(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
短コヒーレンス干渉計の測定光線により物体の表面上及び内部のある測定区間に沿って光返送部位の位置を測定するための横解像度の向上したコヒーレンス生物測定及び断層撮影の方法であって、干渉を起こすために、同じ光学長の測定アームと基準アームの経路長の調整を行い、測定区間に沿った物体中の光返送部位の位置をこの位置についての経路長の調整に必要な測定光線及び／または基準光線の長さ変更から決定し、その際に測定光線が測定物体中または物体上に合焦し、こうして生じる測定焦点が、測定区間に沿って走査のために移動する際に基準光に対してコヒーレントな状態に留まるように、測定区間に沿って移動するという方法において、測定焦点（１３）の移動、及び基準光（２'）に対するそのコヒーレンスを保証するために必要な経路調整が、単一の光学的構成要素（図６ないし８及び１２の２４、図９の３８と３９、図１０ａの４０、図１０ｂの４４と４５、図１１の５５、図１３の１０６）の移動によって実現されることを特徴とするコヒーレンス生物測定及び断層撮影の方法。
【請求項２】
マイケルソン（Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ）干渉計の測定光線（２”）中に移動した凹面鏡（２４）によって生じる実焦点（２２）が測定物体（３０）中で横方向のイメージ比１：１で結像することを特徴とする、請求項１に記載の横解像度の向上したコヒーレンス生物測定及び断層撮影の方法。
【請求項３】
マッハツエンダー（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）干渉計の測定光線（２”）中に移動した凹面鏡（２４）によって生じる実焦点（２５）が測定物体（３０）中で横方向のイメージ比
【式１】
0003756993.tif 000002
で結像することを特徴とする、請求項１に記載の横解像度の向上したコヒーレンス生物測定及び断層撮影の方法。
【請求項４】
光ファイバ干渉計（９９）の測定光線（２”）中に移動した凹面鏡（１０６）によって生じる実焦点（１０７）が測定物体中で横方向のイメージ比１：１で結像することを特徴とする、請求項１に記載の横解像度の向上したコヒーレンス生物測定及び断層撮影の方法。
【請求項５】
干渉計の測定アーム中に移動した凸面鏡（４０）によって生じた虚焦点（４２）が測定物体中で結像することを特徴とする、請求項１に記載の横解像度の向上したコヒーレンス生物測定及び断層撮影の方法。
【請求項６】
レンズ（３８または４４）と平面鏡（３９または４５）の組合せからなる移動した光学系によって生じた実焦点（２５）または虚焦点（４２）が測定物体中で結像することを特徴とする、請求項１に記載の横解像度の向上したコヒーレンス生物測定及び断層撮影の方法。
【請求項７】
短コヒーレンス干渉計測定に基づき物体の表面上及び内部のある測定区間に沿って光返送部位の位置を測定するための横解像度の向上した二重光線法によるコヒーレンス生物測定及び断層撮影の方法であって、測定物体を測定光線と基準光線からなる二重光線で照射し、測定物体から返送された光中で干渉を起こすために前記二重光線干渉計の同じ光学長の測定アームと基準アームの間の経路長の調整を行い、測定区間に沿った物体中の光返送部位の位置を、この位置について調整に必要な測定アーム及び／または基準アームの長さ変更から決定し、その際に基準光線が物体の固定した光返送部位から反射され、一方測定光線は測定物体及び測定区間に沿って測定が移動する間にこうして形成された測定焦点中またはその上に合焦するという方法において、測定焦点（１３）の移動及び干渉計測定の経路長調整が、単一の光学素子（図１１の５５または図１２の２４）によって実現されることを特徴とするコヒーレンス生物測定及び断層撮影の方法。
【請求項８】
二重光線（２'＋２''）が修正マイケルソン（Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ）干渉計によって発生され、測定光線（２''）中で、移動した凹面鏡（５５）によって生じた実焦点（５６'）が、測定物体中にイメージ比１：１で結像することを特徴とする、請求項７に記載の横解像度の向上したコヒーレンス生物測定及び断層撮影の方法。
【請求項９】
二重光線（２'＋２''）が修正マッハ・ツエンダー（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）干渉計によって発生され、測定光線（２''）中で、移動した凹面鏡（２４）によって生じた実焦点（７２）が、測定物体中にイメージ比
【式１】
0003756993.tif 000003
で結像することを特徴とする、請求項７に記載の横解像度の向上したコヒーレンス生物測定及び断層撮影の方法。
【請求項１０】
干渉計の測定アーム中で、移動した凸面鏡（４０）によって生じた虚焦点（４２）が測定物体中に結像することを特徴とする、請求項７に記載の横解像度の向上したコヒーレンス生物測定及び断層撮影の方法。
【請求項１１】
