JP2014025701A - 光干渉断層撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光の周波数が時間的に非等間隔に掃引する光源では断層画像のＳＮが劣化する。
【解決手段】 波長掃引光源は、光増幅媒体と、該光増幅媒体より放出される光に波長に応じて角度分散を与える分散素子と、を内側に挟持する光共振器と、回転する機構を有する波長選択素子と、を有し、演算処理部で、前記回転機構の回転角Φに対応して得られる選択波長を光周波数ωに換算し、前記回転角Φに対応してサンプリングした前記干渉信号のデータに基づいて光周波数が等間隔となる干渉信号データ列を補間により求める光干渉断層撮像装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は発振波長（発振周波数）を変化し得る光源装置を用いた光干渉断層撮像装置に関する。

光干渉トモグラフィー（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：以下、ＯＣＴともいう）は、低コヒーレンス光干渉を用いて検体の断層像を撮像するものである。ミクロンオーダーの空間分解能が得られることや無侵襲性等の理由から医用分野における研究が近年、盛んになってきている撮像技術である。

現在、ＯＣＴは、深さ方向の解像度を数ミクロンとし、且つ数ｍｍの深さまで断層像を得ることができ、眼科撮影、皮膚科撮影、歯科撮影等への適用が検討されてきている。

波長掃引型（Ｓｗｅｐｔ Ｓｏｕｒｃｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＳＳ−ＯＣＴ）装置は、光源の発振波長（周波数）を時間的に掃引のするもので、フーリエ領域（ＦＤ）ＯＣＴの範疇に入る。

しかし、同じくＦＤＯＣＴの範疇に入るスペクトル領域（スペクトルドメイン：ＳＤ）ＯＣＴが干渉光を分光する分光器を必用とするのに対し、分光器を用いないことから光量のロスが少なく高ＳＮ比の像取得も期待されている。

波長掃引型ＯＣＴでは測定物の深さ情報を得るために、測定物の反射率スペクトルに現れるスペクトル干渉の解析を行なう。

具体的には、取得したスペクトル干渉信号をフーリエ変換することで測定物の奥行情報を算出する。一方、波長可変レーザ光源は、時間に対する波長変化が略線形、あるいは正弦波状である。しかしながら、光断層画像化装置等では、取得データに対してフーリエ変換する。

その際に変数として用いられるのは、波長ではなく光周波数である。したがって時間に対する光周波数変化が線形であるような波長可変レーザ光源が要望されている。

こうした中、特許文献１には、１回の波長掃引の中で等周波数間隔で多数の測定ポイントを取る方法が開示されている。

フーリエ変換を行なうためには、タイミング信号（ｋ（波数）トリガ）を発生させることが有用であるとして、波長掃引光源の光の等周波数間隔で、ｋトリガ信号を発生させ、このタイミング合わせて干渉信号を取得し、フーリエ変換を行なうＯＣＴ装置を開示されている。

一方、特許文献２には、同様にディスクが等速で回転しながら１回の波長掃引するなかで、時間に比例して光の周波数が線形に変化するように、ディスク上のパターン形状を曲線形状にする技術が開示されている。

特表２０１１−５２３４６０号公報 特表２０１０−５１７０８０号公報

特許文献１は、タイミング信号（ｋ（波数）トリガ）に基づいて干渉信号より得られるビート信号をフーリエ変換することで断層画像を構成するＯＣＴ装置を開示する。

使用されている光源は、ファブリ・ペロー干渉計を波長選択フィルターとした外部共振器型の波長走査型光源である。

この光源からの光束を一部分岐してファブリペローエタロンに導き、トリガ信号を発生し、このトリガ信号に基づいてｋトリガが発生されるように構成されている。

しかしながらエタロンでトリガー信号を発生する方法は、光源が発振している必要があり、一波長掃引に先行してトリガー信号を発生させることができず、タイミングずれを起こしやすいなどの欠点があった。

また、特許文献２の開示の技術では、ディスク上に多数の曲線状パターンをむらなく配置することは、露光むらやプロセスむらにより不良率が高くなる可能性があり、装置が高価なものとなることが危惧される。

本発明は、光の周波数が非等間隔でサンプリングして得た一掃引分の干渉信号から、光周波数が等間隔の干渉信号を生成することにより、安価で安定したＳＮの高い画像を取得できる光干渉断層撮像装置を提供することを目的とする。

