(57)【要約】【課題】振動に対して安定であると共に、機械走査次元の問題を解消して計測時間の短縮を実現する。【解決手段】時間シアリング光コヒーレンストモグラフィー装置は、光源１と、光源１からの光を照射することにより、被計測試料７からの物体光と、参照光とが、スペクトル干渉すると共に、物体光及び参照光が進む共通の光路Ｐと、物体光と参照光とがスペクトル干渉することにより生じるスペクトル干渉縞を計測する分光器９と、を具備する。参照光と物体光に共通の光路Ｐを用いることで振動に対する安定性を高めている。また、時間軸のインターフェログラムを直接計測するのではなく、スペクトル領域における干渉縞を計測し、そこから時間軸のインターフェログラムを計算する方法を用いることで、深さ方向に対する機械的走査を解消している。【選択図】  図１
2004340581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの光を照射することにより、被計測試料からの物体光と、参照光とが、スペクトル干渉すると共に、該物体光及び該参照光が進む共通の光路と、
前記物体光と前記参照光とが前記スペクトル干渉することにより生じるスペクトル干渉縞を計測する分光器と、
を具備することを特徴とする時間シアリング光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項２】
前記光源は、時間的に広帯域である光源であることを特徴とする請求項１に記載の時間シアリング光コヒーレンストモグラフィー装置。
【請求項３】
光源からの光を照射し、
前記照射により、被計測試料からの物体光と、参照光とがスペクトル干渉して生じるスペクトル干渉縞を計測し、
前記スペクトル干渉縞から前記物体光及び前記参照光の時間的な相関を計算することにより、該物体光と該参照光の時間的相関関数を得、該時間的相関関数から前記被計測試料の奥行き構造を得ることを特徴とする時間シアリング光コヒーレンストモグラフィー方法。
【請求項４】
前記光源は、時間的に広帯域である光源であることを特徴とする請求項３に記載の時間シアリング光コヒーレンストモグラフィー方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、医学、生物学、物理学、分析学、構造解析学、その他広く物体の構造を計測する分野で利用される時間シアリング光コヒーレンストモグラフィー装置及び時間シアリング光コヒーレンストモグラフィー方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
筋肉や内臓、眼球等の生体器官の機能の解明のために、それらの組織の構造を生体内（イン  ビボ  ｉｎ  ｖｉｖｏ）で計測できるようなシステムが必要とされている。そのような目的において、現在、光コヒーレンストモグラフィー（ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ  、ＯＣＴ）装置が広く使用されている。光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）装置とは、広帯域の、時間的に低コヒーレンスな光を光源としたマイケルソン干渉計型の装置である。ここで、マイケルソン干渉計は、入射光の一部を透過し残りを反射するような光学素子に入射する干渉計で、この光学素子による反射光と透過光とは、他の反射鏡によってそれぞれ反射されて、この光学素子に戻り、ここで再結合される干渉計である。
【０００３】
上記光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）装置では、被計測試料（物体）からの一方の光路（経路、アーム）の光を物体光（プローブ光）、もう一方の光路（経路、アーム）の光を参照光とし、これら物体光と参照光の２つの光を干渉させることで物体光の時間的なコヒーレンス情報を読み出す。そして、そこから被計測試料（物体）の深さ方向の構造を得るのである。
【０００４】
