JP2007252475A - 光断層画像化装置および光断層画像の画質調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光断層画像化装置において、偏光の影響を軽減して良好な画質の光断層画像を取得する。
【解決手段】光源ユニット１０、光源ユニット１０から光分割手段３までの光路、光分割手段３から測定対象Ｓまでの測定光Ｌ１の光路、測定対象Ｓから合波手段４までの反射光Ｌ３の光路、光分割手段３から合波手段４までの参照光Ｌ２の光路のうちの少なくとも１つに、直線偏光を非直線偏光に変換する偏光変換手段を設ける。偏光変換手段は、例えば、入射する直線偏光の偏光方向と偏光軸の方向が異なるように配置された偏波保存ファイバである光ファイバＰＦＢ１を用いてもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）計測により光断層画像を取得する光断層画像化装置、および該光断層画像化装置により取得される光断層画像の画質調整方法に関するものである。

従来、生体組織の光断層画像を取得する際に、ＯＣＴ計測を利用した光断層画像取得装置が用いられることがある。この光断層画像取得装置では、光源から射出された低コヒーレント光を測定光と参照光とに分割した後、該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し、該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（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。

上記のような光断層画像取得装置では、参照光の光路長を変更することにより、測定対象に対する深さ方向の位置（以下、深さ位置という）を変更し光断層画像を取得するＴＤ−ＯＣＴ（Ｔｉｍｅ ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測を利用した装置がある。

また、近年では、上述した参照光の光路長を変更することなく高速に光断層画像を取得するＳＤ−ＯＣＴ（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｄｏｍａｉｎ ＯＣＴ）計測を利用したＳＤ−ＯＣＴ装置が提案されている。このＳＤ−ＯＣＴ装置は、広帯域の低コヒーレント光をマイケルソン型干渉計を用いて測定光と参照光とに分割した後、測定光を測定対象に照射させ、そのとき戻って来た反射光と参照光とを干渉させ、この干渉光を各周波数成分に分解したチャンネルドスペクトルをフーリエ変換することにより、深さ方向の走査を行わずに光断層画像を構成するようにしたものである。

さらに、参照光の光路長の変更を行うことなく高速に光断層画像を取得する装置として、ＳＳ−ＯＣＴ（Ｓｗｅｐｔ ｓｏｕｒｃｅ ＯＣＴ）計測による光断層画像化装置も提案されている。このＳＳ−ＯＣＴ装置は、光源から射出されるレーザ光の周波数を掃引させて反射光と参照光とを各波長において干渉させ、一連の波長に対する干渉スペクトルをフーリエ変換することにより測定対象の深さ位置における反射光強度を検出し、これを用いて光断層画像を構成するようにしたものである。
特開２０００−９７８４５号公報 特開２０００−１２６１８８号公報 特開２０００−２６２４６１号公報

以上説明したような各方式の光断層画像化装置を内視鏡に適用する際には、通常は光源としてレーザを用い、また、体腔内への導光手段としてファイバを用いているが、そのために以下に述べるような偏光に関する問題が生じる。

上記装置に使用されるミラーやファイバカプラ等の光学部品は、偏光特性をもつため、入射光の偏光方向により、透過率や反射率、分岐比等が異なる。特に、光学部品に入射する光がほぼ一方向の偏光方向の直線偏光のみである場合には、偏光特性の影響が大きく現れる。そして、入射する直線偏光の偏光方向が変化すると、その影響もまた大きなものとなる。

一方、体腔内へファイバを挿入するときや測定対象を走査するときには、ファイバの曲げやねじりが必然的に起こる。また、体腔内挿入に伴う温度変化も必然的に起こる。通常内視鏡に用いられているシングルモードファイバは、導波する光の偏光方向の保存ができないため、このような曲げやねじりによる応力、または温度変化や振動等の変動要因により、ファイバ内を伝播する光の偏光状態は変化する。すなわち、ファイバ内を伝播する光の偏光状態は常に揺らいだものとなる。

偏光状態が揺らいでいる光が偏光特性を有する光学部品に入射すると、光学部品を経て検出器で出力される信号レベルが変動し、S/N比が低下し、本来の測定値とは異なる値となる。結果として、例えばざらついた画質の画像になるなど、光断層画像の画質が劣化し、本来ならば識別できるものができなくなる。このような偏光状態の揺らぎによる画質の変化は、特に直線偏光のときに大きなものとなる。

さらに、測定対象からの反射光と参照光とが共に完全な直線偏光であり、かつ、これらの偏光方向が直交している場合には、干渉が起こらず、光断層画像を取得できないという事態が発生する。これに対して、反射光と参照光の各々が楕円偏光あるいは円偏光であれば、各々の偏光の状態が多少変化しても、各々の光の直交した干渉成分が無くなることはないため、干渉が起こらなくなるようなことはほとんど有りえず、多少信号レベルが変る程度であり、影響は小さいものとなる。

なお、特許文献３には、ファイバの湾曲による複屈折変化で生じる干渉強度変化を補償するために、プローブ先端にファラデーローテータのように４５°の偏光面の旋回を起こす素子を用いること、および、被検体からの反射光と基準光との偏光の方向を合わせ、基準光との干渉強度が最大になるように調整するために、偏波面コントローラを用いることが記載されている。しかしながら、ファラデーローテータは、体腔内に挿入する細いプローブの先端に設けるためには小型化が必要であり、小型化が可能な種類のファラデーローテータは使用波長が限定され、上記光断層画像化装置には不適である。また、偏波面コントローラは、機械駆動であるため動作速度が遅い、装置の大型化を招く、高感度であるがゆえに不安定である、ファイバ内の伝播状態が変化する度に人為的な調整が必要である等の短所があり、実用的ではない。

そこで、本発明は、偏光の影響を軽減して良好な画質の光断層画像を取得可能な光断層画像化装置、および光断層画像の画質調整方法を提供することを目的とする。

本発明の光断層画像化装置は、光を射出する光源ユニットと、前記光源ユニット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、前記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、前記干渉光検出手段により検出された前記干渉光から前記測定対象の光断層画像を取得する画像取得手段とを備えた光断層画像化装置において、前記光源ユニット、前記光源ユニットから前記光分割手段までの光路、前記光分割手段から前記測定対象までの前記測定光の光路、前記測定対象から前記合波手段までの前記反射光の光路、前記光分割手段から前記合波手段までの前記参照光の光路のうちの少なくとも１つに、直線偏光を非直線偏光に変換する偏光変換手段を設けたことを特徴とするものである。

なお、「非直線偏光」とは、例えば右円偏光、左円偏光、右楕円偏光、左楕円偏光、無偏光である。

このとき、前記偏光変換手段が、前記直線偏光の偏光方向と偏光軸の方向が異なるように配置された偏波保存ファイバを用いたものであってもよい。

なお、「偏光軸」とは、偏波保存ファイバに固有の軸であり、この軸方向に直線偏光の偏光方向を一致させて入射させると、該直線偏光の偏光方向を保存して伝播させることができる軸のことである。偏波保存ファイバに、その偏光軸の方向と異なる偏光方向の直線偏光が入射したときは、その直線偏光の偏光状態は保存されず、伝播とともに変化し、偏光軸と直線偏光の偏光方向のなす角に応じて、伝播距離が特定の距離のときのみ直線偏光が現れる。つまり、偏波保存ファイバの長さが特定の長さのときのみ、射出光は直線偏光となり、その他の長さでは射出光は非直線偏光となる。本発明は上記偏波保存ファイバの性質を利用して偏光変換手段を構成するものである。

