JP2020198999A - 光干渉断層撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】光学系における高結合効率化を実現する。【解決手段】SS−OCT装置の参照光学系50は、光を出射する光ファイバ508と、光ファイバ508の出射光を平行化するコリメータレンズ500と、コリメータレンズ500により平行化された光を集光する集光レンズユニット506と、集光レンズユニット506により集光された光を入射する光ファイバ511とを含む。光ファイバ508において出射端のコア径がファイバ中のコア径よりも大きく、また、光ファイバ511において入射端のコア径がファイバ中のコア径よりも大きい。コリメータレンズ200の焦点距離の絶対値と、集光レンズユニット202の焦点距離の絶対値は同一であり、入出射端のコア径を略同一とした組み合わせにすることができる。【選択図】図1
Description
本発明は、光干渉断層撮像装置に関する。
光干渉断層撮像法(OCT:Optical Coherence Tomography)を利用する光干渉断層撮像装置(以下、OCT装置という。)が開発されている。OCT装置は、物体に光を照射し、照射光の波長に応じて物体の異なる深さから戻ってくる反射光と参照光とを干渉させる。そして、OCT装置は、干渉光の強度の時間波形(干渉スペクトルと呼ばれる。)に含まれる周波数成分を分析することによって、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装置は、例えば眼科用の撮像装置として眼底検査等に用いられる。
検査時における被検者の身体的負担を低減するため、測定速度を向上させたOCT装置として、波長掃引光源を用いたOCT装置(Swept Source OCT装置、以下、SS−OCT装置という。)が盛んに開発されている。特許文献1は、SS−OCT装置の一例を開示しており、波長掃引光源として、ファイバーリング共振器及び波長選択フィルタを用いた光源を例示している。
SS−OCT装置に用いられる波長掃引光源は、SD−OCT(Spectral Domain OCT装置)に用いられる広帯域な波長帯域を有する低コヒーレンス光源と比較して、波長が時間と共に変動する動的な特徴を有する。そのため、一般的にノイズが多い光源であることが知られており、SS−OCT装置では、干渉光の受光感度を向上させるために、干渉信号を差動検出することが一般的である。
差動検出を行うための干渉光学系において、参照光路の構成の方法として、直接戻る光をサーキュレータによって方向付けるものと、2つの光ファイバを用いて光路構成するものが知られている。サーキュレータは、広帯域な波長に対し特性を安定させるのが困難であり、かつ、高価であるため、参照光学系の光ファイバの入射端と出射端を別にして参照光を取り出す構成が開示されている(特許文献2、3を参照)。
SS−OCT装置において、光を出射する光ファイバと、光を入射する光ファイバとを含む光学系を有する場合、高結合効率化を実現する必要がある。
本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、光学系における高結合効率化を実現することを目的とする。
本発明の光干渉断層撮像装置は、光を出射する第一の光ファイバと、前記第一の光ファイバの出射光を平行化する第一の光学部材と、前記第一の光学部材により平行化された光を集光する第二の光学部材と、前記第二の光学部材により集光された光を入射する第二の光ファイバとを含む光学系を有する光干渉断層撮像装置であって、前記第一の光ファイバにおいて出射端の導光部の径がファイバ中の導光部の径よりも大きく、かつ、前記第二の光ファイバにおいて入射端の導光部の径がファイバ中の導光部の径よりも大きく、前記第一の光ファイバの出射端の導光部の径と、前記第二の光ファイバの入射端の導光部の径とが同一であり、前記第一の光学部材の焦点距離と、前記第二の光学部材の焦点距離とが同一であることを特徴とする。
本発明によれば、光学系における高結合効率化を実現することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
図1乃至7を参照して、実施形態に係るSS−OCT装置(波長掃引型光干渉断層撮像装置)を説明する。本実施形態では、SS−OCT装置を被検体の眼底を検査するのに用いる例を説明するが、本発明を適用した光干渉断層撮像装置は、眼底検査以外の用途に用いることもでき、例えば臓器等の任意の物体の検査等に用いてもよい。
図1乃至7を参照して、実施形態に係るSS−OCT装置(波長掃引型光干渉断層撮像装置)を説明する。本実施形態では、SS−OCT装置を被検体の眼底を検査するのに用いる例を説明するが、本発明を適用した光干渉断層撮像装置は、眼底検査以外の用途に用いることもでき、例えば臓器等の任意の物体の検査等に用いてもよい。
[SS−OCT装置の全体構成]
図1は、実施形態に係るSS−OCT装置の構成を示す図である。SS−OCT装置には、光源部10と、光量調整光学系20と、干渉系30と、測定光学系40と、参照光学系50と、検出部60と、情報取得部70と、表示部80とを備える。
光源部10は、光を出射する。光量調整光学系20は、光源部10からの光の光量を調整する。干渉系30は、光量調整された光を照射光と参照光に分岐し、被検体Erからの反射光と参照光を合波して干渉光を生成する。測定光学系40は、被検体Erに照射光を照射し、被検体Erからの反射光を干渉系30に出射する。参照光学系50は、参照光の光路長を調整する。検出部60は、干渉光を検出する。情報取得部70は、被検体Erである眼の眼底の情報を取得する。表示部80は、取得した情報、画像等を表示する。
