JP4963708B2

JP4963708B2 - オプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置

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Publication number: JP4963708B2
Application number: JP2008554923A
Authority: JP
Inventors: 康二大林; 公也清水
Original assignee: Kitasato Institute
Current assignee: Kitasato Institute
Priority date: 2007-01-22
Filing date: 2007-01-22
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2027-01-22
Also published as: WO2008090599A1; US20090279098A1; EP2107360A4; JPWO2008090599A1; US7940398B2; EP2107360A1

Description

本発明は、オプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置に関し、特に、光ディマルチプレクサを利用した、高速（ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ）で且つ測定範囲（ａｄｅｐｔｈｒａｎｇｅ）が広いオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置に関する。

（１）ＯＣＴの現状
オプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー（ＯｐｔｉｃａｌＣｏｈｅｒｅｎｃｅＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ；ＯＣＴ）は、光の干渉現象を利用した高分解能光断層撮影技術である。この技術は光の干渉現象を利用するものであり、従って光の波長に近い高分解能（１０μｍ程度）を容易に実現することができる。また、断層像撮影のためのプローブが光なので、Ｘ線ＣＴ（ＣｏｍｐｕｔｅｄＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ）のようにＸ線被爆が問題になることはない。この高分解能且つ無侵襲という特徴を活かして、眼底や前眼部を顕微鏡レベルの高分解能で観察する診断装置がＯＣＴによって実現されている。

ＯＣＴには、実用化済みのＴＤ−ＯＣＴと、研究開発段階のＳＤ−ＯＣＴ及びＯＦＤＲ−ＯＣＴの３方式がある。ＴＤ−ＯＣＴとは、タイム・ドメイン（ＴｉｍｅＤｏｍａｉｎ）方式のことであり、最初に開発された方式である。ＳＤ−ＯＣＴは、スペクトル・ドメイン（Ｓｐｅｃｔｒａｌｄｏｍａｉｎ）方式のことであり、比較的古くから研究されている（特許文献１）。ＯＦＤＲ−ＯＣＴは、オプティカル・フリーケンシ・ドメイン・リフレクトメトリ（Ｏｐｔｉｃａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）のことであり、最近開発されたものである（特許文献２；非特許文献２、３）。

ところで、人体組織は、例えば、眼の瞬き、血管の脈動、呼吸運動等常に動いており静止することはない。従って、生体の断層像を撮影するＯＣＴにとって、リアルタイムで断層像を表示する動画撮影は重要である。

ＴＤ−ＯＣＴは装置構成が簡単ではあるが、測定速度の高速化に限界があり、断層像の動画撮影には適していない。これに対して、ＳＤ−ＯＣＴ及びＯＦＤＲ−ＯＣＴは高速測定が可能であり、断層像の動画撮影に適している。また、ＳＤ−ＯＣＴ及びＯＦＤＲ−ＯＣＴには、ＴＤ−ＯＣＴに比べ感度（ノイズパワーに等しい信号パワーを形成する反射率）が数十〜数千倍高いという利点もある。このため、ＴＤ−ＯＣＴに比べ、ＳＤ−ＯＣＴ及びＯＦＤＲ−ＯＣＴは測定範囲（測定可能な深さ）が広い。この様な高速性と高感度が注目され、近年ＳＤ−ＯＣＴ及びＯＦＤＲ−ＯＣＴの実用化に向けた研究が活発に行われている。

ＳＤ−ＯＣＴは、スーパー・ルミネッセント・ダイオード（ＳｕｐｅｒＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔＤｉｏｄｅ；ＳＬＤ）のような広帯域光源を光源として用いる（非特許文献１）。断層像を構築するためには、この広帯域光源の出力光を分割し、分割した第１の出力光（測定光）を測定対象に照射し測定対象が反射（又は後方散乱、以下単に「反射」と言う）した光を捕捉して、分割した第２の出力光（参照光）と結合させる。次に、この干渉光を分光器で分光して、干渉光の強度を波長毎に計測する。

この波長毎の干渉強度を波数（＝２π／波長）に対してフーリエ変換しその絶対値の二乗を算出することによって、測定光が測定対象によって反射された（深さ方向の）位置とその反射光の強度を算出する。

測定対象の表面上の直線に沿った多数の測定点で、この反射光の強度分布（以下、「反射率分布」と呼ぶ）を繰り返し測定し、その結果に基づき断層像を構築する。

これに対してＯＦＤＲ−ＯＣＴは、分光器で干渉光を分光する代わりに、光源に狭帯域の可変波長光発生装置を用いその出力光の波数を走査して得られる干渉光の強度を、波数毎に計測して断層像を構築する。この方式は本発明者によって発明されたものである。この方式では可変波長光発生装置に、出力光の波数が階段状（離散的）に変化する半導体可変波長レーザが用いられる（非特許文献２）。

その後、スウェプト光源（ＳｗｅｐｔＳｏｒｃｅ）と呼ばれる可変波長レーザを用いたＯＦＤＲ−ＯＣＴが報告された（非特許文献３）。スウェプト光源は、ファイバー・リング・レーザの一種であり装置構成が簡単でることが特徴である。また、スウェプト光源は出力光の波数が連続的に変化する点で本発明者等が用いた半導体可変波長レーザとは異なるが、両方式に本質的な相違はない。

ＳＤ−ＯＣＴおよびＯＦＤＲ−ＯＣＴは、干渉光の強度を波数に対してフーリエ変換する点で共通する。従って、両者を含めた技術を、ＦＤ−ＯＣＴ（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｏｍａｉｎＯＣＴ）と呼ぶことがある。

尚、ＯＣＴは、誕生間もない技術ある。このため、上述した３種類のＯＣＴの名称は、一般化されていない。このため使用される名称は文献によって区々であるので、これらの文献を参照する場合には注意を要する。
（２）ＳＤ−ＯＣＴ装置の構成（非特許文献１）
次に、ＳＤ−ＯＣＴについて、その装置構成と原理を簡単に説明する。図１３は、ＳＤ−ＯＣＴの装置構成を示している。なお、以下に示す図においては、同一の機能部分には同一の符号を付与して表す。

図１３に示すように、ＳＤ−ＯＣＴは、スーパールミネッセントダイオード（ＳｕｐｅｒＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔＤｉｏｄｅ；ＳＬＤ）のような広帯域（Ｂｒｏａｄｂａｎｄ）光発生装置１を具備している。広帯域光発生装置１の光出力口は、オプティカルサーキュレータ（０ｐｔｉｃａｌｃｉｒｃｕｌａｔｏｒ）２の光入力口２１に光学的に接続されている。尚、図１３では、各光学部材の光学的接続は実線で示された光ファイバによって行われている（以下、「光学的に接続」と記した場合には、光ファイバによって光学部材を接続することを意味する。）。

オプティカルサーキュレータ２の光出力口兼光入力口２２は、光を二分割（例えば１０：９０）する方向性結合器からなる光分岐器兼光結合器３の第１の光出力口兼光入力口３１に接続されている。

光分岐器兼光結合器３の第２の光出力口兼光入力口３２（分割割合９０％側）は、測定対象５に測定光を照射する共に測定対象５によって反射された信号光を捕捉する光照射兼光捕捉ユニット６に接続されている。

尚、測定光とは、カプラ２で分割された広帯域光発生装置１の出力光のうち、測定対象５に照射されるものを言う。また、光分岐器兼光結合器３で分割された広帯域光発生装置１の出力光の他方（１０％側）は、参照光と呼ばれる。測定光が測定対象５によって反射され、再度、光照射兼光捕捉ユニット６に補足された光は信号光と呼ばれる。

光照射兼光捕捉ユニット６は、カプラ２によって分割された測定光を平行ビームに整形するコリメートレンズ７と、この平行ビームを測定対象５に集光するフォーカシングレンズ８と、測定光を偏向することによって測定対象５の表面で測定光を直線状に走査するガルバノミラー９とによって構成されている。

光分岐器兼光結合器３の第３の光出力口兼光入力口３３（分割割合１０％側）は、光ファイバの端部１０から出力された参照光を光ファイバの端部１０と参照ミラー４の間で往復させて遅延させる光遅延器１１に、光学的に接続されている。参照ミラー４は、前後に移動可能な支持体に担持され、参照光路（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅａｒｍ）１２と試料光路（ｓａｍｐｌｅａｒｍ）１３の光路長が略等しくなるようにその位置が調整されている。

オプティカルサーキュレータ２の光出力口２３は、分光器１４に光入力口４１に光学的に接続されている。分光器１４の内部では、回折格子１５（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｇｒａｔｉｎｇ；ＤＧ）が入射光を分散（ｄｉｓｐｅｒｓｅ）する。回折格子１５によって分散された入射光は、アクロマチック・ダブレット・レンズ（ａｃｈｒｏｍａｔｉｃｄｏｕｂｌｅｔｌｅｎｓ）１６によって、ＩｎＧａＡｓＣＣＤアレイ・スキャン・カメラ１７上に結像（ｉｍａｇｅ）される。

ＩｎＧａＡｓＣＣＤアレイ・スキャン・カメラ１７上の出力は、アナログデジタル変換機からなるデータ・アクイジッション・ボード１８（ＤａｔａＡｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎＢｏａｒｄ）を介して、演算制御装置１９に電気的に接続されている。演算制御装置１９の出力部は、演算結果を表示するモニタやプリンタ等の表示装置（図示せず）の入力部に電気的に接続されている。この演算制御装置１９は、入力された情報に基づいて前記広帯域光発生装置１及び光照射兼光捕捉ユニット６のガルバノミラー９を制御する。

断層像の構築は、以下のように行う。

広帯域光発生装置１の出力光は、光分岐器兼光結合器３と参照光路１２および試料光路１３からなるマイケルソン干渉計（Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）に入射し、測定対象５によって反射された信号光と参照ミラー４によって反射された参照光が光分岐器兼光結合器３で干渉する。干渉光は回折格子１５によって分光され、干渉光のスペクトルがＩｎＧａＡｓＣＣＤアレイ・スキャン・カメラ１７によって電気信号に変換される。この電気信号は、データ・アクイジッション・ボードによって符号化され、演算制御装置１９に入力される。

演算制御装置１９は、入力されたデータに基づいて干渉光のスペクトルを構成する。演算制御装置１９は、構成したスペクトルを波数に対してフーリエ変換して、その絶対値の二乗を算出する。このように得られたフーリエ変換の絶対値の二乗は、測定光が測定対象５によって反射された位置とその反射光の強度の関数になる。

すなわち、測定対象に関する反射率（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）の深さ方向分布（正確には、測定光の照射方向に対する反射率の分布）が得られる。この測定対象に関する反射率の深さ方向の分布を取得する測定はＡ走査と呼ばれている。

次に、演算制御装置１９は、ガルバノミラー９に指令を出して測定光の照射位置を測定対象５の表面で直線に沿って少しずつ移動させ、上記反射率分布の測定（Ａ走査）を繰り返す。最後に、得られた反射率分布を束ねて測定対象５の断層像を構築する。
（３）ＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置の構成（非特許文献２）
次に、ＯＦＤＲ−ＯＣＴについて、その装置構成と原理を簡単に説明する。

図１４は、ＯＦＤＲ−ＯＣＴの装置構成を示している。

図１４に示すように、ＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置は、超周期構造回折格子分布反射型半導体レーザ（ＳＳＧ−ＤＢＲレーザ）光発生装置（非特許文献８）のような、波長を変化させながら光を出力できる可変波長光発生装置５１の光出力口を具備する。可変波長光発生装置５１の光出力口は、光を二分割（例えば１０：９０）する方向性結合器からなる第１のカプラ５２（光分岐器）の光入力口に光学的に接続されている。

ところで、方向性結合器からなるカプラは、光分岐器およぶ光結合器の何れとしても機能する。図１１に示したＳＤ−ＯＣＴ装置では、方向性結合器に、光分岐器およぶ光結合器として機能を同時に担わせている。しかし、図１４に示したＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置では、方向性結合器からなるカプラに光分岐器およぶ光結合器の何れか一方の機能しか担わせていない。従って、図１４に示したＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置では、カプラ５２，５４に光入力口及び光出力口を定義することができる。

第１のカプラ５２の第１の光出力口（分割割合９０％側）は、第１のオプティカルサーキュレータ５３の光入力口２１に光学的に接続されている。オプティカルサーキュレータ５３の光出力口兼光入力口２２は、測定対象５に測定光を照射する共に測定対象５によって反射された信号光を捕捉する光照射兼光捕捉ユニット６に接続されている。オプティカルサーキュレータ５３の光出力口２３は、方向性結合器（分割比５０：５０）からなる第２のカプラ５４（光結合器）の第１の光入力口に接続されている。

尚、測定光とは、第１のカプラ５２で分割された可変波長光発生装置５１の出力光のうち、測定対象５に照射されるものを言う。また、第１のカプラ５２で分割された可変波長光発生装置５１の出力光の他方は、参照光と呼ばれる。測定光が測定対象５によって反射され、再度干渉計（第１および第２のカプラ５２，５４と第１および第２のサーキュレータ５３，５５からなるマッハ・ツェンダー干渉計）に入射した光は信号光と呼ばれる。

