JP6302853B2

JP6302853B2 - OCT equipment

Info

Publication number: JP6302853B2
Application number: JP2015024245A
Authority: JP
Inventors: 斉藤　崇記; 崇記斉藤
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 2015-02-10
Filing date: 2015-02-10
Publication date: 2018-03-28
Anticipated expiration: 2035-02-10
Also published as: JP2016148539A

Description

本発明は、ＯＣＴ装置に関し、特に光周波数掃引型のＯＣＴ装置に関する。 The present invention relates to an OCT apparatus, and more particularly to an optical frequency sweep type OCT apparatus.

従来から、光コヒーレンストモグラフィ（Optical Coherence Tomography：ＯＣＴ）を用いて、網膜や皮膚などの断層画像を撮影する装置が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, an apparatus that captures a tomographic image of a retina or skin using optical coherence tomography (OCT) is known.

図１０に、従来のＯＣＴ装置の基本構成を示す。掃引光源４１は、時間に対して光の周波数が直線的に変化するように出力光の波長を掃引する。掃引光源４１からの光の一部は、光カプラ４２で分岐されて測定用干渉計４４に入射する。光カプラ４３で分岐された光の一方は遅延ファイバ４５に入射し、他方はレンズ４６を介して測定対象物１００に入射し反射される。 FIG. 10 shows a basic configuration of a conventional OCT apparatus. The sweep light source 41 sweeps the wavelength of the output light so that the frequency of the light changes linearly with time. Part of the light from the sweep light source 41 is branched by the optical coupler 42 and enters the measurement interferometer 44. One of the lights branched by the optical coupler 43 enters the delay fiber 45, and the other enters the measurement object 100 via the lens 46 and is reflected.

測定対象物１００で反射された光は、再び測定用干渉計４４に入射する。光カプラ４７では、測定対象物１００に入射し反射された光と、遅延ファイバ４５を伝搬した遅延光との干渉光が生成される。 The light reflected by the measurement object 100 is incident on the measurement interferometer 44 again. In the optical coupler 47, interference light between the light incident on the measurement object 100 and reflected and the delayed light propagated through the delay fiber 45 is generated.

測定用干渉計４４からの干渉光は、受光器４８ａでヘテロダイン検波され、Ａ／Ｄ変換器４９ａでサンプリングされる。掃引光源４１において光周波数が直線的に掃引されている場合、ヘテロダイン検波で得られたビート信号の周波数は、測定対象物１００に入射し反射された光と、遅延ファイバ４５を伝搬した遅延光との光路差に比例する。 The interference light from the measurement interferometer 44 is heterodyne detected by the light receiver 48a and sampled by the A / D converter 49a. When the optical frequency is swept linearly in the sweep light source 41, the frequency of the beat signal obtained by heterodyne detection is the light incident on the measurement object 100 and reflected, and the delayed light propagated through the delay fiber 45. Is proportional to the optical path difference.

仮に、上記の光路差がゼロとなる位置にレンズ４６が配置されているとすれば、ビート信号の周波数はレンズ４６から測定対象物１００までの距離に比例する。したがって、ビート信号をフーリエ変換し、そのスペクトラムを計算すれば、測定対象物１００の内部の反射率分布を測定することができる。 If the lens 46 is disposed at a position where the optical path difference becomes zero, the frequency of the beat signal is proportional to the distance from the lens 46 to the measurement object 100. Therefore, if the beat signal is Fourier-transformed and its spectrum is calculated, the reflectance distribution inside the measuring object 100 can be measured.

しかしながら、実際の掃引光源４１から出力される光の周波数は、非直線的に掃引されたり、変調が重畳されていたりする。これにより、測定用干渉計４４から出力されるヘテロダイン信号のスペクトラムはぼやけたり、側帯波を持ったりすることになり、高精度な測定の妨げとなる。 However, the frequency of the light output from the actual sweep light source 41 is swept non-linearly or superimposed with modulation. As a result, the spectrum of the heterodyne signal output from the measurement interferometer 44 is blurred or has sidebands, which hinders highly accurate measurement.

そこで、掃引光源４１からの光を光カプラ４２で分岐して、測定用干渉計４４だけでなくリファレンス用干渉計５１にも入力する構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。リファレンス用干渉計５１からの干渉光は、受光器４８ｂでヘテロダイン検波され、Ａ／Ｄ変換器４９ｂでサンプリングされる。掃引光源４１による掃引の非線形性の影響は、測定用干渉計４４だけでなく、リファレンス用干渉計５１においても同様に現れる。このため、Ａ／Ｄ変換器４９ａ，４９ｂの後段の制御器５０において、リファレンス用干渉計５１からの信号強度が０となるタイミングで測定用干渉計４４からのビート信号をリサンプリングすれば、掃引の変動が除去された信号を得ることができる。これをリニアライズと呼ぶ。 Therefore, a configuration has been proposed in which light from the sweep light source 41 is branched by the optical coupler 42 and input not only to the measurement interferometer 44 but also to the reference interferometer 51 (see, for example, Patent Document 1). The interference light from the reference interferometer 51 is heterodyne detected by the light receiver 48b and sampled by the A / D converter 49b. The influence of the non-linearity of the sweep by the sweep light source 41 appears not only in the measurement interferometer 44 but also in the reference interferometer 51. Therefore, if the controller 50 in the subsequent stage of the A / D converters 49a and 49b resamples the beat signal from the measurement interferometer 44 at the timing when the signal intensity from the reference interferometer 51 becomes 0, the sweep is performed. It is possible to obtain a signal from which fluctuations in the above are removed. This is called linearization.