図1は、実施形態に係るSS−OCT装置の構成を示す図である。SS−OCT装置には、光源部10と、光量調整光学系20と、干渉系30と、測定光学系40と、参照光学系50と、検出部60と、情報取得部70と、表示部80とを備える。
光源部10は、光を出射する。光量調整光学系20は、光源部10からの光の光量を調整する。干渉系30は、光量調整された光を照射光と参照光に分岐し、被検体Erからの反射光と参照光を合波して干渉光を生成する。測定光学系40は、被検体Erに照射光を照射し、被検体Erからの反射光を干渉系30に出射する。参照光学系50は、参照光の光路長を調整する。検出部60は、干渉光を検出する。情報取得部70は、被検体Erである眼の眼底の情報を取得する。表示部80は、取得した情報、画像等を表示する。
光源部10は、波長掃引光源100と、光ファイバカプラ101と、クロック信号生成部102とを有する。波長掃引光源100は、出射する光の波長を掃引する。光ファイバカプラ101は、波長掃引光源100からの光を光ファイバで伝播し、光量調整光学系20に入射する光とクロック信号生成部102に入射する光に分岐する。クロック信号生成部102は、波長掃引光源100からの光に基づいてクロック信号を生成し、検出部60に送る。なお、波長掃引光源100としては、出射する光の波長を掃引することができる光源であれば、任意の光源を用いることができる。波長掃引光源100は、例えば特許文献1にあるようなファイバーリング共振器及び波長選択フィルタを用いた光源であってもよいし、その他の波長掃引レーザ等であってもよい。また、光ファイバカプラ101は、ビームスプリッタ等を用いてもよい。以下の構成で挙げられる光ファイバカプラに関しても同様である。
光量調整光学系20は、コリメータレンズ200と、光量調整部201と、集光レンズユニット202と、光ファイバカプラ203と、光量測定部204とを有する。コリメータレンズ200、光量調整部201、集光レンズユニット202の詳細については、図3を用いて後述する。光ファイバカプラ203は、光源部10から出射され、光ファイバで伝播され、光量調整が行われた光を、干渉系30に入射する光と光量測定部204に入射する光と分岐する。光量測定部204に入射して測定された光の光量に基づいて、後述するように被検体Erに照射する照射光が適切になるよう光量調整が行われる。
干渉系30は、光ファイバカプラ300、301を有する。光ファイバカプラ300は、光ファイバを介して光ファイバカプラ203、光ファイバカプラ301、測定光学系40、及び参照光学系50に接続される。光ファイバカプラ300は、光量調整光学系20から出射され、光ファイバで伝播された光を、測定光学系40に入射する照射光と参照光学系50に入射する参照光に分岐する。照射光は、測定光学系40を経由して被検体Erに照射される。被検体Erによって反射する反射光は、測定光学系40、及び光ファイバカプラ300を経由して、光ファイバカプラ301に入射する。一方、参照光は、参照光学系50を経由して、光ファイバカプラ301に入射する。光ファイバカプラ301で反射光と参照光が干渉し、干渉光になるとともに、一方の位相が反転された位相の異なる2つの光に分岐して検出部60に入射する。
測定光学系40は、レンズ400、401と、スキャナ402、403と、対物レンズ404とを有する。干渉系30より光ファイバを伝播して測定光学系40に入射した照射光は、レンズ400により平行化される。レンズ401は、照射光を被検体Erに焦点合わせするためのものであり、不図示の駆動部により、光軸方向に移動可能である。この焦点合わせによって、被検体Erからの反射光は同時に光ファイバ先端(フェルール)にスポット状に結像される。スキャナ402及びスキャナ403は、それぞれ回転軸が互いに直交するよう配置されたガルバノミラーであり、照射光を被検体Er上で走査することができる。スキャナ402はx方向の走査を行い、スキャナ403はy方向の走査を行う。被検体Erに対向して配置された対物レンズ404を透過して、被検眼Erに照射光が照射される。被検体Erに照射された照射光は、眼底において後方散乱光として反射する。眼底からの反射光は、測定光学系40を経由して干渉系30に入射する。
参照光学系50は、コリメータレンズ500と、光量調整部501と、ミラー502、503と、分散補償ガラス504と、光路長調整部505と、集光レンズユニット506と、偏光コントローラ507とを有する。これら構成要素の詳細については、図4を用いて後述する。
検出部60は、検出器600と、A/D変換器601とを有する。検出器600は、干渉系30より入射され、光ファイバで伝播された2つの干渉光をそれぞれ検出するとともに、検出した干渉光に基づく干渉信号をA/D変換器601に送る。A/D変換器601は、光源部10のクロック信号生成部102から送られるクロック信号に同期して、干渉信号をサンプリングし、デジタル信号に変換する。デジタル信号に変換された干渉信号は、情報取得部70に送られる。
情報取得部70は、検出部60から受け取ったデジタル信号に対してフーリエ変換等の周波数分析を行い、眼底の情報を得る。また、情報取得部70は、検出器600で検出した位相の異なる2つの干渉光に基づく2つの干渉信号の差を取ることで、干渉信号の差動を検出し、干渉信号における眼底の情報の信号成分対非干渉成分の信号の比(S/N比)を向上することができる。情報取得部70は、得られた眼底の情報を表示部80に送る。情報取得部70は、CPUやMPU等を備えた任意の情報処理部としてSS−OCT装置内に構成してもよいし、汎用コンピュータを用いて構成してもよい。
