(57)【要約】【課題】光ファイバへの戻り光としてプローブ外筒の透過面における測定光の反射光について安定した光量を確保すること。【解決手段】光断層画像化装置であって、光源部にて出射された光源光から分割された参照光の光路長を調整する光路長調整手段と、光源光から分割された測定光が入射される光ファイバと、光ファイバから出射される測定光を偏向させながら集光させるレンズと、光ファイバおよびレンズが内部に配置され測定光を透過させることが可能な透過面が設けられたプローブ外筒を備える光プローブと、光路長調整手段により光路長を調整された参照光と光プローブからの戻り光が合波された合波光から干渉光を検出する干渉光検出手段と、を有し、透過面には、当該透過面における測定光の反射光の一部が散乱光となるように不規則な凹凸構造が形成されていること、を特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源部にて出射された光源光から分割された参照光の光路長を調整する光路長調整手段と、
前記光源光から分割された測定光が入射される光ファイバと、前記光ファイバから出射される前記測定光を偏向させながら集光させるレンズと、前記光ファイバおよび前記レンズが内部に配置され前記測定光を透過させることが可能な透過面が設けられたプローブ外筒を備える光プローブと、
前記光路長調整手段により光路長を調整された前記参照光と前記光プローブからの戻り光が合波された合波光から干渉光を検出する干渉光検出手段と、を有し、
前記透過面には、当該透過面における前記測定光の反射光の一部が散乱光となるように不規則な凹凸構造が形成されていること、
を特徴とする光断層画像化装置。
【請求項２】
前記不規則な凹凸構造とは、凹凸の最小ピッチが前記測定光の波長の数倍である不規則なピッチの凹凸構造であること、
を特徴とする請求項１の光断層画像化装置。
【請求項３】
前記光ファイバから出射される前記測定光の強度に対し、前記光ファイバが受光する前記透過面における前記測定光の反射光の強度は、−９０ｄｂ以上−５０ｄＢ以下であること、
を特徴とする請求項１または２の光断層画像化装置。
【請求項４】
前記不規則な凹凸構造とは、凹凸の深さが前記測定光の波長の１／４以下となる構造であること、
を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つの光断層画像化装置。
【請求項５】
前記透過面に対する前記測定光の光軸の入射角は、前記光ファイバが受光する前記透過面における前記測定光の反射光について正反射光の光量が前記散乱光の光量よりも小さくなる角度であること、
を特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つの光断層画像化装置。
【請求項６】
光ファイバから出射される出射光を偏向させながら集光させるレンズと、前記光ファイバおよび前記レンズが内部に配置され前記出射光を透過させることが可能な透過面が設けられたプローブ外筒を有し、
前記透過面には、当該透過面における前記出射光の反射光の一部が散乱光となるように不規則な凹凸構造が形成されていること、
を特徴とする光プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光断層画像化装置、光プローブに係り、特に、測定光を出射する光ファイバなどの計測光学系が受光する戻り光の光量の安定化を図ることができる光断層画像化装置、光プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、生体組織等の測定対象を切断せずに断面画像を取得する方法として光干渉断層（ＯＣＴ：Optical Coherence Tomography）計測法を利用した光断層画像化装置が知られている。
【０００３】
このＯＣＴ計測法は、光干渉計測法の一種であり、光源から出射された光を測定光と参照光との２つに分け、測定光と参照光との光路長が光源のコヒーレンス長以内の範囲で一致したときにのみ光干渉が検出されることを利用した計測方法である。
【０００４】
そして、測定光は光プローブにより測定対象まで導波され、また、測定対象からの戻り光もこの光プローブを導波させることとしている。このような光プローブのプローブ外筒の一部には、測定光や戻り光を透過させるような透過面が形成されている。そして、光プローブ内の光ファイバから出射される光はレンズやプリズムの光学系を通った後に、プローブ外筒の透過面を透過して、測定光として測定対象に照射される。
【０００５】
このような光断層画像化装置に関し、特許文献１には、異なる光プローブごとに参照光と測定光の光路長を概略一致させるように調整する技術が開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、プローブ外筒の透過面である光学窓からの反射光を検出して、プローブ光の焦点および参照光と測定光の光路長差を調整する技術が開示されている。
