特許 6011970 光干渉断層装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6011970

(24)【登録日】2016年9月30日

(45)【発行日】2016年10月25日

(54)【発明の名称】光干渉断層装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/17 20060101AFI20161011BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/17 620

【請求項の数】10

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2013-3611(P2013-3611)

(22)【出願日】2013年1月11日

(65)【公開番号】特開2014-134500(P2014-134500A)

(43)【公開日】2014年7月24日

【審査請求日】2015年1月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504176911

【氏名又は名称】国立大学法人大阪大学

(74)【代理人】

【識別番号】110001243

【氏名又は名称】特許業務法人 谷・阿部特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岡部 勇一

(72)【発明者】

【氏名】上野 雅浩

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 雄三

(72)【発明者】

【氏名】坂本 尊

(72)【発明者】

【氏名】豊田 誠治

(72)【発明者】

【氏名】小林 潤也

(72)【発明者】

【氏名】近江 雅人

【審査官】 深田 高義

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−０６０９３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１３９４２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０２７９８２１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−２０９５６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０７５９４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３４４７８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１５０４０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２１２４３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２１３４９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２１／１７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被検体に低干渉光を照射して得られる反射光を用いて該被検体の光断層画像を生成する光干渉断層装置であって、
低干渉光を出力する光源と、
前記低干渉光を２つの方向に分割して参照光と測定光として出力するビームスプリッタと、
前記被検体に対して前記測定光を平面走査して照射し、該被検体から反射された反射光を再びビームスプリッタへ入力する平面走査手段と、
前記ビームスプリッタから出力された参照光を反射して再びビームスプリッタへ入力する参照光ミラーと、
前記参照光と前記反射光とが前記ビームスプリッタで結合した光を検出する光検出手段と、
前記光検出手段で検出された光の干渉を解析して前記被検体の光断層画像を生成する信号処理装置とを備え、
前記平面走査手段は、電気光学結晶を用いた光ビーム偏向手段を有し、光の入射方向に垂直な面のデータを層ごとに取得し、
前記光ビーム偏向手段は、前記電気光学結晶に電圧が印加された場合に、入射する光ビームを、前記電圧により形成される電界により偏向するとともに、前記電気光学結晶内に屈折率分布を誘起し、
前記屈折率分布は、偏向方向に対して屈折率が凸状に傾斜する凸レンズの機能を有し、前記凸レンズの焦点は、走査軸方向のスキャンが行えるように走査軸と水平に移動可能であることを特徴とする光干渉断層装置。

【請求項2】

前記平面走査手段は、前記光ビーム偏向手段の前記電気光学結晶の前段あるいは後段、または、前記前段および前記後段の両方に、凹レンズを有することを特徴とする請求項１に記載の光干渉断層装置。

【請求項3】

前記電気光学結晶は、前記電圧が印加される前に、ＤＣ電圧が印加されることを特徴とする請求項１または２に記載の光干渉断層装置。

【請求項4】

前記電気光学結晶は、直方体状に形成されており、前記直方体状の対向する前記電気光学結晶面上には、前記前記電気光学結晶に電圧を印加するための電極をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光干渉断層装置。

【請求項5】

前記電気光学結晶は、タンタル酸ニオブ酸カリウム（ＫＴａ_1-xＮｂ_xＯ₃（０＜ｘ＜１）：ＫＴＮ）結晶、またはリチウムをドープした（Ｋ_1-yＬｉ_yＴａ_1-xＮｂ_xＯ₃（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜０．１）：ＫＬＴＮ）結晶であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光干渉断層装置。

【請求項6】

前記平面走査手段は、一定の速度で測定光を走査することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光干渉断層装置。

【請求項7】

前記平面走査手段は、２つ以上の電気光学結晶を用いた光ビーム偏向手段により前記測定光を平面走査することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光干渉断層装置。

【請求項8】

前記平面走査手段は、ガルバノミラーをさらに有し、該ガルバノミラーと前記電気光学結晶を用いた光ビーム偏向手段とにより前記測定光を平面走査することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光干渉断層装置。

【請求項9】

前記ガルバノミラーは、三角波により駆動されることを特徴とする請求項８に記載の光干渉断層装置。

【請求項10】

前記ガルバノミラーは、ノコギリ波状であって、ミラーの動作折り返し点における印加電圧波形の変化が緩やかになっている駆動波形により駆動されることを特徴とする請求項８に記載の光干渉断層装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光干渉断層装置に関し、詳細には、被検体に低干渉光を照射して得られる反射光を用いて被検体の光断層画像を生成する光干渉断層装置に関する。

