JP2008128709A - 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１０ａ，１０ｂからそれぞれ波長帯域が異なると共に一部が重畳する波長帯域の光束Ｌａ、Ｌｂが射出され、光分割手段３ａ、３ｂにおいて各光束Ｌａ、Ｌｂはそれぞれ測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂと参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂとに分割する。測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂが測定対象Ｓに照射されたときの該測定対象からの反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂと参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを合波手段４ａ、４ｂで合波して、合波されたときに生ずる複数の干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂを干渉光検出手段４０ａ、４０ｂにおいて検出して干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂとが生成され、干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂを用いて断層画像が取得される。
【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。眼底や前眼部、皮膚をはじめ、ファイバプローブを用いる動脈血管壁の観察、内視鏡の鉗子チャンネルからファイバプローブを挿入する消化器管の観察など、様々な部位の診断に応用されている。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。

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ＡＳＥ（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、それぞれが互いに異なる波長帯域内において連続したスペクトルを形成する光束を射出する複数の光源ユニットと、
各光源ユニットから射出された前記各光束を光源ユニットごとにそれぞれ測定光と参照光とに分割する複数の光分割手段と、
該複数の光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複数の前記参照光それぞれとを合波する複数の合波手段と、
該合波手段により前記反射光と前記参照光それぞれ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それぞれ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るものであることを特徴とする。

光源ユニットが複数設けられ、それぞれが少なくとも一部の波長帯域において互いに異なる波長帯域の光束を射出し、かつ、それぞれの波長帯域内において連続したスペクトルを形成する光束を射出するものであれば、光源ユニットの構成は問わない。

また、前記複数の測定光が前記測定対象の同一部位に同時に照射されるものであり、前記合波手段が前記測定対象から反射する前記反射光を複数に分割した光束と前記参照光それぞれとを合波するものであってもよい。

あるいは、前記測定対象から反射する前記反射光を前記光源ユニットの各光束の波長帯域に応じて分離する反射光分離手段をさらに備え、前記合波手段が該反射光分離手段により分離された前記反射光と該反射光の波長帯域に対応する前記参照光とを合波するものが望ましい。

「波長帯域に応じて分離する反射光分離手段」は、例えば、波長分割多重カプラ、あるいはダイクロイックミラー、回折格子などが挙げられる。

さらに、前記合波手段により合波した干渉光を位相が互いに１８０度ずれた干渉光に２分する分波手段を設け、前記干渉光検出手段が前記２分された干渉光をそれぞれ検出し、それらの差分を検出するものが望ましい。

また、各光束が低コヒーレンス光であって、いわゆるＳＤ−ＯＣＴ計測により断層画像を取得するものであっても良いし、各光束が波長帯域内において波長が一定の周期で掃引するレーザ光であって、いわゆるＳＳ−ＯＣＴ計測により断層画像を取得するものであっってもよい。

さらに、各光束が前記波長帯域内において波長が一定の周期で掃引するレーザ光であってもよい。

本発明によれば、一部が重畳する波長帯域の光束を射出する複数の光源ユニットと、これら複数の異なる光源から射出された光束に基づく複数の干渉光を干渉信号として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、異なる複数の光源からの光束を同軸で同時に測定対象に照射しても、異なる光源からの光とは干渉することがないため、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。例えば、ＳＳ−ＯＣＴ計測で断層画像を取得する場合には、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、汎用の部品を用いることができ、安価になる。このような簡略な構成の光源ユニットから射出された複数の光束から得られる干渉信号を用いて広帯域な光を用いた場合と同様に画質の良い断層画像を得ることができる。

また、測定対象から同時に反射する前記複数の反射光を前記各光束の波長帯域に応じて分離する反射光分離手段を設けるようにすれば、各干渉光検出手段を各光束の波長帯域の干渉光を検出するのに特化した構成にすることができるため、光の利用効率が高く、各干渉光検出手段における検出精度を高めることができる。

また、干渉光を位相が互いに１８０度ずれた干渉光に２分して検出し、それらの差分を干渉信号として検出することにより、非干渉成分であるオフセット成分光は除去することができ、光強度ゆらぎの影響を抑えて鮮明な画像を得ることができる。