特開２０１２−１５４７９０号公報JP 2012-154790 A

しかしながら、従来のリファレンス用干渉計を用いてリニアライズを行う方法では、測定用干渉計用の受光器及びＡ／Ｄ変換器に加えて、リファレンス用干渉計用の受光器及びＡ／Ｄ変換器を追加する必要があるため、装置が高価になるという問題があった。 However, in the conventional method of performing linearization using a reference interferometer, in addition to the photoreceiver and A / D converter for measurement interferometer, the photoreceiver and A / D converter for reference interferometer There is a problem that the apparatus becomes expensive.

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであって、リファレンス用干渉計を用いることなく、掃引光源の光周波数掃引速度の非線形性の影響を除去した測定を行うことが可能なＯＣＴ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described conventional problems, and performs measurement without the influence of nonlinearity of the optical frequency sweep speed of the sweep light source without using a reference interferometer. An object of the present invention is to provide an OCT apparatus capable of performing the above.

上記課題を解決するために、本発明の請求項１のＯＣＴ装置は、所定の光周波数掃引速度で波長掃引された光を出力する光源と、前記光源からの出力光を測定光と参照光とに２分岐する光分岐部と、前記測定光を測定対象物及び基準反射面に入射させるとともに、前記測定対象物によって反射された前記測定光と、前記基準反射面によって反射された前記測定光とを合波する第１光合波部と、前記第１光合波部で合波された前記測定光と前記参照光とを合波することで干渉光を出力する第２光合波部と、前記干渉光を受光してビート信号を生成する受光部と、前記ビート信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、前記ディジタル信号に基づいて、前記測定対象物における前記測定光の伝搬方向の反射率分布を算出する反射率分布算出部と、を備え、前記反射率分布算出部は、前記ディジタル信号をフーリエ変換して、前記干渉光のスペクトラムを算出する第１フーリエ変換部と、前記スペクトラムから、前記基準反射面によって反射された前記測定光に対応する信号を基準信号として抽出する信号抽出部と、前記基準信号を逆フーリエ変換して時間波形信号を算出する逆フーリエ変換部と、前記基準信号の前記時間波形信号を基準として、前記ディジタル信号をリサンプリングするリサンプリング部と、前記リサンプリング部によってリサンプリングされた前記ディジタル信号をフーリエ変換して、前記反射率分布を算出する第２フーリエ変換部と、を有し、前記信号抽出部はさらに前記基準信号の側帯波も抽出することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, an OCT apparatus according to claim 1 of the present invention includes a light source that outputs light that has been wavelength-swept at a predetermined optical frequency sweep speed, output light from the light source, measurement light, and reference light. A light branching portion that branches into two, the measurement light incident on the measurement object and the reference reflection surface, the measurement light reflected by the measurement object, and the measurement light reflected by the reference reflection surface; A second optical multiplexing unit that outputs interference light by multiplexing the measurement light and the reference light multiplexed by the first optical multiplexing unit, and the interference A light receiving unit that receives light to generate a beat signal, an A / D conversion unit that converts the beat signal into a digital signal, and a reflection in the propagation direction of the measurement light on the measurement object based on the digital signal Reflectance distribution calculation to calculate the rate distribution The reflectance distribution calculation unit includes a first Fourier transform unit that Fourier-transforms the digital signal to calculate a spectrum of the interference light, and the spectrum reflected from the spectrum by the reference reflecting surface. A signal extraction unit that extracts a signal corresponding to the measurement light as a reference signal, an inverse Fourier transform unit that calculates a time waveform signal by performing an inverse Fourier transform on the reference signal, and the time waveform signal of the reference signal as a reference, a resampler for resampling the digital signal, said said digital signal resampled by resampler Fourier transform, have a, a second Fourier transform unit for calculating the reflectivity distribution, the signal The extracting unit further extracts a sideband of the reference signal .

また、本発明の請求項２のＯＣＴ装置においては、前記光分岐部から出力されて前記第２光合波部に至る前記参照光の光路長と、前記光分岐部から出力されて前記測定対象物で反射されて前記第２光合波部に至る前記測定光の光路長との光路差が、前記光分岐部から出力されて前記第２光合波部に至る前記参照光の光路長と、前記光分岐部から出力されて前記基準反射面で反射されて前記第２光合波部に至る前記測定光の光路長との光路差よりも短くなる位置に前記基準反射面が配置されることを特徴とする。 In the OCT apparatus according to claim 2 of the present invention, the optical path length of the reference light output from the optical branching unit to the second optical multiplexing unit, and the measurement object output from the optical branching unit The optical path difference between the optical path length of the measurement light reflected by the optical path and reaching the second optical multiplexing section is output from the optical branching section and the optical path length of the reference light reaching the second optical multiplexing section, and the light The reference reflecting surface is disposed at a position that is shorter than an optical path difference from the optical path length of the measurement light that is output from the branching portion and reflected by the reference reflecting surface to reach the second optical multiplexing portion. To do.

