JP2020106514A - 光干渉断層撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成でｋクロック信号の周波数を適切に増加させることができる光干渉断層撮像装置を提供する。【解決手段】光周波数が掃引される光を出射する光源部と、光源部が出射する光から分割され被検体へ照射された測定光と参照光による干渉光を発生させる干渉部と、干渉光を検出し、干渉信号を生成する検出部と、干渉信号をディジタルデータに変換する変換部と、光源部が出射する光を用いて、等光周波数間隔のｋクロック信号を生成するｋクロック生成部と、ｋクロック信号の周波数を倍化する周波数倍化回路８４とを備え、周波数倍化回路は、ｋクロック信号から生成された、互いに位相が反転している第１の信号８１３と第２の信号８１４をアナログ乗算器８４４に入力して、周波数が倍化されたｋクロック信号８１６を生成し、変換部は、周波数が倍化されたｋクロック信号を用いて干渉信号をサンプリングすることで、干渉信号をディジタルデータに変換する。【選択図】図３

Description

本発明は、光干渉断層撮像装置に関する。

現在、光干渉断層撮像法（ＯＣＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）を用いる撮像装置（以下、ＯＣＴ装置という。）が開発されている。ＯＣＴ装置は、物体へ光を照射し、照射光の波長に応じて物体の異なる深さから戻ってくる反射光と参照光とを干渉させる。ＯＣＴ装置は、干渉光の強度の時間波形（以下、干渉スペクトルという。）に含まれる周波数成分を分析することによって物体の断層に関する情報、具体的には断層像を得ることができる。ＯＣＴ装置は、例えば眼科用の撮像装置として眼底検査等に用いられる。

ＯＣＴ装置を用いた検査では、正確な画像を得るために、検査の間、被検者の行動が制限される。そのため、ＯＣＴ装置の測定速度が遅いと被検者の行動を制限する期間が長くなり、被検者の身体的負担が増加する。このことから、ＯＣＴ装置では、測定速度を向上させ、検査にかかる被検者の身体的負担を低減することが望まれている。

そこで、測定速度を向上させたＯＣＴ装置として、波長掃引光源を用いたＯＣＴ装置（Ｓｗｅｐｔ Ｓｏｕｒｃｅ ＯＣＴ装置、以下、ＳＳ−ＯＣＴ装置という。）が盛んに開発されている。

ＳＳ−ＯＣＴ装置では、測定速度をさらに向上させるため、一度の撮像でより広範囲の断層情報を取得することが好ましい。そのため、ＳＳ−ＯＣＴ装置を用いた検査の被検体となる生体組織の深さ方向の撮像範囲をより広くする手法が検討されてきている。なお、被検体となる生体組織の深さ方向は、一般にＡ−スキャン方向と呼ばれる。

ここで、ＳＳ−ＯＣＴ装置では、被検体からの反射光と参照光との干渉光（干渉信号）をサンプリングする回数、すなわち干渉光のサンプリング数を増やすことで、Ａ−スキャン方向の撮像範囲をより広くできることが知られている。このため、干渉光のサンプリング数を増やすために、サンプリングのタイミングを示すクロック信号（以下、ｋクロック信号という。）の周波数を増加させることが行われる。

一般に、光源からの光を用いて高周波数のｋクロック信号を生成するためには、コヒーレント長の長い光源を用いる必要がある。しかしながら、コヒーレント長の長い光源は高価であるため、そのような光源を用いる場合にはＳＳ−ＯＣＴ装置にかかるコストが高くなる。そのため、コヒーレント長の長い光源を用いずにｋクロック周波数を増加させる手法が提案されている。

特許文献１は、乗算器を用いてＳＳ−ＯＣＴ装置のサンプルクロックの周波数を倍化する方法を開示している。

特表２０１０−５１５９１９号公報

ｋクロック信号を単純に分割しアナログ乗算器に入力する場合、入力信号にオフセット電圧が含まれなければ、アナログ乗算器の出力信号は、ｓｉｎθ・ｓｉｎθ＝−ｃｏｓ２θ／２＋１／２となり、周波数が倍化される。

しかしながら、入力信号にオフセット電圧ａが含まれると、アナログ乗算器の出力信号は、（ｓｉｎθ＋ａ）・（ｓｉｎθ＋ａ）＝−ｃｏｓ２θ／２＋２ａ・ｓｉｎθ＋ａ^２＋１／２となり、元の周波数成分のｓｉｎθの項を含んでしまうため波形が歪んでしまう。このため、ｋクロック信号を適切に倍化できないという問題がある。

上記問題を鑑み、本発明は、簡単な構成でｋクロック信号の周波数を適切に増加させることができる光干渉断層撮像装置を提供することを目的の一つとする。

本発明の一実施態様に係る光干渉断層撮像装置は、光周波数が掃引される光を出射する光源部と、前記光源部が出射する光から分割され被検体へ照射された測定光と前記光源部が出射する光から分割された参照光による干渉光を発生させる干渉部と、前記干渉光を検出し、干渉信号を生成する検出部と、前記干渉信号をディジタルデータに変換する変換部と、前記光源部が出射する光を用いて、等光周波数間隔のｋクロック信号を生成するｋクロック生成部と、前記ｋクロック信号の周波数を倍化する周波数倍化回路とを備え、前記周波数倍化回路は、前記ｋクロック信号から生成された、互いに位相が反転している第１の信号と第２の信号をアナログ乗算器に入力して、周波数が倍化されたｋクロック信号を生成し、前記変換部は、前記周波数が倍化されたｋクロック信号を用いて前記干渉信号をサンプリングすることで、前記干渉信号を前記ディジタルデータに変換する。

