JP2009041946A - 光画像計測装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】被測定物体の深部組織の微細構造を画像化する。
【解決手段】光画像計測装置１は、光源２、光ファイババンドル５、反射部６、参照ミラー９、ビームスプリッタ１２を含む干渉光生成手段により、低コヒーレンス光を信号光と参照光に分割し、被測定物体５０００を経由した信号光と参照ミラー９を経由した参照光とを重畳させて干渉光を生成する。２次元光センサアレイ１４、１５は、干渉光を検出する。コンピュータ１６は、この検出結果を基に被測定物体５０００の画像を形成する。光ファイババンドル５を被測定物体５０００内に挿入して計測を行うことで、被測定物体５０００の深部組織の断層画像が得られる。更に、光画像計測装置１は、ＯＣＴ技術を用いて計測を行うので、被測定物体５０００の深部組織の高解像度の画像を形成できる。
【選択図】図１

Description

この発明は、ＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）技術を用いて被測定物体の画像を形成する光画像計測装置に関する。
近年、レーザ光源等を用いて被測定物体の表面や内部の画像を形成する光画像計測技術が注目を集めている。光画像計測技術は、従来からのＸ線ＣＴのような人体に対する侵襲性を持たないことから、特に医療分野への応用が期待されている。
光画像計測技術における代表的な手法の一例としてＯＣＴ技術（光干渉断層画像化法などと呼ばれる）がある。この技術は、例えばスーパールミネセントダイオード（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ；ＳＬＤ）のように広いスペクトル幅をもつ広帯域光源の低干渉性を利用して、被測定物体からの反射光や透過光をμｍオーダーの優れた距離分解能で検出可能とするものである（たとえば非特許文献１参照）。
ＯＣＴ技術を利用した装置の一例として、マイケルソン型の干渉計を用いた従来の光画像計測装置について説明する。そのような光画像計測装置の基本構成を図１０に示す。図１０に示す光画像計測装置１０００は、被測定物体１００５の画像を形成する装置であり、広帯域光源１００１、鏡１００２、ビームスプリッタ１００３及び光検出器１００４を含んで構成されている。広帯域光源１００１から出力された光ビームは、ビームスプリッタ１００３により参照光Ｒと信号光Ｌとに分割される。参照光Ｒは、鏡１００２に向かって進行する。信号光Ｓは、被測定物体１００５に向かって進行する。
図１０に示すように、信号光Ｓの進行方向をｚ方向と定義し、その直交面をｘ−ｙ面と定義する。鏡１００２は、図示しない駆動機構により、図１０中の両側矢印方向に変位可能とされている。これをｚ−スキャンと呼ぶ。
参照光Ｒは、鏡１００２に反射される際にｚ−スキャンによりドップラー周波数シフトを受ける。一方、信号光Ｓは、被測定物体１００５の表面や内部層により反射される。被測定物体１００５は散乱媒質であり、信号光Ｓの反射光は多重散乱を含む乱雑な位相をもった拡散波面であると考えられる。被測定物体１００５を経由した信号光Ｓと、鏡１００２を経由した参照光Ｒは、ビームスプリッタ１００３により重畳されて干渉光を生成する。
ＯＣＴ技術を用いた画像計測では、信号光Ｓと参照光Ｒの光路長差が光源のμｍオーダーのコヒーレント長（可干渉距離）以内でありかつ参照光Ｒと位相相関のある信号光Ｓの成分のみが参照光Ｒと干渉を生じる。すなわち、信号光Ｓのコヒーレントな信号光成分のみが選択的に参照光Ｒと干渉し合う。この原理から、鏡１００２の位置をｚ−スキャンして参照光Ｒの光路長を変化させることにより、被測定物体１００５の内部層の光反射プロフィールが測定される。更に、信号光Ｓをｘ−ｙ面方向に走査することもできる。このようなｚ方向及びｘ−ｙ面方向への走査を実行しつつ干渉光を検出し、その検出結果（ヘテロダイン信号）を解析することで、被検体１００５の２次元断層画像を形成することができる（非特許文献１を参照）。
以上の手法によれば、被測定物体１００５の深度方向（ｚ方向）や断層面方向（ｘ−ｙ面方向）の様々な部位を順次に計測する必要があるため、計測時間が長くなるという問題がある。なお、計測原理を勘案すると計測時間の短縮を図ることは困難である。
この問題を解決するための手法も考案されている。この手法を用いた装置の基本構成を図１１に示す。この光画像計測装置２０００は、キセノンランプ２００１、鏡２００２、ビームスプリッタ２００３、２次元光センサアレイ２００４、レンズ２００６、２００７を含んで構成される。２次元光センサアレイ２００４の受光面には、複数の受光素子が配列されている。
光源２００１から出力された光ビームは、レンズ２００６、２００７によりビーム径が拡大された平行光束となる。ビームスプリッタ２００３は、この平行光束を参照光Ｒと信号光Ｓに分割する。信号光Ｓは、そのビーム径に応じた範囲に照射される。よって、被測定物体２００５を経由した信号光Ｓは、その照射範囲における被測定物体２００５の情報を含んでいる。
参照光Ｒと信号光Ｓは、ビームスプリッタ２００３により重畳されて干渉光を生成する。この干渉光は、信号光Ｓ等に応じたビーム径を有する。２次元光センサアレイ２００４は、２次元の受光面により干渉光を検出する。その検出結果に基づいて被測定物体２００５の上記照射範囲における断層画像が形成される。したがって、光ビームを走査することなく、被測定物体２００５の断層画像を迅速に取得できる。
このような非走査型の光画像計測装置としては、非特許文献２に記載のものが知られている。この装置では、２次元光センサアレイから出力される複数のヘテロダイン信号を、並列配置された複数の信号処理系に入力して、各ヘテロダイン信号の振幅と位相を検出するようになっている。
しかし、このような構成において画像の空間分解能を高めるにはアレイの素子数を増加させる必要があり、更に、素子数に対応するチャンネル数を備えた信号処理系を用意しなければならない。したがって、医療や工業等の分野において満足のいく分解能を実現するのは困難である。
そこで、本発明者らは、特許文献１において、次のような非走査型の光画像計測装置を提案した。この光画像計測装置は、光ビームを出射する光源と、該光源から出射された光ビームを、被検体が配置される被検体配置位置を経由する信号光と、前記被検体配置位置を経由する光路とは異なる光路を経由する参照光とに二分するとともに、前記被検体配置位置を経由した後の信号光と、前記異なる光路を経由した参照光とを互いに重畳することにより干渉光を生成する干渉光学系と、該干渉光学系が、前記信号光の周波数と前記参照光の周波数を相対的にシフトさせる周波数シフタと、前記干渉光学系が、前記干渉光を受光するために、前記干渉光を二分割して、さらに、該二分割された干渉光を周期的に遮断することにより、互いの位相差が９０度である２列の干渉光パルスを生成する光遮断装置と、前記２列の干渉光パルスをそれぞれ受光する光センサと、該光センサが、空間的に配列され、それぞれが独立に受光信号を得る複数の受光素子を有するものであり、前記光センサで得られた複数の受光信号を統合して前記被検体配置位置に配置された被検体の表面もしくは内部層の、前記信号光の伝搬経路上の各関心点に対応する信号を生成する信号処理部を具備している。
この光画像計測装置は、参照光と信号光の干渉光を二分して２台の光センサ（２次元光センサアレイ）で受光する構成において、両センサアレイの前にそれぞれ光遮断装置を配置して干渉光をサンプリングするように構成されている。そして、分割された２つの干渉光のサンプリング周期にπ／２の位相差を設けることにより、干渉光の背景光成分を構成する信号光と参照光の強度と、干渉光の位相の直交成分（ｓｉｎ成分とｃｏｓ成分）とを検出するとともに、両センサアレイからの出力に含まれる背景光成分の強度を両センサアレイの出力から差し引くことにより、干渉光の２つの位相直交成分を算出し、その算出結果を用いて干渉光の振幅を求めるようになっている。
なお、２次元光センサアレイとしてはＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）カメラなどの市販のイメージセンサが広く用いられている。しかし、現在市販されているＣＣＤイメージセンサは周波数応答特性が低く、数ＫＨzから数ＭＨz程度のヘテロダイン信号のビート周波数に追従できないという問題点が従来から認識されていた。本発明者らによる特許文献１記載の光画像計測装置は、当該問題点を十分に認識した上で、その応答特性の低さを利用して計測を行っている点が特徴的であるといえる。
以上のような光画像計測装置は、たとえば生体の細胞レベルの画像を取得できるなど、被測定物体の微細構造を描写できる利点は有るが、被測定物体の表面に照射された光が到達できない深部の構造を画像化することはできなかった。たとえば、従来の光画像計測装置では、生体の眼底や皮膚組織等の画像を取得することはできたが、たとえば内臓等の深部組織を画像化することはできなかった。
本明細書において、被測定物体の表面に照射された光が到達できない程度の深さの部位、換言すると、表面から光を照射したときに画像を取得できない程度の深さの部位を、単に「深部」と呼ぶことがある。なお、深部の深さは、被測定物体によって異なり、また光の波長や強度によっても異なる。
被測定物体の深部の組織を画像化する装置としては、内視鏡が知られている。内視鏡は、被検体の表面の開口（生来の開口又は人工的な開口）に装置の一部を挿入して体内を検診するものである（たとえば特許文献２参照）。
このように、内視鏡は、被測定物体の深部の構造を画像化することは可能であるが、光画像計測装置のような微細構造を描写することはできなかった。
特開２００１−３３０５５８号公報 特開２００７−１２５２７７号公報 丹野直弘、「光学」、２８巻３号、１１６（１９９９） Ｋ．Ｐ．Ｃｈａｎ、Ｍ．Ｙａｍａｄａ、Ｈ．Ｉｎａｂａ、「Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ」、Ｖｏｌ．３０、１７５３、（１９９４）
