JP2004361381A - 光学同調断層撮影装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】サブマイクロメータの解像を可能にする光学同調断層撮影技術を提供する。
【解決手段】短波長光を放射し、蛍光体に通過させることで広帯域波長の第1光線に転換される光源、前記第1光線を第2光線と第3光線に分ける干渉計、および前記第2光線を反射させ、参照光線にする反射鏡を備えた光学同調断層撮影装置。前記第3光線は前記測定物によって反射され、第4光線となり、前記干渉計で前記参照光線と干渉的に重なり合うことで、光信号として用いられる干渉縞が提供される。
【選択図】図1
【解決手段】短波長光を放射し、蛍光体に通過させることで広帯域波長の第1光線に転換される光源、前記第1光線を第2光線と第3光線に分ける干渉計、および前記第2光線を反射させ、参照光線にする反射鏡を備えた光学同調断層撮影装置。前記第3光線は前記測定物によって反射され、第4光線となり、前記干渉計で前記参照光線と干渉的に重なり合うことで、光信号として用いられる干渉縞が提供される。
【選択図】図1
Description
本発明は、光学同調断層撮影(光コヒーレンス・トモグラフィ/OCT)装置に関し、とくに、広帯域波長の光源を有し、サブマイクロメータの解像度を提供する光学同調断層撮影装置に関する。
従来の光学同調断層撮影(Optical Coherence Tomography(OCT)装置は、光線が光源より放射され、干渉計によって二つの光線に分けられる。その内の一つの光線は、たとえば光ファイバに導引され、皮膚、組織またはその他の測定物へ入り、同じように反射される。もう一つの分かれた光線は、鏡によって反射され、参照光線となる。測定物によって反射した光線が、参照光線と干渉的に重なり合うことで、光信号が得られる。光信号は、光検出器(Photodetector)で受信され、電気信号に変えられたのち、コンピュータディスプレイに二次元のビデオ画像を提供するプロセスに進む。
目の透明性によって可能にされた眼科で用いられるOCTが開示されている(特許文献1参照)。皮膚の検査に用いられるOCT器の原型は、1998年にルーベック大学(Lubeck University)のジュリア ウォルゼル(Julia Walzel)医師と該大学のレーザ医学センターによって開発が成功した。
光学同調断層撮影装置は、一種のオプティカルバイオプシー(Optical Biopsy)を提供し、OCTによる検査は、スライド検査の一回限定とは異なり、繰り返すことができる。OCTは超音波の解像度50μmより高い解像度(横の解像度10μm前後と縦の解像度10μm)を提供する。しかしながら、より精密な検査が可能となるように、OCTの画像解像度はまだ改善されなけれならず、好ましくは、サブマイクロメータのスケールまでもである。
OCTは光学干渉をベースとしている。したがって、その解像度を方程式によって定めることができる。
1c=0.44X(λo 2/Δλ)
1c=0.44X(λo 2/Δλ)
ここに、1cはコヒーレンス長(解像度)であり、λoは光源の波長であり、Δλは光源のスペクトル幅である。
より広いバンド幅には、高い穿通率(penetration)、最適なエネルギ、より安定した放射強度が好ましく、応用では、低コスト、シンプルな構造、容易な操作と低ピークエネルギパワーが好ましい。近年、各種のバンド幅の光源と超短パルスの放射光源がOCTの解像度を向上させるのに用いられている。たとえば、超広帯域バンド幅の放射はモードロック固体レーザと特殊光ファイバより得ることができ、その最高解像度は0.75μmに達する。複合レーザ源を利用したOCTで高解像を得ることが開示されている(特許文献2)。しかしながら、この技術は扱いにくいシステムパラメータ、高コストとプロセス進行中に検査物にダメージを引き起こすピークエネルギパワーを伴っている。
低コヒーレンス光源、たとえば発光ダイオード(LED)、スーパールミネセンス(Super−luminescen、SLD)、スーパー蛍光光源(Super−fluorescent light source)などは、それらのコンパクトな構造、低コスト、検査物へのダメージがないことから好ましい。
かかる事情に鑑みて、本発明の目的は、サブマイクロメータの解像を可能にする光学同調断層撮影装置を提供することである。
前記の目的を達成するため、本発明は、青色または紫外光の発光ダイオードの光を放射し、適当な蛍光体へ通過させ、広帯域波長の低コヒーレンス光源の光線を産出させる。光源帯域は、数百ナノメータ(nano−meter)、さらには赤外光の範囲にまで達することが可能である。光学干渉では、超短コヒーレンスの時間(coherence time)は超短コヒーレンスの長さ(coherence lengh)に対応し、縦の解像度がサブマイクロメータスケールに達することができるようになる。
本発明のサブマイクロメータ解像の光学同調断層撮影装置は、短波長光を放射し、蛍光体に通過させることで広帯域波長の第1光線に転換される光源、前記第1光線を第2光線と第3光線に分ける干渉計、および前記第2光線を反射させ、参照光線にさせる反射鏡を含んでおり、前記第3光線は前記測定物によって反射され、第4光線となり、前記干渉計で前記参照光線と干渉的に重なり合うことで、光信号として用いられる干渉縞が提供される。
本発明の光源は、青色光または紫外線を放射する発光ダイオードからなることができる。たとえば、第1光線は、イットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG)蛍光体を通過して青色光を放射するチッ化ガリウム(GaN)系青色発光ダイオード、または赤、青、緑色を現わす蛍光体を通過して紫外光を放射する発光ダイオードによって作り出すことができる。直接白色を放射する発光ダイオードもまた用いることが可能である。
