JP5772783B2 - 光断層画像取得装置 - Google Patents

Description

本発明は、光断層画像取得装置に関するものである。

光コヒーレンストモグラフィ（Optical CoherenceTomography: ＯＣＴ）に拠る光断層画像取得技術は、光の干渉を用いて測定対象物の深さ方向の反射量分布を測定することができる。この光断層画像取得技術は、高い空間分解能で非侵襲で測定対象物の内部の構造を画像化することができることから、近年では生体計測に応用されている。

ＯＣＴに拠る光断層画像取得装置は、光源から出力される光を２分岐して参照光および測定光とし、参照光を参照ミラーに照射したときに該参照ミラーで生じる反射光と、測定光を測定対象物に照射したときに該測定対象物で生じる拡散反射光とを干渉させ、当該干渉光を検出器により検出し、この検出結果を解析することで測定対象物の深さ方向の反射情報分布（１次元の光断層画像）を得る。さらに、測定対象物への光照射位置を走査することで、測定対象物の２次元または３次元の光断層画像を取得することができる。

特許文献１に開示された光断層画像取得装置は、光源から出力された光を２分岐して参照光および測定光とする第１カプラと、カプラから出力される参照光を入力して参照ミラーへ出力する第１サーキュレータと、カプラから出力される測定光を入力して測定対象物へ出力する第２サーキュレータと、参照ミラーで生じて第１サーキュレータを経た反射光と測定対象物で生じて第２サーキュレータを経た物体光とを合波して干渉させる第２カプラと、この第２カプラから出力される干渉光を検出する検出器と、を備える。また、この光断層画像取得装置は、参照光学系の一部に光ファイバを用い、測定光学系の一部に光ファイバを用いている。

米国特許出願公開第２０１１／０２９９０９１号明細書 特開２０１２−２４５５１号公報

光断層画像取得装置は、参照ミラーからの反射光と測定対象物からの物体光との干渉による干渉光（以下「信号干渉光」という。）を検出するものであるが、参照光学系および測定光学系それぞれにおいてサーキュレータや光ファイバの端面等で反射光が生じると、これら反射光同士の干渉による干渉光（以下「ノイズ干渉光」という。）をも検出する。すなわち、光断層画像取得装置の検出器は、ノイズ干渉光が重畳された信号干渉光を検出し、その検出結果を解析して測定対象物の光断層画像を取得することになる。この場合、取得される光断層画像は、ノイズ干渉光に由来するアーチファクトがノイズとして測定対象物の光断層画像に重畳されたものとなる。

これに対して、特許文献２に開示された光断層画像取得装置は、ノイズ干渉光を低減するために、参照光学系または測定光学系に含まれる光学部品の光入出射面を傾斜させて、その光学部品の光入出射面で生じる反射光が検出器に到達しないようにしている。しかし、このように光入出射面を傾斜させることができない光学部品もあり、この場合には、この光学部品で生じた反射光に因るアーチファクトが発生する場合がある。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、アーチファクトの発生を抑制して測定対象物の正確な光断層画像を取得することができる光断層画像取得装置を提供することを目的とする。

第１の発明の光断層画像取得装置は、(1) 光を出力する光源と、(2) 光源から出力される光を２分岐して参照光および測定光として出力する分岐部と、(3) 第１光ファイバ，第１集光レンズおよび参照ミラーを含み、分岐部から出力された参照光を第１光ファイバにより導波させ第１集光レンズを経て参照ミラーに入射させるとともに、この参照光入射に応じて参照ミラーで生じた反射光を第１集光レンズを経て第１光ファイバにより導波させる参照光学系と、(4) 第２光ファイバおよび第２集光レンズを含み、分岐部から出力される測定光を第２光ファイバにより導波させ第２集光レンズを経て測定対象物に照射するとともに、この測定光照射に応じて測定対象物で生じた反射光を物体光として第２集光レンズを経て第２光ファイバにより導波させる測定光学系と、(5) 参照光学系から出力される反射光と測定光学系から出力される物体光との干渉により生じる干渉光を受光し、アレイ配置された複数の受光素子を有する分光器により干渉光のスペクトルを検出する検出器と、(6) 検出器による検出結果に基づいて測定対象物の光断層画像を取得する解析部と、を備える。

そして、第１の発明の光断層画像取得装置は、分光器の複数の受光素子のうち隣接する２つの受光素子が受光する光の波数の間隔の最大値をδｋとしたとき、分岐部から参照ミラーで折り返して検出器までの光路長Ｌ_0refと、分岐部から測定対象物で折り返して検出器までの光路長Ｌ_0objとが、|Ｌ_0obj−Ｌ_0ref|＜π／δｋ を満たし、分岐部から第１集光レンズで折り返して検出器までの光路長Ｌ_1refと、分岐部から第２集光レンズで折り返して検出器までの光路長Ｌ_1objとが、|Ｌ_1obj−Ｌ_1ref|＞π／δｋ を満たすことを特徴とする。

