JP5843330B1 - 光干渉断層装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高速スキャンと大きいスキャン範囲とを両立させて、２次元データ、さらには、３次元データの高速での収集を可能とする光干渉断層装置を提供する。【解決手段】被検体Ｔに低干渉光を出力する光源１と、前記低干渉光を２つの方向に分割して参照光Ｌ１と測定光Ｌ２として出力するビームスプリッタ２と、前記被検体に対して前記測定光を平面走査して照射する平面走査手段１０と、前記参照光と前記反射光とが前記ビームスプリッタで結合した光を検出する光検出手段７と、前記光検出手段で検出された光の干渉を解析して前記被検体の光断層画像を生成する信号処理装置８とを備え、前記平面走査手段は、前記測定光の光路上に設けられた少なくとも２つの電気光学結晶４１，５１に電圧を印加することで当該測定光を当該電圧の印加方向と同じ方向に偏向することにより前記測定光をリサジュー図形に平面走査することを特徴とする光干渉断層装置。【選択図】図４

Description

本発明は、光干渉断層装置に関し、詳細には、被検体に低干渉光を照射して得られる反射光を用いて被検体の光断層画像を生成する光干渉断層装置に関する。

モレキュラーイメージングの分野では、光情報を利用してターゲット分子を高感度に検出する方法が主力となっている。そのなかで、低干渉光を利用して深さ方向の情報を高分解能で取得することができるＯＣＴ装置（Optical Coherent Tomography：光干渉断層撮影）が注目されている。

また、眼科領域では、網膜の表面情報（表面画像）だけでなく、その深さ方向の情報まで取得することで、より正確な診断を行いたいというニーズがあり、ＯＣＴ装置が眼底撮影装置として実用化されている。

ＯＣＴ装置で３次元情報を収集するためには、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）と呼ばれる光源から出力される光ビームを水平・垂直方向に走査する必要がある。例えば、図１に示すような特許文献１に記載された光干渉断層装置では、ＳＬＤ光源１からコリメータを介して出力された光ビームをビームスプリッタ２で参照光Ｌ１と測定光Ｌ２に分離し、分離された測定光Ｌ２に対して２軸ガルバノミラー４、５を利用して機械的に光ビームを水平・垂直方向に走査している。走査された測定光は、対物レンズ６を介して入力された測定対象物Ｔの各層で反射して、駆動信号Ｓとして再びビームスプリッタ２まで戻る。ビームスプリッタ２において、駆動信号Ｓとして戻ってきた測定光が可動ミラー３で反射されて戻ってきた参照光Ｌ１と再び合流し、ＰＤ７に入る。信号処理装置８は、合流の際に、駆動信号Ｓと参照光Ｌ１とにより生じる干渉現象に基づいて測定によって得られた駆動信号Ｓの強度と時間ずれを検知し、空間的位置関係（３次元情報）を導いている。

低コヒーレンス干渉を利用して断層画像と取得するＯＣＴ装置には、ＴＤ−ＯＣＴ(Time domain optical coherence tomography)、と、ＳＤ−ＯＣＴ(Spectral domain optical coherence tomography)が知られている。最初に実用化されたＯＣＴは、ＴＤ−ＯＣＴである。ＴＤ−ＯＣＴは光波の干渉を時間領域で行う。これに対し、光波の干渉を周波数領域で行う検出技術がフーリエドメインＯＣＴであって、ＳＤ−ＯＣＴはこれに属する。フーリエドメインＯＣＴは、波長固定光源と分光器を用いてフーリエ空間で検出するスペクトラルドメインＯＣＴである。ＴＤ−ＯＣＴは１回のスキャンにより網膜の１点の情報しか得られないため、深さ方向に１点１点機械的走査を行わねばならない。これに対してＳＤ−ＯＣＴは、１回のスキャンにより深さ方向の情報がすべて取得できるため、深さ方向の機械的走査が不要となり、その分高速測定が可能となり搖動するような対象については有利である。

