(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物を走査する干渉測定用光線が光線分割で得られる二重光線であって、その二つの干渉性部分光線が光線分割面から対象物までおよび部分干渉−干渉計の光検出器へ戻るまでの合計がλ／２またはそれの奇数倍の光路差があり、均質な対象物構造では両方の対象物点から戻る光束が共に断層撮影干渉計内で弱め合い干渉し、相互にある角度だけ傾くと共に、両方の干渉測定部分光線に対する光路が、二倍の行程でλ／２またはその奇数倍だけ異なるように間隔が離れている光線分割面と鏡面を有する光線分割器−反射鏡（１３）を用いて、波面分割により対象物を照射する両方の干渉測定部分光線が作り出されることを特徴とする、部分干渉光線と部分干渉−干渉計による対象物内部の光反射位置の深さ位置の検出とを用いる対象物の走査による干渉断層撮影画像のコントラスト強調のための装置。
【請求項２】
対象物を走査する干渉測定用光線が光線分割で得られる二重光線であって、その二つの干渉性部分光線が光線分割面から対象物までおよび部分干渉−干渉計の光検出器へ戻るまでの合計がλ／２またはそれの奇数倍の光路差があり、均質な対象物構造では両方の対象物点から戻る光束が共に断層撮影干渉計内で弱め合い干渉し、軸（２４）の回りに回転可能で、相互にある角度だけ傾くと共に、両方の干渉測定部分光線に対する光路が、二倍の行程でλ／２またはその奇数倍だけ異なるように間隔が離れている光線分割面と鏡面を有する光線分割器−末端鏡（２３）を用いて、波面分割により対象物を照射する両方の干渉測定部分光線が作り出されることを特徴とする部分干渉光線と部分干渉−干渉計による対象物内部の光反射位置の深さ位置の検出とを用いる対象物の走査による干渉断層撮影画像のコントラスト強調のための装置。
【請求項３】
対象物を走査する干渉測定用光線が光線分割で得られる二重光線であって、その二つの干渉性部分光線が光線分割面から対象物までおよび部分干渉−干渉計の光検出器へ戻るまでの合計がλ／２またはそれの奇数倍の光路差があり、均質な対象物構造では両方の対象物点から戻る光束が共に断層撮影干渉計内で弱め合い干渉し、ウオラストンプリズム（１８）を用いて波面分割により対象物を照射する干渉測定部分光線を作り出し、また補償器を使用してこの両方の部分光線の光路差がλ／２またはその奇数倍だけ生ずるようにすることを特徴とする部分干渉光線と部分干渉−干渉計による対象物内部の光反射位置の深さ位置の検出とを用いる対象物の走査による干渉断層撮影画像のコントラスト強調のための装置。
【請求項４】
対象物を走査する干渉測定用光線が光線分割で得られる二重光線であって、その二つの干渉性部分光線が光線分割面から対象物までおよび部分干渉−干渉計の光検出器へ戻るまでの合計がλ／２またはそれの奇数倍の光路差があり、均質な対象物構造では両方の対象物点から戻る光束が共に断層撮影干渉計内で弱め合い干渉し、複屈折レンズ（１０’）を用いて波面分割により対象物を照射する両方の干渉測定部分光線を作り出し、また補償器を用いてこの両方の部分光線の光路差がλ／２またはその奇数倍だけ生ずるようにすることを特徴とする部分干渉光線と部分干渉−干渉計による対象物内部の光反射位置の深さ位置の検出とを用いる対象物の走査による干渉断層撮影画像のコントラスト強調のための装置。
【請求項５】
対象物を走査する干渉測定用光線が光線分割で得られる二重光線であって、その二つの干渉性部分光線が光線分割面から対象物までおよび部分干渉−干渉計の光検出器へ戻るまでの合計がλ／２またはそれの奇数倍の光路差があり、均質な対象物構造では両方の対象物点から戻る光束が共に断層撮影干渉計内で弱め合い干渉し、圧電円柱により相互に角度及び間隔について調節可能であり、両方の干渉測定部分光線に対する光路が二倍の行程でλ／２またはその奇数倍だけ異なる、光線分割面と鏡面を有する圧電制御光線分割器−末端鏡を用いて、波面分割により対象物を照射する両方の干渉測定部分光線を作り出すことを特徴とする部分干渉光線と部分干渉−干渉計による対象物内部の光反射位置の深さ位置の検出とを用いる対象物の走査による干渉断層撮影画像のコントラスト強調のための装置。