ところで、従来技術として、参照光が光路を維持できる範囲において光路の長さを任意に選択でき、物体光における光軸の奥行き方向（Ｚ方向）に一致させ、被検査物の深層の反射構造の深さ方向の走査を行う光コヒーレンストモグラフィー装置が開示されている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−３１０８９９号公報（第３頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）装置には、いくつかの克服すべき問題点がある。一つ目の問題点は振動に対する脆弱性である。これは、光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）装置（システム）が、前述した２つの光路（アーム）を有する２アーム型の干渉計、つまり、それぞれ異なる２種類の光路の光を干渉させる干渉計である事に起因する。
【０００７】
この２つの光路（アーム）を持つことに起因する振動の問題に関しては、横方向（物体の表面方向）に走査される物体について単色光による干渉を計測する場合（横方向の単色干渉計測）ならば、以下のような干渉計を用いることにより振動の問題を回避することが可能である。つまり、フィゾー（Ｆｉｚｅａｕ）干渉計と呼ばれる干渉計や、ミロー（Ｍｉｒａｕ）干渉計と呼ばれる干渉計等のように、共通の光路を有する（コモンパスな）干渉計を用いることにより振動の問題を回避することが可能である。
【０００８】
しかし、光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）等のような低コヒーレンス干渉においては、時間域のインターフェログラム（干渉図形）を取得するために、参照光が通る光路（参照アーム）と、物体光が通る光路（プローブアーム）との光路長差を走査する必要がある。そのため、上述したような共通の光路を有する（コモンパスな）低コヒーレンス干渉のシステム、言い換えれば、低コヒーレンス干渉において共通の光路を有する（コモンパス型の）干渉計（装置）を作成するのは、光学系が複雑になってしまうという欠点が存在する。
【０００９】
そしてもう一つ問題点は、計測の際に要求される高い次数の機械的走査、およびそれによって引き起こされる長い計測時間を要することである。すなわち、２次元の光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）画像を取得するためには２次元の機械的走査が必要であり、３次元の光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）画像を取得するためには３次元の機械的走査が必要であるということである。これは、光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）装置が点計測装置であることに起因している。
【００１０】
本発明は、振動に対して安定な光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）装置を構築すると共に、機械走査次元の問題を解消して計測時間の短縮を実現することを課題とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、光源と、前記光源からの光を照射することにより、被計測試料からの物体光と、参照光とが、スペクトル干渉すると共に、該物体光及び該参照光が進む共通の光路と、前記物体光と前記参照光とが前記スペクトル干渉することにより生じるスペクトル干渉縞を計測する分光器と、を具備することを特徴とする時間シアリング光コヒーレンストモグラフィー装置を提供する。
【００１２】
前記光源は、時間的に広帯域である光源であることが好ましい。
【００１３】
また本発明は、光源からの光を照射し、前記照射により、被計測試料からの物体光と、参照光とがスペクトル干渉して生じるスペクトル干渉縞を計測し、前記スペクトル干渉縞から前記物体光及び前記参照光の時間的な相関を計算することにより、該物体光と該参照光の時間的相関関数を得、該時間的相関関数から前記被計測試料の奥行き構造を得ることを特徴とする時間シアリング光コヒーレンストモグラフィー方法を提供する。
【００１４】
前記光源は、時間的に広帯域である光源であることが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置の実施の形態を実施例に基づいて図面を参照して説明する。実施例に先立ち、まず、本発明の原理について説明する。