また、前記偏光変換手段は、互いの偏光軸の方向が異なるように配置された少なくとも２つの偏波保存ファイバを用いたものであってもよい。

偏波保存ファイバを用いる際には、前記偏波保存ファイバの長さが、ビート長の半分の整数倍以外の長さであることが好ましい。

なお、「ビート長」とは、偏波保存ファイバの偏光軸の方向と異なる偏光方向の直線偏光が、該偏波保存ファイバを伝播後、再び入射時と同方向の偏光方向の直線偏光となるときの伝播距離であり、「ビート長の半分」は、上記伝搬後、入射時の偏光方向と直交する偏光方向の直線偏光となるときの伝播距離である。

さらに、前記偏波保存ファイバの少なくとも１つは光軸の周りに回転可能であり、前記干渉光検出手段の検出結果に基づき、前記回転可能な偏波保存ファイバの回転角を制御する制御手段をさらに設けるようにしてもよい。

また、前記偏光変換手段が、波長板を用いたものであってもよく、または偏光解消板であってもよい。

なお、「波長板」とは、互いに垂直な方向に振動する直線偏光が基板を通過したときに、これらの間に所定の位相差を与える複屈折素子のことであり、固有の偏光軸を有する。波長板の偏光軸と入射する直線偏光の偏光方向が特定の角度をなすときのみ、射出光は直線偏光となり、その他の角度では射出光は非直線偏光となる。本発明は上記波長板の性質を利用して偏光変換手段を構成するものである。波長板としては、例えばπ／２の位相差を与える１／４波長板を用いることができる。１／４波長板の偏光軸と入射する直線偏光の偏光方向とのなす角度が０度または１８０度のときは射出光は直線偏光となるが、それ以外の角度のときは射出光は円偏光または楕円偏光となる。

なお、「偏光解消板」とは、入射光の偏光状態に関わらず、射出光を無偏光に変換する素子である。

また、前記偏光変換手段が、互いの偏光軸の方向が異なるように配置された少なくとも２つの波長板を用いたものであってもよい。

さらに、前記波長板の少なくとも１つは光軸の周りに回転可能であり、前記干渉光検出手段の検出結果に基づき、前記回転可能な波長板の回転角を制御する制御手段をさらに設けるようにしてもよい。

なお、上記の本発明の断層画像化装置は、前記光源ユニットが、波長を一定の周期で掃引したレーザ光を射出するものであり、前記画像取得手段が、前記干渉光を周波数解析することにより前記測定対象の光断層画像を取得するＳＳ−ＯＣＴ計測を利用した装置として構成してもよい。

または、上記の本発明の断層画像化装置は、前記光源ユニットが、低コヒーレント光を射出するものであり、前記画像取得手段が、前記干渉光を周波数解析することにより前記測定対象の光断層画像を取得するＳＤ−ＯＣＴ計測を利用した装置として構成してもよい。

さらに、本発明の第１の光断層画像の画質調整方法は、光を射出する光源ユニットと、前記光源ユニット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、前記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、前記干渉光検出手段により検出された前記干渉光から前記測定対象の光断層画像を取得する画像取得手段と、前記光源ユニット、前記光源ユニットから前記光分割手段までの光路、前記光分割手段から前記測定対象までの前記測定光の光路、前記測定対象から前記合波手段までの前記反射光の光路、前記光分割手段から前記合波手段までの前記参照光の光路のうちの少なくとも１つに設けられ、光軸の周りに回転可能に構成されて、入射した直線偏光を非直線偏光に変換するための少なくとも１つの偏波保存ファイバを備えた光断層画像化装置における光断層画像の画質調整方法であって、前記干渉光検出手段により検出された干渉光により前記測定対象の光断層画像を取得する際、前記偏波保存ファイバの回転角を変化させて、該取得される光断層画像の画質を変化させることを特徴とするものである。

また、本発明の第２の光断層画像の画質調整方法は、光を射出する光源ユニットと、前記光源ユニット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、前記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、前記干渉光検出手段により検出された前記干渉光から前記測定対象の光断層画像を取得する画像取得手段と、前記光源ユニット、前記光源ユニットから前記光分割手段までの光路、前記光分割手段から前記測定対象までの前記測定光の光路、前記測定対象から前記合波手段までの前記反射光の光路、前記光分割手段から前記合波手段までの前記参照光の光路のうちの少なくとも１つに設けられ、光軸の周りに回転可能に構成されて、入射した直線偏光を非直線偏光に変換するための少なくとも１つの波長板を備えた光断層画像化装置における光断層画像の画質調整方法であって、前記干渉光検出手段により検出された干渉光により前記測定対象の光断層画像を取得する際、前記波長板の回転角を変化させて、該取得される光断層画像の画質を変化させることを特徴とするものである。

本発明の光断層画像化装置によれば、直線偏光を非直線偏光に変換する偏光変換手段を設けているため、偏光特性の影響を軽減することができる。したがって、従来生じていた偏光状態の揺らぎによる信号レベルの変動を小さくでき、Ｓ／Ｎ比を向上させることができ、良好な画質の光断層画像を取得することができる。偏光状態の揺らぎによる影響を小さくできるため、繰り返し測定や日時の異なる測定に対して再現性を向上できるという効果も得られる。また、偏光変換手段により一度非直線偏光に変換された光が、その後の伝播中に再び完全な直線偏光になる確率は極めて低いため、反射光と参照光とが互いに偏光方向が直交した完全な直線偏光となるという事態を回避でき、光断層画像を確実に取得することができる。

上記の偏光変換手段として、直線偏光の偏光方向と偏光軸の方向が異なるように配置された偏波保存ファイバを用いた場合には、偏波保存ファイバが導波手段と偏光変換手段の両方を兼ねることができ、装置の構成を簡易化できる。

また、前記偏光変換手段が、互いの偏光軸の方向が異なるように配置された少なくとも２つの偏波保存ファイバを用いた場合には、上述したように、全ての偏波保存ファイバが特定の長さとなったときのみ射出光が直線偏光となるため、射出光を非直線偏光にすることがより容易になる。またこの場合には、入射する直線偏光の偏光方向を特に考慮しなくても、該直線偏光の偏光方向と異なる方向の偏光軸をもつ偏波保存ファイバが必ず存在するため、入射光の偏光方向と偏波保存ファイバの偏光軸とのアライメントが不要になる。

また、前記偏波保存ファイバの長さが、ビート長の半分の整数倍以外の長さとした場合には、射出光の偏光方向を、入射する直線偏光の偏光方向および該方向と直交する方向と必ず異なるものとすることができる。

さらに、前記偏波保存ファイバの少なくとも１つは光軸の周りに回転可能であり、前記干渉光検出手段の検出結果に基づき、前記回転可能な偏波保存ファイバの回転角を制御する制御手段をさらに設けた場合には、偏波保存ファイバの回転角を変化させることにより偏光変換手段からの射出光の偏光状態が変わり、それに応じて取得される光断層画像の画質も変化するため、最も良好な画質が得られるように回転角を変化させて調整することができる。

上記の偏光変換手段として、波長板を用いた場合には、簡易な構成で偏光変換手段を実現することができる。

また、前記偏光変換手段が、互いの偏光軸の方向が異なるように配置された少なくとも２つの波長板を用いた場合には、上述したように、入射する直線偏光の偏光方向に関して全ての波長板の偏光軸が特定の角度となったときのみ射出光が直線偏光となるため、射出光を非直線偏光にすることがより容易になる。

