JP6497921B2 - 光断層画像装置用サンプルクロック発生装置、および光断層画像装置 - Google Patents

Description

本発明は、光周波数掃引型光干渉断層計に用いて好適な光断層画像装置用サンプルクロック発生装置、および光断層画像装置に関する。

光干渉断層計（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、以下「ＯＣＴ」と表記する。）は、生体の断層画像を光の干渉を利用して計測するものであり、特に眼科において角膜や網膜などの２次元・３次元断層画像を得るために広く用いられている手法である。上述のＯＣＴにはいくつかの基本方式が存在しており、その中でも光周波数掃引型ＯＣＴ（ｓｗｅｐｔ−ｓｏｕｒｃｅ ＯＣＴ、以下「ＳＳ−ＯＣＴ」と表記する）と呼ばれる手法が注目されている。

ＳＳ−ＯＣＴでは、光源から光周波数が高速に掃引された光が出射され、その光を眼球などの被測定物に照射している。被測定物からは散乱光が反射し、干渉計を用いて散乱光を検出している。検出される生の信号（干渉信号）は干渉スペクトルであり、この干渉信号をフーリエ解析することで被測定物の深さ方向に分解された光散乱強度分布を得ることができる。この被測定物の深さ方向に分解された光散乱強度分布を一般にＡ−ｓｃａｎのＯＣＴ信号と呼んでいる。さらに被測定物に照射するビームを横方向にスキャンすることで、２次元の光散乱強度分布、または３次元の光散乱強度分布を得ることができる。

一般にＳＳ−ＯＣＴでは、干渉信号のサンプリングが高速に行われている。このサンプリングは等光周波数間隔で行われることが望ましい。例えば、サンプリングが等光周波数間隔（光の周波数に対して均等な周波数間隔）に行われないと、Ａ−ｓｃａｎのＯＣＴ信号に歪みが生じて分解能が大きく悪化することが知られている。

サンプリングを等光周波数間隔で行う方法として、光学的に生成したサンプルクロックを利用する方法が知られている。この方法では、ＯＣＴで用いられる干渉計とは別に、例えばマッハツェンダー（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）干渉計やマイケルソン（Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ）干渉計が構築されている（例えば、特許文献１および２参照。）。マッハツェンダー干渉計やマイケルソン干渉計の出力は、入力される光の周波数に対して等間隔な正弦波となる。そのため、マッハツェンダー干渉計やマイケルソン干渉計の出力（クロック用の干渉信号）は、上述のサンプルクロックとして利用することができる。このようなサンプルクロックはｋ−ｃｌｏｃｋと呼ばれることが多い。

特開２０１３−１８１７９０号公報 特許第５２６９８０９号公報

ＳＳ−ＯＣＴでは、光周波数を掃引する波長掃引光源から出射された光を用いて、ｋ−ｃｌｏｃｋの元となるクロック用の干渉信号が生成される。そのため、ｋ−ｃｌｏｃｋは、波長掃引光源の性能の影響を直接的に受けることとなる。一般にＳＳ−ＯＣＴの波長掃引光源を用いた場合、干渉計における光路長差が大きくなると干渉縞の振幅が小さくなるという性質がある。この性質はｋ−ｃｌｏｃｋに入力されるクロック用の信号を生成する干渉計でも同様である。そのため、高周波のｋ−ｃｌｏｃｋを生成しようとすると干渉縞の振幅が小さくなり、高周波のｋ−ｃｌｏｃｋ生成が難しくなるという問題があった。また、可能な光路長差の大きさは光源である光のコヒーレント長の長さで制限を受けるため、この理由にもより、高周波のｋ−ｃｌｏｃｋ生成を困難であった。

上記の問題を解決するものとして、特許文献２に開示されているように、電気的にｋ−ｃｌｏｃｋの周波数を倍にする方法が提案されている。この方法では電気的位相シフタを用いており、所定の周波数または所定範囲の周波数について電気的に周波数を倍にすることができる。

しかしながら、クロック用干渉信号の干渉縞には、上述の特定範囲を超えた広範囲の周波数が含まれている。電気的位相シフタによる位相シフト量は、クロック用干渉信号の周波数に依存するため、上述のように特定範囲を超えた広範囲の周波数を含む場合、電気的位相シフタでは、すべての周波数成分について同じ位相シフト量を与えることが困難となる。その結果、電気的位相シフタを用いてｋ−ｃｌｏｃｋの周波数を倍にした場合、等間隔なｋ−ｃｌｏｃｋ周波数を生成することが難しいという問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、サンプルクロックの周波数を逓倍化することができる光断層画像装置用サンプルクロック発生装置、および光断層画像装置を提供することを目的とする。