干渉計の測定アーム中でレンズ（３８または４４）と平面鏡（３９または４５）の組合せからなる移動した光学系によって生じた実焦点（２５）または虚焦点（４２）が測定物体中に結像することを特徴とする、請求項７に記載の横解像度の向上したコヒーレンス生物測定及び断層撮影の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学式の医療用画像生成及び長さ測定技術の分野に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学式コヒーレンス距離測定（C. K. Hitzenberger「Optical Measurement of the Axial Eye Length by Laser Doppler Interferometry」、Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 32 (1991), Nr. 3, S. 616-624）及び光学式コヒーレンス断層撮影法（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. Puliafito, J. G. Fujimoto「Optical coherence tomography」, Science 254 (1991), S. 1178-1181）では、短いコヒーレンス長の光による干渉計測定法が、測定物体または撮像物体の内部における光返送部位の位置を突き止めるのに利用されている。
【０００３】
どちらの方法も、干渉計を使用した測定方法に基づくもので、厳密には短コヒーレンス干渉計測定法と呼ぶことができる。本明細書では、短コヒーレンス干渉計測定法とは、原理的に、短いコヒーレンス長の光を使用し、基準光線中の長さを干渉が発生するまで変化させることによって、測定光線中で測定すべき長さを求めるものをいう。干渉が発生するのは、使用する光のコヒーレンス長の内部での両方の光線の経路長が等しい場合だけである。その場合、基準光線の既知の長さが測定光線中の求める長さと等しくなる。この短コヒーレンス干渉計測定法では、測定物体が二重光線干渉計の測定アーム内にあって、干渉計の基準アームの光学長を測定アームの距離に合わせることによって物体長さが決定され（E. A. Swanson, D. Huang, M. R. Hee, J. G. Fujimoto,  C. P. Lin, C. A. Puliafito「High-speed optical coherence domain reflectometry」、Opt. Left. 17 (1992), S. 151-153）、あるいは二重光線干渉計から発生する二重光線（「ダブル・ビーム」、刊行物 A. F. Fercher, H. C. Li, C. K. Hitzenberger「Slit Lamp Laser Doppler Interferometer」、Lasers Surg. Med. 13 (1993), S. 447-452）で測定物体を照射し、前記二重光線干渉計中の経路差を測定物体中の光学距離に合わせることによって物体長を決定する。
【０００４】
これらの方法では、短コヒーレンス干渉計測定法によって、長手方向で、したがって照射光線の方向で、コヒーレンス長１ｃ＝λ2／Δλ（λ＝波長、Δλ＝使用光の帯域幅）などの、すなわち数μｍのサイズの非常に高い光学的分解能が得られる。一方、照射方向を横切る方向では、同様に良好な分解能が得られるのは例外的であり、とりわけ全物体深さにわたって同様に良好な横方向の光学的分解能が得られることはない。
【０００５】
本発明によれば、いわゆる動的コヒーレント焦点の使用により、全物体深さにわたって高くて同様に良好な分解能が達成される。動的コヒーレント焦点とは、ここでは、空間変位の際に常に基準点に対してコヒーレントである光束の焦点をいう。
【０００６】
合焦した光束は、厳密な位置決定及び物体の位置決めに以前から使用されている。ただし、その場合は、物体の深さ構造の決定ではなく、物体表面の位置の確認に使用されていた。例えば、ドイツ公開明細書ＤＥ２３３３２８１号（公開日１９７４年１月１７日）に、干渉計（ただし、短コヒーレンス干渉計ではない）を用いて光学系の焦点を調節する方法が記載されている。そこでは、測定光線を物体表面に合焦させ、反射光を基準光線と干渉させている。次いで干渉縞の形状に基づいて、物体表面が焦点にあるか否かを判定する。
【０００７】
したがって、この方法は、個々の物体表面の位置の確定に適しているにすぎず、本発明の方法の直接的代案にはならない。その上、この深さ構造の場合、スペックルと呼ばれる統計的干渉現象が発生し、それに対してさらに解釈が引き出される。物体表面の位置を決定するもう一つの方法は、米国特許第４５８９７７３号（特許日１９８６年５月２０日）に記載されている。この場合、物体表面を既知の光学式スプリットビーム顕微鏡の場合と同様に、測定光束で斜めに照射する。これにより、物体の長手方向の変位が、物体表面上での光スポットの横手方向の変位をもたらす。この光スポットの理想位置からのずれを電気信号に変換し、物体の位置を確定する。この方法も個々の表面の位置確定に適しているにすぎず、物体の深さ構造の登録には適していない。この方法は干渉計測定法に則って働くものではなく、したがって干渉計測定の感度をもたず、本発明の方法とは対比できない。
【０００８】
個々の物体表面の位置を確定する他の方法が、ＣＤディスクの合焦の問題に関連して知られている。すなわち、米国特許第４６３１３９５号（特許日１９８６年１２月２３日）と同第４８６６２６２号（特許日１９８９年９月１２日）である。これらの方法も個々の表面の位置確定に適しているにすぎず、干渉計測定法によって働くものではなく、したがって本発明の方法と対比できない。
【０００９】
