JP4869895B2 - 光断層画像化装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）計測により測定対象の光断層画像を取得する光断層画像化装置に関する。

従来、生体組織の光断層画像を取得する際に、ＯＣＴ計測を利用した光断層画像取得装置が用いられることがある。この光断層画像取得装置は、光源から射出された低コヒーレント光を測定光と参照光とに分割した後、該測定光が測定対象に照射されたときの測定対象からの反射光、もしくは後方散乱光と参照光とを合波し、該反射光と参照光との干渉光の強度に基づいて光断層画像を取得するものである。以下、測定対象からの反射光、後方散乱光をまとめて反射光と標記する。

上記のＯＣＴ計測には、大きくわけてＴＤ−ＯＣＴ（Ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測とＦＤ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｄｏｍａｉｎ）−ＯＣＴ計測の２種類がある。ＴＤ−ＯＣＴ計測は、参照光の光路長を変更しながら干渉光強度を測定することにより、測定対象の深さ方向の位置（以下、深さ位置と記載）に対応した反射光強度分布を取得する方法である。

一方、ＦＤ−ＯＣＴ計測は、参照光と信号光の光路長は変えることなく、光のスペクトル成分毎に干渉光強度を測定し、ここで得られたスペクトル干渉強度信号を計算機にてフーリエ変換に代表される周波数解析を行うことで、深さ位置に対応した反射光強度分布を取得する方法である。ＴＤ−ＯＣＴに存在する機械的な走査が不要となることで、高速な測定が可能となる手法として、近年注目されている。

ＦＤ−ＯＣＴ計測を行う装置構成で代表的な物としては、ＳＤ−ＯＣＴ（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）装置とＳＳ−ＯＣＴ（Ｓｗｅｐｔ ｓｏｕｒｃｅ ＯＣＴ）の２種類が挙げられる。ＳＤ−ＯＣＴ装置は、ＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ Ｄｉｏｄｅ）やＡＥＳ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）光源、白色光といった広帯域の低コヒーレント光を光源に用い、マイケルソン型干渉計等を用いて、広帯域の低コヒーレント光を測定光と参照光とに分割した後、測定光を測定対象に照射させ、そのとき戻って来た反射光と参照光とを干渉させ、この干渉光を分光素子を用いて各周波数成分に分解し、フォトダイオード等の素子がアレイ状に配列されたディテクタアレイを用いて各周波数成分毎の干渉光強度を測定し、これにより得られたスペクトル干渉強度信号を計算機でフーリエ変換することにより、光断層画像を構成するようにしたものである。

一方、ＳＳ−ＯＣＴ装置は、光周波数を時間的に掃引させるレーザを光源に用い、反射光と参照光とを各波長において干渉させ、光周波数の時間変化に対応した信号の時間波形を測定し、これにより得られたスペクトル干渉強度信号を計算機でフーリエ変換することにより光断層画像を構成するようにしたものである。

ＯＣＴ装置において、より高分解能、高画質な結果を得るために、光源波長の広帯域化、及びそれに応じたデータ点数アップが必要である。しかし、ＳＤ−ＯＣＴ装置では、一般に、フォトダイオード等の素子がアレイ状に配列されたディテクタアレイを用いて干渉光を波長ごとに検出しているため、データ点数はディテクタアレイの素子数で制限されてしまう。データ点数増加のためにディテクタアレイの素子数を増加させようとすると、現状では、コストの増大、製作性の低下、測定レートの低下等が起こり、好ましくない。これに対して、ＳＳ−ＯＣＴ装置では、データ点数を増加させるには、例えば光源の周波数掃引周期が一定とした場合、ディテクタからの光電流信号をデジタル値に変換する回路のサンプリング周波数を増加させればよいので、測定レートを高く維持したまま、低コストで容易に実現可能である。

また、上述した各種ＯＣＴ計測において、空間分解能の向上を図るために、広帯域なスペクトル幅を有する測定光を用いることが知られている（特許文献１参照）。この広帯域なスペクトル幅を有する光を射出する光源として、特許文献１にはそれぞれ異なるスペクトル帯域の光を射出する複数の光源と、各光源から射出された光を光結合器により合波し、単一光波の光を射出する方法が開示されている。

ＳＤ−ＯＣＴ計測においては、特許文献２に、重畳した波長帯域を持つ複数の利得媒質の光を合波して連続したスペクトルを形成する方法が開示されている。また、ＳＳ−ＯＣＴ計測において合波により連続したスペクトルを形成する方法としては、特許文献３に、利得媒質と波長選択素子をそれぞれ有する複数の波長走査光源を備えた構成が開示されており、特許文献４に、複数の利得媒質からの光を１つの波長選択素子で同時に制御する構成が開示されている。
特開２００２−２１４１２５号公報 特開２００１−２６４２４６号公報 特開２００６−４７２６４号公報 米国特許第６６６５３２０号明細書

上記のように、高い空間分解能を得るために複数の光源の光を合波して用いる場合、従来のＳＳ−ＯＣＴ装置では、ディテクタが１素子であるために、複数の光源から異なる波長の光が同時に射出されて測定対象に照射されると、これら複数の光による干渉情報が混ざり合い、検出できなくなるという問題がある。

そのため、特許文献３、特許文献４に記載の装置では、光源の制御、もしくはスイッチング素子等の利用により、ディテクタに入射する光の波長は１つになるように構成している。しかしながら、このような方法では、測定光として広帯域の光を用いることはできるが、測定光の全波長帯域の光を照射するには時間がかかるため、測定レートが低下するという問題が生じる。

そこで、本発明は上記事情を鑑みなされたものであり、高速に高分解能の断層画像を取得可能な光断層画像化装置を提供することを目的とする。

本発明の光断層画像化装置は、第１の波長帯域内で波長が繰り返し掃引される第１の光を射出する第１の光源と、前記第１の波長帯域と波長帯域が異なる第２の波長帯域内で波長が繰り返し掃引される第２の光を射出する第２の光源とを有し、前記第１の光の掃引の一部と第２の光の掃引の一部とが同時に行なわれる光源ユニットと、
前記第１の光および第２の光をそれぞれ第１および第２の測定光と第１および第２の参照光とに分割する光分割手段と、
該分割手段により分割された前記第１および第２の測定光が測定対象に照射されたときの該測定対象からの反射光である第１および第２の反射光と前記第１および第２の参照光とをそれぞれ合波する合波手段と、
該合波手段により前記第１の反射光と前記第１の参照光とが合波されたときに生ずる第１の干渉光と前記合波手段により前記第２の反射光と前記第２の参照光とが合波されたときに生ずる第２の干渉光とを、少なくとも前記第１の波長帯域の一部および前記第２の波長帯域の一部を含む第３の波長帯域と、該第３の波長帯域より短波長側へずれた第４の波長帯域と、前記第３の波長帯域より長波長側へずれた第５の波長帯域とに分割する波長分割手段と、
前記第３の波長帯域内の干渉光を第１の干渉信号として検出する第１の干渉光検出手段と、前記第４の波長帯域内の干渉光を第２の干渉信号として検出する第２の干渉光検出手段と、前記第５の波長帯域内の干渉光を第３の干渉信号として検出する第３の干渉光検出手段と、
前記第１、第２および第３の干渉光検出手段により検出された前記第１、第２および第３の干渉信号を用いて前記測定対象の断層画像を生成する断層画像処理手段とを備えた事を特徴とするものである。

なお、第１の光源および第２の光源は、所定の波長帯域内で波長が繰り返し掃引される光を射出するものであれば、いかなる構成のものであってもよい。例えば、単一の掃引波長レーザから構成されるものであってもよいし、あるいは射出される光が、実質的に１つ波長掃引光源から射出される光と同等であるとみなせるものであれば、複数の波長掃引レーザから構成されるものであってもよい。

また、「測定対象からの反射光」とは、測定対象で反射した光に加え測定対象で散乱された光を含むものである。

前記第１の波長帯域および前記第２の波長帯域が、長波長側または短波長側の端部に、波長帯域が重複する重複波長帯域を有するものであり、
前記第３の波長帯域が前記重複波長帯域の全てを含むものであれば、
前記第１の光源および前記第２の光源の一方から前記第３の波長帯域内の波長の光が射出されている間は、該第３の波長帯域内の波長の光は前記一方の光源のみから射出されるものであってもよい。