【００１６】
（原理）
前記した機械走査次元の問題に対して、スペクトル干渉法を用いることで奥行き走査を解消するスペクトル干渉光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）方法やコヒーレンスレーダー方法等の方法が考えられる。即ち、これらの方法では、光路長差の走査は行わずに、物体光と参照光とをスペクトル域で干渉させ、そのスペクトル干渉縞を計測する。そして、その干渉縞からウィーナー・ヒンチン（Ｗｉｅｎｅｒ−Ｋｈｉｎｃｈｉｎｅ）の定理に基づいて物体光と参照光の両ビームの時間的な相関を計算することで、物体光と参照光の時間的相関関数を得、さらには被計測試料の奥行き構造を得るのである。なお、ここでウィーナー・ヒンチンの定理とは、時間的な信号の自己相関関数と、その信号のスペクトル強度とがフーリエ変換の関係にあるという定理である。
【００１７】
また、振動に対する脆弱性の問題に対して、先に述べたように、低コヒーレンス干渉においては、参照光（アーム）と物体光（アーム）の光路長走査が必要であり光学系が複雑になってしまうという問題から、参照光と物体光とが共通の光路を有する（コモンパス型の）干渉計（装置）の作成は困難である。
【００１８】
そこで、発明者らは、振動に対して安定な光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）装置の構築を目的の一つとし、フィゾー（Ｆｉｚｅａｕ）干渉計と類似した構造を持った光コヒーレンストモグラフィー装置（時間シアリング光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）装置、ｔｉｍｅ  ｓｈｅａｒｉｎｇ  ＯＣＴ装置）を発明した。ここで、フィゾー干渉計とは、点光源からの光を平行光にし、平面鏡と平行平面板との間の反射光で細い多光束から成る等厚の干渉縞を作るのを特徴とした干渉計である。
【００１９】
本発明の装置では上述したスペクトル干渉光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）方法の原理を利用することで、光路長差走査の必要性を無くし、共通の光路を有する（コモンパスの）光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）装置を実現している。本発明の時間シアリング光コヒーレンストモグラフィー装置は、共通の光路を有する（コモンパス型の）干渉計（装置）であるため、振動に強く、また、小型化が容易である。さらに、スペクトル干渉光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）方法の原理に基づいていることから１次元の機械的走査で２次元の光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）計測を可能としている。
【００２０】
また、本発明の時間シアリング光コヒーレンストモグラフィー装置はフィゾー（Ｆｉｚｅａｕ）干渉計と類似した構造であるものの、その概念はフィゾー（Ｆｉｚｅａｕ）干渉計とは大きく異なる。これは、フィゾー（Ｆｉｚｅａｕ）干渉計では光の空間域の位相情報を計測する方法が適用されるのに対し、本発明の時間シアリング光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）装置では、光の時間域の位相情報を計測する方法が適用されるからである。本発明の時間シアリング光コヒーレンストモグラフィー装置は、いわば、スペクトル干渉によって物体光と参照光の和の光の時間的な自己相関を取得する装置である。これはすなわち、空間的なシアリング（ｓｈｅａｒｉｎｇ）干渉法（試料物体内で、光軸に垂直な方向にわずかにずらせた光線間で干渉を起こさせる方法）を時間域に置き換えたものであると考えることができる。これがすなわち、本発明の装置が時間シアリング光コヒーレンストモグラフィー（ｔｉｍｅ  ｓｈｅａｒｉｎｇ  ＯＣＴ）装置と呼ばれる所以である。
【００２１】
（実施例）
