JP2007024677A - 光断層画像表示システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】高速で利用できる再現性のよい波長走査型光源10と干渉光学計を用いる。kトリガ生成部24は時間に対し等発振周波数の関係をメモリに保持し、スキャントリガ信号に基づきkトリガ信号を発生する。このkトリガ信号に基づいて干渉光学計より得られる光ビート信号を等周波数間隔でフーリエ変換することにより、断層画像を得る。
【選択図】図1
Description
Handbook of Optical Coherence Tomography,p41-43, Mercel Dekker, Inc. 2002
f=f(t)
で表すものとし、周波数の変化範囲δfが等間隔になるタイミングをt1,t2・・・tm・・・tn(m=1〜n)とすると、次式で示される発振周波数
f(tm)=f1+(m−1)δf
となるタイミング
tm=f−1{f1+(m−1)δf}
をテーブルとして保持するメモリと、前記スキャントリガ発生部よりスキャントリガ信号が与えられる毎に、前記メモリに保持されたテーブルを読み出し、等周波数間隔のkトリガ信号を生成するトリガ生成回路と、を具備するようにしてもよい。
f=f(t)
で表すものとし、周波数の変化範囲δfが等間隔になるタイミングをt1,t2・・・tm・・・tn(m=1〜n)とすると、次式で示される発振周波数
f(tm)=f1+(m−1)δf
となるタイミング
tm=f−1{f1+(m−1)δf}
を関数として記憶するメモリと、前記スキャントリガ発生部よりスキャントリガ信号が与えられる毎に、前記メモリの関数に基づいて等周波数間隔のkトリガ信号を生成するトリガ生成回路と、を具備するようにしてもよい。
Λ(sinγ+sinδ)=kλ ・・・(1)
ここでkは次数であり、0,±1,±2・・・の値となる。Λはグレーティングのピッチ(μm)、即ち単位長さ当たりの格子線数a(本/mm)の逆数である。
λ=2Λsinγ ・・・(2)
尚、リットマン配置では入射光と反射光の角度は一致していない。
τ=2nz/c
となる。従ってフォトダイオード20で受光される干渉光は、ビート周波数
fb=ατ=(Δf/T)(2nz/c) ・・・(3)
で変動することになる。
干渉光信号:F(z)=ΣIdct[km]exp(−j2kmzn) ・・・(5)
km=k(tm)=2π/λ(tm)=2πf(tm)/c
上記干渉光信号はk空間で均等なサンプリングでフーリエ変換することによって、歪みのない画像が得られる。
δz=(2ln2/π)・(λ0 2/Δλ) ・・・(6)
ここでλ0は中心波長であり、Δλは波長走査範囲である。
Lc=(2ln2/π)・(C/Δν) ・・・(7)
ここでΔνは動的線幅、即ち波長がシフトしている途中のスペクトル線幅である。
f=c/2Λsinγ
ここで光周波数fはf1〜f2まで変化するものとする。図7はこの関係の一例を示すグラフである。この周波数の走査範囲をΔf(=f2−f1)とし、その間を1024に等分割すると、周波数分割幅δfは次式で示される。
δf=(Δf)/1024
一方、ポリゴンミラー43を用いた場合、光の偏向角は等速、即ち線形に変化する。ここでbを変化の係数とすると、
γ=b・t
=sin−1(c/2Λf)
∴ t=sin−1(c/2Λf)/b
tm={sin−1(c/2Λ(f1+(m−1)δf))−sin−1(c/2Λf1)}/b
・・・(8)
f=f(t)
そしてf1からf2までの周波数の変化範囲が等間隔になるタイミングをt1,t2・・・tm・・・tn(m=1〜n)とすると、各タイミングでの発振周波数f(tm)は、次式で示される。
f(tm)=f1+(m−1)δf
従って波長f1からf2までの波長の走査を行い、この時間に対する発振波長の関係をメモリに記憶しておく。即ち次式
tm=f−1{f1+(m−1)δf} ・・・(9)
をテーブルとして記憶しておく。スキャントリガ信号に応じてこのメモリのテーブルを読み出すことによって、時間軸上では等間隔でなく、周波数軸上で等間隔となるkトリガ信号を得ることができる。このように等周波数間隔でkトリガ信号を用いてフーリエ変換することによって、高分解能でノイズのない断面画像を得ることができる。
11,15,31,41 光ファイバ
12,16,18,19 レンズ
13 参照ミラー
17 スキャニングミラー
20 フォトダイオード
21 プリアンプ
22 信号処理部
23 スキャントリガ発生部
24 kトリガ発生部
32 ゲイン媒体
33 光サーキュレータ
34 光カップラ
35 偏光コントローラ
36,37 半導体レーザ
38 WDMカップラ
43 ポリゴンミラー
44 駆動部
45 回折格子