第２の発明の光断層画像取得装置は、(1) 光を出力する波長可変光源と、(2) 光源から出力される光を２分岐して参照光および測定光として出力する分岐部と、(3) 第１光ファイバ，第１集光レンズおよび参照ミラーを含み、分岐部から出力された参照光を第１光ファイバにより導波させ第１集光レンズを経て参照ミラーに入射させるとともに、この参照光入射に応じて参照ミラーで生じた反射光を第１集光レンズを経て第１光ファイバにより導波させる参照光学系と、(4) 第２光ファイバおよび第２集光レンズを含み、分岐部から出力される測定光を第２光ファイバにより導波させ第２集光レンズを経て測定対象物に照射するとともに、この測定光照射に応じて測定対象物で生じた反射光を物体光として第２集光レンズを経て第２光ファイバにより導波させる測定光学系と、(5) 参照光学系から出力される反射光と測定光学系から出力される物体光との干渉により生じる干渉光を受光し、波長可変光源から出力される光の各波長について干渉光の強度を検出する検出器と、(6) 検出器による検出結果に基づいて測定対象物の光断層画像を取得する解析部と、を備える。

そして、第２の発明の光断層画像取得装置は、検出器が干渉光の強度を検出する際の光の波数の間隔の最大値をδｋとしたとき、分岐部から参照ミラーで折り返して検出器までの光路長Ｌ_0refと、分岐部から測定対象物で折り返して検出器までの光路長Ｌ_0objとが、|Ｌ_0obj−Ｌ_0ref|＜π／δｋ を満たし、分岐部から第１集光レンズで折り返して検出器までの光路長Ｌ_1refと、分岐部から第２集光レンズで折り返して検出器までの光路長Ｌ_1objとが、|Ｌ_1obj−Ｌ_1ref|＞π／δｋ を満たすことを特徴とする。

第１または第２の発明の光断層画像取得装置は、参照光学系が、第１光ファイバの途中に配された第１光学部品を含み、測定光学系が、第２光ファイバの途中に配された第２光学部品を含み、分岐部から第１光学部品で折り返して検出器までの光路長Ｌ_2refと、分岐部から第２光学部品で折り返して検出器までの光路長Ｌ_2objとが、|Ｌ_2obj−Ｌ_2ref|＞π／δｋ を満たすのが好適である。

第１または第２の発明の光断層画像取得装置は、参照光学系が、第１光ファイバの途中に配され反射ミラーで生じた反射光を検出器へ分岐する第１サーキュレータと、第１サーキュレータと第１集光レンズとの間に配された第１光学部品とを含み、測定光学系が、第２光ファイバの途中に配され測定対象物で生じた物体光を検出器へ分岐する第２サーキュレータと、第２サーキュレータと第２集光レンズとの間に配された第２光学部品とを含み、分岐部から第１光学部品で折り返して検出器までの光路長Ｌ_3refと、分岐部から第２光学部品で折り返して検出器までの光路長Ｌ_3objとが、|Ｌ_3obj−Ｌ_3ref|＞π／δｋ を満たすのが好適である。

本発明によれば、アーチファクトの発生を抑制することができ、測定対象物の正確な光断層画像を取得することができる。

第１比較例の光断層画像取得装置１Ａの構成図である。 第１実施形態の光断層画像取得装置１の構成図である。 測定範囲幅ｚ_max、光路長差ΔＬおよび光路長差Δｄの間の関係を示す図である。 第２比較例の光断層画像取得装置２Ａの構成図である。 第２実施形態の光断層画像取得装置２の構成図である。 第３比較例の光断層画像取得装置３Ａの構成図である。 第３実施形態の光断層画像取得装置３の構成図である。 第４比較例の光断層画像取得装置４Ａの構成図である。 第４実施形態の光断層画像取得装置４の構成図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、各実施形態の構成について、対応する比較例の構成と対比しつつ説明する。

（第１実施形態）

先ず、第１実施形態の光断層画像取得装置１の構成を説明するとともに、これに対応する第１比較例の光断層画像取得装置１Ａの構成を説明する。図１は、第１比較例の光断層画像取得装置１Ａの構成図である。図２は、第１実施形態の光断層画像取得装置１の構成図である。

図１に示される第１比較例の光断層画像取得装置１Ａは、光源１１、検出器１２、解析部１３、サーキュレータ２０、カプラ３０、第１集光レンズ４１、第２集光レンズ４２、第１光ファイバ５１、第２光ファイバ５２および参照ミラー９１を備え、測定対象物９２の光断層画像を取得する。

光源１１は光を出力する。サーキュレータ２０は、光源１１から出力されて到達した光を入力して、その光をカプラ３０へ出力する。分岐部としてのカプラ３０は、光源１１から出力されサーキュレータ２０を経て到達した光を入力し、その光を２分岐して参照光および測定光とし、参照光を光ファイバ５１へ出力し、測定光を光ファイバ５２へ出力する。

