JP2002214129A - Mireau interferometer type vertical section image measuring device by heterodyne detection - Google Patents
Mireau interferometer type vertical section image measuring device by heterodyne detectionInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ミロー干渉計に位
相変調機能を付加して二次元ヘテロダインビート信号検
出器と併用することにより、生体などの鉛直断面画像の
測定を行う装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for measuring a vertical sectional image of a living body or the like by using a two-dimensional heterodyne beat signal detector by adding a phase modulation function to a Miraud interferometer. .
【０００２】[0002]
【従来の技術】図２は従来のミロー干渉計型対物レンズ
（ＭＯＬ）の構成図である。2. Description of the Related Art FIG. 2 is a block diagram of a conventional Mirrow interferometer type objective lens (MOL).
【０００３】この図に示すように、従来のミロー干渉計
型対物レンズ（ＭＯＬ）は、対物レンズ１（ＯＬ１）、
この対物レンズ（ＯＬ１）の出射面上の微小な円形全反
射ミラー１（Ｍ１）、ハーフミラー１（ＨＭ１）で構成
されている。なお、サンプル１（Ｓ１）を有する。[0003] As shown in this figure, a conventional Miraud interferometer type objective lens (MOL) has an objective lens 1 (OL1),
The objective lens (OL1) includes a minute circular total reflection mirror 1 (M1) and a half mirror 1 (HM1) on the exit surface of the objective lens (OL1). Note that Sample 1 (S1) is provided.
【０００４】今、ＭＯＬ上方から平行ビームがＯＬ１に
入射することを想定して、干渉動作を説明する。図中の
矢印に沿った光路で説明するが、実際、干渉は光軸に対
して回転対称に起こる。The interference operation will now be described on the assumption that a parallel beam is incident on OL1 from above MOL. As will be described with reference to the optical path along the arrow in the figure, the interference actually occurs rotationally symmetrically with respect to the optical axis.
【０００５】まず、入射光はＯＬ１で収束光となり
ＨＭ１に入射する。ここで、透過光と反射光に別れ
る。反射光は、収束してＭ１で反射され、反射光と
なる。一方、透過光は、収束してサンプルＳ１の一点
を照射し、そこで発生した後方散乱光は発散光となり
ＨＭ１に入射する。そこで、サンプルＳ１からの後方散
乱光が信号光に、反射光が参照光になり、ＨＭ１で
合波されて光波となる。光波は、ＯＬ１で平行ビー
ムになり上方へ進む。このとき、反射光＋反射光
の光路長４＋５と透過光＋後方散乱光の光路長３＋
６が等しいときに、干渉が発生する。[0005] First, the incident light becomes convergent light at OL1, and enters the HM1. Here, the light is divided into transmitted light and reflected light. The reflected light converges and is reflected by M1 to become reflected light. On the other hand, the transmitted light converges and irradiates one point of the sample S1, and the backscattered light generated therefrom becomes divergent light and enters the HM1. Therefore, the backscattered light from the sample S1 becomes the signal light, and the reflected light becomes the reference light, and is multiplexed by the HM1 to become a light wave. The light wave becomes a parallel beam at OL1, and travels upward. At this time, the optical path length of reflected light + reflected light 4 + 5 and the optical path length of transmitted light + backscattered light 3+
When 6 are equal, interference occurs.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ミロー干渉計では、位相変調機能がなく、ヘテロダイン
検出が不可能であるので、生体鉛直断面画像の測定は不
可能であった。However, since the conventional Miraud interferometer has no phase modulation function and cannot detect heterodyne, it is impossible to measure a vertical cross-sectional image of a living body.
【０００７】本発明は、上記状況に鑑みて、ミロー干渉
計に位相変調機能を付加するとともに、二次元ヘテロダ
インビート信号検出器と併用することにより、生体など
の鉛直断面画像の測定を行うことができるヘテロダイン
検出によるミロー干渉計型鉛直断面画像測定装置を提供
することを目的とする。The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides a method for measuring a vertical cross-sectional image of a living body or the like by adding a phase modulation function to a Miraud interferometer and using it together with a two-dimensional heterodyne beat signal detector. It is an object of the present invention to provide a milo interferometer-type vertical cross-sectional image measurement device capable of detecting heterodyne.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔１〕ミロー干渉計型鉛直断面画像測定装置において、
対物レンズと、ミラーと、ハーフミラーからなるミロー
干渉計と、前記ハーフミラーを駆動する圧電装置と、ビ
ート画像信号を検出する２次元ヘテロダインビート検出
器とを備え、サンプルからの後方散乱光と前記ミラーか
らの光波の干渉から周波数の２次元ヘテロダインビート
信号を発生させることを特徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention provides: [1] a milo interferometer type vertical cross-sectional image measuring apparatus,
An objective lens, a mirror, a milo interferometer comprising a half mirror, a piezoelectric device for driving the half mirror, and a two-dimensional heterodyne beat detector for detecting a beat image signal; A two-dimensional heterodyne beat signal having a frequency is generated from interference of light waves from a mirror.
【０００９】〔２〕上記〔１〕記載のヘテロダイン検出
によるミロー干渉計型鉛直断面画像測定装置において、
複数の圧電装置を配置し、この圧電装置を複数の交流高
電圧発生装置に接続して駆動することにより位相変調を
可能にすることを特徴とする。[2] In the vertical cross-sectional image measuring apparatus of the type described in [1] above, wherein
A plurality of piezoelectric devices are arranged, and the piezoelectric devices are connected to a plurality of AC high-voltage generators and driven to enable phase modulation.
