(57)【要約】【課題】  複屈折層を含む被測定物体の計測を短時間で行える光画像計測装置を提供する。【解決手段】  周期的に強度変調された光ビームを出力する広帯域光源２と、ビーム径を拡大するレンズ４、５と、光ビームを直線偏光とする偏光板３と、光ビームを信号光Ｓと参照光Ｒに分割するハーフミラー６と、参照光Ｒを円偏光とする波長板７と、被測定物体Ｏに向かう信号光Ｓを円偏光とし被測定物体Ｏからの信号光Ｓを直線偏光とする波長板１０と、参照光Ｒを周波数シフトする周波数シフタ７と、参照光Ｒと信号光Ｓから生成された干渉光ＬからＳ偏光成分Ｌ１とＰ偏光成分Ｌ２を分離する偏光ビームスプリッタ１２と、各偏光成分Ｌ１、Ｌ２を受光しその強度変化の情報を含む検出信号を出力するＣＣＤ２１、２２と、その強度変化の情報に基づき被測定物体Ｏの複屈折を反映した画像を形成する信号処理部２０とを備える。【選択図】      図１
2006112887.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを周期的に強度変調させて出力する光ビーム出力手段と、
前記光ビームのビーム径を拡大するビーム径拡大手段と、
前記光ビームの偏光特性を直線偏光に変換する直線偏光手段と、
前記ビーム径が拡大されかつ直線偏光に変換された前記光ビームを、被測定物体を経由する信号光と参照物体を経由する参照光とに分割する光ビーム分割手段と、
直線偏光の前記参照光の偏光特性を変換する参照光偏光手段と、
前記被測定物体を経由する前の直線偏光の前記信号光の偏光特性を変換するとともに、前記被測定物体を経由した後の前記信号光の偏光特性を直線偏光に変換する信号光偏光手段と、
前記信号光の周波数と前記参照光の周波数とを相対的にシフトさせる周波数シフト手段と、
前記周波数シフト手段により相対的に周波数がシフトされた、前記参照光偏光手段により偏光特性が変換された前記参照光と、前記信号光偏光手段により直線偏光に変換された前記信号光と、を重畳させて干渉光を生成する重畳手段と、
前記生成された干渉光から異なる複数の偏光成分を分離する偏光成分分離手段と、
前記分離された前記干渉光の各偏光成分を受光して前記各偏光成分の強度変化の情報を含む検出信号を出力する検出手段と、
前記出力された検出信号に含まれる前記各偏光成分の強度変化の情報に基づいて、前記被測定物体の複屈折を反映した画像を形成する信号処理手段と、
を備えることを特徴とする光画像計測装置。
【請求項２】
前記直線偏光手段は、前記光ビームを、その進行方向に直交するｘｙ平面のｘ軸及びｙ軸に対して４５°の角度方向の直線偏光に変換し、
前記信号光偏光手段は、前記被測定物体を経由する前の前記４５°の角度方向の直線偏光の前記信号光を円偏光に変換するとともに、前記被測定物体を経由した後の円偏光の前記信号光を直線偏光に変換する、
ことを特徴とする請求項１に記載の光画像計測装置。
【請求項３】
前記光ビーム分割手段と前記重畳手段とは、前記光ビーム出力手段から出力された前記光ビーム、前記信号光及び前記参照光の各光路に対して斜設されたハーフミラーにより一体構成され、
前記信号光偏光手段は、前記ハーフミラーと前記被測定物体との間に配置された１／４波長板を含む、
ことを特徴とする請求項２に記載の光画像計測装置。
【請求項４】
前記直線偏光手段は、前記光ビームを、その進行方向に直交するｘｙ平面のｘ軸及びｙ軸に対して４５°の角度方向の直線偏光に変換し、
前記参照光偏光手段は、前記４５°の角度方向の直線偏光の前記参照光を円偏光に変換する、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の光画像計測装置。
【請求項５】
前記光ビーム分割手段と前記重畳手段とは、前記光ビーム出力手段から出力された前記光ビーム、前記信号光及び前記参照光の各光路に対して斜設されたハーフミラーにより一体構成され、
前記参照光偏光手段は、前記ハーフミラーと前記参照物体との間に配置された１／８波長板を含む、
ことを特徴とする請求項４に記載の光画像計測装置。
【請求項６】
前記直線偏光手段は、前記光ビームの前記４５°の角度方向の振動成分を透過させる偏光板を含むことを特徴とする請求項２ないし請求項５のいずれか一項に記載の光画像計測装置。
【請求項７】
前記偏光成分分離手段は、前記干渉光から互いに直交するＰ偏光成分とＳ偏光成分とを分離することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の光画像計測装置。
【請求項８】
前記光ビーム出力手段は、
前記周波数シフト手段による周波数シフトに同期した周波数のパルス信号を生成するパルス生成手段と、
前記パルス信号により駆動されてパルス状の光ビームを出力する光源と、
を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の光画像計測装置。
【請求項９】
前記パルス生成手段は、
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記出射されたレーザ光を前記周波数シフト手段を経由する第１のレーザ光と固定配置の反射鏡を経由する第２のレーザ光とに分割し、前記周波数シフトを受けた前記第１のレーザ光と前記反射鏡にて反射された前記第２のレーザ光とを重畳して補助干渉光を生成する補助干渉光学系と、
前記生成された補助干渉光を検出し、前記補助干渉光のビート周波数と略等しい周波数の電気信号を出力する補助検出手段と、
前記補助検出手段により出力された前記電気信号の周波数に同期された周波数の前記パルス信号を生成して前記光源に出力する光源駆動手段と、
を含むことを特徴とする請求項８に記載の光画像計測装置。
【請求項１０】
前記光ビーム出力手段は、
連続的な光ビームを出射する光源と、
前記出射された連続的な光ビームを周期的に遮断するシャッタ手段と、
を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の光画像計測装置。
【請求項１１】
前記光ビーム手段は、
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記出射されたレーザ光を前記周波数シフト手段を経由する第１のレーザ光と固定配置の反射鏡を経由する第２のレーザ光とに分割し、前記周波数シフトを受けた前記第１のレーザ光と前記反射鏡にて反射された前記第２のレーザ光とを重畳して補助干渉光を生成する補助干渉光学系と、
前記生成された補助干渉光を検出し、前記補助干渉光のビート周波数と略等しい周波数の電気信号を出力する補助検出手段と、
前記補助検出手段により出力された前記電気信号の周波数に同期された周波数のパルス信号を生成して前記シャッタ手段に出力するシャッタ駆動手段と、
を含み、
前記シャッタ手段は、前記シャッタ駆動手段から出力される前記パルス信号に駆動されて、前記光源から出射された前記連続的な光ビームを周期的に遮断する、
ことを特徴とする請求項１０に記載の光画像計測装置。
【請求項１２】
連続的な光ビームを出力する光源と、
前記光ビームのビーム径を拡大するビーム径拡大手段と、
前記光ビームの偏光特性を直線偏光に変換する直線偏光手段と、
前記ビーム径が拡大されかつ直線偏光に変換された前記光ビームを、被測定物体を経由する信号光と参照物体を経由する参照光とに分割する光ビーム分割手段と、
直線偏光の前記参照光の偏光特性を変換する参照光偏光手段と、
前記被測定物体を経由する前の直線偏光の前記信号光の偏光特性を変換するとともに、前記被測定物体を経由した後の前記信号光の偏光特性を直線偏光に変換する信号光偏光手段と、
前記信号光の周波数と前記参照光の周波数とを相対的にシフトさせる周波数シフト手段と、
前記周波数シフト手段により相対的に周波数がシフトされた、前記参照光偏光手段により偏光特性が変換された前記参照光と、前記信号光偏光手段により直線偏光に変換された前記信号光と、を重畳させて干渉光を生成する重畳手段と、
前記生成された干渉光から異なる複数の偏光成分を分離する偏光成分分離手段と、
前記分離された前記干渉光の各偏光成分の強度を周期的に変調する強度変調手段と、
前記周期的に強度変調された前記干渉光の各偏光成分を受光して前記各偏光成分の強度変化の情報を含む検出信号を出力する検出手段と、
前記出力された検出信号に含まれる前記各偏光成分の強度変化の情報に基づいて、前記被測定物体の複屈折を反映した画像を形成する信号処理手段と、
を備えることを特徴とする光画像計測装置。
【請求項１３】
連続的な光ビームを出力する光源と、
前記光ビームのビーム径を拡大するビーム径拡大手段と、
前記光ビームの偏光特性を直線偏光に変換する直線偏光手段と、
前記ビーム径が拡大されかつ直線偏光に変換された前記光ビームを、被測定物体を経由する信号光と参照物体を経由する参照光とに分割する光ビーム分割手段と、
前記被測定物体を経由する前の直線偏光の前記信号光の偏光特性を変換するとともに、前記被測定物体を経由した後の前記信号光の偏光特性を直線偏光に変換する信号光偏光手段と、
前記信号光の周波数と前記参照光の周波数とを相対的にシフトさせる周波数シフト手段と、
前記周波数シフト手段により相対的に周波数がシフトされた、前記参照光と、前記信号光偏光手段により直線偏光に変換された前記信号光と、を重畳させて干渉光を生成する重畳手段と、
前記生成された干渉光から異なる複数の偏光成分を分離する偏光成分分離手段と、
前記分離された前記干渉光の前記複数の偏光成分の強度を、周期的に、かつ、前記干渉光のビートにおける位相差１８０°に相当する時間差でそれぞれ変調する強度変調手段と、
前記強度変調された前記干渉光の各偏光成分を受光して前記各偏光成分の強度変化の情報を含む検出信号を出力する検出手段と、
前記出力された検出信号に含まれる前記各偏光成分の強度変化の情報に基づいて、前記被測定物体の複屈折を反映した画像を形成する信号処理手段と、
を備えることを特徴とする光画像計測装置。
【請求項１４】
前記周波数シフト手段による周波数シフトに同期した周波数のパルス信号を生成するパルス信号発生手段を備え、
前記強度変調手段は、前記パルス信号発生手段により生成される前記パルス信号に基づいて、前記干渉光の各偏光成分の強度を周期的に変調する、
ことを特徴とする請求項１２又は請求項１３に記載の光画像計測装置。
【請求項１５】
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記出射されたレーザ光を前記周波数シフト手段を経由する第１のレーザ光と固定配置の反射鏡を経由する第２のレーザ光とに分割し、前記周波数シフトを受けた前記第１のレーザ光と前記反射鏡にて反射された前記第２のレーザ光とを重畳して補助干渉光を生成する補助干渉光学系と、
前記生成された補助干渉光を検出し、前記補助干渉光のビート周波数と略等しい周波数の電気信号を出力する補助検出手段と、
