光图像计测装置转让专利
申请号 : CN200610065468.4
文献号 : CN1837782B
文献日 : 2010-09-29
发明人 : 阿部知好
申请人 : 株式会社拓普康
摘要 :
本发明提供一种可与计测开始要求相对应，迅速地开始图像计测，并能够恰当地进行在计测区域决定时聚焦了的区域的图像计测的光图像计测装置。该装置在观察光M于观察用CCD照相机23上被聚焦时，使计测用CCD照相机21、22以在从观察物点P的位置向装置侧只离开距离d的位置上具有计测物点Q的形态而进行配置。与计测开始开关60的操作相对应，干涉光移动载台50变更光路长差，以使计测物点Q向观察物点P的位置的方向进行移动。距离d被设定为使静止的干涉仪移动载台50加速到一定速度所需的必要距离以上。藉此，能够与被测定物体O的图像计测的开始要求相对应，迅速地开始图像计测，而且能够进行在计测区域决定时聚焦了的区域，即观察物点的位置的图像计测。
权利要求 :
1.一种光图像计测装置，其特征在于，包括：
对被测定物体以观察光进行照明的照明光学系统、
接受由前述被测定物体所形成的前述观察光的反射光而生成信号的观察用受光装置、使前述观察光的反射光在前述观察用受光装置上进行聚焦的观察光聚焦装置、根据利用前述观察用受光装置所生成的信号而将前述被测定物体的观察图像进行显示的显示装置、在参照前述观察图像开始图像计测时所操作的操作装置、
对应前述操作装置的操作而射出计测光的计测光源、
将前述射出的计测光分割为经由前述被测定物体的信号光和经由参照物体的参照光的分割装置、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的频率位移装置、变更前述信号光和前述参照光的光路长差并变更图像计测深度的光路长变更装置、使经由了前述被测定物体的前述信号光和经由了前述参照物体的前述参照光进行重叠而生成干涉光的重叠装置、接受前述生成的干涉光并生成信号的计测用受光装置、
根据前述生成的信号而形成前述被测定物体的图像的图像形成装置；
前述计测用受光装置以在前述观察光的反射光于前述观察用受光装置上被聚焦时，以在从其观察物点的位置向前述信号光的光路方向只离开设定距离的位置上具有计测物点的形态而进行配置，且前述光路长变更装置与前述操作装置的操作相对应地将前述光路长差进行变更，以使前述计测用受光装置的计测物点向前述观察物点的位置的方向只移动前述设定距离，其中前述观察物点是使前述观察光的反射光在前述观察用受光装置上进行聚焦的点，且前述计测物点是使前述干涉光的像点形成在前述计测用受光装置上的点。
2.如权利要求1所述的光图像计测装置，其特征在于，前述光路长变更装置包括使前述计测光源、前述参照物体、前述分割装置、前述频率位移装置及前述重叠装置，沿前述信号光的光路方向一体进行移动的移动装置。
3.如权利要求2所述的光图像计测装置，其特征在于：
前述移动装置与前述操作装置的操作相对应地，开始前述一体的移动；
前述设定距离被设定为前述移动装置使静止状态的前述计测光源、前述参照物体、前述分割装置、前述频率位移装置及前述重叠装置，一体加速到一定速度所需要的距离或其以上的距离。
4.如权利要求3所述的光图像计测装置，其特征在于：前述照明光学系统包括对前述信号光的光路，从倾斜方向朝着前述被测定物体射出前述观察光的观察光源。
5.如权利要求4所述的光图像计测装置，其特征在于：
利用前述被测定物体所形成的前述观察光的反射光，沿着经由前述被测定物体的前述信号光的光路被引导，并经由前述重叠装置且沿着前述干涉光的光路被引导；
还具有使前述观察光的反射光的光路从前述干涉光的光路中被分出的分支装置；
前述观察光聚焦装置使前述分支的前述观察光的反射光，在前述观察用受光装置上被聚焦。
6.如权利要求5所述的光图像计测装置，其特征在于：前述观察光聚焦装置包括使前述观察用受光装置、前述观察用聚焦装置、前述计测光源、前述参照物体、前述分割装置、前述频率位移装置、前述重叠装置及计测用受光装置，沿前述信号光的光路方向一体进行移动的聚焦移动装置。
7.如权利要求3所述的光图像计测装置，其特征在于：前述照明光学系统包括射出前述观察光的观察光源、将前述所射出的观察光的光路合成在前述信号光的光路中的合成装置。
8.如权利要求1所述的光图像计测装置，其特征在于：前述光路长变更装置包括使前述参照物体在前述参照光的光路方向上进行移动的参照物体移动装置。
9.如权利要求8所述的光图像计测装置，其特征在于：
前述参照物体移动装置与前述操作装置的操作相对应地，开始前述参照物体的移动；
前述设定距离被设定为前述参照物体移动装置使静止状态的前述参照物体被加速到一定速度所需要的距离或其以上的距离。
10.如权利要求9所述的光图像计测装置，其特征在于：前述照明光学系统包括对前述信号光的光路，从倾斜方向朝着前述被测定物体射出前述观察光的观察光源。
11.如权利要求10所述的光图像计测装置，其特征在于：利用前述被测定物体所形成的前述观察光的反射光，沿着经由前述被测定物体的前述信号光的光路被引导，并经由前述重叠装置且沿着前述干涉光的光路被引导；
还具有使前述观察光的反射光的光路从前述干涉光的光路中被分出的分支装置；
前述观察光聚焦装置使前述分支的前述观察光的反射光，在前述观察用受光装置上被聚焦。
12.如权利要求11所述的光图像计测装置，其特征在于：前述观察光聚焦装置包括使前述观察用受光装置、前述观察用聚焦装置、前述计测光源、前述参照物体、前述分割装置、前述频率位移装置、前述重叠装置及计测用受光装置，沿前述信号光的光路方向一体进行移动的聚焦移动装置。
13.如权利要求9所述的光图像计测装置，其特征在于：前述照明光学系统包括射出前述观察光的观察光源、将前述所射出的观察光的光路合成在前述信号光的光路中的合成装置。
说明书 :
技术领域
本发明是关于一种对被测定物体照射计测光，并利用其反射光或透过光计测被测定物体的表面形态和内部形态，且形成其图像的光图像计测装置。
背景技术
近年来，利用激光光源等形成被测定物体的表面和内部的图像的光图像计测技术集中了人们的注目。该光图像计测技术因为不具有像现有习知的X射线CT(computer tomography，断层扫瞄)那样对人体的有害性，所以其在医疗领域方面的应用开展特别受到期待。
作为光图像检测技术的代表性方法的一个例子，有一种低相干(coherence)干涉法(也称作光相干断层图像化法等)。该方法利用例如超辐射发光二极管(Super Luminescent Diode；SLD)这样的具有宽光谱(spectrum)宽度的宽频带光源的低干涉性，并可对来自被测定物体的反射光和透射光，以μm级的优良的距离分解能力进行检测(参照例如下述的非专利文献1)。
作为利用了该低相干干涉法的装置的一个例子，根据麦克逊型(Michelson)干涉仪的现有习知的光图像计测装置的基本构成如图13所示。同图所示的光图像计测装置200的构成包括宽频带光源201、镜202、分光器203及光检测器204。被测定物体205为由散射媒质形成的人眼的角膜和视网膜等任意的物体。宽频带光源201发出的光束(计测光)，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13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，由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的反射光为含有多重散射的具有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，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(相干距离)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产生干涉而有助于干涉光的生成。即，只是信号光S的相干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的位置进行移动而使参照光R的光路长变化，可含有被测定物体205的各种各样的Z坐标值(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的内部层的光反射断面进行测定。另外，对向被测定物体205所照射的信号光S也沿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)。
[数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。
为了利用这种低相干干涉法取得2维断层图像，需要对被测定物体205扫描光束，并依次检测来自被测定物体205的计测深度方向(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，该方法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。
鉴于这样的问题，研究了一种可使计测时间缩短的光图像计测装置。图14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，且将其波束径扩大，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-扫描而被赋予多谱勒频率位移。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进行重叠而形成干涉光，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。如象这样利用光图像计测装置300，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，采用可将从2维光传感器数组所输出的多个外差信号输入并列配置的多个信号处理系统，并对各外差信号的振幅和相位进行检测的构成。
但是，在这种非扫描型的光图像计测装置中，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，考虑到该问题，提出了一种以下这样的非扫描型的光图像计测装置(参照专利文献1)。该文献所记述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，且藉由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多个受光组件，并将前述光传感器所得到的多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。
即，专利文献1的光图像计测装置将参照光和信号光重叠所生成的干涉光的光路进行二分割，并在各光路上配置光遮蔽装置和光传感器(2维光传感器数组)，且在2个光路上的光遮蔽装置的抽样周期中设置π/2的相位差。藉此，对干涉光的背景光的强度进行检测，并对干涉光的相位的直交成分(sin成分和cos成分)进行检测，且从两光传感器所输出的接收信号中去除背景光的强度，而计算干涉光的2个相位直交成分。而且，可由该计算结果求得干涉光的振幅。
然而，在为了计测例如角膜上皮图像和视网膜图像(眼底图像)等医学图像而使用光图像计测装置的情况下，首先，需要照射可视光(观察光)并对患者周围进行观察，且决定进行图像计测的区域(计测区域)。计测区域多是在深度方向(z方向)上具有展宽。装置接受来自检测者的计测开始触发脉冲的输入，并对计测区域照射来自宽频带光源的计测光，且对计测位置沿z方向进行扫描并实施计测。藉此，可取得所需的计测区域的图像。
计测位置的z方向的扫描，藉由使信号光的光路长和参照光的光路长相对地变更而进行。在前述习知的构成中，是藉由使反射参照光的反射镜进行移动而使参照光的光路长变更。另一方面，作为使信号光的光路长进行变更的构成，已知有一种使将来自光源的光束进行聚集的聚光用透镜、将光束分割为信号光和参照光的半透镜、将参照光进行反射的反射镜，沿信号光的光路方向一体进行移动的构成(参照例如专利文献2)。另外，伴随光路长的变更，参照光或信号光接受多谱勒频率位移，但此时如光路长的变更速度不为一定，则频率的位移量也不一定，有时会在计测结果中含有伪信息，或无法进行计测。
在将习知的光图像计测装置应用于上述的医用图像计测目的时，研发有将患部周边的观察及图像计测两方面由相同的照相机(CCD照相机等)进行的方法，和由不同的照相机进行的方法。
如选择由相同的照相机进行的方法，则从观察阶段转移到计测阶段时，在形成从计测开始触发脉冲的输入可进行计测的状态之前，会产生时间滞后，而无法适当地对该计测区域进行计测。具体地说，首先，在观察阶段使装置全体进行前后移动而使照相机聚焦，并对患部等进行观察。当在该状态下开始计测并开始光路长的变更时，在形成可计测的状态之前，即光路长的变更速度达到一定之前，无法适当地计测图像。特别是在计测开始时，即计测区域决定时无法对聚焦了的区域(该计测区域)进行图像计测，所以会产生丢失所需区域的图像的重大的问题。
另一方面，即使选择分别设置观察用照相机和计测用照相机的方法，在习知的光图像计测装置中，当从观察阶段转向计测阶段时，也无法使计测用照相机的焦点在观察用照相机上迅速地进行聚焦，所以与利用相同的照相机的情况同样地，在形成从计测开始触发脉冲输入可进行计测的状态之前会产生时间滞后，在计测区域决定时无法对聚焦了的所需区域的图像进行计测。
[专利文献1]日本专利早期公开的特开2001-330558号公报
[专利文献2]日本专利早期公开的特开2004-191114号公报
[非专利文献1]丹野直弘，《光学》(日本光学杂志)，第28卷第3号，116(1999)
[非专利文献2]吉泽、濑田编，《光外差技术(修订版)》，新技术通讯(2003)，p.2
[非专利文献3]K.P.Chan，M.Yamada，H.Inaba，[ElectronicsLetters]，Vol.30，1753，(1994)
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，根据麦克逊型(Michelson)干涉仪的现有习知的光图像计测装置的基本构成如图13所示。同图所示的光图像计测装置200的构成包括宽频带光源201、镜202、分光器203及光检测器204。被测定物体205为由散射媒质形成的人眼的角膜和视网膜等任意的物体。宽频带光源201发出的光束(计测光)，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13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，由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的反射光为含有多重散射的具有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，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(相干距离)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产生干涉而有助于干涉光的生成。即，只是信号光S的相干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的位置进行移动而使参照光R的光路长变化，可含有被测定物体205的各种各样的Z坐标值(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的内部层的光反射断面进行测定。另外，对向被测定物体205所照射的信号光S也沿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)。
[数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。
为了利用这种低相干干涉法取得2维断层图像，需要对被测定物体205扫描光束，并依次检测来自被测定物体205的计测深度方向(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，该方法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。
