractive indexes as irradiation light with multimode laser light, and one of the irradiation light. A high directivity that removes random backscattered light from the scattering object and generates only reference light that is transmitted from a point having a different refractive index in the depth direction. Light receiving system means, means for combining reflected light and reference light emitted from the highly directional light receiving system means, spectroscopic means for separating the combined light into each mode, and output from the spectroscopic means. Conversion means for photoelectrically converting the combined light, means for storing the magnitude output from this photoelectric conversion means for each mode, and inverse Fourier transform of the distribution of the components of each mode Means for obtaining reflection information at points having different refractive indexes for directions, and means for scanning the multimode laser light or the sample so that the positions of the multimode laser light and the scattering object which is the sample to be measured are relatively changed And scanning by the scanning means to measure light wave echography (light wave reflection image) of the scattering object.

【0008】[0008]

【作用】本発明は、散乱物体の一方向より多モードレー
ザ発振光を散乱成分を多く含んでいる生体等の散乱物体
に照射し、この散乱物体の奥行き方向の各地点から反射
される散乱成分を多く含む反射光を、多モードレーザ光
の周波数をシフトさせた参照光とのビート成分をヘテロ
ダイン検出することにより、あるいは照射光の一部を分
割して得た参照光と、前記各地点から反射される反射光
の高指向性受光系を透過させた光とを干渉させ、モード
毎に分光分離したスペクトル分布をフーリエ逆変換させ
ることにより、散乱成分を確実に除去して、散乱物体の
奥行き方向の屈折率の異なる境界層各点から反射情報の
みを確実に抽出可能としている。
The present invention irradiates a scattering object such as a living body containing many scattering components with multimode laser oscillation light from one direction of the scattering object, and the scattering components reflected from each point in the depth direction of the scattering object. The reflected light containing a lot of, by the heterodyne detection of the beat component of the reference light with the frequency of the multimode laser light shifted, or the reference light obtained by dividing a part of the irradiation light, and from each of the points The reflected component of the reflected light is interfered with the light that has passed through the highly directional light receiving system, and the spectral distribution spectrally separated for each mode is inversely Fourier transformed to reliably remove the scattered component and to increase the depth of the scattering object. Only the reflection information can be reliably extracted from each point of the boundary layer having a different refractive index in the direction.

【0009】しかも、この発明によれば、散乱物体の一
方向より多モードレーザ発振光を照射することによって
散乱物体の奥行き方向の各地点から反射情報を得ること
ができるため、散乱物体の全方位から光を照射すること
なく、散乱物体内部の各地点の情報を特定することがで
きる。つまり、散乱物体内部の各地点からの反射光とし
ての多モードの多重遅延位相反射光をフーリエ逆変換す
ることにより時系列電気信号として再生し、数十ミクロ
ンm以下の空間分解能で、比較的簡単なアルゴリズムに
より短時間のうちに散乱物体の奥行き方向の各地点から
の反射光を測定可能としている。したがって、透過型光
断層像装置に比べ光の照射回数を減少することができ
る。
Further, according to the present invention, since the reflection information can be obtained from each point in the depth direction of the scattering object by irradiating the scattering object with the multimode laser oscillation light from one direction, the omnidirectional direction of the scattering object can be obtained. It is possible to identify the information of each point inside the scattering object without irradiating light from. In other words, the multi-mode multi-delayed phase-reflected light as the reflected light from each point inside the scattering object is reproduced as a time-series electric signal by performing an inverse Fourier transform, and it is relatively easy with a spatial resolution of several tens of microns or less. With this algorithm, it is possible to measure the reflected light from each point in the depth direction of the scattering object in a short time. Therefore, the number of times of light irradiation can be reduced as compared with the transmission type optical tomography apparatus.

【00010】[00010]

【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照して説明する。第1図において、発光素子1は多モー
ドレーザ発振器であり、例えば半導体レーザ等によって
構成されている。この多モードレーザ発振器1から発生
される光ビームの光軸上には、集光レンズ2、ビームス
プリッター3、被測定物体4が順次配設されている。こ
の被測定物体4は例えばX、Y、Z軸方向に移動可能な
可動台5に載置されている。また、前記多モードレーザ
発振器1から発生された光ビームのうち、ビームスプリ
ッター3によって分割された光ビームの光軸上には、周
波数シフト6として反射鏡6aと光音響変調器6bが設
けられている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 1, the light emitting element 1 is a multi-mode laser oscillator, and is composed of, for example, a semiconductor laser. A condenser lens 2, a beam splitter 3, and an object to be measured 4 are sequentially arranged on the optical axis of a light beam generated from the multimode laser oscillator 1. The measured object 4 is mounted on a movable table 5 which is movable in the X, Y, and Z axis directions, for example. Further, among the light beams generated from the multimode laser oscillator 1, a reflection mirror 6a and a photoacoustic modulator 6b are provided as a frequency shift 6 on the optical axis of the light beam split by the beam splitter 3. There is.

【00011】一方、前記被測定物体4から反射された
光ビームのうち、ビームスプリッター3によって分岐さ
れた光ビームの光軸上には、多モードレーザ光を各モー
ド毎に分光する分光手段としての光スペクトルアナライ
ザー7が設けられている。7aは回折格子を用いた分光
器、7bは光電変換器としての光検出器である。この検
出器7bの出力端には信号処理器8が接続されている。
この信号処理器8は、例えば光検出器7bから出力され
る信号を増幅する増幅器(AMP)8a、この増幅器8
aによって増幅された信号から、ビート信号をヘテロダ
イン検波するため、ビート信号を取り出す帯域通過フィ
ルタ(BPF)8b、およびこの帯域通過フィルタ8b
によって取り出された信号を2乗検波によって大きさを
求め、その値をディジタル信号に変換するA/D変換器
8cによって構成されている。このA/D変換器8cか
ら出力されるディジタル信号はコンピュータ9に供給さ
れる。このコンピュータ9には信号処理器8から出力さ
れた信号をフーリエ逆変換して、時継列の信号として記
憶するメモリ10および各種情報を表示するディスプレ
イ装置11が接続されている。
On the other hand, of the light beams reflected from the object 4 to be measured, on the optical axis of the light beam split by the beam splitter 3, as a spectroscopic means for splitting the multimode laser light into each mode. An optical spectrum analyzer 7 is provided. Reference numeral 7a is a spectroscope using a diffraction grating, and 7b is a photodetector as a photoelectric converter. A signal processor 8 is connected to the output terminal of the detector 7b.
The signal processor 8 includes, for example, an amplifier (AMP) 8a for amplifying a signal output from the photodetector 7b, and this amplifier 8
A bandpass filter (BPF) 8b for extracting a beat signal for heterodyne detection of the beat signal from the signal amplified by a, and the bandpass filter 8b.
The magnitude of the signal taken out by the square-law detection is obtained, and the value is converted into a digital signal by an A / D converter 8c. The digital signal output from the A / D converter 8c is supplied to the computer 9. The computer 9 is connected with a memory 10 for performing inverse Fourier transform of the signal output from the signal processor 8 and storing it as a signal of a time series, and a display device 11 for displaying various information.