【請求項６】
対象物を走査する干渉測定用光線が光線分割で得られる二重光線であって、その二つの干渉性部分光線が光線分割面から対象物までおよび部分干渉−干渉計の光検出器へ戻るまでの合計がλ／２またはそれの奇数倍の光路差があり、均質な対象物構造では両方の対象物点から戻る光束が共に断層撮影干渉計内で弱め合い干渉し、偏光光学手段によって対象物を照射する光線の位相のずれを作り出すことを特徴とする部分干渉光線と部分干渉−干渉計による対象物内部の光反射位置の深さ位置の検出とを用いる対象物の走査による干渉断層撮影画像のコントラスト強調のための装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は医学における光学的撮影画像再生におけるコントラスト強調の方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学的干渉断層撮影法において、対象物の断面像は、光線が一つの線、例えば表面上の直線に沿って対象物を走査することにより得られる。この走査運動は、例えば画像のＸ座標となる。この線に沿う各ｘ位置において、光線は対象物に進入し、断層撮影干渉計を用いて測定され、その深さｚから強度Ιの光が反射される。そこで対象物の断層撮影画像Ｉ（ｘ，ｚ）を得る。この結像法は、論文「光学的干渉断層撮影法」、著者：D.Huang;  E.A.Swanson;  C.P.Lin;J.S.Schuman; W.G.Stinson; W.Chang; M.R.Hee; T.Flotte; K.Gregory; C.A.Puliafiro; J.G.Fujimoto: Science, 254巻、1991年、1178〜1181頁に最初に掲載された。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
画像制作構成としてこの従来の方法では、古典的照明顕微鏡法におけると同様に、散乱能（およそ複合屈折率に対応して）の空間的高周波変調が影響を有する。古典的顕微鏡法においては組織構造の可視性の改良のために、位相差および干渉コントラストのような光学的コントラスト法が開発された。しかし干渉断層撮影法のために適した方法はこれまで知られていなかった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、干渉断層撮影の画像のコントラスト改良を可能にする方法および装置を提供することである。
【０００５】
【発明の実施の態様】
本発明は、対象物を走査する干渉測定用光線が、光線分割で得られる二重光線であって、その二つの干渉性部分光束が、光線分割面から対象物まで、および部分干渉−干渉計の光検出器へ戻るまで、合計としてλ／２またはそれの奇数倍の光路差があり、均質な対象物構造では、両方の対象物点から戻る光束が共に断層撮影干渉計内で弱め合い干渉することを特徴とする、部分干渉光束と部分干渉−干渉計による対象物内部の光反射位置の深さ位置の検出とを用いる対象物の走査による干渉断層撮影画像のコントラスト強調のための方法である。
【０００６】
また本発明は、相互にある角度だけ傾くと共に、両方の干渉測定部分光束に対する光路が二倍の行程で、λ／２またはその奇数倍だけ異なるように間隔が離れている光線分割面と鏡面を有する光線分割器−反射鏡（１３）を用いて、波面分割により対象物を照射する両方の干渉測定部分光束が作り出されることを特徴とする干渉断層撮影画像のコントラスト強調のための装置である。
【０００７】
【実施例１】
図１に図示した干渉断層撮影法のための装置では、写し出される対象物１が、光線２によって走査される。走査鏡３が対象物１上のＸ方向の線に沿って焦点を結ぶ測定光束２を導く。この線は二次元画像Ｉ（ｘ，ｙ）の画像座標、例えばｘを表す。測定光束２は対象物１に進入し、対象物内部の散乱点４からさまざまに強く反射散乱される。この散乱点４の位置は、例えばｚ座標として示される第二の画像座標を形成する。この画像座標は部分干渉測定に基づく断層撮影干渉計を使用する干渉断層撮影法で確認される。
