JP5984693B2 - 光干渉断層撮像装置及び光干渉断層撮像方法 - Google Patents

Description

本発明は、光干渉断層撮像装置及び光干渉断層撮像方法に関する。

従来の、波長可変光源を用いた光干渉断層撮像（Ｏｐｔｉｃａｌ ＣｏｈｅｒｅｎｃｅＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ、ＯＣＴ）装置（以下、ＯＣＴ装置と略す）では、物体へ光を照射し、照射光の波長を連続的に変化させ、参照光と物体の異なる深さから戻ってくる反射光とを干渉させる。そして干渉光の強度の時間波形（以下、干渉スペクトルと略す）に含まれる周波数成分を分析することによって物体の断層像を得る。周波数成分の分析は、干渉スペクトルをフーリエ変換することで行うが、歪みやノイズの少ない断層像を得るために等波数間隔で干渉スペクトルをサンプリングしてフーリエ変換する必要がある。

従来は、干渉スペクトルから等波数間隔でサンプリングするために、照射光の一部を分岐してエタロンなどの干渉計を通してディテクタでモニタすることによって、波数選択のタイミングを決めていた。このように波数選択のタイミングを決める系（ｋトリガ発生部）と干渉光の強度を検出する系（測定系）とが別々にあり、それらの間で同期をとることでサンプリングしていた。具体的には、ｋトリガ発生部が、等波数間隔でｋトリガ（サンプリングトリガ）信号を測定系へ入力することで、等波数間隔で干渉スペクトルをサンプリングしていた（特許文献１参照）。

特開２００７−２４６７７号公報

しかし、上記のように従来のＯＣＴ装置では、ｋトリガ発生部と測定系が別なので、サンプリングのためのトリガ信号をｋトリガ発生部が測定系へ入力する必要があり、多数の電気デバイスによるタイミング誤差が蓄積しやすく、高精度な同期を難しくしていた。

本発明に係る光干渉断層撮像装置（ＯＣＴ装置）は、光の波長を変化させる光源部と、前記光源部からの光を物体へ照射する照射光と参照光とに分岐し、前記物体に照射された光の反射光と前記参照光による干渉光を発生させる干渉光学系と、前記干渉光を受光する光検出部と、前記干渉光の強度の時間波形に基づいて、前記物体の情報を取得する情報取得部と、を有する光干渉断層撮像装置において、前記光源部と、前記光検出部との間の光路上に設けられた、等波数間隔の波長選択特性を有する波長選択器をさらに有し、前記情報取得部は、前記干渉光の強度の時間波形のピーク値を取得し、取得した前記ピーク値に基づいて前記物体の情報を取得することを特徴とする。

本発明に係るＯＣＴ装置によれば、光源からの光が、等波数間隔の波長選択特性を有する波長選択器を通って光検出部によって検出される。その結果、等波数間隔の干渉光の強度のデータが得られる。したがって、ｋトリガ発生部と測定系とを別の光学系として設ける必要がないため、タイミング誤差が抑制され、高精度な同期ができるようになる。

本発明の実施形態１に係るＯＣＴ装置の構成を示した図である。 本発明の実施形態１に係るＯＣＴ装置を用いて、干渉光（受光電圧）の強度のピーク値を取得する方法について説明するための図である。 本発明の実施形態１におけるファブリーペローエタロンの構成の一例について説明するための図である。 本発明の実施形態１における情報取得部の構成を示した図である。 本発明の実施形態１において物体の断層像を得るまでに情報取得部で行う工程のフローを示した図である。 本発明の実施形態１における受光電圧の強度のデータがＡ／Ｄ変換器に入る前と入った後のグラフの一例を示す図である。 本発明の実施形態１におけるメモリで格納される受光電圧のデータの一例示す図である。 本発明の実施形態１におけるサンプリングデータを作成する方法の一例について説明するための図である。 本発明の実施形態２に係るＯＣＴ装置の構成を示した図である。 本発明の実施例においてフォトディテクタで検出される受光電圧と周波数との関係を説明するための図である。 本発明の実施例において情報取得部で得られる受光電圧の時間波形を示す図である。