本発明によれば、簡単な構成でｋクロック信号の周波数を適切に増加させることができる。

実施例１によるＯＣＴ装置の構成例を概略的に示す。 実施例１に係るｋクロック生成部の構成例を概略的に示す。 実施例１に係る周波数倍化回路の構成例を概略的に示す。 実施例１に係る周波数倍化回路内を伝播する各信号の波形の例を示す。 実施例２によるＯＣＴ装置の構成例を概略的に示す。 実施例２に係る周波数倍化回路の構成例を概略的に示す。

以下、本発明を実施するための例示的な実施例を、図面を参照して詳細に説明する。ただし、以下の実施例で説明する寸法、材料、形状、及び構成要素の相対的な位置等は任意であり、本発明が適用される装置の構成又は様々な条件に応じて変更できる。また、図面において、同一であるか又は機能的に類似している要素を示すために図面間で同じ参照符号を用いる。

なお、本発明による光干渉断層撮像装置（ＯＣＴ装置）は、波長掃引光源を用いたＳＳ−ＯＣＴ装置であるが、簡略化のため以下では単にＯＣＴ装置という。また、以下、本発明によるＯＣＴ装置を、被検体の眼底を検査するために用いられるＯＣＴ装置として説明する。しかしながら、本発明によるＯＣＴ装置は、眼底検査以外の用途に用いられることができ、例えば被検眼の前眼部や臓器等の任意の物体の検査等に用いられてもよい。このとき、本発明は、眼科装置以外に、内視鏡等の医療機器に適用することができる。

（実施例１）
以下、図１乃至４（ｅ）を参照して、本発明の実施例１によるＯＣＴ装置について説明する。図１は、本実施例によるＯＣＴ装置の構成例を概略的に示す。

図１に示すように、ＯＣＴ装置１には、光を射出する光源部１０と、干渉光を発生させる干渉部２０と、干渉光を検出する検出部３０と、被検体１００である眼の眼底の情報を取得する情報取得部４０と、取得した情報を表示する表示部７０とが設けられている。さらに、ＯＣＴ装置１には、被検体１００に測定光を照射し、被検体１００からの反射光を干渉部２０へ出射する測定アーム５０と、測定アーム５０から出射される反射光と干渉させる参照光を出射する参照アーム６０が設けられている。また、ＯＣＴ装置１には、ｋクロック信号を生成するｋクロック生成部８０と、光源部１０からの光をｋクロック生成部８０に入射する光及び干渉部２０に入射する光に分割する光ファイバカプラ（分割部）９０とが設けられている。

光源部１０は、射出される光の波長を掃引し、光周波数を掃引する波長掃引光源１１を含む。波長掃引光源１１としては、射出される光の波長を掃引し、光周波数を掃引することができる光源であれば、任意の光源を用いることができる。そのため、波長掃引光源１１は、例えば、ファイバーリング共振器及び波長選択フィルタを用いた光源であってもよいし、その他の市販の波長掃引レーザー等であってもよい。光源部１０は、光ファイバを介して光ファイバカプラ９０に接続される。

光ファイバカプラ９０は、光ファイバを介して光源部１０、干渉部２０及びｋクロック生成部８０に接続される。光ファイバカプラ９０は、光源部１０からの光をｋクロック生成部８０に入射する光と干渉部２０に入射する光に分割する。なお、光ファイバカプラ９０の代わりにビームスプリッタ等を用いてもよい。また、光の分割比は、所望の構成に応じて任意に設定されてよい。

ｋクロック生成部８０は、光ファイバカプラ９０を経由した光源部１０から射出された光に基づいてｋクロック信号を生成する。また、ｋクロック生成部８０は生成したｋクロック信号を検出部３０に送る。検出部３０は、後述する測定光と参照光との干渉光の検出を行い、ｋクロック生成部８０から受け取ったｋクロック信号に同期して干渉光に基づくＯＣＴ干渉信号のディジタル信号を生成する。

干渉部２０には、光ファイバカプラ２１，２２が設けられている。光ファイバカプラ２１は、光ファイバを介して光ファイバカプラ９０，２２、測定アーム５０、及び参照アーム６０に接続される。光ファイバカプラ２１は、光ファイバカプラ９０を経由した光源部１０から射出された光を、測定アーム５０を経由して眼底へ照射される測定光と参照アーム６０を経由する参照光とに分割する。なお、光の分割比は、所望の構成に応じて任意に設定されてよい。