を含み、
前記パルス信号発生手段は、前記補助検出手段により出力された前記電気信号の周波数に同期された周波数のパルス信号を生成する、
ことを特徴とする請求項１４に記載の光画像計測装置。
【請求項１６】
前記強度変調手段及び前記検出手段は、前記干渉光の前記複数の偏光成分毎に設けられ、
前記パルス信号発生手段は、複数の前記強度変調手段のそれぞれに向けて複数の前記パルス信号を出力し、
前記パルス信号発生手段により出力された前記複数のパルス信号に位相差を付与し、前記複数の強度変調手段のそれぞれに出力する位相差付与手段を備え、
前記複数の強度変調手段は、前記位相差付与手段により出力された前記パルス信号に基づいて、前記位相差に相当する時間差で前記複数の偏光成分のそれぞれの強度を変調する、
ことを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の光画像計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に光散乱媒質の被測定物体に光ビームを照射し、その反射光もしくは透過光を用いて被測定物体の表面形態や内部形態を計測し、その画像を形成する光画像計測装置に関する。特に、光ヘテロダイン検出法を利用して被測定物体の表面形態や内部形態を計測し画像を形成する光画像計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザ光源等を用いて被測定物体の表面や内部の画像を形成する光画像計測技術が注目を集めている。この光画像計測技術は、従来からのＸ線ＣＴのような人体に対する有害性を持たないことから、特に医療分野における応用の展開が期待されている。
【０００３】
光画像計測技術における代表的な手法の一例として低コヒーレンス干渉法（光コヒーレンス断層画像化法などとも呼ばれる）がある。この手法は、例えばスーパールミネセントダイオード（Ｓｕｐｅｒ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅ；ＳＬＤ）のように広いスペクトル幅をもつ広帯域光源の低干渉性を利用するもので、被測定物体からの反射光や透過光をμｍオーダーの優れた距離分解能で検出可能とするものである（例えば下記の非特許文献１を参照）。
【０００４】
この低コヒーレンス干渉法を利用した装置の一例として、マイケルソン型の干渉計に基づく従来の光画像計測装置の基本構成を図７に示す。この光画像計測装置３００は、広帯域光源３０１、鏡３０２、ビームスプリッタ３０３及び光検出器３０４を含んで構成されている。被測定物体３０５は、散乱媒質により形成されている。広帯域光源３０１からの光ビームは、ビームスプリッタ３０３により、鏡３０２に向かう参照光Ｒと被測定物体３０５に向かう信号光Ｓの２つに分割される。参照光Ｒはビームスプリッタ３０３による反射光であり、信号光Ｓはビームスプリッタ３０３の透過光である。
【０００５】
ここで、図７に示すように、信号光Ｓの進行方向にｚ軸を定めるとともに、信号光Ｓの進行方向に対する直交面をｘｙ面として定義する。鏡３０２は、同図中の両側矢印方向（ｚ−スキャン）に変位可能とされている。
【０００６】
参照光Ｒは、鏡３０２に反射される際にそのｚ−スキャンによりドップラー周波数シフトを受ける。一方、信号光Ｓは、被測定物体３０５に照射されると、その表面及び内部層により反射される。被測定物体は散乱媒質であるので、信号光Ｓの反射光は多重散乱を含む乱雑な位相をもった拡散波面であると考えられる。被測定物体３０５を経由した信号光と、鏡３０２を経由し周波数シフトを受けた参照光は、ビームスプリッタ３０３によって重畳されて干渉光を生成する。
【０００７】
低コヒーレンス干渉方法を用いた画像計測では、信号光Ｓと参照光Ｒの光路長差が光源のμｍオーダーのコヒーレント長（可干渉距離）以内でありかつ参照光Ｒと位相相関のある信号光Ｓの成分のみが参照光Ｒと干渉を生じる。すなわち、信号光Ｓのコヒーレントな信号光成分のみが選択的に参照光Ｒと干渉し合う。この原理から、鏡３０２の位置をｚ−スキャンして参照光Ｒの光路長を変化させることにより、被測定物体３０５の内部層の光反射プロフィールが測定される。更に、被測定物体３０５へ照射される信号光Ｓをｘｙ面方向にも走査する。このようなｚ方向及びｘｙ面方向のスキャンを行いながら干渉光を光検出器３０４で検出し、その検出結果として出力される電気信号（ヘテロダイン信号）を解析することによって、被検体３０５の２次元断層画像が取得される（非特許文献１を参照）。
【０００８】
なお、ビームスプリッタ３０３によって重畳される参照光Ｒ及び信号光Ｓの強度をそれぞれＩｒとＩｓとし、両光波の間の周波数差及び位相差をそれぞれｆｉｆ及びΔθとすると、光検出器からは次式に示すようなヘテロダイン信号が出力される（例えば、非特許文献２を参照）。
【０００９】
【数１】
2006112887.tif 000003
【００１０】
式（１）の右辺第３項は交流電気信号であり、その周波数ｆｉｆは参照光Ｒと信号光Ｓのうなり（ビート）の周波数に等しい。ヘテロダイン信号の交流成分の周波数ｆｉｆは、ビート周波数などと呼ばれる。また、式（１）の右辺第１項及び第２項はヘテロダイン信号の直流成分であり、干渉光の背景光の信号強度に対応している。
【００１１】
しかしながら、このような従来の低コヒーレンス干渉法で断層画像を取得するためには、被測定物体３０５に対して光ビームを走査することにより、被測定物体３０５の深度方向（ｚ方向）及び断層面方向（ｘｙ面方向）の各部位からの反射光波を順次に検出する必要がある。したがって、被測定物体３０５の広範囲に亘る領域を計測するには、信号光Ｓを走査させたりして計測位置を変更してやる必要があるため、計測には長時間を要する。なお、その計測原理を勘案すると計測時間の短縮を図ることは困難である。
【００１２】
このような問題点に鑑み、計測時間の短縮を図るための光画像計測装置が考案されている。図８は、そのような装置の一例の基本構成が示されている。同図に示す光画像計測装置４００は、広帯域光源４０１、鏡４０２、ビームスプリッタ４０３、光検出器としての２次元光センサアレイ４０４、及びレンズ４０６、４０７を含んで構成されている。光源４０１から出射された光ビームは、レンズ４０６、４０７により平行光束にされるとともにそのビーム径が拡大され、ビームスプリッタ４０３によって参照光Ｒと信号光Ｓとに二分される。参照光Ｒには鏡４０２のｚ−スキャンによりドップラー周波数シフトが付与される。一方、信号光Ｓは、ビーム径が広げられているので、ｘｙ面の広い範囲に亘って被測定物体４０５に入射される。よって、信号光Ｓは、当該入射範囲における被測定物体４０５の表面や内部の情報を含んだ反射光となる。参照光Ｒと信号光Ｓは、ビームスプリッタ４０３により重畳され、２次元光センサアレイ４０４上に並列配置された素子（光センサ）により検出される。したがって、光ビームを走査することなく、被測定物体４０５の２次元断層画像をリアルタイムに取得することが可能となる。
【００１３】
そのような非走査型の光画像計測装置としては、例えば非特許文献３に記載のものが知られている。同文献に記載の装置では、２次元光センサアレイから出力される複数のヘテロダイン信号を、並列配置された複数の信号処理系に入力して、各ヘテロダイン信号の振幅と位相を検出するように構成されている。
【００１４】
ところで、光画像計測装置は、例えば眼の網膜神経繊維層（Ｒｅｔｉｎａｌ  Ｎｅｒｖｅ  Ｆｉｂｒｅ  Ｌａｙｅｒ；ＲＮＦＬ）のような複屈折層を含む被測定物体の計測にも適用されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１５】
特許文献１に記載の光画像計測装置は、光源からの光を偏光子で縦方向に偏光してからファイバに入射させ、信号光及び参照光の光路上に４分の１波長遅延プレート（１／４波長板）を設けるとともに、信号光と参照光から生成された干渉光から偏光ビームスプリッタにより直交する２つの偏光成分を分離してそれぞれの偏光成分を検出し、それら２つの検出結果を合成することにより複屈折層の情報を取得して画像を形成するように構成されている。
【００１６】
しかしながら、特許文献１の光画像計測装置を用いて、複屈折を反映した画像を被測定物体の広範囲に亘って取得するためには、図７に示した装置のように、信号光を被測定物体に対して走査してやる必要があり、したがって、計測時間が長時間化するという問題があった。
【００１７】
【特許文献１】特開２００４−１０５７０８号公報（請求項１６、３２、４９〜５６、明細書段落［００１９］、［０１００］〜［０１０８］、第１１図）
【非特許文献１】丹野直弘、「光学」、２８巻３号、１１６（１９９９）
【非特許文献２】吉沢、瀬田編、「光ヘテロダイン技術（改訂版）」、新技術コミュニケーションズ（２００３）、ｐ．２
【非特許文献３】Ｋ．Ｐ．Ｃｈａｎ、Ｍ．Ｙａｍａｄａ、Ｈ．Ｉｎａｂａ、「Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ」、Ｖｏｌ．３０、１７５３、（１９９４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたもので、複屈折層を含む被測定物体の計測を短時間でかつ有効に行うことが可能な光画像計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、光ビームを周期的に強度変調させて出力する光ビーム出力手段と、前記光ビームのビーム径を拡大するビーム径拡大手段と、前記光ビームの偏光特性を直線偏光に変換する直線偏光手段と、前記ビーム径が拡大されかつ直線偏光に変換された前記光ビームを、被測定物体を経由する信号光と参照物体を経由する参照光とに分割する光ビーム分割手段と、直線偏光の前記参照光の偏光特性を変換する参照光偏光手段と、前記被測定物体を経由する前の直線偏光の前記信号光の偏光特性を変換するとともに、前記被測定物体を経由した後の前記信号光の偏光特性を直線偏光に変換する信号光偏光手段と、前記信号光の周波数と前記参照光の周波数とを相対的にシフトさせる周波数シフト手段と、前記周波数シフト手段により相対的に周波数がシフトされた、前記参照光偏光手段により偏光特性が変換された前記参照光と、前記信号光偏光手段により直線偏光に変換された前記信号光と、を重畳させて干渉光を生成する重畳手段と、前記生成された干渉光から異なる複数の偏光成分を分離する偏光成分分離手段と、前記分離された前記干渉光の各偏光成分を受光して前記各偏光成分の強度変化の情報を含む検出信号を出力する検出手段と、前記出力された検出信号に含まれる前記各偏光成分の強度変化の情報に基づいて、前記被測定物体の複屈折を反映した画像を形成する信号処理手段と、を備えることを特徴とする光画像計測装置である。
