光源および光断層画像化装置
【課題】光源において、小型で低コストに製作可能であり、高い光利用効率と高速の波長掃引ならびに高い波長選択性を実現する。
【解決手段】線形共振器型の光源１は、光増幅媒体であるＳＯＡ２と、光増幅媒体を出射した光が発散光７として入射され、特定波長の光を透過させるとともに特定波長以外の光を反射するファブリーペロー共振器５と、帰還手段である凹面鏡６とを備える。ファブリーペロー共振器５は、反射された特定波長の光が発散光７の発散中心Ｏ１に入射しないように線形共振器の光軸Ｚに対し傾いて配置された２つの反射面３、４を有する。帰還手段は、ファブリーペロー共振器５を透過した光が発散中心Ｏ１へ収束するように、この透過した光を帰還させる。
【解決手段】線形共振器型の光源１は、光増幅媒体であるＳＯＡ２と、光増幅媒体を出射した光が発散光７として入射され、特定波長の光を透過させるとともに特定波長以外の光を反射するファブリーペロー共振器５と、帰還手段である凹面鏡６とを備える。ファブリーペロー共振器５は、反射された特定波長の光が発散光７の発散中心Ｏ１に入射しないように線形共振器の光軸Ｚに対し傾いて配置された２つの反射面３、４を有する。帰還手段は、ファブリーペロー共振器５を透過した光が発散中心Ｏ１へ収束するように、この透過した光を帰還させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定波長の光を出射可能な光源、および該光源を用いて測定対象の光断層画像を取得する光断層画像化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、出力光の波長掃引が可変な波長可変光源としては、ファブリーペロー共振器に基づくファブリーペローチューナブルフィルター（Ｆａｂｒｙ Ｐｅｒｏｔ − Ｔｕｎａｂｌｅ Ｆｉｌｔｅｒ、以下ＦＰ−ＴＦと称する）を用いた波長掃引レーザ光源が知られている。ＦＰ−ＴＦは、干渉により選択された波長の光のみを透過させ、それ以外の波長の光を反射する機能を有し、さらにその選択波長を変更可能に構成したものである。ＦＰ−ＴＦを用いたこの種の光源は、共振器の光路の構成から、光ファイバ等によるループ状の周回光路を形成するリング共振器型（例えば、特許文献１参照）と、往復光路を形成する線形共振器型（例えば、非特許文献１参照）に大別することができる。
【０００３】
図７に、ＦＰ−ＴＦを用いたリング共振器型のレーザ光源７０の構成を示す。レーザ光源７０は、光ファイバＦ２０によりリング状の光路の共振器を構成し、該共振器中に光増幅媒体としてのＳＯＡ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：半導体光増幅器）７１と、波長選択および波長掃引素子としてのＦＰ−ＴＦ７２を配置したものである。ＦＰ−ＴＦ７２は、制御手段７３を用いて干渉に用いる反射面間の距離を変更することにより、選択波長を変更することができる。この共振器で発振されたレーザ光はリング状の光路の一部に設けられた光カプラ７４により出力される。
【０００４】
リング共振器型のレーザ光源では、リング状の光路を右回りと左回りの両方向に発振するモードが可能であるため、左右両方向のモードが同時に発振する場合は、両方向の発振モード間にモード競合が起こる。このとき、一方向の発振モードのみを見ると発振光の出力が不安定な状態となる。これを避けるには左右どちらか一方向のみを発振させることが望ましく、図７に示すように、リング共振器型の光路内に一方向に進行する光を通過させ、逆方向の光を遮断する光アイソレータ７５ａ、７５ｂを配置することが望ましい。
【０００５】
このような光アイソレータとしては一般に、ファラデー素子と、これに磁界を印加する磁石と、偏光素子とから構成されるものが多用されている。ファラデー素子は、ＹＩＧ（イットリウム−鉄−ガーネット）結晶やＢｉ置換ガーネット結晶等の磁性ガーネット結晶等を材質としたものが知られている。
【０００６】
次に図８に、ＦＰ−ＴＦを用いた線形共振器型のレーザ光源８０の構成を示す。このレーザ光源８０は、一直線上に配置された、ＳＯＡ８１と、レンズ８２と、ＦＰ−ＴＦ８３と、ミラー８４とを有する。ＦＰ−ＴＦ８３は、内側に反射面が形成された２枚の平行平板状の透明電極８５ａ、８５ｂと、その間に挟まれた液晶８６からなり、電源８７が液晶８６に印加する電圧を変化させることにより、液晶の屈折率を変化させ、これによりＦＰ−ＴＦ８３を透過する波長を変化させる。
【０００７】
図８に示すレーザ光源８０において、ＳＯＡ８１から出射した光はレンズ８２により収束光に変換された後、ＦＰ−ＴＦ８３に入射し、そのうち選択波長の光のみがＦＰ−ＴＦ８３を透過し、選択波長以外の光は反射される。透過した光は、共振器端を構成するミラー８４で反射されて、同一光路を戻り、ＦＰ−ＴＦ８３およびレンズ８２を透過して再びＳＯＡ８１に入射し、ＳＯＡ８１のレンズ８２と逆側の端面８１ａで反射されて、ＳＯＡ８１により増幅される。ＦＰ−ＴＦ８３で反射された光は、ＦＰ−ＴＦ８３が入射光の光軸に対して傾けて配置されているため、共振器の光路から除外され、ＳＯＡ８１に帰還することはない。以上より、線形共振器型のレーザ光源８０において、選択波長の光が共振器内を往復してレーザ発振することになる。
【０００８】
一方、上記のような波長可変レーザ光源の重要な用途として、ＳＳ−ＯＣＴ（Ｓｗｅｐｔ ｓｏｕｒｃｅ ＯＣＴ）計測を利用した光断層画像化装置が知られている。光断層画像化装置は、光源から射出されたコヒーレンス光を測定光と参照光とに分割した後、測定光が測定対象に照射されたときの反射光と参照光とを合波し、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ものである。ＳＳ−ＯＣＴ計測による光断層画像化装置では、光源から射出される光の波長を時間的に変化させながら、波長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、深さ位置に対応した反射光強度分布を取得する。
【特許文献１】特許第２６４８４１７号公報
【非特許文献１】“Tunable Light Source Using a Liquid-Crystal Fabry-Perot Interferometer”、 IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS、 Vol.3、 No.6、 JUNE 1991
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、リング共振器型のレーザ光源では、その光路の構成故に光アイソレータが必要となる。従来の光アイソレータとしては、磁性ガーネット結晶等を材料としたファラデー素子を用いたものが一般的である。この素子は光通信で通常用いられる波長１．３〜１．５５μｍの光に対しては良好な特性を有するが、例えば光断層画像化装置で生体を測定対象とする場合はさらに短波長の光が好適であるとされており、その場合には種々の不具合が発生する。具体的には、１．３〜１．５５μｍよりも短波長の光を用いようとすると、良好な特性を有する磁性結晶が実用化されていない、光アイソレータに高コストの材質を使わざるを得ない、ファラデー素子のベルデ定数が小さくなるため印加磁界を大きくせざるをえず装置が大型化する、光散乱率が増加し光利用効率が低下する、等の問題が生じる。
【００１０】
また、リング共振器型は、どうしても共振器長が長くなるため、共振器が大型化する上に、ＳＯＡにて生成されたＡＳＥ光がレーザ発振に至るまでの光飽和時間が長くなるという不具合がある。通常、波長掃引レーザの波長掃引速度は光飽和時間で決まるため、共振器長の長い光源は、高速の波長掃引が困難である。
【００１１】
そこで線形共振器型の光源を用いることが考えられるが、図８に示す線形共振器型の光源では、ＦＰ−ＴＦに液晶を用いているため応答速度が低く、これもまた高速の波長掃引が困難であるという問題がある。
【００１２】
また、図８に示すような共振器では、ＳＯＡ８１から出射した発散光を収束光に変換してＦＰ−ＴＦ８３へ入射させるために、ＦＰ−ＴＦ８３の直前にレンズ８２が用いられている。通常、レンズは収差を有する素子であり、波長可変光源から出射される光の全波長帯域で無収差になるようにレンズを設計、製作することは困難である。収差を伴うビームがＦＰ−ＴＦに入射すると、ＦＰ−ＴＦ内での波面の歪みを十分小さくすることができないため、高フィネスの共振、すなわち、高い波長選択性を実現することができないという問題が生じる。
【００１３】
本発明は、上記問題点を鑑み、小型で低コストに製作可能であり、高い光利用効率と高速の波長掃引ならびに高い波長選択性を実現可能な光源、および該光源を備えた光断層画像化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の光源は、線形共振器型の光源であって、光増幅媒体と、光増幅媒体を出射した光が発散光として入射され、特定波長の光を透過させるとともに特定波長以外の光を反射し、この反射された光が発散光の発散中心に入射しないように線形共振器の光軸に対し傾いて配置された２つの反射面を有するファブリーペロー共振器と、ファブリーペロー共振器を透過した光が発散中心へ収束するように、透過した光を帰還させる帰還手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
ここで、「光増幅媒体を出射した光が発散光として入射され、〜ファブリーペロー共振器」は、光増幅媒体を出射した光が他の部材を介さずに直接ファブリーペロー共振器へ発散光として入射される場合、および光増幅媒体を出射した光が他の部材を介してファブリーペロー共振器へ発散光として入射される場合の双方を含むものである。
【００１６】
また、上記の「線形共振器の光軸」は、線形共振器を往復可能な光がファブリーペロー共振器へ入射するときの光軸を意味するものとする。例えば、線形共振器の光路が一直線状ではなく、その一部が折り曲げられた形状や屈曲された形状である場合は、線形共振器の部分により光軸の方向が異なることになるが、本発明にかかる「線形共振器の光軸」としては上記のように考えることにする。
【００１７】
「帰還手段」は、ファブリーペロー共振器を透過した光が発散中心へ収束するように、この透過した光を帰還させるものであればよく、１つの光学部材で構成してもよく、あるいは、複数の光学部材で構成してもよい。帰還手段としては、例えば、凹面鏡や、反射型の回折光学素子等の反射手段を用いることができる。
【００１８】
上記本発明の光源においては、２つの反射面がともに、発散中心を中心とした曲面形状の反射面を線形共振器の光軸に対し傾けて配置したものであるように構成してもよい。
【００１９】