【背景技術】

【0002】

モレキュラーイメージングの分野では、光情報を利用してターゲット分子を高感度に検出する方法が主力となっている。そのなかで、低干渉光を利用して深さ方向の情報を高分解能で取得することができるＯＣＴ装置（Optical Coherent Tomography：光干渉断層撮影）が注目されている。

【0003】

また、眼科領域では、網膜の表面情報（表面画像）だけでなく、その深さ方向の情報まで取得することで、より正確な診断を行いたいというニーズがあり、ＯＣＴ装置が眼底撮影装置として実用化されている。

【0004】

ＯＣＴ装置で３次元情報を収集するためには、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）と呼ばれる光源から出力される光ビームを水平・垂直方向に走査する必要がある。例えば、特許文献１に記載された光干渉断層装置を図１３に示す。この光干渉断層装置では、ＳＬＤ光源１からコリメータ２を介して出力された光ビームをビームスプリッタ３で参照光と測定光に分離し、分離された測定光に対して２軸ガルバノミラー１７、１８を利用して機械的に光ビームを水平・垂直方向に走査している。走査された測定光は、対物レンズ９を介して入力された測定対象物Ｔの各層で反射して、駆動信号Ｓとして再びビームスプリッタ３まで戻る。ビームスプリッタ３において、駆動信号Ｓとして戻ってきた測定光が可動ミラー１０で反射されて戻ってきた参照光と再び合流し、ＰＤ１１に入る。信号処理装置１２は、合流の際に、測定光と参照光とにより生じる干渉現象に基づいて測定光の強度と時間ずれを検知し、空間的位置関係（３次元情報）を導いている。

【0005】

低コヒーレンス干渉を利用して断層画像と取得するＯＣＴ装置には、ＴＤ−ＯＣＴ(Time domain optical coherence tomography)、と、ＳＤ−ＯＣＴ(Spectral domain optical coherence tomography)がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】米国特許第５９７５６９７号明細書

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】J. Miyazu, Y. Sasaki, K. Naganuma, T. Imai, S. Toyoda, T. Yanagawa, M. Sasaura, S. Yagi and K. Fujiura, “400 kHz Beam Scanning Using KTa1-xNbxO3 Crystals” Proc. of 2010 Conf. on Lasers and Electro-Optics, CTuG5, 2010

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ガルバノミラー１７、１８の応答性能は一般的に１００Ｈｚ程度、最高でも１ｋＨｚが限界であるため、光ビームを水平・垂直方向に高速に走査することができない。よって従来のＯＣＴ装置では、高速で２次元、及び、３次元データを収集することができないという問題があった。例えば、比較的高速に画像情報を取得できるＯＣＴ装置であるＳＤ−ＯＣＴ装置を例にとると、一般的なものであっても、２次元画像情報取得速度は０．０１秒程度、３次元画像情報取得時間に至っては２秒程度必要になる。これらはガルバノミラーが高速に動かないことに起因している。

【0009】

高速のビームスキャンを実現する観点から、音響光学偏向素子（圧電結晶に数十ＭＨｚから数ＧＨｚの高周波電圧をかけて形成した回折格子に光ビームを当て、回折を利用して光ビームを偏向させる素子）を用いることが考えられるが、偏向角が大きくない。このため、仮にＯＣＴ装置に導入した場合、高速なスキャンが可能になるが、スキャン範囲を大きくとることができないという問題があった。

【0010】

本発明は、高速スキャンと大きいスキャン範囲とを両立することができ、光ビームを水平・垂直方向に高速にスキャンし、２次元データ、さらには、３次元データの高速での収集を可能とする光干渉断層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】

【0011】

上記の課題を解決するために、本発明は、被検体に低干渉光を照射して得られる反射光を用いて該被検体の光断層画像を生成する光干渉断層装置であって、低干渉光を出力する光源と、前記低干渉光を２つの方向に分割して参照光と測定光として出力するビームスプリッタと、前記被検体に対して前記測定光を平面走査して照射し、該被検体から反射された反射光を再びビームスプリッタへ入力する平面走査手段と、前記ビームスプリッタから出力された参照光を反射して再びビームスプリッタへ入力する参照光ミラーと、前記参照光と前記反射光とが前記ビームスプリッタで結合した光を検出する光検出手段と、前記光検出手段で検出された光の干渉を解析して前記被検体の光断層画像を生成する信号処理装置とを備え、前記平面走査手段は、電気光学結晶を用いた光ビーム偏向手段を有し、光の入射方向に垂直な面のデータを層ごとに取得し、前記光ビーム偏向手段は、前記電気光学結晶に電圧が印加された場合に、入射する光ビームを、前記電圧により形成される電界により偏向するとともに、前記電気光学結晶内に屈折率分布を誘起し、前記屈折率分布は、偏向方向に対して屈折率が凸状に傾斜する凸レンズの機能を有し、前記凸レンズの焦点は、走査軸方向のスキャンが行えるように走査軸と水平に移動可能である。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、光ビームを水平・垂直方向に高速に走査することができ、２次元データ、または３次元データを高速に収集することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第１の実施形態にかかる光干渉断層装置の構成例を示す図である。