さらに、前記波長板の少なくとも１つは光軸の周りに回転可能であり、前記干渉光検出手段の検出結果に基づき、前記回転可能な波長板の回転角を制御する制御手段をさらに設けた場合には、波長板の回転角を変化させることにより偏光変換手段からの射出光の偏光状態が変わり、それに応じて取得される光断層画像の画質も変化するため、最も良好な画質が得られるように回転角を変化させて調整することができる。

また、上記の偏光変換手段として、偏光解消板を用いた場合には、簡易な構成で偏光変換手段を実現することができる。さらに、この場合には、射出光は無偏光になるため、偏光特性の影響はほとんど無くなり、従来問題となっていた偏光状態の揺らぎの問題を解決することができ、良好な画質の光断層画像を取得することができる。また、偏光解消板は、入射光の偏光状態に関わらず射出光を無偏光に変換する素子であるため、入射光の偏光方向を考慮した軸合わせ等のアライメントが不要になる。

ここで、前記光源ユニットが、波長を一定の周期で掃引したレーザ光を射出するものであり、前記画像取得手段が、前記干渉光を周波数解析することにより前記測定対象の光断層画像を取得するものであれば、ＳＳ−ＯＣＴ計測を利用した装置とすることができ、参照光の光路長を変更することなく高速に光断層画像を取得することができる。

また、前記光源ユニットが、低コヒーレント光を射出するものであり、前記画像取得手段が、前記干渉光を周波数解析することにより前記測定対象の光断層画像を取得するものであれば、ＳＤ−ＯＣＴ計測を利用した装置とすることができ、参照光の光路長を変更することなく高速に光断層画像を取得することができる。

さらに、本発明の第１の光断層画像の画質調整方法によれば、偏波保存ファイバの回転角を変化させて、該偏波保存ファイバからの射出光の偏光状態を変化させ、それにともなって変化する光断層画像の画質を見ながら光断層画像を取得できるため、そのときの状態に応じて最も良好な画質が得られる偏波保存ファイバの回転角を設定して、最も良好な画質の光断層画像を取得することができる。

また、本発明の第２の光断層画像の画質調整方法によれば、波長板の回転角を変化させて、該波長板からの射出光の偏光状態を変化させ、それにともない変化する光断層画像の画質を見ながら光断層画像を取得できるため、そのときの状態に応じて最も良好な画質が得られる波長板の回転角を設定して、最も良好な画質の光断層画像を取得することができる。

以下、図面を参照して本発明の光断層画像化装置の実施形態を詳細に説明する。

図１は本発明の第１の実施形態による光断層画像化装置の構成を示す図である。光断層画像化装置１００は、例えば体腔内の生体組織や細胞等の測定対象の光断層画像をＳＳ−ＯＣＴ計測により取得するものである。光断層画像化装置１００は、光Ｌを射出する光源ユニット１０と、光源ユニット１０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３と、光分割手段３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２０と、光分割手段３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３０と、プローブ３０から測定光Ｌ１が測定対象Ｓに照射されたときの測定対象からの反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とを合波する合波手段４と、合波手段４により合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出する干渉光検出手段４０と、干渉光検出手段４０により検出された干渉光Ｌ４を周波数解析することにより測定対象Ｓの光断層画像を取得する画像取得手段５０とを有している。

光源ユニット１０は、周波数を一定の周期で掃引させながらレーザ光Ｌを射出するものであり、レーザ媒質としては、半導体レーザに使用される半導体レーザ媒質が使用されている。具体的には、光源ユニット１０は、光結合用のレンズ１１ａおよび１１ｂと、半導体レーザ媒質１２と、コリメートレンズ１３と、回折光学素子１４と、リレーレンズ１５と、ポリゴンミラー１６とを備えている。

半導体レーザ媒質１２から射出した光は、コリメートレンズ１３により平行光に変換され、回折光学素子１４により空間的に波長分散され、リレーレンズ１５を通りポリゴンミラー１６により反射される。この反射光の一部は戻り光として同経路を逆向きに進行して半導体レーザ媒質１２に帰還する。

ここで、ポリゴンミラー１６は図１の矢印方向に回転するものであり、各反射面の角度がリレーレンズ１５の光軸に対して変化する。これにより、回折光学素子１４において波長分散された光のうち、特定の波長の光のみが戻り光として半導体レーザ媒質１２に帰還する。半導体レーザ媒質１２のコリメートレンズ１３側の射出端面およびポリゴンミラー１６により、共振器が構成され、半導体レーザ媒質１２の光結合用のレンズ１１ａ側の射出端面からレーザ光Ｌが射出される。なお、このレーザ光Ｌの波長は、戻り光の波長である。そして半導体レーザ媒質１２から射出されたレーザ光Ｌはレンズ１１ａにより平行光にされレンズ１１ｂにより集光されて光ファイバＰＦＢ１に入射する。

戻り光の波長は光学系１５の光軸と反射面との角度によって決まるものであるから、ポリゴンミラー１６が矢印方向に等速で回転したとき、ポリゴンミラー１６から再び半導体レーザ媒質１２に入射する光の波長は時間の経過に伴って一定の周期で変化することになる。結果として、光源ユニット１０から波長を一定の周期で掃引したレーザ光Ｌが光ファイバＰＦＢ１側に射出されることになる。なお、レーザ光Ｌはほぼ直線偏光の状態で光ファイバＰＦＢ１に入射する。

光ファイバＰＦＢ１は、偏波保存ファイバであり、導波手段として機能するとともに本発明における偏光変換手段としても機能するものである。光ファイバＰＦＢ１は、固有の偏光軸をもち、この偏光軸の方向がレーザ光Ｌの直線偏光の偏光方向とは異なるように配置されている。

図２は偏波保存ファイバの一例としてＰＡＮＤＡ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ −ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ ＡＮＤ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ−ｒｅｄｕｃｉｎｇ）ファイバの断面を示したものである。ＰＡＮＤＡファイバは、図２に示すように、クラッド１６１の中心に配置されたコア１６２の両側に非軸対称な応力を付与する２つの応力付与部１６３ａ、１６３ｂが設けられた構成を有する。これら応力付与部１６３ａ、１６３ｂの配列方向に平行な方向のｘ軸、および垂直な方向のｙ軸が偏光軸となる。

図３に偏波保存ファイバへ入射する光の偏光状態（ＩＮ側）と、各偏光状態の光が偏波保存ファイバを伝播して偏波保存ファイバから射出されたときの偏光状態（ＯＵＴ側）を矢印により模式的に示す。図３では、各偏光軸と同方向の２つの直線偏光および偏光軸と異なる方向の１つの直線偏光について示している。図３に示すように、偏波保存ファイバに偏光軸と同方向の偏光方向の直線偏光が入射したときは、その直線偏光は偏光方向が保存されたまま導波される。しかし、偏波保存ファイバに偏光軸と異なる方向の偏光方向の直線偏光が入射したときには、その直線偏光の偏光状態は保存されず、伝播とともに偏光状態は変化し、射出される光の偏光状態は伝播距離に応じて、右円偏光、左円偏光、入射時とは偏光方向が異なる直線偏光等の状態が現れうる。

図４に、偏波保存ファイバにその偏光軸と４５度の角度をなす偏光方向の直線偏光が入射したときの光の伝播の様子および偏光状態の変化をより詳細に示す。なお、図４では、入射した直線偏光のｘ軸方向、ｙ軸方向の成分をＰｘ，Ｐｙで表し、図２で説明したｘ軸およびｙ軸に垂直な方向をｚ軸方向として光の伝播方向としている。図４に示すように、偏波保存ファイバ内を伝播する光の偏光状態は伝播距離により変化する。ｘ軸方向、ｙ軸方向の伝播定数の差をΔβとすると、伝播距離がπ／２Δβ、３π／２Δβのとき円偏光となり、π／Δβのとき入射時と直交する方向の直線偏光となり、２π／Δβのとき入射時と同方向の直線偏光となる。この２π／Δβの長さをビート長と呼んでおり、光ファイバＰＦＢ１の長さはこのビート長の整数倍以外の長さとしている。

