(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の円周部に一つの頂角を９０度にしたリトロリフレクタープリズムを、前記リトロリフレクタープリズムの頂角の対角面を円周の接線におよそ直交するように設け、前記対角面に光束を入射させる時、該入射方向と平行に前記光束を反射する該プリズムの特性を利用し、前記回転体の回転とともに反射点を一定方向に走査することができ、光の進行方向に回転する場合は遅延反射する光束を、回転が反対の場合は漸進反射する光束を回転に応じて周期的に発生する回転プリズム装置を具備するとともに、低コヒーレンス光源よりの光束を２分割する手段と、一方の光束を参照光として、前記反射点の回転走査により遅延または漸進しドップラーシフト周波数となる反射光束を得るとともに、他方の光束を屈折率分布が多層構造を成す被測定物体に収束し、前記多層構造体深部の散乱ポテンシャルよりの物体反射光を捕捉する対物レンズを具備し、前記参照光と前記物体反射光とが前記２分割時点より等光学光路長にて合波干渉した場合のみ最大の干渉信号を得ることを特徴とした前記低コヒーレンス性に基づく前記シフト周波数のビート信号を得る所のヘテロダイン検波する光検出器を具備し、前記遅延または漸進する反射光束の走査反射点を座標として算出する手段と、前記ビート信号よりの該被測定物体の深部散乱ポテンシャルに基づく反射振幅と前記座標を画素情報として反射断層像分布を計測・表示できる信号制御処理システムと電子計算機およびディスプレイを具備したことを特徴とする光干渉断層像観測装置。
【請求項２】
請求項１記載の光干渉断層像観測装置において、前記反射光束の走査反射点を座標として算出する手段に、前記回転プリズムからの偏角反射光を捕捉する光検出器を配備し、前記反射光の発生する前に該偏角反射光を検出してタイミングパルスを形成し、前記回転プリズムの回転周波数と回転円周長および回転角から前記走査反射点を算出して前記散乱ポテンシャルの座標とすることを特徴とする光干渉断層像観測装置。
【請求項３】
請求項１記載の光干渉断層像観測装置において、前記低コヒーレンス光源よりの光束の進行方向をＺ軸とし、前記光束を２分割手段に半透明反射鏡を具備し、前記光束の半透明反射鏡を透過する一方の光束の方向に前記対物レンズを配備し物体照射光となし、前記半透明反射鏡より反射する他方の光束を参照光としその方向をＹ軸とし、前記光源と半透明反射鏡および対物レンズを一体構造とし、該一体構造をＹ軸を中心に回転する機構を配備して回転させることにより被測定物体への照射点をＸ軸方向に走査しＸ−Ｚ面の２次元光反射断層像を観測できる構成としたことを特徴とする光干渉断層像観測装置。
【請求項４】
請求項１記載の光干渉断層像観測装置において、各手段を一ケース内に収納配備するとともに、前記光検出器の前に前記低コヒーレンス光源の波長帯域のみを反射する誘電体多層膜反射鏡を配備し前記合波干渉波を反射して前記光検出器に導き、他方前記低コヒーレンス光源と異なる波長帯域の光源を具備し前記光源よりの光束を別途ハーフミラーを配備して前記誘電体多層膜反射鏡と前記ハーフミラーおよび対物レンズを通過させ、被測定物体に照射して表面よりの反射光を同光路を逆行させさらに前記別途ハーフミラーを透過させ、前記対物レンズの拡大作用により前記表面像を結像させ顕微映像化するＣＣＤカメラを同一ケース内に具備し、該ケース外に表示器を装備し、あらかじめ該物体の測定位置を観測できる構成としたことを特徴とする光干渉断層像観測装置。
【請求項５】
請求項４記載の光干渉断層像観測装置において、前記収納ケースに握り端子を装備して、前記測定点の観察にて測定位置決めと同時に前記断層像測定データの取り込みを開始するスイッチを前記握り端子に具備したことを特徴とする光干渉断層像観測装置。
【請求項６】
請求項３記載の光干渉断層像観測装置において、前記一体構造を９０度偏角して配備した前記収納ケースを乗せる前記Ｘ軸を中心に回転する回転機構を具備し、前記Ｘ−Ｚ面の２次元光反射断層像を観測すると共に該回転機構によってＹ軸方向にも走査して、３次元光反射断層像を観測できることを特徴とする光干渉断層像観測装置。
【請求項７】
請求項６記載の光干渉断層像観測装置において、前記対物レンズを眼底検査用対物レンズに代替し配備し、物体照射光をガルバノミラーを配備して走査する構成としたことを特徴とする光干渉断層像観測装置。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光干渉断層像観測装置において、前記参照光路を折り返し反射鏡群を配備して長尺光路長とし、さらに前記光束２分割ハーフミラーより物体にいたる光路に前記長尺光路長に応じた光ファイバ束を配備して遠隔計測ができる構成としたことを特徴とする光干渉断層像観測装置。