【図2】第１の実施形態のビームスキャン部の構成例を示す図である。

【図3】第１の実施形態にかかるスキャン動作の処理流れを示すフロー図である。

【図4】第１の実施形態にかかるスキャン動作を説明する図である。

【図5】第１の実施形態にかかるスキャン動作の印加電圧波形を示す図である。

【図6】第２の実施形態にかかる光干渉断層装置の構成例を示す図である。

【図7】第２の実施形態のビームスキャン部の構成例を示す図である。

【図8】第３の実施形態にかかる光干渉断層装置の構成例を示す図である。

【図9】第３の実施形態のビームスキャン部の構成例を示す図である。

【図10】第３の実施形態にかかるスキャン動作の処理流れを示すフロー図である。

【図11】第３の実施形態にかかるスキャン動作を説明する図である。

【図12】第３の実施形態にかかるスキャン動作の印加電圧波形を示す図である。

【図13】従来例にかかる光干渉断層装置の構成例を示す図である。

【図14】ＫＴＮの凸レンズ効果を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下に添付図面を参照して、この発明に係る光干渉断層装置（ＯＣＴ装置）の実施形態について、詳細に説明する。

【0015】

（第１の実施形態）
第１の実施形態の光干渉断層装置は、ＴＤ−ＯＣＴの低干渉光の光ビームを平面走査する手段（ビームスキャン部）として、ＫＴＮおよび１枚の凹レンズと、ガルバノミラー系とを有している構成である。

【0016】

＜ＴＤ−ＯＣＴと３次元画像について＞
まず、本実施形態に係る光干渉断層装置の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る光干渉断層装置の構成を示し、図２は、図１の破線で囲まれた部分であるビームスキャン部の構成例を示している。図１に示すように、この光干渉断層装置は、光源１と、コリメータ２と、ビームスプリッタ３と、ＫＴＮ素子（Ｘ）４と、Ｘ偏向用電極対５と、Ｘ偏向用ＫＴＮ用電源６と、凹レンズ７と、試料用可動ミラー８と、対物レンズ９と、参照光用可動ミラー１０と、ＰＤなどの光検出器１１と、信号処理部装置１２とを備えて構成されている。ビームスキャン部は、ビームスプリッタ３と対物レンズ９との間の測定ビームの光路上に配置された、測定ビームを平面スキャン（平面走査）するための構成である。すなわち、本実施形態では、図２に示すように、ビームスキャン部には、ＴＤ−ＯＣＴの低干渉光の光ビームを平面走査する手段として、ＫＴＮ素子４および電極対５と、１枚の凹レンズ７と、ガルバノミラー系８とを有している。

【0017】

試料用可動ミラー８の一般的な動作機構はガルバノミラー方式であり、その動作速度は最速で１ｋＨｚである。参照光用可動ミラー１０の一般的な動作機構はステッピングモーターであり、その動作速度は数１０Ｈｚ程度である。

【0018】

光源１としてはＳＬＤ（Super Luminescent Diode）と呼ばれる光源を用いることができる。ＳＬＤは、直線偏光であり、その偏光方向がＫＴＮに印加する電界と同じ向きになるように設置されている。光源１は低干渉性の光ビームを発生し、発生された光ビームはコリメータによりビーム径０．５ｍｍの平行光になる。その後、ビームスプリッタ２によって測定用の光ビームと参照用の光ビームに分割される。

【0019】

測定用の光ビームはＫＴＮ素子４、凹レンズ７を通り、試料用可動ミラー８により試料に向けられた後、対物レンズ９によって集光され、試料Ｔに到達する。到達した光は、試料Ｔ内部の各反射面により反射光Ｓとして反射され、反射光Ｓは、対物レンズ９と、試料用可動ミラー８と、凹レンズ７と、ＫＴＮ素子４と、ビームスプリッタ３とを経て測定光の光ビームとして光検出器(ＰＤ)１１に入射する。

【0020】

一方、参照用の光ビームは、参照光用可動ミラー１０で反射され、ビームスプリッタ３を経て参照光の光ビームとして光検出器１１に入射する。光検出器１１は干渉光の光強度を検出し、検出した光強度を信号処理装置１２に出力する。なお、参照用可動ミラー１０の前に測定用ビームが通過する対物レンズ９と同様のものを挿入することで、測定用の光ビームとの光の分散を補償することが可能である。