【００１０】〔３〕上記〔１〕記載のヘテロダイン検出
によるミロー干渉計型鉛直断面画像測定装置において、
光強度が制御できる光源と、この光源のドライバーと、
サンプルからの干渉画像を撮像装置面上に結像する結像
干渉光学系と、参照光の位相変調器と、この位相変調器
のドライバーと、前記撮像装置のコントローラと、画像
処理とシステム全体の制御を行うコンピュータとを備
え、画素上でのヘテロダインビート信号に含まれる高次
高調波をも考慮するとともに、信号光強度ＩS を位相揺
らぎ成分δに依存しないで求め、ランダムな位相揺らぎ
が存在しても、安定にヘテロダインビート画像を測定す
ることを特徴とする。[3] In the Millau interferometer type vertical cross-sectional image measuring apparatus by heterodyne detection described in [1],
A light source that can control the light intensity, a driver for this light source,
An imaging interference optical system that forms an interference image from a sample on an imaging device surface, a reference light phase modulator, a driver of the phase modulator, a controller of the imaging device, image processing, and an entire system. and a computer for controlling, as well as consideration of the higher order harmonics of the heterodyne beat signal on a pixel, determined not depend signal light intensity I S of the phase fluctuation component [delta], there is a random phase fluctuation In this case, the heterodyne beat image is stably measured.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail.
【００１２】図１は本発明の第１実施例を示すヘテロダ
イン検出器によるミロー干渉計型鉛直断面画像測定装置
の構成図である。FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention, which is a heterodyne detector-based vertical cross-sectional image measuring apparatus using a Miraud interferometer.
【００１３】この図において、１０１は低コヒーレンス
光源、１０２はコリメートレンズ、１０３はハーフミラ
ー（ＨＭ２）、１０４はレンズ（Ｌ）、１０５は二次元
ヘテロダインビート信号検出器（ＴＨＢＤ）、１１１は
位相変調可能なミロー干渉計型対物レンズ（ＰＭＯ
Ｌ）、１１２は対物レンズ（ＯＬ２）、１１３はミラー
（Ｍ２）、１１４はハーフミラー（ＨＭ３）、１２１〜
１２３は圧電装置（ピエゾデバイス：ＰＺＴ）、１３１
〜１３３は交流高電圧発生装置、１４１はサンプル（Ｓ
２）である。In this figure, 101 is a low coherence light source, 102 is a collimating lens, 103 is a half mirror (HM2), 104 is a lens (L), 105 is a two-dimensional heterodyne beat signal detector (THBD), and 111 is phase modulation. Possible Mirrow interferometer type objective lens (PMO
L), 112 is an objective lens (OL2), 113 is a mirror (M2), 114 is a half mirror (HM3), 121 to 121
123 is a piezoelectric device (piezo device: PZT), 131
133 is an AC high voltage generator, 141 is a sample (S
2).
【００１４】本発明のヘテロダイン検出器によるミロー
干渉計型鉛直断面画像測定装置は、図１に示すように、
低コヒーレンス光源１０１、コリメートレンズ１０２、
ハーフミラー（ＨＭ２）１０３、位相変調可能なミロー
干渉計型対物レンズ（ＰＭＯＬ）１１１、サンプル（Ｓ
２）１４１、レンズ（Ｌ）１０４、二次元ヘテロダイン
ビート信号検出器（ＴＨＢＤ）１０５で構成される。Ｐ
ＭＯＬ１１１に関して、図２と大きく異なる点は、ＰＭ
ＯＬ１１１内のハーフミラー（ＨＭ３）１１４が３つの
ピエゾデバイス（ＰＺＴ）１２１〜１２３に固定されて
いることから、交流高電圧発生装置１３１〜１３３から
ＰＺＴ１２１〜１２３に周波数ｆ0 の高圧交流電圧を印
加することにより、光軸方向への振動が可能であること
である。位相変調の方法は種々あるが、ここでは例とし
てドップラー効果によるハーフミラー（ＨＭ３）１１４
での位相変調方式を用いる。３つのピエゾデバイス１２
１〜１２３と３つの交流高電圧発生装置１３１〜１３３
を用いるのは、バイアス電圧をそれぞれのデバイス１２
１〜１２３に印加することにより、ハーフミラー（ＨＭ
３）１１４の傾きを調整するためである。As shown in FIG. 1, a vertical cross-sectional image measuring apparatus of the present invention using a heterodyne detector is shown in FIG.
Low coherence light source 101, collimating lens 102,
Half mirror (HM2) 103, milo interferometer type objective lens (PMOL) 111 capable of phase modulation, sample (S
2) 141, a lens (L) 104, and a two-dimensional heterodyne beat signal detector (THBD) 105. P
The difference between MOL111 and FIG.
Since the half mirror (HM3) 114 in the OL 111 is fixed to the three piezo devices (PZT) 121 to 123, a high-voltage AC voltage having a frequency f 0 is applied to the PZTs 121 to 123 from the AC high voltage generators 131 to 133. By doing so, it is possible to vibrate in the optical axis direction. Although there are various methods of phase modulation, here, as an example, the half mirror (HM3) 114 by the Doppler effect is used.
