專利名稱：光圖像計(jì)測(cè)裝置及光圖像計(jì)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種特別是向光散射媒質(zhì)的被測(cè)定物體照射光束，并利用其反射光或透射光對(duì)被測(cè)定物體的表面形態(tài)和內(nèi)部形態(tài)進(jìn)行計(jì)測(cè)，且形成其圖像的光圖像計(jì)測(cè)裝置及光圖像計(jì)測(cè)方法。特別是涉及一種利用光外差檢測(cè)法對(duì)被測(cè)定物體的表面形態(tài)和內(nèi)部形態(tài)進(jìn)行計(jì)測(cè)，并形成圖像的光圖像計(jì)測(cè)裝置及光圖像計(jì)測(cè)方法。
背景技術(shù)：
近年來，利用激光光源等形成被測(cè)定物體的表面和內(nèi)部的圖像的光圖像計(jì)測(cè)技術(shù)集中了人們的注目。該光圖像計(jì)測(cè)技術(shù)因?yàn)椴痪哂邢瘳F(xiàn)有習(xí)知的X射線CT(computer tomography，斷層掃瞄)那樣對(duì)人體的有害性，所以其在醫(yī)療領(lǐng)域方面的應(yīng)用開展特別受到期待。
作為光圖像檢測(cè)技術(shù)的代表性方法的一個(gè)例子，有一種低相干(coherence)干涉法(也稱作光相干斷層圖像化法等)。該方法利用例如超輻射發(fā)光二極管(Super Luminescent Diode；SLD)這樣的具有寬光譜(spectrum)寬度的寬頻帶光源的低干涉性，并可對(duì)來自被測(cè)定物體的反射光和透射光，以μm級(jí)的優(yōu)良的距離分解能力進(jìn)行檢測(cè)(參照例如下述的非專利文獻(xiàn)1)。
作為利用了該低相干干涉法的裝置的一個(gè)例子，根據(jù)麥克遜(Michelson)干涉儀的現(xiàn)有習(xí)知的光圖像計(jì)測(cè)裝置的基本構(gòu)成如圖5所示。該光圖像計(jì)測(cè)裝置100的構(gòu)成包括寬頻帶光源101、鏡102、分光器103及光檢測(cè)器104。被測(cè)定物體105由散射媒質(zhì)形成。寬頻帶光源101發(fā)出的光束，由分光器103被分割為朝向鏡102的參照光R和朝向被測(cè)定物體105的信號(hào)光S兩部分。參照光R為利用分光器103的反射光，信號(hào)光S為分光器103的透射光。
這里，如圖5所示，在信號(hào)光S的行進(jìn)方向上設(shè)定為z軸，并將對(duì)信號(hào)光S的行進(jìn)方向的直交面定義為x-y面。鏡102可沿同圖中的兩側(cè)箭形符號(hào)方向(z-掃描方向)進(jìn)行位移。
參照光R在被反射到鏡102上時(shí)，藉由該z-掃描而接受多譜勒(Doppler)頻率位移。另一方面，信號(hào)光S在照射到被測(cè)定物體105上時(shí)，信號(hào)光S在其表面及內(nèi)部層被反射。由于被測(cè)定物體為散射媒質(zhì)，所以可認(rèn)為信號(hào)光S的反射光為具有多重散射的雜亂相位的擴(kuò)散波面。經(jīng)由被測(cè)定物體105的信號(hào)光，和經(jīng)由鏡102并接受了頻率位移的參照光，以利用分光器103進(jìn)行重疊并生成干涉光。
在利用低相干干涉方法的圖像計(jì)測(cè)中，只有信號(hào)光S和參照光R的光路長差在光源的μm級(jí)的相干長度(可干涉距離)以內(nèi)，且與參照光R具有相位相關(guān)的信號(hào)光S的成分，才會(huì)與參照光R產(chǎn)生干涉。即，只是信號(hào)光S的相干信號(hào)光成分有選擇地與參照光R相互進(jìn)行干涉。根據(jù)該原理，藉由對(duì)鏡102的位置進(jìn)行z-掃描而使參照光R的光路長變化，可對(duì)被測(cè)定物體105的內(nèi)部層的光反射輪廓(profile)進(jìn)行測(cè)定。另外，也對(duì)向被測(cè)定物體105所照射的信號(hào)光S沿x-y面方向進(jìn)行掃描。藉由進(jìn)行這種z方向及x-y面方向的掃描，并利用光檢測(cè)器104檢測(cè)干涉光，且對(duì)作為其檢測(cè)結(jié)果被輸出的電氣信號(hào)進(jìn)行解析，而取得被測(cè)定物體105的2維斷層圖像(參照非專利文獻(xiàn)1)。
另外，如設(shè)利用分光器103進(jìn)行重疊的參照光R及信號(hào)光S的強(qiáng)度分別為Ir及Is，并設(shè)兩光波間的頻率差及相位差分別為fif及Δθ，則從光檢測(cè)器輸出如下式所示的外差信號(hào)(例如參照非專利文獻(xiàn)2)。
i(t)∝Ir+Is+2IrIscos(2πfift+Δθ)---(1)]]>式(1)的右邊第3項(xiàng)為交流電信號(hào)，其頻率fif等于參照光R和信號(hào)光S的差拍(beat，拍)頻率。外差信號(hào)的交流成分的頻率fif被稱作拍率等。而且，式(1)的右邊第1項(xiàng)及第2項(xiàng)為外差信號(hào)的直流成分，并與干涉光的背景光的信號(hào)強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)。
但是，為了利用這種現(xiàn)有習(xí)知的低相干干涉法取得2維斷層圖像，需要藉由對(duì)被測(cè)定物體105掃描光束，從而依次檢測(cè)來自被測(cè)定物體105的深度方向(z方向)及斷層面方向(x-y面方向)的各部位的反射光波。因此，為了計(jì)測(cè)被測(cè)定物體105而需要較長的時(shí)間，而且考慮其計(jì)測(cè)原理可發(fā)現(xiàn)，難以謀求計(jì)測(cè)時(shí)間的縮短。
鑒于這些問題，研究了一種用于縮短計(jì)測(cè)時(shí)間的光圖像計(jì)測(cè)裝置。圖6所示為這種裝置的一個(gè)例子的基本構(gòu)成。同圖所示的光圖像計(jì)測(cè)裝置200的構(gòu)成包括寬頻帶光源201、鏡202、分光器203、作為光檢測(cè)器的2維光傳感器數(shù)組204及透鏡206，207。從光源201所射出的光束，由透鏡206、207而形成平行光束，且將其波束徑擴(kuò)大，并利用分光器203而將其分為參照光R和信號(hào)光S兩部分。參照光R藉由鏡202的z-掃描而被付以多譜勒頻率位移。另一方面，信號(hào)光S由于其波束徑擴(kuò)大，所以可在x-y面的大范圍內(nèi)入射被測(cè)定物體205。藉此，信號(hào)光S形成含有該入射范圍中的被測(cè)定物體205的表面和內(nèi)部的信息的反射光。參照光R和信號(hào)光S利用分光器203進(jìn)行重疊，并利用在2維光傳感器數(shù)組204上所并列載置的組件(光傳感器)進(jìn)行檢測(cè)。因此，可不對(duì)光束進(jìn)行掃描，而實(shí)時(shí)取得被測(cè)定物體205的2維斷層圖像。
作為這種非掃描型的光圖像計(jì)測(cè)裝置，已知有一種非專利文獻(xiàn)3所記述的裝置。在同文獻(xiàn)所記述的裝置中，可將從2維光傳感器數(shù)組所輸出的多數(shù)個(gè)外差信號(hào)輸入并列配置的多數(shù)個(gè)信號(hào)處理系統(tǒng)，并對(duì)各外差信號(hào)的振幅和相位進(jìn)行檢測(cè)。
但是，在該構(gòu)成中，為了提高圖像的空間分解能力，需要增加數(shù)組的組件數(shù)，另外，必須準(zhǔn)備具有與該組件數(shù)相對(duì)應(yīng)的信道(channel)數(shù)的信號(hào)處理系統(tǒng)。因此，其被認(rèn)為難以在需要高分解能力的圖像的醫(yī)療和工業(yè)等領(lǐng)域上進(jìn)行實(shí)用化。
因此，本發(fā)明者們?cè)谙率龅膶＠墨I(xiàn)1中，提出了一種以下這樣的非掃描型的光圖像計(jì)測(cè)裝置。關(guān)于該提案的光圖像計(jì)測(cè)裝置包括光源，用于射出光束；干涉光學(xué)系統(tǒng)，用于將該光源所射出的光束分為經(jīng)由配置有被檢測(cè)體的被檢測(cè)體配置位置的信號(hào)光，和經(jīng)由與前述經(jīng)由被檢測(cè)體配置位置的光路不同的光路的參照光兩部分，且將經(jīng)由了前述被檢測(cè)體配置位置后的信號(hào)光，和經(jīng)由了前述不同的光路的參照光彼此進(jìn)行重疊，而生成干涉光；頻率位移器，用于將該干涉光學(xué)系統(tǒng)的前述信號(hào)光的頻率和前述參照光的頻率相對(duì)進(jìn)行位移；光遮蔽裝置，前述干涉光學(xué)系統(tǒng)為了接受前述干涉光，藉由將前述干涉光進(jìn)行二分割，再對(duì)該被二分割了的干涉光進(jìn)行周期性地遮蔽，而生成彼此的相位差為90度的2列干涉光脈沖；光傳感器，分別接受前述2列干涉光脈沖；信號(hào)處理部，該光傳感器具有空間性排列且分別獨(dú)立地得到受光信號(hào)的多數(shù)個(gè)受光組件，并將前述光傳感器所得到的多數(shù)個(gè)受光信號(hào)進(jìn)行合并，而生成與前述被檢測(cè)體配置位置上所配置的被檢測(cè)體的表面或內(nèi)部層的，在前述信號(hào)光的傳輸路徑上的各關(guān)心點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。
該光圖像計(jì)測(cè)裝置采用將參照光和信號(hào)光的干涉光進(jìn)行二分割，并以2臺(tái)光傳感器(2維光傳感器數(shù)組)受光，且在兩傳感器數(shù)組前分別配置光遮蔽裝置，以對(duì)干涉光進(jìn)行抽樣的構(gòu)成。而且，可藉由在被分割的2個(gè)干涉光的抽樣周期中設(shè)置π/2的相位差，而對(duì)構(gòu)成干涉光的背景光的信號(hào)光和參照光的強(qiáng)度、和干涉光的相位的直交成分(sin成分和cos成分)進(jìn)行檢測(cè)，且藉由將來自兩傳感器數(shù)組的輸出中所包括的背景光的強(qiáng)度，從兩傳感器數(shù)組的輸出中去除，而計(jì)算干涉光的2個(gè)相位直交成分，并利用該計(jì)算結(jié)果求得干涉光的振幅。
