JP5541831B2 - 光断層画像化装置およびその作動方法 - 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方法および装置と、該光断層画像化装置に使用可能な光制御ユニットに関する。

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（Ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ 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、深さ位置という）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（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｄｏｍａｉｎ）−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（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｄｏｍａｉｎ）−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、この干渉光をスペクトロメータ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。

上述した各種ＯＣＴ計測において、空間分解能の向上を図り、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望まれている。従来のフーリエ変換手法では、光源スペクトルが連続的である必要があった。光源としては安価で小型なスーパルミネッセンスダイオード（ＳＬＤ）、あるいは半導体光アンプ（ＳＯＡ）といった半導体光源が望ましいが、これらはその媒質の特性により利得帯域が限られるため、単体で連続的に１００ｎｍを超える帯域を実現するのは難しい。

そこで、特許文献１に示すような複数の光源からの光を合波して波長帯域を広げる手法が考えられていた。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、重複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。

データ点数アップについては、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。
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する際、複数の光源から射出される光を例えば分岐比５０：５０のカプラを用いて合波すると、該カプラで出力が双方の合計の半分になるために、光利用効率が悪くなってしまう。また、偏光ビームスプリッタを用いて合波する方法もあるが、この手法で合波できるのは２光束までであり、広帯域化には限界がある。

また、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信号がディテクタにおいて混在し、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、ＳＳ−ＯＣＴ計測において、波長の異なる複数の光束を同時に使用して、各光束ごとの干渉情報を分離して同時に取得できれば、高い測定レートで高分解能に測定できるため、そのようなことを実現可能にする光断層画像化方法および装置が要望されていた。

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方法および装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、前記光断層画像化装置に使用可能であり、複数の光束を高効率に合波して広帯域のスペクトルを得ることが可能な光制御ユニットを提供することを目的とする。

本発明の第１の光断層画像化装置は、互いに異なる波長帯域内でそれぞれ波長が掃引される３以上の光束を射出可能な発光部と、前記３以上の光束のうち少なくとも２つの光束を合波して射出する波長選択性を有する波長合波手段と、前記発光部、または前記光束の光路中の前記波長合波手段の上流または下流において、少なくとも１つの光束が他の１つ以上の光束と異なる時間帯に出力されるように制御する制御手段とを具備し、互いに波長の異なる２以上の光束が合波されて同時に出力されるように構成されている光制御ユニットと、前記光制御ユニットから出力された前記各光束をそれぞれ測定光と参照光とに分割する光分割手段と、前記参照光と、前記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前記反射光とを前記各光束ごとにそれぞれ合波する合波手段と、該合波手段により前記反射光と前記参照光とが合波されたときに生ずる干渉光を干渉信号として前記各光束ごとに検出する干渉光検出手段と、前記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ことを特徴とするものである。

上記光制御ユニットは、前記３以上の光束のうち少なくとも２つの光束の前記波長帯域が互いに離隔しており、前記３以上の光束のうち少なくとも２つの光束の前記波長帯域の一部が重複しており、前記制御手段が、前記波長帯域が互いに離隔している前記各光束が同一の時間帯に出力されるようにするとともに、前記波長帯域の一部が重複している前記各光束が異なる時間帯に出力されるようにするものであることが好ましい。

また、本発明の第２の光断層画像化装置は、互いに異なる波長帯域内でそれぞれ波長が掃引される３以上の光束を射出可能でありそのうち少なくとも２以上の光束を射出する発光部と、前記発光部から射出された前記各光束をそれぞれ測定光と参照光とに分割する光分割手段と、分割された複数の前記測定光のうち少なくとも２つの測定光を合波して射出する波長選択性を有する波長合波手段と、前記発光部、または前記測定光の光路中の前記波長合波手段の上流または下流において、少なくとも１つの前記測定光が他の１つ以上の前記測定光と異なる時間帯に測定対象に照射されるようにするとともに、互いに波長の異なる２以上の前記測定光が合波されて同時に測定対象に照射されるようにする制御手段と、前記参照光と、合波された前記測定光が前記測定対象に照射されたときの該測定対象からの反射光とを前記各光束ごとにそれぞれ合波する合波手段と、該合波手段により前記反射光と前記参照光とが合波されたときに生ずる干渉光を干渉信号として前記各光束ごとに検出する干渉光検出手段と、前記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ことを特徴とするものである。

また、本発明の光断層画像化方法は、互いに異なる波長帯域内でそれぞれ波長が掃引される３以上の光束を射出可能でありそのうち少なくとも２以上の光束を射出する発光部を用い、前記発光部から射出された前記各光束をそれぞれ測定光と参照光とに分割し、分割された複数の前記測定光のうち少なくとも２つの測定光を波長選択性を有する波長合波手段により合波して射出させ、前記発光部、または前記測定光の光路中の前記波長合波手段の上流または下流において、少なくとも１つの前記測定光が他の１つ以上の前記測定光と異なる時間帯に測定対象に照射されるようにするとともに、互いに波長の異なる２以上の前記測定光が合波されて同時に測定対象に照射されるようにし、前記参照光と、合波された前記測定光が前記測定対象に照射されたときの該測定対象からの反射光とを前記各光束ごとにそれぞれ合波し、前記反射光と前記参照光とが合波されたときに生ずる干渉光を干渉信号として前記各光束ごとに検出し、前記干渉信号を用いて前記測定対象の断層画像を生成することを特徴とするものである。

上記の本発明の第２の光断層画像化装置および本発明の光断層画像化方法において、前記３以上の光束のうち少なくとも２つの光束の前記波長帯域が離隔しており、前記３以上の光束のうち少なくとも２つの光束の前記波長帯域の一部が重複しており、波長帯域が互いに離隔している前記各測定光が同一の時間帯に前記測定対象に照射されるとともに、前記波長帯域の一部が重複している前記各測定光が異なる時間帯に前記測定対象に照射されることが好ましい。

ここで、「異なる波長帯域」とは、互いに離隔した波長帯域のみを意味するのではなく、一部の波長帯域のみが重複していても波長帯域全体が同一でなければ異なる波長帯域であるとする。各光束の波長帯域の幅は同一であってもよいし、異なるものであってもよい。

各光束の波長帯域は、発光部が射出可能な３以上の光束により連続したスペクトルが形成されるようなものでもよいし、あるいは不連続なスペクトルが形成されるようなものでもよい。また、発光部は、１つの光源が１つの光束を射出する３以上の光源からなるものであってもよいし、あるいは、１つの光源が複数の光束を射出する１または２以上の光源からなるものであってもよい。

ここで、「波長選択性を有する合波手段」とは、波長により透過率または反射率が異なるものであり、一般には、所定の波長帯域の光を高効率に合波可能なように構成されたものを意味する。波長選択性を有する合波手段としては例えば、ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：波長分割多重）カプラ、ダイクロイックミラー、ダイクロイックプリズム、回折光学素子等を用いることができる。

ここで、「制御手段」としては例えば、発光部が電流注入で発光する素子の場合に該光源の電流をオン・オフ制御するものや、光路を遮断するシャッタ、光路を変更する光スイッチ手段等を用いることができる。

なお、本明細書において、例えば「２つの光束の波長帯域が離隔している」とは、これら２つの光束のピーク波長の間に、ＯＣＴ計測に寄与しない低強度の波長帯域が存在することを意味し、２つの光束のピーク強度に対して概ね−１０ｄＢ以下の光強度となる波長帯域が存在することを意味する。２つの光束のピーク強度が異なるときは、よりピーク強度が小さな方のピーク強度を用いて考えるものとする。そして、「２つの光束の波長帯域の一部が重複している」とは、上記の「２つの光束の波長帯域が離隔している」の逆の意味とする。

同様に、「不連続なスペクトル」とは、該スペクトルを有する光束の波長帯域内において、この光束のピーク強度に対して概ね−１０ｄＢ以下の光強度となる波長帯域が、ＦＤ−ＯＣＴ計測において測定される周波数域サンプリング間隔に比べて十分に広い波長域に渡って、存在することを意味する。そして、「連続したスペクトル」とは、上記の「不連続なスペクトル」の逆の意味とする。なお、例えば、半導体レーザの周波数を階段状に変調する様な光束や、例えば周波数コム技術を用いた線スペクトルが密に並んで広帯域発光している様な光源は、それらの離隔した波長間隔がＦＤ−ＯＣＴ計測において測定される周波数サンプリング間隔同等、あるいはそれより狭いため、連続したスペクトルと見なす事ができる。

また、本明細書において、掃引されている光束に対して述べられている「スペクトル」とは、特に断りのない限り、ある瞬時のものではなく、掃引される全時間帯における、波長に対する光強度分布を意味するものとする。