一方、コヒーレンス生物測定及び断層撮影の方法における問題が、ＰＣＴ出願ＷＯ９２／１９９３０号「Method and apparatus for optical imaging and measurement」（優先権主張日１９９１年４月２９日、発明者D. Huang, J. G. Fujimoto, C. A. Puliafito, C. P. Lin, J. S. Schuman）に取り上げられている。この特許明細書では、物体表面全体にわたって、高くて同様に良好な解像度という問題が、測定焦点の移動と同時に偏向ミラーを基準光線経路内で同期的に移動させることによって達成されている。この方法については、のちに図５に関して詳しく説明する。測定焦点と偏向ミラーを基準光線中で同期して移動させるのは技術的に実施可能であるが、大きな機械的、電気的コストが余分にかかる。その上、一般に、測定光路中と基準光路中で屈折率が異なるので、測定焦点の幾何的変位が基準光線中の光学長の変化に対応しない。
【００１０】
本発明は、コヒーレント動的焦点によってこの２つの問題を解決し、焦点の変位と、測定光線と基準光線の間の光路長の調整を単一の光学素子の変位によって行うものである。
【００１１】
本発明の方法を図面に従って説明する。
【００１２】
図１には、ケスター二重プリズムを備えた干渉計が示してあり、ここではその光路が見やすいことから本願の基礎となる問題の説明に利用する。
【００１３】
光路内で光源１は（短い波の列で示される）短いコヒーレンス長の、ただし完全な空間コヒーレンスをもつ光線２を放出する。このような光源の例には、マルチモード半導体レーザ、スーパールミネッセンス・ダイオード、同調式半導体レーザがある。光線２は光線分割面４を有するケスター二重プリズム３を備えた干渉計に当たる。ケスター二重プリズムは、直角をはさむ長い辺で接合された２個の直角プリズムからなるものである。光線２のうち光線分割面４を貫通する部分２´は、基準光線として、ケスター二重プリズムの外表面５に当たり、反射されて干渉計の基準ミラー６に達する。光線２のうち光線分割面４で反射された部分は、ケスター二重プリズムの外表面７により測定光線２´´として光返送構造８´、８´´、８´´´を備える測定物体８に送られる。
【００１４】
基準ミラー６に当たった光線は、それによって反射されて、基準光線９としてケスター干渉計の外表面５を介して光線分割面４に当たり、そこで反射されて干渉計出力部にある光電検出器１１に達する。同様に、物体構造８´、８´´、８´´´で反射した測定光線１０は、外表面７と光線分割面４とを介して最終的に干渉計出力部にある光電検出器１１に達し、そこで基準光線９と干渉を起こす。
【００１５】
本発明について詳しく説明する前に、まずすべての干渉計の根本原理について指摘しておく。干渉計の光線では、光源から放出された光はまず例えば半透鏡（図１の光線分割面４）により基準光線（図１の２´）と測定光線（図１の２´´）に分割される。異なる経路をたどった後、測定物体から戻った測定光線（１０）と基準ミラーから戻った基準光線（９）は、例えば半透鏡（図１ではやはり光線分割面４）によって合体し、両方の光線が干渉を起こす。この干渉状態から両方の部分光線の光学長の差を推定することができる。
【００１６】
ここで使用する短コヒーレンス干渉計測定法は異なるように働く。図１では基準ミラー６の位置により基準光路（図１では、４から６に進み４に戻る）の長さが一義的に定義される。この短コヒーレンス干渉計測定法では短コヒーレンス長の光を使用する。しかし、干渉条件が満たされるとき、すなわち基準光路の光学長さ（＝幾何長さ×経路に沿った屈折率）が使用光のコヒーレンス長１ｃの大きさの公差内で測定光路の光学長（図１で４から実際の干渉計測定位置８´´´に達し４に戻る）に等しいときにのみ干渉が発生する。したがって、基準光路の長さにより、物体中のどの部位が測定されるかが定義され、すなわち実際の干渉計測定位置が定義される。実際の干渉計測定位置とは、測定光路中で、光線分割から光線合体までの測定光路の光学長が、光線分離から光線合体までの基準光路の光学長と等しい位置をいう。したがって、容易に測定できる基準光路の長さから、求める測定光路の長さが得られる。これについてはまず図１の干渉計でさらに詳しく説明する。
【００１７】
測定物体８のｚ方向の合計深さを得るために、基準ミラー６を基準光線２´の方向に対応する距離だけ変位させなければならない。その際に、干渉計出力部で生じる干渉が、一方では実際の測定位置または物体中の光返送部位の位置（分割面４から基準ミラーと同じ距離にある）の判定基準となり、他方では、そのときの実際の測定位置からの光返送の強さの尺度ともなる。すなわち、基準ミラーの位置が、物体内部のこの実際の測定位置のｚ位置を示し、測定部信号の強さＵが測定位置での光返送の強さの尺度となる。したがって、この短コヒーレンス干渉計測定の測定方法は、要約すると、物体内部の当該の光返送部位の位置（図１では例えば部位８´´´）を基準ミラーの位置（図１では例えば６の位置）から決定するものである。
【００１８】
基準ミラー６は、例えばステップ・モータで制御されるテーブルにより、あるいは電気力学的に、あるいは（測定距離が短い場合は）圧電気で変位させる。また、振動運動またはその他の運動を行うこともできる。基準光線の長さが物体中の光返送位置までの測定光線の長さに等しい限り、干渉計出力部で干渉が観察され、光電検出器１１が電気的交番信号Ｕを供給する。ここで、光電検出器１１が交番信号を供給する基準ミラー６の位置ｚを、例えば、ステップ・モータで制御されるテーブルの位置と当該の光電検出器信号Ｕに基づいて登録し、図２に示すように物体中の測定光線１０に沿った当該の光返送部位のｚ位置を得る。このような測定を、以下では「Ａ走査」または「線形走査」と呼ぶことにする。その結果は、医療用超音波技術の「Ａ像」に対応する。これがコヒーレンス距離測定の基本原理である。
【００１９】
