オプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置及び断層像の撮影方法
【課題】 僅かな数の光検出器を備えただけで、断層像の高速撮影を可能とするＯＣＴ装置を提供すること。
【解決手段】 所定の波長帯域を有する広帯域光パルスを広帯域光パルス生成ユニットと、前記広帯域光パルスを分波して、波長帯域が前記所定の波長帯域より狭い複数の狭帯域光パルスを発生し、夫々の前記狭帯域光パルスを異なる時間遅延させた後合波して、中心波長の異なる複数の光パルスからなる光パルス列を生成する光パルス分波遅延合波ユニットとを有すること。
【解決手段】 所定の波長帯域を有する広帯域光パルスを広帯域光パルス生成ユニットと、前記広帯域光パルスを分波して、波長帯域が前記所定の波長帯域より狭い複数の狭帯域光パルスを発生し、夫々の前記狭帯域光パルスを異なる時間遅延させた後合波して、中心波長の異なる複数の光パルスからなる光パルス列を生成する光パルス分波遅延合波ユニットとを有すること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置及び断層像の撮影方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
オプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー（Optical Coherence Tomography; OCT）は、光の干渉現象を利用した断層撮影技術であり、網膜の断層撮影等に応用されている。
【０００３】
近年、ＯＣＴの撮影速度は飛躍的に向上しており、特に、最近開発された、広帯域光を干渉させた後分光する方法によれば、３次元断層像の動画を撮影することもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００８／０９０５９９
【特許文献２】特開２００５−１５６５４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、この方法を実施するには、数百個の光検出器が必要であり、断層撮影装置が大型且つ複雑になる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、僅かな数の光検出器を備えただけで、断層像の高速撮影を可能とするＯＣＴ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の観点によれば、所定の波長帯域を有する広帯域光パルスを広帯域光パルス生成ユニットと、前記広帯域光パルスを分波して、波長帯域が前記所定の波長帯域より狭い複数の狭帯域光パルスを発生し、夫々の前記狭帯域光パルスを異なる時間遅延させた後合波して、中心波長の異なる複数の光パルスからなる光パルス列を生成する光パルス分波遅延合波ユニットと、前記光パルス列を、測定光パルス列と参照光パルス列に分岐する光分岐器と前記測定光パルス列を測定対象に照射し、且つ前記測定光パルス列が前記測定対象により後方散乱されて発生した後方散乱光パルス列を補足する光パル照射/補足ユニットと、前記参照光パルス列と前記後方散乱光パルス列を結合して、結合光パルス列を形成する光結合器と、前記結合光パルス列の各光パルスの光強度を測定する光パルス強度測定ユニットと、前記結合光パルス列の各光パルスの波数により、前記強度に対応する測定データをフーリエ変換し、フーリエ変換した前記測定データに基づいて、前記測定対象の断層像を導出する断層像導出ユニットを有するＯＣＴ装置が提供される。
【０００８】
本発明の第２の観点によれば、中心波長の異なる複数の光パルスからなる光パルス列を分岐して測定光パルス列を形成した後、前記測定光パルス列を測定対象に照射して、前記測定対象の断層像を導出するオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置に用いられる光源であって、所定の波長帯域を有する広帯域光パルスを生成する広帯域光パルス生成ユニットと、前記広帯域光パルスを分波して、波長帯域が前記所定の波長帯域より狭い複数の狭帯域光パルスを発生し、夫々の前記狭帯域光パルスを異なる時間遅延させた後合波して、前記光パルス列を生成する光パルス分波遅延合波ユニットとを有するオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置用光源が提供される。
【０００９】
本発明の第３の観点によれば、所定の波長帯域を有する広帯域光パルスを生成する広帯域光パルス生成ステップと、前記広帯域光パルスを分波して、波長帯域が前記所定の波長帯域より狭い複数の狭帯域光パルスを発生し、夫々の前記狭帯域光パルスを異なる時間遅延させた後合波して、中心波長の異なる複数の光パルスからなる光パルス列を生成する光パルス分波遅延合波ステップと、前記光パルス列を、測定光パルス列と参照光パルス列に分岐する光分岐ステップと、前記測定光パルス列を測定対象に照射し、前記測定光パルス列が前記測定対象により後方散乱されて発生した後方散乱光パルス列を補足する光パルス照射/補足ステップと、前記参照光パルス列と前記後方散乱光パルス列を結合して、結合光パルス列を形成する光結合ステップと、前記結合光パルス列の各光パルスの光強度を測定する光強度測定ステップと、前記結合光パルス列の各光パルスの波数により、測定した前記光強度に対応する測定データをフーリエ変換し、フーリエ変換した前記測定データ及び前記照射位置に基づいて、前記測定対象の断層像を導出する断層像導出ステップとを有する断層像の撮影方法が提供される。
【００１０】
本発明の第４の観点によれば、中心波長の異なる複数の光パルスからなる光パルス列を分岐して測定光パルス列を形成した後、前記測定光パルス列を測定対象に照射して、前記測定対象の断層像を導出する断層像の撮影方法に用いられる前記光パルス列の生成方法であって、所定の波長帯域を有する広帯域光パルスを生成する広帯域光パルス生成ステップと、前記広帯域光パルスを分波して、波長帯域が前記所定の波長帯域より狭い複数の狭帯域光パルスを発生し、夫々の前記狭帯域光パルスを異なる時間遅延させた後合波して、前記光パルス列を生成する光パルス分波遅延合波ステップとを有する断層像撮影用の光パルス列の生成方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、僅かな数の光検出器を備えるだけで、断層像の高速撮影を可能とするＯＣＴ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態のＯＣＴ装置の構成図である。
【図２】広帯域光パルスの光強度の時間変化を説明する図である。
【図３】光パルス幅Δｔに対応する期間内における、広帯域光パルスの瞬間光スペクトルを説明する図である。
【図４】広帯域光パルスの時間分解光スペクトルである。
【図５】実施の形態の光遅延器の構成を説明する概略図である。
【図６】狭帯域光パルス列の時間分解スペクトルである。
【図７】実施の形態のＯＣＴ用光源の構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。尚、図面が異なっても対応する部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００１４】
（１）構 成
（i）広帯域光パルス生成ユニット
図１は、本実施の形態のＯＣＴ装置２の構成図である。尚、以後特に説明しないが、下記光学装置は、夫々、実線で示す光ファイバーにより光学的に接続されている。
【００１５】
図１に示すように、本ＯＣＴ装置２は、後述する断層像導出ユニット６０が発生するトリガに応答して、広帯域光パルス（Broad Band Optical Pulse）５を繰り返し生成する広帯域光パルス生成ユニット４を有している。広帯域光パルス生成ユニット４は、例えば、ＳＬＤ６（Super Luminescent Diode; SLD）と、このＳＬＤ６に電圧パルスを印加して駆動する電圧パルス発生機８（Pulse Generator; PG）８を有している。
【００１６】
図２は、広帯域光パルス５の光強度（光パワー）の時間変化を説明する図である。横軸は、時間である。縦軸は、光強度（光強度の瞬間値、以下同様）である。
【００１７】
図２に示すように、広帯域光パルス生成ユニット４は、広帯域光パルス５を繰り返し生成する。広帯域光パルス５の時間間隔Ｔは、例えば、１２８ｎｓ〜５１２０ｎｓである。また、広帯域光パルス５の持続時間の半値全幅（光強度が、その最大値Ｐmaxの１/２以上になる時間）、すなわち光パルス幅Δｔは、例えば、０.５ｎｓ〜５ｎｓである。
【００１８】
図３は、光パルス幅Δｔに対応する期間（以下、光パルス持続期間と呼ぶ）内における、広帯域光パルス５の瞬間光スペクトル（一の時刻における光スペクトル）を説明する図である。横軸は、波長である。縦軸は、光パワー密度（単位波長当たり光強度）である。
【００１９】
図３に示した波長範囲ｗｒは、広帯域光パルス５の光パワー密度が、その最大値の１/２以上になる波長範囲（以下、光パルス波長範囲と呼ぶ）を示している。この光パルス波長範囲ｗｒは、光パルス持続期間内で一定であることが好ましいが、一般的には時間と共に僅かに変化する。本実施の形態では、光パルス持続期間内の全時刻における各光パルス波長範囲ｗｒに共通する波長範囲（すなわち、光パルスの波長帯域）が、所定の波長範囲（例えば、１５２５ｎｍ〜１５７５ｎｍ）になるように、ＳＬＤ６及びその駆動条件が選択されている。
【００２０】
図４は、広帯域光パルス５の時間分解光スペクトル１６である。図４に示すように、時間分解光スペクトル１６は、時間に対応する時間軸１０と、波長に対応する波長軸１２と、光パワー密度（単位波長当たり光強度）に対応する光パワー密度軸１４を有している。
【００２１】
図４に示すように、本実施の形態の広帯域光パルス５は、所定の光パルス幅Δｔ（例えば、０.５ｎｓ〜５.０ｎｓ）を有し、略一定の時間間隔Ｔ（例えば、１２８ｎｓ〜５１２０ｎｓ）で繰り返し生成される。また、広帯域光パルス５は、十分に広い所定の波長帯域ＷＲ（例えば、１５２５ｎｍ〜１５７５ｎｍ）を有している。
【００２２】
（ii）光パルス分波遅延合波ユニット
また、本ＯＣＴ装置２は、広帯域光パルス生成ユニット４が生成した広帯域光パルス５から、中心波長の異なる光パルスからなる光パルス列を、生成する光パルス分波遅延合波ユニット１８を有している。
【００２３】
本実施の形態の光パルス分波遅延合波ユニット１８は、図１に示すように、ＳＬＤ６により生成され光入射口２４に入射した広帯域光パルス５を、光入出射口２６から出射させる第１の光サーキュレータ２７を有している。ここで、光入射口２４は、第１の光サーキュレータ２７に属する。
【００２４】
また、本光パルス分波遅延合波ユニット１８は、第１のサーキュレータ２７の光入出射口２６から出射し、広帯域光入出射口２８に入射した広帯域光パルス５を分波して、複数の狭帯域（narrow band）光パルスを生成し、生成した狭帯域光パルスの夫々を対応する狭帯域光入出射口３０から出射する光合分波器３２を有している。本実施の形態の光合分波器３２は、図１に示すように、アレイ光導波グレーティング（Arrayed Waveguide Grating; ＡＷＧ）である。このＡＷＧのチャネル数は、例えば２５６〜１０２４である。ここで、広帯域光入出射口２８及び狭帯域光入出射口３０は、光合分波器３２に属する。
【００２５】