本発明の光制御ユニットによれば、発光部から射出される複数の光束を波長選択性を有する合波手段により高効率に合波して、広帯域のスペクトルを得ることができる。また本発明の光制御ユニットは、少なくとも１つの光束が他の１つ以上の光束と異なる時間帯に出力されるように制御する制御手段を備え、互いに波長の異なる２以上の光束が合波されて同時に出力されるようにしているため、干渉信号の混在を招く複数の光束は異なる時間帯に出力されるように制御しつつ、互いに波長の異なる２以上の光束を同時に出力することができるので、ＳＳ−ＯＣＴ計測に好適に使用することができる。

本発明の第１の光断層画像化装置によれば、上記光制御ユニットを用いているため、高効率に合波された広帯域の光を測定光として用いることができ、高分解能の測定が可能になる。また、本発明の第１の光断層画像化装置によれば、上記光制御ユニットから波長の異なる２以上の光束が同時に出力され、光制御ユニットから出力された前記各光束をそれぞれ測定光と参照光とに分割し、前記参照光と、前記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前記反射光とを前記各光束ごとにそれぞれ合波し、前記反射光と前記参照光とが合波されたときに生ずる干渉光を干渉信号として前記各光束ごとに検出するようにしているため、波長が異なる複数の光束を同時に測定対象に照射しても、このとき生じた複数の干渉光による複数の干渉信号が混ざり合うことはなく、複数の干渉信号を光束ごとに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。

その際に、前記３以上の光束のうち少なくとも２つの光束の前記波長帯域が互いに離隔しており、前記３以上の光束のうち少なくとも２つの光束の前記波長帯域の一部が重複しており、前記制御手段が、前記波長帯域が互いに離隔している前記各光束が同一の時間帯に出力されるようにするとともに、前記波長帯域の一部が重複している前記各光束が異なる時間帯に出力されるようにすれば、同一の時間帯に生じる波長帯域が互いに離隔している各参照光および各反射光は波長選択性を有する分波手段により各光束ごとに分離することができ、波長帯域の一部が重複している各参照光および各反射光は時間により分離することができるため、各干渉光を各光束ごとに確実に分離して検出することができる。

また、本発明の第２の光断層画像化装置または本発明の光断層画像化方法によれば、３以上の光束を射出可能でありそのうち少なくとも２以上の光束を射出する発光部を用い、前記発光部から射出された前記各光束をそれぞれ測定光と参照光とに分割し、分割された複数の前記測定光のうち少なくとも２つの測定光を波長選択性を有する波長合波手段により合波するため、高効率に合波された広帯域の光を測定光として用いることができ、高分解能の測定が可能になる。さらに、本発明の第２の光断層画像化装置または本発明の光断層画像化方法によれば、波長の異なる２以上の測定光が同時に測定対象に照射され、前記参照光と、合波された前記測定光が前記測定対象に照射されたときの該測定対象からの反射光とを前記各光束ごとにそれぞれ合波し、前記反射光と前記参照光とが合波されたときに生ずる干渉光を干渉信号として前記各光束ごとに検出するようにしているため、波長が異なる複数の測定光が同時に測定対象に照射されても、このとき生じた複数の干渉光による複数の干渉信号が混ざり合うことはなく、複数の干渉信号を光束ごとに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。

その際に、前記３以上の光束のうち少なくとも２つの光束の前記波長帯域が離隔しており、前記３以上の光束のうち少なくとも２つの光束の前記波長帯域の一部が重複しており、波長帯域が互いに離隔している前記各測定光が同一の時間帯に前記測定対象に照射されるようにすれば、同一の時間帯に生じる波長帯域が互いに離隔している各参照光および各反射光は波長選択性を有する分波手段により各光束ごとに分離することができ、波長帯域の一部が重複している各参照光および各反射光は時間により分離することができるため、各干渉光を各光束ごとに確実に分離して検出することができる。

以下、図面を参照して本発明の光制御ユニット、光断層画像化方法および装置の実施形態を詳細に説明する。図１および図２はそれぞれ、本発明の第１の実施形態にかかる光源ユニット１０の概略構成図、およびこの光源ユニット１０を備えた光断層画像化装置１の概略構成図である。光断層画像化装置１は、光源ユニット１０から射出された光束を用いて、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。

先に光源ユニット１０の説明を行う。光源ユニット１０は、複数の光束を合波して出力するものであり、本発明における光制御ユニットの機能を有するものである。図１に示すように、光源ユニット１０は、互いに異なる波長帯域内でそれぞれ波長が掃引される３以上の光束を射出可能な発光部１１と、前記３以上の光束のうち少なくとも２つの光束を合波して射出する波長選択性を有する波長合波手段である合波手段１５ａ、１５ｂと、前記光束の光路中の合波手段１５ａ、１５ｂの下流において、前記光束を制御して、少なくとも１つの光束が他の１つ以上の光束と異なる時間帯に出力されるように制御する制御手段１６とを備え、互いに波長の異なる２以上の光束が合波されて同時に出力されるようにするものである。

具体的には本実施形態においては、発光部１１は、互いに異なる波長帯域内でそれぞれ周波数（波長）を一定の周期で掃引させながらレーザ光を射出する波長掃引光源である４つの光源１０ａ、１０ｂ、１０ｂｃ、１０ｄを備えている。各光源１０ａ、１０ｂ、１０ｂｃ、１０ｄは、例えば、半導体光増幅器（ＳＯＡ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）からなる利得媒質と、ＦＦＰ−ＴＦ（Ｆｉｂｅｒ Ｆａｂｒｙ Ｐｅｒｏｔ − Ｔｕｎａｂｌｅ Ｆｉｌｔｅｒ）からなる波長選択手段と、これら半導体光増幅器および波長選択手段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とを主に有する外部共振器型の波長掃引光源により構成できる。

この場合、半導体光増幅器は、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に射出するとともに、他端側の光ファイバから入射された光を増幅する機能を有しており、半導体光増幅器により、リング状の共振器においてレーザ光が発振する。発振したレーザ光は、光ファイバの一部に分岐用の光カプラを接続することで外部へ取り出すことができる。そして、波長選択手段により、共振器内で発振するレーザ光の波長を選択することにより、各光源１０ａ、１０ｂ、１０ｂｃ、１０ｄにおいて、一定の周期で波長掃引された光束を射出することができる。

光源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄそれぞれから射出される光束Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄのスペクトルの一例を図３（ａ）に示す。光束Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄは、互いに異なる波長帯域を有し、各波長帯域内ではそれぞれ連続したスペクトルを有し、各波長帯域の中心波長はこの順に長くなっている。光束Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄのうち、中心波長の順で隣り合う２つの光束は、その波長帯域の一部が重複するようになっており、全光束Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄが形成するスペクトル（図３（ａ）に点線で示す）は連続したものとなっている。

そして、光束Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄのうち、中心波長の順で隣り合わない２つの光束は、その波長帯域は離隔するようになっている。つまり、光束Ｌａと光束Ｌｃの波長帯域は、図３（ｂ）に示すように波長帯域Δａｃだけ離隔しており、光束Ｌｂと光束Ｌｄの波長帯域は、図３（ｃ）に示すように波長帯域Δｂｄだけ離隔している。

また、光束Ｌａと光束Ｌｃの波長掃引周期Ｔａは等しく、光束Ｌｂと光束Ｌｄの波長掃引周期Ｔｂも等しいよう構成されるが、波長掃引周期Ｔａと波長掃引周期Ｔｂは異なる周期であってもよい。

図１に示すように、光源１０ａ、１０ｃの射出端と合波手段１５ａの入力端とはそれぞれ光ファイバＦＢａ、ＦＢｃにより接続されている。光源１０ｂ、１０ｄの射出端と合波手段１５ｂの入力端とはそれぞれ光ファイバＦＢｂ、ＦＢｄにより接続されている。

合波手段１５ａ、１５ｂは、設定されたカットオフ波長に応じて光を合波する機能を有し、たとえばＷＤＭカプラにより構成される。合波手段１５ａは、光源１０ａから射出された光束Ｌａと光源１０ｃから射出された光束Ｌｃとを合波する。合波手段１５ｂは、光源１０ｂから射出された光束Ｌｂと光源１０ｄから射出された光束Ｌｄとを合波する。合波手段１５ａ、１５ｂのカットオフ波長はそれぞれ、上記の波長帯域Δａｃ、波長帯域Δｂｄ内の波長に設定されている。これにより、高効率に各光束を合波することができる。

制御手段１６は、本実施形態では、２つの入力端と１つの出力端を有するものであるが、より多くの入力端または出力端を有していてもよい。合波手段１５ａ、１５ｂの出力端と制御手段１６の２つの入力端とはそれぞれ光ファイバＦＢ０ａ、ＦＢ０ｂにより接続されている。制御手段１６の出力端には光ファイバＦＢ１が接続されている。

