JP2017111062A - 光干渉断層計 - Google Patents

Abstract

【課題】 干渉信号をサンプリングするためのクロック信号を生成するための干渉計を基板上に集積化することで、小型のＳＳ−ＯＣＴを実現すること。【解決手段】射出する光の波長を変化させる光源部を用いた光干渉断層計（ＳＳ−ＯＣＴ）で、ＳＳ−ＯＣＴを構成する参照光学系と、干渉信号をサンプリングするためのクロック信号をクロック信号出力部を構成する干渉計とが、同一の基板上に集積化されている光干渉断層計。【選択図】 図１

Description

本発明は、光干渉断層計に関する。

眼底などの撮像装置として、光干渉断層計（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、以下ＯＣＴという）が知られている。特に、波長可変光源を用いたＯＣＴ（Ｓｗｅｐｔ Ｓｏｕｒｃｅ ＯＣＴ、以下ＳＳ−ＯＣＴと略すことがある）が注目されている。ＳＳ−ＯＣＴは、波長可変光源から出た光を物体へ照射する照射光と、参照光とに分け、参照光と、物体の異なる深さから戻ってくる反射光とを干渉させる。そして、干渉光の強度の時間波形（干渉信号）に含まれる周波数成分を分析することで、物体の断層に関する情報、具体的には断層像を得ることができる。ＯＣＴは、例えば眼科、循環器科、皮膚科、半導体チップの検査等の工業用途等で用いられている。

ＯＣＴが広く使われるようになると、より小型で簡便に使えるハンディタイプのＯＣＴが望まれるようになり、ＯＣＴの小型化を目指した技術が開発されている。非特許文献１では、ＳＳ−ＯＣＴを小型にするために、従来はファイバーで構成されていた参照光の光路を、半導体基板上に集積化している。

一方、ＳＳ−ＯＣＴにおいて、周波数成分の分析は、干渉信号をフーリエ変換することで行うが、歪みやノイズの少ない断層像を得るために等波数間隔で干渉信号をサンプリングしてフーリエ変換する必要がある。特許文献１では、等波数間隔でサンプリングするために、等波数間隔のタイミングの信号を出力するサンプリングクロック発生装置（以下、ｋクロックと略すことがある）を用いる。特許文献１において、ｋクロックは、光源から出た光の一部を、互いに光路長の異なる光路に分波し、それらの光路から出た光を合波する干渉計と、干渉計から出た光を検出してサンプリングクロックを出力する光検出器とで構成される。

特開２０１３−１８１７９０号公報

ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ Ｖｏｌ． ３９， Ｎｏ． １７（２０１４）

従来のｋクロックは、ファイバーカプラーで干渉計を構成しているため、ファイバーカプラーが小型にならないことや、光の損失を低減するためにファイバーが小さな半径で曲げられないことから、小型化が困難だった。このため、非特許文献１のように参照光路を集積化しても、ＳＳ−ＯＣＴの小型化は十分ではなかった。

本発明に係る光干渉断層計は、射出する光の波長を変化させる光源部と、
前記光源部から射出された光を、照射光学系を通り物体へ照射される照射光と、参照光学系を通る参照光とに分波し、
前記物体に照射された光の反射光と前記参照光による干渉光を発生させる干渉光学系と、
前記干渉光を受光して干渉信号を出力する干渉信号出力部と、
前記干渉信号からサンプリングされたサンプリング信号に基づいて、
前記物体の情報を取得する取得部と、
前記光源部から射出された光に基づき、
前記サンプリング信号を取得するためのクロック信号を出力するクロック信号出力部と、
を有する光干渉断層計であって、
前記クロック信号出力部は、前記光源部から射出された光を、互いに光路長の異なる光路に分波し、前記互いに異なる光路から出た光を合波する干渉計と、前記干渉計から出た光を検出して前記クロック信号を出力する光検出器とを有し、
前記参照光学系及び前記干渉計が、同一の基板上に集積化されていることを特徴とする。

本発明に係る光干渉断層計によれば、干渉信号をサンプリングするためのクロック信号を生成するための干渉計を基板上に集積化することで、小型のＳＳ−ＯＣＴを実現できる。

本発明の実施形態に係るＯＣＴの一例を示す模式図。 本発明の実施形態における照射光学系の一例を示す模式図。 本発明の実施形態における光源部に含まれる光源（ＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬ）の模式図。 本発明の実施形態における光源部（ＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬ）の一例を示す断面模式図。 本発明の実施例１に係るＯＣＴの構成を説明するための図 本発明の実施例１における照射光学系の構成を説明するための図 本発明の実施例２に係るＯＣＴの構成を説明するための図 本発明の実施例２における照射光学系の構成を説明するための図 本発明の実施例２における光スイッチの構成を説明するための図 本発明の実施例２における光減衰器の構成を説明するための図 本発明の実施例３における照射光学系の構成を説明するための図

