JP4688094B2 - Optical coherence tomography device - Google Patents

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Description

本発明は、非破壊断層計測技術の1つである光コヒーレンストモグラフィー(低コヒーレンスな光をプローブとして用いる断層計測)装置に関する。   The present invention relates to an optical coherence tomography (tomographic measurement using low-coherence light as a probe), which is one of non-destructive tomographic techniques.

従来、歯科の診断において、顎口腔領域を撮影するために、X線撮影装置、口腔内カメラ、歯科用カメラ、X線CT、MRI等が使用されてきた。   Conventionally, an X-ray imaging apparatus, an intraoral camera, a dental camera, X-ray CT, MRI, and the like have been used for imaging a jaw and mouth region in dental diagnosis.

X線撮影装置で得られる像は、あくまで透過像であり、被写体のX線進行方向の情報は、重ねあわされて検出される。そのため、被写体の内部構造を3次元的に知ることができない。また、X線は人体に有害であるため、年間被爆線量が決められており、資格を持った術者しか装置を扱えない上に、鉛・鉛ガラスなどの遮蔽部材に囲まれた部屋でしか使用できない。   An image obtained by the X-ray imaging apparatus is a transmission image to the last, and information on the X-ray traveling direction of the subject is superimposed and detected. Therefore, the internal structure of the subject cannot be known three-dimensionally. Also, because X-rays are harmful to the human body, the annual exposure dose is determined, and only qualified surgeons can handle the device, and only in rooms surrounded by shielding materials such as lead and lead glass. I can not use it.

口腔内カメラは、口腔内組織の表面のみを撮像するので、歯等の内部情報が得られない。X線CTは、X線撮影装置と同様人体に有害である上に、分解能が悪く、装置も大型かつ高価である。MRIは、分解能が悪く、装置が大型かつ高価である上に、水分のない歯の内部構造は撮影できない。   Since the intraoral camera images only the surface of the intraoral tissue, internal information such as teeth cannot be obtained. X-ray CT is harmful to the human body as well as an X-ray imaging apparatus, has low resolution, and is large and expensive. MRI has poor resolution, the apparatus is large and expensive, and the internal structure of teeth without moisture cannot be photographed.

ところで、光コヒーレンストモグラフィー装置(以下、OCT装置と称する)は、人体に無害で、被写体の3次元情報が高分解能で得られるため、角膜や網膜の断層計測等の眼科の分野で応用されている(例えば、特許文献1〜4参照)。   By the way, an optical coherence tomography apparatus (hereinafter referred to as an OCT apparatus) is harmless to the human body and can obtain three-dimensional information of a subject with high resolution, and is therefore applied in the field of ophthalmology such as tomographic measurement of the cornea and retina. (For example, see Patent Documents 1 to 4).

ここで、従来のOCT装置について説明する。図11は、従来のOCT装置の構成を示す図である。図11に示すOCT装置を構成するOCTユニット1において、光源2から射出された光はレンズ3でコリメートされた後に、ビームスプリッタ4により、参照光6と計測光5に分けられる。計測光5は、ガルバノミラー8を経て対物レンズ9によって被計測試料10に集光され、そこで散乱、反射した後に再び対物レンズ9、ガルバノミラー8、ビープスプリッタ4を通って集光レンズ7によって光検出器14に集光される。一方、参照光6は、対物レンズ12を通って参照ミラー13で反射し、再び、対物レンズ12、ビームスプリッタ4を通過した後に、計測光5と並行に集光レンズ7に入射し光検出器14に集光される。   Here, a conventional OCT apparatus will be described. FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a conventional OCT apparatus. In the OCT unit 1 constituting the OCT apparatus shown in FIG. 11, the light emitted from the light source 2 is collimated by the lens 3 and then divided into reference light 6 and measurement light 5 by the beam splitter 4. The measurement light 5 passes through the galvanometer mirror 8 and is collected by the objective lens 9 on the sample 10 to be measured. After being scattered and reflected, the measurement light 5 passes through the objective lens 9, the galvanometer mirror 8, and the beep splitter 4 again. It is condensed on the detector 14. On the other hand, the reference light 6 is reflected by the reference mirror 13 through the objective lens 12, and again passes through the objective lens 12 and the beam splitter 4, and then enters the condenser lens 7 in parallel with the measurement light 5 and enters the photodetector. 14 is condensed.

光源2は、時間的に低コヒーレンスな光源である。時間的に低コヒーレンスな光源から、異なった時刻に出た光どうしは極めて干渉しにくい。そのため、計測光5が通過する光路の距離と、参照光6が通過する光路の距離がほぼ等しいときにのみ干渉信号が現れることとなる。その結果、参照ミラー13を参照光6の光軸方向に動かして計測光5と参照光6の光路長差を変化させながら、光検出器14で干渉信号の強度を計測すると、被計測試料10の奥行き方向(z軸方向)の反射率分布を得ることができる。つまり、光路長差走査により、被計測試料10の奥行き方向の構造が得られる。   The light source 2 is a temporally low coherence light source. Lights emitted at different times from a temporally low coherence light source are extremely unlikely to interfere with each other. For this reason, an interference signal appears only when the distance of the optical path through which the measurement light 5 passes and the distance of the optical path through which the reference light 6 passes are substantially equal. As a result, when the intensity of the interference signal is measured by the photodetector 14 while moving the reference mirror 13 in the optical axis direction of the reference light 6 and changing the optical path length difference between the measurement light 5 and the reference light 6, the sample to be measured 10 is obtained. The reflectance distribution in the depth direction (z-axis direction) can be obtained. That is, the structure in the depth direction of the sample 10 to be measured is obtained by optical path length difference scanning.

参照ミラー13による被計測試料の奥行き方向(z軸方向)の走査に加えて、ガルバノミラー8による横方向(x軸方向)の走査を行うことで、被計測試料10の2次元断面画像が得られる。このようなOCT装置では、数μmという高分解能な計測が可能である。したがって、OCT装置によって、非破壊、非接触で生体内部の高分解能な画像を得ることができる。   In addition to scanning in the depth direction (z-axis direction) of the sample to be measured by the reference mirror 13, a two-dimensional cross-sectional image of the sample to be measured 10 is obtained by scanning in the lateral direction (x-axis direction) by the galvanometer mirror 8. It is done. Such an OCT apparatus can measure with a high resolution of several μm. Therefore, the OCT apparatus can obtain a high-resolution image inside the living body in a non-destructive and non-contact manner.

OCT装置の歯科の分野への適用については、OCT装置を用いて、歯の断層を撮影した例が開示されている(例えば、非特許文献1〜5参照)。
特開2003−329577号 特開2002−310897号 特開平11−325849号 特開2001−059714号 レーザー研究 2003年10月号:医療を中心とする光コヒーレンストモグラフィーの技術展開 Journal of Biomedical Optics, October 2002, Vol.7 No.4:Imaging caries lesions and lesion progression with polarization sensitive optical coherence tomography APPLIED OPTICS, Vol.37, No.16, 1 June 1998: Imaging of hard- and soft-tissue structure In the oral cavity by optical coherence tomography OPTICS EXPRESS, Vol.3,No.6,14 September 1998: Dental OCT OPTICS EXPRESS, Vol.3,No.6,14 September 1998: In vivo OCT Imaging of hard and soft tissue of the oral cavity
Regarding the application of the OCT apparatus to the dental field, an example in which a tomogram of a tooth is photographed using the OCT apparatus is disclosed (for example, see Non-Patent Documents 1 to 5).
JP 2003-329577 A JP 2002-310897 JP 11-325849 A JP 2001-059714 A Laser Research October 2003 Issue: Technology Development of Optical Coherence Tomography Centered on Medical Care Journal of Biomedical Optics, October 2002, Vol.7 No.4: Imaging caries lesions and lesion progression with polarization sensitive optical coherence tomography APPLIED OPTICS, Vol.37, No.16, 1 June 1998: Imaging of hard- and soft-tissue structure In the oral cavity by optical coherence tomography OPTICS EXPRESS, Vol.3, No.6,14 September 1998: Dental OCT OPTICS EXPRESS, Vol.3, No.6,14 September 1998: In vivo OCT Imaging of hard and soft tissue of the oral cavity

しかしながら、OCT装置は実際の歯科診療に使用されていない。OCT装置を歯科診断に使用することは、少なくとも現時点では実用的ではなく、歯科測定用のOCT装置は製品として存在していない。なぜならば、OCT装置では、1枚の断層像を得るのに奥行き方向を含む2次元の機械的走査が必要であるため、撮像に時間がかかる上に、装置が複雑で高価となり、耐久性も劣っているためである。すなわち、OCT装置を実際の歯科測定に適用することが困難であるという課題があった。   However, the OCT apparatus is not used in actual dental practice. The use of an OCT device for dental diagnosis is not practical at least at present, and there is no OCT device for dental measurement as a product. This is because the OCT apparatus requires two-dimensional mechanical scanning including the depth direction in order to obtain one tomographic image, so that it takes time to image, and the apparatus is complicated and expensive, and durability is also high. It is because it is inferior. That is, there is a problem that it is difficult to apply the OCT apparatus to actual dental measurement.

そこで、本発明は上記課題を鑑み、構造が簡単で、高速で撮像でき、歯科測定に適用することができる光コヒーレンストモグラフィー装置を提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an optical coherence tomography apparatus that has a simple structure, can be imaged at high speed, and can be applied to dental measurement.

上記目的を達成するために、本発明にかかる歯科測定用フーリエドメイン光コヒーレンストモグラフィー装置は、光源と、前記光源から出射した光源光を、参照ミラーに照射する参照光と被計測試料に照射する計測光とに分ける光分割部と、前記被計測試料で反射した前記計測光と、前記参照ミラーで反射した参照光とを干渉させて干渉光とする干渉部と、前記干渉光を分光する回折素子と、前記回折素子で分光された前記干渉光のスペクトルを計測する光検出部と、前記光検出部で検出されたスペクトルをフーリエ逆変換することによって、前記被計測試料の前記計測光の照射方向における情報を求める演算部とを備え、前記被計測試料は、生体の顎口腔領域組織または、顎口腔領域の人工組成物である。   To achieve the above object, a Fourier-domain optical coherence tomography device for dental measurement according to the present invention includes a light source, a reference light for irradiating a reference mirror with a light source emitted from the light source, and a measurement for irradiating a sample to be measured. A light splitting unit that divides the light into light, an interference unit that interferes with the measurement light reflected by the sample to be measured and the reference light reflected by the reference mirror to form interference light, and a diffraction element that splits the interference light And a light detection unit that measures the spectrum of the interference light dispersed by the diffraction element, and an irradiation direction of the measurement light of the sample to be measured by performing Fourier inverse transform on the spectrum detected by the light detection unit And the sample to be measured is a living oral cavity region tissue or an artificial composition of the oral cavity region.