本発明の実施形態に係る光干渉断層撮像装置（以下、ＯＣＴ装置と略す）について以下に説明するが、本発明はこれらに限られない。

（実施形態１）
（ＯＣＴ装置）
実施形態１に係るＯＣＴ装置について図１及び図２を用いて説明する。なお、図中の矢印は光の進む方向を示している。

実施形態１に係るＯＣＴ装置は、光源部１０１、干渉光学系１０２、光検出部１０３、情報取得部１０４、等波数間隔の波長選択特性を有する波長選択器１０５、を少なくとも有する構成である。また、図示していないが、情報取得部１０４は測定対象物体の情報を取得する。また、情報取得部１０４はフーリエ変換器を有することが好ましい。ここで、情報取得部１０４がフーリエ変換器を有するとは、情報取得部が入力されたデータに対してフーリエ変換する機能を有していれば形態は特に限定されない。一例は、情報取得部１０４が演算部を有し、該演算部がフーリエ変換する機能を有する場合である。具体的には、該演算部がＣＰＵを有するコンピュータであり、このコンピュータが、フーリエ変換機能を有するアプリケーションを内蔵する場合である。他の例は、情報取得部１０４がフーリエ変換機能を有するフーリエ変換回路を有する場合である。光源部１０１から出た光は干渉光学系１０２を経て測定対象の物体１１３の情報を有する干渉光となって出力される。干渉光は等波数間隔の波長選択特性を有する波長選択器（以下、単に波長選択器と呼ぶ）１０５を通り、光検出部１０３において等波数間隔で受光される。なお光検出部１０３は差動検出型でも良いし単純な強度モニタ型でも良い。等波数間隔で受光された干渉光の強度の時間波形の情報は光検出部１０３から情報取得部１０４に送られる。情報取得部１０４では、等波数間隔で受光された干渉光の強度の時間波形のピーク値を取得してフーリエ変換をし、物体１１３の情報（例えば断層像の情報）を取得する。このように、ｋトリガ発生部を用いずに、物体の情報を得ることができるため、高精度な同期をすることができる。なお、本発明の目的を達成する範囲において、ここで挙げた光源部１０１、干渉光学系１０２、光検出部１０３、情報取得部１０４、波長選択器１０５以外のものを任意に設けることができる。

また、情報取得部１０４がフーリエ変換器を有しない場合、最大エントロピー原理（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｅｎｔｒｏｐｙ Ｍｅｔｈｏｄ、ＭＥＭ）を用いて物体の情報を取得してもよい。

以下、光源部１０１にて光が発生してから、測定対象の物体の断層像の情報を得るまでについて詳細に説明する。

光の波長を変化させる光源部１０１から出た光は、ファイバ１０６を通って、カップラ１０７に入り、照射光用のファイバ１０８を通る照射光と、参照光用のファイバ１０９を通る参照光とに分岐される。照射光はコリメーター１１０を通って平行光になり、ミラー１１１で反射される。ミラー１１１で反射された光はレンズ１１２を通って物体１１３に照射され、物体１１３の奥行き方向の各層から反射される。一方、参照光はコリメーター１１４を通ってミラー１１５で反射される。カップラ１０７では、物体１１３からの反射光とミラー１１５からの反射光を干渉させる。干渉した光はファイバ１１６を通り、コリメーター１１７を通って平行光となって、波長選択器１０５に入射する。

波長選択器１０５を経た干渉光のスペクトル上には、等波数間隔のピークが重畳される。例えば、波長選択器１０５に入射する前の干渉光（図１のＬ１）の強度の時間波形が図２（ａ）で表されるとする。光源部１０１から出る光の波数と時刻とが線形の関係にある場合、図２（ａ）で表される干渉光の強度の時間波形について、時間軸に対して等間隔にサンプリングすれば、サンプリングされたデータは等波数間隔となっている。しかし、光源部１０１から出る光の波数と時刻とが線形の関係にない場合、サンプリングされたデータは等波数間隔とならない。

そこで、等波数間隔で透過率が極大値となる特性をもつ波長選択器１０５を用いる。波長選択器１０５は、例えば、図２（ｂ）に示すように、等波数間隔に透過率の極大値１を有する性質をもつものを用いることができる。このような特性をもつ波長選択器１０５を通った干渉光（図１のＬ２）は、等波数間隔のピークが重畳される（図２（ｃ））。図２（ｃ）のグラフのピーク値同士は等波数間隔になっている。

等波数間隔のピークが重畳された干渉光は、コリメーター１１８を通って集光され、光検出部１０３で受光される。光検出部１０３で受光された干渉光の強度の情報は電圧などの電気的な情報に変換されて、情報取得部１０４に送られる。情報取得部１０４では、干渉光の強度の時間波形のピーク値を読み出す。実際に干渉光の強度の時間波形は、光検出部１０３を受光電圧の時間波形へと変換されるため、受光電圧の時間波形のピーク値を読みだす。例えば、情報取得部１０４によって、図２（ｄ）で示される時間波形をもつ受光電圧の情報が取得された場合、図２（ｄ）の白丸で示すピーク値を読み出す。読み出したピーク値についてフーリエ変換器によってフーリエ変換することによって、物体１１３の断層像の情報を得る。ピーク値をフーリエ変換して得られる値は、干渉光に含まれる周波数成分に相当し、周波数成分は、カップラ１０７から物体表面で反射されカップラ１０７へ到達する光路の長さと、カップラ１０７からミラー１１５で反射されてカップラ１０７に到達する光路の長さとの差に比例する。したがって、物体１１３断層像の情報として、例えば、物体表面からの奥行き方向の長さと、物体１１３の各層からの反射光の強度との関係についての情報を得ることができる（図２（ｅ））。

