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】一つの光検出器でフーリエ変換により断層像を構築するＯＣＴ装置を提供すること。
【解決手段】ＯＣＴ装置を構成する干渉計の後段に、前記第１の結合光パルス（干渉光パルス）に対して第２の結合光パルス（干渉光パルス）を所定の遅延時間遅らせた後、前記第１の結合光パルスと前記第２の結合光パルスを合流して、前記第１の結合光パルスと前記第２の結合光パルスを交互に出射する光パルス時分割多重化ユニットを設けること。
【解決手段】ＯＣＴ装置を構成する干渉計の後段に、前記第１の結合光パルス（干渉光パルス）に対して第２の結合光パルス（干渉光パルス）を所定の遅延時間遅らせた後、前記第１の結合光パルスと前記第２の結合光パルスを合流して、前記第１の結合光パルスと前記第２の結合光パルスを交互に出射する光パルス時分割多重化ユニットを設けること。
【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】
ＯＣＴには種々の方式があるが、測定対象の後方散乱光に基づく干渉光の強度をフーリエ変換して断層像を構築する方法が、高速性・高分解能等の点で優れている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２０１０８７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、この方法には高速動作する光検出器が２つ必要であり、フーリエ変換により断層像を構築するＯＣＴ装置（以下、単にＯＣＴ装置と呼ぶ）の複雑化の一因になっている。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、一つの光検出だけで断層像の撮影を可能とする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、波数の異なる複数の光パルスを、順次生成する光パルス生成ユニットと、夫々の前記光パルスを参照光パルスと測定光パルスに分岐し、前記測定光パルスを測定対象に照射して後方散乱光パルスを発生させ、前記後方散乱光パルスと前記参照光パルスを結合して第１の結合光パルスと第２の結合光パルスを生成する干渉計ユニットと、前記第１の結合光パルスに対して前記第２の結合光パルスを所定の遅延時間遅らせた後、前記第１の結合光パルスと前記第２の結合光パルスを合流して、前記第１の結合光パルスと前記第２の結合光パルスを交互に出射する光パルス時分割多重化ユニットと、前記光パルス時分割多重化ユニットが交互に出射する前記第１の結合光パルスと前記第２の結合光パルスの強度を順次測定する光パルス強度測定ユニットと、前記光パルス強度測定ユニットが測定した、前記第１の結合光パルスの強度と前記第２の結合光パルスの強度の差をフーリエ変換して、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が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、一つの光検出器だけで断層像の撮影を可能とするフーリエ変換ＯＣＴ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】２検出器型ＯＣＴ装置の構成を説明する概略図である。
【図２】可変波長光源が生成するレーザ光の波数（＝２π／波長）の時間変化を説明する図である。
【図３】第１の結合光及び第２の結合光の強度と波数の関係を説明する図である。
【図４】実施の形態のOCT装置の構成を説明する図である。
【図５】光パルス生成ユニットが生成する光パルスの強度の時間変化を説明する図である。
【図６】光パルス生成ユニットが生成する光パルスの波数の時間変化を説明する図である。
【図７】光パルス時分割多重化ユニットが出射する光パルスの強度の時間変化を説明する図である。
【図８】光パルス時分割多重化ユニットが生成する光パルスの波数の時間変化を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
まず、測定対象の後方散乱光に基づく干渉光の強度を２つの光検出器で測定し、この干渉光強度をフーリエ変換して断層像を構築するＯＣＴ装置（以下、２検出器型ＯＣＴと呼ぶ）を説明する。図１は、２検出器型ＯＣＴ装置２の構成を説明する概略図である。尚、説明を簡単にするため、１次元断層像を撮影する場合について説明する。
【００１２】
このＯＣＴ装置２は、図１に示すように、可変波長光源４と、可変波長光源４が生成する光が入射する干渉計ユニット６を有している。また、ＯＣＴ装置２は、干渉計ユニット６が生成する干渉光の強度を測定する干渉光強度測定ユニット８と、干渉光強度測定ユニット８が測定した干渉光強度をフーリエ変換して、測定対象の断層像を構築する断層像導出ユニット１０を有している。
【００１３】
図２は、可変波長光源４が生成するレーザ光の波数（＝２π／波長）の時間変化を説明する図である。図２の横軸は、時間である。図２の縦軸は、波数である。図２に示すように、可変波長光源４の生成するレーザ光の波数は、所定の波数間隔Δｋで増加（又は減少）する。
【００１４】
干渉計ユニット６は、図１に示すように、可変波長光源４が生成したレーザ光１２を測定光１４と参照光１６に分岐する光分岐器１８（例えば、方向性結合器）を有している。また、干渉計ユニット６は、測定光１６を測定対象２０に照射し且つ測定光１６が測定対象２０により後方散乱されて発生した後方散乱光２２を補足する光照射/補足ユニット２５を有している。また、干渉計ユニット６は、参照光１４と後方散乱光２２を結合して第１の結合光２４と第２の結合光２６を出射する光結合器２８（例えば、分岐比が１：１の方向性結合器）を有している。
【００１５】
光結合器２８が出射する第１の結合光２４及び第２の結合光２６は、後方散乱光２２と参照光１４が結合した干渉光である。これら第１の結合光２４と第２の結合光２６の強度の時間変化は、後述するように、位相がπずれている。
【００１６】
光パルス強度測定ユニット８は、第１の結合光２４の強度に対応する信号（例えば、光電流）を出力する第１の光検知器３２（例えば、pinフォトレジストダイオード）と、第２の結合光２６の強度に対応する信号（例えば、光電流）を出力する第２の光検知器３４（例えば、pinフォトレジストダイオード）とを有している。また、光パルス強度測定ユニット８は、第１の光検知器３２の出力と第２の光検知器３４の出力の差を増幅する差動増幅器３６を有している。また、光パルス強度測定ユニット８は、差動増幅器３６の出力をアナログデジタル変換するAD変換器３８を有している。以上により、光パルス強度測定ユニット８は、第１の結合光２４と第２の結合光２６の強度の差を測定する。
【００１７】
断層像導出ユニット１０（例えば、ＯＣＴ装置２を動作させるプログラムがロードされたパーソナルコンピュータ）は、光パルス強度測定ユニット８が測定した、第１の結合光２４と第２の結合光２６の強度の差を波数に関してフーリエ変換して、その絶対値（または、その２乗）を算出する。この絶対値は位置座標の関数であり、測定対象の後方散乱光の強度の深さ方向分布すなわち１次元断層像を表している。
【００１８】
以上のように、２光検出器型OCT装置は、位相がπずれた２つ干渉光の強度差を２つの光検出３２,３４で測定し、この強度差をフーリエ変換して断層像を構築する。このように位相がπずれた２つ干渉光の強度差をフーリエ変換することで、断層像のS/N比（signal to noise ratio）を改善することができる。
【００１９】
尚、上記各光学部材は、図１に実線で示した光ファイバーにより接続されている。また、測定光１６が伝搬する光ファイバーと後方散乱光２２が伝搬する光ファイバーは、光照射/補足ユニット２５の光サーキュレータ３０により、測定対象２０に至る光路に接続されている。
【００２０】
以下、位相がπずれた干渉光の強度差をフーリエ変換することで断層像のS/N比が改善される理由を説明する。尚、説明を簡単にするため、測定対象２０は光反射面（または、後方散乱面）を一つだけ有するとする。
【００２１】