本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限られない。

（光干渉断層計）
図１は、本発明の実施形態における波長可変光源を用いたＯＣＴ（ＳＳ−ＯＣＴ）の構成例を示す図である。なおＯＣＴはＯＣＴ装置ということもできる。

ＳＳ−ＯＣＴは、射出する光の波長を変化させる光源部（波長可変光源）１、光集積回路１００、照射光学系５、取得部９を有する。本実施形態において、光集積回路１００は基板１０に、クロック信号出力部４、参照光学系６、分岐部２、分岐部３、干渉部７が設けられている。分岐部２は、光源部１から射出された光をクロック信号出力部４へ伝搬する光と、物体（被検体）に光を照射する照射光学系５に伝搬する照射光とに分波（分岐）する。分岐部３は、照射光学系５に伝搬する照射光と、参照光学系６に伝搬する参照光とに分波する。さらに、光集積回路１００は、物体に照射された光の反射光と参照光とを干渉させる干渉部７を有する。分岐部３及び干渉部７で干渉光学系２０を構成している。

また、本実施形態に係るＳＳ−ＯＣＴ、干渉部で発生した干渉光を検出して干渉信号を出力する干渉信号出力部８を有する。本実施形態におけるＳＳ−ＯＣＴはさらに、得られた干渉信号に基づいて、物体（被検体）の断層に関する情報を取得する取得部を有する。

クロック信号出力部（以下、ｋクロックと略すことがある）４は、光源部から射出された光を、互いに光路長の異なる光路１３、１４に分波して、これらの光路１３、１４から出た光を合波する、干渉計１５を含む。そして、干渉計１５から出た光を検出してクロック信号を出力する光検出器１６を有する。得られたクロック信号は、干渉信号から一部をサンプリングしてサンプリング信号を取得するために用いられる。

なお、本実施形態において、少なくとも、参照光学系６及びｋクロックに含まれる干渉計１５が、同一の基板１０上に集積化されている。従来のｋクロックの干渉計は、分波及び合波される部位に設けられるファイバーカプラー、とそれらの部位を接続するファイバーからなる。一般的にファイバーカップラーは２つのファイバーを加熱溶融して遠心しながら作製するため、短くすることは難しく、ファイバーカップラーの小型化が困難であった。また、一般的にファイバーを構成する材料はガラスであるため、短い半径で曲げると割れてしまうことがあるため、長い半径で曲げざるを得なかった。さらに、ファイバーのコアとクラッドの材料の選択の自由度が低いため、コアとクラッドの屈折率比を大きくとることが難しい。コアとクラッドの屈折率比が小さいと、ファイバーの曲げられた部分の光の損失が大きいため、長い半径で曲がったファイバーを用いざるを得なかった。結果的に、従来のようなファイバーカップラー、ファイバーを用いたｋクロックは小型化が困難であった。

一方で、基板上に光導波路を設ける構成は、ファイバーを用いず、半導体などの基板に光導波路をつくりこむため、ガラスのファイバーのように割れることはなく、短い半径で曲げられた光導波路を作成できる。また、基板上の光導波路を構成するコアとクラッドの材料の選択の自由度が高く、コアとクラッドの屈折率比が大きくなるように構成しやすい。そのため、光導波路の方が、ファイバーに比べて短い半径で曲げられた構成をとることができる。

なお、参照光学系６、上記と同じ理由で基板上に光導波路を設けて集積化することで、ファイバーを用いる場合よりも、小さくできる。また、分岐部２、３や干渉部７のように、従来ファイバーカプラーを用いていた部位についても、基板上にＹ字型の光導波路を設けたり、方向性結合器を設けることで。小さくできる。

したがって、本実施形態におけるＳＳ−ＯＣＴは、クロック信号出力部４の干渉計１５、参照光学系６、干渉光学系２０、分岐部２が基板１０に集積化されていることが好ましい。集積化する方法としては、上記のように、互いに屈折率の異なる材料を用いて光導波路を設けること、基板にリッジ構造を設けること、等が挙げられる。

上記の通り、本実施形態におけるＳＳ−ＯＣＴは、大きくなりやすい部品を同一の基板上に集積化させることで小型化が可能であるため、例えばハンドヘルド型の光干渉断層計を構成するのに好適である。
本実施形態に係るＯＣＴは眼底カメラ、共焦点レーザー走査検眼鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｌａｓｅｒ Ｏｐｈｔｈａｌｍｏｓｃｏｐｅ：ＳＬＯ）、前眼部撮影機といった光学装置を備えていてもよい。このような光学装置を備えたＯＣＴにおいて、眼底カメラやＳＬＯの、発光素子・発光素子から被検体に至る光路・受光素子、前眼部撮影機の、発光素子・発光素子から被検体に至る光路・受光素子等を集積化してもよい。集積化される部位は一部であってもよい。例えば、光路のみ集積化されていてもよい。

