JP2015105942A - 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】コヒーレント長と反射光量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１５５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対向して設けられた他方のミラー１４３により構成された共振器を備え、共振器内の光増幅媒体１５３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、前記円盤のスリット鏡におけるスリット幅は、前記円盤上に集光される単色スポット径で決定される。
【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、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、多面体ミラーを用いて波長掃引するポリゴンミラー方式が特許文献１に示されている。
また、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２に開示されている。

図９にポリゴンミラー方式の光源、図１０に回転円盤方式の公知の波長掃引光源を示す。ここでは特許文献２に記載した図１０で説明する。図１０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。
回転円盤方式の回転円盤上のスリット鏡の幅はコヒーレント長を決める重要な要素である。スリット鏡の幅が広いと、反射光エネルギーは大きくなり、光源の強度は強くなるが、スリット鏡で選択する波長幅δλが大きくなるため、式（２）示すように可干渉距離Ｌは短くなり、深達長が浅くなることがわかった。
一方、スリット鏡の幅が狭いと、コヒーレント長は分散素子で決まる値に限りなく近づくが、スリット鏡からの反射光量が少なくなり、レーザー発振しないのでＯＣＴ信号がでないという課題があった。
図５は、横軸にスリット幅、縦軸は左側に深達長（コヒーレント長の１／２）を実線で、右側にスリットミラーで光増幅媒体に返す反射光量を点線で示している。
このようにコヒーレント長と反射光量がバランスしたスリット幅はトレードオフ関係にあることがわかる。したがって、この両者のトレードオフのバランスよいスリット幅を採用することが必要となる。
本発明は、上記課題に鑑み、コヒーレント長と反射光量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、
前記円盤のスリット鏡におけるスリット幅であるｗ_ｓｌｉｔが、前記円盤上に集光される単色スポット径であるωｏ_{（ＦＷＨＭ）}（半値全幅巾）に対し、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、コヒーレント長と反射光量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。 本発明の実施形態におけ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示す図。 本発明の実施形態における回転円盤上に生成される単色スポットの説明図。 本発明の実施形態における光利得媒体からスリット鏡までの拡大図。 本発明の技術的課題の説明に用いるスリット幅に対するコヒレント長と反射光量の関係図。 本発明の実施形態におけるコヒーレント長低下を説明する図。 本発明の実施形態におけるコヒーレント長が得られるスリットの条件を説明する図。 本発明の実施例２における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。 従来例である第一の公知例について説明する図。 従来例である第二の公知例について説明する図。

まず、コヒーレント長と反射光量を両立させるようにした本発明の光干渉断層撮像装置の基本原理について図を用いて説明する。
はじめに、図２を用いて、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について説明する。
本実施例では図１におけるスリットホイール１４０が回転することにより、その上にパターニングされているスリットホイール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ミラー１４３が、該回折格子１５１により分散した波長分散光束１５８の中からスリットミラー１４３の位置に対応する特定の波長を選択する。

スリットミラー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１（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２（１５４）を経てとおりミラー共振器２（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、共振器１（スリットミラー１４３）とハーフミラー１５５で構成される光共振器２の間を光束が往復してレーザーは発振する。

つぎに、スリットミラー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ミラー１４３が回転し、スリット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。
図３は、図２で示した３波長の光束の内、基準となる単波長の光束の集光状態を表す。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_{（ＦＷＨＭ）}、集光レンズの焦点距離をｆとし、スポット径１７２をωｏ_{（ＦＷＨＭ）}とすると、次式（３）で表される。
ここで、スポット形状はガウス分布すると仮定しスポット径ω_{（ＦＷＨＭ）}、ωｏ_{（ＦＷＨＭ）}はピーク強度の１／２レベルにおける直径とする。ＯＣＴで表現しているスペクトルδλやΔλは半値全幅巾（ＦＷＨＭ）である。

図４の左側の拡大図は、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６は、回転円盤上のスポット径とスリット幅によるスペクトルとそれらのコヒーレント関数の関係を表したものである。
図６の上段（Ｉ）は、スペクトル関数を示したもので、横軸は波数で、波長との関係は
、次式（４）で示される。
（ａ）は回折格子フィルター関数、（ｂ）はスリットフィルター関数、（ｃ）は総合フィルター関数として前記２項（ａ）、（ｂ）をコンボリューションしたものである。

図６の下段（ＩＩ）は、コヒーレント関数を示したもので、横軸は実座標ｘである。上段の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のそれぞれのフーリエ変換に対応する。この場合（ｃ）は（ａ）、（ｂ）の積として表される。
具体的に式で示すと、つぎのとおりである。
格子フィルター関数Ｆ_ｇｆ（ｋ）は半値幅δｋ_ｇｆのガウシアン形状であるとすると、次式（５）で表される。
ここで、δｋ_ｇｆは回折格子フィルターのフィルター幅であり、波長分解能にあたる。