光源から出射された周波数が掃引された入力光を受けてサンプルクロック信号を生成する光断層画像装置用サンプルクロック発生装置であって、前記入力光の一部が導かれる第１の光路と、前記入力光の別の一部が導かれる第２の光路と、前記第１の光路で導かれる前記入力光の位相をシフトさせる光学位相シフタと、前記第１の光路および前記第２の光路には、導かれる光を折返し反射させる第１の反射部および第２の反射部がそれぞれ設けられ、前記第１の反射部で反射され再度前記光学位相シフタにより位相シフトされた前記第１の光路の前記入力光および前記第２の反射部で反射された前記第２の光路の前記入力光を合成してサンプルクロック用干渉光を生成する干渉光生成部と、前記サンプルクロック用干渉光を位相の異なる一方の分離光および他方の分離光に分離する分離部と、を少なくとも備えた干渉光学系と、前記一方の分離光を少なくとも受光する一方の受光部と、前記他方の分離光を少なくとも受光する他方の受光部と、前記一方の受光部および前記他方の受光部から出力された信号に基づいて前記サンプルクロック信号を生成する信号生成部と、を少なくとも備えた演算部と、が設けられていることを特徴とする。

本発明の光断層画像装置用サンプルクロック発生装置によれば、第１の光路で導かれる入力光の位相を光学位相シフタでシフトさせることにより、信号生成部で生成されるサンプルクロック信号の周波数における、入力光の周波数による影響を抑えつつ逓倍化させることができる。

光学位相シフタによってシフトされる入力光の位相は、電気的な処理で位相をシフトさせる方法と比較して、入力信号である入力光の周波数の影響を受けにくい。特に、光学位相シフタは、入力光における周波数変化が時間に対して線形であっても、非線形であっても位相をシフトさせる量に影響が出にくい。そのため、周波数が掃引された光が入力されても、信号生成部で生成されるサンプルクロック信号への影響を抑えられる。また、光学位相シフタにより位相をシフトさせる場合には、電気的な処理で生じるようなノイズが発生しにくくなる。そのため、前述のノイズがサンプルクロック信号に影響を与える可能性が低い。

さらに、上述のように前記第１の光路の入力光を折返し反射する第１の反射部と第２の光路の入力光を折返し反射する第２の反射部を設けて、マイケルソン干渉計の構成を採用することにより、第１の光路の入力光も第２の光路の入力光も干渉光生成部である（１つの）ビームスプリッタを往復する（反射と透過）ことから、干渉光生成部であるビームスプリッタが持つ水平垂直偏光間の位相遅延量差の影響を排除できるため、高周波なｋ−ｃｌｏｃｋを効率よく生成可能となる。

サンプルクロック信号における周波数の増加程度は、光学位相シフタにおける位相のシフト量により調節することができる。例えば、位相のシフト量を９０°とすることによりサンプルクロック信号の周波数を２倍にでき、位相のシフト量を４５°とするとサンプルクロック信号の周波数を４倍にできる。

上記発明において前記第１の光路及び第２の光路に入射する前記入力光は、＋４５°または−４５°の傾きを有する直線偏光であることが好ましい。

このように前記第１の光路及び第２の光路に入射する前記入力光を＋４５°または−４５°の傾きを有する直線偏光とすることにより、前記分離部において効率良く異なる偏光成分（水平方向及び垂直方向の成分）を持つ分離光（上述の一方の分離光および他方の分離光）に分離することができる。

上記発明において前記第１の光路及び第２の光路の光入射側には、前記直線偏光を透過する直線偏光子が配置されていることが好ましい。

このように直線偏光子を配置することにより、例えば、第１の光路および第２の光路に入力光を導く単一モードファイバを用いることができる。単一モードファイバは、偏波保存ファイバ等と比較して価格が安く扱いが容易となる。

上記発明において前記光学位相シフタは１／８波長板であることが好ましい。
１／８波長板を光学位相シフタとして用いることにより、第１の光路の入力光は光学位相シフタを往復して通過するため、実質的には１／４波長板の効果と同等となる。そのため、位相のシフト量が９０°となり、サンプルクロック信号の周波数を２倍とすることができる。また、１／４波長板と同等とすることにより、４５°の傾きを有する入力光の周波数の影響を受けにくい。

上記発明において前記干渉光生成部は、少なくとも、前記第１の光路で導かれ前記第１の反射部で反射され、位相シフトされた前記入力光および前記第２の光路に導かれ前記第２の反射部で反射された前記入力光を合成して前記サンプルクロック用干渉光を生成するビームスプリッタであり、前記分離部は、少なくとも、前記サンプルクロック用干渉光を互いに直交する一方の直線偏光および他方の直線偏光に分離する偏光ビームスプリッタであり、前記一方の受光部は、前記一方の分離光として前記一方の直線偏光を受光し、前記他方の受光部は、前記他方の分離光として前記他方の直線偏光を受光することが好ましい。

