專利名稱：光圖像計(jì)測(cè)裝置的制作方法
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。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。
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8所示。該光圖像計(jì)測(cè)裝置200的構(gòu)成包括寬頻帶光源201、鏡202、分光器203及光檢測(cè)器204。被測(cè)定物體205由散射媒質(zhì)形成。寬頻帶光源201發(fā)出的光束，由分光器203被分割為朝向鏡202的參照光R和朝向被測(cè)定物體205的信號(hào)光S兩部分。參照光R為利用分光器203的反射光，信號(hào)光S為分光器203的透射光。
這里，如圖8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202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202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205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205的信號(hào)光，和經(jīng)由鏡202并接受了頻率位移的參照光R，利用分光器203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(zhǎng)差在光源的μm級(jí)的相干長(zhǎng)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202的位置進(jìn)行z-掃描而使參照光R的光路長(zhǎng)變化，可對(duì)被測(cè)定物體205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205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204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)(外差信號(hào))進(jìn)行解析，而取得被測(cè)定物體205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203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205掃描光束，從而依次檢測(cè)來自被測(cè)定物體205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205而需要較長(zhǎng)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9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300的構(gòu)成包括寬頻帶光源301、鏡302、分光器303、作為光檢測(cè)器的2維光傳感器數(shù)組304及透鏡306，307。從光源301所射出的光束，由透鏡306、307而形成平行光束，且將其波束徑擴(kuò)大，并利用分光器303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302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305。藉此，信號(hào)光S形成含有該入射范圍中的被測(cè)定物體305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303進(jìn)行重疊，并利用在2維光傳感器數(shù)組304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305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)組所輸出的復(fù)數(shù)個(gè)外差信號(hào)輸入并列配置的復(fù)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)的復(fù)數(shù)個(gè)受光組件，并將前述光傳感器所得到的復(fù)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；檢測(cè)裝置)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)楦缮婀獾某闃宇l率的設(shè)定不能自動(dòng)化，所以需要花費(fèi)功夫?qū)ζ溥M(jìn)行設(shè)定。而且，在該文獻(xiàn)的光圖像計(jì)測(cè)裝置中，不能簡(jiǎn)便地設(shè)定對(duì)應(yīng)拍率的抽樣頻率，難以輕松地進(jìn)行高精度的抽樣。
而且，雖然本發(fā)明者們?cè)诶缛毡緦＠奶厣?004-52195號(hào)等中，提出了一種利用3臺(tái)光傳感器對(duì)干涉光進(jìn)行檢測(cè)的構(gòu)成的光圖像計(jì)測(cè)裝置，但考慮到制造成本和構(gòu)造簡(jiǎn)單化方面，認(rèn)為最好可以較少個(gè)數(shù)的光傳感器進(jìn)行同樣的計(jì)測(cè)，特別是交流成分的計(jì)測(cè)。
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。可以說，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，[ElectronicsLetters]，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，可利用更少個(gè)數(shù)的光傳感器，有效地取得干涉光特別是其交流成分的光圖像計(jì)測(cè)裝置。
而且，本發(fā)明的另一目的在于，提供一種可輕松地進(jìn)行干涉光的高精度的取樣的光圖像計(jì)測(cè)裝置。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種光圖像計(jì)測(cè)裝置，包括光束輸出裝置，使光束以設(shè)定的頻率進(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；振動(dòng)裝置，使前述參照物體以設(shè)定的頻率及設(shè)定的振幅進(jìn)行振動(dòng)；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；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，并使經(jīng)由前述被測(cè)定物體的前述信號(hào)光和經(jīng)由前述振動(dòng)的前述參照物體的前述參照光進(jìn)行重疊而生成干涉光；抽出裝置，抽出利用前述重疊裝置所生成的干涉光的不同的2個(gè)偏光成分；一對(duì)檢測(cè)裝置，對(duì)前述抽出的前述2個(gè)偏光成分分別進(jìn)行檢測(cè)；信號(hào)處理裝置，根據(jù)利用前述各檢測(cè)裝置分別檢測(cè)的各偏光成分，計(jì)算前述干涉光的信號(hào)強(qiáng)度或相位，并形成前述被測(cè)定物體的圖像；其特征在于利用前述光束輸出裝置的前述光束的強(qiáng)度調(diào)制的前述設(shè)定的頻率，與前述干涉光的頻率同步，利用前述振動(dòng)裝置的前述參照物體的振動(dòng)的前述設(shè)定的頻率，與前述干涉光的頻率同步，且前述振動(dòng)的前述設(shè)定的振幅小于等于前述干涉光的波長(zhǎng)。另外，所謂的“干涉光的頻率”，表示干涉光的差拍的頻率(拍率)(以下相同)。
而且，本發(fā)明又提供一種光圖像計(jì)測(cè)裝置，包括光源，用于射出光束；分割裝置，將前述射出的光束分割為經(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；振動(dòng)裝置，使前述參照物體以設(shè)定的頻率及設(shè)定的振幅進(jìn)行振動(dòng)；重疊裝置，使經(jīng)由前述被測(cè)定物體的前述信號(hào)光和經(jīng)由前述參照物體的前述參照光進(jìn)行重疊而生成干涉光；光路分割裝置，將前述生成的干涉光的光路進(jìn)行二分割；一對(duì)強(qiáng)度調(diào)制裝置，將前述二分割的各光路的前述干涉光的強(qiáng)度以設(shè)定的頻率分別進(jìn)行周期性調(diào)制；一對(duì)檢測(cè)裝置，對(duì)利用前述各強(qiáng)度調(diào)制裝置被強(qiáng)度調(diào)制的前述各光路的前述干涉光分別進(jìn)行檢測(cè)；信號(hào)處理裝置，計(jì)算利用前述各檢測(cè)裝置分別被檢測(cè)的前述干涉光的信號(hào)強(qiáng)度或相位，并形成前述被測(cè)定物體的圖像；其特征在于利用前述各強(qiáng)度調(diào)制裝置的前述干涉光的前述強(qiáng)度調(diào)制的前述設(shè)定的頻率，與前述干涉光的頻率同步，利用前述振動(dòng)裝置的前述參照物體的振動(dòng)的前述設(shè)定頻率，與前述干涉光的頻率同步，且前述振動(dòng)的前述設(shè)定的振幅小于等于前述干涉光的波長(zhǎng)。
而且，本發(fā)明又提供一種光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述振動(dòng)裝置包括安裝在前述參照物體上的壓電元件(piezo device)。
而且，本發(fā)明又提供一種光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于包括激光光源，用于輸出激光光；干涉光學(xué)系統(tǒng)，用于將前述輸出的激光光分割為經(jīng)由利用前述振動(dòng)裝置進(jìn)行振動(dòng)的前述參照物體的第1激光光，和經(jīng)由固定配置的反射鏡的第2激光光，并使經(jīng)由了前述參照物體的前述第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，生成輔助干涉光；輔助檢測(cè)裝置，對(duì)前述生成的輔助干涉光進(jìn)行檢測(cè)；振動(dòng)控制裝置，根據(jù)利用前述輔助檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果，對(duì)前述振動(dòng)裝置進(jìn)行控制。
