特許 7563460 光干渉断層撮像装置

(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】

(24)【登録日】2024-09-30

(45)【発行日】2024-10-08

(54)【発明の名称】光干渉断層撮像装置

(51)【国際特許分類】

   A61B 3/10 20060101AFI20241001BHJP

   G01N 21/39 20060101ALI20241001BHJP

   G01N 21/17 20060101ALI20241001BHJP

【ＦＩ】

A61B3/10 100

G01N21/39

G01N21/17 630

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2022545001

(86)(22)【出願日】2020-08-27

(86)【国際出願番号】 JP2020032367

(87)【国際公開番号】W WO2022044204

(87)【国際公開日】2022-03-03

【審査請求日】2023-02-01

(73)【特許権者】

【識別番号】000004237

【氏名又は名称】日本電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109313

【弁理士】

【氏名又は名称】机 昌彦

(74)【代理人】

【識別番号】100149618

【弁理士】

【氏名又は名称】北嶋 啓至

(72)【発明者】

【氏名】中村 滋

【審査官】牧尾 尚能

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２０／１００６２６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００６／０１７１５０３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－０８６２７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１６７２５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０２５９５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００９－５２３５７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／００２６９３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０１９－５３３８３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００５／０２５９２６５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２７６５２３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ３／００－ ３／１８

Ｇ０１Ｎ ２１／１７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

波長掃引レーザ光源と、
前記波長掃引レーザ光源から出射された光をそれぞれ物体光と参照光とに分岐する第１の分岐手段と、
前記第１の分岐手段から出力された前記物体光を測定対象物に照射させ所定の範囲を走査する照射手段と、
前記測定対象物に照射され散乱された物体光と前記参照光との干渉光の強度比の波長依存性に関する情報を生成する光スペクトルデータ生成手段と、
前記光スペクトルデータ生成手段によって生成された前記干渉光の強度比の波長依存性に関する情報に対し、前記物体光の光路と前記参照光の光路の波長分散の相違に基づいて乗算処理による補償を行う波長分散補償処理手段と、
前記補償を行った結果に基づき前記測定対象物の断層構造情報を生成する断層構造情報生成手段と、
前記波長掃引レーザ光源から出射された光を複数に分岐する第２の分岐手段と、
を備え、
前記第１の分岐手段は前記第２の分岐手段において分岐された複数の光のそれぞれを前記物体光と前記参照光とに分岐し、
前記照射手段は、マルチコア光ファイバを用いて前記物体光を前記測定対象物に照射させ前記所定の範囲を走査する、
ことを特徴とする光干渉断層撮像装置。

【請求項2】

前記光スペクトルデータ生成手段は、前記測定対象物に照射され散乱された物体光と前記参照光の強度比に関する情報を生成するバランス型受光器を含む、
請求項１に記載の光干渉断層撮像装置。

【請求項3】

前記光スペクトルデータ生成手段は、前記測定対象物に照射され散乱された物体光と前記参照光とを干渉させるコヒーレント受光器を含む、
請求項１に記載の光干渉断層撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光干渉断層撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

測定対象物の表面近傍の断層撮像を行う技術として、光コヒーレンス・トモグラフィー（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ： ＯＣＴ）技術がある。当該ＯＣＴ技術では、光ビームを測定対象物に照射した際の測定対象物の内部からの散乱光（以下、「後方散乱光」とも称する）と参照光との干渉を利用して、測定対象物の表面近傍の断層撮像を行う。近年、当該ＯＣＴ技術の医療診断や工業製品検査への適用が拡大している。

【0003】

ＯＣＴ技術では、測定対象物に照射され散乱されてくる物体光と参照光との干渉を利用して、測定対象物において物体光が散乱される部分（光散乱点）の光軸方向すなわち深さ方向における位置を特定することにより、測定対象物の内部の深さ方向に空間分解した構造データを得る。ＯＣＴ技術には、Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ（ＴＤ－ＯＣＴ）方式、Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｄｏｍａｉｎ（ＦＤ－ＯＣＴ）方式があるが、高速・高感度という点でＦＤ－ＯＣＴ方式の方が有望である。ＦＤ－ＯＣＴ方式では、物体光と参照光とを干渉させる際に、広い波長帯域の干渉光スペクトルを測定し、これをフーリエ変換することで深さ方向の構造データを得る。干渉光スペクトルを得る方式として、分光器を用いるＳｐｅｃｔｒａｌ Ｄｏｍａｉｎ（ＳＤ－ＯＣＴ）方式と、波長を掃引する光源を用いるＳｗｅｐｔ Ｓｏｕｒｃｅ（ＳＳ－ＯＣＴ）方式がある。

【0004】

さらに、測定対象物を当該測定対象物の深さ方向に垂直な面内方向に物体光ビーム照射位置を走査することにより、当該面内方向に空間分解し、且つ、深さ方向に空間分解した断層構造データ、すなわち、測定対象物の三次元の断層構造データを得ることが可能になる。

