観察装置及び観察方法
【課題】観察により取得される観察対象物の内部の媒質が変化する境界部に関する情報の解像度及び鮮明度のさらなる向上が図れる観察装置及び観察方法を提供する。
【解決手段】出力部１１は、観察対象物２に含まれる感応因子の双極子モーメントを誘起させるコヒーレントな照射光３１ａを出力する。照射光３１ａの波長範囲の少なくも一部と、感応因子が光を吸収する吸収波長帯域の少なくとも一部とが重複する。レーザーユニットは、照射光の波長範囲を含む波長範囲を有するフェムト秒パルスレーザー光を生成する。光フィルタユニットは、フェムト秒パルスレーザー光を受け入れ、そのフェムト秒パルスレーザー光のうちの所定の短波長側境界値よりも短い波長成分、及び所定の長波長側境界値よりも長い波長成分を除去して、照射光３１ａとして送出する。
【解決手段】出力部１１は、観察対象物２に含まれる感応因子の双極子モーメントを誘起させるコヒーレントな照射光３１ａを出力する。照射光３１ａの波長範囲の少なくも一部と、感応因子が光を吸収する吸収波長帯域の少なくとも一部とが重複する。レーザーユニットは、照射光の波長範囲を含む波長範囲を有するフェムト秒パルスレーザー光を生成する。光フィルタユニットは、フェムト秒パルスレーザー光を受け入れ、そのフェムト秒パルスレーザー光のうちの所定の短波長側境界値よりも短い波長成分、及び所定の長波長側境界値よりも長い波長成分を除去して、照射光３１ａとして送出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観察対象物を観察する観察装置及び観察方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本願発明者らは、未公開ではあるが、先の特許出願（特願２０１１−１８９８号）において、観察対象物の内部の媒質が変化する境界部に関する情報を鮮明に取得できる観察装置及び観察方法を提案している。その観察装置等では、観察対象物に対し、観察対象物に含まれる感応因子の双極子モーメントを誘起するコヒーレントな照射光としてフェムト秒パルスレーザーを照射し、その照射光により観察対象物に含まれる感応因子の双極子モーメントが誘起され、これにより、観察対象物内において感応因子の分布に応じた誘電率（屈折率）の変化が誘起される。その結果、出力部が出力した照射光のうちの観察対象物を経た信号光（反射光又は透過光）に含まれる観察対象物内の構造に起因する信号成分を有効に増強されて、観察対象物内の媒質の構造に関する情報（例えば、観察対象物の断面構造に関する情報）を極めて鮮明に得られるようになっている。
【０００３】
本願発明は、上記の先の特許出願に係る発明の改良に関するものであり、観察対象物の内部の媒質が変化する境界部に関する情報を、より高解像度でかつより鮮明に取得できるようにしたものである。
【０００４】
なお、先行技術文献としては、上記の先の特許出願に対する拒絶理由通知書で引用された文献が挙げられる（非特許文献１、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】１.Povazay B , et.al.，Submicrometer axial resolution optical cohorence tomography，Optics Letters，２００２年１０月１５日，Vol.27, No.20，p.1800-1802
【特許文献１】特開２００９−１２８０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の解決すべき課題は、観察により取得される観察対象物の内部の媒質が変化する境界部に関する情報の解像度及び鮮明度のさらなる向上が図れる観察装置及び観察方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明の観察装置に関する第１の局面では、コヒーレントな光に感応して双極子モーメントを誘起する感応因子を含んだ観察対象物を観察する観察装置であって、前記観察対象物に含まれる前記感応因子の双極子モーメントを誘起させるコヒーレントな照射光を出力する出力部と、前記出力部が出力した前記照射光のうちの前記観察対象物を経て到来する信号光、及び前記観察対象物を経ずに到来する参照光を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づいて、前記観察対象物の構造を解析する解析部とを備え、前記出力部が出力する前記照射光の波長範囲の少なくも一部と、前記感応因子が光を吸収する吸収波長帯域の少なくとも一部とが重複し、前記出力部は、前記照射光の前記波長範囲を含む波長範囲を有するフェムト秒パルスレーザー光を生成するレーザーユニットと、前記レーザーユニットが生成した前記フェムト秒パルスレーザー光を受け入れ、そのフェムト秒パルスレーザー光のうちの所定の短波長側境界値よりも短い波長成分、及び所定の長波長側境界値よりも長い波長成分を除去して、前記照射光として送出する光フィルタユニットとを備える。
【０００８】
また、本発明の観察装置に関する第２の局面では、上記第１の局面に係る観察装置において、前記出力部の前記光フィルタユニットは、前記照射光の前記長波長側境界値でのスペクトル形状が急峻に立ち上がるように、前記フェムト秒パルスレーザー光の前記長波長側境界値よりも長い波長成分を除去する長波長除去フィルタと、前記照射光の前記短波長側境界値でのスペクトル形状が急峻に立ち上がるように、前記フェムト秒パルスレーザー光の前記短波長側境界値よりも短い波長成分を除去する短波長除去フィルタとを備える。
【０００９】
また、本発明の観察装置に関する第３の局面では、上記第１の局面に係る観察装置において、前記感応因子は、照射された前記照射光の前記感応因子の前記吸収波長帯域に属する波長成分を、所定の下限基準レベル以上の吸収度で吸収する。
【００１０】
また、本発明の観察装置に関する第４の局面では、上記第３の局面に係る観察装置において、前記感応因子は、照射された前記照射光の前記感応因子の前記吸収波長帯域に属する波長成分を、所定の下限基準レベル以上、かつ所定の上限基準レベル以下の吸収度で吸収する。
【００１１】
また、本発明の観察装置に関する第５の局面では、上記第１の局面に係る観察装置において、前記出力部が出力する前記照射光は、可視から近赤外の波長領域に属する。
【００１２】
また、本発明の観察装置に関する第６の局面では、上記第５の局面に係る観察装置において、前記観察対象物は、生体組織である。
【００１３】
また、本発明の観察装置に関する第７の局面では、上記第１の局面に係る観察装置において、前記感応因子は、色素である。
【００１４】
また、本発明の観察装置に関する第８の局面では、上記第７の局面に係る観察装置において、前記感応因子は、有機色素である。
【００１５】
また、本発明の観察装置に関する第９の局面では、上記第１の局面に係る観察装置において、前記観察装置は、前記出力部から出力された前記照射光を前記観察対象物に向かう入射光と参照物体に向かう前記参照光とに分割するとともに、前記入射光のうちの観察対象物を経由した前記信号光と前記参照物体を経由した前記参照光とを重畳させて干渉光を生成する分割結合光学系をさらに備え、前記検出部は、前記分割結合光学系から与えられた前記干渉光を検出する。
【００１６】
また、本発明の観察方法に関する第１の局面では、人を除く観察対象物を観察する観察方法であって、前記観察対象物内に、コヒーレントな光に感応して双極子モーメントを誘起する感応因子を導入する感応因子導入段階と、前記観察対象物に含まれる前記感応因子の双極子モーメントを誘起させるコヒーレントな照射光を出力部に出力させ、前記出力部が出力した前記照射光のうちの前記観察対象物を経て到来する信号光、及び前記観察対象物を経ずに到来する参照光を検出部により検出し、前記検出部の検出結果に基づいて、前記観察対象物の構造を解析する観察段階とを備え、前記出力部が出力する前記照射光の波長範囲の少なくも一部と、前記感応因子が光を吸収する吸収波長帯域の少なくとも一部とが重複し、前記出力部が出力する前記照射光は、レーザーユニットに前記照射光の前記波長範囲を含む波長範囲を有するフェムト秒パルスレーザー光を生成させ、光フィルタユニットにより、そのフェムト秒パルスレーザー光のうちの所定の短波長側境界値よりも短い波長成分、及び所定の長波長側境界値よりも長い波長成分を除去することにより得られた光である。
【発明の効果】
【００１７】
この発明の観察装置に関する上記第１の局面によれば、観察対象物に対し、観察対象物に含まれる感応因子の双極子モーメントを誘起するコヒーレントな照射光が照射され、その照射光により観察対象物に含まれる感応因子の双極子モーメントが誘起され、観察対象物内において感応因子の分布に応じた誘電率（屈折率）の変化が誘起される。これにより、観察対象物内における媒質が変化する境界部において、その境界部を挟んだ両側のいずれか一方側に感応因子が含まれている場合には、感応因子の双極子モーメントの変化により、感応因子が含まれている側の媒質の誘電率（屈折率）が変化する。このため、境界部の両側の媒質の誘電率の値について、積極的に差を生じさせること、あるいは誘電率の値の差を積極的に増大させることができ、その結果、観察対象物内の媒質の境界部において照射光が的確に反射されるようになる。これにより、観察対象物を経た信号光と観察対象物を経ていない参照光とを検出し、参照光と信号光とを比較すること等により、観察対象物内の媒質の境界部等に関する情報（例えば、観察対象物の断面構造に関する情報）を極めて鮮明な状態で取得できる。
【００１８】
また、出力部が出力する照射光として、コヒーレントな光であるフェムト秒パルスレーザー光が用いられる。フェムト秒パルスレーザー光は、微小時間幅で強度がパルス状に立ち上がり、しかもコヒーレント光であるため、感応因子の双極子モーメントを極めて有効に誘起させることができる。しかも、単位時間当たりのパルスレーザー光の出力レベルは抑制されているため、パルスレーザー光の照射による観察対象物への影響を抑制できる。
【００１９】
また、出力部が出力する照射光の波長範囲の少なくも一部と、感応因子が光を吸収する吸収波長帯域の少なくとも一部とが重複しているため、出力部が出力する照射光が感応因子に有効に吸収されて、照射光のエネルギーが感応因子の双極子モーメントの誘起に有効に転換される。その結果、照射光により感応因子の双極子モーメントを有効かつ効率よく誘起させることができる。
【００２０】
このような感応因子の光吸収特性と観察用の照射光の波長との関係が分かる前は、照射光の波長と感応因子の種類の組み合わせを煩雑な試行錯誤により決定していたが、感応因子の光吸収特性と観察用の照射光の波長との関係を利用することにより、照射光の波長と感応因子の種類の好ましい組み合わせを容易に決定できるようになった。また、各波長の光に対する感応因子の吸収特性は比較的容易に計測できるため、感応因子の選定等を有利に行うことができる。
【００２１】
また、照射光として用いられるフェムト秒パルスレーザー光はパルス波長幅（バンド幅）を大きくできる。このため、観察対象物に照射した照射光の反射光と、観察対象物を経ていない参照光との位相差等に基づいて観察対象物内の照射光の照射方向に沿った断面の構造に関する情報を取得する場合には、観察対象物の断面の照射方向に対する分解能を向上させることができる。
【００２２】
また、照射光の所望とする波長範囲を含む波長範囲を有するフェムト秒パルスレーザー光がレーザーユニットによって生成され、そのフェムト秒パルスレーザー光が、そのフェムト秒パルスレーザー光のうちの所定の短波長側境界値よりも短い波長成分、及び所定の長波長側境界値よりも長い波長成分が光フィルタユニットにより除去されて、照射光として用いられる。このため、照射光のスペクトル形状として、その波長範囲の短波長側境界値及び長波長側境界値で鋭く立ち上がった形状が得られる。このため、照射光の波長範囲の実質的に全体を有効に使って感応因子の双極子モーメントを誘起させることができ、観察対象物の構造に関する情報をさらに鮮明に取得できる。
【００２３】
