(57)【要約】【課題】  機械的な操作に頼ることなく、静的電気的な方法で、かつ精細な可動ミラーを要せず、一枚の空間干渉画像を取得するのみで、所定の空間周波数で自動的に生成した空間干渉縞を含む画像の画素間演算を施すことにより、背景雑音光による成分を除去し、干渉信号成分のみの画像を抽出できる光コヒーレンストモグラフィー装置を用いた光画像計測方法及びその装置を提供する。【解決手段】  広帯域な波長幅の光源を用いる干渉光学系において、参照光波を回折格子９を経由させ、この回折格子９の入射位置に依存して遅延する、回折光の等位相面と角度を成す物体光波との干渉に寄与する空間遅延相関波面をもつ回折光波を発生させ、物体光波と所定の角度を成して合波干渉させ、この２光束による空間干渉縞の空間周期の適宜な位相位置毎に光アレイセンサ素子１２を配置し、前記各光アレイセンサ素子１２からの各位相毎の信号を検出し相互に演算することにより、前記２光束の干渉信号強度分布や位相分布を実時間で描画できる。【選択図】  図１
2006250849.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
広帯域な波長幅の光源を用いる干渉光学系において、参照光波を回折格子を経由させ、前記回折格子の入射位置に依存して遅延する、回折光の等位相面と角度を成す物体光波との干渉に寄与する空間遅延相関波面をもつ回折光波を発生させ、物体光波と所定の角度を成して合波干渉させ、該２光束による空間干渉縞の空間周期の適宜な位相位置毎に光アレイセンサ素子を配置し、前記各光アレイセンサ素子からの各位相毎の信号を検出し相互に演算することにより、前記２光束の干渉信号強度分布や位相分布を描画することを特徴とする光コヒーレンストモグラフィー装置を用いた光画像計測方法。
【請求項２】
（ａ）波長帯域幅の広い光波を射出する光源と、
（ｂ）該光源からの射出光を平行光束に変換するレンズと、
（ｃ）前記平行光束を、被測定物体が配置される光路を辿る物体光波と、回折格子を配置した光路を辿る参照光波とに２分割し、前記被測定物体より反射した物体光波と、参照光路長を調節するための遅延機構を経由し前記回折格子を経て空間遅延相関波面をもつ参照光波とを、所定の角度で交差して合波干渉させる干渉光学系と、
（ｄ）前記２光束による空間干渉縞の空間周期の適宜な位相位置毎に配置した光アレイセンサ素子と、
（ｅ）該各光アレイセンサ素子からの位相毎の信号を相互に演算する演算手段と、
（ｆ）該演算手段からの信号強度分布や位相分布を画像化するコンピュータおよび表示装置とを具備することを特徴とする光画像計測法による光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項３】
請求項２記載の光画像計測法による光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記演算手段がデジタル演算電子回路を具備することを特徴とする光画像計測法による光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項４】
請求項２記載の光画像計測法による光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記演算手段がデジタル演算プログラムを用いることを特徴とする光画像計測法による光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項５】
請求項２記載の光画像計測法による光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記参照光路の前記回折格子からの回折光波を略フーリエ変換−フーリエ逆変換するレンズ系と空間フィルターを具備し、前記回折光波を前記光アレイセンサ素子面に投影することを特徴とする光画像計測法による光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項６】
