(57)【要約】【課題】光干渉断層装置において、光ビームを水平・垂直方向に高速に走査し、ビデオフレームレートでの３次元データの収集を可能とすること。【解決手段】ＫＴＮ結晶４の直交する側面に設けたＸ偏向用電極５およびＹ偏向用電極６に電圧を印加してＫＴＮ結晶４を通過する光ビーム１１ａをＸＹ方向に走査する。また、Ｘ偏向用電極５とＹ偏向用電極６との間にＫＴＮ結晶４の沿面放電防止用突出部２２を設ける。さらに、ＫＴＮ結晶の射出側を凹レンズ形状とし、入射側を凸レンズ形状とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に低干渉光を照射して得られる反射光を用いて該被検体の光断層画像を生成する光干渉断層装置であって、
空間電荷制御モード電気光学効果を有する光学結晶の直交する側面に設けた２組の独立した電極に電圧を印加して該光学結晶を通過する光ビームを水平・垂直方向に偏光する光ビーム偏光手段
を備えたことを特徴とする光干渉断層装置。
【請求項２】
前記光学結晶の光ビームが入射する側の形状が凸レンズ形状であり、光ビームが射出する側の形状が凹レンズ形状であ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】
２組の電極間に前記光学結晶の突出部分を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の光干渉断層装置。
【請求項４】
前記光学結晶は、ＫＴＮ結晶であることを特徴とする請求項１、２または３に記載の光干渉断層装置。
【請求項５】
前記光学結晶は円柱状であり、電極を光学結晶の中心から見込んだ開口角が８５度であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光干渉断層装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被検体に低干渉光を照射して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し、特に、低干渉光の光ビームを水平・垂直方向に走査する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
モレキュラーイメージングの分野では、光情報を利用してターゲット分子を高感度に検出する方法が主力となっている。そのなかで、低干渉光を利用して深さ方向の情報を高分解能で取得することができるＯＣＴ装置（Optical  Coherent  Tomography：光干渉断層撮影）が注目されている。
【０００３】
また、眼科領域では、網膜の表面情報（表面画像）だけでなく、その深さ方向の情報まで取得することで、より正確な診断を行いたいというニーズがあり、ＯＣＴ装置が眼底撮影装置として実用化されている。
【０００４】
ＯＣＴ装置で３次元情報を収集するためには、光ビームを水平・垂直方向に走査する必要があり、例えば、特許文献１では、２軸ガルバノミラーを利用して機械的に光ビームを水平・垂直方向に走査している。
【０００５】
また、ＯＣＴ装置では、深さ方向の情報を高速に収集する方法して、ＦＤ−ＯＣＴ(Fourier  domain  optical  coherence  tomography)の一種であるＳＳ−ＯＣＴ(swept  source  optical  coherence  tomography)と呼ばれる「光の周波数を掃引できる光源」を使って高速にデータを収集する方法がある。
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５９７５６９７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ガルバノミラーの応答性能は１軸あたり最高でも数ＫＨｚが限界であり、従来のＯＣＴ装置では、光ビームを水平・垂直方向に高速に走査することができないという問題があった。すなわち、従来のＯＣＴ装置では、ビデオフレームレート（１５ｆｐｓ以上）で３次元データを収集することができないという問題があった。例えば、ある眼底撮影装置では、５ｆｐｓ前後でしか３次元データを収集することができない。
