(57)【要約】【課題】光コヒーレンストモグラフィー計測において、測定光もしくは参照光の光路長を調整したときの光量変化による画質の劣化を防止する。【解決手段】参照光Ｌ２の光路長を調整するときに、光ファイバＦＢ３を射出した参照光Ｌ２は、第１光学レンズ２１ａにより平行光になり、第２光学レンズ２１ｂにより反射ミラー２２上に集光される。その後、反射ミラー２２により反射された参照光Ｌ２は、第２光学レンズ２１ｂにより平行光になり、第１光学レンズ２１ａにより光ファイバＦＢ３のコアに集光される。【選択図】図１
2007101262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の断層画像を取得する光断層画像化装置において、
光を射出する光源ユニットと、
該光源ユニットから射出された光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、
該光分割手段により分割された前記測定光もしくは前記参照光の光路長を調整する光路長調整手段と、
前記光分割手段から前記光路長調整手段まで前記測定光もしくは前記参照光を導波する光ファイバと、
前記測定光が前記測定対象に照射されたときの該測定対象からの前記反射光と前記参照光とを合波する合波手段と、
該合波手段により合波された前記反射光と前記参照光との干渉光を検出する干渉光検出手段と、
該干渉光検出手段により検出された前記干渉光から前記測定対象の断層画像を取得する画像取得手段と
を備え、
前記光路長調整手段が、
前記光ファイバから射出された前記測定光もしくは前記参照光を反射する反射ミラーと、
該反射ミラーと前記光ファイバとの間に配置された、前記光ファイバのコアから射出された前記測定光もしくは前記参照光を平行光にするとともに、前記反射ミラーにより反射された前記測定光もしくは前記参照光を前記光ファイバのコアに集光する第１光学レンズと、
該第１光学レンズと前記反射ミラーとの間に配置された、該第１光学レンズにより平行光にされた前記測定光もしくは前記参照光を前記反射ミラー上に集光するとともに、該反射ミラーにより反射された前記測定光もしくは前記参照光を平行光にする第２光学レンズと
を有するものであることを特徴とする光断層画像化装置。
【請求項２】
前記光路長調整手段が、前記第２光学レンズと前記反射ミラーとが固定された基台と、該基台を前記第１光学レンズの光軸方向に移動させる移動手段を有するものであることを特徴とする請求項１記載の光断層画像化装置。
【請求項３】
前記光路長調整手段が、前記第１光学レンズと前記第２光学レンズとの間に配置されたくさび状の透明体と、該透明体を前記第１光学レンズの光軸に直交する方向に移動させる移動手段とをさらに有するものであることを特徴とする請求項１または２記載の光断層画像化装置。
【請求項４】
前記光路長調整手段が、前記第１光学レンズと前記第２光学レンズとの間に配置された、電界の印加により屈折率が変化する電気光学素子と、該電気光学素子に電界を印加する駆動電源とをさらに有するものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の光断層画像化装置。
【請求項５】
前記光源ユニットが、波長を一定の周期で掃引させながらレーザ光を射出するものであり、前記画像取得手段が、前記干渉光を周波数解析することにより前記測定対象の断層画像を取得するものであり、前記光路長調整手段が、断層画像信号を得る位置に調整するため、前記測定光もしくは参照光の光路長を変更するものであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の光断層画像化装置。
【請求項６】
前記光源ユニットが低コヒーレンス光を射出するものであり、前記画像取得手段が、前記干渉光を周波数解析することにより前記測定対象の断層画像を取得するものであり、断層画像信号を得る位置に調整するため、前記測定光もしくは参照光の光路長を変更するものであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の光断層画像化装置。
【請求項７】
前記光源ユニットが低コヒーレンス光を射出するものであり、前記光路長調整手段が測定する深さ位置を変更するために前記測定光もしくは参照光の光路長を掃引するものであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の光断層画像化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）計測による光断層画像を取得する光断層画像化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、生体組織等の測定対象の断層画像を取得する方法として超音波を用いた超音波断層画像取得装置等が知られているが、その他にＯＣＴ（Optical Coherence Tomography）計測による光断層画像を取得する方法が提案されている（たとえば特許文献１、２参照）。このＯＣＴ計測は測定光および反射光と参照光との光路長が一致したときに干渉光が検出されることを利用した計測方法であり、光源から射出された低コヒーレンス光が測定光と参照光とに分割された後、測定光は測定対象に照射され、測定対象からの反射光が合波手段に導波される。一方、参照光は、測定対象内の測定深さを変更するために、光路長の変更が施された後に合波手段に導波される。そして、合波手段により反射光と参照光とが合波され、合波されたことによる干渉光がヘテロダイン検波等により測定される。
