JP2006322767A - 光断層画像化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、観察対象物体の断層像を高解像力で観察できるとともに、より高い解像力とコントラストの画像を得ることが可能な光断層画像化装置を提供する。
【解決手段】光源１、２からの部分的にコヒーレントな光ビームが、ビームスプリッター１０により観察対象物体２４へ向かう探索光と、固定反射面１２へ向かう参照光とに分割される。探索光としての光ビームは光変調手段１６により周波数シフトされ、この周波数シフトした光ビームは、光軸方向とそれと直交する方向に走査され、対象物体が２次元的に走査される。対象物体からの反射光は、参照光と合成され干渉光が光路９ｄに発生する。光ビームの光軸方向への移動と光軸に直交する方向の走査から得られる干渉光は、検出器２７、２８から時系列的な干渉信号として取り出され、対象物体の反射強度情報が取得される。このような構成では、機械的な移動部分が探索光路にあるので、機械走査に伴う光干渉特性の変化が起こり難く光学調整も容易となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光断層画像化装置、更に詳細には、光源からの光ビームを走査して観察対象物体の所定部位に照射し、該対象物体からの反射光を光学的な干渉現象を利用して検出処理することにより対象物体の断層画像情報を取得する光断層画像化装置に関する。

従来から、低干渉性光ビーム（部分的コヒーレント光）の干渉現象を利用した観察対象物体の断層情報の画像化装置（Optical Coherence Tomography：ＯＣＴ）は、非接触、非侵襲で観察対象物体の任意の断層像を画像化して観察できるために、特に生体の観察には有用とされ、眼科の一般臨床検査や皮膚科の診断、内視鏡への応用等の医学分野で利用され始めており、あるいは産業分野での特殊な検査機器として応用が検討されている。

例えば、特許文献１には、初期のＯＣＴとして、照射光の周波数をシフトさせた参照光を生成する手段と、測定対象物体からの反射光を参照光との間で合成して出力されるビート成分を検出することで、対象物体の反射断層像を画像化する構成が示されている。

また、特許文献２には、短コヒーレンス長の特性を有する光源と光ファイバーを用いた干渉計と、サンプル試料へ向かう探索光の光路に配置された位相変調手段と横方向走査機構、参照光の光路に配置された超音波光変調素子と光軸方向の光路長の移動制御手段等を有する構成が開示されている。この構成では、光ファイバーを介して導かれる探索光と参照光の干渉光を検出処理することにより、サンプル試料の断層像を画像化することができる。

また、特許文献３には、低干渉性の光を発生する光源と光ファイバー干渉計を用いた光断層観察装置を、干渉計の光路の一つを介して内視鏡や体腔鏡等の端部の構造と巧みに組み合わせる構成が開示されている。この文献では、体腔内に装入する内視鏡等の利用によって、従来の観察装置として備えられたＣＣＤ等による２次元的な反射像と共に、干渉計を介して得られる干渉信号の検出処理によって患部組織の深さ方向の断層像を画像化できる技術が示されている。

また、特許文献４には、光源からの光ビームをサンプルビーム経路と基準ビーム経路とに分け、両経路を介して戻ってくる光を重ね合わせて検出ビーム経路へと導き、検出器で得られる干渉信号を処理することによって被検眼の角膜の断層像を得る構成が示されている。この文献では、基準ビーム経路（参照光路）に設けられたヘリカル基準ミラーを回転させ光路の長さを変更することによって光軸方向の走査を行ない、更に参照光路中に配置された反射ミラーを移動して奥行走査を角膜の湾曲に合わせる様にして、データ収集時間の短縮を図ることも開示されている。

また、特許文献５には、光周波数の掃引が可能な半導体レーザー光源と、マイケルソン型干渉計と、１次元または２次元の撮像素子とを備え、光周波数を掃引期間中に出力された画像信号をフーリエ変換処理して断層画像を算出する構成が開示されている。この文献では、光源の光周波数の掃引によって深さ方向の情報が得られるために、光軸方向の機械的な移動を伴う走査機構が不要となり、安定な干渉光学系を構成できると共に、短時間での測定が可能になるというメリットのあることが示されている。

