JP5361243B2 - 光断層画像撮像装置 - Google Patents
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Description
本発明は、光断層画像撮像装置に関する。
現在、光学機器を用いた眼科用機器として、様々なものが使用されている。
中でも、光干渉断層撮像装置（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：以下これをＯＣＴと記す）は、ミクロンオーダーの空間分解能で、さらに数ｍｍの深さまで眼底の断層画像を取得できる。
そのため、従来の走査型レーザ眼底検査装置（ＳＬＯ）では得られなかった情報を与える診断ツールとして、その重要性が高まっている。
従来、ＯＣＴとして非特許文献１に開示されているようなＴＤ−ＯＣＴ（Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）が知られている。
このＴＤ−ＯＣＴでは、広帯域な光源とマイケルソン干渉計を組み合わせ、参照アームの遅延を走査することで、信号アームの後方散乱光との干渉光を計測し、深さ分解の情報を得るように構成されている。
中でも、光干渉断層撮像装置（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：以下これをＯＣＴと記す）は、ミクロンオーダーの空間分解能で、さらに数ｍｍの深さまで眼底の断層画像を取得できる。
そのため、従来の走査型レーザ眼底検査装置（ＳＬＯ）では得られなかった情報を与える診断ツールとして、その重要性が高まっている。
従来、ＯＣＴとして非特許文献１に開示されているようなＴＤ−ＯＣＴ（Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）が知られている。
このＴＤ−ＯＣＴでは、広帯域な光源とマイケルソン干渉計を組み合わせ、参照アームの遅延を走査することで、信号アームの後方散乱光との干渉光を計測し、深さ分解の情報を得るように構成されている。
しかし、このようなＴＤ−ＯＣＴでは、遅延を広い範囲で走査するには機械的機構が必要となり、高速な画像取得は難しい。
そのため、スペクトル干渉を計測する手法によるＳＤ−ＯＣＴ（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）が開発されている。
さらに、光源として、高速波長掃引光源を用いることで、単一チャネル光検出器でスペクトル干渉を計測する手法によるＳＳ−ＯＣＴ（Ｓｗｅｐｔ Ｓｏｕｒｃｅ ＯＣＴ）が開発されている。
このＳＳ−ＯＣＴでは、本質的に高速波長掃引光源の波長掃引レートが、画像取得のスピードを決める。
従って、高速波長掃引光源の高速化が行われ、フーリエドメインモード同期というモード同期法が開発された。
この方法をさらに改善することによって、〜２００ｋＨｚの掃引レートが達成され、フレームレートとして〜９００Ｈｚ、ボリュームレートとして３．５Ｈｚが実現されている（非特許文献２参照）。
Ｍ．Ｂｌｅｚｉｎｓｋｉ，¨Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ¨ Ｗｉｌｅｙ，Ｌｏｎｄｏｎ （２００６） Ｒ．Ｈｕｂｅｒ，ｅｔ ａｌ．Ｏｐｔ．Ｅｘｐ．Ｖｏｌ．１４，ｐｐ．３２２５（２００６）
そのため、スペクトル干渉を計測する手法によるＳＤ−ＯＣＴ（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）が開発されている。
さらに、光源として、高速波長掃引光源を用いることで、単一チャネル光検出器でスペクトル干渉を計測する手法によるＳＳ−ＯＣＴ（Ｓｗｅｐｔ Ｓｏｕｒｃｅ ＯＣＴ）が開発されている。
このＳＳ−ＯＣＴでは、本質的に高速波長掃引光源の波長掃引レートが、画像取得のスピードを決める。
従って、高速波長掃引光源の高速化が行われ、フーリエドメインモード同期というモード同期法が開発された。
この方法をさらに改善することによって、〜２００ｋＨｚの掃引レートが達成され、フレームレートとして〜９００Ｈｚ、ボリュームレートとして３．５Ｈｚが実現されている（非特許文献２参照）。
Ｍ．Ｂｌｅｚｉｎｓｋｉ，¨Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ¨ Ｗｉｌｅｙ，Ｌｏｎｄｏｎ （２００６） Ｒ．Ｈｕｂｅｒ，ｅｔ ａｌ．Ｏｐｔ．Ｅｘｐ．Ｖｏｌ．１４，ｐｐ．３２２５（２００６）
しかしながら、上記したフーリエドメインモード同期においても、上記ＳＳ−ＯＣＴと同様に機械的機構によって波長を高速掃引されているため、これ以上の高速化に制限があり、更なる高速化を図る上で、必ずしも満足の得られるものではない。
このようなことから、ボリュームレートをより一層向上させるには、本質的に新しいアプローチが求められる。
このようなことから、ボリュームレートをより一層向上させるには、本質的に新しいアプローチが求められる。
本発明は、上記課題に鑑み、従来のＳＳ−ＯＣＴに比べて、より高速に光断層画像の取得が可能となる光断層画像撮像装置を提供することを目的とするものである。
本発明は、つぎのように構成した光断層画像撮像装置を提供するものである。
本発明の光断層画像撮像装置は、
光源からの光を分割し、一方を被測定対象に導くと共に他方を参照ミラーに導き、該一方の被測定対象で反射された後方散乱光と該他方の参照ミラーで反射された反射光とによる干渉光を用い、前記被測定対象の断層像を撮像する光断層画像撮像装置であって、
前記光源を構成するスーパーコンティニューム光源と、
前記スーパーコンティニューム光源の出力に接続された群速度分散を有する光学系と、
前記被測定対象で反射された後方散乱光と前記参照ミラーで反射された反射光とによる干渉光を検出する光検出手段と、
前記群速度分散を有する光学系からの出力光における各波長成分と関連付けられる時系列のパルス列に変換された信号であるタイミング信号を検出するタイミング検出手段と、
前記スーパーコンティニューム光源からの信号をトリガーとする前記タイミング検出手段からのタイミング信号を用いて、前記光検出手段からの時系列の信号を波長系列の信号に変換された信号としてサンプリングし、該サンプリングされた信号に基づいて光断層像信号を検出する手段と、
を有することを特徴とする。
また、本発明の光断層画像撮像装置は、前記スーパーコンティニューム光源が、
モード同期レーザと、
前記モード同期レーザの出力パルスをサンプリングする電気光学変調器と、
前記電気光学変調器によりサンプリングされたパルスを増幅する光増幅器と、
前記光増幅器により増幅されたパルスを時間的に圧縮するパルス圧縮器と、
前記パルス圧縮器により圧縮されたパルスを入射する非線形光学媒質と、
を備えていることを特徴とする。