本発明者らが製作した本発明の本実施例に係る時間シアリング光コヒーレンストモグラフィー装置（光コヒーレンストモグラフィー装置、ｔｉｍｅ  ｓｈｅａｒｉｎｇ  ＯＣＴシステム）の光学系概要を図１に示す。本実施例の時間シアリング光コヒーレンストモグラフィー装置は、光源１と、平らで傾いた面を持った光学素子である光学楔（ウェッジ）２と、光線束を分離するビームスプリッター（光分離素子、光分割素子）３と、最終的にノイズになってしまうような、被計測試料（被計測物体）７からの余分な散乱光を除去する瞳ストップ（ピューピルストップ）４と、対物レンズ５と、光線束を反射するミラー（鏡）８と、分光器（スペクトロメータ）９と、走査ステージ１３ａを有する１次元走査装置１３と、走査ステージ１３ａ上に載置された参照ガラス板（参照用のガラスプレート）６と、を含んで構成される。走査ステージ１３ａ上であって、参照ガラス板６の後ろには、被計測試料７が載置されている。
【００２２】
光源１として、ここでは再生増幅されたチタニウム（チタン）・サファイア（Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ）フェムト秒パルスレーザー（中心波長７７５ｎｍ、波長半値幅８．３ｎｍ）が用いられている。このチタニウム・サファイアフェムト秒パルスレーザーは、パルス幅１５０フェムト秒（ｆｓ）のレーザーパルス光を発生するモードロックレーザー（ｍｏｄｅ−ｌｏｃｋｅｄ  ｌａｓｅｒ）である。
【００２３】
光源１からの光は、光学楔（ウェッジ）２で曲げられて、ビームスプリッター３を通過し、瞳ストップ４を経て、対物レンズ５により、走査ステージ１３ａ上の被計測試料７に収束する。対物レンズ５は、１００ｍｍの焦点距離を有する。
【００２４】
光源１から被計測試料７に照射される光のうち、参照ガラス板６で一部の光が反射される。この参照ガラス板６で反射される光が参照光である。光源１から照射される光のうち被計測試料７内に到達する光が物体光であり、この物体光は被計測試料の屈折率分布の微分に応じてフレネル反射される。なお、１次元走査装置１３の走査ステージ１３ａは、被計測試料７を走査するため、横方向（矢印１４で示される方向、図１の紙面上下方向）に移動可能である。
【００２５】
本発明の特徴の一つは、物体光と参照光とがスペクトル干渉すると共に、これらの物体光及び参照光が進む共通の光路Ｐを、光コヒーレンストモグラフィー装置が有することである。本実施例では、反射された物体光と参照光とが進む共通の光路Ｐは、少なくとも参照ガラス板６からビームスプリッター３までの間の部分である。さらに、具体的に説明すると、光源１から光が照射されることにより、被計測試料７及び参照ガラス板６でそれぞれ反射された物体光と参照光とが、対物レンズ５、瞳ストップ（ピューピルストップ）４、及びビームスプリッター３を経てミラー８で反射し、分光器９へ共に入射すると共に、スペクトル干渉する。
【００２６】
分光器９は、物体光と参照光とがスペクトル干渉することにより生じるスペクトル干渉縞を計測する。分光器９は、回折格子（格子、グレーティング）１０と、レンズ１１とＣＣＤカメラ（撮像素子）１２とから成る。レンズ１１は、１５０ｍｍの焦点距離を有するシリンドリカルレンズ（円筒形レンズ）である。回折格子１０の格子密度は、２０００ｌｐ／ｍｍである。なお、ｌｐ／ｍｍは、１ｍｍあたりの溝の数（ｌｉｎｅ−ｐａｉｒ  ｐｅｒ  ｍｉｌｉ  ｍｅｔｅｒ）を表す単位である。
【００２７】
（作用）
次に、本実施例の時間シアリング光コヒーレンストモグラフィー装置の作用について説明する。光源１から入射した光ｈは、光学楔２で光路を曲げられ、ビームスプリッター３、瞳ストップ（ピューピルストップ）４を経て、対物レンズ５により、参照ガラス板６の後ろに位置する被計測試料７に照射される。この際、光の一部は参照ガラス板６の表面で反射され、反射された光、即ち、参照光は、対物レンズ５、瞳ストップ４を通過し、ビームスプリッター３、さらにはミラー（鏡）８により形成される光路Ｐを経て、分光器９に入射する。一方、被計測試料７内に到達した光、つまり、物体光は、物体、つまり、被計測試料７の屈折率分布の微分に応じてフレネル反射され、参照光と同じ光路（パス）を通って、つまり同様に、ビームスプリッター３、ミラー８を経て分光器９に入射する。
【００２８】