本発明の光断層画像装置は、周波数が掃引された入力光を出射する光源と、出射された前記入力光から分岐された入力光を被検物に照射し、かつ、前記被検物から反射した反射光を導く測定光学系と、分岐された他の光を参照光とする参照光学系と、前記測定光学系から導かれた前記反射光、および、前記参照光学系からの前記参照光を合成した測定用干渉光を受光し、測定用干渉信号を出力する受光部と、上記本発明のサンプルクロック発生装置と、前記信号生成部により生成された前記サンプルクロック信号に基づいてサンプリングした前記測定用干渉信号をフーリエ解析し前記被検物の断層画像を演算処理により求める信号処理部と、が設けられていることを特徴とする。

本発明の光断層画像装置によれば、上記本発明のサンプルクロック発生装置が設けられているため、被検物の断層画像を求めるサンプリング周期を規定するサンプルクロックの周波数を逓倍化することができる。

本発明の光断層画像装置用サンプルクロック発生装置、および光断層画像装置によれば、第１の光路で導かれる入力光の位相を光学位相シフタでシフトさせることにより、入力光の周波数による影響を抑えつつサンプルクロックの周波数を逓倍化することができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係るＳＳ−ＯＣＴの構成を説明する模式図である。 図１のｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置の構成を説明する模式図である。 図２の演算部の構成を説明するブロック図である。 垂直偏光信号、水平偏光信号およびサンプルクロック信号の対応を説明する図である。 本発明の第２の実施形態に係るｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置の構成を説明する模式図である。

〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係るＳＳ−ＯＣＴついて図１から図４を参照して説明する。本実施形態では、本願発明の光断層画像装置をＳＳ−ＯＣＴ１に適用し、本願発明の光断層画像装置用サンプルクロック発生装置を、マイケルソン干渉計を用いたサンプルクロック発生装置１００（以下、「ｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置１００」とも表記する。）に適用して説明する。本実施形態のＳＳ−ＯＣＴ１は、例えば、眼科医療等においてサンプル（被検物）６０の断層像を撮影に用いて好適なものである。

ＳＳ−ＯＣＴ１には、図１に示すように、周波数が掃引された入力光を出射する光源１０と、サンプル６０における断層像の撮影に用いられるＯＣＴ干渉系２０と、断層像を取得するサンプリング周期を規定するサンプルクロック信号（以下、「ｋ−ｃｌｏｃｋ信号」とも表記する。）を生成するｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置１００と、が主に設けられている。

光源１０から出射される入力光は、例えば、単一モードファイバ（Ｓｉｎｇｌｅ ｍｏｄｅ ｆｉｂｅｒ）などの光ファイバにより導かれ、サンプル６０の断層像撮影に利用されるとともに、サンプルクロック信号の生成にも利用されるものである。光源１０とＯＣＴ干渉系２０およびｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置１００との間には、出射された入力光を分岐させるＳＭＦＣ（単一モードファイバカプラ、Ｓｉｎｇｌｅ ｍｏｄｅ ｆｉｂｅｒ ｃｏｕｐｌｅｒ）１１が設けられ、ＳＭＦＣ１１により入力光は、ＯＣＴ干渉系２０およびｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置１００に向けて分岐される。

なお、光源１０における入力光の周波数を掃引する方法は、公知の方法を用いることができ特に限定するものではない。また、周波数の掃引は時間に対して、周波数が線形に増減するものであってもよいし、非線形に増減するものであってもよい。

ＯＣＴ干渉系２０には、分岐された入力光を更に分岐させるＳＭＦＣ２１と、更に分岐された一方の入力光を用いてサンプル６０の測定を行う測定光学系３１と、更に分岐された他方の入力光を参照光とする参照光学系４１と、サンプル６０の反射光および参照光が構成した測定用干渉光を受光して測定用干渉信号を出力する受光部５１と、測定用干渉信号に基づいてサンプル６０の断層像を演算処理により求める信号処理部５５と、が主に設けられている。

ＳＭＦＣ２１は、ＳＭＦＣ１１により分岐された入力光の一方が入射されるものであり、入射された入力光を更に測定光学系３１に導かれるものと、参照光学系４１に導かれるものに分岐するものである。

測定光学系３１には、入力光をサンプル６０に照射するとともにサンプル６０から反射した反射光が入射する照射光学系３２と、入力光を照射光学系３２に導くとともに反射光を受光部５１に導く測定側サーキュレータ（Ｃｉｒｃｌａｔｏｒ）３３と、が主に設けられている。

