JP2015169513A - Optical detection device and measurement device adopting optical detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光干渉断層計測に用いることが可能な光検出装置及びこの光検出装置を用いた計測装置に関する。 The present invention relates to a photodetection device that can be used for optical coherence tomography measurement and a measurement device using the photodetection device.
従来から、光干渉断層計測（ＯＣＴ）、例えば、ＳＤ−ＯＣＴ（スペクトルドメイン領域―ＯＣＴ）では、広帯域光源を利用して、この広帯域光源からの低コヒーレンス光を二つの光路に分割し、一方の光路に配置された計測対象からの反射光と他方の光路に固定されている固定参照ミラーからの反射光とを再び光路合成して干渉させ、干渉光を分光器により波長ごとに分解し、波長分解されたスペクトル干渉信号を多数の受光素子（例えば、ラインセンサ）により取得し、このスペクトル干渉信号をフーリエ変換し、このフーリエ変換された信号を解析して、計測対象の深さ方向の断層画像を取得している。 Conventionally, in optical coherence tomography (OCT), for example, SD-OCT (spectral domain region-OCT), a broadband light source is used to divide low-coherence light from the broadband light source into two optical paths. The reflected light from the measurement object placed in the optical path and the reflected light from the fixed reference mirror fixed to the other optical path are combined again to cause interference, and the interference light is decomposed for each wavelength by the spectrometer. The decomposed spectral interference signal is acquired by a large number of light receiving elements (for example, line sensors), the spectral interference signal is Fourier transformed, the Fourier transformed signal is analyzed, and the tomographic image in the depth direction of the measurement target Is getting.
しかしながら、光の波長と波数とは逆数の関係にあるため、波長分解方向に対応して配列された受光素子の配列方向（以下、波長軸方向）の間隔に対して干渉縞の発生間隔が等間隔とならず、その結果、光軸方向の分解能が劣化し、計測対象の断層画像が劣化する。 However, since the wavelength of light and the wave number are in a reciprocal relationship, the generation interval of interference fringes is equal to the interval in the arrangement direction (hereinafter referred to as the wavelength axis direction) of light receiving elements arranged corresponding to the wavelength resolution direction As a result, the resolution in the optical axis direction deteriorates and the tomographic image to be measured deteriorates.
そこで、この光軸方向の分解能の劣化を改善するために、分光器によって波長分解されたスペクトル干渉信号を取得後、ソフトウエア的に、補間処理を行い、適切な間隔で再度サンプリング（リサンプリング）を行うことによって、波長軸方向に対して等間隔の干渉縞を得ている（例えば、特許文献１参照、特許文献２参照。）。 Therefore, in order to improve the resolution degradation in the optical axis direction, after obtaining the spectral interference signal wavelength-resolved by the spectroscope, it performs interpolation processing in software and samples again (resampling) at appropriate intervals. By performing the above, interference fringes at equal intervals in the wavelength axis direction are obtained (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
しかしながら、分光器により波長分解されたスペクトル干渉信号に対して、ソフトウエア的に補間処理を施し、かつ、再度サンプリング処理を施すことにした場合、サンプリング処理を行わない場合に較べて処理時間がかかる。
時間分解能がより一層高く、すなわち、１枚の断層画像を得るのに要請される時間がより一層短く、かつ、長時間に渡って断層画像の取得が要請される場合、ソフトウエア的に処理量が増大するため全体としての処理時間が長くなる。
However, if the spectral interference signal wavelength-resolved by the spectroscope is subjected to interpolation processing by software and the sampling processing is performed again, the processing time is longer than when the sampling processing is not performed. .
If the time resolution is higher, that is, the time required for obtaining one tomographic image is much shorter and the acquisition of tomographic images over a long period of time is required, the amount of processing in software Increases the processing time as a whole.
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、ソフトウエア的にスペクトル干渉信号の補間処理及びリサンプリング処理を行うことなく光軸方向の分解能の改善に寄与する光検出装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a photodetector that contributes to improvement of resolution in the optical axis direction without performing interpolation processing and resampling processing of spectral interference signals in software. There is.
本発明に係る光検出装置は、短波長から長波長までに渡って感度を有しかつ波長分解された短波長の光を受光する側から長波長を受光する側に向かって直線状に配置された複数個の光電変換素子と、該各光電変換素子からのスペクトル干渉信号を取得する信号処理制御部とを有し、該信号処理制御部は、波長の混在による周期変動が補正されたスペクトル干渉信号を出力することを特徴とする。 The photodetector according to the present invention is linearly arranged from the side receiving the short wavelength light having the sensitivity from the short wavelength to the long wavelength toward the side receiving the long wavelength from the side receiving the wavelength-resolved short wavelength light. A plurality of photoelectric conversion elements, and a signal processing control unit that acquires a spectral interference signal from each photoelectric conversion element. The signal processing control unit includes spectral interference in which periodic fluctuations due to mixing of wavelengths are corrected. A signal is output.
本発明に係る光検出装置によれば、光干渉断層撮影を行うことにした場合に、ソフトウエア的にスペクトル干渉信号の補間処理及びリサンプリング処理を行うことなく光軸方向の分解能の改善に寄与できる。 According to the light detection apparatus of the present invention, when optical coherence tomography is performed, it contributes to improvement of resolution in the optical axis direction without performing spectral interference signal interpolation processing and resampling processing in software. it can.
