JP2022191495A - 光干渉断層撮像装置、撮像方法、及び、撮像プログラム - Google Patents

光干渉断層撮像装置、撮像方法、及び、撮像プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】光源等の動作条件の影響を受けにくい位置精度を有する光干渉断層撮像装置、撮像方法、及び、撮像プログラムを提供する。【解決手段】光干渉断層撮像装置１００は、波長掃引レーザ光源１０１と、物体光を測定対象物２００の所定の走査範囲に照射する照射光学系１０５と、測定対象物２００と照射光学系１０５との間に配置され、物体光を透過可能な透明基板１０６とを備え、測定対象物２００に対向する透明基板１０６の表面には、透明基板１０６の厚さが変化する構造が形成されており、透明基板１０６の厚さが変化する構造は、透明基板１０６の中央に向かうにつれて透明基板１０６の厚さが段階的に変化するように形成された複数の段差である。【選択図】図１

Description

本発明は、光干渉断層撮像装置、撮像方法、及び、撮像プログラムを格納する非一時的なコンピュータ可読媒体に関する。
測定対象物の表面近傍の断層撮像を行う技術として、光コヒーレンス・トモグラフィー（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ： ＯＣＴ）技術がある。当該ＯＣＴ技術では、光ビームを測定対象物に照射した際の測定対象物の内部からの散乱光（以下、「後方散乱光」とも称する）と参照光との干渉を利用して、測定対象物の表面近傍の断層撮像を行う。近年、当該ＯＣＴ技術の医療診断や工業製品検査への適用が拡大している。
ＯＣＴ技術では、測定対象物に照射され散乱されてくる物体光と参照光との干渉を利用して、測定対象物において物体光が散乱される部分（光散乱点）の光軸方向すなわち深さ方向における位置を特定する。これにより、測定対象物の深さ方向に空間分解した構造データを得る。物体光は、多くの場合、測定対象物の表面だけで１００％反射されることはなくある程度内部まで伝搬してから後方に散乱される。このため、測定対象部の内部の深さ方向に空間分解した構造データを得ることが可能になる。ＯＣＴ技術には、Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ（ＴＤ－ＯＣＴ）方式、Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｄｏｍａｉｎ（ＦＤ－ＯＣＴ）方式があるが、高速・高感度という点でＦＤ－ＯＣＴ方式の方が有望である。ＦＤ－ＯＣＴ方式では、物体光と参照光とを干渉させる際に、広い波長帯域の干渉光スペクトルを測定し、これをフーリエ変換することで深さ方向の構造データを得る。干渉光スペクトルを得る方式として、分光器を用いるＳｐｅｃｔｒａｌ Ｄｏｍａｉｎ（ＳＤ－ＯＣＴ）方式と、波長を掃引する光源を用いるＳｗｅｐｔ Ｓｏｕｒｃｅ（ＳＳ－ＯＣＴ）方式がある。
さらに、物体光ビームを当該測定対象物の深さ方向に垂直な面内方向にスキャンすることにより、当該面内方向に空間分解し、且つ、深さ方向に空間分解した断層構造データを得ることできる。これにより、測定対象物の三次元の断層構造データを得ることが可能になる。通常は、ガルバノミラー等によって物体光ビームのスキャンが行われ、１本の物体光ビームの照射位置が移動される。
ＯＣＴ技術は、これまでに、眼科診断における眼底の断層撮像装置として実用化されると共に、生体の様々な部位に対する非侵襲の断層撮像装置として適用検討が進められている。例えば、特許文献１や特許文献２では、ＯＣＴを活用した真皮指紋読取の技術が開示されている。
図６に、ＳＳ－ＯＣＴ方式の光干渉断層撮像装置の典型的な構成を示す。波長掃引レーザ光源５０１から、波長掃引された光パルスが生成される。レーザ光源５０１から出射された光は、サーキュレータ５０２を経由して分岐合流器５０３において物体光Ｒ１と参照光Ｒ２に分岐される。物体光Ｒ１はファイバコリメータ５０４、スキャンミラーとレンズから成る照射光学系５０５を経て、測定対象物２００に照射される。そして、測定対象物２００において散乱された物体光Ｒ３は、分岐合流器５０３へ戻る。他方、参照光Ｒ２は参照光ミラー５０７を経て、分岐合流器５０３へ戻る。したがって、分岐合流器５０３では、測定対象物２００から散乱された物体光Ｒ３と参照光ミラー５０７から反射された参照光Ｒ４とが干渉し、干渉光Ｒ５，Ｒ６が得られる。そのため、物体光Ｒ３と参照光Ｒ４との位相差によって干渉光Ｒ５と干渉光Ｒ６との強度比が決定される。干渉光Ｒ５はサーキュレータ５０２を経て、干渉光Ｒ６は直接に、二入力のバランス型受光器５０８へ入力される。
波長掃引レーザ光源５０１から出射される光の波長変化に伴って干渉光Ｒ５と干渉光Ｒ６との強度比が変化する。これにより、バランス型受光器５０８における光電変換出力を干渉光スペクトルとして測定することができる。この干渉光スペクトルを測定しフーリエ変換することによって、深さ方向（Ｚ方向）の異なる位置における後方散乱光（物体光）の強度を示すデータを得ることができる（以下、測定対象物２００のある位置の深さ方向（Ｚ方向）の後方散乱光（物体光）の強度を示すデータを得る動作を、「Ａスキャン」と称する）。
また、照射光学系５０５によって物体光ビームＲ１の照射位置が移動され、測定対象物２００がスキャンされる。照射光学系５０５によって物体光ビームＲ１の照射位置を走査線方向（Ｘ方向）に移動させながらＡスキャン動作を繰り返し行って、その測定結果を接続することにより、走査線方向と深さ方向との二次元の後方散乱光（物体光）の強度のマップが断層構造データとして得られる（以下、走査線方向（Ｘ方向）にＡスキャン動作を繰り返し行って、その測定結果を接続する動作を、「Ｂスキャン」と称する）。