さらに、本発明の光断層画像化装置は、上記本発明の光源と、光源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、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光に基づき測定対象の断層画像を取得する画像取得手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の光源は、リング共振器型ではなく、線形共振器型の構成を採用しているため、ファラデー素子等からなる光アイソレータが不要となり、従来のリング共振器型の光源で問題となっていた装置の大型化や高コスト化、光利用効率の低下、共振器長の増大を回避することができ、小型で低コストに製作することが可能であり、高い光利用効率を実現することが可能となる。また、本発明の光源は、液晶を用いずに線形共振器型の光源を実現できるため、高速の波長掃引が可能である。さらに、従来の線形共振器型の光源では、ファブリーペロー共振器へ入射する光を収束光化または平行光化するためにレンズ等の収差を伴う光学素子が必要であったが、本発明の光源は、ファブリーペロー共振器へ発散光を入射させるものであり、ファブリーペロー共振器を透過した光が発散中心へ収束するように帰還させる帰還手段を備えるものであるため、上記用途のレンズ等の光学素子が不要となり、高フィネスの共振を実現することができ、ひいては高い波長選択性を実現することができる。
【００２１】
本発明の光源の２つの反射面がともに、発散中心を中心とした曲面形状の反射面を線形共振器の光軸に対し傾けて配置したものであるように構成した場合は、２つの反射面を単純に平面で構成した場合とは異なり、発散光の光軸近傍を進む光線の２つの反射面間の光路長と、発散光の周辺近傍を進む光線の２つの反射面間の光路長とをほぼ等しくすることができるため、ファブリーペロー共振器を透過する光の波長選択性を高くすることができる。
【００２２】
本発明の光断層画像化装置は、本発明の光源を備え、該光源から射出された光を用いて断層画像を取得するものであるため、装置の大型化を抑制して低コストに製作可能であり、高い光利用効率で波長選択性の高い光を用いて高速の波長掃引による計測が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の光源および該光源を備えた光断層画像化装置の実施形態を詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態による光断層画像化装置１００の構成を示す図である。光断層画像化装置１００は、マッハツェンダー型干渉計を用いて、例えば体腔内の生体組織や細胞等の測定対象の断層画像を前述のＳＳ−ＯＣＴ計測により取得するものである。
【００２４】
光断層画像化装置１００は、発振波長を一定の周期で掃引させながらレーザ光Ｌを射出する光源ユニット１１０と、光源ユニット１１０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１０１と、光分割手段１０１により分割された参照光Ｌ２の光路長を調整する光路長調整手段１２０と、光分割手段１０１により分割された測定光Ｌ１を測定対象Ｓまで導波するプローブ１３０と、プローブ１３０から測定光Ｌ１が測定対象Ｓに照射されたとき測定対象Ｓで反射した反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とを合波する合波手段１０４と、合波手段１０４により合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂを検出する干渉光検出手段１４０と、干渉光検出手段１４０により検出された干渉光に基づき測定対象Ｓの断層画像を取得する画像取得手段１５０とを有している。
【００２５】
光源ユニット１１０は、発振波長を一定の周期で掃引させながら光Ｌを射出する線形共振器型の波長可変レーザ装置であり、本発明の実施形態にかかる光源からなるものである。光源ユニット１１０の詳細構成については後で詳述する。光源ユニット１１０からの光Ｌは光ファイバＦ１により出力され、光ファイバＦ１に接続された光分割手段１０１に入射する。
【００２６】
光分割手段１０１は、例えば２×２の光ファイバカプラから構成されており、光源ユニット１１０から光ファイバＦ１を介して導波した光Ｌを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２に分割する。光分割手段１０１は、２本の光ファイバＦ２、Ｆ３にそれぞれ光学的に接続されており、測定光Ｌ１は光ファイバＦ２により導波され、参照光Ｌ２は光ファイバＦ３により導波される。
【００２７】
光ファイバＦ２にはサーキュレータ１０２が接続されており、サーキュレータ１０２には光ファイバＦ４、Ｆ５が接続されている。光ファイバＦ４には測定光Ｌ１を測定対象Ｓまで導波するプローブ１３０が接続されている。
【００２８】
光プローブ１３０は、例えば内視鏡の鉗子チャンネルを介して体腔内に挿入されるものであって、不図示のコネクタにより光ファイバＦ４に対し着脱可能に取り付けられている。プローブ１３０から射出した測定光Ｌ１は測定対象Ｓに照射される。そして、測定対象Ｓで反射された反射光Ｌ３は、光ファイバＦ４により導波されて、サーキュレータ１０２に入射し、サーキュレータ１０２から光ファイバＦ５側に射出され、光ファイバＦ５に接続されている合波手段１０４に入射する。
【００２９】
一方、光ファイバＦ３にはサーキュレータ１０３が接続されており、サーキュレータ１０３には光ファイバＦ６、Ｆ７が接続されている。光ファイバＦ６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１２０が接続されている。
【００３０】
光路長調整手段１２０は、光ファイバＦ６から射出された参照光Ｌ２を平行光化するコリメートレンズ１２０ａと、直交する２つの反射面を有し、この２つの反射面でコリメートレンズ１２０ａにより平行光化された参照光Ｌ２を反射する反射ミラー１２０ｂと、反射ミラー１２０ｂの２つの反射面で反射された参照光Ｌ２を再び反射ミラー１２０ｂへ帰還させて入射光と逆方向に同一光路を進行させる光ターミネータ１２０ｃを有している。反射ミラー１２０ｂは、不図示の可動ステージ上に固定されており、この可動ステージを移動させることにより反射ミラー１２０ｂがコリメートレンズ１２０ａの光軸方向（図１の矢印Ａの方向）へ移動し、これにより、参照光Ｌ２の光路長が変更する。なお、光路長調整手段１２０は、上記構成のものに限定されず、参照光Ｌ２の光路長を変更可能であればその他の構成を採用してもよい。
【００３１】
光路長調整手段１２０により光路長が変更された参照光Ｌ２は、光ファイバＦ６により導波されて、サーキュレータ１０３に入射し、サーキュレータ１０３から光ファイバＦ７側に射出され、光ファイバＦ７に接続されている合波手段１０４に入射する。
【００３２】
合波手段１０４は、例えば２×２の光ファイバカプラからなり、光ファイバＦ５により導波された反射光Ｌ３と、光ファイバＦ７により導波された参照光Ｌ２とを合波するものである。合波手段１０４での合波により干渉光が生じ、この干渉光は合波手段１０４により二分されて２つの干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂとなり、それぞれ光ファイバＦ８、Ｆ９へ射出される。光ファイバＦ８、Ｆ９によりそれぞれ導波された干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂは、干渉光検出手段１４０に入射する。
【００３３】
干渉光検出手段１４０は、干渉光Ｌ４ａを検出する光検出部１４０ａと、干渉光Ｌ４ｂを検出する光検出部１４０ｂと、光検出部１４０ａにより検出された干渉光Ｌ４ａと光検出部１４０ｂにより検出された干渉光Ｌ４ｂとの差分を増幅しバランス検波を行って干渉信号を得る演算手段１４０ｃとを有している。この機構により、光強度ゆらぎの影響を抑え、より鮮明な画像を得ることが出来る。
【００３４】
干渉光検出手段１４０は、例えばパーソナルコンピュータ等のコンピュータシステムからなる画像取得手段１５０に接続され、画像取得手段１５０はＣＲＴや液晶表示装置等からなる表示装置１６０に接続されている。画像取得手段１５０は干渉光検出手段１４０から出力された干渉信号をフーリエ変換することにより、測定対象Ｓの各深さ位置における反射光Ｌ３の強度等の反射情報を取得し、この情報を用いて測定対象Ｓの断層画像を生成する。表示装置１６０は、画像取得手段１５０により取得された断層画像を表示する。
【００３５】
ここで、干渉光検出手段１４０および画像取得手段１５０における干渉光Ｌ４の検出および画像の生成について簡単に説明する。なお、この点の詳細については「武田 光夫、「光周波数走査スペクトル干渉顕微鏡」、光技術コンタクト、２００３、Ｖｏｌ４１、Ｎｏ７、ｐ４２６−ｐ４３２」に詳しい記載がなされている。
【００３６】
測定光Ｌ１が測定対象Ｓに照射されたとき、測定対象Ｓの各深さからの反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とがいろいろな光路長差をもって干渉しあう際の各光路長差ｌに対する干渉縞の光強度をＳ（ｌ）とすると、干渉光検出手段１４０において検出される光強度Ｉ（ｋ）は、
Ｉ（ｋ）＝∫０∞Ｓ（ｌ）［１＋ｃｏｓ（ｋｌ）］ｄｌ ・・・（１）
で表される。ここで、ｋは波数、ｌは光路長差である。式（１）は波数ｋを変数とする光周波数領域のインターフェログラムとして与えられていると考えることができる。このため、画像取得手段１５０において、干渉光検出手段１４０が検出したスペクトル干渉縞をフーリエ変換にかけて周波数解析を行い、干渉光Ｌ４の光強度Ｓ（ｌ）を決定することにより、測定対象Ｓの測定開始位置からの距離情報と反射強度情報とを取得し、断層画像を生成することができる。
【００３７】
次に、上記構成を有する光断層画像化装置１００の動作例について説明する。まず、光路長調整手段１２０において、測定可能領域内に測定対象Ｓが位置するように光路長の調整が行われる。その後、光源ユニット１１０から光Ｌが射出され、光Ｌは光分割手段１０１により測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割される。測定光Ｌ１はプローブ１３０により体腔内に導波され測定対象Ｓに照射される。そして、測定対象Ｓからの反射光Ｌ３が参照光Ｌ２と合波手段１０４により合波され、反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂが干渉光検出手段１４０により検出されて干渉信号として出される。この干渉信号が画像取得手段１５０において周波数解析されることにより断層画像が取得される。
【００３８】
なお、プローブ１３０を回転させること等により、測定対象Ｓに対して測定光Ｌ１を１次元方向に走査させれば、この走査方向に沿った各部分において測定対象Ｓの深さ方向の情報が得られるので、この走査方向を含む断層面についての断層画像を取得することができる。また、測定対象Ｓに対して測定光Ｌ１を、上記走査方向に対して直交する第２の方向に走査させることにより、この第２の方向を含む断層面についての断層画像をさらに取得することも可能である。