図３は、第１の結合光２４及び第２の結合光２６の強度と波数の関係を説明する図である。縦軸は、第１の結合光２４及び第２の結合光２６の強度（パワー）である。横軸は、第１の結合光２４及び第２の結合光２６の波数である。上述したように、可変波長光源４の生成するレーザ光の波数は、所定の波数間隔Δｋずつ増加（又は、減少）する。この波数間隔Δｋは、波数の走査範囲に比べ十分に狭い。従って、夫々の結合光の強度は、図３に示すように、略連続的に変化する。
【００２２】
図３に示すように、第１の結合光２４の光強度４０及び第２の結合光２６の強度４２は、波数に対して余弦関数として変化する振動成分と直流成分を有している。ここで、第１の結合光２４の振動成分４４と第２の結合光２６の振動成分４６は、位相がπずれている。一方、第１の結合光の直流成分と第２の結合光の直流成分は等しい。従って、第１の結合光２４の強度４０から第２の結合光２６の強度４２を差し引くと、直流成分は取り除かれ、振動成分は２倍になる。これにより、直流成分に伴う雑音は取り除かれ、一方、振動成分すなわち信号強度は２倍になるので、断層像のS/N比（signal to noise ratio）が向上する。
【００２３】
尚、干渉光の振動成分４４,４６の強度の平方根は、後方散乱光の強度に比例している。また、干渉光の振動成分４４,４６の周期は、測定対象２０の表面からの深さ（正確には、測定光１６と後方散乱光２２の光路長の和と参照光１４の光路長の差）に反比例している。従って、この振動成分４４,４６を波数に関してフーリエ変換しその絶対値を導出することで、測定対象２０の深さ方向の後方散乱強度の分布を得ることができる（特許文献１）。
【００２４】
（１）装置構成
図４は、本実施の形態のOCT装置４８の構成を説明する図である。
【００２５】
本実施の形態のOCT装置４８は、図４に示すように、光パルス生成ユニット５０と、干渉計ユニット５２と、光パルス時分割多重化ユニット５４と、光パルス強度測定ユニット５６と、断層像導出ユニット５８を有している。尚、図４の各光学部材（光パルス生成ユニット５０と光パルス強度測定ユニット５６を含む）は、実線で示す光ファイバーにより接続されている。
【００２６】
(i)光パルス生成ユニット
光パルス生成ユニット５０は、例えば、SSG-DBRレーザ（Super Structure Grating-Distributed Bragg Reflector Laser；超周期構造回折格子波長可変レーザ）とその駆動ユニットを有する装置である。光パルス生成ユニット５０は、断層像導出ユニット５８の命令６０に応答してこのSSG-DBRレーザを駆動し、光パルスを生成する。
【００２７】
図５は、光パルス生成ユニット５０が生成する光パルスの強度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（パワー）である。図６は、光パルス生成ユニット５０が生成する光パルスの波数の時間変化を説明する図である。横軸は時間である。縦軸は波数である。
【００２８】
図５及び６に示すように、光パルス生成ユニット５０は、所定の時間Tpが経過するごとに、波数が所定の波数間隔Δｋずつ増加（又は減少）する光パルス６２を生成する。すなわち、光パルス生成ユニット５０は、所定の波数間隔Δｋを有する複数の光パルスを、所定の時間Tp（以下、光パルスの時間間隔と呼ぶ）を隔てて順次生成する。ここで、光パルス６２の時間間隔Tpは、例えば、光パルスの時間幅PW（半値全幅；以下、光パルス時間幅と呼ぶ）の２倍である。
【００２９】
所定の波数範囲を走査し終えると、光パルス生成ユニット５０は、断層像導出ユニット５８の命令６０にしたがって波数走査を再開する。１回の波数走査は、後述するように、測定光パルスの照射位置が少しずつ移動するたびに繰り返される。
【００３０】
ここで、光パルス６２の強度は、波数に依らず一定であることが好ましい。また、光パルス６２の時間間隔Tpは、光パルス時間幅PWの２倍が最も好ましい。これは、この場合に、光パルス時分割多重化ユニット５４による多重化後の光パルス列が最も密になるからである。但し、光パルス６２の時間間隔Tpは、光パルス時間幅PWの２倍以上であってもよい。この場合、光パルス６２の時間間隔Tpは、光パルス時間幅PWの３倍以内が好ましい。これは、多重化後の光パルスが疎になり過ぎないようにするためである。
【００３１】
また、波数の走査範囲は、波長換算で、例えば1570nmから1610nmである。Δｋは、波長換算で、例えば0.01nmである。光パルスの時間間隔Tpは、例えば、1.0μｓである。光パルス時間幅PWは、例えば、0.5μｓである。
【００３２】
本実施の形態では、光パルス６２の波数間隔Δｋは一定である。しかし、波数間隔Δｋが、多少変動しても断層像を構築することはできる。或いは、波数が所々抜けていても、断層像を構築することはできる。このような光パルスを順次生成する光パルス生成ユニットによっても、ＯＣＴ装置４８を構成することができる。但し、波数の変動や抜けが大きいと、断層像は不明瞭になる。
【００３３】
(ii)干渉計ユニット
干渉計ユニット５２は、図４に示すように、光パルス６２を測定光パルス６４と参照光パルス６６に分岐する光分岐器６８（optical splitter）を有している。また、干渉計ユニット５２は、測定光パルス６４を測定対象２０（例えば、網膜、前眼部、内蔵の内壁等）に照射し且つ測定光パルスが測定対象２０により後方散乱されて発生した後方散乱光パルス７０を補足する光パルス照射/補足ユニット７２を有している。また、干渉計ユニット５２は、参照光パルス６６が伝搬する光路の光学長を調整する光遅延ユニット８８を有している。更に、干渉計ユニット５２は、遅延ユニット８８により光学長を調整された参照光パルス６６ａと後方散乱光パルス７０を結合して第１の結合光パルス９５と第２の結合光パルス９７を生成する第１の光結合器６９を有している。
【００３４】
―光分岐器―
光分岐器６８は、例えば方向性結合器である。光分岐器６８の分岐比は、例えば９０％（測定光パルス側）及び１０％（参照光パルス側）である。
【００３５】
―光照射/補足ユニット―
光照射/補足ユニット７２は、図４に示すように、光分岐器６８により分岐され光入射口８１ａに入射した測定光パルス６４を、光入出射口８１ｂから出射する第１の光サーキュレータ８０を有している。
【００３６】
また、光照射/補足ユニット７２は、第１のサーキュレータ８０の光入出射口８１ｂから出射した測定光パルスを平行光線に変換するコリメータレンズ８２を有している。また、光照射/補足ユニット７２は、この平行光線を偏向するガルバノミラー８４と、偏向した平行光線を集光して測定対象２０に照射するフォーカシングレンズ８６を有している。
【００３７】
ガルバノミラー８４は、断層像導出ユニット５８の命令に応答して、集光された平行光線（測定光パルス）の照射位置を測定対象２０上の直線に沿って移動させる。このガルバノミラー８４は、光パルス生成ユニット５０が所定の波数範囲を走査している間は、照射位置を移動させない。そして、波数走査が１回終わるごとに、照射位置を上記直線の沿って一方向に僅かに移動させる。すなわち、ガルバノミラー８４は、測定光パルスの照射位置を走査する。
【００３８】
測定対象２０に照射された測定光パルスは、その一部が後方散乱されて、後方散乱光パルスになる。この後方散乱光パルスは、フォーカシングレンズ８６に入射し、その後測定光パルスが進んで来た光路を逆行して、第１の光サーキュレータ８０の光入出射口８１ｂに入射し、第１の光サーキュレータ８０の光出射口８１ｃから出射する。
【００３９】
以上の構成により、光照射/補足ユニット７２は、測定光パルス６４を測定対象２０（例えば、網膜、前眼部、内蔵の内壁等）に照射し且つ測定光パルスが測定対象２０により後方散乱されて発生した後方散乱光パルス７０を補足する。そして、光照射/補足ユニット７２は、この動作を測定対象２０の表面上の直線に沿って繰り返す。
【００４０】
―光遅延ユニット―
光遅延ユニット８８は、図４に示すように、光分岐器６８により分岐され光入射口９１ａに入射した参照光パルス６６を、光入出射口９１ｂから出射させる第２の光サーキュレータ９０を有している。また、光遅延ユニット８８は、第２のサーキュレータ９０の光入出射口９１ｂから出射した参照光パルス６６を平行光線に変換するコリメータレンズ８２ａを有している。また、光遅延ユニット８８は、この平行光線（参照光パルス）を集光して参照ミラー９２に照射するフォーカシングレンズ８６ａを有している。ここで、参照ミラー９２は、平行光線（参照光パルス）の進行方向の前後に移動可能な可能ミラーである。
