WO2014010691A1

WO2014010691A1 - 光断層画像の取得方法

Info

Publication number: WO2014010691A1
Application number: PCT/JP2013/069023
Authority: WO
Inventors: 充遥平野; 長谷川　健美; 伊知郎祖川; 田中　正人
Original assignee: 住友電気工業株式会社
Priority date: 2012-07-11
Filing date: 2013-07-11
Publication date: 2014-01-16
Also published as: US20150173607A1; JP2014016318A

Abstract

　光断層画像の取得方法は、光源部１０から出力された光を２分岐して第１分岐光Ｌ_１および第２分岐光Ｌ_２とし、第１分岐光Ｌ_１を反射体３１に照射して該反射体３１で生じる反射光Ｌ_３と、第２分岐光Ｌ_２を検査領域に照射したときに生じる拡散反射光Ｌ_４とを互いに干渉させ、当該干渉光スペクトルのフーリエ変換の結果に基づいて光断層画像を取得する方法である。この取得方法は、（１）検査領域に検査対象物２を配置したときの第１光断層画像を取得する第１ステップと、（２）検査領域に検査対象物２を配置しないときの第２光断層画像を取得する第２ステップと、（３）第１光断層画像と第２光断層画像との差から検査対象物２の光断層画像を取得する第３ステップと、を備える。

Description

光断層画像の取得方法

　本発明は、光断層画像の取得方法に関するものである。

　光コヒーレンストモグラフィ（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ　Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＯＣＴ）に拠る光断層画像の取得技術は、光の干渉を用いて検査対象物の深さ方向の反射量分布を測定することができる。この光断層画像の取得技術は、高い空間分解能で検査対象物の内部の構造を画像化することができることから、近年では生体計測に応用されている。

　ＯＣＴに拠る光断層画像の取得装置は、光源部から出力される光を２分岐して第１分岐光および第２分岐光とし、第１分岐光を反射体に照射したときに該反射体で生じる反射光と、第２分岐光を検査対象物に照射したときに該検査対象物で生じる拡散反射光とを干渉させる。そして、取得装置は、当該干渉光のパワーを検出部により検出し、この検出結果を解析することで検査対象物の深さ方向の反射情報分布（１次元の光断層画像）を得る。さらに、検査対象物への光照射位置を走査することで、検査対象物の２次元または３次元の光断層画像を取得することができる。

　ＯＣＴのうちＴＤ‐ＯＣＴ（Ｔｉｍｅ‐ｄｏｍａｉｎ　ＯＣＴ）は、コヒーレンス長が短い光を出力する光源部を用いたときに、光源部から検出部までの両光の光路長差がある場合には干渉光の振幅が小さく、光源部から検出部までの両光の光路長差がない場合にのみ干渉光の振幅が大きくなることを利用する。このＴＤ‐ＯＣＴでは、反射体の位置に応じた検査対象物の深さ方向位置の反射情報を得ることができるので、反射体を移動させながら干渉光振幅を検出することにより、検査対象物の深さ方向の反射情報分布を得ることができる。ただし、ＴＤ‐ＯＣＴでは、検査対象物の深さ方向の反射情報分布を得るために、機械的に反射体を移動させることが必要であるので、検査対象物の光断層画像を取得する時間が長い。

　一方、ＯＣＴのうちＦＤ‐ＯＣＴ（Ｆｏｕｒｉｅｒ‐ｄｏｍａｉｎ　ＯＣＴ）は、干渉信号の波長依存性を利用するものであって、ＴＤ‐ＯＣＴと比べると検査対象物の光断層画像を取得する時間が短い。光源部から出力される光を第１分岐光と第２分岐光とに等分した場合、光源部から出力される光のパワーをＰ_０、光の波数をｋ（＝２π／λ）、検査対象物の深さ方向位置をｚ、検査対象物での反射率をＲ_ｓ、反射体での反射率をＲ_ｍで表したとき、波数ｋの光についての干渉信号の強度Ｐ(ｋ)は、以下の式で表される。
　　Ｐ(ｋ)＝Ｐ_０／４｛Ｒ_ｓ＋Ｒ_ｍ＋２(Ｒ_ｓＲ_ｍ)^1/2ｃｏｓ(２ｋｚ)｝

　この式から判るように、波数ｋの光についての干渉信号の強度Ｐ(ｋ)は、検査対象物での反射率Ｒ_ｓの２分の１乗に比例する振幅で、検査対象物の深さ方向位置ｚに応じた周期で振動する。したがって、検出部により検出される干渉信号のスペクトルを波数軸２ｋでフーリエ変換すると、その結果は、検査対象物の深さ方向位置ｚでの反射率Ｒ_ｓ（すなわち、深さ方向の反射率分布）を表すものとなる。ＦＤ‐ＯＣＴは、このことを利用する。