而且，本發(fā)明又提供一種光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于利用前述振動(dòng)裝置的前述參照物體的振動(dòng)的前述設(shè)定的振幅，大于等于前述干涉光波長(zhǎng)的10分之1，且小于等于前述波長(zhǎng)。
而且，本發(fā)明又提供一種光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述光束輸出裝置包括射出光束的光源、以與前述干涉光的頻率相同步的頻率具有設(shè)定的相位差并周期性地使前述光束輸出的形態(tài)，將前述光源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的光源驅(qū)動(dòng)裝置。
而且，本發(fā)明又提供一種光圖像計(jì)測(cè)裝置，包括激光光源，用于輸出激光光；干涉光學(xué)系統(tǒng)，用于將前述輸出的激光光分割為經(jīng)由前述振動(dòng)的前述參照物體的第1激光光，和經(jīng)由固定配置的反射鏡的第2激光光，并使經(jīng)由了前述參照物體的前述第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，生成輔助干涉光；輔助檢測(cè)裝置，對(duì)前述生成的輔助干涉光進(jìn)行檢測(cè)；其特征在于前述光束輸出裝置的光源驅(qū)動(dòng)裝置根據(jù)利用前述輔助檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果，生成與前述輔助干涉光的頻率同步的頻率的脈沖信號(hào)，且前述光源由前述生成的前述脈沖信號(hào)被驅(qū)動(dòng)，輸出與該脈沖信號(hào)相等頻率的脈沖形的光束。
而且，本發(fā)明又提供一種光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述光束輸出裝置包括輸出連續(xù)的光束的光源、將前述輸出的連續(xù)的光束以與前述干涉光的頻率同步的頻率進(jìn)行周期性的遮蔽的光束遮蔽裝置。
而且，本發(fā)明又提供一種光圖像計(jì)測(cè)裝置，包括激光光源，用于輸出激光光；干涉光學(xué)系統(tǒng)，用于將前述輸出的激光光分割為經(jīng)由前述振動(dòng)的前述參照物體的第1激光光，和經(jīng)由固定配置的反射鏡的第2激光光，并使經(jīng)由了前述參照物體的前述第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，生成輔助干涉光；輔助檢測(cè)裝置，對(duì)前述生成的輔助干涉光進(jìn)行檢測(cè)；其特征在于前述光束遮蔽裝置根據(jù)利用前述輔助檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果，將前述連續(xù)的光束進(jìn)行前述周期性的遮蔽。
而且，本發(fā)明又提供一種光圖像計(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)明又提供一種光圖像計(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偏光成分間付與相位差，將偏光特性進(jìn)行轉(zhuǎn)換的波長(zhǎng)板。
而且，本發(fā)明又提供一種光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述抽出裝置包括使前述干涉光的P偏光成分透過，并反射S偏光成分的偏光分光器。
而且，本發(fā)明又提供一種光圖像計(jì)測(cè)裝置，包括脈沖信號(hào)產(chǎn)生裝置，輸出與前述干涉光的頻率同步的頻率的脈沖信號(hào)；相位位移裝置，使前述輸出的前述脈沖信號(hào)的相位相對(duì)地進(jìn)行位移，并向前述一對(duì)強(qiáng)度調(diào)制裝置分別進(jìn)行輸出；其特征在于前述各強(qiáng)度調(diào)制裝置接受利用前述相位位移裝置使相位相對(duì)位移的前述脈沖信號(hào)，并對(duì)前述干涉光的強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制。
而且，本發(fā)明又提供一種光圖像計(jì)測(cè)裝置，包括激光光源，用于輸出激光光；干涉光學(xué)系統(tǒng)，用于將前述輸出的激光光分割為經(jīng)由前述振動(dòng)的前述參照物體的第1激光光，和經(jīng)由固定配置的反射鏡的第2激光光，并使經(jīng)由了前述參照物體的前述第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，生成輔助干涉光；輔助檢測(cè)裝置，對(duì)前述生成的輔助干涉光進(jìn)行檢測(cè)；其特征在于前述脈沖信號(hào)產(chǎn)生裝置根據(jù)利用前述輔助檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果，輸出與前述輔助干涉光的頻率同步的頻率的前述脈沖信號(hào)。
而且，本發(fā)明又提供一種光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述各強(qiáng)度調(diào)制裝置包括對(duì)前述干涉光的強(qiáng)度以設(shè)定的頻率分別進(jìn)行周期性的遮蔽的遮光器裝置。
本發(fā)明采用使利用光束輸出裝置的光束的強(qiáng)度調(diào)制的頻率與干涉光的頻率同步，并使利用振動(dòng)裝置的參照物體的振動(dòng)的頻率與干涉光的頻率同步，且使該振動(dòng)的振幅小于等于干涉光的波長(zhǎng)，而且對(duì)利用抽出裝置被抽出的2個(gè)偏光成分利用一對(duì)檢測(cè)裝置分別進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)其檢測(cè)結(jié)果計(jì)算干涉光的信號(hào)強(qiáng)度或相位，而形成被測(cè)定物體的圖像的構(gòu)成。因此，可只利用一對(duì)即2個(gè)檢測(cè)裝置，而檢測(cè)干涉光特別是其交流成分，并形成被測(cè)定物體的圖像。而且，由于可自動(dòng)設(shè)定利用強(qiáng)度調(diào)制裝置的干涉光的強(qiáng)度調(diào)制的頻率，和參照物體的振動(dòng)的頻率及振幅，所以能夠輕松地進(jìn)行干涉光的高精度的抽樣。


圖1所示為關(guān)于本發(fā)明的光圖像計(jì)測(cè)裝置的第1實(shí)施形態(tài)的光學(xué)系統(tǒng)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)裝置的第1實(shí)施形態(tài)的控制系統(tǒng)構(gòu)成的一個(gè)例子的概略圖。
圖3為用于說明關(guān)于本發(fā)明的光圖像計(jì)測(cè)裝置的第1實(shí)施形態(tài)的干涉光的檢測(cè)形態(tài)的標(biāo)繪圖。
圖3(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3(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3(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3(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3(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4所示為關(guān)于本發(fā)明的光圖像計(jì)測(cè)裝置的第1實(shí)施形態(tài)的變形例的光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成的一個(gè)例子的概略圖。
圖5所示為關(guān)于本發(fā)明的光圖像計(jì)測(cè)裝置的第2實(shí)施形態(tài)的光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成的一個(gè)例子的概略圖。
圖6所示為關(guān)于本發(fā)明的光圖像計(jì)測(cè)裝置的第2實(shí)施形態(tài)的控制系統(tǒng)構(gòu)成的一個(gè)例子的概略圖。
圖7為用于說明關(guān)于本發(fā)明的光圖像計(jì)測(cè)裝置的第2實(shí)施形態(tài)的利用一對(duì)強(qiáng)度調(diào)制裝置(遮光器)的干涉光抽樣動(dòng)作的標(biāo)繪圖。
圖7(A)所示為干涉光的時(shí)間波形。
圖7(B)所示為通過一對(duì)強(qiáng)度調(diào)制裝置的一個(gè)進(jìn)行受光的干涉光的時(shí)間波形。
圖7(C)所示為通過一對(duì)強(qiáng)度調(diào)制裝置的另一個(gè)進(jìn)行受光的干涉光的時(shí)間波形。
圖8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9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半透鏡7波長(zhǎng)板8參照鏡9壓電元件9’頻率位移器10成像用透鏡群11偏光分光器21、22CCD(照相機(jī))31光源32分光器33反射鏡34光電探測(cè)器(PD)35光源驅(qū)動(dòng)器36壓電驅(qū)動(dòng)器37顯示裝置38控制部39分光器41、42遮光器50脈沖信號(hào)發(fā)生器51、52相位位移器100光圖像計(jì)測(cè)裝置200光圖像計(jì)測(cè)裝置
201寬頻帶光源202鏡203分光器204光檢測(cè)器205被測(cè)定物體300光圖像計(jì)測(cè)裝置301寬頻帶光源302鏡303半透明鏡3042維光傳感器數(shù)組305被測(cè)定物體306、307透鏡L干涉光L1S偏光成分L2P偏光成分M、M1、M2干涉光O被測(cè)定物體S信號(hào)光R參照光具體實(shí)施方式
