(57)【要約】【課題】  装置内部において温度変化が生じた場合でも、干渉光を受光素子で効率的に受光する。【解決手段】  光干渉断層撮影装置は、測定光を照射した被検査物からの戻り光と測定光に対応する参照光とを合波して得た合波光を導光する光ファイバと、光ファイバの射出端からの光を、回折格子に導光する第１のレンズと、回折格子からの光を、複数の画素を含む受光素子に導光する第２のレンズと、第１のレンズを含む光路及び第２のレンズを含む光路を囲う少なくとも１つの鏡筒であって、光ファイバの射出端と第１のレンズと回折格子と第２のレンズと受光素子とが配置される鏡筒と、を有する。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定光を照射した被検査物からの戻り光と前記測定光に対応する参照光とを合波して得た合波光を導光する光ファイバと、
前記光ファイバの射出端からの光を、回折格子に導光する第１のレンズと、
前記回折格子からの光を、複数の画素を含む受光素子に導光する第２のレンズと、
前記第１のレンズを含む光路及び前記第２のレンズを含む光路を囲う少なくとも１つの鏡筒であって、前記光ファイバの射出端と前記第１のレンズと前記回折格子と前記第２のレンズと前記受光素子とが配置される鏡筒と、
を有することを特徴とする光干渉断層撮影装置。
【請求項２】
前記鏡筒は、
前記光ファイバの射出端が設けられ、前記第１のレンズを含む光路を囲う第１の鏡筒と、
前記受光素子が設けられ、前記第２のレンズを含む光路を囲う第２の鏡筒と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の光干渉断層撮影装置。
【請求項３】
前記第１の鏡筒と前記第２の鏡筒とが並ぶ方向は、前記複数の画素が並ぶ方向と略平行であることを特徴とする請求項２に記載の光干渉断層撮影装置。
【請求項４】
前記光ファイバの射出端からの光を反射する反射手段を更に有し、
前記回折格子は、透過型の回折格子であり、
前記反射手段は、前記第１の鏡筒の両端のうち、前記光ファイバの射出端が設けられた端とは異なる端に配置され、
前記透過型の回折格子は、前記第２の鏡筒の両端のうち、前記受光素子が設けられた端とは異なる端に配置され、
前記第１の鏡筒及び前記第２の鏡筒は、前記反射手段及び前記透過型の回折格子を介して互いに並ぶように配置されることを特徴とする請求項２または３に記載の光干渉断層撮影装置。
【請求項５】
前記回折格子は、透過型の回折格子であり、
前記第１の鏡筒及び前記第２の鏡筒は、前記透過型の回折格子を介して互いに対向するように配置されることを特徴とする請求項２または３に記載の光干渉断層撮影装置。
【請求項６】
前記回折格子は、反射型の回折格子であり、
前記第１の鏡筒及び前記第２の鏡筒は、前記反射型の回折格子を介して互いに並ぶように配置されることを特徴とする請求項２または３に記載の光干渉断層撮影装置。
【請求項７】
前記第１の鏡筒の熱膨張率と前記第２の鏡筒の熱膨張率との差が閾値以下であることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の光干渉断層撮影装置。
【請求項８】
前記閾値は、１５×１０−６［１／℃］であることを特徴とする請求項７に記載の光干渉断層撮影装置。
【請求項９】
前記閾値は、８×１０−６［１／℃］であることを特徴とする請求項７または８に記載の光干渉断層撮影装置。
【請求項１０】
前記閾値は、３×１０−６［１／℃］であることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の光干渉断層撮影装置。
【請求項１１】
前記第２の鏡筒の両端の一方に設けられた前記回折格子を囲うカバー部を更に有することを特徴とする請求項２乃至１０のいずれか１項に記載の光干渉断層撮影装置。
【請求項１２】
前記鏡筒によって囲われない領域を囲うカバー部を更に有し、
前記カバー部は、前記鏡筒よりも強度が弱いことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の光干渉断層撮影装置。
【請求項１３】
前記第１のレンズを含む光路の光軸は、前記第２のレンズを含む光路の光軸と前記複数の画素が並ぶ方向とから成る平面上に位置することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の光干渉断層撮影装置。
【請求項１４】
測定光を照射した被検査物からの戻り光と前記測定光に対応する参照光とを合波して得た合波光を導光する光ファイバと、
前記光ファイバの射出端からの光を回折格子を介して受光する受光素子であって、複数の画素を含む受光素子と、
前記光ファイバの射出端から前記受光素子までの光路を囲う少なくとも１つの鏡筒であって、前記光ファイバの射出端と前記回折格子と前記受光素子とが配置される鏡筒と、
を有することを特徴とする光干渉断層撮影装置。
【請求項１５】
光源と、前記光源からの光を前記測定光と前記参照光とに分割する分割手段と、前記測定光と前記参照光との光路長差を変更する変更手段と、を含む干渉光学系と、
前記干渉光学系を含む光学ヘッドと、
前記鏡筒を含むベース部と、
前記ベース部に対して前記光学ヘッドを移動可能なステージ部と、
を更に有することを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の光干渉断層撮影装置。
【請求項１６】
前記鏡筒と前記ベース部との間に設けられ、前記鏡筒及び前記ベース部よりも強度が弱い支持部材を更に有することを特徴とする請求項１５に記載の光干渉断層撮影装置。
【請求項１７】
前記光ファイバの射出端と前記回折格子と前記受光素子とは、前記鏡筒に対して互いの位置関係が保持されるように前記鏡筒に配置されることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の光干渉断層撮影装置。