また、光パルス分波遅延合波ユニット１８は、光合分波器３２の狭帯域光入出射口３０から出射した夫々の狭帯域光パルスを、夫々異なる時間遅延させた後、狭帯域光入出射口３０に入射させる複数の光遅延器３４を有している。
【００２６】
図５は、本実施の形態の光遅延器３４の構成を説明する概略図である。本実施の形態の光遅延器３４は、図５に示すように、例えば金の蒸着膜からなる反射鏡３５が一端に形成された光ファイバー３６である。そして、光ファイバー３６の他端は、ＡＷＧ３２の狭帯域光入出射口３０に接続されている。ここで、光ファイバー３６の長さは、短いものから順番に、所定の長さ（例えば、略７.５ｃｍ〜７５ｃｍ）の１倍、２倍、３倍・・・である。尚、光ファイバー３６の長さ１５ｃｍは、１ｎｓの遅延時間に相当する。
【００２７】
遅延された狭帯域光パルス２２が入射した光合分波器３２は、この狭帯域光パルスを合波して光パルス列（以下、狭帯域光パルス列と呼ぶ）を生成し、生成した狭帯域光パルス列を広帯域光入出射口２８から出射させる。
【００２８】
次に、広帯域光入出射口２８から出射した狭帯域光パルス列２０が、第１の光サーキュレータ２７の光入出射口２６に入射し、第１の光サーキュレータ２７の光出射口３７から出射する。
【００２９】
図６は、狭帯域光パルス列２０の時間分解光スペクトルである。図６に示すように、本実施の形態の狭帯域光パルス列２０の各狭帯域光パルス２２は、略一定の光パルス幅Δｔnb（例えば、０.５ｎｓ〜５.０ｎｓ）と、略一定の波長帯域ＷＲｎｂ（例えば、０．０５〜０．２０ｎｍ）を有している。
【００３０】
上述したように、狭帯域光パルス２２は、広帯域光パルス５を、ＡＷＧ３２により分波して形成する。従って、狭帯域光パルス２２の光パルス幅Δｔnbは、広帯域光パルス５の光パルス幅Δｔと略同じ所定の値である。また、狭帯域光パルス２２の光パルス波長帯域ＷＲｎｂは、ＡＷＧ３２のチャネル幅と略同じ所定の値である。
【００３１】
ＡＷＣ３２により形成された各狭帯域光パルス２２は、ＡＷＧ３２の狭帯域光入出射口３０を略同時に出射し、夫々、光遅延器３４により異なる時間Ｄ１,Ｄ２,Ｄ３・・・遅延される。その後、各狭帯域光パルス２２は、ＡＷＧ３２の各狭帯域光入出射口３０に入射した後合波されて、図６に示すような狭帯域光パルス列２０になる。ここで、各狭帯域光パルス２２の遅延時間Ｄ１,Ｄ２,Ｄ３・・・は、各狭帯域光パルス２２を重ならせない時間（正確には、各狭帯域光パルス２２の光パルス持続期間を重ならせない遅延時間）であることが好ましい。すなわち、各狭帯域光パルス２２の間隔（＝Ｄ２−Ｄ１,Ｄ３−Ｄ２・・・）が、狭帯域光パルス２２の光パルス幅Δｔnb以上であることが好ましい。尚、図６には光パルスが５つだけ示されているが、通常、狭帯域光パルス列２０の光パルス数は数百に及ぶ。
【００３２】
以上のようにして、光パルス分波遅延合波ユニット１８は、波長帯域が広帯域光パルスの波長帯域（所定の波長帯域）より狭い複数の狭帯域光パルス２２を発生し、夫々の狭帯域光パルス２２を異なる時間遅延させた後合波することにより、中心波長の異なる複数の光パルスからなる光パルス列２０を生成する。
【００３３】
（iii）光分岐器
また、本ＯＣＴ装置２は、狭帯域光パルス列２０を、測定光パルス列３８と参照光パルス列４０に分岐する光分岐器（optical splitter）４２を有している。ここで、光分岐器４２は、例えば方向性結合器である。この光分岐器４２の分岐比は、例えば９０％（測定光パルス列側）及び１０％（参照光パルス列側）である。
【００３４】
（iv）光照射/補足ユニット
また、本ＯＣＴ装置２は、測定光パルス列３８が測定対象４６により後方散乱されて発生した後方散乱光パルス列４８を補足する光照射/補足ユニット５０を有している。測定対象４６は、例えば、網膜、前眼部、内蔵の内壁等である。
【００３５】
ここで、光照射/補足ユニット５０は、図１に示すように、光分岐器４２により分岐されその光入射口２４ａに入射した測定光パルス列３８を、光入出射口２６ａから出射させる第２の光サーキュレータ２７ａを有している。
【００３６】
また、光照射/補足ユニット５０は、第２のサーキュレータ２７ａの光入出射口２６ａから出射した測定光パルス列３８を平行光線５６に変換するコリメータレンズ５２を有している。また、光照射/補足ユニット５０は、この平行光線５６（測定光パルス列）を偏向するガルバノミラー５４と、偏向した平行光線５６を集光して測定対象４６に照射するフォーカシングレンズ５８を有している。ここで、ガルバノミラー５４は、後述する断層像導出ユニット６０のコンピュータ６２の命令に応答して、ＳＬＤ６が広帯域光パルス５を繰り返し生成する各時点の直前に、集光された平行光線５６（測定光パルス列）の照射位置を測定対象４６上の直線に沿って移動させる装置である。
【００３７】
測定対象４６に照射された測定光パルス列は、測定対象４６に照射され、その一部が後方散乱されて、後方散乱光パルス列４８になる。この後方散乱光パルス列４８は、フォーカシングレンズ５８に入射し、その後測定光パルス列が進んで来た光路を逆行して、第２の光サーキュレータ２７ａの光入出射口２６ａに入射し、第２の光サーキュレータ２７ａの光出射口３７ａから出射する。
【００３８】
以上のようにして、本照射/補足ユニット５０は、測定光パルス列３８を測定対象４６に照射し、測定光パルス列３８が測定対象４６により後方散乱されて発生した後方散乱光パルス列４８を補足する装置であって、広帯域光パルス５を繰り返し生成する各時点の前に、測定光パルス列の照射位置を移動させる。
【００３９】
（v）光遅延ユニット
また、本ＯＣＴ装置２は、参照光パルス列４０の光路の光学長を調整する光遅延ユニット６４を有している。
【００４０】
図１に示すように、光遅延ユニット６４は、光分岐器４２に分岐されその光入射口２４ｂに入射した参照光パルス列４０を、光入出射口２６ｂから出射させる第３の光サーキュレータ２７ｂを有している。また、光遅延ユニット６４は、第３のサーキュレータ２７ｂの光入出射口２６ｂから出射した参照光パルス列を平行光線５６ｂに変換するコリメータレンズ５２ｂを有している。また、光遅延ユニット６４は、この平行光線（参照光パルス列）５６ｂを集光して参照ミラー６６に照射するフォーカシングレンズ５８ｂを有している。ここで、参照ミラー６６は、参照光パルス列の進行方向に移動可能である。
【００４１】
参照ミラー６６に照射された参照光パルス列は、参照ミラー６６により反射され、進行方向を反転させ、フォーカシングレンズ５８ｂに入射する。その後、参照光パルス列は、進行して来た光路を逆行して、第３の光サーキュレータ２７ｂの光入出射口２６ｂに入射し、第３の光サーキュレータ２７ｂの光出射口３７ｂから出射する。
【００４２】
ここで、参照ミラー６６は、平行光５６ｂの進行方向に移動して、参照光パルス列４０の光路（以下、参照光路と呼ぶ）の光学長を、所望の長さに調整する機能を有している。本実施の形態では、参照光パルス列４０の光路の光学長が、測定光パルス列３８の光路と後方散乱光パルス列４８の光路を合わせた光路（以下、測定光路）の光学長に略等しくなるように、参照ミラー６６の位置を調整する。
【００４３】
（vi）光結合器
また、本ＯＣＴ装置２は、参照光パルス列４０と後方散乱光パルス列４８を結合して、結合光パルス列６８ａ,６８ｂを形成する光結合器（optical coupler）７０を有している。ここで、光結合器７０は、例えば方向性結合器であり、その分岐比は、５０％対５０％ある。
【００４４】
この光結合器７０は、その第１の出射口から第１の結合光パルス列６８ａを出射し、第２の出射口からは第２の結合光パルス列６８ｂを出射する。この第１の結合光パルス列６８ａ及び第２の結合光パルス列６８ｂは、共に、参照光パルス列４０と後方散乱光パルス列４８の干渉光である。但し、第１の結合光パルス列６８ａ及び第２の結合光パルス列６８ｂでは、波長に対して周期的に変化する各光パルスの光強度の位相がπずれている。
【００４５】
すなわち、参照光パルス列４０及び後方散乱光パルス列４８の各光パルスの強度が一定で、且つその中心波長の大きさの順に各光パルスが光結合器７０に到達する場合、第１の結合光パルス列６８ａ及び第２の結合光パルス列６８ｂの各光パルスの強度は、夫々、発生順番を変数とする三角関数になる。そして、この三角関数の位相は、第１の結合光パルス列６８ａと第２の結合光パルス列６８ｂの間で、πずれている。
【００４６】
尚、光分岐器４２、光照射/補足ユニット５０、光遅延ユニット６４、光結合器７０、及びこれらの光学装置を接続する光ファイバーは、マッツエンダー干渉計を形成している。そして、上述したように参照光路と測定光路が略等しいので、同じ狭帯域光パルス２２に由来する、参照光パルス列の光パルスと後方散乱光パルス列の光パルスが、光結合器７０で重ね合わされて干渉する。
【００４７】
（vii）光パルス強度測定ユニット
また、本ＯＣＴ装置２は、結合光パルス列６８ａ,６８ｂの各光パルスの光強度を測定する光パルス強度測定ユニット７２を有している。本実施の形態の光パルス強度測定ユニット７２は、第１の光検出器７４ａ（例えば、pinフォトダイオード）と、第２の光検出器７４ｂ（例えば、pinフォトダイオード）と、これら光検出器７４ａ,７４ｂに接続された差動増幅器７６を有している。
【００４８】
ここで、第１の光検出器７４ａは、第１の結合光パルス列６８ａの光強度を検出し、その出力信号を差動増幅器７６のプラス側の入力端子に供給する。一方、第２の光検出器７４ｂは、第２の結合光パルス列６８ｂの光強度を検出し、その出力信号を差動増幅器７６のマイナス側の入力端子に供給する。
【００４９】
上述したように、結合光パルス列６８ａ,６８ｂの各光パルスの位相はπずれている。従って、差動増幅器７６は、各光パルスに含まれている直流成分を除去し振動成分だけを増幅して、下記高速アナログデジタル変換ユニット７８に光パルス強度信号９４を送信する。尚、上記振動成分は、第１の結合光パルス列６８ａの光パルスと、第２の結合光パルス列６８ｂの光パルスが干渉して生じる干渉信号である。
【００５０】
（viii）断層像導出ユニット
また、本ＯＣＴ装置２は、結合光パルス列の各光パルスの光強度及び測定光パルス列の照射位置４４に基づいて、測定対象４６の断層像を導出する断層像導出ユニット６０を有している。
【００５１】
断層像導出ユニット６０は、光パルス強度測定ユニット７２の出力信号（以下、光パルス強度信号９４と呼ぶ）をアナログデジタル変換（以下、ＡＤ変換と呼ぶ）して記録する高速アナログデジタル変換ユニット７８（以下、高速ＡＤ変換ユニットと呼ぶ）を有している。
【００５２】
ここで、高速ＡＤ変換ユニット７８は、光パルス強度測定ユニット７２の出力をＡＤ変換するアナログデジタル変換機（Analog Digital Convertor; 以下、ＡＤ変換機と呼ぶ）８０と、ＡＤ変換機８０が変換したデジタル信号を記録するメモリユニット８２（例えば、Random Access Memory）を有している。
【００５３】
また、断層像導出ユニット６０は、電圧パルス発生機８、ガルバノミラー５４、及び高速ＡＤ変換ユニット７８等の動作を制御し、且つ高速ＡＤ変換ユニット７８が変換したデジタル信号を処理して、測定対象４６の断層像を導出するコンピュータ６２を有している。
【００５４】
このコンピュータ６２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）８４と、主記憶装置（例えば、Random Access Memory）８６と、ＯＣＴ装置２の制御プログラムが記録された補助記憶装置８８（磁気ディスク等）を有している。