上記目的を達成するために、本発明にかかる歯科測定用フーリエドメイン光コヒーレンストモグラフィー装置は、光源と、前記光源から出射した光源光を、参照ミラーに照射する参照光と被計測試料に照射する計測光とに分ける光分割部と、前記被計測試料で反射した前記計測光と、前記参照ミラーで反射した参照光とを干渉させて干渉光とする干渉部と、前記干渉光を分光する回折素子と、前記回折素子で分光された前記干渉光のスペクトルを計測する光検出部と、前記光検出部で検出されたスペクトルをフーリエ逆変換することによって、前記被計測試料の前記計測光の照射方向における情報を求める演算部と、前記光源光、前記参照光、前記計測光または前記干渉光の少なくとも1つの偏光状態を操作する偏光操作部を備え、前記被計測試料は、生体の顎口腔領域組織または、顎口腔領域の人工組成物である。   To achieve the above object, a Fourier-domain optical coherence tomography device for dental measurement according to the present invention includes a light source, a reference light for irradiating a reference mirror with a light source emitted from the light source, and a measurement for irradiating a sample to be measured. A light splitting unit that divides the light into light, an interference unit that interferes with the measurement light reflected by the sample to be measured and the reference light reflected by the reference mirror to form interference light, and a diffraction element that splits the interference light And a light detection unit that measures the spectrum of the interference light dispersed by the diffraction element, and an irradiation direction of the measurement light of the sample to be measured by performing Fourier inverse transform on the spectrum detected by the light detection unit And a polarization operation unit for operating at least one polarization state of the light source light, the reference light, the measurement light, or the interference light. Samples stomatognathic region of body tissue or an artificial composition Stomatognathic region.

上記目的を達成するために、本発明にかかる光コヒーレンストモグラフィー装置は、光源と、前記光源から出射した光源光を、参照ミラーに照射する参照光と被計測試料に照射する計測光とに分ける光分割部と、前記被計測試料で反射した前記計測光と、前記参照ミラーで反射した参照光とを干渉させて干渉光とする干渉部と、前記干渉光を計測する光検出部と、前記光検出部で計測された前記干渉光に基づいて、前記被計測試料の情報を求める演算部と、参照光の光路上に設けられた非線形光学素子とを備える。   In order to achieve the above object, an optical coherence tomography device according to the present invention includes a light source and light that divides the light source light emitted from the light source into reference light for irradiating a reference mirror and measurement light for irradiating a sample to be measured. A splitting unit, an interference unit that interferes with the measurement light reflected by the sample to be measured, and the reference light reflected by the reference mirror to make interference light, a light detection unit that measures the interference light, and the light A calculation unit for obtaining information of the sample to be measured based on the interference light measured by the detection unit, and a nonlinear optical element provided on the optical path of the reference light.

本発明によれば、構造が簡単で、高速で撮像でき、歯科測定に適用することができる光コヒーレンストモグラフィー装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an optical coherence tomography apparatus that has a simple structure, can be imaged at high speed, and can be applied to dental measurement.

本発明にかかる歯科測定用フーリエドメイン光コヒーレンストモグラフィー装置は、光源と、前記光源から出射した光源光を、参照ミラーに照射する参照光と被計測試料に照射する計測光とに分ける光分割部と、前記被計測試料で反射した前記計測光と、前記参照ミラーで反射した参照光とを干渉させて干渉光とする干渉部と、前記干渉光を分光する回折素子と、前記回折素子で分光された前記干渉光のスペクトルを計測する光検出部と、前記光検出部で検出されたスペクトルをフーリエ逆変換することによって、前記被計測試料の前記計測光の照射方向における情報を求める演算部とを備え、前記被計測試料は、生体の顎口腔領域組織または、顎口腔領域の人工組成物である。   A Fourier domain optical coherence tomography device for dental measurement according to the present invention includes a light source, a light splitting unit that divides the light source light emitted from the light source into reference light that irradiates a reference mirror and measurement light that irradiates a sample to be measured. The measurement light reflected by the sample to be measured and the reference light reflected by the reference mirror are caused to interfere with each other to form interference light, a diffraction element that splits the interference light, and the diffraction light is split by the diffraction element. A light detection unit that measures the spectrum of the interference light, and a calculation unit that obtains information in the irradiation direction of the measurement light of the sample to be measured by performing inverse Fourier transform on the spectrum detected by the light detection unit. And the sample to be measured is a living tissue of the oral cavity region or an artificial composition of the oral region of the oral cavity.

本発明にかかる歯科測定用フーリエドメイン光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記干渉光は、回折素子により分光されるので、光検出部は、干渉光のスペクトルを検出できる。演算部は、干渉光のスペクトルをフーリエ逆変換することによって、前記被計測試料の前記計測光の照射方向における情報を求める。そのため、前記計測光の照射方向、すなわち、被計測試料の奥行き方向の機械的走査をせずに、被計測試料の奥行き方向の情報を得ることができる。その結果、装置の構造が簡単になり、高速で撮像が可能になる。ひいては、歯科において一般に使用されている治療椅子に患者を配したまま歯科診断に適用できるOCT装置が得られる。   In the Fourier domain optical coherence tomography device for dental measurement according to the present invention, the interference light is spectrally separated by a diffraction element, so that the light detection unit can detect the spectrum of the interference light. The calculation unit obtains information on the irradiation direction of the measurement light of the sample to be measured by performing Fourier inverse transform on the spectrum of the interference light. Therefore, information in the depth direction of the sample to be measured can be obtained without mechanical scanning in the irradiation direction of the measurement light, that is, the depth direction of the sample to be measured. As a result, the structure of the apparatus is simplified and imaging can be performed at high speed. As a result, an OCT apparatus that can be applied to dental diagnosis while a patient is placed on a treatment chair generally used in dentistry is obtained.

光分割部と干渉部は、ビームスプリッタまたはファイバーカプラにより両機能を兼用する構成が好ましい。   It is preferable that the light splitting unit and the interference unit have both functions using a beam splitter or a fiber coupler.

本発明にかかる本発明にかかる歯科測定用フーリエドメイン光コヒーレンストモグラフィー装置は、光源と、前記光源から出射した光源光を、参照ミラーに照射する参照光と被計測試料に照射する計測光とに分ける光分割部と、前記被計測試料で反射した前記計測光と、前記参照ミラーで反射した参照光とを干渉させて干渉光とする干渉部と、前記干渉光を分光する回折素子と、前記回折素子で分光された前記干渉光のスペクトルを計測する光検出部と、前記光検出部で検出されたスペクトルをフーリエ逆変換することによって、前記被計測試料の前記計測光の照射方向における情報を求める演算部と、前記光源光、前記参照光、前記計測光または前記干渉光の少なくとも1つの偏光状態を操作する偏光操作部を備え、前記被計測試料は、生体の顎口腔領域組織または、顎口腔領域の人工組成物である。   The Fourier-domain optical coherence tomography device for dental measurement according to the present invention according to the present invention divides a light source and light source light emitted from the light source into reference light for irradiating a reference mirror and measurement light for irradiating a sample to be measured. A light splitting unit; an interference unit that interferes with the measurement light reflected by the sample to be measured; and the reference light reflected by the reference mirror to make interference light; a diffraction element that splits the interference light; and the diffraction Information on the irradiation direction of the measurement light of the sample to be measured is obtained by Fourier-transforming the spectrum detected by the light detection unit and the spectrum detected by the light detection unit. A calculation unit; and a polarization operation unit that operates at least one polarization state of the light source light, the reference light, the measurement light, or the interference light. Stomatognathic regions tissue or an artificial composition Stomatognathic region.

本発明にかかる歯科測定用光コヒーレンストモグラフィー装置においては、偏光操作部が、前記光源から前記光分割部へ照射される光、前記参照光、前記計測光または前記干渉光の少なくとも1つの偏光状態を操作するので、被計測試料の偏光特性または複屈折特性を反映した画像が得られる。その結果、例えば、初期う蝕・象牙質・エナメル質・歯肉・歯槽骨等、特有の偏光特性または複屈折特性に富む口腔組織の観察が可能となる。   In the optical coherence tomography device for dental measurement according to the present invention, the polarization operation unit has at least one polarization state of light irradiated from the light source to the light splitting unit, the reference light, the measurement light, or the interference light. Since the operation is performed, an image reflecting the polarization property or birefringence property of the sample to be measured is obtained. As a result, it is possible to observe oral tissues rich in specific polarization characteristics or birefringence characteristics such as initial caries, dentin, enamel, gingiva, and alveolar bone.

本発明にかかる歯科測定用フーリエドメイン光コヒーレンストモグラフィー装置は、前記計測光の断面を、前記計測光の照射方向に垂直な面内の1軸方向に沿う線状にするシリンドリカルレンズまたはシリンドリカルミラーを更に備えることが好ましい。   The Fourier domain optical coherence tomography apparatus for dental measurement according to the present invention further includes a cylindrical lens or a cylindrical mirror that makes the cross section of the measurement light linear along a single axial direction in a plane perpendicular to the irradiation direction of the measurement light. It is preferable to provide.

シリンドリカルレンズとは、光軸に対して直角な2方向のうち、片方にだけレンズとして作用するレンズのことであり、レンズとして作用する方向の断面の少なくとも片方の表面のみがレンズ特有の曲線となり、レンズとして作用しない方向の断面は両表面とも互いに平行な直線となる。   A cylindrical lens is a lens that acts as a lens in only one of two directions perpendicular to the optical axis, and at least one surface of the cross section in the direction acting as a lens becomes a lens-specific curve. The cross section in the direction not acting as a lens is a straight line parallel to each other on both surfaces.

シリンドリカルミラーとは、光軸に対して直角な2方向のうち、片方にだけレンズとして作用するミラーのことであり、レンズとして作用する方向の断面の表面のみがレンズ特有の曲線となり、レンズとして作用しない方向の断面は直線となる。   A cylindrical mirror is a mirror that acts as a lens in only one of two directions perpendicular to the optical axis. Only the surface of the cross section in the direction acting as a lens becomes a lens-specific curve and acts as a lens. The cross section in the direction not to be straight is a straight line.

前記シリンドリカルレンズまたはシリンドリカルミラーは、前記計測光の断面を、前記計測光の照射方向に垂直な面内の1軸方向に沿う線状にするので、前記計測光は、被計測試料の前記1軸方向に分布照射される。すなわち、前記計測光は、前記被計測試料において前記1軸方向のライン上に集光される。そのため、前記1軸方向に機械的走査をしなくても、前記被計測試料の前記1軸方向の断面を計測することができる。   Since the cylindrical lens or the cylindrical mirror makes the cross section of the measurement light linear along a single axial direction in a plane perpendicular to the irradiation direction of the measurement light, the measurement light is the one axis of the sample to be measured. Distributed irradiation in the direction. That is, the measurement light is condensed on the line in the uniaxial direction in the sample to be measured. Therefore, the cross section of the sample to be measured in the uniaxial direction can be measured without performing mechanical scanning in the uniaxial direction.

前記1軸方向に拡張した前記スペクトルは、スペクトルの方向とそれに垂直な拡張した方向の2次元に広がった光線となるので、2次元光検出部で検出することが好ましい。さらに、この2次元光検出部は2次元CCD撮像素子または2次元CMOS撮像素子であることが好ましい。   The spectrum expanded in the one-axis direction is a light beam spread in two dimensions, that is, the direction of the spectrum and the expanded direction perpendicular to the spectrum direction, and is preferably detected by a two-dimensional light detection unit. Further, the two-dimensional light detection unit is preferably a two-dimensional CCD image sensor or a two-dimensional CMOS image sensor.

本発明にかかる光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記光源光、計測光、参照光、干渉光、スペクトルに分光された光のうち、少なくとも1つは、光ファイバで導光されることが好ましい。その場合、光ファイバは、その断面が1次元の線状または2次元の円状に束ねた光ファイバであることが好ましい。   In the optical coherence tomography device according to the present invention, it is preferable that at least one of the light source light, the measurement light, the reference light, the interference light, and the light split into the spectrum is guided by an optical fiber. In that case, the optical fiber is preferably an optical fiber whose cross section is bundled into a one-dimensional linear shape or a two-dimensional circular shape.