　すなわち、ＦＤ‐ＯＣＴでは、検査対象物に対して光を照射したときに、その光が検査対象物の内部まで浸透し光軸に沿った各位置で拡散反射が生じると、検出部により検出される干渉信号は、検査対象物の内部の各位置についての信号が重なり合った形で現れる。このような干渉信号をフーリエ変換すると、検査対象物の深さ方向の反射分布が直接求められる。ＦＤ‐ＯＣＴでは、スペクトルを測定する必要があるので、検出部として分光器を用いる。ＦＤ‐ＯＣＴは、機械的に反射体を移動させる必要がないので、ＴＤ‐ＯＣＴと比べると検査対象物の光断層画像を取得する時間が短い。

特開２００４－２２３２６９号公報特開２０１２－０８５８４４号公報特開２０１０－０１４６６８号公報

　このようなＯＣＴに拠る光断層画像の取得技術は、検査対象物の各位置で生じる拡散反射光の強度分布を光断層画像として取得するものであるが、装置や測定上の都合に因り検査対象物以外の所で生じた拡散反射光も検出部に到達して干渉に寄与する場合がある。このときに取得される光断層画像は、検査対象物以外の所で生じた拡散反射光に由来する疑似ピークが真の光断層画像に重畳されたものとなる。検査対象物の真の光断層画像に疑似ピークが重畳していると、検査対象物の真の光断層画像を得ることができない。

　このような問題点を解消することを意図した発明が特許文献１～３に開示されている。特許文献１，２に開示された発明は、検査対象物以外の所での拡散反射光の発生を抑制するよう光学系を改善することにより、疑似ピークの発生を抑制しようとするものである。また、特許文献３に開示された発明は、検査対象物以外の所で生じた拡散反射光を散乱光とするよう光学系を改善することにより、疑似ピークの発生を抑制しようとするものである。

　しかし、これらの文献に開示された発明のように光学系を改善することにより疑似ピークの発生を抑制しようとしても、装置構成上、充分に疑似ピークの発生を抑制することは困難であり、検査対象物の真の光断層画像を得ることも困難である。

　本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、検査対象物の真の光断層画像を容易に得ることができる光断層画像の取得方法を提供することを目的とする。

　第１の発明の光断層画像の取得方法は、光源部から出力された光を２分岐して第１分岐光および第２分岐光とし、第１分岐光を反射体に照射して該反射体で生じる反射光と、第２分岐光を検査領域に照射したときに生じる拡散反射光とを互いに干渉させ、当該干渉光スペクトルのフーリエ変換の結果に基づいて光断層画像を取得する方法であって、（１）検査領域に検査対象物を配置したときの干渉光スペクトルのフーリエ変換の結果に基づいて第１光断層画像を取得する第１ステップと、（２）検査領域に検査対象物を配置しないときの干渉光スペクトルのフーリエ変換の結果に基づいて第２光断層画像を取得する第２ステップと、（３）第１光断層画像と第２光断層画像との差から検査対象物の光断層画像を取得する第３ステップと、を備える。

　第２の発明の光断層画像の取得方法は、光源部から出力された光を２分岐して第１分岐光および第２分岐光とし、第１分岐光を反射体に照射して該反射体で生じる反射光と、第２分岐光を検査領域に照射したときに生じる拡散反射光とを互いに干渉させ、当該干渉光スペクトルのフーリエ変換の結果に基づいて光断層画像を取得する方法であって、（１）検査領域に検査対象物を配置したときの干渉光スペクトルのフーリエ変換の結果に基づいて第１光断層画像を取得する第１ステップと、（２）検査領域に検査対象物が配置される位置より手前の位置に遮光板を配置したときの干渉光スペクトルのフーリエ変換の結果に基づいて第２光断層画像を取得する第２ステップと、（３）第１光断層画像と、第２光断層画像のうち遮光板が配置された位置より遠方の画像との差から、検査対象物の光断層画像を取得する第３ステップと、を備える。

　第１または第２の発明の光断層画像の取得方法は、第１ステップにおいて、検査対象物への第２分岐光の照射位置を走査して、その走査の際の各照射位置において第１光断層画像を取得し、第３ステップにおいて、第１ステップで取得された各照射位置における第１光断層画像と、第２ステップで取得された第２光断層画像とに基づいて、検査対象物の２次元または３次元の光断層画像を取得するのが好適である。

