(57)【要約】【課題】１の装置を用いて複数の異なる観察対象物の３次元情報を取得することができる光断層装置を提供する。【解決手段】本発明は、観察対象物に低干渉光を照射して得られる反射光を用いて、観察対象物の光断層画像を生成する光干渉断層装置であって、異なる波長帯の低干渉光を出力する、少なくとも２つの光源と、少なくとも２つの光源のうち、選択した１の光源からの低干渉光を出力する光路切替装置と、出力した前記低干渉光を、参照光と測定光とに分割するビームスプリッタと、参照光を反射して再びビームスプリッタへ入力する参照光ミラーと、測定光を平面走査して観察対象物に照射し、観察対象物からの測定光の反射光をビームスプリッタへ再入力する平面走査機構と、ビームスプリッタにおいて干渉された参照光と測定光との干渉光を検出する光検出手段と、干渉光から観察対象物の光断層画像を生成する信号処理装置とを備える。【選択図】図２
2017111053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察対象物に低干渉光を照射して得られる反射光を用いて、前記観察対象物の光断層画像を生成する光干渉断層装置であって、
異なる波長帯の低干渉光を出力する、少なくとも２つの光源と、
前記少なくとも２つの光源のうち、選択した１の光源からの低干渉光を出力する光路切替装置と、
出力した前記低干渉光を、参照光と測定光とに分割するビームスプリッタと、
前記参照光を反射して再びビームスプリッタへ入力する参照光ミラーと、
前記測定光を平面走査して前記観察対象物に照射し、前記観察対象物からの前記測定光の反射光を前記ビームスプリッタへ再入力する平面走査機構と、
前記ビームスプリッタにおいて干渉された前記参照光と前記測定光との干渉光を検出する光検出手段と、
前記干渉光から前記観察対象物の光断層画像を生成する信号処理装置と
を備えることを特徴とする光干渉断層装置。
【請求項２】
前記平面走査機構は、２つのガルバノミラーを用いることを特徴とする請求項１に記載の光干渉断層装置。
【請求項３】
前記平面走査機構は、２つの電気光学結晶を用いることを特徴とする請求項１に記載の光干渉断層装置。
【請求項４】
前記２つの電気光学結晶同士の間に、偏光方向を９０度回転する波長板をさらに備えたことを特徴とする請求項３に記載の光干渉断層装置。
【請求項５】
前記平面走査機構は、１つのガルバノミラーと１つの電気光学結晶とを用いることを特徴とする請求項１に記載の光干渉断層装置。
【請求項６】
前記電気光学結晶は、タンタル酸ニオブ酸カリウム（ＫＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１）：ＫＴＮ）結晶、またはリチウムをドープした（Ｋ1-yＬｉyＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜０．１）：ＫＬＴＮ）結晶であることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の光干渉断層装置。
【請求項７】
前記参照光ミラーは、前記参照光の光路長を変化させるように移動可能であり、
前記参照光ミラーの移動による参照光の光路長の変化に基づいて、前記観察対象物の深さ方向の複数の位置で前記光断層画像を生成することにより、３次元の光断層情報を取得することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光干渉断層装置。
【請求項８】
前記参照光ミラーと、前記ビームスプリッタとの間に挿入されたレンズをさらに備え、
前記参照光は、前記レンズを介して前記参照光ミラーに集光されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光干渉断層装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光干渉断層装置に関し、詳細には、観測対象に低干渉光を照射し得られる反射光を用いて被検体の光断層画像を生成する光干渉断層装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光を用いて観察対象物の断層像を可視化技術が複数開発されている。このうち、低コヒーレンス干渉を利用して生体や電子デバイス等の断面を非破壊に観測する光干渉断層装置（ＯＣＴ）は、表面より深さ方向に約数ｍｍの範囲で細胞レベルの数十μｍ程度の分解能を有する解像を有する高品質な画像を得ることができる。
【０００３】
ＯＣＴにより画像を得る方式としては、ＴＤ−ＯＣＴ（Time domain optical coherence tomography）とＳＤ−ＯＣＴ（Spectral domain optical coherence tomography）が知られている。このうち、ＴＤ−ＯＣＴ方式は、一般的には、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）と呼ばれる光源を用いて観測対象物の面内に光を照射し、観察対象物面内の情報を取り出す。さらに、観察対象物の奥行方向にスキャンして３次元画像情報を得る。一方、ＳＤ−ＯＣＴ方式は、高速波長掃引光源を用い、まず、観察対象物の奥行方向の情報を得て、その後平面方向のスキャンをおこなうことによって３次元画像情報を得ることができる。近年、数百ｋＨｚ以上の高速波長掃引光源技術が急速に発展したため、画像取得スピードの観点からＳＤ−ＯＣＴを用いた方式が優勢であるが、ＳＤ−ＯＣＴは高速Ａ／Ｄ変換ボードが必要なため、一般的に高価な装置といえる。一方、ＴＤ-ＯＣＴ方式では、一般的にスキャンとしてはガルバノミラーを用いる。しかし、ガルバノミラーの掃引速度は高々数ｋＨｚにとどまるため高速な３次元画像取得ができず、搖動する生体は観測対象として不向きであった。しかし、高価な高速Ａ／Ｄ変換ボードが必要ないため、廉価版工業用途として注目されている。
