JP4727517B2 - 光源装置および光断層画像化装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の光源の光を合波して射出する光源装置、および該光源装置を備え、ＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）計測により光断層画像を取得する光断層画像化装置に関するものである。

従来、生体組織の断層画像を取得する際に、ＯＣＴ計測を利用した光断層画像取得装置が用いられることがある。この光断層画像取得装置では、光源から射出された低コヒーレント光を測定光と参照光とに分割した後、該測定光が測定対象に照射されたときの測定対象からの反射光と参照光とを合波し、該反射光と参照光との干渉光の強度に基づいて断層画像を取得する。

上記のような光断層画像取得装置では、参照光の光路長を変更することにより、測定対象に対する深さ方向の位置（以下、深さ位置という）を変更し断層画像を取得するＴＤ−ＯＣＴ（Ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測を利用した装置がある。

他方、上述した参照光の光路長の変更を行うことなく高速に断層画像を取得する装置として、ＳＤ−ＯＣＴ（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測による光断層画像化装置が提案されている。これは、広帯域の低コヒーレント光をマイケルソン型干渉計を用いて測定光と参照光とに分割した後、測定対象に測定光を照射させ、測定対象からの反射光と参照光との干渉光を各周波数成分に分解し、そのチャンネルドスペクトルをフーリエ解析することにより、深さ方向の走査を行わずに断層画像を取得するようにしたものであり、ＳＤ−ＯＣＴ装置と称される。

上記のような光断層画像取得装置では空間分解能の向上が重要な課題であり、光源の発光スペクトルの波長幅が広いほど、測定対象の深さ方向の空間分解能を高くできることが知られている。また、光源は、安定した点光源であり、波長に対する強度分布を表す発光スペクトルがガウス分布形状に近いなだらかな形状であることが好ましいとされている。

現在入手可能な比較的安価で広い波長幅をもつ点光源としてはＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）があるが、単一素子で１００ｎｍを越えるような広い波長幅を得ようとすると、得られる発光スペクトルは多峰性になり、不安定になる。安定した発光スペクトルを得るためには、波長域を狭め、単峰性にすることが必要になる。

そこで近年では、波長の異なる複数の光源を用いた光断層画像取得装置が提案されている。特許文献１には、複数の波長の異なる低コヒーレント光源からの光を同時に測定対象に照射し、反射光と参照光を波長選択性をもつフィルターで分離し、分離された光ごとに個別に干渉信号を得る光断層画像装置が記載されている。

さらに、特許文献２には、複数の波長の異なる低コヒーレント光源からの光を光結合器で合波して使用する際に、発光スペクトルが多峰性となることで発生するコヒーレンス関数のサイドローブを、各光源のパラメータを最適化して抑圧するようにした光断層画像測定用の光源が記載されている。
特開平６−１６５７８４号公報 特開２００２−２１４１２５号公報

ところで、上記のような光断層画像装置においては、通常、光源装置からの光を伝送用シングルモード光ファイバへ入射させて使用する。つまり、複数の光源の光を合波して得られた合波光も光ファイバへ入射させることになり、合波後の各光源からの光の光軸を一致させる必要がある。このことから、合波手段は限られたものとなり、従来では、ダイクロイックミラーやハーフミラーが用いられていた。しかしながら、これらの合波手段は以下に述べるような短所があり、改善が要望されている。

まず、ダイクロイックミラーによる合波について説明する。図２３に、３つのダイクロイックミラーＤＭ１、ＤＭ２、ＤＭ３を用いて、中心波長の異なる４つの光源ＳＬＤ１、ＳＬＤ２、ＳＬＤ３、ＳＬＤ４の光を合波する光源装置の構成図を示す。図２４に光源ＳＬＤ１〜ＳＬＤ４の発光スペクトル、およびダイクロイックミラーＤＭ１〜ＤＭ３の反射率の波長特性を示す。なお、図２４の左の縦軸の強度の目盛と右の縦軸の反射率の目盛は異なる。ダイクロイックミラーＤＭ１、ＤＭ２、ＤＭ３のカットオフ波長はそれぞれ、光源ＳＬＤ１と光源ＳＬＤ２の強度曲線の交点、光源ＳＬＤ２と光源ＳＬＤ３の強度曲線の交点、光源ＳＬＤ３と光源ＳＬＤ４の強度曲線の交点となる波長に設定されている。

図２３に示す構成では、光源ＳＬＤ１の射出方向に対して光源ＳＬＤ２、ＳＬＤ３、ＳＬＤ４の射出方向が直角に交わるように配置され、それぞれの射出光の交点には各射出光と４５度の角度をなすようにダイクロイックミラーＤＭ１、ＤＭ２、ＤＭ３が配置されている。光源ＳＬＤ１〜ＳＬＤ４からの光はダイクロイックミラーＤＭ１〜ＤＭ３により合波されて、最終的に得られた合波光は同一光軸上を進行する。

図２５に４つの光源ＳＬＤ１〜ＳＬＤ４の光を合波して最終的に得られた合波光の発光スペクトルを示す。図２５では、４つの光源ＳＬＤ１〜ＳＬＤ４の半値全幅ｗ＝１０ｎｍとしており、４つの光源ＳＬＤ１〜ＳＬＤ４を中心波長の長さの順番に並べたときの隣り合う光源のピーク波長間隔ｄをｄ／ｗ＝１．０、ｄ／ｗ＝０．５、ｄ／ｗ＝２とした各場合につき示している。

上記のようなダイクロイックミラーによる合波では、ダイクロイックミラーの急峻な波長選択性により、光量損失を少なくできるが、図２５に示すように、合波光の発光スペクトルは複数のピークをもつ凹凸のある形状となってしまう。発光スペクトルが凹凸のある形状となると、以下に述べるような問題が生じ、好ましくない。

ＳＤ−ＯＣＴ計測では、検出信号に対して波数空間から位置空間へのフーリエ変換を行い、深さ位置に対する反射率変化の信号を生成する。図２６（Ａ）に合波前の各光源の光の発光スペクトルを破線で、上記ダイクロイックミラーにより最終的に得られた合波光の発光スペクトルを実線で、波数の関数として示し、合波光の発光スペクトルに対してフーリエ変換を行ったものを位置の関数として図２６（Ｂ）に示す。なお、図２６（Ａ）の横軸の目盛は等間隔ではない。合波光の発光スペクトルは、図２６（Ａ）に示すような凹凸のある形状であり、これに対してフーリエ変換を行ったものには図２６（Ｂ）に示すように、サイドローブＳＬが現れる。実際のＳＤ−ＯＣＴ計測では、図２６（Ａ）に示すような測定光の発光スペクトルに基づく信号にＯＣＴ干渉信号が重畳した信号をフーリエ変換する。そのときに図２６（Ｂ）に示すようなサイドローブＳＬが存在すると、サイドローブは、見かけ上はある深さ位置に反射界面が存在することを示す成分と同じとなるので、反射情報に対するノイズとなり、信号を不明瞭にさせ、分解能を低下させる。

発光スペクトルの凹凸で見られるピークとボトムの格差は各光源ＳＬＤ１〜ＳＬＤ４の波長幅と中心波長間隔によって決まる。中心波長間隔を小さくすればピークとボトムの格差は小さくなり、発光スペクトルの凹凸を小さくできるが、合波光の波長幅を広くすることはできず、当初の目的に反することになる。

上記不具合を解決するため、発光スペクトルを平坦化させるような波長選択性を有するフィルターを光路に挿入することも考えられるが、フィルターの波長特性が複雑になるため、実用的ではない。

次に、ハーフミラーによる合波について説明する。図２７に、３つのハーフミラーＨＭ１、ＨＭ２、ＨＭ３を用いて、中心波長の異なる４つの光源ＳＬＤ１、ＳＬＤ２、ＳＬＤ３、ＳＬＤ４の光を合波する光源装置の構成図を示す。

図２７に示すように、光源ＳＬＤ１、ＳＬＤ３は射出方向が直角に交わるように配置され、射出光の交点に各射出光と４５度の角度をなすように配置されたハーフミラーＨＭ１により、光源ＳＬＤ１、ＳＬＤ３からの光は合波されて、ハーフミラーＨＭ３に入射する。同様に、ハーフミラーＨＭ２により、光源ＳＬＤ２、ＳＬＤ４からの光は合波されて、ハーフミラーＨＭ３に入射する。ハーフミラーＨＭ１による合波光とハーフミラーＨＭ２による合波光はハーフミラーＨＭ３により合波されて最終的に得られた合波光は同一光軸上を進行する。