分光器９に入射した参照光及び物体光は、それぞれ回折格子１０でスペクトルに分散され、レンズ１１を経てＣＣＤカメラ１２において両者のビーム（参照光と物体光）のスペクトルの干渉縞が計測される。
【００２９】
上記のように本発明の本実施例に係る時間シアリング光コヒーレンストモグラフィー装置を用いて本発明の時間シアリング光コヒーレンストモグラフィー方法、つまり、スペクトルの干渉縞を計測することにより、機械的な走査を行わずに被計測試料７の奥行き方向の構造を計測する方法及び原理について、さらに以下に詳述する。
【００３０】
本発明の時間シアリング光コヒーレンストモグラフィー方法では、図１に示す時間シアリング光コヒーレンストモグラフィー装置を用いて前述したように、まず、光源１からの光を被計測試料７に照射する。この照射により、参照ガラス板６で反射する一部の光、つまり、参照光と、被計測試料７で反射する物体光とが、共通の光路を進むと共にスペクトル干渉して生じるスペクトル干渉縞を分光器９で計測する。
【００３１】
上記スペクトルの干渉縞を計測することにより、ビーム（参照光と物体光）の光強度の時間概形（時間プロファイル）は模式的に図２（ｉ）の様に表される。縦軸は光強度を表し、横軸は時間を表し、それぞれの単位は任意である。ここで、（ａ）で示されるピークは参照光であり、（ｂ）で示されるシグナルは物体光であり、物体の奥行き方向の構造を表している。
【００３２】
今、もとの光源１から出た光の時間プロファイルをＥｏ（ｔ）、参照光および物体光の時間プロファイルを、それぞれＥｒ（ｔ）＝Ｅｏ（ｔ）、Ｅｐ（ｔ）＝Ｅｏ（ｔ）＊ｎ’（ｔ）＊δ（ｔ−τ）で表す。ここで、ｎ’（ｔ）は被計測試料７の屈折率構造の奥行き方向の空間微分、つまり、奥行き方向への反射率の空間分布であり、変数ｔは奥行き方向の位置の変数ｚを光の飛行時間（ｔｉｍｅ  ｏｆ  ｆｌｉｇｈｔ）で時間の変数ｔに置き換えたものである。また、τ＝２ｄｎｒ／ｃは参照ガラス板６の厚さｄ、屈折率ｎｒ、および、真空中の光速ｃによって決まる定数である。
【００３３】
これらの二つのコンポーネント（成分）よりなる光Ｅ１（ｔ）＝Ｅｐ（ｔ）＋Ｅｒ（ｔ）は、回折格子１０及びレンズ１１を具備する分光器９に導かれ、ＣＣＤカメラ１２の撮像面上において、以下の式（１）で表されるようなスペクトルの干渉縞を形作る。
【００３４】
2004340581.tif 000003
【００３５】
ここで、ｆ￣（ω）は関数ｆ（ｔ）のフーリエ変換を表している。即ち、Ｉ￣（ω）、Ｅｏ￣（ω）、ｎ’￣（ω）は、それぞれ関数Ｉ（ｔ）、Ｅｏ（ｔ）、ｎ’（ｔ）のフーリエ変換を表している。
【００３６】
次に、上記のようにして得られたスペクトル干渉縞から物体光および参照光の時間的な相関を計算することにより、物体光と参照光の時間的相関関数を得る。そして、この物体光と参照光の時間的相関関数から被計測試料７の奥行き構造を得るのである。
【００３７】
具体的には、以下の通りである。つまり、スペクトル干渉縞から物体光及び参照光の時間的な相関を計算するため、ＣＣＤカメラ１２によって得られたスペクトル干渉縞を計算機上でフーリエ変換する。すると、以下の式（２）のように参照光と物体光の自己・相互相関が得られる。
【００３８】
2004340581.tif 000004
【００３９】
ここで、Ａ［ｆ（ｔ）］は関数ｆ（ｔ）の自己相関関数である。即ち、Ａ［Ｅｏ（ｔ）］、Ａ［Ｅｏ（ｔ）＊ｎ’（ｔ）］は、それぞれ、Ｅｏ（ｔ）、［Ｅｏ（ｔ）＊ｎ’（ｔ）］の自己相関関数である。また、＊は、コンボリュージョン（ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ）演算を表す。なお、コンボリュージュン演算とは、二つの関数ｆ（ｔ）、ｇ（ｔ）間において、Ｉｎｔｆ（τ）×ｇ（ｔ−τ）ｄτ（ここでＩｎｔはマイナス無限大（−∞）からプラス無限大（＋∞）までの積分記号）で定義される関数間の演算である。また、式（２）の第１項及び第２項は参照光および物体光の自己相関（自己相関関数）である。一方、第３項及び第４項には、物体光と参照光の時間的相関関数が得られており、これらの第３項及び第４項には、光源１の時間プロファイルの自己相関を点応答関数として被計測試料７の奥行き構造が現れていることがわかる。
【００４０】