光照射兼光捕捉ユニット６は、オプティカルサーキュレータ５３の光出力口兼光入力口から出力された測定光を平行ビームに整形するコリメートレンズ７と、この平行ビームを測定対象５に集光するフォーカシングレンズ８と、測定光を偏向することによって測定対象５の表面で測定光を直線状に走査するガルバノミラー９とを備えている。

第１のカプラ５２の第２の（分割割合１０％側）の光出力口は、オプティカルサーキュレータ５５の光入力口２１に光学的に接続されている。第１のオプティカルサーキュレータ５５の光出力口兼光入力口２２は、光ファイバの端部から出力された参照光を光ファイバの端部と参照ミラー４の間で往復させて遅延させる光遅延器１１に、光学的に接続されている。参照ミラー４は、前後に移動可能な支持体に担持され、参照光路１７と試料光路１８の光路長が略等しくなるようにその位置が調整されている。

オプティカルサーキュレータ５５の光出力口２３は、方向性結合器（分割比５０：５０）からなる第２のカプラ５４の第２の光入力口に光学的に接続されている。第２のカプラ５４の第１及び第２の光出力口は、量子効率が同一の第１及び第２の光検出器６０，６１に光学的に接続されている。第１及び第２の光検出器６０，６１の出力は、差動増幅器６２に電気的に接続されている。

差動増幅器６２の出力部は、反射率分布（ＲｅｆｌｅｃｔｉｖｉｔｙＰｒｏｆｉｌｅ）即ち、反射率分布を合成する演算制御装置１９の入力部に図示しないアナログデジタル変換機を介して電気的に接続されている。演算制御装置１９の出力部は、演算結果を表示するモニタやプリンタ等の表示装置（図示せず）の入力部に電気的に接続されている。この演算制御装置１９は、入力された情報に基づいて前記可変波長光発生装置５１及び第１の光照射兼光捕捉ユニット６のガルバノミラー９を制御する。

断層像の構築は、以下のように行う。

可変波長光発生装置５１から、レーザ光すなわち狭帯域光の波数（＝２π／波長）を極狭い波数間隔(wavenumbetr spacing)で連続的に切替ながら出力する。可変波長光発生装置５１の出力光は、第１および第２のカプラ５２，５４と第１および第２のサーキュレータ５３，５５からなる干渉計（マッハ・ツェンダー干渉計）に入射し、測定対象５によって反射された信号光と参照ミラー４によって反射された参照光が第２のカプラ５４で干渉する。干渉光の強度は第１及び第２の光検出器６０，６１で検出され、干渉光に含まれる直流成分（参照光強度と信号光強度の和に比例）が差動増幅器６２によって除去され干渉成分（以下、「干渉光強度」の振幅と呼ぶ）のみが演算制御装置１９に入力される。演算制御装置１９は、可変波長光発生装置５１の出力するレーザ光の波数と、前記レーザ光に対する差動増幅器６２の出力（以下、信号強度と呼ぶ）を全ての波数に対して記録する。

可変波長光発生装置５１の波数走査が終わると、演算制御装置１９は記録した信号強度を波数に対してフーリエ変換し、その絶対値の二乗を算出する。このようにして得られた結果は、測定光が測定対象５によって反射された位置とその反射光の強度の関数になる。すなわち、測定対象に関する反射率の深さ方向分布（正確には、測定光の照射方向に対する反射率の分布）が得られる。

尚、波数走査とは、可変波長光発生装置が、その可変波長領域の一端から他端に向かって、出力光の波数を（時間に対して）変化させて行くことを言う。波数の変化は、連続的であっても階段状（離散的）であっても良い。

次に、演算制御装置１９は、測定光の照射位置を測定対象５の表面で直線に沿って少しずつ移動させ、反射率分布の測定（Ａ走査）を繰り返す。最後に、得られた反射率分布を束ねて測定対象５の断層像を構築する。測定光の照射位置の移動は、光照射兼光捕捉ユニット６が、演算制御装置１９の指令に基づいて行う（非特許文献１）。
特開２００６−１８４２８４特開２００６−２０１０８７ S.H.Yun,G.J.Tearney,B.E.Bouma,B.H.Park, and J.F.de Boer, OPTICS EXPRESS, Vol.11,p.3598-3604, 2003. T.Amano, H.Hiro-oka,D.Choi, H.Furukawa, F.Kano, M.Takeda, M.Nakanishi, K.Shimizu, andK.Ohbayashi,APPLIED OPTICS, Vol.44, p.808-816, 2004. S.H.Yun,G.J.Tearney, J.F.de Boer, N.Iftimia ,and B.E.Bouma, OPTICS EXPRESS, Vol.11,p.2953-2963, 2003. R. Huber, K. Taira,M. Wojtkowski, and J. G. Fujimoto, Proc. of SPIE Vol. 6079, pp.60790U-1 60790U-6(2006). K. Okamoto "Fundamentalsof Optical Waveguides" Academic Press, Amsterdam (2006) pp.417‐534. K. Aoyama and J.Minowa,Applied Optics, Vol.18, pp.2834-2836, 1979. D. D. Do, N. Kim, T.Y. Han, J. W. An, and K. Y. Lee, Applied Optics, Vol.45, pp.8714-8721, 2006. 吉國裕三，「波長可変レーザーの開発動向とそのシステム応用への期待」，応用物理，応用物理学会，２００２年，第７１巻，第１１号，ｐ．１３６２−１３６６．

上述したように、ＳＤ−ＯＣＴやＯＦＤＲ−ＯＣＴ（すなわち、ＦＤ−ＯＣＴ）は、高速且つ高感度という優れた特性を有している。しかし、より多くの生体部位について、高度な診断を実現するためには、従来のＦＤ−ＯＣＴの性能では不十分である。

生体組織は鼓動等の種々の要因で常に動いている。従って、断層像の動画撮影が可能になれば、ＯＣＴ診断の適用対象を、動きの激しい生体部位に拡大することも可能である。すなわち、断層像の動画撮影が可能になれば、より多くの生体部位についての診断が可能になる。

一方、人体組織に関する多くの情報を収集して高度な診断しようとすると、三次元像が必要になる。

従って、動きの激しい組織も含めた多くの生体部位にいて、ＯＣＴによる高度な診断を実現するためには三次元像の動画撮影が必要である。

ＦＤ−ＯＣＴの断層像撮影速度は、ＴＤ−ＯＣＴに比べ格段に速い。従ってＦＤ−ＯＣＴの撮影速度は、断層像（二次元像）の動画撮影を行うためには十分である。しかし、三次元像の動画撮影を行うためには不十分である。もし、三次元像の動画撮影を可能としようとするならば、ＦＤ−ＯＣＴの測定速度を、２桁程度向上させる必要がある。しかし、この様な測定速度の向上を従来のＦＤ−ＯＣＴで実現することは不可能と思われる。

そこで、本発明の第１の目的は、従来のＦＤ−ＯＣＴより測定速度が二桁以上大きい、新たなＯＣＴ技術を提供することである。

一方、高感度という特性により、ＦＤ−ＯＣＴは、より深くまで人体組織を観察することを可能とした。しかし、それでも測定範囲（測定可能な範囲）は、測定対象の表面から高々２〜３ｍｍである。この程度の測定範囲では、診断対象が極薄い組織からなる生体部位（例えば、網膜）に限られてしまう。

すなわち、ＯＣＴの適用対象を拡大するためには、測定速度だけでなく、測定範囲をより深くすることも重要である。そこで、本発明の第２の目的は、測定範囲が従来のＦＤ−ＯＣＴより深い、新たなＯＣＴ技術を提供することである。

すなわち、本発明の目的は、従来のＦＤ−ＯＣＴより測定速度が二桁以上大きく、且つ従来のＦＤ−ＯＣＴより測定範囲が深い、新たなＯＣＴ技術を提供することである。

以下、上記第１および第２の課題について詳しく説明する。
（１）ＦＤ−ＯＣＴの測定速度の向上（第１の目的）
まず、ＯＣＴの測定速度の向上の必要性と、ＦＤ−ＯＣＴの測定速度を制限している要因について説明する。

（ｉ）測定速度向上の必要性
１秒間にＡ走査（Ａ−ｌｉｎｅｓｃａｎ）を返す回数を、Ａ走査率（Ａ−ｌｉｎｅｓｃａｎｒａｔｅ；ｆ_Ａ）と呼ぶ。ＯＣＴの測定速度は、このＡ走査率（ｆ_Ａ）によって評価される。

眼の固視微動や内臓の蠕動、心臓の鼓動などの生体器官の動きの影響を受けずに鮮明な断層像を撮影するためには、数〜数十ｋＨｚ以上のＡ走査率が必要である。

例えば、固視微動の影響を受けないで眼の断層像を撮影するためには、数ｋＨｚ以上のＡ走査率が必要である。一方、鼓動の影響を受けないで心臓や血管の断層像を撮影するためには、数十ｋＨｚ以上のＡ走査率が必要である。

ところで、ＳＤ−ＯＣＴのＡ走査率としては、２０〜３０ｋＨｚという周波数が報告されている（非特許文献１）。このようなＡ走査率は、断層像（二次元像）の動画撮影には十分である。

さて、三次元像を構築するためには、断層像（二次元像）の撮影位置を（断層像に）垂直な方向に少しずつ移動させながら、数百枚の断層像を撮影する必要がある。従って、三次元像の動画を構築のためには、断層像（二次元像）の動画撮影の場合に比べ、Ａ走査率が１００倍以上高くなければならない。

実際に断層像の撮影で実行されたＡ走査におけるＡ走査率の最高値は、スウェプト光源を用いたＯＦＤＲ−ＯＣＴで実行された５８ｋＨｚである（非特許文献４）。このＡ走査率で、三次元像の動画撮影が可能か検討してみる。

尚、スウェプト光源における波数の繰り返し周波数としては、２９０ｋＨｚという高周波数も報告されている。しかし、断層像の撮影に成功している繰り返し周波数すなわちＡ走査率の最高値は５８ｋＨｚである（非特許文献４）。

三次元像の撮影には、まず、測定対象表面の直線上で２５６回のＡ走査を繰り返し、一枚の断層画像（フレーム）を撮影するものとする。次に、撮影位置を上記直線に垂直な方向に僅かずつ移動させながら、断層像の撮影を２５６回繰り返す。最後に、得られた断層像（二次元像）を並べて三次元像を構築するものとする。

この場合、三次元像を構築するために必要なデータをすべて取得するためには、１．１３秒（＝１／５８，０００Ｈｚ×２５６×２５６）の撮影時間が必要である。

僅かこれだけの時間であっても、生体器官にとっては停止困難である。このため、三次元像を構築するために必要なデータを取得している間に、撮影対象の生体部位が動してしまう。この結果、撮影した一つ一つのフレームを垂直方向に並べて三次元像を構築しても、フレーム間にズレが生じ、著しく歪んだ三次元像が生成されてしまう。

生体器官の動きの影響を受けずに三次元像を撮影するためには、三次元像の撮影時間が、従来のＦＤ−ＯＣＴで行われている二次元像の撮影時間と同程度である必要がある。すなわち、測定速度が三次元像の構築に必要なフレームの数の倍数だけ、従来のＦＤ−ＯＣＴの測定速度より大きくなければならない。

したがって、三次元像を撮影するためには、測定速度を従来のＦＤ−ＯＣＴより数百倍（上記例では、２５６倍）高くする必要がある。

（ｉｉ）測定速度を制限している要因
ＳＤ−ＯＣＴにおけるＡ走査では、まず、光分岐器兼光結合器３で生成された干渉光が分光され、多数の検出器ピクセル（光の検出エレメント）を持つ１次元ラインセンサー（図１３のＩｎＧａＡｓＣＣＤアレイ・スキャン・カメラ１７）に連続スペクトルとして投影される。１次元ラインセンサーの各検出器ピクセル（Ｄｅｔｅｃｔｏｒｐｉｘｅｌ；以後、「ピクセル」と呼ぶ）は夫々のＩｎＧａＡｓ光検出器が発生した電荷を一定期間積蓄積し、その後各検出器ピクセルに蓄積された電荷をＣＣＤで順次読み出す。この電荷の蓄積と読み出しにかかる時間が、ＳＤ−ＯＣＴの測定速度を律速している。

すなわち、ＳＤ−ＯＣＴの測定速度は、ＩｎＧａＡｓＣＣＤアレイ・スキャン・カメラ１７の動作速度によって律速されている。しかし、ＩｎＧａＡｓＣＣＤアレイ・スキャン・カメラ１７の動作速度が、今後飛躍的に向上するとは考え難い。従って、これ以上のＡ走査率の向上は困難と思われる。

一方、ＯＦＤＲ−ＯＣＴのＡ走査率は、可変波長光発生装置が出力光の波数を走査する速度によって律速されている。ＯＦＤＲ−ＯＣＴのＡ走査率として従来報告されている周波数で最も高い値は、５８ｋＨｚである。この周波数は、可変波長光発生装置を構成する可変波長フィルタの動作速度によって律速されている。しかし、可変波長フィルタの動作速度が、飛躍的に向上するとは考え難い。従って、ＯＦＤＲ−ＯＣＴに於いても、これ以上のＡ走査率の向上は困難と思われる。