【０００８】
断層撮影部分干渉干渉計を、図１に基づいて簡単に記述すると、次のように作用する。
【０００９】
部分干渉光源５、例えば超発光ダイオードは、空間的干渉性であるが、時間的には部分干渉性の光束６を発する。これは光線分割器７から部分的に基準鏡９への干渉測定基準光束８として反射され、そしてまた部分的に干渉計の測定アームにおける干渉測定の測定光束２として伝播される。測定光束２はレンズ１０から走査鏡３を経て対象物１へ向けられる。散乱点４から戻る光は、走査鏡３およびレンズ１０を経て光線分割器７まで戻され、そこで光検出器１１に向けられる。干渉長さについて、分割面７’から散乱点４までの測定光経路中の光学長が、分割面７’から反射鏡９までの基準光経路と同じ大きさである場合、この両方の光束は干渉する。この干渉の確認のために基準鏡９はいわゆる干渉走査を実行する。すなわち基準光線８の方向に連続的に動かされる。基準光線経路の長さが測定光経路の光学長と一致すると、常に関係する光束の間に干渉が起こる。
【００１０】
この方法により対象物の光反射点の位置ｚが確認される。
【００１１】
次の図において、表現の理解し易さのために基準光経路の長さは一般に測定光経路の長さより短く示されていることに気が付くであろう。基準鏡９の移動によってこの鏡で反射した光は対応するドップラー偏移にも遭遇し、電気的干渉計信号ＩＳ（ｚ）として光検出器の示す時間的に変化する明るさが光検出器１１で受信される。この方法はこれまでドップラー法としても表されている。
【００１２】
干渉計信号ＩＳ（ｚ）の大きさは、対象物の位置ｚから反射散乱された波の大きさに比例する。座標ｚは、上に述べたように、同じ大きさであると計算される光線分割器７からの測定アームおよび基準アームの光学的経路長に対する対象物中の各位置である。電気的干渉計信号ＩＳは電気的に整流され、帯域フィルターされ、画像発生に対してはドップラー周波数の信号だけが寄与する。
【００１３】
計算器１２は、対象物中の種々のｘ位置に対応する種々の位置αに、走査鏡３の方向を変える。この位置αのそれぞれにおいて、基準鏡９の移動によって対象物深度ｚに沿った光放射の強度が測定される。この大きさからそれ自体またはさらに計算器によって画像Ｉ（α，ｚ）またはＩ（ｘ，ｚ）が構成される。干渉断層撮影装置は二つの主要構成部からなり、走査部（図１において付属制御装置付き走査鏡３）および部分干渉干渉計（図１において光線分割器７および付属制御装置付き模倣マイケルソン干渉計）である。
【００１４】
干渉断層撮影法では、対象物は単独の干渉測定用測定光束で照射されるのに対し、本発明に適合した方法では、二つの離れておかれた点に焦点を結んだ二つの部分光束、すなわち２つの光が重なった測定光束２によって同時に照射される。そこでは装置中の光学的経路長が等しくされるので、両方の焦点から戻る光は逆位相で光検出器（１１）へ当たる。両方の焦点では振幅、位相および偏光からのそれ自体の影響が生じ、焦点から戻って光検出器へ届く光束は弱め合い干渉によって相互に消される。
【００１５】
この方法では、両方の焦点の距離を超えて、両方の照射された点から戻る光の振幅、位相および偏光がそれぞれ別々に影響を与える構成が明らかになる。
【００１６】
【実施例２】
二重光線の両方の部分光束の焦点は、ここで種々の方向に離れて位置させることができる。
【００１７】
光線分割器−反射鏡によって達成される装置を図２に示してある。
【００１８】