請求項２記載の光画像計測法による光コヒーレンストモグラフィー装置であって、前記干渉光学系において、被測定物体に物体光波を照射するとき、光軸方向に垂直な面で走査する手段を具備したことを特徴とする光画像計測法による光コヒーレンストモグラフィー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光コヒーレンストモグラフィー装置を用いた光画像計測方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
広帯域な波長幅を有する光源を用いた光コヒーレンストモグラフィー装置が既に開発され、現在実用化されて医療分野で使用され、広く利用されている（例えば、下記特許文献１および非特許文献１）。従来の回折格子による空間相関波の発生を用いた１次元断層分布の計測方法による光コヒーレンストモグラフィー装置（例えば、下記特許文献２）においては、参照光と物体光は同軸で干渉を生じるようにして、光路長を波長程度変位させ、その都度画像を取得した後、通常の位相シフト法を適用して背景雑音光成分による直流成分を除去して、干渉信号画像を抽出する方法が用いられている。
【０００３】
図５は従来の回折格子による空間相関波を用いた同軸型空間光干渉断層画像計測装置の模式図である。
【０００４】
この図において、１０１は広帯域波長光源〔例えば、ＳＬＤ（スーパールミネッセントダイオード）光源〕、１０２は光束拡大レンズ、１０３はハーフミラー、１０４はミラー、１０５は対物レンズ、１０６は被測定物体、１０７はハーフミラー、１０８は可動ミラー、１０９は回折格子、１１０はレンズ、１１１はハーフミラー、１１２は光アレイセンサである。
【特許文献１】特許第２０１００４２号
【特許文献２】特願２００４−２４９５４５号
【非特許文献１】光学、２８巻３号、１９９９年  ｐｐ．１１６−１２５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した従来の同軸型空間干渉断層画像計測装置では、前記可動ミラー１０８を光源の光波長の１／２乃至１／４程度光軸方向に機械的に移動して、その都度画像分布を観測し、画像記録媒体に収納した後、例えば各３枚の画像間で、この機械的な光路長変化による位相シフト画像演算を施して背景雑音光による成分を除去して、干渉信号成分のみの画像を抽出しなければならなかった。
【０００６】
また、画像の取得に時間を要し、さらには各３枚の画像を記録する間、被測定物体は静止している必要があり、また、光波長程度の可動ミラーの精密な機械的制御を必要とするなど問題があった。
【０００７】
本発明は、上記状況に鑑みて、機械的な操作に頼ることなく、静的電気的な方法で、かつ精細な可動ミラーを要せず、一枚の空間干渉画像を取得するのみで、所定の空間周波数で自動的に生成した空間干渉縞を含む画像の画素間演算を施すことにより、背景雑音光による成分を除去し、干渉信号成分のみの画像を抽出できる、光コヒーレンストモグラフィー装置を用いた光画像計測方法及びその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】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕光コヒーレンストモグラフィー装置を用いた光画像計測方法において、広帯域な波長幅の光源を用いる干渉光学系において、参照光波を回折格子を経由させ、前記回折格子の入射位置に依存して遅延する、回折光の等位相面と角度を成す物体光波との干渉に寄与する空間遅延相関波面をもつ回折光波を発生させ、物体光波と所定の角度を成して合波干渉させ、この２光束による空間干渉縞の空間周期の適宜な位相位置毎に光アレイセンサ素子を配置し、前記各光アレイセンサ素子からの各位相毎の信号を検出し相互に演算することにより、前記２光束の干渉信号強度分布や位相分布を描画することを特徴とする。
【０００９】
〔２〕光コヒーレンストモグラフィー装置において、波長帯域幅の広い光波を射出する光源と、この光源からの射出光を平行光束に変換するレンズと、前記平行光束を、被測定物体が配置される光路を辿る物体光波と、前記回折格子を配置した光路を辿る参照光波とに２分割し、前記被測定物体より反射した物体光波と、参照光路長を調節するための遅延機構を経由し前記回折格子を経て空間遅延相関波面をもつ参照光波とを所定の角度で交差して合波干渉させる干渉光学系と、前記２光束による空間干渉縞の空間周期の適宜な位相位置毎に配置した光アレイセンサ素子と、この各光アレイセンサ素子からの位相毎の信号を相互に演算する演算手段と、この演算手段からの信号強度分布や位相分布を画像化するコンピュータおよび表示装置とを具備することを特徴とする。