この発明は、以上のような問題を解決するためになされたもので、被測定物体の深部組織の微細構造を画像化できる光画像計測装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、低コヒーレンス光を信号光と参照光とに分割し、被測定物体を経由した前記信号光と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干渉光生成手段と、前記干渉光を検出する検出手段と、前記干渉光の検出結果に基づいて前記被測定物体の画像を形成する画像形成手段と、を有する光画像計測装置であって、前記干渉光生成手段は、低コヒーレンス光から分割された信号光を一端から出射し、前記被測定物体を経由して前記一端に入射された該信号光を導光する導光手段を含み、前記導光された該信号光を参照光と重畳させて干渉光を生成する、ことを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光画像計測装置であって、前記導光手段は可撓性を有する、ことを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、請求項1又は請求項２に記載の光画像計測装置であって、前記導光手段は、他端から入射した低コヒーレンス光を信号光と参照光とに分割する分割手段を含み、該信号光を前記一端から出射し、前記被測定物体を経由して前記一端から入射された該信号光を前記他端まで導光して出射し、該参照光を前記他端から出射し、前記干渉光生成手段は、前記他端からそれぞれ出射された信号光と参照光とを重畳させて干渉光を生成する、ことを特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の光画像計測装置であって、前記導光手段は、光ファイババンドルを含む、ことを特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の光画像計測装置であって、前記導光手段は、前記一端及び前記他端を両端とする光ファイババンドルを含み、前記分割手段は、前記一端に向けて導光される低コヒーレンス光の一部を反射して該低コヒーレンス光を信号光と参照光とに分割する反射手段を含む、ことを特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、請求項４又は請求項５に記載の光画像計測装置であって、前記光ファイババンドルの各ファイバの前記一端にマイクロレンズが設けられている、ことを特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、請求項４〜請求項６のいずれか一項に記載の光画像計測装置であって、前記検出手段は、前記光ファイババンドルに含まれる複数のファイバにより導光された複数の信号光に基づく複数の干渉光を同時に検出する２次元光センサアレイを含み、ことを特徴とする。
また、請求項８に記載の発明は、請求項４〜請求項６のいずれか一項に記載の光画像計測装置であって、前記干渉光生成手段は、前記光ファイババンドルに含まれる複数のファイバに順次に信号光を導光させ、前記検出手段は、前記順次に導光される信号光に基づく干渉光を順次に検出し、前記画像形成手段は、前記順次に検出される各干渉光に基づいて前記被測定物体の複数の異なる部位の画像を順次に形成する、ことを特徴とする。
また、請求項９に記載の発明は、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の光画像計測装置であって、前記干渉光生成手段は、前記信号光の光路長と前記参照光の光路長とを一致させるための光学部材を含む、ことを特徴とする。
また、請求項１０に記載の発明は、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の光画像計測装置であって、前記干渉光生成手段は、前記信号光に付与される分散の影響と前記参照光に付与される分散の影響とを一致させるための光学部材を含む、ことを特徴とする。
また、請求項１１に記載の発明は、請求項９又は請求項１０に記載の光画像計測装置であって、前記光学部材は、前記参照光の光路上に設けられる、ことを特徴とする。
この発明に係る光画像計測装置は、低コヒーレンス光を信号光と参照光とに分割し、被測定物体を経由した信号光と参照物体を経由した参照光とを重畳させて干渉光を生成し、この干渉光を検出し、この干渉光の検出結果に基づいて被測定物体の画像を形成する。この光画像計測装置により形成される画像は、ＯＣＴ技術を利用した高分解能の画像である。
更に、この光画像計測装置は導光手段を備えている。この導光手段は、低コヒーレンス光から分割された信号光を一端から出射し、被測定物体を経由して当該一端から入射された信号光を導光するように構成されている。そして、この光画像計測装置は、導光手段により導光された信号光を参照光と重畳させて干渉光を生成するように作用する。このような構成とすることで、導光手段を被測定物体の深部組織の近くに配置させた状態で計測を行うことができる。
このような光画像計測装置によれば、被測定物体の深部組織の微細構造を画像化することが可能である。
この発明に係る光画像計測装置の実施形態の一例について、図面を参照しながら詳細に説明する。
この発明に係る光画像計測装置は、内視鏡のように被測定物体の深部の画像を取得可能であり、かつ、その微細構造までをも画像化することが可能である。したがって、医学分野や生物学分野に適用すると、生体の内部組織の微細構造を表す画像（たとえば内臓や脳等の細胞レベルの画像）を取得することも可能となる。
ＯＣＴ技術を利用した光画像計測装置には、その計測態様により、フーリエドメイン（Ｆｏｕｒｉｅｒ ｄｏｍａｉｎ：ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｏｍａｉｎ（周波数ドメイン））型、フルフィールド（ｆｕｌｌ−ｆｉｅｌｄ）型、スウェプトソース（ｓｗｅｐｔ ｓｏｕｒｃｅ）型などの様々な種類がある。
フーリエドメイン型の光画像計測装置は、干渉光をスペクトル分解し、その周波数分布に基づいて画像を形成するものである。フーリエドメイン型では、被測定物体の計測領域を信号光で走査して画像を形成し、当該計測領域の画像を形成する。このタイプの光画像計測装置は、たとえば特開２００７−１１７７１４号公報などに開示されている。
スウェプトソース型の光画像計測装置も同様に信号光を走査して計測を実施する。なお、スウェプトソース型では、干渉光をスペクトル分解する代わりに、様々な周波数の光を高速で切り替えて出力する光源（高速波長スキャニングレーザ）が用いられる。このタイプの光画像計測装置は、たとえば特開２００７−２４６７７号公報などに開示されている。
また、フルフィールド型の光画像計測装置は、前述の特許文献１に記載のように、或るビーム径を持つ光束を被測定物体に照射し、その照射範囲における画像を一度に形成できることが特徴的である。フーリエドメイン型やスウェプトソース型では、被測定物体の深度方向に延びる断面の画像が得られるが、フルフィールド型では、深度方向に直交する断面の画像が得られる。なお、フルフィールド型においても、被測定物体の計測部位を変更するために信号光を走査することも可能である。
以下、この発明に係る第１の実施形態として、フルフィールド型の光画像計測装置を説明する。また、第２の実施形態として、フーリエドメイン型及びスウェプトソース型の光画像計測装置を説明する。
〈第１の実施形態〉
フルフィールド型の光画像計測装置に対するこの発明の適用例を説明する。
[装置構成]
この実施形態に係る光画像計測装置の概略構成の一例を図１に示す。この光画像計測装置１は、被測定物体５０００の断層画像を取得するための装置である。
光画像計測装置１は、広帯域光（低コヒーレンス光）を出力する光源２を備えている。光源２からの出力される広帯域光は、所定のビーム径を有する。
光源２は、たとえばハロゲンランプを含んで構成される。このハロゲンランプは、無偏光の広帯域光を出力する。なお、光源２は、ハロゲンランプからの出力光を導光する光ファイババンドルや、この出力光の照射野を一様に照明するためのケーラー照明光学系などを含んでいてもよい。
なお、ハロゲンランプ以外にも、無偏光の広帯域光を出力する任意の光源を用いることが可能である。たとえば、キセノンランプ等の任意の熱光源（黒体輻射に基づく光源）を適用できる。また、ランダム偏光の広帯域光を出力する光源を用いることも可能である。
ここで、無偏光とは、直線偏光の光と円偏光の光と楕円偏光の光とを含む偏光状態を意味する。また、ランダム偏光とは、互いに直交する２つの直線偏光成分を有し、各直線偏光成分のパワーが時間的にランダムに変化する偏光状態を意味する（たとえば特開平７−９２６５６号公報参照）。以下、無偏光の場合についてのみ詳しく説明するが、ランダム偏光の場合も同様の構成で同様の作用効果を得ることができる。
ハロゲンランプ等から出力される広帯域光は、様々な帯域の光を含んでいる。光源２は、この広帯域光の所定帯域のみを透過させるフィルタを含んでいる。このフィルタが透過させる帯域は、分解能や計測深度などに応じて決定され、たとえば中心波長７６０ｎｍ程度で１００ｎｍ程度の波長幅の帯域に設定される。この場合、被測定物体５０００の深度方向（図１に示すｚ方向）及びそれに直交する方向（横方向）について、それぞれ２μｍ程度の分解能の画像を取得できる。なお、このフィルタを透過した光も広帯域光と呼ぶことにする。
光源２から出力された広帯域光は、ビームスプリッタ３及び偏光素子４を透過して光ファイババンドル５の基端部５ａに入射する。偏光素子４は、たとえば、広帯域光の４５度の直線偏光成分のみを通過させる。
光ファイババンドル５は、複数の光ファイバを束ねたものである。各光ファイバの一端は基端部５ａに、他端は先端部５ｂにそれぞれ配設される。複数の光ファイバは、それらの断面がアレイ状に配置されるように束ねられている。
光ファイババンドル５としては、たとえば、内視鏡等の装置に一般的に使用されているものを適用できる（たとえば特開２００６−１３０１８３号公報参照）。光ファイババンドル５は、たとえば、内視鏡と同様に被検体内に挿入可能なプローブとして構成される。光ファイババンドル５（プローブ）は、内視鏡のプローブと同様に可撓性を有し、被検体内に挿入したときに、その形状を変形可能に構成できる。また、光ファイババンドル５（プローブ）の形状を任意に変形するための機構を設けることも可能である。なお、これらの構成は、たとえば従来の内視鏡のプローブと同様とされる。
光ファイババンドル５に含まれる光ファイバの本数は、光画像計測装置１による横方向の解像度を決定する要因の一つである。光ファイババンドル５は、光画像計測装置１の用途などに応じて適当な本数の光ファイバを有している。光ファイババンドル５は、この発明の「導光手段」の一例である。
光ファイババンドル５には、反射部６が設けられている。反射部６は、光ファイババンドル５内を先端部５ｂに向かって進行する広帯域光の一部を反射する。反射部６により反射された広帯域光は参照光として用いられる。一方、反射部６を透過した広帯域光は信号光として用いられる。反射部６は、この発明の「分割手段」及び「反射手段」の一例である。
反射部６は、光ファイババンドル５の任意の位置に設けることが可能である。たとえば、図１に示すように光ファイババンドル５の端部５ａ、５ｂ以外の位置に反射部６を設けてもよいし、先端部５ｂなどに反射部６を設けてもよい。