さらに、照射光学系５０５によって物体光ビームＲ１の照射位置を走査線方向だけでなく走査線に垂直な方向（Ｙ方向）にも移動させながらＢスキャン動作を繰り返し行って、その測定結果を接続することにより、三次元の断層構造データが得られる（以下、走査線に垂直な方向（Ｙ方向）にＢスキャン動作を繰り返し行って、その測定結果を接続する動作を、「Ｃスキャン」と称する）。
Ａスキャンにおいて中心波長λ０、波長範囲Δλの標本点数Ｎの干渉光スペクトルを取得し、当該干渉光スペクトルに対して離散フーリエ変換を行うことにより、λ０ ２／Δλを長さの単位とする、深さ方向の構造データが得られる。また、Ａスキャンの周期をΔＴ、Ｂスキャンにおける物体光ビームＲ１の走査線方向の速さをＶとすると、Ｖ／ΔＴを長さの単位とする走査線方向の構造データ（断層構造データ）が得られる。すなわち、ＯＣＴによる測定で得られた三次元の断層構造データにおける位置精度は、波長掃引レーザ光源やガルバノスキャナなどの動作条件によって決まる。
米国特許出願公開第２０１５／０３６３６３０号明細書 米国特許出願公開第２０１７／００８３７４２号明細書
眼底の断層撮像装置では、５ｍｍ四方程度の範囲で測定が行われる。しかし、生体の他の部位では比較的広範囲の測定が求められることも多い。例えば、指紋読取では少なくとも１．５ｃｍ四方程度の範囲の測定を求められることが多い。上述したように、ＯＣＴによる測定で得られた三次元の断層構造データにおける位置精度は、波長掃引レーザ光源やガルバノスキャナなどの動作条件によって決まる。そのため、動作条件の変動が位置精度に影響する。例えば、物体光ビームの照射位置をＸ方向に移動させる際の初期位置がＢスキャン毎にずれると、複数のＢスキャンデータを接続して構成される三次元の断層構造データは不正確になってしまう。Ｂスキャン画像同士の比較処理を行って接続する方法もあるが、処理演算量の増大を招く。
本開示の目的は、光源等の動作条件の影響を受けにくい位置精度を有する光干渉断層撮像装置、撮像方法、及び、撮像プログラムを格納する非一時的なコンピュータ可読媒体を提供することである。
本発明の第１の態様に係る光干渉断層撮像装置は、波長掃引レーザ光源と、前記波長掃引レーザ光源から出射された光を物体光と参照光に分岐する第１の分岐部と、前記物体光を測定対象物の所定の走査範囲に照射する照射部と、前記測定対象物と前記照射部との間に配置され、前記物体光を透過可能な透明基板と、前記透明基板を透過して前記測定対象物に照射された後、前記測定対象物から散乱された物体光と、前記参照光との干渉光の強度比の変化に関する情報を生成する測定部と、前記測定部によって生成された前記干渉光の強度比の変化に関する情報に基づいて、前記測定対象物の深さ方向の構造データを取得する制御部と、を備え、前記透明基板の表面には、当該透明基板の厚さが変化する構造が形成されており、前記制御部は、前記照射部を制御して、前記測定対象物の前記深さ方向に直交する方向に沿って、前記物体光の照射位置を移動させながら、前記深さ方向の構造データを複数取得し、取得した複数の構造データを、前記透明基板の表面に形成された前記構造の位置を基準として接続する。
本発明の第２の態様に係る撮像方法は、波長掃引レーザ光源から出射された光を物体光と参照光に分岐し、表面に厚さが変化する構造が形成された透明基板を介して、前記物体光を測定対象物の所定の走査範囲に照射し、前記測定対象物から散乱された物体光と、前記参照光との干渉光の強度比の変化に関する情報を生成し、制御部が、前記干渉光の強度比の変化に関する情報に基づいて、前記測定対象物の深さ方向の構造データを取得し、前記測定対象物の前記深さ方向に直交する方向に沿って、前記物体光の照射位置を移動させながら、前記深さ方向の構造データを複数取得し、取得した複数の前記深さ方向の構造データを、前記透明基板の表面に形成された前記構造の位置を基準として接続する。
本発明の第３の態様に係る非一時的なコンピュータ可読媒体は、制御部に、波長掃引レーザ光源から出射された光から分岐された物体光が、表面に厚さが変化する構造が形成された透明基板を介して、測定対象物の所定の走査範囲に照射された後、前記測定対象物から散乱された物体光と、前記波長掃引レーザ光源から出射された光から分岐された参照光との干渉光の強度比の変化に関する情報に基づいて、前記測定対象物の深さ方向の構造データを取得する処理と、前記測定対象物の前記深さ方向に直交する方向に沿って、前記物体光の照射位置を移動させながら、前記深さ方向の構造データを複数取得する処理と、取得した複数の前記深さ方向の構造データを、前記透明基板の表面に形成された前記構造の位置を基準として接続する処理と、を実行させる撮像プログラムを格納する。
光源等の動作条件の影響を受けにくい位置精度を有する光干渉断層撮像装置、撮像方法、及び、撮像プログラムを格納する非一時的なコンピュータ可読媒体を提供することができる。