また、特許文献６には、空間的に広がった光ビームをビームスプリッターで参照光と測定光とに分割して、一方を測定対象体の被検眼に導き、被検眼からの反射光は参照光路を経由した参照光と干渉させ２次元検出器アレイによって空間情報を同時に取り出す構成が開示されている。この構成では、測定光は２枚のミラーからなる光学系（後方誘導反射器）を介して導かれ、この後方誘導反射器の光軸方向に沿った移動に応じて深さ方向の走査の記録を行なうことが示されている。
特開平４−１７４３４５号公報 特表平６−５１１３１２号公報 特開２０００−１２６１８８号公報 特開平８−２０６０７５号公報 特開平１０−３３２３２９号公報 特開２００３−９３３４６号公報

しかしながら、特許文献１〜特許文献５までに示された構成では、観察対象物体の奥行き（深さ）方向の走査は参照光（基準光）に対する反射ミラーの光軸方向の移動制御によって行っているために、観察対象物体に向かう照射光（サンプル光）のフォーカス状態を断層画像の全域に渡って最適に維持することが出来ず、光軸（奥行き方向）と直交する面内方向の高解像力化が困難である、という問題がある。

また、特許文献４に示された構成では、光軸方向の長深度の走査機構が参照光路に設けられており、干渉計自体が機械的送りの誤差や振動の影響を受け易く、そのため光軸方向の走査に使用している回転型のヘリカルミラーの軸ぶれ等が干渉性能に影響し易いという問題がある。

さらに、特許文献５に示された構成では、光の周波数を所望の範囲にわたって安定的に制御可能な特殊な半導体レーザー光源が必要であり、この種の光源は品種や波長も限られており、光源自体が高価になるという問題がある。また、検出器として１次元または２次元の撮像素子を使用した場合に、その前の光路中に置かれた空間フィルターを十分に小さくすることは困難で、サンプル試料からの不要な迷光を完全に除去することは難しいという問題がある。

また、特許文献６に示された構成では、２枚のミラーの移動によって照射光が対象物体（被検眼）の所定部位にフォーカスされるために高解像力化は可能になるものの、空間情報を多点で同時に検出しているために迷光等の影響を受け易く、画像のＳＮ（信号対雑音比）の向上が難しいという問題がある。

さらに、特許文献２〜特許文献４においては、光ファイバーを用いた光学系が開示されているが、一般論として光ファイバーの使用は、光路を柔軟に配置して構成できるメリットがある一方で、それに結合するための精密光学部品や機械部品が高価になるという問題がある。

また、特許文献５及び特許文献６においては、干渉信号の検出のために採用された１次元または２次元の撮像素子は、光電子像倍管等に代表されるポイント型の光検出器に比較して感度が低く、撮像素子を高感度化しようとすれば高価になるという問題がある。

従って、本発明は上述の問題点を解決するために案出されたものであり、簡単な構成で、観察対象物体の断層像を高解像力で観察できるとともに、より高い解像力とコントラストの画像を得ることが可能な光断層画像化装置を提供することを課題とする。

本発明は、
光源からの光ビームを走査して観察対象物体の所定部位に照射し、該対象物体からの反射光を光学的な干渉現象を利用して検出処理することにより対象物体の断層画像情報を取得する光断層画像化装置において、
低干渉性光ビームを発生する光源と、
前記光源からの光ビームを対象物体へ向かう探索光と、固定反射面へ向かう参照光とに分割する光分割部材と、
前記探索光としての光ビームを周波数シフトさせるための光変調手段と、
前記周波数シフトした光ビームを光軸方向に移動するための移動手段と、
前記周波数シフトした光ビームを光軸と直交する方向に走査するための走査手段と、
前記走査手段、移動手段、光変調手段、光分割部材を介して導かれる対象物体からの反射光と、前記固定反射面で反射し光分割部材を介して導かれる参照光との間で合成される干渉光を受光するための検出手段と、
光ビームの光軸方向への移動と光軸に直交する方向の走査に応じて、前記検出手段から得られる時系列的な干渉信号を処理して、対象物体内部の反射強度情報を取得する処理手段と、
を備えたことを特徴とする。