【０００３】
ここで、上述したＯＣＴ装置においては参照光の光路長を掃引することにより、測定対象に対する測定位置（測定深さ）を変更し断層画像を取得するようになっている（Time domain OCT：ＴＤ−ＯＣＴ計測）。具体的には、特許文献１の参照光の光路長調整機構は、光ファイバから射出した参照光をミラーに集光する光学系を有し、光路長の調整を行うときにはミラーのみを参照光の光軸方向に移動させている。また特許文献２において参照光の光路長調整機構は、光ファイバから射出した参照光は平行レンズにより平行光にされ、平行光にされた参照光が再び光路長調整レンズにより集光され光ファイバに入射されるようになっている。そして、光路長調整レンズが参照光の光軸方向に進退することにより光路長の調整が行われている。
【０００４】
ところで、上述したような参照光の光路長の変更を行うことなく高速に断層画像を取得する方法として、光源から射出される光の周波数を時間的に変化させながら干渉光の検出を行うＳＳ−ＯＣＴ（Swept source OCT）装置が提案されている。ＳＳ−ＯＣＴ装置は、マイケルソン型干渉計を用いて光路長の変更を行わずに光源から射出されるレーザ光の波長を掃引し反射光と参照光との干渉させ、インターフェログラム干渉強度信号を得る。そして、光周波数領域のインターフェログラム信号をフーリエ変換し断層画像を生成するようになっている。
【０００５】
さらに、参照光の光路長の掃引することなく高速に断層画像を取得する方法としてＳＤ−ＯＣＴ（Spectral Domain OCT）計測が提案されている。このＳＤ−ＯＣＴ計測は、マイケルソン型干渉計を用いて光源から広帯域の低コヒーレンス光を射出して測定光と参照光とに分割した後、測定対象に測定光が照射されたときの反射光と参照光との干渉光を各周波数成分に分解したチャンネルドスペクトル信号をフーリエ解析することにより、深さ方向の走査を行わずに断層画像を取得するようになっている。
【０００６】
上述したＳＳ−ＯＣＴ装置およびＳＤ−ＯＣＴ装置においても、測定光と参照光とが干渉可能な可干渉距離内に光路長差を調整し、即ち、断層画像が取得可能な測定可能領域内に参照光（あるいは測定光）の光路長調整を行う必要がある。この光路長を調整するものとして特許文献１、２に示す光路長調整機構を用いることが考えられる。
【特許文献１】特開平６−１６５７８４号公報
【特許文献２】特開２００３−１３９６８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１の参照光の光路長調整機構のように、ミラーやレンズだけを動かした場合、光ファイバからの出射光をミラーに集光することができないため、ミラーからの反射光の光ファイバに入射される光量が少なくなってしまい、深さ方向へ測定位置を走査させた際に安定した干渉光強度が得られないという問題がある。
【０００８】
また特許文献２の参照光の光路長調整機構のように、光路長調整レンズを参照光の光軸方向に進退することにより光路長の調整が行ったとき、光路長調整レンズの焦点位置も移動するため、光路長調整レンズから光ファイバに入射される参照光の光量が減少してしまい、深さ方向へ測定位置を走査させた際に安定した干渉光強度が得られないという問題がある。
【０００９】
つまり、光ファイバを導波した参照光を取り出して光路長の調整を行い、再び光ファイバに入射させる場合、直径数μｍ〜十μｍの光ファイバのコアに入射させる必要がある。よって特許文献１、２に示すような光路長の調整を行う際に焦点位置が光ファイバのコア部分からずれてしまったり、ビーム径が太ってしまったりしたとき、光ファイバに入射される参照光の光量が減少してしまうため、深さ方向へ測定位置を走査させた際に安定した干渉光強度が得られず、画質の劣化が生じてしまうという問題がある。
【００１０】
さらに、特許文献１、２に示すような光路長調整機構をＳＳ−ＯＣＴ装置およびＳＤ−ＯＣＴ装置に用いた場合にも、光路長の調整を行ったときに干渉光強度が減少してしまうため、画質の劣化が生じてしまうという問題がある。
【００１１】
そこで、本発明は、光路長を調整したときの測定光もしくは参照光の光量の減少に起因する画質の劣化を防止することができる光断層画像化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】
【００１２】