図２（ｉｉ）に式（２）の模式図を示す。図２（ｉｉ）は、図２（ｉ）に示された参照光と物体光の光強度の時間概形（時間プロファイル）をフーリエ逆変換したものである。縦軸は光強度を表し、横軸は時間を表し、それぞれの単位は任意である。この図２（ｉｉ）では、参照光と物体光の相互相関及びそれぞれの自己相関を見ることができる。ここで、中央に位置しているピーク３１が式（２）の自己相関項、つまり、式（２）の第１項及び第２項である。一方その両脇に対照に現れているシグナル３２、３３が、信号項であり、それぞれ式（２）の第３項及び第４項であり、先ほど述べたように、これらは被計測試料７の奥行き構造を直接表している。
【００４１】
式（２）より、第３項、第４項の位置はそれぞれ、参照ガラス板６のガラスの厚さｄによって決まる定数τだけ原点からシフトしていることがわかる。つまり、適切にτを、要するに、参照ガラス板６の厚さｄを選択すれば、位置的に信号項と自己相関項とを分離することが可能になるのである。
【００４２】
以上の時間シアリング光コヒーレンストモグラフィー方法を用いることで、本発明者らは、本発明の時間シアリング光コヒーレンストモグラフィー装置により機械的な走査を行わずに被計測試料７の奥行き方向の構造を計測することができる。さらに、被計測試料７を１次元走査装置１３によって走査ステージ１３ａを横方向（矢印１４で示される方向、図１の紙面上下方向）に移動させて走査しながら、この計測を繰り返すことで、１次元の機械走査のみによって２次元の光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）画像を、そして、もちろん、２次元の走査によって３次元の光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）画像を計測することが可能になる。
【００４３】
なお、本実施例では、上記のように１次元走査装置１３を用いて走査ステージ１３ａを移動させることにより被計測試料７を横方向に走査することとした。一方、対物レンズ５を、移動（シフト）させることにより被計測試料７への光（ビーム）のスポット位置を動かして走査することにしてもよい。また、ガルバノミラー（検流計ミラー）やレゾナントミラー等の角度可変鏡（図示せず）を用いることにより、対物レンズ５の手前で光（ビーム）の角度を振って光のスポット位置を動かして走査することにしてもよい。
【００４４】
上述した実施例では、説明を簡単にするため、光源１にパルス光を用いて、図２に示すような光強度の時間概形（強度プロファイル）の模式図を使用した。しかし、実際には光源１にはパルス光（パルス）を用いる必要はない。これは、本発明の時間シアリング光コヒーレンストモグラフィー装置（システム）が非線形光学現象を利用していない線形な光システムであることに起因する。本発明の時間シアリング光コヒーレンストモグラフィー装置の光源は、奥行き方向の計測に際して高い空間分解能が得られるように、時間的に広帯域であればより望ましい。このような光源の例として、本実施例で用いたパルス光の他、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）等を用いてもよい。なお、本発明の光源の例として、時間的に広帯域である光源、つまり、５ｎｍ程度以上の波長幅で発光する光源を用いることが考えられる。本実施例ではこのような光源の例として、フェムト秒パルスレーザーを光源１に用いている。
【００４５】
（実験例）
次に、実験例として、本実施例の時間シアリング光コヒーレンストモグラフィー装置（システム）を用いて被計測試料７として計測された牛の腱組織（ｔｅｎｄｏｎ  ｏｆ  ｂｏｖｉｎｅ）の光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）断面画像を図３に示す。ただし、ここでは式（２）の第４項の部分だけが示されている。ここで、図３の横軸（水平軸）が被計測試料７の奥行（深さ）方向を、縦軸（垂直軸）が被計測試料７の横方向（つまり、機械的走査方向、図１の矢印１４で示される方向）を示している。深さ方向は空気中に換算した深さである。また、図３の向かって左側が被計測試料７の表面Ｓ、右側が被計測試料７の内部に対応する。横方向に関しては１μｍ間隔で２００点の走査を行うことで２００μｍの視野を得ている。また、奥行き方向の視野は空気中で８７０μｍであり、これは参照ガラス板（参照用のガラス板）６を用いて較正されている。
