(57)【要約】【課題】  波長掃引光源の波長掃引中に生ずるコヒーレンス長の変動を抑制する。【解決手段】  光共振器の内側に、光を放出する光利得媒体と、前記光共振器より射出する光の波長を選択する波長選択素子と、前記光共振器内の光の強度を変調する光強度変調素子と、を備えた前記射出する光の波長を掃引変化させる波長掃引光源の駆動方法であって、前記光強度変調素子を前記波長選択素子の駆動と同期させて駆動させることで、前記射出する光の瞬間的なスペクトル幅を一定化させる波長掃引光源の駆動方法。【選択図】  図１
2014042010.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光共振器の内側に、光を放出する光利得媒体と、前記光共振器より射出する光の波長を選択する波長選択素子と、前記光共振器内の光の強度を変調する光強度変調素子と、を備えた前記射出する光の波長を掃引変化させる波長掃引光源の駆動方法であって、
前記光強度変調素子を前記波長選択素子の駆動と同期させて駆動させることで、前記射出する光の瞬間的なスペクトル幅を一定化させることを特徴とする波長掃引光源の駆動方法。
【請求項２】
前記光強度変調素子によって光強度を変調しないときの前記光共振器の正味の利得スペクトルをａ（λ）、前記光強度変調素子によって光強度を変調したときの前記光共振器の正味の利得スペクトルをｂ（λ）、前記光強度変調素子を掃引駆動したときの該光強度変調素子自体が有するスペクトルをｃ（λ）、αを正の実数とそれぞれするとき、以下の式（２）を満足するようにｃ（λ）＝α×ｂ（λ）／ａ（λ）      ・・・式（２）
前記光強度変調素子を駆動することを特徴とする請求項１に記載の波長掃引光源の駆動方法。
【請求項３】
前記光強度変調素子は、前記光共振器内の前記光利得媒体と前記波長選択素子との間以外の位置に配されていることを特徴する請求項１または２に記載の波長掃引光源の駆動方法。
【請求項４】
前記光強度変調素子と前記光利得媒体との駆動制御を同時に行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の波長掃引光源の駆動方法。
【請求項５】
前記波長掃引光源装置の光量を一定化して前記光の瞬間的なスペクトル幅を一定化させることを特徴とする請求項１に記載の波長掃引光源の駆動方法。
【請求項６】
前記波長掃引光源装置に連続光を発生させることを特徴とする請求項１に記載の駆動方法。
【請求項７】
光共振器の内側に、光を放出する光利得媒体と、前記光共振器より射出する光の波長を選択する波長選択素子と、前記光共振器内の光の強度を変調する光強度変調素子と、を備えた前記射出する光の波長を掃引変化させる波長掃引光源であって、
前記光強度変調素子を前記波長選択素子の駆動と同期させて駆動させることで、前記射出する光の瞬間的なスペクトル幅を一定化したことを特徴とする波長掃引光源。
【請求項８】
光源部より射出された光を分岐して検体と、参照反射部と、に照射し、前記検体からの反射光と、前記参照反射部からの反射光と、を干渉させた干渉光に基づいて、前記検体の断層像を得る光干渉断層撮像方法であって、
前記光源部として光共振器の内側に、光を放出する光利得媒体と、前記光共振器より射出する光の波長を選択する波長選択素子と、前記光共振器内の光の強度を変調する光強度変調素子と、を備えた前記射出する光の波長を掃引変化させる波長掃引光源を用い、前記光強度変調素子を前記波長選択素子の駆動と同期させて駆動させることで、前記射出する光の瞬間的なスペクトル幅を一定化させたことを特徴とする光干渉断層撮像方法。
【請求項９】
前記光の瞬間的なスペクトル幅の一定化は、前記光干渉断層撮像におけるコヒーレンス長を一定化するように前記光強度変調素子を駆動することでなされることを特徴とする請求項８に記載の光干渉断層撮像方法。
【請求項１０】
前記射出する光の波長を掃引変化させる波長掃引帯域は、前記光干渉断層撮像における奥行き分解能をΔｚ、前記掃引変化させる波長帯域の中心の波長をλ０として、
２ｌｎ２／π×λ０＾２／Δｚ
以上の値であることを特徴とする請求項８に記載の光干渉断層撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長掃引光源の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光源、特にレーザー光源の発振波長を可変とする技術において、波長掃引の高速性と狭線幅の両立が切望されている。
