光干涉测量方法及光干涉测量装置

摘要

本发明公开一种光干涉测量方法及光干涉测量装置。本发明所涉及的光干涉测量方法，是将从光源单元出射的光分割成测定光和基准光，检测所述基准光、与从所述测定光所照射的测定对象反射或背散射后的光发生干涉而得到的干涉光，驱动设置在所述基准光的光路上的光路长度可变机构，以改变所述基准光的光路长度，基于随所述基准光的光路长度的变化而变化的所述干涉光，判定基于所述检测出的干涉光的图像是正规像还是翻转像，基于是正规像还是翻转像的判定结果，利用所述检测出的干涉光来测量所述测定对象。

说明书

技术领域

本发明涉及光干涉测量方法及光干涉测量装置，特别涉及通过使反射光和基准光进行干涉来产生干涉光、并利用该干涉光对测定对象进行测量的技术。

背景技术

OCT(optical coherence tomography：光学相干断层摄像)是利用光的干涉现象的断层摄像法。根据OCT，能实现具有十几μm的高分辨率的断层测量。因此，例如，像日本专利特公平6-35946号公报及日本专利特开2007-024677号公报所揭示的那样，OCT作为对涂装膜等构造物的断层像、活体的断层像等进行拍摄的手法受到关注。OCT在眼科医疗领域已得到实用。例如，OCT用于拍摄眼球内的视网膜等细微区域的断层像。

OCT中有两种，即有需要扫描基准平面的TD-OCT(Time Domain-OCT：时域OCT)和无需扫描基准平面的FD-OCT(频域OCT)。此外，FD-OCT中也有两种，即有光谱仪类型和波长扫描型光源类型。

波长扫描型光源类型的FD-OCT被称为SS-OCT(Swept Source-OCT：扫频源OCT)测量。在SS-OCT测量中，首先，将从光源出射的相干光分割成照射测定对象的测定光、和基准光。然后，通过使来自测定对象的反射光和基准光合波而发生干涉，从而产生干涉光，基于该干涉光的强度来获取断层图像。在SS-OCT测量中，能够使用例如迈克尔逊干涉仪。

更详细而言，在SS-OCT测量中，使得从光源出射的光的频率随时间变化，同时检测干涉光，并通过傅里叶变换对光频域的干涉图(interferogram)的频率分量进行分析。然后，根据该分析结果，检测来自测定对象内部的多个特定深度位置的反射光的强度，并利用该检测出的反射光的强度来构建断层图像。

图12是表示一般的SS-OCT装置的一个结构例的简图。如图12所示，SS-OCT装置包括干涉仪101、波长扫描型光源102、以及运算控制部103。下面，对一般的SS-OCT装置进行说明。

波长扫描型光源102将频率在一定范围内变化的激光出射。从波长扫描型光源102出射的激光入射到设置于干涉仪101的分波耦合器104。分波耦合器104将所入射的激光分为照射被测定物体的测定光、和基准光。

基准光通过循环器105入射到准直透镜106。准直透镜106将基准光变成平行光。从准直透镜106出射的基准光照射到作为基准平面的基准镜107上。从基准镜107反射的基准光通过准直透镜106和循环器105入射到合波耦合器108。

另一方面，测定光通过循环器109入射到准直透镜110。准直透镜110将测定光变成平行光。从准直透镜110出射的测定光入射到电流镜111。电流镜111以与纸面垂直的轴为中心在一定范围内转动，改变测定光的反射角度。从电流镜111反射的测定光通过聚焦透镜112进行聚焦。通过聚焦透镜112聚焦后的测定光照射到被测定物体113上。

被测定物体113反射后的光即信号光通过聚焦透镜112、电流镜111、准直透镜110、以及循环器109入射到合波耦合器108。

合波耦合器108使基准光和信号光进行合波而发生干涉。因该干涉而产生的干涉光的光差拍(beat)信号通过用作为光检测器的差动放大器114进行检测。

通过差动放大器114检测出的干涉光的光差拍信号发送到运算控制部103。运算控制部103通过傅里叶变换对干涉光的光差拍信号的频率分量进行分析，检测来自被测定物体113内部的多个特定深度位置的反射光的强度分布。然后，运算控制部103基于反射光的强度分布来构建断层图像。在监视器115上显示出该断层图像。

在采用以上结构的SS-OCT装置中，在从分波耦合器104经由基准镜107到合波耦合器108为止的光路长度H1、与从分波耦合器104经由被测定物体113的反射面到合波耦合器108为止的光路长度H2相等时，干涉光的光差拍频率变为零。为了方便起见，将在干涉光的光差拍频率变为零时的被测定物体113的反射面的深度位置称为零点。