【0021】

ここで、参照光用可動ミラー１０を微小移動させ、参照光の光路長を僅かに変化させることによって、参照光と測定光との光路長が一致した深度での試料Ｔの情報を干渉光の光強度として得ることができる。すなわち、参照光用可動ミラー１０を微小移動させることにより、試料Ｔ内の深さ方向（Ｚ方向）の情報得ることができる。参照光用可動ミラー１０を微小移動による深さ方向スキャンに加えてさらに、試料用可動ミラー８により試料Ｔに入射するビームを入射に対して垂直方向（Ｘ方向、Ｙ方向）にスキャン（平面スキャン）することができれば、試料ＴのＸ方向、Ｙ方向、及び、Ｚ方向に情報を得ることができ、試料Ｔの３次元断層画像を構築できる。

【0022】

＜ＫＴＮ特性について＞
次にＫＴＮに関して説明する。タンタル酸ニオブ酸カリウム（ＫＴａ_1-xＮｂ_xＯ₃（０＜ｘ＜１）：ＫＴＮ）結晶や、さらにリチウムをドープした（Ｋ_1-yＬｉ_yＴａ_1-xＮｂ_xＯ₃（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜０．１）：ＫＬＴＮ）結晶は、電気光学偏向器として機能すると共に凸レンズ機能（効果）を併せ持ち得る（非特許文献１参照）。例えば、ＫＴＮチップの上下面を一様なチタン電極にすると、ＤＣ電圧を印加することにより結晶中に電子が注入される。ＫＴＮ結晶中には電子トラップが存在するため、ＤＣ電圧印加後も結晶中のトラップに捕獲された電子が存在する。ここではトラップに捕獲された電子は空間的に一様であると仮定し、その電荷密度をρとする。この状態でＫＴＮチップに対して変調電圧を印加すると、ガウスの法則により、電極からの距離をｘとした場合の電界分布Ｅ（ｘ）は以下の式（１）で表される。式（１）においてρは電荷密度、εは比誘電率、ｄはＫＴＮ結晶の厚み、Ｖは電極に印加する電圧をそれぞれ示す。

【0023】

【数1】

【0024】

また、電気光学偏向器の屈折率分布Δｎ（ｘ)は、式（２）で表すことができる。式（２）においてｇｉｊは電気光学係数、ｎ０はＤＣ電圧を印加する前の電気光学偏向器の屈折率である。

【0025】

【数2】

【0026】

図１４は、ＫＴＮ結晶内における屈折率分布を説明する図である。式（１）および式（２）からわかるように、ＫＴＮ結晶４の両側に設けられた電極５に電圧を印加することにより、ＫＴＮ結晶４内に発生する電界分布Ｅ（ｘ）は、ｘの関数で線形であるが、屈折率変化Δｎはｘの二次関数となっている。従って、屈折率分布は、図１４の破線ではなく実線の二次関数状のプロファイルを持つ。

【0027】

屈折率分布プロファイルが破線の線形プロファイルであれば、ビームは発散したり、収束したりはしない。しかし、屈折率分布プロファイルが実線のようにプラス側に山の状態で傾斜すると、レンズでいう凸状態の屈折率の傾斜となる。これによりＫＴＮ結晶内のビームは、この屈折率のレンズ効果で収束するようになる。このように、チップ断面において屈折率分布が空間的に凸となり、ＫＴＮ結晶自体が凸レンズの機能を持つ。

【0028】

ＫＴＮによる光の偏向効果は、ＫＴＮ結晶４の両端面に設置された電極対５に電圧を印加することにより生じる。ＫＴＮ結晶４を挟み込む形で直交する位置に設けたＸ偏向用電極５に電圧を印加すると、ＫＴＮ結晶４内の屈折率状況が変化することにより、ＫＴＮ結晶４に印加する電圧を変化させることにより、ＫＴＮ結晶４に発現した凸レンズの焦点がｘ軸と水平に移動するため、光が偏向する。したがって、Ｘ偏向用電極に印加する電圧を変化させることによって、光をＸ方向にスキャンすることができる。

【0029】

この応答速度としては５００ＭＨｚまでは可能との報告があり、一般的な機械式の可動装置よりも高速にスキャンすることができる。

【0030】

ＫＴＮによる光を偏向できる角度、すなわち、スキャン角は電気光学結晶の中でも非常に大きい。４×４×１．５ｍｍのＫＴＮ素子に、１．５ｍｍの間隙に波長１３００ｎｍ帯の近赤外光を入射させ、４ｍｍ角の両面に形成された電極に、初期電圧としてＤＣ±５００Ｖを印加した後、ＡＣ電圧±４００Ｖを印加した場合、±５度程度光ビームが偏向した。

