(57)【要約】【課題】光プローブおよび光断層画像化装置において、先端光学系の回転ムラを低減し、測定精度の劣化を防止するとともに、光プローブの細径化を安価に実現する。【解決手段】  光ファイバ１２と略円筒形のフェルール１３を光ファイバ１２の先端近傍で一体的に固定し、このフェルール１３の先端で光ファイバ１２からのレーザ光Ｌを測定対象Ｓｂに向けて偏向する先端光学系１５を保持する保持部１４をフェルール１３に光軸ＬＰ回りに回転自在に軸支し、このフェルール１３の外周面上１３ｂに円周方向に連続波形状の溝１３ｄを設け、回転振動体４０をフェルール１３の外周面１３ａに摺動自在に嵌合し、駆動手段３０が回転振動体４０を光軸ＬＰ方向に振動させることにより、回転振動体４０を光軸ＬＰ回りに回転させるとともに、光軸ＬＰ方向に往復動させる。【選択図】図４
2010038634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバと、
該光ファイバの先端近傍で、該光ファイバと一体的に固定された略円筒形状のフェルールと、
前記光ファイバからのレーザ光を測定対象に向けて偏向する先端光学系と、
該先端光学系を保持し、前記フェルールに前記光ファイバの光軸回りに回転自在に軸支された保持部と、
前記フェルールの外周面に摺動自在に嵌合された回転振動体と、
該回転振動体に光軸方向の振動を与える駆動手段と、
前記保持部と前記回転振動体とを前記光軸方向に弾性を有して連結する連結部材とを備え、
前記駆動手段からの振動により、前記回転振動体が光軸回りに回転するとともに、光軸方向に往復動することを特徴とする光プローブ。
【請求項２】
前記フェルールが外周面上に円周方向に設けられた連続波形状の溝を有し、前記回転振動体が前記溝を摺動する突起を有することを特徴とする請求項１に記載の光プローブ。
【請求項３】
前記フェルールが外周面上に円周方向に設けられた連続波形状の溝を有し、前記回転振動体が前記溝を転動するベアリングと該ベアリングを収容する穴とを有することを特徴とする請求項１に記載の光プローブ。
【請求項４】
前記連続波形が正弦波であり、且つ前記溝上の前記突起または前記ベアリングの個数がｎ個の場合、前記正弦波の前記外周面一周あたりの位相変化が２ｎｍπ（ｍは自然数）であり、且つ前記各突起または前記各ベアリングが前記正弦波上で同位相であること特徴とする請求項２または３に記載の光プローブ。
【請求項５】
前記連続波形が正弦波であり、且つ前記突起または前記ベアリングの個数がｎ個（ｎは２以上）であり、且つ前記溝の本数がＨ本（Ｈは２以上）の場合、前記各正弦波の前記外周面一周あたりの位相変化が２ｎｍπ／Ｈ（ｍは自然数）であり、且つ前記各正弦波間の位相差が２π／Ｈの倍数であり、且つ前記各突起または前記各ベアリングが各正弦波上で同位相であることを特徴とする請求項２または３に記載の光プローブ。
【請求項６】
前記溝が、所定方向に転動する前記ベアリングが一方の側面を転動側面として転動し、前記ベアリングが変曲点を越えると他方の側面を転動側面として転動する形状であって、前記変曲点の手前で前記ベアリングの転動が逆方向となった場合、前記ベアリングの転動してきた転動側面の反対側面に、前記逆方向に転動したベアリングを受容する切欠を設けたことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の光プローブ。
【請求項７】
レーザ光を射出する光源手段と、
該光源手段から射出されたレーザ光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、
前記測定光を測定対象に照射する光プローブと、
前記測定対象に測定光が照射されたときの該測定対象からの反射光と前記参照光とを合波する合波手段と、
合波された前記反射光と前記参照光との干渉光を検出する干渉光検出手段と、
前記検出された干渉光の周波数および強度に基づいて、前記測定対象の複数の深さ位置における反射強度を検出し、これらの各深さ位置における反射光の強度に基づいて測定対象の断層画像を取得する断層画像処理手段とを備えてなる光断層画像化装置において、
前記光プローブが、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光プローブを含むものであることを特徴とする光断層画像化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＯＣＴ（Optical Coherence Tomography）計測により光断層画像を取得する光断層画像化装置の光プローブおよびその光プローブが適用された光断層画像化装置に関するものである。より詳しくは、光プローブの先端に、レーザ光を測定対象に向けて偏向する先端光学系を回転させる駆動手段を設けた光プローブおよびその光プローブが適用された光断層画像化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、生体組織等の測定対象の断層画像を取得する方法の一つとして、ＯＣＴ計測により断層画像を取得する方法が提案されている。ＯＣＴ計測は、光干渉計の一種であり、光源から射出された低コヒーレント光を測定光と参照光に分割した後、この測定光が測定対象に照射されたときの測定対象からの反射光、もしくは後方散乱光と参照光とを合波し、この反射光と参照光との干渉光の強度に基づいて断層画像を取得するものである。以下、測定対象からの反射光、後方光散乱光をまとめて反射光という。