鉴于这样的问题，研究了一种可使计测时间缩短的光图像计测装置。图14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，且将其波束径扩大，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-扫描而被赋予多谱勒频率位移。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进行重叠而形成干涉光，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。如象这样利用光图像计测装置300，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，采用可将从2维光传感器数组所输出的多个外差信号输入并列配置的多个信号处理系统，并对各外差信号的振幅和相位进行检测的构成。
但是，在这种非扫描型的光图像计测装置中，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，考虑到该问题，提出了一种以下这样的非扫描型的光图像计测装置(参照专利文献1)。该文献所记述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，且藉由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多个受光组件，并将前述光传感器所得到的多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。
即，专利文献1的光图像计测装置将参照光和信号光重叠所生成的干涉光的光路进行二分割，并在各光路上配置光遮蔽装置和光传感器(2维光传感器数组)，且在2个光路上的光遮蔽装置的抽样周期中设置π/2的相位差。藉此，对干涉光的背景光的强度进行检测，并对干涉光的相位的直交成分(sin成分和cos成分)进行检测，且从两光传感器所输出的接收信号中去除背景光的强度，而计算干涉光的2个相位直交成分。而且，可由该计算结果求得干涉光的振幅。
然而，在为了计测例如角膜上皮图像和视网膜图像(眼底图像)等医学图像而使用光图像计测装置的情况下，首先，需要照射可视光(观察光)并对患者周围进行观察，且决定进行图像计测的区域(计测区域)。计测区域多是在深度方向(z方向)上具有展宽。装置接受来自检测者的计测开始触发脉冲的输入，并对计测区域照射来自宽频带光源的计测光，且对计测位置沿z方向进行扫描并实施计测。藉此，可取得所需的计测区域的图像。
计测位置的z方向的扫描，藉由使信号光的光路长和参照光的光路长相对地变更而进行。在前述习知的构成中，是藉由使反射参照光的反射镜进行移动而使参照光的光路长变更。另一方面，作为使信号光的光路长进行变更的构成，已知有一种使将来自光源的光束进行聚集的聚光用透镜、将光束分割为信号光和参照光的半透镜、将参照光进行反射的反射镜，沿信号光的光路方向一体进行移动的构成(参照例如专利文献2)。另外，伴随光路长的变更，参照光或信号光接受多谱勒频率位移，但此时如光路长的变更速度不为一定，则频率的位移量也不一定，有时会在计测结果中含有伪信息，或无法进行计测。
在将习知的光图像计测装置应用于上述的医用图像计测目的时，研发有将患部周边的观察及图像计测两方面由相同的照相机(CCD照相机等)进行的方法，和由不同的照相机进行的方法。
如选择由相同的照相机进行的方法，则从观察阶段转移到计测阶段时，在形成从计测开始触发脉冲的输入可进行计测的状态之前，会产生时间滞后，而无法适当地对该计测区域进行计测。具体地说，首先，在观察阶段使装置全体进行前后移动而使照相机聚焦，并对患部等进行观察。当在该状态下开始计测并开始光路长的变更时，在形成可计测的状态之前，即光路长的变更速度达到一定之前，无法适当地计测图像。特别是在计测开始时，即计测区域决定时无法对聚焦了的区域(该计测区域)进行图像计测，所以会产生丢失所需区域的图像的重大的问题。
另一方面，即使选择分别设置观察用照相机和计测用照相机的方法，在习知的光图像计测装置中，当从观察阶段转向计测阶段时，也无法使计测用照相机的焦点在观察用照相机上迅速地进行聚焦，所以与利用相同的照相机的情况同样地，在形成从计测开始触发脉冲输入可进行计测的状态之前会产生时间滞后，在计测区域决定时无法对聚焦了的所需区域的图像进行计测。
[专利文献1]日本专利早期公开的特开2001-330558号公报
[专利文献2]日本专利早期公开的特开2004-191114号公报
[非专利文献1]丹野直弘，《光学》(日本光学杂志)，第28卷第3号，116(1999)
[非专利文献2]吉泽、濑田编，《光外差技术(修订版)》，新技术通讯(2003)，p.2
[非专利文献3]K.P.Chan，M.Yamada，H.Inaba，[ElectronicsLetters]，Vol.30，1753，(1994)
发明内容
本发明的目的在于，提供一种鉴于以上问题的，可与被测定物体的图像计测的开始要求相对应，迅速地开始图像计测，并能够进行在计测区域决定时聚焦了的区域的图像计测的光图像计测装置。
第一发明为，在观察光的反射光在观察用受光装置上被聚焦时，计测用受光装置以在从观察物点的位置向信号光的光路方向只离开设定距离的位置上具有计测物点的形态而进行配置，并与操作装置的操作相对应，前述光路长变更装置变更光路长差，以使计测用受光装置的计测物点向观察物点的位置的方向进行移动，所以能够与被测定物体的图像计测的开始要求相对应，迅速地开始图像计测，而且能够进行在计测区域决定时聚焦了的区域，即观察物点的位置的图像计测。
第二发明为，计测用受光装置以在观察光的反射光于观察用受光装置上被聚焦时，与观察物点在同位置上具有计测物点的形态而进行配置，并与操作装置的操作相对应，光路长变更装置变更光路长差，以使计测用受光装置的计测物点沿信号光的光路方向只移动设定距离，且随的变更光路长差以使计测物点向观察物点的位置的方向进行移动，所以能够与被测定物体的图像计测的开始要求相对应，迅速地开始图像计测，而且能够在计测区域决定时进行聚焦了的观察物点的位置的图像计测。
第三发明为，计测用受光装置以在观察光的反射光于前述观察用受光装置上被聚焦时，与观察物点在同位置上具有计测物点的形态而进行配置，并具有与操作装置的操作相对应地插入到信号光的光路中，将信号光的光路长进行变更，以使计测物点沿信号光的光路方向只位移设定距离的光学构件，且与操作装置的操作相对应，光路长变更装置将光路长差进行变更，以使只位移了上述设定距离的计测物点，向利用光学构件进行光路长变更前的计测物点的位置的方向进行移动，所以能够与被测定物体的图像计测的开始要求相对应，迅速地开始图像计测，而且能够在计测区域决定时进行聚焦了的观察物点的位置的图像计测。
第一发明为，在观察光的反射光在观察用受光装置上被聚焦时，计测用受光装置以在从观察物点的位置向信号光的光路方向只离开设定距离的位置上具有计测物点的形态而进行配置，并与操作装置的操作相对应，前述光路长变更装置变更光路长差，以使计测用受光装置的计测物点向观察物点的位置的方向进行移动，所以能够与被测定物体的图像计测的开始要求相对应，迅速地开始图像计测，而且能够进行在计测区域决定时聚焦了的区域，即观察物点的位置的图像计测。
第二发明为，计测用受光装置以在观察光的反射光于观察用受光装置上被聚焦时，与观察物点在同位置上具有计测物点的形态而进行配置，并与操作装置的操作相对应，光路长变更装置变更光路长差，以使计测用受光装置的计测物点沿信号光的光路方向只移动设定距离，且随的变更光路长差以使计测物点向观察物点的位置的方向进行移动，所以能够与被测定物体的图像计测的开始要求相对应，迅速地开始图像计测，而且能够在计测区域决定时进行聚焦了的观察物点的位置的图像计测。
第三发明为，计测用受光装置以在观察光的反射光于前述观察用受光装置上被聚焦时，与观察物点在同位置上具有计测物点的形态而进行配置，并具有与操作装置的操作相对应地插入到信号光的光路中，将信号光的光路长进行变更，以使计测物点沿信号光的光路方向只位移设定距离的光学构件，且与操作装置的操作相对应，光路长变更装置将光路长差进行变更，以使只位移了上述设定距离的计测物点，向利用光学构件进行光路长变更前的计测物点的位置的方向进行移动，所以能够与被测定物体的图像计测的开始要求相对应，迅速地开始图像计测，而且能够在计测区域决定时进行聚焦了的观察物点的位置的图像计测。
附图说明
图1所示为关于本发明的第1实施形态的光图像计测装置的光学系统构成的一个例子的概略图。
图2所示为关于本发明的第1实施形态的光图像计测装置的控制系统构成的一个例子的块图。
图3为用于说明关于本发明的光图像计测装置的干涉光的检测形态的标绘图。图3(A)所示为频率进行强度调制并从宽频带光源输出的计测光的时间波形。图3(B)所示为从宽频带光源所输出的计测光为连续光时的干涉光的S偏光成分的时间波形。图3(C)所示为从宽频带光源所输出的计测光为连续光时的干涉光的P偏光成分的时间波形。图3(D)所示为从宽频带光源所输出的计测光进行强度调制的情况下的干涉光的S偏光成分的时间波形。图3(E)所示为从宽频带光源所输出的计测光进行强度调制的情况下的干涉光的P偏光成分的时间波形。
图4所示为关于本发明的第2实施形态的光图像计测装置的处理形态的一个例子的流程图。
图5所示为关于本发明的光图像计测装置的变形例的光学系统构成的一个例子的概略图。
图6所示为关于本发明的第2实施形态的光图像计测装置的光学系统构成的一个例子的概略图。
图7所示为关于本发明的第2实施形态的光图像计测装置的处理形态的一个例子的流程图。
图8所示为关于本发明的光图像计测装置的变形例的光学系统构成的一个例子的概略图。
图9所示为关于本发明的第3实施形态的光图像计测装置的光学系统构成的一个例子的概略图。
图10所示为关于本发明的第3实施形态的光图像计测装置的控制系统构成的一个例子的块图。
图11所示为关于本发明的第3实施形态的光图像计测装置的处理形态的一个例子的流程图。
图12所示为关于本发明的光图像计测装置的变形例的光学系统构成的一个例子的概略图。
图13所示为现有习知的光图像计测装置的构成的概略图。
图14所示为现有习知的光图像计测装置的构成的概略图。
1、1’、1”：光图像计测装置 2：宽频带光源
2A：驱动脉冲发生器 3：偏光板
4、5：透镜 6：半透镜
7：波长板 8：参照镜
9：压电元件 10：成像用透镜群
11：偏光分光器 12：观察光源
13：聚光镜 14：半透镜
15：分光器 16：反射镜
17：成像透镜 18：光路长修正玻璃
19：修正玻璃驱动机构 20：信号处理部
21、22：计测用CCD照相机 23：观察用CCD照相机
24：装置控制部 25：图像形成部
26：存储部 30：显示器装置
40：装置移动载台 41：载台驱动机构
50：干涉仪移动载台(50：显示装)
51：载台驱动机构 60：计测开始开关
100、100’、100”：光图像计测装置
101：宽频带光源 102：聚光镜
103：棱镜型半透镜 104：聚光镜
105：参照镜 106：物镜
107：观察光源 108：棱镜型二向色镜
109：反射镜 110：成像透镜
111：观察用CCD照相机 112：成像透镜
113：计测用CCD照相机 115：干涉仪移动载台
116：装置移动载台 200：光图像计测装置
201：宽频带光源 202：镜
203：分光器 204：光检测器
205：被测定物体 301：宽频带光源
302：镜 303：分光器
304：2维光传感器数组 306、307：透镜
H：计测光 L：干涉光
L1：S偏光成分 L2：P偏光成分
M：观察光 O：被测定物体
P：观察物点 P’：共轭点
p：观察像点 q1、q2：像点
Q：计测物点 Q’：共轭点
S：信号光 R：参照光
图2所示为关于本发明的第1实施形态的光图像计测装置的控制系统构成的一个例子的块图。
图3为用于说明关于本发明的光图像计测装置的干涉光的检测形态的标绘图。图3(A)所示为频率进行强度调制并从宽频带光源输出的计测光的时间波形。图3(B)所示为从宽频带光源所输出的计测光为连续光时的干涉光的S偏光成分的时间波形。图3(C)所示为从宽频带光源所输出的计测光为连续光时的干涉光的P偏光成分的时间波形。图3(D)所示为从宽频带光源所输出的计测光进行强度调制的情况下的干涉光的S偏光成分的时间波形。图3(E)所示为从宽频带光源所输出的计测光进行强度调制的情况下的干涉光的P偏光成分的时间波形。
图4所示为关于本发明的第2实施形态的光图像计测装置的处理形态的一个例子的流程图。
图5所示为关于本发明的光图像计测装置的变形例的光学系统构成的一个例子的概略图。
图6所示为关于本发明的第2实施形态的光图像计测装置的光学系统构成的一个例子的概略图。
图7所示为关于本发明的第2实施形态的光图像计测装置的处理形态的一个例子的流程图。
图8所示为关于本发明的光图像计测装置的变形例的光学系统构成的一个例子的概略图。
图9所示为关于本发明的第3实施形态的光图像计测装置的光学系统构成的一个例子的概略图。
图10所示为关于本发明的第3实施形态的光图像计测装置的控制系统构成的一个例子的块图。
图11所示为关于本发明的第3实施形态的光图像计测装置的处理形态的一个例子的流程图。
图12所示为关于本发明的光图像计测装置的变形例的光学系统构成的一个例子的概略图。
图13所示为现有习知的光图像计测装置的构成的概略图。
图14所示为现有习知的光图像计测装置的构成的概略图。
1、1’、1”：光图像计测装置 2：宽频带光源
2A：驱动脉冲发生器 3：偏光板
4、5：透镜 6：半透镜
7：波长板 8：参照镜
9：压电元件 10：成像用透镜群
11：偏光分光器 12：观察光源
13：聚光镜 14：半透镜
15：分光器 16：反射镜
17：成像透镜 18：光路长修正玻璃
19：修正玻璃驱动机构 20：信号处理部
21、22：计测用CCD照相机 23：观察用CCD照相机
24：装置控制部 25：图像形成部
26：存储部 30：显示器装置
40：装置移动载台 41：载台驱动机构
50：干涉仪移动载台(50：显示装)
51：载台驱动机构 60：计测开始开关
100、100’、100”：光图像计测装置
101：宽频带光源 102：聚光镜
103：棱镜型半透镜 104：聚光镜
105：参照镜 106：物镜
107：观察光源 108：棱镜型二向色镜
109：反射镜 110：成像透镜
111：观察用CCD照相机 112：成像透镜
113：计测用CCD照相机 115：干涉仪移动载台
116：装置移动载台 200：光图像计测装置
201：宽频带光源 202：镜
203：分光器 204：光检测器
205：被测定物体 301：宽频带光源
302：镜 303：分光器
304：2维光传感器数组 306、307：透镜
H：计测光 L：干涉光
L1：S偏光成分 L2：P偏光成分
M：观察光 O：被测定物体
P：观察物点 P’：共轭点
p：观察像点 q1、q2：像点
Q：计测物点 Q’：共轭点
S：信号光 R：参照光
具体实施方式
下面，对关于本发明的光图像计测装置的较佳实施形态的一个例子，参照图示详细地进行说明。关于本发明的光图像计测装置被特别设定为一种在医疗领域的使用，可恰当地用于例如人眼的角膜上皮和视网膜等由散射物质构成的生物组织的计测。
(第1实施形态)
对本发明的第1实施形态进行说明。
[装置构成]
对关于本发明的光图像计测装置的第1实施形态的构成，参照图1、图2进行说明。图1所示为关于本实施形态的光图像计测装置1的光学系统的概略构成的一个例子，图2所示为其控制系统的构成的一个例子。
光图像计测装置1包括：用于进行被测定物体的图像计测的光学系统(计测光学系统)、用于在图像计测之前对被测定物体进行观察的光学系统(观察光学系统)。
[计测光学系统]
关于本实施形态的光图像计测装置1包括：输出低相干的计测光H的宽频带光源2、将该计测光H的偏光特性转换为直线偏光的偏光板3、将转换为直线偏光的计测光H形成平行光束且扩大其波束径的透镜4，5、将波束径扩大的计测光H分割为信号光S和参照光R且将它们进行重叠而生成干涉光L的半透镜6、将参照光R的偏光特性从直线偏光转换为圆偏光的波长板7、利用对参照光R的行进方向直交的反射面而使参照光R进行全反射的参照镜8、在该参照镜8的反射面的背面侧所设置的压电元件9。
