光断層画像化システム
【課題】光トモグラフィー計測を用いた光断層画像化システムにおいて、干渉信号のＳ／Ｎ比を向上させる。
【解決手段】周期的に掃引した光Ｌを用いた光トモグラフィー計測において、光源ユニット３０から射出された光Ｌが光分岐手段２により分岐され、干渉計２０と周期クロック生成手段８０とに入射される。周期クロック生成手段８０は入射された光Ｌの波長が設定波長λｒｅｆになったとき、周期クロック信号ＴCLKを出力する。そして、周期クロック信号ＴCLKが出力されたとき、干渉光取得手段１０１により干渉信号記憶手段９４（Ａ／Ｄ変換ユニット９０）に記憶された１周期分の干渉光Ｌ４が取得される。
【解決手段】周期的に掃引した光Ｌを用いた光トモグラフィー計測において、光源ユニット３０から射出された光Ｌが光分岐手段２により分岐され、干渉計２０と周期クロック生成手段８０とに入射される。周期クロック生成手段８０は入射された光Ｌの波長が設定波長λｒｅｆになったとき、周期クロック信号ＴCLKを出力する。そして、周期クロック信号ＴCLKが出力されたとき、干渉光取得手段１０１により干渉信号記憶手段９４（Ａ／Ｄ変換ユニット９０）に記憶された１周期分の干渉光Ｌ４が取得される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）計測により光断層画像を生成する断層画像処理方法、装置およびプログラムならびにこれを用いた断層画像化システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、生体組織の光断層画像を取得する際に、ＯＣＴ計測を利用した光断層画像取得装置が用いられることがある。眼底や前眼部、皮膚をはじめ、ファイバプローブを用いる動脈血管壁の観察、内視鏡の鉗子チャンネルからファイバプローブを挿入する消化器管の観察など、様々な部位に応用されている。この光断層画像取得装置では、光源から射出された低コヒーレント光を測定光と参照光とに分割した後、該測定光が測定対象に照射されたときの測定対象からの反射光、もしくは後方散乱光と参照光とを合波し、該反射光と参照光との干渉光の強度に基づいて光断層画像を取得する。
【０００３】
上記のＯＣＴ計測には、大きくわけてＴＤ−ＯＣＴ（Ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測とＦＤ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｄｏｍａｉｎ）−ＯＣＴ計測の２種類がある。特許文献１に示すＴＤ−ＯＣＴ（Ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測は、参照光の光路長を変更しながら干渉光強度を測定することにより、測定対象の深さ方向の位置（以下、深さ位置という）に対応した反射光強度分布を取得する方法である。
【０００４】
一方、ＦＤ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｄｏｍａｉｎ）−ＯＣＴ計測は、参照光と信号光の光路長は変えることなく、光のスペクトル成分毎に干渉光強度を測定し、ここで得られたスペクトル干渉強度信号を計算機にてフーリエ変換に代表される周波数解析を行うことで、深さ位置という）に対応した反射光強度分布を取得する方法である。ＴＤ―ＯＣＴに存在する機械的な走査が不要となることで、高速な測定が可能となる手法として、近年注目されている。
【０００５】
ＦＤ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｄｏｍａｉｎ）−ＯＣＴ計測を行う装置構成で代表的な物としては、ＳＤ−ＯＣＴ（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）装置とＳＳ−ＯＣＴ（Ｓｗｅｐｔ ｓｏｕｒｃｅ ＯＣＴ）の２種類が挙げられる。このうち、ＳＳ−ＯＣＴ装置は、光源ユニットから波長を時間的に掃引させたレーザ光を射出させ、反射光と参照光とを各波長において干渉させ、光周波数の時間変化に対応した信号の時間波形を測定し、これにより得られたスペクトル干渉強度信号を計算機でフーリエ変換することにより光断層画像を構成するようにしたものである（特許文献２、非特許文献１参照）。
【０００６】
上述したＳＳ−ＯＣＴ計測においては、たとえば波長を１周期分だけ掃引したときの干渉信号ＩＳを取得し、この干渉信号ＩＳをスペクトル解析することにより断層情報が取得される。このため、波長が１周期分掃引されたことを示す周期クロック信号を発生させ、周期クロック信号をトリガーとして干渉信号ＩＳのＡ／Ｄ変換のサンプリングが開始されるようにしている。この周期クロック信号は、たとえば光源ユニットから射出された光の強度が所定の値以上になったときに出力されるようになっている。
【特許文献１】特開２００６−１３２９９６号公報
【特許文献２】特開２００５−２８３１５５号公報
【非特許文献１】Yoshiaki Yasuno, Violeta Dimitrova Madjarova and Shuichi Makita, "Three-dimensional and high-speed swept-source optical coherence tomography for in vivo investigation of human anterior eye segments," OPTICS EXPRESS 2005 Vol. 13, No. 26.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、上述した光源ユニットは動作環境等によって光強度が各周期毎に異なることがあり、この場合周期クロック信号の周期にずれが発生することになる。上述したように光源ユニットは時間経過とともに異なる波長の光を射出するものであるため、周期クロック信号の周期がずれるとサンプリングする干渉信号の波長帯域がずれることになる。ＳＳ−ＯＣＴ計測により得られた干渉信号をフーリエ変換処理等のスペクトル解析法により解析するときには、予め設定した波長帯域の干渉信号であることを前提として処理を行うものである。このため、各周期毎に得られる波長帯域がずれてしまうと、断層画像の分解能の低下を招いてしまうという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、断層画像の分解能低下を抑えることができる光断層画像化システムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の光断層画像化システムは、周期的に波長を掃引しながら光を射出する光源ユニットと、光源ユニットから射出された光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、光分割手段により分割された測定光が測定対象において反射したときの反射光と参照光とを合波する合波手段と、合波手段により合波された反射光と参照光との干渉光を干渉信号として検出する干渉光検出手段と、干渉光検出手段により検出された干渉信号を記憶する干渉信号記憶手段と、光源ユニットから射出される光のうち、予め設定された設定波長の光の光量を検出したときに周期クロック信号を出力する周期クロック生成手段と、周期クロック生成手段から周期クロック信号が出力されたとき、干渉光記憶手段に記憶されている１周期分の干渉信号を取得する干渉信号取得手段と、干渉信号取得手段により取得された干渉信号から断層情報を取得し断層画像を生成する断層画像処理手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
ここで、反射光とは、測定対象からの反射光および後方散乱光を意味する。
【００１１】
また、設定波長は、光の波長が掃引される波長帯域内に設定されているものであればよいが、掃引開始直後の波長以外であることが好ましい。
【００１２】
なお、周期クロック生成手段が、光源ユニットから射出される光の波長が掃引される波長帯域内において、所定の設定波長の光を検出したときに周期クロック信号を出力するものであればその構成を問わず、たとえば光源ユニットから射出される光のうち、設定波長の光のみを透過し設定波長以外の光を遮光する光学フィルタと、該光学フィルタを透過した光を検出して周期クロック信号を出力する光検出部とを備えたものであってもよい。
【００１３】
本発明の光断層画像化システムは、周期的に波長を掃引しながら光を射出する光源ユニットと、光源ユニットから射出された光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、光分割手段により分割された測定光が測定対象において反射したときの反射光と参照光とを合波する合波手段と、合波手段により合波された反射光と参照光との干渉光を干渉信号として検出する干渉光検出手段と、干渉光検出手段により検出された干渉信号を記憶する干渉信号記憶手段と、光源ユニットにおいて光の波長が掃引される毎にそれぞれ周期クロック信号を出力する周期クロック生成手段と、周期クロック生成手段から周期クロック信号が出力されたときに干渉光記憶手段に記憶されている１周期分の干渉信号を取得する干渉信号取得手段と、干渉信号取得手段により取得された干渉信号から断層画像を生成する断層画像処理手段とを備え、周期クロック生成手段が、光の波長が掃引された波長帯域内の光を予め設定された光透過周期で透過する光学フィルタと、光学フィルタを透過した光の光量を検出する光検出部と、光源ユニットから射出された光の光量が予め設定された光強度を超えたとき強度クロック信号を出力する強度クロック発生手段と、強度クロック発生手段から強度クロック信号が出力されてから設定時間経過後に、光検出部において光学フィルタを透過した光の光量が検出されたときに周期クロック信号を出力する信号発生手段とを備えたものであることを特徴とするものである。
【００１４】
ここで、強度クロック発生手段は、強度クロック信号を出力するものであればその構成を問わず、光源ユニットに内蔵されたものであってもよいし、光源ユニットとは別に設けられたものであっても良い。
【００１５】
また、光透過周期は、光の光強度のゆらぎによる強度クロック信号の出力タイミングのずれ量よりも大きくなるように設定されているものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の光断層画像化システムによれば、周期的に波長を掃引しながら光を射出する光源ユニットと、光源ユニットから射出された光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、光分割手段により分割された測定光が測定対象において反射したときの反射光と参照光とを合波する合波手段と、合波手段により合波された反射光と参照光との干渉光を干渉信号として検出する干渉光検出手段と、干渉光検出手段により検出された干渉信号を記憶する干渉信号記憶手段と、光源ユニットから射出される光のうち、予め設定された設定波長の光の光量を検出したときに周期クロック信号を出力する周期クロック生成手段と、周期クロック生成手段から周期クロック信号が出力されたとき、干渉光記憶手段に記憶されている１周期分の干渉信号を取得する干渉信号取得手段と、干渉信号取得手段により取得された干渉信号から断層画像を生成する断層画像処理手段とを備えたことにより、光源ユニットから射出された光が設定波長になったときに干渉信号の取得が開始されるため、従来のように各周期毎に異なるタイミングで干渉信号が取得されるのを防止し、干渉信号と光源ユニットから射出される光の波長との対応の同期が取れるため、断層画像の分解能の低下を抑えることができる。
【００１７】
本発明の光断層画像化システムによれば、周期的に波長を掃引しながら光を射出する光源ユニットと、光源ユニットから射出された光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、光分割手段により分割された測定光が測定対象において反射したときの反射光と参照光とを合波する合波手段と、合波手段により合波された反射光と参照光との干渉光を干渉信号として検出する干渉光検出手段と、干渉光検出手段により検出された干渉信号を記憶する干渉信号記憶手段と、光源ユニットにおいて光の波長が掃引される毎にそれぞれ周期クロック信号を出力する周期クロック生成手段と、周期クロック生成手段から周期クロック信号が出力されたときに干渉光記憶手段に記憶されている１周期分の干渉信号を取得する干渉信号取得手段と、干渉信号取得手段により取得された干渉信号から断層画像を生成する断層画像処理手段とを備え、周期クロック生成手段が、光の波長が掃引された波長帯域内の光を予め設定された光透過周期で透過する光学フィルタと、光学フィルタを透過した光の光量を検出する光検出部と、光源ユニットから射出された光の光量が予め設定された光強度を超えたとき強度クロック信号を出力する強度クロック発生手段と、光源ユニットから強度クロック信号が出力されてから設定時間経過後に、光検出部において光学フィルタを透過した光の光量が検出されたときに周期クロック信号を出力する信号発生手段とを備えたことにより、強度クロック信号の出力タイミングが周期毎に異なってしまった場合であっても、信号発生手段が光学フィルタからの出力を用いて時間的なずれを修正し、従来のように各周期毎に異なるタイミングで干渉信号が取得されるのを防止し、干渉信号と光源ユニットから射出される光の波長との対応の同期が取れるため、断層画像の分解能の低下を抑えることができる。
【００１８】
なお、光透過周期が光源ユニットから射出される光の光強度のゆらぎによる強度クロック信号の出力タイミングのずれよりも大きく設定されているとき、強度クロック信号の出力タイミングが各周期毎にずれた場合であっても、確実に信号発生手段が光学フィルタからの出力を用いて時間的なずれを修正し、断層画像の分解能の低下を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の光断層画像化システムの実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の光断層画像化システムの好ましい実施の形態を示す概略図である。光断層画像化システム１は、体腔内に光プローブ１０を挿入することにより、体腔内の生体組織や細胞等の測定対象Ｓの断層画像をＳＳ−ＯＣＴ（Ｓｗｅｐｔ ｓｏｕｒｃｅ ＯＣＴ）計測により取得するものである。この光断層画像化システム１は、光プローブ１０、干渉計２０、光源ユニット３０、周期クロック生成手段８０、Ａ／Ｄ変換ユニット９０、断層画像処理手段１００、表示装置１１０等を有している。
【００２０】
図２は図１の光プローブ１０の先端部分の一例を示す模式図である。図２の光プローブ１０は、たとえば鉗子口を介して体腔内に挿入されるものであって、プローブ外筒（シース）１１、光ファイバ１２、光学レンズ１５等を有している。プローブ外筒１１は、プローブ外筒（シース）１１は、可撓性を有する筒状の部材からなっており、測定光Ｌ１および反射光Ｌ３が透過する材料からなっている。なお、プローブ外筒１１は先端がキャップ１１ａにより閉塞された構造を有している。