但是，在專利文獻(xiàn)1所記述的光圖像計(jì)測(cè)裝置中，因?yàn)樾枰獙⒏缮婀夥指顬槎鄶?shù)個(gè)光路，并在各光路上設(shè)置光遮蔽裝置，且使各光遮蔽裝置同步并進(jìn)行各干涉光的抽樣，所以除了裝置構(gòu)成和控制變得復(fù)雜以外，有可能還會(huì)使成本增加。而且，當(dāng)利用液晶遮光器等透過型的遮光器作為光遮蔽裝置時(shí)，干涉光的損失增大，存在干涉光檢測(cè)靈敏度下降的擔(dān)憂，所以有可能使計(jì)測(cè)的靈敏度變差。
另外，作為以上那樣的光圖像計(jì)測(cè)裝置的2維光傳感器數(shù)組，廣泛利用CCD(Charge-Coupled Device，電荷耦合器件)照相機(jī)等市售的影像傳感器。但是，目前市售的CCD照相機(jī)，習(xí)知以來已認(rèn)識(shí)到存在頻率響應(yīng)特性低，無法追隨從數(shù)KHz到數(shù)MHz左右的外差信號(hào)的拍率的問題?？梢哉f，由本發(fā)明者們提出的專利文獻(xiàn)1所記述的光圖像計(jì)測(cè)裝置的特征在于在充分認(rèn)識(shí)該問題點(diǎn)后，利用其低響應(yīng)特性而進(jìn)行計(jì)測(cè)。
日本專利早期公開的特開2001-330558號(hào)公報(bào)(權(quán)利要求項(xiàng)，說明書段落 - ，第1圖)[非專利文獻(xiàn)1]丹野直弘，《光學(xué)》(日本光學(xué)雜志)，第28卷第3號(hào)，116(1999)[非專利文獻(xiàn)2]吉澤、瀨田編，《光外差技術(shù)(修訂版)》，新技術(shù)通訊(2003)，p.2[非專利文獻(xiàn)3]K.P.Chan，M.Yamada，H.Inaba，[Electronics Letters]，Vol.30，1753，(1994)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于，提供一種鑒于以上問題的，可藉由提高干涉光的檢測(cè)靈敏度，而利用精度更加良好的干涉光的信號(hào)強(qiáng)度和相位信息對(duì)被檢測(cè)物體進(jìn)行計(jì)測(cè)的光圖像計(jì)測(cè)裝置及光圖像計(jì)測(cè)方法。
而且，本發(fā)明的另一目的在于，提供一種藉由不利用用于對(duì)干涉光進(jìn)行抽樣的光遮蔽裝置(遮光器)，而謀求裝置構(gòu)成和控制形態(tài)的簡略化的光圖像計(jì)測(cè)裝置及光圖像計(jì)測(cè)方法。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的第一發(fā)明提供一種光圖像計(jì)測(cè)裝置，包括光束輸出裝置，使光束周期性地進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制并輸出；第1轉(zhuǎn)換裝置，將前述光束的偏光特性轉(zhuǎn)換為直線偏光；分割裝置，將前述光束分割為經(jīng)由被測(cè)定物體的信號(hào)光和經(jīng)由參照物體的參照光；第2轉(zhuǎn)換裝置，將直線偏光的前述信號(hào)光或前述參照光的偏光特性進(jìn)行轉(zhuǎn)換；頻率位移裝置，使前述信號(hào)光的頻率和前述參照光的頻率，只相對(duì)位移與前述光束的前述強(qiáng)度調(diào)制的頻率大致相等的量；重疊裝置，分別具有利用前述第1及第2轉(zhuǎn)換裝置被轉(zhuǎn)換的偏光特性，并利用前述頻率位移裝置使頻率進(jìn)行位移，且使分別經(jīng)由前述被測(cè)定物體和前述參照物體的前述信號(hào)光和前述參照光進(jìn)行重疊而生成第1干涉光；抽出裝置，抽出前述生成的第1干涉光的不同的多數(shù)個(gè)偏光成分；第1檢測(cè)裝置，對(duì)前述抽出的前述第1干涉光的各偏光成分進(jìn)行檢測(cè)；運(yùn)算裝置，根據(jù)前述檢測(cè)的前述各偏光成分，計(jì)算前述第1干涉光的信號(hào)強(qiáng)度或相位；其特征在于根據(jù)前述計(jì)算的前述第1干涉光的信號(hào)強(qiáng)度或相位，形成前述被測(cè)定物體的圖像。
而且，本發(fā)明的第二發(fā)明提供一種光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述第1檢測(cè)裝置為在設(shè)定的響應(yīng)頻率對(duì)前述第1干涉光的各偏光成分進(jìn)行檢測(cè)的積蓄型光傳感器。
而且，本發(fā)明的第三發(fā)明提供一種光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述第1檢測(cè)裝置為CCD照相機(jī)。
而且，本發(fā)明的第四發(fā)明提供一種光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于以使前述光束的強(qiáng)度調(diào)制的頻率和前述第1干涉光的頻率的差，與前述第1檢測(cè)裝置的響應(yīng)頻率相比足夠小的形態(tài)，設(shè)定前述強(qiáng)度調(diào)制的頻率。
而且，本發(fā)明的第五發(fā)明提供一種光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述第1轉(zhuǎn)換裝置為使前述光束的設(shè)定方向的振動(dòng)成分透過的偏光板。
而且，本發(fā)明的第六發(fā)明提供一種光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述第2轉(zhuǎn)換裝置為對(duì)直線偏光的前述信號(hào)光或前述參照光的彼此直交的P偏光成分和S偏光成分間付以相位差，并轉(zhuǎn)換偏光特性的波長板。
而且，本發(fā)明的第七發(fā)明提供一種光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述第1轉(zhuǎn)換裝置將前述光束的偏光特性，對(duì)與前述光束的行進(jìn)方向直交的xy平面的x軸及y軸，轉(zhuǎn)換為45°的角度方向的直線偏光，前述第2轉(zhuǎn)換裝置將形成前述45°的角度方向的直線偏光的前述信號(hào)光或前述參照光的偏光特性轉(zhuǎn)換為圓偏光。
而且，本發(fā)明的第八發(fā)明提供一種光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述抽出裝置將前述第1干涉光的彼此直交的P偏光成分及S偏光成分抽出。
而且，本發(fā)明的第九發(fā)明提供一種光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述參照物體為具有對(duì)前述參照光的光路直交配置的反射面的參照鏡；前述分割裝置及前述重疊裝置為對(duì)前述輸出的前述光束、前述信號(hào)光及前述參照光的各光路傾斜設(shè)置的半反射鏡；前述被測(cè)定物體、前述參照鏡及前述半反射鏡形成麥克森型的干涉儀。
而且，本發(fā)明的第十發(fā)明提供一種光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述第1轉(zhuǎn)換裝置為偏光板，使對(duì)與前述光束的行進(jìn)方向直交的xy平面的x軸及y軸，沿45°的角度方向進(jìn)行振動(dòng)的前述光束的振動(dòng)成分透過；前述半反射鏡將利用前述偏光板轉(zhuǎn)換為直線偏光的前述光束，分割為前述信號(hào)光和前述參照光；前述第2轉(zhuǎn)換裝置為1/8波長板，設(shè)置于前述半反射鏡和前述參照鏡之間，并藉由在前述參照光的彼此直交的P偏光成分和S偏光成分間，于利用前述參照鏡所進(jìn)行的反射的前后，分別付以相位差π/4，而將前述參照光的偏光特性從直線偏光轉(zhuǎn)換為圓偏光。
而且，本發(fā)明的第十一發(fā)明提供一種光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述抽出裝置包括使前述第1干涉光的P偏光成分透過，并將S偏光成分進(jìn)行反射的偏光分光器。
而且，本發(fā)明的第十二發(fā)明提供一種光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述頻率位移裝置包括在前述參照光的光路上所設(shè)置的頻率位移器。
而且，本發(fā)明的第十三發(fā)明提供一種光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述頻率位移裝置包括前述參照鏡、使前述參照鏡在前述參照光的光路方向上連續(xù)地進(jìn)行移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置。
而且，本發(fā)明的第十四發(fā)明提供一種光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述頻率位移裝置為在前述參照光的光路上所設(shè)置的頻率位移器，包括驅(qū)動(dòng)裝置，使前述參照鏡在前述參照光的光路方向上進(jìn)行移動(dòng)；驅(qū)動(dòng)控制裝置，對(duì)前述驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行控制，以使前述參照鏡與利用前述光束輸出裝置所進(jìn)行的前述光束的前述強(qiáng)度調(diào)制同步，階段式的進(jìn)行移動(dòng)。
而且，本發(fā)明的第十五發(fā)明提供一種光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述驅(qū)動(dòng)裝置為設(shè)置于前述參照鏡的前述反射面的背面的壓電元件。