断層像の情報は、情報取得部１０４から画像表示部１１９に送って画像として表示させてもよい。なお、ミラー１１２を照射光の入射する方向と垂直な平面内で走査することで、測定対象の物体１１３の３次元の断層像を得ることができる。また、光源部１０１の制御は情報取得部１０４が電気回路１２０を介して行ってもよい。また図示しないが、光源部１０１から出る光の強度を逐次モニタリングし、そのデータを干渉光の強度の信号の振幅補正に用いてもよい。

このように、本実施形態に係るＯＣＴ装置は、干渉光が等波数間隔の波長選択特性を有する波長選択器１０５を通るため、光検出部１０３で取得される干渉光の強度の時間波形のデータは、等波数間隔である。すなわち、光検出部１０３で取得される干渉光の強度のデータは、等波数間隔のデータであり、ピーク値（図２（ｄ）の白丸）をサンプリングし、フーリエ変換をして物体の情報が得られる。したがって、従来必要としていたｋトリガ発生部が不要であり、タイミング誤差が抑制され、高精度な同期ができるようになる。

なお、波長選択器１０５は、光源部１０１と光検出部１０３との間の光路上に設けられていればよい。例えば、光源部１０１とカップラ１０７との間の光路上に設けられていてもよく、カップラ１０７とミラー１１５との間の光路上に設けられていてもよく、カップラ１０７と物体１１３の間に設けられていてもよい。好ましくは、波長選択器１０５が、図１のように、光学干渉系１０２と光検出部１０３の間の光路上に設けられている場合である。なぜなら、波長選択器１０５が光源部１０１とカップラ１０７の間に設けられている場合、光源部１０１から干渉光学系１０２へ入射する光量が低下する可能性があり、結果的にカップラ１０７で発生する干渉光の強度が小さくなる可能性があるからである。あるいは物体１１３などに規定の光量を照射する場合、光源部１０１に要求される発光光量が大きくなるからである。また、物体１１３が眼球など生体である場合、物体１１３からの反射光の強度は弱い。そのため、波長選択器１０５をカップラ１０７と物体１１３の間に設けてしまうと、反射光の強度はさらに弱くなってしまう。また、波長選択器１０５がカップラ１０７とミラー１１５の間に設けられている場合、あるいは波長選択器１０５がカップラ１０７と物体１１３の間にある場合、干渉光学系の片腕にのみ波長選択器１０５が挿入されている事になる。この場合、波長選択器１０５が振動するなどの理由で発生するノイズは差動検出系を使っても取り除けないノイズとなるためである。

（ピーク値）
本実施形態においてピーク値とは、干渉光（受光電圧）の強度の極大値であるが、各々のピーク値が等波数間隔であれば、極大値から少しずれた極大値近傍をピーク値としてもよい。

ここで、波長選択器１０５が、等波数間隔で透過率が１の値を有し、それ以外の波数では０の値を有する特性をもつものである場合は、図２（ｄ）の白丸で示される、干渉光（受光電圧）の強度のピーク値のみが光検出部１０３で受光（検出）され、ピーク間では０となる。しかし、実際の波長選択器１０５は図２（ｂ）で示すように、等波数間隔で透過率１であっても、その間の波数において０と１の間の透過率の値をもつ。そのため、図２（ｃ）で示すようにピーク値以外の干渉光も受光されてしまう。そこで、各々のピークの極大値（図２（ｄ）の白丸）をピーク値として読み出す必要がある。また実際の波長選択器の透過率最大値は媒質の吸収などにより１を若干下回る値になるが、本発明ではその点は問題にならない。

また、情報取得部１０４が取得する干渉光の強度の時間波形のピーク値は、光検出部１０３で受光された干渉光の強度の時間波形のデータのうち、干渉光の強度の大きい方から、波長選択器１０５の有する透過率の極大値の個数分までとすることが好ましい。

（等波数間隔の波長選択特性を有する波長選択器）
本実施形態における波長選択器としては、等波数間隔の波長選択特性を有する光学素子または光学系であれば特に限定されない。例えば、図２（ｂ）に示すように、等波数間隔で透過率の極大値を有する波長選択器を用いることができる。このような波長選択器を通った光は、スペクトル上で等波数間隔のピークを有する光となる。また、この透過率の極大値において干渉光（受光電圧）の強度の値をサンプリングするので、透過率の極大値のピークの線幅が狭いことが好ましい。すなわち、波長選択器がファブリーペローフィルタである場合、フィルタが狭帯域であることが好ましい。これは、透過率の極大値のピークの線幅が細いほど、正確に、等周波数間隔で干渉光の強度の値のサンプリングをしやすいからである。例えば、サンプリングする光の周波数間隔が１８．７ＧＨｚである場合、ファブリーペローフィルタの透過率の極大値のピークの線幅はその１／１０以下であることが好ましく、１／１００以下であることがさらに好ましい。これは、ファブリーペローフィルタを構成する両端の反射鏡の反射率をそれぞれ、７５％以上、９７％以上に設定することで実現する。なお、波数間隔は互いに等しいことが好ましいが、本発明の効果を奏する程度に互いに異なっていてもよい。