【０００３】
波長掃引型光コヒーレンストモグラフィー（ＳＳ―ＯＣＴ：Ｓｗｅｐｔ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）では深さ情報を得るためにスペクトル干渉を用いる。ＳＳ−ＯＣＴでは波長掃引光源を用いて広帯域な干渉スペクトルを得、分光器を用いないことから光量のロスが少なく高ＳＮ比の像取得も期待されている。
【０００４】
ＳＳ―ＯＣＴ技術を適用した医用画像撮像装置を構成する場合には、掃引速度が速いほど画像取得時間を短縮でき、生体組織を生きたまま観察することにも好適である。
【０００５】
そして、ＳＳ−ＯＣＴ装置（波長掃引型光干渉断層撮像装置）では光干渉を用いて物体の断層構造を取得するため、光源のコヒーレンス長制御が重要である。
【０００６】
特許文献１は、ＳＳ−ＯＣＴ装置に適用可能なレーザ光源であって、光共振器と、波長可変光フィルタと、ゲイン媒体に注入する電流のレベルを変化させる電流コントローラを備えた波長掃引型レーザ光源を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−６２４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＳＳ−ＯＣＴ装置を構成する光源のコヒーレンス長が波長掃引中に変動すると、ＯＣＴ装置にて取得する信号の中の干渉光成分の振幅に揺らぎが生ずる。このことは干渉信号に強度変動が重畳されることと同じであり、結果的に取得されるＯＣＴ像（断層像）にノイズが乗ることになる。
【０００９】
したがって高速波長掃引中の光源のコヒーレンス長の変動を抑制する事が望まれていた。
【００１０】
特許文献１では、光源の光量をある値以下に制御する方法が開示されているが、これは電流注入によるゲイン媒体の破壊を防止するためであって、本発明者が課題として着目したコヒーレンス長の揺れについての着目はなされていない。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明により提供される波長掃引光源の駆動方法は、光共振器の内側に、光を放出する光利得媒体と、前記光共振器より射出する光の波長を選択する波長選択素子と、前記光共振器内の光の強度を変調する光強度変調素子と、を備えた前記射出する光の波長を掃引変化させる波長掃引光源の駆動方法であって、前記光強度変調素子を前記波長選択素子の駆動と同期させて駆動させることで、前記射出する光の瞬間的なスペクトル幅を一定化させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の波長掃引光源の駆動方法によると光源より射出される光の瞬間的なスペクトル幅が一定化される。これにより本発明の駆動方法を採用した光干渉断層撮像方法では、波長掃引光源の波長掃引中のコヒーレンス長変動が抑制され、ノイズが少ない断層像（ＯＣＴ像）の取得が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明を適用可能な波長掃引光源の一例を示す模式図
【図２】本発明の実施の形態を説明する図
【図３】本発明の実施の形態を説明する図
【図４】本発明の実施例１を説明する図
【図５】本発明の実施例１における波長掃引を説明する図
【図６】本発明の実施例１における波長掃引スペクトルを説明する図
【図７】本発明の実施例１におけるスペクトルを説明する図
【図８】本発明の実施例２を説明する図
【図９】本発明の実施例２を説明する図
【図１０】本発明の実施例１における干渉スペクトルを説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図１を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
図１は、本発明を適用可能な波長掃引光源の一例を示す模式図である。
【００１６】
図１においては、ミラー１０８とミラー１０９とで光共振器１０４が構成され、光共振器の内側には、光を放出する光利得媒体１０１、光共振器より射出する光の波長を選択する波長選択素子１０２、光共振器内の光の強度を変調する光強度変調素子１０３が配されている。さらに光強度変調素子１０３は、駆動機構１０５と接続されており、