【0005】

ＯＣＴ技術は、これまでに、眼科診断における眼底の断層撮像装置として実用化されると共に、生体の様々な部位に対する非侵襲の断層撮像装置として適用検討が進められている。

【0006】

図６に、ＳＳ－ＯＣＴ方式の光干渉断層撮像装置の典型的な構成を示す。波長掃引レーザ光源５０１から、波長掃引された光パルスが生成される。波長掃引レーザ光源５０１から出射された光は、サーキュレータ５０２を経由して光分岐合流器５０３において物体光Ｒ１１１と参照光Ｒ１２１に分岐される。物体光Ｒ１１１はファイバコリメータ５０４、走査ミラーとレンズから成る照射光学系５０５を経て、測定対象物５２０に照射される。そして、測定対象物５２０において散乱された物体光Ｒ１３１は、光分岐合流器５０３へ戻る。他方、参照光Ｒ１２１は参照光ミラー５０６を経て、光分岐合流器５０３へ戻る。したがって、光分岐合流器５０３では、測定対象物５２０から散乱された物体光Ｒ１３１と参照光ミラー５０６から反射された参照光Ｒ１４１とが干渉し、干渉光Ｒ１５１、Ｒ１６１が生成される。すなわち、物体光Ｒ１３１と参照光Ｒ１４１との位相差によって干渉光Ｒ１５１と干渉光Ｒ１６１との強度比が決定される。干渉光Ｒ１５１はサーキュレータ５０２を経て、干渉光Ｒ１６１は直接に、二入力のバランス型受光器５０７へ入力される。

【0007】

波長掃引レーザ光源５０１から出射される光の波長変化に伴う干渉光Ｒ１５１と干渉光Ｒ１６１との強度比の変化を測定することにより、干渉光スペクトルデータが得られる。バランス型受光器５０７の光電変換出力の波長依存性が干渉光スペクトルを表すことになる。この干渉光スペクトルを測定しフーリエ変換することによって、深さ方向（Ｚ方向）の異なる位置における後方散乱光（物体光）の強度を示すデータを得ることができる（以下、測定対象物５２０のある位置の深さ方向（Ｚ方向）の後方散乱光（物体光）の強度を示すデータを得る動作を、「Ａスキャン」と称する）。

【0008】

波長λ、波数ｋ（＝２π／λ）の物体光と参照光の干渉を、考える。参照光が光分岐合流器５０３で分岐されてから参照光ミラー５０６で反射されて光分岐合流器５０３へ戻るまでの光路長がＰ_Ｒであり、物体光が光分岐合流器５０３で分岐されてから測定対象物５２０の光散乱点１ケ所で後方散乱されて光分岐合流器５０３へ戻るまでの光路長がＰ_Ｓ＝Ｐ_Ｒ＋ｚ_０である場合、光分岐合流器５０３で干渉する物体光Ｒ１３１と参照光Ｒ１４１は、位相差ｋｚ_０＋φで干渉する。ここでφはｋやｚ_０に依存しない定数である。光分岐合流器５０３で干渉する物体光Ｒ１３１の振幅をＥ_Ｓ、参照光Ｒ１４１の振幅をＥ_Ｒとすると、

【0009】

【数1】

【0010】

で表される干渉光Ｒ１５１と干渉光Ｒ１６１の強度差がバランス型受光器５０７で光電変換される。光スペクトルデータ生成部５０８は、波長掃引レーザ光源５０１からの出射光の波長変化に関する情報と、バランス型受光器５０７からの干渉光Ｒ１５１と干渉光Ｒ１６１の強度差に関する情報とに基づいて、干渉光スペクトルデータを生成する。波数ｋ_０－Δｋ／２からｋ_０＋Δｋ／２まで測定して得られた干渉光スペクトルデータＩ（ｋ）には、周期２π／ｚ_０の変調が現れることになる。得られた干渉光スペクトルデータは、光スペクトルデータ生成部５０８からＡスキャン波形生成部５０９へ送られる。

【0011】

Ａスキャン波形生成部５０９は、干渉光スペクトルデータに対するフーリエ変換を行う。Ｉ（ｋ）のフーリエ変換の振幅Ｊ（ｚ）は

【0012】

【数2】

【0013】

となり、光散乱点位置ｚ_０を反映してｚ＝ｚ_０（およびｚ＝－ｚ_０）でδ関数状のピークを示すことになる。

【0014】

測定対象物がミラーの場合には光散乱点位置は１ケ所である。しかし、通常、測定対象物に照射された物体光はある程度内部まで減衰しながら伝搬しつつ順次後方散乱され、物体光の光散乱点は表面からある深さまでの範囲に分布することになる。光散乱点が深さ方向にｚ_０－Δｚからｚ_０＋Δｚまで分布している場合には、干渉光スペクトルにおいて周期２π／（ｚ_０－Δｚ）から２π／（ｚ_０＋Δｚ）までの変調が重なって現れる。