また、本発明の光断層画像撮像装置は、前記電気光学変調器よりも後段に設けられた光検出器を備え、該光検出器における電気信号を前記スーパーコンティニューム光源からのトリガー信号とすることを特徴とする。
また、本発明の光断層画像撮像装置は、前記群速度分散を有する光学系が正常分散ファイバで構成されると共に、前記スーパーコンティニューム光源における非線形光学媒質が高非線形ファイバで構成され、
前記正常分散ファイバと前記高非線形ファイバとが融着接続されていることを特徴とする。
また、本発明の光断層画像撮像装置は、前記正常分散光ファイバが、複数の異種ファイバによって構成されることを特徴とする。
また、本発明の光断層画像撮像装置は、前記正常分散光ファイバの群速度分散パラメータの平均量をＤ、前記正常分散光ファイバの長さをＬとし、前記スーパーコンティニューム光源の繰り返し周波数をｆ、スペクトル幅をΔλとしたとき、
つぎの条件式を満たすことを特徴とする。
１／１０ｆ＜ＤＬΔλ＜１／ｆ
また、本発明の光断層画像撮像装置は、前記タイミング検出手段が、共振器長を可変に構成した光共振器と、前記光共振器後段に設けられた光検出器と、によって構成されていることを特徴とする。
また、本発明の光断層画像撮像装置は、前記タイミング検出手段の共振器が、３種の共振器長の異なるファブリーペロー共振器によって構成されていることを特徴とする。
本発明の光断層画像撮像装置は、
光源からの光を分割し、一方を被測定対象に導くと共に他方を参照ミラーに導き、該一方の被測定対象で反射された後方散乱光と該他方の参照ミラーで反射された反射光とによる干渉光を用い、前記被測定対象の断層像を撮像する光断層画像撮像装置であって、
前記光源を構成するスーパーコンティニューム光源と、
前記スーパーコンティニューム光源の出力に接続された群速度分散を有する光学系と、
前記被測定対象で反射された後方散乱光と前記参照ミラーで反射された反射光とによる干渉光を検出する光検出手段と、
前記群速度分散を有する光学系からの出力光における各波長成分と関連付けられる時系列のパルス列に変換された信号であるタイミング信号を検出するタイミング検出手段と、
前記スーパーコンティニューム光源からの信号をトリガーとする前記タイミング検出手段からのタイミング信号を用いて、前記光検出手段からの時系列の信号を波長系列の信号に変換された信号としてサンプリングし、該サンプリングされた信号に基づいて光断層像信号を検出する手段と、
を有することを特徴とする。
また、本発明の光断層画像撮像装置は、前記スーパーコンティニューム光源が、
モード同期レーザと、
前記モード同期レーザの出力パルスをサンプリングする電気光学変調器と、
前記電気光学変調器によりサンプリングされたパルスを増幅する光増幅器と、
前記光増幅器により増幅されたパルスを時間的に圧縮するパルス圧縮器と、
前記パルス圧縮器により圧縮されたパルスを入射する非線形光学媒質と、
を備えていることを特徴とする。
また、本発明の光断層画像撮像装置は、前記電気光学変調器よりも後段に設けられた光検出器を備え、該光検出器における電気信号を前記スーパーコンティニューム光源からのトリガー信号とすることを特徴とする。
また、本発明の光断層画像撮像装置は、前記群速度分散を有する光学系が正常分散ファイバで構成されると共に、前記スーパーコンティニューム光源における非線形光学媒質が高非線形ファイバで構成され、
前記正常分散ファイバと前記高非線形ファイバとが融着接続されていることを特徴とする。
また、本発明の光断層画像撮像装置は、前記正常分散光ファイバが、複数の異種ファイバによって構成されることを特徴とする。
また、本発明の光断層画像撮像装置は、前記正常分散光ファイバの群速度分散パラメータの平均量をＤ、前記正常分散光ファイバの長さをＬとし、前記スーパーコンティニューム光源の繰り返し周波数をｆ、スペクトル幅をΔλとしたとき、
つぎの条件式を満たすことを特徴とする。
１／１０ｆ＜ＤＬΔλ＜１／ｆ
また、本発明の光断層画像撮像装置は、前記タイミング検出手段が、共振器長を可変に構成した光共振器と、前記光共振器後段に設けられた光検出器と、によって構成されていることを特徴とする。
また、本発明の光断層画像撮像装置は、前記タイミング検出手段の共振器が、３種の共振器長の異なるファブリーペロー共振器によって構成されていることを特徴とする。
本発明によれば、従来のＳＳ−ＯＣＴに比べて、より高速に光断層画像の取得が可能となる光断層画像撮像装置を実現することができる。
つぎに、本発明の実施形態における光源からの光が分割され、該分割された一方の被測定対象で反射された後方散乱光と他方の参照ミラーで反射された反射光とによる干渉光を用い、前記被測定対象の断層像を撮像する光断層画像撮像装置について説明する。
図１に、本実施形態における光断層画像撮像装置の基本的な構成を説明する図を示す。
図１において、１０１はスーパーコンティニューム光源、１０２は群速度分散を有する光学系、１０３は同期回路である。
１０４は広帯域ビームスプリッタ、１０５はフィルタ、１０６は参照ミラー、１０７は測定物体（被測定対象）、１０８は光検出器、１０９はマイケルソン干渉計である。
本発明において、上記のスーパーコンティニューム光源とは、白色光パルス光源を意味する。
例えば、超短パルス光源をシードとして非線形光学効果によって帯域を広げたパルス光源である。
また、光パルス圧縮器とは、回折格子対、プリズム対、グリズム対などの角度分散を利用した分散補償素子や、光ファイバなどの広帯域な分散補償素子も含む。
図１に、本実施形態における光断層画像撮像装置の基本的な構成を説明する図を示す。
図１において、１０１はスーパーコンティニューム光源、１０２は群速度分散を有する光学系、１０３は同期回路である。
１０４は広帯域ビームスプリッタ、１０５はフィルタ、１０６は参照ミラー、１０７は測定物体（被測定対象）、１０８は光検出器、１０９はマイケルソン干渉計である。
本発明において、上記のスーパーコンティニューム光源とは、白色光パルス光源を意味する。
例えば、超短パルス光源をシードとして非線形光学効果によって帯域を広げたパルス光源である。
また、光パルス圧縮器とは、回折格子対、プリズム対、グリズム対などの角度分散を利用した分散補償素子や、光ファイバなどの広帯域な分散補償素子も含む。
本実施形態では、スーパーコンティニューム光源１０１（以下、光源１０１と記す）の出力に群速度分散を有する光学系１０２が接続され、この光学系１０２および同期回路１０３を通してマイケルソン干渉計１０９に入射されるように構成されている。
また、マイケルソン干渉計１０９は、広帯域ビームスプリッタ１０４を介して、光源１０１からの光を分割し、一方を測定物体（被測定対象）に導くと共に他方を参照ミラー１０６に導くように構成されている。
参照光は、フィルタ１０５で光量を調節できるようになっており、参照ミラー１０６で反射され、また信号光は測定物体１０７へ入射され、後方散乱光を発生させる。