【０００４】
ここでＴＤ−ＯＣＴについて詳しく説明する。図１は、従来のＴＤ−ＯＣＴである光干渉断層装置１００を示す構成図である。図１の光干渉断層装置１００は、光源１１１と、光源１１１の出力光１０１をコリメートするコリメータ１１２とを備える。また、光干渉断層装置１００は、コリメータ１１２からの光を参照光１０３と測定光１０４に分割するビームスプリッタ１２１と、ビームスプリッタ１２１により分離された参照光１０３を反射する参照光用可動ミラー１２２とを備える。また、光干渉断層装置１００は、ビームスプリッタ１２１により分離された測定光１０４を反射する第１のガルバノミラー１３１と、第１のガルバノミラー１３１により反射された測定光をさらに反射する第２のガルバノミラー１３２とを備える。また、光干渉断層装置１００は、観察対象物１２４に照射するために、第２のガルバノミラー１３２により反射された測定光１０４を集光する対物レンズ１２３と、参照光１０３及び観察対象物１２４からの反射光１０５を、ビームスプリッタ１２１を介して受光し信号に変換する光検出器１２５と、変換された参照光１０３及び反射光１０５の信号を処理する信号処理装置１２６とを備える。
【０００５】
ＴＤ−ＯＣＴにおいて３次元情報を収集するためには、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）と呼ばれる光源１１１からの出力光１０１を、観察対象物１２４に対して、光の進行方向に対して直交する２つの方向（図１のｘ軸方向及びｙ軸方向）に走査して照射する。ＴＤ−ＯＣＴ１００は、光源１１１からコリメータ１１２を介して出力された出力光１０１を、ビームスプリッタ１２１において参照光１０３と測定光１０４に分割し、第１のガルバノミラー１３１及び第２のガルバノミラー１３２を利用して、分割された測定光１０４に対して光ビームをｘ軸方向・ｙ軸方向に機械的に走査する。走査された測定光１０４は、対物レンズ４２３を介して入力された観察対象物１２４の各層で反射して、反射光１０５として再びビームスプリッタ１２１まで戻る。ビームスプリッタ１２１において、反射光１０として戻ってきた測定光１０４は、参照光用可動ミラー１２２により反射され戻ってきた参照光１０３と再び合流し、ＰＤ等の光検出器１２５に入る。信号処理装置１２６は、合流の際に、測定光と参照光とにより生じる干渉現象に基づいて測定光の強度と時間ずれを検知し、３次元情報を導いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−１３４４９９号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Jun Miyazu, Tadayuki Imai, Seiji Toyoda, Masahiro Sasaura, Shogo Yagi,Kazutoshi Kato, Yuzo Sasaki1, and Kazuo Fujiura1, “New Beam Scanning Model for High-Speed OperationUsing KTa1-xNbxO3 Crystals,” Applied Physics Express 4 (2011) 111501
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
光干渉断層装置において、生体観察のためには、主に水の吸収が少ない１μｍ及び１.３μｍの波長帯の光を照射する光源が主に用いられる。この場合、観察対象物の特徴に応じて、例えば眼底の観測には主に１μｍの波長帯の光を照射する光源を使用し、皮膚や血管壁の観察には主に１.３μｍの波長帯の光を照射する光源を使用する。従来の光干渉断層装置においては、異なる波長帯ごとに装置そのものを作製しなければならないため、観察対象物ごとに異なる光干渉断層装置を用いなければならないため、実用上問題となっていた。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、１の装置を用いて複数の異なる観察対象物の３次元情報を取得することができる光断層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】
【００１０】
