JP2008128708A - 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、高速に高分解能の断層画像を取得する。
【解決手段】光源ユニット１０から、互いに波長が異なるとともに、同一の時間帯にそれぞれ所定の波長帯域内で波長が変化する複数の光束Ｌａ、Ｌｂが射出される。光分割手段３は光束Ｌａ、Ｌｂをそれぞれ測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂと参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂとに分割する。合波手段４ａ、４ｂは測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂが測定対象Ｓに照射されたときの反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂと参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂとを各光束ごとにそれぞれ合波する。合分波手段５は、波長域に応じて光束の進行方向を制御し、測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂを合波し、反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂを分波する。干渉光検出手段４０ａ、４０ｂは上記合波により生ずる干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂを干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂとして各光束ごとに検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）計測により測定対象の光断層画像を取得する光断層画像化装置に関する。

従来、生体組織の光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、もしくは後方散乱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光断層画像を取得するものである。以下、測定対象からの反射光、後方散乱光をまとめて反射光と標記する。

上記のＯＣＴ計測には、大きくわけてＴＤ−ＯＣＴ（Ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測とＦＤ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｄｏｍａｉｎ）−ＯＣＴ計測の２種類がある。ＴＤ−ＯＣＴ（Ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測は、参照光の光路長を変更しながら干渉光強度を測定することにより、測定対象の深さ方向の位置（以下、深さ位置という）に対応した反射光強度分布を取得する方法である。

一方、ＦＤ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｄｏｍａｉｎ）−ＯＣＴ計測は、参照光と信号光の光路長は変えることなく、光のスペクトル成分毎に干渉光強度を測定し、ここで得られたスペクトル干渉強度信号を計算機にてフーリエ変換に代表される周波数解析を行うことで、深さ位置に対応した反射光強度分布を取得する方法である。ＴＤ−ＯＣＴに存在する機械的な走査が不要となることで、高速な測定が可能となる手法として、近年注目されている。

ＦＤ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｄｏｍａｉｎ）−ＯＣＴ計測を行う装置構成で代表的な物としては、ＳＤ−ＯＣＴ（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）装置とＳＳ−ＯＣＴ（Ｓｗｅｐｔ ｓｏｕｒｃｅ ＯＣＴ）の２種類が挙げられる。ＳＤ−ＯＣＴ装置は、ＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ Ｄｉｏｄｅ）やＡＥＳ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）光源、白色光といった広帯域の低コヒーレント光を光源に用い、マイケルソン型干渉計等を用いて、広帯域の低コヒーレント光を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、この干渉光をスペクトロメータを用いて各周波数成分に分解し、フォトダイオード等の素子がアレイ状に配列されたディテクタアレイを用いて各周波数成分毎の干渉光強度を測定し、これにより得られたスペクトル干渉強度信号を計算機でフーリエ変換することにより、光断層画像を構成するようにしたものである。

一方、ＳＳ−ＯＣＴ装置は、光周波数を時間的に掃引させるレーザを光源に用い、反射光と参照光とを各波長において干渉させ、光周波数の時間変化に対応した信号の時間波形を測定し、これにより得られたスペクトル干渉強度信号を計算機でフーリエ変換することにより光断層画像を構成するようにしたものである。

ＯＣＴ装置において、より高分解能、高画質な結果を得るために、光源波長の広帯域化、及びそれに応じたデータ点数アップが必要である。しかし、ＳＤ−ＯＣＴ装置では、一般に、フォトダイオード等の素子がアレイ状に配列されたディテクタアレイを用いて干渉光を波長ごとに検出しているため、データ点数はディテクタアレイの素子数で制限されてしまう。データ点数増加のためにディテクタアレイの素子数を増加させようとすると、現状では、コストの増大、製作性の低下、測定レートの低下等が起こり、好ましくない。これに対して、ＳＳ−ＯＣＴ装置では、データ点数を増加させるには、例えば光源の周波数掃引周期が一定とした場合、ディテクタからの光電流信号をデジタル値に変換する回路のサンプリング周波数を増加させればよいので、測定レートを高く維持したまま、低コストで容易に実現可能である。

また、上述した各種ＯＣＴ計測において、空間分解能の向上を図るために、広帯域なスペクトル幅を有する測定光を用いることが知られている（特許文献１参照）。この広帯域なスペクトル幅を有する光を射出する光源として、特許文献１にはそれぞれ異なるスペクトル帯域の光を射出する複数の光源と、各光源から射出された光を光結合器により合波し、単一光波の光を射出する方法が開示されている。

ＳＤ−ＯＣＴ計測においては、特許文献２に、重畳した波長帯域を持つ複数の利得媒質の光を合波して連続したスペクトルを形成する方法が開示されている。また、ＳＳ−ＯＣＴ計測において合波により連続したスペクトルを形成する方法としては、特許文献３に、利得媒質と波長選択素子をそれぞれ有する複数の波長走査光源を備えた構成が開示されており、特許文献４に、複数の利得媒質からの光を１つの波長選択素子で同時に制御する構成が開示されている。
特開２００２−２１４１２５号公報 特開２００１−２６４２４６号公報 特開２００６−４７２６４号公報 米国特許第６６６５３２０号明細書

上記のように、高い空間分解能を得るために複数の光源の光を合波して用いる場合、従来のＳＳ−ＯＣＴ装置では、ディテクタが１素子であるために、複数の光源から異なる波長の光が同時に射出されて測定対象に照射されると、これら複数の光による干渉情報が混ざり合い、検出できなくなるという問題がある。

そのため、特許文献３、特許文献４に記載の装置では、光源の制御、もしくはスイッチング素子等の利用により、ディテクタに入射する光の波長は１つになるように構成している。しかしながら、このような方法では、測定光として広帯域の光を用いることはできるが、測定光の全波長帯域の光を照射するには時間がかかるため、測定レートが低下するという問題が生じる。

そこで、本発明は上記事情を鑑みなされたものであり、高速に高分解能の断層画像を取得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、互いに波長が異なるとともに、同一の時間帯にそれぞれ所定の波長帯域内で波長が変化する複数の光束を射出する光源ユニットと、該光源ユニットから射出された前記各光束をそれぞれ測定光と参照光とに分割する光分割手段と、該分割手段により分割された複数の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前記各光束ごとにそれぞれ合波する合波手段と、該合波手段により前記反射光と前記参照光とが合波されたときに生ずる複数の干渉光を干渉信号として前記各光束ごとに検出する複数の干渉光検出手段と、該干渉光検出手段により検出された複数の前記干渉信号を用いて前記測定対象の断層画像を生成する断層画像処理手段とを備えたことを特徴とするものである。

ここで、光源ユニットは、上記のような複数の光束を射出するものであればその構成を問わず、上記のような複数の光束を射出可能な１つの光源からなるものであってもよいし、あるいは、複数の波長可変光源からなるものであってもよい。

また、各光束の波長帯域は、互いに離散したものであってもよいし、その一部が重畳するものであってもよく、光源ユニットから射出される複数の光束により連続したスペクトルが形成されるようなものでもよいし、あるいは不連続なスペクトルが形成されるようなものでもよい。各光束の波長帯域の幅は同一であってもよいし、異なるものであってもよい。

なお、干渉光検出手段は、各光束ごとに干渉光を検出できるように、光源ユニットから射出される前記複数の光束の数と同数設けられていることが好ましい。

上記の光断層画像化装置において、前記複数の光束のうち少なくとも２つの光束が、該各光束の前記波長帯域が互いに離散するとともに該波長帯域内においてそれぞれ連続したスペクトルを有するものであり、前記断層画像処理手段が、前記少なくとも２つの光束による前記干渉信号を用いて前記測定対象の同一部位の断層画像を取得するように構成してもよい。

また、前記複数の光束のうち少なくとも２つの光束の前記波長帯域の一部が重畳しているときには、前記光源ユニットと前記干渉光検出手段との間の光路に、重畳した前記一部の波長帯域の光を遮光する光学フィルタをさらに設けることが好ましい。

あるいは、前記複数の光束のうち少なくとも２つの光束の前記波長帯域の一部が重畳しているときには、前記断層画像処理手段が、重畳した前記一部の波長帯域の光による前記干渉信号を除去することが好ましい。

また、上記の光断層画像化装置は、前記光分割手段および前記合波手段が、前記各光束ごとにそれぞれ複数設けられているように構成してもよい。

なお、本明細書において、例えば「２つの光束の波長帯域が離散している」とは、これら２つの光束のピーク波長の間に、ＯＣＴ計測に寄与しない低強度の波長帯域が存在することを意味し、２つの光束のピーク強度に対して概ね−１０ｄＢ以下の光強度となる波長帯域が存在することを意味する。２つの光束のピーク強度が異なるときは、よりピーク強度が小さな方のピーク強度を用いて考えるものとする。そして、「２つの光束の波長帯域の一部が重畳している」とは、上記の「２つの光束の波長帯域が離散している」の逆の意味とする。

同様に、「不連続なスペクトル」とは、該スペクトルを有する光束の波長帯域内において、この光束のピーク強度に対して概ね−１０ｄＢ以下の光強度となる波長帯域が、ＦＤ−ＯＣＴ計測において測定される周波数域サンプリング間隔に比べて十分に広い波長域に渡って、存在することを意味する。そして、「連続したスペクトル」とは、上記の「不連続なスペクトル」の逆の意味とする。なお、例えば、半導体レーザの周波数を階段状に変調する様な光束や、例えば周波数コム技術を用いた線スペクトルが密に並んで広帯域発光している様な光源は、それらの離散した波長間隔がＦＤ−ＯＣＴ計測において測定される周波数サンプリング間隔同等、あるいはそれより狭いため、連続したスペクトルと見なす事ができる。

また、本明細書において、波長可変光源の「スペクトル」とは、特に断りのない限り、ある瞬時のものではなく、光束が射出される全時間帯における、波長に対する光強度分布を意味するものとする。

本発明の光断層画像化装置によれば、互いに波長が異なるとともに、同一の時間帯にそれぞれ所定の波長帯域内で波長が変化する複数の光束を射出する光源ユニットと、これら複数の光束に基づく複数の干渉光を干渉信号として前記各光束ごとに検出する複数の干渉光検出手段とを備えているため、波長が異なる複数の光束を同時に測定対象に照射しても、このとき生じた複数の干渉光による複数の干渉信号が混ざり合うことはなく、複数の干渉信号を光束ごとに同時に得ることができるので、従来に比べて測定レートを向上させることができ、高速に高分解能の断層画像を取得することができる。従来の複数の光源や複数の利得媒質を備えたものでは、ディテクタに入射する光の波長が１つになるように同期をとって制御する必要があったが、本発明の光断層画像化装置によれば、このような制御は不要であり、装置を簡略化することができる。また、本発明の光断層画像化装置では、各光束の波長帯域に応じて各干渉光検出手段を最適化した構成にすることができるため、各干渉光検出手段における検出精度を高め、取得する断層画像の分解能を向上させることができる。さらに、干渉光検出手段に用いる部品は、広帯域の光に対応する必要はなく、各光束の波長帯域にのみ対応していればよいため、従来に比べて制約条件が緩和され、汎用的な部品が使用可能となり、装置構成が容易になる。