そして、これらの参照光と後方散乱光は空間的に重ね合わされ、この重ね合わされた参照光と後方散乱光による干渉光が光検出器１０８で測光（検出）可能に構成されている。
この系において、光パルスは電気的に直接観測が可能な程度にチャープ（時間的波形が調整）されているため、光検出器からの時系列信号はスペクトルに対応すると考えてよい。
すなわち、測定されるアナログ時間波形がＳＤ−ＯＣＴで得られるインターフェログラムに対応している。
したがって、時間と波数に１対１の対応を与えた後に、フーリエ変換すれば、ＯＣＴ信号が得られる。
また、マイケルソン干渉計１０９は、広帯域ビームスプリッタ１０４を介して、光源１０１からの光を分割し、一方を測定物体（被測定対象）に導くと共に他方を参照ミラー１０６に導くように構成されている。
参照光は、フィルタ１０５で光量を調節できるようになっており、参照ミラー１０６で反射され、また信号光は測定物体１０７へ入射され、後方散乱光を発生させる。
そして、これらの参照光と後方散乱光は空間的に重ね合わされ、この重ね合わされた参照光と後方散乱光による干渉光が光検出器１０８で測光（検出）可能に構成されている。
この系において、光パルスは電気的に直接観測が可能な程度にチャープ（時間的波形が調整）されているため、光検出器からの時系列信号はスペクトルに対応すると考えてよい。
すなわち、測定されるアナログ時間波形がＳＤ−ＯＣＴで得られるインターフェログラムに対応している。
したがって、時間と波数に１対１の対応を与えた後に、フーリエ変換すれば、ＯＣＴ信号が得られる。
光源１０１は、単一横モードのパルス光源（例えばモード同期レーザ）を非線形光学媒質（例えばフォトニック結晶ファイバ）に透過させ、自己位相変調の効果により帯域を広げたものが望ましい。
帯域が十分に広ければ、群速度分散を有する光学系１０２において、パルスの伝搬距離が短くできるため、伝搬損失を小さくできる。
また、光源１０１は、帯域をより広げるために、非線形光学媒質に入射する前に、光増幅段を有していてもよい。
一般にモード同期レーザの繰り返し周波数は共振器長によって決まるが、レーザ共振器外部の光変調器を用いて、繰り返し周波数を任意の値に調節してもよい。
帯域が十分に広ければ、群速度分散を有する光学系１０２において、パルスの伝搬距離が短くできるため、伝搬損失を小さくできる。
また、光源１０１は、帯域をより広げるために、非線形光学媒質に入射する前に、光増幅段を有していてもよい。
一般にモード同期レーザの繰り返し周波数は共振器長によって決まるが、レーザ共振器外部の光変調器を用いて、繰り返し周波数を任意の値に調節してもよい。
群速度分散を有する光学系１０２は、所望の位相応答を持った系であり、正常分散光ファイバによって構成することができ、これにより光パルスの波長成分が時間的に伸張される。
これを更に説明すると、光パルスの位相は、中心周波数ｗ0においてテイラー展開することにより、つぎの式（１）のように表すことができる。
これを更に説明すると、光パルスの位相は、中心周波数ｗ0においてテイラー展開することにより、つぎの式（１）のように表すことができる。
右辺第１項の係数は絶対位相、第２項の係数は群遅延、第３項の係数は群速度分散に対応している。
すなわち、φ2の値は、群遅延の波長依存性を示しており、異なる色の成分が異なる群速度で伝搬するために、パルス幅が広がる効果を示している。
ｚ方向に伝搬するときの位相の進みは、φ＝ｎ（ω）ｋｚであるので、φ2を大きくするには、より屈折率分散の大きい材料を長距離伝搬させればよい。
このような効果は、幾何学的な構成によっても実現可能で、例えば、回折格子対やプリズム対が用いられる。
また、光ファイバのような光導波路構造によっても群速度分散を制御できる。チャープ量の上限は、光源１０１の繰り返し周波数で決まる。チャープしたパルスの時間幅は、つぎの式（２）で与えられる。
すなわち、φ2の値は、群遅延の波長依存性を示しており、異なる色の成分が異なる群速度で伝搬するために、パルス幅が広がる効果を示している。
ｚ方向に伝搬するときの位相の進みは、φ＝ｎ（ω）ｋｚであるので、φ2を大きくするには、より屈折率分散の大きい材料を長距離伝搬させればよい。
このような効果は、幾何学的な構成によっても実現可能で、例えば、回折格子対やプリズム対が用いられる。
また、光ファイバのような光導波路構造によっても群速度分散を制御できる。チャープ量の上限は、光源１０１の繰り返し周波数で決まる。チャープしたパルスの時間幅は、つぎの式（２）で与えられる。
ここでＤ［ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ］は分散パラメータ、Ｌは伝搬距離、Δλは光源のスペクトル幅である。
なお、分散パラメータＤは式（１）のφ2に等価的な物理量であり、ＤＬ＝−２πｃφ2／λ2の関係がある。
このパルス時間幅がパルス列のデューティー比の５０％以下であると仮定すると、光源の繰り返し周波数の上限は、つぎの式（３）で与えられる。
なお、分散パラメータＤは式（１）のφ2に等価的な物理量であり、ＤＬ＝−２πｃφ2／λ2の関係がある。
このパルス時間幅がパルス列のデューティー比の５０％以下であると仮定すると、光源の繰り返し周波数の上限は、つぎの式（３）で与えられる。
同期回路１０３はチャープパルス（出力光）における各波長成分のタイミングを取り出すための光学系（タイミング検出手段）である。
光源１０１において帯域を広げ、長距離伝搬させたパルスはジッターを伴う。レーザ出力の僅かな変動も、タイミングジッター変動の原因となるため、リアルタイムモニタリングできることが望ましい。
そこで、チャープパルスをタップカップラでサンプリングしておき、光共振器を介して分光し、タイミングを検出する。
例えば、図２に示すように、カップラー２０１を通して、低分散ファブリーペロー（ＦＰ）共振器２０２ａ、またはリング共振器２０２ｂを通して、高速光フォトダイオード２０３で検出する。
共振器の透過スペクトルは周波数領域でほぼ等間隔の櫛状であり、その透過帯域に対応するパルスの波長成分が光共振器を透過する。
ここで、入射パルスはチャープしているため、出力は時系列のパルス列となり、チャープパルスの瞬間的な波長成分とタイミングの情報を関連付けられる。
なお、共振器の長期的安定性を確保するために、これらの共振器は温度安定化されていることが望ましい。
また、このパルス列は共振器のフリースペクトルレンジに対応しているため、共振器長を変化させることで、パルス列の時間間隔が変化する。
従って、このパルス列をＯＣＴ信号のサンプリングパルス列として利用する場合、共振器長を可変に構成することでＯＣＴ信号のデータポイントを調節することができるため、断層画像撮像の負荷に応じてデータポイントを減らすこともできる。
この場合、深さ分解能は変化せず、深部のデータが再生されないことになるが、サンプリングの区間でＯＣＴ信号を積算する場合、Ｓ／Ｎを向上することができる。