【０００３】
上記のＯＣＴ計測には、大きくわけてＴＤ（Time Domain）−ＯＣＴ計測とＦＤ（Fourier Domain）−ＯＣＴ計測の２種類が存在する。
【０００４】
ＴＤ−ＯＣＴ計測は、参照光の光路長を変更しながら干渉強度を測定することにより、測定対象の深さ方向の位置（以下、深さ位置という）に対応した反射光強度分布を取得する方法である。
【０００５】
一方、ＦＤ−ＯＣＴ計測は、参照光と信号光の光路長は変えることなく、光のスペクトル成分毎に干渉光強度を測定し、ここで得られたスペクトル干渉強度信号を計算機にてフーリエ変換に代表される周波数解析を行うことで、深さ位置に対応した反射光強度分布を取得する方法である。ＦＤ−ＯＣＴ計測は、ＴＤ−ＯＣＴ計測に依存する機械的な走査が不要となることで、高速な測定が可能となる手法として、近年注目されている。
【０００６】
ＦＤ−ＯＣＴ計測を行う装置で代表的なものとしては、ＳＤ（Spectral  Domain）−ＯＣＴ装置とＳＳ（Swept  Source）−ＯＣＴ装置の２種類が挙げられる。
【０００７】
ＳＤ−ＯＣＴ装置は、広帯域の低コヒーレント光を用い、干渉光を分光手段により各光周波数成分に分解し、アレイ型光検出器等にて各光周波数成分毎の干渉光強度を測定し、ここで得られたスペクトル干渉は波形を計算機でフーリエ変換解析することにより、断層画像を構成するようにしたものである。
【０００８】
一方、ＳＳ−ＯＣＴ装置は、光周波数を時間的に掃引させるレーザ等を光源に用い、干渉光の光周波数の時間的変化に対応した信号の時間波形を測定し、これにより得られたスペクトル干渉強度信号を計算機でフーリエ変換することにより断層画像を構成するようにしたものである。
【０００９】
また、上記各方式の光断層画像化装置は、内視鏡と組み合わせて生体内計測へ適用するために内視鏡の鉗子チャンネルを挿通させて被検体内でレーザ光を照射する光プローブを用いることが知られている。一般的に、光プローブは、体腔内に挿入される先端部と駆動手段を内蔵する基端部とから構成される。
【００１０】
特許文献１には、被検体の内部に挿入される長尺のシース内に可撓性シャフトを配設し、可撓性シャフトが光ファイバを覆い、可撓性シャフトの先端に光ファイバからのレーザ光を測定対象に向けて偏向する先端光学系を固定し、この可撓性シャフトを基端部のモータで回転させてレーザ光を走査する光プローブが示されている。
【００１１】
非特許文献１には、近年のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術の発展に伴い、光プローブの先端近傍にＭＥＭＳモータを設け、先端光学系をＭＥＭＳモータの回転軸に固定して先端光学系を回転させることにより、レーザ光を走査する光プローブが示されている。
【特許文献１】特許３１０４９８４号公報
【非特許文献１】OPTICS EXPRESS 10390 / Vol.15, No.16 / 6 August 2007“In vivo three-dimensional microelectromechanical endoscopic swept source optical coherencetomography”
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１に示される光プローブは、体腔内に挿入される先端部と駆動部を内蔵する基端部の間にロータリージョイントを有している。ロータリージョイントは、回転状態で先端部側の光ファイバと基端部側の光ファイバを光学接続させるため、光軸の位置ずれ等による光損失が生じる虞がある。
【００１３】
また、特許文献１に示される光プローブは、先端光学系と基端側の駆動手段との間の距離が長いため、可撓性シャフトへの応力変動、シースと可撓性シャフトとの間の摩擦等の影響での回転ムラにより測定精度が劣化する虞がある。
【００１４】
また、近年では、測定精度の向上とともに、光断層画像化装置に適用される光プローブの細径化の要求もある。
【００１５】
非特許文献１に示される光プローブは、構造が複雑なＭＥＭＳモータを使用するため、近年の光プローブの細径化要求への対応が困難となるとともに、光プローブが高価なものになる。
【００１６】