【０００８】
なお、音響光学偏向素子（圧電結晶に数十ＭＨｚから数ＧＨｚの高周波電圧をかけて形成した回折格子に光ビームを当て、回折を利用して光ビームを偏向させる素子）を用いるＯＣＴ装置では高速な走査が可能であるが、かかるＯＣＴ装置には、偏向角が小さすぎるという問題がある。
【０００９】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、光ビームを水平・垂直方向に高速に走査し、ビデオフレームレートでの３次元データの収集を可能とする光干渉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】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１記載の本発明は、被検体に低干渉光を照射して得られる反射光を用いて該被検体の光断層画像を生成する光干渉断層装置であって、空間電荷制御モード電気光学効果を有する光学結晶の直交する側面に設けた２組の独立した電極に電圧を印加して該光学結晶を通過する光ビームを水平・垂直方向に偏光する光ビーム偏光手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の本発明によれば、光ビームを水平・垂直方向に高速に走査することができ、ビデオフレームレートでの３次元データの収集を可能とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に添付図面を参照して、この発明に係る光干渉断層装置（ＯＣＴ装置）の好適な実施例を詳細に説明する。
【実施例】
【００１３】
まず、本実施例に係る光干渉断層装置の構成について説明する。図１は、本実施例に係る光干渉断層装置の構成を示す図である。同図に示すように、この光干渉断層装置１００は、ＯＣＴ光源１と、ビームスプリッタ２と、中継用光ファイバ３と、ＫＴＮ結晶４と、Ｘ偏向用電極５と、Ｙ偏向用電極６と、参照光用可動ミラー７と、光検出器８と、画像再構成部９と、表示部１０とを有する。
【００１４】
ＯＣＴ光源１は低干渉性の光ビームを発生し、ＯＣＴ光源１によって発生された光ビームはビームスプリッタ２によって測定用の光ビーム１１ａと参照用の光ビーム１１ｂに分割される。
【００１５】
測定用の光ビーム１１ａは、中継用光ファイバ３を通過してＫＴＮ結晶（タンタル酸ニオブ酸カリウム：ＫＴａ1-xＮｂxＯ3）４に入射する。ＫＴＮ結晶４は、空間電荷モード制御電気光学効果を有する円柱状の光学結晶である。すなわち、ＫＴＮ結晶４を挟み込む形で直交する位置に設けたＸ偏向用電極５およびＹ偏向用電極６に電圧を印加すると、電位の低い方の屈折率が高くなり、ＫＴＮ結晶４に入射した光ビーム１１ａは、電位が低い方向に曲がる。したがって、Ｘ偏向用電極５およびＹ偏向用電極６に印加する電圧を変化させることによって、光ビーム１１ａをＸＹ方向に走査することができる。
【００１６】
ＫＴＮ結晶はスキャン角が大きく、６×６×１ｍｍのＫＴＮ結晶の６ｍｍ角の両面に電極を形成して±２５０Ｖを印加し、１ｍｍの間隙に波長６１０〜７５０ｎｍの赤色ビームを入射させると、１２度（±６度）まで光ビームが偏向することが確認されている。ＫＴＮ結晶のスキャン角１２度は、プリズム型スキャナ（音響光学偏向素子）のスキャン角０．１５度の８０倍である。
【００１７】
また、応答速度としては１ＭＨｚまでは可能との報告があり、６×６ｍｍの観察範囲で深さ方向のデータを収集する場合でもビデオフレームレートのデータ収集が可能となる。また、電圧を印加しない状態では、このＫＴＮ結晶は光学的に“等方的”（複屈折がない）で透明であることも知られている。
【００１８】
話を図１の説明に戻す。ＫＴＮ結晶４を出射した光ビーム１１ａは、被検体１３で反射され、ＫＴＮ結晶４、中継用光ファイバ３、ビームスプリッタ２を経て測定光の光ビーム１２ａとして光検出器８に入射する。
【００１９】
