JPH05203563A - 対象物の検査のための組織光学的測定装置 - Google Patents

対象物の検査のための組織光学的測定装置

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JPH05203563A
JPH05203563A JP4248615A JP24861592A JPH05203563A JP H05203563 A JPH05203563 A JP H05203563A JP 4248615 A JP4248615 A JP 4248615A JP 24861592 A JP24861592 A JP 24861592A JP H05203563 A JPH05203563 A JP H05203563A
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light
signal
chirp signal
optical
measurement
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JP4248615A
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Ming Fang
フアング ミング
Hans-Erich Reinfelder
ラインフエルダー ハンス‐エーリツヒ
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue
    • A61B5/1455—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration or pH-value ; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid or cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
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    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0073—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence by tomography, i.e. reconstruction of 3D images from 2D projections

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 可視光、ＮＩＲ光またはＩＲ光により特に生
きている対象物を検査するための組織光学的測定装置
を、簡単かつ経済的に、しかも位置選択性をもって動作
するように構成する。 【構成】 検査すべき対象物６にコヒーレントな光‐チ
ャープ信号として供給される測定‐チャープ信号を発生
させる。対象物６から再び出る測定‐チャープ信号を参
照‐チャープ信号と重畳する。この重畳信号をフィルタ
１２に供給する。このフィルタ１２は、特定の光路長さ
を対象物６のなかで進んだ、対象物６から再び出る測定
‐チャープ信号の成分を表す重畳信号の成分のみを通過
させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、可視光、ＮＩＲ光また
はＩＲ光により特に生きている対象物を検査するための
組織光学的測定装置に関する。その際に可視光の波長は
３８０ｎｍと７８０ｎｍとの間に、ＮＩＲ光（近赤外
光）の波長は７８０ｎｍと１．５μｍとの間に、またＩ
Ｒ光（赤外光）の波長は１．５μｍと１ｍｍとの間にあ
り、本発明の場合にはＩＲ光の使用の際には特に１．５
μｍないし１５μｍの範囲が意味がある。
【０００２】
【従来の技術】たとえば吸収、散乱およびスペクトル特
性のような組織の多くの光学的特性は前記波長範囲の光
の入射により決定され得る。従ってたとえば、前記波長
範囲の光が対象物、たとえば乳房または頭蓋に入射さ
れ、対象物から出る光が検出され、こうして得られた情
報が適当な方法で評価されることによって、乳房診断の
際に組織変化を確認し、または小児科学および（また
は）神経医学において脳の血行に関する情報を得ること
が可能である。その際に、一般に非侵襲的方法であるこ
とは有利である。一層詳細なことはたとえば刊行物“脳
酸素処理測定システムＮＩＲ‐１００”（仮データ）、
ハママツ・ホトニックスＫＫ、システム部、１９８７年
９月；“光学スペクトロスコピー”、Robert L.Egan ほ
か、Acta Radiologica、第２９巻、第５分冊、１９８８
年９〜１０月；“磁気共鳴および近赤外スペクトロスコ
ピーによる新生幼児の脳モニタリング”、D.T.Delpy ほ
か、医学物理および生物工学、小児科学および生理学
部、ユニバーシティ・カリッジ・ロンドンに記載されて
いる。残念なことに、このような方法の場合には、検出
すべき対象物から出る光（後方散乱光または散乱透過光
であってよい）は、入射された光により照射される対象
物のすべての範囲に関する情報を含んでいる。すなわち
測定が位置選択性でない。後方散乱光の：検出の場合に
は特に、どの深さで、すなわち対象物の表面から入射光
の伝播方向に対して平行に測ってどの距離で光が反射さ
れたかが判らない。このことは特に、特定の深さの対象
物の光学的特性を検査したいときに不都合である。すな
わち、たいてい対象物の表面およびその表面付近の範囲
から後方散乱される光が一緒に測定される。このことは
測定の低いＳＮ比に通じ、または検査すべき対象物の厚
みが特定の厚みを越えると使用不能な測定結果にさえ通
ずる。対象物を透過する光が検出される測定に対して
は、位置選択性の不足は、対象物を透過した光がどの経
路をとったかが明らかでないことを意味する。ここで
も、対象物の厚みの増大と共にＳＮ比が測定結果の使用
不能に至るまで悪くなる。
【０００３】これまで本質的に、前記の問題を非常に大
きい費用をかけて解決する、生体内での応用に対して基
本的に適した１つの方法のみが知られている。この、文
献“直接飛行時間測定からの組織を通る光学的光路長さ
の評価”、D.T.Delpy ほか、Phys.Med.Biol.１９８８、
第３３巻、第１２号、第１４３３〜１４４２頁に記載さ
れている方法は光源としてのパルスレーザーおよび検出
装置としての超高速ストリークカメラを使用した飛行時
間測定原理に基づいている。レーザーのパルス継続時間
は典型的に１ピコ秒よりも短い。ストリークカメラの時
間分解能は約２ピコ秒のオーダーである。光はさまざま
な深さで検査すべき対象物から後方散乱され、またはさ
まざまな経路で対象物を貫くので、後方散乱光または透
過光の個々の成分はストリークカメラにおけるさまざま
な到着時間を有する。こうして検出される光成分は到着
時間に応じて、従ってまたそれらが後方散乱された対象
物のなかの深さまたはそれらが対象物を通過した経路に
応じて選択および検出され得る。しかし十分な時間分解
能、従ってまた十分な位置分解能を有する飛行時間測定
システムはコストが高い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、簡単
かつ経済的に構成されており、それにもかかわらず位置
選択性をもって動作する組織光学的測定装置を提供する
ことである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するた
め、本発明によれば、可視光、ＮＩＲ光またはＩＲ光に
より対象物を検査するための組織光学的測定装置におい
て、 ａ）検査すべき対象物にコヒーレントな光‐チャープ信
号として供給可能である測定‐チャープ信号を発生する
ための手段と、 ｂ）発生される測定‐チャープ信号に対して定められた
位相関係にある参照‐チャープ信号を発生するための手
段と、 ｃ）検査すべき対象物から出る測定‐チャープ信号の部
分を参照‐チャープ信号とヘテロダイン信号として重畳
させるための手段と、 ｄ）ヘテロダイン信号を供給されており、上限周波数の
上側で立下りを有する振幅‐周波数応答を有するフィル
タ手段とを有し、 その際に群 −検査すべき対象物（６）の外側の測定‐チャープ信号
の伝播時間、 −参照‐チャープ信号の伝播時間、 −フィルタ手段（１２；５３；Ｆ1 ないしＦn ）の上限
周波数 のパラメータが、フィルタ手段（１２；５３；Ｆ1 ない
しＦn ）の出力信号が本質的に、特定の最大光路長さを
超過しない光路長さを対象物（６）において進んだ測定
‐チャープ信号の、検査すべき対象物（６）から出る成
分のみを表すように選定される。
【０００６】参照‐チャープ信号と測定‐チャープ信号
のなかに含まれているチャープ信号との間に位相ずれが
存在すると、重畳信号は、測定‐チャープ信号のなかに
含まれ参照‐チャープ信号に対して時間的にずらされた
個々のチャープ信号と参照‐チャープ信号との重畳によ
り生ずるヘテロダイン信号を含んでいる。対象物に測定
‐チャープ信号として供給されるコヒーレントな光‐チ
ャープ信号がたとえば１つの信号周期の間に直線的に時
間にわたり上限値と下限値との間を変化する１つの光周
波数を有し、また参照‐チャープ信号が同じく信号周期
の間に直線的に時間にわたり上限値と下限値との間を変
化する相応の信号パラメータを有するならば、個々のヘ
テロダイン信号の周波数は、検査すべき対象物から出る
測定‐チャープ信号の成分のなかに含まれているチャー
プ信号と参照‐チャープ信号との間のそのつどの時間差
に直接比例している。検査すべき対象物の外側の測定‐
チャープ信号の伝播時間（検査すべき対象物の内側の光
‐チャープ信号の伝播時間を除いた測定‐チャープ信号
の全伝播時間）と参照‐チャープ信号の伝播時間（参照
‐チャープ信号の発生のための手段から重畳のための手
段へのその伝播時間）とが知られていれば、そのつどの
ヘテロダイン周波数または時間差から、対象物から出る
相応の測定‐チャープ信号の成分の対象物の内側で進ん
だ光路長さが決定され得る。フィルタ手段の出力信号は
本質的に検査すべき対象物から出る測定‐チャープ信号
の成分の、重畳のための手段が参照‐チャープ信号とた
かだかフィルタ手段の上限手段に等しいヘテロダイン周
波数を有するヘテロダイン信号として重畳する成分のみ
を表すので、フィルタ手段の出力信号のなかには検査す
べき対象物から出る測定‐チャープ信号の成分の、対象
物のなかで検査すべき対象物の外側の測定‐チャープ信
号および参照‐チャープ信号の伝播時間のほかにフィル
タ手段の上限周波数にも関係する検査すべき対象物のな
かの最大光路長さを超過しない光路長さを有する成分の
みが表されている。検査すべき対象物を透過する測定‐
チャープ信号の成分が顧慮される測定に対して、このこ
とは、フィルタ手段の出力信号のなかに、検査すべき対
象物を透過する測定‐チャープ信号の、検査すべき対象
物のなかで入光領域を出光領域と接続する葉巻状の範囲
を延びており、その外郭線が対象物のなかの最大光路長
さに等しい長さを有する経路を有する成分のみが表され
ている。それに対して、検査すべき対象物から後方散乱
される測定‐チャープ信号の成分が顧慮される測定に対
しては、フィルタ手段の出力信号のなかに、検査すべき
対象物から出る後方散乱された測定‐チャープ信号の成
分の、たかだか対象物のなかの最大光路長さの半分に等
しい検査すべき対象物の深さから後方散乱される成分の