このような目的を達成するために、本発明の第１の態様は、観察対象物に低干渉光を照射して得られる反射光を用いて、前記観察対象物の光断層画像を生成する光干渉断層装置であって、異なる波長帯の低干渉光を出力する、少なくとも２つの光源と、前記少なくとも２つの光源のうち、選択した１の光源からの低干渉光を出力する光路切替装置と、出力した前記低干渉光を、参照光と測定光とに分割するビームスプリッタと、前記参照光を反射して再びビームスプリッタへ入力する参照光ミラーと、前記測定光を平面走査して前記観察対象物に照射し、前記観察対象物からの前記測定光の反射光を前記ビームスプリッタへ再入力する平面走査機構と、前記ビームスプリッタにおいて干渉された前記参照光と前記測定光との干渉光を検出する光検出手段と、前記干渉光から前記観察対象物の光断層画像を生成する信号処理装置とを備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の第２の態様は、第１の態様の光干渉断層装置であって、前記平面走査機構は、２つのガルバノミラーを用いることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の第３の態様は、第１の態様の光干渉断層装置であって、前記平面走査機構は、２つの電気光学結晶を用いることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の第４の態様は、第３の態様の光干渉断層装置であって、前記２つの電気光学結晶同士の間に、偏光方向を９０度回転する波長板をさらに備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の第５の態様は、第１の態様の光干渉断層装置であって、前記平面走査機構は、１つのガルバノミラーと１つの電気光学結晶とを用いることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の第６の態様は、第３乃至第５のいずれか１つの態様の光干渉断層装置であって、前記電気光学結晶は、タンタル酸ニオブ酸カリウム（ＫＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１）：ＫＴＮ）結晶、またはリチウムをドープした（Ｋ1-yＬｉyＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜０．１）：ＫＬＴＮ）結晶であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の第７の態様は、第１乃至第６のいずれか１つの態様の光干渉断層装置であって、前記参照光ミラーは、前記参照光の光路長を変化させるように移動可能であり、前記参照光ミラーの移動による参照光の光路長の変化に基づいて、前記観察対象物の深さ方向の複数の位置で前記光断層画像を生成することにより、３次元の光断層情報を取得することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の第８の態様は、第１乃至第７のいずれか１つの態様の光干渉断層装置であって、前記参照光ミラーと、前記ビームスプリッタとの間に挿入されたレンズをさらに備え、前記参照光は、前記レンズを介して前記参照光ミラーに集光されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、複数の波長帯を有する光源を内部で切り替えることによって、同一の光干渉断層装置を用いて簡易に測定対象物を切り替え、所望の波長に応じた対象物のＯＣＴ像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来の光干渉断層装置を示す構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における光干渉断層装置を示す構成図である。
【図３】本発明の第２の実施形態における光干渉断層装置を示す構成図である。
【図４】本発明の第３の実施形態における光干渉断層装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。  
＜第１の実施形態＞
図２は、本発明の第１の実施形態に係る光干渉断層装置を示す構成図である。図２の光干渉断層装置２００は、ＴＤ−ＯＣＴ方式の光干渉断層装置であり、第１の光源２１１と、第１の光源２１１からの出力光２０１をコリメートする第１のコリメータ２１２と、第２の光源２１３と、第２の光源２１３からの出力光２０２をコリメートする第２のコリメータ２１４と、第１の光源からの光と第２の光源からの光とを選択して出力する光路切替装置２１５とを備える。また、光干渉断層装置２００は、光路切替装置２１５からの光を参照光２０３と測定光２０４に分割するビームスプリッタ２２１と、ビームスプリッタ２２１により分離された参照光２０３を反射する参照光用可動ミラー２２２とを備える。また、光干渉断層装置２００は、ビームスプリッタ２２１により分離された測定光２０４を反射する第１のガルバノミラー２３１と、第１のガルバノミラー２３１により反射された測定光をさらに反射する第２のガルバノミラー２３２とを備える。また、光干渉断層装置２００は、観察対象物２２４に照射するために、第２のガルバノミラー２３２により反射された測定光２０４を集光する対物レンズ２２３と、参照光２０３及び観察対象物２２４からの反射光２０５を、ビームスプリッタ２２１を介して受光し信号に変換する光検出器２２５と、変換された参照光２０３及び反射光２０５の信号を処理する信号処理装置２２６とを備える。
【００２１】