【００１０】
〔３〕上記〔２〕記載の光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記演算する手段に、デジタル演算電子回路を具備することを特徴とする。
【００１１】
〔４〕上記〔２〕記載の光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記演算する手段に、デジタル演算プログラムを用いることを特徴とする。
【００１２】
〔５〕上記〔２〕記載の光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記参照光路の前記回折格子からの回折光波を略フーリエ変換−フーリエ逆変換するレンズ系と空間フィルターを具備し、前記回折光波を前記光アレイセンサ素子面に投影することを特徴とする。
【００１３】
〔６〕上記〔２〕記載の光コヒーレンストモグラフィー装置であって、前記干渉光学系において、被測定物体に物体光波を照射するとき、光軸方向に垂直な面で走査する手段を具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、従来の機械的な操作に頼ることなく、静的電気的な手法で、かつ波長オーダーで制御しなければならない光路長の変化を要せず、一枚の空間干渉画像を取得するのみで、所定の空間周波数で自動的に生成した空間干渉縞を含む画像の電子的画素間演算を施し、背景雑音光による成分を除去して、干渉信号成分のみの画像を実時間で観測できる。さらに、この装置は安価に簡易に実用化でき、多くの医療現場で使用され、医者や患者に有益な診断効果をもたらすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の光コヒーレンストモグラフィー装置は、波長帯域幅の広い光波を射出する光源と、この光源からの射出光を平行光束に変換するレンズと、前記平行光束を、被測定物体が配置される光路を辿る物体光波と、前記回折格子を配置した光路を辿る参照光波とに２分割し、前記被測定物体より反射した物体光波と、参照光路長を調節するための遅延機構を経由し前記回折格子を経て空間遅延相関波面をもつ参照光波とを所定の角度で交差して合波干渉させる干渉光学系と、前記２光束による空間干渉縞の空間周期の適宜な位相位置毎に配置した光アレイセンサ素子と、この各光アレイセンサ素子からの位相毎の信号を相互に演算する演算手段と、この演算手段からの信号強度分布や位相分布を画像化するコンピュータおよび表示装置とを具備する。よって、所定の空間周波数で自動的に生成した空間干渉縞を含む画像の電子的画素間演算を施し、背景雑音光による成分を除去して、干渉信号成分のみの画像を実時間で観測できる。
【実施例】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
〔実施例１〕
図１は本発明の画像計測による光コヒーレンストモグラフィー装置の模式図である。
【００１７】
この図において、１は広帯域波長光源〔例えば、ＳＬＤ（スーパールミネッセントダイオード）光源〕、２は光束拡大レンズ、３は第１のハーフミラー（２分割用ハーフミラー）、４は反射ミラー  ５は対物レンズ、６は被測定物体、７は第２のハーフミラー、８は可動ミラー、８ａは可動ミラー８の駆動機構、９は回折格子（本実施例では、透過型を例示）、１０は結像レンズ、１１は第３のハーフミラー、１２は光アレイセンサ、１２ａは例えばデジタル演算回路、１２ｂはコンピュータおよび表示装置である。
【００１８】