図２８（Ａ）に４つの光源ＳＬＤ１〜ＳＬＤ４の光を合波して最終的に得られた合波光の発光スペクトルを実線で、合波前の各光源の発光スペクトルを破線で、波数の関数として示す。合波光の発光スペクトルは、図２８（Ａ）に示すような平坦なものとなり、これに対してフーリエ変換を行ったものには図２８（Ｂ）に示すようにサイドローブは現れない。

しかし、ハーフミラーの透過率は約５０％であるため、光量損失が大きいという問題がある。合波する光源数が増加するに従い、ハーフミラーを通過する回数も増え、最終的に利用可能な光量も低下していく。例えば、図２７に示すような構成では、いずれの光源からの光もハーフミラーを２回通過するため、最終的に利用可能な光量は光源からの射出光の２５％となってしまい、非常に効率が悪い。

そこで、本発明は、複数の光源からの光を合波して、発光スペクトルが広帯域でなだらかな形状の光を高効率に得ることが可能な光源装置、および該光源装置を備えた光断層画像化装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の光源装置は、それぞれ所定の波長幅を有し、中心波長が異なる４つ以上の合波用の光源と、前記光源を中心波長の長さの順番で奇数番目の光源からなる第１群と 偶数番目の光源からなる第２群とに群分けしたものに対し、同一群内の光源の光を合波して、各群の光をそれぞれ射出させる波長選択性を有する合波手段と、前記第１群および前記第２群から射出した光を合波する波長選択性を有しない合波手段と、を備えたことを特徴とするものである。
本発明の第２の光源装置は、それぞれ所定の波長幅を有し、中心波長が異なる３つの合波用の光源と、前記光源を中心波長の長さの順番で奇数番目の光源からなる第１群と偶数番目の光源からなる第２群とに群分けしたものに対し、前記第１群内の光源の光を合波して、射出させる波長選択性を有する合波手段と、前記第１群および前記第２群から射出した光を合波する波長選択性を有しない合波手段と、を備えたことを特徴とするものである。
本発明の第３の光源装置は、第１の中心波長と、該第１の中心波長を中心とする所定の波長幅とを有する第１の光源と、前記第１の中心波長よりも長波長側にある第２の中心波長と、該第２の中心波長を中心とする所定の波長幅とを有する第２の光源と、前記第２の中心波長よりも長波長側にある第３の中心波長と、該第３の中心波長を中心とする所定の波長幅とを有する第３の光源と、前記第１の光源の光と前記第３の光源の光とを合波して、射出させる波長選択性を有する合波手段と、前記波長選択性を有する合波手段により射出された光および前記第２の光源の光を合波する波長選択性を有しない合波手段と、を備えたことを特徴とするものである。
本発明の第４の光源装置は、第１の中心波長と、該第１の中心波長を中心とする所定の波長幅とを有する第１の光源と、前記第１の中心波長よりも長波長側にある第２の中心波長と、該第２の中心波長を中心とする所定の波長幅とを有する第２の光源と、前記第２の中心波長よりも長波長側にある第３の中心波長と、該第３の中心波長を中心とする所定の波長幅とを有する第３の光源と、前記第３の中心波長よりも長波長側にある第４の中心波長と、該第４の中心波長を中心とする所定の波長幅とを有する第４の光源と、前記第１の光源の光と前記第３の光源の光とを合波して、射出させる波長選択性を有する第１の合波手段と、前記第２の光源の光と前記第４の光源の光とを合波して、射出させる波長選択性を有する第２の合波手段と、前記第１の合波手段により射出された光および前記第２の合波手段により射出された光を合波する波長選択性を有しない合波手段と、を備えたことを特徴とするものである。

なお、「所定の波長幅を有し」とは、強度を波長の関数として表した発光スペクトが所定の波長幅を有することを意味し、「所定の波長幅」とは例えば半値全幅が５ｎｍ以上である。

また、「波長選択性を有しない」とは、全波長領域にわたって波長選択性を有しないという意味ではなく、上記３つ以上の光源が射出する光の波長に対して波長選択性を有しないという意味である。

またここで、「前記光源を中心波長の長さの順番で奇数番目」とは、前記３つ以上の光源を中心波長の長さに基づき昇べき、または降べきの順に番号を付与したときの番号が１、３、５、…のように奇数のものを意味する。

つまり、本発明では、３つ以上の光源を２つの群に分けて、同一群内の光源は中心波長の長さの順番で隣り合わないようにしている。同一群内の複数の光源の光は全て波長選択性を有する合波手段により合波して１つの光とし、各群の光として射出するようにしている。そして、射出した第１群の光および第２群の光、すなわち、異なる群の光を波長選択性を有しない合波手段で合波するようにしている。

上記光源装置において、前記各光源の発光スペクトルは単峰性であり、該発光スペクトルの半値全幅（ｗ）と前記順番で隣り合う前記光源同士のピーク波長の間隔（ｄ）が、
１≦ｄ／ｗ≦１．２
の関係を有することが好ましい。

前記波長選択性を有する合波手段が、ダイクロイックミラー、ダイクロイックプリズム、回折光学素子、ＷＤＭカプラのいずれかであってもよい。前記波長選択性を有しない合波手段が、ハーフミラー、ハーフプリズム、光カプラのいずれかであってもよく、また、前記波長選択性を有しない合波手段が、偏光ミラー、偏光プリズム、偏波面保存光カプラ等の偏光方向が直交する光を合波するものであってもよい。

また、前記各光源が、前記順番の端から中心に向かうほど、該光源のピーク波長での強度が大きくなるよう設定されていることが好ましい。

さらに、本発明の光断層画像化装置は、上記記載の光源装置と、前記光源装置から射出された光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、前記測定光が測定対象に照射されたときの該測定対象からの反射光と前記参照光とを合波する合波手段と、前記合波手段により合波された前記反射光と前記参照光との干渉光を検出する干渉光検出手段と、前記干渉光検出手段により検出された前記干渉光から前記測定対象の断層画像を取得する画像取得手段と、を備えたことを特徴とするものである。

本発明の光源装置では、まず、中心波長が異なる３つ以上の光源を、中心波長の長さの順番で、奇数番目の光源からなる第１群と偶数番目の光源からなる第２群とに群分けし、波長選択性を有する合波手段を用いて、同一群内の複数の光源の光を合波して、各群の光としてそれぞれ射出させるようにしている。すなわち、本発明の光源装置では、中心波長の長さの順番で隣り合わない光源の光を波長選択性を有する合波手段を用いて合波するようにしている。

一般に、波長選択性を有する合波手段は、波長に応じた透過および反射を利用して合波するものであり、高効率の合波が可能である。特に、合波する光の発光スペクトルが離れているほど波長選択性の活用が容易となり、高効率に合波しやすい。そこで、本発明のように、波長選択性を有する合波手段を用いて、中心波長の長さの順番で隣り合わない光源の光を合波すれば、順番の隣り合う光をそのまま合波する場合に比べて、合波する光の発光スペクトルが離れていることになり、高効率に合波できる。

上記波長選択性を有する合波手段による合波光の発光スペクトルは、高効率の合波であるがゆえに、その形状に合波前の各光源の発光スペクトルの影響が強く表れ、凹凸の大きな形状となることがある。そこで、本発明の光源装置では、上記のように合波されて第１群および前記第２群から射出した光を、波長選択性を有しない合波手段で合波するようにしている。その結果、最終的に得られる合波光の発光スペクトルは、例えば、中心波長の長さの順番で１、３、５、…番目の光源の発光スペクトルの凹部および凸部にそれぞれ、２、４、６、…番目の光源の発光スペクトルの凸部および凹部が重畳されて互いの凹凸が補完されてなだらかな形状に近づく。波長選択性を有しない合波手段は光量損失を伴うものが多いが、光量損失がある場合には、各光源の発光スペクトルの凹凸形状は急峻さが軽減され、最終的に得られる合波光の発光スペクトルはよりなだらかな形状となる。なお、本発明では、光量損失を伴う恐れのある波長選択性を有しない合波手段を用いるのは１回のみのため、従来のハーフミラーで全て合波するものに比べると高効率の合波となっている。

