JP3332802B2 - 光周波数掃引式断層画像測定装置 - Google Patents
光周波数掃引式断層画像測定装置Info
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- JP3332802B2 JP3332802B2 JP14258497A JP14258497A JP3332802B2 JP 3332802 B2 JP3332802 B2 JP 3332802B2 JP 14258497 A JP14258497 A JP 14258497A JP 14258497 A JP14258497 A JP 14258497A JP 3332802 B2 JP3332802 B2 JP 3332802B2
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- Japan
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- optical frequency
- interferometer
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- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、物体光と参照光と
の干渉によって物体の断層画像を測定するための光周波
数掃引式断層画像測定装置に関する。
の干渉によって物体の断層画像を測定するための光周波
数掃引式断層画像測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】生体に対して比較的透過性のある近赤外
光を用いて、生体内部の断層情報を得るための研究がい
くつか発表されている（Joseph A.Izatt,et al.,"Ophth
almicDiagnotics using Optical Coherence Tomograph
y",SPIE Vol.1877,pp.136-144,1993),(Udo Haberland,e
t al.,"Investigation of highly scattering mediausi
ng near-infrared continuous wave tunable semicondu
ctor laser",SPIEVol.2389,pp.504-512,1995）,(田尻秀
幸等：「低コヒーレンス光干渉による屈折率と厚さ同時
精密測定」，信学技報OPE95-121,pp.7-12,1996-01)。
光を用いて、生体内部の断層情報を得るための研究がい
くつか発表されている（Joseph A.Izatt,et al.,"Ophth
almicDiagnotics using Optical Coherence Tomograph
y",SPIE Vol.1877,pp.136-144,1993),(Udo Haberland,e
t al.,"Investigation of highly scattering mediausi
ng near-infrared continuous wave tunable semicondu
ctor laser",SPIEVol.2389,pp.504-512,1995）,(田尻秀
幸等：「低コヒーレンス光干渉による屈折率と厚さ同時
精密測定」，信学技報OPE95-121,pp.7-12,1996-01)。
【０００３】生体の内部情報を計測する方式として、透
過型計測法と反射型計測法に大別できる。前者は、直進
光や準直進光などの透過光を利用するもので、この透過
光を精度良く検出できれば従来のＸ線ＣＴアルゴリスム
をそのまま適用可能であり、断層画像の再構成が容易に
なる。
過型計測法と反射型計測法に大別できる。前者は、直進
光や準直進光などの透過光を利用するもので、この透過
光を精度良く検出できれば従来のＸ線ＣＴアルゴリスム
をそのまま適用可能であり、断層画像の再構成が容易に
なる。
【０００４】しかしながら、生体は光に対して多重散乱
体であり、近赤外領域における直進光の吸収係数は０．
０１〜０．１ｍｍ-1程度と比較的小さいが、拡散係数は
１０ｍｍ-1程度と極めて大きいため拡散による減衰が著
しい。このため直進光は生体を数ｍｍ通過すると減衰し
て、検出限界以下となってしまう。
体であり、近赤外領域における直進光の吸収係数は０．
０１〜０．１ｍｍ-1程度と比較的小さいが、拡散係数は
１０ｍｍ-1程度と極めて大きいため拡散による減衰が著
しい。このため直進光は生体を数ｍｍ通過すると減衰し
て、検出限界以下となってしまう。
【０００５】一方、準直進光を利用すれば、拡散係数は
等価的に１．０〜３．０ｍｍ-1程度となり、検出限界を
ｃｍオーダに拡大することができる。しかし、人体の断
層計測に応用するためには、２０〜３０ｃｍ程度の検出
距離が必要となるため、現在の技術では困難である。
等価的に１．０〜３．０ｍｍ-1程度となり、検出限界を
ｃｍオーダに拡大することができる。しかし、人体の断
層計測に応用するためには、２０〜３０ｃｍ程度の検出
距離が必要となるため、現在の技術では困難である。
【０００６】後者の反射型計測法は、生体の表面から一
定の深さ位置での反射率を断層画像として計測するもの
であり、生体が大きくても適用可能である。この開発例
としてコヒーレンスゲート方式の干渉計があり、これは
光源のコヒーレンス長が１０〜３０μｍであることを利
用して、高分解能の断層像を得ている。
定の深さ位置での反射率を断層画像として計測するもの
であり、生体が大きくても適用可能である。この開発例
としてコヒーレンスゲート方式の干渉計があり、これは
光源のコヒーレンス長が１０〜３０μｍであることを利