本発明は、上記事情に鑑み、ロータリージョイントでの光損失を防止し、且つ回転ムラを低減することにより、測定精度の劣化を低減するとともに、細径化可能な光プローブおよび光断層画像化装置を安価に実現する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の課題を解決するために、本発明の光プローブは、光ファイバと、この光ファイバの先端近傍で、光ファイバと一体的に固定された略円筒形状のフェルールと、光ファイバからのレーザ光を測定対象に向けて偏向する先端光学系と、この先端光学系を保持し、フェルールに光ファイバの光軸回りに回転自在に軸支された保持部と、フェルールの外周面に摺動自在に嵌合された回転振動体と、この回転振動体に光軸方向の振動を与える駆動手段と、保持部と回転振動体とを光軸方向に弾性を有して連結する連結部材とを備え、駆動手段からの振動により、回転振動体が光軸回りに回転するとともに、光軸方向に往復動することを特徴とする。
【００１８】
ここで、「連続波形」とは、不連続部分を有しない波形を意味する。上記「外周面に摺動自在」とは、外周面上を光軸方向に摺動するだけではなく、外周面上を光軸回りに摺動することも含む意味である。
【００１９】
また、本発明の光プローブは、フェルールが外周面上に円周方向に設けられた連続波形状の溝を有し、回転振動体が溝を摺動する突起を有するものでもよい。
【００２０】
また、本発明の光プローブは、フェルールが外周面上に円周方向に設けられた連続波形状の溝を有し、回転振動体が溝を転動するベアリングとこのベアリングを収容する穴とを有するものでもよい。
【００２１】
また、本発明の光プローブは、連続波形が正弦波であり、且つ溝上の突起またはベアリングの個数がｎ個の場合、正弦波の外周面一周あたりの位相変化が２ｎｍπ（ｍは自然数）であり、且つ各突起または各ベアリングが正弦波上で同位相であってもよい。
【００２２】
ここで、上記「外周面一周あたりの位相変化」とは、外周面一周での位相の変化量を意味する。上記「正弦波上で同位相」とは、正弦波上で位相が同じことを意味する。
【００２３】
また、本発明の光プローブは、連続波形が正弦波であり、且つ突起またはベアリングの個数がｎ個（ｎは２以上）であり、且つ溝の本数がＨ本（Ｈは２以上）の場合、各正弦波の外周面一周あたりの位相変化が２ｎｍπ／Ｈ（ｍは自然数）であり、且つ各正弦波間の位相差が２π／Ｈの倍数であり、且つ各突起または各ベアリングの各正弦波上で同位相であってもよい。
【００２４】
ここで、「各正弦波間の位相差」とは、各正弦波同士の位相の差を意味する。
【００２５】
また、本発明の光プローブは、溝が、所定方向に転動するベアリングが一方の側面を転動側面として転動し、ベアリングが変曲点を越えると他方の側面を転動側面として転動する形状であって、変曲点の手前でベアリングの転動が逆方向となった場合、ベアリングの転動してきた転動側面の反対側面に、逆方向に転動したベアリングを受容する切欠を設けてもよい。
【００２６】
ここで、「変曲点」とは、連続波形の傾きが零となる位置、具体的には、連続波形の頂点を意味する。上記「変曲点を越える」とは、変曲点の通過を意味する。
【００２７】
また、本発明による光断層画像化装置は、先に説明したような各計測方式の光断層画像化装置に、本発明による光プローブを用いたことを特徴とするものである。すなわち、本発明による光断層画像化装置は、レーザ光を射出する光源手段と、この光源手段から射出されたレーザ光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、測定光を測定対象に照射する光プローブと、測定対象に測定光が照射されたときの測定対象からの反射光と参照光とを合波する合波手段と、合波された反射光と参照光との干渉光を検出する干渉光検出手段と、検出された干渉光の周波数および強度に基づいて、測定対象の複数の深さ位置における反射強度を検出し、これらの各深さ位置における反射光の強度に基づいて測定対象の断層画像を取得する断層画像処理手段とを備えてなる光断層画像化装置において、光プローブが、本発明の光プローブを含むものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の光プローブは、光ファイバと、この光ファイバの先端近傍で、この光ファイバと一体的に固定された略円筒形のフェルールと、光ファイバからのレーザ光を測定対象に向けて偏向する先端光学系と、この先端光学系を保持し、フェルールに光ファイバの光軸回りに回転自在に軸支された保持部と、フェルールの外周面に摺動自在に嵌合された回転振動体と、この回転振動体に光軸方向の振動を与える駆動手段と、保持部と回転振動体とを光軸方向に弾性を有して連結する連結部材とを備えており、駆動手段からの振動が、回転振動体を光軸回り回転させるとともに、光軸方向に往復動させるため、光ファイバは回転することなく、先端光学系を保持する保持部が光軸回りに回転するので、先端部と基端部との間にロータリージョイントを設ける必要がない。
【００２９】
また、駆動手段は、先端光学系の近傍に配置可能となり、回転ムラを低減できる。
【００３０】