また、本発明は、
光源からの光ビームを走査して観察対象物体の所定部位に照射し、該対象物体からの反射光を光学的な干渉現象を利用して検出処理することにより対象物体の断層画像情報を取得する光断層画像化装置において、
波長の異なる二つ以上の低干渉性光ビームを発生する光源と、
前記光源からの光ビームを対象物体へ向かう探索光と、固定反射面へ向かう参照光とに分割する光分割部材と、
前記探索光としての光ビームを周波数シフトさせるための光変調手段と、
前記周波数シフトした光ビームを光軸方向に移動するための移動手段と、
前記周波数シフトした光ビームを光軸と直交する方向に少なくとも１次元的に走査するための走査手段と、
前記光分割部材と固定反射面との間に配置され、前記探索光が導かれる光路長と同等な光路長を設定する導光手段と、
前記走査手段、移動手段、光変調手段、光分割部材を介して導かれる対象物体からの反射光と、前記固定反射面、導光手段、光分割部材を介して導かれる参照光との間で合成される干渉光を受光するための光源の波長に応じた二つ以上の検出手段と、
光ビームの光軸方向への移動と光軸に直交する方向の走査に応じて、前記検出手段から得られる時系列的な干渉信号を処理して、対象物体内部の反射強度情報を取得する処理手段と、
を備えたことを特徴とする。

本発明の構成によれば、光変調手段と、光変調されたビームの光軸に沿った方向（深さ方向）への移動手段と、それと直交する方向への走査手段を、観察対象物体への探索光路中に設けたことで、観察対象物体の断層像を高解像力で観察ないし表示することができる。

また、対象物体の種類に応じて異なる波長の光源から適切な波長を選択することができるので、より高い解像力とコントラストの画像を得ることが可能になる。

また、光変調手段、移動手段並びに走査手段を全て対象物体への探索光路に設けているので、光学系の調整も容易で、機械的な移動誤差によって干渉計が影響を受けることも少なくなり、安定した性能を維持することができる。

また、光ビームを光軸方向に移動させても、探索光の物体焦点までの光路長と、参照光の固定反射面までの光路長が同一に保たれるので、干渉信号の検出効率の変動が少なくなり、高解像力で高コントラストの画像を得ることができる。

また、光源と検出器に関してポイント型の高効率、高感度なものを採用可能なため、その他の光路中の主要な光学構成部品も特殊なものを極力排除して比較的安価で済むことにより、信頼性や実用性の高い経済的な光断層画像化装置を提供することができる。

以下に、図面に示す実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。

図１において、符号１及び２で示すものは、部分的コヒーレント光を射出する高輝度の発光ダイオード（Super Luminescent Diode：ＳＬＤ）であり、断層画像を観察するために必要な低干渉性（少しの干渉性）を有する光ビームを発生する光源である。発光波長は、例えばそれぞれが、１３００ｎｍ、及び８５０ｎｍという近赤外線（不可視）の異なる帯域の光を発生するものとし、光源１、２から射出した光ビームは、レンズ３、４でそれぞれコリメートされる。

図１においては、更にもう一つの光源５が備えられ、これは例えば波長６７０ｎｍの赤色（可視）の光を射出する半導体レーザーであり、光源１、２の不可視光源に対して、可視光でビームの光路を確認するために便宜上設けられている。光源５からの光ビームは、レンズ６を介してコリメートされた後、ダイクロイックミラー７、８を介して、光源１、２からの光ビームと一つの光路９ａに合成されて、光分割部材としてのビームスプリッター１０に入射する。

ビームスプリッター１０によって入射光路９ａは参照光路９ｂと探索光路９ｃとに２分割され、参照光路９ｂを進む光ビームはレンズ１１を介して固定ミラー（固定反射面）１２に到達し、そこで反射される。この構成において、参照光の光路９ｂは、探索光の光路９ｃと光路長を均等にする必要がある。表示の便宜上、ビームスプリッター１０から固定ミラー１２までの距離は、破断して短く図示されているが、実際の系では対応した長さに設定されるものである。

一方、探索光路９ｃを進む光ビームはミラー１３、１４ａ、１４ｂで反射される。ミラー１４ａ、１４ｂは固定部材１５を介して圧電素子（圧電振動子）１６に結合されており、この振動子１６は、例えば数十ｋＨｚ以上の高周波で光軸方向（矢印１５ａの方向）にミラー１４ａ、１４ｂを微細振動させ、光ビームの変調（周波数シフト）を行なう光変調手段を構成している。