光共振器１０４から射出される光の強度の変化は、光検知器１０６にてモニタリングされる。図１では、これらの部材を備えて光源部１０７としている。
【００１７】
本発明において、波長選択素子としては、例えば、チューナブルなファブリペローフィルタ、回折格子で分光し特定の波長を選択するものやバーニヤ効果等を用いた高速波長可変フィルタなども好適に採用可能である。また、波長選択素子の選択波長幅を可変であることも好ましい。
【００１８】
光強度変調素子としては、ポッケルスセルやカーセル、その他電気光学変調器（ＥＯＭ）や液晶などを用いた透過率可変光学フィルタ、音響光学素子（ＡＯＭ）などを採用することができる。
【００１９】
また、磁気光学効果を用いた反射率変化による強度変調、さらには電界吸収効果などにより光吸収の強さを変化出来る素子など、さまざまな素子が適用可能である。
【００２０】
あるいは光路に対して傾きが変わるガラス板などを挿入しても良い。別の機構としてはハーフミラーやその他光学部品のアライメントを調整する事で結合効率を変化させ、共振器損失を可変とする機構であってもよい。
【００２１】
光検知器は、単純なフォトダイオードでも良い。また、光起電力を有する素子やその他の光検知手法を用いるものでも良い。
【００２２】
光利得媒体として半導体光増幅器（ＳＯＡ）が例として挙げられる。半導体光増幅器は、広帯域な増幅帯域を有し、小型で且つ高速制御が可能なことから好ましい。
【００２３】
半導体光増幅器を構成する材料は、一般的な半導体レーザーを構成する化合物半導体等を用いることができ、具体的にはＧａＡｓ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＩｎＡｓＰ系、ＧａＡｌＳｂ系、ＧａＡｓＰ系、ＡｌＧａＡｓ系、ＧａＮ系等の化合物半導体を挙げることができる。半導体光増幅器は、利得の中心波長が、例えば、８４０ｎｍ、１０６０ｎｍ、１３００ｎｍ、１５５０ｎｍのものの中から光源の用途等に応じて適宜、選択して採用することができる。
【００２４】
また、図１の光源部１０７は、光共振器の形として直線型を用いるがこれに限るものではなく、リング型共振器やσ型共振器などを採用してもよい。
【００２５】
ＳＳ−ＯＣＴ装置では、光源部１０７から射出される光を用いて干渉測定を行う。
【００２６】
光共振器１０４から射出されるのはレーザー光である。ここで、外部共振器型のレーザーの場合、共振器長が長くなるためにＦＳＲが小さく、典型的には複数の縦モードで発振するマルチモード発振状態となる。
【００２７】
マルチモードレーザーをＯＣＴ装置の光源部に用いる場合、測定可能深さを決める瞬時線幅（瞬間的な発振スペクトル幅）は、マルチモード発振している複数の縦モードスペクトルに対する包絡線の線幅である。
【００２８】
以下の説明では、この瞬間的なスペクトル幅（瞬時線幅）をマルチモード線幅とも呼ぶ。
【００２９】
ＳＳ−ＯＣＴ装置に於いて、瞬間的なスペクトル幅（瞬時線幅）が変動しコヒーレンス長が変動すると、検体（被測定対象物）からの反射光と参照光との干渉強度が変動する。
【００３０】
従って、ＳＳ−ＯＣＴ装置によって得られる干渉スペクトルにコヒーレンス長変動に対応する干渉信号の振幅変調が重畳されることとなる。
【００３１】
干渉信号の振幅変調は最終的に得られるＯＣＴ像（断層像）にノイズとして反映されるため、ＳＳ−ＯＣＴ装置に用いられる光源としては、波長掃引中のコヒーレンス長変動を抑制する工夫が有用であることが理解される。以下、図２を参照して説明する。
【００３２】
通常、マルチモード線幅２０１は光利得媒体のゲインが大きいほど、つまり共振器内の正味のゲインが大きいほど狭窄化する。
【００３３】
これはｌａｓｉｎｇにより、マルチモードの中の中心モードｍ０（２０２）が周囲にあるサイドモードｍｓ（２０３）よりも大きな利得を受け、光子密度が大きいモードがより強く発振するためである。
【００３４】
従って、正味の利得を大きくするほど、マルチモード線幅は狭窄化し、コヒーレンス長は増大する。
【００３５】
しかし、一方で正味の利得が過剰に大きくなってしまうと、ホールバーニングやあるいは熱の影響、利得飽和など様々な原因により、光利得媒体への電流注入量を増大した割には中心モードｍ０の光子密度が増大しなくなる。