また、フィルタの透過率極大値のピークの線幅が光源の線幅より狭帯域であることも好適である。

線幅は波長幅Δλや周波数幅Δνで記述し、光源の発光スペクトルやフィルタの透過率スペクトルのピークの半値全幅あるいは１／ｅ＾２全幅の事を指す。以下では線幅を波長スペクトルのピークの半値全幅で説明する。

光源の線幅Δλは、例えばミラー等の明るい物体のＯＣＴ像を用い、ミラーとＯＣＴ干渉計の参照ミラーとの光路長差を変化させＯＣＴ像の明るさが１／２になる光路長差を以てコヒーレンス長Δｚを定義し、Δｚから下記式（１）より求めることが可能である。

・・・（１）

干渉信号を、光源の線幅よりも狭帯域なピーク幅を有するフィルタに通すことで干渉信号に含まれる光の中から光源の線幅よりも狭帯域な線幅の光を抽出することが可能である。この場合、得られる干渉信号も光源の線幅よりも狭帯域な線幅の光同士の干渉信号となる。

狭帯域な線幅の光同士の干渉信号が得られるということは、ＯＣＴ像の取得可能距離に関しても、もともと狭帯域な線幅の光を物体に照射しその反射光を取得して干渉スペクトルを得るのと同様の効果を有する。

つまり元の光源の線幅よりもフィルタの線幅が細い場合、受光前に干渉光をフィルタで狭帯域に切り出すことにより、ＯＣＴ像が得られる深さ方向の距離を長く出来る効果を有する。

たとえば、フィルタにより切り出すスペクトルの形状が略ガウシアンであると仮定すると、フィルタのピークの波長の半値全幅Δλに対して、発光波長をλ０とする時深さ方向の撮像可能深さ範囲Δｚは下記式（２）であらわされる値となる。

・・・（２）

式からわかるように、フィルタのピークの線幅が狭帯域である事は、上式のΔλが小さい事に対応し、結果的にＯＣＴ像の取得可能範囲Δｚの値は大きくなる。

一般的に、広帯域な波長範囲を高速に掃引可能な狭線幅光源は、それ自体が実現が難しいため、このような高性能な光源の開発自体が大きな課題となる事もある。

したがって、本発明により、光源に求められる上記の性能のうち、発光線幅に関しての要求を緩和することが可能となる事は、光源の開発が容易になるという点でも好適である。

波長選択器の種類は、特に限定されず、ファブリーペローフィルタなどの光学素子、マッハツェンダー干渉計、マイケルソン干渉計などの光学系を用いることができる。また、エアギャップを介して対向するハーフミラーを用いても良く、光ファイバ内に対向する多重反射膜ミラー（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ、以下ＤＢＲと略すことがある）を作製したものであってもよい。本実施形態に係る波長選択器の中で、フィネスを高くしやすいファブリーペローフィルタが好ましい。ファブリーペローフィルタとして例えばファブリーペローエタロンが挙げられる。

（ファブリーペローエタロン）
ファブリーペローエタロンについて図３を用いて説明する。

ファブリーペローエタロンの一例は、ガラス基板３０１の両面にＤＢＲ３０２を設けた構成となっている。ＤＢＲは複数層の誘電体膜からなり、誘電体膜の数や、それぞれの誘電体膜の屈折率を変えることで、ファブリーペローエタロンの反射率を変えることができる。反射率を高くすることでフィネスは高くなり、等波数間隔の波長選択性は高くなる。上記のガラス基板３０１は特に限定されず、ＢＫ７などを用いることができる。

（光検出部）
本実施形態における光検出部について説明する。本実施形態における光検出部では、干渉光の強度を電圧などの電気の強度に変換するものであれば特に限定されない。干渉光の強度の時間波形の情報は、この光検出部で受光電圧の時間波形の情報へと変換される。受光電圧の時間波形の情報は、次に説明する情報取得部へと送られる。

（情報取得部）
本実施形態における情報取得部１０４の構成の一例について図４を用いて説明する。本実施形態における情報取得部１０４の一例では、光検出部１０３から送られてきたアナログの受光電圧の時間波形の情報（干渉光の強度の時間波形の情報）はＡ／Ｄ変換器４０１でデジタルの受光電圧の時間波形の情報へと変換される。デジタルの受光電圧の時間波形の情報は、メモリ４０２に格納され、演算部４０３に送られる。演算部４０３では、デジタルの受光電圧の時間波形から、ピーク値を取得し、そのピーク値をフーリエ変換することで、物体１１３の情報を得る。情報取得部１０４はフーリエ変換器を有している。