而且，本發(fā)明的第十六發(fā)明提供一種光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述光束輸出裝置包括射出激光光的激光光源；將前述射出的激光光分割為經(jīng)由前述頻率位移裝置的第1激光光和經(jīng)由固定配置的反射鏡的第2激光光，并使接受前述頻率位移的前述第1激光光和由前述反射鏡被反射的前述第2激光光進(jìn)行重疊而生成第2干涉光的干涉光學(xué)系統(tǒng)；對(duì)前述生成的第2干涉光進(jìn)行檢測(cè)，并輸出與前述第2干涉光相等頻率的電氣信號(hào)的第2檢測(cè)裝置；生成與前述輸出的電氣信號(hào)相等頻率的脈沖信號(hào)的脈沖生成裝置；由前述生成的脈沖信號(hào)被驅(qū)動(dòng)，而輸出與該脈沖信號(hào)相等頻率的脈沖狀的光束的光源。
而且，本發(fā)明的第十七發(fā)明提供一種光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述光束輸出裝置包括脈沖生成裝置，生成與利用前述頻率位移裝置所形成的前述頻率的位移量大致相等頻率的脈沖信號(hào)；光源，由前述脈沖信號(hào)被驅(qū)動(dòng)而輸出脈沖狀的光束。
而且，本發(fā)明的第十八發(fā)明提供一種光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述光束輸出裝置包括射出連續(xù)光束的光源；將前述射出的前述光束周期性地進(jìn)行遮蔽的遮光器裝置。
而且，本發(fā)明的第十九發(fā)明提供一種光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述光源為超發(fā)光二極管或發(fā)光二極管。
而且，本發(fā)有的第二十發(fā)明提供一種光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述光束為低相干光。
而且，本發(fā)明的第二十一發(fā)明提供一種光圖像計(jì)測(cè)裝置，包括將利用前述重疊裝置所生成的前述第1干涉光的一部分進(jìn)行分離的分離裝置；對(duì)前述分離的前述第1干涉光的一部分進(jìn)行檢測(cè)的第3檢測(cè)裝置；其特征在于前述運(yùn)算裝置根據(jù)利用前述第3檢測(cè)裝置所檢測(cè)的前述第1干涉光的一部分，計(jì)算前述第1干涉光的背景成分的信號(hào)強(qiáng)度。
而且，本發(fā)明的第二十二發(fā)明提供一種光圖像計(jì)測(cè)方法，包括使光束周期性地進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制并輸出的步驟；將前述輸出的光束的偏光特性轉(zhuǎn)換為直線偏光的第1轉(zhuǎn)換步驟；將前述被轉(zhuǎn)換的光束分割為經(jīng)由被測(cè)定物體的信號(hào)光和經(jīng)由參照物體的參照光的分割步驟；將前述信號(hào)光或前述參照光的偏光特性進(jìn)行轉(zhuǎn)換的第2轉(zhuǎn)換步驟；使前述信號(hào)光的頻率和前述參照光的頻率，只相對(duì)位移與前述光束的前述強(qiáng)度調(diào)制的頻率大致相等的量的頻率位移步驟；分別具有利用前述第1及第2轉(zhuǎn)換步驟被轉(zhuǎn)換的偏光特性，并利用前述頻率位移步驟使頻率進(jìn)行位移，且使分別經(jīng)由前述被測(cè)定物體和前述參照物體的前述信號(hào)光和前述參照光進(jìn)行重疊而生成第1干涉光的重疊步驟；抽出前述生成的第1干涉光的不同的多數(shù)個(gè)偏光成分的抽出步驟；對(duì)前述抽出的前述第1干涉光的各偏光成分進(jìn)行檢測(cè)的檢測(cè)步驟；根據(jù)前述檢測(cè)的前述各偏光成分，計(jì)算前述第1干涉光的信號(hào)強(qiáng)度或相位的運(yùn)算步驟；其特征在于根據(jù)前述計(jì)算的前述第1干涉光的信號(hào)強(qiáng)度或相位，形成前述被測(cè)定物體的圖像。
本發(fā)明由于采用使光束周期性的進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制并輸出，且由該光束生成偏光特性不同的信號(hào)光和參照光，并將它們進(jìn)行重疊而生成第1干涉光，且對(duì)從該第1干涉光所抽出的多數(shù)個(gè)不同的偏光成分進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)其檢測(cè)結(jié)果計(jì)算第1干涉光的信號(hào)強(qiáng)度或相位，而形成被測(cè)定物體的圖像的構(gòu)成，所以沒有必要象習(xí)知技術(shù)那樣，設(shè)置用于對(duì)第1干涉光進(jìn)行抽樣的光遮蔽裝置(特別是透過型的高速遮光器等)。因此，沒有因光遮蔽裝置所造成的第1干涉光的強(qiáng)度的衰減，所以使第1干涉光的檢測(cè)靈敏度提高。藉此，可精度良好地求取第1干涉光的信號(hào)強(qiáng)度和相位信息，并恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)行被測(cè)定物體的計(jì)測(cè)。
而且，沒有必要如習(xí)知技術(shù)那樣，在分割為多數(shù)個(gè)光路的第1干涉光的各光路上設(shè)置遮光器并進(jìn)行抽樣，也沒有必要對(duì)那些多數(shù)個(gè)遮光器進(jìn)行同步控制，所以可使裝置構(gòu)成和控制形態(tài)簡略化。


圖1所示為關(guān)于本發(fā)明的光圖像計(jì)測(cè)裝置的構(gòu)成的一個(gè)例子的概略圖。
圖2所示為關(guān)于本發(fā)明的光圖像計(jì)測(cè)裝置的干涉光的檢測(cè)形態(tài)的一個(gè)例子。圖2(A)所示為頻率進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制并從寬頻帶光源輸出的光束的時(shí)間波形。圖2(B)所示為從寬頻帶光源所輸出的光束為連續(xù)光時(shí)的干涉光的S偏光成分的時(shí)間波形。圖2(C)所示為從寬頻帶光源所輸出的光束為連續(xù)光時(shí)的干涉光的P偏光成分的時(shí)間波形。圖2(D)所示為從寬頻帶光源所輸出的光束進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制的情況下的干涉光的S偏光成分的時(shí)間波形。圖2(E)所示為從寬頻帶光源所輸出的光束進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制的情況下的干涉光的P偏光成分的時(shí)間波形。
圖3所示為關(guān)于本發(fā)明的光圖像計(jì)測(cè)裝置的構(gòu)成的一個(gè)例子的概略圖。
圖4所示為關(guān)于本發(fā)明的光圖像計(jì)測(cè)裝置的構(gòu)成的一個(gè)例子的概略圖。
圖5所示為現(xiàn)有習(xí)知的光圖像計(jì)測(cè)裝置的構(gòu)成的概略圖。
圖6所示為現(xiàn)有習(xí)知的光圖像計(jì)測(cè)裝置的構(gòu)成的概略圖。
1、1’光圖像計(jì)測(cè)裝置 2寬頻帶光源3偏光板4、5透鏡6半反射鏡 7波長板8頻率移位器9參照鏡9A壓電元件 10成像用透鏡群11偏光分光器 12分光器20信號(hào)處理部 21、22、23CCD31光源 32分光器33固定鏡 34光電探測(cè)器35脈沖驅(qū)動(dòng)器 100光圖像計(jì)測(cè)裝置101寬頻帶光源 102鏡103半透明鏡104光檢測(cè)器105被測(cè)定物體 110控制部200光圖像計(jì)測(cè)裝置 201寬頻帶光源202鏡 203半透明鏡2042維光傳感器數(shù)組 205被測(cè)定物體206、207透鏡 R參照光S信號(hào)光L干涉光L’干涉光的一部分 L1S偏光成分L2P偏光成分O被測(cè)定物體具體實(shí)施方式
下面，對(duì)關(guān)于本發(fā)明的光圖像計(jì)測(cè)裝置的較佳實(shí)施形態(tài)的一個(gè)例子，參照?qǐng)D示詳細(xì)地進(jìn)行說明。
(第1實(shí)施形態(tài))(裝置的構(gòu)成)圖1所示為本發(fā)明的第1實(shí)施形態(tài)的光圖像計(jì)測(cè)裝置1的概略構(gòu)成。光圖像計(jì)測(cè)裝置1為可利用于例如醫(yī)療方面和工業(yè)方面的被測(cè)定物體O的斷層圖像和表面圖像的計(jì)測(cè)的裝置。被測(cè)定物體O為例如在醫(yī)療方面，由人眼等散射媒質(zhì)形成的物體。
光圖像計(jì)測(cè)裝置1包括輸出低相干的光束的寬頻帶光源2、將該光束的偏光特性轉(zhuǎn)換為直線偏光的偏光板3、使光束為平行光束且擴(kuò)大其波束徑的透鏡4，5、將光束分割為信號(hào)光S和參照光R且將它們進(jìn)行重疊而生成干涉光L的半反射鏡6、將參照光R的偏光特性從直線偏光轉(zhuǎn)換為圓偏光的波長板7、使參照光R的頻率進(jìn)行位移的頻率位移器8、利用對(duì)參照光R的行進(jìn)方向直交的反射面而使參照光R進(jìn)行全反射的參照鏡9、在參照鏡9的反射面的背面所設(shè)置的壓電元件9A。這里，利用半反射鏡6所生成的干涉光L，相當(dāng)于本發(fā)明中所說的[第1干涉光]。
寬頻帶光源2相當(dāng)于本發(fā)明中所說的[光源]，由SLD和LED(發(fā)光二極管)等構(gòu)成。另外，市售的近紅外區(qū)SLD的相干長為30μm左右，在LED的情況下為10μm左右。
圖1中所示的xyz座標(biāo)系統(tǒng)將從寬頻帶光源2所輸出的光束的行進(jìn)方向作為z軸方向，并將與其直交的光束的振動(dòng)面定義為xy平面。x軸方向、y軸方向被定義為與光束的電場(電場)成分的振動(dòng)面、磁場(磁場)成分的振動(dòng)面一致。