前記複数の光束のうち少なくとも２つの光束が、該各光束の前記波長帯域が互いに離散するとともに該波長帯域内においてそれぞれ連続したスペクトルを有するものであり、前記断層画像処理手段が、前記少なくとも２つの光束による前記干渉信号を用いて前記測定対象の同一部位の断層画像を取得するものである場合には、連続した広帯域のスペクトルを有する光源や、連続した広帯域のスペクトルを形成可能な複数の光源の組合せを用いることなく、簡便な構成の光源ユニットから射出された複数の光束による干渉信号を用いて、連続した広帯域のスペクトルを有する光源ユニットを用いた場合と同様に良好な画質の断層画像を取得することができる。

前記複数の光束のうち少なくとも２つの光束の前記波長帯域の一部が重畳しているときには、前記光源ユニットと前記干渉光検出手段との間の光路に、重畳した前記一部の波長帯域の光を遮光する光学フィルタをさらに設けるようにすれば、重畳した波長帯域を有する各光束に基づく複数の干渉光を確実に分離して検出することができる。

前記複数の光束のうち少なくとも２つの光束の前記波長帯域の一部が重畳しているときには、前記断層画像処理手段が、重畳した前記一部の波長帯域の光による前記干渉信号を除去するようにすれば、重畳した波長帯域を有する各光束に基づく複数の干渉信号を確実に分離することができる。

前記光分割手段および前記合波手段が、前記各光束ごとにそれぞれ複数設けられている場合には、光分割手段および合波手段を各光束の波長帯域に応じて最適化した構成にすることができるため、取得する断層画像の分解能を向上させることができる。光分割手段および合波手段それぞれに用いる部品は、広帯域の光に対応する必要はなく、各光束の波長帯域にのみ対応していればよいため、従来に比べて制約条件が緩和され、汎用的な部品が使用可能となり、装置構成が容易になる。

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１の概略構成図である。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マッハツェンダ型干渉計を用いて前述のＳＳ−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、互いに波長が異なるとともに、同一の時間帯にそれぞれ所定の波長帯域内で波長が変化する複数の光束Ｌａ、Ｌｂを射出する光源ユニット１０と、光源ユニット１０から射出された光束Ｌａ、Ｌｂをそれぞれ測定光Ｌ１ａと参照光Ｌ２ａ、測定光Ｌ１ｂと参照光Ｌ２ｂに分割する光分割手段３ａ、３ｂと、光分割手段３ａ、３ｂにより分割された複数の測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂが測定対象Ｓに照射されたときの測定対象Ｓからの反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂと参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂとをそれぞれ合波する合波手段４ａ、４ｂと、合波手段４ａにより反射光Ｌ３ａと参照光Ｌ２ａとが合波されたときに生ずる干渉光Ｌ４ａを干渉信号ＩＳａとし、合波手段４ｂにより反射光Ｌ３ｂと参照光Ｌ２ｂとが合波されたときに生ずる干渉光Ｌ４ｂを干渉信号ＩＳｂとして各光束ごとに検出する複数の干渉光検出手段４０ａ、４０ｂと、干渉光検出手段４０ａ、４０ｂにより検出された干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂを用いて測定対象Ｓの断層画像を取得する断層画像処理手段５０とを備えている。

なお、測定光Ｌ１ａ、参照光Ｌ２ａ、反射光Ｌ３ａ、干渉光Ｌ４ａは光束Ｌａに基づくものであり、光束Ｌａと同じ波長帯域の光である。また、測定光Ｌ１ｂ、参照光Ｌ２ｂ、反射光Ｌ３ｂ、干渉光Ｌ４ｂは光束Ｌｂに基づくものであり、光束Ｌｂと同じ波長帯域の光である。ここで、「各光束ごとに」とは、同じ波長帯域の光ごとにという意味であるとする。

光源ユニット１０は、周波数（波長）を一定の周期で掃引させながらレーザ光を射出する波長掃引光源である２つの光源１０ａ、１０ｂからなる。光源１０ａは、利得媒質である半導体光増幅器（ＳＯＡ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）１１ａと、ＦＦＰ−ＴＦ（Ｆｉｂｅｒ Ｆａｂｒｙ Ｐｅｒｏｔ − Ｔｕｎａｂｌｅ Ｆｉｌｔｅｒ）からなる波長選択手段１２ａと、半導体光増幅器１１ａおよび波長選択手段１２ａの両端に接続されてリング状の共振器を構成する光ファイバ１３ａとから主に構成されている。

半導体光増幅器１１ａは、駆動電流の注入により微弱な放出光を一端側に接続された光ファイバ１３ａに射出するとともに、他端側の光ファイバ１３ａから入射された光を増幅する機能を有している。半導体光増幅器１１ａは、例えば波長１０００ｎｍ〜１１００ｎｍに発光帯域を持つＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ素子で構成されている。この半導体光増幅器１１ａにより、リング状の共振器においてレーザ光が発振し、このレーザ光が光ファイバ１３ａに接続された分岐比１０：９０の光カプラ１４ａにより分岐され、光ファイバＦＢ１ａにより導波されて光束Ｌａとして外部へ射出される。

波長選択手段１２ａは、透過させる光の波長を変更可能なように構成されており、これにより、リング状の共振器内で発振するレーザ光の波長が選択可能となり、一定の周期で波長掃引することができる。

光源１０ｂもまた、光源１０ａと同様の構成を有し、利得媒質である半導体光増幅器１１ｂと、ＦＦＰ−ＴＦからなる波長選択手段１２ｂと、これらの両端に接続されてリング状の共振器を構成する光ファイバ１３ｂとから主に構成されている。半導体光増幅器１１ｂは、例えば波長１２５０ｎｍ〜１３５０ｎｍに発光帯域を持つＩｎＧａＡｓＰ素子で構成されている。光源１０ｂの共振器において発振したレーザ光は、光ファイバ１３ｂに接続された分岐比１０：９０の光カプラ１４ｂにより分岐され、光ファイバＦＢ１ｂにより導波されて光束Ｌｂとして外部へ射出される。光源１０ｂにおいても、波長選択手段１２ｂにより波長選択がなされ、一定の周期で波長掃引することができる。

一例として、光源１０ａ、１０ｂの波長掃引の様子を図２Ａに、光源１０ａ、１０ｂのスペクトルを図２ＢにそれぞれＬａ、Ｌｂを付して示す。同一の時間帯に、光源１０ａは、波長帯域Δλａ内において一定周期で波長掃引された光束Ｌａを射出し、光源１０ｂは、波長帯域Δλｂ内において一定周期で波長掃引された光束Ｌｂを射出する。光束Ｌａ、Ｌｂは各波長帯域Δλａ、Δλｂ内においてそれぞれ連続したスペクトルを有するものであり、波長帯域Δλａと波長帯域Δλｂとは互いに離散している。そのため、光源ユニット１０から射出される光束Ｌａ、Ｌｂが形成するスペクトルは不連続なものとなる。

なおここで、「波長帯域Δλａと波長帯域Δλｂとは互いに離散している」とは、図２Ｂに示すように、光束Ｌａ、Ｌｂのピーク波長λａ、λｂの間に、ピーク強度に対して強度が概ね−１０ｄＢ以下となる波長帯域Δが存在していることを意味する。本実施形態では、Δλａは波長１０００ｎｍ〜１１００ｎｍ、Δλｂは波長１２５０ｎｍ〜１３５０ｎｍであり、波長帯域１１００ｎｍ〜１２５０ｎｍの範囲に発光しない領域が存在する。

図１の光分割手段３ａ、３ｂは、例えば、分岐比９０：１０の２×２の光カプラから構成されている。光分割手段３ａは、光束Ｌａを測定光Ｌ１ａと参照光Ｌ２ａとに分割し、光分割手段３ｂは、光束Ｌｂを測定光Ｌ１ｂと参照光Ｌ２ｂとに分割する。このとき、光分割手段３ａ、３ｂは、測定光：参照光＝９０：１０の割合で分割する。

プローブ３０は、光学ロータリコネクタ３１を介して入射された測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂを測定対象Ｓまで導波し、測定対象Ｓの同一部位に同時に照射する。また、プローブ３０は、測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂが測定対象Ｓに照射されたときの測定対象Ｓからの反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂを導波する。プローブ３０は、図示しないモータにより、光学ロータリコネクタ３１から先のファイバ部が回転する構成となっており、それによりサンプル上において円周状に光束を走査する様になっており、これにより２次元断層画像が計測可能となっている。さらに、図示しないモータによりプローブ３０の先端が光路の走査円が形成する平面に対して垂直な方向に走査する事により、３次元断層画像の計測も可能となっている。また、プローブ３０は、図示しない光コネクタにより光ファイバＦＢ５に対して着脱可能に取り付けられている。勿論、プローブ先端形状や走査方向はこれに限る物ではなく、例えば、ファイバ先端に高速走査ミラーを配置して２次元走査を行うような構成でもよい。

光分割手段３ａとプローブ３０の間の光路、光分割手段３ｂとプローブ３０の間の光路には合分波手段５が設けられている。合分波手段５は、設定されたカットオフ波長に応じて光を合分波する機能を有し、たとえばＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：波長分割多重）カプラにより構成される。ＷＤＭカプラは概ね−１０ｄＢ以下のアイソレーションがあれば、完全に分離していると言える。合分波手段５は、光分割手段３ａ、３ｂ側からそれぞれ入射された測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂを合波してプローブ３０側に射出し、プローブ３０側から入射された反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂの光を分波してそれぞれ合波手段４ａ、４ｂ側へ射出する。

この合分波手段５のカットオフ波長は、光束Ｌａの波長帯域Δλａと光束Ｌｂの波長帯域Δλｂの間の波長帯域、すなわち図２Ｂで示す波長帯域Δ内の波長に設定することが望ましく、この場合には、反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂを確実に分離させることができるので、本実施形態の合分波手段５のカットオフ波長はこのように設定されている。なお、合分波手段５としてＷＤＭカプラを用いることにより、合波本数が増加しても光利用効率の低下を最小限に留めることができる。