本実施形態において、第１の光源２１１及び第２の光源２１３は、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）と呼ばれる光源を用いる。ここで、第１の光源２１１及び第２の光源２１３は、各々約１００ｎｍの発光波長を有するものを用い、第１の光源２１１は１．０μｍの波長帯の光を照射し、第２の光源２１３は１．３μｍの波長帯の光を照射する。第１の光源２１１は、低干渉性の光ビームを発生し、発生した光ビーム波は第１のコリメータ２１２により、ビーム径０．５ｍｍの平行光にされる。また、第２の光源２１３は、低干渉性の光ビームを発生し、発生した光ビーム波は第２のコリメータ２１４により、ビーム径０．５ｍｍの平行光にされる。光路切替装置２１５は、例えば回転軸（具体的にはず１のｘ軸方向の回転軸）に取り付けられた金属ミラーから作成され、金属ミラーを回転軸周りに回転させることによって、第１の光源２１１からの出力光２０１と、第２の光源２１３からの出力光２０２とを選択して出力する。
【００２２】
光路切替装置２１５からの出力光２０１又は２０２は、ビームスプリッタ２２１によって参照光２０３と測定光２０４とに分割される。参照光２０３は、参照光用可動ミラー２２２で反射され、ビームスプリッタ２２１を透過して、例えばフォトダイオード（ＰＤ）等の光検出器２２５に入射する。一方で、測定光２０４は、第１のガルバノミラー２３１及び第２のガルバノミラー２３２により反射され、対物レンズ２２３に到達する。測定光２０４は、対物レンズ２２３によって集光され、観察対象物２２４に到達し、観察対象物２２４の各反射面により反射して反射光２０５となる。反射光２０５は、対物レンズ２２３によりコリメートされ、第１のガルバノミラー２３１、第２のガルバノミラー２３２、及びビームスプリッタ２２１により反射され、光検出器２２５に入射する。
【００２３】
光検出器２２５は、参照光２０３と反射光２０５との干渉光の光強度を検出し、検出した干渉光の光強度を信号処理装置３２６に出力する。なお、参照光用可動ミラー２２２の前に、測定光２０４が通過する対物レンズ２２３と同一の対物レンズを挿入することで、参照光２０３の光の分散を抑えることが可能である。
【００２４】
光干渉断層装置２００においては、ＴＤ−ＯＣＴの低干渉光の光ビームを平面走査する機構（平面操作機構）は、ガルバノミラー系により構成されている。平面操作機構は２軸ガルバノミラー方式であり、第１のガルバノミラー２３１及び第２のガルバノミラー２３２により構成される。第１のガルバノミラー２３１及び第２のガルバノミラー２３２の動作速度は、最速で１ｋＨｚである。
【００２５】
ここで、参照光用可動ミラー２２２を微小に移動させ、参照光２０３の光路長を僅かに変化させることによって、参照光２０３と測定光２０４との光路長が一致した深度での観察対象物２２４の内部情報を干渉光の光強度として得ることができる。すなわち、参照光用可動ミラー２２２を微小移動させることにより、観察対象物２２４の深さ方向（図２のｚ軸方向）の情報得ることができる。なお、参照光用可動ミラー２２２の一般的な動作機構はステッピングモータが用いられている。
【００２６】
参照光用可動ミラー２２２による深さ方向スキャンに加えて、２つのガルバノミラー（２３１及び２３２）により、観察対象物２２４に入射するビームを、光の進行方向に対して直交する方向（図２のｘ軸方向、ｙ軸方向）にスキャン（平面スキャン）する。そうすると、観察対象物２２４の３軸方向（図２のｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向）に情報を得ることができ、観察対象物２２４の３次元断層画像を構築できる。
【００２７】
本実施形態において、例えば観察対象物２２４として眼底を選択した場合、観察対象物２２４に光を照射する光源は第１の光源２１１（１．０μｍ）を選択する。光路切替装置２１５は、金属ミラーを回転して第１の光源２１１からの出力光２０１を出力する。平面操作機構（第１のガルバノミラー２３１及び第２のガルバノミラー２３２）により観察対象物２２４の平面スキャンをし、参照光用可動ミラー２２２により観察対象物２２４の深さ方向のスキャンをして、観察対象物である眼底の３次元断層画像を得る。次に、観察対象物２２４を例えば指に変更した場合、観察対象物２２４に光を照射する光源は第２の光源２１３（１．３μｍ）を選択する。光路切替装置２１５は、金属ミラーを回転して第２の光源２１２からの出力光２０２を出力する。眼底の測定方法と同様な観測方法により、指の３次元断層画像を得て、指内部の汗腺の情報を得る。
【００２８】
このように、複数の波長帯を有する光源を内部で切り替えることによって、同一のＯＣＴシステムを用いて簡易に測定対象物を切り替えて所望の波長に応じた対象物のＯＣＴ像を得ることができた。なお本実施形態では２つの波長帯の光源（１．０μｍ及び１．３μｍ）を用いた例を記載したが、２つの波長帯に限定されたものではなく、３つの波長帯でも光路切り替え部を設定して切り替えれば同様な効果を奏する。
【００２９】
＜第２の実施形態＞