在被测定物体113的反射面处于自零点起的离波长扫描型光源102较远的深度z的位置时，信号光比基准光延迟了光往返从零点到反射面为止的光路长度z的时间而到达合波耦合器108。若设c为光速，n为被测定物体113的折射率，则该延迟部分的时间长度(时间延迟量)为2nz/c。

从波长扫描型光源102出射的激光的频率随经过的时间而变化。因此，在合波耦合器108中发生干涉的基准光与反射光(信号光)之间，产生与上述那样的时间延迟量相对应的频率差。检测出该频率差作为干涉光的光差拍信号。

这里，例如，假定从波长扫描型光源102出射的激光的频率在一定的频率范围内周期性重复随经过的时间而线性增加的变化，被测定物体113的反射面仅存在于自零点起的深度z的位置的情况。在该情况下，发生干涉的基准光和来自被测定物体的反射光(信号光)的各自的光频率随时间的变化分别成为像图13所示的直线A(基准光)、直线B(信号光)那样。

若设被测定物体113的折射率为n，则信号光(直线B)相对于基准光(直线A)的延迟时间(时间延迟量)τ为τ＝2nz/c。这里，若设从波长扫描型光源102出射的光的频率的扫描速度为α[Hz/s]，从波长扫描型光源102出射的光的频率的扫描时间为T[s]，从波长扫描型光源102出射的光的频率在扫描时间T[s]内变化的幅度为Δf＝αT[Hz]，则由差动放大器114接收到的干涉光的强度以下述(式1)所表示的差拍频率fb进行变动。

fb＝ατ＝(Δf/T)(2nz/c)……(式1)

实际上，在沿被测定物体113内部的深度方向的多个不同位置存在反射面，从这多个反射面分别产生反射光。因而，各反射光具有与各自的深度位置相对应的互不相同的时间延迟量、即互不相同的频率分量。因而，利用傅里叶变换对由差动放大器114检测出的干涉光的光差拍信号(干涉光的强度变化)进行频率分析，从而基于上述(式1)，能检测出与各光差拍频率相对应的、来自各深度位置的反射光(信号光)的强度。然后，能基于各反射光的强度的空间分布来构建断层图像。

在以零点为基准的反射面的深度z大于从光源出射的光的相干长度的情况下，由于反射光(信号光)不会与基准光发生干涉，因此，无法检测出光差拍信号。此外，即使在以零点为基准的反射面的深度z小于从光源出射的光的相干长度的情况下，但若与深度z成正比的光差拍频率超过光检测器或运算控制部的响应频率，则也无法正确地检测出反射光(信号光)的强度。因此，在SS-OCT测量中可测定的深度方向的范围被从光源出射的光的相干长度、光检测器的响应频率、以及运算控制部的响应频率所限制。设由该限制所决定的深度方向的可测定范围为LC。

接着，对反射面位于以零点为基准、靠近光源的位置-z的情况进行说明。在该情况下，发生干涉的基准光和来自被测定物体的反射光(信号光)的各自的光频率随时间的变化分别成为像图14所示的直线A(基准光)、直线B(信号光)那样。

在反射面仅存在于自零点起的深度-z的位置的情况下，如图14所示，基准光(直线A)和信号光(直线B)的频率关系与图13所示的关系相反。然而，该情况的光差拍频率与反射面存在于自零点起的深度z的位置的情况相等。这一点在上述(式1)中根据fb(-z)＝-fb(z)也可以知道。

因而，在SS-OCT测量中，位于比零点更靠近光源的深度-z的反射面成为以零点为中心将深度方向反转的翻转像，存在将其误检测为位于深度z的原理性问题。为了避免检测出该翻转像，获得反射面的正规的断层图像，要测定的反射面必须位于以零点为基准到深度LC之间的位置。

因此，在已知测定对象的反射面的位置的情况下，可考虑将基准镜进行机械移动，调整基准光的光路长度，以使得反射面位于从零点到深度LC之间的中间位置。由此，能避免检测出翻转像，获得正规的断层图像。然而，为了得到基准光的光路长度的调整值，已知的测定对象的反射面的位置需要有至少±LC/2的精度。在反射面的位置未知的情况下，基准光的光路长度的调整值也不明确，从而无法调整基准光的光路长度。因而，在反射面的位置是未知的情况下，以及已知的反射面的位置没有±LC/2的精度或者比之更细精度的情况下，即使获得断层图像，也无法判定该像是正规像或是以零点为中心进行翻转后的像。

在日本专利特开2006-201087号公报中，揭示了一种能消除翻转像的成分的光学相干断层摄像(OCT)装置。该光学相干断层摄像装置通过设置在基准光的光路中的光相位调制机构将基准光的相位反转，消除光差拍信号中或反射光的强度分布中的翻转成分。