【0015】

さらに、照射光学系５０５によって物体光ビームＲ１１１の照射位置が測定対象物５２０上で走査される。照射光学系５０５によって物体光ビームＲ１１１の照射位置を走査線方向（Ｘ方向）に移動させながらＡスキャン動作を繰り返し行って、その測定結果を接続することにより、走査線方向と深さ方向との二次元の後方散乱光（物体光）の強度のマップが断層構造データとして得られる（以下、走査線方向（Ｘ方向）にＡスキャン動作を繰り返し行って、その測定結果を接続する動作を、「Ｂスキャン」と称する）。

【0016】

さらに、照射光学系５０５によって物体光ビームＲ１１１の照射位置を走査線方向だけでなく走査線に垂直な方向（Ｙ方向）にも移動させながらＢスキャン動作を繰り返し行って、その測定結果を接続することにより、三次元の断層構造データが得られる（以下、走査線に垂直な方向（Ｙ方向）にＢスキャン動作を繰り返し行って、その測定結果を接続する動作を、「Ｃスキャン」と称する）。

【0017】

生体が測定対象物である場合には、通常、生体を完全に固定して測定することは困難であるため、測定を高速で行う必要がある。広範囲の測定が必要とされる場合には、１本の物体光ビームを高速で走査するだけで広範囲を高速に測定することは困難になることから、複数の物体光ビームを照射する構成が提案されている（特許文献１）。複数の物体光ビームが測定対象物の異なる複数の領域を同時に走査することによって測定を行うことにより、広範囲の高速測定が可能となる。

【0018】

特許文献２は光学的測定方法に関するものであり、光プローブを備えるＯＣＴ装置が提案されている。特許文献３は内視鏡顕微鏡検査法を使用してデータを生成するシステムに関するものであり、マルチモードファイバを含むＯＣＴ装置が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0019】

【文献】特開２０１０－１６７２５３号公報

【文献】特開２０１４－０２５９５３号公報

【文献】特表２００９－５２３５７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0020】

発明者は、照射光学系の前段に置かれるファイバコリメータにマルチコア光ファイバを接続することで、単一の物体光ビーム照射に用いる照射光学系に変更を加えることなく複数の物体光ビーム照射に用いる照射光学系を実現することが可能であることを、見出した。また発明者は、マルチコア光ファイバ（ＭＣＦ）を用いた物体光の光路とスタンダードシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）を用いた参照光の光路とで波長分散が異なることが深さ方向の空間分解能を劣化させているという課題を、見出した。特許文献１乃至特許文献３には、この課題への着眼や、課題を解決する手段についての記載は見当たらない。

【0021】

本発明の目的は、光干渉断層撮像装置において、物体光の光路の波長分散と参照光の光路の波長分散とが異なる構成となる場合に、空間分解能の劣化を抑制する構成を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0022】

上記目的を達成するため、本発明に係る光干渉断層撮像装置は、
波長掃引レーザ光源と、
上記波長掃引レーザ光源から出射された光をそれぞれ物体光と参照光とに分岐する分岐手段と、
上記分岐手段から出力された上記物体光を測定対象物に照射させ所定の範囲を走査する照射手段と、
上記測定対象物に照射され散乱された物体光と上記参照光との干渉光の強度比の波長依存性に関する情報を生成する光スペクトルデータ生成手段と、
上記光スペクトルデータ生成手段によって生成された上記干渉光の強度比の波長依存性に関する情報に対し、上記物体光の光路と上記参照光の光路の波長分散の相違に基づいて乗算処理による補償を行う波長分散補償処理手段と、
上記波長分散補償処理を行った結果に基づき上記測定対象物の断層構造情報を生成する断層構造情報生成手段と、を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0023】

本発明による光干渉断層撮像装置では、複数の物体光ビームを測定対象物に照射する際にマルチコア光ファイバを用いるなどの、物体光の光路の波長分散と参照光の光路の波長分散とが異なる場合であっても、空間分解能の劣化を抑制する。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の上位概念の実施形態による光干渉断層撮像装置の構成を示す図である。

【図2】本発明に係る光干渉断層撮像装置の実施の形態１の一例の構成を示す図である。

【図3】本発明に係る光干渉断層撮像装置で得られるＡスキャン波形における波長分散補償処理の効果を説明する図である。

【図4】本発明に係る光干渉断層撮像装置の実施の形態２の一例の構成を示す図である。

【図5】本発明に係る光干渉断層撮像装置の実施の形態２に用いられるコヒーレント受光器の構成例を示す図である。

【図6】関連する光干渉断層撮像装置の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。具体的な実施形態について説明する前に、本発明の上位概念の実施形態について説明する。