反射部６は、たとえば、光ファイババンドル５に半透明膜を蒸着させることにより形成される。また、ハーフミラーを反射部６として使用することも可能である。たとえば、光ファイババンドル５を基端部５ａ側の部分と先端部５ｂ側の部分とに分割し、その分割位置にハーフミラーを配設した構成を適用できる。また、先端部５ｂと被測定物体５０００との間や、基端部５ａと偏光素子４との間などにハーフミラーを設けてもよい。
反射部６により反射された広帯域光からなる参照光は、光ファイババンドル５の基端部５ａから出射し、偏光素子４を透過し、ビームスプリッタ３により反射される。更に、参照光は、ビームスプリッタ７により反射され、波長板（λ／４板）８を透過し、参照ミラー９に到達する。
参照ミラー９により反射された参照光は、再び波長板８を透過し、ビームスプリッタ７を透過し、反射ミラー１０に反射され、ビームスプリッタ１２に到達する。
なお、参照ミラー９は、図１に示す両側矢印Ａの方向に移動可能とされている（図３に示す参照ミラー移動機構９Ａ参照）。それにより、被測定物体５０００の様々な深度位置の画像を取得できる。また、参照ミラー９の位置を変更することにより、異なる位相の干渉光を生成することが可能となる（後述）。参照ミラー９は、この発明の「参照物体」の一例である。
ビームスプリッタ１２に到達した参照光は、当初は無偏光であった広帯域光が偏光板４を経由し、偏光板４を再び経由し、更に波長板８を２回経由したものである。したがって、ビームスプリッタ１２に到達した参照光の偏光特性は円偏光である。
一方、反射部６を透過した広帯域光からなる信号光は、光ファイババンドル５の先端部５ｂから出射する。
図２に示すように、光ファイババンドル５の先端部５ｂには、光ファイババンドル５の各光ファイバ５α毎にマイクロレンズ５βが設けられている。マイクロレンズ５βは、光ファイバ５αの先端部５ｂ側から出射される信号光を収斂させる対物レンズとして作用する。
被測定物体５０００に照射された信号光は、被測定物体５０００の様々な深度位置において反射、散乱される。この信号光の反射光や散乱光は、マイクロレンズ５βを経由して光ファイバ５αに入射する。更に、信号光は、光ファイババンドル５により導光されて基端部５ａから出射する。
基端部５ａから出射した信号光は、偏光素子４を透過し、ビームスプリッタ３により反射され、ビームスプリッタ７を透過し、反射ミラー１１に反射され、ビームスプリッタ１２に到達する。
ビームスプリッタ１２に到達した信号光は、当初は無偏光であった広帯域光が偏光板４（４５度の直線偏光）を経由し、被測定物体５０００を経由し、偏光板４を再度経由したものである。したがって、ビームスプリッタ１２に到達した信号光の偏光特性は直線偏光である。
ビームスプリッタ１２に反射された参照光と、ビームスプリッタ１２を透過した信号光とは、互いに重畳されて干渉光を生成する。この干渉光は、偏光ビームスプリッタ１３により２つの偏光成分に分割されて２次元光センサアレイ１４、１５により検出される。
すなわち、干渉光のＳ偏光成分は、偏光ビームスプリッタ１３により反射され、２次元光センサアレイ１４により検出される。一方、干渉光のＰ偏光成分は、偏光ビームスプリッタ１３を透過し、２次元光センサアレイ１５により検出される。
各２次元光センサアレイ１４、１５は、２次元の受光面を有している。Ｓ偏光成分とＰ偏光成分は、それぞれ、信号光と参照光を案内した光ファイバ５αの本数だけのビームを含んでいる。これらのビームは、光ファイバ５αの断面の配列と同様に配列されている。
各２次元光センサアレイ１４、１５は、干渉光の偏光成分を検出すると、その検出結果を表す信号（検出信号）をコンピュータ１６に送る。
各２次元光センサアレイ１４、１５は、２次元の受光面を有する任意の撮像素子により構成される。たとえば、ＣＣＤイメージセンサや、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサなどを２次元光センサアレイ１４、１５として用いることが可能である。
２次元光センサアレイ１４、１５は、この発明の「検出手段」の一例である。なお、検出手段は、このような一対の撮像素子からなる必要はなく、一つ又は複数の撮像素子からなる検出手段を適宜に構成することが可能である。また、２次元光センサアレイ１４、１５に干渉光の偏光成分を検出させるための偏光ビームスプリッタ１３も「検出手段」に含まれる。
なお、ビームスプリッタ１２と偏光ビームスプリッタ１３の間には、開口絞りや結像レンズ（群）が設けられている（図示省略）。開口絞りは、干渉光のビーム径を制限する。結像レンズは、干渉光（の偏光成分）を集光して２次元光センサアレイ１４、１５の受光面上に結像させる。
コンピュータ１６は、図３に示すように、制御部１７、表示部１８、操作部１９及び信号処理部２０を備えている。
制御部１７は、光画像計測装置１の各部を制御する。たとえば、制御部１７は、光源２による広帯域光の出力の制御、参照ミラー９を移動させるための参照ミラー移動機構９Ａの制御、２次元光センサアレイ１４、１５の露光時間の制御、表示部１８による表示処理の制御などを行う。
制御部１７は、ＣＰＵ等のマイクロプロセッサなどを含んで構成される。また、制御部１７は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスクドライブ等の記憶装置を含んで構成される。ハードディスクドライブには、装置制御用のコンピュータプログラムが予め記憶されている。このコンピュータプログラムにしたがってマイクロプロセッサが動作することにより、制御部１７は装置各部の制御を行う。
また、制御部１７は、外部装置との間でデータ通信を行うための通信機器を備えていてもよい。通信機器としては、ＬＡＮカードやモデムなどがある。それにより、制御部１７は、外部のデータベースから各種の情報を取得したり、データベースに情報を登録させたりすることができる。また、検査装置等の眼科装置から情報を取得したり、眼科装置に情報を送信したりすることができる。また、制御部１７は、他の診療科の情報システムや病院全体の情報システムと通信を行うことも可能である。
表示部１８は、制御部１７により制御されて各種の情報を表示する。表示部１８は、ＬＣＤやＣＲＴディスプレイ等の任意の表示デバイスを含んで構成される。
操作部１９は、オペレータが光画像計測装置１を操作したり、各種の情報を入力したりするために用いられる。操作部１９は、マウス、キーボード、ジョイスティック、トラックボール、専用のコントロールパネル等の任意の操作デバイスや入力デバイスを含んで構成される。
信号処理部２０は各種の信号を処理する。信号処理部２０は、ＣＰＵ等のマイクロプロセッサや、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスクドライブ等の記憶装置などを含んで構成される。この記憶装置には、信号処理用のコンピュータプログラムが予め記憶されている。このコンピュータプログラムにしたがってマイクロプロセッサが動作することにより、信号処理部２０は各種信号処理を実行する。
信号処理部２０は、２次元光センサアレイ１４、１５から出力された検出信号に基づいて、被測定物体５０００の画像、特に断層画像を形成する。この断層画像は、図１のｚ方向に直交する断面における画像である。信号処理部２０による形成処理については後述する。信号処理部２０は、この発明の「画像形成手段」の一例である。
［動作態様］
光画像計測装置１の動作態様を説明する。ここでは、内視鏡のように被検体内の組織（深部組織）の画像を取得する場合について説明する。
まず、制御部１７は、光源２を制御して広帯域光を出力させる。この動作態様では、広帯域光の連続光を出力する。
検者は、光ファイババンドル５（プローブ）を先端部５ｂ側から被検体内に挿入する。このとき、参照ミラー９は、たとえば所定の初期位置に配置されている。光画像計測装置１は、この状態で被検体内の画像を取得して表示部１８に表示する。この画像は、たとえば所定の時間間隔（フレームレート）で表示される。検者は、この画像を観察しつつ、観察対象となる深部組織の近くまで光ファイババンドル５を誘導する。なお、通常の内視鏡を被検体内に挿入し、その内視鏡画像を参照して光ファイババンドル５を誘導するようにしてもよい。
また、検者は、観察対象の深部組織の所定の深さの画像が得られるように、参照ミラー９の位置を調整する。この処理は、たとえば、検者が操作部１９を操作し、それに応じて制御部１７が参照ミラー移動機構９Ａを制御することで行う。参照ミラー９の位置調整が終了したら、検者は、操作部１９を操作して画像の取得開始を指示する。
この指示を受けた制御部１７は、必要に応じて参照ミラー移動機構９Ａを制御し、参照光の光路長を第１の光路長にする。第１の光路長は、深部組織の観察深度（ｚ座標値）に対応している。制御部１７は、各２次元光センサアレイ１４、１５の露光時間を制御する。２次元光センサアレイ１４は、干渉光のＳ偏光成分を検出して検出信号ＣＡを出力する。２次元光センサアレイ１５は、干渉光のＰ偏光成分を検出して検出信号ＣＢを出力する。
干渉光のＳ偏光成分とＰ偏光成分は９０度（π／２）の位相差を有している。したがって、検出信号ＣＡと検出信号ＣＢは９０度の位相差を有している。検出信号ＣＡ、ＣＢは、それぞれ次式のように表すことができる。
Figure 2009041946
ここで、Ｉｓ（ｘ、ｙ）は信号光の強度を表し、Ｉｒ（ｘ、ｙ）は参照光の強度を表している。また、φ（ｘ、ｙ）は初期位相差を表している。また、各検出信号ＣＡ、ＣＢは、背景光成分（非干渉成分、直流成分）Ｉｓ（ｘ、ｙ）＋Ｉｒ（ｘ、ｙ）を含む。更に、検出信号ＣＡはｃｏｓ成分からなる干渉成分を含み、検出信号ＣＢはｓｉｎ成分からなる干渉成分を含んでいる。
なお、式（１）、（２）に示すように、各検出信号ＣＡ、ＣＢは、空間（ｚ方向に直交するｘ方向、ｙ方向）のみを変数とし、時間を変数として含んでいない。すなわち、本実施形態に係る干渉信号は、空間的変化のみを含むものである。
次に、制御部１７は、参照ミラー移動機構９Ａを制御して参照光の光路長を第２の光路長に切り替える。第２の光路長も、当該観察対象部位に対応している。制御部１７は、２次元光センサアレイ１４、１５の露光時間をそれぞれ制御して新たな検出信号ＣＡ′、ＣＢ′を出力させる。
ここで、第１の光路長と第２の光路長は、検出信号ＣＡと検出信号ＣＡ′とが位相差１８０度（π）を有し、かつ、検出信号ＣＢと検出信号ＣＢ′とが位相差１８０度（π）を有するような距離間隔となるように予め設定されている。なお、検出信号ＣＡ、ＣＢは位相差９０度を有しているので、位相差９０度ごとの４つの検出信号ＣＡ、ＣＢ、ＣＡ′、ＣＢ′が得られたことになる。
信号処理部２０は、検出信号ＣＡ、ＣＡ′（位相差１８０度）を加算し、その和を２で除算することにより、背景光成分Ｉｓ（ｘ、ｙ）＋Ｉｒ（ｘ、ｙ）を演算する。この演算処理は、検出信号ＣＢ、ＣＢ′（位相差１８０度）を用いて行ってもよい。