ショートコヒーレンス光源となる広帯域波長光源１からの光を光束拡大レンズ２で略平行光束に拡大して第１のハーフミラー３で２分割する。参照光となる光束は第２のハーフミラー７を経て可動ミラー８で戻され、可動ミラー８の駆動機構８ａにより参照光路長を長短遅延調整して、第２のハーフミラー７で反射して回折格子９に入射する。回折格子９からの透過光は、空間遅延相関波面を発生し、レンズ１０で光アレイセンサ１２に投影される。一方、物体光となる光束は反射ミラー４で反射され、対物レンズ５で被測定物体６に照射される。被測定物体６の表面乃至深層からの反射物体光は対物レンズ５で集光され、所定の角度で傾斜させた第３のハーフミラー１１で反射され、光アレイセンサ１２に入射する。このとき、上記参照光と所定の角度で交差し合波して干渉し、光アレイセンサの２乗検波により干渉縞が検出される。
【００１９】
本実施例では、広帯域波長光源にＳＬＤを用いる例を示したが、波長幅の広いコヒーレンス長の短いレーザーを光源として用いても良いことは明らかである。
【００２０】
図２は、本発明の参照光ｅr と物体光ｅs の干渉する波面の様子を図示したものである。
【００２１】
前記空間遅延相関波面９ａは伝播方向に対し傾斜して伝播する。他方、物体光は深層からの反射波面６ａほど遅れて伝搬してくる。合波干渉する波面同士は、垂直入射の参照光に対して物体光は交差角θでセンサ面で干渉し合う。交差角が零度の場合は、上記特許文献２の図３に示されるように両者の交差点では、例えばガウス分布の一つの干渉強度分布が光アレイセンサの出力に観測される。しかし、本実施例では、所定の角度で交差させることにより、ガウス分布の中に空間干渉縞１２ｃが観測されることになる。
【００２２】
この干渉縞は、干渉に基づく空間周波数の周期λS （＝λ／ｓｉｎθ、λ：光源の中心波長）で明暗の縞と成る。この周期λS に合せ、例えばλs ／４毎に光アレイセンサの各素子を配置する。光アレイセンサ１２の素子間隔が既定のものであれば、交差角θを適宜調節してその周期に合わせる。例えば、光源の中心波長λを０．８μｍ、光アレイセンサの１素子の周期長を１０μｍとすると、交差角θを０．５７度と設定することで、λs ／４毎のすなわち位相にして９０度毎の出力が並んだ各素子より出力できる。今、該空間周波数の波数をｋｓ（＝２π／λS ）とすると、光アレイセンサのｎ行ｍ列にある素子からの干渉項を含んだ出力Ｉn,mは次式のように表される。
【００２３】
Ｉn,m ＝Ｄn,m 十Ａn,m ｃｏｓ（ｋｚ＋φ−ｋｓｚ）            …（１）
ここで、Ｄn,m は背景雑音光なども含む直流成分、Ａn,m は画像情報を含む干渉成分の振幅強度、ｋは波数（＝２π／λ）、ｚは被測定物体深部方向の距離に比例する光アレイセンサ面上のｍ列方向の距離、φは初期位相である。
【００２４】
光アレイセンサ１２の各素子で検出された出力に対して、次式のような相互演算を実行することを考える。
【００２５】
Ｉac＝（Ｉn,m −１n,m+1 ）2 ＋（Ｉn,m+l −Ｉn,m+2 ）2       …（２）
Φ＝ｔａｎ-1［（Ｉn,m+1 −Ｉn,m+2 ）／（Ｉn,m −Ｉn,m+l ）］…（３）
これにより、（２）式の出力Ｉacには、直流成分を除去した干渉光成分の４（Ａn,m ）2 が観測され、また（３）式の出力Φには同様に直流成分を除去した位相分布Φが観測される。上記演算を各素子からの出力に対して、一つずつ乃至複数個ごとにずらしながら行うことで、干渉成分の画素ごとの強度や位相が各々得られる。
【００２６】
このような演算は線形演算であるので、既存のデジタル演算電子回路で実行することは容易であり、また、コンピュータの演算プログラムで実行することも容易である。そのようなデジタル演算回路１２ａを具備し、さらにコンピュータおよび表示装置１２ｂを具備して、ｍ列方向の、したがって被測定物体の深層方向の画像分布を計測できる。
【００２７】
他の演算方法として、背景雑音の直流成分が素子毎で異なる場合には、図１の可動ミラー８を駆動機構８ａで移動して参照光路長を長短にして、物体反射光に対して最初は干渉を生じないように設定する。このようにして、予め直流成分Ｄn,m を観測しておき、次式の演算を実行しても良い。
【００２８】
Ｉac＝（Ｉn,m −Ｄn,m ）2 ＋（Ｉn,m+1 −Ｄn,m+l ）2         …（４）
Φ＝ｔａｎ-1［（Ｉn,m+1 −Ｄn,m+l ）／（Ｉn,m −Ｄn,m ）]   …（５）
なお、この場合は光アレイセンサの素子周期は空間周波数の周期λｓ／２に設定して、検出すればよい。
【００２９】
