JP2012182311A - Light source device, and imaging device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発振波長を変化し得る光源装置及びこれを用いた撮像装置に関する。 The present invention relates to a light source device capable of changing an oscillation wavelength and an imaging device using the same.
光源、特にレーザ光源については、発振波長を可変とするものが通信ネットワーク分野や検査装置の分野で種々利用されてきている。
通信ネットワーク分野では、高速な波長切替、また、検査装置の分野では高速で広範な波長掃引が、要望されている。
検査装置における波長可変(掃引)光源の用途としては、レーザ分光器、分散測定器、膜厚測定器、波長掃引型光干渉トモグラフィー(Swept Source Optical Coherence Tomography)装置等がある。
As light sources, particularly laser light sources, various types having variable oscillation wavelengths have been used in the fields of communication networks and inspection devices.
In the field of communication networks, high-speed wavelength switching is required, and in the field of inspection equipment, high-speed and wide-range wavelength sweeping is desired.
Applications of the wavelength tunable (sweep) light source in the inspection apparatus include a laser spectrometer, a dispersion measuring instrument, a film thickness measuring instrument, and a wavelength sweep type optical interference tomography (Swept Source Optical Coherence Tomography) apparatus.
光干渉トモグラフィー(以下、OCTともいう)は、低コヒーレンス光干渉を用いて検体の断層像を撮像するものである。ミクロンオーダーの空間分解能が得られることや無侵襲性等の理由から医用分野における研究が近年、盛んになってきている撮像技術である。 Optical interference tomography (hereinafter also referred to as OCT) captures a tomographic image of a specimen using low coherence optical interference. This is an imaging technique that has been actively researched in the medical field in recent years because of the micron-order spatial resolution and non-invasiveness.
現在、OCTは、深さ方向の解像度を数ミクロンとし、且つ数mmの深さまで断層像を得ることができ、眼科撮影、歯科撮影等に用いられている。 Currently, OCT is capable of obtaining a tomographic image with a resolution in the depth direction of several microns and a depth of several mm, and is used for ophthalmic photography, dental photography, and the like.
波長掃引型(SS−OCT)装置は、光源の発振波長(周波数)を時間的に掃引のするものである。これはフーリエ領域(FD)OCTの範疇に入る。同じくFDOCTの範疇に入るスペクトル領域(スペクトルドメイン:SD)OCTが干渉光を分光する分光器を必用とするのに対し、分光器を用いないことから光量のロスが少なく高SN比の像取得も期待されている。
波長掃引光源を用いて医用画像撮像装置を構成する場合には、掃引速度が早いほど像取得時間を短縮でき、生体組織を生体より採取せずに生体中でそのまま観察する生体観察(所謂、in situ−in vivo imaging)にも好適である。
特許文献1は、光増幅媒体と、該光増幅媒体の外部に回折格子を用いた反射器を備えた波長可変光源を開示する。図12に特許文献1に記載の光源装置を示す。
The wavelength sweep type (SS-OCT) apparatus sweeps the oscillation wavelength (frequency) of a light source in terms of time. This falls into the category of Fourier domain (FD) OCT. Similarly, the spectral region (spectral domain: SD) OCT that falls into the category of FDOCT requires a spectroscope that separates interference light, but since a spectroscope is not used, the loss of light amount is small and high SN ratio image acquisition is also possible. Expected.
When a medical imaging apparatus is configured using a wavelength-swept light source, the faster the sweep speed, the shorter the image acquisition time, and the living body observation in which the living tissue is observed as it is in the living body without being collected from the living body (so-called in (situ-in vivo imaging) is also suitable.
Patent Document 1 discloses a wavelength tunable light source including an optical amplifying medium and a reflector using a diffraction grating outside the optical amplifying medium. FIG. 12 shows a light source device described in Patent Document 1.
図12においては、光増幅媒体1201より出射された光は、光分岐素子1234を介して回折格子1206に入射し、ブラッグ波長の光が反射光として光増幅媒体1201に戻り、光増幅されてファイバ1244に出力される。1240は全反射ミラーであり、1242はアイソレータである。ここで、回折格子1206は回転可能であるので、反射光の波長が可変となる。 In FIG. 12, the light emitted from the optical amplifying medium 1201 enters the diffraction grating 1206 via the optical branching element 1234, and the light having the Bragg wavelength returns to the optical amplifying medium 1201 as reflected light, and is optically amplified to be fiber. 1244. Reference numeral 1240 denotes a total reflection mirror, and 1242 denotes an isolator. Here, since the diffraction grating 1206 is rotatable, the wavelength of the reflected light is variable.
特許文献2は、光増幅媒体と該光増幅媒体の外部に反射器を備えた波長可変光源を構成する波長選択素子を開示する。図13に特許文献2に開示されたファブリペロー型の波長選択素子を示す。
図13においては、移動可能なメンブレン反射体1314と凹面反射体1316とで光共振器が構成され、駆動電極1312とメンブレン反射体1314との間に電圧を印加することで共振器長1318を変化させて波長選択を行う。
図13の素子は、メンブレン反射体1314と凹面反射体1316の2つの反射器を用い、この2枚の反射器の間隔で決まる共振ピーク間の周波数差、即ち、自由スペクトル間隔(Free Spectral Range:FSR)に従い、波長を選択的に透過又は反射させるものである。
Patent Document 2 discloses a wavelength selection element constituting an optical amplifying medium and a wavelength tunable light source including a reflector outside the optical amplifying medium. FIG. 13 shows a Fabry-Perot type wavelength selective element disclosed in Patent Document 2.
In FIG. 13, the movable membrane reflector 1314 and the concave reflector 1316 constitute an optical resonator, and the resonator length 1318 is changed by applying a voltage between the drive electrode 1312 and the membrane reflector 1314. To select the wavelength.
The element of FIG. 13 uses two reflectors, a membrane reflector 1314 and a concave reflector 1316, and a frequency difference between resonance peaks determined by the interval between the two reflectors, that is, a free spectral range (Free Spectral Range). According to FSR), the wavelength is selectively transmitted or reflected.
特許文献1に開示された光源装置は、回折格子の機械的な駆動により、光の入射角を変化させて波長選択を行うことから、30KHz以上の高速な波長掃引には不向きである。
特許文献2に開示された波長選択素子では、FSRを45〜80nmに設定すると、2枚の反射器の間隔は、15μm〜25μmであるとしている。
しかしながら、眼底用のOCT装置の光源に適用するに適した挿引中心波長を840nm、FSRを80nmとして、波長選択素子を構成しようとすると、2枚の反射器の間隔は、4.4μmと狭い値を取る必要がある。この狭い間隔で可動反射器を100KHz以上の高速駆動は、電極の配置等細部を工夫して行っても実現が困難であるというのが実状である。
本発明は、OCT装置に適した波長で高速に波長挿引可能な光源装置を提供することを目的とする。
The light source device disclosed in Patent Document 1 is not suitable for high-speed wavelength sweeping of 30 KHz or higher because wavelength selection is performed by changing the incident angle of light by mechanically driving a diffraction grating.
In the wavelength selection element disclosed in Patent Document 2, when the FSR is set to 45 to 80 nm, the interval between the two reflectors is 15 μm to 25 μm.
However, when an attempt is made to construct a wavelength selection element with an insertion center wavelength suitable for application to the light source of an OCT apparatus for the fundus of 840 nm and FSR of 80 nm, the distance between the two reflectors is as narrow as 4.4 μm. It is necessary to take a value. The fact is that it is difficult to realize high-speed driving of the movable reflector at 100 KHz or more at such narrow intervals even if details such as electrode arrangement are devised.
An object of the present invention is to provide a light source device capable of high-speed wavelength insertion / extraction at a wavelength suitable for an OCT apparatus.