しかも、照射光の波長範囲の実質的に全体を有効に使用できるため、照射光の有効なバンド幅を拡大でき、観察対象物の断面の照射方向に対する分解能をさらに向上させることができる。
【００２４】
この発明の観察装置に関する上記第２の局面によれば、出力部の光フィルタユニットの長波長除去フィルタ及び短波長除去フィルタにより、波長範囲の両端である長波長側境界値及び短波長側境界値にてスペクトル形状が急峻に立ち上がった照射光が得られる。これにより、照射光の波長範囲の全体を確実に使用して感応因子に双極子モーメントを誘起させることができるとともに、照射光の有効なバンド幅をさらに拡大できる。その結果、観察により取得される観察対象物の構造に関する情報の鮮明度及び解像度をさらに向上させることができる。
【００２５】
この発明の観察装置に関する上記第３の局面に関し、本願発明者らの研究により、感応因子が、照射された照射光の感応因子の吸収波長帯域に属する波長成分を、所定の下限基準レベル以上の吸収度で吸収するように、感応因子と照射光の波長の組み合わせを設定すると、照射光により感応因子に双極子モーメントを効果的に誘起させ得ることが分かった。換言すると、感応因子による光の吸収度が下限基準レベル未満となるような波長の照射光を感応因子に照射しても、観察対象物内の誘電率の分布を有効に変化させるだけの感応因子の双極子モーメントの誘起は生じないことが分かった。その結果、この感応因子の光吸収に関する下限基準レベルを判断基準として用いることにより、照射光の波長と感応因子の種類の好ましい組み合わせをより容易に決定できる。
【００２６】
この発明の観察装置に関する上記第４の局面に関し、感応因子による光の吸収度が必要以上に大きすぎると、観察対象物に照射した照射光のうち、感応因子により吸収される照射光の割合が大きくなりすぎ、観察のために観察対象物から取得される照射光（透過光又は反射光）の強度が弱くなりすぎ、検出精度が低下するという問題がある。そこで、この局面では、出力部が出力する照射光の波長と感応因子の組み合わせを決定する際の条件として、感応因子が、照射された照射光の感応因子の吸収波長帯域に属する波長成分を、所定の下限基準レベル以上、かつ所定の上限基準レベル以下の吸収度で吸収するとうう条件を与えたものである。
【００２７】
この発明の観察装置に関する上記第５の局面に関し、出力部が出力する照射光の波長の上限を近赤外領域（例えば、２．５μｍ程度）に設定したのは、波長がそれ以上長くなると観察対象物の断面の構造等に関する情報を取得する際の分解能が悪化するからである。また、波長が近赤外領域よりも長くなると、水により吸収される割合が大きくなり、本発明の技術を水を含んだ観察対象物（例えば、生体組織）の観察に有効に適用できなくなるからである。また、出力部が出力する照射光の波長の下限を可視領域（例えば、３６０ｎｍ程度）に設定したのは、紫外光は生体組織への影響が大きく、人体組織の観察には適さないからである。
【００２８】
それ故、出力部が出力する照射光として可視から近赤外の波長領域に属する光を用いることにより、有利な分解能で生体組織等の観察対象物の断面の構造等に関する情報を取得できる。
【００２９】
この発明の観察装置に関する上記第６の局面に係る技術を利用して、生体組織内の構造（例えば、断面の構造）に関する情報を取得できる。
【００３０】
また、この発明の観察装置に関する上記第７の局面に関し、色素として種々のものが知られているが、色素は可視から近赤外の波長領域に光を吸収する吸収波長帯域を有しているものが多い。このため、感応因子に色素を用いることにより、観察用の照射光の波長と、感応因子として用いる色素の組合せの自由度を拡大できる。
【００３１】
また、この発明の観察装置に関する上記第８の局面に関し、有機色素は生体組織内に多く存在するため、生体組織内に存在する有機色素を感応因子として利用できるという利点がある。
【００３２】
この発明の観察方法に関する上記第１の局面では、上述の観察装置に関する上記第１の局面とほぼ同様な効果が得られるとともに、さらに以下の効果が得られる。すなわち、感応因子導入段階で、観察対象物内に、照射光に感応して双極子モーメントが変化する感応因子が積極的に導入される。このため、観察対象物内の特に観察対象となる部分（例えば、一部の媒質、構造物等）に感応因子を導入することにより、その部分の構造に関する情報をより鮮明な状態で取得できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態に係る観察装置が適用されたＯＣＴ（Optical Coherence Tomography）の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の出力部の構成を示す図である。
【図３】図２の出力部に使用可能な光学素子を示す図である。
【図４】図２のレーザーユニットにより生成されるフェムト秒パルスレーザー光のスペクトルを示すグラフである。
【図５】図１の出力部から出力される照射光のスペクトルを示すグラフである。
【図６】図１の出力部から出力される照射光の横軸を時間としたときのパルス波形を模式的に示すグラフである。
【図７】一般的なフェムト秒パルスレーザー光のスペクトルを示すグラフである。
【図８】インドシアニングリーン水溶液の吸収波長スペクトルを示すグラフである。
【図９】従来型ＯＣＴに光源として用いられるスーパールミネッセントダイオードの照射光のスペクトルを示すグラフである。
【図１０】従来型ＯＣＴにより得られた被験者Ａの眼底部における黄斑部位の断層画像である。
【図１１】従来型ＯＣＴにより得られた被験者Ａの眼底部における乳頭部位の断層画像である。
【図１２】図１のＯＣＴにより得られた被験者Ａの眼底部位における黄斑部位の断層画像である。
【図１３】図１のＯＣＴにより得られた被験者Ａの眼底部位における乳頭部位の断層画像である。
【図１４】図１のＯＣＴにより得られた被験者Ａの眼底部位における黄斑部位の断層画像である。
【図１５】図１のＯＣＴにより得られた被験者Ａの眼底部位における乳頭部位の断層画像である。
【図１６】図１のＯＣＴにより得られた被験者Ｂの眼底部位における乳頭部位の断層画像である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１ないし図８を参照して、本発明の一実施形態に係る観察装置が適用されたＯＣＴについて説明する。このＯＣＴ１は、図１に示すように、出力部１１、検出部１２、制御部１３、表示部１４、操作部１５及び分割結合光学系１６を備えて構成されており、観察対象物２内の構造の観察に用いられる。本発明の解析部には、主に制御部１３が相当している。
【００３５】
観察対象物２は、複数の媒質からなっており、その複数の媒質のうちの少なくともいずれか一つは、コヒーレントな光に感応して双極子モーメントを誘起する感応因子を含んでいる。この感応因子は、観察対象物２の媒質中に通常の状態で含まれているものである場合の他に、観察装置１を用いた観察を行う前又は観察を行っている最中に観察対象物２の媒質中に積極的に導入したものである場合がある。感応因子の具体例としては、例えば生理活性物質などが挙げられる。
【００３６】
ここで、感応因子を観察対象物２内に積極的に導入する場合において、感応因子を導入する工程を感応因子導入段階といい、観察対象物２に出力部１１の照射光３１ａを照射して観察対象物２の内部構造等を観察する工程を観察段階という。感応因子導入段階での感応因子の導入は、例えば、観察対象物２の表面を介して、又は表面に現れた複数の媒質の間の隙間を介して感応因子を浸透により観察対象物２内に導入する方法が挙げられる。この場合、観察対象物２を液体状の感応因子中に浸漬する方法、あるいは、液体状の感応因子を観察対象物２の表面に散布又は塗布する方法などが採用可能である。また、感応因子の他の導入方法として、液体状の感応因子を観察対象物２内に注入する方法が挙げられる。この場合、液体状の感応因子を所定の注入器具等を用いて観察対象物２内の所定部位（例えば、所定の媒質又は内部構造）に注入する方法等が採用可能である。例えば、注射器を用いて、感応因子が溶解した溶液を生体組織中の血管内に注入する方法等が採用可能である。
【００３７】
出力部１１は、制御部１３の制御により、観察対象物２が設置された方向（プラスＺ方向）に向けてコヒーレントな照射光３１ａを出力し、出力した照射光３１ａによって観察対象物２に含まれる感応因子の双極子モーメントを誘起させる。出力部１１が出力する照射光３１ａについては後に詳述する。
【００３８】
分割結合光学系１６は、出力部１１から出力された照射光３１ａを観察対象物２に向かう入射光３１ｂと参照物体（例えば、ミラー等）１７に向かう参照光３１ｃとに分割するとともに、観察対象物２で反射された照射光３１ｂの反射光と、参照物体４７で反射された参照光３１ｃの反射光とを重畳させて干渉光１８を生成する。分割結合光学系１６の主な構成要素として、図１に示す構成ではハーフミラーが用いられているが、光の入射側及び出射側の双方に分岐した２つの入出力端を有する分岐型の光ファイバ（あるいは、導光体）を用いてもよい。
【００３９】
分割結合光学系１６と観察対象物２との間の光路長と、分割結合光学系１６と参照物体１７との間の光路長とは実質的に等価に設定されており、観察対象物２で反射されて分割結合光学系４６に到達する照射光３１ｂの光路長と、参照物体１７で反射されて分割結合光学系１６に到達する参照光３１ｃの光路長とが等しいときに、２つの反射波により生成される干渉光１８の強度が極大値を形成する。
【００４０】
なお、ここでは本実施形態に係る観察装置を反射型のＯＣＴ１に適用した場合について説明したが、本実施形態に係る観察装置を透過型のＯＣＴに適用してもよい。また、図１に示すＯＣＴ１は、撮像速度の高速化に有利なフーリエドメインＯＣＴであるが、本実施形態に係る観察装置はタイムドメインＯＣＴにも当然適用できる。
【００４１】
検出部１２は、分光器１２ａと、受光素子１２ｂとを備えている。分光器１２ａは、分割結合光学系１６から与えられる干渉光１８を受け入れて各波長成分に分光する。受光素子１２ｂ（例えば、ＣＣＤ等の半導体受光素子）は、分光器１２ａにより分光された干渉光１８の各波長成分の強度を検出し、制御部１３に与える。なお、分光器１２ａの前段、及び分光器１２ａと受光素子１２ｂとの間には、必要に応じてレンズ等の光学系が配置される。
【００４２】
制御部１３は、このＯＣＴ１全体の制御を司るとともに、受光素子１２ｂから与えられた干渉光１８の各波長成分ごとの強度をフーリエ変換することにより、観察対象物２の断面の構造に関する情報（断層画像等）を形成し、その情報（断層画像等）を表示部１４に表示させる。操作部１５は、観察装置１に対する操作入力を受け付ける。
【００４３】
次に、図２ないし図８を参照して、出力部１１、その出力部１１が出力する照射光３１ａ、及び照射光３１ａと感応因子との関係等について説明する。
【００４４】
出力部１１は、図２に示すように、レーザーユニット１１１と、光フィルタユニット１１２とを備えて構成されている。レーザーユニット１１１は、照射光３１ａの所望とする波長範囲を含む波長範囲を有するフェムト秒パルスレーザー光１９を生成する。
【００４５】
光フィルタユニット１１２は、レーザーユニット１１１が生成したフェムト秒パルスレーザー光１９を受け入れ、そのフェムト秒パルスレーザー光１９のうちの所定の短波長側境界値よりも短い波長成分、及び所定の長波長側境界値よりも長い波長成分を除去して、照射光３１ａとして送出する。
【００４６】
このような光フィルタユニット１１２は、長波長除去フィルタ１１２ａ、短波長除去フィルタ１１２ｂ及び吸収セル１１２ｃを備えて構成されている。長波長除去フィルタ１１２ａ、短波長除去フィルタ１１２ｂ及び吸収セル１１２ｃの配置順序は、図２に示す構成に限定されるものではなく、任意の順番を採用可能である。
【００４７】
長波長除去フィルタ１１２ａは、フェムト秒パルスレーザー光１９の光路上に配置され、フェムト秒パルスレーザー光１９が長波長除去フィルタ１１２ａを透過する際、照射光３１ａの長波長側境界値でのスペクトル形状が急峻（好ましくは、略直角）に立ち上がるように、フェムト秒パルスレーザー光１９の長波長側境界値よりも長い波長成分を除去する。このような長波長除去フィルタ１１２ａは、例えば色ガラスフィルタと誘電体多層膜との組み合わせ等により構成される。