【00012】上記構成において、光源1から発生され
た多モードレーザ光はレンズ2で平行光束とされ、ビー
ムスプリッター3によって2分割される。このうち一方
の光ビームは反射鏡6aと、ビームスプリッター3との
あいだに光音響変調器6bを入れることにより周波数シ
フトされた参照光波となる。この代りに、可動ミラーに
よって反射光を作ってもよい。この反射光はその周波数
がドップラーシフトを受け、且つ可動ミラーの移動距離
に相当する位相遅れを持つ参照光波となる。
In the above structure, the multimode laser light generated from the light source 1 is collimated by the lens 2 and split into two by the beam splitter 3. One of the light beams becomes a reference light wave whose frequency is shifted by inserting the photoacoustic modulator 6b between the reflecting mirror 6a and the beam splitter 3. Alternatively, the reflected light may be generated by a movable mirror. This reflected light becomes a reference light wave whose frequency undergoes Doppler shift and has a phase delay corresponding to the moving distance of the movable mirror.

【00013】また、前記ビームスプリッター3によっ
て分割された他方の光ビームは、被測定物体4のY軸座
標のビームの大きさで決まる一点より照射され、この物
体中を透過伝搬して行く。光学的層構造、即ち屈折率の
異なる多層物質より構成される被測定物体中を伝搬する
光ビームは、この層の境界毎に散乱され、一部は入射光
ビームの方向に戻り反射光波を形成する。この反射光波
の多モード各々の位相は入射光ビームの入射位置より奥
行き方向(Z軸方向)にある境界の位置に従ってそれぞ
れ遅延する。さらに、この反射光波の各々の振幅は光学
的層構造と物性によって決まる境界層の反射率と吸収率
に依存する。
The other light beam split by the beam splitter 3 is irradiated from a point determined by the beam size of the object 4 to be measured on the Y-axis coordinate, and propagates through the object. A light beam propagating in an object to be measured composed of an optical layer structure, that is, a multi-layered material having different refractive indexes is scattered at each boundary of this layer, and part of the light beam returns in the direction of the incident light beam to form a reflected light wave. To do. The phase of each of the multiple modes of the reflected light wave is delayed according to the position of the boundary in the depth direction (Z-axis direction) from the incident position of the incident light beam. Furthermore, the amplitude of each of the reflected light waves depends on the reflectance and absorptance of the boundary layer, which is determined by the optical layer structure and physical properties.

【00014】前記被測定物体4からの反射光波は、前
記参照光波とともにビームスプリッター3を介して分光
手段としての光スペクトルアナライザー7aへ導かれ
る。光スペクトルアナライザーの回折格子を回転するこ
とで波長を掃引し、あるいはアレイ検出器を用いた多波
長同時観測用分光器で、あるいはファブリー・ペロー干
渉計型の分光器で、多モードレーザ光に対応する反射光
は、モード毎に分光分離される。光スペクトルアナライ
ザーの出射スリットから、各モード毎に分光された反射
光と、周波数シフトした参照光が出射し、光検出器7b
へ導かれ、この光検出器7bにおいて、合成され干渉し
た光波が光ヘテロダイン検波される。一般に、被測定物
体4からの反射光は多くの空間フーリエスペクトル成分
を有している。しかし、この反射光は、空間コヒーレン
ス度の高い参照光波の平面波成分と整合する成分のみが
高効率でヘテロダイン検波される。従って、これを利用
することにより、被測定物体4の奥行き方向にある反射
面からの反射光が選択的に検出される。各モード毎のス
ペクトル出力のA/D変換された信号はコンピュータ9
によってフーリエ逆変換され、時継列信号として記憶さ
れる。
The reflected light wave from the object to be measured 4 is guided to the optical spectrum analyzer 7a as the spectroscopic means through the beam splitter 3 together with the reference light wave. Sweeps the wavelength by rotating the diffraction grating of the optical spectrum analyzer, or a multi-wavelength simultaneous observation spectroscope using an array detector, or a Fabry-Perot interferometer type spectroscope compatible with multi-mode laser light The reflected light is spectrally separated for each mode. From the exit slit of the optical spectrum analyzer, the reflected light spectrally separated for each mode and the frequency-shifted reference light are emitted, and the photodetector 7b
Then, in the photodetector 7b, the combined and interfered light waves are subjected to optical heterodyne detection. In general, the reflected light from the measured object 4 has many spatial Fourier spectrum components. However, in this reflected light, only the component matching the plane wave component of the reference light wave having a high spatial coherence degree is highly efficiently heterodyne detected. Therefore, by utilizing this, the reflected light from the reflecting surface in the depth direction of the measured object 4 is selectively detected. The computer 9 outputs the A / D converted signal of the spectrum output for each mode.
Fourier inverse transform is performed by and stored as a time series signal.

【00015】被測定物体からの反射信号光は、第2図
に示すごとく、被測定物体4は雰囲気等の屈折率がn0
の散乱層(0層)中にあり、この被測定物体4の内部
に、Z軸方向に厚みがZ、Z、Zの媒質層(1
層、2層、3層)があり、これら層の屈折率がn1、n
2、n3である場合において、被測定物体4に入射光が
照射されると、この入射光は各層によって減衰されると
ともに、各層の境界において反射され、被測定物体4か
ら出力される。各層からの反射光は光が媒質中を伝搬す
る距離に対応して指数関数的に吸収減衰され、且つ、散
乱のため、距離の2乗に反比例して減衰する。
As shown in FIG. 2, the reflected signal light from the measured object has a refractive index n0 of the measured object 4 such as an atmosphere.
In the scattering layer (0 layer) of the medium to be measured, and inside the object to be measured 4, medium layers (1 to 1 having the thicknesses Z 1 , Z 2 and Z 3 in the Z-axis direction are formed.
Layers, 2 layers, 3 layers), and the refractive indices of these layers are n1, n
In the case of 2 and n3, when the measured object 4 is irradiated with incident light, the incident light is attenuated by each layer, reflected at the boundary of each layer, and output from the measured object 4. The reflected light from each layer is exponentially absorbed and attenuated corresponding to the distance that the light propagates in the medium, and due to scattering, is attenuated in inverse proportion to the square of the distance.