制御手段１６は、例えばスイッチング素子により構成され、２つの入力端のうち一方の入力端から入射した光束のみを出力端へ射出し、他方の入力端から入射した光束は遮断して射出しないようにし、時間に応じて射出させる光束を切り換える機能を有する。より詳しくは制御手段１６は、波長帯域が互いに離隔している各光束を光源ユニット１０から同一の時間帯に出力するようにし、波長帯域の一部が重複している各光束を光源ユニット１０から異なる時間帯に出力するようにする。

上記構成を有する光源ユニット１０の動作例について説明する。光源１０ａ、１０ｃそれぞれから射出した光束Ｌａ、Ｌｃはそれぞれ光ファイバＦＢａ、ＦＢｃにより導波され、合波手段１５ａにおいて合波される。合波された２つの光束は光ファイバＦＢ０ａにより導波されて制御手段１６に入射する。

また、光源１０ｂ、１０ｄそれぞれから射出した光束Ｌｂ、Ｌｄはそれぞれ光ファイバＦＢｂ、ＦＢｄにより導波され、合波手段１５ｂにおいて合波される。合波された２つの光束は光ファイバＦＢ０ｂにより導波されて制御手段１６に入射する。

全ての光源は、不図示の外部トリガにて同期をとっており、一定周期で波長掃引するよう駆動されている。また、制御手段１６も外部トリガにより、各光源の掃引周期と同期をとっている。図４に、制御手段１６の制御により光源ユニット１０から出力される各光束、およびその波長掃引の様子を示す。なお、図４では図の煩雑化を避けるため、一部符号を省略しているが、最短波長域から長波長側に向かって順に光束Ｌａ（実線）、Ｌｂ（点線）、Ｌｃ（実線）、Ｌｄ（点線）の波長掃引の様子を示す。

図４に示すように、光源１０ａ、１０ｃの掃引の１周期分の間（波長掃引周期Ｔａ）、光源ユニット１０は、光束Ｌａ、Ｌｃのみを出力し、光束Ｌｂ、Ｌｄは出力しない。その後、制御手段１６において切り換えが行われ、光源１０ｂ、１０ｄの掃引の１周期分の間（波長掃引周期Ｔｂ）、光源ユニット１０は、光束Ｌｂ、Ｌｄのみを出力し、光束Ｌａ、Ｌｃは出力しない。以下、同様にこれを繰り返す。

図２に示す光断層画像化装置１は、上述した光源ユニット１０と、光源ユニット１０から出力された波長の異なる複数の光束をそれぞれ測定光と参照光に分割する光分割手段３と、測定光が測定対象Ｓに照射されたときの測定対象Ｓからの反射光と参照光とを各光束ごとにそれぞれ合波する合波手段４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄと、これらの合波のときに生ずる干渉光を干渉信号として各光束ごとに検出する干渉光検出手段４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄと、これらの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。

なおここで、「各光束ごとに」とは、発光部１１から射出された各光束に基づく光ごと、すなわち、同じスペクトルを有する光ごとにという意味である。

光分割手段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。光分割手段３は、光源ユニット１０から射出された波長の異なる複数の光束をそれぞれ測定光と参照光とに、測定光：参照光＝９０：１０の割合となるように分割する。

測定光の光路にはプローブ３０が設けられている。プローブ３０は、光学ロータリコネクタ３１を介して入射された測定光を測定対象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３０は、測定光が測定対象Ｓに照射されたときの測定対象Ｓからの反射光を導波する。プローブ３０は、図示しないモータにより、光学ロータリコネクタ３１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束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３０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３０は、図示しない光コネクタにより光ファイバＦＢ４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次元走査を行う構成でもよい。

参照光の光路には透過型の光路長調整手段２０が設けられている。光路長調整手段２０は、断層画像の取得を開始する位置を調整するために、参照光の光路長を変更するものである。

光路長変更後の参照光の光路には、参照光を各光束ごとに分離するための参照光分離手段７６、７５ａ、７５ｂが設けられている。また、反射光の光路には反射光を各光束ごとに分離するための反射光分離手段８６、８５ａ、８５ｂが設けられている。

参照光分離手段７６と反射光分離手段８６はともに、本実施形態では、１つの入力端と２つの出力端を有するものであるが、より多くの入力端または出力端を有していてもよい。参照光分離手段７６の出力端と参照光分離手段７５ａ、７５ｂの入力端とはそれぞれ光ファイバＦＢ７ａ、ＦＢ７ｂにより接続されている。反射光分離手段８６の出力端と反射光分離手段８５ａ、８５ｂの入力端とはそれぞれ光ファイバＦＢ６ａ、ＦＢ６ｂにより接続されている。

参照光分離手段７６と反射光分離手段８６はともに、例えばスイッチング素子により構成され、入力端から入射した光束を２つの出力端のうち一方の出力端へ射出し、時間に応じて射出させる出力端を切り換える機能を有する。参照光分離手段７６と反射光分離手段８６のこのような切り換えは、制御手段１６と同様に、外部トリガにより、各光源の掃引周期と同期をとって行われる。

参照光分離手段７５ａ、７５ｂ、反射光分離手段８５ａ、８５ｂは全て、設定されたカットオフ波長に応じて光を分波する機能を有し、たとえばＷＤＭカプラにより構成される。参照光分離手段７５ａ、８５ａは、そのカットオフ波長が上述の波長帯域Δａｃの波長に設定されており、例えば合波手段１５ａと同じものを入出射端を逆にして使用することができる。参照光分離手段７５ｂ、８５ｂは、そのカットオフ波長が上述の波長帯域Δｂｄ内の波長に設定されており、例えば合波手段１５ｂと同じものを入出射端を逆にして使用することができる。上記のような波長選択性を有する参照光分離手段７５ａ、７５ｂ、反射光分離手段８５ａ、８５ｂを用いることにより、高効率に各光を波長ごとに分離することができる。

合波手段４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは、例えば、分岐比５０：５０の２×２の光ファイバカプラから構成されている。合波手段４ａは光束Ｌａに基づく反射光Ｌ３ａと参照光Ｌ２ａを合波して、このとき生じた干渉光Ｌ４ａを干渉光検出手段４０ａへ射出する。なお、ここでは、合波手段４ａはそれぞれ干渉光を二分して干渉光検出手段４０ａへ射出し、干渉光検出手段４０ａ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。

合波手段４ｂは光束Ｌｂに基づく反射光と参照光を合波して、このとき生じた干渉光を干渉光検出手段４０ｂへ射出する。合波手段４ｃは光束Ｌｃに基づく反射光Ｌ３ｃと参照光Ｌ２ｃを合波して、このとき生じた干渉光Ｌ４ｃを干渉光検出手段４０ｃへ射出する。合波手段４ｄは光束Ｌｄに基づく反射光と参照光を合波して、このとき生じた干渉光を干渉光検出手段４０ｄへ射出する。合波手段４ｂ、４ｃ、４ｄと干渉光検出手段４０ｂ、４０ｃ、４０ｄについても合波手段４ａと干渉光検出手段４０ａと同様に、バランス検波を行うように構成されている。

干渉光検出手段４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄはそれぞれ、入射された干渉光を光電変換し、各光束の波長帯域ごとの複数の干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂ、ＩＳｃ、ＩＳｄとして検出する機能を有している。このとき、干渉光検出手段４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄにおいて、光源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの各スペクトルに断層情報（反射率）の関数をフーリエ変換したものを加えた干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂ、ＩＳｃ、ＩＳｄが観測されることになる。干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂ、ＩＳｃ、ＩＳｄは、断層画像処理手段５０に出力される。

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る。断層画像処理手段５０は、干渉光検出手段４０により光電変換された干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂ、ＩＳｃ、ＩＳｄ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、ひとつの広帯域の干渉信号ＩＳ０を形成する。この干渉信号ＩＳ０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断層情報を求める。

ここで、断層画像処理手段５０において干渉信号ＩＳ０に基づいて断層画像を生成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と参照光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）
で表される。ここで、ｋは波数、ｌは参照光と反射光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、断層画像処理手段５０において、干渉光検出手段４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ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して、各波長における干渉信号ＩＳ０の光強度Ｓ（ｌ）を決定することにより、測定対象Ｓの測定開始位置からの距離情報と断層情報とを取得し、断層画像を生成することができる。

次に、光断層画像化装置１の動作例について説明する。光源ユニット１０からは、図４に示すように、光束Ｌａ、Ｌｃと光束Ｌｂ、Ｌｄが、それぞれ波長掃引されて一周期分ずつ交互に射出される。まず、光束Ｌａ、Ｌｃが射出されているときの動作について説明する。なお、図２に示す各光は、光束Ｌａ、Ｌｃが射出されているときのものである。