反射光Ｌ３ａは合波手段４ａにおいて参照光Ｌ２ａと合波され、反射光Ｌ３ｂは合波手段４ｂにおいて参照光Ｌ２ｂと合波される。なお、光分割手段３ａから合波手段４ａまでの参照光Ｌ２ａの光路には透過型の光路長調整手段２０ａが設けられ、光分割手段３ｂから合波手段４ｂまでの参照光Ｌ２ｂの光路には透過型の光路長調整手段２０ｂが設けられている。光路長調整手段２０ａ、２０ｂは、断層画像の取得を開始する位置を調整するために、それぞれ参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの光路長を変更するものである。

合波手段４ａ、４ｂは、例えば、分岐比５０：５０の２×２の光ファイバカプラから構成されている。合波手段４ａは反射光Ｌ３ａと参照光Ｌ２ａを合波して、このとき生じた干渉光Ｌ４ａを干渉光検出手段４０ａへ射出する。合波手段４ｂは反射光Ｌ３ｂと参照光Ｌ２ｂを合波して、このとき生じた干渉光Ｌ４ｂを干渉光検出手段４０ｂへ射出する。なお、ここでは、合波手段４ａ、４ｂはそれぞれ干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂを二分して干渉光検出手段４０ａ、４０ｂへ射出し、干渉光検出手段４０ａ、４０ｂでは二分された干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂをそれぞれ２つの光検出素子を用いてバランス検波するようにしている。この機構により、光強度ゆらぎの影響を抑え、より鮮明な画像を得ることができる。

干渉光検出手段４０ａ、４０ｂはそれぞれ、干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂをそれぞれ光電変換し、各光束Ｌａ、Ｌｂの波長帯域Δλａ、Δλｂごとの複数の干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂとして検出する機能を有している。ここでは、光源１０ａ、１０ｂの波長掃引のトリガと同期をとることで、対応する光束を認識するようにしてもよい。このとき、干渉光検出手段４０ａ、４０ｂにおいて、光源１０ａ、１０ｂの各スペクトル毎の干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂが観測されることになる。干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂは、断層画像処理手段５０に出力される。

断層画像処理手段５０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。断層画像処理手段５０は、干渉光検出手段４０により光電変換された干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂを周波数解析することにより測定対象Ｓの各深さ位置における複数の中間断層情報（反射率）ｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）を検出し、この複数の中間断層情報ｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）を用いて測定対象Ｓの断層画像を取得する機能を有している。具体的には、断層画像処理手段５０は、図３に示すように、複数の干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂをそれぞれ周波数解析することにより各深さ位置における複数の中間断層情報ｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）を検出する周波数解析手段５１と、周波数解析手段５１により検出された複数の中間断層情報ｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）から断層画像の生成に用いる断層情報ｒ（ｚ）を生成する断層情報処理手段５２と、断層情報処理手段５２により生成された断層情報ｒ（ｚ）を用いて断層画像を生成する断層画像生成手段５３とを有している。

周波数解析手段５１は、干渉信号ＩＳａを周波数解析することにより光束Ｌａに基づく中間断層情報ｒａ（ｚ）を検出する第１周波数解析手段５１ａと、干渉信号ＩＳｂを周波数解析することにより光束Ｌｂに基づく中間断層情報ｒｂ（ｚ）を検出する第２周波数解析手段５１ｂとを備えている。ここで、第１周波数解析手段５１ａにおいて干渉信号ＩＳａに基づいて中間断層情報（反射率）ｒａ（ｚ）を算出する方法について簡単に説明する。なお、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、Ｖｏｌ．４１、Ｎｏ．７、ｐ４２６−ｐ４３２」に記載されている。

測定光Ｌ１ａ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Ｌ３ａと参照光Ｌ２ａとがいろいろな光路長差（測定対象Ｓの深さ位置）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、例えば図４に示すようなグラフで表される。ここで、ｋは波数、ｌは参照光Ｌ２ａと反射光Ｌ３ａとの光路長差である。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。よって、周波数解析手段５１において、干渉光検出手段４０ａの検出によるスペクトル干渉縞をフーリエ変換により周波数解析することにより、各波長における干渉信号ＩＳａの光強度Ｓ（ｌ）を決定することができ、図５に示すように各深さ位置における反射率を求めることができる。そして、測定対象Ｓの測定開始位置からの距離情報と中間断層情報ｒａ（ｚ）とを取得する。同様に、第２周波数解析手段５１ｂは干渉信号ＩＳｂについても測定開始位置からの距離情報と中間断層情報ｒｂ（ｚ）とを取得する。つまり、周波数解析手段５１において、測定対象Ｓの同一の照射部位から複数の中間断層情報ｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）が取得されることになる。なお、周波数解析手段５１は上述したフーリエ変換処理に限らず、たとえば最大エントロピー法（ＭＥＭ）、Ｙｕｌｅ−Ｗａｌｋｅｒ法等の公知のスペクトル解析技術を用いてそれぞれ中間断層情報ｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）を取得するようにしてもよい。

図３の断層情報処理手段５２は、上述のように検出された各深さ位置ｚからの複数の中間断層情報ｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）から断層画像の生成に用いる断層情報ｒ（ｚ）を検出するものである。具体的には、図６に示すように、断層情報処理手段５２は、各深さ位置Ｚでの中間断層情報ｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）の平均値ｒ（ｚ）＝（ｒａ（ｚ）＋ｒｂ（ｚ））／２を算出する。

断層画像生成手段５３は、断層情報処理手段５２により検出された断層情報ｒ（ｚ）を用いて断層画像を生成するものである。具体的には、各測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂが測定対象Ｓの深さ方向ｚに直交する方向に走査しながら照射されていく。すると、断層画像生成手段５３において、複数の測定点での各深さ方向に対する断層情報ｒ（ｚ）が取得されていく。そして、断層画像生成手段５３は各測定点において取得された複数の断層情報ｒ（ｚ）を用いて２次元もしくは３次元の断層画像を生成する。

このように、断層画像処理手段５０の断層情報処理手段５２において、複数の中間断層情報ｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）の平均値を算出することにより、反射率ｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）に含まれているノイズ成分が相殺され、画質の良い断層画像を得ることができる。

測定対象Ｓの各深さ位置ｚの断層情報の絶対値は、測定対象Ｓの組成に基づく光吸収・光散乱特性等の様々な要因により、照射される測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂの波長によって異なる。しかし、複数の測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂは測定対象Ｓの同一部位に同時に照射されているため、たとえばある深さ位置ｚ１から得られる複数の中間断層情報ｒａ（ｚ１）、ｒｂ（ｚ１）の定性的な特性、例えば断層情報が最大となるピーク位置等は、おおよそ同じものとなる。

そこで、複数の中間断層情報ｒａ（ｚ１）、ｒｂ（ｚ１）の平均値（＝ｒ（ｚ１））を算出することにより、複数の中間断層情報ｒａ（ｚ１）、ｒｂ（ｚ１）の値が異なったものであるとしても、それぞれに含まれるノイズ成分を相殺し、深さ位置ｚ１での断層情報を示す成分を際立たせることができる。よって、広帯域な光源を用いず互いに離散した光束Ｌａ、Ｌｂを用いて断層画像を取得した場合であっても画質の良い断層画像を得ることができる。

なお、周波数解析手段５１において、フーリエ変換の結果に対するサンプリングピッチは各光束Ｌａ、Ｌｂの波長帯域Δλａ、Δλｂの幅に依存する。このため、上述のように各光束Ｌａ、Ｌｂの波長帯域Δλａ、Δλｂの幅が異なるものであるとき、干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂのサンプリングピッチが異なる。この場合、波長帯域の狭い光束Ｌａから得られた干渉信号ＩＳａに対し、波長帯域の足りない分だけ値として「０」を挿入することにより波長帯域Δλａ、Δλｂの幅を同一に揃えるようにする。

また、複数の中間断層情報ｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）の平均値を算出する方法について例示したが、複数の中間断層情報ｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）の積を用いて断層情報ｒ（ｚ）を生成するようにしてもよい。すると、複数の中間断層情報ｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）のうち、最も断層情報の強い信号成分が強め合うことになるため、相対的にノイズ成分の信号値が小さくなり画質の良い断層画像を得ることができる。さらに、上記手法に限らず、他の種々の手法により複数の中間断層情報ｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）を用いて各深さ位置における断層情報ｒ（ｚ）を生成し、断層画像を取得するようにしても良い。

上記実施の形態においては、複数の中間断層情報ｒａ（ｚ）の平均もしくは積を用いて断層情報を取得する場合について例示しているが、光源ユニット１０から射出される光束Ｌａ、Ｌｂのスペクトル情報を用いて、それぞれの干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂが得られた波長帯域を考慮してｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）を組み合わせることにより、断層情報ｒ（ｚ）の高分解能化を図ることができる。つまり、干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂのフーリエ変換で得られるｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）と、真の断層情報ｒ（ｚ）は、各光束Ｌａ、Ｌｂのスペクトル形状のフーリエ変換ｈａ（ｚ）、ｈｂ（ｚ）と

の関係にある。これを、ｒａ＝[ｒａ（０），ｒａ（1×ｄｚ_ａ），…]^T、ｒｂ＝[ｒｂ（０），ｒｂ（1×ｄｚ_ｂ），…]^T、ｒ＝[ｒ（０），ｒ（1×ｄｚ），…]^Tとして離散表現にすると
Ｈａ・ｒ＝ｒａ ・・・（４）
Ｈｂ・ｒ＝ｒｂ ・・・（５）
となる。

ここで、Ｈａ、Ｈｂは、ｈａ＝[ｈａ（０），ｈａ（1×ｄｚ），…]、ｈｂ＝[ｈｂ（０），ｈｂ（1×ｄｚ），…]の各ベクトルを、要素をずらしながら並べてできる行列である。反復法等の公知の技術により、この関係式の最適解として断層情報ｒを得ることができる。

このように、光源ユニット１０から射出される各光束Ｌａ、Ｌｂの波長帯域の違いを考慮した関係式から断層情報ｒ（ｚ）を算出することにより、より精度良く断層情報ｒ（ｚ）を算出することができ、分解能の高い断層画像を生成することができる。

次に、図１から図６を参照して光断層画像化装置１の動作例について説明する。光源１０ａから波長帯域Δλａ内を一定の周期で波長掃引された光束Ｌａが射出され、光ファイバＦＢ１ａにより導波されて光分割手段３ａに入射する。光分割手段３ａにおいて光束Ｌａは測定光Ｌ１ａと参照光Ｌ２ａに光分割されて、測定光Ｌ１ａは光ファイバＦＢ２ａ側に射出され、参照光Ｌ２ａは光ファイバＦＢ３ａ側に射出される。測定光Ｌ１ａは光ファイバＦＢ２ａにより導波されてサーキュレータ１５ａを経由した後、光ファイバＦＢ４ａにより導波されて合分波手段５に入射する。