さらに、駆動手段は、光軸方向に単純な振動を発生するものであれば良く、安価な構造が可能となる。
【００３１】
したがって、本発明の光プローブは、ロータリージョイントでの光損失を防止し、且つ回転ムラによる測定精度の劣化を低減するとともに、光プローブの細径化を安価に実現する。
【００３２】
また、本発明の光断層画像化装置も、本発明の光プローブが適用されたものであるから、回転ムラによる測定精度の劣化の低減を安価に実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、図面を参照しながら本発明の光プローブ実施形態および本発明の光プローブが適用される光断層画像化装置の実施形態について説明する。図１は、本発明の光断層画像化装置の実施形態の概略構成図である。本実施形態において、光断層画像化装置は、ＳＳ−ＯＣＴ計測により光断層画像を取得する光断層画像化装置として説明する。
【００３４】
光断層画像化装置１００は、コネクタ１０１で着脱自在に接続された光プローブ１と、レーザ光Ｌを射出する光源手段１１０と、この光源手段１１０から射出されたレーザ光Ｌを分割する光ファイバカプラ１０２と、この光ファイバカプラ１０２により分割されたレーザ光から周期クロック信号ＴＣＬＫを出力する周期クロック生成手段１２０と、光ファイバカプラ１０２により分割された一方のレーザ光Ｌを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２に分割する光分割手段１０３と、この光分割手段１０３により分割された参照光Ｌ２の光路長を調整する光路長調整手段１３０と、光分割手段１０３により分割された測定光Ｌ１が光プローブ１から測定対象Ｓｂに照射され、この測定対象Ｓｂからの反射光Ｌ３を参照光Ｌ２と合波する合波手段１０４と、この合波手段１０４での反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出する干渉光検出手段１４０と、この干渉信号検出手段１４０から出力された干渉信号ＩＳを周波数解析することにより測定対象Ｓｂの断層画像Ｐを取得する断層画像処理手段１５０とを有している。
【００３５】
光プローブ１ついて説明する。光プローブ１は、図示しない内視鏡の鉗子チャネルを挿通する先端部１０と基端部２０から構成される。
【００３６】
光プローブ１の測定光Ｌ１の照射について説明する。図２は、先端部１０の概略断面図である。先端部１０は、同図に示すとおり、略円筒形の可撓性のシース１１と、このシース１１内に長手方向に配設された光ファイバ１２と、光ファイバ１２の先端近傍で、光ファイバ１２と一体的に固定されたフェルール１３と、フェルール１３に光ファイバ１２の光軸ＬＰ回りに回転自在に軸支された保持部１４と、保持部１４の先端で保持された略球形の先端光学系１５とを有している。なお、シース１１の先端は、図示しないキャップにより閉塞されている。
【００３７】
光ファイバ１２は、先端面１３ａまでフェルール１３を挿通し、フェルール１３に接着剤等で固定されている。本実施形態では、フェルール１３の先端面１３ａを光ファイバ１２とともに、所定の傾斜角度で研磨することにより、光ファイバ１２の先端での不要な反射光を低減している。本実施形態では、傾斜角度をＡＰＣ（Angled PC）研磨規格に基づいて光軸ＬＰの垂直方向から約７度程度とするが、特に限定されるものではない。
【００３８】
先端光学系１５は、略球状の形状を有しており、光ファイバ１２から射出した測定光Ｌ１を偏向して測定対象Ｓｂに対し集光し、測定対象Ｓｂからの反射光Ｌ３を偏向して集光し、光ファイバ１２に入射させる。ここで、先端光学系１５の焦点距離は、一例として光ファイバ１２の光軸ＬＰからシース１１の径方向に向かって３ｍｍ程度の位置である。先端光学系１５から出射した測定光Ｌ１は、光軸ＬＰの垂直方向から約７度程度傾いている。この先端光学系１５は、接着剤により保持部１４に固定されている。
【００３９】
図３は、フェルール１３の形状図である。同図において、上図は、フェルール１３の斜視図、下図は、フェルール１３の外周面１３ｂの展開図を示す。フェルール１３は、同図に示すとおり、外周面１３ｂの基端面１３ｃ側に連続波形状の溝１３ｄと先端面１３ａ側に直線状の溝１３ｅを有している。本実施形態では、一例として溝１３ｄを正弦波形状の連続溝とし、以後、溝１３ｄを正弦波溝１３ｄとして説明するが、これに限定されるものではない。
【００４０】
正弦波溝１３ｄは、一例として外周面１３ｂ一周あたりの位相変化が４πであるものとして説明する。正弦波溝１３ｄでの位置Ａ、位置Ｂ、位置Ｃは、正弦波溝１３ｄにおける基端位置、中間位置、先端位置を示す。また、同位置での基端面１３ｃからの距離は同一である。本実施形態では、一例として位置Ａ（０、２π）、位置Ｂ（１／２π、３／２π、５／２π、７／２π）、位置Ｃ（π、３π）とする。
【００４１】