【００４１】
参照ミラー９２に照射された参照光パルスは、参照ミラー９２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８６ａに再入射する。その後、参照光パルスは、進行して来た光路を逆行して、第２の光サーキュレータ９０の光入出射口９１ｂに入射し、第２の光サーキュレータ９０の光出射口９１ｃから出射する。
【００４２】
従って、上記平行光の進行方向に沿って参照ミラー９２を移動させることで、参照光パルス６６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ことができる。本実施の形態では、参照光路の光学長が、測定光パルス６４の光路と後方散乱光パルス７０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９２の位置を調整する。尚、参照光路を構成する光ファイバーの長さを予め調整しておくことで、光遅延ユニット８８を省略することができる（図１参照）。
【００４３】
―光結合器―
第１の光結合器６９は、例えば方向性結合器である。この方向性結合器の分岐比は、５０：５０である。従って、第１の結合光パルス９５と第２の結合光パルス９７の強度差は、図１を参照して説明した２光検出器型ＯＣＴ装置２と同様、参照光路と測定光路の光学長の差と波数の積の余弦関数に比例する（特許文献１）。
【００４４】
以上の構成により、干渉計ユニット５２は、夫々の光パルス６２を参照光パルス６６と測定光パルス６４に分岐し、測定光パルスを測定対象２０に照射して後方散乱光パルス７０を発生させる。更に、干渉計ユニット５２は、後方散乱光７０と参照光パルス６６ａを結合して第１の結合光パルス９５と第２の結合光パルス９７を生成する。
【００４５】
尚、本実施の形態では、光分岐器６８及び第１の光結合器６９として、方向性結合器を用いている。しかし、光分岐器６８及び第１の光結合器６９としては、例えば、多モード干渉導波路(Multi Mode Interference)などの他の光分岐結合器を用いてもよい。
【００４６】
（iii）光パルス時分割多重化ユニット
光パルス時分割多重化ユニット５４は、図４に示すように、第１の結合光パルス９５を伝播させる第１の光路９４と、第２の結合光パルスを９７伝播させる第２の光路９６を有している。また、光パルス時分割多重化ユニット５４は、第１の光路９４を伝播した第１の結合光パルス９５と、第２の光路９６を伝播した第２の結合光パルス９７を合流する第２の光結合器９８を有している。
【００４７】
ここで、第２の光路９６の光学長は、第１の光路９４の光学長より長くなっている。従って、第２の光路９６は、第１の結合光９５に対して第２の結合光９７を、第２の光路９６と第１の光路９４の光学長の差ΔLに相当する遅延時間遅らせる。本実施の形態では、この遅延時間（第２の結合光パルス９７の遅延時間）が、光パルス６２の光パルス時間幅PW（＝第１の結合光パルス９５の光パルス時間幅＝第２の結合光パルス９７の光パルス時間幅）に等しくなっている。
【００４８】
図７は、光パルス時分割多重化ユニット５４が出射する光パルスの強度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（パワー）である。
【００４９】
上述したように、光パルス６２の時間間隔Tpは、光パルス６２の光パルス時間幅PWの２倍になっている。また、第２の結合光パルス９７の遅延時間Δｔは、上述したように、光パルス６２の光パルス時間幅PWに等しくなっている。従って、光パルス時分割多重化ユニット５４は、図７に示すように、第１の結合光パルス９５と第２の結合光パルス９７を交互に出射する。
【００５０】
図８は、光パルス時分割多重化ユニット５４が生成する光パルスの波数の時間変化を説明する図である。横軸は時間である。縦軸は波数である。図８の実線１００は、第１の結合光パルス９５の波数である。図８の波線１０２は、第２の結合光パルス９７の波数である。図８に示すように、光パルス時分割多重化ユニット５４は、同じ波数を有する第１の結合光パルス９５と第２の結合光パルス９７をこの順番で出射した後、次の波数を有する第１の結合光パルス９５と第２の結合光パルス９７を再びこの順番で出射する。
【００５１】
以上のように、光パルス時分割多重化ユニット５４は、第１の結合光パルス９５に対して第２の結合光パルス９７を所定の遅延時間Δｔ遅らせた後、第１の結合光パルス９５と第２の結合光パルス９７を合流して、第１の結合光パルス９５と第２の結合光パルス９７を交互に出射する。
【００５２】
以上の例では、光パルスの時間間隔Tpが光パルス時間幅PWの２倍であり、第２の結合光パルス９７の遅延時間Δｔが光パルス６２の光パルス時間PWに等しくなっている。しかし、遅延時間Δｔは、光パルス６２の光パルス時間幅PW以上で且つ光パルス時間幅PWとの和が光パルス６２の時間間隔Tp以下であってもよい。このような場合にも、第２の光結合器９８により合流した、第１の結合光パルス９５と第２の結合光パルス９７は、互いに重ならずに、第２の結合器９８を交互に出射する。
【００５３】
（iv）光パルス強度測定ユニット
光パルス強度測定ユニット５６は、図４に示すように、一つの光検出器１０４（例えば、pinフォトダイオード）と、この光検出器１０４の出力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１０６（以下、高速ＡＤ変換ユニットと呼ぶ）を有している。
【００５４】
ここで、高速ＡＤ変換ユニット１０６は、光検出器１０４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）１０８と、ＡＤ変換機１０８が変換したデジタル信号を記録するメモリユニット１１０（例えば、Random Access Memory）を有している。
【００５５】
以上の構成により、光パルス強度測定ユニット５６は、光パルス時分割多重化ユニット５４が交互に出射する第１の結合光パルス９５と第２の結合光パルス９７の強度を順次測定し記録する。
【００５６】
（v）断層像導出ユニット
断層像導出ユニット５８は、コンピュータ５９であって、図４に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１２と、主記憶装置（例えば、Random Access Memory）１１４と、ＯＣＴ装置４８を動作させるプログラム（以下、測定プログラムと呼ぶ）が記録された補助記憶装置１１６（磁気ディスク等）を有する。
【００５７】
断層像導出ユニット５８を動作させるためには、まず、補助記憶装置１１６から主記憶装置１１４に測定プログラムをロードする。これによりコンピュータ５９は、CPU１１２が、主記憶装置１１４中の測定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１１０内の測定プログラムを実行することで）、他の装置（光パルス生成ユニット５０等）を制御し且つ測定データに基づいて断層像を導出する演算制御装置になる。
【００５８】
コンピュータ５９は、光パルスユニット５０及びガルバノミラー８４を制御して、光パルス６２の波数走査を繰り返しながら、測定対象２０の表面の直線に沿って測定光パルス６４の照射位置を走査する。ここで、コンピュータ５９は、波数走査を行っている間は、測定光パルス６４の照射位置を移動させない。そして、コンピュータ５９は、波数走査が一回終了する毎に、照射位置を上記直線に沿って一方向に少し移動させ、波数走査を再開する。
【００５９】
この間、光パルス強度測定ユニット５６は、第１の結合光パルス９５及び第２の結合光パルス９７の強度を光検出器１０４で順次測定し、夫々の強度をその波数と対応させて記録する。
【００６０】
測定光パルス６４の位置走査が終了すると、コンピュータ５９は、第１の結合光パルス９５及び第２の結合光パルス９７の強度を波数に関してフーリエ変換し、その絶対値（又は、その２乗）を算出する。これにより、測定対象２０の後方散乱光強度の深さ方向（正確には、測定光パルスの進行方向）の分布が得られる。コンピュータ５９は、この後方散乱光強度の分布を測定光パルス６４の照射位置と対応させることで、測定対象２０の２次元断層像を構築する。