図３は、本発明の第２の実施形態に係る光干渉断層装置を示す構成図である。図３の光干渉断層装置３００は、ＴＤ−ＯＣＴ方式の光干渉断層装置であり、第１の光源３１１と、第１の光源３１１からの光３０１をコリメートする第１のコリメータ３１２と、第２の光源３１３と、第２の光源３１３からの光３０２をコリメートする第２のコリメータ３１４と、第１の光源からの光と第２の光源からの光とを選択して出力する光路切替装置３１５とを備える。また、光干渉断層装置３００は、光路切替装置３１５からの光を参照光３０３と測定光３０４に分割するビームスプリッタ３２１と、ビームスプリッタ３２１により分離された参照光３０３を反射する参照光用可動ミラー３２２とを備える。また、光干渉断層装置３００は、ビームスプリッタ３２１により分離された測定光３０４が透過する第１のＫＴＮ素子３３１と、第１のＫＴＮ素子３３１を透過した測定光３０４が透過するλ／２波長板３３２と、λ／２波長板３３２を透過した測定光がさらに透過する第２のＫＴＮ素子３３３とを備える。また、光干渉断層装置３００は、観察対象物３２４に照射するために、第２のＫＴＮ素子３３３を透過した測定光３０４を集光する対物レンズ３２３と、参照光３０３及び観察対象物３２４からの反射光３０５を、ビームスプリッタ３２１を介して受光し信号に変換する光検出器３２５と、変換された参照光３０３及び反射光３０５の信号を処理する信号処理装置３２６とを備える。
【００３０】
本実施形態においも、第１の実施形態と同様に、第１の光源３１１は、１．０μｍの波長帯の光を照射し、第２の光源３１３は１．３μｍの波長帯の光を照射するＳＬＤを用いる。光路切替装置３１５は、例えば回転軸に取り付けられた金属ミラーから作成され、金属ミラーを回転軸周りに回転させることによって、第１の光源３１１からの光３０１と、第２の光源３１３からの光３０２とを選択して出力する。
【００３１】
光路切替装置３１５からの出力光３０１又は３０２は、ビームスプリッタ３２１によって参照光３０３と測定光３０４とに分割される。参照光３０３は、参照光用可動ミラー３２２で反射され、ビームスプリッタ３２１を透過して、フォトダイオード（ＰＤ）等の光検出器３２５に入射する。一方で、測定光３０４は、第１のＫＴＮ素子３３１、λ／２波長板３３２及び第２のＫＴＮ素子３３３を透過して、対物レンズ３２３に到達する。測定光３０４は、対物レンズ３２３によって集光され、観察対象物３２４に到達し、観察対象物３２４の各反射面により反射して反射光３０５となる。反射光３０５は、対物レンズ３２３によりコリメートされ、第１のＫＴＮ素子３３１、λ／２波長板３３２及び第２のＫＴＮ素子３３２を透過して、ビームスプリッタ３２１により反射され、光検出器３２５に入射する。
【００３２】
光検出器３２５は、参照光３０３と反射光３０５との干渉光の光強度を検出し、検出した干渉光の光強度を信号処理装置３２６に出力する。なお、参照光用可動ミラー３２２の前に、測定光が通過する対物レンズと同一の対物レンズを挿入することで、測定用の光ビームとの光の分散を抑えることが可能である。
【００３３】
第２の実施形態の光干渉断層装置においては、ＴＤ−ＯＣＴの低干渉光の光ビームを平面走査する機構（平面操作機構）は、２個のＫＴＮ素子と、λ／２波長板とにより構成されている。第１の実施形態は、平面操作機構として２軸のガルバノミラー（第１のガルバノミラー２３１及び第２のガルバノミラー２３２）を用いていたが、ガルバノミラーは走査の高速性には限界があり、１００点の分解点数を得ようとすると、一方の軸において１軸走査速度として最高速に近い１ｋＨｚでスキャンしたとしても、他方の軸については１０Ｈｚ程度のスキャンにとどまってしまう。さらに１００フレームの画像を得ようとすると奥行方向のスキャンは約０．０１Ｈｚの低速にとどまってしまい、画像取得に大幅な時間を要してしまう。したがって、生体のように対象が搖動する場合、取得した画像が不鮮明になってしまう欠点を有していた。
【００３４】
一方で、近年、電気光学素子を使用した平面走査機構が提案され、１軸走査速度が２００ｋＨｚの電気光学素子を使用した高速スキャナを用いてＴＤ−ＯＣＴ系を構築し、ＳＤ−ＯＣＴ方式とほぼ同等の速度での画像取得に成功している（例えば特許文献１）。平面走査機構にしようされる電気光学素子は、主にタンタル酸ニオブ酸カリウム（ＫＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１）：ＫＴＮ）結晶、またはリチウムをドープした（Ｋ1-yＬｉyＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜０．１）：ＫＬＴＮ）結晶を２枚の電極板で挟んだ光偏光器が使用される。これらの光偏光器（以下、ＫＴＮ素子又はＫＴＬＮ素子）は、電極に電圧を印加することにより、電気光学効果を利用して光偏向を実現することができ、１０°以上の広角で数百ｋＨｚ以上のビーム偏向を実現することができる（例えば非特許文献１）。
【００３５】
ＫＴＮ素子またはＫＬＴＮ素子の偏向角は、非特許文献１に記載されているように下式で与えられる。
【００３６】
【数１】
2017111053.tif 000003
【００３７】
なお、式（１）において、ｎ：屈折率、ｇ11：２次の電気光学係数、ｅ：電気素量、Ｎ：電気化学結晶内にあらかじめ蓄積された電子密度、ε：誘電率、Ｌ：入射光が進行方向に進む結晶内の長さ、Ｖ：印加電圧、ｄ：電極間の距離を示す。
【００３８】
ＫＴＮ素子またはＫＬＴＮ素子に十分に低周波（１ｋＨｚ以下）の電圧を印加した場合、結晶内に電子が注入され、結晶内の電子トラップに捕獲される。これにより、あらかじめ電子が蓄積された状態となる。電子トラップの密度は、１０20〜１０21ｍ-3程度で、上記低周波の電圧が印加されて結晶内に一様に電子が捕獲されると考えられる。相転移温度付近では、非常に大きな誘電率（比誘電率数万）をもつため、偏向角（全角）はおよそ１０°にも達する。ここで可視から赤外領域でのｇ11については短波長になるほど減少することが知られているが数割程度にとどまっていてその分電圧をあげればどの波長帯においてもＯＣＴ光源に必要な偏向角を出射することができる。