（断層に関する情報の取得方法）
まず、ＳＳ−ＯＣＴにおいて、光源部から光が射出され、分岐部２に到達する。分岐部２において、光源部１から射出された光をクロック信号出力部４へ伝搬する光と、分岐部３に伝搬する光に分波される。分岐部３では、分岐部２から伝搬してきた光を、照射光学系５に伝搬させる照射光と、参照光学系６に伝搬させる参照光とに分波する。照射光は、照射光学系５を経由して、測定対象の物体（被検体）に照射される。そして、物体からの反射光（後方散乱光）は、再び照射光学系５を経由して干渉部７に入射する。一方、分岐部３で得られた参照光は参照光学系６を経由し、干渉部７に入射する。

干渉部７において、照射光学系５を経由した物体からの反射光（後方散乱光）と、参照光学系６を経由した参照光とが干渉し干渉光が発生する。そして、その干渉光が干渉信号出力部８で受光され、電気信号に変換された干渉信号が出力される。なお、干渉信号出力部８として差動検出器が用いられている。光源部１から射出される光の波長（波数）が変わることで、短波長から長波長の光が物体に照射されて得られる干渉光が取得され、物体の断層を構成する反射面（断層構造）に関する情報を得ることができる。このように、光源部１から射出される光を短波長から長波長、または長波長から短波長までの連続的に変化させることを以下では、波長掃引と、波長掃引操作によって出力された光を波長掃引光と、呼ぶことがある。また、波長可変光源を波長掃引光源と呼ぶこともできる。

干渉信号出力部８で出力された干渉信号は、取得部９でデジタル信号に変換された後、フーリエ変換などの周波数分析が行われる。なお、上記クロック信号出力部４によって出力されたクロック信号に基づき、干渉信号からサンプリング信号を取得し、取得されたサンプリング信号について、フーリエ変換等の処理が行われる。クロック信号は、光源部から射出される光の波数が等波数の間隔のタイミングの情報を与えるものであるため、サンプリング信号は、等波数間隔の光が出射されて得られた干渉信号と理論上同じとなる。
フーリエ変換等の処理が行われることで、物体の断層に関する情報、例えば断層像が得られる。

以上は、物体のある１点における断層に関する情報の取得のプロセスであり、このように物体の奥行き方向の断層に関する情報を取得する操作をＡスキャンと呼ぶ。また、Ａスキャン方向と直交する方向の物体の断層に関する情報、すなわち物体の２次元情報（２次元の断層画像）を取得するための操作をＢスキャンと呼ぶ。Ａスキャン及びＢスキャンを行うことで物体の２次元の断層に関する情報（２次元の断層像）が得られる。

（基板）
本実施形態において、ｋクロックの干渉計１５や参照光学系６等が集積化される基板は、半導体であることが好ましいが、ガラス基板であってもよい。基板が半導体であると、上記リッジ構造や屈折率の異なる層で構成される導波路の作製が容易である。

（照射光学系）
本実施形態における、照射光学系５の構成例を図２に示す。光集積回路１００から射出された照射光が、コリメート光学系２１でコリメート光に変換された後、対物レンズ２２で集光光に変換される。集光光はミラー２３とスキャンミラー２４を経て物体（被検体）２５に照射される。そして、物体からの反射光（後方散乱光）は再び照射光学系５を経由して光集積回路１００に入射し、前述のようにして最終的に物体２５の１点（ａ点）の断層に関する情報を得る。次に、スキャンミラー２４の反射面を傾けて、物体の異なる位置（ｂ点）に照射光が照射されるようにして、同様に物体のｂ点の断層に関する情報を得る。そして、物体表面に照射光がライン状に走査されるようして各点の断層に関する情報を得ることでＢスキャンが完了する。

図２は、２次元の断層に関する情報を取得するサンプル光学系の例を示した。なお、Ａスキャン方向及びＢスキャン方向と直交する方向に同様の操作を行うことで物体の断層に関する３次元の情報（３次元の断層像）を得られ、これをＣスキャンと呼ぶ。反射面を傾けられるスキャンミラーを２つ用いることで３次元の断層に関する情報を得ることも可能である。

（光源部）
本実施形態における光源部１は、光源と、光源の実装に関わる部品とを有する。光源から射出される光の中心波長は、８５０ｎｍ、１０６０ｎｍ、１３１０ｎｍ、１５５０ｎｍ、及びこれらの波長付近とすることができる。