（実施例１）
図１は本発明に係る光検出装置を有する計測装置としてのスペクトルドメイン−光干渉断層計測装置（ＳＤ−ＯＣＴ）の要部構成を示すブロック図である。
この図１において、１は光源部、２は光路合成・分割部、３は計測光学系、４は参照光学系、５は光検出装置、６は信号処理制御部である。
Example 1
FIG. 1 is a block diagram showing a main configuration of a spectral domain-optical coherence tomography measuring device (SD-OCT) as a measuring device having a light detecting device according to the present invention.
In FIG. 1, 1 is a light source unit, 2 is an optical path combining / dividing unit, 3 is a measurement optical system, 4 is a reference optical system, 5 is a light detection device, and 6 is a signal processing control unit.
光源部１は広帯域光源１ａと、集光レンズ１ｂとから概略構成されている。広帯域光源１ａは、波長λが４００ｎｍ（ナノメートル）〜１０００ｎｍ又は８００ｎｍ〜１７００ｎｍの広帯域光Ｐ１を射出する。広帯域光源１ａは、例えば、可視域から近赤外域又は赤外域の波長範囲の光を出射する。この広帯域光Ｐ１は部分干渉性（低コヒーレンス性）を有する。
例えば、図２はその波長λと振幅強度（発光強度ともいう）Ｉとの関係を示す図であり、λ０は中心波長である。
The light source unit 1 is roughly composed of a broadband light source 1a and a condenser lens 1b. The broadband light source 1a emits broadband light P1 having a wavelength λ of 400 nm (nanometer) to 1000 nm or 800 nm to 1700 nm. The broadband light source 1a emits light in a wavelength range from the visible range to the near infrared range or the infrared range, for example. The broadband light P1 has partial coherence (low coherence).
For example, FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the wavelength λ and the amplitude intensity (also called emission intensity) I, where λ0 is the center wavelength.
その広帯域光Ｐ１は、集光レンズ１ｂにより集光され、かつ、導光ファイバ２ａの入射端面２ａ’に集束され、導光ファイバ２ａを伝播して、光路合成・分割部２に導かれる。
光路合成・分割部２は、例えば、ファイバカップラにより構成されている。光路合成・分割部２は導光ファイバ２ａに導かれた広帯域光Ｐ１を計測光Ｐ２と参照光Ｐ３とに分割する。例えば、広帯域光Ｐ１は、そのファイバカップラによりその光量が１対１に分割される。
The broadband light P1 is condensed by the condenser lens 1b, converged on the incident end face 2a ′ of the light guide fiber 2a, propagates through the light guide fiber 2a, and is guided to the optical path combining / dividing unit 2.
The optical path combining / dividing unit 2 is constituted by, for example, a fiber coupler. The optical path combining / dividing unit 2 divides the broadband light P1 guided to the light guide fiber 2a into measurement light P2 and reference light P3. For example, the amount of light of the broadband light P1 is divided 1: 1 by the fiber coupler.
計測光Ｐ２は計測光路としての導光ファイバ２ｂに導かれる。参照光Ｐ３は参照光路としての導光ファイバ２ｃに導かれる。この光路合成・分割部２は、光源部１からの広帯域光Ｐ１の光路を計測光Ｐ２の光路と参照光Ｐ３の光路とに分割する光路分割部としての機能と、計測対象７による計測光Ｐ２の反射・散乱光の光路と参照光Ｐ３の反射光の光路とを合成する光路合成部としての機能とを果たす。 The measurement light P2 is guided to the light guide fiber 2b as a measurement optical path. The reference light P3 is guided to the light guide fiber 2c as a reference light path. The optical path combining / dividing unit 2 functions as an optical path dividing unit that divides the optical path of the broadband light P1 from the light source unit 1 into the optical path of the measurement light P2 and the optical path of the reference light P3, and the measurement light P2 by the measurement target 7. The optical path combining unit combines the optical path of the reflected / scattered light and the optical path of the reflected light of the reference light P3.
計測光学系３は、コリメートレンズ３ａ、ガルバノミラー（ガルバノスキャナ）３ｂ、３ｃ、コリメートレンズ３ｄ、計測対象７を有する。計測対象７は、紙、フィルム、生体組織等、断層画像を得ることのできるものであれば、何でも良い。 The measurement optical system 3 includes a collimator lens 3a, galvanometer mirrors (galvano scanners) 3b and 3c, a collimator lens 3d, and a measurement object 7. The measurement object 7 may be anything as long as it can obtain a tomographic image, such as paper, film, or biological tissue.
コリメートレンズ３ａは、導光ファイバ２ｂの入射・出射端面２ｂ’に臨んでいる。コリメートレンズ３ａは、導光ファイバ２ｂから射出された計測光Ｐ２を集光して平行光束Ｐ４に変換する。その平行光束Ｐ４は、ガルバノミラー３ｂ、３ｃに導かれる。 The collimating lens 3a faces the incident / exit end face 2b 'of the light guide fiber 2b. The collimating lens 3a condenses the measurement light P2 emitted from the light guide fiber 2b and converts it into a parallel light beam P4. The parallel light beam P4 is guided to the galvanometer mirrors 3b and 3c.