次に、上記情報取得部１０４における、物体１１３の情報を取得するためのフローの一例について図５、６を用いて詳細に説明する。まず、光検出部１０３で受光し電圧の時間波形の情報を取得する（図５のＳ５０１、図６（ａ））。上記の波長選択器１０５を通っているので、受光電圧の強度の時間波形も等波数間隔となっている。次に、Ａ／Ｄボード４０１で、受光電圧をアナログ信号からデジタル信号に変換する（図５のＳ５０２、図６（ｂ））。デジタル信号に変換された受光電圧の情報（干渉光の強度の情報）をメモリ４０２に格納する（図５のＳ５０３）。これは、図６（ｂ）の白丸で表されるデータを格納することに相当する。メモリ４０２に格納された受光電圧のピーク値をサンプリングし、ピーク値について演算部４０３によってフーリエ変換する。このような工程を経て、物体の情報を得ることができる。

メモリ４０２に格納された受光電圧のピーク値のサンプリング方法は特に限定されないが、ノイズではない有意な極大値を取得する必要がある。たとえばノイズより大きい値に閾値を設け、閾値以上の値を有する極大値を抽出することが可能である。一例として、メモリに格納された受光電圧（干渉光）の強度の情報が、図７のように表される場合、受光電圧「５」を閾値として、受光電圧がそれ以上の値である場合、をピーク値であるとみなす処理方法などである。

閾値の設定は特定の手法に限定するものではない。例えば、信号を取得する波長掃引帯域内に波長選択器１０５の透過率の極大値がｍ個存在する場合、得られる受光電圧の強度の時間波形に含まれる極大値を大きい方からｍ個選択する。そして選択されなかった残りの極大値のうち最大値をノイズの最大値であると見なし、ノイズの最大値より大きい値で、かつ、極大値のうち最小の値以上を閾値として設定することができる。

また、波長の掃引速度がほぼ一定であるとわかっている光源部１０１を用いる場合には、波長選択器１０５の透過率の極大値の間隔から、波長選択器の各透過率の極大値の波長で光源部１０１が発光する時刻を推測できる。また推測される各時刻の近傍で得られた時間波形に含まれる極大値のうち最大のものを求めるピーク値とすることができる。そして、それらのピーク値の大きい方からｍ個を選択することができる。

ここで、光源部１０１の波長掃引速度が大きく変動しない場合、データの時間間隔には大きな変動は無いはずである。従って図８に示すように、データの時間間隔がある２点のデータ間（図８（ａ）の時刻ｔ_２と時刻ｔ_４の間）だけその周囲の時刻で得られた信号の時間間隔の２倍程度開いている場合にはその間の時刻（図８（ａ）の時刻ｔ_３）に取得した受光電圧が「０」であるとみなせる。そこで、サンプリングデータに対し、時刻ｔ_３に０を挿入したサンプリングデータを作製する。このような「０」値の挿入は特に差動検出を行って干渉信号を取得する場合に必要である。

すなわち、本実施形態における情報取得部は、受光電圧の強度ピーク値（干渉光の強度のピーク値）Ｐ_１が取得された時刻Ｔ_１と、前記ピーク値Ｐ_１が取得された前記時刻の次のピーク値Ｐ_２が取得された時刻Ｔ_２との時間間隔が、その近傍のピーク値が取得される平均の時間間隔ΔＴの１．９９倍以上である場合、好ましくは１．９倍以上である場合に、前記Ｔ_１と前記Ｔ_２の間の時刻Ｔ’における受光電圧の強度（干渉光の強度）が０であるとみなす演算を行ってもよい（図８（ｂ））。これは、時刻Ｔ_１、Ｔ_２における波長掃引速度が、時刻Ｔ_０あるいはＴ_３における波長掃引速度の１０％以内で変動する場合、上記平均の時間間隔ΔＴの１．９倍以上である場合に、時刻Ｔ’における受光電圧の強度が０であるとみなせばよいからである。同様に、１％以内で変動する場合、１．９９倍以上である場合に受光電圧の強度が０であるとみなせばよいからである。

例えば、平均の時間間隔の２倍程度（１．９倍以上２．１倍以下）である場合、前記Ｔ_１と前記Ｔ_２の中間の時刻Ｔ’における受光電圧の強度（干渉光の強度）が０であるとみなす（図８（ｂ））。

ここで、近傍のピーク値とは例えば、上記ピーク値Ｐ１が取得される１つ前の時刻（Ｔ_０）におけるピーク値（Ｐ_０）、２つ前の時刻（Ｔ_−１）におけるピーク値（Ｐ_−１）、１つ後の時刻（Ｔ_３）におけるピーク値（Ｐ_３）、２つ後の時刻（Ｔ_４）におけるピーク値（Ｐ_４）、である。このとき、近傍のピーク値が取得される平均の時間間隔ΔＴは、Ｔ_０−Ｔ_−１の値と、Ｔ_４−Ｔ_３の値との平均とすることができる。なお、４つのピーク値を用いて平均の時間間隔を算出したが、演算に用いるピーク値の個数はそれ以上であってもよい。

