JPH10213485A - 光計測装置 - Google Patents
光計測装置Info
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- JPH10213485A JPH10213485A JP1554497A JP1554497A JPH10213485A JP H10213485 A JPH10213485 A JP H10213485A JP 1554497 A JP1554497 A JP 1554497A JP 1554497 A JP1554497 A JP 1554497A JP H10213485 A JPH10213485 A JP H10213485A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、被検体にコヒーレント光を照射しそ
の透過光あるいは反射光を利用してその被検体の光計測
を行なう光計測装置に関し、被検体によらず短時間でス
ペックルの影響を有効に解消させる。 【解決手段】被検体配置部１５に達する前の信号光１１
ｂの光路上に配置され、信号光１１ｂのビーム内を複数
の領域に分割したときの各分割領域の位相を相互に異な
らせるとともに、それら複数の分割領域の位相パターン
を時間的に順次変化させる位相分布変調器１４を備え
る。
の透過光あるいは反射光を利用してその被検体の光計測
を行なう光計測装置に関し、被検体によらず短時間でス
ペックルの影響を有効に解消させる。 【解決手段】被検体配置部１５に達する前の信号光１１
ｂの光路上に配置され、信号光１１ｂのビーム内を複数
の領域に分割したときの各分割領域の位相を相互に異な
らせるとともに、それら複数の分割領域の位相パターン
を時間的に順次変化させる位相分布変調器１４を備え
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、被検体にコヒーレ
ント光を照射しその被検体を経由透過あるいは反射した
光を利用してその被検体の光計測を行なう光計測装置に
関する。
ント光を照射しその被検体を経由透過あるいは反射した
光を利用してその被検体の光計測を行なう光計測装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】人体やその他の生体組織のような、光に
対して顕著な光散乱体を被検体とする光計測の最大の難
点は、被検体から四方八方に出射する透過光あるいは反
射光のうち追跡が可能な光路に沿った光をどのようにし
て抽出するかということにある。これを可能にする方法
として、例えば極めて短いレーザパルス（ピコ秒；１０
-12 ｓｅｃ程度のレーザパルス）を被検体に入射して、
その出射光の時間プロファイルを超高速ストリックカメ
ラを用いて測定し、最短距離を通過した光成分、すなわ
ち、見かけ上の透過直進光成分を抽出する方法が知られ
ている（例えばＳ．Ａｎｄｅｒｓｏｎ−Ｅｎｇｅｌｅ
ｓ， Ｒ．Ｂｅｒｇ， Ｓ．Ｓｖａｎｂｅｒｇ， Ｏ．
Ｊａｒｌｍａｎ ”Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ”
ｖｏｌ．１５，１１７９（１９９０）参照。）一方、散
乱光の方向性の消失に着目し、アンテナ特性として知ら
れている優れた方向選択性を持つ光ヘテロダイン検出法
を用いて、方向性を保った透過直進光成分および近軸前
方散乱光成分のみを検出する方法も提案されている（例
えば、Ｍ．Ｔｏｉｄａ， Ｍ．Ｋｏｎｄｏ， Ｔ．Ｉｃ
ｈｉｍｕｒａ， Ｈ．Ｉｎａｂａ ”Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
ｉｃ Ｌｅｔｔｅｒｓ” ｖｏｌ．２６，７００（１９
９０）参照）。
対して顕著な光散乱体を被検体とする光計測の最大の難
点は、被検体から四方八方に出射する透過光あるいは反
射光のうち追跡が可能な光路に沿った光をどのようにし
て抽出するかということにある。これを可能にする方法
として、例えば極めて短いレーザパルス（ピコ秒；１０
-12 ｓｅｃ程度のレーザパルス）を被検体に入射して、
その出射光の時間プロファイルを超高速ストリックカメ
ラを用いて測定し、最短距離を通過した光成分、すなわ
ち、見かけ上の透過直進光成分を抽出する方法が知られ
ている（例えばＳ．Ａｎｄｅｒｓｏｎ−Ｅｎｇｅｌｅ
ｓ， Ｒ．Ｂｅｒｇ， Ｓ．Ｓｖａｎｂｅｒｇ， Ｏ．
Ｊａｒｌｍａｎ ”Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ”
ｖｏｌ．１５，１１７９（１９９０）参照。）一方、散