【請求項１８】
前記鏡筒は、筒状の構造体であり、
前記光ファイバの射出端と前記回折格子と前記受光素子とは、前記鏡筒に固定されることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の光干渉断層撮影装置。
【請求項１９】
前記被検査物は、被検眼であることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の光干渉断層撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の技術は、光干渉断層撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
眼科における画像診断では、従来から広く用いられてきた眼底画像に加えて、近年は、断層画像を用いることにより、被検者の網膜内部の層構造の状態を３次元的に観察することが可能である。主に、光干渉断層計（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＯＣＴ）などを用いて撮像される。ＯＣＴ装置では、低コヒーレント光である測定光の被検眼からの後方散乱光と、参照光との干渉光を、回折格子により周波数成分に分光しラインセンサなどの受光素子で受け、受光素子の信号をフーリエ変換することで、被検眼の深さ方向の情報を取得し、網膜断層画像を構築する。被検眼からの後方散乱光に基づく微弱な信号を画像化しているため、信号対雑音比および分解能の高い画像を生成するためには、干渉光を受光素子に正確に導く必要がある。
【０００３】
ここで、装置が設置される環境の温度変化や、内蔵される電子部材の発熱により、装置内部において温度変化が生じた場合、分光器の光軸方向における受光素子に対する干渉光の結像位置のずれ（ピントずれ）を低減するための構成が、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−３５９４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、従来の構成では、装置内部において温度変化が生じた場合、分光器の光軸に対して交差する方向（特に、高さ方向）における受光素子に対する干渉光の結像位置のずれを低減することが難しく、結果として、干渉光を受光素子で効率的に受光することが難しかった。
【０００６】
開示の技術は、装置内部において温度変化が生じた場合でも、干渉光を受光素子で効率的に受光することを目的の１つとする。
【０００７】
なお、上記目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的の１つとして位置付けることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
開示の光干渉断層撮影装置の一つは、
測定光を照射した被検査物からの戻り光と前記測定光に対応する参照光とを合波して得た合波光を導光する光ファイバと、
前記光ファイバの射出端からの光を、回折格子に導光する第１のレンズと、
前記回折格子からの光を、複数の画素を含む受光素子に導光する第２のレンズと、
前記第１のレンズを含む光路及び前記第２のレンズを含む光路を囲う少なくとも１つの鏡筒であって、前記光ファイバの射出端と前記第１のレンズと前記回折格子と前記第２のレンズと前記受光素子とが配置される鏡筒と、を有する。
【発明の効果】
【０００９】
開示の技術の一つによれば、装置内部において温度変化が生じた場合でも、干渉光を受光素子で効率的に受光することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第一実施形態における、装置の構成図
【図２】第一実施形態における、撮像光学系の光学系配置図
【図３】従来の分光器の構成図
【図４】従来の分光器の、装置内の温度上昇時の形状変形を示した図
【図５】従来の分光器の、装置内の温度上昇時の光学配置の変化を示した図
【図６】第一実施形態における、分光器の構成図
【図７】素材およびその熱膨張率の代表例を挙げたリスト
【図８】第一実施形態における、装置内の温度上昇時の分光器の変形を示した図
【図９】第一実施形態における、干渉光とラインセンサの位置関係を示した図
【図１０】第二実施例における、カバーを分光器に取り付けた状態を示した図
【図１１】第二実施例における、支持部材を分光器に取り付けた状態を示した図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［第一実施形態］
（装置の概略構成）
第一実施形態における光干渉断層撮影装置の概略構成を、図１を用いて説明する。図１は、光干渉断層撮影装置の側面図である。２００は、光干渉断層撮影装置である。２０１は、眼底画像および断層画像を撮像するための測定光学系である光学ヘッドである。２０２は、光学ヘッドを図中ｘｙｚ方向に不図示のモータを用いて、ベース部２０３に対して移動可能としたステージ部である。２０３は、後述の分光器２０４を内蔵するベース部である。２０５は顎台であり、被検者の顎と額とを固定することで、被検者の眼（被検眼）の固定を促す。２０６は、光干渉断層撮影装置の制御部を兼ねるパソコンであり、光干渉断層撮影装置の制御とともに断層画像の構成等を行う。２０７は、断層画像の撮像用のプログラムなどを記憶するハードディスクである。２０８は、表示部であるモニタである。２０９は、パソコンへの指示を行う入力部であり、具体的にはキーボードとマウスから構成される。ここでは、制御部（パソコン）、ハードディスク、表示部を、光干渉断層撮影装置２００の外部に設けているが、光干渉断層撮影装置２００に内蔵する構成も可能である。
【００１２】
（測定光学系の構成）