照射光学系３２は、サンプル６０に入力光を照射するとともに、サンプル６０からの反射光を導くための光学系である。照射光学系３２は、レンズや反射ミラーやサンプル６０の奥行き方向に対して垂直方向に入力光を走査可能なガルバノミラーなどの光学素子の組み合わせにより構成されるものであり、特にその構成を限定するものではない。

測定側サーキュレータ３３は、ＳＭＦＣ２１と照射光学系３２と受光部５１との間に配置された光学素子である。測定側サーキュレータ３３により、ＳＭＦＣ２１から導かれた入力光は照射光学系３２へ導かれ、照射光学系３２から導かれた反射光は受光部５１へ導かれる。

参照光学系４１には、入力光を参照光に変換する参照部４２と、入力光を参照部４２に導くとともに参照光を受光部５１に導く参照側サーキュレータ４３と、が主に設けられている。本実施形態において参照部４２は、入射された入力光を参照光として出射するプリズムである。参照部４２は、サンプル６０を測定する前に測定光学系の光路長と参照光学系の光路長とを一致させるために移動可能とされている。サンプル６０の測定中は、参照部４２の位置は固定される。

参照側サーキュレータ４３は、ＳＭＦＣ２１と参照部４２と受光部５１との間に配置された光学素子である。参照側サーキュレータ４３により、ＳＭＦＣ２１から導かれた入力光は参照部４２へ導かれ、参照部４２から導かれた参照光は受光部５１へ導かれる。

受光部５１は、測定光学系３１から導かれた反射光、および参照光学系４１から導かれた参照光を合成した測定用干渉光を受光する光検出器であり、本実施形態ではバランス型光検出器が用いられたものである。測定光学系３１および参照光学系４１と、受光部５１との間にはＳＭＦＣ５２が配置され、参照光学系４１とＳＭＦＣ５２との間には偏光制御部である偏光コントローラ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）５３が配置されている。

ＳＭＦＣ５２は、測定光学系３１から導かれた反射光と、参照光学系４１から導かれた参照光とを合成して測定用干渉光を生成するものであり、かつ、合成された測定用干渉光を１８０°位相が異なる２つの測定用干渉用光に分岐させて受光部５１に導くものでもある。

偏光コントローラ５３は、参照光学系４１からＳＭＦＣ５２に導かれる参照光の偏光を制御する素子である。偏光コントローラ５３としては、インライン型やパドル型など、公知の形式のものを用いることができ特に限定するものではない。

信号処理部５５は、受光部５１から出力される測定用干渉信号に基づいてサンプル６０の断層像を演算処理により求めるものであり、求められた断層像はディスプレイ（図示せず）により表示される。なお、信号処理部５５において行われる処理としては、公知の処理を用いることができ、処理の内容を特に限定するものではない。

次に、本実施形態の特徴であるｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置１００について図２を参照しながら説明する。ｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置１００は上述のように、ＳＳ−ＯＣＴ１におけるサンプリング周期を規定するｋ−ｃｌｏｃｋ信号を生成するものである。本実施形態では、マイケルソン干渉計を用いたｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置１００の例に適用して説明する。

ｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置１００には、図２に示すように、サンプルクロック用干渉光を生成する干渉光学系１１０と、サンプルクロック信号を生成する演算部１６０と、が主に設けられている。

ＳＭＦＣ１１により分岐されたサンプルクロック用の入力光は光ファイバ１２２に導かれ、マイケルソン干渉計を用いた干渉光学系１１０へ導かれる。

干渉光学系１１０には、直線偏光子１２３及びビームスプリッタ（干渉光生成部）１４１が配置され、１／８波長板（光学位相シフタ）１２４、レンズ１２７及びミラー１２８（第１の反射部）から主に構成される第１の光路１２１と、レンズ１３２及びミラー１３３（第２の反射部）から主に構成される第２の光路１３１と、偏光ビームスプリッタ（分離部）１５１と、が主に設けられている。

光ファイバ１２２には、導かれる入力光の偏光を制御する偏光コントローラ１２５が配置されている。偏光コントローラ１２５によって入力光の偏光を制御することにより、干渉光学系１１０内の直線偏光子１２３を透過する入力光の割合を増やすことができる。

また、光ファイバ１２２と直線偏光子１２３との間には、光ファイバ１２２から出射された入力光を直線偏光子１２３に導くレンズ１２６が配置されている。レンズ１２６は、例えば、光ファイバ１２２から出射されて拡散する入力光を、平行光として直線偏光子１２３等に入射させる役割も果たしている。