乱光の方向性の消失に着目し、アンテナ特性として知ら
れている優れた方向選択性を持つ光ヘテロダイン検出法
を用いて、方向性を保った透過直進光成分および近軸前
方散乱光成分のみを検出する方法も提案されている（例
えば、Ｍ．Ｔｏｉｄａ， Ｍ．Ｋｏｎｄｏ， Ｔ．Ｉｃ
ｈｉｍｕｒａ， Ｈ．Ｉｎａｂａ ”Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
ｉｃ Ｌｅｔｔｅｒｓ” ｖｏｌ．２６，７００（１９
９０）参照）。
【０００３】光ヘテロダイン検出法に基づく光計測は、
本質的には、散乱を受けながらも前進して、入射光の時
間コヒーレンス性を一部保持したまま散乱体から出射す
る光信号を選択的に検出するという特徴をもつことも指
摘されている（例えば、Ｋ．Ｐ．Ｃｈａｎ， Ｍ．Ｙａ
ｍａｄａ， Ｈ．Ｉｎａｂａ ”Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ” Ｂ， ｖｏｌ．６３，２４９（１９９
６）参照）。
本質的には、散乱を受けながらも前進して、入射光の時
間コヒーレンス性を一部保持したまま散乱体から出射す
る光信号を選択的に検出するという特徴をもつことも指
摘されている（例えば、Ｋ．Ｐ．Ｃｈａｎ， Ｍ．Ｙａ
ｍａｄａ， Ｈ．Ｉｎａｂａ ”Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ” Ｂ， ｖｏｌ．６３，２４９（１９９
６）参照）。
【０００４】さらに、光ヘテロダイン検出法に基づく光
計測の高速化と高分解能を図るために、透過光を二次元
的に検出する二次元光ヘテロダイン検出器アレイの導入
も提案されている（Ｋ．Ｐ．Ｃｈａｎ， Ｍ．Ｙａｍａ
ｄａ， Ｈ．Ｉｎａｂａ ”Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ” ｖｏｌ．３０， １７５３（１９９
４）参照）。
計測の高速化と高分解能を図るために、透過光を二次元
的に検出する二次元光ヘテロダイン検出器アレイの導入
も提案されている（Ｋ．Ｐ．Ｃｈａｎ， Ｍ．Ｙａｍａ
ｄａ， Ｈ．Ｉｎａｂａ ”Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ” ｖｏｌ．３０， １７５３（１９９
４）参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、光ヘテロダ
イン検出法は、信号光にコヒーレンス性を要求する上、
各々の光路を辿り、このため、各々異なる光路長を有す
る近軸前方散乱光は受光器上に不定（ランダム）な合成
位相をなし、光干渉信号の強度も不定となる。これはレ
ーザスペックル現象としてよく知られている（例えば、
Ｊ．Ｃ．Ｄａｉｎｔｙ編”Ｌａｓｅｒ Ｓｐｅｃｋｌｅ
Ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ ”Ｓ
ｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ社出版（Ｎｅｗ Ｙｏｒ
ｋ，１９７５）参照）。
イン検出法は、信号光にコヒーレンス性を要求する上、
各々の光路を辿り、このため、各々異なる光路長を有す
る近軸前方散乱光は受光器上に不定（ランダム）な合成
位相をなし、光干渉信号の強度も不定となる。これはレ
ーザスペックル現象としてよく知られている（例えば、
Ｊ．Ｃ．Ｄａｉｎｔｙ編”Ｌａｓｅｒ Ｓｐｅｃｋｌｅ
Ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ ”Ｓ
ｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ社出版（Ｎｅｗ Ｙｏｒ
ｋ，１９７５）参照）。
【０００６】図５〜図７は、レーザスペックル現象によ
る信号強度の時間変化を示した図である。図５，図６，
図７は、厚みがともに１ｃｍの、それぞれ、じゃがい
も、赤身牛肉、および鶏の胸肉に直径約４００μｍのレ
ーザ光（波長１．０６μｍ）を入射し、それぞれの試料
を透過した光をヘテロダイン方式で検出したときのヘテ
ロダイン信号強度の時間経過を示している。
る信号強度の時間変化を示した図である。図５，図６，
図７は、厚みがともに１ｃｍの、それぞれ、じゃがい
も、赤身牛肉、および鶏の胸肉に直径約４００μｍのレ
ーザ光（波長１．０６μｍ）を入射し、それぞれの試料
を透過した光をヘテロダイン方式で検出したときのヘテ
ロダイン信号強度の時間経過を示している。
【０００７】これらの結果からわかるようにスペックル
の時間的な変遷、すなわち、ヘテロダイン信号強度が変