変調作用を受けた光ビームは、レンズ１７を介してミラー１８ａ、１８ｂで反射し、折り返される。ミラー１８ａ、１８ｂは移動用レールを含む固定部材１９を介して、ステッピングモーター２０に接続されており、モーター２０とともに光ビームを光軸方向（矢印１９ａ）に移動させる移動手段を構成している。すなわち、光ビームはレンズ１７によって焦点位置（結像位置）が、例えばミラー１８ａと１８ｂの間に存在しており、ミラー１８ａ、１８ｂの矢印１９ａの方向の移動によって、焦点位置が光軸方向に移動する作用を受ける。

ミラー１８ａ、１８ｂで反射された光ビームは、レンズ２１を介してガルバノメーター２２に装着されたガルバノミラー２２ａに入射する。ガルバノミラー２２ａは、光軸に対して直交する方向に１次元的な走査を行なう走査手段であり、モーター２０による光軸方向の走査と共に画像の２次元走査を形成するものである。ガルバノミラー２２ａによる走査は、モーター２０による走査よりも高速で行ない、両者の走査手段の走査周期（または周波数）の関係は、所望の画像の走査線数で決定されている。走査された光ビームは、レンズ２３を介して観察対象物体２４の所定位置に結像され、図面中の面内方向２４ａと、深さ方向２４ｂの方向に２次元的に走査される。ここで、面内方向２４ａは、光軸方向と直交するガルバノミラー２２ａによる走査方向であり、深さ方向２４ｂは、モーター２０による光軸に沿った走査方向である。図１の実施例では、観察対象物体として、手足の皮下組織等の生体試料、あるいは食品や植物のサンプル、高分子性工業用部品等、光に対してある程度の透過性を示すものであれば任意の観察対象物体を想定している。

対象物体２４からの反射光は、上述した光学系を逆進し、すなわちレンズ２３、ガルバノミラー２２ａ、レンズ２１、ミラー１８ｂ、１８ａ、レンズ１７、ミラー１４ｂ、１４ａ、１３を経由してビームスプリッター１０に至る。ビームスプリッター１０を透過した対象物体２４からの反射光は、ミラー１４ａ、１４ｂの高周波微細振動を受けており、先に説明した参照光路９ｂに配置された固定ミラー１２で反射し、かつビームスプリッター１０で反射して戻って来る参照光（基準光）との間で光の周波数がわずかに異なるために、干渉現象を発生する。この干渉光による干渉信号成分は、レンズ２５と、ダイクロイックミラー２６を介して、フォトダイオードから構成される検出器（検出手段）２７、または２８によって検出される。検出器２７、２８の前面には、所定の開口（ピンホール）２７ａ、２８ａを配置することによって、不要な迷光や散乱光によるノイズを排除して検出される干渉信号のＳＮを向上させることができる。

ダイクロイックミラー２６は、光源１または２の波長に応じて光路を分けるものであり、先に説明したダイクロイックミラー８と同様な特性を有するものである。検出器２７、２８は、それぞれが光源の波長（一例として、１３００ｎｍと８５０ｎｍ）に対応して高い感度を示すフォトダイオードが選定され、例えば対象物体の種類に応じて、いずれか一方の検出器と光源を連動して選択できるようにしている。

図２には、検出器２７、２８から出力される信号の処理と、その他の電気的な処理系がブロック図として図示されている。検出器２７、２８からの出力は、増幅回路２７ｂ、２８ｂによって各々増幅され、信号処理回路２９に送られる。信号処理回路２９は、内部に信号選択回路、バンドパスフィルター、整流回路、ローパスフィルター、対数増幅回路、Ａ／Ｄコンバーター等の各種の処理を行なう電子回路を含んでおり、光ビームの光軸方向への移動と光軸に直交する方向の走査から得られる干渉光を、時系列的な干渉信号として取り出し、対象物体の反射強度情報（物体の内部からの情報）を取得する処理手段となっている。信号処理回路２９からの信号は、コンピューター（Personal Computer：ＰＣ）３０に送られる。

