JPH1099337A - 光学的干渉断層撮影画像のコントラスト強調のための 方法およびその装置 - Google Patents
光学的干渉断層撮影画像のコントラスト強調のための 方法およびその装置Info
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Abstract
て画像のコントラストの改良を可能にする方法及び装置
を提供する。 【解決手段】 対象物を走査する干渉測定用測定光線
が、光線分割で得られる二重光線であって、その二つの
干渉性部分光束が、光線分割から対象物まで、及び光検
出器へ戻るまで、合計としてλ/2又はそれの奇数倍の
光路差があり、均質な対象物構造では、両方の対象物点
から戻る光束が共に断層撮影干渉計内で干渉する部分干
渉光束と部分干渉−干渉計による対象物内部の光反射位
置の深さ位置の検出とを用いる対象物の走査による干渉
断層撮影画像のコントラスト強調のための方法、及び両
方の干渉測定部分光束に対する光路が二倍の経路でλ/
2またはその奇数倍だけ異なるように間隔が離れている
光線分割面と鏡面を有する光線分割器−反射鏡13を用
いて、波面分割により対象物を照射する両方の干渉測定
部分光束が作られる干渉断層撮影画像のコントラスト強
調のための装置。
Description
撮影画像再生におけるコントラスト強調の方法およびそ
の装置に関する。
の断面像は、光線が一つの線、例えば表面上の直線に沿
って対象物を走査することにより得られる。この走査運
動は、例えば画像のX座標となる。この線に沿う各x位
置において、光線は対象物に進入し、断層撮影干渉計を
用いて測定され、その深さzから強度Ιの光が反射され
る。そこで対象物の断層撮影画像I(x,z)を得る。
この結像法は、論文「光学的干渉断層撮影法」、著者:
D.Huang; E.A.Swanson; C.P.Lin;J.S.Schuman;W.G.St
inson; W.Chang; M.R.Hee; T.Flotte; K.Gregory; C.A.
Puliafiro; J.G.Fujimoto: Science, 254巻、1991年、1
178〜1181頁に最初に掲載された。
の従来の方法では、古典的照明顕微鏡法におけると同様
に、散乱能(およそ複合屈折率に対応して)の空間的高
周波変調が影響を有する。古典的顕微鏡法においては組
織構造の可視性の改良のために、位相差および干渉コン
トラストのような光学的コントラスト法が開発された。
しかし干渉断層撮影法のために適した方法はこれまで知
られていなかった。
の画像のコントラスト改良を可能にする方法および装置
を提供することである。
測定用光線が、光線分割で得られる二重光線であって、
その二つの干渉性部分光束が、光線分割面から対象物ま
で、および部分干渉−干渉計の光検出器へ戻るまで、合
計としてλ/2またはそれの奇数倍の光路差があり、均
質な対象物構造では、両方の対象物点から戻る光束が共
に断層撮影干渉計内で弱め合い干渉することを特徴とす
る、部分干渉光束と部分干渉−干渉計による対象物内部
の光反射位置の深さ位置の検出とを用いる対象物の走査
による干渉断層撮影画像のコントラスト強調のための方
法である。
共に、両方の干渉測定部分光束に対する光路が二倍の行
程で、λ/2またはその奇数倍だけ異なるように間隔が
離れている光線分割面と鏡面を有する光線分割器−反射
鏡(13)を用いて、波面分割により対象物を照射する
両方の干渉測定部分光束が作り出されることを特徴とす
る干渉断層撮影画像のコントラスト強調のための装置で
ある。
置では、写し出される対象物1が、光線2によって走査
される。走査鏡3が対象物1上のX方向の線に沿って焦
点を結ぶ光線2を導く。この線は二次元画像I(x,
y)の画像座標、例えばxを表す。光線2は対象物1に
進入し、対象物内部の散乱点4からさまざまに強く反射