図４からわかるように、偏波保存ファイバの偏光軸と異なる方向の偏光方向の直線偏光が入射した場合、偏光軸と直線偏光の偏光方向とのなす角度に応じて、偏波保存ファイバが特定の長さのときのみ射出光は直線偏光となり、その他の長さでは射出光は非直線偏光となる。よって、偏光軸と直線偏光の偏光方向とのなす角度、伝搬定数の差Δβ、光ファイバＰＦＢ１の長さを考慮することで、入射した直線偏光を非直線偏光に変換して射出することができる。

ミラーやファイバカプラ等の光学部品は、偏光特性をもち、Ｐ偏光（電場の振動面が入射面と平行な直線偏光）とＳ偏光（電場の振動面が入射面と垂直な直線偏光）では、透過率や反射率、分岐比等が異なる。このような偏光特性の影響は、入射光が一方向の偏光方向の直線偏光のみであるときに特に大きく現れる。例えば、ミラーに入射する光が直線偏光であり、Ｐ偏光のみのときには、その反射光の光量はＰ偏光の反射率による。これに対して、入射する光が円偏光のときには、円偏光は直交する２つの直線偏光に分解して考えることができるので、Ｐ偏光とＳ偏光の混ざった光が入射すると考えられ、その反射光の光量はＰ偏光とＳ偏光に対する各反射率の平均値となる。さらに、入射する光の偏光状態が変わり、偏光方向が９０度変わると、もともとＰ偏光であった光はＳ偏光となり、その反射光量は大きく変化することになる。これに対して、円偏光では、偏光方向が９０度変わっても、その反射光量は変化しない。このようなことから、円偏光の方が直線偏光より、偏光特性や偏光状態の変化による影響を小さくできると言える。

なお、光ファイバＰＦＢ１は、不図示のモータ等により光軸の周りに回転可能であり、所望の回転角で固定可能なように構成されている。光ファイバＰＦＢ１の回転角を変化させることにより、光ファイバＰＦＢ１に入射する直線偏光の偏光方向と光ファイバＰＦＢ１の偏光軸のなす角度が変わり、光ファイバＰＦＢ１の射出光の偏光状態を変えることができ、取得される光断層画像の画質を変化させることができる。光ファイバＰＦＢ１の回転角は、制御手段７０により制御される。あるいは、レンズ１１ａと１１ｂの間に１／２波長板を挿入し、光軸と垂直な面内に回転させることにより光ファイバＰＦＢ１へ入射する光の偏光方向を調整することが出来る。１／２波長板は、直線偏光の状態は維持したままでその偏光方向を回転させる機能を有する。１／２波長板を角度θだけ回転させると、入射した直線偏光に対し偏光方向が２θ回転した直線偏光が射出される。１／２波長板の回転角は、同じく制御手段７０により制御するようにしてもよい。

なお、上記説明および図２〜図４ではＰＡＮＤＡファイバを例にとり説明したが、本発明で使用可能な偏波保存ファイバはＰＡＮＤＡファイバに限定されるものではなく、例えばコアの形状を非軸対称にした楕円コア型の偏波保存ファイバ等も使用可能である。

光分割手段３は、たとえば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１０から光ファイバＰＦＢ１を介して導波された光Ｌを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２に分割する。光分割手段３は、２本の光ファイバＦＢ２、ＦＢ３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ＦＢ２により導波され、参照光Ｌ２は光ファイバＦＢ３により導波される。なお、光ファイバＦＢ２、ＦＢ３は共にシングルモードファイバであり、本実施形態における光分割手段３は、合波手段４としても機能するものである。

光ファイバＦＢ２にはプローブ３０が光学的に接続されており、測定光Ｌ１は光ファイバＦＢ２からプローブ３０へ導波される。プローブ３０は、たとえば鉗子口から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、光学コネクタＯＣにより光ファイバＦＢ２に対し着脱可能に取り付けられている。

プローブ３０は、先端が閉じられた円筒状のプローブ外筒の内部空間に、該外筒の軸方向に延びるように配設されたシングルモードファイバである光ファイバＦＢ２１と、光ファイバＦＢ２１の先端から射出した光Ｌ１を平行光化するコリメータレンズ３１と、このコリメータレンズ３１から出射した測定光Ｌ１を反射させる走査ミラー３２と、この走査ミラー３２で反射した測定光Ｌ１を測定対象Ｓ内で収束するように集光する集光レンズ３３とから構成されている。走査ミラー３２が不図示の駆動手段により駆動されることにより、測定対象Ｓを走査して測定することができる。

一方、光ファイバＦＢ３における参照光Ｌ２の射出側には光路長調整手段２０が配置されている。光路長調整手段２０は、測定対象Ｓに対する光断層画像の取得を開始する位置を調整するために、参照光Ｌ２の光路長を変更するものであって、光ファイバＦＢ３から射出された参照光Ｌ２を反射させる反射ミラー２２と、反射ミラー２２と光ファイバＦＢ３との間に配置された第１光学レンズ２１ａと、第１光学レンズ２１ａと反射ミラー２２との間に配置された第２光学レンズ２１ｂとを有している。

第１光学レンズ２１ａは、光ファイバＦＢ３のコアから射出された参照光Ｌ２を平行光にするとともに、反射ミラー２２により反射された参照光Ｌ２を光ファイバＦＢ３のコアに集光する機能を有している。また、第２光学レンズ２１ｂは、第１光学レンズ２１ａにより平行光にされた参照光Ｌ２を反射ミラー２２上に集光するとともに、反射ミラー２２により反射された参照光Ｌ２を平行光にする機能を有している。

したがって、光ファイバＦＢ３から射出した参照光Ｌ２は、第１光学レンズ２１ａにより平行光になり、第２光学レンズ２１ｂにより反射ミラー２２上に集光される。その後、反射ミラー２２により反射された参照光Ｌ２は、第２光学レンズ２１ｂにより平行光になり、第１光学レンズ２１ａにより光ファイバＦＢ３のコアに集光される。

さらに光路長調整手段２０は、第２光学レンズ２１ｂと反射ミラー２２とを固定した可動ステージ２３と、該可動ステージ２３を第１光学レンズ２１ａの光軸方向に移動させるミラー移動手段２４とを有している。そして可動ステージ２３が矢印Ａ方向に移動することにより、参照光Ｌ２の光路長が変更するよう構成されている。

合波手段４は、前述のとおり２×２の光ファイバカプラからなり、光路長調整手段２０により光路長が変更された参照光Ｌ２と測定対象Ｓからの反射光Ｌ３とを合波しこれらの干渉光Ｌ４を導波手段である光ファイバＦＢ４を介して干渉光検出手段４０側に射出するように構成されている。なお、光ファイバＦＢ４はシングルモードファイバである。

干渉光検出手段４０は、合波手段４により合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出する。上記干渉光検出手段４０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５０に接続され、画像取得手段５０はＣＲＴや液晶表示装置等からなる表示装置６０に接続されている。画像取得手段５０は、干渉光検出手段４０により検出された干渉光Ｌ４を周波数解析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の強度各深さ位置における反射光Ｌ３の強度を検出し測定対象Ｓの光断層画像を取得する。この光断層画像は表示装置６０により表示される。また、干渉光検出手段４０には、干渉光検出手段４０の検出結果に基づき光ファイバＰＦＢ１の回転角を制御する制御手段７０が接続されている。