ガルバノミラー３ｂ、３ｃは、共に往復振動される。このガルバノミラー３ｂ、３ｃの往復振動により、計測対象７が二次元的に走査され、三次元の断層画像データが取得される。
なお、ガルバノミラー３ｂ、３ｃのいずれかを固定し、他方を往復振動させると一次元の断層画像データが取得される。
The galvanometer mirrors 3b and 3c are reciprocally oscillated. By the reciprocal vibration of the galvanometer mirrors 3b and 3c, the measurement object 7 is scanned two-dimensionally, and three-dimensional tomographic image data is acquired.
When one of the galvano mirrors 3b and 3c is fixed and the other is reciprocally oscillated, one-dimensional tomographic image data is acquired.
その平行光束Ｐ４は、走査光としてコリメートレンズ３ｄに導かれる。そのコリメートレンズ３ｄは、計測対象７に対して垂直に入射して、走査スポット光Ｐ５を計測対象７に形成する。
計測対象７により反射・散乱された反射光（戻り光ともいう）は、コリメートレンズ３ｄにより集光され、平行光束Ｐ４又は計測光Ｐ２としてガルバノミラー３ｃ、３ｂに導かれる。
The parallel light beam P4 is guided to the collimator lens 3d as scanning light. The collimating lens 3d is perpendicularly incident on the measuring object 7 and forms the scanning spot light P5 on the measuring object 7.
The reflected light (also referred to as return light) reflected and scattered by the measurement object 7 is collected by the collimator lens 3d and guided to the galvanometer mirrors 3c and 3b as a parallel light beam P4 or measurement light P2.
このガルバノミラー３ｃ、３ｂに導かれた計測光Ｐ２は、コリメートレンズ３ａにより集束されて導光ファイバ２ｂの入射・出射端面２ｂ’に導かれ、この導光ファイバ２ｂを伝播して、光路合成・分割部２に導かれる。 The measurement light P2 guided to the galvanometer mirrors 3c and 3b is converged by the collimator lens 3a and guided to the incident / exit end face 2b ′ of the light guide fiber 2b, and propagates through the light guide fiber 2b to combine the optical path. Guided to the dividing unit 2.
参照光学系４は、コリメートレンズ４ａ、４ｂと固定参照ミラー４ｃとを有する。コリメートレンズ４ａは、導光ファイバ２ｃの入射・出射端面２ｃ’に臨んでいる。コリメートレンズ４ａは入射・出射端面２ｃ’から射出された参照光Ｐ３を平行光束に変換する役割を果たす。この参照光Ｐ３はコリメートレンズ４ｂにより集光されて、固定参照ミラー４ｃに導かれる。 The reference optical system 4 includes collimating lenses 4a and 4b and a fixed reference mirror 4c. The collimating lens 4a faces the incident / exit end face 2c 'of the light guide fiber 2c. The collimating lens 4a plays a role of converting the reference light P3 emitted from the incident / exit end face 2c 'into a parallel light beam. The reference light P3 is collected by the collimating lens 4b and guided to the fixed reference mirror 4c.
固定参照ミラー４ｃは、その参照光Ｐ３を全反射し、この固定参照ミラー４ｃにより反射された参照光Ｐ３は元の光路を通って導光ファイバ２ｃを経由して、光路合成・分割部２に導かれる。 The fixed reference mirror 4c totally reflects the reference light P3, and the reference light P3 reflected by the fixed reference mirror 4c passes through the original optical path via the light guide fiber 2c to the optical path combining / dividing unit 2. Led.
導光ファイバ２ｂにより光路合成・分割部２に導かれた計測光Ｐ２と導光ファイバ２ｃにより光路合成・分割部２に導かれた参照光Ｐ３とは合成されて、干渉光Ｐ６として導光ファイバ２ｄを経由して光検出装置５に導かれる。 The measurement light P2 guided to the optical path combining / dividing unit 2 by the light guiding fiber 2b and the reference light P3 guided to the optical path combining / dividing unit 2 by the light guiding fiber 2c are combined to produce the interference light P6 as the light guiding fiber. The light is guided to the light detection device 5 via 2d.
この光検出装置５は、図１に示す集光レンズ５ａ、５ｂ、図３に示す分光器５ｃ、光電変換器５ｇを有する。その集光レンズ５ａは導光ファイバ２ｄの射出端２ｄ’から射出された干渉光Ｐ６を集光して平行光束に変換し、集光レンズ５ｂはその平行光束を分光器５ｃに向けて集束しつつ入射させる。 The light detection device 5 includes condenser lenses 5a and 5b shown in FIG. 1, a spectroscope 5c and a photoelectric converter 5g shown in FIG. The condensing lens 5a condenses the interference light P6 emitted from the exit end 2d ′ of the light guide fiber 2d and converts it into a parallel light beam, and the condensing lens 5b focuses the parallel light beam toward the spectroscope 5c. While making it incident.
その分光器５ｃは、光路折り返しミラー５ｄと、分光素子としての回折格子５ｅと、集光ミラー（例えば凹面鏡）５ｆとを有する。光電変換器５ｇは多数の光電変換素子５ｉを有する。回折格子５ｅは多数の波長を含んだ干渉光Ｐ６を波長毎に分解して光電変換器５ｇに照射する。この光電変換器５ｇは波長分解されたスペクトル干渉信号Ｓ１を出力する。 The spectroscope 5c includes an optical path folding mirror 5d, a diffraction grating 5e as a spectroscopic element, and a condenser mirror (for example, a concave mirror) 5f. The photoelectric converter 5g has a large number of photoelectric conversion elements 5i. The diffraction grating 5e decomposes the interference light P6 including many wavelengths for each wavelength and irradiates the photoelectric converter 5g. The photoelectric converter 5g outputs a wavelength-resolved spectrum interference signal S1.