【００３９】
なお、上記例ではマッハツェンダー型干渉計を用いた光断層画像化装置の構成例について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、マイケルソン型干渉計やフィゾー型干渉計等、別の種類の干渉計を用いた光断層画像化装置も可能である。
【００４０】
以下、光源ユニット１１０に適用可能な本発明の光源の実施形態について詳細に説明する。図２に、本発明の第１の実施形態にかかる光源１の構成を示す。図２に示す光源１は、光路内を光が往復することによりレーザ発振が行われる線形共振器型（リニア共振器型ともいう）の構成を有する。光源１は、光路に沿って順に配置された、ＳＯＡ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：半導体光増幅器）２と、２つの反射面３、４を有するファブリーペロー共振器５と、凹面鏡６とを有する。
【００４１】
ＳＯＡ２は、本発明の光増幅媒体に対応するものであり、所定の波長帯域の光を出射可能であり、また、入射された光を増幅して出射する機能を有する。本実施形態のＳＯＡ２は、ファブリーペロー共振器５とは逆側の端面２ａに高反射コート（ＨＲコート）が施されており、この面が線形共振器の１つの共振器端として機能する。ＳＯＡ２において、端面２ａと逆側の端面からは発散光７が出射され、この発散光７はファブリーペロー共振器５へ入射する。光源１においては、発散光７の発散中心Ｏ１はＳＯＡ２の出射端上の発光点としている。
【００４２】
ファブリーペロー共振器５は、２つの反射面３、４で起こる光の干渉により、選択された波長である特定波長の光のみ透過し、特定波長以外の光を反射するものであり、波長選択手段として機能するものである。
【００４３】
ここで、波長選択手段として用いられるファブリーペロー共振器について説明する。ファブリーペロー共振器は、２つの反射面の間隔および反射率で決まる周期的で透過ピークを有する透過光スペクトル分布を有しており、透過できない光スペクトルは反射される。反射面の間隔に反比例してフリースペクトルレンジ値（以下、ＦＳＲという）が大きくなり、透過ピークの間隔はＦＳＲで決まる間隔で繰り返される。また、反射率が大きいほど、透過ピークの幅は狭くなる。ＦＳＲを透過ピークスペクトルの半値全幅で割ったものがフィネスであり、高フィネスの光源ほど波長選択性が高い。
【００４４】
ファブリーペロー共振器を構成する２つの反射面の間隔を十分狭くしてＦＳＲを大きくすることで、ＳＯＡの光利得帯域内に１つの透過光スペクトル分布のみを存在させることができる。さらに、反射面の反射率を十分高くすることで、透過光スペクトル分布の幅を十分狭くすることができ、実質的にＳＯＡの光利得帯域内において十分狭い１つの光スペクトル分布のみがファブリーペロー共振器を透過できるように設定することが可能になる。これにより、光源１を、十分狭い１つの光スペクトル分布のみで発振するようにすることが可能である。
【００４５】
さらに、２つの反射面の間隔を変えることで透過光スペクトル分布の中心波長の位置を変えることが可能である。反射面の間隔を広げた場合は、透過光スペクトルは長波長側にシフトし、反射面の間隔を狭めた場合は、透過光スペクトルは短波長側にシフトする。２つの反射面３、４の間隔を連続的に変えることで、十分狭い光スペクトル分布を有するレーザ発振光スペクトル分布を連続的に掃引することが可能である。
【００４６】
例えば、反射面３、４の間隔を拡大および縮小する方向に正弦波的に変更することで、光源１の発振波長が長波長側へのシフトおよび短波長側へのシフトを交互に繰り返し、光源１の発振波長を連続的に掃引して、光源１を波長可変光源とすることができる。
【００４７】
本実施形態のファブリーペロー共振器５では、図２に示すように、２つの反射面３、４は略等しい間隔を保って配置された曲面ミラーからなる。また、２つの反射面３、４は、ファブリーペロー共振器５で反射された光が発散光７の発散中心Ｏ１に入射しないように線形共振器の光軸Ｚに対し傾いて配置されている。つまり、反射面４の中心に垂直な線Ｎと線形共振器の光軸Ｚとは一致せず、傾き角度θをなす。ここで、線形共振器の光軸Ｚは、ファブリーペロー共振器５を透過し、凹面鏡６で反射されて再びファブリーペロー共振器５を透過する光の光軸を意味している。本実施形態においては、発散光７は図２の紙面鉛直方向で対称的なものを想定しているため、線形共振器の光軸Ｚはこの発散光７の中心を通る光線の方向とする。
【００４８】
なお、図２では図の明確化のために、θを大きな角度で図示しているが、ファブリーペロー共振器５で反射された光を発散光の発散中心Ｏ１に入射させないためには、反射面３、４を微小角度傾ければよく、角度θは非常に小さな値をとることができる。２つの反射面３、４を傾けることにより、ファブリーペロー共振器５で反射された特定波長以外の光が発散中心Ｏ１に入射するのを阻止することができる。よって、特定波長以外の光は、線形共振器の光軸から外れた光路を進行することになり、ＳＯＡ２で増幅されることはない。
【００４９】
好ましくは、２つの反射面３、４は、発散中心Ｏ１を中心とした曲面形状、例えば球面形状の反射面を線形共振器の光軸に対し傾けて配置したものである。発散光７は広がりを持つ光束であるから、発散光７には、発散光７の光束の中心近傍を進む光線（光軸Ｚとほぼ同方向の光線）と、発散光７の光束の周辺近傍を進む光線（光軸Ｚと角度をなす光線）とが含まれている。仮に、２つの反射面３、４を平面で構成した場合、上記の中心近傍を進む光線と周辺近傍を進む光線では２つの反射面間の光路長が異なってしまい、ファブリーペロー共振器を透過する光の波長選択性が低下する。これに対して、本実施形態では、上記のような曲面とすることで、中心近傍を進む光線と周辺近傍を進む光線の反射面３と反射面４との間の光路長をほぼ等しくすることができるため、ファブリーペロー共振器を透過する光の波長選択性を高くすることができる。
【００５０】
さらには、反射面３、４は、発散光７の波面と略同一の形状を有する曲面であることが好ましい。この場合には、発散光７に含まれる各光線の発散中心Ｏ１から反射面３までの光路長を等しくすることができ、同様に発散光７に含まれる各光線の発散中心Ｏ１から反射面４までの光路長を等しくすることができ、結果として各光線の反射面３から反射面４までの光路長を等しくすることができる。これにより、ファブリーペロー共振器５の透過ピークスペクトルの幅を極めて狭くすることができ、非常に高い波長選択性を実現することができる。
【００５１】
反射面３、４は、図２の矢印Ｂで示すように、その間隔が制御手段８により変更可能なように構成されている。反射面３、４の間隔を変更することにより、ファブリーペロー共振器５を透過できる光の波長を変更することができる。
【００５２】
凹面鏡６は、線形共振器のもう１つの共振器端であるとともに、ファブリーペロー共振器５を透過した光が発散中心Ｏ１へ収束するように、透過した光を帰還させる帰還手段として機能するものである。概略的には、凹面鏡６は、発散中心Ｏ１を中心とした曲面、例えば球面のミラーを、その中心軸が線形共振器の光軸Ｚと一致するように配置したものと考えることができる。
【００５３】
より詳しくは、凹面鏡６は、凹面鏡６に入射する発散光７を構成する各光線に垂直な面形状を有する。この形状により、凹面鏡６で反射された光は、凹面鏡６に入射した光と同一の光路を逆向きに進行することができ、発散中心Ｏ１へ帰還することができる。さらに厳密には、凹面鏡６は、発散光７の波面と略同一の形状を有する曲面とすることが好ましい。
【００５４】
なお、ＳＯＡ２からの発散光７が、光軸Ｚに対して非軸対称な光である場合は、凹面鏡６の形状は、この非軸対称な光に応じた非軸対称な形状、例えば、アナモルフィックな形状とする必要があり、また、反射面３、４についても非軸対称な形状、例えば、アナモルフィックな形状とすることが好ましい。
【００５５】
光源１の動作例について説明する。ＳＯＡ２の発散中心Ｏ１から、特定波長の光および特定波長以外の光を含む発散光が出射され、ファブリーペロー共振器５に入射する。そのうち、特定波長以外の光は、ファブリーペロー共振器５で反射されて収束光となるが、反射面３、４が傾けて配置されているため、この反射光は図２の点線で示すように発散中心Ｏ１には入射せず、ＳＯＡ２で増幅されることはない。
【００５６】
一方、ファブリーペロー共振器５に入射した特定波長の光はファブリーペロー共振器５を透過し、凹面鏡６で反射されて収束光となり同一光路を逆向きに進行し、ファブリーペロー共振器５を再び透過し、発散中心Ｏ１に収束するように入射する。この発散中心Ｏ１に再入射した特定波長の光は、ＳＯＡ２内を進行し、端面２ａで反射される。以後、同様のことが繰り返されて、共振器内で特定波長の光が発振することになる。
【００５７】
そして、制御手段８により反射面３、４の間隔を変更することにより、ファブリーペロー共振器５を透過できる特定波長を変更することができ、波長掃引されたレーザ光を得ることができる。
【００５８】
光源１は、線形共振器型の構成を有するため、従来のリング共振器型の光源が有していた問題を回避することができる。光源１は、少ない部品数でコンパクトな構成となっているため低コストに作製可能であり、光量損失が少なく、高い光利用効率を実現できる。また、光源１では、図８に示すレーザ光源に比べて、収差を生じさせるレンズ等の光学素子を用いていないため高い波長選択性を実現できるとともに、液晶を用いていないため高速の波長掃引が可能である。
【００５９】
光源１において発振光を外部出力するには、例えば、凹面鏡６を全反射ミラーではなく、部分反射ミラーとし、凹面鏡６に入射した光の一部を透過させて外部へ出力するようにしてもよい。
【００６０】
あるいは、図３に示す光源１０のように、光ファイバを用いて外部出力を行うようにしてもよい。図３に示す光源１０は、図２に示す光源１と比べて、ＳＯＡ２の代わりにＳＯＡ１２を用い、ＳＯＡ１２のファブリーペロー共振器５とは逆側に結合用のレンズ１１を介して光ファイバＦ１０を配置した点が異なる。図３に示す光源１０について、光源１との相違点について主に説明する。
【００６１】
光源１０が有するＳＯＡ１２の図３に示す左側の端面、すなわちファブリーペロー共振器５と逆側の端面には高反射コートが施されていない。よって、光源１０ではＳＯＡ１２を出射してファブリーペロー共振器５を往復してＳＯＡ１２に再入射した特定波長の光は、図３におけるＳＯＡ１２の左側の端面から出射し、レンズ１１を介して光ファイバＦ１０に入射する。光ファイバＦ１０は例えばシングルモードファイバにより構成可能である。光ファイバＦ１０のレンズ１１と逆側の端面Ｆ１０ａには高反射コートが施されており、この端面Ｆ１０ａが線形共振器の１つの共振器端として機能する。端面Ｆ１０ａの高反射コートは、入射した光の一部を透過可能であり、この透過した光が外部への出力光となる。
【００６２】