前記波長分割手段は、波長を分割可能なものであればいかなる物であってもよい。例えばＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：波長分割多重）カプラーから構成されるものであってもよいし、あるいは２つのダイクロイックミラーから構成されるものであってもよい。

前記第１の光および第２の光の周波数対時間特性を検出し、前記断層画像処理手段に出力する周波数対時間特性検出手段を備える場合であれば、
前記断層画像処理手段は、前記周波数対時間特性検出手段により検出された前記第１の光および第２の光の周波数対時間特性を用いて前記断層画像を生成するものであってもよい。

本発明の光断層画像化装置によれば、前記第１の反射光と前記第１の参照光とが合波されたときに生ずる第１の干渉光と前記合波手段により前記第２の反射光と前記第２の参照光とが合波されたときに生ずる第２の干渉光とを、少なくとも前記第１の波長帯域の一部および前記第２の波長帯域の一部を含む第３の波長帯域と、該第３の波長帯域より短波長側へずれた第４の波長帯域と、前記第３の波長帯域より長波長側へずれた第５の波長帯域とに分割し、前記第３の波長帯域内の干渉光を第１の干渉信号として検出し、前記第４の波長帯域内の干渉光を第２の干渉信号として検出し、前記第５の波長帯域内の干渉光を第３の干渉信号として検出し、これらの干渉信号に基づいて断層画像を生成するため、波長帯域の一部が重複している、あるいは波長帯域の端部同士が近接している第１の光と第２の光を同時に測定対象に照射しても、このとき生じた第１の干渉光と第２の干渉光を、３つの波長帯域に分割して干渉信号を取得するので、重複しているあるいは近接している波長帯域内の干渉光に対応する干渉信号も取得可能となり、従来に比べて測定レートを向上させることができ、高速に高分解能の断層画像を取得することができる。

また、前記第１の波長帯域および前記第２の波長帯域は、長波長側または短波長側の端部に、波長帯域が重複する重複波長帯域を有するものであり、前記第３の波長帯域が前記重複波長帯域の全てを含むものである場合には、前記第１の光源および前記第２の光源の一方から前記第３の波長帯域内の波長の光が射出されている間は、該第３の波長帯域内の波長の光は前記一方の光源のみから射出されるため、第１の光と第２の光とを、同時に測定対象に照射しても、このとき生じた第１の干渉光による干渉信号と第２の干渉光による干渉信号とが混ざり合うことはなく、第１の干渉光による干渉信号と第２の干渉光による干渉信号とを同時に得ることができるので、従来に比べて測定レートをより向上させることができ、より高速に高分解能の断層画像を取得することができる。

従来の複数の光源や複数の利得媒質を備えたものでは、ディテクタに入射する光の波長が１つになるように同期をとって制御する必要があったが、本発明の光断層画像化装置によれば、このような制御は不要であり、装置を簡略化することができる。また、本発明の光断層画像化装置では、波長分割した波長帯域に応じて各干渉光検出手段を最適化した構成にすることができるため、各干渉光検出手段における検出精度を高め、取得する断層画像の分解能を向上させることができる。さらに、干渉光検出手段に用いる部品は、広帯域の光に対応する必要はなく、波長分割した波長帯域にのみ対応していればよいため、従来に比べて制約条件が緩和され、汎用的な部品が使用可能となり、装置構成が容易になる。

以下、図面を参照して本発明の光断層画像化装置の実施形態を詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施形態による光断層画像化装置１００の概略構成図である。光断層画像化装置１００は、例えば体腔内の生体組織や細胞等の測定対象の断層画像をマッハツェンダ型干渉計を用いて前述のＳＳ−ＯＣＴ計測により取得するものである。

光断層画像化装置１００は、波長が、波長帯域Δλａ（1.0μｍ〜1.5μｍ）内で、一定の周期で掃引されるレーザ光Ｌａを射出する光源１０ａと、波長が、波長帯域Δλｂ（0.6μｍ〜1.1μｍ）内で、一定の周期で掃引されるレーザ光Ｌｂを射出する光源１０ｂとを有する光源ユニット１０と、光源ユニット１０から射出された光ＬａとＬｂとを合波する合波手段２と、光Ｌａおよび光Ｌｂをそれぞれ測定光Ｌ１ａと参照光Ｌ２ａ、測定光Ｌ１ｂと参照光Ｌ２ｂに分割する光分波手段３と、ポートaに入射された測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂをポートｂへ射出し、ポートｂへ入射された反射光Ｌ３ａとＬ３ｂとをポートｃへ射出するサーキュレータ４と、反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂと参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂとをそれぞれ合波する合波手段５と、合波手段５により反射光Ｌ３ａと参照光Ｌ２ａとが合波されたときに生ずる干渉光Ｌ４ａおよび反射光Ｌ３ｂと参照光Ｌ２ｂとが合波されたときに生ずる干渉光Ｌ４ｂを、３つの波長帯域、0.9μｍ以下、0.9μｍ〜1.2μｍおよび1.2μｍ以上へ波長分割する波長分割手段３０と、各波長帯域の干渉光を干渉信号として検出する干渉光検出手段４０ａ、４０ｂおよび４０ｃと、干渉光検出手段４０ａ、４０ｂ、４０ｃにより検出された干渉信号を用いて測定対象Ｓの断層画像を取得する断層画像処理手段５０とを備えている。

なお、測定光Ｌ１ａ、参照光Ｌ２ａ、反射光Ｌ３ａ、干渉光Ｌ４ａは光Ｌａに基づくものであり、光Ｌａと同じ波長帯域の光である。また、測定光Ｌ１ｂ、参照光Ｌ２ｂ、反射光Ｌ３ｂ、干渉光Ｌ４ｂは光Ｌｂに基づくものであり、光Ｌｂと同じ波長帯域の光である。

光源ユニット１０の光源１０ａは、利得媒質である半導体光増幅器（ＳＯＡ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）１１ａと、ＦＦＰ−ＴＦ（Ｆｉｂｅｒ Ｆａｂｒｙ Ｐｅｒｏｔ − Ｔｕｎａｂｌｅ Ｆｉｌｔｅｒ）からなる波長選択手段１２ａと、半導体光増幅器１１ａおよび波長選択手段１２ａの両端に接続されてリング状の共振器を構成する光ファイバ１３ａとから主に構成されている。

半導体光増幅器１１ａは、駆動電流の注入により微弱な放出光を一端側に接続された光ファイバ１３ａに射出するとともに、他端側の光ファイバ１３ａから入射された光を増幅する機能を有している。この半導体光増幅器１１ａにより、リング状の共振器においてレーザ光が発振し、このレーザ光が光ファイバ１３ａに接続された分岐比１０：９０の光カプラ１４ａにより分岐され、光ファイバＦＢ１ａにより導波されて光Ｌａとして外部へ射出される。

波長選択手段１２ａは、透過させる光の波長を変更可能なように構成されており、これにより、リング状の共振器内で発振するレーザ光の波長が選択可能となり、一定の周期で波長掃引することができる。

光源１０ｂもまた、光源１０ａと同様の構成を有し、利得媒質である半導体光増幅器１１ｂと、ＦＦＰ−ＴＦからなる波長選択手段１２ｂと、これらの両端に接続されてリング状の共振器を構成する光ファイバ１３ｂとから主に構成されている。光源１０ｂの共振器において発振したレーザ光は、光ファイバ１３ｂに接続された分岐比１０：９０の光カプラ１４ｂにより分岐され、光ファイバＦＢ１ｂにより導波されて光Ｌｂとして外部へ射出される。光源１０ｂにおいても、波長選択手段１２ｂにより波長選択がなされ、一定の周期で波長掃引することができる。