　本発明の光断層画像の取得方法は、検査対象物の真の光断層画像を容易に得ることができる。

光断層画像の取得装置１の構成を示す図である。光断層画像の取得方法を説明する図である。第１実施形態の光断層画像の取得方法を説明する図である。第２実施形態の光断層画像の取得方法を説明する図である。

　以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

　図１は、光断層画像の取得装置１の構成を示す図である。光断層画像の取得装置１は、ＦＤ‐ＯＣＴに拠って検査対象物２の光断層画像を取得するものであって、光源部１０、干渉部２０、参照部３０、測定部４０、検出部５０、解析部６０および表示部７０を備える。

　光源部１０は、帯域を有する光を出力する。ＯＣＴでは、検査対象物２の深さ方向の空間分解能は光の帯域幅に反比例し、スペクトル形状にも依存する。したがって、光源部１０として、広帯域かつ平坦度の高いスペクトルを有した光を出力することができるものが好ましい。光源部１０は、帯域幅１０ｎｍ以上の連続した波長帯域において強度－３０ｄＢｍ／ｎｍ以上である広帯域光を出力するのが好適である。

　光源部１０として、例えば、希土類元素が添加されたガラスを光増幅媒体として備え広帯域の自然放出（ＡＳＥ：Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ　Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）光を出力することができるＡＳＥ光源、光導波路における非線形光学現象によって帯域が拡大されたスーパーコンティニウム（ＳＣ：Ｓｕｐｅｒｃｏｎｔｉｎｕｕｍ）光を出力することができるＳＣ光源、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ：Ｓｕｐｅｒ　Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ　Ｄｉｏｄｅ）を含む光源、等が好適に用いられる。また、光源部１０は、波長可変レーザ光源のように時間的に波長を掃引することで全体の帯域幅が１０ｎｍとなるものであってもよいし、複数の光源それぞれから出力される各波長帯域の光を用いることで全体の帯域幅が１０ｎｍとなるものであってもよい。

　干渉部２０は、光源部１０から出力される光を２分岐して第１分岐光Ｌ_１および第２分岐光Ｌ_２とする。干渉部２０は、第１分岐光Ｌ_１を反射体３１に照射するとともに当該照射に伴う反射体３１からの反射光Ｌ_３を入力し、第２分岐光Ｌ_２を検査対象物２に照射するとともに当該照射に伴う検査対象物２からの拡散反射光Ｌ_４を入力し、これら反射光Ｌ_３と拡散反射光Ｌ_４とを互いに干渉させて当該干渉光Ｌ_５を検出部５０へ出力する。

　参照部３０は、干渉部２０と反射体３１との間の光学系を含み、干渉部２０からの第１分岐光Ｌ_１を反射体３１へ導き、反射体３１からの反射光Ｌ_３を干渉部２０へ導く。測定部４０は、干渉部２０と検査対象物２との間の光学系を含み、干渉部２０からの第２分岐光Ｌ_２を検査対象物２へ導き、検査対象物２からの拡散反射光Ｌ_４を干渉部２０へ導く。また、検査対象物２への第２分岐光Ｌ_２の照射位置を走査する走査部４１が設けられている。

　検出部５０は、干渉部２０から出力される干渉光Ｌ_５のスペクトルを検出する。解析部６０は、検出部５０により検出された干渉光スペクトルをフーリエ変換し、そのフーリエ変換の結果に基づいて光断層画像を取得する。走査部４１により検査対象物２への第２分岐光Ｌ_２の照射位置を走査することで、解析部６０は、その走査の際の各照射位置において光断層画像を取得して、２次元または３次元の光断層画像を取得することができる。表示部７０は、解析部６０により取得された光断層画像を表示する。

　本実施形態の光断層画像取得方法は、このような光断層画像の取得装置１を用いて、検査対象物２の光断層画像を取得することができる。本実施形態の光断層画像の取得方法では、光源部１０から出力された光は、干渉部２０により２分岐されて第１分岐光Ｌ_１および第２分岐光Ｌ_２とされ、これら第１分岐光Ｌ_１および第２分岐光Ｌ_２が干渉部２０から出力される。干渉部２０から出力された第１分岐光Ｌ_１は、参照部３０を経て反射体３１に照射される。第１分岐光Ｌ_１が反射体３１に照射されて生じた反射光Ｌ_３は、参照部３０を経て干渉部２０に到達する。干渉部２０から出力された第２分岐光Ｌ_２は、測定部４０を経て、検査対象物２が配置される検査領域に照射される。その検査領域への第２分岐光Ｌ_２の照射により生じた拡散反射光Ｌ_４は、測定部４０を経て干渉部２０に到達する。参照部３０からの反射光Ｌ_３と測定部４０からの拡散反射光Ｌ_４とは、干渉部２０において干渉する。その干渉光Ｌ_５のスペクトルが検出部５０により検出される。そして、解析部６０により、干渉光スペクトルがフーリエ変換され、そのフーリエ変換の結果に基づいて光断層画像が取得される。

