(57)【要約】【課題】本発明は、フルフィールドＯＣＴを内視鏡の測定プローブに組み込み、広範囲領域を操作性よく観察するための光イメージング装置を開発することを課題としている。【解決手段】本発明は、光源１０と該光源１０から出射される光を導くための光ファイバ１１と、光ファイバ１１から出射される光を、被測定部Ｓで反射される反射光および該反射光と異なる方向に進む参照光に分離するスプリッタ１８と、  前記反射光と前記参照光が合波した干渉光を受光する受光素子２３と、を備え、  光ファイバ１１の先端部に、光ファイバ１１から出射される光のビーム径を光ファイバ１１のコア径よりも拡大する屈折率分布型レンズ１４が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
該光源から出射される光を導くための光ファイバと、
前記光ファイバから出射される光を、被測定部で反射される反射光および該反射光と異なる方向に進む参照光に分離するスプリッタと、
前記反射光と前記参照光が合波した干渉光を受光する受光素子と、を備え、
前記光ファイバの先端部に、前記光ファイバから出射される光のビーム径を前記光ファイバのコア径よりも拡大する屈折率分布型レンズが設けられていることを特徴とする光イメージング装置。
【請求項２】
前記屈折率分布型レンズの先端部に、前記スプリッタに光を導くための光路変換部材が被着されていることを特徴とする請求項１に記載の光イメージング装置。
【請求項３】
前記スプリッタは、前記反射光と前記参照光を合波することを特徴とする請求項１または２に記載の光イメージング装置。
【請求項４】
前記被測定部と前記スプリッタの光出射面との間に、ビーム拡大器を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光イメージング装置。
【請求項５】
前記光源は、波長可変レーザであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光イメージング装置。
【請求項６】
前記参照光が出射される前記スプリッタの光出射面側に配置され、かつ前記スプリッタから出射される前記参照光を分光して反射させる反射型回折格子を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光イメージング装置。
【請求項７】
前記干渉光が出射される前記スプリッタの光出射面側に配置され、かつ前記干渉光を分光して透過させる透過型回折格子を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光イメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工業用あるいは医療用途の診断に用いられる光イメージング装置（光断層イメージング装置）に関するものである。特に、医療向け内視鏡用のＯＣＴ（Optical Coherence tomography）に用いられる光断層イメージング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光断層イメージング装置であるＯＣＴは、眼科領域で網膜の断層画像を観察する手段として確立されている。またＯＣＴは、内視鏡に応用することも可能で、従来の超音波内視鏡の１０倍近い光軸方向分解能を実現する可能性があるために、様々な開発が進められている。
【０００３】
図４には、代表的なＯＣＴの概略構成を示した（たとえば特許文献１参照）。このＯＣＴ９では、低コヒーレンス光源９０からの光が、光カプラ９１を用いて二つに分割され、一方の光は試料照射レンズ９２を介して試料（物体）９３に照射され、他方の光は可動ミラー９４に照射される。試料９３および可動ミラー９４からの反射光は、再び光カプラ９１で合流される。試料（物体）９３からの反射光と可動ミラー９４からの反射光とは、それぞれの光路長が光の可干渉距離で一致したときに干渉しあう。従って、可動ミラー９４を光軸方向に移動させたときの干渉を光検出器９５において検出することによって、可動ミラー９４の位置に対応した生体組織の奥行き方向における特定の反射・散乱光を検出できる。
【０００４】
また、図５には、ＯＣＴ用測定プローブを示した（たとえば非特許文献１参照）。図５に開示されたＯＣＴ用測定プローブ７は、ジャケット７０中に、光ファイバ７１、フレキシブルシャフト７２、ＧＲＩＮレンズ７３、ファラデー回転子７４、およびプリズム７５が配置されている。そして、このＯＣＴ用測定プローブ７では、フレキシブルシャフト７２全体が回転することでプリズム７５から出力される測定光であるレーザービームを走査（スキャン）することができる。
【０００５】