化する周期は試料毎に極めて大きく異なっている。スペ
ックルの影響による光ヘテロダイン信号の強度分布は統
計的にレーリ分布に従うことが周知であり、スペックル
平均、すなわち信号強度の時間平均を行なえば、スペッ
クルの影響を有効に解消することができることが知られ
ている。しかし、図７の例に示されるような、スペック
ルが統計的にランダムな状況に変化するのに約１分も要
する試料の場合、独立したスペックルの多数回の平均を
行なうには、かなりの長時間を要する結果となる。
の時間的な変遷、すなわち、ヘテロダイン信号強度が変
化する周期は試料毎に極めて大きく異なっている。スペ
ックルの影響による光ヘテロダイン信号の強度分布は統
計的にレーリ分布に従うことが周知であり、スペックル
平均、すなわち信号強度の時間平均を行なえば、スペッ
クルの影響を有効に解消することができることが知られ
ている。しかし、図７の例に示されるような、スペック
ルが統計的にランダムな状況に変化するのに約１分も要
する試料の場合、独立したスペックルの多数回の平均を
行なうには、かなりの長時間を要する結果となる。
【０００８】本発明は、試料によらず短時間でスペック
ルの影響を有効に解消することのできる光計測装置を提
供することを目的とする。
ルの影響を有効に解消することのできる光計測装置を提
供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の光計測装置は、コヒーレント光を出射する光源と、
被検体が配置される被検体配置部と、上記光源から出射
されたコヒーレント光を、被検体配置部を経由する信号
光と、被検体配置部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、被検体配置部を経
由した後の信号光と、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該信号光と該参照光とが干渉
した干渉光を生成する干渉光学系と、干渉光学系で生成
された干渉光を受光する受光器と、被検体配置部に達す
る前の信号光の光路上に配置され、信号光のビーム内を
複数の領域に分割したときの各分割領域の位相を相互に
異ならせるとともに、これら複数の分割領域の位相パタ
ーンを時間的に順次変化させる位相分布変調器とを備え
たことを特徴とする。
明の光計測装置は、コヒーレント光を出射する光源と、
被検体が配置される被検体配置部と、上記光源から出射
されたコヒーレント光を、被検体配置部を経由する信号
光と、被検体配置部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、被検体配置部を経
由した後の信号光と、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該信号光と該参照光とが干渉
した干渉光を生成する干渉光学系と、干渉光学系で生成
された干渉光を受光する受光器と、被検体配置部に達す
る前の信号光の光路上に配置され、信号光のビーム内を
複数の領域に分割したときの各分割領域の位相を相互に
異ならせるとともに、これら複数の分割領域の位相パタ
ーンを時間的に順次変化させる位相分布変調器とを備え
たことを特徴とする。
【００１０】ここで、上記本発明の光計測装置におい
て、上記干渉光学系は、典型的には、信号光のビーム径
を拡大して上記位相分布変調器に導くものである。ま
た、上記本発明の光計測装置には、上記受光器が干渉光
のビーム内を複数の領域に分割したときの各分割領域そ
れぞれを独立に受光する、配列された複数の受光素子を
有するものであってもよい。
て、上記干渉光学系は、典型的には、信号光のビーム径
を拡大して上記位相分布変調器に導くものである。ま
た、上記本発明の光計測装置には、上記受光器が干渉光
のビーム内を複数の領域に分割したときの各分割領域そ
れぞれを独立に受光する、配列された複数の受光素子を
有するものであってもよい。
【００１１】さらに、上記本発明の光計測装置には、上
記位相分布分布変調器で上記信号光の位相パターンとを
順次変化させる間の上記受光器の出力を平均化する平均
演算部が備えられ、ないしは接続される。本発明の光計
測装置は、上記位相分布変調器を備え、入射信号光の位
相パターンを順次変化させるものであり、入射信号光の
位相パターンを変化させる毎にランダムなスペックルパ
ターンが得られる。したがって試料自体ではスペックル
の変化速度が極めて遅い試料の場合であっても入射光の
位相パターンを変化させる毎にスペックルパターンを変
化させることができ、平均化を高速に行なうことがで
き、高速な光計測が可能となる。