図２は、光源１０ａおよび１０ｂから射出されるレーザ光ＬａおよびＬｂの波長掃引の様子を示すものであり、時間と波長の関係を示す図である。この図２に示すように、光源１０ａは、波長帯域Δλａ（1.0μｍ〜1.5μｍ）内において、例えば周期２．５ｍｓで波長掃引を行なう。光源１０ｂは、波長帯域Δλｂ（0.6μｍ〜1.1μｍ）内において、光源１０ａと同時に、周期２．５ｍｓで波長掃引を行なう。

光ファイバＦＢ１ａを伝播した光Ｌａと、光ファイバＦＢ１ｂを伝播した光Ｌｂとは、光合波手段２により合波され、光ファイバＦＢ３１へ射出され、光ファイバＦＢ３１を伝播して、光分波手段３へ入射する。

光分波手段３は、例えば、分岐比９０：１０の２×２の光カプラから構成されている。光分波手段３は、光Ｌａを測定光Ｌ１ａと参照光Ｌ２ａとに分割し、光Ｌｂを測定光Ｌ１ｂと参照光Ｌ２ｂとに分割する。このとき、光分波手段３は、測定光：参照光＝９０：１０の割合で分割する。測定光Ｌ１ａおよびＬ１ｂは、ファイバＦＢ３２へ射出され、参照光Ｌ２ａおよびＬ２ｂは、ファイバＦＢ３３へ射出される。

光分波手段３とプローブ２０の間の光路には、サーキュレータ４が設けら、サーキュレータ４の光分波手段３の側にポートａに入射した測定光Ｌ１ａおよびＬ１ｂは、プローブ２０側のポートｂからファイバＦＢ３４へ射出される。

プローブ２０は、光学ロータリコネクタ２１を介して入射された測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂを測定対象Ｓまで導波し、測定対象Ｓの同一部位に同時に照射する。また、プローブ２０は、測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂが測定対象Ｓに照射されたときの測定対象Ｓからの反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂを導波する。プローブ２０は、図示しないモータにより、光学ロータリコネクタ２１から先のファイバ部が回転する構成となっており、それによりサンプル上において円周状に光を走査する様になっており、これにより２次元断層画像が計測可能となっている。さらに、図示しないモータによりプローブ２０の先端が光路の走査円が形成する平面に対して垂直な方向に走査する事により、３次元断層画像の計測も可能となっている。また、プローブ２０は、図示しない光コネクタにより光ファイバＦＢ３４に対して着脱可能に取り付けられている。勿論、プローブ先端形状や走査方向はこれに限る物ではなく、例えば、ファイバ先端に高速走査ミラーを配置して２次元走査を行うような構成でもよい。

プローブ２０からファイバＦＢ３４を介して射出された反射光Ｌ３ａおよびＬ３ｂは、サーキュレータ４のポートｂへ入射し、ポートｃから、ファイバＦＢ３５へ射出される。合波手段５では、反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂと参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂとをそれぞれ合波し、干渉光Ｌ４ａおよびＬ４ｂをファイバＦＢ３６へ射出する。なお、光分波手段３から合波手段５までの参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの光路には透過型の光路長調整手段６が設けられている。光路長調整手段６は、断層画像の取得を開始する位置を調整するために、それぞれ参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの光路長を変更するものである。

波長分割手段３０は、設定された波長に応じて光を分割する機能を有し、波長が0.9μｍ以下の光を反射し、波長が0.9μｍより長い光は透過するダイクロイックミラー３１と、波長が1.2μｍ以下の光を反射し、波長が1.2μｍより長い波長の光は透過するダイクロイックミラー３２と、レンズ３３〜３６とを備えている。干渉光Ｌ４ａおよびＬ４ｂの内、波長が0.9μｍ以下の干渉光（本発明の第４の波長帯域の干渉光）は、光ファイバＦＢ３７へ入射し、波長が0.9μｍより長く、1.2μｍ以下の干渉光（本発明の第３の波長帯域の干渉光）は、光ファイバＦＢ３８へ入射し、波長が1.2μｍより長い干渉光（本発明の第５の波長帯域の干渉光）は、光ファイバＦＢ３９へ入射する。ダイクロイックミラー３１および３２の波長反射特性を図３（１）に示す。なお、上記のダイクロイックミラー３２の代わりに、図３（２）に示すように、波長が1.2μｍ以下の光を透過し、波長が1.2μｍより長い光は反射するダイクロイックミラーを用いることもできる。この場合には、干渉光Ｌ４ａおよびＬ４ｂの内、波長が0.9μｍ以下の干渉光（本発明の第４の波長帯域の干渉光）は、光ファイバＦＢ３７へ入射し、波長が0.9μｍより長く、1.2μｍ以下の干渉光（本発明の第３の波長帯域の干渉光）は、光ファイバＦＢ３９へ入射し、波長が1.2μｍより長い干渉光（本発明の第５の波長帯域の干渉光）は、光ファイバＦＢ３８へ入射する。

なお、説明を簡単にするために、上述のように波長が重複しないように分割される例を用いて説明を行なうが、厳密には波長分割の際には、波長が重複した状態で分割されている。例えば図３（３）に示すように、波長が0.9μｍ以下の光をほぼ１００％反射し、波長が0.95μｍより長い光はほぼ１００％透過するダイクロイックミラー３１と、波長が1.15μｍ以下の光をほぼ１００％反射し、波長が1.2μｍより長い光はほぼ１００％透過するダイクロイックミラー３２を用いて波長を分割する場合であれば、干渉光Ｌ４ａおよびＬ４ｂの内、波長が0.95μｍ以下の干渉光（本発明の第４の波長帯域の干渉光）は、光ファイバＦＢ３７へ入射し、波長が0.9μｍより長く、1.2μｍ以下の干渉光（本発明の第３の波長帯域の干渉光）は、光ファイバＦＢ３８へ入射し、波長が1.15μｍより長い干渉光（本発明の第５の波長帯域の干渉光）は、光ファイバＦＢ３９へ入射する。また、図３（３）に示すダイクロイックミラー３２の代わりに、図３（４）に示すように、波長が1.15μｍ以下の光をほぼ１００％透過し、波長が1.2μｍより長い光はほぼ１００％反射するダイクロイックミラーを用いることもできる。この場合には、干渉光Ｌ４ａおよびＬ４ｂの内、波長が0.95μｍ以下の干渉光（本発明の第４の波長帯域の干渉光）は、光ファイバＦＢ３７へ入射し、波長が0.9μｍより長く、1.2μｍ以下の干渉光（本発明の第３の波長帯域の干渉光）は、光ファイバＦＢ３９へ入射し、波長が1.15μｍより長い干渉光（本発明の第５の波長帯域の干渉光）は、光ファイバＦＢ３８へ入射する。

光ファイバＦＢ３７、ＦＢ３８およびＦＢ３９へは、例えば、分岐比５０：５０の２×２の光ファイバカプラ４１ａ、４１ｂおよび４１ｃが接続され、が接続され、それぞれ干渉光を二分して干渉光検出手段４０ａ、４０ｂおよび４０ｃへ射出し、干渉光検出手段４０ａ、４０ｂおよび４０ｂでは二分された干渉光をそれぞれ２つの光検出素子を用いてバランス検波するようにしている。この機構により、光強度ゆらぎの影響を抑え、より鮮明な画像を得ることができる。

干渉光検出手段４０ａ、４０ｂおよび４０ｃは、干渉光をそれぞれ光電変換し、断層画像処理手段５０へ出力する。ここで、図４を参照しながら、干渉光検出手段４０ａ、４０ｂおよび４０ｃでの検出結果について説明する。図４（１）、（２）および（３）は、干渉光検出手段４０ａ、４０ｂおよび４０ｃから出力された干渉信号の強度変化を時間軸と対応させて示すものである。理解を助けるために光ごとに分解して示している。すなわち、干渉光Ｌ４ａは、掃引開始後１ｍｓまでの間は、干渉光検出手段４０ｂにより検出され、掃引開始１ｍｓ〜２．５ｍｓの間は、干渉光検出手段４０ｃにより検出される。また干渉光Ｌ４ｂは、掃引開始後１．５ｍｓまでの間は、干渉光検出手段４０ａにより検出され、掃引開始１．５ｍｓ〜２．５ｍｓの間は、干渉光検出手段４０ｂにより検出される。なお、各干渉光検出手段４０ａ、４０ｂおよび４０ｃは、それぞれ入射される干渉光の波長帯域よりも広い検出波長帯域を有している。