一方、ＯＣＴとしては、レーザービームの走査無しに２次元断層画像や３次元断層画像を得る手段（フルフィールドＯＣＴ）も提案されている（たとえば非特許文献２参照）おり、以下のような機能を有している。まず、波長可変レーザ５０から出力された光は、ビームエクステンダ５１で平行光にされることによって光のビーム径が拡大される。次に、この光はビームスプリッタ５３で一方は参照光、他の一方は物体５４に照射され、物体５４で反射される物体光（反射光）に分割される。次に、反射ミラー５２で反射された参照光と物体光とを干渉させ、得られた干渉光をレンズ５５で集光してＣＣＤカメラ５８に導入し、ＣＣＤカメラ５８からのビデオ信号をA/D変換器を通して、フレームメモリ５９に蓄え、計算機６０で情報処理された後に表示装置６１にて画像化される。
【特許文献１】特開２００５-８３９５４号公報
【非特許文献１】Andrew M. Rollins ,etc. “Real-time in vivo imaging of human gastrointestinal ultrastructure by use of endo scopic optical coherence tomography with a novel efficient interferometer design”,OPTICS LETTERS,USA, Vol.24,No.19,October 1(1999)
【非特許文献２】吉村武晃、的場修：波長走査干渉法による生体断層計測、光技術コンタクト、Vol.41,No.7,pp.418〜425(2003)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような特許文献１および非特許文献１に示されたＯＣＴでは、広範囲の領域で試料を観察する際に、測定光を機械的に走査する必要があるため、装置が複雑になる問題点があった。特に図５に示したＯＣＴのように、測定用プローブファイバを回転させる場合には、プローブ自体に振動が発生する可能性が高くなる。その結果、その振動が測定信号のノイズの原因となっていた。
【０００７】
また、フルフィールドＯＣＴはレーザービームの走査が不要であったが、光ファイバ型干渉計の構成をとることができないため、光学系が複雑になり、操作性が悪かった。
【０００８】
本発明は、フルフィールドＯＣＴを内視鏡の測定プローブに組み込み、広範囲領域を操作性よく観察するための光イメージング装置を開発することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明により提供される光イメージング装置は、光源と、該光源から出射される光を導くための光ファイバと、前記光ファイバから出射される光を、被測定部で反射される反射光および該反射光と異なる方向に進む参照光に分離するスプリッタと、前記反射光と前記参照光が合波した干渉光を受光する受光素子と、を備え、前記光ファイバの先端部に、前記光ファイバから出射される光のビーム径を前記光ファイバのコア径よりも拡大する屈折率分布型レンズが設けられていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明では、前記屈折率分布型レンズの先端部に、前記スプリッタに光を導くための光路変換部材が被着されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明において、前記スプリッタは、前記反射光と前記参照光を合波することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明では、前記被測定部と前記スプリッタの光出射面との間に、ビーム拡大器を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明において、前記光源は、波長可変レーザであることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明では、前記参照光が出射される前記スプリッタの光出射面側に配置され、かつ前記スプリッタから出射される前記参照光を分光して反射させる反射型回折格子を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明では、前記干渉光が出射される前記スプリッタの光出射面側に配置され、かつ前記干渉光を分光して透過させる透過型回折格子を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、測定プローブとなる光ファイバの先端部に、光ファイバから出射される光のビーム径を光ファイバのコア径よりも拡大する屈折率分布型レンズが設けられていることにより、光ファイバから出射される光のビーム径を広げることができるため、広範囲の領域を操作性よく測定することができる。その結果、本発明では測定プローブの動作を抑制することができるため、たとえば本発明を内視鏡に用いた場合、機械的振動を低減させることにより、振動による画像の乱れがなくなり正確な観察が可能となる。
【００１７】
さらに、本発明では、前記屈折率分布型レンズの先端部に、前記スプリッタに光を導くための光路変換部材が被着されれば、前記屈折率分布型レンズと前記スプリッタとの配置の制限が緩和されるとともに、前記屈折率分布型レンズから出射される光を効率よく前記スプリッタに入射することができる。