また、本発明の請求項３のＯＣＴ装置においては、前記光分岐部から出力されて前記第２光合波部に至る前記参照光の光路長と、前記光分岐部から出力されて前記測定対象物で反射されて前記第２光合波部に至る前記測定光の光路長との光路差が、前記光分岐部から出力されて前記第２光合波部に至る前記参照光の光路長と、前記光分岐部から出力されて前記基準反射面で反射されて前記第２光合波部に至る前記測定光の光路長との光路差よりも長くなる位置に前記基準反射面が配置されることを特徴とする。
また、本発明の請求項４のＯＣＴ装置においては、前記基準反射面は、前記測定対象物に入射され前記測定対象物により反射される前記測定光の光路上に設けられることを特徴とする。
また、本発明の請求項５のＯＣＴ装置においては、前記測定対象物は、前記基準反射面に入射され前記測定対象物により反射される前記測定光の光路上に設けられることを特徴とする。
また、本発明の請求項６のＯＣＴ装置は、前記測定対象物に入射され前記測定対象物により反射される前記測定光の光路上に設けられて、前記第１光合波部により出力された前記測定光を前記測定対象物に集光するとともに、前記測定対象物によって反射された前記測定光を前記第１光合波部に入力するレンズをさらに備え、前記基準反射面は、前記レンズの表面あるいは前記レンズの表面に形成された反射膜により構成されることを特徴とする。
In the OCT apparatus according to claim 3 of the present invention, the optical path length of the reference light output from the optical branching unit to the second optical multiplexing unit, and the measurement object output from the optical branching unit The optical path difference between the optical path length of the measurement light reflected by the optical path and reaching the second optical multiplexing section is output from the optical branching section and the optical path length of the reference light reaching the second optical multiplexing section, and the light The reference reflecting surface is arranged at a position that is longer than an optical path difference from an optical path length of the measurement light that is output from the branching portion and reflected by the reference reflecting surface to reach the second optical multiplexing portion. To do.
In the OCT apparatus according to claim 4 of the present invention, the reference reflection surface is provided on an optical path of the measurement light that is incident on the measurement object and reflected by the measurement object.
In the OCT apparatus according to claim 5 of the present invention, the measurement object is provided on an optical path of the measurement light that is incident on the reference reflection surface and reflected by the measurement object.
The OCT apparatus according to claim 6 of the present invention is provided on an optical path of the measurement light that is incident on the measurement object and reflected by the measurement object, and is output by the first optical multiplexing unit. The optical system further includes a lens that collects measurement light on the measurement object and inputs the measurement light reflected by the measurement object to the first optical multiplexing unit, and the reference reflection surface is a surface of the lens or It is comprised by the reflecting film formed in the surface of the said lens.

本発明は、リファレンス用干渉計を用いることなく、掃引光源の光周波数掃引速度の非線形性の影響を除去した測定を行うことが可能なＯＣＴ装置を提供する。 The present invention provides an OCT apparatus capable of performing measurement without the influence of nonlinearity of the optical frequency sweep speed of a swept light source without using a reference interferometer.

本発明の第１の実施形態としてのＯＣＴ装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the OCT apparatus as the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態としてのＯＣＴ装置における反射率分布算出部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the reflectance distribution calculation part in the OCT apparatus as the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態としてのＯＣＴ装置における反射率分布算出部の処理を説明する図（その１）である。It is FIG. (1) explaining the process of the reflectance distribution calculation part in the OCT apparatus as the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態としてのＯＣＴ装置における反射率分布算出部の処理を説明する図（その２）である。It is FIG. (2) explaining the process of the reflectance distribution calculation part in the OCT apparatus as the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態としてのＯＣＴ装置における信号抽出部が測定対象物で反射された測定光に対応する信号を抽出する処理を説明する図である。It is a figure explaining the process which the signal extraction part in the OCT apparatus as the 1st Embodiment of this invention extracts the signal corresponding to the measurement light reflected by the measuring object. 本発明の第１の実施形態としてのＯＣＴ装置における反射率分布算出部の処理を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the process of the reflectance distribution calculation part in the OCT apparatus as the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態としてのＯＣＴ装置における反射率分布算出部の他の構成を示す図である。It is a figure which shows the other structure of the reflectance distribution calculation part in the OCT apparatus as the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態としてのＯＣＴ装置における反射率分布算出部の他の処理を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the other process of the reflectance distribution calculation part in the OCT apparatus as the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態としてのＯＣＴ装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the OCT apparatus as the 2nd Embodiment of this invention. 従来のＯＣＴ装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional OCT apparatus.

以下、本発明に係るＯＣＴ装置の実施形態について、図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of an OCT apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.

（第１の実施形態）
図１に示すように、本発明の第１の実施形態としてのＯＣＴ装置１は、光周波数掃引型ＯＣＴ（Swept-Source OCT：ＳＳ−ＯＣＴ）であって、掃引光源１１、光分岐部としての光カプラ１２、第１光合波部としての光サーキュレータ１３、測定光学系１４、第２光合波部としての光カプラ１６、受光部としてのバランスドレシーバ１７、Ａ／Ｄ変換器１８、及び反射率分布算出部１９を備える。 (First embodiment)
As shown in FIG. 1, an OCT apparatus 1 according to a first embodiment of the present invention is an optical frequency sweep type OCT (Swept-Source OCT: SS-OCT), and includes a sweep light source 11 and an optical branching unit. An optical coupler 12, an optical circulator 13 as a first optical multiplexing unit, a measurement optical system 14, an optical coupler 16 as a second optical multiplexing unit, a balanced receiver 17 as a light receiving unit, an A / D converter 18, and a reflectance A distribution calculation unit 19 is provided.

掃引光源１１は、規定された掃引波長範囲及び光周波数掃引速度（あるいは波長掃引速度）で波長掃引されたレーザ光を出力するようになっている。発振波長の掃引は、例えば、回折格子を用いた外部共振器レーザにおいて、回折格子やミラー等の角度を変えて共振波長を変えることにより実行される。 The sweep light source 11 is configured to output laser light that has been wavelength-swept in a prescribed sweep wavelength range and optical frequency sweep speed (or wavelength sweep speed). The oscillation wavelength is swept by, for example, changing the resonance wavelength by changing the angle of the diffraction grating or mirror in an external resonator laser using a diffraction grating.

光カプラ１２は、掃引光源１１の出力光を２つに分岐する。光カプラ１２で分岐された光の一方は参照光として遅延ファイバ２０に入力される。光カプラ１２で分岐された光の他方は、測定光として光サーキュレータ１３の第１端子１３ａに入力されて、第２端子１３ｂを介して測定用ファイバ２１に入力される。 The optical coupler 12 branches the output light of the sweep light source 11 into two. One of the lights branched by the optical coupler 12 is input to the delay fiber 20 as reference light. The other of the lights branched by the optical coupler 12 is input as measurement light to the first terminal 13a of the optical circulator 13 and input to the measurement fiber 21 via the second terminal 13b.