本発明に係る光干渉断層撮像装置の一例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る光干渉断層撮像装置の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る構造付き透明基板の一例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１において測定されたＢスキャン画像の一例である。 本発明の実施の形態１に係る構造付き透明基板の一例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１において測定されたＢスキャン画像の一例である。 本発明の実施の形態２に係る光干渉断層撮像装置の一例を示す図である。 関連する光干渉断層撮像装置の一例を示す図である。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係る光干渉断層撮像装置１００の一例を示すブロック図である。図１に示すように、光干渉断層撮像装置１００は、波長掃引レーザ光源１０１、サーキュレータ１０２、第１の分岐部としての分岐合流器１０３、照射部としての照射光学系１０５、構造付き透明基板１０６、参照光ミラー１０７、測定部としてのバランス型受光器１０８、制御部１１０等を備える。
波長掃引レーザ光源１０１から出射された光は、分岐合流器１０３によって物体光Ｒ１と参照光Ｒ２とに分岐される。分岐合流器１０３から出力された物体光Ｒ１は、照射光学系１０５を経て、構造付き透明基板１０６に入射する。
構造付き透明基板１０６の表面には、当該透明基板１０６の厚さが変化する構造（例えば、後述する、溝部１０６Ａ，１０６Ｂや段差１０６Ｃ等の構造）が形成されている。
構造付き透明基板１０６に入射した物体光Ｒ１は、構造付き透明基板１０６を透過して、測定対象物２００に照射される。そして、測定対象物２００によって物体光Ｒ１が散乱されて、測定対象物２００から後方（物体光Ｒ１の照射方向と反対の方向）に散乱する。そして、測定対象物２００から散乱された物体光（後方散乱光）Ｒ３は、構造付き透明基板１０６及び照射光学系１０５を経て、分岐合流器５０３へ戻る。
分岐合流器１０３から出力された参照光Ｒ２は、参照光ミラー１０７によって反射され、分岐合流器１０３へ戻る。
したがって、分岐合流器１０３において、測定対象物２００から散乱された物体光Ｒ３と参照光ミラー１０７から反射された参照光Ｒ４とが干渉し、干渉光Ｒ５，Ｒ６が得られる。そのため、物体光Ｒ３と参照光Ｒ４との位相差によって干渉光Ｒ５と干渉光Ｒ６との強度比が決定される。
干渉光Ｒ５及び干渉光Ｒ６は、二入力のバランス型受光器１０８へ入力される。バランス型受光器１０８は、干渉光Ｒ５と干渉光Ｒ６の強度比の変化に関する情報を生成し、当該情報を制御部１１０に入力する。
制御部１１０は、バランス型受光器１０８によって生成された干渉光Ｒ５，Ｒ６の強度比の変化に関する情報に基づいて、測定対象物２００の深さ方向（Ｚ方向）の構造データを取得する。また、制御部１１０は、照射光学系１０５を制御して、測定対象物２００の深さ方向（Ｚ方向）に直交する方向（Ｘ方向及びＹ方向の少なくとも一方の方向）に沿って、物体光Ｒ１の照射位置を移動させながら、深さ方向の構造データを複数取得する。換言すれば、制御部１１０は、測定対象物２００のＸ方向及びＹ方向の少なくとも一方の方向に沿った異なる位置における深さ方向の構造データを複数取得する。そして、制御部１１０は、取得した複数の構造データを、構造付き透明基板１０６の表面に形成された構造（例えば、後述する、溝部１０６Ａ，１０６Ｂや段差１０６Ｃ等の構造）の位置を基準として接続して、二次元又は三次元の断層構造データを取得する。
以上に説明した本発明に係る光干渉断層撮像装置１００によれば、制御部１１０が、構造付き透明基板１０６の構造（例えば、後述する、溝部１０６Ａ，１０６Ｂや段差１０６Ｃ等の構造）の位置を基準として、複数の測定対象物２００の異なる位置における深さ方向の構造データを接続して、二次元又は三次元の断層構造データを取得する。そのため、光源等の動作条件の影響によって、深さ方向の構造データを取得する際の初期位置がずれても、複数の構造データをより正確に接続することができる。これにより、光源等の動作条件の影響を受けにくい位置精度を有する光干渉断層撮像装置１００を提供することができる。
実施の形態１
本発明の実施の形態１に係る光干渉断層撮像装置１００について説明する。図２は、実施の形態１に係る光干渉断層撮像装置１００の一例を示す図である。図２に示すように、光干渉断層撮像装置１００は、波長掃引レーザ光源１０１、サーキュレータ１０２、分岐合流器１０３、ファイバコリメータ１０４、照射光学系１０５、構造付き透明基板１０６、参照光ミラー１０７、バランス型受光器１０８、光スペクトルデータ生成部１０９、制御部１１０等を備える。
波長掃引レーザ光源１０１は、波長掃引された光パルスを生成する。具体的には、波長掃引レーザ光源１０１は、持続時間１０μｓの間に波長が１２５０ｎｍから１３５０ｎｍまで増加する光パルスを生成する。また、波長掃引レーザ光源１０１は、当該光パルスを、２０μｓ毎に５０ｋＨｚ繰り返して生成する。
レーザ光源１０１から出射された光は、サーキュレータ１０２を経由して分岐合流器１０３において物体光Ｒ１と参照光Ｒ２に分岐される。
分岐合流器１０３から出力された物体光Ｒ１は、ファイバコリメータ１０４、スキャンミラーとレンズから成る照射光学系１０５を経て、構造付き透明基板１０６に入射する。構造付き透明基板１０６に入射した物体光Ｒ１は、構造付き透明基板１０６を透過して、測定対象物２００に照射される。そして、測定対象物２００によって物体光Ｒ１が散乱されて、測定対象物２００から後方（物体光Ｒ１の照射方向と反対の方向）に散乱する。そして、測定対象物２００から散乱された物体光（後方散乱光）Ｒ３は、ファイバコリメータ１０４、照射光学系１０５、構造付き透明基板１０６を経て、分岐合流器５０３へ戻る。
分岐合流器１０３から出力された参照光Ｒ２は、参照光ミラー１０７によって反射され、分岐合流器１０３へ戻る。
