JP2019150381A - 干渉計 - Google Patents

Abstract

【課題】少なくとも一部を光ファイバで構成する参照光路において、光ファイバ内で生じた散乱光の内、後方へ散乱する後方散乱光が測定光路に入り込むこと抑止することができる干渉計を提供すること。【解決手段】光源１０１から出力された光を、ビームスプリッタ１０２に導いて測定光と参照光とに分割し、分割した測定光を被検物に照射し、該被検物から反射した測定光を、ビームスプリッタ１０２を経由してビームスプリッタ１０３に導き、ビームスプリッタ１０２で分割した参照光を、光ファイバを経由してビームスプリッタ１０３に導き、ビームスプリッタ１０３に導かれた測定光と参照光とが合波して干渉光を生成する干渉計１００において、参照光が、ビームスプリッタ１０２から光ファイバを経由してビームスプリッタ１０３に至る経路にフリースペースで構成した０点調整機構３０を配置した。【選択図】図１

Description

本発明は、主に光干渉を用いて被検物を測定する光干渉測定機器に用いられる干渉計に関する。

従来より、光干渉を用いて被検物を測定する光干渉測定機器が提供されている。光学部品の配置の自由度が高いことや長い光路長でもコンパクトに構成できることから、光干渉測定機器では特許文献１に開示されているように干渉光を発生させる干渉計の構成に光ファイバを採用する場合が多い。

特許文献１では、波長掃引光源から出力された光を、光ファイバを経由して第１のカプラに導いて測定光と参照光とに分割し、分割した測定光を、光ファイバを経由して被検眼に照射し、被検眼から反射された測定光を第１のカプラを経由して第２のカプラに導き、第１のカプラで分割した参照光を、光ファイバを経由して第２のカプラに導き、第２のカプラに導かれた測定光と参照光とが合波して発生した干渉光を検出器で検出することにより、被検眼の内部の各部位の位置を特定する眼科装置が開示されている。

特開２０１５−２１１７３２号公報

光ファイバを用いた干渉計では、光ファイバ内を光が伝播する際に光の一部が散乱して散乱光が発生する。例えば、特許文献１に開示された眼科装置では、参照光が経由する光ファイバ内で生じた散乱光の内、後方へ散乱する後方散乱光が第１のカプラを経由して測定光路に入り込み、その結果、第２のカプラで生成した干渉光に影響し、正確に被検眼の内部の各部位の位置を特定することができなくなる恐れがある。

特に、第１のカプラから第２のカプラまでの参照光路において、第１のカプラから、参照光路における第１のカプラから第２のカプラまでの光路長から測定光路における第１のカプラから第２のカプラまでの光路長を差し引いた光路長の１／２の位置で生じる参照光の後方散乱光と参照光とが強く干渉するため、該位置からの後方散乱光を抑止する必要がある。

本発明は前記従来の問題点を解消するためになされたものであり、少なくとも一部を光ファイバで構成する参照光路において、光ファイバ内で生じた散乱光の内、後方へ散乱する後方散乱光が測定光路に入り込むことを抑止することができる干渉計を提供することを目的とする。

本発明に係る干渉計は、光源から出力された光を、第１の光分岐部に導いて測定光と参照光とに分割し、分割した測定光を被検物に照射し、被検物から反射した測定光を第１の光分岐部を経由して第２の光分岐部に導き、第１の光分岐部で分割した参照光を、光ファイバを経由して第２の光分岐部に導き、第２の光分岐部に導かれた測定光と参照光とが合波して干渉光を生成する干渉計において、参照光が、第１の光分岐部から光ファイバを経由して第２の光分岐部に至る経路に後方散乱光除去部を設けることを特徴とする。

本発明によれば、少なくとも一部を光ファイバで構成する参照光路において、光ファイバ内で生じた散乱光の内、後方へ散乱する後方散乱光が測定光路に入り込むことを抑止することができる。