【請求項９】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光干渉断層像観測装置において、前記参照光路に光ファイバを配備して長尺光路長とし、さらに前記光束２分割ハーフミラーより物体にいたる光路に前記長尺光路長に応じた映像伝送可能な光ファイバを配備して遠隔計測ができる構成としたことを特徴とする光干渉断層像観測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば高光散乱媒体である生体などの内部に位置する微小物体などを散乱中心とする散乱ポテンシャルからの後方散乱光波を検出し、高散乱体からの反射光といえどもコヒーレンスが残存することを利用し、低コヒーレンス光のコヒーレンス長の短さを利用した干渉計測する手段で散乱位置情報と反射振幅情報を取得して、これらの検出を物体内部の走査により、１次元あるいは２次元さらには３次元の多次元画像情報を構築する技術に係り、例えば生体などの光散乱媒体の断層像を遠隔装置にて容易に観測できるようにした光干渉断層像観測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高光散乱媒体である生体の反射断層像を得る試みは、低コヒーレンス光を用いて干渉計を構成することから始まる〔丹野  直弘「光学」第２８巻、第３号、Ｐ１１６−１２５（１９９９）参照〕。図１２及び図１３を例示して、従来技術を説明する。
【０００３】
図１２は本願発明者らによって提案された従来の光波反射像測定装置の構成図である。
【０００４】
この光波反射像測定装置では、低コヒーレンス（部分的コヒーレンスとも表現する）光源７１よりの光束を直ちにマイケルソン干渉計に導入し、ビームスプリッター７３により分割し、一方を参照光として周波数シフトを与え、物体奥行き位置情報の走査を兼ねる可動反射鏡７２により反射して光検出素子７５に入射させる。他方の透過光は物体照射光とし被測定物体７４の深部に至る屈折率の異なる散乱体の層から散乱反射され物体反射光波となり、ビームスプリッター７３により先の参照光と合波干渉され、光検出素子７５よりビート信号が検出されるものである。該照射光と物体の位置関係を変化させ走査して、検出された電気信号はフィルターや増幅信号処理部を経て、コンピュータで記録、画像化されて反射断層像が得られる。
【０００５】
他方、本原理に基づく構成を光路に光ファイバを配備して、振動対策や取り扱いを簡便化したのが図１３に示す従来の断層像観測装置の構成図である（例えば、特表平６−５１１３１２号）である。
【０００６】
図１３に示すように、光源８１よりの光束はファイバ８２内を導波し、分岐合波回路８６を経て、一方はファイバ出射端より凸レンズ８３にて集光し物体８４より物体反射光波が形成される。他方の光束はピエゾ振動位相シフター８５により周波数シフトが与えられ、可動反射鏡８０により反射されて参照光を形成し、分岐合波回路８６を経て合波干渉されて光検出素子８７に入射し、先と同様にして反射断層像が観測されるものである。
【０００７】
従来の干渉測定法では、いずれも光反射位置（基準反射位置）情報を走査する可動反射鏡を用いているがこれは一般にリニアアクチュエータやガルバノモーターに取り付けた反射ミラーであり、リニアアクチュエータはギアによって前後に物体移動させるものであるため数ｍｍ／ｓｅｃの低速である。他方、長尺のファイバーをＰＺＴなどの電歪素子に巻き付けその伸縮で反射光路長を変化させる方法もある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の方法の内、リニアアクチュエータ等に取り付けた反射ミラーでは、高速掃引が困難であり、周期的に前後させるとバックラッシュなどのため線形性に欠ける問題がある。
【０００９】
他方、長尺のファイバーをＰＺＴなどの電歪素子に巻き付けその伸縮で反射光路長を変化させる方法では、参照光路長が必要以上に長くなり、温度変化や物体光路長も長くせざるを得ないなど問題がある。
【００１０】
また、リニアアクチュエータでも電歪素子でも、いずれも装置が大きいため、干渉計を含めて小型で可搬性ある装置とすることが困難である。
【００１１】
さらに、低速掃引では断層像計測に多大な時間を要し生体や移動体の検査に適用することが困難である。また、参照光路長や反射光路長を必要以上に長く取ると信号光の減衰を招き、画像情報の取得に際し、ＳＮの低減を生じ、物体深部情報の観測が困難になるなどの問題が発生する。
【００１２】