【００２１】
光ファイバ１２は、干渉計２０から射出された測定光Ｌ１を測定対象Ｓまで導波するとともに、測定光Ｌ１が測定対象Ｓに照射されたときの測定対象Ｓからの反射光Ｌ３を干渉計２０まで導波するものであって、プローブ外筒１１内に収容されている。また光ファイバ１２の外周側にはバネ１３が固定されており、光ファイバ１２およびバネ１３は回転駆動ユニット１０Ａに機械的に接続されている。そして、光ファイバ１２およびバネ１３は回転駆動ユニット１０Ａによりプローブ外筒１１に対し矢印Ｒ１方向に回転するようになっている。なお、回転駆動ユニット１０Ａは回転エンコーダを具備しており（図示せず）、回転制御手段１０Ｂは回転エンコーダからの信号に基づいて測定光Ｌ１の照射位置を認識するようになっている。
【００２２】
光学レンズ１５は、光ファイバ１２から射出した測定光Ｌ１を測定対象Ｓに対し集光するために略球状の形状を有しており、測定対象Ｓからの反射光Ｌ３を集光し光ファイバ１２に入射する。ここで、光学レンズ１５の焦点距離は、たとえば光ファイバ１２の光軸ＬＰからプローブ外筒の径方向に向かって距離Ｄ＝３ｍｍの位置に形成されている。光学レンズ１５は光ファイバ１２の光出射端部に固定部材１４を用いて固定されており、光ファイバ１２が矢印Ｒ１方向に回転したとき、光学レンズ１５も一体的に矢印Ｒ１方向に回転する。よって、光プローブ１０は、測定対象Ｓに対し光学レンズ１５から射出される測定光Ｌ１を矢印Ｒ１方向（プローブ外筒１１の円周方向）に対し走査しながら照射することになる。
【００２３】
図１の光ファイバ１２および光学レンズ１５を回転させる回転駆動ユニット１０Ａの動作は回転制御手段１０Ｂにより制御されており、回転制御手段１０Ｂはたとえば約２０Ｈｚでプローブ外筒１１に対し矢印Ｒ１方向に回転するように制御する。そして、回転制御手段１０Ｂは回転駆動ユニット１０Ａの回転エンコーダからの信号に基づき光ファイバ１２が１回転したと判断したとき、回転クロック信号ＲCLKを断層画像処理手段１００に出力するようになっている。
【００２４】
図３は光源ユニット３０の一例を示す模式図である。光源ユニット３０は、波長を一定の周期Ｔ０で掃引させながらレーザ光Ｌを射出するものである。具体的には、光源ユニット３０は、半導体光増幅器（半導体利得媒質）３１１と光ファイバＦＢ３０とを有しており、光ファイバＦＢ３０が半導体光増幅器３１１の両端に接続された構造を有している。半導体光増幅器３１１は駆動電流の注入により微弱な放出光を光ファイバＦＢ３０の一端側に射出するとともに、光ファイバＦＢ３０の他端側から入射された光を増幅する機能を有している。そして、半導体光増幅器３１１に駆動電流が供給されたとき、半導体光増幅器３１１および光ファイバＦＢ３０により形成される光共振器によりレーザ光Ｌが光ファイバＦＢ３０へ射出されるようになっている。
【００２５】
さらに、光ファイバＦＢ３０には光分岐器３１２が結合されており、光ファイバＦＢ３０内を導波する光の一部が光分岐器３１２から光ファイバＦＢ３１側へ射出されるようになっている。光ファイバＦＢ３１から射出した光はコリメータレンズ３１３、回折格子素子３１４、光学系３１５を介して回転多面鏡（ポリゴンミラー）３１６において反射される。そして反射された光は光学系３１５、回折格子素子３１４、コリメータレンズ３１３を介して再び光ファイバＦＢ３１に入射される。
【００２６】
ここで、この回転多面鏡３１６は矢印Ｒ３０方向に回転するものであって、各反射面の角度が光学系３１５の光軸に対して変化するようになっている。これにより、回折格子素子３１４において分光された光のうち、特定の波長帯域の光だけが再び光ファイバＦＢ３１に戻るようになる。この光ファイバＦＢ３１に戻る光の波長は光学系３１５の光軸と反射面との角度によって決まる。そして光ファイバＦＢ３１に入射した特定の波長の光が光分岐器３１２から光ファイバＦＢ３０に入射され、特定の波長のレーザ光Ｌが光ファイバＦＢ１ａ側に射出されるようになっている。
【００２７】
したがって、回転多面鏡３１６が矢印Ｒ３０方向に等速で回転したとき、再び光ファイバＦＢ１ａに入射される光の波長λは、時間の経過に伴って周期的に変化することになる。具体的には、図４に示すように、光源ユニット３０は最小掃引波長λminから最大掃引波長λmaxまで波長を一定の周期Ｔ０（たとえば約５０μｓｅｃ）で掃引した光Ｌを射出する。そして、光源ユニット３０から射出された光Ｌは、光ファイバカプラ等からなる光分岐手段２により、光ファイバＦＢ１ｂ、ＦＢ１ｃにそれぞれ分岐され、干渉計２０および周期クロック生成手段８０にそれぞれ入射される。
【００２８】
なお、光源ユニット３０としてポリゴンミラーを回転させることにより波長を掃引させる場合について例示しているが、たとえばＡＳＥ光源ユニット等のような公知の技術により周期的に波長を掃引させながら射出するようにしても良い。
【００２９】
図５は図１の光断層画像化システム１における干渉計２０の一例を示す模式図である。干渉計２０はマッハツェンダー型の干渉計であって、筐体２０Ａに各種光学部品を収容することにより構成されている。干渉計２０は、光源ユニット３０から射出された光Ｌを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割する光分割手段３と、光分割手段３により分割された測定光Ｌ１が測定対象Ｓに照射されたときの測定対象Ｓからの反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とを合波する合波手段４と、合波手段４により合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出する干渉光検出手段７０とを備えている。なお、干渉計２０と光源ユニット３０とはＡＰＣ（Angled physical contact）コネクタを用いて接続されている。ＡＰＣコネクタを用いることにより光コネクタ（光ファイバ）の接続端面からの反射戻り光を極限にまで低減し、断層画像Ｐの画質劣化を防止することができる。
【００３０】
光分割手段３は、たとえば２×２の光ファイバカプラからなっており、光源ユニット３０から光ファイバＦＢ１ｃを導波した光Ｌをそれぞれ測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割する。このとき、光分割手段３は、たとえば測定光Ｌ１：参照光Ｌ２＝９９：１の割合で分割する。光分割手段３は、２つの光ファイバＦＢ２、ＦＢ３にそれぞれ光学的に接続されており、分割された測定光Ｌ１は光ファイバＦＢ２側に入射され、参照光Ｌ２は光ファイバＦＢ３側に入射されるようになっている。
【００３１】
光ファイバＦＢ２には光サーキュレータ２１が接続されており、光サーキュレータ２１には光ファイバＦＢ４、ＦＢ５がそれぞれ接続されている。光ファイバＦＢ４には測定光Ｌ１を測定対象Ｓまで導波する光プローブ１０が接続されており、光プローブ１０から射出した測定光Ｌ１は光ファイバＦＢ２から光プローブ１０へ導波され、測定対象Ｓに照射される。また、測定対象Ｓを反射した反射光Ｌ３は光ファイバＦＢ４を介して光サーキュレータ２１に入射され、光サーキュレータ２１から光ファイバＦＢ５側に射出されるようになっている。なお、光ファイバＦＢ４と光プローブ１０とはＡＰＣ（Angled physical contact）コネクタを用いて接続されており、光コネクタ（光ファイバ）の接続端面からの反射戻り光を極限にまで低減し、断層画像Ｐの画質劣化を防止するようになっている。
【００３２】
一方、光ファイバＦＢ３には光サーキュレータ２２が接続されており、光サーキュレータ２２には光ファイバＦＢ６、ＦＢ７がそれぞれ接続されている。光ファイバＦＢ６には、断層画像の取得領域を調整するために参照光Ｌ２の光路長を変更する光路長調整手段４０が接続されている。光路長調整手段４０は、光路長を粗調整する光路長粗調整用光ファイバ４０Ａと、光路長を微調整する光路長微調整手段４０Ｂとを有している。
【００３３】
光路長粗調整用光ファイバ４０Ａは、一端側が光ファイバＦＢ２に対し着脱可能に接続されており、他端側が光路長微調整手段４０Ｂに着脱可能に接続されている。光路長粗調整用光ファイバ４０Ａは予め異なる長さのものが複数用意されており、必要に応じて適切な長さの光路長粗調整用光ファイバ４０Ａが適宜取り付けられる。なお、この光路長粗調整用光ファイバ４０Ａは、光ファイバＦＢ６および光路長微調整手段４０ＢとＡＰＣ（Angled physical contact）コネクタを用いて接続されており、光コネクタ（光ファイバ）の接続端面からの反射戻り光を極限にまで低減し、断層画像Ｐの画質劣化を防止するようになっている。
【００３４】
光路長微調整手段４０Ｂは、反射ミラー４３、光ターミネータ４４等を有している。反射ミラー４３は、光路長粗調整用光ファイバ４０Ａから射出された参照光Ｌ２を光ターミネータ４４側に反射するとともに、光ターミネータ４４から反射した参照光Ｌ２を再び光路長粗調整用光ファイバ４０Ａ側に反射するものである。反射ミラー４３はこの反射ミラー４３は可動ステージ（図示せず）上に固定されており、ミラー移動手段により参照光Ｌ２の光軸方向（矢印Ａ方向）に移動することにより、参照光Ｌ２の光路長が変更する。この可動ステージは医師等により、光路長調整操作部４６が操作されることにより反射ミラー４３を矢印Ａ方向に移動させるようになっている。
【００３５】
さらに、光ファイバＦＢ７には偏波コントローラ５０が光学的に接続されている。この偏波コントローラ５０は参照光Ｌ２の偏波方向を回転させる機能を有している。なお偏波コントローラ５０としてたとえば特開２００１−２６４２４６号公報等の公知の技術を用いることができる。偏波コントローラ５０は、医師等により偏波調整操作部５１が操作されることにより偏波方向を調整するようになっており、たとえば反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とが合波手段４において合波されるときのそれぞれの偏波方向が一致するように偏波調整操作部５１を操作することにより、断層画像が鮮明になるように調整することができる。
【００３６】
合波手段４は、２×２の光ファイバカプラからなり、光ファイバＦＢ５を導波した反射光Ｌ３と光ファイバＦＢ７を導波した参照光Ｌ２とを合波するものである。具体的には合波手段４は、光ファイバＦＢ５を導波した反射光Ｌ３を２つの光ファイバＦＢ８、ＦＢ９に分岐するとともに、光ファイバＦＢ７を導波した参照光Ｌ２を２つの光ファイバＦＢ８、ＦＢ９に分岐する。したがって、各光ファイバＦＢ８、ＦＢ９においてそれぞれ反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とが合波され、光ファイバＦＢ８内を第１干渉光Ｌ４ａが導波し、光ファイバＦＢ９内を第２干渉光Ｌ４ｂが導波することになる。つまり、合波手段４は、反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を２つに干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂに分岐する光分岐手段５としても機能している。
【００３７】
干渉光検出手段７０は、第１干渉光Ｌ４ａを検出する第１光検出部７１と、第２干渉光Ｌ４ｂを検出する第２光検出部７２と、第１光検出部７１により検出された第１干渉光Ｌ４ａと第２光検出部７２により検出された第２干渉光Ｌ４ｂとの差分を干渉信号ＩＳとして出力する差分アンプ７３とを有している。各光検出部７１、７２は、たとえばフォトダイオード等からなっており、可変光アッテネータ６０Ａ、６０Ｂを介して入射される各干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂを光電変換し差分アンプ７３に入力するものである。差分アンプ７３は各干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂの差分を増幅し干渉信号ＩＳとして出力するものである。このように、各干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂを差分アンプ７３によりバランス検波することにより、干渉信号ＩＳを増幅して出力しながら干渉信号ＩＳ以外の同相光雑音が除去することができ、断層画像Ｐの画質の向上を図ることができる。
【００３８】
光分岐手段５（合波手段４）と干渉光検出手段７０との間には可変光アッテネータ６０Ａ、６０Ｂが設けられている。この可変光アッテネータ６０Ａ、６０Ｂは第１干渉光Ｌ４ａおよび第２干渉光Ｌ４ｂのそれぞれの光量を各波長帯域毎に異なる減衰率で減衰し、干渉光検出手段７０側に射出するものである。なお、第１干渉光Ｌ４ａおよび第２干渉光Ｌ４ｂ毎にそれぞれ可変光アッテネータ６０Ａ、６０Ｂが設けられている。
【００３９】
図６は可変光アッテネータ６０Ａの一例を示す模式図である。可変光アッテネータ６０Ａは、円盤状の減光フィルタ（ＮＤフィルタ）６２と、減光フィルタ６２を回転させる駆動手段６４とを有している。減光フィルタ６２は、図７に示すように、たとえば円周方向（矢印Ｒ１０方向）に沿って黒色の濃さの度合いが異なるように形成されており、光の減衰率（透過率）が異なっている。この減光フィルタ６２のスポット位置６２ａに第１干渉光Ｌ４ａが入射され、第１干渉光Ｌ４ａはスポット位置６２ａの減衰率（透過率）に従い減衰し、光ファイバＦＢ１２に入射される。よって減光フィルタ６２が駆動手段６４により矢印Ｒ１０方向に回転したとき、干渉光Ｌ４ａが透過する位置の減衰率が時間変化することになる。なお、可変光アッテネータ６０Ｂも図６と同一の構成を有している。そして、可変光アッテネータ６０Ａ、６０Ｂによる減衰率は、各波長帯域において各光検出部７１、７２において検出される各干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂの光の強度レベルが略均等になるように設定されている。
【００４０】
よって、可変光アッテネータ６０Ａ、６０Ｂに時間変化とともに異なる波長の干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂが入射されたとき、可変光アッテネータ６０Ａ、６０Ｂは干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂを、波長変化に合わせて減衰率を変えて干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂをそれぞれ減衰する。これにより、各光検出部７１、７２において検出される各干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂの光強度検出信号レベルが全波長帯域において略均等になり、干渉光検出手段７０においてバランス検波するときのＳ／Ｎ比の向上を図ることができる。
【００４１】