【００５５】
コンピュータ６２に上記機能を実現させるためには、コンピュータ６２を起動し、補助記憶装置８８から主記憶装置８６に制御プログラムをロードする。その後、ＣＰＵ８４が主記憶装置８６中の制御プログラムの指令に応答することにより（すなわち、主記憶装置８６内の制御プログラムを実行することで）、他の装置（高速ＡＤ変換ユニット７８等）を制御し且つ断層像を導出する演算制御装置になる。
【００５６】
以上の構成により、断層像導出ユニット７８は、結合光パルス列６８ａ,６８ｂの各光パルスの波数により、光パルスの光強度に対応する測定データをフーリエ変換し、フーリエ変換した測定データ及び測定光パルス列３８の照射位置４４に基づいて、測定対象４６の断層像を導出する（下記「（２）動 作」を参照）。
【００５７】
（２）動 作
次に、本ＯＣＴ装置２の動作を説明する。
【００５８】
―電子装置の動作―
まず、本ＯＣＴ装置２を形成する各電子装置の動作を説明する。
【００５９】
断層像導出ユニット６０のＣＰＵ８４は、主記憶装置８６中の制御プログラムの指令を受け、光照射/補足ユニット５０のガルバノミラー５４の駆動装置（図示せず）に命令９６を送信して、測定光パルス列３８の照射位置４４を、測定対象上の所望の位置に設定する。
【００６０】
次に、ＣＰＵ８４は、主記憶装置８６中の制御プログラムの指令を受け、電圧パルス発生機８にトリガ９０を送信する。電圧パルス発生機８は、このトリガ９０に応答して、トリガ９２を高速ＡＤ変換ユニット７８に送信すると共に、一つの電圧パルスをＳＬＤ６に印加する。電圧パルスが印加されたＳＬＤ６は、広帯域光パルス５を生成する。
【００６１】
一方、高速ＡＤ変換ユニット７８のＡＤ変換機８０は、このトリガ９２に応答して、光パルス強度測定ユニット７２が出力する光パルス強度信号９４のＡＤ変換を開始する。以上により、結合光パルス列６８ａ,６８ｂの最初の光パルスに対応する光パルス強度信号９４に同期して、ＡＤ変換が開始する。
【００６２】
本実施の形態では、このＡＤ変換の周期は、結合光パルス列６８ａ,６８ｂの各光パルスの時間間隔に略一致するように設定されている。また、ＡＤ変換機８０は、少なくても結合光パルス列６８ａ,６８ｂの光パルスの数と同じ回数、上記ＡＤ変換を繰返す。
【００６３】
以上の手順により、ＡＤ変換機８０は、結合光パルス列６８ａ,６８ｂの各光パルスに同期して、光パルス強度信号９４をＡＤ変換する。そして、高速ＡＤ変換ユニット７８は、ＡＤ変換した光パルス強度信号９４を、メモリユニット８２に逐次記録する。
【００６４】
上記一連の動作の終了後、ＣＰＵ８４は、主記憶装置８６中の制御プログラムの指令を受け、ガルバノミラー５４の駆動装置（図示せず）へ命令９６を送信する。この命令９６に応答して、上記駆動装置は、ガルバノミラー５４の姿勢を制御して、測定光パルス列３８の照射位置４４を、測定対象上の直線に沿って僅かに移動させる。
【００６５】
次に、ＣＰＵ８４は、主記憶装置８６中の制御プログラムの指令を受け、電圧パルス発生機８へトリガ９０を再度送信する。電圧パルス発生機８は、このトリガ９０に応答して、再びトリガ９２を高速ＡＤ変換ユニット７８に送信すると共に、電圧パルスをＳＬＤ６に印加する。電圧パルスが印加されたＳＬＤ６は、広帯域光パルス５を再度生成する。また、高速アナログデジタル変換機７８は、トリガ９２に応答してＡＤ変換を再開始し、デジタル化した光パルス強度信号９４を、メモリユニット８２に逐次記録する。
【００６６】
本ＯＣＴ装置２の電子機器は、以上のような、照射位置４４の移動、広帯域光パルス５の生成、光パルス強度信号９４のＡＤ変換及び記録を、測定対象上の直線に沿って、例えば、数十〜数千回繰り返す。
【００６７】
次に、ＣＰＵ８４は、主記憶装置８６中の制御プログラムの指令を受け、メモリユニット８２内の測定データ（デジタル化した光パルス強度信号）を一括して受信し、主記憶装置８６に記録する。
【００６８】
次に、ＣＰＵ８４は、主記憶装置８６中の制御プログラムの指令を受け、主記憶装置８６に記録した測定データを読み出し、受信した上記測定データを結合光パルス列の各光パルスの中心波数によりフーリエ変換する。尚、光パルスの中心波数とは、光パルスの波長帯域の中心波長に対応する波数（＝２π/波長）である。
【００６９】
次に、コンピュータ６２は、主記憶装置８６中の制御プログラムの指令を受け、フーリエ変換した上記測定データの絶対値の二乗と測定光パルス列の照射位置に基づいて、測定対象４６の断層像を導出する。尚、この演算処理は、特許文献１等に開示されている断層像の導出処理と略同じである。
【００７０】
ところで、狭帯域光パルス２２のパルス幅Δｔは、例えば０.５ｎｓ〜５ｎｓである。また、狭帯域光パルス列２０に含まれる狭帯域光パルス２２の数は、例えば２５６〜１０１２個である。従って、一つの照射位置４４に測定光パルス列３８を照射するために要する時間は、１２８ｎｓ〜５μｓである。
【００７１】
２次元断層像を形成するには、少なくても１００程度の照射位置４４に、測定光パルス列を照射することが好ましい。このような測定光パルス列の照射に要する時間は、
１２μｓ（＝１２８ｎｓ×１００点）〜５ｍｓ（＝５μｓ×１００点）である。すなわち、本ＯＣＴ装置２によれば、極めて短い時間で２次元断層像の導出に用いるデータを得ることができる。このような高速測定にも拘わらず、本ＯＣＴ装置２が備えている光検出器は僅か２つである。このように、本実施の形態によれば、僅かな数の光検出器を備えたＯＣＴ装置により、断層像の高速撮影が可能になる。
【００７２】
尚、本実施の形態では、第１の結合光パルス列６８ａの光パルス強度（光パルスの光強度）と第２の結合光パルス列６８ｂの光パルス強度を差動増幅し、差動増幅した光パルス強度をフーリエ変換している。しかし、第１の結合光パルス列６８ａの光パルス強度（又は、第２の結合光パルス列６８ｂの光パルス強度）だけを一つの光検出器で測定しその後増幅して、測定及び増幅した光パルス強度を直接フーリエ変換してもよい。また、フーリエ変換に用いる、結合光パルス列の各光パルスの波数は、必ずしも中心波数でなくてもよい。但し、フーリエ変換に用いる波数としては、各光パルスの波長帯域ＷＲｎｂ内の波長に対応する波数が好ましい。
【００７３】
―光学装置の動作―
次に、本ＯＣＴ装置２を形成する各光学装置の動作を説明する。
【００７４】
まず、広帯域光パルス生成ユニット４のＳＬＤ６が、ＣＰＵ６２が送信するトリガ９０に応答して、所定の波長帯域を有する広帯域光パルス５を生成する。
【００７５】
ＳＬＤ６により生成され広帯域光パルス５は、第１の光サーキュレータ２７の光入射口２４に入射し、その光入出射口２６から出射する。
【００７６】
次に、光入出射口２６から出射した広帯域光パルス５は、光合分波器（ＡＷＧ）３２の広帯域光入出射口２８に入射し、複数の狭帯域光パルス２２に分波されて、対応する狭帯域光入出射口３０から夫々出射する。
【００７７】
夫々の狭帯域光パルス２２は、出射した狭帯域光入出射口３０に接続された光遅延器（光ファイバー）３４に入射する。光遅延器３４に入射した狭帯域光パルス２２は、光遅延器３４の終端に形成された反射鏡３５により反射されて、狭帯域光入出射口３０から光合分波器（ＡＷＧ）３２に入射する。この時、各光遅延器（光ファイバー）３４の光学長が異なるので、狭帯域光パルス２２は夫々異なる時間遅延された後、光合分波器（ＡＷＧ）３２に入射する。
【００７８】
光合分波器（ＡＷＧ）３２に入射した狭帯域光パルス２２は合波され、狭帯域光パルス列２０になり、広帯域光入出射口２８から出射する。その後、狭帯域光パルス列は、第１の光サーキュレータ２７の光入出射口２６に入射し、その後第１の光サーキュレータ２７の光出射口３７から出射する。
【００７９】
次に、狭帯域光パルス列２０は光分岐器４２に入射し、測定光パルス列３８と参照光パルス列４０に分岐される。
【００８０】
測定光パルス列３８は、光照射/補足ユニット５０の第２の光サーキュレータ２７ａの光入射口２４ａに入射し、その光入出射口２６ａから出射する。次に、測定光パルス列３８は、コリメータレンズ５２に入射し、平行光線５６に変換される。
【００８１】
この平行光線５６（測定光パルス列３８）は、ガルバノミラー５４により偏向される。その後、平行光線５６はフォーカシングレンズ５８により集光されて、測定対象４６に照射される。
【００８２】
測定対象４６に照射された測定光パルス列３８の一部は、測定対象４６の内部で後方散乱されて、後方散乱光パルス列４８になる。この後方散乱光パルス列４８は、フォーカシングレンズ５８に入射し、その後測定光パルス列３８が進行して来た光路を逆行して、第２の光サーキュレータ２７ａの光入出射口２６ａに入射した後、第２の光サーキュレータ２７ａの光出射口３７ａから出射する。
【００８３】
一方、参照光パルス列４０は、光遅延ユニット６４の第３の光サーキュレータ２７ｂの光入射口２４ｂに入射し、その後光入出射口２６ｂから出射する。次に、参照光パルス列４０は、コリメータレンズ５２ｂに入射し、平行光線５６ｂに変換される。この平行光線５６ｂ（参照光パルス列４０）は、フォーカシングレンズ５８ｂにより集光されて、参照ミラー６６に照射される。
【００８４】
参照ミラー６６に照射された参照光パルス列４０は、参照ミラー６６により反射され、進行方向を反転された後、フォーカシングレンズ５８ｂに入射する。その後、参照光パルス列４０は、進行して来た光路を逆行して、第３の光サーキュレータ２７ｂの光入出射口２６ｂに入射し、第３の光サーキュレータ２７ｂの光出射口３７ｂから出射する。ここで、参照ミラー６６の位置は、測定光パルス列３８の光路長と後方散乱光パルス列４８の光路長の和が、参照光パルス列４０の光路長に略等しくなるように調整されている。
【００８５】
その後、測定光パルス列３８と参照光パルス列４０は、夫々、光結合器７０の第１の光入射口及び第２の光入射口に入射する。その後、測定光パルス列３８と参照光パルス列４０は、光結合器７０により結合された後、光結合器７０の第１の光出射口及び第２の光出射口から出射する。ここで、光結合器７０の第１の光出射口からは、第１の結合光パルス列６８ａが出射する。一方、光結合器７０の第２の光出射口からは、第１の結合光パルス列６８ａと位相がπ異なる第２の結合光パルス列６８ｂが出射する。
【００８６】
次に、第１の結合光パルス列６８ａ及び第２の結合光パルス列６８ｂは、夫々、光パルス強度測定ユニット７２の第１の光検出器７４ａ及び第２の光検出器７４ｂに入射する。光検出器７４ａ,７４ｂは、夫々、結合光パルス列６８ａ,６８ｂの各光パルスの光強度に対応する光強度信号９４を生成し、ＡＤ変換８０に送信する。その後の信号処理は、上述した通りである。
【００８７】
（３）断層像の撮影方法
次に、本実施の形態の断層像の撮影方法を説明する。最初に、本実施の形態の断層撮影方法で繰り返される干渉データ取得工程を説明する。
【００８８】
まず、所定の波長帯域を有する広帯域光パルス５を生成する（図１参照）。
【００８９】
次に、この広帯域光パルス５を分波して、波長帯域が上記所定の波長帯域より狭い複数の狭帯域光パルスを発生し、夫々の上記狭帯域光パルスを異なる時間遅延させた後合波して、中心波長の異なる複数の光パルスからなる狭帯域光パルス列２０を生成する。
【００９０】
次に、狭帯域光パルス列２２を、測定光パルス列３８と参照光パルス列４０に分岐する。その後、測定光パルス列３８を測定対象４６に照射し、且つ測定光パルス列３８が測定対象４６により後方散乱されて発生した後方散乱光パルス列４８を補足する。
【００９１】