Is used. Three piezo devices 12
1 to 123 and three AC high voltage generators 131 to 133
Is used to set the bias voltage to each device 12.
1 to 123, a half mirror (HM
3) To adjust the inclination of 114.
【００１５】これにより、サンプル１４１からの後方散
乱光と微小ミラーからの光波の干渉から周波数ｆ0 の２
次元ヘテロダインビート信号を発生させることが可能で
あり、このビート画像信号の検出にＴＨＢＤ１０５（Ｏ
ＳＪ−ＢｉＯＰ２０００−１：日本光学会 第１回 生
体医用光学研究会 「２次元ヘテロダインセンサアレイ
による実時間光コヒーレンス鉛直断層画像計測」 ２０
００年７月２４〜２５日）を用いることにより、生体組
織の鉛直断面画像を測定することができる。Accordingly, the interference between the backscattered light from the sample 141 and the light wave from the minute mirror causes the frequency f 0
It is possible to generate a dimensional heterodyne beat signal, and the THBD 105 (O
SJ-BiOP2000-1: Japan Optical Society 1st Biomedical Optics Study Group "Real-time optical coherence vertical tomographic image measurement using two-dimensional heterodyne sensor array" 20
(July 24-25, 2000), it is possible to measure a vertical cross-sectional image of a living tissue.
【００１６】また、本装置は、光波コヒーレンス断層画
像化法を測定原理としており、空間分解能などに関する
詳細は、「計測と制御 第３９巻 第４号 ２０００年
４月号 第２５９〜２６６頁」を挙げることができる。The present apparatus uses a light wave coherence tomographic imaging method as a measurement principle. For details regarding spatial resolution and the like, see "Measurement and Control Vol. 39, No. 4, April, 2000, pp. 259-266". Can be mentioned.
【００１７】次に、本発明の第２実施例について説明す
る。Next, a second embodiment of the present invention will be described.
【００１８】図３は本発明の第２実施例を示すヘテロダ
インビート画像同期測定システムの構成図、図４は本発
明の第２実施例にかかるヘテロダインビート画像同期測
定タイミングチャート、図５はその変調信号に対する全
体の時間遅延の数値結果を示す図である。FIG. 3 is a block diagram of a heterodyne beat image synchronous measurement system according to a second embodiment of the present invention, FIG. 4 is a timing chart of heterodyne beat image synchronous measurement according to the second embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 4 shows the numerical result of the overall time delay for a signal.
【００１９】まず、本発明の実施例のヘテロダインビー
ト画像同期測定方法〔ＩＬＭ（Ｉｍａｇｅ Ｌｏｃｋ−
ｉｎ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）〕の原理について説明
する。First, the heterodyne beat image synchronous measurement method according to the embodiment of the present invention [ILM (Image Lock-
in Measurement)] will be described.
【００２０】干渉結像光学系において、１画素は通常の
ヘテロダインビート信号と同じ式、 ＩHB（ｔ）＝Ｉr ＋ＩS ＋２√（Ｉr ・ＩS ）×ｃｏｓ〔φ（ｔ）＋δ〕 …（１） で表わされる。In the interference imaging optical system, one pixel has the same formula as that of a normal heterodyne beat signal: I HB (t) = I r + I S + 2√ (I r · I S ) × cos [φ (t) + δ] .. (1)
【００２１】ここで、Ｉｒ：参照光強度、Ｉｓ：信号光
強度、φ（ｔ）：位相変調成分、δ：位相揺らぎ成分で
ある。Here, Ir: reference light intensity, Is: signal light intensity, φ (t): phase modulation component, δ: phase fluctuation component.
【００２２】ここでの最終目的は、信号強度ＩS を位相
揺らぎ成分δに依存しないで求めること、つまり、δを
用いないでＩS を表わすことである。標準的な正弦波の
位相変調を仮定して、ベッセル関数を用いるとThe final purpose here is to determine the signal strength I S without depending on the phase fluctuation component δ, that is, to express I S without using δ. Assuming a standard sinusoidal phase modulation, using the Bessel function
【００２３】[0023]
【数１】 (Equation 1)
【００２４】のようになる。さらに、３つのタイミング
で照射した画像、つまり、３つの時間領域で時間積分し
た画像を、Ｉ0 、Ｉ1 、Ｉ2 とする。すなわち、Ｉ
HB（ｔ）に対して以下の３つの時間領域で積分したもの
をＩ0 ，Ｉ1 ，Ｉ2とする。Is as follows. Further, images irradiated at three timings, that is, images obtained by time integration in three time domains are defined as I 0 , I 1 , and I 2 . That is, I
The values obtained by integrating HB (t) in the following three time domains are defined as I 0 , I 1 , and I 2 .