また、本発明では、所定の波長幅を有し中心波長が異なる３つ以上の複数の光源の光を合波しているため、最終的に得られる合波光の発光スペクトルは広帯域のものとなる。

ここで、前記各光源の発光スペクトルは単峰性であり、該発光スペクトルの半値全幅（ｗ）と前記順番で隣り合う前記光源同士のピーク波長の間隔（ｄ）が、１≦ｄ／ｗであれば、合波光の半値全幅が（個々の光源の半値全幅）×（光源の個数）以上となり、合波光は広い波長帯域を確保できる。また、ｄ／ｗ≦１．２であれば、後に詳述するようにこの合波光をフーリエ変換したもののサイドローブを−１０ｄＢ以下に抑えることができ、ＯＣＴ計測にこの光源装置を適用したときには、ノイズを低減でき、高分解能に光断層画像を取得することができる。

前記波長選択性を有する合波手段をダイクロイックミラー、ダイクロイックプリズムとすれば、安価で汎用的な部品を用いて光源装置を構成できる。前記波長選択性を有する合波手段を回折光学素子とすれば、安価に量産可能な部品を用いて光源装置を構成できる。前記波長選択性を有する合波手段をＷＤＭカプラとすれば、ミラー等を用いた空間での合波に比べ、環境変動に対して安定性に優れた光源装置を提供できる。

前記波長選択性を有しない合波手段をハーフミラー、ハーフプリズムとすれば、汎用的な部品を用いて安価に光源装置を構成できる。前記波長選択性を有しない合波手段を偏光ミラー、偏光プリズム等の偏光方向が直交する光を合波するものとすれば、合波する光の偏光方向を適切に設定することにより、高効率に合波できる。前記波長選択性を有しない合波手段を光カプラとすれば、ミラー等を用いた空間での合波に比べ、環境変動に対して安定性に優れた光源装置を提供できる。

特に、前記各光源が、前記順番の端から中心に向かうほど、該光源のピーク波長での強度が大きくなるよう設定すれば、合波光の発光スペクトル形状をガウス分布形状に近づけることができ、ＯＣＴ計測にこの光源装置を適用したときには、ノイズを低減でき、高分解能に光断層画像を取得することができる。

本発明の光断層画像化装置は、上記光源装置を備えているため、高効率に合波された広帯域でなだらかな形状の発光スペクトルの光を用いた計測が可能であり、高分解能に光断層画像を取得することができる。

以下、図面を参照して本発明の光源装置および該光源装置を備えた光断層画像化装置の実施形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、先に光断層画像化装置を説明し、その後、光源装置の詳細について説明する。図１は本発明の第１の実施形態による光断層画像化装置の構成を示す図である。光断層画像化装置１は、例えば体腔内の生体組織や細胞等の測定対象の断層画像をマイケルソン型干渉計を用いてＳＤ−ＯＣＴ計測により取得するものである。光断層画像化装置１は、光Ｌを射出する光源装置１０と、光源装置１０から射出された光Ｌを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割する光分割手段３と、光分割手段３により分割された参照光Ｌ２の光路長を調整する光路長調整手段２０と、光分割手段３により分割された測定光Ｌ１を測定対象Ｓまで導波するプローブ３０と、プローブ３０から測定光Ｌ１が測定対象Ｓに照射されたときの測定対象からの反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とを合波する合波手段４と、合波手段４により合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出する干渉光検出手段４０と、干渉光検出手段４０により検出された干渉光Ｌ４を周波数解析することにより測定対象Ｓの断層画像を取得する画像取得手段５０とを有している。

光源装置１０は、複数の光源と、これらの光源の光を合波する合波手段と、合波された光を光ファイバＦＢ１内に入射させるための光学系とを有している。光源装置１０の詳細な構成については後述する。本実施形態の光断層画像化装置１は、体腔内の生体部位を測定対象Ｓとして断層画像を取得するものであるので、光源装置１０の光源には、測定対象Ｓ内を透過するときの散乱・吸収による光の減衰を最小限に抑えることができるものが選択されている。

光分割手段３は、たとえば２×２の光カプラから構成されており、光源装置１０から光ファイバＦＢ１を介して導波した光Ｌを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２に分割する。光分割手段３は、２本の光ファイバＦＢ２、ＦＢ３にそれぞれ光学的に接続されており、測定光Ｌ１は光ファイバＦＢ２により導波され、参照光Ｌ２は光ファイバＦＢ３により導波される。なお、本実施形態における光分割手段３は、合波手段４としても機能するものである。

光ファイバＦＢ２にはプローブ３０が光学的に接続されており、測定光Ｌ１は光ファイバＦＢ２からプローブ３０へ導波される。プローブ３０は、たとえば鉗子口から鉗子チャンネルを介して体腔内に挿入されるものであって、光学コネクタＯＣにより光ファイバＦＢ２に対し着脱可能に取り付けられている。

一方、光ファイバＦＢ３における参照光Ｌ２の射出側には光路長調整手段２０が配置されている。光路長調整手段２０は、測定対象Ｓに対する測定開始位置を調整するために、参照光Ｌ２の光路長を変えるものであって、コリメータレンズ２１および反射ミラー２２を有している。そして、光ファイバＦＢ３から射出した参照光Ｌ２はコリメータレンズ２１を透過した後、反射ミラー２２により反射され、再びコリメータレンズ２１を介して光ファイバＦＢ３に入射される。

ここで、反射ミラー２２は可動ステージ２３上に配置されており、可動ステージ２３はミラー駆動手段２４により矢印Ａ方向に移動可能に設けられている。そして可動ステージ２３が矢印Ａ方向に移動することにより、参照光Ｌ２の光路長が変更するよう構成されている。

合波手段４は、２×２の光カプラからなり、光路長調整手段２０により光路長の変更が施された参照光Ｌ２と測定対象Ｓからの反射光Ｌ３とを合波し光ファイバＦＢ４を介して干渉光検出手段４０側に射出するように構成されている。

干渉光検出手段４０は、合波手段４により合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出するものであって、光ファイバＦＢ４から射出した干渉光Ｌ４を平行光化するコリメータレンズ４１と、複数の波長帯域を有する干渉光Ｌ４を各波長帯域に分光する分光手段４２と、分光手段４２により分光された各波長帯域の干渉光Ｌ４を光検出手段４４上に集光させる光学系４３と、光学系４３により集光された各波長帯域の干渉光Ｌ４を検出する光検出手段４４とを有している。

分光手段４２は例えば回折光学素子等から構成されており、そこに入射した干渉光Ｌ４を分光して、光検出手段４４に向けて射出する。また光検出手段４４は、例えば１次元もしくは２次元に光センサが配列されてなるＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）やフォトダイオード等の素子から構成され、各光センサが、上述のように分光された干渉光Ｌ４を波長帯域毎にそれぞれ検出する。

上記光検出手段４４は例えばパーソナルコンピュータ等のコンピュータシステムからなる画像取得手段５０に接続され、画像取得手段５０はＣＲＴや液晶表示装置等からなる表示装置６０に接続されている。画像取得手段５０は干渉光検出手段４０において検出された干渉光Ｌ４を周波数解析することにより、深さ位置における反射情報を取得する。そして、画像取得手段５０は、各深さ位置における反射光Ｌ３の強度を用いて測定対象Ｓの断層画像を取得し、この断層画像が表示装置６０において表示される。

ここで、干渉光検出手段４０および画像取得手段５０における干渉光Ｌ４の検出および画像の生成について簡単に説明する。なお、この点の詳細については「武田 光夫、「光周波数走査スペクトル干渉顕微鏡」、光技術コンタクト、２００３、Ｖｏｌ４１、Ｎｏ７、ｐ４２６−ｐ４３２」に詳しい記載がなされている。

測定光Ｌ１が測定対象Ｓに照射されたとき、測定対象Ｓの各深さからの反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とがいろいろな光路長差をもって干渉しあう際の各光路長差ｌに対する干渉縞の光強度をＳ（ｌ）とすると、干渉光検出手段４０において検出される光強度Ｉ（ｋ）は、
Ｉ（ｋ）＝∫_０ ^∞Ｓ（ｌ）［１＋ｃｏｓ（ｋｌ）］ｄｌ ・・・（１）
で表される。ここで、ｋは波数、ｌは光路長差である。式（１）は波数ｋを変数とする光周波数領域のインターフェログラムとして与えられていると考えることができる。このため、画像取得手段５０において、干渉光検出手段４０が検出した干渉光をフーリエ変換にかけて周波数解析を行い、干渉光Ｌ４の光強度Ｓ（ｌ）を決定することにより、測定対象Ｓの各深さ位置における反射情報を取得し、断層画像を生成することができる。そして、生成された断層画像は、表示装置６０において表示される。