第一実施形態の測定光学系（光学ヘッド）の構成について図２を用いて説明する。まず、光学ヘッド２０１部の内部について説明する。被検査物の一例である被検眼１００に対向して対物レンズ１０１−１が設置され、その光軸上でダイクロイックミラー１０２およびダイクロイックミラー１０３によってＯＣＴ光学系の光路Ｌ１、内部固視灯およびＳＬＯ光学系の光路Ｌ２、前眼部観察系光路Ｌ３に、波長帯域ごとに分岐される。
【００１３】
光路Ｌ１は、ＯＣＴ光学系（干渉光学系）を成しており、断層画像を構成するための干渉信号を得るものである。光路Ｌ１には、レンズ１０１−３、ミラー１１３、光を被検眼１００の被測定部（眼底部や前眼部）上で走査するためのＸスキャナ１１４−１、Ｙスキャナ１１４−２が配置されている。さらに、１１５，１１６はレンズであり、そのうちのレンズ１１５は、光源１１８から光路Ｌ１を通過し被検眼に入射（照射）する光を、被検眼の被測定部に合焦調整をするために不図示のモータによって駆動される。この合焦調整によって被測定部からの光は同時に、ファイバ１１７−２の先端にスポット状に結像されて入射されることとなる。
【００１４】
次に、光源１１８からの光路と参照光学系、分光器の構成について説明する。１１８は光源、１１７は前述した光カプラ、１１７−１〜４は光カプラに接続されて一体化しているシングルモードの光ファイバ、１１９はミラー、１２０は分散補償用ガラス、１２１はレンズ、２０４は分光器である。
【００１５】
これらの構成によってマイケルソン干渉系を構成している。光源１１８から出射された光は、光ファイバ１１７−１を通じ、光カプラ１１７を介して光ファイバ１１７−２側の測定光と光ファイバ１１７−３の参照光とに分割される。測定光は、前述のＯＣＴ光学系の光路Ｌ１を通じ、観察対象である被検眼１００の眼底に照射され、網膜による反射や散乱により同じ光路を通じて光カプラ１１７に到達する。
【００１６】
一方、測定光に対応する参照光は、光ファイバ１１７−３、レンズ１２１、測定光と参照光の分散を合わせるために挿入された分散補償ガラス１２０を介して参照ミラー１１９に到達し反射される。そして、反射された参照光は、同じ光路を戻り、光カプラ１１７に到達する。光カプラ１１７によって、測定光と参照光は合波され干渉光となる。ここで、測定光の光路長と参照光の光路長とが所定の条件を満たす状態となったときに干渉を生じる。参照ミラー１１９は不図示のモータおよび駆動機構によって光軸方向に調整可能に保持され、被測定部によって変わる測定光の光路長に参照光の光路長を合わせることが可能である。ここで、参照ミラー１１９とモータと駆動機構とは、測定光と参照光との光路長差を変更する変更手段の一例であり、測定光と参照光との光路長差を変更可能な構成であれば何でも良い。干渉光（合波光）は、光ファイバ１１７−４を介して分光器２０４に導かれる。
【００１７】
分光器２０４は、レンズ１５１、ミラー１５２、回折格子１５３、レンズ１５４、赤外域に感度を有する複数の画素を一次元方向に配列して形成された一次元受光素子であるラインセンサを有するカメラ１５５から構成される。光ファイバ１１７−４から出射された干渉光は、レンズ１５１を介して略平行光となりミラー１５２で折り返された後、回折格子１５３で分光され、レンズ１５４によってカメラ１５５のラインセンサ上に結像される。回折格子１５３で分光されているため、結像位置では、点ではなく、周波数ごとにずれた線状に結像する。なお、ラインセンサは、干渉光を受光して該干渉光に応じた出力信号を発生、出力する受光素子の一例として示される。すなわち、ラインセンサを有するカメラ１５５は、複数の画素を含む受光素子の一例である。例えば、カメラ１５５は、画素を二次元方向に配列して形成された二次元受光素子であるエリアセンサの一部の画素を用いても良い。ただし、画素の読み出し速度の観点から、干渉光の結像範囲の周辺に限定した読み出しとすることが好ましい。また、複数の画素を含む受光素子は、光ファイバの射出端からの光を回折格子を介して受光するように構成される。また、レンズ１５１は、光ファイバ１１７−４の射出端からの光を、回折格子に導光する第１のレンズの一例である。レンズ１５１は、例えば、光ファイバ１１７−４の射出端に配置されたコリメーターレンズであっても良い。また、レンズ１５４は、回折格子１５３からの光を、複数の画素を含む受光素子に導光する第２のレンズの一例である。また、本実施形態に係る回折格子１５３は透過型の回折格子であるが、反射型の回折格子であっても良い。また、ミラー１５２は、光ファイバ１１７−４の射出端からの光を反射する反射手段の一例である。
【００１８】
次に、光源１１８の周辺について説明する。光源１１８は代表的な低コヒーレント光源であるＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  Ｄｉｏｄｅ）である。中心波長は８５５ｎｍ、波長バンド幅は約１００ｎｍである。ここで、バンド幅は、得られる断層画像の光軸方向の分解能に影響するため、重要なパラメータである。また、光源の種類は、ここではＳＬＤを選択したが、低コヒーレント光が出射できればよく、ＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ  Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）等も用いることができる。中心波長は眼を測定することを鑑みると、近赤外光が適する。また、中心波長は得られる断層画像の横方向の分解能に影響するため、なるべく短波長であることが望ましい。双方の理由から中心波長を８５５ｎｍとした。なお、本実施形態では、干渉計としてマイケルソン干渉計を用いたが、マッハツェンダー干渉計を用いてもよい。測定光と参照光との光量差に応じて光量差が大きい場合にはマッハツェンダー干渉計を、光量差が比較的小さい場合にはマイケルソン干渉計を用いることが望ましい。
【００１９】