測定光は、測定アーム５０を経由して被検体１００に照射され、被検体１００によって反射された反射光として測定アーム５０及び光ファイバカプラ２１を経由し、光ファイバカプラ２２に入射する。一方、参照光は、参照アーム６０を経由し光ファイバカプラ２２に入射する。測定光の反射光と参照光は、光ファイバカプラ２２で互いに干渉し、干渉光として光ファイバカプラ２２から出射する。

光ファイバカプラ２２は、２つの光ファイバを介して、検出部３０に接続される。なお、干渉部２０は、光ファイバカプラの代わりにビームスプリッタ等を用いて構成されてもよい。

測定アーム５０には、偏光コントローラ５１と、コリメータ５２と、Ｘ軸スキャナ５３と、Ｙ軸スキャナ５４と、フォーカスレンズ５５とが設けられている。偏光コントローラ５１は、光ファイバカプラ２１から測定アーム５０に接続される光ファイバに設けられ、測定アーム５０を通る測定光及び測定光の反射光の偏光状態を整える。コリメータ５２は、光ファイバを介して光ファイバカプラ２１と接続されており、偏光コントローラ５１で偏光状態を整えられた測定光を、空間光として照射する。空間光として照射された測定光は、Ｘ軸スキャナ５３、Ｙ軸スキャナ５４、及びフォーカスレンズ５５を経由して被検体１００の眼底に照射される。

Ｘ軸スキャナ５３及びＹ軸スキャナ５４は、それぞれ回転軸が互いに直交するよう配置された偏向ミラーで構成される。Ｘ軸スキャナ５３及びＹ軸スキャナ５４は、眼底を測定光で走査する機能を有する走査部を構成し、眼底に対する測定光の照射位置を変更することができる。ここで、Ｘ軸スキャナ５３は、Ｘ軸方向の走査を行い、Ｙ軸スキャナ５４は、Ｙ軸方向の走査を行う。なお、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の各方向は、被検体１００である眼の眼軸方向に対して直交する方向であり、且つ、互いに直交する方向である。

眼底に照射された測定光は、眼底において後方散乱光（反射光）として反射される。眼底からの反射光は、再びフォーカスレンズ５５、Ｙ軸スキャナ５４、Ｘ軸スキャナ５３、コリメータ５２、及び偏光コントローラ５１を経由して測定アーム５０から出射される。そして、光ファイバを伝播し、光ファイバカプラ２１を経由して光ファイバカプラ２２に入射する。

一方、参照アーム６０には、偏光コントローラ６１と、コリメータ６２と、分散補償ガラス６３と、光路長調整光学系６４と、分散調整プリズムペア６５と、コリメータ６６とが設けられている。偏光コントローラ６１は、光ファイバカプラ２１から参照アーム６０に接続される光ファイバに設けられ、参照アーム６０を通る参照光の偏光状態を整える。コリメータ６２は、光ファイバを介して光ファイバカプラ２１と接続されており、偏光コントローラ６１で偏光状態を整えられた参照光を、空間光として出射する。空間光として出射された参照光は、分散補償ガラス６３、光路長調整光学系６４、及び分散調整プリズムペア６５を経由してコリメータ６６に入射する。

分散補償ガラス６３及び分散調整プリズムペア６５は、参照光の分散を調整することができる。そのため、分散補償ガラス６３及び分散調整プリズムペア６５を用いることで、測定アーム５０を経由する測定光の反射光の分散に対応するように参照光の分散を調整することができる。

また、光路長調整光学系６４は、図１の矢印Ａ１で示すように、コリメータ６２，６６に対し近づく又は遠ざかる方向に移動することができ、参照アーム６０の光路長を調整することができる。そのため、光路長調整光学系６４によって、測定光が経由する眼底（被検体１００）までの光路長に応じて、参照アーム６０の光路長を調整することができる。コリメータ６６に入射した参照光は、コリメータ６６と光ファイバカプラ２２とを接続する光ファイバを伝播し、光ファイバカプラ２２に入射する。

上記のように、光ファイバカプラ２２に入射した測定光及び参照光は、互いに干渉し、干渉光はそれぞれ逆位相の光として光ファイバカプラ２２から２つの光ファイバ内に分割して出射され、検出部３０に入射する。なお、非干渉光はそれぞれ同位相の光として光ファイバカプラ２２から２つの光ファイバ内に分割して出射され、検出部３０に入射する。

検出部３０には、検出器３１とＡ／Ｄ変換器３２（変換部）が設けられている。検出器３１はバランス検出器であり、非干渉成分の同位相の光を除去し、干渉成分である逆位相の光のみを検出することでより良好な信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）を実現できる。

検出器３１は、検出した干渉光に基づく干渉信号（ＯＣＴ干渉信号）をＡ／Ｄ変換器３２に送り、Ａ／Ｄ変換器３２は受け取ったＯＣＴ干渉信号をディジタル信号に変換する。なお、Ａ／Ｄ変換器３２にはｋクロック生成部８０が接続されており、Ａ／Ｄ変換器３２はｋクロック生成部８０から送られてくるｋクロック信号に同期して干渉信号をサンプリングし、ディジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器３２は、ディジタル信号に変換した干渉信号を、情報取得部４０に送る。そのため、検出部３０は、測定光及び参照光に基づく干渉光を検出し、ｋクロック信号に同期してディジタル化されたＯＣＴ干渉信号を生成し、情報取得部４０に当該ＯＣＴ干渉信号を送ることができる。