【００２０】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光画像計測装置であって、前記直線偏光手段は、前記光ビームを、その進行方向に直交するｘｙ平面のｘ軸及びｙ軸に対して４５°の角度方向の直線偏光に変換し、前記信号光偏光手段は、前記被測定物体を経由する前の前記４５°の角度方向の直線偏光の前記信号光を円偏光に変換するとともに、前記被測定物体を経由した後の円偏光の前記信号光を直線偏光に変換する、ことを特徴とする。
【００２１】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の光画像計測装置であって、前記光ビーム分割手段と前記重畳手段とは、前記光ビーム出力手段から出力された前記光ビーム、前記信号光及び前記参照光の各光路に対して斜設されたハーフミラーにより一体構成され、前記信号光偏光手段は、前記ハーフミラーと前記被測定物体との間に配置された１／４波長板を含む、ことを特徴とする。
【００２２】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の光画像計測装置であって、前記直線偏光手段は、前記光ビームを、その進行方向に直交するｘｙ平面のｘ軸及びｙ軸に対して４５°の角度方向の直線偏光に変換し、前記参照光偏光手段は、前記４５°の角度方向の直線偏光の前記参照光を円偏光に変換する、ことを特徴とする。
【００２３】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の光画像計測装置であって、前記光ビーム分割手段と前記重畳手段とは、前記光ビーム出力手段から出力された前記光ビーム、前記信号光及び前記参照光の各光路に対して斜設されたハーフミラーにより一体構成され、前記参照光偏光手段は、前記ハーフミラーと前記参照物体との間に配置された１／８波長板を含む、ことを特徴とする。
【００２４】
また、請求項６に記載の発明は、請求項２ないし請求項５のいずれか一項に記載の光画像計測装置であって、前記直線偏光手段は、前記光ビームの前記４５°の角度方向の振動成分を透過させる偏光板を含むことを特徴とする。
【００２５】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の光画像計測装置であって、前記偏光成分分離手段は、前記干渉光から互いに直交するＰ偏光成分とＳ偏光成分とを分離することを特徴とする。
【００２６】
また、請求項８に記載の発明は、請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の光画像計測装置であって、前記光ビーム出力手段は、前記周波数シフト手段による周波数シフトに同期した周波数のパルス信号を生成するパルス生成手段と、前記パルス信号により駆動されてパルス状の光ビームを出力する光源と、を含むことを特徴とする。
【００２７】
また、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の光画像計測装置であって、前記パルス生成手段は、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記出射されたレーザ光を前記周波数シフト手段を経由する第１のレーザ光と固定配置の反射鏡を経由する第２のレーザ光とに分割し、前記周波数シフトを受けた前記第１のレーザ光と前記反射鏡にて反射された前記第２のレーザ光とを重畳して補助干渉光を生成する補助干渉光学系と、前記生成された補助干渉光を検出し、前記補助干渉光のビート周波数と略等しい周波数の電気信号を出力する補助検出手段と、前記補助検出手段により出力された前記電気信号の周波数に同期された周波数の前記パルス信号を生成して前記光源に出力する光源駆動手段と、を含むことを特徴とする。
【００２８】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の光画像計測装置であって、前記光ビーム出力手段は、連続的な光ビームを出射する光源と、前記出射された連続的な光ビームを周期的に遮断するシャッタ手段と、を含むことを特徴とする。
【００２９】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の光画像計測装置であって、前記光ビーム手段は、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記出射されたレーザ光を前記周波数シフト手段を経由する第１のレーザ光と固定配置の反射鏡を経由する第２のレーザ光とに分割し、前記周波数シフトを受けた前記第１のレーザ光と前記反射鏡にて反射された前記第２のレーザ光とを重畳して補助干渉光を生成する補助干渉光学系と、前記生成された補助干渉光を検出し、前記補助干渉光のビート周波数と略等しい周波数の電気信号を出力する補助検出手段と、前記補助検出手段により出力された前記電気信号の周波数に同期された周波数のパルス信号を生成して前記シャッタ手段に出力するシャッタ駆動手段と、を含み、前記シャッタ手段は、前記シャッタ駆動手段から出力される前記パルス信号に駆動されて、前記光源から出射された前記連続的な光ビームを周期的に遮断する、ことを特徴とする。
【００３０】
また、請求項１２に記載の発明は、連続的な光ビームを出力する光源と、前記光ビームのビーム径を拡大するビーム径拡大手段と、前記光ビームの偏光特性を直線偏光に変換する直線偏光手段と、前記ビーム径が拡大されかつ直線偏光に変換された前記光ビームを、被測定物体を経由する信号光と参照物体を経由する参照光とに分割する光ビーム分割手段と、直線偏光の前記参照光の偏光特性を変換する参照光偏光手段と、前記被測定物体を経由する前の直線偏光の前記信号光の偏光特性を変換するとともに、前記被測定物体を経由した後の前記信号光の偏光特性を直線偏光に変換する信号光偏光手段と、前記信号光の周波数と前記参照光の周波数とを相対的にシフトさせる周波数シフト手段と、前記周波数シフト手段により相対的に周波数がシフトされた、前記参照光偏光手段により偏光特性が変換された前記参照光と、前記信号光偏光手段により直線偏光に変換された前記信号光と、を重畳させて干渉光を生成する重畳手段と、前記生成された干渉光から異なる複数の偏光成分を分離する偏光成分分離手段と、前記分離された前記干渉光の各偏光成分の強度を周期的に変調する強度変調手段と、前記周期的に強度変調された前記干渉光の各偏光成分を受光して前記各偏光成分の強度変化の情報を含む検出信号を出力する検出手段と、前記出力された検出信号に含まれる前記各偏光成分の強度変化の情報に基づいて、前記被測定物体の複屈折を反映した画像を形成する信号処理手段と、を備えることを特徴とする光画像計測装置である。
【００３１】
また、請求項１３に記載の発明は、連続的な光ビームを出力する光源と、前記光ビームのビーム径を拡大するビーム径拡大手段と、前記光ビームの偏光特性を直線偏光に変換する直線偏光手段と、前記ビーム径が拡大されかつ直線偏光に変換された前記光ビームを、被測定物体を経由する信号光と参照物体を経由する参照光とに分割する光ビーム分割手段と、前記被測定物体を経由する前の直線偏光の前記信号光の偏光特性を変換するとともに、前記被測定物体を経由した後の前記信号光の偏光特性を直線偏光に変換する信号光偏光手段と、前記信号光の周波数と前記参照光の周波数とを相対的にシフトさせる周波数シフト手段と、前記周波数シフト手段により相対的に周波数がシフトされた、前記参照光と、前記信号光偏光手段により直線偏光に変換された前記信号光と、を重畳させて干渉光を生成する重畳手段と、前記生成された干渉光から異なる複数の偏光成分を分離する偏光成分分離手段と、前記分離された前記干渉光の前記複数の偏光成分の強度を、周期的に、かつ、前記干渉光のビートにおける位相差１８０°に相当する時間差でそれぞれ変調する強度変調手段と、前記強度変調された前記干渉光の各偏光成分を受光して前記各偏光成分の強度変化の情報を含む検出信号を出力する検出手段と、前記出力された検出信号に含まれる前記各偏光成分の強度変化の情報に基づいて、前記被測定物体の複屈折を反映した画像を形成する信号処理手段と、を備えることを特徴とする光画像計測装置である。
【００３２】
また、請求項１４に記載の発明は、請求項１２又は請求項１３に記載の光画像計測装置であって、前記周波数シフト手段による周波数シフトに同期した周波数のパルス信号を生成するパルス信号発生手段を備え、前記強度変調手段は、前記パルス信号発生手段により生成される前記パルス信号に基づいて、前記干渉光の各偏光成分の強度を周期的に変調する、ことを特徴とする。
【００３３】
また、請求項１５に記載の発明は、請求項１４に記載の光画像計測装置であって、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記出射されたレーザ光を前記周波数シフト手段を経由する第１のレーザ光と固定配置の反射鏡を経由する第２のレーザ光とに分割し、前記周波数シフトを受けた前記第１のレーザ光と前記反射鏡にて反射された前記第２のレーザ光とを重畳して補助干渉光を生成する補助干渉光学系と、前記生成された補助干渉光を検出し、前記補助干渉光のビート周波数と略等しい周波数の電気信号を出力する補助検出手段と、を含み、前記パルス信号発生手段は、前記補助検出手段により出力された前記電気信号の周波数に同期された周波数のパルス信号を生成する、ことを特徴とする。
【００３４】
また、請求項１６に記載の発明は、請求項１４又は請求項１５に記載の光画像計測装置であって、前記強度変調手段及び前記検出手段は、前記干渉光の前記複数の偏光成分毎に設けられ、前記パルス信号発生手段は、複数の前記強度変調手段のそれぞれに向けて複数の前記パルス信号を出力し、前記パルス信号発生手段により出力された前記複数のパルス信号に位相差を付与し、前記複数の強度変調手段のそれぞれに出力する位相差付与手段を備え、前記複数の強度変調手段は、前記位相差付与手段により出力された前記パルス信号に基づいて、前記位相差に相当する時間差で前記複数の偏光成分のそれぞれの強度を変調する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