本発明の光断層画像化装置は、測定対象の断層画像を取得する光断層画像化装置において、光を射出する光源ユニットと、光源ユニットから射出された光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、光分割手段により分割された測定光もしくは参照光の光路長を調整する光路長調整手段と、光分割手段から光路長調整手段まで測定光もしくは参照光を導波する光ファイバと、測定光が測定対象に照射されたときの測定対象からの反射光と参照光とを合波する合波手段と、合波手段により合波された反射光と参照光との干渉光を検出する干渉光検出手段と、干渉光検出手段により検出された干渉光から測定対象の断層画像を取得する画像取得手段とを備え、光路長調整手段が、光ファイバから射出された測定光もしくは参照光を反射する反射ミラーと、反射ミラーと光ファイバとの間に配置された、光ファイバのコアから射出された測定光もしくは参照光を平行光にするとともに、反射ミラーにより反射された測定光もしくは参照光を光ファイバのコアに集光する第１光学レンズと、第１光学レンズと反射ミラーとの間に配置された、第１光学レンズにより平行光にされた測定光もしくは参照光を反射ミラー上に集光するとともに、反射ミラーにより反射された測定光もしくは参照光を平行光にする第２光学レンズとを有するものであることを特徴とするものである。
【００１３】
ここで、光路長調整手段は、第２光学レンズと反射ミラーとが固定された基台と、基台を第１光学レンズの光軸方向に移動させる移動手段とをさらに有するものであってもよい。
【００１４】
また、光路長調整手段は、第１光学レンズと第２光学レンズとの間に配置されたくさび状の透明体と、透明体を第１光学レンズの光軸に直交する方向に移動させる移動手段とをさらに有するものであってもよい。
【００１５】
さらに、光路長調整手段は、第１光学レンズと第２光学レンズとの間に配置された、電界の印加により屈折率が変化する電気光学素子と、電気光学素子に電界を印加する駆動電源とをさらに有するものであってもよい。また、それぞれの複合であっても良い。
【００１６】
なお、光源ユニットが波長を変動させながらレーザ光を射出するものであり、画像取得手段が、干渉光を周波数解析することにより測定対象の断層画像を取得するものであり、光路長調整手段が、断層画像信号を得る位置に調整するため、測定光もしくは参照光の光路長を変更するものであってもよい。
【００１７】
さらに、光源ユニットが低コヒーレンス光を射出するものであり、画像取得手段が、干渉光を周波数解析することにより測定対象の断層画像を取得するものであり、光路長調整手段が、断層画像信号を得る位置に調整するため、測定光もしくは参照光の光路長を変更するものであってもよい。
【００１８】
また、光源ユニットが低コヒーレンス光を射出するものであり、光路長調整手段が測定する深さ位置を変更するために測定光もしくは参照光の光路長を掃引するものであってもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の光断層画像化装置によれば、光路長調整手段が、光ファイバから射出された測定光もしくは参照光を反射する反射ミラーと、反射ミラーと光ファイバとの間に配置された、光ファイバのコアから射出された測定光もしくは参照光を平行光にし、反射ミラーにより反射された測定光もしくは参照光を光ファイバのコアに集光する第１光学レンズと、第１光学レンズと反射ミラーとの間に配置された、第１光学レンズにより平行光にされた測定光もしくは参照光を反射ミラー上に集光し、反射ミラーにより反射された測定光もしくは参照光を平行光にする第２光学レンズとを有するものであることにより、第１光学レンズと第２光学レンズとの間で測定光もしくは参照光の光路長の調整を行ったときに、第１光学レンズの光ファイバのコアに対する焦点位置と第２光学レンズの反射ミラーに対する焦点位置とが不変の状態で光路長調整を行うことができるため、安定した光量の参照光に基づく干渉光から断層画像を取得することができ、画質の劣化を防止することができる。
【００２０】
なお、光路長調整手段が、第２光学レンズと反射ミラーとが固定された基台と、基台を第１光学レンズの光軸方向に移動させる移動手段を有するものであるとき、第１光学レンズの光ファイバのコアに対する焦点位置と第２光学レンズの反射ミラーに対する焦点位置とが不変の状態で光路長調整を行うことができるため、安定した光量の参照光に基づく干渉光から断層画像を取得することができ、画質の劣化を防止することができる。
【００２１】
また、光路長調整手段は、第１光学レンズと第２光学レンズとの間に配置された、測定光もしくは参照光をくさび状の透明体と、透明体を第１光学レンズの光軸に直交する方向に移動させる移動手段とをさらに有するものであれば、第１光学レンズの光ファイバのコアに対する焦点位置と第２光学レンズの反射ミラーに対する焦点位置とが不変の状態で光路長調整を行うことができるため、安定した光量の参照光に基づく干渉光から断層画像を取得することができ、画質の劣化を防止することができる。
【００２２】
さらに、光路長調整手段は、第１光学レンズと第２光学レンズとの間に配置された、電界の印加により屈折率が変化する電気光学素子と、電気光学素子に電界を印加する駆動電源とをさらに有するものであっても、第１光学レンズの光ファイバのコアに対する焦点位置と第２光学レンズの反射ミラーに対する焦点位置とが不変の状態で光路長調整を行うことができるため、安定した光量の参照光に基づく干渉光から断層画像を取得することができ、画質の劣化を防止することができる。