分光器２０４は、温度と重量の観点からベース部に配置するのが好ましい。分光器２０４は、温度変化の影響を避けるために、熱源から離れた位置に配置することが好ましい。光学ヘッド２０１には、光源１１８、Ｘスキャナ１１４−１、Ｙスキャナ１１４−２、レンズ１１５を駆動するモータなどの制御用の電気基板が配置され、熱源となりうる。このため、熱源から遠ざけるという観点で、分光器２０４はベース部に配置するのが好ましい。また、光学ヘッド２０１が軽量であれば、ステージ部２０２への負荷を小さく出来るためステージ部の小型軽量化が可能となる。また、光学ヘッド２０１を駆動させるための動力も小さく出来るため、ステージ部２０２の駆動による装置内の温度上昇も抑えることが出きる。このため、測定光学系の一部を、ステージ部２０２へ配置することを考えるが、マイケルソン干渉系を構成しているＯＣＴ光学系においては、ステージ駆動による可動が許されるファイバは、ファイバ１１７−４のみである。その他のファイバは、可動により、内部を伝播する光の偏光特性が変わってしまうため、カプラ１１７内での干渉特性が変化してしまう。以上により、光学ヘッドの重量を軽くするという観点から分光器２０４はベース部に配置するのが好ましい。このように、分光器２０４は、ベース部に配置するのが好ましいが、光学ヘッド部内に構成することも可能である。
【００２０】
光路Ｌ２は、ＳＬＯ光学系および内部固視灯光学系である。ダイクロイックミラー１０６によって内部固視灯１１２への光路と、ＳＬＯ光学系（ＳＬＯ光源１０９，フォトディテクタ１１０）の光路へと分岐される。１０１−２、１０５、１０７、１１１はレンズであり、レンズ１０５は、ＳＬＯおよび内部内部固視灯の合焦調整のため、不図示のモータによって駆動される。光源１０９は７８０ｎｍ付近に中心値を持ち、フォトディテクタ１１０は７８０ｎｍ付近に感度を持つものである。一方、内部固視灯１１２は可視光を発生して被検者の固視を促すものである。光源１０９，１１２から出た光はそれぞれ、Ｘスキャナ１０４−１、Ｙスキャナ１０４−２により走査される。これにより、ＳＬＯは被検眼眼底部における関心領域全体の測定ができる。また、内部固視灯は、走査に連動して、点灯制御することで、十字型やＸ型など様々な模様を、被検眼の様々な位置に投影することが可能となる。これにより、被検眼を様々な方向に向かせることで、被検眼眼底部における広い領域を撮影可能とする。
【００２１】
光路Ｌ３は、前眼観察光学系である。１２２はスプリットプリズム、１２３はレンズ、１２４は眼部観察用の赤外線ＣＣＤである。赤外線ＣＣＤ１２４は不図示の前眼部観察用の照明光の波長、具体的には９７０ｎｍ付近に感度を持つ。赤外線ＣＣＤ１２４により、被検眼の前眼部の画像が観察できると共に、スプリットプリズム１２２が光路上に存在するため、被検眼と対物レンズ１０１−１の距離を、被検眼の前眼部の画像のスプリット量から測定することができる。このため、被検眼に対する光学ヘッドのｘｙｚ方向の位置を把握することができる。そして、ステージ部２０２を駆動させることで、被検眼に対して光学ヘッドを所望の位置に移動させることが可能となる。
【００２２】
（従来の分光器の構成）
まず、従来の分光器の構成について、図３、４、５を用いて説明する。図３は、従来の分光器の構成である。図３（ａ）を上面図とした際に、図３（ｂ）は、側面図を示している。なお、図２で説明した分光器の光学系では、ファイバ１１７−４の端部とミラー１５２の間にレンズ１５１が存在するが、図３では、ファイバ端１２とミラー１３の間の代わりに、ミラー１３と回折格子１５３の間に、レンズ１４が存在するが、どちらの構成とすることも可能である。まず、ファイバ端１２は、基台２１上に配置される。また、ミラー１３、レンズ１４、回折格子１５、レンズ１６、ラインセンサ１８を有するカメラ１７は、基台２４に配置される。ここで、ファイバ端１２、ミラー１３、レンズ１４、回折格子１５、レンズ１６、ラインセンサ１８、カメラ１７はそれぞれ、本実施形態に係る、ファイバ１１７−４の端部（射出端）、ミラー１５２、レンズ１５１、回折格子１５３、レンズ１５４、ラインセンサ１５６、カメラ１５５に相当する。
【００２３】
例えば、基台２１がアルミニウムであり、基台２２がアルミニウムに対し相対的に熱膨張率の小さい鉄である場合を考える。装置内の温度が上昇した際の、基台２１上に配置された干渉光の出射端であるファイバ端１２と、基台２２上に配置されたミラー１３、レンズ１４、干渉光を周波数成分に分光する回折格子１５、レンズ１６、受光素子であるラインセンサ１８の位置変化は次のとおりである。基台２１および基台２２は、それぞれの熱膨張率と温度上昇量を乗じた値の倍率で大きくなる。一方で、基台２１と基台２２は、ピン２３で固定されているため、基台２１の膨張によりファイバ端１２は、ピン２３から離れる方向に移動する。基台２２に対して、基台２１は、熱膨張率が相対的に大きいため、ファイバ端１２とミラー１３の距離は小さくなる。基台１２と基台２２の熱膨張率、ピン２３からファイバ端１２の距離、ファイバ端１２からミラー１３の距離、ミラー１３からレンズ１４の距離の関係を調整することで、ミラー１３とレンズ１４の距離が大きくなった分以上に、ファイバ端１２とミラー１３の距離を小さくなり、ファイバ端１２からレンズ１４までの距離を短くすることができる。これにより、ファイバ端１２の共役位置を、装置内部の温度が上昇する前よりも遠くへ移動できる。このため、レンズ１６からラインセンサ１８の距離が遠くなった分を補正することができる。結果として、装置内部において温度変化が生じた場合、分光器の光軸方向における受光素子に対する干渉光の結像位置のずれ（ピントずれ）を低減することが可能となる。
【００２４】
