光图像计测装置的制作方法

专利名称：光图像计测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种向光散射媒质的被测定物体照射光束，并利用其反射光或透射光对被测定物体的表面形态和内部形态进行计测，且形成其图像的光图像计测装置，特别是涉及一种利用光外差检测法对被测定物体的表面形态和内部形态进行计测，并形成图像的光图像计测装置。
背景技术：
近年来，利用激光光源等形成被测定物体的表面和内部的图像的光图像计测技术集中了人们的注目。该光图像计测技术因为不具有像现有习知的X射线CT(computer tomography，断层扫瞄)那样对人体的有害性，所以其在医疗领域方面的应用开展特别受到期待。
作为光图像检测技术的代表性方法的一个例子，有一种低相干(coherence)干涉法(也称作光相干断层图像化法等)。该方法利用例如超辐射发光二极管(Super Luminescent Diode；SLD)这样的具有宽光谱(spectrum)宽度的宽频带光源的低干涉性，并可对来自被测定物体的反射光和透射光，以μm级的优良的距离分解能力进行检测(参照例如下述的非专利文献1)。
作为利用了该低相干干涉法的装置的一个例子，根据麦克逊(Michelson)干涉仪的现有习知的光图像计测装置的基本构成如图8所示。该光图像计测装置100的构成包括宽频带光源101、镜102、分光器103及光检测器104。被测定物体105由散射媒质形成。宽频带光源101发出的光束，由分光器103被分割为朝向镜102的参照光R和朝向被测定物体105的信号光S两部分。参照光R为利用分光器103的反射光，信号光S为分光器103的透射光。
这里，如图8所示，在信号光S的行进方向上设定为z轴，并将对信号光S的行进方向的直交面定义为x-y面。镜102可沿同图中的两侧箭形符号方向(z-扫描方向)进行位移。
参照光R在被反射到镜102上时，藉由该z-扫描而接受多谱勒(Doppler)频率位移。另一方面，信号光S在照射到被测定物体105上时，信号光S在其表面及内部层被反射。由于被测定物体为散射媒质，所以可认为信号光S的反射光为具有多重散射的杂乱相位的扩散波面。经由被测定物体105的信号光，和经由镜102并接受了频率位移的参照光，以利用分光器103进行重叠并生成干涉光。
在利用低相干干涉方法的图像计测中，只有信号光S和参照光R的光路长差在广带域光源101的数μm级到10μm级的相干长度(可干涉距离)以内才会产生干涉。即，只是信号光S的相干信号光成分有选择地与参照光R相互进行干涉。根据该原理，藉由对镜102的位置进行z-扫描而使参照光R的光路长变化，可对被测定物体105的内部层的光反射轮廓(profile)进行测定。藉由进行这种z方向及x-y面方向的扫描，并利用光检测器104检测干涉光。来自光检测器104的电气信号(外差信号)输出，提供被测定物体105的内部层后散色轮廓(backscatter profile)，被测定物体105的2维断层图像是藉由对横切被测定物体105的信号S进行扫描而生成的，在生成的各相反位置上，记录光反射轮廓(参照非专利文献1)。
另外，如设利用分光器103进行重叠的参照光R及信号光S的强度分别为Ir及Is，并设两光波间的频率差及相位差分别为fif及Δθ，则从光检测器输出如下式所示的外差信号(例如参照非专利文献2)。
i(t)∝Ir+Is+2IrIscos(2πfift+Δθ)---(1)]]>式(1)的右边第3项为交流电信号，其频率fif等于参照光R和信号光S的差拍(beat，拍)频率。外差信号的交流成分的频率fif被称作拍率等。而且，式(1)的右边第1项及第2项为外差信号的直流成分，并与干涉光的背景光的信号强度相对应。
但是，为了利用这种现有习知的低相干干涉法取得2维断层图像，通过在被测定物体105的反射轮廓，扫描信号光S是有需要的，接着依次检测来自各相反位置的反射光波是需要的。因此，为了计测被测定物体105而需要较长的时间，而且考虑其计测原理可发现，难以谋求计测时间的缩短。
鉴于这些问题，研究了一种用于缩短计测时间的光图像计测装置。图9所示为这种装置的一个例子的基本构成。同图所示的光图像计测装置200的构成包括宽频带光源201、镜202、分光器203、作为光检测器的2维光传感器数组204及透镜206，207。从光源201所射出的光束，由透镜206、207而形成平行光束，且将其波束径扩大，并利用分光器203而将其分为参照光R和信号光S两部分。参照光R藉由镜202的z-扫描而被付以多谱勒频率位移。另一方面，信号光S由于其波束径扩大，所以可在x-y面的大范围内入射被测定物体205。藉此，信号光S形成含有该入射范围中的被测定物体205的表面和内部的信息的反射光。参照光R和信号光S利用分光器203进行重叠，并利用在2维光传感器数组204上所并列载置的组件(光传感器)进行检测。因此，可不对光束进行扫描，而实时取得被测定物体205的2维断层图像。
作为这种非扫描型的光图像计测装置，已知有一种非专利文献3所记述的装置。在同文献所记述的装置中，可将从2维光传感器数组所输出的复数个外差信号输入并列配置的信号处理系统，并对各外差信号的振幅和相位进行检测。
但是，为了提高图像的空间分解能力，必须增加数组的组件数，另外，必须准备具有与该组件数相对应的信道(channel)数的信号处理系统。因此，其被认为难以在需要高分解能力的图像的医疗和工业等领域上进行实用化。
因此，本发明者们在下述的专利文献1中，提出了一种以下这样的非扫描型的光图像计测装置。关于该提案的光图像计测装置包括光源，用于射出光束；干涉光学系统，用于将该光源所射出的光束分为经由配置有被检测体的被检测体配置位置的信号光，和经由与前述经由被检测体配置位置的光路不同的光路的参照光两部分，且将经由了前述被检测体配置位置后的信号光，和经由了前述不同的光路的参照光彼此进行重叠，而生成干涉光；频率位移器，用于将该干涉光学系统的前述信号光的频率和前述参照光的频率相对进行位移；光遮蔽装置，前述干涉光学系统为了接受前述干涉光，藉由将前述干涉光进行二分割，再对该被二分割了的干涉光进行周期性地遮蔽，而生成彼此的相位差为90度的2列干涉光脉冲；光传感器，分别接受前述2列干涉光脉冲；信号处理部，该光传感器具有空间性排列且分别独立地得到受光信号的复数个受光组件，并将前述光传感器所得到的复数个受光信号进行合并，而生成与前述被检测体配置位置上所配置的被检测体的表面或内部层，且在前述信号光的传输路径上的各关心点相对应的信号。
该光图像计测装置采用将参照光和信号光的干涉光进行二分割，并以2台光传感器(2维光传感器数组)受光，且在两传感器数组前分别配置光遮蔽装置，以对干涉光进行抽样的构成。而且，可藉由在被分割的2个干涉光的抽样周期中设置π/2的相位差，而对构成干涉光的背景光的信号光和参照光的强度、和干涉光的相位的直交成分(sin成分和cos成分)进行检测，且藉由将来自两传感器数组的输出中所包括的背景光的强度，从两传感器数组的输出中去除，而计算干涉光的2个相位直交成分，并利用该计算结果求得干涉光的振幅。
在利用此光图像计测装置中，对应干涉光的背景光的外差讯号的直流成分，有必要以其方式求得。具体来说，把遮光器设为开放状态，连续地接受干涉光，以计算出受光结果的时间平均，藉此求得直流成分。但是，关于其它取得方法并没有具体揭示，故计测型态的自由度小，为了提高操作性或装置结构的自由度，必须考虑其它计测型态的方案。