測定光学系１４は、少なくとも１つのレンズ１４ａからなっている。測定光学系１４は、光サーキュレータ１３の第２端子１３ｂから出力されて測定用ファイバ２１の先端から出射した測定光を測定対象物１００に集光するとともに、測定対象物１００によって反射された測定光を測定用ファイバ２１を介して光サーキュレータ１３の第２端子１３ｂに入力するようになっている。 The measurement optical system 14 includes at least one lens 14a. The measurement optical system 14 condenses the measurement light output from the second terminal 13 b of the optical circulator 13 and emitted from the tip of the measurement fiber 21 on the measurement object 100, and the measurement light reflected by the measurement object 100. Is input to the second terminal 13 b of the optical circulator 13 through the measurement fiber 21.

レンズ１４ａの表面には、少なくとも掃引光源１１の出力光の波長を含む波長帯域の光を反射する基準反射面としての反射膜１５が形成されている。反射膜１５によって反射された測定光は、光サーキュレータ１３の第２端子１３ｂに入力される。 On the surface of the lens 14a, a reflection film 15 is formed as a reference reflection surface that reflects light in a wavelength band including at least the wavelength of the output light of the sweep light source 11. The measurement light reflected by the reflective film 15 is input to the second terminal 13 b of the optical circulator 13.

光サーキュレータ１３は、第２端子１３ｂから測定光を測定対象物１００及び反射膜１５に入射させるとともに、測定対象物１００によって反射された測定光と、反射膜１５によって反射された測定光とを合波して第３端子１３ｃから出力するようになっている。 The optical circulator 13 causes measurement light to enter the measurement object 100 and the reflection film 15 from the second terminal 13b, and combines the measurement light reflected by the measurement object 100 and the measurement light reflected by the reflection film 15. The wave is output from the third terminal 13c.

なお以降では、光カプラ１２から出力されて光カプラ１６に至る参照光の光路長を「参照光光路長」ともいう。また、光カプラ１２から出力されて測定対象物１００で反射されて光カプラ１６に至る測定光の光路長を「測定光光路長」ともいう。また、光カプラ１２から出力されて反射膜１５で反射されて光カプラ１６に至る測定光の光路長を「基準光光路長」ともいう。 Hereinafter, the optical path length of the reference light output from the optical coupler 12 and reaching the optical coupler 16 is also referred to as “reference optical path length”. In addition, the optical path length of the measurement light output from the optical coupler 12 and reflected by the measurement object 100 to reach the optical coupler 16 is also referred to as “measurement optical path length”. Further, the optical path length of the measurement light output from the optical coupler 12 and reflected by the reflecting film 15 to reach the optical coupler 16 is also referred to as “reference optical path length”.

反射膜１５は、参照光光路長と測定光光路長との光路差が、参照光光路長と基準光光路長との光路差よりも短くなる位置に配置される。図１は、参照光光路長との光路差がゼロとなる位置が、測定光の伝搬方向に沿って測定対象物１００の表面よりも奥側に設定された例を示している。 The reflective film 15 is disposed at a position where the optical path difference between the reference light optical path length and the measurement light optical path length is shorter than the optical path difference between the reference light optical path length and the reference light optical path length. FIG. 1 shows an example in which the position where the optical path difference from the reference light optical path length is zero is set on the back side from the surface of the measurement object 100 along the propagation direction of the measurement light.

あるいは、反射膜１５は、参照光光路長と測定光光路長との光路差が、参照光光路長と基準光光路長との光路差よりも長くなる位置に配置されてもよい。 Alternatively, the reflective film 15 may be disposed at a position where the optical path difference between the reference light optical path length and the measurement light optical path length is longer than the optical path difference between the reference light optical path length and the reference light optical path length.

光カプラ１６は、遅延ファイバ２０からの参照光と、光サーキュレータ１３の第３端子１３ｃから出力された測定光の合波光（測定対象物１００及び反射膜１５からの反射光）とを合波するようになっている。これにより、光カプラ１６からは、参照光光路長との光路差がゼロとなる位置から反射膜１５までの距離、及び、参照光光路長との光路差がゼロとなる位置から測定対象物１００までの距離に応じた周波数成分を有する干渉光が出力される。 The optical coupler 16 combines the reference light from the delay fiber 20 and the combined light of the measurement light output from the third terminal 13c of the optical circulator 13 (reflected light from the measurement object 100 and the reflective film 15). It is like that. Thereby, from the optical coupler 16, the object 100 is measured from the distance from the position where the optical path difference from the reference light optical path length becomes zero to the reflection film 15, and from the position where the optical path difference from the reference light optical path length becomes zero. Interference light having a frequency component corresponding to the distance up to is output.

遅延ファイバ２０及び測定用ファイバ２１は、例えば単一モードファイバからなる。光カプラ１６に入力される遅延ファイバ２０からの参照光と測定用ファイバ２１からの測定光の偏波が直交して干渉信号が得られなくなる事態を避けるため、遅延ファイバ２０側又は測定用ファイバ２１側の少なくとも一方に偏波コントローラを挿入して偏波を調整してもよい。若しくは、測定用ファイバ２１からの反射光の互いに直交する２つの偏波成分をそれぞれ検出する偏波ダイバーシティ受信を用いてもよい。あるいは、全て若しくは一部のファイバを偏波保持ファイバとしてもよい。 The delay fiber 20 and the measurement fiber 21 are made of, for example, a single mode fiber. In order to avoid a situation in which the reference light from the delay fiber 20 input to the optical coupler 16 and the measurement light from the measurement fiber 21 are orthogonal to each other and the interference signal cannot be obtained, the delay fiber 20 side or the measurement fiber 21 is used. A polarization controller may be inserted into at least one of the sides to adjust the polarization. Alternatively, polarization diversity reception that detects two orthogonal polarization components of reflected light from the measurement fiber 21 may be used. Alternatively, all or some of the fibers may be polarization maintaining fibers.