本発明により提供される光源装置は、光を増幅させる光増幅媒体と、光共振器と、を備えた発振波長を変化可能な光源装置であって、前記光共振器は、前記光増幅媒体の一方の側に位置する第一の反射部材と、前記光増幅媒体の他方の側に位置する第二及び第三の反射部材を有して構成され、該第二及び第三の反射部材は前記光増幅媒体で増幅された光の光束を該光束の径方向に空間的に分離した状態で前記光増幅媒体方向に反射するものであり、第一の反射部材と前記光増幅媒体と第二の反射部材とを含んで規定される第一の光路と、第一の反射部材と前記光増幅媒体と第三の反射部材とを含んで規定される第二の光路と、の光路長差を可変とする光路長差調整部材により前記光路長差を変化させて前記発振波長を変化させることを特徴とする。 A light source device provided by the present invention is a light source device that includes an optical amplification medium that amplifies light and an optical resonator, and is capable of changing an oscillation wavelength, and the optical resonator includes the optical amplification medium. A first reflecting member located on one side; and second and third reflecting members located on the other side of the optical amplifying medium, wherein the second and third reflecting members are The light beam amplified by the light amplification medium is reflected in the direction of the light amplification medium in a state of being spatially separated in the radial direction of the light beam, and the first reflection member, the light amplification medium, and the second The optical path length difference between the first optical path defined including the reflecting member and the second optical path defined including the first reflecting member, the optical amplification medium, and the third reflecting member is variable. The oscillation wavelength is changed by changing the optical path length difference by an optical path length difference adjusting member. That.
本発明の光源装置では、光束を空間的に2つに分離し、分離したそれぞれの光束を第二及び第三の反射部材で反射させて光増幅媒体に戻すと共に、2つの光路の光路長差を可変とする光路長差調整手段により光路長差を変化させる。光束を分離した状態で個別に反射させることで、反射部材を配置する自由度が増大することとなり、高速駆動を可能とする位置に反射部材を配置することが可能となる。これにより、100KHz以上の波長掃引駆動を実現できる。 In the light source device of the present invention, the luminous flux is spatially separated into two, the separated luminous fluxes are reflected by the second and third reflecting members and returned to the optical amplification medium, and the optical path length difference between the two optical paths The optical path length difference is changed by the optical path length difference adjusting means for making the variable variable. By individually reflecting the light beams in a separated state, the degree of freedom of arranging the reflecting member is increased, and the reflecting member can be arranged at a position where high-speed driving is possible. Thereby, wavelength sweep drive of 100 KHz or more can be realized.
本発明の光源装置は、光増幅媒体を挟む一方の側に位置する第一の反射部材と、他方の側位置する第二及び第三の反射部材を有して光共振器を構成する。つまり、この第二、第三の反射部材が波長挿引と波長選択機能を担う他方の共振器として機能する。 The light source device of the present invention includes an optical resonator having a first reflecting member located on one side of an optical amplification medium and second and third reflecting members located on the other side. That is, the second and third reflecting members function as the other resonator that performs the wavelength insertion and wavelength selection functions.
この第二、第三の反射部材は、光増幅媒体で増幅された光の光束を該光束の径方向に分離した状態で光増幅媒体方向に反射させる。光束の分離は、一例としては光路に設けた光束分離素子を用いて光束の進行方向に垂直な断面内で、光束の径方向への分割で成ことができる。
分割され2方向に導かれた光束は、第二、第三の反射部材に入射する。そこで個々に反射され、往きの光路を逆方向に戻り、光増幅媒体に到達して光増幅媒体内で合波される。
The second and third reflecting members reflect the light beam amplified by the light amplification medium in the direction of the light amplification medium while being separated in the radial direction of the light beam. As an example, the light beam can be separated by dividing the light beam in the radial direction within a cross section perpendicular to the traveling direction of the light beam using a light beam separating element provided in the optical path.
The luminous flux divided and guided in two directions enters the second and third reflecting members. Therefore, the light is reflected individually, returns to the opposite optical path, reaches the optical amplifying medium, and is multiplexed in the optical amplifying medium.
ここで光束分離素子により光束が分離されてから、第二の反射部材に至る第一の光路と、第三の反射部材に至る第二の光路と、の光路長差を可変とする光路差調整部材を駆動させて発振波長を変化させる。即ち、光路長差を変化させることで発振波長が変化可能となる。 Here, after the light beam is separated by the light beam separation element, the optical path difference adjustment that makes the optical path length difference between the first optical path leading to the second reflecting member and the second optical path leading to the third reflecting member variable. The member is driven to change the oscillation wavelength. That is, the oscillation wavelength can be changed by changing the optical path length difference.
ここで、光束分離素子を用いる場合には、光束分離素子は光増幅部材で増幅された光の光束を波面分割(波面を空間的に分割)する分割部材として捉えることもできる。
この観点にたつと、本発明の光源装置は、光を増幅させる光増幅媒体と、該光増幅部材で増幅された光の光束を、波面分割する分割部材と、前記光増幅媒体の一方の側に位置する第一の反射部材と、前記光増幅媒体の他方の側に位置する第二及び第三の反射部材を有し、第二の反射部材は、前記分割部材により分割された光束の一方を反射し、前記分割部材を介して前記光増幅媒体に戻すものであり、第三の反射部材は、前記分割部材により分割された光束の他方を反射し、前記分割部材を介して前記光増幅媒体に戻すものとした形態を包含する。
Here, when the light beam separation element is used, the light beam separation element can also be regarded as a split member that splits the light beam amplified by the light amplifying member into wavefronts (splits the wavefront spatially).
According to this aspect, the light source device of the present invention includes an optical amplifying medium that amplifies light, a splitting member that splits a light beam of light amplified by the optical amplifying member, and one side of the optical amplifying medium. And the second and third reflecting members located on the other side of the optical amplifying medium, and the second reflecting member is one of the light beams divided by the dividing member. Is reflected back to the optical amplifying medium through the split member, and the third reflective member reflects the other of the light beams split by the split member and passes through the split member. It includes a form that is supposed to be returned to the medium.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の光源装置の一例を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing an example of a light source device of the present invention.
図1において、101は光を増幅させ可干渉な光束を生成する光増幅媒体であり、両端面の一方には光共振器として機能する反射膜105が施され、他方には無反射膜108が施されている。102は光増幅媒体より出射された光(発散光束)を集光させるための集光レンズであり、103は光増幅媒体より出射された光束である。104は光束103を空間的に分割する光束分離素子である。
反射膜105は、光増幅媒体101の一方の側に位置する第一の反射部材として機能する。106、107は第二、第三の反射部材であり、それぞれ第一の反射部材105と対をなして光共振器を構成する。第二の反射部材107には、反射部材107の位置を光束が進む方向に変化させる光路長差調整部材109が具備されている。
In FIG. 1, reference numeral 101 denotes an optical amplifying medium that amplifies light and generates a coherent light beam. A reflective film 105 that functions as an optical resonator is applied to one of both end faces, and a non-reflective film 108 is provided to the other. It has been subjected. Reference numeral 102 denotes a condensing lens for condensing light (divergent light beam) emitted from the optical amplification medium, and reference numeral 103 denotes a light beam emitted from the optical amplification medium. Reference numeral 104 denotes a light beam separation element that spatially divides the light beam 103.
The reflective film 105 functions as a first reflective member located on one side of the optical amplification medium 101. Reference numerals 106 and 107 denote second and third reflecting members, respectively, which are paired with the first reflecting member 105 to constitute an optical resonator. The second reflecting member 107 includes an optical path length difference adjusting member 109 that changes the position of the reflecting member 107 in the direction in which the light beam travels.
光増幅媒体101に不図示の電源より電気的エネルギーが印加されると内部で放射光を発生し、放射光は増幅されて光増幅媒体101から両側の端面にむかって伝播する。無反射膜108が施された側に進行した光束は光の伝播則に従って発散しながら空中を伝播し、集光レンズ102にある光束の径で入射する。この光束は光増幅媒体の特性により非点収差を持つため波面は非光軸対称な波面だが、必要に応じて設けられる不図示の光学系を集光レンズ102の前に設置することにより光軸対象の球面波に変換される。この光束は集光レンズ102を通過後に集束光103として伝播する。
光束103は、光束分離素子104により光束103の径方向に(空間的に)2分され、分割された光束103aと光束103bはこれらをそれぞれ垂直に反射するように設置された反射部材106及び107に向かって集光する。
When electrical energy is applied to the optical amplifying medium 101 from a power source (not shown), radiated light is generated inside, and the radiated light is amplified and propagates from the optical amplifying medium 101 toward both end faces. The light beam that has traveled to the side on which the non-reflective film 108 is applied propagates through the air while diverging in accordance with the light propagation law, and is incident on the condenser lens 102 with the diameter of the light beam. Since this light beam has astigmatism due to the characteristics of the optical amplifying medium, the wavefront is asymmetrical on the optical axis. However, if the optical system (not shown) provided as necessary is installed in front of the condenser lens 102, the optical axis Converted to the target spherical wave. This light beam propagates as the focused light 103 after passing through the condenser lens 102.