このように光ファイバＦ１０を用いることにより、外部への出力光の位置や方向をＳＯＡ１２の位置によらず自由に設定することができ、装置設計の自由度を向上させることができる。また、導波手段に光ファイバを用いた場合には、通常のバルク素子を用いる場合に比べ、組立調整が容易になり、高い安定性を確保できるという利点がある。なお、光源１０はレンズ１１を有しているが、図８に示すレーザ光源がＳＯＡ８１とＦＰ−ＴＦ８３の間にレンズ８２が配置されているのに対し、光源１０ではＳＯＡ１２とファブリーペロー共振器５との間にはレンズは配置されていない点が異なる。図８に示すレーザ光源では、収束光が平行な反射面を有するファブリーペロー共振器に入射しているためフィネスが低下し波長選択性が低下する。これに比べ、図３に示す光源１０では、発散光が上述した曲面を有するファブリーペロー共振器に入射しているため、波長選択性を改善することができる。
【００６３】
次に、図４を参照しながら、本発明の第２の実施形態にかかる光源２０について説明する。光源２０は実質的に、図３に示す光源１０においてＳＯＡ１２とファブリーペロー共振器との間を光ファイバで接続した構成を有するものである。光源２０は、光路に沿って順に配置された、光ファイバＦ１０と、光結合用のレンズ１１と、ＳＯＡ１２と、光結合用のレンズ１３と、導波用の光ファイバＦ１１と、光ファイバＦ１１の端部に接続された波長選択ユニット１５とを備えてなる。このうち、レンズ１１、１３とＳＯＡ１２とはモジュール１４として構成されている。
【００６４】
光ファイバＦ１０、Ｆ１１は光導波路として機能するものであり、例えばシングルモードファイバにより構成可能である。光ファイバＦ１０のレンズ１１と反対側の端面Ｆ１０ａには高反射コート（ＨＲコート）が施されており、この端面Ｆ１０ａは共振器端として機能する。また、光ファイバＦ１０へ入射した光の一部は端面Ｆ１０ａから外部へ出力可能なように構成されている。
【００６５】
波長選択ユニット１５は、ファブリーペロー共振器と本発明の帰還手段とを含むものである。図５に波長選択ユニット１５の拡大断面図を示す。波長選択ユニット１５は、図５に示すように、略円筒状で内部に光ファイバＦ１１が挿入されたフェルール１６と、フェルール１６の先端に装着された固定反射部１７と、固定反射部１７と間隔を持って対向配置された移動反射部１８と、略円筒形状で移動反射部１８を移動させるアクチュエータ１９と、フェルール１６とアクチュエータ１９とを保持する保持具２９とを備えている。
【００６６】
固定反射部１７は、光ファイバＦ１１の端面に対向するよう配置された曲面形状の反射面２３と、反射面２３を支持してフェルール１６に固定するための薄肉で略円筒形状の外周部材２１とからなる。外周部材の内部は空洞であり、光ファイバＦ１１のコアの端面上の発散中心Ｏ２から発散光２７が外周部材の内部を進行し、反射面２３に入射する。
【００６７】
移動反射部１８は、反射面２３に対向する反射面２４と、反射面２４から光軸Ｚ方向に所定距離離れて位置する凹面鏡２６と、反射面２４と凹面鏡２６を一体化するための薄肉で略円筒形状の外周部材２２とからなる。
【００６８】
発散中心Ｏ２、反射面２３、反射面２４、凹面鏡２６はそれぞれ、図２で示す光源１の発散中心Ｏ１、反射面３、反射面４、凹面鏡６に対応するものであり、その形状や配置の位置関係は発散中心Ｏ１、反射面３、反射面４、凹面鏡６と同様である。
【００６９】
すなわち、反射面２３、反射面２４は、ファブリーペロー共振器２５の２つの反射面を構成するものであり、発散中心Ｏ２を中心とした曲面形状の反射面を線形共振器の光軸Ｚに対し傾けて配置したものである。反射面２３、反射面２４の傾き角は、ファブリーペロー共振器２５で反射された光が発散光２７の発散中心Ｏ２に入射しないように設定されている。また、凹面鏡２６は、ファブリーペロー共振器２５を透過した光が発散中心Ｏ２へ収束するように、透過した光を帰還させる帰還手段として機能するものである。
【００７０】
アクチュエータ１９は、不図示の制御手段により光軸Ｚの方向（図５の矢印Ｃの方向）に駆動され、これにより、移動反射部１８が光軸Ｚの方向に移動して反射面２３と反射面２４の間隔が変更され、ファブリーペロー共振器２５を透過可能な光の波長を変更することができる。
【００７１】
光源２０においては、線形共振器の共振器端は光ファイバＦ１０の端面Ｆ１０ａと、凹面鏡２６とからなる。光源２０において、ＳＯＡ１２から出射した光のうち、特定波長以外の光は、ファブリーペロー共振器２５で反射されて図５に示す点線のように進行する。この光は、発散中心Ｏ２、すなわち光ファイバＦ１１のコアからずれた位置に集光することになり、線形共振器の光路から除外されて光ファイバＦ１１で導波されないため、ＳＯＡ１２に帰還することなく、増幅されない。
【００７２】
一方、ＳＯＡ１２から出射した光のうち、特定波長の光は、ファブリーペロー共振器２５を透過し、凹面鏡２６で発散中心Ｏ２へ収束するように反射されるため、光ファイバＦ１１のコアに再入射することができ、光ファイバＦ１１により導波されてＳＯＡ１２に帰還し、増幅される。よって、光源２０においても、特定波長の光のみが増幅されて発振することになる。また、アクチュエータ１９を駆動させることにより、光源２０の発振波長を連続的に掃引して、光源２０を波長可変光源とすることができる。
【００７３】
なお、ＳＯＡから出射される光は非軸対称であることが多く、その場合、図２、図３に示す光源１、１０では凹面鏡６も非軸対称に作製しなくてはならない。これに対して、図４に示す光源２０では、ＳＯＡ１２から非軸対称な光が出射されたとしても、軸対称な成分の光のみが光ファイバＦ１１と結合するため、光ファイバＦ１１を通過させることにより軸対称な光をファブリーペロー共振器２５に入射させることができ、軸対称な形状の凹面鏡２６を用いることができるので、低コストに製作することができる。さらに、レンズ１３として、ＳＯＡからの非軸対称な光を軸対称な光に成形するようなレンズを選択すれば、光の利用効率を高めることができる。このようなレンズ１３としては例えばアナモルフィックレンズを用いることができる。
【００７４】
本実施形態の光源２０は光ファイバとの結合用のレンズ１１、１３を含んではいるものの、波長選択ユニット１５内にはレンズを用いていない。これは本発明が発散光をファブリーペロー共振器に入射させて波長選択を可能にしていることに起因する。図８に示すレーザ光源ではレンズ８２がＦＰ−ＴＦ８３の直前に配置されており、このレンズ８２の収差がフィネスを低下させ波長選択性が低下する。これに対して図４に示す光源２０では、光源２０に含まれるレンズ１１，１３の収差のためにフィネスが低下することはなく高い波長選択性を実現することができる。図８に示すレーザ光源を含め、従来の線形共振器型の光源では、平行光または収束光をファブリーペロー共振器に入射させるためにレンズが必要となるが、本発明ではこのような用途のレンズが不要であるため、従来の装置に比べてレンズ枚数を低減しつつ高い波長選択性を有することができる。
【００７５】
次に、図６を参照しながら第２の実施形態の変形例について説明する。なお、以降の変形例の説明および図面においては、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００７６】
図６に、変形例の構成を示す。図６に示す変形例の光源３０は、光ファイバでループ状の光路を形成することにより共振器端を構成したものである。図６に示す例では、図４に示す光源２０の光ファイバＦ１０の代わりに、リングカプラ３２でループ状にした光ファイバＦ１２を用いている。光ファイバＦ１２は例えばシングルモードファイバからなる。光源３０では、光ファイバＦ１２の一端から入射した光をループを伝播させて再び入射端と同じ光ファイバの一端に出射させることができる。また、リングカプラ３２の分岐比を好適に設定することにより、発振したレーザ光を入射端とは異なる光ファイバ端から外部出力することができる。このようなループ状の光ファイバを用いることにより、光ファイバ端面に高反射コートを成膜する必要がなくなり、低コストに構成することができる。
【００７７】
なお、図６で示したような共振器端がループ状のファイバからなる構成は、第２の実施形態だけでなく、図３に示す構成にも適用可能である。
【００７８】
以上、本発明による光源および光断層画像化装置の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない限りにおいて、種々変更することが可能である。
【００７９】
例えば、上記実施形態では帰還手段として１つの凹面鏡を用いた例について説明したが、本発明の帰還手段はこれに限定されず、反射型の回折光学素子を用いることも可能であり、また、複数の光学部材により帰還手段を構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の一実施形態による光断層画像化装置の概略構成図
【図２】本発明の第１の実施形態による光源の構成図
【図３】本発明の第１の実施形態にかかる変形例の光源の構成図
【図４】本発明の第２の実施形態による光源の構成図
【図５】本発明の第２の実施形態による光源の波長選択ユニットの拡大断面図
【図６】本発明の第２の実施形態にかかる変形例の波長可変光源の構成図
【図７】従来のリング共振器型の波長可変光源の概略構成図
【図８】従来の線形共振器型の波長可変光源の概略構成図
【符号の説明】
【００８１】
１、１０、２０、３０ 光源
２、１２ ＳＯＡ
３、４、２３、２４ 反射面
５、２５ ファブリーペロー共振器
６、２６ 凹面鏡
７、２７ 発散光
１５ 波長選択ユニット
１６ フェルール
１７ 固定反射部
１８ 移動反射部
１９ アクチュエータ
１００ 光断層画像化装置
１０１ 光分割手段
１０４ 合波手段
１１０ 光源ユニット
１２０ 光路長調整手段
１３０ プローブ
１４０ 干渉光検出手段
１５０ 画像取得手段
１６０ 表示装置
Ｆ１０、Ｆ１１ 光ファイバ
Ｆ１０ａ 端面
Ｌ 光
Ｌ１ 測定光
Ｌ２ 参照光
Ｌ３ 反射光
Ｌ４ 干渉光
Ｏ１、Ｏ２ 発散中心
Ｓ 測定対象
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定波長の光を出射可能な光源、および該光源を用いて測定対象の光断層画像を取得する光断層画像化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、出力光の波長掃引が可変な波長可変光源としては、ファブリーペロー共振器に基づくファブリーペローチューナブルフィルター（Ｆａｂｒｙ Ｐｅｒｏｔ − Ｔｕｎａｂｌｅ Ｆｉｌｔｅｒ、以下ＦＰ−ＴＦと称する）を用いた波長掃引レーザ光源が知られている。ＦＰ−ＴＦは、干渉により選択された波長の光のみを透過させ、それ以外の波長の光を反射する機能を有し、さらにその選択波長を変更可能に構成したものである。ＦＰ−ＴＦを用いたこの種の光源は、共振器の光路の構成から、光ファイバ等によるループ状の周回光路を形成するリング共振器型（例えば、特許文献１参照）と、往復光路を形成する線形共振器型（例えば、非特許文献１参照）に大別することができる。