光源１０１において帯域を広げ、長距離伝搬させたパルスはジッターを伴う。レーザ出力の僅かな変動も、タイミングジッター変動の原因となるため、リアルタイムモニタリングできることが望ましい。
そこで、チャープパルスをタップカップラでサンプリングしておき、光共振器を介して分光し、タイミングを検出する。
例えば、図２に示すように、カップラー２０１を通して、低分散ファブリーペロー（ＦＰ）共振器２０２ａ、またはリング共振器２０２ｂを通して、高速光フォトダイオード２０３で検出する。
共振器の透過スペクトルは周波数領域でほぼ等間隔の櫛状であり、その透過帯域に対応するパルスの波長成分が光共振器を透過する。
ここで、入射パルスはチャープしているため、出力は時系列のパルス列となり、チャープパルスの瞬間的な波長成分とタイミングの情報を関連付けられる。
なお、共振器の長期的安定性を確保するために、これらの共振器は温度安定化されていることが望ましい。
また、このパルス列は共振器のフリースペクトルレンジに対応しているため、共振器長を変化させることで、パルス列の時間間隔が変化する。
従って、このパルス列をＯＣＴ信号のサンプリングパルス列として利用する場合、共振器長を可変に構成することでＯＣＴ信号のデータポイントを調節することができるため、断層画像撮像の負荷に応じてデータポイントを減らすこともできる。
この場合、深さ分解能は変化せず、深部のデータが再生されないことになるが、サンプリングの区間でＯＣＴ信号を積算する場合、Ｓ／Ｎを向上することができる。
図１に示したマイケルソン干渉計１０９は、自由空間のものであるが、パルスの帯域に対して所望の透過率・反射率特性が得られるのであれば、ファイバ型でもよい。
フィルタ１０５の透過率と参照ミラー１０６の反射率は、波長依存性が弱いことが望ましいが、これら二つの透過率の積が、互いに相殺して波長依存性をキャンセルできるのが望ましい。
また、帯域が広い場合は、分散がバランスされていることが望ましい。
フィルタ１０５の透過率と参照ミラー１０６の反射率は、波長依存性が弱いことが望ましいが、これら二つの透過率の積が、互いに相殺して波長依存性をキャンセルできるのが望ましい。
また、帯域が広い場合は、分散がバランスされていることが望ましい。
高速光検出器１０８は、十分な波長分解ができる高速なものが要求される。
検出器の帯域をΔｆとすると、チャープレートＣ＝Δλ／Δτchirpであるので、波長分解能は、つぎのの式（４）で与えられる。
検出器の帯域をΔｆとすると、チャープレートＣ＝Δλ／Δτchirpであるので、波長分解能は、つぎのの式（４）で与えられる。
一方、ＯＣＴの深さ分解能ｄｚは、つぎの式（５）で与えられる。
また、ＦＤ−ＯＣＴにおける深さのダイナミックレンジは、つぎの式（６）で与えられる。
ここで、ｎは媒質の屈折率である。従って、高速光検出器１０８の帯域が広いほど、チャープパルスの時間幅が広いほど、パフォーマンス向上につながる。
本実施形態においては、以上の各構成を用い、前記スーパーコンティニューム光源からの信号をトリガーとする前記タイミング検出手段からのタイミング信号により、前記光検出器からの信号をサンプリングするように構成する。
そして、このサンプリングされた信号に基づいて、光断層像信号を検出する手段を構成することで、ボリュームレートをより一層向上させ、ビデオレートまで可能にすることができる。
これにより、高速撮像可能な光断層画像撮像装置を実現することが可能となる。すなわち、この構成によれば、スーパーコンティニューム光源からの出力は、正常分散光ファイバによって、時間的に伸張される。
したがって、その出力は高速なＳＳ−ＯＣＴ用光源とすることができる。
また、被測定対象からの後方散乱光と参照光との干渉光を検出することによって、ＳＳ−ＯＣＴ信号が検出されるが、このＳＳ−ＯＣＴ信号の時間と波長の対応関係は、タイミング検出手段によって与えられる。
したがって、スーパーコンティニューム光源内からの信号をトリガーとするタイミング検出手段からの信号を用いて、時系列にＳＳ−ＯＣＴ信号を波長系列のＳＳ−ＯＣＴ信号に変換することができる。
そして、これをフーリエ変換することで光断層像を撮像することができる。
その際、光断層像の撮像レートは、スーパーコンティニューム光源の繰り返しで決まることから、光断層像取得の高速化が可能となる。
なお、スーパーコンティニューム光発生は、複雑な非線形光学過程に依存するため、パルス毎のパルスエネルギーの揺らぎなどによって、時間と波長の関係はパルス毎に変化する。
タイミング検出手段によって、リアルタイムに時間と波長の関係を測定することで、このような揺らぎを抑制することができ、再現性よくＯＣＴ信号を取得できる。
また、本実施形態においては、前記スーパーコンティニューム光源を、
モード同期レーザと、
前記モード同期レーザの出力パルスをサンプリングする電気光学変調器と、
前記電気光学変調器によりサンプリングされたパルスを増幅する光増幅器と、
前記光増幅器により増幅されたパルスを時間的に圧縮するパルス圧縮器と、
前記パルス圧縮器により圧縮されたパルスを入射する非線形光学媒質と、を備えた構成とすることができる。
この構成によれば、電気光学変調器によって、モード同期レーザからのパルス列は、そのパルスの整数倍の周期をもつ所望のパルス列に変換することができる。また、電気光学変調器における光学的損失は増幅器によって補償され、余剰な群速度分散はパルス圧縮器で補償され、与えられたパルスエネルギーに対して最大の尖頭値を得ることができる。
したがって、その出力を高非線形ファイバに入射させて広帯域化することによって、高効率にスーパーコンティニューム光を発生することができ、所望の繰り返し周波数で、スーパーコンティニューム光を出力することができる。
また、本実施形態においては、前記電気光学変調器よりも後段に設けられた光検出器を備え、該光検出器における電気信号を前記スーパーコンティニューム光源からのトリガー信号とするように構成することができる。
この構成によれば、該光検出器における電気信号をＳＳ−ＯＣＴ信号取得のトリガー信号とすることができる。
また、本実施形態においては、前記群速度分散を有する光学系が正常分散ファイバで構成されると共に、前記スーパーコンティニューム光源における非線形光学媒質が高非線形ファイバで構成され、
これらの正常分散ファイバと高非線形ファイバとを融着接続するように構成することができる。
この構成によれば、スーパーコンティニューム光源内の高非線形ファイバが、正常分散ファイバに融着接続されることによって、スーパーコンティニューム光を高効率に取り出すことが可能となる。
また、本実施形態においては、前記正常分散光ファイバが、複数の異種ファイバによって構成することができる。
この構成によれば、正常分散光ファイバが複数の異種ファイバから構成されることで、分散スロープの制御が可能となるため、スーパーコンティニューム光のパルス伸張におけるプロファイルを略線形に近づけることができる。