次に、光プローブ１の測定光Ｌ１の走査について説明する。図４は、本発明の光プローブの先端部の実施形態を示し、同図の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、図３で説明した正弦波溝１３ｄの位置Ａ、位置Ｂ、位置Ｃに後述する回転振動体のベアリングが通過した状態を示すものである。
【００４２】
先端部１０は、測定光Ｌ１を光軸ＬＰ回りに走査するために、光軸ＬＰ方向の振動を発生する駆動手段３０と、駆動手段３０からの振動により光軸ＬＰ回りに回転動するとともに、光軸ＬＰ方向に往復動する回転振動体４０と、保持部１４と回転振動体４０とを光軸ＬＰ方向の弾性を有して連結する連結部材１６と、フェルール１３を保持する固定部５０とを有している。
【００４３】
保持部１４は、保持器１４ａと、溝１３ｅを転動し、保持器１４ａの穴に収容されるベアリング１４ｂと、ベアリング１４ｂの落下を防止するリング１４ｃとから構成される。ベアリング１４ｂが溝１３ｅを転動することにより、保持部１４は、フェルール１３に光軸ＬＰ回りに回転自在で軸支される。
【００４４】
駆動手段３０は、固定部５０に固定された電磁コイル３１と、回転振動体４０に固定された磁石３２とから構成される。電磁コイル３１の励磁により、電磁コイル３１と磁石３２とは光軸ＬＰ方向に近接離間するように往復動する。フェルール１３を磁性体にすることにより、磁石３２の磁界と電磁コイル３１による磁界とが重なる領域が増えて伝達効率が向上する。
【００４５】
回転振動体４０は、本実施形態では、一例として正弦波溝１３ｄ上の位相差が２πとなる位置に配置されたベアリング４１と、このベアリング４１を収容する穴４２ａを有する保持器４２と、ベアリング４１の穴４２ａからの落下を防止するリング４３とから構成される。また、回転振動体４０は、本実施形態に限定されるものでなく、回転振動体４０が正弦波溝１３ｄを摺動する突起を有する構造であってもよい。
【００４６】
固定部５０は、フェルール１３を保持する保持器５１と、一端が保持器５１に固定され、他端が図示しない基端部２０に固定されている金属製のシャフト５２とから構成される。ここで、シャフト５４は、後述するように、保持部１４および回転振動体４０が回転する場合のフェルール１３および光ファイバ１２の捩れを防止する。
【００４７】
次に、同図を用いて、先端部１０の測定光Ｌ１の走査について説明する。前述のとおり、同図の（Ａ）は、各ベアリング４１が、正弦波溝１３ｄの位置Ａにある状態を示す。電磁コイル３１と磁石３２が互いに離間する方向の磁界を発生するように、電磁コイル３１を励磁すると、磁石３２および磁石３２と固定された回転振動体４０が先端側に引き離される。
【００４８】
各ベアリング４１が正弦波溝１３ｄの位置Ａから転動を開始するとともに、保持器４２およびリング４３がＲ方向に回転しながら外周面１３ｂ上を先端側に移動する。回転振動体４０の光軸ＬＰ方向の移動は、連結部材１６の撓みで吸収され、回転振動体４０の光軸ＬＰ回りの回転は、連結部材１６を介して保持部１４に伝達される
ベアリング１４ｂが溝１３ｅを転動することにより、保持部１４および保持部１４に保持された先端光学系１５がＲ方向に回転する。回転振動体４０が同図の（Ａ）から１／２π回転すると、ベアリング４１は、同図の（Ｂ）に示す正弦波溝１３ｄの位置Ｂに到達し、回転振動体４０が同図の（Ａ）からπ回転すると、ベアリング４１は、同図の（Ｃ）に示す正弦波溝１３ｄの位置Ｃに到達する。
【００４９】
電磁コイル３１と磁石３２が離間する方向の磁界を発生するように、電磁コイル３１の励磁を切り換えると、磁石３２および磁石３２と固定された回転振動体４０が基端側に引き寄せられる。これにより、各ベアリング４１が正弦波溝１３ｄの位置Ｃから同方向の転動を継続し、同様の作用により、保持部１４、先端光学系１５、回転振動体４０がＲ方向に回転する。以後、電磁コイル３１の励磁の切換えを繰り返すことで、保持部１４、先端光学系１５、回転振動体４０が光軸ＬＰ回りの回転を継続し、先端部１０は、測定光Ｌ１を光軸ＬＰ回りに走査する。一例として測定光Ｌ１が光軸ＬＰ回りに１０〜２０Ｈｚ程度の周波数で回転するように、電磁コイル３１は、励磁が切り換えられる。
【００５０】
本実施形態では、駆動手段３０を電磁コイル３１および磁石３２として説明したが、これに限定されるものではない。駆動手段３０は、圧電素子を利用して振動する圧電式や、電界の方向を切換えて振動する静電式の振動モータであってもよい。
【００５１】
回転振動体４０は、ベアリング４１の個数を増やすことにより、回転動および往復動を安定化できる。図５は、正弦波溝１３ｄを転動するベアリング４１の個数を３個にした場合の正弦波形溝１３ｄを有するフェルール１３の形状を示す図である。図３と同様に、上図は、フェルール１３の斜視図、下図は、外周面１３ｂの展開図を示す。
【００５２】
光プローブ１は、単一の正弦波形溝１３ｄを転動するベアリング４１の個数がｎ個の場合、外周面１３ｂの一周あたりの正弦波の位相変化が、２ｎｍπ（ｍは、自然数）となるように正弦波形溝１３ｄを形成する。また、各ベアリング４１は、正弦波形溝１３ｄ上を同位相で転動する。