然而，该光学相干断层摄像装置虽然消除了翻转像(反转图像)，但需要包括使用高价的非线性结晶的光相位调制机构、和用于控制相位调制量的机构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可解决利用光的干涉现象来检测出的干涉光(光差拍信号)的与翻转像有关的问题的光干涉测量方法。

本发明的目的还在于提供一种可解决利用光的干涉现象检测出的干涉光(光差拍信号)的与翻转像有关的问题的光干涉测量装置。

即，为了达到上述目的，本发明的光干涉测量方法的特征在于，包括：将从光源单元出射的光分割成测定光和基准光的步骤；检测所述基准光、与从所述测定光所照射的测定对象反射或背散射后的光发生干涉而得到的干涉光的步骤；驱动设置在所述基准光的光路上的光路长度可变机构、以改变所述基准光的光路长度的步骤；基于随所述基准光的光路长度的变化而变化的所述干涉光、判定基于所述检测出的干涉光的图像是正规像还是翻转像的步骤；以及基于是正规像还是翻转像的判定结果、利用所述检测出的干涉光来测量所述测定对象的步骤。

此外，为了达到上述目的，本发明的光干涉测量装置的特征在于，包括：出射光的光源单元；将从所述光源单元出射的光分割成测定光和基准光的光分割器；检测从所述测定光所照射的测定对象反射或背散射后的光与所述基准光发生干涉而得到的干涉光的干涉光检测器；设置在所述基准光的光路上的光路长度可变机构；以及基于通过驱动所述光路长度可变机构而引起的所述干涉光的变化、判定基于所述干涉光的图像是正规像还是翻转像的运算控制部。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式中的SS-OCT装置的一个结构例的简图。

图2是表示本发明的实施方式中的SS-OCT装置的动作的一个示例的流程图。

图3是表示本发明的实施方式中的、对于深度的反射光强度分布的图。

图4是用于说明本发明的实施方式中的光路长度可变机构的一个结构示例的图。

图5A和图5B是用于说明本发明的实施方式中的、判定是否是翻转像的方法的图。

图6是用于说明本发明的实施方式中的光路长度可变机构的第一变形例的图。

图7是用于说明本发明的实施方式中的光路长度可变机构的第二变形例的图。

图8是用于说明本发明的实施方式中的光路长度可变机构的第三变形例的图。

图9是用于说明本发明的实施方式中的光路长度可变机构的第四变形例的图。

图10是用于说明本发明的实施方式中的光路长度可变机构的第五变形例的图。

图11是用于说明本发明的实施方式中的光路长度可变机构的第六变形例的图。

图12是表示一般的SS-OCT装置的一个结构例的简图。

图13是表示SS-OCT测量中的基准光与信号光的频率关系的图。

图14是表示SS-OCT测量中的基准光与信号光的频率关系的图。

图15是表示SS-OCT测量中的正规像与翻转像的线对称关系的图。

具体实施方式

下面，以SS-OCT装置为例，参照附图说明本发明的实施方式。图1是表示本发明的实施方式中的SS-OCT装置的一个结构例的简图。如图1所示，SS-OCT装置包括干涉仪1、波长扫描型光源2、以及运算控制部3。

光源单元的一个示例即波长扫描型光源2能出射波长即频率以一定的周期进行变化的光。波长扫描型光源2通过光纤与干涉仪1相连接。具体而言，波长扫描型光源2的光出射口通过光纤与光分割器的一个示例即第一耦合器4的光接收口相连接。光分割器可使用以固定比率将光一分为二的方向性耦合器等。

第一耦合器4的一个光发送口通过光纤与第一循环器5相连接。此外，第一耦合器4的另一个光发送口通过光纤与第二循环器6相连接。第二循环器6通过光纤与合波器的一个示例即第二耦合器7的光接收口相连接，并通过光纤与测定头8相连接。

测定头8包括准直透镜9、电流镜10、以及聚焦透镜12。准直透镜9使得从与第二循环器6相连接的光纤接收到的光成为平行光。电流镜10改变从准直透镜9接收到的光的取向方向。此外，电流镜10能以与纸面垂直的轴为中心在一定范围内转动。聚焦透镜12配置在电流镜10与测定对象11之间。

从第一耦合器4经由第二循环器6入射到测定头8的准直透镜9后的测定光形成为平行光。形成为平行光的测定光经由电流镜10入射到聚焦透镜12。聚焦透镜12将测定光聚焦。聚焦后的测定光照射到设置在测定对象设置部的测定对象11上。从照射了测定光的测定对象11的反射面反射或背散射后的光(信号光)经由聚焦透镜12入射到测定头8的内部。之后，信号光被电流镜10反射，并通过准直透镜9入射到第二循环器6。