【0026】

図１は、本発明の上位概念の実施形態による光干渉断層撮像装置を示す構成図である。図１の光干渉断層撮像装置は、波長掃引レーザ光源５１、光分岐器５２、複数のサーキュレータ５４、複数の光分岐合流器５５、複数のシングルモードファイバ（ＳＭＦ）と単一のマルチコア光ファイバ（ＭＣＦ）との光接続部５６を含む。さらに図１の光干渉断層撮像装置は、ＭＣＦ５７、ファイバコリメータ５８、照射光学系５９、参照光経路に用いる複数のＳＭＦ６１、参照光ミラー６２、バランス型受光器６３、光スペクトルデータ生成手段６４を備える。さらに図１の光干渉断層撮像装置は、波長分散補償処理手段６５、制御手段６６を含む。なお図１の光干渉断層撮像装置の照射光学系５９は、単一の物体光ビーム照射に用いる構成を、少なくとも有していればよい。なお図１の光干渉断層撮像装置では、複数のサーキュレータ５４は、光分岐器５２と、複数の光分岐合流器５５との間に配置されているがこれには限られず、複数の光分岐合流器５５と、光接続部５６との間に配置されることもできる。

【0027】

図１の光干渉断層撮像装置のうち、波長掃引レーザ光源５１、光分岐器５２、複数のサーキュレータ５４、複数の光分岐合流器５５、光接続部５６、ＭＣＦ５７、ファイバコリメータ５８、照射光学系５９、参照光経路に用いる複数のＳＭＦ６１、参照光ミラー６２、バランス型受光器６３については、後述の実施の形態で詳細に説明する。

【0028】

図１の光干渉断層撮像装置の光スペクトルデータ生成手段６４は、光分岐器５２へ入射されるレーザ光の波長変化に関する情報と、バランス型受光器６３からの、干渉光Ｒ５１とＲ６１との強度比の変化に関する情報とに基づいて、干渉光スペクトルを生成する。同様に、光スペクトルデータ生成手段６４は、光分岐器５２へ入射される光の波長変化に関する情報と、干渉光Ｒ５２とＲ６２との強度比の変化に関する情報とに基づいて、干渉光スペクトルを生成する。また、光スペクトルデータ生成手段６４は、生成した干渉光スペクトルを接続して、測定対象物に関する干渉光スペクトルデータを生成する。

【0029】

制御手段６６は、物体光Ｒ１１、Ｒ１２を測定対象物の一平面において走査線方向及び走査線に垂直な方向に移動させるよう、照射光学系５９を制御する。好ましくは、制御手段６６は、照射光学系５９が測定対象物をスキャンする周期及び速度を制御する。

【0030】

さらに波長分散補償処理手段６５は、複数の物体光ビームＲ１１、Ｒ１２を測定対象物に照射する際にＭＣＦ５７を用いていることなどに起因する、物体光の光路の波長分散と参照光の光路の波長分散との相違を補償する。

【0031】

図１の光干渉断層撮像装置によれば、単一の物体光ビーム照射に用いる照射光学系に変更を加えることなく複数の物体光ビーム照射に用いる照射光学系を実現することができる。さらに波長分散補償処理手段６５によって、複数の物体光ビームＲ１１、Ｒ１２を測定対象物に照射する際にＭＣＦ５７を用いていることなどに起因する、物体光の光路の波長分散と参照光の光路の波長分散との相違を補償しているので、この波長分散の相違に起因する位置分解能の劣化を抑制することができる。以下、具体的な実施の形態について説明する。

【0032】

〔実施の形態１〕
図２は、本発明に係る光干渉断層撮像装置の実施の形態１を示す構成図である。図２に示すように、光干渉断層撮像装置１００は、波長掃引レーザ光源１０１、光分岐器１０２、複数の光遅延器１０３、複数のサーキュレータ１０４、複数の光分岐合流器１０５、複数のシングルモードファイバ（ＳＭＦ）と単一のマルチコア光ファイバ（ＭＣＦ）との光接続部１０６を備える。さらに光干渉断層撮像装置１００は、ＭＣＦ１０７、ファイバコリメータ１０８、照射光学系１０９、参照光経路に用いる複数のＳＭＦ１１１、参照光ミラー１１２、バランス型受光器１１３、光スペクトルデータ生成部１１４を備える。さらに光干渉断層撮像装置１００は、波長分散補償処理部１１５、Ａスキャン波形生成部１１６、断層画像生成部１１７、物体光ビーム照射位置設定部１１８等を備える。

【0033】

波長掃引レーザ光源１０１は、波長掃引された光パルスを生成する。具体的には、波長掃引レーザ光源１０１は、持続時間１０μｓの間に波長が１２５０ｎｍから１３５０ｎｍまで増加する光パルスを生成する。また、波長掃引レーザ光源１０１は、当該光パルスを、２０μｓ毎に５０ｋＨｚ繰り返しで生成する。

【0034】

波長掃引レーザ光源１０１から出射された光は、光分岐器１０２で複数の光Ｒ０１、Ｒ０２に分岐された後、複数の光遅延器１０３、複数のサーキュレータ１０４を経由して、複数の光分岐合流器１０５によって物体光Ｒ１１、Ｒ１２と参照光Ｒ２１、Ｒ２２とに分岐される。