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、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１０a、１０ｂと、光源ユニット１０a、１０ｂ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を合波する波長合分波手段５と、この合波された測定光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を所定の波長で分波する反射光分離手段（波長合分波手段５）と、反射光分離手段（波長合分波手段５）により分波された反射光Ｌ３ａ’、Ｌ３ｂ’と参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂとを各光束ごと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により検出された複数の干渉信号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、Ｌ３ａ’、干渉光Ｌ４ａは光束Ｌａに基づくものであり、光束Ｌａと略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、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、元となる光束Ｌａ、Ｌｂと略同じ波長帯域の光をいう。

第１の光源ユニット１０a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。第１の光源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。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。

第２の光源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。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。また、光源１０ｂは光源１０ａとは位相関係のない独立した光源であり、光束Ｌｂと光束Ｌａとは互い干渉することがない。

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る。光源ユニット１０から射出される光束Ｌａ、Ｌｂは、波長帯域Δλａと波長帯域Δλｂが互いに異なる波長帯域であると共に、双方の波長帯域の一部が重畳する。以下、図２Ｂに示すように、両者の波長帯域Δλa、Δλｂが重なる場合について具体的に説明する。

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ファイバ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次元走査を行う方法でもよい。

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の間の光路には波長合分波手段５が設けられている。波長合分波手段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）カプラなどにより構成される。波長合分波手段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。あるいは、ＷＤＭカプラに変わって、ダイクロイックミラーを用いてもよい。

波長合分波手段５は、カットオフ波長は光束Ｌａと光束Ｌｂとが重なっている波長帯域の内、すなわち図２Ｂで示す波長帯域Δ内の波長に設定し、概ね波長帯域Δの中間に設定することが望ましい。なお、波長合分波手段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。

また、カットオフ波長を、元の測定光Ｌ１ａ、Ｌ1ｂが重なる波長帯域Δ内の波長に設定することにより、反射光Ｌ３ａの多くは元の光源Ｌａ側へ分けられ、反射光Ｌ３ｂの多くは元の光源Ｌｂ側へ分けられるが、カットオフ波長の近傍の光の一部は、それぞれ反対の光源側に戻される。

つまり、反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂは波長合分波手段５で分波され、図３に示すように、反射光Ｌ３ａの多くの光と反射光Ｌ３ｂのうちカットオフ波長（図３の上矢印）の近傍の光とからなる反射光Ｌ３ａ’となり、反射光Ｌ３ａ’が合波手段４ａにおいて参照光Ｌ２ａと合波される。反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂが波長合分波手段５で分波されたもう一方の光は、反射光Ｌ３ｂの多くの光と反射光Ｌ３ａのうちカットオフ波長の近傍の光とからなる反射光Ｌ３ｂ’となり、反射光Ｌ３ｂ’が合波手段４ｂにおいて参照光Ｌ２ｂと合波される。

一方、参照光Ｌ１ｂ、Ｌ２ｂは互いに混じることなく、独立した光路で測定光と概ね同じ距離の光路長を伝搬される。すなわち、光束Ｌａと光束Ｌｂとは独立した干渉計を構成しており、光束Ｌａ側の干渉計に光束Ｌｂの一部が入射しても、光束Ｌａと干渉することはない。また、光束Ｌｂ側の干渉計に光束Ｌａの一部が入射しても、光束Ｌｂと干渉することはない。