The light beam 103 is divided into two in the radial direction of the light beam 103 (spatially) by the light beam separation element 104, and the divided light beams 103a and 103b are installed so as to reflect these vertically, respectively. Concentrate toward.
つぎに集光した光束は、往きに通過した光路に戻り、光束分離素子104、集光レンズ102を通って光増幅媒体101の中で合波されて増幅される。
本例の光源装置では、光増幅媒体101を挟んで、反射部材105と、反射部材106及び107と、の間で光が共振し波長が選択される。ここで、反射部材106は共振器としての機能のほかに光源の出力機能をも兼ね備えており、反射と透過の両方を備えた特性をもつ。
Next, the condensed light flux returns to the optical path through which it has passed in the past, passes through the light flux separation element 104 and the condenser lens 102, and is combined and amplified in the optical amplification medium 101.
In the light source device of this example, the light resonates between the reflecting member 105 and the reflecting members 106 and 107 with the optical amplification medium 101 interposed therebetween, and the wavelength is selected. Here, the reflection member 106 has a function of a light source in addition to a function as a resonator, and has a characteristic of having both reflection and transmission.
つぎに反射部材107の位置を変化させることにより波長を挿引する原理を説明する。 Next, the principle of inserting and subtracting wavelengths by changing the position of the reflecting member 107 will be described.
図2は、その説明図である。図2において、A−B光路をB側から光を取出す光出力光路、A−Dを光路長を変化させる光路として光路変調光路とする。本波長の挿引原理は、A−Bの光出力光路での共振波長と、A−Dの光路変調光路での共振波長がそれぞれの光路中に光増幅器101を共有するため、同一波長で発振することを利用する。光出力光路の長さをLoとし、光路変調光路(A−D光路)はLoに対して、後述する波長挿引幅から決まる量L1だけ長くし、さらに波長挿引をするために距離xだけ光路変調距離を長くとるものとする。
今、理解し易くするために、x=0とし、光路変調の変調A−B光路とA−D光路で共通の波長λoで共振し発振していたとする。
FIG. 2 is an explanatory diagram thereof. In FIG. 2, an A-B optical path is an optical output optical path for extracting light from the B side, and A-D is an optical path modulation optical path as an optical path for changing the optical path length. The insertion principle of this wavelength is that the resonance wavelength in the optical output optical path of AB and the resonance wavelength in the optical path modulation optical path of A-D share the optical amplifier 101 in each optical path, and therefore oscillate at the same wavelength. Take advantage of what you do. The length of the optical output optical path is Lo, and the optical path modulation optical path (A-D optical path) is longer than Lo by an amount L1 determined from the wavelength insertion width described later, and further, only the distance x is used for wavelength interpolation. It is assumed that the optical path modulation distance is long.
For the sake of easy understanding, it is assumed that x = 0, and resonance occurs at a common wavelength λo in the modulation AB optical path and the AD optical path of the optical path modulation.
つぎに反射部材107をx=δxに動かしたときに波長がδλだけ変化したとする。このときのδxとδλの関係式を説明する。 Next, it is assumed that the wavelength changes by δλ when the reflecting member 107 is moved to x = δx. A relational expression between δx and δλ at this time will be described.
まず、A−D変調光路について成立する式を説明する。A−D変調光路内にある波の数は、x=δx変化させ、波長δλ変化させると以下の式(1)が成り立つ。 First, equations that hold for the A-D modulated optical path will be described. When the number of waves in the AD modulation optical path is changed by x = δx and the wavelength δλ is changed, the following equation (1) is established.
左辺は光路(Lo+L1)の往復光路で波数が整数になることが共振条件となる。従って、その波の数は往復光路を波長で除した数となる。 The left side is the reciprocal optical path of the optical path (Lo + L1), and the resonance condition is that the wave number becomes an integer. Therefore, the number of waves is the number obtained by dividing the round-trip optical path by the wavelength.
一方、右辺は反射部材107を移動することにより光路(Lo+L1)にδx変化したので、その分、波長もδλ変化する。ここで重要なのは左辺も右辺も波の数は変化しないことである。 On the other hand, since the right side changes by δx to the optical path (Lo + L1) by moving the reflecting member 107, the wavelength also changes by δλ accordingly. What is important here is that the number of waves does not change on either the left or right side.
次に、A−B出力光路について成立する式を説明する。A−B出力光路は光路L1が固定しているため,以下の式(2)が成り立つ。 Next, an equation that holds for the AB output optical path will be described. Since the optical path L1 is fixed to the AB output optical path, the following expression (2) is established.
左辺は波長がλoからδλ変化したときの波の数で整数である。一方、右辺は、最初のλoから波の数を1つ変化させることが肝要である。これは、前述したように、 光路Loが変わらずに波長が変化するので、共振する波の数が1つ変化することになるからである。
この(1),(2)式からδxとδλの式を導くと、以下の式(3)が得られる。
The left side is an integer representing the number of waves when the wavelength changes from λo to δλ. On the other hand, on the right side, it is important to change the number of waves by one from the first λo. This is because, as described above, the wavelength changes without changing the optical path Lo, so the number of resonating waves changes by one.
When the equations δx and δλ are derived from the equations (1) and (2), the following equation (3) is obtained.
いま、L1>>λoとすると、式(3)は以下の式(4)のように簡便に記述することができる。 Assuming that L1 >> λo, Equation (3) can be simply described as Equation (4) below.
つぎに、L1をλoとΔλ(光増幅媒体の利得幅からきまるFree Spectral Range:FSR)の関係式を示す。 Next, L1 is a relational expression of λo and Δλ (Free Spectral Range: FSR determined from the gain width of the optical amplifying medium).
まず、A−D変調光路のFSRをΔνADとすると、式(5)が得られる。 First, when the FSR of the AD modulation optical path is Δν AD , Expression (5) is obtained.
次に、A−B出力光路のFSRをΔνABとすると、式(6)が得られる。 Next, when the FSR of the A-B output optical path is Δν AB , Expression (6) is obtained.
ここで、cは光の真空中での速度である。 Here, c is the speed of light in vacuum.
この式(5)、式(6)より、これらのFSRの差がΔνAB間隔となるまでの周波数幅ΔνLoとすると、式(7)が得られる。 From Equation (5) and Equation (6), Equation (7) is obtained when the frequency width Δν Lo until the difference between these FSRs becomes the Δν AB interval.
一方、一周波数と波長との一般的関係から、式(8)が得られる。 On the other hand, Expression (8) is obtained from a general relationship between one frequency and a wavelength.
よって、式(9)が得られる。 Therefore, Formula (9) is obtained.
ここで、Lo>>L1とすると式(9)簡便となり、L1は以下の式(10)で表わされる。 Here, when Lo >> L1, Equation (9) is simplified, and L1 is represented by the following Equation (10).
このようにL1をλoとΔλで表すことができる。そして、この式はファブリペロー素子の間隔とFSRの式と一致する。
そのため、特許文献2に記載された波長選択素子のようにファブリペローの2枚の反射器を光束の進行方向に離間して配置するのではなく、一対の反射器の片方の反射器を光束の進行方向に垂直な方向に空間的に分離して配置する。
そして2つに分けたそれぞれの光束をそれぞれの分離した反射器で戻す本方式では、ファブリペロー素子と等価の効果を実現できる。
Thus, L1 can be expressed by λo and Δλ. This formula matches the spacing between Fabry-Perot elements and the FSR formula.
Therefore, instead of disposing two Fabry-Perot reflectors in the traveling direction of the light flux as in the wavelength selection element described in Patent Document 2, one reflector of the pair of reflectors Spatally separated in the direction perpendicular to the traveling direction.