一方、参照用の光ビーム１１ｂは、参照光用可動ミラー７で反射され、ビームスプリッタ２を経て参照光の光ビーム１２ｂとして光検出器８に入射する。光検出器８は、光ビーム１２ａおよび１２ｂの干渉光の光強度を検出し、検出した光強度を画像再構成部９に出力する。
【００２０】
したがって、参照光用可動ミラー７を微小移動させ、参照光の光路長を僅かに変化させることによって、参照光と測定光の光路長が一致した深度での被検体１３の情報を干渉光の光強度として得ることができる。
【００２１】
画像再構成部９は、光検出器８が検出した光強度、Ｘ偏向用電極５の電圧、Ｙ偏向用電極６の電圧、参照光用可動ミラー７の位度に基づいて被検体１３の画像を再構成し、表示部１０に表示する。Ｘ偏向用電極５の電圧はＸ方向の走査位置を示し、Ｙ偏向用電極６の電圧はＹ方向の走査位置を示し、参照光用可動ミラー７の位置はＺ方向の走査位置を示す。
【００２２】
このように、ＫＴＮ結晶４の直交する側面に設けたＸ偏向用電極５およびＹ偏向用電極６に電圧を印加して、ＫＴＮ結晶４を通過する光ビーム１１ａをＸＹ方向に走査することによって、光ビーム１１ａをＸＹ方向に高速に走査することができ、ビデオフレームレートで被検体１３のデータを収集することができる。
【００２３】
なお、光ビーム１１ａをＸ方向とＹ方向に独立に偏向させる場合に、ＫＴＮ結晶４内のＸ方向とＹ方向にそれぞれ均一な電場を生じるように電極が形成されていれば、制御が容易になる。そこで、ＫＴＮ結晶４の形状として円柱状が必要とされる場合（例えば、光ファイバとカテーテルを使って生体内又は血管内に挿入する状況下で、光ビーム方向を偏向する必要がある場合）には、Ｘ偏向用電極５およびＹ偏向用電極６の形状を図２に示す形状とする。
【００２４】
図２は、ＫＴＮ結晶４のＸＹ断面２１を示し、図２の電極の形状は、ＭＲＩの分野で均一な高周波磁場を発生させる電極の形状に基づくものである。ＭＲＩの分野においては、グランド電位にある外部円筒(cylinder)の半径をｂ、電極（conducive band）の半径をａとし、外部円筒が電極から十分離れていて（ａ／ｂ＝３）その影響が無視できる構成において電極に高周波電力を平衡給電したとき、中心から見込んだ電極の開口角Ωが８５度で、その内部にできる電場（＝電位勾配）及び磁場の均一領域が最大になることが知られている。そこで、均一な電場をＫＴＮ結晶４内に発生させるためにＸ偏向用電極５およびＹ偏向用電極６の開口角が図２のように８５度になるように構成する。図２は、中心軸方向からＫＴＮ結晶４を見込んだ様子を示す。
【００２５】
なお、Ｘ方向、Ｙ方向の電極に印加される電圧は独立して印加されるため、場合によっては瞬時の電位差が高くなり、沿面放電する可能性もある。そこで、ＫＴＮ結晶４自体が絶縁体であることを利用して図２に示すように電極間に沿面放電防止用突出部２２を設けておく。また、理想的には電極の開口角は８５度であるが、実用的には放電をさけるために開口角を多少小さくすることもできる。
【００２６】
また、ＫＴＮ結晶の形状として円柱状が必要とされない場合には、ＫＴＮ結晶を正四角柱としてその側面に２組の直交する電極を設ければよい。図３は、ＫＴＮ結晶が四角柱状である場合のＫＴＮ結晶のＸＹ断面３３を示す。同図に示すように、ＫＴＮ結晶の側面にＸ偏向用電極３１およびＹ偏向用電極３２を設ける。この場合も沿面放電を防止するために、角の部分にＫＴＮ結晶の沿面放電防止用突出部３４を設けておく。
【００２７】
上述してきたように、本実施例では、ＫＴＮ結晶４の直交する側面に設けたＸ偏向用電極５およびＹ偏向用電極６に電圧を印加して光ビーム１１ａをＸＹ方向に走査することとしたので、光ビーム１１ａを高速で走査することができ、ビデオフレームレートで３次元データを収集することができる。
【００２８】
また、本実施例では、Ｘ偏向用電極５とＹ偏向用電極６との間にＫＴＮ結晶４の沿面放電防止用突出部２２を設けたので、Ｘ偏向用電極５とＹ偏向用電極６との間の電位差が高くなった場合にも沿面放電を防止することができる。
【００２９】
