JP2007240453A

JP2007240453A - 分光コヒーレンストモグラフィー装置

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Publication number: JP2007240453A
Application number: JP2006066464A
Authority: JP
Inventors: Naohiro Tanno; 直弘丹野
Original assignee: MICROTOMOGRAPHY KK; Tanno Naohiro
Current assignee: MICROTOMOGRAPHY KK; Tanno Naohiro
Priority date: 2006-03-10
Filing date: 2006-03-10
Publication date: 2007-09-20

Abstract

【課題】波長幅の異なる中心波長を有する複数の光源を具備して、各波長毎の干渉信号を検出して、合算演算断層画像や物質の差分吸収分布を観測できる差分演算断層画像を観測できる分光コヒーレンストモグラフィー装置を提供する。
【解決手段】複数の中心波長（λ₁、λ₂）の異なる光源１ａ、１ｂからの射出光は合波手段３により合波光束４となりハーフミラー５により参照光と物体光に２分割され、参照光は遅延しつつ反射回帰させる手段９で返戻し、前記被測定物体８からの反射光との干渉光束４ａは分光手段１０を用いて、中心波長毎に分光し光検出器１１ａ、１１ｂによりそれぞれ検出し合算および差分演算器１３、１４で断層画像を得て表示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被測定物体に複数の光源からの射出光を照射し、その被測定物体の表面乃至深層からの反射光を各波長ごとに検出し、該物体の断層画像を取得する分光コヒーレンストモグラフィー装置に関するものである。

近年、広帯域でショートコヒーレンス特性を有する光源を用いた光コヒーレンストモグラフィー装置が発明され、既に実用化され諸分野で広く活用されている（例えば、下記特許文献１および非特許文献１）。従来の回折格子分光による干渉波の検出に基づく断層画像の分光表示による光コヒーレンストモグラフィー装置（例えば、下記特許文献２）においては、所定の波長幅Δλ₁を有する中心波長λ₁の単一光源からの光を用いて参照光と物体光との干渉光をハーフミラーで２分割する。その一方の干渉光から光検出器で干渉によるヘテロダインビート信号を得て断層画像信号を生成する。他方の干渉光は波長分散素子例えば回折格子により前記所定の波長幅Δλ₁を仔細に分光する。さらに各分光を独立のヘテロダインビート検出信号処理器で増幅し断層画像信号を生成する。その結果、被測定物体に特有の吸収スペクトルが存在する場合には、その物質の同定が可能となる。この方法で分光された成分の光はその波長幅が限定されるためコヒーレンス長が長くなり、被測定物体の光軸方向（光の進行方向）の分解能は、著しく落ちることになり、断層画像の分解能が悪くなる。そのため、全波長幅を前記一個の光検出器で検出して得られている高分解能の断層画像に、該分光断層画像を重畳して、ある程度の物質の断層分布情報を明らかにする装置が発明されている。

図１３はその回折格子による分光で断層画像を得る分光機能を備えた光干渉断層画像計測装置の模式図である。

この図において、１０１は広帯域波長光源〔例えば、中心波長λ₁のＳＬＤ( スーパールミネッセントダイオード) 光源〕、１０２および１０７はハーフミラー、１０３−１０４はガルバノミラー系、１０５は被測定物体、１０６は光遅延を発生する反射回帰手段（例えば、高速可動ミラー）、１０８は回折格子、１０９は光センサアレイ、１１０はチャンネル信号処理器、１１１は光検出器、１１２は断層画像信号を生成する信号処理回路、１１３はコンピュータおよび表示器である。
特許第２０１００４２号公報特開２００３−３５６６０号公報光学、２８巻３号、１９９９年ｐｐ．１１６−１２５ＯｐｔｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．１９，Ｎｏ．８，１９９４，ｐｐ．５８７−５８９ＯｐｔｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．２３，１９９７，ｐｐ．１８１１−１８１３

しかしながら、上記した分光機能を備えた光干渉断層画像計測装置では、単一光源からの波長を分光しているため、その波長幅は広くとも数十ｎｍ程度であり、一般の生体高分子が示す吸収帯をカバーできるものではない。また、光源に超広帯域のフェムト秒レーザーを用いることもできるが、数千万円と高価であり、メンテナンスも一般の人には不可能であり、医療現場や工場計測に容易に安価に使用できるものではない。

また、回折格子で分光して、分割された各波長毎に光センサを備えて、さらに信号処理器を各チャンネル毎に多数配備するとその費用も膨大になり、実用は困難である。精細に分光して、生体高分子などの分布を測定する必要性は、医療ではしばしば言われているが、切除して切片を観測できても、生きたままで内部の構造と物質の同定を同時にする技術は限られている。これまではＸ線ＣＴやＰＥ
Ｔなど巨大な装置を必要として、大深度の計測は可能だが、ミクロンオーダーで局在する生体分子を特定することは困難視されている。