図２に示すように、光源ユニット１０から射出して光ファイバＦＢ１により導波された光束Ｌａ、Ｌｃは、光分割手段３に入射する。光分割手段３において、光束Ｌａは測定光Ｌ１ａと参照光Ｌ２ａに光分割され、光束Ｌｃは測定光Ｌ１ｃと参照光Ｌ２ｃに光分割される。測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｃは光ファイバＦＢ２により導波されてサーキュレータ５を経由した後、光ファイバＦＢ４により導波されて、光学ロータリコネクタ３１を経由してプローブ３０により導波されて、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、Ｌ３ｃは、プローブ３０および光ファイバＦＢ４により導波されてサーキュレータ５を経由した後、光ファイバＦＢ５により導波されて反射光分離手段８６に入射する。

反射光分離手段８６では、外部トリガにより同期をとっており、光源ユニット１０から光束Ｌａ、Ｌｃが射出されている間は、反射光分離手段８６に入射した光束は光ファイバＦＢ６ａ側に射出され、光源ユニット１０から光束Ｌｂ、Ｌｄが射出されている間は、反射光分離手段８６に入射した光束は光ファイバＦＢ６ｂ側に射出される。したがって、反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｃは光ファイバＦＢ６ａにより導波されて反射光分離手段８５ａに入射する。

反射光分離手段８５ａは、光束Ｌａと同じ波長帯域の反射光Ｌ３ａを光ファイバＦＢ８ａ側に射出し、光束Ｌｃと同じ波長帯域の反射光Ｌ３ｃを光ファイバＦＢ８ｃ側に射出する。光ファイバＦＢ８ａには合波手段４ａが結合されており、光ファイバＦＢ８ｃには合波手段４ｃが結合されている。

一方、光分割手段３により分割された参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｃは、光ファイバＦＢ３により導波されて、光ファイバ３の途中に設けられた光路長調整手段２０により光路長を変更された後、参照光分離手段７６に入射する。

参照光分離手段７６では、外部トリガにより同期をとっており、光源ユニット１０から光束Ｌａ、Ｌｃが射出されている間は、参照光分離手段７６に入射した光束は光ファイバＦＢ７ａ側に射出され、光源ユニット１０から光束Ｌｂ、Ｌｄが射出されている間は、参照光分離手段７６に入射した光束は光ファイバＦＢ７ｂ側に射出される。したがって、参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｃは光ファイバＦＢ７ａにより導波されて参照光分離手段７５ａに入射する。

参照光分離手段７５ａは、光束Ｌａと同じ波長帯域の参照光Ｌ２ａを光ファイバＦＢ９ａ側に射出し、光束Ｌｃと同じ波長帯域の参照光Ｌ２ｃを光ファイバＦＢ９ｃ側に射出する。光ファイバＦＢ９ａには合波手段４ａが結合されており、光ファイバＦＢ９ｃには合波手段４ｃが結合されている。

合波手段４ａにおいて、反射光Ｌ３ａと参照光Ｌ２ａが合波され、これらの干渉光Ｌ４ａは二分されて干渉光検出手段４０ａへ射出される。干渉光検出手段４０ａでは、干渉光Ｌ４ａがバランス検波されるとともに光電変換されて、干渉信号ＩＳａが生成され、断層画像処理手段５０へ出力される。

合波手段４ｃにおいて、反射光Ｌ３ｃと参照光Ｌ２ｃが合波され、これらの干渉光Ｌ４ｃは二分されて干渉光検出手段４０ｃへ射出される。干渉光検出手段４０ｃでは、干渉光Ｌ４ｃがバランス検波されるとともに光電変換されて、干渉信号ＩＳｃが生成され、断層画像処理手段５０へ出力される。

光束Ｌａ、Ｌｃが、一周期分波長掃引されると、光源ユニット１０からは光束Ｌｂ、Ｌｄが射出される。次に、光束Ｌｂ、Ｌｄが射出されているときの動作は、反射光分離手段８６と参照光分離手段７６に入射するまでは、上記の光束Ｌａ、Ｌｃが射出されているときの動作と同様である。

反射光分離手段８６において、光束Ｌｂ、Ｌｄそれぞれに基づく各反射光は光ファイバＦＢ６ｂにより導波されて反射光分離手段８５ｂに入射する。反射光分離手段８５ａは、光束Ｌｂに基づく反射光を光ファイバＦＢ８ｂ側に射出し、光束Ｌｄに基づく反射光を光ファイバＦＢ８ｄ側に射出する。光ファイバＦＢ８ｂには合波手段４ｂが結合されており、光ファイバＦＢ８ｄには合波手段４ｄが結合されている。

また、参照光分離手段７６において、光束Ｌｂ、Ｌｄそれぞれに基づく各参照光は光ファイバＦＢ７ｂにより導波されて参照光分離手段７５ｂに入射する。参照光分離手段７５ｂは、光束Ｌｂに基づく参照光を光ファイバＦＢ９ｂ側に射出し、光束Ｌｄに基づく参照光を光ファイバＦＢ９ｄ側に射出する。光ファイバＦＢ９ｂには合波手段４ｂが結合されており、光ファイバＦＢ９ｄには合波手段４ｄが結合されている。

合波手段４ｂにおいて、光束Ｌｂに基づく反射光と参照光が合波され、これらの干渉光は二分されて干渉光検出手段４０ｂへ射出される。干渉光検出手段４０ｂでは、光束Ｌｂに基づく干渉光がバランス検波されるとともに光電変換されて、干渉信号ＩＳｂが生成され、断層画像処理手段５０へ出力される。

合波手段４ｄにおいて、光束Ｌｄに基づく反射光と参照光が合波され、これらの干渉光は二分されて干渉光検出手段４０ｄへ射出される。干渉光検出手段４０ｄでは、光束Ｌｄに基づく干渉光がバランス検波されるとともに光電変換されて、干渉信号ＩＳｄが生成され、断層画像処理手段５０へ出力される。

断層画像処理手段５０では、干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂ、ＩＳｃ、ＩＳｄから前述のようにして得られた干渉信号ＩＳＯを用いて各深さ位置における断層情報を算出し、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。

以上説明したように、光断層画像化装置１によれば、互いに波長が異なる複数の光を同時に測定対象Ｓに照射して、このとき生じた波長の異なる複数の干渉光を各光束ごとに検出することにより、高速に高分解能の画像を取得することができる。特に、制御手段１６により、波長帯域が互いに離隔している各光束は同一の時間帯に出力され、波長帯域の一部が重複している各光束は異なる時間帯に出力されるようにしているため、波長選択性を有する分波手段および時間により参照光および反射光を各光束ごとに分離することが可能になり、従来合波する際に課題とされていたディテクタでの信号混在の問題を解決できる。

また、光断層画像化装置１では、各光束ごとに干渉光検出手段を設けているので、各光束の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、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。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、各光束の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。

なお、上記の第１の実施形態の光断層画像化装置１の説明では、光源ユニット１０からの全光束が形成するスペクトルが連続している場合について説明したが、これは本発明において限定的な事項ではなく、以下の第２の実施形態で説明するように、光源ユニット１０からの全光束が形成するスペクトルが不連続なものであってもよい。

次に、本発明の第２の実施形態による光断層画像化装置２００について、図５を参照しながら説明する。図５は光断層画像化装置２００の概略構成図である。図５の光断層画像化装置２００は、図１の光断層画像化装置１と比較すると、光源ユニット１０からの全光束が形成するスペクトルと、参照光分離手段および反射光分離手段の構成が異なる点が大きな特徴である。また、光断層画像化装置２００では、断層画像処理手段５０における処理が第１の実施形態のものと異なる。以下では、主に第１の実施形態との相違点について説明し、図５の光断層画像化装置２００において、図２の光断層画像化装置１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。

本実施形態では、図６に示すように光束Ｌｂと光束Ｌｃの各ピーク波長の間に、ピーク強度に対して強度が概ね−１０ｄＢ以下となる波長λｂｃが存在しており、光束Ｌｂと光束Ｌｃの波長帯域は離隔したものとなっている。その結果、光源ユニット１０から射出される全光束が形成するスペクトルは不連続なものとなる。

上記点以外は、光源ユニット１０から射出される光束については、第１の実施形態と同様であり、各光束Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄは一定の周期で波長掃引され、互いに異なる波長帯域を有し、各波長帯域内ではそれぞれ連続したスペクトルを有し、光束Ｌａと光束Ｌｂの波長帯域の一部は重複し、光束Ｌｃ光束Ｌｄの波長帯域の一部は重複する。

また、全ての光源および制御手段１６は、不図示の外部トリガにて同期をとっており、光源ユニット１０からは、光束Ｌａ、Ｌｃと光束Ｌｂ、Ｌｄが波長掃引されて一周期分ずつ交互に射出されるようになっている。

図５に示す光断層画像化装置２００では、図２の光断層画像化装置１の参照光分離手段７６、７５ａ、７５ｂに代わり参照光分離手段２７５が用いられ、反射光分離手段８６、８５ａ、８５ｂに代わり反射光分離手段２８５が用いられている。