直線偏光子１２３は、光ファイバ１２２により導かれた入力光のうち、傾きが４５°の直線偏光のみを透過させる光学素子である。１／８波長板１２４は、第１の光路１２１に導かれた入力光（直線偏光）の位相をシフトさせるものであり、具体的には１／８波長（４５°）遅延させる光学素子である。本実施では、第１の光路１２１に導かれた入力光はミラー１２８で反射され折り返されるため、入力光は１／８波長板１２４を往復するため、実際には１／４波長（９０°）遅延される。なお、直線偏光子１２３および１／８波長板１２４としては、公知の光学素子を用いることができ、特に光学素子の形式などを限定するものではない。

ビームスプリッタ１４１は、干渉光学系１１０に導かれた入力光を第１の光路１２１及び第２の光路１３１に分岐すると共に、第１の光路１２１で導かれた光と、第２の光路１３１で導かれた光とを合成してサンプルクロック用干渉光を生成する光学素子である。

偏光ビームスプリッタ１５１は、ビームスプリッタ１４１で生成されたサンプルクロック用干渉光を、互いに直交する直線偏光である、垂直偏光（一方の分離光、一方の直線偏光）および水平偏光（他方の分離光、他方の直線偏光）に分離する光学素子である。なお、垂直偏光および水平偏光の名称は、電気工学や光学などの分野において異なる複数の名称も存在するが、名称に違いがあっても同一の偏光を示すものである。

また、偏光ビームスプリッタ１５１は、ビームスプリッタ１４１から出射される２つのサンプルクロック用干渉光のうち、一方が入射される位置に配置されている。なお、ビームスプリッタ１４１および偏光ビームスプリッタ１５１としては、公知の光学素子を用いることができ、ビームスプリッタ１４１および偏光ビームスプリッタ１５１の形式などを特に限定するものではない。

演算部１６０には、図２および図３に示すように、垂直偏光の検知に関する垂直偏光受光部（一方の受光部）１６１Ｖ、バンドパスフィルタ１６２Ｖおよびコンパレータ１６３Ｖと、水平偏光の検知に関する水平偏光受光部（他方の受光部）１６１Ｈ、バンドパスフィルタ１６２Ｈおよびコンパレータ１６３Ｈと、ＸＯＲゲート（信号生成部）１６４と、が主に設けられている。

垂直偏光受光部１６１Ｖおよび水平偏光受光部１６１Ｈは、それぞれ入射された垂直偏光および水平偏光に基づき垂直偏光信号および水平偏光信号を出力するセンサである。なお、垂直偏光受光部１６１Ｖおよび水平偏光受光部１６１Ｈとしては公知の光センサを用いることができる。垂直偏光受光部１６１Ｖおよび水平偏光受光部１６１Ｈと、偏光ビームスプリッタ１５１との間には、図２に示すように、それぞれ垂直偏光を導くレンズ１５２Ｖおよびファイバ１５３Ｖと、水平偏光を導くレンズ１５２Ｈおよびファイバ１５３Ｈとが配置されている。

バンドパスフィルタ１６２Ｖおよびバンドパスフィルタ１６２Ｈは、それぞれ垂直偏光信号および水平偏光信号に含まれるノイズをカットし、垂直偏光および水平偏光に関する部分のみを透過させるフィルタである。コンパレータ１６３Ｖおよびコンパレータ１６３Ｈは、バンドパスフィルタ１６２Ｖおよびバンドパスフィルタ１６２Ｈによりノイズをカットされたアナログ信号である垂直偏光信号および水平偏光信号を、デジタル信号に変換するものである。

ＸＯＲゲート１６４は、コンパレータ１６３Ｖおよびコンパレータ１６３Ｈから出力された垂直偏光信号および水平偏光信号に基づきサンプルクロック信号を求め、信号処理部５５へ出力するものである。具体的には、垂直偏光信号および水平偏光信号に基づく論理的排他和の演算処理によりサンプルクロック信号を算出するものである。なお、バンドパスフィルタ１６２Ｖ、バンドパスフィルタ１６２Ｈ、コンパレータ１６３Ｖ、コンパレータ１６３Ｈ、およびＸＯＲゲート１６４としては公知のものを用いることができる。

次に、本実施形態の特徴であるｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置１００の動作について説明する。
ｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置１００には、図２に示すように、光源１０から出射され入力光が、ＳＭＦＣ１１を介して入力される。入力光は、光ファイバ１２２により干渉光学系１１０に導かれる。干渉光学系１１０に導かれる際、偏光コントローラ１２５により偏光の状態が制御される。干渉光学系１１０に導かれた入力光は直線偏光子１２３へ入射される。直線偏光子１２３では、入射された入力光のうち、傾きが４５°の直線偏光のみが透過する。