用して、高分解能の断層像を得ている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、コヒー
レンスゲート方式には幾つかの問題点があり、１）ある
一定の深さでの断層像を得るには、干渉光学系と物体と
を相対的に横方向に走査する必要があり、さらに深さ方
向の断層像を得るには深さ方向の走査を必要とする。そ
のため、立体画像を得るには機械的な３次元走査が必要
となる。２）生体に近赤外線を照射したとき、全ての深
さ位置から反射光が発生するが、コヒーレンスゲート方
式はそのうちの特定の深さ位置からの反射光しか検出で
きない。したがって、反射光自体が微弱であり、しかも
その一部しか測定に寄与しないため、光利用効率が著し
く低い。３）光の干渉現象を利用するため、測定光とし
て空間コヒーレンスに優れた平行光が必要になる。一
方、光源は時間コヒーレンスを低下させて、断層画像測
定を高分解能化する必要がある。これらの２つのコヒー
レンスを満足する光源として、スーパールミネッセント
ダイオード（ＳＬＤ）が開発されているが、数ｍＷ以下
の低い出力のものしかなく、さらに空間コヒーレンスを
満足させるための光学系による光損失によって、利用可
能な光量はさらに低下する。
レンスゲート方式には幾つかの問題点があり、１）ある
一定の深さでの断層像を得るには、干渉光学系と物体と
を相対的に横方向に走査する必要があり、さらに深さ方
向の断層像を得るには深さ方向の走査を必要とする。そ
のため、立体画像を得るには機械的な３次元走査が必要
となる。２）生体に近赤外線を照射したとき、全ての深
さ位置から反射光が発生するが、コヒーレンスゲート方
式はそのうちの特定の深さ位置からの反射光しか検出で
きない。したがって、反射光自体が微弱であり、しかも
その一部しか測定に寄与しないため、光利用効率が著し
く低い。３）光の干渉現象を利用するため、測定光とし
て空間コヒーレンスに優れた平行光が必要になる。一
方、光源は時間コヒーレンスを低下させて、断層画像測
定を高分解能化する必要がある。これらの２つのコヒー
レンスを満足する光源として、スーパールミネッセント
ダイオード（ＳＬＤ）が開発されているが、数ｍＷ以下
の低い出力のものしかなく、さらに空間コヒーレンスを
満足させるための光学系による光損失によって、利用可
能な光量はさらに低下する。
【０００８】このようにコヒーレンスゲート方式を生体
に適用した場合、表面から数百μｍまでの断層計測が限
界であり、眼の角膜など応用分野が限られている。
に適用した場合、表面から数百μｍまでの断層計測が限
界であり、眼の角膜など応用分野が限られている。
【０００９】本発明の目的は、機械的な走査を行わず
に、広い空間領域での断層画像情報を短時間かつ高分解
能で得られる光周波数掃引式断層画像測定装置を提供す
ることである。
に、広い空間領域での断層画像情報を短時間かつ高分解
能で得られる光周波数掃引式断層画像測定装置を提供す
ることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、（ａ）注入電
流を変調することによって、光周波数の掃引が可能で、
コヒーレント光を発生するための半導体レーザ素子１
と、 （ｂ）前記注入電流を鋸波状に変化して半導体レーザ素
子に与えて光周波数を掃引する駆動回路１ａと、 （ｃ）干渉計であって、 （ｃ１）半導体レーザ素子からのコヒーレント光を参照
光と物体ＳＰを照射する測定光とに分割し、物体ＳＰで
反射した物体光が再び戻るビームスプリッタ５と、 （ｃ２）参照光を反射して再びビームスプリッタ５に戻
す参照鏡６とを有し、 （ｃ３）物体ＳＰで反射した物体光と前記参照光との干
渉によって得られる干渉光を発生するための干渉計と、 （ｄ）光周波数掃引時には、参照鏡６を固定して保持
し、物体ＳＰでの測定範囲を切換えて移動する参照鏡駆
動手段７，７ａと、 （ｅ）複数の受光素子が１次元または２次元に配置され
て構成され、干渉計からの干渉光を撮像するための撮像
素子２０と、 （ｆ）干渉計と撮像素子２０との間に設けられる空間フ
ィルタ１１であって、 （ｆ１）干渉計からの干渉光をスポット状に集光する集
光レンズ８と、 （ｆ２）集光レンズ８の焦点面に配置され、集光スポッ
トだけを通過させるピンホール９と、 （ｆ３）ピンホール９を通過した光をコリメートするコ
リメートレンズ１０とによって構成される空間フィルタ
１１と、 （ｇ）光周波数の掃引期間中に、所定のフレーム周期毎
に撮像素子から出力される画像信号をフレーム毎に格納
するための画像メモリ２３と、画像メモリ２３に格納さ
れた画像信号を画素毎に時間軸でフーリエ変換して、断
層画像を算出するための信号処理手段２２とを備えるこ
とを特徴とする光周波数掃引式断層画像測定装置であ
る。
流を変調することによって、光周波数の掃引が可能で、
コヒーレント光を発生するための半導体レーザ素子１
と、 （ｂ）前記注入電流を鋸波状に変化して半導体レーザ素
子に与えて光周波数を掃引する駆動回路１ａと、 （ｃ）干渉計であって、 （ｃ１）半導体レーザ素子からのコヒーレント光を参照
光と物体ＳＰを照射する測定光とに分割し、物体ＳＰで
反射した物体光が再び戻るビームスプリッタ５と、 （ｃ２）参照光を反射して再びビームスプリッタ５に戻
す参照鏡６とを有し、 （ｃ３）物体ＳＰで反射した物体光と前記参照光との干
渉によって得られる干渉光を発生するための干渉計と、 （ｄ）光周波数掃引時には、参照鏡６を固定して保持
し、物体ＳＰでの測定範囲を切換えて移動する参照鏡駆
動手段７，７ａと、 （ｅ）複数の受光素子が１次元または２次元に配置され
て構成され、干渉計からの干渉光を撮像するための撮像
素子２０と、 （ｆ）干渉計と撮像素子２０との間に設けられる空間フ