51 ローパスフィルタ
52 フーリエ変換回路
53 CPU
54 モニタ
62 フォトダイオード
64 波形整形回路
65 クロック発生回路
66 トリガ生成回路
67 メモリ
68 RW制御部
Claims (7)
- 周期的に光の発振波長を走査する波長走査型光源と、
前記波長走査型光源の波長走査毎にトリガ信号を発成するスキャントリガ発生部と、
前記スキャントリガ発生部より得られるトリガ信号をトリガとして、1走査の期間内に前記波長走査型光源の光の等周波数間隔でのkトリガ信号を発生するkトリガ発生部と、
前記波長走査型光源からの光を参照光と物体への照射光とに分岐し、物体からの反射光と参照光との干渉光を発生する干渉光学計と、
前記干渉光学計より得られる干渉光を受光し、ビート信号を得る受光素子と、
前記受光素子からの出力及び前記kトリガ発生部からのkトリガ信号にタイミングを合せて干渉信号に対してフーリエ変換することにより、前記物体の断層画像を算出する信号処理部と、を具備する光断層画像表示システム。 - 前記波長走査型光源は、
レーザ発振の光路となる光ファイバループと、
前記光ファイバループに接続され、発振する波長に利得を有するゲイン媒体と、
前記光ファイバループより複数の光を分岐すると共に、分岐光と同一の光路で光を前記光ファイバループに戻す光分岐入射部と、
前記光分岐入射部で分岐された複数の分岐光が与えられ、夫々同一の波長を連続的に可変させつつ選択し、選択した波長の光を同一の光路で光分岐入射部に与える波長可変光フィルタと、
前記光ファイバループに接続され、前記光ファイバループを通過する光の一部を取り出す光学カップラと、を具備し、
前記波長可変フィルタは、
前記光分岐入射部より得られる光ビームの反射角度を一定範囲で周期的に変化させる光ビーム偏向部と、
前記光ビーム偏向部で偏向された光が入射され、入射角と同一方向に入射角に応じて変化する選択波長の光を反射する回折格子と、を具備する請求項1記載の光断層画像表示システム。 - 前記スキャントリガ発生部は、
前記光ビームの偏向部の偏向の範囲内の所定の角度の照射時に、その正反射光を受光する位置に設けられた第2の受光素子と、
前記第2の受光素子からの出力を整形する波形整形回路を有し、
前記波形整形回路からの出力に基づいて波長の走査毎にスキャントリガを発生する請求項2記載の光断層画像表示システム。 - 前記干渉光学計は、
中間に結合部を有する第1,第2の光ファイバを含み、
前記第1の光ファイバは、前記波長走査型光源から発生した光を前記結合部を介して参照ミラーに導き、参照ミラーで反射された光を再び結合部に導くものであり、
前記第2の光ファイバは、前記波長走査型光源の光を前記結合部を介して測定対象まで導き、該測定対象からの反射光を再び結合部に導くと共に、結合部を介して得られた干渉光を前記受光素子に伝送するものであり、
前記結合部と参照ミラーまでの光学距離と、及び前記結合部と測定領域までの光学距離とを等しくした請求項1記載の光断層画像表示システム。 - 前記kトリガ発生回路は、
前記波長走査型光源の発振周波数f(f1≦f≦f2)を時間の関数として次式
f=f(t)
で表すものとし、周波数の変化範囲δfが等間隔になるタイミングをt1,t2・・・tm・・・tn(m=1〜n)とすると、次式で示される発振周波数
f(tm)=f1+(m−1)δf
となるタイミング
tm=f−1{f1+(m−1)δf}
をテーブルとして保持するメモリと、
前記スキャントリガ発生部よりスキャントリガ信号が与えられる毎に、前記メモリに保持されたテーブルを読み出し、等周波数間隔のkトリガ信号を生成するトリガ生成回路と、を具備する請求項1〜4のいずれか1項記載の光断層画像表示システム。 - 前記メモリには、δfの等周波数間隔の波長選択特性を持つ櫛歯状の干渉フィルタに前記波長走査型光源からの光を入力したときに、前記干渉フィルタよりピーク値が得られる時間間隔のデータをストアするようにした請求項5記載の光断層画像表示システム。
- 前記kトリガ発生回路は、
前記波長走査型光源の発振周波数f(f1≦f≦f2)を時間の関数として次式
f=f(t)
で表すものとし、周波数の変化範囲δfが等間隔になるタイミングをt1,t2・・・tm・・・tn(m=1〜n)とすると、次式で示される発振周波数
f(tm)=f1+(m−1)δf
となるタイミング
tm=f−1{f1+(m−1)δf}
を関数として記憶するメモリと、
前記スキャントリガ発生部よりスキャントリガ信号が与えられる毎に、前記メモリの関数に基づいて等周波数間隔のkトリガ信号を生成するトリガ生成回路と、を具備する請求項1〜4のいずれか1項記載の光断層画像表示システム。
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