次に、上記参照光パルス列４０と上記後方散乱光パルス列４８を結合して、結合光パルス列６８ａ,６８ｂを形成する。
【００９２】
次に、結合光パルス列６８ａ,６８ｂの各光パルスの光強度を測定する。ここで、光パルスの強度測定は、上記「（２）動 作」で説明したように、２つの光検出器により行うことができる。以上により、干渉データ取得工程が終了する。
【００９３】
本実施の形態では、測定光パルス列の照射位置４４を測定対上の直線に沿って僅かに移動させた後に、上記干渉データ取得工程を実施する工程を、繰り返し実施する。
【００９４】
その後、結合光パルス列６８ａ,６８ｂの各光パルスの波数により、結合光パルス列６８ａ,６８ｂの光強度に対応する測定データ（デジタル化した光パルス強度信号９４）をフーリエ変換し、フーリエ変換した上記測定データ及び照射位置４４に基づいて、測定対象４６の断層像を導出する。その後、導出した断層像を、コンピュータ６２の出力装置（例えば、表示装置）に出力する。
【００９５】
以上の説明から明らかように、本断層層の撮影方法に用いる光検出器は僅か１つ又は２つである。従って、本断層層の撮影方法よれば、僅かな数の光検出器により、断層像の高速撮影が可能になる。
【００９６】
（４）ＯＣＴ用光源および光パルス列の生成方法
図７は、本実施の形態のＯＣＴ用光源１００の構成を説明する図である。以上の例では、図１に示すように、広帯域光パルス生成ユニット４と光パルス分波遅延合波ユニット１８が、光分岐器４２等の他の部分（以下、ＯＣＴ本体部分と呼ぶ）と一体化している。しかし、図７に示しように、広帯域光パルス生成ユニット４と光パルス分波遅延合波ユニット１８をＯＣＴ本体部分から分離して、これらのユニットからなるＯＣＴ用光源１００を形成してもよい。
【００９７】
本ＯＣＴ用光源１００は、図７に示すように、上述した広帯域光パルス生成ユニット４と光パルス分波遅延合波ユニット１８を有している。更に、本ＯＣＴ用光源１００は、第１の光サーキュレータ２７の光出射口３７から出射する狭帯域光パルス列２０が、入射する光コネクタ１０２を有している。また、本ＯＣＴ用光源１００は、電圧パルス発生機８に供給する第１のトリガ９０が入力する第１の電気コネクタ１０４と、第１のトリガ９０に応答して電圧パルス発生機８が生成する第２のトリガ９２を出力する第２の電気コネクタ１０６を有している。
【００９８】
以上の構成により、本実施の形態のＯＣＴ用光源１００は、第１の電気コネクタ１０４に入力した第１のトリガ９０に応答して、断層像撮影用の光パルス列（狭帯域光パルス列２０）を生成する。この断層像撮影用の光パルス列は、光コネクタ１０２に光学的に接続される光ファイバを通して、ＯＣＴ本体部の光分岐器４２に供給される。また、第１のトリガ９０は、第１の電気コネクタ１０４に電気的に接続される電気ケーブを通して、ＯＣＴ本体部の断層像導出ユニット６０から供給される。また、第２のトリガ９２は、第２の電気コネクタ１０６に電気的に接続される電気ケーブを通して、ＯＣＴ本体部の断層像導出ユニット６０に供給される。
【００９９】
ここで、本ＯＣＴ用光源１００の動作は、上記ＯＣＴ装置２における広帯域光パルス生成ユニット４の動作及び光パルス分波遅延合波ユニット１８の動作からなる。また、本ＯＣＴ用光源１００において実施される断層像撮影用光パルス列の生成方法は、「（３）断層像の撮影方法」で説明した、広帯域光パルス５を生成するステップと狭帯域光パルス列２０を生成するステップからなる。従って、これらの詳しい説明は省略する。
【０１００】
本ＯＣＴ光源によれば、ＯＣＴ本体部に接続するＯＣＴ用光源１００の仕様を替えることにより、ＯＣＴ装置の性能を変えることができる。例えば、ＳＬＤ６の波長帯域やＡＷＧ３２のチャネル数が異なるＯＣＴ用光源１００を用いることにより、断層像の分解能や測定範囲を変えることができる。
【０１０１】
以上の実施の形態では、光パルス分波遅延合波ユニット１８は、光サーキュレータ２７と、ＡＷＧ３２と、光ファイバー遅延器３４により形成されている。しかし、他の光学部材、例えば、光サーキュレータと、回折格子と、反射鏡により、光パルス分波遅延合波ユニットを形成してもよい。
【０１０２】
また、以上の例では、光分岐器として、方向性結合器が用いられている。しかし、他の光学部材、例えば、Ｙ分岐導波路や多モード干渉導波路(Multi Mode Interference)を、光分岐器として用いてもよい。
【０１０３】
また、以上の例では、ガルバノミラーにより、測定光パルス列を走査している。しかし、測定光パルス列の走査は、他の光偏向ユニット、例えばポリゴンスキャナーにより実行してもよい。また、ポリゴンスキャナーとガルバノミラーを組み合わせて使用することにより、測定光パルス列の高速２次元走査が可能になる。これにより、３次元断層像の高速撮影が可能になる。
【０１０４】
また、以上の例では、広帯域光パルスを繰り返し生成し、測定光パルス列の照射位置４４を移動させることにより、２次元断層像導出のためのデータを取得している。しかし、広帯域光パルスを１回だけ生成し、測定光パルス列を測定対象上の一点に照射して得たデータにより、１次元断層像を撮影してもよい。この場合には、広帯域光パルスの生成は繰り返されない。また、広帯域光パルスの生成に合わせて行われる、測定光パルス列の照射位置４４の移動は行われない。
【０１０５】
また、以上の例では、広帯域光パルス生成ユニット４を、ＳＬＤ６と電圧パルス発生機８により形成している。しかし、他の構成、モードロックレーザと電圧パルス発生機８により、広帯域光パルス生成ユニット４を形成してもよい。
【符号の説明】
【０１０６】
２・・・ＯＣＴ装置
４・・・広帯域光パルス生成ユニット
５・・・広帯域光パルス
１８・・・遅延合波ユニット
２２・・・狭帯域光パルス
３２・・・光合分波器
３４・・・光遅延器
３８・・・測定光パルス列
４０・・・参照光パルス列
４２・・・光分岐器
４８・・・後方散乱光パルス列
５０・・・光照射/補足ユニット
６０・・・断層像導出ユニット
６４・・・光遅延ユニット
６８ａ,６８ｂ・・・結合光パルス列
７０・・・光結合器
７２・・・光パルス強度測定ユニット
７８・・・高速アナログデジタル変換ユニット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置及び断層像の撮影方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
オプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー（Optical Coherence Tomography; OCT）は、光の干渉現象を利用した断層撮影技術であり、網膜の断層撮影等に応用されている。
【０００３】
近年、ＯＣＴの撮影速度は飛躍的に向上しており、特に、最近開発された、広帯域光を干渉させた後分光する方法によれば、３次元断層像の動画を撮影することもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００８／０９０５９９
【特許文献２】特開２００５−１５６５４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、この方法を実施するには、数百個の光検出器が必要であり、断層撮影装置が大型且つ複雑になる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、僅かな数の光検出器を備えただけで、断層像の高速撮影を可能とするＯＣＴ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の観点によれば、所定の波長帯域を有する広帯域光パルスを広帯域光パルス生成ユニットと、前記広帯域光パルスを分波して、波長帯域が前記所定の波長帯域より狭い複数の狭帯域光パルスを発生し、夫々の前記狭帯域光パルスを異なる時間遅延させた後合波して、中心波長の異なる複数の光パルスからなる光パルス列を生成する光パルス分波遅延合波ユニットと、前記光パルス列を、測定光パルス列と参照光パルス列に分岐する光分岐器と前記測定光パルス列を測定対象に照射し、且つ前記測定光パルス列が前記測定対象により後方散乱されて発生した後方散乱光パルス列を補足する光パル照射/補足ユニットと、前記参照光パルス列と前記後方散乱光パルス列を結合して、結合光パルス列を形成する光結合器と、前記結合光パルス列の各光パルスの光強度を測定する光パルス強度測定ユニットと、前記結合光パルス列の各光パルスの波数により、前記強度に対応する測定データをフーリエ変換し、フーリエ変換した前記測定データに基づいて、前記測定対象の断層像を導出する断層像導出ユニットを有するＯＣＴ装置が提供される。
【０００８】
本発明の第２の観点によれば、中心波長の異なる複数の光パルスからなる光パルス列を分岐して測定光パルス列を形成した後、前記測定光パルス列を測定対象に照射して、前記測定対象の断層像を導出するオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置に用いられる光源であって、所定の波長帯域を有する広帯域光パルスを生成する広帯域光パルス生成ユニットと、前記広帯域光パルスを分波して、波長帯域が前記所定の波長帯域より狭い複数の狭帯域光パルスを発生し、夫々の前記狭帯域光パルスを異なる時間遅延させた後合波して、前記光パルス列を生成する光パルス分波遅延合波ユニットとを有するオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置用光源が提供される。
【０００９】
本発明の第３の観点によれば、所定の波長帯域を有する広帯域光パルスを生成する広帯域光パルス生成ステップと、前記広帯域光パルスを分波して、波長帯域が前記所定の波長帯域より狭い複数の狭帯域光パルスを発生し、夫々の前記狭帯域光パルスを異なる時間遅延させた後合波して、中心波長の異なる複数の光パルスからなる光パルス列を生成する光パルス分波遅延合波ステップと、前記光パルス列を、測定光パルス列と参照光パルス列に分岐する光分岐ステップと、前記測定光パルス列を測定対象に照射し、前記測定光パルス列が前記測定対象により後方散乱されて発生した後方散乱光パルス列を補足する光パルス照射/補足ステップと、前記参照光パルス列と前記後方散乱光パルス列を結合して、結合光パルス列を形成する光結合ステップと、前記結合光パルス列の各光パルスの光強度を測定する光強度測定ステップと、前記結合光パルス列の各光パルスの波数により、測定した前記光強度に対応する測定データをフーリエ変換し、フーリエ変換した前記測定データ及び前記照射位置に基づいて、前記測定対象の断層像を導出する断層像導出ステップとを有する断層像の撮影方法が提供される。
【００１０】
本発明の第４の観点によれば、中心波長の異なる複数の光パルスからなる光パルス列を分岐して測定光パルス列を形成した後、前記測定光パルス列を測定対象に照射して、前記測定対象の断層像を導出する断層像の撮影方法に用いられる前記光パルス列の生成方法であって、所定の波長帯域を有する広帯域光パルスを生成する広帯域光パルス生成ステップと、前記広帯域光パルスを分波して、波長帯域が前記所定の波長帯域より狭い複数の狭帯域光パルスを発生し、夫々の前記狭帯域光パルスを異なる時間遅延させた後合波して、前記光パルス列を生成する光パルス分波遅延合波ステップとを有する断層像撮影用の光パルス列の生成方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、僅かな数の光検出器を備えるだけで、断層像の高速撮影を可能とするＯＣＴ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態のＯＣＴ装置の構成図である。
