JP2015105937A - 光源装置および該光源装置を備える光干渉断層撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】掃引速度と深達長の一様性を両立させることが可能となる光源装置を提供する。
【解決手段】一方のミラーと、円盤１４０の円周上に等間隔に配置したスリット鏡１４３から成る前記一方のミラーと対向して設けられた他方のミラー１５５と、により構成された共振器を備え、前記共振器内の光増幅媒体からの光を分散素子１５１により波長分散させた分散光を、集光光学系１５０により前記円盤のスリット鏡が形成された面上に集光させて該スリット鏡により波長選択し、前記波長選択された波長を前記円盤を回転させて波長掃引する光干渉断層撮像装置に用いられる光源装置であって、前記円盤を回転させる回転軸の動的な平行度誤差である面ブレ振幅をｄ_ｍａｘ、掃引波長幅の中心波長をλ₀、前記光干渉断層撮像装置により撮像される被検査物の屈折率をn、とするとき、前記円盤上に集光される単色スポット径であるωｏ（ＦＷＨＭ：半値全幅幅）が規定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源装置および該光源装置を備える光干渉断層撮像装置に関し、特に発振波長（発振周波数）を変化し得る光源装置および該光源装置を備える光干渉断層撮像装置に関するものである。

光干渉トモグラフィー（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：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。
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、皮膚科撮影、歯科撮影等への適用が検討されてきている。

波長掃引型（Ｓｗｅｐｔ Ｓｏｕｒｃｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＳＳ−ＯＣＴ）装置は、光源の発振波長（周波数）を時間的に掃引するもので、フーリエ領域（ＦＤ）ＯＣＴの範疇に入る。
しかし、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。
上記ＳＳ−ＯＣＴ技術を適用した医用画像撮像装置を構成する場合には、掃引速度が速いほど画像取得時間を短縮でき、また、波長掃引幅が広いほど断層像の深さ空間解像度を高めることが可能なためこれらのパラメータは重要である。
具体的には波長掃引幅Δλ、中心発振波長λ₀、検体の屈折率をｎとするとき、深さ分解能δＬは、次式（１）で表される。
したがって、深さ分解能を高めるためには波長掃引幅Δλの拡大が必要であり、広帯域な波長掃引光源が求められている。

一方、ＳＳ−ＯＣＴ装置においては深達長つまり検体の奥深い構造まで検出できること、すなわち長い可干渉距離を実現できることが望まれる。このため、ＳＳ−ＯＣＴ装置の光源の性能としては、発振スペクトル線幅がより狭いほうが望ましい。
具体的には、発振スペクトル線幅をδλ、発振波長λ０、検体の屈折率をｎとするとき、可干渉距離（コヒーレント長）Ｌは、次式（２）で表される。
ちなみに、深達長は、検出系の構成がダブルパス干渉計と考えられるので、可干渉距離Ｌ
の１／２倍である。
したがって検体の奥行き方向の測定範囲を広げるためには発振スペクトル線幅δλの狭小化が必要であり、狭い線幅の波長掃引光源が求められている。
こうした中、早い波長掃引速度と長い可干渉距離と広い波長掃引幅を高い次元で並立可能な波長掃引光源装置として、回転円盤に設けたスリット鏡を用いて波長掃引する回転円盤方式の波長掃引光源が特許文献１と特許文献２に開示されている。

図１３と図１４に回転円盤方式の公知の波長掃引光源を示す。
ここでは図１４を記載した特許文献２について説明する。
図１４において、３３２は光線を生成する光増幅媒体でその一方の端面にはエンドリフレクタ３３１が形成されている。
３３３はコリメートビームを形成する光学系、３３４は分散素子、３３５は分散素子で分散した光線をスリット鏡面に集光するための光学系、３３６はスリット鏡を形成した円板、３３７は前記円板を回転するためのモータである。
光増幅媒体３３２で生成された光線は光学系３３３でコリメートビームに変換されて分散素子３３４に入射する。分散素子３３４に入射したコリメートビームは、波長により異なる回折角で回折され、それらの回折光線は集光光学系３３５で集光され、スリット鏡を形成した円板３３６上の波長に応じて異なる位置に集光される。
これは、波長が連続した単色スポット光が帯状に集光されたもので、ここでは波長分散帯とよぶことにする。この波長分散帯の一部分を、円板上に形成されたスリット鏡が反射することで、分散素子３３４、集光光学系３３５、スリット鏡を形成した円板３３６の組み合わせが、波長選択機構として機能する。スリット鏡を形成した円板３３６をモータ３３７で高速に回転する事により、高速な波長掃引が可能となる。