次に、上記構成を有する光断層画像化装置１の動作例について説明する。まず、可動ステージ２３が矢印Ａ方向に移動することにより、測定可能領域内に測定対象Ｓが位置するように光路長の調整が行われる。その後、光源装置１０から光Ｌが射出され、光Ｌは光分割手段３により測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割される。測定光Ｌ１はプローブ３０により体腔内に導波され測定対象Ｓに照射される。そして、測定対象Ｓからの反射光Ｌ３が反射ミラー２２において反射した参照光Ｌ２と合波手段４により合波され、反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４が干渉光検出手段４０により検出される。この検出された干渉光Ｌ４の信号が画像取得手段５０において周波数解析されることにより断層画像が取得される。このように、ＳＤ−ＯＣＴ計測により断層画像を取得する光断層画像化装置１においては、干渉光Ｌ４の周波数および光強度に基づいて各深さ位置における画像情報を取得するようになっており、反射ミラー２２の矢印Ａ方向の移動は測定対象の深さ方向について断層画像信号を得る位置の調整に用いられる。

そして、例えばプローブ３０を回転させることにより、測定対象Ｓに対して測定光Ｌ１を１次元方向に走査させれば、この走査方向に沿った各部分において測定対象Ｓの深さ方向の情報が得られるので、この走査方向を含む断層面についての断層画像を取得することができる。なお、測定対象Ｓに対して測定光Ｌ１を、上記走査方向に対して直交する第２の方向に走査させることにより、この第２の方向を含む断層面についての断層画像をさらに取得することも可能である。

以下に、本実施形態の光源装置１０について詳述する。図２に光源装置１０の一例の構成を示す。図２に示す光源装置１０は、４つの光源ＳＬＤ１、ＳＬＤ２、ＳＬＤ３、ＳＬＤ４と、２つのダイクロイックミラーＤＭ１、ＤＭ２と、１つのハーフミラーＨＭと、光学系１２とを有する。

光源ＳＬＤ１〜ＳＬＤ４は、低コヒーレント光源であり、それぞれ中心波長が異なるＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）である。図３に各ＳＬＤの発光スペクトルを示す。図３に示すように、光源ＳＬＤ１、ＳＬＤ２、ＳＬＤ３、ＳＬＤ４は、単峰性でガウス分布形状の発光スペクトルを有し、この順に中心波長が等間隔で長くなっている。また、各光源のピーク波長での強度は、中心波長の長さの順番の端から中心に向かうほど大きくなるように設定されている。具体的には、光源ＳＬＤ１、ＳＬＤ４のピーク波長での強度は光源ＳＬＤ２、ＳＬＤ３のピーク波長での強度の０．８倍である。

ダイクロイックミラーＤＭ１、ＤＭ２は、所定の波長の光を反射し、それ以外の光を透過させることから波長選択性を有する合波手段として機能する。図３にダイクロイックミラーＤＭ１、ＤＭ２の反射率の波長特性を破線で示す。ダイクロイックミラーＤＭ１、ＤＭ２のカットオフ波長はそれぞれ、光源ＳＬＤ１のピーク波長と光源ＳＬＤ３のピーク波長の中間の波長、光源ＳＬＤ２のピーク波長と光源ＳＬＤ４のピーク波長の中間の波長に設定されている。なお、図３では、発光スペクトルと反射率の波長特性を合わせて示しているが、この図示は定性的なものであり、左の縦軸の強度の目盛と右の縦軸の反射率の目盛は異なる。

ハーフミラーＨＭは、波長に関係なく透過率および反射率が約５０％であることから波長選択性をもたない合波手段として機能する。

図２に示す光源装置１０において、中心波長の長さの順番で奇数番目の光源ＳＬＤ１、ＳＬＤ３は射出方向が直角に交わるように配置され、それらの射出光の交点にはダイクロイックミラーＤＭ１が各射出光と４５度の角度をなすよう配置されている。図３に示すダイクロイックミラーＤＭ１の４５度入射光に対する反射率特性により、光源ＳＬＤ１の射出光はダイクロイックミラーＤＭ１を透過し、光源ＳＬＤ３の射出光はダイクロイックミラーＤＭ１により反射されて９０度進路を曲げられ、両者は合波されて同一光軸上を進行しハーフミラーＨＭに入射する。

また、中心波長の長さの順番で偶数番目の光源ＳＬＤ２、ＳＬＤ４もまた射出方向が直角に交わるように配置され、それらの射出光の交点にはダイクロイックミラーＤＭ２が各射出光と４５度の角度をなすよう配置されている。図３に示すダイクロイックミラーＤＭ２の反射率特性により、光源ＳＬＤ２の射出光はダイクロイックミラーＤＭ２を透過し、光源ＳＬＤ４の射出光はダイクロイックミラーＤＭ２により反射されて９０度進路を曲げられ、両者は合波されて同一光軸上を進行しハーフミラーＨＭに入射する。

そして、ダイクロイックミラーＤＭ１による合波光とダイクロイックミラーＤＭ２による合波光は直角に交わるように配置され、それらの交点にはハーフミラーＨＭが各合波光と４５度の角度をなすよう配置されている。ダイクロイックミラーＤＭ１による合波光のうち５０％の光はハーフミラーＨＭを透過し、ダイクロイックミラーＤＭ２による合波光のうち５０％の光はハーフミラーＨＭにより反射されて９０度進路を曲げられ、両者は合波されて同一光軸上を進行し、光学系１２により集光されて、光ファイバＦＢ１に入射する。

上述のように、光源装置１０では、４つの光源を、光源ＳＬＤ１およびＳＬＤ３からなる第１群と、光源ＳＬＤ２およびＳＬＤ４からなる第２群とに群分けし、中心波長の長さの順番で隣り合わない光源を同一群として、同一群内の光源の光をダイクロイックミラーで合波している。そして、異なる群から射出した光をハーフミラーＨＭで合波するようにしている
図４に、光源ＳＬＤ１、ＳＬＤ３の発光スペクトルを破線で、これらのダイクロイックミラーＤＭ１による合波光の発光スペクトルを実線で示す。また、図５に、光源ＳＬＤ２、ＳＬＤ４の発光スペクトルを破線で、これらのダイクロイックミラーＤＭ２による合波光の発光スペクトルを実線で示す。図４および図５に示すように、ダイクロイックミラーＤＭ１、ＤＭ２による合波は、光量損失が少なく、各合波光の発光スペクトルは、中央に深い凹みをもった形状となる。

図４に示す合波光と図５に示す合波光をハーフミラーＨＭで合波して最終的に得られる合波光の発光スペクトルを図６（Ａ）に実線で示す。最終的に得られる合波光の発光スペクトルは、図６（Ａ）に示すように、ダイクロイックミラーＤＭ１、ＤＭ２による合波光の発光スペクトルの中央の凹みが互いに補完され合って凹凸の少ないものとなり、なだらかで平坦な形状となる。図６（Ａ）には、破線を用いて４つの光源ＳＬＤ１〜ＳＬＤ４の発光スペクトルも合わせて示している。なお、図６（Ａ）の横軸は波数であり、その目盛は等間隔ではない。図６（Ａ）に示す合波光の発光スペクトルに対して波数空間から位置空間へのフーリエ変換を行ったものを図６（Ｂ）に示すが、これには、図２６（Ｂ）に示す従来のダイクロイックミラーによる合波で見られるようなサイドローブは現れない。

図６は定性的な図示であるが、以下、数値計算例を示しながら、図２に示す本実施形態による合波と、図２３に示す従来のダイクロイックミラーによる合波（以下、ダイクロイックミラー合波と称する）と、図２７に示す従来のハーフミラーによる合波（以下、ハーフミラー合波と称する）とを詳細に比較する。

