(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物の屈折率と厚さの同時測定が可能な断層像形成方法において、
（ａ）基板上に厚さ及び屈折率の異なるスライドガラス、ニオブ酸リチウム板及び溶融石英板からなる透明物体を順次ずらして段差を有するように重ね合わせてなる測定対象物を断層像を入手したい前記測定対象物のｚ軸方向に走査し、高コヒーレンスのレーザーを光源とした共焦点光学系を用いて前記測定対象物のｚ軸方向の断層像を撮り、
（ｂ）低コヒーレンス光干渉を用いて前記測定対象物のｚ軸方向の断層像を撮り、
（ｃ）前記二つの断層像に基づいて、演算処理を施して、幾何学的サイズ（ｔ）で屈折率分布〔ｎ（ｘ，ｚ）〕（ただし、ｚは光の伝搬方向であるｚ軸方向の位置、ｘはｚ軸に直交し、かつ前記透明物体を順次ずらしたｘ軸方向の位置）を表示することを特徴とする断層像形成方法。
【請求項２】
測定対象物の屈折率と厚さの同時測定が可能な断層像形成装置において、
（ａ）基板上に厚さ及び屈折率の異なるスライドガラス、ニオブ酸リチウム板及び溶融石英板からなる透明物体を順次ずらして段差を有するように重ね合わせてなる測定対象物を断層像を入手したい前記測定対象物のｚ軸方向に走査し、高コヒーレンスのレーザーを光源とした共焦点光学系を用いて前記測定対象物のｘ−ｚ面内の断層像を得る手段と、
（ｂ）低コヒーレンス光干渉を用いた光コヒーレンストモグラフィにより、前記測定対象物のｘ−ｚ面内の断層像を得る手段と、
（ｃ）前記二つの断層像に基づいて、演算処理を施し、幾何学的サイズ（ｔ）で屈折率分布〔ｎ（ｘ，ｚ）〕（ただし、ｚは光の伝搬方向であるｚ軸方向の位置、ｘはｚ軸に直交し、かつ前記透明物体を順次ずらしたｘ軸方向の位置）を表示する手段とを具備することを特徴とする断層像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低コヒーレンス光干渉と共焦点光学系を用いる測定物体の断層像形成方法とそのための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
生体診断において病巣の厚さを正しく診断することは重要なことである。生体組織の断層像を光学的に得る有力な方法は、オプティカル・コヒーレンス・トモグラフィ（ＯＣＴ）と呼ばれ、網膜下組織の診断に使用されている。ＭＩＴのＤ．Ｈｕａｎｇ  ｅｔ  ａｌ，Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｖｏｌ．２５４，ｐ．１１７８（１９９１）が最初の論文で、上記論文は以降の論文・特許に多く引用されている。最近ではＧ．Ｊ．Ｔｅａｒｎｅｙ  ｅｔ  ａｌ，Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｖｏｌ．２７６，ｐ．２０３７（１９９７）がある。
【０００３】
ＯＣＴは干渉長の短い低コヒーレンス光を光源とし、干渉を利用して断層像を得るものである。この方法の問題点は、厚さが厚さ×屈折率として表現され、真の厚さが得られないことである。
【０００４】
共焦点方式でトモグラフィを得る方法は今まで発表されていない。
【０００５】
本願発明者は、測定物体の屈折率と厚さの同時測定の研究開発を行ってきた。その内容は、（１）特開平９−２１８０１６号公報、（２）Ｍ．Ｏｈｍｉ  ｅｔ  ａｌ，Ｏｐｔ．Ｒｅｖ．ｖｏｌ．４，ｐ．５０７（１９９７）、（３）Ｍ．Ｈａｒｕｎａ  ｅｔ  ａｌ，Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．ｖｏｌ．２３，ｐ．９６６（１９９８）等に述べられている。
【０００６】
上記したように、低コヒーレンス光を用い、共焦点測定と低コヒーレンス光干渉測定とを用い、測定物体の屈折率と厚さを同時に測定している。
【０００７】
網膜組織のみならず、胃潰瘍、動脈硬化等において、患部の厚さを簡便かつ正確に測定する方法が要望されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、これまでは、低コヒーレンス光干渉を用いた光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）を既存の眼底カメラに組み込んだ形の装置が考案・実用化されている。
【０００９】
しかしながら、この場合には、光学的厚さ（屈折率×厚さ）で網膜の断層像が表示されるので、黄斑部を中心とする網膜の歪みや剥離を正確に測定することができない。
【００１０】
本発明は、上記問題点を除去し、共焦点光学系と低コヒーレンス光干渉計を組み合わせ、光源に近赤外光を用いて、患部の厚さを簡便かつ正確に測定することができる断層像形成方法及びそのための装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕測定対象物の屈折率と厚さの同時測定が可能な断層像形成方法において、基板上に厚さ及び屈折率の異なるスライドガラス、ニオブ酸リチウム板及び溶融石英板からなる透明物体を順次ずらして段差を有するように重ね合わせてなる測定対象物を断層像を入手したい前記測定対象物のｚ軸方向に走査し、高コヒーレンスのレーザーを光源とした共焦点光学系を用いて前記測定対象物のｚ軸方向の断層像を撮り、低コヒーレンス光干渉を用いて前記測定対象物のｚ軸方向の断層像を撮り、前記二つの断層像に基づいて、演算処理を施して、幾何学的サイズ（ｔ）で屈折率分布〔ｎ（ｘ，ｚ）〕（ただし、ｚは光の伝搬方向であるｚ軸方向の位置、ｘはｚ軸に直交し、かつ前記透明物体を順次ずらしたｘ軸方向の位置）を表示することを特徴とする。