【00016】すなわち、第2図に示す被測定物体4に
体する、各層からの反射光は次のように表わされる。被
測定物体4の表面からの反射光強度IR01
That is, the reflected light from each layer, which is reflected by the measured object 4 shown in FIG. 2, is represented as follows. The reflected light intensity I R01 from the surface of the measured object 4 is

【数式1】 1、2層目からの反射光強度IR12[Formula 1] The reflected light intensity I R12 from the first and second layers is

【数式2】 2、3層目からの反射光強度IR23[Formula 2] The reflected light intensity I R23 from the second and third layers is

【数式3】 3、4層目からの反射光強度IR34[Formula 3] The reflected light intensity I R34 from the third and fourth layers is

【数式4】 但し、T01、T10、T12、T21、T23、T
32、・・・、は0から1層、1から0層、1から2
層、2から1層、2から3層、3から2層に入射した光
の強度透過率。R12、R23、R34、・・・、は、
1と2層、2と3層、3と4層での光の強度反射率。α
1、α2、α3、・・・、は各層での減衰率。Z、Z
、Z、・・・、は各層の厚さを表わす。
[Formula 4] However, T 01 , T 10 , T 12 , T 21 , T 23 , T
32 , ..., 0 to 1 layer, 1 to 0 layer, 1 to 2
Intensity transmittance of light incident on the layers, 2 to 1 layer, 2 to 3 layers, 3 to 2 layers. R 12 , R 23 , R 34 , ...
Light intensity reflectance in the 1st and 2nd layers, the 2nd and 3rd layers, and the 3rd and 4th layers. α
1, α2, α3, ... Are attenuation factors in each layer. Z 1 , Z
2 , Z 3 , ... Represent the thickness of each layer.

【00017】一般に、被測定物体4からの反射光は、
媒質層内部からのランダムな散乱光と、各層の境界にお
いて反射される反射光より成り立っている。このうち、
ランダムな散乱光は、ヘテロダイン検波を行うことによ
り、あるいは高指向性受光系で受光することにより除去
できる。この原理は、特願平1−62898号、特願平
1−250034号、特願平1−250036号、特願
平2−77690号に記載されている。このため、被測
定物体からの反射信号光は、ランダム散乱光は考慮せず
各層の境界において反射される成分のみを考えればよ
い。
Generally, the reflected light from the measured object 4 is
It consists of random scattered light from the inside of the medium layer and reflected light reflected at the boundary of each layer. this house,
Random scattered light can be removed by performing heterodyne detection or by receiving light with a highly directional light receiving system. This principle is described in Japanese Patent Application No. 1-62898, Japanese Patent Application No. 1-250034, Japanese Patent Application No. 1-250036 and Japanese Patent Application No. 2-77690. Therefore, regarding the reflected signal light from the measured object, only the component reflected at the boundary of each layer may be considered without considering the random scattered light.

【00018】即ち、本実施例は、多モードレーザ光を
光源として使用し、各モードの光を、モード間隔よりは
小さな周波数シフトをさせて参照光とし、被測定物体内
部の各層の境界からの反射光を信号光として、参照光及
び信号光の両光波を分光器によりモード毎に分光分離す
る。同じモードではあるが周波数が若干異なる信号光と
参照光をヘテロダイン検出することにより、ランダム散
乱光の影響を除去して直進後方反射光のみを検出する。
各モード毎のヘテロダイン出力分布を求め、その分布の
逆フーリエ変換することにより、被測定物体に各層の境
界面を検出する。
That is, in the present embodiment, multimode laser light is used as a light source, and the light of each mode is frequency-shifted by a frequency smaller than the mode interval to be the reference light, which is emitted from the boundary of each layer inside the object to be measured. The reflected light is used as the signal light, and both light waves of the reference light and the signal light are spectrally separated by the spectroscope for each mode. By heterodyne detection of signal light and reference light in the same mode but with slightly different frequencies, the effect of random scattered light is removed and only straight-ahead back-reflected light is detected.
By obtaining the heterodyne output distribution for each mode and performing the inverse Fourier transform of the distribution, the boundary surface of each layer is detected on the measured object.

【00019】モード毎に分光分離したスペクトル分布
をフーリエ逆変換することにより、反射点を求める原理
について説明する。多モードレーザ発振器1からの参照
光の光電界Er(t、z)は、多モードレーザの全モー
ド数をM、m番目モード電界Emの周波数をfm=fo
+mΔf、fo:モード端周波数、Δf:モード間隔周
波数(Δf=v/2nL、v:光速度、L:レーザ共振
器長、n:屈折率)光音響変調器による周波数シフトを
fa、およびビームスプリッター3から参照光反射鏡6
aまでの距離Zrを用いて次式で表現される。
The principle of obtaining the reflection point by inverse Fourier transforming the spectral distribution spectrally separated for each mode will be described. The optical electric field Er (t, z) of the reference light from the multimode laser oscillator 1 has M as the total number of modes of the multimode laser and fm = fo as the frequency of the mth mode electric field Em.
+ MΔf, fo: mode end frequency, Δf: mode interval frequency (Δf = v / 2nL, v: light velocity, L: laser resonator length, n: refractive index) fa is a frequency shift by the photoacoustic modulator, and a beam splitter Reference light reflector 6 from 3
It is expressed by the following equation using the distance Zr to a.