本発明は、上記問題点を解決するために、回転するリトロリフレクタープリズムを配備して、該プリズムの元来た方向へ光束反射し、入射角が９０度頂角の対角面に傾斜しても正確に入射方向へ反射する特性を利用して、回転によって反射点が回転円周上を移動しつつさらに該対角面が傾斜しても、光束に遅延反射或いは漸進反射を与えつつも入射方向を違えることなく反射できる方法とその具体的な装備を提案し、さらに、小型で高速回転するモーターにプリズムを装備するのみで、確実な高速走査反射鏡と本発明の目的とする光反射断層像観測に小型・簡便・可搬なあらたな実用装置への道を開くもので、広ダイナミックレンジでさらに高ＳＮで反射信号を高速走査抽出して、生体などの深部断層の静的あるいは動的構造を検知し多次元画像化して観測可能とする光干渉断層像観測装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【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、
〔１〕光干渉断層像観測装置において、回転体の円周部に一つの頂角を９０度にしたリトロリフレクタープリズムを、該リトロリフレクタープリズムの頂角の対角面を円周の接線におよそ直交するように設け、前記対角面に光束を入射させる時、該入射方向と平行に前記光束を反射する前記プリズムの特性を利用し、前記回転体の回転とともに反射点を一定方向に走査することができ、光の進行方向に回転する場合は遅延反射する光束を、回転が反対の場合は漸進反射する光束を回転に応じて周期的に発生する回転プリズム装置を具備するとともに、低コヒーレンス光源よりの光束を２分割する手段と、一方の光束を参照光として、前記反射点の回転走査により遅延または漸進しドップラーシフト周波数となる反射光束を得るとともに、他方の光束を屈折率分布が多層構造を成す被測定物体に収束し、前記多層構造体深部の散乱ポテンシャルよりの物体反射光を捕捉する対物レンズを具備し、前記参照光と前記物体反射光とが前記２分割時点より等光学光路長にて合波干渉した場合のみ最大の干渉信号を得ることを特徴とした前記低コヒーレンス性に基づく前記シフト周波数のビート信号を得る所のヘテロダイン検波する光検出器を具備し、前記遅延または漸進する反射光束の走査反射点を座標として算出する手段と、前記ビート信号よりの該被測定物体の深部散乱ポテンシャルに基づく反射振幅と前記座標を画素情報として反射断層像分布を計測・表示できる信号制御処理システムと電子計算機およびディスプレイを具備したことを特徴とする。
【００１４】
〔２〕上記〔１〕記載の光干渉断層像観測装置において、前記反射光束の走査反射点を座標として算出する手段に、前記回転プリズムからの偏角反射光を捕捉する光検出器を配備し、前記反射光の発生する前に該偏角反射光を検出してタイミングパルスを形成し、前記回転プリズムの回転周波数と回転円周長および回転角から前記走査反射点を算出して前記散乱ポテンシャルの座標とすることを特徴とする。
【００１５】
〔３〕上記〔１〕記載の光干渉断層像観測装置において、前記低コヒーレンス光源よりの光束の進行方向をＺ軸とし、前記光束を２分割手段に半透明反射鏡を具備し、前記光束の半透明反射鏡を透過する一方の光束の方向に前記対物レンズを配備し物体照射光となし、前記半透明反射鏡より反射する他方の光束を参照光としその方向をＹ軸とし、前記光源と半透明反射鏡および対物レンズを一体構造とし、該一体構造をＹ軸を中心に回転する機構を配備して回転させることにより被測定物体への照射点をＸ軸方向に走査しＸ−Ｚ面の２次元光反射断層像を観測できる構成としたことを特徴とする。
【００１６】
〔４〕上記〔１〕記載の光干渉断層像観測装置において、各手段を一ケース内に収納配備するとともに、前記光検出器の前に前記低コヒーレンス光源の波長帯域のみを反射する誘電体多層膜反射鏡を配備し前記合波干渉波を反射して前記光検出器に導き、他方前記低コヒーレンス光源と異なる波長帯域の光源を具備し前記光源よりの光束を別途ハーフミラーを配備して前記誘電体多層膜反射鏡と前記ハーフミラーおよび対物レンズを通過させ、被測定物体に照射して表面よりの反射光を同光路を逆行させさらに前記別途ハーフミラーを透過させ、前記対物レンズの拡大作用により前記表面像を結像させ顕微映像化するＣＣＤカメラを同一ケース内に具備し、そのケース外に表示器を装備し、あらかじめ該物体の測定位置を観測できる構成としたことを特徴とする。
【００１７】
〔５〕上記〔４〕記載の光干渉断層像観測装置において、前記収納ケースに握り端子を装備して、前記測定点の観察にて測定位置決めと同時に前記断層像測定データの取り込みを開始するスイッチを前記握り端子に具備したことを特徴とする。
【００１８】
〔６〕上記〔３〕記載の光干渉断層像観測装置において、前記一体構造を９０度偏角して配備した前記収納ケースを乗せる前記Ｘ軸を中心に回転する回転機構を具備し、前記Ｘ−Ｚ面の２次元光反射断層像を観測すると共に該回転機構によってＹ軸方向にも走査して、３次元光反射断層像を観測できることを特徴とする。