参照光学系は、第１集光レンズ４１、第１光ファイバ５１および参照ミラー９１を含む。光ファイバ５１は、カプラ３０から出力された参照光を一端に入力して導波させ、その参照光を他端から出力する。集光レンズ４１は、光ファイバ５１から出力された参照光をコリメートして参照ミラー９１に入射させる。また、集光レンズ４１は、この参照光入射に応じて参照ミラー９１で生じた反射光を入力して、その反射光を光ファイバ５１の端面に集光する。光ファイバ５１は、その反射光を導波させてカプラ３０へ出力する。

測定光学系は、第２集光レンズ４２および第２光ファイバ５２を含む。光ファイバ５２は、カプラ３０から出力された測定光を一端に入力して導波させ、その測定光を他端から出力する。集光レンズ４２は、光ファイバ５２から出力された測定光を集光して測定対象物９２に照射する。また、集光レンズ４２は、この測定光照射に応じて測定対象物９２で生じた反射光（物体光）を入力して、その物体光を光ファイバ５２の端面に集光する。光ファイバ５２は、その物体光を導波させてカプラ３０へ出力する。

カプラ３０は、光ファイバ５１から出力されて到達した反射光を入力するとともに、光ファイバ５２から出力されて到達した物体光を入力して、両光の干渉により生じる干渉光をサーキュレータ２０へ出力する。サーキュレータ２０は、カプラ３０から出力されて到達した干渉光を入力して、その干渉光を検出器１２へ出力する。検出器１２は、サーキュレータ２０から出力されて到達した干渉光を受光し、その干渉光を検出する。解析部１３は、検出器１２による検出結果に基づいて測定対象物９２の光断層画像を取得する。

周波数領域のＯＣＴ（ＳＤ-ＯＣＴ）では、光源１１として広帯域光源が用いられる。検出器１２は、アレイ配置された複数の受光素子を有する分光器により干渉光のスペクトルを検出する。

また、波長掃引型のＯＣＴ（ＳＳ-ＯＣＴ）では、光源１１として波長可変光源が用いられ、検出器１２として単一の受光素子が用いられる。検出器１２は、波長可変光源１１から出力される光の各波長について干渉光の強度を検出する。

ＳＤ-ＯＣＴおよびＳＳ-ＯＣＴでは、測定対象物９２における深さ方向の測定範囲は、解析部１３による解析の際に行う離散フーリエ変換でのナイキスト周波数により制限される。空気中での測定範囲幅ｚ_maxは下記（１）式で表される。

ｚ_max ＝π／２δｋ
＝πＮ／２Δｋ
＝πＮ／２(２π／λ₁−２π／λ₂)
＝Ｎλ₁λ₂／４Δλ
≒Ｎλ₀ ²／４Δλ …（１）

ここで、Δｋは、分光器の帯域幅または波長可変光源の波数可変幅である。Δλは、分光器の帯域幅または波長可変光源の波長可変幅である。δｋは、分光器の波長範囲または波長可変光源の可変範囲における波数の刻みである。λ_１は、分光器の波長範囲または波長可変光源の可変範囲における最短の波長である。λ_２は、分光器の波長範囲または波長可変光源の可変範囲における最長の波長である。λ_０は、分光器の波長範囲または波長可変光源の可変範囲における中心波長（＝(λ_１＋λ_２)／２）である。Ｎは、スペクトルのサンプリング数である。

例えば、λ_０＝１３１０ｎｍ、Δλ＝９０ｎｍ、Ｎ＝１０２４とすると、空気中での測定範囲幅ｚ_maxは４.９ｍｍ（＝1024*1265*1310/(4*90)nm）と見積もられる。

第１比較例では、集光レンズ４１，４２において反射光が生じるとする。これらの反射光も、光ファイバ５１，５２、カプラ３０およびサーキュレータ２０を経て、検出器１２に到達し得る。

カプラ３０と光ファイバ５１の出射端との間の光路に沿った距離をＬr2とする。カプラ３０と光ファイバ５２の出射端との間の光路に沿った距離をＬs2とする。光ファイバ５１の出射端と参照ミラー９１との間の光路に沿った距離をＬr1とする。光ファイバ５２の出射端と測定対象物９２との間の光路に沿った距離をＬs1とする。光ファイバ５１の出射端と集光レンズ４１に付随する任意の反射面との間の光路に沿った距離をｄrとする。光ファイバ５２の出射端と集光レンズ４２に付随する任意の反射面との間の光路に沿った距離をｄsとする。光ファイバ５１，５２の実効屈折率をｎとする。