【数5】 [Equation 5]

【00020】被測定物体4の反射面までの距離をZk
=Zo+KΔZとする。ここで、Zoは基準距離、Kは
整数、ΔZは分解距離とする。反射信号光電界Es
(t、z)は、反射面の電界の反射係数の分布関数をS
kとして次式で表現される。但し、媒質中を伝搬する距
離に対応して指数関数的に減衰する効果や、距離の2乗
に反比例して減衰する効果を入れる場合、Sk=Sk
exp(2αkZk)/Zkとすれば良い。以下、判り
やすくするため、Skのままで扱つかう。
The distance to the reflection surface of the object to be measured 4 is Zk
= Zo + KΔZ. Here, Zo is a reference distance, K is an integer, and ΔZ is a decomposition distance. Reflected signal light electric field Es
(T, z) is the distribution function of the reflection coefficient of the electric field on the reflecting surface, which is S
It is represented by the following equation as k. However, in the case of including an effect of exponentially decaying according to the distance propagated in the medium and an effect of decaying in inverse proportion to the square of the distance, Sk = Sk
It may be exp (2αkZk) / Zk. In the following, for the sake of clarity, it will be handled as Sk.

【数6】 [Equation 6]

【00021】分解能の関係式2MΔfΔz/v=1と
全モード帯域幅ΔfL=MΔfの関係式を用いると、数
6式は次のように表現できる。
Using the relational expression of resolution 2MΔfΔz / v = 1 and the total mode bandwidth ΔfL = MΔf, the equation 6 can be expressed as follows.

【数7】 [Equation 7]

【00022】ここで、次の様に定義をして数7式を置
きなおす。
Here, the following definition is made and Equation 7 is replaced.

【数8】 [Equation 8]

【数9】 [Equation 9]

【数10】 [Equation 10]

【00023】分光器を用いたスペクトルアナライザー
により、数式5で表せる参照光も、数式10で表せる反
射信号光もそれぞれあるm番目のモードEmrとEms
に分光分離されて光検出器7bで2乗検波される。今簡
単のため、数式5の距離ZrをZOと置いても本質的に
変わりないため置きかえて、EmrとEmsを表すと、
次ようになる。
By a spectrum analyzer using a spectroscope, there are m-th modes Emr and Ems which have reference light represented by Equation 5 and reflected signal light represented by Equation 10, respectively.
Is spectrally separated into two and square-law detected by the photodetector 7b. For the sake of simplicity, it is essentially the same even if the distance Zr in Equation 5 is set to ZO, so that instead of Emz and Ems,
It becomes like this.

【数11】 [Equation 11]

【数12】 [Equation 12]

【00024】数式11で表現される周波数シフトを受
けた参照光と、数式12で表現される反射信号光をヘテ
ロダイン検波することを考える。一般に、二つの光波V
、Vを次のように表現する。
Consider heterodyne detection of the reference light that has undergone the frequency shift expressed by Expression 11 and the reflected signal light expressed by Expression 12. In general, two light waves V
1 and V 2 are expressed as follows.

【数13】 [Equation 13]

【数14】 これらの2つの光波V、Vを重ね合わせて検出する
と、その検出信号Sは、光電変換器の2乗検波特性のた
め次の式に表わせる。
[Equation 14] When these two light waves V 1 and V 2 are superposed and detected, the detection signal S can be expressed by the following equation due to the square-law detection characteristic of the photoelectric converter.

【数15】 ところで、上式各項はそれぞれ次の様に表わせる。[Equation 15] By the way, each term in the above equation can be expressed as follows.

【数16】 [Equation 16]

【数17】 [Equation 17]

【数18】 [Equation 18]

【数19】 従って、検出信号Sは、次の様に表わせる。[Formula 19] Therefore, the detection signal S can be expressed as follows.

【数20】 ヘテロダイン検波においては、ω=ω‐Δω、φ
=φと書けるので、検出信号Sは、次の様になる。
[Equation 20] In heterodyne detection, ω 2 = ω 1 −Δω, φ 1
Since = φ 2 can be written, the detection signal S becomes as follows.

【数21】 上式の第1項、第2項は時間的に変動のない成分であ
り、第3項が、ビート信号として観測される成分であ
る。この第3項は、帯域通過フィルターにより、その大
きさの成分が第1項、第2項と分離して検出される。
[Equation 21] The first term and the second term in the above equation are components that do not vary with time, and the third term is a component observed as a beat signal. The third term is detected by the band-pass filter by separating the component having the magnitude from the first term and the second term.

【00024】数式11の参照光と数式12の信号光を
検出すると、検出信号は次式のようになる。
When the reference light of Expression 11 and the signal light of Expression 12 are detected, the detection signal is as shown in the following expression.

【数22】 第1項、第2項は、時間的に変動のない成分である。第
3項が周波数faで時間的に変化するビート成分であ
る。t−2ZO/v=t’と置き換えても、時間推移す
るだけで同じであるから、第3項のビート成分Sは、
次式となる。
[Equation 22] The first term and the second term are components that do not vary with time. The third term is the beat component that changes with time at the frequency fa. Even if it is replaced with t−2ZO / v = t ′, since it is the same only with time transition, the beat component S B of the third term is
It becomes the following formula.

【数23】 ここで、Hmは数式9で与えられ、いくつかの位相の異
なるものの和で、ちょうどhkの離散フーリエ変換で与
えられている。従って、ヘテロダイン検波したビート成
分を検出し、モード毎のHmを観測して、その分布{H
m}を求めて、モード毎の離散逆フーリエ変換を施せ
ば、分布hkが求められる。ここで、hkが被測定物体
の反射面の分布関数Skと数式8の関係があるから、h
kより、Skが求められる。
[Equation 23] Here, Hm is given by Expression 9, and is the sum of several things having different phases, which is given by just the discrete Fourier transform of hk. Therefore, the beat component detected by the heterodyne detection is detected, Hm for each mode is observed, and its distribution {H
The distribution hk is obtained by calculating m} and applying the discrete inverse Fourier transform for each mode. Here, since hk has a relationship with the distribution function Sk of the reflection surface of the measured object by Equation 8,
Sk is obtained from k.

【00025】次に、トモグラフィーを得るための画像
作成やプロセスを説明する。まず、光波エコー画像の空
間分解能及び奥行き分解能は、次のように決まる。即
ち、奥行き方向即ちZ軸方向の空間分解能(ΔZ)は該
スペクトル幅によって決まる。また、入射断面の空間分
解能(ΔY×ΔX)は入射光の直径と光ヘテロダイン検
波開口角でほぼ決まる。
Next, the image creation and process for obtaining tomography will be described. First, the spatial resolution and depth resolution of the light wave echo image are determined as follows. That is, the spatial resolution (ΔZ) in the depth direction, that is, the Z-axis direction is determined by the spectral width. The spatial resolution (ΔY × ΔX) of the incident cross section is substantially determined by the diameter of the incident light and the optical heterodyne detection aperture angle.