さらに、分光した干渉波長成分ごとに断層画像信号を生成して、合算や差分演算を施して物質の同定と同時に物質の局在分布を高空間解像度で断層画像を構築する技術はこれまで報告されていないようである。

本発明は、上記状況に鑑みて、高価なフェムト秒レーザーや多チャンネル信号処理装置を配備せずに、所定の波長幅の異なる中心波長を有する複数の比較的安価なＳＬＤなどを具備して、各波長毎の干渉信号を検出して、高分解能の合算演算断層画像や物質の差分吸収分布を観測できる差分演算断層画像等々を観測できる分光コヒーレンストモグラフィー装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕分光コヒーレンストモグラフィー装置において、所定の波長幅を有し異なる中心波長の複数の光源と、該複数の光源からの射出光を合波する合波手段と、該合波手段により合波された合波光束を物体光と参照光とに２分割するハーフミラーと、前記物体光の光束を被測定物体の面上に２次元走査して照射するガルバノミラー系と、前記参照光を遅延しつつ反射回帰させる反射回帰手段と、前記被測定物体の表面乃至深層からの反射物体光と回帰参照光とを合波干渉させる前記ハーフミラーと、該ハーフミラーからの合波干渉光を異なる中心波長毎に分光する分光手段と、分光手段により該分光された各干渉光を検出する光検出器と、該光検出器からの信号を増幅しフィルタリングする信号処理回路と、各波長毎の前記信号処理回路からの信号を合算演算し断層画像情報とする演算処理器と、各波長毎の該信号処理回路からの信号を差分演算し断層画像情報とする演算処理器と、前記各演算処理器からの断層画像情報を適宜表示するコンピュータと表示装置を具備することを特徴とする。
〔２〕上記〔１〕記載の分光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記合波手段及び分光手段は、それぞれ波長により透過と反射をするフィルターミラーからなることを特徴とする。
〔３〕上記〔１〕記載の分光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記合波手段は、光ファイバカップラーからなり、前記分光手段は、フィルターと光ファイバカップラーとからなることを特徴とする。
〔４〕上記〔１〕記載の分光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記分光手段は、波長分散素子からなることを特徴とする。
〔５〕上記〔１〕記載の分光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記分光手段は、波長分散素子からなり、前記光検出器はアレー光検出器であり、前記信号処理回路は、前記光検出器からの各波長毎の信号を増幅しフーリエ演算することを特徴とする。
〔６〕上記〔１〕記載の分光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記反射回帰手段は、回転するリトロリフレクターであることを特徴とする。
〔７〕上記〔１〕記載の分光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記反射回帰手段は、回転するリトロリフレクターと前記反射光に位相変調を与える振動ミラーとからなることを特徴とする。
〔８〕上記〔１〕記載の分光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記反射回帰手段は、回折格子、レンズ、ガルバノミラーおよびミラーより構成する光遅延装置であることを特徴とする。
〔９〕分光コヒーレンストモグラフィー装置において、所定の波長幅を有し異なる中心波長の複数の光源と、該複数の光源からの射出光を切り替えて反射する可動ミラーと、該可動ミラーからの光束を物体光と参照光とに２分割するハーフミラーと、前記物体光の光束を被測定物体の面上に２次元走査して照射するガルバノミラー系と、前記参照光を遅延しつつ反射回帰させる反射回帰手段と、前記被測定物体の表面乃至深層からの反射物体光と回帰参照光とを合波干渉させる前記ハーフミラーと、該ハーフミラーからの該干渉光を検出する光検出器と、前記可動ミラーの切り替えに同期して各波長の信号を処理し弁別出力する回路と、該弁別出力回路からの信号を増幅しフィルタリングする信号処理回路と、各波長毎の該信号処理回路からの信号を合算演算し断層画像情報とする演算処理器と、各波長毎の前記信号処理回路からの信号を差分演算し断層画像情報とする演算処理器と、前記各演算処理器からの断層画像情報を適宜表示するコンピュータと表示装置を具備することを特徴とする。
〔１０〕分光コヒーレンストモグラフィー装置において、所定の波長幅を有し異なる中心波長の複数の光源と、該複数の光源からの射出光を合波する合波手段と、該合波手段からの合波光束を物体光と参照光とに２分割するハーフミラーと、前記物体光の光束を被測定物体の面上に２次元走査して照射するガルバノミラー系と、前記参照光を遅延しつつ反射回帰させる反射回帰手段と、前記被測定物体の表面乃至深層からの反射物体光と回帰参照光とを合波干渉させる前記ハーフミラーと、該ハーフミラーからの合波干渉光を異なる中心波長毎に分光する複数の回転波長フィルターと、該分光された各干渉光を検出する光検出器と、前記回転波長フィルターごとの各波長の信号を前記回転に同期して処理し弁別出力する回路と、該弁別出力回路からの信号を増幅しフィルタリングする信号処理回路と、各波長毎の該信号処理回路からの信号を合算演算し断層画像情報とする演算処理器と、各波長毎の前記信号処理回路からの信号を差分演算し断層画像情報とする演算処理器と、前記各演算処理器からの断層画像情報を適宜表示するコンピュータと表示装置を具備することを特徴とする。