特表２００７−５２６６２０号公報 特表２００８−５２９０６８号公報

特許文献１および特許文献２に開示された回転円盤方式の波長掃引光源は、速い波長掃引速度と長い可干渉距離（深達長）と高い深さ分解能を高い次元で並立可能である。
しかし、この波長掃引光源を実際に医用画像撮像装置に用いる波長掃引光源として利用しようとすると、つぎのような課題を有していることを本発明者らは発見した。
回転円盤方式の波長掃引光源を用いてＯＣＴ像を撮像する場合、回転円盤上のスリット鏡の、集光光学系が作る光軸方向の位置が、波長分散素子と回転円盤の間にある集光光学系の集光位置にあることが重要である。
つまり、集光光学系による集光位置からスリット鏡の位置が集光光学系の光軸方向にずれると、単色スポット径がぼけて大きくなるので、式（２）のスリット鏡で選択する波長幅δλが大きくなるため、可干渉距離Ｌは短くなり、深達長が浅くなる。

しかしながら、回転円盤方式の波長掃引光源の円盤を１分あたり１００００回転以上の高速モータの軸受には接触抵抗のない空気軸受けが知られており、この種の軸受には、回転に伴って軸ブレがあることがわかっている。
ここでの軸ブレとは、回転軸の動的な平行度誤差のことである。その結果、この軸を回転軸とした回転円盤は、回転に伴い面ブレし、その上のスリット鏡の位置は集光光学系の光軸方向に変動する。この位置変動が波長分散帯を構成する単色スポットの径の変動となり、選択波長幅を変動させるため、深達長を変動させることがわかった。

以下具体的に説明する。
図２の左側は、回転円盤方式の今回の発明の重要な要素を実施例図１から抜き出した図である。
光増幅媒体１５３、光束を可干渉距離に対応した幅に広げるコリメータレンズ１５２、波長を分散させる回折格子１５１、回転円盤１４０とその上のスリット鏡１４３、波長分散帯１５８の関係を図示している。
図２の右側は、その集光部分の拡大図である。スリット鏡１４３と波長分散帯１５８およびその波長分散帯１５８を構成する単色スポット１７３の関係を示している。
図２から早い波長掃引速度にするためには、回転円盤の回転数を上げることと波長分散長１７１を短くすることである。
単色スポット径１７３を小さくすれば、波長分散長１７１は短くなり、掃引速度をあげることが期待できるが、あまり小さくしすぎると一方で深達長の変動が大きくなってしまうという問題が生じる。
図３に集光レンズ１５０、この集光レンズ１５０に入射する光束１６３、集光されたスポット１７３が示されている。入射光束径をω、集光レンズの焦点距離をfとし、スポットサイズ１７２をωoとすると、次式（３）で表される。
ここで、特に断らない限り、スポット形状はガウス分布すると仮定しスポット径はピーク強度の１／ｅ²のレベルにおける直径とする。しかしＯＣＴで表現しているスペクトルδλやΔλは半値全幅巾（ＦＷＨＭ）なので、スポット径に関しては１／ｅ²のレベルでスライスした直径と半値でスライスした直径（ＦＷＨＭ、半値全幅巾）の変換は、次式（４）を用いて区別して表現する。

図４は回転円盤１４０の平面図で、集光スポット１７３の位置１７８と回転による回転円盤の位置関係を表したものである。
回転ディスクは中心Ｏ１７７を軸とし、右回転するとする。基準波長λoの集光スポット位置１７８を原点（θ＝０）とすると、円盤が回転するに従い、図上の９０°、１８０°、２７０°の位置にある円盤が集光スポットの位置１７８に移動する。
図５は回転円盤の側面図である。
回転円盤１４０は、回転軸ブレ１８０をもっており、空気軸受の場合、一般に±３０秒（角度）あることが知られている。
集光光束１７３は図のように１７８の位置に集光しているとする。軸ブレによって回転円盤は面ブレするので、回転円盤上の単色スポット径１７２は変動することになる。
回転円盤の直径を３インチとすると、回転円盤の円周では、回転円盤が１回転するごとに、集光レンズの光軸の方向に±５．５μｍの円盤面の変動がある。
このため、回転円盤上の単色スポット径は図４の右に示すように、面ブレ０の時（θ＝０°、１８０°）の単色スポットの断面形状を１７８とすると、面ブレ±５．５μｍ時（θ
＝９０°、２７０°）はぼけて広がった単色スポット断面形状１８１、１８２のようになる。
ここでは面ブレ最大幅の１／２を面ブレ振幅とよぶ。また、一般的には、回転円盤の面ブレは高次成分やランダムに変化する成分があるが、回転軸に対する円盤の取り付けアンバランスによる偏心が回転円盤の面ブレの主な原因なので回転同期な成分だけを考えればよい。