ここで、干渉光検出手段４０および画像取得手段５０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。

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４０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５０において、干渉光検出手段４０が検出した干渉光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の各深さ位置における反射情報を取得し、光断層画像を生成することができる。そして、生成された光断層画像は、表示装置６０において表示される。

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、可動ステージ２３が矢印Ａ方向に移動することにより、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１０から光Ｌが射出され、光Ｌは光分割手段３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３０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が反射ミラー２２において反射した参照光Ｌ２と合波手段４により合波され、反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４が干渉光検出手段４０により検出される。この検出された干渉光Ｌ４の信号が画像取得手段５０において周波数解析されることにより光断層画像が取得される。このように、ＳＳ−ＯＣＴ計測により光断層画像を取得する光断層画像化装置１００においては、干渉光Ｌ４の周波数および光強度に基づいて各深さ位置における画像情報を取得するようになっており、反射ミラー２２の矢印Ａ方向の移動は測定対象の深さ方向について光断層画像信号を得る位置の調整に用いられる。

そして、例えば走査ミラー３２を駆動することにより、測定対象Ｓに対して測定光Ｌ１をＸ方向およびそれと直交するＹ方向に走査させれば、この２次元的走査領域の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２次元領域内のＸ、Ｙ双方向についての光断層画像を取得することができる。

光断層画像取得の際には、制御手段７０を用いて光ファイバＰＦＢ１を回転させ、最も良好な光断層画像が得られるように調整する。例えば、光ファイバＰＦＢ１の回転角を変化させて、例えばＳ／Ｎ比が最も良好となるように、あるいは光断層画像のコントラストが最も良好となるように調整し、その角度で固定するようにしてもよい。このような調整は測定対象Ｓの測定中だけでなく、例えば、標準サンプルとなる測定対象を用意しておき、装置の組立時や使用開始時に行うようにしてもよい。なお、上記の制御手段７０を用いた画質の調整は、回転可能な偏光変換手段およびその回転角を制御する制御手段７０を有する後述の実施形態の光断層画像化装置においても同様に行うことができる。

上述したように、光断層画像化装置１００では、光源ユニット１０から光分割手段３までの光路に偏波保存ファイバである光ファイバＰＦＢ１を用いて、光源ユニット１０から射出された直線偏光を、非直線偏光に変換するようにしているため、光学部品による偏光特性の影響を軽減することができる。また、シングルモードファイバである光ファイバＦＢ２，ＦＢ２１，ＦＢ３、ＦＢ４を伝播した光の偏光状態に揺らぎがあったとしても、その影響は小さいものとなるため、信号レベルの変動は小さくなり、良好な画質の光断層画像を取得することができる。さらに、非直線偏光を用いて測定するようにしているため、参照光Ｌ２と反射光Ｌ３が互いに偏光方向が直交した完全な直線偏光となり、光断層画像を取得できないという事態を回避でき、光断層画像を確実に取得することができる。

また、光断層画像化装置１００では、制御手段７０により光ファイバＰＦＢ１を光軸の周りに回転させて調整し、所望の回転角で固定可能な構成としているため、状態が変わった場合でも各状態に応じて最適回転角となるよう調整して、良好な画質の光断層画像を安定して取得することができる。

次に、本発明の第２の実施形態による光断層画像化装置について図５を参照して説明する。なお、第２の実施形態である光断層画像化装置２００は、いわゆるＳＤ−ＯＣＴ計測を行うことにより断層画像を取得するＳＤ−ＯＣＴ装置であって、図１の光断層画像化装置１００と異なる点は光源ユニットおよび干渉光検出手段の構成である。図５の光断層画像化装置２００において図１の光断層画像化装置１００と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。

光断層画像化装置２００が有する光源ユニット２１０は、たとえばＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）やＡＳＥ（Ａｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）等の低コヒーレンス光を射出する光源２１１と、光源２１１から射出された光を光ファイバＰＦＢ１内に入射するための光学系２１２とを有している。なお、光断層画像化装置２００は体腔内の生体を測定対象Ｓとしたときの光断層画像を取得するものであるため、測定対象Ｓ内を透過するときの散乱・吸収による光の減衰を最小限に抑えることができる、たとえば広スペクトル帯域の超短パルスレーザ光源等を用いるのが好ましい。

一方、干渉光検出手段２４０は、合波手段４により合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出するものであって、複数の波長帯域を有する干渉光Ｌ４を各波長帯域毎に分光する分光手段２４２と、分光手段２４２により分光された各波長帯域の干渉光Ｌ４毎に設けられた光検出手段２４４とを有している。この分光手段２４２はたとえば回折光学素子等により構成されており、光ファイバＦＢ４からコリメータレンズ２４１を介して入射される干渉光Ｌ４を分光し、光検出手段２４４側に射出するようになっている。

また、光検出手段２４４は、たとえば１次元もしくは２次元にＣＣＤ等の複数の光センサを配列した構造を有し、各光センサが光学レンズ２４３を介して入射される干渉光Ｌ４を波長帯域毎にそれぞれ検出するようになっている。ここで、干渉光検出手段２４０において、光源ユニット２１０のスペクトルに反射情報の関数をフーリエ変換したものを加えた干渉光Ｌ４が観測される。そして、干渉光検出手段２４０において検出された干渉光Ｌ４を画像取得手段５０において周波数解析することにより、測定対象Ｓの各深さ位置における反射情報を取得し、光断層画像を生成する。生成された光断層画像は、表示装置６０において表示される。

ここで、第２の実施形態の光断層画像化装置２００においても、光源ユニット２１０から光分割手段３までの光路に偏波保存ファイバである光ファイバＰＦＢ１を用いている。光断層画像化装置２００における光ファイバＰＦＢ１は、第１の実施形態の光断層画像化装置１００における光ファイバＰＦＢ１と同様に、偏光変換手段として機能するものであり、その偏光軸の方向が光源ユニット２１０から射出されて光ファイバＰＦＢ１に入射するレーザ光Ｌの偏光方向とは異なるように配置され、その長さはビート長の整数倍以外の長さであり、光軸の周りに回転可能に構成され、その回転角は制御手段７０により制御される。

よって、以上説明した第２の実施形態による光断層画像化装置２００においても、第１の実施形態の光断層画像化装置１００と同様の効果が得られ、偏光の影響を軽減して良好な画質の光断層画像を取得することができる。

次に、本発明の第３の実施形態による光断層画像化装置について図６を参照して説明する。なお、第３の実施形態である光断層画像化装置３００は、いわゆるＴＤ−ＯＣＴ計測を行うことにより断層画像を取得するＴＤ−ＯＣＴ装置であって、図５の光断層画像化装置２００と基本的に異なる点は光路長調整手段および干渉光検出手段の機能である。図６の光断層画像化装置３００において図５の光断層画像化装置２００と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。

光断層画像化装置３００の光路長調整手段３２０は、光断層画像化装置１００の光路長調整手段２０と同様の構成を有するが、測定対象Ｓ内の測定位置を深さ方向に変化させるために、参照光Ｌ２の光路長を変える機能を有している。さらに、光断層画像化装置３００では、参照光Ｌ２の光路中（光ファイバＦＢ３）に位相変調器３２５が配置されており、参照光Ｌ２に対しわずかな周波数シフトを与える機能を有している。そして、光路長調整手段２０および位相変調器３２５により光路長の変更および周波数シフトがなされた参照光Ｌ２が合波手段４に導波されるようになっている。