一方、光源１０ｂからは、波長帯域Δλｂ内を一定の周期で波長掃引された光束Ｌｂが射出され、光ファイバＦＢ１ｂにより導波されて光分割手段３ｂに入射する。光分割手段３ｂにおいて光束Ｌｂは測定光Ｌ１ｂと参照光Ｌ２ｂに光分割されて、測定光Ｌ１ｂは光ファイバＦＢ２ｂ側に射出され、参照光Ｌ２ｂは光ファイバＦＢ３ｂ側に射出される。測定光Ｌ１ｂは光ファイバＦＢ２ｂにより導波されてサーキュレータ１５ｂを経由した後、光ファイバＦＢ４ｂにより導波されて合分波手段５に入射する。

合分波手段５において、測定光Ｌ１ａと測定光Ｌ１ｂは合波されて、光ファイバＦＢ５により導波されて光ロータリコネクタ３１を介してプローブ３０に入射し、プローブ３０により導波されて測定対象Ｓに照射される。そして、測定対象Ｓの各深さ位置ｚにおいて反射した反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂがプローブ３０に入射し、測定光と逆の経路を辿って合分波手段５に入射する。

合分波手段５のカットオフ波長は、上述のように図２Ｂの波長帯域Δ内に設定されているため、合分波手段５において反射光Ｌ３ａと反射光Ｌ３ｂは分波されて、反射光Ｌ３ａは光ファイバＦＢ４ａ側に射出され、反射光Ｌ３ｂは光ファイバＦＢ４ｂ側に射出される。

光ファイバＦＢ４ａにより導波された反射光Ｌ３ａは、サーキュレータ１５ａを経由した後、光ファイバＦＢ６ａにより導波されて合波手段４ａに入射する。一方、光分割手段３ａにより分割された参照光Ｌ２ａは、光ファイバＦＢ３ａの途中に設けられた光路長調整手段２０ａにより光路長を変更された後、合波手段４ａに入射する。

合波手段４ａにおいて、反射光Ｌ３ａと参照光Ｌ２ａが合波され、この合波により生じた干渉光Ｌ４ａは二分されて干渉光検出手段４０ａへ射出される。干渉光検出手段４０ａでは、干渉光Ｌ４ａがバランス検波されるとともに光電変換されて、干渉信号ＩＳａが生成され、断層画像処理手段５０へ出力される。

同様に、光ファイバＦＢ４ｂにより導波された反射光Ｌ３ｂは、サーキュレータ１５ｂを経由した後、光ファイバＦＢ６ｂにより導波されて合波手段４ｂに入射する。一方、光分割手段３ｂにより分割された参照光Ｌ２ｂは、光ファイバＦＢ３ｂの途中に設けられた光路長調整手段２０ｂにより光路長を変更された後、合波手段４ｂに入射する。

合波手段４ｂにおいて、反射光Ｌ３ｂと参照光Ｌ２ｂが合波され、この合波により生じた干渉光Ｌ４ｂは二分されて干渉光検出手段４０ｂへ射出される。干渉光検出手段４０ｂでは、干渉光Ｌ４ｂがバランス検波されるとともに光電変換されて、干渉信号ＩＳｂが生成され、断層画像処理手段５０へ出力される。

断層画像処理手段５０では、干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂを用いて各深さ位置における複数の中間断層情報ｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）が検出され、各中間断層情報ｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）から断層画像の生成に用いる断層情報ｒ（ｚ）が算出されて、２次元の光断層画像が生成される。生成された断層画像は、断層画像処理手段５０に接続されているＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）や液晶表示装置等からなる表示装置６０により表示される。

以上説明したように、光断層画像化装置１によれば、互いに波長が異なり、同時に波長掃引される複数の光束Ｌａ、Ｌｂを測定対象Ｓに照射して、このとき生じた波長の異なる複数の干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂを波長帯域ごとに異なる干渉光検出手段４０ａ、４０ｂで検出することにより、高速に高分解能の画像を取得することができる。

なお、上記の第１の実施形態の光断層画像化装置１の説明では、光束Ｌａ、Ｌｂが離散した波長帯域を有する場合について説明したが、これは本発明において限定的な事項ではなく、以下の第２の実施形態で説明するように、光束Ｌａ、Ｌｂは重畳した波長帯域を有するものであってもよい。

以下、本発明の第２の実施形態による光断層画像化装置２００について、図７、図８Ａ、図８Ｂを参照しながら説明する。図７は光断層画像化装置２００の概略構成図である。図７の光断層画像化装置２００は、図１の光断層画像化装置１と比較すると、光源ユニット１０から射出される光束ＬＳａ、ＬＳｂの波長帯域と、光学フィルタ２０１ａ、２０１ｂがさらに設けられているが異なる。以下では、主に光断層画像化装置１との相違点について説明し、図７の光断層画像化装置２００において、図１の光断層画像化装置１と同様の構成については同じ符号を付して重複説明を省略する。

第２の実施形態において光源ユニット１０から射出される光束ＬＳａ、ＬＳｂは、互いに波長が異なるとともに、同一の時間帯にそれぞれ所定の波長帯域内で波長掃引されるものであるが、これらの波長帯域の一部は、図８Ａに示すように波長帯域Δｃにおいて重畳している。このような光束ＬＳａ、ＬＳｂを用いて図１と同じ構成の光断層画像化装置で測定したのでは、合分波手段５において各光束ごとに分波することができず、１つの干渉光検出手段に２つの光束による干渉信号が混在してしまい、分離不可能となる。

そこで、光断層画像化装置２００では、光源１０ａ、１０ｂと合分波手段５との間の測定光の光路にそれぞれ、波長帯域Δｃの光を遮光するための光学フィルタ２０１ａ、２０１ｂを配置している。

図７に示す光断層画像化装置２００において、光束ＬＳａは光分割手段３ａにおいて測定光ＬＳ１ａ’と参照光Ｌ２ａに光分割される。測定光ＬＳ１ａ’は光ファイバＦＢ２ａにより導波されてサーキュレータ１５ａを経由して光ファイバＦＢ４ａ側に射出され、光ファイバＦＢ４ａの途中に設けられた光学フィルタ２０１ａに入射する。光学フィルタ２０１ａにおいて測定光ＬＳ１ａ’は波長帯域Δｃの光が遮光されて、図８Ｂに示すようなスペクトルを有する測定光ＬＳ１ａとなる。

測定光ＬＳ１ａが測定対象Ｓに照射されたときの反射光ＬＳ３ａもまた図８Ｂに示す測定光ＬＳ１ａと同様のスペクトルを有する。反射光ＬＳ３ａは光ファイバＦＢ４ａにより導波される際に光学フィルタ２０１ａを通過するが、すでに波長帯域Δｃの光を含んでいないためスペクトルの変化はない。合波手段４ａにおいて反射光ＬＳ３ａと参照光ＬＳ２ａは合波され、このとき生じた干渉光ＬＳ４ａも図８Ｂに示す測定光ＬＳ１ａと同様のスペクトルを有する。

同様に、光束ＬＳｂは光分割手段３ｂにおいて測定光ＬＳ１ｂ’と参照光Ｌ２ｂに光分割される。測定光ＬＳ１ｂ’は光ファイバＦＢ２ｂにより導波されてサーキュレータ１５ｂを経由して光ファイバＦＢ４ｂ側に射出され、光ファイバＦＢ４ｂの途中に設けられた光学フィルタ２０１ｂに入射する。光学フィルタ２０１ｂにおいて測定光ＬＳ１ｂ’は波長帯域Δｃの光が遮光されて、図８Ｂに示すようなスペクトルを有する測定光ＬＳ１ｂとなる。

測定光ＬＳ１ｂが測定対象Ｓに照射されたときの反射光ＬＳ３ｂもまた図８Ｂに示す測定光ＬＳ１ｂと同様のスペクトルを有する。反射光ＬＳ３ｂは光ファイバＦＢ４ｂにより導波される際に光学フィルタ２０１ｂを通過するが、すでに波長帯域Δｃの光を含んでいないためスペクトルの変化はない。合波手段４ｂにおいて反射光ＬＳ３ｂと参照光ＬＳ２ｂは合波され、このとき生じた干渉光ＬＳ４ｂも図８Ｂに示す測定光ＬＳ１ｂと同様のスペクトルを有する。

光断層画像化装置２００における上記以外の動作については、光断層画像化装置１における動作と同様である。

つまり、光学フィルタ２０１ａ、２０１ｂを設けることにより、光源ユニット１０から射出される複数の光束の波長帯域が重畳していても、図８Ｂに示すような互いに離散した波長帯域を有する光束ＬＳａ、ＬＳｂを用いて測定を行ったのと同等となる。したがって、第１の実施形態の場合と同様に、光束ＬＳａ、ＬＳｂごとの干渉光ＬＳ４ａ、ＬＳ４ｂを分離して、それぞれ干渉光検出手段４０ａ、４０ｂで検出することができるので、異なる光束からの干渉信号が混在して分離不能になることはない。

なお、干渉信号の混在の可能性は、各光束の波長帯域と合分波手段５のカットオフ波長の関係にもよる。例えば、光断層画像化装置１における光束Ｌａの波長帯域の一部が、合分波手段５のカットオフ波長近傍にある場合、干渉光Ｌ４ａの一部が干渉光検出手段４０ｂに入射してしまい、干渉光検出手段４０ｂの信号に対しノイズとなることがある。この場合も、上記例と同様に、遮光用の光学フィルタを設けることにより、信号の混在を回避できる。

なお、図７に示す例では、合分波手段５の上流側に光学フィルタ２０１ａ、２０１ｂを配置しているが、光源ユニット１０と干渉光検出手段４０ａ、４０ｂの間の光路であれば、他の場所でもよい。

また、図７に示す例では、２つの光学フィルタを設けているが、合分波手段５のカットオフ波長によってはいずれか一方の光学フィルタのみ設けるようにしてもよい。各々の干渉光検出手段において、１つの光束に基づく干渉光のみが検出されるように光学フィルタが設けられていればよい。

上記の第２の実施形態では、重畳した波長帯域Δｃの光を光学的に除去する光学フィルタを設けたが、予め波長帯域Δｃがわかっている場合には、光学フィルタを用いずに、後述する第３の実施形態の変形例のように、断層画像処理手段５０において信号処理するようにしてもよい。

次に、本発明の第３の実施形態にかかる光断層画像化装置３００について図９を参照して説明する。図９は光断層画像化装置３００の概略構成図である。光断層画像化装置３００は、マッハツェンダ型干渉計を用いたＳＳ−ＯＣＴ装置であるが、図１の光断層画像化装置１と比較すると、干渉計よりも合分波手段５が上流側に配置されている点が基本的に異なる。以下では、主にこの相違点について説明し、図９の光断層画像化装置３００において、図１の光断層画像化装置１と同様の構成については同じ符号を付して重複説明を省略する。