更に、信号処理部２０は、求めた背景光成分Ｉｓ（ｘ、ｙ）＋Ｉｒ（ｘ、ｙ）を各検出信号ＣＡ、ＣＢから除算して干渉成分（ｃｏｓ成分、ｓｉｎ成分）を求める。そして、信号処理部２０は、各検出信号ＣＡ、ＣＢの干渉成分の二乗和を演算することによりｚ方向に直交する方向（横方向）の断面における画像を形成する。
制御部１７は、たとえば操作部１９に対する操作に応じ、形成された画像を表示部１８に表示させる。この画像形成処理は、検出信号ＣＡ′、ＣＢ′（位相差１８０度）を用いて行ってもよい。
制御部１７は、参照光の光路長を逐次に変更して上記の処理を反復することで、観察対象の深部組織の様々な深度位置における断面画像を順次に形成することができる。
なお、この処理において、制御部１７は、２次元光センサアレイ１４、１５を所定のフレームレートでかつ同じタイミングで検出信号を出力するように制御する。更に、制御部１７は、このフレームレートと、２次元光センサアレイ１４、１５の露光タイミングと、参照ミラー９の移動タイミングと、参照光の光路長の変更タイミングとを同期させる。
このとき、２次元光センサアレイ１４、１５の露光時間は、フレームレートよりも短く設定される。たとえば、２次元光センサアレイ１４、１５のフレームレートを３０ｆ／ｓに設定し、露光時間を３０〜５０μｓ程度に設定することができる。
また、中心波長７６０ｎｍ程度で波長幅１００ｎｍ程度の広帯域光を用いることにより、数μｍ程度の分解能の画像を取得することができる。たとえば被測定物体が人眼（屈折率ｎ＝１．３３）である場合において、広帯域光の波長をガウス型と仮定することで、取得される画像の分解能の理論値は約１．８μｍとなる。
このようにして取得された深部組織の画像は、制御部１７のハードディスクドライブなど、任意の記憶装置に記憶される。
［作用・効果］
光画像計測装置１の作用及び効果について説明する。
光画像計測装置１は、低コヒーレンス光（広帯域光）を信号光と参照光とに分割し、被測定物体を経由した信号光と参照物体を経由した参照光とを重畳させて干渉光を生成する干渉光生成手段と、干渉光を検出する２次元光センサアレイ１４、１５と、干渉光の検出結果に基づいて被測定物体の画像を形成する信号処理部２０とを備える。
ここで、干渉光生成手段は、少なくとも、光源２、光ファイババンドル５、反射部６、参照ミラー９及びビームスプリッタ１２を含んで構成される。
光ファイババンドル５は、前述のようにこの発明の「導光手段」の一例である。すなわち、光ファイババンドル５は、低コヒーレンス光から分割された信号光を先端部５ｂから出射し、被測定物体を経由して先端部５ｂから入射された信号光を導光するように作用する。そして、干渉光生成手段は、光ファイババンドル５により導光された信号光を参照光と重畳させて干渉光を生成するように作用する。
このような光画像計測装置１によれば、たとえば光ファイババンドル５を被検体内に挿入するなど、その先端部５ｂを被測定物体５０００の深部組織の近くに配置させて計測を行うことができる。
更に、光画像計測装置１によれば、ＯＣＴ技術を用いることで深部組織のμｍレベルの解像度の画像を形成することが可能である。
このように、光画像計測装置１によれば、被測定物体の深部組織の微細構造を画像化することが可能である。
また、可撓性を有する光ファイババンドル５を用いることにより、たとえば光ファイババンドル５を被検体内に好適に挿入することが可能である。特に、被検体の表面の開口から深部組織までの経路が屈曲している場合などにおいて、光ファイババンドル５を深部組織の近くまで好適に誘導することが可能である。
また、光ファイババンドル５は、基端部５ａから入射した低コヒーレンス光を信号光と参照光とに分割する反射部６を備えている。そして、信号光は、先端部５ｂから出射し、被測定物体を経由し、先端部５ｂから光ファイババンドル５に入射し、基端部５ａまで導光されて出射する、一方、参照光は、基端部５ａから出射する。それぞれ基端部５ａから出射した信号光と参照光は、互いに重畳されて干渉光を生成する。
このように、信号光の光路の一部と参照光の光路の一部とを共通化することにより、参照光単独の光路を短くすることができ、装置構成の簡略化を図ることが可能となる。すなわち、ＯＣＴ技術を利用した光画像計測装置においては、内視鏡や共焦点顕微鏡等の装置と異なり、干渉光を生成するために信号光の光路長と参照光の光路長とを合わせる必要があるが、この実施形態のように構成することにより、当該要請を好適に満足することが可能である。
なお、参照光単独の光路のうちビームスプリッタ７と参照ミラー９との間の光路の長さは、反射部６と被測定物体５０００の観察深度位置との間の長さに一致される。すなわち、参照ミラー９を移動させて上記光路の長さを変更することにより、観察深度位置（ｚ座標値）を変更することができる。
「光路長（光路の長さ）」とは、単なる空間的な距離における光路の長さではなく、光学部材の屈折率は配置等を考慮した光学的な距離における光路の長さを意味するものである。
［変形例］
フルフィールド型の光画像計測装置の変形例を説明する。
上記の実施形態では、干渉光の偏光成分を検出するタイプの光画像計測装置１について説明したが、フルフィールド型の光画像計測装置はこれに限定されるものではない。たとえば、特開２００１−３３０５５８号公報に記載のように、光遮断装置（シャッタ）を用いて干渉光の異なる位相成分を抽出する構成を適用することができる。
ただし、上記の実施形態のように偏光特性を利用するタイプは、シャッタ等の複雑な構成要素が不要であり、またシャッタの精密な制御も不要であるといったメリットがある。また、偏光特性を利用するタイプよれば、画像を形成するために必要な４つの成分（ＣＡ、ＣＢ、ＣＡ′、ＣＢ′）を２回の計測で取得でき、計測時間の短縮を図ることができるというメリットもある（その他のタイプには、３回以上計測を繰り返さなければならないものもある）。
上記の実施形態において、光ファイババンドル５が長い場合や、反射部６が基端部５ａ寄りに配設されている場合などに、参照光単独の光路長を長くする必要が生じることがある。このような場合、参照光の光路長を延長させる光学部材を設けることが可能である。この光学部材は、たとえばビームスプリッタ７と参照ミラー９の間など、参照光単独の光路上に配設される。それにより、信号光に含まれる情報を維持しつつ干渉光を生成することができる。この光学素子は、たとえば屈折率の大きな素材により形成される。この光学素子は、信号光の光路長と参照光の光路長とを一致させるための光学部材の一例である。
光学素子には、たとえばプリズムやレンズのように光を分散させるものがある。信号光に付与される分散の影響と参照光に付与される分散の影響とが異なると、信号光と参照光の干渉位置が波長成分毎に異なり、好適な干渉光を得られないおそれがある。このような事態を回避するために、信号光に付与される分散の影響と参照光に付与される分散の影響とを一致させるための光学部材を設けることが可能である。この光学部材としては、たとえばペアプリズム等のプリズム部材や、水等の液体が封入された液体セルや、ガラスブロックなどを用いることが可能である。
なお、光路長や分散の影響を一致させるための光学部材は、信号光に含まれる情報を維持するために、たとえばビームスプリッタ７と参照ミラー９の間など、参照光単独の光路上に配設されることが望ましい。
上記の光画像計測装置１で採用した光学系は、フルフィールド型の光画像計測装置の光学系の一例に過ぎない。たとえばマイケルソン型やマッハ−チェンダー型などの任意の干渉計を採用することが可能である。
ここで、マイケルソン型の干渉計を採用した光画像計測装置について説明する。図４に示す光画像計測装置５０は、このような光画像計測装置の一例である。
光画像計測装置５０は、光源としてハロゲンランプ５１を備えている。ハロゲンランプ５１は、たとえば無偏光の広帯域光Ｍを出力する。なお、図示は省略するが、ハロゲンランプ５１は、通常のハロゲンランプとともに、出力光を導光する光ファイババンドルや、出力光の照射野を一様に照明するためのケーラー照明光学系などを含んで構成することができる。ハロゲンランプ５１から出力される無偏光の広帯域光Ｍは、所定のビーム径を有している。
光源は、ハロゲンランプ５１には限定されず、無偏光の広帯域光を出力する任意の光源であってよい。たとえば、キセノンランプ等の任意の熱光源を適用できる。また、光源は、ランダム偏光の広帯域光を出力するレーザ光源であってもよい。以下、無偏光の場合について詳しく説明する。
さて、ハロゲンランプ５１により出力された広帯域光Ｍは、様々な帯域の光を含んでいる。フィルタ５２は、無偏光の広帯域光Ｍの所定帯域のみを透過させるフィルタである。透過させる所定帯域は、分解能や計測深度等によって決定され、たとえば中心波長７６０ｎｍ程度で１００ｎｍ程度の波長幅の帯域に設定される。フィルタ５２を透過した光を同じく広帯域光Ｍと呼ぶことにする。
フィルタ５２を透過した無偏光の広帯域光Ｍは、ハーフミラー等のビームスプリッタ５３によって二分割される。すなわち、ビームスプリッタ５３による反射光は信号光Ｓを形成し、ビームスプリッタ５３を透過した光は参照光Ｒを形成する。
ビームスプリッタ５３により生成された無偏光の参照光Ｒは、波長板（λ／４板）５４と偏光板５５を通過し、反射ミラー５６にて反射される。更に、参照光Ｒは、ガラス板５７を通過し、対物レンズ５８によって参照ミラー５９の反射面に合焦される。参照ミラー５９により反射された参照光Ｒは、同じ光路を逆向きに経由してビームスプリッタ５３に戻ってくる。
このとき、当初は無偏光であった参照光Ｒは、波長板５４と偏光板５５を二回経由することにより円偏光に変換される。ガラス板５７は、信号光Ｓ及び参照光Ｒの光路（干渉計の両アーム）にてそれぞれ発生する分散の影響を一致させるための光学部材である。
参照ミラー５９は、参照ミラー移動機構６０によって参照光Ｒの進行方向、すなわち参照ミラー５９の反射面に直交する方向（図４の両側矢印方向）に移動可能とされている。参照ミラー移動機構６０は、たとえばピエゾ素子等の駆動手段を含んで構成される。
このように参照ミラー５９を移動させることにより、信号光Ｓと参照光Ｒの光路長差が変更される。ここで、信号光Ｓの光路長は、ビームスプリッタ５３と被測定物体５０００の観察対象の深度位置との間の往復距離である。また、参照光Ｒの光路長は、ビームスプリッタ５３と参照ミラー５９の反射面との間の往復距離とする。信号光Ｓと参照光Ｒの光路長の差を変更することにより、被測定物体５０００の様々な深度位置の画像を選択的に取得することができる。
なお、この実施形態では、参照光Ｒの光路長を変更することで上記光路長差を変更しているが、信号光Ｓの光路長を変更することにより上記光路長差を変更するように構成することも可能である。その場合、装置光学系と被検眼との間隔を変更するような構成を設ける。具体的には、たとえば、装置光学系をｚ方向に移動させるステージや、被測定物体５０００をｚ方向に移動させるステージなどを適用することが可能である。