【００３６】
このことは余剰利得がサイドモードｍｓに分配される事を引き起こす為、結果的にマルチモード線幅の拡大が生じる。
【００３７】
従って、正味の利得がある値のときに瞬間的なスペクトル幅が最小値をとる事を示唆している。光共振器内の正味の利得は上述のようにコヒーレンス長に影響するため、光源のコヒーレンス長制御を共振器内の正味の利得の制御を以て行う事が可能である。しかもコヒーレンス長を最大化する最適な値が存在する。
【００３８】
また、波長掃引中の正味の利得の一定化制御を行えば掃引中のコヒーレンス長の変動を抑制出来る。
【００３９】
共振器内の正味の利得は光利得媒体単独の利得と共振器内に存在する各種光学素子等による損失の積で決まる。
【００４０】
光利得媒体を定電流駆動しながら波長掃引動作を行う場合、波長掃引スペクトルは正味の利得スペクトルプロファイルを反映する。
【００４１】
従って、波長掃引中の正味の利得の変動を抑制し、波長毎にＯＣＴ装置のコヒーレンス長が変動する事を抑制するための手法として、波長掃引しながら正味の利得を一定に保つことが挙げられる。
【００４２】
正味の利得を一定化する制御は、具体的には波長掃引中の発光強度を一定に保つことに対応する。
【００４３】
ここで、正味の利得スペクトルを波長掃引動作に対して一定化する制御手法について図３を参照して説明する。
【００４４】
今、波長掃引とともに光共振器の損失スペクトルを変化させない場合の光共振器の正味の利得スペクトルをａ（λ）＿３０１とする。そして損失スペクトルを変化させる結果として所望の正味の利得スペクトルｂ（λ）＿３０２を得るものとする。つまり、ｂ（λ）は、光強度変調素子によって光強度を変調したときの光のスペクトルを示している。
【００４５】
また、瞬時的な発光（発振）波長λにおける光強度変調素子の透過率や反射率の値をｃ（λ）＿３０３とする。透過型で用いる場合は透過率を、反射型で用いる場合は反射率を考える。３０３は、包絡線を示しており、ｃ（λ）は、光強度変調素子を掃引駆動したときの光強度変調素子自体が各波長λに対して有するスペクトルと捉えることもできる。
【００４６】
例えば、すべてのλに対して光強度変調素子による損失が全くない場合に、ｃ（λ）を１と考える。
【００４７】
光強度変調素子の損失が存在する場合、光共振器の正味の利得スペクトルｂ（λ）は、下記の式（１）のように各波長でのもともとの正味の利得スペクトルと光強度変調素子による透過率あるは反射率の積になる。
ｂ（λ）＝（１／α）×ａ（λ）×ｃ（λ）      ・・・式（１）
ここでαは正の実数である。
【００４８】
つまり、ｂ（λ）が波長によらず一定になるためには、もともとの正味の利得スペクトルａ（λ）の波長依存性を打ち消すように光強度変調素子を駆動すれば良い。波長掃引中に光共振器内の光強度変調素子を駆動し、ｃ（λ）を、以下の式（２）
ｃ（λ）＝α×ｂ（λ）／ａ（λ）      ・・・式（２）
を満足するようにする事で、発光強度を一定化し光源の瞬時線幅を一定化する制御が可能である。
【００４９】
また、発光強度を一定化する制御を行うだけでなく、コヒーレンス長が最も長くなるような正味の利得に対応する発光強度をあらかじめ求めておき、実際の光干渉断層撮像時には、その発光強度で一定化することも好ましい。
【００５０】
そのためには、単純なリファレンスの試料、例えば光路長差が可変の干渉計などに本発明の制御法を適用した光源の光を導入し、干渉強度の前記光路長差に対する依存性を見ればよい。たとえば干渉強度が、光路長差が０のときの半分になる光路長差をコヒーレンス長として評価することが可能である。
【００５１】
そして、一定に保つべき光源強度を変化させ、最もコヒーレンス長が長くなる光源強度を探索しておくことが好適である。なお、正味の利得を一定に保つためには光増幅器の駆動電流を制御する手法もあり得るが、実際にはＡ−ｓｃａｎレートにして数百ｋＨｚ以上の高速な波長掃引状態おいて、光増幅器の駆動電流の制御だけで共振器内の正味利得を高速に精密に変調する事は困難である。
【００５２】
また、半導体の光増幅器（光利得媒体）などでは駆動電流変調によるキャリア密度変動や温度変動による屈折率揺らぎがレーザーの安定発振を妨げる可能性もあり、光増幅器への注入電流の大きな変動は好ましくない。