本発明に係る第１実施形態の干渉計を用いた眼科装置の光学系の概略構成図である。 本発明に係る第１実施形態の干渉計を採用した眼科装置の制御系のブロック図である。 第１実施形態に係る眼科装置の処理手順の一例を示すフローチャートである。 干渉光学系で検出した干渉信号をフーリエ変換して被検眼の対象部位を特定する手順を示した図である。 ０点調整機構の機能を説明するための図である。 本発明に係る第２実施形態の干渉計を採用した眼科装置の光学系の概略構成図である。 本発明に係る第３実施形態の干渉計を採用した眼科装置の光学系の概略構成図である。

［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態に係る干渉計１００を用いた眼科装置１について図面を参照しながら説明する。尚、本実施形態では、光干渉を用いて被検眼内部の測定対象部位（例えば、水晶体、網膜など）の位置を特定する眼科装置について詳述するが、本発明にかかる干渉計は、眼科装置１のような眼科装置に限定するものではなく、光干渉を用いて被検物を測定する光干渉測定機器であれば、採用することが可能である。

図１は眼科装置１の光学系の概略構成を説明する図である。図１に示すように、眼科装置１の光学系１０は、被検眼Ｅから反射される測定光と参照光とを干渉させる光干渉光学系２０と、被検眼Ｅの前眼部を観察する観察光学系５０（図２に図示）と、被検眼Ｅに対して光学系１０を所定の位置関係にアライメントするためのＸＹＺアライメント光学系６０（図２に図示）と、被検眼Ｅを固視させる固視光学系（図示しない）などとから構成される。観察光学系５０、ＸＹＺアライメント光学系６０および固視光学系は、公知の眼科装置に用いられているものを用いることができるため、その詳細な説明は省略する。ここで、図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る干渉計１００にバランス検出器１２０を含めたものを光干渉光学系２０と記述する。

光干渉光学系２０は、光源１０１と、光源１０１からの光をビームスプリッタ１０２により分岐した一方の光を測定光として被検眼Ｅの内部に照射すると共にその反射光（測定光）をビームスプリッタ１０２を経由してビームスプリッタ１０３に導く測定光学系と、光源１０１からの光をビームスプリッタ１０２により分岐した他方の光を参照光としてビームスプリッタ１０３に導く参照光学系と、ビームスプリッタ１０３に導かれた測定光と参照光とをビームスプリッタ１０３により合波して発生した干渉光を受光するバランス検出器１２０とによって構成されている。

光源１０１は、波長掃引型の光源であり、出射される光の波長が所定の周期で変化するようになっている。光源１０１から出射される光の波長が変化すると、出射される光の波長に対応して、被験眼Eの各部位から反射される光と参照光との干渉光の強弱が変化する。強弱の変化の周波数は、反射光の反射位置の深さの方向の位置に依存している。このため、出射される光の波長を変化させながら干渉光を測定することで、被検眼Ｅの内部の各部位（すなわち、角膜Ｅ０、水晶体Ｅ１や網膜Ｅ２）の位置を特定することが可能となる。

測定光学系は、ビームスプリッタ１０２と、対物レンズ１０８と、コリメータレンズ１０９と、光ファイバ１０５と、コリメータレンズ１１３と、ビームスプリッタ１０３とによって構成されている。光源１０１から出射された光は、ビームスプリッタ１０２で分岐した反射光を測定光として、対物レンズ１０８を介して被検眼Ｅに照射される。被検眼Ｅから反射された測定光は、再度ビームスプリッタ１０２に入射し、透過した測定光はコリメータレンズ１０９、光ファイバ１０５およびコリメータレンズ１１３を介してビームスプリッタ１０３に導かれる。

参照光学系は、ビームスプリッタ１０２と、コリメータレンズ１１０と、光ファイバ１０６と、コリメータレンズ１１１と、０点調整機構３０と、コリメータレンズ１１２と、光ファイバ１０７と、コリメータレンズ１１４と、ビームスプリッタ１０３とによって構成されている。光源１０１から出射された光は、ビームスプリッタ１０２で分岐した透過光を参照光として、コリメータレンズ１１０、光ファイバ１０６、コリメータレンズ１１１、０点調整機構３０、コリメータレンズ１１２、光ファイバ１０７およびコリメータレンズ１１４を介してビームスプリッタ１０３に導かれる。