図７に、本実施形態による合波、ダイクロイックミラー合波、ハーフミラー合波で最終的に得られる各合波光の発光スペクトルの数値計算例をそれぞれＩ、ＤＭ、ＨＭを付して示す。ただし、各場合とも、前述の本実施形態と同じ４つの光源ＳＬＤ１〜ＳＬＤ４を用い、各光源の半値全幅ｗ＝１０ｎｍ、中心波長の長さの順番で隣り合う光源同士のピーク波長の間隔ｄ＝１０ｎｍとしている。

実際のＳＤ−ＯＣＴ計測では、測定光の発光スペクトルに基づく信号にＯＣＴ干渉信号が重畳した信号をフーリエ変換する。そこで、図８〜図１０に、図７の各合波光のスペクトル信号にＯＣＴ干渉信号が重畳した干渉信号とその干渉信号をフーリエ変換したＦＴ信号を示す。図８、図９、図１０がそれぞれ、本実施形態、ダイクロイックミラー合波、ハーフミラー合波によるものであり、各図とも、（Ａ）が干渉信号、（Ｂ）がＦＴ信号である。

図７〜図１０を見てわかるように、ダイクロイックミラー合波の発光スペクトルは凹凸の格差が大きい形状なのに対し、本実施形態による合波の発光スペクトルはハーフミラー合波とほぼ同様になだらかで平坦な形状を有する。その結果、ダイクロイックミラー合波のＦＴ信号には大きなサイドローブが現れるのに対し、本実施形態による合波のＦＴ信号にはハーフミラー合波のＦＴ信号とほぼ同程度の小さなサイドローブしか見られない。

上述したように、サイドローブは、見かけ上はある深さ位置に反射界面が存在することを示す成分と同じとなるため、反射情報に対するノイズとなる。つまり、サイドローブは、信号を不明瞭にさせ、分解能の低下を招くため、小さい方が好ましい。本実施形態による合波で見られるサイドローブは、ダイクロイックミラー合波のものよりもかなり小さく、本実施形態の方がダイクロイックミラー合波よりも高分解能の画像が期待できることがわかる。

また、図７〜図１０によれば、本実施形態による合波光の強度は、ハーフミラー合波のものの約２倍となる。これは、図２７に示すハーフミラー合波では各光源からの光は光量ロスの大きいハーフミラーを２回通過しているのに対し、本実施形態ではハーフミラーを１回しか通過しないようにしているからである。よって、図２７に示すハーフミラー合波のように全てハーフミラーで合波する光源装置に対して、本実施形態のようにハーフミラーによる合波を１回のみにしたものでは、合波に用いる光源の数が増加するほど、最終的に得られる合波光の強度の比は大きくなる。

なお、合波光の発光スペクトルは、合波に用いる光源のピーク波長の間隔ｄや各光源の半値全幅ｗと関係する。以下、本実施形態による合波、ダイクロイックミラー合波、ハーフミラー合波を比較しながら、光断層画像化装置の光源装置に好適なピーク波長の間隔ｄ、半値全幅ｗの条件を考察する。以下の考察で用いる光源は、上述の４つの光源ＳＬＤ１〜ＳＬＤ４と同じとするが、簡単のため、強度のみ上述のものと異なり、各光源のピーク波長での強度は全て同じとする。

まず、光断層画像化装置の分解能に大きく影響する合波光の発光スペクトルの波長幅について考察する。合波光の波長幅は個々の光源のピーク波長の間隔の増加とともに単調増加する。図１１に、本実施形態による合波、ダイクロイックミラー合波、ハーフミラー合波で最終的に得られる各合波光の半値全幅をそれぞれＩ、ＤＭ、ＨＭを付して示す。なお、図１１の横軸はｄ／ｗであり、縦軸の単位はｗである。

合波光の半値全幅としては、（個々の光源の半値全幅）×（光源の数）、すなわち、光源が４つの場合は４×ｗ程度以上が得られることが望ましく、そのためには図１１よりｄ／ｗ≧１が条件となる。なお、この条件式ｄ／ｗ≧１は光源の数によらない。

次に、光断層画像化装置の信号取得時のノイズに影響する発光スペクトルの形状について考察する。前述のように、発光スペクトルが凹凸をもつ形状の場合、そのフーリエ変換はサイドローブを伴うものとなり、光断層画像化装置において解像度やＳ／Ｎを低下させる要因となる。サイドローブの大きさは発光スペクトルの凹凸の深さに比例するので、発光スペクトルはできるだけなだらかな形状が望ましい。すなわち、合波光の発光スペクトルにおいて、そのピークとボトムの格差は小さいことが望ましく、ピークでの強度とボトムでの強度の比（以下ｐ−ｖ比という）が１に近いことが望ましい。

各場合についてｐ−ｖ比を求める。まず、従来のハーフミラー合波では、合波光の発光スペクトルは下式のようになる。

上式では、合波に用いる光源の数をＮ、ＨＭの分割比を５０％としている。図１２にハーフミラー合波による合波光、合波に用いる各光源の発光スペクトルをそれぞれ実線、破線で示す。ハーフミラー合波では、合波光の発光スペクトルのピークとボトムはほぼ各光源のピーク波長（図１２のＡで示す波長）かその中点（図１２のＢで示す波長）に現れるので、上記式よりその波長でのｐ−ｖ比を求める。

一方、ダイクロイックミラー合波では、合波光のピークでの強度とボトムでの強度は、より単純に、それぞれ各ピーク波長での強度とクロスオーバー点での強度に等しく、これらよりｐ−ｖ比を求める。

図１３に、本実施形態による合波、ダイクロイックミラー合波、ハーフミラー合波で最終的に得られる各合波光のｐ−ｖ比をそれぞれＩ、ＤＭ、ＨＭを付して、横軸をｄ／ｗにとり示す。図１３から、同じｄ／ｗの値では、ダイクロイックミラー合波に比べて、本実施形態およびハーフミラー合波の方が凹凸が半分程度に抑えられていることがわかる。ハーフミラー合波でｐ−ｖ比が１より大きい場合は、凹凸は現れず全体として単峰の発光スペクトルとなる。本実施形態ではｄ／ｗ＞１においてはほぼハーフミラー合波と等しい発光スペクトル形状となるが、ｄ／ｗ＜１においては凹凸形状が反転する場合がある。

ＳＤ−ＯＣＴ装置では、測定光のスペクトル信号にＯＣＴ干渉信号が重畳した干渉信号をフーリエ変換することで、空間の情報を得ている。そこで、本実施形態による合波光の発光スペクトルについてもフーリエ変換を行い、その主要部を図１４に示す。実際は干渉信号の周波数のサイドローブが問題となるが、干渉信号はほぼ均一に重畳するので、演算処理を行うことによりその影響を排除でき、実質的に問題となるサイドローブはＤＣ成分の周辺のサイドローブと考えればよい。図１４ではＤＣ成分の周辺についてｄ／ｗ＝０．８、１．０、１．２、１．４、１．５の各場合について示している。ｄ／ｗが大きくなるに従いサイドローブも大きくなっているのが分かる。さらに各場合の最も大きなサイドローブの強度比をｄ／ｗを変数にとりグラフ化すると、図１５に示すようになる。図１５から、サイドローブを−１０ｄＢ以下に抑えるにはｄ／ｗ≦１．２が条件となることがわかる。

次に、本発明の第２の実施形態による光源装置２１０について説明する。図１６に光源装置２１０の構成を示す。第２の実施形態の光源装置２１０は、図２に示す第１の実施形態の光源装置１０のハーフミラーＨＭを、偏光方向が直交する光を合波する偏光ミラーＰＭに置換し、この偏光ミラーＰＭに合わせて偏光方向を設定して各光源からの光を合波したものである。

偏光ミラーＰＭは、プレート型の偏光ビームスプリッターであり、クロム等の金属薄膜、あるいは誘電体多層膜をコーティングした面をもち、光源の光の波長帯域では波長に関係なく所定方向の偏光方向の光を透過させ、それに直交する偏光方向の光を反射することから、ここでは波長選択性をもたない合波手段として機能する。

図１６に示す光源装置２１０において、光源ＳＬＤ１、ＳＬＤ３は射出方向が直角に交わるように配置され、それらの射出光の交点にはダイクロイックミラーＤＭ１が各射出光と４５度の角度をなすよう配置されている。また、光源ＳＬＤ１、ＳＬＤ３の射出光はＰ偏光となるように設定されている。図３に示すダイクロイックミラーＤＭ１の反射率特性により、光源ＳＬＤ１の射出光はダイクロイックミラーＤＭ１を透過し、光源ＳＬＤ３の射出光はダイクロイックミラーＤＭ１により反射されて９０度進路を曲げられ、両者は合波されて同一光軸上を進行し偏光ミラーＰＭに入射する。