参照光分離手段２７５および反射光分離手段２８５はともに、設定されたカットオフ波長に応じて光を分波する機能を有し、たとえばＷＤＭカプラにより構成される。参照光分離手段２７５および反射光分離手段２８５は、そのカットオフ波長が上述の波長λｂｃに設定されており、これにより、光束Ｌｂと光束Ｌｃに基づく光を高効率に分離することができる。

光断層画像化装置２００は、合波手段２０４ａ、２０４ｃと干渉光検出手段２４０ａ、２４０ｃを備えている。合波手段２０４ａと干渉光検出手段２４０ａは、光束Ｌａおよび光束Ｌｂの波長帯域に対応可能なように構成されており、合波手段２０４ｃと干渉光検出手段２４０ｃは、光束Ｌｃおよび光束Ｌｄの波長帯域に対応可能なように構成されている。このように、光断層画像化装置２００の合波手段と干渉光検出手段は、対応可能な波長帯域が光断層画像化装置１の合波手段と干渉光検出手段と異なるだけであり、その他の基本的構成や機能は同様である。

図５に示す光断層画像化装置２００の動作例について説明する。まず、光源ユニット１０から光束Ｌａ、Ｌｃが射出されているときの動作について説明する。光束Ｌａ、Ｌｃが光源ユニット１０を射出して、測定光Ｌ１ａ、Ｌ１ｃと参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｃに光分割され、反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｃが光ファイバＦＢ５によって導波されるまでと、参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｃが光ファイバＦＢ３によって導波されるまでは第１の実施形態と同様である。

その後、光ファイバＦＢ５により導波された反射光Ｌ３ａ、Ｌ３ｃは反射光分離手段２８５に入射し、反射光分離手段２８５において分波される。反射光Ｌ３ａは光ファイバＦＢ２８ａ側に射出されて合波手段２０４ａに入射し、反射光Ｌ３ｃは光ファイバＦＢ２８ｃ側に射出されて合波手段２０４ｃに入射する。

一方、光ファイバＦＢ３により導波された参照光Ｌ２ａ、Ｌ２ｃは、参照光分離手段２７５に入射し、参照光分離手段２７５において分波される。参照光Ｌ２ａは光ファイバＦＢ２９ａ側に射出されて合波手段２０４ａに入射し、参照光Ｌ２ｃは光ファイバＦＢ２９ｃ側に射出されて合波手段２０４ｃに入射する。

合波手段２０４ａにおいて、反射光Ｌ３ａと参照光Ｌ２ａが合波され、これらの干渉光Ｌ４ａは二分されて干渉光検出手段２４０ａへ射出される。合波手段２０４ｃにおいて、反射光Ｌ３ｃと参照光Ｌ２ｃが合波され、これらの干渉光Ｌ４ｃは二分されて干渉光検出手段２４０ｃへ射出される。干渉光検出手段２４０ａ、２４０ｃでは、それぞれ干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｃがバランス検波されるとともに光電変換されて、干渉信号ＩＳａ、ＩＳｃが生成され、断層画像処理手段５０へ出力される。

光源ユニット１０から光束Ｌｂ、Ｌｄが射出されているときの動作は、上記の光束Ｌａ、Ｌｃが射出されているときの動作において、光束Ｌａを光束Ｌｂに置換し、光束Ｌｃを光束Ｌｄに置換して考えればよい。

ここで、第２の実施形態における断層画像処理手段５０の構成および処理について説明する。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る。断層画像処理手段５０は、干渉光検出手段４０により光電変換された干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂ、ＩＳｃ、ＩＳｄ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断層情報（反射率）ｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）、ｒｃ（ｚ）、ｒｄ（ｚ）を検出し、この複数の中間断層情報ｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）、ｒｃ（ｚ）、ｒｄ（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５０は、図７に示すように、複数の干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂ、ＩＳｃ、ＩＳｄ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断層情報ｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）、ｒｃ（ｚ）、ｒｄ（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断層情報ｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）、ｒｃ（ｚ）、ｒｄ（ｚ）から断層画像の生成に用いる断層情報ｒ（ｚ）を生成する断層情報処理手段５２と、断層情報処理手段５２により生成された断層情報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。

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束Ｌａに基づく中間断層情報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束Ｌｂに基づく中間断層情報ｒｂ（ｚ）を検出する第２周波数解析手段５１ｂと、干渉信号ＩＳｃを周波数解析することにより光束Ｌｃに基づく中間断層情報ｒｃ（ｚ）を検出する第３周波数解析手段５１ｃと、干渉信号ＩＳｄを周波数解析することにより光束Ｌｄに基づく中間断層情報ｒｄ（ｚ）を検出する第４周波数解析手段５１ｄ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に基づいて中間断層情報（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と参照光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８に示すようなグラフで表される。ここで、ｋは波数、ｌは参照光と反射光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９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断層情報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断層情報ｒｂ（ｚ）とを取得し、第３周波数解析手段５１ｃは干渉信号ＩＳｃについても測定開始位置からの距離情報と中間断層情報ｒｃ（ｚ）とを取得し、第４周波数解析手段５１ｄは干渉信号ＩＳｄについても測定開始位置からの距離情報と中間断層情報ｒｄ（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断層情報ｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）、ｒｃ（ｚ）、ｒｄ（ｚ）が取得されることになる。

そして、光源のスペクトル情報を用いて、それぞれの干渉信号が得られた波長帯域を考慮して中間断層情報ｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）、ｒｃ（ｚ）、ｒｄ（ｚ）を組み合わせることにより、断層情報ｒ（ｚ）の高分解能化をはかることができる。図１０にこの考え方を概念的に示す。干渉信号ＩＳａ、ＩＳｂ、ＩＳｃ、ＩＳｄのフーリエ変換で得られるｒａ（ｚ）、ｒｂ（ｚ）、ｒｃ（ｚ）、ｒｄ（ｚ）と、真の断層情報ｒ（ｚ）は、各光束Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄのスペクトル形状のフーリエ変換ｈａ（ｚ）、ｈｂ（ｚ）、ｈｃ（ｚ）、ｈｄ（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、ｒｃ＝[ｒｃ（０），ｒｃ（1×ｄｚ_ｃ），…]^T、ｒｄ＝[ｒｄ（０），ｒｄ（1×ｄｚ_ｄ），…]^T、ｒ＝[ｒ（０），ｒ（1×ｄｚ），…]^Tとして離散表現にすると
Ｈａ・ｒ＝ｒａ ・・・（６）
Ｈｂ・ｒ＝ｒｂ ・・・（７）
Ｈｃ・ｒ＝ｒｃ ・・・（８）
Ｈｄ・ｒ＝ｒｄ ・・・（９）
となる。ここで、Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃ、Ｈｄは、ｈａ＝[ｈａ（０），ｈａ（1×ｄｚ），…]、ｈｂ＝[ｈｂ（０），ｈｂ（1×ｄｚ），…]、ｈｃ＝[ｈｃ（０），ｈｃ（1×ｄｚ），…]、ｈｄ＝[ｈｄ（０），ｈｄ（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断層情報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、Ｌｃ、Ｌｄの波長帯域の違いを考慮した関係式から断層情報ｒ（ｚ）を算出することにより、より精度良く断層情報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、本手法は、第１の実施形態においても適用可能である。

本実施形態では、光束Ｌｂと光束Ｌｃの波長帯域を離隔したものとし、反射光分離手段２８５と参照光分離手段２７５のカットオフ波長を波長λｂｃに設定している。これにより、本実施形態の光断層画像化装置２００は、第１の実施形態の光断層画像化装置１に比べて分離手段や合波手段、干渉光検出手段を数を減らすことができるので、装置構成が簡易化され、小型化および低コスト化が可能になる。

なお、第２の実施形態の光断層画像化装置２００において、光源ユニット１０の合波手段１５ａ、１５ｂは光断層画像化装置１のものと同じものでもよいし、あるいは、そのカットオフ波長を波長λｂｃに設定して、反射光分離手段２８５や参照光分離手段２７５と同じものを使用してもよいし、もしくは各光源のスペクトルを考慮して最適化したものを使用してもよい。

また、第２の実施形態の光断層画像化装置２００の構成は、光束Ｌｂと光束Ｌｃの波長帯域が離隔している場合に光利用効率の高い測定ができるため有効であるが、光源ユニット１０から出力される各光束が図３（ａ）に示すようなスペクトルを有する場合にも光利用効率は低くなるが適用可能である。この場合は、反射光分離手段２８５および参照光分離手段２７５のカットオフ波長を光束Ｌｂと光束Ｌｃのスペクトルが交差する波長を設定することが好ましい。

次に、本発明の第３の実施形態による光断層画像化装置について図１１を参照しながら説明する。第３の実施形態による光断層画像化装置は、光源ユニットの構成のみが、第２の実施形態の光断層画像化装置２００と異なるため、以下の第３の実施形態の説明では光源ユニットについてのみ述べることにし、その他の構成の説明は省略する。また、図１１において、図１の光源ユニット１０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。