【0035】

光分岐合流器１０５から出力された複数の物体光Ｒ１１、Ｒ１２は、光接続部１０６、ＭＣＦ１０７、ファイバコリメータ１０８、照射光学系１０９を経て、測定対象物１２０に照射され、走査される。より具体的には、照射光学系１０９は、スキャンミラーとレンズからなり、複数の物体光ビーム１１０ａ、１１０ｂを測定対象物１２０のＸ－Ｙ平面においてそれぞれ異なる位置に照射させ、一定範囲を走査する。

【0036】

測定対象物１２０に照射された物体光ビーム１１０ａ、１１０ｂは、測定対象物１２０から後方（物体光ビームの照射方向と反対の方向）に散乱される。そして、測定対象物１２０から散乱された物体光（後方散乱光）Ｒ３１、Ｒ３２は、照射光学系１０９、ＭＣＦ１０７を経て、光分岐合流器１０５へ戻る。

【0037】

光分岐合流器１０５から出力された複数の参照光Ｒ４１、Ｒ４２は、参照光ミラー１１２によって反射され、光分岐合流器１０５へ戻る。

【0038】

したがって、光分岐合流器１０５において、測定対象物１２０から散乱された物体光Ｒ３１と参照光ミラー１１２から反射された参照光Ｒ４１とが干渉し、干渉光Ｒ５１及び干渉光Ｒ６１が得られる。同様に、光分岐合流器１０５において、測定対象物１２０から散乱された物体光Ｒ３２と参照光ミラー１１２から反射された参照光Ｒ４２とが干渉し、干渉光Ｒ５２及び干渉光Ｒ６２が得られる。そのため、物体光Ｒ３１と参照光Ｒ４１との位相差によって干渉光Ｒ５１と干渉光Ｒ６１との強度比が決定され、物体光Ｒ３２と参照光Ｒ４２との位相差によって干渉光Ｒ５２と干渉光Ｒ６２との強度比が決定される。

【0039】

干渉光Ｒ５１、Ｒ５２はサーキュレータ１０４を経て、干渉光Ｒ６１、Ｒ６２は直接に、対応するバランス型受光器１１３へ入力される。そして、バランス型受光器１１３からそれぞれ、干渉光Ｒ５１と干渉光Ｒ６１との強度比の変化に関する情報、干渉光Ｒ５２と干渉光Ｒ６２との強度比の変化に関する情報が、光スペクトルデータ生成部１１４に入力される。

【0040】

なお、バランス型受光器１１３は２つのフォトダイオードが直列に接続され、その接続が出力（差動出力）となっている受光器である。また、バランス型受光器１１３の帯域は１ＧＨｚ以下である。

【0041】

光スペクトルデータ生成部１１４は、波長掃引レーザ光源１０１からの出射光の波長変化に関する情報と、干渉光Ｒ５１とＲ６１との強度比の変化に関する情報とに基づいて、干渉光スペクトルデータを生成する。同様に、光スペクトルデータ生成部１１４は、波長掃引レーザ光源１０１からの出射光の波長変化に関する情報と、干渉光Ｒ５２とＲ６２との強度比の変化に関する情報とに基づいて、干渉光スペクトルを生成する。光スペクトルデータ生成部１１４で生成された干渉光スペクトルデータは波長分散補償処理部１１５を経由してＡスキャン波形生成部１１６に入力される。

【0042】

波長分散補償処理部１１５の効果を説明するため、まずこれを経由させずに生成されたＡスキャン波形に関して、光散乱点１ケ所の場合に得られた波形を図３に示す。図３の（ａ）～（ｅ）は、光散乱点が異なる位置にある場合のＡスキャン波形を示している。光散乱点位置は１ケ所であるが、Ａスキャン波形には広がりがあり、深さ方向の位置分解能の劣化を示している。