【００４６】
この実験例の計測における被計測試料７は、上述したように牛の腱組織である。ここでは、腱索（ｔｅｎｄｉｎｏｕｓ  ｃｏｒｄ）を横切る方向に断面形状を計測しているため、いくつかの腱索断面を見ることができる。この計測では、被計測試料７の保存、及び取扱上の問題から生体外（ｅｘ  ｖｉｖｏ）で行っているが、染色、固定等はされておらず、生体内（ｉｎ  ｖｉｖｏ）での計測も可能である。
【００４７】
次に本発明の時間シアリング光コヒーレンストモグラフィー装置（ＯＣＴシステム）の性能について議論する。まず、被計測試料７に対する深さ方向の解像度であるが、これは光源１のスペクトル幅で決まる。本実施例では、光源１として波長半値幅８．３ｎｍ、中心波長７７５ｎｍ、時間的にＳｅｃｈ２型（Ｓｅｃｈ２型は双曲線関数の一種である双曲正割（Ｈｙｐｅｒｂｏｌｉｃ  ｓｅｃａｎｔ）の二乗を意味する）のプロファイルを持つパルスレーザーを使用している。このことから、本システム、つまり、本発明の光コヒーレンストモグラフィー装置が反射計測計であることを考慮した上で、上記深さ方向の理論的な解像度が空気中（屈折率１の空間）で２２．５μｍと見積もられる。しかし、実際の生体計測においては、被計測試料７の持つ散乱、分散、複屈折性等により、解像度は理論値よりも低くなる。この時の解像度は、被計測試料７に依存するため、個別に検討する必要がある。
【００４８】
一方、被計測試料７に対する深さ方向の計測可能幅について考える。一般的なスペクトル干渉光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）装置においては、深さ方向の計測可能幅は、分光器の解像度によって決まる。ＣＣＤカメラ（撮像素子）で計測されるスペクトル干渉縞と、最終的に得られる被計測試料（物体）の奥行き構造の間にはフーリエ変換の関係があるので、分光器の解像度が高いほど、スペクトル干渉光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）装置の計測可能幅は広くなるのである。
【００４９】
しかし、本発明の時間シアリング光コヒーレンストモグラフィー装置（時間シアリングＯＣＴ装置、  ｔｉｍｅ  ｓｈｅａｒｉｎｇ  ＯＣＴ装置）の計測可能幅は、実施例で示した分光器９の解像度だけでなく、式（２）および図２（ｉｉ）の各項の位置および幅にも制限される。つまり、各項が重ならない範囲でのみ計測が可能なのである。そのため、この計測可能幅は参照ガラス板６の厚さｄや被計測試料７内における物体光（プローブビーム）の到達深さにも影響される。つまり、被計測試料７の光吸収率、散乱量等によっても計測可能幅は変化するのである。
【００５０】
以上の事から、一意には決定できないものの、今回示した計測においては、空気中に換算して９００μｍ程度の計測可能幅が得られた。
【００５１】
次に、被計測試料７の横方向（図１で示した矢印１４で示される方向、図１の紙面上下方向）の解像度について考察する。この横方向の解像度は物体光の直径、および対物レンズ５の焦点距離、つまり実効的な開口数（ＮＡ）より決定される。ここで作成した本実施例の時間シアリング光コヒーレンストモグラフィー装置（システム）においては、この横方向の解像度は２５μｍ程度であると見積もられる。また、この時の焦点深度は１ｍｍ程度であり、このことより、前述した深さ方向の計測レンジ（範囲）内においては、横方向の解像度が保たれていると考えられる。また、横方向の計測可能幅は、被計測試料７を走査する１次元走査装置１３における走査ステージ１３ａの可動範囲によってのみ制限されている。
【００５２】
本実施例の光コヒーレンストモグラフィー装置（システム）を用いて１枚の光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）画像を得るために２０秒程度の時間が必要である。しかし、その大半は１次元走査装置１３においてステッピングモーター（図示せず）による横方向の機械的走査に要する時間である。そのため、上述したようにガルバノミラーやレゾナントミラー等といった角度可変鏡等の高速な横方向の走査装置を用いることで、大幅な計測時間の高速化が可能であり、ビデオレイト（ビデオで撮影して画像を得る場合に要する遅延時間）程度での断面形状計測が容易に可能になるものと思われる。