みが表されている。従って、比較的簡単な測定装置によ
り位置分解能を有する組織光学的測定が可能であること
が明らかになる。
【０００７】フィルタ手段は上限周波数のみを有すれ
ば、すなわち低域通過特性を有すれば十分ではあるが、
請求項２にあげられている、後方散乱光が検出されると
きに特に有利である本発明の１つの好ましい構成では、
下限周波数をも有するフィルタ手段が設けられている。
それによれば、フィルタ手段の出力信号は、上限および
下限周波数が密に近接しまたは合致している（帯域通
過）ときに、検査すべき対象物から後方散乱される測定
‐チャープ信号の成分の、検査すべき対象物の外側の測
定‐チャープ信号および参照‐チャープ信号の伝播時間
およびフィルタ手段の限界周波数により決定されている
対象物の特定の深さから出発する成分のみを表す。その
際に、フィルタ手段の出力信号のなかに後方散乱された
測定‐チャープ信号の成分に関する情報が含まれている
深さは、検査すべき対象物の外側の測定‐チャープ信号
の伝播時間、参照‐チャープ信号の伝播時間、フィルタ
手段の上限および下限周波数から成る群のパラメータの
少なくとも１つが変更されることによって変更され得
る。請求項２による測定装置は、検査すべき対象物を透
過する測定‐チャープ信号の成分が顧慮される測定の際
にも有利である。なぜならば、一方ではフィルタ手段の
下限周波数によりノイズが除去可能であり、また他方で
は前記パラメータ群の（下限周波数を例外として）少な
くとも１つのパラメータの変更により葉巻状の範囲の直
径が変更され得るからである。しかしその際にフィルタ
手段の下限周波数は、測定‐チャープ信号の成分の、検
査すべき対象物を通る直接的経路をとる成分がなおフィ
ルタ手段の出力信号のなかに表されているように低く選
定されていなければならない。請求項３の特徴と関連し
て請求項４による測定装置も特に有利である。なぜなら
ば、評価手段がフィルタ手段の出力信号の生起の際に、
フィルタ手段の出力信号のなかで表された、検査すべき
対象物から出る測定‐チャープ信号の成分の、対象物の
なかで進んだ光路長さを求めるからである。
【０００８】請求項５および８は本発明による測定装置
の好ましい構成に関する。請求項５の場合には、測定‐
チャープ信号も参照‐チャープ信号も光‐チャープ信号
であり、その際に対象物から出る測定‐チャープ信号の
成分は参照‐チャープ信号と光学的に重畳され、またそ
の際に生ずる重畳‐光信号はフィルタ手段に供給される
電気的信号への変換のために検出器装置に供給される。
請求項８の場合には、測定‐チャープ信号のみが光‐チ
ャープ信号であり、他方において参照‐チャープ信号と
しては電気的チャープ信号が発生される。検査すべき対
象物から出る測定‐チャープ信号の成分は電気的信号に
変換され、この電気的信号は混合段のなかで電気的参照
‐チャープ信号と重畳される。混合段の電気的出力信号
はフィルタ手段に供給されている。請求項５の場合に
は、測定‐チャープ信号は選択的に光強度に関して振幅
変調され、または光周波数に関して周波数変調されてい
てよいが、請求項８の場合には、光強度に関して振幅変
調された測定‐チャープ信号が必要である。なぜなら
ば、対象物から出る測定‐チャープ信号の成分の検出の
ために使用可能な検出器装置は光強度の変化のみに応答
し、光周波数の変化には応答しないからである。時間に
わたる光周波数の変化および（または）時間にわたる光
強度変化の周波数の変化は請求項５の場合にも請求項８
の場合にも好ましくは直線的に行われる。しかしそれぞ
れ重要なのは時間にわたり定められた変化のみである。
【０００９】請求項１０ないし１３による測定装置は、
測定‐チャープ信号による検査すべき対象物の走査が可
能であり、その際に請求項１２による装置は、検出器装
置の検出器ユニットが走査過程中に対象物に対して相対
的に固定位置にとどまり得るという利点を有する。請求
項１３による装置の場合には、対象物に対して相対的な
出光領域および検出器ユニットの機械的運動は完全に回
避されている。請求項１０ないし１３による測定装置
は、請求項２０または２１の特徴と関連して、有利な仕
方で、検査すべき対象物の吸収係数の少なくとも二次元
の吸収アレイを求めることが可能である。相異なる波長
の光の光‐チャープ信号の使用の際には、相異なる波長
に対する吸収アレイも求められ得る。このことは分光学
的検査のために重要である。
【００１０】以下、本発明の実施例を添付図面により説
明する。
【００１１】図１による測定装置は本質的に単色の光源
を有し、この光源はたとえば８４０ｎｍの波長を有する
コヒーレントな光を放射するレーザーダイオード１であ
る。レーザーダイオード１は信号発生器２と接続されて
おり、信号発生器２はレーザーダイオード１にその作動
電流を電気的のこぎり波信号の形態で供給し、その時間
的経過は図２の中央に示されており、図２には時間ｔに
わたるのこぎり波信号の電流強度Ｉの経過が示されてい
る。単位時間あたりののこぎり波信号の電流強度の変化
は一定である。すなわちのこぎり波信号は直線状の立下
りを有する。レーザーダイオード１から出る光の周波数
が或る限度内でレーザーダイオード１の作動電流の高さ
に関係するという状況の結果として、（−１ｍＡの作動
電流の変化がレーザーダイオードから出る光の約＋２．
５ＧＨｚの周波数変化に通ずることが見出された（これ
については“レーザーダイオード光の波長シフトによる
距離測定”、H.Kikutaほか、Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．、第２
５巻、第１７号、１９８６年９月を参照））、レーザー
ダイオード１はそれから放射される光の周波数に関して
周波数変調可能である。それによればレーザーダイオー
ド１は、図２中の下図のようにレーザーダイオード１か
ら送り出される光の周波数Ｆの単位時間あたり一定の変
化を有する。すなわち、電気的のこぎり波信号の周期に
一致する光‐チャープ信号の周期の間に光周波数Ｆは時
間ｔにわたり直線的に上限値と下限値との間を変化す
る。図２の上段には、振幅すなわち光‐チャープ信号の
強度Ｉの時間的経過が定性的に示されている。その際に
強度変化は光周波数により行われることが分る。これに
関連して言及すべきこととして、のこぎり波状信号の変
化する電流強度Ｉはレーザーダイオード１から出る光の
わずかな強度変調にも通ずるが、それはここでは無視可
能である。
【００１２】レーザーダイオード１から出る光は、ビー
ムスプリッタとして作用する光ファイバー‐ファンアウ
ト‐結合器３に到達し、また光‐チャープ信号の一部を
測定‐チャープ信号（以下では測定‐光信号と呼ぶ）と
して長さａの可撓性の光導波ファイバー４に、また光‐
チャープ信号の他の一部を参照‐チャープ信号（以下で
は参照‐光信号と呼ぶ）として長さｂの光導波ファイバ
ー５に入結合する。光導波ファイバー４を介して、その
より小さい振幅を別としてレーザーダイオード１から発
生された光‐チャープ信号に相応する測定‐光信号は検
査すべき対象物６、たとえば女性の胸に供給される。測
定‐光信号は一部は検査すべき対象物６に入り込む。検
査すべき対象物６から後方散乱される測定‐光信号の部
分は長さｃの可撓性の光導波ファイバー７を介して、光
導波ファイバトー５も接続されている光ファイバー‐フ
ァンイン‐結合器８に到達する。光ファイバー‐ファン
イン‐結合器８は参照‐光信号を検査すべき対象物から
出る測定‐光信号と重畳信号（以下では重畳‐光信号と
呼ぶ）として重畳し、この重畳‐光信号は光導波ファイ
バー９を介して光学系１０に、またそこから検出器装
置、たとえば光電子増倍管１１に到達する。光電子増倍
管１１の出力端に得られる電気的信号は重畳‐光信号、
またはより正確に言えば、その強度の時間的経過を表
す。この電気的信号は帯域通過フィルタ１２に到達す
る。帯域通過フィルタ１２の後に、必要な場合には、図
１中に示されているように、増幅器１３が接続されてい
る。帯域通過フィルタ１２の増幅された出力信号はアナ
ログ‐ディジタル変換器１４に到達し、そのディジタル
出力データは電子的計算装置１５に供給されており、電
子的計算装置１５にはモニター１６およびキーボード１
７が接続されている。
【００１３】光導波ファイバ４および７は保持体１８の
なかに、それらの端が密に並んで、また好ましくは対象
物６の表面に密接して位置するように収容されており、
その際に光導波ファイバ４の端は測定装置の出光領域
を、また光導波ファイバ７の端は測定装置の入光領域を
なしている。保持体１８のなかに収容された光導波ファ
イバ４および７の端の中心軸は少なくともほぼ平行に延
びている。保持体１８は、電子的計算装置１５により制
御線２０を介して対象物６に対して相対的に保持体１８
の移動のために操作可能である移動ユニット１９と接続
されている。さらに電子的計算装置１５は、制御線４６
を介して帯域通過フィルタ１２の中心周波数を調整する
立場にある。光ファイバー‐ファンアウト‐結合器３か
ら光ファイバー‐ファンイン‐結合器８への参照‐光信
号の伝播時間および対象物６の外側の測定‐光信号の伝
播時間（光ファイバー‐ファンアウト‐結合器３から光
導波ファイバ４を通って検査すべき対象物６の表面への
測定‐光信号および対象物６の表面から光導波ファイバ
７を通って光ファイバー‐ファンイン‐結合器８への対
象物６から後方散乱される測定‐光信号の成分の伝播時
間）を変更し得るように、個々にまたは群として光導波
ファイバ４、５および７と交換可能である光導波ファイ
バ４´、５´、７´が設けられている。前記の伝播時間
は通過する光導波ファイバの長さおよびその材料の屈折
率に関係するので、光導波ファイバ４´、５´、７´は
それらの長さａ´、ｂ´、ｃ´および（または）それら
の材料の屈折率に関して相応の光導波ファイバ４、５、
７から、それぞれ相異なる伝播時間が生ずるように異な
っている。
【００１４】測定‐光信号が対象物６に導入されると、
胸の組織が、総じて組織がそうであるように、不透明な
媒体であるという状況の結果として、測定‐光信号は散
乱され、その結果、測定‐光信号の一部が後方散乱さ
れ、光導波ファイバー７を通って光ファイバー‐フアン
イン‐結合器８に到達する。この後方散乱された光は、
測定‐光信号として対象物６に導入された光‐チャープ
信号が出光領域および入光領域からの距離が異なる対象
物６の点から後方散乱されるという状況の結果として、
相異なる振幅の時間的に互いにずらされた光‐チャープ
信号の混合信号であり、その際に各光‐チャープ信号は
対象物６に導入された測定‐光信号の後方散乱された成
分を表す。混合信号のなかに含まれている光‐チャープ
信号の振幅の大きさは一方では混合信号の個々の光‐チ
ャープ信号が対象物６のなかで進んだ光路長さに関係
し、また他方では個々の光‐チャープ信号が通過する対
象物６の範囲の吸収特性に関係する。後方散乱された光
‐チャープ信号のこの混合信号および参照‐光信号は光
ファイバー‐フアンイン‐結合器８により重畳‐光信号
として重畳される。参照‐光信号も対象物６から後方散
乱された光‐測定信号の部分に含まれている光‐チャー
プ信号も単位時間あたり一定の光周波数の変化を有する
ので、重畳‐光信号はヘテロダイン‐光信号の混合であ
り、それらのヘテロダイン周波数は、個々のヘテロダイ
ン‐光信号のなかで表される対象物６から後方散乱され
た光‐チャープ信号の対象物６のなかで後方散乱された
光路長さに直接に関連している。個々のヘテロダイン‐