本発明により提供される光干渉断層撮像装置は、周期的に光の発振波長が変化する波長掃引光源を備えた光源部と、前記光源部より射出された光を検体への照射光と、参照光に分岐すると共に、前記検体からの反射光と、前記参照光と、の干渉光を発生させる干渉光学系と、前記干渉光を検出する光検出部と、該光検出部で検出された干渉信号の強度に基づいて、前記検体の断層像を得る演算処理部と、を備えた光干渉断層撮像装置であって、
前記波長掃引光源は、光増幅媒体と、該光増幅媒体より放出される光に波長に応じて角度分散を与える分散素子と、を内側に挟持する光共振器と、回転する機構を有する波長選択素子と、を有し、前記演算処理部で、前記回転機構の回転角Φに対応して得られる選択波長を光周波数ωに換算し、前記回転角Φに対応してサンプリングした前記干渉信号のデータに基づいて光周波数が等間隔となる干渉信号データ列を補間により求めることを特徴とするものである。

本発明の光干渉断層撮像装置では、回転する波長選択素子の回転角から光周波数に変換する信号処理を行い、光周波数が等間隔の干渉信号データ列を補間して求める。これにより、安価でＳＮの高い優れた断層画像を安定して取得することができる。

本発明の撮像装置の代表的な実施形態の一例を説明する図 本発明の撮像装置に適用できる第一実施形態の波長選択素子を示す図 本発明に適用される分散素子の原理を説明する図 本発明に適用される波長選択素子の原理を説明する図 本発明に適用される分散素子により波長分散された光束を示す模式図 本発明に適用可能な回転可能な円盤を用いた波長選択素子を示す模式図 本発明の装置を用いた撮像の一例を示すフローチャート 本発明の撮像装置の第二実施形態を説明する図 本発明の撮像装置の第三実施形態を説明する図 本発明の撮像装置の第四実施形態を説明する図 本発明の第四実施形態の波長選択から光周波数の関係を説明する図 本発明の撮像装置の第五実施形態を説明する図

以下、図を参照しながら本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明の撮像装置の一例を示す模式図である。

図１において、光源部１０１は、周期的に光の発振波長が変化する波長掃引光源を備えて構成されている。

図１の光源部１０１を構成する波長掃引光源は、光共振器を構成するハーフミラー１５５と、スリット状反射部材１４３と、の内側に光利得媒体１５３と、光利得媒体１５３より放出される光に波長に応じて角度分散を与える分散素子としての回折格子１５１と、を挟持して構成されている。

スリット状の反射部材１４３は、回転可能な円盤１４０の回転中心から等距離の円周上に、複数配置され、回転する機構を有する波長選択素子を構成している。

このような回転可能な円盤上にスリット状の反射部材を設けた波長選択素子を、スリットホイールとも呼ぶ。

光源部１０１は、光ファイバー１１０を介して光源部１０１より射出された光を検体１１４への照射光と、参照光に分岐すると共に、検体１１４からの反射光と、参照光と、の干渉光を発生させる干渉光学系１１５に接続されている。

干渉光学系１１５は、光カップラー１０３を介して、光ファイバー１０５、光走査用ミラー１０７、集光レンズ１０６等で構成された測定部１１６と、光ファイバ１７２、反射ミラー１０４等で構成され参照用に光を照射する参照部１１７と、が接続されている。光カップラー１０３内で検体１１４からの反射光と、参照光と、の干渉光が発生する。

図１において１１８は、光ファイバー１１９、光検出器１０９等で構成される光検出部であり、干渉部を構成する光カップラ１０３に接続され、測定部１１６と参照部１１７により生成される光断層画像となる干渉信号を検出する。

１０２は、光検出部１１８で検出される干渉信号を、本発明によるデータ処理をしたのちフーリエ変換して測定物１１４の断層画像を得るための信号処理を行なう信号処理部である。つまり、光検出部で検出された干渉信号の強度に基づいて、検体の断層像を得る演算処理部である。

信号処理部は一般的にはパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等のコンピュータで構成される。１１３は、信号処理部で構成された断層画像を表示するための表示装置であり、ＰＣ用のディスプレイ等で構成される。

図１において、１３２、１３０、１３１は、それぞれ本発明の特徴部分を構成する信号処理部の機能的部位である。１３２は干渉信号を記憶する機能部位、１３０は波長選択素子の回転角に基づいて光周波数に変換する処理機能部位、１３１は等波数間隔の干渉データを補間で求める処理機能部位である。