【0043】

波長分散補償処理部１１５を経由させずに生成されたＡスキャン波形において位置分解能が劣化する原因を、下記に説明する。参照光が光分岐合流器１０５で分岐されてから参照光ミラー１１２で反射されて光分岐合流器１０５へ戻り物体光と干渉するまでの光路にはＳＭＦを用いており、この光路長はＰ_Ｒである。これに対し、物体光が光分岐合流器１０５で分岐されてから測定対象物１２０の光散乱点１ケ所で後方散乱されて光分岐合流器１０５へ戻り参照光と干渉するまでの光路は、長さＬ_１、光路長Ｐ_１のＳＭＦと長さＬ_２、光路長Ｐ_２のＭＣＦを用いており、この光路長はＰ_Ｓ＝Ｐ_１＋Ｐ_２＋ｚ_０である。ここで、ある波長λ_０、波数ｋ_０ではＰ_２＝Ｐ_Ｒ－Ｐ_１であったが、波長掃引範囲の任意の波長λ、波数ｋでＰ_２＝Ｐ_Ｒ－Ｐ_１は必ずしも成り立たない。これは光路長Ｐ_２を形成するＭＣＦの波長分散と光路長Ｐ_Ｒ－Ｐ_１を形成するＳＭＦの波長分散が異なるためである。波長λ_０、波数ｋ_０では、光分岐合流器１０５で干渉する物体光と参照光の位相差はｋ_０ｚ_０＋φであるが、任意の波長λ、波数ｋではｋｚ_０＋ｋ（Ｐ_１＋Ｐ_２－Ｐ_Ｒ）＋φとなる。ここでφはｋやｚ_０に依存しない定数である。ＭＣＦの等価屈折率ｎ_Ｍ、ＳＭＦの等価屈折率ｎ_Ｓ、その差Δｎを用いて
Ｐ_１＋Ｐ_２－Ｐ_Ｒ＝ｎ_ＭＬ_１－ｎ_Ｓ（Ｌ_２－Ｌ_Ｒ）＝ΔｎＬ
と表され、Δｎがｋ依存性を持つためであるとして考えることができる。波長１２５０ｎｍから１３５０ｎｍまでの範囲ではΔｎは短波長ほど増加しており、ｋ依存性として近似的にはΔｎ～αｋ（α＞０）で表せる。以上より、光分岐合流器１０５で干渉する物体光の振幅をＥ_Ｓ、参照光の振幅をＥ_Ｒとすると、生成される干渉光スペクトルは

【0044】

【数3】

【0045】

で表され、その位相項にはｋΔｎＬで表される項が現れ、これはｋに比例しない。これをフーリエ変換したＡスキャン波形には、図３の（ａ）～（ｅ）に示すような位置分解能の劣化が生じる。

【0046】

そこで本発明の実施の形態では、波長分散補償処理部１１５を経由させてＡスキャン波形を生成する。波長分散補償処理部１１５では、あらかじめ把握されているΔｎのｋ依存性を用いて乗算処理

【0047】

【数4】

【0048】

が行われる。後段のＡスキャン波形生成部１１６で行われるフーリエ変換で

【0049】

【数5】

【0050】

となり、図３の（ｆ）～（ｊ）に示すようなｚ＝ｚ_０（およびｚ＝－ｚ_０）でδ関数状のピークを示し、位置分解能の劣化なく光散乱点位置１ケ所のＡスキャン波形が得られる。

【0051】

なお、通常、測定対象物に照射された物体光はある程度内部まで減衰しながら伝搬しつつ順次後方散乱され、物体光の光散乱点は表面からある深さまでの範囲に分布することになる。光散乱点が深さ方向にｚ_０－Δｚからｚ_０＋Δｚまで分布している場合には、干渉光スペクトルにおいて周期２π／（ｚ_０－Δｚ）から２π／（ｚ_０＋Δｚ）までの変調が重なって現れ、これがＡスキャン波形を形成する。

【0052】

Ａスキャン波形生成部１１６は、Ａスキャン波形生成を行う。Ａスキャン波形生成では、物体光ビーム照射位置設定部１１８による制御に基づき照射光学系１０９によって物体光ビームＲ１１、Ｒ１２の照射位置を走査線方向（Ｘ方向）に移動させながら繰り返し行われ、その測定結果を接続することにより、走査線方向と深さ方向との二次元の後方散乱光（物体光）の強度のマップがＢスキャン断層構造データとして得られる。

【0053】

さらに、物体光ビーム照射位置設定部１１８による制御に基づき、物体光ビームＲ１１、Ｒ１２の照射位置を走査線方向及び走査線に垂直な方向に移動させながらＢスキャン動作を繰り返し行うことによって得られた測定結果を接続することにより、断層画像生成部１１７はＸ，Ｙ，Ｚ方向の三次元の断層構造データを生成する（Ｃスキャン）。

【0054】

（実施形態の効果）
図２の光干渉断層撮像装置１００では、光分岐合流器１０５から出力された複数の物体光Ｒ１１、Ｒ１２は光接続部１０６でＭＣＦ１０７に結合され、照射光学系１０９を経て、測定対象物１２０に照射され、走査される。これにより、単一の物体光ビーム照射に用いる照射光学系に変更を加えることなく、複数の物体光ビーム照射に用いる照射光学系を実現することができる。

【0055】

波長分散補償処理部１１５は、複数の物体光ビームＲ１１、Ｒ１２を測定対象物１２０に照射する際にＭＣＦ１０７を用いていることなどに起因する、物体光の光路の波長分散と参照光の光路の波長分散との相違を補償しているので、この波長分散の相違に起因する位置分解能の劣化を抑制することができる。複数の物体光ビームＲ１１、Ｒ１２を測定対象物１２０に照射する際にＭＣＦ１０７を用いるなど、物体光の光路の波長分散と参照光の光路の波長分散とが異なる場合であっても、この波長分散の相違を補償することによって、スキャン波形について空間分解能の劣化を抑制することができる。