【０００７】
また、特許文献３，４には、カテーテルの最外面を覆う透明なカバー（シース）に対し光線を斜めに出射させることで、カバー面における反射光量を減少させ、測定画像に多重反射のゴーストを発生させないようにする技術が開示されている。
【特許文献１】特表２００３−０２８７９１号公報
【特許文献２】米国特許第７１５８２３４号明細書
【特許文献３】米国特許第６５６４０８９号明細書
【特許文献４】特開２００４−２２３２６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
光プローブ内の光ファイバへの戻り光としては、測定光がプローブ外筒の透過面（以下、シース面という）を透過して測定対象において反射した反射光以外に、測定光がシース面で反射した反射光も入射される。そして、このシース面で反射した反射光は正反射光であると考えられる。なお、正反射光とは、入射角と等しい出射角をなす反射光である。
【０００９】
図８には、シース面が基準面に対して相対的に傾きを有しない場合と有する場合において、シース内面（シース面のうち光プローブ内部側の面）における正反射光の光線の様子の一例を示す。ここで、基準面とは、光ファイバＦＢから出射され光学レンズ１０２の反射面１０４で反射され偏向された測定光の光軸との角度がほぼ９０°の面である。
【００１０】
図８（ａ）に示すように、シース１００におけるシース内面１００ａが基準面に対して傾きを有しない場合には、シース内面１００ａにおける正反射光は、光ファイバＦＢの端面で拡がった分布となって、その一部が光ファイバＦＢに入射される。
【００１１】
しかし、図８（ｂ）に示すように、シース内面１００ａが基準面（図８（ｂ）中において２点鎖線で示す面）に対して傾きを有する場合には、シース内面１００ａにおける正反射光は光ファイバＦＢの光軸から外れ、光ファイバＦＢに入射されないことが起こりうる。そのため、光ファイバＦＢへの戻り光の光量が全体として急激に減少してしまうことが起こりうる。
【００１２】
なお、シース外面（シース面のうち光プローブ外部側の面）における正反射光についても、同様なことがいえる。
【００１３】
ここで、光ファイバＦＢなどの計測光学系の製作精度による出射角のばらつき、シース内面１００ａやシース外面１００ｂと計測光学系のガタ分による傾きの発生、光プローブの屈曲によるシース内面１００ａやシース外面１００ｂの角度変動などの要因により、シース内面１００ａやシース外面１００ｂが基準面に対して相対的に傾きやすい。そのため、シース内面１００ａやシース外面１００ｂに対する測定光の光軸の相対的な角度は変動しやすく、その変動幅も大きくなりやすい。
【００１４】
そのため、シース内面１００ａやシース外面１００ｂにおける正反射光を戻り光として光ファイバＦＢに入射させていると、シース内面１００ａやシース外面１００ｂに対する測定光の光軸の相対的な角度の変動により、光ファイバＦＢが受光する光量が大きく変化してしまう。
【００１５】
そしてこのように、シース面に対する測定光の光軸の相対的な角度の変動により光ファイバが受光する光量が大きく変化してしまうと、例えば特許文献１に記載のものでは、参照光と測定光の光路長を概略一致させる際に、精密に調整できないおそれがある。また、特許文献２に記載のものでは、このように光ファイバが受光する光量が大きく変化すると、プローブ光の焦点および光路長差を精密に調整することができないおそれがある。また、特許文献３，４に記載のものでは、光ファイバへの戻り光の光量を制御できないおそれがある。
【００１６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、光ファイバへの戻り光としてプローブ外筒の透過面における測定光の反射光について安定した光量を確保することができる光断層画像化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記目的を達成するために、本願請求項１に係る発明は、光断層画像化装置であって、光源部にて出射された光源光から分割された参照光の光路長を調整する光路長調整手段と、前記光源光から分割された測定光が入射される光ファイバと、前記光ファイバから出射される前記測定光を偏向させながら集光させるレンズと、前記光ファイバおよび前記レンズが内部に配置され前記測定光を透過させることが可能な透過面が設けられたプローブ外筒を備える光プローブと、前記光路長調整手段により光路長を調整された前記参照光と前記光プローブからの戻り光が合波された合波光から干渉光を検出する干渉光検出手段と、を有し、前記透過面には、当該透過面における前記測定光の反射光の一部が散乱光となるように不規則な凹凸構造が形成されていること、を特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、光ファイバへの戻り光としてプローブ外筒の透過面における測定光の反射光について安定した光量を確保することができるので、光路長調整手段における参照光の光路長の調整により参照光と測定光の光路長差の調整を精密に行うことができる。