このとき、カプラ３０から参照ミラー９１で折り返して検出器１２までの光路長Ｌ_0refと、カプラ３０から測定対象物９２で折り返して検出器１２までの光路長Ｌ_0objとの差ΔＬは、下記（２ａ）式で表される。また、カプラ３０から集光レンズ４１に付随する反射面で折り返して検出器１２までの光路長Ｌ_1refと、カプラ３０から集光レンズ４２に付随する反射面で折り返して検出器１２までの光路長Ｌ_1objとの差Δｄは、下記（２ｂ）式で表される。

ΔＬ＝|Ｌ_0obj−Ｌ_0ref|
＝２|ｎ(Ｌs2−Ｌr2)＋(Ｌs1−Ｌr1)| …（２ａ）
Δｄ＝|Ｌ_1obj−Ｌ_1ref|
＝２|ｎ(Ｌs2−Ｌr2)＋(ｄs−ｄr)| …（２ｂ）

第１比較例では、下記（３ａ）式で表されるように、ΔＬ／２，Δｄ／２は共に測定範囲幅ｚ_maxより小さい。上記（１）式を用いると、（３ａ）式は（３ｂ）式で表される。このような場合、集光レンズ４１，４２において生じた反射光に因るアーチファクトがノイズとして測定対象物９２の光断層画像に重畳される（図３（ａ）参照）。

ΔＬ／２ ＜ ｚ_max ， Δｄ／２ ＜ ｚ_max …（３ａ）
ΔＬ ＜ π／δｋ ， Δｄ ＜ π／δｋ …（３ｂ）

図２に示される第１実施形態の光断層画像取得装置１は、第１比較例の構成に対し、参照光学系の光ファイバ５１の出射端と参照ミラー９１との間の光路に沿った距離Ｌr1を長くするとともに、測定光学系の光ファイバ５２の長さＬs2を長くしたものである。第１比較例に対し、第１実施形態では、Ｌr1，Ｌs2それぞれの増加による光路長変化が互いに等しければ、上記（２ａ）式で表されるΔＬは変わらないので、測定対象物９１の光断層画像は同じ位置に得られる。

また、第１実施形態では、下記（４ａ）式で表されるように、ΔＬ／２は測定範囲幅ｚ_maxより小さいままで、Δｄ／２は測定範囲幅ｚ_maxより大きい。上記（１）式を用いると、（４ａ）式は（４ｂ）式で表される。このような場合、集光レンズ４１，４２において生じた反射光に因るアーチファクトは測定対象物９２の光断層画像に重畳されない（図３（ｂ）参照）。

ΔＬ／２ ＜ ｚ_max ， Δｄ／２ ＞ ｚ_max …（４ａ）
ΔＬ ＜ π／δｋ ， Δｄ ＞ π／δｋ …（４ｂ）

第１実施形態の構成では、参照光学系の光ファイバ５１および測定光学系の光ファイバ５２それぞれの長さが互いに異なるので、光ファイバ５１，５２の分散の影響が光断層画像に現れ易い。この問題に対しては、参照光学系の集光レンズ４１と参照ミラー９１との間の光路に分散補償素子６１を挿入するのが好ましい。或いは、ＳＤ-ＯＣＴまたはＳＳ-ＯＣＴでは、干渉スペクトルに分散とは逆の位相成分を乗じるのも好適である。

（第２実施形態）

次に、第２実施形態の光断層画像取得装置２の構成を説明するとともに、これに対応する第２比較例の光断層画像取得装置２Ａの構成を説明する。図４は、第２比較例の光断層画像取得装置２Ａの構成図である。図５は、第２実施形態の光断層画像取得装置２の構成図である。

図１に示された第１比較例の光断層画像取得装置１Ａの構成に対し、図４に示される第２比較例の光断層画像取得装置２Ａでは、光ファイバ５１の途中に配された光学部品７１を参照光学系が含む点で相違し、光ファイバ５２の途中に配された光学部品７２を測定光学系が含む点で相違する。光学部品７１，７２は例えば偏波コントローラやアッテネータ等である。

第２比較例では、光学部品７１，７２において反射光が生じるとする。これらの反射光も、光ファイバ５１，５２、カプラ３０およびサーキュレータ２０を経て、検出器１２に到達し得る。

カプラ３０と光ファイバ５１の出射端との間の光路に沿った距離をＬr2とする。カプラ３０と光ファイバ５２の出射端との間の光路に沿った距離をＬs2とする。光ファイバ５１の出射端と参照ミラー９１との間の光路に沿った距離をＬr1とする。光ファイバ５２の出射端と測定対象物９２との間の光路に沿った距離をＬs1とする。カプラ３０と光学部品７１との間の光路に沿った距離をｄrとする。カプラ３０と光学部品７２との間の光路に沿った距離をｄsとする。光ファイバ５１，５２の実効屈折率をｎとする。