また、遅延ファイバ２０で発生するレイリー散乱光が光カプラ１２を介して掃引光源１１に戻ることによる悪影響を防ぐため、必要に応じて掃引光源１１と光カプラ１２の間に光アイソレータを挿入してもよい。 Further, an optical isolator is inserted between the sweep light source 11 and the optical coupler 12 as necessary in order to prevent adverse effects caused by Rayleigh scattered light generated in the delay fiber 20 returning to the sweep light source 11 via the optical coupler 12. Also good.

光カプラ１６の２つの出力ポートからそれぞれ出力される干渉光の位相は、互いに逆位相となる。これら２つの合波光はバランスドレシーバ１７に入力される。バランスドレシーバ１７は、例えば２つのフォトダイオード（ＰＤ）及び減算器を有している。ＰＤは、入力光の強度に比例した電気信号を出力する。 The phases of the interference light respectively output from the two output ports of the optical coupler 16 are opposite to each other. These two combined lights are input to the balanced receiver 17. The balanced receiver 17 includes, for example, two photodiodes (PD) and a subtracter. The PD outputs an electrical signal proportional to the intensity of input light.

バランスドレシーバ１７は、光カプラ１６からの２つの干渉光を２つのＰＤでそれぞれ受けて電気信号に変換し、それらの電気信号を減算器で減算して、測定用ファイバ２１からの測定光と遅延ファイバ２０からの参照光の干渉によるビート信号を生成するようになっている。 The balanced receiver 17 receives the two interference lights from the optical coupler 16 by two PDs, converts them into electric signals, subtracts the electric signals by a subtractor, and outputs the measurement light from the measurement fiber 21. A beat signal due to interference of the reference light from the delay fiber 20 is generated.

このようなバランス受信によって、干渉によるビート信号は振幅が２倍になり、２つの合波光に含まれる同相の雑音はキャンセルされ、ランダムな雑音は振幅が√２倍になるので、信号対雑音比を改善することができる。 By such balance reception, the amplitude of the beat signal due to interference is doubled, the in-phase noise included in the two combined lights is canceled, and the random noise is doubled in amplitude, so the signal-to-noise ratio Can be improved.

Ａ／Ｄ変換器１８は、バランスドレシーバ１７から出力されたアナログの電気信号（ビート信号）をディジタル信号に変換するようになっている。 The A / D converter 18 converts an analog electric signal (beat signal) output from the balanced receiver 17 into a digital signal.

反射率分布算出部１９は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含むマイクロコンピュータで構成され、ビート信号のディジタル信号に基づいて、測定対象物１００における測定光の伝搬方向の反射率分布を算出するようになっている。反射率分布算出部１９は、所定のプログラムを実行することにより、図２に示すように、第１フーリエ変換部３１、信号抽出部３２、逆フーリエ変換部３３、リサンプリング部３４、及び第２フーリエ変換部３５をソフトウェア的に構成する。 The reflectance distribution calculation unit 19 is composed of, for example, a microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, and the like, and calculates the reflectance distribution of the measurement object 100 in the propagation direction of the measurement light based on the digital signal of the beat signal. It has become. As shown in FIG. 2, the reflectance distribution calculation unit 19 executes a predetermined program, thereby causing a first Fourier transform unit 31, a signal extraction unit 32, an inverse Fourier transform unit 33, a resampling unit 34, and a second sampling unit. The Fourier transform unit 35 is configured by software.

第１フーリエ変換部３１は、ビート信号のディジタル信号を離散フーリエ変換して、干渉光のスペクトラムを算出するようになっている。 The first Fourier transform unit 31 performs discrete Fourier transform on the digital signal of the beat signal and calculates the spectrum of the interference light.

信号抽出部３２は、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、又はバンドパスフィルタとして機能するディジタルフィルタであり、第１フーリエ変換部３１によって算出されたスペクトラムから、反射膜１５によって反射された測定光に対応する信号を基準信号として抽出するようになっている。 The signal extraction unit 32 is a digital filter that functions as a low-pass filter, a high-pass filter, or a band-pass filter, and a signal corresponding to the measurement light reflected by the reflective film 15 from the spectrum calculated by the first Fourier transform unit 31. Is extracted as a reference signal.

逆フーリエ変換部３３は、信号抽出部３２によって抽出された基準信号を逆離散フーリエ変換して時間波形信号を算出するようになっている。この時間波形信号は、従来のＯＣＴにおけるリファレンス用干渉計の信号と同等である。 The inverse Fourier transform unit 33 calculates a time waveform signal by performing inverse discrete Fourier transform on the reference signal extracted by the signal extraction unit 32. This time waveform signal is equivalent to the signal of the reference interferometer in the conventional OCT.

リサンプリング部３４は、基準信号の時間波形信号を基準として、ビート信号のディジタル信号をリサンプリングするようになっている。このリサンプリングは、例えば基準信号の時間波形信号の信号強度がゼロとなる時点をトリガとして行われる。なお、リサンプリングのタイミングはこれに限らず、例えば基準信号の時間波形信号の信号強度がピーク値を取る時点をトリガとしてもよい。また、信号強度がゼロとなる時点Ｔ_ｋと次に信号強度がゼロとなる時点Ｔ_ｋ＋１の間を等分割した時点をトリガとすれば測定帯域を拡大することができる。図４（ｃ）に４等分した例を示した。リサンプリング部３４によるリサンプリングのタイミング、及び、リサンプリングされる値は、公知の補間法などにより決定される。 The resampling unit 34 resamples the digital signal of the beat signal with reference to the time waveform signal of the reference signal. This resampling is performed, for example, at a time when the signal intensity of the time waveform signal of the reference signal becomes zero. Note that the resampling timing is not limited to this, and for example, a time point at which the signal intensity of the time waveform signal of the reference signal takes a peak value may be used as a trigger. Further, it is possible to signal strength larger measurement bandwidth if trigger when the next signal strength and the time T _k to be zero is equally divided between the time T _{k + 1} becomes zero. FIG. 4 (c) shows an example divided into four equal parts. The timing of resampling by the resampling unit 34 and the value to be resampled are determined by a known interpolation method or the like.