光信号の変調深さは、ヘテロダイン‐光信号のなかでそ
れぞれ表される後方散乱された光‐チャープ信号の振幅
に直接に関連している。すなわち、重畳‐光信号のなか
に含まれているヘテロダイン‐光信号は、その対象物６
のなかで進んだ光路長さおよびその光強度に応じて、対
象物６に導入された測定‐光信号の後方散乱された成分
を表す。
【００１５】対象物６から後方散乱された光‐チャープ
信号の振幅は参照‐光信号の振幅よりもはるかに小さい
ので、参照‐光信号を、それが測定‐光信号の後方散乱
された成分と重畳される以前に、減弱させることは目的
にかなっている。なぜならば、その場合、ヘテロダイン
‐光信号の高められた変調深さが得られるからである。
前記の重畳により生ずる主観的スペックル量（これにつ
いては“レーザー‐スペックルおよび関連する現象”、
編集者I.C.Dainty、スプリンガー出版、１９８４、第２
０３〜２５３頁の“スペックル干渉法”、A.E.Ennos を
参照）は光学系１０により、光電子増倍管１１による検
出に十分な大きさになるまで増大される。光電子増倍管
１１の出力信号は重畳‐光信号のなかに含まれているヘ
テロダイン‐光信号に相応する電気的ヘテロダインの混
合信号であり、この信号は帯域通過フィルタ１２に到達
する。その中心周波数が一方では参照‐光信号の伝播時
間、また他方では検査すべき対象物６の外側の測定‐光
信号の伝播時間の顧慮のもとに適当に選定されていれ
ば、帯域通過フィルタ１１の有限のエッジ急峻度は度外
視して、帯域通過フィルタ１１の出力信号のなかには、
ヘテロダイン信号のなかで表される測定‐光信号の後方
散乱された成分のたとえば対象物６のなかの２倍にされ
た寸法ｘ（図１）の特定の光路長さに相応するヘテロダ
イン周波数のヘテロダイン信号のみが含まれている。従
って、帯域通過フィルタ１２によりフィルタされたヘテ
ロダイン信号のなかで表される測定‐光信号の部分がほ
ぼ深さｘで対象物６から後方散乱されたことから出発さ
れ得る。
【００１６】対象物６から後方散乱された測定‐光信号
の部分のなかに含まれている光‐チャープ信号も重なり
合ってヘテロダイン‐光信号として重畳することが分
る。これらのヘテロダイン‐光信号を、参照‐光信号と
対象物６から後方散乱された測定‐光信号のなかに含ま
れている光‐チャープ信号との重畳により生ずるヘテロ
ダイン‐光信号から分離し得るためには、検査すべき対
象物６の外側の測定‐光信号の伝播時間は光ファイバー
‐ファンアウト‐結合器３から光ファイバー‐ファンイ
ン‐結合器８への参照‐光信号の伝播時間よりも、対象
物６から後方散乱された、なお検出可能である、最長可
能な光路長さを対象物６のなかで進んだ測定‐光信号の
成分の伝播時間よりも大きい１つの度合だけ大きくなけ
ればならない。相応の比は、光導波ファイバー４、４
´、５、５´、７、７´から、必要な伝播時間差を生ず
る光導波ファイバーが選択されることによって、容易に
設定され得る。一般に最長可能な光路長さとしてたとえ
ばそのつどの対象物の最大厚みの３倍が仮定されれば十
分である。
【００１７】上記の事実は図３に概要を示されている。
Ｒ0 は参照‐光信号を示し、また信号Ｒ1 ないしＲn は
対象物６から後方散乱される光‐測定信号の部分のなか
に含まれている、相異なる長さの光路長さを対象物６の
なかで進んだ光‐チャープ信号を示している。その際に
信号Ｒ1 は直接に対象物６の表面において反射された測
定‐光信号の成分を示し、また信号Ｒn は対象物６のな
かで最長可能な光路長さを進んだ測定‐光信号の成分を
示している。信号Ｒ1 ないしＲn と参照‐光信号Ｒ0 と
の重畳により生ずるヘテロダイン‐光信号は次いで、参
照‐光信号Ｒ0 と信号Ｒ1 との間の伝播時間差（図３中
にＴ01で示されている）が信号Ｒ1 とＲn との間の伝播
時間差（図３中にＴ1nで示されている）よりも大きいな
らば、信号Ｒ1 ないしＲn の互いの重畳により生ずるヘ
テロダイン‐光信号から区別され得る。なお、図３中に
示されている信号の振幅は図示を簡単にするため等しい
大きさで示されている。実際には信号Ｒ1 ないしＲn の
振幅は互いに異なっており、また参照‐光信号Ｒ0 の振
幅よりも明らかに小さい。
【００１８】参照‐光信号と測定‐光信号の後方散乱さ
れた成分を表す光‐チャープ信号との間に光‐チャープ
信号の１周期を超過する伝播時間差が生ずることにより
生じ得るであろう誤測定は、光‐チャープ信号の変調周
波数が１００ＭＨｚを著しく超過していないならば、回
避されている。組織に対してｎ＝１．４の屈折率を基礎
とすると、２ｍより大きい光路長さを進んだ測定‐光信
号の後方散乱される成分が検出されなければならないで
あろう。このことは極めてありそうにないことである。
【００１９】変調周波数としては、すなわち測定‐チャ
ープ信号、従ってまた光‐チャープ信号の反復周波数と
しては０．１ＭＨｚと１００ＭＨｚとの間の周波数が推
奨される。光‐チャープ信号の周波数スパンの中心周波
数はレーザーダイオード１から出発する光の光周波数に
一致する。変調周波数および中心周波数の積が１０12Ｈ
ｚ2 よりも大きく、また周波数スパンが中心周波数の
０．５％よりも小さいならば、１ｍｍのオーダーの位置
分解能が達成される。それによれば、１ｍｍの要求され
る位置分解能および１ＭＨｚの変調周波数に対して中心
周波数は１ＭＨｚを超過しなければならない。このこと
は、赤外光の波長範囲が下方に３００ＧＨｚの光周波数
に相応する１ｍｍにより制限されているならば、容易に
保証されている。冒頭に記載したように８４０ｎｍの波
長を有するレーザーダイオード１が使用されると、周波
数スパン、すなわちレーザーダイオード１により発生さ
れる光の光周波数の変化はたかだか１．８ＴＨｚであっ
てよい。説明される実施例の場合には、レーザーダイオ
ード１から出発する光の光周波数はたとえば１．０ＴＨ
ｚだけ変化し、しかも周波数変化は時間にわたり直線的
に行われる。
【００２０】図１から明らかなように、対象物６は平ら
な板２１に載っており、この板２１は細い直線状のスリ
ット２２を設けられており、そのなかに光導波ファイバ
ー４の出光領域および光導波ファイバー７の入光領域が
位置している。対象物６の表面は、それが固定された板
２１に押し付けられている状況の結果として、ほぼ平ら
である。保持体１８は移動ユニット１９によりスリット
２２の長手方向に、また板２１に対して平行に、光ファ
イバー４または７の出光領域および入光領域がスリット
２２の一方の端から他方の端へステップ状に１つの直線
的走査運動の形でずらされ得るように直線状に移動され
得る。
【００２１】電子的計算装置１５により帯域通過フィル
タ１２の中心周波数は調整可能であるので、図１による
装置により相応にプログラムされた電子的計算装置１５
による制御のもとにレーザーダイオード１から発せられ
る光の波長に対して二次元吸収アレイを求めることが可
能であり、その際にこのようなアレイとは、対象物６を
通って延びている平らな断層の個々の体積要素に対して
吸収係数が相応の形状の体積要素のジオメトリ配置のな
かに再現されることを意味する。
【００２２】このようなアレイを発生するため、電子的
計算装置１５はそれぞれ使用される光導波ファイバー４
または４´、５または５´、７または７´の長さの顧慮
のもとに帯域通過フィルタ１２の中心周波数を、たとえ
ば２ｍｍの光路長さを対象物６のなかで進んだ測定‐光
信号の後方散乱された成分を表すヘテロダイン光信号の
みが帯域通過フィルタ１２を通過し得るように設定す
る。電子的計算装置１５はいま保持体１８をステップ状
にたとえば１ｍｍのステップ幅で、定められた始点と終
点との間を直線状に延びている、たかだかスリット２２
の長さに等しい長さであってよい軌道に沿って移動させ
る。保持体１８の各ステップに対して電子的計算装置１
５はアナログ‐ディジタル変換器１３のディジタル出力
データから、それぞれ帯域通過フィルタ１２の出力信号
のなかに表される後方散乱される測定‐光信号の成分の
光強度を求め、この値を記憶する。保持体１８がその軌
道の終点に到達すると、電子的計算装置１５は帯域通過
フィルタ１２の中心周波数を、帯域通過フィルタ１２の
出力信号のなかに、対象物６のなかで４ｍｍの光路長さ
を進んだ後方散乱される測定‐光信号の成分のみが表さ
れているように変更する。電子的計算装置１５はいま保
持体１８に新たにその上記の走査運動を実行させ、また
その際に生ずるデータを記憶する。上記の過程、帯域通
過フィルタ１２の出力信号のなかに表される後方散乱さ
れる測定‐光信号の成分の光路長さのそれぞれ２ｍｍだ
けのステップ状の増大の形での帯域通過フィルタ１２の
中心周波数の変更、ならびに走査運動の実行およびその
際に生ずるデータの記憶は、所望の大きさの断層が走査
され終わるまで繰り返される。
【００２３】断層の走査の際に得られたデータから、相
応にプログラムされた電子的計算装置１５が、Ｘ線およ
び超音波コンピュータトモグラフィからそれ自体は公知
の方法に従って、走査された断層に付属の体積要素の吸
収特性を計算する。これらの吸収係数は相対的吸収係数
であるが、既知の吸収係数の１つのファントムによる測
定装置の較正の後に絶対的吸収係数に換算され得る。こ
うして得られた絶対的または相対的吸収係数は電子的計
算装置１５によりモニター１６の上に吸収アレイの形態
で数値的に表される。しかし、相異なる吸収係数に相異
なるグレイ値またはカラー値を対応付け、またこれらを
モニター１６の上に画像表示で表すことも可能である。
【００２４】図４に示されている測定装置は前記の測定
装置と広い範囲で合致しており、従って等しい要素には
等しい参照符号が付されている。前記の測定装置との主
要な差は、対象物６から後方散乱される光ではなく、こ
れを透過する光が検出されることにある。そのために、
光導波ファイバー４の出光領域と向かい合って配置され
ている入光領域を有する光導波ファイバー７により、光
導波ファイバー７の入光領域の範囲内で対象物６から出
る、対象物６を透過した光の部分が受けられ、光ファイ
バー‐ファンイン‐結合器に供給される。再び女性の胸
であってよい対象物６は、レーザーダイオード１から発
生される光に対して高透過性の材料から形成されている
２つの半円形の殻４８、４９の間に受け入れられてい
る。等しい湾曲半径を有し、対象物６を円管状に囲む殻
４８、４９は検査中は静止している。光導波ファイバー
４の出光領域および光導波ファイバー７の入光領域は殻
４８、４９のそばに密に配置されている。光導波ファイ
バー４、７は、全体として参照符号５０を付されている
保持具に取付けられている保持体５１および５２のなか
に、保持体５１および５２のなかに受け入れられている
光導波ファイバー４および７の区間の中心軸が合致する
ように互いに一直線上に収容されている。保持具５０
は、制御線２０を介して電子的計算装置１５と接続され
ている移動ユニット１９により、必要な場合には、殻４
８、４９の中心軸と合致し、また保持体５１および５２
のなかに収容されている光導波ファイバー４および７の
区間の中心軸と交わる紙面に対して直角な軸Ａの周り
に、殻４８、４９の間に押し入れられた対象物６に対し
て相対的な走査運動の形でステップ状に少なくとも１８
０°だけ回転され得る。
【００２５】前記の測定装置の帯域通過フィルタ１２の
代わりにフィルタユニット５３が設けられている。その
振幅‐周波数特性は下限周波数の下側および上限周波数
の上側でそれぞれ立下りを有する。すなわちフィルタユ