直線偏光子１２３を透過した入力光（傾きが４５°の直線偏光）は干渉光学系１１０内のビームスプリッタ１４１より２つに分岐され、一方は第１の光路１２１へ、他方は第２の光路１３１へと導かれる。

第１の光路１２１へ導かれた入力光は、１／８波長板１２４によって円偏光に変換される。そして、レンズ１２７を通り、ミラー１２８で反射して折り返して再度１／８波長板１２４によって円偏光に変換される。つまり、第１の光路１２１へ導かれた入力光は１／８波長板１２４を往復するため、結果的に１／４波長板を透過したことと同等の円偏光に変換され、ビームスプリッタ１４１に導かれる。

第２の光路１３１へ導かれた入力光は、レンズ１３２を通り、ミラー１３３で反射して折り返して、ビームスプリッタ１４１に導かれる。

ビームスプリッタ１４１では、１／８波長板１２４の往復によって１／４波長板を透過したことと同等に変換された円偏光と、第２の光路のミラー１３３で反射して折り返した入力光（直線偏光）とが合成されてサンプルクロック用干渉光が合成される。合成されたサンプルクロック用干渉光は、偏光ビームスプリッタ１５１に入射し、垂直偏光および水平偏光に分離される。

図３および図４に示すように、分離された垂直偏光は垂直偏光受光部１６１Ｖに入射し、垂直偏光受光部１６１Ｖは垂直偏光の明るさに応じてアナログ的に値が変動する垂直偏光信号ＳＶを出力する。水平偏光についても同様に水平偏光受光部１６１Ｈに入射し、水平偏光受光部１６１Ｈは水平偏光の明るさに応じて値が変動する水平偏光信号ＳＨを出力する。

ここで、図４（ａ）には、横軸を時間とし、縦軸を信号の値として表した垂直偏光信号ＳＶおよび水平偏光信号ＳＨが示されている。１／８波長板１２４を往復して位相をシフトさせていることにより、垂直偏光信号ＳＶおよび水平偏光信号ＳＨの間にも１／４波長分の位相差が生じている。

垂直偏光信号ＳＶおよび水平偏光信号ＳＨは、それぞれバンドパスフィルタ１６２Ｖおよびバンドパスフィルタ１６２Ｈにおいてノイズ成分がカットされる。その後、コンパレータ１６３Ｖおよびコンパレータ１６３Ｈにより矩形波状に値が変動するデジタル的な信号に変換される。

具体的には、変換前の信号の値が０未満の場合には比較して低い値（例えば０）を持つ信号に変換し、変換前の信号の値が０を超える場合には比較して高い値（例えば１）を持つ信号に変換する処理が行われる。言い換えると、変換前の信号が０を超えて変化するたびに、変換後の信号の値を高い値から低い値へ、または、低い値から高い値へ変動させる変換が行われる。

図４（ｂ）には、コンパレータ１６３Ｖおよびコンパレータ１６３Ｈにより変換された後の垂直偏光信号ＳＶおよび水平偏光信号ＳＨが示されている。変換後の垂直偏光信号ＳＶおよび水平偏光信号ＳＨにおいても、変換前と同様に、１／４波長分の位相差が生じている。

コンパレータ１６３Ｖおよびコンパレータ１６３Ｈにより変換された後の垂直偏光信号ＳＶおよび水平偏光信号ＳＨは、ＸＯＲゲート１６４に入力される。ＸＯＲゲート１６４は、入力された垂直偏光信号ＳＶおよび水平偏光信号ＳＨに基づいてサンプルクロック信号を求める処理を行う。図４（ｃ）には、ＸＯＲゲート１６４により求められたサンプルクロック信号が示されている。

上記の構成のｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置１００によれば、第１の光路１２１で導かれる入力光の位相を１／８波長板１２４を往復して１／４波長分シフトさせることにより、ＸＯＲゲート１６４で生成されるサンプルクロック信号の周波数における、入力光の周波数による影響を抑えつつ逓倍化させること（本実施形態では２倍にすること）ができる。

また、上記の構成のｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置１００によれば、第１の光路１２１で導かれる入力光と第２の光路１３１で導かれる入力光は共にビームスプリッタ１４１を１回ずつ透過及び反射する。そのため、ビームスプリッタが持つ水平垂直間の位相遅延量が第１の光路１２１で導かれる入力光と第２の光路１３１で導かれる入力光で同じになるため、第１と第２の光路間の干渉縞の位相に影響しなくなるという格別な効果が得られる。（つまり、ビームスプリッタが持つ水平垂直間の位相遅延の影響を排除できるという格別な効果が得られる。）