【００３９】
ＫＴＮまたはＫＬＴＮ結晶の結晶相は、高温相から立方晶、正方晶、斜方晶、菱面体晶の順に相転移する。立方晶においては常誘電性を示し、それ以外では強誘電性を示す。Ｔａ／Ｎｂ比と、Ｌｉ添加量（ＫＬＴＮ結晶の場合のみ）とによって、上記立方晶から正方晶へ相転移する温度を変化させることができるが、立方晶で常誘電相においてＫＴＮまたはＫＬＴＮ結晶を用いることを想定している。
【００４０】
本実施形態では、第１のＫＴＮ素子３３１及び第２のＫＴＮ素子３３３の２つのＫＴＮ素子を用いて、２軸（図３のｘ、ｙ軸）に対してスキャンする。それぞれのＫＴＮ素子の電極対は、もう一方のＫＴＮ素子の電極対と直交する側面に設置されており、２軸（ｘ、ｙ軸）に対してスキャンする場合は、２対の電極に印加する電圧を制御すること所望の部分にビームを導く。ここで、本実施形態においては、第１のＫＴＮ素子３３１はｘ軸方向に対してスキャンを行い、第２のＫＴＮ素子３３３はｙ軸方向に対してスキャンを行う。また、第１の光源３１１及び第２の光源３１３は、直線偏光であり、ＫＴＮ素子３３１（ｘ軸方向スキャン）に印加する電界方向を同じ方向の直線偏光の光を出射する。
【００４１】
また、前述したように、ＫＴＮによる光の偏向は、ＫＴＮの電圧方向と同方向、すなわちＴＭモードのみである。このため、２つのＫＴＮを用いてビームをスキャンする場合は、第１のＫＴＮ素子３３１及び第２のＫＴＮ素子３３３の間に、λ／２波長板３３２等の偏光子を挿入し、光を偏光させる方向に偏光成分を回転させる。
【００４２】
ここで、参照光用可動ミラー３２２を微小に移動させ、参照光３０３の光路長を僅かに変化させることによって、参照光３０３と測定光３０４との光路長が一致した深度での観察対象物３２４の情報を干渉光の光強度として得ることができる。すなわち、参照光用可動ミラー３２２を微小移動させることにより、観察対象物３２４の深さ方向（図２のｚ軸方向）の情報得ることができる。なお、参照光用可動ミラー２２２の一般的な動作機構はステッピングモータが使用される。
【００４３】
参照光用可動ミラー３２２による深さ方向スキャンに加えてさらに２つのＫＴＮ素子（３３１及び３３３）により、観察対象物３２４に入射するビームを、光の進行方向に対して直交する方向（図３のｘ軸方向、ｙ軸方向）にスキャン（平面スキャン）する。そうすると、観察対象物３２４の３軸方向（図３のｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向）に情報を得ることができ、観察対象物３２４の３次元断層画像を構築できる。
【００４４】
ここで、平面走査機構としてＫＴＮ素子（３３１及び３３３）を用いているため、一方の軸の走査速度を２００ｋＨｚとし、約１００点の解像点数を得るために他方の軸を２ｋＨｚとし、さらに１００フレームの画像を得るために奥行方向のスキャンを２０Ｈｚまであげることにより、約０．０５秒という極めて高速で画像を取得することができる。
【００４５】
本実施形態において、例えば観察対象物３２４として眼底を選択した場合、観察対象物３２４に光を照射する光源は、第１の光源３１１（１．０μｍ）を選択する。光路切替装置３１５は、金属ミラーを回転して第１の光源３１１からの光を出力する。平面操作機構（第１のＫＴＮ素子３３１及び第２のＫＴＮ素子３３２）により平面スキャンをし、参照光用可動ミラー３２２により深さ方向のスキャンをして、観察対象物である眼底の３次元断層画像を得る。次に、観察対象物３２４を例えば指に変更した場合、観察対象物３２４に光を照射する光源は第２の光源３１３（１．３μｍ）を選択する。光路切替装置３１５は、金属ミラーを回転して第２の光源３１２からの光３０２出力する。眼底の測定方法と同様な観測方法により、３次元断層画像を得て、指内部の汗腺の情報を得る。
【００４６】
このように、複数の波長帯を有する光源を内部で切り替えることによって、同一のＯＣＴシステムを用いて簡易に測定対象物を切り替えて所望の波長に応じた対象物のＯＣＴ像を得ることができた。なお本実施形態では２つの波長帯の光源（１．０μｍ及び１．３μｍ）を用いた例を記載したが、２つの波長帯に限定されたものではなく、３つの波長帯でも光路切り替え部を設定して切り替えれば同様な効果を奏する。
【００４７】
＜第３の実施形態＞
図４は、本発明の第３の実施形態に係る光干渉断層装置を示す構成図である。図３の光干渉断層装置４００は、ＴＤ−ＯＣＴ方式の光干渉断層装置であり、第１の光源４１１と、第１の光源４１１からの光４０１をコリメートする第１のコリメータ４１２と、第２の光源４１３と、第２の光源４１３からの光４０２をコリメートする第２のコリメータ４１４と、第１の光源からの光と第２の光源からの光とを選択して出力する光路切替装置４１５とを備える。また、光干渉断層装置４００は、光路切替装置４１５からの光を参照光４０３と測定光４０４に分割するビームスプリッタ４２１と、ビームスプリッタ４２１により分離された参照光４０３を反射する参照光用可動ミラー４２２とを備える。また、光干渉断層装置４００は、ビームスプリッタ４２１により分離された測定光４０４が透過するＫＴＮ素子４３１と、ＫＴＮ素子４３１を透過した測定光４０４を反射するガルバノミラー４３２とを備える。また、光干渉断層装置４００は、観察対象物４２４に照射するために、ガルバノミラー４３２に反射された測定光４０４を集光する対物レンズ４２３と、参照光４０３及び観察対象物４２４からの反射光４０５を、ビームスプリッタ４２１を介して受光し信号に変換する光検出器４２５と、変換された参照光４０３及び反射光４０５の信号を処理する信号処理装置４２６とを備える。