散乱される。この散乱点4の位置は、例えばz座標とし
て示される第二の画像座標を形成する。この画像座標は
部分干渉測定に基づく断層撮影干渉計を使用する干渉断
層撮影法で確認される。
て簡単に記述すると、次のように作用する。
は、空間的干渉性であるが、時間的には部分干渉性の光
束6を発する。これは光線分割器7から部分的に基準鏡
9への干渉測定基準光束8として反射され、そしてまた
部分的に干渉計の測定アームにおける干渉測定の測定光
光束2として伝播される。測定光速2はレンズ10から
走査鏡3を経て対象物1へ向けられる。散乱点4から戻
る光は、走査鏡3およびレンズ10を経て光線分割器7
まで戻され、そこで光検出器11に向けられる。干渉長
さについて、分割面7’から散乱点4までの測定光経路
中の光学長が、分割面7’から反射鏡9までの基準光経
路と同じ大きさである場合、この両方の光束は干渉す
る。この干渉の確認のために基準鏡9はいわゆる干渉走
査を実行する。すなわち基準光線8の方向に連続的に動
かされる。基準光線経路の長さが測定光経路の光学長と
一致すると、常に関係する光束の間に干渉が起こる。
が確認される。
に基準光経路の長さは一般に測定光経路の長さより短く
示されていることに気が付くであろう。基準鏡9の移動
によってこの鏡で反射した光は対応するドップラー偏移
にも遭遇し、電気的干渉計信号IS(z)として光検出
器の示す時間的に変化する明るさが光検出器11で受信
される。この方法はこれまでドップラー法としても表さ
れている。
の位置zから反射散乱された波の大きさに比例する。座
標zは、上に述べたように、同じ大きさであると計算さ
れる光線分割器7からの測定アームおよび基準アームの
光学的経路長に対する対象物中の各位置である。電気的
干渉計信号ISは電気的に整流され、帯域フィルターさ
れ、画像発生に対してはドップラー周波数の信号だけが
寄与する。
対応する種々の位置αに、走査鏡3の方向を変える。こ
の位置αのそれぞれにおいて、基準鏡9の移動によって
対象物深度zに沿った光放射の強度が測定される。この
大きさからそれ自体またはさらに計算器によって画像I
(α,z)またはI(x,z)が構成される。干渉断層
撮影装置は二つの主要構成部からなり、走査部(図1に
おいて付属制御装置付き走査鏡3)および部分干渉干渉
計(図1において光線分割器7および付属制御装置付き
模倣マイケルソン干渉計)である。
測定用測定光束で照射されるのに対し、本発明に適合し
た方法では、二つの離れておかれた点に焦点を結んだ二
つの部分光束、すなわち干渉測定二重光線によって同時
に照射される。そこでは装置中の光学的経路長が等しく
されるので、両方の焦点から戻る光は逆位相で光検出器
(11)へ当たる。両方の焦点では振幅、位相および偏
光からのそれ自体の影響が生じ、焦点から戻って光検出
器へ届く光束は弱め合い干渉によって相互に消される。
て、両方の照射された点から戻る光の振幅、位相および
偏光がそれぞれ別々に影響を与える構成が明らかにな
る。
で種々の方向に離れて位置させることができる。
置を図2に示してある。
であるが、時間的には部分干渉性の光束6を放射する。
これは光線分割器7から基準鏡9まで部分的に反射さ
れ、干渉計の測定アームへ部分的に進入する。干渉計の
測定アームには光線分割器−反射鏡13がある。光線分
割器−反射鏡13は光線分割面13’およびその背後に
鏡面13”を有する。ここで所望の弱め合い干渉に対し
て光線分割面7’から鏡面13”ならびに走査鏡3を経
て焦点14”までおよび光線分割面7’まで戻る光路
は、13’を経て焦点14’まで往復するよりも(2・
n+1)・λ/2だけ大きい。nは干渉の次数である。
両方の光反射面13’および13”は光の拡大方向に短
い間隔で離れている。とりわけこの両方の光反射面は相
互に角βだけ傾いている。この楔角βのために13’お