【００４８】
短波長除去フィルタ１１２ｂは、フェムト秒パルスレーザー光１９の光路上に配置され、フェムト秒パルスレーザー光１９が短波長除去フィルタ１１２ｂを透過する際、照射光３１ａの短波長側境界値でのスペクトル形状が急峻（好ましくは、略直角）に立ち上がるように、フェムト秒パルスレーザー光１９の短波長側境界値よりも短い波長成分を除去する。このような短波長除去フィルタ１１２ｂは、例えば色ガラスフィルタと誘電体多層膜との組み合わせ等により構成される。
【００４９】
吸収セル１１２ｃは、フェムト秒パルスレーザー光１９の光路上に配置され、フェムト秒パルスレーザー光１９が吸収セル１１２ｃを透過する際、フェムト秒パルスレーザー光１９に含まれる特定の波長成分を吸収して除去するものである。本実施形態では、照射光３１ａのスペクトル形状が略矩形状になるように、フェムト秒パルスレーザー光１９の長波長側境界値と短波長側境界値との間の波長成分のうち、強度が他の部分よりも大きい波長成分を吸収セル１１２ｃによって吸収させている。このような吸収セル１１２ｃは、例えば１種類又は複数種類の無機色素体又は有機色素体の溶液がガラス等の透明セル内に入れられたもの、あるいは、１種類又は複数種類の無機色素体又は有機色素体がコロイド分散された薄膜を用いて構成される。なお、この吸収セル１１２ｃは必須のものではなく、省略可能である。
【００５０】
また、変形例として、この吸収セル１１２ｃの代わりとして、あるいは、吸収セル１１２ｃに追加して、図３に示す対向配置された２つの反射型フィルタ１１２ｄ，１１２ｅを用いてもよい。この反射型フィルタ１１２ｄ，１１２ｅは、互いに対向する面が特定の波長の光を吸収して除去する反射面となっている。フェムト秒パルスレーザー１９は、反射型フィルタ１１２ｄ，１１２ｅの間に斜め方向から入射され、反射面間で何度か反射された後、送り出されるようになっている。反射型フィルタ１１２ｄ，１１２ｅは同じ波長成分の光を吸収するようにしてもよいし、異なる波長成分の光を吸収するようにしてもよい。このような反射型フィルタ１１２ｄ，１１２ｅは、例えば誘電体多層膜ミラー等により構成される。
【００５１】
図４はレーザーユニット１１１により生成されるフェムト秒パルスレーザー光１９のスペクトルを示すグラフであり、図５は光フィルタユニット１１２を経た後のフェムト秒パルスレーザー１９、すなわち照射光３１ａのスペクトルを示すグラフである。
【００５２】
本実施形態では、図４に示すように、レーザーユニット１１１に、約７５０ｎｍから約９００ｎｍの間の約１５０ｎｍの波長範囲を含み、かつより広い波長範囲を有するフェムト秒パルスレーザー１９を出力させている。
【００５３】
そして、この図４のようなスペクトルを有するフェムト秒パルスレーザー光１９を光フィルタユニット１１２に透すことにより、図５のような略矩形状のスペクトル形状を有する照射光３１ａが得られた。この照射光３１ａでは、図５に示すように、その波長範囲の短波長側境界値及び長波長側境界値において、スペクトル形状が略直角に立ち上がっている。図５中のＰｓ１，Ｐｔ１，Ｐｍ１は、照射光３１ａの短波長側の立ち上がり部における起点、頂点、中間点を示し、Ｐｓ２，Ｐｔ２，Ｐｍ２は、照射光３１ａの長波長側の立ち上がり部における起点、頂点、中間点を示している。中間点Ｐｍ１，Ｐｍ２は、スペクトル強度が頂点Ｐｔ１，Ｐｔ２の強度の半分になる点である。また、頂点Ｐｔ１及び中間点Ｐｍ１の横軸（波長）の値は７５２ｍｎ，７４８ｎｍとなっており、頂点Ｐｔ１及び中間点Ｐｍ１の横軸（波長）の値は８９４ｍｎ，８９７ｎｍとなっている。ここでは、短波長側の中間点Ｐｍ１と長波長側の中間点Ｐｍ２との間の範囲を照射光３１ａの有効な波長範囲としている。
【００５４】
図５のスペクトル形状の短波長側及び長波長側の立ち上がり部の急峻さを示す指標として、中間点Ｐｍ１，Ｐｍ２の波長値λを、中間点Ｐｍ１，Ｐｍ２と頂点Ｐｔ１，Ｐｔ２との波長差ｄλで割った値λ／ｄλを求めると、短波長側の立ち上がり部はλ／ｄλ＝１８７（＝７４８／４）となり、長波長側の立ち上がり部は、λ／ｄλ＝２９９（＝８９７／３）となる。参考として、ガウス型のスペクトル形状を仮定した場合、λ／ｄλは３１．４（＝７８５ｎｍ／２５ｎｍ）であるから、ガウス型のスペクトル形状と比較して、急峻さの程度が、約６倍から約９．５倍になっている。
【００５５】
図６は、照射光３１ａの横軸を時間としたときのパルス波形を模式的に示すグラフでああり、照射光３１ａは、フェムト秒パルスレーザー光特有の極めて短い時間の間に急峻に立ち上がるパルス波形を有している。
【００５６】
図７は、一般的なフェムト秒パルスレーザー光のスペクトルを示すグラフである。この図７のフェムト秒パルスレーザー光も、約７５０ｎｍから約９００ｎｍまでの約１５０ｎｍ幅の波長範囲を有しているが、スペクトル形状がガウス型となっている。このため、図５に示す本実施形態に係る照射光３１ａとはスペクトル形状等が大きく異なっている。
【００５７】
次に、照射光３１ａと観察対象物２中に含まれる感応因子との関係について説明する。出力部１１の出力する照射光３１ａが観察対象物２に照射されると、その照射光３１ａにより観察対象物２に含まれる感応因子の双極子モーメントが誘起され、観察対象物２内において感応因子の分布に応じた誘電率（屈折率）の変化が誘起される。
【００５８】
これにより、観察対象物２内における媒質が変化する境界部において、その境界部を挟んだ両側のいずれか一方側に感応因子が含まれている場合には、感応因子の双極子モーメントの変化により、感応因子が含まれている側の媒質の誘電率（屈折率）が変化する。このため、境界部の両側の媒質の誘電率の値について、積極的に差を生じさせること、あるいは誘電率の値の差を積極的に増大させることができる。その結果、観察対象物２内の媒質の境界部において照射光３１ａが的確に反射されるようになる。これにより、照射光３１ａの観察対象物２からの反射光である信号光、及びその信号光と参照光３１ｃとが重畳された干渉光１８の観察対象物２中の構造（例えば、媒質の境界部等）に関する信号成分が増強され、干渉光に基づいて観察対象物２中の構造に関する情報（例えば、断層画像）を形成する際の情報の感度（鮮明度）が向上する。
【００５９】
次に、出力部１１が出力する照射光３１ａと感応因子の光吸収特性との関係について説明する。出力部１１が出力する照射光３１ａによって感応因子に双極子モーメントを誘起させるためには、照射光３１ａのエネルギーが感応因子の双極子モーメントの誘起に有効に変換される必要がある。そこで、本実施形態では、照射光３１ａの波長範囲の少なくも一部と、感応因子が光を吸収する吸収波長帯域の少なくとも一部とが重複するように、照射光３１ａと感応因子との組み合わせを設定している。
【００６０】
このような感応因子の光吸収特性と観察用の照射光３１ａの波長との関係が分かる前は、照射光の波長と感応因子の種類の組み合わせを煩雑な試行錯誤により決定していたが、感応因子の光吸収特性と観察用の照射光の波長との関係を利用することにより、照射光の波長と感応因子の種類の好ましい組み合わせを容易に決定できるようになった。また、各波長の光に対する感応因子の吸収特性は比較的容易に計測できるため、感応因子の選定等を有利に行うことができる。
【００６１】
また、照射光３１ａとして用いられるフェムト秒パルスレーザー光はパルス波長幅（バンド幅）を大きくできる。このため、観察対象物２に照射した照射光３１ａの反射光と、観察対象物２を経ていない参照光３１ｃとの位相差等に基づいて観察対象物２内の照射光３１ａの照射方向に沿った断面の構造に関する情報を取得する場合に、観察対象物２の断面の照射方向に対する分解能を向上させることができる。
【００６２】
また、本実施形態に係るＯＣＴ１では、上述のように、照射光３１ａの所望とする波長範囲を含む波長範囲を有するフェムト秒パルスレーザー光１９がレーザーユニット１１１によって生成され、そのフェムト秒パルスレーザー光１９が、そのフェムト秒パルスレーザー光１９のうちの所定の短波長側境界値よりも短い波長成分、及び所定の長波長側境界値よりも長い波長成分が光フィルタユニット１１２により除去されて、照射光３１ａとして用いられる。このため、照射光３１ａのスペクトル形状として、その波長範囲の短波長側境界値及び長波長側境界値で鋭く立ち上がった形状が得られる。このため、照射光３１ａの波長範囲の実質的に全体を有効に使って感応因子の双極子モーメントを誘起させることができ、観察対象物２の構造に関する情報をさらに鮮明に取得できる。
【００６３】
しかも、照射光３１ａの波長範囲の実質的に全体を有効に使用できるため、照射光３１ａの有効なバンド幅を拡大でき、観察対象物２の断面の照射方向に対する分解能をさらに向上させることができる。
【００６４】
これに対し、図７に示すようなガウス型のスペクトル形状を有するフェムト秒パルスレーザー光では、その波長範囲の短波長側及び長波長側の裾の部分の強度が強度不足となり、感応因子に対する十分な双極子モーメントの誘起が得られないおそれがある。また、有効な波長範囲が制限されるため、観察対象物の断面等に対する分解能も低下するおそれがある。
【００６５】
また、光フィルタユニット１１２の長波長除去フィルタ１１２ａ及び短波長除去フィルタ１１２ｂにより、波長範囲の両端である長波長側境界値及び短波長側境界値にてスペクトル形状が急峻に立ち上がった照射光３１ａが得られる。これにより、照射光３１ａの波長範囲の全体を確実に使用して感応因子に双極子モーメントを誘起させることができるとともに、照射光３１ａの有効なバンド幅をさらに拡大できる。その結果、観察により取得される観察対象物２の構造に関する情報の鮮明度及び解像度をさらに向上させることができる。
【００６６】
次に、感応因子による照射光３１ａの吸収度（Absorbance）に関する条件について説明する。感応因子は、照射された照射光３１ａの感応因子の吸収波長帯域に属する波長成分を、所定の下限基準レベル以上、かつ、所定の上限基準レベル以下の吸収度で吸収するものであるのがよい。吸収度Ａbsは、感応因子に照射光３１ａを照射したときの照射光３１ａの入射強度をIinとし、透過強度をIoutとしたとき、
Abs＝−log(Iout／Iin）
で与えられる無次元量である。なお、上の対数は常用対数である。
【００６７】
上記の有効吸収波長帯域の下限（下限基準レベル）を設定したのは、感応因子による照射光３１ａの所定レベル以上の吸収がないと、観察対象物２内の誘電率の分布の有効な変化を生じさせるだけの感応因子の双極子モーメントの変化が得られないからである。また、有効吸収波長帯域の上限（上限基準レベル）を設定したのは、感応因子による照射光３１ａの吸収度が必要以上に大きすぎると、観察対象物２に照射した照射光３１ａのうち、感応因子により吸収される照射光３１ａの割合が大きくなりすぎ、観察のために観察対象物２から取得される照射光（本実施形態では、反射光）の強度が弱くなりすぎ、検出精度が低下するという問題があるからである。有効吸収波長帯域の下限基準レベルは例えば０．２２程度（例えば、０．２２）に設定され、上限基準レベルは例えば３程度（例えば、３）に設定される。
【００６８】
なお、感応因子に吸収された照射光３１ａのエネルギーは双極子モーメントの誘起だけでなく、熱的な振動モード等の他の量子論的な他の状態変化に転換され、感応因子に吸収された照射光３１ａのエネルギーのどのくらいの割合が双極子モーメントの誘起に転換されたのかを計測するのは容易でない。しかし、感応因子の有効吸収波長帯域は比較的容易に調べられるため、それを利用して照射光３１ａの波長と感応因子の種類の好ましい組み合わせを選定することにより、その選定作業が飛躍的に効率化される。
【００６９】