【００１９】
〔７〕上記〔６〕記載の光干渉断層像観測装置において、前記対物レンズを眼底検査用対物レンズに代替し配備し、物体照射光をガルバノミラーを配備して走査する構成としたことを特徴とする。
【００２０】
〔８〕上記〔１〕乃至〔６〕のいずれか１項に記載の光干渉断層像観測装置において、前記参照光路を折り返し反射鏡群を配備して長尺光路長とし、さらに前記光束２分割ハーフミラーより物体にいたる光路に前記長尺光路長に応じた光ファイバ束を配備して遠隔計測ができる構成としたことを特徴とする。
【００２１】
〔９〕上記〔１〕乃至〔６〕のいずれか１項に記載の光干渉断層像観測装置において、前記参照光路に光ファイバを配備して長尺光路長とし、さらに前記光束２分割ハーフミラーより物体にいたる光路に前記長尺光路長に応じた映像伝送可能な光ファイバを配備して遠隔計測ができる構成としたことを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２３】
図１は本発明の実施例を示す反射点走査回転プリズム装置の構成図であり、図１（ａ）はその装置の上面図、図１（ｂ）はその装置の側面図である。図２はその反射点走査回転プリズム装置の４５度直角プリズムにおける光反射の特性を説明する図であり、図２（ａ）は入射光が対角面に直角入射する場合の反射光、図２（ｂ）はプリズムの回転によって偏角入射の場合の反射光の説明図である。
【００２４】
これらの図に示すように、低コヒーレンス光源からの入射光束２を回転プリズム１に入射させる。回転プリズム１は、図２に示すように、一つの頂角が９０度をなすリトロリフレクタープリズムであり、９０度を成す辺には光を反射する金属、例えば、アルミニウム反射薄膜１ａが蒸着されている。本プリズム１は、図１に示すように、回転体としての回転板４に負荷のバランスを考えて２個あるいは３個を回転軸に対称に配置し取り付ける。回転はモーター３の動力によって行う。図１ではφ方向に回転する場合を例示している。
【００２５】
まず、リトロリフレクタープリズムにおける光反射の特性を、図２を参照しながら説明する。
【００２６】
対角面ＢＣに垂直に光束が入射する光線Ｕの場合は、図２（ａ）に示すように、プリズム内部で２辺（ＡＢ，ＡＣ）への４５度入反射を繰り返し反射する光線Ｕ′となり、正確に元来た方向へ戻る。この時、光束断面を頂角の中心線に対称にとると、左半分は右側に反射し、右半分は点線で示すように左側に反射するので、光束としては、全波面が正しく入射方向に平行に反射する光束となる。
【００２７】
一方、本プリズム１を、回転軸Ｏを中心に回転角θｉだけ回転させた場合を考えると、図２（ｂ）に示すような内部反射となる。すなわち、対角辺ＢＣへθｉで入射し、プリズムガラスの屈折率をｎとすると、辺ＡＢへの入射角θ0 は（４５°−θｒ）となる。ここで、θｒはスネルの法則からｓｉｎ-1（ｓｉｎθｉ／ｎ）で決まる。辺ＡＣからの反射光線は図の線分ｓに対し、辺ＡＢへの入射光線と成す角が同じになるので、また、スネルの法則によって反射光線Ｕ′は入射光線Ｕと平行になる。このとき、回転角と光束半径ｒに依存して、反射光線は右方向へずれる。本発明において、例えば光束半径を６ｍｍとし、走査したい反射点の距離はたかだかＬ＝±１ｍｍ程度であるので、回転半径ＯＲを７．５ｍｍにすると、回転角θｉが±７．６度である。この時の反射光軸のシフト量は１０％程度である。入射光束の直径に対し、本発明における光干渉検出には問題とならないものである。本リトロリフレクタープリズムには、頂角９０度を成す辺を２面のみとする４５度直角プリズムや、６面を有するコーナーキューブプリズムや、円錐面を有するものなどがあり、後２者は上下左右いずれの方向から光束が入射しても、元来た方向に反射させられるものである。本実施例では、全光束断面がプリズムの対角面ＢＣ内に入射する場合のみ良好な遅延反射光がえられるが、辺ＢＣ長を１０ｍｍとすれば、この回転角で十分に条件を満たす。本実施例に示すように、所望の光反射点の走査距離２ｍｍに対し、回転角を１５．２度回転させることにより得られる。
【００２８】
また、本発明では繰り返し走査が必要であるが、モーターの回転数を、例えば６０００ｒｐｍとすれば、図１に示す３個のプリズムの反射により、３００Ｈｚの周期で反射光が得られ、高速遅延反射光を発生できる。回転数６０００ｒｐｍは市販の小型モーターで容易に実現できるものである。回転の方向を例示した方向と逆向きにすれば漸進反射光を発生できることは明らかであり、モーター電源５の電圧を調節することで任意の周期での遅延（漸進）反射光を発生できる特徴がある。