よび13”の両方の面で反射した光束2’および2”
は、焦点を結ぶレンズ10によって対象物中に離れて置
かれた二つの点14’および点14”に焦点を結ぶ。面
13’および面13”の間隔によって光束2’および
2”はλ/4の奇数倍だけ位相変位を受ける。対象物中
の焦点から戻る両方の光束15’および光束15”は、
レンズ10でコリメートされ、光線分割器−反射鏡13
でλ/4の奇数倍だけ互いに位相変位に遭遇し、再び互
いに平行に干渉計に入る。そこで分割器面7’で基準光
束8と共に重ねられ、レンズ16によって光検出器11
に相互に達する。
15”は同一寸法で振幅、位相並びに偏光において変え
られるか、または不変に留まると、光検出器11で弱め
合い干渉し、その電気的信号は基準光からのみ生じ、一
定になり、例えばドップラー効果で示すと画像信号I
(x,z)が0であることである。しかしこのパラメー
タが変わると、例えば点14’と点14”で対象物の性
質が異なると、対象物1から生じた光波は基準光8と干
渉し、対応する光検出器信号ISを作る。隣接する対象
物点の対象物の性質の差が表現される。ここでこれらの
点の種々の戻りの可能性が種々の位相変位および偏光状
態の種々の変化として、これらの点から戻る光において
出口における干渉計信号ISおよびそれによって明るい
画像点に導く。対象物の性質の差は位置の差Δxに基づ
いて表現される。点14’および点14”の間隔Δxは
図2の配置では面13’および面13”の間の角βおよ
びレンズ10の焦点距離fで与えられる(Δx=2・β
・f)。
にする二つの三角形部分プリズムからなる。斜辺面の間
に空気、光学セメントまたは各プリズムと異なる屈折率
を有する他の材料の、楔角βを有する楔状の隙間があ
る。光束(6’)の中央における光学的隙間厚さD(=
幾何学的厚さ×隙間の屈折率)は、小さい角βおよび小
さい次数nに対して近似的に次の式1の関係である(図
2を見よ)。
さいΔxでは古典的干渉計の微分干渉コントラスト画像
に対応する画像を提供する。
コントラスト強調のための別の配置を示す。
び部分光束17”を有する二重光線で照射される。この
二重光線はウオラストンプリズム18を通る部分干渉光
束2から生じる。ウオラストンンプリズム18は二つの
斜辺面を共通にする複屈折材料の三角形部分プリズムか
らなる。二つの相互に直交した直線偏光波17’および
直線偏光波17”が生じ、それはプリズム寸法および材
料に従って種々の強さで発散する。例えば等辺の底面を
有する部分プリズムを利用し、材料として石英結晶では
約1°の発散角、そして方解石では約20°の発散角を
得る。光源5からの光束6がすでに偏光していると、波
2の偏光面の配向、およびそれと共にウオラストンプリ
ズムにおける対応する部分波17’および部分波17”
の強度はλ/2偏光板19を用いて調節させる。別の場
合、λ/2偏光板19の代わりに偏光子が配置され、そ
の方位配向の上に同様に部分波17’および部分波1
7”の強度は調節できる。
制限される大きい光学的経路差の補償のために、測定光
路中に補償板の配置が必要である。これは2枚の同軸板
20’および20”からなり、相互に90°回転してお
り、第1の板の遅い軸が第2の板の速い軸と平行になっ
ている。両方の板20’および板20”の厚さの適当な
選択によって、光線分割面7’から点14’ならびに点
14”までの波の往復および光線分割面7’までの戻り
のための測定光路中に、合計計でλ/2またはその奇数
倍の経路差を達成することができる。λ/2偏光板およ
び補償板の使用は偏光光学技術に従う。
の共通の光路中に偏光子21があり、配光するので、そ
れは点14’および点14”から戻る光束の強度の約5
0%を通過させ、通過する光の干渉を配慮する。
の差Δxに基づく対象物の性質の差が作成される。
レンズで置き代えると、焦点14’および14”を種々