【００１９】
また、干渉光検出手段にて検出される干渉光の検出信号において、測定対象の信号を確実に検出することができる。
【００２０】
前記目的を達成するために、本願請求項２に係る発明は、請求項１の光断層画像化装置であって、前記不規則な凹凸構造とは、凹凸の最小ピッチが前記測定光の波長の数倍である不規則なピッチの凹凸構造であること、を特徴とする。
【００２１】
本発明によれば、より確実に光ファイバへの戻り光として安定した光量を確保することができる。
【００２２】
「凹凸の最小ピッチ」とは、隣り合う凹部間または隣り合う凸部間の距離で最小のものである。
【００２３】
なお、例えば、散乱光が反射光に対し１０°程度の拡がりを持つようにするには、凹凸の最小ピッチを測定光の波長の５〜６倍程度に設定すればよい。
【００２４】
前記目的を達成するために、本願請求項３に係る発明は、請求項１または２の光断層画像化装置であって、前記光ファイバから出射される前記測定光の強度に対し、前記光ファイバが受光する前記透過面における前記測定光の反射光の強度は、−９０ｄｂ以上−５０ｄＢ以下であること、を特徴とする。
【００２５】
本発明によれば、干渉光検出手段にて検出される干渉光の検出信号において、測定対象の信号とプローブ外筒の信号を確実に検出することができる。
【００２６】
前記目的を達成するために、本願請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか１つの光断層画像化装置であって、前記不規則な凹凸構造とは、凹凸の深さが前記測定光の波長の１／４以下となる構造であること、を特徴とする。
【００２７】
本発明によれば、透過面における測定光の反射光の大部分を散乱光として得ることができる一方で、透過面における測定光の透過光による測定対象への照射光量を十分に得ることができる。
【００２８】
前記目的を達成するために、本願請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれか１つの光断層画像化装置であって、前記透過面に対する前記測定光の光軸の入射角は、前記光ファイバが受光する前記透過面における前記測定光の反射光について正反射光の光量が前記散乱光の光量よりも小さくなる角度であること、を特徴とする。
【００２９】
本発明によれば、光ファイバへの戻り光について、透過面における測定光の反射光に含まれる正反射光の影響を受けることがなく、透過面に対する測定光の光軸の入射角に変動があっても、光ファイバへの戻り光の光量の変化を抑制することができる。
【００３０】
前記目的を達成するために、本願請求項６に係る発明は、光プローブであって、光ファイバから出射される出射光を偏向させながら集光させるレンズと、前記光ファイバおよび前記レンズが内部に配置され前記出射光を透過させることが可能な透過面が設けられたプローブ外筒を有し、前記透過面には、当該透過面における前記出射光の反射光の一部が散乱光となるように不規則な凹凸構造が形成されていること、を特徴とする。
【００３１】
本発明によれば、光ファイバへの戻り光としてプローブ外筒の透過面における出射光の反射光について安定した光量を確保することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、光ファイバへの戻り光としてプローブ外筒の透過面における測定光の反射光について安定した光量を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る光断層画像化装置および光プローブについて詳細に説明する。
【００３４】
〔光断層画像化装置の説明〕
図１は、本発明の光断層画像化装置の概略構成を示すブロック図である。
【００３５】
図１に示す光断層画像化装置１は、光干渉断層（ＯＣＴ：Optical Coherence Tomography）計測法による測定対象の光断層画像を取得する装置である。
【００３６】