以下、光源を構成する部位について詳細を説明する。

（光源）
ここでは光源部のうち、光源について説明する。

本実施形態において、ＳＳ−ＯＣＴを小型にするために、光源部１も小型であることが望ましい。そのため、小型で構成しやすいＶｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ（以下、ＶＣＳＥＬと略すことがある）を用いることが好ましいが、波長を変えることができる光源であれば他の方式の光源を用いることができる。

図３は、ＭＥＭＳ技術を用いたＶＣＳＥＬ（以下、ＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬと略すことがある）の一例を示す断面模式図である。ＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬ３０１は、第１反射鏡３０２と、第２反射鏡３０３と、第１反射鏡３０２と第２の反射鏡３０３との間に設けられた活性層３０４と、を備える。また、第１電極３０５と第２電極３０６から活性層３０４に電荷が注入され、活性層３０４が発光する。このため、活性層３０４は、第１電極３０５と第２電極３０６との間に配置されている。また第１電極３０５は、基板３０７に対して活性層３０４と反対側に配置されている。

第２反射鏡３０３は、可動梁３０８上であって、活性層から発生した光を反射できるように配置されている。そして、第２反射鏡３０３は、可動梁３０８が紙面の上下方向に変位するのに伴って、上下方向に変位する。可動梁３０８は、ギャップ形成層３０９を介して基板３１０により支持されているが、ギャップ形成層３０９には、可動梁３０８の第２反射鏡３０３が設けられた部分が、可動梁の積層方向に動くようにギャップ（空隙部）３１１が形成されている。また、同様に、第２反射鏡３０３と活性層３０４の間にもギャップ（空隙部）３１２が形成されている。

また、可動梁３０８は導電部材でできている。そして、可動梁３０８に電気的に接続された第３電極３１３と、基板３１０に対して第３電極３１３とは反対側に設けられた第４電極３１４と、の間に電圧を印加することで静電気力が発生する。発生した静電気力により、可動梁３０８及び第２反射鏡３０３が一体となって、基板の積層方向に変位する。その結果、第１反射鏡３０２と第２反射鏡３０３との間の距離（光路長）が変化する。そして、その距離（光路長）に応じた波長が強められてＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬ３０１の射出光の発振波長（光周波数）が変化する。第１反射鏡３０２と第２反射鏡３０３との間の距離を連続的に変化させることで、ＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬ３０１は、短波長から長波長、または長波長から短波長まで射出する光を変化（掃引）させることができる。

（光源の実装に関わる部品）
本実施形態において光源部は、上記光源と光源の実装に関わる部品とを有するが、ここでは主に、実装に関わる部品について説明する。
上記光源の一例であるＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬ３０１の実装に関わる部品について図４を用いて説明する。

図４の光源部１を構成する３０１は、チップ状となっている、前述のＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬである。ＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬ３０１はマウント４２に貼りつけられ、ＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬを構成する各電極はマウント４２の電極端子とワイヤーボンディング（不図示）で接続されている。マウント４２は、ＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬの発光を制御する発光制御部、ＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬの上記可動梁の位置を制御するＭＥＭＳ制御部、ＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬの温度を制御する温度制御部を含む光源制御部４０に、配線４７によって接続されている。なお、光源制御部４０は、上記の各制御部以外のものが含まれていても良い。

ＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬ３０１から射出された光は、カップリングレンズ（ボールレンズ）４３で集光され、フェルール４４の中心部の光ファイバー４５に入射する。光ファイバー４５の他端は、光集積回路１００の光の入射部４６に接着されている。光集積回路１００の光の入射部４６には、光ファイバー４５との位置合わせを容易にするための突起部が形成されている。

（干渉信号出力部）
本実施形態における干渉信号出力部８として、特性の揃った、半導体の光検出器（フォトディテクター）のベアチップ２つを、２か所の干渉光出射部１１、１２に貼りつけてなる差動検出器を用いることが出来る。なお、本実施形態における干渉信号出力部として１つのフォトディテクターを用いても良い。

（クロック信号出力部）
本実施形態において、クロック信号出力部（ｋクロック）４は、上記の通り干渉計１５と光検出器１６とを有する。本実施形態において、ｋクロック４の一部である光検出器１６も、干渉信号出力部８と同様に、半導体の光検出器のベアチップをｋクロック４を構成する干渉計１５の干渉光出力部１７に貼りつけ、近接して検出回路を配置した構成とすることができる。なお、ｋクロック４を構成する干渉計として、図１のようなマッハツェンダー干渉計以外に、マイケルソン干渉計や、ファブリーペローフィルター、偏光ビームスプリッターを用いた干渉計等を用いることができる。