図２にもどるとその右図には、面ブレ０時（θ＝０°、１８０°）の単色スポット径１７２と回折格子による波長分散幅１７１の位置関係が示されている。
図６は、面ブレによって、単色スポット径ωoに比例して波長幅δλが悪化する説明図である。図に示すように、単色スポット径ωoと波長幅δλは、次式（５）に示すように比例関係がある。
ここに、δλは波長幅（半値全幅）、Nは回折格子１５１の溝本数密度、βは回折光の出射角、f _fは集光レンズの焦点距離である。
光束径ωo（１／ｅ²)は、面ブレ±５．５μｍ時（θ＝９０°、２７０°）はω_dfとなる。
図６の１９０は、面ブレ＝０時の、波長幅δλを説明する図である。縦軸は強度で、横軸は波長座標である。強度がピークの半値になる間隔が回折格子フィルターの波長幅δλ₀（半値全幅；ＦＷＨＭ；分解能）である。
図６の１９１に示すように、面ブレ±５．５μｍ時（θ＝９０°、２７０°）は円盤上の単色スポット径がω_dfとぼけて広がり、（５）式によって波長幅もδλ_dfも大きくなる。従って式（２）により、コヒーレント長が低下することになる。

図７は集光レンズ１５０が作る集光点近傍の説明図である。集光点はビームウエストωoとして、そこから回転円盤が面ブレにより光軸方向にｄ移動した時の光束径ωは以下式（６）で表される。
ここで、ω、ωoは１／ｅ²でスライスした直径なので、ＦＷＨＭにするには（４）式により換算する必要があるのは言うまでもない。
図８は（６）式を使って回転円盤上の単色スポット径を縦軸に、面ブレ量を横軸にした図である。
この図から面ブレ＝０時の単色スポット径ωo＝１．０μｍの光束とωｏ＝３．５μｍに注目し、この特性の面ブレが大きくなった時のスポット径の広がりをみると、面ブレ＝０の回転円盤上の径が小さくければ小さいほど、面ブレに対し急激に単色スポット径が広がるのがわかる。
また面ブレの振幅がわかると、掃引速度と深達長のバランスを取った単色スポット径の極値があることがわかる。
例えば、面ブレ振幅＝５．５μｍのところのディスク上のスポット径をみると約２．５μｍ以下にはならないことがわかる。このことは、面ブレの振幅が判れば、最適なスポット径ωoが存在することを示している。

図９は、これまで説明してきた面ブレ（軸ブレ）に回転円盤方式で対する課題のまとめ図である。
横軸はθ=０（面ブレ＝０）の回転円盤上の単色スポット径である。縦軸は、一つは掃引速度（実線）であり、もう一つは深達長の一様性（点線）である。
掃引速度を上げるためには単色スポット径を小さくすればよいことがわかるが、一方で単色スポット径の変動が大きいので深達長の一様性が悪化することがわかる。したがって、この両者のトレードオフをバランスよくする必要があった。
本発明は、上記課題に鑑み、掃引速度と深達長の一様性を両立させることが可能となる光源装置および該光源装置を備えた高画質で高速な断層画像を取得することが可能となる光干渉断層撮像装置の提供を目的とする。

本発明の光源装置は、一方のミラーと、円盤の円周上に等間隔に配置したスリット鏡から成る前記一方のミラーと対向して設けられた他方のミラーと、により構成された共振器を備え、
前記共振器内の光増幅媒体からの光を分散素子により波長分散させた分散光を、集光光学系により前記円盤のスリット鏡が形成された面上に集光させて該スリット鏡により波長選択し、
前記波長選択された波長を前記円盤を回転させて波長掃引する光干渉断層撮像装置に用いられる光源装置であって、
前記円盤を回転させる回転軸の動的な平行度誤差である面ブレ振幅をｄ_ｍａｘ、掃引波長幅の中心波長をλ₀、前記光干渉断層撮像装置により撮像される被検査物の屈折率をn、とするとき、前記円盤上に集光される単色スポット径であるωｏ（ＦＷＨＭ：半値全幅幅）が、次式の関係を満たすことを特徴とする。


また、本発明の光干渉断層撮像装置は、上記した光源装置により構成された光源と、
前記光源からの光を被検査物に照射し、前記被検査物からの反射光を伝達させる測定手段と、
前記光源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手段と、
前記測定手段からの反射光と前記参照手段からの反射光とを干渉させる干渉手段と、
前記干渉手段からの干渉光を検出する光検出手段と、
前記光検出手段で検出された光に基づいて、前記被検査物の断層像を得る画像処理手段と、
を有することを特徴とする。

本発明によれば、掃引速度と深達長の一様性を両立させることが可能となる光源装置および該光源装置を備えた高画質で高速な断層画像を取得することが可能となる光干渉断層撮像装置を実現することができる。