ニット５３は、相前後して接続されている低域通過フィ
ルタおよび高域通過フィルタを含んでいる。フィルタユ
ニット５３の上限周波数も下限周波数も、必要な場合に
は、制御線３４および３５を介して電子的計算装置１５
により変更され得る。
【００２６】図４による測定装置の動作の仕方に関して
は、図１による測定装置に関連して述べたことが当ては
まるが、相違点として、光導波ファイバー７により光フ
ァイバー‐フアンイン‐結合器８に時間的に互いにずれ
た光‐チャープ信号の混合信号が供給され、この混合信
号は対象物６に光導波ファイバー４を介して供給された
測定‐光信号の、対象物６を透過した成分を表す。その
結果、光ファイバー‐フアンイン‐結合器８からヘテロ
ダイン‐光信号の混合により形成されている重畳‐光信
号が光導波ファイバー９を介して光学系１０に、またそ
こから光電子増倍管１１に到達し、その際に前記のよう
にヘテロダイン周波数は対象物６を透過した測定‐光信
号の相応の成分の光路長さに、また変調深さは振幅に直
接に相応する。
【００２７】フィルタユニット５３の下限周波数は、光
導波ファイバー５を通る参照‐光信号の伝播時間（光導
波ファイバー５の長さｂおよび光導波ファイバー材料の
屈折率により与えられている）と、対象物６の外側の測
定‐光信号の伝播時間（光導波ファイバー４、７の長さ
ａ、ｃおよびそれらの材料の屈折率に関係する光導波フ
ァイバー４および７を通る測定‐光信号の伝播時間の和
に相当する）との顧慮のもとに、対象物６を通って図４
に鎖線で記入されている直接的経路をとった測定‐光信
号の成分を表すヘテロダイン‐光信号が、下限周波数に
少なくとも等しいヘテロダイン周波数を有するように選
定されている。このことは、直接に対象物６を透過する
測定‐光信号の成分を表す電気的ヘテロダイン信号がな
おフィルタユニット５３を通過し得るための前提条件で
ある。フィルタユニット５３の上限周波数により、ヘテ
ロダイン‐光信号のなかで表される対象物６を透過した
測定‐光信号の成分が対象物６のなかで進み得る最大光
路長さが定められており、それによってこれらの測定‐
光信号の成分を表す電気的ヘテロダイン信号がなおフィ
ルタユニット５３を通過し得る。換言すれば、図４中に
鎖線で記入されている葉巻状の範囲５６の内側に伝播経
路が延びている対象物６を透過した測定‐光信号の成分
を表す電気的ヘテロダイン信号のみがフィルタユニット
５３を通過し得る。その際に葉巻状の範囲５６のカバー
線の長さは、フィルタユニット５３の上限周波数により
決定される対象物６のなかの最大光路長さに相当する。
一般に、対象物６のなかの光の最長可能な光路長さとし
て、そのつどの対象物の最大厚みのたとえば１．５倍が
とられれば十分である。フィルタユニット５３の上限周
波数の変更により葉巻状の範囲５６の直径ｇも変更され
得る。その際に直径ｇは、上限周波数がフィルタユニッ
ト５３の下限周波数に近づくほど小さくなる。上限およ
び下限周波数が合致する場合（帯域通過特性）には、対
象物６を通って上限および下限周波数の共通の値により
長さを定められている経路をとった、対象物６を透過し
た測定‐光信号の成分を表す電気的ヘテロダイン信号の
みがフィルタユニット５３を通過し得る。
【００２８】図４による測定装置によっても図１と類似
の仕方で対象物６の断層が走査され得る。その際に保持
具５０は移動ユニット５４によりステップ状に軸Ａの周
りを回転され、また得られたデータは、走査過程の間に
得られたデータから二次元吸収アレイを求め、数値的に
またはグラフィックに示すため、適当にプログラムされ
ている電子的計算装置１５に到達する。光ファイバー‐
フアンイン‐結合器８への参照‐光信号の伝播時間およ
び（または）対象物６の外側の測定‐光信号の伝播時間
に影響し得るように、図１に関連して先に説明した仕方
で、光導波ファイバー４、５、７と異なる長さａ´、ｂ
´、ｃ´および（または）屈折率を有する付加の光導波
ファイバー４´、５´、７´が設けられている。フィル
タユニット５３が下限周波数をも有することは、それ自
体で無条件に必要ではないが、下限周波数を有すること
は、たとえば擾乱光により惹起され得るノイズ信号が有
効に抑制され得るので有利である。
【００２９】図４による測定装置は、光導波ファイバー
７が、図４中に破線で示されているように、光導波ファ
イバー４を収容する保持体５１の孔に対して平行に延び
ている破線で示されている孔７７のなかに使用されてい
るならば、反射作動でも作動させられ得る。その場合に
電子的計算装置１５は制御線３４および３５を介してフ
ィルタユニット５３を、その上限および下限周波数が合
致するように、すなわち帯域通過特性が生ずるように制
御する。設定される帯域通過特性の中心周波数の、中心
周波数を上昇させる方向の徐々の変更により、中心周波
数の上昇と共に直径が小さくなる対象物６の円環状の断
層面が走査され得る。こうして求められたデータにより
計算装置１５は、反射作動で得られた二次元吸収アレイ
を求め、数値的にまたはグラフィックに示す。
【００３０】図５による測定装置も前記の測定装置、特
に図１による測定装置と特定の点で合致しており、従っ
て等しい要素には等しい参照符号が付されている。図１
による測定装置との図５による測定装置の主要な差は、
光ファイバー‐ファンアウト‐結合器３および光ファイ
バー‐ファンイン‐結合器８の機能が単一の部分透過性
の鏡６０により引き受けられていることにある。好まし
くは半透過性の鏡６０がレーザーダイオード１に対して
相対的に、レーザーダイオード１から出る光が９０°か
ら偏差する角度、好ましくは４５°の角度で鏡６０に当
たるように配置されている。部分透過性の鏡６０に供給
された光‐チャープ信号はこうして測定‐光信号および
参照‐光信号に分割され、その際にたとえば再び女性の
胸である検査すべき対象物６に供給される測定‐光信号
は光‐チャープ信号の部分透過性の鏡６０を通過する成
分であり、また参照‐光信号は部分透過性の鏡６０から
反射される成分である。検査すべき対象物６に当たる測
定‐光信号は一部はこの対象物に入る。検査すべき対象
物６から後方散乱される測定‐光信号の部分は部分透過
性の鏡６０に到達し、そこから、測定‐光信号の後方散
乱された部分の１つの成分は、それが光学系１０を通っ
て光電子増倍管１１に到達するように反射される。参照
‐光信号は部分透過性の鏡６０から、参照‐光信号がそ
れ自体で部分透過性の鏡６０へ後方散乱されるように配
置されている通常の鏡６１に到達する。部分透過性の鏡
６０を通過した参照‐光信号の成分は同じく光学系１０
を通って光電子増倍管１１に到達し、またその際に測定
‐光信号の対象物６から後方散乱された部分の部分透過
性の鏡６０で反射された成分と重畳‐光信号として重畳
する。対象物６に測定‐光信号として供給される光‐チ
ャープ信号の成分が通過する部分透過性の鏡６０の領域
または対象物６から後方散乱された測定‐光信号の部分
が当たる部分透過性の鏡６０の領域は測定装置の出光領
域および同時に入光領域をなしている。
【００３１】レーザーダイオード１、光学系１０、光電
子増倍管１１、部分透過性の鏡６０および鏡６１は共通
の枠６２に取付けられている。その際に、制御線６４を
介して電子的計算装置１５により部分透過性の鏡６０か
らの鏡６１の間隔ｌの変更のために操作可能である移動
手段６３が鏡６１に対して設けられている。さらに、制
御線６６を介して電子的計算装置１５により部分透過性
の鏡６０からの光学系１０の間隔ｍの変更のために操作
可能である移動装置６５が設けられており、その際に光
電子増倍管１１からの光学系１０の間隔は維持されてい
る。最後に、制御線６８を介して電子的計算装置１５に
より測定‐光信号の伝播方向に対して平行な枠６２全体
の移動により対象物６の表面からの部分透過性の鏡６０
の間隔ｎの変更のために操作可能である移動装置６５が
設けられている。間隔ｌ、ｍ、ｎの変更により、図１お
よび図４による測定装置の場合の光導波ファイバーの交
換による方法と類似して、測定装置を１つの検査の場合
のそのつどの必要条件にマッチさせることが可能であ
る。すなわち間隔ｌおよびｍの変更により部分透過性の
鏡６０から鏡６１への、またそこから戻って部分透過性
の鏡６０への参照‐光信号の伝播時間が、また間隔ｍお
よびｎの変更により検査すべき対象物６の外側の測定‐
光信号の伝播時間が変更され得る。後者は、部分透過性
の鏡６０から対象物６の表面への測定‐光信号の伝播時
間と、対象物６の表面から戻って部分透過性の鏡６０へ
の測定‐光信号の後方散乱された部分の伝播時間との和
である。
【００３２】図５から明らかなように、対象物６は再び
平らな板２１に載っており、この板２１は細い直線状の
スリット２２を設けられており、それを通って測定‐光
信号が対象物６のなかに入射し、またそれを通って測定
‐光信号の対象物６から後方散乱された部分が部分透過
性の鏡６０に、またそこから光学系１０を通って光電子
増倍管１１に到達し得る。移動ユニット６７により間隔
ｎが変更され得ることを別として、移動ユニット６７
は、枠６２がそれに取付けられている要素と一緒に間隔
ｌ、ｍおよびｎの維持のもとにスリット２２の長手方向
に対して平行に移動可能であるように構成されている。
電子的計算装置１５は、必要の際には、移動ユニット６
７を制御線６８を介して、測定装置の出光領域および入
光領域、従ってまた測定‐光信号が対象物６に入り、ま
た部分透過性の鏡６０に到達した測定‐光信号の後方散
乱された部分が対象物６から出る領域がステップ状に直
線的な走査運動の形でそのなかのスリット２２の長手方
向に移動するように操作する。さらに、電子的計算装置
１５は、必要の際には、制御線４６を介して帯域通過フ
ィルタ１２の中心周波数および（または）間隔ｌ、ｍ、
ｎの少なくとも１つを変更する立場にある。これらの措
置により、図５による装置により相応にプログラムされ
た電子的計算装置１５による制御のもとに、レーザーダ
イオード１から発せられた光の波長に対して、図１に関
連して説明した仕方と類似の仕方で二次元吸収アレイを
求めることが可能であり、その際に前記のパラメータの
変更により、帯域通過フィルタ１２の出力信号により表
される測定‐光信号の成分が後方散乱される深さｘが変
更され得る。
【００３３】図６に示されている測定装置は図４による
測定装置と特定の点で合致しており、従って等しい要素
には等しい参照符号が付されている。
【００３４】対象物６に測定‐光信号として供給される
測定‐チャープ信号は再び光源としてのレーザーダイオ
ード１により発生される。しかしながら、このレーザー
ダイオードは、先に説明した実施例と異なり、信号発生
器７０により電気的チャープ信号により駆動される。時
間ｔにわたる電気的チャープ信号の電流強度Ｉの経過は
図７の下側に示されている。電気的チャープ信号の１周
期の間に電流の周波数は時間ｔにわたり上限値と下限値
との間を変化する。レーザーダイオード１から出る光の
強度がレーザーダイオード１に供給される作動電流に比
例しているという状況の結果として、レーザーダイオー
ド１はそれから放射される光の強度ｉに関して振幅変調
可能である。従って、レーザーダイオード１は前記の電
気的チャープ信号による駆動の際に、図７の上側に示さ
れているように電気的チャープ信号の経過に相応する経
過を有する光の強度変化Δｉを有する光‐チャープ信号
を送り出す。重要なことは、光‐チャープ信号の強度変
化Δｉの周波数が光‐チャープ信号の１周期の間に直線