　図２は、光断層画像の取得方法を説明する図である。干渉部２０から出力された第１分岐光Ｌ_１が反射体３１に照射されて生じた反射光Ｌ_３と、干渉部２０から出力された第２分岐光Ｌ_２が検査対象物２に照射されて生じた拡散反射光Ｌ_４とは、干渉部２０において干渉する。干渉部２０から出力された干渉光Ｌ_５のスペクトルＳが検出部５０により得られ、解析部６０により干渉光スペクトルＳのフーリエ変換の結果に基づいて光断層画像Ｉ_１が取得される。

　このとき取得される光断層画像Ｉ_１は、検査対象物２で生じた拡散反射光に由来する検査対象物２の真の光断層画像Ａと、検査対象物２以外の所で生じた拡散反射光に由来する疑似ピークＢ_１，Ｂ_２とを含む。検査対象物２以外の所で生じる拡散反射光は、例えば、光源部１０の前面にある光源カバー１１からの反射、光源部１０の前端面からの反射、干渉部２０，参照部３０または測定部４０を構成する光学素子の表面または界面での反射を含み、更に多重反射をも含む。

　検査対象物２以外の所で生じた拡散反射光に由来する疑似ピークＢ_１，Ｂ_２のうち疑似ピークＢ_２は検査対象物２の真の光断層画像Ａに重畳している。本実施形態の光断層画像の取得方法は、光断層画像Ｉ_１から疑似ピークＢ_２を除去して検査対象物２の真の光断層画像Ａを取得することができるものであり、さらに疑似ピークＢ_１をも除去することができる。

　図３は、第１実施形態の光断層画像の取得方法を説明する図である。第１実施形態の光断層画像の取得方法は、以下のような第１～第３のステップを経て、検査対象物２の真の光断層画像Ａを取得する。第１ステップにおいて、図２を用いて説明したとおり、検査領域に検査対象物２を配置したときの干渉光スペクトルＳのフーリエ変換の結果に基づいて第１光断層画像Ｉ_１を取得する。

　第２ステップにおいて、検査領域に検査対象物２を配置しないときの干渉光スペクトルのフーリエ変換の結果に基づいて第２光断層画像Ｉ_２を取得する。第１ステップおよび第２ステップは、実行順序は任意であるが、共通の装置を用いて共通の条件（検査対象物２の有無の点を除く。）で測定が行われる。

　第２ステップで取得される第２光断層画像Ｉ_２は、検査対象物２で生じた拡散反射光に由来する検査対象物２の真の光断層画像Ａを含まないが、検査対象物２以外の所で生じた拡散反射光に由来する疑似ピークＢ_１，Ｂ_２を含む。そこで、第３ステップにおいて、第１光断層画像Ｉ_１と第２光断層画像Ｉ_２との差から検査対象物２の真の光断層画像Ａを取得する。これにより得られる光断層画像は疑似ピークＢ_１，Ｂ_２を含まない。

　図４は、第２実施形態の光断層画像の取得方法を説明する図である。第２実施形態の光断層画像の取得方法は、以下のような第１～第３のステップを経て、検査対象物２の真の光断層画像Ａを取得する。第１ステップにおいて、図２を用いて説明したとおり、検査領域に検査対象物２を配置したときの干渉光スペクトルＳのフーリエ変換の結果に基づいて第１光断層画像Ｉ_１を取得する。

　第２ステップにおいて、検査領域に検査対象物２が配置される位置より手前の位置に遮光板３を配置して、このときの干渉光スペクトルのフーリエ変換の結果に基づいて第２光断層画像Ｉ_２を取得する。第１ステップおよび第２ステップは、実行順序は任意であるが、共通の装置を用いて共通の条件（遮光板３の有無の点を除く。）で測定が行われる。また、第２ステップにおいては、検査対象物２の配置は任意である。

　第２ステップにおいて取得される第２光断層画像Ｉ_２は、検査対象物２で生じた拡散反射光に由来する検査対象物２の真の光断層画像Ａを含まないが、検査対象物２以外の所で生じた拡散反射光に由来する疑似ピークＢ_１，Ｂ_２を含み、また、遮光板３で生じた拡散反射光に由来するピークＣを含む。