１３３は、フーリエ変換等を用いて断層像を得る機能を担う信号処理部である。

光断層画像の元となる干渉信号は、等速度な回転機構１４１による波長掃引により時間的に等間隔なサンプリングで取得される。

この一連の波長掃引干渉信号の波長を特定するために、トリガー信号が用いられる。

１５９はトリガー信号を作り出す光源、１６０は光束を集光してホイール上のパターンに照射する集光レンズ、１６２は光ディテクターであり、反射部材である１４３の通過によりＯＮ／ＯＦＦ信号が検出されトリガー信号となる。

このトリガー信号は、１波長掃引毎に１回出力し、そのタイミングを、光断層画像干渉信号のサンプリングと共に記憶機能部位１３２により記憶される。

そして、回転機構１４１による予め設定されている回転速度と、該トリガーのタイミングにより、スリットミラー（スリット状反射部材）の回転角Φをもとめ、このφによりサンプリングされた光周波数に換算する。

このようにして、時間的に等間隔にサンプリングされた波長掃引干渉信号データとそれに対応した光周波数を求めるところが本発明の特徴の一つである。

なお、トリガーパターン位置は、本例では、ホイール上のパターンをスリットミラー列１４３のトラックを共用している。

ミラースリット列は、等角度間隔でホイール上を配置してあるので、波長掃引中のスリットでトリガーを出す必要は必ずしもなく、図１のように、機械的に干渉しない位置に波長分散光束１５８に位置とは離してトリガー光学系を配置してもよい。

また別途トラックを変えたところにトリガー用のパターンが配置してあってもよい。さらには、この場合は、スリットホイール１４０が等速回転しているので、ホイールが１回転するごとに１回トリガー信号を出すようにしてもよい。

１３１も本発明の演算処理部を特徴づける処理機能部位である。ホイール１４０の回転角から光周波数に変換する処理機能部位１３０により、波長掃引干渉信号データとサンプリングした光周波数が求まると、、等光波数間隔の干渉信号データ列を補間で求めるものである。

このような機能を備えることにより、安価でＳＮの高い優れた断層画像を安定して取得することができる。

図１に示した光源部１０１の他の構成要素について以下、簡単に説明する。

半導体光増幅素子等で構成される光利得媒体１５３の両側にはコリメータレンズ１５２と１５４とが夫々配され、コリメータレンズ１５２を経た光束は、回折格子１５１及び集光レンズ１５０を経てスリットホイール１４０上に入射し、波長分散光束１５８を構成する。

一方、コリメータレンズ１５４を経た光束は、ハーフミラー１５５よりレーザー光として射出され、カップリングレンズ１５６を介してファイバー端子１５７より光ファイバー内に導波される。

図１に示した光干渉断層撮像装置において、１１２は信号処理部１０２に接続された制御装置であり、この制御装置によりモーター１４１に接続されたドライバー１７３や測定部１１６内の２次元走査用ミラー１０７を駆動するためのドライバー１７４が制御される。

本願発明において、演算処理部は、パーソナルコンピュータ等の演算処理部で構成できる。より具体的には、半導体素子を集積化した集積回路を用いて構成することができ、ＩＣ、ＬＳＩ、システムＬＳＩ、マイクロ処理ユニット（ＭＰＵ）、中央演算装置（ＣＰＵ）等で構成することができる。

本発明において、光を放出する光増幅媒体としては、例えば、半導体レーザを構成する活性層や、半導体光増幅器（ＳＯＡ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ））を構成する活性層、エルビウムやネオジウム等を含有する希土類添加（イオンドープ）光ファイバー、光ファイバー中に色素を添加して色素により増幅を行うもの等を用いることができる。

半導体レーザーや半導体光増幅器を構成する活性層は、一般的な半導体レーザを構成する化合物半導体等を用いることができ、具体的にはＩｎＧａＡｓ系、ＩｎＡｓＰ系、ＧａＡｌＳｂ系、ＧａＡｓＰ系、ＡｌＧａＡｓ系、ＧａＮ系等の化合物半導体を挙げることができる。これらの活性層は、利得の中心波長が、例えば、８４０ｎｍ、１０６０ｎｍ、１１５０ｎｍ、１３００ｎｍ、１５５０ｎｍ等の中から光源の用途等に応じて適宜、選択して採用することができる。