【００５３】
しかしながら、光増幅器の駆動電流制御と光強度変調器の変調を同時に行う事は好適である。即ち、光利得媒体と光強度変調素子との駆動制御を同時に行うことも好適である。
【００５４】
例えば、上記のように光増幅器の駆動電流制御だけでは高速で精密な共振器内の正味の利得の制御が困難な場合でも、利得媒体の駆動電流の制御は緩やかな（低周波な）入力にしておき、正味の利得の微調整は光強度変調素子に行わせることが可能であり好適である。
【００５５】
上記のような制御をすることで、広帯域にフラットな正味の利得スペクトルを実現しやすくなる。例えば、広帯域な発振帯域を確保するためには光増幅器に大電流を流す必要がある。それは共振器内の損失に打ち勝つ利得を持っている波長帯域を広くとるためである。
【００５６】
従って、利得が最も大きい波長（λｍａｘ）における発光強度が非常に強くなることを意味する。つまり、広帯域にフラットな正味の利得を得るためには、λｍａｘでは光強度変調素子の光吸収あるいは損失が大きい必要がある。
【００５７】
このことは、光強度変調素子のダイナミックレンジが大きいことや、あるいは大光量を吸収出来る素子性能などを要求し、このような性能を満たすためには光強度変調素子への性能的負担が大きくなる。
【００５８】
そこで、利得の裾に当たる波長帯域では光増幅媒体の駆動電流を多めにし、利得帯域中央の波長域では駆動電流を小さくするといった低周波の光増幅媒体駆動電流の制御と、高速な光強度変調素子を用いた高周波成分の補正を併用する事は、非常に好適である。  
【００５９】
このような制御により、高速な光強度変調素子のダイナミックレンジや吸光による発熱への耐久性などの要求性能を緩和出来る。
【００６０】
また、ゲインフラットニングフィルタ（ＧＦＦ）などを用いる手法も考えられるが、ＧＦＦは透過率プロファイルが固定であり、共振器に加わる種々の外乱による強度変動に対応できない。
【００６１】
さらに、発光強度を変更する場合には利得媒体への駆動電流を変更する必要があるが、利得媒体は駆動電流量が変わるとゲインプロファイルそのものが変化してしまうため、やはりＧＦＦでは対応できない点が課題である。
【００６２】
従って、これらの課題に縛られない光強度変調素子を用いる瞬間的な発振スペクトル幅を制御する本発明の手法は有用である。
【００６３】
また、瞬間的なスペクトル幅を一定化する制御としては上記のように発光光量を一定化する制御以外にも、光源のコヒーレンス長を直接モニタリングしながら、コヒーレンス長が一定になるように光強度変調素子を駆動する事も好適である。
【００６４】
例えば、上記のコヒーレンス長評価のように光路長が既知のサンプル（単純な干渉計やファブリペロー共振器など）に対して波長掃引光源を照射し、光路長差を変えながら干渉スペクトルを取得しておく手法がある。
【００６５】
種々の光路長に対して得られる干渉スペクトルからある波長における干渉信号の振幅成分を抜き出しその距離依存性を評価する事で、ある波長での干渉信号の振幅が１／２になる光路長差としてコヒーレンス長をモニタリング出来る。
【００６６】
あるいは、スペクトル特性が既知のバンドパスフィルタやノッチフィルタを通して、光源の光量を波長掃引しながら計測する事で、その波長におけるスペクトル形状を知ることも可能である。また、波長選択素子の選択波長幅が可変であるような素子を用いることもコヒーレンス長一定化の制御に好適である。
【００６７】
光源のマルチモード線幅は、上述のような共振器内の正味の利得に依存する他、波長選択素子の波長選択スペクトル形状にも依存する。
【００６８】
これは、マルチモード発振のスペクトル形状を決める中心モードｍ０とサイドモードｍｓとの正味ゲインの比が上記波長選択素子が有するスペクトル形状に依存する為である。
【００６９】
簡素化のため、波長選択スペクトル形状がガウシアンであると仮定する。このガウシアンのスペクトルの半値全幅を変化させることで、マルチモード線幅を変化させることも可能である。具体的にはマルチモード線幅を狭窄化するためには波長選択スペクトル形状を細くすればよい。
【００７０】
従って、上述のように光源のコヒーレンス長をモニターし、そのコヒーレンス長を一定化するように波長選択スペクトル形状の幅を変化させる制御も好適である。