光断層画像化装置３００において、光源１０ａから射出して光ファイバＦＢ１ａにより導波された光束Ｌａと、光源１０ｂから射出して光ファイバＦＢ１ｂにより導波された光束Ｌｂとは、合分波手段５により合波されて、光ファイバＦＢ３１により導波されて光分割手段３に入射する。

光分割手段３は、例えば、分岐比９０：１０の２×２の光カプラから構成されている。光分割手段３において光束Ｌａ、Ｌｂは測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂと参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂに光分割される。測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂは光ファイバＦＢ３２により導波されてサーキュレータ３０１を経由した後、光ファイバＦＢ３４およびプローブ３０により導波されて測定対象Ｓに照射される。このときの反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂはプローブ３０および光ファイバＦＢ３４により導波されてサーキュレータ３０１を経由した後、光ファイバＦＢ３５により導波されて反射光分離手段３０６に入射する。

反射光分離手段３０６は、波長選択性を有し、たとえばＷＤＭカプラから構成される。反射光分離手段３０６は、光束Ｌａと同じ波長帯域の反射光Ｌ３ａを光ファイバＦＢ３６ａ側に射出し、光束Ｌｂと同じ波長帯域の反射光Ｌ３ｂを光ファイバＦＢ３６ｂ側に射出する。光ファイバＦＢ３６ａには合波手段４ａが結合されており、光ファイバＦＢ３６ｂには合波手段４ｂが結合されている。

一方、光分割手段３により分割された参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは、光ファイバＦＢ３３により導波されて、光ファイバ３３の途中に設けられた光路長調整手段２０により光路長を変更された後、参照光分離手段３０７に入射する。

参照光分離手段３０７は、波長選択性を有し、たとえばＷＤＭカプラから構成される。参照光分離手段３０７は、光束Ｌａと同じ波長帯域の参照光Ｌ２ａを光ファイバＦＢ３７ａ側に射出し、光束Ｌｂと同じ波長帯域の参照光Ｌ２ｂを光ファイバＦＢ３７ｂ側に射出する。光ファイバＦＢ３７ａには合波手段４ａが結合されており、光ファイバＦＢ３７ｂには合波手段４ｂが結合されている。

合波手段４ａにおいて、反射光Ｌ３ａと参照光Ｌ２ａが合波され、これらの干渉光Ｌ４ａは二分されて干渉光検出手段４０ａへ射出される。合波手段４ｂにおいて、反射光Ｌ３ｂと参照光Ｌ２ｂが合波され、これらの干渉光Ｌ４ｂは二分されて干渉光検出手段４０ｂへ射出される。

以降の干渉光検出手段４０ａ、４０ｂ、断層画像処理手段５０における構成および動作は、第１の実施形態のものと同様であるため、重複説明を省略する。

以下、第３の実施形態の変形例として、光源ユニット１０から射出される光束ＬＳａ、ＬＳｂの波長帯域の一部が図８Ａに示すように重畳し、この重畳する波長帯域Δｃの光に基づく干渉信号を断層画像処理手段５０において除去する場合について図１０を参照しながら説明する。図１０（１）の左側には、横軸に時間、縦軸に波長をとり、重畳した波長帯域を有する２つの光束ＬＳａ、ＬＳｂの波長掃引の様子を示している。また、図１０（１）の右側には、図１０（１）の左側の波長軸と対応させて、縦軸に波長、横軸に反射光分離手段３０６および参照光分離手段３０７の分岐率をとり、これらの分岐特性を示している。本変形例においては、反射光分離手段３０６および参照光分離手段３０７は、重畳した波長帯域Δｃで、分岐率が約０〜１００％に変化するものが選択されている。波長帯域Δｃの最短波長をλ_Ｓ、最長波長をλ_Ｌとする。この波長帯域λ_Ｓ〜λ_Ｌの光による干渉信号が、混在する信号となるため、図１０（１）に示すように、光束Ｌａ、Ｌｂの波長帯域λ_Ｓ〜λ_Ｌの光による干渉信号が同時間帯に発生するように、２つの光源１０ａ、１０ｂの波長掃引のタイミングを設定しておく。

図１０（２）は、光源１０ａ、１０ｂから射出される光束ＬＳａ、ＬＳｂの光強度の時間変化を表す図であり、横軸は時間、縦軸は光強度である。図１０（３）は干渉光検出手段４０ａから出力された干渉信号の強度変化であり、図１０（４）は干渉光検出手段４０ｂから出力された干渉信号の強度変化であり、ともに図１０（２）の時間軸と対応させて、理解を助けるために光束ごとに分解して示している。

図１０（１）に示す合分波手段５の特性により、干渉光検出手段４０ａで検出される光の波長帯域はλ_Ｌ以下であるため、干渉光検出手段４０ａから出力される干渉信号は、光束ＬＳａに基づく信号Ｉａと、光束ＬＳｂのうち波長帯域λ_Ｓ〜λ_Ｌの光に基づく信号Ｉｂｃである。同様に、干渉光検出手段４０ｂで検出される光の波長帯域はλ_Ｓ以上であるため、干渉光検出手段４０ｂから出力される干渉信号は、光束Ｌｂに基づく信号Ｉｂと、光束Ｌａのうち波長帯域λ_Ｓ〜λ_Ｌの光に基づく信号Ｉａｃである。

そこで、断層画像処理手段５０において、図１０（３）、図１０（４）の破線で囲んだ領域の信号、すなわち波長帯域λ_Ｓ〜λ_Ｌの光に基づく信号を除去する処理を行う。これにより、光源ユニット１０から射出される複数の光束の波長帯域が重畳していても、図８Ｂに示すような互いに離散した波長帯域を有する光束ＬＳａ、ＬＳｂを用いて測定を行ったのと同等の結果が得られる。

次に、本発明の第４の実施形態にかかる光断層画像化装置４００について図１１および図１２を参照して説明する。図１１は光断層画像化装置４００の概略構成図である。光断層画像化装置４００は、フィゾー型干渉計を用いたＳＳ−ＯＣＴ装置であり、図１の光断層画像化装置１のプローブ３０とは異なるプローブ４３０を用いている点が特徴である。以下では、主にこの特徴について説明し、図１１の光断層画像化装置４００において、前述の実施形態の光断層画像化装置と同様の構成については同じ符号を付して重複説明を省略する。

プローブ４３０は、図１２に示すように、測定対象Ｓ側の出射端部に光分割手段４３１が設けられており、光源ユニット１０からの光束の一部を透過させて測定光とするとともに、残りの一部の光を反射して参照光とするように構成されている。図１２に示す例では、光分割手段４３１としてハーフミラーを用いているが、ハーフミラーの代わりに、プローブ４３０の射出端面に入射光の一部を反射させる反射膜を施してもよい。あるいは、プローブ４３０の射出端面に膜を形成せず、射出端面を入射光の光軸と直交する平面として、この平面を光学研磨してオプティカルフラット面を形成し、射出端面における媒質の屈折率差（たとえばガラスと空気との屈折率差）により反射した光を参照光として用いるようにしてもよい。

光断層画像化装置４００において、光源１０ａから射出して光ファイバＦＢ１ａにより導波された光束Ｌａは、サーキュレータ１５ａを経由し、光ファイバＦＢ４ａにより導波されて合分波手段５に入射する。同様に、光源１０ｂから射出して光ファイバＦＢ１ｂにより導波された光束Ｌｂは、サーキュレータ１５ｂを経由し、光ファイバＦＢ４ｂにより導波されて合分波手段５に入射する。

合分波手段５において光束Ｌａと光束Ｌｂは合波されて、光ファイバＦＢ５により導波されて光ロータリコネクタ３１を介してプローブ４３０に入射する。プローブ４３０の出射端部の光分割手段４３１において、光束Ｌａ、Ｌｂの一部は透過して測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂとなり、残りの一部は反射されて参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂとなる。測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂは測定対象Ｓに照射されて、このときの反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂはプローブ４３０および光ファイバＦＢ５により導波されて合分波手段５に入射する。また、光分割手段４３１で反射された参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂもまたプローブ４３０および光ファイバＦＢ５により導波されて合分波手段５に入射する。

合分波手段５に入射した反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂおよび参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは波長帯域に応じて分波され、反射光Ｌ３ａと参照光Ｌ２ａは光ファイバＦＢ４ａ側に射出され、反射光Ｌ３ｂと参照光Ｌ２ｂは光ファイバＦＢ４ｂ側に射出される。

その後、反射光Ｌ３ａと参照光Ｌ２ａはサーキュレータ１５ａを経由して、光ファイバＦＢ４１ａにより導波されて分波手段４０１ａに入射する。分波手段４０１ａは例えば、分岐比５０：５０の２×２の光カプラから構成されている。分波手段４０１ａに入射した光の約５０％の反射光Ｌ３ａおよび参照光Ｌ２ａは光ファイバＦＢ４２ａ側に射出されてそのまま導波されて合波手段４ａに入射する。分波手段４０１ａに入射した光の残りの約５０％の反射光Ｌ３ａおよび参照光Ｌ２ａは光ファイバＦＢ４３ａ側に射出されて、途中の経路に設けられた光路長調整手段２０ａにより光路長の変更を受けた後、合波手段４ａに入射する。

合波手段４ａにおいて、光ファイバＦＢ４２ａにより導波された参照光Ｌ２ａと光ファイバＦＢ４３ａにより導波された反射光Ｌ３ａとによる干渉、あるいは光ファイバＦＢ４２ａにより導波された反射光Ｌ３ａと光ファイバＦＢ４３ａにより導波された参照光Ｌ２ａとによる干渉により干渉光Ｌ４ａが生じる。この干渉光Ｌ４ａは二分されて干渉光検出手段４０ａへ射出される。

また、光ファイバＦＢ４ｂ側に射出された反射光Ｌ３ｂと参照光Ｌ２ｂについても、同様であり、これらの光はサーキュレータ１５ｂを経由して、光ファイバＦＢ４１ｂにより導波されて分波手段４０１ｂに入射する。分波手段４０１ｂは例えば、分岐比５０：５０の２×２の光カプラから構成されている。分波手段４０１ｂに入射した光の約５０％の反射光Ｌ３ｂおよび参照光Ｌ２ｂは光ファイバＦＢ４２ｂ側に射出されてそのまま導波されて合波手段４ｂに入射する。分波手段４０１ｂに入射した光の残りの約５０％の反射光Ｌ３ｂおよび参照光Ｌ２ｂは光ファイバＦＢ４３ｂ側に射出されて、途中の経路に設けられた光路長調整手段２０ｂにより光路長の変更を受けた後、合波手段４ｂに入射する。