超発光ダイオード５は、空間的には干渉性であるが、時間的には部分干渉性の光束６を放射する。これは光線分割器７から基準鏡９まで部分的に反射され、干渉計の測定アームへ部分的に進入する。干渉計の測定アームには光線分割器−反射鏡１３がある。光線分割器−反射鏡１３は光線分割面１３’およびその背後に鏡面１３”を有する。ここで所望の弱め合い干渉に対して光線分割面７’から鏡面１３”ならびに走査鏡３を経て焦点１４”までおよび光線分割面７’まで戻る光路は、１３’を経て焦点１４’まで往復するよりも（２・ｎ＋１）・λ／２だけ大きい。ｎは干渉の次数である。両方の光反射面１３’および１３”は光の拡大方向に短い間隔で離れている。とりわけこの両方の光反射面は相互に角βだけ傾いている。この楔角βのために１３’および１３”の両方の面で反射した光束２’および２”は、焦点を結ぶレンズ１０によって対象物中に離れて置かれた二つの点１４’および点１４”に焦点を結ぶ。面１３’および面１３”の間隔によって光束２’および２”はλ／４の奇数倍だけ位相変位を受ける。対象物中の焦点から戻る両方の光束１５’および光束１５”は、レンズ１０でコリメートされ、光線分割器−反射鏡１３でλ／４の奇数倍だけ互いに位相変位に遭遇し、再び互いに平行に干渉計に入る。そこで分割器面７’で基準光束８と共に重ねられ、レンズ１６によって光検出器１１に相互に達する。
【００１９】
対象物からの両方の光束１５’および光束１５”は同一寸法で振幅、位相並びに偏光において変えられるか、または不変に留まると、光検出器１１で弱め合い干渉し、その電気的信号は基準光からのみ生じ、一定になり、例えばドップラー効果で示すと画像信号Ｉ（ｘ，ｚ）が０であることである。しかしこのパラメータが変わると、例えば点１４’と点１４”で対象物の性質が異なると、対象物１から生じた光波は基準光８と干渉し、対応する光検出器信号ＩＳを作る。隣接する対象物点の対象物の性質の差が表現される。ここでこれらの点の種々の戻りの可能性が種々の位相変位および偏光状態の種々の変化として、これらの点から戻る光において出口における干渉計信号ＩＳおよびそれによって明るい画像点に導く。対象物の性質の差は位置の差Δｘに基づいて表現される。点１４’および点１４”の間隔Δｘは図２の配置では面１３’および面１３”の間の角βおよびレンズ１０の焦点距離ｆで与えられる（Δｘ＝２・β・ｆ）。
【００２０】
光線分割器−反射鏡１３は、斜辺面を共通にする二つの三角形部分プリズムからなる。斜辺面の間に空気、光学セメントまたは各プリズムと異なる屈折率を有する他の材料の、楔角βを有する楔状の隙間がある。光束（６’）の中央における光学的隙間厚さＤ（＝幾何学的厚さ×隙間の屈折率）は、小さい角βおよび小さい次数ｎに対して近似的に次の式１の関係である（図２を見よ）。
【００２１】
【式１】
0003868057.tif 000002
このような装置は、大きいΔｘでは位相差法に、また小さいΔｘでは古典的干渉計の微分干渉コントラスト画像に対応する画像を提供する。
【００２２】
【実施例３】
図３は本発明に適合した方法による光学的コントラスト強調のための別の配置を示す。
【００２３】
ここでは対象物１は、部分光束１７’および部分光束１７”を有する二重光線で照射される。この二重光線はウオラストンプリズム１８を通る部分干渉光束２から生じる。ウオラストンンプリズム１８は二つの斜辺面を共通にする複屈折材料の三角形部分プリズムからなる。二つの相互に直交した直線偏光波１７’および直線偏光波１７”が生じ、それはプリズム寸法および材料に従って種々の強さで発散する。例えば等辺の底面を有する部分プリズムを利用し、材料として石英結晶では約１°の発散角、そして方解石では約２０°の発散角を得る。光源５からの光束６がすでに偏光していると、波２の偏光面の配向、およびそれと共にウオラストンプリズムにおける対応する部分波１７’および部分波１７”の強度はλ／２偏光板１９を用いて調節させる。別の場合、λ／２偏光板１９の代わりに偏光子が配置され、その方位配向の上に同様に部分波１７’および部分波１７”の強度は調節できる。
【００２４】
ウオラストンプリズムの複屈折成分により制限される大きい光学的経路差の補償のために、測定光路中に補償板の配置が必要である。これは２枚の同軸板２０’および２０”からなり、相互に９０°回転しており、第１の板の遅い軸が第２の板の速い軸と平行になっている。両方の板２０’および板２０”の厚さの適当な選択によって、光線分割面７’から点１４’ならびに点１４”までの波の往復および光線分割面７’までの戻りのための測定光路中に、合計計でλ／２またはその奇数倍の経路差を達成することができる。λ／２偏光板および補償板の使用は偏光光学技術に従う。