コンピューター３０は、光源１、２のそれぞれに対応した駆動回路１ａ、２ａを介して、いずれかの光源を駆動し、また、信号処理回路２９は、光源の選択（波長の切り替え）に応じて、検出器２７、２８の出力のいずれかを処理して、処理信号をコンピューター３０に送出する。また、コンピューター３０は、上述の処理と同時に、圧電素子１６に接続された駆動回路１６ａの制御と、モーター２０に接続された駆動回路２０ａ、ガルバノメーター２２に接続された駆動回路２２ｂの制御をそれぞれ行なっている。更に、コンピューター３０は必要に応じて、光ビームの光路確認用の光源５の点灯（または消灯）の制御を、駆動回路５ａを介して行なう。

信号処理回路２９を介してコンピューター３０に送られる干渉信号成分は、図１において説明した干渉光学系の特性によって、観察対象物体内部からの反射光の強度情報を時系列的に示しており、コンピューター３０は、光ビームの走査（ガルバノミラー２２ａによる面内走査、及びミラー１８ａ、１８ｂによる光軸方向の走査）に同期して、画像を再構成することが出来る。コンピューター３０によって構成された断層画像は、必要に応じて記録装置３１に記憶され、また表示装置３２（液晶テレビモニター等）のモニター画面上に種々の関連情報やテキストデータ等と共に画像表示することができる。

図１と図２のような構成において、ＳＬＤ光源は、コンピューター３０の制御を介して、観察対象物体２４の特性に応じて、光源１または２のいずれか一方が選択的に点灯される。光源から射出した光ビームは、レンズ（３あるいは４）でコリメートされたあと、ダイクロイックミラー（７あるいは８）を介して、ビームスプリッター１０に入射する。このとき、可視光でビームの光路を確認するために、光源５を点灯しておくこともできる。

既に述べたように、ビームスプリッター１０によって分割され、参照光路９ｂを進む光ビームはレンズ１１を介して固定ミラー１２に到達し、そこで反射される。一方、探索光路９ｃを進む光ビームはミラー１３、１４ａ、１４ｂで反射され、このとき、ミラー１４ａ、１４ｂは圧電素子１６により微細振動されるので、光ビームは変調（周波数シフト）される。この変調作用を受けた光ビームは、レンズ１７を介してミラー１８ａ、１８ｂで反射し、レンズ２１を経てガルバノミラー２２ａに入射し、レンズ２３を介して対象物体２４に結像する。

ガルバノミラー２２ａは、図面に垂直に延びる軸を中心に揺動することから、光ビームは、観察対象物体２４を矢印方向２４ａに往復移動する。また、モーター２０を駆動してミラー１８ａと１８ｂを矢印方向１９ａに移動すると、対象物体２４上の光ビームの深さ方向の焦点位置（光ビームの結像点、すなわち光ビーム径が最小になる深さ方向の位置）は、矢印方向２４ｂ（深さ方向）に移動するので、ガルバノミラー２２ａによる走査と、モーター２０（ミラー１８ａ、１８ｂ）による走査により、光ビームの焦点位置は、対象物体２４を２次元的に移動する。

この光ビームの走査に応じて、対象物体２４からの反射光は、レンズ２３、ガルバノミラー２２ａ、レンズ２１、ミラー１８ｂ、１８ａ、レンズ１７を経て、ミラー１４ｂ、１４ａ、１３で反射され、ビームスプリッター１０を透過して、ビームスプリッター１０で反射する参照光と合成されて光路９ｄに干渉光が発生する。このとき、対象物体２４からの反射光は、ミラー１４ａ、１４ｂの高周波微細振動を受けているので、周波数シフトし、その周波数が参照光の周波数とわずかに相違するため、干渉光にビートが生じる。この干渉光（ビート信号）は、レンズ２５、ダイクロイックミラー２６と、所定の検出開口（２７ａ、２８ａ）を介して、検出器（２７あるいは２８）によって検出され、取り出される。

ここで、モーター２０の走査により光ビームの深さ方向の焦点位置（物体焦点）が変化しても、その位置からビームスプリッター１０までの光軸に沿った距離は変わることがなく、干渉光学系として、探索光の光路長と、参照光の光路長を均等なものとすることができる。従って、このような系では、走査に伴う物体焦点と検出開口（干渉光の焦点位置）との結像関係は常に一定不変であり、各走査位置での解像力と検出効率を最良に保つことができる。