光断層画像化装置１は、レーザ光Ｌを射出する光源ユニット１０と、光源ユニット１０から射出されたレーザ光Ｌを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割する光分割手段４と、光分割手段４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２０と、光分割手段４により分割された測定光Ｌ１を測定対象Ｓまで導波する光プローブ３０と、光プローブ３０から測定光Ｌ１が測定対象Ｓに照射されたときの測定対象からの戻り光Ｌ３と参照光Ｌ２とを合波する合波手段５と、合波手段５により合波された戻り光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出する干渉光検出手段４０と、干渉光検出手段４０により検出された干渉光Ｌ４を周波数解析することにより測定対象の各深さ位置における測定光の反射強度を検出し測定対象Ｓの断層画像を取得する画像取得手段５０とを有している。
【００３７】
光源ユニット１０は、周波数を一定の周期で掃引させながらレーザ光Ｌを射出するレーザ光源１０Ａを有している。レーザ光源１０Ａは、半導体光増幅器（半導体利得媒質）１１と光ファイバＦＢ１０とを有している。そして、光ファイバＦＢ１０が半導体光増幅器１１の両端に接続された構造を有している。半導体光増幅器１１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１１に駆動電流が供給されたとき、半導体光増幅器１１および光ファイバＦＢ１０により形成される光共振器によりレーザ光Ｌが光ファイバＦＢ１へ射出されるようになっている。
【００３８】
さらに、光ファイバＦＢ１０には光分岐器１２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光分岐器１２から光ファイバＦＢ１１側へ射出されるようになっている。光ファイバＦＢ１１から射出した光はコリメータレンズ１３、回折格子素子１４、光学系１５を介して回転多面鏡（ポリゴンミラー）１６において反射される。そして反射された光は光学系１５、回折格子素子１４、コリメータレンズ１３を介して再び光ファイバＦＢ１１に入射される。
【００３９】
ここで、この回転多面鏡１６は矢印Ｒ１方向に回転するものであって、各反射面の角度が光学系１５の光軸に対して変化するようになっている。これにより、回折格子素子１４において分光された光のうち、特定の周波数域からなる光のみ再び光ファイバＦＢ１１に戻るようになる。この光ファイバＦＢ１１に戻る光の周波数は光学系１５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に入射した特定の周波数域からなる光が光分岐器１２から光ファイバＦＢ１０に入射され、結果として特定の周波数域からなるレーザ光Ｌが光ファイバＦＢ１側に射出されるようになっている。よって、回転多面鏡１６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は一定の周期で掃引することになる。つまり、光源ユニット１０から波長が一定の周期で掃引したレーザ光Ｌが光ファイバＦＢ１側に射出されることになる。
【００４０】
図１の光分割手段４は、たとえば２×２の光ファイバカプラからなっており、光源ユニット１０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に分割するようになっている。光分割手段４は、２つの光ファイバ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側により導波され、参照光Ｌ２は光ファイバＦＢ３側に導波される。なお、図１において、光分割手段４は合波手段５としても機能するものである。
【００４１】
光ファイバＦＢ２には光プローブ３０が光学的に接続されており、測定光Ｌ１は光ファイバＦＢ２から光プローブ３０へ導波されるようになっている。光プローブ３０は、たとえば鉗子口から鉗子チャンネルを介して体腔内に挿入されるものであって、光学コネクタＯＣにより光ファイバＦＢ２に対し着脱可能に取り付けられている。
【００４２】
一方、光ファイバＦＢ３における参照光Ｌ２の射出側には光路長調整手段２０が配置されている。光路長調整手段２０は、測定対象Ｓに対する測定開始位置を調整するために、参照光Ｌ２の光路長を変えるものであって、コリメータレンズ２１および反射ミラー２２を有している。そして、光ファイバＦＢ３から射出した参照光Ｌ２はコリメータレンズ２１を透過した後反射ミラー２２により反射され、再びコリメータレンズ２１を介して光ファイバＦＢ３に入射される。
【００４３】
反射ミラー２２は可動ステージ２３上に配置されており、可動ステージ２３はミラー移動手段２４により矢印Ａ方向に移動可能に設けられている。そして可動ステージ２３が矢印Ａ方向に移動することにより、参照光Ｌ２の光路長が変更するようになっている。
【００４４】