偏光板3相當(dāng)于本發(fā)明中所說的[第1轉(zhuǎn)換裝置]，為使來自寬頻帶光源3的光束的設(shè)定方向的振動(dòng)成分透過的偏光轉(zhuǎn)換元件。本實(shí)施形態(tài)的偏光板3采用使對(duì)上述xy平面的x軸(及y軸)形成45°的角度方向的振動(dòng)成分透過的構(gòu)成。藉此，透過了偏光板3的光束具有角度45°的直線偏光。因此，所說的該光束的x軸方向及y軸方向的偏光成分，分別具有相等的振幅。換言的，該光束的P偏光成分和S偏光成分分別具有相等的振幅。
半反射鏡6構(gòu)成將形成平行光束的直線偏光的光束，分割為朝向被測(cè)定物體O的信號(hào)光S和朝向參照鏡9的參照光R的本發(fā)明的[分割裝置]。半反射鏡6使光束的一部分(一半)透過形成信號(hào)光S，并將剩余的光束進(jìn)行反射形成參照光R。
而且，半反射鏡6構(gòu)成藉由將經(jīng)由被測(cè)定物體O的信號(hào)光S的一部分進(jìn)行反射且使經(jīng)由參照鏡9的參照光R的一部分透過，而使信號(hào)光S和參照光R進(jìn)行重疊生成干涉光L的本發(fā)明的[重疊裝置]。
另外，在本實(shí)施形態(tài)中，因?yàn)槔糜勺鳛榉瓷潴w的被測(cè)定物體O及參照鏡9、半反射鏡6所形成的麥克森型的干涉儀，所以使分割裝置和重疊裝置由相同的半反射鏡6(的不同的反射面)構(gòu)成。另一方面，在利用馬赫-曾德型等其它干涉儀的情況下，分割裝置和重疊裝置也可分別由不同的光學(xué)元件構(gòu)成。而且，作為分割裝置及重疊裝置，可應(yīng)用對(duì)光束(信號(hào)光S、參照光R)的偏光特性不施加影響的無偏光型的任意的分光器。
波長板7構(gòu)成本發(fā)明的[第2轉(zhuǎn)換裝置]，為將直線偏光的參照光R的偏光特性進(jìn)行轉(zhuǎn)換的偏光轉(zhuǎn)換元件。作為本實(shí)施形態(tài)的波長板7，采用1/8波長板。藉此，在參照光R通過波長板7時(shí)，對(duì)其P偏光成分和S偏光成分間付以相位差π/4。參照光R在由半反射鏡6朝向參照鏡9時(shí)，和被參照鏡9反射而再次入射半反射鏡6時(shí)，分別被付以該相位差，所以結(jié)果被付以相位差π/2。因此，對(duì)具有45°的直線偏光的參照光R，與1/4波長板同樣地進(jìn)行作用，所以再次入射半反射鏡6的參照光R被轉(zhuǎn)換為圓偏光。另外，在如上述那樣利用馬赫-曾德型等其它干涉儀的情況下，可應(yīng)用1/4波長板。
頻率位移器8構(gòu)成本發(fā)明所說的[頻率位移裝置]，對(duì)利用參照鏡9被反射前后的參照光R分別付以頻率位移。該頻率位移器8由例如電光式調(diào)制器和聲光式調(diào)制器等構(gòu)成。另外，如后面所說明的，作為關(guān)于本發(fā)明的光圖像計(jì)測(cè)裝置，也可采用不含有頻率位移器8的構(gòu)成。在這種情況下，藉由使參照鏡9進(jìn)行移動(dòng)而使參照光R的頻率位移。
參照鏡9構(gòu)成本發(fā)明的[參照物體]，藉由沿參照光的光路方向進(jìn)行移動(dòng)，而抽出在被測(cè)定物體O的各種深度(z座標(biāo))所形成的信號(hào)光S的反射光。更具體地進(jìn)行說明，因?yàn)閬碜詫掝l帶光源2的光束為低相干光，所以只有與參照光R經(jīng)由大致相等距離的信號(hào)光S有助于干涉光L的生成。即，對(duì)半反射鏡6，只有來自與參照鏡9大致相等距離的被測(cè)定物體O的z位置的反射光，與參照光進(jìn)行干涉而形成干涉光L。因此，藉由使參照鏡9的位置變化(z-掃描)，可依次抽出來自被測(cè)定物體O的各種z座標(biāo)區(qū)域的反射光。
而且，參照鏡9起到利用壓電元件9A而沿參照光R的光路方向連續(xù)地進(jìn)行移動(dòng)，使參照光R的頻率進(jìn)行位移的作用。有時(shí)將利用這種參照鏡9的移動(dòng)而付與的頻率位移，稱作多譜勒頻率位移。此時(shí)，壓電元件9A構(gòu)成本發(fā)明中所說的[驅(qū)動(dòng)裝置]。而且，參照鏡9和壓電元件9A構(gòu)成本發(fā)明的[頻率位移裝置]另外，也可采用不在頻率位移中使用參照鏡9和壓電元件9A的構(gòu)成，這一點(diǎn)在第2實(shí)施形態(tài)中將進(jìn)行詳細(xì)說明。
在本實(shí)施形態(tài)的光圖像計(jì)測(cè)裝置1中，還包括使利用作為重疊裝置的半反射鏡6所生成的干涉光L進(jìn)行成像的成像用透鏡群8、將干涉光L的光路依據(jù)偏光特性進(jìn)行分割的偏光分光器11、在分割了的干涉光L的各光路上所設(shè)置的CCD(照相機(jī))21，22、對(duì)分別由CCD21，22所形成的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行處理的信號(hào)處理部20。
偏光分光器11構(gòu)成抽出干涉光L的不同的多數(shù)個(gè)偏光成分的本發(fā)明中所說的[抽出裝置]更具體地說，偏光分光器11起到將干涉光L的S偏光成分L1進(jìn)行反射并入射CCD21，且使P偏光成分L2透過并入射CCD22的作用。在這里，干涉光L的S偏光成分L1及P偏光成分L2，具有彼此相等的振幅(即最大強(qiáng)度)。
CCD21、22構(gòu)成本發(fā)明中所說的[第1檢測(cè)裝置]，為干涉光檢測(cè)用的積蓄型的2維光傳感器數(shù)組。CCD21藉由對(duì)利用偏光分光器11所抽出的干涉光L的S偏光成分L1進(jìn)行檢測(cè)，并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，而生成檢測(cè)信號(hào)，并將其輸出到信號(hào)處理部20。同樣，CCD22藉由對(duì)抽出的干涉光L的P偏光成分L2進(jìn)行檢測(cè)，并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，而生成檢測(cè)信號(hào)，并將其輸出到信號(hào)處理部20。從各CCD21、22所輸出的檢測(cè)信號(hào)為前述的外差信號(hào)。
信號(hào)處理部20為根據(jù)CCD21、22所分別輸出的檢測(cè)信號(hào)，執(zhí)行后述的運(yùn)算處理的本發(fā)明的[運(yùn)算裝置]另外，信號(hào)處理部20進(jìn)行藉由對(duì)該運(yùn)算處理的結(jié)果進(jìn)行解析，而形成被測(cè)定物體O的2維斷面圖像等各種圖像，且使未圖示的顯示器裝置等顯示裝置進(jìn)行顯示的處理。這種信號(hào)處理部20由例如含有用于存儲(chǔ)設(shè)定的運(yùn)算程序的ROM等存儲(chǔ)裝置、用于執(zhí)行該運(yùn)算程序的CPU等運(yùn)算控制裝置的計(jì)算機(jī)等構(gòu)成。
另外，本實(shí)施形態(tài)的光圖像計(jì)測(cè)裝置1形成一種用于對(duì)被付以參照光R的頻率位移進(jìn)行監(jiān)視，且將來自寬頻帶光源2的光束進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制的構(gòu)成，包括光源31、分光器32、反射鏡33、光電探測(cè)器(PD)34及脈沖驅(qū)動(dòng)器35。
光源31相當(dāng)于本發(fā)明的[激光光源]，由與寬頻帶光源2相比，發(fā)出具有長相干長度的激光光的激光二極管等構(gòu)成。分光器32將光源31發(fā)出的激光光，分割為經(jīng)由頻率位移器8及參照鏡9的第1激光光(反射光)和經(jīng)由固定配置的反射鏡(固定鏡)33的第2激光光(透過光)，且將利用頻率位移器8等受到了頻率位移的第1激光光和由反射鏡33被反射的第2激光光進(jìn)行重疊，生成干涉光。這里，分光器32、反射鏡33及參照鏡9構(gòu)成本發(fā)明中所說的[干涉光學(xué)系統(tǒng)]，而且，由該干涉光學(xué)系統(tǒng)所生成的干涉光相當(dāng)于[第2干涉光]。
光電探測(cè)器34構(gòu)成本發(fā)明的[第2檢測(cè)裝置]，對(duì)由該干涉光學(xué)系統(tǒng)所生成的干涉光進(jìn)行檢測(cè)，并輸出與該干涉光相等頻率的電氣信號(hào)。脈沖驅(qū)動(dòng)器3 5構(gòu)成本發(fā)明的[脈沖生成裝置]，生成與光電探測(cè)器34所輸出的電氣信號(hào)相等頻率的脈沖信號(hào)，并輸出到寬頻帶光源2。
寬頻帶光源2由脈沖驅(qū)動(dòng)器35所輸出的脈沖信號(hào)被驅(qū)動(dòng)，并輸出與該脈沖信號(hào)相等頻率的脈沖狀的光束。此時(shí)，從寬頻帶光源2所輸出的光束，作為例如50％duty的矩形列的脈沖光被輸出。
另外，寬頻帶光源2、光源31、分光器32、反射鏡33、光電檢測(cè)器(PD)34及脈沖驅(qū)動(dòng)器35，構(gòu)成本發(fā)明中所說的[光束輸出裝置]。
(測(cè)定形態(tài))
接著，對(duì)利用本實(shí)施形態(tài)的光圖像計(jì)測(cè)裝置1所執(zhí)行的干涉光L的信號(hào)強(qiáng)度和相位的空間分布的測(cè)定形態(tài)，即外差信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度和其相位信息的測(cè)定形態(tài)進(jìn)行說明。以下所詳細(xì)說明的信號(hào)處理，利用圖1所示的信號(hào)處理部20而執(zhí)行。
本實(shí)施形態(tài)的光圖像計(jì)測(cè)裝置1的特征在于藉由形成偏光特性不同的信號(hào)光S和參照光R，并將它們的干涉光L作為外差信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，而得到被測(cè)定物體O的表面圖像和斷層圖像。