本発明にかかる歯科測定用光コヒーレンストモグラフィー装置は、被計測物体表面上に該計測光または可視光パターンを投影し、2次元撮像装置によって計測部位の表面画像をモニタするか、またはさらに断層計測画像と同期記録する態様とすることが好ましい。   The optical coherence tomography device for dental measurement according to the present invention projects the measurement light or visible light pattern on the surface of the object to be measured, and monitors the surface image of the measurement site with a two-dimensional imaging device, or further tomographic measurement image It is preferable that the recording is performed in synchronization.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(実施の形態1)
図1は、実施の形態1におけるフーリエドメイン光コヒーレンストモグラフィー装置(以下、FD−OCT装置と称する)の構成の一例を表す図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a Fourier domain optical coherence tomography apparatus (hereinafter referred to as an FD-OCT apparatus) in the first embodiment.

FD―OCT装置は、被計測試料で反射した計測光と参照ミラーで反射した参照光との干渉光を分光して得られたスペクトルを検出し、このスペクトルから被計測試料の計測光照射方向の情報を、フーリエ逆変換を用いて求めることを特徴とするOCT装置である。   The FD-OCT apparatus detects a spectrum obtained by separating the interference light between the measurement light reflected by the sample to be measured and the reference light reflected by the reference mirror, and from this spectrum, the measurement light irradiation direction of the sample to be measured is detected. The OCT apparatus is characterized in that information is obtained using Fourier inverse transform.

図1に示すように、FD−OCT装置は、OCTユニット100、計測ヘッド201および計算機27で構成されている。OCTユニット100には、光源16、ファイバカップラ19、参照ミラー24、回折素子25、CCDカメラ26が設けられている。計測ヘッド201には、ガルバノミラー20、対物レンズ21が設けられている。計算機27は、光源16、CCDカメラ26、ガルバノミラー20と通信できるように接続されている。計算機27は、例えば、パーソナルコンピュータ等であり、CPU等の演算部、ハードディスク等の記録部を少なくとも備えている。   As shown in FIG. 1, the FD-OCT apparatus includes an OCT unit 100, a measurement head 201, and a computer 27. The OCT unit 100 is provided with a light source 16, a fiber coupler 19, a reference mirror 24, a diffraction element 25, and a CCD camera 26. The measurement head 201 is provided with a galvanometer mirror 20 and an objective lens 21. The computer 27 is connected so as to be able to communicate with the light source 16, the CCD camera 26, and the galvanometer mirror 20. The computer 27 is, for example, a personal computer, and includes at least a calculation unit such as a CPU and a recording unit such as a hard disk.

なお、OCTユニット100、計測ヘッド201、計算機27の構成は、図1に示す構成に限られない。例えば、計算機27の機能をOCTユニット100内に組み込むことができる。   Note that the configurations of the OCT unit 100, the measurement head 201, and the computer 27 are not limited to the configurations shown in FIG. For example, the function of the computer 27 can be incorporated in the OCT unit 100.

本実施の形態において、被計測試料22は、生体の顎口腔領域組織または、顎口腔領域の人工組成物である。   In the present embodiment, the sample 22 to be measured is a living tissue of the oral cavity region or an artificial composition of the oral region of the jaw.

光源16は、時間的に低コヒーレントな光源である。すなわち、狭い範囲に波長が分布した光源である。光源16は、例えば、スーパールミネッセントダイオードであることが好ましい。   The light source 16 is a temporally low coherent light source. That is, the light source has a wavelength distributed in a narrow range. The light source 16 is preferably a superluminescent diode, for example.

ファイバカップラ19は、光分割部および干渉部の機能を果たす光学干渉器の一例である。光学干渉器とは、2つの入力光を干渉させて2方向に出力する入出力可換な光学部品である。光学干渉器の例として、ファイバカップラ19の他にビームスプリッタ、ハーフミラー等が挙げられる。   The fiber coupler 19 is an example of an optical interferor that functions as a light splitting unit and an interference unit. An optical interferometer is an input / output interchangeable optical component that causes two input lights to interfere and output in two directions. Examples of the optical interferometer include a beam splitter and a half mirror in addition to the fiber coupler 19.

回折素子25は、回折分光機能を備えた反射型または透過型の光学的部材である。回折素子25は、例えば、グレーティング素子、回折格子、プリズム等であることが好ましい。また、回折素子25は、光記録メディアの切片でもよい。光記録メディアは例えば、CD、DVD、MO等である。   The diffraction element 25 is a reflection-type or transmission-type optical member having a diffraction spectroscopy function. The diffraction element 25 is preferably a grating element, a diffraction grating, a prism, or the like, for example. The diffraction element 25 may be a slice of an optical recording medium. The optical recording medium is, for example, a CD, DVD, MO, or the like.

CCDカメラ26は、光検出部の一例である。光検出部として、例えば、1次元光検出器、2次元光検出器などを用いることができる。1次元光検出器は、リニアCCDが好ましく、2次元光検出器はCCD撮像素子、CMOS撮像素子が好ましい。2次元光検出器は2次元撮像装置を含む。   The CCD camera 26 is an example of a light detection unit. As the light detection unit, for example, a one-dimensional photodetector, a two-dimensional photodetector, or the like can be used. The one-dimensional photodetector is preferably a linear CCD, and the two-dimensional photodetector is preferably a CCD imaging device or a CMOS imaging device. The two-dimensional photodetector includes a two-dimensional imaging device.

計測ヘッド201は、操作者が手持ちで操作できる構成であることが好ましい。光ファイバ18によって、OCTユニット100と計測ヘッド201の間を光が伝達されることで、計測ヘッド201の可動範囲が広くなる。   The measurement head 201 is preferably configured so that an operator can operate it by hand. By transmitting light between the OCT unit 100 and the measurement head 201 by the optical fiber 18, the movable range of the measurement head 201 is widened.

OCT装置を歯科用に適用する場合、患者が通常診療の際に座っている椅子のチェアサイドでOCT装置が使用されることが想定される。この場合、計測ヘッドを位置付けするのに、空中光学系(計測ヘッドへの光路を光ファイバではなく空中とする)では、OCTユニット全体を患者の口腔に精密に位置付けしなければならない。また、比較的重いOCTユニットを、操作者が持って操作するのは、非現実的である。   When the OCT apparatus is applied to dentistry, it is assumed that the OCT apparatus is used on the chair side of a chair in which a patient is usually sitting during medical examination. In this case, in order to position the measurement head, in the aerial optical system (the optical path to the measurement head is not an optical fiber but in the air), the entire OCT unit must be precisely positioned in the patient's oral cavity. Moreover, it is unrealistic for an operator to operate a relatively heavy OCT unit.

計測ヘッド201は、操作者が手持ちで操作できる構成であるため、歯科診療において、操作者がチェアサイドで手軽に利用できる。患者と計測ヘッドの位置関係がフリーな状態で、操作者がOCT装置を使用できる。   Since the measurement head 201 is configured to be operated by an operator by hand, the operator can easily use the chair side in a dental practice. The operator can use the OCT apparatus in a state where the positional relationship between the patient and the measurement head is free.

次に、図1に示すFD−OCT装置の動作について説明する。以下の説明において、座標系を次のように定義する。図1に示すように、被計測試料22においては計測光28の光軸方向すなわち被計測試料22の奥行き方向をz、断層面をzy面(ガルバノミラー20のスキャン方向をyにとることで実現)とし、被計測試料22以外の場所では被計測試料22のx、y、zのそれぞれに光学的に対応する方向をx、y、zとする。光学的に対応するとは、ミラーやレンズ・光ファイバ等で空間的な方向が変化しても、光の進行方向をz、ガルバノミラー等で走査される方向をy、zとyの両方に垂直な方向をxとするということである。   Next, the operation of the FD-OCT apparatus shown in FIG. 1 will be described. In the following description, the coordinate system is defined as follows. As shown in FIG. 1, in the sample 22 to be measured, the optical axis direction of the measurement light 28, that is, the depth direction of the sample 22 to be measured is z, the tomographic plane is the zy plane (the galvano mirror 20 scan direction is y). ), And at locations other than the sample 22 to be measured, directions x, y, and z corresponding to the x, y, and z of the sample 22 to be measured are assumed to be x, y, and z. Optically means that even if the spatial direction changes with a mirror, lens, optical fiber, etc., the light traveling direction is z, the direction scanned with a galvanometer mirror is y, and both z and y are perpendicular to each other. The correct direction is x.

光源16から射出された光はレンズ17でコリメートされた後に、ファイバカップラ19により、参照光29と計測光28に分けられる。計測光28は、光ファイバ18、ガルバノミラー20を経て対物レンズ21によって被計測試料22に集光され、そこで散乱、反射した後に再び対物レンズ21、ガルバノミラー20、光ファイバ18、ファイバカップラ19を通って集光レンズ30によって回折素子25に導かれる。   The light emitted from the light source 16 is collimated by the lens 17 and then divided into reference light 29 and measurement light 28 by the fiber coupler 19. The measurement light 28 passes through the optical fiber 18 and the galvanometer mirror 20 and is collected by the objective lens 21 on the sample 22 to be measured. After being scattered and reflected there, the objective lens 21, the galvanometer mirror 20, the optical fiber 18, and the fiber coupler 19 are again passed. Then, the light is guided to the diffraction element 25 by the condenser lens 30.

一方、参照光29は、光ファイバ18、対物レンズ23を通って参照ミラー24で反射し、再び、対物レンズ23を通ってファイバカップラ19で計測光28と干渉させられて、計測光28と並行に集光レンズ30に入射し回折素子25に導かれる。   On the other hand, the reference light 29 is reflected by the reference mirror 24 through the optical fiber 18 and the objective lens 23, is again caused to interfere with the measurement light 28 by the fiber coupler 19 through the objective lens 23, and is parallel to the measurement light 28. Is incident on the condenser lens 30 and guided to the diffraction element 25.

この計測光28と参照光29は、回折素子25で同時に分光されスペクトル領域で重ねあわされることでCCDカメラ26上にスペクトルの干渉縞、つまり計測光28と参照光29の結合パワースペクトルを形成する。このCCDカメラ26によって計測されるスペクトル干渉縞を計算機27内でフーリエ逆変換することによって、計測光28と参照光29の結合相関が得られる。この結合相関より、被計測試料22の奥行き方向(z軸方向)の反射率特性を通して、構造、組成または光学特性に関する情報が得られる。   The measurement light 28 and the reference light 29 are simultaneously dispersed by the diffraction element 25 and overlapped in the spectral region, thereby forming spectral interference fringes on the CCD camera 26, that is, a combined power spectrum of the measurement light 28 and the reference light 29. . A spectral correlation fringe measured by the CCD camera 26 is subjected to inverse Fourier transform in the computer 27, whereby a combined correlation between the measurement light 28 and the reference light 29 is obtained. From this binding correlation, information on the structure, composition, or optical characteristics can be obtained through the reflectance characteristics in the depth direction (z-axis direction) of the sample 22 to be measured.

したがって、参照ミラー24を動かして、計測光28の光路長と参照光29の光路長を調節し、z軸方向の走査を行う必要がない。すなわち、z軸方向の機械的操作を行うことなく、被計測試料22の奥行き方向(z軸方向)の構造に関する情報を得ることができる。   Therefore, it is not necessary to move the reference mirror 24 to adjust the optical path length of the measurement light 28 and the optical path length of the reference light 29 and perform scanning in the z-axis direction. That is, information regarding the structure in the depth direction (z-axis direction) of the sample 22 to be measured can be obtained without performing a mechanical operation in the z-axis direction.

