JP2007240228A - 光断層画像化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光断層画像化装置において、干渉光の偏光状態の変化に起因する断層画像の画質の低下を防止する。
【解決手段】測定対象Ｓからの反射光ＬＳと参照光Ｌ２とが合波されて得られる干渉光Ｌ４は、導波手段である光ファイバＦＢ４により干渉光検出手段４０に導波される。干渉光検出手段４０は干渉光Ｌ４を分光する分光器としての分光手段４２を有する。光ファイバＦＢ４と分光手段４２との間に、光ファイバＦＢ４により導波された干渉光Ｌ４の偏光状態を所定の偏光状態に設定して分光手段４２に入射させる偏光設定手段４１を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、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。

また、近年では、上述した参照光の光路長を変更することなく高速に断層画像を取得するＳＤ−ＯＣＴ（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測を利用したＳＤ−ＯＣＴ装置が提案されている。このＳＤ−ＯＣＴ装置は、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、測定光を測定対象に照射させ、そのとき戻って来た反射光と参照光とを干渉させ、この干渉光を各周波数成分に分解したチャンネルドスペクトルをフーリエ変換することにより、深さ方向の走査を行わずに断層画像を構成するようにしたものである。

上記のようなＳＤ−ＯＣＴ装置では、干渉光を分光する分光器と、該分光器で分光された光の波長ごとの光強度を検出する検出器を用いて干渉光の周波数解析を行う。特許文献１には、分光器として回折光学素子を利用したＳＤ−ＯＣＴ装置が記載されている。
特開２０００−４６７２９号公報

しかしながら、回折光学素子は偏光特性があるため、分光器に入射する光の偏光状態によって分光器の出力結果が異なるという問題が起こる。例えば、図９に示すように、回折光学素子の溝方向に対して、電場ベクトルの振動方向が平行な光（Ｓ偏光：破線で図示）と、垂直な光（Ｐ偏光：直線で図示）では回折効率が異なる。なお、図９は回折光学素子の格子ピッチｄと入射光の波長λの比であるλ／ｄを横軸にとり、ブレーズ角θ_Ｂが３０度のときの回折効率を示している。図９に示すように、λ／ｄ＝１のとき、Ｓ偏光では回折効率がほぼ１であるのに対し、Ｐ偏光では０．６程度にしかならない。すなわち、干渉光が直線偏光の場合には、その偏光方向によっては２倍近い回折効率の差が生じてしまう。回折効率の差は、光強度の差として現れるため、分光器で出力される波長スペクトルが偏光状態によって変化することになる。

一方、内視鏡に適用される光断層画像取得装置では、体腔内に光を導波するためにファイバを用いているが、体腔内にファイバを挿入するために、ファイバの曲げやねじりが必然的に起こり、また、体腔内挿入に伴う温度変化も必然的に起こる。通常内視鏡に用いられているシングルモードファイバでは、このような曲げやねじりによる応力、または温度変化等の変動要因により、ファイバ内を伝播する光の偏光状態が変化する。また、内視鏡では、光を偏向してファイバの周方向に走査させることも多く、１周したときには偏光方向は３６０°回転することになる。以上のことから、測定時にファイバを介して導波される干渉光の偏光状態は一定ではなく、揺らいで変化するものとなる。

このように、偏光状態が揺らいだ干渉光が分光器に入射すると、偏光特性を有する分光器では、波長スペクトルが変化し、変化分は誤差とみなされる。そして、この波長スペクトルをフーリエ変換して得られる信号レベルも変動し、結果として、断層画像の画質が低下することになる。

さらに、ＳＤ−ＯＣＴ装置では、高分解能を確保するためには広帯域の光源が必要であるが、この点に関しても以下に述べるような偏光特性に起因した問題が起こる。例えば、中心波長を１μｍ、波長幅２００ｎｍの光源を用い、格子ピッチ１μｍの回折光学素子を分光器に用いたとすると、光源の波長帯域は９００〜１１００ｎｍであるから、λ／ｄは０．９〜１．１の値をとる。図９によれば、この場合のＳ偏光の回折効率はほとんど変わらないが、Ｐ偏光の回折効率は波長に応じて０．５〜０．７の値をとることになる。干渉光がＰ偏光の場合には、この偏光特性に起因した回折効率の波長依存性のために、波長スペクトルが本来の姿から歪められ、断層画像の画質の低下を招く。これは、上述した変動要因がない場合にも発生することである。