【０００３】
図７に、ＦＰ−ＴＦを用いたリング共振器型のレーザ光源７０の構成を示す。レーザ光源７０は、光ファイバＦ２０によりリング状の光路の共振器を構成し、該共振器中に光増幅媒体としてのＳＯＡ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：半導体光増幅器）７１と、波長選択および波長掃引素子としてのＦＰ−ＴＦ７２を配置したものである。ＦＰ−ＴＦ７２は、制御手段７３を用いて干渉に用いる反射面間の距離を変更することにより、選択波長を変更することができる。この共振器で発振されたレーザ光はリング状の光路の一部に設けられた光カプラ７４により出力される。
【０００４】
リング共振器型のレーザ光源では、リング状の光路を右回りと左回りの両方向に発振するモードが可能であるため、左右両方向のモードが同時に発振する場合は、両方向の発振モード間にモード競合が起こる。このとき、一方向の発振モードのみを見ると発振光の出力が不安定な状態となる。これを避けるには左右どちらか一方向のみを発振させることが望ましく、図７に示すように、リング共振器型の光路内に一方向に進行する光を通過させ、逆方向の光を遮断する光アイソレータ７５ａ、７５ｂを配置することが望ましい。
【０００５】
このような光アイソレータとしては一般に、ファラデー素子と、これに磁界を印加する磁石と、偏光素子とから構成されるものが多用されている。ファラデー素子は、ＹＩＧ（イットリウム−鉄−ガーネット）結晶やＢｉ置換ガーネット結晶等の磁性ガーネット結晶等を材質としたものが知られている。
【０００６】
次に図８に、ＦＰ−ＴＦを用いた線形共振器型のレーザ光源８０の構成を示す。このレーザ光源８０は、一直線上に配置された、ＳＯＡ８１と、レンズ８２と、ＦＰ−ＴＦ８３と、ミラー８４とを有する。ＦＰ−ＴＦ８３は、内側に反射面が形成された２枚の平行平板状の透明電極８５ａ、８５ｂと、その間に挟まれた液晶８６からなり、電源８７が液晶８６に印加する電圧を変化させることにより、液晶の屈折率を変化させ、これによりＦＰ−ＴＦ８３を透過する波長を変化させる。
【０００７】
図８に示すレーザ光源８０において、ＳＯＡ８１から出射した光はレンズ８２により収束光に変換された後、ＦＰ−ＴＦ８３に入射し、そのうち選択波長の光のみがＦＰ−ＴＦ８３を透過し、選択波長以外の光は反射される。透過した光は、共振器端を構成するミラー８４で反射されて、同一光路を戻り、ＦＰ−ＴＦ８３およびレンズ８２を透過して再びＳＯＡ８１に入射し、ＳＯＡ８１のレンズ８２と逆側の端面８１ａで反射されて、ＳＯＡ８１により増幅される。ＦＰ−ＴＦ８３で反射された光は、ＦＰ−ＴＦ８３が入射光の光軸に対して傾けて配置されているため、共振器の光路から除外され、ＳＯＡ８１に帰還することはない。以上より、線形共振器型のレーザ光源８０において、選択波長の光が共振器内を往復してレーザ発振することになる。
【０００８】
一方、上記のような波長可変レーザ光源の重要な用途として、ＳＳ−ＯＣＴ（Ｓｗｅｐｔ ｓｏｕｒｃｅ ＯＣＴ）計測を利用した光断層画像化装置が知られている。光断層画像化装置は、光源から射出されたコヒーレンス光を測定光と参照光とに分割した後、測定光が測定対象に照射されたときの反射光と参照光とを合波し、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ものである。ＳＳ−ＯＣＴ計測による光断層画像化装置では、光源から射出される光の波長を時間的に変化させながら、波長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、深さ位置に対応した反射光強度分布を取得する。
【特許文献１】特許第２６４８４１７号公報
【非特許文献１】“Tunable Light Source Using a Liquid-Crystal Fabry-Perot Interferometer”、 IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS、 Vol.3、 No.6、 JUNE 1991
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、リング共振器型のレーザ光源では、その光路の構成故に光アイソレータが必要となる。従来の光アイソレータとしては、磁性ガーネット結晶等を材料としたファラデー素子を用いたものが一般的である。この素子は光通信で通常用いられる波長１．３〜１．５５μｍの光に対しては良好な特性を有するが、例えば光断層画像化装置で生体を測定対象とする場合はさらに短波長の光が好適であるとされており、その場合には種々の不具合が発生する。具体的には、１．３〜１．５５μｍよりも短波長の光を用いようとすると、良好な特性を有する磁性結晶が実用化されていない、光アイソレータに高コストの材質を使わざるを得ない、ファラデー素子のベルデ定数が小さくなるため印加磁界を大きくせざるをえず装置が大型化する、光散乱率が増加し光利用効率が低下する、等の問題が生じる。
【００１０】
また、リング共振器型は、どうしても共振器長が長くなるため、共振器が大型化する上に、ＳＯＡにて生成されたＡＳＥ光がレーザ発振に至るまでの光飽和時間が長くなるという不具合がある。通常、波長掃引レーザの波長掃引速度は光飽和時間で決まるため、共振器長の長い光源は、高速の波長掃引が困難である。
【００１１】
そこで線形共振器型の光源を用いることが考えられるが、図８に示す線形共振器型の光源では、ＦＰ−ＴＦに液晶を用いているため応答速度が低く、これもまた高速の波長掃引が困難であるという問題がある。
【００１２】
また、図８に示すような共振器では、ＳＯＡ８１から出射した発散光を収束光に変換してＦＰ−ＴＦ８３へ入射させるために、ＦＰ−ＴＦ８３の直前にレンズ８２が用いられている。通常、レンズは収差を有する素子であり、波長可変光源から出射される光の全波長帯域で無収差になるようにレンズを設計、製作することは困難である。収差を伴うビームがＦＰ−ＴＦに入射すると、ＦＰ−ＴＦ内での波面の歪みを十分小さくすることができないため、高フィネスの共振、すなわち、高い波長選択性を実現することができないという問題が生じる。
【００１３】
本発明は、上記問題点を鑑み、小型で低コストに製作可能であり、高い光利用効率と高速の波長掃引ならびに高い波長選択性を実現可能な光源、および該光源を備えた光断層画像化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の光源は、線形共振器型の光源であって、光増幅媒体と、光増幅媒体を出射した光が発散光として入射され、特定波長の光を透過させるとともに特定波長以外の光を反射し、この反射された光が発散光の発散中心に入射しないように線形共振器の光軸に対し傾いて配置された２つの反射面を有するファブリーペロー共振器と、ファブリーペロー共振器を透過した光が発散中心へ収束するように、透過した光を帰還させる帰還手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
ここで、「光増幅媒体を出射した光が発散光として入射され、〜ファブリーペロー共振器」は、光増幅媒体を出射した光が他の部材を介さずに直接ファブリーペロー共振器へ発散光として入射される場合、および光増幅媒体を出射した光が他の部材を介してファブリーペロー共振器へ発散光として入射される場合の双方を含むものである。
【００１６】
また、上記の「線形共振器の光軸」は、線形共振器を往復可能な光がファブリーペロー共振器へ入射するときの光軸を意味するものとする。例えば、線形共振器の光路が一直線状ではなく、その一部が折り曲げられた形状や屈曲された形状である場合は、線形共振器の部分により光軸の方向が異なることになるが、本発明にかかる「線形共振器の光軸」としては上記のように考えることにする。
【００１７】
「帰還手段」は、ファブリーペロー共振器を透過した光が発散中心へ収束するように、この透過した光を帰還させるものであればよく、１つの光学部材で構成してもよく、あるいは、複数の光学部材で構成してもよい。帰還手段としては、例えば、凹面鏡や、反射型の回折光学素子等の反射手段を用いることができる。
【００１８】
上記本発明の光源においては、２つの反射面がともに、発散中心を中心とした曲面形状の反射面を線形共振器の光軸に対し傾けて配置したものであるように構成してもよい。
【００１９】
さらに、本発明の光断層画像化装置は、上記本発明の光源と、光源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、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光に基づき測定対象の断層画像を取得する画像取得手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の光源は、リング共振器型ではなく、線形共振器型の構成を採用しているため、ファラデー素子等からなる光アイソレータが不要となり、従来のリング共振器型の光源で問題となっていた装置の大型化や高コスト化、光利用効率の低下、共振器長の増大を回避することができ、小型で低コストに製作することが可能であり、高い光利用効率を実現することが可能となる。また、本発明の光源は、液晶を用いずに線形共振器型の光源を実現できるため、高速の波長掃引が可能である。さらに、従来の線形共振器型の光源では、ファブリーペロー共振器へ入射する光を収束光化または平行光化するためにレンズ等の収差を伴う光学素子が必要であったが、本発明の光源は、ファブリーペロー共振器へ発散光を入射させるものであり、ファブリーペロー共振器を透過した光が発散中心へ収束するように帰還させる帰還手段を備えるものであるため、上記用途のレンズ等の光学素子が不要となり、高フィネスの共振を実現することができ、ひいては高い波長選択性を実現することができる。
【００２１】
本発明の光源の２つの反射面がともに、発散中心を中心とした曲面形状の反射面を線形共振器の光軸に対し傾けて配置したものであるように構成した場合は、２つの反射面を単純に平面で構成した場合とは異なり、発散光の光軸近傍を進む光線の２つの反射面間の光路長と、発散光の周辺近傍を進む光線の２つの反射面間の光路長とをほぼ等しくすることができるため、ファブリーペロー共振器を透過する光の波長選択性を高くすることができる。
【００２２】
本発明の光断層画像化装置は、本発明の光源を備え、該光源から射出された光を用いて断層画像を取得するものであるため、装置の大型化を抑制して低コストに製作可能であり、高い光利用効率で波長選択性の高い光を用いて高速の波長掃引による計測が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の光源および該光源を備えた光断層画像化装置の実施形態を詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態による光断層画像化装置１００の構成を示す図である。光断層画像化装置１００は、マッハツェンダー型干渉計を用いて、例えば体腔内の生体組織や細胞等の測定対象の断層画像を前述のＳＳ−ＯＣＴ計測により取得するものである。