ビームスプリッタ１０３に導かれた測定光と参照光とがビームスプリッタ１０３において合波し、発生した干渉光は、コリメータレンズ１１５と光ファイバ１１７、および、コリメータレンズ１１６と光ファイバ１１８を介してバランス検出器１２０に導かれる。バランス検出器１２０に導かれた干渉光は、バランス検出器１２０内で差動増幅されて演算装置８０に入力される。本実施形態では、干渉光の検出にバランス検出器１２０を用いているが、干渉光の検出はこれに限定するものではなく、例えば、フォトダイオードを用いることができる。

次に、参照光学系に設けられる０点調整機構３０について説明する。０点調整機構３０は、コーナキューブ１０４と、コーナキューブ１０４をコリメータレンズ１１１、１１２に対して進退動させる第１駆動装置８１（図２に図示）を備えている。第１駆動装置８１がコーナキューブ１０４を図１の矢印Ａの方向に駆動することで、ビームスプリッタ１０２からビームスプリッタ１０３に至る光路長（すなわち、参照光学系の参照光路長）が変化する。ここで説明する０点とは図５に示すように、参照光路長（詳細には、ビームスプリッタ１０２〜０点調整機構３０〜ビームスプリッタ１０３）と測定光路長（詳細には、ビームスプリッタ１０２〜０点〜ビームスプリッタ１０２〜ビームスプリッタ１０３）が一致する位置であり、干渉光を用いた測定装置ではこの０点を基準に深さ方向（本実施例では被検眼Ｅの網膜Ｅ２方向）の干渉信号を取得する。すなわち、図５に示すように、測定光路におけるビームスプリッタ１０２からビームスプリッタ１０３に至る光路長をＸ、ビームスプリッタ１０２から０点までの光路長をｄとすると、測定光路長は２ｄ＋Ｘとなる。参照光路長はＹであるため、図５においては、Ｙ＝２ｄ＋Ｘとなる。

本実施形態のように被検眼Ｅの角膜Ｅ０から網膜Ｅ２までの測定を行う場合は、通常、図５に示すように、被検眼Ｅの角膜Ｅ０の少し手前の位置（図５に示す被検眼ＥからΔＺ前方の位置）に０点が来るように０点調整機構３０により調整される。尚、本実施例における０点調整機構３０は、０点の位置を角膜Ｅ０表面から網膜Ｅ２表面までの距離で移動できるように構成されている。

次に、本実施形態の眼科装置１の制御系の構成を説明する。図２に示すように、眼科装置１は演算装置８０によって制御される。演算装置８０は、（図示しない）ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータ（マイクロプロセッサ）によって構成されている。演算装置８０には、光干渉光学系２０と、観察光学系５０と、ＸＹＺアライメント光学系６０と、固視光学系（図示しない）と、第１駆動装置８１と、モニタ５と、メモリ６と、ジョイスティック７とが接続されている。演算装置８０は、光干渉光学系２０、観察光学系５０、ＸＹＺアライメント光学系６０や固視光学系（図示しない）の各光学系の光源（光源１０１など）のオン／オフの制御や、０点調整機構３０を駆動する、第１駆動装置８１の制御を行う。また、観察光学系５０を制御して観察光学系５０で撮像される被検眼Ｅの前眼部の画像をモニタ５に表示する。さらに、演算装置８０は、光干渉光学系２０のバランス検出器１２０が接続され、バランス検出器１２０で検出される干渉光の強度に応じた干渉信号が入力される。演算装置８０は、バランス検出器１２０から入力される干渉信号をフーリエ変換することによって、被検眼Ｅの各部位（角膜Ｅ０の前後面、水晶体Ｅ１の前後面、網膜Ｅ２の表面）の位置を特定し、被検眼Ｅの眼軸長を算出する。