請求項１に記載の光画像計測装置によれば、光ビームを周期的に強度変調させて出力する光ビーム出力手段と、光ビームのビーム径を拡大するビーム径拡大手段と、光ビームの偏光特性を直線偏光に変換する直線偏光手段と、ビーム径が拡大されかつ直線偏光に変換された光ビームを、被測定物体を経由する信号光と参照物体を経由する参照光とに分割する光ビーム分割手段と、直線偏光の参照光の偏光特性を変換する参照光偏光手段と、被測定物体を経由する前の直線偏光の信号光の偏光特性を変換するとともに、被測定物体を経由した後の信号光の偏光特性を直線偏光に変換する信号光偏光手段と、信号光の周波数と参照光の周波数とを相対的にシフトさせる周波数シフト手段と、周波数シフト手段により相対的に周波数がシフトされた、参照光偏光手段により偏光特性が変換された参照光と、信号光偏光手段により直線偏光に変換された信号光と、を重畳させて干渉光を生成する重畳手段と、生成された干渉光から異なる複数の偏光成分を分離する偏光成分分離手段と、分離された干渉光の各偏光成分を受光して各偏光成分の強度変化の情報を含む検出信号を出力する検出手段と、出力された検出信号に含まれる各偏光成分の強度変化の情報に基づいて、被測定物体の複屈折を反映した画像を形成する信号処理手段と、を備えているので、被測定物体の複屈折を反映した画像を広範囲に亘って取得する場合であっても、被測定物体の或る深さ領域における２次元画像を一度に取得することができるので、従来のように上記ｘｙ面方向に信号光を走査させる必要がない。したがって、被測定物体の複屈折を反映した画像の計測を短時間でかつ有効に行うことができる。また、被測定物体の複屈折の３次元的な分布状態を表す画像を取得する場合についても、参照物体をｚ−スキャンさせるだけでよいので、短時間でかつ有効に計測を行える。また、複屈折の１次元的な分布状態を取得する場合にも、一度に取得された２次元的な画像の一部を用いればよいので、効率的かつ有効な画像化処理を行うことができる。
【００３６】
また、請求項１２に記載の光画像計測装置によれば、連続的な光ビームを出力する光源と、光ビームのビーム径を拡大するビーム径拡大手段と、光ビームの偏光特性を直線偏光に変換する直線偏光手段と、ビーム径が拡大されかつ直線偏光に変換された光ビームを、被測定物体を経由する信号光と参照物体を経由する参照光とに分割する光ビーム分割手段と、直線偏光の参照光の偏光特性を変換する参照光偏光手段と、被測定物体を経由する前の直線偏光の信号光の偏光特性を変換するとともに、被測定物体を経由した後の信号光の偏光特性を直線偏光に変換する信号光偏光手段と、信号光の周波数と参照光の周波数とを相対的にシフトさせる周波数シフト手段と、周波数シフト手段により相対的に周波数がシフトされた、参照光偏光手段により偏光特性が変換された参照光と、信号光偏光手段により直線偏光に変換された信号光と、を重畳させて干渉光を生成する重畳手段と、生成された干渉光から異なる複数の偏光成分を分離する偏光成分分離手段と、分離された干渉光の各偏光成分の強度を周期的に変調する強度変調手段と、周期的に強度変調された干渉光の各偏光成分を受光して各偏光成分の強度変化の情報を含む検出信号を出力する検出手段と、出力された検出信号に含まれる各偏光成分の強度変化の情報に基づいて、被測定物体の複屈折を反映した画像を形成する信号処理手段と、を備えているので、被測定物体の複屈折を反映した画像を広範囲に亘って取得する場合であっても、被測定物体の或る深さ領域における２次元画像を一度に取得することができるので、請求項１の装置と同様に、短時間でかつ有効に計測を行うことができる。
【００３７】
また、請求項１３に記載の光画像計測装置についても、連続的な光ビームを出力する光源と、光ビームのビーム径を拡大するビーム径拡大手段と、光ビームの偏光特性を直線偏光に変換する直線偏光手段と、ビーム径が拡大されかつ直線偏光に変換された光ビームを、被測定物体を経由する信号光と参照物体を経由する参照光とに分割する光ビーム分割手段と、被測定物体を経由する前の直線偏光の信号光の偏光特性を変換するとともに、被測定物体を経由した後の信号光の偏光特性を直線偏光に変換する信号光偏光手段と、信号光の周波数と参照光の周波数とを相対的にシフトさせる周波数シフト手段と、周波数シフト手段により相対的に周波数がシフトされた、参照光と、信号光偏光手段により直線偏光に変換された信号光と、を重畳させて干渉光を生成する重畳手段と、生成された干渉光から異なる複数の偏光成分を分離する偏光成分分離手段と、分離された干渉光の複数の偏光成分の強度を、周期的に、かつ、干渉光のビートにおける位相差１８０°に相当する時間差でそれぞれ変調する強度変調手段と、強度変調された干渉光の各偏光成分を受光して各偏光成分の強度変化の情報を含む検出信号を出力する検出手段と、出力された検出信号に含まれる各偏光成分の強度変化の情報に基づいて、被測定物体の複屈折を反映した画像を形成する信号処理手段と、を備えているので、被測定物体の複屈折を反映した画像を広範囲に亘って取得する場合であっても、被測定物体の或る深さ領域における２次元画像を一度に取得することができるので、請求項１や請求項１２の装置と同様に、短時間でかつ有効に計測を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本発明に係る光画像計測装置の好適な実施形態の一例について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３９】
〈第１の実施形態〉
［装置構成］
図１は、本発明に係る光画像計測装置の第１の実施形態の概略構成を示している。同図に示す光画像計測装置１は、例えば医療や工業分野において、散乱媒質からなる被測定物体Ｏの断層画像や表面画像の計測、特に網膜神経繊維層等の複屈折性を有する層（複屈折層）を含む被測定物体Ｏの計測に利用可能な装置である。
【００４０】
光画像計測装置１は、低コヒーレントな光ビームを出力する広帯域光源２と、この光ビームの偏光特性を直線偏光に変換する偏光板３と、光ビームを平行光束とするとともにそのビーム径を拡大するレンズ４、５と、光ビームを信号光Ｓと参照光Ｒとに分割するとともに、それらを重畳して干渉光Ｌを生成するハーフミラー６と、参照光Ｒの偏光特性を直線偏光から円偏光に変換するための波長板７と、参照光Ｒの周波数をシフトさせる周波数シフタ８と、参照光Ｒの進行方向に対して直交する反射面により参照光Ｒを全反射する参照鏡９と、参照鏡９の反射面の背面に設けられたピエゾ素子９Ａと、信号光Ｓの偏光特性を変換する波長板１０とを含んで構成される。
【００４１】
広帯域光源２は、本発明にいう「光源」に相当し、ＳＬＤやＬＥＤ（発光ダイオード）等により構成される。なお、市販の近赤外域ＳＬＤのコヒーレント長は一般に３０μｍ程度、ＬＥＤの場合には一般に１０μｍ程度とされている。また、レンズ４、５は、本発明にいう「ビーム径拡大手段」を構成している。
【００４２】
図１中に示すｘｙｚ座標系は、広帯域光源２から出力された光ビーム（特に信号光Ｓ）の進行方向をｚ軸方向と定義するとともに、それに直交する光ビームの振動面をｘｙ平面として定義している。ｘ軸方向、ｙ軸方向は、光ビームの電場成分の振動面、磁場成分の振動面に一致するように定義される。換言すると、ｚ軸方向は被測定物体Ｏの深さ方向に対応しており、ｘ軸方向はｚ軸方向に垂直な水平方向に、ｙ軸方向は垂直方向にそれぞれ対応している。
【００４３】
偏光板３は、本発明にいう「直線偏光手段」に相当し、広帯域光源３からの光ビームの所定方向の振動成分を透過させて直線偏光に変換する偏光変換素子である。本実施形態における偏光板３は、上記ｘｙｚ座標系のｘ軸及びｙ軸に対してそれぞれ４５°をなす角度方向の振動成分を透過させるようになっている。それにより、偏光板３を透過した光ビームは直線偏光を有し、その偏光方向はｘ軸及びｙ軸のそれぞれに対して角度４５°を向いている。したがって、当該光ビームのｘ軸方向の偏光成分とｙ軸方向の偏光成分とは、それぞれ等しい振幅を有している。言い換えると、当該光ビームのＰ偏光成分とＳ偏光成分とは、それぞれ等しい振幅を有している。
【００４４】
ハーフミラー６は、平行光束とされた直線偏光の光ビームを、被測定物体Ｏに向かう信号光Ｓと参照鏡９に向かう参照光Ｒとに分割する、本発明の「光ビーム分割手段」を構成する。ハーフミラー６は、光ビームの一部を反射して参照光Ｒとし、その残りを透過させて信号光Ｓとする。
【００４５】
また、ハーフミラー６は、波長板１０及び被測定物体Ｏを経由した信号光Ｓの一部を反射するとともに、参照鏡９を経由した参照光Ｒの一部を透過させるように作用する。それにより、信号光Ｓと参照光Ｒとが重畳され、干渉光Ｌが生成される。このように、ハーフミラー６は、本発明にいう「重畳手段」を構成するものである。
【００４６】
なお、本実施形態においては、反射体としての被測定物体Ｏ及び参照鏡９と、このハーフミラー６とによって形成されるマイケルソン型の干渉計を採用しているため、光ビーム分割手段と重畳手段とが同一のハーフミラー６（の異なる反射面）によって構成されている。一方、マッハツェンダー型などの干渉計を採用する場合には、それぞれ別々の光学素子を用いて光ビーム分割手段と重畳手段を構成することができる。また、光ビーム分割手段や重畳手段としては、光ビーム（信号光Ｓ、参照光Ｒ）の偏光特性に影響を与えない、ハーフミラーに代表されるような無偏光型の任意のビームスプリッタを適用することができる。
【００４７】
さて、波長板７は、本発明の「参照光偏光手段」を構成するもので、偏光板３により直線偏光とされた参照光Ｒの偏光特性を変換する偏光変換素子である。本実施形態における波長板７としては、１／８波長板が用いられる。それにより、参照光Ｒには、波長板７を通過するときに、そのＰ偏光成分とＳ偏光成分との間に位相差π／４が与えられる。参照光Ｒは、ハーフミラー６から参照鏡９に向かうときと、参照鏡９に反射されてハーフミラー６に再入射するときに、それぞれ当該位相差を与えられるので、結果として位相差π／２が付与される。したがって、４５°の直線偏光を有する参照光Ｒに対して１／４波長板と同様に作用することから、ハーフミラー６に再入射される参照光Ｒは円偏光に変換されることとなる。なお、上述のようにマッハツェンダー型などの他の干渉計を用いる場合には、例えば１／４波長板などを参照光偏光手段として適用することができる。
【００４８】
周波数シフタ８は、本発明にいう「周波数シフト手段」を構成し、参照鏡９に反射される前後の参照光Ｒにそれぞれ周波数シフトを与える。この周波数シフタ８は、例えば電気光学変調器や音響光学変調器などにより構成される。なお、本発明に係る光画像計測装置としては、周波数シフタ８を含まない構成を採用することも可能である。その場合、例えば、後述のように参照鏡９を所定の速度で連続的に移動させることにより参照光Ｒの周波数をシフトさせることができる。
【００４９】
参照鏡９は、本発明の「参照物体」を構成し、ピエゾ素子９Ａによって参照光Ｒの光路方向に移動される。それにより、参照鏡９は、被測定物体Ｏの様々な深さ（ｚ座標）からの信号光Ｓの反射光を抽出するように作用する。より具体的に説明すると、広帯域光源２からの光ビームは低コヒーレント光であるから、参照光Ｒとほぼ等距離を経由した信号光Ｓのみが干渉光Ｌの生成に寄与する。つまり、干渉光Ｌは、ハーフミラー６に対して参照鏡９とほぼ等距離の被測定物体Ｏの深さ領域にて反射された信号光Ｓが参照光Ｒと干渉して生成される。したがって、参照鏡９を参照光Ｒの光路方向に移動させて参照光Ｒの光路長を変化させることにより、参照光Ｒと干渉する信号光Ｓが反射される被測定物体Ｏの深さを変化させることができる。このような参照光Ｒの移動はｚ−スキャンなどと呼ばれる。