米国特許第５９７５６９７号明細書

J. Miyazu, Y. Sasaki, K. Naganuma, T. Imai, S. Toyoda, T. Yanagawa, M. Sasaura, S. Yagi and K. Fujiura, "400 kHz Beam Scanning Using KTa1-xNbxO3 Crystals" Proc. of 2010 Conf. on Lasers and Electro-Optics, CTuG5, 2010 結城洋志、「リサジュー曲線によるスクリーンセーバーの作成」、http://www.math.ryukoku.ac.jp/~tsutomu/undergraduate/2005/05yuki.pdf#search='%E3%83%AA%E3%82%B5%E3%83%BC%E3%82%B8%E3%83%A5%E6%9B%B2%E7%B7%9A+%E9%BE%8D%E8%B0%B7%E5%A4%A7%E5%AD%A6

ガルバノミラーの応答性能は一般的に１００Ｈｚ程度、最高でも１ｋＨｚが限界であるため、光ビームを水平・垂直方向に高速に走査することができない。よって従来のＯＣＴ装置では、高速で２次元、及び、３次元データを収集することができないという問題があった。例えば、比較的高速に画像情報を取得できるＯＣＴ装置であるＳＤ−ＯＣＴ装置を例にとると、一般的なものであっても、２次元画像情報取得速度は０．０１秒程度、３次元画像情報取得時間に至っては２秒程度必要になる。これらはガルバノミラーが高速に動かないことに起因している。

高速のビームスキャンを実現する観点から、音響光学偏向素子（圧電結晶に数十ＭＨｚから数ＧＨｚの高周波電圧をかけて形成した回折格子に光ビームを当て、回折を利用して光ビームを偏向させる素子）を用いることが考えられるが、偏向角が大きくない。このため、仮にＯＣＴ装置に導入した場合、高速なスキャンが可能になるが、スキャン範囲を大きくとることができないという問題があった。また、高精度な画像を取得するためには、水平・垂直方向の２次元スキャンを効率よく行う必要があった。

本発明は、高速スキャンと大きいスキャン範囲とを両立することができ、光ビームを水平・垂直方向に高速にスキャンし、２次元データ、さらには、３次元データの高速での収集を可能とする光干渉断層装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、一実施形態に記載の発明は、被検体に低干渉光を照射して得られる反射光を用いて該被検体の光断層画像を生成する光干渉断層装置であって、低干渉光を出力する光源と、前記低干渉光を２つの方向に分割して参照光と測定光として出力するビームスプリッタと、前記被検体に対して前記測定光を平面走査して照射し、該被検体から反射された反射光を再びビームスプリッタへ入力する平面走査手段と、前記ビームスプリッタから出力された参照光を反射して再びビームスプリッタへ入力する参照光ミラーと、前記参照光と前記反射光とが前記ビームスプリッタで結合した光を検出する光検出手段と、前記光検出手段で検出された光の干渉を解析して前記被検体の光断層画像を生成する信号処理装置とを備え、前記平面走査手段は、前記測定光の光路上に設けられた少なくとも２つの電気光学結晶に電圧を印加することで当該測定光を当該電圧の印加方向と同じ方向に偏向することにより前記測定光をリサジュー図形に平面走査し、前記少なくとも２つの電気光学結晶の間に、偏光方向を９０度回転する偏向子をさらに備え、それぞれの電気光学偏向器の電圧印加方向を直交させて配置させ、前記電気光学結晶は、タンタル酸ニオブ酸カリウム（ＫＴａ _1-x Ｎｂ _x Ｏ ₃ （０＜ｘ＜１）：ＫＴＮ）結晶、またはリチウムをドープした（Ｋ _1-y Ｌｉ _y Ｔａ _1-x Ｎｂ _x Ｏ ₃ （０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜０．１）：ＫＬＴＮ）結晶であることを特徴とする光干渉断層装置である。