合波手段４ｂにおいて、光ファイバＦＢ４２ｂにより導波された参照光Ｌ２ｂと光ファイバＦＢ４３ｂにより導波された反射光Ｌ３ｂとによる干渉、あるいは光ファイバＦＢ４２ｂにより導波された反射光Ｌ３ｂと光ファイバＦＢ４３ｂにより導波された参照光Ｌ２ｂとによる干渉により干渉光Ｌ４ｂが生じる。この干渉光Ｌ４ｂは二分されて干渉光検出手段４０ｂへ射出される。

以降の干渉光検出手段４０ａ、４０ｂ、断層画像処理手段５０における構成および動作は、第１の実施形態のものと同様であるため、重複説明を省略する。

次に、本発明の第５の実施形態にかかる光断層画像化装置５００について図１３を参照して説明する。図１３は光断層画像化装置５００の概略構成図である。光断層画像化装置５００は、フィゾー型干渉計を用いたＳＳ−ＯＣＴ装置であるが、図１１の光断層画像化装置４００と比較すると、干渉計よりも合分波手段５が上流側に配置されている点が基本的に異なる。以下では、主にこの相違点について説明し、図１３の光断層画像化装置５００において、前述の実施形態の光断層画像化装置と同様の構成については同じ符号を付して重複説明を省略する。

光断層画像化装置５００において、光源１０ａから射出して光ファイバＦＢ１ａにより導波された光束Ｌａと、光源１０ｂから射出して光ファイバＦＢ１ｂにより導波された光束Ｌｂとは、合分波手段５に入射し、合波される。合波後の光束Ｌａ、Ｌｂは、光ファイバＦＢ３１により導波されてサーキュレータ５０１を経由し、光ファイバＦＢ５１により導波されて光ロータリコネクタ３１を介してプローブ４３０に入射する。プローブ４３０の出射端部の光分割手段４３１において、光束Ｌａ、Ｌｂは測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂと参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂとに分割される。測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂは測定対象Ｓに照射されて、このときに反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂが生じる。反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂおよび参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂはプローブ４３０および光ファイバＦＢ５１により導波されてサーキュレータ５０１を経由し、分波手段５０５に入射する。

分波手段５０５は波長選択性を有し、たとえばＷＤＭカプラにより構成される。分波手段５０５に入射した光のうち、反射光Ｌ３ａおよび参照光Ｌ２ａは光ファイバＦＢ４１ａ側に射出され、反射光Ｌ３ｂおよび参照光Ｌ２ｂは光ファイバＦＢ４１ｂ側に射出される。光ファイバＦＢ４１ａは分波手段４０１ａに結合されており、光ファイバＦＢ４１ｂは分波手段４０１ｂに結合されている。分波手段４０１ａ、４０１ｂ以降の動作については第４の実施形態の場合と同様であるため説明を省略する。

なお、上記の光断層画像化装置５００では、分波手段５０５の下流に干渉計を配置して、波長帯域ごとに光を分波した後、干渉させるようにしているが、変形例として、干渉した後で波長帯域ごとに光を分波して干渉光検出手段へ導くようにしてもよい。

次に、本発明の第６の実施形態にかかる光断層画像化装置６００について図１４を参照して説明する。図１４は光断層画像化装置６００の概略構成図である。光断層画像化装置６００は、マイケルソン型干渉計を用いたＳＳ−ＯＣＴ装置である。図１４の光断層画像化装置６００において、前述の実施形態の光断層画像化装置と同様の構成については同じ符号を付して重複説明を省略する。

光断層画像化装置６００において、光源１０ａから射出して光ファイバＦＢ１ａにより導波された光束Ｌａは、サーキュレータ１５ａを経由し、光ファイバＦＢ６１ａにより導波されて光分割手段６０３ａに入射する。光分割手段６０３ａは、例えば、分岐比９０：１０の２×２の光カプラから構成されている。なお、本実施形態における光分割手段６０３ａは、合波手段としても機能するものである。光分割手段６０３ａは、光束Ｌａを測定光：参照光＝９０：１０の割合となるように測定光Ｌ１ａと参照光Ｌ２ａとに分割し、測定光Ｌ１ａを光ファイバＦＢ４ａ側へ射出し、参照光Ｌ２ａを光ファイバＦＢ６２ａ側へ射出する。光ファイバＦＢ４ａにより導波された測定光Ｌ１ａは、合分波手段５に入射する。

また、光源１０ｂから射出して光ファイバＦＢ１ｂにより導波された光束Ｌｂは、サーキュレータ１５ｂを経由し、光ファイバＦＢ６１ｂにより導波されて光分割手段６０３ｂに入射する。光分割手段６０３ｂは、例えば、分岐比９０：１０の２×２の光カプラから構成されている。なお、本実施形態における光分割手段６０３ｂは、合波手段としても機能するものである。光分割手段６０３ｂは、光束Ｌｂを測定光：参照光＝９０：１０の割合となるように測定光Ｌ１ｂと参照光Ｌ２ｂとに分割し、測定光Ｌ１ｂを光ファイバＦＢ４ｂ側へ射出し、参照光Ｌ２ｂを光ファイバＦＢ６２ｂ側へ射出する。光ファイバＦＢ４ｂにより導波された測定光Ｌ１ｂは、合分波手段５に入射する。

合分波手段５において測定光Ｌ１ａと測定光Ｌ１ｂは合波されて、光ファイバＦＢ５により導波されて光ロータリコネクタ３１を介してプローブ３０に入射し、プローブ３０により導波されて測定対象Ｓに照射される。このときの反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂがプローブ３０に入射し、測定光と逆の経路を辿って合分波手段５に入射する。合分波手段５において反射光Ｌ３ａと反射光Ｌ３ｂは分波されて、反射光Ｌ３ａは光ファイバＦＢ４ａ側に射出されて光分割手段６０３ａに入射し、反射光Ｌ３ｂは光ファイバＦＢ４ｂ側に射出されて光分割手段６０３ｂに入射する。

一方、参照光Ｌ２ａは光ファイバＦＢ６２ａの端部に接続された反射型の光路長調整手段６２０ａにより光路長の変更を受けた後、再び光ファイバＦＢ６２ａにより導波されて光分割手段６０３ａに入射する。また、参照光Ｌ２ｂも光ファイバＦＢ６２ｂの端部に接続された反射型の光路長調整手段６２０ｂにより光路長の変更を受けた後、再び光ファイバＦＢ６２ｂにより導波されて光分割手段６０３ｂに入射する。

光分割手段６０３ａにおいて、反射光Ｌ３ａと参照光Ｌ２ａが合波されて、これらの干渉光Ｌ４ａが発生し、干渉光Ｌ４ａは光ファイバＦＢ６１ａにより導波されてサーキュレータ１５ａを経由して光ファイバＦＢ６３ａにより導波されて分波手段６０５ａに入射する。分波手段６０５ａは、たとえば分岐比５０：５０の２×２の光カプラから構成されている。分波手段６０５ａにおいて、干渉光Ｌ４ａは二分されて干渉光検出手段４０ａへ射出される。

同様に、光分割手段６０３ｂにおいて、反射光Ｌ３ｂと参照光Ｌ２ｂが合波されて、これらの干渉光Ｌ４ｂが発生し、干渉光Ｌ４ｂは光ファイバＦＢ６１ｂにより導波されてサーキュレータ１５ｂを経由して光ファイバＦＢ６３ｂにより導波されて分波手段６０５ｂに入射する。分波手段６０５ｂは、たとえば分岐比５０：５０の２×２の光カプラから構成されている。分波手段６０５ｂにおいて、干渉光Ｌ４ｂは二分されて干渉光検出手段４０ｂへ射出される。

以降の干渉光検出手段４０ａ、４０ｂ、断層画像処理手段５０における構成および動作は、第１の実施形態のものと同様であるため、重複説明を省略する。

次に、本発明の第７の実施形態にかかる光断層画像化装置７００について図１５を参照して説明する。図１５は光断層画像化装置７００の概略構成図である。光断層画像化装置７００は、マイケルソン型干渉計を用いたＳＳ−ＯＣＴ装置であるが、図１４の光断層画像化装置６００と比較すると、干渉計よりも合分波手段５が上流側に配置されている点が基本的に異なる。以下では、主にこの相違点について説明し、図１５の光断層画像化装置７００において、前述の実施形態の光断層画像化装置と同様の構成については同じ符号を付して重複説明を省略する。

光断層画像化装置７００において、光源１０ａから射出して光ファイバＦＢ１ａにより導波された光束Ｌａと、光源１０ｂから射出して光ファイバＦＢ１ｂにより導波された光束Ｌｂとは、合分波手段５に入射し、合波される。合波後の光束Ｌａ、Ｌｂは、光ファイバＦＢ３１により導波されてサーキュレータ５０１を経由し、光ファイバＦＢ７１により導波されて光分割手段７０３に入射する。

光分割手段７０３は、例えば、分岐比９０：１０の２×２の光カプラから構成されている。なお、本実施形態における光分割手段７０３は、合波手段としても機能するものである。光分割手段７０３は、光束Ｌａ、Ｌｂを測定光：参照光＝９０：１０の割合となるように測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂと参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂとに分割し、測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂを光ファイバＦＢ７２側へ射出し、参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを光ファイバＦＢ７３側へ射出する。

測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂは、光ロータリコネクタ３１を介してプローブ３０に入射し、プローブ３０により導波されて測定対象Ｓに照射される。このときの反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂがプローブ３０に入射し、プローブ３０および光ファイバＦＢ７２に導波されて光分割手段７０３に入射する。

一方、参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは光ファイバＦＢ７３の端部に接続された反射型の光路長調整手段７２０により光路長の変更を受けた後、再び光ファイバＦＢ７３により導波されて光分割手段７０３に入射する。

光分割手段７０３において、反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂと参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂが合波される。そして、反射光Ｌ３ａと参照光Ｌ２ａの合波により干渉光Ｌ４ａが発生し、反射光Ｌ３ｂと参照光Ｌ２ｂとの合波により干渉光Ｌ４ｂが発生する。このとき、光束Ｌａ、Ｌｂは図２Ｂに示すように波長帯域が離散しているため、反射光Ｌ３ａと参照光Ｌ２ｂとの合波、反射光Ｌ３ｂと参照光Ｌ２ａとの合波により干渉光が発生することはない。