In the present system in which the light beams divided into two are returned by the separated reflectors, an effect equivalent to that of a Fabry-Perot element can be realized.
次に、δλとδxの関係を式(4)と式(10)から以下の式(11)が得られる。 Next, the following equation (11) is obtained from the equations (4) and (10) regarding the relationship between δλ and δx.
ここで、具体例としてλo=0.84ミクロン、Δλ=0.08ミクロンとすると、式(11)より以下の式(12)が得られる。 As a specific example, when λo = 0.84 microns and Δλ = 0.08 microns, the following equation (12) is obtained from the equation (11).
この式(10)、式(12)よりL1=4.41ミクロン、δxの最大値は421ナノメータであることを概算することができる。 From these equations (10) and (12), it can be estimated that L1 = 4.41 microns and the maximum value of δx is 421 nanometers.
ここで、本発明の光源装置を用いたOCT装置における挿引波長幅と被検体の厚み方向の分解能、及び挿引波長のサンプリングピッチ幅と被検体の厚み方向の検出可能な幅(深さ方向)について述べる。
挿引波長のサンプリング波長間隔δΛとOCT装置によって検出可能な被検物体の厚み方向(光軸方向)の最大幅Lには以下の式(13)の関係がある。
Here, in the OCT apparatus using the light source device of the present invention, the insertion wavelength width and the resolution in the thickness direction of the subject, the sampling pitch width of the insertion wavelength and the detectable width in the thickness direction of the subject (depth direction) )
The sampling wavelength interval δΛ of the inserted wavelength and the maximum width L in the thickness direction (optical axis direction) of the object to be detected that can be detected by the OCT apparatus have a relationship of the following expression (13).
また、挿引波長の幅をΔλとし、OCT装置によって検出可能な被検体の厚み方向(光軸方向)の分解能ΔLは、以下の式(14)で示される。 Further, the width Δ of the insertion wavelength is Δλ, and the resolution ΔL in the thickness direction (optical axis direction) of the object that can be detected by the OCT apparatus is expressed by the following equation (14).
本発明において、光を増幅させる光増幅媒体としては、半導体光増幅器(SOA:Semiconductor Optical Amplifier)の他、エルビウムやイットリビウム等を含有する希土類添加(イオンドープ)光ファイバ、光ファイバ中に色素を添加して色素により増幅を行うもの等を採用することができる。
希土類添加光ファイバは、高利得で良好な雑音特性を得るためには好適である。色素添加光ファイバは、蛍光色素材料やそのホスト材料などを適宜選択することで可変波長の選択肢が増す。
In the present invention, as an optical amplification medium for amplifying light, in addition to a semiconductor optical amplifier (SOA), a rare earth-doped (ion-doped) optical fiber containing erbium, yttrium or the like, a dye is added to the optical fiber Thus, those that amplify with a dye can be employed.
The rare earth-doped optical fiber is suitable for obtaining good noise characteristics with high gain. In the dye-doped optical fiber, the choice of the variable wavelength is increased by appropriately selecting the fluorescent dye material or its host material.
半導体光増幅器は、小型で且つ高速制御が可能なことから好ましい。半導体光増幅器としては、反射型光増幅器と進行波形光増幅器の双方を用いることができる。半導体光増幅器を構成する材料は、一般的な半導体レーザを構成する化合物半導体等を用いることができ、具体的にはInGaAs系、InAsP系、GaAlSb系、GaAsP系、AlGaAs系、GaN系等の化合物半導体を挙げることができる。半導体光増幅器は、利得の中心波長が、例えば、840nm、1060nm、1300nm、1550nmのものの中から光源の用途等に応じて適宜、選択して採用することができる。 The semiconductor optical amplifier is preferable because it is small and can be controlled at high speed. As the semiconductor optical amplifier, both a reflection type optical amplifier and a traveling waveform optical amplifier can be used. As a material constituting the semiconductor optical amplifier, a compound semiconductor constituting a general semiconductor laser or the like can be used. Specifically, compounds such as InGaAs, InAsP, GaAlSb, GaAsP, AlGaAs, and GaN are used. A semiconductor can be mentioned. The semiconductor optical amplifier can be appropriately selected and employed from among those having a gain center wavelength of, for example, 840 nm, 1060 nm, 1300 nm, and 1550 nm according to the use of the light source.
本発明の光共振器を構成する第一の反射部材は、ファブリーペロー型光共振器を構成するミラー、または部分透過ミラーと同等か類似する反射部材で構成することができる。より具体的には、半導体結晶の壁界面で構成したミラーや、ガラス等を研磨して構成したミラー、更には金属膜等の薄膜を被覆したミラー等で構成することができる。 The first reflecting member constituting the optical resonator of the present invention can be composed of a reflecting member that is equivalent to or similar to a mirror that constitutes a Fabry-Perot optical resonator, or a partially transmissive mirror. More specifically, it can be constituted of a mirror constituted by a wall interface of a semiconductor crystal, a mirror constituted by polishing glass or the like, and a mirror coated with a thin film such as a metal film.
光共振器を構成する第二及び第三の反射部材は、光増幅媒体で増幅された光の光束を該光束の径方向に分離した状態で光増幅媒体方向に反射するように配されるものであるが、反射部材を構成する材料自体は上述の反射部材と同様のものを採用することができる。だだし、第一の反射部材と共に光共振器を構成することから第一の反射部材の反射率とは異なる反射率を持たせる必要がある。
第二及び第三の反射部材は、光増幅媒体で増幅された光の光束を該光束の径方向に分離した状態で反射させるが、光束の分離には反射型プリズムを用いることもできるし、光束の分離を光束(平行光束)が照射される領域に第二及び第三の反射部材を並べて配置することで行うこともできる。反射型プリズムを用いる場合、プリズムの稜線を境に光束を分離しても良い。反射プリズムの稜線をなす角は、光束より分離された主光線同士が平行となる角度とすることが好適である。詳細は、実施例で後述する。
The second and third reflecting members constituting the optical resonator are arranged so as to reflect the light beam amplified by the light amplification medium in the direction of the light amplification medium in a state separated in the radial direction of the light beam. However, the material constituting the reflecting member itself can be the same as the above-described reflecting member. However, since the optical resonator is configured together with the first reflecting member, it is necessary to have a reflectance different from the reflectance of the first reflecting member.
The second and third reflecting members reflect the light beam amplified by the optical amplifying medium in a state of being separated in the radial direction of the light beam, but a reflective prism can be used for separating the light beam, The separation of the light beam can also be performed by arranging the second and third reflecting members side by side in a region irradiated with the light beam (parallel light beam). When a reflective prism is used, the light beam may be separated with the ridge line of the prism as a boundary. It is preferable that the angle forming the ridge line of the reflecting prism is an angle at which principal rays separated from the light beam are parallel to each other. Details will be described later in Examples.
また、第一の反射部材と光増幅媒体と第二の反射部材とを含んで規定される第一の光路と、第一の反射部材と光増幅媒体と第三の反射部材とを含んで規定される第二の光路と、の光路長差を可変とする光路長差調整部材は、電歪素子、微小機械変位素子、電気光学素子等を用いて構成することができる。 Further, the first optical path defined including the first reflecting member, the optical amplifying medium, and the second reflecting member, and the first optical path defined including the first reflecting member, the optical amplifying medium, and the third reflecting member. The optical path length difference adjusting member that makes the optical path length difference between the second optical path and the second optical path variable can be configured using an electrostrictive element, a micro mechanical displacement element, an electro-optical element, or the like.
以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。尚、以下の説明は図を参照して行うが、図では同一の部位には原則同一の符号を付すこととし、重複した説明はなるべく行わないこととする。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with specific examples. The following description will be made with reference to the drawings. In the drawings, the same parts are denoted by the same reference symbols in principle, and redundant description will be omitted as much as possible.