記位相分布分布変調器で上記信号光の位相パターンとを
順次変化させる間の上記受光器の出力を平均化する平均
演算部が備えられ、ないしは接続される。本発明の光計
測装置は、上記位相分布変調器を備え、入射信号光の位
相パターンを順次変化させるものであり、入射信号光の
位相パターンを変化させる毎にランダムなスペックルパ
ターンが得られる。したがって試料自体ではスペックル
の変化速度が極めて遅い試料の場合であっても入射光の
位相パターンを変化させる毎にスペックルパターンを変
化させることができ、平均化を高速に行なうことがで
き、高速な光計測が可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。図１は、本発明の光計測装置の第１実施形態
の構成図である。レーザ光源１１から出射したレーザ光
１１ａは、ビームスプリッタ１２により信号光１１ｂと
参照光１１ｃとに二分される。信号光１１ｂは、２枚の
レンズ１３ａ，１３ｂからなるビームエクスパンダ１３
によりそのビーム径が拡大されて、駆動回路１４１によ
り駆動される位相分布変調器１４に入射する。この位相
分布変調器１４は、詳細は後述するが、ビームエクスパ
ンダ１３によりビーム径が拡大された信号光のビーム内
を複数の領域に分割した時の各分割領域の位相を相互に
異ならせるとともに、それら複数の分割領域の位相パタ
ーンを時間的に順次変化させるものである。この位相分
布変調器１４を経由した信号光は、被検体配置部１５に
配置された光散乱被検体１０を透過し、ビームスプリッ
タ１６に入力する。
説明する。図１は、本発明の光計測装置の第１実施形態
の構成図である。レーザ光源１１から出射したレーザ光
１１ａは、ビームスプリッタ１２により信号光１１ｂと
参照光１１ｃとに二分される。信号光１１ｂは、２枚の
レンズ１３ａ，１３ｂからなるビームエクスパンダ１３
によりそのビーム径が拡大されて、駆動回路１４１によ
り駆動される位相分布変調器１４に入射する。この位相
分布変調器１４は、詳細は後述するが、ビームエクスパ
ンダ１３によりビーム径が拡大された信号光のビーム内
を複数の領域に分割した時の各分割領域の位相を相互に
異ならせるとともに、それら複数の分割領域の位相パタ
ーンを時間的に順次変化させるものである。この位相分
布変調器１４を経由した信号光は、被検体配置部１５に
配置された光散乱被検体１０を透過し、ビームスプリッ
タ１６に入力する。
【００１３】一方、ビームスプリッタ１２により信号光
１１ｂとに二分された参照光１１ｃは、ミラー１８で反
射し音響光学的変調器（ＡＯＭ）１９により周波数シフ
トを受け、２枚のレンズ２０ａ，２０ｂからなるビーム
エクスパンダ２０によりビーム径が拡げられ、さらにミ
ラー２１で反射してビームスプリッタ１６に入射する。
１１ｂとに二分された参照光１１ｃは、ミラー１８で反
射し音響光学的変調器（ＡＯＭ）１９により周波数シフ
トを受け、２枚のレンズ２０ａ，２０ｂからなるビーム
エクスパンダ２０によりビーム径が拡げられ、さらにミ
ラー２１で反射してビームスプリッタ１６に入射する。
【００１４】ビームスプリッタ１６には、上記のように
して、信号光と参照光との双方が入射して互いに重畳さ
れ、それら信号光と参照光が干渉した干渉光となって受
光器１７に入射する。受光器１７には、二次元的に配列
された複数の受光素子１７ａ，１７ｂ，…，１７ｎが備
えられており、それら複数の受光素子１７ａ，１７ｂ，
…，１７ｎにより、被検体１０の、透過率分布を表わす
複数のビート信号が生成される。各受光素子１７ａ，１
７ｂ，…，１７ｎで得られるビート信号はＡＯＭ１９に
よる周波数シフト量に対応する周波数を持つ信号であ
る。受光器１７を構成する複数の受光素子１７ａ，１７
ｂ，…，１７ｎで得られた複数のビート信号は信号処理
部２２に入力され、信号処理部２２では、これら複数の
ビート信号の信号強度により表わされる、被検体１０の
透過率分布が求められる。この透過率分布を求めるにあ
たっては、位相分布変調器１４で信号光の位相パターン
を変化させる毎にビート信号を取り込み、それら時間的
に順次入力される複数の位相パターンのビート信号に基
づいて、それらの間の時間平均的な透過率分布が求めら
れ、これにより、スペックルの影響が高精度にかつ高速
に取り除かれる。ディスプレイ２３には、信号処理部２
２で得られた透過率分布を表わす画像が表示される。
して、信号光と参照光との双方が入射して互いに重畳さ
れ、それら信号光と参照光が干渉した干渉光となって受
光器１７に入射する。受光器１７には、二次元的に配列
された複数の受光素子１７ａ，１７ｂ，…，１７ｎが備