このように、従来のＦＤ−ＯＣＴ（ＳＤ−ＯＣＴおよびＯＦＤＲ−ＯＣＴ）の測定速度は、数十Ｈｚが限界と考えられる。従って、従来のＦＤ−ＯＣＴによって、生体組織の三次元断層像を動画撮影することは困難と考えられる。

（２）ＦＤ−ＯＣＴの測定範囲の拡大（第２の目的）
次に、ＯＣＴの測定範囲向上の必要性と、ＦＤ−ＯＣＴの測定範囲を制限している要因について説明する。

（ｉ）測定範囲拡大の必要性
ＦＤ−ＯＣＴの測定範囲は、ＳＤ−ＯＣＴで２．０ｍｍ程度あり、ＯＦＤＲ−ＯＣＴでも２．５ｍｍ程度である（非特許文献１および３）。網膜の測定には、この程度の測定範囲でも十分である。しかし、この程度の測定範囲では、表面が複雑に立起伏している内臓の断層像を撮影することは困難である。内臓の断層像を撮影するためには、最低でも５ｍｍ程度の測定範囲が必要である。

従って、ＯＣＴの適用範囲を網膜以外の診断にも拡大するためには、測定速度だけでなく、測定範囲（すなわち、測定可能な範囲）をより深くすることも必要である。

しかし、ＯＦＤＲ−ＯＣＴには、以下に説明するとおり、測定位置が深くなるに従って信号強度が小さくなり、ついには信号が雑音に埋もれてしまう問題がある。このため、測定範囲は２〜３ｍｍに限られてしまう。

すなわち、ＯＣＴの診断対象となる生体部位を増やすためには、２〜３ｍｍというＦＤ−ＯＣＴの測定範囲を更に拡大することが必要である。

（ｉｉ）ＳＤ−ＯＣＴの測定範囲を制限している要因
測定範囲が制限される理由は、ＳＤ−ＯＣＴとＯＦＤＲ−ＯＣＴでは異なっている。そこで、まずＳＤ−ＯＣＴについて、深い位置で信号強度が小さくなる理由について説明する。

説明を簡単にするため、測定対象は単一のミラーで構成されているものとする。この場合、光の反射面は一つであり、ＯＣＴ信号は深さ方向に沿った座標ｚ（原点は、参照光路と試料光路の光路長が一致する点）に対して単一のピークを持った関数となる。

この単一ピークに対するＯＣＴ信号（即ち、反射率）の相対強度Ｒ（ｚ_０）は、ミラーの位置ｚ_０に対して次式で表される（非特許文献１）。但し、Ｒ（ｚ_０）は相対強度である。

ここで、

である。

ここで、ｚ_ＲＤは、測定原理に起因する測定範囲の上限すなわち最大測定範囲（ｍａｘｉｍａｕｍｒａｎｇｉｎｇｄｅｐｔｈ）である。ｚ_ＲＤは、式（３）に示されるように、アレイ・スキャン・カメラの各ピクセルが受光する光の波数ｋ（＝２π／λ、λは波長）の間隔Δｋ（正確には、中心波数の間隔）によって決まる。

一方δｋは、コリメートレンズと回折格子１５とアクロマチック・ダブレット・レンズ１６によって構成される分光ユニットの分解能（ＦＷＨＭ）である。

なお、アレイ・スキャン・カメラのピクセル間隔又は分光ユニットの分解能が波長間隔Δλおよび波長分解能δλで表されている場合には、Δｋおよびδｋに換算してから、式（１）に代入する必要がある。

式（１）の右辺を二つの項に分ける。次式は、式（１）の右辺の前半部分である。
この関数は、ｚ_０が０〜ｚ_ＲＤの間で、単調に減少する関数である。

最大測定範囲（ｚ_ＲＤ）における式（５）の値は、０．４１（−３．９ｄＢ）である。

すなわち、ＯＣＴ信号の相対値Ｒ（ｚ_０）は、式（５）の寄与によって最大測定範囲（ｚ_ＲＤ）において−３．９ｄＢ減少する。この減少は、ｚが増加すると、回折格子１５によって１次元ラインセンサー上に形成される縞模様（ｆｒｉｎｇｅ）が小さな周期で振動するようになることに起因する。

アレイ・スキャン・カメラの１次元ラインセンサー上に照射される干渉光の光強度密度Ｉ^＊ _ｃ（ｋ）は、以下のように表すことができる。

但し、Ｉ^＊ _ｃ（ｋ）は干渉光の単位波数当たりの光強度（以下、「光強度密度」と呼ぶ）である。

また、Ｉ^＊ _ｒは参照信号の光強度密度、Ｉ^＊ _ｏは測定光の光強度密度、Ｉ^＊ _ｓは信号光の光強度密度である。ここで、Ｉ^＊ _ｃ、Ｉ^＊ _ｏ、及びＩ^＊ _ｓは、波数ｋに依らず一定と仮定する。

ｋは光の波数である。ｚ_０はミラーの位置座標ｚである。また、ｒはミラーの反射率である。

φは、ＯＣＴ装置を構成する干渉計の構造によって決まる、ｚ＝０における位相（一定値）である。φの値は以後の説明に影響を与えないので、簡単のため以後φ＝０とする。

式（６）から明らかなように、干渉光の光強度Ｉ^＊ _ｃ（ｋ）の振動周期（＝π／ｚ_０）は、ｚ_０が大きくなに従って短くなる。このためｚ_０が大きくなると、１次元ラインセンサー上のピクセル幅に干渉光の振動周期が近づいてしまう。この場合、干渉信号強度Ｉ^＊ _ｃ（ｋ）の振幅は、ピクセルによって平均化されてしまう。このため、ｚ_０が大きい場合、アレイ・スキャン・カメラが出力する信号の振幅は小さくなる。従って、式（６）をフーリエ変換して得られるＯＣＴ信号も小さくなる。
一方、式（１）の右辺の後半部分は、次式で表される。

この式は、分光ユニットの分解能がピクセル間の波数間隔に近づくことによって、干渉光Ｉ^＊ _ｃ（ｋ）の振幅が減少する影響を表したものである。

式（７）も、式（６）と同様、ｚの増加につれて単調に減少する関数である。従って、この関数も最大測定範囲（ｚ＝ｚ_ＲＤ）で最小になる。

最大測定範囲（ｚ＝ｚ_ＲＤ）ではζは一定（π／２）なので、最大測定範囲ｚ_ＲＤにおける上記関数の値はｗ（＝δｋ／Δｋ）によって決まる。

ところで、ＳＤ−ＯＣＴで使用される分光ユニットの分解能δλとしては、０．１０４ｎｍ（但し、λ＝１３２０ｎｍ）が報告されている（非特許文献１）。一方、ピクセルの波長間隔Δλとしては、０．２０８ｎｍが報告されている。従って、分光ユニットの分解能δλ（０．１０４ｎｍ）は、ピクセルの波長間隔Δλ（０．２０８ｎｍ）より小さい。一方、最大測定範囲は、式（３）から導かれるとおり２．０８ｍｍである。

この場合、最大測定範囲（２．０８ｍｍ）おける式（７）の値は、０．６４（−１．９ｄＢ）である。

従って、最大測定範囲（２．０８ｍｍ）における相対ピーク強度Ｒ（ｚ_０）の値は０．２６（＝０．４１×０．６４；−５．９ｄＢ）である。この程度の信号強度の減少は、測定範囲に著しい減少をもたらすことはない。

しかし、最大測定範囲を広げようとして、波長間隔を狭くすると様相は一変する。

例えば、最大測定範囲を７．５ｍｍとしようとすると、ピクセルの波長間隔は０．０５８ｎｍ（光周波数換算では１０ＧＨｚ）にする必要がある。

この場合、ピクセルの波長間隔は、分光ユニット（０．１０４ｎｍ）の分解能より小さくなってしまう。このため、最大測定範囲における相対ピーク強度Ｒ（ｚ_０）は０．００１４（−２８．７ｄＢ）になってしまう。このような状態では、ＯＣＴ信号がノイズに埋もれて観測不能となる。

このように測定範囲を広げようとしてピクセル間の波長間隔を狭くしていくと、ピクセル間の波長間隔が分光ユニットの分解能より小さくなってしまう。このような場合において、ミラーが深い位置に存在すると、干渉信号の振動周期が短くなり、その結果干渉信号の振動周期が分光ユニットの分解能以下になる。その結果、アレイ・スキャン・カメラから出力される信号の振幅は小さくなり、その結果ＯＣＴ信号も小さくなる。

このためＯＣＴ信号がノイズレベル以下になり、測定範囲が最大測定範囲より狭くなってしまう。

（ｉｉｉ）ＯＦＤＲ−ＯＣＴの測定範囲を制限している要因
（ａ）ＳＳ−ＯＣＴ
まず、スウェプト光源を用いたＯＦＤＲ−ＯＣＴ（以下、「ＳＳ−ＯＣＴ」と呼ぶ）の測定範囲を制限している要因について説明する。ここでも説明を簡単にするため、測定対象は単一のミラーで構成されているものとする。

光検出器６０，６１が受光する干渉光の光強度Ｉ_ｃ（ｋ）は、以下のように表すことができる（非特許文献３）。

ここで、Γ（ｚ）は、可変波長光発生装置５１の出力する光のコヒーレント関数である。Ｉ_ｒは参照光の強度、Ｉ_ｏは測定光の強度、Ｉ_ｓは信号光の強度である。ｒはミラーの反射率である。ｋは光の波数である。ｚ_０はミラーの位置座標ｚである。

コヒーレント関数Γ（ｚ）は、光電界の自己相関関数である。すなわち、Γ（ｚ）は、光を二等分し、二等分した光の一方を他方より２ｚ（光路長差）だけ余分に走行させた後、二等分した二つの光を再度結合させて得られる干渉光の強度である。ただし、Γ（０）＝１となるように規格化されている。

光が光路を往復する構造の光遅延器（例えば、図１１の６５）を利用してコヒーレント関数Γ（ｚ）を測定した場合には、光が往復する距離（光路長）の半分になる。

ＳＳ−ＯＣＴのＯＣＴ信号は、式（８）を波数ｋに対してフーリエ変換して、その絶対値の二乗を算出することによって得られる。従って、ＳＳ−ＯＣＴのＯＣＴ信号はΓ^２（ｚ_０）に比例する。

コヒーレント関数Γ（ｚ）は、以下のような関数で表せる場合が多い。

ここでｌ_ｃは、この関数の値が１／２になる時のｚの値、すなわち可干渉距離である。

ＳＳ−ＯＣＴで用いられるスウェプト光源の可干渉距離としては、３．２ｍｍが報告されている（非特許文献３）。尚、非特許文献３に記載されている値は、可干渉距離を２倍した値（６．４ｍｍ）である。

このような光源を用いた場合、最大測定範囲７．５ｍｍにおけるコヒーレント関数の値は０．０２２（−１６．５ｄｂ）である。

一方、スウェプト光源が出力する光の波数は連続的に変化する。従って、ＳＤ−ＯＣＴの場合と同様に、干渉光強度の振幅が平均化されること起因するＯＣＴ信号の減少も考慮する必要がある。

この減少によるＯＣＴ信号への影響は、ＳＤ−ＯＣＴの場合と同じく式（５）によって表される。最大測定範囲におけるこの式の値は、０．４１（−３．９ｄｂ）である。

従って、最大測定範囲（７．５ｍｍ）におけるＯＣＴ信号は、ｚ＝０の位置におけるＯＣＴ信号の０．００９倍（−１６．５ｄｂ−３．９ｄＢ＝−２０．５ｄｂ）になる。

このようなＯＣＴ信号の大幅な減少は、ＯＣＴ信号をノイズに埋もれさせ観測を不能にしてしまう。このため、測定範囲は、測定範囲は最大測定範囲より狭くなってしまう。

（ｂ）ＳＳＧ−ＤＢＲレーザを用いたＯＦＤＲ−ＯＣＴ
ＳＳＧ−ＤＢＲレーザの出力するレーザ光の可干渉距離は１０ｍ以上である。従って、可干渉距は、最大測定範囲より十分長い。従って、最大測定範囲におけるＯＣＴ信号が、光源の可干渉距離が短いために、ＯＣＴ信号がノイズレベル以下になるということなない。

しかし、可干渉距離が長すぎるため、ＯＣＴ装置内の色々な場所で発生する反射光が参照光と干渉してノイズを発生してしまう。このノイズ（以下、干渉ノイズと呼ぶ）は、ＯＣＴ信号すなわち反射率分布のノイズレベルを上昇させる。

