(57)【要約】対象物（１０）の深さを決定するために干渉計による方法が提案されている。この方法には、検出装置（２）、計算装置（３）、並びに、少なくとも１つの第１コヒーレント光源（４１）及び第２コヒーレント光源（４２）を含む投影装置（４）の準備が含まれる。本発明はさらに、この方法を実施するための装置（１）に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の深さを決定するための方法であって、
検出装置（２）と、計算装置（３）と、少なくとも１つの第１のコヒーレント
光源（４１）を含む投影装置（４）とを準備するステップと、
前記投影装置（４）及び前記第１コヒーレント光源（４１）を用いて測定ビーム（１０１）及び参照ビーム（１０２）を発生するステップと、
記測定ビーム（１０１）から得られた光パターン（１０４）を前記投影装置（４）を用いて対象物（１０）の表面に投影するステップと、
前記表面で反射された測定ビーム（１０５）を前記参照ビーム（１０２）と重畳（１１１）するステップと、
前記重畳（１１１）により得られた第１画像（６１０）を、前記検出装置（２）を用いて撮影するステップと、
前記検出装置（２）を用いて第２画像（６２０）を撮影するステップと、
前記計算装置（３）による前記第１画像（６１０）及び第２画像（６２０）の評価によって、対象物の深さを決定するステップと、を含み、
前記第２画像（６２０）を撮影するために、
前記測定ビーム（１０１）及び参照ビーム（１０２）を発生するために、前記第１コヒーレント光源（４１）の代わりに、前記第１コヒーレント光源に対して非コヒーレントな第２コヒーレント光源（４２）が使用されるか、又は、
前記第１コヒーレント光源（４１）からの測定ビーム（１０１）と参照ビーム（１０２）との位相差が、移相器（８）により変更される、
方法。
【請求項２】
前記第１画像（６１０）及び第２画像（６２０）の評価のために、前記第１画像（６１０）と第２画像（６２０）との差分計算（６４２）が行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
光パターン（１０４）として、ランダムな、又は、コード化された光ドットパターンが使用される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
光パターン（１０４）として、カラーコーディングされた光パターンが使用される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
前記第１画像（６１０）及び第２画像（６２０）が時間間隔を置いて交互に撮影される、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記第１画像（６１０）又は第２画像（６２０）の前記撮影が、制御装置（１２）により第１又は第２コヒーレント光源（４１、４２）の使用と同期される、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記第１画像（６１０）又は第２画像（６２０）の前記撮影が、制御装置（１２）により位相差の変化と同期される、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記第１コヒーレント光源（４１）として第１レーザー、及び、前記第２コヒーレント光源（４２）として第２レーザーの少なくとも一方が使用される、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
移相器として、ピエゾ変換器又はポッケルセルが使用される、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の方法を実施するための装置（１）であって、
検出装置（２）と、計算装置（３）と、少なくとも１つの第１のコヒーレント光源（４１）を含む投影装置（４）とを含み、
前記投影装置（４）が第１ビームスプリッター（４４）を含み、前記第１ビームスプリッターが前記第１コヒーレント光源（４１）を用いて測定ビーム（１０１）及び参照ビーム（１０２）を発生するために構成され、
前記投影装置（４）がさらに、前記測定ビーム（１０１）を用いて発生された光パターン（１０４）を対象物（１０）の表面に投影するために構成され、
前記対象物（１０）の表面で反射された測定ビーム（１０５）と前記参照ビーム（１０２）との重畳（１１１）を可能にする第２ビームスプリッター（２４）が設けられ、