ィルタ１１であって、 （ｆ１）干渉計からの干渉光をスポット状に集光する集
光レンズ８と、 （ｆ２）集光レンズ８の焦点面に配置され、集光スポッ
トだけを通過させるピンホール９と、 （ｆ３）ピンホール９を通過した光をコリメートするコ
リメートレンズ１０とによって構成される空間フィルタ
１１と、 （ｇ）光周波数の掃引期間中に、所定のフレーム周期毎
に撮像素子から出力される画像信号をフレーム毎に格納
するための画像メモリ２３と、画像メモリ２３に格納さ
れた画像信号を画素毎に時間軸でフーリエ変換して、断
層画像を算出するための信号処理手段２２とを備えるこ
とを特徴とする光周波数掃引式断層画像測定装置であ
る。
【００１１】本発明に従えば、光源から光周波数が連続
的に変化するコヒーレント光を発生して物体に照射する
とともに、干渉計を用いて物体内部で反射した物体光
（直進光および準直進光）と参照光とを干渉させて、こ
の干渉光の強度分布を計測し、光周波数の変化に対応し
た強度分布の変化を測定することによって、深さ方向に
沿った断層画像を構築できる。
的に変化するコヒーレント光を発生して物体に照射する
とともに、干渉計を用いて物体内部で反射した物体光
（直進光および準直進光）と参照光とを干渉させて、こ
の干渉光の強度分布を計測し、光周波数の変化に対応し
た強度分布の変化を測定することによって、深さ方向に
沿った断層画像を構築できる。
【００１２】その原理を詳説する。干渉計における２つ
の腕の長さ、すなわち参照鏡までの距離と物体表面まで
の距離が等しい場合、参照光および物体光の光周波数は
同じ周波数であるから、干渉光のビート周波数はゼロと
なる。次に、物体光が物体内部のある深さ位置からの反
射光である場合、物体光側の腕の長さが長くなる。この
とき光源の光周波数が連続的に変化しているため、参照
光の光周波数と物体光の光周波数とが異なるため、干渉
光にビートが生じて、そのビート周波数は２つの腕の長
さの差に対応する。反射光は、物体内の測定光光路に沿
った全ての深さ位置で発生するから、物体光は異なった
深さ位置での反射光の混合となる。さらに、反射位置の
深さに対応して干渉計の腕の長さが異なるため、干渉光
は異なるビート周波数を持つ。したがって、参照鏡を固
定した状態で、干渉光の強度変化を周波数分析すること
によって、ビート周波数に対応する深さ位置での反射係
数を算出することができ、反射係数の空間分布が断層画
像として測定できる。
の腕の長さ、すなわち参照鏡までの距離と物体表面まで
の距離が等しい場合、参照光および物体光の光周波数は
同じ周波数であるから、干渉光のビート周波数はゼロと
なる。次に、物体光が物体内部のある深さ位置からの反
射光である場合、物体光側の腕の長さが長くなる。この
とき光源の光周波数が連続的に変化しているため、参照
光の光周波数と物体光の光周波数とが異なるため、干渉
光にビートが生じて、そのビート周波数は２つの腕の長
さの差に対応する。反射光は、物体内の測定光光路に沿
った全ての深さ位置で発生するから、物体光は異なった
深さ位置での反射光の混合となる。さらに、反射位置の
深さに対応して干渉計の腕の長さが異なるため、干渉光
は異なるビート周波数を持つ。したがって、参照鏡を固
定した状態で、干渉光の強度変化を周波数分析すること
によって、ビート周波数に対応する深さ位置での反射係
数を算出することができ、反射係数の空間分布が断層画
像として測定できる。
【００１３】さらに本発明では、複数の受光画素が１次
元または２次元に配置されて構成された撮像素子を用い
て、干渉光を撮像している。これによって、１次元また
は２次元の撮像領域に関するデータを一度に取り込むこ
とが可能となる。また、深さ方向のデータについては、
干渉光の周波数分析によって区別できる。したがって、
機械的走査を行わずに断層画像を得ることができ、送り
誤差や振動の影響を受けることなく、短時間で高精度の
測定が可能になる。
元または２次元に配置されて構成された撮像素子を用い
て、干渉光を撮像している。これによって、１次元また
は２次元の撮像領域に関するデータを一度に取り込むこ
とが可能となる。また、深さ方向のデータについては、
干渉光の周波数分析によって区別できる。したがって、
機械的走査を行わずに断層画像を得ることができ、送り
誤差や振動の影響を受けることなく、短時間で高精度の
測定が可能になる。
【００１４】また、光周波数の掃引期間中に所定のフレ
ーム周期毎に撮像素子から画像信号を出力させ、画像信
号をフレーム毎に画像メモリに格納した後、画像メモリ
に格納された画像信号を画素毎に時間軸でフーリエ変換
して、断層画像を算出している。これによって、フレー
ム別に格納した画像信号を画素毎に周波数分析すること
が可能となり、断層画像の構築を容易に実施できる。
ーム周期毎に撮像素子から画像信号を出力させ、画像信
号をフレーム毎に画像メモリに格納した後、画像メモリ
に格納された画像信号を画素毎に時間軸でフーリエ変換
して、断層画像を算出している。これによって、フレー
ム別に格納した画像信号を画素毎に周波数分析すること
が可能となり、断層画像の構築を容易に実施できる。
【００１５】
【００１６】本発明に従えば、光源から光周波数が連続
的に変化するコヒーレント光を発生して物体に照射する
とともに、干渉計を用いて物体内部で反射した物体光
（直進光および準直進光）と参照光とを干渉させて、こ
の干渉光の強度分布を計測し、光周波数の変化に対応し
た強度分布の変化を測定することによって、深さ方向に
沿った断層画像を構築できる。
的に変化するコヒーレント光を発生して物体に照射する
とともに、干渉計を用いて物体内部で反射した物体光
（直進光および準直進光）と参照光とを干渉させて、こ
の干渉光の強度分布を計測し、光周波数の変化に対応し
た強度分布の変化を測定することによって、深さ方向に