的に時間ｔにわたり上限値と下限値との間を変化するこ
とである。これに関連して言及すべきこととして、変化
する作動電流強度Ｉはレーザーダイオード１から出る光
のわずかな周波数変調にも通ずるが、ここではとるに足
りない。いまの場合には強度変化Δｉは光周波数ではな
く電気的チャープ信号の周波数により行われる。
【００３５】レーザーダイオード１から出た光‐チャー
プ信号は、レーザーダイオード１から間隔ｅに配置され
ており、またこれから出る光‐チャープ信号は測定‐チ
ャープ信号または測定‐光信号として長さｄの可撓性の
光導波ファイバー２３に入結合させる光ファイバー結合
器２９に到達する。光ファイバー結合器２９からのレー
ザーダイオード１の間隔ｅは、制御線３１を介して電子
的計算装置１５と接続されている全体として参照符号３
０を付されている移動装置により、必要の際には変更さ
れ得る。測定‐光信号は光導波ファイバー４に相応して
保持体５１のなかに収容されている光導波ファイバー２
３から対象物６のなかに到達する。光導波ファイバー７
に相応して保持体５２のなかに収容されている長さｋの
可撓性の光導波ファイバー７１はその入光領域の範囲内
で対象物６から出て、これを透過する測定‐光信号の部
分を光学系１０に導き、そこからこの測定‐光信号の部
分は光電子増倍管１１に到達する。その他の点では、図
１および図４による測定装置と類似の図示されていない
仕方で、そこに述べられた目的で、光導波ファイバー２
３および７１の代わりに他の長さおよび（または）他の
材料の光導波ファイバーが使用され得る。さらに、電気
導線７２および（または）電気導線７３の長さを変更す
ることも可能であり、その際に前者はレーザーダイオー
ド１への電気的チャープ信号の供給の役割をし、また後
者は対象物６を透過した測定‐光信号の成分を表す光電
子増倍管１１の電気的出力信号を電気的混合段７４の一
方の入力端に供給する役割をする。詳細にはスイッチ７
５または７６により導線７２または７３の長さが３段階
で値ｏ、ｏ´、ｏ´´またはｐ、ｐ´、ｐ´´の間を切
換えられ得る。
【００３６】先に説明した測定装置との図６による測定
装置の別の主要な差は、参照‐チャープ信号として参照
‐光信号ではなく信号発生器７０により発生された電気
的チャープ‐信号が使用されていることにある。これは
混合段７４の他方の入力端に導線３２を介して供給され
ている。その長さ、従ってまた参照‐チャープ信号の伝
播時間はスイッチ３３の切換位置に関係して３段階で値
ｆ、ｆ´、ｆ´´の間を切換えられ得る。混合段７４の
出力信号は図４による測定装置と関連して説明したフィ
ルタユニット５３に到達し、またそこから増幅器１３お
よびアナログ‐ディジタル変換器１４を介して計算装置
１５に到達する。
【００３７】光導波ファイバー７１により受けられる光
は対象物６のなかの散乱現象の結果として時間的に互い
にずれた光‐チャープ信号の混合信号である。この信号
は既に説明したように光学系１０および光電子増倍管１
１により相応の電気的信号に変換される。この信号は時
間的に互いにずれた光‐チャープ信号に相応する電気的
チャープ信号の混合信号であり、混合段７４の一方の入
力端に供給される。この混合信号は電気的参照‐チャー
プ信号と電気的重畳‐信号として重畳する。この電気的
重畳‐信号は光電子増倍管１１の出力信号のなかに含ま
れている個々の電気的チャープ信号と電気的参照‐チャ
ープ信号との重畳により生ずる電気的ヘテロダイン信号
の混合信号である。電気的参照‐チャープ信号の電流の
周波数も対象物６に供給される測定‐光信号の強度変化
の周波数、従ってまた対象物６を透過する測定‐光信号
の成分の強度の周波数も前記のように直線的に時間にわ
たり変化するので、個々の電気的ヘテロダイン信号のヘ
テロダイン周波数も、そのつどの電気的ヘテロダイン信
号のなかで表される対象物６を透過した測定‐光信号の
成分が対象物６のなかで進んだ光路長さに直接比例して
いる。個々の電気的ヘテロダイン信号の変調深さは、電
気的ヘテロダイン信号のなかでそれぞれ表される対象物
６を透過した測定‐光信号の成分の振幅または強度に直
接関係している。混合段７４から供給される電気的重畳
‐信号のなかに含まれている電気的ヘテロダイン信号は
こうして、対象物６のなかで進んだその光路長さおよび
その強度に従って、対象物６のなかに導き入れられた測
定‐光信号の光電子増倍管１１により検出される、対象
物６を透過した成分を表す。
【００３８】光電子増倍管１１の出力信号のなかに含ま
れている電気的チャープ信号の振幅は電気的参照‐チャ
ープ信号の振幅よりもはるかに小さいので、信号の質を
良好にする観点で、重畳が混合段７４のなかで行われる
以前に、図示されていない仕方で光電子増倍管１１の出
力信号を増幅し、かつ（または）電気的参照‐チャープ
信号を減衰させることは目的にかなっている。なぜなら
ば、これにより電気的ヘテロダイン信号の高められた変
調深さ、従ってまた良好な信号の質が達成されるからで
ある。
【００３９】混合段７４の出力信号を供給されているフ
ィルタユニット５３の下限周波数は、電気的参照‐チャ
ープ信号の伝播時間および対象物６の外側の測定‐チャ
ープ信号の伝播時間の顧慮のもとに、図４中に破線で記
入されている直接的経路を対象物６のなかでとった測定
‐光信号の成分を表す電気的ヘテロダイン信号が、少な
くとも下限周波数に等しいヘテロダイン周波数を有する
ように選定されている。電気的参照‐チャープ信号の伝
播時間は信号発生器７０の出力端から混合段７４の相応
の入力端へのこの信号の伝播時間に相当し、またこうし
てスイッチ３３により設定された導線３２の長さに関係
する。対象物６の外側の測定‐チャープ信号の伝播時間
は、スイッチ７５により設定された導線７２の長さに関
係する信号発生器７０の出力端からレーザーダイオード
１への電気的チャープ信号の伝播時間と、設定された間
隔ｅの長さに関係するレーザーダイオード１から光ファ
イバー結合器２９への測定‐光信号の伝播時間と、光導
波ファイバー２３の長さｄおよびその材料の光学的屈折
率に関係する光導波ファイバー２３を通る測定‐光信号
の伝播時間と、光導波ファイバー７１の長さｋおよびそ
の材料の屈折率ならびに光学系１０の構造およびその光
電子増倍管１１からの間隔に関係する、光導波ファイバ
ー７１および光学系１０を通って光電子増倍管１１へ
の、対象物６から出る測定‐光信号の成分の伝播時間
と、スイッチ７６により設定された導線７３の長さに関
係する、導線７３を通って混合段７４の相応の入力端へ
の光電子増倍管１１の出力信号の伝播時間との和から生
ずる。フィルタユニット５３の上限周波数は、図４の場
合のように、電気的重畳‐信号のなかに含まれている電
気的ヘテロダイン信号により表される対象物６を透過し
た光‐測定信号の成分が、測定‐光信号のこの成分を表
す電気的ヘテロダイン信号がなおフィルタユニット５３
を通過し得るように、対象物６のなかで進んでよい最大
光路長さに相当する。すなわち再び、対象物６を透過し
た光‐測定信号の成分を表し、図６中に破線で記入され
ている葉巻状の範囲５６のなかを延びる伝播経路を有す
る電気的ヘテロダイン信号のみがフィルタユニット５３
を通過する。その際に対象物６のなかの最大光路長さに
相応する葉巻状の範囲５６のカバー線の長さまたはその
直径ｇはフィルタユニット５３の上限周波数により決定
されている。
【００４０】図６による測定装置の場合にも電気的参照
‐チャープ信号および検査すべき対象物６の外側の測定
‐チャープ信号の伝播時間は、光電子増倍管１１の出力
信号のなかに含まれている光‐チャープ信号の重畳によ
り重なり合って生ずる電気的ヘテロダイン信号がフィル
タユニット５３を通過し得ることを回避するために、十
分に大きい度合だけ相異なっていなければならない。
【００４１】電気的チャープ信号の変調周波数としては
０．１ＭＨｚと１００ＭＨｚとの間の周波数が推奨され
る。電気的チャープ信号の周波数スパンの中心周波数と
しては１ＭＨｚと１ＧＨｚとの間の周波数が目的にかな
っている。変調周波数と中心周波数との積が１０12Ｈｚ
2 よりも大きく、また周波数スパンが中心周波数の０．
５％よりも小さいならば、１ｍｍのオーダーの位置分解
能が達成される。それによれば、１ｍｍの必要とされる
位置分解能および１ＭＨｚの変調周波数に対して中心周
波数は１ＭＨｚを越えなければならない。１０ＭＨｚの
中心周波数を選定すると、電気的チャープ信号の周波数
スパンはたかだか０．０５ＭＨｚであってよい。すなわ
ち電気的チャープ信号の電流の周波数は電気的チャープ
信号の１周期の間に９．９７５ＭＨｚから出発して１
０．０２５ＭＨｚへ変化し、周波数変化は直線的に時間
にわたり行われる。相応のことが光の強度変化Δｉにも
当てはまる。
【００４２】もちろん図６による測定装置によっても、
図４と関連して説明した仕方で、対象物６の断層が走査
され、またこうして透過作動中に求められた二次元吸収
アレイの数値的またはグラフィック指示が行われる得
る。
【００４３】図６による測定装置は、図４による測定装
置と類似して、光導波ファイバー７１が、図６中に破線
で示されているように、光導波ファイバー２３を収容す
る保持体５１の孔に対して平行に延びている孔７７のな
かに入れられているならば、反射作動でも作動させられ
得る。
【００４４】図８による測定装置の場合にも、対象物６
を透過した光が検出される。そのために対象物６に光‐
測定信号が再び光導波路、すなわち長さｄの可撓性光導
波ファイバー２３を介して供給される。しかしながらこ
れは今回は保持体２４により紙面に対して垂直に延びて
いる軸Ａの周りを回転可能なリング２５に取付けられて
いる。これに、制御線２７を介して電子的計算装置１５
と接続されている移動ユニット２６が対応付けられてい
る。電子的計算装置１５は、必要の際に、移動ユニット
２６を、これがリング２５およびリング２５と一緒に光
導波ファイバー２３を全３６０°の角度にわたりステッ
プ状に軸Ａの周りに回転するように操作する。対象物６
を透過する測定‐光信号の成分を検出し得るように、静
止リング２８に取付けられている同一のホトダイオード
Ｄ1 、Ｄ2 、Ｄ3 、…Ｄn であるｎ個の検出器ユニット
リング状アレイにより形成されている１つの検出器装置
が設けられている。図８に示されている測定装置の場合
にはｎは３６に等しい。
【００４５】リング２５に対して同軸のリング２８は対
象物６、たとえば女性の胸を好ましくは、ホトダイオー
ドＤ1 ないしＤn が対象物６の表面に密に位置し、また
好ましくは図示されているようにこれに接するように囲
んでいる。測定装置の入光領域を形成するホトダイオー
ドＤ1 ないしＤn の感光センサ面は対象物６の表面に向
けられている。光導波ファイバー２３は保持体２４によ
りリング２５に、その出光領域を形成し密に対象物６の
表面まで達する端が、軸Ａの方向にずらされてホトダイ
オードＤ1 ないしＤn のリング状アレイと並んで位置す
るように取付けられている。保持体２４のなかに収容さ
れている光導波ファイバー２３の端は、その中心軸が軸
Ａと、前記の中心軸がリング２５のそれぞれ１つの移動
ステップの完了の後に中央で光導波ファイバー２３の端
と真正面に向かい合うホトダイオード、図４の場合には
ホトダイオードＤ2 のセンサ面を通って延びているよう
に選定されている１つの角度で交わるように向けられて
いる。リング２５のステップ状の回転は３６０／ｎ°の
角度ステップで行われる。
【００４６】対象物６に測定‐光信号として供給される