【００１２】
〔２〕測定対象物の屈折率と厚さの同時測定が可能な断層像形成装置において、基板上に厚さ及び屈折率の異なるスライドガラス、ニオブ酸リチウム板及び溶融石英板からなる透明物体を順次ずらして段差を有するように重ね合わせてなる測定対象物を断層像を入手したい前記測定対象物のｚ軸方向に走査し、高コヒーレンスのレーザーを光源とした共焦点光学系を用いて前記測定対象物のｘ−ｚ面内の断層像を得る手段と、低コヒーレンス光干渉を用いた光コヒーレンストモグラフィにより、前記測定対象物のｘ−ｚ面内の断層像を得る手段と、前記二つの断層像に基づいて、演算処理を施し、幾何学的サイズ（ｔ）で屈折率分布〔ｎ（ｘ，ｚ）〕（ただし、ｚは光の伝搬方向であるｚ軸方向の位置、ｘはｚ軸に直交し、かつ前記透明物体を順次ずらしたｘ軸方向の位置）を表示する手段とを具備することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施例を示す測定光学系の模式図、図６は本発明の実施例を示す光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）における照射光のコヒーレンス長測定結果（光ビーム径１ｍｍ×２０対物レンズを使用した場合：レンズ開口数０．０５）を示す図、図７は本発明の実施例を示す共焦点イメージングにおける光反射特性（光ビーム径６ｍｍで×２０対物レンズを使用した場合：レンズ開口数０．３）を示す図である。
【００１５】
図１において、１はＳＬＤ（スーパールミネッセントダイオード）、２はＬＤ（レーザーダイオード）、３はリレーレンズ（×２０）、４はアパーチャ、５はリレーレンズ、６は反射ミラー、７はハーフミラー、８はビームスプリッタ、９は参照光ミラー、１０は集光レンズ（対物レンズ）（×２０）、１１は測定サンプル、１２はハーフミラー、１３はレンズ（×１０）、１４は第１の光検出器、１５は増幅器、１６は第１の帯域通過フィルタ（ｆd ＝２ｖ／λ）、１７はＡ／Ｄコンバータ、１８は光チョッパー、１９はリレーレンズ（×２０）、２０は単一モード光ファイバ、２１はレンズ（×１０）、２２は第２の光検出器、２３は増幅器、２４は第２の帯域通過フィルタ（ｆC ）、２５はＡ／Ｄコンバータ、２６はステージコントローラ、２７はＰＣ（パーソナル・コンピュータ）である。
【００１６】
図１に示すように、光源として低コヒーレンス光のスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）１の他に、波長０．８μｍのレーザーダイオード２を用いた。第１の光検出器１４と第２の光検出器２２の２つを設置することと合わせて、干渉光測定と共焦点測定とを分離した。また、測定サンプル１１を縦方向（ｚ軸方向、断層像方向）に走査できるようにしている。
【００１７】
また、測定サンプル１１は、図２に示すように、基板３１上にスライドガラス（厚さｔ3 ＝５００μｍ、屈折率ｎ3 ＝１．５１）３２、ニオブ酸リチウム板（厚さｔ2 ＝１２５μｍ、屈折率ｎ2 ＝２．２４）３３、溶融石英板（厚さｔ1 ＝５００μｍ、屈折率ｎ1 ＝１．４６）３４を順次ずらして重ね合わせた。すなわち、基板３１上にスライドガラス３２／ニオブ酸リチウム（Ｚ板ＬｉＮｂＯ3 ）板３３／溶融石英板３４を段差をつけて重ね合わせたもので、領域Ｉ〜IVの４つの領域に分けられる。まず、波長８５０ｎｍのＳＬＤ１を光源とする干渉計で、図３に示すように、ｎ×ｔイメージを得た。ここで、図中の丸付き数字は反射面を示す。
【００１８】
光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）は従来の方法と同一であり、図３に示すように、その境界面間距離はｎ×ｔで表示される。ここで、本願発明者の先行技術である特開平９−２１８０１６号での
ｚ1 ＝ｚ2 は＝Δｚで、
ｓｉｎθは＝ＮＡ＝ζである。
【００１９】
ここで、ζは０．１〜０．２と小さく、ζ2 ≪１として良い。
【００２０】
従って、Δｚ＝ｔ／ｎとなる。
【００２１】
次に、波長８１１ｎｍのＬＤ２からのＬＤ光を測定サンプル１１にレンズ（×２０）１０で集光し、反射光を共焦点光学系で検出した。ここで、測定サンプル１１をｘ方向に一定間隔ずつシフトしながら、ｚ軸方向に走査して、図４に示すように、Δｚイメージが得られる。
【００２２】
つまり、境界面からの反射光で共焦点トモグラフィを得ている。ここでサンプル移動距離Δｚは、集光レンズの開口数ＮＡ＝ζとすると、
Δｚ＝ｔ×｛（１−ζ2 ）／（ｎ2 −ζ2 ）｝1/2 
である。
【００２３】