本発明によれば、従来の多チャンネル信号処理器に頼ることなく、高価な超広帯域レーザーを必要とせずに、比較的安価な例えばＳＬＤのような所定の波長幅の中心波長の異なる複数の光源を配備し、各波長ごとの干渉信号を検出して高解像度でコントラストの高い合算断層画像や物質の高分解分布断層像を観測できる。これにより、複合高分子材料や複層塗装断面での物質の分布が非破壊で観測できる効果を生む。さらに、生体など物質の内部の分布状況の観測では、皮膚や眼底の血管や細胞周辺の酸化ヘモグロビンと還元ヘモグロビンの生きたままでの分布状況を解明でき画期的な効果を生む。

本発明の分光コヒーレンストモグラフィー装置は、所定の波長幅を有し異なる中心波長の複数の光源と、該複数の光源からの射出光を合波する合波手段と、該合波手段により合波された合波光束を物体光と参照光とに２分割するハーフミラーと、前記物体光の光束を被測定物体の面上に２次元走査して照射するガルバノミラー系と、前記参照光を遅延しつつ反射回帰させる反射回帰手段と、前記被測定物体の表面乃至深層からの反射物体光と回帰参照光とを合波干渉させる前記ハーフミラーと、該ハーフミラーからの合波干渉光を異なる中心波長毎に分光する分光手段と、該分光手段により分光された各干渉光を検出する光検出器と、該光検出器からの信号を増幅しフィルタリングする信号処理回路と、各波長毎の前記信号処理回路からの信号を合算演算し断層画像情報とする演算処理器と、各波長毎の該信号処理回路からの信号を差分演算し断層画像情報とする演算処理器と、前記各演算処理器からの断層画像情報を適宜表示するコンピュータと表示装置を具備する。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
〔実施例１〕
図１は本発明の第１実施例を示す波長分光断層画像を観測する分光コヒーレンストモグラフィー装置の模式図である。

この図において、１ａ，１ｂは異なる中心波長の複数の光源、３はその複数の光源１ａ，１ｂからの射出光を合波する合波手段、４は合波光束、５はハーフミラー、６−７はガルバノミラー系、８は被測定物体、９は反射回帰手段、４ａは干渉光束、１０は分光手段、１１ａ，１１ｂは光検出器、１２ａ，１２ｂは信号処理回路、１３は合算演算処理器、１４は差分演算処理器、１５はコンピュータおよび表示装置である。

前記複数の中心波長（λ₁，λ₂）の異なる光源１ａ，１ｂは、例えばショートコヒーレンス長の広帯域光源〔例えば、ＳＬＤ（スーパールミネッセントダイオード）光源〕より成り、その複数の光源１ａ，１ｂからの射出光は合波手段３により合波され、合波光束４となる。この合波光束４はハーフミラー５により参照光と物体光に２分割され、物体光は被測定物体８の面上をガルバノミラー系６−７により２次元走査しつつ照射される。参照光は遅延しつつ反射回帰させる反射回帰手段９により回帰参照光となる。前記被測定物体８の表面乃至深層からの反射物体光とその回帰参照光とは前記ハーフミラー５により合波され干渉光束４ａを形成する。この干渉光束４ａは分光手段１０により、中心波長ごとに分光される。この分光された各干渉光は光検出器１１ａ，１１ｂによりそれぞれ検出する。このとき、前記反射回帰手段９による遅延に応じた周波数シフトがあることによりこの光検出器１１ａ，１１ｂはヘテロダインビート周波数の信号を出力する。その信号出力を信号処理回路１２ａ，１２ｂにより増幅し、その周波数成分のみのフィルタリングやノイズリダクションフィルタリングなどをして、さらには例えばＡＤ変換を用いてデジタル信号とする。