對(duì)關(guān)于本發(fā)明的光圖像計(jì)測(cè)裝置的較佳的實(shí)施形態(tài)，參照?qǐng)D示詳細(xì)地進(jìn)行說明。下面，對(duì)利用光的偏光特性進(jìn)行圖像計(jì)測(cè)的第1實(shí)施形態(tài)，和藉由利用遮光器的抽樣而進(jìn)行圖像計(jì)測(cè)的第2實(shí)施形態(tài)，分別進(jìn)行說明。
(第1實(shí)施形態(tài))(裝置的構(gòu)成)首先，對(duì)本發(fā)明的第1實(shí)施形態(tài)的光圖像計(jì)測(cè)裝置的構(gòu)成，參照?qǐng)D1及圖2詳細(xì)地進(jìn)行說明。圖1所示為關(guān)于本實(shí)施形態(tài)的光圖像計(jì)測(cè)裝置的(主體)光學(xué)系統(tǒng)的概略構(gòu)成。而且，圖2所示為本實(shí)施形態(tài)的光圖像計(jì)測(cè)裝置的控制系統(tǒng)的構(gòu)成。
(光學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)成)本實(shí)施形態(tài)的光圖像計(jì)測(cè)裝置，為可利用于例如醫(yī)療方面和工業(yè)方面的被測(cè)定物體的斷層圖像和表面圖像的計(jì)測(cè)的裝置。這里，被測(cè)定物體為例如在醫(yī)療方面，由人眼等散射媒質(zhì)形成的物體。
圖1所示的本實(shí)施形態(tài)的光圖像計(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的半透鏡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(zhǎng)板7、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8、在參照鏡8的反射面的背面所安裝的壓電元件9。這里，利用半透鏡6所生成的干涉光L，相當(dāng)于本發(fā)明中所說的“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(zhǎng)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(chǎng)成分的振動(dòng)面、磁場(chǎng)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。換言之，該光束的P偏光成分和S偏光成分分別具有相等的振幅。
半透鏡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8的參照光R的本發(fā)明的“分割裝置”。半透鏡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，半透鏡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8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8、半透鏡6所形成的米切爾森型的干涉儀，所以使分割裝置和重疊裝置由相同的半透鏡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(zhǎng)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(zhǎng)板7，采用1/8波長(zhǎng)板。藉此，在參照光R通過波長(zhǎng)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在由半透鏡6朝向參照鏡8時(shí)，和被參照鏡8反射而再次入射半透鏡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(zhǎng)板同樣地進(jìn)行作用，所以再次入射半透鏡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(zhǎng)板。
參照鏡8構(gòu)成本發(fā)明的“參照物體”，藉由沿參照光R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)半透鏡6，只有來自與參照鏡8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R進(jìn)行干涉而形成干涉光L。因此，藉由使參照鏡8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8起到利用壓電元件9而沿參照光R的光路方向進(jìn)行z-掃描，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8的移動(dòng)而付與的頻率位移，稱作多譜勒頻率位移。而且，壓電元件9也可使參照鏡8進(jìn)行振動(dòng)。該振動(dòng)也可與z-掃描同時(shí)進(jìn)行。壓電元件9構(gòu)成本發(fā)明的“振動(dòng)裝置”。
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透鏡6所生成的干涉光L進(jìn)行成像的成像用透鏡群10、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的不同的復(fù)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“一對(duì)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)，且將其輸出到信號(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)，且將其輸出到信號(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，并形成被測(cè)定物體O的2維斷面圖像等各種圖像的本發(fā)明的“信號(hào)處理裝置”。信號(hào)處理部20的構(gòu)成含有例如用于存儲(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。
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。
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(zhǎng)相干長(zhǎng)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)由參照鏡8的第1激光光(反射光)和經(jīng)由固定配置的反射鏡33的第2激光光(透過光)，且將利用壓電元件9的作用而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8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“輔助干涉光”。輔助干涉光與由半透鏡6所生成的干涉光L具有相等的頻率及波長(zhǎng)。
光電探測(cè)器34構(gòu)成本發(fā)明的“輔助檢測(cè)裝置”，對(duì)由該干涉光學(xué)系統(tǒng)所生成的輔助干涉光進(jìn)行檢測(cè)，并輸出與該輔助干涉光相等頻率及波長(zhǎng)的電氣信號(hào)。
(控制系統(tǒng)的構(gòu)成)下面，參照?qǐng)D2，對(duì)本實(shí)施形態(tài)的光圖像計(jì)測(cè)裝置1的控制系統(tǒng)進(jìn)行說明。光圖像計(jì)測(cè)裝置1的控制系統(tǒng)的構(gòu)成包括驅(qū)動(dòng)寬頻帶光源的光源驅(qū)動(dòng)器35、驅(qū)動(dòng)壓電元件9的壓電驅(qū)動(dòng)器36、顯示形成的圖像的顯示裝置37及進(jìn)行裝置各部的控制的控制部38。對(duì)控制部38，輸入由光電探測(cè)器34產(chǎn)生的檢測(cè)信號(hào)、由信號(hào)處理部20所形成的圖像(圖像信號(hào))。
光源驅(qū)動(dòng)器35在控制部38的控制下，以生成與光電探測(cè)器34所輸出的電氣信號(hào)同步的頻率(例如與該電氣信號(hào)相等的頻率)的脈沖信號(hào)，并輸出到寬頻帶光源2的形態(tài)進(jìn)行動(dòng)作。寬頻帶光源2由光源驅(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)相等頻率的脈沖形的光束。另外，來自寬頻帶光源2的光束作為例如50％duty的矩形列的脈沖光被輸出。光源驅(qū)動(dòng)器35構(gòu)成本發(fā)明的“光源驅(qū)動(dòng)裝置”。
另外，寬頻帶光源2、光源31、分光器32、反射鏡33、光電探測(cè)器(PD)34及光源驅(qū)動(dòng)器35，構(gòu)成將光束以設(shè)定的頻率進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制并輸出的本發(fā)明的“光束輸出裝置”。
壓電驅(qū)動(dòng)器36在控制部38的控制下，以生成具有與從光電探測(cè)器34所輸出的電氣信號(hào)同步的頻率(例如與該電氣信號(hào)相等的頻率)，且使壓電元件9的振動(dòng)的振幅形成該電氣信號(hào)的波長(zhǎng)的例如2分之1這種振幅的電氣信號(hào)，并輸出到壓電元件9的形態(tài)進(jìn)行動(dòng)作。這里，被送到壓電元件9的電氣信號(hào)的振幅和壓電元件9的振動(dòng)的振幅的關(guān)系已知，且壓電驅(qū)動(dòng)器36將由該關(guān)系所求得的振幅的電氣信號(hào)輸出到壓電元件9。另外，該壓電驅(qū)動(dòng)器36構(gòu)成本發(fā)明所說的“振動(dòng)控制裝置”。
顯示裝置37由例如液晶顯示器和CRT顯示器等顯示器裝置構(gòu)成，并根據(jù)控制部38所輸出的圖像信號(hào)顯示圖像。