【００５０】
また、参照鏡９は、ピエゾ素子９Ａにより、参照光Ｒの光路方向に所定の周波数及び所定の振幅で振動される。参照鏡９が振動されると、このような参照鏡９の振動は、ｚ−スキャンと同時に行うことも可能とされている。
【００５１】
ピエゾ素子９Ａは、参照光Ｒの光路方向に参照鏡９を連続的に移動させてｚ−スキャンを行うことができる。参照鏡９が連続的に移動されると、参照光Ｒは、反射時に周波数シフトを受ける。このようにして付与される周波数シフトをドップラー周波数シフトと呼ぶことがある。また、ピエゾ素子９Ａは、参照鏡９を一方向に所定のステップで段階的に移動させてｚ−スキャンを行うこともできる。
【００５２】
更に、ピエゾ素子９Ａは、参照光Ｒの光路方向に所定の周波数かつ振幅で振動するように制御され、それにより、参照鏡９を当該周波数かつ振幅にて参照光Ｒの光路方向に振動させるようになっている。ピエゾ素子９Ａの振動周波数や振幅の制御については後述することとする。
【００５３】
なお、図示は省略するが、ピエゾ素子９Ａによる参照鏡９の移動態様（移動速度、移動距離、移動時間、振動周波数、振幅等）は、従来のように、ピエゾ素子９Ａに対する電力の供給態様、すなわち、ピエゾ素子９Ａに供給される駆動電力の波形等によって制御されるようになっている。
【００５４】
ここで、参照鏡９とピエゾ素子９Ａとは、その動作形態によって本発明の「周波数シフト手段」を構成する。なお、第２の実施形態にて詳述するが、参照鏡９とピエゾ素子９Ａを周波数シフト用に使用しない構成も採用できる。
【００５５】
信号光Ｓの光路上には波長板１０が配置されている。この波長板１０は、本発明にいう「信号光偏光手段」を構成するもので、直線偏光の信号光Ｓの偏光特性を変換する偏光変換素子である。本実施形態における波長板１０としては、角度４５°の直線偏光の光を円偏光に変換するとともに、円偏光の光を角度４５°の直線偏光に変換するように作用する１／４波長板が用いられている。ハーフミラー６を透過した光ビームからなる信号光Ｓは、波長板１０を通過するときに直線偏光から円偏光に変換されて被測定物体Ｏに入射する。また、被測定物体Ｏを経由した信号光Ｓは、波長板１０を通過するときに円偏光から直線偏光に変換されてハーフミラー６に導かれることとなる。
【００５６】
本実施形態の光画像計測装置１には、更に、重畳手段としてのハーフミラー６により生成された干渉光Ｌを結像させる結像用レンズ群１１と、この結像用レンズ群１１を経由した干渉光Ｌから偏光特性の異なる複数の成分（偏光成分）を分離する偏光ビームスプリッタ１２と、分離された各偏光成分の光路上に設けられたＣＣＤ（カメラ）２１、２２と、これらＣＣＤ２１、２２のそれぞれによる検出結果を処理する信号処理部２０とが含まれている。
【００５７】
偏光ビームスプリッタ１２は、本発明にいう「偏光成分分離手段」を構成するものであり、干渉光Ｌから異なる複数の偏光成分を分離するように作用する。より具体的に説明すると、偏光ビームスプリッタ１２は、干渉光ＬのＳ偏光成分Ｌ１を反射してＣＣＤ２１に入射させるとともに、Ｐ偏光成分Ｌ２を透過させてＣＣＤ２２に入射させるように作用する。ここで、干渉光ＬのＳ偏光成分Ｌ１及びＰ偏光成分Ｌ２は、互いに等しい振幅（つまり最大強度）を有している。
【００５８】
ＣＣＤ２１、２２は、本発明にいう「検出手段」を構成するもので、干渉光検出用の蓄積型の２次元光センサアレイである。ＣＣＤ２１は、偏光ビームスプリッタ１２により反射された干渉光ＬのＳ偏光成分Ｌ１を受光して光電変換することにより、Ｓ偏光成分Ｌ１の強度変化の情報を含む検出信号を生成して信号処理部２０に出力する。同様に、ＣＣＤ２２は、偏光ビームスプリッタ１２を透過した干渉光ＬのＰ偏光成分Ｌ２を受光して光電変換することにより、Ｐ偏光成分Ｌ２の強度変化の情報を含む検出信号を生成して信号処理部２０に出力する。ここで、各ＣＣＤ２１、２２から信号処理部２０に入力される検出信号は、前述したヘテロダイン信号である。
【００５９】
信号処理部２０は、ＣＣＤ２１、２２からそれぞれ出力される検出信号に基づいて後述する演算処理を実行する。更に、信号処理部２０は、この演算処理の結果を解析することにより、被測定物体Ｏの断面画像などの各種画像を形成し、図示しないモニタ装置等の表示装置に表示させる処理を行う。特に、詳細については後述するが、信号処理部２０は、被測定物体Ｏに複屈折層が含まれているときに、複屈折を反映した被測定物体Ｏの画像を形成するようになっている。このような処理を行うために、信号処理部２０は、例えば、所定の演算プログラムを格納したＲＯＭ等の記憶装置と、当該演算プログラムを実行するＣＰＵ等の演算制御装置とを含むコンピュータなどによって構成される。信号処理部２０は、本発明にいう「信号処理手段」を構成する。
【００６０】
更に、光画像計測装置１は、参照光Ｒに付与される周波数シフトをモニタして、広帯域光源２からの光ビームを強度変調するための構成として、レーザ光源３１、ビームスプリッタ３２、反射鏡３３、フォトディテクタ（ＰＤ）３４及びパルス駆動器３５を備えている。
【００６１】
レーザ光源３１は、広帯域光源２よりも長いコヒーレント長を有するレーザ光を発するレーザダイオード等から構成される。ビームスプリッタ３２は、レーザ光源３１から出力されたレーザ光を、参照光Ｒと同様に周波数シフタ８と参照鏡９とを経由する第１のレーザ光（反射光）と、固定配置された反射鏡３３を経由する第２のレーザ光（透過光）とに分割するとともに、周波数シフタ８及び／又は参照鏡９により周波数シフトを受けた第１のレーザ光と、反射鏡３３にて反射された第２のレーザ光とを重畳して干渉光を生成する。この干渉光を、干渉光Ｌと区別して「補助干渉光」と呼ぶこととする。ここで、ビームスプリッタ３２、反射鏡３３及び参照鏡９は、本発明にいう「補助干渉光学系」を構成する。
【００６２】
フォトディテクタ３４は、本発明の「補助検出手段」を構成し、補助干渉光学系により生成された補助干渉光を検出してこの補助干渉光のビート周波数と略等しい周波数の電気信号を出力する。また、パルス駆動器３５は、本発明の「光源駆動手段」を構成し、フォトディテクタ３４から出力された電気信号の周波数に同期した周波数（例えば、電気信号の周波数に略等しい周波数）のパルス信号を生成し、本発明の「光源」である広帯域光源２に出力する。
【００６３】
広帯域光源２は、パルス駆動器３５から出力されたパルス信号により駆動されて、このパルス信号と等しい周波数でパルス状の光ビームを出力する。パルス駆動器３５からのパルス信号は、例えば５０％ｄｕｔｙの矩形列の電気信号とされ、そのとき、広帯域光源２は、５０％ｄｕｔｙの矩形列のパルス状の光ビームを出力する。なお、広帯域光源２から出力される光ビームのｄｕｔｙ比は５０％に限定されるものではなく、任意のｄｕｔｙ比を適用することができ、また、パルス駆動器３５は、当該光ビームのｄｕｔｙ比を実現するためのパルス信号を生成する。このようなｄｕｔｙ比の設定や変更は、例えば、信号処理部２０を形成するコンピュータが行うように構成できる。
【００６４】
以上のような広帯域光源２、レーザ光源３１、ビームスプリッタ３２、反射鏡３３、フォトディテクタ（ＰＤ）３４及びパルス駆動器３５は、本発明にいう「光ビーム出力手段」を構成している。また、レーザ光源３１、ビームスプリッタ３２、反射鏡３３、フォトディテクタ（ＰＤ）３４及びパルス駆動器３５は、本発明にいう「パルス生成手段」を構成している。
【００６５】
なお、ピエゾ素子９Ａで参照鏡９を振動させて計測を行う場合の振動周波数は、フォトディテクタ３４から出力された電気信号に同期した周波数（例えば当該電気信号と等しい周波数）とされる。また、その振動の振幅は、フォトディテクタ３４からの電気信号の波長の例えば２分の１とするような振幅とされる（振幅は任意に設定可能である）。そのために、例えば、フォトディテクタ３４からの電気信号に基づいて、上記振動周波数を有する電気信号であって参照鏡９を上記振幅だけ振動させるような振幅の電気信号（駆動信号）を生成してピエゾ素子９に出力するように動作する回路を設けることができる。ピエゾ素子９に送られる駆動信号の振幅とピエゾ素子９の実際の振幅との関係は既知とされ、当該回路は、例えば、この関係を参照して駆動信号の振幅を設定するようになっている。
【００６６】
［測定形態］
続いて、本実施形態の光画像計測装置１により実行される干渉光Ｌの信号強度や位相の空間分布の測定形態、すなわちヘテロダイン信号の信号強度の測定形態について説明する。以下に詳述する演算処理及び画像形成処理は、信号処理部２０によって実行されるものである。
【００６７】
まず、光画像計測装置１による測定の基本原理を説明する。広帯域光源２から出力された光ビームは、偏光板３により上記のｘ軸及びｙ軸に対してそれぞれ角度４５°の直線偏光に変換され、レンズ４、５によりビーム径を拡大されかつ平行光束とされてハーフミラー６に導かれる。光ビームは、ハーフミラー６によって信号光Ｓと参照光Ｒとに二分される。信号光Ｓと参照光Ｒは、ともに角度４５°の直線偏光を有する。
【００６８】
信号光Ｓは、波長板１０により直線偏光から円偏光に変換されて被測定物体Ｏに入射し、その表面や様々な深さ領域にて反射される。被測定物体Ｏにより反射された信号光Ｓは、波長板１０を再び通過するときに円偏光から角度４５°の直線偏光に変換されてハーフミラー６に再び入射し、その一部がハーフミラー６によって反射される。なお、被測定物体Ｏを経由するときに信号光Ｓに位相差が生じても、波長板１０により角度４５°の直線偏光に変換され、干渉光ＬのＳ偏光成分Ｌ１とＰ偏光成分Ｌ２とは常に一定の比率となるので、計測を効率的に行うことができる。
【００６９】
一方、参照光Ｒは、波長板７及び周波数シフタ８を通過して参照鏡９へと導かれる。このとき、参照鏡９は、ピエゾ素子９Ａによって参照光Ｒの光路方向に移動（つまりｚ−スキャン及び／又は振動）されているものとする。参照光Ｒは、周波数シフタ８によって所定量の周波数シフトを受けるとともに、参照鏡９の移動による周波数シフトを受ける。また、参照光Ｒの偏光特性は角度４５°の直線偏光であり、波長板７は１／８波長板であることから、波長板７を２回通過した参照光Ｒは円偏光に変換されてハーフミラー６に再び入射する。ハーフミラー６は、参照光Ｒの一部を透過させる。
【００７０】
被測定物体Ｏを経由してきた４５°の直線偏光の信号光Ｓと、周波数がシフトされかつ円偏光に変換された参照光Ｒとは、ハーフミラー６を経由するときに重畳されて干渉光Ｌを生成する。この干渉光Ｌは、参照光Ｒに対する周波数シフト量に相当するビート周波数を有する。ハーフミラー６にて生成された干渉光Ｌは、結像用レンズ群１１を経由して偏光ビームスプリッタ１２に伝搬される。