本発明の実施形態、実施例１における本発明の光源を用いた光干渉断層撮像装置（ＯＣＴ装置）の一例を示す模式図。 本発明の技術的課題の説明に用いる回転円盤とスリット、波長分散光、単色スポットなどの関係を示す図。 本発明の技術的課題の説明に用いる回転円盤上に生成される単色スポットの説明図。 本発明の技術的課題の説明に用いる回転ディスクの説明図。 本発明の技術的課題の説明に用いる回転ディスクの面ブレ変化とスポット形状変化の模式図。 本発明の技術的課題の説明に用いる面ブレ変化とコヒーレント長変化を説明する図。 本発明の技術的課題の説明に用いる面ブレ変化とスポット径変化を説明する図。 本発明の技術的課題の説明に用いる面ブレ時の回転円盤上のスポット径変化を表す図。 本発明の技術的課題の説明に用いる掃引速度と深達長一様性の関係図。 本発明の基本原理の説明に用いる面ブレ振幅が５．５μｍの時の初期スポット径ωoとの関係図。 本発明の基本原理の説明に用いる面ブレとコヒーレント長変化の関係を示す図。 本発明の基本原理の説明に用いる面ブレ振幅と最適スポット径の関係図。 従来例である特許文献１における回転円盤方式の波長掃引光源を示す図。 従来例である特許文献２における回転円盤方式の波長掃引光源を示す図。 本発明の実施例形態、実施例２における本発明の光源を用いた光干渉断層撮像装置（ＯＣＴ装置）の一例を示す模式図。

まず、掃引速度と深達長の一様性を両立させるようにした本発明の光干渉断層撮像装置用光源の基本原理について図１０を用いて説明する。
図１０は、面ブレ＝０におけるスポット径に対する面ブレ振幅＝５．５μｍにおけるスポット径の特性を示す図である。
横軸には面ブレ０時の単色スポット径ωo、縦軸には面ブレ５．５μｍでのスポット径ωである。このグラフから面ブレ振幅＝５．５μｍにおけるスポット径が極値をとるのはωo＝１．８μｍであることがわかる。
この時のスポット径ω_dfとωoとの関係は、円盤を回転させる回転軸の動的な平行度誤差である面ブレ振幅や基準波長λoに依存せず、次式（７）で示される関係がある。
従って、これまで説明したように、面ブレの振幅が５．５μｍあるとわかっているときの面ブレ＝０位置でのスポット径ωo（ＦＷＨＭ）を１．８μｍにしておくと、面ブレ＝５．５μmの時のスポット径ω_df＝２．５μmとなり、それによる深達長の低下は、大きくてもω_df／ωo＝１／√２＝０．７１に抑えられることが判った。

この状況をさらに説明したのが図１１である。図１１の（ａ）（ｂ）（ｃ）の３図とも横軸は円盤の回転角度で１回転３６０°分共通に示している。
縦軸は（ａ）は回転円盤の単色集光スポット位置（固定）での面ブレ変化を表している。θ＝０の時に面ブレ＝０とすると、θ＝１８０°でも面ブレ＝０、一方θ＝９０°では＋５．５μｍ、θ＝２７０°では−５．５μｍを示している。（ｂ）はその時の円盤上のスポットサイズ変化を示している。
ここではθ＝０における円盤上のスポットサイズ（ＦＷＨＭ）を１．８μｍとすると、θ＝９０°で２．５４μｍ、θ＝１８０°で１．８μｍ、θ＝２７０°で２．５４μｍとなる。
この結果（ｃ）ではθ＝０の時の深達長を１．０に規格化すると、θ＝９０°では０．７１となり、θ＝１８０°では１．０に戻り、２７０°では再び０．７１となりθ＝３６０°では深達長は１．０になることが判る。
以上をより一般化するために、図１２は面ブレ振幅ｄ_maxがわかっている時の最適な集光スポット径ωo(半値全幅幅： ＦＷＨＭ)をグラフ化したものである。
使用波長λとした時の最適スポット径ωo（ＦＷＨＭ）は、次式（８）で表される。ここで、λ₀は掃引波長幅の中心波長、nは光干渉断層撮像装置により撮像される検体（被検査物）の屈折率である。
ブレ振幅ｄ_maxをもつ回転円盤のブレ幅中点（面ブレ＝０）で上記（８）式で表される単色スポット径にすると、面ブレ＝ｄ_max時のスポット径は√２・ωo（ＦＷＨＭ）であることは式（７）で示した。
従って、ブレ振幅ｄ_ｍａｘをもつ回転円盤において、面ブレ＝０時に最適スポット径を上記（８）式に従うωo（ＦＷＨＭ）にすると、この面ブレによるコヒーレント長の一様性を７１％以上確保できる。
この面ブレ＝０におけるスポット径をωo（ＦＷＨＭ）以上にすると掃引速度は低下する。一方このωo（ＦＷＨＭ）以下にすると今度は深達長の一様性が低下する。
このことから、面ブレ＝０におけるスポット径を（８）式で示すωo（ＦＷＨＭ）にすることにより、掃引速度と深達長の一様性が両立できることがわかる。