また、光源ＳＬＤ２、ＳＬＤ４もまた射出方向が直角に交わるように配置され、それらの射出光の交点にはダイクロイックミラーＤＭ２が各射出光と４５度の角度をなすよう配置されている。また、光源ＳＬＤ１、ＳＬＤ３の射出光はＳ偏光となるように設定されている。図３に示すダイクロイックミラーＤＭ２の反射率特性により、光源ＳＬＤ２の射出光はダイクロイックミラーＤＭ２を透過し、光源ＳＬＤ４の射出光はダイクロイックミラーＤＭ２により反射されて９０度進路を曲げられ、両者は合波されて同一光軸上を進行し偏光ミラーＰＭに入射する。

そして、ダイクロイックミラーＤＭ１によるＰ偏光の合波光とダイクロイックミラーＤＭ２によるＳ偏光の合波光は直角に交わるように配置され、それらの交点には偏光ミラーＰＭが各合波光と４５度の角度をなすよう配置されている。ダイクロイックミラーＤＭ１による合波光は偏光ミラーＰＭを透過し、ダイクロイックミラーＤＭ２による合波光は偏光ミラーＰＭにより反射されて９０度進路を曲げられ、両者は合波されて同一光軸上を進行し、光学系１２により集光されて、光ファイバＦＢ１に入射する。

偏光ミラーＰＭでの合波はほぼ光量損失がないため、本実施形態の光源装置２１０で最終的に得られる合波光の強度は、図２の第１の実施形態の光源装置１０のものの約２倍となる。本実施形態で最終的に得られる合波光はＰ偏光とＳ偏光が混在したものとなるが、直線偏光が要求されない場合は、本実施形態のように偏光を利用すれば、高効率に合波できる。

なお、本実施形態において、偏光ミラーをキューブ型の偏光ビームスプリッターである偏光プリズムに置換することも可能である。偏光プリズムは、直角プリズムの斜面にクロム等の金属薄膜、あるいは誘電体多層膜をコーティングしたものを接着したプリズムで、入射面に垂直に入射した光をこの斜面で反射光と透過光とに分割する。

次に、本発明の第３の実施形態による光源装置３１０について説明する。図１７に光源装置３１０の構成を示す。第３の実施形態の光源装置３１０は基本的に、図２に示す第１の実施形態の光源装置１０のダイクロイックミラーＤＭ１、ＤＭ２、ハーフミラーＨＭをそれぞれ、ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）カプラＷＤＭＣ１、ＷＤＭＣ２、光カプラＣに置換し、光路を光ファイバにしたものである。

ＷＤＭカプラＷＤＭＣ１、ＷＤＭＣ２は、所定のポートから入射された所定の波長の光を所定のポートへ射出させることから波長選択性を有する合波手段として機能する。光カプラＣは、所定のポートから入射された光を波長に関係なく所定の割合で分波することから波長選択性をもたない合波手段として機能する。本実施形態の光カプラＣは５０％：５０％の割合の分波機能をもつものである。

図１７に示す光源装置３１０において、光源ＳＬＤ１、ＳＬＤ３からの射出光はそれぞれ光学系１３ａ、１３ｂにより集光されて光ファイバＦＢ１１、ＦＢ１３に入射し、各光ファイバを導波路として進行してＷＤＭカプラＷＤＭＣ１に入射し、ＷＤＭカプラＷＤＭＣ１により合波された後、光ファイバＦＢ１５を導波路として進行して光カプラＣに入射する。また、光源ＳＬＤ２、ＳＬＤ４からの射出光はそれぞれ光学系１３ｃ、１３ｄにより集光されて光ファイバＦＢ１２、ＦＢ１４に入射し、各光ファイバを導波路としてＷＤＭカプラＷＤＭＣ２に入射し、ＷＤＭカプラＷＤＭＣ２により合波された後、光ファイバＦＢ１６を導波路として光カプラＣに入射する。そして、ＷＤＭカプラＷＤＭＣ１による合波光とＷＤＭカプラＷＤＭＣ２による合波光は光カプラＣにより合波されて、その後は光ファイバＦＢ１に入射する。

本実施形態の光源装置もまた、第１の実施形態のものと同様の効果が得られる。第１および第２の実施形態では空間での合波を例としてきたが、本実施形態ではカプラを用いることで、光源からの出力光を光ファイバに入力させた状態で合波させている。これにより、本実施形態では、第１および第２の実施形態に比べて環境変動に対して安定性が優れているという効果がさらに得られる。

次に、本発明の第４の実施形態による光源装置４１０について説明する。図１８に光源装置４１０の構成を示す。光源装置４１０を図１７に示す光源装置３１０と比較すると、光源装置４１０は、偏波面コントローラ４１１、４１２、４１３がさらに設けられ、光源装置３１０の光カプラＣを偏波面保存光カプラＰＣに置換して、偏光方向が直交する光を合波するようにした点が基本的に異なる。

偏波面コントローラ４１１、４１２、４１３はそれぞれ、光ファイバＦＢ１１、ＦＢ１２、ＦＢ１５を伝播する光の偏光状態を任意の状態に変換できるものである。偏波面保存光カプラＰＣは、入射された光の偏光状態を保存したまま合波または分波する機能を有し、偏光方向が直交する光を合波するものである。偏波面保存光カプラＰＣとしては、例えばＰＡＮＤＡ−ＰＢＳ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ −ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ ＡＮＤ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ−ｒｅｄｕｃｉｎｇ − Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）を用いることができる。

図１８に示す光源装置４１０において、光源ＳＬＤ１、ＳＬＤ３からの射出光はそれぞれ光学系１３ａ、１３ｂにより集光されて光ファイバＦＢ１１、ＦＢ１３に入射し、各光ファイバを導波路として進行してＷＤＭカプラＷＤＭＣ１に入射して合波される。このとき、光源ＳＬＤ１からの光の偏光方向が光源ＳＬＤ３からの光の偏光方向と一致するように、偏波面コントローラ４１１を駆動させて光源ＳＬＤ１からの光の偏光方向を設定して、合波させる。

光源ＳＬＤ２、ＳＬＤ４からの射出光についても同様に、これらの光はそれぞれ光学系１３ａ、１３ｂにより集光されて光ファイバＦＢ１２、ＦＢ１４に入射し、各光ファイバを導波路として進行してＷＤＭカプラＷＤＭＣ２に入射して合波される。このとき、光源ＳＬＤ２からの光の偏光方向が光源ＳＬＤ４からの光の偏光方向と一致するように、偏波面コントローラ４１２を駆動させて光源ＳＬＤ２からの光の偏光方向を設定して、合波させる。

次に、ＷＤＭカプラＷＤＭＣ１による合波光とＷＤＭカプラＷＤＭＣ２による合波光はそれぞれ光ファイバＦＢ１５、ＦＢ１６を導波路として進行して偏波面保存光カプラＰＣに入射し、偏波面保存光カプラＰＣにより合波される。このとき、ＷＤＭカプラＷＤＭＣ１による合波光の偏光方向がＷＤＭカプラＷＤＭＣ２による合波光の偏光方向と直交するように、偏波面コントローラ４１３を駆動させてＷＤＭカプラＷＤＭＣ１による合波光の偏光方向を設定して、合波させる。偏波面保存光カプラＰＣでは、入射光の偏光方向が保存されるので、合波後の光は偏光方向が直交する２つの成分の光を含んだものとなる。

図１９に、光源装置４１０をマッハツェンダー型干渉計を用いたＳＤ−ＯＣＴ計測による光断層画像化装置１００に適用したときの構成例を示す。なお、図１９に示す光断層画像化装置１００において、図１の光断層画像化装置１と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。

光断層画像化装置１００では、光源装置４１０から光ファイバＦＢ１により導波された光は、光分割手段３により測定光Ｌ１と参照光Ｌ２に分割される。参照光Ｌ２は、光ファイバＦＢ３により導波されてサーキュレータ６を経由して光ファイバＦＢ３１により導波されて光路長調整手段２０に入射する。光路長調整手段２０により光路長の変更が施された参照光Ｌ２は、光ファイバＦＢ３１により導波されてサーキュレータ６を経由して光ファイバＦＢ３２により導波されて、合波手段４に入射する。ここで、参照光Ｌ２側の光路には、光ファイバＦＢ３２を伝播する光の偏光方向を設定するための偏波面コントローラ４１４が設けられている。