【００６１】
以上のように、断層像導出ユニット５８は、光パルス強度測定ユニット５６が測定した、第１の結合光パルス９５の強度と第２の結合光パルス９７の強度の差をフーリエ変換して、測定対象２０の断層像を導出する。
【００６２】
以上の説明から明らかなように、本OCT装置４８では、図７に示すように、第１の結合光パルス９５と第２の結合光パルス９７が合流して１つの光パルス列になるので、第１の結合光パルス９５の強度と第２の結合光パルス９７の強度とを、一つの光検出器１０４で検出することができる。従って、本ＯＣＴ装置４８によれば、光検出器及びその駆動装置を夫々一つずつ減らすことができる。更に、差動増幅器が不要になる。従って、ＯＣＴ装置の構成が簡素になる。
【００６３】
（２）使用法
次に、本ＯＣＴ装置４８の使用法を説明する。
【００６４】
まず、光パルス生成ユニット５０、光パルス強度測定ユニット５６、及び断層像導出ユニット５８を起動する。次に、光パルス照射/補足ユニット７２の光パルス照射位置に、測定対象２０を配置する。次に、光遅延ユニット８８の参照ミラー９２の位置を調整して、参照光路と測定光路の光路長を略一致させる。その後、コンピュータ５９を、測定プログラムにしたがって動作させて、断層像を撮影する。
【００６５】
（３）断層像の撮影方法
次に、本実施の形態による断層像の撮影方法を説明する。
【００６６】
まず、測定対象２０を所定の位置に配置する。次に、参照光路と測定光路の光路長を略一致させる。
【００６７】
次に、所定の波数間隔Δｋを有する複数の光パルス６２を順次生成する（図５及び６参照）。
【００６８】
次に、夫々の光パルス６２を参照光パルス６６と測定光パルス６４に分岐し、測定光パルス６４を測定対象２０に照射して後方散乱光パルスを発生させる。次に、この後方散乱光パルス７０と参照光パルス６６を結合して第１の結合光パルス９５と第２の結合光パルス９７を生成する。
【００６９】
次に、第１の結合光パルス９５に対して第２の結合光パルス９７を所定の遅延時間Δｔ遅らせた後、第１の結合光パルス９５と第２の結合光パルス９７を合流して、第１の結合光パルス９５と第２の結合光パルス９５を交互に配列する（図７参照）。
【００７０】
次に、交互に配列された第１の結合光パルス９５と第２の結合光パルス９５を一つの光検出器で受光して、夫々の強度を順次測定する。
【００７１】
次に、測定した第１の結合光パルス９５の強度と第２の結合光パルス９７の強度の差をフーリエ変換して、測定対象２０の断層像を導出する。
【００７２】
以上の例では、測定光パルスの照射位置を直線に沿って移動させることにより、２次元断層像を撮影しいている。しかし、測定光パルスの照射位置を固定して、１次元断層像を撮影してもよい。また、測定光パルスの照射位置を２次元的に走査して、３次元断層像を撮影してもよい。
【００７３】
また、以上の例では、可変波長光源を、光パルス生成ユニットとして用いている。しかし、光パルス生成ユニットとして用いることのできる装置は、可変波長光源に限られない。例えば、SLD（Super Luminescent Diode）等の広帯域光源を変調して広帯域光パルスを発生し、この広帯域光パルスを分光して複数の光パルスを生成する。次に、この複数の光パルスを夫々の波数に応じて所定の時間遅延させた後に合流して、波数が少しずつ異なる複数の光パルスを順次生成してもよい。
【００７４】
また、以上の例では、干渉計ユニット５２は、マッハツエンダ型干渉計である。しかし、干渉計ユニット５２を、他の干渉計たとえばマイケルソン型干渉計で構成してもよい。
【符号の説明】
【００７５】
４８・・・OCT装置
５０・・・光パルス生成ユニット
５２・・・干渉計ユニット
５４・・・光パルス時分割多重化ユニット
５６・・・光パルス強度測定ユニット
５８・・・断層像導出ユニット
６２・・・光パルス
６４・・・測定光パルス
６６・・・参照光パルス
６８・・・光分岐器
６９・・・第１の光結合器
７０・・・後方散乱光パルス
７２・・・光パルス照射/補足ユニット
８８・・・光遅延ユニット
９４・・・第１の光路
９５・・・第１の結合光パルス
９６・・・第２の光路
９７・・・第２の結合光パルス
９８・・・第２の光結合器
【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】
ＯＣＴには種々の方式があるが、測定対象の後方散乱光に基づく干渉光の強度をフーリエ変換して断層像を構築する方法が、高速性・高分解能等の点で優れている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２０１０８７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、この方法には高速動作する光検出器が２つ必要であり、フーリエ変換により断層像を構築するＯＣＴ装置（以下、単にＯＣＴ装置と呼ぶ）の複雑化の一因になっている。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、一つの光検出だけで断層像の撮影を可能とする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、波数の異なる複数の光パルスを、順次生成する光パルス生成ユニットと、夫々の前記光パルスを参照光パルスと測定光パルスに分岐し、前記測定光パルスを測定対象に照射して後方散乱光パルスを発生させ、前記後方散乱光パルスと前記参照光パルスを結合して第１の結合光パルスと第２の結合光パルスを生成する干渉計ユニットと、前記第１の結合光パルスに対して前記第２の結合光パルスを所定の遅延時間遅らせた後、前記第１の結合光パルスと前記第２の結合光パルスを合流して、前記第１の結合光パルスと前記第２の結合光パルスを交互に出射する光パルス時分割多重化ユニットと、前記光パルス時分割多重化ユニットが交互に出射する前記第１の結合光パルスと前記第２の結合光パルスの強度を順次測定する光パルス強度測定ユニットと、前記光パルス強度測定ユニットが測定した、前記第１の結合光パルスの強度と前記第２の結合光パルスの強度の差をフーリエ変換して、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が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、一つの光検出器だけで断層像の撮影を可能とするフーリエ変換ＯＣＴ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】２検出器型ＯＣＴ装置の構成を説明する概略図である。
【図２】可変波長光源が生成するレーザ光の波数（＝２π／波長）の時間変化を説明する図である。
【図３】第１の結合光及び第２の結合光の強度と波数の関係を説明する図である。
【図４】実施の形態のOCT装置の構成を説明する図である。
【図５】光パルス生成ユニットが生成する光パルスの強度の時間変化を説明する図である。
【図６】光パルス生成ユニットが生成する光パルスの波数の時間変化を説明する図である。
【図７】光パルス時分割多重化ユニットが出射する光パルスの強度の時間変化を説明する図である。
【図８】光パルス時分割多重化ユニットが生成する光パルスの波数の時間変化を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
まず、測定対象の後方散乱光に基づく干渉光の強度を２つの光検出器で測定し、この干渉光強度をフーリエ変換して断層像を構築するＯＣＴ装置（以下、２検出器型ＯＣＴと呼ぶ）を説明する。図１は、２検出器型ＯＣＴ装置２の構成を説明する概略図である。尚、説明を簡単にするため、１次元断層像を撮影する場合について説明する。
【００１２】
このＯＣＴ装置２は、図１に示すように、可変波長光源４と、可変波長光源４が生成する光が入射する干渉計ユニット６を有している。また、ＯＣＴ装置２は、干渉計ユニット６が生成する干渉光の強度を測定する干渉光強度測定ユニット８と、干渉光強度測定ユニット８が測定した干渉光強度をフーリエ変換して、測定対象の断層像を構築する断層像導出ユニット１０を有している。