合波手段５は、２×２の光ファイバカプラからなり、光路長調整手段２０により周波数シフトおよび光路長の変更が施された参照光Ｌ２と測定対象Ｓからの戻り光Ｌ３とを合波し光ファイバＦＢ４を介して干渉光検出手段４０側に射出するようになっている。
【００４５】
干渉光検出手段４０は、合波手段５により合波された戻り光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出するものであって、たとえばフォトダイオードからなっている。画像取得手段５０は、干渉光検出手段４０により検出された干渉光Ｌ４の信号を周波数解析することにより測定対象Ｓの断層画像を取得する。画像取得手段５０により取得された断層画像は表示装置６０に表示されるようになっている。
【００４６】
なお、図１の実施形態においては、光ファイバＦＢ１の光ファイバカプラ３から分岐したレーザ光Ｌの光強度を検出する検出器４０ａと、干渉光Ｌ４の光強度を検出する検出器４０ｂとを設け、干渉光検出手段４０が検出器４０ａからの出力に基づいて干渉光Ｌ４の光強度のバランスを調整する機能を有している。この機能により、各周波数毎の光強度バラツキの影響を押さえ、より鮮明な画像を得ることが出来る。また、この干渉光検出手段４０は、レーザ光Ｌの波長帯域の光を検出することができる分光感度特性を有している。
【００４７】
また、制御手段７０は、半導体光増幅器１１、干渉光検出手段４０、画像取得手段５０を制御する。
【００４８】
次に、光断層画像化装置１の動作例について説明する。まず、可動ステージ２３が矢印Ａ方向に移動することにより、測定可能範囲内に測定対象Ｓが位置するように光路長の調整が行われる。その後、光源ユニット１０から波長が一定の周期で掃引されたレーザ光Ｌが射出され、レーザ光Ｌは光分割手段４により測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割される。測定光Ｌ１は光プローブ３０により体腔内に導波され測定対象Ｓに照射される。そして、測定対象Ｓからの戻り光Ｌ３が反射ミラー２２において反射した参照光Ｌ２と合波され、戻り光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４が干渉光検出手段４０により検出される。この検出された干渉光Ｌ４の信号が画像取得手段５０において周波数解析されることにより断層画像が取得される。このように、ＳＳ−ＯＣＴ計測により断層画像を取得する光断層画像化装置１においては、干渉光Ｌ４の周波数および光強度に基づいて各深さ位置における画像情報を取得するようになっており、反射ミラー２２の矢印Ａ方向の移動は測定開始位置の調整に用いられる。
【００４９】
〔光プローブの説明〕
次に、光プローブ３０について説明する。
【００５０】
図２は、光プローブ３０の先端部を拡大して示す部分断面図である。
【００５１】
図２に示すように、本実施形態の光プローブ３０は、シース３２と、キャップ３４と、光ファイバＦＢ３０と、略４５°の全反射面３８を備える光学レンズ３６などを有している。
【００５２】
シース３２は、可撓性を有する筒状のプローブ外筒であり、測定光Ｌ１および戻り光Ｌ３が透過する材料からなっており、全面が透過面になっている。なお、シース３２は、少なくとも、測定光Ｌ１および戻り光Ｌ３が通過する先端（光学コネクタＯＣと反対側の光ファイバＦＢ１の先端、以下シース３２の先端と言う）側の一部に、全周に渡って光を透過する材料（透明な材料）で形成された透過面を有していてもよい。
【００５３】
なお、シース３２の透過面のうち、内側の面をシース内面３２ａとし、外側の面をシース外面３２ｂとする。
【００５４】
キャップ３４は、シース３２の先端に設けられ、シース３２の先端を閉塞している。
【００５５】
光ファイバＦＢ３０は、線状部材であり、シース３２内にシース３２に沿って収容されており、光ファイバＦＢ２から射出される測定光Ｌ１が入射され、当該測定光Ｌ１を光学レンズ３６まで導波させるとともに、測定光Ｌ１を測定対象Ｓに照射させて光学レンズ３６で取得した測定対象Ｓからの戻り光Ｌ３を光学コネクタＯＣまで導波させ、光ファイバＦＢ２に入射させる。
【００５６】
ここで、光ファイバＦＢ３０と光ファイバＦＢ２とは、光学コネクタＯＣによって接続されており、光ファイバＦＢ３０の回転が光ファイバＦＢ２に伝達しない状態で、光学的に接続されている。また、光ファイバＦＢ３０は、シース３２に対して回転自在な状態で配置されている。
【００５７】
光学レンズ３６は、光ファイバＦＢ３０の測定側先端（光学コネクタＯＣと反対側の光ファイバＦＢ１の先端）に配置されており、先端部が、光ファイバＦＢ３０から射出された測定光Ｌ１を偏向させて測定対象Ｓに対し集光するために略球状の形状で形成されている。
【００５８】