【００７１】
このような制御が可能な波長選択素子として、例えば、回折格子で分光し一部の波長の光を狭スリットで切り出す構成がある。
【００７２】
このような素子に於いて、例えば、スリット幅を変化させることで波長選択幅を変化させることが可能である。スリットを細くすれば波長選択幅も細くなる。
【００７３】
あるいはスリット幅は一定にしておいて、回折格子に照射する光束の格子ベクトル方向の幅を変化させてもよい。この場合、回折格子に照射する光束の幅が広いほど波長選択幅は細くなる。
【００７４】
本説明では、回折格子を用いた波長選択素子を用いたが、波長選択素子は、これに限られるものではなく、プリズムを用いたもの等が採用できる。
【００７５】
ここで、ＯＣＴ装置としての観察深さを深めるためには、パルス光源よりも連続光の光源の方が好適である。それは、短パルス化によりスペクトル帯域が広がり、コヒーレンス長が短縮してしまうためである。
【００７６】
従って、波長掃引光源の掃引方法が連続的な波長掃引であっても、あるいはステップ状の波長掃引であっても、光源の発光は連続光であることがＯＣＴ光源として好適である。
【００７７】
光強度変調素子が配置される位置は、利得媒体と波長選択素子との間以外の位置とすることも好適である。
【００７８】
一般的に、波長掃引光源では高速に波長を掃引しながらマルチモードでレーザー発振する。
【００７９】
従って、マルチモード発振が迅速に立ち上がり少しでも早く安定発振状態に近づく事が好適である。そのためには、波長選択素子により狭帯域に選択された波長の光が少しでも多く光増幅媒体に帰還し増幅されることが望ましい。
【００８０】
また、光強度変調素子においては光強度の損失は０に抑制する事は出来ないため、多少の損失が生じる。
【００８１】
従って、上記観点により、光強度変調素子が、波長選択素子にて切り出された光が光増幅媒体に帰還する光路の途中に配置されることは好ましくない。
【００８２】
また、ＳＳ−ＯＣＴ装置では、波長掃引帯域が奥行き分解能に影響する。
【００８３】
具体的には、波長掃引スペクトルの形状がガウシアンである場合、波長掃引の中心波長をλ０、波長掃引帯域の幅をΔλ、奥行き分解能をΔｚとするとき、以下の式（３）
【００８４】
【数１】
2014042010.tif 000003
【００８５】
の関係式が成り立つ。
【００８６】
従って、所望の奥行き分解能Δｚを満たすためには、波長掃引帯域Δλは、以下の式（４）
【００８７】
【数２】
2014042010.tif 000004
【００８８】
であらわされる値以上となることが必要である。
【００８９】
つまり、波長掃引帯域は、光干渉断層撮像における奥行き分解能をΔｚ、前記掃引変化させる波長帯域の中心の波長をλ０として、
２ｌｎ２／π×λ０＾２／Δｚ以上の値とすることが好適である。
【００９０】
本発明は、光干渉断層撮像方法を包含する。
【００９１】
本発明の撮像方法は、光源部より射出された光を分岐して検体と、参照反射部と、に照射し、前記検体からの反射光と、前記参照反射部からの反射光と、を干渉させた干渉光に基づいて、前記検体の断層像を得る光干渉断層撮像方法である。
【００９２】
そして、本発明の撮像方法は、光源部として光共振器の内側に、光を放出する光利得媒体と、前記光共振器より射出する光の波長を選択する波長選択素子と、前記光共振器内の光の強度を変調する光強度変調素子と、を備えた射出する光の波長を掃引変化させる波長掃引光源を用い、光強度変調素子を波長選択素子の駆動と同期させて駆動させることで、射出する光の瞬間的なスペクトル幅を一定化させるものである。
【００９３】
本発明の駆動方法及び撮像方法によって、広帯域に長いコヒーレンス長を発現する光源によって干渉スペクトルを取得し、その後等波数間隔でデータをリンサンプリングの上、ガウシアン等の適切な窓関数をかけてフーリエ変換し断像を取得する。この場合、上記ガウシアンスペクトルに必要な波長帯域Δλの波長幅以上の帯域で、光源強度を一定に保ちコヒーレンス長揺らぎを抑制する事が必要である。本発明の撮像方法によりＡ−ｓｃａｎ中のコヒーレンス長揺らぎを抑制出来、ノイズが少ないＯＣＴ像を取得可能である。以下、具体的な実施例を挙げて本発明をより詳しく説明する。
【実施例１】
【００９４】
図４（Ａ）は、本実施例の波長掃引光源の駆動方法を適用した光源を示す模式図である。