【００２３】
また、光源ユニットが波長を掃引させながらレーザ光を射出するものであり、画像取得手段が、干渉光を周波数解析することにより断層画像を取得するものであり、光路長調整手段が、断層画像信号を得る領域に調整するため、測定光もしくは参照光の光路長調整手段において光路長の調整が行われても安定した光量の参照光に基づく干渉光から断層画像を取得することができ、画質の劣化を防止することができる。
【００２４】
さらに、光源ユニットが低コヒーレンス光を射出するものであり、画像取得手段が、干渉光を周波数解析することにより測定対象の断層画像を取得するものであり、光路長調整手段が、断層画像信号を得る領域に調整するため、光路長調整手段において測定光もしくは参照光の光路長の調整が行われても安定した光量の参照光に基づく干渉光から断層画像を取得することができ、画質の劣化を防止することができる。
【００２５】
また、光源ユニットが低コヒーレンス光を射出するものであり、光路長調整手段が測定する深さ領域を変更するために測定光もしくは参照光の光路長を変更するものであるときであっても、光路長調整手段において光路長の調整が行われても安定した光量の参照光に基づく干渉光から断層画像を取得することができ、画質の劣化を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明の光断層画像化装置の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の光断層画像化装置の好ましい実施の形態を示す模式図である。光断層画像化装置１は、たとえば体腔内の生体組織や細胞等の測定対象の断層画像をＳＳ−ＯＣＴ計測により取得するものであって、光Ｌを射出する光源ユニット１０と、光源ユニット１０から射出された光Ｌを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割する光分割手段３と、光分割手段３により分割された参照光Ｌ２の光路長を調整する光路長調整手段２０と、光分割手段３により分割された測定光Ｌ１を測定対象Ｓまで導波するプローブ３０と、プローブ３０から測定光Ｌ１が測定対象Ｓに照射されたときの測定対象からの反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とを合波する合波手段４と、合波手段４により合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出する干渉光検出手段４０とを有している。
【００２７】
光源ユニット１０は、周波数を一定の周期で掃引させながらレーザ光Ｌを射出するものであって、たとえばモード同期半導体レーザからなっている。具体的には、光源ユニット１０は、半導体光増幅器（半導体利得媒質）１１と光ファイバＦＢ１０とを有しており、光ファイバＦＢ１０が半導体光増幅器１１の両端に接続された構造を有している。半導体光増幅器１１は駆動電流の注入により微弱な放出光を光ファイバＦＢ１０の一端側に射出するとともに、光ファイバＦＢ１０の他端側から入射された光を増幅する機能を有している。そして、半導体光増幅器１１に駆動電流が供給されたとき、半導体光増幅器１１および光ファイバＦＢ１０により形成される光共振器によりパルス状のレーザ光Ｌが光ファイバＦＢ１へ射出されるようになっている。
【００２８】
さらに、光ファイバＦＢ１０には光分岐器１２が結合されており、光ファイバＦＢ１０内を導波する光の一部が光分岐器１２から光ファイバＦＢ１１側へ射出されるようになっている。光ファイバＦＢ１１から射出した光はコリメータレンズ１３、回折格子素子１４、光学系１５を介して回転多面鏡（ポリゴンミラー）１６において反射される。そして反射された光は光学系１５、回折格子素子１４、コリメータレンズ１３を介して再び光ファイバＦＢ１１に入射される。
【００２９】
ここで、この回転多面鏡１６は矢印Ｒ１方向に回転するものであって、各反射面の角度が光学系１５の光軸に対して変化するようになっている。これにより、回折格子素子１４において分光された光のうち、特定の周波数域からなる光のみ再び光ファイバＦＢ１１に戻るようになる。この光ファイバＦＢ１１に戻る光の周波数は光学系１５の光軸と反射面との角度によって決まる。そして光ファイバＦＢ１１に入射した特定の周波数域からなる光が光分岐器１２から光ファイバＦＢ１０に入射され、結果として特定の周波数域からなるレーザ光Ｌが光ファイバＦＢ１側に射出されるようになっている。よって、回転多面鏡１６が矢印Ｒ１方向に等速で回転したとき、再び光ファイバＦＢ１１に入射される光の波長は図２に示すように一定の周期で掃引することになる。つまり、光源ユニット１０から波長が一定の周期で掃引したレーザ光Ｌが光ファイバＦＢ１側に射出されることになる。
【００３０】