【００２９】
図３に前記回転プリズム装置を組み込んだ光干渉断層像観測装置の構成の実施例を示す。
【００３０】
この図に示すように、低コヒーレンス光源６は例えば発光ダイオードと凸レンズにより成り、略平行光束を出射する。該光源６の中心波長λは例えば０．８８μｍであり、波長幅Δλは４０ｎｍで、コヒーレンス長に基づく空間分解能ΔＺは８．５μｍと見積もられる。光源６からの出射光束はハーフミラー７で２分割され、一方は反射鏡８で反射され、前記実施例の回転プリズム１に入射して、所定の位置の遅延反射光２となり参照光として戻る。
【００３１】
このとき、高速回転プリズム１からの反射光はドップラーシフト周波数ｆｂを有する。例えば、前記実施例では、円周点の回転角速度から、ｆｂ＝１０．６ＭＨｚとなる。他方の透過光は対物レンズ１０を経て、被測定物体１１に照射される。生体などの多層構造をなす物体深部からの物体反射光は、同対物レンズ１０で集光されて戻り、先の反射鏡８により合波され干渉光となる。合波干渉光は反射鏡１２で反射され、波長０．８８μｍ（波長幅４０ｎｍ）のみを選択反射する誘電体多層膜反射鏡１３により、図３では図面の鉛直方向に反射させ、凸レンズ１４で集光して、光検出器１５に入射させる。参照光電界Ｅｒ、物体反射光電界Ｅｓ（ｘ，ｙ，ｚ）とすると、光検出器１５からの出力は、光電変換の２乗検波作用によりヘテロダインビート信号を含め次式で示されるように得られる。
【００３２】
【数１】
0003553451.tif 000002
ここで、Δｆは光源の周波数幅、Ｇ（ｆ）はその周波数分布関数を表し、ここではガウス分布を仮定した。［ＤＣｔｅｒｍｓ］は背景雑音となる直流成分を表す。τ＝（ｄｒ−ｄｓ）／ｃ、ここでｄｒはハーフミラー７から回転プリズム１の反射位置までの光学距離、ｄｓは物体表面反射位置までの光学距離、ｚは物体表面から深部反射位置までの距離をそれぞれ表す。従って、τは物体表面を基準にした回転プリズム１による遅延時間を表す。式（１）により、ビート周波数ｆｂの正弦波がガウス関数で変調を受け、そのピークの位置が光波反射物体の奥行きの深部座標ｚを表し、その振幅が反射点の散乱ポテンシャルの散乱強度信号を表すことが分かる。なお、１９は配線ターミナル、２０は配線、６０は１つのケースである。
【００３３】
図４は本発明の合波干渉信号の各波形の例を示す図であり、図４（ａ）はタイミングパルスと静止ミラーの場合のビート信号波形、図４（ｂ）は被測定物体深層からの反射物体分布を示すビート信号波形と測定点を同定するゲートパルスの設定図、図４（ｃ）はビート周波数フィルタリングによる反射物体分布画像信号を示す図である。
【００３４】
図４（ａ）は図３に示すフォトダイオード９からのタイミングパルスと物体の代りに静止ミラーを置いて、ドップラービート信号を観測した場合である。タイミングパルスは回転プリズム１が前記光束と重畳する前に、例えばプリズムの辺ＡＢの金属反射薄膜１ａからの反射光を事前に捕捉して得られるもので、各パルス間隙時間が回転プリズム１間の距離に該当する。これより、静止ミラーの相対位置が算出できる。ビート信号がパルス状になるのは式（１）に示す、低コヒーレント時間ｃ／Δｆ（ｃ：光速）に基づくもので、物体深部Ｚ軸方向の距離分解能ΔＺを与える。屈折率ｎの物体内ではΔＺ／ｎとなり、生体などでは、例えば本例では６．５μｍ程度となる。物体が多層構造を有する場合は、反射信号は図４（ｂ）示すように観測される。入射光束２と回転プリズム１が接合する時間は限定されるので物体表面位置を同定してゲートパルスを掛けて、さらにビート周波数のみフィルタリングすれば、同図４（ｃ）となる。被測定物体１１への照射点位置を回転プリズム１ごとに走査すればＸ軸上のＸｎ，Ｘｎ＋１と順次、信号が得られる。Ｚ軸を前記分解能の距離毎に、またＸ軸は対物レンズ１０の焦点径、例えば２０μｍごとに１ピクセルの画素信号として画像処理すれば、コンピュータ２２上でプリズムの回転数の制御やデータの蓄積、適宜な演算処理を制御処理システム２１を介して行うことにより、２次元断層像をディスプレイ上に観測時に直ちに表示できる特徴がある。
【００３５】
本実施例では、被測定物体１１の表面を対物レンズ１０で顕微鏡として観測できる手段も具備している。すなわち、図３に示すように、例えば、高輝度発光ダイオード１６を所定の位置に配備し、ハーフミラー１７で図のように反射し、前記誘電体多層膜反射鏡１３を透過させる。この時、発光ダイオード１６の波長帯域を可視域に選択すれば良い。この可視光はハーフミラー７で反射されて、物体表面を照射する。その結果、反射光は戻り、ハーフミラー１７を透過して、ＣＣＤカメラ１８を配備して結像させる。たとえば、焦点距離ｆ＝１６ｍｍの対物レンズ１０を用い、接写レンズ付ＣＣＤカメラ１８を後方に配置すると数十倍の顕微鏡像が得られるので、この像を別途配備した小型の液晶表示器２３等で観察する。この時、低コヒーレンス光源６の波長に赤色成分が若干含まれているので、断層像を観測したい照射点が顕微鏡視野内で同時に観測される。本方法によって、視野内の位置決めを可能にする特徴がある。