【００１８】
また、本発明では、前記スプリッタで前記反射光と前記参照光を合波する機能も有するようにすれば、新たに、前記反射光と前記参照光とを合波するような部材が必要なくなるため、部品点数を低減することができる。
【００１９】
さらに、本発明では、前記被測定部と前記スプリッタの光出射面との間に、前記被測定部に向かって光のビーム径を拡大させるビーム拡大器を設ければ、被測定物に照射される光のビーム径を大きくすることができるため、より広範囲の領域における測定が可能になる。
【００２０】
さらに、本発明では、波長可変レーザを光源に用いれば、光源の出力波長を変更することができるため、被測定物の測定部の深さに応じて波長を調整することができる。その結果、波長可変レーザを光源に用いれば、単一の光源で被測定物の深さ方向における画像情報を効率よく出力することができる。
【００２１】
さらに、本発明では、前記参照光が出射される前記スプリッタの光出射面側に配置され、かつ前記スプリッタから出射される前記参照光を分光して反射させる反射型回折格子、もしくは前記干渉光が出射される前記スプリッタの光出射面側に配置され、かつ前記干渉光を分光して透過させる透過型回折格子のいずれかを設ければ、前記参照光もしくは前記干渉光を複数の波長領域に分光させることができる。その結果、本発明では、単一波長の光源、もしくは、ある一定の広帯域の波長の光を出力する低コヒーレンス光源であっても、被測定物の深さ方向における画像情報を効率よく出力することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下においては、本発明の光イメージング装置について、図面を参照しつつ説明する。
【００２３】
まず、本発明の第１の実施の形態について、図１を参照して説明する。
【００２４】
図１に示した光イメージング装置１（以下、光断層イメージング装置ともいう）は、マイケルソン干渉計ベースの波長走査型干渉計を採用したものでありフルフィールドＯＣＴと呼ばれるものである。光イメージング装置１は、波長可変レーザ（光源）１０、光ファイバ１１、ジャケット１２、ケース１３、屈折率分布型レンズ１４、光路変換部材１５、反射部１６、接着剤１７、ビームスプリッタ（スプリッタ）１８、ビームエキスパンダ（ビーム拡大器）１９、反射部材２０、２つのレンズ２１、アパーチャー２２、ＣＣＤセンサ（受光素子）２３、フレームメモリ２４、計算機２５、表示装置２６および制御器２７を備えている。
【００２５】
光源となる波長変換レーザ１０は、出力する光の波長を所定の範囲内において任意に設定ルすることができる。そのため、波長変換レーザ１は、たとえば波長範囲１２７０−１３６０ｎｍ、または１５２０−１６００ｎｍの範囲を最大２５ＫＨｚでスキャンすることができ（たとえばsantec社HSL-2000）、光のコヒーレント長は１０ＫＨｚ時に６ｍｍ以上である。そして、光断層イメージング装置を内視鏡として利用する場合には、波長可変レーザ１０としては、水分に対する吸収の少ない波長域の光を出射可能なものを使用するのが好ましい。この点からすれば、たとえば中心波長が０．８μｍ帯、１．３μｍ帯、または１．６μｍ帯の光を出射可能なものを使用するのが好ましい。また、入手の容易さを考慮に入れた場合、比較的に水分での吸収の少ない波長域である１．５５μｍ帯の光源を使用することもできる。波長可変レーザ１０は、その光周波数の走査レートα「Ｈｚ／ｓ」で測定時間Ｔ「ｓ」に周波数幅Δｆ＝αＴ「Ｈｚ」にわたって走査するものである。なお、本発明における光源は、波長変換レーザに限定されるものではなく、たとえば２次元断層画像のみを得るような場合、単一波長を出力するものであってもよい。また、本発明では、下記に詳述するが、低コヒーレンス光源（Amplified Spontaneous Emission光源）を使用してもよい。
【００２６】
光ファイバ１１は、たとえばシングルモードファイバを用いることができる。このシングルモードファイバは、屈折率の高いコア部と該コア部の外周を被覆するクラッド部からなり、コア部とクラッド部との界面における屈折率差による反射を利用することによってコア部内で光を伝送するものであり、たとえば円柱状の石英等から構成され、クラッド部の外径がたとえば１２５μｍ程度、コア部の径が１０μｍ程度のものが用いられる。
【００２７】
屈折率分布型レンズ１４は、たとえばグレーデッドインデックスファイバを用いることができる。グレーデッドインデックスファイバは、その軸対称にほぼ２乗の屈折率分布を備えるファイバであり、光ファイバ１１から出射する光をコリメートする機能を有する。グレーテッドインデックスファイバは、たとえば円柱状の石英等から構成され、クラッド部の外径がたとえば１２５μｍ程度（上述したシングルモードファイバと同等）、コア部の径が５０μｍ程度（上述したシングルモードファイバに比べて約５倍）であり、コア部に上述の屈折率分布有する。このように、本発明では、光ファイバ１１の先端部に、シングルモードファイバのコア径より大きなコア径を有するとともに、上述した光のコリメータ機能を有するグレーデッドインデックスファイバが設けられていることにより、光ファイバ１１（シングルモードファイバ）から出射される光のビーム径を大きくすることができるため、被測定部に照射される光の領域を広げることが可能になる。