另外，本发明人在专利档2中，提出一种光图像计测装置，其具有光源、干涉光学系统、频率移位器与光学装置。光源用于射出光束，干涉光学系统用于将该光源出射的光束，二分为经由被检测物体的配置位置的信号光，以及经过与被检测物体的配置位置的光路不同的光路的参照光，藉由将经过前述不同的光路的参照光彼此重叠，生成前述信号光与前述参照光干涉的干涉光；前述干涉光学系统，频率移位器使前述信号光的频率与前述参照光的频率相对地位移；前述干涉光学系统，光学装置是在前述信号光与前述参照光中的至少其中一个光路上，将光周期性地遮蔽。前述光学装置的遮蔽频率等于前述信号光与前述参照光之间的频率差。根据这个光图像计测装置，因为可用等于拍频的遮断频率来对干涉光进行抽样，可谋求实现较好的外差测定。
在该光图像计测装置中也有需要以另外的方式去测定由干涉光的背景光所构成的直流成分，具体来说，其开示一种方法，将相位偏移π与π/2，进行2次抽样，对此测定结果施加演算处理，以计算出该直流成分。但是，与专利档1的问题点相同，利用其它方法也可计算出该直流成分是较佳的。
另外，如不进行像专利档1、2的光图像计测装置的另外方式的测定，可以依据一次的计测求得背景光所构成的直流成分的话，计测的麻烦可以减轻，计测时间也可以缩短。但是，在这些专利文件所记载的光图像计测装置中，要实现也是困难的。
再者，在这些专利文件中，没有考虑抽样干涉光时的工作周期比(dutyratio)或者与抽样函数的波形相关的特征事项等(专利文件1为使用“矩形”的函数)，但是为了要提高计测型态的自由度，或者是为了更有效率地实现计测，这些事项也应该要花功夫去考虑。另外，关于抽样函数也只言及于与拍频相等的情形，提供更多样化并提高抽样型态的自由度在装置应用上是被认为有必要的。
日本专利早期公开的特开2001-330558号公报(权利要求项，说明书段落 、 - ，第1图，第3图)[专利文献 2]日本专利第32451 35号公报(权利要求项，说明书段落 - ，第1图，第3图)[非专利文献1]丹野直弘《光学》(日本光学杂志)第28卷第3号，116(1999)[非专利文献 2]吉泽、濑田编，《光外差技术(修订版)》，新技术通讯(2003)，p.2[非专利文献 3]K.P.Chan，M.Yamada，H.Inaba，[ElectronicsLetters]，Vol.30，1753，(1994)
由此可见，上述现有的光图像计测装置在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决光图像计测装置存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新型结构的光图像计测装置，便成了当前业界极需改进的目标。
有鉴于上述现有的光图像计测装置存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的光图像计测装置，能够改进一般现有的光图像计测装置，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容
本发明的目的在于，克服现有的光图像计测装置存在的缺陷，而提供一种新型结构的光图像计测装置，所要解决的技术问题是使其可以有效地求得由干涉光的背景光所构成的外差讯号的直流成分，从而更加适于实用。
本发明的另一目的在于，提供一种光图像计测装置，所要解决的技术问题是使其藉由提高干涉光的抽样型态的自由度，提升实用性，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。为了达到上述发明目的，本发明的第一发明提供一种光图像计测装置，具有光源和干涉光学系统，其中光源用于射出光束，干涉光学系统用于将来自该光源的光束，分割为经由被检测物体的信号光和经由设定的参照物体的参照光，并使前述信号光的频率和前述参照光的频率相对进行位移后，使经由了前述被检测物体的前述信号光和经由了前述参照物体的前述参照光彼此进行重叠，而生成干涉光，且该光图像计测装置根据前述干涉光形成前述被测定物体的图像。光图像计测装置的特征在于包括强度调变装置，以预定的频率调变前述干涉光的强度；光检测装置，接受被前述强度调变的前述干涉光，变换成电气讯号并将其输出；以及演算装置，依据从前述光检测装置输出的前述电气讯号，演算由前述干涉光的背景光所构成的直流成分的强度。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。又，为了达到上述发明目的，本发明的第二发明提供一种光图像计测装置，具有光源、干涉光学系统和分光器装置，其中光源用于射出光束；干涉光学系统用于将来自该光源的光束，分割为经由被检测物体的信号光和经由设定的参照物体的参照光，并使前述信号光的频率和前述参照光的频率相对进行位移后，使经由了前述被检测物体的前述信号光和经由了前述参照物体的前述参照光彼此进行重叠，而生成干涉光；分光器装置将前述干涉光学系统生成的前述干涉光分割成多数个光路，其中该光图像计测装置根据在前述多数个光路中传递的前述干涉光，形成前述被测定物体的图像。光图像计测装置的特征在于包括多数个强度调变装置，分别设置在前述多数个光路中的其中几个的光路上，以预定的频率调变前述干涉光的强度；多数个光检测装置，分别设置在前述多数个光路上，其中设置在前述多数个光路的其中几个光路的前述光检测装置为接受被前述强度调变的前述干涉光，变换成电气讯号并将其输出，而设置在前述多数个光路的其中几个光路以外的前述光检测装置为接受前述干涉光，变换成电气讯号并将其输出；以及演算装置，依据从设置在前述多数个光路中的预定光路上的前述光检测装置所输出的前述电气讯号，演算由前述直流成分的强度。
在此，所谓的“几个光路”，前述多数(设为N)的光路中的任意数，亦即1～N的任何一个数目的光路。
再者，为了达到上述目的，根据本发明的第三发明，为在第二发明中前述预定光路包括前述强度调变装置被设置的至少两个光路，前述至少两个光路上的前述强度调变装置分别调变前述干涉光，使得该光路上的前述光检测装置接受前述干涉光的相位差为π(180度)的部分，并且前述演算装置藉由将前述光检测装置所输出的前述电气讯号进行时间平均，演算出前述直流成分的强度。
此外，为了达到上述目的，根据本发明的第四发明，为在第二发明中前述预定光路包括前述强度调变装置没有被设置的光路，前述演算装置藉由将前述光检测装置所输出的前述电气讯号进行时间平均，演算出前述直流成分的强度。
此外，为了达到上述目的，根据本发明的第五发明，为在第一或第二发明中前述强度调变装置对前述干涉光进行多数次强度调变，使得前述光检测装置接受前述干涉光的相位差为π的部分。前述光检测装置接受与前述多数次的各次强度调变相对应的前述干涉光，输出电气讯号。前述演算装置对应前述数次强度调变，藉由将前述光检测装置所输出的前述电气讯号进行时间平均，演算出前述直流成分的强度。
另外，根据本发明的第六发明，为在第一或第二发明中前述强度调变装置是利用不与前述干涉光的拍频周期同步的频率，对前述干涉光进行强度调变，并且前述演算装置依据以该频率做强度调变的前述干涉光，藉由将前述光检测装置所输出的前述电气讯号进行时间平均，演算出前述直流成分的强度。
此外，为了达到上述目的，依据本发明的光图像计测装置，本发明的第七发明提供一种光图像计测装置，具有光源和干涉光学系统，其中光源用于射出光束，干涉光学系统用于将来自该光源的光束，分割为经由被检测物体的信号光和经由设定的参照物体的参照光，并使前述信号光的频率和前述参照光的频率相对进行位移后，使经由了前述被检测物体的前述信号光和经由了前述参照物体的前述参照光彼此进行重叠，而生成干涉光，且该光图像计测装置根据前述干涉光形成前述被测定物体的图像。光图像计测装置的特征在于包括强度调变装置，以预定的频率调变前述干涉光的强度；光检测装置，接受被前述强度调变的前述干涉光，变换成电气讯号并将其输出；以及演算装置，依据从前述光检测装置输出的前述电气讯号，演算由前述干涉光的背景光所构成的直流成分的强度，以及演算交流成分的强度及/或相位。