断層画像処理手段５０は、例えばパーソナルコンピュータ等のコンピュータシステムからなり、予め不図示の記憶部へ、光Ｌａおよび光Ｌｂの周波数対時間特性を記憶している。

断層画像処理手段５０は、干渉光検出手段４０ａ、４０ｂおよび４０ｃの検出結果を波長掃引光源の発振周波数と対応づけた後、すべて等周波数間隔の干渉信号となる様に信号の接続処理を実施する事により、ひとつの広帯域干渉信号ＩＳ０を形成する。この干渉信号ＩＳ０を、例えばフーリエ変換を始めとする周波数解析を行うことにより測定対象Ｓの各深さ位置における光反射強度を求める。

次に、図１から図４を参照して光断層画像化装置１００の動作例について説明する。まず、光源ユニット１０の光源１０ａから、図２に示すような、波長が、波長帯域Δλａ（1.0μｍ〜1.5μｍ）内で、一定の周期で掃引されるレーザ光Ｌａが射出される。光Ｌａは、光ファイバＦＢ１ａ内を伝播し、光合波手段２に入射する。同様に、光源１０ｂから、図２に示すような、波長が、波長帯域Δλｂ（0.6μｍ〜1.1μｍ）内で、一定の周期で掃引されるレーザ光Ｌｂが射出される。光Ｌｂは、光ファイバＦＢ１ｂ内を伝播し、光合波手段２に入射する。光分波手段３において、光Ｌａ、Ｌｂはそれぞれ測定光Ｌ１ａと参照光Ｌ２ａ、測定光Ｌ１ｂと参照光Ｌ２ｂに分割される。

測定光Ｌ１ａおよび測定光Ｌ１ｂは、光ファイバＦＢ３２を伝播して、サーキュレータ４のポートａへ入射し、ポートｂから射出され、光ファイバＦＢ３４を伝播して光ロータリコネクタ２１を介してプローブ２０に入射し、プローブ２０から測定対象Ｓに照射される。そして、測定対象Ｓの各深さ位置ｚにおいて反射した反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂがプローブ２０に入射し、測定光と逆の経路を辿ってサーキュレータ４のポートｂに入射し、ポートｃから射出され、光ファイバＦＢ３５を伝播して、合波手段５へ入射する。

分波手段３で分割された参照光Ｌ２ａおよび参照光Ｌ２ｂは、光ファイバＦＢ３３を伝播して、光路長調整手段６により光路長が調整された後、合波手段５へ入射する。

合波手段５では、反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂと参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂとをそれぞれ合波する。合波手段５により反射光Ｌ３ａと参照光Ｌ２ａとが合波されたときに生ずる干渉光Ｌ４ａおよび反射光Ｌ３ｂと参照光Ｌ２ｂとが合波されたときに生ずる干渉光Ｌ４ｂは、波長分割手段３０へ入射する。

光ファイバＦＢ３６から射出され、レンズ３３により平行光化された干渉光Ｌ４ａおよびＬ４ｂの内、波長が０．９μｍ以下の光はダイクロイックミラー３１により反射され、レンズ３４により集光されて、ファイバＦＢ３７へ入射する。

干渉光Ｌ４ａおよびＬ４ｂの内、波長が０．９μｍより長く、１．２μｍ以下の光は、ダイクロイックミラー３１を透過し、ダイクロイックミラー３２により反射され、レンズ３５により集光されて、ファイバＦＢ３８へ入射する。波長が１．２μｍより長い光は、ダイクロイックミラー３１および３２を透過し、レンズ３６により集光されて、ファイバＦＢ３９へ入射する。

各波長帯域の干渉光は、それぞれ光ファイバカプラ４１ａ、４１ｂおよび４１ｃにより二分され、干渉光検出手段４０ａ、４０ｂおよび４０ｃへ入射する。干渉光検出手段４０ａ、４０ｂおよび４０ｂでは二分された干渉光をそれぞれ２つの光検出素子を用いてバランス検波するとともに光電変換し、干渉信号として、断層画像処理手段５０へ出力する。

断層画像処理手段５０は、前述したように、干渉光検出手段４０ａ、４０ｂおよび４０ｃの検出結果を波長掃引光源の発振周波数と対応づけた後、すべて等周波数間隔の干渉信号となる様に信号の接続処理を実施する事により、ひとつの広帯域干渉信号ＩＳ０を形成し、この干渉信号ＩＳ０を、例えばフーリエ変換を始めとする周波数解析を行うことにより測定対象Ｓの各深さ位置における光反射強度を求める。

プローブ２０は、図示しないモータにより、光学ロータリコネクタ２１から先のファイバ部が回転する構成となっており、それによりサンプル上において円周状に光を走査する様に構成されている。このため、上述の動作により、測定対象Ｓの一点における各深さ位置における光反射強度を取得した後、順次光の照射位置を僅かに変更して、同様に各深さ位置における光反射強度を取得し、これらの光反射強度を統合することにより、２次元の光断層画像が生成される。生成された断層画像は、断層画像処理手段５０に接続されているＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）や液晶表示装置等からなる表示装置６０により表示される。

以上の説明で明らかなように、波長帯域の一部が重複している、光Ｌａと光Ｌｂとを同時に測定対象に照射しても、このとき生じた干渉光Ｌ４ａと干渉光Ｌ４ｂを、0.9μｍ以下の波長帯域、0.9μｍより長く1.2μｍ以下の波長帯域、または1.2μｍより長い波長大域の３つの波長帯域に分割して干渉信号を取得するので、重複している波長帯域内の干渉光に対応する干渉信号も取得可能となり、従来に比べて測定レートを向上させることができ、高速に高分解能の断層画像を取得することができる。

また、光Ｌａと光Ｌｂとで波長が重複している重複波長帯域を含む上記の0.9μｍより長く1.2μｍ以下の波長帯域においては、光源１０ａまたは光源１０ｂの一方の光源のみから光が射出されるため、光Ｌａと光Ｌｂとを同時掃引しながら測定対象に照射しても、このとき生じた干渉光Ｌａによる干渉信号と干渉光Ｌｂによる干渉信号とが混ざり合うことはなく、第１の干渉光による干渉信号と第２の干渉光による干渉信号とを同時に得ることができるので、従来に比べて測定レートをより向上させることができ、より高速に高分解能の断層画像を取得することができる。

またダイクロイックミラー３１および３２を有する波長分割手段３０を用いたため、コンパクトにかつ効率よく干渉光を波長に応じて分割することができる。

なお、本実施の形態においては、光Ｌａ、Ｌｂが一部重複した波長帯域を有し、かつ干渉光Ｌａと干渉光Ｌｂのスペクトルが連続しているとみなせる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。干渉光Ｌａと干渉光Ｌｂのスペクトルが連続していると見なせない場合には、例えば断層画像処理手段５０の代わりに図５に示す断層画像処理手段５５を用いることにより、断層画像を取得することができる。

断層画像処理手段５５は、例えばパーソナルコンピュータ等のコンピュータシステムからなる。干渉光Ｌ４ａに対応する干渉信号ＩＳａおよび干渉光Ｌ４ｂに対応する干渉信号ＩＳｂを生成し、該干渉信号ＩＳａおよびＩＳｂを周波数解析することにより測定対象Ｓの各深さ位置における複数の中間反射強度（反射率）ｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）を検出し、この複数の中間反射強度ｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）を用いて測定対象Ｓの断層画像を取得する機能を有している。具体的には、断層画像処理手段５５は、図５に示すように干渉光検出手段４０ａ、４０ｂおよび４０ｃの検出結果から干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂを生成する干渉信号生成手段５４、干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂをそれぞれ周波数解析することにより各深さ位置における複数の中間反射強度ｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）を検出する周波数解析手段５１と、周波数解析手段５１により検出された複数の中間反射強度ｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）から断層画像の生成に用いる反射強度ｒ（ｚ）を生成する反射強度処理手段５２と、反射強度処理手段５２により生成された反射強度ｒ（ｚ）を用いて断層画像を生成する断層画像生成手段５３とを有している。