このため、最大測定範囲におけるＯＣＴ信号の減少が無いにも拘わらず、ＳＳＧ−ＤＢＲレーザを光源とするＯＦＤＲ−ＯＣＴでも測定範囲は狭い。

（第の１発明）
上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面は、オプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置において、所定範囲内に存在する全ての波数で同時に光を出力する広帯域光発生装置と、前記広帯域光発生装置の出力光を、測定光と参照光とに分割する光分岐器と、前記測定光を測定対象に照射すると共に、前記測定光が前記測定対象によって反射又は反射されてなる信号光を捕捉する光照射兼光捕捉ユニットと、前記信号光と前記参照光を結合する光結合器と、前記結合器の出力光を複数の所定の波数区間に分割して同時に出力する光ディマルチプレクサと、前記所定の波数区間毎に設けられた、前記光ディマルチプレクサの出力光の強度を測定する光検出装置の一群と、前記光検出装置の一群の出力に基づいて、前記測定対象における前記測定光の照射方向に対する前記測定光の反射位置又は後方散乱位置と反射強度又は後方散乱強度とを特定する演算制御装置とを有することを特徴とする。

（第２の発明）
上記の目的を達成するために、本発明の第２の側面は、第１の側面において、一の光分岐器兼光結合器３が、前記光分岐器および前記光結合器を兼ねることを特徴とする。

（第３の発明）
上記の目的を達成するために、本発明の第３の側面は、前記結合器の他の出力光を複数の前記所定の波数区間に分割して同時に出力する、前記光ディマルチプレクサと同一構造の他の光ディマルチプレクサと、前記光検出装置に代わる、前記光ディマルチプレクサの出力光の第１の光強度と、前記他の光ディマルチプレクサの出力光の第２の光強度との差を測定する、前記所定の波数区間毎に設けられた光検出装置の一群を有するを特徴とする。

（第４の発明）
上記の目的を達成するために、本発明の第２の側面は、第１の側面において、前記演算制御装置が、前記光検出装置の前記一群の出力に基づいて得られる、前記光結合器が出力する光の強度と前記波数との関係を表す関数を、前記波数に対してフーリエ変換し、その絶対値の二乗を算出することを特徴とする。

（第５の発明）
上記の目的を達成するために、本発明の第２の側面は、第１の側面において、複数の前記所定の波数区間が、同一の波数幅を有し且つ等間隔に分離された複数の波数区間であることを特徴とする。

（第６の発明）
上記の目的を達成するために、本発明の第６の側面は、第１の側面において、前記光検出装置の前記一群が出力する複数のアナログ電気信号を同時に受信し、且つ前記アナログ信号を同時にデジタル信号に変換するマルチチャネル・アナログデジタル変換機を有し、
前記マルチチャネル・アナログデジタル変換機の出力信号に基づいて、前記測定対象における前記測定光の照射方向に対する前記測定光の反射位置又は後方散乱位置と反射強度又は後方散乱強度とを特定する演算制御装置とを有することを特徴とする。

（第７の発明）
上記の目的を達成するために、本発明の第７の側面は、第１乃至６の側面において、
前記信号光を増幅する光増幅器を有することを特徴とする。

（第８の発明）
上記の目的を達成するために、本発明の第８の側面は、第１乃至６の側面において、前記所定の波数区間夫々における波数に対する前記ディマルチプレクサの透過特性スペクトルの半値全幅が、各波数区間の幅より狭く且つ各波数区間の幅の０．２倍より大きいことを特徴とする。

（第９の発明）
上記の目的を達成するために、本発明の第９の側面は、第１乃至６の側面において、
前記広帯域光発生装置の出力光を、夫々の前記所定の波数区間の両端における光強度が、夫々の前記所定の波数区間の中央における光強度より小さくなるように整形して、前記光分岐に出力する光フィルタを有することを特徴とする。

（第１０の発明）
上記の目的を達成するために、本発明の第１０の側面は、第１乃至６の側面において、
前記広帯域光発生装置に代えて、前記所定の波数区間夫々で、夫々の前記所定の波数区間の両端における光強度が夫々の前記所定の波数区間の中央における光強度より小さい光を、同時に、且つ定常的に光を出力するコム光源を有することを特徴とする。

（第１１の発明）
上記の目的を達成するために、本発明の第１１の側面は、オプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置において
所定範囲内に存在する全ての波数で同時に、且つ定常的に光を第１の出力口から出力する広帯域光発生装置と、
前記広帯域光発生装置の第１の出力口に第１の入力口が光学的に接続され、前記広帯域光発生装置の出力光を測定光と参照光に分割し、第２の出力口からは測定光を出力し、第３の出力口からは参照光を出力する光分岐器と、
第２の入力口が光分岐器の第２の出力口に光学的に接続され、前記測定光を測定対象に照射すると共に、前記測定光が前記測定対象によって反射又は反射されてなる信号光を捕捉し、前記信号光を第４の出力口から出力する光照射兼光捕捉ユニットと、
前記光分岐器の第３の出力口に第３の入力口が光学的に接続され、前記参照光を遅延して第５の出力口から出力する光遅延器と、
前記光照射／光補足ユニットの第４の出力口に第４の入力口が光学的に接続され、前記光遅延器の第５の出力口に第５の入力口が光学的に接続され、前記信号光と前記参照光を結合し、第６の出力口から出力する光結合器と、
結合器の第６の出力口に第６の入力口が光学的に接続され、前記光結合器の出力光を複数の所定の波数区間に分割して、同時に複数の第７の出力口から出力する光ディマルチプレクサと、
前記光ディマルチプレクサの複数の第７の出力口の夫々に第７の入力口が夫々光学的に接続され、夫々の第７の出力口から出力される出力光を光電変換して出力する複数の光検出装置と、
複数の前記光検出装置の出力に基づいて、前記測定対象における前記測定光の照射方向に対する前記測定光の反射位置又は後方散乱位置と反射強度又は後方散乱強度とを特定する演算制御装置とを有することを特徴とする。

（第１２の発明）
上記の目的を達成するために、本発明の第１２の側面は、第１１の側面において、前記演算制御装置が、前記光検出装置の前記一群の出力に基づいて得られる、前記光結合器が出力する光の強度と前記波数との関係を表す関数を、前記波数に対してフーリエ変換し、その絶対値の二乗を算出することを特徴とする。

（第１３の発明）
上記の目的を達成するために、本発明の第１３の側面は、第１１の側面において、複数の前記所定の波数区間が、同一の波数幅を有し且つ等間隔に分離された複数の波数区間であることを特徴とする。

（第１４の発明）
上記の目的を達成するために、本発明の第１４の側面は、第１１の側面において、複数の前記光検出装置の夫々の第１の出力端子に複数の入力端子が夫々接続され、複数の前記光検出装置の夫々が出力するアナログ電気信号を同時に受信し、且つ前記アナログ信号を同時にデジタル信号に変換して、第２の出力端子に出力するマルチチャネル・アナログデジタル変換機を有し、前記マルチチャネル・アナログデジタル変換機の第２の出力端子に、第２の入力端子が接続され、前記マルチチャネル・アナログデジタル変換機の出力するデジタル信号に基づいて、前記測定対象における前記測定光の照射方向に対する前記測定光の反射位置又は後方散乱位置と反射強度又は後方散乱強度とを特定する演算制御装置とを有することを特徴とする。

（第１５の発明）
上記の目的を達成するために、本発明の第１５の側面は、本発明の第１１乃至１４の側面において、光増幅器を有し、前記光照射／光補足ユニットの第４の出力口には、前記光結合器の第４の入力口に代えて、前記光増幅器の第８の入力口が光学的に接続され、前記光結合器の第４の入力口には、前記光学ユニットの第４の出力口に代えて、前記光増幅器の第８の出力口が光学的に接続され、前記光増幅器は、第８の入力口から入力した前記信号光を増幅して、第８の出力口に出力することを特徴とする。

（第１６の発明）
上記の目的を達成するために、本発明の第１６の側面は、本発明の第１１乃至１４の側面において、前記所定の波数区間夫々における波数に対する前記ディマルチプレクサの透過特性スペクトルの半値全幅が、各波数区間の幅より狭く且つ各波数区間の幅の０．２倍より大きいことを特徴とする。

（第１７の発明）
上記の目的を達成するために、本発明の第１７の側面は、本発明の第１１乃至１４の側面において、光学フィルタを有し、前記広帯域光発生装置の第１の出力口には、前記光分岐器の第１の入力口に代えて、光フィルタの第９の入力口が光学的に接続され、光分岐器の第１の入力口には、前記広帯域光発生装置の第１の出力口に代えて、前記光フィルタの第９の出力口が光学的に接続され、前記光フィルタは、第９の入力口から入力した前記広帯域光発生装置の出力光を、夫々の前記所定の波数区間で、夫々の前記所定の波数区間の幅より狭い半値全幅を有する光に整形してから、第９の出力口に出力することを特徴とする。

（第１８の発明）
上記の目的を達成するために、本発明の第１８の側面は、本発明の第１１乃至１４の側面において、前記広帯域光発生装置に代えて、前記所定の波数区間夫々で、夫々の前記所定の波数区間の両端における光強度が夫々の前記所定の波数区間の中央における光強度より小さい光を、同時に、且つ定常的に光を出力するコム光源を有することを特徴とする。

本発明によれば、光ディマルチプレクサによって干渉光を分光し、光ディマルチプレクサの各チャネルに接続された光検出器によって干渉光のスペクトルを高速計測するので、ＯＣＴの測定速度が従来のＦＤ−ＯＣＴより二桁以上大きくなる。更に、光ディマルチプレクサによって、干渉光の実効的な可干渉距離を長くするので、従来のＦＤ−ＯＣＴより測定範囲が拡大する。

実施の形態例１におけるオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置の要部構成図である。実施の形態例１における光ディマルチプレクサの出力光のスペクトルである。実施の形態例２におけるオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置の光照射兼光捕捉ユニットの構成図である。実施の形態例３における光ディマルチプレクサの透過率特性である。実施の形態例３における、ミラー位置ｚ_０と干渉光強度の減少因子ｅｘｐ（−２σ_ｗ ^２・ｚ_０ ^２）の関係を示す図である。実施の形態例３における、光ディマルチプレクサの透過率特性の半値全幅と干渉光強度の減少因子ｅｘｐ（−２σ_ｗ ^２・ｚ_０ ^２）の関係を示す図である。光ディマルチプレクサの一つのチャネルの透過特性と光ディマルチプレクサへ入射する干渉光のスペクトルの関係を説明する図である。実施の形態例４における光フィルタの出力光のスペクトルである。マッハ・ツェンダー干渉計からなる光フィルタの出力光のスペクトルである。実施の形態例４におけるオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置の要部構成図である。実施の形態例５におけるオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置の要部構成図である。コム光源を利用したオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置の要部構成図である。従来のＳＤ−ＯＣＴ装置の要部構成図である。従来のＯＦＤＲ−ＯＣＴ装置の要部構成図である。

符号の説明

１広帯域光発生装置
２，５３，５５オプティカルサーキュレータ
３光分岐器兼光結合器
５２，５４カプラ
４参照ミラー
５測定対象
６光照射兼光捕捉ユニット
７コリメートレンズ
８フォーカシングレンズ
９ガルバノミラー
１０光ファイバの端部
１１光遅延器
１２参照光路
１３試料光路
１４分光器
１５回折格子
１６アクロマチック・ダブレット・レンズ
１７ＩｎＧａＡｓＣＣＤアレイ・スキャン・カメラ
１８データ・アクイジッション・ボード
１９演算制御装
２１オプティカルサーキュレータの光入力口
２２オプティカルサーキュレータの光出力口兼光入力口
２３オプティカルサーキュレータの光出力口
３１、３２、３３カプラの光出力口兼光入力口
４１分光器の光入力口
５１可変波長光発生装置
６０，６１光検出器
６２差動増幅器
６３光ディマルチプレクサ
６４光検出装置
６５光検出器
６６アナログデジタル変換機
６７ＡＷＧのチャネル周波数間隔（又は、波数間隔）
６８透過率の半値全幅
６９マルチチャンネルアナログデジタル変換機
７０測定光
７１ポリゴンスキャナー
７３回転体
７４ポリゴンミラー
７５光ディマルチプレクサの一つのチャネル
７６光ディマルチプレクサの一つのチャネルの透過率特性
７７光ディマルチプレクサへ入射する干渉光のスペクトル
７８光フィルタ
７９第１の光ディマルチプレクサ
８０第２の光ディマルチプレクサ
８１スペクトルのピーク
８２光増幅器
８３コム光源

以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。なお、同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

本実施の形態におけるオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置は、図１のように、スーパー・ルミネッセント・ダイオード（ＳＬＤ）のような広帯域光発生装置１を光源とする。

広帯域光発生装置１が出力した広帯域光は、光分岐器５２によって参照光と測定光に分岐される。次に、測定光が測定対象５によって後方散乱されて発生した信号光と参照光が、光結合器５４によって結合させて干渉光が発生する。この干渉光が、ＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ−ｗａｖｅｇｕｉｄｅＧｒａｔｉｎｇ）等の光ディマルチプレクサ６３によって分光される。

光ディマルチプレクサ６３の複数の光出力口には、複数の光検出装置６４が一つずつ光学的に接続されている。夫々の光検出装置６４は、光ディマルチプレクサ６３の出力光を、光電変換する。光電変換によって発生した電気信号は、マルチチャネル・アナログデジタル変換機６９に入力される。マルチチャネル・アナログデジタル変換機６９は、入力された複数のアナログ電気信号を、同時にデジタル信号に変換する。