被測定物体８への一点の入射位置で、上記のＺ軸方向の反射強度分布を取得した後、ガルバノミラー６−７を走査して、例えば、Ｘ軸方向の適宜な位置に照射点を移動して同様にＺ軸方向の強度分布を測定し、順次これを繰り返して、Ｘ−Ｚ面の２次元断層画像情報を観測する。さらにＹ軸方向に照射点を移動すれば、３次元断層画像情報が観測できる。このような走査は、所定の深度Ｚ点で、Ｘ−Ｙ面を先に走査して適宜Ｚ点を移動して、断層画像情報を取得した後に、２次元あるいは３次元表示をしても良いことは明らかである。

各波長ごとの信号処理回路１２ａ，１２ｂからの信号を合算演算処理器１３を用いて合算演算をして、断層画像情報とする。前記複数の光源１ａ，１ｂからのそれぞれの波長幅（Δλ₁、Δλ₂）は異なるのでコヒーレンス長も異なり、光軸方向（ここではＺ軸とする）の分解能は中心波長毎に異なる。しかし、このような合算演算では、分解能は両者の略平均値となり、一方断層像は高コントラストになることが期待される。

各波長毎の断層画像情報も当然ながら、物質の固有の吸収反射スペクトルに応じた断層画像となるから、そのような場合には合算演算処理器１３を使用しないで表示して観測しても有益な情報が得られることは明らかである。

また、各波長毎の該信号処理回路１２ａ，１２ｂからの信号を差分演算処理器１４を用いて減算や割り算演算をして断層画像情報とする。被測定物体８が各波長毎に異なる吸収率を持つ場合には、各波長毎の断層像はそれに応じて強弱が異なる。各波長毎の断層像間で、吸光度の差分となる減算演算あるいは吸収率の差分となる割り算演算を行えば、吸収率の違いを示す物質固有の分布断層像が観測できる。したがって、ここで言う差分演算とは減算および割り算演算を包括するものである。このとき、合算演算で観測される形態学的断層像に対し、形質学的断層像を提供することになる。両者の断層像を重畳すれば、物質構造と同時に物質の同定も可能とする断層画像情報が得られる。

前記各演算処理回路１３，１４からの断層画像情報を適宜表示するコンピュータと表示装置１５を具備して、前記断層画像を観測できるものである。

本実施例では、広帯域波長光源にＳＬＤを用いる例を示したが、波長幅の広いレーザーや発光ダイオードを光源として用いても良いことは明らかである。
〔実施例２〕
図２は、波長により透過と反射をするフィルターミラーによる合波手段の模式図である。

各中心波長（λ₁、λ₂、λ₃）の光源１ａ，１ｂ，１ｃからの射出光を各波長を透過・反射するフィルターミラー１６ａ，１６ｂ，１６ｃを用いて合波する実施例である。ここで、例えば、ミラー１６ａは波長λ₁（波長幅Δλ₁）の波長を透過し、波長λ₂（波長幅Δλ₂）および波長λ₃（波長幅Δλ₃）の波長は反射する特性を有する。また、ミラー１６ｂは波長λ₃を透過し、波長λ₂を反射する。また、ミラー１６ｃは波長λ₃を反射する特性をそれぞれ有するものを用いる。このようなそれぞれの特性を有する波長透過・反射フィルターミラー１６ａ，１６ｂ，１６ｃを用いて合波手段３を構成する。本実施例では、３種の光源を用いる実施例を示したが、２種、４種あるいは５種の複数の光源についても同様の構成で合波手段３を構成できることは明らかである。

図３は、波長により透過と反射をするフィルターミラーによる分光手段の模式図である。

干渉光束４ａは複数の各波長毎の干渉成分を含んでいる。その干渉光束を波長透過・反射フィルターミラー１７ａ，１７ｂ，１７ｃで分光する分光手段１０を構成するものである。各ミラー１７ａ，１７ｂ，１７ｃの透過・反射特性は、前記実施例のミラー１６ａ，１６ｂ，１６ｃと同様であるから説明は省略するが、図３に図示するように各中心波長λ₁，λ₂，λ₃毎に分光される。各分光光波は光検出器１１ａ，１１ｂ，１１ｃでビート信号が検出でき、さらに信号処理回路１２ａ，１２ｂ，１２ｃが〔実施例１〕で説明したように信号処理し、合算演算回路１３と差分演算回路１４で３波長間での演算を施した断層画像情報が抽出できる。

なお、上記の図２および図３に示す実施例において、合波手段３と分光手段１０には、波長透過・反射フィルターミラーを用いる場合を説明したが、波長に依存せず、ほぼ５０％の透過と反射特性のハーフミラー（ビームスプリッターとも言う）を用いて構成しても良いことは明らかである。ただし、該ハーフミラーを用いる場合には、挿入損失の増大が生じる欠点がある。