この回折格子フィルターのフーリエ変換は、回折格子フィルターのコヒーレント関数Ｃ_ｇｆ（ｘ）である。
これは、次式（６）で表される。
このＣ_ｇｆ（ｘ）が１／２の値になるｘを、回折格子フィルターのコヒレント長ＣＬ_ｇｆと呼ぶ。式（６）から、次式（７）が導かれる。

一方、スリットフィルター関数は、次式（８）で表される。
ここでδｋ_ｓｌｉｔは、スリットフィルター幅を波数空間で表したものである。
このフーリエ変換は、スリットのコヒーレント関数Ｃ_ｓｌｉｔと呼び次式（９）で表される。
ここで注目することは、スリットコヒーレント関数Ｃ_ｓｌｉｔ（ｘ）はｓｉｎｃ関数であるので、値が０になるｘがある。このｘをゼロクロス点ＺＬ_ｓｌｉｔと呼ぶ。

この最初のゼロクロス点ＺＬ_ｓｌｉｔはｓｉｎｃ関数の（ ）内がπの時であるから、式（９）より次式（１０）のように示される。
この（１０）式からわかるように、スリット幅に対応するスリットフィルター関数幅
δｋ_ｓｌｉｔが大きいとゼロクロス長ＺＬ_ｓｌｉｔが短くなる。

ここで、回折格子フィルター関数とスリットフィルター関数が合成された総合フィルタ関数は上段（ｃ）に表されるように、この二つのコンボリューションとして
、次式（１１）で表される。
これは、実空間ｘの総合コヒーレント関数は、以下のように、回折格子とスリットのコヒーレント関数の積として、次式（１２）で表される。

（１２）式は、本回転円盤方式の総合コヒーレント関数である。
この（１２）式から、総合コヒーレント関数は、スリットコヒーレント関数Ｃ_ｓｌｉｔがゼロになるゼロクロス点ＺＬ_ｓｌｉｔで一緒に０になることがわかる。つまり本回転円盤方式の深達長は、スリットコヒーレント関数のゼロクロス点までとなる。もちろん、この場合コントラスト回復やＳＮ低減などの画像処理をする必要があることはいうまでもない。
このように、回転円盤方式波長掃引光源では、スリット幅がコヒーレント長（深達長）を短く（浅く）していることが課題であった。

一方スリット幅ゼロの時のコヒーレント長は、（７）式で示すように回折格子のコヒーレント関数の１／２の値になる長さであるＣＬ_ｇｆを性能の基準とすることがこのＯＣＴ
業界では通用している。
そこで図７に示すように、このＣＬ_ｇｆを実現するためには、スリットコヒーレント関数Ｃ_ｓｌｉｔのゼロクロス長ＺＬ_ｓｌｉｔは、次式（１３）の関係が必要であることがわかった。
これは、（７）式、（１０）式から、次式（１４）のようになることがわかった。

ここで、波数幅δｋと波長幅δλの関係（４）式より、次式（１５）のようになる。

また、回転円盤上の回折格子フィルターのスペクトルδλ_ｇｆ、スリット鏡で反射される波長帯域δλ_ｓｌｉｔは、次式（１６）、（１７）のように表される。
ここに、ω_{ｏ（ＦＷＨＭ）}は回転円盤上のスポット径（ＦＷＨＭ）、Ｗ_ｓｌｉｔは回転円盤上のスリットミラーの幅、Ｎは回折格子の溝本数密度、ｆ_ｆは集光レンズの焦点距離、βは光束の回折格子からの出射角である。

また、スリット幅の最少幅は、スポット径ω_{ｏ（ＦＷＨＭ）}の１／２が反射光量から好ましいことがガウシアン分布した光束の解析により解っている。
以上より、（１４）式は、（１５）、（１６）、（１７）式を用いて、次式（１８）のようになる。
このように（１８）式の範囲のスリット幅のスリット鏡を用いて、反射光量と深達長が両立できることがわかる。
その際、スリット幅ｗ_ｓｌｉｔを、以下の範囲とするのが望ましい。

０．３μｍ＜＝ｗ_ｓｌｉｔ＜＝５μｍ

以下、図を参照しながら本実施形態における光干渉断層撮像装置に用いられる光源装置について説明する。
図１は、本実施形態における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。
図１の光源部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１０２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。本願発明において、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。
本発明において、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。
本発明において、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、回折格子（透過型，反射型）、プリズム、さらには回折格子とプリズムを合体させたもの等を採用することができる。

回転円盤上のスリット幅Ｗ_ｓｌｉｔは、（１８）式に示すように、スポット径をω_{ｏ（ＦＷＨＭ）}の関係は、次式（１９）の範囲とすることにより、回折格子で決まるコヒーレント以上の深達長でＳＮよい光干渉断層撮像を取得することができる。