のz位置に置くことができる。複屈折レンズは、例えば
レンズ面に光軸を有する一軸複屈折材料からなる。この
ようなレンズは二つの異なる偏光方向のために二つの異
なる屈折力を有し、レンズ10と共に異なる対象物深度
の光軸に二つの焦点を生じる。そこでz方向に現われる
対象物構造の干渉断層撮影の差が形成される。
路中のウオラストンプリズム18が回転することによっ
て、光線分配の配向およびそれに伴ってx方向に離れて
存在する二つの焦点14’および焦点14”の位置が変
化する。この自由度のために、図4に示すように、光線
分割器−反射鏡を有する配置において後者が修正され
る。ここで測定光束2は次に光線分割器22に当たり、
光線分割器−末端鏡23に向かう。後者は光線分割面2
3’および鏡面23”を有する。この両方の光反射面は
光学距離λ/8(またはその奇数倍)だけ離れて光の拡
大方向に位置する。光線分割器−末端鏡23で反射され
た光束は、レンズ10によって二つの対象物点14’お
よび14”に焦点を結ぶ。この点から戻る光束15’お
よび15”は光線分割器−末端鏡23および光線分割器
22を経て干渉計へ戻り、基準光束8と重なる。光線分
割器23は軸24の回りに回転し、対象物中x−y平面
内の二つの走査点14’および走査点14”の配向を任
意に調節できる。
面23’および23”を他の方法で形成できる。
垂直に配向し、面23”を球面として形成する。その時
深さ方向(z方向)に離れて置かれた二つの焦点および
深さにおける対象物の差を強調する結像方法が得られ
る。即ち、対象物中の両方の焦点の位置の差で連続的に
調節できる。これに対して測定光束2は、次に光線分割
器22から圧電性調節可能光線分割器−末端鏡26へ方
向を向けられる。後者は部分透過性面25’および末端
鏡26を有する光線分割板25からなる。末端鏡26は
台27上に固定される。光線分割板25は3個の圧電円
柱28上に置かれ、その長さは接続端子28’および2
8”に電圧を印加することによって制御できる。物理的
圧力を回避するために、光線分割板25および圧電円柱
28の間に適宜鋼球29を置く。3個の圧電円柱に種々
の大きさの電圧を印加することによって、画像対象に対
する位置の差の大きさΔxおよび位置の差の配向も連続
的に調節できる。
性で、空間的には完全に干渉性の光線LSが放射される。
光線分割器STは、光線LSを基準鏡Sで反射される基準光
線RS、および対象物光線OSに分ける。
Lの光軸に45°の直線偏光をする。平凸複屈折レンズ
Lは、石英または方解石または他の複屈折性材料で作ら
れる。その光軸は平面に平行にある。それによってこの
レンズは、通常光束OLおよび異常光束ALに対して二つの
異なる屈折率およびそれと共に二つの異なる焦点距離を
有する。
二つの光束OLおよびALを追加して焦点を結ばせる。これ
らの光束は反射鏡USから対象物Oへ達する。対象物は構
造S1およびS2からなり、光は偏光に依存して制御され
る。
が連続的にスライドされる。使用した光の干渉長に関し
て光線分割器STから対象物中の光照射位置までおよび光
線分割器から基準鏡Sまでの光路が等しいと、干渉計出
口において干渉が現われ、それは断層画像取得のための
OCT信号として利用される。
向)に沿って離れている二つの位置、例えば対象物O中
のO1,O2に対して同時に光路同等性がある。これらの
位置は、z方向に光学間隔Δz=d・Δnに離れてあ
り、ここではΔnは二つの偏光方向に対するレンズ材料
の屈折率差で、又dは複屈折レンズの厚さを示す。
に対して弱め合い干渉があり得る。それは2・d・Δn
=λの奇数倍の場合である。両方の位置O1およびO2が
異なる強さであり、および/またはこの両方の位置にお
ける散乱光位相が異なる光を逆照射するならば、この時
OCT信号のみが存在する。OCT画像を有し、二つの
Δzだけ離れた点における偏光依存性散乱差、即ち差・