光分割手段３は、たとえば２×２の光ファイバカプラからなっており、光源ユニット１０から光ファイバＦＢ１を介して導波されたレーザ光Ｌを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２に分割するようになっている。光分割手段３は、２つの光ファイバＦＢ２、ＦＢ３にそれぞれ光学的に接続されており、測定光Ｌ１は光ファイバＦＢ２側により導波され、参照光Ｌ２は光ファイバＦＢ３側に導波される。なお、図１においては光分割手段３は合波手段４としても機能するものである。
【００３１】
光ファイバＦＢ２にはプローブ３０が光学的に接続されており、測定光Ｌ１は光ファイバＦＢ２からプローブ３０へ導波されるようになっている。プローブ３０は、たとえば鉗子口から鉗子チャンネルを介して体腔内に挿入されるものであって、光学コネクタＯＣにより光ファイバＦＢ２に対し着脱可能に取り付けられている。
【００３２】
一方、光ファイバＦＢ３の参照光Ｌ２の射出側には光路長調整手段２０が配置されている。図３は光路長調整手段２０の一例を示す模式図であり、図１と図３を参照して光路長調整手段２０について説明する。光路長調整手段２０は、断層画像の取得領域を調整するために、参照光Ｌ２の光路長を変更するものであって、光ファイバＦＢ３から射出された参照光Ｌ２を反射する反射ミラー２２と、反射ミラー２２と光ファイバＦＢ３との間に配置された第１光学レンズ２１ａと、第１光学レンズ２１ａと反射ミラー２２との間に配置された第２光学レンズ２２ｂとを有している。
【００３３】
第１光学レンズ２１ａは、光ファイバＦＢ３のコアから射出された参照光Ｌ２を平行光にするとともに、反射ミラー２２により反射された参照光を光ファイバＦＢ３のコアに集光する機能を有している。また、第２光学レンズ２１ｂは、第１光学レンズ２１ａにより平行光にされた参照光Ｌ２を反射ミラー２２上に集光するとともに、反射ミラー２２により反射された参照光Ｌ２を平行光にする機能を有している。つまり、第１光学レンズ２１ａと第２光学レンズ２１ｂとにより共焦点光学系が形成されている。
【００３４】
したがって、光ファイバＦＢ３を射出した参照光Ｌ２は、第１光学レンズ２１ａにより平行光になり、第２光学レンズ２１ｂにより反射ミラー２２上に集光される。その後、反射ミラー２２により反射された参照光Ｌ２は、第２光学レンズ２１ｂにより平行光になり、第１光学レンズ２１ａにより光ファイバＦＢ３のコアに集光される。
【００３５】
さらに、光路長調整手段２０は、第２光学レンズ２１ｂと反射ミラー２２とを固定した基台２３と、基台２３を第１光学レンズ２１ａの光軸方向に移動させるミラー移動手段２４を有している。そして基台２３が矢印Ａ方向に移動することにより、参照光Ｌ２の光路長が変更するようになっている。
【００３６】
図１の合波手段４は、２×２の光ファイバカプラからなり、光路長調整手段２０により光路長の変更が施された参照光Ｌ２と測定対象Ｓからの反射光Ｌ３とを合波し光ファイバＦＢ４を介して干渉光検出手段４０側に射出するようになっている。
【００３７】
干渉光検出手段４０は、合波手段４により合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出するようになっている。そして、画像取得手段５０は、干渉光検出手段４０により検出された干渉光Ｌ４の信号を周波数解析することにより測定対象Ｓの断層画像を取得する。そして、画像取得手段５０により取得された断層画像は表示装置６０に表示されるようになっている。なお、図１の実施形態においては、光ファイバＦＢ１の光ファイバカプラ２から分岐したレーザ光Ｌの光強度を検出する検出器４０ａと、干渉光Ｌ４の光強度を検出する検出器４０ｂとを設け、干渉光検出手段４０が検出器４０ａからの出力に基づいて干渉光Ｌ４の光強度のバランスを調整する機能を有している。この機能により、各周波数毎の光強度バラツキの影響を押さえ、より鮮明な画像を得ることが出来る。
【００３８】
ここで、干渉光検出手段４０および画像取得手段５０における干渉光Ｌ４の検出および画像の生成について簡単に説明する。なお、詳細については「武田  光夫、「光周波数走査スペクトル干渉顕微鏡」、光技術コンタクト、２００３、Ｖｏｌ４１、Ｎｏ７、ｐ４２６−ｐ４３２」に記載されている。
【００３９】
測定光Ｌ１が測定対象Ｓに照射されたとき、測定対象Ｓの各深さからの反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とがいろいろな光路長差をもって干渉しあう際の各光路長差ｌに対する干渉縞の光強度をＳ（ｌ）とすると、干渉光検出手段４０において検出される光強度Ｉ（ｋ）は、
Ｉ（ｋ）＝∫０∞Ｓ（ｌ）［１＋ｃｏｓ（ｋｌ）］ｄｌ  ・・・（１）
で表される。ここで、ｋは波数、ｌは光路長差である。式（１）は波数ｋ＝ω／ｃを変数とする光周波数領域のインターフェログラムとして与えられていると考えることができる。このため、画像取得手段５０において、干渉光検出手段４０が検出したスペクトル干渉縞をフーリエ変換による周波数解析を行い、干渉光Ｌ４の光強度Ｓ（ｌ）を決定することにより、測定対象Ｓの測定開始位置からの距離情報と反射強度情報とを取得し、断層画像を生成するようになっている。
【００４０】