そこで、本発明は、干渉光の偏光状態の変化に起因する断層画像の画質の低下を防止可能な光断層画像化装置を提供することを目的とする。

本発明の光断層画像化装置は、光を射出する光源と、前記光源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分光する分光器を有し、該分光器により分光された前記干渉光を検出する干渉光検出手段と、前記合波手段から前記干渉光検出手段まで前記干渉光を導波する導波手段と、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断層画像取得手段と、を備えた光断層画像化装置において、前記導波手段と前記分光器との間に、前記導波手段により導波された前記干渉光の偏光状態を所定の偏光状態に設定して前記分光器に入射させる偏光設定手段をさらに設けたことを特徴とするものである。

なお、「偏光状態」とは、例えばＰ偏光、Ｓ偏光、Ｐ偏光およびＳ偏光以外の直線偏光、右楕円偏光、左楕円偏光、右円偏光、左円偏光であり、さらにここでは、これら各方向の直線偏光、各方向の円偏光及び各方向の楕円偏光の全ての状態の光が重なった無偏光も含めていうものとする。

なおここで、「導波手段」とは、例えば光ファイバ、光導波路等の光を伝播させる媒体であり、さらには、合波手段から干渉光検出手段まで干渉光を導波するよう構成されたバルク光学系も含むものとする。

上記偏光設定手段が設定する偏光状態は、直線偏光であってもよく、あるいは無偏光であってもよい。直線偏光の場合は、偏光設定手段が、干渉光を、偏光方向が直交する２つの直線偏光に分離し、該２つの直線偏光の一方の偏光方向を他方と同じ方向に変更した後、両者を合成するものであってもよく、その場合には、前記２つの直線偏光の一方の光路長を調整する光路長調整手段を備えていることが好ましい。

本発明の光断層画像化装置によれば、導波手段を経て干渉光検出手段に入射する干渉光の偏光状態が変化したとしても、分光器に入射する前に偏光設定手段により所定の偏光状態に設定されるため、分光器に入射する光の偏光状態は常に一定となる。よって、分光器が偏光特性を有していても、干渉光の偏光状態の変化により分光器で出力される波長スペクトルが変化することはなく、断層画像の画質の低下を防止することができる。

ここで、前記偏光設定手段が、前記干渉光を、偏光方向が直交する２つの直線偏光に分離し、該２つの直線偏光の一方の偏光方向を他方と同じ方向に変更した後、両者を合成するものである場合には、例えば図９に示すような各方向の直線偏光に対する分光器の特性を考慮して、最も偏光の影響が少ない方向の直線偏光に設定することにより、断層画像の画質の低下を防止することができる。

その際に、前記偏光方向が直交する２つの直線偏光の一方の光路長を調整する光路長調整手段を備えている場合には、合成される２つの直線偏光が干渉するのを防止することができる。

あるいは、前記偏光設定手段が干渉光の偏光状態を無偏光に設定するものである場合には、各方向および各種類の偏光が混在した偏光依存性がない光となるため、干渉光の偏光状態を変化させる変動要因が起こっても、その影響を受けることなく、断層画像の画質の低下を防止することができる。

以下、図面を参照して本発明の光断層画像化装置の実施形態を詳細に説明する。

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を射出する光源ユニット１０と、光源ユニット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（断層画像取得手段）５０とを有している。

光源ユニット１０は、低コヒーレント光Ｌを射出する例えばＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）やＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）等の光源１１と、光源１１から射出された光を光ファイバＦＢ１内に入射させるための光学系１２とを有している。なお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１１としては、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、例えば広スペクトル帯域の超短パルスレーザ光源等を用いるのが好ましい。

光分割手段３は、たとえば２×２の光ファイバカプラから構成されており、光源ユニット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３１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。

光プローブ３０は、先端が閉じられた円筒状のプローブ外筒３２と、このプローブ外筒３２の内部空間に、該外筒３２の軸方向に延びる状態に配設された１本の光ファイバ３３と、光ファイバ３３の先端から射出した光Ｌ１をプローブ外筒３２の周方向に偏向させるプリズムミラー３４と、光ファイバ３３の先端から射出した光Ｌ１を、プローブ外筒３２の周外方に配された被走査体としての測定対象Ｓにおいて収束するように集光するロッドレンズ３５と、プリズムミラー３４を光ファイバ３３の軸を回転軸として回転させるモータ３６とを備えている。