(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)藉由光圖像計(jì)測(cè)裝置1的利用光的偏光特性的測(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透鏡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，由半透鏡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(zhǎng)板7向參照鏡8被傳送。此時(shí)，參照鏡8利用壓電元件9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利用由壓電元件9被移動(dòng)的參照鏡8而接受設(shè)定量的頻率位移，并再次通過波長(zhǎng)板7。這里，參照光R的偏光特性為角度45°的直線偏光，波長(zhǎng)板7為1/8波長(zhǎng)板，所以2次通過波長(zhǎng)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的一部分透過半透鏡6，而被傳送到成像用透鏡群10。
此時(shí)，半透鏡6將由被測(cè)定物體O所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L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，分別以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復(fù)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復(fù)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)本實(shí)施形態(tài)中的測(cè)定原理進(jìn)行說明。
本實(shí)施形態(tài)的光圖像計(jì)測(cè)裝置1的特征在于，利用光源31、分光器32、反射鏡33、光電探測(cè)器(PD)34及光源驅(qū)動(dòng)器35，對(duì)從寬頻帶光源2所輸出的光束的強(qiáng)度調(diào)制的頻率進(jìn)行控制，且控制利用壓電元件9的參照鏡8的振動(dòng)的頻率及振幅。
從光源31所輸出的激光光，由分光器32被分割為參照鏡8方向的光路(反射光)和反射鏡33方向的光路(透過光)。參照鏡8方向的光路的激光光，可經(jīng)由利用壓電元件9進(jìn)行z-掃描的參照鏡8，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，反射鏡33方向的光路的激光光，作為由反射鏡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，接受參照光R和同樣地利用參照鏡8所形成的多譜勒頻率位移，所以與參照光R接受同量的頻率位移。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相等的頻率及波長(zhǎng)。
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)輸出到光源驅(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的拍率相等。
光源驅(qū)動(dòng)器35將與來自光電探測(cè)器34的電氣信號(hào)同步的頻率的脈沖信號(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)，以與該脈沖信號(hào)同步的頻率即與干涉光L的頻率同步的頻率，輸出脈沖形的光束。
而且，壓電驅(qū)動(dòng)器36生成與來自光電探測(cè)器34的電氣信號(hào)同步的頻率的，且為使壓電元件9的振動(dòng)的振幅為該電氣信號(hào)的波長(zhǎng)的2分之1這種振幅的電氣信號(hào)，并輸出到壓電元件9。藉此，參照鏡8利用壓電元件9，以與干涉光L的頻率同步的頻率及干涉光L的波長(zhǎng)的2分之1的振幅，進(jìn)行振動(dòng)。
這樣，在本實(shí)施形態(tài)中，可對(duì)被付與到參照光R的頻率位移的位移量進(jìn)行監(jiān)視，并利用與該位移量(＝干涉光L的頻率)同步的頻率的脈沖狀的光束，進(jìn)行被測(cè)定物體O的測(cè)定，且以與干涉光L同步的頻率及干涉光L的波長(zhǎng)的2分之1的振幅，使參照鏡8進(jìn)行振動(dòng)。
來自寬頻帶光源2的光束，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(可為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。
而且，關(guān)于參照鏡8的振幅，只要小于等于干涉光L的波長(zhǎng)即可。這是因?yàn)?，如以超過干涉光L的波長(zhǎng)的振幅使參照鏡8振動(dòng)，則由參照鏡8所反射的參照光R會(huì)形成不連續(xù)的波形等而產(chǎn)生問題。而且，考慮參照光R的S/N比，使參照鏡8的振幅大于等于干涉光L的波長(zhǎng)的10分之1小于等于該波長(zhǎng)為佳。另外，為了應(yīng)對(duì)這種問題，使參照光8的振幅小于等于干涉光L的波長(zhǎng)的2分之1為佳。
圖3所示為這種測(cè)定形態(tài)的一個(gè)例子。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與頻率位移fD相等(同步)。
圖3(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3(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3(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。這里，圖3(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3(D)所示為來自寬頻帶光源2的光束如圖3(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3(B)對(duì)應(yīng))。圖3(E)所示為來自寬頻帶光源2的光束如圖3(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3(C)對(duì)應(yīng))。圖3(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3(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，可如下式那樣得到。(參照例如M.Akiba.K.P.Chan.N.Tanno.Japanese Journal of AppliedPhysics，Vol.39，L1194(2000))。
S1(t)=⟨K1m(t)i1(t)⟩=K1[12Iss+12ID+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。由式(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 及相位2πδft+β的項(xiàng)。
這里，為了取得高精度的圖像，如圖3(B)、(D)所示，利用CCD21所檢測(cè)的S偏光成分L1的一部分，包括S偏光成分L1的“波谷”部分即強(qiáng)度極小的部分，且如圖3(C)、(E)所示，利用CCD22所檢測(cè)的P偏光成分L2的一部分，包括P偏光成分L2的“波峰”部分即強(qiáng)度極大的部分為佳。另外，也可相反地對(duì)S偏光成分L1的“波峰”的部分及P偏光成分L2的“波谷”的部分進(jìn)行檢測(cè)。
同樣，CCD22檢測(cè)圖3(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(zhǎng)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(zhǎng)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)。
S′1(t)=K12πIsIrcos(2πδft+β)---(10)]]>S′2(t)=K22πIsIrsin(2πδft+β)---(11)]]>
如利用這些式(10)、(11)，干涉信號(hào)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=S′2(t1)S′1(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，由于利用具有復(fù)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[S′2(x,y,t1)S′1(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 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的像素的位置即座標(biāo)x、y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(x1、y1、t 1)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為己知，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。
如利用這種本實(shí)施形態(tài)的光圖像計(jì)測(cè)裝置1，可利用較習(xí)知技術(shù)少的個(gè)數(shù)(2個(gè))CCD取得干涉光L的交流成分。而且，因?yàn)楣馐念l率、參照鏡8的振動(dòng)的頻率及振幅被自動(dòng)設(shè)定，所以可輕松地進(jìn)行干涉光L的高精度的抽樣。
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，利用藉由壓電元件9的參照鏡8的z-掃描，但也可在參照光R的光路上設(shè)置頻率位移器(電光調(diào)制器和聲光調(diào)制器等)(該情況的構(gòu)成例在后面進(jìn)行說明；參照?qǐng)D4)。另外，頻率位移器也可設(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R相比較為微弱，所以如在信號(hào)光S的光路上設(shè)置波長(zhǎng)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也是同樣的。