信号処理制御部６は、図１に示すように、制御部６ａと、信号処理部６ｂと、記憶部６ｃと、表示部６ｄとを有する。制御部６ａは、広帯域光源１ａの発光制御と、ガルバノミラー３ｂ、３ｃの振動制御と、スペクトル干渉信号Ｓ１としての光電変換信号の取得タイミング制御と、信号処理部６ｂ、記憶部６ｃ、表示部６ｄの制御を適宜実行する。 As shown in FIG. 1, the signal processing control unit 6 includes a control unit 6a, a signal processing unit 6b, a storage unit 6c, and a display unit 6d. The control unit 6a controls the emission of the broadband light source 1a, the vibration control of the galvano mirrors 3b and 3c, the acquisition timing control of the photoelectric conversion signal as the spectrum interference signal S1, the signal processing unit 6b, the storage unit 6c, and the display unit 6d. The above control is executed as appropriate.
その制御部６ａは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のハードウエアと所定の制御プログラムとから構成されている。信号処理部６ｂは、光干渉断層計測に従ったソフトウエアプログラムによりスペクトル干渉信号Ｓ１をフーリエ変換処理し、スペクトル干渉信号Ｓ１に基づく画像強度データ（輝度データ）を解析処理して画像化することにより、計測対象７の断層画像を構築する断層画像構築部として機能する。 The control unit 6a includes hardware such as a CPU, ROM, and RAM, and a predetermined control program. The signal processing unit 6b performs Fourier transform processing on the spectral interference signal S1 by a software program according to optical coherence tomography measurement, analyzes image intensity data (luminance data) based on the spectral interference signal S1, and converts it into an image. It functions as a tomographic image construction unit for constructing a tomographic image of the measurement object 7.
スペクトル干渉信号Ｓ１は干渉光Ｐ６による干渉縞に相当する信号であるが、このスペクトル干渉信号Ｓ１について説明する前に、干渉光Ｐ６による干渉縞と波長λとの関係について説明する。 The spectral interference signal S1 is a signal corresponding to an interference fringe due to the interference light P6. Before describing the spectral interference signal S1, the relationship between the interference fringe due to the interference light P6 and the wavelength λ will be described.
干渉光Ｐ６による干渉縞の光の強度は、固定参照ミラー４ｃと計測対象７の深さ方向（光軸方向）のある面（これを測定面あるいは測定点という）との光路差をＤ、半波長をλ/２とすると、Ｄ＝λ/２の偶数倍のとき最大となり、Ｄ＝λ/２の奇数倍のとき最小となる。言い換えると、光路差Ｄ＝λ/２の偶数倍のとき明るくなり、光路差Ｄ＝λ/２の奇数倍のとき暗くなる。 The intensity of the interference fringe light due to the interference light P6 is D, half of the optical path difference between the fixed reference mirror 4c and the surface of the measurement object 7 in the depth direction (optical axis direction) (this is called the measurement surface or measurement point). Assuming that the wavelength is λ / 2, the maximum is obtained when D = λ / 2 is an even multiple, and the minimum is obtained when D = λ / 2 is an odd multiple. In other words, it becomes bright when the optical path difference D is an even multiple of λ / 2, and dark when the optical path difference D is an odd multiple of λ / 2.
干渉縞の本数ｋ（光の波数）は、ｋ＝Ｄ/λで表されるから、干渉縞の本数ｋは、光路差Ｄを一定とすると、波長λが短くなるに伴って増大し、波長λが長くなるに伴って減少する。言い換えると、干渉縞の間隔は、λ＝Ｄ/ｋで表されるから、光路差Ｄを一定とすると、波長λが短くなるに伴って密になり、波長λが長くなるに伴って疎になる。 Since the number k of interference fringes (wave number of light) is expressed by k = D / λ, the number k of interference fringes increases as the wavelength λ becomes shorter when the optical path difference D is constant. Decreases with increasing λ. In other words, since the interference fringe spacing is expressed by λ = D / k, if the optical path difference D is constant, the interference fringe becomes denser as the wavelength λ becomes shorter, and becomes sparse as the wavelength λ becomes longer. Become.
干渉光Ｐ６は、中心波長をλ0として、Δλの波長成分が混在した光が合成されたものであり、波長分解して得られたスペクトル干渉信号Ｓ１は図４に模式的に示すようなものとなる。
その図４において、横軸は波長λの軸方向（光電変換素子５ｉの配列方向）であり、縦軸はスペクトル干渉信号Ｓ１の振幅強度Ｉである。
The interference light P6 is obtained by synthesizing light in which the center wavelength is λ 0 and the wavelength component of Δλ is mixed, and the spectrum interference signal S1 obtained by wavelength decomposition is as schematically shown in FIG. It becomes.
In FIG. 4, the horizontal axis represents the axial direction of the wavelength λ (the arrangement direction of the photoelectric conversion elements 5i), and the vertical axis represents the amplitude intensity I of the spectral interference signal S1.