また、本実施形態においては、前記正常分散光ファイバの群速度分散パラメータの平均量をＤ、前記正常分散光ファイバの長さをＬとし、前記スーパーコンティニューム光源の繰り返し周波数をｆ、スペクトル幅をΔλとしたとき、
つぎの条件式を満たすようにＤ及びＬの値を選択して構成する。
１／１０ｆ＜ＤＬΔλ＜１／ｆ
この構成によれば、伸張された白色光パルスの時間幅は、繰り返し周期の１／１０以上で、かつ、繰り返し周期よりも短くすることができるため、スーパーコンティニューム光を時間的に十分に伸張できると同時に、ＳＳ−ＯＣＴ信号の検出において、光検出器の帯域を狭くすることができ、ノイズを低減できる。
また、被測定物体に対して入射されるピークパワーも低減される。
また、本実施形態においては、前記タイミング検出手段を、共振器長を可変に構成した光共振器と、前記光共振器後段に設けられた光検出器と、によって構成することができる。
この構成によれば、前記タイミング検出手段を、共振器長可変な光共振器とその後段に置かれた光検出器によって構成することで、共振器長に依存して任意の波長間隔（すなわち時間間隔）に従ったパルス列を電気信号として出力することができる。
したがって、共振器長が既知であれば、どのタイミングにどの波長成分が出力されたかを知ることができる。
また、このパルス列に応じてＳＳ−ＯＣＴ信号はサンプリングされるため、共振器長が可変であることによって、光断層像取得への負荷に応じてＳＳ−ＯＣＴ信号のサンプリングレートを可変にすることができる。
また、本実施形態においては、前記タイミング検出手段の共振器を、３種の共振器長の異なるファブリーペロー共振器で構成することができる。
この構成によれば、データ点数を減らし、Ｓ／Ｎを向上することができる。
そして、このサンプリングされた信号に基づいて、光断層像信号を検出する手段を構成することで、ボリュームレートをより一層向上させ、ビデオレートまで可能にすることができる。
これにより、高速撮像可能な光断層画像撮像装置を実現することが可能となる。すなわち、この構成によれば、スーパーコンティニューム光源からの出力は、正常分散光ファイバによって、時間的に伸張される。
したがって、その出力は高速なＳＳ−ＯＣＴ用光源とすることができる。
また、被測定対象からの後方散乱光と参照光との干渉光を検出することによって、ＳＳ−ＯＣＴ信号が検出されるが、このＳＳ−ＯＣＴ信号の時間と波長の対応関係は、タイミング検出手段によって与えられる。
したがって、スーパーコンティニューム光源内からの信号をトリガーとするタイミング検出手段からの信号を用いて、時系列にＳＳ−ＯＣＴ信号を波長系列のＳＳ−ＯＣＴ信号に変換することができる。
そして、これをフーリエ変換することで光断層像を撮像することができる。
その際、光断層像の撮像レートは、スーパーコンティニューム光源の繰り返しで決まることから、光断層像取得の高速化が可能となる。
なお、スーパーコンティニューム光発生は、複雑な非線形光学過程に依存するため、パルス毎のパルスエネルギーの揺らぎなどによって、時間と波長の関係はパルス毎に変化する。
タイミング検出手段によって、リアルタイムに時間と波長の関係を測定することで、このような揺らぎを抑制することができ、再現性よくＯＣＴ信号を取得できる。
また、本実施形態においては、前記スーパーコンティニューム光源を、
モード同期レーザと、
前記モード同期レーザの出力パルスをサンプリングする電気光学変調器と、
前記電気光学変調器によりサンプリングされたパルスを増幅する光増幅器と、
前記光増幅器により増幅されたパルスを時間的に圧縮するパルス圧縮器と、
前記パルス圧縮器により圧縮されたパルスを入射する非線形光学媒質と、を備えた構成とすることができる。
この構成によれば、電気光学変調器によって、モード同期レーザからのパルス列は、そのパルスの整数倍の周期をもつ所望のパルス列に変換することができる。また、電気光学変調器における光学的損失は増幅器によって補償され、余剰な群速度分散はパルス圧縮器で補償され、与えられたパルスエネルギーに対して最大の尖頭値を得ることができる。
したがって、その出力を高非線形ファイバに入射させて広帯域化することによって、高効率にスーパーコンティニューム光を発生することができ、所望の繰り返し周波数で、スーパーコンティニューム光を出力することができる。
また、本実施形態においては、前記電気光学変調器よりも後段に設けられた光検出器を備え、該光検出器における電気信号を前記スーパーコンティニューム光源からのトリガー信号とするように構成することができる。
この構成によれば、該光検出器における電気信号をＳＳ−ＯＣＴ信号取得のトリガー信号とすることができる。
また、本実施形態においては、前記群速度分散を有する光学系が正常分散ファイバで構成されると共に、前記スーパーコンティニューム光源における非線形光学媒質が高非線形ファイバで構成され、
これらの正常分散ファイバと高非線形ファイバとを融着接続するように構成することができる。
この構成によれば、スーパーコンティニューム光源内の高非線形ファイバが、正常分散ファイバに融着接続されることによって、スーパーコンティニューム光を高効率に取り出すことが可能となる。
また、本実施形態においては、前記正常分散光ファイバが、複数の異種ファイバによって構成することができる。
この構成によれば、正常分散光ファイバが複数の異種ファイバから構成されることで、分散スロープの制御が可能となるため、スーパーコンティニューム光のパルス伸張におけるプロファイルを略線形に近づけることができる。
また、本実施形態においては、前記正常分散光ファイバの群速度分散パラメータの平均量をＤ、前記正常分散光ファイバの長さをＬとし、前記スーパーコンティニューム光源の繰り返し周波数をｆ、スペクトル幅をΔλとしたとき、
つぎの条件式を満たすようにＤ及びＬの値を選択して構成する。
１／１０ｆ＜ＤＬΔλ＜１／ｆ
この構成によれば、伸張された白色光パルスの時間幅は、繰り返し周期の１／１０以上で、かつ、繰り返し周期よりも短くすることができるため、スーパーコンティニューム光を時間的に十分に伸張できると同時に、ＳＳ−ＯＣＴ信号の検出において、光検出器の帯域を狭くすることができ、ノイズを低減できる。
また、被測定物体に対して入射されるピークパワーも低減される。
また、本実施形態においては、前記タイミング検出手段を、共振器長を可変に構成した光共振器と、前記光共振器後段に設けられた光検出器と、によって構成することができる。
この構成によれば、前記タイミング検出手段を、共振器長可変な光共振器とその後段に置かれた光検出器によって構成することで、共振器長に依存して任意の波長間隔（すなわち時間間隔）に従ったパルス列を電気信号として出力することができる。
したがって、共振器長が既知であれば、どのタイミングにどの波長成分が出力されたかを知ることができる。