（コヒーレンスゲートの調整）
コヒーレンスゲートとは、分岐部３から、参照光学系６を経由して干渉部７までに至る光路長と、照射光学系５を経由して干渉部７に至る光路長が同じになるような照射光学系における光の折り返し点である。すなわち、分岐部３の分岐点から、干渉部７の参照光学系６を経由して干渉部７の干渉点に到達するまで光路長の半分をｌ_１としたときに、該分岐点から、照射光学系のコヒーレンスゲートまでの光路長がｌ_１である。コヒーレンスゲートおかれた測定対象の物体からの反射光は最も大きくなり、コヒーレンスゲートから遠くなる（物体の深さ方向に向かう）にしたがい、反射光の強度は小さくなる。そのため、測定対象が眼底の場合、眼底表面にコヒーレンスゲートを置き、眼底の深さ方向の情報を得る。ここで、測定対象となる物体（被検体）の種類によっては、照射光学系５と物体の光路長が測定毎に変化するため、コヒーレンスゲートを調整する機構が必要な場合がある。例えば、眼球の大きさは人によって異なるため、コヒーレンスゲートが眼底の最表面となるように調整する必要がある。そこで、上記照射光学系５の、コリメート光が伝搬する部分（図２の２１と２２のい間）に光路長調整部（不図示）を設ければ、照射光学系５の光路長を調整できる。

なお、コヒーレンスゲートの変更は、参照光学系６の光路長を変えることでも可能である。詳細は後述する。

（偏波制御部）
本実施形態で用いられる光集積回路１０は一般に偏波依存性があり、偏波無依存の光集積回路を作ることは非常に困難である。したがって、光集積回路１０に入射する直前、例えば光源部１から光集積回路１０に光が入射する際や、照射光学系５から光集積回路１０に光が入射する際には、入射光の偏光はＴＥまたはＴＭのいずれかに揃っていることが好ましい。

そこで、光源部１から出力された光を光集積回路に入射する直前に偏波制御部を設けて、光集積回路に入射する光の偏波をＴＥ偏波またはＴＭ偏波のみに整えることが望ましい。

また、照射光学系５を伝搬し、測定対象の物体で反射（または後方散乱）した光が光集積回路に再び入射する場合も、入射する光の偏波はＴＥ偏波またはＴＭ偏波のみに整えることが望ましいため、照射光学系５に偏波制御器を設けるのも良い。

（掃引開始波長の同期）
本実施形態におけるＳＳ−ＯＣＴは、より良い画像を得るために固定ノイズ減算や複数画像の平均化をするために、ある測定点におけるＡスキャンを複数回行い、複数の断層に関する情報（断層画像）を複数得ることが一般的である。このため、複数の情報（画像）を、互いに同じ条件で、すなわち互いに同じ波長範囲を掃引した波長掃引光で得ることが好ましい。一方で、光源部１から射出される光の波長範囲、掃引開始の波長が、環境温度などの条件の変化により変わることがある。そのために、ある特定の掃引開始波長がどのタイミングで出射されたかを検出する機構、すなわち高精度の波長掃引開始の同期信号を得ることが求められる。このように、光源部から射出された光に基づき、上記のサンプリング信号の取得を開始するタイミングに関する情報の信号を出力するトリガ信号出力部を有することが好ましい。

この高精度の波長掃引開始の同期信号を生成するためのトリガ信号出力部として、特定の波長のみを反射するブラッググレーティングを用い、ブラッググレーティングを上記基板１０の上に集積化させることも有効である。

以下に、本発明の実施例について説明するが本発明はこれらに限られない。

［実施例１］
図５を用いて本実施例を説明する。本実施例は、光源部（波長掃引光源）１の光源として、中心波長１５５０ｎｍ、波長掃引幅１１０ｎｍのＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬの光源を用いた。このＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬを図４に示したのと同様に実装し、光源部１を構成した。この光源部の光出力ファイバーを、図４に示したのと同様に光集積回路５０００の波長掃引光入力部に形成した位置合わせ用の突起部に接着した。光集積回路５０００は、基板５０１に、シリコンのリッジ導波路を形成することで以下に説明する各部位を集積化した。導波路のコアは幅５００ｎｍ、高さ３００ｎｍとした。光集積回路５０００の大きさは１０ ｍｍ ｘ １０ ｍｍ ｘ ０．６２５ ｍｍである。