なお、図５において各可変光アッテネータ６０Ａ、６０Ｂを設けている場合について例示しているが、各可変光アッテネータ６０Ａ、６０Ｂを設けなくても各光検出部７１、７２における光強度バランスが全波長帯域において略均等である場合には、各可変光アッテネータ６０Ａ、６０Ｂは不要である。
【００４２】
また、図６および図７において各波長帯域毎にそれぞれ光分岐手段５による分岐比が異なるものであって、各可変光アッテネータ６０Ａ、６０Ｂは各波長帯域毎に減衰率を可変とする場合について例示しているが、各光検出部７１、７２において検出される各干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂの光強度レベルの特性が全波長帯域において一定である場合、減衰率を可変にする必要はなく、その特性に合わせた一定の減衰率のアッテネータを用いればよい。
【００４３】
また干渉光検出手段７０から出力された干渉信号ＩＳは、増幅器７４により増幅された後、信号帯域フィルタ７５を介してＡ／Ｄ変換ユニット９０に出力される。この信号帯域フィルタ７５を設けることにより、干渉信号ＩＳからノイズを除去し、Ｓ／Ｎ比の向上を図ることができる。
【００４４】
図８は図１に示すＡ／Ｄ変換ユニット９０の一例を示すブロック図である。Ａ／Ｄ変換ユニット９０は、干渉光検出手段７０により検出された干渉信号ＩＳをデジタル信号に変換し出力するものであって、Ａ／Ｄ変換器９１、サンプリングクロック発生回路９２、制御コントローラ９３、干渉信号記憶手段９４を有している。Ａ／Ｄ変換器９１は、干渉計２０からアナログ信号として出力される干渉信号ＩＳをデジタル信号にするものである。Ａ／Ｄ変換器９１は、サンプリングクロック発生回路９２から出力されるサンプリングクロックに基づいて干渉信号ＩＳのＡ／Ｄ変換を行うものである。干渉信号記憶手段９４はたとえばＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）等からなり、デジタル信号化された干渉信号ＩＳを一時的に記憶するものである。このＡ／Ｄ変換器９１、サンプリングクロック発生回路９２、干渉信号記憶手段９４の動作は制御コントローラ９３により制御されている。
【００４５】
ここで、干渉信号記憶手段９４により記憶された干渉信号ＩＳは、周期クロック信号ＴCLKが出力されたときに、この周期クロック信号ＴCLKが出力されたタイミングを基準として１周期分だけ干渉信号取得手段１０１により取得されるようになっている。具体的には、たとえば干渉信号取得手段１０１は、図１０（Ｂ）に示すように、周期クロック信号ＴCLKの出力タイミングの前後の波長帯域ＤＴの干渉信号ＩＳを取得する。なお、周期クロック信号ＴCLKの出力タイミングは掃引される波長帯域内であれば図１０（Ｂ）の場合に限らず、波長の掃引開始直後の波長に設定して１周期分の干渉信号ＩＳを取得するようにしてもよいし、あるいは波長の掃引終了直前に設定して１周期分の干渉信号ＩＳを取得するようにしてもよい。
【００４６】
図９は上述した周期クロック信号ＴCLKを生成する周期クロック生成手段８０の一例を示す模式図である。周期クロック生成手段８０は、光源ユニット３０から射出される光Ｌの波長が１周期掃引される毎に１つの周期クロック信号ＴCLKを出力するものであって、光学レンズ８１、８３、光学フィルタ８２、光検出部８４を備えている。そして、光ファイバＦＢ１ｃから射出された光Ｌが光学レンズ８１を介して光学フィルタ８２に入射される。光学フィルタ８２を透過した光Ｌが光学レンズ８３を介して光検出部８４により検出され、周期クロック信号ＴCLKをＡ／Ｄ変換ユニット９０に出力するようになっている。
【００４７】
光学フィルタ８２はたとえばエタロン等からなり、図１０（Ａ）に示すように複数の透過波長を有している。光学フィルタ８２は、複数の透過波長のうち波長帯域λmin〜λmax内においては一の透過波長が設定されるような光透過周期ＦＳＲ（フリースペクトルレンジ）を有している。よって、光源ユニット３０から射出される光の波長が掃引される波長帯域λmin〜λmax内において設定された設定波長λｒｅｆの光のみを透過し、それ以外の波長帯域の光を遮光することになる。したがって、図１０（Ｂ）に示すように、光源ユニット３０から周期的に波長が掃引された光Ｌが射出され、光Ｌの波長が設定波長λｒｅｆになったとき、周期クロック信号ＴCLKが出力されることになる。なお、図１０（Ｂ）に示すように、光学フィルタ（エタロン）８２の特性によっては、透過帯幅（ＦＷＨＭ：Full Width at Half Maximum）が広くなってしまい、周期クロック信号ＴCLKの発生タイミングが透過帯幅内の範囲でずれてしまう場合がある。この場合には、後述する干渉信号取得手段１０１がたとえば透過帯幅の中間等を周期クロック信号ＴCLKの発生タイミングとすれば、正確であり好ましい。
【００４８】
図１１は本発明の光断層画像化システムにおける周期クロック生成手段の別の実施形態を示す模式図である。なお、図１１の周期クロック生成手段１８０において図９の周期クロック生成手段８０と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図１１の周期クロック生成手段１８０が図９の周期クロック生成手段８０と異なる点は、図９の周期クロック生成手段８０が光Ｌの波長を用いて周期クロック信号ＴCLKを出力しているのに対し、図１１の周期クロック生成手段１８０は光Ｌの光強度を用いて周期クロック信号ＴCLKを出力するものである。さらに、光Ｌの強度は掃引開始直後では出力変動が大きいため、周期クロック生成手段１８０は光強度出力が安定している期間に周期クロック信号ＴCLKを出力させる構成を有している。
【００４９】
なお、図９の周期クロック生成手段８０は簡単な構成で周期クロック生成手段８０を構成できるのに対し、図１１の周期クロック生成手段１８０は容易に製作可能な光学フィルタ１８２により周期クロック生成手段１８０を構成することができる。
【００５０】
具体的には、周期クロック生成手段１８０は、光の波長が掃引された波長帯域内の光を予め設定された光透過周期で透過する光学フィルタ１８２と、光学フィルタ１８２を透過した光の光量を検出する光検出部８４と、光源ユニット３０から射出された光の光量が予め設定された光強度Ｐｒｅｆを超えたとき強度クロック信号ＬCLKを出力する強度クロック発生手段３０ａと、強度クロック発生手段３０ａから強度クロック信号が出力されてから設定時間Ｔｒｅｆ経過後に、光検出部８４において光学フィルタ１８２を透過した光が設定光量Ｌｒｅｆを超えたとき周期クロック信号ＴCLKを出力する信号発生手段１８５とを備えている。なお、図１１中、光源ユニット３０から射出された光Ｌは、光ファイバＦＢ１、光分岐手段２、ＦＢ１ｃ光ファイバＦＢ１ｃを介して周期クロック生成手段１８０に入射されることになる（図５参照）。
【００５１】
ここで、周期クロック生成手段１８０においては、図１２（Ａ）に示すように、光Ｌの波長が掃引される波長帯域内において所定の光透過周期ＦＳＲ（フリースペクトルレンジ）で光を透過するエタロンからなる光学フィルタ１８２が用いられている。そして、光検出部８４は光学フィルタ１８２を透過した光の光量を検出し信号発生手段１８５に出力する。なお、この光透過周期ＦＳＲは、後述する光源ユニット３０において発生するであろう強度クロック信号ＬCLKの時間的なずれΔｔを予め調べておき、この時間的なずれ量Δｔよりも大きくなるように設定されている。
【００５２】
一方、光源ユニット３０が波長を掃引しながら光Ｌを射出するとき、光Ｌの光強度Ｐは図１２（Ｂ）のように時間変化とともに変化する。強度クロック発生手段３０ａは各周期において光Ｌの射出を開始してから最初に設定光強度Ｐｒｅｆになったときに、図１２（Ｃ）に示すような強度クロック信号ＬCLKを信号発生手段１８５出力するようになっている。なお、強度クロック発生手段３０ａは、光源ユニット３０に内蔵されている場合について例示しているが、光源ユニット３０とは別に設けるようにし、光源ユニット３０から射出される光Ｌの強度を用いて強度クロックＬCLKを出力するようにしても良い。
【００５３】
信号発生手段１８５は、強度クロック信号ＬCLKが出力されてから設定時間Ｔｒｅｆの経過後に、光検出部８４が設定レベル（設定光量）Ｌｒｅｆ以上の光強度レベルを検出したとき、所定の設定波長λｒｅｆの光を検出したものとして周期クロック信号ＴCLKを出力する。この設定時間Ｔｒｅｆおよび設定レベルＬｒｅｆは予めデータテーブル１８５ａに記憶されている。具体的には、信号発生手段１８５は、図１２（Ｃ）に示すような強度クロック信号ＬCLKが出力されてから設定時間Ｔｒｅｆ経過後の光検出部８４からの出力を監視する。そして、光検出部８４からの出力が設定レベルＬｒｅｆになったとき、図１２（Ｄ）に示すような周期クロック信号ＴCLKを出力する。なお、この設定レベルＬｒｅｆは、光検出部８４における光源ユニット３０の出力変動ノイズや光検出部８４における電気ノイズ等のノイズ成分も検出されてしまうことを考慮し、Ｓ／Ｎ比が十分大きい値に設定される。
【００５４】
図９から図１２に示すように、実際に光源ユニット３０から射出される光Ｌを用いて周期クロック信号ＴCLKを生成し出力することにより、光源ユニット３０から射出される光Ｌが波長の掃引開始から所定の光強度になるまでの時間が各周期毎に変わってしまう場合であっても、設定波長λｒｅｆから所定の期間Ｔ（図４参照）の波長帯域の干渉信号ＩＳを取得することができる。よって、断層画像処理手段１００において想定されている波長帯域の干渉信号ＩＳを取得するタイミングで周期クロック信号ＴCLKを出力することができ、分解能の劣化を抑えることができる。
【００５５】
すなわち、従来のように図１２（Ｃ）に示す光Ｌが設定光強度Ｐｒｅｆになったときに出力される強度クロック信号ＬCLKを周期クロック信号ＴCLKとして用いた場合、光源ユニット３０の動作環境等により各周期毎に設定光強度ＰｒｅｆになるタイミングがΔｔだけずれてしまう場合がある。このとき、波長の掃引を開始してから予定の時間よりも時間Δｔだけずれたときに射出された波長λｒｅｆ±Δλのタイミングで干渉信号記憶手段９４からの干渉信号ＩＳの取得が開始されることになる。このように、周期クロック信号ＴCLKが出力されるタイミングが各周期毎に異なってしまい、干渉光記憶手段９４から取得する干渉信号ＩＳの波長帯域が異なってしまう。その結果、断層画像処理手段１００においてスペクトル解析する波長帯域とのずれが生じ、結果として断層画像Ｐの分解能の低下を招いてしまう。
【００５６】
一方、図９および図１０に示すように、設定波長λｒｅｆになったときに周期クロック信号ＴCLKが出力されるとき、設定光強度Ｐｒｅｆになるタイミングにずれが生じた場合であっても、各周期において設定波長λｒｅｆから所定の波長までの干渉信号ＩＳが取得されることになる。したがって、断層画像処理手段１００におけてスペクトル解析する波長帯域とのずれをなくし、断層画像Ｐの分解能の低下を防止することができる。
【００５７】
あるいは図１１および図１２（Ｄ）に示すように、光学フィルタ１８２からの出力を用いて設定光強度Ｐｒｅｆになるタイミングにずれを吸収し、信号発生手段１８５が一定のタイミングで周期クロック信号ＴCLKを出力する場合であっても、断層画像処理手段１００におけてスペクトル解析する波長帯域とのずれをなくし、断層画像Ｐの分解能の低下を防止することができる。特に、信号発生手段１８５が、所定の時間Ｔｒｅｆの経過後の光検出部８４の出力を用いて周期クロック信号ＴCLKを発生させることにより、光の出力開始時の出力変動が大きいような光源ユニット３０を用いる場合に、出力変動が大きい時間領域以外から周期クロック信号ＴCLKの発生タイミングを判断することができるため、精度良く周期クロック信号ＴCLKを出力させることができる。
【００５８】
また、光検出部８４から設定レベルＬｒｅｆ以上の出力が得られたときに周期クロック信号ＴCLKを出力することにより、光検出部８４からの出力にノイズ成分が含まれている場合であっても、ノイズにより周期クロック信号ＴCLKの出力タイミングがずれるのを防止することができる。
【００５９】
さらに、光透過周期ＦＳＲが光源ユニット３０の光の光強度のゆらぎによる強度クロック信号ＬCLKの出力タイミングのずれよりも大きく設定されているとき、強度クロック信号ＬCLKの出力タイミングが各周期毎にずれた場合であっても、その影響を受けずに断層画像処理手段１００において想定されている波長帯域の干渉信号ＩＳが確実に取得されるタイミングで周期クロック信号ＴCLKを出力することができる。
【００６０】
図１３は断層画像処理手段１００の一例を示すブロック図である。なお、図３のような断層画像処理手段１００の構成は、補助記憶装置に読み込まれた断層画像処理プログラムをコンピュータ（たとえばパーソナルコンピュータ等）上で実行することにより実現される。断層画像処理手段１００は、干渉信号取得手段１０１、干渉信号変換手段１０２、干渉信号解析手段１０３、断層画像生成手段１０５等を有している。
【００６１】
干渉信号取得手段１０１は、周期クロック生成手段８０から出力される周期クロック信号ＴCLKに基づいて、干渉光検出手段７０により検出された１周期分の干渉信号ＩＳを干渉信号記憶手段９４から取得するものである。具体的には、たとえば干渉信号取得手段１０１は、図１０（Ｂ）に示すような、周期クロック信号ＴCLKの出力タイミングの前後の波長帯域ＤＴの干渉信号ＩＳを取得する。なお、干渉信号取得手段１０１は周期クロック信号ＴCLKの出力タイミングを基準として１周期分の干渉信号ＩＳを取得するものであればよく、周期クロック信号ＴCLKの出力タイミングは掃引される波長帯域内であれば図１０（Ｂ）の場合に限らず、波長の掃引開始直後の波長に設定し、あるいは波長の掃引終了直前に設定する等してもよい。
【００６２】
干渉信号変換手段１０２は、図１４に示すようなＡ／Ｄ変換ユニット９０において時間経過とともに取得される干渉信号ＩＳを、図１５に示すような波数ｋ（＝２π／λ）軸において等間隔になるように再配列する機能を有している。具体的には、干渉信号変換手段１０２は、光源ユニット３０の時間−波長掃引特性データテーブルもしくは関数を予め有しており、この時間−波長掃引特性データテーブル等を用いて波数ｋ軸において等間隔になるように干渉信号ＩＳを再配列する。これにより、干渉信号ＩＳから断層情報を算出するときに、フーリエ変換処理、最大エントロピー法による処理等の周波数空間において等間隔であることを前提とするスペクトル解析法により精度の高い断層情報を得ることができる。なお、この信号変換手法の詳細はＵＳ５９５６３５５号明細書に開示されている。
【００６３】
ここで、干渉信号変換手段１０２が図１２（Ａ）に示すような光学フィルタ１８２からの出力を取得し、時間−波長掃引特性データテーブルもしくは関数と光学フィルタ１８２からの出力とに基づいて、信号変換を行うことも考えられる。しかし、光学フィルタ１８２からの出力を処理する分、信号変換処理に時間が掛かってしまう。一方、干渉信号取得手段１０１により予め設定されている波長帯域の干渉信号ＩＳを取得し、干渉信号変換手段１０２により時間−波長掃引特性データテーブル等を用いて変換処理を行うことにより、信号変換処理の効率化を図ることができる。