ここで、感応因子として有望な材料について記載する。まずは、色素（有機色素と無機色素を含む）等の生理活性物質が挙げられる。色素として種々のものが知られているが、色素は可視から近赤外の波長領域に光を吸収する吸収波長帯域を有しているものが多い。このため、感応因子に色素を用いることにより、観察用の電磁波の波長と、感応因子として用いる色素の組合せの自由度を拡大できる。また、感応因子として有機色素を用いる場合、有機色素は生体組織内に多く存在するため、生体組織内に存在する有機色素を感応因子として利用できるという利点がある。他の生理活性物質としては、例えばタンパク、コレステロール、脂肪球、脂質、赤血球、白血球、血小板などが挙げられる。この他、感応因子として水、氷、アルコール、ガラス、石英、ダイヤモンド、プラスチック、半導体なども挙げられる。但し、これらの材料の吸収波長特性と観察用の照射光の波長との関係が上記の条件を満たす必要がある。
【００７０】
また、出力部が出力する照射光３１ａは、可視から近赤外の波長領域に属する光であるのが好ましい。このように照射光３１ａの波長の上限を近赤外領域（例えば、２．５μｍ程度）に設定したのは、波長がそれ以上長くなると観察対象物２の断面の構造等に関する情報を取得する際の分解能が悪化するからである。また、波長が近赤外領域よりも長くなると、水により吸収される割合が大きくなり、本発明の技術を水を含んだ観察対象物（例えば、生体組織）の観察に有効に適用できなくなるからである。また、照射光３１ａの波長の下限を可視領域（例えば、３６０ｎｍ程度）に設定したのは、紫外光は生体組織への影響が大きく、人体組織の観察には適さないからである。それ故、照射光３１ａとして可視から近赤外の波長領域に属する光を用いることにより、有利な分解能で生体組織等の観察対象物の断面の構造等に関する情報を取得できる。
【００７１】
照射光３１ａとして、可視から近赤外の波長領域に属するレーザー光を用いる場合における、感応因子の好ましい例としては、例えばインドシアニングリーン（Indocyanine Green）（以下、「ＩＣＧ」と記す）が挙げられる。ＩＣＧが有望であるのは、図８に示すようにＩＣＧは可視光領域に光を吸収する強い吸収波長帯域を有しており、本願発明者による試験により、照射光３１ａによる強い双極子モーメントの誘起が得られることが分かっているからである。また、ＩＣＧは生体組織に導入された際にも導入による影響が小さく、安全性についても確認されているからである。なお、図８はＩＣＧ水溶液の吸収波長特性を示すものであるが、ＩＣＧ水溶液中の水による光吸収は主に約９００ｎｍ以上の波長領域で寄与するため、図８のグラフは主にＩＣＧの吸収波長特性を示している。
【００７２】
以下では、本実施形態に係るＯＣＴ１を用いて行った効果実証試験の結果について記載する。
【００７３】
観察対象として、人の眼底部の断層撮像を行った。比較試験は、現在医療現場で使用されている従来型ＯＣＴ（高性能モデル）を用いて行った。
【００７４】
比較例である従来型ＯＣＴは、以下の構成を有している。
【００７５】
・光源 ： 高輝度発光ダイオード
・光源光量 ： １．４４ｍＷ
・光源スペクトル幅 ： 約５０ｎｍ（中心波長：８１０ｎｍ）
・測定時間（光照射時間）： １秒（積算値）
この従来型ＯＣＴでは、眼底部の撮像部位を１秒間に５０回撮像し、それによって得られる５０枚の画像データを重ね合わせて１枚の断層画像を作成している。このように画像データを重ね合わせるのは、１枚の画像データでは感度が不十分で鮮明な画像が得られないからである。このため、撮像に時間を要し、撮像中の撮像対象（眼球自体及びその内部の各部位）の微動により、画像が劣化しやすいという問題がある。
【００７６】
本実施形態に係るＯＣＴ１は、以下の構成を有している。
【００７７】
・光源 ： フェムト秒パルスレーザー装置（自作によるもの）
・光源光量 ： １．１９ｍＷ
・光源スペクトル幅 ： 約１５０ｎｍ（中心波長：８１０ｎｍ）
・測定時間（光照射時間）： ０．０２秒
このＯＣＴ１は、測定時間が２０ミリ秒と極めて短時間であるとともに、１枚の画像データで十分に鮮明な画像が得られるため、画像データの積層も不要である。このため、撮像中の撮像対象の微動の影響を受けず、鮮明な画像が得られる。また、１回の撮像が２０ミリ秒で完了するため、撮像対象の動画撮像も可能である。
【００７８】
また、照射光源にフェムト秒パルスレーザー光を用いることにより、照射光の波長幅（バンド幅）を大きくできるため、観察対象物の断面の照射方向に対する分解能を飛躍的に高めることができた。具体的には、従来型ＯＣＴではせいぜい１０μｍ程度の分解能であったのを、本実施形態に係るＯＣＴ１では、２．３μｍの分解能が得られている。
【００７９】
なお、今回の試験に用いた従来型ＯＣＴの光源には、図９に示すスペクトルの光を生成するスーパールミネッセントダイオードが用いられている。これに対し、本実施形態に係るＯＣＴ１の照射光３１ａには、上述の図５のスペクトルを有する光を用いている。
【００８０】
次に、図１０ないし図１６を参照して、従来型ＯＣＴにより得られる断層画像と、本実施形態に係るＯＣＴ１により得られる断層画像とを比較する。
【００８１】
図１０、図１１は、従来型ＯＣＴにより得られた被験者Ａの眼底部における黄斑部位及び乳頭部位の断層画像である（図１０が黄斑部位、図１１が乳頭部）。
【００８２】
図１２ないし図１５は、本実施形態に係るＯＣＴ１により得られた被験者Ａの眼底部位における黄斑部位及び乳頭部位の断層画像で（図１２、図１４が黄斑部位、図１３、図１５が乳頭部位）、図１６は本実施形態に係るＯＣＴ１により得られた被験者Ｂの眼底部位における乳頭部位の断層画像である。
【００８３】
また、図１２、図１３は、被験者に外部からの感応因子の導入を行わずに撮像したものである。この場合、被験者の眼底部を形成する組織中の物質が感応因子として作用する。図１４ないし図１６は、被験者に外部から感応因子としてＩＣＧを導入した状態で撮像したものである。この場合、被験者の眼底部を形成する組織中の物質、及び導入されたＩＣＧが感応因子として作用する。なお、ＩＣＧの導入は、ＩＣＧを生理食塩水で希釈して静注した。
【００８４】
図１０、図１１と図１２、図１３とを比較して、図１０、図１１の断層画像は５０枚の画像データの積層画像であるのに対して、図１２、図１３の断層画像は２０ｍ秒の１回の撮像で得られた画像であるにも関わらず、眼底部の断面構造がほぼ同等な鮮明度で画像中に反映されていることが分かる。
【００８５】
特に、図１４、図１５のＩＣＧを導入して得られた断層画像では、図１０、図１１と比較して、画像の解像度及び鮮明度等が飛躍的に向上していることが分かる。
【００８６】
例えば、図１４の黄斑部位の断層画像では、矢印Ａ１で示す部分において、内境界膜、神経繊維層、神経節細胞層、内網状層、内顆粒層、外網状層、外顆粒層、外境界膜構造等が鮮明に視認できる。また、矢印Ａ２で示す部分において、眼底視細胞層の構成が鮮明に視認できる。また、矢印Ａ３で示す部分において、ブルッフ膜、脈絡毛細管板が視認できる。また、矢印Ａ４で示す部分において、脈絡膜血管像が鮮明に視認できる。
【００８７】
また、図１５の乳頭部位の断層画像では、乳頭貫入部、血管走行の様子が鮮明になっているとともに、矢印Ｂ１で示す部分において、篩状板部が初めて鮮明に観察できるようになった。
【００８８】
また、図１６の乳頭部位の断層画像では、篩状板部及び篩状板部下部構造の構成が良好に視認できる。これにより、緑内障の診断、治療に非常に有用な情報が得られる。
【００８９】
以上の試験結果より、本実施形態に係るＯＣＴ１によって、従来型ＯＣＴと比較して人体組織等の断層画像の解像度及び鮮明度が飛躍的に向上していることが確認できた。なお、ここでは本実施形態に係るＯＣＴ１を人体組織の断層画像の取得に用いたが、ＯＣＴ１は、人体以外の生体組織、及び生体組織以外の種々の観察対象物の断層画像の取得にも用いることができる。
【符号の説明】
【００９０】
１ ＯＣＴ、２ 観察対象物、１１ 出力部、１２ 検出部、１２ａ 分光器、１２ｂ 受光素子、１３ 制御部、１４ 表示部、１５ 操作部、１６ 分割結合光学系、１７ 参照物体、１８ 干渉光、１９ フェムト秒パルスレーザー光、３１ａ 照射光、３１ｂ 入射光、３１ｃ 参照光、１１１ レーザーユニット、１１２ 光フィルタ、１１２ａ 長波長除去フィルタ、１１２ｂ 短波長除去フィルタ、１１２ｃ 吸収セル、１１２ｄ，１１２ｅ 反射型フィルタ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、観察対象物を観察する観察装置及び観察方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本願発明者らは、未公開ではあるが、先の特許出願（特願２０１１−１８９８号）において、観察対象物の内部の媒質が変化する境界部に関する情報を鮮明に取得できる観察装置及び観察方法を提案している。その観察装置等では、観察対象物に対し、観察対象物に含まれる感応因子の双極子モーメントを誘起するコヒーレントな照射光としてフェムト秒パルスレーザーを照射し、その照射光により観察対象物に含まれる感応因子の双極子モーメントが誘起され、これにより、観察対象物内において感応因子の分布に応じた誘電率（屈折率）の変化が誘起される。その結果、出力部が出力した照射光のうちの観察対象物を経た信号光（反射光又は透過光）に含まれる観察対象物内の構造に起因する信号成分を有効に増強されて、観察対象物内の媒質の構造に関する情報（例えば、観察対象物の断面構造に関する情報）を極めて鮮明に得られるようになっている。
【０００３】
本願発明は、上記の先の特許出願に係る発明の改良に関するものであり、観察対象物の内部の媒質が変化する境界部に関する情報を、より高解像度でかつより鮮明に取得できるようにしたものである。
【０００４】
なお、先行技術文献としては、上記の先の特許出願に対する拒絶理由通知書で引用された文献が挙げられる（非特許文献１、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】１.Povazay B , et.al.，Submicrometer axial resolution optical cohorence tomography，Optics Letters，２００２年１０月１５日，Vol.27, No.20，p.1800-1802
【特許文献１】特開２００９−１２８０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の解決すべき課題は、観察により取得される観察対象物の内部の媒質が変化する境界部に関する情報の解像度及び鮮明度のさらなる向上が図れる観察装置及び観察方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明の観察装置に関する第１の局面では、コヒーレントな光に感応して双極子モーメントを誘起する感応因子を含んだ観察対象物を観察する観察装置であって、前記観察対象物に含まれる前記感応因子の双極子モーメントを誘起させるコヒーレントな照射光を出力する出力部と、前記出力部が出力した前記照射光のうちの前記観察対象物を経て到来する信号光、及び前記観察対象物を経ずに到来する参照光を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づいて、前記観察対象物の構造を解析する解析部とを備え、前記出力部が出力する前記照射光の波長範囲の少なくも一部と、前記感応因子が光を吸収する吸収波長帯域の少なくとも一部とが重複し、前記出力部は、前記照射光の前記波長範囲を含む波長範囲を有するフェムト秒パルスレーザー光を生成するレーザーユニットと、前記レーザーユニットが生成した前記フェムト秒パルスレーザー光を受け入れ、そのフェムト秒パルスレーザー光のうちの所定の短波長側境界値よりも短い波長成分、及び所定の長波長側境界値よりも長い波長成分を除去して、前記照射光として送出する光フィルタユニットとを備える。
【０００８】
また、本発明の観察装置に関する第２の局面では、上記第１の局面に係る観察装置において、前記出力部の前記光フィルタユニットは、前記照射光の前記長波長側境界値でのスペクトル形状が急峻に立ち上がるように、前記フェムト秒パルスレーザー光の前記長波長側境界値よりも長い波長成分を除去する長波長除去フィルタと、前記照射光の前記短波長側境界値でのスペクトル形状が急峻に立ち上がるように、前記フェムト秒パルスレーザー光の前記短波長側境界値よりも短い波長成分を除去する短波長除去フィルタとを備える。