首先，對(duì)利用光圖像計(jì)測(cè)裝置1的測(cè)定形態(tài)的基本原理進(jìn)行說明。從寬頻帶光源2所輸出的光束，由偏光板3而轉(zhuǎn)換為對(duì)上述x軸形成45°的角度方向的直線偏光，并利用透鏡4、5擴(kuò)大波束徑，且形成平行光束而入射半反射鏡6，被二分為信號(hào)光S和參照光R。
信號(hào)光S入射由散射媒質(zhì)構(gòu)成的被測(cè)定物體O，并由其表面和各種深度的斷層面被反射。來自被測(cè)定物體O的反射光波的一部分，由半反射鏡6被反射，并傳送到成像用透鏡群10。
另一方面，參照光R通過波長板7向參照鏡9被傳送。此時(shí)，參照鏡9利用壓電元件9A而沿參照光R的光路方向被驅(qū)動(dòng)(z-掃描)。而且，參照光R由頻率位移器8而接受設(shè)定量的頻率位移。來自參照鏡9的反射光波接受伴隨參照鏡9的z-掃描的多譜勒頻率位移，還有利用頻率位移器8的頻率位移，并通過波長板7。這里，參照光R的偏光特性為角度45°的直線偏光，波長板7為1/8波長板，所以2次通過波長板7的參照光R的偏光特性可被轉(zhuǎn)換為圓偏光。形成圓偏光的參照光R的一部分透過半反射鏡6，而被傳送到成像用透鏡群10。
此時(shí)，半反射鏡6將由被測(cè)定物體O被反射的直線偏光的信號(hào)光S，和頻率進(jìn)行位移并轉(zhuǎn)換為圓偏光的參照光R進(jìn)行重疊而生成干涉光L，并使該干涉光L被傳送到成像用透鏡群10。干涉光L經(jīng)由成像用透鏡群10，被傳送到偏光分光器11。
偏光分光器11起到將干涉光L的S偏光成分L1進(jìn)行反射，并透過P偏光成分L2的作用。干涉光1的S偏光成分L1由CCD21被檢測(cè)，P偏光成分L2由CCD22被檢測(cè)。這里，干涉光L的S偏光成分L1包括信號(hào)光S的S偏光成分Ess、參照光R的S偏光成分Ers，且干涉光L的P偏光成分L2包括信號(hào)光S的P偏光成分Esp、參照光R的P偏光成分Erp。信號(hào)光S的S偏光成分Ess及P偏光成分Esp、參照光R的S偏光成分Ers及P偏光成分Erp，如下式所示。
Ess=Isssin(2πft+φ)---(2)]]>
Esp=Irpsin(2πft+φ)---(3)]]>Ers=Irssin[2π(f+fD)t+φ′)---(4)]]> 這里，f表示從寬頻帶光源2所輸出的光束的頻率，fD表示頻率位移，φ表示信號(hào)光S的初期相位，φ’表示參照光R的初期相位。另外，將信號(hào)光S和參照光R的初期相位的差表示為Δφ(＝φ-φ’)。參照[數(shù)2]所示的式(2)～(5)，干涉光的S偏光成分L1和P偏光成分L2利用CCD21、22，分別作為下式那樣的外差信號(hào)i1、i2被檢測(cè)。
i1∝|Ess+Ers|2∝Irs+Iss+2IrsIsscos(2πfDt+ΔΦ)---(6)]]>i2∝|Esp+Erp|2∝Irp+Isp+2IrpIspsin(2πfDt+ΔΦ)---(7)]]>比較式(6)、(7)可知，因?yàn)楦魇降牡?項(xiàng)的交流信號(hào)為同相位的cos函數(shù)和sin函數(shù)，所以具有90°的相位差。本發(fā)明藉由利用該特征且將周期性強(qiáng)度調(diào)制的光束作為測(cè)定光使用，可實(shí)現(xiàn)不利用基于遮光器的抽樣處理的光外差檢測(cè)，并藉此對(duì)干涉光L的信號(hào)強(qiáng)度及相位的空間分布進(jìn)行測(cè)定。在習(xí)知的光圖像計(jì)測(cè)技術(shù)中，藉由將單一的干涉光以相位不同的多數(shù)個(gè)函數(shù)進(jìn)行抽樣，可對(duì)其cos成分和sin成分進(jìn)行檢測(cè)，但本發(fā)明的特征在于采用將參照光R和信號(hào)光S的偏光特性進(jìn)行轉(zhuǎn)換而生成相位不同的多數(shù)個(gè)(在這里為2個(gè))干涉光，并對(duì)它們分別進(jìn)行檢測(cè)的構(gòu)成。下面，對(duì)本發(fā)明中的測(cè)定原理進(jìn)行說明。
在本實(shí)施形態(tài)中，利用光源31、分光器32、反射鏡33、光電探測(cè)器(PD)34及脈沖驅(qū)動(dòng)器35，從寬頻帶光源2輸出被周期性強(qiáng)度調(diào)制的光束。
從光源31所輸出的激光光，由分光器32被分割為參照鏡9方向的光路和固定鏡33方向的光路(透過光)。參照光9方向的光路的激光光，可經(jīng)由頻率位移器8和參照鏡9，并接受因它們所產(chǎn)生的頻率位移且再次入射分光器32。另一方面，固定鏡33方向的光路的激光光，作為由固定鏡33所產(chǎn)生的反射光(不使頻率進(jìn)行位移)而再次入射分光鏡32。經(jīng)由兩光路的激光光利用分光器33被重疊而形成干涉光，且由光電探測(cè)器34被檢測(cè)。
由光電探測(cè)器34被檢測(cè)的干涉光，與參照光R同樣地，接受頻率位移器8所形成的頻率位移和參照鏡9所形成的多譜勒頻率位移，所以與參照光R接受(大致)同量的頻率位移。因此，該干涉光具有與信號(hào)光S和參照光R所形成的干涉光L(大致)相同的拍率。
光電探測(cè)器34將與所檢測(cè)的干涉光相對(duì)應(yīng)的電氣信號(hào)輸出到脈沖驅(qū)動(dòng)器35。該電氣信號(hào)具有與式(1)所示的外差信號(hào)同樣的直流成分和交流成分，且其交流成分的頻率如上面所說明的，與干涉光L的拍率大致相同。脈沖驅(qū)動(dòng)器35接受來自光電探測(cè)器34的電氣信號(hào)，并將與其具有相同頻率的脈沖信號(hào)輸出到寬頻帶光源2。寬頻帶光源2由來自脈沖驅(qū)動(dòng)器35的脈沖信號(hào)被驅(qū)動(dòng)，輸出與該脈沖信號(hào)大致相同頻率的脈沖狀的光束。
這樣，在本實(shí)施形態(tài)中，可對(duì)被付與參照光R的頻率位移的位移量進(jìn)行監(jiān)視，并利用與該位移量(大致)相等的頻率的脈沖狀的光束，進(jìn)行被測(cè)定物體O的測(cè)定。來自寬頻帶光源2的光束如上所述，作為例如50％duty的矩形列的脈沖光被輸出。另外，該光束的duty比并不限定于50％，且其脈沖形狀也可不為矩形列(例如三角形列或梯形列等)。而且，也可取代轉(zhuǎn)換輸出強(qiáng)度0和100所得到的脈沖光，而應(yīng)用例如將輸出強(qiáng)度在50和100間進(jìn)行調(diào)制所得到的光束。即，這里重要的并不是光束的強(qiáng)度調(diào)制的程度，而是進(jìn)行控制，以使該強(qiáng)度調(diào)制的頻率與干涉光L的拍率大致相等。
下面，參照?qǐng)D2所示的標(biāo)繪圖，對(duì)本實(shí)施形態(tài)的光圖像計(jì)測(cè)裝置1的干涉光L的檢測(cè)形態(tài)進(jìn)行說明。以下，將從寬頻帶光源2所輸出的光束的強(qiáng)度調(diào)制頻率設(shè)為fm。而且，如前面所說明的，fD表示被付與參照光R的頻率位移(干涉光L的拍率)，光束的調(diào)制頻率fm形成與頻率位移fD相等或與其接近的值。
圖2(A)所示為由頻率fm進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制并從寬頻帶光源2所輸出的光束的時(shí)間波形。圖2(B)所示為光束為連續(xù)光，因此使參照光R和信號(hào)光S都為連續(xù)光的情況下的干涉光L的S偏光成分L1(拍率fD)的時(shí)間波形。圖2(D)所示為參照光R和信號(hào)光S都為連續(xù)光的情況下的干涉光L的P偏光成分L2的時(shí)間波形。因此，圖2(B)、(C)所示的S偏光成分L1和P偏光成分L2的相位差為90°而且，圖2(D)所示為來自寬頻帶光源2的光束如圖2(A)那樣進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制的情況下的干涉光L的S偏光成分L1的時(shí)間波形(與圖2(B)對(duì)應(yīng))。圖2(E)所示為來自寬頻帶光源2的光束如圖2(A)那樣進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制的情況下的干涉光L的P偏光成分L2的時(shí)間波形(與圖2(C)對(duì)應(yīng))。圖2(D)、(E)所示的S偏光成分L1和P偏光成分L2具有90°的相位差。
CCD21檢測(cè)圖2(D)所示的時(shí)間波形的S偏光成分L1。來自寬頻帶光源2的光束為頻率fm、50％duty的矩形列的光脈沖，且當(dāng)其調(diào)制頻率fm和干涉光L的拍率fD的差δf＝|fm-fD|，與作為積蓄型光傳感器的CCD21的響應(yīng)頻率相比足夠小時(shí)，從CCD21所輸出的S偏光成分L1的檢測(cè)信號(hào)與檢測(cè)時(shí)間內(nèi)所積蓄的光電荷量成比例，如下式那樣得到。(參照例如M.Akiba.K.P.Chan，N.Tanno.Japanese Journal of Applied Physics，Vol.39，L1194(2000))。
S1(t)=⟨K1m(t)i1(t)⟩=K1[12Iss+12Irs+2πIssIrscos(2πδft+β)]---(8)]]>這里，<·>表示基于CCD21的積蓄效果的時(shí)間平均，K1表示包含偏光分光器11的反射率和CCD21的光電轉(zhuǎn)換率的光檢測(cè)效率，m(t)表示對(duì)寬頻帶光源2的輸出進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制的函數(shù)(表示矩形脈沖的函數(shù))，而且β表示測(cè)定中的初期相位值。如式(8)可知，在CCD21所輸出的檢測(cè)信號(hào)中，除了關(guān)于信號(hào)光S和參照光R的強(qiáng)度的項(xiàng)(背景光成分)以外，還包括關(guān)于干涉光L的S偏光成分L1的振幅(IssIrs)及相位2πδft+β的項(xiàng)。