【００２５】
結局光検出器１１の前方の測定光と基準光の共通の光路中に偏光子２１があり、配光するので、それは点１４’および点１４”から戻る光束の強度の約５０％を通過させ、通過する光の干渉を配慮する。
【００２６】
図２および図３に従う配置において、位置の差Δｘに基づく対象物の性質の差が作成される。
【００２７】
図３のウオラストンプリズム１８を複屈折レンズで置き代えると、焦点１４’および１４”を種々のｚ位置に置くことができる。複屈折レンズは、例えばレンズ面に光軸を有する一軸複屈折材料からなる。このようなレンズは二つの異なる偏光方向のために二つの異なる屈折力を有し、レンズ１０と共に異なる対象物深度の光軸に二つの焦点を生じる。そこでｚ方向に現われる対象物構造の干渉断層撮影の差が形成される。
【００２８】
光線２の軸に平行な一軸の回りを図３の光路中のウオラストンプリズム１８が回転することによって、光線分配の配向およびそれに伴ってｘ方向に離れて存在する二つの焦点１４’および焦点１４”の位置が変化する。この自由度のために、図４に示すように、光線分割器−反射鏡を有する配置において後者が修正される。ここで測定光束２は次に光線分割器２２に当たり、光線分割器−末端鏡２３に向かう。後者は光線分割面２３’および鏡面２３”を有する。この両方の光反射面は光学距離λ／８（またはその奇数倍）だけ離れて光の拡大方向に位置する。光線分割器−末端鏡２３で反射された光束は、レンズ１０によって二つの対象物点１４’および１４”に焦点を結ぶ。この点から戻る光束１５’および１５”は光線分割器−末端鏡２３および光線分割器２２を経て干渉計へ戻り、基準光束８と重なる。光線分割器２３は軸２４の回りに回転し、対象物中ｘ−ｙ平面内の二つの走査点１４’および走査点１４”の配向を任意に調節できる。
【００２９】
【実施例４】
光線分割器−末端鏡２３内の両方の光反射面２３’および２３”を他の方法で形成できる。
【００３０】
例えば図５に示すように、面２３’を軸に垂直に配向し、面２３”を球面として形成する。その時深さ方向（ｚ方向）に離れて置かれた二つの焦点および深さにおける対象物の差を強調する結像方法が得られる。即ち、対象物中の両方の焦点の位置の差で連続的に調節できる。これに対して測定光束２は、次に光線分割器２２から圧電性調節可能光線分割器−末端鏡２６へ方向を向けられる。後者は部分透過性面２５’および末端鏡２６を有する光線分割板２５からなる。末端鏡２６は台２７上に固定される。光線分割板２５は３個の圧電円柱２８上に置かれ、その長さは接続端子２８’および２８”に電圧を印加することによって制御できる。物理的圧力を回避するために、光線分割板２５および圧電円柱２８の間に適宜鋼球２９を置く。３個の圧電円柱に種々の大きさの電圧を印加することによって、画像対象に対する位置の差の大きさΔｘおよび位置の差の配向も連続的に調節できる。
【００３１】
【実施例６】
図６に第６の実施例を示す。
【００３２】
超発光ダイオードLDから時間的に短い干渉性で、空間的には完全に干渉性の光線LSが放射される。光線分割器STは、光線LSを基準鏡Ｓで反射される基準光線RS、および対象物光線OSに分ける。
【００３３】
偏光子Ｐは、例えば後に続く複屈折レンズＬの光軸に４５°の直線偏光をする。平凸複屈折レンズＬは、石英または方解石または他の複屈折性材料で作られる。その光軸は平面に平行にある。それによってこのレンズは、通常光束OLおよび異常光束ALに対して二つの異なる屈折率およびそれと共に二つの異なる焦点距離を有する。
【００３４】
焦点レンズFLは、複屈折レンズＬからくる二つの光束OLおよびALを追加して焦点を結ばせる。これらの光束は反射鏡USから対象物Ｏへ達する。対象物は構造Ｓ1およびＳ2からなり、光は偏光に依存して制御される。
【００３５】