【００５３】
外周面１３ｂの一周あたりの位相変化を大きくすることにより、回転振動体４０が外周面１３ｂを一周した場合の測定光Ｌ１の光軸ＬＰ回りの走査回数が増加して走査効率が向上する。また、一周あたりの位相変化を大きくすることにより、回転振動体４０の一回の往復動における回転角度は小さくなるので相対的にトルクが大きくなる。すなわちトルクの増大により、少ないエネルギーでの回転が可能になる。一方で、回転速度の低下および加工が困難となるため、サイズ、重量、摩擦係数等を勘案して設計する。
【００５４】
一方、外周面１３ｂの一周あたりの正弦波の位相変化を大きくすると、正弦波溝１３ｄの加工が困難となる。図６は、正弦波溝１３ｄを転動するベアリングの個数を３個として正弦波溝１３ｄの本数を２本とした場合のフェルール１３の形状を示す。同図は、フェルール１３の外周面１３ｂの展開図を示す。
【００５５】
同図を用いてベアリング４１の転動について説明する。３個のベアリング４１は、各正弦波上の同位相の位置を転動する。本実施形態では、一例として３個のベアリング４１が最初に位置Ａ、位置Ｅ、位置Ｈあるものとし、理解を容易にするため、位置Ａにあるベアリング４１について説明する。
【００５６】
位置Ａにあるベアリング４１は、同図の矢印に示すとおり、位置Ｂ、位置Ｃ、位置Ｄ、位置Ｅ、位置Ｆ、位置Ｇ、位置Ｂ、位置Ｈ、位置Ｄ、位置Ｉ、位置Ｆと推移し、再び位置Ａに戻る。すなわち、ベアリング４１は、２本の正弦波溝１３ｄを交互に転動するため、ベアリング４１の個数が増加した場合でも正弦波溝１３ｄの一周あたりの位相変化を小さくすることが可能となる。なお、最初に位置Ｅ、位置Ｈにあるベアリング４１も同様に転動する。
【００５７】
Ｈ本（Ｈは２以上）の正弦波溝１３ｄを転動するベアリング４１の個数がｎ個の場合、各ベアリング４１は、外周面１３ｂをＨ回周回したときに正弦波溝１３ｄ上の位相で２ｎｍπを進むため、各正弦波溝１３ｄの外周面１３ｂ一周あたりの位相変化は、２ｎｍπ／Ｈ（ｍは自然数）となり、また、各正弦波間の位相差は、２π／Ｈの倍数となる。また、各ベアリング４１は、正弦波溝１３ｄ上を同位相で転動する。
【００５８】
ベアリング４１は、駆動手段３０からの振動により、正弦波溝１３ｄの一方の側面に押圧され、この側面を転動側面として転動する。図７は、ベアリング４１の正弦波溝１３ｄでの転動を示す図である。また、図７において、理解を容易にするため、転動側面を斜線部分側の側面として説明する。
【００５９】
同図の上図に示すとおり、位置Ａにあるベアリング４１が位置Ｂを通過して位置Ｃに到達する場合、ベアリング４１は、正弦波溝１３ｄの上側の側面を転動側面として転動する。
【００６０】
正弦波溝１３ｄの傾きが零となる変曲点となる位置Ｃを通過した後、ベアリング４１は、正弦波溝１３ｄの反対の側面を転動側面として転動する。なお、ベアリング４１の転動により回転振動体４０は、Ｒ方向に回転動する。
【００６１】
光プローブ１は、同図の下図に示すとおり、各変曲点の手前の、転動側面と反対側の側面に切欠ＴＣを設けることにより、変曲点（位置Ａ、位置Ｃ）近傍でベアリング４１が逆方向に転動した場合、この逆方向に転動したベアリング４１を切欠ＴＣで受容し、回転振動体４０の逆方向の回転Ｒ’を防止することが可能である。
【００６２】
再び図１を参照する。光源手段１１０は、波長を一定周期Ｔ０で掃印させながらレーザ光Ｌを射出するものである。具体的に、光源手段１１０は、半導体光増幅器（半導体利得媒質）１１１と光ファイバＦＢ１０とを有しており、光ファイブＦＢ１０が半導体光増幅器１１１の両端に接続された構造を有している。半導体光増幅器１１１は、駆動電流の注入により微弱な放出光を光ファイバＦＢ１０の一端側に射出するとともに、光ファイバＦＢ１０の他端側から入射された光を増幅する機能を有している。そして、半導体光増幅器１１１に駆動電流が供給されたとき、半導体光増幅器１１１および光ファイバＦＢ１０により形成される光共振器によりパルス状のレーザ光Ｌが、光ファイバＦＢ０へ射出される。
【００６３】
さらに、光ファイバＦＢ１０にはサーキュレータ１１２が結合されており、光ファイバＦＢ１０内を導波する光の一部がサーキュレータ１１２から光ファイバＦＢ１１側へ射出される。この光ファイバＦＢ１１から射出した光はコリメータレンズ１１３、回折光学素子１１４、光学系１１５を介して回転多面鏡（ポリゴンミラー）１１６において反射される。この反射された光は、光学系１１５、回折光学素子１１４、コリメータレンズ１１３を介して再び光ファイバＦＢ１１に入射される。
【００６４】