図２および図３に示す実施例を図１の合波手段３と分光手段１０にそれぞれ組み込むことによって、〔実施例１〕と同様に断層画像が観測できるが、他の構成要素の説明は同様であるのでここでは省略する。この実施例は、「課題を解決するための手段」〔２〕で記述した合算演算断層画像と減算演算断層画像が観測できる実施例である。
〔実施例３〕
図４は、光ファイバカップラーを用いた合波手段の模式図である。図４において、１８ａ，１８ｂは光ファイバカップラーを示している。各光源１ａ，１ｂ，１ｃからの射出光波は光ファイバで導かれ、それぞれ光ファイバカップラー１８ａ，１８ｂに入り、波長選択性無しで略５０％対５０％の結合比率で出射する。光ファイバカップラー１８ｂは波長λ₂と波長λ₃の入射光をそれぞれ結合して出射し、その出射光はさらにカップラー１８ａで波長λ₁の入射光と結合して、最終的に合波光束４が形成される。

図５は、光ファイバカップラーと分光フィルターとで構成する分光手段の模式図である。図５において、１９ａ，１９ｂは光ファイバカップラー、１１ａｆ，１１ｂｆ，１１ｃｆは分光用波長フィルターである。干渉光束４ａは光ファイバカップラー１９ａで２分割されて一方の出射光はさらに光ファイバカップラー１９ｂで２分割される。各光ファイバカップラー１９ａ，１９ｂの動作は図４と同じであるので説明は省略する。それぞれの出射光は、全波長成分を含んでいるので、中心波長とその帯域幅のみを透過する狭帯域な波長フィルター１１ａｆ，１１ｂｆ，１１ｃｆを用いてそれぞれ分光する。分光光波は光検出器１１ａ，１１ｂ，１１ｃにより検出される。さらには、実施例図３において説明したと同様にして断層画像情報が得られる。

図４と図５の実施例を、図１の実施例に組み込むことによって、他の構成要素の動作は同じであるので説明は省略するが、「課題を解決するための手段」〔３〕で記述した合算演算断層画像と差分演算断層画像が観測できる実施例である。
〔実施例４〕
図６は、波長分散素子を用いた分光手段の模式図である。

図６において、１０ａは例えば回折格子（波長分散素子）を内蔵する分光器である。干渉光束４ａは分光器１０ａに入射すると、それぞれ中心波長λ₁，λ₂，λ₃ごとに分光されて出力する。分光器１０ａの出射開口を適宜に開いて、各波長の部分を各光検出器１１ａ，１１ｂ，１１ｃの位置を設定して受光する。このとき、波長幅Δλ₁などが広い場合には集光レンズなどを用いて、該光検出器１１ａ，１１ｂ，１１ｃの受光面に入るようにすれば良い。本実施例を〔実施例１〕の図１に組み込むことによって、他の構成要素の動作は同じであるのでここでは説明は省略するが、「課題を解決するための手段」〔４〕で記述した合算演算断層画像と差分演算断層画像が観測できる実施例である。
〔実施例５〕
図７は、本発明の、フーリエ演算による波長分光断層画像を観測する分光コヒーレンストモグラフィー装置の模式図である。

図７において、１ｃは中心波長λ₃の光源、９ａは遅延位置可動ミラー、１０ａは分光器、１０ｂはアレイ光検出器、１２ｆａ，１２ｆｂ，１２ｆｃはフーリエ演算信号処理回路である。他の構成要素は図１に同じであるので説明は省略する。

図７において反射回帰手段９は、Ｚ軸の初期遅延位置を決めて一旦固定し測定動作に入るものである。干渉光束４ａは分光器１０ａに入射して分光され、アレイ光検出器（例えば、リニアーＣＣＤアレイ）１０ｂで、分光器１０ａの分解能と光検出器１０ｂの一個の受光面積で決まる検出波長幅で分光検出される。光源１ａ，１ｂ，１ｃの波長幅内の光は微細に分解されて複数の検出素子１０ｂで検出されるので、各波長毎にその複数の検出素子１０ｂの出力を、フーリエ演算信号処理回路１２ｆａ，１２ｆｂ，１２ｆｃでフーリエ演算する。分光波長のフーリエ演算によるリフレクトメトリについては、上記非特許文献２に開示されている。このフーリエ演算は、波長について実行し波動のＺ軸方向の干渉光の強度分布を演算するものとなる。すなわち、本フーリエ演算により各中心波長毎の断層画像が取得される特徴がある。断層画像信号は合算演算処理器１３と差分演算処理器１４により、断層画像情報となる。

本実施例の図７の他の構成要素の動作は、実施例１に同じであるからここでは省略するが、「課題を解決するための手段」〔５〕で記述した合算演算断層画像と差分演算断層画像が観測できる実施例である。
〔実施例６〕
図８は、本発明の、回転リトロリフレクターによる波長分光断層画像を観測する分光コヒーレンストモグラフィー装置の模式図である。