沿った断層画像を構築できる。
【００１７】本発明に従えば、ビート周波数の周波数分
析によって深さ方向の情報を得ているため、時間コヒー
レンスに対する厳しい制約が要求されない。したがっ
て、ＳＬＤ光源の代わりに高出力化が可能な半導体レー
ザ素子を利用できるため、物体の深い部分まで測定可能
となる。
析によって深さ方向の情報を得ているため、時間コヒー
レンスに対する厳しい制約が要求されない。したがっ
て、ＳＬＤ光源の代わりに高出力化が可能な半導体レー
ザ素子を利用できるため、物体の深い部分まで測定可能
となる。
【００１８】本発明に従えば、測定光が物体を通過する
際に、直進光や準直進光から成る物体光以外にかなり強
い拡散光も発生するため、干渉計と撮像素子との間に空
間フィルタを設けることによって有害な拡散光を除去す
ることができ、高Ｓ／Ｎ比の画像信号が得られる。
際に、直進光や準直進光から成る物体光以外にかなり強
い拡散光も発生するため、干渉計と撮像素子との間に空
間フィルタを設けることによって有害な拡散光を除去す
ることができ、高Ｓ／Ｎ比の画像信号が得られる。
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】また本発明は、半導体レーザ素子１とビー
ムスプリッタ５との間に介在され、偏光素子３と１／４
波長板４とから成る戻り光防止用素子をさらに含むこと
を特徴とする。
ムスプリッタ５との間に介在され、偏光素子３と１／４
波長板４とから成る戻り光防止用素子をさらに含むこと
を特徴とする。
【００２４】本発明に従えば、偏光素子３と１／４波長
板４とから成る戻り光防止用素子が設けられるので、半
導体レーザ素子１のレーザ発振を安定化することがで
き、このことは特に精密な画像を得るために重要であ
る。
板４とから成る戻り光防止用素子が設けられるので、半
導体レーザ素子１のレーザ発振を安定化することがで
き、このことは特に精密な画像を得るために重要であ
る。
【００２５】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態を
示す構成図である。本装置は、光源１と、ビームスプリ
ッタ５と、参照鏡６と、測定対象である試料ＳＰと、光
検出用の撮像素子２０とで形成されるマイケルソン型干
渉計として構成される。なお、本発明はマイケルソン型
以外の干渉計にも適用可能である。
示す構成図である。本装置は、光源１と、ビームスプリ
ッタ５と、参照鏡６と、測定対象である試料ＳＰと、光
検出用の撮像素子２０とで形成されるマイケルソン型干
渉計として構成される。なお、本発明はマイケルソン型
以外の干渉計にも適用可能である。
【００２６】光源１はコヒーレント光を発生する半導体
レーザ素子（ＬＤ）で構成され、駆動回路１ａが注入電
流を変調することによって光周波数の掃引が可能であ
り、たとえば注入電流を鋸波状に変化させると光周波数
が線形かつ連続的に変化する。光周波数の変調振幅は、
レーザ発振がモードポップを起こさない範囲に設定さ
れ、その変調周期は制御回路２５によって撮像素子２０
のフレーム走査と同期するように制御される。なお、光
源１の波長は、生体に対して透過性のある７００ｎｍ〜
９００ｎｍの近赤外光が好適である。
レーザ素子（ＬＤ）で構成され、駆動回路１ａが注入電
流を変調することによって光周波数の掃引が可能であ
り、たとえば注入電流を鋸波状に変化させると光周波数
が線形かつ連続的に変化する。光周波数の変調振幅は、
レーザ発振がモードポップを起こさない範囲に設定さ
れ、その変調周期は制御回路２５によって撮像素子２０
のフレーム走査と同期するように制御される。なお、光
源１の波長は、生体に対して透過性のある７００ｎｍ〜
９００ｎｍの近赤外光が好適である。
【００２７】光源１の光出射側にはコリメートレンズ２
が設けられ、光源１からのコヒーレント光が平行光とな
るように調整される。光源１とビームスプリッタ５との
間には、偏光素子３と１／４波長板４とから成る戻り光
防止用素子が設けられ、光源１のレーザ発振を安定化し
ている。
が設けられ、光源１からのコヒーレント光が平行光とな
るように調整される。光源１とビームスプリッタ５との
間には、偏光素子３と１／４波長板４とから成る戻り光
防止用素子が設けられ、光源１のレーザ発振を安定化し
ている。
【００２８】ビームスプリッタ５は、光源１からのコヒ
ーレント光を参照光と測定光とに分割する。参照光は参
照鏡６によって反射されて、再びビームスプリッタ５に
戻る。測定光は試料ＳＰを照射して、その一部が試料Ｓ
Ｐで反射すると物体光となって再びビームスプリッタ５
に戻る。こうして参照光と物体光とが干渉する。
ーレント光を参照光と測定光とに分割する。参照光は参
照鏡６によって反射されて、再びビームスプリッタ５に
戻る。測定光は試料ＳＰを照射して、その一部が試料Ｓ
Ｐで反射すると物体光となって再びビームスプリッタ５
に戻る。こうして参照光と物体光とが干渉する。
【００２９】参照鏡６は、鏡駆動回路７ａによって駆動
される微動ステージ７によって保持され、光周波数掃引
時には固定されるが、試料ＳＰでの測定範囲を切換える
際に移動する。
される微動ステージ７によって保持され、光周波数掃引
時には固定されるが、試料ＳＰでの測定範囲を切換える
際に移動する。
【００３０】試料ＳＰは、生体と同等な光学特性を有す
るもので、ここでは標準試料であるイントラリピッド水
溶液（濃度０．１％）をガラス容器に入れたものを使用
し、さらに一定深さでの反射係数を付与するため、光反
射率が３０％と１％であるクロム蒸着膜をパターン状に
形成したターゲットＴＡを用意して、測定光に対して垂
直反射となるように水溶液中に保持している。
るもので、ここでは標準試料であるイントラリピッド水