また、光断層画像化装置３００の干渉光検出手段３４０は、たとえばヘテロダイン検波により干渉光Ｌ４の光強度を検出するようになっている。具体的には、測定光Ｌ１の全光路長と反射光Ｌ３の全光路長との合計が、参照光Ｌ２の全光路長と等しいときに、参照光Ｌ２と反射光Ｌ３との差周波数で強弱を繰り返すビート信号が発生する。光路長調整手段２０により光路長が変更されていくにつれて、測定対象Ｓの測定位置（深さ）が変わっていき、干渉光検出手段３４０は各測定位置における複数のビート信号を検出するようになっている。なお、測定位置の情報は光路長調整手段３２０から画像取得手段５０へ出力される。そして、干渉光検出手段３４０により検出されたビート信号と、ミラー移動手段２４における測定位置の情報とに基づいて光断層画像が生成される。生成された光断層画像は、表示装置６０において表示される。

ここで、第３の実施形態の光断層画像化装置３００においても、光源ユニット２１０から光分割手段３までの光路に偏波保存ファイバである光ファイバＰＦＢ１を用いている。光断層画像化装置３００における光ファイバＰＦＢ１は、第１の実施形態の光断層画像化装置１００における光ファイバＰＦＢ１と同様に、偏光変換手段として機能するものであり、その偏光軸の方向が光源ユニット２１０から射出されて光ファイバＰＦＢ１に入射するレーザ光Ｌの偏光方向とは異なるように配置され、その長さはビート長の整数倍以外の長さであり、光軸の周りに回転可能に構成され、その回転角は制御手段７０により制御される。

よって、以上説明した第３の実施形態においても、第１の実施形態の光断層画像化装置１００と同様の効果が得られ、偏光の影響を軽減して良好な画質の光断層画像を取得することができる。

次に、本発明の第４の実施形態による光断層画像化装置について図７を参照して説明する。なお、第４の実施形態である光断層画像化装置４００は、図１の光断層画像化装置１００と比較して、偏光変換手段である偏波保存ファイバを、光源ユニットから光分割手段までの光路の代わりに、測定光Ｌ１および反射光Ｌ３の光路に設けた点が基本的に異なる。図７の光断層画像化装置４００において図１の光断層画像化装置１００と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。

光断層画像化装置４００は、図１の光断層画像化装置１００の偏波保存ファイバである光ファイバＰＦＢ１、シングルモードファイバであるＦＢ２を、それぞれシングルモードファイバであるＦＢ１、偏波保存ファイバである光ファイバＰＦＢ２に置換した構成を有する。

偏波保存ファイバである光ファイバＰＦＢ２は、第１の実施形態の光断層画像化装置１００における光ファイバＰＦＢ１と同様に、偏光変換手段として機能するものであり、その偏光軸の方向が入射する測定光Ｌ１の偏光方向とは異なるように配置され、その長さはビート長の整数倍以外の長さであり、光軸の周りに回転可能に構成され、その回転角は制御手段７０により制御される。

よって、以上説明した第４の実施形態による光断層画像化装置４００においても、第１の実施形態の光断層画像化装置１００と同様の効果が得られ、偏光の影響を軽減して良好な画質の光断層画像を取得することができる。

次に、本発明の第５の実施形態による光断層画像化装置について図８を参照して説明する。なお、第５の実施形態である光断層画像化装置５００は、図１の光断層画像化装置１００と比較して、偏光変換手段である偏波保存ファイバを２本設けた点が基本的に異なる。図８の光断層画像化装置５００において図１の光断層画像化装置１００と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。

光断層画像化装置５００は、図１の光断層画像化装置１００の偏波保存ファイバである光ファイバＰＦＢ１を、光カプラＣ１で光結合された２本の偏波保存ファイバである光ファイバＰＦＢ１１、ＰＦＢ１２に置換した構成を有する。

光ファイバＰＦＢ１１、ＰＦＢ１２は、偏光変換手段として機能するものであり、その光結合部では図９に示すように互いの偏光軸の方向が異なるように配置され、その長さはビート長の整数倍以外の長さである。また、光ファイバＰＦＢ１１は、光軸の周りに回転可能に構成され、その回転角は制御手段７０により制御される。なお、光カプラＣ１は、本実施形態では偏波保存機能の無い光ファイバカプラを用いているが、偏波保存機能のある光ファイバカプラを用いてもよい。

なお、光断層画像化装置５００では、光源ユニット１０から光ファイバＰＦＢ１１へ入射する直線偏光の偏光方向と光ファイバＰＦＢ１１、ＰＦＢ１２の偏光軸の方向は特に設定されていない。光ファイバＰＦＢ１１へ入射する直線偏光の偏光方向と光ファイバＰＦＢ１１の偏光軸の方向が一致している場合には、光ファイバＰＦＢ１１から射出される光は直線偏光となり、直線偏光が光ファイバＰＦＢ１２に入射することになるが、光ファイバＰＦＢ１１、ＰＦＢ１２の偏光軸は異なるよう配置されているため、光ファイバＰＦＢ１２に入射する直線偏光の偏光方向と光ファイバＰＦＢ１２の偏光軸の方向は異なることになる。よって、この場合は第１の実施形態における光ファイバＰＦＢ１と同様に、光ファイバＰＦＢ１２から射出される光を非直線偏光とすることができる。

また、光源ユニット１０から射出された直線偏光の偏光方向と光ファイバＰＦＢ１１の偏光軸の方向が異なる場合には、第１の実施形態における光ファイバＰＦＢ１と同様に、光ファイバＰＦＢ１１から射出される光を非直線偏光とすることができる。この非直線偏光が偏波保存ファイバである光ファイバＰＦＢ１２に入射すると、その射出光もまた非直線偏光となって射出される。

よって、以上説明した第５の実施形態による光断層画像化装置５００においても、第１の実施形態の光断層画像化装置１００と同様の効果が得られ、偏光の影響を軽減して良好な画質の光断層画像を取得することができる。また、この第５の実施形態のように２つの偏波保存ファイバを用いた場合には、全ての偏波保存ファイバが特定の長さとなったときのみ射出光が直線偏光となるため、射出光を非直線偏光にすることがより容易になる。また、入射する直線偏光の偏光方向を特に考慮しなくても、該直線偏光の偏光方向と異なる方向の偏光軸をもつ偏波保存ファイバが必ず存在するため、入射光の偏光方向と偏波保存ファイバの偏光軸とのアライメントがほとんどの場合は、不要になる。しかし、光ファイバＰＦＢ１１への入射光の偏光方向と光ファイバＰＦＢ１と光ファイバＰＦＢ１２の偏光軸の組合せにより、極めて僅かの確率で直線偏光の射出光となることがある。このようなときは、入射光の偏光方向か、光ファイバＰＦＢ１１と光ファイバＰＦＢ１２との偏光軸の方向がなす角度を調整すると、射出光を楕円偏光にすることができる。

なお、上述した第１〜第５の実施形態では、光源ユニットから光分割手段までの光路、光分割手段からプローブまでの光路のいずれか１つの光路に偏光変換手段として機能する１つまたは２つの偏波保存ファイバを設けたが、本発明はこれに限定されるものではなく、光源ユニット、光源ユニットから光分割手段までの光路、光分割手段からプローブまでの光路、プローブ内の光学コネクタＯＣから測定対象までの光路、光分割手段から光路長調整手段を経由して合波手段までの光路のうち、いずれか１カ所に偏波保存ファイバを設けてもよく、また、これらの中の複数箇所に偏波保存ファイバを設けてもよい。また、偏光変換手段として偏波保存ファイバを用いる際は、必ずしも光路全体を偏波保存ファイバにする必要はなく、光路の一部として用いるだけでもよい。