干渉信号生成手段５４は、予め不図示の記憶部へ、光Ｌａおよび光Ｌｂの周波数対時間特性を記憶し、該光Ｌａおよび光Ｌｂの周波数対時間特性および各干渉光検出手段４０ａ、４０ｂおよび４０ｃの検出結果に基づいて、干渉信号ＩＳａおよびＩＳｂを生成する。本実施の形態では、掃引開始後１ｍｓまでの間の干渉光検出手段４０ｂの検出結果および掃引開始１ｍｓ〜２．５ｍｓの間の干渉光検出手段４０ｃの検出結果を時間軸に沿って合成することにより、干渉信号ＩＳａを生成し、また掃引開始後１．５ｍｓまでの間の干渉光検出手段４０ａの検出結果および掃引開始１．５ｍｓ〜２．５ｍｓの間の干渉光検出手段４０ｂの検出結果を時間軸に沿って合成することにより、干渉信号ＩＳｂを生成する。

周波数解析手段５１は、干渉信号ＩＳａを周波数解析することにより光Ｌａに基づく中間反射強度ｒａ（ｚ）を検出する第１周波数解析手段５１ａと、干渉信号ＩＳｂを周波数解析することにより光Ｌｂに基づく中間反射強度ｒｂ（ｚ）を検出する第２周波数解析手段５１ｂとを備えている。ここで、第１周波数解析手段５１ａにおいて干渉信号ＩＳａに基づいて中間反射強度（反射率）ｒａ（ｚ）を算出する方法について簡単に説明する。なお、詳細については「武田 光夫、「光周波数走査スペクトル干渉顕微鏡」、光技術コンタクト、２００３、Ｖｏｌ．４１、Ｎｏ．７、ｐ４２６−ｐ４３２」に記載されている。

測定光Ｌ１ａが測定対象Ｓに照射されたとき、測定対象Ｓの各深さからの反射光Ｌ３ａと参照光Ｌ２ａとがいろいろな光路長差（測定対象Ｓの深さ位置）をもって干渉しあう際の各光路長差ｌに対する干渉縞の光強度をＳ（ｌ）とすると、干渉光検出手段４０において検出される光強度Ｉ（ｋ）は、
Ｉ（ｋ）＝∫_０ ^∞Ｓ（ｌ）［１＋ｃｏｓ（ｋｌ）］ｄｌ ・・・（１）
で表され、例えば図６に示すようなグラフで表される。ここで、ｋは波数、ｌは参照光Ｌ２ａと反射光Ｌ３ａとの光路長差である。式（１）は波数ｋを変数とする光周波数領域のインターフェログラムとして与えられていると考えることができる。よって、周波数解析手段５１において、干渉光検出手段４０ａの検出によるスペクトル干渉縞をフーリエ変換により周波数解析することにより、各波長における干渉信号ＩＳａの光強度Ｓ（ｌ）を決定することができ、図７に示すように各深さ位置における反射率を求めることができる。そして、測定対象Ｓの測定開始位置からの距離情報と中間反射強度ｒａ（ｚ）とを取得する。同様に、第２周波数解析手段５１ｂは干渉信号ＩＳｂについても測定開始位置からの距離情報と中間反射強度ｒｂ（ｚ）とを取得する。つまり、周波数解析手段５１において、測定対象Ｓの同一の照射部位から複数の中間反射強度ｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）が取得されることになる。なお、周波数解析手段５１は上述したフーリエ変換処理に限らず、たとえば最大エントロピー法（ＭＥＭ）、Ｙｕｌｅ−Ｗａｌｋｅｒ法等の公知のスペクトル解析技術を用いてそれぞれ中間反射強度ｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）を取得するようにしてもよい。

図５の反射強度処理手段５２は、上述のように検出された各深さ位置ｚからの複数の中間反射強度ｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）から断層画像の生成に用いる反射強度ｒ（ｚ）を検出するものである。具体的には、図８に示すように、反射強度処理手段５２は、各深さ位置Ｚでの中間反射強度ｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）の平均値ｒ（ｚ）＝（ｒａ（ｚ）＋ｒｂ（ｚ））／２を算出する。

断層画像生成手段５３は、反射強度処理手段５２により検出された反射強度ｒ（ｚ）を用いて断層画像を生成するものである。具体的には、各測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂが測定対象Ｓの深さ方向ｚに直交する方向に走査しながら照射されていく。すると、断層画像生成手段５３において、複数の測定点での各深さ方向に対する反射強度ｒ（ｚ）が取得されていく。そして、断層画像生成手段５３は各測定点において取得された複数の反射強度ｒ（ｚ）を用いて２次元もしくは３次元の断層画像を生成する。

このように、断層画像処理手段５０の反射強度処理手段５２において、複数の中間反射強度ｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）の平均値を算出することにより、反射率ｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）に含まれているノイズ成分が相殺され、画質の良い断層画像を得ることができる。

測定対象Ｓの各深さ位置ｚの反射強度の絶対値は、測定対象Ｓの組成に基づく光吸収・光散乱特性等の様々な要因により、照射される測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂの波長によって異なる。しかし、複数の測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂは測定対象Ｓの同一部位に同時に照射されているため、たとえばある深さ位置ｚ１から得られる複数の中間反射強度ｒａ（ｚ１）、ｒｂ（ｚ１）の定性的な特性、例えば反射強度が最大となるピーク位置等は、おおよそ同じものとなる。

そこで、複数の中間反射強度ｒａ（ｚ１）、ｒｂ（ｚ１）の平均値（＝ｒ（ｚ１））を算出することにより、複数の中間反射強度ｒａ（ｚ１）、ｒｂ（ｚ１）の値が異なったものであるとしても、それぞれに含まれるノイズ成分を相殺し、深さ位置ｚ１での反射強度を示す成分を際立たせることができる。よって、広帯域な光源を用いず互いに波長帯域が異なる光Ｌａ、Ｌｂを用いて断層画像を取得した場合であっても画質の良い断層画像を得ることができる。

なお、周波数解析手段５１において、フーリエ変換の結果に対するサンプリングピッチは各光Ｌａ、Ｌｂの波長帯域Δλａ、Δλｂの幅に依存する。このため、上述のように各光Ｌａ、Ｌｂの波長帯域Δλａ、Δλｂの幅が異なるものであるとき、干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂのサンプリングピッチが異なる。この場合、波長帯域の狭い光Ｌａから得られた干渉信号ＩＳａに対し、波長帯域の足りない分だけ値として「０」を挿入することにより波長帯域Δλａ、Δλｂの幅を同一に揃えるようにする。

また、複数の中間反射強度ｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）の平均値を算出する方法について例示したが、複数の中間反射強度ｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）の積を用いて反射強度ｒ（ｚ）を生成するようにしてもよい。すると、複数の中間反射強度ｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）のうち、最も反射強度の強い信号成分が強め合うことになるため、相対的にノイズ成分の信号値が小さくなり画質の良い断層画像を得ることができる。さらに、上記手法に限らず、他の種々の手法により複数の中間反射強度ｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）を用いて各深さ位置における反射強度ｒ（ｚ）を生成し、断層画像を取得するようにしても良い。上記実施の形態においては、複数の中間反射強度ｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）の平均もしくは積を用いて反射強度を取得する場合について例示しているが、光源ユニット１０から射出される光束Ｌａ、Ｌｂのスペクトル情報を用いて、それぞれの干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂが得られた波長帯域を考慮してｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）を組み合わせることにより、反射強度ｒ（ｚ）の高分解能化を図ることができる。つまり、干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂのフーリエ変換で得られるｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）と、真の反射強度ｒ（ｚ）は、各光束Ｌａ、Ｌｂのスペクトル形状のフーリエ変換ｈａ（ｚ）、ｈｂ（ｚ）と

の関係にある。これを、ｒａ＝[ｒａ（０），ｒａ（1×ｄｚ_ａ），…]^T、ｒｂ＝[ｒｂ（０），ｒｂ（1×ｄｚ_ｂ），…]^T、ｒ＝[ｒ（０），ｒ（1×ｄｚ），…]^Tとして離散表現にすると
Ｈａ・ｒ＝ｒａ ・・・（４）
Ｈｂ・ｒ＝ｒｂ ・・・（５）
となる。