以下、図を参照しながら本発明の実施形態におけ光干渉断層撮像装置に用いられる光源装置を説明する。
図１は、本発明の光源装置を用いた光干渉断層撮像装置（ＯＣＴ装置）の一例を示す模式図である。
本実施形態の光源装置は、一方のミラーと、円盤の円周上に等間隔に配置したスリット鏡から成る前記一方のミラーと対向して設けられた他方のミラーと、により構成された共振器を備える。
そして、前記共振器内の光増幅媒体からの光を分散素子により波長分散させた分散光を、集光光学系により前記円盤のスリット鏡が形成された面上に集光させて該スリット鏡により波長選択し、前記波長選択された波長を前記円盤を回転させて波長掃引するように構成されている。
具体的には、図１に示すように、光源部１０１は、周期的に光の発振波長が変化する波長掃引光源を備えて構成されている。
また、図１に示すように、光源部１０１を構成する波長掃引光源は、光共振器を構成するハーフミラー１５５と、スリット鏡１４３と、の内側に光利得媒体１５３と、光利得媒体１５３より放出される光に波長に応じて角度分散を与える分散素子としての回折格子１５１と、を挟持して構成されている。
スリット鏡１４３は、回転可能な円盤１４０の回転中心から等距離の円周上に、複数配置され、回転する機構を有する波長選択素子を構成している。
光源部１０１は、光ファイバー１１０を介して光源部１０１より射出された光を検体１１４への照射光と、参照光に分岐すると共に、検体１１４からの反射光と、参照光と、の干渉光を発生させる干渉光学系１１５に接続されている。
干渉光学系１１５は、光カップラー１０３を介して、光ファイバー１０５、光走査用ミラー１０７、集光レンズ１０６等で構成された測定部１１６と、光ファイバ１０５’、反射ミラー１０４等で構成され参照用に光を照射する参照部１１７と、が接続されている。
光カップラー１０３内で検体１１４からの反射光と、参照光と、の干渉光が発生する。

図１において１１８は、光ファイバー１１９、光検出器１０９等で構成される光検出部であり、干渉部を構成する光カップラ１０３に接続され、測定部１１６と参照部１１７により生成される光断層画像となる干渉信号を検出する。
１０２は、光検出部１１８で検出される干渉信号を、フーリエ変換して測定物１１４の断層画像を得るための信号処理を行なう信号処理部である。つまり、光検出部で検出された干渉信号の強度に基づいて、検体の断層像を得る演算処理部である。
信号処理部は一般的にはパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等のコンピュータで構成される。１１３は、信号処理部で構成された断層画像を表示するための表示装置であり、ＰＣ用のディスプレイ等で構成される。

光断層画像の元となる干渉信号は、等速度な回転機構１４１による波長掃引により時間的に等間隔なサンプリングで取得される。
この一連の波長掃引干渉信号の波長を特定するために、トリガー信号が用いられる。
１５９はトリガー信号を作り出す光源、１６０は光束を集光して回転円盤上のパターンに照射する集光レンズ、１６２は光ディテクターであり、反射部材である１４３の通過によりＯＮ／ＯＦＦ信号が検出されトリガー信号となる。

このトリガー信号は、１波長掃引毎に１回出力し、そのタイミングを、光断層画像干渉信号のサンプリングと共に記憶機能部位１３２により記憶される。
そして、回転機構１４１による予め設定されている回転速度と、該トリガーのタイミングにより、スリット鏡の回転角φをもとめ、このφによりサンプリングされた光周波数に換算する。
なお、トリガーパターン位置は、本例では、回転円盤上のパターンをスリット鏡列１４３のトラックを共用している。
スリット鏡列は、等角度間隔でホイール上を配置してあるので、波長掃引中のスリットでトリガーを出す必要は必ずしもなく、図１のように、機械的に干渉しない位置に波長分散光束１５８に位置とは離してトリガー光学系を配置してもよい。
また、別途トラックを変えたところにトリガー用のパターンが配置してあってもよい。さらには、この場合は、回転円盤１４０が等速回転しているので、円盤が１回転するごとに１回トリガー信号を出すようにしてもよい。

図１に示した光源部１０１の他の構成要素について以下、簡単に説明する。
半導体光増幅素子等で構成される光利得媒体（光増幅媒体）１５３の両側にはコリメータレンズ１５２と１５４とが夫々配され、コリメータレンズ１５２を経た光束は、回折格子１５１及び集光レンズ１５０を経て回転円盤１４０上に入射し、波長分散光束１５８を構成する。
一方、コリメータレンズ１５４を経た光束は、ハーフミラー１５５よりレーザー光として射出され、カップリングレンズ１５６を介してファイバー端子１５７より光ファイバー内に導波される。
図１に示した光干渉断層撮像装置において、１１２は信号処理部１３３に接続された制御装置であり、この制御装置によりモーター１４１に接続されたドライバーや測定部１１６内の２次元走査用ミラー１０７を駆動するためのドライバーが制御される。