本実施例では、図１に示す座標系でＸ−Ｚ面内で第３のハーフミラー１１をθだけ傾斜して干渉縞を形成する方法を説明したが、Ｙ−Ｚ面内で第３のハーフミラー１１をθだけ傾斜して、干渉縞を形成しても同様な結果が得られることは明らかである。
〔実施例２〕
図３は本発明のフーリエ変換参照光を配置した画像計測による光コヒーレンストモグラフィー装置の構成図である。
【００３０】
図３において、１３は円柱レンズ、１７はフーリエ変換レンズ、１８は空間フィルター、１９はフーリエ逆変換レンズである。他の構成要素は図１と同じであるので説明は省略する。
【００３１】
この構成によって、回折格子９からの空間遅延相関波はフーリエ変換レンズ１７でフーリエ変換されてその焦点面に回折像を結ぶ。この回折像に対し、空間フィルター１８を配置して、略０次回折光を透過させ、フーリエ逆変換レンズ１９で略平面波を光アレイセンサ１２の検出面に照射する。その結果、検出面にはほぼ理想的な強度分布も一様な平面波が参照光として得られ、物体光との空間干渉において理想的な干渉縞を自動的に形成できる。
【００３２】
本実施例では、さらに、円柱レンズ１３を配置して、物体光を短冊型の強度断面として、物体をスリット状に照射する。この照射により、物体深層のＸ−Ｚ面の断層反射分布光が、光アレイセンサ１２の検出面に投影される。このようなスリット状の物体光を用いることにより、他の機械的光遅延装置や１次元走査機構を具備すること無く、Ｘ−Ｚ面の２次元断層画像を実時間で得ることができる。円柱レンズ１３を適宜光軸に対して回転させれば、任意の破断面の断層像を観測できることは明らかである。
〔実施例３〕
図４は、本発明の物体照射位置を決めるＸ−Ｙ面走査機構を配置した画像計測による光コヒーレンストモグラフィー装置の構成図である。
【００３３】
図４において、１５はＸ軸走査ミラー、１６はＹ軸走査ミラーであり、例えばガルバノミラーなどにより構成する。上記スリット状に物体光を被測定物体６の面上に照射する時、観測したい破断面の位置を決めるのに光軸に垂直な面すなわちＸ−Ｙ面光束走査機構として用いることができる。他の構成要素は、図３と同じであるので説明は省略する。
【００３４】
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、組み合わせが可能であり、これらを発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の光コヒーレンストモグラフィー装置を用いた光画像計測方法及びその装置は、医療の分野において広く利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の画像計測による光コヒーレンストモグラフィー装置の模式図である。
【図２】本発明の参照光ｅr と物体光ｅs の干渉する波面の様子を示す図である。
【図３】本発明のフーリエ変換参照光を配置した画像計測による光コヒーレンストモグラフィー装置の模式図である。
【図４】本発明の物体照射位置を決めるＸ−Ｙ面走査機構を配置した画像計測による光コヒーレンストモグラフィー装置の模式図である。
【図５】従来の回折格子による空間相関波を用いた同軸型空間光干渉断層画像計測装置の模式図である。
【符号の説明】
【００３７】
１    広帯域波長光源
２    光束拡大レンズ
３    第１のハーフミラー
４    反射ミラー
５    対物レンズ
６    被測定物体
７    第２のハーフミラー
８    可動ミラー
８ａ    可動ミラーの駆動機構
９    回折格子
１０    結像レンズ
１１    第３のハーフミラー
１２    光アレイセンサ
１２ａ    デジタル演算回路
１２ｂ    コンピュータおよび表示装置
１２ｃ    空間干渉縞
１３    円柱レンズ
１５    Ｘ軸走査ミラー
１６    Ｙ軸走査ミラー
１７    フーリエ変換レンズ
１８    空間フィルター
１９    フーリエ逆変換レンズ
【図１】
2006250849.tif 000003
【図２】
2006250849.tif 000004
【図３】
2006250849.tif 000005
【図４】
2006250849.tif 000006
【図５】
2006250849.tif 000007