【００３６】
次に、図５に前記Ｘ軸方向への走査機構を装備した他の実施例を示す。
【００３７】
この図に示すように、低コヒーレント光源６とハーフミラー７′（この例ではキューブハーフミラーを配備した）および対物レンズ１０を一直線上に配備して連結一体構造５０に構成する。反射光束および合波干渉光束の方向を図のようにＹ軸とする。この時、連結一体構造５０に偏角回転機構５１を装備して、Ｙ軸の周りで、θ＝±４．５度程度回転させる機構とする。その結果、Ｙ軸より物体までの距離を例えば４０ｍｍ程度にすると、図６に示すように物体照射面で照射位置をＸ軸方向に±３．０ｍｍ程度走査できることとなる。例えば、前記対物レンズ１０の照射面での空間分解能２０μｍを考慮して、Ｘ軸を３００点に分解する場合、前記回転プリズム１の３００Ｈｚでの遅延光発生では、およそ１秒で走査すればよい。その結果、２次元断層像はこの１秒で画像化できるものとなる。照射面はこの場合円弧を描くので、後の画像処理の際、あらかじめ補正面を算出して、画像化するものとする。
【００３８】
次に、小型簡便可搬型装置の実施例を図７に示す。
【００３９】
図３に示した制御処理システム２１やコンピュータ２２、小型の液晶表示器２３を外置きにして、図７に示すように、前記の各部品を１つのケース６０′内に収納し観測ヘッドとし、該ケース６０′に可搬用握り６０ａを装備し、さらに測定点が定まった場合のデータ取り込み開始・終了スイッチＳＷを装備して、可搬性を持たせるものである。この場合、前記一体構造５０ａは図のように図５の場合に比し、９０度傾けることにより、被測定物体へのアプローチを簡便にする。また、図の一体構造５０ｂのような配置では、握りを６０ｂのように装備すればよい。
【００４０】
次に、本装置を眼科検査装置に応用する実施例を図８に示す。
【００４１】
図３に示した対物レンズ１０を、図８に示すように、眼底検査用対物レンズ２４に代替し、該レンズ２４を前後に作動させる機構２４ａを配備し、収納ケース６０″を回転台２６に乗せた構造とする。図５に示した前記回転機構５１と該回転台２６を適宜制御して、例えば、眼球２５の眼底部の照射位置を任意に走査できる特徴があるものとなる。この回転機構５１を配備して、眼科用断層像観測ヘッド９０を構成する。
【００４２】
次に、測定物体への光路に光バンドルファイバをプローブとして用いた光バンドルファイバ付光干渉断層像観測装置の実施例を図９に示す。
【００４３】
図５に示した対物レンズ１０より照射物体に至る光路を、図９に示すように、光バンドルファイバ１０ａとする方法である。対物レンズ１０よりの照射光を導波し、例えばグリンレンズ（分布屈折率ファイバ型レンズ）１０ｂを該ファイバ先端に装着し、被測定物体に照射する。物体深部からの反射光は、同レンズで集光され、光検出器１５に至り、図５の場合と同様に断層像が観測される。このとき、参照光路長を該ファイバ長だけ長くする必要があるので、図９に示すように複数の反射鏡８ａ，８ｂなどを用いて、参照光路だけ折り返して所定の長さとする。当然のことであるが、この参照光路にも同様の光ファイバを配備しても良い。また、光バンドルファイバ１０ａ（ファイバ束）の代りに、映像伝送が可能な屈折率分布ファイバを用いても同様の観測が可能なことは明らかである。
【００４４】
本実施例は、内視鏡や顕微鏡、ファイバカテーテル、各種材料の製造工程における遠隔計測を可能にする特徴がある。
【００４５】
図１０に、ガルバノミラー走査機構を付加した光干渉断層像観測装置の実施例を示す。
【００４６】
図１０に示すように、物体照射光路にガルバノミラー８ｃを配備して、被測定物体への照射光を図１０のＹ′軸方向へ照射点を走査して、所望の断層像を得る方法である。
【００４７】
さらに、図１１にもう一個のガルバノミラー８ｄを配備して、Ｘ軸方向への走査を可能にし、眼球検査装置とした実施例を示す。
【００４８】
図１１に示すように、２軸方向への走査によって、照射光を任意に走査でき、図３に示す実施例の特徴を生かした小型・簡便な装置にて、医療現場で容易に使用可能とする特徴がある。
【００４９】
図１０及び図１１において、配線を一部省略して図示しているが、駆動電源や配線が必要なことは、明らかである。
【００５０】