【００４８】
本実施形態においも、第１の実施形態と同様に、第１の光源４１１は、１．０μｍの波長帯の光を照射し、第２の光源４１３は１．３μｍの波長帯の光を照射するＳＬＤ（Super Luminescent Diode）と呼ばれる光源を用いる。光路切替装置４１５は、例えば金属ミラーなどがあり、金属ミラーを軸周りに回転させることによって、第１の光源４１１からの光４０１と、第２の光源４１３からの光４０２とを選択して出力する。
【００４９】
光路切替装置４１５からの出力光４０１又は４０２は、ビームスプリッタ４２１によって参照光４０３と測定光４０４とに分割される。参照光４０３は、参照光用可動ミラー４２２で反射され、ビームスプリッタ４２１を透過して、フォトダイオード（ＰＤ）等の光検出器４２５に入射する。一方で、測定光４０４は、ＫＴＮ素子４３１を透過して、ガルバノミラー４３２により反射され、対物レンズ４２３に到達する。測定光４０４は、対物レンズ４２３によって集光され、観察対象物４２４に到達し、観察対象物４２４の各反射面により反射して反射光４０５となる。反射光４０５は、対物レンズ４２３によりコリメートされ、ガルバノミラー４３２により反射され、ＫＴＮ素子４３１を透過して、ビームスプリッタ４２１により反射され、光検出器４２５に入射する。
【００５０】
光検出器４２５は、参照光４０３と反射光４０５との干渉光の光強度を検出し、検出した干渉光の光強度を信号処理装置４２６に出力する。なお、参照光用可動ミラーの前に測定光４０４が通過する対物レンズ４２３と同一の対物レンズを挿入することで、参照光の光の分散を抑えることが可能である。
【００５１】
光干渉断層装置４００においては、ＴＤ−ＯＣＴの低干渉光の光ビームを平面走査する手段（平面操作機構）は、電気光学素子を使用した高速スキャナと、ガルバノミラー系により構成されている。すなわち、ＫＴＮ結晶に電極対が取り付けられたＫＴＮ素子４３１とガルバノミラー４３２とにより構成される。ガルバノミラー４３２の動作速度は最速で１ｋＨｚである。ここで、本実施形態においては、ＫＴＮ素子４３１はｘ軸方向に対してスキャンを行い、ガルバノミラー４３２はｙ軸方向に対してスキャンする。また、第１の光源４１１及び第２の光源４１３は、直線偏光であり、ＫＴＮ素子４３１（ｘ軸方向スキャン）に印加する電界方向を同じ方向の直線偏光の光を出射する。
【００５２】
ここで、参照光用可動ミラー４２２を微小に移動させ、参照光４０３の光路長を僅かに変化させることによって、参照光４０３と測定光４０４との光路長が一致した深度での観察対象物４２４の情報を干渉光の光強度として得ることができる。すなわち、参照光用可動ミラー４２２を微小移動させることにより、観察対象物４２４の深さ方向（図２のｚ軸方向）の情報得ることができる。なお、参照光用可動ミラー２２２の一般的な動作機構はステッピングモータが使用される。
【００５３】
参照光用可動ミラー４２２による深さ方向スキャンに加えてさらにＫＴＮ素子４３１及びガルバノミラー４３２に、観察対象物４２４に入射するビームを、光の進行方向に対して直交する方向（図４のｘ軸方向、ｙ軸方向）にスキャン（平面スキャン）する。そうすると、観察対象物４２４の３軸方向（図４のｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向）に情報を得ることができ、観察対象物４２４の３次元断層画像を構築できる。
【００５４】
ここで、平面走査機構としてＫＴＮ素子４３２を用いているため、一方の軸の走査速度を２００ｋＨｚとし、約２００点の解像点数を得るためにガルバノミラーの最高走査速度を１ｋＨｚとし、さらに１００フレームの画像を得るために奥行方向のスキャンを１０Ｈｚまであげることにより、約０．０１秒という極めて高速で画像を取得することができる。
【００５５】
本実施形態において，例えば観察対象物４２４として眼底を選択した場合、観察対象物４２４に光を照射する光源は、第１の光源４１１（１．０μｍ）を選択する。光路切替装置４１５は、金属ミラーを回転して第１の光源４１１からの光を出力する。平面操作機構（第１のＫＴＮ素子４３１及び第２のＫＴＮ素子４３２）により平面スキャンをし、参照光用可動ミラー４２２により深さ方向のスキャンをして、観察対象物である眼底の３次元断層画像を得る。次に、観察対象物４２４を例えば指に変更した場合、観察対象物４２４に光を照射する光源は第２の光源４１３（１．３μｍ）を選択する。光路切替装置４１５は、金属ミラーを回転して第２の光源４１２からの光４０２出力する。眼底の測定方法と同様な観測方法により、３次元断層画像を得て、指内部の汗腺の情報を得る。
【００５６】
このように、複数の波長帯を有する光源を内部で切り替えることによって、同一のＯＣＴシステムを用いて簡易に測定対象物を切り替えて所望の波長に応じた対象物のＯＣＴ像を得ることができた。なお本実施形態では２つの波長帯の光源（１．０μｍ及び１．３μｍ）を用いた例を記載したが、２つの波長帯に限定されたものではなく、３つの波長帯でも光路切り替え部を設定して切り替えれば同様な効果を奏する。