測定‐チャープ信号は図６による測定装置と関連して説
明した仕方で発生される。すなわちレーザーダイオード
１は信号発生器７０により再び電気的チャープ信号によ
り駆動される。
【００４７】レーザーダイオード１から出る光‐チャー
プ信号は、図６による測定装置と関連して説明した仕方
で、移動可能にレーザーダイオード１から間隔ｅに配置
されている光ファイバー結合器２９と光導波ファイバー
２３とを介して対象物６に到達する。
【００４８】対象物６に光導波ファイバー２３により測
定‐光信号として供給された測定‐チャープ信号の対象
物６を透過した成分はホトダイオードＤ1 ないしＤn の
感光面に当たり、それらにより相応の電気的信号に変換
される。これらはすべて等しい長さを有する導線Ｌ1 な
いしＬn を介して多数の同一の電気的混合段Ｍ1 ないし
Ｍn の一方の入力端に到達する。その際に混合段の数は
ホトダイオードの数に一致し、また各ホトダイオードに
１つの混合段が対応付けられている。
【００４９】混合段Ｍ1 ないしＭn の他方の入力端には
それぞれ信号発生器７０により発生された電気的チャー
プ信号が電気的参照‐チャープ信号として導線３２を介
して供給されている。その長さ、従ってまた電気的参照
‐チャープ信号の伝播時間はスイッチ３３の切換位置に
関係して３つの段階ｆ、ｆ´、ｆ´´に切換えられ得
る。混合段Ｍ1 ないしＭn の電気的出力信号はそれぞれ
１つのフィルタユニットＦ1 ないしＦn に到達する。同
一のフィルタユニットＦ1 ないしＦn は先に説明したフ
ィルタユニット５３に相応する、下限周波数の下側でも
上限周波数の上側でも立下りを有する振幅‐周波数特性
を有する。すなわちフィルタユニットＦ1 ないしＦn は
相前後して接続されているそれぞれ１つの低域通過フィ
ルタおよび高域通過フィルタを含んでいる。制御線３４
および３５を介して電子的計算装置１５によりフィルタ
ユニットＦ1 ないしＦn の限界周波数は変更され得る。
その際にそれぞれすべてのフィルタユニットは等しい上
限周波数および等しい下限周波数を有する。下限および
上限周波数は合致していてよく、その場合にはフィルタ
ユニットＦ1 ないしＦn は帯域通過特性を有する。
【００５０】各フィルタユニットＦ1 ないしＦn の後に
増幅器Ａ1 ないしＡn が接続されている。同一の増幅器
Ａ1 ないしＡn の出力信号はｎ：１アナログマルチプレ
クサ３６の入力端に到達し、その出力信号はアナログ‐
ディジタル変換器１４を介して電子的計算装置１５と接
続されている。これはマルチプレクサ３６を制御線３７
を介してリング２５のそのつどの角度位置の顧慮のもと
に、光導波ファイバー２３の出光領域と真正面に向かい
合うホトダイオードの出力信号と参照‐チャープ信号と
の混合により生ずる電気的重畳‐信号が相応のフィルタ
ユニット、相応の増幅器およびマルチプレクサ３６の相
応のチャネルを介してアナログ‐ディジタル変換器１４
に到達するように制御する。図８の場合にはリング２５
は、ホトダイオードＤ2 が光導波ファイバー２３の出光
領域と真正面に向かい合うような位置を占める。その結
果、電子的計算装置１５はリング２５の図示されている
位置に対してマルチプレクサを、混合段Ｍ2 のなかでホ
トダイオードＤ2 の電気的出力信号と電気的参照‐チャ
ープ信号との混合により得られ、またフィルタユニット
Ｆ2 によりフィルタされた電気的重畳信号が供給されて
いる増幅器Ａ2 の電気的出力信号がアナログ‐ディジタ
ル変換器１４の入力端に到達するように駆動する。その
他の点では、図８には、図面を見易くするため、導線Ｌ
1 、Ｌ2 、Ｌ3 、Ｌn 、混合段Ｍ1 、Ｍ2 、Ｍ3 、
Ｍn 、フィルタユニットＦ1 、Ｆ2 、Ｆ3 、Ｆn および
増幅器Ａ1 、Ａ2 、Ａ3 、Ａn のみが示されている。
【００５１】光導波ファイバー２３により対象物のなか
に導き入れられた測定‐光信号は散乱され、その結果と
して光は部分的に対象物６を透過し、その際に透過した
光の一部は、光導波ファイバー２３の出光領域とリング
２５のそのつどの位置に関係して向かい合って配置され
ているホトダイオード、図８の場合にはホトダイオード
Ｄ2 の感光面の範囲内で対象物６から出る。そのつどの
ホトダイオードの電気的出力信号からそのつどの混合段
のなかで相応の電気的重畳信号として電気的参照‐チャ
ープ信号との重畳の後に、またその相応するフィルタユ
ニットにおけるフィルタリングにより得られた電気的信
号は、図６と関連して一層詳細に説明した仕方で、図８
中に記入されている直径ｇを有する葉巻状の範囲５６の
なかを延びる経路で対象物６を通った測定‐光信号の成
分を表す。フィルタユニットＦ1 ないしＦn の下限周波
数は、スイッチ３３の位置に関係する電気的参照‐チャ
ープ信号の伝播時間と、それぞれ設定された間隔ｅに関
係する対象物６の外側の測定‐チャープ信号の伝播時間
との顧慮のもとに、図８中に破線で記入されている直接
経路で対象物６を通った測定‐光信号の成分を表す電気
的ヘテロダイン信号が、少なくとも下限周波数に等しい
ヘテロダイン周波数を有するように選定されている。フ
ィルタユニットＦ1 ないしＦn の上限周波数は、葉巻状
範囲５６の所望の直径ｇが生ずるように選定されてい
る。電気的参照‐チャープ信号の伝播時間は信号発生器
７０の出力端からそのつどの混合段の入力端へのこの信
号の伝播時間に相当する。その際に、図面を簡単にする
ための図８中の図示とは違って、電気的参照‐チャープ
信号のそれぞれ等しい伝播時間を達成するため、混合段
Ｍ1 ないしＭn への導線長さが等しい長さであることが
保証されていなければならない。対象物６の外側の測定
‐チャープ信号の伝播時間は、信号発生器７０の出力端
からレーザーダイオード１への相応の導線長さに関係す
る電気的チャープ信号の伝播時間と、レーザーダイオー
ド１から光ファイバー結合器２９への、設定された間隔
ｅの長さに関係する光‐チャープ信号の伝播時間と、光
導波ファイバー２３の長さｄおよびその材料の光学的屈
折率に関係する、光導波ファイバー２３を通る測定‐光
信号の伝播時間と、相応の導線を通ってそのつどの混合
段へ至るそのつどのホトダイオードの出力信号の伝播時
間との和から生ずる。
【００５２】図８による測定装置によっても対象物６の
断層が走査され、またこうして透過作動で求められた二
次元吸収アレイの数値的またはグラフィック指示が行わ
れ得る。その際に電子的計算装置１５は、スイッチ３３
により設定された導線３２の長さおよび設定された間隔
ｅの顧慮のもとに、フィルタユニットＦ1 ないしＦn の
上限周波数を、葉巻状範囲の所望の直径ｇが生ずるよう
に設定する。フィルタユニットＦ1 ないしＦn がそれ自
体無条件に有していなくてよいが、たとえば擾乱光によ
り惹起され得るノイズ信号の抑制のために有利である下
限周波数を電子的計算装置１５は、直接経路で対象物を
通った測定‐光信号の成分を表すヘテロダイン信号がま
さになお通過し得るように設定する。次いで電子的計算
装置１５はリング２５をホトダイオードＤ1 ないしＤn
および対象物６を有するリング２８に対して相対的な走
査運動の形でステップ状に、光導波ファイバー２３の出
光領域が最初はホトダイオードＤ1 に、次いでホトダイ
オードＤ2 に、以下同様にしてホトダイオードＤn にま
で向けられるように移動させる。同時に電子的計算装置
１５はマルチプレクサ３６を、相応のフィルタユニット
Ｆ1 ないしＦn を介して電気的重畳信号が、光導波ファ
イバー２３の出光領域がそれぞれまさに向けられている
ホトダイオードＤ1 ないしＤn と接続されている混合段
Ｍ1 ないしＭn の電気的重畳信号が供給されている増幅
器Ａ1 ないしＡn の出力端がアナログ‐ディジタル変換
器１４と接続されているように制御する。この走査過程
の際に生ずるアナログ‐ディジタル変換器の出力データ
を電子的計算装置１５が記憶し、それらからモニター１
６上に表示すべき吸収アレイを求める。
【００５３】図９による測定装置は図８による測定装置
と本質的に、リング２５およびこれに対応付けられてい
る移動ユニット２６が設けられていない点で相違してい
る。その代わりに光導波ファイバー２３は、移動ユニッ
ト３９により直線的に、光導波ファイバー２３の出光領
域がたとえば直線状の光ファイバー結合器アレイ４０の
傍らを、次々とレーザーダイオード１から出発する測定
‐光信号が測定‐チャープ信号としてそれらの１つの端
で光ファイバー結合器アレイ４０に接続されている等し
い長さのｎ個の光導波ファイバーＬＦ1 ないしＬＦn の
１つの他の光導波ファイバーに入結合される仕方で、動
かされ得るようにステップ状に移動可能である保持体３
８のなかに収容されている。光導波ファイバーＬＦ1 な
いしＬＦn の出光領域、従ってまた測定装置の出光領域
を形成する光導波ファイバーＬＦ1 ないしＬＦn の他方
の端は保持体Ｈ1 ないしＨn のなかに収容されており、
またそれに対象物６、たとえば女性の胸を囲む静止リン
グ７８が、好ましくは光導波ファイバーＬＦ1 ないしＬ
Ｆn の出光領域が、図示されているように、密に対象物
６の表面に位置するように取付けられている。その際に
配置は、交互に保持体Ｈ1 ないしＨn の１つおよびホト
ダイオードＤ1 ないしＤn の１つがリング７８に取付け
られているように行われている。光導波ファイバーＬＦ
1 ないしＬＦn およびホトダイオードＤ1 ないしＤn の
合致する数は、１つの光導波ファイバーＬＦ1 ないしＬ
Ｆn の出光領域にそれぞれ１つのホトダイオードＤ1 な
いしＤn の感光センサ面が真正面に向かい合うように選
定されており、その際に光導波ファイバーＬＦ1 ないし
ＬＦn の端は保持体Ｈ1 ないしＨn のなかに、それぞれ
それらの中心軸がそれぞれ真正面に向かい合うホトダイ
オードＤ1 ないしＤn の中心を通って延びているように
収容されている。図９の場合にはｎは１９に等しい。
【００５４】電子的計算装置１５は移動ユニット３９お
よびマルチプレクサ３６を制御線４１または３７を介し
て、それぞれ、測定‐光信号が光導波ファイバー２３お
よび光ファイバー結合器アレイ４０により入結合される
光導波ファイバーＬＦ1 ないしＬＦn の出光領域と真正
面に向かい合っているホトダイオードＤ1 ないしＤn に
接続されている混合段Ｍ1 ないしＭn が発生する電気的
重畳信号が相応のフィルタＦ1 ないしＦn を介して供給
されている増幅器Ａ1 ないしＡn の出力端がアナログ‐
ディジタル変換器１４と接続されているように制御す
る。測定‐光信号がたとえば、図９中に示されているよ
うに、光導波ファイバーＬＦ2 に入結合されると、光導
波ファイバーＬＦ2 に対して真正面に向かい合っている
ホトダイオードＬＦ2 に付属の増幅器Ａ2 の出力信号が
マルチプレクサ３６を介してアナログ‐ディジタル変換
器１４に到達する。
【００５５】図９による測定装置により対象物６の二次
元吸収アレイが求められるべきであれば、電子的計算装
置１５が保持体３８を、測定‐光信号が次々と光導波フ
ァイバーＬＦ1 ないしＬＦn に入結合されるように移動
させる。それと同期して電子的計算装置１５がマルチプ
レクサ３６を、それぞれ相応の増幅器Ａ1 ないしＡn の
出力信号がアナログ‐ディジタル変換器１４に到達する
ように制御する。この走査過程の間に生ずるディジタル
出力データを電子的計算装置１５が記憶し、それらから
吸収アレイを計算する。計算された吸収アレイは次いで
適当な形態でモニター１６上に表示され得る。