本発明において、光増幅媒体より放出される光に波長に応じて角度分散を与える分散素子は、回折格子（透過型，反射型）、プリズム、さらには回折格子とプリズムを合体させたもの等を採用することができる。

以下、より具体的に、本発明を説明する。

実施例１として、その光源部１０１を構成する周波数掃引光源の原理を説明する。まず、図２で回折格子１５１の波長分散機能による波長分散とその波長選択を説明する。

本実施例では図１におけるスリットホイール１４０が回転することにより、スリットホイール１４０内に作り込まれた光共振器の一方のミラーであるスリットミラー１４３が、回折格子１５１により分散した波長分散光束１５８の中からスリットミラー１４３の位置に対応する特定の波長を選択する。

スリットミラーで選択された波長光束は反射して、集光レンズ１５０、回折格子１５１、コリメータレンズ１５２を経てもどり、光利得媒体１５３により増幅される。
その光束は、さらに進んで、コリメータレンズ１５４を経てミラー共振器１５５に到達する。ここで光束は反射してこれまでと逆に進み、光利得媒体１５３側に再びもどる。

以上を繰り返すことにより、スリットミラー１４３とハーフミラー１５５で構成される光共振器の間を光束が往復してレーザーは発振する。

つぎにスリットミラー１４３（スピンドル軸１４２を介してスピンドルモーター１４１に接続）の位置が動くと、動いた位置での波長が選択され、その波長で同様にレーザー発振する。

このように、ホイール上のスリットミラー１４３が回転し、スリットが移動することにより、波長掃引したレーザー発振となる。

次に、波長分散光束１５８の波長分布について述べる。

一方、波長分散光束１５８は、図３に示すように、回折の原理により、以下の式（１）

の関係が知られている。

ここで、αは回折格子への入射角、βは出射角である。

角度は、回折格子の法線から反時計回りが正、時計回りが負である。Ｎは回折格子の溝本数密度で格子ピッチの逆数である。ｍは回折次数で、±１、±２・・・となる。ここではｍ＝＋１とする。

基準波長λｏの時の入射角αを、ブラッグ回折角（α＝−β）として固定すると、波長λｏの時の入射角αは、以下の式（２）

で示され、
波長λの時の出射角βは、以下の式（３）

と表される。

基準波長λｏに対する波長λの出射角の差をΔβとすると、以下の式（４）

となることが理解される。

いま集光レンズ１５０の焦点距離をｆ_ｆとすると、図４に示すように
スリットホイール上の波長分散光束の波長λと位置Ｄ_λとの関係は、基準とする所定の波長λｏが入射（落射）する位置を原点とすると、以下の式（５）

で表される。

つぎにスリットホイール上に入射（落射）した波長分散光束は図５に示すように、スリット１４３が等速で移動するので、波長分散光束１５８を等間隔で波長選択をしていくことになる。

しかしこの間隔は波長に対し等間隔になっているわけではなく、式（４）で示す関係になっている。

一方、スリットホイール上のスリット１４３の、回転角φと波長分散光束の関係は、図４に示すように、以下の式（６）

となる。ここで、基準波長の入射（落射）位置を回転角Φの原点にしている。

図６に集光レンズの光軸と波長分散光束を含む平面とスリットホイール面を臨む鳥瞰図をしめす。

ところで、波長掃引は短波長から長波長に掃引する方が逆に掃引する場合に比して光出力が強いことが知られている。そこで、回転角の符号は基準波長に対し短波長は負、長波長側は正とすると、
式（５）と式（６）を用いて、以下の式（７）

となる。

式（７）をλに対して整理すると、以下の式（８）

が得られる。そして、以下の式（９）

となることが理解される。

式（９）はスリットホイールの回転角Φを検出すれば選択波長λが決まることを示している。

ここで、この回転角Φと光周波数ωに変換するためには、以下の式（１０）

の関係を用いる。ここで、ｃは光速度である。

この式（１０）により、波長選択素子の回転角から光周波数に変換する処理機能部位１３０により波長を光周波数に変換する。基準とする所定の波長をλｏ、回転角Φに依拠した発振波長の変化量をΔλ（Φ）、光速度をｃとして光周波数ωに変換される。