また、このパルス列に応じてＳＳ−ＯＣＴ信号はサンプリングされるため、共振器長が可変であることによって、光断層像取得への負荷に応じてＳＳ−ＯＣＴ信号のサンプリングレートを可変にすることができる。
また、本実施形態においては、前記タイミング検出手段の共振器を、３種の共振器長の異なるファブリーペロー共振器で構成することができる。
この構成によれば、データ点数を減らし、Ｓ／Ｎを向上することができる。
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１においては、本発明を適用した光断層画像撮像装置の構成例について説明する。
図３に、本実施例における光断層画像撮像装置の構成例を説明する図を示す。
本実施例は、モード同期レーザ３４１と、増幅器と白色光発生部３４２と、同期回路３４３と、マイケルソン干渉計３４４とで構成されている。
ここで、モード同期レーザ３４１には、イットリビウム添加ファイバ（ＹＤＦ）ベースのストレッチパルスモード同期ファイバリングレーザを用いる。
励起光源には９８０ｎｍのＬＤ（３００ｍＷ）３０１を用い、ＷＤＭカップラー３０３を介して、それに融着接続されたＹＤＦ（８０００ｐｐｍ，７０ｃｍ）３０２を励起する。
また、１／４波長板３０４，３１２と１／２波長板３０５を調整して、偏光ビームスプリッタ３０６に対する、非線形偏光回転による光ゲートをモード同期に利用する。
また、共振器内分散補償エレメントとして回折格子対（６００ｌｉｎｅｓ／ｍｍ）３０７を用いる。
そして、ルーフミラー３０８で折り返したビームをステアリングミラー３０９で周波数シフター３１０、アイソレータ３１１、１／４波長板３１２を通してリードファイバに帰還する。
周波数シフター３１０は８０ＭＨｚでドライブされ、モード同期のセルフスタートを可能にしている。
［実施例１］
実施例１においては、本発明を適用した光断層画像撮像装置の構成例について説明する。
図３に、本実施例における光断層画像撮像装置の構成例を説明する図を示す。
本実施例は、モード同期レーザ３４１と、増幅器と白色光発生部３４２と、同期回路３４３と、マイケルソン干渉計３４４とで構成されている。
ここで、モード同期レーザ３４１には、イットリビウム添加ファイバ（ＹＤＦ）ベースのストレッチパルスモード同期ファイバリングレーザを用いる。
励起光源には９８０ｎｍのＬＤ（３００ｍＷ）３０１を用い、ＷＤＭカップラー３０３を介して、それに融着接続されたＹＤＦ（８０００ｐｐｍ，７０ｃｍ）３０２を励起する。
また、１／４波長板３０４，３１２と１／２波長板３０５を調整して、偏光ビームスプリッタ３０６に対する、非線形偏光回転による光ゲートをモード同期に利用する。
また、共振器内分散補償エレメントとして回折格子対（６００ｌｉｎｅｓ／ｍｍ）３０７を用いる。
そして、ルーフミラー３０８で折り返したビームをステアリングミラー３０９で周波数シフター３１０、アイソレータ３１１、１／４波長板３１２を通してリードファイバに帰還する。
周波数シフター３１０は８０ＭＨｚでドライブされ、モード同期のセルフスタートを可能にしている。
出力は、中心波長１０５０ｎｍ、出力５０ｍＷ、繰り返し５０ＭＨｚである。レーザ出力は、アイソレータ３１３を通し、パルス発生器３１５で駆動される電気光学変調器（ＥＯＭ）３１４で１０ＭＨｚのパルス列にする。
パルス発生器３１５はモード同期レーザ３４１内部の光検出器３４０の出力に同期されている。
これをマルチモードＬＤ（５Ｗ）３１６、クラッド励起ＹＤＦ３１７、ＷＤＭカップラー３１８で構成される光増幅器で増幅する。
そして、１／２波長板３１９、１／４波長板３２０で偏光を直線偏光にした後、アイソレータ３２１を通し、回折格子対（１２００ｌｉｎｅｓ／ｍｍ）３２２でパルス圧縮する。
パルス幅は１００ｆｓ、パルスエネルギーは〜１０ｎＪである。圧縮されたパルスは、高非線形ファイバを構成する零分散波長１０４０ｎｍのフォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ：１ｍ）３２３に入射し、帯域を３００ｎｍに広げる。
その結合効率は〜５０％である。
パルス発生器３１５はモード同期レーザ３４１内部の光検出器３４０の出力に同期されている。
これをマルチモードＬＤ（５Ｗ）３１６、クラッド励起ＹＤＦ３１７、ＷＤＭカップラー３１８で構成される光増幅器で増幅する。
そして、１／２波長板３１９、１／４波長板３２０で偏光を直線偏光にした後、アイソレータ３２１を通し、回折格子対（１２００ｌｉｎｅｓ／ｍｍ）３２２でパルス圧縮する。
パルス幅は１００ｆｓ、パルスエネルギーは〜１０ｎＪである。圧縮されたパルスは、高非線形ファイバを構成する零分散波長１０４０ｎｍのフォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ：１ｍ）３２３に入射し、帯域を３００ｎｍに広げる。
その結合効率は〜５０％である。
ＰＣＦ３２３には、正常分散光ファイバを構成する長さ４ｋｍの光ファイバ３２４が融着接続されており、このファイバが群速度分散を有する光学系として機能する。
分散パラメータはＤ〜−７０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであるので、パルスは８４ｎｓに広がる。
伝搬損失は〜１ｄＢ／ｋｍであるので、光ファイバの透過効率は〜４０％である。出力はコリメータ３２５でコリメータされた後、スペクトルのテールの広がりによるオーバーラップを避けるために、バンドパスフィルタ３２６を通す。
分散パラメータはＤ〜−７０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであるので、パルスは８４ｎｓに広がる。
伝搬損失は〜１ｄＢ／ｋｍであるので、光ファイバの透過効率は〜４０％である。出力はコリメータ３２５でコリメータされた後、スペクトルのテールの広がりによるオーバーラップを避けるために、バンドパスフィルタ３２６を通す。
３０％のカップラー３２７で、チャープパルスを取り出し、ＦＳＲ〜０．５ｎｍのＦＰ共振器３２８でパルス列に変換し、高速光検出器（帯域１２ＧＨｚ）３２９でこれを検出する。
この一連の動作が同期回路３４３を形成し、周期〜１４０ｐｓのパルス列が生成される。
光源のトリガー信号（光パルス圧縮器の０次回折光を光検出器３３８で検出した信号）に対して、一定の遅延δτ1後のパルスを先頭としてアサインし、それ以後のタイミングをＯＣＴ信号の波長アサインに用いる。事前に光検出器３３８への入射光を、分光しておけばよい。これらの処理は、後述の信号処理ユニット３３６で行われる。
このタイミングチャートを図４に示す。
Ａ、Ｂはそれぞれレーザからの信号とＦＰ共振器からの信号で、δτ1後から波長アサインが行われ、ＯＣＴ信号Ｃがサンプリングされる様子を示している。
実際にＯＣＴ信号がサンプリングされるまでの時間遅延δτ2は、固定されている。
この一連の動作が同期回路３４３を形成し、周期〜１４０ｐｓのパルス列が生成される。