したがって、分岐合流器１０３において、測定対象物２００から散乱された物体光Ｒ３と参照光ミラー１０７から反射された参照光Ｒ４とが干渉し、干渉光Ｒ５，Ｒ６が得られる。そのため、物体光Ｒ３と参照光Ｒ４との位相差によって干渉光Ｒ５と干渉光Ｒ６との強度比が決定される。
干渉光Ｒ５はサーキュレータ１０２を経て、干渉光Ｒ６は直接に、二入力のバランス型受光器１０８へ入力される。なお、バランス型受光器１０８は２つのフォトダイオードが直列に接続され、その接続が出力（差動出力）となっている受光器である。また、バランス型受光器１０８の帯域は１ＧＨｚ以下である。
また、分岐合流器１０３で分岐されてから再び合流するまでの物体光の光路長と参照光の光路長とは概略等しい。光路長に大きな差があると物体光Ｒ１，Ｒ３と参照光Ｒ２，Ｒ４とに周波数差（波長差）がバランス型受光器１０８の帯域より大きくなり、物体光Ｒ３と参照光Ｒ４との位相差によって干渉光Ｒ５と干渉光Ｒ６との強度比の検出が不可能になる。物体光Ｒ１，Ｒ３と参照光Ｒ２，Ｒ４とに周波数差が生じる場合、当該周波数差をバランス型受光器１０８の光電変換の帯域よりも小さくなるように、物体光の光路長と参照光の光路長とを調整する。
光スペクトルデータ生成部１０９は、波長掃引レーザ光源１０１から信号と、バランス型受光器１０８から入力される信号に基づいて、干渉光スペクトルを生成する。具体的には、波長掃引レーザ光源１０１から光スペクトルデータ生成部１０９に、当該波長掃引レーザ光源１０１から出射される光の波長変化に関する情報が入力される。また、バランス型受光器１０８から光スペクトルデータ生成部１０９に、干渉光Ｒ５，Ｒ６との強度比の変化に関する情報が入力される。そして、光スペクトルデータ生成部１０９は、波長掃引レーザ光源１０１から出射される光の波長変化に関する情報と、干渉光Ｒ５，Ｒ６との強度比の変化に関する情報とに基づいて、干渉光スペクトルを生成する。また、光スペクトルデータ生成部１０９は、生成した干渉光スペクトルを制御部１１０に入力する。
制御部１１０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）及び図示しない記憶部等を備える。そして、ＣＰＵが記憶部に格納されたプログラムを実行することにより、制御部１１０における全ての処理が実現する。
また、制御部１１０のそれぞれの記憶部に格納されるプログラムは、ＣＰＵに実行されることにより、制御部１１０のそれぞれにおける処理を実現するためのコードを含む。なお、記憶部は、例えば、このプログラムや、制御部１１０における処理に利用される各種情報を格納することができる任意の記憶装置を含んで構成される。記憶装置は、例えば、メモリ等である。
また、上述したプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（ｎｏｎ－ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｒｅａｄａｂｌｅ ｍｅｄｉｕｍ）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（ｔａｎｇｉｂｌｅ ｓｔｏｒａｇｅ ｍｅｄｉｕｍ）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ ＰＲＯＭ）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｒｅａｄａｂｌｅ ｍｅｄｉｕｍ）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
具体的には、制御部１１０は、光干渉断層撮像装置１００の各部を制御する。
例えば、制御部１１０は、物体光Ｒ１が構造付き透明基板１０６の異なる厚さの領域を通過するように、照射光学系１０５を制御する。また、制御部１１０は、照射光学系１０５が測定対象物２００をスキャンする周期及び速度を制御する。
また、制御部１１０は、光スペクトルデータ生成部１０９によって生成された干渉光スペクトルをフーリエ変換することによって、測定対象物２００の深さ方向（Ｚ方向）の異なる位置における後方散乱光（物体光）の強度を示すデータを取得する。具体的には、制御部１１０は、干渉光スペクトルから、干渉光Ｒ５，Ｒ６の強度の波長依存性を算出し、当該干渉光Ｒ５，Ｒ６の強度の波長依存性に基づいて、測定対象物２００から散乱された物体光Ｒ３の強度の、測定対象物２００の深さに対する依存性を抽出する。
また、制御部１１０は、照射光学系１０５を制御して、物体光ビームＲ１の照射位置を走査線方向（Ｘ方向）に移動させながらＡスキャン動作を繰り返し行わせる。そして、制御部１１０は、物体光ビームＲ１の照射位置を走査線方向（Ｘ方向）に移動させながらＡスキャン動作を繰り返し行うことによって得られた測定結果を接続する。
また、制御部１１０は、照射光学系１０５を制御して、物体光ビームＲ１の照射位置を走査線方向だけでなく走査線に垂直な方向（Ｙ方向）にも移動させながらＢスキャン動作を繰り返し行わせる。そして、制御部１１０は、物体光ビームＲ１の照射位置を走査線方向及び走査線に垂直な方向（Ｙ方向）に移動させながらＢスキャン動作を繰り返し行うことによって得られた測定結果を接続する。
上述したように、波長掃引レーザ光源１０１から出射される光の波長変化に伴って干渉光Ｒ５と干渉光Ｒ６との強度比が変化する。そして、光スペクトルデータ生成部１０９によって、バランス型受光器１０８における光電変換出力を干渉光スペクトルとして測定される。そして、制御部１１０が、当該干渉光スペクトルをフーリエ変換することによって、深さ方向（Ｚ方向）の異なる位置における後方散乱光（物体光）の強度を示すデータを取得する（以下、測定対象物２００のある位置の深さ方向（Ｚ方向）の後方散乱光（物体光）の強度を示すデータを得る動作を、「Ａスキャン」と称する）。