一方、光分割手段３により分割された測定光Ｌ１は、光ファイバＦＢ２により導波されてサーキュレータ７を経由して光ファイバＦＢ２１により導波されて光学コネクタＯＣを経由してプローブ３０に入射する。測定対象Ｓからの反射光Ｌ３は、プローブ３０出射後、光ファイバＦＢ２１により導波されてサーキュレータ７を経由して光ファイバＦＢ２２により導波されて、合波手段４に入射する。

このとき、各光源の光ごとに、参照光Ｌ２の偏光方向が反射光Ｌ３の偏光方向と略同一になるように、偏波面コントローラ４１４を駆動させて参照光Ｌ２の偏光方向を設定して、反射光Ｌ３と参照光Ｌ２を合波させて干渉光Ｌ４を得る。

以上説明した本実施形態の光源装置４１０によれば、第３の実施形態の光源装置３１０と同様の効果が得られる。さらに、光源装置３１０の５０％：５０％の割合で合分波する光カプラＣの代わりに、本実施形態の光源装置４１０では偏波面保存光カプラＰＣを用いているため、高効率に合波できる。

なお、上記光源装置４１０で用いる光ファイバとしては、光ファイバの伝搬距離が短く大きな応力がかからなければシングルモードファイバを用いることができるが、偏光状態の保存が可能な偏波面保存光ファイバを用いる方がより好ましい。光源装置４１０の全ての光ファイバをシングルモードファイバにして、かつ偏光状態を厳密に制御したい場合は、光ファイバＦＢ１３、ＦＢ１４、ＦＢ１６を伝播する光の偏光方向を設定するための偏波面コントローラをさらに設けることが好ましい。あるいは、光源装置４１０の全ての光ファイバを偏波面保存光ファイバとして、全光源からの出射光の偏光方向、偏波面保存光ファイバの偏光軸の方向、偏波面保存光カプラＰＣの偏光軸の方向とを設定しておくことにより、全く偏波面コントローラを用いない構成も可能である。偏波面保存光ファイバとしては、例えば、ＰＡＮＤＡ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ −ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ ＡＮＤ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ−ｒｅｄｕｃｉｎｇ）ファイバや、コアの形状を非軸対称にした楕円コアファイバ等を用いることができる。

次に、本発明の第５の実施形態による光源装置５１０について図２０を参照しながら説明する。図２０に光源装置５１０の構成を示す。光源装置５１０は、図１７に示す光源装置３１０を基本にして合波に用いる光源数を増加させたものであり、ＷＤＭカプラおよび光カプラを用いて７つの光源ＳＬＤ１〜ＳＬＤ７の光を合波するものである。光源ＳＬＤ１〜ＳＬＤ７は、低コヒーレント光源であり、それぞれ中心波長が異なるＳＬＤであり、単峰性でガウス分布形状の発光スペクトルを有し、この順に中心波長が等間隔で長くなっている。また、各光源のピーク波長での強度は、中心波長の長さの順番の端から中心に向かうほど大きくなるように設定されている。

図２０に示す光源装置５１０において、光源ＳＬＤ１、ＳＬＤ３、ＳＬＤ５、ＳＬＤ３７からの射出光はそれぞれ光学系１３ａ、１３ｂ、１３ｅ、１３ｆにより集光されて光ファイバＦＢ１１、ＦＢ１３、ＦＢ１５、ＦＢ１７に入射し、各光ファイバを導波路として進行して４×１のＷＤＭカプラであるＷＤＭカプラＷＤＭＣ３に入射して合波されて、光ファイバＦＢ１８を導波路として進行して光カプラＣに入射する。

また、光源ＳＬＤ２、ＳＬＤ４からの射出光はそれぞれ光学系１３ｃ、１３ｄにより集光されて光ファイバＦＢ１２、ＦＢ１４に入射し、各光ファイバを導波路としてＷＤＭカプラＷＤＭＣ２に入射して合波され、合波光は光ファイバＦＢ１９を導波路として進行してＷＤＭカプラＷＤＭＣ４に入射する。光源ＳＬＤ６からの射出光は光学系１３ｇにより集光されて光ファイバＦＢ１６に入射して導波されてＷＤＭカプラＷＤＭＣ４に入射する。そして、ＷＤＭカプラＷＤＭＣ２による合波光と光源ＳＬＤ６からの射出光はＷＤＭカプラＷＤＭＣ４で合波された後、光ファイバＦＢ２０を導波路として進行して光カプラＣに入射する。光カプラＣにおいて、ＷＤＭカプラＷＤＭＣ３による合波光とＷＤＭカプラＷＤＭＣ４による合波光は合波されて、その後は光ファイバＦＢ１に入射する。

上記の第５の実施形態のように、多数の光源からの光を合波する場合でも、ｎ×１（ｎは２以上の整数）のＷＤＭカプラを用いたり、ＷＤＭカプラを多用することで本発明を適用して任意の数の光源の光を合波することができる。

なお、合波手段は上述の第１〜第５の実施形態のものに限定されない。上述のもの以外に、波長選択性を有する合波手段としてはダイクロイックプリズムや回折光学素子を用いてもよく、波長選択性を有しない合波手段としてはハーフプリズムを用いてもよい。波長選択性を有する合波手段と波長選択性を有しない合波手段の組み合わせも、上述の実施形態のものに限定されず、任意の組み合わせが可能である。また、第２〜第５の実施形態の光源装置２１０、３１０、４１０、５１０および上記の合波手段を用いた光源装置は、第１の実施形態の光源装置１０同様、光断層画像化装置１に適用可能である。

以上ではＳＤ−ＯＣＴ計測による光断層画像化装置について説明したが、上述の光源装置はＴＤ−ＯＣＴ計測による光断層画像化装置にも適用可能である。ＴＤ−ＯＣＴ計測による光断層画像化装置の一例の構成を図２１に示す。なお、図２１に示す光断層画像化装置２において、図１の光断層画像化装置１と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。

光断層画像化装置２はいわゆるＴＤ−ＯＣＴ計測を行うことにより断層画像を取得するものであって、光路長調整手段２０は、測定対象Ｓ内の測定位置を深さ方向に変化させるために、参照光Ｌ２の光路長を変える機能を有している。さらに、参照光Ｌ２の光路中（光ファイバＦＢ３）に位相変調器２５が配置されており、参照光Ｌ２に対しわずかな周波数シフトを与える機能を有している。そして、光路長調整手段２０および位相変調器２５により光路長の変更および周波数シフトがなされた参照光Ｌ２が合波手段４に導波される。

光断層画像化装置２における干渉光検出手段２４０は、たとえばヘテロダイン検波により、合波手段４により合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４の光強度を検出する。具体的には、測定光Ｌ１の光路長と測定対象Ｓのある点で反射、もしくは後方散乱された反射光Ｌ３の光路長の合計と、参照光Ｌ２の光路長との差が、光源装置から出射される光のコヒーレンス長よりも短い場合にのみ、反射光量に比例した振幅の干渉信号が検出される。光路長調整手段２０により光路長が変更されていくにつれて、測定対象Ｓの測定位置（深さ）が変わっていき、干渉光検出手段２４０は各測定位置における反射率信号を検出する。なお、測定位置の情報は光路長調整手段２０から画像取得手段５０へ出力されるようになっている。このミラー移動手段２４における測定位置の情報と干渉光検出手段２４０により検出された信号とに基づいて、画像取得手段５０により測定対象Ｓの深さ方向の反射光強度分布情報が得られる。

なお、図２１に示す光断層画像化装置２においては、干渉光Ｌ４を光分割手段３で二分した光を光検出器４０ａと光検出器４０ｂとに導き、演算手段２４１においてバランス検波を行う機構を有している。この機構により、光強度ゆらぎの影響を抑え、より鮮明な画像を得ることが出来る。

なお、図２１では光源装置１０を例示しているが、第２〜第５の実施形態の光源装置２１０、３１０、４１０、５１０および上記で使用可能として説明した合波手段を用いた光源装置を、光源装置１０の代わりに光断層画像化装置２に適用することも可能である。