波長λが短い方では、既述したように、干渉縞の間隔が小さいため、スペクトル干渉信号Ｓ１の強度変化の間隔が密であり、波長λが相対的に増大するに伴って、スペクトル干渉信号Ｓ１の強度変化の間隔が疎になる。言い換えると、波長λに対して、スペクトル干渉信号Ｓ１の周期Ｔは、波長λが相対的に短いほど小さく、波長λが相対的に長いほど大きい。 As described above, when the wavelength λ is shorter, the interval between the interference fringes is small as described above. Therefore, the interval of the intensity change of the spectrum interference signal S1 is close, and the spectral interference signal increases as the wavelength λ increases relatively. S1 intensity change intervals are sparse. In other words, with respect to the wavelength λ, the period T of the spectral interference signal S1 is smaller as the wavelength λ is relatively shorter and larger as the wavelength λ is relatively longer.
なお、スペクトル干渉信号Ｓ１の振幅強度Ｉは、中心波長λ0の近傍が大きく、波長λが中心波長λ0よりも短くなるほど又は中心波長λ0よりも長くなるほど小さくなる。これは、広帯域光Ｐ１の振幅強度Ｉが中心波長λ0の近傍が最も大きいからである。 The amplitude intensity I of the spectral interference signal S1 is larger near the central wavelength lambda 0, made as smaller longer than the more or central wavelength lambda 0 shorter than the center wavelength lambda 0 the wavelength lambda is. This is because the amplitude intensity I of the broadband light P1 is the largest in the vicinity of the center wavelength λ 0 .
図５は、広帯域光Ｐ１の波長λと光路差Ｄと、干渉縞の明部の発生個所との関係を概念的に示す説明図である。その図５において、横軸は広帯域光Ｐ１の波長であり、縦軸は光路差Ｄであり、斜線は干渉縞の明部の発生位置、破線は光路差Ｄ１、Ｄ２であり、斜線と破線との交点は、強め合う光の干渉（スペクトル干渉信号Ｓ１の強度が大きい）が生じていることを示している。 FIG. 5 is an explanatory diagram conceptually showing the relationship between the wavelength λ of the broadband light P1, the optical path difference D, and the location where the bright part of the interference fringes is generated. In FIG. 5, the horizontal axis represents the wavelength of the broadband light P1, the vertical axis represents the optical path difference D, the oblique lines represent the occurrence positions of the bright portions of the interference fringes, the broken lines represent the optical path differences D1 and D2, and the oblique lines and the broken lines The intersection points indicate that constructive interference of light (the intensity of the spectrum interference signal S1 is large) occurs.
光路差Ｄを光路差Ｄ１から光路差Ｄ２に変化させたとき、波長λが相対的に短い方ではその明暗の変化が頻繁に変化し、波長λが相対的に長い方ではその明暗の変化が緩慢であることがこの図５から見てとれる。 When the optical path difference D is changed from the optical path difference D1 to the optical path difference D2, the light and dark changes frequently when the wavelength λ is relatively short, and the light and dark changes when the wavelength λ is relatively long. It can be seen from FIG. 5 that it is slow.
また、光路差Ｄを一定としたとき、波長λが短いほど干渉縞の間隔が狭く、波長λが長いほど干渉縞の間隔が広くなっていることが、この図５から見てとれる。
このように、短波長側で強度変化が頻繁でかつ周期が短く、これに対して、長波長側では強度変化が緩慢で、かつ周期が長い干渉光Ｐ６が回折格子５ｅにより波長分解されて光電変換器５ｇに照射される。なお、回折格子５ｅによる光の照射位置と波長λとはリニアの関係があるものとする。
It can also be seen from FIG. 5 that when the optical path difference D is constant, the interference fringe interval is narrower as the wavelength λ is shorter, and the interference fringe interval is wider as the wavelength λ is longer.
In this way, the intensity change is frequent and the period is short on the short wavelength side, whereas the interference light P6 whose intensity change is slow and the period is long on the long wavelength side is wavelength-resolved by the diffraction grating 5e and is photoelectrically generated. The transducer 5g is irradiated. It is assumed that the light irradiation position by the diffraction grating 5e and the wavelength λ have a linear relationship.
光電変換器５ｇは、図６に示すように、回路基板５ｈに光電変換素子５ｉが直線状に配列された照射部５ｊと、この照射部５ｊにより光電変換された信号を読み取る信号処理制御部５ｋとから概略構成されている。 As shown in FIG. 6, the photoelectric converter 5g includes an irradiation unit 5j in which photoelectric conversion elements 5i are linearly arranged on a circuit board 5h, and a signal processing control unit 5k that reads a signal photoelectrically converted by the irradiation unit 5j. It is roughly composed of
信号処理制御部５ｋは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等によって構成され、所定のプログラムを実行することにより、光電変換された信号を増幅、集約する等の所定の処理を行って、スペクトル干渉信号Ｓ１を出力する。 The signal processing control unit 5k includes a CPU, a ROM, a RAM, and the like, and executes a predetermined program to perform predetermined processing such as amplification and aggregation of the photoelectrically converted signals, thereby generating the spectrum interference signal S1. Output.