溶液（濃度０．１％）をガラス容器に入れたものを使用
し、さらに一定深さでの反射係数を付与するため、光反
射率が３０％と１％であるクロム蒸着膜をパターン状に
形成したターゲットＴＡを用意して、測定光に対して垂
直反射となるように水溶液中に保持している。
【００３１】ビームスプリッタ５からの干渉光は、撮像
素子２０に入射して、干渉光の強度分布に応じた画像信
号に変換される。
素子２０に入射して、干渉光の強度分布に応じた画像信
号に変換される。
【００３２】ビームスプリッタ５と撮像素子２０との間
には、空間フィルタ１１が設けられる。空間フィルタ１
１は、干渉光をスポット状に集光する集光レンズ８、集
光スポットだけを通過させるピンホール板９、およびピ
ンホール板９を通過した光をコリメートするコリメート
レンズ１０で構成され、テレセントリック系に配置した
２重レンズ結像系の焦点面にピンホール板９が配置され
る。この空間フィルタ１１は、１）ピンホールによって
焦点深度が深い結像光学系を形成して、試料ＳＰでの撮
像許容深度を拡大する機能と、２）試料ＳＰからの戻り
光のうち、高強度の拡散光をピンホール板９でできる限
り除去して、試料ＳＰからの直進光および準直進光だけ
を取り出す機能を果たす。
には、空間フィルタ１１が設けられる。空間フィルタ１
１は、干渉光をスポット状に集光する集光レンズ８、集
光スポットだけを通過させるピンホール板９、およびピ
ンホール板９を通過した光をコリメートするコリメート
レンズ１０で構成され、テレセントリック系に配置した
２重レンズ結像系の焦点面にピンホール板９が配置され
る。この空間フィルタ１１は、１）ピンホールによって
焦点深度が深い結像光学系を形成して、試料ＳＰでの撮
像許容深度を拡大する機能と、２）試料ＳＰからの戻り
光のうち、高強度の拡散光をピンホール板９でできる限
り除去して、試料ＳＰからの直進光および準直進光だけ
を取り出す機能を果たす。
【００３３】撮像素子２０は、複数の受光画素が１次元
または２次元に配置された高感度ＣＣＤ（電荷結合素
子）センサなどで構成され、制御回路２５からの同期信
号によって、たとえば約１／３０秒のフレーム周期Ｔｆ
で１画面を画像信号として時系列に出力する。撮像素子
２０からの画像信号は、Ａ／Ｄ（アナログデジタル）変
換回路２１によってデジタル値に変換された後、電子計
算機内のフレームメモリ２３に格納される。フレームメ
モリ２３は、光周波数の１回の掃引時間Ｔｓをフレーム
周期Ｔｆと等しく設定し、測定時間をＴｍとすると、測
定時間Ｔｍをフレーム周期Ｔｆで除算した枚数分のフレ
ーム画像を格納するメモリ容量を有し、たとえば測定時
間Ｔｍ＝２秒で、２÷（１／３０）＝６０枚分の画像デ
ータを格納する。なお、撮像素子２０が１次元センサで
あれば１次元のフレーム画像を出力し、２次元センサで
あれば２次元のフレーム画像を出力する。
または２次元に配置された高感度ＣＣＤ（電荷結合素
子）センサなどで構成され、制御回路２５からの同期信
号によって、たとえば約１／３０秒のフレーム周期Ｔｆ
で１画面を画像信号として時系列に出力する。撮像素子
２０からの画像信号は、Ａ／Ｄ（アナログデジタル）変
換回路２１によってデジタル値に変換された後、電子計
算機内のフレームメモリ２３に格納される。フレームメ
モリ２３は、光周波数の１回の掃引時間Ｔｓをフレーム
周期Ｔｆと等しく設定し、測定時間をＴｍとすると、測
定時間Ｔｍをフレーム周期Ｔｆで除算した枚数分のフレ
ーム画像を格納するメモリ容量を有し、たとえば測定時
間Ｔｍ＝２秒で、２÷（１／３０）＝６０枚分の画像デ
ータを格納する。なお、撮像素子２０が１次元センサで
あれば１次元のフレーム画像を出力し、２次元センサで
あれば２次元のフレーム画像を出力する。
【００３４】電子計算機内の信号処理部２２は、所定の
プログラムの従って各種演算処理を行うもので、ここで
はフレームメモリ２３に格納された画像信号を画素毎に
時間軸でフーリエ変換することによって周波数分析を行
う。フーリエ周波数は干渉光のビート周波数と一致し、
さらに物体光が反射した深さ位置に対応付けできるた
め、結局、深さ方向の断層画像を算出することができ
る。
プログラムの従って各種演算処理を行うもので、ここで
はフレームメモリ２３に格納された画像信号を画素毎に
時間軸でフーリエ変換することによって周波数分析を行
う。フーリエ周波数は干渉光のビート周波数と一致し、
さらに物体光が反射した深さ位置に対応付けできるた
め、結局、深さ方向の断層画像を算出することができ
る。
【００３５】１次元のフレーム画像を時間軸でフーリエ
変換すると、１次元の撮像領域での断層画像が得られ、
ＣＲＴ（陰極線管）等のディスプレイ装置２４にそのま
ま表示できる。２次元のフレーム画像を時間軸でフーリ
エ変換すると、２次元の撮像領域における断層画像が得
られるため、直線状の表示位置を指定することによっ
て、表示位置での断層画像をディスプレイ装置２４に表
示できる。
変換すると、１次元の撮像領域での断層画像が得られ、
ＣＲＴ（陰極線管）等のディスプレイ装置２４にそのま
ま表示できる。２次元のフレーム画像を時間軸でフーリ
エ変換すると、２次元の撮像領域における断層画像が得
られるため、直線状の表示位置を指定することによっ
て、表示位置での断層画像をディスプレイ装置２４に表
示できる。
【００３６】図２は、光周波数の掃引波形を示すグラフ
である。横軸は時間、縦軸は光源１の光周波数である。
たとえばフレーム周期Ｔｆ＝１／３０秒、掃引時間Ｔｓ
＝１／３０秒で、光周波数の上限値ｆｂと下限値ｆａと
の差である掃引幅（ｆｂ−ｆａ）＝５０ＧＨｚに設定し
た場合、撮像素子２０のカットオフ周波数は約３０Ｈｚ
となり、掃引幅５０ＧＨｚに対応して約２ｍｍの深さ範
囲に渡るビート周波数をもつ干渉信号がメモリに格納さ