第２フーリエ変換部３５は、リサンプリング部３４によってリサンプリングされたビート信号のディジタル信号を離散フーリエ変換して、測定対象物１００における測定光の伝搬方向の反射率分布を算出するようになっている。 The second Fourier transform unit 35 performs discrete Fourier transform on the digital signal of the beat signal resampled by the resampling unit 34 to calculate a reflectance distribution in the measurement light propagation direction on the measurement object 100. Yes.

以下、図３〜５と図６のフローチャートを参照しながら、本実施形態のＯＣＴ装置１における反射率分布算出部１９の動作を説明する。 Hereinafter, the operation of the reflectance distribution calculation unit 19 in the OCT apparatus 1 of the present embodiment will be described with reference to the flowcharts of FIGS. 3 to 5 and FIG. 6.

まず、第１フーリエ変換部３１は、Ａ／Ｄ変換器１８から出力されたビート信号のディジタル信号を離散フーリエ変換して、図３（ａ）に示すように、測定対象物１００からの反射光と反射膜１５からの反射光のスペクトラムを算出する（ステップＳ１）。 First, the first Fourier transform unit 31 performs discrete Fourier transform on the digital signal of the beat signal output from the A / D converter 18 and reflects the reflected light from the measurement object 100 as shown in FIG. Then, the spectrum of the reflected light from the reflective film 15 is calculated (step S1).

ＯＣＴにおいては、時間に対して光周波数が直線的に変化する掃引が理想である。しかしながら、実際に掃引光源１１から出力されるレーザ光の周波数は、非直線的に掃引されたり、変調が重畳されていたりする。これに起因して、反射膜１５からの反射光のスペクトラムは、線スペクトラムではなくブロードな形状となり、側帯波を有する。 In OCT, a sweep in which the optical frequency changes linearly with time is ideal. However, the frequency of the laser light actually output from the sweep light source 11 may be swept nonlinearly or modulated. Due to this, the spectrum of the reflected light from the reflective film 15 is not a line spectrum but a broad shape and has sidebands.

次に、信号抽出部３２は、図３（ａ）の干渉光のスペクトラムから、反射膜１５で反射された測定光に対応する基準信号を抽出する。このとき、図３（ｂ）に示すように側帯波も抽出する（ステップＳ２）。 Next, the signal extraction unit 32 extracts a reference signal corresponding to the measurement light reflected by the reflection film 15 from the spectrum of the interference light in FIG. At this time, sidebands are also extracted as shown in FIG. 3B (step S2).

次に、逆フーリエ変換部３３は、抽出された基準信号を逆離散フーリエ変換して、図３（ｃ）に示すような基準信号の時間波形信号を算出する（ステップＳ３）。 Next, the inverse Fourier transform unit 33 performs inverse discrete Fourier transform on the extracted reference signal to calculate a time waveform signal of the reference signal as shown in FIG. 3C (step S3).

次に、リサンプリング部３４は、基準信号の時間波形信号を基準とし、Ａ／Ｄ変換器１８から出力されたビート信号を図４（ａ）に示すようにリサンプリングする（ステップＳ４）。図４（ａ）は、基準信号の信号強度がゼロとなる時点をトリガとして、基準信号の２倍の周波数でビート信号をリサンプリングしている例を示している。 Next, the resampling unit 34 resamples the beat signal output from the A / D converter 18 with reference to the time waveform signal of the reference signal as shown in FIG. 4A (step S4). FIG. 4A shows an example in which the beat signal is resampled at a frequency twice that of the reference signal, triggered by the time when the signal intensity of the reference signal becomes zero.

そして、第２フーリエ変換部３５は、リサンプリングされたビート信号を離散フーリエ変換して、図４（ｂ）に示すように、掃引光源１１の光周波数掃引速度の非線形性の影響を除去したスペクトラムを算出する（ステップＳ５）。このスペクトラムから、測定対象物１００と反射膜１５における測定光の伝搬方向の反射率分布が得られる。 Then, the second Fourier transform unit 35 performs discrete Fourier transform on the resampled beat signal, and removes the influence of the nonlinearity of the optical frequency sweep speed of the sweep light source 11 as shown in FIG. 4B. Is calculated (step S5). From this spectrum, the reflectance distribution in the propagation direction of the measurement light in the measurement object 100 and the reflective film 15 is obtained.

図６のフローチャートに示した処理では、ステップＳ４においてＡ／Ｄ変換器１８から出力されたビート信号がリサンプリングされた。本発明はこれに限らず、図３（ａ）のスペクトラムから、基準信号だけでなく測定対象物１００によって反射された測定光に対応する信号を図５に示す測定対象信号として抽出し、この測定対象信号をリサンプリングするものであってもよい。その場合の反射率分布算出部１９の構成とフローチャートを図７，８に示す。 In the process shown in the flowchart of FIG. 6, the beat signal output from the A / D converter 18 in step S4 is resampled. The present invention is not limited to this, and a signal corresponding to the measurement light reflected by the measurement object 100 as well as the reference signal is extracted from the spectrum of FIG. 3A as the measurement object signal shown in FIG. The target signal may be resampled. The configuration and flowchart of the reflectance distribution calculation unit 19 in that case are shown in FIGS.

図８のフローチャートにおけるステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１４の処理は、図６のフローチャートにおけるステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３とそれぞれ同様であるので説明を省略する。 The processes in steps S11, S12, and S14 in the flowchart of FIG. 8 are the same as steps S1, S2, and S3 in the flowchart of FIG.