このとき、カプラ３０から参照ミラー９１で折り返して検出器１２までの光路長Ｌ_0refと、カプラ３０から測定対象物９２で折り返して検出器１２までの光路長Ｌ_0objとの差ΔＬは、下記（５ａ）式で表される。また、カプラ３０から光学部品７１で折り返して検出器１２までの光路長Ｌ_2refと、カプラ３０から光学部品７２で折り返して検出器１２までの光路長Ｌ_2objとの差Δｄは、下記（５ｂ）式で表される。

ΔＬ＝|Ｌ_0obj−Ｌ_0ref|
＝２|ｎ(Ｌs2−Ｌr2)＋(Ｌs1−Ｌr1)| …（５ａ）
Δｄ＝|Ｌ_2obj−Ｌ_2ref|
＝２|ｎ(ｄs−ｄr)| …（５ｂ）

第２比較例では、上記（３）式で表されるように、ΔＬ／２，Δｄ／２は共に測定範囲幅ｚ_maxより小さく、光学部品７１，７２において生じた反射光に因るアーチファクトがノイズとして測定対象物９２の光断層画像に重畳される（図３（ａ）参照）。

図５に示される第２実施形態の光断層画像取得装置１は、第２比較例の構成に対し、参照光学系の光ファイバ５１のうち光学部品７１と出射端との間の部分の長さ(Ｌr2−ｄr)を長くするとともに、測定光学系の光ファイバ５２のうちカプラ３０と光学部品７２との間の部分の長さｄsを長くしたものである。第２比較例に対し、第２実施形態では、(Ｌr2−ｄr)，ｄsそれぞれの増加による光路長変化が互いに等しければ、上記（５ａ）式で表されるΔＬは変わらないので、測定対象物９１の光断層画像は同じ位置に得られる。

また、第２実施形態では、上記（４）式で表されるように、ΔＬ／２は測定範囲幅ｚ_maxより小さいままで、Δｄ／２は測定範囲幅ｚ_maxより大きい。このような場合、光学部品７１，７２において生じた反射光に因るアーチファクトは測定対象物９２の光断層画像に重畳されない（図３（ｂ）参照）。

（第３実施形態）

次に、第３実施形態の光断層画像取得装置３の構成を説明するとともに、これに対応する第３比較例の光断層画像取得装置３Ａの構成を説明する。図６は、第３比較例の光断層画像取得装置３Ａの構成図である。図７は、第３実施形態の光断層画像取得装置３の構成図である。

図６に示される第３比較例の光断層画像取得装置３Ａは、光源１１、検出器１２、解析部１３、サーキュレータ２１，２２、カプラ３１，３２、第１集光レンズ４１、第２集光レンズ４２、第１光ファイバ５１_１〜５１_３、第２光ファイバ５２_１〜５２_３および参照ミラー９１を備え、測定対象物９２の光断層画像を取得する。

カプラ３１は、光源１１から出力されて到達した光を入力し、その光を２分岐して参照光および測定光とし、参照光を光ファイバ５１_１へ出力し、測定光を光ファイバ５２_１へ出力する。

サーキュレータ２１は、カプラ３１から出力され光ファイバ５１_１により導波されて到達した参照光を入力し、その参照光を光ファイバ５１_２へ出力する。光ファイバ５１_２は、サーキュレータ２１から出力された参照光を一端に入力して導波させ、その参照光を他端から出力する。集光レンズ４１は、光ファイバ５１_２から出力された参照光をコリメートして参照ミラー９１に入射させる。また、集光レンズ４１は、この参照光入射に応じて参照ミラー９１で生じた反射光を入力して、その反射光を光ファイバ５１_２の端面に集光する。光ファイバ５１_２は、その反射光を導波させてサーキュレータ２１へ出力する。サーキュレータ２１は、光ファイバ５１_２から出力された反射光を入力し、その反射光を光ファイバ５１_３へ出力する。

サーキュレータ２２は、カプラ３１から出力され光ファイバ５２_１により導波されて到達した測定光を入力し、その測定光を光ファイバ５２_２へ出力する。光ファイバ５２_２は、サーキュレータ２２から出力された測定光を一端に入力して導波させ、その測定光を他端から出力する。集光レンズ４２は、光ファイバ５２_２から出力された測定光を集光して測定対象物９２に照射する。また、集光レンズ４２は、この測定光照射に応じて測定対象物９２で生じた反射光（物体光）を入力して、その物体光を光ファイバ５２_２の端面に集光する。光ファイバ５２_２は、その物体光を導波させてサーキュレータ２２へ出力する。サーキュレータ２２は、光ファイバ５２_２から出力された物体を入力し、その物体光を光ファイバ５２_３へ出力する。

カプラ３２は、サーキュレータ２１から出力され光ファイバ５１_３により導波されて到達した反射光を入力するとともに、サーキュレータ２２から出力され光ファイバ５２_３により導波されて到達した物体光を入力して、両光の干渉により生じる干渉光を検出器１２へ出力する。検出器１２は、カプラ３２から出力されて到達した干渉光を受光し、その干渉光を検出する。解析部１３は、検出器１２による検出結果に基づいて測定対象物９２の光断層画像を取得する。