光学レンズ３６は、光ファイバＦＢ３０から射出した測定光Ｌ１を全反射面３８にて偏向させて測定対象Ｓに対し照射させ、測定対象Ｓからの戻り光Ｌ３を集光し光ファイバＦＢ３０に入射させる。
【００５９】
また、光ファイバＦＢ３０は光学コネクタＯＣにより回転可能であり、光ファイバＦＢ３０を回転させることで、光学レンズ３６をシース３２に対し、矢印Ｒ方向に回転させる。また、光学コネクタＯＣは、回転エンコーダを備え、回転エンコーダからの信号に基づいて光学レンズ３６の位置情報（角度情報）から測定光Ｌ１の照射位置を検出する。つまり、回転している光学レンズ３６の回転方向における基準位置に対する角度を検出して、測定位置を検出する。
【００６０】
光プローブ３０は、光学コネクタＯＣにより光ファイバＦＢ３０が、図２中矢印Ｒ方向に回転されることで、光学レンズ３６から射出される測定光Ｌ１を測定対象Ｓに対し、矢印Ｒ方向（シース３２の円周方向）に対し走査しながら照射し、戻り光Ｌ３を取得する。
【００６１】
これにより、シース３２の円周方向の全周において、測定対象Ｓの所望の部位を正確にとらえることができ、測定対象Ｓを反射した戻り光Ｌ３を取得することができる。
【００６２】
〔戻り光の光量の安定化についての説明〕
本発明では、以上のような構成を有する光プローブ３０における光ファイバＦＢ３０への戻り光の光量の安定化を図る手法について、提案する。
【００６３】
光断層画像化装置１の測定可能範囲は、測定光Ｌ１と参照光Ｌ２の光路長差が等しい位置を始点として数ｍｍ程度なので、測定可能範囲内に測定対象Ｓが確実に入るように、測定光Ｌ１と参照光Ｌ２の光路長差は正確に調整することが必要である。そして、測定光Ｌ１と参照光Ｌ２の光路長差の調整は、干渉光検出手段４０で検出した干渉信号であるＯＣＴ信号をもとに、遅延光学系の光路長調整手段２０を調整することにより行なう。
【００６４】
図３は、ＯＣＴ信号の様子を示す図である。横軸が光プローブ３０の測定可能範囲内における相対的な距離を示し、縦軸がＯＣＴ信号の信号値を示す。
【００６５】
図３（ａ）は測定可能範囲内にシース３２が入っていない状態のＯＣＴ信号、図３（ｂ）は光路長調整手段２０を調整して測定可能範囲内にシース３２が入った状態のＯＣＴ信号、図３（ｃ）は光路長調整手段２０をさらに微調整して測定可能範囲内に測定対象Ｓが入った状態のＯＣＴ信号、図３（ｄ）は実際に測定対象Ｓを測定した状態のＯＣＴ信号を示す。
【００６６】
図３（ａ）に示すように、測定可能範囲内にシース３２が入っていない状態では、ＯＣＴ信号はある値に収まっている。
【００６７】
しかし、図３（ｂ）に示すように、光路長調整手段２０を調整して測定可能範囲内にシース３２が入った状態にすると、シース３２に相当する測定位置で、ＯＣＴ信号はシース３２における測定光の反射光の影響により高い値となる（図中のＡで示される領域）。特に、シース内面３２ａおよびシース外面３２ｂに相当する部分にてＯＣＴ信号は高い値が一定間隔で現れ、ＯＣＴ信号上に特徴的で識別しやすいシース３２の検出信号が検出される。
【００６８】
ＯＣＴ計測法では測定対象Ｓが生体の場合、シース外面３２ｂを生体に接触して測定することが多く、測定対象Ｓの測定に最適な測定範囲である最適測定範囲をシース外面３２ｂの近傍に設定することが望ましい。
【００６９】
そこで、図３（ｂ）に示すようなシース３２の検出信号（図中のＡで示される信号）を参考にして、光路長調整手段２０をさらに調整して、図３（ｃ）に示すように、測定可能範囲内においてシース３２の検出信号の近傍、詳しくは、シース外面３２ｂの検出信号の近傍に最適測定範囲（図中においてＢで示される範囲）が位置されるように設定する。
【００７０】
このように測定可能範囲を設定して、実際に測定対象Ｓの測定を開始すると、図３（ｄ）に示すように、ＯＣＴ信号には最適測定範囲に測定対象Ｓの検出信号（図中においてＣで示される信号）が検出される。
【００７１】
ここで、シース３２の検出信号の値は、シース３２における測定光の反射光が光ファイバＦＢ３０に入射される光量により変化する。
【００７２】
そして、シース３２の検出信号の値が非常に小さい場合には、ＯＣＴ信号にて前記のシース３２の検出信号を明確に認識できず、光路長調整手段２０を調整して前記の最適測定範囲に正確に設定することが困難になる。
【００７３】
なおＯＣＴ信号の検出感度に関する具体例として、ＯＣＴ信号に検出信号が検出されるためには、光ファイバＦＢ３０から出射される測定光Ｌ１の強度に対し光ファイバＦＢ３０が受光する戻り光の強度（以下、戻り光の強度という）が少なくとも−１００ｄＢ程度となることが必要である。そして、ＯＣＴ信号にてシース３２の検出信号を明確に認識するには、ＯＣＴ信号の検出感度に対し少なくとも１０〜２０ｄＢ以上の強度差が必要である。
【００７４】