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に対する断層画像の取得を開始する位置を調整するために、参照光Ｌ２の光路長を変更するものであって、光ファイバＦＢ３から射出された参照光Ｌ２を反射させる反射ミラー２２と、反射ミラー２２と光ファイバＦＢ３との間に配置された第１光学レンズ２１ａと、第１光学レンズ２１ａと反射ミラー２２との間に配置された第２光学レンズ２１ｂとを有している。

第１光学レンズ２１ａは、光ファイバＦＢ３のコアから射出された参照光Ｌ２を平行光にするとともに、反射ミラー２２により反射された参照光Ｌ２を光ファイバＦＢ３のコアに集光する機能を有している。また、第２光学レンズ２１ｂは、第１光学レンズ２１ａにより平行光にされた参照光Ｌ２を反射ミラー２２上に集光するとともに、反射ミラー２２により反射された参照光Ｌ２を平行光にする機能を有している。

したがって、光ファイバＦＢ３から射出した参照光Ｌ２は、第１光学レンズ２１ａにより平行光になり、第２光学レンズ２１ｂにより反射ミラー２２上に集光される。その後、反射ミラー２２により反射された参照光Ｌ２は、第２光学レンズ２１ｂにより平行光になり、第１光学レンズ２１ａにより光ファイバＦＢ３のコアに集光される。

さらに光路長調整手段２０は、第２光学レンズ２１ｂと反射ミラー２２とを固定した可動ステージ２３と、該可動ステージ２３を第１光学レンズ２１ａの光軸方向に移動させるミラー移動手段２４とを有している。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、前述のとおり２×２の光ファイバカプラからなり、光路長調整手段２０により光路長が変更された参照光Ｌ２と測定対象Ｓからの反射光Ｌ３とを合波しこれらの干渉光Ｌ４を導波手段である光ファイバ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の偏光状態を所定の状態に設定する偏光設定手段４１と、偏光設定手段４１から入射された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。

本例における偏光設定手段４１は、干渉光Ｌ４の偏光状態を直線偏光にして干渉光検出手段４０に入射させるものであり、その詳細構成を図２に示す。偏光設定手段４１は、光ファイバＦＢ４からの干渉光Ｌ４を平行光にするコリメータレンズ４０１と、偏光ビームスプリッタ４０２と、偏光ビームスプリッタ４０２により分岐された一方の光路に配置された光路折り返し用のミラー４０３と、偏光回転素子４０４と、他方の光路に配置された光路折り返し用のミラー４０５，４０６，４０７と、分岐された２つの光を合成するハーフプリズム４０８と、光路を折り返して分光手段４２に合成された光を入射させるミラー４０９と、光路長を調整する光路長調整手段４１０から構成されている。

偏光ビームスプリッタ４０２は、入射面に対して４５度傾いた反射面を内部に有し、この反射面を２つの三角柱状のプリズムの斜面で挟んだキューブ型の構成をとり、入射光を偏光方向が直交する２つの直線偏光であるＰ偏光とＳ偏光に分離する。なお、図２では、キューブ型の偏光ビームスプリッタを図示しているが、プレート型のものでもよい。偏光回転素子４０４は、偏光方向を９０度回転させる素子であり、例えば１／２波長板を使用できる。

ハーフプリズム４０８は、入射面に対して４５度傾いた反射面を内部に有し、この反射面を２つの三角柱状のプリズムの斜面で挟んだキューブ型の構成をとり、入射光を５０％：５０％の割合で透過および反射させるものであり、合波手段として機能する。なお、ハーフプリズム４０８の代わりにハーフミラーを用いてもよい。

光路長調整手段４１０は、ミラー４０５、４０６、４０７を図２のように配置させて、偏光ビームスプリッタ４０２により分岐された一方の光の光路長を他方の光路長に対してコヒーレンス長以上長くした構成とする。これにより、偏光方向を同一にして合成される２つの直線偏光が干渉するのを防ぐことができる。

なお、図２に示す例では、迂回する光路を形成することにより光路長を調整しているが、光路長調整手段はこれに限定されるものではなく、例えば図３に示すように、一方の光路に空気より屈折率の高いガラス等の媒体４１１を挿入する構成としてもよい。図３に示す構成では、偏光ビームスプリッタ４０２で反射された光は、空気より屈折率の高い媒体４１１を通過し、折り返しミラー４１５により反射された後、ハーフプリズム４０８に入射する。