コヒーレンス断層撮影法では、このような一連の干渉計距離測定を（例えばｘ方向に）隣接する位置で行い、「イメージ」として組み合わせる。物体を照射する光線２´´（図１参照）を各Ａ走査後に物体に向かって、例えばｘ方向に変位させると、行ごとに異なるｘ位置でｚ方向に物体構造が得られ、これらの行を１つの断面像（断層写真）に合成することができる。生じる干渉現象の強さが、測定位置の光返送の強さの尺度となる。こうして医療用超音波技術の「Ｂ像」に対応するイメージが得られる。これが光学式コヒーレンス断層撮影法の基本原理である。
【００２０】
物体を照射する光線２´´の変位は、例えば図３に示すように回転式または振動式の偏向ミラー１４によって行うこともできる。偏向ミラー１４の向きに応じて、異なる方向１５、１５´、１５´´で、あるいは対応するｘ位置で物体８の測定が行われる。干渉計出力部に現れる光電検出器信号の異なる強さを利用して、例えば電子式帯域ろ波の後に、断層撮影像１６を行ごとに構成することができる。
【００２１】
干渉計測定距離の長手方向（すなわちｚ方向）の光学的解像度は、先述のように、光束２のコヒーレンス長１ｃの大きさ程度である。１ｃは最近のスーパールミネッセンス・ダイオードでは，例えば１０μｍと非常に小さくすることができる。それに応じて、コヒーレンス距離測定及びコヒーレンス断層撮影法の長手方向解像度も良い。ただし、その場合、ｚ方向と直角な（横）平面内で光束の幅にわたって平均を出す（図４参照）。いずれにせよ、測定光線２´´の幅の内部では細部を区別することはできない。この問題を解決するため、図４に示すように、測定物体に導かれた測定光線２´´をレンズ光学系１２によって合焦させることができる。これによって、明らかに測定焦点１３で最大の横方向解像度が得られ、測定焦点１３からのｚ距離が増すにつれてこの解像度は低下する。実際の干渉計測定位置が測定焦点（１３）にある、すなわち基準光路の光学長が光線分割から測定焦点１３まで、さらに光線合体までの測定光路の光学長と等しい場合にのみ、最大の横解像度が得られる。この部位の外では、干渉計測定距離に沿った横解像度は著しく落ちる。
【００２２】
この問題は上記に引用したＰＣＴ出願ＷＯ９２／１９９３０号「Method and apparatus for optical imaging and measurement」では、測定焦点の移動と同時に偏向ミラーが基準光路中で同期して移動するように解決される。この方法は、図５では、基準ミラー６と合焦光学系１２のｚ方向の同期的移動（双頭矢印で示す）を保証する、固定結合１７によって示されている。これは、ＰＣＴ  ＷＯ９２／１９９３０特許明細書に記載されている方法に対応する。
【００２３】
基準光線中で測定焦点と偏向ミラーを同期して移動させることは技術的には可能であるが、第１に機械的また電子的コストが余分にかかる。第２に測定光路中と基準光路中では屈折率が異なるので、一般に測定焦点の幾何的移動が基準光線中の光学長の変化に対応しない。この方法は現況技術に対応する。本発明は、焦点の変位とこの変位による測定光線と基準光線の光学長の調整とを単一の光学素子で同時に行うという、コヒーレントな動的焦点によってこの両方の問題を解決する。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の技術的課題は、単一の移動する光学素子によって、一方では、干渉計測定距離に沿って移動する焦点を実現し、他方では、それと同時にこの焦点までの基準光路と測定光路の光学長を等しい大きさに保つことにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、移動する光学素子によって生じる物体中の（動点）焦点の適切な光学的結像によって、基準光路及び測定光路の（それによってコヒーレントになった）測定焦点までの光学長の調整を同時に保証することにより、全干渉計測定距離にわたって同じく良好かつ高い光学的横方向解像度を達成する。測定焦点の位置に関する物体光路の光学長を基準光路の光学長と同じ大きさにし、測定焦点のあらゆる変位及び位置についてそれを維持することによって（干渉条件）、基準光に対する測定焦点のコヒーレンスが、ここで問題になるすべての干渉計構成で達成される。そうすると、測定焦点から返送された光のみが、基準光と干渉を起こすことができ、それだけが干渉計測定に利用される。したがって「コヒーレント測定焦点」と称することができる。以下の構成例に示すように、これらの原理を実現するには、特別の撮像基準に従わねばならない。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下の構成例は、実際に重要な干渉計光路でコヒーレンス距離測定及びコヒーレンス断層撮影をどのようにすれば達成できるかを示すものである。
【００２７】
図６に、本発明の方法による眼科学でのコヒーレンス距離測定用の構成の第１の例を示す。ここでは例としてこの場合に狭義の測定物体である眼底３０内の光返送層間の距離の測定を扱う。この場合、虹彩２８´と水晶体２８´´が合焦光学系１２の課題を満たしている。眼底の代わりに別の物体８を測定することもできる。その場合は、図６に右下の点線枠内に示すように、光学系１２によって測定光線をその物体８上に合焦させる。
【００２８】
図６で、光源１が短いコヒーレント長の光線２を放出し、それがビーム・スプリッタ２０に当たり、そこで分割面４上で基準光線２´と測定光線２´´への光線分割が行われる。光線２のうち光線分割面４を真直ぐ透過する成分は、測定光線２´´としてビーム・スプリッタ２３を通過し、光学系２１によって焦点２２に合焦する。焦点２２は、偏向光学系として機能する凹面鏡２４の曲率中心にある。凹面鏡２４で反射した測定光線は、光学系２１によって再度コリメートされ、測定物体（眼）２８に達する。眼の光学系１２はこの光束を眼底３０上の測定焦点１３に合焦させる。眼底の代わりに別の測定物体８を使用する場合は、図７の点線枠内に示すように、別の光学系１２によって測定光線２´´をその物体上に合焦させる。眼底から返送された測定光線１０は凹面鏡２４に戻り、そこで再度反射され、ビーム・スプリッタ２３、２０により光電検出器３６に送られる。そこで測定光線１０は端部ミラー６で反射された基準光線９と干渉を起こす。