同樣，CCD22檢測(cè)圖2(E)所示的時(shí)間波形的P偏光成分L2，并輸出下式那樣的檢測(cè)信號(hào)。
S2(t)=K2[12Isp+12Irp+2πIspIrpsin(2πδft+β)]---(9)]]>這里，K2表示包含偏光分光器11的反射率和CCD22的光電轉(zhuǎn)換率的光檢測(cè)效率。
下面，對(duì)根據(jù)從CCD21、22所分別輸出的檢測(cè)信號(hào)(8)、(9)的干涉光L的信號(hào)強(qiáng)度的計(jì)算處理進(jìn)行說明。
由于參照光R由波長板7被轉(zhuǎn)換為圓偏光，所以可認(rèn)為其S偏光成分Ers的強(qiáng)度Irs和P偏光成分Erp的強(qiáng)度Irp相等(表示Irs＝Irp＝Ir)。
另一方面，關(guān)于信號(hào)光S，因?yàn)閬碜员粶y(cè)定物體O的反射光被認(rèn)為并不顯著依存于入射光的偏光特性，所以可認(rèn)為其S偏光成分Ess的強(qiáng)度Iss和P偏光成分Esp的強(qiáng)度Isp大致相等或?yàn)榻咏?表示Iss＝Isp＝Is)。而且，因?yàn)樾盘?hào)光S由被測(cè)定物體O被散射、吸收，所以其強(qiáng)度在通常情況下可認(rèn)為較參照光R足夠小(Is＜＜Ir)。
而且，式(8)及式(9)的右邊的第1項(xiàng)和第2項(xiàng)表示背景光的強(qiáng)度，其值可在事前或另外的進(jìn)行測(cè)定。例如，藉由利用寬頻帶光源2輸出由連續(xù)光形成的光束，并利用CCD21等進(jìn)行檢測(cè)，且將其只積分1波長量(或其整數(shù)倍)并取消第3項(xiàng)(交流成分；相位直交成分)，可取得背景光的強(qiáng)度(背景光成分)。
藉由從來自各CCD21、22的檢測(cè)信號(hào)的強(qiáng)度除去所取得的背景光成分，而計(jì)算各檢測(cè)信號(hào)的相位直交成分，即干涉光L的S偏光成分L1及P偏光成分L2的相位直交成分S1’(t)、S2’(t)(參照下式)。

S1′(t)=K12πIsIrcos(2πδft+β)---(10)]]>S2′(t)=K22πIsIrsin(2πδft+β)---(11)]]>如利用這些式(10)、(11)，干涉光L的S偏光成分L1及P偏光成分L2的振幅如下式所示。
IsIr∝S112+S212---(12)]]>另外，本實(shí)施形態(tài)的光圖像計(jì)測(cè)裝置1如下面那樣，將干涉光L的相位的空間分布圖像化。
在某測(cè)定時(shí)間t＝t1，當(dāng)干涉光L的S偏光成分L1的相位直交成分S1’(t1)由CCD21被檢測(cè)，P偏光成分L2的相位直交成分S2’(t1)由CCD22被檢測(cè)時(shí)，取這兩相位直交成分的比，得到以下那樣的信號(hào)。
S3=S2′(t1)S1′(t1)=tan(2πδft1+β)---(13)]]>可知該式(13)所示的信號(hào)S3，不依存于干涉光L的振幅，而只由相位信息構(gòu)成。在本實(shí)施形態(tài)中，由于利用具有多數(shù)個(gè)像素呈2維排列的受光面的CCD21、22，對(duì)S偏光成分L1和P偏光成分L2進(jìn)行檢測(cè)，所以在各像素所檢測(cè)的信號(hào)的相位β(x、y、t1)，如下式那樣進(jìn)行表示(在這里，(x、y)表示在各像素的受光面上的座標(biāo))。
β(x,y,t1)=tan-1[S2′(x,y,t1)S1′(x,y,t1)]-2πδft1---(14)]]>該式(14)的第2項(xiàng)為具有0或大致為0的頻率δf 的交流信號(hào)在測(cè)定時(shí)間t1的瞬時(shí)相位值，所以可認(rèn)為與CCD21、22的像素的位置無關(guān)而為均勻值。因此，如以在例如位于CCD21、22的受光面上的某一特定點(diǎn)(x＝x1，y＝y(tǒng)1)上的像素所檢測(cè)的相位Φ(x、y、t1)作為基準(zhǔn)，求在各像素所檢測(cè)的檢測(cè)信號(hào)的相位差，則可使外差信號(hào)的相位差的空間分布，即干涉光L的相位差的空間分布圖像化。
另一方面，也可由干涉光L的相位信息取得其頻率信息。如使在2個(gè)測(cè)定時(shí)間t＝t1及t＝t2的干涉光L的S偏光成分L1及P偏光成分L2的相位分別為β(x、y、t1)及β(x、y、t2)，則干涉光L的拍率fD與來自寬頻帶光源2的光束的調(diào)制頻率fm的差δf，如下式所示。

δf=12π|β(x,y,t1)-β(x,y,t2)t1-t2|---(15)]]>在這里，由于光束的調(diào)制頻率fm為已知，所以由式(10)和式(11)可計(jì)算外差頻率即干涉光L的拍率fD。該外差頻率的測(cè)定方法在例如利用外差干涉法的多譜勒速度計(jì)測(cè)中是有效的。
在上述的構(gòu)成中，作為用于對(duì)參照光R付以頻率位移的構(gòu)成，考慮頻率位移器8、參照鏡9及壓電元件9A這兩者，但也可只具有它們中的一個(gè)。即，即使采用形成不具有頻率位移器8的光圖像計(jì)測(cè)裝置，只利用參照鏡9的z-掃描而對(duì)參照光R付以頻率位移的構(gòu)成，也可實(shí)行同樣的測(cè)定。而且，在利用頻率位移器8的情況下，也可設(shè)置在信號(hào)光S的光路上。這是因?yàn)?，在關(guān)于本發(fā)明的圖像計(jì)測(cè)中，使重疊時(shí)的信號(hào)光S的頻率和參照光R的頻率相對(duì)地進(jìn)行位移就足夠了。
而且，在上述構(gòu)成中，是將來自寬頻帶光源2的光束首先形成直線偏光，然后再分割為信號(hào)光S和參照光R，但也可在光束的分割后將信號(hào)光S和參照光R分別轉(zhuǎn)換為直線偏光。但是，在這種情況下，需要在信號(hào)光S和參照光R雙方的光路上設(shè)置偏光板，形成較上述構(gòu)成多少有些復(fù)雜的構(gòu)成，所以在實(shí)用上認(rèn)為以上述構(gòu)成較為適當(dāng)。
而且，在上述構(gòu)成中，是使參照光R的偏光特性轉(zhuǎn)換為圓偏光，但也可使信號(hào)光S轉(zhuǎn)換為圓偏光，并與保持直線偏光的參照光進(jìn)行重疊。但是，如上所述，由于信號(hào)光S的因被測(cè)定物體O所形成的反射光，與參照光相比較為微弱，所以如在信號(hào)光S的光路上設(shè)置波長板，則在通過它們時(shí)信號(hào)光S會(huì)變?nèi)?。象這樣含有被測(cè)定物體O的信息的信號(hào)光S的強(qiáng)度減弱，有可能對(duì)測(cè)定的靈敏度帶來不良影響。因此，可以說象上述構(gòu)成那樣將參照光R的偏光特性進(jìn)行轉(zhuǎn)換的較為有利。另外，關(guān)于頻率位移器的配置是同樣的。
而且，在上述構(gòu)成中，設(shè)置對(duì)參照光的頻率的位移量進(jìn)行監(jiān)視的光源31、分光器32、固定鏡33及光電探測(cè)器34，并將其監(jiān)視結(jié)果反饋到光束的強(qiáng)度調(diào)制中，但在例如對(duì)付與參照光R的頻率位移量進(jìn)行設(shè)定等時(shí)，也也可設(shè)置自發(fā)地生成與該位移量(大致)相等頻率的脈沖信號(hào)的脈沖驅(qū)動(dòng)器35，并控制光束的強(qiáng)度調(diào)制。
而且，也可藉由取代利用脈沖驅(qū)動(dòng)器35的寬頻帶光源2的脈沖驅(qū)動(dòng)，而設(shè)置發(fā)出連續(xù)的光束(連續(xù)光)的寬頻帶光源2、將該連續(xù)的光束周期性的進(jìn)行遮蔽的遮光器，從而使光束的強(qiáng)度周期性的進(jìn)行調(diào)制。在這種情況下，該遮光器構(gòu)成本發(fā)明的[遮光器裝置]，且寬頻帶光源2及該遮光器構(gòu)成本發(fā)明的[光束輸出裝置]。即使在應(yīng)用這種構(gòu)成的情況下，由于只設(shè)置1個(gè)光束遮蔽用的遮光器即可，所以與利用同步的多數(shù)個(gè)遮光器而對(duì)多數(shù)個(gè)干涉光進(jìn)行抽樣的習(xí)知的構(gòu)成相比，可在裝置構(gòu)成、控制形態(tài)兩個(gè)方面上謀求簡略化。
圖3所示為附加有用于與上述的測(cè)定同時(shí)求取干涉光L中所包含的背景光成分強(qiáng)度的裝置的光圖像計(jì)測(cè)裝置1的構(gòu)成。該光圖像計(jì)測(cè)裝置1還包括將經(jīng)由成像用透鏡群10的干涉光L的一部分L’分離取出的分光器12(分離裝置)、在取出的干涉光L的一部分L’的光路上所配置的CCD23(第3檢測(cè)裝置)。這里，分光器12可為低反射率，在這種情況下，干涉光L的大部分透過分光器12，反映在利用CCD21、22的檢測(cè)上。
CCD23在例如對(duì)被測(cè)定物體O的測(cè)定中，檢測(cè)干涉光L的一部分L’并持續(xù)積蓄電荷。CCD23在測(cè)定結(jié)束時(shí)將檢測(cè)信號(hào)輸出到信號(hào)處理部20。CCD23因?yàn)樵陂L時(shí)間進(jìn)行了電荷的積蓄，所以該檢測(cè)信號(hào)被平均化。信號(hào)處理部20藉由計(jì)算該檢測(cè)信號(hào)的時(shí)間平均，而求干涉光L的背景光成分的強(qiáng)度。
而且，藉由將利用CCD23的檢測(cè)時(shí)間控制為來自寬頻帶光源2的光束的周期的整數(shù)倍的時(shí)間，并計(jì)算屆時(shí)所取得的檢測(cè)信號(hào)的時(shí)間平均，也可求背景光成分的強(qiáng)度。
如采用圖3所示的構(gòu)成，可在被測(cè)定物體O的測(cè)定時(shí)求取干涉光L的背景光的強(qiáng)度，所以沒有必要在事前進(jìn)行用于求取背景光強(qiáng)度的預(yù)備式測(cè)定，較為便利。
在以上的說明中，是對(duì)一種使參照鏡9進(jìn)行z-掃描并取得被測(cè)定物體O的各種深度的斷層像的計(jì)測(cè)形態(tài)進(jìn)行了說明，但藉由固定參照光9的位置并進(jìn)行計(jì)測(cè)，可精度良好地求取在被測(cè)定物體O的某一深度的靜止圖像和動(dòng)態(tài)圖像。