【00026】各モード毎のスペクトル分布をフーリエ
逆変換して得られたこの被測定物体の奥行き方向のデー
タを含む時継列信号波形は、1ラインづつコンピュータ
9を介してメモリ10に記憶される。このあと可動台5
をY軸に沿って入射光の断面直径分移動して同様の測定
を実行し、さらに、被測定物体4のY軸方向の全範囲に
渡り逐次測定を実行する。
The time-sequential signal waveform including the data in the depth direction of the object to be measured, which is obtained by inverse Fourier transforming the spectral distribution of each mode, is stored in the memory 10 via the computer 9 line by line. . After this movable table 5
Is moved along the Y-axis by the cross-sectional diameter of the incident light, and the same measurement is performed. Further, sequential measurement is performed over the entire range of the measured object 4 in the Y-axis direction.

【00027】上記のようにして、メモリ10に記憶さ
れたディジタルデータはコンピュータ9によって読み出
され、周知の画像処理技術によって、被測定物体4の空
間分解能(ΔY×ΔZ)の区画毎に、そのディジタル量
に応じて濃淡画像あるいは色別画像に処理される。この
処理された濃淡画像あるいは色別画像はディスプレイ装
置11に供給され表示される。このように被測定物体4
のZY平面全体のデータをディスプレイ装置11に表示
することにより、一軸方向からの一方的な測定にも拘ら
ず、奥行き方向のデータを含む高分解能な断層像を得る
ことができる。
As described above, the digital data stored in the memory 10 is read out by the computer 9, and by the well-known image processing technique, the spatial resolution (ΔY × ΔZ) of the measured object 4 is divided into sections. It is processed into a grayscale image or a color-based image according to the digital amount. The processed grayscale image or color-based image is supplied to the display device 11 and displayed. In this way, the measured object 4
By displaying the data of the entire ZY plane on the display device 11, a high-resolution tomographic image including the data in the depth direction can be obtained despite the unilateral measurement from the uniaxial direction.

【00028】上記測定をX軸方向についても実行すれ
ば被測定物体4の多層に渡る断層像を得ることが可能で
ある。したがって、このようにX軸方向についても測定
を実行した場合、メモリ10には被測定物体4における
三次元の奥行き方向のデータが記憶されるため、このメ
モリ10の読出し方向を変えることにより、被測定物体
4の任意の方向から切り取った断層像を生成することが
できる。
If the above measurement is performed also in the X-axis direction, it is possible to obtain a multi-layered tomographic image of the object 4 to be measured. Therefore, when the measurement is performed also in the X-axis direction as described above, the data in the three-dimensional depth direction of the object 4 to be measured is stored in the memory 10, and therefore, by changing the reading direction of the memory 10, It is possible to generate a tomographic image of the measurement object 4 that is cut from any direction.

【00029】次に、この発明の他の実施例について説
明する。第3図は、この発明の第2の実施例を示すもの
である。本実施例では、参照光波を周波数シフトさせな
いで、被測定物体4からの反射信号光とヘテロダイン検
波する代りに、反射鏡6aからの反射光を重ね合わせて
分光器7aに入れて各モード毎に分光分離して検出す
る。ヘテロダイン検波においては波面整合条件によりラ
ンダム散乱光を除去し、後方反射光のみを選択してい
る。本実施では、ヘテロダイン検波する代りに、高指向
性受光系12を用いてランダム散乱光を除去して受光
し、干渉計により、各モードの参照光と信号光を干渉さ
せて検出している。信号処理部においては、ビート信号
を検出しないため、帯域通過フィルタ(BPF)8bは
用いないで、増幅器(AMP)8aの信号を直接A/D
変換する。その他は、実施例1と同じである。なお、高
指向性受光系の原理と構成は、既に特願1−62898
号、特願2−77690号に開示されている。それと同
じものを用いる。
Next, another embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention. In the present embodiment, instead of frequency-shifting the reference light wave, instead of performing the heterodyne detection with the reflected signal light from the measured object 4, the reflected light from the reflecting mirror 6a is superposed and put into the spectroscope 7a for each mode. Detects by spectral separation. In heterodyne detection, randomly scattered light is removed by the wavefront matching condition, and only back-reflected light is selected. In this embodiment, instead of performing the heterodyne detection, the highly directional light receiving system 12 is used to remove the random scattered light to receive the light, and the interferometer detects the interference with the reference light and the signal light in each mode. Since the signal processing unit does not detect the beat signal, the bandpass filter (BPF) 8b is not used, and the signal of the amplifier (AMP) 8a is directly A / D-converted.
Convert. Others are the same as those in the first embodiment. The principle and configuration of the highly directional light receiving system have already been described in Japanese Patent Application No. 1-62898.
And Japanese Patent Application No. 2-77690. Use the same one.

【00030】これらの動作原理を数式を用いて以下に
説明する。ヘテロダイン検波による実施例と同じ記号を
用いるとする。ビームスプリッター3から反射鏡6aま
での距離Zrを、簡単のため基準距離Zoに置き換え
て、参照光Er(t、z)は次式のように表現される。
These operation principles will be described below using mathematical expressions. It is assumed that the same symbols as those in the embodiment based on heterodyne detection are used. By replacing the distance Zr from the beam splitter 3 to the reflecting mirror 6a with the standard distance Zo for simplification, the reference light Er (t, z) is expressed by the following equation.

【数24】 のうち、スペクトルアナライザー7によって、多モード
は分光分離されて、m番目のモードの光Emr(t、
z)だけがが検出器に入射する。Emr(t、z)は、
次式のように表現される。
[Equation 24] Among them, the multimode is spectrally separated by the spectrum analyzer 7, and the light Emr (t,
Only z) is incident on the detector. Emr (t, z) is
It is expressed as

【数25】 [Equation 25]

【00031】一方、反射信号光Es(t、z)は数6
式で与えられる。このうち、スペクトルアナライザー7
によって、m番目のモードの光Ems(t、z)が検出
器に入射する。Ems(t、z)は次式のように表現さ
れる。
On the other hand, the reflected signal light Es (t, z) is expressed by
Given by the formula. Of these, spectrum analyzer 7
Causes the light Ems (t, z) of the mth mode to enter the detector. Ems (t, z) is expressed by the following equation.