ここで、基台２１および基台２２の熱膨張率が異なるため、基台２１における２つのピン２３が引掛っている部分の間の距離と、基台２２における２つのピン２３が引掛っている部分の間の距離は、基台２１および基台２２の熱膨張率の差分と温度上昇量と２つのピン２３の間の距離の３つの値を乗じた長さ分だけ、ずれる方向に変化しようとする。しかし、ピン２３によって互いに固定されているため、ピン２３を介して力を加えあうことで、基台２１および基台２２が歪む。図４は、基台２１および基台２２が歪んだ状態を示している。相対的に熱膨張率の大きい基台２１が、基台２２よりもより大きく膨張しようとして、ピン２３を介して基台２２に対して力Ｐ１を加える。その反力として、基台２１はＰ２を受ける。そして、基台２１および基台２２の、２つのピン２３の間において内部応力が発生し、基台２１および基台２２が歪む。具体的には、相対的に熱膨張率の大きい基台２１側が凸になるように反りが生じる。結果として、ファイバ端１２が、装置内の温度が上昇する前の光軸に対して、光軸垂直方向にδ１ずれる。すなわち、基台２１と基台２２の歪みに連動して、ファイバ端１２、ミラー１３、レンズ１４、回折格子１５、レンズ１６、ラインセンサ１７の相対位置関係も歪む。図５は、基台２１および基台２２が歪んだ際の、ファイバ端１２、ミラー１３、レンズ１４、回折格子１５、レンズ１６、ラインセンサ１８を有するカメラ１７の配置の、装置内の温度が上昇する前に対する変化を示している。ファイバ端１２が、装置内の温度が上昇する前の光軸Ｌ１１に対して、光軸垂直方向にδ１ずれた状態となる。ファイバ端１２から出射した干渉光の中心軸Ｌ１２は、レンズ１４にて屈折する。結果として、ファイバ端１２の共役位置は、ラインセンサ１８上で、光軸垂直方向にδ２ずれが生じる。δ２は、δ１に光学倍率を乗じた値である。
【００２５】
このように、従来の分光器では、装置内部において温度が上昇した場合には、分光器の光軸に対して交差する方向（特に、高さ方向）における受光素子に対する干渉光の結像位置のずれが生じる。装置内の温度が低下した場合には、相対的に熱膨張率の大きい基台２１側が凹になるように反りが生じ、同様に、分光器の光軸に対して交差する方向（特に、高さ方向）における受光素子に対する干渉光の結像位置のずれが生じる。このため、干渉光を受光素子で効率的に受光することが難しく、撮影画像の信号対雑音比や分解能が低下する。
【００２６】
（本実施形態に係る分光器の構成）
本実施形態の分光器の構成について、分光器の断面図である図６（ａ）および側面図である図６（ｂ）を用いて説明する。ファイバ１１７−４の先端（射出端）、レンズ１５１およびミラー１５２は、鏡筒３０１に固定されている。固定のために、ねじ、ばね、接着剤などを用いることが可能である。回折格子１５３、レンズ１５４およびカメラ１５５は、鏡筒３０２に固定されている。固定のために、ねじ、ばね、接着剤などを用いることが可能である。鏡筒３０２と鏡筒３０１は、ピン３０３により互いに固定される。図３において、ピン３０３は、２本で示されているが、本数は問わない。また、ピンの代わりに、ねじや接着剤により固定されていても良い。鏡筒３０２は、ピン３０４により、ベース部２０３の基台３０５に固定されている。図３において、ピン３０４は、４本で示されているが、本数は問わない。また、ピンの代わりにねじや接着剤により固定されていても良い。ファイバ１１７−４の先端から出射した干渉光を、ラインセンサ１５６に導くために、ファイバ１１７−４の先端、レンズ１５１、ミラー１５２、回折格子１５３、レンズ１５４およびカメラ１５５は、意図した相対位置に調整された状態で鏡筒３０１および鏡筒３０２に固定されている。鏡筒３０１が、ファイバ１１７−４の先端、レンズ１５１、ミラー１５２の位置を、意図した相対位置に決めるための位置決め部を有していても良い。また、鏡筒３０２が、回折格子１５３、レンズ１５４、カメラ１５５の位置を、意図した相対位置に決めるための位置決め部を有していても良い。また、図６においては、ミラー１５２を用いて光軸を曲げる構成としているが、ミラー１５２を設けることなく、ファイバ１１７−４の端部からレンズ１５１を結ぶ光軸の先に、回折格子１５３、レンズ１５４、カメラ１５５を配置する構成とすることも可能である。ここで、鏡筒３０１は、光ファイバの一例であるファイバ１１７−４の先端（射出端）が設けられ、第１のレンズの一例であるレンズ１５１を含む光路を囲う第１の鏡筒の一例である。なお、光ファイバの射出端は、光軸等の位置関係を調整するために、第１の鏡筒に対して移動可能に構成されていても良い。また、反射手段の一例であるミラー１５２は、第１の鏡筒の両端のうち、光ファイバの射出端が設けられた端とは異なる端に配置されることが好ましい。また、鏡筒３０２は、受光素子が設けられ、第２のレンズの一例であるレンズ１５４を含む光路を囲う第２の鏡筒の一例である。なお、受光素子は、光軸等の位置関係を調整するために、第２の鏡筒に対して移動可能に構成されていても良い。また、透過型の回折格子は、第２の鏡筒の両端のうち、受光素子が設けられた端とは異なる端に配置されることが好ましい。このとき、第１の鏡筒及び第２の鏡筒は、反射手段及び透過型の回折格子を介して互いに並ぶように配置される。このとき、第１のレンズを含む光路と第２のレンズを含む光路とにより成す角度は、０度以上で且つ９０度未満であれば良い。また、ピン３０３は、第１の鏡筒と第２の鏡筒とを固定するための固定部材の一例である。なお、上述したような反射手段は設けられずに、第１の鏡筒および第２の鏡筒が透過型の回折格子を介して互いに対向するように配置されても良い。このとき、第１のレンズを含む光路と第２のレンズを含む光路とにより成す角度は、９０度以上で且つ１８０度以下であれば良い。また、上述したような反射手段は設けられずに、第１の鏡筒及び第２の鏡筒が反射型の回折格子を介して互いに並ぶように配置されても良い。このとき、第１のレンズを含む光路と第２のレンズを含む光路とにより成す角度は、０度以上で且つ９０度未満であれば良い。
【００２７】