【符号の説明】
【００５７】
１００、２００、３００、４００  光干渉断層装置
１０１、１０２〜１０５、２０１〜２０５、３０１〜３０５、４０１〜４０５  光
１１１、２１１、２１３、３１１、３１３、４１１、４１３  光源
１１２、２１２、２１４、３１２、３１４、４１２、４１４  コリメータ
１２１、２２１、３２１、４２１  ビームスプリッタ
１２２、２２２、３２２、４２２  参照光用可動ミラー
１２３、２２３、３２３、４２３  対物レンズ
１２４、２２４、３２４、４２４  観察対象物
１２５、２２５、３２５、４２５  光検出器
１２６、２２６、３２６、４２６  信号処理装置
１３１、１３２、２３１、２３２、４３２  ガルバノミラー
３３１、３３３、４３１  ＫＴＮ素子
３３２  λ／２波長板
【図１】
2017111053.tif 000004
【図２】
2017111053.tif 000005
【図３】
2017111053.tif 000006
【図４】
2017111053.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成28年12月5日(2016.12.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
このような目的を達成するために、本発明の第１の態様は、観察対象物に低干渉光を照射して得られる反射光を用いて、前記観察対象物の光断層画像を生成する光干渉断層装置であって、異なる波長帯の低干渉光を出力する、少なくとも２つの光源であって、観察対象物によって選択的に切り替えられる、光源と、前記少なくとも２つの光源のうち、選択した１の光源からの低干渉光を出力するように光路を切替える光路切替装置と、出力した前記低干渉光を、参照光と測定光とに分割するビームスプリッタと、前記参照光を反射して再びビームスプリッタへ入力する参照光ミラーと、前記測定光を平面走査して前記観察対象物に照射し、前記観察対象物からの前記測定光の反射光を前記ビームスプリッタへ再入力する平面走査機構と、前記ビームスプリッタにおいて干渉された前記参照光と前記測定光との干渉光を検出する光検出手段と、前記干渉光から前記観察対象物の光断層画像を生成する信号処理装置とを備えることを特徴とする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察対象物に低干渉光を照射して得られる反射光を用いて、前記観察対象物の光断層画像を生成する光干渉断層装置であって、
異なる波長帯の低干渉光を出力する、少なくとも２つの光源であって、観察対象物によって選択的に切替えられる、光源と、
前記少なくとも２つの光源のうち、選択した１の光源からの低干渉光を出力するように光路を切替える光路切替装置と、
出力した前記低干渉光を、参照光と測定光とに分割するビームスプリッタと、
前記参照光を反射して再びビームスプリッタへ入力する参照光ミラーと、
前記測定光を平面走査して前記観察対象物に照射し、前記観察対象物からの前記測定光の反射光を前記ビームスプリッタへ再入力する平面走査機構と、
前記ビームスプリッタにおいて干渉された前記参照光と前記測定光との干渉光を検出する光検出手段と、
前記干渉光から前記観察対象物の光断層画像を生成する信号処理装置と
を備えることを特徴とする光干渉断層装置。
【請求項２】
前記平面走査機構は、２つのガルバノミラーを用いることを特徴とする請求項１に記載の光干渉断層装置。
【請求項３】
前記平面走査機構は、２つの電気光学結晶を用いることを特徴とする請求項１に記載の光干渉断層装置。
【請求項４】
前記２つの電気光学結晶同士の間に、偏光方向を９０度回転する波長板をさらに備えたことを特徴とする請求項３に記載の光干渉断層装置。
【請求項５】
前記平面走査機構は、１つのガルバノミラーと１つの電気光学結晶とを用いることを特徴とする請求項１に記載の光干渉断層装置。
【請求項６】
前記電気光学結晶は、タンタル酸ニオブ酸カリウム（ＫＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１）：ＫＴＮ）結晶、またはリチウムをドープした（Ｋ1-yＬｉyＴａ1-xＮｂxＯ3（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜０．１）：ＫＬＴＮ）結晶であることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の光干渉断層装置。
【請求項７】
前記参照光ミラーは、前記参照光の光路長を変化させるように移動可能であり、
前記参照光ミラーの移動による参照光の光路長の変化に基づいて、前記観察対象物の深さ方向の複数の位置で前記光断層画像を生成することにより、３次元の光断層情報を取得することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光干渉断層装置。
【請求項８】
前記参照光ミラーと、前記ビームスプリッタとの間に挿入されたレンズをさらに備え、
前記参照光は、前記レンズを介して前記参照光ミラーに集光されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光干渉断層装置。