また、照射光学系１０５によって物体光ビームＲ１の照射位置が移動され、測定対象物２００がスキャンされる。照射光学系１０５によって物体光ビームＲ１の照射位置を走査線方向（Ｘ方向）に移動させながらＡスキャン動作を繰り返し行って、その測定結果を接続することにより、走査線方向と深さ方向との二次元の後方散乱光（物体光）の強度のマップが断層構造データとして得られる（以下、走査線方向（Ｘ方向）にＡスキャン動作を繰り返し行って、その測定結果を接続する動作を、「Ｂスキャン」と称する）。
さらに、照射光学系１０５によって物体光ビームＲ１の照射位置を走査線方向だけでなく走査線に垂直な方向（Ｙ方向）にも移動させながらＢスキャン動作を繰り返し行って、その測定結果を接続することにより、三次元の断層構造データが得られる（以下、走査線に垂直な方向（Ｙ方向）にＢスキャン動作を繰り返し行って、その測定結果を接続する動作を、「Ｃスキャン」と称する）。
なお、例えば、照射光学系１０５は、ラスタースキャンを用いて、測定対象物２００をスキャンする。
より具体的には、Ａスキャンにおいて中心波長λ０、波長範囲Δλの標本点数Ｎの干渉光スペクトルを取得し、制御部１１０が当該干渉光スペクトルに対して離散フーリエ変換を行うことにより、λ０ ２／Δλを長さの単位とする、深さ方向の構造データが得られる。また、Ａスキャンの周期をΔＴ、Ｂスキャンにおける物体光ビームＲ１の走査線方向の速さをＶとすると、Ｖ／ΔＴを長さの単位とする走査線方向の構造データ（断層構造データ）が得られる。本実施の形態１では、例えば、深さ方向の空間分解能約１０μｍ、走査線方向の空間分解能約１０μｍで測定を行うとする。
図３Ａは、構造付き透明基板１０６の一例を示す斜視図である。図３Ａに示すように、構造付き透明基板１０６は、表面に溝部等の構造が形成された透明基板である。図３Ａに示す構造付き透明基板１０６では、構造付き透明基板１０６の照射光学系１０５側の表面に、構造付き透明基板１０６の短辺（Ｙ方向）に沿って溝部１０６Ａが形成されている。また、構造付き透明基板１０６の溝部１０６Ａの端部側の部分から、長辺（Ｘ方向）に沿って延出する溝部１０６Ｂが形成されている。なお、溝部１０６Ａ，１０６Ｂは、構造付き透明基板１０６の測定対象物２００側の面に形成されていてもよい。また、構造付き透明基板１０６の長辺がＹ方向に、短辺がＸ方向に沿っていてもよい。溝部１０６Ａ、１０６Ｂの幅は、例えば、１００μｍであり、溝部１０６Ａ、１０６Ｂの深さは、例えば、１００μｍである。本実施の形態１では、走査線方向及び深さ方向における空間分解能が約１０μｍであるため、上述の幅及び深さを有する溝部１０６Ａ、１０６Ｂの構造を、断層構造データ上において、明確に同定することができる。すなわち、構造付き透明基板１０６における溝部１０６Ａ、１０６Ｂの幅及び深さは、走査方向及び深さ方向における空間分解能の所望する大きさに応じて、決定される。
図４Ａは、構造付き透明基板１０６の他の例を示す斜視図である。図４Ａに示すように、構造付き透明基板１０６は、表面に段差等の構造が形成された透明基板である。図４Ａに示す構造付き透明基板１０６は、透明な枠体であり、枠体の短辺（Ｙ方向）及び長辺（Ｘ方向）の照射光学系１０５側の表面に段差１０６Ｃが形成されている。また、当該段差１０６Ｃは、短辺（Ｙ方向）及び長辺（Ｘ方向）に交差する方向にそって構造付き透明基板１０６の厚さが変化するように、形成されている。より具体的には、当該段差１０６Ｃは、構造付き透明基板１０６の中央に向かうにつれて、当該構造付き透明基板１０６の厚さが減少するように、形成されている。なお、段差１０６Ｃは、構造付き透明基板１０６の測定対象物２００側の面に形成されていてもよい。また、構造付き透明基板１０６の長辺がＹ方向に、短辺がＸ方向に沿っていてもよい。段差１０６Ｃの幅は、例えば、１００μｍであり、段差１０６Ｃの高さは、例えば、１００μｍである。本実施の形態１では、走査線方向及び深さ方向における空間分解能が約１０μｍであるため、上述の幅及び高さを有する段差１０６Ｃの構造を、断層構造データ上において、明確に同定することができる。すなわち、構造付き透明基板１０６における段差１０６Ｃの幅及び高さは、走査方向及び深さ方向における空間分解能の所望する大きさに応じて、決定される。
図３Ｂに、構造付き透明基板１０６が前に配置された測定対象物２００から散乱された物体光Ｒ３（後方散乱光）の強度をＸ方向とＺ方向の二次元でマッピングしたＢスキャン画像ＩＭ１を示す。また、図４Ｂに、構造付き透明基板１０６が前に配置された測定対象物２００から散乱された物体光Ｒ３（後方散乱光）の強度をＸ方向とＺ方向の二次元でマッピングしたＢスキャン画像ＩＭ２を示す。図３Ｂ及び図４Ｂに示すように、Ｂスキャン画像では、測定対象物２００の断層画像と共に構造付き透明基板１０６の表面（照射光学系１０５側の面）及び裏面（測定対象物２００側の面）が観察される。これにより、制御部１１０は、構造付き透明基板１０６の表面及び裏面の位置を基準にして、Ａスキャンによって得られた構造データを接続することができる。同様に、制御部１１０は、構造付き透明基板１０６の表面及び裏面の位置を基準にして、Ｂスキャンによって得られた断層構造データを接続することができる。