次に、図１から図３を参照して光断層画像化装置１の動作例について説明する。まず、基台２３が矢印Ａ方向に移動することにより、測定可能領域内に測定対象Ｓが位置するように光路長の調整が行われる。その後、光源ユニット１０から波長が一定の周期で掃引されたレーザ光Ｌが射出され、レーザ光Ｌは光分割手段３により測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割される。測定光Ｌ１はプローブ３０により体腔内に導波され測定対象Ｓに照射される。そして、測定対象Ｓからの反射光Ｌ３が反射ミラー２２において反射した参照光Ｌ２と合波され、反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４が干渉光検出手段４０により検出される。この検出された干渉光Ｌ４の信号が画像取得手段５０において周波数解析されることにより断層画像が取得される。
【００４１】
ここで、光路長の調整を行うために基台２３を矢印Ａ方向に移動させたとき（図３参照）、第１光学レンズ２１ａの焦点位置は光ファイバＦＢ３のコアから移動することがない。さらに、第２光学レンズ２１ｂの焦点位置は反射ミラー２２上から移動することがない。よって、光路長調整手段２０により光路長が調整された参照光Ｌ２が再び光ファイバＦＢ３に入射される際、参照光Ｌ２の光量が減少することを防止することができ、光路長を調整するたびに干渉光Ｌ４の強度が変化してしまうことによる画質の劣化を防止することができる。
【００４２】
さらに、第１レンズ２１ａと第２レンズ２１ｂとにより共焦点光学系を形成することにより、基台２３に第２レンズ２１ｂおよび反射ミラー２２を取り付けるときの取付誤差の許容度を大きくすることができるため、光路長調整手段２０の作製効率を向上させることができる。すなわち、光路長調整手段２０は、光ファイバＦＢ３のコアから射出した光を再び光ファイバＦＢ３の直径数μｍ〜十μｍのコアに入射させなければならない。ここで、図４（Ａ）に示す従来のコリメータレンズ２１ａと反射ミラー２２が光路長調整機構において、図４（Ｂ）反射ミラー２２が光軸ＣＬからΔθだけ傾いて基台２３に固定されてしまった場合、光ファイバＦＢ３のコアに入射される参照光Ｌ２の光量が少なくなってしまう。よって、コリメータレンズ２１ａの光軸ＣＬと反射ミラー２２の反射面との厳密な直交精度が要求される。
【００４３】
一方、図５に示すような共焦点光学系を形成した第１光学レンズ２１ａ、第２光学レンズ２１ｂにおいては、反射ミラー２２が光軸ＣＬからΔθだけ傾いて基台２３に固定されてしまっていても、第２光学レンズ２１ｂの焦点位置で反射した参照光Ｌ２は第１光学レンズ２１ａの焦点位置に戻るようになっている。さらに参照光Ｌ２はレーザ光であるため、第２光学レンズ２１ｂの焦点位置においては図７に示すような焦点深度ΔＺのビームウェストＢＷが形成されており、反射ミラー２２がΔθだけ傾いても反射ミラー２２の反射面がビームウェストＢＷ内にあれば、参照光Ｌ２は第１光学レンズ２１ａの焦点位置に戻る。このように、基台２３に第２レンズ２１ｂおよび反射ミラー２２を取り付けるときの取付誤差の許容度を大きくすることができ、光路長調整手段２０の作製効率を向上させることができる。
【００４４】
図７は本発明の光断層画像化装置における光路長調整手段の第２の実施の形態を示す模式図である。なお図７の光路長調整手段１２０において図３の光路長調整手段２０と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４５】
光路長調整手段１２０は、第１光学レンズ２１ａと第２光学レンズ２１ｂとの間にさび状の透明体１２１と、透明体１２１を第１光学レンズ２１ａの光軸ＣＬに直交する方向に移動させるくさび移動手段１２２とをさらに有している。そして、透明体１２１がくさび移動手段１２２により矢印Ｂ方向に移動することにより、参照光Ｌ２の光路長が調整されるようになっている。なお、この透明体１２１は偶数個設けられていることが好ましい。このような場合であっても、光路長調整手段１２０により光路長が調整された参照光Ｌ２が再び光ファイバＦＢ３に入射される際、参照光Ｌ２の光量が減少することを防止することができ、光路長を調整するたびに干渉光Ｌ４の強度が変化してしまうことによる画質の劣化を防止することができる。
【００４６】
図８は本発明の光断層画像化装置における光路長調整手段の第３の実施の形態を示す模式図である。なお図８の光路長調整手段１２０において図３の光路長調整手段２０と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４７】
図８の光路長調整手段２２０は、第１光学レンズ２１ａと第２光学レンズ２１ｂとの間に配置された、電界の印加により屈折率が変化する電気光学素子２２１と、電気光学素子２２１に電界を印加する駆動電源２２２とを有している。そして、駆動電源２２２が電気光学素子２２１に電界を印加することにより、電気光学素子２２１において電界の大きさに応じた屈折率変化が生じ、参照光Ｌ２の光路長が調整されるようになっている。このような場合であっても、光路長調整手段１２０により光路長が調整された参照光Ｌ２が再び光ファイバＦＢ３に入射される際、参照光Ｌ２の光量が減少することを防止することができ、光路長を調整するたびに干渉光の強度が変化してしまうことによる画質の劣化を防止することができる。