信号処理回路２９は、光源１、２のいずれかが選択されたかに従い、検出器２７、２８からの一方の信号を選択して処理し、干渉信号から対象物体内部の反射光の強度情報を抽出し、コンピューター３０に送出する。この反射強度情報は、ガルバノミラー２２ａによる光ビームの面内走査と、ミラー１８ａ、１８ｂによる光軸方向の走査の２次元走査に応じて時系列的に順次コンピューター３０に送出されるので、コンピューター３０は、光ビームの２次元走査に同期して、各走査時点の強度情報から対象物体の断面画像を再構成し、それを表示装置３２に表示したり、あるいは記録装置３１に記録する。

この実施例では、光ビームは２次元走査で図面の紙面内での走査しか行っていないが、他のガルバノミラーを設け、ガルバノミラー２２ａで走査された光ビームをそれと直交方向に走査することより３次元的な走査を行って立体的な断層画像情報を取得することもできる。

図３は、本発明の他の実施例として図１の光学系とは異なる光学系の構成を示したものである。図３では、観察対象物体として、生体の特殊な器官である被検眼３３の前眼部３３ａ、または眼底３３ｂを想定しており、検眼を行なうのに好適な光学系の実施例を示している。図３においては、図１の構成要素と同等の光学要素には、共通の符号を付けて示しており、その詳細な構成並びに機能は、図１のものと同様であるので、その詳細な説明は省略する。

断層像観察用の光源１または２からの光ビームは、ビームスプリッター１０において参照光（基準光）の光路９ｂと探索光の光路９ｃとに分割された後、探索光はミラー１４ａ，１４ｂに入射し、折り返される。ミラー１４ａと１４ｂは、図１の実施例と同様に、固定部材１５によって圧電素子（圧電振動子）１６に固定されており、振動子１６の光軸方向の高周波の微細振動（矢印１５ａ）によって、光ビームの変調（周波数シフト）を行なうものである。

変調手段を通過した探索光は、ガルバノメーター３４に装着されたガルバノミラー３４ａに入射し、光軸に沿って図３の紙面とは直交する方向に一次元的に走査される。この走査光はレンズ１７を介してミラー１８ａ、１８ｂで反射され、レンズ２１を介してガルバノメーター２２のガルバノミラー２２ａに導かれ、紙面とは平行な方向（ガルバノミラー３４ａの走査方向とは直交する方向）に走査される。反射ミラー１８ａ、１８ｂは、図１の実施例と同様に、移動用ステージを含む固定部材１９によってステッピングモーター２０に固定されており、光軸方向の走査（矢印１９ａ）ができるようになっている。

二つのガルバノミラー３４ａ、２２ａを用いた走査機構（走査手段）は、検査する被検眼の例えば眼底上で、光ビームが光軸と直交する任意の方向に走査できるようにするためのものである。また、走査機構の付いたミラー１８ａ、１８ｂの位置では光ビームが光軸と平行に走るように、途中に配置されたレンズ１７、２１はテレセントリック光学系を構成している。

ガルバノミラーによって光軸と直交する任意方向に走査された光ビームは、レンズ２３の方向へと導かれ、ビームスプリッター３５を通過し、レンズ３６ａ（またはレンズ３６ｂ）を介して被検眼３３の所定部位に照射される。ビームスプリッター３５の位置において、被検眼の光軸と直交する方向には、レンズ３７を介して撮像装置３８（２次元ＣＣＤ等）が設けられており、これは本ＯＣＴ装置の操作時に、被検眼を補助的にモニターするために使用するためのものである。

被検眼に対向するレンズ３６ａとレンズ３６ｂは、異なる焦点距離を有するもので、光源の波長によってレンズを切り替えることを意図している。すなわち、一例として、眼球組織の波長による吸光特性の違いにより、光源２からの波長８５０ｎｍの光は眼底の断面像を高解像力で見るのに適しており、光源１からの波長１３００ｎｍの光は前眼部の隅角構造等を解像力良く見るのに適している。従って、レンズ３６ａ、３６ｂの選択を、コンピューター３０（図２）による光源と検出器の選択に連動して自動的に切り替えられるようにしておけば、観察対象部位に応じて、常に解像力やコントラストのより優れた断面像を観察することができ、装置の取り扱いも簡単になるというメリットがある。