【０００９】
また、本発明の観察装置に関する第３の局面では、上記第１の局面に係る観察装置において、前記感応因子は、照射された前記照射光の前記感応因子の前記吸収波長帯域に属する波長成分を、所定の下限基準レベル以上の吸収度で吸収する。
【００１０】
また、本発明の観察装置に関する第４の局面では、上記第３の局面に係る観察装置において、前記感応因子は、照射された前記照射光の前記感応因子の前記吸収波長帯域に属する波長成分を、所定の下限基準レベル以上、かつ所定の上限基準レベル以下の吸収度で吸収する。
【００１１】
また、本発明の観察装置に関する第５の局面では、上記第１の局面に係る観察装置において、前記出力部が出力する前記照射光は、可視から近赤外の波長領域に属する。
【００１２】
また、本発明の観察装置に関する第６の局面では、上記第５の局面に係る観察装置において、前記観察対象物は、生体組織である。
【００１３】
また、本発明の観察装置に関する第７の局面では、上記第１の局面に係る観察装置において、前記感応因子は、色素である。
【００１４】
また、本発明の観察装置に関する第８の局面では、上記第７の局面に係る観察装置において、前記感応因子は、有機色素である。
【００１５】
また、本発明の観察装置に関する第９の局面では、上記第１の局面に係る観察装置において、前記観察装置は、前記出力部から出力された前記照射光を前記観察対象物に向かう入射光と参照物体に向かう前記参照光とに分割するとともに、前記入射光のうちの観察対象物を経由した前記信号光と前記参照物体を経由した前記参照光とを重畳させて干渉光を生成する分割結合光学系をさらに備え、前記検出部は、前記分割結合光学系から与えられた前記干渉光を検出する。
【００１６】
また、本発明の観察方法に関する第１の局面では、人を除く観察対象物を観察する観察方法であって、前記観察対象物内に、コヒーレントな光に感応して双極子モーメントを誘起する感応因子を導入する感応因子導入段階と、前記観察対象物に含まれる前記感応因子の双極子モーメントを誘起させるコヒーレントな照射光を出力部に出力させ、前記出力部が出力した前記照射光のうちの前記観察対象物を経て到来する信号光、及び前記観察対象物を経ずに到来する参照光を検出部により検出し、前記検出部の検出結果に基づいて、前記観察対象物の構造を解析する観察段階とを備え、前記出力部が出力する前記照射光の波長範囲の少なくも一部と、前記感応因子が光を吸収する吸収波長帯域の少なくとも一部とが重複し、前記出力部が出力する前記照射光は、レーザーユニットに前記照射光の前記波長範囲を含む波長範囲を有するフェムト秒パルスレーザー光を生成させ、光フィルタユニットにより、そのフェムト秒パルスレーザー光のうちの所定の短波長側境界値よりも短い波長成分、及び所定の長波長側境界値よりも長い波長成分を除去することにより得られた光である。
【発明の効果】
【００１７】
この発明の観察装置に関する上記第１の局面によれば、観察対象物に対し、観察対象物に含まれる感応因子の双極子モーメントを誘起するコヒーレントな照射光が照射され、その照射光により観察対象物に含まれる感応因子の双極子モーメントが誘起され、観察対象物内において感応因子の分布に応じた誘電率（屈折率）の変化が誘起される。これにより、観察対象物内における媒質が変化する境界部において、その境界部を挟んだ両側のいずれか一方側に感応因子が含まれている場合には、感応因子の双極子モーメントの変化により、感応因子が含まれている側の媒質の誘電率（屈折率）が変化する。このため、境界部の両側の媒質の誘電率の値について、積極的に差を生じさせること、あるいは誘電率の値の差を積極的に増大させることができ、その結果、観察対象物内の媒質の境界部において照射光が的確に反射されるようになる。これにより、観察対象物を経た信号光と観察対象物を経ていない参照光とを検出し、参照光と信号光とを比較すること等により、観察対象物内の媒質の境界部等に関する情報（例えば、観察対象物の断面構造に関する情報）を極めて鮮明な状態で取得できる。
【００１８】
また、出力部が出力する照射光として、コヒーレントな光であるフェムト秒パルスレーザー光が用いられる。フェムト秒パルスレーザー光は、微小時間幅で強度がパルス状に立ち上がり、しかもコヒーレント光であるため、感応因子の双極子モーメントを極めて有効に誘起させることができる。しかも、単位時間当たりのパルスレーザー光の出力レベルは抑制されているため、パルスレーザー光の照射による観察対象物への影響を抑制できる。
【００１９】
また、出力部が出力する照射光の波長範囲の少なくも一部と、感応因子が光を吸収する吸収波長帯域の少なくとも一部とが重複しているため、出力部が出力する照射光が感応因子に有効に吸収されて、照射光のエネルギーが感応因子の双極子モーメントの誘起に有効に転換される。その結果、照射光により感応因子の双極子モーメントを有効かつ効率よく誘起させることができる。
【００２０】
このような感応因子の光吸収特性と観察用の照射光の波長との関係が分かる前は、照射光の波長と感応因子の種類の組み合わせを煩雑な試行錯誤により決定していたが、感応因子の光吸収特性と観察用の照射光の波長との関係を利用することにより、照射光の波長と感応因子の種類の好ましい組み合わせを容易に決定できるようになった。また、各波長の光に対する感応因子の吸収特性は比較的容易に計測できるため、感応因子の選定等を有利に行うことができる。
【００２１】
また、照射光として用いられるフェムト秒パルスレーザー光はパルス波長幅（バンド幅）を大きくできる。このため、観察対象物に照射した照射光の反射光と、観察対象物を経ていない参照光との位相差等に基づいて観察対象物内の照射光の照射方向に沿った断面の構造に関する情報を取得する場合には、観察対象物の断面の照射方向に対する分解能を向上させることができる。
【００２２】
また、照射光の所望とする波長範囲を含む波長範囲を有するフェムト秒パルスレーザー光がレーザーユニットによって生成され、そのフェムト秒パルスレーザー光が、そのフェムト秒パルスレーザー光のうちの所定の短波長側境界値よりも短い波長成分、及び所定の長波長側境界値よりも長い波長成分が光フィルタユニットにより除去されて、照射光として用いられる。このため、照射光のスペクトル形状として、その波長範囲の短波長側境界値及び長波長側境界値で鋭く立ち上がった形状が得られる。このため、照射光の波長範囲の実質的に全体を有効に使って感応因子の双極子モーメントを誘起させることができ、観察対象物の構造に関する情報をさらに鮮明に取得できる。
【００２３】
しかも、照射光の波長範囲の実質的に全体を有効に使用できるため、照射光の有効なバンド幅を拡大でき、観察対象物の断面の照射方向に対する分解能をさらに向上させることができる。
【００２４】
この発明の観察装置に関する上記第２の局面によれば、出力部の光フィルタユニットの長波長除去フィルタ及び短波長除去フィルタにより、波長範囲の両端である長波長側境界値及び短波長側境界値にてスペクトル形状が急峻に立ち上がった照射光が得られる。これにより、照射光の波長範囲の全体を確実に使用して感応因子に双極子モーメントを誘起させることができるとともに、照射光の有効なバンド幅をさらに拡大できる。その結果、観察により取得される観察対象物の構造に関する情報の鮮明度及び解像度をさらに向上させることができる。
【００２５】
この発明の観察装置に関する上記第３の局面に関し、本願発明者らの研究により、感応因子が、照射された照射光の感応因子の吸収波長帯域に属する波長成分を、所定の下限基準レベル以上の吸収度で吸収するように、感応因子と照射光の波長の組み合わせを設定すると、照射光により感応因子に双極子モーメントを効果的に誘起させ得ることが分かった。換言すると、感応因子による光の吸収度が下限基準レベル未満となるような波長の照射光を感応因子に照射しても、観察対象物内の誘電率の分布を有効に変化させるだけの感応因子の双極子モーメントの誘起は生じないことが分かった。その結果、この感応因子の光吸収に関する下限基準レベルを判断基準として用いることにより、照射光の波長と感応因子の種類の好ましい組み合わせをより容易に決定できる。
【００２６】
この発明の観察装置に関する上記第４の局面に関し、感応因子による光の吸収度が必要以上に大きすぎると、観察対象物に照射した照射光のうち、感応因子により吸収される照射光の割合が大きくなりすぎ、観察のために観察対象物から取得される照射光（透過光又は反射光）の強度が弱くなりすぎ、検出精度が低下するという問題がある。そこで、この局面では、出力部が出力する照射光の波長と感応因子の組み合わせを決定する際の条件として、感応因子が、照射された照射光の感応因子の吸収波長帯域に属する波長成分を、所定の下限基準レベル以上、かつ所定の上限基準レベル以下の吸収度で吸収するとうう条件を与えたものである。
【００２７】
この発明の観察装置に関する上記第５の局面に関し、出力部が出力する照射光の波長の上限を近赤外領域（例えば、２．５μｍ程度）に設定したのは、波長がそれ以上長くなると観察対象物の断面の構造等に関する情報を取得する際の分解能が悪化するからである。また、波長が近赤外領域よりも長くなると、水により吸収される割合が大きくなり、本発明の技術を水を含んだ観察対象物（例えば、生体組織）の観察に有効に適用できなくなるからである。また、出力部が出力する照射光の波長の下限を可視領域（例えば、３６０ｎｍ程度）に設定したのは、紫外光は生体組織への影響が大きく、人体組織の観察には適さないからである。
【００２８】
それ故、出力部が出力する照射光として可視から近赤外の波長領域に属する光を用いることにより、有利な分解能で生体組織等の観察対象物の断面の構造等に関する情報を取得できる。
【００２９】
この発明の観察装置に関する上記第６の局面に係る技術を利用して、生体組織内の構造（例えば、断面の構造）に関する情報を取得できる。
【００３０】
また、この発明の観察装置に関する上記第７の局面に関し、色素として種々のものが知られているが、色素は可視から近赤外の波長領域に光を吸収する吸収波長帯域を有しているものが多い。このため、感応因子に色素を用いることにより、観察用の照射光の波長と、感応因子として用いる色素の組合せの自由度を拡大できる。
【００３１】
また、この発明の観察装置に関する上記第８の局面に関し、有機色素は生体組織内に多く存在するため、生体組織内に存在する有機色素を感応因子として利用できるという利点がある。
【００３２】
この発明の観察方法に関する上記第１の局面では、上述の観察装置に関する上記第１の局面とほぼ同様な効果が得られるとともに、さらに以下の効果が得られる。すなわち、感応因子導入段階で、観察対象物内に、照射光に感応して双極子モーメントが変化する感応因子が積極的に導入される。このため、観察対象物内の特に観察対象となる部分（例えば、一部の媒質、構造物等）に感応因子を導入することにより、その部分の構造に関する情報をより鮮明な状態で取得できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態に係る観察装置が適用されたＯＣＴ（Optical Coherence Tomography）の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の出力部の構成を示す図である。
【図３】図２の出力部に使用可能な光学素子を示す図である。
【図４】図２のレーザーユニットにより生成されるフェムト秒パルスレーザー光のスペクトルを示すグラフである。
【図５】図１の出力部から出力される照射光のスペクトルを示すグラフである。
【図６】図１の出力部から出力される照射光の横軸を時間としたときのパルス波形を模式的に示すグラフである。
【図７】一般的なフェムト秒パルスレーザー光のスペクトルを示すグラフである。
【図８】インドシアニングリーン水溶液の吸収波長スペクトルを示すグラフである。
【図９】従来型ＯＣＴに光源として用いられるスーパールミネッセントダイオードの照射光のスペクトルを示すグラフである。
【図１０】従来型ＯＣＴにより得られた被験者Ａの眼底部における黄斑部位の断層画像である。
【図１１】従来型ＯＣＴにより得られた被験者Ａの眼底部における乳頭部位の断層画像である。