【００１３】
図２は、可変波長光源４が生成するレーザ光の波数（＝２π／波長）の時間変化を説明する図である。図２の横軸は、時間である。図２の縦軸は、波数である。図２に示すように、可変波長光源４の生成するレーザ光の波数は、所定の波数間隔Δｋで増加（又は減少）する。
【００１４】
干渉計ユニット６は、図１に示すように、可変波長光源４が生成したレーザ光１２を測定光１４と参照光１６に分岐する光分岐器１８（例えば、方向性結合器）を有している。また、干渉計ユニット６は、測定光１６を測定対象２０に照射し且つ測定光１６が測定対象２０により後方散乱されて発生した後方散乱光２２を補足する光照射/補足ユニット２５を有している。また、干渉計ユニット６は、参照光１４と後方散乱光２２を結合して第１の結合光２４と第２の結合光２６を出射する光結合器２８（例えば、分岐比が１：１の方向性結合器）を有している。
【００１５】
光結合器２８が出射する第１の結合光２４及び第２の結合光２６は、後方散乱光２２と参照光１４が結合した干渉光である。これら第１の結合光２４と第２の結合光２６の強度の時間変化は、後述するように、位相がπずれている。
【００１６】
光パルス強度測定ユニット８は、第１の結合光２４の強度に対応する信号（例えば、光電流）を出力する第１の光検知器３２（例えば、pinフォトレジストダイオード）と、第２の結合光２６の強度に対応する信号（例えば、光電流）を出力する第２の光検知器３４（例えば、pinフォトレジストダイオード）とを有している。また、光パルス強度測定ユニット８は、第１の光検知器３２の出力と第２の光検知器３４の出力の差を増幅する差動増幅器３６を有している。また、光パルス強度測定ユニット８は、差動増幅器３６の出力をアナログデジタル変換するAD変換器３８を有している。以上により、光パルス強度測定ユニット８は、第１の結合光２４と第２の結合光２６の強度の差を測定する。
【００１７】
断層像導出ユニット１０（例えば、ＯＣＴ装置２を動作させるプログラムがロードされたパーソナルコンピュータ）は、光パルス強度測定ユニット８が測定した、第１の結合光２４と第２の結合光２６の強度の差を波数に関してフーリエ変換して、その絶対値（または、その２乗）を算出する。この絶対値は位置座標の関数であり、測定対象の後方散乱光の強度の深さ方向分布すなわち１次元断層像を表している。
【００１８】
以上のように、２光検出器型OCT装置は、位相がπずれた２つ干渉光の強度差を２つの光検出３２,３４で測定し、この強度差をフーリエ変換して断層像を構築する。このように位相がπずれた２つ干渉光の強度差をフーリエ変換することで、断層像のS/N比（signal to noise ratio）を改善することができる。
【００１９】
尚、上記各光学部材は、図１に実線で示した光ファイバーにより接続されている。また、測定光１６が伝搬する光ファイバーと後方散乱光２２が伝搬する光ファイバーは、光照射/補足ユニット２５の光サーキュレータ３０により、測定対象２０に至る光路に接続されている。
【００２０】
以下、位相がπずれた干渉光の強度差をフーリエ変換することで断層像のS/N比が改善される理由を説明する。尚、説明を簡単にするため、測定対象２０は光反射面（または、後方散乱面）を一つだけ有するとする。
【００２１】
図３は、第１の結合光２４及び第２の結合光２６の強度と波数の関係を説明する図である。縦軸は、第１の結合光２４及び第２の結合光２６の強度（パワー）である。横軸は、第１の結合光２４及び第２の結合光２６の波数である。上述したように、可変波長光源４の生成するレーザ光の波数は、所定の波数間隔Δｋずつ増加（又は、減少）する。この波数間隔Δｋは、波数の走査範囲に比べ十分に狭い。従って、夫々の結合光の強度は、図３に示すように、略連続的に変化する。
【００２２】
図３に示すように、第１の結合光２４の光強度４０及び第２の結合光２６の強度４２は、波数に対して余弦関数として変化する振動成分と直流成分を有している。ここで、第１の結合光２４の振動成分４４と第２の結合光２６の振動成分４６は、位相がπずれている。一方、第１の結合光の直流成分と第２の結合光の直流成分は等しい。従って、第１の結合光２４の強度４０から第２の結合光２６の強度４２を差し引くと、直流成分は取り除かれ、振動成分は２倍になる。これにより、直流成分に伴う雑音は取り除かれ、一方、振動成分すなわち信号強度は２倍になるので、断層像のS/N比（signal to noise ratio）が向上する。
【００２３】
尚、干渉光の振動成分４４,４６の強度の平方根は、後方散乱光の強度に比例している。また、干渉光の振動成分４４,４６の周期は、測定対象２０の表面からの深さ（正確には、測定光１６と後方散乱光２２の光路長の和と参照光１４の光路長の差）に反比例している。従って、この振動成分４４,４６を波数に関してフーリエ変換しその絶対値を導出することで、測定対象２０の深さ方向の後方散乱強度の分布を得ることができる（特許文献１）。
【００２４】
（１）装置構成
図４は、本実施の形態のOCT装置４８の構成を説明する図である。
【００２５】
本実施の形態のOCT装置４８は、図４に示すように、光パルス生成ユニット５０と、干渉計ユニット５２と、光パルス時分割多重化ユニット５４と、光パルス強度測定ユニット５６と、断層像導出ユニット５８を有している。尚、図４の各光学部材（光パルス生成ユニット５０と光パルス強度測定ユニット５６を含む）は、実線で示す光ファイバーにより接続されている。
【００２６】
(i)光パルス生成ユニット
光パルス生成ユニット５０は、例えば、SSG-DBRレーザ（Super Structure Grating-Distributed Bragg Reflector Laser；超周期構造回折格子波長可変レーザ）とその駆動ユニットを有する装置である。光パルス生成ユニット５０は、断層像導出ユニット５８の命令６０に応答してこのSSG-DBRレーザを駆動し、光パルスを生成する。
【００２７】
図５は、光パルス生成ユニット５０が生成する光パルスの強度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（パワー）である。図６は、光パルス生成ユニット５０が生成する光パルスの波数の時間変化を説明する図である。横軸は時間である。縦軸は波数である。
【００２８】
図５及び６に示すように、光パルス生成ユニット５０は、所定の時間Tpが経過するごとに、波数が所定の波数間隔Δｋずつ増加（又は減少）する光パルス６２を生成する。すなわち、光パルス生成ユニット５０は、所定の波数間隔Δｋを有する複数の光パルスを、所定の時間Tp（以下、光パルスの時間間隔と呼ぶ）を隔てて順次生成する。ここで、光パルス６２の時間間隔Tpは、例えば、光パルスの時間幅PW（半値全幅；以下、光パルス時間幅と呼ぶ）の２倍である。
【００２９】
所定の波数範囲を走査し終えると、光パルス生成ユニット５０は、断層像導出ユニット５８の命令６０にしたがって波数走査を再開する。１回の波数走査は、後述するように、測定光パルスの照射位置が少しずつ移動するたびに繰り返される。
【００３０】
ここで、光パルス６２の強度は、波数に依らず一定であることが好ましい。また、光パルス６２の時間間隔Tpは、光パルス時間幅PWの２倍が最も好ましい。これは、この場合に、光パルス時分割多重化ユニット５４による多重化後の光パルス列が最も密になるからである。但し、光パルス６２の時間間隔Tpは、光パルス時間幅PWの２倍以上であってもよい。この場合、光パルス６２の時間間隔Tpは、光パルス時間幅PWの３倍以内が好ましい。これは、多重化後の光パルスが疎になり過ぎないようにするためである。
【００３１】
また、波数の走査範囲は、波長換算で、例えば1570nmから1610nmである。Δｋは、波長換算で、例えば0.01nmである。光パルスの時間間隔Tpは、例えば、1.0μｓである。光パルス時間幅PWは、例えば、0.5μｓである。
【００３２】
本実施の形態では、光パルス６２の波数間隔Δｋは一定である。しかし、波数間隔Δｋが、多少変動しても断層像を構築することはできる。或いは、波数が所々抜けていても、断層像を構築することはできる。このような光パルスを順次生成する光パルス生成ユニットによっても、ＯＣＴ装置４８を構成することができる。但し、波数の変動や抜けが大きいと、断層像は不明瞭になる。