光電変換素子５ｉは、可視域（又は短波長）の光から赤外域（又は長波長）までの光に対して感度を有する。例えば、光電変換素子５ｉは、４００ナノメートルから１０００ナノメートル、あるいは、８００ナノメートルから１７００ナノメートル範囲の光の波長に対して感度を有し、これらの光を受光可能である。 The photoelectric conversion element 5i has sensitivity to light from visible light (or short wavelength) to infrared light (or long wavelength). For example, the photoelectric conversion element 5i has sensitivity to wavelengths of light in the range of 400 nanometers to 1000 nanometers, or 800 nanometers to 1700 nanometers, and can receive these lights.
この光電変換素子５ｉの個数は、例えば、５１２個、１０２４個、２０４８個等である。この光電変換素子５ｉは波長λの短い側で密であり、相対的に波長λの長い側で疎である。隣接する光電変換素子５ｉの間隔は、短波長の側から長波長の側に向かってしだいに増加するように直線状に配列されている。 The number of photoelectric conversion elements 5i is, for example, 512, 1024, 2048, or the like. The photoelectric conversion element 5i is dense on the short side of the wavelength λ and sparse on the relatively long side of the wavelength λ. The intervals between the adjacent photoelectric conversion elements 5i are linearly arranged so as to gradually increase from the short wavelength side toward the long wavelength side.
すなわち、波長λが最も長い方に存在する光電変換素子５ｉを他方の端部Ｂとし、波長λが最も短い方に存在する光電変換素子５ｉを一方の端部Ａとしたとき、光電変換素子５ｉは以下に説明する規則に従って配列されている。 That is, when the photoelectric conversion element 5i existing at the longest wavelength λ is the other end B and the photoelectric conversion element 5i existing at the shortest wavelength λ is the one end A, the photoelectric conversion element 5i Are arranged according to the rules described below.
ここで、隣接する光電変換素子５ｉの素子間隔について、端部Ｂから端部Ａに向かって光電変換素子５ｉを順に並べたときの数列をＰとして、この数列Ｐを考える。 Here, regarding the element interval between the adjacent photoelectric conversion elements 5 i, the number P when the photoelectric conversion elements 5 i are arranged in order from the end B toward the end A is defined as P, and this number P is considered.
すなわち、一般項Ｐｎ＝Ａ/（（ｍ＋ｎ−１）・（ｍ＋ｎ））となるような数列Ｐを求め、この数列Ｐが形成されるような位置に各光電変換素子５ｉをそれぞれ配置する。
以下、この数列Ｐについて図７を参照しつつ説明する。
That is, a number sequence P such that the general term Pn = A / ((m + n−1) · (m + n)) is obtained, and each photoelectric conversion element 5 i is arranged at a position where the number sequence P is formed.
Hereinafter, the sequence P will be described with reference to FIG.
図７は図５の部分拡大図であり、干渉縞の明部を示す点の集合を示す斜線は、定数ａが０でないとして、Ｄ＝ｍａλ、Ｄ＝（ｍ＋１）ａλ、Ｄ＝（ｍ＋２）ａλ、…と表現できる。光路差Ｄmのときの複数の干渉縞の明部が生じる波長のうちの最大波長をλmとし、次の波長を順次λm+1、λm+2、λm+3、λm+4、…、λm+nとすると、光路差Ｄmに対してｎ番目（ｎは正の整数）の波長λm+nはＡ/（ｍ＋ｎ）と表される。ただし、Ａ＝Ｄm/ａである。 FIG. 7 is a partially enlarged view of FIG. 5. The oblique lines indicating the set of points indicating the bright portions of the interference fringes indicate that the constant a is not 0, D = maλ, D = (m + 1) aλ, D = (m + 2) It can be expressed as aλ,. The maximum wavelength among the wavelengths in which the bright portions of the plurality of interference fringes occur at the optical path difference D m is λ m , and the next wavelengths are sequentially λ m + 1 , λ m + 2 , λ m + 3 , λ m + 4 ,..., Λ m + n , the nth (n is a positive integer) wavelength λ m + n with respect to the optical path difference D m is expressed as A / (m + n). However, A = D m / a.
干渉縞の間隔Δ(m、n)は、従って、下記の式によって表される。
Δ(m、n)＝λm+n-1―λm+n＝Ａ/（ｍ＋ｎ−１）―Ａ/（ｍ＋ｎ）
この式を整理すると、
Δ(m、n)＝Ａ/（（ｍ＋ｎ−１）・（ｍ＋ｎ））
となる。
The interference fringe spacing Δ (m , n) is therefore represented by the following equation:
Δ (m , n) = λ m + n−1 −λ m + n = A / (m + n−1) −A / (m + n)
Organizing this formula,
Δ (m , n) = A / ((m + n−1) · (m + n))
It becomes.
干渉縞の間隔Δ(m、n)は、この関係式に従って長波長域の側から短波長域の側に向かって次第に小さくなる。この干渉縞の間隔Δ(m、n)の歪みに従って光電変換素子５ｉを配置すれば、予め歪が補正されたスペクトル干渉信号Ｓ１が取得される。 The spacing Δ (m , n) of the interference fringes gradually decreases from the long wavelength region side toward the short wavelength region side according to this relational expression. If the photoelectric conversion element 5i is arranged according to the distortion of the interference fringe spacing Δ (m , n) , the spectral interference signal S1 whose distortion is corrected in advance is acquired.