【図１２】図１のＯＣＴにより得られた被験者Ａの眼底部位における黄斑部位の断層画像である。
【図１３】図１のＯＣＴにより得られた被験者Ａの眼底部位における乳頭部位の断層画像である。
【図１４】図１のＯＣＴにより得られた被験者Ａの眼底部位における黄斑部位の断層画像である。
【図１５】図１のＯＣＴにより得られた被験者Ａの眼底部位における乳頭部位の断層画像である。
【図１６】図１のＯＣＴにより得られた被験者Ｂの眼底部位における乳頭部位の断層画像である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１ないし図８を参照して、本発明の一実施形態に係る観察装置が適用されたＯＣＴについて説明する。このＯＣＴ１は、図１に示すように、出力部１１、検出部１２、制御部１３、表示部１４、操作部１５及び分割結合光学系１６を備えて構成されており、観察対象物２内の構造の観察に用いられる。本発明の解析部には、主に制御部１３が相当している。
【００３５】
観察対象物２は、複数の媒質からなっており、その複数の媒質のうちの少なくともいずれか一つは、コヒーレントな光に感応して双極子モーメントを誘起する感応因子を含んでいる。この感応因子は、観察対象物２の媒質中に通常の状態で含まれているものである場合の他に、観察装置１を用いた観察を行う前又は観察を行っている最中に観察対象物２の媒質中に積極的に導入したものである場合がある。感応因子の具体例としては、例えば生理活性物質などが挙げられる。
【００３６】
ここで、感応因子を観察対象物２内に積極的に導入する場合において、感応因子を導入する工程を感応因子導入段階といい、観察対象物２に出力部１１の照射光３１ａを照射して観察対象物２の内部構造等を観察する工程を観察段階という。感応因子導入段階での感応因子の導入は、例えば、観察対象物２の表面を介して、又は表面に現れた複数の媒質の間の隙間を介して感応因子を浸透により観察対象物２内に導入する方法が挙げられる。この場合、観察対象物２を液体状の感応因子中に浸漬する方法、あるいは、液体状の感応因子を観察対象物２の表面に散布又は塗布する方法などが採用可能である。また、感応因子の他の導入方法として、液体状の感応因子を観察対象物２内に注入する方法が挙げられる。この場合、液体状の感応因子を所定の注入器具等を用いて観察対象物２内の所定部位（例えば、所定の媒質又は内部構造）に注入する方法等が採用可能である。例えば、注射器を用いて、感応因子が溶解した溶液を生体組織中の血管内に注入する方法等が採用可能である。
【００３７】
出力部１１は、制御部１３の制御により、観察対象物２が設置された方向（プラスＺ方向）に向けてコヒーレントな照射光３１ａを出力し、出力した照射光３１ａによって観察対象物２に含まれる感応因子の双極子モーメントを誘起させる。出力部１１が出力する照射光３１ａについては後に詳述する。
【００３８】
分割結合光学系１６は、出力部１１から出力された照射光３１ａを観察対象物２に向かう入射光３１ｂと参照物体（例えば、ミラー等）１７に向かう参照光３１ｃとに分割するとともに、観察対象物２で反射された照射光３１ｂの反射光と、参照物体４７で反射された参照光３１ｃの反射光とを重畳させて干渉光１８を生成する。分割結合光学系１６の主な構成要素として、図１に示す構成ではハーフミラーが用いられているが、光の入射側及び出射側の双方に分岐した２つの入出力端を有する分岐型の光ファイバ（あるいは、導光体）を用いてもよい。
【００３９】
分割結合光学系１６と観察対象物２との間の光路長と、分割結合光学系１６と参照物体１７との間の光路長とは実質的に等価に設定されており、観察対象物２で反射されて分割結合光学系４６に到達する照射光３１ｂの光路長と、参照物体１７で反射されて分割結合光学系１６に到達する参照光３１ｃの光路長とが等しいときに、２つの反射波により生成される干渉光１８の強度が極大値を形成する。
【００４０】
なお、ここでは本実施形態に係る観察装置を反射型のＯＣＴ１に適用した場合について説明したが、本実施形態に係る観察装置を透過型のＯＣＴに適用してもよい。また、図１に示すＯＣＴ１は、撮像速度の高速化に有利なフーリエドメインＯＣＴであるが、本実施形態に係る観察装置はタイムドメインＯＣＴにも当然適用できる。
【００４１】
検出部１２は、分光器１２ａと、受光素子１２ｂとを備えている。分光器１２ａは、分割結合光学系１６から与えられる干渉光１８を受け入れて各波長成分に分光する。受光素子１２ｂ（例えば、ＣＣＤ等の半導体受光素子）は、分光器１２ａにより分光された干渉光１８の各波長成分の強度を検出し、制御部１３に与える。なお、分光器１２ａの前段、及び分光器１２ａと受光素子１２ｂとの間には、必要に応じてレンズ等の光学系が配置される。
【００４２】
制御部１３は、このＯＣＴ１全体の制御を司るとともに、受光素子１２ｂから与えられた干渉光１８の各波長成分ごとの強度をフーリエ変換することにより、観察対象物２の断面の構造に関する情報（断層画像等）を形成し、その情報（断層画像等）を表示部１４に表示させる。操作部１５は、観察装置１に対する操作入力を受け付ける。
【００４３】
次に、図２ないし図８を参照して、出力部１１、その出力部１１が出力する照射光３１ａ、及び照射光３１ａと感応因子との関係等について説明する。
【００４４】
出力部１１は、図２に示すように、レーザーユニット１１１と、光フィルタユニット１１２とを備えて構成されている。レーザーユニット１１１は、照射光３１ａの所望とする波長範囲を含む波長範囲を有するフェムト秒パルスレーザー光１９を生成する。
【００４５】
光フィルタユニット１１２は、レーザーユニット１１１が生成したフェムト秒パルスレーザー光１９を受け入れ、そのフェムト秒パルスレーザー光１９のうちの所定の短波長側境界値よりも短い波長成分、及び所定の長波長側境界値よりも長い波長成分を除去して、照射光３１ａとして送出する。
【００４６】
このような光フィルタユニット１１２は、長波長除去フィルタ１１２ａ、短波長除去フィルタ１１２ｂ及び吸収セル１１２ｃを備えて構成されている。長波長除去フィルタ１１２ａ、短波長除去フィルタ１１２ｂ及び吸収セル１１２ｃの配置順序は、図２に示す構成に限定されるものではなく、任意の順番を採用可能である。
【００４７】
長波長除去フィルタ１１２ａは、フェムト秒パルスレーザー光１９の光路上に配置され、フェムト秒パルスレーザー光１９が長波長除去フィルタ１１２ａを透過する際、照射光３１ａの長波長側境界値でのスペクトル形状が急峻（好ましくは、略直角）に立ち上がるように、フェムト秒パルスレーザー光１９の長波長側境界値よりも長い波長成分を除去する。このような長波長除去フィルタ１１２ａは、例えば色ガラスフィルタと誘電体多層膜との組み合わせ等により構成される。
【００４８】
短波長除去フィルタ１１２ｂは、フェムト秒パルスレーザー光１９の光路上に配置され、フェムト秒パルスレーザー光１９が短波長除去フィルタ１１２ｂを透過する際、照射光３１ａの短波長側境界値でのスペクトル形状が急峻（好ましくは、略直角）に立ち上がるように、フェムト秒パルスレーザー光１９の短波長側境界値よりも短い波長成分を除去する。このような短波長除去フィルタ１１２ｂは、例えば色ガラスフィルタと誘電体多層膜との組み合わせ等により構成される。
【００４９】
吸収セル１１２ｃは、フェムト秒パルスレーザー光１９の光路上に配置され、フェムト秒パルスレーザー光１９が吸収セル１１２ｃを透過する際、フェムト秒パルスレーザー光１９に含まれる特定の波長成分を吸収して除去するものである。本実施形態では、照射光３１ａのスペクトル形状が略矩形状になるように、フェムト秒パルスレーザー光１９の長波長側境界値と短波長側境界値との間の波長成分のうち、強度が他の部分よりも大きい波長成分を吸収セル１１２ｃによって吸収させている。このような吸収セル１１２ｃは、例えば１種類又は複数種類の無機色素体又は有機色素体の溶液がガラス等の透明セル内に入れられたもの、あるいは、１種類又は複数種類の無機色素体又は有機色素体がコロイド分散された薄膜を用いて構成される。なお、この吸収セル１１２ｃは必須のものではなく、省略可能である。
【００５０】
また、変形例として、この吸収セル１１２ｃの代わりとして、あるいは、吸収セル１１２ｃに追加して、図３に示す対向配置された２つの反射型フィルタ１１２ｄ，１１２ｅを用いてもよい。この反射型フィルタ１１２ｄ，１１２ｅは、互いに対向する面が特定の波長の光を吸収して除去する反射面となっている。フェムト秒パルスレーザー１９は、反射型フィルタ１１２ｄ，１１２ｅの間に斜め方向から入射され、反射面間で何度か反射された後、送り出されるようになっている。反射型フィルタ１１２ｄ，１１２ｅは同じ波長成分の光を吸収するようにしてもよいし、異なる波長成分の光を吸収するようにしてもよい。このような反射型フィルタ１１２ｄ，１１２ｅは、例えば誘電体多層膜ミラー等により構成される。
【００５１】
図４はレーザーユニット１１１により生成されるフェムト秒パルスレーザー光１９のスペクトルを示すグラフであり、図５は光フィルタユニット１１２を経た後のフェムト秒パルスレーザー１９、すなわち照射光３１ａのスペクトルを示すグラフである。
【００５２】
本実施形態では、図４に示すように、レーザーユニット１１１に、約７５０ｎｍから約９００ｎｍの間の約１５０ｎｍの波長範囲を含み、かつより広い波長範囲を有するフェムト秒パルスレーザー１９を出力させている。
【００５３】
そして、この図４のようなスペクトルを有するフェムト秒パルスレーザー光１９を光フィルタユニット１１２に透すことにより、図５のような略矩形状のスペクトル形状を有する照射光３１ａが得られた。この照射光３１ａでは、図５に示すように、その波長範囲の短波長側境界値及び長波長側境界値において、スペクトル形状が略直角に立ち上がっている。図５中のＰｓ１，Ｐｔ１，Ｐｍ１は、照射光３１ａの短波長側の立ち上がり部における起点、頂点、中間点を示し、Ｐｓ２，Ｐｔ２，Ｐｍ２は、照射光３１ａの長波長側の立ち上がり部における起点、頂点、中間点を示している。中間点Ｐｍ１，Ｐｍ２は、スペクトル強度が頂点Ｐｔ１，Ｐｔ２の強度の半分になる点である。また、頂点Ｐｔ１及び中間点Ｐｍ１の横軸（波長）の値は７５２ｍｎ，７４８ｎｍとなっており、頂点Ｐｔ１及び中間点Ｐｍ１の横軸（波長）の値は８９４ｍｎ，８９７ｎｍとなっている。ここでは、短波長側の中間点Ｐｍ１と長波長側の中間点Ｐｍ２との間の範囲を照射光３１ａの有効な波長範囲としている。
【００５４】
図５のスペクトル形状の短波長側及び長波長側の立ち上がり部の急峻さを示す指標として、中間点Ｐｍ１，Ｐｍ２の波長値λを、中間点Ｐｍ１，Ｐｍ２と頂点Ｐｔ１，Ｐｔ２との波長差ｄλで割った値λ／ｄλを求めると、短波長側の立ち上がり部はλ／ｄλ＝１８７（＝７４８／４）となり、長波長側の立ち上がり部は、λ／ｄλ＝２９９（＝８９７／３）となる。参考として、ガウス型のスペクトル形状を仮定した場合、λ／ｄλは３１．４（＝７８５ｎｍ／２５ｎｍ）であるから、ガウス型のスペクトル形状と比較して、急峻さの程度が、約６倍から約９．５倍になっている。
【００５５】
図６は、照射光３１ａの横軸を時間としたときのパルス波形を模式的に示すグラフでああり、照射光３１ａは、フェムト秒パルスレーザー光特有の極めて短い時間の間に急峻に立ち上がるパルス波形を有している。
【００５６】
図７は、一般的なフェムト秒パルスレーザー光のスペクトルを示すグラフである。この図７のフェムト秒パルスレーザー光も、約７５０ｎｍから約９００ｎｍまでの約１５０ｎｍ幅の波長範囲を有しているが、スペクトル形状がガウス型となっている。このため、図５に示す本実施形態に係る照射光３１ａとはスペクトル形状等が大きく異なっている。
【００５７】
次に、照射光３１ａと観察対象物２中に含まれる感応因子との関係について説明する。出力部１１の出力する照射光３１ａが観察対象物２に照射されると、その照射光３１ａにより観察対象物２に含まれる感応因子の双極子モーメントが誘起され、観察対象物２内において感応因子の分布に応じた誘電率（屈折率）の変化が誘起される。
【００５８】