表示部80は、受け取った情報を断層像として表示する。表示部80は、SS−OCT装置に備え付けられたモニタであってもよいし、SS−OCT装置に接続された個別のモニタであってもよい。
以上の構成により、SS−OCT装置は、被検体Erのある1点における深さ方向の断層に関する情報を取得することができる。このように被検体Erの深さ方向の断層情報を取得することをAスキャンと呼ぶ。このAスキャンを被検体Erの横断方向に走査することで、2次元の断層情報を取得することができる。この走査をBスキャンと呼ぶ。Aスキャン、Bスキャンいずれの走査方向とも直交する方向に被検体Erを走査することで、3次元の断層情報を取得することができる。この走査をCスキャンと呼ぶ。特に3次元断層情報を取得する際に被検体Er眼底面内を2次元ラスタ走査する場合、高速に走査が行われる方向をBスキャン、相対的に低速で走査が行われる方向をCスキャンと呼ぶ。Bスキャン及びCスキャンは、上述したスキャナ402、403により行われる。
なお、各図においてxyz方向を示す。図1はx方向の視点からの図、図3及び図4はy方向の視点からの図になるが、見易さを考慮して、これら図1と図3及び図4とで各構成要素を平面的に同配置で図示する。
なお、各図においてxyz方向を示す。図1はx方向の視点からの図、図3及び図4はy方向の視点からの図になるが、見易さを考慮して、これら図1と図3及び図4とで各構成要素を平面的に同配置で図示する。
[光量調整光学系20]
光量調整光学系20について詳述する。
図3は、実施形態に係るSS−OCT装置の光量調整光学系20の一部の構成を示す図である。
光源部10から出射された光は、光ファイバ205により伝播され、光ファイバ205の出射端を構成するフェルール206から出射されることにより、光量調整光学系20に入射する。光ファイバ205の出射光は、コリメータレンズ200により平行化され、光量調整部201を経由し、集光レンズユニット202により集光される。集光レンズユニット202により集光され、光ファイバ208の入射端を構成するフェルール207のコアにスポット状に結像された光は、光ファイバ208を伝播して、図1に示す光ファイバカプラ203に入射する。
本実施形態において、光量調整光学系20では、光ファイバ205及びフェルール206が本発明でいう第一の光ファイバに相当する。また、コリメータレンズ200が本発明でいう第一の光学部材に相当する。また、集光レンズユニット202が本発明でいう第二の光学部材に相当する。また、光ファイバ208及びフェルール207が本発明でいう第二の光ファイバに相当する。
光量調整光学系20について詳述する。
図3は、実施形態に係るSS−OCT装置の光量調整光学系20の一部の構成を示す図である。
光源部10から出射された光は、光ファイバ205により伝播され、光ファイバ205の出射端を構成するフェルール206から出射されることにより、光量調整光学系20に入射する。光ファイバ205の出射光は、コリメータレンズ200により平行化され、光量調整部201を経由し、集光レンズユニット202により集光される。集光レンズユニット202により集光され、光ファイバ208の入射端を構成するフェルール207のコアにスポット状に結像された光は、光ファイバ208を伝播して、図1に示す光ファイバカプラ203に入射する。
本実施形態において、光量調整光学系20では、光ファイバ205及びフェルール206が本発明でいう第一の光ファイバに相当する。また、コリメータレンズ200が本発明でいう第一の光学部材に相当する。また、集光レンズユニット202が本発明でいう第二の光学部材に相当する。また、光ファイバ208及びフェルール207が本発明でいう第二の光ファイバに相当する。
ここで、光ファイバ205及び光ファイバ208について説明する。光ファイバ205及び光ファイバ208は単一モードファイバである。光ファイバ205において出射端の導光部の径(以下、導光部の径をコア径と呼ぶ。)がファイバ中のコア径よりも大きく、また、光ファイバ208において入射端のコア径がファイバ中のコア径よりも大きい。図2を参照して、光ファイバにおける端部のコア径をファイバ中のコア径よりも大きくする構成について説明する。図2は、TEC(Thermally−diffused Expanded Core)加工が施された光ファイバの端部の構成を示す図である。図2のフェルール1が、光量調整光学系20におけるフェルール206、207、及び、後述する参照光学系50におけるフェルール509、510に相当する。フェルール1の内部に、クラッド2及びコア3が配置される。コア径が端部に向かって徐々に拡大し、端部のコア径D2がファイバ中のコア径D1よりも大きい。TEC加工ファイバでは、ファイバ中のコア径D1に対して、端部のコア径D2が熱拡散により2倍から3倍に拡大している。ファイバ中のコア径D1は、使用する波長によっても異なるが、例えば波長が1μm帯の場合、6μm程度である。TEC加工により、端部のコア径D2は、12μmから18μm程度になる。所定のTEC加工によりファイバのモードフィールド径(MFD)が拡大し、開口数(NA)が小さくなる。