此外，为了达到上述目的，依据本发明的光图像计测装置，根据本发明的第八发明，第七发明更包括一受光时间切换手段，对应前述干涉光的拍频的周期，将前述光检测装置的前述干涉光的受光时间在一第一受光时间与一第二受光时间之间进行切换，其中前述第一受光时间具有前述拍频的周期以上的长度，而前述第二受光时间具有未满前述拍频的周期的长度。其中前述演算装置在以前述受光时间切换装置切换成前述第一受光时间时，藉由将前述光检测装置所输出的电气讯号进行时间平均，演算出前述直流成分的强度，并且在切换成前述第二受光时间时，依据前述光检测装置所输出的前述电气讯号，以及对应前述第一受光时间而演算出的前述直流成分，演算出前述交流成分的强度及/或相位。
此外，为了达到上述目的，依据本发明的光图像计测装置，根据本发明的第九发明，在第八发明中前述受光时间切换装置将前述受光时间以每前述干涉光的拍频的周期进行切换，前述第一受光时间为前述拍频周期。
此外，为了达到上述目的，依据本发明的光图像计测装置，根据本发明的第十发明，在第八发明中前述受光时间切换装置将前述受光时间以每前述干涉光的拍频的周期进行切换，前述第二受光时间为前述拍频周期的一半。
此外，为了达到上述目的，依据本发明的光图像计测装置，根据本发明的第十一发明，在第七发明中前述强度调变装置对前述干涉光进行强度调变的前述预定频率为前述干涉光的拍频的整数倍的频率。
此外，为了达到上述目的，依据本发明的光图像计测装置，根据本发明的第十二发明，在任何一个第一至第七发明中，前述强度调变装置为遮光器装置，以前述预定的频率，遮断前述干涉光。
根据本发明的光图像计测装置的话，因为包括强度调变装置，以预定的频率调变前述干涉光的强度；光检测装置，接受被前述强度调变的前述干涉光，变换成电气讯号并将其输出；以及演算装置，依据从前述光检测装置输出的前述电气讯号，演算由前述干涉光的背景光所构成的直流成分的强度，所以可以有效地求得干涉光的背景光所构成的直流成分。
根据第三至第六发明的光图像计测装置的话，因为可以依据一或两个光检测装置所输出的电气讯号，求得直流成分，所以可以因应该装置所设置的光检测装置，有效地取得直流成分。
特别是根据第四发明的光图像计测装置的话，因为可以依据从强度调变装置没有设置的光路上的光检测装置所输出的电气讯号，求得直流成分，所以可谋求装置结构的简化。
另外，根据本发明第八至第十发名所记载的光图像计测装置的话，对应于光检测装置的干涉光的受光时间被切换为第一受光时间，有效地计算出直流成分，再者，对应于光检测装置的干涉光的受光时间被切换为第二受光时间，使用上述直流成分的计算结果，计算出交流成分。因此，例如在被测定物体的深度方向一边进行扫描(z-扫描)一边进行计测的情形时，若应用此光图像计测装置的话，因为可以使用之前计算出的直流成分的值，依序求得交流成分，故技测精度可以提升。
另外，根据本发明第十一发明所记载的光图像计测装置的话，因为使用各种频率进行干涉光的抽样，故可以提高结构的自由度。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。经由上述可知，本发明是有关于一种光图像计测装置，可有效地求得由干涉光的背景光所构成的外差信号的直流成分。光图像计测装置1包括干涉光学系统，将来自光源2的光束以分光器5分割成信号光S和参照光R，并利用频率位移器6使参照光R的频率进行位移，且使经过被测定物体O的信号光S和被镜7反射的参照光R重叠，生成干涉光L；分光器，用于将干涉光分割为干涉光L1、L2、L3；遮光器31、32、33，为将各干涉光L1、L2、L3的强度以一定的周期进行调变的强度调变装置；CCD 21、22、23，接受强度调变的各干涉光，并输出电器信号；以及信号处理部60，根据输出的电信号，计算对应于干涉光L的背景光的直流成分的强度。
综上所述，本发明特殊结构的光图像计测装置，可以有效地求得由干涉光的背景光所构成的外差讯号的直流成分。本发明特殊结构的光图像计测装置，其藉由提高干涉光的抽样型态的自由度，提升实用性。其具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类产品中未见有类似的结构设计公开发表或使用而确属创新，其不论在装置结构或功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的光图像计测装置具有增进的多项功效，从而更加适于实用，而具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。


图1所示为关于本发明的光图像计测装置的构成的一个例子的概略图。
图2所示为关于本发明的光图像计测装置的干涉光的抽样形态的一个例子。图2(A)所示为干涉光的时间波形的标绘图。图2(B)所示为抽样函数的波形的一个例子的标绘图。图2(C)所示为被抽样的干涉光的波形的标绘图。
图3所示为关于本发明的光图像计测装置的变化例的构成的一个例子的标绘图。
图4所示为关于本发明的光图像计测装置的变化例的构成的一个例子的标绘图。
图5所示为关于本发明的光图像计测装置的变化例的构成的一个例子的标绘图。
图6所示为关于本发明的光图像计测装置的变化例的构成的一个例子的概略图。
图7所示为关于本发明的光图像计测装置的变化例的构成的一个例子的标绘图。
图8所示为现有习知的光图像计测装置的构成的概略图。
图9所示为现有习知的光图像计测装置的构成的概略图。
1光图像计测装置2宽频带光源 3、4透镜5、11、12分光器 6频率位移器6’压电组件 7、10镜8成像用透镜群 21、22、23CCD(电荷耦合器件)31、32、33遮光器 41、42、43相位位移器50脉冲信号发生器 60信号处理部100、200光图像计测装置101、201宽频带光源R参照光 S信号光L、L1、L2、L3干涉光 O被测定物体具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的光图像计测装置其具体实施方式
、结构、特征及其功效，详细说明如后。
下面，对关于本发明的光图像计测装置的实施形态的一个例子，参照图标详细地进行说明。
关于本发明的光图像计测装置，坦率地说，为了有效地取得经由被测定物体的信号光与经由参照物体的参照光的干涉光的背景光所构成的直流成分的强度，具备一种结构，将干涉光的强度周期性地调变，接受此干涉光并输出做为电气讯号(外差讯号)，依据此外差讯号，演算出它的直流成分的强度。另外，本发明的光图像装置为提供有效的各种抽样型态，用以求得干涉光的特性。做为该干涉光的特性，包括例如上述式(1)所示的直流成分、干涉光的讯号强度与相位的空间分布等。
以下，说明本发明的实施例的光图像计测装置，其具备一结构可以将干涉光的光路分割成三个，接收各干涉光，依据所得的外差讯号，由背景光所构成的直流成分的强度、干涉光的讯号强度以及其空间分布。但是，依据直流成分的取得方法与抽样型态，干涉光的光路不需要分割成3个，如以下所述的例子，都可以适当第采用干涉光没有分割、分割成两个、或分割成四个以上的光路的结构。
(装置的构成)图1所示为作为关于本发明的光图像计测装置，其采用将干涉光分割为3个光路并进行测定的光图像计测装置1的概略构成。该光图像计测装置1为可利用于例如医疗方面和工业方面的装置，其具有可取得由散射媒质构成的被测定物体O的每个深度(z方向)的2维断层图像的构成。
光图像计测装置1与现有习知的装置相同，包括输出低相干的连续光的由超辐射发光二极管(SLD)或发光二极管(LED)等构成的宽频带光源2、将来自该光源2的光束形成平行光束且扩大其波束径的透镜3，4、将光束分割为信号光S和参照光R，且将它们进行重叠并生成干涉光L的分光器5、以及由全反射镜构成的镜7。而且，在镜7的附近，配置有由电光式调制器或声光式调制器等构成的频率位移器6。另外，市场上销售的近红外区SLD的相干长度为30μm左右，在LED的情况下为10μm左右。另外，虽然图式省略，设置了驱动装置，用来使镜7往参照光的进行方向移动(z-扫描)。