図１１は第３の実施形態による光断層画像化装置が備える光源ユニット３１０の概略構成図である。光源ユニット３１０は、複数の光束を合波して出力するものであり、本発明の光制御ユニットとして機能するものである。光源ユニット３１０は、発光部１１と、発光部１１が射出可能な光束のうち少なくとも２つの光束を合波して射出する波長選択性を有する波長合波手段である合波手段３１５と、前記光束の光路中の合波手段３１５の上流において、前記光束を制御して、少なくとも１つの光束が他の１つ以上の光束と異なる時間帯に出力されるように制御する制御手段３１６ａ、３１６ｃとを備え、互いに波長の異なる２以上の光束が合波されて同時に出力されるようにするものである。すなわち、光源ユニット１０と比較すると、合波手段の上流に制御手段が配置されている点が光源ユニット３１０の１つの特徴である。

なお、第３の実施形態においては、発光部１１から射出される各光束Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄのスペクトルは図６に示すものと同様であり、光束Ｌｂと光束Ｌｃの波長帯域は互いに離隔している。

図１１に示すように、光源１０ａ、１０ｂの射出端と制御手段３１６ａの入力端とはそれぞれ光ファイバＦＢａ、ＦＢｂにより接続されている。光源１０ｃ、１０ｄの射出端と制御手段３１６ｃの入力端とはそれぞれ光ファイバＦＢｃ、ＦＢｄにより接続されている。

制御手段３１６ａ、３１６ｃはともに、本実施形態では、２つの入力端と１つの出力端を有するものであるが、より多くの入力端または出力端を有していてもよい。制御手段３１６ａ、３１６ｃの出力端と合波手段３１５の２つの入力端とはそれぞれ光ファイバＦＢ３０ａ、ＦＢ３０ｂにより接続されている。合波手段３１５の出力端には光ファイバＦＢ１が接続されている。

制御手段３１６ａ、３１６ｃは、例えばスイッチング素子により構成され、２つの入力端のうち一方の入力端から入射した光束のみを出力端へ射出し、他方の入力端から入射した光束は遮断して射出しないようにし、時間に応じて射出させる光束を切り換える機能を有する。本実施形態における制御手段３１６ａ、３１６ｃもまた、波長帯域が互いに離隔している各光束を光源ユニット３１０から同一の時間帯に出力するようにし、波長帯域の一部が重複している各光束を光源ユニット３１０から異なる時間帯に出力するようにするものである。

合波手段３１５は、設定されたカットオフ波長に応じて光を合波する機能を有し、たとえばＷＤＭカプラにより構成される。合波手段３１５のカットオフ波長は波長λｂｃに設定されている。

本実施形態の光源ユニット３１０から同時に射出可能となる光束の組み合わせは、光束Ｌａと光束Ｌｃ、光束Ｌａと光束Ｌｄ、光束Ｌｂと光束Ｌｃ、光束Ｌｂと光束Ｌｄの４通りである。上述のように、光束Ｌｂと光束Ｌｃの波長帯域は互いに離隔しているため、第３の実施形態においては、制御手段３１６ａ、３１６ｃは同期をとらなくても、測定対象Ｓに照射される複数の光の波長帯域は必ず互いに離隔したものとなる。したがって、第３の実施形態においても、反射光分離手段２８５と参照光分離手段２７５で各光束ごとに分離することが可能となり、ディテクタにおける信号混在の問題を解決して、高速に高分解能の測定をすることができる。

なお、光源ユニット３１０から出力される各光束が図３（ａ）に示すようなスペクトルを有する場合は、光源ユニット３１０において、同期をとって光束Ｌｂと光束Ｌｃが同時に射出されないように制御手段３１６ａ、３１６ｃにより光束を制御すればよい。

次に、本発明の第４の実施形態による光断層画像化装置について図１２を参照しながら説明する。第４の実施形態による光断層画像化装置は、光源ユニットの構成のみが、第１の実施形態の光断層画像化装置１と異なるため、以下の第４の実施形態の説明では光源ユニットについてのみ述べることにし、その他の構成の説明は省略する。また、図１２において、図１の光源ユニット１０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。

図１２は第４の実施形態による光断層画像化装置が備える光源ユニット４１０の概略構成図である。光源ユニット４１０は、複数の光束を合波して出力するものであり、本発明の光制御ユニットとして機能するものである。光源ユニット４１０は、図１に示す光源ユニット１０と比較すると、光源ユニット１０の制御手段１６を合波手段４１５に置換し、さらに制御手段４１７を設けた点が特徴である。

合波手段４１５は、例えば、分岐比５０：５０の２×１の光ファイバカプラから構成される。

制御手段４１７は、各光源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの発光・消灯（オン・オフ）を個別に制御するものである。制御手段４１７は、波長帯域が互いに離隔している各光束を光源ユニット４１０から同一の時間帯に出力するようにし、波長帯域の一部が重複している各光束を光源ユニット４１０から異なる時間帯に出力するようにする。

光源ユニット４１０では、制御手段４１７を設けることにより、光源ユニット４１０から射出する光束の組み合わせを、第１の実施形態のものと同じにすることができ、波長の異なる複数の光が同時に出力されても第１の実施形態と同様に信号混在の問題を解決できる。

次に、本発明の第５の実施形態による光断層画像化装置５００について図１３を参照しながら説明する。光断層画像化装置５００は、図１の光断層画像化装置１と比較すると、干渉計よりも下流側に合波手段１５ａ、１５ｂ、制御手段１６が配置され、各光束ごとに干渉計が設けられている点が基本的に異なる。以下では、主にこの相違点について説明し、図１３の光断層画像化装置５００において、図１の光断層画像化装置１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５００は、光源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄと、光源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄそれぞれに対して設けられた干渉計ユニット２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄと、合波手段１５ａ、１５ｂと、制御手段１６と、プローブ３０と、断層画像処理手段５０とを備えている。

光源１０ａと干渉計ユニット２５ａとは光ファイバＦＢ１ａにより接続され、干渉計ユニット２５ａと合波手段１５ａの一端とは光ファイバＦＢ４ａにより接続されている。同様に、光源１０ｃと干渉計ユニット２５ｃとは光ファイバＦＢ１ｃにより接続され、干渉計ユニット２５ｃと合波手段１５ａの一端とは光ファイバＦＢ４ｃにより接続されている。

光源１０ｂと干渉計ユニット２５ｂとは光ファイバＦＢ１ｂにより接続され、干渉計ユニット２５ｂと合波手段１５ｂの一端とは光ファイバＦＢ４ｂにより接続されている。同様に、光源１０ｄと干渉計ユニット２５ｄとは光ファイバＦＢ１ｄにより接続され、干渉計ユニット２５ｄと合波手段１５ｂの一端とは光ファイバＦＢ４ｄにより接続されている。

合波手段１５ａの他端と制御手段１６の一端とは光ファイバＦＢ５１ａにより接続され、合波手段１５ｂの他端と制御手段１６の一端とは光ファイバＦＢ５１ｂにより接続されている。制御手段１６の他端と光ロータリコネクタ３１とは光ファイバＦＢ５２により接続されている。

干渉計ユニット２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄはそれぞれ断層画像処理手段５０に接続されている。干渉計ユニット２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄは、入出射する光束の波長帯域が互いに異なるだけで、基本的には同様の構成を有するため、図１３においては、図の煩雑化を避けるため、干渉計ユニット２５ａのみ構成を示し、干渉計ユニット２５ｂ、２５ｃ、２５ｄについては構成の図示を省略している。

干渉計ユニット２５ａを例にとり、光断層画像化装置５００が有する干渉計ユニットの構成および動作を説明する。干渉計ユニット２５ａは、光源１０ａから射出される光束Ｌａを測定光Ｌ１ａと参照光Ｌ２ａとに分割する光分割手段３ａと、測定光Ｌ１ａ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と参照光Ｌ２ａとを合波する合波手段４ａと、合波されたときに生ずる干渉光Ｌ４ａを干渉信号ＩＳａとして検出する干渉光検出手段４０ａとを備えている。なお、図１３では各光束および各光の図示は省略している。

光源１０ａから射出された光束Ｌａは、光ファイバＦＢ１ａにより導波されて光分割手段３ａにおいて測定光Ｌ１ａと参照光Ｌ２ａに光分割されて、測定光Ｌ１ａは光ファイバＦＢ２ａ側に射出され、参照光Ｌ２ａは光ファイバＦＢ３ａ側に射出される。測定光Ｌ１ａは光ファイバＦＢ２ａにより導波されてサーキュレータ５ａを経由した後、光ファイバＦＢ４ａにより導波されて干渉計ユニット２５ａから射出されて合波手段１５ａに入射する。