【００２５】 Ｉ： ｔ0 ＋ＮＴ／４−τ／２≦ｔ≦ｔ0 ＋ＮＴ／４＋τ／２ （Ｎ＝０） II： ｔ0 ＋ＮＴ／４−τ／２≦ｔ≦ｔ0 ＋ＮＴ／４＋τ／２ （Ｎ＝１） III ：ｔ0 ＋ＮＴ／４−τ／２≦ｔ≦ｔ0 ＋ＮＴ／４＋τ／２ （Ｎ＝２） …（３） 変調信号に対する全体の時間遅延ｔ0 で、それぞれの時
間遅延は、０、周期／４、周期／２であり、積分時間は
τである。その結果、画像信号Ｉ0 ，Ｉ1 ，Ｉ 2 はそれ
ぞれ、I: t0+ NT / 4−τ / 2 ≦ t ≦ t0+ NT / 4 + τ / 2 (N = 0) II: t0+ NT / 4−τ / 2 ≦ t ≦ t0+ NT / 4 + τ / 2 (N = 1) III: t0+ NT / 4−τ / 2 ≦ t ≦ t0+ NT / 4 + τ / 2 (N = 2) (3) Overall time delay t for modulated signal0At each time
The inter-delay is 0, cycle / 4, cycle / 2, and the integration time is
τ. As a result, the image signal I0, I1, I TwoIs it
Each,
【００２６】[0026]
【数２】 (Equation 2)
【００２７】[0027]
【数３】 (Equation 3)
【００２８】[0028]
【数４】 (Equation 4)
【００２９】になる。ここで、## EQU1 ## here,
【００３０】[0030]
【数５】 (Equation 5)
【００３１】[0031]
【数６】 (Equation 6)
【００３２】のようにＳ1 、Ｓ2 を求める。S 1 and S 2 are obtained as described above.
【００３３】ここで、ｔ0 については、ｔ0 ＝Ｔ／４が
１つのよい条件である。Here, for t 0 , t 0 = T / 4 is one good condition.
【００３４】δによらずＩS が求められる条件としてＳ
2 のｓｉｎδの項が０になる必要がある。つまり、ｃｏ
ｓ（２ｎ＋１）ωｔ0 ＝０である。The condition for determining I S irrespective of δ is S
It is necessary that the term of sin δ of 2 becomes zero. That is, co
s (2n + 1) ωt 0 = 0.
【００３５】このとき、 （２ｎ＋１）ωｔ0 ＝（２ｎ＋１）２πｔ0 ／Ｔ＝
（ｎ′＋１／２）π （全てのｎに対してｎ′が対応すればよい） ｔ0 ＝〔（ｎ′＋１／２）Ｔ〕／〔２（２ｎ＋１）〕 ＝〔（２ｎ′＋１）Ｔ〕／〔（２ｎ＋１）４〕 ｔ0 がｎにならず、ある一定値になるには、ｎ＝ｎ′で
あり、 ∴ｔ0 ＝Ｔ／４ となればよい。At this time, (2n + 1) ωt 0 = (2n + 1) 2πt 0 / T =
(N ′ + ／) π (n ′ may correspond to all n) t 0 = [(n ′ + ／) T] / [2 (2n + 1)] = [(2n ′ + 1) T] / [(2n + 1) 4] In order for t 0 not to be n but to be a certain value, n = n ′ and Δt 0 = T / 4.
【００３６】このように、変調信号に対する全体の時間
遅延ｔ0 は、周期／４が好ましいことが解析的に得られ
る。また、τについても周期／４にすると値が安定する
ことが、図５に示すように、数値計算より明らかとな
る。As described above, it can be analytically obtained that the total time delay t 0 with respect to the modulation signal is preferably a period / 4. Further, it is clear from numerical calculation that τ becomes stable when the period is set to / 4, as shown in FIG.
【００３７】なお、図５（Ａ）において τ＝ａＴ、ｓｉｎ２ｎπ（τ／Ｔ）＝ｓｉｎ２ｎπａ ｎ＝１，２，３，４，… なお、ｎが偶数のときはｓｉｎ２ｎπａ＝０、ｎが奇数
のときはｓｉｎ２ｎπａ≠０である。In FIG. 5A, τ = aT, sin2nπ (τ / T) = sin2nπan n = 1, 2, 3, 4,... Where n is an even number, sin2nπa = 0 and n is an odd number. At this time, sin2nπa ≠ 0.
【００３８】また、図５（Ｂ）において、 τ＝ａＴ、ｓｉｎ（２ｎ＋１）π（τ／Ｔ） ｎ＝１，２，３，４，…，に対して、 ｓｉｎ（２ｎ＋１）π（τ／Ｔ）＝ｓｉｎ（２ｎ＋１）
πａ≠０ 以上より、ａ＝０．２５又は０．７５〔τ＝（Ｔ／４）
又は（３Ｔ／４）〕のとき値は０とならずに安定に求ま
る。In FIG. 5B, for τ = aT, sin (2n + 1) π (τ / T) n = 1, 2, 3, 4,..., Sin (2n + 1) π (τ / T) = sin (2n + 1)
From πa ≠ 0, a = 0.25 or 0.75 [τ = (T / 4)
Or (3T / 4)], the value is stably obtained without being 0.
【００３９】これより、Ｓ1 ，Ｓ2 は、Thus, S 1 and S 2 are:
【００４０】[0040]
【数７】 (Equation 7)
【００４１】[0041]
【数８】 (Equation 8)
【００４２】になる。この時、 ＩA 2 ＝（Ｓ1 ／Ａ）2 ＋（Ｓ2 ／Ｂ）2 ＝４Ｉr ＩS …（７） より、求めるＩS は、 ∴ＩS ＝（１／４Ｉr ）｛（Ｓ1 ／Ａ）2 ＋（Ｓ2 ／Ｂ）2 ｝ …（８） のように求められる。ＩS は、高次高調波を含んだ解析
にも関らずδを含んでいないので、位相揺らぎに対して
安定であることがわかる。Is obtained. In this, I A 2 = from (S 1 / A) 2 + (S 2 / B) 2 = 4I r I S ... (7), obtains I S is, ∴I S = (1 / 4I r) {( S 1 / A) 2 + (S 2 / B) 2 … (8) I S is, since the analysis that contains the high-order harmonics does not contain δ Razz Seki, it can be seen that is stable to phase fluctuations.