此外，在镜7的前面，配置着由电器光学调变器或音响光学调变器所构成的频率位移器6，将通过的参照光R的频率进行位移。另外，在使用藉由使镜7做z-扫描，在参照光赋予杜卜勒频率位移的结构的情形时，不需要频率位移器6。但是，在必须将参照光的频率的位移量(即拍频)增大的情形等，也可以将频率位移器6与z-扫描合并。
这里，透镜3，4、分光器5、频率位移器6及镜7，构成本发明中所说的[干涉光学系统]。而且，镜7构成本发明的“参照物体”。
而且，在光图像计测装置1中，设置有利用分光器5所生成的干涉光L而进行成像的成像用透镜群8、将该干涉光L分割为3个干涉光L1，L2，L3的分光器11，12、干涉光检测用的积蓄型的2维光传感器数组即CCD(照相机)21，22，23、以及配置在这些CCD的附近，由将干涉光L1，L2，L3分别进行周期性地遮蔽的液晶遮光器等高速遮光器等所构成的遮光器31，32，33。
另外，遮光器31、32、33没有必要分别设置在CCD 21、22、23的附近，可在利用遮光器11、12形成的干涉光L1、L2、L3的分支点连结CCD 21、22、23的各光路上的任意位置进行设置。即，遮光器31、32、33只要配置在可遮蔽各干涉光L1、L2、L3，且使利用CCD 21、22、23的受光光量变更为0的位置上即可。
这里，分光器11、12分别构成本发明所说的“光路分割装置”分光器分光器。另外，CCD 21、22、23构成本发明所说的“光检测装置”。而且，遮光器31、32、33构成本发明的“强度调变装置”与“遮光器”。
另外，光图像计测装置1包括脉冲信号产生器50，其用于产生脉冲信号；以及相位位移器41、42、43，藉由其使该脉冲信号产生器50所产生的脉冲信号进行位移，而生成分别独立控制各遮光器31、32、33的开关时序的时序信号并进行输出。
各遮光器31、32、33根据来自相位位移器41、42、43的时序信号，以设定的周期分别对遮蔽干涉光L1、L2、L3进行抽样。藉此，各CCD 21、22、23周期性地接受对应的干涉光L1、L2、L3，并如后述的图2(C)所示，将干涉光作为周期性脉冲列而受光。此时，由于各遮光器31、32、33分别独立开关，所以利用CCD 21、22、23分别进行检测的干涉光L1、L2、L3的脉冲，形成具有设定的相位差的脉冲。CCD 21、22、23将各像素(pixel)所检测的干涉光L1、L2、L3的强度进行光电转换，并将其转换结果即电信号(外差信号)输出到信号处理部60。外差信号为反映所检测的干涉光的强度及相位的电信号。
信号处理部60根据从CCD 21、22、23所输出的外差信号，实行后述的运算处理，其即为本发明的[运算装置]。另外，信号处理部60藉由解析该运算处理的结果，而形成被测定物体O的2维断面图像等各种图像，并进行使其在显示器装置(未图标)等显示装置上进行显示的处理。这种信号处理部60在构成中例如包括存储了设定运算程序的只读存储器(ROM)等存储装置、以及执行该运算程序的中央处理器(CPU)的计算机等构成。
从光源2所射出的光束由透镜3和透镜4而使其波束径扩大，并利用分光器5而分割为信号光S和参照光R。信号光S入射被测定物体O，并作为包括其表面形态及内部形态的信息的反射光波而再次入射分光器5。
另一方面，参照光R在通过频率位移器6而接受频率位移后，传送到镜7并被反射。其反射光波再次通过频率位移器6而接受更进一步的频率位移，并再次入射分光器5。另外，如前所述，也可以通过使镜7进行z-扫描，使参照光R的频率位移。
来自被测定物体O的信号光S的一部分经由分光器5被反射，而接受了频率位移的参照光R的一部分则透过分光器5。藉此，信号光S和参照光R由分光器5重叠，而生成干涉光L。该干涉光L透过成像用透镜群8，并被传送到分光器11。
干涉光L利用分光器11而使其光路被分割为2部分。利用分光器11而被反射的干涉光L1，通过遮光器31而被CCD 21检测。
而且，透过了分光器11的干涉光，利用下一个分光器12而使其光路再次被二分割。利用分光器12被反射的干涉光L2，通过遮光器32而被CCD22检测。
另一方面，透过了分光器12的干涉光L3，通过遮光器33而被CCD 23检测。
另外，最好使利用分光器11的干涉光的分割率，即透过的干涉光和反射的干涉光L1的强度比为2∶1。即，分光器11最好具有使入射光的2/3透过，而使1/3反射的特性。而且，最好使利用分光器12而被透过的干涉光L3和被反射的干涉光L2的强度比为1∶1。即，分光器12最好具有使入射光的1/2透过，而使1/2反射的特性。藉此，利用CCD 21、22、23而被检测的干涉光L1、L2、L3形成分别相等的强度等级(level)，所以适合进行后述的运算处理。但是，被分割的干涉光的强度比并不限定于此，而可酌情进行设定。
接着，关于利用光图像计测装置1的干涉光L的信号强度及相位的空间分布，即外差信号的强度及其相位信息的测定形态进行说明。光图像计测装置1的特征在于，藉由利用遮光器31、32、33的开关时序(timing)，对被付以相位差的干涉光L1、L2、L3进行抽样检测，通过一次测量构成背景光的直流成分的强度、干涉光L的讯号强度与相位的空间分布，而取得时间差。
另外，负责遮光器31、32、33的开关时序的后述的抽样函数的相位差需要预先进行设定。抽样函数是相位移位器41、42、43分别使由脉冲信号产生器50周期性地发生的脉冲的相位产生移位，输出到遮光器31、32、33而生成的。
图2为用于说明利用遮光器31的干涉光L1的抽样动作的说明图。图2(A)所示为利用光传感器CCD 21而受光的干涉光L1的时间波形。利用干涉光L1的外差信号如上述式(1)所示，可以考虑是由与参照光S和信号光S的强度成比例的背景光所构成的直流成分，以及干涉光L1的具有拍频(beat frequency)的交流成分(也称作拍频信号等)为重迭者。
因此，藉由根据图2(B)所示的抽样函数m1(t)使遮光器31进行周期性地开关(on-off)，而可对干涉光L1进行抽样。抽样函数m1(t)具有由例如50％工作(duty)的矩形列所构成的波形，且使该频率fsm被设定为与式(1)所示的拍频fif相等或与其相近的值(即fsm＝fif或fsmfif)。
图2(C)所示为利用抽样函数m1(t)进行抽样时，入射CCD 21的干涉光L1的时间波形示意图。这里，抽样函数m1(t)的频率fsm和式(1)所示的外差信号的拍频fif之差(δf＝|fif-fsm|)，与积蓄型光传感器即CCD21的响应频率相比，被设定得足够小。藉此，可在干涉光L1的各周期，对相位大致相同的部分进行抽样。此时，来自接受了干涉光L1的CCD 21的输出i1(t)，在测定时间内与CCD 21中所积蓄的光电荷量成比例，具体地说，可由下式而得到(例如参照M.Akiba，K.P.Chan，N.Tanno，[OpticsLetters]，Vol.28，816(2003))。
i1(t)=<K1i(t)m1(t)>]]>=K1[12Is+12Ir+2πIsIrcos(2πδft+φ)]---(2)]]>这里，<->表示基于CCD 21的积蓄效果的时间平均。而且，φ表示测定的初期相位值，K1表示含有分光器11的反射率和CCD 21的光电转换率的光检测效率。