本實(shí)施形態(tài)的光圖像計(jì)測(cè)裝置1如以上所說明的，將來自寬頻帶光源2的光束進(jìn)行周期性的強(qiáng)度調(diào)制，并由該光束生成不同偏光特性的信號(hào)光S和參照光R，且將它們進(jìn)行重疊而生成干涉光L，并抽出該干涉光L的不同的偏光成分(S偏光成分L1，P偏光成分L2)，計(jì)算干涉光L的信號(hào)強(qiáng)度和相位信息。因此，沒有必要進(jìn)行利用習(xí)知的那種遮光器的抽樣處理，所以可以高靈敏度對(duì)干涉光L進(jìn)行檢測(cè)。藉此，可精度良好地求取干涉光的信號(hào)強(qiáng)度和相位的空間分布，能夠有效地進(jìn)行被測(cè)定物體O的計(jì)測(cè)。
而且，本實(shí)施形態(tài)的光圖像計(jì)測(cè)裝置1不具有遮光器，也不具有用于對(duì)其進(jìn)行控制的構(gòu)成，所以可謀求裝置構(gòu)成和控制形態(tài)的簡略化。
(第2實(shí)施形態(tài))在上述的第1實(shí)施形態(tài)中，作為用于使參照光R的頻率進(jìn)行位移的構(gòu)成，利用付與光電式、聲光式的頻率位移的頻率位移器8和付與多譜勒頻率位移的參照鏡9及壓電元件9A。另一方面，在本實(shí)施形態(tài)中，只利用頻率位移器8進(jìn)行頻率位移，參照鏡9及壓電元件9A沒有向參照光R付與多譜勒頻率位移的目的，而只用于被測(cè)定物體O的深度方向的掃描(z-掃描)。
圖4所示為第2實(shí)施形態(tài)的光圖像計(jì)測(cè)裝置1’的概略構(gòu)成。光圖像計(jì)測(cè)裝置1’與第1實(shí)施形態(tài)采用大致相同的構(gòu)成，但具有對(duì)利用頻率位移器8的頻率位移量進(jìn)行檢測(cè)，并向脈沖驅(qū)動(dòng)器35和壓電元件9A發(fā)送控制信號(hào)的控制部110。該控制部110構(gòu)成本發(fā)明的[驅(qū)動(dòng)控制裝置]。
控制部110的構(gòu)成包括CPU、存儲(chǔ)器、電源電路、脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路等。控制部110在由頻率位移器8接受對(duì)參照光R的頻率的位移量信息后，生成該位移量信息所表示的頻率(Δf)的脈沖信號(hào)，并輸出到脈沖驅(qū)動(dòng)器35。脈沖驅(qū)動(dòng)器35接受從控制部110所輸出的頻率Δf的脈沖信號(hào)，并生成具有頻率Δf的光源驅(qū)動(dòng)用脈沖信號(hào)。寬頻帶光源2由該脈動(dòng)信號(hào)被驅(qū)動(dòng)，輸出頻率Δf的脈沖狀的光束。
此時(shí)，例如從控制部110向脈沖驅(qū)動(dòng)部35所輸出的脈沖信號(hào)，為50％duty的矩形的脈沖，且脈沖驅(qū)動(dòng)器35輸出與該脈沖信號(hào)同相位的50％duty的矩形的光源驅(qū)動(dòng)用脈沖信號(hào)。因此，寬頻帶光源2輸出被施以50％duty的矩形的強(qiáng)度調(diào)制的光束(與第1實(shí)施形態(tài)相同)。
而且，控制部110根據(jù)來自頻率位移器8的上述位移量信息，向壓電元件9A輸出頻率Δf的脈沖狀的電源信號(hào)。該電源信號(hào)為例如50％duty的矩形的脈沖信號(hào)，但作為與輸出到脈沖驅(qū)動(dòng)器35的脈沖信號(hào)相反相位的信號(hào)被輸出。藉此，壓電元件9A以在從寬頻帶光源2輸出光束時(shí)(強(qiáng)度高時(shí))不使參照鏡9移動(dòng)，而在不輸出光束時(shí)(強(qiáng)度低時(shí))使參照鏡9移動(dòng)的形態(tài)進(jìn)行動(dòng)作。即，參照鏡9以在反射參照光R時(shí)停止，不施以多譜勒頻率位移，而在不反射參照光R時(shí)使其位置階段式的進(jìn)行移動(dòng)的形態(tài)被控制。
如利用進(jìn)行這種控制的光圖像計(jì)測(cè)裝置1’，則即使采用只由頻率位移器8使參照光R的頻率進(jìn)行位移的構(gòu)成，也可進(jìn)行不利用遮光器的高靈敏度的檢測(cè)，能夠有效的求取干涉光的信號(hào)強(qiáng)度和相位的空間分布。
而且，由于不需要對(duì)參照光R的頻率位移進(jìn)行監(jiān)視的光源31、分光器32、固定鏡33及光電探測(cè)器34，所以可使裝置構(gòu)成簡略化。
以上所詳細(xì)說明的構(gòu)成，只不過是用于實(shí)施關(guān)于本發(fā)明的光圖像檢測(cè)裝置的構(gòu)成的一個(gè)例子。因此，在本發(fā)明的要旨范圍內(nèi)可施以各種變形。
例如，在圖1、3、4所示的構(gòu)成中，藉由在信號(hào)光S的光路上即半反射鏡6和被測(cè)定物體O之間設(shè)置波長板(1/2波長板)，可對(duì)因經(jīng)由被測(cè)定物體O時(shí)的相位的變化所造成的信號(hào)光S的偏光方向的傾斜進(jìn)行修正。
關(guān)于本發(fā)明的光圖像計(jì)測(cè)裝置的檢測(cè)裝置，并不限定于前述的CCD21、22、23，也可為例如具有積算電路的線路傳感器等，具備對(duì)干涉光進(jìn)行檢測(cè)并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的機(jī)能和將所檢測(cè)的電荷進(jìn)行積蓄的機(jī)能這兩項(xiàng)的檢測(cè)裝置，而且既可為1維的傳感器也可為2維的傳感器。
在以上的實(shí)施形態(tài)中，是對(duì)具有麥克遜型(Michelson)的干涉儀的光圖像計(jì)測(cè)裝置進(jìn)行了說明，但當(dāng)然也可采用例如馬赫-曾德型(Mach-Zehuder)等其它的干涉儀(例如，參照本發(fā)明者們所提供的日本專利第3245135號(hào))。
而且，藉由在干涉儀的一部分上設(shè)置光纖(束)而作為導(dǎo)光構(gòu)件使用，可提高裝置設(shè)計(jì)上的自由度，或謀求裝置的簡潔化(compact)，或提高被測(cè)定物體的配置自由度(例如，參照上述的日本專利第3245135號(hào))。
如將本發(fā)明的光圖像計(jì)測(cè)裝置應(yīng)用在例如眼科的領(lǐng)域上，則除了上述眼底的血流狀態(tài)的測(cè)定以外，還可得到網(wǎng)膜或角膜的2維斷面圖像等。藉此，可對(duì)例如角膜的內(nèi)皮細(xì)胞數(shù)目等進(jìn)行測(cè)定。另外，當(dāng)然還可進(jìn)行其它的各種應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于其包括光束輸出裝置，使光束周期性地進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制并輸出；第1轉(zhuǎn)換裝置，將前述光束的偏光特性轉(zhuǎn)換為直線偏光；分割裝置，將前述光束分割為經(jīng)由被測(cè)定物體的信號(hào)光和經(jīng)由參照物體的參照光；第2轉(zhuǎn)換裝置，將直線偏光的前述信號(hào)光或前述參照光的偏光特性進(jìn)行轉(zhuǎn)換；頻率位移裝置，使前述信號(hào)光的頻率和前述參照光的頻率，只相對(duì)位移與前述光束的前述強(qiáng)度調(diào)制的頻率大致相等的量；重疊裝置，分別具有利用前述第1及第2轉(zhuǎn)換裝置被轉(zhuǎn)換的偏光特性，并利用前述頻率位移裝置使頻率進(jìn)行位移，且使分別經(jīng)由前述被測(cè)定物體和前述參照物體的前述信號(hào)光和前述參照光進(jìn)行重疊而生成第1干涉光；抽出裝置，抽出前述生成的第1干涉光的不同的多數(shù)個(gè)偏光成分；第1檢測(cè)裝置，對(duì)前述抽出的前述第1干涉光的各偏光成分進(jìn)行檢測(cè)；運(yùn)算裝置，根據(jù)前述檢測(cè)的前述各偏光成分，計(jì)算前述第1干涉光的信號(hào)強(qiáng)度或相位；其特征在于根據(jù)前述計(jì)算的前述第1干涉光的信號(hào)強(qiáng)度或相位，形成前述被測(cè)定物體的圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述第1檢測(cè)裝置為在設(shè)定的響應(yīng)頻率對(duì)前述第1干涉光的各偏光成分進(jìn)行檢測(cè)的積蓄型光傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述第1檢測(cè)裝置為CCD照相機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于以使前述光束的強(qiáng)度調(diào)制的頻率和前述第1干涉光的頻率的差，與前述第1檢測(cè)裝置的響應(yīng)頻率相比足夠小的形態(tài)，設(shè)定前述強(qiáng)度調(diào)制的頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述第1轉(zhuǎn)換裝置為使前述光束的設(shè)定方向的振動(dòng)成分透過的偏光板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述第2轉(zhuǎn)換裝置為對(duì)直線偏光的前述信號(hào)光或前述參照光的彼此直交的P偏光成分和S偏光成分間付以相位差，并轉(zhuǎn)換偏光特性的波長板。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述第1轉(zhuǎn)換裝置將前述光束的偏光特性，對(duì)與前述光束的行進(jìn)方向直交的xy平面的x軸及y軸，轉(zhuǎn)換為45°的角度方向的直線偏光，前述第2轉(zhuǎn)換裝置將形成前述45°的角度方向的直線偏光的前述信號(hào)光或前述參照光的偏光特性轉(zhuǎn)換為圓偏光。