また、平均の時間間隔の３倍程度（２．９倍以上３．１倍以下）である場合、前記Ｔ_１と前記Ｔ_２の時間間隔を３等分した各時刻における干渉光の強度が０であるとみなす。同様に、平均の時間間隔のＮ倍程度である場合、前記Ｔ_１と前記Ｔ_２の時間間隔をＮ等分した各時刻における干渉光の強度が０であるとみなす。

なお、上記のような干渉信号振幅が０の点が存在する場合、光検出部１０３が差動検出型の場合は光検出部１０３は上述のように電圧０を出力するが、光検出部が単純な光強度検出型の場合は、非干渉成分の光量を検知し０でない値を出力する。したがって上記０値の補間は光検出部１０３が差動検出型の場合に必要な操作である。したがって、例えば差動検出型の光検出部と単純な光強度検出器を併用することで測定する事で、上記のような干渉成分０の点を検知する事も可能である。

また、明らかに他のデータの時間間隔よりも詰まった時間間隔、例えばその周囲の時刻で得られた信号の時間間隔の半分程度の時間間隔で取得されているデータについても、波長選択器１０５の透過率の極大値以外でのサンプリングである可能性が高い（図８（ｃ））。この場合は上記時間間隔が詰まっているデータ（図８（ｃ）の時刻ｔ_４で得られたデータ）を削除する。これらを経てほぼ時間間隔が等しいｍ個のサンプリングデータを形成することができる。なお、時間間隔が詰まっているデータが複数ある場合は、上記と同様に、時間間隔が詰まっているデータの削除を複数回行い、時間間隔が詰まっているデータが消えるまで行ってもよい。

すなわち、本実施形態における情報取得部は、受光電圧の強度のピーク値（干渉光の強度のピーク値）Ｐ_１が取得された時刻Ｔ_１と、前記ピーク値Ｐ_１が取得された前記時刻の次のピーク値Ｐ_２が取得された時刻Ｔ_２との時間間隔が、その近傍のピーク値が取得される平均の時間間隔ΔＴの０．９倍以下である場合に、前記ピーク値Ｐ_２のデータを取得しなくてもよい（図８（ｄ））。ここで、近傍のピーク値とは例えば、上記ピーク値Ｐ１が取得される１つ前の時刻（Ｔ_０）におけるピーク値（Ｐ_０）、２つ前の時刻（Ｔ_−１）におけるピーク値（Ｐ_−１）、１つ後の時刻（Ｔ_３）におけるピーク値（Ｐ_３）、２つ後の時刻（Ｔ_４）におけるピーク値（Ｐ_４）、である。このとき、近傍のピーク値が取得される平均の時間間隔ΔＴは、Ｔ_０−Ｔ_−１の値と、Ｔ_４−Ｔ_３の値との平均とすることができる。なお、４つのピーク値を用いて平均の時間間隔を算出したが、演算に用いるピーク値の個数はそれ以上であってもよい。

（光源部）
本実施形態において、光源部１０１は光の波長を変化させる光源であれば特に限定されない。ＯＣＴ装置を用いて物体１１３の情報を得るためには、この光源部から出る光の波長を連続的に変化させる必要がある。

本実施形態における光源部１０１として例えば、回折格子やプリズム等を用いた外部共振器型の波長掃引光源、共振器長可変のファブリペローチューナブルフィルタを用いる各種外部共振器型光源をもちいることができる。あるいは、サンプルドグレーティングを用いて波長を変化させるＳＳＧ−ＤＢＲや波長可変のＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬなどを用いることもできる。また、ファイバレーザーを用いることもできる。ファイバレーザーとしては、分散チューニング方式でもよく、フーリエドメインモードロック方式であってもよい。

回折格子やプリズム等を用いた外部共振器型の波長掃引光源としては、共振器に回折格子を設けて光を分光させ、ポリゴンミラーや、回転する円盤上にストライプ状の反射ミラーを設けたものを用いて出射させる波長を連続的に変え波長掃引光源などが挙げられる。

（物体）
本実施形態において物体とは、本実施形態に係るＯＣＴ装置による測定の対象となるものであり種類は特に限定されない。例えば、眼球、皮膚、歯などの生体が挙げられる。

