光图像计测装置及光图像计测方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种光图像计测装置，即使在计测中被测定物体进行动作，也可以高精度形成基于被测定物体的各种深度的断层图像的３维图像等。该光图像计测装置包括将来自低相干光源的光束分割为信号光Ｓ和参照光Ｒ的半透镜（６）、使参照光Ｒ的频率进行位移的频率位移器（８）、变更参照光Ｒ的光路长的参照镜（９）及压电元件（９Ａ）、接受使信号光Ｓ和参照光Ｒ由半透镜（６）进行重叠而生成的干涉光Ｌ并输出检测信号的ＣＣＤ（２１，２２）、根据该检测信号形成断层图像的图像形成部（５１）、求取各断层图像的计测深度的计测深度计算装置（５３）、使所形成的复数个断层图像根据该计测深度而沿计测深度方向进行排列的图像处理部（５７）。图像处理部（５７）根据所排列的断层图像，形成３维图像等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种特别是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。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。
技术介绍
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200的构成包括宽频带光源201、镜202、分光器203及光检测器204。被测定物体205由散射媒质形成。宽频带光源201发出的光束，由分光器203被分割为朝向镜202的参照光R和朝向被测定物体205的信号光S两部分。参照光R为利用分光器203的反射光，信号光S为分光器203的透射光。这里，如图8所示，将信号光S的行进方向设定为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202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202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205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205的信号光，和经由镜202并接受了频率位移的参照光，以利用分光器203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的光路长差在光源的μm级的相干长度(可干涉距离)以内，且与参照光R具有相位相关的信号光S的成分，才会与参照光R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，藉由使镜202的位置移动而使参照光R的光路长变化，可含有被测定物体205的各种z座标(计测深度)的反射光的信息而生成干涉光，并藉此对被测定物体205的内部层的光反射轮廓(profile)进行测定。另外，也对向被测定物体205所照射的信号光S沿x-y面方向进行扫描。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204检测干涉光，且对作为其检测结果被输出的电气信号(外差信号)进行解析，而取得被测定物体205的2维断层图像(参照非专利文献1)。另外，如设利用分光器203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，需要藉由对被测定物体205扫描光束，从而依次检测来自被测定物体205的深度方向(z方向)及断层面方向(x-y面方向)的各部位的反射光波。因此，为了计测被测定物体205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300的构成包括宽频带光源301、镜302、分光器303、作为光检测器的2维光传感器数组304及透镜306，307。从光源301所射出的光束，由透镜306、307而形成平行光束，且使其波束径扩大，并利用分光器303而将其分为参照光R和信号光S两部分。参照光R藉由镜302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305。藉此，信号光S形成含有该入射范围中的被测定物体305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303进行重叠，并利用在2维光传感器数组304上所并列载置的组件(光传感器)进行检测。因此，可不对光束沿x-y方向进行扫描，而实时取得被测定物体305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复数个信号处理系统，并对各外差信号的振幅和相位进行检测。但是，在该构成中，为了提高图像的空间分解能力，需要增加数组的组件数，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，本专利技术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的，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。另本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光图像计测装置，包括：分割装置，将从低相干光源所输出的光束分割为朝向被测定物体的信号光和朝向参照物体的参照光；频率位移装置，使前述信号光的频率和前述参照光的频率相对地进行位移；变更装置，变更前述参照光的光路长；重叠装置，使经由前述被测定物体的前述信号光和经由前述参照物体的前述参照光进行重叠，生成对应前述频率的位移量的拍率的干涉光；检测装置，接受前述生成的干涉光并输出检测信号；图像形成装置，根据前述输出的检测信号，形成与前述信号光的行进方向直交的前述被测定物体的断层图像；　　其特征在于：具有获取装置，求取前述形成的前述被测定物体的前述断层图像的前述信号光的行进方向上的计测深度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈建培，秋叶正博，福间康文，大塚浩之，塚田央，弓挂和彦，
申请(专利权)人：株式会社拓普康，
类型：发明
国别省市：JP[日本]