れる。このため測定時間Ｔｍ＝２秒とし、格納されたデ
ータをフーリエ解析し、フーリエ周波数ごとの断層画像
を得る場合、深さ方向の断層画像間隔は２ｍｍ／６０枚
＝３３μｍとなる。また、参照鏡６の位置を移動するこ
とによって、測定できる深さ範囲が全体にシフトする。
したがって、２ｍｍ単位で測定範囲を移動しながら複数
回計測することによって、０ｃｍ〜数ｃｍに渡る断層撮
影を高分解で実現できる。
である。横軸は時間、縦軸は光源１の光周波数である。
たとえばフレーム周期Ｔｆ＝１／３０秒、掃引時間Ｔｓ
＝１／３０秒で、光周波数の上限値ｆｂと下限値ｆａと
の差である掃引幅（ｆｂ−ｆａ）＝５０ＧＨｚに設定し
た場合、撮像素子２０のカットオフ周波数は約３０Ｈｚ
となり、掃引幅５０ＧＨｚに対応して約２ｍｍの深さ範
囲に渡るビート周波数をもつ干渉信号がメモリに格納さ
れる。このため測定時間Ｔｍ＝２秒とし、格納されたデ
ータをフーリエ解析し、フーリエ周波数ごとの断層画像
を得る場合、深さ方向の断層画像間隔は２ｍｍ／６０枚
＝３３μｍとなる。また、参照鏡６の位置を移動するこ
とによって、測定できる深さ範囲が全体にシフトする。
したがって、２ｍｍ単位で測定範囲を移動しながら複数
回計測することによって、０ｃｍ〜数ｃｍに渡る断層撮
影を高分解で実現できる。
【００３７】また、撮像素子２０のカットオフ周波数を
フレーム周波数に一致させることによって、測定する深
さ範囲以外からのノイズを除去できるため、高Ｓ／Ｎ比
の画像信号を得ることができる。
フレーム周波数に一致させることによって、測定する深
さ範囲以外からのノイズを除去できるため、高Ｓ／Ｎ比
の画像信号を得ることができる。
【００３８】
【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、複
数の受光画素が１次元または２次元に配置されて構成さ
れた撮像素子を用いることよって、１次元または２次元
の撮像領域に関するデータを一度に取り込むことが可能
となり、機械的走査は不要になる。そのため、送り誤差
や振動の影響を受けることなく、短時間で高精度の測定
が可能になる。
数の受光画素が１次元または２次元に配置されて構成さ
れた撮像素子を用いることよって、１次元または２次元
の撮像領域に関するデータを一度に取り込むことが可能
となり、機械的走査は不要になる。そのため、送り誤差
や振動の影響を受けることなく、短時間で高精度の測定
が可能になる。
【００３９】また、光周波数の掃引期間中に所定のフレ
ーム周期毎に撮像素子から画像信号を出力させ、画像信
号をフレーム毎に画像メモリに格納した後、画像メモリ
に格納された画像信号を画素毎に時間軸でフーリエ変換
して、断層画像を算出している。これによって、フレー
ム別に格納した画像信号を画素毎に周波数分析すること
が可能となり、断層画像の構築を容易に実施できる。
ーム周期毎に撮像素子から画像信号を出力させ、画像信
号をフレーム毎に画像メモリに格納した後、画像メモリ
に格納された画像信号を画素毎に時間軸でフーリエ変換
して、断層画像を算出している。これによって、フレー
ム別に格納した画像信号を画素毎に周波数分析すること
が可能となり、断層画像の構築を容易に実施できる。
【００４０】
【００４１】また、高出力化が可能な半導体レーザ素子
を利用することによって、物体の深い部分まで測定可能
となる。
を利用することによって、物体の深い部分まで測定可能
となる。
【００４２】また、干渉計と撮像素子との間に空間フィ
ルタを設けることによって有害な拡散光を除去すること
ができ、高Ｓ／Ｎ比の画像信号が得られる。さらに本発
明によれば、集光レンズ８とピンホール９とコリメート
レンズ１０とで構成される空間フィルタ１１が用いられ
るので、ピンホールによって焦点深度が深い結像光学系
を形成して、物体ＳＰでの撮像許容深度を拡大する機能
が達成されるとともに、物体ＳＰからの戻り光のうち、
高強度の拡散光をピンホール９で、できるかぎり除去し
て、物体ＳＰからの直進光および準直進光だけを取出す
機能が達成される。さらに本発明によれば、偏光素子３
と１／４波長板４とから成る戻り光防止用素子を用い、
これによって半導体レーザ素子１のレーザ発振を安定化
することができる。
ルタを設けることによって有害な拡散光を除去すること
ができ、高Ｓ／Ｎ比の画像信号が得られる。さらに本発
明によれば、集光レンズ８とピンホール９とコリメート
レンズ１０とで構成される空間フィルタ１１が用いられ
るので、ピンホールによって焦点深度が深い結像光学系
を形成して、物体ＳＰでの撮像許容深度を拡大する機能
が達成されるとともに、物体ＳＰからの戻り光のうち、
高強度の拡散光をピンホール９で、できるかぎり除去し
て、物体ＳＰからの直進光および準直進光だけを取出す
機能が達成される。さらに本発明によれば、偏光素子３
と１／４波長板４とから成る戻り光防止用素子を用い、
これによって半導体レーザ素子１のレーザ発振を安定化
することができる。
【図１】本発明の実施の一形態を示す構成図である。
【図２】光周波数の掃引波形を示すグラフである。
１ 光源 ２ コリメートレンズ ３ 偏光素子 ４ １／４波長板 ５ ビームスプリッタ ６ 参照鏡 １１ 空間フィルタ ２０ 撮像素子 ２１ Ａ／Ｄ変換回路 ２３ フレームメモリ ２２ 信号処理部 ２４ ディスプレイ装置 ＳＰ 試料