【００６４】
干渉信号解析手段１０３は、干渉信号変換手段１０２により信号変換された干渉信号ＩＳをたとえばフーリエ変換処理、最大エントロピー法（ＭＥＭ）、Ｙｕｌｅ−Ｗａｌｋｅｒ法等の公知のスペクトル解析技術を用いて解析し、断層情報ｒ（ｚ）を取得するものである。
【００６５】
断層画像生成手段１０５は、干渉信号解析手段１０３により取得された１周期分（１ライン分）の断層情報ｒ（ｚ）を光プローブ１０のラジアル方向（矢印Ｒ１方向）について取得し、図１６に示すような１枚の断層画像Ｐを生成するものである。ここで、断層画像生成手段１０５は、順次取得される１ライン分の断層情報ｒ（ｚ）を断層情報蓄積手段１０５ａに記憶しておき、図１の回転制御手段１０Ｂから回転クロック信号ＲCLKが出力されたとき、図１６に示すような記憶していたｎライン分の断層情報ｒ（ｚ）を用いて断層画像Ｐを生成する。たとえば、光源ユニット３０から周期クロックＴCLKが２０ｋＨｚであって、光プローブ１０が２０Ｈｚで測定光Ｌ１を矢印Ｒ１方向に走査するものであるとき、断層画像生成手段１０５は、ｎ＝１０２４ライン分の断層情報ｒ（ｚ）を用いて１枚の断層画像Ｐを生成する。
【００６６】
なお、画質を上げるために、複数枚の断層画像を取得し取得して平均化する方法を用いても良い。すなわち、光プローブ１０が測定対象Ｓの同一部位に対し複数回測定光Ｌ１を走査しながら照射することにより、断層画像生成手段１０５は同一部位から複数の断層画像を取得する。そして、断層画像生成手段１０５は、この複数の断層画像を用いて光プローブ１０の長さ方向に対する位置ｘにおける各深さ位置ｚの断層情報ｒ（ｘ，ｚ）の平均値を算出する。これにより、各断層画像に含まれているノイズ成分が相殺され、画質の良い断層画像を取得することができる。
【００６７】
また、断層画像生成手段１０５は走査方向（矢印Ｒ１方向）に対して複数ライン分の断層情報ｒ（ｚ）を用いて断層画像を生成するとき、隣接する複数のラインの断層情報を平均化したものを用いて断層画像を生成するようにしても良い。たとえば断層画像生成手段１０５は、隣接する３ライン分の断層情報の平均値を断層画像の生成に用いる断層情報として用いる。これにより、各ラインの断層情報に含まれているノイズ成分が相殺され、画質の良い断層画像を生成することができる。
【００６８】
図１から図１６を参照して光断層画像化システムの動作例について説明する。まず、光源ユニット３０から所定の波長帯域内において周期的に掃引された光束が射出される。光Ｌは光分岐手段２において２分され、干渉計２０と周期クロック生成手段８０とにそれぞれ入射される。干渉計２０の光分割手段３において光Ｌは測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに光分割され、測定光Ｌ１は光ファイバＦＢ２側に射出され、参照光Ｌ２は光ファイバＦＢ３側に射出される。
【００６９】
測定光Ｌ１は光サーキュレータ２１、光ファイバＦＢ４および光プローブ１０を導波し測定対象Ｓに照射される。そして、測定対象Ｓにおいて反射した反射光Ｌ３および後方散乱した光が再び光プローブ１０に入射される。この反射光Ｌ３は光プローブ１０、光サーキュレータ２１および光ファイバＦＢ５を介して合波手段４に入射される。
【００７０】
一方、参照光Ｌ２は光ファイバＦＢ３、光サーキュレータ２２、光ファイバＦＢ６を介して光路長調整手段４０に入射される。そして、光路長調整手段４０により光路長が調整された参照光Ｌ２が再び光ファイバＦＢ６、光サーキュレータ２２、偏波コントローラ５０、光ファイバＦＢ７を導波し合波手段４に入射される。
【００７１】
合波手段４において、反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とが合波されるとともに、合波されたときの干渉光Ｌ４が合波手段４（光分岐手段５）において分岐され、２つの干渉光Ｌ４ａ、４ｂが光ファイバＦＢ８、ＦＢ９にそれぞれ射出される。そして、各光ファイバＦＢ８、ＦＢ９を導波した各干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂが可変光アッテネータ６０Ａ、６０Ｂにより減衰され、干渉光検出手段７０においてバランス検波される。
【００７２】
ここで、干渉光検出手段７０におけるバランス検波の前に、分岐された第１干渉光Ｌ４ａおよび第２干渉光Ｌ４ｂを各干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂの全波長帯域において略均等になるように、波長帯域毎に異なる減衰率で減衰する可変光アッテネータ６０Ａ、６０Ｂを設けることにより、干渉光検出手段７０でのバランス検波により非干渉成分を確実に除去してＳ／Ｎ比の向上を図ることができる。
【００７３】
干渉光検出手段７０によりバランス検波により検出された干渉光Ｌ４は干渉信号ＩＳとして出力され、増幅器７４および信号帯域フィルタ７５を経てＡ／Ｄ変換ユニット９０に出力される。その後、干渉信号ＩＳは、Ａ／Ｄ変換ユニット９０においてＡ／Ｄ変換され、干渉信号記憶手段９４に格納される。
【００７４】
光源ユニット３０から光分岐手段２を介して周期クロック生成手段８０に入射された光Ｌの波長が設定波長λｒｅｆであるとき（図９、図１０参照）、光学フィルタ８２を通過した光Ｌが光学レンズ８３を介して光検出部８４に検出される。すると、周期クロック生成手段８０から干渉信号取得手段１０１に対し周期クロック信号ＴCLKが出力され、干渉信号記憶手段９４に記憶された干渉信号ＩＳのうち、１周期分の干渉信号ＩＳが取得される。
【００７５】
断層画像処理手段１００において、干渉信号変換手段１０２により１ライン分の干渉信号ＩＳに波数ｋについて等間隔になるように信号変換処理が施される。その後、干渉信号解析手段１０３により、干渉信号ＩＳがスペクトル解析されることにより、干渉信号ＩＳからそれぞれ断層情報（反射率）が断層情報ｒ（ｚ）として取得される。断層画像生成手段１０５において、取得した断層情報ｒ（ｚ）が測定光Ｌ１の走査方向（矢印Ｒ１方向）についてｎライン分だけ蓄積される。そして、回転クロック信号ＲCLKが検出したとき、蓄積した複数の断層情報ｒ（ｚ）を用いて１枚の断層画像Ｐが生成される。その後、画質補正手段１０６において、生成した断層画像Ｐについて画質補正が行われ、画質補正された断層画像Ｐが図１の表示装置１１０に表示される。
【００７６】
上記実施の形態によれば、光源ユニット１０から射出される光Ｌのうち、所定の設定波長λｒｅｆの光の光量を検出したときに周期クロック信号ＴCLKを出力する周期クロック生成手段８０と、周期クロック生成手段８０から周期クロック信号ＴCLKが出力されたとき、干渉光検出手段７０により検出された干渉信号ＩＳの記憶を開始する干渉信号記憶手段９４と、干渉信号記憶手段９４に記憶された干渉信号ＩＳから断層画像Ｐを生成する断層画像処理手段１００とを備えたことにより、光源ユニット１０から射出された光Ｌが設定波長λｒｅｆになったときに設定波長λｒｅｆの光に基づく干渉信号ＩＳの記憶が開始されるため、各周期毎に異なる波長帯域の干渉信号ＩＳが取得されるのを防止し、干渉信号ＩＳと光源ユニット３０から射出される光の波長との対応の同期が取れるため、断層画像Ｐの分解能の低下を抑えることができる。
【００７７】
あるいは図１１に示すように、周期クロック生成手段１８０が、光Ｌの波長が掃引された波長帯域内の光を予め設定された光透過周期ＦＳＲで透過する光学フィルタ１８２と、光学フィルタ１８２を透過した光の光量を検出する光検出部８４と、光源ユニット３０から光の光量が予め設定された光強度を越えたときに強度クロック信号ＬCLKを出力する強度クロック発生手段３０ａと、強度クロック信号ＬCLKが出力されてから設定時間Ｔｒｅｆの経過後に、光検出部８４において光学フィルタ１８２を透過した光の光量が設定光量を超えたとき周期クロック信号ＴCLKを出力する信号発生手段１８５とを備えたことにより、強度クロック信号ＬCLKの出力タイミングがある周期においてずれた場合であっても、信号発生手段１８５が光学フィルタ１８２からの出力を用いて時間的なずれを修正し、従来のように各周期毎に異なるタイミングで干渉信号が取得されるのを防止し、干渉信号ＩＳと光源ユニット３０から射出される光の波長との対応の同期が取れるため、断層画像Ｐの分解能の低下を抑えることができる。
【００７８】
また、光透過周期ＦＳＲが光源ユニット３０から射出される光の光強度のゆらぎによる強度クロック信号ＬCLKの出力タイミングのずれよりも大きく設定されているとき、強度クロック信号ＬCLKの出力タイミングが各周期毎にずれた場合であっても、確実に信号発生手段１８５が光学フィルタ１８２からの出力を用いて時間的なずれを修正し、断層画像の分解能の低下を抑えることができる。
【００７９】
本発明の実施の形態は、上記実施の形態に限定されない。たとえば、図２の光プローブ１０は、円周方向（矢印Ｒ１方向）に測定光Ｌ１を走査しながら照射する場合について例示しているが、光プローブ１０の長手方向に測定光Ｌ１を走査しながら照射する者であっても良い。このとき、光ファイバ１２および光学レンズ１５はプローブ外筒１１に対し、光プローブ１０の長手方向に移動可能な構造を有している。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の光断層画像化システムの好ましい実施の形態を示す概略構成図
【図２】図１の光断層画像化システムに使用される光プローブの一例を示す模式図
【図３】図１の光断層画像化システムにおける光源ユニットの一例を示す模式図
【図４】図３の光源ユニットから射出される光の波長が掃引される様子を示すグラフ
【図５】図１の光断層画像化システムにおける干渉計の一例を示す模式図
【図６】図５の干渉計における可変光アッテネータの一例を示す模式図
【図７】図６の可変光アッテネータにおける減光フィルタの一例を示す模式図
【図８】図１の光断層画像化システムにおけるＡ／Ｄ変換ユニットの一例を示すブロック図
【図９】図１の光断層画像化システムにおける周期クロック生成手段の一例を示す模式図
【図１０】図１０の周期クロック生成手段により生成される周期クロック信号の一例を示すグラフ
【図１１】図１の光断層画像化システムにおける周期クロック生成手段の別の一例を示す模式図
【図１２】図１１の周期クロック生成手段の動作例を示すグラフ
【図１３】図１の断層画像処理手段の一例を示すブロック図
【図１４】図１３の干渉信号変換手段に入力される干渉信号の一例を示すグラフ
【図１５】図１３の干渉信号変換手段により信号変換された干渉信号の一例を示すグラフ
【図１６】図１３の断層画像生成手段により生成された断層画像の一例を示す模式図
【符号の説明】
【００８１】
１ 光断層画像化システム
２ 光分岐手段
３ 光分割手段
４ 合波手段
１０ 光プローブ
２０ 干渉計
３０ 光源ユニット
７０ 干渉光検出手段
８０ 周期クロック生成手段
８２ 光学フィルタ
８４ 光検出部
９０ Ａ／Ｄ変換ユニット
９２ サンプリングクロック発生回路
９３ 制御コントローラ
９４ 干渉信号記憶手段（ＲＡＭ）
１００ 断層画像処理手段
ＩＳ 干渉信号
ＩＳ１〜ＩＳ４ 分割干渉信号
Ｌ 光
Ｌ１ 測定光
Ｌ２ 参照光
Ｌ３ 反射光
Ｌ４ 干渉光
Ｐ 断層画像
ｒ（ｚ） 断層情報
ｒ１（ｚ）〜ｒ４（ｚ） 中間断層情報
ＲCLK 回転クロック信号
Ｓ 測定対象
ＳＰ 周期クロック
Ｔ０ 周期
ＴCLK 周期クロック信号
λmin 最小掃引波長
λmax 最大掃引波長
λｒｅｆ 設定波長
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）計測により光断層画像を生成する断層画像処理方法、装置およびプログラムならびにこれを用いた断層画像化システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、生体組織の光断層画像を取得する際に、ＯＣＴ計測を利用した光断層画像取得装置が用いられることがある。眼底や前眼部、皮膚をはじめ、ファイバプローブを用いる動脈血管壁の観察、内視鏡の鉗子チャンネルからファイバプローブを挿入する消化器管の観察など、様々な部位に応用されている。この光断層画像取得装置では、光源から射出された低コヒーレント光を測定光と参照光とに分割した後、該測定光が測定対象に照射されたときの測定対象からの反射光、もしくは後方散乱光と参照光とを合波し、該反射光と参照光との干渉光の強度に基づいて光断層画像を取得する。
【０００３】
上記のＯＣＴ計測には、大きくわけてＴＤ−ＯＣＴ（Ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測とＦＤ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｄｏｍａｉｎ）−ＯＣＴ計測の２種類がある。特許文献１に示すＴＤ−ＯＣＴ（Ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測は、参照光の光路長を変更しながら干渉光強度を測定することにより、測定対象の深さ方向の位置（以下、深さ位置という）に対応した反射光強度分布を取得する方法である。
【０００４】
一方、ＦＤ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｄｏｍａｉｎ）−ＯＣＴ計測は、参照光と信号光の光路長は変えることなく、光のスペクトル成分毎に干渉光強度を測定し、ここで得られたスペクトル干渉強度信号を計算機にてフーリエ変換に代表される周波数解析を行うことで、深さ位置という）に対応した反射光強度分布を取得する方法である。ＴＤ―ＯＣＴに存在する機械的な走査が不要となることで、高速な測定が可能となる手法として、近年注目されている。
【０００５】
ＦＤ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｄｏｍａｉｎ）−ＯＣＴ計測を行う装置構成で代表的な物としては、ＳＤ−ＯＣＴ（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）装置とＳＳ−ＯＣＴ（Ｓｗｅｐｔ ｓｏｕｒｃｅ ＯＣＴ）の２種類が挙げられる。このうち、ＳＳ−ＯＣＴ装置は、光源ユニットから波長を時間的に掃引させたレーザ光を射出させ、反射光と参照光とを各波長において干渉させ、光周波数の時間変化に対応した信号の時間波形を測定し、これにより得られたスペクトル干渉強度信号を計算機でフーリエ変換することにより光断層画像を構成するようにしたものである（特許文献２、非特許文献１参照）。
【０００６】
上述したＳＳ−ＯＣＴ計測においては、たとえば波長を１周期分だけ掃引したときの干渉信号ＩＳを取得し、この干渉信号ＩＳをスペクトル解析することにより断層情報が取得される。このため、波長が１周期分掃引されたことを示す周期クロック信号を発生させ、周期クロック信号をトリガーとして干渉信号ＩＳのＡ／Ｄ変換のサンプリングが開始されるようにしている。この周期クロック信号は、たとえば光源ユニットから射出された光の強度が所定の値以上になったときに出力されるようになっている。