ここで、Ｈａ、Ｈｂは、ｈａ＝[ｈａ（０），ｈａ（1×ｄｚ），…]、ｈｂ＝[ｈｂ（０），ｈｂ（1×ｄｚ），…]の各ベクトルを、要素をずらしながら並べてできる行列である。反復法等の公知の技術により、この関係式の最適解として反射強度ｒを得ることができる。

このように、光源ユニット１０から射出される各光束Ｌａ、Ｌｂの波長帯域の違いを考慮した関係式から反射強度ｒ（ｚ）を算出することにより、より精度良く反射強度ｒ（ｚ）を算出することができ、分解能の高い断層画像を生成することができる。

なお、光Ｌａ、光Ｌｂの波長帯域が離散している場合等にも、上述の断層画像処理手段５５を用いて断層画像を生成することができる。

次に、本発明の第２の実施形態にかかる光断層画像化装置２００について図９を参照して説明する。図９は光断層画像化装置２００の概略構成図である。光断層画像化装置２００は、マイケルソン型干渉計を用いたＳＳ−ＯＣＴ装置である。図９の光断層画像化装置２００において、前述の実施形態の光断層画像化装置と同様の構成については同じ符号を付して重複説明を省略する。

光断層画像化装置２００において、光源１０ａから射出して光ファイバＦＢ１ａにより導波された光Ｌａと、光源１０ｂから射出して光ファイバＦＢ１ｂにより導波された光Ｌｂとは、合波手段２０１に入射し、合波される。合波後の光Ｌａ、Ｌｂは、光ファイバＦＢ２１により導波されてサーキュレータ２０２のポートａに入射し、ポートｂから射出され、光ファイバＦＢ２２を伝播し、合分波手段２０３に入射する。

合分波手段２０３は、例えば、分岐比９０：１０の２×２の光カプラから構成されている。なお、合分波手段２０３は、合波手段としても機能するものである。合分波手段２０３は、光Ｌａ、Ｌｂを測定光：参照光＝９０：１０の割合となるように測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂと参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂとに分割し、測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂを光ファイバＦＢ２３側へ射出し、参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを光ファイバＦＢ２４側へ射出する。

測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂは、光ロータリコネクタ２１を介してプローブ２０に入射し、プローブ２０により導波されて測定対象Ｓに照射される。このときの反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂがプローブ２０に入射し、プローブ２０および光ファイバＦＢ２３を伝播して、合分波手段２０３に入射する。

一方、参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは光ファイバＦＢ２４の端部に接続された反射型の光路長調整手段２０４により光路長の変更を受けた後、再び光ファイバＦＢ２４により導波されて合分波手段２０３に入射する。

合分波手段２０３において、反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂと参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂが合波される。そして、反射光Ｌ３ａと参照光Ｌ２ａの合波により干渉光Ｌ４ａが発生し、反射光Ｌ３ｂと参照光Ｌ２ｂとの合波により干渉光Ｌ４ｂが発生する。このとき、光Ｌａ、Ｌｂは異なる光源から射出されているため、反射光Ｌ３ａと参照光Ｌ２ｂとの合波、反射光Ｌ３ｂと参照光Ｌ２ａとの合波により干渉光が発生することはない。

干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂは光ファイバＦＢ２２を伝播し、サーキュレータ２０２のポートｂへ入射し、ポートｃから射出される。されに、光ファイバＦＢ２５を伝播し、波長分離手段３０へ入射する。

以降の波長分離手段３０、干渉光検出手段４０ａ、４０ｂ、４０ｃおよび断層画像処理手段５０における構成および動作は、第１の実施形態のものと同様であるため、重複説明を省略する。

上記第１および第２の実施形態において、０．６μｍ〜０．９μｍの波長帯域の光が入射する干渉光検出手段４０ａの受光素子には受光可能波長域が３２０〜１１００ｎｍのＳｉフォトダイオードを使用することができる。また、０．９μｍ〜１．２μｍの波長帯域の光が入射する干渉光検出手段４０ｂおよび１．２μｍ〜１．５μｍの波長帯域の光が入射する干渉光検出手段４０ｃの受光素子には受光可能波長域９００ｎｍ〜１７００ｎｍのＩｎＧａＡｓフォトダイオードを使用することができる。

従来は、１個のディテクタで光源ユニットから射出される光の全波長域をカバーしなくてはならない装置構成であり、上記のような波長帯域λaおよび波長帯域λｂの光に対して使用可能なフォトダイオードは存在しなかったため、上記のようなλａおよびλｂの波長帯域の組合せで測定可能な装置は構成できなかった。しかし、本発明の光断層画像化装置によれば、光ごとに検出できるよう複数の干渉光検出手段を設けているため、上記のようなλａおよびλｂの波長帯域の組合せで測定することが可能になる。光源に用いられる半導体レーザの発光過程と、光検出器に用いられるフォトダイオードの受光過程は同じ原理に基づくことから、ある媒質からなる半導体レーザの発光帯域の光は、同じ媒質からなるフォトダイオードで検出可能である。従って、両者を対に使うことで、発光可能な全ての波長帯域をカバーして測定することができる。

なお、本発明の光断層画像化装置は、上記波長帯域に限らず、測定対象Ｓの組成により使用する波長帯域を適宜変更することができる。たとえば測定対象Ｓとの相互作用が少ない波長帯域（例えば水の分散の影響の少ない１０００ｎｍ帯）の光と、測定対象との相互作用が大きい波長帯域（例えば８００ｎｍ帯）の光を合波することで、高分解能な断層画像情報を得ると共に、測定対象の吸収特性、分散特性、蛍光特性、などの分光情報を同時に測定することができる。

本発明の光断層画像化装置を内視鏡に適用した場合、合波光源の光として、内視鏡に装備されているCCDの感度内の波長帯域、例えば中心波長850nmの光を用いれば、エーミング光として兼用することも可能であり、エーミング光源を別途設ける必要がなくなる。

従来、ＯＣＴ計測におけるフーリエ変換手法では、光源スペクトルが連続的であり広帯域である必要があったため、離散的な光Ｌａ、Ｌｂを射出する光源ユニット１０は断層画像を取得する光源としては従来のＯＣＴ用光源としては適さない、と考えられてきた。

しかし、本発明の第１の実施形態において説明したように、広帯域な波長帯域ではなく異なる波長帯域を有する複数の光Ｌａ、Ｌｂを射出する光源ユニット１０を用いた場合であっても高分解能な断層画像を得ることができることがわかった。このため、上述のような光源スペクトルが連続的であり広帯域である光を射出する、限定された光源ユニットを用いる必要がなくなる。さらに、断層画像処理手段５５においては波長が異なる２つの干渉光の反射強度から断層画像を生成するため、不連続なスペクトルの光源を用いた場合であってもサイドローブのない断層画像を取得することができ、高分解能の画像を得ることができる。

また、異なる波長帯域を有する複数の光を用いて高分解能な断層画像を得ることができるため、多数の光を用いた高分解能のタイプと、少数の光を用いた安価な低分解能タイプとの切換が可能になり、要求に応じた測定が可能になる。

次に、本発明の第３の実施形態にかかる光断層画像化装置３００について図１０を参照して説明する。図１０は光断層画像化装置３００の概略構成図である。光断層画像化装置３００は、マッハツェンダ型干渉計を用いたＳＳ−ＯＣＴ装置であり、３つの光を用いて光断層画像を取得するものである。図１０の光断層画像化装置３００において、前述の実施形態の光断層画像化装置と同様の構成については同じ符号を付して重複説明を省略する。

光断層画像化装置３００の光源ユニット３０１は、図１１に示すように、レーザ光Ｌａ（掃引波長帯域Δλａ：1.0μｍ〜1.5μｍ）を射出する光源１０ａと、レーザ光Ｌｂ（掃引波長帯域Δλｂ：0.6μｍ〜1.1μｍ）を射出する光源１０ｂと、レーザ光Ｌｃ（掃引波長帯域Δλｂ：1.4μｍ〜1.9μｍ）を射出する光源１０cとから構成されている。