在本实施方式中，通过第二循环器6和测定头8，构成将光引导至测定对象11的导波/照射部。此外，在本实施方式中，通过第二循环器6和测定头8，构成捕获由被测定对象11的多层膜反射或背散射后的光的捕获部。即，在本实施方式中，通过第二循环器6和测定头8，构成导波/照射/捕获部。

第一循环器5通过光纤与合波器的一个示例即第二耦合器7的光接收口相连接，并通过光纤与基准光的光路长度可变机构13相连接。

在本实施方式中，光路长度可变机构13包括准直透镜14、基准平面15、以及电流镜16。准直透镜14使得从与第一循环器5相连接的光纤接收到的光成为平行光。基准平面15对从准直透镜14接收到的光进行反射，使其返回至准直透镜14。电流镜16配置在准直透镜14与基准平面15之间的光路中。此外，电流镜16能以与纸面垂直的轴为中心在一定范围内转动。该电流镜16的转动动作可由运算控制部3进行控制。光路长度可变机构13所产生的基准光的光路长度变化量、以及该变化量的正负预先存储在运算控制部3所具有的存储部中。

第二耦合器7的光发送口通过光纤与作为光检测器使用的差动放大器17相连接。差动放大器17例如可使用平衡式光电二极管。差动放大器17的输出部将光差拍信号的时间波形作为信号输出到图像获取部的一个示例即运算控制部3。

在本实施方式中，通过第二耦合器7和差动放大器17构成干涉光检测器，该干涉光检测器使得由被测定对象11反射或背散射后的光(信号光)和基准光进行合波干涉，并检测因该干涉而产生的干涉光。

运算控制部3包括模拟/数字转换电路18、傅里叶变换电路19、CPU20、以及存储部21。从差动放大器17发送来的信号通过模拟/数字转换电路18转换成数字信号后，发送到傅里叶变换电路19。傅里叶变换电路19对通过差动放大器17检测出的光差拍信号的频率分量进行傅里叶变换。CPU20根据傅里叶变换电路19所产生的傅里叶变换结果来构建断层图像。存储部21使用存储器、HDD。

运算控制部3的输出部与波长扫描型光源2、测定头8、光路长度可变机构13、以及监视器22相连接。监视器22显示出CPU20所产生的运算结果。运算控制部3构成为可基于所输入的信息对波长扫描型光源2、测定头8、光路长度可变机构13、以及监视器22进行控制。例如，通过CPU20的控制，波长扫描型光源2出射波长在一定范围内进行周期性变化的激光。此外，通过CPU20的控制，设置在测定头8内的电流镜10转动，利用测定光对测定对象11进行扫描。这里，使用监视器22作为显示/输出装置的一个示例。但是，除监视器以外，显示/输出装置也可使用例如打印机等。

图2是表示本发明的实施方式中的SS-OCT装置的动作的一个示例的流程图。详细而言，图2表示判定基于光差拍信号(干涉光)的图像是正规像(正规图像)还是翻转像(反转图像)的动作所涉及的流程图。

在步骤S1中，运算控制部3使波长随时间而变化的光从波长扫描型光源2出射。从波长扫描型光源2出射的光由第一耦合器4例如以5％和95％的比例进行分波。然后，5％的光通过第一循环器5，并由准直透镜14形成为平行光。形成为平行光的光作为基准光入射到基准平面15。另一方面，95％的光通过第二循环器6，入射到测定头8。入射到测定头8的光作为测定光照射到测定对象11上。

入射到基准平面15的光(基准光)原样反射而通过准直透镜14和第一循环器5入射到第二耦合器7。另一方面，由被测定对象11的反射面反射或背散射后的光(信号光)利用测定头8的聚焦透镜12聚焦后，通过第二循环器6入射到第二耦合器7。这两种光在第二耦合器7中合波而发生干涉。因该干涉而产生的干涉光的光差拍信号由差动放大器17进行检测。

接下来，在步骤S2中，运算控制部3利用傅里叶变换电路19对由差动放大器17检测出的光差拍信号(干涉光的强度变化)执行频率解析。运算控制部3的CPU20基于傅里叶变换电路19所产生的频率解析结果和后述(式2)，提取与光差拍信号的频率相对应的反射光的强度(测定对象11的深度信息)。例如，若假定测定对象11的反射面仅存在于自零点起的深度z的位置的情况，则对于深度的反射光强度分布变得如图3的左图所示的那样。