フロントページの続き (72)発明者 山田 圭一 大阪府堺市浜寺船尾町東４丁36番地 大 研医器株式会社 商品開発研究所内 (72)発明者 村山 幸市 大阪府堺市浜寺船尾町東４丁36番地 大 研医器株式会社 商品開発研究所内 審査官 樋口 宗彦 (56)参考文献 特開 平６−70881（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−225259（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−149567（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−177434（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−110296（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−63048（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−63049（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/17 - 21/16 G01J 3/00 - 3/52 G01J 9/00 - 9/04 G01B 9/00 - 9/10 実用ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ) 特許ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ)
Claims (2)
- 【請求項１】 （ａ）注入電流を変調することによっ
て、光周波数の掃引が可能で、コヒーレント光を発生す
るための半導体レーザ素子１と、 （ｂ）前記注入電流を鋸波状に変化して半導体レーザ素
子に与えて光周波数を掃引する駆動回路１ａと、 （ｃ）干渉計であって、 （ｃ１）半導体レーザ素子からのコヒーレント光を参照
光と物体ＳＰを照射する測定光とに分割し、物体ＳＰで
反射した物体光が再び戻るビームスプリッタ５と、 （ｃ２）参照光を反射して再びビームスプリッタ５に戻
す参照鏡６とを有し、 （ｃ３）物体ＳＰで反射した物体光と前記参照光との干
渉によって得られる干渉光を発生するための干渉計と、 （ｄ）光周波数掃引時には、参照鏡６を固定して保持
し、物体ＳＰでの測定範囲を切換えて移動する参照鏡駆
動手段７，７ａと、 （ｅ）複数の受光素子が１次元または２次元に配置され
て構成され、干渉計からの干渉光を撮像するための撮像
素子２０と、 （ｆ）干渉計と撮像素子２０との間に設けられる空間フ
ィルタ１１であって、 （ｆ１）干渉計からの干渉光をスポット状に集光する集
光レンズ８と、 （ｆ２）集光レンズ８の焦点面に配置され、集光スポッ
トだけを通過させるピンホール９と、 （ｆ３）ピンホール９を通過した光をコリメートするコ
リメートレンズ１０とによって構成される空間フィルタ
１１と、 （ｇ）光周波数の掃引期間中に、所定のフレーム周期毎
に撮像素子から出力される画像信号をフレーム毎に格納
するための画像メモリ２３と、 画像メモリ２３に格納された画像信号を画素毎に時間軸
でフーリエ変換して、断層画像を算出するための信号処
理手段２２とを備えることを特徴とする光周波数掃引式
断層画像測定装置。 - 【請求項２】 半導体レーザ素子１とビームスプリッタ
５との間に介在され、偏光素子３と１／４波長板４とか
ら成る戻り光防止用素子をさらに含むことを特徴とする
請求項１記載の光周波数掃引式断層画像測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14258497A JP3332802B2 (ja) | 1997-05-30 | 1997-05-30 | 光周波数掃引式断層画像測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14258497A JP3332802B2 (ja) | 1997-05-30 | 1997-05-30 | 光周波数掃引式断層画像測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10332329A JPH10332329A (ja) | 1998-12-18 |
| JP3332802B2 true JP3332802B2 (ja) | 2002-10-07 |
Family
ID=15318716
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14258497A Expired - Lifetime JP3332802B2 (ja) | 1997-05-30 | 1997-05-30 | 光周波数掃引式断層画像測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3332802B2 (ja) |
Families Citing this family (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4057251B2 (ja) * | 2000-04-26 | 2008-03-05 | 富士フイルム株式会社 | 光断層画像化装置 |
| US6882432B2 (en) * | 2000-08-08 | 2005-04-19 | Zygo Corporation | Frequency transform phase shifting interferometry |
| US6728571B1 (en) * | 2001-07-16 | 2004-04-27 | Scimed Life Systems, Inc. | Electronically scanned optical coherence tomography with frequency modulated signals |
| JP2003090792A (ja) * | 2001-09-20 | 2003-03-28 | Fuji Photo Film Co Ltd | 光断層画像化装置 |