ここで、鏡筒３０１および鏡筒３０２、の熱膨張率が同等となるように材質を選択する。理想的には、熱膨張率を等しくするために、同一素材とする。また、好ましくは、熱膨張率鏡筒３０１と鏡筒３０２における熱膨張率の差分を３×１０−６［１／℃］以下とする。図７は、代表的な素材が一般的に使用される環境下（０℃〜１００℃想定）での熱膨張率の表である。例えば、主要元素ごとにグループ分けした各グループ（Ｇｒｏｕｐ１，２，３，４）から１つのグループを選択し、その中から２つの素材を選択し組み合わせることが可能である。具体的には、Ｇｒｏｕｐ１を選択することで、鏡筒３０１をフェライト系ステンレス鋼ＳＵＳ４３０とし、鏡筒３０２を一般構造用圧延鋼材ＳＳ４００とするなどが考えられる。また、熱膨張率鏡筒３０１と鏡筒３０２における熱膨張率の差分を８×１０−６［１／℃］以下とすることも可能である。例えば、Ｇｒｏｕｐ１，２，３の中から２つの素材を選択し組み合わせることが可能である。具体的には、鏡筒３０１をオーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０３とし、鏡筒３０２をフェライト系ステンレス鋼ＳＵＳ４３０とする、または、鏡筒３０１を銅合金Ｃ３６０１とし、鏡筒３０２をフェライト系ステンレス鋼ＳＵＳ４３０とするなどが考えられる。また、後述する条件付で、熱膨張率鏡筒３０１と鏡筒３０２における熱膨張率の差分を１５×１０−６［１／℃］以下とすることも可能である。例えば、Ｇｒｏｕｐ１，２，３，４の中から２つの素材を選択し組み合わせることが可能である。具体的には、鏡筒３０１をアルミニウム合金Ａ５０５６とし、鏡筒３０２をフェライト系ステンレス鋼ＳＵＳ４３０とするなどが考えられる。鏡筒３０１および鏡筒３０２の熱膨張率が同等である場合に、装置内部において温度が上昇した際の、ファイバ１１７−４の先端、レンズ１５１、ミラー１５２、回折格子１５３、レンズ１５４およびカメラ１５５の位置変化は次のとおりである。鏡筒３０１および鏡筒３０２は、熱膨張率が等しいため、同じ倍率で膨張する。つまり、鏡筒３０１における２つのピン３０３の掛り部の間の距離と、鏡筒３０２における２つのピン３０３の掛り部の間の距離は、常に等しく保たれる。このため、２つのピン３０３の間において、鏡筒３０１および鏡筒３０２に内部応力が発生することはなく、鏡筒３０１および鏡筒３０２が歪みを生じることを回避することができる。つまり、鏡筒３０１および鏡筒３０２は、装置内部において温度が上昇する前に対して、相似の関係で膨張することとなる。このため、干渉光の光軸も、装置内の温度が上昇する前に対して、相似の関係で膨張する。結果として、干渉光の出射端であるファイバ１１７−４の端部の共役位置の、受光素子であるラインセンサに対する光軸垂直方向の相対位置が維持される。すなわち、分光器の光軸に対して交差する方向（特に、高さ方向）における受光素子に対する干渉光の結像位置のずれを低減することができる。ここでは、装置内部において温度が上昇した場合を使って説明したが、装置内部において温度が低下した場合にも、同様に、干渉光の出射端であるファイバ１１７−４の端部の共役位置の、受光素子であるラインセンサ１８に対する光軸垂直方向の位置関係を維持することができる。なお、熱膨張率の差分の条件を満たすために、図７に挙げた金属材料を用いて説明したが、プラスチックやセラミックなど別の素材を用いることも可能である。
【００２８】
一方で、鏡筒３０１および鏡筒３０２が、装置内の温度変化前後で、膨張や収縮した分だけ、結像位置は、ラインセンサ１８に対して光軸方向にずれる。このずれを小さくするために、鏡筒３０１および鏡筒３０２の材質としては、熱膨張率が小さい材質とすることが好ましい。この観点から、図７のＧｒｏｕｐ１（オーステナイト系ステンレス鋼を除く鉄鋼）から素材を選択することが好ましい。
【００２９】
また、ここでは、ファイバ１１７−４の先端、レンズ１５１、ミラー１５２、回折格子１５３、レンズ１５４、カメラ１５５を保持する部材を、鏡筒３０１および鏡筒３０２の２つの部材で構成したが、これに限らず、１つの部材で全てを保持しても良い。すなわち、本実施形態に係る鏡筒は、少なくとも１つの鏡筒であれば何でも良い。また、本実施形態に係る鏡筒は、筒状の構造体（部材）であれば何でも良い。このとき、これらの光学部材は、鏡筒に対して互いの位置関係が保持されるように鏡筒に配置されることが好ましい。また、これらの光学部材は、鏡筒に固定されることが好ましい。また、鏡筒３０１および鏡筒３０２のそれぞれを、熱膨張率が同等の材質からなる複数部材に分割することも可能である。なお、複数の鏡筒で構成される方が、１つの鏡筒で構成されるよりも、各光学部材の配置の調整がし易いため、好ましい。また、本実施形態に係る鏡筒は、第１のレンズの一例であるレンズ１５１を含む光路及び第２のレンズの一例であるレンズ１５４を含む光路を囲う部材であれば何でも良い。また、本実施形態に係る鏡筒は、光ファイバの射出端から受光素子までの光路を囲う少なくとも１つの部材であれば何でも良い。各光学部材が配置される部材として、従来のような板状の部材よりも、本実施形態に係る鏡筒の方が、所定の方向に対する変形が他の方向に対する変形よりも大きくなることによって生じる歪み（各光学部材の配置関係のずれ）を低減することができる。また、本実施形態に係る鏡筒は、光ファイバの射出端と第１のレンズと回折格子と第２のレンズと受光素子とが配置される部材であれば何でも良い。また、本実施形態に係る鏡筒は、光ファイバの射出端と回折格子と受光素子とが配置される部材であれば何でも良い。なお、各光学部材と鏡筒との配置は、互いに接するだけでなく、鏡筒に対して各光学部材を配置し易くするために互いの間に他の部材が配置されていても良い。このとき、他の部材と鏡筒との熱膨張率の差が閾値以下であることが好ましい。また、本実施形態に係る第１の鏡筒および第２の鏡筒は、上述したように、互いの熱膨張率の差が閾値以下であることが好ましい。また、本実施形態に係る鏡筒自体についても、熱膨張率の差が閾値以下である部材で構成されることが好ましい。ここで、これらの閾値としては、例えば、１５×１０−６［１／℃］であり、より好ましくは８×１０−６［１／℃］であり、更に好ましくは３×１０−６［１／℃］である。