ところで、従来のＦＤ−ＯＣＴでは、干渉光の分光特性を計測するための時間によって、測定時間が律速されていた。

すなわち、ＳＤ−ＯＣＴでは、ＣＣＤアレイ・スキャン・カメラ１７が回折格子１５の分光した干渉光を光電変換して、データ・アクイジッション・ボード１８に出力するための時間によって、測定時間が律速されていた。一方、ＯＦＤＲ−ＯＣＴでは、干渉光の分光特性を計測するために、可変波長光発生装置５１が出力光の波数を変化させる時間が測定時間を律速していた。

一方、本実施の形態における、干渉光の分光特性を計測するための時間は、光検出装置６４が干渉光を光電変換し、光電変換により発生したアナログ電気信号をマルチチャネル・アナログデジタル変換機６９がデジタル信号に変換するための時間である。

本実施の形態では、複数の光検出装置６４が同時に干渉光を光電変換するので、干渉光を光電変換するために要する時間は無視することができる。

従って、干渉光の分光特性を計測するために要する時間の大半は、マルチチャネル・アナログデジタル変換機６９が、光電変換によって発生したアナログ電気信号をデジタル信号に変換するための時間である。

しかし、最新のマルチチャネル・アナログデジタル変換機６９が、アナログ電気信号をデジタル信号に変換する時間は極めて短い。しかも、マルチチャネル・アナログデジタル変換機は、数百のアナログ電気信号を同時にデジタル信号に変換することができる。

すなわち、本実施の形態によれば、極めて短時間の内に干渉光の分光特性を計測することができる。従って、ＯＣＴの測定時間が極めて短くすることが可能である。

このように、本実施の形態では、光結合器５４の出力光すなわち入力光を所定の波数区間（チャネル）毎に分割して同時に出力する光ディマルチプレクサ６３と、光ディマルチプレクサ６３のチャネル毎に設けられた、光ディマチプレクサ６３も出力光の強度を測定する光検出装置６４の一群と、夫々の光検出装置６４が出力するアナログ電気信号を同時に受信し且つこのアナログ信号を同時にデジタル信号に変換するマルチチャネル・アナログデジタル変換機を有するので、干渉光の分光特性を極めて短時間で計測することができる。

従って、本実施の形態によれば、ＦＤ−ＯＣＴの計測速度を大幅に短縮することができる。その結果、三次元断層像の動画観察も可能になる。

一方、光ディマルチプレクサ６３の各出力口から出力される出力光強度の波数依存性（スペクトル）は、光ディマルチプレクサ６３の構造を変えることによって調整可能である。従って、光ディマルチプレクサ６３の各出力口から出力される光のスペクトルの半値全幅を、各出力口から出力される光の波数区間（チャネル）の幅より狭くすることも可能である。

本実施の形態では、光ディマルチプレクサの各チャネルで波数に対する透過率スペクトルの半値全幅をチャネル幅より狭くすること、すなわち光ディマルチプレクの各波数区間（チャネル）で波数に対する透過率スペクトルの半値全幅を各波数区間の幅より狭くすることも可能である。

従って、本発実施の形態によれば、干渉信号の実効的な可干渉距離を長くして、最大測定範囲においても干渉信号強度は殆ど減少しないようにすることができる。故に、本実施の形態によれば、測定範囲を従来のＦＤ−ＯＣＴより深くして、生体組織の深部の観察を可能にする。

更に、前記広帯域光発生装置の出力光を、夫々の前記所定の波数区間の両端における光強度が、夫々の前記所定の波数区間の中央における光強度より小さくなるように整形して、前記光分岐に出力する光フィルタ７８を設けることによって、光ディマルチプレクサによる信号光の損失を小さくすることができるので、測定感度が改善される。

または、信号光を光増幅器８２によって増幅することによって、感度を改善することができる。尚、本発明によるＯＣＴを、ＯＤ−ＯＣＴ（ＯｐｔｉｃａｌＤｅｍｕｌｕｔｉｐｌｅｘｅｒＯＣＴ）と呼ぶこととする。

（実施の形態例１）
本実施の形態はＡ走査率が従来のＦＤ−ＯＣＴより百倍以上大きいオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置に係るものである。

（１）装置構成
まず、本実施の形態例におけるオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置の構成について説明する。

図１に示すように、本実施の形態例におけるＯＣＴ装置は、スーパールミネッセントダイオード（ＳｕｐｅｒＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔＤｉｏｄｅ；ＳＬＤ）からなる広帯域（ｂｒｏａｄｂａｎｄ）光発生装置１を具備している。広帯域光発生装置１の光出力口は、光を二分割（例えば１０：９０）する方向性結合器からなる第１のカプラ５２（光分岐器）の光入力口に光学的に接続されている。

第１のカプラ５２の第１の（分割割合９０％側）の光出力口は、第１のオプティカルサーキュレータ５３の光入力口２１に光学的に接続されている。オプティカルサーキュレータ５３の光出力口兼光入力口２２は、測定対象５に測定光を照射する共に測定対象５によって反射された信号光を捕捉する光照射兼光捕捉ユニット６に接続されている。オプティカルサーキュレータ５３の光出力口２３は、方向性結合器（分割比５０：５０）からなる第２のカプラ５４（光結合器）の第１の光入力口に接続されている。

光照射兼光捕捉ユニット６は、オプティカルサーキュレータ５３の光出力口兼光入力口２２から出力された測定光を平行ビームに整形するコリメートレンズ７と、この平行ビームを測定対象５に集光するフォーカシングレンズ８と、測定光を偏向することによって測定対象５の表面で測定光を直線に沿って走査するガルバノミラー１５とを備えている。

第１のカプラ５２の第２の光出力口（分割割合１０％側）は、オプティカルサーキュレータ５５の光入力口２１に光学的に接続されている。オプティカルサーキュレータ５５の光出力口兼光入力口２２は、光ファイバの端部から出力された参照光を光ファイバの端部と参照ミラー４の間で往復させて遅延させる光遅延器１１に、光学的に接続されている。参照ミラー４は、前後に移動可能な支持体に担持され、参照光路１２と試料光路１３の光路長が略等しくなるようにその位置が調整されている。

オプティカルサーキュレータ５５の光出力口２３は、方向性結合器（分割比５０：５０）からなる第２のカプラ５４の第２の光入力口に光学的に接続されている。第２のカプラ５４の光出力口は、ＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ−ｗａｖｅｇｕｉｄｅＧｒａｔｉｎｇ）からなる光ディマルチプレクサ６３の光入力口に光学的に接続されている。

光ディマルチプレクサ６３の複数の光出力口は、受光した光信号を光電変換して出力する複数の光検出装置６４の光入力口に夫々電気的に接続されている。

光検出装置６４の出力端子は、マルチチャンネル・アナログデジタル変換機６８の各入力端子（チャネル）にそれぞれ接続されている。

マルチチャンネル・アナログデジタルに出力端子は、反射率分布（ＲｅｆｌｅｃｔｉｖｉｔｙＰｒｏｆｉｌｅ）すなわち反射光強度又は後方散乱光強度分布を算出する演算制御装置１９の入力端子に電気的に接続されている。演算制御装置１９の出力部は、演算結果を表示するモニタやプリンタ等の表示装置（図示せず）の入力部に電気的に接続されている。この演算制御装置１９は、入力された情報に基づいて、光照射兼光捕捉ユニット６のガルバノミラー１５を制御する。

ここでＳＬＤの中心波長１５５０ｎｍであり、その半値全幅は５０ｎｍである。また、ＡＷＧのチャネル数すなわち光出力口の数は５１２である。

光ディマチプレクサ６３の各チャネルの周波数間隔６７（ｃｈａｎｎｅｌｓｐａｃｉｎｇ）は、図２に示すように１０ＧＨｚであるである。また、各チャネルの透過率（ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ）スペクトルの半値全幅６８は、同じく１０ＧＨｚである。従って、各チャネル（波数区間）は、同一の周波数幅（すなわち、同一の波数間隔）を有し且つ等間隔に分離されている。

また、光検出装置６４の応答速度は０．１ｎｓである。光検出装置６４はＡＷＧの各出力口に一つずつ接続されている。従って、光検出装置６４の台数は５１２台である。そして、光検出装置６４の各出力端子が接続される、マルチチャネル・アナログデジタル変換機６９の各入力端子の数も５１２である。

マルチチャネル・アナログデジタル変換機６６のアナログデジタル変換周期すなわちサンプリング周波数は、６０ＭＨｚである。すなわち、サンプリング時間は１６．７ｎｓである。マルチチャネル・アナログデジタル変換機６６は、各入力端子に入力された電気信号を、上記サンプリング時間内にアナログデジタル変換（すなわちデジタル化）して、内蔵された記録装置に記録する。記録装置に記録されたデジタル信号は、順次演算制御装置１９に出力される。

（２）動作
次に、本実施の形態例におけるオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置の動作について説明する。

広帯域光発生装置１から出力された光は、第１のカプラ５２（光分岐器）により１０：９０の割合で２分割される。分割された光の一方（測定光）は、第１のオプティカルサーキュレータ５３によって光照射兼光捕捉ユニット６に導かれる。

光照射兼光捕捉ユニット６に入射した測定光は、光照射兼光捕捉ユニット６によって測定対象５に照射される。測定対象５に照射された測定光は、測定対象５の表面および内部で反射される。反射された光の一部は、光照射兼光捕捉ユニット６に補足され信号光となる。

信号光は、第１のオプティカルサーキュレータ５３によって、第２のカプラ５４（光結合器）の第１の光入力口に導かれる。

光分岐器５２で分割された光の他方（参照光）は、オプティカルサーキュレータ５５によって、光遅延器１１に導かれる。光遅延器１１内で所定の光路長を走行した後、参照光は、第２のオプティカルサーキュレータ５５によって、第２のカプラ５４（光結合器）の第２の光入力口に導かれる。

信号光と参照光は、第２のカプラ５４（光結合器）によって結合され干渉光となる。干渉光は、光ディマルチプレクサ６３に導かれる。

光ディマルチプレクサ６３に入射した干渉光は、光ディマルチプレクサ６３によって、図２のように周波数幅が１０ＧＨｚの光の束に分解される。すなわち、干渉光は、光ディマルチプレクサ６３によって分光される。分光された干渉光は、夫々光ディマルチプレクサ６３の別々の光出力口から出力される。

図２の横軸は光の周波数であり、縦軸は光の透過率（ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ）である。図中に示された夫々のピークは、光ディマルチプレクサ６３の各光出力口からの出力光の透過率スペクトルである。各ピークに付された番号は各光出力口の番号であり、出力光の周波数が低い方から順番に番号が付されている。

光ディマルチプレクサ６３の出力口から出力された干渉光は、各出力口に光学的に接続された光検出装置６４に導かれる。各光検出装置６４に導かれた干渉光は光電変換され、電気信号となる。各光検出装置６４から出力された電気信号は、マルチチャネル・アナログデジタル変換機６９の各入力端子に入力される。

マルチチャネル・アナログデジタル変換機６９の各入力端子に入力した電気信号は、デジタル信号に変換される。このデジタル信号は、マルチチャネル・アナログデジタル変換機６９に内蔵された記録装置に記録される。記録装置に記録されたデジタル信号は、順次マルチチャネル・アナログデジタル変換機６９から出力される。マルチチャネル・アナログデジタル変換機６９から出力されたデジタル信号は、演算制御装置１９に入力される。演算制御装置１９は、入力されたデジタル信号に基づいて反射率の分布を算出する。

光検出装置４による干渉光の光電変換、マルチチャネル・アナログデジタル変換機６９による光電変換された信号のデジタル化、デジタル化された信号の演算制御装置１９への転送、及び転送された信号の記録が一回終わる毎に、演算制御装置１９は、ガルバノミラー９に指令を送出して、測定光の照射位置を測定対象５上の直線に沿って少しずつ（例えば、２５μｍ）移動させる。

このようにして、記録されたデータに基づいて、演算制御装置１９は、反射率分布を算出し、測定対象５上の直線に沿って得られた反射率分布をまとめて断層像を構築する。

この時演算制御装置１９は、以下のようにして反射率分布を算出する。

光ディマルチプレクサ６３は入射光を分光して、複数の出力口夫々から異なった光周波数（波数）を有する光を出力する。ここで、第ｉ番目出力口から出力される干渉光の中心波数（各チャンネルから出力される光の波数の中心値）をｋ_ｉとする。また、第ｉ番目出力口から出力される光の強度（積分強度）をＩ_ｉとする。ここで光の強度Ｉ_ｉとは、正確には言えば、第ｉ番目出力口から出力される干渉光を検出器６４で光電変換して得られる電気信号を、デジタル変換機６９でデジタル化（数値化）した値のことである。

演算制御装置１９は、このＩ_ｉをｋ_ｉについてフーリエ変換して、その絶対値の二乗を算出する。このようにして算出した絶対値の二乗は、測定光の反射率分布に一致する。

具体的には、以下の式（１０）及び（１１）により、Ｉ_ｉを離散的フーリエ変換（ｄｉｓｃｒｅｔｅＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍｓ）し、式（１１）によってその絶対値の二乗Ｆ_ｔ ^２（ｚ）を求める。