前記検出装置（２）が、前記重畳（１１１）により得られた第１画像（６１０）及び第２画像（６２０）を撮影するために構成され、
前記計算装置（３）が、対象物（１０）の深さを決定するために、前記第１画像（６１０）及び第２画像（６２０）を評価すべく構成されており、
さらに、前記第１コヒーレント光源（４１）に対して非コヒーレントな第２コヒーレント光源（４２）、又は、移相器（８）を含み、
前記第２コヒーレント光源（４２）が前記第２画像（６２０）を撮影するために設けられているか、又は、
前記移相器（８）が前記第１コヒーレント光源（４１）からの測定ビーム（１０１）と参照ビーム（１０２）との位相差を変更するために構成されている、
装置。
【請求項１１】
前記第１コヒーレント光源（４１）及び前記第２コヒーレント光源（４２）の少なくとも一方がレーザーで構成されていることを特徴とする、請求項１０に記載の装置（１）。
【請求項１２】
前記移相器（８）がピエゾ変換器又はポッケルセルで構成されていることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の装置（１）。
【請求項１３】
前記第１ビームスプリッター（４４）及び第２ビームスプリッター（２４）の少なくとも一方が、スプリッターミラーで構成されていることを特徴とする、請求項１０から１２のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は対象物の光学的な深さ決定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物の深さを決定するために、すなわち、対象物の少なくとも１部分をトポグラフィー検査するために、光パターンを対象物の表面に投影することができる。投影されたパターンの、対象物の表面で反射され撮影されたパターンに基づいて、三角測量、すなわち、対象物の深さ決定、を行うことができる。
【０００３】
これまで従来技術で満足には解決されていない問題は、投影されたパターンの、対象物の表面で反射され撮影されたパターンが、対象物が在る場所で支配的な周辺光によりコントラスト及び鮮明さを失うことにある。これにより、対象物の深さ決定は困難に、又は、まったく不可能になる。
【０００４】
上述した問題を改善すべく、狭帯域の光フィルタを用いて周辺光を少なくとも部分的に抑制する試みがなされてきた。しかし、これには、投影用の光のほゞ全出力が狭い周波数領域に集中されているという欠点がある。したがって、場合によっては、使用者のためにこれに対する安全対策を講じる必要がある。
【０００５】
部分的に透明な対象物の深さ決定、例えば生体組織の深さ決定、に際してもう一つの欠点がある。生体組織では一般的に体積散乱が生じ、これが不都合なバックグラウンドを形成する。これによって、光パターンの不明確化が生じることがあるので、投影された光パターンの固有の特徴が失われ、その結果、投影されたパターンと比較してそれらの固有の特徴の元の位置を識別するのが難しくなる。特に、侵襲性の最も少ない外科、例えば、腹腔鏡外科では、体積分散の問題は重要であり、無視できない。
【０００６】
この問題を解決するために従来技術では、深さ決定のために用意された光の波長を、波長に依存する体積散乱ができるだけ少なくなるように、対象物に合わせて同調させる。例えば青色光は肝臓の深さ決定に対して特に有利である。しかし、このことから、深さ決定のために用意される光を対象物に合わせなければならず、したがって、もはや波長を自由に選ぶことができない、という欠点が生じる。さらに、カラーコーディングによる深さ決定に際して、使用される波長の数が多いので、体積散乱の問題が依然として残っている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、対象物の深さ決定方法を改善し、特に、対象物の深さ決定に及ぼす周辺光の影響を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は独立請求項１の特徴を備えた方法により、並びに、独立請求項１０の特徴を備えた装置により、解決される。本発明の好適な形態及びその展開形態は従属請求項に挙げられている。
【０００９】
本発明による、対象物の深さを決定するための方法は、
検出装置、計算装置、及び、少なくとも１つの第１のコヒーレント光源を含む投影装置を準備するステップと、
前記投影装置及び前記第１コヒーレント光源を用いて測定ビーム及び参照ビームを発生するステップと、