一方、波長選択するスリットミラー１４３はスリットホイール１４０上にパターニングされているため、その角度φに比例した式（８）で示される波長が選択されることになる。

よって、スリットホイール１４０が等速回転とすると、以下の式（１１）

を満足することとなり、等時間間隔では式（８）のφを等間隔に変化した波長の光断層干渉信号となることがわかる。

従って、スリットホイール１４０が等速回転をして、等時間間隔で光干渉信号をサンプリングすると、等回転間隔角の光断層干渉信号が得られることになる。

式（８）、あるいは式（１０）で示したように、等時間間隔、つまり等回転間隔角でサンプリングした光干渉信号は、等波長間隔でも、等光周波数間隔のサンプリングでもないことが理解される。

しかし、前述したように、光干渉信号からフーリエ変換して、光断層像（断層画像）を得るためには、等光周波数間隔でサンプリングした光干渉信号が必要になる。

したがって、等回転間隔、つまり等時間間隔でサンプリングした光干渉信号を、等光周波数間隔でサンプリングした光干渉信号にする必要がある。

そのために、等回転間隔（等時間間隔）によるサンプリングされた光干渉信号を一旦、記憶装置１３２に記憶する。そして、この等回転間隔から決定される回転角Φを、式（１０）により、光周波数に変換するのが本発明の特徴の一つである。

これにより、不等間隔ではあるが光周波数間隔でサンプリングした光干渉信号を得る。

次に、上記の不等間隔な光周波数でサンプリングした光干渉信号から、等光周波数間隔でサンプリングした光干渉信号データ列を生成する。

これにはデータ補間によって求める。これを担うのが処理機能部位１３１であり、本発明の特徴の一つでもある。

サンプリングしたい光周波数の光干渉信号データ列は、その光周波数を挟む、上述した不等間隔な光周波数でサンプリングした光干渉信号データに基づき、補間により求められる。

この処理機能部位により等光周波数間隔でサンプリングした光干渉信号データ列が得られる。

なお、この補間は両側の２点を線形補間しても良いし、より多くの点を使い、多項式補間しても良い。

上述したように、光断層像（断層画像）を得るための干渉信号は、等速度な回転機構１４１による波長掃引により時間的に等間隔なサンプリングにより取得される。

この一連の波長掃引に対応して得られる光干渉信号の波長（周波数）を特定するために、トリガー信号が用いられる。

トリガー信号について、図１を参照して説明する。

図１において、１５９はトリガー信号を作り出す光源、１６０は光束を集光してスリットホイール上のスリットパターン１４３に照射する集光レンズである。１６２は光ディテクターであり、スリットパターン１４３の通過によりＯＮ／ＯＦＦ信号が検出されトリガー信号となる。

このトリガー信号は、１波長掃引毎に１回出力し、そのタイミングを、光干渉信号のサンプリングと共に記憶機能部位１３２により記憶される。

そして、回転機構１４１による予め設定されている回転速度と、該トリガーのタイミングにより、スリットミラーの回転角Φをもとめ、このφによりサンプリングされた光周波数を式（１０）により換算する。

このようにして、時間的に等間隔にサンプリングされた波長掃引干渉信号データとそのサンプリングの光周波数を求めるところが本発明の特徴の一つである。

実際上トリガー信号によりサンプリングされた光干渉信号に基づいて光干渉断層像（画像）を求める際に、トリガー信号のタイミングと光干渉信号のサンプリングのタイミングとの相対位置の初期調整が必要となる。

この初期調整の例を以下に説明する。

サンプリング数は、求めたい深さ分解能や基準波長λｏ、波長掃引光源の発振波長の変化量（帯域幅）Δλにより決まるが、ここでは、仮に２０４８点とする。

スリットホイール１４０は等速度回転しているとする。まずトリガー信号に同期して等時間間隔で光干渉信号が記憶装置に記憶される。この光干渉信号は、式（１１）に従い等回転間隔でサンプリングされている。

この時にサンプリングの回転角Φの原点（Φ＝０）は、記憶装置１３２上の２０４８点の１０２４番目の点とすると、この点が基準波長λｏの位置であるので、式（１０）を用いて光周波数に変換することができる。

一般に、トリガー信号のタイミングと光干渉信号サンプリングのタイミングが調整されていない初期状態では、トリガー信号のタイミングで同期して等時間間隔で光干渉信号を取得しても、１０２４番目の点が基準波長λｏの位置である保証はない。