本実施例のいずれの構成においても、被測定物体が動的散乱ポテンシャル部分を含みドップラーシフト周波数となる物体反射光を生成するにおいて、前記合波干渉光の光検出器から出力される該ドップラーシフトビート成分を電気的フィルターを通過して検出して複数の各空間画素成分信号を合成することにより、前記動的散乱ポテンシャルからの散乱光波の振幅情報を抽出し、前記ドップラーシフトビート成分周波数より動的散乱ポテンシャルの移動速度および方向を前記鉛直断面像と奥行き反射像の３次元画素ごとに計算し表示するコンピュータを具備し、例えば生体深部の血流分布などの動的構造を可視化できるようにしたことを特徴とする光波反射断層像観測装置が構成できる。
【００５１】
上記したように、本発明によれば、
（１）回転体の円周部に一つの頂角を９０度にしたリトロリフレクタープリズムを、該頂角の対面を円周の接線におよそ直交するように設け、該対面に光束を入射させる時、該入射方向と平行に該光束を反射する該プリズムの特性を利用し、該回転体の回転と伴に反射点を一定方向に走査することができ、光の進行方向に回転する場合は遅延反射する光束を、回転が反対の場合は漸進反射する光束を回転に応じて周期的に発生する回転プリズムを具備し、低コヒーレンス光源よりの光束を２分割する手段と、一方の光束を参照光として、前記反射点の回転走査により遅延または漸進しドップラーシフト周波数となる反射光束を得ることができ、前記回転プリズムを具備し、他方の光束を屈折率分布が多層構造を成す被測定物体に収束し該多層構造体深部の散乱ポテンシャルよりの物体反射光を捕捉する対物レンズを具備し、該参照光と該物体反射光とが該２分割時点より等光学光路長にて合波干渉した場合のみ最大の干渉信号を得ることを特徴とした該低コヒーレンス性に基づく該シフト周波数のビート信号を得る所のヘテロダイン検波する光検出器を具備し、該遅延または漸進する反射光束の走査反射点を座標として算出する手段と、該ビート信号よりの該被測定物体の深部散乱ポテンシャルに基づく反射振幅と該座標を画素情報として反射断層像分布を計測・表示できる信号制御処理システムと電子計算機およびディスプレイを具備し、前記反射光束の走査反射点を座標として算出する手段に、前記回転プリズムからの偏角反射光を捕捉する光検出器を配備し、前記反射光の発生する前に該偏角反射光を検出してタイミングパルスを形成し、前記回転プリズムの回転周波数と回転円周長および回転角から該走査反射点を算出して前記散乱ポテンシャルの座標とすることを具備して光波反射断層像を観測できる構成としたことである。
【００５２】
さらには、前記低コヒーレンス光源よりのコヒーレンスの進行方向をＺ軸とし、前記光束を２分割する手段に半透明反射鏡を具備し、該光束の該半透明反射鏡を透過する一方の光束の方向に前記対物レンズを配備し物体照射光となし、該半透明反射鏡より反射する他方の光束を参照光としその方向をＹ軸とし、該光源を半透明反射鏡および対物レンズを一直線上に配備して一体構造とし、該一体構造をＹ軸を中心に回転する機構を配備して回転させることにより被測定物体への照射点をＸ軸方向に走査しＸ−Ｚ面の２次元光反射断層像を観測できるようにし、請求項１記載の各手段を一ケース内に収納配備すると伴に、前記光検出器の前に前記低コヒーレンス光源の波長帯域のみを反射する誘電体多層膜反射鏡を配備し前記合波干渉波を反射して該光検出器に導き、他方該低コヒーレンス光源と異なる波長帯域の光源を具備し該光源よりの光束を別途ハーフミラーを配備して前記誘電体多層膜反射鏡と前記ハーフミラーおよび対物レンズを通過させ、被測定物体に照射して表面よりの反射光を同光路を逆行させ、さらに該別途ハーフミラーを透過させ、前記対物レンズの拡大作用により該表面像を結像させ顕微映像化するＣＣＤカメラを同一ケース内に具備し、あらかじめ該物体の測定位置を観察できるようにして、さらには、請求項５記載の前記収納ケースに握り端子を装備して、前記測定点の観察にて測定位置決めと同時に前記断層像測定データの取り込みを開始するスイッチを該握り端子に具備し、前記一体構造を９０度偏角して配備した前記収納ケースを乗せる前記Ｘ軸を中心に回転する回転機構を具備し、前記Ｘ−Ｚ面の２次元光反射断層像を観測すると共に該回転機構によってＹ軸方向にも走査して、３次元光反射断層像を観測でき、前記対物レンズを眼底検査用対物レンズに代替し配備し、請求項７記載の回転機構を配備して、さらにはガルバノミラー走査眼科観測用装置としたり、前記の装置において、前記参照光路を折り返し反射鏡群を配備して長尺光路長とし、さらに前記光束２分割ハーフミラーより物体にいたる光路に該長尺光路長に応じた光ファイバ束を配備して遠隔計測をできるようにし、さらに前記光束２分割ハーフミラーより物体にいたる光路に該長尺光路長の映像伝送可能な光ファイバである光バンドルファイバや分布屈折率光ファイバなどを配備して遠隔計測ができるようにした光干渉断層像観測装置としたことである。
【００５３】