以上の算出式は、ＯＦＤＲ−ＯＣＴで用いられる反射率分布の算出式と同じである（非特許文献２）。尚、Ｎは、光ディマルチプレクサ６３すなわち干渉光を分割する波数区間の総数である。

光検出装置６４の応答速度は０．１ｎｓであり、マルチチャネル・アナログデジタル変換機６６のサンプリング時間（すなわち、アナログデジタル変換に要する時間）は１６．７ｎｓである。従って、本実施の形態例におけるＡ走査の周期は１６．８ｎｓである。すなわち、Ａ走査率は６０ＭＨｚ（＝１／１６．８ｎｓ）である。これは、従来のＦＤ−ＯＣＴの最高Ａ走査率５８ｋＨｚに比べ２桁大きな値である。

すなわち、本実施の形態例のオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置によれば、Ａ走査率が従来のＦＤ−ＯＣＴより百倍以上大きな値になる。

なお、本実施の形態例の最大測定範囲は、７．５ｍｍである。この値は、周波数間隔１０ＧＨｚを波数間隔Δｋに変換して、式（３）に代入することによって得られる。
（実施の形態例２）
本実施例の形態は、三次元断層像の動画撮影を可能とするオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置に係るものである。

装置構成は、図１に示した実施の形態例１のオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置と基本的に同じである。ただし、光照射兼光捕捉ユニット６が図３のように構成されている点が異なる。

本実施の形態例の光照射兼光捕捉ユニット６は、図３のように、オプティカルサーキュレータ５３の光出力口兼光入力口から出力された測定光７０を平行ビームに整形するコリメートレンズ７と、この平行ビームを測定対象４に集光するフォーカシングレンズ８と、測定光を一方向（例えば、図３のＸ方向）に偏向して測定対象４表面上の走査直線７２に沿って走査するポリゴンスキャナー７１と、ポリゴンスキャナー７１による走査が一回終了する毎に、走査線７２を垂直方向（図３のＹ方向）に、少しずつ（例えば、１０μｍ）移動させるガルバノミラー９によって構成されている。

本実施の形態例におけるオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置の動作は、走査線７２に沿った測定光の横方向（Ｘ方向）への走査がポリゴンスキャナー７１によって行われる点、三次元断層像を撮影するためにガルバノミラー９によって走査線７２を垂直方向（Ｙ方向）に少しずつ走査する点、このような測定光の横走査と垂直方向への走査によって得られたデータに基づいて演算制御装置１９が三次元断層像を構築する点で、実施の形態例１のオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置と異なる。

走査線７２の垂直方向の走査は、走査線７２に沿った測定光の一回の横方向走査が終了し、二次元断層像を構築するために必要なデータの計測が得られた後に行われる。三次元断層像の構築は、演算制御装置１９によって、測定光の横方向走査によって得られた二次元断層像を垂直方向に順番に並べることによって行われる。

以下に説明するとおり、この装置を用いると一枚の三次元断層像を４．０ｍｓという短時間で撮影することができる。従って、三次元断層像の動画撮影が可能になる。

本実施の形態例におけるオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置のＡ走査率は、実施の形態例１と同じ６０ＭＨｚである。すなわち、一回のＡ走査に要する時間は１６．８ｎｓである。

上述したように、二次元断層像を撮影するために必要な測定光の横方向走査は、ポリゴンスキャナー７１によって行われる。

ポリゴンスキャナー７１の回転数は、毎分４００００回転である。また、ポリゴンスキャナー７１の回転体７３には、ポリゴンミラー７４が９６枚貼り付けられている。従って、横方向走査の回数は、毎秒６４，０００回（４０，０００回転÷６０秒×９６面＝６４，０００回）である。すなわち、１秒間に６４，０００枚の断層画像が撮影される。

三次元断層像の構築のためには、走査線７２を少しずつ垂直方向に移動させながら、この断層像を２５６枚撮影する。従って、三次元断層像を構築するために要する時間は、４．０ｍｓ（＝１５．６２５μｓ×２５６）になる。

このような短時間であれば、生体組織の動きは無視できる。従って、本実施の形態例によれば、生体組織の動画撮影が可能になる。

ところで、以上の例では、一回の横方向走査時間に要する時間は、１５．６２５μｓ（＝１秒÷６４，０００回）である。故に、一本の走査線７２上で繰り返されるＡ走査の回数は、９３０回（＝１５．６２５μｓ÷１６．８ｎｓ）である。

従って、三次元像の横方向のピクセル数は９３０である。一方、深さ方向のピクセル数は、ナイキストの定理より波数のサンプリング数すなわち光ディマルチプレクサのチャネル数（光出力口の数）の１／２である。従って、深さ方向のピクセル数は、２５６（＝５１２／２）である。

（実施の形態例３）
本実施の形態例は、測定範囲が従来のＦＤ−ＯＣＴより深い、オプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置に係るものである。

本実施の形態例のオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置は、光ディマルチプレクサ６３の各チャネルの透過率の半値全幅がチャネル間の周波数間隔（１０ＧＨｚ）の２／３である点で実施の形態例１と異なる（実施の形態例では、一致）。

これによって光検出器装置６４が検出する信号の振幅は、最大測定範囲においても小さくなることはない。このため、本実施の形態例では、測定範囲が従来のＦＤ−ＯＣＴより深くなる。以下、その理由について説明する。

第２のカプラ（光結合器）で結合される参照光と信号光は、波数ｋが一致するスペクトル成分の間のみで干渉する。従って、第２のカプラ（光結合器）で生成される干渉口の光強度密度Ｉ^＊ _ｃ（ｋ）は、次式で与えられる。尚、説明を簡単にするため、以後、光周波数に代えて波数を変数として用いる。

ここで、ｚは参照光路と試料光路の光路長が等しくなる点を原点とする、深さ方向の座標である。Ｉ^＊ _ｒは参照信号の光強度密度である。Ｉ^＊ _ｓ（ｚ）は信号光の光強度密度であり、反射面が存在する位置ｚの関数である。

Ｉ^＊ _ｒ及びＩ^＊ _ｓ（ｚ）は、波数に依らず一定と仮定する。このように仮定するのは、広帯域光源１としてＳＬＤを用いた場合、光源の光強度密度は波数に依存してゆっくり変化するので、Ｉ^＊ _ｒ及びＩ^＊ _ｓ（ｚ）を波数に対して一定と仮定しても、以後の説明には影響しないからである。

φは、ＯＣＴ装置を構成する干渉計の構造できまる、ｚ＝０における位相である。φの値は、以後の説明に影響しないので零とする。

測定対象が深さｚ＝ｚ_０に位置する反射率ｒの一枚のミラーの場合、信号光の強度はＩ^＊ _ｓ（ｚ）＝ｒ・Ｉ^＊ _ｏδ（ｚ−ｚ_０）となる。ただし、Ｉ^＊ _ｏは測定光の光強度密度である。

この式を式（１３）に代入すると、次式が得られる

実際の生体組織は、反射面が連続的に分布したものとみなすことができる。従って、生体組織からの干渉信号は式（１４）のような信号を重ね合わせたものになる。従って、一枚のミラーによって生じるＯＣＴ信号がどの様な振舞いを示すかを検討すれば、生体組織からのＯＣＴ信号の振舞いを知ることができる。

光ディマルチプレクサ６３の第ｉ番目のチャネルの透過率は、次式で与えられる（非特許文献８）。

ここで、ｋ_ｉはｉ番目のチャネルの中心波数である。

この透過率関数の半値半幅は、（２ｌｎ２）^１／２・σ_ｗである。

従って、光ディマルチプレクサ６３のｉ番目のチャンネルから出力される干渉光の強度Ｉ_ｉ（積分強度）は、式（１４）で表される干渉光の光強度密度に式（１５）を乗じ、波数ｋについて積分することによって得られる。

以上のような演算の結果は次式のようになる。

ここで、Ｉ_ｒ，Ｉ_ｓ，Ｉ_ｏは、夫々Ｉ_ｒ，Ｉ_ｓ，Ｉ_ｏの積分強度である。

式（１６）の右辺第２項に示されるように、光ディマルチプレクサ６３によって干渉光の振幅（ｒ・Ｉ_ｒ・Ｉ_ｏ）^１／２ｃｏｓ（２ｋ_ｉｚ_０）はｅｘｐ（−２σ_ｗ ^２・ｚ_０ ^２）倍される。

この倍数ｅｘｐ（−２σ_ｗ ^２・ｚ_０ ^２）は、ｚ_０が大きくなると急激に小さくする。従って、ｚ_０が大きくなると、光ディマルチプレクサ６３から出力される干渉光の振幅は急激に減少する。

ここでｅｘｐ（−２σ_ｗ ^２・ｚ_０ ^２）は、測定対象（ミラー）の位置ｚ_０が零の場合は１である。一方、ｚ_０が（ｌｎ２／２）^１／２／σ_ｗになると、ｅｘｐ（−２σ_ｗ ^２・ｚ_０ ^２）は１／２になる。

従って、（ｌｎ２／２）^１／２／σ_ｗを、本実施の形態例における参照光及び信号光の実効的な可干渉距離（コヒーレンス長）と考えることができる。

式（１５）で表される光ディマルチプレクサの透過率関数の半値半幅（２・ｌｎ２）^１／２・σ_ｗは、光ディマルチプレクサを構成するＡＷＧの構造を変えることによって調整可能である。

従って、実効的な可干渉距離（ｌｎ２／２）^１／２／σ_ｗも調整可能である。

例えば、チャネル間隔がΔｋの時、透過率関数の半値半幅（２・ｌｎ２）^１／２・σ_ｗが、図４のようにΔｋ／３であったとする（半値全幅は、２Δｋ／３）。この場合、実効的な可干渉距離は、３・ｌｎ２／Δｋになる。

本実施の形態例では、波数間隔は周波数換算で１０ＧＨｚである。従って、最大測定範囲は、式（２）から導かれるように７．５ｍｍである。これに対して可干渉距離３・ｌｎ２／Δｋは、９．９ｍｍである。尚、Δｋ（＝２πΔｆ／ｃ； Δｆは周波数間隔、ｃは光速）は、２．0９５×１０^−４μｍ^−１である。

すなわち、本実施の形態例では、実効的な可干渉距離（９．９ｍ）が最大波長範囲（７．５ｍｍ）より長い。従って、最大測定範囲における干渉光の強度Ｉ_ｉの振幅は、ｚ_０＝０ｍｍにおける振幅の１／２（−３ｄｂ）以下になることはない。

実際に最大測定範囲（７．５ｍｍ）においてどれだけ干渉光の振幅が減少するかを見積るためには、ｚ_０＝７．５ｍｍとしてｅｘｐ（−２σ_ｗ ^２・ｚ_０ ^２）を計算すればよい。結果は、０．６７３であった。すなわち、最大測定範囲における干渉光の強度Ｉ_ｉの振幅は、ｚ_０＝０ｍｍにおける振幅の０．６７３倍である。図５に、ミラー位置ｚ_０と干渉光強度の減少因子ｅｘｐ（−２σ_ｗ ^２・ｚ_０ ^２）の関係を示した。

従って、ＯＣＴ信号の強度は、ｚ_０＝０ｍｍにおけるＯＣＴ信号の０．４５倍（＝０．６７３^２； −３．４ｄＢ）になる。この程度のＯＣＴ信号の減少は、断層像の撮影には殆ど影響を及ぼさない。従って、測定範囲は、最大測定範囲に一致するようになる。

すなわち、可干渉距離が実効的に延びたため、最大測定範囲においても干渉光の振幅は殆ど減少しない。従って、本実施の形態例によれば、測定範囲が最大測定範囲まで拡大する。

一方、通常の測定環境では、上記実効的な可干渉距離９．９ｍｍの範囲内に測定対象以外の物体が入り込むことは殆どない。従って、測定対象以外の物体、例えばフォーカシングレンズ８からの反射光が参照光と干渉して、ＯＣＴ信号のノイズレベルを上昇させることもない。すなわち、本実施の形態例によれば、測定対象以外の物体からの反射光によるノイズレベルの上昇もない。このように本実施の形態例によれば、ＯＣＴ測定の測定範囲の拡大を阻害する干渉ノイズも生じない。

図６は、光ディマルチプレクサ６３のチャネルの透過率特性の半値全幅δｋに対する干渉光振幅の減少因子ｅｘｐ（−２σ_ｗ ^２・ｚ_０ ^２）を示したものである。横軸は、透過率特性の半値全幅δｋをチャネル波数間隔Δｋ（すなわち、チャネル波数幅）で規格した値である。縦軸は、ｅｘｐ（−２σ_ｗ ^２・ｚ_０ ^２）である。

太い実線は、ｚ_０が最大測定範囲である場合を示している。破線は、ｚ_０が最大測定範囲の３倍に等しい場合を示している。細い実線は、ｚ_０が最大測定範囲の１０倍に等しい場合を示している。