情報取得部４０は、検出部３０から受け取ったＯＣＴ干渉信号のディジタル信号に対してフーリエ変換などの周波数分析を行い、眼底の情報を得る。なお、情報取得部４０は、検出器３１で検出した位相の異なる干渉光に基づくＯＣＴ干渉信号の差を取ることで、ＯＣＴ干渉信号の差動を検出し、ＯＣＴ干渉信号の非干渉成分に基づくノイズを低減することができる。そのため、情報取得部４０は、当該差動検出を行うことで、ＯＣＴ干渉信号に基づく眼底の情報の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）を改善することができる。情報取得部４０は、得られた眼底の情報を表示部７０に送り、表示部７０は受け取った情報を断層像として表示する。

なお、情報取得部４０は、ＣＰＵやＭＰＵなどを備えた任意の情報処理部としてＯＣＴ装置１内に構成してもよいし、汎用コンピュータを用いて構成してもよい。また表示部７０は、ＯＣＴ装置１や情報取得部４０に備えつけられたモニタであってもよいし、これらに接続された個別のモニタであってもよい。

上記の一連の動作により、ＯＣＴ装置１は、被検体１００のある１点における断層に関する情報を取得することができる。このように、被検体１００の奥行き方向の断層に関する情報を取得することをＡ−スキャンと呼ぶ。また、ＯＣＴ装置１では、Ｘ軸スキャナ５３及びＹ軸スキャナ５４によって構成される走査部によって、被検体１００を走査することにより、被検体１００の２次元の断層像や３次元の断層像の情報を取得することができる。

ここで、Ａ−スキャンと直交する方向における被検体１００の断層に関する情報、すなわち２次元の断層像の情報を取得する方向に被検体１００を測定光で走査することをＢ−スキャンと呼ぶ。さらに、Ａ−スキャン、及びＢ−スキャンのいずれの走査方向とも直交する方向に被検体１００を測定光で走査することをＣ−スキャンと呼ぶ。特に、３次元の断層像の情報を取得する際に被検体１００の眼底面内に２次元ラスター走査する場合、高速に走査が行われる方向をＢ−スキャン方向と呼び、Ｂ−スキャン方向に直交し、低速に走査が行われる方向をＣ−スキャン方向と呼ぶ。

ＯＣＴ装置１は、Ａ−スキャン及びＢ−スキャンを行うことで被検体１００の２次元の断層像を得ることができ、Ａ−スキャン、Ｂ−スキャン及びＣ−スキャンを行うことで、被検体１００の３次元の断層像を得ることができる。Ｂ−スキャン及びＣ−スキャンは、上述したＸ軸スキャナ５３及びＹ軸スキャナ５４により構成される走査部によって行われる。なお、Ｂ−スキャン方向及びＣ−スキャン方向といったライン走査方向と、Ｘ軸方向又はＹ軸方向とは一致していなくてもよい。このため、Ｂ−スキャン及びＣ−スキャンのライン走査方向は、撮像したい２次元の断層像あるいは３次元の断層像に応じて、適宜決めることができる。

また、ＯＣＴ装置１では、検出部３０のＡ／Ｄ変換器３２による干渉信号のサンプリングは、ｋクロック生成部８０が生成したｋクロック信号に基づいて、光源部１０からの光に対して等光周波数（等波数）間隔に行われる。

ここで、ＯＣＴ装置１の光源部１０からの光は波長掃引されるため、時間に応じて光周波数が変化する。これに対し、ｋクロック生成部８０は、光源部１０からの光に基づいてｋクロック信号を生成するため、ｋクロック信号は検出部３０で検出される干渉光に基づくＯＣＴ干渉信号に対して等波数間隔でのサンプリングタイミングを示すことができる。

次に、図２を参照して、ｋクロック生成部８０についてより詳細に説明する。図２は、ｋクロック生成部８０の構成例を概略的に示す。図２に示すように、ｋクロック生成部８０には、ｋクロック干渉部８２（クロック干渉部）と、光センサ８３（クロック検出部）と、周波数倍化回路８４とが設けられている。

ｋクロック干渉部８２は、光源部１０からの光を光路長の異なる２つの光路に入射する光に分割するとともに、該２つの光路から出射された光によるクロック干渉光を発生させる。ｋクロック干渉部８２には、光ファイバカプラ８２１，８２８と、コネクタ８２２，８２４，８２５，８２７と、光ファイバ８２３，８２６とが設けられている。

光ファイバカプラ９０を経由した光源部１０からの光８１１は、光ファイバカプラ９０，８２１に接続される光ファイバを伝播し、光ファイバカプラ８２１に入射する。光ファイバカプラ８２１は、コネクタ８２２、光ファイバ８２３及びコネクタ８２４によって構成される第１の光路と、コネクタ８２５、光ファイバ８２６及びコネクタ８２７によって構成される第２の光路に、光源部１０からの光８１１を分割して入射させる。