また、光路長調整手段の別の例としては、図２のキューブ型の偏光ビームスプリッタ４０２、ハーフプリズム４０８を、図４に示すように１つの三角柱プリズムに反射面を設けた構成の偏光ビームスプリッタ４１２、ハーフプリズム４１８に置換した構成としてもよい。図４に示す構成では、偏光ビームスプリッタ４１２で反射された光は、プリズム媒体を透過することなく進行し、折り返しミラー４１５により反射された後、プリズム媒体を透過することなくハーフプリズム４１８に入射する。

さらに、光路長調整手段の別の例としては、図２のキューブ型の偏光ビームスプリッタ４０２、ハーフプリズム４０８を構成する三角柱プリズムの一方を光路方向に伸長させた断面が台形状のプリズムに置換した構成としてもよい。なお、光路長調整手段を構成する際には、必ずしも偏光ビームスプリッタ４０２、ハーフプリズム４０８の両方を上記構成のものに置換する必要はなく、どちらか一方のみを置換するだけでもよい。

図２に示す偏光設定手段４１において、光ファイバＦＢ４から射出された干渉光Ｌ４は、コリメータレンズ４０１により平行光にされた後、偏光ビームスプリッタ４０２によりＰ偏光とＳ偏光に分離される。偏光ビームスプリッタ４０２を透過したＰ偏光は、ミラー４０３で反射された後、偏光回転素子４０４により偏光方向を９０度回転されてＳ偏光となり、図２の水平方向に進行しハーフプリズム４０８に入射する。一方、偏光ビームスプリッタ４０２の反射面で反射されたＳ偏光は、ミラー４０５，４０６，４０７で反射された後、図２の鉛直方向に進行しハーフプリズム４０８に入射する。ハーフプリズム４０８において、偏光回転素子４０４により変換されたＳ偏光と、ミラー４０７を経由したＳ偏光とは合成されてＳ偏光のまま同一光路を進み、ミラー４０９により反射されて分光手段４２に入射する。

分光手段４２は例えば回折光学素子等から構成され、入射した干渉光Ｌ４を分光する分光器として機能するものであり、分光後の光を光検出手段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、光源ユニット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。

上述したように、光断層画像化装置１では、偏光設定手段４１が設けられているため、光ファイバＦＢ４により導波された干渉光Ｌ４の偏光状態がいかなる偏光状態であっても、また偏光状態が変化しても、分光手段４２に入射する光は必ずＳ偏光となる。よって、分光手段４２に回折光学素子等の偏光特性を有する素子が用いられていても、光ファイバＦＢ４により導波された干渉光Ｌ４の偏光状態の変化の影響を受けることなく、分光特性を計測でき、従来生じていた偏光状態の変化による干渉光Ｌ４の波長スペクトルの誤差をなくすことができ、干渉光をフーリエ変換して得られる断層画像の画質の低下を防止できる。

本例のような分光手段４２に入射する光をＳ偏光にした構成は、例えば図９に示すλ／ｄ＞０．８のような、Ｓ偏光に比べＰ偏光の回折効率の変動が大きい波長帯域で有効である。一方、図９のλ／ｄ＝０．７近傍では、Ｓ偏光の大きな変動が見られるため、この波長帯域ではＰ偏光を分光手段４２に入射させることが好ましい。これは、図２に示す構成で、偏光回転素子４０４をＳ偏光側の光路に移動させることで容易に実現できる。なお、どのような偏光状態の光を分光手段４２に入射させるかは、本例に限定されず、使用する光の波長帯域等の条件に応じて適宜設定することが好ましい。

なお、偏光設定手段４１において、合波手段４から干渉光検出手段４０まで干渉光Ｌ４を導波するのに光ファイバを用いず、平行光が干渉光検出手段４０に入射する構成であるときは、コリメータレンズ４０１を省くことができる。

次に、本発明の第２の実施形態による光断層画像化装置について図５を参照して説明する。なお、第２の実施形態である光断層画像化装置は、偏光設定手段２４１が図２に示す第１の実施形態の偏光設定手段４１と異なっているが、他の構成は同様であるため、偏光設定手段２４１のみを図示し、他の構成の説明は省略する。

偏光設定手段２４１は、光ファイバＦＢ４が入力側に接続された偏波保存型光ファイバカプラ２４２と、偏波保存型光ファイバカプラ２４２の出力側に接続された２つの偏波保存型光ファイバ２４３，２４４と、これら偏波保存型光ファイバ２４３，２４４が入力側に接続された光ファイバカプラ２４５と、光ファイバカプラ２４５の出力側に接続された光ファイバ２４６と、光ファイバ２４６の射出光を平行光にするコリメータレンズ２４７と、光路を折り返して分光手段４２にこの平行光を入射させるミラー２４８とから構成される。