図3に説明を戻して、光量調整部201は、透過率可変型ND(Neutral Density)フィルタ210と、モータ211と、シャフト212と、押え部材213とを備える。透過率可変型NDフィルタ210は、モータ211を駆動源としてシャフト212を介して回動させられる。透過率可変型NDフィルタ210に入射した光は屈折し、集光レンズユニット202に透過する。一方、透過率可変型NDフィルタ210の入射面が光軸に垂直な平面に対して傾斜するため、透過率可変型NDフィルタ210により生じる多重反射光は、より偏心して透過しようとするが、押え部材213により遮蔽される。なお、光量調整部201は、モータに接続された遮蔽板でもよい。光量測定部204の測定光量に基づいて、被検体Erに照射する照射光が適切になるようモータ211が駆動され、光量の調整を行う。
集光レンズユニット202は、強いパワーを有する第一のレンズ要素である強パワレンズ220と、第一のレンズ要素より弱いパワーを有する第二のレンズ要素である弱パワレンズ221を備える。「弱パワレンズ」及び「強パワレンズ」は、レンズの相対的屈折力の強さを表し、強パワレンズ220に対して弱パワレンズ221の方が焦点距離の絶対値が大きい。
集光レンズユニット202では、光を効率的に結合させるため、以下のような調整が行われる。まず、強パワレンズ220とフェルール207のxyz3方向の位置合わせ(アライメント)を行う。例えば強パワレンズ220の光軸中心に対し、フェルール207を光軸に垂直な平面の2方向(xy方向)をアライメントし、フェルール207に対し、強パワレンズ220の焦点距離が適切になるよう光軸方向(z方向)をアライメントする。このとき、弱パワレンズ221は、強パワレンズ220とフェルール207の間において、光軸に対して傾斜した状態(偏向状態)で仮固定されている。強パワレンズ220とフェルール207のxyzアライメントが完了した後、強パワレンズ220とフェルール207は保持部材215に恒久的に取り付けられる。光学構成要素の既知の恒久的な取り付け方としては、レーザ溶接、紫外線又は熱で硬化する接着剤、半田付け等が挙げられるが、いずれの取り付け方でも、その取り付け過程で光学構成要素の移動が生じる可能性がある。そこで、強パワレンズ220とフェルール207を保持部材215に恒久的に取り付けた後、仮固定しておいた弱パワレンズ221をxy方向に移動させることで、これら光学構成要素の移動により生じる結合効率の損失を補償することができる。このとき、弱パワレンズ221の調整により集光レンズユニット202の総合焦点距離に若干の変動が起こりうるが、結合効率に大きな変動は与えない。結果、光とフェルール207の高精度なアライメントが実現される。なお、弱パワレンズ221の恒久的な取り付けの際にも、弱パワレンズ221の移動が生じうるが、弱パワレンズ221はレンズのパワーが小さい。したがって、強パワレンズ220及びフェルール207といった他の光学構成要素と比べ、結合効率に対する影響を無視することができる。弱パワレンズ221が傾斜することで、弱パワレンズ221の多重反射光はフェルール207に結像されず、SS-OCT装置の画質低下を回避することができる。
集光レンズユニット202では、光を効率的に結合させるため、以下のような調整が行われる。まず、強パワレンズ220とフェルール207のxyz3方向の位置合わせ(アライメント)を行う。例えば強パワレンズ220の光軸中心に対し、フェルール207を光軸に垂直な平面の2方向(xy方向)をアライメントし、フェルール207に対し、強パワレンズ220の焦点距離が適切になるよう光軸方向(z方向)をアライメントする。このとき、弱パワレンズ221は、強パワレンズ220とフェルール207の間において、光軸に対して傾斜した状態(偏向状態)で仮固定されている。強パワレンズ220とフェルール207のxyzアライメントが完了した後、強パワレンズ220とフェルール207は保持部材215に恒久的に取り付けられる。光学構成要素の既知の恒久的な取り付け方としては、レーザ溶接、紫外線又は熱で硬化する接着剤、半田付け等が挙げられるが、いずれの取り付け方でも、その取り付け過程で光学構成要素の移動が生じる可能性がある。そこで、強パワレンズ220とフェルール207を保持部材215に恒久的に取り付けた後、仮固定しておいた弱パワレンズ221をxy方向に移動させることで、これら光学構成要素の移動により生じる結合効率の損失を補償することができる。このとき、弱パワレンズ221の調整により集光レンズユニット202の総合焦点距離に若干の変動が起こりうるが、結合効率に大きな変動は与えない。結果、光とフェルール207の高精度なアライメントが実現される。なお、弱パワレンズ221の恒久的な取り付けの際にも、弱パワレンズ221の移動が生じうるが、弱パワレンズ221はレンズのパワーが小さい。したがって、強パワレンズ220及びフェルール207といった他の光学構成要素と比べ、結合効率に対する影響を無視することができる。弱パワレンズ221が傾斜することで、弱パワレンズ221の多重反射光はフェルール207に結像されず、SS-OCT装置の画質低下を回避することができる。
光ファイバ205の出射端を構成するフェルール206及び光ファイバ208の入射端を構成するフェルール207はいずれもTEC加工が施されている。したがって、フェルール207に対する光のxy方向のずれ許容量を大きくすることができ、アライメントを精度良く行うことができる。そして、コリメータレンズ200の焦点距離の絶対値と、集光レンズユニット202の焦点距離の絶対値(強パワレンズ220及び弱パワレンズ221の複合焦点距離の絶対値)は同一である。2つの光学部材の焦点距離を一致させることで、入出射端のコア径を略同一とした組み合わせにすることができる。これにより、入出射端のMFD、NAが略同一となり、不一致による損失が低減できるので、光量調整光学系20における高結合効率化を実現することができる。また、環境温度変動に対して、結合効率を高い状態で維持することができる。