【図２】広帯域光パルスの光強度の時間変化を説明する図である。
【図３】光パルス幅Δｔに対応する期間内における、広帯域光パルスの瞬間光スペクトルを説明する図である。
【図４】広帯域光パルスの時間分解光スペクトルである。
【図５】実施の形態の光遅延器の構成を説明する概略図である。
【図６】狭帯域光パルス列の時間分解スペクトルである。
【図７】実施の形態のＯＣＴ用光源の構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。尚、図面が異なっても対応する部分には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００１４】
（１）構 成
（i）広帯域光パルス生成ユニット
図１は、本実施の形態のＯＣＴ装置２の構成図である。尚、以後特に説明しないが、下記光学装置は、夫々、実線で示す光ファイバーにより光学的に接続されている。
【００１５】
図１に示すように、本ＯＣＴ装置２は、後述する断層像導出ユニット６０が発生するトリガに応答して、広帯域光パルス（Broad Band Optical Pulse）５を繰り返し生成する広帯域光パルス生成ユニット４を有している。広帯域光パルス生成ユニット４は、例えば、ＳＬＤ６（Super Luminescent Diode; SLD）と、このＳＬＤ６に電圧パルスを印加して駆動する電圧パルス発生機８（Pulse Generator; PG）８を有している。
【００１６】
図２は、広帯域光パルス５の光強度（光パワー）の時間変化を説明する図である。横軸は、時間である。縦軸は、光強度（光強度の瞬間値、以下同様）である。
【００１７】
図２に示すように、広帯域光パルス生成ユニット４は、広帯域光パルス５を繰り返し生成する。広帯域光パルス５の時間間隔Ｔは、例えば、１２８ｎｓ〜５１２０ｎｓである。また、広帯域光パルス５の持続時間の半値全幅（光強度が、その最大値Ｐmaxの１/２以上になる時間）、すなわち光パルス幅Δｔは、例えば、０.５ｎｓ〜５ｎｓである。
【００１８】
図３は、光パルス幅Δｔに対応する期間（以下、光パルス持続期間と呼ぶ）内における、広帯域光パルス５の瞬間光スペクトル（一の時刻における光スペクトル）を説明する図である。横軸は、波長である。縦軸は、光パワー密度（単位波長当たり光強度）である。
【００１９】
図３に示した波長範囲ｗｒは、広帯域光パルス５の光パワー密度が、その最大値の１/２以上になる波長範囲（以下、光パルス波長範囲と呼ぶ）を示している。この光パルス波長範囲ｗｒは、光パルス持続期間内で一定であることが好ましいが、一般的には時間と共に僅かに変化する。本実施の形態では、光パルス持続期間内の全時刻における各光パルス波長範囲ｗｒに共通する波長範囲（すなわち、光パルスの波長帯域）が、所定の波長範囲（例えば、１５２５ｎｍ〜１５７５ｎｍ）になるように、ＳＬＤ６及びその駆動条件が選択されている。
【００２０】
図４は、広帯域光パルス５の時間分解光スペクトル１６である。図４に示すように、時間分解光スペクトル１６は、時間に対応する時間軸１０と、波長に対応する波長軸１２と、光パワー密度（単位波長当たり光強度）に対応する光パワー密度軸１４を有している。
【００２１】
図４に示すように、本実施の形態の広帯域光パルス５は、所定の光パルス幅Δｔ（例えば、０.５ｎｓ〜５.０ｎｓ）を有し、略一定の時間間隔Ｔ（例えば、１２８ｎｓ〜５１２０ｎｓ）で繰り返し生成される。また、広帯域光パルス５は、十分に広い所定の波長帯域ＷＲ（例えば、１５２５ｎｍ〜１５７５ｎｍ）を有している。
【００２２】
（ii）光パルス分波遅延合波ユニット
また、本ＯＣＴ装置２は、広帯域光パルス生成ユニット４が生成した広帯域光パルス５から、中心波長の異なる光パルスからなる光パルス列を、生成する光パルス分波遅延合波ユニット１８を有している。
【００２３】
本実施の形態の光パルス分波遅延合波ユニット１８は、図１に示すように、ＳＬＤ６により生成され光入射口２４に入射した広帯域光パルス５を、光入出射口２６から出射させる第１の光サーキュレータ２７を有している。ここで、光入射口２４は、第１の光サーキュレータ２７に属する。
【００２４】
また、本光パルス分波遅延合波ユニット１８は、第１のサーキュレータ２７の光入出射口２６から出射し、広帯域光入出射口２８に入射した広帯域光パルス５を分波して、複数の狭帯域（narrow band）光パルスを生成し、生成した狭帯域光パルスの夫々を対応する狭帯域光入出射口３０から出射する光合分波器３２を有している。本実施の形態の光合分波器３２は、図１に示すように、アレイ光導波グレーティング（Arrayed Waveguide Grating; ＡＷＧ）である。このＡＷＧのチャネル数は、例えば２５６〜１０２４である。ここで、広帯域光入出射口２８及び狭帯域光入出射口３０は、光合分波器３２に属する。
【００２５】
また、光パルス分波遅延合波ユニット１８は、光合分波器３２の狭帯域光入出射口３０から出射した夫々の狭帯域光パルスを、夫々異なる時間遅延させた後、狭帯域光入出射口３０に入射させる複数の光遅延器３４を有している。
【００２６】
図５は、本実施の形態の光遅延器３４の構成を説明する概略図である。本実施の形態の光遅延器３４は、図５に示すように、例えば金の蒸着膜からなる反射鏡３５が一端に形成された光ファイバー３６である。そして、光ファイバー３６の他端は、ＡＷＧ３２の狭帯域光入出射口３０に接続されている。ここで、光ファイバー３６の長さは、短いものから順番に、所定の長さ（例えば、略７.５ｃｍ〜７５ｃｍ）の１倍、２倍、３倍・・・である。尚、光ファイバー３６の長さ１５ｃｍは、１ｎｓの遅延時間に相当する。
【００２７】
遅延された狭帯域光パルス２２が入射した光合分波器３２は、この狭帯域光パルスを合波して光パルス列（以下、狭帯域光パルス列と呼ぶ）を生成し、生成した狭帯域光パルス列を広帯域光入出射口２８から出射させる。
【００２８】
次に、広帯域光入出射口２８から出射した狭帯域光パルス列２０が、第１の光サーキュレータ２７の光入出射口２６に入射し、第１の光サーキュレータ２７の光出射口３７から出射する。
【００２９】
図６は、狭帯域光パルス列２０の時間分解光スペクトルである。図６に示すように、本実施の形態の狭帯域光パルス列２０の各狭帯域光パルス２２は、略一定の光パルス幅Δｔnb（例えば、０.５ｎｓ〜５.０ｎｓ）と、略一定の波長帯域ＷＲｎｂ（例えば、０．０５〜０．２０ｎｍ）を有している。
【００３０】
上述したように、狭帯域光パルス２２は、広帯域光パルス５を、ＡＷＧ３２により分波して形成する。従って、狭帯域光パルス２２の光パルス幅Δｔnbは、広帯域光パルス５の光パルス幅Δｔと略同じ所定の値である。また、狭帯域光パルス２２の光パルス波長帯域ＷＲｎｂは、ＡＷＧ３２のチャネル幅と略同じ所定の値である。
【００３１】
ＡＷＣ３２により形成された各狭帯域光パルス２２は、ＡＷＧ３２の狭帯域光入出射口３０を略同時に出射し、夫々、光遅延器３４により異なる時間Ｄ１,Ｄ２,Ｄ３・・・遅延される。その後、各狭帯域光パルス２２は、ＡＷＧ３２の各狭帯域光入出射口３０に入射した後合波されて、図６に示すような狭帯域光パルス列２０になる。ここで、各狭帯域光パルス２２の遅延時間Ｄ１,Ｄ２,Ｄ３・・・は、各狭帯域光パルス２２を重ならせない時間（正確には、各狭帯域光パルス２２の光パルス持続期間を重ならせない遅延時間）であることが好ましい。すなわち、各狭帯域光パルス２２の間隔（＝Ｄ２−Ｄ１,Ｄ３−Ｄ２・・・）が、狭帯域光パルス２２の光パルス幅Δｔnb以上であることが好ましい。尚、図６には光パルスが５つだけ示されているが、通常、狭帯域光パルス列２０の光パルス数は数百に及ぶ。
【００３２】
以上のようにして、光パルス分波遅延合波ユニット１８は、波長帯域が広帯域光パルスの波長帯域（所定の波長帯域）より狭い複数の狭帯域光パルス２２を発生し、夫々の狭帯域光パルス２２を異なる時間遅延させた後合波することにより、中心波長の異なる複数の光パルスからなる光パルス列２０を生成する。
【００３３】
（iii）光分岐器
また、本ＯＣＴ装置２は、狭帯域光パルス列２０を、測定光パルス列３８と参照光パルス列４０に分岐する光分岐器（optical splitter）４２を有している。ここで、光分岐器４２は、例えば方向性結合器である。この光分岐器４２の分岐比は、例えば９０％（測定光パルス列側）及び１０％（参照光パルス列側）である。
【００３４】
（iv）光照射/補足ユニット
また、本ＯＣＴ装置２は、測定光パルス列３８が測定対象４６により後方散乱されて発生した後方散乱光パルス列４８を補足する光照射/補足ユニット５０を有している。測定対象４６は、例えば、網膜、前眼部、内蔵の内壁等である。
【００３５】
ここで、光照射/補足ユニット５０は、図１に示すように、光分岐器４２により分岐されその光入射口２４ａに入射した測定光パルス列３８を、光入出射口２６ａから出射させる第２の光サーキュレータ２７ａを有している。
【００３６】
また、光照射/補足ユニット５０は、第２のサーキュレータ２７ａの光入出射口２６ａから出射した測定光パルス列３８を平行光線５６に変換するコリメータレンズ５２を有している。また、光照射/補足ユニット５０は、この平行光線５６（測定光パルス列）を偏向するガルバノミラー５４と、偏向した平行光線５６を集光して測定対象４６に照射するフォーカシングレンズ５８を有している。ここで、ガルバノミラー５４は、後述する断層像導出ユニット６０のコンピュータ６２の命令に応答して、ＳＬＤ６が広帯域光パルス５を繰り返し生成する各時点の直前に、集光された平行光線５６（測定光パルス列）の照射位置を測定対象４６上の直線に沿って移動させる装置である。
【００３７】
測定対象４６に照射された測定光パルス列は、測定対象４６に照射され、その一部が後方散乱されて、後方散乱光パルス列４８になる。この後方散乱光パルス列４８は、フォーカシングレンズ５８に入射し、その後測定光パルス列が進んで来た光路を逆行して、第２の光サーキュレータ２７ａの光入出射口２６ａに入射し、第２の光サーキュレータ２７ａの光出射口３７ａから出射する。
【００３８】
以上のようにして、本照射/補足ユニット５０は、測定光パルス列３８を測定対象４６に照射し、測定光パルス列３８が測定対象４６により後方散乱されて発生した後方散乱光パルス列４８を補足する装置であって、広帯域光パルス５を繰り返し生成する各時点の前に、測定光パルス列の照射位置を移動させる。
【００３９】
（v）光遅延ユニット
また、本ＯＣＴ装置２は、参照光パルス列４０の光路の光学長を調整する光遅延ユニット６４を有している。
【００４０】
図１に示すように、光遅延ユニット６４は、光分岐器４２に分岐されその光入射口２４ｂに入射した参照光パルス列４０を、光入出射口２６ｂから出射させる第３の光サーキュレータ２７ｂを有している。また、光遅延ユニット６４は、第３のサーキュレータ２７ｂの光入出射口２６ｂから出射した参照光パルス列を平行光線５６ｂに変換するコリメータレンズ５２ｂを有している。また、光遅延ユニット６４は、この平行光線（参照光パルス列）５６ｂを集光して参照ミラー６６に照射するフォーカシングレンズ５８ｂを有している。ここで、参照ミラー６６は、参照光パルス列の進行方向に移動可能である。
【００４１】