【００３３】
(ii)干渉計ユニット
干渉計ユニット５２は、図４に示すように、光パルス６２を測定光パルス６４と参照光パルス６６に分岐する光分岐器６８（optical splitter）を有している。また、干渉計ユニット５２は、測定光パルス６４を測定対象２０（例えば、網膜、前眼部、内蔵の内壁等）に照射し且つ測定光パルスが測定対象２０により後方散乱されて発生した後方散乱光パルス７０を補足する光パルス照射/補足ユニット７２を有している。また、干渉計ユニット５２は、参照光パルス６６が伝搬する光路の光学長を調整する光遅延ユニット８８を有している。更に、干渉計ユニット５２は、遅延ユニット８８により光学長を調整された参照光パルス６６ａと後方散乱光パルス７０を結合して第１の結合光パルス９５と第２の結合光パルス９７を生成する第１の光結合器６９を有している。
【００３４】
―光分岐器―
光分岐器６８は、例えば方向性結合器である。光分岐器６８の分岐比は、例えば９０％（測定光パルス側）及び１０％（参照光パルス側）である。
【００３５】
―光照射/補足ユニット―
光照射/補足ユニット７２は、図４に示すように、光分岐器６８により分岐され光入射口８１ａに入射した測定光パルス６４を、光入出射口８１ｂから出射する第１の光サーキュレータ８０を有している。
【００３６】
また、光照射/補足ユニット７２は、第１のサーキュレータ８０の光入出射口８１ｂから出射した測定光パルスを平行光線に変換するコリメータレンズ８２を有している。また、光照射/補足ユニット７２は、この平行光線を偏向するガルバノミラー８４と、偏向した平行光線を集光して測定対象２０に照射するフォーカシングレンズ８６を有している。
【００３７】
ガルバノミラー８４は、断層像導出ユニット５８の命令に応答して、集光された平行光線（測定光パルス）の照射位置を測定対象２０上の直線に沿って移動させる。このガルバノミラー８４は、光パルス生成ユニット５０が所定の波数範囲を走査している間は、照射位置を移動させない。そして、波数走査が１回終わるごとに、照射位置を上記直線の沿って一方向に僅かに移動させる。すなわち、ガルバノミラー８４は、測定光パルスの照射位置を走査する。
【００３８】
測定対象２０に照射された測定光パルスは、その一部が後方散乱されて、後方散乱光パルスになる。この後方散乱光パルスは、フォーカシングレンズ８６に入射し、その後測定光パルスが進んで来た光路を逆行して、第１の光サーキュレータ８０の光入出射口８１ｂに入射し、第１の光サーキュレータ８０の光出射口８１ｃから出射する。
【００３９】
以上の構成により、光照射/補足ユニット７２は、測定光パルス６４を測定対象２０（例えば、網膜、前眼部、内蔵の内壁等）に照射し且つ測定光パルスが測定対象２０により後方散乱されて発生した後方散乱光パルス７０を補足する。そして、光照射/補足ユニット７２は、この動作を測定対象２０の表面上の直線に沿って繰り返す。
【００４０】
―光遅延ユニット―
光遅延ユニット８８は、図４に示すように、光分岐器６８により分岐され光入射口９１ａに入射した参照光パルス６６を、光入出射口９１ｂから出射させる第２の光サーキュレータ９０を有している。また、光遅延ユニット８８は、第２のサーキュレータ９０の光入出射口９１ｂから出射した参照光パルス６６を平行光線に変換するコリメータレンズ８２ａを有している。また、光遅延ユニット８８は、この平行光線（参照光パルス）を集光して参照ミラー９２に照射するフォーカシングレンズ８６ａを有している。ここで、参照ミラー９２は、平行光線（参照光パルス）の進行方向の前後に移動可能な可能ミラーである。
【００４１】
参照ミラー９２に照射された参照光パルスは、参照ミラー９２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８６ａに再入射する。その後、参照光パルスは、進行して来た光路を逆行して、第２の光サーキュレータ９０の光入出射口９１ｂに入射し、第２の光サーキュレータ９０の光出射口９１ｃから出射する。
【００４２】
従って、上記平行光の進行方向に沿って参照ミラー９２を移動させることで、参照光パルス６６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ことができる。本実施の形態では、参照光路の光学長が、測定光パルス６４の光路と後方散乱光パルス７０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９２の位置を調整する。尚、参照光路を構成する光ファイバーの長さを予め調整しておくことで、光遅延ユニット８８を省略することができる（図１参照）。
【００４３】
―光結合器―
第１の光結合器６９は、例えば方向性結合器である。この方向性結合器の分岐比は、５０：５０である。従って、第１の結合光パルス９５と第２の結合光パルス９７の強度差は、図１を参照して説明した２光検出器型ＯＣＴ装置２と同様、参照光路と測定光路の光学長の差と波数の積の余弦関数に比例する（特許文献１）。
【００４４】
以上の構成により、干渉計ユニット５２は、夫々の光パルス６２を参照光パルス６６と測定光パルス６４に分岐し、測定光パルスを測定対象２０に照射して後方散乱光パルス７０を発生させる。更に、干渉計ユニット５２は、後方散乱光７０と参照光パルス６６ａを結合して第１の結合光パルス９５と第２の結合光パルス９７を生成する。
【００４５】
尚、本実施の形態では、光分岐器６８及び第１の光結合器６９として、方向性結合器を用いている。しかし、光分岐器６８及び第１の光結合器６９としては、例えば、多モード干渉導波路(Multi Mode Interference)などの他の光分岐結合器を用いてもよい。
【００４６】
（iii）光パルス時分割多重化ユニット
光パルス時分割多重化ユニット５４は、図４に示すように、第１の結合光パルス９５を伝播させる第１の光路９４と、第２の結合光パルスを９７伝播させる第２の光路９６を有している。また、光パルス時分割多重化ユニット５４は、第１の光路９４を伝播した第１の結合光パルス９５と、第２の光路９６を伝播した第２の結合光パルス９７を合流する第２の光結合器９８を有している。
【００４７】
ここで、第２の光路９６の光学長は、第１の光路９４の光学長より長くなっている。従って、第２の光路９６は、第１の結合光９５に対して第２の結合光９７を、第２の光路９６と第１の光路９４の光学長の差ΔLに相当する遅延時間遅らせる。本実施の形態では、この遅延時間（第２の結合光パルス９７の遅延時間）が、光パルス６２の光パルス時間幅PW（＝第１の結合光パルス９５の光パルス時間幅＝第２の結合光パルス９７の光パルス時間幅）に等しくなっている。
【００４８】
図７は、光パルス時分割多重化ユニット５４が出射する光パルスの強度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（パワー）である。
【００４９】
上述したように、光パルス６２の時間間隔Tpは、光パルス６２の光パルス時間幅PWの２倍になっている。また、第２の結合光パルス９７の遅延時間Δｔは、上述したように、光パルス６２の光パルス時間幅PWに等しくなっている。従って、光パルス時分割多重化ユニット５４は、図７に示すように、第１の結合光パルス９５と第２の結合光パルス９７を交互に出射する。
【００５０】
図８は、光パルス時分割多重化ユニット５４が生成する光パルスの波数の時間変化を説明する図である。横軸は時間である。縦軸は波数である。図８の実線１００は、第１の結合光パルス９５の波数である。図８の波線１０２は、第２の結合光パルス９７の波数である。図８に示すように、光パルス時分割多重化ユニット５４は、同じ波数を有する第１の結合光パルス９５と第２の結合光パルス９７をこの順番で出射した後、次の波数を有する第１の結合光パルス９５と第２の結合光パルス９７を再びこの順番で出射する。
【００５１】
以上のように、光パルス時分割多重化ユニット５４は、第１の結合光パルス９５に対して第２の結合光パルス９７を所定の遅延時間Δｔ遅らせた後、第１の結合光パルス９５と第２の結合光パルス９７を合流して、第１の結合光パルス９５と第２の結合光パルス９７を交互に出射する。
【００５２】