(実施例1)
図1は、本発明の光源装置の一例を示す模式図である。
図1において、101は可干渉な光束を生成する光増幅媒体であり、中心波長0.84μmの発光スペクトルを有する半導体光増幅器を用いた。光増幅媒体101の両端面の一方は光共振器の第一の反射部材としての反射器もしくは反射膜105を構成する。他方は無反射膜108が施されている。102は光増幅媒体から出射した発散光束を集光させるための集光レンズ、103は光増幅媒体101から出射した光束である。104は光束103を分割する光束分離素子として機能する反射型プリズムである。106、107はそれぞれ第二、第三の反射部材であり、第一の反射部材105と、互いに対となって複数の光共振器を構成している。第二の反射部材106は光共振器としての機能のほかに光源の出力部としての機能をも兼ねており、光の反射機能と透過機能の両方を備える。第三の反射部材107は、反射部材107の位置を光束が進む方向に変化させる光路長差調整部材として電歪素子109を具備する。
Example 1
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a light source device of the present invention.
In FIG. 1, reference numeral 101 denotes an optical amplifying medium that generates a coherent light beam, and a semiconductor optical amplifier having an emission spectrum with a central wavelength of 0.84 μm is used. One of both end faces of the optical amplifying medium 101 constitutes a reflector or reflecting film 105 as a first reflecting member of the optical resonator. The other is provided with a non-reflective film 108. Reference numeral 102 denotes a condensing lens for converging a divergent light beam emitted from the optical amplification medium, and reference numeral 103 denotes a light beam emitted from the optical amplification medium 101. A reflective prism 104 functions as a light beam separating element that divides the light beam 103. Reference numerals 106 and 107 denote second and third reflecting members, respectively, which form a plurality of optical resonators in pairs with the first reflecting member 105. The second reflecting member 106 also has a function as an output part of the light source in addition to a function as an optical resonator, and has both a light reflecting function and a transmitting function. The third reflecting member 107 includes an electrostrictive element 109 as an optical path length difference adjusting member that changes the position of the reflecting member 107 in the direction in which the light beam travels.
光増幅媒体101に不図示の電源より電気的エネルギーが印加されると内部で放射光を発生し、放射光は増幅されて光増幅媒体101から両側の端面にむかって伝播する。無反射膜108が施された側に進行した光束は光の伝播則に従って発散しながら空中を伝播し、集光レンズ102にある光束の径で入射する。この光束は光増幅媒体の特性により非点収差を持つため波面は非光軸対称な波面だが、必要に応じて設けられる不図示の光学系を集光レンズ102の前に設置することにより光軸対象の球面波に変換される。この光束は集光レンズ102を通過後に集束光103として伝播する。このとき光束分離素子104により光束103の口径方向の領域を2分し、103aと103bに分割した状態でそれぞれ垂直に反射するように設置された第二の反射部材106及び第三の反射部材107に向かって集光する。反射部材106および107によって反射した光束は、往路と逆の経路を通って光増幅媒体101に入射し、増幅されて、反対側の第一の反射部材105で反射されて再び増幅媒体101に入射し、光が増幅される。このように第一の反射部材105と、第二の反射部材106との間及び第一の反射部材105と、第三の反射部材107との間で、光の反射と増幅が繰り返され、出力光106として、第二の反射部材106を透過した光が得られる。 When electrical energy is applied to the optical amplifying medium 101 from a power source (not shown), radiated light is generated inside, and the radiated light is amplified and propagates from the optical amplifying medium 101 toward both end faces. The light beam that has traveled to the side on which the non-reflective film 108 is applied propagates through the air while diverging in accordance with the light propagation law, and is incident on the condenser lens 102 with the diameter of the light beam. Since this light beam has astigmatism due to the characteristics of the optical amplifying medium, the wavefront is asymmetrical on the optical axis. However, if the optical system (not shown) provided as necessary is installed in front of the condenser lens 102, the optical axis Converted to the target spherical wave. This light beam propagates as the focused light 103 after passing through the condenser lens 102. At this time, the luminous flux separating element 104 divides the region in the aperture direction of the luminous flux 103 into two parts, and is divided into 103a and 103b, and the second reflecting member 106 and the third reflecting member 107 installed so as to reflect vertically. Concentrate toward. The light beam reflected by the reflecting members 106 and 107 enters the optical amplifying medium 101 through a path opposite to the forward path, is amplified, is reflected by the first reflecting member 105 on the opposite side, and enters the amplifying medium 101 again. The light is amplified. In this manner, light reflection and amplification are repeated between the first reflecting member 105 and the second reflecting member 106 and between the first reflecting member 105 and the third reflecting member 107, and output. As the light 106, light transmitted through the second reflecting member 106 is obtained.
次に、本実施例における波長を挿引する原理を説明する。 Next, the principle of subtracting the wavelength in this embodiment will be described.
図3は、光路長差調整部材の拡大図である。図3において、116は変調光路長δxを与えるための電歪素子でありここでは、ピエゾ素子を用いた。117は、ピエゾ素子116、第二の反射部材106、第三の反射部材107及び光束分離素子を機械的に一体化する光路変調用ベースである。本実施例の光源装置では、第一の反射部材105、光増幅媒体101及び第二の反射部材106を含んで構成される光共振器の光路長と、第一の反射部材105、光増幅媒体101及び第三の反射部材107を含んで構成される光共振器の光路長には、一定の光路長差L1を与えてある。これらの光束103は、反射型プリズムで構成した光束分離素子104により、それぞれ103a,103bに分かれて反射される。ここで、光束103は、主光線103aaと主光線103bbとからならなるものとする。このとき、主光線103aaと反射した光束103a、及び主光線103bbと反射した光束103bと、は互いに直角をなすように、光束分離素子104の反射面は角度設定されている。こうすることで光増幅媒体101と反射部材105に対し、紙面内における103の方向と、その垂直方向に機械的擾乱があっても反射部材105と反射部材106を含む光共振器の光路長と、反射部材105と反射部材107を含む光共振器の光路長との差に変化のない構成となっている。 FIG. 3 is an enlarged view of the optical path length difference adjusting member. In FIG. 3, reference numeral 116 denotes an electrostrictive element for giving a modulated optical path length δx, and here, a piezo element is used. Reference numeral 117 denotes an optical path modulation base that mechanically integrates the piezo element 116, the second reflecting member 106, the third reflecting member 107, and the light beam separating element. In the light source device of the present embodiment, the optical path length of the optical resonator including the first reflecting member 105, the optical amplifying medium 101, and the second reflecting member 106, the first reflecting member 105, and the optical amplifying medium. A constant optical path length difference L1 is given to the optical path length of the optical resonator including the 101 and the third reflecting member 107. These light beams 103 are divided into 103a and 103b and reflected by a light beam separating element 104 formed of a reflective prism. Here, it is assumed that the light beam 103 is composed of a principal ray 103aa and a principal ray 103bb. At this time, the angle of the reflection surface of the light beam separating element 104 is set so that the principal ray 103aa and the reflected light beam 103a and the principal ray 103bb and the reflected light beam 103b are perpendicular to each other. By doing so, the optical path length of the optical resonator including the reflecting member 105 and the reflecting member 106 even if there is a mechanical disturbance in the direction of 103 in the paper with respect to the optical amplifying medium 101 and the reflecting member 105 and the vertical direction thereof. The difference between the optical path length of the optical resonator including the reflecting member 105 and the reflecting member 107 does not change.
具体的数値例を挙げると、発振中心波長λo=0.84μm、掃引波長(範囲)Δλ=0.08μmとすると、上述した式(10)、式(11)より、光路長差L1=4.41μm、反射部材107の移動距離δx=421nmが得られる。
L14.41μmの設定は、集光レンズ102の実効NAを0.1程度に設計すると、焦点深度内で反射部材106と107を設定でき、光路変調用ベース107と光束分離素子104の相対位置の初期補正によってL1=4.41μmを実現した。
As a specific numerical example, assuming that the oscillation center wavelength λo = 0.84 μm and the sweep wavelength (range) Δλ = 0.08 μm, the optical path length difference L1 = 4. 41 μm and the moving distance δx = 421 nm of the reflecting member 107 are obtained.
L14.41 μm is set when the effective NA of the condenser lens 102 is designed to be about 0.1, the reflecting members 106 and 107 can be set within the depth of focus, and the relative positions of the optical path modulation base 107 and the light beam separation element 104 can be set. L1 = 4.41 μm was realized by the initial correction.
次に反射部材107の移動距離δxについて検討する。 Next, the moving distance δx of the reflecting member 107 will be examined.