【００２４】
光断層画像化装置１００は、発振波長を一定の周期で掃引させながらレーザ光Ｌを射出する光源ユニット１１０と、光源ユニット１１０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１０１と、光分割手段１０１により分割された参照光Ｌ２の光路長を調整する光路長調整手段１２０と、光分割手段１０１により分割された測定光Ｌ１を測定対象Ｓまで導波するプローブ１３０と、プローブ１３０から測定光Ｌ１が測定対象Ｓに照射されたとき測定対象Ｓで反射した反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とを合波する合波手段１０４と、合波手段１０４により合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂを検出する干渉光検出手段１４０と、干渉光検出手段１４０により検出された干渉光に基づき測定対象Ｓの断層画像を取得する画像取得手段１５０とを有している。
【００２５】
光源ユニット１１０は、発振波長を一定の周期で掃引させながら光Ｌを射出する線形共振器型の波長可変レーザ装置であり、本発明の実施形態にかかる光源からなるものである。光源ユニット１１０の詳細構成については後で詳述する。光源ユニット１１０からの光Ｌは光ファイバＦ１により出力され、光ファイバＦ１に接続された光分割手段１０１に入射する。
【００２６】
光分割手段１０１は、例えば２×２の光ファイバカプラから構成されており、光源ユニット１１０から光ファイバＦ１を介して導波した光Ｌを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２に分割する。光分割手段１０１は、２本の光ファイバＦ２、Ｆ３にそれぞれ光学的に接続されており、測定光Ｌ１は光ファイバＦ２により導波され、参照光Ｌ２は光ファイバＦ３により導波される。
【００２７】
光ファイバＦ２にはサーキュレータ１０２が接続されており、サーキュレータ１０２には光ファイバＦ４、Ｆ５が接続されている。光ファイバＦ４には測定光Ｌ１を測定対象Ｓまで導波するプローブ１３０が接続されている。
【００２８】
光プローブ１３０は、例えば内視鏡の鉗子チャンネルを介して体腔内に挿入されるものであって、不図示のコネクタにより光ファイバＦ４に対し着脱可能に取り付けられている。プローブ１３０から射出した測定光Ｌ１は測定対象Ｓに照射される。そして、測定対象Ｓで反射された反射光Ｌ３は、光ファイバＦ４により導波されて、サーキュレータ１０２に入射し、サーキュレータ１０２から光ファイバＦ５側に射出され、光ファイバＦ５に接続されている合波手段１０４に入射する。
【００２９】
一方、光ファイバＦ３にはサーキュレータ１０３が接続されており、サーキュレータ１０３には光ファイバＦ６、Ｆ７が接続されている。光ファイバＦ６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１２０が接続されている。
【００３０】
光路長調整手段１２０は、光ファイバＦ６から射出された参照光Ｌ２を平行光化するコリメートレンズ１２０ａと、直交する２つの反射面を有し、この２つの反射面でコリメートレンズ１２０ａにより平行光化された参照光Ｌ２を反射する反射ミラー１２０ｂと、反射ミラー１２０ｂの２つの反射面で反射された参照光Ｌ２を再び反射ミラー１２０ｂへ帰還させて入射光と逆方向に同一光路を進行させる光ターミネータ１２０ｃを有している。反射ミラー１２０ｂは、不図示の可動ステージ上に固定されており、この可動ステージを移動させることにより反射ミラー１２０ｂがコリメートレンズ１２０ａの光軸方向（図１の矢印Ａの方向）へ移動し、これにより、参照光Ｌ２の光路長が変更する。なお、光路長調整手段１２０は、上記構成のものに限定されず、参照光Ｌ２の光路長を変更可能であればその他の構成を採用してもよい。
【００３１】
光路長調整手段１２０により光路長が変更された参照光Ｌ２は、光ファイバＦ６により導波されて、サーキュレータ１０３に入射し、サーキュレータ１０３から光ファイバＦ７側に射出され、光ファイバＦ７に接続されている合波手段１０４に入射する。
【００３２】
合波手段１０４は、例えば２×２の光ファイバカプラからなり、光ファイバＦ５により導波された反射光Ｌ３と、光ファイバＦ７により導波された参照光Ｌ２とを合波するものである。合波手段１０４での合波により干渉光が生じ、この干渉光は合波手段１０４により二分されて２つの干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂとなり、それぞれ光ファイバＦ８、Ｆ９へ射出される。光ファイバＦ８、Ｆ９によりそれぞれ導波された干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂは、干渉光検出手段１４０に入射する。
【００３３】
干渉光検出手段１４０は、干渉光Ｌ４ａを検出する光検出部１４０ａと、干渉光Ｌ４ｂを検出する光検出部１４０ｂと、光検出部１４０ａにより検出された干渉光Ｌ４ａと光検出部１４０ｂにより検出された干渉光Ｌ４ｂとの差分を増幅しバランス検波を行って干渉信号を得る演算手段１４０ｃとを有している。この機構により、光強度ゆらぎの影響を抑え、より鮮明な画像を得ることが出来る。
【００３４】
干渉光検出手段１４０は、例えばパーソナルコンピュータ等のコンピュータシステムからなる画像取得手段１５０に接続され、画像取得手段１５０はＣＲＴや液晶表示装置等からなる表示装置１６０に接続されている。画像取得手段１５０は干渉光検出手段１４０から出力された干渉信号をフーリエ変換することにより、測定対象Ｓの各深さ位置における反射光Ｌ３の強度等の反射情報を取得し、この情報を用いて測定対象Ｓの断層画像を生成する。表示装置１６０は、画像取得手段１５０により取得された断層画像を表示する。
【００３５】
ここで、干渉光検出手段１４０および画像取得手段１５０における干渉光Ｌ４の検出および画像の生成について簡単に説明する。なお、この点の詳細については「武田 光夫、「光周波数走査スペクトル干渉顕微鏡」、光技術コンタクト、２００３、Ｖｏｌ４１、Ｎｏ７、ｐ４２６−ｐ４３２」に詳しい記載がなされている。
【００３６】
測定光Ｌ１が測定対象Ｓに照射されたとき、測定対象Ｓの各深さからの反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とがいろいろな光路長差をもって干渉しあう際の各光路長差ｌに対する干渉縞の光強度をＳ（ｌ）とすると、干渉光検出手段１４０において検出される光強度Ｉ（ｋ）は、
Ｉ（ｋ）＝∫０∞Ｓ（ｌ）［１＋ｃｏｓ（ｋｌ）］ｄｌ ・・・（１）
で表される。ここで、ｋは波数、ｌは光路長差である。式（１）は波数ｋを変数とする光周波数領域のインターフェログラムとして与えられていると考えることができる。このため、画像取得手段１５０において、干渉光検出手段１４０が検出したスペクトル干渉縞をフーリエ変換にかけて周波数解析を行い、干渉光Ｌ４の光強度Ｓ（ｌ）を決定することにより、測定対象Ｓの測定開始位置からの距離情報と反射強度情報とを取得し、断層画像を生成することができる。
【００３７】
次に、上記構成を有する光断層画像化装置１００の動作例について説明する。まず、光路長調整手段１２０において、測定可能領域内に測定対象Ｓが位置するように光路長の調整が行われる。その後、光源ユニット１１０から光Ｌが射出され、光Ｌは光分割手段１０１により測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割される。測定光Ｌ１はプローブ１３０により体腔内に導波され測定対象Ｓに照射される。そして、測定対象Ｓからの反射光Ｌ３が参照光Ｌ２と合波手段１０４により合波され、反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂが干渉光検出手段１４０により検出されて干渉信号として出される。この干渉信号が画像取得手段１５０において周波数解析されることにより断層画像が取得される。
【００３８】
なお、プローブ１３０を回転させること等により、測定対象Ｓに対して測定光Ｌ１を１次元方向に走査させれば、この走査方向に沿った各部分において測定対象Ｓの深さ方向の情報が得られるので、この走査方向を含む断層面についての断層画像を取得することができる。また、測定対象Ｓに対して測定光Ｌ１を、上記走査方向に対して直交する第２の方向に走査させることにより、この第２の方向を含む断層面についての断層画像をさらに取得することも可能である。
【００３９】
なお、上記例ではマッハツェンダー型干渉計を用いた光断層画像化装置の構成例について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、マイケルソン型干渉計やフィゾー型干渉計等、別の種類の干渉計を用いた光断層画像化装置も可能である。
【００４０】
以下、光源ユニット１１０に適用可能な本発明の光源の実施形態について詳細に説明する。図２に、本発明の第１の実施形態にかかる光源１の構成を示す。図２に示す光源１は、光路内を光が往復することによりレーザ発振が行われる線形共振器型（リニア共振器型ともいう）の構成を有する。光源１は、光路に沿って順に配置された、ＳＯＡ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：半導体光増幅器）２と、２つの反射面３、４を有するファブリーペロー共振器５と、凹面鏡６とを有する。
【００４１】
ＳＯＡ２は、本発明の光増幅媒体に対応するものであり、所定の波長帯域の光を出射可能であり、また、入射された光を増幅して出射する機能を有する。本実施形態のＳＯＡ２は、ファブリーペロー共振器５とは逆側の端面２ａに高反射コート（ＨＲコート）が施されており、この面が線形共振器の１つの共振器端として機能する。ＳＯＡ２において、端面２ａと逆側の端面からは発散光７が出射され、この発散光７はファブリーペロー共振器５へ入射する。光源１においては、発散光７の発散中心Ｏ１はＳＯＡ２の出射端上の発光点としている。
【００４２】
ファブリーペロー共振器５は、２つの反射面３、４で起こる光の干渉により、選択された波長である特定波長の光のみ透過し、特定波長以外の光を反射するものであり、波長選択手段として機能するものである。
【００４３】
ここで、波長選択手段として用いられるファブリーペロー共振器について説明する。ファブリーペロー共振器は、２つの反射面の間隔および反射率で決まる周期的で透過ピークを有する透過光スペクトル分布を有しており、透過できない光スペクトルは反射される。反射面の間隔に反比例してフリースペクトルレンジ値（以下、ＦＳＲという）が大きくなり、透過ピークの間隔はＦＳＲで決まる間隔で繰り返される。また、反射率が大きいほど、透過ピークの幅は狭くなる。ＦＳＲを透過ピークスペクトルの半値全幅で割ったものがフィネスであり、高フィネスの光源ほど波長選択性が高い。