本発明によれば、光ビームを水平・垂直方向に高速に走査することができ、２次元データ、または３次元データを高速に収集することができる。

従来例にかかる光干渉断層装置の構成例を示す図である。 ＫＴＮの凸レンズ効果を説明するための図である。 リサジュー曲線の例を示す図である。 第１の実施形態の光干渉断層装置の構成例を示す図である。 ビームスキャン部の構成例を示す図である。 第２の実施形態の光干渉断層装置の構成例を示す図である。

以下に図面を参照して、本発明に係る光干渉断層装置（ＯＣＴ装置）の実施形態について、詳細に説明する。光源としてはＳＬＤ（Super Luminescent Diode）と呼ばれる光源を用いることができる。ＳＬＤは、直線偏光であり、その偏光方向がＫＴＮ等の電気光学結晶に印加する電界と同じ向きになるように設置されている。光源は低干渉性の光ビームを発生し、発生された光ビームはコリメータによりビーム径０．５ｍｍの平行光になる。その後、ビームスプリッタによって測定用の光ビームと参照用の光ビームに分割され、測定用の光ビームはＫＴＮに入力される。測定用の光ビームはＫＴＮにより偏向されて測定対象物をスキャンする。本発明の光干渉断層装置では、測定用の光ビームをＫＴＮにおいてリサジュースキャンすることによって高速スキャンと大きいスキャン範囲との両立を可能としている。

＜ＫＴＮ特性について＞
ここで測定用の光ビームを偏向するために用いられる電気光学結晶に関して説明する。タンタル酸ニオブ酸カリウム（ＫＴａ_1-xＮｂxＯ₃（０＜ｘ＜１）：ＫＴＮ）結晶や、さらにリチウムをドープした（Ｋ1_-yＬｉ_yＴａ_1-xＮｂ_xＯ₃（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜０．１）：ＫＬＴＮ）結晶は、電気光学偏向器として機能すると共に凸レンズ機能（効果）を併せ持ち得る電気光学結晶である（非特許文献１参照）。例えば、ＫＴＮチップの上下面を一様なチタン電極にすると、ＤＣ電圧を印加することにより結晶中に電子が注入される。ＫＴＮ結晶中には電子トラップが存在するため、ＤＣ電圧印加後も結晶中のトラップに捕獲された電子が存在する。ここではトラップに捕獲された電子は空間的に一様であると仮定し、その電荷密度をρとする。この状態でＫＴＮチップに対して変調電圧を印加すると、ガウスの法則により、電極からの距離をｘとした場合の電界分布Ｅ（ｘ）は以下の式（１）で表される。式（１）においてρは電荷密度、εは比誘電率、ｄはＫＴＮ結晶の厚み（すなわち、電極間距離）、Ｖは電極に印加する電圧をそれぞれ示す。

また、電気光学偏向器の屈折率分布Δｎ（ｘ)は、式（２）で表すことができる。式（２）においてｇ_ｉｊは電気光学係数、ｎ_０はＤＣ電圧を印加する前の電気光学偏向器の屈折率である。

図２は、ＫＴＮ結晶内における屈折率分布を説明する図である。式（１）および式（２）からわかるように、ＫＴＮ結晶１１の両側に設けられた電極１２ａ、１２ｂに電圧を印加することにより、ＫＴＮ結晶１１内に発生する電界分布Ｅ（ｘ）は、ｘの関数で線形であるが、屈折率変化Δｎはｘの二次関数となっている。従って、屈折率分布は、図２の破線ではなく実線の二次関数状のプロファイルを持つ。屈折率分布プロファイルが破線の線形プロファイルであれば、ビームは発散したり、収束したりはしない。しかし、屈折率分布プロファイルが実線のようにプラス側に山の状態で傾斜すると、レンズでいう凸状態の屈折率の傾斜となる。これによりＫＴＮ結晶１１内のビームは、この屈折率のレンズ効果で収束するようになる。このように、チップ断面において屈折率分布が空間的に凸となり、ＫＴＮ結晶１１自体が凸レンズの機能を持つ。ＫＴＮ結晶１１による光の偏向効果は、ＫＴＮ結晶１１の両端面に設置された電極１２ａ、１２ｂ対に電圧を印加することにより生じる。ＫＴＮ結晶１１を挟み込む形で直交する位置に設けたＸ偏向用電極に電圧を印加すると、ＫＴＮ結晶内の屈折率状況が変化することにより、光が偏向する。したがって、Ｘ偏向用電極に印加する電圧を変化させることによって、光をＸ方向にスキャンすることができる。