次に、光量調整光学系20における各部材の保持構造について説明する。
図3に模式的に示すように、フェルール206及びコリメータレンズ200は、保持部材214で保持される。また、集光レンズユニット202及びフェルール207は、保持部材215で保持される。また、光量調整部201は、保持部材216で保持される。そして、これら保持部材214〜216は、基台部材209で保持される。保持部材214〜216及び基台部材209は、同じ低線膨張材料で作られる。低線膨張材料としては、例えば鉄やSUS等が挙げられる。これにより、環境温度変動によって、異種材料の線膨張差に起因する部材の変形を回避することができるとともに、線膨張による部材の変化を低減することができる。よって、結合効率を高い状態で維持することができる。
図3に模式的に示すように、フェルール206及びコリメータレンズ200は、保持部材214で保持される。また、集光レンズユニット202及びフェルール207は、保持部材215で保持される。また、光量調整部201は、保持部材216で保持される。そして、これら保持部材214〜216は、基台部材209で保持される。保持部材214〜216及び基台部材209は、同じ低線膨張材料で作られる。低線膨張材料としては、例えば鉄やSUS等が挙げられる。これにより、環境温度変動によって、異種材料の線膨張差に起因する部材の変形を回避することができるとともに、線膨張による部材の変化を低減することができる。よって、結合効率を高い状態で維持することができる。
また、光量調整光学系20は、図1に模式的に示すように、防塵のためのカバー部材217で覆われる。カバー部材217は、比較的に板厚の薄い板で、かつ、基台部材209よりも軟質の材料で作られる。これにより、カバー部材217を取り付けるときに基台部材209に接触したときにも基台部材209に変形を生じさせるようなことはなく、光の調整後のカバー部材217の取り付けによる光のずれを低減することができる。
[参照光学系50]
参照光学系50について詳述する。
図4は、実施形態に係るSS−OCT装置の参照光学系50の構成を示す図である。
干渉系30から出射された参照光は、光ファイバ508により伝播され、光ファイバ208の出射端を構成するフェルール509から出射されることにより、参照光学系50に入射する。光ファイバ208の出射光は、コリメータレンズ500により平行化され、光量調整部501に導かれる。光量調整部501は、光量調整光学系20の光量調整部201と同様の構成であり、その説明を省略する。検出部60で検出される干渉光の干渉強度が適切になるように、透過率可変型NDフィルタを回動させるモータが駆動され、光量の調整を行う。
光量調整部501を経由した参照光は、ミラー502に導かれる。ミラー502、503により、参照光学系50内の参照光の経路をコの字にすることで、効率的に光路長を稼ぐことができ、装置の小型化に有効である。ただし、これに限定されず、参照光の経路は1直線でもよいし、S字状でもよい。
ミラー503を経由した参照光は、分散補償ガラス504に導かれる。分散補償ガラス504により、参照光の分散を、被検体Erからの反射光の分散に対応するように補償される。
参照光学系50について詳述する。
図4は、実施形態に係るSS−OCT装置の参照光学系50の構成を示す図である。
干渉系30から出射された参照光は、光ファイバ508により伝播され、光ファイバ208の出射端を構成するフェルール509から出射されることにより、参照光学系50に入射する。光ファイバ208の出射光は、コリメータレンズ500により平行化され、光量調整部501に導かれる。光量調整部501は、光量調整光学系20の光量調整部201と同様の構成であり、その説明を省略する。検出部60で検出される干渉光の干渉強度が適切になるように、透過率可変型NDフィルタを回動させるモータが駆動され、光量の調整を行う。
光量調整部501を経由した参照光は、ミラー502に導かれる。ミラー502、503により、参照光学系50内の参照光の経路をコの字にすることで、効率的に光路長を稼ぐことができ、装置の小型化に有効である。ただし、これに限定されず、参照光の経路は1直線でもよいし、S字状でもよい。
ミラー503を経由した参照光は、分散補償ガラス504に導かれる。分散補償ガラス504により、参照光の分散を、被検体Erからの反射光の分散に対応するように補償される。
分散補償ガラス504を経由した参照光は、光路長調整部505に導かれる。光路長調整部505には、プリズム型のレトロリフレクタ520が可動に設けられ、不図示のモータにより、図1の矢印方向にレトロリフレクタ520を移動可能である。これにより、照射光及び測定光が経由する測定光学系40の光路長、並びに被検体Erの眼軸長に応じて、参照光学系50の光路長を調整することができる。レトロリフレクタ520の入射面が光軸に垂直な平面に対して傾斜することで、レトロリフレクタ520の正反射光が波長掃引光源100への戻り光となるのを回避するとともに、多重反射光が結合されるのを回避することができる。
光路長調整部505を経由し、ミラー502、503で折り返された参照光は、集光レンズユニット506により集光され、光ファイバ511の入射端を構成するフェルール510のコアにスポット状に結像される。その後、参照光は、偏光調整部である偏光コントローラ507で測定光に応じて偏光調整され、光ファイバ511を伝播して、干渉系30に入射する。