前記測定ビームから得られた光パターンを前記投影装置を用いて対象物の表面に投影するステップと、
前記表面で反射された測定ビームを参照ビームと重畳するステップと、
前記重畳により得られた第１画像を、前記検出装置を用いて撮影するステップと、
前記検出装置を用いて第２画像を撮影するステップと、
前記計算装置による前記第１画像及び第２画像の評価によって、対象物の深さを決定するステップとを、を含み、
この場合、前記第２画像を撮影するために、
前記測定ビーム及び参照ビームを発生するために、前記第１コヒーレント光源の代わりに、この第１コヒーレント光源に対して非コヒーレントな第２のコヒーレント光源が使用されるか、又は、
前記第１コヒーレント光源からの測定ビームと参照ビームとの位相差が、移相器により変更される。
【００１０】
ここで、光ビーム、特に、測定ビーム及び参照ビームは、実際に空間的に拡散された光束の、当業者に公知の記述されたモデル表現とみなされる。
【００１１】
コヒーレント光源はここでは、或るコヒーレンス長を有するコヒーレント光を発生する、干渉性を有する光源とみなされる。特に、第１及び第２のコヒーレント光源は、対象物で反射された測定ビームと参照ビームとの重畳、すなわち、干渉、が可能となるようなコヒーレンス長を有するコヒーレント光を発生する。
【００１２】
本発明の方法によれば、第１及び第２画像の撮影の前に、対象物の表面で反射された測定ビームの参照ビームとの重畳が行われる。これにより好適に、各撮影のために、反射された測定ビームと参照ビームとの回折による重畳により形成される干渉パターンが発生される。第１又は第２のコヒーレント光源からのコヒーレント光により好適に、この重畳が可能となる、すなわち、対象物の表面で反射された測定ビームと参照ビームとの干渉が可能となる。
【００１３】
本発明によれば、第２画像の撮影は第２コヒーレント光源を用いて、又は、第１コヒーレント光源を用いて行われるが、この場合には、第１コヒーレント光源により発生された測定ビームと参照ビームとの位相差が移相器を用いて変更される。換言すれば、第１画像を撮影する前に、第２画像を撮影するために常に重畳の変化が行われ、この場合、これらの変化は移相器を用いて、又は、第１コヒーレント光源とは異なるコヒーレント光源（第２コヒーレント光源）を用いて行われる。
【００１４】
測定ビームは対象物の表面で反射されるので、この反射された測定ビームはコヒーレント成分並びに非コヒーレント成分を有する。この反射された測定ビームのコヒーレント成分だけが干渉に決定的に寄与する。こうして、第１画像から第２画像への変化は両画像の内部の主にそれぞれコヒーレントな重畳により形成された領域で生じる。これとは異なり、非コヒーレント成分、例えば撮影によって両画像上にも形成される非コヒーレントな周辺光、及び／又は、対象物の体積内部での測定ビームの散乱光（体積散乱）、は第１画像から第２画像へは平均では変化しない。この場合、対象物の内部での多数回の散乱により元の位相との固定した関係が最早なくなるので、測定ビームの体積散乱光は非コヒーレントである。
【００１５】
本発明によれば、これらのコヒーレント成分を非コヒーレント成分、例えば、周辺光及び／又は対象物の体積内部で散乱された光成分（体積散乱）から、計算装置を用いて行われる第１画像及び第２画像の評価により分離することが可能である。しかし、これらのコヒーレント成分は主に投影された光パターンにより決められているので、全体として光パターンのより良い識別、及び、その結果として、対象物の深さ決定の改善を行うことができる。
【００１６】
要約すれば、周辺光及び測定ビームの体積散乱光は参照ビームとは干渉しない。したがって、この光の非コヒーレント成分は第１画像及び第２画像の撮影時に平均ではほゞ一定のままである。これとは異なり、そのコヒーレント成分は重畳に基づいて第１画像と第２画像の間で変化するので、このコヒーレント成分は評価時のまさに上述した変化によって識別することができる。したがって、周辺光がある場合の深さ決定、及び／又は、半透明な対象物、特に生体組織での深さ決定が改善される。特に、侵襲性が最も少ない外科、例えば腹腔鏡手術においてこのことは特に有利である。
【００１７】
本方法を実施するための装置は本発明によれば、
検出装置と、計算装置と、少なくとも１つの第１のコヒーレント光源を含む投影装置とを含み、
前記投影装置が第１ビームスプリッターを含み、この第１ビームスプリッターは前記第１コヒーレント光源を用いて測定ビーム及び参照ビームを発生するために構成され、