以上の例では、光パルスの時間間隔Tpが光パルス時間幅PWの２倍であり、第２の結合光パルス９７の遅延時間Δｔが光パルス６２の光パルス時間PWに等しくなっている。しかし、遅延時間Δｔは、光パルス６２の光パルス時間幅PW以上で且つ光パルス時間幅PWとの和が光パルス６２の時間間隔Tp以下であってもよい。このような場合にも、第２の光結合器９８により合流した、第１の結合光パルス９５と第２の結合光パルス９７は、互いに重ならずに、第２の結合器９８を交互に出射する。
【００５３】
（iv）光パルス強度測定ユニット
光パルス強度測定ユニット５６は、図４に示すように、一つの光検出器１０４（例えば、pinフォトダイオード）と、この光検出器１０４の出力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１０６（以下、高速ＡＤ変換ユニットと呼ぶ）を有している。
【００５４】
ここで、高速ＡＤ変換ユニット１０６は、光検出器１０４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）１０８と、ＡＤ変換機１０８が変換したデジタル信号を記録するメモリユニット１１０（例えば、Random Access Memory）を有している。
【００５５】
以上の構成により、光パルス強度測定ユニット５６は、光パルス時分割多重化ユニット５４が交互に出射する第１の結合光パルス９５と第２の結合光パルス９７の強度を順次測定し記録する。
【００５６】
（v）断層像導出ユニット
断層像導出ユニット５８は、コンピュータ５９であって、図４に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１２と、主記憶装置（例えば、Random Access Memory）１１４と、ＯＣＴ装置４８を動作させるプログラム（以下、測定プログラムと呼ぶ）が記録された補助記憶装置１１６（磁気ディスク等）を有する。
【００５７】
断層像導出ユニット５８を動作させるためには、まず、補助記憶装置１１６から主記憶装置１１４に測定プログラムをロードする。これによりコンピュータ５９は、CPU１１２が、主記憶装置１１４中の測定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１１０内の測定プログラムを実行することで）、他の装置（光パルス生成ユニット５０等）を制御し且つ測定データに基づいて断層像を導出する演算制御装置になる。
【００５８】
コンピュータ５９は、光パルスユニット５０及びガルバノミラー８４を制御して、光パルス６２の波数走査を繰り返しながら、測定対象２０の表面の直線に沿って測定光パルス６４の照射位置を走査する。ここで、コンピュータ５９は、波数走査を行っている間は、測定光パルス６４の照射位置を移動させない。そして、コンピュータ５９は、波数走査が一回終了する毎に、照射位置を上記直線に沿って一方向に少し移動させ、波数走査を再開する。
【００５９】
この間、光パルス強度測定ユニット５６は、第１の結合光パルス９５及び第２の結合光パルス９７の強度を光検出器１０４で順次測定し、夫々の強度をその波数と対応させて記録する。
【００６０】
測定光パルス６４の位置走査が終了すると、コンピュータ５９は、第１の結合光パルス９５及び第２の結合光パルス９７の強度を波数に関してフーリエ変換し、その絶対値（又は、その２乗）を算出する。これにより、測定対象２０の後方散乱光強度の深さ方向（正確には、測定光パルスの進行方向）の分布が得られる。コンピュータ５９は、この後方散乱光強度の分布を測定光パルス６４の照射位置と対応させることで、測定対象２０の２次元断層像を構築する。
【００６１】
以上のように、断層像導出ユニット５８は、光パルス強度測定ユニット５６が測定した、第１の結合光パルス９５の強度と第２の結合光パルス９７の強度の差をフーリエ変換して、測定対象２０の断層像を導出する。
【００６２】
以上の説明から明らかなように、本OCT装置４８では、図７に示すように、第１の結合光パルス９５と第２の結合光パルス９７が合流して１つの光パルス列になるので、第１の結合光パルス９５の強度と第２の結合光パルス９７の強度とを、一つの光検出器１０４で検出することができる。従って、本ＯＣＴ装置４８によれば、光検出器及びその駆動装置を夫々一つずつ減らすことができる。更に、差動増幅器が不要になる。従って、ＯＣＴ装置の構成が簡素になる。
【００６３】
（２）使用法
次に、本ＯＣＴ装置４８の使用法を説明する。
【００６４】
まず、光パルス生成ユニット５０、光パルス強度測定ユニット５６、及び断層像導出ユニット５８を起動する。次に、光パルス照射/補足ユニット７２の光パルス照射位置に、測定対象２０を配置する。次に、光遅延ユニット８８の参照ミラー９２の位置を調整して、参照光路と測定光路の光路長を略一致させる。その後、コンピュータ５９を、測定プログラムにしたがって動作させて、断層像を撮影する。
【００６５】
（３）断層像の撮影方法
次に、本実施の形態による断層像の撮影方法を説明する。
【００６６】
まず、測定対象２０を所定の位置に配置する。次に、参照光路と測定光路の光路長を略一致させる。
【００６７】
次に、所定の波数間隔Δｋを有する複数の光パルス６２を順次生成する（図５及び６参照）。
【００６８】
次に、夫々の光パルス６２を参照光パルス６６と測定光パルス６４に分岐し、測定光パルス６４を測定対象２０に照射して後方散乱光パルスを発生させる。次に、この後方散乱光パルス７０と参照光パルス６６を結合して第１の結合光パルス９５と第２の結合光パルス９７を生成する。
【００６９】
次に、第１の結合光パルス９５に対して第２の結合光パルス９７を所定の遅延時間Δｔ遅らせた後、第１の結合光パルス９５と第２の結合光パルス９７を合流して、第１の結合光パルス９５と第２の結合光パルス９５を交互に配列する（図７参照）。
【００７０】
次に、交互に配列された第１の結合光パルス９５と第２の結合光パルス９５を一つの光検出器で受光して、夫々の強度を順次測定する。
【００７１】
次に、測定した第１の結合光パルス９５の強度と第２の結合光パルス９７の強度の差をフーリエ変換して、測定対象２０の断層像を導出する。
【００７２】
以上の例では、測定光パルスの照射位置を直線に沿って移動させることにより、２次元断層像を撮影しいている。しかし、測定光パルスの照射位置を固定して、１次元断層像を撮影してもよい。また、測定光パルスの照射位置を２次元的に走査して、３次元断層像を撮影してもよい。
【００７３】
また、以上の例では、可変波長光源を、光パルス生成ユニットとして用いている。しかし、光パルス生成ユニットとして用いることのできる装置は、可変波長光源に限られない。例えば、SLD（Super Luminescent Diode）等の広帯域光源を変調して広帯域光パルスを発生し、この広帯域光パルスを分光して複数の光パルスを生成する。次に、この複数の光パルスを夫々の波数に応じて所定の時間遅延させた後に合流して、波数が少しずつ異なる複数の光パルスを順次生成してもよい。
【００７４】
また、以上の例では、干渉計ユニット５２は、マッハツエンダ型干渉計である。しかし、干渉計ユニット５２を、他の干渉計たとえばマイケルソン型干渉計で構成してもよい。
【符号の説明】
【００７５】
４８・・・OCT装置
５０・・・光パルス生成ユニット
５２・・・干渉計ユニット
５４・・・光パルス時分割多重化ユニット
５６・・・光パルス強度測定ユニット
５８・・・断層像導出ユニット
６２・・・光パルス
６４・・・測定光パルス
６６・・・参照光パルス
６８・・・光分岐器
６９・・・第１の光結合器
７０・・・後方散乱光パルス
７２・・・光パルス照射/補足ユニット
８８・・・光遅延ユニット
９４・・・第１の光路
９５・・・第１の結合光パルス
９６・・・第２の光路
９７・・・第２の結合光パルス
９８・・・第２の光結合器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波数の異なる複数の光パルスを、順次生成する光パルス生成ユニットと、
夫々の前記光パルスを参照光パルスと測定光パルスに分岐し、前記測定光パルスを測定対象に照射して後方散乱光パルスを発生させ、前記後方散乱光パルスと前記参照光パルスを結合して第１の結合光パルスと第２の結合光パルスを生成する干渉計ユニットと、