図８において、２０は回転体、２１はリトロリフレクター、２２はミラーである。他の構成要素は図１乃至図３に同じであるので説明は省略する。

本実施例では、図示するように反射回帰手段９に回転するリトロリフレクター２１を用い回転により光を遅延しつつミラー２２で反射回帰して、Ｚ軸方向の波面を遅延走査を行い、同時にドップラー周波数シフトを反射光に与える。その結果、光検出器１１ａ，１１ｂでヘテロダインビート周波数信号が検出され信号処理回路１２ａ，１２ｂを経て、実施例１で記述したと同様に、断層画像情報が得られる。

本実施例の図８の他の構成要素の動作は、実施例１乃至３に同じであるからここでは省略するが、「課題を解決するための手段」〔６〕で記述した合算演算断層画像と差分演算断層画像が観測できる実施例である。
〔実施例７〕
図９は、本発明の、位相変調による波長分光断層画像を観測する分光コヒーレンストモグラフィー装置の模式図である。

図９において、２３ａは振動素子（例えば、ピエゾ振動子）、２３ｂはその振動素子の駆動回路である。他の構成要素は図８の組み合わせと同様であるので説明は省略する。

本実施例では、図示するように反射回帰する手段９に回転リトロリフレクター２１とミラー２２に振動素子をつけて、回帰光に遅延を与えると同時に、位相変調を行うものである。前記したように回転により自動的にドップラー周波数シフトを反射光に与えることができる利点があるが、角速度が変動するためドップラーシフト周波数も変動する欠点がある。そのため本実施例では、所定の周波数で振動するミラーを設け、ドップラーシフト周波数に頼ることなく、一定の位相変調を与えその欠点を補うものである。位相変調は、適宜な周波数の正弦波でも良く、また、パルスコード変調でも良い。その結果、光検出器１１ａ，１１ｂではその変調周波数に相当するヘテロダイン検波が行われ、信号処理回路１２ａ，１２ｂにおいて適宜復調して各波長毎に信号処理し、実施例１で記述したと同様に、断層画像情報が出力できる。

本実施例の図９の他の構成要素の動作は、実施例１乃至３に同じであるからここでは省略するが、「課題を解決するための手段」〔７〕で記述した合算演算断層画像と差分演算断層画像が観測できる実施例である。
〔実施例８〕
図１０は、本発明の、回折格子位相遅延による波長分光断層画像を観測する分光コヒーレンストモグラフィー装置の模式図である。

図１０において、２４，２８はミラー、２５は回折格子、２６はレンズ、２７は振動ミラーであり、反射回帰手段９を構成する。本実施例では、参照光を回折格子２５に照射し、波長によって角度分散する光をレンズ２６で集光して振動ミラー２７で遅延してミラー２８で反射回帰させる。これは、再度戻すことによって角度分散による光路の位置ずれを補完してもとの光路に戻す方法である。振動ミラー２７はガルバノミラーでも良い。ガルバノミラーを用いることで高速の遅延発生が可能である。なお、本方法は、非特許文献３に開示されている。

上記した反射回帰光は反射光と合波され干渉光束４ａとなり、分光されて光検出器１１ａ，１１ｂにより、前記振動ミラー２７の位相変調に応じたヘテロダインビート信号を検出する。その結果、信号処理回路１２ａ，１２ｂにおいて適宜各波長毎に信号処理し、実施例１で記述したと同様に、断層画像情報が出力できる。

本実施例の図１０の他の構成要素の動作は、実施例１乃至３に同じであるからここでは省略するが、「課題を解決するための手段」〔８〕で記述した合算演算断層画像と差分演算断層画像が観測できる実施例である。
〔実施例９〕
図１１は、本発明の、多波長時間差出射による波長分光断層画像を観測する分光コヒーレンストモグラフィー装置の模式図である。

図１１において、１６ｚは可動ミラー、１１ｚは弁別信号処理回路である。本実施例では、２種の光源の内波長λ₁の光を図の点線で示すように可動ミラー１６ｚを傾けておき、通過させる。次いでこの可動ミラー１６ｚを動かし、波長λ₁の光を遮り、波長λ₂の光を反射して出射させる。その結果、合波光束４には、時間的に継続した形でパルス状に（λ₁―λ₂）と光束が出てゆく。したがって、干渉光束４ａもパルス状に異なる波長の干渉光が形成されて、光検出器１１ａに入り検出されるので、弁別信号処理回路１１ｚを用い、可動ミラー１６ｚと同期して、パルス状に発生するヘテロダイン周波数の信号を波長ごとに弁別して出力する。