えられており、それら複数の受光素子１７ａ，１７ｂ，
…，１７ｎにより、被検体１０の、透過率分布を表わす
複数のビート信号が生成される。各受光素子１７ａ，１
７ｂ，…，１７ｎで得られるビート信号はＡＯＭ１９に
よる周波数シフト量に対応する周波数を持つ信号であ
る。受光器１７を構成する複数の受光素子１７ａ，１７
ｂ，…，１７ｎで得られた複数のビート信号は信号処理
部２２に入力され、信号処理部２２では、これら複数の
ビート信号の信号強度により表わされる、被検体１０の
透過率分布が求められる。この透過率分布を求めるにあ
たっては、位相分布変調器１４で信号光の位相パターン
を変化させる毎にビート信号を取り込み、それら時間的
に順次入力される複数の位相パターンのビート信号に基
づいて、それらの間の時間平均的な透過率分布が求めら
れ、これにより、スペックルの影響が高精度にかつ高速
に取り除かれる。ディスプレイ２３には、信号処理部２
２で得られた透過率分布を表わす画像が表示される。
【００１５】図２は、図１によるブロックで示す位相分
布変調器１４の一構成例を示す図である。それぞれが、
例えば１ｍｍ×１ｍｍの面積を持つ複数のミラー１４２
ａ，１４２ｂ，１４２ｃ，…が２次元的に配列されてお
り、各ミラー１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ，…の背面
には、各ミラー１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ，…駆動
するための圧電素子１４３ａ，１４３ｂ，１４３ｃ，…
が固定されている。駆動回路１４１が各圧電素子１４３
ａ，１４３ｂ，１４３ｃ，…に電圧を印加すると電圧の
印加を受けた圧電素子の厚みがその印加電圧に応じた量
だけ変化し、その圧電素子が固定されたミラーがｘ方向
に微小移動する。これらのミラー１４２ａ，１４２ｂ，
１４２ｃ，…には、図１に模式的に示すように位相の揃
った信号光が入射するが、駆動回路１４１により各圧電
素子１４３ａ，１４３ｂ，１４３ｃ，…にそれぞれ異な
る電圧を印加すると、各ミラー１４２ａ，１４２ｂ，１
４２ｃ，…で反射した信号光は、図１に模式的に示すよ
うに、その信号光のビーム内で位相分布を持つ信号光と
なる。その位相パターンは、駆動回路１４１が圧電素子
１４３ａ，１４３ｂ，１４３ｃ，…に印加する電圧パタ
ーンを変更する毎に変化する。
布変調器１４の一構成例を示す図である。それぞれが、
例えば１ｍｍ×１ｍｍの面積を持つ複数のミラー１４２
ａ，１４２ｂ，１４２ｃ，…が２次元的に配列されてお
り、各ミラー１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ，…の背面
には、各ミラー１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ，…駆動
するための圧電素子１４３ａ，１４３ｂ，１４３ｃ，…
が固定されている。駆動回路１４１が各圧電素子１４３
ａ，１４３ｂ，１４３ｃ，…に電圧を印加すると電圧の
印加を受けた圧電素子の厚みがその印加電圧に応じた量
だけ変化し、その圧電素子が固定されたミラーがｘ方向
に微小移動する。これらのミラー１４２ａ，１４２ｂ，
１４２ｃ，…には、図１に模式的に示すように位相の揃
った信号光が入射するが、駆動回路１４１により各圧電
素子１４３ａ，１４３ｂ，１４３ｃ，…にそれぞれ異な
る電圧を印加すると、各ミラー１４２ａ，１４２ｂ，１
４２ｃ，…で反射した信号光は、図１に模式的に示すよ
うに、その信号光のビーム内で位相分布を持つ信号光と
なる。その位相パターンは、駆動回路１４１が圧電素子
１４３ａ，１４３ｂ，１４３ｃ，…に印加する電圧パタ
ーンを変更する毎に変化する。
【００１６】図１に示す光散乱被検体１０から出射した
信号光には、後に実験データを示すように、もともと入
射した光軸に対し、コヒーレント性をある程度保ったま
ま数ｍｍ程度位置ずれを生じてその光軸に対しほとんど
平行に出射する近軸前方散乱光が存在し、このような近
軸前方散乱光が相互に入り込むため、入射信号光の位相
を、そのビーム内で例えば１ｍｍ×１ｍｍ程度の領域毎
に変化させると、全く異なったスペックルパターンを伴
った信号光が得られる結果となる。
信号光には、後に実験データを示すように、もともと入
射した光軸に対し、コヒーレント性をある程度保ったま
ま数ｍｍ程度位置ずれを生じてその光軸に対しほとんど
平行に出射する近軸前方散乱光が存在し、このような近
軸前方散乱光が相互に入り込むため、入射信号光の位相
を、そのビーム内で例えば１ｍｍ×１ｍｍ程度の領域毎