光源のトリガー信号（光パルス圧縮器の０次回折光を光検出器３３８で検出した信号）に対して、一定の遅延δτ1後のパルスを先頭としてアサインし、それ以後のタイミングをＯＣＴ信号の波長アサインに用いる。事前に光検出器３３８への入射光を、分光しておけばよい。これらの処理は、後述の信号処理ユニット３３６で行われる。
このタイミングチャートを図４に示す。
Ａ、Ｂはそれぞれレーザからの信号とＦＰ共振器からの信号で、δτ1後から波長アサインが行われ、ＯＣＴ信号Ｃがサンプリングされる様子を示している。
実際にＯＣＴ信号がサンプリングされるまでの時間遅延δτ2は、固定されている。
カップラーの透過光は自由空間型のマイケルソン干渉計に入射される。
ビームスプリッター３３０は広帯域誘電体多層膜で構成され、裏面にＡＲコーティングが施されている。信号光は色消しレンズ（ｆ＝１００ｍｍ）３３１によってサンプル（ファントム）３３２に入射される。
参照光は信号光と同じ色消しレンズ３３１と、サンプルの分散をバランスするためのウェッジ対３３３に通され、反射率を適正化した参照ミラー３３４で反射される。
参照アームと信号アームは、フーリエ変換した際にＯＣＴ信号と自己相関信号とのオーバーラップをさけるため、〜１００μｍ程度の光路差がつけてある。
後方散乱光は参照光と空間的に重ね合わされ、コリメータと共役な位置に置かれた高速光検出器３３５に入射され、ＯＣＴ信号が検出される。サンプルへの入射パワー５０ｍＷである。
ビームスプリッター３３０は広帯域誘電体多層膜で構成され、裏面にＡＲコーティングが施されている。信号光は色消しレンズ（ｆ＝１００ｍｍ）３３１によってサンプル（ファントム）３３２に入射される。
参照光は信号光と同じ色消しレンズ３３１と、サンプルの分散をバランスするためのウェッジ対３３３に通され、反射率を適正化した参照ミラー３３４で反射される。
参照アームと信号アームは、フーリエ変換した際にＯＣＴ信号と自己相関信号とのオーバーラップをさけるため、〜１００μｍ程度の光路差がつけてある。
後方散乱光は参照光と空間的に重ね合わされ、コリメータと共役な位置に置かれた高速光検出器３３５に入射され、ＯＣＴ信号が検出される。サンプルへの入射パワー５０ｍＷである。
高速光検出器３３５の帯域は、同期回路３４３に用いたものと同様（帯域１２ＧＨｚ）である。ノイズ低減の為に、より狭帯域のものを用いるのであれば、同期回路３４３からのサンプリング信号を分周すればよい。
同期回路のサンプリング周期は１４０ｐｓであるので、波長分解能は０．５ｎｍであり、式（６）よりダイナミックレンジは空気中で〜５５０μｍである。
一方、深さ分解能はスペクトル帯域が３００ｎｍであるので、式（５）より空気中で１．６μｍである。検出器のノイズパワーは〜２μＷであるが、後方散乱のパワーは〜２．５μＷ（後方散乱係数〜１０-4）程度であり、干渉計測であるためリアルタイムでもＳＮは１以上を確保できる。
同期回路のサンプリング周期は１４０ｐｓであるので、波長分解能は０．５ｎｍであり、式（６）よりダイナミックレンジは空気中で〜５５０μｍである。
一方、深さ分解能はスペクトル帯域が３００ｎｍであるので、式（５）より空気中で１．６μｍである。検出器のノイズパワーは〜２μＷであるが、後方散乱のパワーは〜２．５μＷ（後方散乱係数〜１０-4）程度であり、干渉計測であるためリアルタイムでもＳＮは１以上を確保できる。
ＯＣＴ信号は信号処理ユニット３３６において、同期回路３４３からの信号でサンプリングされ、データバッファーに取り込まれる。
データバッファーから読み出された信号は、フーリエ変換され、そのサイドバンドからＯＣＴ信号が検出され、画像処理・表示手段３３７に送られる。
なお、本実施例では１μｍ帯の波長を用いたため、光ファイバの損失を考慮して長い光ファイバを用いることが困難であった。
しかし、より大きな分散パラメータを有する低損失光ファイバ（例えば１．５５μｍでは０．５ｄＢ／ｋｍの損失で−１００ｐｓ／ｎｍ／ｋｍのものが利用できる。）を用いることで、スペクトル帯域を絞り、ダイナミックレンジを確保することは可能である。
データバッファーから読み出された信号は、フーリエ変換され、そのサイドバンドからＯＣＴ信号が検出され、画像処理・表示手段３３７に送られる。
なお、本実施例では１μｍ帯の波長を用いたため、光ファイバの損失を考慮して長い光ファイバを用いることが困難であった。
しかし、より大きな分散パラメータを有する低損失光ファイバ（例えば１．５５μｍでは０．５ｄＢ／ｋｍの損失で−１００ｐｓ／ｎｍ／ｋｍのものが利用できる。）を用いることで、スペクトル帯域を絞り、ダイナミックレンジを確保することは可能である。
以上、１０ＭＨｚの繰り返しでＡスキャンを行う手法に関して述べた。
より低速の繰り返しでもよい場合、ＯＣＴ信号を平均化することによって、ノイズレベルを低減することが可能である。
例えば、５Ｈｚで２５６×２５６点をＡスキャンする場合、１スキャンに対して〜３μｓの積算時間が取れるため、３０回の積算が可能であり、ノイズは１／５以下に抑制できる。信号処理ユニット３３６は、積算回数可変である。
より低速の繰り返しでもよい場合、ＯＣＴ信号を平均化することによって、ノイズレベルを低減することが可能である。
例えば、５Ｈｚで２５６×２５６点をＡスキャンする場合、１スキャンに対して〜３μｓの積算時間が取れるため、３０回の積算が可能であり、ノイズは１／５以下に抑制できる。信号処理ユニット３３６は、積算回数可変である。
［実施例２］
実施例では、実施例１の同期回路における共振器が３種の共振器長の異なるファブリーペロー共振器で構成されている構成例について説明する。
ＦＳＲはそれぞれ、〜０．５ｎｍ （１２５ＧＨｚ）、〜１ｎｍ （２５０ＧＨｚ）、〜１．５ｎｍ（４００ＧＨｚ）であり、カセットで切り替えできるようになっている。
それぞれの共振器を用いてＯＣＴ信号のデータ点数は６６０，３３０，２００となる。
本実施例が実施例１と異なる点は、信号処理ユニット３３６において、ＯＣＴ信号はサンプリングインターバルの積算値を信号値として用いることである。
本実施例によれば、データ点数を減らし、Ｓ／Ｎを向上することができる。
また、ＦＳＲ〜１．５ｎｍの共振器を用いた場合、表面近傍〜１００μｍの領域のコントラストを増強することができる。
実施例では、実施例１の同期回路における共振器が３種の共振器長の異なるファブリーペロー共振器で構成されている構成例について説明する。
ＦＳＲはそれぞれ、〜０．５ｎｍ （１２５ＧＨｚ）、〜１ｎｍ （２５０ＧＨｚ）、〜１．５ｎｍ（４００ＧＨｚ）であり、カセットで切り替えできるようになっている。
それぞれの共振器を用いてＯＣＴ信号のデータ点数は６６０，３３０，２００となる。
本実施例が実施例１と異なる点は、信号処理ユニット３３６において、ＯＣＴ信号はサンプリングインターバルの積算値を信号値として用いることである。
本実施例によれば、データ点数を減らし、Ｓ／Ｎを向上することができる。