【００５６】測定‐チャープ信号の伝播時間は、信号発
生器７０から光源１への電気的チャープ信号の伝播時間
と、間隔ｅにわたり光ファイバー結合器への光導波ファ
イバー２３およびそのつどの光導波ファイバーＬＦ1 な
いしＬＦn を通る光‐測定信号の伝播時間と、相応の導
線Ｌ1 ないしＬn を通る付属の混合段Ｍ1 ないしＭn へ
のそのつどのホトダイオードＤ1 ないしＤn の出力信号
の伝播時間との和に相当する。そのつどの光導波ファイ
バーＬＦ1 ないしＬＦn のなかの測定‐光信号の伝播時
間はそれらの長さおよびそれらのすべての光導波ファイ
バーＬＦ1 ないしＬＦn に対し等しい材料の屈折率に関
係する。そのつどのホトダイオードの出力信号の伝播時
間は導線Ｌ1 ないしＬn の長さに関係する。
【００５７】図１０による測定装置は図９による測定装
置と再び、光導波ファイバーＬＦ1 ないしＬＦn の出光
領域の代わりにホトダイオードＤ1 ないしＤn の間にレ
ーザーダイオードＱ1 ないしＱn がリング７８に取付け
られている点で相違している。同時に測定装置の出光領
域を形成するレーザーダイオードＱ1 ないしＱn の出光
領域は好ましくは、図示されているように、密に対象物
６、たとえば女性の胸の表面に位置している。レーザー
ダイオードＱ1 ないしＱn は等しい長さの導線Ｃ1 ない
しＣn を介して１：ｎアナログデマルチプレクサ４２の
出力端と接続されている。デマルチプレクサ４２は導線
４３を介して電子的計算装置により制御される。デマル
チプレクサ４２の入力端には導線４４を介して、信号発
生器７０により発生される電気的チャープ信号が測定‐
チャープ信号として供給されている。この信号は、制御
線４３を介して電子的計算装置１５からデマルチプレク
サ４２に到達する制御情報に関係して、レーザーダイオ
ードＱ1 ないしＱn の１つに供給されている。図８およ
び図９と類似の仕方で電子的計算装置１５はマルチプレ
クサ３６を、それぞれ、それぞれ電気的チャープ信号に
より駆動され、従ってまた測定‐光信号を発するレーザ
ーダイオードＱ1 ないしＱn と向かい合うホトダイオー
ドＤ1 ないしＤn に対応付けられている増幅器Ａ1 ない
しＡn の出力端がアナログ‐ディジタル変換器１４と接
続されているように制御する。マルチプレクサ３６およ
びデマルチプレクサ４２の制御が、相続いてレーザーダ
イオードＱ1 ないしＱn が光‐測定信号を対象物６のな
かに送り、またそれぞれ相応の増幅器Ａ1 ないしＡn の
出力信号がアナログ‐ディジタル変換器１４に到達する
ように行われると、電子的計算装置１５はこの走査過程
の際に集められたデータから吸収アレイを計算し得る。
図１０の場合にもｎは１９に等しい。
【００５８】検査すべき対象物の外側の測定‐チャープ
信号の伝播時間をそのつどの所与の条件にマッチさせる
ことを可能にするため、切換スイッチ４５の操作により
導線４４の長さを３段階ｈ、ｈ´、ｈ´´に変更するこ
とができる。なお、測定‐チャープ信号の伝播時間はそ
れぞれ設定された導線４４の長さのほかに導線Ｃ1 ない
しＣn および導線Ｌ1 ないしＬn の長さにも関係する。
【００５９】図８、図９および図１０による測定装置
は、電子的計算装置１５がマルチプレクサ３６を、それ
ぞれ直接に光導波ファイバー２３またはそれぞれ測定‐
光信号を放射する光導波ファイバーＬＦ1 ないしＬＦn
またはレーザーダイオードＱ1 ないしＱn とならんで重
畳信号の形成のために利用されるホトダイオードの１つ
の出力信号およびこうして形成された重畳信号が相応の
フィルタユニットおよび相応の増幅器を介してアナログ
‐ディジタル変換器１４に供給されるように制御するな
らば、反射作動でも作動させられ得る。その際にフィル
タユニットＦ1 ないしＦn の限界周波数を、これらが合
致するように、すなわち１つの帯域通過特性を生ずるよ
うに設定することは推奨される。設定された帯域通過特
性の中心周波数を上昇させる方向にの意味で徐々に変更
することにより、中心周波数の上昇と共に直径が小さく
なる対象物６の円環状の断層面が走査され得る。
【００６０】前記の測定装置により対象物６の三次元走
査も行われ得る。そのために図１および図５による測定
装置の場合にはさらにスリット２２の長軸と好ましくは
直角に交わる１つの軸の方向に走査運動が行われなけれ
ばならない。図４、図６および図８ないし図１０による
測定装置の場合にはさらに軸Ａの方向に走査運動が行わ
れなければならない。
【００６１】図６および図８ないし図１０による測定装
置に関する実施例では、レーザーダイオード１またはレ
ーザーダイオードＱ1 ないしＱn 、場合によっては光フ
ァイバー結合器２９、光ファイバー結合器アレイ４０、
アナログデマルチプレクサ４２および光学系１０ならび
に光電子増倍管１１またはホトダイオードＤ1 ないしＤ
n のなかの信号伝播時間には立ち入らなかった。ここに
とるに足る伝播時間が生ずる場合には、これらが間隔ｅ
の設定および（または）帯域通過フィルタ１２の中心周
波数またはフィルタユニット５３またはＦ1 ないしＦn
の限界周波数の設定の際にもちろん顧慮されなければな
らない。
【００６２】分光学的測定を行い得るように、すなわち
対象物６のなかに導き入れられた光のさまざまな波長に
対して吸収係数を求め得るように、図１および図４ない
し図６による測定装置の場合には、相異なる波長の複数
の単色光源が設けられていてよく、それらのうちのそれ
ぞれ１つが信号発生器２または７０に接続可能であり、
またその光が光導波ファイバー４または２３を介して、
部分透過性の鏡６０を通って、または光導波ファイバー
ＬＦ1 ないしＬＦn を介して対象物６に供給されるよう
に光ファイバー‐ファンアウト‐結合器３または光ファ
イバー結合器２９または部分透過性の鏡６０に向けて配
置され得る。図１および図４ないし図６による測定装置
の場合には、さらに、さまざまな波長の単色光を発する
ために作動可能な光源を使用することも可能である。最
後に、すべての前記の測定装置において、多色光を発す
る光源を設け、また光源と対象物との間および（また
は）対象物と検出器装置との間に、それぞれ使用されて
いるフィルタ手段に対して典型的な１つの波長の単色光
のみが対象物に、または対象物から検出器装置に到達す
ることを保証する交換可能なフィルタ手段を設けること
も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】反射原理で動作する本発明による測定装置のブ
ロック回路図。
【図２】測定‐チャープ信号および参照‐チャープ信号
の時間的経過を光源の作動電流に関係して示す線図。
【図３】図１による測定装置の機能を説明するために、
検査すべき対象物から再び出る測定‐チャープ信号の種
々の成分と参照‐チャープ信号との時間的対応付けを示
す線図。
【図４】透過原理で作動可能な本発明による測定装置の
ブロック回路図。
【図５】反射原理で動作する本発明による測定装置のブ
ロック回路図。
【図６】透過原理で作動可能な本発明による別の測定装
置のブロック回路図。
【図７】光源に供給される電気的チャープ信号の電流強
度に関係して光‐チャープ信号の時間的経過を示す線
図。
【図８】透過原理で作動可能な本発明による測定装置の
ブロック回路図。
【図９】透過原理で作動可能な本発明による測定装置の
ブロック回路図。
【図１０】透過原理で作動可能な本発明による測定装置
のブロック回路図。
【符号の説明】
１ レーザーダイオード ２ 信号発生器 ３ 光ファイバー‐ファンアウト結合器 ４、４´、５、５´ 光導波ファイバー ６ 光学系 ７、７´ 光導波ファイバー ８ 光ファイバー‐ファンイン結合器 ９ 光導波ファイバー １０ 光学系 １１ 光電子増倍管 １２ 帯域通過フィルタ １３ 増幅器 １４ アナログ‐ディジタル変換器 １５ 電子的計算装置 １６ モニター １７ キーボード １８ 保持体 １９ 移動ユニット ２０ 制御線 ２１ 板 ２２ スリット ２３ 光導波ファイバー ２４ 保持体 ２５ リング ２６ 移動ユニット ２７ 制御線 ２８ リング ２９ 光ファイバー結合器 ３０ 移動ユニット ３１ 制御線 ３２ 導線 ３３ スイッチ ３４、３５ 制御線 ３６ アナログマルチプレクサ ３７ 制御線 ３８ 保持体 ３９ 移動ユニット ４０ 光ファイバー結合器アレイ ４１ 制御線 ４２ アナログデマルチプレクサ ４３ 制御線 ４４ 導線 ４５ 切換スイッチ ４６ 制御線 ４８、４９ 殻 ５０ 保持具 ５１、５２ 保持体 ５３ フィルタユニット ５４ 移動ユニット ５５ 制御線 ５６ 葉巻状の範囲 ６０ 部分透過性の鏡 ６１ 鏡 ６２ 枠 ６３ 移動手段 ６４ 制御線 ６５ 移動装置 ６６ 制御線 ６７ 移動ユニット ６８ 制御線 ７０ 信号発生器 ７１ 光導波ファイバー ７２、７３ 導線 ７４ 混合段 ７５、７６ スイッチ ７７ 孔 ７８ リング Ａ 軸 Ａ1 〜Ａn 増幅器 Ｃ1 〜Ｃn 導線 Ｄ1 〜Ｄn ホトダイオード Ｆ1 〜Ｆn フィルタユニット Ｈ1 〜Ｈn 保持体 Ｌ1 〜Ｌn 導線 ＬＦ1 〜ＬＦn 光導波ファイバー Ｍ1 〜Ｍn 混合段 Ｑ1 〜Ｑn レーザーダイオード

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 可視光、ＮＩＲ光またはＩＲ光により対
    象物を検査するための組織光学的測定装置において、 ａ）検査すべき対象物（６）にコヒーレントな光‐チャ
    ープ信号として供給可能である測定‐チャープ信号を発
    生するための手段（１、２、３；１、２、６０；１、７
    ０；７０、Ｑ1 ないしＱn ）と、 ｂ）発生される測定‐チャープ信号に対して定められた
    位相関係にある参照‐チャープ信号を発生するための手
    段（１、２、３；１、２、６０；７０）と、 ｃ）検査すべき対象物（６）から出る測定‐チャープ信
    号の部分を参照‐チャープ信号とヘテロダイン信号とし
    て重畳させるための手段（８；６０；７４；Ｍ1 ないし
    Ｍn ）と、 ｄ）ヘテロダイン信号を供給されており、上限周波数の
    上側で立下りを有する振幅‐周波数応答を有するフィル
    タ手段（１２；５３；Ｆ1 ないしＦn ）とを有し、 その際に群 −検査すべき対象物（６）の外側の測定‐チャープ信号
    の伝播時間、 −参照‐チャープ信号の伝播時間、 −フィルタ手段（１２；５３；Ｆ1 ないしＦn ）の上限
    周波数 のパラメータが、フィルタ手段（１２；５３；Ｆ1 ない
    しＦn ）の出力信号が本質的に、特定の最大光路長さを
    超過しない光路長さを対象物（６）において進んだ測定
    ‐チャープ信号の、検査すべき対象物（６）から出る成
    分のみを表すように選定されていることを特徴とする対
    象物の検査のための組織光学的測定装置。
  2. 【請求項２】 フィルタ手段（１２；５３；Ｆ1 ないし
    Ｆn ）の振幅‐周波数応答が下限周波数の下側で立下り
    を有することを特徴とする請求項１記載の測定装置。
  3. 【請求項３】 群 −検査すべき対象物（６）の外側の測定‐チャープ信号
    の伝播時間、 −参照‐チャープ信号の伝播時間、 −フィルタ手段（１２；５３；Ｆ1 ないしＦn ）の下限
    周波数 −フィルタ手段（１２；５３；Ｆ1 ないしＦn ）の上限
    周波数 のパラメータの少なくとも１つが可変であることを特徴
    とする請求項１または２記載の測定装置。