【００９５】
図４（Ａ）に示した光源は、半導体光増幅器４０１と、回折格子４０２と、ポッケルスセルを用いた電気光学変調素子４０３を備えた光共振器４０４を有して構成されている。また、この光源は、スリット４１０とミラー４０８を有しており、スリット４１０は、そのスリット幅をスリット制御装置４２３により制御する。４０９はミラーである。
【００９６】
４１１、４１２はコリメータである。４１３は、半導体光増幅器４０１の駆動電流源である。４１５は回折格子４０２の振れ角や振幅、周波数を制御する駆動装置である。
【００９７】
電気光学変調素子４０３は、駆動機構４０５と接続されている。
【００９８】
４１４、４２５は光カップラ（光結合器）であり、光共振器４０４から射出される光は、これらの光カップラを介して、光検知器４０６に導びかれ、光の強度変化が測定される。尚、波長掃引状態に於いて等周波数間隔の信号を取得するためのｋ−ｃｌｏｃｋ系を含む波長モニタ４２４を合わせて備えておく。これらを含めて光源部４０７としている。
【００９９】
ＳＳ−ＯＣＴ装置では、光源部４０７から出射される光を用いて干渉測定を行う。
【０１００】
奥行き分解能３μｍを想定したＯＣＴ装置では波長掃引スペクトルが８４０ｎｍを中心波長としたガウシアンであると仮定する場合、その半値全幅が約８０ｎｍ必要である。
【０１０１】
そこで本実施例でも８０ｎｍ以上の波長域にわたってコヒーレンス長の変動を抑制するように制御する。
【０１０２】
光源部４０７は、波長８００ｎｍから８８０ｎｍまで掃引する。回折格子４０２は周波数２５ｋＨｚで格子面の角度を振る。回折格子の線密度は６００本／ｍｍであり振れ角はプラスマイナス約４度である。
【０１０３】
波長掃引の模式図を図５に示す。
【０１０４】
電気光学変調素子４０３の透過率を一定にしている場合の波長掃引スペクトル６０１を図６に示す。
【０１０５】
波長掃引周期２５ｋＨｚに同期させて上記電気光学変調素子４０３の透過率を６０３の曲線に従って短波長側から長波長側へ、そして長波長側から短波長側へと掃引することでこの波長帯域内でフラットな発光スペクトル６０２を得る。このような制御により波長掃引中のコヒーレンス長の変動を抑制可能である。また、光源の発光強度の波長依存性が大きい場合には、上記電気光学変調素子だけではなく半導体光増幅器の駆動電流をあわせて変調してもよい。さらに、波長掃引中の瞬時線幅を直接モニタリングする事も可能である。
【０１０６】
図７に示すように既知の透過率スペクトル７０１を有するバンドパスフィルタに対して、上記光源部４０７からの光を透過させることで、スペクトル７０２を得られる。
【０１０７】
スペクトル７０２はこの波長帯における瞬時スペクトルとバンドパスフィルタ７０１の透過スペクトルのコンボリューションであるから、７０１及び７０２を用いてこの波長帯での瞬時スペクトル線幅を求めることも可能である。
【０１０８】
このようなバンドバスフィルタによる瞬時線幅計測を、８００ｎｍから８８０ｎｍの間のいくつかの波長で行う事で、波長掃引中のコヒーレンス長変動を簡便に知ることが可能である。このコヒーレンス長が波長掃引中に一定になるように、スリット４１０を駆動し波長選択幅を変化させる、あるいは電気光学変調素子を駆動し正味のゲインを制御する事も好ましい。は図４（Ｂ）が本実施例で構成したＯＣＴ装置であり、これは、マイケルソン干渉計型の装置である。図４（Ｂ）の装置では、光源部４０７として、図４（Ａ）の光源部４０７を採用している。
【０１０９】
図４（Ｂ）の装置では、光源部４０７からの光を導入する。光はカップラ４１６で分岐され一部がコリメータ４１７からミラー４１９（例えば、参照用ミラー）へ照射され、反射光が光検知器であるフォトディテクタ４２１にて検知される。
【０１１０】
他方の光はコリメータ４１８からミラー４２０（例えば、検体）に照射され、同様に反射光（例えば、検体からの反射光）がフォトディテクタ４２１で検知される。
【０１１１】
このときフォトディテクタ４２１ではミラー４１９からの反射光と４２０からの反射光の干渉スペクトルが検知される。
【０１１２】
フォトディテクタ４２１の信号は光源制御装置４２２へ送られる。光源制御装置からは光源部４０７へフィルタ幅や光源光量、駆動速度その他のフィードバックを行い、瞬間的なスペクトル幅を一定化する制御を行う。