（用途）
上記本実施形態に係るＯＣＴ装置は、眼底の断層像を得る等眼科撮影、歯科撮影、皮膚撮影などに用いることができる。

（実施形態２）
ＯＣＴ装置の他の例について説明する。本実施形態のＯＣＴ装置の各構成要素について実施形態１と共通するものは、ここでは説明を省略する。

図１ではＯＣＴ装置の簡易な構成を示したが、例えば図９に示すような、干渉信号を差動検出するための光学系で構成しても良い。図９においては、波長可変光源９０１と、アイソレータ９０２、参照光光路用ファイバ９０６、偏波コントローラ９１８、光源から発振された光を参照光と照射光とに分岐させるファイバカップラ９０５、反射ミラー９０７を配置する。さらに物体９０９の測定部を構成する検査光光路用ファイバ９１４、偏波コントローラ９１９、照射集光光学系９１５、照射位置走査用ミラー９０８を接続する。これに加え光検出部を構成するファイバカップラ９０３、ファイバカップラ９０４、受光用ファイバ９１６、受光用ファイバ９１７、差動検出器９１０、情報取得部を構成する信号処理装置９１１、画像出力モニタ９１３を接続する。さらに光源部を構成する光源制御装置９１２を接続した構成により光断層撮像装置を構成できる。なお、９２１、９２２、９２３、９２４、９２５、９２６はコリメーターである。

波長選択器である、ファブリーペローフィルタ２２０が差動検出器９１０の手前に設けられているため、作動検出器９１０で検出される光は等波数間隔である。なお、図９ではファブリーぺローフィルタ２２０が１つ設けられた構成を示しているが、コリメーター９２２とコリメーター９２４の間の光路上に１つ、コリメーター９２３とコリメーター９２５の間の光路上に１つの計２つ設けられた構成であってもよい。この場合、二つのファブリーペローフィルタのＦＳＲ（Ｆｒｅｅ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｒａｎｇｅ、自由スペクトル領域）が等しい必要がある。このように、光検出部において差動検出器９１０を用い、干渉光学系の二つのポートからの干渉信号を同時に入力する形にすることで、同相ノイズを消去可能であり、ノイズが少ない物体の断層像を得ることができる。

（実施形態３）
実施形態３では光干渉断層撮像方法について説明する。以下に説明する光干渉断層撮像方法は一例であり、本発明はこれに限定されない。

（光干渉断層撮像方法）
本実施形態に係る光干渉断層撮像方法は、上記の光干渉断層撮像装置を用いた光断層撮像方法であって、前記光源部から出る光の波長を時間的に変化させる工程と、前記干渉光学系において発生した干渉光を前記光検出部で受光する工程と、受光した前記干渉光の強度の時間波形のピーク値に基づいて前記物体の情報を取得する工程と、を少なくとも有する。物体の情報を取得する工程は、干渉光の強度の時間波形のピーク値を取得してフーリエ変換する工程を有することが好ましい。また、物体の情報を取得する際に、フーリエ変換する代わりに、最大エントロピー原理を用いた演算を行ってもよい。

また、フーリエ変換して得たデータを画像表示部に送信する工程を有していてもよい。このような工程を有することで測定対象の物体の断層像を表示することができる。

以下、本発明の実施例について図１を用いて説明するが、本発明はこれらに限られない。

本実施例に係るＯＣＴ装置の構成は、実施形態１で説明した通りである。ただし、光源部１０１として波長掃引光源、光検出部１０３としてフォトディテクタ（Ｐｈｏｔｏ ｄｅｔｅｃｔｏｒ、以下ＰＤと略す）、波長選択器１０５として、ファブリーペローエタロンを用いる。

波長掃引光源は波長８００ｎｍから８８０ｎｍまでを周期５ｎｓで掃引しこれを繰り返す動作をおこなう。これは掃引周波数にして２００ｋＨｚに相当する。本実施例に係るＯＣＴ装置では光源部１０１の光が出射される点からミラー１１５までの光路長と、光源部１０１の光が出射される点から物体１１３の表面までの光路長を等しくし、物体の表面から照射光の光軸方向に４ｍｍの部位まで観察する。

物体の表面から照射光の光軸方向に４ｍｍの位置に単一の反射物体がある場合、得られる干渉強度のスペクトルは周波数３７．５ＧＨｚ毎に強度が強まる信号となる（図１０）。これを周波数３７．５ＧＨｚのサイン波と見なすならば、この信号の周波数成分を解析するためには少なくともこの半分の周波数間隔以下で干渉光の強度の値をサンプリングする必要がある。つまり１８．７５ＧＨｚ以下の周波数間隔でサンプリングする必要がある。

物体の表面から照射光の光軸方向に４ｍｍまでが最大の深さであると想定すると、周波数を解析すべき信号の周波数は３７．５ＧＨｚ以下の信号となるため、上記１８．７５ＧＨｚ以下の周波数間隔にて信号を取得すれば、断層像を得るために必要な周波数帯域の信号は得られる。

本実施例では、このサンプリング間隔を、光路に挿入するファブリーペローエタロンにて規定する。具体的には、ファブリーペローエタロンの透過率の極大値の間隔が等波数間隔、かつ、１８．７ＧＨｚ未満になるように設定する。このことはファブリーペローエタロンの光路長を８ｍｍ以上に設定する事に相当する。本実施例ではファブリーペローフィルタエタロンの光路長を８ｍｍにする。なお光路長は８ｍｍより長くても良い。