参照ミラー６６に照射された参照光パルス列は、参照ミラー６６により反射され、進行方向を反転させ、フォーカシングレンズ５８ｂに入射する。その後、参照光パルス列は、進行して来た光路を逆行して、第３の光サーキュレータ２７ｂの光入出射口２６ｂに入射し、第３の光サーキュレータ２７ｂの光出射口３７ｂから出射する。
【００４２】
ここで、参照ミラー６６は、平行光５６ｂの進行方向に移動して、参照光パルス列４０の光路（以下、参照光路と呼ぶ）の光学長を、所望の長さに調整する機能を有している。本実施の形態では、参照光パルス列４０の光路の光学長が、測定光パルス列３８の光路と後方散乱光パルス列４８の光路を合わせた光路（以下、測定光路）の光学長に略等しくなるように、参照ミラー６６の位置を調整する。
【００４３】
（vi）光結合器
また、本ＯＣＴ装置２は、参照光パルス列４０と後方散乱光パルス列４８を結合して、結合光パルス列６８ａ,６８ｂを形成する光結合器（optical coupler）７０を有している。ここで、光結合器７０は、例えば方向性結合器であり、その分岐比は、５０％対５０％ある。
【００４４】
この光結合器７０は、その第１の出射口から第１の結合光パルス列６８ａを出射し、第２の出射口からは第２の結合光パルス列６８ｂを出射する。この第１の結合光パルス列６８ａ及び第２の結合光パルス列６８ｂは、共に、参照光パルス列４０と後方散乱光パルス列４８の干渉光である。但し、第１の結合光パルス列６８ａ及び第２の結合光パルス列６８ｂでは、波長に対して周期的に変化する各光パルスの光強度の位相がπずれている。
【００４５】
すなわち、参照光パルス列４０及び後方散乱光パルス列４８の各光パルスの強度が一定で、且つその中心波長の大きさの順に各光パルスが光結合器７０に到達する場合、第１の結合光パルス列６８ａ及び第２の結合光パルス列６８ｂの各光パルスの強度は、夫々、発生順番を変数とする三角関数になる。そして、この三角関数の位相は、第１の結合光パルス列６８ａと第２の結合光パルス列６８ｂの間で、πずれている。
【００４６】
尚、光分岐器４２、光照射/補足ユニット５０、光遅延ユニット６４、光結合器７０、及びこれらの光学装置を接続する光ファイバーは、マッツエンダー干渉計を形成している。そして、上述したように参照光路と測定光路が略等しいので、同じ狭帯域光パルス２２に由来する、参照光パルス列の光パルスと後方散乱光パルス列の光パルスが、光結合器７０で重ね合わされて干渉する。
【００４７】
（vii）光パルス強度測定ユニット
また、本ＯＣＴ装置２は、結合光パルス列６８ａ,６８ｂの各光パルスの光強度を測定する光パルス強度測定ユニット７２を有している。本実施の形態の光パルス強度測定ユニット７２は、第１の光検出器７４ａ（例えば、pinフォトダイオード）と、第２の光検出器７４ｂ（例えば、pinフォトダイオード）と、これら光検出器７４ａ,７４ｂに接続された差動増幅器７６を有している。
【００４８】
ここで、第１の光検出器７４ａは、第１の結合光パルス列６８ａの光強度を検出し、その出力信号を差動増幅器７６のプラス側の入力端子に供給する。一方、第２の光検出器７４ｂは、第２の結合光パルス列６８ｂの光強度を検出し、その出力信号を差動増幅器７６のマイナス側の入力端子に供給する。
【００４９】
上述したように、結合光パルス列６８ａ,６８ｂの各光パルスの位相はπずれている。従って、差動増幅器７６は、各光パルスに含まれている直流成分を除去し振動成分だけを増幅して、下記高速アナログデジタル変換ユニット７８に光パルス強度信号９４を送信する。尚、上記振動成分は、第１の結合光パルス列６８ａの光パルスと、第２の結合光パルス列６８ｂの光パルスが干渉して生じる干渉信号である。
【００５０】
（viii）断層像導出ユニット
また、本ＯＣＴ装置２は、結合光パルス列の各光パルスの光強度及び測定光パルス列の照射位置４４に基づいて、測定対象４６の断層像を導出する断層像導出ユニット６０を有している。
【００５１】
断層像導出ユニット６０は、光パルス強度測定ユニット７２の出力信号（以下、光パルス強度信号９４と呼ぶ）をアナログデジタル変換（以下、ＡＤ変換と呼ぶ）して記録する高速アナログデジタル変換ユニット７８（以下、高速ＡＤ変換ユニットと呼ぶ）を有している。
【００５２】
ここで、高速ＡＤ変換ユニット７８は、光パルス強度測定ユニット７２の出力をＡＤ変換するアナログデジタル変換機（Analog Digital Convertor; 以下、ＡＤ変換機と呼ぶ）８０と、ＡＤ変換機８０が変換したデジタル信号を記録するメモリユニット８２（例えば、Random Access Memory）を有している。
【００５３】
また、断層像導出ユニット６０は、電圧パルス発生機８、ガルバノミラー５４、及び高速ＡＤ変換ユニット７８等の動作を制御し、且つ高速ＡＤ変換ユニット７８が変換したデジタル信号を処理して、測定対象４６の断層像を導出するコンピュータ６２を有している。
【００５４】
このコンピュータ６２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）８４と、主記憶装置（例えば、Random Access Memory）８６と、ＯＣＴ装置２の制御プログラムが記録された補助記憶装置８８（磁気ディスク等）を有している。
【００５５】
コンピュータ６２に上記機能を実現させるためには、コンピュータ６２を起動し、補助記憶装置８８から主記憶装置８６に制御プログラムをロードする。その後、ＣＰＵ８４が主記憶装置８６中の制御プログラムの指令に応答することにより（すなわち、主記憶装置８６内の制御プログラムを実行することで）、他の装置（高速ＡＤ変換ユニット７８等）を制御し且つ断層像を導出する演算制御装置になる。
【００５６】
以上の構成により、断層像導出ユニット７８は、結合光パルス列６８ａ,６８ｂの各光パルスの波数により、光パルスの光強度に対応する測定データをフーリエ変換し、フーリエ変換した測定データ及び測定光パルス列３８の照射位置４４に基づいて、測定対象４６の断層像を導出する（下記「（２）動 作」を参照）。
【００５７】
（２）動 作
次に、本ＯＣＴ装置２の動作を説明する。
【００５８】
―電子装置の動作―
まず、本ＯＣＴ装置２を形成する各電子装置の動作を説明する。
【００５９】
断層像導出ユニット６０のＣＰＵ８４は、主記憶装置８６中の制御プログラムの指令を受け、光照射/補足ユニット５０のガルバノミラー５４の駆動装置（図示せず）に命令９６を送信して、測定光パルス列３８の照射位置４４を、測定対象上の所望の位置に設定する。
【００６０】
次に、ＣＰＵ８４は、主記憶装置８６中の制御プログラムの指令を受け、電圧パルス発生機８にトリガ９０を送信する。電圧パルス発生機８は、このトリガ９０に応答して、トリガ９２を高速ＡＤ変換ユニット７８に送信すると共に、一つの電圧パルスをＳＬＤ６に印加する。電圧パルスが印加されたＳＬＤ６は、広帯域光パルス５を生成する。
【００６１】
一方、高速ＡＤ変換ユニット７８のＡＤ変換機８０は、このトリガ９２に応答して、光パルス強度測定ユニット７２が出力する光パルス強度信号９４のＡＤ変換を開始する。以上により、結合光パルス列６８ａ,６８ｂの最初の光パルスに対応する光パルス強度信号９４に同期して、ＡＤ変換が開始する。
【００６２】
本実施の形態では、このＡＤ変換の周期は、結合光パルス列６８ａ,６８ｂの各光パルスの時間間隔に略一致するように設定されている。また、ＡＤ変換機８０は、少なくても結合光パルス列６８ａ,６８ｂの光パルスの数と同じ回数、上記ＡＤ変換を繰返す。
【００６３】
以上の手順により、ＡＤ変換機８０は、結合光パルス列６８ａ,６８ｂの各光パルスに同期して、光パルス強度信号９４をＡＤ変換する。そして、高速ＡＤ変換ユニット７８は、ＡＤ変換した光パルス強度信号９４を、メモリユニット８２に逐次記録する。
【００６４】
上記一連の動作の終了後、ＣＰＵ８４は、主記憶装置８６中の制御プログラムの指令を受け、ガルバノミラー５４の駆動装置（図示せず）へ命令９６を送信する。この命令９６に応答して、上記駆動装置は、ガルバノミラー５４の姿勢を制御して、測定光パルス列３８の照射位置４４を、測定対象上の直線に沿って僅かに移動させる。
【００６５】
次に、ＣＰＵ８４は、主記憶装置８６中の制御プログラムの指令を受け、電圧パルス発生機８へトリガ９０を再度送信する。電圧パルス発生機８は、このトリガ９０に応答して、再びトリガ９２を高速ＡＤ変換ユニット７８に送信すると共に、電圧パルスをＳＬＤ６に印加する。電圧パルスが印加されたＳＬＤ６は、広帯域光パルス５を再度生成する。また、高速アナログデジタル変換機７８は、トリガ９２に応答してＡＤ変換を再開始し、デジタル化した光パルス強度信号９４を、メモリユニット８２に逐次記録する。
【００６６】
本ＯＣＴ装置２の電子機器は、以上のような、照射位置４４の移動、広帯域光パルス５の生成、光パルス強度信号９４のＡＤ変換及び記録を、測定対象上の直線に沿って、例えば、数十〜数千回繰り返す。
【００６７】
次に、ＣＰＵ８４は、主記憶装置８６中の制御プログラムの指令を受け、メモリユニット８２内の測定データ（デジタル化した光パルス強度信号）を一括して受信し、主記憶装置８６に記録する。
【００６８】
次に、ＣＰＵ８４は、主記憶装置８６中の制御プログラムの指令を受け、主記憶装置８６に記録した測定データを読み出し、受信した上記測定データを結合光パルス列の各光パルスの中心波数によりフーリエ変換する。尚、光パルスの中心波数とは、光パルスの波長帯域の中心波長に対応する波数（＝２π/波長）である。
【００６９】
次に、コンピュータ６２は、主記憶装置８６中の制御プログラムの指令を受け、フーリエ変換した上記測定データの絶対値の二乗と測定光パルス列の照射位置に基づいて、測定対象４６の断層像を導出する。尚、この演算処理は、特許文献１等に開示されている断層像の導出処理と略同じである。
【００７０】
ところで、狭帯域光パルス２２のパルス幅Δｔは、例えば０.５ｎｓ〜５ｎｓである。また、狭帯域光パルス列２０に含まれる狭帯域光パルス２２の数は、例えば２５６〜１０１２個である。従って、一つの照射位置４４に測定光パルス列３８を照射するために要する時間は、１２８ｎｓ〜５μｓである。
【００７１】
２次元断層像を形成するには、少なくても１００程度の照射位置４４に、測定光パルス列を照射することが好ましい。このような測定光パルス列の照射に要する時間は、
１２μｓ（＝１２８ｎｓ×１００点）〜５ｍｓ（＝５μｓ×１００点）である。すなわち、本ＯＣＴ装置２によれば、極めて短い時間で２次元断層像の導出に用いるデータを得ることができる。このような高速測定にも拘わらず、本ＯＣＴ装置２が備えている光検出器は僅か２つである。このように、本実施の形態によれば、僅かな数の光検出器を備えたＯＣＴ装置により、断層像の高速撮影が可能になる。
【００７２】
尚、本実施の形態では、第１の結合光パルス列６８ａの光パルス強度（光パルスの光強度）と第２の結合光パルス列６８ｂの光パルス強度を差動増幅し、差動増幅した光パルス強度をフーリエ変換している。しかし、第１の結合光パルス列６８ａの光パルス強度（又は、第２の結合光パルス列６８ｂの光パルス強度）だけを一つの光検出器で測定しその後増幅して、測定及び増幅した光パルス強度を直接フーリエ変換してもよい。また、フーリエ変換に用いる、結合光パルス列の各光パルスの波数は、必ずしも中心波数でなくてもよい。但し、フーリエ変換に用いる波数としては、各光パルスの波長帯域ＷＲｎｂ内の波長に対応する波数が好ましい。
【００７３】
―光学装置の動作―
次に、本ＯＣＴ装置２を形成する各光学装置の動作を説明する。
【００７４】
まず、広帯域光パルス生成ユニット４のＳＬＤ６が、ＣＰＵ６２が送信するトリガ９０に応答して、所定の波長帯域を有する広帯域光パルス５を生成する。