而且，在上述構(gòu)成中，設(shè)置對(duì)參照光R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)，也可設(shè)置自發(fā)地生成與其同步的頻率的脈沖信號(hào)的光源驅(qū)動(dòng)器35，并控制光束的強(qiáng)度調(diào)制。同樣，在預(yù)先知道所生成的干涉光L的頻率及波長(zhǎng)的情況下，也可設(shè)置壓電驅(qū)動(dòng)器36，用于生成與該頻率同步的頻率的，且為以其波長(zhǎng)的2分之1(小于等于該波長(zhǎng)，較佳為10分之1～該波長(zhǎng)，更佳為～該波長(zhǎng)的2分之1)的振幅使參照鏡8進(jìn)行振動(dòng)這種振幅的電氣信號(hào)。
而且，也可藉由取代利用光源驅(qū)動(dòng)器35的寬頻帶光源2的脈沖驅(qū)動(dòng)，并設(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)的光束以與干涉光L同步的頻率周期性的進(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“光束遮蔽裝置”，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”。
在以上的說明中，是對(duì)一種使參照鏡8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，但藉由固定參照鏡8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。
而且，藉由在信號(hào)光S的光路上，即半透鏡6和被測(cè)定物體O之間設(shè)置波長(zhǎng)板(1/2波長(zhǎng)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。
而且，光圖像計(jì)測(cè)裝置1的檢測(cè)裝置，并不限定于前述的CCD，可為例如具有積算電路的線路傳感器等，具有檢測(cè)干涉光并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的機(jī)能、將所檢測(cè)的電荷進(jìn)行積蓄的機(jī)能這兩項(xiàng)機(jī)能的檢測(cè)裝置，而且既可為1維的傳感器也可為2維的傳感器。
而且，雖然是對(duì)具有麥克遜型(Michelson)的干涉儀的光圖像計(jì)測(cè)裝置1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(jiǎn)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))。
如將本實(shí)施形態(tài)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。
圖4所示為本實(shí)施形態(tài)的變形例的構(gòu)成。同圖所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置1’，與本實(shí)施形態(tài)的光圖像計(jì)測(cè)裝置1具有大致相同的構(gòu)成。光圖像計(jì)測(cè)裝置1’具有將參照光R的頻率進(jìn)行位移的上述那樣的頻率位移器9’。在本變形例中，干涉光L的頻率與利用頻率位移器9’的頻率位移量相等。
光圖像計(jì)測(cè)裝置1’具有與本實(shí)施形態(tài)的光圖像計(jì)測(cè)裝置1同樣的光源驅(qū)動(dòng)器35、壓電驅(qū)動(dòng)器36及控制部38。而且，雖然圖示省略，但還設(shè)置有顯示裝置37。
頻率位移器9’向控制部38發(fā)送表示參照光R的頻率的位移量的電氣信號(hào)，例如與該位移量具有相等頻率的電氣信號(hào)?？刂撇?8根據(jù)該電氣信號(hào)，分別對(duì)光源驅(qū)動(dòng)器35及壓電驅(qū)動(dòng)器36進(jìn)行控制。
光源驅(qū)動(dòng)器35與上述的實(shí)施形態(tài)的構(gòu)成同樣地，生成與該電氣信號(hào)的頻率同步的頻率(例如與該電氣信號(hào)相等的頻率)的脈沖信號(hào)，并輸出到寬頻帶光源2。寬頻帶光源2由該脈沖信號(hào)被驅(qū)動(dòng)，并輸出與該脈沖信號(hào)相等頻率的脈沖形的光束。藉此，光束以與干涉光L的頻率同步的頻率進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制。
而且，壓電驅(qū)動(dòng)器36也可與上述的實(shí)施形態(tài)的構(gòu)成同樣地，生成具有與來自頻率位移器9’的電氣信號(hào)的頻率同步的頻率(例如與該電氣信號(hào)相等的頻率)，且使壓電元件9的振動(dòng)的振幅為該電氣信號(hào)的波長(zhǎng)的2分之1這種振幅的電氣信號(hào)，并輸出到壓電元件9。藉此，使壓電元件9的振動(dòng)形成與干涉光L的頻率同步的頻率，且其振幅形成干涉光L的波長(zhǎng)的2分之1(以下的設(shè)定的振幅)。
如利用這種本變形例的構(gòu)成，即使在為了生成干涉光L而使用頻率位移器的情況下，也可利用較習(xí)知技術(shù)少的個(gè)數(shù)(2個(gè))CCD取得干涉光L的交流成分，而且，可使光束的頻率、參照鏡8的振動(dòng)的頻率及振幅的設(shè)定自動(dòng)化，高精度且輕松地進(jìn)行干涉光L的抽樣。
另外，在利用壓電元件9和頻率位移器9’這兩者進(jìn)行頻率的位移的情況下，如組合利用上述實(shí)施形態(tài)的構(gòu)成和本變形例的構(gòu)成，則可分別使干涉光的強(qiáng)度調(diào)制的頻率及壓電元件9的振動(dòng)的頻率與干涉光L的頻率同步，而且可使壓電元件9的振動(dòng)的振幅小于等于干涉光L的波長(zhǎng)的設(shè)定的振幅。
(第2實(shí)施形態(tài))接著，對(duì)關(guān)于本發(fā)明的光圖像計(jì)測(cè)裝置的第2實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說明。本實(shí)施形態(tài)采用如前述那樣，利用遮光器進(jìn)行干涉光L的抽樣的構(gòu)成。
首先，對(duì)本實(shí)施形態(tài)的光圖像計(jì)測(cè)裝置的構(gòu)成進(jìn)行說明。圖5所示為本實(shí)施形態(tài)的光圖像計(jì)測(cè)裝置的(主體)光學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)成，圖6所示為其控制系統(tǒng)的構(gòu)成。下面，對(duì)與第1實(shí)施形態(tài)相同的構(gòu)成部分，付以相同的符號(hào)進(jìn)行說明。
本實(shí)施形態(tài)的光圖像計(jì)測(cè)裝置100如圖5所示，包括由輸出低相干的連續(xù)光的SLD和發(fā)光二極管(LED)等構(gòu)成的寬頻帶光源2(光源)、將來自該光源2的光束形成平行光束且擴(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M的半透鏡6(分割裝置、重疊裝置)、由全反射鏡構(gòu)成的參照鏡8(參照物體)、使該參照鏡8進(jìn)行z-掃描而且使參照鏡8振動(dòng)的壓電元件9(振動(dòng)裝置)。
另外，也可在參照鏡8的面前等參照光R的光路上，設(shè)置由電光調(diào)制器和聲光調(diào)制器等構(gòu)成的頻率位移器。
而且，在光圖像計(jì)測(cè)裝置100上，設(shè)置有使利用半透鏡6所生成的干涉光M進(jìn)行成像的成像用透鏡群10、將該干涉光M分割為2個(gè)干涉光M1，M2的分光器12(光路分割裝置)、作為干涉光檢測(cè)用的積蓄型的2維光傳感器數(shù)組的CCD21，22(一對(duì)檢測(cè)裝置)、由配置在這些CCD的面前，對(duì)干涉光M1，M2分別進(jìn)行周期性遮蔽的液晶遮光器等高速遮光器等構(gòu)成的遮光器41，42(一對(duì)強(qiáng)度調(diào)制裝置)。
另外，遮光器41、42可不必分別配置在CCD21、22的面前，而設(shè)置在從分光器12所形成的干涉光M1、M2的分支點(diǎn)與CCD21、22連結(jié)的各光路上的任意的位置上。即，使遮光器41、42配置在可切換各干涉光M1、M2的遮斷與通過，而使利用CCD21、22的受光光量在0和100間進(jìn)行切換的位置上即可。
另外，光圖像計(jì)測(cè)裝置100具有產(chǎn)生遮光器驅(qū)動(dòng)用的脈沖信號(hào)的脈沖信號(hào)發(fā)生器50、使該脈沖信號(hào)發(fā)生器50所產(chǎn)生的脈沖信號(hào)的相位進(jìn)行位移并分別供給到遮光器41，42的相位位移器51，52。遮光器41、42將來自相位位移器51、52的脈沖信號(hào)作為時(shí)序信號(hào)，分別獨(dú)立地切換干涉光M1、M2的遮蔽/通過。
各遮光器41、42藉由根據(jù)來自相位移位器51、52的時(shí)序信號(hào)，以設(shè)定的頻率將干涉光M1、M2分別周期性地進(jìn)行遮蔽，而對(duì)各干涉光M1、M2進(jìn)行抽樣。藉此，CCD21、22分別周期性地接受對(duì)應(yīng)的干涉光M1、M2并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，且將其轉(zhuǎn)換結(jié)果即外差信號(hào)輸出到信號(hào)處理部20。信號(hào)處理部20(信號(hào)處理裝置)與第1實(shí)施形態(tài)同樣地，進(jìn)行后述的運(yùn)算處理而形成被測(cè)定物體O的圖像。
這里，相位位移器51、52對(duì)遮光器41、42的開關(guān)動(dòng)作付以設(shè)定的相位差。該相位差既可例如與第1實(shí)施形態(tài)相同為90°(π/2)，也可為180°(π)(可任意地進(jìn)行設(shè)定)。藉此，也可不必在遮光器41、42兩者的前面設(shè)置相位位移器，而只在其一個(gè)的前面設(shè)置。例如在遮光器41的前面不配置相位位移器，而只在遮光器42的前面配置相位位移器。
另外，脈沖信號(hào)發(fā)生器50構(gòu)成本發(fā)明的“脈沖信號(hào)發(fā)生裝置”，相位位移器51、52構(gòu)成本發(fā)明的“相位位移裝置”。而且，遮光器41、42構(gòu)成本發(fā)明的“遮光器裝置”。