宽频带光源2由SLD和LED(发光二极管)等构成。另外，市售的近红外区SLD的相干长为30μm左右，在LED的情况下为10μm左右。宽频带光源2由图2所示的驱动脉冲发生器2A所输出的设定频率的脉冲信号被驱动，输出周期性的脉冲状的计测光H(详细情况将在后面进行说明)。该计测光H作为例如50％duty的矩形列的脉冲光被输出。宽频带光源2相当于本发明的[计测光源]的一个例子。
图1中所示的xyz座标系统将从宽频带光源2所输出的朝向被测定物体O的信号光S的行进方向定义为z方向，并将与其直交的信号光S的振动面定义为x-y平面。该x方向、y方向被定义为与计测光H的电场(electrical field)成分的振动面、磁场(magnetic field)成分的振动面分别一致。而且，z方向定义被测定物体O的图像计测深度方向(深度方向)。
偏光板3为使来自宽频带光源3的计测光H的设定方向的振动成分透过的偏光转换元件。该偏光板3采用使对上述xyz坐标系的x轴及y轴分别形成45°的角度方向的振动成分透过的构成。藉此，透过了偏光板3的计测光H具有角度45°的直线偏光。因此，所说的计测光H的x轴方向及y轴方向的偏光成分，分别具有相等的振幅。换言之，计测光H的P偏光成分和S偏光成分分别具有相等的振幅。
半透镜6相当于本发明的[分割装置]的一个例子，起到将形成平行光束的直线偏光的计测光H，分割为朝向被测定物体O的信号光S和朝向参照镜8的参照光R的作用。半透镜6使计测光H的一部分(一半)透过形成参照光R，并将剩余的光束进行反射而形成信号光S。
该半透镜6还相当于本发明的[重叠装置]的一个例子，藉由使经由了被测定物体O的信号光S的一部分透过且将经由了参照镜8的参照光R的一部分进行反射，而起到将信号光S和参照光R进行重叠并生成干涉光L的作用。该干涉光L为与宽频带光源2所输出的计测光H相等频率的脉冲光。
另外，在本实施形态中，因为利用由作为反射体的被测定物体O及参照镜9、半透镜6所形成的米切尔森型的干涉仪，所以使分割装置和重叠装置由相同的半透镜6(的不同的反射面)构成。另一方面，在利用马赫-曾德型等其它干涉仪的情况下，分割装置和重叠装置也可分别由不同的光学元件构成。而且，在分割装置及重叠装置中，最好采用对计测光H、信号光S、参照光R的偏光特性不施加影响的无偏光型的任意的分光器。
波长板7为将利用偏光板3形成直线偏光的参照光R的偏光特性进行转换的偏光转换元件。在本实施形态中，采用1/8波长板作为波长板7。藉此，对通过波长板7的参照光R，在其P偏光成分和S偏光成分间被赋予相位差π/4。参照光R在由半透镜6朝向参照镜8期间经由波长板7时，和在被参照镜8反射而返回半透镜6期间经由波长板7时，分别被赋予该相位差，结果被赋予相位差π/2。因此，对具有45°的直线偏光的参照光R，与1/4波长板同样地进行作用，所以再次入射半透镜6的参照光R被转换为圆偏光。另外，在如上述那样利用马赫-曾德型等其它干涉仪的情况下，可酌情利用1/4波长板等将参照光R转换为圆偏光。
参照镜8相当于本发明的[参照物体]的一个例子。该参照镜8利用压电元件9而沿参照光R的光路方向进行移动，对参照光R付于频率位移。这样，参照镜8和压电元件9相当于本发明的[频率位移装置]。
光图像计测装置1还包括：用于使半透镜6所生成的干涉光L进行成像的成像用透镜群10、将干涉光的光路一分为二的偏光分光器11、在一分为二的干涉光L的光路上所设置的计测用CCD照相机21，22。
偏光分光器11起到将干涉光L所包含的多个偏光成分进行分离的作用。更具体地说，偏光分光器11起到将干涉光L的S偏光成分L1进行反射并引导向计测用CCD照相机21，且使其P偏光成分L2透过并引导向计测用CCD照相机22的作用。另外，如上所述，干涉光L的S偏光成分和P偏光成分因偏光板3的偏光轴的配置(45°)，而具有彼此相等的振幅。
计测用CCD照相机21、22相当于本发明的[计测用受光装置]的一个例子，为干涉光检测用的积蓄型的2维光传感器数组。计测用CCD照相机21接受由偏光分光器11所反射的干涉光L的S偏光成分L1，并将其进行光电转换而生成检测信号，且输出到信号处理部20。同样，计测用CCD照相机22接受透过了偏光分光器11的干涉光L的P偏光成分L2，并将其进行光电转换而生成检测信号，且输出到信号处理部20。
而且，在干涉光L(因而为S偏光成分L1、P偏光成分L2)中，含有拍率不同的多个干涉光，且在从各计测用CCD照相机21、22所输出的检测信号中，含有这些多个干涉光的拍率成分。各拍率成分的频率与其所对应的干涉光的拍率相等。
[观察光学系统]
用于观察被测定物体O的观察光学系统，包括例如射出可视区域的观察光M的观察光源12、将观察光M进行聚光的聚光镜13、将观察光M的光路与信号光S的光路进行合成并向被测定物体O照射观察光M的半透镜14。半透镜14相当于本发明的[合成装置]的一个例子。而且，观察光源12、聚光镜13及半透镜14相当于本发明的[照明光学系统]的一个例子。
在被测定物体O上所照射的观察光M，由被测定物体O被反射，并沿信号光S的光路被引导，且透过半透镜6而沿干涉光L的光路被引导。而且，观察光M由分光器15进行反射，而从干涉光L的光路被分出。被分出的观察光M由反射镜16进行反射，并利用成像透镜17在观察用CCD照相机23的受光面上被成像。
分光器15相当于本发明的[分支装置]的一个例子，使用将观察光M的波长的光进行反射，并使干涉光L的波长的光透过的二向色镜(dichroicmirror)等。
观察用CCD照相机23相当于本发明的[观察用受光装置]一个例子，与计测用CCD照相机21、22同样地，为观察光检测用的积蓄型2维光传感器数组。该观察用CCD照相机23接受观察光M并实施光电转换而生成检测信号，且将该检测信号向信号处理部20进行输出。信号处理部20根据该检测信号，使被测定物体O的观察图像在显示器装置30上进行显示。该显示器装置30相当于本发明的[显示装置]的一个例子。
[移动载台]
在本实施形态的光图像计测装置1中，设置有2个移动载台(装置移动载台40、干涉仪移动载台50)。干涉仪移动载台50被搭载在装置移动载台40上。
在干涉仪移动载台50上，分别搭载有计测光学系统的宽频带光源2、偏光板3、透镜4，5、半透镜6、波长板7、参照镜8及压电元件9，还有观察光学系统的观察光源12、聚光透镜13及半透镜14。这些构件由干涉仪移动载台50而沿信号光S的光路方向，即对被测定物体O沿前后方向一体进行移动。该干涉仪移动载台50的移动方向，为图1所示的两侧箭形符号B的方向。
干涉仪移动载台50起到藉由在图像计测时进行动作，将信号光S的光路长进行伸缩并变更信号光S和参照光R的光路长，而将图像计测深度进行变更的作用。该干涉仪移动载台50相当于本发明的[移动装置]及[光路长变更装置]的一个例子。更具体地说，来自宽频带光源2的计测光为低相干光，且只是与参照光R经由了大致相等距离的信号光S有助于干涉光L的差拍成分的生成。即，只是来自对半透镜6与参照镜8大致处于相等距离的被测定物体O的z坐标值的区域的反射光，与参照光R进行干涉而生成拍率。因此，藉由利用干涉仪移动载台50使信号光S的光路长进行变更，可依次抽出来自被测定物体O的各种各样的z坐标值的区域的反射光。
另外，如上所述，为了实施恰当的图像计测，需要将光路长的变更以一定速度进行，所以干涉仪移动载台50将该搭载构件在设定的一定速度下进行移动而构成。特别是在干涉仪移动载台50从静止状态开始移动时，要进行控制以在移动开始的同时将移动速度进行加速，并在到达设定速度时将该设定速度进行维持。
而且，在装置移动载台40上，除了干涉仪移动载台50及其上所搭载的上述构件以外，还搭载有计测光学系统的成像用透镜群10、偏光分光器11及计测用CCD照相机21、22，和观察光学系统的分光器15、反射镜16、成像透镜17及观察用CCD照相机23。这些构件利用装置移动载台40而沿信号光S的光路方向(图1所示的两侧箭形符号A的方向)一体进行移动。
该装置移动载台40相当于本发明的[聚焦移动装置]及[观察光聚焦装置]的一个例子，是为了在被测定物体O的观察时于检测者想要观察的区域上进行聚焦而动作，其藉由使上述构件沿信号光S的光路方向进行移动，而起到使被测定物体O所反射的观察光M，在观察用CCD照相机23的受光面上进行聚焦的作用。装置移动载台40不只是象这样向z方向进行移动，也可采用能够沿x方向和y方向还有上下方向进行可自由变向移动的构成。另外，检测者藉由操作未图示的控制台等观察操作部，而使装置移动台40进行移动。
[关于观察光、计测光的聚焦状态]
这里，关于观察光对观察用CCD照相机23的聚焦状态，和计测光对计测用CCD照相机21、22的计测光的聚焦状态的关系进行说明。在本实施形态的光图像计测装置1中，应用一种使在观察用CCD照相机23上聚焦的位置和在计测用CCD照相机21、22上聚焦的位置预先进行位移的构成。
图1所示为在被测定物体O的装置侧的表面上使观察用CCD照相机23聚焦的状态，即表示对被测定物体O的装置侧表面上的物点P(观察物点)的像点p(观察像点)，被形成在观察用照相机23的受光面上的状态。即，图1所示为检测者观察被测定物体O的装置侧表面时的状态。另外，观察物点P和观察像点p在光学上处于共轭的位置。
在该状态下，在计测用CCD照相机21、22的受光面上形成像点q1、q2(计测像点)的物点Q(计测物点)，位于从被测定物体O的装置侧表面向装置侧只位移距离d的位置。换言之，计测用CCD照相机21、22在从观察用CCD照相机23的观察物点P靠近装置侧的位置上具有计测物点Q，从处于观察物点P的位置上的被测定物体O的装置侧表面开始，焦点进行偏离。另外，观察物点P和计测物点Q之间的距离d，被设定为静止状态的干涉仪移动载台50加速到上述的设定速度为止所必需的距离或在其以上的距离。该距离d可考虑例如干涉仪移动载台50及其搭载构件的重量，和将干涉仪移动载台50进行驱动的后述的载台驱动机构51的线性传动装置等驱动装置的驱动力而决定。另外，计测用CCD照相机21的计测物点Q和计测像点q1处于光学上共轭的位置，计测用CCD照相机22的计测物点Q和计测像点q2处于光学上共轭的位置。
而且，参照镜8的反射面对计测用CCD照相机21、22的计测像点q1、q2，被配置在光学共轭的位置上(共轭点Q’)。而且，对观察用CCD照相机23的观察像点p的共轭点P’，位于从共轭点Q’朝参照镜8背面侧只位移距离d的位置上。
[控制系统]
下面，参照图2，对光图像计测装置1的控制系统进行说明。光图像计测装置1的控制系统以信号处理部20为中心构成，且构成中还包括与该信号处理部20连接的计测用CCD照相机21，22、观察用CCD照相机23、计测开始开关60、压电元件9、载台驱动机构41，51、观察光源12、驱动脉冲发生器2A及显示装置30。
计测开始开关60相当于本发明的[操作装置]的一个例子，是在决定对显示装置30上所显示的观察图像进行观察并进行图像计测的区域(计测区域)后，为了开始该计测区域的图像计测而进行操作。该计测开始开关60由光图像计测装置1的控制面板、作为光图像计测装置1的控制台使用的计算机装置的键盘和鼠标等输入元件等构成(都未图示)。另外，在光图像计测装置1中，设置有在开始被测定物体O的观察时被操作的同样的观察开始开关(省略图示)。
载台驱动机构41搭载有用于使装置移动载台40移动的机构。该载台驱动机构41的构成可包括例如线性传动装置等。载台驱动机构51的构成同样地也可包括线性传动装置等，并搭载用于使干涉仪移动载台50移动的机构。
在信号处理部20中，设置有控制光图像计测装置1的各部的装置控制部24、根据来自计测用CCD照相机21，22的检测信号而形成图像的图像形成部25、存储各种数据和计算机程序的存储部26。
(装置控制部)
装置控制部24的构成包括CPU等运算处理电路，进行驱动脉冲发生器2A、压电元件9、观察光源12、载台驱动机构41，51、计测用CCD照相机21，22、观察用CCD照相机23等装置各部的动作控制。另外，装置控制部24依据对前述观察操作部的操作而控制载台驱动机构41，使装置移动载台40进行移动。而且，装置控制部24根据从观察用CCD照相机23所输入的检测信号，进行使显示器装置30显示观察图像的处理。而且，也进行使存储部26存储图像和各种数据的处理，和在存储部26中所存储的信息的读出处理等。另外，对应前述观察开始开关和计测开始开关60的操作，进行装置各部的控制。
(图像形成部)
图像形成部25相当于本发明的[图像形成装置]的一个例子，其藉由实行后述的[计测原理]所详细说明的运算处理，而根据从计测用CCD照相机21、22所输出的检测信号，形成被测定物体O的2维断层图像和3维图像等。
在来自计测用CCD照相机21、22的检测信号中，如上所述含有各种各样的拍率成分。而且，干涉光L的S偏光成分L1、P偏光成分L2作为与来自宽频带光源2的计测光H相等频率的脉冲光，由计测用CCD照相机21、22被检测。图像形成部25在检测信号所包含的多个拍率成分中，根据与脉冲状的干涉光L的S偏光成分L1、P偏光成分L2的频率(即宽频带光源2输出计测光H的频率)(大致)相等的拍率的拍率成分，形成断层图像。在图像形成部25，与从宽频带光源2周期性输出的脉冲状的各计测光对应的检测信号，从计测用CCD照相机21、22依次被输入。图像形成部25对各检测信号实行图像形成处理，并依次形成断层图像。
而且，图像形成部25可根据利用干涉仪移动载台50的动作而关于各种计测深度所得到的断层图像，形成被测定物体O的3维图像、任意方向的2维断层图像等。
实行这种处理的图像形成部25的构成包括用于实行在存储部26中所存储的图像形成用的计算机程序的CPU等运算控制电路。
由图像形成部25所形成的图像，利用装置控制部24在存储部26中进行存储，或在显示器装置30上进行显示。
(存储部)
存储部26由图像存储部、硬盘驱动器、ROM等存储装置构成。另外，在图2中记述为单一的存储部26，但在实际的构成中也可由多个存储装置构成。
在存储部26中，预先存储有装置控制用的计算机程序和图像形成用的计算机程序等。而且，在存储部26中，存储有图像形成部25所形成的图像和观察用CCD照相机23所检测出的图像等。
[计测原理]
这里，对由本实施形态的光图像计测装置1所实施的图像计测的基本原理进行说明。
首先，从宽频带光源2所输出的光束，由偏光板3而转换为对x轴、y轴形成45°的角度方向的直线偏光，并利用透镜4、5扩大波束径，且形成平行光束而入射半透镜6，被二分为信号光S和参照光R。
信号光S入射由散射媒质构成的被测定物体O，并由其表面和各种深度的断层面被反射。来自被测定物体O的反射光波的一部分，由半透镜6被反射，并导向成像用透镜群10。
另一方面，参照光R通过(1/8)波长板7，由利用压电元件9被振动的参照镜8进行反射，并再次通过波长板7入射半透镜6。此时，参照光R藉由通过2次波长板7，而使其偏光特性从角度45°的直线偏光被转换为圆偏光。形成圆偏光的参照光R的一部分，透过半透镜6被导向成像用透镜群10。
信号光S和参照光R利用半透镜6进行重叠而生成干涉光L。该干涉光L经由成像用透镜群10，被运送到偏光分光器11。
偏光分光器11起到反射干涉光L的S偏光成分L1，且透过P偏光成分L2的作用。干涉光L的S偏光成分L1由计测用CCD照相机21进行检测，且P偏光成分L2由计测用CCD照相机22进行检测。这里，干涉光L的S偏光成分L1包括信号光S的S偏光成分Ess、参照光R的S偏光成分Ers，而干涉光L的P偏光成分L2包括信号光S的P偏光成分Esp、参照光R的P偏光成分Erp。信号光S的S偏光成分Ess及P偏光成分Esp、参照光R的S偏光成分Ers及P偏光成分Erp，如下式所示。
[数2]
这里，分别以f表示从宽频带光源2所输出的计测光H的频率，fD表示基于参照镜8的振动的频率位移，φ表示信号光S的初期相位，φ’表示参照光R的初期相位。另外，将信号光S和参照光R的初期相位的差表示为Δφ(＝φ-φ’)。参照数[2]所示的式(2)～(5)可知，干涉光L的S偏光成分L1和P偏光成分L2利用计测用CCD照相机21、22，分别作为下式那样的外差信号i1、i2被检测。
[数3]
比较式(6)、(7)可知，因为各式的第3项的交流信号为同相位的cos函数和sin函数，所以具有90°的相位差。
这里，装置控制部24控制驱动脉冲发生器2A，并利用由压电元件9所形成的参照镜8的振动，而产生与付于参照光R的频率位移量(大致)相同频率的脉冲信号。宽频带光源2由该脉冲信号被驱动，输出与该脉冲信号相同频率的脉冲状的计测光H。即，计测光H为以与干涉光L的拍率(大致)相同的频率被输出的脉冲光。