また、構造付き透明基板１０６に形成されている溝部１０６Ａ，１０６Ｂ又は段差１０６Ｃの寸法は既知であるため、制御部１１０は、当該溝部１０６Ａ，１０６Ｂ又は段差１０６Ｃの寸法をＸ方向及びＺ方向の位置や長さの基準として用いることができる。そのため、測定対象物２００の断層画像における位置精度や長さ精度が向上する。また、Ｂスキャン画像を高精度で接続することにより、位置精度や長さ精度の高い三次元の断層構造データを得ることができる。
以上に説明した実施の形態１に係る光干渉断層撮像装置１００によれば、制御部１１０が、構造付き透明基板１０６の溝部１０６Ａ，１０６Ｂ又は段差１０６Ｃ等の構造の位置を基準として、複数の測定対象物２００の異なる位置における深さ方向の構造データを接続して、二次元又は三次元の断層構造データを取得する。そのため、光源等の動作条件の影響によって、深さ方向の構造データを取得する際の初期位置がずれても、複数の構造データをより正確に接続することができる。これにより、波長掃引レーザ光源１０１等の動作条件の影響を受けにくい位置精度を有する光干渉断層撮像装置１００を提供することができる。
また、制御部１１０は、照射光学系１０５を制御して、測定対象物２００の深さ方向（Ｚ方向）に直交する２方向であって、互いに直交する２方向（Ｘ方向及びＹ方向）に沿って、物体光Ｒ１の照射位置を移動させながら、深さ方向の構造データを複数取得する。そのため、三次元の断層構造データを取得することができる。
また、構造付き透明基板１０６の表面に、深さ方向（Ｚ方向）に直交する方向（Ｘ方向及びＹ方向）に沿って溝部１０６Ａ，１０６Ｂが形成されている。これにより、当該溝部１０６Ａ，１０６Ｂの深さをＺ方向の長さの基準として用いることができる。また、当該溝部１０６Ａ，１０６Ｂの幅をＸ方向及びＹ方向の長さの基準として用いることができる。そのため、位置精度だけでなく、長さ精度の高い三次元の断層構造データを取得することができる。
また、構造付き透明基板１０６の表面に、深さ方向（Ｚ方向）に直交する方向（Ｘ方向及びＹ方向）に沿って、当該直交する方向に交差する方向に沿って構造付き透明基板１０６の厚さが変化するように、段差１０６Ｃが形成されていてもよい。これにより、当該段差１０６Ｃの高さをＺ方向の長さの基準として用いることができる。また、当該段差１０６Ｃの幅をＸ方向及びＹ方向の長さの基準として用いることができる。そのため、位置精度だけでなく、長さ精度の高い三次元の断層構造データを取得することができる。
実施の形態２
本発明の実施の形態２に係る光干渉断層撮像装置３００について説明する。図５は、実施の形態２に係る光干渉断層撮像装置３００の一例を示す図である。図５に示すように、光干渉断層撮像装置３００は、波長掃引レーザ光源１０１、第２の分岐部としての多分岐器３０１、複数のサーキュレータ１０２、複数の分岐合流器１０３、複数のファイバコリメータ１０４、照射光学系１０５、構造付き透明基板１０６、参照光ミラー１０７、複数のバランス型受光器１０８、光スペクトルデータ生成部１０９、制御部１１０等を備える。なお、光干渉断層撮像装置３００に備えられる、サーキュレータ１０２の数、分岐合流器１０３の数、ファイバコリメータ１０４の数、バランス型受光器１０８の数は、多分岐器３０１において波長掃引レーザ光源１０１から出射された光が分岐される数に応じて決定されればよく、図示した数に限定されるものではない。また、実施の形態２に係る光干渉断層撮像装置３００に備えられる波長掃引レーザ光源１０１、サーキュレータ１０２、分岐合流器１０３、ファイバコリメータ１０４、照射光学系１０５、構造付き透明基板１０６、参照光ミラー１０７、バランス型受光器１０８、光スペクトルデータ生成部１０９、制御部１１０は、実施の形態１に係る光干渉断層撮像装置１００に備えられる波長掃引レーザ光源１０１、サーキュレータ１０２、分岐合流器１０３、ファイバコリメータ１０４、照射光学系１０５、構造付き透明基板１０６、参照光ミラー１０７、バランス型受光器１０８、光スペクトルデータ生成部１０９、制御部１１０と同様であるため、同一の符号を付すとともに、その説明を省略する。
多分岐器３０１は、波長掃引レーザ光源１０１から出射された光を複数の光に分岐する。また、多分岐器３０１は、分岐した複数の光に異なる遅延（位相差）を付与する。図５に示す例では、多分岐器３０１は、波長掃引レーザ光源１０１から出射された光を３つの光Ｒ０１，Ｒ０２，Ｒ０３に分岐し、分岐したそれぞれの光に異なる遅延（位相差）を付与する。
多分岐器３０１から出力された複数の光Ｒ０１，Ｒ０２，Ｒ０３は、それぞれ対応するサーキュレータ１０２を経由して、それぞれ対応する分岐合流器１０３に入力される。複数の分岐合流器１０３は、それぞれ、入力された複数の光Ｒ０１，Ｒ０２，Ｒ０３を、物体光Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３と参照光Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３とに分岐する。