【００３０】
また、分光器が取り付けられるベース部２０３の基台３０５も、装置内の温度が変化した際には、膨張や収縮をする。このため、基台３０５の材質も、鏡筒３０１および鏡筒３０２と熱膨張率の同等である材質とすることが好ましい。また、ピン３０４を、弾性を有する固定部材とすることで、鏡筒３０１および鏡筒３０２と基台３０５の熱膨張率の違いによるピン３０４間の、鏡筒３０１および鏡筒３０２の膨張や収縮の大きさの差分を、ピン３０４の内部で吸収することで鏡筒３０１および鏡筒３０２に発生する内部応力を低減する構成としても良い。
【００３１】
次に、鏡筒３０１および鏡筒３０２を、熱膨張率の異なる材質とした場合の、装置内の温度変化時のファイバ１１７−４の先端、レンズ１５１、ミラー１５２、回折格子１５３、レンズ１５４、カメラ１５５の位置変化について説明する。例えば、鏡筒３０１の熱膨張率が、鏡筒３０２の熱膨張率に対して相対的に大きい場合に、装置内の温度が上昇した場合のファイバ１１７−４の先端、レンズ１５１、ミラー１５２、回折格子１５３、レンズ１５４およびカメラ１５５の位置変化は次のとおりである。鏡筒３０１および鏡筒３０２は、それぞれの熱膨張率と温度上昇量を乗じた値の倍率で大きくなる。ここで、鏡筒３０１および鏡筒３０２の熱膨張率が異なるため、鏡筒３０１における２つのピン３０３の掛り部の間の距離と、鏡筒３０２における２つのピン３０３の掛り部の間の距離は、鏡筒３０１および鏡筒３０２の熱膨張率の差分と温度上昇量と２つのピン３０３の間の距離の３つの値を乗じた長さ分だけ、ずれる方向に変化しようとする。しかし、ピン３０３によって互いに固定されているため、ピン３０３を介して力を加えあう。相対的に熱膨張率の大きい鏡筒３０１が、鏡筒３０２よりもより大きく膨張しようとして、ピン３０３を介して鏡筒３０２に対して力Ｐ３を加える。その反力として、鏡筒３０１はＰ４を受ける。そして、鏡筒３０１および鏡筒３０２の、２つのピン３０３の間において内部応力が発生し、鏡筒３０１および鏡筒３０２が歪む。具体的には、図８に示すように、相対的に熱膨張率の大きい鏡筒３０１側が凸になるように反りが生じる。結果として、ファイバ１１７−４の先端、レンズ１５１、ミラー１５２、回折格子１５３、レンズ１５４およびカメラ１５５の位置が、装置内の温度変化前の光軸Ｌ２１に対して光軸垂直方向へずれる。このため、ファイバ１１７−４の端部から出射した干渉光の中心軸Ｌ２２は、レンズ１５１、ミラー１５２、回折格子１５３、レンズ１５４において、意図しない方向に屈折し、結果としてファイバ１１７−４の端部の共役位置が、ラインセンサ１５６に対して、光軸垂直方向にずれる。このように、図６に示す分光器の形状においても、鏡筒３０１および鏡筒３０２を、熱膨張率の異なる材質とした場合、装置内部において温度が上昇した場合には、分光器の光軸に対して交差する方向（特に、高さ方向）における受光素子に対する干渉光の結像位置のずれが生じる。装置内部において温度が低下した場合には、相対的に熱膨張率の大きい鏡筒３０１側が凹になるように反りが生じ、同様に、分光器の光軸に対して交差する方向（特に、高さ方向）における受光素子に対する干渉光の結像位置のずれが生じる。
【００３２】
図９は、ラインセンサ１５６上に、干渉光Ｌ３１が線状に結像している様子、そしてラインセンサの画素位置（干渉光の周波数と相関）と信号強度を示した図である。図６（ｂ）に示すように、ファイバ端、レンズ、ミラー、回折格子、カメラの相対位置を決める部材（図６では鏡筒３０１と鏡筒３０２）が、ラインセンサの画素の並びと同一方向（回折格子の周波数分解する方向と同一方向）に分割されている場合、図９（ａ）の装置内部の温度変化後の図のように、ラインセンサ端部において一部の干渉光Ｌ３１を受光できなくなる。すなわち、一部の周波数成分の信号が欠落する。このため、撮影された断層画像の分解能が低下する。また、図３（ｂ）に示すように、ファイバ端、レンズ、ミラー、回折格子、カメラの相対位置を決める部材（図３では基台２１と基台２２）が、ラインセンサの画素の並びと直角方向（回折格子の周波数分解する方向と直角方向）に分割されている場合、図９（ｂ）のように、ラインセンサ全域において、干渉光Ｌ３１の一部がラインセンサから外れる。すなわち、全周波数帯における信号強度が低下する。このため、撮影された断層画像の信号対雑音比が低下する。
【００３３】
一般にラインセンサの高さＨは幅Ｗに対して著しく小さい。例えば、Ｈ：２０ｕｍ、Ｗ：２０ｍｍ（２０，０００ｕｍ）のラインセンサを使った場合を考える。装置内の温度変化の影響で、干渉光の結像位置が、ラインセンサ面水平方向に１０ｕｍずれたとする。ファイバ端、レンズ、ミラー、回折格子、カメラの相対位置を決める部材が、ラインセンサの画素の並びと同一方向に分割されている場合（図９（ｂ）の場合）、干渉光Ｌ３１の半分はラインセンサ（１８または１５６）の外に外れてしまうため、信号強度は半減してしまう。一方で、ファイバ端、レンズ、ミラー、回折格子、カメラの相対位置を決める部材が、ラインセンサの画素の並びと直角方向に分割されている場合（図９（ａ）の場合）、ラインセンサの端部において一部の干渉光Ｌ３１がラインセンサ（１８または１５６）から外れるだけで、損失光量は図９（ｂ）の場合に比べ小さい。このため、図９（ｂ）に図示する方向に対するずれに弱い。この観点から、ファイバ端、レンズ、ミラー、回折格子、カメラの相対位置を決める部材の熱膨張率の差分を１５×１０−６［１／℃］以下まで許容する場合には、ファイバ端、レンズ、ミラー、回折格子、カメラの相対位置を決める部材を、ラインセンサの画素の並びと同一方向に分割することを条件とする。すなわち、第１の鏡筒の一例である鏡筒３０１と第２の鏡筒の一例である鏡筒３０２とが並ぶ方向は、受光素子に含まれる複数の画素が並ぶ方向と略平行であることが好ましい。また、第１のレンズの一例であるレンズ１５１を含む光路の光軸（図６（ａ）のレンズ１５１を通る点線）は、第２のレンズの一例であるレンズ１５４を含む光路の光軸（図６（ａ）のレンズ１５４を通る点線）と複数の画素が並ぶ方向（図６（ｂ）の点線）とから成る平面上に位置することが好ましい。また、鏡筒３０１および鏡筒３０２を更に分割する場合には、レンズ１５１を含む光路の光軸と複数の画素が並ぶ方向とからなる平面方向と略平行な方向にこれらを分割することが好ましい。