一方、シース３２の検出信号の値が測定対象Ｓの検出信号の値よりも非常に大きい場合には、信号処理系のダイナミックレンジを消費してしまい、測定対象Ｓの検出信号のうち低レベル信号の値は検出ができなくなってしまうなど、悪影響を与えてしまう。
【００７５】
そこで、測定対象Ｓの表面付近からの戻り光の強度が−５０ｄＢ以下とすると、シース３２からの戻り光の強度は、−９０〜−５０ｄＢに安定させることが必要である。
【００７６】
図４は、シース３２における測定光Ｌ１の反射光が正反射光の場合に、計算により算出した反射光の結合効率ηを示す図である。ここで、結合効率ηとは、光ファイバＦＢ３０の端面において出射光量に対する入射光量の割合を示すものであり、前記の戻り光の強度に相当するものである。
【００７７】
図４においては、シース３２に対する測定光Ｌ１の光軸の入射角が９０°となるときのシース内面３２ａを基準面とし、当該基準面に対するシース内面３２ａの相対的な傾きをφとして計算している。図４に示すように、傾きφが大きくなると反射光の結合効率ηは急激に減少する。具体的には、傾きφ＝０°〜１°で結合効率η＝−１０ｄＢ程度とであるが、傾きφ＝５°〜６°で結合効率η＝−１００ｄＢ程度まで急激に減少してしまう。
【００７８】
そのため、前記のように、ＯＣＴ信号に検出信号が検出されるためには戻り光の強度として−１００ｄＢ程度必要とすれば、シース３２における測定光Ｌ１の反射光が正反射光の場合には、傾きφ＝５°〜６°でＯＣＴ信号の検出感度に達せず、ＯＣＴ信号にてシース３２の検出信号を明確に認識できないおそれがある。
【００７９】
そこで本発明では、シース内面３２ａまたはシース外面３２ｂの少なくともいずれか一方における反射光の少なくとも一部を散乱光にして、光ファイバＦＢ３０に入射される戻り光の光量の安定化を図り、ＯＣＴ信号におけるシース３２の検出信号の値の安定化を図ること、を提案する。
【００８０】
具体的には、シース内面３２ａまたはシース外面３２ｂのいずれか一方、またはシース内面３２ａおよびシース外面３２ｂの両方に微細な凹凸構造を形成する。
【００８１】
図５は、一例としてシース内面３２ａにおける反射光の様子を示す図である。図５（ａ）は凹凸構造を形成しない場合を示し、図５（ｂ）は凹凸構造を形成した場合を示している。シース内面３２ａに微細な凹凸構造を形成すると、シース内面３２ａに微細な凹凸構造を形成しない場合（図５（ａ））と比較して、図５（ｂ）に示すように、シース内面３２ａにおける反射光の一部は散乱光となり広い角度に発散する。
【００８２】
図６は、シース内面３２ａにおける反射光が正反射光の場合の光路と、シース内面３２ａにおける反射光の一部が散乱光の場合の光路の比較図である。また、図６では、シース内面３２ａが基準面に対して相対的に傾きを有する場合を示す。ここで、基準面とは、光学レンズ３６で反射して偏向された測定光Ｌ１の光軸との角度が、ほぼ９０°となるときのシース内面３２ａである。
【００８３】
光ファイバＦＢ３０などの計測光学系の製作精度による出射角のばらつき、シース内面３２ａやシース外面３２ｂと光学レンズ３６などの光学系のガタ分による傾きの発生、光プローブ３０の屈曲によるシース内面３２ａやシース外面３２ｂの角度変動などの要因により、シース内面３２ａが基準面に対して相対的な傾きが発生したときには、シース３２と測定光Ｌ１の光軸の相対的な角度が変動する。
【００８４】
このとき、図６（ａ）に示すように、シース内面３２ａにおける反射光が正反射光の場合には、シース内面３２ａからの戻り光が光ファイバＦＢ３０に入射しないことが起こりうる。そのため、光ファイバＦＢ３０が受光する戻り光の急激な光量変化が起こりうる。
【００８５】
しかし、図６（ｂ）に示すように、シース内面３２ａにおける反射光の少なくとも一部が散乱光の場合には、シース内面３２ａからの戻り光の分布は光ファイバＦＢ１の端面をカバーするので、シース内面３２ａからの戻り光が光ファイバＦＢ３０に確実に入射する。
【００８６】
このように、散乱光の強度の角度依存性は正反射光ほど急峻でないので、シース３２と測定光Ｌ１の光軸の相対的な角度が変動しても、光ファイバＦＢ３０が受光する戻り光の光量は安定している。
【００８７】
そして、光ファイバＦＢ３０が受光する戻り光の光量は安定しているので、ＯＣＴ信号においてシース３２の検出信号の強度が過小とならず、シース３２の検出信号が確実に検出される。また、ＯＣＴ信号においてシース３２の検出信号の強度が過大とならず、測定対象Ｓの検出信号を確実に検出することができる。
【００８８】
凹凸構造としては、微視的にランダムな方が散乱光分布は一様になるので望ましい。また、凹凸の深さは測定光Ｌ１の波長λＬ１に対し１／４以下とすれば、シース３２における反射光に与える位相差は約λＬ１／２となり反射光については散乱する量を大きくすることができる一方、シース面における透過光に与える位相差はλＬ１／８と小さく透過光については散乱する量を小さく抑えることができる。