ここで、この回転多面鏡１１６は矢印Ｒ１方向に例えば３万ｒｐｍ程度の高速で回転するものであって、各反射面の角度が光学系１１５の光軸に対して変化する。これにより、回折光学素子１１４において分光された光のうち、特定の波長域からなる光だけが、再び光ファイバＦＢ１１に戻るようになる。この光ファイバＦＢ１１に戻る光の波長は光学系１１５の光軸と反射面との角度によって決まる。そして光ファイバＦＢ１１に入射した特定の波長域からなる光が、サーキュレータ１１２から光ファイバＦＢ１０に入射され、結果として特定の波長域からなるレーザ光Ｌが光ファイバＦＢ０側に射出される。
【００６５】
したがって、回転多面鏡１１６が矢印Ｒ１方向に等速で回転したとき、再び光ファイバＦＢ１１に入射される光の波長λは、時間の経過にともなって、一定周期で変化することになっている。
【００６６】
光源手段１１０は、最小掃引波長λminから最大掃引波長λmaxまで一定周期Ｔ０（例えば約５０μｓｅｃ）で掃引したレーザ光Ｌを射出する。この波長掃引されたレーザ光Ｌは、光ファイバＦＢ０側に射出され、そのレーザ光Ｌはさらに光ファイバカプラ１０２により、分岐して光ファイバＦＢ１、ＦＢ５にそれぞれ入射される。光ファイバＦＢ５に射出された光は、周期クロック生成手段１２０に導波される。
【００６７】
周期クロック生成手段１２０は、光源手段１１０から射出されるレーザ光Ｌの波長が一周期掃引される毎に１つの周期クロック信号ＴＣＬＫを断層画像処理手段１５０に出力するものである。
【００６８】
光分割手段１０３は、例えば２×２の光ファイバカプラから構成されており、光源手段１１０から光ファイバＦＢ１を介して導波されたレーザ光Ｌを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２に分割する。光分割手段１０３は、２本の光ファイバＦＢ２、ＦＢ３にそれぞれ光学的に接続されており、測定光Ｌ１は、光ファイバＦＢ２により導波され、参照光Ｌ２は、光ファイバＦＢ３により導波される。なお、本実施形態における光分割手段１０３は、合波手段１０４としても機能するものである。
【００６９】
光路長調整手段１３０は、光ファイバＦＢ３の参照光Ｌ２の射出側に配置されている。この光路長調整手段１３０は、断層画像の取得を開始する位置を調整するために、参照光Ｌ２の光路長を変更するものであって、光ファイバＦＢ３から射出された参照光Ｌ２を反射させる反射ミラー１３２と、反射ミラー１３２と光ファイバＦＢ３との間に配置された第１光学レンズ１３１ａと、この第１光学レンズ１３１ａと反射ミラー１３２との間に配置された第２光学レンズ１３１ｂとを有している。
【００７０】
光ファイバＦＢ３から射出した参照光Ｌ２は、第１光学レンズ１３１ａにより平行光になり、第２光学レンズ１３１ｂにより反射ミラー１３２に集光される。その後、反射ミラー１３２により反射された参照光Ｌ２は、第２光学レンズ１３１ｂにより平行光になり、第１光学レンズ１３１ａにより光ファイバＦＢ３に集光される。
【００７１】
光路長調整手段１３０は、第２光学レンズ１３１ｂと反射ミラー１３２とを固定した基台１３３と、この基台１３３を第１光学レンズ１３１ａの光軸方向に移動させるミラー移動手段１３４とを有している。そして基台１３３が矢印Ａ方向に移動することにより、参照光Ｌ２の光路長が変えられる。
【００７２】
合波手段１０４は、前述の通り２×２の光ファイバカプラからなり、光路長調整手段１３０により光路長の調整が施された参照光Ｌ２と、測定対象Ｓｂからの反射光Ｌ３とを合波し、光ファイバＦＢ４を介して干渉光検出手段１４０に射出する。
【００７３】
干渉光検出手段１４０は、合波手段１０４により合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出し、断層画像処理手段１５０に干渉信号ＩＳを出力する。なお、本実施形態において、干渉光検出手段１４０は、干渉光Ｌ４を光分割手段１０３で二分し、光検出器１４０ａ、１４０ｂに導き、これを演算してバランス検波をする。
【００７４】
図８は、断層画像処理手段１５０の概略構成図である。断層画像処理手段１５０は、補助記憶装置に読み込まれた断層画像プログラムをコンピュータ上で実行することにより実現される。この断層画像処理手段１５０は、干渉信号取得手段１５１、干渉信号変換手段１５２、干渉信号解析手段１５３、断層情報生成手段１５４、画像補正手段１５５、回転制御手段１５６等を有している。
【００７５】
干渉信号取得手段１５１は、周期クロック生成手段１２０から出力される周期クロック信号ＴＣＬＫに基づいて、干渉光検出手段１４０により検出された一周期分の干渉信号ＩＳを取得するものである。この干渉信号取得手段１５１は、周期クロック信号ＴＣＬＫの出力タイミングの前後の干渉信号ＩＳを取得する。なお、干渉信号取得手段１５１は、周期クロック信号ＴＣＬＫの出力タイミングを基準として一周期分の干渉信号ＩＳを取得するものであればよく、周期クロック信号ＴＣＬＫの出力タイミングは、掃引される波長帯域内であれば、波長の掃引開始直後、あるいは波長掃引終了直前に設定してもよい。
【００７６】