【0031】

＜凹レンズの挿入＞
ここで初期電圧ＤＣ±５００Ｖをすることにより、ＫＴＮには、前述したような凸レンズ効果が発現した。この時の凸レンズ効果は、レンズの焦点距離にしてｆ＝１５ｍｍ程度であった。ＫＴＮのレンズ効果については、結晶ごとの個体差や印加電圧差に対する依存性はあるが、概ねｆ４〜２０程度が発現する。また初期電圧条件に対する凸レンズ効果は、同じ結晶であれば、毎回異なることは無く、再現する。

【0032】

ＫＴＮ素子の光出射面から試料までの距離、すなわち作動距離は、装置設計にもよるが、試料固定部品などの大きさを考慮すると少なくとも５０ｍｍ程度は必要と考えられる。発現する凸レンズ効果による焦点距離に比べて２倍以上長い距離となるため、ＫＴＮを出射した光が試料に到達する時のビーム径は、出射した時に比べて広がっている。このように試料に照射された時のビーム径が十分に集光されていない場合、試料からの反射光強度が十分に得られず、また、反射点が広範囲にわたるため画像がぼける原因になる。

【0033】

そこで、ＫＴＮ素子の前、もしくは後、もしくは前後に、前述のレンズ効果を補償できるような凹レンズを挿入し、さらに試料表面にて集光するための対物レンズを試料の近傍に挿入する。なお、本実施形態においては、凹レンズ７は、ＫＴＮ素子４の後ろ（試料用可動ミラー側）に挿入している構成を示している。本構成により、ＫＴＮ素子に凸レンズ効果が発現したとしても、挿入した凹レンズにより平行光とし、試料近くの対物レンズの調整により光を試料上で十分に集光する。このため、ＫＴＮ素子から試料までの作動距離を十分に確保することができる。

【0034】

ＫＴＮ素子の後ろ（試料用可動ミラー側）に凹レンズを挿入した場合、平行光にするだけでなく、偏向角を広げる効果もある。４×４×１．５ｍｍのＫＴＮ素子に、１．５ｍｍの間隙に波長１３００ｎｍ帯の近赤外光を入射させ、４ｍｍ角の両面に形成された電極に、初期電圧としてＤＣ±５００Ｖを印加した後、ＡＣ電圧±４００Ｖを印加した場合において、ｆ＝−２０ｍｍレンズを挿入した場合の偏向角は±１０度程度に拡大した。このため、凹レンズをＫＴＮ素子の後ろに挿入することにより、光の偏向角を増加させることができる。

【0035】

挿入される凹レンズは、平行光がＫＴＮ素子に入力されたときに凹レンズからコリメート光が出力されるように配置する。なお、この時挿入する凹レンズは、平凹レンズである場合、調整が容易となる。すなわち、平凹レンズは片面が平面部となっており、挿入する場合、平凹レンズの平面部とＫＴＮ素子端面が向き合うように配置するためにそれぞれの位置を簡便に定めることが可能となる。

【0036】

＜ＫＴＮによる光偏向特性について＞
ＫＴＮによる光の偏向効果は、ＫＴＮに入射する光ビームのうち、内部電界方向の偏光成分、すなわちＴＥモードのみに影響を与える。このためＫＴＮより、測定用の光の進行方向を効率よく偏向させるためには、ＫＴＮに入射する光ビームは直線偏光であり、且つ、その偏光方向はＫＴＮに加える電界方向と同方向が望ましい。このため、光源の偏光成分はＴＥモードのみであること、または、光源から出射直後に偏光子を透過させることが望ましい。なお、本実施形態では、光源はＫＴＮに印加する電界方向を同じ方向の直線偏光の光を出射する。

【0037】

＜ＫＴＮ−ＴＤ−ＯＣＴの測定について＞
本実施形態では、ＫＴＮ４に振幅±４００Ｖ、２００ｋＨｚで周期的に変動する電圧を印加し、試料用可動ミラー８を１ｋＨｚ駆動させて、光を偏向させて試料Ｔをスキャンする。これにより、平面方向の２次元スキャンができる。さらに、前述したように参照光用ミラー１０を１０Ｈｚ程度で駆動することにより深さ方向の情報を得ることができ、信号処理装置１２は、光検出器１１が検出した光強度、Ｘ偏向用電極５の電圧、試料用可動ミラー８の駆動電圧、参照光用可動ミラー１０の位度に基づいて試料Ｔの情報を整理し、画像を再構成し表示する。これにより３次元画像を撮像することができる。

【0038】

＜ＫＴＮの印加電圧波形＞
前述したように本実施形態では、光を制御する構成部分の動作速度は、ＫＴＮ素子が２００ｋＨｚ、試料用可動ミラーが１ｋＨｚ、参照光用可動ミラーが１０Ｈｚである。このため３次元画像を取得する場合、試料表面に沿ってスキャンした後、参照光用可動ミラーを動かし、再度表面をスキャンして次の層の情報をとるような方法での測定方法、信号処理が望ましい。これは、参照光用可動ミラーを徐々に動かし、試料のある一点での深さ方向を取得した後に平面方向に動かす場合、参照光用可動ミラーの動作速度がデータ取得速度を律速してしまうためである。