そこで記憶装置上で、１０２４番目の点に基準波長λｏが来るように、光干渉信号のデータを記憶装置１３２上で移動する必要がある。

この移動量は、以下のようにして求めることができる。

１０２４番目の点に基準波長λｏの光干渉信号のデータがない初期の状態で、まず光干渉信号を、前述したように処理機能部位１３１により等光周波数間隔に変換し、これを信号処理部部位１３３でファーストフーリエ変換（ＦＦＴ）し、光断層像（画像）を得る。

このとき、検体１１４を、光軸上に可動するミラーや深さ構造をもった模擬サンプルを用い、この光断層画像を見ながら、層境界が最もシャープになるように、光干渉信号のデータを記憶装置１３２上で移動する。

このように層境界が最もシャープになったときに基準波長λｏが１０２４番目の点に来たものと判断できる。

この時の移動量を求めておく。以降は、この移動量で、光干渉信号を記憶装置１３２上で移動すると、以後の光干渉信号は、記憶装置１３２上の１０２４番目の点が基準座標λｏとなったＳＮの高い光断層像（画像）が得られることになる。

上述したように、本発明を特徴づける、１３２の干渉信号を記憶する機能部位、１３０の波長選択素子の回転角に基づいて光周波数に変換する処理機能部位、１３１の間隔の干渉データを補間で求める処理機能部位により、ＳＮのよい光断層画像を得ることができる。

スリットホイールの回転が等速回転の場合は、回転角Φの原点（φ＝０）を基準波長λｏの代わりに、あらかじめ波長がわかっているトリガーになる波長λｔを波長分散光束１５８の近傍において回転角の原点を決めてもよい。

図７は、以上説明した２次元光断層像（画像）を得る工程を示すフローチャートである。

図７において、７０１でスタートがなされ、７０２において掃引スタートのトリガー信号が発生する。
７０３では、干渉波形信号を等間隔の角度（Φ（ｔ））でサンプリングし、１Ａ−Ｓｃａｎ分の干渉信号を角度座標で取得する。
７０４では、トリガー信号に対する波長λｔとその回転角を基準で、角度を波数に変換する。
７０５では、変換された波数に対する干渉信号データから波数が等間隔となる干渉信号データ列を補間により生成し、波数座標の干渉信号データ列を算出する。
７０６では、得られた波数座標の干渉信号データ列に対しフーリエ変換を行い、１点の断層データを算出する。
７０７では、２次元走査を完了させる。
７０８では、２次元走査ミラーを駆動させる。
７０９で、工程は終了する。

また、基準波長λｏのホイールスリット上の入射（落射）位置と分散光束に垂直なホイールスリットの回転中心との差を変数δｘとして基準波長位置を決めることも有用である。

ここで、別な表現を用いると、δｘは、基準とする所定の波長λｏの回転可能な円盤上への入射位置と、前記円盤の回転中心を前記分散した光束が入射する分散方向に投影した位置と、の間隔ということができる。

上述した式（６）式は、以下の式（１２）

となる。

このδｘを決めるために、被測定物体（検体）１１４を、光軸上に可動するミラーや深さ構造をもった模擬サンプルを用い、この光断層画像を見ながら層境界のＳＮが高くなるようにδｘを与えてやると基準波長λｏの位置決めに実用上有用である。

その場合の光周波数は、以下の式（１３）

で与えられる。ここでｆ_ｆは、集光レンズの焦点距離である。即ち、回転角Φに依存した発振波長の変化量Δλ（Φ）が規定される。

この他の誤差としては、スリットホイール回転中心と分散光束の垂線を結ぶ軸をｙとすると、ｙ軸周りのホイールの傾き誤差δθｙの誤差も考えられるが、光周波数の補正量は実際上無視できるほど小さくなる。

図８に示した第２の実施例の光干渉断層撮像装置について説明する。

図８に示した装置の実施例１の装置との違いは、図８の装置では、光干渉信号の波長位置を特定するトリガー系に代えて、回転角度センサー１６４を搭載している点である。

回転角度センサー１６４は、スリットホイールの回転角Φを直接検出するので、式（１０）や式（１３）に従い、光周波数変換の精度がよく、換算可能である。

特に、モーター１４１の回転にジッターがあるときは、この方式は有利である。これはトリガー信号のタイミング取得以後の回転速度に変化があるからである。

回転角の原点Φ＝０を求めるには、実施例１と同様に、検体（被測定物体）１１４を、光軸上に可動するミラーや深さ構造をもった模擬サンプルを用い、この光断層画像を見ながら層境界のＳＮが高くなるようにΦの初期値を求めると基準波長λｏの位置決めに実用上有用である。