【数26】 数式25で表わせるm番目のモードの参照光Emrと、
数式26で表わせるm番目のモードの信号光Emsが検
出器で2乗検波される。検出器の出力は、数式15と同
じになり、数式25と数式26を代入して書き直すと次
式となる。
[Equation 26] The reference light Emr of the m-th mode that can be expressed by Equation 25,
The signal light Ems of the m-th mode that can be expressed by Expression 26 is square-law detected by the detector. The output of the detector becomes the same as that of Expression 15, and when Expression 25 and Expression 26 are substituted and rewritten, the following expression is obtained.

【数27】 [Equation 27]

【数28】 [Equation 28]

【00032】ここで第3項は、hkの離散フーリエ変
換で与えられる。第2項は、被測定物体からの反射信号
光の強度で、第1項の参照光強度より弱く無視できる。
従って、モード毎に出力Smを観測して、その分布{S
m}を求めて、モード毎の離散逆フーリエ変換を施せ
ば、第1項より、空間座標領域では、k=0の原点の成
分が、第3項より分布hkが求められる。hkが求めら
れれば、数式28より測定物体の反射面の分布関数Sk
が求められる。
Here, the third term is given by the discrete Fourier transform of hk. The second term is the intensity of the reflected signal light from the measured object, which is weaker than the reference light intensity of the first term and can be ignored.
Therefore, the output Sm is observed for each mode and its distribution {S
If m} is obtained and a discrete inverse Fourier transform is performed for each mode, the component at the origin of k = 0 in the spatial coordinate domain is obtained from the first term, and the distribution hk is obtained from the third term. If hk is obtained, the distribution function Sk of the reflection surface of the measurement object is calculated from Equation 28
Is required.

【00033】ヘテロダイン検波による実施例1に比較
して、数式27の第1項、第2項が追加される型にな
る。しかし、第1項のフーリエ逆変換成分は原点とな
り、第2項は無視出来て、第3項のフーリエ逆変換より
反射面の情報が得られる。
Compared to the first embodiment using the heterodyne detection, the first term and the second term of the equation 27 are added. However, the inverse Fourier transform component of the first term becomes the origin, the second term can be ignored, and the information of the reflecting surface can be obtained from the inverse Fourier transform of the third term.

【00034】トモグラフィーを得るための画像作成の
プロセスは、実施例1と同じ様にして出来る。
An image forming process for obtaining tomography can be performed in the same manner as in the first embodiment.

【00035】図4は、この発明の第3の実施例を示す
ものであり、第2の実施例におけるマイケルソン干渉計
の代りに、フイゾー干渉計を用いたものである。第2の
実施例におけるビームスプリッター3を偏光ビームスプ
リッター3’に代え、4分の1波長板13と被測定物体
表面に表面反射が少ないとき必要に応じて基準反射体1
4を配設したものである。
FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention, in which a Fizeau interferometer is used in place of the Michelson interferometer in the second embodiment. The beam splitter 3 in the second embodiment is replaced with a polarizing beam splitter 3'and when the quarter wave plate 13 and the surface of the object to be measured have a small amount of surface reflection, the reference reflector 1 is used as necessary.
4 are provided.

【00036】多モードレーザ光からの直線P偏光は、
4分の1波長板を透過し入射円偏光となり、被測定物体
4に照射される。被測定物体4の内部の反射面からの反
射光と基準反射面14からの反射光は、円偏光反射光と
なり、4分の1波長板13を通過してS偏光となり、偏
光ビームスプリッター3’で反射されてスペクトルアナ
ライザー7に入射して、各モード毎に分光分離されて検
出される。その結果、反射信号光波と基準反射面からの
参照光波とは極めて効率よく干渉し、高指向性受光系1
2で除去できなかったランダム散乱光成分は干渉しない
ため、その影響を取り除いて検波される。スペクトルア
ナライザー7からの電気信号は、実施例2と同様に処理
され、被測定物体内部の反射面の分布が検出される。
Linear P-polarized light from multimode laser light is
After passing through the quarter-wave plate, it becomes incident circularly polarized light, which is irradiated to the object 4 to be measured. The reflected light from the reflecting surface inside the object to be measured 4 and the reflected light from the reference reflecting surface 14 become circularly polarized reflected light, pass through the quarter-wave plate 13 and become S-polarized light, and the polarization beam splitter 3 ' The light is reflected by and enters the spectrum analyzer 7, and is spectrally separated and detected for each mode. As a result, the reflected signal light wave and the reference light wave from the standard reflection surface interfere very efficiently, and the highly directional light receiving system 1
Random scattered light components that could not be removed in 2 do not interfere, so the influence is removed and detection is performed. The electric signal from the spectrum analyzer 7 is processed in the same manner as in the second embodiment, and the distribution of the reflection surface inside the measured object is detected.

【00037】本実施例の原理は、マイケルソン干渉計
を用いた実施例2と同じで、基準反射面14からの反射
光と被測定物体4の内部からの反射信号光の干渉成分を
各モード毎に求めたものが、参照光に比べ、反射信号光
成分の強さが弱く無視できるとき反射面の分布関数の離
散フーリエ変換したものになっていることを利用して、
モード毎のスペクトル分布を逆フーリエ変換することに
より反射面分布を求めるものである。フィゾー干渉計を
利用した本実施例は、マイケルソン干渉計を利用した実
施例2に比較して、偏光による干渉を利用しているた
め、生体試料特有のランダム散乱光の影響が少ない利点
がある。
The principle of this embodiment is the same as that of the second embodiment using the Michelson interferometer, and the interference components of the reflected light from the reference reflecting surface 14 and the reflected signal light from the inside of the object 4 to be measured are measured in each mode. Utilizing that the one obtained for each is the one obtained by performing the discrete Fourier transform of the distribution function of the reflecting surface when the intensity of the reflected signal light component is weaker than the reference light and can be ignored.
The reflection surface distribution is obtained by inverse Fourier transforming the spectral distribution for each mode. The present embodiment using the Fizeau interferometer has an advantage that the influence of random scattered light peculiar to a biological sample is small, as compared with the second embodiment using the Michelson interferometer, because interference by polarized light is used. .

【00038】トモグラフィーを得るための画像作成の
プロセスは、実施例1と全く同じようにして出来る。
The image forming process for obtaining tomography can be performed in exactly the same manner as in the first embodiment.