【００２８】
ジャケット１２は、光ファイバや外部機器につなぐケーブルを保護するための部材であり、たとえば樹脂で構成されている。
【００２９】
ケース１３は、光ファイバ１１、スプリッタ１８、ビームエキスパンダ１９、反射部材２０、レンズ２１、アパーチャー２２、およびＣＣＤセンサ２３を接着剤等を介して固定するとともに上記した部品を保護するための部材であり、たとえばステンレス金属等で構成されている。
【００３０】
光路変換部材１５は、屈折率分布型レンズから出射される光がビームスプリッタ１８に入射されるように、出射光の光路を変換する機能を有する。この光路変換部材１５は、たとえば屈折率が一様な石英ガラス等で構成され、その少なくとも一部に光路を変換する反射部１５ａが形成されている。
【００３１】
この反射部１６は、たとえば石英ガラスで構成された基体の一部を斜めに研磨し、該研磨面に金、白金、もしくは誘電体多層膜を蒸着することで作製することができる。この光変換部材１５は、屈折率分布型レンズ１４の一端部とビームスプリッタ１８に対して、樹脂等からなる接着剤１７や低融点ガラスを介して接合される。
【００３２】
ビームスプリッタ（スプリッタ）１８は、光路変換部材１５を介して入射される光を被測定部で反射する反射光と、該反射光と異なる方向に進行する参照光に分波する機能を有する。このビームスプリッタ１８は、入射光の強度を透過光と反射光で約５０％ずつに分波するものであり、たとえば石英ガラスからなる基体の一表面に誘電体多層膜からなる反射膜を蒸着等で形成し、該反射膜上に上記基体と同等の形状からなるガラス体を張り合わせて作製される。また、このビームスプリッタ１８は、光を強度的に分波する機能を有するが、一方で、異なる方向から入射される複数の光を単一の光に強度的に合波することも可能である。
【００３３】
ビーム拡大器１９は、たとえば平板状の表面に凹部が形成されたＢＫ７等のガラス体で構成され、凹部の外周側の底面から入射される光が凹部の内周部の底面から出射される際に、その光のビーム径を拡大する機能を有する。このようなビーム拡大器１９は、入射光のビーム径が約φ３ｍｍであれば、出射光のビーム径を約φ４ｍｍに拡大し、また、入射光のビーム径が約φ６ｍｍであれば、出射光のビーム径を約φ８ｍｍに拡大できるため、測定エリアを拡大することができる。このビーム拡大器１９は、ビームスプリッタ１８の表面に、たとえばエポキシ樹脂等の透光性樹脂や低融点ガラスを用いて接着される。
【００３４】
反射部材２０は、ビームスプリッタ１８を透過する参照光を反射させるものであり、たとえばガラス基板にアルミニウムを蒸着して構成される。レンズ２１は、干渉光をＣＣＤセンサ２３に結像するためのものであり、アパーチャー２２は、被測定物からの不要な信号を除去する機能がある。
【００３５】
ＣＣＤセンサ（受光素子）２３は、半導体撮像素子であり、干渉光を受光する機能を有し、その干渉光から干渉信号を取り込むための部材である。フレームメモリ２４は、ＣＣＤセンサ２３で受光した信号（干渉信号）を１画面以上取り込むための半導体メモリである。計算機２５は、フレームメモリ２４に取り込まれた干渉信号から、被測定部の３次元画像に関する情報を計算するものである。表示装置２６は、計算機２５で計算された被測定部の３次元画像情報を実際に画像表示するためのものであり、たとえば液晶表示装置を用いることができる。制御器２７は、ＣＣＤセンサ２３のデータをフレームメモリ２４に取り込むように制御するための部材である。
【００３６】
次に、光イメージング装置１の動作について説明する。
【００３７】
波長可変レーザ１０から発せられた光は、光ファイバ１１を介して、屈折率分布型レンズ１４に入射され、該屈折率分布型レンズ１４から略平行光となって出射されることによって、光ファイバのコア径よりも光のビーム径を大きくすることができる。そして、屈折率分布型レンズ１４から出射された光は、光路変換部材１５に入射され、反射部１５ａで反射され、ビームスプリッタ１８に入射される。
【００３８】
ビームスプリッタ１８に入射された光は、被測定部Ｓで反射される照射光（後に反射光となる）と、該照射光と異なる方向に進行する参照光に光の強度が約５０％ずつになるように分離される。照射光はビーム拡大器１９を介して、その光のビーム径が拡大された状態で物体Ｓに照射される。一方で、参照光は、照射光が伝送しないビームスプリッタ１８の表面に形成された反射部材２０で反射され、ビームスプリッタ１８に再入射される。そして、物体Ｓの表面・内部で反射された反射光はビームスプリッタ１８に戻り、反射部材２０で反射された参照光と合波されて干渉光を形成し、該干渉光はレンズ２１、アパーチャー２２を介してＣＣＤセンサ２３で検出される。