【特許文献１】特開２００６−１３２９９６号公報
【特許文献２】特開２００５−２８３１５５号公報
【非特許文献１】Yoshiaki Yasuno, Violeta Dimitrova Madjarova and Shuichi Makita, "Three-dimensional and high-speed swept-source optical coherence tomography for in vivo investigation of human anterior eye segments," OPTICS EXPRESS 2005 Vol. 13, No. 26.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、上述した光源ユニットは動作環境等によって光強度が各周期毎に異なることがあり、この場合周期クロック信号の周期にずれが発生することになる。上述したように光源ユニットは時間経過とともに異なる波長の光を射出するものであるため、周期クロック信号の周期がずれるとサンプリングする干渉信号の波長帯域がずれることになる。ＳＳ−ＯＣＴ計測により得られた干渉信号をフーリエ変換処理等のスペクトル解析法により解析するときには、予め設定した波長帯域の干渉信号であることを前提として処理を行うものである。このため、各周期毎に得られる波長帯域がずれてしまうと、断層画像の分解能の低下を招いてしまうという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、断層画像の分解能低下を抑えることができる光断層画像化システムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の光断層画像化システムは、周期的に波長を掃引しながら光を射出する光源ユニットと、光源ユニットから射出された光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、光分割手段により分割された測定光が測定対象において反射したときの反射光と参照光とを合波する合波手段と、合波手段により合波された反射光と参照光との干渉光を干渉信号として検出する干渉光検出手段と、干渉光検出手段により検出された干渉信号を記憶する干渉信号記憶手段と、光源ユニットから射出される光のうち、予め設定された設定波長の光の光量を検出したときに周期クロック信号を出力する周期クロック生成手段と、周期クロック生成手段から周期クロック信号が出力されたとき、干渉光記憶手段に記憶されている１周期分の干渉信号を取得する干渉信号取得手段と、干渉信号取得手段により取得された干渉信号から断層情報を取得し断層画像を生成する断層画像処理手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
ここで、反射光とは、測定対象からの反射光および後方散乱光を意味する。
【００１１】
また、設定波長は、光の波長が掃引される波長帯域内に設定されているものであればよいが、掃引開始直後の波長以外であることが好ましい。
【００１２】
なお、周期クロック生成手段が、光源ユニットから射出される光の波長が掃引される波長帯域内において、所定の設定波長の光を検出したときに周期クロック信号を出力するものであればその構成を問わず、たとえば光源ユニットから射出される光のうち、設定波長の光のみを透過し設定波長以外の光を遮光する光学フィルタと、該光学フィルタを透過した光を検出して周期クロック信号を出力する光検出部とを備えたものであってもよい。
【００１３】
本発明の光断層画像化システムは、周期的に波長を掃引しながら光を射出する光源ユニットと、光源ユニットから射出された光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、光分割手段により分割された測定光が測定対象において反射したときの反射光と参照光とを合波する合波手段と、合波手段により合波された反射光と参照光との干渉光を干渉信号として検出する干渉光検出手段と、干渉光検出手段により検出された干渉信号を記憶する干渉信号記憶手段と、光源ユニットにおいて光の波長が掃引される毎にそれぞれ周期クロック信号を出力する周期クロック生成手段と、周期クロック生成手段から周期クロック信号が出力されたときに干渉光記憶手段に記憶されている１周期分の干渉信号を取得する干渉信号取得手段と、干渉信号取得手段により取得された干渉信号から断層画像を生成する断層画像処理手段とを備え、周期クロック生成手段が、光の波長が掃引された波長帯域内の光を予め設定された光透過周期で透過する光学フィルタと、光学フィルタを透過した光の光量を検出する光検出部と、光源ユニットから射出された光の光量が予め設定された光強度を超えたとき強度クロック信号を出力する強度クロック発生手段と、強度クロック発生手段から強度クロック信号が出力されてから設定時間経過後に、光検出部において光学フィルタを透過した光の光量が検出されたときに周期クロック信号を出力する信号発生手段とを備えたものであることを特徴とするものである。
【００１４】
ここで、強度クロック発生手段は、強度クロック信号を出力するものであればその構成を問わず、光源ユニットに内蔵されたものであってもよいし、光源ユニットとは別に設けられたものであっても良い。
【００１５】
また、光透過周期は、光の光強度のゆらぎによる強度クロック信号の出力タイミングのずれ量よりも大きくなるように設定されているものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の光断層画像化システムによれば、周期的に波長を掃引しながら光を射出する光源ユニットと、光源ユニットから射出された光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、光分割手段により分割された測定光が測定対象において反射したときの反射光と参照光とを合波する合波手段と、合波手段により合波された反射光と参照光との干渉光を干渉信号として検出する干渉光検出手段と、干渉光検出手段により検出された干渉信号を記憶する干渉信号記憶手段と、光源ユニットから射出される光のうち、予め設定された設定波長の光の光量を検出したときに周期クロック信号を出力する周期クロック生成手段と、周期クロック生成手段から周期クロック信号が出力されたとき、干渉光記憶手段に記憶されている１周期分の干渉信号を取得する干渉信号取得手段と、干渉信号取得手段により取得された干渉信号から断層画像を生成する断層画像処理手段とを備えたことにより、光源ユニットから射出された光が設定波長になったときに干渉信号の取得が開始されるため、従来のように各周期毎に異なるタイミングで干渉信号が取得されるのを防止し、干渉信号と光源ユニットから射出される光の波長との対応の同期が取れるため、断層画像の分解能の低下を抑えることができる。
【００１７】
本発明の光断層画像化システムによれば、周期的に波長を掃引しながら光を射出する光源ユニットと、光源ユニットから射出された光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、光分割手段により分割された測定光が測定対象において反射したときの反射光と参照光とを合波する合波手段と、合波手段により合波された反射光と参照光との干渉光を干渉信号として検出する干渉光検出手段と、干渉光検出手段により検出された干渉信号を記憶する干渉信号記憶手段と、光源ユニットにおいて光の波長が掃引される毎にそれぞれ周期クロック信号を出力する周期クロック生成手段と、周期クロック生成手段から周期クロック信号が出力されたときに干渉光記憶手段に記憶されている１周期分の干渉信号を取得する干渉信号取得手段と、干渉信号取得手段により取得された干渉信号から断層画像を生成する断層画像処理手段とを備え、周期クロック生成手段が、光の波長が掃引された波長帯域内の光を予め設定された光透過周期で透過する光学フィルタと、光学フィルタを透過した光の光量を検出する光検出部と、光源ユニットから射出された光の光量が予め設定された光強度を超えたとき強度クロック信号を出力する強度クロック発生手段と、光源ユニットから強度クロック信号が出力されてから設定時間経過後に、光検出部において光学フィルタを透過した光の光量が検出されたときに周期クロック信号を出力する信号発生手段とを備えたことにより、強度クロック信号の出力タイミングが周期毎に異なってしまった場合であっても、信号発生手段が光学フィルタからの出力を用いて時間的なずれを修正し、従来のように各周期毎に異なるタイミングで干渉信号が取得されるのを防止し、干渉信号と光源ユニットから射出される光の波長との対応の同期が取れるため、断層画像の分解能の低下を抑えることができる。
【００１８】
なお、光透過周期が光源ユニットから射出される光の光強度のゆらぎによる強度クロック信号の出力タイミングのずれよりも大きく設定されているとき、強度クロック信号の出力タイミングが各周期毎にずれた場合であっても、確実に信号発生手段が光学フィルタからの出力を用いて時間的なずれを修正し、断層画像の分解能の低下を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の光断層画像化システムの実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の光断層画像化システムの好ましい実施の形態を示す概略図である。光断層画像化システム１は、体腔内に光プローブ１０を挿入することにより、体腔内の生体組織や細胞等の測定対象Ｓの断層画像をＳＳ−ＯＣＴ（Ｓｗｅｐｔ ｓｏｕｒｃｅ ＯＣＴ）計測により取得するものである。この光断層画像化システム１は、光プローブ１０、干渉計２０、光源ユニット３０、周期クロック生成手段８０、Ａ／Ｄ変換ユニット９０、断層画像処理手段１００、表示装置１１０等を有している。
【００２０】
図２は図１の光プローブ１０の先端部分の一例を示す模式図である。図２の光プローブ１０は、たとえば鉗子口を介して体腔内に挿入されるものであって、プローブ外筒（シース）１１、光ファイバ１２、光学レンズ１５等を有している。プローブ外筒１１は、プローブ外筒（シース）１１は、可撓性を有する筒状の部材からなっており、測定光Ｌ１および反射光Ｌ３が透過する材料からなっている。なお、プローブ外筒１１は先端がキャップ１１ａにより閉塞された構造を有している。
【００２１】
光ファイバ１２は、干渉計２０から射出された測定光Ｌ１を測定対象Ｓまで導波するとともに、測定光Ｌ１が測定対象Ｓに照射されたときの測定対象Ｓからの反射光Ｌ３を干渉計２０まで導波するものであって、プローブ外筒１１内に収容されている。また光ファイバ１２の外周側にはバネ１３が固定されており、光ファイバ１２およびバネ１３は回転駆動ユニット１０Ａに機械的に接続されている。そして、光ファイバ１２およびバネ１３は回転駆動ユニット１０Ａによりプローブ外筒１１に対し矢印Ｒ１方向に回転するようになっている。なお、回転駆動ユニット１０Ａは回転エンコーダを具備しており（図示せず）、回転制御手段１０Ｂは回転エンコーダからの信号に基づいて測定光Ｌ１の照射位置を認識するようになっている。
【００２２】
光学レンズ１５は、光ファイバ１２から射出した測定光Ｌ１を測定対象Ｓに対し集光するために略球状の形状を有しており、測定対象Ｓからの反射光Ｌ３を集光し光ファイバ１２に入射する。ここで、光学レンズ１５の焦点距離は、たとえば光ファイバ１２の光軸ＬＰからプローブ外筒の径方向に向かって距離Ｄ＝３ｍｍの位置に形成されている。光学レンズ１５は光ファイバ１２の光出射端部に固定部材１４を用いて固定されており、光ファイバ１２が矢印Ｒ１方向に回転したとき、光学レンズ１５も一体的に矢印Ｒ１方向に回転する。よって、光プローブ１０は、測定対象Ｓに対し光学レンズ１５から射出される測定光Ｌ１を矢印Ｒ１方向（プローブ外筒１１の円周方向）に対し走査しながら照射することになる。
【００２３】
図１の光ファイバ１２および光学レンズ１５を回転させる回転駆動ユニット１０Ａの動作は回転制御手段１０Ｂにより制御されており、回転制御手段１０Ｂはたとえば約２０Ｈｚでプローブ外筒１１に対し矢印Ｒ１方向に回転するように制御する。そして、回転制御手段１０Ｂは回転駆動ユニット１０Ａの回転エンコーダからの信号に基づき光ファイバ１２が１回転したと判断したとき、回転クロック信号ＲCLKを断層画像処理手段１００に出力するようになっている。
【００２４】
図３は光源ユニット３０の一例を示す模式図である。光源ユニット３０は、波長を一定の周期Ｔ０で掃引させながらレーザ光Ｌを射出するものである。具体的には、光源ユニット３０は、半導体光増幅器（半導体利得媒質）３１１と光ファイバＦＢ３０とを有しており、光ファイバＦＢ３０が半導体光増幅器３１１の両端に接続された構造を有している。半導体光増幅器３１１は駆動電流の注入により微弱な放出光を光ファイバＦＢ３０の一端側に射出するとともに、光ファイバＦＢ３０の他端側から入射された光を増幅する機能を有している。そして、半導体光増幅器３１１に駆動電流が供給されたとき、半導体光増幅器３１１および光ファイバＦＢ３０により形成される光共振器によりレーザ光Ｌが光ファイバＦＢ３０へ射出されるようになっている。
【００２５】
さらに、光ファイバＦＢ３０には光分岐器３１２が結合されており、光ファイバＦＢ３０内を導波する光の一部が光分岐器３１２から光ファイバＦＢ３１側へ射出されるようになっている。光ファイバＦＢ３１から射出した光はコリメータレンズ３１３、回折格子素子３１４、光学系３１５を介して回転多面鏡（ポリゴンミラー）３１６において反射される。そして反射された光は光学系３１５、回折格子素子３１４、コリメータレンズ３１３を介して再び光ファイバＦＢ３１に入射される。
【００２６】
ここで、この回転多面鏡３１６は矢印Ｒ３０方向に回転するものであって、各反射面の角度が光学系３１５の光軸に対して変化するようになっている。これにより、回折格子素子３１４において分光された光のうち、特定の波長帯域の光だけが再び光ファイバＦＢ３１に戻るようになる。この光ファイバＦＢ３１に戻る光の波長は光学系３１５の光軸と反射面との角度によって決まる。そして光ファイバＦＢ３１に入射した特定の波長の光が光分岐器３１２から光ファイバＦＢ３０に入射され、特定の波長のレーザ光Ｌが光ファイバＦＢ１ａ側に射出されるようになっている。
【００２７】
したがって、回転多面鏡３１６が矢印Ｒ３０方向に等速で回転したとき、再び光ファイバＦＢ１ａに入射される光の波長λは、時間の経過に伴って周期的に変化することになる。具体的には、図４に示すように、光源ユニット３０は最小掃引波長λminから最大掃引波長λmaxまで波長を一定の周期Ｔ０（たとえば約５０μｓｅｃ）で掃引した光Ｌを射出する。そして、光源ユニット３０から射出された光Ｌは、光ファイバカプラ等からなる光分岐手段２により、光ファイバＦＢ１ｂ、ＦＢ１ｃにそれぞれ分岐され、干渉計２０および周期クロック生成手段８０にそれぞれ入射される。
【００２８】