光ファイバ８２３と光ファイバ８２６は所定の異なる光路長を有するため、第１の光路と第２の光路とは異なる光路長を有する。第１の光路を経由した光はコネクタ８２４から光ファイバを経由して光ファイバカプラ８２８に入射し、第２の光路を経由した光はコネクタ８２７から光ファイバを経由して光ファイバカプラ８２８に入射する。第１の光路を経由した光と第２の光路を経由した光は光ファイバカプラ８２８において、互いに干渉し、干渉光として光ファイバを経由して光センサ８３に入射する。

光センサ８３は、入射した干渉光を検出し、干渉信号８１２（ｋクロック信号）を生成する。光センサ８３は、生成した干渉信号８１２を周波数倍化回路８４に送る。

周波数倍化回路８４は、受け取った干渉信号８１２に基づいて、干渉信号８１２の周波数を倍化したｋクロック信号８１６を生成し、ＯＣＴ装置１のＡ／Ｄ変換器３２に送る。これにより、Ａ／Ｄ変換器３２は、周波数が倍化されたｋクロック信号８１６に同期して、測定光及び参照光に基づくＯＣＴ干渉信号をサンプリングすることができる。

次に、本実施例によるＯＣＴ装置１における周波数倍化回路８４について、図３乃至４（ｅ）を参照して説明する。図３はｋクロックの周波数を倍化する周波数倍化回路８４の構成例を概略的に示す。図４（ａ）乃至（ｅ）は、周波数倍化回路８４内を伝播する各信号の波形の例を示す。なお、図４（ａ）乃至（ｅ）における各グラフにおける横軸は時間を示し、縦軸は電位を示す。

図３に示すように、周波数倍化回路８４には、ＬＶＤＳ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ）出力のコンパレータ８４１、コンデンサ８４２、終端抵抗８４３、及びアナログ乗算器８４４が設けられている。また、周波数倍化回路８４では、アナログ乗算器８４４の後段にハイパスフィルタとアンプの回路８４５が設けられている。

ＬＶＤＳ出力のコンパレータ８４１には、入力端子として正端子及び負端子が設けられ、出力端子としてＰ端子とＮ端子が設けられている。コンパレータ８４１の正端子には、干渉信号８１２が入力され、負端子には基準電圧ＶＲＥＦが入力され、コンパレータ８４１は、Ｐ端子及びＮ端子より、位相が反転した２つの信号（差動クロック信号）をそれぞれ出力する。なお、基準電圧ＶＲＥＦは、干渉信号８１２の振幅中心電圧に合わせた値に調整されることができる。また、基準電圧ＶＲＥＦは、所望の構成に応じてグランドとされてもよい。

終端抵抗８４３及びコンデンサ８４２はローパスフィルタを形成する。ここで、ＬＶＤＳの出力波形はほぼ矩形波であり、終端抵抗８４３及びコンデンサ８４２で形成されたローパスフィルタを用いることで、コンパレータ８４１から出力された２つの信号の波形を矩形波から正弦波に整形することができる。

アナログ乗算器８４４には、ローパスフィルタにより波形が整形されたＰ信号８１３（ポジティブ信号、第１の信号）及びＮ信号８１４（ネガティブ信号、第２の信号）が入力される。アナログ乗算器８４４は入力されたＰ信号８１３及びＮ信号８１４を乗算し、乗算結果である出力信号８１５を出力する。

ハイパスフィルタとアンプの回路８４５にはアナログ乗算器８４４の出力信号８１５が入力され、回路８４５は、出力信号８１５のＤＣ成分をカットするとともに出力信号８１５を増幅する。

以下、図４（ａ）乃至（ｅ）を参照して、周波数倍化回路８４内を伝播する各信号について説明する。図４（ａ）は光センサ８３から出力される干渉信号８１２の波形を示す。なお、図４（ａ）には、干渉信号８１２の振幅中心電圧が、コンパレータ８４１に入力される基準電圧ＶＲＥＦを用いて示されている。

干渉信号８１２がコンパレータ８４１に入力されると、コンパレータ８４１の出力端子であるＰ端子及びＮ端子から、位相が反転した差動信号であるＰ信号及びＮ信号がそれぞれ出力される。図４（ｂ）は、Ｐ信号及びＮ信号の波形を示す。なお、Ｐ信号及びＮ信号は、位相が互いに反転しているが、それぞれのオフセット電圧ａは同一であり、それぞれの振幅中心電圧が同一となる。また、Ｐ信号は干渉信号８１２と同位相の信号であり、Ｎ信号は干渉信号８１２と逆位相の信号である。

Ｐ信号及びＮ信号は、終端抵抗８４３及びコンデンサ８４２からなるローパスフィルタに入力され、ローパスフィルタから波形が正弦波に整形されたＰ信号８１３及びＮ信号８１４がそれぞれ出力される。図４（ｃ）は、整形されたＰ信号８１３及びＮ信号８１４を示す。