被測定物体８での測定では、Ｘ−Ｙ面の一点への照射時に２波長の光を継続して照射し、反射物体光を得てパルス状の干渉光と成す。これを走査点ごとに繰り返して反射物体光を得て干渉光束４ａより、上記弁別動作により各波長毎の実施例１で記述したと同様の断層画像情報を得る。

本実施例の図１１の他の構成要素の動作は、実施例１および６に同じであるからここでは省略するが、「課題を解決するための手段」〔９〕で記述した合算演算断層画像と差分演算断層画像が観測できる実施例である。
〔実施例１０〕
図１２は、本発明の、多波長回転フィルターによる波長分光断層画像を観測する分光コヒーレンストモグラフィー装置の模式図である。

図１２において、１０Ｒは回転フィルターである。円盤状に配置された複数の中心波長毎の透過フィルターを回転することにより、その回転速度に応じた時間差で、波長毎にパルス状に干渉光束４ａが区切られて光検出器１１ａに入射する。

この波長ごとのパルス状の出力を、回転に同期して弁別信号処理回路１１ｚを作動させ、波長ごとに振り分けて出力する。この出力からそれぞれ信号処理回路１２ａ，１２ｂにより波長ごとの断層画像情報が、実施例１で記述したと同様に、得られる。

本実施例の図１２の他の構成要素の動作は、実施例１および６に同じであるからここでは省略するが、「課題を解決するための手段」〔１０〕で記述した合算演算断層画像と差分演算断層画像が観測できる実施例である。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形、組み合わせが可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の分光コヒーレンストモグラフィー装置は、材料分析、非破壊検査、生体計測などの分野で広く利用可能である。

本発明の波長分光断層画像を観測する分光コヒーレンストモグラフィー装置の模式図である。波長により透過と反射をするフィルターミラーによる合波手段の模式図である。波長により透過と反射をするフィルターミラーによる分光手段の模式図である。光ファイバカップラーを用いた合波手段の模式図を示す。光ファイバカップラーと分光フィルターとで構成する分光手段の模式図である。波長分散素子を用いた分光手段の模式図である。本発明の、フーリエ演算による波長分光断層画像を観測する分光コヒーレンストモグラフィー装置の模式図である。本発明の、回転リトロリフレクターによる波長分光断層画像を観測する分光コヒーレンストモグラフィー装置の模式図である。本発明の、位相変調による波長分光断層画像を観測する分光コヒーレンストモグラフィー装置の模式図である。本発明の、回折格子位相遅延による波長分光断層画像を観測する分光コヒーレンストモグラフィー装置の模式図である。本発明の、多波長時間差出射による波長分光断層画像を観測する分光コヒーレンストモグラフィー装置の模式図である。本発明の、多波長回転フィルターによる波長分光断層画像を観測する分光コヒーレンストモグラフィー装置の模式図である。従来の回折格子による分光で断層画像を得る分光機能を備えた光干渉断層画像計測装置の模式図である。

符号の説明

１ａ，１ｂ，１ｃ光源
３合波手段
４合波光束
４ａ干渉光束
５ハーフミラー
６−７ガルバノミラー系
８被測定物体
９反射回帰手段
９ａ遅延位置可動ミラー
１０分光手段
１０ａ分光器
１０ｂアレイ光検出器
１０Ｒ回転フィルター
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ光検出器
１１ａｆ，１１ｂｆ，１１ｃｆ波長フィルター
１１ｚ弁別信号処理回路
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ信号処理回路
１２ｆａ，１２ｆｂ，１２ｆｃフーリエ演算信号処理回路
１３合算演算処理器
１４差分演算処理器
１５コンピュータおよび表示装置
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１７ａ，１７ｂ，１７ｃ波長透過・反射フィルターミラー
１６ｚ可動ミラー
１８ａ，１８ｂ，１９ａ，１９ｂ光ファイバカップラー
２０回転体
２１リトロリフレクター
２２，２４，２８ミラー
２３ａ振動素子
２３ｂ駆動回路
２５回折格子
２６レンズ
２７振動ミラー