信号光Ｓは、無偏光状態を保ったまま光ファイババンドル６１に入射する。なお、信号光Ｓのビーム径が光ファイババンドルの径よりも大きい場合などには、信号光Ｓのビーム径を小さくするための集光レンズ等の光学素子を、ビームスプリッタ５３と光ファイババンドル６１との間に配設してもよい。
光ファイババンドル６１は、上記実施形態の光ファイババンドル５と同様の構成を有する。なお、この変形例の光ファイババンドル６１には、上記実施形態の反射部６のような反射手段や分割手段は設けられていない。光ファイババンドル６１を形成する各光ファイバの先端部（被測定物体５０００側の端部）には、上記実施形態と同様にマイクロレンズがそれぞれ設けられている（図２参照）。各光ファイバに導光された信号光Ｓは、このマイクロレンズによって被測定物体５０００の観察対象の深度位置にて合焦される。
被測定物体５０００に照射された信号光Ｓは、被測定物体５０００の表面や内部にて反射、散乱され、上記先端部から光ファイババンドル６１に入射する。更に、信号光Ｓは、光ファイババンドル６１により導光されて基端部（上記先端部の反対側の端部）から出射し、ビームスプリッタ３に戻ってくる。
被測定物体５０００を経由した信号光Ｓと、参照ミラー５９を経由した参照光Ｒは、ビームスプリッタ５３によって重畳されて干渉光Ｌを生成する。干渉光ＬはＳ偏光成分とＰ偏光成分とを含んでいる。ハロゲンランプ５１、ビームスプリッタ５３、参照ミラー５９を含んで構成される干渉計は、この発明の「干渉光生成手段」の一例である。
ビームスプリッタ５３により生成された干渉光Ｌは、開口絞り６２を経由し、結像レンズ（群）６３によって集束光となる。集束光となった干渉光ＬのＳ偏光成分Ｌ１は、偏光ビームスプリッタ６４により反射されてＣＣＤ（イメージセンサ）６６により検出される。一方、干渉光ＬのＰ偏光成分Ｌ２は、偏光ビームスプリッタ６４を透過し、反射ミラー６５により反射されてＣＣＤ（イメージセンサ）６７により検出される。
各ＣＣＤ６６、６７は、２次元の受光面を有している。Ｓ偏光成分Ｌ１とＰ偏光成分Ｌ２は、それぞれ、所定のビーム径を持ってＣＣＤ６６、６７の受光面に照射される。
Ｓ偏光成分Ｌ１、Ｐ偏光成分Ｌ２をそれぞれ検出したＣＣＤ６６、６７は、それぞれ検出信号をコンピュータ６８に送る。ＣＣＤ６６、６７は、この発明の「検出手段」の一例である。なお、ＣＣＤ以外の２次元光センサアレイを検出手段として用いてもよい。
干渉光Ｌの元になる参照光Ｒは円偏光であり信号光Ｓは無偏光であるから、Ｓ偏光成分Ｌ１とＰ偏光成分Ｌ２は９０度（π／２）の位相差を有している。したがって、ＣＣＤ６６から出力される検出信号ＤＡと、ＣＣＤ６７から出力される検出信号ＤＢは、９０度の位相差を有している。したがって、これらの検出信号は、前述の式（１）、（２）のように表すことができる。
コンピュータ６８は、上記実施形態と同様に、参照ミラー移動機構６０を制御して参照光Ｒの光路長を切り替え、その状態で新たな計測を実行させる。それにより、ＣＣＤ６６、６７は、新たな検出信号ＤＡ′、ＤＢ′を出力させる。
ここで、最初の計測における参照光Ｒの光路長と次の計測における参照光Ｒの光路長とは、検出信号ＤＡと検出信号ＤＡ′とが位相差１８０度（π）を有し、かつ、検出信号ＤＢと検出信号ＤＢ′とが位相差１８０度（π）を有するような距離間隔となるように予め設定されている。検出信号ＤＡ、ＤＢは位相差９０度を有しているので、位相差９０度ごとの４つの検出信号ＤＡ、ＤＢ、ＤＡ′、ＤＢ′が得られたことになる。
コンピュータ６８は、検出信号ＤＡ、ＤＡ′（位相差１８０度）を加算し、その和を２で除算することにより、背景光成分Ｉｓ（ｘ、ｙ）＋Ｉｒ（ｘ、ｙ）を演算する。この演算処理は、検出信号ＤＢ、ＤＢ′（位相差１８０度）を用いて行ってもよい。
更に、コンピュータ６８は、求めた背景光成分Ｉｓ（ｘ、ｙ）＋Ｉｒ（ｘ、ｙ）を各検出信号ＤＡ、ＤＢから除算して干渉成分（ｃｏｓ成分、ｓｉｎ成分）を求める。そして、コンピュータ６８は、各検出信号ＤＡ、ＤＢの干渉成分の二乗和を演算することにより、ｚ方向に直交する方向（ｘｙ方向、横方向）を断面とする断層画像を形成する。
コンピュータ６８は、形成された断層画像を表示する。なお、コンピュータ６８は、上記実施形態のコンピュータ１６と同様の構成を有する（図３参照）。
このようなマイケルソン型の干渉計を適用した光画像計測装置５０によれば、たとえば光ファイババンドル６１を被検体内に挿入するなど、その先端部を被測定物体５０００の深部組織の近くに配置させて計測を行うことができる。
更に、光画像計測装置５０によれば、ＯＣＴ技術を用いることで深部組織のμｍレベルの解像度の画像を形成することが可能である。
このように、光画像計測装置５０によれば、被測定物体の深部組織の微細構造を画像化することが可能である。
また、光ファイババンドル６１として可撓性を有するものを用いることができる。それにより、たとえば光ファイババンドル６１を被検体内に好適に挿入することが可能である。特に、被検体の表面の開口から深部組織までの経路が屈曲している場合などにおいて、光ファイババンドル６１を深部組織の近くまで好適に誘導することが可能である。
〈第２の実施形態〉
フーリエドメイン型及びスウェプトソース型の光画像計測装置に対するこの発明の適用例を説明する。
[装置構成]
図５に示す光画像計測装置８０は、ＯＣＴ技術を利用した被測定物体５０００の断層画像撮影と、被測定物体５０００の表面の画像撮影とを実施可能な装置である。光画像計測装置８０は、たとえば眼底や内臓等の被検体内の深部組織の画像を撮影するための装置である。この実施形態では、被測定物体５０００が眼底である場合について説明する。
光画像計測装置８０は、図５に示すように、光学系ユニット８０Ａ、ＯＣＴユニット１５０及びコンピュータ２００を含んで構成される。光学系ユニット８０Ａは、被測定物体５０００の表面の２次元画像を撮影するための光学系を有している。ここでは、被測定物体５０００は眼底であるので、光学系ユニット８０Ａは、従来の眼底カメラとほぼ同様に構成される。ＯＣＴユニット１５０は、ＯＣＴ技術を利用した画像撮影を行うための光学系を格納している。コンピュータ２００は、各種の演算処理や制御処理等を実行するコンピュータを具備している。
ＯＣＴユニット１５０には、接続線１５２の一端が取り付けられている。接続線１５２の他端には、接続線１５２を光学系ユニット８０Ａに接続するコネクタ部１５１が取り付けられている。接続線１５２の内部には光ファイバが導通されている。このように、ＯＣＴユニット１５０と光学系ユニット８０Ａは、接続線１５２を介して光学的に接続されている。
〔光学系ユニットの構成〕
光学系ユニット８０Ａは、光学的に取得されるデータ（撮像装置１４５、１４６により検出されるデータ）に基づいて被測定物体５０００の表面の２次元画像を形成するために用いられる。
ここで、被測定物体５０００の表面の２次元画像とは、被測定物体５０００の表面を撮影したカラー画像やモノクロ画像などを表す。更に、被測定物体５０００としての眼底の蛍光画像（フルオレセイン蛍光画像、インドシアニングリーン蛍光画像等）も、当該２次元画像に含まれる。光学系ユニット８０Ａは、従来の眼底カメラと同様に、被測定物体５０００を照明する照明光学系１００と、この照明光の眼底反射光を撮像装置１４５、１４６に導く撮影光学系１２０とを備えている。
撮像装置１４５は、近赤外領域の波長を有する照明光を検出する。また、撮像装置１４６は、可視領域の波長を有する照明光を検出する。更に、撮影光学系１２０は、ＯＣＴユニット１５０からの信号光を被測定物体５０００に導くとともに、被測定物体５０００を経由した信号光をＯＣＴユニット１５０に導くように作用する。
照明光学系１００は、観察光源１０１、コンデンサレンズ１０２、撮影光源１０３、コンデンサレンズ１０４、エキサイタフィルタ１０５及び１０６、リング透光板１０７、ミラー１０８、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）１０９、照明絞り１１０、リレーレンズ１１１、孔開きミラー１１２、光ファイババンドル１１３を含んで構成される。
観察光源１０１は、たとえば約４００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲に含まれる可視領域の波長の照明光を出力する。また、撮影光源１０３は、たとえば約７００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲に含まれる近赤外領域の波長の照明光を出力する。撮影光源１０３から出力される近赤外光は、ＯＣＴユニット１５０で使用する光の波長よりも短く設定されている。
光ファイババンドル１１３は、前述の第１の実施形態の光ファイババンドル５と同様の構成を有する（図２参照）。すなわち、光ファイババンドル１１３は、複数の光ファイバを束ねて構成され、各光ファイバの先端部（被測定物体５０００側の端部）には、マイクロレンズが設けられている。なお、この光ファイババンドル１１３には、図１の反射部６のような分割手段や反射手段は設けられていない。
撮影光学系１２０は、光ファイババンドル１１３、孔開きミラー１１２（の孔部１１２ａ）、撮影絞り１２１、バリアフィルタ１２２及び１２３、変倍レンズ１２４、リレーレンズ１２５、撮影レンズ１２６、ダイクロイックミラー１３４、フィールドレンズ１２８、ハーフミラー１３５、リレーレンズ１３１、ダイクロイックミラー１３６、撮影レンズ１３３、撮像装置１４５（撮像素子１４５ａ）、反射ミラー１３７、撮影レンズ１３８、撮像装置１４６（撮像素子１４６ａ）、レンズ１３９及びＬＣＤ１４０を含んで構成される。
更に、撮影光学系１２０には、ダイクロイックミラー１３４、ハーフミラー１３５、ダイクロイックミラー１３６、反射ミラー１３７、撮影レンズ１３８、レンズ１３９及びＬＣＤ１４０が設けられている。
ダイクロイックミラー１３４は、照明光学系１００からの照明光の眼底反射光（約４００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲に含まれる波長を有する）を反射するとともに、ＯＣＴユニット１５０からの信号光ＬＳ（たとえば約８００ｎｍ〜９００ｎｍの範囲に含まれる波長を有する；後述）を透過させるように構成されている。
また、ダイクロイックミラー１３６は、照明光学系１００からの可視領域の波長を有する照明光（観察光源１０１から出力される波長約４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視光）を透過させるとともに、近赤外領域の波長を有する照明光（撮影光源１０３から出力される波長約７００ｎｍ〜８００ｎｍの近赤外光）を反射するように構成されている。