第３比較例では、集光レンズ４１，４２において反射光が生じるとする。これらの反射光も、光ファイバ５１_２，５２_２、サーキュレータ２１，２２、光ファイバ５１_３，５２_３およびカプラ３２を経て、検出器１２に到達し得る。

カプラ３１とサーキュレータ２１との間の光路に沿った距離をＬriとする。カプラ３１とサーキュレータ２２との間の光路に沿った距離をＬsiとする。サーキュレータ２１と光ファイバ５１_２の出射端との間の光路に沿った距離をＬr2とする。サーキュレータ２２と光ファイバ５２_２の出射端との間の光路に沿った距離をＬs2とする。光ファイバ５１_２の出射端と参照ミラー９１との間の光路に沿った距離をＬr1とする。光ファイバ５２_２の出射端と測定対象物９２との間の光路に沿った距離をＬs1とする。サーキュレータ２１とカプラ３２との間の光路に沿った距離をＬroとする。サーキュレータ２２とカプラ３２との間の光路に沿った距離をＬsoとする。光ファイバ５１_２の出射端と集光レンズ４１に付随する任意の反射面との間の光路に沿った距離をｄrとする。光ファイバ５２_２の出射端と集光レンズ４２に付随する任意の反射面との間の光路に沿った距離をｄsとする。光ファイバ５１，５２の実効屈折率をｎとする。

このとき、カプラ３１から参照ミラー９１で折り返して検出器１２までの光路長Ｌ_0refと、カプラ３１から測定対象物９２で折り返して検出器１２までの光路長Ｌ_0objとの差ΔＬは、下記（６ａ）式で表される。また、カプラ３１から集光レンズ４１に付随する反射面で折り返して検出器１２までの光路長Ｌ_1refと、カプラ３１から集光レンズ４２に付随する反射面で折り返して検出器１２までの光路長Ｌ_1objとの差Δｄは、下記（６ｂ）式で表される。

ΔＬ＝|Ｌ_0obj−Ｌ_0ref|
＝|ｎ(Ｌsi＋２Ｌs2＋Ｌso−Ｌri−２Ｌr2−Ｌro)＋２(Ｌs1−Ｌr1)| …（６ａ）
Δｄ＝|Ｌ_1obj−Ｌ_1ref|
＝|ｎ(Ｌsi＋２Ｌs2＋Ｌso−Ｌri−２Ｌr2−Ｌro)＋２(ｄs−ｄr)| …（６ｂ）

第３比較例では、上記（３）式で表されるように、ΔＬ／２，Δｄ／２は共に測定範囲幅ｚ_maxより小さく、集光レンズ４１，４２において生じた反射光に因るアーチファクトがノイズとして測定対象物９２の光断層画像に重畳される（図３（ａ）参照）。

図７に示される第３実施形態の光断層画像取得装置３は、第３比較例の構成に対し、参照光学系の光ファイバ５１_２の出射端と参照ミラー９１との間の光路に沿った距離Ｌr1を長くするとともに、測定光学系の光ファイバ５２_３の長さＬsoを長くしたものである。第３比較例に対し、第３実施形態では、Ｌr1，Ｌsoそれぞれの増加による光路長変化が互いに等しければ、上記（６ａ）式で表されるΔＬは変わらないので、測定対象物９１の光断層画像は同じ位置に得られる。

また、第３実施形態では、上記（４）式で表されるように、ΔＬ／２は測定範囲幅ｚ_maxより小さいままで、Δｄ／２は測定範囲幅ｚ_maxより大きい。このような場合、集光レンズ４１，４２において生じた反射光に因るアーチファクトは測定対象物９２の光断層画像に重畳されない（図３（ｂ）参照）。

第３実施形態の構成では、参照光学系の光ファイバ５１および測定光学系の光ファイバ５２それぞれの長さが互いに異なるので、光ファイバ５１，５２の分散の影響が光断層画像に現れ易い。この問題に対しては、参照光学系の集光レンズ４１と参照ミラー９１との間の光路に分散補償素子６１を挿入するのが好ましい。或いは、ＳＤ-ＯＣＴまたはＳＳ-ＯＣＴでは、干渉スペクトルに分散とは逆の位相成分を乗じるのも好適である。

（第４実施形態）

次に、第４実施形態の光断層画像取得装置４の構成を説明するとともに、これに対応する第４比較例の光断層画像取得装置４Ａの構成を説明する。図８は、第４比較例の光断層画像取得装置４Ａの構成図である。図９は、第４実施形態の光断層画像取得装置４の構成図である。

図６に示された第３比較例の光断層画像取得装置３Ａの構成に対し、図８に示される第４比較例の光断層画像取得装置４Ａでは、光ファイバ５１_２の途中に配された光学部品７１を参照光学系が含む点で相違し、光ファイバ５２_２の途中に配された光学部品７２を測定光学系が含む点で相違する。光学部品７１，７２は例えば偏波コントローラやアッテネータ等である。