整形されたＰ信号８１３及びＮ信号８１４は、それぞれアナログ乗算器８４４の入力端子であるＸ端子及びＹ端子に入力される。ここで、Ｘ端子に入力されるＰ信号８１３を信号Ｘ、Ｙ端子に入力されるＮ信号を信号Ｙとし、アナログ乗算器８４４の出力端子であるＺ端子から出力される信号を信号Ｚとする。アナログ乗算器８４４は、信号Ｘ，Ｙを乗算し、出力信号８１５として、信号Ｚ＝Ｘ・Ｙを出力する。図４（ｄ）は、出力信号８１５を示す。

ここで、オフセット電圧をａとし、信号の振幅をｂとして、出力信号８１５を式で表すと、（ｂ・ｓｉｎθ＋ａ）・（−ｂ・ｓｉｎθ＋ａ）＝ｂ^２・ｃｏｓ２θ／２−ｂ^２／２＋ａ^２となる。当該式では、同一信号の乗算、つまり同一信号を二乗した場合に発生するｓｉｎθの項がない。そのため、出力信号８１５の波形は、図４（ｄ）に示されるように、歪みを低減することができる。このため、出力信号８１５は、光センサ８３からの干渉信号８１２と比べて周波数が倍化されるとともに、波形の歪みが低減された信号となる。

出力信号８１５は、ハイパスフィルタとアンプの回路８４５に入力され、回路８４５からＤＣ成分がカットされるとともに、振幅が増幅されたｋクロック信号８１６が出力される。図４（ｅ）は、ｋクロック信号８１６を示す。このように、本実施例に係る周波数倍化回路８４によれば、光センサ８３から出力された元のｋクロック信号である干渉信号８１２に対して倍の周波数を有し、且つ、波形の歪みが低減されたｋクロック信号８１６を生成することができる。

周波数倍化回路８４から出力されたｋクロック信号８１６は、Ａ／Ｄ変換器３２に送られる。Ａ／Ｄ変換器３２は、周波数が適切に倍化されたｋクロック信号８１６に同期して、測定光及び参照光に基づくＯＣＴ干渉信号のサンプリングを行うことができる。

このように本実施例に係る周波数倍化回路８４では、等光周波数間隔のクロック信号である干渉信号８１２から、差動クロック信号であるＰ信号及びＮ信号を生成する。生成したＰ信号及びＮ信号をアナログ乗算器に入力することで、歪みが低減され、周波数が倍化されたｋクロック信号８１６を生成することができる。ＯＣＴ装置１は、ｋクロック信号８１６に同期してＡ／Ｄ変換器３２によるＯＣＴ干渉信号のサンプリングを行うことで、簡単な構成でＡ−スキャン方向（深さ方向）の撮像範囲を広くすることができる。

上記のように、本実施例に係るＯＣＴ装置１は、光源部１０と、干渉部２０と、検出部３０と、Ａ／Ｄ変換器３２と、ｋクロック生成部８０と、周波数倍化回路８４とを備える。光源部１０は、光周波数が掃引される光を出射する。干渉部２０は、光源部１０が出射する光から分割され被検体１００へ照射された測定光と光源部１０が出射する光から分割された参照光による干渉光を発生させる。検出部３０は、干渉光を検出し、ＯＣＴ干渉信号を生成する。Ａ／Ｄ変換器３２は、ＯＣＴ干渉信号をディジタルデータに変換する。ｋクロック生成部８０は、光源部１０が出射する光を用いて、等光周波数間隔のｋクロック信号を生成する。周波数倍化回路８４は、ｋクロック信号の周波数を倍化する。

さらに、周波数倍化回路８４は、ｋクロック信号から生成された、互いに位相が反転しているＰ信号（第１の信号）とＮ信号（第２の信号）をアナログ乗算器８４４に入力して、周波数が倍化されたｋクロック信号を生成する。なお、本実施例では、周波数倍化回路８４は、ｋクロック生成部８０の内部に設けられ、ｋクロック信号からＰ信号及びＮ信号を生成する。さらに、Ａ／Ｄ変換器３２は、周波数が倍化されたｋクロック信号を用いてＯＣＴ干渉信号をサンプリングすることで、ＯＣＴ干渉信号をディジタルデータに変換する。

これにより、ＯＣＴ装置１では、簡単な構成でｋクロック信号の周波数を適切に増加させることができ、深さ方向の撮像範囲を広くすることができる。

また、本実施例では、周波数倍化回路８４において、ＬＶＤＳ出力のコンパレータ８４１により、互いに位相が反転しているＰ信号及びＮ信号を生成する。ＬＶＤＳ出力のコンパレータ８４１を用いることにより、低コストで、且つオペアンプの組み合わせと比べて安定して、Ｐ信号及びＮ信号を生成することができる。さらに、ＬＶＤＳ出力のコンパレータ８４１は、正の単電源のみで動作させることができ、ＯＣＴ装置１の大型化やコストの増加を抑制することができる。

なお、アナログ乗算器８４４として、差動入力のアナログ乗算器を用いることもできる。この場合には、片方の入力端子群では、Ｐ信号とＮ信号を入れ替えて入力してもよい。具体的には、一方の入力端子群では、Ｘ端子にＰ信号を入力し、Ｙ端子にＮ信号を入力し、他方の入力端子群では、Ｘ端子にＮ信号を入力し、Ｙ端子にＰ信号を入力してもよい。