【00039】上記実施例においては、各モード毎に分
けるスペクトルアナライザー7は、参照光波と反射信号
光波の合成したあとで用いている。このスペクトルアナ
ライザーは、一般に回折格子を回転させることにより波
長を掃引して各モードを分光分離して観測している。し
かも比較的波長掃引が早いため、分光器は照射レーザ光
を安定した状態を保って単一モードに分離する手段とし
て用いるより、光源として多モードレーザ光を用いてそ
のモードの観測用として用いた方が、容易に実現でき信
頼のあるデータが得られる。もし、多モードレーザ発振
光を安定した状態を保って発振することができれば、多
モードレーザ光の各モードを分光器でステップ毎に選択
し、各モード毎のスペクトル分布を得て、それをフーリ
エ逆変換して反射距離を求めても勿論良い。
In the above embodiment, the spectrum analyzer 7 for each mode is used after the reference light wave and the reflected signal light wave are combined. This spectrum analyzer generally observes by spectrally separating each mode by sweeping the wavelength by rotating the diffraction grating. Moreover, since the wavelength sweep is relatively fast, the spectroscope was used for observing that mode by using multimode laser light as the light source, rather than by using it as a means for separating the irradiation laser light into a single mode while maintaining a stable state. It is easier to realize and reliable data can be obtained. If it is possible to oscillate the multimode laser oscillation light in a stable state, select each mode of the multimode laser light at each step with a spectroscope, obtain the spectrum distribution for each mode, and obtain the Fourier distribution. Of course, the reflection distance may be obtained by performing reverse conversion.

【00040】上記実施例においては、反射像を得るた
めに可動台5によって被測定物体を移動して走査してい
るが、超音波エコートモグラフィーのように例えば複数
の多モード発振レーザ光を被測定物体に対して直線状に
配設し、これら発光素子を複数のスイッチによって構成
された制御手段によって順次点灯する構成とすれば、被
測定物体を移動することなく、被測定物体を走査でき
る。
In the above embodiment, the object to be measured is moved and scanned by the movable table 5 in order to obtain a reflected image, but a plurality of multimode oscillation laser beams are measured as in ultrasonic echography. By arranging the light emitting elements linearly with respect to the object and sequentially illuminating these light emitting elements by the control means composed of a plurality of switches, the object to be measured can be scanned without moving the object to be measured.

【00041】さらに、上記実施例の干渉計は、鏡等の
光学素子を空間に配置した光学系であるが、これに限定
されるものではなく、光ファイバーと光学素子を用いた
光学系でも勿論よい。
Further, the interferometer of the above embodiment is an optical system in which optical elements such as mirrors are arranged in space, but the invention is not limited to this, and an optical system using optical fibers and optical elements may of course be used. .

【00042】本発明は、トモグラフィー装置だけでな
く、光ファイバーや光IC等の反射波による診断測定用
に用いられることは勿論である。また、、上記第1及至
第3の実施例においては、多モードレーザを使用してい
るが、半導体レーザに限らず各種のレーザを用いること
ができる。しかも、赤外線、可視光線、紫外線等のレー
ザのみならずマイクロ波の領域でも、これら電磁波の透
過伝搬可能な物質であれば、この発明の原理を用いるこ
とにより、生体、結晶、半導体、複合物質等々の多層断
層像の観測を無侵襲で迅速に行うことができ、医療診断
をはじめ工学的材料構造測定などに適用することが可能
である。
It goes without saying that the present invention can be used not only for a tomography apparatus, but also for diagnostic measurement using reflected waves from optical fibers, optical ICs and the like. Further, although the multimode laser is used in the first to third embodiments, various lasers can be used without being limited to the semiconductor laser. Moreover, by using the principle of the present invention, a living body, a crystal, a semiconductor, a composite material, etc., can be used as long as it is a substance that can transmit and propagate these electromagnetic waves not only in lasers such as infrared rays, visible rays and ultraviolet rays but also in the microwave region The multi-layered tomographic image can be rapidly observed non-invasively, and can be applied to medical diagnosis and engineering material structure measurement.

【00043】その他、この発明の要旨を変えない範囲
において、種々変形実施可能なことは勿論である。
In addition, it goes without saying that various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

【00044】[00044]

【発明の効果】本研究は、従来反射距離測定装置におい
てはむしろ不要視されていた多モード発振レーザを用い
て、ヘテロダイン検出あるいは高指向性受光系と干渉計
とを組み合わせ、各モード毎に分光分離したスペクトル
分布をフーリエ逆変換することにより、生体特有のラン
ダム散乱光を除去し、多モード発振レーザのスペクトル
幅で決まる反射面の距離の高分解能が可能な、光波エコ
ートモグラフィー装置を提供できる。
In this study, a heterodyne detection or highly directional light receiving system is combined with an interferometer by using a multimode oscillation laser, which has been regarded as unnecessary in the conventional reflection distance measuring apparatus, and a spectrum is obtained for each mode. It is possible to provide a light wave echography apparatus capable of removing random scattered light peculiar to a living body by performing inverse Fourier transform on the separated spectrum distribution and achieving high resolution of the distance of the reflecting surface determined by the spectrum width of the multimode oscillation laser.

【00045】さらに、レーザ光を被測定物体に一方向
から照射させるのみで、超音波エコートモグラフィーの
様に被測定物体の奥行き方向の像を得ることができるた
め、断層像を得るための走査回数は、透過型光断層像装
置に比べて削減できることができる装置を提供できる。
Further, since the image in the depth direction of the object to be measured can be obtained like ultrasonic echography by only irradiating the object to be measured with laser light from one direction, the number of scans for obtaining a tomographic image can be increased. Can provide a device that can be reduced compared to a transmission type optical tomography device.

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

【図1】この発明に係る多モードレーザを用いた光波エ
コートモグラフィーの第1の実施例を示す構成図。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of light wave echography using a multimode laser according to the present invention.

【図2】図1に示す実施例の動作を説明するために、被
測定物体4に対する入射光と反射光の関係を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between incident light and reflected light with respect to an object to be measured 4 for explaining the operation of the embodiment shown in FIG.

【図3】参照光用反射鏡と高指向性受光系を用いた第2
の実施例を示す構成図。
FIG. 3 is a second example using a reference light reflecting mirror and a highly directional light receiving system.
FIG.