干渉信号変換手段１５２は、干渉信号取得手段１５１により所得された干渉信号ＩＳを波数ｋ（＝２π／λ）軸において等間隔になるように再配列するものである。具体的に、干渉信号変換手段１５２は、光源手段１１０の時間−波長掃引特性データテーブルまたは関数を予め有しており、この時間−波長掃引特性データテーブル等を用いて波数ｋ軸において等間隔になるように干渉信号ＩＳを再配列する。これにより、干渉信号ＩＳから断層情報を算出するときに、フーリエ変換処理、最大エントロピー法による処理等の周波数空間等において、等間隔であることを前提とするスペクトル解析法により精度の高い断層情報を得ることができる。なお、この信号変換手法の詳細はＵＳ５９５６３５５号明細書に開示されている。
【００７７】
干渉信号解析手段１５３は、干渉信号変換手段１５２により信号変換された干渉信号ＩＳを例えばフーリエ変換処理、最大エントロピー法、Ｙｕｌｅ−Ｗａｌｋｅｒ法等の公知のスペクトル解析技術により、断層情報ｒ（ｚ）を取得するものである。
【００７８】
回転制御手段１５６は、駆動手段３０の制御信号ＭＣに出力する。また、回転制御手段１５６には、基端部２０からの回転角度の情報が入力される。具体的に、回転角度の情報は、先端光学系１５にロータリーエンコーダ、回転振動体４０にリニアエンコーダ等を設けることにより、取得可能である。なお、回転角度の情報は、回転振動体４０の振動を一定の周波数で規則的に振動させることで予測可能であり、必ずしも必要ではない。
【００７９】
断層情報生成手段１５４は、干渉信号解析手段１５３により取得された一周期分（１ライン分）の断層情報ｒ（ｚ）を、光プローブ１の先端部１０の光軸ＬＰ回りの走査について取得して断層画像Ｐを生成するものである。この断層情報生成手段１５４は、順次取得される１ライン分の断層情報ｒ（ｚ）を断層情報蓄積手段１５４ａに記憶する。  ここで、断層情報生成手段１５４は、断層情報蓄積手段１５４ａからｎライン分の断層情報ｒ（ｚ）を一括して読み込み断層画像Ｐを生成する。なお、断層情報生成手段１５４は、断層情報ｒ（ｚ）を断層情報蓄積手段１５４ａから逐次読み込んで断層画像Ｐを生成することもできる。
【００８０】
画質補正手段１５５は、断層情報生成手段１５４により生成された断層画像Ｐに鮮鋭化処理、平滑化処理等を施す。
【００８１】
図１の表示手段１６０は、画質補正手段１５５により鮮鋭化処理、平滑化処理等が施された断層画像Ｐを表示する。
【００８２】
したがって、光プローブ１は、駆動手段３０からの振動によりフェルール１３と摺動自在に嵌合している回転振動体４０を外周面１３ｂ上に光軸ＬＰ方向に往復動および光軸ＬＰ回りに回転動させるとともに、回転振動体４０と連結部材１６を介して連結された保持部１４を光軸ＬＰ回りに回転動させるため、先端部１０と基端部２０の間にロータリージョイントを設ける必要がない。
【００８３】
また、駆動手段３０と先端光学系１５とを近傍に配置でき、回転ムラが低減されて測定精度の劣化が低減される。
【００８４】
また、駆動手段３０は、回転振動体４０を光軸ＬＰ方向に振動させればよく、構造も簡単となり、細径化が可能であるとともに、安価に実現できる。
【００８５】
また、光断層画像化装置１００も、光プローブ１が適用されたものであり、先端光学系１５の回転ムラによる測定精度の劣化の低減を安価に実現できる。
【００８６】
なお、本実施形態の光断層画像化装置は、ＳＳ−ＯＣＴ計測により光断層画像を取得する光断層画像化装置として説明したが、本発明の光プローブは、ＳＤ−ＯＣＴ計測およびＴＤ−ＯＣＴ計測により光断層画像を取得する光断層画像化装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】光断層画像化装置１００の概略構成図
【図２】先端部１０の概略断面図
【図３】フェルール１３の形状図（その１）
【図４】先端部の実施形態の概略断面図
【図５】フェルール１３の形状図（その２）
【図６】フェルール１３の形状図（その３）
【図７】ベアリング４１の正弦波溝１３ｄでの転動を示す図
【図８】断層画像処理手段１５０の概略構成図
【符号の説明】
【００８８】
Ｌ      レーザ光
Ｌ１    測定光
Ｌ２    参照光
Ｌ３    反射光
Ｌ４    干渉光
ＬＰ    光軸
Ｐ      断層画像
Ｓｂ    測定対象
１      光プローブ
１２    光ファイバ
１３    フェルール
１３ｂ  外周面
１３ｄ  溝
１４    保持部
１５    先端光学系
３０    駆動手段
４０    回転振動体
４１    ベアリング
４２ａ  穴
１００  光断層画像化装置
１０３  光分割手段
１０４  合波手段
１１０  光源手段
１４０  干渉光検出手段
１５０  断層画像処理手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010038634.tif 000008
【図７】
2010038634.tif 000009
【図８】
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