【0039】

図３は本実施形態のスキャン動作の処理流れを示すフロー図であり、図４はスキャン動作を説明するための図である。本実施形態では、汗腺４２を有する表皮４１の表面に指紋４０が形成された試料Ｔ（図１参照）をスキャンする。スキャンは、指紋４０の面と平行(Ｘ方向およびＹ方向)に平面スキャンした後、表皮４１の深さ方向（Ｚ方向）に移動して次の層について平面スキャンを行う。図３に示すように、１層目についてＫＴＮ素子４と試料用可動ミラー８による平面スキャンを開始し（Ｓ１）、終了した（Ｓ２）後、参照光用可動ミラー１０を１ステップ移動する（Ｓ３）ことによって次の層へと移動する。Ｓ１からＳ３と同様の動作を繰り返し、３次元スキャンすることができる。なお、参照光用可動ミラーの動作速度が他の動作速度に比べて著しく遅いため、同時に動かしたとしても上記同様の測定は可能である。

【0040】

本実施形態の場合、ＫＴＮによるスキャン方向の測定点数を２００点としたとき、２００点（Ｘ）×４００点（Ｙ）×１００点（Ｚ）の３次元画像データを０．１秒で取得することができる。このように、ＫＴＮ素子、及び、試料用可動ミラーを駆動させて光を偏向させ、試料をスキャンすることによって、高速に３次元データを収集することができる。

【0041】

ＫＴＮは印加電圧波形の形状に応じた応答を示す。したがって、例えばＡＣ電圧を印加した場合は、光は正弦波の速度で偏向する。

【0042】

一般的なＯＣＴ装置にて２次元画像、もしくは３次元画像を取得するため光ビームをスキャンする場合、測定サンプリングに用いるＡＤ変換の間隔は一定であることから、試料のスキャン速度も一定速度でスキャンすることが望ましい。このため、ＫＴＮへの印加電圧波形は、ノコギリ波、三角波などが望ましい（図５（ａ）参照）。

【0043】

また上記と同様に、ガルバノミラーの印加電圧波形も、一定速度でスキャン可能な、ノコギリ波や、三角波などが望ましい波形として使用できる。ただし、ノコギリ波のようにミラーの動作折り返し点において印加電圧波形が急激に変化するような場合、三角波のようにミラーの動作折り返し点において印加電圧波形が緩やかに変化するような場合に比べ動作応答が不安定になる。これは、印加電圧に高周波成分が重畳することが原因である。このため、ノコギリ波より三角波のほうがさらに望ましい(図５（ｂ）)。若しくは、ノコギリ波状であって、ミラーの動作折り返し点における印加電圧波形の変化を緩やかにした形状を用いることが望ましい（図５（ｃ））。ミラーの動作折り返し点における印加電圧波形の変化を緩やかにすることにより、印加電圧の高周波成分の重畳を抑制することができるからである。

【0044】

しかしながら、仮に一定でなかった場合、試料の計測部分ごとに計測点数の差ができてしまう。この場合は、サンプリング間隔をＫＴＮのスキャン速度に応じて変化させる必要がある。

【0045】

また、本実施例に係る光干渉断層装置を眼底撮像装置に用いることによって、患者の瞬きなどのモーションアーティファクトに起因する画像のボケや、姿勢保持のための患者の負担を減らすことができる。

【0046】

（第２の実施形態）
第２の実施形態の光干渉断層装置は、ＴＤ−ＯＣＴの低干渉光の光ビームを平面走査する手段（ビームスキャン部）として、ＫＴＮおよび１枚の凹レンズと、ガルバノミラー系とを有し、光源の後段に偏向フィルタを有している構成である。

【0047】

まず、本実施形態に係る光干渉断層装置の構成について説明する。図６は、本実施形態に係る光干渉断層装置の構成を示し、図７は、図６の破線で囲まれた部分であるビームスキャン部の構成例を示している。図６に示すように、この光干渉断層装置は、光出射部にコリメータ２を含んだ光源１と、偏光フィルタ１３と、ビームスプリッタ３と、ＫＴＮ素子（Ｘ）４と、Ｘ偏向用電極対５と、Ｘ偏向用ＫＴＮ用電源６と、凹レンズ７と、試料用可動ミラー８と、対物レンズ９と、参照光用可動ミラー１０と、ＰＤなどの光検出器１１と、信号処理部装置１２とを備えて構成される。また、本実施形態では、図７に示すように、ビームスキャン部には、ＴＤ−ＯＣＴの低干渉光の光ビームを平面走査する手段として、ＫＴＮ素子４および電極対５と、１枚の凹レンズ７と、ガルバノミラー系８とを有している。