に変化させると、全く異なったスペックルパターンを伴
った信号光が得られる結果となる。
【００１７】したがって、位相分布変調器１４により信
号光の位相パターンを高速に種々に変化させながら、信
号処理部２２によりその間の平均の透過率分布を求める
ことにより、被検体１０自身は、例えば図７に示すよう
にゆっくりとした変化しか示さない場合であっても、ラ
ンダムに現れるスペックルパターンの影響を効果的にか
つ高速に除去することができる。
号光の位相パターンを高速に種々に変化させながら、信
号処理部２２によりその間の平均の透過率分布を求める
ことにより、被検体１０自身は、例えば図７に示すよう
にゆっくりとした変化しか示さない場合であっても、ラ
ンダムに現れるスペックルパターンの影響を効果的にか
つ高速に除去することができる。
【００１８】尚、図２に示す位相分布変調器１４は信号
光を反射する反射型のものであるが、例えば印加電圧に
より屈折率が変化する素子を配列し、そこを透過する信
号光に位相分布を与えてもよく、本発明にいう位相分布
変調器は特定の構成のものに限定されるものではない。
図３は、位相分布変調器を備えることの有効性を示す実
験結果を表わした図である。
光を反射する反射型のものであるが、例えば印加電圧に
より屈折率が変化する素子を配列し、そこを透過する信
号光に位相分布を与えてもよく、本発明にいう位相分布
変調器は特定の構成のものに限定されるものではない。
図３は、位相分布変調器を備えることの有効性を示す実
験結果を表わした図である。
【００１９】図３（Ａ）は、厚み１ｍｍのとりのささみ
肉に波長１．０６μｍのＮｄ：ＹＡＧレーザ（ビーム径
約４００μｍ）を入射して、その透過光を８×８の二次
元ヘテロダイン検出器アレイ（各受光素子の大きさは３
００μｍ×３００μｍ、アレイ全体の大きさは３ｍｍ×
３ｍｍ）で検出した結果である。また、図３（Ｂ）は、
同じ実験を厚み７ｍｍのとりのささ身肉について実施し
た結果である。
肉に波長１．０６μｍのＮｄ：ＹＡＧレーザ（ビーム径
約４００μｍ）を入射して、その透過光を８×８の二次
元ヘテロダイン検出器アレイ（各受光素子の大きさは３
００μｍ×３００μｍ、アレイ全体の大きさは３ｍｍ×
３ｍｍ）で検出した結果である。また、図３（Ｂ）は、
同じ実験を厚み７ｍｍのとりのささ身肉について実施し
た結果である。
【００２０】これらの結果から、顕著な光散乱が起きる
媒質においても入射光軸の近傍で散乱を受けながら伝播
した近軸前方散乱光はコヒーレンスをもっており、その
結果、光ヘテロダイン検出法で測定した入射ビームの像
は、入射ビーム径よりも広がった像となっている。以上
の実験結果から入射ビームを拡大し、さらにそれを多数
の位相差をもつ平面波に分割するという方式を採用し、
これら平面波の分割領域の広さを適切に設定すれば、各
光波の透過光成分どうしが観測面上で干渉し合うことは
明白である。各分割領域どうしの位相差を０〜２πの間
でランダムに高速変化させれば、これに追随したスペッ
クル変化からスペックル平均を行なうことが可能であ
る。
媒質においても入射光軸の近傍で散乱を受けながら伝播
した近軸前方散乱光はコヒーレンスをもっており、その
結果、光ヘテロダイン検出法で測定した入射ビームの像
は、入射ビーム径よりも広がった像となっている。以上
の実験結果から入射ビームを拡大し、さらにそれを多数
の位相差をもつ平面波に分割するという方式を採用し、
これら平面波の分割領域の広さを適切に設定すれば、各
光波の透過光成分どうしが観測面上で干渉し合うことは
明白である。各分割領域どうしの位相差を０〜２πの間
でランダムに高速変化させれば、これに追随したスペッ
クル変化からスペックル平均を行なうことが可能であ
る。
【００２１】尚、二次元ヘテロダインアレイを用いた前
例として、例えば「Ｋ．Ｐ．Ｃｈａｎ， Ｄ．Ｋ．Ｋｉ
ｌｌｉｎｇｅｒ ”Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ”
ｖｏｌ．１６， １２１９（１９９１）」はその種の最
初の例ともいわれるが、そこでの実験は、各アレイ素子
の出力を合成して伝播光路上ではげしい空間コヒーレン
ス損を生じた光信号の信号対雑音比を向上させようとい
うものであり、本発明とは本質的に異なるものである。
例として、例えば「Ｋ．Ｐ．Ｃｈａｎ， Ｄ．Ｋ．Ｋｉ
ｌｌｉｎｇｅｒ ”Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ”
ｖｏｌ．１６， １２１９（１９９１）」はその種の最
初の例ともいわれるが、そこでの実験は、各アレイ素子
の出力を合成して伝播光路上ではげしい空間コヒーレン