本実施形態において、参照光学系50では、光ファイバ508及びフェルール509が本発明でいう第一の光ファイバに相当する。また、コリメータレンズ500が本発明でいう第一の光学部材に相当する。また、集光レンズユニット506が本発明でいう第二の光学部材に相当する。また、光ファイバ511及びフェルール510が本発明でいう第二の光ファイバに相当する。また、光量調整部501及び光路長調整部505がそれぞれ本発明でいう光学パラメータ可変機構に相当する。
光路長調整部505を経由し、ミラー502、503で折り返された参照光は、集光レンズユニット506により集光され、光ファイバ511の入射端を構成するフェルール510のコアにスポット状に結像される。その後、参照光は、偏光調整部である偏光コントローラ507で測定光に応じて偏光調整され、光ファイバ511を伝播して、干渉系30に入射する。
本実施形態において、参照光学系50では、光ファイバ508及びフェルール509が本発明でいう第一の光ファイバに相当する。また、コリメータレンズ500が本発明でいう第一の光学部材に相当する。また、集光レンズユニット506が本発明でいう第二の光学部材に相当する。また、光ファイバ511及びフェルール510が本発明でいう第二の光ファイバに相当する。また、光量調整部501及び光路長調整部505がそれぞれ本発明でいう光学パラメータ可変機構に相当する。
ここで、光ファイバ508及び光ファイバ511について説明する。光ファイバ508及び光ファイバ511は単一モードファイバである。光量調整光学系20の光ファイバ205及び光ファイバ208と同様、図2に示す構成により、光ファイバ508において出射端のコア径がファイバ中のコア径よりも大きく、また、光ファイバ511において入射端のコア径がファイバ中のコア径よりも大きい。
図4に説明を戻して、集光レンズユニット506は、光量調整光学系20の集光レンズユニット202と同様、強パワレンズ530と弱パワレンズ531とを備えるが、弱パワレンズ531の配置状態が相違する。光量調整光学系20では、弱パワレンズ221が光軸に対して傾斜した状態(偏向状態)で配置される。それに対して、参照光学系50では、弱パワレンズ531の光軸を、強パワレンズ530及びフェルール510の光軸に対して偏心させる。これにより、弱パワレンズ531の光軸中心近傍領域が、強パワレンズ530及びフェルール510の光軸中心近傍領域と重ならないように変位状態で配置される。本構成においても、強パワレンズ530とフェルール510のxyz3方向のアライメント時点で、弱パワレンズ531は偏心した状態で仮固定されている。強パワレンズ530とフェルール510の恒久的な取り付け後、弱パワレンズ531をxy方向に調整し、取り付けによる結合効率の損失を補償する。
図5は、弱パワレンズ531の位置関係を示す図である。弱パワレンズ531の光学中心近傍領域Dに対して、弱パワレンズ531上における光径ωの光の中心が距離Rだけ離間する。光の中心は、強パワレンズ530及びフェルール510の光軸と一致する。弱パワレンズ531のxy方向の調整により、光が移動しうる径Aと、弱パワレンズ531の光学中心近傍領域Dが重ならないように距離Rを決定する必要がある。弱パワレンズ531により生じる多重反射光の光強度を、光の中心の光強度の1%以下に抑えるために必要な距離は、ωの半径の1.5倍に弱パワレンズ531のxy方向の調整範囲の片側分を足した数値以上であればよい。参照光学系50では、弱パワレンズ531に起因する多重反射光による画質の低下を、強パワレンズ530及びフェルール510の光軸に対し、弱パワレンズ531の光軸を偏心させることで回避している。
上記の説明は、参照光学系50及び光量調整光学系20共に、光学系からの出射側(集光部側)に弱パワレンズを配置する構成で説明したが、光学系への入射側に弱パワレンズを配置しても同様の効果を得ることができる。
上記の説明は、参照光学系50及び光量調整光学系20共に、光学系からの出射側(集光部側)に弱パワレンズを配置する構成で説明したが、光学系への入射側に弱パワレンズを配置しても同様の効果を得ることができる。
光量調整光学系20と同様、光ファイバ508の出射端を構成するフェルール509及び光ファイバ511の入射端を構成するフェルール510はいずれもTEC加工が施されている。また、コリメータレンズ500の焦点距離の絶対値と、集光レンズユニット506の焦点距離の絶対値(強パワレンズ530及び弱パワレンズ531の複合焦点距離の絶対値)は同一であり、入出射端のコア径を略同一とした組み合わせにすることができる。よって、光量調整光学系20と同様、参照光学系50における高結合効率化を実現することができ、また、環境温度変動に対して、結合効率を高い状態で維持することができる。
次に、参照光学系50における各部材の保持構造について説明する。
図4に模式的に示すように、フェルール509、コリメータレンズ500、集光レンズユニット506、及びフェルール510は、ファイバ保持部材512で保持される。光ファイバ508の出射端及び光ファイバ511の入射端を一体の部材で保持することで、環境温度変動に対して、結合効率の低下を低減することができる。環境温度変動による部材の変形と光のずれ方向によりについては、図6、図7を用いて後述する。また、光量調整部501、ミラー502、ミラー503、分散補償ガラス504は、それぞれ保持部材516〜519で保持される。また、光路長調整部505は、保持部材513で保持される。そして、これらファイバ保持部材512、保持部材513、516〜519は、基台部材514で保持される。また、偏光コントローラ507は、偏光コントローラ保持部材515で保持される。ファイバ保持部材512、保持部材513、516〜519、基台部材514、及び偏光コントローラ保持部材515は、同じ低線膨張材料で作られる。低線膨張材料としては、光量調整光学系20でも述べたように、例えば鉄やSUS等が挙げられる。これにより、環境温度変動によって、異種材料の線膨張差に起因する部材の変形を回避することができるとともに、線膨張による部材の変化を低減することができる。よって、結合効率を高い状態で維持することができる。