また、波長分割手段３０２は、波長が0.9μｍ以下の光を反射し、波長が0.9μｍより長い光は透過するダイクロイックミラー３１と、波長が0.9μｍ以上かつ１．２μｍ以下の光を反射し、他の波長の光は透過するダイクロイックミラー３２と、波長が1.2μｍ以上かつ1.5μm以下の光を反射し、他の波長の光は透過するダイクロイックミラー３０５と、レンズ３３〜３６および３０６とを備えている。図１２に各ダイクロイックミラーの波長反射特性を示す。

光Ｌａ、光Ｌｂおよび光Ｌｃは、それぞれ光ファイバＦＢ１ａ、光ファイバＦＢ１ｂおよび光ファイバＦＢ１ｃ内を伝播し、合波手段３０３および３０４により合波され、分波手段３において、光Ｌａ、ＬｂおよびＬｃはそれぞれ測定光Ｌ１ａと参照光Ｌ２ａ、測定光Ｌ１ｂと参照光Ｌ２ｂ、および測定光Ｌ１ｃと参照光Ｌ２ｃに分割される。その後、図１に示す光断層画像化装置１００と同様に、測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂおよび測定光Ｌ１ｃは、光ファイバＦＢ３２を伝播して、サーキュレータ４のポートａへ入射し、ポートｂから射出され、光ファイバＦＢ３４を伝播して光ロータリコネクタ２１を介してプローブ２０に入射し、プローブ２０から測定対象Ｓに照射される。そして、測定対象Ｓの各深さ位置ｚにおいて反射した反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂおよびＬｂｃがプローブ２０に入射し、測定光と逆の経路を辿ってサーキュレータ４のポートｂに入射し、ポートｃから射出され、光ファイバＦＢ３５を伝播して、合波手段５へ入射する。

合波手段５では、反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｂおよびＬ３ｃと参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂおよびＬ２ｃとをそれぞれ合波する。合波手段５により反射光Ｌ３ａと参照光Ｌ２ａとが合波されたときに生ずる干渉光Ｌ４ａ、反射光Ｌ３ｂと参照光Ｌ２ｂとが合波されたときに生ずる干渉光Ｌ４ｂは、反射光Ｌ３ｃと参照光Ｌ２ｃとが合波されたときに生ずる干渉光Ｌ４ｃは波長分割手段３０２へ入射する。干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂおよびＬ４ｃの内、波長が0.9μｍ以下の光は光ファイバＦＢ３７へ入射し、波長が0.9μｍより長く1.2μｍ以下の光は光ファイバＦＢ３８へ入射し、波長が1.2μｍより長く1.5μｍ以下の光は光ファイバＦＢ３９へ入射し、波長が1.5μｍより長い光は光ファイバＦＢ４０へ入射する。

各波長帯域の干渉光は、それぞれ光ファイバカプラ４１ａ、４１ｂ、４１ｃおよび４１ｄにより二分され、干渉光検出手段４０ａ、４０ｂ、４０ｃおよび４０ｄへ入射する。干渉光検出手段４０ａ、４０ｂ、４０ｃおよび４０ｄでは二分された干渉光をそれぞれ２つの光検出素子を用いてバランス検波するとともに光電変換し、断層画像処理手段３０７へ出力する。なお、図１３（１）、（２）、（３）および（４）は、干渉光検出手段４０ａ、４０ｂ、４０ｃおよび４０ｃから出力された干渉信号の強度変化を時間軸と対応させて示すものである。理解を助けるために光ごとに分解して示している。

断層画像処理手段３０７は、例えばパーソナルコンピュータ等のコンピュータシステムからなり、予め不図示の記憶部へ、光Ｌａ、Ｌｂおよび光Ｌｃの周波数対時間特性を記憶している。断層画像処理手段３０７は、干渉光検出手段４０ａ、４０ｂ、４０ｃおよび４０ｄの検出結果を波長掃引光源の発振周波数と対応づけた後、すべて等周波数間隔の干渉信号となる様に信号の接続処理を実施する事により、ひとつの広帯域干渉信号ＩＳ０を形成する。この干渉信号ＩＳ０を、例えばフーリエ変換を始めとする周波数解析を行うことにより測定対象Ｓの各深さ位置における光反射強度を求める。

また、光断層画像化装置３００も、図１に示す第１の実施形態である光断層画像化装置１００と同様に、プローブ２０の光学ロータリコネクタ２１から先のファイバ部を回転させ、サンプル上において円周状に光を走査させながら、測定対象Ｓの円周上の各部位において、各深さ位置における光反射強度を取得する。断層画像処理手段３０７は、これらの各部位の各深さ位置における光反射強度を統合することにより、２次元の光断層画像を生成し、断層画像処理手段３０７に接続されているＣＲＴや液晶表示装置等からなる表示装置６０により表示する。

また、図１０に示す光断層画像化装置３００では、３つの光を用いて光断層画像化装置を用いたが、より多数の光を用いて光断層画像化装置を取得してもよい。なお、ｎ個の光を用いる場合には、干渉光検出手段をｎ+１個用いればよい。

次に、本発明の第４の実施形態にかかる光断層画像化装置４００について図１４を参照して説明する。図１４は光断層画像化装置４００の概略構成図である。光断層画像化装置４００は、マッハツェンダ型干渉計を用いたＳＳ−ＯＣＴ装置であり、光Ｌａおよび光Ｌｂの周波数対時間特性を検出し、断層画像処理手段に出力する周波数対時間特性検出手段４０１ａおよび４０１ｂを備え、該周波数対時間特性検出手段４０１ａおよび４０１ｂにより検出された光Ｌａおよび光Ｌｂの周波数対時間特性を用いて断層画像を生成するものである。図１２の光断層画像化装置４００において、前述の実施形態の光断層画像化装置と同様の構成については同じ符号を付して重複説明を省略する。

光源１０ａから射出された光Ｌａの一部は、分波手段４０２ａにより、光ファイバＦＢ４１ａへ分波され、周波数対時間特性検出手段４０１ａへ入射する。また光源１０ｂから射出された光Ｌｂの一部は、分波手段４０２ｂにより、光ファイバＦＢ４１ｂへ分波され、周波数対時間特性検出手段４０１ｂへ入射する。周波数対時間特性検出手段４０１ａおよび４０１ｂは、例えば、ファブリーペロー干渉計から構成されるものであり、光Ｌａおよび光Ｌｂの周波数対時間特性をリアルタイムに検出するものである。

断層画像処理手段４０３、干渉光検出手段４０ａ、４０ｂおよび４０ｃの検出結果と、周波数対時間特性検出手段４０１ａおよび４０１ｂにより検出された光Ｌａおよび光Ｌｂの周波数対時間特性と対応づけて、すべて等周波数間隔の干渉信号となる様に信号の接続処理を実施する事により、ひとつの広帯域干渉信号ＩＳ０を形成する。この干渉信号ＩＳ０を、例えばフーリエ変換を始めとする周波数解析を行うことにより測定対象Ｓの各深さ位置における光反射強度を求める。

このように、リアルタイムに検出した光Ｌａおよび光Ｌｂの周波数対時間特性を用いて、光断層画像を生成するので、予め光Ｌａおよび光Ｌｂの周波数対時間特性を断層画像処理手段４０３へ記憶させておく必要がない。また、光Ｌａおよび光Ｌｂの周波数対時間特性と、予め記憶させている周波数対時間特性に一致させる必要がないため、このため、光Ｌａおよび光Ｌｂの波長帯域、掃引速度あるいは掃引タイミングなどを、測定対象Ｓに応じて、適宜変更することができ、装置の利便性が向上する。

なお、第１、第３および第４の実施形態では、マッハツェンダ型干渉計を用いたＳＳ−ＯＣＴ装置を用い、第２に実施形態ではマイケルソン型干渉計を用いたＳＳ−ＯＣＴ装置を用いて説明を行なったが、各実施の形態は、ＳＳ−ＯＣＴ装置であれば、いかなるタイプの干渉計を用いてもよい。例えばフィゾー型干渉計を用いたものであってもよい。