このようにして波長掃引光源１から射出され、光集積回路５０００に入力された波長掃引光は、分岐部５０２で９０％対１０％に分岐され、９０％の光は分岐部５０９の方向に伝搬する。残りの１０％の光は、分岐部５０３の方向に伝搬し、さらに分岐部５０３で５０％対５０％に分岐され、一方は波長掃引開始のタイミングの情報を得るための同期信号を生成するためのブラッググレーティング５０４に伝搬する。ブラッググレーティング５０４は波長１５００ｎｍの光を反射するよう構成されている。ブラッググレーティング５０４で反射した特定の波長（掃引開始の波長）の光は、再び分岐部５０３を通り、トリガ信号出力部５１３で受光される。光を受光した光検出部５１３は波長掃引開始のタイミングに関するトリガ信号をＤＡＱ（Ｄａｔａ ＡｃＱｕｉｓｉｔｉｏｎ）ボード５１４に出力する。トリガ信号出力部５１３は、不図示の光検出器とその駆動回路、および検出した反射光パルス信号を増幅および成形してＬｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ Ｌｏｇｉｃ（ＬＶＴＴＬ）信号で出力する回路で構成した。また、ブラッググレーティング５０４の後方に、ブラッググレーティングを透過した光が迷光となって光集積回路に影響を及ぼすことを抑制するために、ブラッググレーティングを透過した光を吸収する光吸収部５０５を設けた。一方、分岐部５０３で分岐した他方の光は、クロック信号出力部５１７の干渉計（マッハツェンダー干渉計）５０６に伝搬する。マッハツェンダー干渉計５０６で生成された干渉光は、光検出器５０７に伝搬する。光検出器５０７は、不図示のフォトディテクターとその駆動回路、および検出した反射光パルス信号を増幅および成形してＬＶＴＴＬ信号で出力する回路で構成されている。マッハツェンダー干渉計５０６を構成する２つの光路（導波路）の長さの差は４．６ｍｍとなるように作成した。光路は屈折率３．４７８のシリコンで形成しているので、これは光路長差１６ｍｍに相当し、このマッハツェンダー干渉計５０６を用いてクロック間隔１８．７ＧＨｚのクロック信号が生成される。

分岐部５０２で分岐され分岐部５０９の方向に伝搬した光は、分岐部５０９で３０％対７０％に分岐され、３０％の光は照射光学系５０８へ伝搬し、他方の７０％の光は参照光学系５１０に伝搬する。

（照射光学系）
本実施例における照射光学系５０８の構成の詳細を図６を用いて説明する。光集積回路５０００から射出された光は、コリメート光学系６０１でコリメート光に変換される。コリメート光はミラー６０３、６０４、６０５、６０６で構成した光路長可変機構を伝搬した後、集光光学系６０２を通り、ガルバノミラーで構成したｙ軸スキャナー６０７、ｘ軸スキャナー６０８を経由して被検体６１０に照射される。ここで、ミラー６０４、６０５は一体で可動可能に構成されており、このミラーペアを図６に示す両矢印方向に動かすことで、被検体６１０に合わせてコヒーレンスゲートを調整可能になっている。また、ミラー６０３と６０４の間にλ／４波長板、λ／２波長板、λ／４波長板の順に設けることで構成された偏波制御部６０９を配置した。被検体６１０で反射（後方散乱）した光は、再び照射光学系５０８を伝搬して、再度光集積回路５０００に入射する。被検体６１０からの反射光は、分岐部５０９を経由して干渉部５１１に伝搬する。

（参照光学系）
分岐部５０９で分岐され、参照光学系５１０を伝搬した光も干渉部５１１に伝搬する。参照光学系５１０の光路長は照射光学系５０８の光路長と同じとなるように構成した。つまり、分岐部５０９から参照光学系５１０を経由して干渉部５１１に至る光路の光路長と、分岐部５０９から照射光学系５０８を経由して被検体の最表面で反射して再び照射光学系５０８を経由して干渉部５１１に至る光路の光路長を同じとした。本実施例のＳＳ−ＯＣＴでは、この参照光学系の長さは４００ｍｍである。干渉部５１１で被検体からの反射光と参照光学系を経由した光が干渉し、その干渉光を干渉信号出力部（差分増幅光検出部）５１２で電気信号に変換される。電気信号に変換された干渉信号は、光検出部５１３で生成された波長掃引信号をトリガとして、光検出器５０７で生成したクロック信号に同期してＤＡＱボード５１４でＡＤ（Ａｎａｌｏｇｕｅ Ｄｅｇｉｔａｌ）変換され、デジタルデータ列に変換される。このデジタルデータ列は、被検体からの反射光と参照光学系を伝搬してきた参照光との干渉光強度を、上記クロック信号の間隔である１８．７ＧＨｚの等波数間隔でサンプリングしたデータの列となる。こうして取得した等波数間隔の干渉信号強度のデータを、信号処理部５１５でフーリエ解析を含むデータ処理を行い、被検体の断層像が得られる。

本実施例では、干渉信号データの間隔が１８．７ＧＨｚなので、被検体の深さが屈折率１．０換算で４ｍｍまでの断層像が得られる。こうして取得した被検体の断層像に関する信号は、画像表示装置５１６に送られ、断層像が表示される。