【００３４】
［第二実施形態］
鏡筒３０１および鏡筒３０２に対して、ファイバ１１７−４の先端（射出端）、レンズ１５１、ミラー１５２、回折格子１５３、レンズ１５４、カメラ１５５の相対位置を決めている部材以外の、別の部材が取り付けられていても良い。
【００３５】
まず、図１０は、上記別の部材の例としての、カバー３０８を取り付けた場合の図である。カバー３０８は、光路内に埃や意図しない光が入らないようにする。例えば、図６の構成の場合、鏡筒３０１および鏡筒３０２を側面に穴のない筒形状としても、ミラー１５２から回折格子１５３の間において、光路がむき出しになってしまう。このように光路がむき出しになった空間において、埃が入り干渉光を遮ってしまったり、装置内の気流の影響を受け分光器内の空気が揺らぎ干渉光の結像位置が揺らいでしまったりすることを防ぐ目的でカバーが取り付けられる。すなわち、本実施形態に係る光干渉断層撮影装置は、第１の鏡筒の一例である鏡筒３０１の両端の一方に設けられた反射手段の一例であるミラー１５２と、第２の鏡筒の一例である鏡筒３０２の両端の一方に設けられた回折格子１５３とを囲うカバー部を更に有することが好ましい。なお、鏡筒３０１の両端の他方には、光ファイバ１１７−４の射出端が設けられている。また、鏡筒３０２の両端の他方には、カメラ１５５が設けられている。また、カバー部は、鏡筒によって囲われていない領域を囲うものであれば何でも良い。例えば、１つの鏡筒であっても、何かしらの理由により（例えば、光学部材の配置を目的として）囲われていない領域が存在すれば、その領域にカバー部を設けるように構成されれば良い。また、カバー部は、鏡筒よりも強度が弱い部材であることが好ましい。これにより、カバー部による鏡筒の変形に対する影響を低減することができる。すなわち、所定の方向に対する変形が他の方向に対する変形よりも大きくなることによって生じる鏡筒の歪み（各光学部材の配置関係のずれ）を低減することができる。
【００３６】
また、図１１は、分光器を、ベース部２０３内で支持する支持部材３０９を取り付けた場合の図である。支持部材３０９は、不図示の固定部材によって、鏡筒３０２に固定されている。分光器は、支持部材３０９を介して、ピン３０４により、ベース部２０３の基台３０５に固定される。このようにすることにより、分光器を基台３０５へ取り付けやすくすることが出来る。図６の構成では、分光器を基台３０５に取り付ける際に、ピン３０４を分光器の下側（分光器に対して基台３０５側）からしか取り付けることが出来ないが、図１１の構成では、ピン３０４を分光器の上側（基台３０５に対して分光器側）からも取り付けることが出来るようになる。
【００３７】
ここで、上述した別の部材の影響で、装置内の温度が変化した際に、鏡筒３０１および鏡筒３０２が歪んでしまうと、結果として、ラインセンサ１５６の受光面水平方向に対する、干渉光の結像位置がずれる。このため、上述した別の部材は、鏡筒と熱膨張係数が同等の材質とする。もしくは、熱膨張率は異なるが、鏡筒に比較して十分強度の弱い材質または形状とすることで、鏡筒３０１および鏡筒３０２の膨張や収縮に追従して変形するようにする。また、支持部材３０９は、さらに、ベース部２０３の基台３０５の熱変形の影響も受ける。このため、支持部材３０９の材質の熱膨張率を、鏡筒３０１および鏡筒３０２およびベース部２０３の基台３０５と同等とする、もしくは、ベース部２０３の基台３０５の熱変形を支持部材３０９内で吸収し、鏡筒３０１および鏡筒３０２に伝達しないようにするために、鏡筒に比較して十分強度の弱い材質または形状とする。例えば、鏡筒３０１および鏡筒３０２を、一般構造用圧延鋼材ＳＳ４００とし、基台３０５をアルミニウム合金Ａ５０５２とする場合を考える。この場合、相対的に熱膨張率の大きい基台３０５の、鏡筒３０１および鏡筒３０２に対して相対的に大きい変形量を、支持部材３０９の中で吸収することを考える。そのために、支持部材３０９を鏡筒３０１および鏡筒３０２に対して相対的に厚みが薄くなるように、鋼板であるＳＰＣＣとすることなどが考えられる。すなわち、本実施形態に係る支持部材は、鏡筒とベース部との間に設けられ、鏡筒及びベース部よりも強度が弱いことが好ましい。これにより、支持部材による鏡筒の変形に対する影響を低減することができる。すなわち、所定の方向に対する変形が他の方向に対する変形よりも大きくなることによって生じる鏡筒の歪み（各光学部材の配置関係のずれ）を低減することができる。なお、上述した、鏡筒３０１および鏡筒３０２に比較して十分強度の弱い材質または形状とは、想定する装置内部温度の最低温度もしくは最高温度に変化した際の、ラインセンサ１５６の受光面に水平な方向に対する、干渉光の結像位置ずれ量δが、許容範囲Δ以内に収まる状態とする。
【００３８】
以上の方法により、ファイバ１１７−４の先端、レンズ１５１、ミラー１５２、回折格子１５３、レンズ１５４、カメラ１５５、ピン３０３、ピン３０４以外の、別の部材が取り付けられた場合に、装置内において温度変化が生じた場合であっても、干渉光のラインセンサ上での受光面に水平な方向への位置合わせ精度を維持することができる。
【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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【図１１】
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