本実施形態において、演算処理部は、パーソナルコンピュータ等の演算処理部で構成できる。
より具体的には、半導体素子を集積化した集積回路を用いて構成することができ、ＩＣ、ＬＳＩ、システムＬＳＩ、マイクロ処理ユニット（ＭＰＵ）、中央演算装置（ＣＰＵ）等で構成することができる。
また、本実施形態において、光を放出する光増幅媒体としては、例えば、半導体レーザを構成する活性層や、半導体光増幅器（ＳＯＡ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ））を構成する活性層、エルビウムやネオジウム等を含有する希土類添加（イオンドープ）光ファイバー、光ファイバー中に色素を添加して色素により増幅を行うもの等を用いることができる。
半導体レーザーや半導体光増幅器を構成する活性層は、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。これらの活性層は、利得の中心波長が、例えば、８４０ｎｍ、１０６０ｎｍ、１１５０ｎｍ、１３００ｎｍ、１５５０ｎｍ等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。

本実施形態において、光増幅媒体より放出される光に波長に応じて角度分散を与える分散素子は、透過型または反射型の回折格子、プリズム、さらには回折格子とプリズムを合体させた光学素子、等を採用することができる。
回転円盤１４０は、回転軸ブレをもっており、一般に、空気軸受の場合±３０秒（角度）、ベアリングの場合±１０秒（角度）程度であることが知られている。軸ブレによって回転円盤は面ブレするので、回転円盤上の単色スポット径は変動することになる。

以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１として、本発明の光源を用いた光干渉断層撮像装置（ＯＣＴ装置）の構成例を、図１を用いて説明する。
まず、図１に於ける、光源部１０１を構成する周波数掃引光源の原理について説明する。回折格子１５１の波長分散機能による波長分散とその波長選択を説明する。
本実施例では図１における回転円盤１４０が回転することにより、回転円盤１４０内に作り込まれた光共振器の一方のミラーであるスリット鏡１４３が、回折格子１５１により分散した波長分散光束１５８の中からスリット鏡１４３の位置に対応する特定の波長を選択する。
スリット鏡で選択された波長光束は反射して、集光レンズ１５０、回折格子１５１、コリメータレンズ１５２を経てもどり、光利得媒体１５３により増幅される。
その光束は、さらに進んで、コリメータレンズ１５４を経てミラー共振器１５５に到達する。ここで光束は反射してこれまでと逆に進み、光利得媒体１５３側に再びもどる。
以上を繰り返すことにより、スリット鏡１４３とハーフミラー１５５で構成される光共振器の間を光束が往復してレーザーは発振する。
つぎに、スリット鏡１４３（スピンドル軸１４２を介してスピンドルモーター１４１に接続）の位置が動くと、動いた位置での波長が選択され、その波長で同様にレーザー発振す
る。

このように、ホイール上のスリット鏡１４３が回転し、スリット鏡が移動することにより、波長掃引したレーザー発振となる。
次に、波長分散光束１５８の波長分布について述べる。
一方、波長分散光束１５８は、回折の原理により、次式（９）の関係で表されることが知られている。
ここで、αは回折格子への入射角、βは出射角である。
角度は、回折格子の法線から反時計回りが正、時計回りが負である。Nは回折格子の溝本数密度で格子ピッチの逆数である。ｍは回折次数で、±１、±２・・・となる。ここではｍ＝＋１とする。

基準波長λoの時の入射角αを、ブラッグ回折角（α＝-β）として固定すると、波長λoの時の入射角αは、つぎの式（１０）で示される。
また、波長λの時の出射角βは、次式（１１）で表される。

基準波長λoに対する波長λの出射角の差をΔβとすると、次式（１２）となることが理解される。

いま、集光レンズ１５０の焦点距離をf _fとすると、回転円盤上の波長分散光束の波長λと位置Ｄλとの関係は、基準とする所定の波長λoが入射（落射）する位置を原点とすると、次式（１３）で表される。

つぎに回転円盤上に入射（落射）した波長分散光束は、スリット鏡１４３が等速で移動するので、波長分散光束１５８を等間隔で波長選択をしていくことになる。
一方、回転円盤上のスリット鏡１４３の、回転角φと波長分散光束の関係は、次式（１４）となる。
ここで、基準波長の入射（落射）位置を回転角φの原点にしている。

ところで、波長掃引は短波長から長波長に掃引する方が逆に掃引する場合に比して光出力が強いことが知られている。そこで、回転角の符号は基準波長に対し短波長は負、長波長側は正とすると、
式（１３）と式（１４）を用いて、次式（１５）となる。