［実施例２］
実施例２に係るＳＳ−ＯＣＴは、実施例１における、照射光学系から光路長可変機構を省く代わりに、光路長可変機構を光集積回路内の参照光学系に設け、ＳＳ−ＯＣＴを更に小型化したものである。すなわち、参照光学系の光路長が変更可能に構成されていて、かつ、参照光学系が基板に集積化され、小型化されている構成である。以下、実施例１と異なる点を中心に図７乃至１０を用いて説明する。図７は本実施例係るＳＳ−ＯＣＴの全体構成を示す図である。光集積回路７０００は、基板７００に、シリコンのリッジ導波路を形成することで以下に説明する各部位を集積化した。すなわち、分岐部５０２、分岐部５０３、ブラッググレーティング５０４、光吸収部５０５、光検出部５１３、クロック信号出力部５１７を構成する干渉計５０６、分岐部５０９、干渉部５１１を集積化した。また、光源１、光検出器５０７、干渉信号出力部５１２、ＤＡＱ５１４、信号処理装置５１５、画像表示装置５１６は実施例１と同様とした。

本実施例では、参照光学系７０１を、図７に示すように、参照光路７０２、７０６、７０７、７０８、７０９に分割した。また図７に示すように、参照光路７０６、７０７、７０８、７０９は光が伝搬する光路を切り替える光スイッチ７０３とオン／オフ可能な光減衰器７０４を接続した。４つの光スイッチ７０３を切り替えることで、参照光路の長さを５通りに切り替えが可能である。光スイッチ７０３は光が伝搬する光路を切り替えるが、光集積回路で作成した光スイッチは、非選択側の光路にも少量ではあるが光が伝搬してしまうという特性を持っている。そのため、そのままでは参照光に光路長の異なる光が少量混ざってしまい、最終的に得られる断層像（ＯＣＴ像）にノイズが生じる可能性がある。参照光に光路長の異なる光が混じることを抑制するために、光スイッチ７０３に直列にオン／オフ可能な光減衰器７０４を配置している。オン／オフ可能な光減衰器７０４は以下のような制御が可能である。すなわち、その直前に配置してある光スイッチが当該光減衰器側に光路を切り替えた場合はオフ（すなわち光を透過させるように）にし、当該光減衰器側を遮断するように光路を切り替えた場合はオン（光を減衰させるように）できる。

（光スイッチ）
光スイッチ７０３は図９に示すようにマッハツェンダー干渉計方式の光スイッチを用いた。マッハツェンダー干渉計方式を用いたのは、非選択側の光減衰率が比較的大きいためである。図９の９０１は導波路で形成したマッハツェンダー干渉計で、９０２は薄膜ヒーターである。９０３、９０４は薄膜ヒーターに電圧を印加するための電極であり、不図示の電圧印加手段によって電圧が印加されることで、薄膜ヒータの温度が変化する。

９０５、９０６は分岐比５０：５０の方向性結合器である。図９の光スイッチは７０３は、マッハツェンダー干渉計９０１を構成する２つの導波路のうち一方の導波路を薄膜ヒーター９０２で加熱する。加熱されると、該導波路の屈折率が変化し、干渉計の２本の導波路の間に、通る光の波長の１／２の光路長差が付いて光２（出力２）が選択される。一方、薄膜ヒーター９０２がオフの場合は２本の導波路の光路長が等しいので、光１（出力１）が出力される。

（光減衰器）
上記オン／オフ可能な光減衰器７０４は図１０に模式図を示すＰＩＮ型の光減衰器を用いた。ＰＩＮ型の光減衰器は、光減衰率が大きく、広帯域の光を減衰可能という点で好ましい。図１０に示すように、導波路１００１の片側に接してｐドープ領域１００２を作成し、他方に接してｎドープ領域１００４を作成し、ＰＩＮダイオードを形成する。このＰＩＮダイオードに、電極パッド１００３、１００５から順方向電圧を印加して電流を流すと、Ｉ層である導波路コアにキャリア（電子、正孔）が注入され、その自由キャリアが光を吸収することによって光が減衰する。

（照射光学系）
次に、本実施例で用いた照射光学系について、図８を用いて説明する。光集積回路７０００から射出された光は、コリメート光学系８０１でコリメート光に変換され、集光光学系８０２を通り、ガルバノミラーで構成したｙ軸スキャナー８０３、ｘ軸スキャナー８０４を経由して被検体８０５に照射される。被検体８０５で反射（または後方散乱）した光は、再び照射光学系７０５を伝搬して、再度、光集積回路７０００に入射する。光集積回路７０００に入射した被検体８０５からの反射光は参照光学系７０１を伝搬した光と干渉し、実施例１と同様に、その干渉光を検出、ＡＤ変換、信号処理を行って被検体の断層像が得られる。本実施例では、分岐部５０９から照射光学系を経由して被検体に照射され被検体で反射して再び照射光学系を経由して干渉部５１１に至る光路の光路長は１６０ｍｍである。このため、参照光学系は７０２の光路長を１５９ｍｍ、７０６、７０７、７０８、７０９は０．５ｍｍとした。また、参照光学系の光路長が１５０ｍｍ、１５０．５ｍｍ、１５１ｍｍ、１５１．５ｍｍ、１５２ｍｍに切り替えられるように構成し、被検体に応じて切り替えるようにした。