次に、本実施形態の眼科装置１を用いて、被検眼Ｅの各部位の位置を特定して眼寸法を測定する手順を、図３を参照して説明する。図３は、本実施形態の眼科装置１の処理手順の一例を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ１０で、被検眼Ｅに対して光学系１０を所定の位置関係にアライメントするＸＹＺアライメントを実施する。ＸＹＺアライメントは、ＸＹＺアライメント光学系６０を用いて実施する。まず、ジョイスティック７を操作して被検眼Ｅに対して光学系１０を粗アライメントし、その後、ＸＹＺアライメント光学系６０から出力される検出信号に基づいて、図示しないＸ軸駆動装置、Ｙ軸駆動装置、Ｚ軸駆動装置により、被検眼Ｅに対して光学系１０をＸＹＺ方向にオートアライメントする。

次に、ステップＳ１１で、０点位置を調整する。０点位置の調整は、上述のように、０点位置が被検眼ＥからΔＺの前方位置に来るように０点調整機構３０を制御する。その後、被検眼Ｅの測定を開始する。

ステップＳ１２で、被検眼Ｅの干渉信号を取得する。被検眼Ｅの干渉信号は、上述にように、光干渉光学系２０のバランス検出器１２０で検出し、演算装置８０に入力される。

ステップＳ１３で、演算装置８０に入力された干渉信号をフーリエ変換する。そして、ステップＳ１４で、フーリエ変換されたデータ（「Ａスキャン像」と呼ぶ）から、被検眼Ｅの対象部位（例えば、角膜Ｅ０、水晶体Ｅ１、網膜Ｅ２など）を特定し、各眼寸法値を算出し、ステップＳ１５で、ステップＳ１４で算出した各眼寸法値をモニタ５の表示画面に表示する。尚、図４は、バランス検出器１２０で検出した干渉信号をフーリエ変換して被検眼Ｅの対象部位（例えば、角膜Ｅ０、水晶体Ｅ１、網膜Ｅ２など）を特定する手順を示した図である。

ここで、本実施形態に係る光干渉光学系２０では、上述のように、参照光路には、光ファイバ１０６および光ファイバ１０７が用いられているため、光ファイバ内を参照光が伝播する際に光ファイバ内で伝播する参照光の一部が散乱して散乱光を発生させる。参照光が経由する光ファイバ内で生じた散乱光の内、後方へ散乱する後方散乱光がビームスプリッタ１０２を経由して測定光路に入り込み、その結果、ビームスプリッタ１０３で生成した干渉光に影響し、被検眼Ｅの内部の各部位の位置を正確に特定することができなくなる恐れがある。

図１に示すように、測定光学系において、ビームスプリッタ１０２からビームスプリッタ１０３へ至る光路長をＸ、参照光学系において、ビームスプリッタ１０２から０点調整機構３０を介してビームスプリッタ１０３へ至る光路長をＹとした場合、参照光路においてビームスプリッタ１０２からビームスプリッタ１０３に向けて（Ｙ−Ｘ）／２の位置（Ｐ１）は、測定光学系において０点の位置と同一となることから、この位置において光ファイバ内で生じる参照光の後方散乱光がビームスプリッタ１０２を経由して測定光路に入り込むとビームスプリッタ１０３で生成した干渉光に大きく影響する。すなわち、参照光路において、Ｐ１の位置で発生する後方散乱光を抑止することが重要となる。本実施形態では、図１に示すように、Ｐ１の位置に（光ファイバを用いない）フリースペースで構成された０点調整機構３０を配置することにより、Ｐ１の位置において後方散乱光が発生することを抑止することができる。これにより、ビームスプリッタ１０３で生成した干渉光において後方散乱光の影響を抑止することができるため、被検眼Ｅの内部の各部位の位置を正確に特定することができるようになる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る干渉計２００を用いた眼科装置２について図面を参照しながら説明する。