從光源2所射出的光束，由透鏡4、5而擴(kuò)大其光束徑，并利用半透鏡6而分割為信號(hào)光S和參照光R。信號(hào)光S入射被測(cè)定物體O，并作為含有其表面形態(tài)及內(nèi)部形態(tài)的信息的反射光波，而再次入射半透鏡6。
另一方面，參照光R藉由利用壓電元件9的參照鏡8的z-掃描，而使頻率進(jìn)行位移，并再次入射半透鏡6。
來自被測(cè)定物體O的信號(hào)光S的一部分由半透鏡6被反射，同時(shí)接受了頻率位移的參照光R的一部分透過半透境6。藉此，使信號(hào)光S和參照光R進(jìn)行重疊，而生成干涉光M。干涉光M經(jīng)由成像用透鏡群10，向分光器12進(jìn)行傳送。
干涉光M利用分光器12而使其光路被分割為2部分。利用分光器12被反射的干涉光M1，通過遮光器51而由CCD21被檢測(cè)。而且，透過了分光器12的干涉光M2，通過遮光器42而由CCD22被檢測(cè)。
另外，最好使利用分光器12的干涉光的分割率，即被反射的干涉光M1和透過的干涉光M2的強(qiáng)度比為1∶1。藉此，利用各CCD21、22被檢測(cè)的干涉光M1、M2，分別形成相等的強(qiáng)度水平，適于進(jìn)行后述的運(yùn)算處理。但是，進(jìn)行分割的干涉光的強(qiáng)度比并不限定于此，可酌情進(jìn)行設(shè)定。
另外，光圖像計(jì)測(cè)裝置100包括由發(fā)出激光光的激光二極管等所構(gòu)成的光源31(激光光源)、使該光源31所發(fā)出的激光光的一部分透過的分光器32、將透過了該分光器32的激光光分割為朝向參照鏡8的光路和朝向反射鏡33的光路，且使在兩光路上分別傳送的激光光進(jìn)行重疊而生成干涉光(輔助干涉光)的分光器39、接受該干涉光的光電探測(cè)器(PD)34(輔助檢測(cè)裝置)。這里，分光器39和參照鏡8之間的距離，被設(shè)定得與分光器39和反射鏡33之間的距離大致相等。
從光源31所輸出的激光光，其一部分透過分光器32，并利用下一分光器39被分割為參照鏡8方向的光路(第1激光光)和反射鏡33方向的光路(第2激光光)。
在參照鏡8方向的光路上傳送的第一激光光，可在利用進(jìn)行z-掃描的參照鏡8被反射時(shí)，，接受頻率位移并再次入射分光器39。此時(shí)，對(duì)第1激光光的頻率位移，形成與對(duì)參照光R的頻率位移相等的位移量。
另一方面，在反射鏡33方向的光路上進(jìn)行傳送的第2激光光，由反射鏡33被反射而再次入射分光鏡39。
利用參照鏡8被反射的第1激光光的一部分，由分光器39被反射，并向分光器32行進(jìn)。而且，利用反射鏡33被反射的第2激光光的一部分，透過分光器39并向分光器32行進(jìn)。此時(shí)，兩激光光由分光器39被重疊，生成輔助干涉光。該輔助干涉光具有與干涉光M相等的頻率。
利用分光器39所生成的輔助干涉光，由分光器32使其一部分被反射，并使光電探測(cè)器34受光。光電探測(cè)器34輸出與接受了的干涉光對(duì)應(yīng)的電氣信號(hào)。該電氣信號(hào)與式(1)所示的外差信號(hào)同樣地具有直流成分和交流成分。該交流成分的頻率如上述那樣，與干涉光M的拍率相等。
(控制系統(tǒng)的構(gòu)成)下面，參照?qǐng)D6，對(duì)光圖像計(jì)測(cè)裝置100的控制系統(tǒng)的構(gòu)成進(jìn)行說明。光圖像計(jì)測(cè)裝置100的控制系統(tǒng)的構(gòu)成與第1實(shí)施形態(tài)同樣地，包括驅(qū)動(dòng)壓電元件9的壓電驅(qū)動(dòng)器36、顯示圖像的顯示裝置37及進(jìn)行裝置各部的控制的控制部38。對(duì)控制部38，輸入由光電探測(cè)器34所形成的檢測(cè)信號(hào)，和由信號(hào)處理部20所形成的圖像(圖像信號(hào))。
壓電驅(qū)動(dòng)器36構(gòu)成本發(fā)明所說的[振動(dòng)控制裝置]，在控制部38的控制下，以生成具有與從光電探測(cè)器34所輸出的電氣信號(hào)同步的頻率(例如與該電氣信號(hào)相等的頻率)，且使壓電元件9的振動(dòng)的振幅形成該電氣信號(hào)的波長(zhǎng)的例如2分之1這種振幅的電氣信號(hào)，并輸出到壓電元件9的形態(tài)進(jìn)行動(dòng)作。這里，被送到壓電元件9的電氣信號(hào)的振幅和壓電元件9的振動(dòng)的振幅的關(guān)系已知，且壓電驅(qū)動(dòng)器36將由該關(guān)系所求得的振幅的電氣信號(hào)輸出到壓電元件9。藉此，參照鏡8以與干涉光M的頻率同步的頻率進(jìn)行振動(dòng)，且其振幅為干涉光M的波長(zhǎng)的2分之1。
顯示裝置37由例如液晶顯示器和CRT顯示器等顯示器裝置構(gòu)成，并根據(jù)控制部38所輸出的圖像信號(hào)顯示圖像。
而且，在控制部38上連接有產(chǎn)生用于驅(qū)動(dòng)遮光器41、42的脈沖信號(hào)的脈沖信號(hào)發(fā)生器50。脈沖信號(hào)發(fā)生器50在控制部38的控制下，生成與光電探測(cè)器34所輸出的電氣信號(hào)同步的頻率(例如與該電氣信號(hào)相等的頻率)的脈沖信號(hào)，并分別輸出到相位位移器51、52。相位位移器51、52使該脈沖信號(hào)的相位相對(duì)地進(jìn)行位移，并分別輸出到遮光器41、42。遮光器41、42由相位相對(duì)位移的脈沖信號(hào)被驅(qū)動(dòng)，并以與該脈沖信號(hào)相等的頻率反復(fù)進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作。藉此，CCD21、22可以與干涉光M的頻率同步的頻率，分別接受干涉光M、M2。
接著，對(duì)利用本實(shí)施形態(tài)的光圖像計(jì)測(cè)裝置100的干涉光M的測(cè)定形態(tài)進(jìn)行說明。
首先，操作者接通光圖像計(jì)測(cè)裝置1的電源，并使被測(cè)定物體O配置在設(shè)定的測(cè)定位置(圖5所示的被測(cè)定物體O的位置)。當(dāng)進(jìn)行用于測(cè)定開始的設(shè)定操作時(shí)，從光源2射出光束，且從光源31射出激光光。
從光源31所射出的激光光，由分光器39被分割為參照鏡8方向的光路和反射鏡33方向的光路，且彼此重疊生成輔助干涉光，并由光電探測(cè)器34受光。光電控制器34輸出與接受的輔助干涉光的頻率同步的頻率的電氣信號(hào)。
脈沖信號(hào)發(fā)生器50根據(jù)來自光電探測(cè)器34的電氣信號(hào)，產(chǎn)生與該電氣信號(hào)同步的頻率的脈沖信號(hào)，并發(fā)送到各相位位移器51、52。相位位移器51、52使該脈沖信號(hào)的相位進(jìn)行位移，并分別輸出到遮光器41、42。遮光器41、42由該脈沖信號(hào)的頻率而切換開放/遮蔽。
而且，壓電驅(qū)動(dòng)器36生成與來自光電探測(cè)器34的電氣信號(hào)同步的頻率的，且為使壓電元件9的振動(dòng)的振幅為該電氣信號(hào)的波長(zhǎng)的2分之1這種振幅的電氣信號(hào)，并輸出到壓電元件9。藉此，參照鏡8利用壓電元件9，以與干涉光L的頻率同步的頻率及干涉光L的波長(zhǎng)的2分之1的振幅進(jìn)行振動(dòng)。
這樣，在本實(shí)施形態(tài)中，可對(duì)被付與到參照光R的頻率位移的位移量進(jìn)行監(jiān)視，并利用與該位移量(＝干涉光L的頻率)同步的頻率，使遮光器41、42開關(guān)并進(jìn)行干涉光M1、M2的抽樣，且以與干涉光L同步的頻率及干涉光L的波長(zhǎng)的2分之1的振幅，使參照鏡8進(jìn)行振動(dòng)。
用于控制遮光器41的開關(guān)時(shí)序的抽樣函數(shù)m1(t)，由例如50％duty的矩形波的信號(hào)列構(gòu)成。這里，如來自光源31的激光光和來自光源2的激光光的中心波長(zhǎng)大致相同，則抽樣函數(shù)m1(t)的頻率(抽樣函數(shù))fsm與式(1)所示的拍率fif相等，或形成與其接近的值(即fsm＝fit或fsm≈fif)。抽樣函數(shù)m1(t)的頻率fsm和式(1)所示的外差信號(hào)的拍率fif的差表示為δf＝|f1f-fsm|。該δf與CCD21的響應(yīng)頻率相比，被設(shè)定得足夠小。藉此，在干涉光M1的各周期可使大致相同相位的部分被抽樣。此時(shí)，來自接受了干涉光M1的CCD21的輸出i1(t)，與在測(cè)定時(shí)間內(nèi)于CCD21上所積蓄的光電荷量成比例，具體可由下式得到(例如參照M.Akiba，K.P.Chan，N.Tanno，[Optics Letters]，Vol.28，816(2003))。
i1(t)=⟨K1i(t)m1(t)⟩=K1[12Is+12Ir+2πIsIrcos(2πδft+φ)]---(16)]]>這里，<->表示利用CCD21的積蓄效果的時(shí)間平均。而且，φ表示測(cè)定的初期相位值，K1表示包括分光器12的反射率和CCD21的光電轉(zhuǎn)換率的光檢測(cè)效率。
同樣，遮光器42依據(jù)基于從脈沖信號(hào)發(fā)生器50以頻率fsm輸出的脈沖信號(hào)的抽樣函數(shù)m2(t)，控制其開關(guān)時(shí)序，并執(zhí)行干涉光M2的抽樣。利用遮光器42進(jìn)行抽樣的干涉光M2，由CCD22進(jìn)行檢測(cè)。抽樣函數(shù)m2(t)與對(duì)干涉光M1進(jìn)行抽樣的抽樣函數(shù)m1(t)具有相同的頻率fsm，并具有50％duty的矩形列的波形。而且，抽樣函數(shù)m2(t)對(duì)抽樣函數(shù)m1(t)，具有相位差Δθ1，2(例如180°、90°等)。該相位差Δθ1，2藉由預(yù)先設(shè)定利用相位位移器51、52的相位的位移量而生成。在以上那種條件下，可利用與式(16)同樣的原理，從CCD22得到以下那種輸出i2(t)。
i2=K2[12Is+12Ir+2πIsIrcos(2πδft+φ+Δθ1,2)]---(17)]]>但是，K2為包含分光器12的透過率和CCD22的光電轉(zhuǎn)換率的光檢測(cè)效率。
由式(16)和式(17)可知，在來自CCD21、22的輸出中，分別包含信號(hào)光S和參照光R的強(qiáng)度Is、Ir的項(xiàng)，以及關(guān)于干涉光M1、M2的振幅 (IsIr)及相位(2πδft+Φ)、(2πδft+Φ1，2)的項(xiàng)。