ＬＣＤ１４０は、被検眼を固視させるための固視標（内部固視標）を表示する。ＬＣＤ１４０からの光は、レンズ１３９により集光された後に、ハーフミラー１３５により反射され、フィールドレンズ１２８を経由してダイクロイックミラー１３６に反射される。更に、この光は、撮影レンズ１２６、リレーレンズ１２５、変倍レンズ１２４、孔開きミラー１１２（の孔部１１２ａ）、光ファイババンドル１１３等を経由して、被検眼に入射する。それにより、被検眼の被測定物体５０００に内部固視標が投影される。
撮像素子１４５ａは、テレビカメラ等の撮像装置１４５に内蔵されたＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子であり、特に、近赤外領域の波長の光を検出する。つまり、撮像装置１４５は、近赤外光を検出する赤外線テレビカメラである。撮像装置１４５は、近赤外光を検出した結果として映像信号を出力する。
タッチパネルモニタ１４７は、この映像信号に基づいて、被測定物体５０００の表面の２次元画像（眼底画像）を表示する。また、この映像信号はコンピュータ２００に送られ、そのディスプレイに眼底画像が表示される。
なお、撮像装置１４５による撮影時には、たとえば撮影光源１０３から出力される近赤外領域の波長を有する照明光が用いられる。
一方、撮像素子１４６ａは、テレビカメラ等の撮像装置１４６に内蔵されたＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子であり、特に、可視領域の波長の光を検出する。つまり、撮像装置１４６は、可視光を検出するテレビカメラである。撮像装置１４６は、可視光を検出した結果として映像信号を出力する。
タッチパネルモニタ１４７は、この映像信号に基づいて、被測定物体５０００の表面の２次元画像（眼底画像）を表示する。また、この映像信号はコンピュータ２００に送られ、そのディスプレイに眼底画像が表示される。
なお、撮像装置１４６による撮影時には、たとえば照明光学系１００の観察光源１０１から出力される可視領域の波長を有する照明光が用いられる。
光学系ユニット８０Ａには、走査ユニット１４１とレンズ１４２とが設けられている。走査ユニット１４１は、ＯＣＴユニット１５０から出力される光（信号光ＬＳ；後述）の被測定物体５０００に対する照射位置を走査するための構成を具備する。
第１の実施形態で説明したように（図２参照）、光ファイババンドル１１３には、複数の光ファイバが配設されている。走査ユニット１４１は、これら複数の光ファイバに順次に信号光ＬＳを入射させることにより、被測定物体５０００に対する信号光ＬＳの照射位置を走査する。
レンズ１４２は、ＯＣＴユニット１５０から接続線１５２を通じて導光された信号光ＬＳを平行な光束にして走査ユニット１４１に入射させる。また、レンズ１４２は、走査ユニット１４１を経由してきた信号光ＬＳの眼底反射光を集束させる。
図６に、走査ユニット１４１の構成の一例を示す。走査ユニット１４１は、ガルバノミラー１４１Ａ、１４１Ｂと、反射ミラー１４１Ｃ、１４１Ｄとを含んで構成されている。
ガルバノミラー１４１Ａ、１４１Ｂは、それぞれ回動軸１４１ａ、１４１ｂを中心に回動可能に配設された反射ミラーである。各ガルバノミラー１４１Ａ、１４１Ｂは、図示しない駆動機構によって回動軸１４１ａ、１４１ｂを中心にそれぞれ回動される。それにより、各ガルバノミラー１４１Ａ、１４１Ｂの反射面（信号光ＬＳを反射する面）の向きが変更される。
回動軸１４１ａ、１４１ｂは、互いに直交して配設されている。図６においては、ガルバノミラー１４１Ａの回動軸１４１ａは、紙面に対して平行方向に配設されている。また、ガルバノミラー１４１Ｂの回動軸１４１ｂは、紙面に対して直交する方向に配設されている。
すなわち、ガルバノミラー１４１Ｂは、図６中の両側矢印に示す方向に回動可能に構成され、ガルバノミラー１４１Ａは、当該両側矢印に対して直交する方向に回動可能に構成されている。それにより、ガルバノミラー１４１Ａ、１４１Ｂは、信号光ＬＳの反射方向を互いに直交する方向に変更するようにそれぞれ作用する。図５及び図６から分かるように、ガルバノミラー１４１Ａを回動させると信号光ＬＳはｘ方向に走査され、ガルバノミラー１４１Ｂを回動させると信号光ＬＳはｙ方向に走査される。
ガルバノミラー１４１Ａ、１４１Ｂにより反射された信号光ＬＳは、反射ミラー１４１Ｃ、１４１Ｄにより反射され、ガルバノミラー１４１Ａに入射したときと同じ向きに進行するようになっている。
なお、接続線１５２の内部の光ファイバ１５２ａの端面１５２ｂは、レンズ１４２に対峙して配設される。端面１５２ｂから出射された信号光ＬＳは、レンズ１４２に向かってビーム径を拡大しつつ進行し、レンズ１４２によって平行な光束とされる。逆に、被測定物体５０００を経由した信号光ＬＳは、レンズ１４２により端面１５２ｂに向けて集束されて光ファイバ１５２ａに入射する。
〔ＯＣＴユニットの構成〕
次に、ＯＣＴユニット１５０の構成について図７を参照しつつ説明する。ＯＣＴユニット１５０は、光学的に取得されるデータ（ＣＣＤ１８４により検出されるデータ；後述）に基づいて被測定物体５０００の断層画像を形成するための装置である。この断層画像は、ｚ方向を含む断面における断層画像である。
ＯＣＴユニット１５０は、従来のフーリエドメイン型の光画像計測装置とほぼ同様の光学系を備えている。すなわち、ＯＣＴユニット１５０は、低コヒーレンス光を参照光と信号光に分割し、被測定物体を経由した信号光と参照物体を経由した参照光とを重畳させて干渉光を生成してこれを検出する。この検出結果（検出信号）はコンピュータ２００に入力される。コンピュータ２００は、この検出信号を解析して被測定物体の断層画像を形成する。
低コヒーレンス光源１６０は、低コヒーレンス光Ｌ０を出力するスーパールミネセントダイオード（ＳＬＤ：Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）や発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｅｄ Ｄｉｏｄｅ）等の広帯域光源により構成される。低コヒーレンス光Ｌ０としては、たとえば、近赤外領域の波長の光を含み、かつ、数十マイクロメートル程度の時間的コヒーレンス長を有する光が用いられる。
低コヒーレンス光Ｌ０は、光学系ユニット８０Ａの照明光（波長約４００ｎｍ〜８００ｎｍ）よりも長い波長、たとえば約８００ｎｍ〜９００ｎｍの範囲に含まれる波長を有する。
低コヒーレンス光源１６０から出力された低コヒーレンス光Ｌ０は、光ファイバ１６１を通じて光カプラ１６２に導かれる。光ファイバ１６１は、たとえばシングルモードファイバ若しくはＰＭファイバ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ ｆｉｂｅｒ；偏波面保持ファイバ）等によって構成されている。光カプラ１６２は、低コヒーレンス光Ｌ０を参照光ＬＲと信号光ＬＳとに分割する。
なお、光カプラ１６２は、光を分割する手段（スプリッタ；ｓｐｌｉｔｔｅｒ）、及び、光を重畳する手段（カプラ；ｃｏｕｐｌｅｒ）の双方として作用するものであるが、ここでは慣用的に「光カプラ」と称することにする。
光カプラ１６２により生成された参照光ＬＲは、シングルモードファイバ等からなる光ファイバ１６３により導光されてファイバ端面から出射される。更に、参照光ＬＲは、コリメータレンズ１７１により平行光束とされた後に、光ファイバ（バンドル）及び濃度フィルタ１７３を経由し、参照ミラー１７４により反射される。参照ミラー１７４は、この発明の「参照物体」の一例である。
参照ミラー１７４により反射された参照光ＬＲは、再び濃度フィルタ１７３及び光ファイバ１７２を経由し、コリメータレンズ１７１によって光ファイバ１６３のファイバ端面に集光され、光ファイバ１６３を通じて光カプラ１６２に導かれる。
ここで、光ファイバ１７２と濃度フィルタ１７３は、参照光ＬＲ及び信号光ＬＳの光路長（光学距離）を一致させるための光学部材として、また参照光ＬＲ及び信号光ＬＳにそれぞれ付与される分散の影響を一致させるための光学部材として作用する。
また、濃度フィルタ１７３は、参照光の光量を減少させる減光フィルタとしても作用し、たとえば回転型のＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタによって構成される。濃度フィルタ１７３は、モータ等の駆動装置を含んで構成される駆動機構（図示せず）によって回転駆動されることで、参照光ＬＲの光量の減少量を変更させる。それにより、干渉光ＬＣの生成に寄与する参照光ＬＲの光量を変更させることができる。
また、参照ミラー１７４は、参照光ＬＲの進行方向（図７に示す両側矢印方向）に移動される。それにより、被検眼の眼軸長等に応じた参照光ＬＲの光路長を確保できる。また、参照ミラー１７４を移動させることにより、被測定物体５０００の任意の深度位置の画像を取得することが可能である。なお、参照ミラー１７４は、モータ等の駆動装置を含んで構成される駆動機構（図示せず）によって移動される。
一方、光カプラ１６２により生成された信号光ＬＳは、シングルモードファイバ等からなる光ファイバ１６４により接続線１５２の端部まで導光される。接続線１５２の内部には光ファイバ１５２ａが導通されている。なお、光ファイバ１６４と光ファイバ１５２ａは、単一の光ファイバから形成されていてもよいし、各々の端面同士を接合するなどして一体的に形成されていてもよい。いずれにしても、光ファイバ１６４、１５２ａは、光学系ユニット８０ＡとＯＣＴユニット１５０との間で、信号光ＬＳを伝送可能に構成されていれば十分である。
信号光ＬＳは、接続線１５２内部を導光されて光学系ユニット８０Ａに案内される。更に、信号光ＬＳは、レンズ１４２、走査ユニット１４１、ダイクロイックミラー１３４、撮影レンズ１２６、リレーレンズ１２５、変倍レンズ１２４、撮影絞り１２１、孔開きミラー１１２の孔部１１２ａを経由して、光ファイババンドル１１３に入射する。このとき、信号光ＬＳは、走査ユニット１４１により、光ファイババンドル１１３の或る光ファイバ（一本以上の光ファイバ）に入射するように走査される。そして、信号光ＬＳは、当該光ファイバにより導光され、その先端部から出射し、被測定物体５０００に照射される。なお、信号光ＬＳを被測定物体５０００（眼底）照射させるときには、バリアフィルタ１２２、１２３は、それぞれ事前に光路から退避される。
被測定物体５０００に入射した信号光ＬＳは、被測定物体５０００の観察対象の深度位置にて結像し反射される。このとき、信号光ＬＳは、被測定物体５０００の表面や、その深部領域の屈折率境界にて反射、散乱される。したがって、被測定物体５０００を経由した信号光ＬＳは、観察対象の深度位置周辺の屈折率境界における後方散乱の状態を反映する情報を含んでいる。この光を単に「信号光ＬＳの眼底反射光」と呼ぶことがある。
信号光ＬＳの眼底反射光は、光学系ユニット８０Ａ内の上記経路を逆向きに進行して光ファイバ１５２ａの端面１５２ｂに集光され、光ファイバ１５２を通じてＯＣＴユニット１５０に入射し、光ファイバ１６４を通じて光カプラ１６２に戻ってくる。