この応答速度としては５００ＭＨｚまでは可能との報告があり、一般的な機械式の可動装置よりも高速にスキャンすることができる。また、ＫＴＮ結晶に電荷を注入し、さらに電界を印加することにより実現する。

ＫＴＮによる光を偏向できる角度、すなわち、スキャン角は電気光学結晶の中でも非常に大きい。４×４×１．５ｍｍのＫＴＮ素子に、１．５ｍｍの間隙に波長１３００ｎｍ帯の近赤外光を入射させ、４ｍｍ角の両面に形成された電極に、初期電圧としてＤＣ±５００Ｖを印加した後、ＡＣ電圧±４００Ｖを印加した場合、±５度程度光ビームが偏向した。ここで初期電圧ＤＣ±５００Ｖをすることにより、ＫＴＮには、前述したような凸レンズ効果が発現した。この時の凸レンズ効果は、レンズの焦点距離にしてｆ＝１５ｍｍ程度であった。ＫＴＮのレンズ効果については、結晶ごとの個体差や印加電圧差に対する依存性はあるが、概ねｆ４〜２０程度が発現する。また初期電圧条件に対する凸レンズ効果は、同じ結晶であれば、毎回異なることは無く、再現する。

ＫＴＮ素子の光出射面から試料までの距離、すなわち作動距離は、装置設計にもよるが、試料固定部品などの大きさを考慮すると少なくとも５０ｍｍ程度は必要と考えられる。発現する凸レンズ効果による焦点距離に比べて２倍以上長い距離となるため、ＫＴＮを出射した光が試料に到達する時のビーム径は、出射した時に比べて広がっている。このように試料に照射された時のビーム径が十分に集光されていない場合、試料からの反射光強度が十分に得られず、また、反射点が広範囲にわたるため画像がぼける原因になる。そこで、ＫＴＮ素子の前、もしくは後、もしくは前後に、ＫＴＮ素子の凸レンズ効果を補償できるような凹レンズを挿入し、さらに試料表面にて集光するための対物レンズを試料の近傍に挿入する。このような構成により、ＫＴＮ素子に凸レンズ効果が発現したとしても、挿入した凹レンズにより平行光とし、試料近くの対物レンズの調整により光を試料上で十分に集光する。このため、ＫＴＮ素子から試料までの作動距離を十分に確保することができる。

凸レンズ効果を補償する凹レンズは、ＫＴＮ素子の出射側（これをＯＣＴ装置に用いる場合は、試料側）に挿入するとよい。ＫＴＮ素子の出射側に凹レンズを挿入した場合は、平行光にするだけでなく、偏向角を広げる効果もある。例えば、４×４×１．５ｍｍのＫＴＮ素子に、１．５ｍｍの間隙に波長１３００ｎｍ帯の近赤外光を入射させ、４ｍｍ角の両面に形成された電極に、初期電圧としてＤＣ±５００Ｖを印加した後、ＡＣ電圧±４００Ｖを印加した場合において、ｆ＝−２０ｍｍレンズをＫＴＮ素子の出射側に挿入した場合の偏向角は±１０度程度に拡大した。このように、凹レンズをＫＴＮ素子の後ろ（出射側）に挿入することにより、光の偏向角を増加させることができる。挿入される凹レンズは、平行光がＫＴＮ素子に入力されたときに凹レンズからコリメート光が出力されるように配置する。挿入する凹レンズは、平凹レンズであれば、調整が容易となる。すなわち、平凹レンズは片面が平面部となっており、挿入する場合、平凹レンズの平面部とＫＴＮ素子端面が向き合うように配置するためにそれぞれの位置を簡便に定めることが可能となる。