信号抽出部３２は、図３（ａ）の干渉光のスペクトラムから、測定対象物１００で反射された測定光に対応する測定対象信号を図５に示すように抽出する（ステップＳ１３）。 The signal extraction unit 32 extracts a measurement target signal corresponding to the measurement light reflected by the measurement target 100 from the interference light spectrum of FIG. 3A as shown in FIG. 5 (step S13).

逆フーリエ変換部３３は、抽出された測定対象信号を逆離散フーリエ変換して、測定対象信号の時間波形信号を算出する（ステップＳ１５）。 The inverse Fourier transform unit 33 performs inverse discrete Fourier transform on the extracted measurement target signal to calculate a time waveform signal of the measurement target signal (step S15).

次に、リサンプリング部３４は、基準信号の時間波形信号を基準とし、逆フーリエ変換部３３から出力された測定対象信号の時間波形信号をリサンプリングする（ステップＳ１６）。 Next, the resampling unit 34 resamples the time waveform signal of the measurement target signal output from the inverse Fourier transform unit 33 using the time waveform signal of the reference signal as a reference (step S16).

そして、第２フーリエ変換部３５は、リサンプリングされた測定対象信号を離散フーリエ変換して、測定対象物１００からの反射光のみのスペクトラムを算出する（ステップＳ１７）。 Then, the second Fourier transform unit 35 performs discrete Fourier transform on the resampled measurement target signal, and calculates a spectrum of only the reflected light from the measurement target 100 (step S17).

これにより、Ａ／Ｄ変換器１８から出力されたビート信号をリサンプリングする場合と比較して、掃引光源１１の光周波数掃引速度の非線形性の影響を更に除去することが可能となる。 As a result, it is possible to further eliminate the influence of nonlinearity of the optical frequency sweep speed of the sweep light source 11 as compared with the case where the beat signal output from the A / D converter 18 is resampled.

以上説明したように、本実施形態のＯＣＴ装置１は、掃引光源１１を利用したＯＣＴ（ＳＳ−ＯＣＴ）において、１つの受光器で、リニアライズ用の反射膜１５からの反射光（基準信号）と、測定対象物１００からの反射光（測定対象信号）を受光する。基準信号と測定対象信号の周波数はディジタルフィルタで分離される。ＯＣＴ装置１は、基準信号を基にして、ビート信号又は測定対象信号をリサンプリングしてリニアライズする。さらに、ＯＣＴ装置１は、リニアライズされたビート信号又は測定対象信号を離散フーリエ変換して、掃引光源１１の光周波数掃引速度の非線形性の影響を除去した測定対象物１００の反射率分布を得る。 As described above, the OCT apparatus 1 according to the present embodiment uses the single light receiver to reflect light from the reflective film 15 for linearization (reference signal) in OCT (SS-OCT) using the sweep light source 11. Then, the reflected light (measurement target signal) from the measurement target 100 is received. The frequency of the reference signal and the signal to be measured is separated by a digital filter. The OCT apparatus 1 resamples and linearizes the beat signal or the measurement target signal based on the reference signal. Further, the OCT apparatus 1 performs discrete Fourier transform on the linearized beat signal or measurement target signal to obtain the reflectance distribution of the measurement target 100 from which the influence of the nonlinearity of the optical frequency sweep speed of the sweep light source 11 is removed. .

これにより、従来のＯＣＴにおけるリファレンス用干渉計を用いることなく、１つの受光器と１つのＡ／Ｄ変換器でＯＣＴ装置を構成できるため、ＯＣＴ装置の簡素化、低価格化を実現できる。 As a result, since the OCT apparatus can be configured with one light receiver and one A / D converter without using a reference interferometer in the conventional OCT, simplification and cost reduction of the OCT apparatus can be realized.

また、本実施形態のＯＣＴ装置１においては、参照光光路長と測定光光路長との光路差が、参照光光路長と基準光光路長との光路差よりも短く（又は長く）なる位置に反射膜１５が配置される。これにより、反射膜１５での反射光のスペクトラムと、測定対象物１００での反射光のスペクトラムとを周波数軸上で分離し、基準信号と測定対象信号とを別個に抽出することができる。 In the OCT apparatus 1 according to the present embodiment, the optical path difference between the reference optical path length and the measurement optical optical path length is shorter (or longer) than the optical path difference between the reference optical path length and the reference optical optical path length. A reflective film 15 is disposed. Thereby, the spectrum of the reflected light from the reflective film 15 and the spectrum of the reflected light from the measurement object 100 can be separated on the frequency axis, and the reference signal and the measurement target signal can be extracted separately.

（第２の実施形態）
続いて、本発明の第２の実施形態としてのＯＣＴ装置２について図面を参照しながら説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成及び動作については適宜説明を省略する。 (Second Embodiment)
Next, an OCT apparatus 2 as a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the description of the same configuration and operation as in the first embodiment will be omitted as appropriate.

図９に示すように、本実施形態のＯＣＴ装置２は、光サーキュレータ１３の第２端子１３ｂから測定用ファイバ２１ａを介して出力される測定光を２つに分岐して、測定用ファイバ２１ｂ及び測定用ファイバ２１ｃに入力する光カプラ２２を備える。測定用ファイバ２１ｂ，２１ｃは、光カプラ２２から取り外し可能となっている。 As shown in FIG. 9, the OCT apparatus 2 of the present embodiment branches measurement light output from the second terminal 13b of the optical circulator 13 through the measurement fiber 21a into two, and the measurement fiber 21b and An optical coupler 22 for inputting to the measurement fiber 21c is provided. The measurement fibers 21b and 21c can be detached from the optical coupler 22.