光カプラ１６２は、被測定物体５０００を経由した信号光ＬＳと、参照ミラー１７４を経由した参照光ＬＲとを重畳して干渉光ＬＣを生成する。生成された干渉光ＬＣは、シングルモードファイバ等からなる光ファイバ１６５を通じてスペクトロメータ１８０に導かれる。
なお、この実施形態ではマイケルソン型の干渉計を採用しているが、たとえばマッハツェンダー型など任意のタイプの干渉計を適宜に採用することが可能である。
なお、この発明の「干渉光生成手段」は、たとえば、光カプラ１６２と、信号光ＬＳの光路上の光学部材（つまり光カプラ１６２と被測定物体５０００との間に配置された光学部材）と、参照光ＬＲの光路上の光学部材（つまり光カプラ１６２と参照ミラー１７４との間に配置された光学部材）とを含んで構成される。特に、干渉光生成手段は、光カプラ１６２、光ファイバ１６３、１６４、参照ミラー１７４及び光ファイババンドル１１３を含んで構成される。
スペクトロメータ（分光計）１８０は、コリメータレンズ１８１、回折格子１８２、結像レンズ１８３、ＣＣＤ１８４を含んで構成される。回折格子１８２は、光を透過させる透過型の回折格子であってもよいし、光を反射する反射型の回折格子であってもよい。また、ＣＣＤ１８４に代えて、ＣＭＯＳ等の他の光検出素子を用いることも可能である。
スペクトロメータ１８０に入射した干渉光ＬＣは、コリメータレンズ１８１により平行光束とされ、回折格子１８２によって分光（スペクトル分解）される。分光された干渉光ＬＣは、結像レンズ１８３によってＣＣＤ１８４の撮像面上に結像される。ＣＣＤ１８４は、分光された干渉光ＬＣの各スペクトルを検出して電気的な信号に変換し、この検出信号をコンピュータ２００に出力する。ＣＣＤ１８４は、この発明の「検出手段」の一例である。
〔コンピュータの構成〕
次に、コンピュータ２００の構成について説明する。コンピュータ２００は、ＯＣＴユニット１５０のＣＣＤ１８４から入力される検出信号を解析して、被測定物体５０００の断層画像を形成する。このときの解析手法は、従来のフーリエドメインＯＣＴの手法と同様である。
また、コンピュータ２００は、光学系ユニット８０Ａの撮像装置１４５、１４６から出力される映像信号に基づいて被測定物体５０００の表面の形態を示す２次元画像を形成する。この２次元画像は、静止画像でも動画像でもよい。コンピュータ２００は、これらの画像を取得するための光源１０１、１０３や撮像装置１４５、１２の制御を行う。
コンピュータ２００は、光学系ユニット８０Ａ及びＯＣＴユニット１５０の各部を制御する。
光学系ユニット８０Ａの制御として、コンピュータ２００は、観察光源１０１や撮影光源１０３による照明光の出力制御、エキサイタフィルタ１０５、１０６やバリアフィルタ１２２、１２３の光路上への挿入／退避動作の制御、ＬＣＤ１４０等の表示装置の動作制御、照明絞り１１０の移動制御（絞り値の制御）、撮影絞り１２１の絞り値の制御、変倍レンズ１２４の移動制御（倍率の制御）などを行う。更に、コンピュータ２００は、ガルバノミラー１４１Ａ、１４１Ｂの動作制御を行う。
また、ＯＣＴユニット１５０の制御として、コンピュータ２００は、低コヒーレンス光源１６０による低コヒーレンス光Ｌ０の出力制御、参照ミラー１７４の移動制御、濃度フィルタ１７３の回転動作（参照光ＬＲの光量の減少量の変更動作）の制御、ＣＣＤ１８４の蓄積時間の制御などを行う。
コンピュータ２００は、従来のコンピュータと同様に、マイクロプロセッサ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスクドライブ、キーボード、マウス、ディスプレイ、通信インターフェイス（Ｉ／Ｆ）等を含んで構成される。また、コンピュータ２００には、被測定物体５０００の断層画像を形成する画像形成ボードが設けられている。
［動作態様］
この実施形態に係る光画像計測装置８０の動作態様の例を説明する。
被測定物体５０００の表面の２次元画像（眼底画像）の撮影は、従来の眼底カメラと同様に実施される。なお、光画像計測装置８０においては、眼底画像を撮影するための照明光を光ファイババンドル１１３を介して眼底に照明する点が従来の眼底カメラと異なるが、それ以外は同様である。なお、眼底画像を撮影する場合には、光ファイババンドル１１３を光路上から退避させ、その代わりに対物レンズを光路上に配置させることが可能である。この場合には、従来の眼底カメラと同様に眼底画像を撮影することが可能である。
以下、ＯＣＴ技術を適用した画像計測について説明する。ここで、光ファイババンドル１１３に含まれる光ファイバの本数をＭ本とする。
まず、コンピュータ２００は、光ファイババンドル１１３の第１の光ファイバに信号光ＬＳが入射されるように走査ユニット１４１を制御し、低コヒーレンス光源１６０を点灯させる。それにより、第１の光ファイバに対応する被測定物体５０００の位置（第１の位置）を経由した信号光ＬＳと、参照光ＬＲとに基づく第１の干渉光ＬＣが検出される。
コンピュータ２００は、この第１の干渉光ＬＣに基づいて、第１の位置における深度方向（ｚ方向）の画像を形成する。
なお、各光ファイバの位置は一定であるので、第１の光ファイバに信号光ＬＳを入射させるためのガルバノミラー１４１Ａ、１４１Ｂの位置は予め決定できる。コンピュータ２００は、このガルバノミラー１４１Ａ、１４１Ｂの位置を予め記憶している（以下同様）。
次に、コンピュータ２００は、第２の光ファイバに信号光ＬＳが入射されるように走査ユニット１４１を制御し、低コヒーレンス光源１６０を点灯させる。それにより、第２の光ファイバに対応する被測定物体５０００の位置（第２の位置）を経由した信号光ＬＳと、参照光ＬＲとに基づく第２の干渉光ＬＣが検出される。
コンピュータ２００は、この第２の干渉光ＬＣに基づいて、第２の位置における深度方向の画像を形成する。
このように、光画像計測装置８０は、信号光ＬＳをＭ本の光ファイバに対して順次に入射させて計測を実行し、第１〜第Ｍの位置における深度方向の画像を順次に形成する。コンピュータ２００は、これらＭ個の深度方向の画像に基づいて被測定物体５０００の断層画像を形成する。このとき、コンピュータ２００は、Ｍ本の光ファイバの配列情報（予め記憶している）に基づいて深度方向の画像を並べることにより断層画像を形成する。
［作用・効果］
光画像計測装置８０の作用及び効果について説明する。
光画像計測装置８０は、低コヒーレンス光を信号光と参照光とに分割し、被測定物体を経由した信号光と参照物体を経由した参照光とを重畳させて干渉光を生成する干渉光生成手段と、干渉光を検出するＣＣＤ１８４と、干渉光の検出結果に基づいて被測定物体の画像を形成するコンピュータ２００とを備える。
光ファイババンドル１１３は、この発明の「導光手段」の一例である。すなわち、光ファイババンドル１１３は、低コヒーレンス光から分割された信号光を先端部から出射し、被測定物体を経由して先端部から入射された信号光を導光するように作用する。そして、干渉光生成手段は、光ファイババンドル１１３により導光された信号光を参照光と重畳させて干渉光を生成するように作用する。
このような光画像計測装置８０によれば、たとえば光ファイババンドル１１３を被検体内に挿入するなど、その先端部を被測定物体５０００の深部組織の近くに配置させて計測を行うことができる。
更に、光画像計測装置８０によれば、ＯＣＴ技術を用いることで深部組織のμｍレベルの解像度の画像を形成することが可能である。
このように、光画像計測装置８０によれば、被測定物体の深部組織の微細構造を画像化することが可能である。
また、光ファイババンドル１１３として可撓性を有するものを用いることにより、たとえば光ファイババンドル１１３を被検体内に好適に挿入することが可能である。
［変形例］
この実施形態に係る光画像計測装置の変形例を説明する。
上記第２の実施形態では、眼底の画像を取得するために用いられる光画像計測装置８０について詳しく説明したが、この実施形態に係る光画像計測装置は、これに限定されるものではない。
この実施形態に係る光画像計測装置の例を図８に示す。この光画像計測装置３００は、光学系ユニット３０１とコンピュータ３１２とを有する。コンピュータ３１２は、光学系ユニット３０１の制御を行う。
低コヒーレンス光源３０２から出力された低コヒーレンス光は、光ファイバ３０３により光カプラ３０４に導光される。光カプラ３０４は、この低コヒーレンス光を信号光と参照光とに分割する。
参照光は、光ファイバ３０５により参照ミラー３０６に導光されて反射される。この反射光は、光ファイバ３０５により光カプラ３０４に導光される。
信号光は、光ファイバ３０７により走査ユニット３０８に導光される。光ファイババンドル３０９は、第１の実施形態と同様に、複数の光ファイバを束ねて構成されている（図２参照）。走査ユニット３０８は、これら複数の光ファイバのうちの一つ（又は二つ以上）の基端部（走査ユニット３０８側の端部）に信号光を入射させる。
走査ユニット３０８は、上記実施形態の走査ユニット１４１のようにガルバノミラー等を含んだ構成であってもよいし、それ以外の構成であってもよい。すなわち、走査ユニット３０８は、光ファイババンドル３０９に含まれる複数のファイバに順次に信号光を導光させるように作用するものであれば、その構成は任意である。
光ファイババンドル３０９の或る光ファイバにより導光される信号光は、当該光ファイバの先端部のマイクロレンズによって集束光とされ、被測定物体５０００の観察対象の深度位置周辺にて反射、散乱される。この反射光や散乱光は、当該光ファイバの先端部に入射し、当該光ファイバにより導光され、走査ユニット３０８及び光ファイバ３０７を介して光カプラ３０４に戻ってくる。
光カプラ３０４は、参照光と信号光とを互いに重畳させて干渉光を生成する。この干渉光は、光ファイバ３１０によりスペクトロメータ３１１に導光される。スペクトロメータ３１１は、この干渉光のスペクトル成分を検出し、コンピュータ３１２に検出信号を出力する。
コンピュータ３１２は、この検出信号に基づいて、当該信号光が反射、散乱された部位における深度方向の１次元画像を形成する。
光画像計測装置３００は、走査ユニット３０８により、光ファイババンドル３０９に含まれる複数の光ファイバのそれぞれに信号光を順次に入射させて計測を繰り返す。スペクトロメータ３１１は、これら複数の光ファイバに対応する干渉光のスペクトル成分を順次に検出する。コンピュータ３１２は、スペクトロメータ３１１から順次に出力される検出信号に基づいて、被測定物体５０００の異なる位置における深度方向の１次元画像を順次に形成する。更に、コンピュータ３１２は、これらの１次元画像に基づいて被測定物体５０００の断層画像を形成する。
このような光画像計測装置３００によれば、第２の実施形態に係る光画像計測装置８０と同様に、被測定物体の深部組織の微細構造を画像化することが可能である。