【0056】

〔実施の形態２〕
本発明の実施の形態２に係る光干渉断層撮像装置３００について、説明する。図４は、実施の形態２に係る光干渉断層撮像装置３００の一例を示す図である。

【0057】

図４に示すように、光干渉断層撮像装置３００は、波長掃引レーザ光源３０１、第一の光分岐器３０２、複数の光遅延器３０３、複数の第二の光分岐器３０５、複数のサーキュレータ３０４、複数のシングルモードファイバ（ＳＭＦ）と単一のマルチコア光ファイバ（ＭＣＦ）との光接続部３０６を備える。さらに光干渉断層撮像装置３００は、ＭＣＦ３０７、ファイバコリメータ３０８、照射光学系３０９、コヒーレント受光器３１１、光スペクトルデータ生成部３１２を備える。さらに光干渉断層撮像装置３００は、波長分散補償処理部３１３、Ａスキャン波形生成部３１４、断層画像生成部３１５、物体光ビーム照射位置設定部３１６等を備える。

【0058】

波長掃引レーザ光源３０１は、波長掃引された光パルスを生成する。具体的には、波長掃引レーザ光源３０１は、持続時間１０μｓの間に波長が１２５０ｎｍから１３５０ｎｍまで増加する光パルスを生成する。また、波長掃引レーザ光源３０１は、当該光パルスを、２０μｓ毎に５０ｋＨｚ繰り返しで生成する。

【0059】

波長掃引レーザ光源３０１から出射された光は、第一の光分岐器３０２で複数の光Ｒ０１、Ｒ０２に分岐された後、複数の光遅延器３０３を経由して、複数の第二の光分岐器３０５によって物体光Ｒ１１、Ｒ１２と参照光Ｒ２１、Ｒ２２とに分岐される。

【0060】

第二の光分岐器３０５から出力された複数の物体光Ｒ１１、Ｒ１２は、複数のサーキュレータ３０４、光接続部３０６、ＭＣＦ３０７、ファイバコリメータ３０８、照射光学系３０９を経て、測定対象物３２０に照射され、走査される。より具体的には、照射光学系３０９は、複数の物体光ビーム３１０ａ、３１０ｂを測定対象物３２０のＸ－Ｙ平面においてそれぞれ異なる位置に照射させ、一定範囲を走査する。

【0061】

測定対象物３２０に照射された物体光ビーム３１０ａ、３１０ｂは、測定対象物３２０から後方（物体光ビームの照射方向と反対の方向）に散乱される。そして、測定対象物３２０から散乱された物体光（後方散乱光）Ｒ３１、Ｒ３２は、照射光学系３０９、ＭＣＦ３０７、複数のサーキュレータ３０４を経て、コヒーレント受光器３１１へ入力される。

【0062】

また、第二の光分岐器３０５から出力された複数の参照光Ｒ２１、Ｒ２２は、コヒーレント受光器３１１へ入力される。

【0063】

物体光と参照光を干渉させるコヒーレント受光器３１１の内部の構成例を、図５に示す。物体光は分岐器３３１で物体光Ｒ７１とＲ７２に分岐され、各々、合流器３４１と３４２に導かれる。また、参照光は分岐器３３２で参照光Ｒ８１とＲ８２に分岐され、各々、合流器３４１と３４２に導かれる。合流器３４１では、物体光Ｒ７１と参照光Ｒ８１が干渉し、合流器３４２では、物体光Ｒ７２と参照光Ｒ８２が干渉する。分岐器３３２から合流器３４１までの光路長と分岐器３３２から合流器３４２までの光路長は、その差が半波長となるよう設定される。したがって、合流器３４１で干渉する物体光Ｒ７１と参照光Ｒ８１の位相差と、合流器３４２で干渉する物体光Ｒ７２と参照光Ｒ８２の位相差はπ異なる。合流器３４１の２本の光出力をバランス型受光器３５１へ入力し、２本の光の強度差の光電変換出力を得る。また、合流器３４２の２本の光出力をバランス型受光器３５２へ入力し、２本の光の強度差の光電変換出力を得る。バランス型受光器３５１、３５２の出力は光スペクトルデータ生成部３１２に入力される。

【0064】

光スペクトルデータ生成部３１２は、波長掃引レーザ光源３０１からの出射光の波長変化に関する情報と、コヒーレント受光器からの物体光Ｒ３１と参照光Ｒ２１の干渉光強度比の変化に関する情報とに基づいて、干渉光スペクトルデータを生成する。同様に、光スペクトルデータ生成部３１２は、波長掃引レーザ光源３０１からの出射光の波長変化に関する情報と、コヒーレント受光器からの物体光Ｒ３２と参照光Ｒ２２の干渉光強度比の変化に関する情報とに基づいて、干渉光スペクトルデータを生成する。