本発明の光学同調断層撮影技術は、信号処理装置によって作り出された光信号を電子信号に転換する検出器をさらに含む。
本発明の放射源によると、従来の方法より広帯域の波長を提供することができ、超短コヒーレンスの長さを作り出すことができ、非常に高い解像度(サブマイクロメータ)を達成することができるようになる。
本発明についての目的、特徴、長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施の形態を例示し、図面を参照にしながら、詳細に説明する。
図2に示されるように、本発明は、従来のマイケルソン干渉法の概念を適用している。図において、200は光源、400は干渉計、600は反射鏡、800はサンプル、また1000は検出器である。
図1に示されるように、光源2は短波長の光を放射し、適当な蛍光体を通過して第1光線50となるように転換される。第1光線50は干渉計4で第2光線102と第3光線202に分けられる。第2光線102はレンズ16で集束され、反射鏡6で反射され、参照光線104となる。第3光線202はレンズ18で集束され、被測定物8によって反射され、第4光線204が作り出される。第4光線204は干渉計4で参照光線104と干渉し合わされる。検出器10は光信号として適用された干渉縞を電子信号に転換し、処理装置12で処理され、測定物8のビデオ画像をコンピュータ14に表示する。
本実施の形態では、窒化ガリウム(GaN)系青色発光ダイオードとイットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG)蛍光体からなる市販の白色発光ダイオードが光源2となって第1光線50を放射している。図4に示されるように、光源2の波長帯域は400nmから700nmの範囲である。本発明の干渉の強度とそのコヒーレンスの長さ(縦の解像度)を対比した図が図5に示されており、空気中の500nm(0.5μm)の超高解像度と水中(屈折率1.3)のさらに高い385nmの解像度が得られた。従来の光学同調断層撮影装置(図3に示される干渉の強度とそのコヒーレンスの長さの対比)と比べると、本発明は従来の技術を大幅に改善するものであることがわかる。
白色発光ダイオードもまた、紫外光発光ダイオードと赤、青、緑色を現わす蛍光体とからなることができる。
前述したように、本発明の光源は、従来の方法より広い波長帯域を提供し、超短のコヒーレンスの長さを得ることができ、より精密な検査をするためのサブマイクロメータスケールの解像度を提供することができる。
以上、本発明の好適な実施例を例示したが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の精神および範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者であれば行い得る種々の変更や修飾を付加することは可能である。したがって、本発明が保護を請求する範囲は、特許請求の範囲を基準とする。
2 光源
4 干渉計
6 反射鏡
8 被測定物
10 光検出器
14 コンピュータ
16、18 レンズ
50 第1光線
102 第2光線
104 参照光線
200 光源
202 第3光線
204 第4光線
400 干渉計
600 反射鏡
800 サンプル
1000 検出器
4 干渉計
6 反射鏡
8 被測定物
10 光検出器
14 コンピュータ
16、18 レンズ
50 第1光線
102 第2光線
104 参照光線
200 光源
202 第3光線
204 第4光線
400 干渉計
600 反射鏡
800 サンプル
1000 検出器
Claims (12)
- 短波長光を放射し、蛍光体に通過させることで広帯域波長の第1光線に転換される光源、
前記第1光線を第2光線と第3光線に分ける干渉計、および
前記第2光線を反射させ、参照光線にする反射鏡
を含んでおり、前記第3光線は前記測定物によって反射され、第4光線となり、前記干渉計で前記参照光線と干渉的に重なり合うことで、光信号として用いられる干渉縞が提供される、サブマイクロメータの解像度を提供する光学同調断層撮影装置。 - 前記光源の波長帯域は、数百ナノメータである請求項1記載のサブマイクロメータの解像度を提供する光学同調断層撮影装置。
- 前記第1光線が近赤外光波長域に達する請求項1記載のサブマイクロメータの解像度を提供する光学同調断層撮影装置。
- 前記光源が発光ダイオードである請求項1記載のサブマイクロメータの解像度を提供する光学同調断層撮影装置。
- 前記第1光線が白色光を含む請求項4記載のサブマイクロメータの解像度を提供する光学同調断層撮影装置。
- 前記光源の波長帯域が、400nmから700nmである請求項4記載のサブマイクロメータの解像度を提供する光学同調断層撮影装置。
- 前記第1光線が、窒化ガリウム(GaN)系青色発光ダイオードとイットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG)蛍光体によって作り出される請求項4記載のサブマイクロメータの解像度を提供する光学同調断層撮影装置。
- 前記第1光線が、紫外光発光ダイオードと、赤、青、緑色を現わす蛍光体とによって作り出される請求項4記載のサブマイクロメータの解像度を提供する光学同調断層撮影装置。
- 前記光源が青色発光ダイオードである請求項1記載のサブマイクロメータの解像度を提供する光学同調断層撮影装置。
- 前記光源が紫外光発光ダイオードである請求項1記載のサブマイクロメータの解像度を提供する光学同調断層撮影装置。
- 前記干渉計より受けた光信号を電子信号に転換させる検出器をさらに含む請求項1記載のサブマイクロメータの解像度を提供する光学同調断層撮影装置。
- 前記検出器によって転換された電子信号を処理する信号処理装置をさらに含む請求項11記載のサブマイクロメータの解像度を提供する光学同調断層撮影装置。
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