δxの最大値は421nmであるが、ピエゾ素子の単素子は約1ボルトあたり1nmの変位量であるので、不図示の電圧印加装置より単層のピエゾ素子に421ボルトを印加(40層の多層ピエゾ素子の場合には一層あたり約10ボルト印加)して変位量421nmを実現した。
ここで、単層ピエゾの印加電圧を−200,−100,0,+100,+200ボルトと変化させると、
δx=−200nm,−100nm,0.100nm,200nmと変化する。
このとき式(12)より、
δλ=−38nm,−19nm,0.19nm,38nmが得られる。
出力波長はλo+δλなので、以下の通り波長の変化が得られる。
即ち、λ=802nm,821nm,859nm,878nmである。このようにピエゾ素子の駆動電圧を制御することで波長挿引が可能となる。
ピエゾ素子に印加する電圧を100KHz以上で駆動することにより波長挿引速度が100KHz以上となる光源が実現できた。
Although the maximum value of δx is 421 nm, since a single element of a piezo element has a displacement of about 1 nm per 1 volt, 421 volts is applied to a single-layer piezo element from a voltage application device (not shown) (a multilayer of 40 layers). In the case of a piezo element, a displacement of 421 nm was realized by applying approximately 10 volts per layer.
Here, when the applied voltage of the single layer piezo is changed to -200, -100, 0, +100, +200 volts,
δx = −200 nm, −100 nm, 0.100 nm, and 200 nm.
At this time, from equation (12),
δλ = −38 nm, −19 nm, 0.19 nm, and 38 nm are obtained.
Since the output wavelength is λo + δλ, the change in wavelength can be obtained as follows.
That is, λ = 802 nm, 821 nm, 859 nm, and 878 nm. By controlling the driving voltage of the piezo element in this way, wavelength insertion / subtraction becomes possible.
By driving the voltage applied to the piezo element at 100 KHz or higher, a light source having a wavelength pulling speed of 100 KHz or higher was realized.
次に、この光源をOCT装置に適用して得られる断層像の分解能と検出可能な深さを示す。 Next, the resolution of the tomographic image obtained by applying this light source to the OCT apparatus and the detectable depth will be shown.
挿引波長のサンプリング間隔ΔλとOCTによって検出可能な被検体の厚み方向(光軸方向)最大幅Lは上述の式(13)に示した通りである。
検出可能な被検物体の厚み方向(光軸方向)の最大幅Lは,サンプリング波長間隔δΛを0.08nm。中心挿引波長λoを0.84μmとすると式(13)より、
L=4.41mmとなる。
また、検出可能な被検体の厚み方向(光軸方向)の分解能ΔLは式(14)よりΔλ=0.08μmとして,
ΔL=4.4μmとなる。
The sampling interval Δλ of the inserted wavelength and the maximum width L of the subject in the thickness direction (optical axis direction) that can be detected by OCT are as shown in the above equation (13).
The maximum width L in the thickness direction (optical axis direction) of the object to be detected is a sampling wavelength interval δΛ of 0.08 nm. Assuming that the center insertion wavelength λo is 0.84 μm, from the equation (13),
L = 4.41 mm.
Further, the detectable resolution ΔL in the thickness direction (optical axis direction) of the subject is Δλ = 0.08 μm from the equation (14).
ΔL = 4.4 μm.
以上、述べたように、本実施例の波長挿引光源をOCT装置の光源に適用することにより、被検最大深さ4.41mm、分解能4.4μmが実現できた。 As described above, by applying the wavelength insertion light source of this embodiment to the light source of the OCT apparatus, a maximum test depth of 4.41 mm and a resolution of 4.4 μm can be realized.
(実施例2)
図4を用いて実施例2の光源装置について述べる。
図4に示した光源装置は、図1の装置に類似するものであるが図1における第三の反射部材107に代えて反射部材106bを配置したことと、第二の反射部材106aを用いたことが図1の装置との違いである。
ここで、第二の反射部材106aは実施例1と同様に共振器の反射機能の他に光源の出力(透過)機能をも兼ねている。本実施例2においては、第三の反射部材106bが、実施例1における反射部材106と異なり、反射率を低く抑えた反射部材としたところに特長がある。
(Example 2)
The light source device of Example 2 will be described with reference to FIG.
The light source device shown in FIG. 4 is similar to the device shown in FIG. 1 except that a reflecting member 106b is disposed in place of the third reflecting member 107 in FIG. 1 and a second reflecting member 106a is used. This is the difference from the apparatus of FIG.
Here, the second reflecting member 106a also serves as an output (transmission) function of the light source in addition to the reflection function of the resonator as in the first embodiment. In the second embodiment, the third reflecting member 106b is different from the reflecting member 106 in the first embodiment in that the reflecting member has a low reflectance.
本実施例は、第三の反射部材106bの反射率を図1における反射部材107よりも下げ、第二の反射部材106aと第三の反射部材106bとの間での発振を抑える構成としたものである。
挿引速度に関しては、実施例1と同様にピエゾ素子により100KHz以上の波長挿引が実現できる。
このようにして、掃引波長が安定な波長挿引光源が実現できる。
In this embodiment, the reflectance of the third reflecting member 106b is made lower than that of the reflecting member 107 in FIG. 1, and the oscillation between the second reflecting member 106a and the third reflecting member 106b is suppressed. It is.
Regarding the insertion speed, wavelength insertion of 100 KHz or more can be realized by the piezo element as in the first embodiment.
In this way, a wavelength insertion light source with a stable sweep wavelength can be realized.
これをOCT装置の光源に用いることにより、分解能、検出可能深さを落とさずに鮮明な断層画像を得ることができる。 By using this for the light source of the OCT apparatus, a clear tomographic image can be obtained without reducing the resolution and the detectable depth.
(実施例3)
図5に示した光源装置の例について述べる。
本例の装置は、実施例1及び実施例2に示した装置に比べて光軸方向に対する垂直方向のサイズを省サイズ化した例である。
実施例1では光束分離プリズム104で二つの方向に光束を反射分離したが、本実施例では、図5に示すように、光束103を構成する光束103bを光束分離プリズム104bにより偏向させ、同じく光束103を構成する103aは空間を通過させる構成を採用している。この構成により、実施例1及び2で説明した装置に比べて、
103の光束の光軸方向に垂直な平面方向に対し,小さくなり省サイズ化が実現できた。また、104bは光束103の片側しか反射せず光束分離素子104bの反射面の面精度の影響が半分で済むので、挿引波長が精度よく制御できるとともに光源のサイズを小型化できるという効果がある。
(Example 3)
An example of the light source device shown in FIG. 5 will be described.
The apparatus of this example is an example in which the size in the direction perpendicular to the optical axis direction is reduced compared to the apparatuses shown in the first and second embodiments.
In the first embodiment, the light beam is reflected and separated in two directions by the light beam separation prism 104. However, in this embodiment, as shown in FIG. 103a which comprises 103 employ | adopts the structure which lets a space pass. With this configuration, compared to the apparatus described in the first and second embodiments,
The size was reduced with respect to the plane direction perpendicular to the optical axis direction of the 103 luminous flux, thereby realizing size saving. Further, since 104b reflects only one side of the light beam 103 and the influence of the surface accuracy of the reflecting surface of the light beam separating element 104b is only half, it is possible to control the insertion wavelength with accuracy and to reduce the size of the light source. .
(実施例4)
図6は実施例4の光源装置を示す模式図である。本例の装置は、実施例1の装置に比べて小型化と更なる高速挿引を可能とする構成である。
図6の装置においては、光増幅媒体101からの光束はレンズ102により平行光束となる。この平行光束を103aと103bに2分しそれぞれ反射部材106、107によりこれまで同様に反射させる。これにより、光束分離素子はないため更なる装置の小型化が実現可能となる。
そして、一方の光共振器を構成する反射部材105と他方の光共振器を構成する反射部材106及び107との距離が短縮できる。
Example 4
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a light source device according to a fourth embodiment. The apparatus of this example has a configuration that enables downsizing and further high-speed insertion as compared with the apparatus of the first embodiment.