図６は、本発明に係る第２実施形態の干渉計２００を採用した眼科装置２の光学系１１の概略構成図である。干渉計２００では、ビームスプリッタ１０２からビームスプリッタ１０３へ至る参照光路には、光ファイバ１３１と光ファイバ１３２との間に光アイソレータ１３０が配置されている。光アイソレータ１３０は、一方の方向に進む光は透過し、逆方向に進む光を遮断する特性を持つ光学素子である。本実施形態では、ビームスプリッタ１０２からビームスプリッタ１０３へ進む参照光は透過し、逆にビームスプリッタ１０３からビームスプリッタ１０２へ進む参照光は遮断するように光アイソレータ１３０が配置されている。図６に示すように、測定光学系において、ビームスプリッタ１０２からビームスプリッタ１０３へ至る光路長をＸ、参照光学系において、ビームスプリッタ１０２からビームスプリッタ１０３へ至る光路長をＹとした場合、参照光路においてビームスプリッタ１０２からビームスプリッタ１０３に向けて（Ｙ−Ｘ）／２の位置（Ｐ２）を超えない位置に光アイソレータ１３０が配置されている。これにより、測定光学系において０点の位置と同一となるＰ２の位置を含む光ファイバ１３２内で発生する後方散乱光を光アイソレータ１３０で遮断することから、ビームスプリッタ１０２を経由して測定光路に入り込むことを抑止することができる。すなわち、ビームスプリッタ１０３で生成した干渉光において特に影響が大きいＰ２の位置で発生する後方散乱光の影響を抑止することができるため、被検眼Ｅの内部の各部位の位置を正確に特定することができるようになる。

［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態に係る干渉計３００を用いた眼科装置３について図面を参照しながら説明する。

図７は、本発明に係る第３実施形態の干渉計３００を採用した眼科装置３の光学系１２の概略構成図である。上記第１の実施形態や第２の実施形態では、光を分岐する分岐部材にビームスプリッタ１０２および１０３を採用したが、図７に示すように、干渉計３００では、ビームスプリッタ１０２および１０３の代わりにファイバカプラ２０１および２０２を採用する。本発明に係る眼科装置のように光ファイバを用いて干渉計を構成する場合、干渉計３００のように、光分岐部にファイバカプラを用いることにより、干渉計を簡易に組み付けることができる。

ここで、干渉計１００、２００および３００は干渉計の一例であり、光源１０１は光源の一例であり、ビームスプリッタ１０２およびファイバカプラ２０１は第１の光分岐部の一例であり、ビームスプリッタ１０３およびファイバカプラ２０２は第２の光分岐部の一例であり、０点調整機構３０はフリースペースの一例であり、光アイソレータ１３０は光学素子の一例である。

以上、本発明の実施形態について詳述してきたが、これらはあくまでも例示であって、本発明はかかる実施形態における具体的な記載によって、何等、限定的に解釈されるものでなく、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものであり、また、そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであることが、理解されるべきである。

例えば、上記実施形態の干渉計１００、２００および３００では、フーリエドメイン型の光干渉断層計（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、以下「ＯＣＴ」と表記する。）の１つである、光源１０１に波長掃引型光源を用いたＳＳ−ＯＣＴを採用したものである。しかしながら、本発明に係る干渉計はＳＳ−ＯＣＴに限定するものではなく、他のフーリエドメイン型のＯＣＴであるスペクトルドメインＯＣＴ（ＳＤ−ＯＣＴ）であってもいいし、タイムドメイン型のＯＣＴであってもよい。

また、上記第２の実施形態に係る干渉計２００において、光アイソレータ１３０を採用したが、参照光路に配置して光ファイバ内で発生する後方散乱光を遮断する光学素子は光アイソレータに限定するものではなく、光減衰器や光サーキュレータなどを採用してもよい。

また、２つの光分岐部のうち少なくとも一方を光ファイバ以外で構成してもよい。上記第１の実施形態のように、干渉計の光学系の一部がフリースペースで構成されている場合は光分岐部においても光ファイバで構成しない方が簡易に構成することができるため、コストを安価にすることができる。