また、高速化を図るために、被測定物体の所望の領域に渡り深部情報を検知し、各画素毎の各再生信号を記録蓄積し信号処理を施し多次元深部断層像として表示するコンピュータディスプレイと、を具備し光干渉断層像観測装置を構成したことである。
【００５４】
前記各実施例で示した各構成を本発明の趣旨を違えることなく、適宜組み合わせを変化させても本発明に基づくことは明らかである。
【００５５】
また、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き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。
【００５６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明は、以下のような効果を奏することができる。
【００５７】
（Ａ）回転するリトロリフレクタープリズムを配備して、該プリズムの元来た方向へ光束反射し、入射角が９０度頂角の対角面に傾斜しても正確に入射方向へ反射する特性を利用して、回転によって反射点が回転円周上を移動しさらに該対角面が傾斜しても、光束に遅延反射或いは漸進反射を与えつつも入射方向を違えることなく反射できる方法とその具体的な装置を提供し、さらに、小型で高速回転するモーターにプリズムを装備するのみで、確実な高速走査反射鏡により光反射断層像観測に小型・簡便・可搬なあらたな実用装置への道を開くものである。
【００５８】
（Ｂ）更に、広ダイナミックレンジでさらに高ＳＮで反射信号を高速走査抽出して、生体などの深部断層の静的あるいは動的構造を検知し多次元画像化して形態学的情報や血流分布などの医療情報や半導体をはじめとする諸材料の組織学的情報などを非侵襲、非破壊的に顕微鏡レベルの高空間分解能で観測可能とするとともに、小型可搬な新規な光干渉断層像観測装置を提供することができ、皮膚科、美容皮膚科学、歯科、各種生体非破壊検査、各種素材非破壊検査などの新たな実用装置産業を興す効果も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す反射点走査回転プリズム装置の構成図である。
【図２】本発明の実施例を示す反射点走査回転プリズム装置の４５度直角プリズムにおける光反射の特性を説明する図である。
【図３】本発明の反射点走査回転プリズム装置を組み込んだ光干渉断層像観測装置構成の実施例を示す図である。
【図４】本発明の合波干渉信号の各波形の例を示す図である。
【図５】本発明の被測定物体のＸ軸方向への走査機構を装備した他の実施例を示す図である。
【図６】本発明の低コヒーレンス光源とハーフミラーおよび対物レンズを連結一体構造に構成した実施例を示す図である。
【図７】本発明の小型簡便可搬型装置の実施例を示す図である。
【図８】本発明の装置を眼科検査装置に応用する実施例を示す図である。
【図９】本発明の光バンドルファイバ付光干渉断層像観測装置の実施例を示す図である。
【図１０】本発明のガルバノミラー走査機構を配備した光干渉断層像観測装置の実施例を示す図である。
【図１１】本発明の２軸ガルバノミラー走査機構を配備した光干渉断層像観測装置の実施例を示す図である。
【図１２】従来の可動反射鏡を用いて構成する光波反射像測定装置の構成図である。
【図１３】従来の光ファイバと可動反射鏡を用いて構成する断層像観測装置の構成図である。
【符号の説明】
１    回転プリズム（リトロリフレクタープリズム）
１ａ    金属反射薄膜
２    入射光束
３    モーター
４    回転体
５    モーター電源
６    低コヒーレンス光源
７，７′，１７    ハーフミラー
８，８ａ，８ｂ，１２    反射鏡
８ｃ，８ｄ    ガルバノミラー
９    フォトダイオード
１０    対物レンズ
１０ａ    光バンドルファイバ
１０ｂ    グリンレンズ
１１    被測定物体
１２    プリズム型反射鏡
１３    誘電体多層膜反射鏡
１４    凸レンズ
１５    光検出器
１６    発光ダイオード
１８    ＣＣＤカメラ
１９    配線ターミナル
２０    配線
２１    制御処理システム
２２    コンピュータ
２３    液晶表示器
２４    眼底検査用対物レンズ
２５    眼球
２６    回転台
５０，５０ａ，５０ｂ    光源−照射系連結一体構造
５１    偏角回転機構
６０，６０′    ケース
６０ａ，６０ｂ    可搬用握り
９０    眼科用断層像観測ヘッド
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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