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へ射出するが、光束Ｌａ，Ｌｂは異なる光源から射出された光であることから、干渉光Ｌ４ａには反射光Ｌ３ａ’のうちの反射光Ｌ３ａの成分のみが参照光Ｌ２ａとの干渉に寄与し、反射光Ｌ３ｂの成分は参照光Ｌ２ａとの不干渉なオフセット成分光となる。また、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へ射出するが、干渉光Ｌ４ｂには反射光Ｌ３ｂ’のうちの反射光Ｌ３ｂの成分のみが参照光Ｌ２ｂとの干渉に寄与し、反射光Ｌ３ａの成分は参照光Ｌ２ａとの不干渉なオフセット成分光となる。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へ射出される。２×２の光ファイバカプラでは、入力ポート１から出力ポート２へ、もしくは入力ポート２から出力ポート１へ移った光はその位相が１８０度ずれることから、２分された干渉信号の位相は互いに１８０度ずれて出力される。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。バランス検波は、２つの光検出素子で発生する光電流を差動増幅器に入力し、両者の差分を信号として出力するものである。このバランス検波により、位相に応じて光強度が正弦的に変化する干渉成分が信号として抜き出され、光の位相変化で出力が変わらない非干渉成分であるオフセット成分光は除去される。この機構により、Ｌ４ａに含まれる光束Ｌｂの影響、及びＬ４ｂに含まれる光束Ｌａの影響を除去し、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、光源ユニット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４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（４０ａ，４０ｂ）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５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Ｌ３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６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４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７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、反射強度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７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により導波されて波長合分波手段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により導波されて波長合分波手段５に入射する。

波長合分波手段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波長合分波手段５に入射する。

波長合分波手段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、波長合分波手段５において反射光Ｌ３ａと反射光Ｌ３ｂは分波されて反射光Ｌ３ａ’と反射光Ｌ３ｂ’となり、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４ａ、４ｂ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。

上記実施形態では、より光束を有効に活用するために、ＷＤＭカップラの様な波長により透過特性の変わる合波、分波手段を用いているが、波長に依存しない合波、分波手段を用いても、本発明の効果が失われるものではない。

また、上述の実施の形態では、異なる光源の光束の波長帯域の一部が重なる場合について説明したが、波長帯域が互いに離れて波長帯域に重なりがない光束であっても適用できる。波長帯域が互いに離れている場合には、波長合分波手段５のＷＤＭカップラのカットオフ波長は離れている波長帯域内に設定すればよい。

次に、本発明の第２の実施形態にかかる光断層画像化装置６００について図８を参照して説明する。図８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８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、波長合分波手段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、波長合分波手段５に入射する。

波長合分波手段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波長合分波手段５に入射する。波長合分波手段５において反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂは分波されて、反射光Ｌ３ａの多くの光と反射光Ｌ３ｂのうちカットオフ波長の近傍の光とからなる反射光Ｌ３ａ’となり、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Ｌ３ａ、Ｌ３ｂが波長合分波手段５で分波されたもう一方の光は、反射光Ｌ３ｂの多くの光と反射光Ｌ３ａのうちカットオフ波長の近傍の光とからなる反射光Ｌ３ｂ’となり、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。

上記実施形態では、ＳＳ−ＯＣＴ計測の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。

また、光源ユニットから射出される光束のスペクトルは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。

なお、上記第１、２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。

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２００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２００の概略構成図である。光断層画像化装置２００は、マッハツェンダ型干渉計を用いたＳＤ−ＯＣＴ（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測により取得するものである。図９の光断層画像化装置２００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２００が図１の光断層画像化装置１と異なる点は、光源横行と干渉光検出手段の構成である。図１の光源ユニット１０ａ、１０ｂは、光源ユニット１０は、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が、第１光源１１０ａと第２の光源１１０ｂは広帯域の低コヒーレント光である。各光源１１０ａ、１１０ｂは、互いに異なる波長帯域からなる光束Ｌａ、Ｌｂを射出するものであって、光源ユニット１０から射出される光束Ｌａ、Ｌｂは、波長帯域Δλａと波長帯域Δλｂが互いに異なる波長帯域であると共に、双方の波長帯域の一部が重畳する。以下、図２Ｂに示すように、両者の波長帯域Δλa、Δλｂに重なりがある場合について具体的に説明する。

光源１０ａから射出された光束Ｌａが、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により導波されて波長合分波手段５に入射する。

一方、光源１０ｂから射出された光束Ｌｂが、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により導波されて波長合分波手段５に入射する。

波長合分波手段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波長合分波手段５に入射する。

波長合分波手段５において反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂは分波されて、反射光Ｌ３ａの多くの光と反射光Ｌ３ｂのうちカットオフ波長の近傍の光とからなる反射光Ｌ３ａ’となり、反射光Ｌ３ａ’は光ファイバＦＢ４ａ側に射出されてサーキュレータ１５ａを経由して合波手段４１ａに入射し、反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂが波長合分波手段５で分波されたもう一方の光は、反射光Ｌ３ｂの多くの光と反射光Ｌ３ａのうちカットオフ波長の近傍の光とからなる反射光Ｌ３ｂ’となり、反射光Ｌ３ｂ’は光ファイバＦＢ４ｂ側に射出されてサーキュレータ１５ｂを経由して合波手段４１ｂに入射する。