次に、本発明の第６の実施形態による光断層画像化装置について図１０を参照して説明する。なお、第６の実施形態である光断層画像化装置６００は、偏光変換手段として１／４波長板を用いた点が大きな特徴である。光断層画像化装置６００は、図１の光断層画像化装置１００の光ファイバＰＦＢ１および光源ユニット１０を、それぞれシングルモードファイバである光ファイバＦＢ１、内部に偏光変換手段が配設された光源ユニット６１０に置換した構成を有する。図１０の光断層画像化装置６００において図１の光断層画像化装置１００と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。

光断層画像化装置６００の光源ユニット６１０は、図１の光断層画像化装置１００の光源ユニット１０のレンズ１１ａと１１ｂの間に１／４波長板１７を配置した点のみが光源ユニット１０と異なる。

１／４波長板１７は、互いに垂直な方向に振動する直線偏光に１／４波長の位相差を与える複屈折板であり、本発明における偏光変換手段として機能するものである。１／４波長板１７は、固有の偏光軸をもち、その偏光軸と入射する直線偏光の偏光方向とのなす角度が０度または１８０度のときは直線偏光を射出し、４５度のときは直線偏光を円偏光に変換し、それ以外の角度のときは直線偏光を楕円偏光に変換するものである。

なお、１／４波長板１７は、不図示のモータ等により光軸の周りに回転可能に構成されている。１／４波長板１７の回転角を変化させることにより、１／４波長板１７に入射する直線偏光の偏光方向と１／４波長板１７の偏光軸のなす角度が変わり、１／４波長板１７の射出光の偏光状態を変えることができ、取得される光断層画像の画質を変化させることができる。１／４波長板１７の回転角は、制御手段７０により制御される。

光断層画像取得の際には、第１の実施形態における光ファイバＰＦＢ１の回転調整と同様に、制御手段７０を用いて１／４波長板１７を回転させ、最も良好な光断層画像が得られるように調整し、その角度で固定するようにすることが好ましい。

よって、以上説明した第６の実施形態による光断層画像化装置６００においても、第１の実施形態の光断層画像化装置１００と同様の効果が得られ、偏光の影響を軽減して良好な画質の光断層画像を取得することができる。

次に、本発明の第７の実施形態による光断層画像化装置について図１１を参照して説明する。なお、第７の実施形態である光断層画像化装置７００は、図１０の光断層画像化装置６００と比較して、偏光変換手段としての１／４波長板をさらにプローブ内に追加配置した点のみが異なる。図１１の光断層画像化装置７００において図１０の光断層画像化装置６００と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。

光断層画像化装置７００では、図１０の光断層画像化装置６００のプローブ３０に代わりプローブ７３０を用いている。プローブ７３０は、図１０の光断層画像化装置６００のプローブ３０のコリメータレンズ３１と走査ミラー３２の間に１／４波長板３５を配置した点のみがプローブ３０と異なる。すなわち、光断層画像化装置７００では、光源ユニット６１０およびプローブ７３０の２カ所に１／４波長板を配置している。

よって、第７の実施形態による光断層画像化装置７００においても、第１の実施形態の光断層画像化装置１００と同様の効果が得られ、偏光の影響を軽減して良好な画質の光断層画像を取得することができる。さらに、光断層画像化装置７００は、２カ所に１／４波長板を配置しているため、偏光の影響を軽減する効果がより高いものとなる。

なお、上記の第６、第７の実施形態では、光源ユニット、またはプローブに波長板を設けたが、本発明はこれに限定されるものではなく、光源ユニット、光源ユニットから光分割手段までの光路、光分割手段からプローブまでの光路、プローブ内の光学コネクタＯＣから測定対象までの光路、光分割手段から光路長調整手段を経由して合波手段までの光路のうち、いずれか１カ所に波長板を設けてもよく、また、これらの中の複数箇所に波長板を設けてもよい。

また、上記の第６、第７の実施形態では、１／４波長板を用いた例について説明したが、使用可能な波長板は１／４波長板に限定されるものではなく、１／４波長以外の位相差を持たせる波長板も使用可能である。例えば、１／８波長板や５／８波長板等を用いても、直線偏光を楕円偏光に変換できるため、これらも本発明の偏光変換手段として利用可能である。

なお、上記の第１〜第７の実施形態では、偏波保存ファイバや波長板を光軸の周りに回転可能に構成し、これらの回転角を調整する制御手段を設けた構成について説明したが、直線偏光を非直線偏光にするためだけであれば、このような構成は必ずしも必要なものではない。偏波保存ファイバを使用する場合には、その偏光軸と入射光の直線偏光の偏光方向のなす角、および偏波保存ファイバの長さを適宜設定することにより、入射する直線偏光を非直線偏光にすることができる。また、波長板を使用する場合には、その偏光軸と入射光の直線偏光の偏光方向のなす角を適宜設定することにより、入射する直線偏光を非直線偏光にすることができる。ただし、上記のような回転可能な構成および制御手段を設けた構成を採用した方が、状況に応じたより好適な偏光状態の光が得られ、偏光状態の揺らぎ等に対応可能となるため、より良好な断層画像を取得することができる。

また、上記の第１〜第７の実施形態では、光源ユニット内、光源ユニットから光分割手段までの光路、光分割手段からプローブまでの光路における偏波保存ファイバや波長板の回転角を調整する例について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、公知の制御手段を用いることにより、プローブ内に配置された偏波保存ファイバや波長板を回転させてその回転角を制御することも可能である。

また、上記の第１〜第７の実施形態では、制御手段が回転角を調整するのは１つの偏波保存ファイバ、または１つの波長板である例について説明したが、偏光変換手段が複数の偏波保存ファイバまたは波長板を備えている場合には、複数の偏波保存ファイバまたは複数の波長板について制御手段が回転角を調整するようにしてもよい。

次に、本発明の第８の実施形態による光断層画像化装置について図１２を参照して説明する。なお、第８の実施形態である光断層画像化装置８００は、偏光変換手段として偏光解消板を用いた点が大きな特徴である。光断層画像化装置８００は、図１０の光断層画像化装置６００の光源ユニット６１０に代わり、光源ユニット６１０の１／４波長板１７を偏光解消板１８に置換した構成の光源ユニット８１０を有する。図１２の光断層画像化装置８００において図１０の光断層画像化装置６００と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。

光断層画像化装置８００の光源ユニット８１０の偏光解消板１８は、あらゆる光の偏光状態を無偏光に変換するものである。偏光解消板１８としては例えば、２枚の異方性結晶板を光学軸の方向が直交するように貼り合わせた構成からなり、偏光解消板１８において入射光へ与える位相差に分布をもたせてビーム径全体では無偏光とするものなどがある。

よって、以上説明した第８の実施形態の光断層画像化装置８００においても、第１の実施形態の光断層画像化装置１００と同様の効果が得られ、偏光の影響を軽減して良好な画質の光断層画像を取得することができる。さらに、光断層画像化装置８００は、偏光解消板を用いているため、偏光特性の影響をほぼ皆無にすることができる。

なお、上記の第８の実施形態では光源ユニットに偏光解消板を設けたが、本発明はこれに限定されるものではなく、光源ユニット、光源ユニットから光分割手段までの光路、光分割手段からプローブまでの光路、プローブ内の光学コネクタＯＣから測定対象までの光路、光分割手段から光路長調整手段を経由して合波手段までの光路のうち、いずれか１カ所に偏光解消板を設けてもよく、また、これらの中の複数箇所に偏光解消板を設けてもよい。