【００２９】
さらに、ここで絞り開口３３によって、コヒーレント測定焦点１３からきたのではない光成分を除去して、光電検出器の信号雑音比ならびにコヒーレンス生物測定と断層撮影の画質を改善することができる。
【００３０】
構成の表面における反射損を減らしここに記載する公知技術の既知の干渉計のビーム・スプリッタを最適化するために偏向光学系を使用できることに留意されたい。例えばビーム・スプリッタ２３の部位に偏向ビーム・スプリッタを配置する。このビーム・スプリッタが有効に機能するには、衝突した光束の偏向方向を調節するためにビーム・スプリッタ２０と２３の間に回転可能な半波長板を配置しなければならない。さらに、ビーム・スプリッタ２３と光学系２１の間に四分の一波長板を配置しなければならない。しかし、これは公知技術に属するので、ここではこれらの要素の厳密な機能について詳しく触れることはしない。
【００３１】
図７に、マッハ・ツエンダー（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）干渉計と類似の光路に基づく方法による眼科学におけるコヒーレンス距離測定用装置の別の例を示す。この場合も、この場合の狭義の測定物体である眼底３０の光返送層の間の距離の測定を取り上げる。この場合も光彩２８'と水晶体２８''は合焦光学系１２の課題を満たしている。ここでも眼底の代わりに別の物体８を測定することもでき、その場合は、図７の左下の点線枠内に示すように、光学系１２によって測定光線をその物体上に合焦させる。
【００３２】
図７で、光源１は短いコヒーレンス長の光線２を放出し、それがビーム・スプリンタ２０に当たり、そこで基準光線２´と測定光線２´´の光線分割が行われる。光線分割面４で反射された基準光線２´は偏向ミラー３４によって光電検出器３６を備える干渉計出力部に反射され、そこで干渉計の測定アームから来た光束と干渉を起こす。偏向ミラー３４は基準光線と測定光線の（測定焦点１３までの）光学的経路長のバランスをとるために、図で双頭矢印で示すように軸方向に変位させることができる。光線２のうち光線分割面４を真直ぐ貫通した成分は測定光線２´´として光学系２１により焦点２２で合焦する。焦点２２は偏向光学系として機能する凹面鏡２４の曲率中心にある。焦点２２から発散した測定光線２´´はビーム・スプリッタ２３により合焦用測定光ミラー（凹面鏡）２４に向かい、それによって、やはり凹面鏡２４の曲率中心にある焦点２５で合焦する。焦点２５から発散した測定光線２´´はさらにビーム・スプリッタ２６を通過し、光学系２７によって焦点２５´で合焦し、続いて光学系２７´によって測定物体（眼）２８に導かれる。眼の光学系１２はこの光束を眼底３０上の測定焦点１３に合焦させる。眼底の代わりに別の測定物体８を使用する場合は、図７に点線枠で示すように、測定光線２´´を別の光学系１２によってこの物体上に合焦させる。測定焦点１３から返送された光は、ビーム・スプリッタ２６と３５を経て干渉計出力部に達し、そこで基準光束と干渉を起こす。
【００３３】
ケスター干渉計を有する図５の例とは異なり、図６及び図７による構成では、測定光ミラー２４が双頭矢印で示すようにｚ方向に距離Δｚだけ移動する。これは、例えばステップ・モータで制御した走査テーブルを用いて実現でき、あるいは交流で操作される圧電式マウントによって、もしくは図８ａに示すように電気力学的に行うことができる。それに対応して測定光線２´´の焦点２５が距離２×Δｚだけ移動する。その結果、最終的にはコヒーレント測定焦点１３も、先にケスター干渉計について述べたのと同様に、物体中を測定区間に沿ってｚ方向に変位する。物体内部の光返送部位の位置は、そのときの測定光ミラー２４の位置から一義的にわかる。
【００３４】
図８ａには、測定光ミラー２４を移動させる別の手段が示してある。この図では、凹面鏡２４が弾性金属枠８０に固定されている。この金属枠は安定ペデスタル８１上に端部が固定されている。金属枠の凹面鏡と反対の側には軟質の磁気プランジャ８２が固定されている。このプランジャは磁気コイル８３中に突き出している。これを通って電流源８４から適当な交流が送られ、プランジャはコイル８３によって発生する磁界の作用により凹面鏡２４と一緒にｚ方向に移動する。
【００３５】
測定光ミラーを距離Δｚだけ移動させるもう一つの手段を図８ｂに示す。この場合は、凹面鏡２４が軸８６の周りを回転するディスク８５の周囲に取り付けられている。複数の測定光ミラー２４´、２４´´を周囲に取り付けて、ディスク８５の少数の回転で比較的高い測定速度を得ることもできる。
【００３６】
図８ａによる構成でも、図８ｂによる構成でも、偏向光学系として、凹面鏡２４の代わりに図９に示すようなレンズと平面鏡の組合せ、あるいは図１０ａに示すような凸面鏡、あるいは図１０ｂに示すような他の組合せを使用することができる。
【００３７】