前記投影装置がさらに、前記測定ビームを用いて発生された光パターンを対象物の表面に投影するために構成され、
対象物の表面で反射された測定ビームと参照ビームとの重畳を可能にする第２ビームスプリッターが設けられ、
前記検出装置が、前記重畳により得られた第１画像及び第２画像を撮影するために構成され、
前記計算装置が、対象物の深さを決定するために、前記第１画像及び第２画像を評価すべく構成されており、
さらに、前記第１コヒーレント光源に対して非コヒーレントな第２コヒーレント光源、又は、移相器を含み、
前記第２コヒーレント光源が前記第２画像を撮影するために設けられているか、又は、
前記移相器が前記第１コヒーレント光源からの測定ビームと参照ビームとの位相差を変化するために構成されている。
【００１８】
上述した方法と同様で等価値のメリットが本発明による装置によって得られる。
【００１９】
本発明の好適な１実施形態では、第１画像及び第２画像の評価時にこの第１画像と第２画像との差分計算が行われる。
【００２０】
例えば、両方の画像の差の値を形成することにより得られる差分画像の生成が、第１画像と第２画像の差分計算と名付けられる。ここで、これらの画像は例えば輝度画像として計算装置内に存在している。換言すれば、第１画像及び第２画像は複数の輝度値のマトリックスとして存在している。これらの輝度値は次に計算装置により互いに差分計算される。光の非コヒーレント成分に対応する輝度値は平均ではほゞ一定のままであるので、これらは差分計算の形成時に消滅するか、又は、少なくとも大幅に低減される。光のコヒーレント成分に対応する、したがって本質的に光パターンに対応する、輝度値はこれとは逆に差分画像に残り、それどころか、干渉により強められる。換言すれば、この差分計算により作られた差分画像は、周辺光及び投影された光の体積散乱光（非コヒーレント成分）が消去された、投影された光パターン画像を形成し、これにより対象物の深さ決定を改善することができる。
【００２１】
コヒーレント成分の変化はさらに対象物の動き及び／又は振動から得ることができる。この場合、対象物の動き及び／又は振動が第１又は第２の光源から発生された光の波長の範囲内であれば特に有利である。例えば、対象物のこの動き及び／又は振動は数マイクロメートルの範囲に存在する。このように有利な自然な動き及び／又は振動、並びに、これと結びついたコヒーレント成分の変化は、例えば、特に侵襲性が最小の外科手術での生体組織で得られる。好適に、対象物のこの動き及び／又は振動により、位相のシフト、したがって、測定ビームと参照ビームの重畳の変化が生じる。この重畳の変化に応じて第１画像から第２画像への変化が生じ、この変化が次に両方の画像の評価時に、例えば差分画像の形成によって、考慮される。換言すれば、対象物自身が前記移相器、又は、もう一つの移相器を形成する。
【００２２】
一般的に、対象物の評価及び深さ決定にとって重要な画像領域、特に差分画像の領域は、強め合う干渉又は弱め合う干渉によって、その輝度が強くなり又は弱くなる。したがって、差分画像の上述の重要な領域に対して測定ビームと参照ビームの最大の強め合う干渉又は弱め合う干渉が生じるように、測定ビームと参照ビームとの重畳を適合させることが目的にかなっている。これにより、第１画像と第２画像との間の変化の識別可能性、すなわち、光パターンの識別可能性が改善される。ＳＮ比の改善のために、さらに、多数の第１画像及び／又は第２画像の撮影、並びに、その評価を行うとよい。
【００２３】
本発明の他の好適な形態では、光パターンとしてランダムな、又は、コード化された、光ドットパターンが使用される。
【００２４】
好適に、光ドットパターンにより測定ビームと参照ビームとの好適な重畳が可能となる。その理由は、ドットパターンのドットの位置が対象物での反射時に光ドットパターンの内部で僅かしか変化しない、からである。これにより、僅かな光路長の差しか生じないので、第１画像及び第２画像の内部で複数のドットのほゞ強め合う重畳が生じる。その結果、対象物の深さ決定がさらに改善される。さらに、光ドットパターンのランダム性又はコード化により、反射されたドットパターン内部での個別のドットの位置を投影されたドットパターンに対して相対的に決定することが可能となり、その結果、対象物の深さ決定に際しての割り当ての問題を解決する、又は、少なくとも改善することが可能となる。
【００２５】
本発明の好適な形態では、光パターンとしてカラーコーディングされたパターンが使用される。