照射部５ｊに配置する光電変換素子５ｉの個数を考慮して、定数をＢとしたしたとき、この数列Ｐは、Ｐｎ＝Ｂ/（（ｍ＋ｎ−１）・（ｍ＋ｎ））と表せる。 In consideration of the number of photoelectric conversion elements 5i arranged in the irradiation unit 5j, when the constant is B, this sequence P can be expressed as Pn = B / ((m + n−1) · (m + n)).
この数列Ｐに従って、照射部５ｊに光電変換素子５ｉを配置することにより、波長軸方向に存在する干渉縞の間隔を有するスペクトルについて、干渉縞の間隔に合わせたサンプリング周期でスペクトル干渉信号Ｓ１を取得できる。
すなわち、光電変換素子５ｉを、干渉縞の明部の間隔を数式で表現した数列に従う位置に長波長側から短波長側に向かって配置すれば、言い換えると、一般項ＰｎがＰｎ＝Ｂ/（（ｍ＋ｎ−１）・（ｍ＋ｎ））である数列Ｐｎに従う位置に、光電変換素子５ｉを長波長側から短波長側に向かって配置すれば、波長軸方向に存在する干渉縞の間隔を有するスペクトルについて、干渉縞の間隔に合わせたサンプリング周期でスペクトル干渉信号Ｓ１を取得できる。
ただし、ｎは正の整数、ｍは任意の整数である。
By arranging the photoelectric conversion element 5i in the irradiation unit 5j according to this number sequence P, a spectrum interference signal S1 is obtained with a sampling period that matches the interval of the interference fringes for the spectrum having the interval of the interference fringes existing in the wavelength axis direction. it can.
That is, if the photoelectric conversion element 5i is arranged from the long wavelength side to the short wavelength side at a position according to a numerical sequence in which the interval between the bright portions of the interference fringes is expressed by a mathematical expression, in other words, the general term Pn is Pn = B / ( If the photoelectric conversion element 5i is arranged from the long wavelength side to the short wavelength side at a position according to the number sequence Pn of (m + n-1) · (m + n)), a spectrum having an interval of interference fringes existing in the wavelength axis direction. The spectral interference signal S1 can be acquired at a sampling period that matches the interval between the interference fringes.
However, n is a positive integer and m is an arbitrary integer.
図８はこのように配列された光電変換素子５ｉにより取得されたスペクトル干渉信号Ｓ１の波長に対する強度変化を示している。干渉縞の間隔が予め補正されているため、スペクトル干渉信号Ｓ１の周期変動が補正され、周期は見掛け上一定である。なお、破線は、図３に示すスペクトル干渉信号Ｓ１を示している。 FIG. 8 shows an intensity change with respect to the wavelength of the spectrum interference signal S1 obtained by the photoelectric conversion elements 5i arranged in this way. Since the interval between the interference fringes is corrected in advance, the period variation of the spectrum interference signal S1 is corrected, and the period is apparently constant. In addition, the broken line has shown the spectrum interference signal S1 shown in FIG.
ＳＤ−ＯＣＴでは、このスペクトル干渉信号Ｓ１をフーリエ変換している。
図９に示すように、光電変換素子５ｉを等間隔に配置することにより取得したスペクトル干渉信号Ｓ１の場合、干渉縞の間隔が波長λに対して変化して偏りを有する周期があるので、スペクトル干渉信号Ｓ１をフーリエ変換した際に、周波数成分の変動幅が大きくかつ相対的に振幅強度の大きい鋭いピークが得られず、従って、光軸方向の位置を正確に特定しがたい。
In SD-OCT, this spectral interference signal S1 is Fourier transformed.
As shown in FIG. 9, in the case of the spectrum interference signal S1 obtained by arranging the photoelectric conversion elements 5i at equal intervals, the interval between the interference fringes changes with respect to the wavelength λ and there is a period that has a bias. When the interference signal S1 is Fourier-transformed, a sharp peak having a large fluctuation range of the frequency component and a relatively large amplitude intensity cannot be obtained. Therefore, it is difficult to accurately specify the position in the optical axis direction.
これに対して、この実施例１によれば、図１０に示すように、スペクトル干渉信号Ｓ１の周期が概略一定となる。このため、フーリエ変換した際に周波数成分の変動幅が小さくかつ相対的に振幅強度も大きい鋭いピークが得られ、従って、光軸方向の位置を正確に特定可能である。 On the other hand, according to the first embodiment, as shown in FIG. 10, the period of the spectrum interference signal S1 is substantially constant. For this reason, when Fourier transform is performed, a sharp peak having a small fluctuation width of the frequency component and a relatively large amplitude intensity is obtained, and therefore, the position in the optical axis direction can be accurately specified.
ＳＤ−ＯＣＴでは、計測対象７の厚さ方向の構造、状態を反射光の強度分布、散乱光の強度分布として記録し、量子化して階調を決定したうえで、断層画像を構築している。
従って、スペクトル干渉信号Ｓ１をフーリエ変換した信号強度のピークが増大することにより光軸方向の分解能が向上する。
In SD-OCT, the structure and state of the measurement object 7 in the thickness direction are recorded as the intensity distribution of reflected light and the intensity distribution of scattered light, quantized to determine the gradation, and then a tomographic image is constructed. .