偏波保存型光ファイバカプラ２４２は、偏光ビームスプリッタと同様に、入射光を、偏光方向が直交する２つの直線偏光に分離するものであり、例えばＰＡＮＤＡ−ＰＢＳ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ −ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ ＡＮＤ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ−ｒｅｄｕｃｉｎｇ − Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）を用いることができる。光ファイバカプラ２４５は、合波手段として機能するものであり、例えば３ｄＢ光ファイバカプラを用いることができる。

偏波保存型光ファイバ２４３，２４４は、直線偏光の偏光方向を保存したまま光を導波するファイバであり、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を用いることができる。ここでは、ＰＡＮＤＡファイバを用いた場合を例にとり説明する。ＰＡＮＤＡファイバは、図６にその断面を示すように、クラッド２６１の中心に配置されたコア２６２の両側に非軸対称な応力を付与する２つの応力付与部２６３ａ、２６３ｂが設けられた構成を有する。応力付与部２６３ａ、２６３ｂの配列方向に平行な方向をＳｌｏｗ軸方向、垂直な方向をＦａｓｔ軸方向といい、これら２つの方向に合わせて入射された直線偏光は偏光方向を保存されたまま導波される。

なお、偏光設定手段２４１では、第１の実施形態の偏光回転素子４０４を挿入する代わりに、図５の白い矢印で示すように偏波保存型光ファイバ２４４を９０度回転させて光ファイバカプラ２４５に接続することにより、合成する２つの直線偏光の偏光方向を揃えている。また、偏光設定手段２４１では、第１の実施形態の光路長調整手段４１０を設ける代わりに、偏波保存型光ファイバ２４３と偏波保存型光ファイバ２４４の長さを異ならせることにより、これら２つのファイバにより導波された光が光ファイバカプラ２４５で合波されるときに干渉しないようにしている。

偏光設定手段２４１において、光ファイバＦＢ４から射出された干渉光Ｌ４は、偏波保存型光ファイバカプラ２４２により偏光方向がＳｌｏｗ軸方向、Ｆａｓｔ軸方向の２つの光に分離されて、それぞれ偏波保存型光ファイバ２４３，２４４により導波される。なお、偏波保存型光ファイバ２４３，２４４の断面およびこれら２つのファイバにより導波される光の偏光方向を図５の楕円形の破線内に上下に並べて示す。偏波保存型光ファイバ２４４により導波された偏光方向がＦａｓｔ軸方向の光は、偏波保存型光ファイバカプラ２４２を出射した直後は、その偏光方向は上下方向となっているが、途中で偏波保存型光ファイバ２４４が９０度回転するため、光ファイバカプラ２４５に入射するときには、図５に示すように、その偏光方向は左右方向となる。一方、偏波保存型光ファイバ２４３により導波された偏光方向がＳｌｏｗ軸方向の光は、その偏光方向は左右方向のまま変わることなく光ファイバカプラ２４５に入射する。光ファイバカプラ２４５において、これら２つの光は合成されて偏光方向が左右方向の直線偏光となり、この光は光ファイバ２４６を経由してコリメータレンズ２４７で平行光にされた後、ミラー２４８により反射されて分光手段４２に入射する。

以上説明した第２の実施形態においても、偏光設定手段２４１は第１の実施形態の偏光設定手段２４１と同様の効果を奏する。なお、本例では偏波保存型光ファイバ２４４を９０度回転させているが、偏波保存型光ファイバ２４３の方を９０度回転させてもよい。

次に、本発明の第３の実施形態による光断層画像化装置について図７を参照して説明する。なお、第３の実施形態である光断層画像化装置は、偏光設定手段３４１が図２に示す第１の実施形態の偏光設定手段４１と異なっているが、他の構成は同様であるため、偏光設定手段３４１のみを図示し、他の構成の説明は省略する。

偏光設定手段３４１は、光ファイバＦＢ４からの干渉光Ｌ４を平行光にするコリメータレンズ３４２と、この平行光の偏光状態を無偏光にする偏光解消素子３４３と、光路折り曲げ用のミラー３４４とから構成されている。

偏光解消素子３４３は、あらゆる光の偏光状態を無偏光に変換する光学素子であり、例えば特公平３−４６８０２号に詳細構成が記載された公知の偏光解消板等を用いることができる。