| FR2834567B1 (fr) * | 2002-01-07 | 2004-03-19 | Centre Nat Rech Scient | Procede et dispositif de visualisation microscopique a sondes locales d'un objet tridimensionnel |
| EP2270448B1 (en) * | 2003-10-27 | 2020-03-18 | The General Hospital Corporation | Method and apparatus for performing optical imaging using frequency-domain interferometry |
| JP2005283155A (ja) * | 2004-03-26 | 2005-10-13 | Shimizu Kimiya | 光干渉断層像撮像法における分散補正装置 |
| WO2006130802A2 (en) * | 2005-06-01 | 2006-12-07 | The General Hospital Corporation | Apparatus, method and system for performing phase-resolved optical frequency domain imaging |
| JP4907279B2 (ja) * | 2005-09-30 | 2012-03-28 | 富士フイルム株式会社 | 光断層画像化装置 |
| JP2007101266A (ja) * | 2005-09-30 | 2007-04-19 | Fujifilm Corp | 光断層画像化装置 |
| EP1770352B1 (en) | 2005-09-30 | 2008-07-02 | FUJIFILM Corporation | Optical tomography system |
| JP5027429B2 (ja) * | 2006-03-02 | 2012-09-19 | サンテック株式会社 | 歯科用光断層画像表示システム |
| JP4755934B2 (ja) * | 2006-03-31 | 2011-08-24 | 富士フイルム株式会社 | 波長可変レーザ装置および光断層画像化装置 |
| JP4804977B2 (ja) * | 2006-03-22 | 2011-11-02 | 富士フイルム株式会社 | 波長可変レーザ装置および光断層画像化装置 |
| JP2008051698A (ja) * | 2006-08-25 | 2008-03-06 | Yokogawa Electric Corp | 双方向光モジュールおよびこれを用いた光パルス試験器 |
| JP4338142B2 (ja) * | 2006-08-31 | 2009-10-07 | 国立長寿医療センター総長 | 歯科用光断層画像表示システム |
| JP4996918B2 (ja) * | 2006-12-26 | 2012-08-08 | 株式会社トプコン | 光画像計測装置及び光画像計測装置を制御するプログラム |
| JP4996917B2 (ja) * | 2006-12-26 | 2012-08-08 | 株式会社トプコン | 光画像計測装置及び光画像計測装置を制御するプログラム |
| CN100512752C (zh) | 2007-01-12 | 2009-07-15 | 天津市先石光学技术有限公司 | 光程可选择的无创人体成分检测方法及检测装置 |
| JP2010175448A (ja) * | 2009-01-30 | 2010-08-12 | Kowa Co | 光学撮像装置 |
| WO2011014282A2 (en) * | 2009-05-01 | 2011-02-03 | Trustees Of Boston University | High magnification spectral reflectance biosensing with discrete light sources |
| EP2668465A1 (en) * | 2011-01-25 | 2013-12-04 | Massachusetts Institute Of Technology | Single-shot full-field reflection phase microscopy |
| DE102012205311B4 (de) * | 2012-03-30 | 2013-10-17 | Anton Paar Gmbh | Optische Vorrichtung, insbesondere Polarimeter, zur Detektion von Inhomogenitäten in einer Probe |
| US10000000B2 (en) | 2015-03-10 | 2018-06-19 | Raytheon Company | Coherent LADAR using intra-pixel quadrature detection |
| CN108594413A (zh) * | 2018-07-03 | 2018-09-28 | 苏州闻道电子科技有限公司 | 一种基于双光束频率调制的三维高分辨率成像方法与装置 |
-
1997
- 1997-05-30 JP JP14258497A patent/JP3332802B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10332329A (ja) | 1998-12-18 |
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