なお、本発明は上記形態に限定されない。たとえば、上記ではピーク波長間隔が等間隔の光源を合波する場合について例示したが、必ずしも等間隔でなくてもよい。また、図２２に例示するように、発光スペクトルが異なる形状の３つの光源１、２、３からの光を合波するときに本発明を適用することも可能である。さらにまた、合波に用いる光源の数は上記実施形態のもの限定されず、３つ以上であればよく、任意に設定可能である。

本発明の第１の実施形態による光断層画像化装置の概略構成図 図１の光断層画像化装置における光源装置の一例の構成図 図２の光源装置における各光源の発光スペクトルとダイクロイックミラーの反射率特性を示す図 図２の光源装置における２つの光源とそれらの合波光の発光スペクトルを示す図 図２の光源装置における２つの光源とそれらの合波光の発光スペクトルを示す図 図６（Ａ）は図２の光源装置における各光源とそれらの合波光の発光スペクトルを示す図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）に示す合波光の発光スペクトルをフーリエ変換したものを示す図 図２の光源装置の合波光と従来例の合波光の発光スペクトルを示す図 図８（Ａ）は図２の光源装置を用いて得られる干渉信号、図８（Ｂ）は図８（Ａ）の干渉信号をフーリエ変換したＦＴ信号 図９（Ａ）は従来のダイクロイックミラー合波を用いて得られる干渉信号、図９（Ｂ）は図９（Ａ）の干渉信号をフーリエ変換したＦＴ信号 図１０（Ａ）は従来のハーフミラー合波を用いて得られる干渉信号、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）の干渉信号をフーリエ変換したＦＴ信号 図２の光源装置の合波光と従来例の合波光の半値全幅を示す図 合波光の発光スペクトルのピークとボトム等を示す図 図２の光源装置の合波光と従来例の合波光のｐ−ｖ比を示す図 図２の光源装置を用いて得られる発光スペクトルをフーリエ変換したものの一部を示す図 図１４に示すサイドローブの強度比 本発明の第２の実施形態による光源装置の構成図 本発明の第３の実施形態による光源装置の構成図 本発明の第４の実施形態による光源装置の構成図 本発明の別の実施形態による光断層画像化装置の概略構成図 本発明の第４の実施形態による光源装置の構成図 本発明の別の実施形態による光断層画像化装置の概略構成図 本発明を適用可能な光源の発光スペクトルの例を示す図 従来の光源装置の構成図 図２３の光源装置における各光源の発光スペクトルとダイクロイックミラーの反射率特性を示す図 図２３の光源装置における合波光の発光スペクトルを示す図 図２６（Ａ）は図２３の光源装置の各光源とそれらの合波光の発光スペクトルを示す図、図２６（Ｂ）は図２６（Ａ）に示す合波光の発光スペクトルをフーリエ変換したものを示す図 従来の光源装置の構成図 図２８（Ａ）は図２７の光源装置の各光源とそれらの合波光の発光スペクトルを示す図、図２８（Ｂ）は図２８（Ａ）に示す合波光の発光スペクトルをフーリエ変換したものを示す図

符号の説明

１、２、１００ 光断層画像化装置
３ 光分割手段
４ 合波手段
５ 光カプラ
１０、２１０、３１０、４１０、５１０ 光源装置
１２ 光学系
２０ 光路長調整手段
２１ コリメータレンズ
２２ 反射ミラー
２３ 可動ステージ
２４ ミラー駆動手段
２５ 位相変調器
３０ プローブ
４０、２４０ 干渉光検出手段
４０ａ、４０ｂ 検出器
４１ コリメータレンズ
４２ 分光手段
４４ 光検出手段
５０ 画像取得手段
６０ 表示装置
Ｃ 光カプラ
ＤＭ１、ＤＭ２、ＤＭ３ ダイクロイックミラー
ＨＭ、ＨＭ１、ＨＭ２、ＨＭ３ ハーフミラー
Ｌ 光
Ｌ１ 測定光
Ｌ２ 参照光
Ｌ３ 反射光
Ｌ４ 干渉光
ＯＣ 光学コネクタ
ＰＣ 偏波面保存光カプラ
ＰＭ 偏光ミラー
Ｓ 測定対象
ＳＬＤ１、ＳＬＤ２、ＳＬＤ３、ＳＬＤ４ 光源
ＷＤＭＣ１、ＷＤＭＣ２ ＷＤＭカプラ

Claims (10)

1. それぞれ所定の波長幅を有し、中心波長が異なる４つ以上の合波用の光源と、
   前記光源を中心波長の長さの順番で奇数番目の光源からなる第１群と偶数番目の光源からなる第２群とに群分けしたものに対し、同一群内の光源の光を合波して、各群の光をそれぞれ射出させる波長選択性を有する合波手段と、
   前記第１群および前記第２群から射出した光を合波する波長選択性を有しない合波手段と、を備えたことを特徴とする光源装置。
2. それぞれ所定の波長幅を有し、中心波長が異なる３つの合波用の光源と、
   前記光源を中心波長の長さの順番で奇数番目の光源からなる第１群と偶数番目の光源からなる第２群とに群分けしたものに対し、前記第１群内の光源の光を合波して、射出させる波長選択性を有する合波手段と、
   前記第１群および前記第２群から射出した光を合波する波長選択性を有しない合波手段と、を備えたことを特徴とする光源装置。
3. 前記各光源の発光スペクトルは単峰性であり、該発光スペクトルの半値全幅（ｗ）と前記順番で隣り合う前記光源同士のピーク波長の間隔（ｄ）が、
   １≦ｄ／ｗ≦１．２
   の関係を有することを特徴とする請求項１または２記載の光源装置。
4. 前記波長選択性を有する合波手段が、ダイクロイックミラー、ダイクロイックプリズム、回折光学素子、ＷＤＭカプラのいずれかであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の光源装置。
5. 前記波長選択性を有しない合波手段が、ハーフミラー、ハーフプリズム、偏光ミラー、偏光プリズム、光カプラのいずれかであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の光源装置。
6. 前記波長選択性を有しない合波手段が、偏光方向が直交する光を合波するものであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の光源装置。
7. 前記各光源が、前記順番の端から中心に向かうほど、該光源のピーク波長での強度が大きくなるよう設定されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の光源装置。
8. 第１の中心波長と、該第１の中心波長を中心とする所定の波長幅とを有する第１の光源と、
   前記第１の中心波長よりも長波長側にある第２の中心波長と、該第２の中心波長を中心とする所定の波長幅とを有する第２の光源と、
   前記第２の中心波長よりも長波長側にある第３の中心波長と、該第３の中心波長を中心とする所定の波長幅とを有する第３の光源と、
   前記第１の光源の光と前記第３の光源の光とを合波して、射出させる波長選択性を有する合波手段と、
   前記波長選択性を有する合波手段により射出された光および前記第２の光源の光を合波する波長選択性を有しない合波手段と、を備えたことを特徴とする光源装置。
9. 第１の中心波長と、該第１の中心波長を中心とする所定の波長幅とを有する第１の光源と、
   前記第１の中心波長よりも長波長側にある第２の中心波長と、該第２の中心波長を中心とする所定の波長幅とを有する第２の光源と、
   前記第２の中心波長よりも長波長側にある第３の中心波長と、該第３の中心波長を中心とする所定の波長幅とを有する第３の光源と、
   前記第３の中心波長よりも長波長側にある第４の中心波長と、該第４の中心波長を中心とする所定の波長幅とを有する第４の光源と、
   前記第１の光源の光と前記第３の光源の光とを合波して、射出させる波長選択性を有する第１の合波手段と、
   前記第２の光源の光と前記第４の光源の光とを合波して、射出させる波長選択性を有する第２の合波手段と、
   前記第１の合波手段により射出された光および前記第２の合波手段により射出された光を合波する波長選択性を有しない合波手段と、を備えたことを特徴とする光源装置。
10. 請求項１から９のいずれか１項記載の光源装置と、
    前記光源装置から射出された光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、
    前記測定光が測定対象に照射されたときの該測定対象からの反射光と前記参照光とを合波する合波手段と、
    前記合波手段により合波された前記反射光と前記参照光との干渉光を検出する干渉光検出手段と、
    前記干渉光検出手段により検出された前記干渉光から前記測定対象の断層画像を取得する画像取得手段と、を備えたことを特徴とする光断層画像化装置。

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