【図4】フィゾー干渉計と高指向性受光系を用いた第3
の実施例を示す構成図。 1.・・・多モードレーザ発振器 2.・・・集光レンズ 3.・・・ビームスプリッター 3’.・・偏光ビームスプリッター 4.・・・被測定物体 5.・・・可動台 6.・・・周波数シフター 6a.・・反射ミラー 6b.・・光音響変調器 7.・・・光スペクトルアナライザー 7a.・・分光器 7b.・・光検出器 8.・・・信号処理器 8a.・・増幅器 8b.・・帯域通過フィルター 8c.・・A/D変換器 9.・・・コンピュータ 10.・・メモリ 11.・・ディスプレイ装置 12.・・高指向性受光系 13.・・4分の1波長板 14.・・基準半透明反射体
FIG. 4 is a third example using a Fizeau interferometer and a highly directional light receiving system.
FIG. 1. ... Multi-mode laser oscillator 2. ... Condensing lens 3. ... Beam splitter 3 '. ..Polarizing beam splitter 4. ... Object to be measured 5. ... Movable platform 6. ... Frequency shifter 6a. ..Reflecting mirror 6b. ..Photoacoustic modulator 7. ... Optical spectrum analyzer 7a. ..Spectroscope 7b. ..Photodetectors 8. ... Signal processor 8a. ..Amplifier 8b. ..Bandpass filters 8c. ..A / D converter 9. ... Computer 10. ..Memory 11. ..Display device 12. ..Highly directional light receiving system 13. .. Quarter-wave plate 14. ..Standard translucent reflectors

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 多モード発振レーザ光を照射光として屈
折率の異なる層からなる散乱物体に照射する照射手段
と、 前記照射光の一部より周波数をシフトさせた参照光を生
成する生成手段と、 前記散乱物体内部の奥行き方向の屈折率の異なる地点か
らの反射光と、参照光とを合成する合成手段と、 この合成された光を各モード毎に分光分離する手段と、 この分光手段から出力される各モードの前記合成された
光を光電変換する変換手段と、 この変換手段から出力されるビート成分の大きさを各モ
ード毎に記憶する手段と、 各モード毎の成分の分布を逆フーリエ変換することによ
り散乱物体の奥行き方向の屈折率の異なる地点を求める
手段とを具備したことを特徴とする光波エコートモグラ
フィー装置。
1. An irradiation unit that irradiates a scattering object composed of layers having different refractive indexes with multimode oscillation laser light as irradiation light, and a generation unit that generates reference light whose frequency is shifted from a part of the irradiation light. , Combining means for combining reflected light from a point having a different refractive index in the depth direction inside the scattering object, and reference light; means for spectrally separating the combined light for each mode; Conversion means for photoelectrically converting the combined light of each output mode, means for storing the magnitude of the beat component output from the conversion means for each mode, and inverse distribution of the components for each mode An optical wave echography apparatus comprising means for obtaining points having different refractive indices in the depth direction of a scattering object by performing Fourier transform.
【請求項2】 多モード発振レーザ光を照射光として屈
折率の異なる層からなる散乱物体に照射する手段と、 前記照射光の一部を分割して参照光を生成する生成手段
と、 前記散乱物体からのランダムな後方散乱光を除去し、内
部の奥行き方向の屈折率の異なる地点からの直進反射光
のみを透過させる高指向性受光系手段と、 前記高指向性受光系手段から出射される反射光と、参照
光とを合成する合成手段と、 この合成された光を各モード毎に分光分離する手段と、 この分光手段から出力される各モードの前記合成された
光を光電変換する変換手段と、 この変換手段から出力される大きさを各モード毎に記憶
する手段と、 各モード毎の成分の分布を逆フーリエ変換することによ
り散乱物体の奥行き方向の屈折率の異なる地点を求める
手段とを具備したことを特徴とする光波エコートモグラ
フィー装置。
2. A means for irradiating a scattering object composed of layers having different refractive indexes with multimode oscillation laser light as irradiation light, a generation means for dividing a part of the irradiation light to generate reference light, and the scattering. Random backscattered light from an object is removed, and highly directional light receiving system means for transmitting only straight reflected light from points having different refractive indices in the depth direction, and emitted from the highly directional light receiving system means. A combining means for combining the reflected light and the reference light, a means for spectrally separating the combined light for each mode, and a conversion for photoelectrically converting the combined light of each mode output from the dispersing means. Means, means for storing the magnitude output from the converting means for each mode, and means for obtaining points having different refractive indices in the depth direction of the scattering object by performing inverse Fourier transform on the component distribution for each mode. When Lightwave echo tomography apparatus characterized by comprising.
【請求項3】前記散乱物体と照射光の位置関係を変化さ
せ、照射光に対して散乱物体を走査させる手段と、 走査方向に対し奥行き方向の反射情報を求め、二次元の
反射断層像を求める手段とを具備したことを特徴とする
請求項1又は請求項2記載の光波エコートモグラフィー
装置。
3. A means for scanning the scattering object with respect to the irradiation light by changing the positional relationship between the scattering object and the irradiation light, and obtaining reflection information in the depth direction with respect to the scanning direction to obtain a two-dimensional reflection tomographic image. The lightwave echography apparatus according to claim 1 or 2, further comprising: a means for obtaining.
【請求項4】前記反射光と参照光とを合成する手段が、
参照光反射鏡と照射光を分割するビームスプリッターよ
りなるマイケル干渉計を構成したことであることを特徴
とする請求項2記載の光波エコートモグラフィー装置。
4. A means for synthesizing the reflected light and the reference light,
The light wave echography apparatus according to claim 2, wherein a Michael interferometer including a reference light reflecting mirror and a beam splitter that splits the irradiation light is configured.
【請求項5】前記反射光と参照光とを合成する手段が、
偏光ビームスプリッターと4分の1波長板及び散乱物体
表面あるいは表面に接置した半透明反射鏡を参照光波反
射体とした参照光の周波数シフトを不要とするフィゾー
干渉計を構成したことであることを特徴とする請求項2
記載の光波エコートモグラフィー装置。
5. A means for combining the reflected light and the reference light,
A Fizeau interferometer that does not require frequency shift of the reference light, using a polarizing beam splitter, a quarter-wave plate, and a semitransparent reflecting mirror placed on or in contact with the scattering object surface as the reference light wave reflector. 3. The method according to claim 2,
The described lightwave echography apparatus.
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