若设测定对象11的折射率为n，则信号光相对于基准光的延迟时间(时间延迟量)τ为τ＝2nz/c。这里，若设从波长扫描型光源2出射的光的频率的扫描速度为α[Hz/s]，从波长扫描型光源2出射的光的频率的扫描时间为T[s]，从波长扫描型光源2出射的光的频率在扫描时间T[s]内变化的幅度为Δf＝αT[Hz]，则由差动放大器17接收到的干涉光的差拍频率fb成为下述(式2)。

fb＝ατ＝(Δf/T)(2nz/c)……(式2)

运算控制部3将测定对象11的深度信息存储在存储部21中后，在步骤S3中，使光路长度可变机构13动作。光路长度可变机构13从运算控制部3接收信号，使基准光的光路长度变化。

这里，对光路长度可变机构13进行说明。光路长度可变机构13例如可将基准平面15和电流镜16像图4所示的那样进行组合而构成。

通过运算控制部3来控制电流镜16的倾斜度(旋转角度)。在电流镜16像虚线所示的那样倾斜的情况下，基准光H不会被电流镜16遮挡而入射到基准平面15，并从基准平面15返回到准直透镜14。另一方面，在电流镜16像实线所示的那样以与基准光H成为垂直的方式进行倾斜的情况下，基准光H不会入射到基准平面15，而被电流镜16反射并返回到准直透镜14。

因而，根据图4所示的光路长度可变机构13，通过控制电流镜16的倾斜度，能使基准光的光路长度可在两个级别间进行变化。该基准光的光路长度差、即光路长度的变化量及该变化量的正负可根据电流镜16与基准平面15的位置关系、电流镜16的倾斜度(旋转角度)的变化来求出。但是，光路长度的变化量及该变化量的正负优选根据因基准光的光路长度变化而引起的光差拍信号的变化来计算。在本实施方式中，利用已知反射面的深度位置的测定对象，预先求出通过光路长度可变机构13使基准光的光路长度变化时的光差拍信号的变化。此时，通过使测定对象沿z方向前后移动、或使光路长度可变机构13沿基准光的光路长度前后移动，判定利用光差拍信号构建的图像是否是翻转像，从而使得翻转像不再产生。然后，根据光差拍信号的变化来计算基准光的光路长度的变化量及该变化量的正负，并将该计算出的结果预先存储在运算控制部3所具有的存储部21中。

为了判定光差拍频率的变化是朝正向变化还是朝负向变化，光路长度的变化量至少需要在SS-OCT装置的纵深分辨率以上。另外，光路长度的变化量越大越好，更优选为光路长度的变化范围与可测定范围LC相等的状态。

作为使基准光的光路长度可变的机构(光路长度可变机构)，一般考虑利用可使基准镜机械地平行移动的机械式平台。然而，在利用机械平台的情况下，由于平台的移动速度等的限制，因此，虽然对光路长度赋予较大变化，但需要的时间比利用SS-OCT装置的测定时间(干涉光的检测时间)要长。另外，利用SS-OCT装置的测定时间具体是指激光从波长扫描型光源出射到构建断层图像为止的时间。例如，对于SS-OCT装置的可测定范围LC，可考虑限制为从波长扫描型光源出射的光的相干长度、约为5mm的情况。在该情况下，优选通过机械式平台产生基准镜的平行移动，通过该平行移动引起基准光的光路长度产生与相干长度相等的5mm的变化。但是，对于该5mm的平行移动，例如在利用步进电动机以10mm/s的速度移动基准镜的情况下，需要500ms的时间。

对于SS-OCT测量的情况，测定速度为每一点是数百μs(数kHz～数十kHz)，例如，在通过500行的测定来构建一个断层图像的情况下，测定时间为数十ms。这样，在SS-OCT装置中可高速获取断层图像。然而，在利用上述那样的机械式平台的情况下，存在基准镜的移动时间比利用SS-OCT装置所进行的实际测定时间要长的问题。

由于这种问题，因此，光路长度可变机构13优选为例如以数ms左右的响应速度、瞬时进行对基准光的光路长度赋予数mm左右的较大变化量的动作的机构。根据本实施方式的光路长度可变机构13，能以高速的响应速度控制电流镜16的倾斜度，使基准光的光路长度不连续地进行变化。所以，能高速地对基准光的光路长度赋予较大变化量。具体而言，能用比SS-OCT装置所进行的测定时间要短的时间来切换基准光的光路长度。所以，可正确判定基于所检测出的光差拍信号(干涉光)的图像是翻转像(反转图像)还是正规像(正规图像)，并且能减少断层像拍摄所增加的时间。