同样地，利用根据设定的抽样函数m2(t)而控制开关时序的遮光器32对干涉光L2施以抽样，并利用CCD 22进行检测。该抽样函数m2(t)，其具有与对干涉光L1进行抽样的抽样函数m1(t)相同的频率fsm，即50％duty的矩形列的波形。这里，抽样函数m2(t)对抽样函数m1(t)具有相位差Δθ1，2。该相位差Δθ1，2藉由使图1所示的来自脉冲信号发生器50的脉冲信号的相位，利用相位位移器42而被付与位移。由以上这种条件，利用与式(2)同样的原理，可从CCD 22得到以下这样的输出i2(t)。
i2(t)=K2[12Is+12Ir+2πIsIrcos(2πδft+φ+Δθ1,2)]---(3)]]>但是，K2为包括分光器11的透过率、分光器12的反射率、以及CCD 22的光电转换率的光检测效率。
由式(2)和式(3)可知，在来自CCD 21、22的输出中，分别包括有信号光S和参照光R的强度Is，Ir的项目、关于干涉光L1，L2的振幅(IsIr)及相位(2πδft+φ)，(2πδft+Δθ1，2)的项目。
另外，利用根据抽样函数m3(t)而控制开关时序的遮光器33，对干涉光L3施以抽样，并利用CCD 23进行检测。该抽样函数m3(t)，其具有与对干涉光L1进行抽样的抽样函数m1(t)相同的频率fsm，即50％duty的矩形列的波形。这里，抽样函数m3(t)对抽样函数m1(t)具有相位差Δθ1，3。该相位差Δθ1，3藉由使来自脉冲信号发生器50的脉冲信号的相位，利用相位位移器43而被付与位移。此时，利用与式(2)同样的原理，可从CCD 23得到以下这样的输出i3(t)。
i3(t)=K3[12Is+12Ir+2πIsIrcos(2πδft+φ+Δθ1,3)]---(4)]]>但是，K3为包括分光器11、12的各个透过率及CCD 23的光电转换率的光检测效率。
从式(2)、(3)、(4)所示的各CCD 21、22、23所输出的电信号，被发送到信号处理部60。信号处理部60藉由利用这些输出结果执行以下所说明的运算，计算出对应干涉光的背景光的式(1)所示的外差信号的直流成分，以及干涉光L，即外差信号的信号强度及相位的空间分布。
这里，将抽样函数m1(t)和抽样函数m2(t)的相位差Δθ1，2设定为-π/2，将抽样函数m1(t)和抽样函数m3(t)的相位差Δθ1，3设定为π/2。此时，由干涉光的背景光所构成的外差信号的直流成分的强度S1，和相位直交成分(sin成分和cos成分)S2及S3分别由以下的式子进行表示。
S1=i2K2+i3K3=Is+Ir---(5)]]>[数6]S2=i2K2-i3K3=4πIsIrsin(2πδft+φ)---(6)]]>[数7]S3=2i1K1-S1=4πIsIrcos(2πδft+φ)---(7)]]>如利用式(6)及式(7)，则式(1)所示的外差信号的振幅如下所示。
IsIr∝S22+S32---(8)]]>
这里，关于右边的比例常数为π/4。因此，藉由使用从式(5)所求的直流成分，可以计算出外差信号的振幅。因此，将前述的直流成分与外差信号的振幅重迭，可以求得外差信号的强度，即干涉光L的强度。
藉此，光图像计测装置1对难以事先进行背景光强度测定的图像计测，例如运动物体的光断层图像计测等是有效的。而且，因为不需要另外预先测定形成背景光的直流成分的强度，可谋求计测程序的简略化。因此，计测上的麻烦可以减轻，计测时间也可以缩短。
另外，如利用光图像计测装置1，则可利用以下这样的测定方法求得干涉光L的相位的空间分布并图像化。
对某测定时间t＝t1，如取得式(6)及式(7)所示的外差信号的干涉光成分S2(t1)及S3(t1)，则可藉由取得这两个干涉成分的比，而得到下式所示的信号。
S4=S2(t1)S3(t1)=tan(2πδft1+φ)---(9)]]>由该式(9)可知，信号S4不依存于干涉光L的振幅，只包括其相位信息。因此，利用2维光传感器数组即CCD 21、22、23的各像素所检测并输出的外差信号的相位φ(x、y、t1)，如下式所示。这里，(x、y)表示这些CCD上的各像素的位置坐标。
该式(10)的第2项2πδft1为具有零或大致为零的频率δf的交流信号的测定时间t1的瞬时相位值，可假定其不依据CCD 21、22、23的像素位置(即变量x、y)而为一定值。因此，藉由对位于CCD 21、22、23上的某坐标x＝x1、y＝y1的像素所检测的外差信号的相位φ(x1、y1、t1)，而求得各像素所检测的外差信号的相位差。可使该外差信号，即干涉光L的相位差的空间分布图像化。这种干涉光的相位的空间分布测定，被认为对以其相位值作为基准的图像计测，例如利用外差干涉法的镜状表面的高精度计测是有效的。
另外，如利用上述的相位信息，可求取干涉光L的频率信息。即，外差信号的频率fif和抽样频率fsm的频率差δf，可利用根据在某两个测定时间t＝t1及t＝t2中的相位的计算结果φ(x1、y1、t1)及φ(x1、y1、t2)的下式而进行计算。

δf=12π|φ(x,y,t1)-φ(x,y,t2)t1-t2|---(11)]]>由于抽样频率fsm为已知，所以由式(11)所得到的计算结果，可计算外差信号的频率fif，即干涉光L的频率。这种外差频率的测定方法，被认为可有效地应用于例如计测被检眼眼底的血流状态的情况等，所以使用外差干涉法的多谱勒速度计测可以有效地被利用。
另外，在上述实施型态的光图像计测装置1中，采用了具备高速遮光器等的遮光器31、32、33的结构，做为本发明的强度调变装置。但是，强度调变装置并不局限于此。例如，将干涉光完全地遮断的这种遮光器装置取而代之，藉由设置可以周期性地增减让干涉光透过的透过率，例如空间光调变器(spatial light modulator，SLM)等，可以将CCD等的光检测装置所接受的干涉光的强度进行调变，而抽样干涉光。换句话说，遮光手段为将光检测装置所接受的干涉光强度在0与100(最高强度)之间做切换，而本发明的强度调变装置为可以应用将干涉光强度在例如10与80之间做切换的结构。
再者，干涉光的强度调变并不只是在2个数值之间的切换，可以因应抽样的形式，采用在3个或以上的数值间做周期性切换，或者是使2个数值做周期性且连续的切换方式。另外，强度调变的宽度若是考虑CCD的感度等来决定也是可以的。本发明的强度调变装置若是可以周期性地调变的话，采用哪种结构都是可以的。强度调变装置与光检测装置做成一体化的结构也是可以的。
分光器5、11、12可以使用任何型态者，但是若使用立方型(cube)的分光器的话，在与空气的边接口的反射光恐怕会入射到CCD中，所以使用板型(plate)或楔型(wedge)等的分光器是较适当的。
另外，光图像计测装置1中，藉由采用了将透镜3、4所配置的照明系统的光路以及成像用透镜群8等所配置的检测系统光路分离的光学系统，各个光路上的光学组件产生的反射的影响便被消除。
在光图像计测装置1中，设置了3个单独的CCD21、22、23，但是使用如3CCD型的彩色CCD摄影器方式的三枚式CCD摄影器(单元)，在各CCD芯片的前面位置上配置强度调变装置，藉以构成外观上为1个CCD摄影器的结构也是可行的。藉此，可以图谋装置结构的简单化及装置内的省空间化等。
另外，藉由将一个CCD的受光面分割成数个区域，在各个区域的前面位置上配置强度调变装置，将CCD的各区域设为一个CCD，以检测出干涉光的结构也是可以的。此时，配置一个将CCD的该些多数区域覆盖的大小的液晶SLM等所构成的强度调变装置，将对应CCD的各区域的强度调变装置的区域分别进行控制，藉以进行干涉光的检测也是可行的。利用这种结构，可以图谋装置结构的简单化及装置内的省空间化。另外，因为不需要将多数的CCD彼此同步控制来进行抽样，可以谋求控制系统的简化。
更者，藉由适当地进行累积在CCD的电荷的直流成分的偏移调整以及交流信号的增益调整，可以提高检测出的干涉光所形成的干涉图案的对比。