【００４４】
ファブリーペロー共振器を構成する２つの反射面の間隔を十分狭くしてＦＳＲを大きくすることで、ＳＯＡの光利得帯域内に１つの透過光スペクトル分布のみを存在させることができる。さらに、反射面の反射率を十分高くすることで、透過光スペクトル分布の幅を十分狭くすることができ、実質的にＳＯＡの光利得帯域内において十分狭い１つの光スペクトル分布のみがファブリーペロー共振器を透過できるように設定することが可能になる。これにより、光源１を、十分狭い１つの光スペクトル分布のみで発振するようにすることが可能である。
【００４５】
さらに、２つの反射面の間隔を変えることで透過光スペクトル分布の中心波長の位置を変えることが可能である。反射面の間隔を広げた場合は、透過光スペクトルは長波長側にシフトし、反射面の間隔を狭めた場合は、透過光スペクトルは短波長側にシフトする。２つの反射面３、４の間隔を連続的に変えることで、十分狭い光スペクトル分布を有するレーザ発振光スペクトル分布を連続的に掃引することが可能である。
【００４６】
例えば、反射面３、４の間隔を拡大および縮小する方向に正弦波的に変更することで、光源１の発振波長が長波長側へのシフトおよび短波長側へのシフトを交互に繰り返し、光源１の発振波長を連続的に掃引して、光源１を波長可変光源とすることができる。
【００４７】
本実施形態のファブリーペロー共振器５では、図２に示すように、２つの反射面３、４は略等しい間隔を保って配置された曲面ミラーからなる。また、２つの反射面３、４は、ファブリーペロー共振器５で反射された光が発散光７の発散中心Ｏ１に入射しないように線形共振器の光軸Ｚに対し傾いて配置されている。つまり、反射面４の中心に垂直な線Ｎと線形共振器の光軸Ｚとは一致せず、傾き角度θをなす。ここで、線形共振器の光軸Ｚは、ファブリーペロー共振器５を透過し、凹面鏡６で反射されて再びファブリーペロー共振器５を透過する光の光軸を意味している。本実施形態においては、発散光７は図２の紙面鉛直方向で対称的なものを想定しているため、線形共振器の光軸Ｚはこの発散光７の中心を通る光線の方向とする。
【００４８】
なお、図２では図の明確化のために、θを大きな角度で図示しているが、ファブリーペロー共振器５で反射された光を発散光の発散中心Ｏ１に入射させないためには、反射面３、４を微小角度傾ければよく、角度θは非常に小さな値をとることができる。２つの反射面３、４を傾けることにより、ファブリーペロー共振器５で反射された特定波長以外の光が発散中心Ｏ１に入射するのを阻止することができる。よって、特定波長以外の光は、線形共振器の光軸から外れた光路を進行することになり、ＳＯＡ２で増幅されることはない。
【００４９】
好ましくは、２つの反射面３、４は、発散中心Ｏ１を中心とした曲面形状、例えば球面形状の反射面を線形共振器の光軸に対し傾けて配置したものである。発散光７は広がりを持つ光束であるから、発散光７には、発散光７の光束の中心近傍を進む光線（光軸Ｚとほぼ同方向の光線）と、発散光７の光束の周辺近傍を進む光線（光軸Ｚと角度をなす光線）とが含まれている。仮に、２つの反射面３、４を平面で構成した場合、上記の中心近傍を進む光線と周辺近傍を進む光線では２つの反射面間の光路長が異なってしまい、ファブリーペロー共振器を透過する光の波長選択性が低下する。これに対して、本実施形態では、上記のような曲面とすることで、中心近傍を進む光線と周辺近傍を進む光線の反射面３と反射面４との間の光路長をほぼ等しくすることができるため、ファブリーペロー共振器を透過する光の波長選択性を高くすることができる。
【００５０】
さらには、反射面３、４は、発散光７の波面と略同一の形状を有する曲面であることが好ましい。この場合には、発散光７に含まれる各光線の発散中心Ｏ１から反射面３までの光路長を等しくすることができ、同様に発散光７に含まれる各光線の発散中心Ｏ１から反射面４までの光路長を等しくすることができ、結果として各光線の反射面３から反射面４までの光路長を等しくすることができる。これにより、ファブリーペロー共振器５の透過ピークスペクトルの幅を極めて狭くすることができ、非常に高い波長選択性を実現することができる。
【００５１】
反射面３、４は、図２の矢印Ｂで示すように、その間隔が制御手段８により変更可能なように構成されている。反射面３、４の間隔を変更することにより、ファブリーペロー共振器５を透過できる光の波長を変更することができる。
【００５２】
凹面鏡６は、線形共振器のもう１つの共振器端であるとともに、ファブリーペロー共振器５を透過した光が発散中心Ｏ１へ収束するように、透過した光を帰還させる帰還手段として機能するものである。概略的には、凹面鏡６は、発散中心Ｏ１を中心とした曲面、例えば球面のミラーを、その中心軸が線形共振器の光軸Ｚと一致するように配置したものと考えることができる。
【００５３】
より詳しくは、凹面鏡６は、凹面鏡６に入射する発散光７を構成する各光線に垂直な面形状を有する。この形状により、凹面鏡６で反射された光は、凹面鏡６に入射した光と同一の光路を逆向きに進行することができ、発散中心Ｏ１へ帰還することができる。さらに厳密には、凹面鏡６は、発散光７の波面と略同一の形状を有する曲面とすることが好ましい。
【００５４】
なお、ＳＯＡ２からの発散光７が、光軸Ｚに対して非軸対称な光である場合は、凹面鏡６の形状は、この非軸対称な光に応じた非軸対称な形状、例えば、アナモルフィックな形状とする必要があり、また、反射面３、４についても非軸対称な形状、例えば、アナモルフィックな形状とすることが好ましい。
【００５５】
光源１の動作例について説明する。ＳＯＡ２の発散中心Ｏ１から、特定波長の光および特定波長以外の光を含む発散光が出射され、ファブリーペロー共振器５に入射する。そのうち、特定波長以外の光は、ファブリーペロー共振器５で反射されて収束光となるが、反射面３、４が傾けて配置されているため、この反射光は図２の点線で示すように発散中心Ｏ１には入射せず、ＳＯＡ２で増幅されることはない。
【００５６】
一方、ファブリーペロー共振器５に入射した特定波長の光はファブリーペロー共振器５を透過し、凹面鏡６で反射されて収束光となり同一光路を逆向きに進行し、ファブリーペロー共振器５を再び透過し、発散中心Ｏ１に収束するように入射する。この発散中心Ｏ１に再入射した特定波長の光は、ＳＯＡ２内を進行し、端面２ａで反射される。以後、同様のことが繰り返されて、共振器内で特定波長の光が発振することになる。
【００５７】
そして、制御手段８により反射面３、４の間隔を変更することにより、ファブリーペロー共振器５を透過できる特定波長を変更することができ、波長掃引されたレーザ光を得ることができる。
【００５８】
光源１は、線形共振器型の構成を有するため、従来のリング共振器型の光源が有していた問題を回避することができる。光源１は、少ない部品数でコンパクトな構成となっているため低コストに作製可能であり、光量損失が少なく、高い光利用効率を実現できる。また、光源１では、図８に示すレーザ光源に比べて、収差を生じさせるレンズ等の光学素子を用いていないため高い波長選択性を実現できるとともに、液晶を用いていないため高速の波長掃引が可能である。
【００５９】
光源１において発振光を外部出力するには、例えば、凹面鏡６を全反射ミラーではなく、部分反射ミラーとし、凹面鏡６に入射した光の一部を透過させて外部へ出力するようにしてもよい。
【００６０】
あるいは、図３に示す光源１０のように、光ファイバを用いて外部出力を行うようにしてもよい。図３に示す光源１０は、図２に示す光源１と比べて、ＳＯＡ２の代わりにＳＯＡ１２を用い、ＳＯＡ１２のファブリーペロー共振器５とは逆側に結合用のレンズ１１を介して光ファイバＦ１０を配置した点が異なる。図３に示す光源１０について、光源１との相違点について主に説明する。
【００６１】
光源１０が有するＳＯＡ１２の図３に示す左側の端面、すなわちファブリーペロー共振器５と逆側の端面には高反射コートが施されていない。よって、光源１０ではＳＯＡ１２を出射してファブリーペロー共振器５を往復してＳＯＡ１２に再入射した特定波長の光は、図３におけるＳＯＡ１２の左側の端面から出射し、レンズ１１を介して光ファイバＦ１０に入射する。光ファイバＦ１０は例えばシングルモードファイバにより構成可能である。光ファイバＦ１０のレンズ１１と逆側の端面Ｆ１０ａには高反射コートが施されており、この端面Ｆ１０ａが線形共振器の１つの共振器端として機能する。端面Ｆ１０ａの高反射コートは、入射した光の一部を透過可能であり、この透過した光が外部への出力光となる。
【００６２】
このように光ファイバＦ１０を用いることにより、外部への出力光の位置や方向をＳＯＡ１２の位置によらず自由に設定することができ、装置設計の自由度を向上させることができる。また、導波手段に光ファイバを用いた場合には、通常のバルク素子を用いる場合に比べ、組立調整が容易になり、高い安定性を確保できるという利点がある。なお、光源１０はレンズ１１を有しているが、図８に示すレーザ光源がＳＯＡ８１とＦＰ−ＴＦ８３の間にレンズ８２が配置されているのに対し、光源１０ではＳＯＡ１２とファブリーペロー共振器５との間にはレンズは配置されていない点が異なる。図８に示すレーザ光源では、収束光が平行な反射面を有するファブリーペロー共振器に入射しているためフィネスが低下し波長選択性が低下する。これに比べ、図３に示す光源１０では、発散光が上述した曲面を有するファブリーペロー共振器に入射しているため、波長選択性を改善することができる。
【００６３】
次に、図４を参照しながら、本発明の第２の実施形態にかかる光源２０について説明する。光源２０は実質的に、図３に示す光源１０においてＳＯＡ１２とファブリーペロー共振器との間を光ファイバで接続した構成を有するものである。光源２０は、光路に沿って順に配置された、光ファイバＦ１０と、光結合用のレンズ１１と、ＳＯＡ１２と、光結合用のレンズ１３と、導波用の光ファイバＦ１１と、光ファイバＦ１１の端部に接続された波長選択ユニット１５とを備えてなる。このうち、レンズ１１、１３とＳＯＡ１２とはモジュール１４として構成されている。
【００６４】
光ファイバＦ１０、Ｆ１１は光導波路として機能するものであり、例えばシングルモードファイバにより構成可能である。光ファイバＦ１０のレンズ１１と反対側の端面Ｆ１０ａには高反射コート（ＨＲコート）が施されており、この端面Ｆ１０ａは共振器端として機能する。また、光ファイバＦ１０へ入射した光の一部は端面Ｆ１０ａから外部へ出力可能なように構成されている。
【００６５】
波長選択ユニット１５は、ファブリーペロー共振器と本発明の帰還手段とを含むものである。図５に波長選択ユニット１５の拡大断面図を示す。波長選択ユニット１５は、図５に示すように、略円筒状で内部に光ファイバＦ１１が挿入されたフェルール１６と、フェルール１６の先端に装着された固定反射部１７と、固定反射部１７と間隔を持って対向配置された移動反射部１８と、略円筒形状で移動反射部１８を移動させるアクチュエータ１９と、フェルール１６とアクチュエータ１９とを保持する保持具２９とを備えている。