返回图2所示的流程图的说明。基准光的光路长度变化后，在步骤S4中，运算控制部3再次使波长随时间而变化的光从波长扫描型光源2出射。

从波长扫描型光源2出射的光由第一耦合器4例如以5％和95％的比例进行分波。然后，5％的光通过第一循环器5，并由准直透镜14形成为平行光。形成为平行光的光作为基准光入射到电流镜16。另一方面，95％的光通过第二循环器6，入射到测定头8。入射到测定头8的光作为测定光照射到测定对象11上。

入射到电流镜16的光(基准光)原样反射而通过准直透镜14和第一循环器5入射到第二耦合器7。另一方面，由被测定对象11的反射面反射或背散射后的光(信号光)利用测定头8的聚焦透镜12聚焦后，通过第二循环器6入射到第二耦合器7。这两种光在第二耦合器7中合波而发生干涉。因该干涉而产生的干涉光的光差拍信号由差动放大器17进行检测。

接下来，在步骤S5中，运算控制部3利用傅里叶变换电路19对由差动放大器17检测出的光差拍信号(干涉光的强度变化)执行频率解析。运算控制部3的CPU20基于傅里叶变换电路19所产生的频率解析结果和上述(式2)，提取与光差拍信号的频率相对应的反射光的强度(测定对象11的深度信息)。

假定在基准光的光路长度变化前、测定对象11的反射面仅存在于自零点起的深度z的位置的情况。在该情况下，基准光的光路长度变化后的反射光强度分布变得如图3的右图所示的那样。即，在基准光的光路长度变化后，以与零点的距离来表示的反射光强度在比基准光的光路长度变化前更靠近零点侧的位置被检测出。反射光强度的深度位置之所以这样偏移，是由于基准光的光路长度变短，从而零点像图3的右图所示的那样朝远离波长扫描型光源2的方向移动。

接着，在步骤S6中，运算控制部3基于干涉光的变化，判定基于在基准光的光路长度变化前检测出的干涉光(光差拍信号)的图像是正规像还是翻转像。这里，所谓判定基准即干涉光的变化，具体是指反射光强度分布的偏移量及其偏移方向。该偏移量及偏移方向可基于基准光的光路长度变化前后的测定对象11的深度信息(反射光强度分布)来计算。例如，根据表示光差拍信号的频率分量最大值的位置变化、在将光差拍信号的频率分量的峰值形状调整成高斯型的情况下的中心位置变化，可计算偏移量及偏移方向。是翻转像还是正规像可通过偏移量及偏移方向是否与光路长度可变机构13所赋予的光路长度差相对应来判定。这里，所谓光路长度可变机构13所赋予的光路长度差，具体是指基准光的光路长度的变化量及该变化量的正负。

这样，在本实施方式中，利用可将基准光的光路在具有已知的光路长度差的多条光路之间进行瞬时切换的光路长度可变机构。然后，利用该光路长度可变机构，每当检测用于构建断层图像的反射光强度分布，都对基准光的光路长度进行变更。由于该光路长度的变更，基准光相对于信号光的时间延迟发生变化，表示基准光的频率随时间的变化的直线A与表示信号光的频率随时间的变化的直线B之差、即差拍频率fb发生变化。该频率偏移量的正负在正规像的情况和翻转像的情况下是相反的。所以，在本实施方式中，比较基准光的光路长度的变化量及该变化量的正负、和频率偏移量及该频率偏移量的正负。通过进行这种比较，可判定所检测出的光差拍信号是构建正规像的信号还是构建翻转像的信号。

这里，对于是正规像还是翻转像的判定，以基于由某一反射面反射或背散射后的光的干涉光所构建的像为例，进行具体说明。如图5B所示，对于在基准光的光路长度变化前存储的反射光强度分布是构建翻转像的分布的情况，在将基准光的光路长度增加1mm时，基准光的光路长度变化后的反射光强度分布移动至再深1mm的位置。另一方面，如图5A所示，对于在基准光的光路长度变化前存储的反射光强度分布是构建正规像的分布的情况，在将基准光的光路长度增加1mm时，基准光的光路长度变化后的反射光强度分布移动至再浅1mm的位置。基于该反射光强度分布的位置变化量及其变化方向，可判定在基准光的光路长度变化前检测出的干涉光是否是构建翻转像的干涉光，即判定是构建翻转像的干涉光还是构建正规像的干涉光。

若在基准光的光路长度变化前的干涉光是构建正规像的干涉光，则运算控制部3基于在基准光的光路长度变化前存储在存储部21中的反射光强度的空间分布的信号，构建断层图像(步骤S7)。在监视器22上显示出该构建好的断层图像。

在基准光的光路长度变化前的干涉光是构建翻转像的干涉光的情况下，需要使所得到的断层图像与实际的断层结构等同。因此，运算控制部3执行如下转换处理：以基准光的光路长度变化前的零点为中心，将基准光的光路长度变化前得到的反射光的强度的空间分布沿深度方向反转(步骤S8)。然后，运算控制部3基于该变换处理后的反射光强度的空间分布的信号，构建断层图像(步骤S7)。在监视器22上显示出该构建好的断层图像。