【００４３】次に、本発明の第２実施例の測定システム
について図３を参照しながら説明する。Next, a measuring system according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
【００４４】図３において、２０１は断続的なＯＮ、Ｏ
ＦＦが出来る光源、２０２はその光源２０１のドライバ
ー、２０３はサンプル２０４からの干渉画像を撮像デバ
イス（ＣＣＤカメラ）２０７面上に結像する結像干渉光
学系、２０５は参照光の位相変調器、２０６はその位相
変調器２０５のドライバー、２０８は撮像デバイス２０
７のコントローラ、２０９は画像処理とシステム全体制
御を行うコンピュータである。In FIG. 3, reference numeral 201 denotes intermittent ON and O
A light source capable of performing FF; 202, a driver of the light source 201; 203, an image forming interference optical system for forming an interference image from the sample 204 on an imaging device (CCD camera) 207 surface; 205, a phase modulator of reference light; 206 is a driver of the phase modulator 205, 208 is the imaging device 20
A controller 209 is a computer that performs image processing and overall system control.
【００４５】図４は本発明にかかるヘテロダインビート
画像同期測定タイミングチャートであり、図４（ａ）は
全体のシーケンスを示しており、Ｎ周期の画像データは
蓄積・表示・クリアを繰り返す。図４（ｂ）はそのシー
ケンスのエレメントの拡大図、図４（ｃ）はシーケンス
図であり、Ｅｘｐは照射、Ｓは画像データセーブ、Ｃａ
ｌは演算を示している。図４（ｄ）は照射信号のタイミ
ングチャート、図４（ｅ）は変調信号の波形図、図４
（ｆ）はヘテロダインビート信号の波形図である。FIG. 4 is a timing chart of the heterodyne beat image synchronous measurement according to the present invention, and FIG. 4A shows the entire sequence, in which image data of N cycles repeats accumulation, display and clear. FIG. 4B is an enlarged view of the elements of the sequence, and FIG. 4C is a sequence diagram, where Exp is irradiation, S is image data saving, and Ca is Ca.
l indicates an operation. 4D is a timing chart of the irradiation signal, FIG. 4E is a waveform diagram of the modulation signal, and FIG.
(F) is a waveform diagram of the heterodyne beat signal.
【００４６】このヘテロダインビート信号の計測には、
浜松ホトニクスＣ−４８８０−８０を用い、ビニング
（２×２）３２８（Ｈ）×２４７（Ｖ）、フレームレー
ト５３Ｈｚ（１９ｍｓ）、Ｔ／４＝４．７５ｍｓ、変調
周波数５３Ｈｚ、１フレーム／ｓｅｃとすると５３回の
積算である。In measuring the heterodyne beat signal,
Using Hamamatsu Photonics C-4880-80, binning (2 × 2) 328 (H) × 247 (V), frame rate 53 Hz (19 ms), T / 4 = 4.75 ms, modulation frequency 53 Hz, 1 frame / sec. Then, the total is 53 times.
【００４７】変調信号〔図４（ｅ）〕に同期して、照射
信号〔図４（ｄ）〕により光源は断続的にスイッチング
される。最初の照射信号〔図４（ｄ）〕の最初のパルス
の中心は、変調信号〔図４（ｅ）〕より周期／４だけ遅
れており、パルス幅はほぼ周期／４である。Ｅｘｐ１に
より画像Ｉ0 が得られセーブ（Ｓ１）、Ｅｘｐ２により
画像Ｉ1 が得られセーブ（Ｓ２）、Ｅｘｐ３により画像
Ｉ2 が得られ、式（８）に従って演算処理され、セーブ
（Ｓ３）される。この一連の処理を１周期（Ｐ１）とす
る。以後、Ｓ３によって得られた画像をＮ回積算して最
終画像とする。つまり、Ｎ回積算・表示・クリア・Ｎ回
積算・表示・クリアを繰り返す。最終的にＮ回積算を行
った画像を断層画像として出力する。The light source is intermittently switched by the irradiation signal (FIG. 4D) in synchronization with the modulation signal (FIG. 4E). The center of the first pulse of the first irradiation signal [FIG. 4 (d)] is delayed by a period / 4 from the modulation signal [FIG. 4 (e)], and the pulse width is substantially the period / 4. Exp1 image I 0 is obtained by saving (S1), save the image I 1 is obtained by Exp2 (S2), image I 2 is obtained by Exp3, be processing in accordance with Equation (8), is saved (S3) . This series of processing is defined as one cycle (P1). Thereafter, the image obtained in S3 is integrated N times to obtain a final image. That is, the integration, display, clear, N integration, display, and clear are repeated N times. Finally, an image that has been integrated N times is output as a tomographic image.