なお、光源ユニット３０としてポリゴンミラーを回転させることにより波長を掃引させる場合について例示しているが、たとえばＡＳＥ光源ユニット等のような公知の技術により周期的に波長を掃引させながら射出するようにしても良い。
【００２９】
図５は図１の光断層画像化システム１における干渉計２０の一例を示す模式図である。干渉計２０はマッハツェンダー型の干渉計であって、筐体２０Ａに各種光学部品を収容することにより構成されている。干渉計２０は、光源ユニット３０から射出された光Ｌを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割する光分割手段３と、光分割手段３により分割された測定光Ｌ１が測定対象Ｓに照射されたときの測定対象Ｓからの反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とを合波する合波手段４と、合波手段４により合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出する干渉光検出手段７０とを備えている。なお、干渉計２０と光源ユニット３０とはＡＰＣ（Angled physical contact）コネクタを用いて接続されている。ＡＰＣコネクタを用いることにより光コネクタ（光ファイバ）の接続端面からの反射戻り光を極限にまで低減し、断層画像Ｐの画質劣化を防止することができる。
【００３０】
光分割手段３は、たとえば２×２の光ファイバカプラからなっており、光源ユニット３０から光ファイバＦＢ１ｃを導波した光Ｌをそれぞれ測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割する。このとき、光分割手段３は、たとえば測定光Ｌ１：参照光Ｌ２＝９９：１の割合で分割する。光分割手段３は、２つの光ファイバＦＢ２、ＦＢ３にそれぞれ光学的に接続されており、分割された測定光Ｌ１は光ファイバＦＢ２側に入射され、参照光Ｌ２は光ファイバＦＢ３側に入射されるようになっている。
【００３１】
光ファイバＦＢ２には光サーキュレータ２１が接続されており、光サーキュレータ２１には光ファイバＦＢ４、ＦＢ５がそれぞれ接続されている。光ファイバＦＢ４には測定光Ｌ１を測定対象Ｓまで導波する光プローブ１０が接続されており、光プローブ１０から射出した測定光Ｌ１は光ファイバＦＢ２から光プローブ１０へ導波され、測定対象Ｓに照射される。また、測定対象Ｓを反射した反射光Ｌ３は光ファイバＦＢ４を介して光サーキュレータ２１に入射され、光サーキュレータ２１から光ファイバＦＢ５側に射出されるようになっている。なお、光ファイバＦＢ４と光プローブ１０とはＡＰＣ（Angled physical contact）コネクタを用いて接続されており、光コネクタ（光ファイバ）の接続端面からの反射戻り光を極限にまで低減し、断層画像Ｐの画質劣化を防止するようになっている。
【００３２】
一方、光ファイバＦＢ３には光サーキュレータ２２が接続されており、光サーキュレータ２２には光ファイバＦＢ６、ＦＢ７がそれぞれ接続されている。光ファイバＦＢ６には、断層画像の取得領域を調整するために参照光Ｌ２の光路長を変更する光路長調整手段４０が接続されている。光路長調整手段４０は、光路長を粗調整する光路長粗調整用光ファイバ４０Ａと、光路長を微調整する光路長微調整手段４０Ｂとを有している。
【００３３】
光路長粗調整用光ファイバ４０Ａは、一端側が光ファイバＦＢ２に対し着脱可能に接続されており、他端側が光路長微調整手段４０Ｂに着脱可能に接続されている。光路長粗調整用光ファイバ４０Ａは予め異なる長さのものが複数用意されており、必要に応じて適切な長さの光路長粗調整用光ファイバ４０Ａが適宜取り付けられる。なお、この光路長粗調整用光ファイバ４０Ａは、光ファイバＦＢ６および光路長微調整手段４０ＢとＡＰＣ（Angled physical contact）コネクタを用いて接続されており、光コネクタ（光ファイバ）の接続端面からの反射戻り光を極限にまで低減し、断層画像Ｐの画質劣化を防止するようになっている。
【００３４】
光路長微調整手段４０Ｂは、反射ミラー４３、光ターミネータ４４等を有している。反射ミラー４３は、光路長粗調整用光ファイバ４０Ａから射出された参照光Ｌ２を光ターミネータ４４側に反射するとともに、光ターミネータ４４から反射した参照光Ｌ２を再び光路長粗調整用光ファイバ４０Ａ側に反射するものである。反射ミラー４３はこの反射ミラー４３は可動ステージ（図示せず）上に固定されており、ミラー移動手段により参照光Ｌ２の光軸方向（矢印Ａ方向）に移動することにより、参照光Ｌ２の光路長が変更する。この可動ステージは医師等により、光路長調整操作部４６が操作されることにより反射ミラー４３を矢印Ａ方向に移動させるようになっている。
【００３５】
さらに、光ファイバＦＢ７には偏波コントローラ５０が光学的に接続されている。この偏波コントローラ５０は参照光Ｌ２の偏波方向を回転させる機能を有している。なお偏波コントローラ５０としてたとえば特開２００１−２６４２４６号公報等の公知の技術を用いることができる。偏波コントローラ５０は、医師等により偏波調整操作部５１が操作されることにより偏波方向を調整するようになっており、たとえば反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とが合波手段４において合波されるときのそれぞれの偏波方向が一致するように偏波調整操作部５１を操作することにより、断層画像が鮮明になるように調整することができる。
【００３６】
合波手段４は、２×２の光ファイバカプラからなり、光ファイバＦＢ５を導波した反射光Ｌ３と光ファイバＦＢ７を導波した参照光Ｌ２とを合波するものである。具体的には合波手段４は、光ファイバＦＢ５を導波した反射光Ｌ３を２つの光ファイバＦＢ８、ＦＢ９に分岐するとともに、光ファイバＦＢ７を導波した参照光Ｌ２を２つの光ファイバＦＢ８、ＦＢ９に分岐する。したがって、各光ファイバＦＢ８、ＦＢ９においてそれぞれ反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とが合波され、光ファイバＦＢ８内を第１干渉光Ｌ４ａが導波し、光ファイバＦＢ９内を第２干渉光Ｌ４ｂが導波することになる。つまり、合波手段４は、反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を２つに干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂに分岐する光分岐手段５としても機能している。
【００３７】
干渉光検出手段７０は、第１干渉光Ｌ４ａを検出する第１光検出部７１と、第２干渉光Ｌ４ｂを検出する第２光検出部７２と、第１光検出部７１により検出された第１干渉光Ｌ４ａと第２光検出部７２により検出された第２干渉光Ｌ４ｂとの差分を干渉信号ＩＳとして出力する差分アンプ７３とを有している。各光検出部７１、７２は、たとえばフォトダイオード等からなっており、可変光アッテネータ６０Ａ、６０Ｂを介して入射される各干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂを光電変換し差分アンプ７３に入力するものである。差分アンプ７３は各干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂの差分を増幅し干渉信号ＩＳとして出力するものである。このように、各干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂを差分アンプ７３によりバランス検波することにより、干渉信号ＩＳを増幅して出力しながら干渉信号ＩＳ以外の同相光雑音が除去することができ、断層画像Ｐの画質の向上を図ることができる。
【００３８】
光分岐手段５（合波手段４）と干渉光検出手段７０との間には可変光アッテネータ６０Ａ、６０Ｂが設けられている。この可変光アッテネータ６０Ａ、６０Ｂは第１干渉光Ｌ４ａおよび第２干渉光Ｌ４ｂのそれぞれの光量を各波長帯域毎に異なる減衰率で減衰し、干渉光検出手段７０側に射出するものである。なお、第１干渉光Ｌ４ａおよび第２干渉光Ｌ４ｂ毎にそれぞれ可変光アッテネータ６０Ａ、６０Ｂが設けられている。
【００３９】
図６は可変光アッテネータ６０Ａの一例を示す模式図である。可変光アッテネータ６０Ａは、円盤状の減光フィルタ（ＮＤフィルタ）６２と、減光フィルタ６２を回転させる駆動手段６４とを有している。減光フィルタ６２は、図７に示すように、たとえば円周方向（矢印Ｒ１０方向）に沿って黒色の濃さの度合いが異なるように形成されており、光の減衰率（透過率）が異なっている。この減光フィルタ６２のスポット位置６２ａに第１干渉光Ｌ４ａが入射され、第１干渉光Ｌ４ａはスポット位置６２ａの減衰率（透過率）に従い減衰し、光ファイバＦＢ１２に入射される。よって減光フィルタ６２が駆動手段６４により矢印Ｒ１０方向に回転したとき、干渉光Ｌ４ａが透過する位置の減衰率が時間変化することになる。なお、可変光アッテネータ６０Ｂも図６と同一の構成を有している。そして、可変光アッテネータ６０Ａ、６０Ｂによる減衰率は、各波長帯域において各光検出部７１、７２において検出される各干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂの光の強度レベルが略均等になるように設定されている。
【００４０】
よって、可変光アッテネータ６０Ａ、６０Ｂに時間変化とともに異なる波長の干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂが入射されたとき、可変光アッテネータ６０Ａ、６０Ｂは干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂを、波長変化に合わせて減衰率を変えて干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂをそれぞれ減衰する。これにより、各光検出部７１、７２において検出される各干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂの光強度検出信号レベルが全波長帯域において略均等になり、干渉光検出手段７０においてバランス検波するときのＳ／Ｎ比の向上を図ることができる。
【００４１】
なお、図５において各可変光アッテネータ６０Ａ、６０Ｂを設けている場合について例示しているが、各可変光アッテネータ６０Ａ、６０Ｂを設けなくても各光検出部７１、７２における光強度バランスが全波長帯域において略均等である場合には、各可変光アッテネータ６０Ａ、６０Ｂは不要である。
【００４２】
また、図６および図７において各波長帯域毎にそれぞれ光分岐手段５による分岐比が異なるものであって、各可変光アッテネータ６０Ａ、６０Ｂは各波長帯域毎に減衰率を可変とする場合について例示しているが、各光検出部７１、７２において検出される各干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂの光強度レベルの特性が全波長帯域において一定である場合、減衰率を可変にする必要はなく、その特性に合わせた一定の減衰率のアッテネータを用いればよい。
【００４３】
また干渉光検出手段７０から出力された干渉信号ＩＳは、増幅器７４により増幅された後、信号帯域フィルタ７５を介してＡ／Ｄ変換ユニット９０に出力される。この信号帯域フィルタ７５を設けることにより、干渉信号ＩＳからノイズを除去し、Ｓ／Ｎ比の向上を図ることができる。
【００４４】
図８は図１に示すＡ／Ｄ変換ユニット９０の一例を示すブロック図である。Ａ／Ｄ変換ユニット９０は、干渉光検出手段７０により検出された干渉信号ＩＳをデジタル信号に変換し出力するものであって、Ａ／Ｄ変換器９１、サンプリングクロック発生回路９２、制御コントローラ９３、干渉信号記憶手段９４を有している。Ａ／Ｄ変換器９１は、干渉計２０からアナログ信号として出力される干渉信号ＩＳをデジタル信号にするものである。Ａ／Ｄ変換器９１は、サンプリングクロック発生回路９２から出力されるサンプリングクロックに基づいて干渉信号ＩＳのＡ／Ｄ変換を行うものである。干渉信号記憶手段９４はたとえばＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）等からなり、デジタル信号化された干渉信号ＩＳを一時的に記憶するものである。このＡ／Ｄ変換器９１、サンプリングクロック発生回路９２、干渉信号記憶手段９４の動作は制御コントローラ９３により制御されている。
【００４５】
ここで、干渉信号記憶手段９４により記憶された干渉信号ＩＳは、周期クロック信号ＴCLKが出力されたときに、この周期クロック信号ＴCLKが出力されたタイミングを基準として１周期分だけ干渉信号取得手段１０１により取得されるようになっている。具体的には、たとえば干渉信号取得手段１０１は、図１０（Ｂ）に示すように、周期クロック信号ＴCLKの出力タイミングの前後の波長帯域ＤＴの干渉信号ＩＳを取得する。なお、周期クロック信号ＴCLKの出力タイミングは掃引される波長帯域内であれば図１０（Ｂ）の場合に限らず、波長の掃引開始直後の波長に設定して１周期分の干渉信号ＩＳを取得するようにしてもよいし、あるいは波長の掃引終了直前に設定して１周期分の干渉信号ＩＳを取得するようにしてもよい。
【００４６】
図９は上述した周期クロック信号ＴCLKを生成する周期クロック生成手段８０の一例を示す模式図である。周期クロック生成手段８０は、光源ユニット３０から射出される光Ｌの波長が１周期掃引される毎に１つの周期クロック信号ＴCLKを出力するものであって、光学レンズ８１、８３、光学フィルタ８２、光検出部８４を備えている。そして、光ファイバＦＢ１ｃから射出された光Ｌが光学レンズ８１を介して光学フィルタ８２に入射される。光学フィルタ８２を透過した光Ｌが光学レンズ８３を介して光検出部８４により検出され、周期クロック信号ＴCLKをＡ／Ｄ変換ユニット９０に出力するようになっている。
【００４７】
光学フィルタ８２はたとえばエタロン等からなり、図１０（Ａ）に示すように複数の透過波長を有している。光学フィルタ８２は、複数の透過波長のうち波長帯域λmin〜λmax内においては一の透過波長が設定されるような光透過周期ＦＳＲ（フリースペクトルレンジ）を有している。よって、光源ユニット３０から射出される光の波長が掃引される波長帯域λmin〜λmax内において設定された設定波長λｒｅｆの光のみを透過し、それ以外の波長帯域の光を遮光することになる。したがって、図１０（Ｂ）に示すように、光源ユニット３０から周期的に波長が掃引された光Ｌが射出され、光Ｌの波長が設定波長λｒｅｆになったとき、周期クロック信号ＴCLKが出力されることになる。なお、図１０（Ｂ）に示すように、光学フィルタ（エタロン）８２の特性によっては、透過帯幅（ＦＷＨＭ：Full Width at Half Maximum）が広くなってしまい、周期クロック信号ＴCLKの発生タイミングが透過帯幅内の範囲でずれてしまう場合がある。この場合には、後述する干渉信号取得手段１０１がたとえば透過帯幅の中間等を周期クロック信号ＴCLKの発生タイミングとすれば、正確であり好ましい。