＜ＫＴＮによる光偏向特性について＞
ＫＴＮによる光の偏向効果は、ＫＴＮに入射する光ビームのうち、内部電界方向の偏光成分、すなわちＴＥモードのみに影響を与える。このためＫＴＮより、測定用の光の進行方向を効率よく偏向させるためには、ＫＴＮに入射する光ビームは直線偏光であり、且つ、その偏光方向はＫＴＮに加える電界方向と同方向が望ましい。このため、光源の偏光成分はＴＥモードのみであること、または、光源から出射直後に偏光子を透過させることが望ましい。なお、本実施形態では、光源はＫＴＮに印加する電界方向と同じ方向の直線偏光の光を出射する。

＜ＫＴＮの印加電圧波形・リサジュースキャンについて＞
ＫＴＮは印加電圧波形の形状に応じた応答を示す。したがって、例えばＡＣ電圧を印加した場合は、光は正弦波の速度で偏向する。一般的なＯＣＴ装置にて２次元画像、もしくは３次元画像を取得するため光ビームをスキャンし反射光を測定する場合、測定サンプリング間隔は一定であることから、試料Ｔのスキャン速度も一定であることが望ましい。このため、ＫＴＮへの印加電圧波形は、ノコギリ波、三角波などが望ましい。しかしながら、仮に一定でなかった場合、試料Ｔの計測部分ごとに計測点数の差ができてしまう。この場合は、サンプリング間隔をＫＴＮのスキャン速度に応じて変化させる必要がある。

ここで本発明の光干渉断層装置においては、２個のＫＴＮ光偏向器がリサジュー図形を描くように駆動している。ＫＴＮ結晶は、適正な偏向角を得るためには、１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの周波数で駆動する必要があるからである。ＫＴＮ結晶はモビリティが３．３ｃｍ２／（Ｖ・ｓ）のため数十ｋＨｚ以下の速度では、印加した電界により注入された電荷に影響をおよぼし、偏向角の劣化を招いてしまう。一般的な２次元スキャンとしては、ラスタースキャンとリサジュースキャンが知られている。ラスタースキャンでは、Ｙ方向については通常Ｘ方向の１００倍程度の速度でスキャンする必要がある。従って、ラスタースキャンで１０ｋＨｚの走査スピードを得ようとすると、Ｙ方向は１ＭＨｚの走査が必要となり、ＫＴＮ結晶では今のところ現実的ではない。１ＭＨｚの高速になるとＫＴＮ結晶の発熱のため偏向角が大きく劣化してしまうからである。またＹ方向の走査スピードを低く抑えるためにＸ方向の走査スピードを１０ｋＨｚ以下とすると前述したように偏向特性の劣化が生じてしまう。

一方、リサジュースキャンではＸ方向とＹ方向で２００ｋＨｚと２１０ｋＨｚの周波数でのスキャンによりほぼ隙間なく２次元面を走査することができる。その走査スピードはほぼ差分の１０ｋＨｚとなる。リサジュースキャンでＫＴＮ結晶を駆動すれば、１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの周波数で駆動できるので適正な偏向角を得られる。このように、ＫＴＮを用いて高速に平面走査を行うには、数１０ｋＨｚの周波数差となる周波数の正弦波電圧を２つのＫＴＮ結晶の各々に印加してスキャンしたリサジュー図形により２次元面を走査することで、高速に平面走査することができ、もってＯＣＴ装置にて高速な２次元画像、もしくは３次元画像を取得できる。図３はリサジュー曲線の周波数比依存性を示す図である。このように２つの正弦波の周波数比を適切に選べば２次元面をほぼ隙間なく走査することができる。