また、波長板によってシフトされる入力光の位相は、電気的な処理で位相をシフトさせる方法と比較して、入力信号である入力光の周波数の影響を受けにくい。特に、１／８波長板１２４を往復させて１／４波長板と同等のシフトを与える方法は、入力光における周波数変化が時間に対して線形であっても、非線形であっても位相をシフトさせる量に影響が出にくい。そのため、周波数が掃引された光が入力されても、ＸＯＲゲート１６４で生成されるサンプルクロック信号への影響を抑えられる。また、波長板により位相をシフトさせる場合には、電気的な処理で生じるようなノイズが発生しにくくなる。そのため、前述のノイズがサンプルクロック信号に影響を与える可能性が低い。

また、上記構成のように直線偏光子１２３を配置することにより、例えば、干渉光学系１１０に入力光を導く光ファイバ１２２に単一モードファイバを用いることができる。単一モードファイバは、偏波保存ファイバ等と比較して価格が安く扱いが容易となる。

なお、上述のサンプルクロック信号における周波数の増加程度は、第１の光路１２１における光の位相シフト量により調節することができる。例えば、上述の実施形態のように、１／８波長板１２４を往復させて位相のシフト量を９０°とすることによりサンプルクロック信号の周波数を２倍にできる。また、１／１６波長板を往復させて位相のシフト量を４５°とするとサンプルクロック信号の周波数を４倍にできる。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態に係るＳＳ−ＯＣＴついて図５を参照しながら説明する。
本実施形態のＳＳ−ＯＣＴの基本構成は、第１の実施形態と同様であるが、第１の実施形態とは、ｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、図５を用いてｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置についてのみを説明し、その他の構成要素等の説明を省略する。

本実施形態のｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置（サンプルクロック発生装置）２００には、図５に示すように、サンプルクロック用干渉光を生成する干渉光学系２１０と、サンプルクロック信号を生成する演算部２６０と、が主に設けられている。

干渉光学系２１０には、ＳＭＦＣ２０１と、１／８波長板１２４、レンズ１２７及びミラー１２８から主に構成される第１の光路１２１と、レンズ１３２及びミラー１３３から主に構成される第２の光路１３１と、ビームスプリッタ１４１と、偏光ビームスプリッタ１５１と、が主に設けられている。

ＳＭＦＣ２０１は、光源１０から出射された入力光を第１の光路及び第２の光路へ導く光ファイバ１２２と、垂直偏光受光部２６１Ｖおよび水平偏光受光部２６１Ｈとに向けて分岐するものである。ＳＭＦＣ２０１と、垂直偏光受光部２６１Ｖおよび水平偏光受光部２６１Ｈとの間には、入力光を更に分岐するＳＭＦＣ２０２が配置されている。ＳＭＦＣ２０２で分岐された一方の入力光は、光ファイバ２０４Ｖに導かれて垂直偏光受光部２６１Ｖに入射され、他方の入力光は、光ファイバ２０４Ｈに導かれて水平偏光受光部２６１Ｈに入射されている。

次に、本実施形態の特徴であるｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置２００の動作について説明する。光源１０から出射された入力光がｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置２００に入力されてから、偏光ビームスプリッタ１５１で分離された垂直偏光が垂直偏光受光部２６１Ｖに入射され、水平偏光が水平偏光受光部２６１Ｈに入射されるまでは、第１の実施形態と同様な動作を行うため、その説明を省略する。

ＳＭＦＣ２０１により分岐されＳＭＦＣ２０２に入射された入力光は、更に分岐されて光ファイバ２０４Ｖを介して垂直偏光受光部２６１Ｖに入射されるとともに、光ファイバ２０４Ｈを介して水平偏光受光部２６１Ｈに入射される。垂直偏光受光部２６１Ｖは、入射された垂直偏光および入力光を用いた差分検出を行い、垂直偏光信号ＳＶを出力する。水平偏光受光部２６１Ｈは、入射された水平偏光および入力光を用いた差分検出を行い、水平偏光信号ＳＨを出力する。以降の動作については第１の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

上記の構成のｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置２００によれば、バランス型光検出器である垂直偏光受光部２６１Ｖを用いて入力光および垂直偏光の差分を検出する構成とし、同じくバランス型光検出器である水平偏光受光部２６１Ｈを用いて入力光および水平偏光の差分を検出する構成としたことにより、入力光および垂直偏光に共通して含まれるノイズ（コモンノイズ）、入力光および水平偏光に共通して含まれるノイズを低減することができる。

上述のように、垂直偏光受光部２６１Ｖに入力光および垂直偏光を入射し、水平偏光受光部２６１Ｈに入力光および水平偏光を入射する構成とすることにより、第１の実施形態の構成と比較して、簡単な構成で、上述した共通して含まれるノイズ等を低減できると共に、光軸合わせ等の光学調整も容易となる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、本発明を上記の実施形態に適用したものに限られることなく、これらの実施形態を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定するものではない。