Claims

（ａ）所定の波長幅を有し異なる中心波長の複数の光源と、
（ｂ）該複数の光源からの射出光を合波する合波手段と、
（ｃ）該合波手段により合波された合波光束を物体光と参照光とに２分割するハーフミラーと、
（ｄ）前記物体光の光束を被測定物体の面上に２次元走査して照射するガルバノミラー系と、
（ｅ）前記参照光を遅延しつつ反射回帰させる反射回帰手段と、
（ｆ）前記被測定物体の表面乃至深層からの反射物体光と回帰参照光とを合波干渉させる前記ハーフミラーと、
（ｇ）該ハーフミラーからの合波干渉光を異なる中心波長毎に分光する分光手段と、
（ｈ）該分光手段により分光された各干渉光を検出する光検出器と、
（ｉ）該光検出器からの信号を増幅しフィルタリングする信号処理回路と、
（ｊ）各波長毎の前記信号処理回路からの信号を合算演算し断層画像情報とする演算処理器と、
（ｋ）各波長毎の前記信号処理回路からの信号を差分演算し断層画像情報とする演算処理器と、
（ｌ）前記各演算処理器からの断層画像情報を適宜表示するコンピュータと表示装置を具備することを特徴とする分光コヒーレンストモグラフィー装置。
請求項１記載の分光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記合波手段及び分光手段は、それぞれ波長により透過と反射をするフィルターミラーからなることを特徴とする分光コヒーレンストモグラフィー装置。
請求項１記載の分光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記合波手段は、光ファイバカップラーからなり、前記分光手段は、フィルターと光ファイバカップラーとからなることを特徴とする分光コヒーレンストモグラフィー装置。
請求項１記載の分光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記分光手段は、波長分散素子からなることを特徴とする分光コヒーレンストモグラフィー装置。
請求項１記載の分光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記分光手段は、波長分散素子からなり、前記光検出器はアレー光検出器であり、前記信号処理回路は、前記光検出器からの各波長毎の信号を増幅しフーリエ演算することを特徴とする分光コヒーレンストモグラフィー装置。
請求項１記載の分光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記反射回帰手段は、回転するリトロリフレクターであることを特徴とする分光コヒーレンストモグラフィー装置。
請求項１記載の分光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記反射回帰手段は、回転するリトロリフレクターと前記反射光に位相変調を与える振動ミラーとからなることを特徴とする分光コヒーレンストモグラフィー装置。
請求項１記載の分光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記反射回帰手段は、回折格子、レンズ、ガルバノミラーおよびミラーより構成する光遅延装置であることを特徴とする分光コヒーレンストモグラフィー装置。
（ａ）所定の波長幅を有し異なる中心波長の複数の光源と、
（ｂ）該複数の光源からの射出光を切り替えて反射する可動ミラーと、
（ｃ）該可動ミラーからの光束を物体光と参照光とに２分割するハーフミラーと、
（ｄ）前記物体光の光束を被測定物体の面上に２次元走査して照射するガルバノミラー系と、
（ｅ）前記参照光を遅延しつつ反射回帰させる反射回帰手段と、
（ｆ）前記被測定物体の表面乃至深層からの反射物体光と回帰参照光とを合波干渉させる前記ハーフミラーと、
（ｇ）該ハーフミラーからの該干渉光を検出する光検出器と、
（ｈ）前記可動ミラーの切り替えに同期して各波長の信号を処理し弁別出力する回路と、
（ｉ）該弁別出力回路からの信号を増幅しフィルタリングする信号処理回路と、

（ｊ）各波長毎の該信号処理回路からの信号を合算演算し断層画像情報とする演算処理器と、
（ｋ）各波長毎の前記信号処理回路からの信号を差分演算し断層画像情報とする演算処理器と、
（ｌ）前記各演算処理器からの断層画像情報を適宜表示するコンピュータと表示装置を具備することを特徴とする分光コヒーレンストモグラフィー装置。
（ａ）所定の波長幅を有し異なる中心波長の複数の光源と、
（ｂ）該複数の光源からの射出光を合波する合波手段と、
（ｃ）該合波手段からの合波光束を物体光と参照光とに２分割するハーフミラーと、
（ｄ）前記物体光の光束を被測定物体の面上に２次元走査して照射するガルバノミラー系と、
（ｅ）前記参照光を遅延しつつ反射回帰させる反射回帰手段と、
（ｆ）前記被測定物体の表面乃至深層からの反射物体光と回帰参照光とを合波干渉させる前記ハーフミラーと、
（ｇ）該ハーフミラーからの合波干渉光を異なる中心波長毎に分光する複数の回転波長フィルターと、
（ｈ）該分光された各干渉光を検出する光検出器と、
（ｉ）前記回転波長フィルターごとの各波長の信号を前記回転に同期して処理し
弁別出力する回路と、
（ｊ）該弁別出力回路からの信号を増幅しフィルタリングする信号処理回路と、
（ｋ）各波長毎の該信号処理回路からの信号を合算演算し断層画像情報とする演算処理器と、
（ｌ）各波長毎の前記信号処理回路からの信号を差分演算し断層画像情報とする演算処理器と、
（ｍ）前記各演算処理器からの断層画像情報を適宜表示するコンピュータと表示装置を具備することを特徴とする分光コヒーレンストモグラフィー装置。