合波手段４１ａ，４１ｂは、例えば、分岐比９０：１０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４１ａは反射光Ｌ３ａ’と参照光Ｌ２ａを反射光：参照光＝９０：１０の割合で合波して、このとき生じた干渉光Ｌ４ａを光ファイバＦＢ７ａにより干渉光検出手段１４０ａへ射出するが、光源Ｌａ，Ｌｂは異なる光源であることから、干渉光Ｌ４ａには反射光Ｌ３ａ’のうちの反射光Ｌ３ａの成分のみが参照光Ｌ２ａとの干渉に寄与し、反射光Ｌ３ｂの成分は参照光Ｌ２ａとの不干渉なオフセット成分光となる。また、合波手段４１ｂ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１４０ｂへ射出するが、干渉光Ｌ４ｂには反射光Ｌ３ｂ’のうちの反射光Ｌ３ｂの成分のみが参照光Ｌ２ｂとの干渉に寄与し、反射光Ｌ３ａの成分は参照光Ｌ２ａとの不干渉なオフセット成分光となる。

干渉光検出手段１４０ａは、光ファイバＦＢ７ａを導波した干渉光Ｌ４ａを光電変換し各光束Ｌａの波長帯域λ１の複数の干渉信号ＩＳａを検出する機能を有している。具体的には、干渉光検出手段１４０ａは干渉光Ｌ４ａを分光する分光素子１４２ａと、分光素子１４２ａにより分光された干渉光Ｌ４ａを検出する光検出部１４４ａとを有している。この分光素子１４２ａはたとえば回折光学素子等により構成されており、光ファイバＦＢ７ａからコリメータレンズ１４１ａを介して入射される干渉光Ｌ４ａを分光し、光学レンズ１４３ａを介して光検出部１４４ａ側に射出するようになっている。

光検出部１４４ａは、たとえばＩｎＧａＡｓフォトダイオード等のような複数の光検出素子１４４ａを１次元もしくは２次元に配列した構造を有し、各光検出素子１４４ａが分光素子１４２ａにより各波長毎に分光され光学レンズ１４３ａを介して入射された干渉光Ｌ４ａをそれぞれ検出するようになっている。そして、光検出部１４４ａは干渉光Ｌ４ａから第１干渉信号ＩＳａを検出し検出する。このとき、干渉光検出手段１４０ａにおいて、光源ユニット１１０ａのスペクトルの干渉信号ＩＳａが観測されることになる。

干渉光検出手段１４０ｂは、干渉光検出手段１４０ａと同様の構成を有しており、それぞれコリメータレンズ１４１ｂ、分光素子（回折格子素子）１４２ｂ、光学レンズ１４３ｂ、光検出手段１４４ｂを備えている。

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。

たとえば、第１光源１１０ａは発光波長域λ１＝７７０〜８１０ｎｍの波長帯域の光束Ｌａを射出するAlGaAs系のＳＬＤ（スーパールミネセンスダイオード）からなっており、光源１１０ｂは発光波長域λ2 = １３８０〜１４２０ｎｍのInGaAsP系のＳＬＤからなっている場合には、波長帯域Δλ１の入射する光検出手段１４４ａはSiフォトダイオードアレイからなっており、波長帯域Δλ2の入射する光検出手段１４４ｂはInGaAsフォトダイオードアレイにする。

また、回折格子素子１４２ａ、１４２ｂのグルーブ数もそれぞれの波長帯域Δλ１、Δλ２に最適化して設計される。

このように、干渉計が複数存在し、各波長帯域λ１、λ２をそれぞれ異なる干渉光検出手段１４０により検出することにより、干渉検出手段１４４ａ、１４４ｂに必要なディテクタの素子が超広帯域をカバーする必要がなくなり、より良質の断層画像を得られるとともに、複数の波長を独立に測定することで、１ラインの読み出しレートを速くすることができる。