【００７５】
ＳＬＤ６により生成され広帯域光パルス５は、第１の光サーキュレータ２７の光入射口２４に入射し、その光入出射口２６から出射する。
【００７６】
次に、光入出射口２６から出射した広帯域光パルス５は、光合分波器（ＡＷＧ）３２の広帯域光入出射口２８に入射し、複数の狭帯域光パルス２２に分波されて、対応する狭帯域光入出射口３０から夫々出射する。
【００７７】
夫々の狭帯域光パルス２２は、出射した狭帯域光入出射口３０に接続された光遅延器（光ファイバー）３４に入射する。光遅延器３４に入射した狭帯域光パルス２２は、光遅延器３４の終端に形成された反射鏡３５により反射されて、狭帯域光入出射口３０から光合分波器（ＡＷＧ）３２に入射する。この時、各光遅延器（光ファイバー）３４の光学長が異なるので、狭帯域光パルス２２は夫々異なる時間遅延された後、光合分波器（ＡＷＧ）３２に入射する。
【００７８】
光合分波器（ＡＷＧ）３２に入射した狭帯域光パルス２２は合波され、狭帯域光パルス列２０になり、広帯域光入出射口２８から出射する。その後、狭帯域光パルス列は、第１の光サーキュレータ２７の光入出射口２６に入射し、その後第１の光サーキュレータ２７の光出射口３７から出射する。
【００７９】
次に、狭帯域光パルス列２０は光分岐器４２に入射し、測定光パルス列３８と参照光パルス列４０に分岐される。
【００８０】
測定光パルス列３８は、光照射/補足ユニット５０の第２の光サーキュレータ２７ａの光入射口２４ａに入射し、その光入出射口２６ａから出射する。次に、測定光パルス列３８は、コリメータレンズ５２に入射し、平行光線５６に変換される。
【００８１】
この平行光線５６（測定光パルス列３８）は、ガルバノミラー５４により偏向される。その後、平行光線５６はフォーカシングレンズ５８により集光されて、測定対象４６に照射される。
【００８２】
測定対象４６に照射された測定光パルス列３８の一部は、測定対象４６の内部で後方散乱されて、後方散乱光パルス列４８になる。この後方散乱光パルス列４８は、フォーカシングレンズ５８に入射し、その後測定光パルス列３８が進行して来た光路を逆行して、第２の光サーキュレータ２７ａの光入出射口２６ａに入射した後、第２の光サーキュレータ２７ａの光出射口３７ａから出射する。
【００８３】
一方、参照光パルス列４０は、光遅延ユニット６４の第３の光サーキュレータ２７ｂの光入射口２４ｂに入射し、その後光入出射口２６ｂから出射する。次に、参照光パルス列４０は、コリメータレンズ５２ｂに入射し、平行光線５６ｂに変換される。この平行光線５６ｂ（参照光パルス列４０）は、フォーカシングレンズ５８ｂにより集光されて、参照ミラー６６に照射される。
【００８４】
参照ミラー６６に照射された参照光パルス列４０は、参照ミラー６６により反射され、進行方向を反転された後、フォーカシングレンズ５８ｂに入射する。その後、参照光パルス列４０は、進行して来た光路を逆行して、第３の光サーキュレータ２７ｂの光入出射口２６ｂに入射し、第３の光サーキュレータ２７ｂの光出射口３７ｂから出射する。ここで、参照ミラー６６の位置は、測定光パルス列３８の光路長と後方散乱光パルス列４８の光路長の和が、参照光パルス列４０の光路長に略等しくなるように調整されている。
【００８５】
その後、測定光パルス列３８と参照光パルス列４０は、夫々、光結合器７０の第１の光入射口及び第２の光入射口に入射する。その後、測定光パルス列３８と参照光パルス列４０は、光結合器７０により結合された後、光結合器７０の第１の光出射口及び第２の光出射口から出射する。ここで、光結合器７０の第１の光出射口からは、第１の結合光パルス列６８ａが出射する。一方、光結合器７０の第２の光出射口からは、第１の結合光パルス列６８ａと位相がπ異なる第２の結合光パルス列６８ｂが出射する。
【００８６】
次に、第１の結合光パルス列６８ａ及び第２の結合光パルス列６８ｂは、夫々、光パルス強度測定ユニット７２の第１の光検出器７４ａ及び第２の光検出器７４ｂに入射する。光検出器７４ａ,７４ｂは、夫々、結合光パルス列６８ａ,６８ｂの各光パルスの光強度に対応する光強度信号９４を生成し、ＡＤ変換８０に送信する。その後の信号処理は、上述した通りである。
【００８７】
（３）断層像の撮影方法
次に、本実施の形態の断層像の撮影方法を説明する。最初に、本実施の形態の断層撮影方法で繰り返される干渉データ取得工程を説明する。
【００８８】
まず、所定の波長帯域を有する広帯域光パルス５を生成する（図１参照）。
【００８９】
次に、この広帯域光パルス５を分波して、波長帯域が上記所定の波長帯域より狭い複数の狭帯域光パルスを発生し、夫々の上記狭帯域光パルスを異なる時間遅延させた後合波して、中心波長の異なる複数の光パルスからなる狭帯域光パルス列２０を生成する。
【００９０】
次に、狭帯域光パルス列２２を、測定光パルス列３８と参照光パルス列４０に分岐する。その後、測定光パルス列３８を測定対象４６に照射し、且つ測定光パルス列３８が測定対象４６により後方散乱されて発生した後方散乱光パルス列４８を補足する。
【００９１】
次に、上記参照光パルス列４０と上記後方散乱光パルス列４８を結合して、結合光パルス列６８ａ,６８ｂを形成する。
【００９２】
次に、結合光パルス列６８ａ,６８ｂの各光パルスの光強度を測定する。ここで、光パルスの強度測定は、上記「（２）動 作」で説明したように、２つの光検出器により行うことができる。以上により、干渉データ取得工程が終了する。
【００９３】
本実施の形態では、測定光パルス列の照射位置４４を測定対上の直線に沿って僅かに移動させた後に、上記干渉データ取得工程を実施する工程を、繰り返し実施する。
【００９４】
その後、結合光パルス列６８ａ,６８ｂの各光パルスの波数により、結合光パルス列６８ａ,６８ｂの光強度に対応する測定データ（デジタル化した光パルス強度信号９４）をフーリエ変換し、フーリエ変換した上記測定データ及び照射位置４４に基づいて、測定対象４６の断層像を導出する。その後、導出した断層像を、コンピュータ６２の出力装置（例えば、表示装置）に出力する。
【００９５】
以上の説明から明らかように、本断層層の撮影方法に用いる光検出器は僅か１つ又は２つである。従って、本断層層の撮影方法よれば、僅かな数の光検出器により、断層像の高速撮影が可能になる。
【００９６】
（４）ＯＣＴ用光源および光パルス列の生成方法
図７は、本実施の形態のＯＣＴ用光源１００の構成を説明する図である。以上の例では、図１に示すように、広帯域光パルス生成ユニット４と光パルス分波遅延合波ユニット１８が、光分岐器４２等の他の部分（以下、ＯＣＴ本体部分と呼ぶ）と一体化している。しかし、図７に示しように、広帯域光パルス生成ユニット４と光パルス分波遅延合波ユニット１８をＯＣＴ本体部分から分離して、これらのユニットからなるＯＣＴ用光源１００を形成してもよい。
【００９７】
本ＯＣＴ用光源１００は、図７に示すように、上述した広帯域光パルス生成ユニット４と光パルス分波遅延合波ユニット１８を有している。更に、本ＯＣＴ用光源１００は、第１の光サーキュレータ２７の光出射口３７から出射する狭帯域光パルス列２０が、入射する光コネクタ１０２を有している。また、本ＯＣＴ用光源１００は、電圧パルス発生機８に供給する第１のトリガ９０が入力する第１の電気コネクタ１０４と、第１のトリガ９０に応答して電圧パルス発生機８が生成する第２のトリガ９２を出力する第２の電気コネクタ１０６を有している。
【００９８】
以上の構成により、本実施の形態のＯＣＴ用光源１００は、第１の電気コネクタ１０４に入力した第１のトリガ９０に応答して、断層像撮影用の光パルス列（狭帯域光パルス列２０）を生成する。この断層像撮影用の光パルス列は、光コネクタ１０２に光学的に接続される光ファイバを通して、ＯＣＴ本体部の光分岐器４２に供給される。また、第１のトリガ９０は、第１の電気コネクタ１０４に電気的に接続される電気ケーブを通して、ＯＣＴ本体部の断層像導出ユニット６０から供給される。また、第２のトリガ９２は、第２の電気コネクタ１０６に電気的に接続される電気ケーブを通して、ＯＣＴ本体部の断層像導出ユニット６０に供給される。
【００９９】
ここで、本ＯＣＴ用光源１００の動作は、上記ＯＣＴ装置２における広帯域光パルス生成ユニット４の動作及び光パルス分波遅延合波ユニット１８の動作からなる。また、本ＯＣＴ用光源１００において実施される断層像撮影用光パルス列の生成方法は、「（３）断層像の撮影方法」で説明した、広帯域光パルス５を生成するステップと狭帯域光パルス列２０を生成するステップからなる。従って、これらの詳しい説明は省略する。
【０１００】
本ＯＣＴ光源によれば、ＯＣＴ本体部に接続するＯＣＴ用光源１００の仕様を替えることにより、ＯＣＴ装置の性能を変えることができる。例えば、ＳＬＤ６の波長帯域やＡＷＧ３２のチャネル数が異なるＯＣＴ用光源１００を用いることにより、断層像の分解能や測定範囲を変えることができる。
【０１０１】
以上の実施の形態では、光パルス分波遅延合波ユニット１８は、光サーキュレータ２７と、ＡＷＧ３２と、光ファイバー遅延器３４により形成されている。しかし、他の光学部材、例えば、光サーキュレータと、回折格子と、反射鏡により、光パルス分波遅延合波ユニットを形成してもよい。
【０１０２】
また、以上の例では、光分岐器として、方向性結合器が用いられている。しかし、他の光学部材、例えば、Ｙ分岐導波路や多モード干渉導波路(Multi Mode Interference)を、光分岐器として用いてもよい。
【０１０３】
また、以上の例では、ガルバノミラーにより、測定光パルス列を走査している。しかし、測定光パルス列の走査は、他の光偏向ユニット、例えばポリゴンスキャナーにより実行してもよい。また、ポリゴンスキャナーとガルバノミラーを組み合わせて使用することにより、測定光パルス列の高速２次元走査が可能になる。これにより、３次元断層像の高速撮影が可能になる。
【０１０４】
また、以上の例では、広帯域光パルスを繰り返し生成し、測定光パルス列の照射位置４４を移動させることにより、２次元断層像導出のためのデータを取得している。しかし、広帯域光パルスを１回だけ生成し、測定光パルス列を測定対象上の一点に照射して得たデータにより、１次元断層像を撮影してもよい。この場合には、広帯域光パルスの生成は繰り返されない。また、広帯域光パルスの生成に合わせて行われる、測定光パルス列の照射位置４４の移動は行われない。
【０１０５】
また、以上の例では、広帯域光パルス生成ユニット４を、ＳＬＤ６と電圧パルス発生機８により形成している。しかし、他の構成、モードロックレーザと電圧パルス発生機８により、広帯域光パルス生成ユニット４を形成してもよい。
【符号の説明】
【０１０６】
２・・・ＯＣＴ装置
４・・・広帯域光パルス生成ユニット
５・・・広帯域光パルス
１８・・・遅延合波ユニット
２２・・・狭帯域光パルス
３２・・・光合分波器
３４・・・光遅延器
３８・・・測定光パルス列
４０・・・参照光パルス列
４２・・・光分岐器
４８・・・後方散乱光パルス列
５０・・・光照射/補足ユニット
６０・・・断層像導出ユニット
６４・・・光遅延ユニット
６８ａ,６８ｂ・・・結合光パルス列
７０・・・光結合器
７２・・・光パルス強度測定ユニット
７８・・・高速アナログデジタル変換ユニット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長帯域を有する広帯域光パルスを生成する広帯域光パルス生成ユニットと、