以上のように、計測光28と参照光29との干渉光を回折素子25によって分光したものから得られたスペクトルに基づいて、被計測試料z軸方向の内部情報を得るOCT装置がFD−OCT装置である。   As described above, the FD-OCT apparatus that obtains internal information in the z-axis direction of the sample to be measured based on the spectrum obtained by separating the interference light between the measurement light 28 and the reference light 29 by the diffraction element 25 is provided. Device.

被計測試料22の2次元断面画像を得るためには、z軸方向に加えて、y軸方向の走査を行うこと必要がある。本実施の形態において、y軸方向の走査は、ガルバノミラー20を駆動することにより行われている。   In order to obtain a two-dimensional cross-sectional image of the sample 22 to be measured, it is necessary to scan in the y-axis direction in addition to the z-axis direction. In the present embodiment, scanning in the y-axis direction is performed by driving the galvanometer mirror 20.

なお、y軸方向の走査方法として、カルバノミラー20を駆動する方法の他に、後述するシリンドリカルレンズを用いる方法や、レンズを駆動する方法、光ファイバを駆動する方法、被計測試料22を駆動する方法、または、操作者が計測ヘッド201を動かす方法等を用いることができる。   As a scanning method in the y-axis direction, in addition to the method of driving the carbano mirror 20, a method using a cylindrical lens, a method of driving a lens, a method of driving an optical fiber, and a method of driving the sample 22 to be measured Alternatively, a method in which the operator moves the measurement head 201 can be used.

ここで、y軸方向の走査方法の変形例として、レンズを駆動する方法を説明する。   Here, as a modified example of the scanning method in the y-axis direction, a method of driving a lens will be described.

図5は、レンズを駆動する方法の一例を説明するための概念図である。レンズ30の一方の端部にリニアアクチュエータ31が接続され、レンズ30の他方の端部は装置に固定されている。リニアアクチュエータ31が、z方向に駆動する結果、レンズ30は回転軸32を中心に円弧状の往復運動を行う。レンズ30の円弧状往復運動の結果、レンズ30の光軸がzy平面内で運動し、被計測試料をy方向に走査する。   FIG. 5 is a conceptual diagram for explaining an example of a method for driving a lens. A linear actuator 31 is connected to one end of the lens 30, and the other end of the lens 30 is fixed to the apparatus. As a result of the linear actuator 31 being driven in the z direction, the lens 30 reciprocates in an arc shape around the rotation shaft 32. As a result of the circular reciprocation of the lens 30, the optical axis of the lens 30 moves in the zy plane, and the sample to be measured is scanned in the y direction.

被計測試料22の3次元構造を得るには、z軸方向およびy軸方向の操作に加えて、x軸方向の走査を行う必要がある。x軸方向の走査は、y軸方向の走査同様にカルバノミラー20をx軸方向にも駆動させることによって、x軸方向の走査を行うことができる。また、x軸方向の走査においても、y軸方向の走査方法の例と同様の方法を用いることができる。上記のy軸方向の走査方法の例の中から適切なものを組み合わせて、y軸およびx軸方向の走査を行うことができる。   In order to obtain a three-dimensional structure of the sample 22 to be measured, it is necessary to perform scanning in the x-axis direction in addition to operations in the z-axis direction and the y-axis direction. Scanning in the x-axis direction can be performed in the x-axis direction by driving the carbano mirror 20 in the x-axis direction as well as scanning in the y-axis direction. Also in the scanning in the x-axis direction, the same method as the example of the scanning method in the y-axis direction can be used. A suitable one of the above-described examples of the scanning method in the y-axis direction can be combined to perform scanning in the y-axis and x-axis directions.

FD−OCT装置においては、上述のように、被計測試料22のz軸方向の構造は、スペクトル干渉縞から求められるので、被計測試料22の断層像を得るのに1次元の機械的走査、立体情報を得るには2次元の機械的走査ですむ。その結果、装置の構造が簡単になり、高速で撮像が可能となる。ひいては、OCT装置の持つ被計測試料の3次元的内部情報を定量的に取得できるという基本的特性や、非侵襲性、高分解能等の優れた特性が歯科分野で生かされることになる。   In the FD-OCT apparatus, as described above, the structure in the z-axis direction of the sample 22 to be measured is obtained from the spectral interference fringes, so that one-dimensional mechanical scanning is performed to obtain a tomographic image of the sample 22 to be measured. Two-dimensional mechanical scanning is sufficient to obtain 3D information. As a result, the structure of the apparatus is simplified, and imaging can be performed at high speed. As a result, excellent characteristics such as non-invasiveness and high resolution such as the basic characteristics that the OCT apparatus can quantitatively acquire the three-dimensional internal information of the sample to be measured are utilized in the dental field.

以上のように、本実施の形態によれば、計測ヘッド201を手持ちで操作することができ、高速な撮像が可能でかつ簡単な構造のFD−OCT装置が得られるので、実用的な歯科用FD−OCT装置が得られる。   As described above, according to the present embodiment, the measurement head 201 can be operated by hand, and a FD-OCT apparatus having a simple structure capable of high-speed imaging can be obtained. An FD-OCT apparatus is obtained.

(実施の形態2)
図2は、実施の形態2におけるFD−OCT装置の構成の一例を表す図である。図2において、図1に示すFD−OCT装置と同じ部分には、同じ番号を付し、その説明を省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a configuration of the FD-OCT apparatus according to the second embodiment. In FIG. 2, the same parts as those of the FD-OCT apparatus shown in FIG.

図2に示すFD−OCT装置が図1に示すFD−OCT装置と異なる点は、シリンドリカルレンズ33が設けられている点と、ファイバカップラ19の代わりにビームスプリッタ34が用いられている点と、ガルバノミラー20の走査方向である。   The FD-OCT apparatus shown in FIG. 2 is different from the FD-OCT apparatus shown in FIG. 1 in that a cylindrical lens 33 is provided, a beam splitter 34 is used instead of the fiber coupler 19, and This is the scanning direction of the galvanometer mirror 20.

実施の形態1においては、y軸方向の走査方法として、カルバノミラー20を駆動させる方法を用いていたが、本実施の形態においては、カルバノミラー20によるy軸方向の走査に替えて、シリンドリカルレンズ33によるy軸方向への光拡張を採用している。   In the first embodiment, the method of driving the carbano mirror 20 is used as the scanning method in the y-axis direction. However, in the present embodiment, instead of scanning in the y-axis direction by the carbano mirror 20, a cylindrical lens 33 is used. Employs optical expansion in the y-axis direction.

シリンドリカルレンズ33は、レンズとして機能する方向と光軸を含む平面内での断面は通常のレンズであり、この断面形状はレンズとして機能しない方向における位置によらず同一である。シリンドリカルレンズ33は、レンズとして機能する方向が、y方向となる様に配置する。つまり、シリンドリカルレンズ33によってy方向に広げられた光が被計測試料22のy方向に分布照射される(シリンドリカルレンズ33上のy方向と被計測試料22のy方向は、光学的に同一な方向であり、必ずしも空間的に同一の方向ではない)。シリンドリカルレンズ33がy方向光拡張手段になっている。計測光の断面は、y軸方向に沿う線状となる。   The cylindrical lens 33 is a normal lens in the direction in which it functions as a lens and the cross section in the plane including the optical axis, and this cross-sectional shape is the same regardless of the position in the direction in which it does not function as a lens. The cylindrical lens 33 is arranged so that the direction of functioning as a lens is the y direction. That is, the light spread in the y direction by the cylindrical lens 33 is distributed and irradiated in the y direction of the sample 22 (the y direction on the cylindrical lens 33 and the y direction of the sample 22 are optically the same direction). And not necessarily in the same spatial direction). The cylindrical lens 33 is a y-direction light expansion means. The cross section of the measurement light is linear along the y-axis direction.

なお、シリンドリカルレンズ33と同様の機能を、シリンドリカルミラーを用いて実現することもできる。   Note that the same function as that of the cylindrical lens 33 can be realized by using a cylindrical mirror.

計測光はy軸方向に空間的に拡張された光であるために、この光を光ファイバーで導光する場合には、この光ファイバ18は、断面を1次元線上に束ねた光ファイバ、または断面を2次元円形に束ねた光ファイバであることが必要となる。   Since the measurement light is light that is spatially expanded in the y-axis direction, when this light is guided by an optical fiber, the optical fiber 18 is an optical fiber in which cross sections are bundled on a one-dimensional line, or a cross section. Need to be an optical fiber bundled in a two-dimensional circle.

また、回折素子25の溝の向きは、y軸方向であることが好ましい。   Further, the direction of the groove of the diffraction element 25 is preferably the y-axis direction.

前記計測光28は、被計測試料22のy軸方向に分布照射されるので、y軸方向に機械的走査をしなくても、被計測試料22のy軸方向の断面をCCDカメラ26ワンショットで得ることができる。そのため、カルバノミラー20は、x軸方向に走査を行うだけで、被計測試料22の3次元的立体構造を得ることができる。   Since the measurement light 28 is distributed and irradiated in the y-axis direction of the sample 22 to be measured, a cross-section of the sample 22 to be measured in the y-axis direction can be seen by the CCD camera 26 one-shot without mechanical scanning in the y-axis direction. Can be obtained at Therefore, the carbano mirror 20 can obtain the three-dimensional structure of the sample 22 to be measured simply by scanning in the x-axis direction.

その結果、装置が、簡単かつ安価になり、歯科測定に適用できるFD−OCT装置が得られる。   As a result, the apparatus is simple and inexpensive, and an FD-OCT apparatus applicable to dental measurement is obtained.

なお、本実施に形態にかかるFD−OCT装置は、歯科測定用に好ましく用いられるが、歯科測定に限られず、他の分野の測定に用いることもできる。また、本実施の形態においては、FD−OCT装置について説明を行ったが、必ずしもFD−OCT装置である必要はなく、従来のOCT装置でもよい。すなわち、回折素子25の代わりに単純なミラーを用いて、CCDカメラ26は光検出器である構成でもよい。   Note that the FD-OCT apparatus according to the present embodiment is preferably used for dental measurement, but is not limited to dental measurement, and can be used for measurement in other fields. In the present embodiment, the FD-OCT apparatus has been described. However, the FD-OCT apparatus is not necessarily required, and a conventional OCT apparatus may be used. In other words, the CCD camera 26 may be a photo detector using a simple mirror instead of the diffraction element 25.

(実施の形態3)
図3は、実施の形態3におけるFD−OCT装置の構成の一例を表す図である。図3において、図1に示すFD−OCT装置と同じ部分には、同じ番号を付し、その説明を省略する。
(Embodiment 3)
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a configuration of the FD-OCT apparatus according to the third embodiment. In FIG. 3, the same parts as those in the FD-OCT apparatus shown in FIG.

図3に示すFD−OCT装置が図1に示すFD−OCT装置と異なる点は、光源光偏光操作器35、参照光偏光操作器36、干渉光偏光操作器37が設けられている点である。   The FD-OCT apparatus shown in FIG. 3 is different from the FD-OCT apparatus shown in FIG. 1 in that a light source light polarization operation device 35, a reference light polarization operation device 36, and an interference light polarization operation device 37 are provided. .