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述抽出裝置將前述第1干涉光的彼此直交的P偏光成分及S偏光成分抽出。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述抽出裝置將前述第1干涉光的彼此直交的P偏光成分及S偏光成分抽出。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述抽出裝置將前述第1干涉光的彼此直交的P偏光成分及S偏光成分抽出。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述參照物體為具有對(duì)前述參照光的光路直交配置的反射面的參照鏡；前述分割裝置及前述重疊裝置為對(duì)前述輸出的前述光束、前述信號(hào)光及前述參照光的各光路傾斜設(shè)置的半反射鏡；前述被測(cè)定物體、前述參照鏡及前述半反射鏡形成麥克森型的干涉儀。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述第1轉(zhuǎn)換裝置為偏光板，使對(duì)與前述光束的行進(jìn)方向直交的xy平面的x軸及y軸，沿45°的角度方向進(jìn)行振動(dòng)的前述光束的振動(dòng)成分透過；前述半反射鏡將利用前述偏光板轉(zhuǎn)換為直線偏光的前述光束，分割為前述信號(hào)光和前述參照光；前述第2轉(zhuǎn)換裝置為1/8波長板，設(shè)置于前述半反射鏡和前述參照鏡之間，并藉由在前述參照光的彼此直交的P偏光成分和S偏光成分間，于利用前述參照鏡所進(jìn)行的反射的前后，分別付以相位差π/4，而將前述參照光的偏光特性從直線偏光轉(zhuǎn)換為圓偏光。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述抽出裝置包括使前述第1干涉光的P偏光成分透過，并將S偏光成分進(jìn)行反射的偏光分光器。
14.根據(jù)權(quán)利要求1、11或12項(xiàng)所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述頻率位移裝置包括在前述參照光的光路上所設(shè)置的頻率位移器。
15.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述頻率位移裝置包括前述參照鏡、使前述參照鏡在前述參照光的光路方向上連續(xù)地進(jìn)行移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求1、11或12所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述頻率位移裝置為在前述參照光的光路上所設(shè)置的頻率位移器，包括驅(qū)動(dòng)裝置，使前述參照鏡在前述參照光的光路方向上進(jìn)行移動(dòng)；驅(qū)動(dòng)控制裝置，對(duì)前述驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行控制，以使前述參照鏡與利用前述光束輸出裝置所進(jìn)行的前述光束的前述強(qiáng)度調(diào)制同步，階段式的進(jìn)行移動(dòng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述驅(qū)動(dòng)裝置為設(shè)置于前述參照鏡的前述反射面的背面的壓電元件。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述驅(qū)動(dòng)裝置為設(shè)置于前述參照鏡的前述反射面的背面的壓電元件。
19.根據(jù)權(quán)利要求1、11或12所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述光束輸出裝置包括射出激光光的激光光源；將前述射出的激光光分割為經(jīng)由前述頻率位移裝置的第1激光光和經(jīng)由固定配置的反射鏡的第2激光光，并使接受前述頻率位移的前述第1激光光和由前述反射鏡被反射的前述第2激光光進(jìn)行重疊而生成第2干涉光的干涉光學(xué)系統(tǒng)；對(duì)前述生成的第2干涉光進(jìn)行檢測(cè)，并輸出與前述第2干涉光相等頻率的電氣信號(hào)的第2檢測(cè)裝置；生成與前述輸出的電氣信號(hào)相等頻率的脈沖信號(hào)的脈沖生成裝置；由前述生成的脈沖信號(hào)被驅(qū)動(dòng)，而輸出與該脈沖信號(hào)相等頻率的脈沖狀的光束的光源。
20.根據(jù)權(quán)利要求1、11或12所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述光束輸出裝置包括脈沖生成裝置，生成與利用前述頻率位移裝置所形成的前述頻率的位移量大致相等頻率的脈沖信號(hào)；光源，由前述脈沖信號(hào)被驅(qū)動(dòng)而輸出脈沖狀的光束。
21.根據(jù)權(quán)利要求1、11或12所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述光束輸出裝置包括射出連續(xù)光束的光源；將前述射出的前述光束周期性地進(jìn)行遮蔽的遮光器裝置。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述光源為超發(fā)光二極管或發(fā)光二極管。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述光源為超發(fā)光二極管或發(fā)光二極管。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述光源為超發(fā)光二極管或發(fā)光二極管。
25.根據(jù)權(quán)利要求1、11或12所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述光束為低相干光。
26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，包括將利用前述重疊裝置所生成的前述第1干涉光的一部分進(jìn)行分離的分離裝置；對(duì)前述分離的前述第1干涉光的一部分進(jìn)行檢測(cè)的第3檢測(cè)裝置；其特征在于前述運(yùn)算裝置根據(jù)利用前述第3檢測(cè)裝置所檢測(cè)的前述第1干涉光的一部分，計(jì)算前述第1干涉光的背景成分的信號(hào)強(qiáng)度。
27.一種光圖像計(jì)測(cè)方法，包括使光束周期性地進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制并輸出的光束輸出步驟；將前述輸出的光束的偏光特性轉(zhuǎn)換為直線偏光的第1轉(zhuǎn)換步驟；將前述被轉(zhuǎn)換的光束分割為經(jīng)由被測(cè)定物體的信號(hào)光和經(jīng)由參照物體的參照光的分割步驟；將前述信號(hào)光或前述參照光的偏光特性進(jìn)行轉(zhuǎn)換的第2轉(zhuǎn)換步驟；使前述信號(hào)光的頻率和前述參照光的頻率，只相對(duì)位移與前述光束的前述強(qiáng)度調(diào)制的頻率大致相等的量的頻率位移步驟；分別具有利用前述第1及第2轉(zhuǎn)換步驟被轉(zhuǎn)換的偏光特性，并利用前述頻率位移步驟使頻率進(jìn)行位移，且使分別經(jīng)由前述被測(cè)定物體和前述參照物體的前述信號(hào)光和前述參照光進(jìn)行重疊而生成第1干涉光的重疊步驟；抽出前述生成的第1干涉光的不同的多數(shù)個(gè)偏光成分的抽出步驟；對(duì)前述抽出的前述第1干涉光的各偏光成分進(jìn)行檢測(cè)的檢測(cè)步驟；根據(jù)前述檢測(cè)的前述各偏光成分，計(jì)算前述第1干涉光的信號(hào)強(qiáng)度或相位的運(yùn)算步驟；其特征在于根據(jù)前述計(jì)算的前述第1干涉光的信號(hào)強(qiáng)度或相位，形成前述被測(cè)定物體的圖像。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種光圖像計(jì)測(cè)裝置及光圖像計(jì)測(cè)方法。該光圖像計(jì)測(cè)裝置，可使檢測(cè)靈敏度提高并有效地求取干涉光的信號(hào)強(qiáng)度和相位信息。該光圖像計(jì)測(cè)裝置包括輸出被周期性強(qiáng)度調(diào)制的光束的寬頻帶光源(2)、將光束轉(zhuǎn)換為直線偏光的偏光板(3)、將光束分割為信號(hào)光(S)和參照光(R)，并且使信號(hào)光(S)和參照光(R)進(jìn)行重疊而生成干涉光(L)的半反射鏡(6)、將參照光(R)轉(zhuǎn)換為圓偏光的波長板(7)、利用使參照光(R)的頻率進(jìn)行位移的頻率位移器(8)及壓電元件(9A)而被移動(dòng)的參照鏡(9)、將干涉光(L)的(S)偏光成分(L1)和(P)偏光成分(L2)進(jìn)行抽出的偏光分光器(11)、分別檢測(cè)偏光成分(L1，L2)并輸出檢測(cè)信號(hào)的(CCD21，22)、根據(jù)該檢測(cè)信號(hào)計(jì)算干涉光(L)的信號(hào)強(qiáng)度及相位的信號(hào)處理部(20)；且根據(jù)該計(jì)算結(jié)果而形成被測(cè)定物體(O)的圖像。
文檔編號(hào)G06K9/00GK1734253SQ200510089128
公開日2006年2月15日 申請(qǐng)日期2005年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月3日
發(fā)明者陳建培, 秋葉正博 申請(qǐng)人:株式會(huì)社拓普康