该计测光H作为例如50％功率(duty)的矩形列的脉冲光被输出。另外，该光束的功率比并不限定于50％，脉冲形状也可为除了矩形列以外的形状(例如三角形列或梯形列等)。而且，也可取代将输出强度0和100进行切换所得到的脉冲光，而应用例如将输出强度在50和100间进行调制所得到的光束。即，这里重要的并不是光束的强度调制的程度，而是进行控制以使其强度调制的频率与干涉光L的拍率大致相等。
下面，参照图3所示的标绘图，对本实施形态的光图像计测装置1的干涉光L的检测形态进行说明。以下，将从宽频带光源2所输出的光束的强度调制频率设为fm。而且，如前面所说明的，fD表示被付与参照光R的频率位移(干涉光L的拍率)，光束的调制频率fm为与频率位移fD相等或与其接近的值。
图3(A)所示为由频率fm进行强度调制并从宽频带光源2所输出的光束的时间波形。图3(B)所示为光束是连续光，由此使参照光R和信号光S都为连续光的情况下的干涉光L的S偏光成分L1(拍率fD)的时间波形。图3(C)所示为参照光R和信号光S都为连续光的情况下的干涉光L的P偏光成分L2的时间波形。这里，图3(B)、(C)所示的S偏光成分L1和P偏光成分L2的相位差为90°。
而且，图3(D)所示为来自宽频带光源2的光束如图3(A)那样进行强度调制的情况下的干涉光L的S偏光成分L1的时间波形(与图3(B)对应)。图3(E)所示为来自宽频带光源2的光束如图3(A)那样进行强度调制的情况下的，干涉光L的P偏光成分L2的时间波形(与图3(C)对应)。图(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。另外，图3(D)、(E)的光束相当于计测光H。
计测用CCD照相机21对图3(D)所示的时间波形的S偏光成分L1进行检测。来自宽频带光源2的光束为频率fm、50％duty的矩形列的光脉冲，且当其调制频率fm和干涉光L的拍率fD的差δf＝|fm-fD|，与计测用CCD照相机21的响应频率相比足够小时，从计测用CCD照相机21所输出的S偏光成分L1的检测信号与检测时间内所积蓄的光电荷量成比例，可如下式那样得到。(参照例如M.Akiba.K.P.Chan，N.Tanno.Japanese Journal ofApplied Physics，Vol.39，L1194(2000))。
[数4]
S1(t)＝
这里，<·>表示基于计测用CCD照相机21的积蓄效果的时间平均，K1表示包含偏光分光器11的反射率和计测用CCD照相机21的光电转换率的光检测效率，m(t)表示对宽频带光源2的输出进行强度调制的函数(表示矩形脉冲的函数)，而且β表示测定中的初期相位值。由式(8)可知，在计测用CCD照相机21所输出的检测信号中，除了关于信号光S和参照光R的强度的项(背景光成分)以外，还包括关于干涉光L的S偏光成分L1的振幅(IssIrs)及相位2πδft+β的项。
同样，计测用CCD照相机22检测图3(E)所示的时间波形的P偏光成分L2，并输出下式那样的检测信号。
[数5]
这里，K2表示包含偏光分光器11的透过率和计测用CCD照相机22的光电转换率的光检测效率。
下面，对根据从计测用CCD照相机21、22所分别输出的检测信号(8)、(9)的干涉光L的信号强度计算处理的一个例子进行说明。
由于参照光R利用波长板7被转换为圆偏光，所以可认为其S偏光成分Ers的强度Irs和P偏光成分Erp的强度Irp相等(表示为Irs＝Irp＝Ir)。
另一方面，关于信号光S，来自被测定物体O的反射光被认为并不显著依存于入射光的偏光特性，可认为其S偏光成分Ess的强度Iss和P偏光成分Esp的强度Isp大致相等或为接近值(表示为Iss＝Isp＝Is)。而且，因为信号光S由被测定物体O被散射、吸收，所以其强度在通常情况下可认为较参照光R足够小(Is＜＜Ir)。
而且，式(8)及式(9)的右边的第1项和第2项表示背景光的强度，其值可在事前或另外的进行测定。例如，藉由利用宽频带光源2输出连续光的光束并利用计测用CCD照相机21等进行检测，且将其只积分1波长量(或其整数倍)并取消第3项(交流成分；相位直交成分)，可取得背景光的强度(背景光成分)。
藉由从来自各计测用CCD照相机21、22的检测信号的强度除去所取得的背景光成分，而计算各检测信号的相位直交成分，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)(参照下式)。
[数6]
如利用这些式(10)、(11)，干涉信号L的S偏光成分L1及P偏光成分L2的振幅如下式所示。
[数7]
另外，光图像计测装置1可如下面那样，使干涉光L的相位的空间分布图像化。
在某测定时间t＝t1，当干涉光L的S偏光成分L1的相位直交成分S1’(t1)由计测用CCD照相机21被检测，P偏光成分L2的相位直交成分S2’(t1)由计测用CCD照相机22被检测时，取这两相位直交成分的比，得到以下那样的信号。
[数8]
可知该式(13)所示的信号S3，不依存于干涉光L的振幅，而只由相位信息构成。在本实施形态中，由于利用具有多个像素呈2维排列的受光面的计测用CCD照相机21、22，对S偏光成分L1和P偏光成分L2进行检测，所以在各像素所检测的信号的相位β(x、y、t1)，如下式那样进行表示(在这里，(x、y)表示在各像素的受光面上的座标)。
[数9]
该式(14)的第2项为具有0或大致为0的频率δf(0)的交流信号在测定时间t1的瞬时相位值，所以可认为与计测用CCD照相机21、22的像素的位置即座标x、y无关而为均匀值。因此，如以在例如位于计测用CCD照相机21、22的受光面上的某一特定点(x＝x1，y＝y1)上的像素所检测的相位Φ(x1、y1、t1)作为基准，求在各像素所检测的检测信号的相位差，则可使外差信号的相位差的空间分布，即干涉光L的相位差的空间分布图像化。
另一方面，也可由干涉光L的相位信息取得其频率信息。如使在2个测定时间t＝t1及t＝t2的干涉光L的S偏光成分L1及P偏光成分L2的相位分别为β(x、y、t1)及β(x、y、t2)，则干涉光L的拍率fD与来自光束射出部2的光束的调制频率fm的差δf，如下式所示。
[数10]
在这里，由于光束的调制频率fm为已知，所以由式(10)和式(11)可计算外差频率即干涉光L的拍率fD。
[处理形态]
对以上述那样的利用本实施形态的光图像计测装置1的处理形态进行说明。光图像计测装置1首先使被测定物体O在观察中使用，由检测者决定计测区域，然后在该计测区域的图像计测中使用。图4的流程图所示为这种光图像计测装置1的处理形态的一个例子。
首先，当检测者为了观察被测定物体O而操作前述的观察开始开关(S1)时，装置控制部24使观察光源12点灯，且根据来自观察用CCD照相机23的检测信号，使观察图像在显示器装置30上进行显示(S2)。检测者藉由观察所显示的观察图像，并操作前述的观察操作部，使装置移动载台40进行移动，可在被测定物体O的各种各样的区域上聚焦并进行观察，并决定实施图像计测的计测区域(S3)。
此时，观察用CCD照相机23的观察物点例如图1那样，位于被测定物体O的装置侧表面(观察物点P)上，且在被测定物体O的装置侧表面上聚焦了的观察图像，在显示器装置30上进行显示。而且，计测用CCD照相机21、22的计测物点，位于从观察物点向装置侧只离开距离d的位置上(计测物点Q)。而且，计测用CCD照相机21、22的计测像点p的共轭点Q’，位于参照镜8的反射面上。
在决定了计测区域后，检测者为了开始图像计测而操作计测开始开关60(S4)。装置控制部24依据该计测开始要求，使观察光源12熄灯并使观察用CCD照相机23的动作停止，结束观察动作(S5)。
而且，装置控制部24对应计测开始开关60的操作(步骤S4)，控制载台驱动机构51开始干涉仪移动载台50的驱动，使该搭载构件沿朝着被测定物体O的方向进行移动(S6)。藉此，计测用CCD照相机21、22的计测物点Q，朝观察物点P的位置缓缓移动。然后，装置控制部24使干涉仪移动载台50的搭载构件缓缓加速到设定速度，且在达到该设定速度后，维持该速度并以一定速度进行移动(S7)。此时，如前所述，干涉仪移动载台50的移动速度在计测物点Q到达观察物点P之前，达到该设定速度。
然后，装置控制部24对应计测开始开关60的操作(步骤S4)，控制驱动脉冲发生器2A而从宽频带光源2输出计测光H，并控制压电元件9使参照镜8进行振动，且控制图像形成部25而根据来自计测用CCD照相机21、22的检测信号形成图像(计测图像)，并在显示器装置30上进行显示(S8)。另外，在利用干涉仪移动载台50的移动速度达到一定之前，无法取得高品质的计测图像。
当计测物点Q通过观察物点P的位置时(S9)，图像形成部25根据来自计测用CCD照相机21、22的检测信号，形成观察物点P的位置(被测定物体O的装置侧表面)的图像，并传送到装置控制部24(S10)。此时，由于干涉仪移动载台50的移动速度为一定，所以恰当地形成观察物点P的位置的图像。装置控制部24使所形成的图像在显示器装置30上进行显示(S11)。
图像形成部25依据计测物点Q向z方向的移动(向图像计测深度方向的扫描)，而定期地形成图像(S12)。该定期形成的图像依次在显示器装置30上进行显示(S13)。在计测物点Q的扫描结束后(S14)，图像计测结束。检测者可依据需要将所计测的图像在存储部26等中进行保存。
[作用效果]
如利用象以上这样进行动作的本实施形态的光图像计测装置1，则计测用CCD照相机21、22的计测物点Q，在被测定物体O的观察时处于从观察物点P只离开距离d的位置上，并对应计测开始开关60的操作而朝观察物点P的位置的方向开始移动。计测物点Q在被加速达到一定速度后，通过观察物点P的位置。换言之，计测用CCD照相机21、22在最初预先进行聚焦，以对从被测定物体O的观察位置(观察深度)只离开距离d的位置进行计测，并对应计测开始的触发脉冲，使其计测位置(聚焦的位置)朝上述观察位置进行移动。继而，在其移动速度达到一定速度后，计测位置会通过上述观察位置。因此，如利用本实施形态的光图像计测装置1，则可在计测开始的触发脉冲的输入后，迅速地开始图像计测，能够恰当地取得观察物点P的位置的图像(在计测区域决定时进行观察的区域的图像)。
[变形例]
下面，对关于本发明的光图像计测装置的各种变形例进行说明。
上述实施形态的光图像计测装置1采用藉由利用干涉仪移动载台50变更信号光S的光路长(从半透镜6到被测定物体O的装置侧表面)，而对图像计测深度进行扫描的构成，但也可采用使参照镜8沿参照光R的光路方向进行移动，并变更参照光R的光路长的构成。即，在本发明中，只要具有能够变更信号光S和参照光R的光路长差并变更图像计测深度的光路长变更装置就足够了。另外，用于驱动参照镜8的光路长变更装置的构成包括线性传动装置和压电元件等参照物体移动装置。该参照物体移动装置对应图像计测开始的触发脉冲的输入，开始参照镜8的移动，并受到控制以在使计测物点Q只移动设定距离(距离d)之前，使参照镜8的移动的速度保持一定。
而且，在上述实施形态中，是采用将干涉光L的2个偏光成分L1、L2由2个计测用CCD照相机21、22分别进行检测，并对图像进行计测的构成，但关于本发明的构成，可应用于具有将信号光和参照光的光路长差进行变更并扫描图像计测深度的构成的任意的光图像计测装置。
而且，在上述实施形态中，是利用参照镜8及压电元件9作为使信号光S的频率和参照光R的频率相对进行位移的频率位移装置，但可利用声光元件等频率位移器。该频率位移器被配置在例如参照光R的光路上，起到将参照光R的频率进行调制的作用。
而且，在上述实施形态中，是采用使计测物点Q形成在从观察物点P向装置方向只离开距离d的位置上的构成，但也可采用在从观察物点P向与装置相反的方向只离开距离d的位置上形成计测物点Q的构成。在这种情况下，图像计测深度的扫描方向变得相反(在上述实施形态下是沿[+z方向]进行扫描，但在本变形例中变成沿[-z]方向进行扫描。即，干涉仪移动载台50的移动方向变得相反。)。
作为可应用本发明的构成的光图像计测装置，采用例如将连续的光束所形成的计测光分割为信号光和参照光，并将经由了被测定物体的信号光和经由了参照物体的参照光进行重叠而生成干涉光，且将该干涉光由半透镜一分为二，并将一分为二的干涉光分别利用遮光器进行抽样而由计测用CCD照相机进行检测的构成。另外，各遮光器根据来自相位位移器等的时序信号，以设定的频率周期性地遮挡干涉光并进行抽样。此时，对2个遮光器付与例如90°和180°的相位差。在这种光图像计测装置中，如藉由例如使参照物体进行移动并变更参照光的光路长，而进行图像计测深度的扫描，则可应用本发明的构成。
图5所示为关于本发明的光图像计测装置的变形例的光学系统的构成。另外，关于控制系统，与上述实施形态采用同样的构成。图5所示的光图像计测装置100具有宽频带光源101、聚光镜102、棱镜型半透镜103、聚光镜104、参照镜105、物镜106、观察光源107、棱镜型二向色镜108、反射镜109、成像透镜110、观察用CCD照相机111、成像透镜112、计测用CCD照相机113、干涉仪移动载台115及装置移动载台116。
观察光源107可对棱镜型半透镜103和被测定物体O之间的光路(信号光的光路)，从倾斜方向朝被测定物体O射出观察光。另外，关于上述实施形态的观察光源，也是可应用对信号光S的光路沿倾斜方向朝被测定物体O射出观察光的构成。
宽频带光源101、聚光镜102、棱镜型半透镜103、聚光镜104、参照镜105、物镜106被搭载在干涉仪移动载台115上，可沿信号光的光路方向进行移动。而且，宽频带光源101、聚光镜102、棱镜型半透镜103、聚光镜104、参照镜105、物镜106、棱镜型二向色镜108、反射镜109、成像透镜110、观察用CCD照相机111、成像透镜112及计测用CCD照相机113，被搭载在装置移动载台116上，可沿信号光的光路方向进行移动。
该图5所示为在被测定物体O的装置侧的表面上使观察用CCD照相机111聚焦的状态，即对被测定物体O的装置侧表面上的观察物点P的观察像点p被形成在观察用CCD照相机111的受光面上的状态，表示检测者观察被测定物体O的装置侧表面时的状态。观察物点P和观察像点p在光学上处于共轭的位置。
在该状态下，于计测用CCD照相机113的受光面上形成计测像点q的计测物点Q，位于从被测定物体O的装置侧表面向装置侧只位移设定距离的位置上。计测用CCD照相机113的焦点位置，处于从观察物点P的位置(被测定物体O的装置侧表面)偏离的位置上。这里，观察物点P和计测物点Q之间的距离，被设定为静止状态的干涉仪移动载台114加速到设定速度所需要的距离或其以上的距离。另外，计测用CCD照相机113的计测物点Q和计测像点q处于在光学上共轭的位置。
而且，参照镜105的反射面，被配置在对计测用CCD照相机113的计测像点q光学共轭的位置上(共轭点Q’)。而且，对观察用CCD照相机111的观察像点p的共轭点P’，位于从共轭点Q’朝参照镜8背面侧只位移上述设定距离的位置上。
利用光图像计测装置100的被测定物体O的观察，象下面那样进行实施。从观察光源107所射出的观察光由被测定物体O被反射。该观察光的反射光经由物镜106、棱镜型半透镜103，由棱镜型二向色镜108被反射，并由反射镜109再次被反射，且利用成像透镜110在观察用CCD照相机111上进行聚焦。藉此，使观察图像显示在未图示的显示器装置上。
而且，利用光图像计测装置100的图像计测，象下面那样进行实施。从宽频带光源101所输出的计测光，利用聚光镜在棱镜型半透镜103的反射面上进行聚焦。计测光由棱镜型半透镜103，被分割为经由被测定物体O的信号光、朝向参照镜105的参照光。参照光由聚光透镜104在参照镜105的反射面上被聚焦，并由该反射面进行反射而入射棱镜型半透镜103。另一方面，信号光通过物镜106照射在被测定物体O上，且其反射光经由物镜106入射棱镜型半透镜103。信号光和参照光由棱镜型半透镜103进行重叠而生成干涉光。该干涉光透过棱镜型二向色镜108，由成像透镜112在计测用CCD照相机113上进行聚焦。未图示的信号处理部根据从计测用CCD照相机所输出的检测信号形成图像，并在显示器装置上进行显示。
对光图像计测装置100的处理形态进行说明。当检测者在计测区域的决定后输入计测开始触发脉冲时(与上述步骤S4对应)，将照明光源107熄灯并使观察用CCD照相机111的动作停止，结束观察动作(对应上述步骤S5)。