第４比較例では、光学部品７１，７２において反射光が生じるとする。これらの反射光も、光ファイバ５１_２，５２_２、サーキュレータ２１，２２、光ファイバ５１_３，５２_３およびカプラ３２を経て、検出器１２に到達し得る。

カプラ３１とサーキュレータ２１との間の光路に沿った距離をＬriとする。カプラ３１とサーキュレータ２２との間の光路に沿った距離をＬsiとする。サーキュレータ２１と光ファイバ５１_２の出射端との間の光路に沿った距離をＬr2とする。サーキュレータ２２と光ファイバ５２_２の出射端との間の光路に沿った距離をＬs2とする。光ファイバ５１_２の出射端と参照ミラー９１との間の光路に沿った距離をＬr1とする。光ファイバ５２_２の出射端と測定対象物９２との間の光路に沿った距離をＬs1とする。サーキュレータ２１とカプラ３２との間の光路に沿った距離をＬroとする。サーキュレータ２２とカプラ３２との間の光路に沿った距離をＬsoとする。サーキュレータ２１と光学部品７１との間の光路に沿った距離をｄrとする。サーキュレータ２２と光学部品７２との間の光路に沿った距離をｄsとする。光ファイバ５１，５２の実効屈折率をｎとする。

このとき、カプラ３１から参照ミラー９１で折り返して検出器１２までの光路長Ｌ_0refと、カプラ３１から測定対象物９２で折り返して検出器１２までの光路長Ｌ_0objとの差ΔＬは、下記（７ａ）式で表される。また、カプラ３１から光学部品７１で折り返して検出器１２までの光路長Ｌ_3refと、カプラ３１から光学部品７２で折り返して検出器１２までの光路長Ｌ_3objとの差Δｄは、下記（７ｂ）式で表される。

ΔＬ＝|Ｌ_0obj−Ｌ_0ref|
＝|ｎ(Ｌsi＋２Ｌs2＋Ｌso−Ｌri−２Ｌr2−Ｌro)＋２(Ｌs1−Ｌr1)| …（７ａ）
Δｄ＝|Ｌ_3obj−Ｌ_3ref|
＝|ｎ(Ｌsi＋Ｌso−Ｌri−Ｌro)＋２ｎ(ｄs−ｄr)| …（７ｂ）

第４比較例では、上記（３）式で表されるように、ΔＬ／２，Δｄ／２は共に測定範囲幅ｚ_maxより小さく、光学部品７１，７２において生じた反射光に因るアーチファクトがノイズとして測定対象物９２の光断層画像に重畳される（図３（ａ）参照）。

図９に示される第４実施形態の光断層画像取得装置４は、第４比較例の構成に対し、参照光学系の光ファイバ５１_２のうち光学部品７１と出射端との間の部分の長さ(Ｌr2−ｄr)を長くするとともに、測定光学系の光ファイバ５２_３の長さＬsoを長くしたものである。第４比較例に対し、第４実施形態では、(Ｌr2−ｄr)，ｄsそれぞれの増加による光路長変化が互いに等しければ、上記（７ａ）式で表されるΔＬは変わらないので、測定対象物９１の光断層画像は同じ位置に得られる。

また、第４実施形態では、上記（４）式で表されるように、ΔＬ／２は測定範囲幅ｚ_maxより小さいままで、Δｄ／２は測定範囲幅ｚ_maxより大きい。このような場合、光学部品７１，７２において生じた反射光に因るアーチファクトは測定対象物９２の光断層画像に重畳されない（図３（ｂ）参照）。

（変形例）

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。本発明は、上記（４）式が満たされるように、参照光学系および測定光学系の光路長が設定され、また、アーチファクトの原因となる反射光が生じる位置（例えば集光レンズや他の光学部品等）と光源・検出器との間の光路長が設定されればよい。したがって、参照光学系および測定光学系それぞれにおいて何処の部分の長さを調整するかについては様々な態様がある。

１〜４…光断層画像取得装置、１１…光源、１２…検出器、１３…解析部、２０〜２２…サーキュレータ、３０〜３２…カプラ、４１…第１集光レンズ、４２…第２集光レンズ、５１…第１光ファイバ、５２…第２光ファイバ、６１…分散補償素子、７１…第１光学部品、７２…第２光学部品、９１…参照ミラー、９２…測定対象物。

Claims (4)