分岐合流器１０３から出力された複数の物体光Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３は、ファイバコリメータ１０４、照射光学系１０５を経て、構造付き透明基板１０６に入射する。構造付き透明基板１０６に入射した物体光Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３は、構造付き透明基板１０６を透過して、測定対象物２００に照射される。より具体的には、照射光学系１０５は、複数の物体光Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３を測定対象物２００のＸ－Ｙ平面においてそれぞれ異なる位置に照射させる。そして、測定対象物２００によって物体光Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３が散乱されて、測定対象物２００から後方（物体光Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３の照射方向と反対の方向）に散乱する。そして、測定対象物２００から散乱された物体光（後方散乱光）Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ３３は、ファイバコリメータ１０４、照射光学系１０５、構造付き透明基板１０６を経て、分岐合流器１０３へ戻る。
分岐合流器１０３から出力された複数の参照光Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３は、参照光ミラー１０７によって反射され、分岐合流器１０３へ戻る。
したがって、分岐合流器１０３において、測定対象物２００から散乱された物体光Ｒ３１と参照光ミラー１０７から反射された参照光Ｒ４１とが干渉し、干渉光Ｒ５１及び干渉光Ｒ６１が得られる。同様に、分岐合流器１０３において、測定対象物２００から散乱された物体光Ｒ３２，Ｒ３３と参照光ミラー１０７から反射された参照光Ｒ４２，Ｒ４３とが干渉し、干渉光Ｒ５２，Ｒ５３及び干渉光Ｒ６２，Ｒ６３が得られる。そのため、物体光Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ３３と参照光Ｒ４１，Ｒ４２，Ｒ４３との位相差によって干渉光Ｒ５１，Ｒ５２，Ｒ５３と干渉光Ｒ６１，Ｒ６２，Ｒ６３との強度比が決定される。
干渉光Ｒ５１，Ｒ５２，Ｒ５３はサーキュレータ１０２を経て、干渉光Ｒ６１，Ｒ６２，Ｒ６３は直接に、対応するバランス型受光器１０８へ入力される。そして、複数のバランス型受光器１０８から、それぞれ、干渉光Ｒ５１と干渉光Ｒ６１との強度比の変化に関する情報、干渉光Ｒ５２と干渉光Ｒ６２との強度比の変化に関する情報、干渉光Ｒ５３と干渉光Ｒ６３との強度比の変化に関する情報が光スペクトルデータ生成部１０９に入力される。
光スペクトルデータ生成部１０９は、波長掃引レーザ光源１０１から出射される光Ｒ０１の波長変化に関する情報と、干渉光Ｒ５１とＲ６１との強度比の変化に関する情報とに基づいて、干渉光スペクトルを生成する。同様に、光スペクトルデータ生成部１０９は、波長掃引レーザ光源１０１から出射される光Ｒ０２，Ｒ０３の波長変化に関する情報と、干渉光Ｒ５２，Ｒ５３とＲ６２，Ｒ６３との強度比の変化に関する情報とに基づいて、干渉光スペクトルを生成する。また、光スペクトルデータ生成部１０９は、生成した干渉光スペクトルを制御部１１０に入力する。
制御部１１０は、複数の物体光Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３を測定対象物２００のＸ－Ｙ平面においてそれぞれ異なる位置に照射させるように、照射光学系１０５を制御する。
また、制御部１１０は、光スペクトルデータ生成部１０９によって生成された干渉光スペクトルをフーリエ変換することによって、測定対象物２００の深さ方向（Ｚ方向）の異なる位置における後方散乱光（物体光）の強度を示すデータを取得する（Ａスキャン）。
また、制御部１１０は、物体光ビームＲ１１，Ｒ１２，Ｒ１３の照射位置を走査線方向（Ｘ方向）に移動させながらＡスキャン動作を繰り返し行うことによって得られた測定結果を接続することにより、Ｘ方向とＺ方向の二次元の断層構造データを生成する（Ｂスキャン）。
また、制御部１１０は、物体光ビームＲ１１，Ｒ１２，Ｒ１３の照射位置を走査線方向及び走査線に垂直な方向（Ｙ方向）に移動させながらＢスキャン動作を繰り返し行うことによって得られた測定結果を接続することにより、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の三次元の断層構造データを生成する（Ｃスキャン）。
以上に説明した実施の形態２に係る光干渉断層撮像装置３００によれば、実施の形態１に係る光干渉断層撮像装置１００と同様の効果が得られるのは勿論のこと、多分岐器３０１によって波長掃引レーザ光源１０１から出射された光を複数の光Ｒ０１，Ｒ０２，Ｒ０３に分岐され、分岐合流器１０３によって当該複数の光Ｒ０１，Ｒ０２，Ｒ０３が、それぞれ、複数の物体光Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３と複数の参照光Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３に分岐される。そのため、複数の物体光Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３がそれぞれ測定対象物２００のＸ－Ｙ平面において異なる位置に照射される。これにより、測定対象物２００のより広範囲の断層構造データを得ることができる。
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
この出願は、２０１８年１１月１２日に出願された日本出願特願２０１８－２１２０４６を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
光源等の動作条件の影響を受けにくい位置精度を有する光干渉断層撮像装置、撮像方法、及び、撮像プログラムを提供することができる。
１００，３００ 光干渉断層撮像装置
１０１ 波長掃引レーザ光源
１０２ サーキュレータ