干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂは光ファイバＦＢ７１により導波され、サーキュレータ５０１を経由して光ファイバＦＢ７４により導波されて干渉光分離手段７０５に入射する。干渉光分離手段７０５は波長選択性を有し、たとえばＷＤＭカプラにより構成される。干渉光分離手段７０５において、干渉光Ｌ４ａは光ファイバＦＢ７５ａ側に射出されて分波手段７０１ａに入射し、干渉光Ｌ４ｂは光ファイバＦＢ７５ｂ側に射出されて分波手段７０１ｂに入射する。分波手段７０１ａ、７０１ｂはたとえば分岐比５０：５０の２×２の光カプラから構成されている。分波手段７０１ａ、７０１ｂにおいて、干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂはそれぞれ二分されて干渉光検出手段４０ａ、４０ｂへ射出される。

以降の干渉光検出手段４０ａ、４０ｂ、断層画像処理手段５０における構成および動作は、第１の実施形態のものと同様であるため、重複説明を省略する。

次に、本発明の第８の実施形態にかかる光断層画像化装置８００について図１６を参照して説明する。図１６は光断層画像化装置８００の概略構成図である。光断層画像化装置８００は、マイケルソン型干渉計を用いたＳＳ−ＯＣＴ装置である。図１６の光断層画像化装置８００において、前述の実施形態の光断層画像化装置と同様の構成については同じ符号を付して重複説明を省略する。

光断層画像化装置８００では、光断層画像化装置７００の光分割手段７０３に代わり、光分割手段８０３を用いている。光分割手段８０３は、例えば、分岐比５０：５０の２×２の光カプラから構成されている。光源１０ａ、１０ｂから射出した光束Ｌａ、Ｌｂが合分波手段５により合波されてサーキュレータ５０１経由後に光ファイバＦＢ７１により導波されるところまでは光断層画像化装置７００と同じである。

その後、光束Ｌａ、Ｌｂは光分割手段８０３に入射し、光分割手段８０３において測定光：参照光＝５０：５０の割合となるように測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂと参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂとに分割され、測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂを光ファイバＦＢ７２側へ射出され、参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを光ファイバＦＢ７３側へ射出される。

測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂは、光ロータリコネクタ３１を介してプローブ３０に入射し、プローブ３０により導波されて測定対象Ｓに照射される。このときの反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂがプローブ３０に入射し、プローブ３０および光ファイバＦＢ７２に導波されて光分割手段８０３に入射する。

一方、参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは光ファイバＦＢ７３の端部に接続された反射型の光路長調整手段７２０により光路長の変更を受けた後、再び光ファイバＦＢ７３により導波されて光分割手段８０３に入射する。

光分割手段８０３において、反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂと参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂが合波される。そして、反射光Ｌ３ａと参照光Ｌ２ａの合波により干渉光Ｌ４ａが発生し、反射光Ｌ３ｂと参照光Ｌ２ｂとの合波により干渉光Ｌ４ｂが発生する。干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂのうち約５０％は、光ファイバＦＢ８１側に射出され干渉光分離手段８０６に入射する。干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂのうち残りの約５０％は、光ファイバＦＢ７１側に射出され、サーキュレータ５０１を経由して光ファイバ８２により導波されて干渉光分離手段８０７に入射する。

干渉光分離手段８０６、８０７は波長選択性を有し、たとえばＷＤＭカプラから構成される。干渉光分離手段８０６は、干渉光Ｌ４ａを光ファイバＦＢ８３ａ側に射出し、干渉光Ｌ４ｂを光ファイバＦＢ８３ｂ側に射出する。干渉光分離手段８０７は、干渉光Ｌ４ａを光ファイバＦＢ８４ａ側に射出し、干渉光Ｌ４ｂを光ファイバＦＢ８４ｂ側に射出する。光ファイバＦＢ８３ａ、ＦＢ８４ａにより導波された干渉光Ｌ４ａは干渉光検出手段４０ａに入射する。光ファイバＦＢ８３ｂ、ＦＢ８４ｂにより導波された干渉光Ｌ４ｂは干渉光検出手段４０ｂに入射する。

以降の干渉光検出手段４０ａ、４０ｂ、断層画像処理手段５０における構成および動作は、第１の実施形態のものと同様であるため、重複説明を省略する。

なお、光断層画像化装置８００のようにマイケルソン型干渉計を用いて分岐比５０：５０で測定光と参照光を分割する場合も、図１４に示す光断層画像化装置６００のように、合分波手段５が干渉計よりも下流側に配置された構成も可能である。

上記第１〜第８の実施形態および変形例において、例えば光束Ｌａの中心波長λ１＝８８０ｎｍ、光束Ｌｂの中心波長λ２＝１３００ｎｍとした場合、波長帯域Δλａの光が入射する干渉光検出手段４０ａの受光素子には受光可能波長域が３２０〜１１００ｎｍのＳｉフォトダイオード、波長帯域Δλｂの光が入射する干渉光検出手段４０ｂの受光素子には受光可能波長域９００ｎｍ〜１７００ｎｍのＩｎＧａＡｓフォトダイオードを使用することができる。

従来は、１個のディテクタで光源ユニットから射出される光の全波長域をカバーしなくてはならない装置構成であり、上記のようなλ１およびλ２の光に対して使用可能なフォトダイオードは存在しなかったため、上記のようなλ１およびλ２の波長帯域の組合せで測定可能な装置は構成できなかった。しかし、本発明の光断層画像化装置によれば、光束ごとに検出できるよう複数の干渉光検出手段を設けているため、上記のようなλ１およびλ２の波長帯域の組合せで測定することが可能になる。光源に用いられる半導体レーザの発光過程と、光検出器に用いられるフォトダイオードの受光過程は同じ原理に基づくことから、ある媒質からなる半導体レーザの発光帯域の光は、同じ媒質からなるフォトダイオードで検出可能である。従って、両者を対に使うことで、発光可能な全ての波長帯域をカバーして測定することができる。

また、光束Ｌａの中心波長λ１＝８８０ｎｍ、光束Ｌｂの中心波長λ２＝１３００ｎｍとした場合、図１、７、１１、１４に示すような複数の干渉計を有する光断層画像化装置の構成では、波長帯域Δλａの光が入射する干渉計のサーキュレータ１５ａにはＢＩＧ（Ｂｉ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２）、波長帯域Δλｂの光が入射する干渉計のサーキュレータ１５ｂにはＹＩＧ（Ｙ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２）を使用することが望ましい。従来では、１個のサーキュレータで光源ユニットから射出される光の全波長域をカバーしなくてはならない装置構成であったため、いずれかの波長域で吸収損失が大きく、光利用効率が大きく低下するという問題があった。しかし、図１、７、１１、１４に示す光断層画像化装置によれば、光束ごとに干渉計を設けているため、上記問題を解決することができる。

あるいは、λ２＝１０００ｎｍの場合、サーキュレータにはＴＧＧ（Ｔｂ_３Ｇａ_５Ｏ_１２）を使用することが望ましい。サーキュレータに限らず、カプラ、もしくはダイクロイックミラー、ファイバなどにおいても、従来技術では使用波長全域に対応する必要があるのに対して、本発明の実施形態の光断層画像化装置では、各光束のそれぞれの波長域に対応していればよいため、使用する光学部品の要求使用を緩和することができ、部品のコストを低減することができる。

なお、本発明の光断層画像化装置は、上記波長帯域に限らず、測定対象Ｓの組成により使用する波長帯域を適宜変更することができる。たとえば測定対象Ｓとの相互作用が少ない波長帯域（例えば水の分散の影響の少ない１０００ｎｍ帯）の光束と、測定対象との相互作用が大きい波長帯域（例えば８００ｎｍ帯）の光束を合波することで、高分解能な断層画像情報を得ると共に、測定対象の吸収特性、分散特性、蛍光特性、などの分光情報を同時に測定することができる。

本発明の光断層画像化装置を内視鏡に適用した場合、合波光源の光として、内視鏡に装備されているＣＣＤの感度内の波長帯域、例えば中心波長８５０ｎｍの光束を用いれば、エーミング光として兼用することも可能であり、エーミング光源を別途設ける必要がなくなる。

上記第１、第３〜第８の実施形態の光断層画像化装置の光源ユニットから射出される２つの光束は、離散した波長帯域を有する。従来、ＯＣＴ装置で使用される光源は、そのスペクトルがガウス形状であることが理想とされていた。ＴＤ−ＯＣＴ装置では、ガウス形状から外れたスペクトル形状を持つ光源を使用したときにはサイドローブが立つため、画像の分解能が悪化するという問題点があった。スペクトル信号を測定するＦＤ−ＯＣＴ計測では、光源スペクトルをあらかじめ測定し、そこから得られるフィルタ関数を干渉信号にかけることにより、ガウス形状のスペクトルであった場合に得られる信号に近づける処理が従来では行われている。しかし、断層画像を取得する深さ範囲に対応する光源スペクトルは連続である必要があり、例えば発光帯域の真ん中で光量がゼロとなる様な離散的なスペクトル波形においては適切な処理ができないとされていた。

また、従来のＯＣＴ装置では、高分解能測定を実現するために光源の波長帯域が広いことが望まれていた。光源としては安価で小型なスーパルミネッセンスダイオード（ＳＬＤ）、あるいは半導体光アンプ（ＳＯＡ）といった半導体光源が望ましいが、これらはその媒質の特性により利得帯域が限られるため、単体で連続的に１００ｎｍを超える帯域を実現するのは難しい。

そこで、特許文献１に示すような複数の光源からの光を合波して波長帯域を広げる手法が考えられていた。このうち、複数の光源から射出される光を分岐比５０：５０のカプラを用いて合波する方法があるが、カプラで出力が双方の合計の半分になるために、光利用効率が悪くなってしまう。また、偏光ビームスプリッタを用いて合波する方法もあるが、この手法で合波できるのは２光束までである。

つまり、ＯＣＴ計測におけるフーリエ変換手法では、光源スペクトルが連続的であり広帯域である必要があったため、離散的な光束Ｌａ、Ｌｂを射出する光源ユニット１０は断層画像を取得する光源としては従来のＯＣＴ用光源としては適さない、と考えられてきた。

しかし、本発明の第１の実施形態において説明したように、広帯域な波長帯域ではなく離散的な波長帯域を有する複数の光束Ｌａ、Ｌｂを射出する光源ユニット１０を用いた場合であっても高分解能な断層画像を得ることができることがわかった。このため、上述のような特定の特性に限定された光源ユニットを用いる必要がなくなる。さらに、断層画像処理手段５０において波長が異なる２つの干渉光の断層情報から断層画像を生成するため、不連続なスペクトルの光源を用いた場合であってもサイドローブのない断層画像を取得することができ、高分解能の画像を得ることができる。

また、離散的な波長帯域を有する複数の光束を用いて高分解能な断層画像を得ることができるため、多数の光束を用いた高分解能のタイプと、少数の光束を用いた安価な低分解能タイプとの切換が可能になり、要求に応じた測定が可能になる。