本実施形態において、参照光学系50では、保持部材513,516が本発明でいう光学パラメータ可変機構保持部材に相当し、偏光コントローラ保持部材515が本発明でいう偏光調整部保持部材に相当する。
図4に模式的に示すように、フェルール509、コリメータレンズ500、集光レンズユニット506、及びフェルール510は、ファイバ保持部材512で保持される。光ファイバ508の出射端及び光ファイバ511の入射端を一体の部材で保持することで、環境温度変動に対して、結合効率の低下を低減することができる。環境温度変動による部材の変形と光のずれ方向によりについては、図6、図7を用いて後述する。また、光量調整部501、ミラー502、ミラー503、分散補償ガラス504は、それぞれ保持部材516〜519で保持される。また、光路長調整部505は、保持部材513で保持される。そして、これらファイバ保持部材512、保持部材513、516〜519は、基台部材514で保持される。また、偏光コントローラ507は、偏光コントローラ保持部材515で保持される。ファイバ保持部材512、保持部材513、516〜519、基台部材514、及び偏光コントローラ保持部材515は、同じ低線膨張材料で作られる。低線膨張材料としては、光量調整光学系20でも述べたように、例えば鉄やSUS等が挙げられる。これにより、環境温度変動によって、異種材料の線膨張差に起因する部材の変形を回避することができるとともに、線膨張による部材の変化を低減することができる。よって、結合効率を高い状態で維持することができる。
本実施形態において、参照光学系50では、保持部材513,516が本発明でいう光学パラメータ可変機構保持部材に相当し、偏光コントローラ保持部材515が本発明でいう偏光調整部保持部材に相当する。
また、参照光学系50は、図1に模式的に示すように、防塵のためのカバー部材521で覆われる。カバー部材521は、比較的に板厚の薄い板で、かつ、基台部材514よりも軟質の材料で作られる。これにより、カバー部材521を取り付けるときに基台部材514に接触したときにも基台部材514に変形を生じさせるようなことはなく、光の調整後のカバー部材521の取り付けによる光のずれを低減することができる。偏光コントローラ保持部材515が、カバー部材521の一面を兼ねるようにしてもよい。
図6は、参照光学系50における環境温度変動による部材の位置関係を示す側面視図である。図6(a)〜(c)は図4の視点Aから見た参照光学系の概略構成を示し、(b)、(c)はそれぞれy方向ずれ、z軸回りずれ(以下、Rz方向ずれと呼ぶ。)が生じた際の各部材の位置を示す。
図6(b)に示すように、線膨張によりy方向ずれが生じた場合、フェルール509、510及びレトロリフレクタ520は相対的に同じy位置を保つ。保持部材512、513、514が同じ低線膨張材料で作られているからである。よって、結合効率の低下が生じにくい。
また、図6(c)に示すように、線膨張によりRz方向ずれが生じた場合、フェルール509、510の中間におけるz方向の軸61とレトロリフレクタ520の中心軸62は相対的に同じy位置を保つ。保持部材512、513、514が同じ低線膨張材料で作られているからである。よって、結合効率の低下が生じにくい。
図7は、参照光学系50における環境温度変動による部材の位置関係を示す上面視図である。図7(a)〜(c)は図4の参照光学系50の特に反射部分に特化した略図であり、(b)、(c)はそれぞれx方向ずれ、y軸回りずれ(以下、Ry方向ずれと呼ぶ。)が生じた際の各部材及び光の位置を示す。
図7(b)に示すように、線膨張によりx方向ずれが生じた場合、フェルール509及びコリメータレンズ500の部材群と、フェルール510及び強パワレンズ530の部材群は等間隔に離れる。フェルール509、コリメータレンズ500、集光レンズユニット506、及びフェルール510が一体の部材であるファイバ保持部材512で保持されるからである。したがって、2つの部材群の中間におけるz方向の軸71とレトロリフレクタ520の中心軸は相対的に同じx位置を保つ。よって、結合効率の低下が生じにくい。
また、図7(c)に示すように、線膨張によりRy方向ずれが生じた場合、フェルール509及びコリメータレンズ500の部材群と、フェルール510及び強パワレンズ530の部材群の中間におけるz方向の軸71がレトロリフレクタ520のプリズム頂点を維持する限り、2つの部品群の光線方向は平行のままである。よって、結合効率の低下が生じにくい。Rx方向ずれ(x軸回りずれ)の場合も同様である。
以上のように、光ファイバ508の出射端及び光ファイバ511の入射端を一体の部材で保持することで、環境温度変動に対して、結合効率の低下を低減することができる。また、各保持部材が同じ材料であることで線膨張差に起因する変形を回避することができ、一体の部材で保持することの効果をより得ることができる。
なお、上述した実施形態で説明する構成要素の形状や相対的な位置等は任意であり、本発明が適用される装置の構成又は様々な条件に応じて変更することができる。