1. 光を出力する光源と、
   前記光源から出力される光を２分岐して参照光および測定光として出力する分岐部と、
   第１光ファイバ，第１集光レンズおよび参照ミラーを含み、前記分岐部から出力された参照光を前記第１光ファイバにより導波させ前記第１集光レンズを経て前記参照ミラーに入射させるとともに、この参照光入射に応じて前記参照ミラーで生じた反射光を前記第１集光レンズを経て前記第１光ファイバにより導波させる参照光学系と、
   第２光ファイバおよび第２集光レンズを含み、前記分岐部から出力される測定光を前記第２光ファイバにより導波させ前記第２集光レンズを経て測定対象物に照射するとともに、この測定光照射に応じて前記測定対象物で生じた反射光を物体光として前記第２集光レンズを経て前記第２光ファイバにより導波させる測定光学系と、
   前記参照光学系から出力される反射光と前記測定光学系から出力される物体光との干渉により生じる干渉光を受光し、アレイ配置された複数の受光素子を有する分光器により前記干渉光のスペクトルを検出する検出器と、
   前記検出器による検出結果に基づいて前記測定対象物の光断層画像を取得する解析部と、
   を備え、
   前記分光器の前記複数の受光素子のうち隣接する２つの受光素子が受光する光の波数の間隔の最大値をδｋとしたとき、
   前記分岐部から前記参照ミラーで折り返して前記検出器までの光路長Ｌ_0refと、前記分岐部から前記測定対象物で折り返して前記検出器までの光路長Ｌ_0objとが、|Ｌ_0obj−Ｌ_0ref|＜π／δｋ を満たし、
   前記分岐部から前記第１集光レンズで折り返して前記検出器までの光路長Ｌ_1refと、前記分岐部から前記第２集光レンズで折り返して前記検出器までの光路長Ｌ_1objとが、|Ｌ_1obj−Ｌ_1ref|＞π／δｋ を満たす、
   ことを特徴とする光断層画像取得装置。
2. 光を出力する波長可変光源と、
   前記光源から出力される光を２分岐して参照光および測定光として出力する分岐部と、
   第１光ファイバ，第１集光レンズおよび参照ミラーを含み、前記分岐部から出力された参照光を前記第１光ファイバにより導波させ前記第１集光レンズを経て前記参照ミラーに入射させるとともに、この参照光入射に応じて前記参照ミラーで生じた反射光を前記第１集光レンズを経て前記第１光ファイバにより導波させる参照光学系と、
   第２光ファイバおよび第２集光レンズを含み、前記分岐部から出力される測定光を前記第２光ファイバにより導波させ前記第２集光レンズを経て測定対象物に照射するとともに、この測定光照射に応じて前記測定対象物で生じた反射光を物体光として前記第２集光レンズを経て前記第２光ファイバにより導波させる測定光学系と、
   前記参照光学系から出力される反射光と前記測定光学系から出力される物体光との干渉により生じる干渉光を受光し、前記波長可変光源から出力される光の各波長について前記干渉光の強度を検出する検出器と、
   前記検出器による検出結果に基づいて前記測定対象物の光断層画像を取得する解析部と、
   を備え、
   前記検出器が前記干渉光の強度を検出する際の光の波数の間隔の最大値をδｋとしたとき、
   前記分岐部から前記参照ミラーで折り返して前記検出器までの光路長Ｌ_0refと、前記分岐部から前記測定対象物で折り返して前記検出器までの光路長Ｌ_0objとが、|Ｌ_0obj−Ｌ_0ref|＜π／δｋ を満たし、
   前記分岐部から前記第１集光レンズで折り返して前記検出器までの光路長Ｌ_1refと、前記分岐部から前記第２集光レンズで折り返して前記検出器までの光路長Ｌ_1objとが、|Ｌ_1obj−Ｌ_1ref|＞π／δｋ を満たす、
   ことを特徴とする光断層画像取得装置。
3. 前記参照光学系が、前記第１光ファイバの途中に配された第１光学部品を含み、
   前記測定光学系が、前記第２光ファイバの途中に配された第２光学部品を含み、
   前記分岐部から前記第１光学部品で折り返して前記検出器までの光路長Ｌ_2refと、前記分岐部から前記第２光学部品で折り返して前記検出器までの光路長Ｌ_2objとが、|Ｌ_2obj−Ｌ_2ref|＞π／δｋ を満たす、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の光断層画像取得装置。
4. 前記参照光学系が、前記第１光ファイバの途中に配され前記反射ミラーで生じた反射光を前記検出器へ分岐する第１サーキュレータと、前記第１サーキュレータと前記第１集光レンズとの間に配された第１光学部品とを含み、
   前記測定光学系が、前記第２光ファイバの途中に配され前記測定対象物で生じた物体光を前記検出器へ分岐する第２サーキュレータと、前記第２サーキュレータと前記第２集光レンズとの間に配された第２光学部品とを含み、
   前記分岐部から前記第１光学部品で折り返して前記検出器までの光路長Ｌ_3refと、前記分岐部から前記第２光学部品で折り返して前記検出器までの光路長Ｌ_3objとが、|Ｌ_3obj−Ｌ_3ref|＞π／δｋ を満たす、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の光断層画像取得装置。
   

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