【0048】

光源１は、ＫＴＮ素子に印加する電界方向を同じ方向、すなわちＴＥモードだけでなく、ＴＭモードも含んでいる。

【0049】

偏光フィルタ１３はＫＴＮ素子に印加する電界方向を同じ方向の直線偏光の光を出射する。

【0050】

参照光用可動ミラー１０の一般的な動作機構はステッピングモーターであり、その動作速度は数１０Ｈｚ程度である。

【0051】

動作方法、ＫＴＮの特性などについては第１の実施形態と同様なので割愛する。

【0052】

偏光フィルタ１３にてＫＴＮの偏向方向に無関係なＴＭモードも含まれていた場合、ＴＭモードによる干渉成分が所望の信号に対してノイズとして計測されることになり、その結果、ＳＮ比を劣化させてしまうことになる。偏光フィルタ１３により、ＫＴＮによって偏向されない成分をフィルタし、測定のＳＮ比を向上させる。

【0053】

また、本実施形態に係る光干渉断層装置を眼底撮像装置に用いることによって、患者の瞬きなどに起因する画像のボケや、姿勢保持のための患者の負担を減らすことができる。また、本実施形態に係る光干渉断層装置の光ビーム偏向部分を血管内視鏡に用いることによって、血管壁を観察するための微小ミラーを機械的に回転させる機構が不要となり、空間分解能を低下させずに血管内を３次元撮影することができる。

【0054】

光を制御する構成部分の動作速度などについては実施例1と同じなので割愛する。

【0055】

（第３の実施形態）
第３の実施形態の光干渉断層装置は、ＴＤ−ＯＣＴの低干渉光の光ビームを平面走査する手段（ビームスキャン部）として、２個のＫＴＮと、λ／２板と、２枚の平凹レンズ系とを有している構成である。

【0056】

まず、本実施形態に係る光干渉断層装置の構成について説明する。図８は、本実施形態に係る光干渉断層装置の構成を示し、図９は、図８の破線で囲まれた部分であるビームスキャン部の構成例を示している。図８に示すように、この光干渉断層装置は、光出射部にコリメータ２を含んだ光源１と、ビームスプリッタ３と、ＫＴＮ素子（Ｘ）４ａと、Ｘ方向偏向用電極５ａと、Ｘ偏向用ＫＴＮ用電源６ａと、凹レンズ７ａと、偏光子１４と、ＫＴＮ素子（Ｙ）４ｂと、Ｙ方向偏向用電極５ｂと、Ｘ偏向用ＫＴＮ用電源６ｂと、凹レンズ７ｂと、対物レンズ９と、参照光用可動ミラー１０と、ＰＤなどの光検出器１１と、信号処理部装置１２とを有する。また、本実施形態では、図９に示すように、ビームスキャン部には、ＴＤ−ＯＣＴの低干渉光の光ビームを平面走査する手段として、２組のＫＴＮ素子４ａ、４ｂおよび電極対５ａ、５ｂと、λ／２板１４と、２枚の凹レンズ７ａ、７ｂとを有している。

【0057】

光源１はＫＴＮ素子（Ｘ）４ａに印加する電界方向と同じ方向の直線偏光の光を出射する。

【0058】

参照光用可動ミラー１０の一般的な動作機構はステッピングモーターであり、その動作速度は数１０Ｈｚ程度である。

【0059】

動作方法、ＫＴＮの特性などについては第１の実施形態と同様である。

【0060】

前述したＫＴＮ素子４ａ、４ｂに発現する凸レンズ効果は、Ｘ軸、及び、Ｙ軸の凸レンズ効果を補償できるような凹レンズを、それぞれのＫＴＮ素子４ａ、４ｂの直後、若しくは、直前、若しくは、両側に挿入することにより補償する。なお、本実施形態では、それぞれのＫＴＮ素子４ａ、４ｂの直後に挿入している。

【0061】

挿入される凹レンズ７ａ、７ｂは、補償するべきＫＴＮの凸レンズパワー、ＫＴＮ素子から凹レンズまでの距離に基に選定される。挿入されるレンズの種類としては、球面平凹レンズや、球面両凹レンズや、シリンドリカルレンズ、ＧＲＩＮレンズなどが望ましい。本実施形態では、２つのシリンドリカルレンズにより、２つそれぞれのＫＴＮの凸レンズパワーを補償している。

【0062】

本実施形態では、２つのＫＴＮを用いて２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）に対してスキャンする。それぞれのＫＴＮの電極対は、もう一方のＫＴＮの電極対と直交する側面に設置されており、２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）に対してスキャンする場合は、２対の電極に印加する電圧を制御することで所望の部分にビームを導く。