【００４８】
図９は本発明の光断層画像化装置の別の実施の形態を示す模式図であり、図９を参照して光断層画像化装置１００について説明する。なお、図９の光断層画像化装置１００において図１の光断層画像化装置１と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４９】
図９の光断層画像化装置１００が図１の光断層画像化装置１と異なる点は光源ユニットおよび干渉光検出手段の構成である。具体的には、光断層画像化装置１００はいわゆるＳＤ−ＯＣＴ計測を行うことにより断層画像を取得するものであって、光源ユニット１１０は、たとえばＳＬＤ（Super Luminescent Diode）やＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）等の低コヒーレント光を射出する光源１１１と、光源１１１から射出された光を光ファイバＦＢ１内に入射するための光学系１１２とを有している。なお、光断層画像化装置２００は体腔内の生体を測定対象Ｓとしたときの断層画像を取得するものであるため、測定対象Ｓ内を透過するときの散乱・吸収による光の減衰を最小限に抑えることができる、たとえば広スペクトル帯域の超短パルスレーザ光源等を用いるのが好ましい。
【００５０】
一方、干渉光検出手段１４０は、合波手段４により合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出するものであって、複数の波長帯域を有する干渉光Ｌ４を各波長帯域毎に分光する分光手段１４２と、分光手段１４２により分光された干渉光L4の各波長毎の光量を検出する光検出手段１４４とを有している。この分光手段１４２はたとえば回折格子素子等により構成されており、光ファイバＦＢ４からコリメータレンズ１２１を介して入射される干渉光Ｌ４を分光し、光検出手段１４４側に射出するようになっている。
【００５１】
また、光検出手段１４４は、たとえば１次元もしくは２次元のＣＣＤ等の複数の光センサを配列した構造を有し、各光センサが光学系１４３を介して入射される干渉光Ｌ４を波長帯域毎にそれぞれ検出するようになっている。そして、光検出手段１４４において検出された干渉光Ｌ４の信号を画像取得手段５０において周波数解析することにより深さ位置における反射強度情報を取得し、断層画像を生成することができる。
【００５２】
図９の光断層画像化装置１００であっても、光路長調整手段２０により光路長が調整された参照光Ｌ２が再び光ファイバＦＢ３に入射される際、参照光Ｌ２の光量が減少することを防止することができ、光路長を調整するたびに干渉光Ｌ４の強度が変化してしまうことによる画質の劣化を防止することができる。
【００５３】
図１０は本発明の光断層画像化装置の別の実施の形態を示す模式図であり、図１０を参照して光断層画像化装置２００について説明する。なお、図１０の光断層画像化装置２００において図１および図９の光断層画像化装置１、１００と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５４】
光断層画像化装置２００はいわゆるＴＤ−ＯＣＴ計測を行うことにより断層画像を取得するものであって、光路長調整手段２０は、測定対象Ｓ内の測定位置を深さ方向に変化させるために、参照光Ｌ２の光路長を変える機能を有している。さらに、参照光Ｌ２の光路中（光ファイバＦＢ３）に位相変調器２１０が配置されており、参照光Ｌ２に対しわずかな周波数シフトを与える機能を有している。そして、光路長調整手段２０により光路長の変更および周波数シフトがなされた参照光Ｌ２が光ファイバＦＢ４合波手段４に導波されるようになっている。
【００５５】
干渉光検出手段２２０は、たとえばヘテロダイン検波により干渉光Ｌ４の光強度を検出するようになっている。具体的には、測定光L1が光分割手段３から測定対象Ｓ内の反射点までの往復の距離と参照光L2が光分割手段３から反射ミラー２２までの往復の距離とがほぼ等しい時、位相変調器２１０の変調周波数で強弱を繰り返すビート信号が発生する。光路長調整手段２０により光路長が変更されていくにつれて、測定対象Ｓの測定位置（深さ）が変わっていき、干渉光検出手段２２０は各測定位置におけるビート信号を検出するようになっている。なお、測定位置の情報は光路長調整手段２０から画像取得手段へ出力されるようになっている。そして、干渉光検出手段２２０により検出されたビート信号と、ミラー移動手段２４からの移動距離の情報とに基づいて光断層画像が生成されるようになっている。
【００５６】
このような、ＴＤ−ＯＣＴ計測を行う光断層画像化装置２００であっても、光路長調整手段２０により光路長が調整された参照光Ｌ２が再び光ファイバＦＢ３に入射される際、参照光Ｌ２の光量が減少することを防止することができ、光路長を調整するたびに干渉光Ｌ４の強度が変化してしまうことによる画質の劣化を防止することができる。
【００５７】