【００７１】
偏光ビームスプリッタ１２は、干渉光ＬのＳ偏光成分Ｌ１を反射し、Ｐ偏光成分Ｌ２を透過するように作用する。干渉光ＬのＳ偏光成分Ｌ１はＣＣＤ２１により検出され、Ｐ偏光成分Ｌ２はＣＣＤ２２によって検出される。ここで、干渉光ＬのＳ偏光成分Ｌ１は、信号光ＳのＳ偏光成分Ｅｓｓと、参照光ＲのＳ偏光成分Ｅｒｓとを含んでいる。同様に、干渉光ＬのＰ偏光成分Ｌ２は、信号光ＳのＰ偏光成分Ｅｓｐと、参照光ＲのＰ偏光成分Ｅｒｐとを含んでいる。信号光ＳのＳ偏光成分Ｅｓｓ及びＰ偏光成分Ｅｓｐ、参照光ＲのＳ偏光成分Ｅｒｓ及びＰ偏光成分Ｅｒｐは、それぞれ次式のように表される。
【００７２】
【数２】
2006112887.tif 000004
【００７３】
ここで、ｆは広帯域光源２から出力される光ビームの周波数を表し、ｆＤは参照光Ｒに対する周波数シフト量を表す。また、φは信号光Ｓの初期位相を表し、φ′は参照光Ｒの初期位相を表す。［数２］に示した式（２）〜（５）を参照すると、干渉光ＬのＳ偏光成分Ｌ１及びＰ偏光成分Ｌ２は、ＣＣＤ２１、２２によってそれぞれ次式のようなヘテロダイン信号ｉ１、ｉ２として検出される。なお、信号光Ｓの初期位相と参照光Ｒの初期位相との差をΔφ（＝φ−φ′）と表す。
【００７４】
【数３】
2006112887.tif 000005
【００７５】
式（６）、（７）を比較すると、各式の第３項の交流信号は、同位相のｃｏｓ関数とｓｉｎ関数であることから９０°の位相差があることが分かる。本実施形態の光画像計測装置１は、この特徴を利用して次のような測定を行う。
【００７６】
光画像計測装置１は、前述のように、レーザ光源３１、ビームスプリッタ３２、反射鏡３３、フォトディテクタ（ＰＤ）３４及びパルス駆動器３５を用いて広帯域光源２を制御するようになっている。
【００７７】
レーザ光源３１から出力されたレーザ光は、ビームスプリッタ３２によって参照鏡９に向かう光路と反射鏡３３に向かう光路とに分割される。参照鏡９に向かうレーザ光は、周波数シフタ８と参照鏡９による周波数シフトを受けてビームスプリッタ３２に再入射する。一方、反射鏡３３に向かうレーザ光は、（周波数をシフトされることなく）反射鏡３３によりそのまま反射されてビームスプリッタ３２に再入射する。両光路を経由したレーザ光は、ビームスプリッタ３３によって重畳されて補助干渉光を形成する。補助干渉光は、フォトディテクタ３４により検出される。
【００７８】
ここで、補助干渉光は、参照光Ｒと同様に、周波数シフタ８による周波数シフトと参照鏡９による周波数シフトとを受けるので、参照光Ｒと（ほぼ）同量の周波数シフトを受ける。したがって、補助干渉光は、信号光Ｓと参照光Ｒとから生成される干渉光Ｌと（ほぼ）同一のビート周波数を有している。
【００７９】
フォトディテクタ３４は、検出した補助干渉光に対応する電気信号をパルス駆動器３５に出力する。この電気信号は、式（１）に示すヘテロダイン信号と同様に直流成分と交流成分とを有しており、その交流成分の周波数は上述のように干渉光Ｌのビート周波数と同じである。パルス駆動器３５は、フォトディテクタ３４からの電気信号を受け、それと同期した周波数（例えば、電気信号と等しい周波数）のパルス信号を生成して広帯域光源２に出力する。広帯域光源２は、パルス駆動器３５からのパルス信号により駆動されて、このパルス信号と同じ周波数で光ビームを出力する。
【００８０】
このように、光画像計測装置１は、参照光Ｒに対する周波数シフト量をモニタし、そのシフト量と同期した（例えば、シフト量とほぼ等しい）周波数のパルス状の光ビームを用いて被測定物体Ｏを測定するように構成されている。広帯域光源２からの光ビームは、上述のように、例えば５０％ｄｕｔｙの矩形列のパルス光として出力される。
【００８１】
なお、広帯域光源２から出力される光ビームのｄｕｔｙ比は５０％に限定されるものではなく、そのパルス形状は矩形列以外（例えば三角形列や台形列等）でもよい。また、出力強度０と１００とを切り換えて得られるパルス光に代えて、例えば出力強度を５０と１００との間で変調して得られる光ビームを適用することもできる。その場合、広帯域光源２の出力強度自体を変調させる構成や、光ビームの光路上にフィルタを挿脱して強度を変調させる構成などを採用することが可能である。すなわち、ここで重要なのは、光ビームの強度変調の度合ではなく、その強度変調の周波数が干渉光Ｌのビート周波数と同期されている（例えば、ビート周波数と略等しい変調周波数とされている）ことである。
【００８２】
次に、図２に示すグラフを参照して、光画像計測装置１における干渉光Ｌの検出態様について説明する。以下、広帯域光源２から出力される光ビームの強度の変調周波数をｆｍとする。また、前述したように、ｆＤは参照光Ｒに付与される周波数シフト量（＝干渉光Ｌのビート周波数）を表す。したがって、光ビームの変調周波数ｆｍは、周波数シフト量ｆＤにほぼ等しい値とされる。
【００８３】
図２（Ａ）は、周波数ｆｍで強度変調されて広帯域光源２から出力される光ビームの時間波形を表す。図２（Ｂ）は、光ビームが連続光であり、よって参照光Ｒと信号光Ｓがともに連続光である場合における干渉光ＬのＳ偏光成分Ｌ１（ビート周波数ｆＤ）の時間波形を表す。図２（Ｃ）は、参照光Ｒと信号光Ｓがともに連続光である場合における干渉光ＬのＰ偏光成分Ｌ２の時間波形を表す。ここで、図２（Ｂ）、（Ｃ）に示すＳ偏光成分Ｌ１とＰ偏光成分Ｌ２との位相差は９０°である。
【００８４】
また、図２（Ｄ）は、広帯域光源２からの光ビームが図２（Ａ）のように強度変調される場合における干渉光ＬのＳ偏光成分Ｌ１の時間波形を表す（図２（Ｂ）に対応する）。図２（Ｅ）は、広帯域光源２からの光ビームが図２（Ａ）のように強度変調される場合における干渉光ＬのＰ偏光成分Ｌ２の時間波形を表す（図２（Ｃ）に対応する）。図（Ｄ）、（Ｅ）に示すＳ偏光成分Ｌ１とＰ偏光成分Ｌ２とは９０°の位相差を有する。
【００８５】
ＣＣＤ２１は、図２（Ｄ）に示す時間波形のＳ偏光成分Ｌ１を検出する。広帯域光源２からの光ビームは周波数ｆｍ、５０％ｄｕｔｙの矩形列の光パルスであり、その変調周波数ｆｍと干渉光Ｌのビート周波数ｆＤとの差δｆ＝｜ｆｍ−ｆＤ｜が蓄積型光センサであるＣＣＤ２１の応答周波数に比べて十分小さいときには、ＣＣＤ２１から出力されるＳ偏光成分Ｌ１の検出信号は、検出時間内に蓄積された光電荷量に比例するものとなり、次式のように与えられる。（例えば、Ｍ．Ａｋｉｂａ、Ｋ．Ｐ．Ｃｈａｎ、Ｎ．Ｔａｎｎｏ、Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ、Ｖｏｌ．３９、Ｌ１１９４（２０００）参照）。
【００８６】
【数４】
2006112887.tif 000006
【００８７】
ここで、＜・＞は、ＣＣＤ２１の蓄積効果による時間平均を表す。また、Ｋ１は、偏光ビームスプリッタ１２の反射率とＣＣＤ２１の光電変換率を含めた光検出効率を表し、ｍ（ｔ）は、広帯域光源２の出力を強度変調する関数（矩形のパルスを表す関数）を表し、Ψは測定における初期位相値を表す。
【００８８】
式（８）から分かるように、ＣＣＤ２１から出力される検出信号には、信号光ＳのＳ偏光成分と参照光Ｒの強度に関する項（第１項及び第２項：背景光成分）の他に、干渉光ＬのＳ偏光成分Ｌ１の振幅√（ＩｓｓＩｒｓ）及び測定における初期位相Ψに関する項（第３項）が含まれている。
【００８９】
同様に、ＣＣＤ２２は、図２（Ｅ）に示す時間波形のＰ偏光成分Ｌ２を検出し、次式のような検出信号を出力する。
【００９０】
【数５】
2006112887.tif 000007
【００９１】
ここで、Ｋ２は偏光ビームスプリッタ１２の透過率とＣＣＤ２２の光電変換率を含めた光検出効率である。
【００９２】
次に、ＣＣＤ２１、２２からそれぞれ出力される検出信号（８）、（９）に基づく、干渉光Ｌの信号強度の算出処理について説明する。
【００９３】
式（８）及び式（９）の右辺の第１項と第２項は背景光の強度を表している。この背景光の強度については、事前に若しくは別途に測定するようにしてもよい。例えば、広帯域光源２により連続光からなる光ビームを出力し、この光ビームのＣＣＤ２１等による検出結果を例えば１波長分（あるいはその整数倍）に亘って積分することにより、式（８）、（９）の第３項（交流成分；位相直交成分）がキャンセルされて、背景光の強度（背景光成分）が取得される。また、干渉光Ｌの一部をビームスプリッタで分岐させてＣＣＤで同様に検出することにより背景光強度を求めるようにしてもよい。
【００９４】
このようにして取得された干渉光Ｌの背景光成分の強度を、式（８）、（９）に示したＳ偏光成分Ｌ１及びＰ偏光成分Ｌ２の検出信号の強度からそれぞれ除算することにより、各検出信号の位相直交成分（交流成分）、すなわち干渉光ＬのＳ偏光成分Ｌ１及びＰ偏光成分Ｌ２の位相直交成分Ｓ１′、Ｓ２′が算出される（次式を参照）。
【００９５】
【数６】
2006112887.tif 000008
【００９６】
ところで、被測定物体Ｏは、眼の網膜神経繊維層等のように複屈折性を有しているので、信号光Ｓの２つの直交偏光成分に対して次式のような形式の遅相子（位相を遅延させる作用子）として作用すると考えられる。
【００９７】
【数７】
2006112887.tif 000009
【００９８】
ここで、αは被測定物体Ｏに対する信号光Ｓの入射光及び反射光における位相の遅進の平均値を表し、βは被測定物体Ｏの複屈折層における進相軸（光の伝搬速度が速い軸）の傾き角度の平均を表している。
【００９９】
したがって、式（１０）、（１１）に示した干渉光ＬのＳ偏光成分Ｌ１及びＰ偏光成分Ｌ２の位相直交成分Ｓ１′、Ｓ２′は、それぞれ次式のように書き換えられる。
【０１００】
【数８】
2006112887.tif 000010
【０１０１】
更に、参照光Ｒは、波長板７により円偏光に変換されているので、そのＳ偏光成分Ｅｒｓの強度ＩｒｓとＰ偏光成分Ｅｒｐの強度Ｉｒｐとはほぼ等しいと考えられる（Ｉｒｓ≒Ｉｒｐ＝Ｉｒと表す）。また、信号光Ｓについても、被測定物体Ｏからの反射光は入射光の偏光特性に顕著には依存しないと考えられることから、そのＳ偏光成分Ｅｓｓの強度ＩｓｓとＰ偏光成分Ｅｓｐの強度Ｉｓｐとについてもほぼ等しいと考えられる（Ｉｓｓ≒Ｉｓｐ＝Ｉｓと表す）。また、信号光Ｓは被測定物体Ｏによって散乱、吸収されることから、干渉光Ｌに含まれる信号光Ｓの強度は、干渉光Ｌ中の参照光Ｒよりも一般的に十分小さい（Ｉｓ＜＜Ｉｒ）と考えることができる。したがって、式（１３）、（１４）より、次の関係が得られる。
【０１０２】
【数９】
2006112887.tif 000011
【０１０３】
この式（１５）は、被測定物体Ｏの複屈折性に関連するパラメータα（位相遅進の平均値）を表している。
【０１０４】