【００４８】上記したように、位相揺らぎ抑制方法とし
ては、 〔方法１〕もし、Ａ（φo ，τ＝Ｔ／４）＝Ｂ（φo ，
τ＝Ｔ／４）を満たすφo が求まれば、 ＩC ＝√（Ｓ1 2＋Ｓ2 2）＝ＩA √（Ａ2 ＋Ｂ2 ） ＝ＩA √２・Ａ又はＩA √２・Ｂ ∴ＩS ＝ＩC 2 ／８Ａ2 Ｉr として、ＩS が求まる。 〔方法２〕 ＩA 2 ＝（Ｓ1 ／Ａ）2 ＋（Ｓ2 ／Ｂ）2 ＝４Ｉr ＩS …（７） ∴ＩS ＝（１／４Ｉr ）｛（Ｓ1 ／Ａ）2 ＋（Ｓ2 ／Ｂ）2 ｝ …（８） として、ＩS が求められる。これが１画素でのサンプル
からの後方散乱光強度であり、この処理を全ての画素に
対して行うことにより画像データが得られる。As described above, the method for suppressing phase fluctuation is as follows: [Method 1] If A (φ o , τ = T / 4) = B (φ o ,
If Motomare is τ = T / 4) satisfies the φ o, I C = √ ( S 1 2 + S 2 2) = I A √ (A 2 + B 2) = I A √2 · A or I A √2 · as B ∴I S = I C 2 / 8A 2 I r, I S is obtained. [Method 2] I A 2 = (S 1 / A) 2 + (S 2 / B) 2 = 4I r I S ... (7) ∴I S = (1 / 4I r) {(S 1 / A) 2 + (S 2 / B) 2 ｝ (8), I S is obtained. This is the backscattered light intensity from the sample at one pixel, and image data is obtained by performing this process on all pixels.
【００４９】図６は本発明の第２実施例を示すヘテロダ
インビート画像同期測定機能を有するヘテロダイン検出
器によるミロー干渉計型鉛直断面画像測定装置の構成図
である。FIG. 6 is a block diagram of a milo interferometer type vertical section image measuring apparatus using a heterodyne detector having a heterodyne beat image synchronous measurement function according to a second embodiment of the present invention.
【００５０】この装置は、第１実施例で示した位相変調
機能を有するミロー干渉計型鉛直断面画像測定装置２１
０をヘテロダインビート画像同期測定装置に付加するよ
うにしたものである。This apparatus is a Miraud interferometer type vertical section image measuring apparatus 21 having the phase modulation function shown in the first embodiment.
0 is added to the heterodyne beat image synchronous measurement device.
【００５１】図６において、２１０は位相変調機能を有
するミロー干渉計型鉛直断面画像測定装置、２１１はコ
リメートレンズ、２１２はハーフミラー（ＨＭ２）、２
１３は位相変調可能なミロー干渉計型対物レンズ（ＰＭ
ＯＬ）、２１４はミラー（Ｍ２）、２１５は対物レン
ズ、２１６はハーフミラー（ＨＭ３）、２０７は二次元
ヘテロダインビート信号検出器（ＴＨＢＤ）、２２１〜
２２３は圧電装置（ピエゾデバイス：ＰＺＴ）、２３１
〜２３３は交流高電圧発生装置、２４１はサンプル（Ｓ
２）である。In FIG. 6, reference numeral 210 denotes a milo interferometer type vertical section image measuring apparatus having a phase modulation function, 211 denotes a collimating lens, 212 denotes a half mirror (HM2),
Reference numeral 13 denotes a phase-modulated milow interferometer type objective lens (PM
OL), 214 is a mirror (M2), 215 is an objective lens, 216 is a half mirror (HM3), 207 is a two-dimensional heterodyne beat signal detector (THBD), 221 to 221.
223 is a piezoelectric device (piezo device: PZT), 231
233 are AC high voltage generators, and 241 is a sample (S
2).
【００５２】本発明のヘテロダイン検出器によるミロー
干渉計型鉛直断面画像測定装置２１０は、図６に示すよ
うに、コリメートレンズ２１１、ハーフミラー（ＨＭ
２）２１２、位相変調可能なミロー干渉計型対物レンズ
（ＰＭＯＬ）２１３、ミラー（Ｍ２）、レンズ（Ｌ）２
１５、ハーフミラー（ＨＭ３）２１６、サンプル（Ｓ
２）２４１、二次元ヘテロダインビート信号検出器（Ｔ
ＨＢＤ）２０７で構成される。ＰＭＯＬ２１３に関し
て、ＰＭＯＬ２１３内のハーフミラー（ＨＭ３）２１６
が３つのピエゾデバイス（ＰＺＴ）２２１〜２２３に固
定されていることから、交流高電圧発生装置２３１〜２
３３からＰＺＴ２２１〜２２３に周波数ｆ0 の高圧交流
電圧を印加することにより、光軸方向への振動が可能で
ある。位相変調の方法は種々あるが、ここでは例として
ドップラー効果によるハーフミラー（ＨＭ３）２１６で
の位相変調方式を用いる。３つのピエゾデバイス２２１
〜２２３と３つの交流高電圧発生装置２３１〜２３３を
用いるのは、バイアス電圧をそれぞれのデバイス２２１
〜２２３に印加することにより、ハーフミラー（ＨＭ
３）２１６の傾きを調整するためである。As shown in FIG. 6, a milo interferometer type vertical section image measuring apparatus 210 using a heterodyne detector according to the present invention comprises a collimating lens 211, a half mirror (HM)
2) 212, phase-modulatable milow interferometer type objective lens (PMOL) 213, mirror (M2), lens (L) 2
15, half mirror (HM3) 216, sample (S
2) 241, two-dimensional heterodyne beat signal detector (T
HBD) 207. Regarding the PMOL 213, the half mirror (HM3) 216 in the PMOL 213
Are fixed to three piezo devices (PZT) 221 to 223, so that
By applying a high alternating voltage of frequency f 0 to PZT221~223 from 33, it is possible to vibrate in the optical axis direction. There are various phase modulation methods, but here, for example, a phase modulation method using the half mirror (HM3) 216 by the Doppler effect is used. Three piezo devices 221
To 223 and the three AC high voltage generators 231 to 233 are used for setting the bias voltage to each device 221.