図３および図４のイメージで各々の反射面の位置が特定できているので、前述の簡単な演算処理を行って、図５に示すような、反射型光トモグラフィが得られる。
【００２４】
これは幾何学的サイズのイメージングであり、このイメージ内に分布する各屈折率の大きさはグレーコード４１，４２で表示されている。なお、スライドガラス３２やＬｉＮｂＯ3 板３３の上端が荒れて傾斜しているため、この部分で反射光が欠落する。このために、図５のイメージの当該箇所に黒い帯４３が現れている。
【００２５】
色調の濃淡は屈折率を同時に表示したものである。“領域”は重ね合わせた測定サンプル１１の組み合わせを選んだ時を示しており、全ての測定サンプル１１の断層像は領域ＩＶである。
【００２６】
上記したように、低コヒーレンス光干渉法と共焦点法とを用いて、透明物体の屈折率、厚さの測定をベースにしている。特に、新たに共焦点法でトモグラフィを作成するが、従来のＯＣＴ法でもトモグラフィを作る。二つのトモグラフィから得られる境界面間距離と屈折率、厚さの関係式より、真の厚さを算出し、断層像とする。即ち、ＯＣＴ法からの境界面間距離は（屈折率）×（厚さ）であり、一方、共焦点法のそれは（厚さ）／（屈折率）で示される。これより、真の厚さが求められる。
【００２７】
例えば、基板３１の上に厚さ、屈折率が異なるスライド（カバー）ガラス３２、ニオブ酸リチウム板３３、溶融石英板３４を重ねた測定サンプル１１で実証している。生体診断での患部や石灰化した部位の診断に有効な方法である。
【００２８】
光学分野においても、インプロセスで加工品の検査に適用できる。
【００２９】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００３０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００３１】
（Ａ）共焦点顕微鏡のレーザ光源は近赤外光、すなわち不可視光を用い、患部の厚さを簡便かつ正確に測定することができる。
【００３２】
例えば、早期癌の浸透深さの同定や石灰化した部位の臨床診断に有効な方法である。
【００３３】
（Ｂ）本発明の装置によれば、ＯＣＴと共焦点レーザ走査顕微鏡を組み合わせたものであり、共焦点顕微鏡のレーザ光源は近赤外光、すなわち不可視光であるので、眼科装置に用いる場合には、瞳孔が開いたままで（散瞳）、黄斑部を含む網膜面の像を正確に捕らえることができる。この共焦点顕微鏡像に従って、黄斑部を横切るＯＣＴ像（断層像）を撮影することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例を示す測定光学系の構成図である。
【図２】  本発明の実施例を示す測定サンプルの構造と照射光ビームの走査と移動を示す図である。
【図３】  本発明の実施例を示す光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）（ｚ軸方向のサイズはｎ×ｔ）を示す図である。
【図４】  本発明の実施例を示す共焦点トモグラフィ（ｚ軸方向のサイズはｔ／ｎ）を示す図である。
【図５】  本発明の実施例を示す幾何学的サイズでの断面における屈折率分布の表示を示す図である。
【図６】  本発明の実施例を示す光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）における照射光のコヒーレンス長測定結果（光ビーム径１ｍｍ×２０対物レンズを使用した場合：レンズ開口数０．０５）を示す図である。
【図７】  本発明の実施例を示す共焦点イメージングにおける光反射特性（光ビーム径６ｍｍで×２０対物レンズを使用した場合：レンズ開口数０．３）を示す図である。
【符号の説明】
１    ＳＬＤ（スーパールミネッセントダイオード）
２    ＬＤ（レーザーダイオード）
３，１９    リレーレンズ（×２０）
４    アパーチャ
５    リレーレンズ
６    反射ミラー
７，１２    ハーフミラー
８    ビームスプリッタ
９    参照光ミラー
１０    集光レンズ（対物レンズ）
１１    測定サンプル
１３，２１    レンズ（×１０）
１４    第１の光検出器
１５，２３    増幅器
１６    第１の帯域通過フィルタ（ｆd ＝２ｖ／λ）
１７，２５    Ａ／Ｄコンバータ
１８    光チョッパー
２０    単一モード光ファイバ
２２    第２の光検出器
２４    第２の帯域通過フィルタ（ｆC ）
２６    ステージコントローラ
２７    ＰＣ（パーソナル・コンピュータ）
３１    基板
３２    スライドガラス
３３    ニオブ酸リチウム板
３４    溶融石英板
４１，４２    グレーコード
４３    黒い帯
【図１】
0003660185.tif 000002
【図２】
0003660185.tif 000003
【図３】
0003660185.tif 000004
【図４】
0003660185.tif 000005
【図５】
0003660185.tif 000006
【図６】
0003660185.tif 000007
【図７】
0003660185.tif 000008