【００２６】
換言すれば、好適に、対象物のカラーコーディングされた三角測量が行われる。この場合、少なくとも赤、緑及び青の色を有するレーザープロジェクター（ＲＢＧレーザープロジェクター）を使用すると特に好適である。この場合、第１画像及び第２画像の撮影のために、３チップカメラを設けることができる。換言すれば、この検出装置は３チップカメラを含む。
【００２７】
第１画像及び第２画像を時間間隔を置いて交互に撮影すると特に好適である。
【００２８】
こうして、第１画像及び第２画像の撮影のこの時間間隔内での位相差を好適に適合することができる。このために、第１及び第２コヒーレント光源の切り替えを行うことができる。前述の時間間隔を対象物の動き及び／又は振動に適合させると特に好適である。換言すれば、第１画像及び第２画像の撮影は、対象物の位置の変化が、投影された光の半波長の整数倍又は波長の整数倍の範囲にあるような、時間間隔で交互に行われる。この結果、反射された測定ビームと参照ビームとの好適な重畳が行われ、この重畳は第１画像の撮影と第２画像の撮影との間で著しく変化する。
【００２９】
本発明の好適な形態では、第１画像又は第２画像の撮影は、制御装置を用いて、第１又は第２コヒーレント光源の使用と同期される。
【００３０】
換言すれば、第１及び／又は第２コヒーレント光源のスイッチング・オン又はスイッチング・オフが好適に第１画像又は第２画像の撮影と同期される。例えば、第１コヒーレント光源がスイッチング・オンされて、第１画像が撮影される。次に、制御装置により第１コヒーレント光源がスイッチング・オフされ第２コヒーレント光源がスイッチング・オンされて、検出装置により第２画像が撮影される。換言すれば、この制御装置により、第１及び／又は第２コヒーレント光源、並びに、検出装置の好適な制御が可能となる。
【００３１】
さらに、第１画像又は第２画像の撮影をこの制御装置によって、位相差の変化と好適に同期することができる。
【００３２】
その結果、第１画像又は第２画像の撮影は好適に位相差の変化に適合される。例えば、制御装置により移相器の制御が可能となるので、測定ビームと参照ビームとの位相差の所望された好適な変更が行われる。この場合、位相差の変化、並びに、これに対応した多数の画像の撮影はほゞ連続的に行われる（連続画像）。こうして、弱め合う干渉から強め合う干渉までの干渉の変化をほゞ連続的に検出することが可能となる。例えば、このために、位相差を基準周波数により周期的に変調することができ、その結果、多数の第１画像及び／又は第２画像の評価、特に一連の第１画像及び／又は第２画像（連続画像）の評価により、並びに、ロックイン法（Ｌｏｃｋ−Ｉｎ−Ｖｅｒｆａｈｒｅｎ）により、画像内部の特に弱い信号を識別することができる。その理由は、通過帯域が主に基準周波数領域にあるフィルタを用いて連続画像をフィルタリングすることができ、その結果、基準周波数とは異なる成分、例えばノイズ成分を抑制することができる、ことにある。
【００３３】
本発明の特に好適な形態では、第１コヒーレント光源として第１レーザー、及び、第２コヒーレント光源として第２レーザーが使用される。
【００３４】
レーザー、特に第１及び第２レーザーからの光が時間的な大きなコヒーレント性を有していると好適である。一般的に、レーザー光のコヒーレンス長は数メートルの範囲にある。さらに、レーザー光は非常に高い空間的なコヒーレンス性を有する。レーザー光の高い時間的かつ空間的なコヒーレント性により、レーザーは第１及び／又は第２コヒーレント光源として特に好適である。
【００３５】
本発明の他の好適な形態では、移相器として、ピエゾ変換器又はポッケルセルが使用される。
【００３６】
ピエゾ変換器又はポッケルセルにより、測定ビームと参照ビームとの位相差の適合及び変化が可能となる。この場合、好適に、参照ビームはピエゾ変換器又はポッケルセルを通過する。ポッケルセルのメリットは、第１コヒーレント光源からの光の位相を連続的に適合又は変調することができることにある。特に、さらに、偏光及び／又は輝度の適合又は変調が可能である。
【００３７】
本発明の好適な形態では、第１及び第２ビームスプリッターの少なくとも一方がスプリッターミラーで構成されている。
【００３８】
このスプリッターミラーにより好適に、第１又は第２コヒーレント光源からの光を測定ビームと参照ビームに分割することが簡単に、かつ、有利なコストで可能となる。第１又は第２コヒーレント光源からの光の一成分はこのスプリッターミラーにより反射される。もう一つの成分は透過する。例えば、反射された成分が測定ビームを、透過した成分が参照ビームを形成する。第１又は第２コヒーレント光源からの光を測定ビーム及び参照ビームに分割するための他の光学的ビームスプリッターを設けることができる。