而且，对应计测开始触发脉冲的输入，干涉仪移动载台114朝被测定物体O的方向开始移动(对应上述步骤S6)。藉此，计测用CCD照相机113的计测物点Q朝观察物点P的位置缓缓地进行移动。然后，干涉仪移动载台114使其搭载构件缓缓地加速到设定速度，并在达到该设定速度后以一定速度进行移动(对应上述步骤S7)。干涉仪移动载台50的移动速度在计测物点Q到达观察物点P之前，达到一定速度。
然后，对应计测开始触发脉冲的输入，从宽频带光源2使计测光输出，并根据来自计测用CCD照相机113的检测信号，形成计测图像并在显示器装置30上进行显示(对应上述步骤S8)。
当计测物点通过观察物点P的位置时(对应上述步骤S9)，信号处理部根据来自计测用CCD照相机113的检测信号，形成观察物点P的位置(被测定物体O的装置侧表面)的图像并在显示器装置30上进行显示(对应上述步骤S10、S11)。
信号处理部依据计测物点Q向图像计测深度方向的扫描，定期地形成图像，并依次在显示器装置30上进行显示(对应上述步骤S12、S13)。在计测物点Q的扫描结束后，图像计测结束(对应上述步骤S14)。
利用这种光图像计测装置100，也可与上述实施形态同样地，在计测开始触发脉冲的输入后，迅速地开始图像计测，能够恰当地取得观察物点P的位置的图像，即在计测区域决定时进行观察的区域的图像。
以上所说明的变形例，在后述的实施形态中也可加以应用。
(第2实施形态)
接着，对关于本发明的光图像计测装置的第2实施形态进行说明。图6所示为本实施形态的光图像计测装置1’的光学系统的构成。
本实施形态的光图像计测装置1’与第1实施形态的光图像计测装置1具有大致相同的光学构成(利用与图1相同的符号进行说明。)。光图像计测装置1’和第1实施形态的光学系统的不同点，只是观察光的聚焦状态和计测光的聚焦状态的关系。而且，关于控制系统，也与第1实施形态具有相同的构成(参照图2。)。
在本实施形态中，使在观察用CCD照相机上聚焦的位置和在计测用CCD照相机21、22上聚焦的位置预先一致。图6所示为在被测定物体O的装置侧的表面上使观察用CCD照相机23聚焦的状态，亦即使对被测定物体O的装置侧表面上的观察物点P的观察像点p，形成在观察用CCD照相机23的受光面上的状态。在该状态下，在计测用CCD照相机21、22的受光面上形成计测像点q1、q2的计测物点Q，与观察物点P的位置一致。而且，参照镜8的反射面被配置在对计测用CCD照相机21、22的计测像点q1、q2光学共轭的位置上(共轭点Q’)，且对观察用CCD照相机23的观察像点p的共轭点P’与共轭点Q’一致。
对以上那种利用本实施形态的光图像计测装置1’的处理形态的一个例子，参照图7的流程图进行说明。
当检测者操作观察开始开关时(S21)，装置控制部24使观察光源12点灯，并根据来自观察用CCD照相机23的检测信号，使观察图像在显示器装置30上进行显示(S22)。检测者藉由观察所显示的观察图像，并在被测定物体O的各种各样的区域上聚焦进行观察，而决定计测区域(S23)。
此时，观察用CCD照相机23的观察物点例如图6所示那样，位于被测定物体O的装置侧表面上(观察物点P)，且在被测定物体O的装置侧表面聚焦了的观察图像在显示器装置30上进行显示。而且，计测用CCD照相机21、22的计测物点Q的位置与观察物点P一致。
在决定了计测区域后，检测者操作计测开始开关60(S24)。装置控制部24依据该计测开始要求，使观察光源12熄灯，并使观察用CCD照相机23的动作停止而结束观察动作(S25)。
而且，装置控制部24对应计测开始开关60的操作(步骤S24)，控制载台驱动机构51，使干涉仪移动载台50沿与被测定物体O相反的方向(-z方向)只移动设定距离(S26)。
该[设定距离]与第1实施形态的[距离d]同样地，被设定为使静止状态的干涉仪移动载台50加速到设定速度所需要的距离或其以上的距离。
在使干涉仪移动载台50只退开设定距离后，这次使干涉仪移动载台50沿相反方向(+z方向)开始移动，并使其搭载构件沿朝着被测定物体O的方向进行移动(S27)。藉此，使计测用CCD照相机21、22的计测物点Q，朝观察物点P的位置缓缓地进行移动。然后，装置控制部24使干涉仪移动载台50的搭载构件缓缓加速到设定速度，并在达到该设定速度后，维持该速度并以一定速度进行移动(S28)。此时，如上所述，干涉仪移动载台50的移动速度在临时退开的计测物点Q到达观察物点P之前(使上述设定距离移动期间)，达到该设定速度并形成等速。
然后，装置控制部24对应计测开始开关60的操作(步骤S24)，控制驱动脉冲发生器2A而从宽频带光源2输出计测光H，并控制压电元件9使参照镜8进行振动，且控制图像形成部25而以来自计测用CCD照相机21、22的检测信号为基础形成计测图像，并在显示器装置30上进行显示(S29)。另外，在利用干涉仪移动载台50的移动速度达到一定之前，无法取得高品质的计测图像。
当计测物点Q通过观察物点P的位置时(S30)，图像形成部25根据来自计测用CCD照相机21、22的检测信号，形成观察物点P的位置的图像，并传送到装置控制部24(S31)。此时，由于干涉仪移动载台50的移动速度为一定，所以恰当地形成观察物点P的位置的图像。装置控制部24使所形成的图像在显示器装置30上进行显示(S32)。
图像形成部25依据计测物点Q向z方向的移动(向图像计测深度方向的扫描)，而定期地形成图像(S33)。在计测物点Q的扫描结束后(S35)，图像计测结束。检测者可依据需要将所计测的图像在存储部26等中进行保存。
如利用本实施形态的光图像计测装置1’，则计测用CCD照相机21、22的计测物点Q，在被测定物体O的观察时与观察物点P处于相同位置上，并在对应计测开始开关60的操作，使计测物点Q从被测定物点O暂时退开设定距离后，朝原观察物点P的位置的方向(即相反方向)开始移动。计测物点Q被加速达到一定速度并通过观察物点P的位置。换言之，计测用CCD照相机21、22在最初将被测定物体O的观察位置(观察深度)作为计测位置，并对应计测开始的触发脉冲，而使计测位置移动到从该观察位置只离开距离d的位置上。在移动到只离开距离d的位置上以后，使计测位置朝原观察位置进行移动，并在其移动速度达到一定速度后通过原观察位置。因此，如利用本实施形态的光图像计测装置1’，则可在计测开始的触发脉冲的输入后，迅速地开始图像计测，能够恰当地取得观察物点P的位置的图像(在计测区域决定时进行观察的区域的图像)。
而且，如利用本实施形态，则在观察时计测物点Q与观察物点P处于相同位置上，所以能够确认干涉光是否正常地生成。例如，对应计测开始开关60的操作，输出计测光H并使干涉仪移动载台50进行移动，且届时对计测用CCD照相机21、22所引导的光进行检测。根据该检测结果，可判断是否生成恰当的拍率的干涉光。在未生成恰当的干涉光的情况下，可在例如显示器装置30上显示报错信息而通知检测者。藉此，能够回避计测错误的产生，不实行无效的计测。
图8所示的光图像计测装置100’，是在由第1实施形态的变形例(参照图5)所说明的光图像计测装置100中应用本实施形态的构成。在该光图像计测装置100’中，使观察用CCD照相机111的观察物点P和计测用CCD照相机113的观测物点Q一致。
对该光图像计测装置100’的处理形态进行说明。当检测者在计测区域的决定后输入计测开始触发脉冲时(与上述步骤S24对应)，将照明光源107熄灯并使观察用CCD照相机111的动作停止，结束观察动作(对应上述步骤S25)。
而且，对应计测开始触发脉冲的输入，干涉仪移动载台114从被测定物体O只退开设定距离(对应上述步骤S26)。接着，使干涉仪移动载台114朝着被测定物体O的方向开始移动(对应上述步骤S27)。藉此，计测物点Q朝着观察物点P的位置缓缓地进行移动。然后，干涉仪移动载台114使其搭载构件缓缓地加速到设定速度，并在达到该设定速度后以一定速度进行移动(对应上述步骤S28)。干涉仪移动载台50的移动速度在计测物点Q到达观察物点P之前，达到一定速度。
然后，对应计测开始触发脉冲，从宽频带光源2使计测光输出，并根据来自计测用CCD照相机113的检测信号，形成计测图像并在显示器装置30上进行显示(对应上述步骤S29)。
当计测物点Q通过观察物点P的位置时(对应上述步骤S30)，信号处理部根据来自计测用CCD照相机113的检测信号，形成观察物点P的位置的图像并在显示器装置30上进行显示(对应上述步骤S31、S32)。
信号处理部依据计测物点Q向图像计测深度方向的扫描，定期地形成图像，并依次在显示器装置30上进行显示(对应上述步骤S33、S34)。在计测物点Q的扫描结束后，图像计测结束(对应上述步骤S35)。
利用这种光图像计测装置100’，也可与上述实施形态同样地，在计测开始触发脉冲的输入后，迅速地开始图像计测，能够恰当地取得观察物点P的位置的图像(在计测区域决定时进行观察的区域的图像)。
(第3实施形态)
接着，对关于本发明的光图像计测装置的第3实施形态进行说明。图9所示为本实施形态的光图像计测装置1”的光学系统的构成的一个例子。而且，图10所示为该光图像计测装置1”的控制系统的构成的一个例子。
本实施形态的光图像计测装置1”与第2实施形态的光图像计测装置1’具有大致相同的光学构成(与图6利用相同的符号进行说明。)。与第2实施形态的光学系统的不同点在于，在光图像计测装置1”中追加光路长修正玻璃18(参照图9)。
而且，在控制系统方面，与第1、2实施形态大致相同(与图2利用相同的符号进行说明。)，而不同点在于，具有修正玻璃驱动机构19，用于使光路长修正玻璃18在信号光S的光路中进行插入/退开。(参照图10)。该修正玻璃驱动机构19由例如线性传动装置等构成。
当使光路长修正玻璃18插入信号光S的光路中时，其光路长被变更，使计测用CCD照相机21、22的计测物点Q和观察用CCD照相机23的观察物点P向装置侧只移动距离d。该距离d与第1实施形态同样地，被设定为使静止状态的干涉仪移动载台50加速到设定速度所需要的距离或其以上的距离。
对利用以上那样的本实施形态的光图像计测装置1”的处理形态的一个例子，参照图11的流程图进行说明。另外，在初期状态，使光路长修正玻璃18从信号光S的光路上退开。
当检测者操作观察开始开关时(S41)，装置控制部24使观察光源12点灯，并根据来自观察用CCD照相机23的检测信号，使观察图像在显示器装置30上进行显示(S42)。检测者藉由观察所显示的观察图像，并在被测定物体O的各种各样的区域上聚焦且进行观察，而决定计测区域(S43)。
此时，观察用CCD照相机23的观察物点例如图9那样，位于被测定物体O的装置侧表面(观察物点P)上，且使在被测定物体O的装置侧表面上聚焦了的观察图像，在显示器装置30上进行显示。而且，计测用CCD照相机21、22的计测物点Q的位置，与观察物点P一致。
在决定了计测区域后，检测者为了开始图像计测而操作计测开始开关60(S44)。装置控制部24依据该计测开始要求，使观察光源12熄灯并使观察用CCD照相机23的动作停止，结束观察动作(S45)。
而且，装置控制部24对应计测开始开关60的操作(步骤S44)，控制修正玻璃驱动机构19，将光路长修正玻璃18插入到信号光S的光路中(S46)。藉此，使计测物点Q(及观察物点P)如图9所示，向装置侧只移动距离d。
而且，装置控制部24对应计测开始开关60的操作(步骤S44)，控制驱动载台驱动机构51而开始干涉仪移动载台50的移动(S47)。藉此，使计测用CCD照相机21、22的计测物点Q朝光路长修正玻璃18的插入前的计测物点Q的位置，缓缓地进行移动。然后，装置控制部24使干涉仪移动载台50的搭载构件缓缓加速到设定速度，并在达到该设定速度后维持该速度而以一定速度进行移动(S48)。
然后，装置控制部24对应计测开始开关60的操作(步骤S44)，控制驱动脉冲发生器2A而从宽频带光源2输出计测光H，并控制压电元件9使参照镜8进行振动，且控制图像形成部25而根据来自计测用CCD照相机21、22的检测信号形成计测图像，并在显示器装置30上进行显示(S49)。另外，在利用干涉仪移动载台50的移动速度达到一定之前，无法取得高品质的计测图像。
当计测物点Q通过光路长修正玻璃18插入前的位置时(S50)，图像形成部25根据来自计测用CCD照相机21、22的检测信号，形成玻璃插入前的位置的图像，并传送到装置控制部24(S51)。此时，由于干涉仪移动载台50的移动速度为一定，所以玻璃插入前的位置的图像可恰当地形成。装置控制部24使所形成的图像在显示器装置30上进行显示(S52)。
图像形成部25依据计测物点Q向z方向的移动(向图像计测深度方向的扫描)，而定期地形成图像(S53)。该定期形成的图像依次在显示器装置30上进行显示(S54)。在计测物点Q的扫描结束后(S55)，图像计测结束。检测者可依据需要将所计测的图像在存储部26等中进行保存。
如利用本实施形态的光图像计测装置1”，则计测用CCD照相机21、22的计测物点Q，在被测定物体O的观察时与观察物点P处于相同位置，并对应计测开始开关60的操作而由所插入的光路长修正玻璃18，从被测定物体O只退开距离d后，朝光路长修正玻璃18插入前的位置的方向开始移动。计测物点Q在被加速达到一定速度后，通过修正玻璃插入前的位置。另外，修正玻璃插入前的计测物点Q的位置，与观察物点P一致。换言之，计测用CCD照相机21、22在最初进行聚焦，以对被测定物体O的观察位置(观察深度)进行计测，但对应计测开始的触发脉冲，使光路长修正玻璃18被插入光路中，且使其计测位置移动到只离开距离d的位置上。继而，使计测位置朝着原位置(观察位置)进行移动，并在其移动速度达到一定速度后，通过原位置即观察位置。因此，如利用本实施形态的光图像计测装置1”，则可在计测开始的触发脉冲的输入后，迅速地开始图像计测，能够恰当地取得观察物点P的位置的图像(在计测区域决定时进行观察的区域的图像)。
图12所示的光图像计测装置100”，是在第1实施形态的变形例(参照图5)所说明的光图像计测装置100中应用本实施形态的构成。在该光图像计测装置100”中，观察用CCD照相机111的观察物点P和计测用CCD照相机113的计测物点Q一致。
对该光图像计测装置100”的处理形态进行说明。当检测者在计测区域的决定后输入计测开始触发脉冲时(与上述步骤S44对应)，将照明光源107熄灯并使观察用CCD照相机111的动作停止，结束观察动作(对应上述步骤S45)。
而且，对应计测开始触发脉冲的输入，将光路长修正玻璃116插入到信号光的光路中。(对应上述步骤S46)。藉此，计测物点Q向装置侧只位移距离d。接着，使干涉仪移动载台114向光路长修正玻璃116插入前的计测物点Q的位置开始移动(对应上述步骤S47)。藉此，计测物点Q朝着修正玻璃插入前的位置缓缓地进行移动。然后，干涉仪移动载台114使其搭载构件缓缓地加速到设定速度，并在达到该设定速度后以一定速度进行移动(对应上述步骤S47)。干涉仪移动载台50的移动速度在计测物点Q到达修正玻璃插入前的位置之前，达到一定速度。
然后，对应计测开始触发脉冲的输入，从宽频带光源2使计测光输出，并根据来自计测用CCD照相机113的检测信号，形成计测图像且在显示器装置30上进行显示(对应上述步骤S49)。
当计测物点Q通过修正玻璃插入前的位置(对应上述步骤S50)，信号处理部根据来自计测用CCD照相机113的检测信号，形成该插入前的位置的图像并在显示器装置30上进行显示(对应上述步骤S51、S52)。
信号处理部依据计测物点Q向图像计测深度方向的扫描，定期地形成图像，并依次在显示器装置30上进行显示(对应上述步骤S53、S54)。在计测物点Q的扫描结束后，图像计测结束(对应上述步骤S55)。
利用该光图像计测装置100”，也可与上述实施形态同样地，在计测开始触发脉冲的输入后，迅速地开始图像计测，能够恰当地取得与修正玻璃插入前的计测物点相同位置的观察物点P的位置的图像(在计测区域决定时进行观察的区域的图像)。
以上所详细说明的构成，只不过是用于实施本发明的一个具体例子。因此，只要在本发明的要旨范围内，可实施任意的变形。
(第1实施形态)
对本发明的第1实施形态进行说明。
[装置构成]
对关于本发明的光图像计测装置的第1实施形态的构成，参照图1、图2进行说明。图1所示为关于本实施形态的光图像计测装置1的光学系统的概略构成的一个例子，图2所示为其控制系统的构成的一个例子。
光图像计测装置1包括：用于进行被测定物体的图像计测的光学系统(计测光学系统)、用于在图像计测之前对被测定物体进行观察的光学系统(观察光学系统)。
[计测光学系统]