上記各実施の形態によれば、光路長調整手段２０が共焦点光学系を形成する第１光学レンズ２１ａと第２光学レンズ２１ｂとを有することにより、第１光学レンズ２１ａと第２光学レンズ２１ｂとの間で測定光Ｌ１もしくは参照光Ｌ２の光路長の調整を行ったときに、第１光学レンズ２１ａの光ファイバＦＢ３のコアに対する焦点位置と第２光学レンズ２１ｂの反射ミラー２２に対する焦点位置とが不変の状態で光路長調整を行うことができるため、安定した光量の参照光Ｌ２に基づく干渉光から断層画像を取得することができ、画質の劣化を防止することができる。
【００５８】
また、図３のように、光路長調整手段２０が、第２光学レンズ２１ｂと反射ミラー２２とが固定された基台２３と、基台２３を第１光学レンズ２１ａの光軸方向に移動させるミラー移動手段２４を有するものであるとき、第１光学レンズ２１ａの光ファイバのコアに対する焦点位置と第２光学レンズ２１ｂの反射ミラー２２に対する焦点位置とが不変の状態で光路長調整を行うことができるため、安定した光量の参照光Ｌ２に基づく干渉光から断層画像を取得することができ、画質の劣化を防止することができる。
【００５９】
さらに、図７に示すように、光路長調整手段１２０が第１光学レンズ２１ａと第２光学レンズ２１ｂとの間に配置されたくさび状の透明体１２１と、透明体１２１を第１光学レンズ２１ａの光軸ＣＬに直交する方向に移動させる移動手段１２４とをさらに有するものであれば、第１光学レンズ２１ａの光ファイバＣＬのコアに対する焦点位置と第２光学レンズ２１ｂの反射ミラー２２に対する焦点位置とが不変の状態で光路長調整を行うことができるため、安定した光量の参照光Ｌ２に基づく干渉光から断層画像を取得することができ、画質の劣化を防止することができる。
【００６０】
また、図８に示すように、光路長調整手段１２０が電界の印加により屈折率が変化する電気光学素子２２１と、電気光学素子２２１に電界を印加する駆動電源２２２とをさらに有するものであっても、第１光学レンズ２１ａの光ファイバＦＢのコアに対する焦点位置と第２光学レンズ２１ｂの反射ミラー２２に対する焦点位置とが不変の状態で光路長調整を行うことができるため、安定した光量の参照光Ｌ２に基づく干渉光から断層画像を取得することができ、画質の劣化を防止することができる。
【００６１】
さらに、上記光路長調整手段２０、１２０、２２０は、図１に示すＳＳ−ＯＣＴ計測、図９に示すＳＤ−ＯＣＴ計測および図１０に示すＴＤ−ＯＣＴ計測のいずれの光断層画像化装置１、１００、２００について適用することができる。また、それぞれの複合であっても良い。
【００６２】
なお、本発明の実施の形態は上記形態に限定されない。図１において、光路長調整手段２０は参照光Ｌ２側の光路長を調整する場合について例示しているが、測定光Ｌ１側の光路長を調整するものであってもよい。この場合、たとえば図１の測定光Ｌ１を導波する光ファイバＦＢ２中に３分岐の光サーキュレータを設け、空きポートに上述した光路長調整手段２０を介在させることになる。そして、測定対象Ｓ内からの戻り光を光路長調整手段２０に導き、光路長調整手段２０の終端の反射ミラー２２からの反射光を光合波手段４に戻す経路を通ることで同様の効果を得ることが出来る。また、図９および図１０の光断層画像化装置１００、２００において、図３の光路長調整手段２０を用いた場合について例示しているが、図７、図８に示す光路長調整手段１２０、２２０を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の光断層画像化装置の好ましい実施の形態を示す模式図
【図２】図１の光源ユニットが出力するレーザ光が波長変動する様子を示す図
【図３】図１の光断層画像化装置における光路長調整手段の一例を示す模式図
【図４】従来の光路長調整機構において反射ミラーが傾いたときの様子を示す模式図
【図５】図３の光路長調整手段において反射ミラーが傾いたときの様子を示す模式図
【図６】図５の第２光学レンズの焦点位置に形成されるビームウェストを示す図
【図７】図１の光断層画像化装置における光路長調整手段の別の一例を示す模式図
【図８】図１の光断層画像化装置における光路長調整手段の別の一例を示す模式図
【図９】本発明の光断層画像化装置の第２の実施の形態を示す模式図
【図１０】本発明の光断層画像化装置の第３の実施の形態を示す模式図
【符号の説明】
【００６４】
１、１００、２００    光断層画像化装置
３     光分割手段
４     合波手段
１０、１１０  光源ユニット
２０、１２０、２２０  光路長調整手段
２１ａ 第１光学レンズ
２１ｂ 第２光学レンズ
２２   反射ミラー
２３   基台
２４   ミラー移動手段
３０   プローブ
４０、２４０  干渉光検出手段
５０   画像取得手段
１２１ 複屈折素子
１２２ 移動手段
２１０ 位相変調器
２２０ 光路長調整手段
２２１ 電気光学素子
２２２ 駆動電源
ＣＬ   光軸
ＦＢ３ 光ファイバ
Ｌ     光
Ｌ１   測定光
Ｌ２   参照光
Ｌ３   反射光
Ｌ４   干渉光
Ｓ     測定対象
【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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