【００３９】
本発明のさらなるメリット、特徴及び詳細事項が以下に記載された実施例並びに図面から判る。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明による方法を実施するための装置で、移相器を含んだもの。
【図２】本発明による方法を実施するための別の装置で、第１及び第２コヒーレント光源を含むもの。
【図３】第１及び第２画像の評価のサンプル的な表示。
【００４１】
これらの図面では、同様な又は等価な要素には同一符号が付されている。
【００４２】
これらの図面に示された光ビームのビーム軌跡は例示的なものであり、必ずしも物理的な事実に対応したものではない。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
図１は本発明を実施するのに適した装置１を示す。この装置１は、投影装置４、検出装置２及び計算装置３を含む。この装置１はさらに制御装置１２を含む。
【００４４】
投影装置４は第１コヒーレント光源４１、第１ビームスプリッター４４、焦点レンズ４６、他の複数のレンズ４８及び回折光学素子４９（ＤＯＥ）を含む。
【００４５】
この装置１はさらに、１本の光ファイバー６、特に単一モードファイバー（Single-Mode Optical Fibre）及び１つの移相器８を含む。
【００４６】
第１コヒーレント光源４１からのコヒーレント光は第１ビームスプリッター４４により測定ビーム１０１と参照ビーム１０２に分割される。ここではこの第１コヒーレント光源４１は第１レーザーとして形成されている。得られた測定ビーム１０１は、他の複数のレンズ４８及び前記回折光学素子４９により変換されて光ドットパターン１０４が形成される。この場合、光ドットパターン１０４の形成すなわち生成は回折により行われる、すなわち、回折光学素子４９での測定ビーム１０１の回折により行われる。回折光学素子４９により得られたドットパターン１０４は次に、深さ決定の対象物１０の表面に投影装置４を用いて投影される。
【００４７】
対象物１０の表面で反射された測定ビーム１０５（反射されたドットパターン）を撮影するために、検出装置２は、少なくとも１つのレンズ２６、並びに、１つの第２ビームスプリッター２４及び１つのカメラ２２を有する。
【００４８】
第１ビームスプリッター４４を用いて第１コヒーレント光源４１の光から参照ビーム１０２が形成される。この参照ビーム１０２は第１ビームスプリッター４４の後方で焦点レンズ４６により光ファイバー６の入力部に焦点を結ぶ。この光ファイバー６により参照ビーム１０２は移相器８に導かれる。この移相器８は光ファイバー６の出力部に配置されている。参照ビーム１０２は移相器８を通過する。移相器８により参照ビーム１０２の位相が変化され、すなわち、シフトされ、その結果、測定ビーム１０１と参照ビーム１０２との位相差、及び／又は、反射された測定ビーム１０５と参照ビーム１０２との位相差が変化する。
【００４９】
カメラ２２により第１画像及び第２画像を撮影する前に、移相器８の後方で位相がシフトされた参照ビーム１０２が、対象物１０の表面で反射された測定ビーム１０５と共に、重畳１１１のための領域１１０に導かれる。換言すれば、第１画像及び第２画像を撮影する前に、反射された測定ビーム１０５と参照ビーム１０２との重畳１１１が行われる。このために、参照ビーム１０２は検出装置２の第２ビームスプリッター２４で反射される。それとは異なり、対象物１０により反射された測定ビーム１０５は検出装置２の第２ビームスプリッター２４をほとんど透過する。
【００５０】
第１画像を撮影するために、移相器８により位相、すなわち、測定ビーム１０１、１０５と参照ビーム１０２との位相差が固定される。第２画像を撮影するために、参照ビーム１０２の位相は測定ビーム１０１、１０５の位相に対して移相器８により変更される。換言すれば、測定ビーム１０１、１０５と参照ビーム１０２との位相差が変更される。上述した、第１画像及び第２画像の位相差の変化は非コヒーレント成分には関連がないので、この非コヒーレント成分は第１画像及び第２画像において平均では同じである。これとは異なり、コヒーレント成分は、第１画像及び第２画像において測定ビーム１０１、１０５と参照ビーム１０２との位相差の変化に敏感であり、その結果、第１画像と第２画像との顕著な変化が生じる。したがって、位相差の変化により、第１画像及び第２画像の内部では主にコヒーレント成分だけが顕著に変化する。こうして、好適に、投影された光ドットパターン１０４に本質的に対応するコヒーレント成分を、第１画像から第２画像への変化により識別することができ、このことにより、対象物１０の深さ決定が改善される。