根据以上说明可知，在本实施方式中，在由光路长度可变机构所引起的基准光的光路长度变化前后检测反射光强度分布(测定对象的深度信息)。然后，通过比较基准光的光路长度变化前后之间的反射光强度分布的位置变化量及该变化量的正负、基准光的光路长度的变化量及该变化量的正负，判定所得到的信号是构建翻转像的信号还是构建正规像的信号。然后，在是构建翻转像的信号的情况下，通过执行用于将像反转的转换处理，提供正规的像。

接着，对光路长度可变机构的其他示例进行说明。

图6表示光路长度可变机构的第一变形例。在图6所示的光路长度可变机构中，在基准平面15的光入射面的前方设置光闸机构23。光闸机构23包括反射镜部23a和透射窗部23b。光闸机构23是旋转式的。若光闸机构23旋转，则反射镜部23a和透射窗部23b在基准光H的光路中交替出现。

通过运算控制部3来控制光闸机构23旋转的相位。在将光闸机构23旋转的相位设成基准光H的光路被反射镜部23a遮挡的相位时，基准光H由反射镜部23a进行反射。另一方面，在将光闸机构23旋转的相位设成基准光H的光路通过透射窗部23b的相位时，基准光H通过透射窗部23b而由基准平面15进行反射。

因而，根据图6所示的光路长度可变机构，控制光闸机构23旋转的相位，将对基准光H进行反射的平面在基准平面15和反射镜部23a之间进行切换，从而使得基准光的光路长度可在两个级别间进行变化。

图7表示光路长度可变机构的第二变形例。该光路长度可变机构包括基准光H入射的电流镜24、以及与电流镜24的距离互不相同的多个(这里为三个)基准平面25～27。电流镜24能以与纸面垂直的轴为中心在一定范围内转动。

通过运算控制部3来控制电流镜24的倾斜度(旋转角度)。该光路长度可变机构构成为：使电流镜24的倾斜度进行变化，从而基准光H入射到基准平面25～27中的任一个基准平面上。从基准平面反射的基准光H被电流镜24反射，返回至上述准直透镜14。

因而，根据图7所示的光路长度可变机构，控制电流镜24的倾斜度(旋转角度)，将基准光H入射的平面在基准平面25～27之间进行切换，从而可将基准光H的光路在具有不同光路长度的多条光路之间进行切换。此外，根据该光路长度可变机构，由于可从与电流镜的距离互不相同的多个基准平面中选择使基准光反射的基准平面，因此，可从多个光路长度差中选择基准光的光路长度差。

图8表示光路长度可变机构的第三变形例。该光路长度可变机构包括基准光H入射到其中心部的电流镜28、以及从电流镜28反射的基准光H入射的摆线(cycloid)型的基准平面29。电流镜28能以与纸面垂直的轴为中心在一定范围内转动。摆线型的基准平面29具有与电流镜28的中心部的距离连续变化的光入射面。

通过运算控制部3来控制电流镜28的倾斜度(旋转角度)。该光路长度可变机构构成为：使电流镜28的倾斜度进行变化，从而由电流镜28的中心部反射后的基准光H入射到摆线型的基准平面29的光入射面的位置产生变化。从摆线型的基准平面29反射的基准光通过与入射到基准平面29时相同的光路，返回至上述准直透镜14。因而，基准光的光路长度根据电流镜28的倾斜度而变化。

根据图8的光路长度可变机构，通过控制电流镜28的倾斜度(旋转角度)，切换基准光H在摆线型的基准平面29上的入射位置，从而可将基准光的光路在具有不同光路长度的多条光路之间进行切换。此外，根据图8所示的光路长度可变机构，可使基准光的光路长度不是离散地而是连续地发生变化。

图9表示光路长度可变机构的第四变形例。该光路长度可变机构包括通过光纤与图1所示的第一循环器5相连接的光开关30、长度互不相同的多条(这里为两条)光纤31、32、以及光纤耦合器33。

光开关30将入射的基准光H从两个输出端口中的与来自运算控制部3的信号相对应的输出端口出射。光开关30的两个输出端口分别与长度互不相同的光纤31、32的一端相连接。光纤31、32的另一端分别与光纤耦合器33的两个光接收口相连接。

基准光H入射到光开关30之后，从利用来自运算控制部3的信号所选择的输出端口出射。从光开关30出射的基准光H通过光纤31或光纤32中的任一方，经由光纤耦合器33，入射到准直透镜14。准直透镜14使基准光H形成为平行光。形成为平行光的基准光H入射到基准平面15。从基准平面15反射的基准光H经由与入射到基准平面15时相同的光路，返回至第一循环器5。