【００８９】
なお、より制御された散乱光を得ようとするには表面加工処理が必要である。長尺となるシース３２のシース内面３２ａやシース外面３２ｂに処理しきれない場合は、先端部のみを別加工し、接合することも可能である。微細凹凸の形成は、成型、機械切削、研磨、微細粒子塗付など各種技術が利用できる。
【００９０】
ここで、散乱面から十分離れた位置での散乱光（回折光）の角度θｓは、散乱面の凹凸構造のピッチＰに対し、入射光の波長をλとすると、以下のように表わすことができる。
【００９１】
【数１】
2010014668.tif 000003
【００９２】
なお、凹凸構造のピッチＰとは、隣り合う凹部間または隣り合う凸部間の距離をいう。
【００９３】
例えば、入射光の波長λ＝１．３μｍのとき、散乱光の角度θｓ＝１０°とする場合には、ピッチＰは７．５μｍ程度になる。
【００９４】
散乱光の角度分布は凹凸構造の周波数分布に従うので、本実施形態において、１０°程度の範囲に拡がる散乱光を得たい場合は、測定光Ｌ１の波長λＬ１＝１．３μｍのとき、ピッチＰ＝７．５μｍが最小周期となるランダムな凹凸構造を形成すればよい。すなわち、ランダムな凹凸構造として、凹凸の最小ピッチが測定光Ｌ１の波長λＬ１の５〜６倍（数倍）となる構造を形成すればよい。
【００９５】
なお、測定光Ｌ１の波長λＬ１とするとき、凹凸の深さがλＬ１／４より小さいと０次光が零とならないので、散乱光に正反射光が重畳した形になる。
【００９６】
そこで、この場合は、正反射光が十分減衰する角度にまで（計測光学系のばらつきを含めて）シース３２に対する測定光Ｌ１の光軸の入射角を変更させることで対応する。これにより、図７に示すように、正反射光の影響を受けることは無く、シース面と測定光Ｌ１の光軸の角度変動による戻り光の急激な変化は発生しない。
【００９７】
図７において、例えば、シース内面３２ａやシース外面３２ｂに対する測定光Ｌ１の光軸の相対角度について、光プローブ３０の性能により生ずるばらつきが±２°の場合、シース内面３２ａやシース外面３２ｂに対する測定光Ｌ１の光軸の相対角度の設計値を７°に設定しておけば、シース内面３２ａやシース外面３２ｂに対する測定光Ｌ１の光軸の相対角度は、５°以上を維持できる。そのため、図７に示すように、正反射光の影響を受けることがない。
【００９８】
以上のように、本発明では、光ファイバＦＢ３０への戻り光として安定した光量を確保することができるので、ＯＣＴ信号においてシース３２の検出信号を確実に検出することができ、測定光Ｌ１と参照光Ｌ２の光路長を精密に調整することができる。
【００９９】
また、光ファイバＦＢ３０への戻り光として安定した光量を確保することができるので、ＯＣＴ信号においてシース３２の検出信号の値が測定対象Ｓの検出信号の値に対して過大となることがなく、ＯＣＴ信号において測定対象Ｓの検出信号を確実に検出することができる。
【０１００】
以上、本発明の光断面画像化装置、光プローブについて詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】光断層画像化装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】光プローブの先端部を拡大して示す部分断面図である。
【図３】ＯＣＴ信号の様子を示す図である。
【図４】シースにおける測定光の反射光が正反射光の場合に、計算により算出した反射光の結合効率ηを示す図である。
【図５】シース内面における反射光と透過光を示す図である。
【図６】正反射光と散乱光の光路を示す図である。
【図７】シースと測定光の光軸の相対角度と戻り光の強度の関係図である。
【図８】シース内面における正反射光の光線の様子の一例を示す図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１…光断層画像化装置、１０…光源ユニット、２０…光路長調整手段、３０…光プローブ、３２…シース、３６…光学レンズ、４０…干渉光検出手段、ＦＢ３０…光ファイバ、Ｌ１…測定光、Ｌ２…参照光
【図１】
2010014668.tif 000004
【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】
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【図７】
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【図８】
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