【００５３】
以上をまとめると、本明細書において、発明者らは、共通の光路を用いる（コモンパスな、コモンパス型の）参照光（アーム）及び物体光（アーム）を持つ本発明の光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）装置、及び光コヒーレンストモグラフィー方法、並びに、この光コヒーレンストモグラフィー装置及び方法を用いた時間シアリング光コヒーレンストモグラフィー（ｔｉｍｅ  ｓｈｅａｒｉｎｇ  ＯＣＴ）画像の作成に関する報告を行った。
【００５４】
本発明の光コヒーレンストモグラフィー装置では、参照光と物体光とが共通の光路を有する（コモンパス型の）干渉計の構造を採用することにより、高い振動安定性を実現している。これと共に、スペクトル干渉光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）の原理を用いる本発明の光コヒーレンストモグラフィー方法により、奥行き方向の走査を無くすことが可能である。つまり、時間軸のインターフェログラムを直接計測するのではなく、スペクトル領域における干渉縞を計測し、そこから時間軸のインターフェログラムを計算する方法を用いることで、深さ方向に対する機械的走査を解消している。
【００５５】
今回作成された本実施例に係る光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）装置のプロトタイプは、理論的に２２．５μｍの奥行き分解能と２５μｍの横方向分解能を持っている。また、奥行き方向に９００μｍ程度の計測可能幅を持っていることが実験的に確認された。つまり、深さ方向に２２．５μｍの解像度と９００μｍの計測可能幅を持ち、横方向に２５μｍの解像度を持つ光コヒーレンストモグラフィー装置により、牛の腱組織の断面画像の計測を行った。要するに、本発明者らは、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置及び方法を用いて実際に牛の腱組織の観察を行い、腱索（腱の筋肉繊維）の断面形状を画像化することに成功した。
【００５６】
以上、本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置及び光コヒーレンストモグラフィー方法の実施形態を実施例に基づいて説明したが、本発明は特にこのような実施例に限定されることなく、特許請求の範囲記載の技術的事項の範囲内でいろいろな実施例があることはいうまでもない。
【００５７】
【発明の効果】
以上の構成から成る本発明に係る光コヒーレンストモグラフィー装置及び光コヒーレンストモグラフィー方法によると、振動に対して安定であると共に、機械走査次元の問題を解消して計測時間の短縮を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例の時間シアリング光コヒーレンストモグラフィー装置の光学系概要を示す模式図である。
【図２】（ｉ）は参照光と物体光の光強度の時間概形の模式図であり、（ｉｉ）は、（ｉ）をフーリエ逆変換した図である。
【図３】本実施例の時間シアリング光コヒーレンストモグラフィーによる牛の腱組織の断面画像である。図の水平軸は深さ方向を、垂直軸は横方向（走査方向）を表している。深さ方向、横方向の画像の視野範囲は８７０μｍ×２００μｍである。
【符号の説明】
１    光源
２    光学楔（ウェッジ）
３    ビームスプリッター（光分離素子）
４    瞳ストップ（ピューピルストップ）
５    対物レンズ
６    参照ガラス板
７    被計測試料
８    ミラー（鏡）
９    分光器（スペクトロメータ）
１０    回折格子
１１    レンズ
１２    ＣＣＤカメラ（撮像素子）
１３    １次元走査装置
１３ａ    走査ステージ
１４    矢印
３１    ピーク
３２、３３    シグナル
【図１】
2004340581.tif 000005
【図２】
2004340581.tif 000006
【図３】
2004340581.tif 000007