因而，根据图9所示的光路长度可变机构，通过将出射基准光H的输出端口在光开关30的两个输出端口之间进行切换，能使基准光的光路长度可在两个阶段间变化。

此外，在图9所示的光路长度可变机构中，也可通过在准直透镜14与光纤耦合器33之间插入循环器，使得反射光不通过光纤耦合器33。若采用这样的结构，则能减少光纤耦合器33所引起的光强度的损耗。

此外，根据图9所示的光路长度可变机构，基准光的光路长度切换速度成为与光开关的响应速度相等的100μs左右。因而，能容易进行光路长度的高速切换。此外，通过对光开关设置多个输出端口，能容易将基准光的光路长度差增加到两种以上。

图10表示光路长度可变机构的第五变形例。该光路长度可变机构具有在可沿其径向伸缩的圆筒构件34上、将与图1所示的第一循环器5相连接的光纤35卷绕多次的结构。圆筒构件34可利用例如鼓型压电元件等。

圆筒构件34根据来自运算控制部3的信号沿径向进行伸缩。通过使圆筒构件34沿径向伸缩，能对光纤35施加应力，使光纤长度变形。通过这种变形，可改变基准光的光路长度。可通过圆筒构件34的直径的变化量、光纤35相对于圆筒构件34的匝数来调整基准光的光路长度的变化量。因而，根据图10所示的光路长度可变机构，通过改变圆筒构件34的直径，能将基准光的光路在具有互不相同的光路长度的多条光路之间进行切换。

图11表示光路长度可变机构的第六变形例。该光路长度可变机构包括插入到准直透镜14(未图示)与基准平面15之间的透明构件36。透明构件36的折射率为n(n＞1)，长度为L。透明构件36可利用例如玻璃等。该透明构件36例如固定在未图示的单轴电动机的电动机轴上，通过旋转该电动机轴，可脱离基准光的光路。根据该结构，基准光的光路长度的变化量成为2L(n-1)。

另外，虽然在以上说明的实施方式中，利用出射波长以一定周期进行变化的激光的波长扫描型光源作为光源单元，但也可利用出射低相干光的光源单元。

此外，在本实施方式中，对测定光、基准光等光在光纤中传播的结构进行了说明。然而，并不限于通过光纤来传播光的结构，也可采用在大气中或真空中传播光的结构。

此外，虽然在本实施方式中，在基准光的光路上设置有光路长度可变机构，但是，也可在信号光或测定光的光路上设置光路长度可变机构，以取代在基准光的光路上设置光路长度可变机构，也可除了在基准光的光路上设置光路长度可变机构，还在信号光或测定光的光路上设置光路长度可变机构。

此外，虽然在本实施方式中，利用迈克尔逊型干涉仪作为干涉仪，但并不限于此，也可利用其他种类干涉仪、例如马赫-曾德型干涉仪等。

此外，虽然在本实施方式中，利用波长扫描型光源类型的FD-OCT，但并不限于此，也可利用光谱仪类型的FD-OCT。

此外，在本实施方式中，利用傅里叶变换进行光差拍信号的频率解析。这是为了缩短光差拍信号进行频率解析所需的时间。即，为了缩短频率解析所需的时间，优选利用对信号以2ⁿ的采样数进行离散采样的高速傅里叶变换。然而，并不限于傅里叶变换，也可利用频谱分析仪。

此外，在本实施方式中，通过反射光强度分布的偏移量及其偏移方向是否与基准光的光路长度的变化量及该变化量的正负相对应，来判定所检测出的光差拍信号(干涉光)是获取正规像的信号还是获取翻转像的信号。然而，也可仅通过反射光强度分布的偏移方向是否与基准光的光路长度的变化量的正负相对应，来判定所检测出的像是否是翻转像。

根据以上说明的实施方式，即使产生作为光干涉测量的原理性问题的翻转像，也可简单判定所检测出的干涉光(光差拍信号)是获取正规像的干涉光还是获取将正规像翻转后的像的干涉光。所以，可解决利用光的干涉现象检测出的干涉光(光差拍信号)的与翻转像有关的问题。因而，本发明对于反射面的高度不一致的多个采样的在线测量、特别是人无法调整测定对象位置的自动测量是有效的。

以上，详细说明了成为本发明所涉及的几个范例的实施方式，但只要是精通该技术的人，就可以很容易理解本发明新示出的内容、以及在实际上未脱离本发明的效果的范围内对成为上述范例的实施方式进行的各种变更。因此，这样的各种变更也包含在本发明的范围内。