前記第１の結合光パルスに対して前記第２の結合光パルスを所定の遅延時間遅らせた後、前記第１の結合光パルスと前記第２の結合光パルスを合流して、前記第１の結合光パルスと前記第２の結合光パルスを交互に出射する光パルス時分割多重化ユニットと、
前記光パルス時分割多重化ユニットが交互に出射する前記第１の結合光パルスと前記第２の結合光パルスの強度を順次測定する光パルス強度測定ユニットと、
前記光パルス強度測定ユニットが測定した、前記第１の結合光パルスの強度と前記第２の結合光パルスの強度の差をフーリエ変換して、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。
【請求項２】
請求項１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、
前記遅延時間が、前記光パルスのパルス時間幅以上であり、
前記光パルス時間幅と前記遅延時間の和が、前記光パルスの時間間隔以内であることを、
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３】
請求項１又は２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、
前記光パルス時分割多重化ユニットは、
前記第１の結合光パルスを伝播させる第１の光路と、
前記第１の光路より長い光路長を有し、前記第２の結合光パルスを伝播させる第２の光路と、
前記第１の光路を伝播した前記第１の結合光パルスと、前記第２の光路を伝播した前記第２の結合光パルスを合流する光結合器とを有することを、
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４】
請求項１乃至３のいずれか１項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、
前記干渉計ユニットは、
前記光パルスを前記測定光パルスと前記参照光パルスに分岐する光分岐器と、前記測定光パルスを測定対象に照射し且つ前記測定光パルス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、前記参照光パルスと前記後方散乱光パルスを結合して第１の結合光パルスと第２の結合光パルスを生成する光結合器とを有することを、
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５】
異なる波数の複数の光パルスを、順次生成する光パルス生成ステップと、
夫々の前記光パルスを参照光パルスと測定光パルスに分岐し、前記測定光パルスを測定対象に照射して後方散乱光パルスを発生させ、前記後方散乱光パルスと前記参照光パルスを結合して第１の結合光パルスと第２の結合光パルスを生成する干渉ステップと、
前記第１の結合光パルスに対して前記第２の結合光パルスを所定の遅延時間遅らせた後、前記第１の結合光パルスと前記第２の結合光パルスを合流して、前記第１の結合光パルスと前記第２の結合光パルスを交互に配列する光パルス時分割多重化ステップと、
交互に配列された、前記第１の結合光パルスと前記第２の結合光パルスの強度を、光検出器で順次測定する光パルス強度測定ステップと、
前記光パルス強度測定ステップで測定した、前記第１の結合光パルスの強度と前記第２の結合光パルスの強度の差をフーリエ変換して、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１】
波数の異なる複数の光パルスを、順次生成する光パルス生成ユニットと、
夫々の前記光パルスを参照光パルスと測定光パルスに分岐し、前記測定光パルスを測定対象に照射して後方散乱光パルスを発生させ、前記後方散乱光パルスと前記参照光パルスを結合して第１の結合光パルスと第２の結合光パルスを生成する干渉計ユニットと、
前記第１の結合光パルスに対して前記第２の結合光パルスを所定の遅延時間遅らせた後、前記第１の結合光パルスと前記第２の結合光パルスを合流して、前記第１の結合光パルスと前記第２の結合光パルスを交互に出射する光パルス時分割多重化ユニットと、
前記光パルス時分割多重化ユニットが交互に出射する前記第１の結合光パルスと前記第２の結合光パルスの強度を順次測定する光パルス強度測定ユニットと、
前記光パルス強度測定ユニットが測定した、前記第１の結合光パルスの強度と前記第２の結合光パルスの強度の差をフーリエ変換して、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。
【請求項２】
請求項１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、
前記遅延時間が、前記光パルスのパルス時間幅以上であり、
前記光パルス時間幅と前記遅延時間の和が、前記光パルスの時間間隔以内であることを、
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３】
請求項１又は２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、
前記光パルス時分割多重化ユニットは、
前記第１の結合光パルスを伝播させる第１の光路と、
前記第１の光路より長い光路長を有し、前記第２の結合光パルスを伝播させる第２の光路と、
前記第１の光路を伝播した前記第１の結合光パルスと、前記第２の光路を伝播した前記第２の結合光パルスを合流する光結合器とを有することを、
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４】
請求項１乃至３のいずれか１項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、
前記干渉計ユニットは、
前記光パルスを前記測定光パルスと前記参照光パルスに分岐する光分岐器と、前記測定光パルスを測定対象に照射し且つ前記測定光パルス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、前記参照光パルスと前記後方散乱光パルスを結合して第１の結合光パルスと第２の結合光パルスを生成する光結合器とを有することを、
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５】
異なる波数の複数の光パルスを、順次生成する光パルス生成ステップと、
夫々の前記光パルスを参照光パルスと測定光パルスに分岐し、前記測定光パルスを測定対象に照射して後方散乱光パルスを発生させ、前記後方散乱光パルスと前記参照光パルスを結合して第１の結合光パルスと第２の結合光パルスを生成する干渉ステップと、
前記第１の結合光パルスに対して前記第２の結合光パルスを所定の遅延時間遅らせた後、前記第１の結合光パルスと前記第２の結合光パルスを合流して、前記第１の結合光パルスと前記第２の結合光パルスを交互に配列する光パルス時分割多重化ステップと、
交互に配列された、前記第１の結合光パルスと前記第２の結合光パルスの強度を、光検出器で順次測定する光パルス強度測定ステップと、
前記光パルス強度測定ステップで測定した、前記第１の結合光パルスの強度と前記第２の結合光パルスの強度の差をフーリエ変換して、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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１９６６９３（Ｐ２０１１−１９６６９３Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６０４９６（Ｐ２０１０−６０４９６）
【出願日】平成２２年３月１７日（２０１０．３．１７）
【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１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１７日（２０１０．３．１７）
【出願人】（５９８０４１５６６）学校法人北里研究所 (180)
【Ｆターム（参考）】
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