１０３ 分岐合流器（第１の分岐部）
１０４ ファイバコリメータ
１０５ 照射光学系（照射部）
１０６ 構造付き透明基板
１０６Ａ，１０６Ｂ 溝部
１０６Ｃ 段差
１０７ 参照光ミラー
１０８ バランス型受光器（測定部）
１０９ 光スペクトルデータ生成部
１１０ 制御部
３０１ 多分岐器（第２の分岐部）
Ｒ１，Ｒ３，Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ３３ 物体光
Ｒ２，Ｒ４，Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ２３，Ｒ４１，Ｒ４２，Ｒ４３ 参照光
Ｒ５，Ｒ６，Ｒ５１，Ｒ５２，Ｒ５３，Ｒ６１，Ｒ６２，Ｒ６３ 干渉光
２００ 測定対象物

Claims (10)

  1. 波長掃引レーザ光源と、
    物体光を測定対象物の所定の走査範囲に照射する照射部と、
    前記測定対象物と前記照射部との間に配置され、前記物体光を透過可能な透明基板と、
    を備え、
    前記測定対象物に対向する前記透明基板の表面には、当該透明基板の厚さが変化する構造が形成されており、前記透明基板の前記厚さが変化する構造は、前記透明基板の中央に向うにつれて前記透明基板の前記厚さが段階的に変化するように形成された複数の段差である、
    光干渉断層撮像装置。
  2. 前記波長掃引レーザ光源から出射された光を前記物体光と参照光に分岐する第１の分岐部と、
    前記透明基板を透過して前記測定対象物に照射された後、前記測定対象物から散乱された物体光と、前記参照光との干渉光の強度比の変化に関する情報を生成する測定部と、
    をさらに備える、請求項１に記載の光干渉断層撮像装置。
  3. 前記測定部によって生成された前記干渉光の強度比の変化に関する情報に基づいて、前記測定対象物の深さ方向の構造データを取得する制御部をさらに備え、
    前記制御部は、
    前記照射部を制御して、前記測定対象物の前記深さ方向に直交する方向に沿って、前記物体光の照射位置を移動させながら、前記深さ方向の構造データを複数取得し、
    取得した複数の前記深さ方向の構造データを、前記透明基板の表面に形成された前記構造の位置を基準として接続する、
    請求項２に記載の光干渉断層撮像装置。
  4. 前記複数の段差は、前記透明基板の中央に向うにつれて前記透明基板の前記厚さが段階的に減少するように、形成されている、
    請求項１乃至３の何れか一項に記載の光干渉断層撮像装置。
  5. 前記複数の段差の幅及び高さは、走査方向及び前記測定対象物の深さ方向における空間分解能の所望する大きさに応じて、決定される、
    請求項１乃至４の何れか一項に記載の光干渉断層撮像装置。
  6. 制御部が、
    波長掃引レーザ光源から出射された光から分岐された物体光が、測定対象物に対向する表面に厚さが変化する構造が形成された透明基板を介して、前記測定対象物の所定の走査範囲に照射された後、前記測定対象物から散乱された物体光と、前記波長掃引レーザ光源から出射された光から分岐された参照光との干渉光の強度比の変化に関する情報に基づいて、前記測定対象物の深さ方向の構造データを取得し、
    前記測定対象物の前記深さ方向に直交する方向に沿って、前記物体光の照射位置を移動させながら、前記深さ方向の構造データを複数取得し、
    取得した複数の前記深さ方向の構造データを、前記透明基板の表面に形成された前記構造の位置を基準として接続し、
    前記透明基板の前記厚さが変化する構造は、前記透明基板の中央に向うにつれて前記透明基板の前記厚さが段階的に変化するように形成された複数の段差である、
    撮像方法。
  7. 前記複数の段差は、前記透明基板の中央に向うにつれて前記透明基板の前記厚さが段階的に減少するように、形成されている、
    請求項６に記載の撮像方法。
  8. 前記複数の段差の幅及び高さは、走査方向及び前記測定対象物の深さ方向における空間分解能の所望する大きさに応じて、決定される、
    請求項６又は７に記載の撮像方法。
  9. 制御部に、
    波長掃引レーザ光源から出射された光から分岐された物体光が、測定対象物に対向する表面に厚さが変化する構造が形成された透明基板を介して、前記測定対象物の所定の走査範囲に照射された後、前記測定対象物から散乱された物体光と、前記波長掃引レーザ光源から出射された光から分岐された参照光との干渉光の強度比の変化に関する情報に基づいて、前記測定対象物の深さ方向の構造データを取得する処理と、
    前記測定対象物の前記深さ方向に直交する方向に沿って、前記物体光の照射位置を移動させながら、前記深さ方向の構造データを複数取得する処理と、
    取得した複数の前記深さ方向の構造データを、前記透明基板の表面に形成された前記構造の位置を基準として接続する処理と、
    を実行させ、
    前記透明基板の前記厚さが変化する構造は、前記透明基板の中央に向うにつれて前記透明基板の前記厚さが段階的に変化するように形成された複数の段差である、
    撮像プログラム。
  10. 前記複数の段差は、前記透明基板の中央に向うにつれて前記透明基板の前記厚さが段階的に減少するように、形成されている、
    請求項９に記載の撮像プログラム。
JP2022171289A 2018-11-12 2022-10-26 光干渉断層撮像装置、撮像方法、及び、撮像プログラム Active JP7327620B2 (ja)

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