また、モータの軸ブレによる回転円盤の面ブレ振幅が大きくて７μｍ程度ある。そこで深達長の一様性を抑えるためには、スポット径ω_{ｏ（ＦＷＨＭ）}は、２．１μｍ程度が最適であることがわかっている。また、下限は、やはり面ブレ振幅の最小値が、機械的精度から１μｍあり、このことから、スポット径の下限は０．６μｍとなることもわかっている。
このことから、回転円盤上のスリット幅Ｗ_ｓｌｉｔは、次式（２０）の条件を満たすことが重要である。

以下、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、本発明の光干渉断層撮像装置に用いられる光源装置の構成例について説明する。
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。はじめに、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（２１）の関係が知られている。
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、次式（２２）で示される。
。
また、波長λの時の出射角βは、以下の次式（２３）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（２４）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（２５）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（２６）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（２５）と式（２６）を用いて、次式（２７）となる。

この式（２７）から光周波数は、次式（２８）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、回転円盤上のスリット幅を定めることにある。これを具体例で示す。
掃引の中心波長を１．３２μｍ、必要なコヒーレント長をＬ＝４ｍｍ、必要深さ分解能をδＬ＝１０μｍとし、回折格子の格子密度Ｎ＝９００本／ｍｍ、β＝３６．４°、集光レンズの焦点距離ｆ_ｆ ＝９ｍｍ、とすると、
δλ_ｇｆは（２）式を変形すると、次式（２９）となる。
この式（２９）より、次式（３０）を導くことができる。
ただし、ここではｎ＝１としている。
次に、単色スポット径ω_{ｏ（ＦＷＨＭ）}を求めるために、（１６）式を変形すると、次式（３１）となる。
これにより、次式（３２）を求めることができる。
従ってスリット幅における、回折格子のコヒーレント長が回復可能な幅は、（１８）式より、次式（３３）となる。

次に、掃引速度を考察する。
ここでδＬ＝１０μｍなので、深さ分解能の式（１）より、掃引波長幅Δλは、次式（３４）となる。
この（３４）式のΔλと（３０）式のδλおよび（３２）式の単色スポット径ω_{ｏ（ＦＷＨＭ）}から、図４の波長分散幅１７１は、次式（３５）となる。
（数３５）
波長分散幅＝７７４μｍ・・・（３５）

ここで、回転円盤１４０の直径を３インチとしモーター１４２の回転速度を６００００回転／分とすると、周速は２３９ｍ／ｓとなり、次式（３６）が実現できる。
（数３６）
掃引速度＝３０９ｋＨｚ・・・（３６）

また、このときのコリメータレンズ１５２の焦点距離ｆ_ｃを、次式（３７）からもとめる。

光増幅媒体の活性層に垂直方向の出射角は３０°（ＦＷＨＭ）が一般的であるので、この時のＮＡ_{（ＦＷＨＭ）}＝０．２６となる。
さらに、光束径ω_{（ＦＷＨＭ）}は（３）式より、ω_{（ＦＷＨＭ）}＝２．７２ｍｍとなり、このことから、ｆ_ｃは、次式（３８）となる。

以上に記した光学素子（コリメータレンズｆ_ｃ＝５．２５ｍｍ、回折格子Ｎ＝９００本／ｍｍ、集光レンズｆ_ｆ ＝９ｍｍ）を用い、スリット幅Ｗ_ｓｌｉｔを、次式（３９）とすることにより、コヒーレント長Ｌ＝４ｍｍの回転円盤方式のＯＣＴ波長掃引を実現できる。

［実施例２］
実施例２として、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）の構成例について説明する。
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、断層像を得るように構成されている。本実施例では、この断層像のフィルター関数を、スリット幅のフィルター関数でデコンボリューションすることにより、高画質な断層画像を取得する構成を採ることができる。
図８は、本発明のＯＣＴ装置の一例を示す模式図である。
図８において１４８２は本発明の波長挿引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１１６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１１０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、（１２）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（２）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（１）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 (6)

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、
   前記円盤のスリット鏡におけるスリット幅であるｗ_ｓｌｉｔが、前記円盤上に集光される単色スポット径であるωｏ_{（ＦＷＨＭ）}（半値全幅巾）に対し、次式の関係を満たすことを特徴とする光源装置。
   
2. 前記ｗ_ｓｌｉｔ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。
   
   
   ０．３μｍ＜＝ｗ_ｓｌｉｔ＜＝５μｍ
   
3. 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または請求項２に記載の光源装置。
4. 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３のいずれか１項に記載の光源装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項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。
6. 前記断層像のフィルター関数を、前記スリット幅のフィルター関数でデコンボリューションすることを特徴とする請求項５に記載の光干渉断層撮像装置。