另外，藉由应用2次反射的回折镜或角方体(corner cube)做为参照物体，可以减少z-扫描的时的参照物体的移动距离。藉此，可以图谋装置内的省空间化，另外，也可以减轻加诸于使参照物体移动的上述驱动装置的负担以及消耗电力量。
在上述实施型态中，所采用的方法是藉由将抽样函数m1(t)与抽样函数m2(t)之间的相位差设定为Δθ1，2＝-π/2，及抽样函数m1(t)与抽样函数m3(t)之间的相位差设定为Δθ1，3＝π/2，以取得对应背景光的直流成分，但是直流成分的取得型态并不局限于此种方式。在下文，以一个例子来说明直流成分的其它取得型态。根据这个变化例的话，取得直流成分的架构的自由度被提高，装置的实用性也提升。
(直流成分的取得型态的第一变化例)首先，参考图3，与上述实施型态相同，说明依据2个CCD所输出的电气信号，计算出直流成份的方法。下面，虽然藉由使用图1的CCD22、23的结构，仅具备2个CCD的光图像计测装置或具备4个以上的光图像计测装置也可以同样地进行计算处理，这是不必多说的。
为此，将抽样函数m2(t)与抽样函数m3(t)之间的相位差设定为Δθ2，3＝π(180度)。例如，如图3所示，抽样函数m1(t)的干涉光L1的抽样范围L1’设为0～π/4，抽样函数m2(t)的干涉光L2的抽样范围L2’设为π/4～π/4，抽样函数m3(t)的干涉光L3的抽样范围L3’设为3π/4～2π/。此时，抽样函数m1(t)与抽样函数m2(t)之间的相位差Δθ1，2为-π/2，及抽样函数m1(t)与抽样函数m3(t)之间的相位差Δθ1，3为3π/4。抽样函数m1(t)、m2(t)与m3(t)分别成为具有与拍频相同的频率。另外，抽样函数m1(t)、m2(t)与m3(t)的工作周期比分别为25％的工作周期。
演算处理部60在进行这种抽样时，把CCD22、23所输出的电气信号做时间平均，计算出对应干涉光L的背景光的直流成分。亦即，因为干涉光L2的抽样范围L2’与干涉光L3的抽样范围L3’的相位差Δθ2，3为π，藉由把这些做时间平均，交流成分便被抵消，仅撷取出直流成分iD。接着，依据此直流成分iD，取得目的的直流成份的强度。另外，上述实施型态的相位差的设定值Δθ1，2＝-π/2、及Δθ1，3＝π/2为此情形的一个例子。
在此，所谓“将电气信号做时间平均”是指将显示来自CCD(光检测装置)的电气信号的受光光量，以例如该CCD取得一个图框的时间，进行平均的处理。另外，所对多数电气信号的“时间平均”是意味着求得各个电气信号的时间平均，再将这些时间平均的平均值假以计算的处理。另外，在时间平均处理的上述“时间”并不只是限定为1图框的时间，也可以采用例如抽样周期等或所需要的一定时间。
如上述，藉由两个CCD，分别受光的干涉光的相位差π做设定，将此两个CCD所分别输出的电气信号做时间平均，藉此可以计算出对应干涉光L的背景光的直流成分。根据此方法，也可将抽样两道干涉光的相位差设成π，因为可以任意设定各抽样的开始与结束的时序，用来取得直流成分的测定型态的自由度可以提高。
另外，将彼此相位差设为π，从对应被抽样的三个或以上的干涉光的电气信号，也可以同样地求得直流成分。
(直流成分的取得型态的第二变化例)接着，说明使用一枚CCD所输出的电器信号，求得值流成分的方法。在图4，显示了这种用途的抽样型态。以下，虽然采用了图1所示的光图像计测装置1的CCD 22，但是利用只具备单一个CCD或任意数个CCD的装置，也可以求得直流成分。
在本变化例中，利用CCD22进行多数次的测定，依据这些多次的测定，使用来自CCD 22的电气信号。因此，以相位差Δθ2，2＝π的方式，进行多数次(例如2次)的干涉光L2的抽样。例如，抽样干涉光L2的两个抽样函数为m2(t)、n2(t)，如图4所示，抽样函数m2(t)的干涉光L2的抽样范围L2’设为π/4～π/2，抽样函数n2(t)的干涉光L2的抽样范围L2”设为3π/4～2π。抽样函数m2(t)、n2(t)分别设为具有与拍频相同的频率。另外，抽样函数m2(t)、n2(t)的工作周期比分别为25％的工作周期。
演算处理部60在进行这种抽样时，把CCD 22所输出的电气信号做时间平均，计算出对应干涉光L的背景光的直流成分。亦即，因为干涉光L2的抽样范围L2’与L2”的相位差Δθ2，2为π，藉由把这些做时间平均，交流成分便被抵消，仅撷取出直流成分iD。接着，依据此直流成分iD，取得目的的直流成份的强度。
如上所述，以各抽样的相位差为π，对同一光路上的干涉光做两次抽样，将从该单一光路上的单一CCD所个别输出的电气信号进行时间平均，藉此可以计算出对应干涉光L的背景光的直流成分。根据此方法，将对干涉光做两次抽样时的相位差为π的话，因为可以任意设定各抽样的开始与结束的时序，用来取得直流成分的测定型态的自由度可以提高。另外，仅具备一个CCD的装置，也可以有效地测定直流成分。
另外，将彼此相位差设为π，从对应被抽样的三个或以上的干涉光的电气信号，也可以同样地求得直流成分。例如，以拍频的偶数倍的频率进行抽样时，依据CCD所输出的电气信号，可以求得直流成分。另外，若是在CCD的累积时间，配合拍频进行多数次的抽样的结构的话，此时从CCD所输出的电气信号成为显示直流成分的强度。也可以根据该信号，求得直流成分的强度。
(直流成分的取得型态的第三变化例)接着说明取得背景光所构成的直流成分的型态的第三变化例。本变化例与第二变化例相同，为只使用一个CCD(例如CCD 22)者。因此，将抽样频率m2(t)设定成与外差信号的频率(拍频)fif不同步。这样的话干涉光的相位不同的部分会接续地被抽样，结果干涉光的(几乎)全相位范围0～2π都被抽样。因此，藉由把抽样结果做时间平均，交流成分便被消除，而仅取出直流成分。
参考图5，说明该变化例的一个例子。在此，外差信号的周期表示为T0＝1/fif，抽样周期表示为T＝1/f。另外，抽样的工作周期比设定为40％。抽样频率f设定为拍频fif的0.8倍的数值(f＝0.8×fif)，抽样周期T成为外差信号的周期T0的1.25倍(T＝1.25×T0)。此时，第一抽样范围L2(1)对应于干涉光的相位0～π的部分，第二抽样范围L2(2)对应于干涉光的相位π/2～3π/2的部分，第三抽样范围L2(3)对应于干涉光的相位π～2π的部分，第四抽样范围L2(4)对应于干涉光的相位3π/2～π/2的部分(以下相同)。根据这样的抽样的话，因为干涉光在整段相位0～2π都被抽样，藉由将抽样结果做时间平均，交流成分被消除，撷取出直流成分iD。
另外，抽样周期T的设定值最好不要设定为外差信号的周期T0的整数倍的值。亦即，T＝n×T0(n为整数)的情形下，干涉光L2在n周期下同一个相位范围被抽样，所以即使取时间平均，也无法消除直流成分。但是，若工作周期比设为k/n(k为n以下的整数)的话，干涉光L2的k周期会因为成为各抽样范围，故可以适用。
(直流成分的取得型态的第四变化例)接着，在此用图6所示的光图像计测装置1’的架构的情形时，可以根据下面的第四变化例，取得直流成分。同图所示的光图像计测装置1’是在CCD 23的前面位置配置强度调变装置(遮光器33)，其余部分则具备与图1的光图像计测装置相同的架构。
在CCD 21、22检测出被抽样的干涉光L1、L2时，该光图像计测装置1’的CCD 23连续地接收干涉光L3，将其转换成电气信号，输出到信号处理部60。信号处理部60通过将来自CCD 23的电气信号进行时间平均，可以只取出直流成分。亦即，因为连续地被接收的干涉光L3为随机的信号，故利用取其时间平均，可消除交流成分，有效地取出直流成分。另外，关于交流成分，例如使用本发明的发明人的上述专利文件1所记载的方法等，依据来自CCD 21、22的电气信号而求得。如上述，对从没有设置强度调变装置的光路上的光检测装置的电气信号，进行平均化处理，藉此可以求得干涉光的背景光所构成的直流成分。