本願の重要なポイントは、動的焦点１３までの基準光路と測定光路の設定光路差をゼロ（干渉条件）に維持することである。そのためには、移動した光学素子によって生じる測定焦点中１３の焦点の光学的結像（例えば、図６で光学系２１及び眼の光学系の上方の焦点２２の像）を、測定物体中で焦点が移動するにもかかわらず焦点までの測定光路の光学的光路長が変化しないままとなるように実施しなければならない。図６の光路の場合に、測定光が、移動した偏向ミラー２４と測定焦点１３の間の区間を２回、かつ偏向ミラー２４とビーム・スプリッタの間の区間をさらに２回通過することを考慮すると、焦点２２が倍率１：１で眼底で結像する場合に、この全光路の光学長が測定焦点が移動しても一定に保たれることになる。その際に偏向ミラーがΔｚだけ変位すると、焦点２２及び１３は２×Δｚだけ変位する。１：１の結像を保証するには、光学系２１の焦点距離が光学系１２の焦点距離に等しくなければならない。眼の全長、さらにはその光学系の焦点距離が様々に異なることを考慮に入れるため、光学系２１をズーム式とし、光軸中で変位可能に設計することができる。その場合、コヒーレント測定焦点１３は測定ミラーと同じ距離Δｚだけ変位し、すべての焦点位置で干渉条件が満たされる。これは本発明の方法に対応する。
【００３８】
【実施例】
図７による構成では、測定光路と基準光路の設定光路差をゼロに維持するために（干渉条件）、測定焦点１３中での焦点２５の光学的結像を凹面鏡２４がΔｚだけ移動した場合に測定焦点１３も同様にΔｚだけ移動するように実施しなければならない。これは測定焦点１３中の焦点２５（これは２×Δｚ変位する）の（長手方向）倍率が合計１：１／２になるようにすることによって達成される。幾何光学の有名な定理（例えばＨ．Ｈａｆｅｒｋｏｒｎ、Optik、J. A. Barth Verlag Leipzig、ISBN 3-335-00363-2、1994、p. 191参照）によれば、深さ倍率は横倍率の二乗に比例するので、焦点２５´中の焦点２５の結像は、横倍率
【００３９】
【式１】
に縮小して実施しなければならない。これは、光学系２７の焦点距離を適当に選択することによって容易に達成できる。図７の構成では、そのためにまず焦点２５を光学系２７´の焦点面で焦点２５´に、横倍率
【００４０】
【式１】
で結像させ、続いて光学系２７´と１２により焦点２５´を測定焦点１３に、１：１で結像させることによって実施する。１：１の倍率を保証するには、光学系２７´の焦点距離が光学系１２の焦点距離と等しくなければならない。眼の全長、さらにはその光学系の焦点距離が様々に異なることを考慮するために、光学系２７´をズーム式に設計することができる。その場合、コヒーレント測定焦点１３は測定ミラーと同じ距離Δｚだけ変位し、すべての焦点位置で干渉条件が満たされる。これは本発明の方法に対応する。
【００４１】
コヒーレント測定焦点が移動する場合に、移動した焦点２５、２５´、１３の倍率を適当に選択することにより、干渉条件を維持するのに多数の方法が使用できることは明らかである。例えば図７の光路中で、測定光ミラー２４により焦点２２を（横）倍率
【００４２】
【式１】
で焦点２５に結像させることができる。その場合、光学系２７を省略して、焦点２５を焦点１３に、１：１で結像されることができ、この場合も眼の全長が異なることを考慮するため光学系２７´はズーム式として設計することができる。したがって最初に測定焦点１３の上方の測定光線の光学的光路長を基準光線の光学長と等しくすると、これを測定物体中を移動させた場合でも、その状態のままになり、したがってコヒーレント測定焦点の干渉条件が満たされる。これは本発明の方法に対応する。
【００４３】
測定物体から返送された光は、眼の光学系（または光学系１２）によって再度近似的にコリメートされ、光学系２７´と２７によりビーム・スプリッタ２６を経て焦点３２に合焦される。測定物体から返送される光線中の焦点３２は、同様に軸方向に移動する。この場合、一緒に移動する絞り開口３３により、コヒーレント測定焦点１３から来たのではない光成分を除去することができる。そのためには、絞り開口３３が焦点３２と同期して移動しなければならないが、これは例えばステップ・モータで制御した走査テーブルあるいは圧電操作式マウントあるいはその他の方法で達成できる。
【００４４】
ビーム・スプリッタ２０から偏向ミラー３４を経てビーム・スプリッタ３５までの基準光路の光学長は、干渉条件を設定するために偏向ミラー３４（双頭矢印で示す）を測定光路の光学長に等しいだけ変位させることによって行う。この測定光路は、分割面２０からビーム・スプリッタ２３を経て凹面鏡２４に至り、そこからビーム・スプリッタ２３を経て焦点２５に至り、さらにビーム・スプリッタ２６を経て光学系２７、２７´を通り測定部位の測定焦点１３に至り、そこから戻ってビーム・スプリッタ２６を経て焦点３２に至り、さらに光学系３７を経てビーム・スプリッタ３５に至る。すなわち、基準光路と測定光路の光字的経路差は、コヒーレント測定焦点１３が移動した場合でもゼロのままであり、コヒーレント測定焦点から返送された光のみが基準光と干渉を起こすことができる。これは本発明の方法に対応する。
【００４５】
図７の干渉計において、図１０ａに示すように凸面線４０を測定光ミラーとして使用することもできる。この場合、測定光線２´は光学系４１により凸面線４０の曲率中心４２で合焦する。この虚焦点（４２）から発散する戻り測定光線２´は、光学系４３により焦点２５で合焦する。その他の光路は、図７と同じとすることができる。同様に、最後に図１０ｂに示すように凸面線４０を凹レンズ４４と平面鏡４５の組合せで置き換えることができる。
【００４６】
図１１には網膜の距離測定に使用する、マイケルソン（Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ）干渉計光路に基づく二重ビーム法の光路における本発明の方法を示す。この方法では、測定物体を二重光線２'＋２''、すなわち基準光線２'と測定光線２''からなるすなわち「二重ビーム」で照射する。この二種の光線は次のように生成する。
【００４７】