【００５１】
第１画像及び／又は第２画像の撮影と、移相器８による測定ビーム１０１、１０５と参照ビーム１０２との位相差の変化とを同期させるために、制御装置１２が設けられている。この制御装置１２は、移相器８、カメラ２２及び計算装置３と電子的に接続することができる。さらに、このカメラ２２は計算装置３と電子的に接続することができ、この計算装置３は第１画像及び第２画像の評価、特に、第１画像と第２画像との差分計算を可能とする。
【００５２】
図２は本発明による方法を実施するための別の装置１をサンプル的に示したものである。
【００５３】
この別の装置１は、１つの投影装置４、１つの検出装置２、１つの計算装置３及び１つの制御装置１２を含む。この投影装置４は、図１とは異なり、第１及び第２のコヒーレント光源４１、４２を含む。
【００５４】
この方法は第１及び第２光源に関しては、既に図１で述べた方法と基本的に同等である。図１とは異なり、移相器８により得られる測定ビーム１０１、１０５と参照ビーム１０２との位相差の代わりに、これと同等な位相差を第２のコヒーレント光源４２を使用することによって得ることができる。
【００５５】
この場合、第１コヒーレント光源４１で発生された光は、第２コヒーレント光源４２の光に対して非コヒーレントである。これは、第１コヒーレント光源４１と第２コヒーレント光源４２との間には固定された位相関係がない、ことによる。換言すれば、お互いに位相が別々の２つのコヒーレント光源４１、４２が使用される。特に、これらのコヒーレント光源４１、４２はレーザーとして形成されている。各コヒーレント光源４１、４２は画像撮影のために、第１ビームスプリッター４４を用いて、測定ビーム１０１及び参照ビーム１０２を発生する。換言すれば、これらのコヒーレント光源４１、４２で発生された光はそれぞれ測定ビーム１０１と参照ビーム１０２とに分割される。
【００５６】
第１コヒーレント光源４１又は第２コヒーレント光源４２からの測定ビーム１０１はそれぞれ、複数のレンズ４８及び１つの回折光学素子４９（ＤＯＥ）により光ドットパターン１０４に変換される。この光ドットパターン１０４が投影装置４により対象物１０の表面に投影される。対象物１０の表面で反射されたドットパターン、すなわち、対象物１０の表面で反射された測定ビーム１０５は検出装置２のレンズ２６及び第２ビームスプリッター２４を経由してカメラ２２で捕捉される。
【００５７】
第１画像を撮影するために第１コヒーレント光源４１が設けられており、第１画像を撮影するために測定ビーム１０１、１０５及び参照ビーム１０２が第１コヒーレント光源４１によって発生される。これとは異なり、第２画像を撮影するために第２コヒーレント光源４２が設けられており、第２画像を撮影するために測定ビーム１０１、１０５及び参照ビーム１０２が今度は第２コヒーレント光源４２によって発生される。特に、第１画像を撮影するために、第１コヒーレント光源４１がスイッチング・オンされ、第２コヒーレント光源４２はスイッチング・オフされる。第２画像を撮影するために、第１コヒーレント光源４１がスイッチング・オフされ、第２コヒーレント光源４２がスイッチング・オンされる。
【００５８】
参照ビーム１０２は焦点レンズ４６により、光ファイバー６、特に光学的単一モードファイバーの入力部に焦点を結ぶ。ここで、光ファイバー６は参照ビーム１０２を領域１１０に導く。この領域１１０はカメラ２２の前方に配置されており、反射された測定ビーム１０５を参照ビーム１０２と重畳１１１するために設けられている。換言すれば、第１画像及び第２画像を撮影する前に、そして、撮影するために、それぞれ、重畳１１１、すなわち、反射された測定ビーム１０５と参照ビーム１０２との干渉、が行われる。
【００５９】