In the apparatus of FIG. 6, the light beam from the optical amplification medium 101 is converted into a parallel light beam by the lens 102. This parallel light beam is divided into two parts 103a and 103b, which are similarly reflected by the reflecting members 106 and 107, respectively. Thereby, since there is no light beam separation element, further downsizing of the apparatus can be realized.
In addition, the distance between the reflecting member 105 constituting one optical resonator and the reflecting members 106 and 107 constituting the other optical resonator can be shortened.
具体例として、この距離を50mmとするとこの共振器を光が往復する時間は0.3nSecとなる。
ある波長の光を生成する時間が1nSecとすると、この光共振器では光が3往復できることが理解される。生成する波長を1000点とすると1MHz以上の波長挿引が実現できる。このように共振器長を短くするとともに、光束光路可変変調の駆動周波数を1MHz以上にすることにより、1MHzの高速波長掃引が可能な波長挿引光源が小型の装置で実現できる。
As a specific example, when this distance is 50 mm, the time required for light to reciprocate through this resonator is 0.3 nSec.
If the time for generating light of a certain wavelength is 1 nSec, it is understood that light can reciprocate three times in this optical resonator. If the wavelength to be generated is 1000 points, wavelength insertion of 1 MHz or more can be realized. In this way, by shortening the resonator length and setting the driving frequency of the light beam path variable modulation to 1 MHz or more, a wavelength insertion light source capable of high-speed wavelength sweep of 1 MHz can be realized with a small apparatus.
(実施例5)
図7に示した光源装置の例について述べる。これは、実施例4の装置を更に小型化する例である。
本実施例では、光増幅媒体101としてこれまでの端面発光タイプの半導体光増幅器ではなく、面発光タイプ(面型発光素子タイプ)の光増幅器を採用する。
こうすると、図6の装置で採用した集光レンズ102は不要となり、光増幅媒体から出射した光束103aと103bをそれぞれ反射部材106、107で反射させることができる。この構成を採用すると数ミリから数センチサイズの小型で高速に波長挿引可能な光源が実現できる。
(Example 5)
An example of the light source device shown in FIG. 7 will be described. This is an example of further downsizing the apparatus of the fourth embodiment.
In this embodiment, a surface emitting type (surface light emitting element type) optical amplifier is employed as the optical amplifying medium 101 instead of the conventional edge emitting type semiconductor optical amplifier.
This eliminates the need for the condensing lens 102 employed in the apparatus of FIG. 6, and allows the light beams 103a and 103b emitted from the optical amplification medium to be reflected by the reflecting members 106 and 107, respectively. By adopting this configuration, it is possible to realize a small-sized light source with a wavelength of several millimeters to several centimeters capable of wavelength insertion and extraction at high speed.
(実施例6)
本実施例は、図3の装置で説明した光路長差調整部材を機械的微小変位機構で構成した例である。
図8に本例の特徴部を示す。図8の119が、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems:微小電気機械素子)素子で構成した機械的微小変位機構である。
MEMS素子119は、曲げ部分(ヒンジ)と電極部120を備え、電極部120に電位差を与えることにより、反射部材107を400nm程度変位させることができる。
更に本例の装置では空気揺らぎ起因による不安定性の改善を図っている。光束103が光束分離素子104により分割されてから、再び光束分離素子に戻るまでの光路を安定にするために、硝材115で光路の大半を覆い、空気揺らぎを低減させた。この構成により、安定した波長挿引の光源装置が実現できる。
(Example 6)
The present embodiment is an example in which the optical path length difference adjusting member described in the apparatus of FIG. 3 is configured by a mechanical minute displacement mechanism.
FIG. 8 shows a feature of this example. Reference numeral 119 in FIG. 8 denotes a mechanical micro displacement mechanism constituted by a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) element.
The MEMS element 119 includes a bent portion (hinge) and an electrode part 120, and the reflective member 107 can be displaced by about 400 nm by applying a potential difference to the electrode part 120.
Furthermore, in the apparatus of this example, instability due to air fluctuation is improved. In order to stabilize the optical path from when the light beam 103 is divided by the light beam separation element 104 to when it returns to the light beam separation element again, most of the optical path is covered with a glass material 115 to reduce air fluctuation. With this configuration, it is possible to realize a light source device with a stable wavelength insertion / extraction.
(実施例7)
本実施例は、図3や図8の装置で説明した光路長差調整部材をEO(Electro−Optic, 電気光学)素子を用いて構成した例である。図9に本例の特徴部を示す。図9の118は電気光学効果を生じさせるニオブ酸リチウムの薄膜であり、114は透明電極を示している。ニオブ酸リチウムは電気光学効果を生み出す非線形定数γが高く、約30pm/Vである。電圧と屈折率の関係は、電圧をかける結晶の厚みをd,屈折率をneとすると、以下の式(15)が成り立つ。
(Example 7)
In this embodiment, the optical path length difference adjusting member described with reference to the apparatus of FIGS. 3 and 8 is configured using an EO (Electro-Optic) element. FIG. 9 shows a feature of this example. In FIG. 9, reference numeral 118 denotes a thin film of lithium niobate that produces an electro-optic effect, and 114 denotes a transparent electrode. Lithium niobate has a high nonlinear constant γ that produces an electro-optic effect, which is about 30 pm / V. Relationship between the voltage and the refractive index, when the thickness of the crystal to apply a voltage d, the refractive index and n e, the following formula is valid (15).
実施例1で得られた反射部材107の移動距離δx=421nmを考慮し、この421nmよりも大きな値として、Δnd=480nmを満足する電圧を式(15)より算出すると3000Vとなる。
このことから、ニオブ酸リチウムの層を30層にすると一層あたり約100Vで駆動すれば、実施例1と同様に0.84μmを中心波長として約80nmの幅で波長挿引できる。
Considering the moving distance δx = 421 nm of the reflecting member 107 obtained in Example 1, a voltage satisfying Δnd = 480 nm as a value larger than 421 nm is calculated to be 3000 V from Equation (15).
From this, when the lithium niobate layer is made 30 layers, if driving at about 100 V per layer, the wavelength can be inserted with a width of about 80 nm with 0.84 μm as the center wavelength as in the first embodiment.
(実施例8)
図10に、図9に示した例の変形例を示す。図10においては、図9の薄膜のニオブ酸リチウムに対してバルクのニオブ酸リチウム118を採用すると共に、図9の透明電極114に対して光束を反射する機能を兼ねた電極114を採用している。
図10に示すように電極114のなす角θが以下の式(16)を満足するとき入射光束と出射光束は平行になる。
(Example 8)
FIG. 10 shows a modification of the example shown in FIG. In FIG. 10, a bulk lithium niobate 118 is adopted for the thin film lithium niobate of FIG. 9, and an electrode 114 having a function of reflecting a light beam is adopted for the transparent electrode 114 of FIG. Yes.
As shown in FIG. 10, when the angle θ formed by the electrode 114 satisfies the following equation (16), the incident light beam and the outgoing light beam are parallel.
このとき電極方向に、光束は At this time, in the electrode direction, the luminous flux is
回通過する。
Pass through times.
例えば、図10のようにθ=45°とするとn=4となり電極方向に3回光束が通過する。このような構成により、ニオブ酸リチウム118中の光路が長くなるため、より定電圧駆動で所望の波長挿引が実現できる。 For example, if θ = 45 ° as shown in FIG. 10, n = 4 and the light beam passes three times in the electrode direction. With such a configuration, since the optical path in the lithium niobate 118 becomes longer, a desired wavelength insertion / subtraction can be realized with more constant voltage driving.
(実施例9)
本例は、本発明の波長挿引光源装置を備えた光干渉断層撮像装置(OCT)の例である。
OCT装置は、一方のアーム(測定部)において得られる光軸方向に複数の界面を有する検体からの反射光と、他方のアーム(参照部)において得られる参照面からの反射光と、を干渉させ、光源の波長を挿引することにより得られる変調干渉信号をフーリエ変換して、断層情報を得る装置である。
Example 9
This example is an example of an optical coherence tomography apparatus (OCT) provided with the wavelength insertion light source device of the present invention.