図９は本例の光干渉断層撮像装置を示す模式図である。

実施例１、実施例２の装置と異なる点は、光干渉信号の波長位置を特定するのにトリガー系（１５９、１６０、１６１、１６２）と回転センサー１６４とを併用している点である。

即ち、本例の装置は、トリガー系と回転センサーの両方の長所を備える。

回転モーター１４１が一回転する間に、回転むらがあると、光干渉信号は、直近のトリガーを用いて、波長位置を特定することができる。

一方、モーター１４１の一回転のなかで回転むらがあると、一つのスリットミラーと次のスリットミラーの時間間隔が少しずつ違ってくることになる。

この場合は、回転角度センサー１６４により、回転角度をリアルタイムで検出すると、式（１０）により、精度の高い、光周波数変換が可能になる。

図１０は、本例の光干渉断層撮像装置を示す模式図である。

本例の装置は、これまでの実施例１乃至実施例４における光源部１０１の波長選択の機構にスリットホイールでなく多面体ミラー（ポリゴンミラー）を用いる点が異なっている。

図１０に示すように、本実施例では、回折格子１５１以降にアフォーカルコンバーター（１６６、１６７）と、ポリゴンミラー１６５を用いている。即ち、回転する機構を有する波長選択素子として回転可能な多面体ミラーを用い、回折格子と多面体ミラーとの間にコリメータレンズとして機能する２つのレンズを配置している。

ポリゴンミラー１６５の回転角Φとともに波長が掃引することは、実施例１と同様である。いまΦ＝０のとき基準波長λｏが選択される構成とする。

図１０に示すように、回折格子面の法線と基準波長λｏが作る光軸のなす角をβｏとすると、出射角βで回折する光束とポリゴンミラーの回転角Φの関係は、以下の式（１４）

となることが理解される。

ここで、ｆ_１、ｆ_２は２つのレンズ（図１０におけるレンズ１６６、レンズ１６７）の焦点距離である。

一方、反射型回折格子の場合は、以下の式（１５）

の関係が知られている。

ここに、式（１）と同様に、αは回折格子への入射角。角度は、回折格子の法線から反時計回りが正、時計回りが負である。Ｎは回折格子の溝本数密度で格子ピッチの逆数である。ｍは回折次数で、±１、±２・・・となる。ここではｍ＝＋１とする。

図１１に示すように、式（１４）、（１５）より、以下の式（１６）

が得られる。

ここに、以下の式（１７）

が得られる。

式（１６）はポリゴンミラーの回転角Φと選択される光周波数ωの関係を示している。
実施例１乃至実施例４と同様に、ポリゴンミラー１６５が等速回転したときに、等時間間隔でサンプリングした光干渉信号を、掃引周期トリガーディテクター１６２からの信号と共にいったん記憶装置部位１３２に記憶する。

回転角度から光周波数に変換する機能部位１３０により、回転角度を式（１６）により光周波数に変換後、等光周波数間隔補間機能部位１３１により、等間隔の光周波数でサンプリングした光干渉信号データ列を生成する。

その光干渉信号データ列をＦＦＴすることによりＳＮのよい光干渉断層像（画像）をえる。

掃引周期トリガーの初期調整は、実施例１と同様である。

例えば、一掃引のデータ数を２０４８点とし、Φ＝０が記憶装置上の１０２４番目の点に位置するとする。その１０２４番目の点に基準波長λｏが位置するように、光干渉信号を記憶装置上で移動させる。

それは、検体（被測定物体）１１４を、光軸上に可動するミラーや深さ構造をもった模擬サンプルに用いる。

その等光周波数間隔に変換された光干渉信号をＦＦＴした光断層像（画像）を見ながら層境界が一番シャープになりＳＮが高くなるように、光干渉信号を記憶装置上で移動させ、Φの初期値を求める。

これにより、基準波長λｏを記憶装置の１０２４番目の点とすることができ、ＳＮの高い光干渉断層像（画像）を得ることができる。

図１２は、本例の光干渉断層撮像装置を示す模式図である。第五実施例である。

実施例４との違いは、光干渉信号の波長位置を特定するトリガー系に代えて、回転角度センサー１６４を搭載している点である。

回転角度センサーはポリゴンミラーの回転角Φを直接検出するので、式（１６）、（１７）により、光周波数変換の精度がよく、換算可能である。

１０１ 光源部
１０２ 演算処理部
１１４ 検体
１１５ 干渉光学系
１１８ 光検出部
１４３ １５５ 光共振器
１５１ 分散素子
１５３ 光増幅媒体

Claims (11)