これらのコヒーレント光源４１、４２は互いに固定した位相関係にないので、第１画像の撮影と第２画像の撮影との間で位相差が生じる。この位相差により第１画像と第２画像とでは、反射された測定ビーム１０５のコヒーレント成分により形成された画像の要素が変化する。しかし、そのコヒーレント成分は投影されたドットパターン１０４に本質的に対応しているので、このドットパターン１０４を第１画像と第２画像との変化によって好適に識別することができる。反射された測定ビーム１０５の、例えば周辺光又は対象物１０内部の体積散乱により形成されている非コヒーレント成分の平均値は、第１画像と第２画像とでは同じのままである。このことにより、この非コヒーレント成分を、例えば差分画像を作ることによって（第１画像と第２画像の差分計算）、評価時に計算装置１２により除去し、又は、大幅に低減することができる。こうして好適に、評価にとって重要なコヒーレント成分がバックグラウンド（非コヒーレント成分）からフィルタリングされる。
【００６０】
同期をとるために、特に第１コヒーレント光源４１及び第２コヒーレント光源４２のスイッチング・オン及び／又はスイッチング・オフのために、制御装置１２が設けられている。この制御装置１２は計算装置３及びカメラ２２と電子的に接続することができる。さらに、このカメラ２２は第１画像及び第２画像の評価のために計算装置３と電子的に接続されている。制御装置１２は、例えば計算装置３と結びついて、第１コヒーレント光源４１と第２コヒーレント光源４２の切り替えを可能にする。
【００６１】
図３に差分計算６４２による評価がサンプル的に示されている。ここでは、第１画像６１０と第２画像６２０から差分計算６４２が行われ、その結果、差分画像６３０が形成される。
【００６２】
第１画像６１０及び第２画像６２０は複数の輝度値のマトリックスとして計算装置３のメモリーに格納しておくことができる。換言すれば、第１画像６１０及び第２画像６２０は多数のピクセルで形成され、各ピクセルには少なくとも１つの輝度値が割り振られている。この輝度値はカメラ２２で撮影された光の輝度に対応している。
【００６３】
例えば、測定ビーム１０１の反射が生体組織で起きると、その結果、測定ビーム１０１の体積散乱が現れる。これにより、反射された測定ビーム１０５は特に非コヒーレント成分６１２を有する。反射された測定ビーム１０５のコヒーレント成分６１１（これはここでは本質的にドットパターンの部分領域に対応している）は隣接した２つの楕円形領域により形成されている。
【００６４】
第１画像６１０の撮影と第２画像６２０の撮影との位相差の変化に基づいて、それぞれのコヒーレント成分６１１と６２１の輝度値は異なる。これとは異なり、それぞれの非コヒーレント成分６１２と６２２は画像６１０と６２０においてほゞ同じである。
【００６５】
計算装置３により行われる、第１画像６１０と第２画像６２０との差分計算６４２によって、ほゞ同じである非コヒーレント成分６１２、６２２は差分画像６３０から除去される。換言すれば、差分画像６３０の非コヒーレント成分６３２はほゞゼロである。これとは異なり、コヒーレント成分６１１及び６２１で形成されている、差分画像６３０のコヒーレント成分６３１は、著しく強めることができる。換言すれば、差分画像６３０のコヒーレント成分６３１、これは投影されたドットパターン１０４に本質的に対応している、が非コヒーレント成分６３２、すなわち、バックグラウンドから浮かび上がる。こうして、対象物１０の深さ決定が改善され、ＳＮ比が向上する。
【００６６】
本発明を細部にわたり好適な実施例により詳細に図解し説明したが、本発明は開示された例によって限定されるものではなく、また、本発明の保護範囲を逸脱することなく当業者がこれから代案を導くことができる。
【符号の説明】
【００６７】
１      本装置
２      検出装置
３      計算装置
４      投影装置
６      光ファイバー
８      移相器
１０    対象物
１２    制御装置
２２    カメラ
２４    ビームスプリッター
２６    レンズ
４１    第１コヒーレント光源
４２    第２コヒーレント光源
４４    ビームスプリッター
４６    焦点レンズ
４８    レンズ
４９    回折光学素子（ＤＯＥ）
１０１  測定ビーム
１０２  参照ビーム
１０４  ドットパターン
１０５  測定ビーム（反射ビーム）
１１０  重畳領域
６１０  第１画像
６１１、６２１、６３１  コヒーレント成分
６１２、６２２、６３２  非コヒーレント成分
６２０  第２画像
６３０  差分画像
６４２  差分計算
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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