The OCT apparatus interferes with the reflected light from the specimen having a plurality of interfaces in the optical axis direction obtained in one arm (measurement unit) and the reflected light from the reference surface obtained in the other arm (reference unit). The tomographic information is obtained by Fourier transforming the modulated interference signal obtained by inserting and subtracting the wavelength of the light source.
図11は、本発明のOCT装置の一例を示す模式図である。
図11において1182は本発明の波長挿引光源装置を用いた光源部、1186は検体である眼を構成する眼底の網膜を示す。1190は眼底を走査するためのミラーであり、検体1186からの反射光を伝達させる光ファイバー1185と共に検体測定部を構成する。
1188は参照ミラーであり、参照ミラーからの反射光を伝達させる光ファイバー1187と共に参照部を構成する。
1184は検体測定部からの反射光(光束)と参照部からの反射光(光束)を合波して干渉部を構成するファイバーカップラーである。1495は干渉部からの干渉光(変調干渉信号)を検出する光検出部としての光電変換素子である。
1196は電気的に検出した信号をデジタル化し、フーリエ変換などのデータ処理を行い、検体の断層画像を構築する画像処理部としてのコンピュータである。つまり、光検出部で検出された光に基づいて断層像が得られる。1197はその断層像を可視化するディスプレーである。
光源部1182より出射された光束は、ファイバー1183を通り、カップラー1184で2方向に分岐する。
FIG. 11 is a schematic diagram showing an example of the OCT apparatus of the present invention.
In FIG. 11, 1182 indicates a light source unit using the wavelength-interpolation light source device of the present invention, and 1186 indicates a retina of the fundus constituting the eye which is a specimen. Reference numeral 1190 denotes a mirror for scanning the fundus oculi, and constitutes a specimen measurement unit together with an optical fiber 1185 that transmits reflected light from the specimen 1186.
Reference numeral 1188 denotes a reference mirror, which constitutes a reference unit together with an optical fiber 1187 that transmits reflected light from the reference mirror.
Reference numeral 1184 denotes a fiber coupler that composes an interference unit by combining reflected light (light beam) from the specimen measurement unit and reflected light (light beam) from the reference unit. Reference numeral 1495 denotes a photoelectric conversion element as a light detection unit that detects interference light (modulation interference signal) from the interference unit.
Reference numeral 1196 denotes a computer as an image processing unit that digitizes electrically detected signals, performs data processing such as Fourier transform, and constructs a tomographic image of the specimen. That is, a tomographic image is obtained based on the light detected by the light detection unit. Reference numeral 1197 denotes a display for visualizing the tomographic image.
The light beam emitted from the light source unit 1182 passes through the fiber 1183 and branches in two directions by the coupler 1184.
分岐した一方の光束は、ファイバー1185を通り、検体である眼の網膜を照射する。そして反射光が同様にファイバー1185を再び通りファイバーカップラ1184に戻る。
分岐した他方の光束はファイバー1187を通り参照ミラー1188を照射する。この反射光はファイバー1187を再び通りファイバーカップラー1184に戻る。
カップラー1184で被検面からの反射光と参照面からの反射光が干渉した後、ファイバー1194を通って光電変換素子1195に入る。
One branched light beam passes through the fiber 1185 and irradiates the retina of the eye, which is the specimen. The reflected light again passes through the fiber 1185 and returns to the fiber coupler 1184.
The other branched light beam passes through the fiber 1187 and irradiates the reference mirror 1188. This reflected light passes again through the fiber 1187 and returns to the fiber coupler 1184.
After the reflected light from the test surface interferes with the reflected light from the reference surface by the coupler 1184, the light enters the photoelectric conversion element 1195 through the fiber 1194.
このとき光源部1182より出射される光の波長を掃引変化させると、前述のように断層構造に応じた変調干渉信号が得られる。
この信号をデジタル化しコンピュータ1196でフーリエ変換することにより断層信号が得られる。これはポイントとしての断層信号なので、ミラー1190を走査して一次元方向の断層信号を測定し、ディスプレー1197により可視化することにより光断層像が得られる。
本例のOCT装置は、光源部1182に本発明の光源装置を用いたものであり、本発明による光源装置は、挿引速度100KHz以上が得られるため高速に光断層像が検出でき、また検出深さが深く、深さ方向の検出分解能が高いOCT装置を提供できる。
At this time, when the wavelength of the light emitted from the light source unit 1182 is swept and changed, a modulated interference signal corresponding to the tomographic structure is obtained as described above.
A tomographic signal is obtained by digitizing this signal and Fourier transforming it with a computer 1196. Since this is a tomographic signal as a point, an optical tomographic image can be obtained by scanning the mirror 1190 to measure a tomographic signal in a one-dimensional direction and visualizing it on the display 1197.
The OCT apparatus of the present example uses the light source apparatus of the present invention for the light source unit 1182. The light source apparatus according to the present invention can detect an optical tomographic image at a high speed because an insertion speed of 100 KHz or more can be obtained. An OCT apparatus having a high depth and high detection resolution in the depth direction can be provided.
101 光増幅媒体
103 光束
105 第一の反射部材
106 第二の反射部材
107 第三の反射部材
109 光路長差調整部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Optical amplification medium 103 Light beam 105 1st reflection member 106 2nd reflection member 107 3rd reflection member 109 Optical path length difference adjustment member
Claims (10)
前記光源部からの光を検体に照射し、検体からの反射光を伝達させる検体測定部と、
前記光源部からの光を参照ミラーに照射し、該参照ミラーからの反射光を伝達させる参照部と、
前記検体測定部からの反射光と前記参照部からの反射光とを干渉させる干渉部と、
前記干渉部からの干渉光を検出する光検出部と、
前記光検出部で検出された光に基づいて、前記検体の断層像を得る画像処理部と、
を有することを特徴とする光干渉断層撮像装置。 A light source unit using the light source device according to any one of claims 1 to 9,
A sample measurement unit that irradiates the sample with light from the light source unit and transmits reflected light from the sample;
A reference unit for irradiating a reference mirror with light from the light source unit and transmitting reflected light from the reference mirror;
An interference unit that causes reflected light from the specimen measurement unit and reflected light from the reference unit to interfere with each other;
A light detection unit for detecting interference light from the interference unit;
An image processing unit that obtains a tomographic image of the specimen based on the light detected by the light detection unit;
An optical coherence tomographic imaging apparatus comprising:
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Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62136890A (en) * | 1985-12-10 | 1987-06-19 | Sharp Corp | Semiconductor laser device |
JPH0384981A (en) * | 1989-08-29 | 1991-04-10 | Toshiba Corp | Narrow-band oscillation laser |
JPH1075006A (en) * | 1996-08-30 | 1998-03-17 | Japan Radio Co Ltd | Solid-state laser device |
JPH10511227A (en) * | 1994-12-19 | 1998-10-27 | ザ・モーガン・クルーシブル・カンパニー・ピーエルシー | Side pump laser |
JP2001111147A (en) * | 1999-10-06 | 2001-04-20 | Hamamatsu Photonics Kk | Converging device |
JP2009252813A (en) * | 2008-04-02 | 2009-10-29 | Fujifilm Corp | Light source, and optical tomography imaging apparatus |
JP2010010172A (en) * | 2008-06-24 | 2010-01-14 | Fujifilm Corp | Wavelength-swept light source |
-
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Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62136890A (en) * | 1985-12-10 | 1987-06-19 | Sharp Corp | Semiconductor laser device |
JPH0384981A (en) * | 1989-08-29 | 1991-04-10 | Toshiba Corp | Narrow-band oscillation laser |
JPH10511227A (en) * | 1994-12-19 | 1998-10-27 | ザ・モーガン・クルーシブル・カンパニー・ピーエルシー | Side pump laser |
JPH1075006A (en) * | 1996-08-30 | 1998-03-17 | Japan Radio Co Ltd | Solid-state laser device |
JP2001111147A (en) * | 1999-10-06 | 2001-04-20 | Hamamatsu Photonics Kk | Converging device |
JP2009252813A (en) * | 2008-04-02 | 2009-10-29 | Fujifilm Corp | Light source, and optical tomography imaging apparatus |
JP2010010172A (en) * | 2008-06-24 | 2010-01-14 | Fujifilm Corp | Wavelength-swept light source |
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