図4(a)は、光源光偏光操作器35の構成を示す概略図である。図4において、偏光子67は、特定の偏光成分のみを通過させる部材であり、1/2波長板68、1/4波長板69はそれぞれ通過光の波長をそれぞれ1/2波長、もしくは1/4波長だけずらす部材である。偏光子67によりまず、光源光または計測光に基本偏光特性が与えられる。さらに1/2波長板68、1/4波長板69を光軸まわりに適切な角度で回転させることにより、偏光の方向を操作することができる。これらの波長板68、69を使うことで、光源光または計測光の偏光状態を任意に設定することができる。   FIG. 4A is a schematic diagram showing the configuration of the light source light polarization operation device 35. In FIG. 4, a polarizer 67 is a member that allows only a specific polarization component to pass, and a half-wave plate 68 and a quarter-wave plate 69 respectively set the wavelength of the transmitted light to a half wavelength, or 1 / It is a member shifted by 4 wavelengths. First, the polarizer 67 imparts basic polarization characteristics to the light source light or the measurement light. Further, the direction of polarization can be manipulated by rotating the half-wave plate 68 and the quarter-wave plate 69 around the optical axis at an appropriate angle. By using these wave plates 68 and 69, the polarization state of the light source light or the measurement light can be arbitrarily set.

図4(b)は、参照光偏光操作器36または、干渉光偏光操作器37の構成を示す概略図である。これらは、1/2波長板70および1/4波長板71により構成され、これらの角度を調整することにより、反射光の偏光状態を調べることが出来る。   FIG. 4B is a schematic diagram showing the configuration of the reference light polarization manipulator 36 or the interference light polarization manipulator 37. These are constituted by the half-wave plate 70 and the quarter-wave plate 71, and the polarization state of the reflected light can be examined by adjusting these angles.

一般に光の偏光状態は4成分のベクトル(4次元ベクトル)Siで表すことが出来る。ある偏光状態にある光が物体に入射した場合にその透過光、反射光はその物体との相互作用により偏光状態が変化する。つまり、反射光の偏光状態を表す4次元ベクトルS0は、入射光の偏光状態を表す4次元ベクトルSiとは異なるものとなる。従って、物体の「偏光状態を変化させる特性(例えば、複屈折特性)」は4×4のマトリクスM(ミュラー行列)で表現することが出来る。つまり、ベクトルSiで表される偏光状態を持つ光をマトリクスMで表される複屈折特性を持つ物質に入射したとき、その物質から出てくる光の偏光状態を表すベクトルS0は、S0=M×Siによって求められる。   In general, the polarization state of light can be represented by a four-component vector (four-dimensional vector) Si. When light in a certain polarization state enters the object, the polarization state of the transmitted light and reflected light changes due to the interaction with the object. That is, the four-dimensional vector S0 representing the polarization state of the reflected light is different from the four-dimensional vector Si representing the polarization state of the incident light. Therefore, the “characteristic that changes the polarization state (for example, birefringence characteristic)” of the object can be expressed by a 4 × 4 matrix M (Muller matrix). That is, when light having a polarization state represented by a vector Si is incident on a material having birefringence characteristics represented by a matrix M, the vector S0 representing the polarization state of light emitted from the material is S0 = M * It is calculated | required by Si.

そこで、ある物質の複屈折特性を表すマトリクスMを測定するためには、任意の4つのベクトルで表される偏光状態を持つ光に物質を通過させ、通過後の光の4つのベクトル成分を検出すればよい。物体の各計測点でこのミュラーマトリクスが計測できる。   Therefore, in order to measure the matrix M representing the birefringence characteristics of a substance, the substance is passed through light having a polarization state represented by any four vectors, and the four vector components of the light after passing are detected. do it. This Mueller matrix can be measured at each measurement point of the object.

本実施の形態においては、計測光が少なくとも4種類の独立した偏光状態になる様に計測光路にある光源光偏光操作器35を操作し、参照光偏光操作器36または干渉光偏光操作器37を操作して、これらの偏光状態である4つのベクトル成分による干渉光を観測する様にすれば、これらの関係から16種類のミュラー行列画像が得られる。これは被写体の断層画像各部の「偏光状態を変化させる特性=被写体固有の特性」を表す画像となる。   In the present embodiment, the light source light polarization operation unit 35 in the measurement optical path is operated so that the measurement light becomes at least four types of independent polarization states, and the reference light polarization operation unit 36 or the interference light polarization operation unit 37 is operated. By operating and observing the interference light due to the four vector components in these polarization states, 16 types of Mueller matrix images can be obtained from these relationships. This is an image representing “characteristic that changes the polarization state = characteristic unique to the subject” of each part of the tomographic image of the subject.

なお、参照光偏光操作器36、干渉光偏光操作器37は、必要に応じていずれか一つだけ設けてもよい。   Note that only one of the reference light polarization manipulator 36 and the interference light polarization manipulator 37 may be provided as necessary.

口腔組織を含む生体組織はそれぞれ特有の偏光特性や複屈折特性を持っているので、本実施の形態によれば、歯芽や歯周組織の複屈折特性を検出できる。特にコラーゲンは大きな複屈折特性を持ち、例えばコラーゲンを含まないエナメル質と、コラーゲンを多量に含む象牙質の弁別観察が可能となる。また、口腔組織各部の固有の偏光特性や複屈折特性を反映した16種類の画像を取得可能であり、正常組織の弁別のみならず、う蝕やうっ血等の病変組織の可視化も可能となる。   Since living tissues including oral tissues have unique polarization characteristics and birefringence characteristics, the birefringence characteristics of tooth buds and periodontal tissues can be detected according to this embodiment. Collagen in particular has a large birefringence characteristic, and for example, it becomes possible to discriminate between enamel that does not contain collagen and dentin that contains a large amount of collagen. In addition, it is possible to acquire 16 types of images reflecting the unique polarization characteristics and birefringence characteristics of each part of the oral tissue, and it is possible to visualize not only normal tissues but also lesion tissues such as caries and congestion.

なお、本実施の形態は、図1に示すFD−COT装置に偏光操作器を設ける場合の例について説明したが、本発明は、これに限られない。例えば、図2に示す実施の形態2におけるFD−OCT装置にも適用することができる。   In addition, although this Embodiment demonstrated the example in the case of providing a polarization controller in the FD-COT apparatus shown in FIG. 1, this invention is not limited to this. For example, the present invention can also be applied to the FD-OCT apparatus in Embodiment 2 shown in FIG.

(実施の形態4)
実施の形態4におけるOCT装置は、以下に説明する部分以外の部分は、実施の形態1〜3にかかるOCT装置または従来のOCT装置を適用することができるので、その説明を省略する。
(Embodiment 4)
Since the OCT apparatus according to the fourth embodiment can apply the OCT apparatus according to the first to third embodiments or the conventional OCT apparatus to the parts other than the parts described below, the description thereof is omitted.

図6は、本実施の形態におけるOCT装置の光源の構成を示す図である。例えば、図1に示すFD−OCT装置の光源16は、1台の単一波長光源である。これに対し、本実施の形態においては、光源16の代わりに、2以上の互いに異なる波長の光源56a、56b、56cを備える。光源56a、56b、56cは、波長300nm〜3000nmの範囲にあるスーパールミネッセントダイオードであることが好ましい。光源56a、56b、56cのうち計測に使用される光源は、回転ミラー57の駆動によって、切り替えられる。すなわち、回転ミラー57の特定の角度に対応する位置に光源56a、56b、56cが配置される。回転ミラー57としてガルバノミラーを用いることができる。   FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a light source of the OCT apparatus in the present embodiment. For example, the light source 16 of the FD-OCT apparatus shown in FIG. 1 is a single single wavelength light source. On the other hand, in the present embodiment, two or more light sources 56a, 56b, and 56c having different wavelengths are provided instead of the light source 16. The light sources 56a, 56b, and 56c are preferably superluminescent diodes in the wavelength range of 300 nm to 3000 nm. Of the light sources 56 a, 56 b and 56 c, the light source used for measurement is switched by driving the rotating mirror 57. That is, the light sources 56a, 56b, and 56c are arranged at positions corresponding to specific angles of the rotating mirror 57. A galvanometer mirror can be used as the rotating mirror 57.

ところで、口腔組織、口腔病変組織または口腔補綴物においては、光の吸収係数、透過係数、反射係数の波長依存性が様々である。例えば、800nmの付近の波長の光においては、セメント質や歯槽骨の透過係数が高く、エナメル質や象牙質の反射係数が比較的大きい。また、歯肉等の軟組織は1300nm付近の波長の光の透過性が高いので、このような光を光源に使用することは、歯肉下の歯槽骨やさらにその深部の歯芽光組織の観察に最適である。また、う蝕組織においては可視光領域での蛍光特性が正常組織と異なるので、該蛍光の波長に合わせた光源を使用する必要がある。したがって、従来の単一波長の光源を用いたOCT装置では、口腔組織の全ての構造を可視化することは困難であった。   By the way, in the oral tissue, the oral lesion tissue, or the oral prosthesis, the wavelength dependency of the light absorption coefficient, transmission coefficient, and reflection coefficient varies. For example, in light having a wavelength near 800 nm, the transmission coefficient of cementum and alveolar bone is high, and the reflection coefficient of enamel and dentin is relatively large. In addition, soft tissue such as gingiva is highly permeable to light having a wavelength of around 1300 nm, so using such light as a light source is ideal for observing the alveolar bone under the gingiva and the deep gingival phototissue. It is. Further, since carious tissue has different fluorescence characteristics in the visible light region from normal tissues, it is necessary to use a light source that matches the wavelength of the fluorescence. Therefore, it has been difficult to visualize the entire structure of the oral tissue with a conventional OCT apparatus using a single wavelength light source.

本実施の形態におけるOCT装置は、2以上の互いに異なる波長の光源56a、56b、56cを備えるので、光源の波長を適切に選択することにより、例えば、口腔組織・口腔病変組織等のように様々な光の吸収係数、透過係数、反射係数を持つ物質の微細構造を可視化できる。   The OCT apparatus according to the present embodiment includes two or more light sources 56a, 56b, and 56c having different wavelengths. By appropriately selecting the wavelength of the light source, the OCT apparatus can be used in various ways such as oral tissues and oral lesion tissues. It is possible to visualize the fine structure of a substance having a light absorption coefficient, transmission coefficient, and reflection coefficient.

(実施の形態5)
図7は、実施の形態5におけるFD−OCT装置の構成の一例を表す図である。図7において、図2に示すFD−OCT装置と同じ部分には、同じ番号を付し、その説明を省略する。なお、本実施の形態は、図2に示すFD−OCT装置だけでなく、実施の形態1〜3にかかるFD−OCT装置、または従来のOCT装置に適用することができる。
(Embodiment 5)
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a configuration of the FD-OCT apparatus according to the fifth embodiment. In FIG. 7, the same parts as those in the FD-OCT apparatus shown in FIG. The present embodiment can be applied not only to the FD-OCT apparatus shown in FIG. 2 but also to the FD-OCT apparatuses according to the first to third embodiments or a conventional OCT apparatus.

図7に示すFD−OCT装置が図2に示すFD−OCT装置と異なる点は、パイロット光源59およびハーフミラー58、60が設けられている点である。   The FD-OCT apparatus shown in FIG. 7 is different from the FD-OCT apparatus shown in FIG. 2 in that a pilot light source 59 and half mirrors 58 and 60 are provided.