【００４８】
図１１は本発明の光断層画像化システムにおける周期クロック生成手段の別の実施形態を示す模式図である。なお、図１１の周期クロック生成手段１８０において図９の周期クロック生成手段８０と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図１１の周期クロック生成手段１８０が図９の周期クロック生成手段８０と異なる点は、図９の周期クロック生成手段８０が光Ｌの波長を用いて周期クロック信号ＴCLKを出力しているのに対し、図１１の周期クロック生成手段１８０は光Ｌの光強度を用いて周期クロック信号ＴCLKを出力するものである。さらに、光Ｌの強度は掃引開始直後では出力変動が大きいため、周期クロック生成手段１８０は光強度出力が安定している期間に周期クロック信号ＴCLKを出力させる構成を有している。
【００４９】
なお、図９の周期クロック生成手段８０は簡単な構成で周期クロック生成手段８０を構成できるのに対し、図１１の周期クロック生成手段１８０は容易に製作可能な光学フィルタ１８２により周期クロック生成手段１８０を構成することができる。
【００５０】
具体的には、周期クロック生成手段１８０は、光の波長が掃引された波長帯域内の光を予め設定された光透過周期で透過する光学フィルタ１８２と、光学フィルタ１８２を透過した光の光量を検出する光検出部８４と、光源ユニット３０から射出された光の光量が予め設定された光強度Ｐｒｅｆを超えたとき強度クロック信号ＬCLKを出力する強度クロック発生手段３０ａと、強度クロック発生手段３０ａから強度クロック信号が出力されてから設定時間Ｔｒｅｆ経過後に、光検出部８４において光学フィルタ１８２を透過した光が設定光量Ｌｒｅｆを超えたとき周期クロック信号ＴCLKを出力する信号発生手段１８５とを備えている。なお、図１１中、光源ユニット３０から射出された光Ｌは、光ファイバＦＢ１、光分岐手段２、ＦＢ１ｃ光ファイバＦＢ１ｃを介して周期クロック生成手段１８０に入射されることになる（図５参照）。
【００５１】
ここで、周期クロック生成手段１８０においては、図１２（Ａ）に示すように、光Ｌの波長が掃引される波長帯域内において所定の光透過周期ＦＳＲ（フリースペクトルレンジ）で光を透過するエタロンからなる光学フィルタ１８２が用いられている。そして、光検出部８４は光学フィルタ１８２を透過した光の光量を検出し信号発生手段１８５に出力する。なお、この光透過周期ＦＳＲは、後述する光源ユニット３０において発生するであろう強度クロック信号ＬCLKの時間的なずれΔｔを予め調べておき、この時間的なずれ量Δｔよりも大きくなるように設定されている。
【００５２】
一方、光源ユニット３０が波長を掃引しながら光Ｌを射出するとき、光Ｌの光強度Ｐは図１２（Ｂ）のように時間変化とともに変化する。強度クロック発生手段３０ａは各周期において光Ｌの射出を開始してから最初に設定光強度Ｐｒｅｆになったときに、図１２（Ｃ）に示すような強度クロック信号ＬCLKを信号発生手段１８５出力するようになっている。なお、強度クロック発生手段３０ａは、光源ユニット３０に内蔵されている場合について例示しているが、光源ユニット３０とは別に設けるようにし、光源ユニット３０から射出される光Ｌの強度を用いて強度クロックＬCLKを出力するようにしても良い。
【００５３】
信号発生手段１８５は、強度クロック信号ＬCLKが出力されてから設定時間Ｔｒｅｆの経過後に、光検出部８４が設定レベル（設定光量）Ｌｒｅｆ以上の光強度レベルを検出したとき、所定の設定波長λｒｅｆの光を検出したものとして周期クロック信号ＴCLKを出力する。この設定時間Ｔｒｅｆおよび設定レベルＬｒｅｆは予めデータテーブル１８５ａに記憶されている。具体的には、信号発生手段１８５は、図１２（Ｃ）に示すような強度クロック信号ＬCLKが出力されてから設定時間Ｔｒｅｆ経過後の光検出部８４からの出力を監視する。そして、光検出部８４からの出力が設定レベルＬｒｅｆになったとき、図１２（Ｄ）に示すような周期クロック信号ＴCLKを出力する。なお、この設定レベルＬｒｅｆは、光検出部８４における光源ユニット３０の出力変動ノイズや光検出部８４における電気ノイズ等のノイズ成分も検出されてしまうことを考慮し、Ｓ／Ｎ比が十分大きい値に設定される。
【００５４】
図９から図１２に示すように、実際に光源ユニット３０から射出される光Ｌを用いて周期クロック信号ＴCLKを生成し出力することにより、光源ユニット３０から射出される光Ｌが波長の掃引開始から所定の光強度になるまでの時間が各周期毎に変わってしまう場合であっても、設定波長λｒｅｆから所定の期間Ｔ（図４参照）の波長帯域の干渉信号ＩＳを取得することができる。よって、断層画像処理手段１００において想定されている波長帯域の干渉信号ＩＳを取得するタイミングで周期クロック信号ＴCLKを出力することができ、分解能の劣化を抑えることができる。
【００５５】
すなわち、従来のように図１２（Ｃ）に示す光Ｌが設定光強度Ｐｒｅｆになったときに出力される強度クロック信号ＬCLKを周期クロック信号ＴCLKとして用いた場合、光源ユニット３０の動作環境等により各周期毎に設定光強度ＰｒｅｆになるタイミングがΔｔだけずれてしまう場合がある。このとき、波長の掃引を開始してから予定の時間よりも時間Δｔだけずれたときに射出された波長λｒｅｆ±Δλのタイミングで干渉信号記憶手段９４からの干渉信号ＩＳの取得が開始されることになる。このように、周期クロック信号ＴCLKが出力されるタイミングが各周期毎に異なってしまい、干渉光記憶手段９４から取得する干渉信号ＩＳの波長帯域が異なってしまう。その結果、断層画像処理手段１００においてスペクトル解析する波長帯域とのずれが生じ、結果として断層画像Ｐの分解能の低下を招いてしまう。
【００５６】
一方、図９および図１０に示すように、設定波長λｒｅｆになったときに周期クロック信号ＴCLKが出力されるとき、設定光強度Ｐｒｅｆになるタイミングにずれが生じた場合であっても、各周期において設定波長λｒｅｆから所定の波長までの干渉信号ＩＳが取得されることになる。したがって、断層画像処理手段１００におけてスペクトル解析する波長帯域とのずれをなくし、断層画像Ｐの分解能の低下を防止することができる。
【００５７】
あるいは図１１および図１２（Ｄ）に示すように、光学フィルタ１８２からの出力を用いて設定光強度Ｐｒｅｆになるタイミングにずれを吸収し、信号発生手段１８５が一定のタイミングで周期クロック信号ＴCLKを出力する場合であっても、断層画像処理手段１００におけてスペクトル解析する波長帯域とのずれをなくし、断層画像Ｐの分解能の低下を防止することができる。特に、信号発生手段１８５が、所定の時間Ｔｒｅｆの経過後の光検出部８４の出力を用いて周期クロック信号ＴCLKを発生させることにより、光の出力開始時の出力変動が大きいような光源ユニット３０を用いる場合に、出力変動が大きい時間領域以外から周期クロック信号ＴCLKの発生タイミングを判断することができるため、精度良く周期クロック信号ＴCLKを出力させることができる。
【００５８】
また、光検出部８４から設定レベルＬｒｅｆ以上の出力が得られたときに周期クロック信号ＴCLKを出力することにより、光検出部８４からの出力にノイズ成分が含まれている場合であっても、ノイズにより周期クロック信号ＴCLKの出力タイミングがずれるのを防止することができる。
【００５９】
さらに、光透過周期ＦＳＲが光源ユニット３０の光の光強度のゆらぎによる強度クロック信号ＬCLKの出力タイミングのずれよりも大きく設定されているとき、強度クロック信号ＬCLKの出力タイミングが各周期毎にずれた場合であっても、その影響を受けずに断層画像処理手段１００において想定されている波長帯域の干渉信号ＩＳが確実に取得されるタイミングで周期クロック信号ＴCLKを出力することができる。
【００６０】
図１３は断層画像処理手段１００の一例を示すブロック図である。なお、図３のような断層画像処理手段１００の構成は、補助記憶装置に読み込まれた断層画像処理プログラムをコンピュータ（たとえばパーソナルコンピュータ等）上で実行することにより実現される。断層画像処理手段１００は、干渉信号取得手段１０１、干渉信号変換手段１０２、干渉信号解析手段１０３、断層画像生成手段１０５等を有している。
【００６１】
干渉信号取得手段１０１は、周期クロック生成手段８０から出力される周期クロック信号ＴCLKに基づいて、干渉光検出手段７０により検出された１周期分の干渉信号ＩＳを干渉信号記憶手段９４から取得するものである。具体的には、たとえば干渉信号取得手段１０１は、図１０（Ｂ）に示すような、周期クロック信号ＴCLKの出力タイミングの前後の波長帯域ＤＴの干渉信号ＩＳを取得する。なお、干渉信号取得手段１０１は周期クロック信号ＴCLKの出力タイミングを基準として１周期分の干渉信号ＩＳを取得するものであればよく、周期クロック信号ＴCLKの出力タイミングは掃引される波長帯域内であれば図１０（Ｂ）の場合に限らず、波長の掃引開始直後の波長に設定し、あるいは波長の掃引終了直前に設定する等してもよい。
【００６２】
干渉信号変換手段１０２は、図１４に示すようなＡ／Ｄ変換ユニット９０において時間経過とともに取得される干渉信号ＩＳを、図１５に示すような波数ｋ（＝２π／λ）軸において等間隔になるように再配列する機能を有している。具体的には、干渉信号変換手段１０２は、光源ユニット３０の時間−波長掃引特性データテーブルもしくは関数を予め有しており、この時間−波長掃引特性データテーブル等を用いて波数ｋ軸において等間隔になるように干渉信号ＩＳを再配列する。これにより、干渉信号ＩＳから断層情報を算出するときに、フーリエ変換処理、最大エントロピー法による処理等の周波数空間において等間隔であることを前提とするスペクトル解析法により精度の高い断層情報を得ることができる。なお、この信号変換手法の詳細はＵＳ５９５６３５５号明細書に開示されている。
【００６３】
ここで、干渉信号変換手段１０２が図１２（Ａ）に示すような光学フィルタ１８２からの出力を取得し、時間−波長掃引特性データテーブルもしくは関数と光学フィルタ１８２からの出力とに基づいて、信号変換を行うことも考えられる。しかし、光学フィルタ１８２からの出力を処理する分、信号変換処理に時間が掛かってしまう。一方、干渉信号取得手段１０１により予め設定されている波長帯域の干渉信号ＩＳを取得し、干渉信号変換手段１０２により時間−波長掃引特性データテーブル等を用いて変換処理を行うことにより、信号変換処理の効率化を図ることができる。
【００６４】
干渉信号解析手段１０３は、干渉信号変換手段１０２により信号変換された干渉信号ＩＳをたとえばフーリエ変換処理、最大エントロピー法（ＭＥＭ）、Ｙｕｌｅ−Ｗａｌｋｅｒ法等の公知のスペクトル解析技術を用いて解析し、断層情報ｒ（ｚ）を取得するものである。
【００６５】
断層画像生成手段１０５は、干渉信号解析手段１０３により取得された１周期分（１ライン分）の断層情報ｒ（ｚ）を光プローブ１０のラジアル方向（矢印Ｒ１方向）について取得し、図１６に示すような１枚の断層画像Ｐを生成するものである。ここで、断層画像生成手段１０５は、順次取得される１ライン分の断層情報ｒ（ｚ）を断層情報蓄積手段１０５ａに記憶しておき、図１の回転制御手段１０Ｂから回転クロック信号ＲCLKが出力されたとき、図１６に示すような記憶していたｎライン分の断層情報ｒ（ｚ）を用いて断層画像Ｐを生成する。たとえば、光源ユニット３０から周期クロックＴCLKが２０ｋＨｚであって、光プローブ１０が２０Ｈｚで測定光Ｌ１を矢印Ｒ１方向に走査するものであるとき、断層画像生成手段１０５は、ｎ＝１０２４ライン分の断層情報ｒ（ｚ）を用いて１枚の断層画像Ｐを生成する。
【００６６】
なお、画質を上げるために、複数枚の断層画像を取得し取得して平均化する方法を用いても良い。すなわち、光プローブ１０が測定対象Ｓの同一部位に対し複数回測定光Ｌ１を走査しながら照射することにより、断層画像生成手段１０５は同一部位から複数の断層画像を取得する。そして、断層画像生成手段１０５は、この複数の断層画像を用いて光プローブ１０の長さ方向に対する位置ｘにおける各深さ位置ｚの断層情報ｒ（ｘ，ｚ）の平均値を算出する。これにより、各断層画像に含まれているノイズ成分が相殺され、画質の良い断層画像を取得することができる。
【００６７】
また、断層画像生成手段１０５は走査方向（矢印Ｒ１方向）に対して複数ライン分の断層情報ｒ（ｚ）を用いて断層画像を生成するとき、隣接する複数のラインの断層情報を平均化したものを用いて断層画像を生成するようにしても良い。たとえば断層画像生成手段１０５は、隣接する３ライン分の断層情報の平均値を断層画像の生成に用いる断層情報として用いる。これにより、各ラインの断層情報に含まれているノイズ成分が相殺され、画質の良い断層画像を生成することができる。
【００６８】
図１から図１６を参照して光断層画像化システムの動作例について説明する。まず、光源ユニット３０から所定の波長帯域内において周期的に掃引された光束が射出される。光Ｌは光分岐手段２において２分され、干渉計２０と周期クロック生成手段８０とにそれぞれ入射される。干渉計２０の光分割手段３において光Ｌは測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに光分割され、測定光Ｌ１は光ファイバＦＢ２側に射出され、参照光Ｌ２は光ファイバＦＢ３側に射出される。
【００６９】
測定光Ｌ１は光サーキュレータ２１、光ファイバＦＢ４および光プローブ１０を導波し測定対象Ｓに照射される。そして、測定対象Ｓにおいて反射した反射光Ｌ３および後方散乱した光が再び光プローブ１０に入射される。この反射光Ｌ３は光プローブ１０、光サーキュレータ２１および光ファイバＦＢ５を介して合波手段４に入射される。
【００７０】
一方、参照光Ｌ２は光ファイバＦＢ３、光サーキュレータ２２、光ファイバＦＢ６を介して光路長調整手段４０に入射される。そして、光路長調整手段４０により光路長が調整された参照光Ｌ２が再び光ファイバＦＢ６、光サーキュレータ２２、偏波コントローラ５０、光ファイバＦＢ７を導波し合波手段４に入射される。
【００７１】
合波手段４において、反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とが合波されるとともに、合波されたときの干渉光Ｌ４が合波手段４（光分岐手段５）において分岐され、２つの干渉光Ｌ４ａ、４ｂが光ファイバＦＢ８、ＦＢ９にそれぞれ射出される。そして、各光ファイバＦＢ８、ＦＢ９を導波した各干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂが可変光アッテネータ６０Ａ、６０Ｂにより減衰され、干渉光検出手段７０においてバランス検波される。
【００７２】
ここで、干渉光検出手段７０におけるバランス検波の前に、分岐された第１干渉光Ｌ４ａおよび第２干渉光Ｌ４ｂを各干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂの全波長帯域において略均等になるように、波長帯域毎に異なる減衰率で減衰する可変光アッテネータ６０Ａ、６０Ｂを設けることにより、干渉光検出手段７０でのバランス検波により非干渉成分を確実に除去してＳ／Ｎ比の向上を図ることができる。