上記各実施形態では、光源ユニットとして複数個のファイバリング型波長掃引光源を用いた例を挙げたが、その他の構成の波長掃引光源を用いてもよく、例えば波長選択手段として回折格子、ポリゴン、バンドパスフィルタ等を用い、利得媒質として希土類ドープファイバ等を用いた波長走査光源も適用可能である。

または、特許文献３、特許文献４に記載された光源を一組とし、複数組の光源を合波する構成を採用してもよい。例えば、図１５に示すように、各光の光源を、短波長側の光を射出する波長掃引レーザと、長波長側の光を射出する波長掃引レーザとの組み合わせにより構成してもよい。すなわち、波長帯域1.0μｍ〜1.3μｍ内で波長を掃引する波長掃引レーザから射出された光Ｌａ１と波長帯域1.2μｍ〜1.5μｍ内で波長を掃引する波長掃引レーザから射出された光Ｌａ２とを、波長が重なる波長帯域において、同期させて発振させながら合波することにより光Ｌａを構成し、波長帯域0.6μｍ〜0.9μｍ内で波長を掃引する波長掃引レーザから射出された光Ｌｂ１と波長帯域0.8μｍ〜1.1μｍ内で波長を掃引する波長掃引レーザから射出された光Ｌｂ２とを波長が重なる波長帯域において、同期させて発振させながら合波することにより光Ｌｂを構成してもよい。なお、波長が重なる波長帯域において同期させて発振させる場合であれば、３つ以上の波長掃引光源から射出された光を合波して、光Ｌａまたは光Ｌｂを構成することもできる。

さらに、各実施の形態においては、１つの利得媒質から１つの光が射出される例について説明したが、１つの利得媒質から波長が異なる複数の光が射出される多色光源を用いてもよい。この場合は、例えば、光源ユニット１０を多色光源に置換すればよい。

ひとつの光の掃引波長帯域は、例示した波長帯域に限る物ではないが、ＯＣＴ計測が可能な所定の波長帯域以上である必要がある。所定の波長帯域として明確な境界値はないが、おおよそ分解能１ｍｍオーダより小さいシステムを想定しており、光の周波数帯域でおおよそ数１０ＧＨｚ以上のオーダである。

また、上記実施形態では、光ファイバにより光を導波し、光カプラやＷＤＭカプラにより合分波する例を示しているが、ミラー、プリズム、ダイクロイックミラー、ダイクロイックプリズム等により空間的に合分波するバルク光学系で構成してもよい。光ファイバプローブの代わりに、空間伝搬した光をガルバノミラーで走査する構成でも良い。

また、第１の実施形態と同様に、第２〜第４の実施形態においても、光源ユニットから射出される各光の波長帯域は離散しているものであってもよい。

また、上記実施形態では、測定対象から反射、もしくは後方散乱された光を測定する場合を例にとり説明したが、測定対象がガラスブロックや透明フイルムなどの透明媒体の場合、それらの面内屈折率分布、厚み分布、複屈折などを導出するために、反射光の代わりに透過光を測定することがある。そのような場合は、反射光の代わりに透過光を合波手段に導波して、この透過光と参照光を合波するようにすればよく、上記実施形態におけるその他の構成や方法はそのまま適用可能である。

本発明の第１の実施形態にかかる光断層画像化装置の概略構成図 光源ユニットの波長掃引の様子を示す図 ダイクロイックミラーの波長反射特性を示す図 図１の干渉光検出手段において検出される干渉光の波長帯域を示す図 断層画像処理手段の変形例を示す図 図１の干渉光検出手段において検出される干渉光の一例を示すグラフ 図１の干渉光検出手段において検出される干渉光を周波数解析したときの各深さ位置の反射強度を示す図 図１の断層画像処理手段において複数の反射強度から断層画像の生成に用いる反射強度を生成する様子を示す図 本発明の第２の実施形態にかかる光断層画像化装置の概略構成図 本発明の第３の実施形態にかかる光断層画像化装置の概略構成図 図１０の光源ユニットの波長掃引の様子を示す図 図１０のダイクロイックミラーの波長反射特性を示す図 図１０の干渉光検出手段において検出される干渉光の波長帯域を示す図 本発明の第４の実施形態にかかる光断層画像化装置の概略構成図 光源ユニットの変形例における波長掃引の様子を示す図

符号の説明

１００、２００、３００、４００ 光断層画像化装置
２、５、２０１ 合波手段
３ 分波手段
４、２０２ 光サーキュレータ
６、２０４ 光路長調整手段
１０ 光源ユニット
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 光源
２０ プローブ
３０、３０２ 波長分割手段
４０ａ、４０ｂ、４０ｂ、４０ｃ 干渉光検出手段
５０、５５ 断層画像処理手段
６０ 表示装置
４０1ａ、４０１ｂ 周波数対時間特性検出手段
ＩＳａ、ＩＳｂ 干渉信号
Ｌａ、Ｌｂ 光
Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ 測定光
Ｌ２ａ、Ｌ２ｂ 参照光
Ｌ３ａ、Ｌ３ｂ 反射光
Ｌ４ａ、Ｌ４ｂ 干渉光
Ｓ 測定対象
ｒａ、ｒｂ 中間反射強度
Δλａ、Δλｂ 波長帯域

Claims (4)

1. 第１の波長帯域内で波長が繰り返し掃引される第１の光を射出する第１の光源と、前記第１の波長帯域と波長帯域が異なる第２の波長帯域内で波長が繰り返し掃引される第２の光を射出する第２の光源とを有し、前記第１の光の掃引の一部と第２の光の掃引の一部とが同時に行なわれる光源ユニットと、
   前記第１の光および第２の光をそれぞれ第１および第２の測定光と第１および第２の参照光とに分割する光分割手段と、
   該分割手段により分割された前記第１および第２の測定光が測定対象に照射されたときの該測定対象からの反射光である第１および第２の反射光と前記第１および第２の参照光とをそれぞれ合波する合波手段と、
   該合波手段により前記第１の反射光と前記第１の参照光とが合波されたときに生ずる第１の干渉光と前記合波手段により前記第２の反射光と前記第２の参照光とが合波されたときに生ずる第２の干渉光とを、少なくとも前記第１の波長帯域の一部および前記第２の波長帯域の一部を含む第３の波長帯域と、該第３の波長帯域より短波長側へずれた第４の波長帯域と、前記第３の波長帯域より長波長側へずれた第５の波長帯域とに分割する波長分割手段と、
   前記第３の波長帯域内の干渉光を第１の干渉信号として検出する第１の干渉光検出手段と、前記第４の波長帯域内の干渉光を第２の干渉信号として検出する第２の干渉光検出手段と、前記第５の波長帯域内の干渉光を第３の干渉信号として検出する第３の干渉光検出手段と、
   前記第１、第２および第３の干渉光検出手段により検出された前記第１、第２および第３の干渉信号を用いて前記測定対象の断層画像を生成する断層画像処理手段とを備えた事を特徴とする光断層画像化装置。
2. 前記第１の光および第２の光の周波数対時間特性を検出し、前記断層画像処理手段に出力する周波数対時間特性検出手段を備え、
   前記該断層画像処理手段は、前記周波数対時間特性検出手段により検出された前記第１の光および第２の光の周波数対時間特性を用いて前記断層画像を生成するものであることを特徴とする請求項１記載の光断層画像化装置。
3. 前記第１の波長帯域および前記第２の波長帯域は、長波長側または短波長側の端部に、波長帯域が重複する重複波長帯域を有するものであり、
   前記第３の波長帯域が前記重複波長帯域の全てを含むものであり、
   前記第１の光源および前記第２の光源の一方から前記第３の波長帯域内の波長の光が射出されている間は、該第３の波長帯域内の波長の光は前記一方の光源のみから射出されることを特徴とする請求項２記載の光断層画像化装置。
4. 前記波長分割手段が、２つのダイクロイックミラーから構成されていることを特徴とする請求項２または３記載の光断層画像化装置。

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