また、ＦＳＲ〜１．５ｎｍの共振器を用いた場合、表面近傍〜１００μｍの領域のコントラストを増強することができる。
１０１：スーパーコンティニューム光源
１０２：群速度分散を有する光学系
１０３：同期回路
１０４：広帯域ビームスプリッタ
１０５：フィルタ
１０６：参照ミラー
１０７：測定物体（被測定対象）
１０８：光検出器
１０９：マイケルソン干渉計
２０１：カップラー
２０２ａ：低分散ファブリーペロー（ＦＰ）共振器
２０２ｂ：リング共振器
２０３：高速光フォトダイオード
３０１：励起ＬＤ
３０２：ＹＤＦ
３０３：ＷＤＭ
３０４：１／４波長板
３０５：１／２波長板
３０６：偏光ビームスプリッタ
３０７：回折格子対
３０８：ルーフミラー
３０９：ステアリングミラー
３１０：周波数シフター
３１１：アイソレータ
３１２：１／４波長板
３１３：アイソレータ
３１４：ＥＯＭ
３１５：パルス発生器
３１６：マルチモードＬＤ
３１７：クラッド励起ＹＤＦ
３１８：ＷＤＭカップラー
３１９：１／２波長板
３２０：１／４波長板
３２１：アイソレータ
３２２：回折格子対
３２３：ＰＣＦ
３２４：シングルモードファイバ
３２５：コリメータ
３２６：バンドパスフィルタ
３２７：タップカップラ
３２８：ＦＰ共振器
３２９：光検出器
３３０：ビームスプリッタ
３３１：アクロマティックレンズ
３３２：サンプル
３３３：ウェッジ対
３３４：キャリブレーションされた参照ミラー
３３５：光検出器
３３６：信号処理ユニット
３３７：画像処理・表示手段
３３８：光検出器
３３９：偏光コントローラ
３４０：光検出器
３４１：モード同期レーザ
３４２：増幅器および白色光発生部
３４３：同期回路
３４４：マイケルソン干渉計
Ａ：レーザからの信号
Ｂ：ＦＰ共振器からの信号
Ｃ：ＯＣＴ信号とその波長アサインメント
１０２：群速度分散を有する光学系
１０３：同期回路
１０４：広帯域ビームスプリッタ
１０５：フィルタ
１０６：参照ミラー
１０７：測定物体（被測定対象）
１０８：光検出器
１０９：マイケルソン干渉計
２０１：カップラー
２０２ａ：低分散ファブリーペロー（ＦＰ）共振器
２０２ｂ：リング共振器
２０３：高速光フォトダイオード
３０１：励起ＬＤ
３０２：ＹＤＦ
３０３：ＷＤＭ
３０４：１／４波長板
３０５：１／２波長板
３０６：偏光ビームスプリッタ
３０７：回折格子対
３０８：ルーフミラー
３０９：ステアリングミラー
３１０：周波数シフター
３１１：アイソレータ
３１２：１／４波長板
３１３：アイソレータ
３１４：ＥＯＭ
３１５：パルス発生器
３１６：マルチモードＬＤ
３１７：クラッド励起ＹＤＦ
３１８：ＷＤＭカップラー
３１９：１／２波長板
３２０：１／４波長板
３２１：アイソレータ
３２２：回折格子対
３２３：ＰＣＦ
３２４：シングルモードファイバ
３２５：コリメータ
３２６：バンドパスフィルタ
３２７：タップカップラ
３２８：ＦＰ共振器
３２９：光検出器
３３０：ビームスプリッタ
３３１：アクロマティックレンズ
３３２：サンプル
３３３：ウェッジ対
３３４：キャリブレーションされた参照ミラー
３３５：光検出器
３３６：信号処理ユニット
３３７：画像処理・表示手段
３３８：光検出器
３３９：偏光コントローラ
３４０：光検出器
３４１：モード同期レーザ
３４２：増幅器および白色光発生部
３４３：同期回路
３４４：マイケルソン干渉計
Ａ：レーザからの信号
Ｂ：ＦＰ共振器からの信号
Ｃ：ＯＣＴ信号とその波長アサインメント
Claims (8)
- 光源からの光を分割し、一方を被測定対象に導くと共に他方を参照ミラーに導き、該一方の被測定対象で反射された後方散乱光と該他方の参照ミラーで反射された反射光とによる干渉光を用い、前記被測定対象の断層像を撮像する光断層画像撮像装置であって、
前記光源を構成するスーパーコンティニューム光源と、
前記スーパーコンティニューム光源の出力に接続された群速度分散を有する光学系と、
前記被測定対象で反射された後方散乱光と前記参照ミラーで反射された反射光とによる干渉光を検出する光検出手段と、
前記群速度分散を有する光学系からの出力光における各波長成分と関連付けられる時系列のパルス列に変換された信号であるタイミング信号を検出するタイミング検出手段と、
前記スーパーコンティニューム光源からの信号をトリガーとする前記タイミング検出手段からのタイミング信号を用いて、前記光検出手段からの時系列の信号を波長系列の信号に変換された信号としてサンプリングし、該サンプリングされた信号に基づいて光断層像信号を検出する手段と、
を有することを特徴とする光断層画像撮像装置。 - 前記スーパーコンティニューム光源が、
モード同期レーザと、
前記モード同期レーザの出力パルスをサンプリングする電気光学変調器と、
前記電気光学変調器によりサンプリングされたパルスを増幅する光増幅器と、
前記光増幅器により増幅されたパルスを時間的に圧縮するパルス圧縮器と、
前記パルス圧縮器により圧縮されたパルスを入射する非線形光学媒質と、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の光断層画像撮像装置。 - 前記電気光学変調器よりも後段に設けられた光検出器を備え、該光検出器における電気信号を前記スーパーコンティニューム光源からのトリガー信号とすることを特徴とする請求項２に記載の光断層画像撮像装置。
- 前記群速度分散を有する光学系が正常分散ファイバで構成されると共に、前記スーパーコンティニューム光源における非線形光学媒質が高非線形ファイバで構成され、
前記正常分散ファイバと前記高非線形ファイバとが融着接続されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の光断層画像撮像装置。 - 前記正常分散光ファイバが、複数の異種ファイバによって構成されることを特徴とする請求項４に記載の光断層画像撮像装置。
- 前記正常分散光ファイバの群速度分散パラメータの平均量をＤ、前記正常分散光ファイバの長さをＬとし、前記スーパーコンティニューム光源の繰り返し周波数をｆ、スペクトル幅をΔλとしたとき、
つぎの条件式を満たすことを特徴とする請求項４に記載の光断層画像撮像装置。
１／１０ｆ＜ＤＬΔλ＜１／ｆ
- 前記タイミング検出手段が、共振器長を可変に構成した光共振器と、前記光共振器後段に設けられた光検出器と、によって構成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項に記載の光断層画像撮像装置。
- 前記タイミング検出手段の共振器が、３種の共振器長の異なるファブリーペロー共振器によって構成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項に記載の光断層画像撮像装置。
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