　そこで、第３ステップにおいて、第１光断層画像Ｉ_１と、第２光断層画像Ｉ_２のうち遮光板３が配置された位置より遠方であって疑似ピークＢ_２を含む画像Ｉ_２Ａとの差から、検査対象物２の真の光断層画像Ａを取得する。これにより得られる光断層画像は疑似ピークＢ_２を含まない。一方、画像Ｉ_２Ａは疑似ピークＢ_１を含ないので、差から得られた光断層画像には疑似ピークＢ_１が残る。しかし、この疑似ピークＢ_１は検査対象物２の真の光断層画像Ａに重畳していていないので、問題はない。

　または、第３ステップにおいて、第２光断層画像Ｉ_２のうち遮光板３が配置された位置より遠方であって疑似ピークＢ_２を含む画像Ｉ_２Ａと、第１光断層画像Ｉ_１のうち画像Ｉ_２Ａの領域以外の領域であって疑似ピークＢ_１を含む画像Ｉ_１Ａとを合成して、光断層画像Ｉ_３を作成する。そして、第１光断層画像Ｉ_１と光断層画像Ｉ_３との差から検査対象物２の真の光断層画像Ａを取得する。これは、第１光断層画像Ｉ_１から画像Ｉ_２Ａを差し引き、更に画像Ｉ_１Ａを差し引くことと同等である。これにより得られる光断層画像は疑似ピークＢ_１，Ｂ_２を含まない。

　また、第１および第２の実施形態の何れにおいても、第１ステップにおいて、検査対象物２への第２分岐光Ｌ_２の照射位置を走査して、その走査の際の各照射位置において第１光断層画像Ｉ_１を取得し、第３ステップにおいて、第１ステップで取得された各照射位置における第１光断層画像Ｉ_１と、第２ステップで取得された第２光断層画像Ｉ_２とに基づいて、検査対象物２の２次元または３次元の光断層画像Ａを取得することとしてもよい。第２ステップでは第２分岐光Ｌ_２の照射位置の走査は必要ない。なお、図２～図４では２次元の光断層画像が模式的に示されていた。

　以上のように、第１および第２の実施形態の光断層画像の取得方法は、検査対象物２の真の光断層画像Ａを容易に得ることができる。

　本発明は、光断層画像の取得方法に適用することができる。

　１…光断層画像の取得装置、２…検査対象物、３…遮光板、１０…光源部、２０…干渉部、３０…参照部、３１…反射体、４０…測定部、４１…走査部、５０…検出部、６０…解析部、７０…表示部。

Claims

　光源部から出力された光を２分岐して第１分岐光および第２分岐光とし、前記第１分岐光を反射体に照射して該反射体で生じる反射光と、前記第２分岐光を検査領域に照射したときに生じる拡散反射光とを互いに干渉させ、当該干渉光スペクトルのフーリエ変換の結果に基づいて光断層画像を取得する方法であって、
　前記検査領域に検査対象物を配置したときの前記干渉光スペクトルのフーリエ変換の結果に基づいて第１光断層画像を取得する第１ステップと、
　前記検査領域に前記検査対象物を配置しないときの前記干渉光スペクトルのフーリエ変換の結果に基づいて第２光断層画像を取得する第２ステップと、
　前記第１光断層画像と前記第２光断層画像との差から前記検査対象物の光断層画像を取得する第３ステップと、
　を備える、光断層画像の取得方法。
　光源部から出力された光を２分岐して第１分岐光および第２分岐光とし、前記第１分岐光を反射体に照射して該反射体で生じる反射光と、前記第２分岐光を検査領域に照射したときに生じる拡散反射光とを互いに干渉させ、当該干渉光スペクトルのフーリエ変換の結果に基づいて光断層画像を取得する方法であって、
　前記検査領域に検査対象物を配置したときの前記干渉光スペクトルのフーリエ変換の結果に基づいて第１光断層画像を取得する第１ステップと、
　前記検査領域に前記検査対象物が配置される位置より手前の位置に遮光板を配置したときの前記干渉光スペクトルのフーリエ変換の結果に基づいて第２光断層画像を取得する第２ステップと、
　前記第１光断層画像と、前記第２光断層画像のうち前記遮光板が配置された位置より遠方の画像との差から、前記検査対象物の光断層画像を取得する第３ステップと、
　を備える、光断層画像の取得方法。
　前記第１ステップにおいて、前記検査対象物への前記第２分岐光の照射位置を走査して、その走査の際の各照射位置において前記第１光断層画像を取得し、
　前記第３ステップにおいて、前記第１ステップで取得された各照射位置における前記第１光断層画像と、前記第２ステップで取得された前記第２光断層画像とに基づいて、前記検査対象物の２次元または３次元の光断層画像を取得する、
　請求項１または２に記載の光断層画像の取得方法。