また、光カプラ２２は、測定用ファイバ２１ｂの先端から出射して測定対象物１００で反射された測定光と、測定用ファイバ２１ｃの先端に形成された反射膜１５で反射された測定光とが入力され、これらの光を光サーキュレータ１３の第２端子１３ｂに出力するようになっている。 Further, the optical coupler 22 includes measurement light emitted from the tip of the measurement fiber 21b and reflected by the measurement object 100, and measurement light reflected by the reflective film 15 formed at the tip of the measurement fiber 21c. The light is inputted and outputted to the second terminal 13 b of the optical circulator 13.

上記のように構成された本実施形態のＯＣＴ装置２は、測定用ファイバ２１ｂ，２１ｃを適切な長さのものに適宜交換可能である。このため、参照光光路長と測定光光路長との光路差を容易に調整することができる。同様に、参照光光路長と基準光光路長との光路差を容易に調整することができる。これにより、反射膜１５での反射光のスペクトラムと、測定対象物１００での反射光のスペクトラムとを周波数軸上の任意の位置に分離することができる。 In the OCT apparatus 2 of the present embodiment configured as described above, the measurement fibers 21b and 21c can be appropriately replaced with ones having appropriate lengths. For this reason, the optical path difference between the reference light optical path length and the measurement light optical path length can be easily adjusted. Similarly, the optical path difference between the reference light optical path length and the reference light optical path length can be easily adjusted. Thereby, the spectrum of the reflected light from the reflective film 15 and the spectrum of the reflected light from the measurement object 100 can be separated into arbitrary positions on the frequency axis.

１，２ＯＣＴ装置
１１掃引光源
１２光カプラ（光分岐部）
１３光サーキュレータ（第１光合波部）
１４測定光学系
１４ａレンズ
１５反射膜（基準反射面）
１６光カプラ（第２光合波部）
１７バランスドレシーバ（受光部）
１８Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ変換部）
１９反射率分布算出部
２０遅延ファイバ
２１，２１ａ〜２１ｃ測定用ファイバ
２２光カプラ
３１第１フーリエ変換部
３２信号抽出部
３３逆フーリエ変換部
３４リサンプリング部
３５第２フーリエ変換部
１００測定対象物 1, 2 OCT device 11 Sweep light source 12 Optical coupler (optical branching unit)
13 Optical circulator (first optical multiplexing unit)
14 Measurement optical system 14a Lens 15 Reflective film (reference reflective surface)
16 Optical coupler (second optical multiplexer)
17 Balanced receiver (receiver)
18 A / D converter (A / D converter)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 19 Reflectance distribution calculation part 20 Delay fiber 21,21a-21c Measurement fiber 22 Optical coupler 31 1st Fourier transform part 32 Signal extraction part 33 Inverse Fourier transform part 34 Resampling part 35 2nd Fourier transform part 100 Measurement object

Claims

A light source (11) that outputs light swept in wavelength at a predetermined optical frequency sweep speed;
A light branching section (12) for branching the output light from the light source into measurement light and reference light;
The measurement light is incident on the measurement object (100) and the reference reflection surface (15), and the measurement light reflected by the measurement object and the measurement light reflected by the reference reflection surface are combined. A first optical multiplexing unit (13) to perform,
A second optical multiplexing unit (16) that outputs interference light by multiplexing the measurement light and the reference light combined in the first optical multiplexing unit;
A light receiving unit (17) that receives the interference light and generates a beat signal;
An A / D converter (18) for converting the beat signal into a digital signal;
A reflectance distribution calculation unit (19) for calculating a reflectance distribution in the propagation direction of the measurement light in the measurement object based on the digital signal,
The reflectance distribution calculation unit
A first Fourier transform unit (31) for Fourier transforming the digital signal to calculate a spectrum of the interference light;
A signal extraction unit (32) for extracting, as a reference signal, a signal corresponding to the measurement light reflected by the reference reflecting surface from the spectrum;
An inverse Fourier transform unit (33) for calculating a time waveform signal by performing an inverse Fourier transform on the reference signal;
A resampling unit (34) for resampling the digital signal with reference to the time waveform signal of the reference signal;
Wherein said digital signal resampled by resampler by Fourier transform, the second Fourier transform unit for calculating a reflectance distribution (35), I have a,
The OCT apparatus, wherein the signal extraction unit further extracts a sideband of the reference signal .

The optical path length of the reference light that is output from the optical branching unit and reaches the second optical multiplexing unit, and the measurement that is output from the optical branching unit and reflected by the measurement object to reach the second optical multiplexing unit An optical path difference from the optical path length of the light is output from the optical branching unit and reaches the second optical multiplexing unit, and is output from the optical branching unit and reflected by the reference reflecting surface. 2. The OCT apparatus according to claim 1, wherein the reference reflection surface is disposed at a position that is shorter than an optical path difference from an optical path length of the measurement light reaching the second optical multiplexing unit.

The optical path length of the reference light that is output from the optical branching unit and reaches the second optical multiplexing unit, and the measurement that is output from the optical branching unit and reflected by the measurement object to reach the second optical multiplexing unit An optical path difference from the optical path length of the light is output from the optical branching unit and reaches the second optical multiplexing unit, and is output from the optical branching unit and reflected by the reference reflecting surface. 2. The OCT apparatus according to claim 1, wherein the reference reflection surface is disposed at a position that is longer than an optical path difference with an optical path length of the measurement light reaching the second optical multiplexing unit.

4. The OCT apparatus according to claim 1, wherein the reference reflection surface is provided on an optical path of the measurement light that is incident on the measurement object and reflected by the measurement object. 5. .

The OCT apparatus according to claim 1, wherein the measurement object is provided on an optical path of the measurement light that is incident on the reference reflection surface and reflected by the measurement object. .

While being provided on the optical path of the measurement light that is incident on the measurement object and reflected by the measurement object, the measurement light output by the first optical multiplexing unit is condensed on the measurement object, A lens (14a) for inputting the measurement light reflected by the measurement object to the first optical multiplexing unit;
The OCT apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the reference reflection surface is configured by a surface of the lens or a reflection film formed on the surface of the lens.