Therefore, the resolution in the optical axis direction is improved by increasing the peak of the signal intensity obtained by Fourier transforming the spectral interference signal S1.
光電変換素子５ｉを等間隔に配置してスペクトル干渉信号Ｓ１を取得し、離散的なスペクトル干渉信号Ｓ１を補間してリサンプリングすることにより、フーリエ変換後の信号強度のピークを増大させることができる。しかし、このようなソフトウエア処理を行うと、ソフトウエア処理に要する時間分だけ、信号処理に要する時間がかかる。 By arranging the photoelectric conversion elements 5i at equal intervals to obtain the spectrum interference signal S1, and interpolating the discrete spectrum interference signal S1 and resampling, the peak of the signal intensity after Fourier transform can be increased. . However, when such software processing is performed, time required for signal processing is increased by the time required for software processing.
これに対して、この実施例１によれば、そのソフトウエア処理を省略することができ、断層画像の構築に要する処理時間の短縮化を図ることができる。すなわち、光軸方向の分解能を損なうことなく、高速処理が可能である。 On the other hand, according to the first embodiment, the software processing can be omitted, and the processing time required for constructing the tomographic image can be shortened. That is, high-speed processing is possible without impairing the resolution in the optical axis direction.
（実施例２）
実施例１では、ハードウエア的にスペクトル干渉信号Ｓ１の周期が等間隔となるように補正を行ったが、この実施例２では、ソフトウエア的にスペクトル干渉信号Ｓ１の周期が等間隔となるように補正を行うものである。
(Example 2)
In the first embodiment, correction is performed so that the period of the spectrum interference signal S1 is equal in hardware, but in the second embodiment, the period of the spectrum interference signal S1 is equal in software. Correction is performed.
この実施例２では、図１１に示すように、光電変換素子５ｉは等間隔に配列されている。信号処理制御部５ｋは、干渉縞の間隔に合わせたサンプリング周期でスペクトル干渉信号Ｓ１を順次サンプリングして取得する。 In Example 2, as shown in FIG. 11, the photoelectric conversion elements 5i are arranged at equal intervals. The signal processing control unit 5k sequentially samples and acquires the spectrum interference signal S1 at a sampling period that matches the interval between the interference fringes.
すなわち、信号処理制御部５ｋは、数列Ｐに合致する位置に存在する光電変換素子５ｉを選択して、この光電変換素子５ｉからの光電変換信号を集約して、これをスペクトル干渉信号Ｓ１として出力する。 That is, the signal processing control unit 5k selects the photoelectric conversion elements 5i existing at positions that match the sequence P, aggregates the photoelectric conversion signals from the photoelectric conversion elements 5i, and outputs this as the spectrum interference signal S1. To do.
光電変換素子５ｉの大きさは、光を検知するのに可能な大きさであることを前提として、可能な限り微細なものとし、かつ、光電変換素子５ｉの個数はできる限り大きいのが望ましい。
これにより、数列Ｐに対して選択可能な光電変換素子５ｉの一致度を向上させることができる。
It is desirable that the size of the photoelectric conversion element 5i be as fine as possible on the premise that it is a size capable of detecting light, and the number of photoelectric conversion elements 5i is as large as possible.
Thereby, the coincidence degree of the photoelectric conversion elements 5i that can be selected for the number sequence P can be improved.
また、数列Ｐにより決定される光電変換素子５ｉのサンプリング位置と実際に配置されている光電変換素子５ｉの位置との間にずれがあるときには、信号処理制御部５ｋは、そのサンプリング位置の近傍の複数個の光電変換素子５ｉの干渉光Ｐ６の振幅強度を数学的に補間して、そのサンプリング位置における干渉光Ｐ６の強度をソフトウエア的に決定しても良い。 When there is a deviation between the sampling position of the photoelectric conversion element 5i determined by the sequence P and the position of the photoelectric conversion element 5i that is actually arranged, the signal processing control unit 5k The intensity of the interference light P6 of the plurality of photoelectric conversion elements 5i may be mathematically interpolated to determine the intensity of the interference light P6 at the sampling position by software.
この実施例２による場合も、リサンプリングによるソフトウエア処理を行うものに較べて、光軸方向の分解能を損なうことなく高速処理が可能である。 Also in the case of the second embodiment, it is possible to perform high-speed processing without impairing the resolution in the optical axis direction as compared with the case where software processing by resampling is performed.
５…光検出装置
５ｇ…光電変換器
５ｉ…光電変換素子
５ｋ…信号処理制御部
Ｓ１…スペクトル干渉信号
５ｃ…分光器
5 ... Photodetection device 5g ... Photoelectric converter 5i ... Photoelectric conversion element 5k ... Signal processing control unit S1 ... Spectral interference signal 5c ... Spectroscope
Claims (8)
該各光電変換素子からのスペクトル干渉信号を取得する信号処理制御部とを有し、
該信号処理制御部は、波長の混在による周期変動が補正されたスペクトル干渉信号を出力することを特徴とする光検出装置。 A plurality of photoelectric conversion elements arranged linearly from the side receiving the short wavelength light having sensitivity from the short wavelength to the long wavelength toward the side receiving the long wavelength;
A signal processing control unit for obtaining a spectrum interference signal from each photoelectric conversion element,
The signal processing control unit outputs a spectral interference signal in which period variation due to mixing of wavelengths is corrected.
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