なお、上記第１〜第８の実施形態および変形例の光断層画像化装置は全て、ＳＳ−ＯＣＴ装置であり、背景技術の項において述べたように、ＳＤ−ＯＣＴ装置に比べて、測定レートの点で有利である。具体的には例えば、波長帯域２００ｎｍ、波長分解能０．１ｎｍのＯＣＴ装置を考えた場合、高分解能、光画質の断層画像を得るためには、２０００点以上のデータ点数が必要であり、より正確なスペクトル形状を知るためには４０００点以上のデータ点数が望ましい。また、ＯＣＴ装置としては２次元断層画像を動画表示することが望ましく、例えば、測定波長帯域のデータ点数が２０００点、光軸と垂直な方向のライン数が１０００ラインの画像を繰り返しレート１０Ｈｚで表示する場合、データ読み出しレートは２０ＭＨｚが必要となる。

前述のように、ＳＤ−ＯＣＴ装置において、データ点数を増加させるためにはディテクタの素子数を増加させることが必要である。ＯＣＴ装置における一般的な光源波長である近赤外域に受光感度を持つＩｎＧａＡｓ素子のディテクタアレイで現在入手可能なものとしては、素子数１０２４個（例えばＳｅｎｓｏｒｓ Ｕｎｌｉｍｉｔｅｄ Ｉｎｃ．，社製、型番ＳＵ−ＬＤＶ−１０２４ＬＥ）のものが挙げられるが、このようなものは高価である。データ点数を２０００点以上、または４０００点以上取得するには、高価な素子数１０２４個のディテクタアレイを最低２個、望ましくは４個以上接続して使用する必要がある。また、複数のディテクタアレイを接続する場合、高精度な位置調整が必要とされる。さらに、上記の素子数１０２４個のディテクタアレイと、素子数５１２個のディテクタアレイ（Ｓｅｎｓｏｒｓ Ｕｎｌｉｍｉｔｅｄ Ｉｎｃ．，社製、型番ＳＵ−ＬＤＶ−５１２ＬＤ）の仕様を比較すると、最大ラインレートが素子数５１２個のディテクタアレイでは１２８２０ｆｌａｍｅ／秒であるのに対し、素子数１０２４個のディテクタアレイでは４２６６ｆｌａｍｅ／秒であり、素子数が増加するに伴い、１ラインの読み出しレートは低下している。このような１ラインの読み出しレートの低下は、画像のフレームレートを低下させるという点で問題である。

これに対して、ＳＳ−ＯＣＴ装置では、ディテクタのサンプリング間隔を増加させる事で、データ点数の増加は安価に実現できる。前述の例で言えば、光軸と垂直方向１０００ラインの画像を１０Ｈｚで表示する場合、データ点数が４０００点の場合でも４０ＭＨｚのサンプリングレートでデータを取得すれば良い。これは、フォトダイオード１素子と安価な電気回路で十分に実現可能なレベルである。

また、測定光を広帯域化する場合、ＳＤ−ＯＣＴ装置では、干渉光検出手段におけるグレーティング等の波長分散素子、レンズ等の集光素子など光学設計の変更が必要であるが、ＳＳ−ＯＣＴ装置では、ＷＤＭカプラとディテクタを追加するだけで済むため、容易に実現できる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、発明の要旨を変更しない限りにおいて、種々の変形が可能である。例えば、上記例では１つの利得媒質から１つの光が射出される例について説明したが、１つの利得媒質から波長が異なる複数の光が射出される多色光源を用いてもよい。この場合は、例えば、図９、図１３、図１５、図１６に示す光断層画像化装置の光源ユニット１０を多色光源に置換すればよい。

また、上記例では、説明を簡単にするために２つの光束を用いた例について説明したが、３以上の光束でもよい。ｎ個の光束を用いる場合には、例えばｎ×１のＷＤＭカプラや複数個のＷＤＭカプラを用いることで構成可能である。図１７は、４つの波長掃引光源１〜４から射出される光束を用いるｎ＝４の場合に、２つの２×１のＷＤＭカプラ１５、１６および１つの２×２のＷＤＭカプラ１７を用いて合波する構成例を示す。また、図１８は、４つの波長掃引光源１〜４から射出される光束を用いるｎ＝４の場合に、１つの４×１のＷＤＭカプラ１８で合波する構成例を示す。

または、特許文献３、特許文献４に記載された光源を一組とし、複数組の光源を合波する構成を採用してもよい。

上記実施形態では、光源ユニットとしてファイバリング型波長掃引光源を用いて例を挙げたが、その他の構成の波長掃引光源を用いてもよく、例えば波長選択手段として回折格子、ポリゴン、バンドパスフィルタ等、利得媒質として希土類ドープファイバ等を用いた波長走査光源も適用可能である。波長掃引は、連続的な掃引が好ましいが、不連続的な波長変化であってもよい。各光束の波長掃引周期は、第３の実施形態の変形例のように同期を取る場合を除き、互いに異なる周期であってもよい。

また、上記実施形態では、光源ユニットから射出される光束のスペクトルが略ガウス形状のものを例にとり説明したが、これに限定するものではなく、例えば波長に対して光強度が一定であるスペクトルであってもよい。

ひとつの光源の発光波長域は、例示した波長幅に限る物ではないが、単一光源においてＯＣＴ計測が可能な所定の波長帯域以上である必要がある。所定の波長帯域として明確な境界値はないが、おおよそ分解能１ｍｍオーダより小さいシステムを想定しており、光の周波数帯域でおおよそ数１０ＧＨｚ以上のオーダである。

また、上記実施形態では、光ファイバにより光束を導波し、光カプラやＷＤＭカプラにより合分波する例を示しているが、ミラー、プリズム、ダイクロイックミラー、ダイクロイックプリズム等により空間的に合分波するバルク光学系で構成してもよい。光ファイバプローブの代わりに、空間伝搬した光束をガルバノミラーで走査する構成でも良い。

第２の実施形態およびその変形例において説明した、光源ユニットから射出される複数の光束の波長帯域の一部が重畳する場合の干渉光または干渉信号の混在の回避方法は、第３〜第８の実施形態にも適用可能である。

また、上記実施形態では、測定対象から反射、もしくは後方散乱された光を測定する場合を例にとり説明したが、測定対象がガラスブロックや透明フイルムなどの透明媒体の場合、それらの面内屈折率分布、厚み分布、複屈折などを導出するために、反射光の代わりに透過光を測定することがある。そのような場合は、反射光の代わりに透過光を合波手段に導波して、この透過光と参照光を合波するようにすればよく、上記実施形態におけるその他の構成や方法はそのまま適用可能である。

本発明の第１の実施形態にかかる光断層画像化装置の概略構成図 図１の光源ユニットの波長掃引の様子を示す図 図１の光源ユニットから射出される光束のスペクトルを示す図 図１の断層画像処理手段の一例を示すブロック図 図１の干渉光検出手段において検出される干渉光の一例を示すグラフ 図１の干渉光検出手段において検出される干渉光を周波数解析したときの各深さ位置の中間断層情報を示す図 図１の断層画像処理手段において複数の中間断層情報から断層画像の生成に用いる断層情報を生成する様子を示す図 本発明の第２の実施形態にかかる光断層画像化装置の概略構成図 図７の光源ユニットから射出される光束のスペクトルを示す図 図７の光学フィルタにより遮光した後のスペクトルを示す図 本発明の第３の実施形態にかかる光断層画像化装置の概略構成図 本発明の第３の実施形態の変形例の動作を説明するための図 本発明の第４の実施形態にかかる光断層画像化装置の概略構成図 図４におけるフィゾー型干渉計を説明するための図 本発明の第５の実施形態にかかる光断層画像化装置の概略構成図 本発明の第６の実施形態にかかる光断層画像化装置の概略構成図 本発明の第７の実施形態にかかる光断層画像化装置の概略構成図 本発明の第８の実施形態にかかる光断層画像化装置の概略構成図 ４つの光源からの光束を合波する例を示す図 ４つの光源からの光束を合波する別の例を示す図

符号の説明

１、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００ 光断層画像化装置
３、３ａ、３ｂ、４３１ 光分割手段
４ａ、４ｂ 合波手段
５ 合分波手段
１０ 光源ユニット
１０ａ、１０ｂ 光源
２０、２０ａ、２０ｂ 光路長調整手段
３０、４３０ プローブ
４０ａ、４０ｂ 干渉光検出手段
５０ 断層画像処理手段
６０ 表示装置
２０１ａ、２０１ｂ 光学フィルタ
３０６ 反射光分離手段
３０７ 参照光分離手段
７０５、８０６、８０７ 干渉光分離手段
ＩＳａ、ＩＳｂ 干渉信号
Ｌａ、Ｌｂ、ＬＳａ、ＬＳｂ 光束
Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ 測定光
Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ 参照光
Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ 反射光
Ｌ４ａ、Ｌ４ｂ 干渉光
Ｓ 測定対象
ｒａ、ｒｂ 中間断層情報
Δλａ、Δλｂ 波長帯域

Claims (5)

1. 互いに波長が異なるとともに、同一の時間帯にそれぞれ所定の波長帯域内で波長が変化する複数の光束を射出する光源ユニットと、
   該光源ユニットから射出された前記各光束をそれぞれ測定光と参照光とに分割する光分割手段と、
   該分割手段により分割された複数の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前記各光束ごとにそれぞれ合波する合波手段と、
   該合波手段により前記反射光と前記参照光とが合波されたときに生ずる複数の干渉光を干渉信号として前記各光束ごとに検出する複数の干渉光検出手段と、
   該干渉光検出手段により検出された複数の前記干渉信号を用いて前記測定対象の断層画像を生成する断層画像処理手段と
   を備えたことを特徴とする光断層画像化装置。
2. 前記複数の光束のうち少なくとも２つの光束が、該各光束の前記波長帯域が互いに離散するとともに該波長帯域内においてそれぞれ連続したスペクトルを有するものであり、
   前記断層画像処理手段が、前記少なくとも２つの光束による前記干渉信号を用いて前記測定対象の同一部位の断層画像を取得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. 前記複数の光束のうち少なくとも２つの光束の前記波長帯域の一部が重畳しており、
   前記光源ユニットと前記干渉光検出手段との間の光路に、重畳した前記一部の波長帯域の光を遮光する光学フィルタがさらに設けられていることを特徴とする請求項１記載の光断層画像化装置。
4. 前記複数の光束のうち少なくとも２つの光束の前記波長帯域の一部が重畳しており、
   前記断層画像処理手段が、重畳した前記一部の波長帯域の光による前記干渉信号を除去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。
5. 前記光分割手段および前記合波手段が、前記各光束ごとにそれぞれ複数設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の光断層画像化装置。

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