パイロット光源59は、被計測試料22に投影するパイロット光を照射するために設けられている。パイロット光とは、OCT装置を使用して計測を行う操作者が、撮影部位、撮影範囲を撮影中または撮影前後に確認するために撮影範囲に照射される光である。パイロット光源59から照射されるパイロット光は、可視光であることが好ましい。   The pilot light source 59 is provided for irradiating the pilot light projected onto the sample 22 to be measured. The pilot light is light emitted to the imaging range so that an operator who performs measurement using the OCT apparatus can check the imaging region and imaging range during imaging or before and after imaging. The pilot light emitted from the pilot light source 59 is preferably visible light.

パイロット光源59から出たパイロット光は、ハーフミラー58によって、光源16から出た光源光と同一光軸上に導かれる。パイロット光は、光源光、計測光とともに被計測試料22に投影される。この投影は目視観測可能であり、計測光と同じ場所が照射されるので、操作者は計測範囲を認識することができる。   The pilot light emitted from the pilot light source 59 is guided on the same optical axis as the light source light emitted from the light source 16 by the half mirror 58. The pilot light is projected onto the measurement sample 22 together with the light source light and the measurement light. This projection can be visually observed, and the same place as the measurement light is irradiated, so that the operator can recognize the measurement range.

パイロット光の断面は点状であっても線状であってもよい。断面が点状のパイロット光であれば、パイロット光は、その光軸を計測光の中心光軸上に配置されることが好ましい。断面が線状のパイロット光であれば、パイロット光の断面は、計測光のy方向に沿うように配置されることが好ましい。図7に示すOCT装置は、シリンドリカルレンズ33を採用した形態であるので、パイロット光は、シリンドリカルレンズ33を通ることにより断面線状となって被計測試料22に照射される。   The cross section of the pilot light may be point-like or linear. In the case of pilot light having a point-like cross section, the pilot light is preferably arranged with its optical axis on the central optical axis of the measurement light. If the cross section is linear pilot light, the cross section of the pilot light is preferably arranged along the y direction of the measurement light. Since the OCT apparatus shown in FIG. 7 adopts a cylindrical lens 33, the pilot light passes through the cylindrical lens 33 and is irradiated to the measurement sample 22 in a cross-sectional line shape.

被計測試料22で反射したパイロット光は、計測光とともに再びビームスプリッタ34を経て、干渉光とともに回折素子25へ照射される。回折素子25の前には少なくとも可視光を反射し、少なくとも赤外光を透過するハーフミラー60が設けられているので、干渉光は回折素子25を経て、パイロット光はハーフミラー60で反射してCCDカメラ26で検出される。   The pilot light reflected by the sample 22 to be measured passes through the beam splitter 34 together with the measurement light, and is irradiated to the diffraction element 25 together with the interference light. Since a half mirror 60 that reflects at least visible light and transmits at least infrared light is provided in front of the diffraction element 25, interference light passes through the diffraction element 25, and pilot light is reflected by the half mirror 60. It is detected by the CCD camera 26.

CCDカメラ26は、2次元撮像装置としての可視光に感度帯域のある2D−CCDカメラと、シリンドリカルレンズを採用したFD−OCTに使用する2次元光検出器としての2D−CCDカメラとを兼用することが好ましい。これにより、CCDカメラ26によりFD−OCTによる干渉分光画像とともに歯の可視光画像が得られる。   The CCD camera 26 serves as both a 2D-CCD camera having a visible light sensitivity band as a two-dimensional imaging device and a 2D-CCD camera as a two-dimensional photodetector used in FD-OCT employing a cylindrical lens. It is preferable. Thereby, the visible light image of a tooth is obtained by the CCD camera 26 with the interference spectral image by FD-OCT.

また、2次元撮像装置として可視光に感度帯域のある2D−CCDカメラをCCDカメラ26とは別に設けて、計測光軸上からハーフミラー60等を使って、可視光に感度帯域のある2D−CCDカメラにパイロット光を導くことによって、被計測試料22の可視光像を得ることもできる。なお、可視光に感度帯域のある2D−CCDカメラは、300nm〜3000nmに感度帯域のある2次元撮像装置を用いることができる。   Further, a 2D-CCD camera having a sensitivity band in visible light as a two-dimensional imaging device is provided separately from the CCD camera 26, and a 2D- having a sensitivity band in visible light by using a half mirror 60 or the like from the measurement optical axis. By guiding pilot light to the CCD camera, a visible light image of the sample 22 to be measured can be obtained. Note that a 2D-CCD camera having a sensitivity band in visible light can use a two-dimensional imaging device having a sensitivity band in the range of 300 nm to 3000 nm.

また、ハーフミラー60と回折素子25の間に液晶シャッターを介在させて、OCTによる撮像時以外は可視光画像のみが撮像される様にしてもよい。また、ハーフミラー60を回転もしくはリニアな駆動機構によって駆動し、OCTによる撮像時に、パイロット光を光学系から離脱する様な構成にしてもよい。   In addition, a liquid crystal shutter may be interposed between the half mirror 60 and the diffraction element 25 so that only a visible light image is captured except during OCT imaging. Further, the half mirror 60 may be driven by a rotating or linear driving mechanism so that the pilot light is separated from the optical system during imaging by OCT.

なお、光ファイバ18は画像を伝送可能なイメージファイバで構成することが好ましい。   The optical fiber 18 is preferably composed of an image fiber capable of transmitting an image.

また、計算機27において、パイロット光による計測部位の画像をモニターすることができる。また、さらにパイロット光による計測部位の可視光像を断層計測画像と同期記録することをもできる。   Further, the computer 27 can monitor an image of the measurement site by pilot light. Further, a visible light image of the measurement site by pilot light can be recorded in synchronization with the tomographic measurement image.

(実施の形態6)
実施の形態6におけるOCT装置は、以下に説明する部分以外の部分は、実施の形態1〜3にかかるFD−OCT装置または従来のOCT装置を適用することができるので、その説明を省略する。
(Embodiment 6)
As for the OCT apparatus according to the sixth embodiment, the FD-OCT apparatus according to the first to third embodiments or the conventional OCT apparatus can be applied to the parts other than the parts described below, and the description thereof is omitted.

図8は、本実施の形態におけるOCT装置の参照ミラー付近の構成を示す図である。本実施の形態におけるOCT装置においては、参照光路上に位相変調素子を挿入すること、または参照ミラーを光軸方向に移動させることにより、参照光の位相が変化する。図8(a)は、参照光路上に位相変調素子を挿入する場合の装置の構成例を示す図である。図8(a)においては、参照ミラー24の前に位相変調素子62が挿入されている。位相変調素子62は、電気的な駆動信号により駆動する。位相変調素子62として、例えばラピッドスキャニングオプティカルディレイライン(RSOD)、音響光学素子、電気光学素子等が好ましく用いられる。   FIG. 8 is a diagram showing a configuration near the reference mirror of the OCT apparatus in the present embodiment. In the OCT apparatus according to the present embodiment, the phase of the reference light is changed by inserting a phase modulation element on the reference optical path or moving the reference mirror in the optical axis direction. FIG. 8A is a diagram showing a configuration example of an apparatus when a phase modulation element is inserted on the reference optical path. In FIG. 8A, a phase modulation element 62 is inserted in front of the reference mirror 24. The phase modulation element 62 is driven by an electrical drive signal. As the phase modulation element 62, for example, a rapid scanning optical delay line (RSOD), an acousto-optic element, an electro-optic element, or the like is preferably used.

図8(b)は、参照ミラーを光軸方向に移動させることにより、参照光の位相を変化させる場合の装置の構成例を示す図である。図8(b)においては、参照ミラー24に圧電素子63が設けられている。圧電素子63は、電気的な駆動信号により駆動する。圧電素子63が参照光の光軸方向に振動することにより、参照ミラー24が参照光の光軸方向と同じ方向に振動させられる。その結果、参照光の位相が変化させられる。   FIG. 8B is a diagram illustrating a configuration example of the apparatus when the phase of the reference light is changed by moving the reference mirror in the optical axis direction. In FIG. 8B, the reference mirror 24 is provided with a piezoelectric element 63. The piezoelectric element 63 is driven by an electrical drive signal. As the piezoelectric element 63 vibrates in the optical axis direction of the reference light, the reference mirror 24 is vibrated in the same direction as the optical axis direction of the reference light. As a result, the phase of the reference light is changed.

本実施の形態によれば、位相変調素子62もしくは圧電素子63により、参照光の位相を変化させることができるので、参照光の位相を、例えば90度ずつずらした5セットの回折分光干渉光強度分布を得ることができる。この回折分光干渉光強度分布を用いて、被計測試料の奥行き方向(z軸方向)の形状を計測すると、奥行き方向の計測レンジを2倍に広げることができる。以下にその原理を詳細に説明する。   According to the present embodiment, since the phase of the reference light can be changed by the phase modulation element 62 or the piezoelectric element 63, the intensity of the five sets of diffraction spectral interference light in which the phase of the reference light is shifted by 90 degrees, for example. Distribution can be obtained. If the shape of the sample to be measured in the depth direction (z-axis direction) is measured using this diffraction spectral interference light intensity distribution, the measurement range in the depth direction can be doubled. The principle will be described in detail below.

一般に、FD−OCTの計測範囲は原理的には回折素子と対物レンズおよびCCDカメラの分解能により決定され、その結果奥行き方向の計測範囲が決定される。FD−OCTではCCDにより得られた回折素子のξ軸上の光強度分布(1次元または2次元)をコンピュータによりフーリエ逆変換して時間t軸上の分布に変換(つまり、被計測試料の奥行きz軸上の反射特性分布に変換)する。この場合、光強度分布はパワースペクトルなので、フーリエ逆変換の結果は、参照光の自己相関と、参照光およびz方向物体反射光の相互相関の複素共役信号が、奥行きz軸方向の分布に基本的な被写体に無関係に装置の欠陥により生じた像(アーティファクト)として重畳してしまう。このため、回折素子上の回折分光干渉像の計測が光強度分布だけではなく光の位相の分布をも計測できたと仮定して、完全な複素フーリエ逆変換を行った場合に比べて奥行き方向の計測レンジが半分になってしまう。   In general, the measurement range of FD-OCT is determined in principle by the resolution of the diffraction element, the objective lens, and the CCD camera, and as a result, the measurement range in the depth direction is determined. In FD-OCT, the light intensity distribution (one-dimensional or two-dimensional) on the ξ axis of a diffraction element obtained by a CCD is Fourier-transformed by a computer to convert it into a distribution on the time t axis (that is, the depth of the sample to be measured). converted into a reflection characteristic distribution on the z-axis). In this case, since the light intensity distribution is a power spectrum, the result of inverse Fourier transform is that the complex conjugate signal of the autocorrelation of the reference light and the cross correlation of the reference light and the z-direction object reflected light is based on the distribution in the depth z-axis direction. The image is superimposed as an image (artifact) caused by a defect in the apparatus regardless of the subject. For this reason, it is assumed that the measurement of the diffraction spectral interference image on the diffractive element can measure not only the light intensity distribution but also the phase distribution of the light. The measurement range is halved.