この図に基づいて、チャネルの透過率特性の半値全幅δｋとして好ましい範囲を検討する。

太い実線は、ｚ_０が最大測定範囲において、信号光による干渉光がどの程度減衰かを見積るためのものである。

一方、細い実線は干渉ノイズの大きさを見積るためのものである。

測定対象に最も近い位置に存在する物体は、フォーカシングレンズ８である。フォーカシングレンズ８は、測定対象から最大測定範囲の１０倍以上離れた位置に配置することが可能である。例えば、前眼部の測定では、最大測定範囲７．５ｍｍに対して、フォーカシングレンズを眼から７．５ｃｍ以上離れた位置に配置することも可能である。図６の細い実線は、このような位置に配置されたフォーカシングレンズからの反射光の強度を見積るためのものである。

図６の太い実線から明らかなように、透過率特性の半値全幅δｋが光ディマルチプレクサのチャネル間隔Δｋより小さい場合（横軸の値が１より小さい場合）、最大測定範囲における干渉光強度の振幅（以下、「干渉光振幅」という）は、透過率特性の半値全幅δｋが零である場合の干渉光振幅の０．４１倍以上である。この程度の干渉光の減衰は無視し得る。

一方、細い実線からから明らかなように、透過率特性の半値全幅δｋがチャネル間隔Δｋの０．２より大きい場合（横軸の値が０．２より大きい場合）には、最大測定範囲の１０倍に存在する反射面からの干渉光振幅は、透過率特性の半値全幅δｋが零である場合（横軸が零）の干渉光振幅の０．０２８倍以下である。ここまで干渉光振幅が減少すれば、干渉ノイズは無視し得る。

従って、透過率特性の半値全幅δｋは、チャネル間隔Δｋの１倍より狭く且つチャネル間隔Δｋの０．２倍より大きいことが好ましい。更に好ましくは、チャネル間隔Δｋの０．８５倍（干渉光振幅は0.57）より狭く且つチャネル間隔Δｋの０．３５（干渉光振幅は0.0003）倍より大きいことが好ましい。最も好ましくは、チャネル間隔Δｋの０．７倍（干渉光振幅は2.2×10^-10）より狭く且つチャネル間隔Δｋの０．５倍より大きいことが好ましい。

（実施の形態例４）
本実施の形態は、光ディマルチプレクサを利用することによって低下するノイズ対雑音比を、光フィルタを利用して回復するためのオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置に係るものである。

（１）原理
ＦＤ−ＯＣＴの信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比；ＳｉｇｎａｌｔｏＮｏｉｓｅｒａｔｉｏ）は、次式で表される（非特許文献３）。

ここで、ηは光検出装置の感度である。Ｐ_ｓは、光検出装置が受光する信号光の光強度である。ｈνは光子のエネルギーである。ｆ_Ａは、Ａ走査率である。式（１７）から明らかなように、ＦＤ−ＯＣＴのＳ／Ｎ比は信号光の光強度に比例する。従って、Ｓ／Ｎ比を上げてＦＤ−ＯＣＴの感度を高くするためには、信号光の強度を強くすることが重要である。式（１７）は、本発明におけるＯＣＴ（ＯＤ−ＯＣＴ）にも当てはまる。

図７に、光ディマルチプレクサ６３の一つのチャネル７５内における透過率特性７６と光ディマルチプレクサ６３へ入射する干渉光のスペクトル７７を示した。干渉光に対するスペクトル７７で光検出装置６４に到達する光は、透過率特性７６の内側７８の部分だけである。残りの部分７９は、光ディマルチプレクサ６３を通過する際に失われ、光検出装置６４には到達しない。

すなわち、測定対象で発生する信号光の一部しか光検出装置６４には到達しない。このため、式（１７）より明らかように、本発明におけるＯＣＴ（ＯＤ−ＯＣＴ）では、信号対雑音比（ＳＮ比）が低下する。

例えば、光ディマルチプレクサ６３の一つのチャネルの透過率の半値全幅が、各チャネル間の波数間隔の１／３であったとする。すると、Ｓ／Ｎ比は略−５ｄＢ低下する。透過率の半値全幅が各チャネル間の波数間隔の１／５であるとすると、Ｓ／Ｎ比は略−７ｄＢ低下する。透過率の半値全幅が各チャネル間の周波数間隔の１／１０であるとすると、Ｓ／Ｎ比は略−１０ｄＢ低下する。

このようなＳ／Ｎ比の低下は、無視することができない。そこで、本実施の形態例では、以下のようにして、このようなＳ／Ｎ比の低下を防止する。

Ｓ／Ｎ比を向上させるためには、測定光の強度を強くすることが最も容易な方法である。しかし、測定光が強くなり過ぎると人体に損傷を与えてしまう。このため、人体に照射することのできる光強度には上限ある。従って、測定光を強くして、ＳＮ比を大きくすることには限度がある。

本実施の形態例では、広帯域光発生装置の出力光を光フィルタで整形して、光ディマルチプレクサ６３のチャネル（波数区間）の両端における光強度が、チャネル（波数区間）の中央における光強度より小さくなるように整形して、図８のようなスペクトルにする。このような櫛の歯状に整形したスペクトルを持つ光を、第１のカプラ（光分岐器）５２に入射して測定光と参照光を生成する。

すなわち、本実施の形態例におけるオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置は、前記広帯域光発生装置１の出力光を、夫々の所定の波数区間（チャネル）の両端における光強度が、夫々の所定の波数区間の中央における光強度より小さくなるように整形して、光分岐器５２に出力する光フィルタ７８を有する。

従って、第２のカプラ（光分岐器）５４で生成せれる干渉光のスペクトルも図８に示すような形状になる。このため、図４のような透過特性を持つ光ディマルチプレクサで干渉光を分光しても、信号光の損失はない。従って、Ｓ／Ｎ比は低下しない。

尚、図８は、光ディマルチプレクサ６３の３チャンネル分に相当する波数（光周波数）に対して、光フィルタ７８の出力光を示してある。

（３）装置構成
まず、本実施の形態例におけるオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置の構成について説明する。

図１０に示すように、本実施の形態例におけるＯＣＴ装置は、スーパールミネッセントダイオード（ＳｕｐｅｒＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔＤｉｏｄｅ；ＳＬＤ）からなる広帯域（ｂｒｏａｄｂａｎｄ）光発生装置１を具備している。広帯域光発生装置１の光出力口は、ファブリ・ペローエタロン（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔｅｔａｌｏｎ）からなる光フィルタ７８の光入力口に光学的に接続されている。光フィルタ７８の光出力口は、光を二分割（例えば１０：９０）する方向性結合器からなる第１のカプラ５２（光分岐器）の光入力口に光学的に接続されている。

第１のカプラ５２の第１の光出力口（分割割合９０％側）は、第１のオプティカルサーキュレータ５３の光入力口２１に光学的に接続されている。オプティカルサーキュレータ５３の光出力口兼光入力口２２は、測定対象５に測定光を照射する共に測定対象５によって反射された信号光を捕捉する第１の光照射兼光捕捉ユニット６に接続されている。オプティカルサーキュレータ５３の光出力口１は、方向性結合器（分割比５０：５０）からなる第２のカプラ５４（光結合器）の第１の光入力口に接続されている。

第１のカプラ５２の第２の（分割割合１０％側）の光出力口は、オプティカルサーキュレータ５５の光入力口２１に光学的に接続されている。オプティカルサーキュレータ５５の光出力口兼光入力口２２は、光ファイバの端部から出力された参照光を光ファイバの端部と参照ミラー４の間で往復させて遅延させる光遅延器１１に、光学的に接続されている。参照ミラー４は、前後に移動可能な支持体に担持され、参照光路１２と試料光路１３の光路長が略等しくなるようにその位置が調整されている。

オプティカルサーキュレータ５５の光出力口２３は、方向性結合器（分割比５０：５０）からなる第２のカプラ５４の第２の光入力口に光学的に接続されている。第２のカプラ５４の第１の光出力口は、ＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ−ｗａｖｅｇｕｉｄｅＧｒａｔｉｎｇ）からなる第１の光ディマルチプレクサ７９の光入力口に光学的に接続されている。

第１の光ディマルチプレクサ７９の複数の光出力口は、第１の光入力口に入射した第１の光信号を光電変換して第１の電気信号を発生し且つ第２の光入力口に入射した第２の光信号を光電変換して第２の電気信号を発生し、第１の電気信号と第２の電気信号の差を検出して出力する複数の光検出装置６４の第１の光入力口に接続されている。

第２のカプラ５４の第２の光出力口は、ＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ−ｗａｖｅｇｕｉｄｅＧｒａｔｉｎｇ）からなる第２の光ディマルチプレクサ８０の光入力口に光学的に接続されている。

第１および第２の光ディマルチプレクサ７９，８０の構造は同一である。従って、分光特性すなわちチャネル間隔（すなわちチャネル幅）および透過率特性の半値全幅は同一である。

第２の光ディマルチプレクサ８０の複数の光出力口は、第１の光入力口に入射した第１の光信号を光電変換して第１の電気信号を発生し且つ第２の光入力口に入射した第２の光信号を光電変換して第２の電気信号を発生し、第１の電気信号と第２の電気信号の差を検出して出力する複数の光検出装置６４の第２の光入力口に接続されている。ここで、各光検出器に接続せれる第１および第２の光ディマルチプレクサ７９，８０のチャネル番号は同一である。即ち、両チャネルの中心波数は一致する。

光検出装置６４の出力端子は、マルチチャンネル・アナログデジタル変換機６８の各入力端子（チャネル）にそれぞれ接続されている。マルチチャンネル・アナログデジタル変換機６８に出力端子は、反射率分布（ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｉｔｙｐｒｏｆｉｌｅ）を算出する演算制御装置１９の入力端子に電気的に接続されている。演算制御装置１９の出力部は、演算結果を表示するモニタやプリンタ等の表示装置（図示せず）の入力部に電気的に接続されている。この演算制御装置１９は、入力された情報に基づいて光照射兼光捕捉ユニット６のガルバノミラー１５を制御する。

広帯域光発生装置１の中心波長１５５０ｎｍであり、その半値全幅は５０ｎｍである。また、広帯域光発生装置１の出力光の強度は、光フィルタ７８がない場合（すなわち実施の形態例１）より大きい。これは、光フィルタ５２の出力光の光強度（光強度スペクトルを波数で積分した値）を、光フィルタを用いない場合に広帯域光発生装置１に出力させる光の強度と一致させるためである。

ファブリ・ペローエタロンからなる光フィルタ７８の半値幅は、１．３６ＧＨｚである。

また、ＡＷＧのチャネル数すなわち光出力口の数は５１２である。そのチャネルの波数間隔７５は１０ＧＨｚであるである。また、各チャネルの透過率（ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ）の半値全幅６８は、実施の形態例２と同じく６．７ＧＨｚ（＝１０ＧＨｚ×２／３）である。

光検出装置６４の応答速度は０．１ｎｓである。上述のとおり、光検出装置６４の一対の出力端子の夫々は第１及び第２のＡＷＧの各出力口に夫々接続される。それぞれの光検出装置６４の出力端子は、入力端子を５１２本具備したマルチチャネル・アナログデジタル変換機６９の各入力端子に接続されている。

マルチチャネル・アナログデジタル変換機６９のサンプリング周波数は６０ＭＨｚである。すなわち、サンプリング時間は１６．７ｎｓである。マルチチャネル・アナログデジタル変換機６６は、各入力端子に入力された電気信号を、上記サンプリング時間内にアナログデジタル変換して、内蔵された記録装置に記録する。記録装置に記録されたデジタル信号は、順次演算制御装置１９に出力される。

本実施の形態例では、光フィルタ７はファブリ・ペローエタロン（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔｅｔａｌｏｎ）によって構成されている。

ところで、ファブリ・ペローエタロン（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔｅｔａｌｏｎ）の透過率ｆ_ＦＰは次式で表される。

ここで、ｌは、ファブリ・ペロー干渉計を構成する２枚の反射鏡の間隔である。Ｒは、反射鏡の反射率である。ｎは、反射鏡によって挟まれている物質の屈折率である。ｋは、ファブリ・ペロー干渉計に入射する光の波数である。θは、ファブリ・ペロー干渉計に入射する光と反射鏡の法線がなす角度である。

本実施の形態例のファブリ・ペロー干渉計においては、ｌ＝１５．０ｍｍ、Ｒ＝０．７９、ｎ＝１（空気の屈折率）、θ＝０である。

ところで、式（１８）の半値全幅は、次式で表される。

である。ここで、Ｆは次式で表される。

この式に、ｌ＝１５．０ｍｍ、Ｒ＝０．７９、ｎ＝１、θ＝０を代入すると、上述した光フィルタ７８の半値全幅１．３６ＧＨｚを波数で表示した値になる。

光フィルタ７８としては、マッハ・ツェンダー干渉計を用いることもできる。

マッハ・ツェンダー干渉計の透過特性は次式で表される。

ここでｋ_ｉは各中心波数、Δｋは波数に対する繰り返し周期である。

この式から明らかなように、マッハ・ツェンダー干渉計の半値全幅は、繰り返し周期Δｋの１／２（半値半幅はΔｋの１／４）である。

図９は、光フィルタとしてマッハ・ツェンダー干渉計を用いた場合の出力光のスペクトルである。繰り返し周期Δｋは、光ディマルチプレクサのチャネル７５の幅に一致するように設定される。