【0063】

前述したように、ＫＴＮによる光の偏向はＫＴＮの電圧方向と同方向、すなわちＴＭモードのみである。このため、２つのＫＴＮ４ａ、４ｂを用いてビームをスキャンする場合は、２つのＫＴＮ４ａ、４ｂの間に、λ／２板のような偏光子１４を挿入し、光を偏向させる方向に偏向成分を回転させる必要がある。仮に、２つのＫＴＮ４ａ、４ｂ間にλ／２板のような偏光子１４が挿入されていない場合は、片一方のＫＴＮ４ａ、４ｂによる光の偏向は得られないため、２軸のスキャンはできない。

【0064】

＜ＫＴＮの印加電圧波形＞
前述したように本実施例では、光を制御する構成部分の動作速度は、ＫＴＮ素子（Ｘ）が２００ｋＨｚ、ＫＴＮ素子（Ｙ）が１ｋＨｚ、参照光用可動ミラーが１０Ｈｚである。このため３次元画像を取得する場合、試料表面に沿ってスキャンした後、参照光用可動ミラーを動かし、再度表面をスキャンして次の層の情報をとるような方法での測定方法、信号処理が望ましい。これは、参照光用可動ミラーを徐々に動かし、試料のある一点での深さ方向を取得した後に平面方向に動かす場合、参照光用可動ミラーの動作速度がデータ取得速度を律速してしまうためである。

【0065】

図１０は本実施形態のスキャン動作の処理流れを示すフロー図であり、図１１はスキャン動作を説明するための図である。本実施形態では、汗腺４２を有する表皮４１の表面に指紋４０が形成された試料Ｔ（図８参照）をスキャンする。スキャンは、指紋４０の面と平行(Ｘ方向およびＹ方向)に平面スキャンした後、表皮４１の深さ方向（Ｚ方向）に移動して次の層について平面スキャンを行う。図１１に示すように、１層目についてＫＴＮ素子４と試料用可動ミラー８による平面スキャンを開始し（Ｓ１）、終了した（Ｓ２）後、参照光用可動ミラー１０を１ステップ移動する（Ｓ３）ことによって次の層へと移動する。Ｓ１からＳ３と同様の動作を繰り返し、３次元スキャンすることができる。なお、参照光用可動ミラーの動作速度が他の動作速度に比べて著しく遅いため、同時に動かしたとしても上記同様の測定は可能である。

【0066】

本実施例の場合、ＫＴＮによるスキャン方向の測定点数を２００点としたとき。２００点（Ｘ）×４００点（Ｙ）×１００点（Ｚ）の３次元画像データを０．１秒で取得することができる。このように、ＫＴＮ素子、及び、試料用可動ミラーを駆動させて光を偏向させ、試料をスキャンすることによって、高速に３次元データを収集することができる。

【0067】

ＫＴＮは印加電圧波形の形状に応じた応答を示す。したがって、例えばＡＣ電圧を印加した場合は、光は正弦波の速度で偏向する。

【0068】

一般的なＯＣＴ装置にて２次元画像、もしくは３次元画像を取得するため光ビームをスキャンする場合、測定サンプリングに用いるＡＤ変換の間隔は一定であることから、試料のスキャン速度も一定速度でスキャンすることが望ましい。このため、ＫＴＮへの印加電圧波形は、ノコギリ波、三角波などが望ましい（図１２参照）。

【0069】

しかしながら、仮に一定でなかった場合、試料の計測部分ごとに計測点数の差ができてしまう。この場合は、サンプリング間隔をＫＴＮのスキャン速度に応じて変化させる必要がある。

【0070】

また、本実施形態に係る光干渉断層装置を眼底撮像装置に用いることによって、患者の瞬きなどに起因する画像のボケや、姿勢保持のための患者の負担を減らすことができる。また、本実施形態に係る光干渉断層装置の光ビーム偏向部分を血管内視鏡に用いることによって、血管壁を観察するための微小ミラーを機械的に回転させる機構が不要となり、空間分解能を低下させずに血管内を３次元撮影することができる。

【産業上の利用可能性】

【0071】

本発明は、生体の表面近傍の３次元断層画像撮像装置に有用である。

【符号の説明】

【0072】

１ 光源
２ コリメータ
３ ビームスプリッタ
４ ＫＴＮ素子
５ 電極対
６ ＫＴＮ用電源
７ 凹レンズ
８ 試料用可動ミラー
９ 対物レンズ
１０ 参照光用可動ミラー
１１ 光検出器
１２ 信号処理部装置
４０ 指紋
４１ 表皮
４２ 汗腺
Ｔ 試料
Ｓ 反射光

【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】