前記広帯域光パルスを分波して、波長帯域が前記所定の波長帯域より狭い複数の狭帯域光パルスを発生し、夫々の前記狭帯域光パルスを異なる時間遅延させた後合波して、中心波長の異なる複数の光パルスからなる光パルス列を生成する光パルス分波遅延合波ユニットと、
前記光パルス列を、測定光パルス列と参照光パルス列に分岐する光分岐器と、
前記測定光パルス列を測定対象に照射し、且つ前記測定光パルス列が前記測定対象により後方散乱されて発生した後方散乱光パルス列を補足する光パルス照射/補足ユニットと、
前記参照光パルス列と前記後方散乱光パルス列を結合して、結合光パルス列を形成する光結合器と、
前記結合光パルス列の各光パルスの光強度を測定する光パルス強度測定ユニットと、
前記結合光パルス列の各光パルスの波数により、前記光強度に対応する測定データをフーリエ変換し、フーリエ変換した前記測定データに基づいて、前記測定対象の断層像を導出する断層像導出ユニットを有する、
オプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置。
【請求項２】
請求項１に記載のオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置において、
前記光パルス分波遅延合波ユニットが、
光入射口に入射した前記広帯域光パルスを、光入出射口から出射する光サーキュレータと、
前記光入出射口から出射し広帯域光入出射口に入射した前記広帯域光パルスを分波して、複数の前記狭帯域光パルスを生成し、生成した前記狭帯域光パルスの夫々を対応する狭帯域光入出射口から出射する光合分波器と、
前記狭帯域光入出射口から出射した夫々の前記狭帯域光パルスを、夫々異なる時間遅延させた後、前記狭帯域光入出射口に入射させる複数の光遅延器とを有し、
前記光合分波器が、前記狭帯域光入出射口から入射した前記狭帯域光パルスを合波して前記光パルス列を生成し、生成した前記光パルス列を前記広帯域光入出射口から出射させ、
前記広帯域光入出射口から出射した前記光パルス列が、前記光入出射口に入射し、前記光サーキュレータの出射口から出射することを、
特徴とするオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置。
【請求項３】
請求項２に記載のオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置において、
前記光合分波器が、アレイ光導波グレーティングであり、
前記光遅延器が、前記アレイ導波路グレーティングの狭帯域光入出射口に一端が接続され、他端に反射鏡が形成された光ファイバーであることを、
特徴とするオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置。
【請求項４】
中心波長の異なる複数の光パルスからなる光パルス列を分岐して測定光パルス列を形成した後、前記測定光パルス列を測定対象に照射して、前記測定対象の断層像を導出するオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置に用いられる光源であって、
所定の波長帯域を有する広帯域光パルスを生成する広帯域光パルス生成ユニットと、
前記広帯域光パルスを分波して、波長帯域が前記所定の波長帯域より狭い複数の狭帯域光パルスを発生し、夫々の前記狭帯域光パルスを異なる時間遅延させた後合波して、前記光パルス列を生成する光パルス分波遅延合波ユニットとを有する、
オプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置用光源。
【請求項５】
所定の波長帯域を有する広帯域光パルスを生成する広帯域光パルス生成ステップと、
前記広帯域光パルスを分波して、波長帯域が前記所定の波長帯域より狭い複数の狭帯域光パルスを発生し、夫々の前記狭帯域光パルスを異なる時間遅延させた後合波して、中心波長の異なる複数の光パルスからなる光パルス列を生成する光パルス分波遅延合波ステップと、
前記光パルス列を、測定光パルス列と参照光パルス列に分岐する光分岐ステップと、
前記測定光パルス列を測定対象に照射し、前記測定光パルス列が前記測定対象により後方散乱されて発生した後方散乱光パルス列を補足する光パルス照射/補足ステップと、
前記参照光パルス列と前記後方散乱光パルス列を結合して、結合光パルス列を形成する光結合ステップと、
前記結合光パルス列の各光パルスの光強度を測定する光強度測定ステップと、
前記結合光パルス列の各光パルスの波数により、測定した前記光強度に対応する測定データをフーリエ変換し、フーリエ変換した前記測定データ及び前記照射位置に基づいて、前記測定対象の断層像を導出する断層像導出ステップとを有する、
断層像の撮影方法。
【請求項６】
中心波長の異なる複数の光パルスからなる光パルス列を分岐して測定光パルス列を形成した後、前記測定光パルス列を測定対象に照射して、前記測定対象の断層像を導出する断層像の撮影方法に用いられる前記光パルス列の生成方法であって、
所定の波長帯域を有する広帯域光パルスを生成する広帯域光パルス生成ステップと、
前記広帯域光パルスを分波して、波長帯域が前記所定の波長帯域より狭い複数の狭帯域光パルスを発生し、夫々の前記狭帯域光パルスを異なる時間遅延させた後合波して、前記光パルス列を生成する光パルス分波遅延合波ステップとを、
有する断層像撮影用の光パルス列の生成方法。
【請求項１】
所定の波長帯域を有する広帯域光パルスを生成する広帯域光パルス生成ユニットと、
前記広帯域光パルスを分波して、波長帯域が前記所定の波長帯域より狭い複数の狭帯域光パルスを発生し、夫々の前記狭帯域光パルスを異なる時間遅延させた後合波して、中心波長の異なる複数の光パルスからなる光パルス列を生成する光パルス分波遅延合波ユニットと、
前記光パルス列を、測定光パルス列と参照光パルス列に分岐する光分岐器と、
前記測定光パルス列を測定対象に照射し、且つ前記測定光パルス列が前記測定対象により後方散乱されて発生した後方散乱光パルス列を補足する光パルス照射/補足ユニットと、
前記参照光パルス列と前記後方散乱光パルス列を結合して、結合光パルス列を形成する光結合器と、
前記結合光パルス列の各光パルスの光強度を測定する光パルス強度測定ユニットと、
前記結合光パルス列の各光パルスの波数により、前記光強度に対応する測定データをフーリエ変換し、フーリエ変換した前記測定データに基づいて、前記測定対象の断層像を導出する断層像導出ユニットを有する、
オプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置。
【請求項２】
請求項１に記載のオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置において、
前記光パルス分波遅延合波ユニットが、
光入射口に入射した前記広帯域光パルスを、光入出射口から出射する光サーキュレータと、
前記光入出射口から出射し広帯域光入出射口に入射した前記広帯域光パルスを分波して、複数の前記狭帯域光パルスを生成し、生成した前記狭帯域光パルスの夫々を対応する狭帯域光入出射口から出射する光合分波器と、
前記狭帯域光入出射口から出射した夫々の前記狭帯域光パルスを、夫々異なる時間遅延させた後、前記狭帯域光入出射口に入射させる複数の光遅延器とを有し、
前記光合分波器が、前記狭帯域光入出射口から入射した前記狭帯域光パルスを合波して前記光パルス列を生成し、生成した前記光パルス列を前記広帯域光入出射口から出射させ、
前記広帯域光入出射口から出射した前記光パルス列が、前記光入出射口に入射し、前記光サーキュレータの出射口から出射することを、
特徴とするオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置。
【請求項３】
請求項２に記載のオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置において、
前記光合分波器が、アレイ光導波グレーティングであり、
前記光遅延器が、前記アレイ導波路グレーティングの狭帯域光入出射口に一端が接続され、他端に反射鏡が形成された光ファイバーであることを、
特徴とするオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置。
【請求項４】
中心波長の異なる複数の光パルスからなる光パルス列を分岐して測定光パルス列を形成した後、前記測定光パルス列を測定対象に照射して、前記測定対象の断層像を導出するオプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置に用いられる光源であって、
所定の波長帯域を有する広帯域光パルスを生成する広帯域光パルス生成ユニットと、
前記広帯域光パルスを分波して、波長帯域が前記所定の波長帯域より狭い複数の狭帯域光パルスを発生し、夫々の前記狭帯域光パルスを異なる時間遅延させた後合波して、前記光パルス列を生成する光パルス分波遅延合波ユニットとを有する、
オプティカル・コヒーレンス・トモグラフィー装置用光源。
【請求項５】
所定の波長帯域を有する広帯域光パルスを生成する広帯域光パルス生成ステップと、
前記広帯域光パルスを分波して、波長帯域が前記所定の波長帯域より狭い複数の狭帯域光パルスを発生し、夫々の前記狭帯域光パルスを異なる時間遅延させた後合波して、中心波長の異なる複数の光パルスからなる光パルス列を生成する光パルス分波遅延合波ステップと、
前記光パルス列を、測定光パルス列と参照光パルス列に分岐する光分岐ステップと、
前記測定光パルス列を測定対象に照射し、前記測定光パルス列が前記測定対象により後方散乱されて発生した後方散乱光パルス列を補足する光パルス照射/補足ステップと、
前記参照光パルス列と前記後方散乱光パルス列を結合して、結合光パルス列を形成する光結合ステップと、
前記結合光パルス列の各光パルスの光強度を測定する光強度測定ステップと、
前記結合光パルス列の各光パルスの波数により、測定した前記光強度に対応する測定データをフーリエ変換し、フーリエ変換した前記測定データ及び前記照射位置に基づいて、前記測定対象の断層像を導出する断層像導出ステップとを有する、
断層像の撮影方法。
【請求項６】
中心波長の異なる複数の光パルスからなる光パルス列を分岐して測定光パルス列を形成した後、前記測定光パルス列を測定対象に照射して、前記測定対象の断層像を導出する断層像の撮影方法に用いられる前記光パルス列の生成方法であって、
所定の波長帯域を有する広帯域光パルスを生成する広帯域光パルス生成ステップと、
前記広帯域光パルスを分波して、波長帯域が前記所定の波長帯域より狭い複数の狭帯域光パルスを発生し、夫々の前記狭帯域光パルスを異なる時間遅延させた後合波して、前記光パルス列を生成する光パルス分波遅延合波ステップとを、
有する断層像撮影用の光パルス列の生成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１１７７８９（Ｐ２０１１−１１７７８９Ａ）
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７４２５６（Ｐ２００９−２７４２５６）
【出願日】平成２１年１２月２日（２００９．１２．２）
【出願人】（５９８０４１５６６）学校法人北里研究所 (180)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２日（２００９．１２．２）
【出願人】（５９８０４１５６６）学校法人北里研究所 (180)
【Ｆターム（参考）】
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