（第１の実施形態）
第１の実施形態の光干渉断層装置は、ＴＤ−ＯＣＴ(Time domain optical coherence tomography)の低干渉光の光ビームを平面走査する。本実施形態の光干渉断層装置の構成について図４、５を用いて説明する。図４は、第１の実施形態の光干渉断層装置の構成例を示し、図５は、図４の破線で囲まれた部分であるビームスキャン部の構成例を示している。

図４に示すように、光干渉断層装置は、光出射部にコリメータを含み、ＴＤ−ＯＣＴの低干渉光を出力する光源１と、ビームスプリッタ２と、ビームスキャン部１０と、対物レンズ６と、参照光用可動ミラー３と、ＰＤなどの光検出器７と、信号処理部装置８とを備えて構成される。

ビームスキャン部１０は、ＴＤ−ＯＣＴの低干渉光の光ビームを走査する手段として、２組のＫＴＮ素子４１、５１および電極４２、５２と、λ／２板４５と、２枚の凹レンズ４４、５４とを有している。光源はＫＴＮ素子（Ｘ）４１に印加する電界方向と同じ方向の直線偏光の光を出射する。本実施形態では、２つのＫＴＮ４１、５１を用いて２軸（Ｘ、Ｙ軸）に対してスキャンする。それぞれのＫＴＮ素子４１、５１の電極対４２、５２は、図５のごとく、もう一方のＫＴＮ素子４１、５１の電極対４２、５２と直交する側面に設置されており、２軸（Ｘ、Ｙ軸）に対してスキャンする場合は、２対の電極４２、５２に印加する電圧を制御することで所望の部分にビームを導く。前述したＫＴＮ素子４１、５１に発現する凸レンズ効果は、Ｘ軸及びＹ軸の凸レンズ効果をそれぞれ補償できるような凹レンズ４４、５４を、ＫＴＮ素子の直前、若しくは、直後に挿入することで補償する。挿入される凹レンズ４４、５４は、２つのＫＴＮ４１、５１の凸レンズパワー、両ＫＴＮ４１、５１から凹レンズ４４、５４までの距離を基に選定される。挿入されるレンズの種類としては、球面平凹レンズや、球面両凹レンズや、ＧＲＩＮレンズなどが望ましい。本実施形態では、球面平凹レンズにより、２つそれぞれのＫＴＮの凸レンズパワーを補償している。

また、前述したように、ＫＴＮによる光の偏向はＫＴＮの電圧方向と同方向のみである。したがって、２つのＫＴＮ４１、５１を用いてビームをスキャンする場合は、２つのＫＴＮ４１、５１の間に、λ／２板４５のような偏光子を挿入し、光を偏向させる方向に偏向成分を回転させる必要がある。仮に、２つのＫＴＮ４１、５１間にλ／２板４５のような偏光子が挿入されていない場合は、片一方のＫＴＮ４１、５１による光の偏向は得られないため、２軸のスキャンはできない。

本実施形態のビームスキャン部１０では、リサジュースキャンを採用している。ＫＴＮ４１、５１に印加する電圧を周波数の異なる正弦波電圧に設定するとリサジュー模様にビームが平面走査される。例えば200ｋＨｚと210ｋＨｚの周波数を有する正弦波電圧を印加すればよい。ｘ方向とｙ方向とのそれぞれのＫＴＮ４１、５１に印加する正弦波周波数の組み合わせは数十kHz以上で異なる周波数であればよく、任意の周波数を設定できる。また、特に正弦波に限定されたものでなくともよく、三角波、ノコギリ波などの繰り返しを有する波形であれば任意の波形を使用することができる。