光源１から出た短いコヒーレンス長１ｃをもつ空間的にコヒーレントな光線２を光学系５０により焦点５１で合焦させる。焦点５１から発散する光束は、一部はビーム・スプリッタ５２を通過して基準光束２´として凸面基準ミラー５４上に当たる。基準光束はそこで反射され、焦点５３で合焦する。この基準光束は、ビーム・スプリッタ５２上で反射された後、光学系５８によって眼に導かれる。光束２´のうち角膜前面５９で反射された部分は、二重ビーム法では干渉計出力部で基準光として機能する。これは光学系５８によりビーム・スプリッタ５７を経て絞り開口６０上に投射され、光学系６１により光電検出器６２上に投射され、ここで測定光と干渉を起こす。
【００４８】
さらに、焦点５１から発散する光束２は、ビーム・スプリッタ５２により測定光束２´´として測定光ミラー（凹面鏡）５５に向かうが、本発明によればこの凹面鏡によって
【００４９】
【式１】
の（横）倍率で焦点５６´に合焦しなければならない。凹面鏡５５は、ｚ方向での測定を行うため、先に述べたものと同様にステップ・モータで制御した走査テーブル、あるいは圧電操作式マウントにより、あるいはその他の方法で、双頭矢印で示すようにｚ方向に距離Δ２だけ移動させる。その場合、焦点５６´は、像が縮小されるのでやはりΔ２だけ変位し、測定光線中の光字的光路長が２×Δ２だけ短縮する。さらに、焦点５６´は光学系５８と眼の光学系１２によって網膜上の測定焦点１３に合焦する。光学系５８の焦点距離が眼の光学系１２の焦点距離と等しい場合、この結像は倍率１：１となる。したがって測定焦点１３は、Δ２だけ変位し、測定光路のこの部分の光学長は２×Δ２（往復分）だけ長くなる。偏向ミラー５４の適当な位置を通る基準光路長を、測定焦点１３に至り戻ってビーム・スプリッタ５７で光線が合体するまでの測定光路の光学長と等しくすると、コヒーレント測定焦点の干渉条件が満たされ、したがって測定焦点のすべての位置で、基準光路の光学長が、光線分割５２からコヒーレント測定焦点１３を経て光線の合体５７に至るまでの物体光路の光学長と等しいという本発明の条件が満たされる。こうして、コヒーレント測定焦点１３がｚ方向に変位する際に、この返送光のみが基準光と干渉を起こすことができ、それだけが干渉計測定に使用される。これは本発明に対応する。
【００５０】
コヒーレント測定焦点１３から返送された光は、眼の光学系１２と光学系５８によりビーム・スプリッタ５７を経て焦点６３で合焦する。焦点６３は、またコヒーレント測定焦点１３と同期して軸方向に移動する。絞り開口６０によりコヒーレント測定焦点１３からきたのではない光成分を除去することができる。そのためには、絞り開口６０は、もちろん焦点６３と同期して移動しなければならないが、それは例えば、ステップ・モータで制御した走査テーブルによって、あるいは圧電操作式マウントによって、あるいはその他の方法で実施できる。
【００５１】
コヒーレント断層撮影法を実施する場合、先に述べたように、例えばｘ方向に緊密に隣接する一連のＡ走査測定を行う。図１２に、修正マッハ・ツエンダー（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）干渉計に基づいて網膜の断層写真を得るための眼科学の例を示す。光源１から短コヒーレントな光束２が出る。この光束は光線分割面４によって基準光線２'と測定光線２''に分割される。測定光線２''は偏向ミラー７０とビーム・スプリッタ７１によって移動する測定光ミラー２４上に導かれる。このミラー２４は測定光束２''を焦点７２に合焦させる。焦点７２は光学系７３と７４によって走査ミラー７５を経て焦点７６に結像し、さらに光学系７７と眼の光学系１２によってコヒーレント測定焦点１３に結像する。回転可能なミラー７５が測定光束２''または焦点１３を眼の眼底部３０の様々な部位に導き、断層写真の撮影を可能にする。コヒーレント測定焦点１３から返送された光束１０は同じ経路をたどってビーム・スプリッタ４まで戻り、ビーム・スプリッタを通過し、光学系７８により絞り開口７９を通って光電検出器９０に導かれる。
【００５２】
基準光束２´は、基準光路と測定光路の光学的経路長を調整する働きをするペンタプリズム９１により偏向ミラー９２に、そしてそこから光学系９３に導かれる。その後基準光束２´は光学系９３によって拡大され、光学系９４によりビーム・スプリッタ９５を経て眼の角膜付近に合焦または反射される。角膜で反射された光束９は同じ経路をたどってビーム・スプリッタ４まで戻り、そこで光学系７８により絞り開口７４を通って光電検出器９０に導かれ、眼底から来た光束と干渉を起こす。
【００５３】
基準光に対する焦点１３のコヒーレンスは、基準光束と測定光束の光学的経路の調整によって達成される。この場合、測定光ミラー２４に平行光束が当たり、焦点７２で合焦する。この場合、測定光ミラー２４は焦点７２と同じ距離だけ一緒に移動するので、本発明によれば焦点は、一度は光学系７３と７４を通って７６へ、一度は光学系７７と１２を通って１３へと２回、１：１で結像される。眼の長さが異なることを考慮に入れるため、これらの光学系の一方をズーム式にすることができる。鏡２４を軸方向に距離Δｓだけ変位させると、この部位までの測定光路中の光学長が２×Δｓだけ短縮する。焦点１３は距離Δｓだけ変位するので、眼において測定光路の光学長は２×Δｓ（往復分）だけ長くなり、したがって、測定光路の合計光学長は基準光路の光学長と等しいままとなる。これは本発明に対応する。
【００５４】
コヒーレンス断層撮影法に、図６及び図７のコヒーレンス距離測定を使用することは、干渉計と測定物体２８の間に回転式走査ミラーを配置することによっても実現できることに留意されたい。この走査ミラーは、測定光線２´´を測定物体の異なるｘ位置に導き、そこでＡ走査測定を行う。
【００５５】