偏光コントラストが描写される。
目的を達成される。
点レンズFLの間に遅延板、例えばλ/4板(0次)を配
置してある。その時光は往復で合計πだけの位相のずれ
を受ける、すなわち両方の光束は逆位相になる。それら
は偏光子Pによって弱め合い干渉され、Δz〜0に対し
て偏光コントラストを得る。高い次数のλ/4板、例え
ばD・Δn=(2・m−1)・λ/2を有する厚さDの
板を利用して、ここで次数>1として、光学間隔Δz=
D・Δnだけ離れている点に対する差・偏光コントラス
トを得る。
非常に小さくすると、差・偏光コントラストについて言
及できる。このような遅延板は、普通の薄い板に対する
回避のための偏光技術のように、本来互いに90°だけ
回転した異なる厚さの二つの板で実現できる。
ト修正法を示す
を示す
のコントラスト修正法を示す
撮影のコントラストを修正する方法を示す
ストを修正する方法を示す
トを修正する方法を示す
Claims (7)
- 【請求項1】 対象物を走査する干渉測定用光線が光線
分割で得られる二重光線であって、その二つの干渉性部
分光線が光線分割面から対象物までおよび部分干渉−干
渉計の光検出器へ戻るまでの合計がλ/2またはそれの
奇数倍の光路差があり、均質な対象物構造では両方の対
象物点から戻る光束が共に断層撮影干渉計内で弱め合い
干渉することを特徴とする、部分干渉光線と部分干渉−
干渉計による対象物内部の光反射位置の深さ位置の検出
とを用いる対象物の走査による干渉断層撮影画像のコン
トラスト強調のための方法。 - 【請求項2】 相互にある角度だけ傾くと共に、両方の
干渉測定部分光線に対する光路が、二倍の行程でλ/2
またはその奇数倍だけ異なるように間隔が離れている光
線分割面と鏡面を有する光線分割器−反射鏡(13)を
用いて、波面分割により対象物を照射する両方の干渉測
定部分光線が作り出されることを特徴とする請求項1の
方法による干渉断層撮影画像のコントラスト強調のため
の装置。 - 【請求項3】 軸(24)の回りに回転可能で、相互に
ある角度だけ傾くと共に、両方の干渉測定部分光線に対
する光路が二倍の行程でλ/2またはその奇数倍だけ異
なるように間隔が離れている光線分割面と鏡面を有する
光線分割器−末端鏡(23)を用いて、波面分割により
対象物を照射する両方の干渉測定部分光線が作り出され
ることを特徴とする請求項1の方法による干渉断層撮影
画像のコントラスト強調のための装置。 - 【請求項4】 ウオラストンプリズム(18)を用いて
波面分割により対象物を照射する干渉測定部分光線を作
り出し、また補償器を使用してこの両方の部分光線の光
路差がλ/2またはその奇数倍だけ生ずるようにするこ
とを特徴とする請求項1の方法による干渉断層撮影画像
のコントラスト強調のための装置。 - 【請求項5】 複屈折レンズ(10’)を用いて波面分
割により対象物を照射する両方の干渉測定部分光線を作
り出し、また補償器を用いてこの両方の部分光線の光路
差がλ/2またはその奇数倍だけ生ずるようにすること
を特徴とする請求項1の方法による干渉断層撮影画像の
コントラスト強調のための装置。 - 【請求項6】 圧電円柱により相互に角度及び間隔につ
いて調節可能であり、両方の干渉測定部分光線に対する
光路が二倍の行程でλ/2またはその奇数倍だけ異な
る、光線分割面と鏡面を有する圧電制御光線分割器−末
端鏡を用いて、波面分割により対象物を照射する両方の
干渉測定部分光線を作り出すことを特徴とする請求項1
の方法による干渉断層撮影画像をコントラスト強調する
ための装置。 - 【請求項7】 偏光光学手段によって対象物を照射する
光線の位相のずれを作り出すことを特徴とする請求項1
の方法による干渉断層撮影画像をコントラスト強調する
装置。
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