回折分光干渉光の位相を直接計測することは、現象があまりにも高速(光の波長を光の速度で割った数フェムト秒以下の現象)であるためにこれを検出できる高速の光検出器は存在しない。そこで、時間的位相現象の代わりに空間的位相に変調を与えて、等価的に回折分光干渉光の位相を間接計測する。すなわち、位相変調素子62もしくは圧電素子63により、参照光の位相を例えば90度ずつずらした5セットの回折分光干渉光強度分布を得ることができる。この回折分光干渉光強度分布を、計算機27において、複素フーリエ逆変換することで、参照光の自己相関と、参照光およびz方向被計測試料反射光(計測光)の相互相関の複素共役信号によるアーティファクトを除去し、FD−OCT本来の奥行き方向の計測範囲が実現される。   Measuring the phase of diffracted spectrum interference light directly is a phenomenon that is too fast (a phenomenon that is less than a few femtoseconds when the wavelength of light is divided by the speed of light). not exist. Therefore, the phase of the diffracted spectral interference light is indirectly measured by modulating the spatial phase instead of the temporal phase phenomenon. That is, the phase modulation element 62 or the piezoelectric element 63 can obtain five sets of diffraction spectral interference light intensity distributions in which the phase of the reference light is shifted by 90 degrees, for example. This diffraction spectral interference light intensity distribution is subjected to inverse complex Fourier transform in the computer 27, whereby a complex conjugate signal of the autocorrelation of the reference light and the cross-correlation of the reference light and the sample reflected light (measurement light) in the z direction is obtained. Artifacts are removed, and the original measurement range in the depth direction of FD-OCT is realized.

また、位相変調の周波数を適切に選んで、CCDの検出信号を同期検波することで、ノイズを除去して分解能を向上し、さらに計測範囲を広げることもできる。   In addition, by appropriately selecting the phase modulation frequency and synchronously detecting the detection signal of the CCD, it is possible to remove noise and improve the resolution, and further expand the measurement range.

(実施の形態7)
図9は、実施の形態7におけるFD−OCT装置の構成の一例を表す図である。図9において、図1に示すFD−OCT装置と同じ部分には、同じ番号を付し、その説明を省略する。なお、本実施の形態は、図1に示すFD−OCT装置だけでなく、実施の形態1〜3にかかるFD−OCT装置、または従来のOCT装置に適用することができる。
(Embodiment 7)
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a configuration of the FD-OCT apparatus according to the seventh embodiment. In FIG. 9, the same parts as those in the FD-OCT apparatus shown in FIG. This embodiment can be applied not only to the FD-OCT apparatus shown in FIG. 1 but also to the FD-OCT apparatus according to the first to third embodiments or a conventional OCT apparatus.

図9に示すFD−OCT装置が図1に示すFD−OCT装置と異なる点は、計算機27と光源16の間に電気的変調器64が設けられている点である。   The FD-OCT apparatus shown in FIG. 9 is different from the FD-OCT apparatus shown in FIG. 1 in that an electrical modulator 64 is provided between the computer 27 and the light source 16.

計算機27は、電気的変調器64へON/OFF信号と共に光量変調信号を送る。電気的変調器64は、光源16に対して、光量変調信号に基づく光量制御信号を送る。光源16の出力光量は、電気的変調器64から出力される光量制御信号によって制御される。   The calculator 27 sends a light amount modulation signal together with an ON / OFF signal to the electrical modulator 64. The electrical modulator 64 sends a light amount control signal based on the light amount modulation signal to the light source 16. The output light amount of the light source 16 is controlled by a light amount control signal output from the electrical modulator 64.

CCDカメラ26で検出されたデータは、光量変調信号に従って計算機27において復調される。この変調・復調により、検出されたデータのS/N比が向上する。   The data detected by the CCD camera 26 is demodulated by the computer 27 in accordance with the light quantity modulation signal. This modulation / demodulation improves the S / N ratio of the detected data.

変調および復調の方式は、例えば、AM変調、FM変調とすることができる。また、電気的変調器64の代わりに光源16から照射される光の光路上に、光変調器を設けても良い。また、計測光(物体反射光)28の光路上または参照光29の光路上に、光変調器を設けても良い。また、被計測試料22および参照ミラー24の位置に同期した変調を掛ける変調器を設けてもよい。   Modulation and demodulation methods can be AM modulation and FM modulation, for example. Further, an optical modulator may be provided on the optical path of the light emitted from the light source 16 instead of the electrical modulator 64. Further, an optical modulator may be provided on the optical path of the measurement light (object reflected light) 28 or the optical path of the reference light 29. Further, a modulator that applies modulation in synchronization with the positions of the sample 22 to be measured and the reference mirror 24 may be provided.

一般に、OCT装置の計測範囲は、原理的には対物レンズの分解能によって決定されるが、実際は、ノイズの影響によりその範囲は狭められる。つまり、計測光は被計測試料22に入るに従って減衰するので、z方向物体反射光は被計測試料深部になればなるほどノイズに埋もれてしまう。このことによって、奥行き方向の計測範囲は狭まる。   In general, the measurement range of the OCT apparatus is principally determined by the resolution of the objective lens, but in reality, the range is narrowed due to the influence of noise. That is, since the measurement light is attenuated as it enters the sample 22 to be measured, the z-direction object reflected light is buried in noise as the measurement sample becomes deeper. This narrows the measurement range in the depth direction.

本実施の形態によれば、光源光、計測光または参照光に変調が掛けられ、検出信号が検波されるので、S/N比が改善し、計測可能範囲が広がる。   According to the present embodiment, since the light source light, the measurement light, or the reference light is modulated and the detection signal is detected, the S / N ratio is improved and the measurable range is expanded.

(実施の形態8)
図10は、実施の形態8におけるFD−OCT装置の構成の一例を表す図である。図10において、図1に示すFD−OCT装置と同じ部分には、同じ番号を付し、その説明を省略する。なお、本実施の形態は、図1に示すFD−OCT装置だけでなく、実施の形態1〜3にかかるFD−OCT装置、または従来のOCT装置に適用することができる。
(Embodiment 8)
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a configuration of the FD-OCT apparatus according to the eighth embodiment. In FIG. 10, the same parts as those in the FD-OCT apparatus shown in FIG. This embodiment can be applied not only to the FD-OCT apparatus shown in FIG. 1 but also to the FD-OCT apparatus according to the first to third embodiments or a conventional OCT apparatus.

図10に示すFD−OCT装置が図1に示すFD−OCT装置と異なる点は、参照光29の光路上に非線形光学素子65が設けられている点およびフィルタ66が設けられている点である。非線形光学素子65は、光の振動波形に高調波を生じさせる光学素子であり、例えば、ベータバリウムボーレイトであることが好ましい。   The FD-OCT apparatus shown in FIG. 10 is different from the FD-OCT apparatus shown in FIG. 1 in that a nonlinear optical element 65 is provided on the optical path of the reference light 29 and a filter 66 is provided. . The nonlinear optical element 65 is an optical element that generates a harmonic in the vibration waveform of light, and is preferably, for example, a beta barium baudate.

また、ファイバカップラ19通過後の干渉光の光路上に光源光の波長成分をカットし、光源光の2分の1波長の波長成分を通過させるフィルタ66が設けられている。   Further, a filter 66 is provided on the optical path of the interference light after passing through the fiber coupler 19 to cut the wavelength component of the light source light and pass the wavelength component of the half wavelength of the light source light.

一般に、生体は多かれ少なかれ蛍光を発生し、その多くが2次高調波蛍光である。特に歯芽組織においては、う蝕等の病変により、この蛍光特性が変化するものが多い。   In general, living organisms emit more or less fluorescence, most of which is second harmonic fluorescence. In particular, in the tooth germ tissue, there are many cases in which this fluorescence characteristic changes due to lesions such as caries.

本実施の形態によれば、非線形光学素子65を参照光上に設けることにより、参照光29の振動波形に高調波が生じる。この参照高調波の中の2次高調波成分と計測光28(z方向物体反射光)の2次高調波成分をファイバカップラ19で干渉させる。その結果、被計測試料22の蛍光特性をより鮮明に検出することができる。その結果、例えば、う蝕等の病変の断層画像弁別性が向上する。   According to the present embodiment, harmonics are generated in the vibration waveform of the reference light 29 by providing the nonlinear optical element 65 on the reference light. The second harmonic component in the reference harmonic and the second harmonic component of the measurement light 28 (z-direction object reflected light) are caused to interfere with each other by the fiber coupler 19. As a result, the fluorescence characteristic of the sample 22 to be measured can be detected more clearly. As a result, for example, the tomographic image discrimination of lesions such as caries is improved.

以下のその原理を詳しく説明する。   The principle will be described in detail below.

生体は2光子吸収による2次高調波蛍光特性が顕著である。これは、生体構成原子に束縛された電子が計測光の光子2個分に相当するエネルギーを受けて高いポテンシャルエネルギー準位に跳躍し、そこからまた、元の準位に戻るときに発光する蛍光のことである。2次高調波蛍光のポテンシャルエネルギー準位は生体の場合、ほぼ連続的なバンドに近く、ほとんどの波長帯域に準位が存在する。さらにこの2次高調波蛍光に特徴的なのは、入射した計測光と同期した蛍光を発生する、つまりOCT装置としてのコヒーレント性が保持されているということである。この2次高調波蛍光が被計測試料22内部から発光し、その一部がz方向物体反射光(計測光28)となって戻ってくる。一方で、参照光29の経路上に非線形光学素子65が設けられているので、参照光29の振動波形に高調波が生じる。この参照光29とz方向物体反射光(計測光28)との干渉光を計測することで、被計測試料22内部の蛍光特性を検出することができる。したがって、例えば、蛍光特性の変化を伴うう蝕等の病変に診断に有効である。   Living organisms have remarkable second-harmonic fluorescence characteristics due to two-photon absorption. This is the fluorescence emitted when electrons bound to biological constituent atoms receive energy equivalent to two photons of measurement light, jump to a high potential energy level, and then return to the original level. That is. In the case of a living body, the potential energy level of the second harmonic fluorescence is close to a continuous band, and the level exists in almost all wavelength bands. Further, what is characteristic of the second harmonic fluorescence is that fluorescence synchronized with the incident measurement light is generated, that is, coherency as an OCT apparatus is maintained. The second harmonic fluorescence is emitted from inside the sample 22 to be measured, and a part thereof returns as z-direction object reflected light (measurement light 28). On the other hand, since the nonlinear optical element 65 is provided on the path of the reference light 29, harmonics are generated in the vibration waveform of the reference light 29. By measuring the interference light between the reference light 29 and the z-direction object reflected light (measurement light 28), the fluorescence characteristics inside the sample 22 to be measured can be detected. Therefore, for example, it is effective for diagnosis of lesions such as caries accompanied by changes in fluorescence characteristics.

(実施の形態9)
実施の形態9におけるOCT装置は、以下に説明する部分以外の部分は、実施の形態1〜3にかかるFD−OCT装置または従来のOCT装置を適用することができるので、その説明を省略する。
(Embodiment 9)
Since the FD-OCT apparatus or the conventional OCT apparatus according to the first to third embodiments can be applied to the OCT apparatus according to the ninth embodiment other than the parts described below, the description thereof is omitted.

OCT装置においては、計測により得られた画像が、例えば、計算機27に備えられたモニタ等により表示される。しかしながら、OCTのOCTの断層画像はそのまま表示したのではいくつかの違和感のある画像となる。本実施の形態におけるOCT装置では、以下のような表示を行うことによって、見やすい画像が提供される。   In the OCT apparatus, an image obtained by measurement is displayed on, for example, a monitor provided in the computer 27. However, if the OCT tomographic image of OCT is displayed as it is, it will give some uncomfortable images. In the OCT apparatus in the present embodiment, an easy-to-see image is provided by performing the following display.