最後に、本発明の方法を光ファイバ断層撮影装置に使用した例を示す。図１３で光源１は短コヒーレント光線２を出し、それが光学系１００によって光ファイバ・カップラ１１５を備える、光ファイバマイケルソン（Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ）９９干渉計の入力面１０１に導かれる。光線２は光ファイバ・カップラによって基準光線２'と測定光線２''に分割される。基準光線２'は光学系１０２によって基準ミラー１０３上に導かれる。この基準ミラーは、干渉条件（干渉計のビーム・スプリッタから基準ミラー１０３及びコヒーレント測定焦点１３までの光路長に等しい）を設定するために、双頭矢印で示すように光線方向に変位させることができる。
【００５６】
測定光線２´´は光学系１０４によってコリメートされ、ビーム・スプリッタ１０５を通って測定光ミラー（凹面鏡）１０６に導かれる。この凹面鏡１０６は、移動したコヒーレント測定焦点を実現するのに使用される。この凹面鏡は、双頭矢印で示すように光線方向に距離Δｓだけ移動する。凹面鏡１０６は測定光束２´´を焦点１０７で合焦させる。焦点１０７はこの場合、測定光ミラー１０６と同様に光線軸の方向に同じ距離Δｓだけ変位している。この場合も図８ａ、８ｂ、９、１０ａ、１０ｂに示すように凹面鏡１０６の代替物が使用できる。
【００５７】
焦点１０７は光学系１０８を通り、走査ミラー１０９を経て焦点１１０で結像する。焦点１１０はさらに光学系１１１と眼の光学系１２（虹彩と水晶体）を通って眼底のコヒーレント測定焦点１３に結像する。走査ミラー１０９は、断層撮影法を実現するために測定光線２´´を測定物体（この場合は眼底）上の異なる位置に導く働きをする。測定物体中の光返送部位のｓ位置は、測定ミラー１０６の当該位置から得られる。
【００５８】
この場合は焦点１０７を生成する偏向ミラー１０６が平行光束で照射されるので、焦点１０７は偏向ミラー自体と同じ距離Δｚだけ変位する。したがって、関連する光学系１０８、１１１、１２の屈折率を適切に選択することによって、焦点１０７をすべて１：１の倍率で測定焦点１３中に結像させなければならない。眼の全体長が異なることを考慮に入れるため、光学系１１１はズーム式にすることができ、その場合、その屈折率は眼の屈折率に等しくする。そうすると、測定光路中の光学長が、コヒーレント測定焦点１３が移動した場合でも一定のままとなり、対応する同調を行う場合でも基準光路の光学長と等しいままとなる（干渉条件）。これは本発明に対応する。
【００５９】
コヒーレント測定焦点１３及び基準ミラー１０３から返送された光束１０または９は光ファイバ干渉計中で重ねられ、干渉計出力部１１２から出て、光学系１１３により光電検出器１１４に導かれ、そこで光電検出器信号Ｕが発生し、断層撮影法による像の合成に使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】ケスター二重プリズムを備えた干渉計（本文中では「ケスター干渉計」との略称を用いる）に基づく光学式コヒーレンス距離測定法を示す図である。
【図２】医療用超音波技術におけるＡ像に対応する光学式コヒーレンス距離測定の基準ミラーのｚ位置に沿った光電検出器の信号Ｕを示す図である。
【図３】コヒーレンス断層撮影用の干渉計の例を示す図である。
【図４】物体光線の合焦の際のケスター二重プリズムを備える干渉計に基づく光学式コヒーレンス距離測定法を示す図である。
【図５】図４に対して基準ミラーが距離Δｚだけ変位し、合焦用光学系が同じ距離Δｚだけ変位した、ケスター二重プリズムを備える干渉計に基づく光学式コヒーレンス距離測定法を示す図である。
【図６】マイケルソン（Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ）干渉計に基づく短コヒーレンス干渉計測定法によって眼内距離を測定する例における本発明の方法の実施形態を示す図である。
【図７】マッハ・ツエンダー（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）光路に基づく短コヒーレンス干渉計測定法によって眼内距離を測定する例における本発明の方法の実施形態を示す図である。
【図８ａ】周期的に移動する焦点を作成するための技術的解決策を示す図である。
【図８ｂ】連続的に移動する焦点を作成するための技術的解決策を示す図である。
【図９】移動焦点を作成するための代替策を示す図である。
【図１０ａ】移動焦点を作成するためのもう一つの代替策としての移動する虚焦点を示す図である。
【図１０ｂ】移動焦点を作成するためのもう一つの代替策としての、移動する凸レンズ及び一緒に移動する平面鏡を用いて作成した移動する仮想焦点を示す図である。
【図１１】「二重ビーム」法によって眼内距離を測定する例の本発明による方法の実施形態を示す図である。
【図１２】眼科学からの例における光学式断層撮影法での本発明の方法の使用を例示する図である。
【図１３】光ファイバ干渉計に基づく光学式断層撮影法での本発明の方法の使用を例示する図である。
【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８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１３】
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【図１１】
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【図１２】
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