关于本实施形态的光图像计测装置1包括：输出低相干的计测光H的宽频带光源2、将该计测光H的偏光特性转换为直线偏光的偏光板3、将转换为直线偏光的计测光H形成平行光束且扩大其波束径的透镜4，5、将波束径扩大的计测光H分割为信号光S和参照光R且将它们进行重叠而生成干涉光L的半透镜6、将参照光R的偏光特性从直线偏光转换为圆偏光的波长板7、利用对参照光R的行进方向直交的反射面而使参照光R进行全反射的参照镜8、在该参照镜8的反射面的背面侧所设置的压电元件9。
宽频带光源2由SLD和LED(发光二极管)等构成。另外，市售的近红外区SLD的相干长为30μm左右，在LED的情况下为10μm左右。宽频带光源2由图2所示的驱动脉冲发生器2A所输出的设定频率的脉冲信号被驱动，输出周期性的脉冲状的计测光H(详细情况将在后面进行说明)。该计测光H作为例如50％duty的矩形列的脉冲光被输出。宽频带光源2相当于本发明的[计测光源]的一个例子。
图1中所示的xyz座标系统将从宽频带光源2所输出的朝向被测定物体O的信号光S的行进方向定义为z方向，并将与其直交的信号光S的振动面定义为x-y平面。该x方向、y方向被定义为与计测光H的电场(electrical field)成分的振动面、磁场(magnetic field)成分的振动面分别一致。而且，z方向定义被测定物体O的图像计测深度方向(深度方向)。
偏光板3为使来自宽频带光源3的计测光H的设定方向的振动成分透过的偏光转换元件。该偏光板3采用使对上述xyz坐标系的x轴及y轴分别形成45°的角度方向的振动成分透过的构成。藉此，透过了偏光板3的计测光H具有角度45°的直线偏光。因此，所说的计测光H的x轴方向及y轴方向的偏光成分，分别具有相等的振幅。换言之，计测光H的P偏光成分和S偏光成分分别具有相等的振幅。
半透镜6相当于本发明的[分割装置]的一个例子，起到将形成平行光束的直线偏光的计测光H，分割为朝向被测定物体O的信号光S和朝向参照镜8的参照光R的作用。半透镜6使计测光H的一部分(一半)透过形成参照光R，并将剩余的光束进行反射而形成信号光S。
该半透镜6还相当于本发明的[重叠装置]的一个例子，藉由使经由了被测定物体O的信号光S的一部分透过且将经由了参照镜8的参照光R的一部分进行反射，而起到将信号光S和参照光R进行重叠并生成干涉光L的作用。该干涉光L为与宽频带光源2所输出的计测光H相等频率的脉冲光。
另外，在本实施形态中，因为利用由作为反射体的被测定物体O及参照镜9、半透镜6所形成的米切尔森型的干涉仪，所以使分割装置和重叠装置由相同的半透镜6(的不同的反射面)构成。另一方面，在利用马赫-曾德型等其它干涉仪的情况下，分割装置和重叠装置也可分别由不同的光学元件构成。而且，在分割装置及重叠装置中，最好采用对计测光H、信号光S、参照光R的偏光特性不施加影响的无偏光型的任意的分光器。
波长板7为将利用偏光板3形成直线偏光的参照光R的偏光特性进行转换的偏光转换元件。在本实施形态中，采用1/8波长板作为波长板7。藉此，对通过波长板7的参照光R，在其P偏光成分和S偏光成分间被赋予相位差π/4。参照光R在由半透镜6朝向参照镜8期间经由波长板7时，和在被参照镜8反射而返回半透镜6期间经由波长板7时，分别被赋予该相位差，结果被赋予相位差π/2。因此，对具有45°的直线偏光的参照光R，与1/4波长板同样地进行作用，所以再次入射半透镜6的参照光R被转换为圆偏光。另外，在如上述那样利用马赫-曾德型等其它干涉仪的情况下，可酌情利用1/4波长板等将参照光R转换为圆偏光。
参照镜8相当于本发明的[参照物体]的一个例子。该参照镜8利用压电元件9而沿参照光R的光路方向进行移动，对参照光R付于频率位移。这样，参照镜8和压电元件9相当于本发明的[频率位移装置]。
光图像计测装置1还包括：用于使半透镜6所生成的干涉光L进行成像的成像用透镜群10、将干涉光的光路一分为二的偏光分光器11、在一分为二的干涉光L的光路上所设置的计测用CCD照相机21，22。
偏光分光器11起到将干涉光L所包含的多个偏光成分进行分离的作用。更具体地说，偏光分光器11起到将干涉光L的S偏光成分L1进行反射并引导向计测用CCD照相机21，且使其P偏光成分L2透过并引导向计测用CCD照相机22的作用。另外，如上所述，干涉光L的S偏光成分和P偏光成分因偏光板3的偏光轴的配置(45°)，而具有彼此相等的振幅。
计测用CCD照相机21、22相当于本发明的[计测用受光装置]的一个例子，为干涉光检测用的积蓄型的2维光传感器数组。计测用CCD照相机21接受由偏光分光器11所反射的干涉光L的S偏光成分L1，并将其进行光电转换而生成检测信号，且输出到信号处理部20。同样，计测用CCD照相机22接受透过了偏光分光器11的干涉光L的P偏光成分L2，并将其进行光电转换而生成检测信号，且输出到信号处理部20。
而且，在干涉光L(因而为S偏光成分L1、P偏光成分L2)中，含有拍率不同的多个干涉光，且在从各计测用CCD照相机21、22所输出的检测信号中，含有这些多个干涉光的拍率成分。各拍率成分的频率与其所对应的干涉光的拍率相等。
[观察光学系统]
用于观察被测定物体O的观察光学系统，包括例如射出可视区域的观察光M的观察光源12、将观察光M进行聚光的聚光镜13、将观察光M的光路与信号光S的光路进行合成并向被测定物体O照射观察光M的半透镜14。半透镜14相当于本发明的[合成装置]的一个例子。而且，观察光源12、聚光镜13及半透镜14相当于本发明的[照明光学系统]的一个例子。
在被测定物体O上所照射的观察光M，由被测定物体O被反射，并沿信号光S的光路被引导，且透过半透镜6而沿干涉光L的光路被引导。而且，观察光M由分光器15进行反射，而从干涉光L的光路被分出。被分出的观察光M由反射镜16进行反射，并利用成像透镜17在观察用CCD照相机23的受光面上被成像。
分光器15相当于本发明的[分支装置]的一个例子，使用将观察光M的波长的光进行反射，并使干涉光L的波长的光透过的二向色镜(dichroicmirror)等。
观察用CCD照相机23相当于本发明的[观察用受光装置]一个例子，与计测用CCD照相机21、22同样地，为观察光检测用的积蓄型2维光传感器数组。该观察用CCD照相机23接受观察光M并实施光电转换而生成检测信号，且将该检测信号向信号处理部20进行输出。信号处理部20根据该检测信号，使被测定物体O的观察图像在显示器装置30上进行显示。该显示器装置30相当于本发明的[显示装置]的一个例子。
[移动载台]
在本实施形态的光图像计测装置1中，设置有2个移动载台(装置移动载台40、干涉仪移动载台50)。干涉仪移动载台50被搭载在装置移动载台40上。
在干涉仪移动载台50上，分别搭载有计测光学系统的宽频带光源2、偏光板3、透镜4，5、半透镜6、波长板7、参照镜8及压电元件9，还有观察光学系统的观察光源12、聚光透镜13及半透镜14。这些构件由干涉仪移动载台50而沿信号光S的光路方向，即对被测定物体O沿前后方向一体进行移动。该干涉仪移动载台50的移动方向，为图1所示的两侧箭形符号B的方向。
干涉仪移动载台50起到藉由在图像计测时进行动作，将信号光S的光路长进行伸缩并变更信号光S和参照光R的光路长，而将图像计测深度进行变更的作用。该干涉仪移动载台50相当于本发明的[移动装置]及[光路长变更装置]的一个例子。更具体地说，来自宽频带光源2的计测光为低相干光，且只是与参照光R经由了大致相等距离的信号光S有助于干涉光L的差拍成分的生成。即，只是来自对半透镜6与参照镜8大致处于相等距离的被测定物体O的z坐标值的区域的反射光，与参照光R进行干涉而生成拍率。因此，藉由利用干涉仪移动载台50使信号光S的光路长进行变更，可依次抽出来自被测定物体O的各种各样的z坐标值的区域的反射光。
另外，如上所述，为了实施恰当的图像计测，需要将光路长的变更以一定速度进行，所以干涉仪移动载台50将该搭载构件在设定的一定速度下进行移动而构成。特别是在干涉仪移动载台50从静止状态开始移动时，要进行控制以在移动开始的同时将移动速度进行加速，并在到达设定速度时将该设定速度进行维持。
而且，在装置移动载台40上，除了干涉仪移动载台50及其上所搭载的上述构件以外，还搭载有计测光学系统的成像用透镜群10、偏光分光器11及计测用CCD照相机21、22，和观察光学系统的分光器15、反射镜16、成像透镜17及观察用CCD照相机23。这些构件利用装置移动载台40而沿信号光S的光路方向(图1所示的两侧箭形符号A的方向)一体进行移动。
该装置移动载台40相当于本发明的[聚焦移动装置]及[观察光聚焦装置]的一个例子，是为了在被测定物体O的观察时于检测者想要观察的区域上进行聚焦而动作，其藉由使上述构件沿信号光S的光路方向进行移动，而起到使被测定物体O所反射的观察光M，在观察用CCD照相机23的受光面上进行聚焦的作用。装置移动载台40不只是象这样向z方向进行移动，也可采用能够沿x方向和y方向还有上下方向进行可自由变向移动的构成。另外，检测者藉由操作未图示的控制台等观察操作部，而使装置移动台40进行移动。
[关于观察光、计测光的聚焦状态]
这里，关于观察光对观察用CCD照相机23的聚焦状态，和计测光对计测用CCD照相机21、22的计测光的聚焦状态的关系进行说明。在本实施形态的光图像计测装置1中，应用一种使在观察用CCD照相机23上聚焦的位置和在计测用CCD照相机21、22上聚焦的位置预先进行位移的构成。
图1所示为在被测定物体O的装置侧的表面上使观察用CCD照相机23聚焦的状态，即表示对被测定物体O的装置侧表面上的物点P(观察物点)的像点p(观察像点)，被形成在观察用照相机23的受光面上的状态。即，图1所示为检测者观察被测定物体O的装置侧表面时的状态。另外，观察物点P和观察像点p在光学上处于共轭的位置。
在该状态下，在计测用CCD照相机21、22的受光面上形成像点q1、q2(计测像点)的物点Q(计测物点)，位于从被测定物体O的装置侧表面向装置侧只位移距离d的位置。换言之，计测用CCD照相机21、22在从观察用CCD照相机23的观察物点P靠近装置侧的位置上具有计测物点Q，从处于观察物点P的位置上的被测定物体O的装置侧表面开始，焦点进行偏离。另外，观察物点P和计测物点Q之间的距离d，被设定为静止状态的干涉仪移动载台50加速到上述的设定速度为止所必需的距离或在其以上的距离。该距离d可考虑例如干涉仪移动载台50及其搭载构件的重量，和将干涉仪移动载台50进行驱动的后述的载台驱动机构51的线性传动装置等驱动装置的驱动力而决定。另外，计测用CCD照相机21的计测物点Q和计测像点q1处于光学上共轭的位置，计测用CCD照相机22的计测物点Q和计测像点q2处于光学上共轭的位置。
而且，参照镜8的反射面对计测用CCD照相机21、22的计测像点q1、q2，被配置在光学共轭的位置上(共轭点Q’)。而且，对观察用CCD照相机23的观察像点p的共轭点P’，位于从共轭点Q’朝参照镜8背面侧只位移距离d的位置上。
[控制系统]
下面，参照图2，对光图像计测装置1的控制系统进行说明。光图像计测装置1的控制系统以信号处理部20为中心构成，且构成中还包括与该信号处理部20连接的计测用CCD照相机21，22、观察用CCD照相机23、计测开始开关60、压电元件9、载台驱动机构41，51、观察光源12、驱动脉冲发生器2A及显示装置30。
计测开始开关60相当于本发明的[操作装置]的一个例子，是在决定对显示装置30上所显示的观察图像进行观察并进行图像计测的区域(计测区域)后，为了开始该计测区域的图像计测而进行操作。该计测开始开关60由光图像计测装置1的控制面板、作为光图像计测装置1的控制台使用的计算机装置的键盘和鼠标等输入元件等构成(都未图示)。另外，在光图像计测装置1中，设置有在开始被测定物体O的观察时被操作的同样的观察开始开关(省略图示)。
载台驱动机构41搭载有用于使装置移动载台40移动的机构。该载台驱动机构41的构成可包括例如线性传动装置等。载台驱动机构51的构成同样地也可包括线性传动装置等，并搭载用于使干涉仪移动载台50移动的机构。
在信号处理部20中，设置有控制光图像计测装置1的各部的装置控制部24、根据来自计测用CCD照相机21，22的检测信号而形成图像的图像形成部25、存储各种数据和计算机程序的存储部26。
(装置控制部)
装置控制部24的构成包括CPU等运算处理电路，进行驱动脉冲发生器2A、压电元件9、观察光源12、载台驱动机构41，51、计测用CCD照相机21，22、观察用CCD照相机23等装置各部的动作控制。另外，装置控制部24依据对前述观察操作部的操作而控制载台驱动机构41，使装置移动载台40进行移动。而且，装置控制部24根据从观察用CCD照相机23所输入的检测信号，进行使显示器装置30显示观察图像的处理。而且，也进行使存储部26存储图像和各种数据的处理，和在存储部26中所存储的信息的读出处理等。另外，对应前述观察开始开关和计测开始开关60的操作，进行装置各部的控制。
(图像形成部)
图像形成部25相当于本发明的[图像形成装置]的一个例子，其藉由实行后述的[计测原理]所详细说明的运算处理，而根据从计测用CCD照相机21、22所输出的检测信号，形成被测定物体O的2维断层图像和3维图像等。
在来自计测用CCD照相机21、22的检测信号中，如上所述含有各种各样的拍率成分。而且，干涉光L的S偏光成分L1、P偏光成分L2作为与来自宽频带光源2的计测光H相等频率的脉冲光，由计测用CCD照相机21、22被检测。图像形成部25在检测信号所包含的多个拍率成分中，根据与脉冲状的干涉光L的S偏光成分L1、P偏光成分L2的频率(即宽频带光源2输出计测光H的频率)(大致)相等的拍率的拍率成分，形成断层图像。在图像形成部25，与从宽频带光源2周期性输出的脉冲状的各计测光对应的检测信号，从计测用CCD照相机21、22依次被输入。图像形成部25对各检测信号实行图像形成处理，并依次形成断层图像。
而且，图像形成部25可根据利用干涉仪移动载台50的动作而关于各种计测深度所得到的断层图像，形成被测定物体O的3维图像、任意方向的2维断层图像等。
实行这种处理的图像形成部25的构成包括用于实行在存储部26中所存储的图像形成用的计算机程序的CPU等运算控制电路。
由图像形成部25所形成的图像，利用装置控制部24在存储部26中进行存储，或在显示器装置30上进行显示。
(存储部)
存储部26由图像存储部、硬盘驱动器、ROM等存储装置构成。另外，在图2中记述为单一的存储部26，但在实际的构成中也可由多个存储装置构成。
在存储部26中，预先存储有装置控制用的计算机程序和图像形成用的计算机程序等。而且，在存储部26中，存储有图像形成部25所形成的图像和观察用CCD照相机23所检测出的图像等。
[计测原理]
这里，对由本实施形态的光图像计测装置1所实施的图像计测的基本原理进行说明。
首先，从宽频带光源2所输出的光束，由偏光板3而转换为对x轴、y轴形成45°的角度方向的直线偏光，并利用透镜4、5扩大波束径，且形成平行光束而入射半透镜6，被二分为信号光S和参照光R。
信号光S入射由散射媒质构成的被测定物体O，并由其表面和各种深度的断层面被反射。来自被测定物体O的反射光波的一部分，由半透镜6被反射，并导向成像用透镜群10。
另一方面，参照光R通过(1/8)波长板7，由利用压电元件9被振动的参照镜8进行反射，并再次通过波长板7入射半透镜6。此时，参照光R藉由通过2次波长板7，而使其偏光特性从角度45°的直线偏光被转换为圆偏光。形成圆偏光的参照光R的一部分，透过半透镜6被导向成像用透镜群10。
信号光S和参照光R利用半透镜6进行重叠而生成干涉光L。该干涉光L经由成像用透镜群10，被运送到偏光分光器11。
偏光分光器11起到反射干涉光L的S偏光成分L1，且透过P偏光成分L2的作用。干涉光L的S偏光成分L1由计测用CCD照相机21进行检测，且P偏光成分L2由计测用CCD照相机22进行检测。这里，干涉光L的S偏光成分L1包括信号光S的S偏光成分Ess、参照光R的S偏光成分Ers，而干涉光L的P偏光成分L2包括信号光S的P偏光成分Esp、参照光R的P偏光成分Erp。信号光S的S偏光成分Ess及P偏光成分Esp、参照光R的S偏光成分Ers及P偏光成分Erp，如下式所示。
[数2]
这里，分别以f表示从宽频带光源2所输出的计测光H的频率，fD表示基于参照镜8的振动的频率位移，φ表示信号光S的初期相位，φ’表示参照光R的初期相位。另外，将信号光S和参照光R的初期相位的差表示为Δφ(＝φ-φ’)。参照数[2]所示的式(2)～(5)可知，干涉光L的S偏光成分L1和P偏光成分L2利用计测用CCD照相机21、22，分别作为下式那样的外差信号i1、i2被检测。