【００３９】
ＣＣＤセンサ２３で検出された干渉信号は、フレームメモリ２４に蓄積され、フレームメモリ２４に蓄積された画像情報を計算機２５でデジタルフーリエ変換して、物体の断層画像情報を計算する。そして、表示装置２６が、この画像情報を２次元もしくは３次元の断層画像を表示する。
【００４０】
以下に、本発明の他の実施形態について、図２、図３を用いて説明する。なお、図１を参照して先に説明した光イメージング装置１と同様な要素および部材については同一の符号を付してあり、重複説明は省略する。
【００４１】
図２は本発明の光イメージング装置の第２の実施形態を示す概略模式図である。本発明の第２の実施形態に係る光イメージング装置１００は、参照光が出射されるビームスプリッタ１８の光出射面１８ａ側に反射型回折格子２８を備える点で光イメージング装置１と相違する。
【００４２】
反射型回折格子２８は、入射される光（参照光）を分光させた後に反射させる機能を有する。そして、この反射型回折格子２８で分光された参照光は、ビームスプリッタ１８にて被測定部Ｓで反射された反射光とビームスプリッタ内で合波されることによって干渉光となる。その後、この干渉光はレンズ２１およびアパーチャー２２を介してＣＣＤセンサ２３で受光される。この反射型回折格子２８は、たとえばＢＫ７等のガラス基上に互いに平行な複数の溝（格子）が周期的に形成され、該溝が形成された表面に光を反射させる反射膜（たとえば、アルミニウムで構成される）が配置されて構成される部材である。また、反射型回折格子２８は参照光に対してリトロー配置になっている。リトロー配置とは、再帰反射の関係であり、参照光が反射型回折格子２８の入射方向に向かってそのまま反射される光路を通ることである。
【００４３】
このように、光イメージング装置１００では反射型回折格子２８を備えているため、光源から出射される光を反射回折格子２８で複数の波長帯域を有する光に分光することができる。その結果、比較的安価な低コヒーレンス光源（Amplified Spontaneous Emission光源：ＡＳＥ光源）を用いても、被測定物の深さ方向における画像情報を出力することができる。
【００４４】
図３は本発明の光イメージング装置の第３の実施形態を示す概略模式図である。本発明の第３の実施形態に係る光イメージング装置１００’は、干渉光が出射されるビームスプリッタ１８の光出射面１８ｂ側に干渉光を分光して透過させる透過型回折格子２９を備える点で光イメージング装置１と相違する。
【００４５】
透過型回折格子２９は、入射される光（干渉光）を分光させるとともに透過させる機能を有する。そして、この透過型回折格子２９で分光された干渉光は、レンズ２１およびアパーチャー２２を介してＣＣＤセンサ２３で受光される。この透過型回折格子２９は、上記で説明した反射型回折格子２８の反射膜を除去したものである、。
【００４６】
このように、光イメージング装置１００’では透過型回折格子２９を備えているため、光源から出射される光を透過回折格子２９で複数の波長帯域を有する光に分光することができる。その結果、比較的安価な低コヒーレンス光源（Amplified Spontaneous Emission光源：ＡＳＥ光源）を用いても、被測定物の深さ方向における画像情報を出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１の実施形態における光イメージング装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第２の実施形態における光イメージング装置の概略構成図である。
【図３】本発明の第３の実施形態における光イメージング装置の概略構成図である。
【図４】従来の光イメージング装置の概略構成図である。
【図５】従来の光イメージング装置の概略構成図である。
【図６】従来の光イメージング装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００４８】
１、１００、１００’・・・光イメージング装置
１０・・・波長可変レーザ（光源）
１１・・・光ファイバ
１２・・・ジャケット
１３・・・ケース、
１４・・・屈折率分布型レンズ
１５・・・光路変換部材
１８・・・ビームスプリッタ（スプリッタ）
１９・・・ビームエキスパンダ（ビーム拡大器）
２０・・・反射部材
２１・・・レンズ
２２・・・アパーチャー
２３・・・ＣＣＤセンサ（受光素子）
２４・・・フレームメモリ
２５・・・計算機
２６・・・表示装置
２７・・・制御器
２８・・・反射型回折格子
２９・・・透過型回折格子
Ｓ・・・試料（被測定部）
【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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