光源１から出力された低干渉光はビームスプリッタ２で参照光Ｌ１と測定光Ｌ２に分離され、分離された一方の低干渉光である測定光ｌ１は、ビームスキャン部１０に入力される。ビームスキャン部１０は、測定光をリサジュー模様に平面走査する。走査された測定光は、対物レンズ６を介して測定対象物Ｔに照射され、測定対象物Ｔの各層で反射して、再びビームスキャン部１０を経てビームスプリッタ２へ戻る。一方、ビームスプリッタ２で分離された参照光Ｌ１は、参照用可動ミラー３で反射され、再びビームスプリッタ２へ戻る。測定対象物Ｔで反射することで得られた駆動信号Ｓと参照光Ｌ１とはビームスプリッタ２で合流し、光検出器７に入る。信号処理装置８は、駆動信号Ｓと参照光Ｌ１と合流により生じる干渉現象に基づいて駆動信号Ｓの強度と時間ずれを検知し、空間的位置関係（３次元情報）を導いている。ここで、参照用可動ミラー３は、参照光Ｌ１の光路長を変化させるように、参照光Ｌ１の光軸と平行方向に移動する。参照用可動ミラー３の移動により、測定対象物Ｔの深さ方向の複数の位置で光断層画像を得ることができる。

なお、本実施形態に係る光干渉断層装置では高速スキャンと大きいスキャン範囲との両立ができるので、眼底撮像装置に用いることによって、例えば患者の瞬きなどに起因する画像のボケや、姿勢保持のための患者の負担を減らすことができる。本実施形態に係る光干渉断層装置の光ビーム偏向部分を血管内視鏡に用いることによって、血管壁を観察するための微小ミラーを機械的に回転させる機構が不要となり、空間分解能を低下させずに血管内を３次元撮影することができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態の光干渉断層装置は、ＳＤ−ＯＣＴ(Spectral domain optical coherence tomography)の低干渉光の光ビームを平面走査する。図６は、第２の実施形態の光干渉断層装置の構成を示す図である。第２の実施形態の光干渉断層装置では、第１の実施形態と同様に２個のＫＴＮ結晶４１、５１を用いて平面走査を行うが、図６に示すように、ＴＤ−ＯＣＴの低干渉光を出力する光源１に代えてＳＤ−ＯＣＴの低干渉光を出力する光源２０を用い、可動式である参照用可動ミラー３に代えて固定式の参照用固定ミラー１５を用い、ＰＤなどの光検出器７に代えて回折格子１５およびCCDアレイ１６を用いて深さ情報を得ている。

参照用固定ミラー１５からの反射光Ｌ１と、測定対象物Ｔからの反射光Ｓは、ビームスプリッタ２の部分で合わさり、干渉し、その干渉光は回折格子１６にて分光され、CCDアレイ１７にて測定される。信号処理装置８は、CCDアレイ１７のそれぞれのCCDで測定された信号を基に、フーリエ変換処理などを行い、深さ方向の情報に変換する。

本実施形態の光干渉断層装置では、ＳＤ−ＯＣＴの低干渉光の光ビームを平面走査するビームスキャン部３０は、第１の実施形態の光干渉断層装置のビームスキャン部１０と同様の構成とすることができる。ビームスキャン部３０に入力された測定光Ｌ２は、２個のＫＴＮ素子４１、５１を用いてｘ方向ならびにｙ方向にリサジュー模様にビームを平面走査されることにより測定対象物Ｔをスキャンする。測定対象物を平面走査してスキャンした結果、深さ方向の情報に加え、横方向の情報も得られるため、測定対象物Ｔの３次元データを取得することができる。

本実施形態では光検出器としてＣＣＤアレイ１７を用いる例について説明してきたが、これに限定されるものではなく、回折格子１６にて１次元的に分光された光を複数の受光素子で検出可能な受光素子アレイであればよい。