（４）動作
次に、本実施の形態例におけるオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置の動作について説明する。

広帯域光発生装置１から出力された広帯域光は、光フィルタ７８によって櫛状のスペクトルに整形される（光フィルタ７８からは、図８に示すスペクトルを有する出力光が出力される。）。

この櫛状スペクトルの各ピーク８１の間隔は、光ディマルチプレクサ７９，８０のチャネル間隔すなわちチャネル幅に一致している。更に、各ピーク８１の中心波数は、光ディマルチプレクサ７９，８０の各チャネルの中心波数に一致している。すなわち、光フィルタ７８は、光ディマルチプレクサ７９，８０の各チャネル７５の両端に相当する波数における広帯域光発生装置１の出力光の光強度を、各チャネルの中央に相当する波数における光強度より小さくなるように整形する。

光フィルタ７８によって整形された広帯域光は、第１のカプラ５２（光分岐器）により１０：９０の割合で２分割される。分割された光の一方（測定光）は、第１のオプティカルサーキュレータ５３によって光照射兼光捕捉ユニット６に導かれる。

信号光と参照光は、第２のカプラ５４（光結合器）によって結合され干渉光となる。第２のカプラ５４（光結合器）の第１の光出力口から出力された干渉光は、第１光ディマルチプレクサ７９の入力口に導かれる。一方、第２のカプラ５４（光結合器）の第２の光出力口から出力された干渉光は、第２の光ディマルチプレクサ８０の入力口に導かれる。

上述したように、光フィルタ７８から出力される出力光のスペクトルを構成する各ピーク８１の間隔と、光ディマルチプレクサ７９，８０のチャネル間隔は一致している。更に、各ピーク８１の中心波数は、光ディマルチプレクサ７９，８０の各チャネルの中心波数に一致している。

従って、光ディマルチプレクサ７９，８０に入射した干渉光は、光ディマルチプレクサ７９，８０によって、図８の個々のスペクトルピーク８１に相当するスペクトルを有する光に分解される。すなわち、干渉光は、光ディマルチプレクサ７９，８０によって分光される。分光された干渉光は、夫々光ディマルチプレクサ７９，８０の個々の光出力口から出力される。

第１および第２の光ディマルチプレクサ７９，８０の光出力口から出力された夫々の干渉光は、各出力口に光学的に接続された光検出装置６４の第１および第２の光入力口に夫々入射する。

夫々の光検出装置６４は、第１の光入力口に入射した第１の光信号を光電変換して第１の電気信号を発生し且つ第２の光入力口に入射した第２の光信号を光電変換して第２の電気信号を発生し、第１の電気信号と第２の電気信号の差を検出して出力する。

ここで、第１の電気信号と第２の電気信号の差は、式（１６）の右辺の式２（ｒＩ_ｒＩ_ｏ）^１／２ｅｘｐ（−２σ_ｗ ^２・ｚ_０ ^２）すなわち干渉光の振幅に比例する。これは、方向性結合器からなら第２のカプラの特質に基づくものである。

各光検出装置６４から出力された電気信号は、マルチチャネル・アナログデジタル変換機の各入力端子に入力される。

マルチチャネル・アナログデジタル変換機６９の各入力端子に入力した電気信号は、デジタル信号に変換される。このデジタル信号は、マルチチャネル・アナログデジタル変換機６９に内蔵された記録装置に記録される。記録装置に記録されたデジタル信号は、順次マルチチャネル・アナログデジタル変換機６９から出力される。マルチチャネル・アナログデジタル変換機６９から出力されたデジタル信号は、演算制御装置１９に入力される。演算制御装置１９は、入力されたデジタル信号に基づいて反射率の分布を算出する。演算制御装置１９の動作は、実施の形態例１の演算制御装置１９と同じである。

ところで、ここで、干渉光のスペクトルの半値全幅δｋは、光ディマルチプレクサ７９，８０の各チャネルの半値全幅Δｋの０．１３６倍（＝１．３６ＧＨｚ／１０ＧＨｚ）である。一方、光ディマルチプレクサ７９，８０の各チャネルの半値全幅Δｋは、チャネルの半値全幅Δｋの０．６６６倍（＝２／３）である。すなわち、干渉光のスペクトルの半値全幅δｋは、光ディマルチプレクサ７９，８０の各チャネルの半値全幅Δｋより十分に狭い。

従って、干渉光は、光ディマルチプレクサ７９，８０を通過しても殆ど減衰しない。すなわち、光検出装置６４の受光する信号光の強度は、光ディマルチプレクサ７９，８０による損失を殆ど受けない。

このため、光検出装置６４の出力する電気信号のＳ／Ｎ比は、光フィルタ７８を用いない場合に比べ大幅に改善される。従って、演算制御装置１９の算出する反射率分布のＳＮ比も改善される。
（５）可干渉距離の拡大
本実施の形態例によれば、ＯＣＴ信号のＳ／Ｎ比が改善されるという上記効果に加え、信号光および参照光の実効的な可干渉距離が拡大するという効果も得られる。

上述したように、光ディマルチプレクサの第ｉ番目のチャネルの透過率は、次式で与えられる（非特許文献８）。

尚、ｋｉはｉ番目のチャネルの中心波数である。

本実施の形態例では、光ディマルチプレクサに入射する広帯域光は、光フィルタ７８によってスペクトルが整形されている。従って、光ディマルチプレクサの各チャネルから出力される光のスペクトルは、略平坦な広帯域光のスペクトルに、式（１５）ではなく以下の関数を乗じたものになる。

ここで、

である。

σ_ｓは、光フィルタ７８の透過特性を、光ディマルチプレクサの第ｉ番目のチャネルに相当する区間において、次式で近似した場合のパラメータである。

従って、本実施の形態例における実効的な可干渉距離ｌ_ｃは、次式で表される。

ところで、σ_ｓｕｍは式（２３）から明らかように、σ_ｗより小さい。従って、光フィルタ７８によって広帯域光発生装置１の出力光のスペクトルを整形すると、可干渉距離ｌ_ｃが長くなる。

光ディマルチプレクサの透過率関数の半値半幅は、その構造（寸法等）を変えることによって調整可能である。しかし、調整可能な範囲には限りがある。この範囲を超えて実効的な可干渉距離ｌ_ｃを延ばしたい場合には、光フィルタを用いることによって、実効的な可干渉距離ｌ_ｃを更に延ばすことができる。

本実施の形態例の光フィルタ７８では、（２ｌｎ２）^１／２σ_ｓ＝１／１４．７×Δｋである。ここでΔｋは、光ディマルチプレクサのチャネル間隔である。また、Δｋ＝２．０９５×１０^−４μｍ^−１（１０ＧＨｚ）である。

一方、（２ｌｎ２）^１／２σ_ｗ＝１／３×Δｋである。従って、（２ｌｎ２）^１／２σ_ｓｕｍ＝１／１５×Δｋになる。

従って、式（２５）より、実効的な可干渉距離ｌ_ｃは、４９．６ｍｍになる。

一方、光フィルタとしてマッハ・ツェンダー干渉計を用いた場合には、（２ｌｎ２）^１／２σ_ｓ＝１／４×Δｋである。従って、（２ｌｎ２）^１／２σ_ｓｕｍ＝１／５×Δｋである。故に、可干渉距離ｌ_ｃは、１６．５ｍｍとなる。

いずれの場合も、光フィルタを用いない場合の実効的な可干渉距離９．９３ｍｍより長い。

（実施の形態例５）
本実施例の形態は、光増幅器８２を用いて信号光を増幅してＳ／Ｎ比すなわち感度を高くしたオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置に係るものである。

図１１は、本実施の形態例におけるオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置の構成を示している。実施の形態例４におけるオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置とは、第１のサーキュレータ５３と光結合器５４の間に、半導体光増幅器からなる光増幅器８２が配置されている点で異なる。

すなわち、光照射兼光捕捉ユニット６の光出力口には、光結合器５４の光入力口に代えて、光増幅器８２の光入力口が光学的に接続されている。更に、光結合器５４の第５の入力口には、光第１のサーキュレータ５３の光出力口２３に代えて、光増幅器８２の光出力口が光学的に接続されている。

前記光増幅器８２は、光入力口に入射した信号光を増幅して光出力口から出力する。従って、信号光の強度は強くなる。このため、式（１７）から明らかなようにＳ／Ｎ比は増大する。

ところで、本実施の形態例では、光増幅器８２によって信号光を１００倍（２０ｄＢ）に増幅する。従って、Ｓ／Ｎ比は２０ｄＢ増加する。

上記実施の形態例の何れにおいても、広帯域光発生装置１の出力光の光スペクトルは、光ディマルチプレクサの自由スペクトル間隔（ＦｒｅｅＳｐｅｃｔｒｕｍＲａｎｇｅ）の範囲内に収まっている。しかし、広帯域光発生装置１の出力光の光スペクトルが、光ディマルチプレクサの自由スペクトル間隔の範囲内から食み出している場合には、食み出した光がノイズとなる。

このノイズを除去するためには、広帯域光発生装置１と光分岐器５２（又は、光フィルタ７８）の間に光バンドパスフィルタを配置して、食み出した光を除去すればよい。

上記実施の形態例では、光ディマルチプレクサとしてＡＷＧを使用する例について説明した。しかし、光ディマルチプレクとしては、回折格子（ｇｒａｔｉｎｇ）やホログラム回折格子（ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃｇｒａｔｉｎｇ）を利用した光ディマルチプレクサを用いてもよい（非特許文献６，７）。光ディマルチプレクサとしては、この他にも、種々の構造が提案されている。これらの光ディマルチプレクサを、ＡＷＧの代わりに利用することも可能である。

また、上記実施の形態では、光フィルタ７８を用いて広帯域光発生装置１の出力光のスペクトルを櫛状に整形している。しかし、光フィルタ７８を用いずに、広帯域光発生装置１に代えて、最初から出力光の光スペクトルが櫛状の光源すなわちコム光源（ＣｏｍｂＯｐｔｉｃａｌＧｅｎｅｒａｔｏｒ）を用いてもよい。ただし、通常のコム光源は可干渉距離が長過ぎるので、干渉ノイズを発生してしまう虞がある。

図１２は、コム光源を利用したオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置の構成図である。この装置は、光フィルタを用いずに、広帯域光発生装置１に代えて光源にコム光源８３を用いている点で、実施の形態例４のオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置（図１０）と相違する。

光検出装置６４は、フォトダイオード（ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）のような半導体光検出器と増幅器によって構成してもよい。しかし、光検出装置としては、このようなものに限られない。たとえば、ＣＣＤのように光励起されたフォトキャリヤを電位の井戸に蓄積して、一定時間後に蓄積されたフォトキャリを読み出し、蓄積された電荷の量を計測するものであってもよい。

また、本実施の形態例におけるＯＣＴ装置を構成する干渉計は、第１および第２のカプラ５２，５４と第１および第２のサーキュレータ５３，５５からなるマッハ・ツェンダー干渉計である。しかし、光分岐器兼光結合器３と参照光路１２および試料光路１３からなる、図１３に示すようなマイケルソン干渉を用いてもよい。即ち、一の光分岐器兼光結合器３が、光分岐器および光結合器を兼ねてもよい。

この発明は、医療機器分野、特に診断機器の製造業で利用可能である。

Claims

所定範囲内に存在する全ての波数で同時に光を出力する広帯域光発生装置と、
前記広帯域光発生装置の出力光を、測定光と参照光とに分割する光分岐器と、
前記測定光を測定対象に照射すると共に、前記測定光が前記測定対象によって反射又は後方散乱されてなる信号光を捕捉する光照射兼光捕捉ユニットと、
前記信号光と前記参照光を結合する光結合器と、
前記結合器の出力光を複数の所定の波数区間に分割して同時に出力する光ディマルチプレクサと、
前記結合器の他の出力光を複数の前記所定の波数区間に分割して同時に出力する、前記光ディマルチプレクサと同一構造の他の光ディマルチプレクサと、
前記光ディマルチプレクサの出力光の第１の光強度と、前記他の光ディマルチプレクサの出力光の第２の光強度との差を測定する、前記所定の波数区間毎に設けられた光検出装置の一群と、
前記光検出装置の一群の出力に基づいて、前記測定対象における前記測定光の照射方向に対する前記測定光の反射位置又は後方散乱位置と反射強度又は後方散乱強度とを特定する演算制御装置とを有し、
前記所定の波数区間夫々における波数に対する前記ディマルチプレクサの透過特性スペクトルの半値全幅が、各波数区間の幅より狭く且つ各波数区間の幅の０．２倍より大きいことを特徴とするオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置。
前記広帯域光発生装置の出力光を、夫々の前記所定の波数区間の両端における光強度が、夫々の前記所定の波数区間の中央における光強度より小さくなるように整形して、前記光分岐器に出力する光フィルタを有することを特徴とする請求項１に記載のオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置。
前記広帯域光発生装置に代えて、
前記所定の波数区間夫々で、夫々の前記所定の波数区間の両端における光強度が夫々の前記所定の波数区間の中央における光強度より小さい光を、同時に、且つ定常的に出力するコム光源を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置。