また、従来のＳＤ−ＯＣＴ計測のように広帯域なスペクトル光を射出する光源を用いなくとも、簡便な構成の光源ユニット１１０から射出された複数の光束から得られる複数の干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂを用いて広帯域なスペクトル光を用いた場合と同様の画質の良い断層画像を得ることができる。

上述の第１〜３の実施の形態では、光源と干渉光検出手段の組み合わせが２組である場合についで説明したが、３組以上の光源と干渉光検出手段の組み合わせを用いてもよい。その場合、波長合分波手段５に３つ以上の光束を合波・分波することができるＮ×１ＷＤＭカプラや、スターカプラを用い、断層画像処理手段５０では、３以上の干渉信号から得た中間断層情報の平均値や、中間断層情報の積を用いて断層画像を取得するようにしても良い。

さらに、本発明の第４の実施形態にかかる光断層画像化装置８００について図１０ａ、１０ｂを参照して説明する。図１０ａ、１０ｂは光断層画像化装置８００の概略構成図である。

第４の実施の形態では、第１の実施の形態で示した２つの光源を用いて２つの干渉信号を得る構成を２組用いて、４つの光源を用いて４つの干渉信号を得る構成について説明する。第１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は、光源ユニット１０a、１０ｂと、光源ユニット１０a、１０ｂ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、光源ユニット１０ｃ、１０ｄと、光源ユニット１０ｃ、１０ｄから射出された光束Ｌｃ、Ｌｄをそれぞれ測定光Ｌ１ｃと参照光Ｌ２ｃ、測定光Ｌ１ｄと参照光Ｌ２ｄに分割する光分割手段３ｃ、３ｄとを備え、光分割手段３ａ、３ｂにより分割された複数の測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂと、光分割手段３ｃ、３ｄにより分割された複数の測定光Ｌ１ｃ、Ｌ１ｄを合波する合分波手段６と、合分波手段６により合波された測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃ、Ｌ１ｄとを合波して測定対象Ｓに照射して得られた測定対象Ｓからの反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄを合分波手段６で分波した反射光Ｌ３ａ’、Ｌ３ｂ’、Ｌ３ｃ’、Ｌ３ｄ’をそれぞれの参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃ、Ｌ２ｄと合波する合波手段４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄと、各光束ごとに検出する複数の干渉光検出手段４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄと、干渉光検出手段４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄにより検出された複数の干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂ、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。

合分波手段６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。ファイバＦＢ７ａｂから導波された測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂとファイバＦＢ７ｃｄから導波された測定光Ｌ１ｃ、Ｌ１ｄを５０：５０の割合で合波する。一方、ファイバＦＢ５から導波された反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄを５０：５０の割合でファイバＦＢ７ａｂとファイバＦＢ７ｃｄに分波する。

波長合分波手段５ａｂで合波された測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂと波長合分波手段５ｃｄで合波された測定光Ｌ１ｃ、Ｌ１ｄを、さらに合分波手段６で合波して測定対象Ｓに照射する。測定対象Ｓからの反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄは合分波手段６で分波された後に、さらに、波長合分波手段５ａｂ、波長合分波手段５ｃｄにより、参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃ、Ｌ２ｄに対応する波長帯域の反射光Ｌ３ａ’、Ｌ３ｂ’、Ｌ３ｃ’、Ｌ３ｄ’に分波する。

反射光Ｌ３ａ’、Ｌ３ｂ’、Ｌ３ｃ’、Ｌ３ｄ’と参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ、Ｌ２ｃ、Ｌ２ｄとを、それぞれ合波手段４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄで合波し、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、合波手段４ｃにより反射光Ｌ３ｃと参照光Ｌ２ｃとが合波されたときに生ずる干渉光Ｌ４ｃを干渉信号ＩＳｃとし、合波手段４ｄにより反射光Ｌ３ｄと参照光Ｌ２ｄとが合波されたときに生ずる干渉光Ｌ４ｄを干渉信号ＩＳｄとする。

断層画像処理手段５０には、４つの干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂ、ＩＳｃ、ＩＳｄが入力され、４つの干渉信号から得た中間断層情報の平均値や、中間断層情報の積を用いて断層画像を取得する。