１…ＳＳ−ＯＣＴ（光断層画像装置）、１０…光源、３１…測定光学系、４１…参照光学系、５１…受光部、５５…信号処理部、６０…サンプル（被検物）、１００，２００…ｋ−ｃｌｏｃｋ発生装置（サンプルクロック発生装置）、１１０，２１０…干渉光学系、１２１，２２１…第１の光路、１２３…直線偏光子、１２４…１／８波長板（光学位相シフタ）、１２８…第１のミラー（第１の反射部）、１３３…第２のミラー（第２の反射部）、１４１…ビームスプリッタ（干渉光生成部）、１５１…偏光ビームスプリッタ（分離部）、１６０…演算部、１６１Ｖ…垂直偏光受光部（一方の受光部）、１６１Ｈ…水平偏光受光部（他方の受光部）、１６４…ＸＯＲゲート（信号生成部）

Claims (7)

1. 光源から出射された周波数が掃引された入力光を受けてサンプルクロック信号を生成する光断層画像装置用サンプルクロック発生装置であって、
   前記入力光の一部が導かれる第１の光路と、前記入力光の別の一部が導かれる第２の光路と、前記第１の光路で導かれる前記入力光の位相をシフトさせる光学位相シフタと、前記第１の光路および前記第２の光路には、導かれる光を折返し反射させる第１の反射部および第２の反射部がそれぞれ設けられ、前記第１の反射部で反射され再度前記光学位相シフタにより位相シフトされた前記第１の光路の前記入力光および前記第２の反射部で反射された前記第２の光路の前記入力光を合成してサンプルクロック用干渉光を生成する干渉光生成部と、前記サンプルクロック用干渉光を位相の異なる一方の分離光および他方の分離光に分離する分離部と、を少なくとも備えた干渉光学系と、
   前記一方の分離光を少なくとも受光する一方の受光部と、前記他方の分離光を少なくとも受光する他方の受光部と、前記一方の受光部および前記他方の受光部から出力された信号に基づいて前記サンプルクロック信号を生成する信号生成部と、を少なくとも備えた演算部と、
   が設けられ、
   前記第１の反射部は、少なくとも前記サンプルクロック信号を生成しているときには、前記第１の光路と前記第２の光路との光路長差が変動しないように固定されていることを特徴とする光断層画像装置用サンプルクロック発生装置。
2. 前記第１の光路及び第２の光路に入射する前記入力光は、＋４５°または−４５°の傾きを有する直線偏光であることを特徴とする請求項１記載の光断層画像装置用サンプルクロック発生装置。
3. 前記第１の光路及び第２の光路の光入射側には、前記直線偏光を透過する直線偏光子が配置されていることを特徴とする請求項２記載の光断層画像装置用サンプルクロック発生装置。
4. 前記光学位相シフタは１／８波長板であることを特徴とする請求項２から３のいずれか１項に記載の光断層画像装置用サンプルクロック発生装置。
5. 前記干渉光生成部は、少なくとも、前記第１の光路で導かれ前記第１の反射部で反射され、位相シフトされた前記入力光および前記第２の光路に導かれ前記第２の反射部で反射された前記入力光を合成して前記サンプルクロック用干渉光を生成するビームスプリッタであり、
   前記分離部は、少なくとも、前記サンプルクロック用干渉光を互いに直交する一方の直線偏光および他方の直線偏光に分離する偏光ビームスプリッタであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光断層画像装置用サンプルクロック発生装置。
6. 前記光源から出射される光は、当該光断層画像装置用サンプルクロック発生装置が前記サンプルクロック信号を出力する光断層画像装置によるサンプルの断層像撮影に利用されるとともに、当該光断層画像装置用サンプルクロック発生装置による前記サンプルクロック信号の生成にも利用されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光断層画像装置用サンプルクロック発生装置。
7. 周波数が掃引された入力光を出射する光源と、
   出射された前記入力光から分岐された入力光を被検物に照射し、かつ、前記被検物から反射した反射光を導く測定光学系と、
   分岐された他の光を参照光とする参照光学系と、
   前記測定光学系から導かれた前記反射光、および、前記参照光学系からの前記参照光を合成した測定用干渉光を受光し、測定用干渉信号を出力する受光部と、
   請求項１から請求項６のいずれかに記載のサンプルクロック発生装置と、
   前記信号生成部により生成された前記サンプルクロック信号に基づいてサンプリングした前記測定用干渉信号をフーリエ解析し前記被検物の断層画像を演算処理により求める信号処理部と、
   が設けられていることを特徴とする光断層画像装置。