この式（１５）から光周波数は、次式（１６）が導かれる。

しかし、前述したように、光干渉信号からフーリエ変換して、光断層像（断層画像）を得るためには、等光周波数間隔でサンプリングした光干渉信号が必要になる。
したがって、等回転間隔、つまり等時間間隔でサンプリングした光干渉信号を、等光周波数間隔でサンプリングした光干渉信号にする必要がある。
そのために、等回転間隔（等時間間隔）によるサンプリングされた光干渉信号を一旦、記憶装置１３２に記憶する。そして、この等回転間隔から決定される回転角φを、（１３）
式により光周波数に変換する。これにより、不等間隔ではあるが光周波数間隔でサンプリングした光干渉信号を得る。次に、上記の不等間隔な光周波数でサンプリングした光干渉信号から、等光周波数間隔でサンプリングした光干渉信号データ列を生成する。
これはデータ補間によって求める。サンプリングしたい光周波数の光干渉信号データ列は、その光周波数を挟む、上述した不等間隔な光周波数でサンプリングした光干渉信号データに基づき、補間により求められる。
この処理機能部位により等光周波数間隔でサンプリングした光干渉信号データ列が得られる。このようにして得られた光干渉信号データ列をフーリエ変換して、光断層像（断層画像）を得ることができる。

以上の実施形態に於いて、本発明のポイントは、回転円盤上のスポット径を定めることにある。
スポット径を定めるには、回転円盤の面ブレの振幅を把握する必要がある。この把握方法は、モータの設計仕様書から見積もってもよいが、実際に測定してもよい。測定方法は、実際にモータを回転駆動させながら、非接触の光学的センサーや静電容量センサーなどにより、回転円盤の周辺にパターンニングされているスリット鏡近傍における回転円盤を回転させる回転軸方向の変動を測定する。
面ブレ振幅がわかると、式（８）により、集光スポット径ωo(半値全幅幅： ＦＷＨＭ)を決める。
その際、このωoを、

０．６μｍ＜＝ωｏ（ＦＷＨＭ）＜＝１０μｍ

の範囲とすることが望ましい。
次に、円盤上でωoを実現するには、式（３）を用い回折格子１５１による回折光１６３の光束径ω（１／ｅ²径であることに注意）と集光レンズ１５０の焦点距離 f の組合せをきめる。

これを具体例で示す。掃引の中心波長を１．３２μｍとする。また回転円盤の直径を３インチとし、モーターの回転軸ブレは非接触センサーにより±４５秒と測定したとする。スリット鏡がパターニングされている回転円盤の周辺の面ブレ振幅は８．３μｍとなる。これから、式（７）により、最適スポット径ωo（ＦＷＨＭ）＝２．２μｍとなる。これからωo（１／ｅ²）は（４）式により３．７μｍになる。つぎに式（３）により回折格子からでる光束径と集光レンズ１５０の焦点距離f_fは、次式（１７）となる。
したがて、集光レンズ１５０の焦点距離をf_f ＝９ｍｍとすると、回折格子からでる光束径はω（１／ｅ²）＝４．１ｍｍとなる。
本実施例では、中心波長の回折格子１５１への入射角と回折角は同一にしているので、回折格子への入射光束径も４．１ｍｍとなる。ここからコリメータレンズ１５２の焦点距離f_cがきまる。光利得媒質１５３の出射ＮＡは０．４５程度（１／ｅ²）であるので、f_c＝ω／（２・ＮＡ）＝４．６ｍｍとなる。
以上のようにして、光増幅媒体と分散素子を構成する回折格子の間に配置されたコリメータレンズの焦点距離f_cと、前記集光光学系を構成するレンズの焦点距離f_fを決め、これらに基づいてスポット径ωoの光を生成することができる。

スポット径ωoは、（８）式を満たす範囲であることが必要である。一方面ブレ振幅ｄ_maxが少なければωoが０に近づくことになるが、これは物理的にありえない。最少スポット径は、面ブレ振幅の下限は１μｍであるので、使用波長を０．８４μｍとすれば（８）式により、０．６μｍが限界となる。
また、スポット径の上限は、図２における波長分散幅１７１を５ｍｍ、色分解点数（ｋ_n）を５００点が掃引速度、検出分解能が実用上の限界であるので、スポット径の上限は１０μｍとなる。

［実施例２］
実施例２として、本発明の光干渉断層撮像装置用光源を備えた光干渉断層撮像装置（ＯＣＴ）の構成例について、図１５を用いて説明する。
本実施例のＯＣＴ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（被検査物）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、を干渉させる。そして、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、断層情報を得るように構成される。

図１５において、１４８２は本発明の波長挿引をするようにした光源装置を用いた光源部、１４８６は検体である眼を構成する眼底の網膜を示す。１４９０は眼底を走査するためのミラーであり、検体１４８６からの反射光を伝達させる光ファイバー１４８５と共に検体測定部を構成する。
１４８８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１４８７と共に参照部を構成する。
１４８４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。
１４９６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。１４９７はその断層像を可視化するディスプレーである。