図１の実施例と同様に図３では、被検眼３３の所定部位からの反射光は、上述の光路を逆行して、ビームスプリッター１０において参照光の光路を介した参照光（基準光）と光路９ｄで合成され、干渉光を発生する。この干渉光に応じた干渉信号が検出器２７あるいは２８によって検出される。検出器２７、２８の前面には、所定の開口（ピンホール）２７ａ、２８ａが配置され、不要な光ノイズを除去して干渉信号のＳＮを向上させている。

信号処理回路２９（図２参照）は、光源１、２のいずれかが選択されたかに従い、検出器２７、２８からの一方の信号を選択して処理し、干渉信号から対象物体の反射光の強度情報を抽出し、コンピューター３０に送出する。この強度情報は、ガルバノミラー３４ａ、２２ａによる光ビームの２次元走査と、ミラー１８ａ、１８ｂによる光軸方向の走査による３次元走査に応じて時系列的に順次コンピューター３０に送出されるので、コンピューター３０は、光ビームの３次元走査に同期して、各走査時点の反射強度情報から対象物体の３次元断面画像情報を再構成し、それを表示装置３２に表示したり、あるいは記録装置３１に記録する。

なお、図３においては、参照光の光路を、図１の例よりも実際の配置に近い形で示している。すなわち参照光の光ビームは、ミラー３９で反射し、ミラー４０ａ、４０ｂ（導光手段）間で往復反射して光路長を稼いだ後に、ミラー１２で反射して参照光路を逆行する。ミラー１２とミラー３９、４０ａ、４０ｂはいずれも固定ミラーであり、ビームスプリッター１０を中心として干渉計を見た時に、干渉計の４本の光路の内の３本は完全に固定された静的部品で構成される。従って、本実施例のような光学系においては、図１の実施例と同様に、機械的に運動する部品は探索光の光路９ｃにのみに含まれているために、機械走査に伴う光干渉特性の変化が起こり難く光学調整も容易になるというメリットがある。

なお、先に説明した撮像装置３８によって、被検眼を補助的に観察する際には、前眼部または眼底のいずれも観察できるように、光源１、２の波長選択に応じて、レンズ３７の焦点距離を自動調節できるように、かつレンズ３７の周辺から補助光源（不図示）を導入できるようにしておくことも可能である。あるいは、撮像装置３８としては、２次元のＣＣＤカメラを想定していたが、更にコスト的に余裕があれば、走査型レーザー検眼鏡（ＳＬＯ）等の高解像力、高感度の特殊な２次元撮像システムを、撮像装置３８の部分に組み込んで結合するような構成としても良いことは勿論である。

図４は、微細振動して変調作用を行なうミラーの動きと光源の発光状態との関係を示したグラフである。実施例１と２において、ミラー１４ａと１４ｂは、圧電素子１６によって高速振動させるために、その動きは正弦波状のものとならざるをえない。しかし、正弦波状の動きは周波数シフトの変調効果が時間によって変化することを示しており、干渉信号の効率的な検出と光軸方向の分解能向上には不利な条件となる。そこで、実施例１と２において、図４のごとく、光源１または２の発光を、ミラー１４ａ、１４ｂの動きと連携させて、探索光の周波数シフトが一定に起こる範囲内で発光（ＯＮ）を行ない、それ以外では発光を停止（ＯＦＦ）する制御を行なっている。この発光をＯＮとする制御範囲は、図４の正弦波曲線のグラフ中で、便宜的に振幅がＡ＋からＡ−の範囲内として示しており、振幅がＡ＋からＡ−の範囲は、光源（１、２）の波長やコヒーレンス長によって決まる深さ方向の分解能よりも小さい距離に設定されている。このような光源の発光制御により、検出信号に対する光強度の利用効率が向上すると共に、観察対象物体に対する光の照射パワーを抑えることができ、特に眼科の検査装置のように照射可能な光強度に制限がある場合には効果的である。

本発明に関わる光断層画像化装置の第１の実施例の光学系を示した構成図である。 電気的な信号処理を行う回路構成を示すブロック図である。 本発明に関わる光断層画像化装置の第２の実施例の光学系を示した構成図である。 変調手段と光源制御の関係を示した波形図である。