偏光設定手段３４１において、光ファイバＦＢ４から射出された干渉光Ｌ４は、コリメータレンズ３４２により平行光にされ、偏光解消素子３４３により偏光状態を無偏光に変換された後、ミラー３４４により反射されて分光手段４２に入射する。

本実施形態では、光ファイバＦＢ４により導波された干渉光Ｌ４の偏光状態がいかなる偏光状態であっても、また偏光状態が変化しても、分光手段４２に入射する光は必ず無偏光になる。よって、分光手段４２に回折光学素子等の偏光特性を有する素子が用いられていても、光ファイバＦＢ４により導波された干渉光Ｌ４の偏光状態の変化の影響を受けることなく、分光特性を計測でき、従来生じていた偏光状態の変化による干渉光Ｌ４の波長スペクトルの誤差をなくすことができ、干渉光をフーリエ変換して得られる断層画像の画質の低下を防止できる。

なお、図８に示すように、第３の実施形態における偏光解消素子３４３とミラー３４４の間に、所定方向の直線偏光のみを透過させる偏光子３４５をさらに配置して、所定方向の直線偏光の光のみを分光手段４２に入射させるようにしてもよい。図８では偏光子３４５を透過した後の光の偏光方向が紙面に垂直な方向である場合を例示しているが、偏光子３４５を光軸の周りに回転させることにより、所望の方向の直線偏光を得ることができる。例えば、所定方向の偏光成分の光が分光手段４２にとって好ましくない場合など、この偏光子３４５を使用することにより、この好ましくない方向の偏光成分の光を除去することができる。

なお、偏光設定手段の構成は、干渉光の偏光状態に無関係に干渉光の偏光状態を常に所定の偏光状態に設定して分光器に入射させるものであればよく、上記で説明した実施形態の構成に限定されるものではない。

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偏光設定手段の構成図 偏光設定手段の別の例の構成図 偏光設定手段の別の例の構成図 本発明の第２の実施形態による偏光設定手段の構成図 ＰＡＮＤＡファイバの断面図 本発明の第３の実施形態による偏光設定手段の構成図 本発明の第３の実施形態の変形例による偏光設定手段の構成図 回折光学素子の偏光特性を示す図

符号の説明

１ 光断層画像化装置
３ 光分割手段
４ 合波手段
１０ 光源ユニット
１１ 光源
１２ 光学系
２０、４１０ 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 ミラー移動手段
３０ プローブ
４０ 干渉光検出手段
４１、２４１、３４１ 偏光設定手段
４２ 分光手段
４４ 光検出手段
５０ 画像取得手段
６０ 表示装置
２４２ 偏波保存型光ファイバカプラ
２４３，２４４ 偏波保存型光ファイバ
２４５ 光ファイバカプラ
３４３ 偏光解消素子
３４５ 偏光子
４０２ 偏光ビームスプリッタ
４０４ 偏光回転素子
４０８ ハーフプリズム
Ｌ 光
Ｌ１ 測定光
Ｌ２ 参照光
Ｌ３ 反射光
Ｌ４ 干渉光
Ｓ 測定対象

Claims (5)

1. 光を射出する光源と、
   前記光源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分光する分光器を有し、該分光器により分光された前記干渉光を検出する干渉光検出手段と、
   前記合波手段から前記干渉光検出手段まで前記干渉光を導波する導波手段と、
   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断層画像取得手段と、を備えた光断層画像化装置において、
   前記導波手段と前記分光器との間に、前記導波手段により導波された前記干渉光の偏光状態を所定の偏光状態に設定して前記分光器に入射させる偏光設定手段をさらに設けたことを特徴とする光断層画像化装置。
2. 前記偏光設定手段が、前記干渉光の偏光状態を直線偏光に設定するものであることを特徴とする請求項１記載の光断層画像化装置。
3. 前記偏光設定手段が、前記干渉光を、偏光方向が直交する２つの直線偏光に分離し、該２つの直線偏光の一方の偏光方向を他方と同じ方向に変更した後、両者を合成するものであることを特徴とする請求項２記載の光断層画像化装置。
4. 前記偏光方向が直交する２つの直線偏光の一方の光路長を調整する光路長調整手段を備えたことを特徴とする請求項３記載の光断層画像化装置。
5. 前記偏光設定手段が、前記干渉光の偏光状態を無偏光に設定するものであることを特徴とする請求項１記載の光断層画像化装置。

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