また、本実施例に係る光干渉断層装置１００を眼底撮像装置に用いることによって、患者の瞬きなどに起因する画像のボケや、姿勢保持のための患者の負担を減らすことができる。また、本実施例に係る光干渉断層装置１００の光ビーム偏向部分を血管内視鏡に用いることによって、血管壁を観察するための微小ミラーを機械的に回転させる機構が不要となり、空間分解能を低下させずに血管内を３次元撮影することができる。
【００３０】
なお、一般的に成人の眼球の大きさは直径２３ｍｍ程度である。一方、ＫＴＮ結晶の一辺の長さを１ｍｍ、軸方向の長さを６ｍｍとすると、電圧を±２５０Ｖまで印加しても最大±６°しか偏向させることができない。この光ビーム偏向角から計算すると、網膜上で最大４．８ｍｍ角の領域しか測定できないこととなる。
【００３１】
しかし、眼底撮影装置としては、６ｍｍ角の領域をカバーできることが必要であり、このためにはどうしても偏向角をさらに大きくする必要がある。そこで、印加電圧を高めることが考えられるが、単純に印加電圧を高めただけでは、光ビームがほぼ懸垂曲線に沿って曲がることから、端面で側面方向に反れてしまうという問題が生じる。ＫＴＮ結晶の大きさに制約がない場合には、一辺の長さだけでなく軸方向の長さも長くし、且つ印加電圧を上げるという方法がある。しかし、体内に挿入する場合には、ＫＴＮ結晶自体は極力細径である必要がある。
【００３２】
そこで、図４に示すように、ＫＴＮ結晶４１の射出側４２を魚眼レンズのように凹レンズ形状とし、入射側４３は凹レンズによる光ビームが広がらないように凸レンズ形状とする。このとき、電場が影響しないように、入射側４３と射出側４２は電極部分から多少離しておく。光ファイバの端面からは放射状に光が拡散するが、入射側４３の凸レンズにより光ビーム１１ａは一旦絞られる。この光ビーム１１ａは電場が印加されたＫＴＮ結晶４１内部で偏向され、出力側に到達する。出力側は凹レンズになっているため、光ビーム１１ａは魚眼レンズの原理でさらに周囲方向に向かって曲げられ、最終的に偏向角度を拡大した効果が得られる。
【００３３】
このように、ＫＴＮ結晶の射出側を凹レンズ形状とし、入射側を凸レンズ形状とすることによって、ＫＴＮ結晶の入射・射出側が平面である場合と比較して、光ビームが広がらないまま偏向角をさらに広げることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
以上のように、本発明は、３次元画像撮像装置に有用であり、特に、眼底撮像装置に適している。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本実施例に係る光干渉断層装置の構成を示す図である。
【図２】本実施例に係る光干渉断層装置のＸ偏向用電極およびＹ偏向用電極の形状ならびに沿面放電防止用突出部を示す図である。
【図３】ＫＴＮ結晶が四角柱状である場合のＸ偏向用電極およびＹ偏向用電極の形状ならびに沿面放電防止用突出部を示す図である。
【図４】凹レンズ形状の射出側および凸レンズ形状の入射側を備えるＫＴＮ結晶による光ビームの偏向を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１    ＯＣＴ光源
２    ビームスプリッタ
３    中継用光ファイバ
４，４１    ＫＴＮ結晶
５，３１    Ｘ偏向用電極
６，３２    Ｙ偏向用電極
７    参照光用可動ミラー
８    光検出器
９    画像再構成部
１０    表示部
１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ    光ビーム
１３    被検体
２１，３３    ＫＴＮ結晶のＸＹ断面
２２，３４    沿面放電防止用突出部
４２    射出側
４３    入射側
１００    光干渉断層装置（ＯＣＴ装置）
【図１】
2009060938.tif 000003
【図２】
2009060938.tif 000004
【図３】
2009060938.tif 000005
【図４】
2009060938.tif 000006