【００７３】
干渉光検出手段７０によりバランス検波により検出された干渉光Ｌ４は干渉信号ＩＳとして出力され、増幅器７４および信号帯域フィルタ７５を経てＡ／Ｄ変換ユニット９０に出力される。その後、干渉信号ＩＳは、Ａ／Ｄ変換ユニット９０においてＡ／Ｄ変換され、干渉信号記憶手段９４に格納される。
【００７４】
光源ユニット３０から光分岐手段２を介して周期クロック生成手段８０に入射された光Ｌの波長が設定波長λｒｅｆであるとき（図９、図１０参照）、光学フィルタ８２を通過した光Ｌが光学レンズ８３を介して光検出部８４に検出される。すると、周期クロック生成手段８０から干渉信号取得手段１０１に対し周期クロック信号ＴCLKが出力され、干渉信号記憶手段９４に記憶された干渉信号ＩＳのうち、１周期分の干渉信号ＩＳが取得される。
【００７５】
断層画像処理手段１００において、干渉信号変換手段１０２により１ライン分の干渉信号ＩＳに波数ｋについて等間隔になるように信号変換処理が施される。その後、干渉信号解析手段１０３により、干渉信号ＩＳがスペクトル解析されることにより、干渉信号ＩＳからそれぞれ断層情報（反射率）が断層情報ｒ（ｚ）として取得される。断層画像生成手段１０５において、取得した断層情報ｒ（ｚ）が測定光Ｌ１の走査方向（矢印Ｒ１方向）についてｎライン分だけ蓄積される。そして、回転クロック信号ＲCLKが検出したとき、蓄積した複数の断層情報ｒ（ｚ）を用いて１枚の断層画像Ｐが生成される。その後、画質補正手段１０６において、生成した断層画像Ｐについて画質補正が行われ、画質補正された断層画像Ｐが図１の表示装置１１０に表示される。
【００７６】
上記実施の形態によれば、光源ユニット１０から射出される光Ｌのうち、所定の設定波長λｒｅｆの光の光量を検出したときに周期クロック信号ＴCLKを出力する周期クロック生成手段８０と、周期クロック生成手段８０から周期クロック信号ＴCLKが出力されたとき、干渉光検出手段７０により検出された干渉信号ＩＳの記憶を開始する干渉信号記憶手段９４と、干渉信号記憶手段９４に記憶された干渉信号ＩＳから断層画像Ｐを生成する断層画像処理手段１００とを備えたことにより、光源ユニット１０から射出された光Ｌが設定波長λｒｅｆになったときに設定波長λｒｅｆの光に基づく干渉信号ＩＳの記憶が開始されるため、各周期毎に異なる波長帯域の干渉信号ＩＳが取得されるのを防止し、干渉信号ＩＳと光源ユニット３０から射出される光の波長との対応の同期が取れるため、断層画像Ｐの分解能の低下を抑えることができる。
【００７７】
あるいは図１１に示すように、周期クロック生成手段１８０が、光Ｌの波長が掃引された波長帯域内の光を予め設定された光透過周期ＦＳＲで透過する光学フィルタ１８２と、光学フィルタ１８２を透過した光の光量を検出する光検出部８４と、光源ユニット３０から光の光量が予め設定された光強度を越えたときに強度クロック信号ＬCLKを出力する強度クロック発生手段３０ａと、強度クロック信号ＬCLKが出力されてから設定時間Ｔｒｅｆの経過後に、光検出部８４において光学フィルタ１８２を透過した光の光量が設定光量を超えたとき周期クロック信号ＴCLKを出力する信号発生手段１８５とを備えたことにより、強度クロック信号ＬCLKの出力タイミングがある周期においてずれた場合であっても、信号発生手段１８５が光学フィルタ１８２からの出力を用いて時間的なずれを修正し、従来のように各周期毎に異なるタイミングで干渉信号が取得されるのを防止し、干渉信号ＩＳと光源ユニット３０から射出される光の波長との対応の同期が取れるため、断層画像Ｐの分解能の低下を抑えることができる。
【００７８】
また、光透過周期ＦＳＲが光源ユニット３０から射出される光の光強度のゆらぎによる強度クロック信号ＬCLKの出力タイミングのずれよりも大きく設定されているとき、強度クロック信号ＬCLKの出力タイミングが各周期毎にずれた場合であっても、確実に信号発生手段１８５が光学フィルタ１８２からの出力を用いて時間的なずれを修正し、断層画像の分解能の低下を抑えることができる。
【００７９】
本発明の実施の形態は、上記実施の形態に限定されない。たとえば、図２の光プローブ１０は、円周方向（矢印Ｒ１方向）に測定光Ｌ１を走査しながら照射する場合について例示しているが、光プローブ１０の長手方向に測定光Ｌ１を走査しながら照射する者であっても良い。このとき、光ファイバ１２および光学レンズ１５はプローブ外筒１１に対し、光プローブ１０の長手方向に移動可能な構造を有している。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の光断層画像化システムの好ましい実施の形態を示す概略構成図
【図２】図１の光断層画像化システムに使用される光プローブの一例を示す模式図
【図３】図１の光断層画像化システムにおける光源ユニットの一例を示す模式図
【図４】図３の光源ユニットから射出される光の波長が掃引される様子を示すグラフ
【図５】図１の光断層画像化システムにおける干渉計の一例を示す模式図
【図６】図５の干渉計における可変光アッテネータの一例を示す模式図
【図７】図６の可変光アッテネータにおける減光フィルタの一例を示す模式図
【図８】図１の光断層画像化システムにおけるＡ／Ｄ変換ユニットの一例を示すブロック図
【図９】図１の光断層画像化システムにおける周期クロック生成手段の一例を示す模式図
【図１０】図１０の周期クロック生成手段により生成される周期クロック信号の一例を示すグラフ
【図１１】図１の光断層画像化システムにおける周期クロック生成手段の別の一例を示す模式図
【図１２】図１１の周期クロック生成手段の動作例を示すグラフ
【図１３】図１の断層画像処理手段の一例を示すブロック図
【図１４】図１３の干渉信号変換手段に入力される干渉信号の一例を示すグラフ
【図１５】図１３の干渉信号変換手段により信号変換された干渉信号の一例を示すグラフ
【図１６】図１３の断層画像生成手段により生成された断層画像の一例を示す模式図
【符号の説明】
【００８１】
１ 光断層画像化システム
２ 光分岐手段
３ 光分割手段
４ 合波手段
１０ 光プローブ
２０ 干渉計
３０ 光源ユニット
７０ 干渉光検出手段
８０ 周期クロック生成手段
８２ 光学フィルタ
８４ 光検出部
９０ Ａ／Ｄ変換ユニット
９２ サンプリングクロック発生回路
９３ 制御コントローラ
９４ 干渉信号記憶手段（ＲＡＭ）
１００ 断層画像処理手段
ＩＳ 干渉信号
ＩＳ１〜ＩＳ４ 分割干渉信号
Ｌ 光
Ｌ１ 測定光
Ｌ２ 参照光
Ｌ３ 反射光
Ｌ４ 干渉光
Ｐ 断層画像
ｒ（ｚ） 断層情報
ｒ１（ｚ）〜ｒ４（ｚ） 中間断層情報
ＲCLK 回転クロック信号
Ｓ 測定対象
ＳＰ 周期クロック
Ｔ０ 周期
ＴCLK 周期クロック信号
λmin 最小掃引波長
λmax 最大掃引波長
λｒｅｆ 設定波長
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期的に波長を掃引しながら光を射出する光源ユニットと、
該光源ユニットから射出された光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、
該光分割手段により分割された前記測定光が測定対象において反射したときの反射光と前記参照光とを合波する合波手段と、
該合波手段により合波された前記反射光と前記参照光との干渉光を干渉信号として検出する干渉光検出手段と、
該干渉光検出手段により検出された前記干渉信号を記憶する干渉信号記憶手段と、
前記光源ユニットから射出される前記光のうち、予め設定された設定波長の光の光量を検出したときに周期クロック信号を出力する周期クロック生成手段と、
前記周期クロック生成手段から周期クロック信号が出力されたとき、前記干渉信号記憶手段に記憶されている１周期分の前記干渉信号を取得する干渉信号取得手段と、
該干渉信号取得手段により取得された前記干渉信号から断層画像を生成する断層画像処理手段と
を備えたことを特徴とする光断層画像化システム。
【請求項２】
前記周期クロック生成手段が、前記光源ユニットから射出される前記光の波長が掃引される波長帯域内において前記設定波長の光のみを透過し前記設定波長以外の光を遮光する光学フィルタと、該光学フィルタを透過した前記光の光量を検出して前記周期クロック信号を出力する光検出部とを備えたものであることを特徴とする請求項１記載の光断層画像化システム。
【請求項３】
周期的に波長を掃引しながら光を射出する光源ユニットと、
該光源ユニットから射出された光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、
該光分割手段により分割された前記測定光が測定対象において反射したときの反射光と前記参照光とを合波する合波手段と、
該合波手段により合波された前記反射光と前記参照光との干渉光を干渉信号として検出する干渉光検出手段と、
該干渉光検出手段により検出された前記干渉信号を記憶する干渉信号記憶手段と、
前記光源ユニットにおいて前記光の波長が掃引される毎に周期クロック信号を出力する周期クロック生成手段と、
前記周期クロック生成手段から周期クロック信号が出力されたときに前記干渉光記憶手段に記憶されている１周期分の前記干渉信号を取得する干渉信号取得手段と、
該干渉信号取得手段により取得された前記干渉信号から断層画像を生成する断層画像処理手段と
を備え、
前記周期クロック生成手段が、
前記光の波長が掃引された波長帯域内の光を予め設定された光透過周期で透過する光学フィルタと、
該光学フィルタを透過した前記光の光量を検出する光検出部と、
前記光源ユニットから射出された前記光の光量が予め設定された光強度を超えたとき強度クロック信号を出力する強度クロック発生手段と、
該強度クロック発生手段から前記強度クロック信号が出力されてから設定時間経過後に、前記光検出部において前記光学フィルタを透過した光が設定光量を超えたとき前記周期クロック信号を出力する信号発生手段と
を備えたものであることを特徴とする光断層画像化システム。
【請求項４】
前記光透過周期が、前記光の光強度のゆらぎによる前記強度クロック信号の出力タイミングのずれ量よりも大きくなるように設定されているものであることを特徴とする請求項３記載の光断層画像化システム。
【請求項１】
周期的に波長を掃引しながら光を射出する光源ユニットと、
該光源ユニットから射出された光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、
該光分割手段により分割された前記測定光が測定対象において反射したときの反射光と前記参照光とを合波する合波手段と、
該合波手段により合波された前記反射光と前記参照光との干渉光を干渉信号として検出する干渉光検出手段と、
該干渉光検出手段により検出された前記干渉信号を記憶する干渉信号記憶手段と、
前記光源ユニットから射出される前記光のうち、予め設定された設定波長の光の光量を検出したときに周期クロック信号を出力する周期クロック生成手段と、
前記周期クロック生成手段から周期クロック信号が出力されたとき、前記干渉信号記憶手段に記憶されている１周期分の前記干渉信号を取得する干渉信号取得手段と、
該干渉信号取得手段により取得された前記干渉信号から断層画像を生成する断層画像処理手段と
を備えたことを特徴とする光断層画像化システム。
【請求項２】
前記周期クロック生成手段が、前記光源ユニットから射出される前記光の波長が掃引される波長帯域内において前記設定波長の光のみを透過し前記設定波長以外の光を遮光する光学フィルタと、該光学フィルタを透過した前記光の光量を検出して前記周期クロック信号を出力する光検出部とを備えたものであることを特徴とする請求項１記載の光断層画像化システム。
【請求項３】
周期的に波長を掃引しながら光を射出する光源ユニットと、
該光源ユニットから射出された光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、
該光分割手段により分割された前記測定光が測定対象において反射したときの反射光と前記参照光とを合波する合波手段と、
該合波手段により合波された前記反射光と前記参照光との干渉光を干渉信号として検出する干渉光検出手段と、
該干渉光検出手段により検出された前記干渉信号を記憶する干渉信号記憶手段と、
前記光源ユニットにおいて前記光の波長が掃引される毎に周期クロック信号を出力する周期クロック生成手段と、
前記周期クロック生成手段から周期クロック信号が出力されたときに前記干渉光記憶手段に記憶されている１周期分の前記干渉信号を取得する干渉信号取得手段と、
該干渉信号取得手段により取得された前記干渉信号から断層画像を生成する断層画像処理手段と
を備え、
前記周期クロック生成手段が、
前記光の波長が掃引された波長帯域内の光を予め設定された光透過周期で透過する光学フィルタと、
該光学フィルタを透過した前記光の光量を検出する光検出部と、
前記光源ユニットから射出された前記光の光量が予め設定された光強度を超えたとき強度クロック信号を出力する強度クロック発生手段と、
該強度クロック発生手段から前記強度クロック信号が出力されてから設定時間経過後に、前記光検出部において前記光学フィルタを透過した光が設定光量を超えたとき前記周期クロック信号を出力する信号発生手段と
を備えたものであることを特徴とする光断層画像化システム。
【請求項４】
前記光透過周期が、前記光の光強度のゆらぎによる前記強度クロック信号の出力タイミングのずれ量よりも大きくなるように設定されているものであることを特徴とする請求項３記載の光断層画像化システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−１４５３７５（Ｐ２００８−１４５３７５Ａ）
【公開日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３３５５６７（Ｐ２００６−３３５５６７）
【出願日】平成１８年１２月１３日（２００６．１２．１３）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【出願人】（０００００５４３０）フジノン株式会社 (2,231)
【復代理人】
【識別番号】１００１３４２４５
【弁理士】
【氏名又は名称】本澤 大樹
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月２６日（２００８．６．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月１３日（２００６．１２．１３）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【出願人】（０００００５４３０）フジノン株式会社 (2,231)
【復代理人】
【識別番号】１００１３４２４５
【弁理士】
【氏名又は名称】本澤 大樹
【Ｆターム（参考）】
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