また、本実施例ではＬＶＤＳ出力のコンパレータ８４１を用いて差動信号を生成したが、他の差動信号規格のコンパレータ等を用いてもよい。さらに、光センサ８３から出力された干渉信号８１２をディジタル化してからコンパレータ８４１に入力してもよい。

また、本実施例ではコンパレータ８４１を用いて、位相が互いに１８０°異なるＰ信号及びＮ信号を生成したが、位相が互いに１８０°異なるＰ信号及びＮ信号を生成する構成はこれに限られない。例えば、干渉信号８１２を２つの信号に分割し、位相を１８０°シフトさせる（反転させる）位相シフト回路を用いて一方の信号の位相を反転させ、位相が互いに１８０°異なるＰ信号及びＮ信号を生成してもよい。ただし、この場合には、生成されるＰ信号及びＮ信号の周波数は一定とする必要がある点に留意する。

なお、本実施例によるＯＣＴ装置１では、ｋクロック生成部８０及び光ファイバカプラ９０は、光源部１０の外部に設けられている。しかしながら、ｋクロック生成部８０及び光ファイバカプラ９０は光源部１０の内部に設けられてもよい。また、本実施例では、周波数倍化回路８４は、ｋクロック生成部８０内に設けられている。しかしながら、周波数倍化回路８４は、ｋクロック生成部８０の外部に設けられてもよい。

さらに、ｋクロック生成部８０以外のＯＣＴ装置１の構成について、図１に記載したＯＣＴ装置１の構成例に基づいて説明したが、ｋクロック生成部８０以外のＯＣＴ装置１の構成はこれに限られない。例えば、干渉光に関する差動検出を行わず、単に干渉光を検出する構成としてもよい。また、Ａ／Ｄ変換器３２は、検出部３０ではなく、情報取得部４０に設けられていてもよい。さらに、分割手段としてカプラを使用したファイバ光学系を用いているが、コリメータとビームスプリッタを使用した空間光学系を用いてもよい。また、ＯＣＴ装置１の構成は、上記の構成に限られず、ＯＣＴ装置１に含まれる構成の一部をＯＣＴ装置１と別体の構成としてもよい。

（実施例２）
以下、図５を参照して、本発明の実施例２によるＯＣＴ装置について実施例１との差を中心に説明する。図５は、本実施例に係るＯＣＴ装置５の構成例を概略的に示す。なお、本実施例に係るＯＣＴ装置５の構成要素について、実施例１に係るＯＣＴ装置１と同様の機能・構成を有するものについては、同じ参照符号を付して説明を省略する。

実施例１では、周波数倍化回路４２を含むｋクロック生成部８０は、光源部１０の外部に設けられていた。これに対し、本実施例では、光源部５１０の中に波長掃引光源１１とｋクロック生成部５８０が設けられている。これは市販の波長掃引光源では一般的な構成である。

また、本実施例に係る周波数倍化回路５９０は、ｋクロック生成部５８０の外部に設けられている。周波数倍化回路５９０は、ｋクロック生成部５８０とＡ／Ｄ変換器３２の間に配置されており、それぞれＬＶＤＳ等の差動信号を伝えるように接続されている。その他の構成要素は、実施例１と同様であるため、詳細な説明は省略する。

ｋクロック生成部５８０は、波長掃引光源１１からの光に基づいて差動信号であるｋクロック信号（Ｐ信号及びＮ信号）を生成するｋクロック生成部である。例えば、ｋクロック生成部５８０は、ｋクロック生成部８０と同様の構成を有しつつ、周波数倍化回路８４に代えて、ＬＶＤＳコンパレータ等の差動信号を生成する構成要素が設けられている構成とすることができる。この場合、ｋクロック生成部５８０は、ｋクロック生成部８０と同様に、干渉信号を発生させ、干渉信号を光センサにより検出する。その後、ｋクロック生成部５８０は、ＬＶＤＳコンパレータ等の差動信号規格のコンパレータ、又は位相シフト回路等の差動信号を生成するための任意の構成要素を用いて、光センサの出力信号からｋクロック信号に関するＰ信号とＮ信号を生成する。なお、当該ｋクロック生成部５８０の構成は一例であり、ｋクロック生成部５８０は、ｋクロック信号に関する差動信号を生成する任意の構成を有してよい。

次に、周波数倍化回路５９０の構成について、図６を参照して説明する。図６は周波数倍化回路５９０の構成例を概略的に示す。周波数倍化回路５９０には、コンデンサ９０１、終端抵抗９０２、リミッティングアンプ９０３、アナログ乗算器９０４、リミッティングアンプ９０５、及びＬＶＤＳ等の差動信号規格のバッファ９０６が設けられている。

また、これら構成要素の間には、ＡＣカップリングコンデンサ９１１，９１２，９１４，９１６、及び終端抵抗９１３，９１５，９１７が設けられている。本実施例において、集積回路をＡＣカップリングで接続する理由は、集積回路間の信号規格のレベル差を吸収するためである。そのため、接続される集積回路の信号規格のレベルが同一であれば、ＡＣカップリングでの接続は不要である。また、本実施例では、終端抵抗をＰ信号とＮ信号の間に入れているが、接続される集積回路の信号規格のレベルに合わせて適切な終端を行う必要がある。