第４の実施の形態のように３つ以上の光源を用いる際、波長合分波手段５に３つ以上の光束を合波・分波することができるスターカプラを用いるより、ＷＤＭカプラと分岐比５０：５０の２×２の光カプラを用いることにより、境界波長域の光利用効率を高くすることができる。

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、例えば外部共振器型掃引レーザ、半導体DFBレーザ波長掃引、あるいは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。

上記実施例では、ひとつの光源に対してひとつの干渉計を組み合わせた例を示したが、複数の光源を束ねた光束に対してひとつの干渉計を組合せ、その様な組合せが複数あっても良い。例えば、ＳＤ−ＯＣＴであれば複数のＳＬＤから出射された光を合波した物を一つの光源ユニットと見なしても良く、例えばＳＳ−ＯＣＴであれば、発光を時間的に分離した複数の波長掃引光源を一つの光源ユニットと見なしても良い。

また、光源ユニットの組合せは、ＳＤ−ＯＣＴとＳＳ−ＯＣＴの組合せでも良い。すなわち、一方の光源に波長掃引光源、それに対応するディテクタにはフォトダイオードを用い、他方の光源に低コヒーレンス光源、対応するディテクタには分光素子とディテクタアレイを組み合わせたスペクトロメータを構成しても、本発明の効果が得られる。

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。

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様な構成となっているが、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場合でも適用可能である。

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 反射光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 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４の実施形態にかかる光断層画像化装置の概略構成図（その１） 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（その２）

符号の説明

１、６００，８００ 光断層画像化装置
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、６０３ａ、６０３ｂ 光分割手段
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、６０５ａ、６０５ｂ 合波手段
５、５ａｂ、５ｃｄ 合分波手段
１０ａ、１０ｂ、１０ｂ、１０ｄ、１１０ａ、１１０ｂ 光源
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ 光路長調整手段
３０ プローブ
４０ａ、４０ｂ、１４０ａ、１４０ｂ 干渉光検出手段
５０ 断層画像処理手段
６０ 表示装置
ＩＳａ、ＩＳｂ、ＩＳｃ，ＩＳｄ 干渉信号
Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄ 光束
Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃ、Ｌ１ｄ 測定光
Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ Ｌ２ｃ、Ｌ２ｄ 参照光
Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃ、Ｌ３ｄ 反射光
Ｌ４ａ、Ｌ４ｂ、Ｌ４ｃ、Ｌ４ｄ 干渉光
Ｓ 測定対象
ｒａ、ｒｂ 中間断層情報
Δλａ、Δλｂ 波長帯域

Claims (6)

1. それぞれが互いに異なる波長帯域内において連続したスペクトルを形成する光束を射出する複数の光源ユニットと、
   各光源ユニットから射出された前記各光束を光源ユニットごとにそれぞれ測定光と参照光とに分割する複数の光分割手段と、
   該複数の光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複数の前記参照光それぞれとを合波する複数の合波手段と、
   該合波手段により前記反射光と前記参照光それぞれ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それぞれ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
   を備えるものであることを特徴とする光断層画像化装置。
2. 前記複数の測定光が前記測定対象の同一部位に同時に照射されるものであり、前記合波手段が前記測定対象から反射する前記反射光と前記参照光それぞれとを合波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. 前記測定対象から反射する前記反射光を前記光源ユニットの各光束の波長帯域に応じて分離する反射光分離手段をさらに備え、前記合波手段が該反射光分離手段により分離された前記反射光と該反射光の波長帯域に対応する前記参照光とを合波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. 前記合波手段により合波した干渉光が位相が互いに１８０度ずれた干渉光に２分して前記干渉光検出手段に入力されるものであり、前記干渉光検出手段が前記２分された干渉光をバランス検波して干渉信号を検出するものであることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の光断層画像化装置。
5. 前記各光束が前記波長帯域内において波長が一定の周期で掃引するレーザ光であることを特徴とする請求項１から４いずれか記載の光断層画像化装置。
6. 前記各光束が低コヒーレンス光であることを特徴とする請求項１から４いずれか記載の光断層画像化装置。

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