また、上記第１の実施形態に係る干渉計１００において、Ｐ１の位置に０点調整機構３０を配置したが、本発明の権利範囲は０点調整機構を配置した構成に限定されるものではなく、Ｐ１の位置を中心とする所定の範囲がフリースペースとなる別の機構を配置してもよい。

また、ビームスプリッタ１０３で発生する光干渉は０点からコヒーレント長（光源の波長の二乗÷光源の線幅）の距離の範囲で発生することから、所定の範囲を光源１０１のコヒーレント長とすることにより、適切な位置にフリースペースを設けることができる。これにより、参照光の後方散乱光の影響をより効果的に抑止することができる。尚、所定の範囲は、光源１０１のコヒーレント長に限定するものではなく、抑止したい後方散乱光に応じて適宜、位置や範囲を設定すればよい。

また、上記実施形態の干渉計１００、２００および３００では、測定光路において、ビームスプリッタ１０２からビームスプリッタ１０３へ至る光路に光ファイバを用いたが、測定光路の構成によっては、特に、光ファイバを用いる必要がない場合は、フリースペースでビームスプリッタ１０２からビームスプリッタ１０３へ至る光路を構成してもよい。

１、２、３・・眼科装置
５・・モニタ
１０、１１、１２・・光学系
２０・・光干渉光学系
３０・・０点調整機構
５０・・観察光学系
６０・・ＸＹＺアライメント光学系
１００、２００、３００・・干渉計
１０１・・光源
１０２、１０３・・ビームスプリッタ
１２０・・バランス検出器
２０１、２０２・・ファイバカプラ

Claims (9)

1. 光源から出力された光を、第１の光分岐部に導いて測定光と参照光とに分割し、分割した前記測定光を被検物に照射し、該被検物から反射した前記測定光を前記第１の光分岐部を経由して第２の光分岐部に導き、前記第１の光分岐部で分割した前記参照光を、光ファイバを経由して前記第２の光分岐部に導き、前記第２の光分岐部に導かれた前記測定光と前記参照光とが合波して干渉光を生成する干渉計において、
   前記参照光が、前記第１の光分岐部から光ファイバを経由して前記第２の光分岐部に至る経路に後方散乱光除去部を設けることを特徴とする干渉計。
2. 前記後方散乱光除去部はフリースペースであることを特徴とする請求項１に記載の干渉計。
3. 前記後方散乱光除去部は光を減衰又は遮断する光学素子であることを特徴とする請求項１に記載の干渉計。
4. 前記光学素子は光減衰器、光アイソレータ或いは光サーキュレータであることを特徴とする請求項３に記載の干渉計。
5. 前記第１の光分岐部から前記第２の光分岐部の方向に、
   前記参照光が光ファイバを経由して前記第１の光分岐部から前記第２の光分岐部に至る光路長から前記測定光が前記第１の光分岐部から前記第２の光分岐部に至る光路長を差し引いた光路長の１／２の位置を中心とする所定の範囲の少なくとも一部が前記フリースペースであることを特徴とする請求項２に記載の干渉計。
6. 前記１／２の位置を中心とする所定の範囲は、前記光源から出力された光のコヒーレント長であることを特徴とする請求項５に記載の干渉計。
7. 前記光学素子を設ける位置は、
   前記第１の光分岐部から前記第２の光分岐部の方向に、
   前記参照光が光ファイバを経由して前記第１の光分岐部から前記第２の光分岐部に至る光路長から前記測定光が前記第１の光分岐部から前記第２の光分岐部に至る光路長を差し引いた光路長の１／２を超えない位置であることを特徴とする請求項３または４に記載の干渉計。
8. 前記第１の光分岐部と前記第２の光分岐部のうち少なくとも一方はファイバカプラであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の干渉計。
9. 前記第１の光分岐部と前記第２の光分岐部のうち少なくとも一方は光ファイバで構成されていないことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の干渉計。