【０１１３】
そしてこの干渉スペクトルを、例えば、上記ミラー４１９の距離を変えながら取得する。
【０１１４】
つまりカップラ４１６からミラー４１９までの光路長とミラー４２０までの光路長差をつけながら干渉スペクトルを取得する。そして光路長差ａからｃに対応する干渉スペクトル群１００１を取得する（図１０）。
【０１１５】
光路長差が増大するに従い、干渉スペクトルの振幅は減少する。干渉スペクトル群１００１からある波長λ０における干渉信号の振幅１００２を抽出する。
【０１１６】
そして、図１０に示すグラフの包絡線１００３の振幅が１／２になる光路長差がコヒーレンス長であり、光源部４０７から出る光の瞬時線幅を反映している。
【０１１７】
このコヒーレンス長が波長掃引中に一定になるように、スリット４１０を駆動し波長選択幅を変化させる、あるいは電気光学変調素子を駆動し正味のゲインを制御する事も好ましい。
【実施例２】
【０１１８】
本実施例では、図８を参照して、本発明の波長掃引光源の駆動方法を用いた、ＯＣＴ装置の例を示す。
【０１１９】
図８の装置は、光源部を構成する波長掃引光源部８０１と、参照部を構成する参照光光路用ファイバ８０２、干渉部を構成する、ファイバカップラ８０３、反射ミラー８０４を備えている。検体測定部を構成する検査光光路用ファイバ８０５、照射集光光学系８０６、照射位置走査用ミラー８０７が接続されている。これに加えて、光検出部を構成する受光用ファイバ８０８、フォトディテクタ８０９、照射用ファイバ８１０、画像処理部を構成する信号処理装置８１１、画像出力モニタ８１３が接続されている。
【０１２０】
そして光源部を構成する光源制御装置８１２を接続した構成により光断層撮像装置を構成している。８１４は検体（検査対象物）である。８２０、８２１はコリメータレンズである。
【０１２１】
なお、干渉光学系を構成するファイバは本実施例ではシングルモードファイバで構成し、各種ファイバカップラは３ｄＢカップラで構成した。
【０１２２】
波長掃引光源部８０１には、光源制御装置８１２から制御信号が入力される。
【０１２３】
波長掃引光源は光源制御装置によりその発振波長や強度及びその時間変化、コヒーレンス長を制御する。
【０１２４】
波長掃引光源部８０１から出射された光はファイバカップラにおいて参照光光路用ファイバ８０２及び検査光光路用ファイバ８０５に分割されて導入される。
【０１２５】
さらに、参照光光路用ファイバの先端には反射ミラーが配置され、反射ミラーで光は反射され受光用ファイバに導入されフォトディテクタに到達する。
【０１２６】
同時に、ファイバカップラにて検査光光路用ファイバに導入された光は検査物体に照射され、後方散乱光が被験物体の内部及び表面から発生する。後方散乱光は照射集光光学系を通してファイバカップラからフォトディテクタに集光される。
フォトディテクタで受光された光は信号処理装置にてスペクトル信号に変換され、さらにフーリエ変換を施すことで被験物体の奥行き情報を取得する。
【０１２７】
また、干渉計測系は、図８に示した干渉計測系に限られるものではなく、例えば、干渉信号を差動検出器を用いて取得してもよい。その場合には、例えば、図９の様な構成になる。
【０１２８】
図９の装置では、光源部９０１と、アイソレータ９０２、参照部を構成する参照光光路用ファイバ９０６、偏波コントローラ９１８、干渉部を構成するファイバカップラ９０５、反射ミラー９０７を備える。さらに検体測定部を構成する検査光光路用ファイバ９１４、偏波コントローラ９１９、照射集光光学系９１５、照射位置走査用ミラー９０８が接続されている。
【０１２９】
これに加え、光検出部を構成するファイバカップラ９０３、ファイバカップラ９０４、受光用ファイバ９１６、受光用ファイバ９１７、バランスフォトディテクタ９１０、画像処理部を構成する信号処理装置９１１、画像出力モニタ９１３を接続されている。
【０１３０】
そして光源部を構成する光源制御装置９１２を接続した構成により光断層撮像装置を構成できる。９０９は検体（検査対象物）である。また９２０および９２１はコリメータレンズである。
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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