  4. 【請求項４】 フィルタ手段（１２；５３；Ｆ1 ないし
    Ｆn ）の出力信号を供給されている評価手段（１４ない
    し１７）が設けられており、評価手段（１４ないし１
    ７）がフィルタ手段（１２；５３；Ｆ1 ないしＦn ）の
    限界周波数により、一方では検査すべき対象物（６）の
    外側の測定‐チャープ信号の伝播時間および他方では参
    照‐チャープ信号の伝播時間の顧慮のもとに、フィルタ
    手段（１２；５３；Ｆ1 ないしＦn ）の出力信号のなか
    に表され、検査すべき対象物（６）から出る測定‐チャ
    ープ信号の成分のなかの、参照‐チャープ信号との重畳
    により、フィルタ手段（１２；５３；Ｆ1 ないしＦn ）
    の通過範囲内に位置するヘテロダイン周波数を有するヘ
    テロダイン信号に通ずる成分の検査すべき対象物（６）
    の内側を進んだ光路長さを求めることを特徴とする請求
    項１ないし３の１つに記載の測定装置。
  5. 【請求項５】 参照‐チャープ信号を発生するための手
    段（１、２、３；１、２、６０）および測定‐チャープ
    信号を発生するための手段（１、２、３；１、２、６
    ０）が、選択的に発生される光の光周波数に関して周波
    数変調可能または発生される光の光強度に関して振幅変
    調可能なコヒーレント光に対する少なくとも１つの光源
    （１）と、光源（１）の変調の役割をする電気的信号で
    あって、光源（１）に供給されており、また光源（１）
    に、時間（ｔ）にわたり限定されて変化する光周波数
    （Ｆ）または時間（ｔ）にわたり１つの時間（ｔ）にわ
    たり限定されて変化する周波数で変化する光強度を有す
    る光‐チャープ信号を発生させる電気的信号を発生する
    ための信号発生器手段（２）と、光‐チャープ信号を参
    照‐チャープ信号としての参照‐光信号と、検査すべき
    対象物（６）に供給可能な測定‐チャープ信号としての
    測定‐光信号とに分割するビームスプリッタ手段（３；
    ６０）とを有し、また重畳のための手段（８；６０）が
    検査すべき対象物（６）から出る測定‐光信号の部分を
    参照‐光信号とヘテロダイン信号としてのヘテロダイン
    ‐光信号として重畳させ、またヘテロダイン‐光信号を
    フィルタ手段（１２；５３）に供給される相応の電気的
    信号に変換するための検出器装置（１１）が設けられて
    いることを特徴とする請求項１ないし４の１つに記載の
    測定装置。
  6. 【請求項６】 ビームスプリッタ手段および重畳のため
    の手段が、光源（１）から出発する光‐‐チャープ信号
    が９０°から偏差する１つの角度で当たる部分透過性の
    鏡（６０）により形成されており、また参照‐光信号の
    伝播経路内に参照‐光信号を部分透過性の鏡（６０）へ
    後方反射させる反射器装置（６１）が位置していること
    を特徴とする請求項５記載の測定装置。
  7. 【請求項７】 ビームスプリッタ手段が光導波ファイバ
    ー‐ファンアウト‐結合器（３）により、また重畳のた
    めの手段が光導波ファイバー‐ファンイン‐結合器
    （８）により形成されており、第１の光導波ファイバー
    （５）が参照‐光信号を光導波ファイバー‐ファンアウ
    ト‐結合器（３）から光導波ファイバー‐ファンイン‐
    結合器（８）へ、第２の光導波ファイバー（４）が測定
    ‐光信号を光導波ファイバー‐ファンアウト‐結合器
    （３）から検査すべき対象物（６）へ、また第３の光導
    波ファイバー（７）が対象物（６）から出る測定‐光信
    号の部分を光導波ファイバー‐ファンイン‐結合器
    （８）へ導くことを特徴とする請求項５記載の測定装
    置。
  8. 【請求項８】 参照‐チャープ信号を発生するための手
    段が、電気的チャープ信号を参照‐チャープ信号として
    発生する信号発生器（７０）を有し、測定‐チャープ信
    号を発生するための手段（１、７０；７０、Ｑ1 ないし
    Ｑn ）が信号発生器手段（７０）および光強度に関して
    振幅変調可能なコヒーレント光に対する少なくとも１つ
    の光源（１；Ｑ1 ないしＱn ）を有し、電気的チャープ
    信号が光源（１；Ｑ1 ないしＱn ）に供給されており、
    また光源（１）に、時間（ｔ）にわたり限定されて変化
    する周波数で時間（ｔ）にわたり限定されて変化する光
    強度を有する、検査すべき対象物（６）に測定‐チャー
    プ信号として供給可能な測定‐光信号を発生させ、検査
    すべき対象物（６）から出る測定‐光信号の部分を相応
    の電気的信号に変換するための検出器装置（１１；Ｄ1
    ないしＤn ）が設けられており、また重畳のための手段
    が、参照‐チャープ信号および検出器装置（１１；Ｄ1
    ないしＤn ）から得られた電気的信号を供給されてお
    り、出力信号をフィルタ手段（５３；Ｆ1 ないしＦn ）
    に供給する混合段（７４；Ｍ1 ないしＭn ）により形成
    されていることを特徴とする請求項１ないし３の１つに
    記載の測定装置。
  9. 【請求項９】 光‐チャープ信号が検査すべき対象物
    （６）に第１の光導波手段（４；２３；２３、Ｌ1 ない
    しＬn ）により、かつ（または）対象物（６）から出る
    光が検出器装置（１１）に第２の光導波手段（７；７
    １）により供給されていることを特徴とする請求項１な
    いし８の１つに記載の測定装置。
  10. 【請求項１０】 検査すべき対象物（６）に供給される
    光‐チャープ信号が出る出光領域と、検出器装置（１
    １；Ｄ1 ないしＤn ）に供給され、検査すべき対象物
    （６）から出る光が入る入光領域とが設けられており、
    出光領域および入光領域が互いに向かい合って配置され
    ており、また一方では出光領域および入光領域、また他
    方では検査すべき対象物（６）が走査運動の形で互いに
    相対的に移動可能であることを特徴とする請求項１ない
    し９の１つに記載の測定装置。
  11. 【請求項１１】 検査すべき対象物（６）に供給される
    光‐チャープ信号が出る出光領域と、検出器装置（１
    １；Ｄ1 ないしＤn ）に供給され、検査すべき対象物
    （６）から出る光が入る入光領域とが設けられており、
    出光領域および入光領域が密に並んで配置されており、
    また一方では出光領域および入光領域、また他方では検
    査すべき対象物（６）が走査運動の形で互いに相対的に
    移動可能であることを特徴とする請求項１ないし９の１
    つに記載の測定装置。
  12. 【請求項１２】 測定装置が光‐チャープ信号に対する
    出光領域を有し、検出器装置が対象物（６）から出る光
    ‐チャープ信号の部分に対するそれぞれ１つの入光領域
    を有する多数の分離した検出器ユニット（Ｄ1 ないしＤ
    n ）を含んでおり、また一方では出光領域、また他方で
    は検査すべき対象物（６）および検出器装置が走査運動
    の形で互いに相対的に移動可能であり、走査運動の間に
    次々と相異なる検出器ユニット（Ｄ1 ないしＤn ）が重
    畳のための手段（Ｍ1 ないしＭn ）に接続されているこ
    とを特徴とする請求項１ないし９の１つに記載の測定装
    置。
  13. 【請求項１３】 測定装置が光‐チャープ信号に対する
    多数の出光領域（ＬＦ1 ないしＬＦn ；Ｑ1 ないし
    Ｑn ）を有し、検出器装置が対象物（６）から出る光‐
    チャープ信号の部分に対するそれぞれ１つの入光領域を
    有する出光領域（ＬＦ1 ないしＬＦn ；Ｑ1 ないし
    Ｑn ）の数に一致する数の分離した検出器ユニット（Ｄ
    1 ないしＤn ）を含んでおり、それぞれ１つの出光領域
    （ＬＦ1 ないしＬＦn ；Ｑ1 ないしＱn ）に検出器ユニ
    ット（Ｄ1 ないしＤn ）が対応付けられており、また出
    光領域（ＬＦ1 ないしＬＦn ；Ｑ1 ないしＱn ）の配置
    が、出光領域（ＬＦ1 ないしＬＦn ；Ｑ1 ないしＱn ）
    の相続く能動化の際に検査すべき対象物（６）が光‐チ
    ャープ信号により走査されるように行われていることを
    特徴とする請求項１ないし９の１つに記載の測定装置。
  14. 【請求項１４】 重畳のための手段が検出器ユニット
    （Ｄ1 ないしＤn ）の数に一致する数の混合段（７４；
    Ｍ1 ないしＭn ）を、またフィルタ手段が同数のフィル
    タ（５３；Ｆ1 ないしＦn ）を有し、また検査すべき対
    象物（６）の走査の間にフィルタ（５３；Ｆ1 ないしＦ
    n ）のそれぞれ１つの出力信号が評価手段（１４ないし
    １７）に供給されていることを特徴とする請求項８ない
    し１３の１つに記載の測定装置。
  15. 【請求項１５】 出光領域が光導波ファイバー（ＬＦ1
    ないしＬＦn ）の一方の端により形成されており、光‐
    チャープ信号が光ファイバー結合器アレイ（４０）によ
    り光導波ファイバー（ＬＦ1 ないしＬＦn ）のそれぞれ
    １つの他方の端に入結合可能であることを特徴とする請
    求項１３または１４記載の測定装置。
  16. 【請求項１６】 検出器ユニット（Ｄ1 ないしＤn ）が
    リング状に配置されていることを特徴とする請求項１２
    ないし１５の１つに記載の測定装置。
  17. 【請求項１７】 出光領域（ＬＦ1 ないしＬＦn ；Ｑ1
    ないしＱn ）がリング状に配置されており、交互に検出
    器ユニット（Ｄ1 ないしＤn ）および出光領域（ＬＦ1
    ないしＬＦn ；Ｑ1 ないしＱn ）が配置されていること
    を特徴とする請求項１６記載の測定装置。
  18. 【請求項１８】 光源としてレーザーダイオード（１）
    が設けられていることを特徴とする請求項１ないし１７
    の１つに記載の測定装置。
  19. 【請求項１９】 検出器装置がそれぞれ少なくとも１つ
    のホトダイオード（Ｄ1 ないしＤn ）または少なくとも
    １つの光電子増倍管（１１）を含んでいることを特徴と
    する請求項１ないし１８の１つに記載の測定装置。
  20. 【請求項２０】 評価手段（１４ないし１７）が検査す
    べき対象物（６）の１つの範囲における吸収係数の少な
    くとも１つの二次元吸収アレイを求めることを特徴とす
    る請求項９ないし１９の１つに記載の測定装置。
  21. 【請求項２１】 評価手段（１４ないし１７）が求めら
    れた吸収アレイを表示可能であるグラフィック出力装置
    （１６）を有し、相異なる吸収係数に相異なるカラー値
    またはグレイ値が対応付けられていることを特徴とする
    請求項２０記載の測定装置。
JP4248615A 1991-09-04 1992-08-24 対象物の検査のための組織光学的測定装置 Pending JPH05203563A (ja)

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