これにより、観察対象物２内における媒質が変化する境界部において、その境界部を挟んだ両側のいずれか一方側に感応因子が含まれている場合には、感応因子の双極子モーメントの変化により、感応因子が含まれている側の媒質の誘電率（屈折率）が変化する。このため、境界部の両側の媒質の誘電率の値について、積極的に差を生じさせること、あるいは誘電率の値の差を積極的に増大させることができる。その結果、観察対象物２内の媒質の境界部において照射光３１ａが的確に反射されるようになる。これにより、照射光３１ａの観察対象物２からの反射光である信号光、及びその信号光と参照光３１ｃとが重畳された干渉光１８の観察対象物２中の構造（例えば、媒質の境界部等）に関する信号成分が増強され、干渉光に基づいて観察対象物２中の構造に関する情報（例えば、断層画像）を形成する際の情報の感度（鮮明度）が向上する。
【００５９】
次に、出力部１１が出力する照射光３１ａと感応因子の光吸収特性との関係について説明する。出力部１１が出力する照射光３１ａによって感応因子に双極子モーメントを誘起させるためには、照射光３１ａのエネルギーが感応因子の双極子モーメントの誘起に有効に変換される必要がある。そこで、本実施形態では、照射光３１ａの波長範囲の少なくも一部と、感応因子が光を吸収する吸収波長帯域の少なくとも一部とが重複するように、照射光３１ａと感応因子との組み合わせを設定している。
【００６０】
このような感応因子の光吸収特性と観察用の照射光３１ａの波長との関係が分かる前は、照射光の波長と感応因子の種類の組み合わせを煩雑な試行錯誤により決定していたが、感応因子の光吸収特性と観察用の照射光の波長との関係を利用することにより、照射光の波長と感応因子の種類の好ましい組み合わせを容易に決定できるようになった。また、各波長の光に対する感応因子の吸収特性は比較的容易に計測できるため、感応因子の選定等を有利に行うことができる。
【００６１】
また、照射光３１ａとして用いられるフェムト秒パルスレーザー光はパルス波長幅（バンド幅）を大きくできる。このため、観察対象物２に照射した照射光３１ａの反射光と、観察対象物２を経ていない参照光３１ｃとの位相差等に基づいて観察対象物２内の照射光３１ａの照射方向に沿った断面の構造に関する情報を取得する場合に、観察対象物２の断面の照射方向に対する分解能を向上させることができる。
【００６２】
また、本実施形態に係るＯＣＴ１では、上述のように、照射光３１ａの所望とする波長範囲を含む波長範囲を有するフェムト秒パルスレーザー光１９がレーザーユニット１１１によって生成され、そのフェムト秒パルスレーザー光１９が、そのフェムト秒パルスレーザー光１９のうちの所定の短波長側境界値よりも短い波長成分、及び所定の長波長側境界値よりも長い波長成分が光フィルタユニット１１２により除去されて、照射光３１ａとして用いられる。このため、照射光３１ａのスペクトル形状として、その波長範囲の短波長側境界値及び長波長側境界値で鋭く立ち上がった形状が得られる。このため、照射光３１ａの波長範囲の実質的に全体を有効に使って感応因子の双極子モーメントを誘起させることができ、観察対象物２の構造に関する情報をさらに鮮明に取得できる。
【００６３】
しかも、照射光３１ａの波長範囲の実質的に全体を有効に使用できるため、照射光３１ａの有効なバンド幅を拡大でき、観察対象物２の断面の照射方向に対する分解能をさらに向上させることができる。
【００６４】
これに対し、図７に示すようなガウス型のスペクトル形状を有するフェムト秒パルスレーザー光では、その波長範囲の短波長側及び長波長側の裾の部分の強度が強度不足となり、感応因子に対する十分な双極子モーメントの誘起が得られないおそれがある。また、有効な波長範囲が制限されるため、観察対象物の断面等に対する分解能も低下するおそれがある。
【００６５】
また、光フィルタユニット１１２の長波長除去フィルタ１１２ａ及び短波長除去フィルタ１１２ｂにより、波長範囲の両端である長波長側境界値及び短波長側境界値にてスペクトル形状が急峻に立ち上がった照射光３１ａが得られる。これにより、照射光３１ａの波長範囲の全体を確実に使用して感応因子に双極子モーメントを誘起させることができるとともに、照射光３１ａの有効なバンド幅をさらに拡大できる。その結果、観察により取得される観察対象物２の構造に関する情報の鮮明度及び解像度をさらに向上させることができる。
【００６６】
次に、感応因子による照射光３１ａの吸収度（Absorbance）に関する条件について説明する。感応因子は、照射された照射光３１ａの感応因子の吸収波長帯域に属する波長成分を、所定の下限基準レベル以上、かつ、所定の上限基準レベル以下の吸収度で吸収するものであるのがよい。吸収度Ａbsは、感応因子に照射光３１ａを照射したときの照射光３１ａの入射強度をIinとし、透過強度をIoutとしたとき、
Abs＝−log(Iout／Iin）
で与えられる無次元量である。なお、上の対数は常用対数である。
【００６７】
上記の有効吸収波長帯域の下限（下限基準レベル）を設定したのは、感応因子による照射光３１ａの所定レベル以上の吸収がないと、観察対象物２内の誘電率の分布の有効な変化を生じさせるだけの感応因子の双極子モーメントの変化が得られないからである。また、有効吸収波長帯域の上限（上限基準レベル）を設定したのは、感応因子による照射光３１ａの吸収度が必要以上に大きすぎると、観察対象物２に照射した照射光３１ａのうち、感応因子により吸収される照射光３１ａの割合が大きくなりすぎ、観察のために観察対象物２から取得される照射光（本実施形態では、反射光）の強度が弱くなりすぎ、検出精度が低下するという問題があるからである。有効吸収波長帯域の下限基準レベルは例えば０．２２程度（例えば、０．２２）に設定され、上限基準レベルは例えば３程度（例えば、３）に設定される。
【００６８】
なお、感応因子に吸収された照射光３１ａのエネルギーは双極子モーメントの誘起だけでなく、熱的な振動モード等の他の量子論的な他の状態変化に転換され、感応因子に吸収された照射光３１ａのエネルギーのどのくらいの割合が双極子モーメントの誘起に転換されたのかを計測するのは容易でない。しかし、感応因子の有効吸収波長帯域は比較的容易に調べられるため、それを利用して照射光３１ａの波長と感応因子の種類の好ましい組み合わせを選定することにより、その選定作業が飛躍的に効率化される。
【００６９】
ここで、感応因子として有望な材料について記載する。まずは、色素（有機色素と無機色素を含む）等の生理活性物質が挙げられる。色素として種々のものが知られているが、色素は可視から近赤外の波長領域に光を吸収する吸収波長帯域を有しているものが多い。このため、感応因子に色素を用いることにより、観察用の電磁波の波長と、感応因子として用いる色素の組合せの自由度を拡大できる。また、感応因子として有機色素を用いる場合、有機色素は生体組織内に多く存在するため、生体組織内に存在する有機色素を感応因子として利用できるという利点がある。他の生理活性物質としては、例えばタンパク、コレステロール、脂肪球、脂質、赤血球、白血球、血小板などが挙げられる。この他、感応因子として水、氷、アルコール、ガラス、石英、ダイヤモンド、プラスチック、半導体なども挙げられる。但し、これらの材料の吸収波長特性と観察用の照射光の波長との関係が上記の条件を満たす必要がある。
【００７０】
また、出力部が出力する照射光３１ａは、可視から近赤外の波長領域に属する光であるのが好ましい。このように照射光３１ａの波長の上限を近赤外領域（例えば、２．５μｍ程度）に設定したのは、波長がそれ以上長くなると観察対象物２の断面の構造等に関する情報を取得する際の分解能が悪化するからである。また、波長が近赤外領域よりも長くなると、水により吸収される割合が大きくなり、本発明の技術を水を含んだ観察対象物（例えば、生体組織）の観察に有効に適用できなくなるからである。また、照射光３１ａの波長の下限を可視領域（例えば、３６０ｎｍ程度）に設定したのは、紫外光は生体組織への影響が大きく、人体組織の観察には適さないからである。それ故、照射光３１ａとして可視から近赤外の波長領域に属する光を用いることにより、有利な分解能で生体組織等の観察対象物の断面の構造等に関する情報を取得できる。
【００７１】
照射光３１ａとして、可視から近赤外の波長領域に属するレーザー光を用いる場合における、感応因子の好ましい例としては、例えばインドシアニングリーン（Indocyanine Green）（以下、「ＩＣＧ」と記す）が挙げられる。ＩＣＧが有望であるのは、図８に示すようにＩＣＧは可視光領域に光を吸収する強い吸収波長帯域を有しており、本願発明者による試験により、照射光３１ａによる強い双極子モーメントの誘起が得られることが分かっているからである。また、ＩＣＧは生体組織に導入された際にも導入による影響が小さく、安全性についても確認されているからである。なお、図８はＩＣＧ水溶液の吸収波長特性を示すものであるが、ＩＣＧ水溶液中の水による光吸収は主に約９００ｎｍ以上の波長領域で寄与するため、図８のグラフは主にＩＣＧの吸収波長特性を示している。
【００７２】
以下では、本実施形態に係るＯＣＴ１を用いて行った効果実証試験の結果について記載する。
【００７３】
観察対象として、人の眼底部の断層撮像を行った。比較試験は、現在医療現場で使用されている従来型ＯＣＴ（高性能モデル）を用いて行った。
【００７４】
比較例である従来型ＯＣＴは、以下の構成を有している。
【００７５】
・光源 ： 高輝度発光ダイオード
・光源光量 ： １．４４ｍＷ
・光源スペクトル幅 ： 約５０ｎｍ（中心波長：８１０ｎｍ）
・測定時間（光照射時間）： １秒（積算値）
この従来型ＯＣＴでは、眼底部の撮像部位を１秒間に５０回撮像し、それによって得られる５０枚の画像データを重ね合わせて１枚の断層画像を作成している。このように画像データを重ね合わせるのは、１枚の画像データでは感度が不十分で鮮明な画像が得られないからである。このため、撮像に時間を要し、撮像中の撮像対象（眼球自体及びその内部の各部位）の微動により、画像が劣化しやすいという問題がある。
【００７６】
本実施形態に係るＯＣＴ１は、以下の構成を有している。
【００７７】
・光源 ： フェムト秒パルスレーザー装置（自作によるもの）
・光源光量 ： １．１９ｍＷ
・光源スペクトル幅 ： 約１５０ｎｍ（中心波長：８１０ｎｍ）
・測定時間（光照射時間）： ０．０２秒
このＯＣＴ１は、測定時間が２０ミリ秒と極めて短時間であるとともに、１枚の画像データで十分に鮮明な画像が得られるため、画像データの積層も不要である。このため、撮像中の撮像対象の微動の影響を受けず、鮮明な画像が得られる。また、１回の撮像が２０ミリ秒で完了するため、撮像対象の動画撮像も可能である。
【００７８】
また、照射光源にフェムト秒パルスレーザー光を用いることにより、照射光の波長幅（バンド幅）を大きくできるため、観察対象物の断面の照射方向に対する分解能を飛躍的に高めることができた。具体的には、従来型ＯＣＴではせいぜい１０μｍ程度の分解能であったのを、本実施形態に係るＯＣＴ１では、２．３μｍの分解能が得られている。
【００７９】
なお、今回の試験に用いた従来型ＯＣＴの光源には、図９に示すスペクトルの光を生成するスーパールミネッセントダイオードが用いられている。これに対し、本実施形態に係るＯＣＴ１の照射光３１ａには、上述の図５のスペクトルを有する光を用いている。
【００８０】
次に、図１０ないし図１６を参照して、従来型ＯＣＴにより得られる断層画像と、本実施形態に係るＯＣＴ１により得られる断層画像とを比較する。
【００８１】
図１０、図１１は、従来型ＯＣＴにより得られた被験者Ａの眼底部における黄斑部位及び乳頭部位の断層画像である（図１０が黄斑部位、図１１が乳頭部）。
【００８２】
図１２ないし図１５は、本実施形態に係るＯＣＴ１により得られた被験者Ａの眼底部位における黄斑部位及び乳頭部位の断層画像で（図１２、図１４が黄斑部位、図１３、図１５が乳頭部位）、図１６は本実施形態に係るＯＣＴ１により得られた被験者Ｂの眼底部位における乳頭部位の断層画像である。
【００８３】
また、図１２、図１３は、被験者に外部からの感応因子の導入を行わずに撮像したものである。この場合、被験者の眼底部を形成する組織中の物質が感応因子として作用する。図１４ないし図１６は、被験者に外部から感応因子としてＩＣＧを導入した状態で撮像したものである。この場合、被験者の眼底部を形成する組織中の物質、及び導入されたＩＣＧが感応因子として作用する。なお、ＩＣＧの導入は、ＩＣＧを生理食塩水で希釈して静注した。