被測定物体Ｏの或る深さ（ｚ０＝一定）の断面画像つまりｘｙ平面画像を形成する場合、平面ｚ＝ｚ０上の座標（ｘ、ｙ、ｚ０）におけるαの値α（ｘ、ｙ、ｚ０）を比較して、その分布状態を表示のコントラストや表示色等によって表現することにより、深さｚ０における被測定物体Ｏの複屈折の分布状態を有効に画像化することができる。
【０１０５】
また、被測定物体Ｏの深さ方向の断面画像を形成する場合についても同様である。例えば、ｘ０＝一定の断面画像つまりｙｚ平面画像を形成する場合、平面ｘ＝ｘ０上の座標（ｘ０、ｙ、ｚ）におけるαの値α（ｘ０、ｙ、ｚ）を比較して、その分布状態を表示のコントラストや表示色等によって表現することにより、深さ方向の断面ｘ＝ｘ０における被測定物体Ｏの複屈折の分布を有効に画像化することができる。ｙ０＝一定の断面画像についても同様である。
【０１０６】
また、光画像計測装置１は、このような２次元断面画像だけでなく、１次元や３次元の複屈折の分布状態を表現した画像を形成することもできる。例えば、被測定物体Ｏ内の任意の座標（ｘ、ｙ、ｚ）におけるαの値α（ｘ、ｙ、ｚ）を取得しておき、このα（ｘ、ｙ、ｚ）を任意の座標（ｘ、ｙ、ｚ）について組み合わせて画像化すればよい。また、被測定物体Ｏの任意の断面（斜め方向の断面を含む）における２次元画像を形成することもできる。
【０１０７】
一方、式（１３）、（１４）を用いると、干渉光ＬのＳ偏光成分Ｌ１及びＰ偏光成分Ｌ２の振幅、すなわち、干渉光Ｌの強度分布は、次式のように表される。
【０１０８】
【数１０】
2006112887.tif 000012
【０１０９】
［効果］
以上のような光画像計測装置１によれば、被測定物体Ｏの複屈折を反映した画像を広範囲に亘って取得する場合であっても、被測定物体Ｏの或る深さ領域における２次元画像（ｘｙ面上の画像）を一度に取得することができるので、従来のように信号光Ｓをｘｙ方向に走査させる必要がない。したがって、被測定物体Ｏの複屈折を反映した画像の計測を短時間でかつ有効に行うことができる。また、被測定物体Ｏの複屈折の３次元的な分布状態を表す画像を取得する場合についても、参照鏡９をｚ−スキャンさせて被測定物体Ｏの深さ方向（ｚ方向）の走査を行うだけでよいので、同様に、短時間でかつ有効に計測を行うことができる。また、複屈折の１次元的な分布状態を所望する場合であっても、２次元的に取得された分布の一部を用いて効率的かつ有効な画像化処理を行うことができる。
【０１１０】
［変形例］
上記の実施形態では、広帯域光源２からの光ビームをまず直線偏光とし、それから信号光Ｓと参照光Ｒとに分割するようになっているが、光ビームの分割後に信号光Ｓと参照光Ｒとをそれぞれ直線偏光に変換するようにしてもよい。ただし、その場合には、信号光Ｓと参照光Ｒの双方の光路上に偏光板を設ける必要があり、上記構成よりも若干複雑な構成となるため、実用上は上記実施形態の構成の方が好適と思われる。
【０１１１】
また、上記実施形態では、参照光Ｒの周波数のシフト量をモニタする光源３１、ビームスプリッタ３２、反射鏡３３及びフォトディテクタ３４が設けられ、そのモニタ結果を光ビームの強度変調にフィードバックするようになっているが、例えば参照光Ｒに付与する周波数シフト量が設定されているときなどには、それと同期した周波数のパルス信号を自発的に生成する光源駆動器を設けて光ビームの強度変調を制御するようにしてもよい。
【０１１２】
また、上記実施形態においては、参照鏡９をｚ−スキャンさせながら被測定物体Ｏの様々な深さの断層像を取得する計測態様について説明したが、参照鏡９の位置を固定して計測を行うことにより、被測定物体Ｏの或る深さにおける静止画像や動画像を精度良く求めることができる。
【０１１３】
また、光画像計測装置１の検出手段は、前述のＣＣＤに限定されるものではなく、干渉光を検出して光電変換する機能と、検出した電荷を蓄積する機能との双方を備えているものであればよい。
【０１１４】
また、マイケルソン型の干渉計を備えた光画像計測装置１について説明したが、例えばマッハツェンダー型やフィゾー型など任意の干渉計を採用することも当然に可能である（例えば、本発明者らによる特許第３２４５１３５号を参照）。
【０１１５】
また、干渉計の一部に光ファイバ（バンドル）を設けて導光部材として用いることにより、装置設計上の自由度を高めたり、装置のコンパクト化を図ったり、あるいは、被測定物体の配置の自由度を高めたりすることができる（例えば、上記の特許第３２４５１３５号を参照）。
【０１１６】
また、広帯域光源２をパルス駆動する構成に代えて、連続的な光ビーム（連続光）を干渉光Ｌのビート周波数に同期した周波数で周期的に遮断することにより、光ビームの強度を周期的に変調させることもできる。
【０１１７】
図３は、そのような光画像計測装置の一構成例を表す。同図に示す光画像計測装置１′は、連続的な光ビームを出力する広帯域光源２と偏光板３との間に液晶シャッタ３６が設けられている。この液晶シャッタ３６は、本発明の「シャッタ手段」を構成するもので、パルス駆動器３５により上記実施形態と同様にして生成されるパルス信号を受けて光ビームを周期的に遮蔽する。
【０１１８】
パルス駆動器３５は、フォトディテクタ３４から出力された電気信号（干渉光Ｌのビート周波数と略等しい周波数を有する）を受けて、この電気信号の周波数に同期した周波数、例えばその２倍の周波数のパルス信号を生成して液晶シャッタ３６へ出力する。
【０１１９】
液晶シャッタ３６は、パルス駆動器３６から出力されたパルス信号を受けて、各パルス毎にシャッタの開／閉を行う。例えば、最初のパルスに対応して光ビームを透過させ、次のパルスに対応して光ビームを遮断し、その次のパルスに対応して光ビームを透過させ、更に次のパルスに対応して光ビームを遮断し、・・・・・と、シャッタの開閉動作を周期的に繰り返す。したがって、広帯域光源２から出力される連続的な光ビームは、干渉光Ｌのビート周波数と略等しい周波数で偏光板３に入射することとなる。それにより、上記実施形態と同様にして、被測定物体Ｏの画像を取得することが可能となる。
【０１２０】
本変形例において、パルス駆動器３５は、本発明の「シャッタ駆動手段」を構成している。また、広帯域光源２は、本発明の「光源」を構成している。更に、広帯域光源２、レーザ光源３１、ビームスプリッタ３２、反射鏡３３、フォトディテクタ３４、パルス駆動器３５及び液晶シャッタ３６は、本発明の「光ビーム出力手段」を構成している。
【０１２１】
〈第２の実施形態〉
続いて、本発明に係る光画像計測装置の第２の実施形態について説明する。本実施形態は、第１の実施形態のように強度変調された光ビームを用いる代わりに、連続的に出力される光ビームを基に生成される干渉光をシャッタを用いてサンプリングするように構成されている。
【０１２２】
まず、本実施形態の光画像計測装置の構成について説明する。図４は、本実施形態の光画像計測装置の（主に）光学系の一構成例を表している。同図において第１の実施形態と同様の構成部分には同一の符号を付されている。以下、第１の実施形態と同じ構成部分の詳細については説明を省略する。
【０１２３】
図４に示す光画像計測装置１００は、第１の実施形態と同様に、広帯域光源２、偏光板３、レンズ４、５、ハーフミラー６、波長板（１／８波長板）７、参照鏡９、ピエゾ素子９Ａ、波長板（１／４波長板）１０、結像用レンズ群１１、偏光ビームスプリッタ１２、信号処理部２０、ＣＣＤ２１、２２、レーザ光源３１、ビームスプリッタ３２、反射鏡３３、フォトディテクタ（ＰＤ）３４を有している。広帯域光源２は、低コヒーレント光を連続的に出力可能なＳＬＤや発光ダイオード（ＬＥＤ）等により構成される。
【０１２４】
なお、第１の実施形態と同様に、参照鏡９の直前など参照光Ｒの光路上に、電気光学変調器や音響光学変調器等からなる周波数シフタを設けてもよい。
【０１２５】
本実施形態の光画像計測装置１００には、各ＣＣＤ２１、２２の直前に、Ｓ偏光成分Ｌ１及びＰ偏光成分Ｌ２をそれぞれ周期的に遮断する液晶シャッタ等の高速シャッタ等により構成されたシャッタ４１、４２（強度変調手段）とが設けられている。液晶シャッタは、光を透過／遮断する液晶パネルと、後述のパルス信号に応じてこの液晶パネルを駆動することで光の透過／遮断を切り換える駆動回路とを含んで構成される。
【０１２６】
なお、シャッタ４１、４２は、ＣＣＤ２１、２２の直前に配置されている必要はなく、偏光ビームスプリッタ１２による干渉光ＬのＳ偏光成分Ｌ１及びＰ偏光成分Ｌ２の分岐点からＣＣＤ２１、２２とを結ぶ各光路上の任意の位置に配置できる。すなわち、シャッタ４１、４２は、干渉光ＬのＳ偏光成分Ｌ１、Ｐ偏光成分Ｌ２の遮断と通過とを切り換えて、ＣＣＤ２１、２２による受光光量を０と１００とに切り換え可能とする位置に配置されていれば十分である。
【０１２７】
また、本発明の強度変調手段による干渉光Ｌの偏光成分の強度変調は、シャッタ４１、４２のように光の透過と遮断とを切り換えるものに限定されるものではなく、光の透過率を切り換えるものであってもよい。例えば、液晶シャッタの液晶パネルの表示状態を、透過率１００％の状態と５０％の状態とに切り換えるような構成を適用できる。
【０１２８】
更に、光画像計測装置１００には、シャッタ駆動用のパルス信号を発生させて各シャッタ４１、４２に向けて出力するパルス信号発生器５０（パルス信号発生手段）が設けられている。各シャッタ４１、４２は、位相シフタ５１、５２からのパルス信号をタイミング信号として、干渉光ＬのＳ偏光成分Ｌ１及びＰ偏光成分Ｌ２の遮断／通過をそれぞれ独立に切り換えるようになっている。
【０１２９】
パルス信号発生器５０は、フォトディテクタ３４から出力された電気信号（干渉光Ｌのビート周波数と略等しい周波数を有する）を受けて、この電気信号の周波数に同期した周波数（例えば当該電気信号と等しい周波数）のパルス信号を生成してシャッタ４１、４２にそれぞれ出力する。それにより、各シャッタ４１、４２は、干渉光Ｌのビート周波数に同期した周波数（例えば等しい周波数）でＳ偏光成分Ｌ１及びＰ偏光成分Ｌ２を同時に遮断するように動作する。したがって、干渉光ＬのＳ偏光成分Ｌ１、Ｐ偏光成分Ｌ２は、干渉光Ｌのビート周波数と同期した周波数でＣＣＤ２１、２２により同時に検出されることとなる。ＣＣＤ２１、２２は、第１の実施形態と同様の検出信号を信号処理部２０に出力する。信号処理部２０は、ＣＣＤ２１、２２から入力された検出信号に基づき、第１の実施形態にて詳述した処理と同様の処理を行って被測定物体Ｏの複屈折を反映した画像を形成して図示しないモニタ装置に表示させる。
【０１３０】
以上のような本実施形態の光画像計測装置１００によれば、第１の実施形態と同様に、被測定物体Ｏの複屈折を反映した画像を広範囲に亘って取得する場合であっても、被測定物体Ｏの或る深さ領域における２次元画像（ｘｙ面上の画像）を一度に取得することができるので、従来のように信号光Ｓをｘｙ方向に走査させる必要がない。したがって、被測定物体Ｏの複屈折を反映した画像の計測を短時間でかつ有効に行うことができる。３次元画像や１次元画像を形成する場合においても第１の実施形態と同様に効率的かつ有効な画像化処理を実行できる。