なお、信号光の光路長と参照光の光路長とを一致させるための光学部材を、たとえば参照光の光路上に設けることができる。また、信号光に付与される分散の影響と参照光に付与される分散の影響とを一致させるための光学部材を、たとえば参照光の光路上に設けることができる。
この実施形態に係る光画像計測装置の他の例を図９に示す。この変形例は、光ファイババンドルが分割手段を具備する構成に関する。
図９に示す光画像計測装置４００の低コヒーレンス光源４０１から出力された低コヒーレンス光は、ビームスプリッタ４０２を透過して走査ユニット４０３に入射する。
走査ユニット４０３は、上記実施形態と同様に、光ファイババンドル４０４の基端部（走査ユニット４０３側の端部）に対して低コヒーレンス光を走査する。すなわち走査ユニット４０３は、光ファイババンドル４０４に含まれる複数の光ファイバに順次に低コヒーレンス光を入射させる。
光ファイババンドル４０４には、反射部４０５が設けられている。反射部４０５は、光ファイババンドル４０４内を先端部に向かって進行する低コヒーレンス光の一部を反射する。反射部４０５により反射された低コヒーレンス光は参照光として用いられる。一方、反射部４０５を透過した低コヒーレンス光は信号光として用いられる。反射部４０５は、この発明の「分割手段」及び「反射手段」の一例である。
反射部４０５は、第１の実施形態と同様に、光ファイババンドル４０４の任意の位置に設けることが可能である。
反射部４０５により反射された低コヒーレンス光からなる参照光は、光ファイババンドル４０４の基端部から出射し、走査ユニット４０３を経由し、ビームスプリッタ４０２により反射される。更に、参照光は、ビームスプリッタ４０６により反射され、参照ミラー４０７に到達する。
参照ミラー４０７により反射された参照光は、ビームスプリッタ４０６を透過し、反射ミラー４０８に反射され、ビームスプリッタ４１０に到達する。
なお、参照ミラー４０７は、図９に示す両側矢印の方向に移動可能とされている。それにより、被測定物体５０００の様々な深度位置の画像を取得できる。
一方、反射部４０５を透過した低コヒーレンス光からなる信号光は、光ファイババンドル４０４の先端部から出射する。光ファイババンドル４０４に含まれる各光ファイバの先端部には、マイクロレンズが設けられている。
被測定物体５０００に照射された信号光は、被測定物体５０００の様々な深度位置において反射、散乱される。この信号光の反射光や散乱光は、マイクロレンズを経由して当該光ファイバに入射する。更に、信号光は、当該光ファイバにより導光されて基端部から出射する。
基端部から出射した信号光は、走査ユニット４０３を経由し、ビームスプリッタ４０２により反射され、ビームスプリッタ４０６を透過し、反射ミラー４０９に反射され、ビームスプリッタ４１０に到達する。
ビームスプリッタ４１０に反射された参照光と、ビームスプリッタ４１０を透過した信号光とは、互いに重畳されて干渉光を生成する。この干渉光は、スペクトロメータ４１１に導かれ、そのスペクトル成分が検出される。
スペクトロメータ４１１は、干渉光のスペクトル成分の検出結果（検出信号）をコンピュータ４１２に送る。スペクトロメータ４１１は、この発明の「検出手段」の一例である。
コンピュータ４１２は、スペクトロメータ４１１からの検出信号に基づいて、当該信号光が反射、散乱された部位における深度方向の１次元画像を形成する。
光画像計測装置４００は、走査ユニット４０３により、光ファイババンドル４０４に含まれる複数の光ファイバのそれぞれに低コヒーレンス光を順次に入射させて計測を繰り返す。スペクトロメータ４１１は、これら複数の光ファイバに対応する干渉光のスペクトル成分を順次に検出する。コンピュータ４１２は、スペクトロメータ４１１から順次に出力される検出信号に基づいて、被測定物体５０００の異なる位置における深度方向の１次元画像を順次に形成する。更に、コンピュータ４１２は、これらの１次元画像に基づいて被測定物体５０００の断層画像を形成する。
このような光画像計測装置４００によれば、第２の実施形態に係る光画像計測装置８０と同様に、被測定物体の深部組織の微細構造を画像化することが可能である。
なお、信号光の光路長と参照光の光路長とを一致させるための光学部材を、たとえば参照光の光路上に設けることができる。また、信号光に付与される分散の影響と参照光に付与される分散の影響とを一致させるための光学部材を、たとえば参照光の光路上に設けることができる。
スウェプトソース型の光画像計測装置は、以上に説明したフーリエドメイン型光画像計測装置とほぼ同様に構成される。すなわち、スウェプトソース型の光画像計測装置は、様々な周波数の光を高速で切り替えて出力する光源（高速波長スキャニングレーザ）を備えるとともに、各周波数の光に基づく干渉光を検出し、その検出結果に基づいて被測定物体の断層画像を形成するように構成される。
この実施形態に係る光画像計測装置においては、光ファイババンドルに含まれる複数の光ファイバの一つひとつに正確に信号光（又は低コヒーレンス光）を入射させることが望ましいが、そのためには高精度の制御が必要である。特に、隣接する光ファイバの間隔が小さい場合などには、極めて高精度の制御を行う必要がある。そこで、光ファイババンドルの基端部の端面（複数の光ファイバの基端部の配列面）に対して信号光（又は低コヒーレンス光）を所定の精度で走査するとともに、それにより得られた好適な干渉光のみに基づいて画像を形成するように構成することが可能である。なお、好適な干渉光とは、たとえば、所定値以上の強度を有する干渉光などを意味する。
この発明に係る光画像計測装置の第１の実施形態の構成の一例を表す概略図である。 この発明に係る光画像計測装置の第１の実施形態の構成の一例を表す概略図である。 この発明に係る光画像計測装置の第１の実施形態の構成の一例を表す概略ブロック図である。 この発明に係る光画像計測装置の第１の実施形態の変形例の構成の一例を表す概略図である。 この発明に係る光画像計測装置の第２の実施形態の構成の一例を表す概略図である。 この発明に係る光画像計測装置の第２の実施形態の構成の一例を表す概略図である。 この発明に係る光画像計測装置の第２の実施形態の構成の一例を表す概略図である。 この発明に係る光画像計測装置の第２の実施形態の変形例の構成の一例を表す概略図である。 この発明に係る光画像計測装置の第２の実施形態の変形例の構成の一例を表す概略図である。 従来の光画像計測装置の構成の一例を表す概略図である。 従来の光画像計測装置の構成の一例を表す概略図である。
符号の説明
１ 光画像計測装置
２ 光源
３、７、１２ ビームスプリッタ
４ 偏光素子
５ 光ファイババンドル
５ａ 基端部
５ｂ 先端部
５α 光ファイバ
５β マイクロレンズ
６ 反射部
８ 波長板
９ 参照ミラー
１０、１１ 反射ミラー
１３ 偏光ビームスプリッタ
１４、１５ ２次元光センサアレイ
１６ コンピュータ
１７ 制御部
１８ 表示部
１９ 操作部
２０ 信号処理部

Claims (11)

  1. 低コヒーレンス光を信号光と参照光とに分割し、被測定物体を経由した前記信号光と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干渉光生成手段と、
    前記干渉光を検出する検出手段と、
    前記干渉光の検出結果に基づいて前記被測定物体の画像を形成する画像形成手段と、
    を有する光画像計測装置であって、
    前記干渉光生成手段は、低コヒーレンス光から分割された信号光を一端から出射し、前記被測定物体を経由して前記一端に入射された該信号光を導光する導光手段を含み、前記導光された該信号光を参照光と重畳させて干渉光を生成する、
    ことを特徴とする光画像計測装置。
  2. 前記導光手段は可撓性を有する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の光画像計測装置。
  3. 前記導光手段は、他端から入射した低コヒーレンス光を信号光と参照光とに分割する分割手段を含み、該信号光を前記一端から出射し、前記被測定物体を経由して前記一端から入射された該信号光を前記他端まで導光して出射し、該参照光を前記他端から出射し、
    前記干渉光生成手段は、前記他端からそれぞれ出射された信号光と参照光とを重畳させて干渉光を生成する、
    ことを特徴とする請求項1又は請求項２に記載の光画像計測装置。
  4. 前記導光手段は、光ファイババンドルを含む、
    ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の光画像計測装置。
  5. 前記導光手段は、前記一端及び前記他端を両端とする光ファイババンドルを含み、
    前記分割手段は、前記一端に向けて導光される低コヒーレンス光の一部を反射して該低コヒーレンス光を信号光と参照光とに分割する反射手段を含む、
    ことを特徴とする請求項３に記載の光画像計測装置。
  6. 前記光ファイババンドルの各ファイバの前記一端にマイクロレンズが設けられている、
    ことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の光画像計測装置。
  7. 前記検出手段は、前記光ファイババンドルに含まれる複数のファイバにより導光された複数の信号光に基づく複数の干渉光を同時に検出する２次元光センサアレイを含み、
    ことを特徴とする請求項４〜請求項６のいずれか一項に記載の光画像計測装置。
  8. 前記干渉光生成手段は、前記光ファイババンドルに含まれる複数のファイバに順次に信号光を導光させ、
    前記検出手段は、前記順次に導光される信号光に基づく干渉光を順次に検出し、
    前記画像形成手段は、前記順次に検出される各干渉光に基づいて前記被測定物体の複数の異なる部位の画像を順次に形成する、
    ことを特徴とする請求項４〜請求項６のいずれか一項に記載の光画像計測装置。
  9. 前記干渉光生成手段は、前記信号光の光路長と前記参照光の光路長とを一致させるための光学部材を含む、
    ことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の光画像計測装置。
  10. 前記干渉光生成手段は、前記信号光に付与される分散の影響と前記参照光に付与される分散の影響とを一致させるための光学部材を含む、
    ことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の光画像計測装置。
  11. 前記光学部材は、前記参照光の光路上に設けられる、
    ことを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の光画像計測装置。
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