【００６６】
固定反射部１７は、光ファイバＦ１１の端面に対向するよう配置された曲面形状の反射面２３と、反射面２３を支持してフェルール１６に固定するための薄肉で略円筒形状の外周部材２１とからなる。外周部材の内部は空洞であり、光ファイバＦ１１のコアの端面上の発散中心Ｏ２から発散光２７が外周部材の内部を進行し、反射面２３に入射する。
【００６７】
移動反射部１８は、反射面２３に対向する反射面２４と、反射面２４から光軸Ｚ方向に所定距離離れて位置する凹面鏡２６と、反射面２４と凹面鏡２６を一体化するための薄肉で略円筒形状の外周部材２２とからなる。
【００６８】
発散中心Ｏ２、反射面２３、反射面２４、凹面鏡２６はそれぞれ、図２で示す光源１の発散中心Ｏ１、反射面３、反射面４、凹面鏡６に対応するものであり、その形状や配置の位置関係は発散中心Ｏ１、反射面３、反射面４、凹面鏡６と同様である。
【００６９】
すなわち、反射面２３、反射面２４は、ファブリーペロー共振器２５の２つの反射面を構成するものであり、発散中心Ｏ２を中心とした曲面形状の反射面を線形共振器の光軸Ｚに対し傾けて配置したものである。反射面２３、反射面２４の傾き角は、ファブリーペロー共振器２５で反射された光が発散光２７の発散中心Ｏ２に入射しないように設定されている。また、凹面鏡２６は、ファブリーペロー共振器２５を透過した光が発散中心Ｏ２へ収束するように、透過した光を帰還させる帰還手段として機能するものである。
【００７０】
アクチュエータ１９は、不図示の制御手段により光軸Ｚの方向（図５の矢印Ｃの方向）に駆動され、これにより、移動反射部１８が光軸Ｚの方向に移動して反射面２３と反射面２４の間隔が変更され、ファブリーペロー共振器２５を透過可能な光の波長を変更することができる。
【００７１】
光源２０においては、線形共振器の共振器端は光ファイバＦ１０の端面Ｆ１０ａと、凹面鏡２６とからなる。光源２０において、ＳＯＡ１２から出射した光のうち、特定波長以外の光は、ファブリーペロー共振器２５で反射されて図５に示す点線のように進行する。この光は、発散中心Ｏ２、すなわち光ファイバＦ１１のコアからずれた位置に集光することになり、線形共振器の光路から除外されて光ファイバＦ１１で導波されないため、ＳＯＡ１２に帰還することなく、増幅されない。
【００７２】
一方、ＳＯＡ１２から出射した光のうち、特定波長の光は、ファブリーペロー共振器２５を透過し、凹面鏡２６で発散中心Ｏ２へ収束するように反射されるため、光ファイバＦ１１のコアに再入射することができ、光ファイバＦ１１により導波されてＳＯＡ１２に帰還し、増幅される。よって、光源２０においても、特定波長の光のみが増幅されて発振することになる。また、アクチュエータ１９を駆動させることにより、光源２０の発振波長を連続的に掃引して、光源２０を波長可変光源とすることができる。
【００７３】
なお、ＳＯＡから出射される光は非軸対称であることが多く、その場合、図２、図３に示す光源１、１０では凹面鏡６も非軸対称に作製しなくてはならない。これに対して、図４に示す光源２０では、ＳＯＡ１２から非軸対称な光が出射されたとしても、軸対称な成分の光のみが光ファイバＦ１１と結合するため、光ファイバＦ１１を通過させることにより軸対称な光をファブリーペロー共振器２５に入射させることができ、軸対称な形状の凹面鏡２６を用いることができるので、低コストに製作することができる。さらに、レンズ１３として、ＳＯＡからの非軸対称な光を軸対称な光に成形するようなレンズを選択すれば、光の利用効率を高めることができる。このようなレンズ１３としては例えばアナモルフィックレンズを用いることができる。
【００７４】
本実施形態の光源２０は光ファイバとの結合用のレンズ１１、１３を含んではいるものの、波長選択ユニット１５内にはレンズを用いていない。これは本発明が発散光をファブリーペロー共振器に入射させて波長選択を可能にしていることに起因する。図８に示すレーザ光源ではレンズ８２がＦＰ−ＴＦ８３の直前に配置されており、このレンズ８２の収差がフィネスを低下させ波長選択性が低下する。これに対して図４に示す光源２０では、光源２０に含まれるレンズ１１，１３の収差のためにフィネスが低下することはなく高い波長選択性を実現することができる。図８に示すレーザ光源を含め、従来の線形共振器型の光源では、平行光または収束光をファブリーペロー共振器に入射させるためにレンズが必要となるが、本発明ではこのような用途のレンズが不要であるため、従来の装置に比べてレンズ枚数を低減しつつ高い波長選択性を有することができる。
【００７５】
次に、図６を参照しながら第２の実施形態の変形例について説明する。なお、以降の変形例の説明および図面においては、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００７６】
図６に、変形例の構成を示す。図６に示す変形例の光源３０は、光ファイバでループ状の光路を形成することにより共振器端を構成したものである。図６に示す例では、図４に示す光源２０の光ファイバＦ１０の代わりに、リングカプラ３２でループ状にした光ファイバＦ１２を用いている。光ファイバＦ１２は例えばシングルモードファイバからなる。光源３０では、光ファイバＦ１２の一端から入射した光をループを伝播させて再び入射端と同じ光ファイバの一端に出射させることができる。また、リングカプラ３２の分岐比を好適に設定することにより、発振したレーザ光を入射端とは異なる光ファイバ端から外部出力することができる。このようなループ状の光ファイバを用いることにより、光ファイバ端面に高反射コートを成膜する必要がなくなり、低コストに構成することができる。
【００７７】
なお、図６で示したような共振器端がループ状のファイバからなる構成は、第２の実施形態だけでなく、図３に示す構成にも適用可能である。
【００７８】
以上、本発明による光源および光断層画像化装置の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない限りにおいて、種々変更することが可能である。
【００７９】
例えば、上記実施形態では帰還手段として１つの凹面鏡を用いた例について説明したが、本発明の帰還手段はこれに限定されず、反射型の回折光学素子を用いることも可能であり、また、複数の光学部材により帰還手段を構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の一実施形態による光断層画像化装置の概略構成図
【図２】本発明の第１の実施形態による光源の構成図
【図３】本発明の第１の実施形態にかかる変形例の光源の構成図
【図４】本発明の第２の実施形態による光源の構成図
【図５】本発明の第２の実施形態による光源の波長選択ユニットの拡大断面図
【図６】本発明の第２の実施形態にかかる変形例の波長可変光源の構成図
【図７】従来のリング共振器型の波長可変光源の概略構成図
【図８】従来の線形共振器型の波長可変光源の概略構成図
【符号の説明】
【００８１】
１、１０、２０、３０ 光源
２、１２ ＳＯＡ
３、４、２３、２４ 反射面
５、２５ ファブリーペロー共振器
６、２６ 凹面鏡
７、２７ 発散光
１５ 波長選択ユニット
１６ フェルール
１７ 固定反射部
１８ 移動反射部
１９ アクチュエータ
１００ 光断層画像化装置
１０１ 光分割手段
１０４ 合波手段
１１０ 光源ユニット
１２０ 光路長調整手段
１３０ プローブ
１４０ 干渉光検出手段
１５０ 画像取得手段
１６０ 表示装置
Ｆ１０、Ｆ１１ 光ファイバ
Ｆ１０ａ 端面
Ｌ 光
Ｌ１ 測定光
Ｌ２ 参照光
Ｌ３ 反射光
Ｌ４ 干渉光
Ｏ１、Ｏ２ 発散中心
Ｓ 測定対象
【特許請求の範囲】
【請求項１】
線形共振器型の光源であって、
光増幅媒体と、
該光増幅媒体を出射した光が発散光として入射され、特定波長の光を透過させるとともに前記特定波長以外の光を反射し、この反射された光が前記発散光の発散中心に入射しないように前記線形共振器の光軸に対し傾いて配置された２つの反射面を有するファブリーペロー共振器と、
該ファブリーペロー共振器を透過した光が前記発散中心へ収束するように、前記透過した光を帰還させる帰還手段とを備えたことを特徴とする光源。
【請求項２】
前記２つの反射面がともに、前記発散中心を中心とした曲面形状の反射面を前記線形共振器の光軸に対し傾けて配置したものであることを特徴とする請求項１記載の光源。
【請求項３】
請求項１または２記載の光源と、
該光源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、
前記測定光が測定対象に照射されたときの該測定対象から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光に基づき前記測定対象の断層画像を取得する画像取得手段と、を備えたことを特徴とする光断層画像化装置。
【請求項１】
線形共振器型の光源であって、
光増幅媒体と、
該光増幅媒体を出射した光が発散光として入射され、特定波長の光を透過させるとともに前記特定波長以外の光を反射し、この反射された光が前記発散光の発散中心に入射しないように前記線形共振器の光軸に対し傾いて配置された２つの反射面を有するファブリーペロー共振器と、
該ファブリーペロー共振器を透過した光が前記発散中心へ収束するように、前記透過した光を帰還させる帰還手段とを備えたことを特徴とする光源。
【請求項２】
前記２つの反射面がともに、前記発散中心を中心とした曲面形状の反射面を前記線形共振器の光軸に対し傾けて配置したものであることを特徴とする請求項１記載の光源。
【請求項３】
請求項１または２記載の光源と、
該光源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、
前記測定光が測定対象に照射されたときの該測定対象から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光に基づき前記測定対象の断層画像を取得する画像取得手段と、を備えたことを特徴とする光断層画像化装置。
【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２００９−２４４０８２（Ｐ２００９−２４４０８２Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９０６６３（Ｐ２００８−９０６６３）
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【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)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【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)
【Ｆターム（参考）】
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