ス損を生じた光信号の信号対雑音比を向上させようとい
うものであり、本発明とは本質的に異なるものである。
【００２２】図４は、本発明の光計測装置の第２実施形
態の構成図である。図１に示す実施形態の構成要素と同
一の構成要素には図１に付した符号を同一の符号を付し
て示す。レーザ光源１１から出射したレーザ光１１ａ
は、偏光子１００で直線偏光にされた後、偏光ビームス
プリッタ１２により、互いに直交する方向に偏光した信
号光１１ｂと参照光１１ｃとに二分される。信号光１１
ｂは、ビームエクスパンダ１３および位相分布変調器１
４を経た後、偏光プリズム１０１に入射する。この偏光
プリズム１０１は、位相分布変調器１４側から入射した
信号光を透過する向きに配置されている。この偏光プリ
ズム１０１を透過した信号光は、更にλ／４板１０２を
透過し、被検体配置部１５に配置された被検体１０を透
過し、ミラー１０３で反射して被検体１０を再度透過
し、さらにλ／４板１０２をもう一度透過することによ
り、往路の信号光と比べその偏光方向が９０度回転した
状態で偏光プリズム１０１に再入射する。この偏光プリ
ズム１０１に再入射した信号光は往路の信号光と比べ、
その偏光方向が９０度異なっているため、今度はその偏
光プリズム１０１で反射し、ビームスプリッタ１０４に
より、偏光方向が同一の参照光１１ｃと強度的に重畳さ
れる。
態の構成図である。図１に示す実施形態の構成要素と同
一の構成要素には図１に付した符号を同一の符号を付し
て示す。レーザ光源１１から出射したレーザ光１１ａ
は、偏光子１００で直線偏光にされた後、偏光ビームス
プリッタ１２により、互いに直交する方向に偏光した信
号光１１ｂと参照光１１ｃとに二分される。信号光１１
ｂは、ビームエクスパンダ１３および位相分布変調器１
４を経た後、偏光プリズム１０１に入射する。この偏光
プリズム１０１は、位相分布変調器１４側から入射した
信号光を透過する向きに配置されている。この偏光プリ
ズム１０１を透過した信号光は、更にλ／４板１０２を
透過し、被検体配置部１５に配置された被検体１０を透
過し、ミラー１０３で反射して被検体１０を再度透過
し、さらにλ／４板１０２をもう一度透過することによ
り、往路の信号光と比べその偏光方向が９０度回転した
状態で偏光プリズム１０１に再入射する。この偏光プリ
ズム１０１に再入射した信号光は往路の信号光と比べ、
その偏光方向が９０度異なっているため、今度はその偏
光プリズム１０１で反射し、ビームスプリッタ１０４に
より、偏光方向が同一の参照光１１ｃと強度的に重畳さ
れる。
【００２３】一方、偏光ビームスプリッタ１２で信号光
１１ｂとに二分された参照光１１ｃは、ミラー１８で反
射し、ＡＯＭ１９で周波数シフトを受け、２枚のレンズ
２０ａ，２０ｂからなるビームエクスパンダ２０でビー
ム径が拡大され、ビームスプリッタ１０４により信号光
と強度的に重畳される。上述したように、信号光はλ／
４板１０２を２回透過することによりその偏光方向が９
０度回転し、これにより参照光と同一の偏光方向を持つ
光となる。したがって、受光器１７にはそれら信号光と
参照光が干渉した干渉光が入射する。
１１ｂとに二分された参照光１１ｃは、ミラー１８で反
射し、ＡＯＭ１９で周波数シフトを受け、２枚のレンズ
２０ａ，２０ｂからなるビームエクスパンダ２０でビー
ム径が拡大され、ビームスプリッタ１０４により信号光
と強度的に重畳される。上述したように、信号光はλ／
４板１０２を２回透過することによりその偏光方向が９
０度回転し、これにより参照光と同一の偏光方向を持つ
光となる。したがって、受光器１７にはそれら信号光と
参照光が干渉した干渉光が入射する。
【００２４】本実施形態では駆動回路１４１により駆動
された位相分布変調器１４により、位相空間分布が種々
に高速に変化した信号光が生成され、その位相分布を種
々に変化させている間の時間平均的な透過率分布が求め
られ、スペックルの影響が除去される。本実施形態では
信号光が被検体１０を二度透過しているため、被検体１
０の透過率分布が一層はっきりとした信号強度分布とし
て現れた画像を得ることができる。
された位相分布変調器１４により、位相空間分布が種々
に高速に変化した信号光が生成され、その位相分布を種
々に変化させている間の時間平均的な透過率分布が求め
られ、スペックルの影響が除去される。本実施形態では
信号光が被検体１０を二度透過しているため、被検体１
０の透過率分布が一層はっきりとした信号強度分布とし
て現れた画像を得ることができる。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