なお、上記第１〜第８の実施形態の説明では、偏光変換手段への入射光が直線偏光の場合について説明したが、入射光が完全な一方向の直線偏光だけでなく、偏光方向の異なる複数の直線偏光の混合や、直線偏光と非直線偏光の混合である場合には、最も強度の強い直線偏光を偏光変換手段への入射光として、本発明を適用するようにしてもよい。

また、上記第１〜第８の実施形態の説明では、偏光変換手段が偏波保存ファイバの場合、波長板の場合、偏光解消板の場合についてそれぞれ説明したが、これら複数種類の偏光変換手段を１つの光断層画像化装置に併設するようにしてもよい。

なお、上記説明では、第１の実施形態でＳＳ−ＯＣＴ装置を例示し、第１の実施形態の発明の特徴をＳＤ−ＯＣＴ装置、ＴＤ−ＯＣＴ装置に適用したものを第２，第３の実施形態として説明した。同様に、第４〜第８実施形態の発明の特徴をＳＤ−ＯＣＴ装置、ＴＤ−ＯＣＴ装置に適用することも可能である。

本発明の第１の実施形態による光断層画像化装置の概略構成図 ＰＡＮＤＡファイバの断面図 偏波保存ファイバの入射光と射出光の偏光状態を説明するための図 偏波保存ファイバの偏光軸と４５度の角度をなす偏光方向の直線偏光が入射したときの光の進行および偏光状態の変化を模式的に示す図 本発明の第２の実施形態による光断層画像化装置の概略構成図 本発明の第３の実施形態による光断層画像化装置の概略構成図 本発明の第４の実施形態による光断層画像化装置の概略構成図 本発明の第５の実施形態による光断層画像化装置の概略構成図 偏光軸を異ならせて配置された２つの偏波保存ファイバを示す図 本発明の第６の実施形態による光断層画像化装置の概略構成図 本発明の第７の実施形態による光断層画像化装置の概略構成図 本発明の第８の実施形態による光断層画像化装置の概略構成図

符号の説明

３ 光分割手段
４ 合波手段
１０、６１０、８１０ 光源ユニット
１２ 半導体レーザ媒質
１４ 回折光学素子
１６ ポリゴンミラー
１７，３５ １／４波長板
１８ 偏光解消板
２０ 光路長調整手段
２１ａ 第１光学レンズ
２１ｂ 第２光学レンズ
２２ 反射ミラー
２３ 可動ステージ
２４ ミラー移動手段
３０、７３０ プローブ
４０ 干渉光検出手段
５０ 画像取得手段
６０ 表示装置
１００、２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００ 光断層画像化装置
ＦＢ１，ＦＢ２，ＦＢ３，ＦＢ４，ＦＢ２１ 光ファイバ
Ｌ 光
Ｌ１ 測定光
Ｌ２ 参照光
Ｌ３ 反射光
Ｌ４ 干渉光
ＯＣ 光コネクタ
ＰＦＢ１，ＰＦＢ２，ＰＦＢ１１，ＰＦＢ１２ 光ファイバ
Ｓ 測定対象

Claims (13)

1. 光を射出する光源ユニットと、
   前記光源ユニット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、
   前記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、
   前記干渉光検出手段により検出された前記干渉光から前記測定対象の光断層画像を取得する画像取得手段とを備えた光断層画像化装置において、
   前記光源ユニット、前記光源ユニットから前記光分割手段までの光路、前記光分割手段から前記測定対象までの前記測定光の光路、前記測定対象から前記合波手段までの前記反射光の光路、前記光分割手段から前記合波手段までの前記参照光の光路のうちの少なくとも１つに、直線偏光を非直線偏光に変換する偏光変換手段を設けたことを特徴とする光断層画像化装置。
2. 前記偏光変換手段が、前記直線偏光の偏光方向と偏光軸の方向が異なるように配置された偏波保存ファイバを用いたものであることを特徴とする請求項１記載の光断層画像化装置。
3. 前記偏光変換手段が、互いの偏光軸の方向が異なるように配置された少なくとも２つの偏波保存ファイバを用いたものであることを特徴とする請求項１記載の光断層画像化装置。
4. 前記偏波保存ファイバの長さが、ビート長の半分の整数倍以外の長さであることを特徴とする請求項２または３記載の光断層画像化装置。
5. 前記偏波保存ファイバの少なくとも１つは光軸の周りに回転可能であり、
   前記干渉光検出手段の検出結果に基づき、前記回転可能な偏波保存ファイバの回転角を制御する制御手段をさらに設けたことを特徴とする請求項２から４のいずれか１項記載の光断層画像化装置。
6. 前記偏光変換手段が、波長板を用いたものであることを特徴とする請求項１記載の光断層画像化装置。
7. 前記偏光変換手段が、互いの偏光軸の方向が異なるように配置された少なくとも２つの波長板を用いたものであることを特徴とする請求項１記載の光断層画像化装置。
8. 前記波長板の少なくとも１つは光軸の周りに回転可能であり、
   前記干渉光検出手段の検出結果に基づき、前記回転可能な波長板の回転角を制御する制御手段をさらに設けたことを特徴とする請求項６または７記載の光断層画像化装置。
9. 前記偏光変換手段が、偏光解消板であることを特徴とする請求項１記載の光断層画像化装置。
10. 前記光源ユニットが、波長を一定の周期で掃引したレーザ光を射出するものであり、
    前記画像取得手段が、前記干渉光を周波数解析することにより前記測定対象の光断層画像を取得するものであることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項記載の光断層画像化装置。
11. 前記光源ユニットが、低コヒーレント光を射出するものであり、
    前記画像取得手段が、前記干渉光を周波数解析することにより前記測定対象の光断層画像を取得するものであることを特徴とする請求項１から９のいずれか１記載の光断層画像化装置。
12. 光を射出する光源ユニットと、
    前記光源ユニット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、
    前記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、
    前記干渉光検出手段により検出された前記干渉光から前記測定対象の光断層画像を取得する画像取得手段と、
    前記光源ユニット、前記光源ユニットから前記光分割手段までの光路、前記光分割手段から前記測定対象までの前記測定光の光路、前記測定対象から前記合波手段までの前記反射光の光路、前記光分割手段から前記合波手段までの前記参照光の光路のうちの少なくとも１つに設けられ、光軸の周りに回転可能に構成されて、入射した直線偏光を非直線偏光に変換するための少なくとも１つの偏波保存ファイバを備えた光断層画像化装置における光断層画像の画質調整方法であって、
    前記干渉光検出手段により検出された干渉光により前記測定対象の光断層画像を取得する際、前記偏波保存ファイバの回転角を変化させて、該取得される光断層画像の画質を変化させることを特徴とする光断層画像の画質調整方法。
13. 光を射出する光源ユニットと、
    前記光源ユニット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、
    前記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、
    前記干渉光検出手段により検出された前記干渉光から前記測定対象の光断層画像を取得する画像取得手段と、
    前記光源ユニット、前記光源ユニットから前記光分割手段までの光路、前記光分割手段から前記測定対象までの前記測定光の光路、前記測定対象から前記合波手段までの前記反射光の光路、前記光分割手段から前記合波手段までの前記参照光の光路のうちの少なくとも１つに設けられ、光軸の周りに回転可能に構成されて、入射した直線偏光を非直線偏光に変換するための少なくとも１つの波長板を備えた光断層画像化装置における光断層画像の画質調整方法であって、
    前記干渉光検出手段により検出された干渉光により前記測定対象の光断層画像を取得する際、前記波長板の回転角を変化させて、該取得される光断層画像の画質を変化させることを特徴とする光断層画像の画質調整方法。

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