次に、本実施例に係るＯＣＴ装置を用いてＰＤで得られる受光電圧の強度の時間波形を図１１に示す。光検出部１０３にて得られる信号は干渉信号波形にファブリーペローフィルタの透過率を重畳した波形になっている。図１１中のピーク値を読み出し、これを等周波数間隔の信号値としてデータ取得する必要がある。

このためにはまず光検出で取得する電圧強度の時間波形をＡＤ変換器を経由して情報取得部１０４のメモリに取り込む。次にこのデータからピーク値を読みだして、フーリエ変換に掛けるサンプリングデータを作製する。ここで、ノイズ以上の値に閾値を設け、閾値以上の値を有する極大値を抽出する。

また本実施例ではファブリーペローエタロンの透過率の極大値の数ｍは、１８１８となる。それは、波長８００ｎｍから８８０ｎｍの間の周波数間隔が３４．０７ＴＨｚであり、一方ファブリーペローエタロンの透過率極大の周波数間隔が１８．７４ＧＨｚでありこれらの比が１８１８である事による。したがって、ＰＤで受光された受光電圧の大きいデータから１８１８までの極大値をサンプリングデータとして使用しフーリエ変換する事で物体の断層像を取得出来る。

１０１ 光源部
１０２ 干渉光学系
１０３ 光検出部
１０４ 情報取得部
１０５ 波長選択器

Claims (12)

1. 光の波長を変化させる光源部と、
   前記光源部からの光を物体へ照射する照射光と参照光とに分岐し、前記物体に照射された光の反射光と前記参照光による干渉光を発生させる干渉光学系と、
   前記干渉光を受光する差動検出型の光検出部と、
   前記干渉光の強度の時間波形に基づいて、前記物体の情報を取得する情報取得部と、
   を有する光干渉断層撮像装置において、
   前記光源部と、前記光検出部との間の光路上に設けられた、等波数間隔の波長選択特性
   を有する波長選択器をさらに有し、
   前記情報取得部は、前記干渉光の強度の時間波形のピーク値を取得し、取得した前記ピーク値に基づいて前記物体の情報を取得することを特徴とする光干渉断層撮像装置。
2. 前記情報取得部は、前記干渉光の強度の時間波形のピーク値を取得してフーリエ変換するフーリエ変換器を有することを特徴とする請求項１に記載の光干渉断層撮像装置。
3. 前記波長選択器が前記光学干渉系と前記光検出部との間の光路上に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の光干渉断層撮像装置。
4. 前記波長選択器が等波数間隔で透過率の極大値を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光干渉断層撮像装置。
5. 前記波長選択器が有する透過率の極大値の線幅が、前記光源部から発生する光の線幅よりも細いことを特徴とする請求項４に記載の光干渉断層撮像装置。
6. 前記波長選択器がファブリーペローフィルタであることを特徴とする請求項４または５に記載の光干渉断層撮像装置。
7. 前記情報取得部が取得する前記干渉光の強度の時間波形のピーク値は、前記光検出部で受光された干渉光の強度の時間波形のデータのうち、干渉光の強度の大きい方から、前記波長選択器の有する透過率の極大値の個数分までとすることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光干渉断層撮像装置。
8. 前記情報取得部は、干渉光の強度のピーク値Ｐ１が取得された時刻Ｔ１と、前記ピーク値Ｐ１が取得された前記時刻の次のピーク値Ｐ２が取得された時刻Ｔ２との時間間隔が、その近傍のピーク値が取得される平均の時間間隔ΔＴの１．９倍以上である場合に、前記Ｔ１と前記Ｔ２の中間の時刻における干渉光の強度が０であるとみなす演算を行うことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光干渉断層撮像装置。
9. 前記情報取得部は、干渉光の強度のピーク値Ｐ１が取得された時刻Ｔ１と、前記ピーク値Ｐ１が取得された前記時刻の次のピーク値Ｐ２が取得された時刻Ｔ２との時間間隔が、その近傍のピーク値が取得される平均の時間間隔ΔＴの０．９倍以下である場合に、前記ピーク値Ｐ２のデータを取得しないことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光干渉断層撮像装置。
10. 前記光源部から出る光の波数と時刻とが線形の関係にないことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光干渉断層撮像装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光干渉断層撮像装置を用いた光断層撮像方法であって、
    前記光源部から出る光の波長を時間的に変化させる工程と、
    前記干渉光学系において発生した干渉光を前記光検出部で受光する工程と、
    受光した前記干渉光の強度の時間波形のピーク値に基づいて前記物体の情報を取得する工程と、を有することを特徴とする光干渉断層撮像方法。
12. 前記物体の情報を取得する工程は、前記干渉光の強度の時間波形のピーク値を取得してフーリエ変換する工程を有することを特徴とする請求項１１に記載の光干渉断層撮像方法。

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