被計測試料の画像を表示する際に、計測光が被計測試料に入射し到達した部分である光透過部と被計測試料深部の計測光非到達部を弁別可能なように表示することが好ましい。   When displaying the image of the sample to be measured, it is preferable to display so that the light transmitting part that is the part where the measurement light enters and reaches the sample to be measured and the non-measurement light reaching part of the sample to be measured can be distinguished. .

また、OCT装置におけるワンショットでの計測範囲は、歯の大きさに比べて小さく、1枚の画像だけではどこをどの方角から撮影したものかの判別が困難である。そのため、複数の画像を合成したものを表示することが好ましい。   In addition, the one-shot measurement range in the OCT apparatus is smaller than the size of the teeth, and it is difficult to determine where the image was taken from which direction with only one image. Therefore, it is preferable to display a composite of a plurality of images.

また、OCTの画像における被計測試料の奥行き方向(z軸方向)の距離は光学的距離であり、実際の距離ではない。そのため、光学距離を空間距離に補正したものを表示することが好ましい。   The distance in the depth direction (z-axis direction) of the sample to be measured in the OCT image is an optical distance, not an actual distance. For this reason, it is preferable to display the optical distance corrected to a spatial distance.

また、z方向的に被写体表面から深くなればなるほど、計測光量が減じるのでz方向物体反射光量も減じる結果、画像表示上「暗い」=「反射の少ない」画像部分となる。そのため、奥行き方向を光学的距離または反射量積分値に基づいて濃淡補正をしたものを表示することが好ましい。   Further, the deeper the object surface in the z direction is, the smaller the measured light quantity is, so the reflected light quantity in the z direction is also reduced. As a result, an image portion “dark” = “less reflected” is displayed on the image display. For this reason, it is preferable to display an image obtained by correcting the density in the depth direction based on the optical distance or the reflection amount integrated value.

また、通常のPCのモニタ画面上に表示した場合、特に拡大表示を行った場合には、PCモニタの画面上の解像度にくらべ、計測解像度の方が荒く、点表示または点密度表示または荒い階調表示になってしまう。そのため、点密度による濃淡表示をべた表示に修正したものを表示することが好ましい。   In addition, when displayed on a normal PC monitor screen, especially when enlarged display is performed, the measurement resolution is rougher than the resolution on the PC monitor screen, and the point display or point density display or rough floor is displayed. The key is displayed. Therefore, it is preferable to display a display in which the grayscale display based on the point density is corrected to a solid display.

また、あくまで計測で得られる画像は、物体の断層画像なので、空間的な位置・方向が把握しにくい。そのため、パイロットモニタ画像上に断層像を立体表示することが好ましい。また、観察者が任意に表示断面を選択できるユーザインターフェースを備えることが好ましい。   In addition, since an image obtained by measurement is a tomographic image of an object, it is difficult to grasp a spatial position and direction. Therefore, it is preferable to display a tomographic image in a three-dimensional manner on the pilot monitor image. Moreover, it is preferable to provide a user interface that allows an observer to arbitrarily select a display section.

また、撮影画像には、ノイズが含まれている場合がある。そのため、複数の断層画像をまたは複数の画像を積分平均して時間的なノイズ除去を行い空間的分解能を向上させたものを表示することが好ましい。また、縦方向(x方向)走査による複数の断層画像を積分平均してx方向の空間的なノイズ除去を行ったものを表示してもよい。さらに、複数の断層画像を積分平均してxおよび/またはy方向のノイズを除去したものを表示してもよい。   Moreover, the captured image may contain noise. Therefore, it is preferable to display a plurality of tomographic images or images obtained by integrating and averaging the plurality of images to remove temporal noise and improve the spatial resolution. Alternatively, an image obtained by integrating and averaging a plurality of tomographic images obtained by scanning in the vertical direction (x direction) and removing spatial noise in the x direction may be displayed. Further, an image obtained by integrating and averaging a plurality of tomographic images and removing noise in the x and / or y directions may be displayed.

また、口腔内カメラの画像と組み合わせてOCT装置で撮影、表示することもできる。   It can also be taken and displayed with an OCT device in combination with an intraoral camera image.

なお、上記実施の形態を説明するために参照した図1〜11において、図中に表したものや焦点距離の大きさおよび長さの比率は、実物の比率を厳密に表しているものではない。   In addition, in FIGS. 1-11 referred in order to demonstrate the said embodiment, what was represented in the figure and the ratio of the magnitude | size and length of a focal distance do not represent the ratio of an actual thing exactly | strictly. .

本発明は、高速計測が可能であり、かつ簡単な構造で安価な光コヒーレンストモグラフィー装置として、特に歯科の分野で利用可能である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used particularly in the dental field as an optical coherence tomography apparatus capable of high-speed measurement and having a simple structure and is inexpensive.

実施の形態1におけるフーリエドメイン光コヒーレンストモグラフィー装置(以下、FD−OCT装置と称する)の構成の一例を表す図である。1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a Fourier domain optical coherence tomography apparatus (hereinafter referred to as an FD-OCT apparatus) in Embodiment 1. FIG. 実施の形態2におけるFD−OCT装置の構成の一例を表す図である。10 is a diagram illustrating an example of a configuration of an FD-OCT apparatus according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態3におけるFD−OCT装置の構成の一例を表す図である。10 is a diagram illustrating an example of a configuration of an FD-OCT apparatus in Embodiment 3. FIG. (a)は、光源光偏光操作器35の構成を示す概略図である。(b)は、参照光偏光操作器36または、干渉光偏光操作器37の構成を示す概略図である。(A) is the schematic which shows the structure of the light source light polarization operation device 35. FIG. FIG. 6B is a schematic diagram illustrating the configuration of the reference light polarization operation device 36 or the interference light polarization operation device 37. レンズを駆動する方法の一例を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating an example of the method of driving a lens. OCT装置の光源の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the light source of an OCT apparatus. 実施の形態5におけるFD−OCT装置の構成の一例を表す図である。10 is a diagram illustrating an example of a configuration of an FD-OCT apparatus in Embodiment 5. FIG. 実施の形態6におけるOCT装置の参照ミラー付近の構成を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a configuration near a reference mirror of an OCT apparatus in a sixth embodiment. 実施の形態7におけるFD−OCT装置の構成の一例を表す図である。FIG. 20 is a diagram illustrating an example of a configuration of an FD-OCT apparatus in a seventh embodiment. 実施の形態8におけるFD−OCT装置の構成の一例を表す図である。218 is a diagram illustrating an example of a configuration of an FD-OCT apparatus in Embodiment 8. [FIG. 従来のOCT装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional OCT apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1、100、101、103、104、105、106 OCTユニット
2、16、56 光源
3、17、23、46 レンズ
4、34 ビームスプリッタ
5、28 計測光
6、29 参照光
8、20、49 ガルバノミラー
9、12、21 対物レンズ
10、22 被計測試料
13、24 参照ミラー
14 光検出器
18 光ファイバ
19 ファイバカップラ
25 回折素子
26 CCDカメラ
27 計算機
30 集光レンズ
31 リニアアクチュエータ
32 回転軸
33 シリンドリカルレンズ
35 光源光偏光操作器
36 参照光偏光操作器
37 干渉光偏光操作器
57 回転ミラー
58、60 ハーフミラー
59 パイロット光源
62 位相変調素子
63 圧電素子
64 電気的変調器
65 非線形光学素子
66 フィルタ
201、202、 計測ヘッド
1, 100, 101, 103, 104, 105, 106 OCT unit 2, 16, 56 Light source 3, 17, 23, 46 Lens 4, 34 Beam splitter 5, 28 Measuring light 6, 29 Reference light 8, 20, 49 Galvano Mirror 9, 12, 21 Objective lens 10, 22 Sample to be measured 13, 24 Reference mirror 14 Photo detector 18 Optical fiber 19 Fiber coupler 25 Diffraction element 26 CCD camera 27 Computer 30 Condensing lens 31 Linear actuator 32 Rotating shaft 33 Cylindrical lens 35 Light source light polarization controller 36 Reference light polarization controller 37 Interference light polarization controller 57 Rotating mirror 58, 60 Half mirror 59 Pilot light source 62 Phase modulation element 63 Piezoelectric element 64 Electrical modulator 65 Nonlinear optical element 66 Filter 201, 202 Measuring head

Claims (4)

光源と、
前記光源から出射した光源光を、参照ミラーに照射する参照光と被計測試料に照射する計測光とに分ける光分割部と、
前記参照光の光路上に設けられ、前記参照光に高調波成分を生じさせる非線形光学素子と、
前記被計測試料で反射した前記計測光と、前記参照ミラーで反射し、前記非線形光学素子により生じた高調波成分を含む参照光とを干渉させて干渉光とする干渉部と、
前記干渉光を計測する光検出部と、
前記光検出部で計測された前記干渉光に基づいて、前記被計測試料の奥行き方向すなわち前記計測光の照射方向における高調波成分の反射率特性を計算することで、前記被計測試料の奥行き方向の情報を求める演算部とを備える光コヒーレンストモグラフィー装置。
A light source;
A light splitting unit that divides the light source light emitted from the light source into reference light for irradiating a reference mirror and measurement light for irradiating a sample to be measured;
A non-linear optical element which is provided on the optical path of the reference light and generates a harmonic component in the reference light;
An interference unit that interferes with the measurement light reflected by the sample to be measured and the reference light that is reflected by the reference mirror and includes a harmonic component generated by the nonlinear optical element;
A light detector for measuring the interference light;
Based on the interference light measured by the light detection unit, by calculating a reflectance characteristic of the harmonic component in the depth direction of the sample to be measured, that is, the irradiation direction of the measurement light, the depth direction of the sample to be measured optical coherence tomography device and a calculation unit for obtaining the information.
記演算部は、前記干渉光を分光して得られるスペクトルをフーリエ逆変換することによって、前記被計測試料の照射方向における情報を求める、請求項1に記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。 Before SL calculation section by inverse Fourier transform of the spectrum obtained by spectroscopy of the interference light to obtain the information in the irradiation direction of the object to be measured sample, the optical coherence tomography apparatus according to claim 1. 前記光源光の断面を、前記光源光の照射方向に垂直な面内の1軸方向に沿う線状にするシリンドリカルレンズまたはシリンドリカルミラーと、
前記干渉光を分光する回折素子とをさらに備え、
前記干渉部は、前記被計測試料で反射した前記計測光と、前記参照ミラーで反射した参照光とを干渉させて前記1軸方向に沿う線状の干渉光とし、
前記光検出部は、前記回折素子で分光された線状の前記干渉光のスペクトルをワンショットで撮像する2次元撮像素子である、請求項2に記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。
A cylindrical lens or a cylindrical mirror that makes the cross-section of the light source light linear along one axial direction in a plane perpendicular to the irradiation direction of the light source light;
A diffraction element that separates the interference light,
The interference unit causes the measurement light reflected by the sample to be measured and the reference light reflected by the reference mirror to interfere with each other to form linear interference light along the one-axis direction,
The optical coherence tomography apparatus according to claim 2, wherein the light detection unit is a two-dimensional image sensor that images the linear spectrum of the interference light dispersed by the diffraction element in one shot.
前記光分割部と前記被計測試料との間の前記計測光を導光する光ファイバをさらに備える、請求項1〜3のいずれか1項に記載の光コヒーレンストモグラフィー装置。   The optical coherence tomography apparatus according to claim 1, further comprising an optical fiber that guides the measurement light between the light splitting unit and the sample to be measured.
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