圖7為用于說明當(dāng)使50％duty的抽樣函數(shù)m1(t)和m2(t)的相位差Δθ1，2為180°(π)時(shí)，利用遮光器41、42所形成的干涉光M1、M2的抽樣動(dòng)作。圖7(A)所示為干涉光M的時(shí)間波形。圖7(B)所示為通過遮光器41而使CCD21受光的干涉光M1的時(shí)間波形。圖7(C)所示為通過遮光器42而使CCD22受光的干涉光M2的時(shí)間波形。
由同圖可知，遮光器41可在干涉光M的相位為0°時(shí)被放開，而在其相位為180°時(shí)被遮蔽，且干涉光M1(干涉光M)的相位0°～180°的部分可由CCD21進(jìn)行檢測(cè)。而且，遮光器42可在干涉光M的相位為180°時(shí)被放開，而在其相位為360°＝0°時(shí)被遮蔽，且干涉光M2(干涉光M)的相位180°～360°的部分可由CCD22進(jìn)行檢測(cè)。
這里，為了取得高精度的圖像，如圖7(B)所示，使利用CCD21所檢測(cè)的干涉光M1的一部分，含有該干涉光M1的“波峰”部分即強(qiáng)度極大的部分，且如圖7(C)所示，使利用CCD22所檢測(cè)的干涉光M2的一部分，含有該干涉光M2的“波谷”部分即強(qiáng)度極小的部分為佳。另外，反之，也可對(duì)干涉光M1的“波谷”的部分及干涉光M2的“波峰”的部分進(jìn)行檢測(cè)。
信號(hào)處理部20藉由從利用各CCD21、22的檢測(cè)結(jié)果，求干涉光M的信號(hào)強(qiáng)度和相位的空間分布并形成圖像，且求它們的圖像的差分，而形成表示干涉光M的強(qiáng)度分布和相位分布的圖像，即表示被測(cè)定物體O的表面形態(tài)或內(nèi)部形成的圖像。所形成的圖像利用控制部38而作為圖像信號(hào)被輸出到顯示裝置，并進(jìn)行圖像顯示。
如利用這種本實(shí)施形態(tài)的光圖像計(jì)測(cè)裝置100，則可利用較習(xí)知技術(shù)少的個(gè)數(shù)(2個(gè))CCD取得干涉光M的交流成分。而且，因?yàn)檎诠馄?1，42的開關(guān)時(shí)序、參照鏡8的振動(dòng)的頻率及振幅可自動(dòng)設(shè)定，所以可高精度且輕松地進(jìn)行干涉光M的抽樣。
以上所詳細(xì)說明的各實(shí)施形態(tài)，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，在第1實(shí)施形態(tài)中的對(duì)光束的強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制的方法，并不限定于上述的對(duì)光源進(jìn)行脈動(dòng)驅(qū)動(dòng)的方法和利用遮光器進(jìn)行周期性的遮蔽的方法，可應(yīng)用任意的方法。例如，可藉由在光束的光路上周期性地插拔減光濾光器，而對(duì)光束的強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制。
而且，作為使參照物體振動(dòng)的振動(dòng)裝置，可應(yīng)用除了壓電元件以外的任意的構(gòu)成。
在第1實(shí)施形態(tài)中，只要光束的強(qiáng)度調(diào)制的頻率與干涉光的頻率同步即可，且為了實(shí)現(xiàn)該同步可以采用任意的構(gòu)成。同樣，在第2實(shí)施形態(tài)中，只要利用強(qiáng)度調(diào)制裝置(遮光器)的干涉光的強(qiáng)度調(diào)制的頻率與干涉光的頻率同步即可，且為了實(shí)現(xiàn)該同步可以采用任意的構(gòu)成。例如，在干涉光的頻率(信號(hào)光與參照光的相對(duì)頻率差)總是構(gòu)成一定的光圖像計(jì)測(cè)裝置的情況下，可將光束和干涉光的強(qiáng)度調(diào)制頻率設(shè)定為一定的值。
而且，在第1及第2實(shí)施形態(tài)中，只要使利用振動(dòng)裝置(壓電元件)的參照物體的振動(dòng)的頻率與干涉光的頻率同步，且振幅小于等于干涉光的波長(zhǎng)即可，而為了實(shí)現(xiàn)這些狀態(tài)的構(gòu)成是任意的。例如，在干涉光的頻率(信號(hào)光和參照光的相對(duì)頻率)總是構(gòu)成一定的光圖像計(jì)測(cè)裝置的情況下，可將利用振動(dòng)裝置的參照物體的振動(dòng)頻率及振幅設(shè)定為一定的值。
權(quán)利要求
1.一種光圖像計(jì)測(cè)裝置，包括光束輸出裝置，使光束以設(shè)定的頻率進(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；振動(dòng)裝置，使前述參照物體以設(shè)定的頻率及設(shè)定的振幅進(jìn)行振動(dòng)；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；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，并使經(jīng)由前述被測(cè)定物體的前述信號(hào)光和經(jīng)由前述振動(dòng)的前述參照物體的前述參照光進(jìn)行重疊而生成干涉光；抽出裝置，抽出利用前述重疊裝置所生成的干涉光的不同的2個(gè)偏光成分；一對(duì)檢測(cè)裝置，對(duì)前述抽出的前述2個(gè)偏光成分分別進(jìn)行檢測(cè)；信號(hào)處理裝置，根據(jù)利用前述各檢測(cè)裝置分別檢測(cè)的各偏光成分，計(jì)算前述干涉光的信號(hào)強(qiáng)度或相位，并形成前述被測(cè)定物體的圖像；其特征在于利用前述光束輸出裝置的前述光束的強(qiáng)度調(diào)制的前述設(shè)定的頻率，與前述干涉光的頻率同步，利用前述振動(dòng)裝置的前述參照物體的振動(dòng)的前述設(shè)定的頻率，與前述干涉光的頻率同步，且前述振動(dòng)的前述設(shè)定的振幅小于等于前述干涉光的波長(zhǎng)。
2.一種光圖像計(jì)測(cè)裝置，包括光源，用于射出光束；分割裝置，將前述射出的光束分割為經(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；振動(dòng)裝置，使前述參照物體以設(shè)定的頻率及設(shè)定的振幅進(jìn)行振動(dòng)；重疊裝置，使經(jīng)由前述被測(cè)定物體的前述信號(hào)光和經(jīng)由前述參照物體的前述參照光進(jìn)行重疊而生成干涉光；光路分割裝置，將前述生成的干涉光的光路進(jìn)行二分割；一對(duì)強(qiáng)度調(diào)制裝置，將前述二分割的各光路的前述干涉光的強(qiáng)度以設(shè)定的頻率分別進(jìn)行周期性調(diào)制；一對(duì)檢測(cè)裝置，對(duì)利用前述各強(qiáng)度調(diào)制裝置被強(qiáng)度調(diào)制的前述各光路的前述干涉光分別進(jìn)行檢測(cè)；信號(hào)處理裝置，計(jì)算利用前述各檢測(cè)裝置分別被檢測(cè)的前述干涉光的信號(hào)強(qiáng)度或相位，并形成前述被測(cè)定物體的圖像；其特征在于利用前述各強(qiáng)度調(diào)制裝置的前述干涉光的前述強(qiáng)度調(diào)制的前述設(shè)定的頻率，與前述干涉光的頻率同步，利用前述振動(dòng)裝置的前述參照物體的振動(dòng)的前述設(shè)定頻率，與前述干涉光的頻率同步，且前述振動(dòng)的前述設(shè)定的振幅小于等于前述干涉光的波長(zhǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于其中所述的振動(dòng)裝置包括安裝在前述參照物體上的壓電元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于其中所述的振動(dòng)裝置包括安裝在前述參照物體上的壓電元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于其包括激光光源，用于輸出激光光；干涉光學(xué)系統(tǒng)，用于將前述輸出的激光光分割為經(jīng)由利用前述振動(dòng)裝置進(jìn)行振動(dòng)的前述參照物體的第1激光光，和經(jīng)由固定配置的反射鏡的第2激光光，并使經(jīng)由了前述參照物體的前述第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，生成輔助干涉光；輔助檢測(cè)裝置，對(duì)前述生成的輔助干涉光進(jìn)行檢測(cè)；振動(dòng)控制裝置，根據(jù)利用前述輔助檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果，對(duì)前述振動(dòng)裝置進(jìn)行控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于其包括激光光源，用于輸出激光光；干涉光學(xué)系統(tǒng)，用于將前述輸出的激光光分割為經(jīng)由利用前述振動(dòng)裝置進(jìn)行振動(dòng)的前述參照物體的第1激光光，和經(jīng)由固定配置的反射鏡的第2激光光，并使經(jīng)由了前述參照物體的前述第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，生成輔助干涉光；輔助檢測(cè)裝置，對(duì)前述生成的輔助干涉光進(jìn)行檢測(cè)；振動(dòng)控制裝置，根據(jù)利用前述輔助檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果，對(duì)前述振動(dòng)裝置進(jìn)行控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于其包括激光光源，用于輸出激光光；干涉光學(xué)系統(tǒng)，用于將前述輸出的激光光分割為經(jīng)由利用前述振動(dòng)裝置進(jìn)行振動(dòng)的前述參照物體的第1激光光，和經(jīng)由固定配置的反射鏡的第2激光光，并使經(jīng)由了前述參照物體的前述第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，生成輔助干涉光；輔助檢測(cè)裝置，對(duì)前述生成的輔助干涉光進(jìn)行檢測(cè)；振動(dòng)控制裝置，根據(jù)利用前述輔助檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果，對(duì)前述振動(dòng)裝置進(jìn)行控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于其包括激光光源，用于輸出激光光；干涉光學(xué)系統(tǒng)，用于將前述輸出的激光光分割為經(jīng)由利用前述振動(dòng)裝置進(jìn)行振動(dòng)的前述參照物體的第1激光光，和經(jīng)由固定配置的反射鏡的第2激光光，并使經(jīng)由了前述參照物體的前述第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，生成輔助干涉光；輔助檢測(cè)裝置，對(duì)前述生成的輔助干涉光進(jìn)行檢測(cè)；振動(dòng)控制裝置，根據(jù)利用前述輔助檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果，對(duì)前述振動(dòng)裝置進(jìn)行控制。