To 223, the half mirror (HM
3) To adjust the inclination of 216.
【００５３】このように構成したので、第１実施例で示
した位相変調機能を有するミロー干渉計型鉛直断面画像
測定装置にヘテロダインビート画像同期測定機能を付加
することができる。With such a configuration, it is possible to add a heterodyne beat image synchronous measurement function to the Millau interferometer type vertical section image measurement apparatus having the phase modulation function shown in the first embodiment.
【００５４】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。The present invention is not limited to the above embodiment, but various modifications are possible based on the spirit of the present invention, and these are not excluded from the scope of the present invention.
【００５５】[0055]
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、ミロー干渉計に位相変調機能を付加するととも
に、二次元ヘテロダインビート信号検出器と併用するこ
とにより、生体などの鉛直断面画像の測定を行うことが
できる。As described above in detail, according to the present invention, the phase modulation function is added to the Millau interferometer and the two-dimensional heterodyne beat signal detector is used in combination with the vertical cross section of a living body or the like. Image measurements can be made.
【００５６】すなわち、汎用の光学顕微鏡に位相変調可
能なミロー干渉計型対物レンズ（ＰＭＯＬ）、低コヒー
レンス光源、二次元ヘテロダイン検出器を取り付けるだ
けで容易に鉛直断面画像測定が可能になる。That is, vertical cross-sectional image measurement can be easily performed simply by attaching a phase-modulated milow interferometer type objective lens (PMOL), a low coherence light source, and a two-dimensional heterodyne detector to a general-purpose optical microscope.
【００５７】また、位相変調機能を有するミロー干渉計
型鉛直断面画像測定機能にヘテロダインビート画像同期
測定装置を付加することができる。Further, a heterodyne beat image synchronous measuring device can be added to a vertical section image measuring function of the Miraud interferometer type having a phase modulation function.
【００５８】また、従来の蛍光顕微鏡、多光子顕微鏡、
共焦点顕微鏡などとの光学的な共存が可能であり、種々
の優れた顕微鏡の特徴を取り入れた高性能顕微鏡システ
ムの構築が可能となる。In addition, conventional fluorescence microscopes, multiphoton microscopes,
Optical coexistence with a confocal microscope or the like is possible, and it is possible to construct a high-performance microscope system incorporating various excellent microscope features.
【００５９】さらに、本装置によれば、汎用の小型な生
体用鉛直断面画像測定装置が実現され、一般の光学顕微
鏡への組み込みが可能になる。さらに、他の顕微鏡との
融合から新しい高性能顕微鏡システムの構築も可能であ
る。よって、医学分野では新しい臨床診断応用が期待さ
れ、さらに、半導体や他の産業分野への波及効果は多大
である。Further, according to the present apparatus, a general-purpose small-sized vertical section image measuring apparatus for a living body can be realized and can be incorporated into a general optical microscope. Furthermore, it is possible to construct a new high-performance microscope system by integrating with other microscopes. Therefore, new clinical diagnostic applications are expected in the medical field, and the ripple effect on the semiconductor and other industrial fields is great.
【図１】本発明の実施例を示すヘテロダイン検出器によ
るミロー干渉計型鉛直断面画像測定装置の構成図であ
る。FIG. 1 is a configuration diagram of a milo interferometer type vertical cross-sectional image measuring apparatus using a heterodyne detector showing an embodiment of the present invention.
【図２】従来のミロー干渉計型対物レンズ（ＭＯＬ）の
構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a conventional Millow interferometer type objective lens (MOL).
【図３】本発明の第２実施例を示すヘテロダインビート
画像同期測定システムの構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram of a heterodyne beat image synchronization measurement system according to a second embodiment of the present invention.
【図４】本発明の第２実施例にかかるヘテロダインビー
ト画像同期測定タイミングチャートである。FIG. 4 is a timing chart of heterodyne beat image synchronization measurement according to a second example of the present invention.
【図５】本発明の第２実施例にかかる変調信号に対する
全体の時間遅延の数値結果を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a numerical result of an entire time delay with respect to a modulation signal according to a second embodiment of the present invention.
【図６】本発明の第２実施例を示すヘテロダインビート
画像同期測定機能を有するヘテロダイン検出器によるミ
ロー干渉計型鉛直断面画像測定装置の構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram of a milo interferometer-type vertical cross-sectional image measuring apparatus using a heterodyne detector having a heterodyne beat image synchronous measurement function according to a second embodiment of the present invention.