1. 周期的に光の発振波長が変化する波長掃引光源を備えた光源部と、
   前記光源部より射出された光を検体への照射光と、参照光に分岐すると共に、前記検体からの反射光と、前記参照光と、の干渉光を発生させる干渉光学系と、
   前記干渉光を検出する光検出部と、該光検出部で検出された干渉信号の強度に基づいて、前記検体の断層像を得る演算処理部と、を備えた光干渉断層撮像装置であって、
   前記波長掃引光源は、光増幅媒体と、該光増幅媒体より放出される光に波長に応じて角度分散を与える分散素子と、を内側に挟持する光共振器と、回転する機構を有する波長選択素子と、を有し、
   前記演算処理部で、前記回転機構の回転角Φに対応して得られる選択波長を光周波数ωに換算し、前記回転角Φに対応してサンプリングした前記干渉信号のデータに基づいて光周波数が等間隔となる干渉信号データ列を補間により求めることを特徴とする光干渉断層撮像装置。
2. 前記分散素子は、回折格子であることを特徴とする請求項１に記載の光干渉断層撮像装置。
3. 基準とする所定の波長をλｏ、前記回転角Φに依拠した前記発振波長の変化量をΔλ（Φ）、光速度をｃとして、前記光周波数ωは、以下の式（１０）
   

   

   
   を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の光干渉断層撮像装置。
4. 前記回転する機構を有する波長選択素子は、回転可能な円盤の回転中心から等距離の円周上に、反射部材を複数配置してなることを特徴とする請求項３に記載の光干渉断層撮像装置。
5. 前記回折格子と前記回転可能な円盤を用いた波長選択素子との間に集光レンズを配したことを特徴とする請求項４に記載の光干渉断層撮像装置。
6. 前記回折格子により前記回転可能な円盤上に波長に応じて分散した光束が入射することを特徴とする請求項５に記載の光干渉断層撮像装置。
7. 前記回転角Φに依存した前記発振波長の変化量Δλ（Φ）は、以下の式（１３）
   

   

   
   を満足することを特徴とする請求項６に記載の光干渉断層撮像装置。
   ここで、Ｎは前記回折格子の溝本数密度、ｆ_ｆは前記集光レンズの焦点距離、δｘは基準とする所定の波長λｏの前記回転可能な円盤上への入射位置と、前記円盤の回転中心を前記分散した光束が入射する分散方向に投影した位置と、間隔である。
8. 前記回転する機構を有する波長選択素子は、回転可能な多面体ミラーを用いたものであることを特徴とする請求項２に記載の光干渉断層撮像装置。
9. 前記回折格子と多面体ミラーとの間にコリメータレンズとして機能する２つのレンズを配置したことを特徴とする請求項８に記載の光干渉断層撮像装置。
10. 前記回転角Φに依存した前記発振波長の変化量Δλ（Φ）は、以下の式（１７）
    

    

    
    を満足することを特徴とする請求項９に記載の光干渉断層撮像装置。
    ここで、Ｎは前記回折格子の溝本数密度、ｆ_１、ｆ_２は前記２つのレンズの夫々の焦点距離、βｏは前記回折格子の格子面の法線と、基準とする所定の波長λｏと、のなす角である。
11. 周期的に光の発振波長が変化する波長掃引光源を備えた光源部と、
    前記光源部より射出された光を検体への照射光と、参照光に分岐すると共に、前記検体からの反射光と、前記参照光と、の干渉光を発生させる干渉光学系と、
    前記干渉光を検出する光検出部と、該光検出部で検出された干渉信号の強度に基づいて、前記検体の断層像を得る演算処理部と、を備えた光干渉断層撮像装置であって、
    前記波長掃引光源は、光増幅媒体と、該光増幅媒体より放出される光に波長に応じて角度分散を与える分散素子と、を内側に挟持する光共振器と、等速で回転する機構を有する波長選択素子と、を有し、
    前記演算処理部で、前記回転機構の回転角Φに対応して得られる選択波長を光周波数ωに換算し、等時間間隔でサンプリングした前記干渉信号のデータに基づいて光周波数が等間隔となる干渉信号データ列を補間により求めることを特徴とする光干渉断層撮像装置。
    

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