以上、本発明を実施形態と共に説明したが、上記実施形態は本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
以上、本発明を実施形態と共に説明したが、上記実施形態は本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
20:光量調整光学系、50:参照光学系、205、208、508、511:光ファイバ、206、207、509、510:フェルール、200、500:コリメータレンズ、202、506:集光レンズユニット
Claims (15)
- 光を出射する第一の光ファイバと、
前記第一の光ファイバの出射光を平行化する第一の光学部材と、
前記第一の光学部材により平行化された光を集光する第二の光学部材と、
前記第二の光学部材により集光された光を入射する第二の光ファイバとを含む光学系を有する光干渉断層撮像装置であって、
前記第一の光ファイバにおいて出射端の導光部の径がファイバ中の導光部の径よりも大きく、かつ、前記第二の光ファイバにおいて入射端の導光部の径がファイバ中の導光部の径よりも大きく、
前記第一の光ファイバの出射端の導光部の径と、前記第二の光ファイバの入射端の導光部の径とが同一であり、
前記第一の光学部材の焦点距離と、前記第二の光学部材の焦点距離とが同一であることを特徴とする光干渉断層撮像装置。 - 前記第一の光ファイバの出射端及び前記第二の光ファイバの入射端それぞれにおいて導光部の径が端部に向かって徐々に拡大する構成を有することを特徴とする請求項1に記載の光干渉断層撮像装置。
- 前記第一の光ファイバの出射端と、前記第一の光学部材と、前記第二の光学部材と、前記第二の光ファイバの入射端とを一体の部材であるファイバ保持部材で保持することを特徴とする請求項1又は2に記載の光干渉断層撮像装置。
- 前記第一の光学部材と前記第二の光学部材との間に、光学パラメータ可変機構を有し、
前記ファイバ保持部材と、前記光学パラメータ可変機構を保持する光学パラメータ可変機構保持部材と、前記ファイバ保持部材及び前記光学パラメータ可変機構保持部材を保持する基台部材とが同じ材料であることを特徴とする請求項3に記載の光干渉断層撮像装置。 - 前記第一の光ファイバ及び前記第二の光ファイバのうち少なくとも一方の側に偏光調整部を有し、前記偏光調整部を保持する偏光調整部保持部材と前記基台部材とが同じ材料であることを特徴とする請求項4に記載の光干渉断層撮像装置。
- 前記光学系を覆うカバー部材を備えたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の光干渉断層撮像装置。
- 前記光学系を覆うカバー部材を備え、
前記カバー部材の材料は前記基台部材よりも軟質の材料であることを特徴とする請求項4又は5に記載の光干渉断層撮像装置。 - 前記第一の光ファイバ及び前記第二の光ファイバのうち少なくとも一方の側に偏光調整部を有し、前記偏光調整部を保持する偏光調整部保持部材が、前記光学系を覆うカバー部材の一面を兼ねることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の光干渉断層撮像装置。
- 前記第一の光学部材及び前記第二の光学部材のうち少なくとも一方が、強いパワーを有する第一のレンズ要素と、前記第一のレンズ要素より弱いパワーを有する第二のレンズ要素とを備えることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の光干渉断層撮像装置。
- 前記第二のレンズ要素の光軸は前記第一のレンズ要素の光軸に対して傾斜することを特徴とする請求項9に記載の光干渉断層撮像装置。
- 前記第二のレンズ要素の光軸は前記第一のレンズ要素の光軸に対して偏心することを特徴とする請求項9に記載の光干渉断層撮像装置。
- 前記第一の光学部材と前記第二の光学部材との間に、光路長調整部を有することを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の光干渉断層撮像装置。
- 前記光路長調整部には、プリズム型のレトロリフレクタが可動に設けられ、
前記レトロリフレクタの入射面が光軸に垂直な平面に対して傾斜することを特徴とする請求項12に記載の光干渉断層撮像装置。 - 前記第一の光学部材と前記第二の光学部材との間に、光量調整部を有することを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載の光干渉断層撮像装置。
- 前記光量調整部には、透過率可変型NDフィルタが設けられ、
前記透過率可変型NDフィルタの入射面が光軸に垂直な平面に対して傾斜することを特徴とする請求項14に記載の光干渉断層撮像装置。
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JP2019106958A JP2020198999A (ja) | 2019-06-07 | 2019-06-07 | 光干渉断層撮像装置 |
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WO2022114221A1 (ja) | 2020-11-30 | 2022-06-02 | Psジャパン株式会社 | スチレン系樹脂組成物及びその成形体 |
-
2019
- 2019-06-07 JP JP2019106958A patent/JP2020198999A/ja active Pending
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