また、測定光Ｌ１ａ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は、測定光Ｌ１ａと逆向きに光ファイバＦＢ４ａにより導波されて、干渉計ユニット２５ａに入射し、サーキュレータ５ａを経由した後、光ファイバＦＢ５ａにより導波されて合波手段４ａに入射する。

一方、光分割手段３ａにより分割された参照光Ｌ２ａは、光ファイバＦＢ３ａの途中に設けられた光路長調整手段２０ａにより光路長を変更された後、合波手段４ａに入射する。

合波手段４ａにおいて、反射光Ｌ３ａと参照光Ｌ２ａが合波され、この合波により生じた干渉光Ｌ４ａは二分されて干渉光検出手段４０ａへ射出される。干渉光検出手段４０ａで得られた干渉信号ＩＳａは、断層画像処理手段５０へ出力される。干渉光検出手段４０ａ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。

光断層画像化装置５００において、光源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄそれぞれから射出される光束Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄのスペクトル、各光源の波長掃引および制御手段１６の同期のとり方は第１の実施形態と同様である。

第５の実施形態においては、合波手段１５ａは、干渉計ユニット２５ａで分割された測定光と干渉計ユニット２５ｃで分割された測定光を合波し、合波手段１５ｂは、干渉計ユニット２５ｂで分割された測定光と干渉計ユニット２５ｄで分割された測定光を合波する。また、第５の実施形態においては、制御手段１６は、合波手段１５ａ、１５ｂの下流において各測定光を制御して、少なくとも１つの前記測定光が他の１つ以上の前記測定光と異なる時間帯に測定対象に照射されるようにするとともに、互いに波長の異なる２以上の前記測定光が合波されて同時に測定対象に照射されるようにする。このとき、制御手段１６は、波長帯域が互いに離隔している各測定光が同一の時間帯に測定対象Ｓに照射されるようにするとともに、波長帯域の一部が重複している各測定光が異なる時間帯に測定対象Ｓに照射されるようにする。

なお、本実施形態においては、制御手段１６および合波手段１５ａ、１５ｂは反射光分離手段としても機能するものである。すなわち、各測定光が測定対象Ｓに照射されたときの各反射光は、制御手段１６により時間に応じて各光束ごとに分離され、さらに合波手段１５ａ、１５ｂにより波長に応じて各光束ごとに分離されて、各光束ごとに各干渉計ユニットに入射する。

そして、各干渉計ユニットでは、各反射光と各参照光とを各光束ごとに合波手段によりそれぞれ合波し、この合波により生ずる干渉光を干渉光検出手段により干渉信号として前記各光束ごとに検出する。各干渉信号は断層画像処理手段５０に出力され、断層画像処理手段５０はこれらの干渉信号を用いて測定対象Ｓの断層画像を生成する。

よって、光断層画像化装置５００においても、光断層画像化装置１と同様の効果が得られる。また、光断層画像化装置５００では、各光束ごとに干渉計ユニットを設けているので、各光束の波長帯域に応じて各干渉計ユニットを最適化した構成にすることができ、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、光断層画像化装置５００では、制御手段１６および合波手段１５ａ、１５ｂは反射光分離手段と兼用することができる。

なお、光断層画像化装置５００のように各光源から射出された各光束ごとに干渉計が設けられている構成においても、図１１に示すような波長選択性を有する合波手段と制御手段の順番を入れ替えた構成や、図１２に示すような発光部の光源の発光・消灯を個別に制御する制御手段を適用することができる。

なお、上記の第１〜第５の実施形態ではマッハツェンダ型干渉計を用いた例を挙げて説明したが、フィゾー型干渉計やマイケルソン型干渉計を用いてもよい。

以上説明した本発明の第１〜第５の実施形態を、スイッチ素子のみを用いて波長の異なる光を１つずつ順番に出力させる従来の方法と比較すると、本発明のものの方が高速に測定できる。また、本発明の第１〜第５の実施形態を、参照光や反射光の波長ごとの分離を全てＷＤＭカプラのような分波手段を用いて行う場合と比較すると、波長帯域が重複する部分については、本発明のもののように制御手段を用いて時間に応じて切換えて分離した方が光量損失をほぼ０にすることができる。

また、上記の本発明の実施形態と従来技術を比較すると、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ったため、光源ユニットから射出される光が広帯域の場合には、広帯域に対応可能なディテクタとして使用するフォトダイオードを見つけることが困難であり、広帯域に測定可能な装置を構成できないことがあった。これに対して、本発明の実施形態の装置構成によれば、光源ユニットから射出される光の全波長域に対応させる必要はないため、広帯域に測定可能な装置を構成することができるとともに、使用する光学部品の要求使用を緩和することができ、部品のコストを低減することができる。

また、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の光束を用いれば、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。

光断層画像化装置において、図６に示すようなスペクトルの光束を用いるときは、光源ユニットから射出される光束により形成されるスペクトルは不連続なものとなる。従来、ＯＣＴ装置で使用される光源は、そのスペクトルがガウス形状であることが理想とされていた。ＴＤ−ＯＣＴ装置では、ガウス形状から外れたスペクトル形状を持つ光源を使用したときにはサイドローブが立つため、画像の分解能が悪化するという問題点があった。スペクトル信号を測定するＦＤ−ＯＣＴ計測では、光源スペクトルをあらかじめ測定し、そこから得られるフィルタ関数を干渉信号にかけることにより、ガウス形状のスペクトルであった場合に得られる信号に近づける処理が従来では行われている。しかし、断層画像を取得する深さ範囲に対応する光源スペクトルは連続である必要があり、例えば発光帯域の真ん中で光量がゼロとなる様な離隔したスペクトル波形においては適切な処理ができないとされていた。

つまり、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、離隔した光束を射出する光源ユニット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、上述した断層画像処理手段５０の説明からわかるように、連続したスペクトルでなく不連続なスペクトルを形成する光源ユニット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、高分解能な断層画像を得られることがわかった。このため、上述のような特定の特性に限定された光源ユニットを用いる必要がなくなる。

なお、上記第１〜第５の実施形態の光断層画像化装置は全て、ＳＳ−ＯＣＴ装置であり、背景技術の項において述べたように、ＳＤ−ＯＣＴ装置に比べて、測定レートの点で有利である。具体的には例えば、波長帯域２００ｎｍ、波長分解能０．１ｎｍのＯＣＴ装置を考えた場合、高分解能、光画質の断層画像を得るためには、２０００点以上のデータ点数が必要であり、より正確なスペクトル形状を知るためには４０００点以上のデータ点数が望ましい。また、ＯＣＴ装置としては２次元断層画像を動画表示することが望ましく、例えば、測定波長帯域のデータ点数が２０００点、光軸と垂直な方向のライン数が１０００ラインの画像を繰り返しレート１０Ｈｚで表示する場合、データ読み出しレートは２０ＭＨｚが必要となる。

前述のように、ＳＤ−ＯＣＴ装置において、データ点数を増加させるためにはディテクタの素子数を増加させることが必要である。ＯＣＴ装置における一般的な光源波長である近赤外域に受光感度を持つＩｎＧａＡｓ素子のディテクタアレイで現在入手可能なものとしては、素子数１０２４個（例えばＳｅｎｓｏｒｓ Ｕｎｌｉｍｉｔｅｄ Ｉｎｃ．、社製、型番ＳＵ−ＬＤＶ−１０２４ＬＥ）のものが挙げられるが、このようなものは高価である。データ点数を２０００点以上、または４０００点以上取得するには、高価な素子数１０２４個のディテクタアレイを最低２個、望ましくは４個以上接続して使用する必要がある。また、複数のディテクタアレイを接続する場合、高精度な位置調整が必要とされる。さらに、上記の素子数１０２４個のディテクタアレイと、素子数５１２個のディテクタアレイ（Ｓｅｎｓｏｒｓ Ｕｎｌｉｍｉｔｅｄ Ｉｎｃ．、社製、型番ＳＵ−ＬＤＶ−５１２ＬＤ）の仕様を比較すると、最大ラインレートが素子数５１２個のディテクタアレイでは１２８２０ｆｌａｍｅ／秒であるのに対し、素子数１０２４個のディテクタアレイでは４２６６ｆｌａｍｅ／秒であり、素子数が増加するに伴い、１ラインの読み出しレートは低下している。このような１ラインの読み出しレートの低下は、画像のフレームレートを低下させるという点で問題である。

これに対して、ＳＳ−ＯＣＴ装置では、ディテクタのサンプリング間隔を増加させる事で、データ点数の増加は安価に実現できる。前述の例で言えば、光軸と垂直方向１０００ラインの画像を１０Ｈｚで表示する場合、データ点数が４０００点の場合でも４０ＭＨｚのサンプリングレートでデータを取得すれば良い。これは、フォトダイオード１素子と安価な電気回路で十分に実現可能なレベルである。