符号の説明

１、２、５ 光源
１０ ビームスプリッター
１２ 固定ミラー
１６ 圧電素子
２０ モーター
２２ ガルバノメーター
２４ 観察対象物体
２７、２８ 検出器
３３ 被検眼
３４ ガルバノメーター
３８ 撮像装置

Claims (9)

1. 光源からの光ビームを走査して観察対象物体の所定部位に照射し、該対象物体からの反射光を光学的な干渉現象を利用して検出処理することにより対象物体の断層画像情報を取得する光断層画像化装置において、
   低干渉性光ビームを発生する光源と、
   前記光源からの光ビームを対象物体へ向かう探索光と、固定反射面へ向かう参照光とに分割する光分割部材と、
   前記探索光としての光ビームを周波数シフトさせるための光変調手段と、
   前記周波数シフトした光ビームを光軸方向に移動するための移動手段と、
   前記周波数シフトした光ビームを光軸と直交する方向に走査するための走査手段と、
   前記走査手段、移動手段、光変調手段、光分割部材を介して導かれる対象物体からの反射光と、前記固定反射面で反射し光分割部材を介して導かれる参照光との間で合成される干渉光を受光するための検出手段と、
   光ビームの光軸方向への移動と光軸に直交する方向の走査に応じて、前記検出手段から得られる時系列的な干渉信号を処理して、対象物体内部の反射強度情報を取得する処理手段と、
   を備えたことを特徴とする光断層画像化装置。
2. 前記光変調手段は、光路を折り返す２枚の反射ミラーを備えた圧電振動子によって構成され、光ビームを光軸方向に微細振動させることによって光変調が行われることを特徴とする請求項１に記載の光断層画像化装置。
3. 探索光の物体焦点までの光路長と参照光の固定反射面までの光路長が同一になるように、光ビームの光軸方向への移動が行われることを特徴とする請求項１又は２に記載の光断層画像化装置。
4. 前記周波数シフトが一定に起こる範囲外では、光源をオフにすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光断層画像化装置。
5. 光源からの光ビームを走査して観察対象物体の所定部位に照射し、該対象物体からの反射光を光学的な干渉現象を利用して検出処理することにより対象物体の断層画像情報を取得する光断層画像化装置において、
   波長の異なる二つ以上の低干渉性光ビームを発生する光源と、
   前記光源からの光ビームを対象物体へ向かう探索光と、固定反射面へ向かう参照光とに分割する光分割部材と、
   前記探索光としての光ビームを周波数シフトさせるための光変調手段と、
   前記周波数シフトした光ビームを光軸方向に移動するための移動手段と、
   前記周波数シフトした光ビームを光軸と直交する方向に少なくとも１次元的に走査するための走査手段と、
   前記光分割部材と固定反射面との間に配置され、前記探索光が導かれる光路長と同等な光路長を設定する導光手段と、
   前記走査手段、移動手段、光変調手段、光分割部材を介して導かれる対象物体からの反射光と、前記固定反射面、導光手段、光分割部材を介して導かれる参照光との間で合成される干渉光を受光するための光源の波長に応じた二つ以上の検出手段と、
   光ビームの光軸方向への移動と光軸に直交する方向の走査に応じて、前記検出手段から得られる時系列的な干渉信号を処理して、対象物体内部の反射強度情報を取得する処理手段と、
   を備えたことを特徴とする光断層画像化装置。
6. 前記移動手段は、光変調手段を介して導かれる探索光の光路に対して光軸方向に移動可能な２枚の反射ミラーを、前記走査手段よりも遅い速度で移動させて、光ビームを光軸方向に移動させることを特徴とする請求項５に記載の光断層画像化装置。
7. 前記移動手段は、探索光の物体焦点までの光路長と参照光の固定反射面までの光路長が同一になるように、光ビームを光軸方向に移動させることを特徴とする請求項５又は６に記載の光断層画像化装置。
8. 前記周波数シフトが一定に起こる範囲外では、光源をオフにすることを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の光断層画像化装置。
9. 対象物体の種類に応じていずれか１つの光源が選択され、その選択に応じて対応した検出器が選択されることを特徴とする請求項５から８のいずれか１項に記載の光断層画像化装置。

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