根据此光图像计测装置的话，因为可以没有时间差求得干涉光的背景光所构成的直流成分以及其交流成分，故计测时间可以缩短等，装置的便利性也得以提升。另外，因为装置结构所需要的强度调变装置以两个完成，结构的简化或低成本化，更可以谋求装置内的空间节省化。再者，因为2个CCD与2个强度调变装置可以同步控制，所以可以谋求控制的简化。再者，因为透过强度调变装置，从接收到的两个干涉光的检测结果，可以求得交流成分，所以演算时间的缩短是可以期待的。
在图6的结构中，CCD 23为用来取得背景光的强度的专用光检测装置，其前方不设置强度调变装置。适用这种结构的场合，入射到CCD 23的干涉光L3的光量，也可以是例如干涉光的数个百分比程度的微弱量。亦即，来自CCD 23的电气信号以信号处理部60做增益调整，再进行演算的话就很充分了。因此，载此用此架构的情形下，分光器12的干涉光强度的分割比不是1∶1也可以。在图6所示的结构中，可以将分光器12的穿透率设定成比反射率小的值。
(直流成分的取得型态的第五变化例)最后，说明一个变化例，其将光检测装置的干涉光的受光时间例如以周期性切换的方式，控制强度调变装置的抽样动作，藉此可以逐次计算出对应于干涉光的背景光的直流成分。
图7为显示在本变化例的抽样型态。在本变化例中，通过遮光器31，来抽样干涉光L1，另外，抽样的周期设成与外差信号的周期T0同步。另外，遮光器31为构成本发明所称的受光时间切换装置。一开始的抽样范围是设成1周期的L1(1)，第二个为半周期的L1(2)，第三个为1周期的L1(3)，第四个为半周期的L1(4)，....，余此类推。亦即，本变化例的抽样函数的工作周期在100％的工作周期与50％的工作周期之间做交互切换，例如具有矩形波形者。
依据这样的抽样函数进行抽样的话，干涉光L1的相位0～2π的抽样范围L1(1)、L1(3)、L1(5)、...，以及干涉光L1的相位0～π的抽样范围L1(2)、L1(4)、L1(6)、...两者彼此交互地被CCD 21接收。此时，在干涉光L1第奇数个抽样范围与第偶数个抽样范围，CCD 21的受光时间的比率成为2∶1。CCD 21将对应受光的各抽样范围的电气信号，依序传送到信号处理部60。
信号处理部60计算出对应于第奇数个的抽样范围L1(1)、L1(3)、L1(5)、...等的电气信号的时间平均，藉此演算出干涉光的背景光所构成的直流成分iD。这是地基数个抽样范围的相位为0～2π，也就是1个周期，所以取其时间平均的话，交流成分被消除，并得以依据撷取出的直流成分。
另外，信号处理部60依据对应第偶数个的各抽样范围的各电气信号、与其同步且从CCD 22及/或CCD 23所输出的电气信号以及对应在它之前的第奇数个抽样范围的电气信号所计算出来的直流成分的强度，计算出交流成分的振幅与相位。
在本实施例，依序交互执行这种直流成分的计算与交流成分的计算。因此，例如在利用z-扫描，一边改变被测定物体O的深度一边进行计测的情形时，可以逐次计算出(几乎)对应各深度的直流成分的强度，依据此计算结果，可以求得交流成分。因此，被测定物O的各深度的计测精确度便被提高。
另外，在交流成分的计算处理上，在依据来自3个CCD的输出信号的情形时，可以使用例如上述实施型态的计算方法等，另外，在依据来自2个CCD的输出信号的情形时，可以使用例如上述专利文件1所记载的方法等。
计算出直流成分用的抽样可以以1周期来进行，也可以以例如2周期、3周期等的任意时序来进行。例如最初为1周期，接着为2周期，...等，变更抽样的间隔也是可以的。
另外，做为受光时间切换装置，除了将干涉光完全遮蔽的遮光器装置外，使用SLM等的强度调变装置也可以。
如上述，本变化例为进行光检测装置的干涉光的受光时间的长度切换，在长受光时间(第一受光时间)时，依据光检测装置所输出的电气信号求取直流成分，并且依据短受光时间(第二受光时间)时所输出的电气信号及所求得的直流成分，求得交流成分。在此，第一受光时间是为了以平均化处理来消除交流成分，为干涉光的拍频周期以上的长度的时间(例如拍频的周期的整数倍)，较好是等于该拍频的周期。另外，第二受光时间为未满干涉光的拍频周期的长度的时间，较好是等于该拍频的周期的一半。亦即，利用将用来取得交流成分的抽样的工作周期比设成50％，可以有效地进行计测。
接着，说明本发明的光图像计测装置所适用的抽样型态的一个例子。特别是说明有关于抽样的频率、工作周期比、抽样函数的波形等的变化例。根据以下的变化例的话，抽样型态的自由度可提高，装置的实用性也可提升。
(关于抽样频率)在上述实施例中，以约略和拍频相等的抽样频率来进行抽样，但并不局限于此。例如，应用干涉光的拍频，即拍频整数倍的频率做为抽样频率的话，可以周期性地各别对干涉光的多个相位范围进行抽样。根据此种方法，因为在干涉光的各周期可以抽样多数个相位范围，故可以更详细地分析干涉光，计测精度的提升也是可以期待的。
另一方面，可以应用拍频的整数分之一倍(1/n)的抽样频率。根据此方法，因为干涉光的预定相位范围是以n周期来进行抽样，故在强度调变装置的强度切换无法追上拍频的情形时，也可有效地利用。
(关于工作周期比)本发明的光图像计测装置所使用的抽样函数较好是使用50％工作周期。亦即，在不到50％工作周期时，CCD 21、22、23所接受的光量会减少，干涉光的检测效率会降低。另一方面，超过50％工作周期时，检测效率也会降低。但是，在进行上述图3-5所示的抽样时，可以使用适当且所需的工作周期比。
(关于抽样函数的波形)另外，做为本发明光图像装置所使用的抽样函数，较佳是使用图2所示的矩形波形，来对遮光器31、32、33的开关时序做适当地切换。但是，也可以适用正弦波或三角波等的矩形以外的波形所构成的抽样函数。特别是，当使用进行干涉光的穿透与遮断的切换的遮光装置以外的强度调变装置时，可以有效地使用矩形以外的波形。例如，藉由使用正弦形或三角波形的抽样函数，使强度调变装置的穿透率做连续变化，来对穿透的干涉光强度进行调变的话，可以连续地调变CCD所接收的干涉光强度。
另外，使用正弦波等的抽样函数，可以执行与矩形波形抽样函数相同的抽样处理。例如，可以使用频率响应性高的光二极管等，把检测出的拍信号暂定为正弦波形，使用此信号来控制干涉光的抽样。具体来说，例如将检测出的拍信号的最大振幅的±1/√2设定为临界值，在对应此临界值的时间点，瞬间地切换遮光器的on/off。此时，干涉光的相位π/4～3π/4部分以及5π/4～7π/4部分被抽样，工作周期比为50％，抽样频率为拍频的2倍数值。另外，前述临界值并不限定于±1/√2，可以任意设定成任意值。另外，在拍信号的1周期的遮光器的on/off切换也可以是4次以外。通过适当地改变上述临界值，CCD接受的干涉光的光量得以任意地进行调整。做为此光量调整作用的一个例子，如1所示的光画像所示，在将干涉光分割成多数的光路以进行检测的情形时，由于各分光器的穿透率或反射率的影响等，干涉光的光量会有无法平均分割的情形；但是，藉由对各光路上的遮光器的控制有关的前述临界值进行适当地调整，各CCD所接受的光量便可以平均化。
另外，藉由使用正弦波形的抽样函数，因为与傅立叶分析有关的演算处理速度的提升可以被期待，所以CCD等的光检测装置的响应速度提升也可以对应地达成。
(其它的变化例)以下说明上述实施型态的光图像计测装置1的其它变化例。首先，本发明的光图像计测装置并不限定于上述实施例一般，将干涉光分割成3个光路的结构，如在直流成分取得型态的变化例的说明所述一般，用来检测干涉光的光路的数目是任意的。在分割成多数个光路的情形时，如图6所示一般，在各光路上设置CCD等的光检测装置，并且在一个光路以外的光路上设置遮光器等的强度调变装置，或者是也可以在所有的光路上设置强度调变装置。但是，可以根据测定方法或演算方法，采用在被分割的多数光路中，设置强度调变装置的设计。