また、測定光を広帯域化する場合、ＳＤ−ＯＣＴ装置では、干渉光検出手段におけるグレーティング等の波長分散素子、レンズ等の集光素子など光学設計の変更が必要であるが、ＳＳ−ＯＣＴ装置では、ＷＤＭカプラとディテクタを追加するだけで済むため、容易に実現できる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、発明の要旨を変更しない限りにおいて、種々の変形が可能である。例えば、上記例では１つの光源から１つの光束が射出される例について説明したが、１つの光源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。

また、上記例では、光制御ユニットが４つの光束を合波する場合について説明したが、合波する光束の数は３、もしくは５以上であってもよい。多数の光束を合波する場合には、例えばｎ×１のＷＤＭカプラや複数個のＷＤＭカプラを用いることで構成可能である。

図１４は、７つの波長掃引光源１、２、３、４、５、６、７から射出される各光束を合波して出力する光制御ユニットの構成例を概念的に示すものである。ここで、波長掃引光源１、２、３、４、５、６、７は、互いに異なる波長帯域を有し、各波長帯域の中心波長はこの順に長くなっており、中心波長の順で隣り合う各光束は、その波長帯域の一部が重複するが、中心波長の順で隣り合わない各光束は、その波長帯域が互いに離隔するものである。この場合、例えば波長掃引光源１、３、５、７からの光束を４×１のＷＤＭカプラ６１５ａで合波し、波長掃引光源２、４からの光束を２×１のＷＤＭカプラ６１５ｂで合波し、波長掃引光源６からの光束とＷＤＭカプラ６１５ｂで合波した光束とをＷＤＭカプラ６１５ｃで合波する。そして、ＷＤＭカプラ６１５ａで合波した光束とＷＤＭカプラ６１５ｃで合波した光束とを制御手段６１６に入射させる。そして、制御手段６１６において波長帯域が互いに離隔している各光束を同一の時間帯に出力するとともに、波長帯域の一部が重複している各光束を異なる時間帯に出力するようにすればよい。

上記実施形態では、光源ユニットとしてファイバリング型波長掃引光源を用いて例を挙げたが、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、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。波長掃引は、連続的な掃引が好ましいが、不連続的な波長変化であってもよい。各光束の波長掃引周期は、同一時間帯に射出されるものは同じ周期であることが好ましいが、異なる時間帯に射出されるものは互いに異なる周期であってもよい。

なお、各光束のスペクトルは上記例に限定されない。全光束のうち少なくとも２つの光束の波長帯域の一部が重複しており、全光束のうち少なくとも２つの光束の波長帯域が離隔しているものであれば、上記実施形態で説明した波長選択性を有する合波手段および制御手段による効果が得られる。

また、上記実施形態では、光源ユニットから射出される光束のスペクトルが略ガウス形状のものを例にとり説明したが、これに限定するものではなく、例えば波長に対して光強度が一定であるスペクトルであってもよい。

また、上記実施形態では、光ファイバにより光束を導波し、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。

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源ユニットの概略構成図 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 図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）は図１の光源ユニットから射出される各光束のスペクトルを示す図 図１の光源ユニットの波長掃引の様子を示す図 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２の実施形態にかかる光源ユニットから射出される各光束のスペクトルを示す図 図５の断層画像処理手段の一例を示すブロック図 図５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５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断層情報を示す図 図５の断層画像処理手段において複数の断層情報から断層画像の生成に用いる断層情報を生成する様子を示す図 本発明の第３の実施形態にかかる光源ユニットの概略構成図 本発明の第４の実施形態にかかる光源ユニットの概略構成図 本発明の第５の実施形態にかかる光断層画像化装置の概略構成図 ７つの波長掃引光源からの光束を合波する例を示す図

符号の説明

１、２００、３００、４００、５００ 光断層画像化装置
３、３ａ 光分割手段
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ 合波手段
５、５ａ サーキュレータ
１０ 光源ユニット
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ 光源
１５ａ、１５ｂ、３１５ 合波手段
１６、３１６ａ、３１６ｂ、４１７ 制御手段
２０、２０ａ 光路長調整手段
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ 干渉計ユニット
３０ プローブ
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ 干渉光検出手段
５０ 断層画像処理手段
６０ 表示装置
７５ａ、７５ｂ、７６ 参照光分離手段
８５ａ、８５ｂ、８６ 反射光分離手段
Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄ 光束
Ｌ１ａ、Ｌ１ｃ 測定光
Ｌ２ａ、Ｌ２ｃ 参照光
Ｌ３ａ、Ｌ３ｃ 反射光
Ｌ４ａ、Ｌ４ｃ 干渉光
Ｓ 測定対象
ｒａ、ｒｂ、ｒｃ、ｒｄ 中間断層情報

Claims (3)

1. 互いに異なる波長帯域内でそれぞれ波長が掃引される３以上の光束を射出可能な発光部と、前記３以上の光束のうち少なくとも２つの光束を合波して射出する波長選択性を有する波長合波手段と、前記発光部、または前記光束の光路中の前記波長合波手段の上流または下流において、少なくとも１つの光束が他の１つ以上の光束と異なる時間帯に出力されるように制御する制御手段と、を具備し、互いに波長の異なる２以上の光束が合波されて同時に出力されるように構成されている光制御ユニットと、
   前記光制御ユニットから出力された前記各光束をそれぞれ測定光と参照光とに分割する光分割手段と、
   前記参照光と、前記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とを前記各光束ごとにそれぞれ合波する合波手段と、
   該合波手段により前記反射光と前記参照光とが合波されたときに生ずる干渉光を干渉信号として前記各光束ごとに検出する干渉光検出手段と、
   前記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、
   前記３以上の光束のうち少なくとも２つの光束の前記波長帯域が互いに離隔しており、
   前記３以上の光束のうち少なくとも２つの光束の前記波長帯域の一部が重複しており、
   前記制御手段が、前記波長帯域が互いに離隔している前記各光束が同一の時間帯に出力されるようにし、かつ、前記波長帯域の一部が重複している前記各光束が異なる時間帯に出力されるようにするものであることを特徴とする光断層画像化装置。
2. 互いに異なる波長帯域内でそれぞれ波長が掃引される３以上の光束を射出する発光部と、
   前記発光部から射出された前記各光束をそれぞれ測定光と参照光とに分割する光分割手段と、
   分割された複数の前記測定光のうち少なくとも２つの測定光を合波して射出する波長選択性を有する波長合波手段と、
   前記参照光と、合波された前記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とを前記各光束ごとにそれぞれ合波する合波手段と、
   該合波手段により前記反射光と前記参照光とが合波されたときに生ずる干渉光を干渉信号として前記各光束ごとに検出する干渉光検出手段と、
   前記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、
   前記３以上の光束のうち少なくとも２つの光束の前記波長帯域が互いに離隔しており、
   前記３以上の光束のうち少なくとも２つの光束の前記波長帯域の一部が重複しており、
   前記発光部、または前記測定光の光路中の前記波長合波手段の上流または下流において、前記波長帯域が互いに離隔している前記各測定光が同一の時間帯に前記測定対象に照射されるようにし、かつ、前記波長帯域の一部が重複している前記各測定光が異なる時間帯に前記測定対象に照射されるようにする制御手段をさらに備えたことを特徴とする光断層画像化装置。
3. 発光部と、光分割手段と、波長選択性を有する波長合波手段と、合波手段と、干渉光検出手段と、断層画像処理手段と、制御手段とを備えた光断層画像化装置の作動方法であって、
   前記発光部が、互いに異なる波長帯域内でそれぞれ波長が掃引される３以上の光束を射出し、
   前記光分割手段が、前記発光部から射出された前記各光束をそれぞれ測定光と参照光とに分割し、
   前記波長合波手段が、分割された複数の前記測定光のうち少なくとも２つの測定光を合波して射出し、
   前記合波手段が、前記参照光と、合波された前記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とを前記各光束ごとにそれぞれ合波し、
   前記干渉光検出手段が、前記反射光と前記参照光とが合波されたときに生ずる干渉光を干渉信号として前記各光束ごとに検出し、
   前記断層画像処理手段が、前記干渉信号を用いて前記測定対象の断層画像を生成し、
   前記３以上の光束のうち少なくとも２つの光束の前記波長帯域が互いに離隔しており、
   前記３以上の光束のうち少なくとも２つの光束の前記波長帯域の一部が重複しており、
   前記制御手段が、前記発光部、または前記測定光の光路中の前記波長合波手段の上流または下流において、前記波長帯域が互いに離隔している前記各測定光が同一の時間帯に前記測定対象に照射されるようにし、かつ、前記波長帯域の一部が重複している前記各測定光が異なる時間帯に前記測定対象に照射されるようにすることを特徴とする光断層画像化装置の作動方法。

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