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于利用前述振動(dòng)裝置的前述參照物體的振動(dòng)的前述設(shè)定的振幅，大于等于前述干涉光波長(zhǎng)的10分之1，且小于等于前述波長(zhǎng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于利用前述振動(dòng)裝置的前述參照物體的振動(dòng)的前述設(shè)定的振幅，大于等于前述干涉光波長(zhǎng)的10分之1，且小于等于前述波長(zhǎng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于利用前述振動(dòng)裝置的前述參照物體的振動(dòng)的前述設(shè)定的振幅，大于等于前述干涉光波長(zhǎng)的10分之1，且小于等于前述波長(zhǎng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于利用前述振動(dòng)裝置的前述參照物體的振動(dòng)的前述設(shè)定的振幅，大于等于前述干涉光波長(zhǎng)的10分之1，且小于等于前述波長(zhǎng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于利用前述振動(dòng)裝置的前述參照物體的振動(dòng)的前述設(shè)定的振幅，大于等于前述干涉光波長(zhǎng)的10分之1，且小于等于前述波長(zhǎng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于利用前述振動(dòng)裝置的前述參照物體的振動(dòng)的前述設(shè)定的振幅，大于等于前述干涉光波長(zhǎng)的10分之1，且小于等于前述波長(zhǎng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于利用前述振動(dòng)裝置的前述參照物體的振動(dòng)的前述設(shè)定的振幅，大于等于前述干涉光波長(zhǎng)的10分之1，且小于等于前述波長(zhǎng)。
16.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于利用前述振動(dòng)裝置的前述參照物體的振動(dòng)的前述設(shè)定的振幅，大于等于前述干涉光波長(zhǎng)的10分之1，且小于等于前述波長(zhǎng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于其中所述的光束輸出裝置包括射出光束的光源、以與前述干涉光的頻率相同步的頻率具有設(shè)定的相位差并周期性地使前述光束輸出的形態(tài)，將前述光源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的光源驅(qū)動(dòng)裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，包括激光光源，用于輸出激光光；干涉光學(xué)系統(tǒng)，用于將前述輸出的激光光分割為經(jīng)由前述振動(dòng)的前述參照物體的第1激光光，和經(jīng)由固定配置的反射鏡的第2激光光，并使經(jīng)由了前述參照物體的前述第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，生成輔助干涉光；輔助檢測(cè)裝置，對(duì)前述生成的輔助干涉光進(jìn)行檢測(cè)；其特征在于前述光束輸出裝置的光源驅(qū)動(dòng)裝置根據(jù)利用前述輔助檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果，生成與前述輔助干涉光的頻率同步的頻率的脈沖信號(hào)，且前述光源由前述生成的前述脈沖信號(hào)被驅(qū)動(dòng)，輸出與該脈沖信號(hào)相等頻率的脈沖形的光束。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于前述光束輸出裝置包括輸出連續(xù)的光束的光源、將前述輸出的連續(xù)的光束以與前述干涉光的頻率同步的頻率進(jìn)行周期性的遮蔽的光束遮蔽裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，包括激光光源，用于輸出激光光；干涉光學(xué)系統(tǒng)，用于將前述輸出的激光光分割為經(jīng)由前述振動(dòng)的前述參照物體的第1激光光，和經(jīng)由固定配置的反射鏡的第2激光光，并使經(jīng)由了前述參照物體的前述第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，生成輔助干涉光；輔助檢測(cè)裝置，對(duì)前述生成的輔助干涉光進(jìn)行檢測(cè)；其特征在于前述光束遮蔽裝置根據(jù)利用前述輔助檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果，將前述連續(xù)的光束進(jìn)行前述周期性的遮蔽。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于其中所述的第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。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于其中所述的第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偏光成分間付與相位差，將偏光特性進(jìn)行轉(zhuǎn)換的波長(zhǎng)板。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于其中所述的抽出裝置包括使前述干涉光的P偏光成分透過，并反射S偏光成分的偏光分光器。
24.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其包括脈沖信號(hào)產(chǎn)生裝置，輸出與前述干涉光的頻率同步的頻率的脈沖信號(hào)；相位位移裝置，使前述輸出的前述脈沖信號(hào)的相位相對(duì)地進(jìn)行位移，并向前述一對(duì)強(qiáng)度調(diào)制裝置分別進(jìn)行輸出；其特征在于前述各強(qiáng)度調(diào)制裝置接受利用前述相位位移裝置使相位相對(duì)位移的前述脈沖信號(hào)，并對(duì)前述干涉光的強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其包括激光光源，用于輸出激光光；干涉光學(xué)系統(tǒng)，用于將前述輸出的激光光分割為經(jīng)由前述振動(dòng)的前述參照物體的第1激光光，和經(jīng)由固定配置的反射鏡的第2激光光，并使經(jīng)由了前述參照物體的前述第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，生成輔助干涉光；輔助檢測(cè)裝置，對(duì)前述生成的輔助干涉光進(jìn)行檢測(cè)；其特征在于前述脈沖信號(hào)產(chǎn)生裝置根據(jù)利用前述輔助檢測(cè)裝置的檢測(cè)結(jié)果，輸出與前述輔助干涉光的頻率同步的頻率的前述脈沖信號(hào)。
26.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光圖像計(jì)測(cè)裝置，其特征在于其中所述的各強(qiáng)度調(diào)制裝置包括對(duì)前述干涉光的強(qiáng)度以設(shè)定的頻率分別進(jìn)行周期性遮蔽的遮光器裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光圖像計(jì)測(cè)裝置，可利用更少的光傳感器，有效地取得干涉光特別是交流成分。該光圖像計(jì)測(cè)裝置包括將來自寬頻帶光源(2)的光束轉(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)的半透鏡(6)、使參照鏡(8)振動(dòng)的壓電元件(9)、將參照光(R)轉(zhuǎn)換為圓偏光的波長(zhǎng)板(7)、將利用半透鏡(6)進(jìn)行重疊的由信號(hào)光(S)和參照光(R)所生成的干涉光(L)的不同的2個(gè)偏光成分抽出的偏光分光器(11)、分別檢測(cè)這2個(gè)偏光成分的CCD(21，22)、根據(jù)被檢測(cè)的各偏光成分形成被測(cè)定物體(O)的圖像的信號(hào)處理部(20)；光束的強(qiáng)度調(diào)制的頻率與干涉光(L)的拍率同步，參照鏡(8)的振動(dòng)的頻率與干涉光(L)的拍率同步，且其振幅小于等于干涉光(L)的波長(zhǎng)。
文檔編號(hào)G01N21/84GK1749733SQ200510103420
公開日2006年3月22日 申請(qǐng)日期2005年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月15日
發(fā)明者秋葉正博, 陳建培, 福間康文, 大塚浩之, 塚田央, 弓掛和彥 申請(qǐng)人:株式會(huì)社拓普康