１０１ 低コヒーレンス光源 １０２，２１１ コリメートレンズ １０３，２１２ ハーフミラー（ＨＭ２） １０４，２１５ レンズ（Ｌ） １０５，２０７ 二次元ヘテロダインビート信号検出
器（ＴＨＢＤ） １１１，２１３ 位相変調可能なミロー干渉計型対物
レンズ（ＰＭＯＬ） １１２，２１５ 対物レンズ（ＯＬ２） １１３，２１４ ミラー（Ｍ２） １１４，２０４，２１６ ハーフミラー（ＨＭ３） １２１〜１２３，２２１〜２２３ 圧電装置（ピエゾ
デバイス：ＰＺＴ） １３１〜１３３，２３１〜２３３ 交流高電圧発生装
置 １４１，２４１ サンプル（Ｓ２） ２０１ 断続的なＯＮ、ＯＦＦが出来る光源 ２０２ 光源のドライバー ２０３ 結像干渉光学系 ２０５ 参照光の位相変調器 ２０６ 位相変調器のドライバー ２０８ 撮像デバイスのコントローラ ２０９ コンピュータ ２１０ 位相変調機能有するミロー干渉計型鉛直断面
画像測定装置Reference Signs List 101 Low coherence light source 102, 211 Collimating lens 103, 212 Half mirror (HM2) 104, 215 Lens (L) 105, 207 Two-dimensional heterodyne beat signal detector (THBD) 111, 213 Phase-modulated milo interferometer type objective lens (PMOL) 112,215 Objective lens (OL2) 113,214 Mirror (M2) 114,204,216 Half mirror (HM3) 121-123,221-223 Piezoelectric device (piezo device: PZT) 131-133,231-233 AC high-voltage generator 141, 241 Sample (S2) 201 Light source capable of intermittent ON / OFF 202 Driver of light source 203 Imaging interference optical system 205 Reference light phase modulator 206 Phase modulator driver 208 Coding of imaging device Controller 209 Computer 210 phase modulation Mirau interferometer type vertical cross-sectional image measuring apparatus having functions
Claims (3)
ラーからなるミロー干渉計と、（ｂ）前記ハーフミラー
を駆動する圧電装置と、（ｃ）ビート画像信号を検出す
る２次元ヘテロダインビート検出器とを備え、（ｄ）サ
ンプルからの後方散乱光と前記ミラーからの光波の干渉
から周波数の２次元ヘテロダインビート信号を発生させ
ることを特徴とするヘテロダイン検出によるミロー干渉
計型鉛直断面画像測定装置。1. A (1) objective lens, a mirror, a Millau interferometer comprising a half mirror, (b) a piezoelectric device for driving the half mirror, and (c) a two-dimensional heterodyne beat for detecting a beat image signal. And (d) generating a two-dimensional heterodyne beat signal having a frequency from interference between backscattered light from the sample and the light wave from the mirror. apparatus.
ミロー干渉計型鉛直断面画像測定装置において、複数の
圧電装置を配置し、該圧電装置を複数の交流高電圧発生
装置に接続して駆動することにより位相変調を可能にす
ることを特徴とするヘテロダイン検出によるミロー干渉
計型鉛直断面画像測定装置。2. The apparatus according to claim 1, wherein a plurality of piezoelectric devices are arranged, and the piezoelectric devices are connected to a plurality of AC high-voltage generators and driven. A heterodyne detection-based vertical cross-sectional image measuring apparatus based on heterodyne detection.
ミロー干渉計型鉛直断面画像測定装置において、光強度
が制御できる光源と、該光源のドライバーと、サンプル
からの干渉画像を撮像装置面上に結像する結像干渉光学
系と、参照光の位相変調器と、該位相変調器のドライバ
ーと、前記撮像装置のコントローラと、画像処理とシス
テム全体の制御を行うコンピュータとを備え、画素上で
のヘテロダインビート信号に含まれる高次高調波をも考
慮するとともに、信号光強度Ｉ S を位相揺らぎ成分δに
依存しないで求め、ランダムな位相揺らぎが存在して
も、安定にヘテロダインビート画像を測定することを特
徴とするミロー干渉計型鉛直断面画像測定装置。3. The method according to claim 1, wherein the heterodyne is detected.
In the Mirau interferometer type vertical section image measuring device, the light intensity
, A light source driver, and a sample
Interference optics that forms an interference image from the camera on the imaging device surface
System, phase modulator for reference light, and driver for the phase modulator
And a controller of the imaging device, and image processing and system.
And a computer that controls the entire system.
Consider higher harmonics in the heterodyne beat signal
And the signal light intensity I STo the phase fluctuation component δ
Calculated without depending on the existence of random phase fluctuation
Specially measure heterodyne beat images stably.
This is a feature of the Mirau interferometer type vertical section image measuring device.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001007503A JP2002214129A (en) | 2001-01-16 | 2001-01-16 | Mireau interferometer type vertical section image measuring device by heterodyne detection |
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| JP2001007503A JP2002214129A (en) | 2001-01-16 | 2001-01-16 | Mireau interferometer type vertical section image measuring device by heterodyne detection |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007046626A1 (en) * | 2005-10-19 | 2007-04-26 | Intekplus Co., Ltd. | Apparatus for and method of measuring image |
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| CN106643558A (en) * | 2017-03-06 | 2017-05-10 | 中国科学院光电技术研究所 | Wide spectrum interference morphology detection method based on phase longitudinal splicing |
-
2001
- 2001-01-16 JP JP2001007503A patent/JP2002214129A/en active Pending
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