統計的にランダムなスペックルパターンを強制的に高速
に変化させることができ、スペックルパターンに起因す
る雑音を有効に、かつ高速に除去することができ、高速
の光計測が可能となる。
統計的にランダムなスペックルパターンを強制的に高速
に変化させることができ、スペックルパターンに起因す
る雑音を有効に、かつ高速に除去することができ、高速
の光計測が可能となる。
【図１】本発明の光計測装置の第１実施形態の構成図で
ある。
ある。
【図２】図１にブロックで示す位相分布変調器の一構成
例を示す図である。
例を示す図である。
【図３】位相分布変調器を備えることの有効性を示す実
験結果を表わした図である。
験結果を表わした図である。
【図４】本発明の光計測装置の第２実施形態の構成図で
ある。
ある。
【図５】レーザスペックル現象による信号強度の時間変
化を示した図である。
化を示した図である。
【図６】レーザスペックル現象による信号強度の時間変
化を示した図である。
化を示した図である。
【図７】レーザスペックル現象による信号強度の時間変
化を示した図である。
化を示した図である。
１０ 光散乱被検体 １１ レーザ光源 １１ａ レーザ光 １１ｂ 信号光 １１ｃ 参照光 １２ ビームスプリッタ １３ ビームエクスパンダ １４ 位相分布変調器 １５ 被検体配置部 １６ ビームスプリッタ １７ 受光器 １７ａ，１７ｂ，…，１７ｎ 受光素子 １８ ミラー １９ ＡＯＭ ２０ ビームエクスパンダ ２２ 信号処理部 ２３ ディスプレイ １００ 偏光子 １０１ 偏光プリズム １０２ λ／４板 １０３ ミラー １４１ 駆動回路
Claims (4)
- 【請求項１】 コヒーレント光を出射する光源と、 被検体が配置される被検体配置部と、 前記光源から出射されたコヒーレント光を、前記被検体
配置部を経由する信号光と、該被検体配置部を経由する
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、該被検体配置部を経由した後の信号光と、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該
信号光と該参照光とが干渉した干渉光を生成する干渉光
学系と、 前記干渉光学系で生成された干渉光を受光する受光器
と、 前記被検体配置部に達する前の信号光の光路上に配置さ
れ、該信号光のビーム内を複数の領域に分割したときの
各分割領域の位相を相互に異ならせるとともに、これら
複数の分割領域の位相パターンを時間的に順次変化させ
る位相分布変調器とを備えたことを特徴とする光計測装
置。 - 【請求項２】 前記干渉光学系が、前記信号光のビーム
径を拡大して前記位相分布変調器に導くものであること
を特徴とする請求項１記載の光計測装置。 - 【請求項３】 前記受光器が干渉光のビーム内を複数の
領域に分割したときの各分割領域それぞれを独立に受光
する、配列された複数の受光素子を有するものであるこ
とを特徴とする請求項２記載の光計測装置。 - 【請求項４】 前記位相分布変調器で前記信号光の位相
パターンを順次変化させる間の前記受光器の出力を平均
化する平均演算部を備えたことを特徴とする請求項１記
載の光計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01554497A JP3213250B2 (ja) | 1997-01-29 | 1997-01-29 | 光計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01554497A JP3213250B2 (ja) | 1997-01-29 | 1997-01-29 | 光計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10213485A true JPH10213485A (ja) | 1998-08-11 |
| JP3213250B2 JP3213250B2 (ja) | 2001-10-02 |
Family
ID=11891741
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01554497A Expired - Lifetime JP3213250B2 (ja) | 1997-01-29 | 1997-01-29 | 光計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3213250B2 (ja) |
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