而且，作为关于本发明的光图像计测装置的光检测装置，上述CCD 21、22、23外，也可以应用具备演算电路的线传感器。本发明的光检测装置具有接受干涉光并进行光电转换的功能，以及依据接受的干涉光来累积检测电荷的功能这两项，可用在1维或2维的所有构成。
在以上所说明的本发明的实施形态中，是对具有麦克逊型(Michelson)的干涉光学系统的光图像计测装置进行了说明，但当然也可采用例如马赫-曾德型(Mach-Zehuder)等其它的干涉光学系统(例如，参考前述专利档2)。
而且，藉由在干涉光学系统的一部分上设置光纤(束)而作为导光构件使用，可提高装置设计上的自由度，或谋求装置的简洁化(compact)，或提高被测定物体的配置自由度(例如，参考前述专利档2)。
如将本发明的光图像计测装置应用在例如眼科的领域上，则除了上述眼底的血流状态的测定以外，还可得到网膜或角膜的2维断面图像等。藉此，可对例如角膜的内皮细胞数目等进行测定。另外，当然还可进行在医疗用或工业用等以外的其它各种应用。
以上所详细说明的构成，只不过是关于本发明的光图像计测装置的实施形态的一个例子，只要在本发明的要旨的范围内，可施加各种各样的变形。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种光图像计测装置，具有光源和干涉光学系统，其中光源用于射出光束，干涉光学系统用于将来自该光源的光束，分割为经由被检测物体的信号光和经由设定的参照物体的参照光，并使前述信号光的频率和前述参照光的频率相对进行位移后，使经由了前述被检测物体的前述信号光和经由了前述参照物体的前述参照光彼此进行重叠，而生成干涉光，且该光图像计测装置根据前述干涉光形成前述被测定物体的图像，其特征在于其包括强度调变装置，以预定的频率调变前述干涉光的强度；光检测装置，接受被前述强度调变的前述干涉光，变换成电气信号并将其输出；以及演算装置，依据从前述光检测装置输出的前述电气信号，演算由前述干涉光的背景光所构成的直流成分的强度。
2.一种光图像计测装置，具有光源、干涉光学系统和分光器装置，其中光源用于射出光束；干涉光学系统用于将来自该光源的光束，分割为经由被检测物体的信号光和经由设定的参照物体的参照光，并使前述信号光的频率和前述参照光的频率相对进行位移后，使经由了前述被检测物体的前述信号光和经由了前述参照物体的前述参照光彼此进行重叠，而生成干涉光；分光器装置将前述干涉光学系统生成的前述干涉光分割成多数个光路，其中该光图像计测装置根据在前述多数个光路中传递的前述干涉光，形成前述被测定物体的图像，其特征在于其包括多数个强度调变装置，分别设置在前述多数个光路中的其中几个的光路上，以预定的频率调变前述干涉光的强度；多数个光检测装置，分别设置在前述多数个光路上，其中设置在前述多数个光路的其中几个光路的前述光检测装置为接受被前述强度调变的前述干涉光，变换成电气信号并将其输出，而设置在前述多数个光路的其中几个光路以外的前述光检测装置为接受前述干涉光，变换成电气信号并将其输出；以及演算装置，依据从设置在前述多数个光路中的预定光路上的前述光检测装置所输出的前述电气信号，演算由前述直流成分的强度。
3.根据权利要求2所述的光图像计测装置，其特征在于其中所述的预定光路包括前述强度调变装置被设置的至少两个光路，前述至少两个光路上的前述强度调变装置分别调变前述干涉光，使得该光路上的前述光检测装置接受前述干涉光的相位差为π(180度)的部分，并且前述演算装置藉由将前述光检测装置所输出的前述电气信号进行时间平均，演算出前述直流成分的强度。
4.根据权利要求2所述的光图像计测装置，其特征在于其中所述的预定光路包括前述强度调变装置没有被设置的光路，前述演算装置藉由将前述光检测装置所输出的前述电气信号进行时间平均，演算出前述直流成分的强度。
5.根据权利要求1或2所述的光图像计测装置，其特征在于其中所述的强度调变装置对前述干涉光进行多数次强度调变，使得前述光检测装置接受前述干涉光的相位差为π的部分；前述光检测装置接受与前述多数次的各次强度调变相对应的前述干涉光，输出电气信号；前述演算装置对应前述数次强度调变，藉由将前述光检测装置所输出的前述电气信号进行时间平均，演算出前述直流成分的强度。
6.根据权利要求1或2所述的光图像计测装置，其特征在于其中所述的强度调变装置是利用不与前述干涉光的拍频周期同步的频率，对前述干涉光进行强度调变，并且前述演算装置依据以该频率做强度调变的前述干涉光，藉由将前述光检测装置所输出的前述电气信号进行时间平均，演算出前述直流成分的强度。
7.一种光图像计测装置，具有光源和干涉光学系统，其中光源用于射出光束，干涉光学系统用于将来自该光源的光束，分割为经由被检测物体的信号光和经由设定的参照物体的参照光，并使前述信号光的频率和前述参照光的频率相对进行位移后，使经由了前述被检测物体的前述信号光和经由了前述参照物体的前述参照光彼此进行重叠，而生成干涉光，且该光图像计测装置根据前述干涉光形成前述被测定物体的图像，其特征在于其包括强度调变装置，以预定的频率调变前述干涉光的强度；光检测装置，接受被前述强度调变的前述干涉光，变换成电气信号并将其输出；以及演算装置，依据从前述光检测装置输出的前述电气信号，演算由前述干涉光的背景光所构成的直流成分的强度，以及演算交流成分的强度及/或相位。
8.根据权利要求7所述的光图像计测装置，其特征在于更包括一受光时间切换手段，对应前述干涉光的拍频的周期，将前述光检测装置的前述干涉光的受光时间在一第一受光时间与一第二受光时间之间进行切换，其中前述第一受光时间具有前述拍频的周期以上的长度，而前述第二受光时间具有未满前述拍频的周期的长度，其中前述演算装置在以前述受光时间切换装置切换成前述第一受光时间时，藉由将前述光检测装置所输出的电气信号进行时间平均，演算出前述直流成分的强度，并且在切换成前述第二受光时间时，依据前述光检测装置所输出的前述电气信号，以及对应前述第一受光时间而演算出的前述直流成分，演算出前述交流成分的强度及/或相位。
9.根据权利要求8所述的光图像计测装置，其特征在于其中所述的受光时间切换装置将前述受光时间以每前述干涉光的拍频的周期进行切换，前述第一受光时间为前述拍频周期。
10.根据权利要求8所述的光图像计测装置，其特征在于其中所述的受光时间切换装置将前述受光时间以每前述干涉光的拍频的周期进行切换，前述第二受光时间为前述拍频周期的一半。
11.根据权利要求7所述的光图像计测装置，其特征在于其中所述的强度调变装置对前述干涉光进行强度调变的前述预定频率为前述干涉光的拍频的整数倍的频率。
12.根据权利要求1至11中任一权利要求所述的光图像计测装置，其特征在于其中所述的强度调变装置为遮光器装置，以前述预定的频率，遮断前述干涉光。
全文摘要
本发明是有关于一种光图像计测装置，可有效地求得由干涉光的背景光所构成的外差信号的直流成分。光图像计测装置包括干涉光学系统，将来自光源的光束以分光器分割成信号光和参照光，并利用频率位移器使参照光的频率进行位移，且使经过被测定物体的信号光和被镜反射的参照光重叠，生成干涉光；分光器，用于将干涉光分割为干涉光(L1、L2、L3)；遮光器(31、32、33)，为将各干涉光(L1、L2、L3)的强度以一定的周期进行调变的强度调变装置；CCD(21、22、23)，接受强度调变的各干涉光，并输出电器信号；以及信号处理部，根据输出的电信号，计算对应于干涉光的背景光的直流成分的强度。
文档编号G01J9/02GK1670508SQ200510055319
公开日2005年9月21日 申请日期2005年3月15日 优先权日2004年3月16日
发明者陈建培, 秋叶正博, 福间康文, 大塚浩之, 塚田央 申请人:株式会社拓普康