【０１３１】
［変形例］
上述の光画像計測装置１００では、シャッタ４１、４２は、フォトディテクタ３４からの電気信号に基づいてパルス信号発生器５０から出力されるパルス信号を受けて、干渉光Ｌのビート周波数に同期した周波数でＳ偏光成分Ｌ１及びＰ偏光成分Ｌ２をそれぞれ「同時に」遮断するように制御される。以下に説明する変形例は、シャッタ４１、４２の「開閉タイミングを変えて」Ｓ偏光成分Ｌ１及びＰ偏光成分をサンプリングするように構成されている。
【０１３２】
図５は、本変形例に係る光画像計測装置の一構成例を表している。同図に示す光画像計測装置１００′は、上述の実施形態の光画像計測装置１００とほぼ同様の構成とされている。
【０１３３】
本変形例の光画像計測装置１００′は、シャッタ４１、４２の動作を制御する構成として、フォトディテクタ３４から出力される電気信号に基づいてシャッタ駆動用のパルス信号を発生させるパルス信号発生器５０と、このパルス信号発生器５０が発生したパルス信号の位相をシフトさせて各シャッタ４１、４２に個別に出力する位相シフタ５１、５２（位相差付与手段）とを備えている。シャッタ４１、４２は、位相シフタ５１、５２からのパルス信号をタイミング信号として、干渉光ＬのＳ偏光成分Ｌ１及びＰ偏光成分Ｌ２の遮断／通過をそれぞれ独立に切り換えるようになっている。
【０１３４】
パルス信号発生器５０は、フォトディテクタ３４から出力された電気信号に同期した周波数（例えば当該電気信号と等しい周波数）のパルス信号を生成して各位相シフタ５１、５２に出力する。位相シフタ５１、５２は、このパルス信号の位相を所定の位相差だけ相対的にシフトさせ、それぞれシャッタ４１、４２に出力する。
【０１３５】
ここで、位相シフタ５１、５２により２つのパルス信号に付与される位相差は、１８０°（π）以外の任意の位相差、例えば９０°（π／２）とされる。すなわち、当該位相差を１８０°とすると、参照光Ｒの光路上の波長板７に基づいてＳ偏光成分Ｌ１とＰ偏光成分Ｌ２とに付与される位相差と同じになってしまうからである。
【０１３６】
なお、シャッタ４１、４２の双方について位相シフタを設ける必要はなく、その一方に対してのみ位相シフタを設けてもよい。例えば、シャッタ４１に対しては位相シフタを配置せず、シャッタ４２に対してのみ位相シフタを配置した構成や、その逆の構成を採用することができる。
【０１３７】
シャッタ４１、４２は、位相が相対的にシフトされたパルス信号により駆動されて、このパルス信号と等しい周波数で開閉動作を繰り返す。このとき、シャッタ４１、４２は、位相シフタ５１、５２により付与されたパルス信号の位相差に応じた時間差で開閉する。それにより、ＣＣＤ２１、２２は、干渉光Ｌのビート周波数と同期した周波数でかつ所定の時間差を介してＳ偏光成分Ｌ１、Ｐ偏光成分Ｌ２をそれぞれ受光することとなる。ＣＣＤ２１、２２は、第１の実施形態と同様の検出信号を信号処理部２０に出力する。信号処理部２０は、ＣＣＤ２１、２２から入力される検出信号に基づき、第１の実施形態と同様の処理により被測定物体Ｏの画像を形成する。
【０１３８】
以上のような本変形例の光画像計測装置１００′によっても、第２の実施形態と同様に、従来のように信号光Ｓを走査させることなく、被測定物体Ｏの複屈折を反映した画像を広範囲に亘って取得することができるので、有効な画像計測を効率的に行うことができる。
【０１３９】
〈第３の実施形態〉
本発明に係る光画像計測装置の第３の実施形態について説明する。本実施形態は、第２の実施形態と同様に連続的な光ビームを基に生成される干渉光をシャッタを用いてサンプリングするものである。本実施形態の光画像計測装置は、検出される干渉光のＳ偏光成分とＰ偏光成分とに位相差を付与するために、参照光路上に波長板（符号７）を設ける代わりに、各偏光成分の光路上にシャッタを当該波長板による位相差に相当する時間差で開閉させる構成を備えている。
【０１４０】
図６に示す光画像計測装置２００は、第２の実施形態と同様に、広帯域光源２、偏光板３、レンズ４、５、ハーフミラー６、参照鏡９、ピエゾ素子９Ａ、波長板（１／４波長板）１０、結像用レンズ群１１、偏光ビームスプリッタ１２、信号処理部２０、ＣＣＤ２１、２２、レーザ光源３１、ビームスプリッタ３２、反射鏡３３、フォトディテクタ（ＰＤ）３４、シャッタ４１、４２（強度変調手段）、パルス信号発生器５０（パルス信号発生手段）、位相シフタ５１、５２（位相差付与手段）を有している。広帯域光源２は、連続的な低コヒーレント光を出力する。なお、電気光学変調器や音響光学変調器等からなる周波数シフタを参照光Ｒの光路上に設けてもよい。
【０１４１】
パルス信号発生器５０は、フォトディテクタ３４から出力された電気信号に同期した周波数（例えば当該電気信号と等しい周波数）のパルス信号を生成して各位相シフタ５１、５２に出力する。位相シフタ５１、５２は、このパルス信号の位相を所定の位相差だけ相対的にシフトさせ、それぞれシャッタ４１、４２に出力する。
【０１４２】
ここで、位相シフタ５１、５２により２つのパルス信号に付与される位相差は、第１、２の実施形態において参照光Ｒの光路上に配置された波長板７により干渉光ＬのＳ偏光成分Ｌ１とＰ偏光成分Ｌ２との間に付与される位相差、すなわち１８０°（π）とされる。そのために、例えば、位相シフタ５１はパルス信号発生器５０からのパルス信号の位相を９０°遅らせ、位相シフタ５２は同じパルス信号の位相を９０°進める。なお、例えば、位相シフタ５１によってパルス信号の位相を１８０°進める場合など、単一の位相シフタにより目的の位相差を付与する場合には、シャッタ４１、４２の双方について位相シフタを設ける必要はなく、一方のシャッタについてのみ位相シフタを設ければ十分である。
【０１４３】
シャッタ４１、４２は、それぞれ位相シフタ５１、５２からのパルス信号により駆動され、当該パルス信号と等しい周波数で開閉動作を繰り返す。このとき、シャッタ４１、４２は、位相シフタ５１、５２により付与されたパルス信号の位相差（干渉光Ｌのビートにおける位相差１８０°）に応じた時間差で開閉する。それにより、干渉光Ｌのビート周波数と同期した周波数で、かつ、波長板７による位相差に相当する時間差を介して、Ｓ偏光成分Ｌ１、Ｐ偏光成分Ｌ２がそれぞれＣＣＤ２１、２２により受光される。ＣＣＤ２１、２２は、第１、２の実施形態と同様の検出信号を信号処理部２０に出力する。信号処理部２０は、ＣＣＤ２１、２２から入力される検出信号に基づき、第１の実施形態と同様の処理により被測定物体Ｏの画像を形成する。
【０１４４】
以上のような本実施形態の光画像計測装置２００によっても、第１、２の実施形態と同様に、信号光Ｓを走査させることなく、被測定物体Ｏの複屈折を反映した画像を広範囲に亘って取得することができ、有効な画像計測を効率的に行うことができる。
【０１４５】
〈その他変形例〉
以上に詳述した各実施形態は、本発明の光画像計測装置を実施するための一構成例に過ぎないものである。したがって、本発明の要旨の範囲内における変形を任意に施すことが可能である。
【０１４６】
例えば、第１の実施形態における光ビームの強度を変調する手法は、上述した光源をパルス駆動する手法や光ビームをシャッタにて周期的に遮蔽する手法に限定されるものではなく、任意の手法を適用することが可能である。例えば、光ビームの光路上に減光フィルタを周期的に挿脱することにより光ビームの強度を変調することができる。
【０１４７】
また、参照物体（参照鏡）を移動させる手段としてピエゾ素子以外の任意の構成を適用することができる。
【０１４８】
第１の実施形態において、光ビームの強度変調の周波数は干渉光のビート周波数に同期されていれば十分であり、当該同期を実現するために任意の構成を採用することが可能である。同様に、第２、３の実施形態において、強度変調手段（シャッタ）による干渉光の強度変調の周波数は干渉光のビート周波数に同期されていれば十分であり、当該同期を実現するために任意の構成を採用することが可能である。例えば、干渉光のビート周波数（信号光と参照光との相対的周波数差）が常に一定な光画像計測装置を構成する場合には、光ビームや干渉光の強度変調周波数を一定の値に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４９】
【図１】本発明に係る光画像計測装置の第１の実施形態の構成の一例を示す概略図である。
【図２】本発明に係る光画像計測装置の第１の実施形態における干渉光の検出態様を説明するためのグラフ図である。図２（Ａ）は、周波数が強度変調されて広帯域光源から出力される光ビームの時間波形を表す。図２（Ｂ）は、広帯域光源から出力される光ビームが連続光であるときの干渉光のＳ偏光成分の時間波形を表す。図２（Ｃ）は、広帯域光源から出力される光ビームが連続光であるときの干渉光のＰ偏光成分の時間波形を表す。図２（Ｄ）は、広帯域光源から出力される光ビームが強度変調される場合における干渉光のＳ偏光成分の時間波形を表す図２（Ｅ）は、広帯域光源から出力される光ビームが強度変調される場合における干渉光のＰ偏光成分の時間波形を表す。
【図３】本発明に係る光画像計測装置の第１の実施形態の変形例の構成の一例を示す概略図である。
【図４】本発明に係る光画像計測装置の第２の実施形態の構成の一例を示す概略図である。
【図５】本発明に係る光画像計測装置の第２の実施形態の変形例の構成の一例を示す概略図である。
【図６】本発明に係る光画像計測装置の第３の実施形態の構成の一例を示す概略図である。
【図７】従来の光画像計測装置の構成を示す概略図である。
【図８】従来の光画像計測装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【０１５０】
１、１′、１００、１００′、２００  光画像計測装置
２  広帯域光源
３  偏光板
４、５  レンズ
６  ハーフミラー
７  波長板（１／８波長板）
８  周波数シフタ
９  参照鏡
９Ａ  ピエゾ素子
１０  波長板（１／４波長板）
１１  結像用レンズ群
１２  偏光ビームスプリッタ
２０  信号処理部
２１、２２  ＣＣＤ
３１  レーザ光源
３２  ビームスプリッタ
３３  反射鏡
３４  フォトディテクタ
３５  パルス駆動器
３６  液晶シャッタ
４１、４２  シャッタ
５０  パルス信号発生器
５１、５２  位相シフタ
Ｓ  信号光
Ｒ  参照光
Ｌ  干渉光
Ｌ１  干渉光のＳ偏光成分
Ｌ２  干渉光のＰ偏光成分
Ｏ  被測定物体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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