また、本実施形態に係る光干渉断層装置では高速スキャンと大きいスキャン範囲との両立ができるので、眼底撮像装置に用いることによって、例えば患者の瞬きなどに起因する画像のボケや、姿勢保持のための患者の負担を減らすことができる。本実施例に係る光干渉断層装置の光ビーム偏向部分を血管内視鏡に用いることによって、血管壁を観察するための微小ミラーを機械的に回転させる機構が不要となり、空間分解能を低下させずに血管内を３次元撮影することができる。

以上の実施形態では、電気光学結晶としてＫＴＮを用いた場合を例に挙げて説明したが、ＫＬＴＮを用いてもよい。

本発明は、生体の表面近傍の３次元断層画像撮像装置に有用である。

１光源
２ ビームスプリッタ
３ 参照光用可動ミラー
４、５ ２軸ガルバノミラー
６ 対物レンズ
７ ＰＤなどの光検出器
８ 信号処理部装置
１０ ビームスキャン部
４１、５１ ＫＴＮ素子
４２、５２ 電極
４５ λ／２板
４４、５４ 凹レンズ

Claims (4)

1. 被検体に低干渉光を照射して得られる反射光を用いて該被検体の光断層画像を生成する光干渉断層装置であって、
   低干渉光を出力する光源と、
   前記低干渉光を２つの方向に分割して参照光と測定光として出力するビームスプリッタと、
   前記被検体に対して前記測定光を平面走査して照射し、該被検体から反射された反射光を再びビームスプリッタへ入力する平面走査手段と、
   前記ビームスプリッタから出力された参照光を反射して再びビームスプリッタへ入力する参照光ミラーと、
   前記参照光と前記反射光とが前記ビームスプリッタで結合した光を検出する光検出手段と、
   前記光検出手段で検出された光の干渉を解析して前記被検体の光断層画像を生成する信号処理装置とを備え、
   前記平面走査手段は、前記測定光の光路上に設けられた少なくとも２つの電気光学結晶に電圧を印加することで当該測定光を当該電圧の印加方向と同じ方向に偏向することにより前記測定光をリサジュー図形に平面走査し、
   前記少なくとも２つの電気光学結晶の間に、偏光方向を９０度回転する偏向子をさらに備え、それぞれの電気光学偏向器の電圧印加方向を直交させて配置させ、
   前記電気光学結晶は、タンタル酸ニオブ酸カリウム（ＫＴａ _1-x Ｎｂ _x Ｏ ₃ （０＜ｘ＜１）：ＫＴＮ）結晶、またはリチウムをドープした（Ｋ _1-y Ｌｉ _y Ｔａ _1-x Ｎｂ _x Ｏ ₃ （０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜０．１）：ＫＬＴＮ）結晶であることを特徴とする光干渉断層装置。
2. 前記光源において出力される低干渉光はＴＤ−ＯＣＴの光ビームであり、前記参照光ミラーは、前記参照光の光路長を変化させるように移動可能なミラーであり、該参照光ミラーの移動により参照光の光路長の変化に基づいて前記被検体の深さ方向の複数の位置の前記光断層画像を生成し、該生成された深さ方向の複数の位置の光断層画像を前記光検出手段で検出することにより、前記光断層画像として３次元情報を取得することを特徴とする請求項１に記載の光干渉断層装置。
3. 前記光源において出力される低干渉光はＳＤ−ＯＣＴの光ビームであり、前記参照光ミラーは固定されており、前記光検出手段は複数の受光素子を備える受光素子アレイであり、前記参照光と前記反射光とが前記ビームスプリッタで結合した光は、回折格子で分光された後、前記受光素子アレイで検出され、前記複数の受光素子から得られる信号に基づいて前記被検体の深さ方向の複数の位置で前記光断層画像を生成することにより、前記光断層画像として３次元情報を取得することを特徴とする請求項１に記載の光干渉断層装置。
4. 前記測定光の光路上において、前記電気光学結晶のそれぞれに隣接して配置された凹レンズをさらに備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光干渉断層装置。

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