【0065】

光スペクトルデータ生成部３１２で生成される干渉光スペクトルデータは、参照光が第二の光分岐器３０５で分岐されコヒーレント受光器３１１の内部の光合流器に到達するまでの光路長と、物体光が第二の光分岐器３０５で分岐され測定対象物３２０に照射されて後方散乱されコヒーレント受光器３１１の内部の光合流器に到達するまでの光路長との差を、反映するものとなる。参照光が第二の光分岐器３０５で分岐されてからコヒーレント受光器３１１の内部の光合流器に到達するまでの光路はＳＭＦを用いており、光路長はＰ_Ｒである。これに対し、物体光が第二の光分岐器３０５で分岐されてから測定対象物３２０の光散乱点１ケ所で後方散乱されてコヒーレント受光器３１１の内部の光合流器に到達するまでの光路は、長さＬ_１、光路長Ｐ_１のＳＭＦと長さＬ_２、光路長Ｐ_２のＭＣＦを用いており、光路長はＰ_Ｓ＝Ｐ_１＋Ｐ_２＋ｚ_０である。ＭＣＦの等価屈折率ｎ_Ｍ、ＳＭＦの等価屈折率ｎ_Ｓ、その差Δｎを用いて
Ｐ_１＋Ｐ_２－Ｐ_Ｒ＝ｎ_ＭＬ_１－ｎ_Ｓ（Ｌ_２－Ｌ_Ｒ）＝ΔｎＬ
と表されるとし、干渉する物体光の振幅をＥ_Ｓ、参照光の振幅をＥ_Ｒとすると、

【0066】

【数6】

【0067】

で表される干渉光スペクトルデータが光スペクトルデータ生成部３１２で生成される。コヒーレント受光器を用いることで、物体光と参照光の干渉において位相差πだけ異なる（直交位相）状態を検出することが可能となっている。干渉光スペクトルデータの位相項にはｋΔｎＬで表される項が現れ、ｋに比例しないが、波長分散補償処理部３１３を経由させ、乗算処理

【0068】

【数7】

【0069】

が行われる。したがってＡスキャン波形生成部３１４で行われるフーリエ変換で

【0070】

【数8】

【0071】

となり、ｚ＝ｚ_０でδ関数状のピークを示し、位置分解能の劣化なく光散乱点位置１ケ所のＡスキャン波形が得られる。

【0072】

Ａスキャン波形生成は、物体光ビーム照射位置設定部３１６による制御に基づき照射光学系３０９によって物体光ビームＲ１１、Ｒ１２の照射位置を走査線方向（Ｘ方向）に移動させながら繰り返し行われ、その測定結果を接続することにより、走査線方向と深さ方向との二次元の後方散乱光（物体光）の強度のマップがＢスキャン断層構造データとして得られる。

【0073】

さらに、物体光ビーム照射位置設定部３１６による制御に基づき、物体光ビームＲ１１、Ｒ１２の照射位置を走査線方向及び走査線に垂直な方向に移動させながらＢスキャン動作を繰り返し行うことによって得られた測定結果を接続することにより、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の三次元の断層構造データを生成する（Ｃスキャン）。

【0074】

（実施形態の効果）
図４の光干渉断層撮像装置３００では、上述した実施の形態１と同様に、第二の光分岐器３０５から出力された複数の物体光Ｒ１１、Ｒ１２は光接続部３０６でＭＣＦ３０７に結合され、照射光学系３０９を経て、測定対象物３２０に照射され、走査される。これにより、単一の物体光ビーム照射に用いる照射光学系に変更を加えることなく、複数の物体光ビーム照射に用いる照射光学系を実現することができる。

【0075】

また上述した実施の形態１と同様に、物体光の光路の波長分散と参照光の光路の波長分散とが異なる場合であっても、この波長分散の相違を補償することによって、スキャン波形について空間分解能の劣化を抑制することができる。

【0076】

以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

【符号の説明】

【0077】

１００、３００ 光干渉断層撮像装置
１０１、３０１ 波長掃引レーザ光源
１０２ 光分岐器
１０３、３０３ 光遅延器
１０４、３０４ サーキュレータ
１０５ 光分岐合流器
１０６、３０６ 光接続部
１０７、３０７ ＭＣＦ
１０８、３０８ ファイバコリメータ
１０９、３０９ 照射光学系
１１０ａ、１１０ｂ、３１０ａ、３１０ｂ 物体光ビーム
１１１ ＳＭＦ
１１２ 参照光ミラー
１１３ バランス型受光器
１１４、３１２ 光スペクトルデータ生成部
１１５、３１３ 波長分散補償処理部
１１６、３１４ Ａスキャン波形生成部
１１７、３１５ 断層画像生成部
１１８、３１６ 物体光ビーム照射位置設定部
１２０、３２０ 測定対象物
３１１ コヒーレント受光器
３０２ 第一の光分岐器
３０５ 第二の光分岐器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】