光源部１４８２より出射された光束は、ファイバー１４８３を通り、カップラー１４８４で２方向に分岐する。
分岐した一方の光束は、ファイバー１４８５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１４８５を再び通りファイバーカップラ１４８４に戻る。
分岐した他方の光束はファイバー１４８７を通り参照ミラー１４８８を照射する。この反射光はファイバー１４８７を再び通りファイバーカップラー１４８４に戻る。
カップラー１４８４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１４９４を通って光電変換素子１４９５に入る。

このとき光源部１４８２より出射される光の波長を（１２）式に示すλ１からλ２式まで変化させると、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１４９６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１４９０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１４９７により可視化することにより光断層像が得られる。
ここで光源部１４８２を実施例１で示した光源装置で構成したものとして、空間変調器の画素数と画素ピッチについて述べる。
ＯＣＴ装置における検体の深さ方向の分解能と検出幅は光源スペクトルの波長挿引幅とスペクトル幅に依存することは前述した通りであり、（２）式のＬが深さ方向の検出幅で
あり、（１）式が検出分解能となる。

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（１１）式に示した通りである。
実施例１の光源装置は、短波長端と長波長端の幅Δは、Δ＝４．６ｍｍであり、λ１−λ２＝０．１２μｍである。
Δ＝４．６ｍｍを光源装置を構成する空間変調器により１０００分割するとΔλ＝０．１２ｎｍとなり、本式に従うと、検出可能な被検体の厚み方向（光軸方向）最大幅はＬ＝１１ｍｍとなる。

また、このときの検出可能な検体の厚み方向（光軸方向）の分解能ΔＬは（１２）式より、ΔＬ＝５．５μｍとなる。
画素数１０００個、画素ピッチ４．６μｍの空間変調器を光源装置に用いることにより、被検深さ１１ｍｍ、分解能５．５μｍのＯＣＴ装置が構成できる。
本発明による光源装置により挿引速度が１００ＫＨｚ以上のため高速に光断層像が検出できまた検出深さ幅が広く深さ方向の検出分解能が高いＯＣＴ装置を提供できる。
尚、本発明のＯＣＴ装置は、実施例で示した光源装置を光源部に用いたものは、勿論、本発明の光源装置を光源部に用いたものを包含する。

１０１：光源部
１０２：演算処理部
１１４：検体
１１５：干渉光学系
１１８：光検出部
１４３：スリット鏡
１５１：分散素子
１５３：光増幅媒体
１５５：ハーフミラー

Claims (7)

1. 一方のミラーと、円盤の円周上に等間隔に配置したスリット鏡から成る前記一方のミラーと対向して設けられた他方のミラーと、により構成された共振器を備え、
   前記共振器内の光増幅媒体からの光を分散素子により波長分散させた分散光を、集光光学系により前記円盤のスリット鏡が形成された面上に集光させて該スリット鏡により波長選択し、
   前記波長選択された波長を前記円盤を回転させて波長掃引する光干渉断層撮像装置に用いられる光源装置であって、
   前記円盤を回転させる回転軸の動的な平行度誤差である面ブレ振幅をｄ_ｍａｘ、掃引波長幅の中心波長をλ₀、前記光干渉断層撮像装置により撮像される被検査物の屈折率をn、とするとき、前記円盤上に集光される単色スポット径であるωｏ（ＦＷＨＭ：半値全幅幅）が、次式の関係を満たすことを特徴とする光源装置。
   
2. 前記ωo(半値全幅幅： ＦＷＨＭ)が、以下の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
   
   ０．６μｍ＜＝ωｏ（ＦＷＨＭ）＜＝１０μｍ
   
3. 前記ωo(半値全幅幅：ＦＷＨＭ)の光は、前記光増幅媒体と前記分散素子の間に配置されたコリメータレンズの焦点距離と、前記集光光学系を構成するレンズの焦点距離と、に基づいて生成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光源装置。
4. 前記面ブレ振幅は、前記円盤を回転させる回転軸のスリット鏡近傍における回転軸方向の変動を測定して設定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光源装置。
5. 前記光増幅媒体は、半導体レーザを構成する活性層、半導体光増幅器を構成する活性層、エルビウムやネオジウムを含有する希土類添加（イオンドープ）光ファイバー、または光ファイバー中に色素を添加して色素により増幅を行う光増幅媒体、のいずれかにより構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光源装置。
6. 前記分散素子は、透過型または反射型の回折格子、プリズム、または回折格子とプリズムを合体させた光学素子、のいずれかにより構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光源装置。
7. 請求項１に記載の光源装置により構成された光源と、
   前記光源からの光を被検査物に照射し、前記被検査物からの反射光を伝達させる測定手段と、
   前記光源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手段と、
   前記測定手段からの反射光と前記参照手段からの反射光とを干渉させる干渉手段と、
   前記干渉手段からの干渉光を検出する光検出手段と、
   前記光検出手段で検出された光に基づいて、前記被検査物の断層像を得る画像処理手段と、
   を有することを特徴とする光干渉断層撮像装置。