本実施例では、参照光学系の光路長を５通りに切り替え可能な構成としたが、もっと多段に、たとえば１０００通りの長さに切り替え可能とし、実質的に連続可変と同等と見做せるように構成することも可能である。

［実施例３］
本実施例は、照射光学系に偏波制御部を設け、それ以外は実施例２と同様に構成した実施例である。実施例３について、図１１を用いて説明する。

本実施例では、光集積回路７０００の照射光学系との光入出力部から出射された波長掃引光を、結合光学系１１０１を用いて光ファイバー（不図示）に結合させた。光ファイバーに結合した光は偏波制御部１１０２を経由した後、光ファイバーから空間に放射される。光ファイバーから放射された光は、集光光学系１１０３で集光ビームに変換され、ガルバノミラーで構成したｙ軸スキャナー１１０４、ｘ軸スキャナー１１０５を経由して被検体１１０６に照射される。被検体１１０６で反射（または後方散乱）した光は、再び照射光学系７０５を伝搬し、偏波制御部１１０２で偏光が整えられた後に再度、光集積回路７０００に入射する。偏波制御部１１０２は、光集積回路７０００に入射する被検体からの反射光が略ＴＥ波、または略ＴＭ波となるように構成されている。

本実施例に係るＳＳ−ＯＣＴでは、照射光学系に設けた偏波制御部を被検体に合わせて調整することにより、さまざまな被検体に対し良好な断層像を得ることが可能である。

１ 光源部（波長可変光源）
２ 分岐部
３ 分岐部
４ クロック信号出力部
５ 照射光学系
６ 参照光学系
７ 干渉部
８ 干渉信号出力部
９ 取得部
１０ 基板
１５ 干渉計
１６ 光検出器
２０ 干渉光学系
１００ 光集積回路

Claims (14)

1. 射出する光の波長を変化させる光源部と、
   前記光源部から射出された光を、照射光学系を通り物体へ照射される照射光と、参照光学系を通る参照光とに分波し、
   前記物体に照射された光の反射光と前記参照光による干渉光を発生させる干渉光学系と、
   前記干渉光を受光して干渉信号を出力する干渉信号出力部と、
   前記干渉信号からサンプリングされたサンプリング信号に基づいて、
   前記物体の情報を取得する取得部と、
   前記光源部から射出された光に基づき、前記サンプリング信号を取得するためのクロック信号を出力するクロック信号出力部と、
   を有する光干渉断層計であって、
   前記クロック信号出力部は、前記光源部から射出された光を、互いに光路長の異なる光路に分波し、前記互いに異なる光路から出た光を合波する干渉計と、前記干渉計から出た光を検出して前記クロック信号を出力する光検出器とを有し、
   前記参照光学系及び前記干渉計が、同一の基板上に集積化されている光干渉断層計。
2. 前記干渉光学系が、前記基板上に集積化されている請求項１に記載の光干渉断層計。
3. 前記干渉計が、マッハツェンダー干渉計、またはマイケルソン干渉計である請求項１または２に記載の光干渉断層計
4. 前記基板が半導体基板である請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光干渉断層計。
5. 前記基板がガラス基板である請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光干渉断層計。
6. 前記光源部から射出された光を、照射光学系を通り物体へ照射される照射光と、参照光学系を通る参照光とに分波する分岐部を有し、前記分岐部が前記基板上に集積化されている請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光干渉断層計。
7. 前記参照光学系の光路長が、変更可能に構成されている請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光干渉断層計。
8. 前記参照光学系が、複数の導波路と、前記複数の導波路の間に設けられた光スイッチとを有し、前記光スイッチによって参照光学系の光路長を変更可能に構成されている請求項１乃至７のいずれか一項記載の光干渉断層計。
9. 前記参照光学系は光減衰器を有する請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光干渉断層計。
10. 前記照射光学系の光路長が、変更可能に構成されている請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光干渉断層計。
11. 前記照射光学系に、前記反射光の偏光を制御する偏波制御器が設けられている請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光干渉断層計。
12. 前記光源部から射出された光に基づき、前記サンプリング信号の取得を開始するタイミングに関する情報の信号を出力するトリガ信号出力部を有する請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の光干渉断層計。
13. 前記トリガ信号出力部が、特定の波長の光を反射するブラッググレーティングを有し、前記ブラッググレーティングが前記基板上に集積化されている請求項１２に記載の光干渉断層計。
14. 請求項１乃至１３のいずれか一項の光干渉断層計が、ハンドヘルド型である光干渉断層計。

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