[数3]
比较式(6)、(7)可知，因为各式的第3项的交流信号为同相位的cos函数和sin函数，所以具有90°的相位差。
这里，装置控制部24控制驱动脉冲发生器2A，并利用由压电元件9所形成的参照镜8的振动，而产生与付于参照光R的频率位移量(大致)相同频率的脉冲信号。宽频带光源2由该脉冲信号被驱动，输出与该脉冲信号相同频率的脉冲状的计测光H。即，计测光H为以与干涉光L的拍率(大致)相同的频率被输出的脉冲光。
该计测光H作为例如50％功率(duty)的矩形列的脉冲光被输出。另外，该光束的功率比并不限定于50％，脉冲形状也可为除了矩形列以外的形状(例如三角形列或梯形列等)。而且，也可取代将输出强度0和100进行切换所得到的脉冲光，而应用例如将输出强度在50和100间进行调制所得到的光束。即，这里重要的并不是光束的强度调制的程度，而是进行控制以使其强度调制的频率与干涉光L的拍率大致相等。
下面，参照图3所示的标绘图，对本实施形态的光图像计测装置1的干涉光L的检测形态进行说明。以下，将从宽频带光源2所输出的光束的强度调制频率设为fm。而且，如前面所说明的，fD表示被付与参照光R的频率位移(干涉光L的拍率)，光束的调制频率fm为与频率位移fD相等或与其接近的值。
图3(A)所示为由频率fm进行强度调制并从宽频带光源2所输出的光束的时间波形。图3(B)所示为光束是连续光，由此使参照光R和信号光S都为连续光的情况下的干涉光L的S偏光成分L1(拍率fD)的时间波形。图3(C)所示为参照光R和信号光S都为连续光的情况下的干涉光L的P偏光成分L2的时间波形。这里，图3(B)、(C)所示的S偏光成分L1和P偏光成分L2的相位差为90°。
而且，图3(D)所示为来自宽频带光源2的光束如图3(A)那样进行强度调制的情况下的干涉光L的S偏光成分L1的时间波形(与图3(B)对应)。图3(E)所示为来自宽频带光源2的光束如图3(A)那样进行强度调制的情况下的，干涉光L的P偏光成分L2的时间波形(与图3(C)对应)。图(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。另外，图3(D)、(E)的光束相当于计测光H。
计测用CCD照相机21对图3(D)所示的时间波形的S偏光成分L1进行检测。来自宽频带光源2的光束为频率fm、50％duty的矩形列的光脉冲，且当其调制频率fm和干涉光L的拍率fD的差δf＝|fm-fD|，与计测用CCD照相机21的响应频率相比足够小时，从计测用CCD照相机21所输出的S偏光成分L1的检测信号与检测时间内所积蓄的光电荷量成比例，可如下式那样得到。(参照例如M.Akiba.K.P.Chan，N.Tanno.Japanese Journal ofApplied Physics，Vol.39，L1194(2000))。
[数4]
S1(t)＝
这里，<·>表示基于计测用CCD照相机21的积蓄效果的时间平均，K1表示包含偏光分光器11的反射率和计测用CCD照相机21的光电转换率的光检测效率，m(t)表示对宽频带光源2的输出进行强度调制的函数(表示矩形脉冲的函数)，而且β表示测定中的初期相位值。由式(8)可知，在计测用CCD照相机21所输出的检测信号中，除了关于信号光S和参照光R的强度的项(背景光成分)以外，还包括关于干涉光L的S偏光成分L1的振幅(IssIrs)及相位2πδft+β的项。
同样，计测用CCD照相机22检测图3(E)所示的时间波形的P偏光成分L2，并输出下式那样的检测信号。
[数5]
这里，K2表示包含偏光分光器11的透过率和计测用CCD照相机22的光电转换率的光检测效率。
下面，对根据从计测用CCD照相机21、22所分别输出的检测信号(8)、(9)的干涉光L的信号强度计算处理的一个例子进行说明。
由于参照光R利用波长板7被转换为圆偏光，所以可认为其S偏光成分Ers的强度Irs和P偏光成分Erp的强度Irp相等(表示为Irs＝Irp＝Ir)。
另一方面，关于信号光S，来自被测定物体O的反射光被认为并不显著依存于入射光的偏光特性，可认为其S偏光成分Ess的强度Iss和P偏光成分Esp的强度Isp大致相等或为接近值(表示为Iss＝Isp＝Is)。而且，因为信号光S由被测定物体O被散射、吸收，所以其强度在通常情况下可认为较参照光R足够小(Is＜＜Ir)。
而且，式(8)及式(9)的右边的第1项和第2项表示背景光的强度，其值可在事前或另外的进行测定。例如，藉由利用宽频带光源2输出连续光的光束并利用计测用CCD照相机21等进行检测，且将其只积分1波长量(或其整数倍)并取消第3项(交流成分；相位直交成分)，可取得背景光的强度(背景光成分)。
藉由从来自各计测用CCD照相机21、22的检测信号的强度除去所取得的背景光成分，而计算各检测信号的相位直交成分，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)(参照下式)。
[数6]
如利用这些式(10)、(11)，干涉信号L的S偏光成分L1及P偏光成分L2的振幅如下式所示。
[数7]
另外，光图像计测装置1可如下面那样，使干涉光L的相位的空间分布图像化。
在某测定时间t＝t1，当干涉光L的S偏光成分L1的相位直交成分S1’(t1)由计测用CCD照相机21被检测，P偏光成分L2的相位直交成分S2’(t1)由计测用CCD照相机22被检测时，取这两相位直交成分的比，得到以下那样的信号。
[数8]
可知该式(13)所示的信号S3，不依存于干涉光L的振幅，而只由相位信息构成。在本实施形态中，由于利用具有多个像素呈2维排列的受光面的计测用CCD照相机21、22，对S偏光成分L1和P偏光成分L2进行检测，所以在各像素所检测的信号的相位β(x、y、t1)，如下式那样进行表示(在这里，(x、y)表示在各像素的受光面上的座标)。
[数9]
该式(14)的第2项为具有0或大致为0的频率δf(0)的交流信号在测定时间t1的瞬时相位值，所以可认为与计测用CCD照相机21、22的像素的位置即座标x、y无关而为均匀值。因此，如以在例如位于计测用CCD照相机21、22的受光面上的某一特定点(x＝x1，y＝y1)上的像素所检测的相位Φ(x1、y1、t1)作为基准，求在各像素所检测的检测信号的相位差，则可使外差信号的相位差的空间分布，即干涉光L的相位差的空间分布图像化。
另一方面，也可由干涉光L的相位信息取得其频率信息。如使在2个测定时间t＝t1及t＝t2的干涉光L的S偏光成分L1及P偏光成分L2的相位分别为β(x、y、t1)及β(x、y、t2)，则干涉光L的拍率fD与来自光束射出部2的光束的调制频率fm的差δf，如下式所示。
[数10]
在这里，由于光束的调制频率fm为已知，所以由式(10)和式(11)可计算外差频率即干涉光L的拍率fD。
[处理形态]
对以上述那样的利用本实施形态的光图像计测装置1的处理形态进行说明。光图像计测装置1首先使被测定物体O在观察中使用，由检测者决定计测区域，然后在该计测区域的图像计测中使用。图4的流程图所示为这种光图像计测装置1的处理形态的一个例子。
首先，当检测者为了观察被测定物体O而操作前述的观察开始开关(S1)时，装置控制部24使观察光源12点灯，且根据来自观察用CCD照相机23的检测信号，使观察图像在显示器装置30上进行显示(S2)。检测者藉由观察所显示的观察图像，并操作前述的观察操作部，使装置移动载台40进行移动，可在被测定物体O的各种各样的区域上聚焦并进行观察，并决定实施图像计测的计测区域(S3)。
此时，观察用CCD照相机23的观察物点例如图1那样，位于被测定物体O的装置侧表面(观察物点P)上，且在被测定物体O的装置侧表面上聚焦了的观察图像，在显示器装置30上进行显示。而且，计测用CCD照相机21、22的计测物点，位于从观察物点向装置侧只离开距离d的位置上(计测物点Q)。而且，计测用CCD照相机21、22的计测像点p的共轭点Q’，位于参照镜8的反射面上。
在决定了计测区域后，检测者为了开始图像计测而操作计测开始开关60(S4)。装置控制部24依据该计测开始要求，使观察光源12熄灯并使观察用CCD照相机23的动作停止，结束观察动作(S5)。
而且，装置控制部24对应计测开始开关60的操作(步骤S4)，控制载台驱动机构51开始干涉仪移动载台50的驱动，使该搭载构件沿朝着被测定物体O的方向进行移动(S6)。藉此，计测用CCD照相机21、22的计测物点Q，朝观察物点P的位置缓缓移动。然后，装置控制部24使干涉仪移动载台50的搭载构件缓缓加速到设定速度，且在达到该设定速度后，维持该速度并以一定速度进行移动(S7)。此时，如前所述，干涉仪移动载台50的移动速度在计测物点Q到达观察物点P之前，达到该设定速度。
然后，装置控制部24对应计测开始开关60的操作(步骤S4)，控制驱动脉冲发生器2A而从宽频带光源2输出计测光H，并控制压电元件9使参照镜8进行振动，且控制图像形成部25而根据来自计测用CCD照相机21、22的检测信号形成图像(计测图像)，并在显示器装置30上进行显示(S8)。另外，在利用干涉仪移动载台50的移动速度达到一定之前，无法取得高品质的计测图像。
当计测物点Q通过观察物点P的位置时(S9)，图像形成部25根据来自计测用CCD照相机21、22的检测信号，形成观察物点P的位置(被测定物体O的装置侧表面)的图像，并传送到装置控制部24(S10)。此时，由于干涉仪移动载台50的移动速度为一定，所以恰当地形成观察物点P的位置的图像。装置控制部24使所形成的图像在显示器装置30上进行显示(S11)。
图像形成部25依据计测物点Q向z方向的移动(向图像计测深度方向的扫描)，而定期地形成图像(S12)。该定期形成的图像依次在显示器装置30上进行显示(S13)。在计测物点Q的扫描结束后(S14)，图像计测结束。检测者可依据需要将所计测的图像在存储部26等中进行保存。
[作用效果]
如利用象以上这样进行动作的本实施形态的光图像计测装置1，则计测用CCD照相机21、22的计测物点Q，在被测定物体O的观察时处于从观察物点P只离开距离d的位置上，并对应计测开始开关60的操作而朝观察物点P的位置的方向开始移动。计测物点Q在被加速达到一定速度后，通过观察物点P的位置。换言之，计测用CCD照相机21、22在最初预先进行聚焦，以对从被测定物体O的观察位置(观察深度)只离开距离d的位置进行计测，并对应计测开始的触发脉冲，使其计测位置(聚焦的位置)朝上述观察位置进行移动。继而，在其移动速度达到一定速度后，计测位置会通过上述观察位置。因此，如利用本实施形态的光图像计测装置1，则可在计测开始的触发脉冲的输入后，迅速地开始图像计测，能够恰当地取得观察物点P的位置的图像(在计测区域决定时进行观察的区域的图像)。
[变形例]
下面，对关于本发明的光图像计测装置的各种变形例进行说明。
上述实施形态的光图像计测装置1采用藉由利用干涉仪移动载台50变更信号光S的光路长(从半透镜6到被测定物体O的装置侧表面)，而对图像计测深度进行扫描的构成，但也可采用使参照镜8沿参照光R的光路方向进行移动，并变更参照光R的光路长的构成。即，在本发明中，只要具有能够变更信号光S和参照光R的光路长差并变更图像计测深度的光路长变更装置就足够了。另外，用于驱动参照镜8的光路长变更装置的构成包括线性传动装置和压电元件等参照物体移动装置。该参照物体移动装置对应图像计测开始的触发脉冲的输入，开始参照镜8的移动，并受到控制以在使计测物点Q只移动设定距离(距离d)之前，使参照镜8的移动的速度保持一定。
而且，在上述实施形态中，是采用将干涉光L的2个偏光成分L1、L2由2个计测用CCD照相机21、22分别进行检测，并对图像进行计测的构成，但关于本发明的构成，可应用于具有将信号光和参照光的光路长差进行变更并扫描图像计测深度的构成的任意的光图像计测装置。
而且，在上述实施形态中，是利用参照镜8及压电元件9作为使信号光S的频率和参照光R的频率相对进行位移的频率位移装置，但可利用声光元件等频率位移器。该频率位移器被配置在例如参照光R的光路上，起到将参照光R的频率进行调制的作用。
而且，在上述实施形态中，是采用使计测物点Q形成在从观察物点P向装置方向只离开距离d的位置上的构成，但也可采用在从观察物点P向与装置相反的方向只离开距离d的位置上形成计测物点Q的构成。在这种情况下，图像计测深度的扫描方向变得相反(在上述实施形态下是沿[+z方向]进行扫描，但在本变形例中变成沿[-z]方向进行扫描。即，干涉仪移动载台50的移动方向变得相反。)。
作为可应用本发明的构成的光图像计测装置，采用例如将连续的光束所形成的计测光分割为信号光和参照光，并将经由了被测定物体的信号光和经由了参照物体的参照光进行重叠而生成干涉光，且将该干涉光由半透镜一分为二，并将一分为二的干涉光分别利用遮光器进行抽样而由计测用CCD照相机进行检测的构成。另外，各遮光器根据来自相位位移器等的时序信号，以设定的频率周期性地遮挡干涉光并进行抽样。此时，对2个遮光器付与例如90°和180°的相位差。在这种光图像计测装置中，如藉由例如使参照物体进行移动并变更参照光的光路长，而进行图像计测深度的扫描，则可应用本发明的构成。
图5所示为关于本发明的光图像计测装置的变形例的光学系统的构成。另外，关于控制系统，与上述实施形态采用同样的构成。图5所示的光图像计测装置100具有宽频带光源101、聚光镜102、棱镜型半透镜103、聚光镜104、参照镜105、物镜106、观察光源107、棱镜型二向色镜108、反射镜109、成像透镜110、观察用CCD照相机111、成像透镜112、计测用CCD照相机113、干涉仪移动载台115及装置移动载台116。
观察光源107可对棱镜型半透镜103和被测定物体O之间的光路(信号光的光路)，从倾斜方向朝被测定物体O射出观察光。另外，关于上述实施形态的观察光源，也是可应用对信号光S的光路沿倾斜方向朝被测定物体O射出观察光的构成。
宽频带光源101、聚光镜102、棱镜型半透镜103、聚光镜104、参照镜105、物镜106被搭载在干涉仪移动载台115上，可沿信号光的光路方向进行移动。而且，宽频带光源101、聚光镜102、棱镜型半透镜103、聚光镜104、参照镜105、物镜106、棱镜型二向色镜108、反射镜109、成像透镜110、观察用CCD照相机111、成像透镜112及计测用CCD照相机113，被搭载在装置移动载台116上，可沿信号光的光路方向进行移动。
该图5所示为在被测定物体O的装置侧的表面上使观察用CCD照相机111聚焦的状态，即对被测定物体O的装置侧表面上的观察物点P的观察像点p被形成在观察用CCD照相机111的受光面上的状态，表示检测者观察被测定物体O的装置侧表面时的状态。观察物点P和观察像点p在光学上处于共轭的位置。
在该状态下，于计测用CCD照相机113的受光面上形成计测像点q的计测物点Q，位于从被测定物体O的装置侧表面向装置侧只位移设定距离的位置上。计测用CCD照相机113的焦点位置，处于从观察物点P的位置(被测定物体O的装置侧表面)偏离的位置上。这里，观察物点P和计测物点Q之间的距离，被设定为静止状态的干涉仪移动载台114加速到设定速度所需要的距离或其以上的距离。另外，计测用CCD照相机113的计测物点Q和计测像点q处于在光学上共轭的位置。
而且，参照镜105的反射面，被配置在对计测用CCD照相机113的计测像点q光学共轭的位置上(共轭点Q’)。而且，对观察用CCD照相机111的观察像点p的共轭点P’，位于从共轭点Q’朝参照镜8背面侧只位移上述设定距离的位置上。
利用光图像计测装置100的被测定物体O的观察，象下面那样进行实施。从观察光源107所射出的观察光由被测定物体O被反射。该观察光的反射光经由物镜106、棱镜型半透镜103，由棱镜型二向色镜108被反射，并由反射镜109再次被反射，且利用成像透镜110在观察用CCD照相机111上进行聚焦。藉此，使观察图像显示在未图示的显示器装置上。
而且，利用光图像计测装置100的图像计测，象下面那样进行实施。从宽频带光源101所输出的计测光，利用聚光镜在棱镜型半透镜103的反射面上进行聚焦。计测光由棱镜型半透镜103，被分割为经由被测定物体O的信号光、朝向参照镜105的参照光。参照光由聚光透镜104在参照镜105的反射面上被聚焦，并由该反射面进行反射而入射棱镜型半透镜103。另一方面，信号光通过物镜106照射在被测定物体O上，且其反射光经由物镜106入射棱镜型半透镜103。信号光和参照光由棱镜型半透镜103进行重叠而生成干涉光。该干涉光透过棱镜型二向色镜108，由成像透镜112在计测用CCD照相机113上进行聚焦。未图示的信号处理部根据从计测用CCD照相机所输出的检测信号形成图像，并在显示器装置上进行显示。