ＯＣＴ技術のＡ走査では、例えば基準鏡Ｓが連続的にスライドされる。使用した光の干渉長に関して光線分割器STから対象物中の光照射位置までおよび光線分割器から基準鏡Ｓまでの光路が等しいと、干渉計出口において干渉が現われ、それは断層画像取得のためのＯＣＴ信号として利用される。
【００３６】
複屈折レンズのために対象物深さ（ｚ方向）に沿って離れている二つの位置、例えば対象物Ｏ中のＯ1，Ｏ2に対して同時に光路同等性がある。これらの位置は、ｚ方向に光学間隔Δｚ＝ｄ・Δｎに離れてあり、ここではΔｎは二つの偏光方向に対するレンズ材料の屈折率差で、又ｄは複屈折レンズの厚さを示す。
【００３７】
レンズの厚さｄに寸法を入れると、戻る光に対して弱め合い干渉があり得る。それは２・ｄ・Δｎ＝λの奇数倍の場合である。両方の位置Ｏ1およびＯ2が異なる強さであり、および／またはこの両方の位置における散乱光位相が異なる光を逆照射するならば、この時ＯＣＴ信号のみが存在する。ＯＣＴ画像を有し、二つのΔｚだけ離れた点における偏光依存性散乱差、即ち差・偏光コントラストが描写される。
【００３８】
【実施例７】
図７に示すように、複屈折レンズなしでも目的を達成される。
【００３９】
複屈折レンズを省略し、偏光子Ｐおよび焦点レンズFLの間に遅延板、例えばλ／４板（０次）を配置してある。その時光は往復で合計πだけの位相のずれを受ける、すなわち両方の光束は逆位相になる。それらは偏光子Ｐによって弱め合い干渉され、Δｚ〜０に対して偏光コントラストを得る。高い次数のλ／４板、例えばＤ・Δｎ＝（２・ｍ−１）・λ／２を有する厚さＤの板を利用して、ここで次数＞１として、光学間隔Δｚ＝Ｄ・Δｎだけ離れている点に対する差・偏光コントラストを得る。
【００４０】
Ｄ、およびそれとともに次数およびΔｚを非常に小さくすると、差・偏光コントラストについて言及できる。このような遅延板は、普通の薄い板に対する回避のための偏光技術のように、本来互いに９０°だけ回転した異なる厚さの二つの板で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】干渉断層撮影の原理図
【図２】光束の位相差による干渉断層撮影のコントラスト修正法を示す
【図３】偏光による干渉断層撮影のコントラスト修正法を示す
【図４】異なる位置への光線の配向による干渉断層撮影のコントラスト修正法を示す
【図５】対象物中の焦点の位置の差で連続的に干渉断層撮影のコントラストを修正する方法を示す
【図６】ＯＣＴ技術を利用した干渉断層撮影のコントラストを修正する方法を示す
【図７】複屈折レンズなしで干渉断層撮影のコントラストを修正する方法を示す
【符号の説明】
１      対象物
２      光線
３      走査鏡
４      散乱点
５      部分干渉光源
６      基準鏡
７      光線分割器
８      干渉測定基準光線
９      基準鏡
１０    レンズ
１１    光検出器
１２    計算器
１３    光線分割器−反射鏡
１４    焦点
１５    光束
１６    レンズ
１７    光線
１８    プリズム
１９    λ／２板
２０    板
２１    偏光子
２２    光線分割器
２３    光線分割器−末端鏡
２４    軸
２５    部分透過性面
２６    末端鏡
２７    台
２８    接続端子
２９    鋼球
IS      干渉計信号
LD      超発光ダイオード
ST      光線分割器
Ｓ      基準鏡
RS      基準光線
OS      対象物光線
Ｐ      偏光子
Ｌ      複屈折レンズ
OL      通常光束
AL      異常光束
FL      焦点レンズ
US      反射鏡
【図１】
0003868057.tif 000003
【図２】
0003868057.tif 000004
【図３】
0003868057.tif 000005
【図４】
0003868057.tif 000006
【図５】
0003868057.tif 000007
【図６】
0003868057.tif 000008
【図７】
0003868057.tif 000009