【００８４】
図１０、図１１と図１２、図１３とを比較して、図１０、図１１の断層画像は５０枚の画像データの積層画像であるのに対して、図１２、図１３の断層画像は２０ｍ秒の１回の撮像で得られた画像であるにも関わらず、眼底部の断面構造がほぼ同等な鮮明度で画像中に反映されていることが分かる。
【００８５】
特に、図１４、図１５のＩＣＧを導入して得られた断層画像では、図１０、図１１と比較して、画像の解像度及び鮮明度等が飛躍的に向上していることが分かる。
【００８６】
例えば、図１４の黄斑部位の断層画像では、矢印Ａ１で示す部分において、内境界膜、神経繊維層、神経節細胞層、内網状層、内顆粒層、外網状層、外顆粒層、外境界膜構造等が鮮明に視認できる。また、矢印Ａ２で示す部分において、眼底視細胞層の構成が鮮明に視認できる。また、矢印Ａ３で示す部分において、ブルッフ膜、脈絡毛細管板が視認できる。また、矢印Ａ４で示す部分において、脈絡膜血管像が鮮明に視認できる。
【００８７】
また、図１５の乳頭部位の断層画像では、乳頭貫入部、血管走行の様子が鮮明になっているとともに、矢印Ｂ１で示す部分において、篩状板部が初めて鮮明に観察できるようになった。
【００８８】
また、図１６の乳頭部位の断層画像では、篩状板部及び篩状板部下部構造の構成が良好に視認できる。これにより、緑内障の診断、治療に非常に有用な情報が得られる。
【００８９】
以上の試験結果より、本実施形態に係るＯＣＴ１によって、従来型ＯＣＴと比較して人体組織等の断層画像の解像度及び鮮明度が飛躍的に向上していることが確認できた。なお、ここでは本実施形態に係るＯＣＴ１を人体組織の断層画像の取得に用いたが、ＯＣＴ１は、人体以外の生体組織、及び生体組織以外の種々の観察対象物の断層画像の取得にも用いることができる。
【符号の説明】
【００９０】
１ ＯＣＴ、２ 観察対象物、１１ 出力部、１２ 検出部、１２ａ 分光器、１２ｂ 受光素子、１３ 制御部、１４ 表示部、１５ 操作部、１６ 分割結合光学系、１７ 参照物体、１８ 干渉光、１９ フェムト秒パルスレーザー光、３１ａ 照射光、３１ｂ 入射光、３１ｃ 参照光、１１１ レーザーユニット、１１２ 光フィルタ、１１２ａ 長波長除去フィルタ、１１２ｂ 短波長除去フィルタ、１１２ｃ 吸収セル、１１２ｄ，１１２ｅ 反射型フィルタ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレントな光に感応して双極子モーメントを誘起する感応因子を含んだ観察対象物を観察する観察装置であって、
前記観察対象物に含まれる前記感応因子の双極子モーメントを誘起させるコヒーレントな照射光を出力する出力部と、
前記出力部が出力した前記照射光のうちの前記観察対象物を経て到来する信号光、及び前記観察対象物を経ずに到来する参照光を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて、前記観察対象物の構造を解析する解析部と、
を備え、
前記出力部が出力する前記照射光の波長範囲の少なくも一部と、前記感応因子が光を吸収する吸収波長帯域の少なくとも一部とが重複し、
前記出力部は、
前記照射光の前記波長範囲を含む波長範囲を有するフェムト秒パルスレーザー光を生成するレーザーユニットと、
前記レーザーユニットが生成した前記フェムト秒パルスレーザー光を受け入れ、そのフェムト秒パルスレーザー光のうちの所定の短波長側境界値よりも短い波長成分、及び所定の長波長側境界値よりも長い波長成分を除去して、前記照射光として送出する光フィルタユニットと、
を備えることを特徴とする観察装置。
【請求項２】
請求項１に記載の観察装置において、
前記出力部の前記光フィルタユニットは、
前記照射光の前記長波長側境界値でのスペクトル形状が急峻に立ち上がるように、前記フェムト秒パルスレーザー光の前記長波長側境界値よりも長い波長成分を除去する長波長除去フィルタと、
前記照射光の前記短波長側境界値でのスペクトル形状が急峻に立ち上がるように、前記フェムト秒パルスレーザー光の前記短波長側境界値よりも短い波長成分を除去する短波長除去フィルタと、
を備えることを特徴とする観察装置。
【請求項３】
請求項１に記載の観察装置において、
前記感応因子は、照射された前記照射光の前記感応因子の前記吸収波長帯域に属する波長成分を、所定の下限基準レベル以上の吸収度で吸収することを特徴とする観察装置。
【請求項４】
請求項３に記載の観察装置において、
前記感応因子は、照射された前記照射光の前記感応因子の前記吸収波長帯域に属する波長成分を、所定の下限基準レベル以上、かつ所定の上限基準レベル以下の吸収度で吸収することを特徴とする観察装置。
【請求項５】
請求項１に記載の観察装置において、
前記出力部が出力する前記照射光は、可視から近赤外の波長領域に属することを特徴とする観察装置。
【請求項６】
請求項５に記載の観察装置において、
前記観察対象物は、生体組織であることを特徴とする観察装置。
【請求項７】
請求項１に記載の観察装置において、
前記感応因子は、色素であることを特徴とする観察装置。
【請求項８】
請求項７に記載の観察装置において、
前記感応因子は、有機色素であることを特徴とする観察装置。
【請求項９】
請求項１に記載の観察装置において、
前記観察装置は、
前記出力部から出力された前記照射光を前記観察対象物に向かう入射光と参照物体に向かう前記参照光とに分割するとともに、前記入射光のうちの観察対象物を経由した前記信号光と前記参照物体を経由した前記参照光とを重畳させて干渉光を生成する分割結合光学系をさらに備え、
前記検出部は、前記分割結合光学系から与えられた前記干渉光を検出することを特徴とする観察装置。
【請求項１０】
人を除く観察対象物を観察する観察方法であって、
前記観察対象物内に、コヒーレントな光に感応して双極子モーメントを誘起する感応因子を導入する感応因子導入段階と、
前記観察対象物に含まれる前記感応因子の双極子モーメントを誘起させるコヒーレントな照射光を出力部に出力させ、前記出力部が出力した前記照射光のうちの前記観察対象物を経て到来する信号光、及び前記観察対象物を経ずに到来する参照光を検出部により検出し、前記検出部の検出結果に基づいて、前記観察対象物の構造を解析する観察段階と、
を備え、
前記出力部が出力する前記照射光の波長範囲の少なくも一部と、前記感応因子が光を吸収する吸収波長帯域の少なくとも一部とが重複し、
前記出力部が出力する前記照射光は、レーザーユニットに前記照射光の前記波長範囲を含む波長範囲を有するフェムト秒パルスレーザー光を生成させ、光フィルタユニットにより、そのフェムト秒パルスレーザー光のうちの所定の短波長側境界値よりも短い波長成分、及び所定の長波長側境界値よりも長い波長成分を除去することにより得られた光であることを特徴とする観察方法。
【請求項１】
コヒーレントな光に感応して双極子モーメントを誘起する感応因子を含んだ観察対象物を観察する観察装置であって、
前記観察対象物に含まれる前記感応因子の双極子モーメントを誘起させるコヒーレントな照射光を出力する出力部と、
前記出力部が出力した前記照射光のうちの前記観察対象物を経て到来する信号光、及び前記観察対象物を経ずに到来する参照光を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて、前記観察対象物の構造を解析する解析部と、
を備え、
前記出力部が出力する前記照射光の波長範囲の少なくも一部と、前記感応因子が光を吸収する吸収波長帯域の少なくとも一部とが重複し、
前記出力部は、
前記照射光の前記波長範囲を含む波長範囲を有するフェムト秒パルスレーザー光を生成するレーザーユニットと、
前記レーザーユニットが生成した前記フェムト秒パルスレーザー光を受け入れ、そのフェムト秒パルスレーザー光のうちの所定の短波長側境界値よりも短い波長成分、及び所定の長波長側境界値よりも長い波長成分を除去して、前記照射光として送出する光フィルタユニットと、
を備えることを特徴とする観察装置。
【請求項２】
請求項１に記載の観察装置において、
前記出力部の前記光フィルタユニットは、
前記照射光の前記長波長側境界値でのスペクトル形状が急峻に立ち上がるように、前記フェムト秒パルスレーザー光の前記長波長側境界値よりも長い波長成分を除去する長波長除去フィルタと、
前記照射光の前記短波長側境界値でのスペクトル形状が急峻に立ち上がるように、前記フェムト秒パルスレーザー光の前記短波長側境界値よりも短い波長成分を除去する短波長除去フィルタと、
を備えることを特徴とする観察装置。
【請求項３】
請求項１に記載の観察装置において、
前記感応因子は、照射された前記照射光の前記感応因子の前記吸収波長帯域に属する波長成分を、所定の下限基準レベル以上の吸収度で吸収することを特徴とする観察装置。
【請求項４】
請求項３に記載の観察装置において、
前記感応因子は、照射された前記照射光の前記感応因子の前記吸収波長帯域に属する波長成分を、所定の下限基準レベル以上、かつ所定の上限基準レベル以下の吸収度で吸収することを特徴とする観察装置。
【請求項５】
請求項１に記載の観察装置において、
前記出力部が出力する前記照射光は、可視から近赤外の波長領域に属することを特徴とする観察装置。
【請求項６】
請求項５に記載の観察装置において、
前記観察対象物は、生体組織であることを特徴とする観察装置。
【請求項７】
請求項１に記載の観察装置において、
前記感応因子は、色素であることを特徴とする観察装置。
【請求項８】
請求項７に記載の観察装置において、
前記感応因子は、有機色素であることを特徴とする観察装置。
【請求項９】
請求項１に記載の観察装置において、
前記観察装置は、
前記出力部から出力された前記照射光を前記観察対象物に向かう入射光と参照物体に向かう前記参照光とに分割するとともに、前記入射光のうちの観察対象物を経由した前記信号光と前記参照物体を経由した前記参照光とを重畳させて干渉光を生成する分割結合光学系をさらに備え、
前記検出部は、前記分割結合光学系から与えられた前記干渉光を検出することを特徴とする観察装置。
【請求項１０】
人を除く観察対象物を観察する観察方法であって、
前記観察対象物内に、コヒーレントな光に感応して双極子モーメントを誘起する感応因子を導入する感応因子導入段階と、
前記観察対象物に含まれる前記感応因子の双極子モーメントを誘起させるコヒーレントな照射光を出力部に出力させ、前記出力部が出力した前記照射光のうちの前記観察対象物を経て到来する信号光、及び前記観察対象物を経ずに到来する参照光を検出部により検出し、前記検出部の検出結果に基づいて、前記観察対象物の構造を解析する観察段階と、
を備え、
前記出力部が出力する前記照射光の波長範囲の少なくも一部と、前記感応因子が光を吸収する吸収波長帯域の少なくとも一部とが重複し、
前記出力部が出力する前記照射光は、レーザーユニットに前記照射光の前記波長範囲を含む波長範囲を有するフェムト秒パルスレーザー光を生成させ、光フィルタユニットにより、そのフェムト秒パルスレーザー光のうちの所定の短波長側境界値よりも短い波長成分、及び所定の長波長側境界値よりも長い波長成分を除去することにより得られた光であることを特徴とする観察方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１３−８３４４９（Ｐ２０１３−８３４４９Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２１４３６（Ｐ２０１１−２２１４３６）
【出願日】平成２３年１０月５日（２０１１．１０．５）
【出願人】（５１００９５８６８）株式会社ＣＡＤＥＮＺ (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月５日（２０１１．１０．５）
【出願人】（５１００９５８６８）株式会社ＣＡＤＥＮＺ (2)
【Ｆターム（参考）】
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