对光图像计测装置100的处理形态进行说明。当检测者在计测区域的决定后输入计测开始触发脉冲时(与上述步骤S4对应)，将照明光源107熄灯并使观察用CCD照相机111的动作停止，结束观察动作(对应上述步骤S5)。
而且，对应计测开始触发脉冲的输入，干涉仪移动载台114朝被测定物体O的方向开始移动(对应上述步骤S6)。藉此，计测用CCD照相机113的计测物点Q朝观察物点P的位置缓缓地进行移动。然后，干涉仪移动载台114使其搭载构件缓缓地加速到设定速度，并在达到该设定速度后以一定速度进行移动(对应上述步骤S7)。干涉仪移动载台50的移动速度在计测物点Q到达观察物点P之前，达到一定速度。
然后，对应计测开始触发脉冲的输入，从宽频带光源2使计测光输出，并根据来自计测用CCD照相机113的检测信号，形成计测图像并在显示器装置30上进行显示(对应上述步骤S8)。
当计测物点通过观察物点P的位置时(对应上述步骤S9)，信号处理部根据来自计测用CCD照相机113的检测信号，形成观察物点P的位置(被测定物体O的装置侧表面)的图像并在显示器装置30上进行显示(对应上述步骤S10、S11)。
信号处理部依据计测物点Q向图像计测深度方向的扫描，定期地形成图像，并依次在显示器装置30上进行显示(对应上述步骤S12、S13)。在计测物点Q的扫描结束后，图像计测结束(对应上述步骤S14)。
利用这种光图像计测装置100，也可与上述实施形态同样地，在计测开始触发脉冲的输入后，迅速地开始图像计测，能够恰当地取得观察物点P的位置的图像，即在计测区域决定时进行观察的区域的图像。
以上所说明的变形例，在后述的实施形态中也可加以应用。
(第2实施形态)
接着，对关于本发明的光图像计测装置的第2实施形态进行说明。图6所示为本实施形态的光图像计测装置1’的光学系统的构成。
本实施形态的光图像计测装置1’与第1实施形态的光图像计测装置1具有大致相同的光学构成(利用与图1相同的符号进行说明。)。光图像计测装置1’和第1实施形态的光学系统的不同点，只是观察光的聚焦状态和计测光的聚焦状态的关系。而且，关于控制系统，也与第1实施形态具有相同的构成(参照图2。)。
在本实施形态中，使在观察用CCD照相机上聚焦的位置和在计测用CCD照相机21、22上聚焦的位置预先一致。图6所示为在被测定物体O的装置侧的表面上使观察用CCD照相机23聚焦的状态，亦即使对被测定物体O的装置侧表面上的观察物点P的观察像点p，形成在观察用CCD照相机23的受光面上的状态。在该状态下，在计测用CCD照相机21、22的受光面上形成计测像点q1、q2的计测物点Q，与观察物点P的位置一致。而且，参照镜8的反射面被配置在对计测用CCD照相机21、22的计测像点q1、q2光学共轭的位置上(共轭点Q’)，且对观察用CCD照相机23的观察像点p的共轭点P’与共轭点Q’一致。
对以上那种利用本实施形态的光图像计测装置1’的处理形态的一个例子，参照图7的流程图进行说明。
当检测者操作观察开始开关时(S21)，装置控制部24使观察光源12点灯，并根据来自观察用CCD照相机23的检测信号，使观察图像在显示器装置30上进行显示(S22)。检测者藉由观察所显示的观察图像，并在被测定物体O的各种各样的区域上聚焦进行观察，而决定计测区域(S23)。
此时，观察用CCD照相机23的观察物点例如图6所示那样，位于被测定物体O的装置侧表面上(观察物点P)，且在被测定物体O的装置侧表面聚焦了的观察图像在显示器装置30上进行显示。而且，计测用CCD照相机21、22的计测物点Q的位置与观察物点P一致。
在决定了计测区域后，检测者操作计测开始开关60(S24)。装置控制部24依据该计测开始要求，使观察光源12熄灯，并使观察用CCD照相机23的动作停止而结束观察动作(S25)。
而且，装置控制部24对应计测开始开关60的操作(步骤S24)，控制载台驱动机构51，使干涉仪移动载台50沿与被测定物体O相反的方向(-z方向)只移动设定距离(S26)。
该[设定距离]与第1实施形态的[距离d]同样地，被设定为使静止状态的干涉仪移动载台50加速到设定速度所需要的距离或其以上的距离。
在使干涉仪移动载台50只退开设定距离后，这次使干涉仪移动载台50沿相反方向(+z方向)开始移动，并使其搭载构件沿朝着被测定物体O的方向进行移动(S27)。藉此，使计测用CCD照相机21、22的计测物点Q，朝观察物点P的位置缓缓地进行移动。然后，装置控制部24使干涉仪移动载台50的搭载构件缓缓加速到设定速度，并在达到该设定速度后，维持该速度并以一定速度进行移动(S28)。此时，如上所述，干涉仪移动载台50的移动速度在临时退开的计测物点Q到达观察物点P之前(使上述设定距离移动期间)，达到该设定速度并形成等速。
然后，装置控制部24对应计测开始开关60的操作(步骤S24)，控制驱动脉冲发生器2A而从宽频带光源2输出计测光H，并控制压电元件9使参照镜8进行振动，且控制图像形成部25而以来自计测用CCD照相机21、22的检测信号为基础形成计测图像，并在显示器装置30上进行显示(S29)。另外，在利用干涉仪移动载台50的移动速度达到一定之前，无法取得高品质的计测图像。
当计测物点Q通过观察物点P的位置时(S30)，图像形成部25根据来自计测用CCD照相机21、22的检测信号，形成观察物点P的位置的图像，并传送到装置控制部24(S31)。此时，由于干涉仪移动载台50的移动速度为一定，所以恰当地形成观察物点P的位置的图像。装置控制部24使所形成的图像在显示器装置30上进行显示(S32)。
图像形成部25依据计测物点Q向z方向的移动(向图像计测深度方向的扫描)，而定期地形成图像(S33)。在计测物点Q的扫描结束后(S35)，图像计测结束。检测者可依据需要将所计测的图像在存储部26等中进行保存。
如利用本实施形态的光图像计测装置1’，则计测用CCD照相机21、22的计测物点Q，在被测定物体O的观察时与观察物点P处于相同位置上，并在对应计测开始开关60的操作，使计测物点Q从被测定物点O暂时退开设定距离后，朝原观察物点P的位置的方向(即相反方向)开始移动。计测物点Q被加速达到一定速度并通过观察物点P的位置。换言之，计测用CCD照相机21、22在最初将被测定物体O的观察位置(观察深度)作为计测位置，并对应计测开始的触发脉冲，而使计测位置移动到从该观察位置只离开距离d的位置上。在移动到只离开距离d的位置上以后，使计测位置朝原观察位置进行移动，并在其移动速度达到一定速度后通过原观察位置。因此，如利用本实施形态的光图像计测装置1’，则可在计测开始的触发脉冲的输入后，迅速地开始图像计测，能够恰当地取得观察物点P的位置的图像(在计测区域决定时进行观察的区域的图像)。
而且，如利用本实施形态，则在观察时计测物点Q与观察物点P处于相同位置上，所以能够确认干涉光是否正常地生成。例如，对应计测开始开关60的操作，输出计测光H并使干涉仪移动载台50进行移动，且届时对计测用CCD照相机21、22所引导的光进行检测。根据该检测结果，可判断是否生成恰当的拍率的干涉光。在未生成恰当的干涉光的情况下，可在例如显示器装置30上显示报错信息而通知检测者。藉此，能够回避计测错误的产生，不实行无效的计测。
图8所示的光图像计测装置100’，是在由第1实施形态的变形例(参照图5)所说明的光图像计测装置100中应用本实施形态的构成。在该光图像计测装置100’中，使观察用CCD照相机111的观察物点P和计测用CCD照相机113的观测物点Q一致。
对该光图像计测装置100’的处理形态进行说明。当检测者在计测区域的决定后输入计测开始触发脉冲时(与上述步骤S24对应)，将照明光源107熄灯并使观察用CCD照相机111的动作停止，结束观察动作(对应上述步骤S25)。
而且，对应计测开始触发脉冲的输入，干涉仪移动载台114从被测定物体O只退开设定距离(对应上述步骤S26)。接着，使干涉仪移动载台114朝着被测定物体O的方向开始移动(对应上述步骤S27)。藉此，计测物点Q朝着观察物点P的位置缓缓地进行移动。然后，干涉仪移动载台114使其搭载构件缓缓地加速到设定速度，并在达到该设定速度后以一定速度进行移动(对应上述步骤S28)。干涉仪移动载台50的移动速度在计测物点Q到达观察物点P之前，达到一定速度。
然后，对应计测开始触发脉冲，从宽频带光源2使计测光输出，并根据来自计测用CCD照相机113的检测信号，形成计测图像并在显示器装置30上进行显示(对应上述步骤S29)。
当计测物点Q通过观察物点P的位置时(对应上述步骤S30)，信号处理部根据来自计测用CCD照相机113的检测信号，形成观察物点P的位置的图像并在显示器装置30上进行显示(对应上述步骤S31、S32)。
信号处理部依据计测物点Q向图像计测深度方向的扫描，定期地形成图像，并依次在显示器装置30上进行显示(对应上述步骤S33、S34)。在计测物点Q的扫描结束后，图像计测结束(对应上述步骤S35)。
利用这种光图像计测装置100’，也可与上述实施形态同样地，在计测开始触发脉冲的输入后，迅速地开始图像计测，能够恰当地取得观察物点P的位置的图像(在计测区域决定时进行观察的区域的图像)。
(第3实施形态)
接着，对关于本发明的光图像计测装置的第3实施形态进行说明。图9所示为本实施形态的光图像计测装置1”的光学系统的构成的一个例子。而且，图10所示为该光图像计测装置1”的控制系统的构成的一个例子。
本实施形态的光图像计测装置1”与第2实施形态的光图像计测装置1’具有大致相同的光学构成(与图6利用相同的符号进行说明。)。与第2实施形态的光学系统的不同点在于，在光图像计测装置1”中追加光路长修正玻璃18(参照图9)。
而且，在控制系统方面，与第1、2实施形态大致相同(与图2利用相同的符号进行说明。)，而不同点在于，具有修正玻璃驱动机构19，用于使光路长修正玻璃18在信号光S的光路中进行插入/退开。(参照图10)。该修正玻璃驱动机构19由例如线性传动装置等构成。
当使光路长修正玻璃18插入信号光S的光路中时，其光路长被变更，使计测用CCD照相机21、22的计测物点Q和观察用CCD照相机23的观察物点P向装置侧只移动距离d。该距离d与第1实施形态同样地，被设定为使静止状态的干涉仪移动载台50加速到设定速度所需要的距离或其以上的距离。
对利用以上那样的本实施形态的光图像计测装置1”的处理形态的一个例子，参照图11的流程图进行说明。另外，在初期状态，使光路长修正玻璃18从信号光S的光路上退开。
当检测者操作观察开始开关时(S41)，装置控制部24使观察光源12点灯，并根据来自观察用CCD照相机23的检测信号，使观察图像在显示器装置30上进行显示(S42)。检测者藉由观察所显示的观察图像，并在被测定物体O的各种各样的区域上聚焦且进行观察，而决定计测区域(S43)。
此时，观察用CCD照相机23的观察物点例如图9那样，位于被测定物体O的装置侧表面(观察物点P)上，且使在被测定物体O的装置侧表面上聚焦了的观察图像，在显示器装置30上进行显示。而且，计测用CCD照相机21、22的计测物点Q的位置，与观察物点P一致。
在决定了计测区域后，检测者为了开始图像计测而操作计测开始开关60(S44)。装置控制部24依据该计测开始要求，使观察光源12熄灯并使观察用CCD照相机23的动作停止，结束观察动作(S45)。
而且，装置控制部24对应计测开始开关60的操作(步骤S44)，控制修正玻璃驱动机构19，将光路长修正玻璃18插入到信号光S的光路中(S46)。藉此，使计测物点Q(及观察物点P)如图9所示，向装置侧只移动距离d。
而且，装置控制部24对应计测开始开关60的操作(步骤S44)，控制驱动载台驱动机构51而开始干涉仪移动载台50的移动(S47)。藉此，使计测用CCD照相机21、22的计测物点Q朝光路长修正玻璃18的插入前的计测物点Q的位置，缓缓地进行移动。然后，装置控制部24使干涉仪移动载台50的搭载构件缓缓加速到设定速度，并在达到该设定速度后维持该速度而以一定速度进行移动(S48)。
然后，装置控制部24对应计测开始开关60的操作(步骤S44)，控制驱动脉冲发生器2A而从宽频带光源2输出计测光H，并控制压电元件9使参照镜8进行振动，且控制图像形成部25而根据来自计测用CCD照相机21、22的检测信号形成计测图像，并在显示器装置30上进行显示(S49)。另外，在利用干涉仪移动载台50的移动速度达到一定之前，无法取得高品质的计测图像。
当计测物点Q通过光路长修正玻璃18插入前的位置时(S50)，图像形成部25根据来自计测用CCD照相机21、22的检测信号，形成玻璃插入前的位置的图像，并传送到装置控制部24(S51)。此时，由于干涉仪移动载台50的移动速度为一定，所以玻璃插入前的位置的图像可恰当地形成。装置控制部24使所形成的图像在显示器装置30上进行显示(S52)。
图像形成部25依据计测物点Q向z方向的移动(向图像计测深度方向的扫描)，而定期地形成图像(S53)。该定期形成的图像依次在显示器装置30上进行显示(S54)。在计测物点Q的扫描结束后(S55)，图像计测结束。检测者可依据需要将所计测的图像在存储部26等中进行保存。
如利用本实施形态的光图像计测装置1”，则计测用CCD照相机21、22的计测物点Q，在被测定物体O的观察时与观察物点P处于相同位置，并对应计测开始开关60的操作而由所插入的光路长修正玻璃18，从被测定物体O只退开距离d后，朝光路长修正玻璃18插入前的位置的方向开始移动。计测物点Q在被加速达到一定速度后，通过修正玻璃插入前的位置。另外，修正玻璃插入前的计测物点Q的位置，与观察物点P一致。换言之，计测用CCD照相机21、22在最初进行聚焦，以对被测定物体O的观察位置(观察深度)进行计测，但对应计测开始的触发脉冲，使光路长修正玻璃18被插入光路中，且使其计测位置移动到只离开距离d的位置上。继而，使计测位置朝着原位置(观察位置)进行移动，并在其移动速度达到一定速度后，通过原位置即观察位置。因此，如利用本实施形态的光图像计测装置1”，则可在计测开始的触发脉冲的输入后，迅速地开始图像计测，能够恰当地取得观察物点P的位置的图像(在计测区域决定时进行观察的区域的图像)。
图12所示的光图像计测装置100”，是在第1实施形态的变形例(参照图5)所说明的光图像计测装置100中应用本实施形态的构成。在该光图像计测装置100”中，观察用CCD照相机111的观察物点P和计测用CCD照相机113的计测物点Q一致。
对该光图像计测装置100”的处理形态进行说明。当检测者在计测区域的决定后输入计测开始触发脉冲时(与上述步骤S44对应)，将照明光源107熄灯并使观察用CCD照相机111的动作停止，结束观察动作(对应上述步骤S45)。
而且，对应计测开始触发脉冲的输入，将光路长修正玻璃116插入到信号光的光路中。(对应上述步骤S46)。藉此，计测物点Q向装置侧只位移距离d。接着，使干涉仪移动载台114向光路长修正玻璃116插入前的计测物点Q的位置开始移动(对应上述步骤S47)。藉此，计测物点Q朝着修正玻璃插入前的位置缓缓地进行移动。然后，干涉仪移动载台114使其搭载构件缓缓地加速到设定速度，并在达到该设定速度后以一定速度进行移动(对应上述步骤S47)。干涉仪移动载台50的移动速度在计测物点Q到达修正玻璃插入前的位置之前，达到一定速度。
然后，对应计测开始触发脉冲的输入，从宽频带光源2使计测光输出，并根据来自计测用CCD照相机113的检测信号，形成计测图像且在显示器装置30上进行显示(对应上述步骤S49)。
当计测物点Q通过修正玻璃插入前的位置(对应上述步骤S50)，信号处理部根据来自计测用CCD照相机113的检测信号，形成该插入前的位置的图像并在显示器装置30上进行显示(对应上述步骤S51、S52)。
信号处理部依据计测物点Q向图像计测深度方向的扫描，定期地形成图像，并依次在显示器装置30上进行显示(对应上述步骤S53、S54)。在计测物点Q的扫描结束后，图像计测结束(对应上述步骤S55)。
利用该光图像计测装置100”，也可与上述实施形态同样地，在计测开始触发脉冲的输入后，迅速地开始图像计测，能够恰当地取得与修正玻璃插入前的计测物点相同位置的观察物点P的位置的图像(在计测区域决定时进行观察的区域的图像)。
以上所详细说明的构成，只不过是用于实施本发明的一个具体例子。因此，只要在本发明的要旨范围内，可实施任意的变形。