信号９３１，９３２は、それぞれｋクロック生成部１２から出力されたｋクロック信号に関するＰ信号とＮ信号である。信号９３１，９３２の波形は、コンデンサ９０１及び終端抵抗９０２で構成されるローパスフィルタにより、正弦波に近い波形に整形されることができる。ローパスフィルタにより波形が整形された信号９３１，９３２は、ＡＣカップリングコンデンサ９１１を介して、差動入出力のリミッティングアンプ９０３の正端子及び負端子にそれぞれ入力される。

ここで、ｋクロック信号は、周波数が変化する信号であり、一般的に伝送距離が長いと高周波ほど減衰してしまう。リミッティングアンプは、利得の制限がある増幅器であり、出力信号の振幅をある一定の電圧に制限することができる。ｋクロック信号に対しリミッティングアンプを用いることで、ｋクロック信号の周波数変化による信号の振幅の変化を吸収することができる。

リミッティングアンプ９０３から出力された信号は、ＡＣカップリングコンデンサ９１２及び終端抵抗９１３を通り、差動入出力の アナログ乗算器９０４に入力される。この際、リミッティングアンプ９０３から出力されたＰ信号は、アナログ乗算器９０４のＸＰ端子とＹＮ端子に入力され、Ｎ信号はＸＮ端子とＹＰ端子に入力される。

ここで、アナログ乗算器９０４の入力端子であるＸＰ端子、ＸＮ端子、ＹＰ端子、及びＹＮ端子に入力される信号をそれぞれ信号ＸＰ，ＸＮ，ＹＰ，ＹＮとし、出力端子であるＺＰ端子及びＺＮ端子から出力される信号をそれぞれ信号ＺＰ，ＺＮとする。アナログ乗算器９０４のＸ側の入力に対し、Ｙ側の入力はＰ端子（ポジティブ側）に入力される信号とＮ端子（ネガティブ側）に入力される信号が逆になっている。そのため、アナログ乗算器９０４からは（ＺＰ−ＺＮ）＝（ＸＰ−ＸＮ）×｛−（ＹＰ−ＹＮ）｝となる信号ＺＰ，ＺＮが出力される。ここで、ＹＰ＝ＸＮ及びＹＮ＝ＸＰであるため、（ＺＰ−ＺＮ）＝（ＸＰ−ＸＮ）^２となる。Ｐ信号とＮ信号を実施例１で示したように式で表すと、（ＺＰ−ＺＮ）＝（ｂ・ｓｉｎθ＋ａ−（−ｂ・ｓｉｎθ＋ａ））^２＝（２ｂｓｉｎθ）^２となる。そのため、同一信号を二乗した場合に発生するｓｉｎθの項がないため、出力信号の差分における波形の歪みを低減することができる。従って、実施例１と同様に、アナログ乗算器９０４から出力される信号の差分は、波形の歪みが軽減され、且つ、入力されたｋクロック信号の２倍の周波数のｋクロックの信号になる。なお、Ｎ信号がアナログ乗算器９０４のＸＰ端子とＹＮ端子に入力され、Ｐ信号がＸＮ端子とＹＰ端子に入力されてもよい。

アナログ乗算器９０４から出力されたｋクロック信号は、ＡＣカップリングコンデンサ９１４及び終端抵抗９１５を通り、リミッティングアンプ９０５に入力される。アナログ乗算器９０４の出力は入力信号の振幅の二乗に比例するため、出力信号の振幅が変動するおそれがある。これに対し、リミッティングアンプ９０５は、信号の振幅をできるだけ一定にし、ジッタの発生を減少させる役割を果たす。

リミッティングアンプ９０５からの出力は、ＡＣカップリングコンデンサ９１６及び終端抵抗９１７を通り、バッファ９０６に入力される。バッファ９０６は、Ａ／Ｄ変換器３２のクロック入力の規格に合わせたＬＶＤＳ等の差動信号規格のバッファである。バッファ９０６は、差動信号であるｋクロック信号のＰ信号９３３とＮ信号９３４をＡ／Ｄ変換器３２に出力する。Ａ／Ｄ変換器３２は、Ｐ信号９３３とＮ信号９３４の差分を演算して得た周波数が適切に倍化されたｋクロック信号に同期して、測定光及び参照光に基づくＯＣＴ干渉信号のサンプリングを行うことができる。

上記のように、本実施例に係るアナログ乗算器９０４は２組の差動入力端子を有する。アナログ乗算器９０４の一方の組の差動入力端子のポジティブ側であるＸＰ端子にはＰ信号が入力され、ネガティブ側であるＸＮ端子にはＮ信号が入力される。これに対し、アナログ乗算器９０４の他方の組の差動入力端子のポジティブ側であるＹＰ端子にはＮ信号が入力され、ネガティブ側であるＹＮ端子にはＰ信号が入力される。なお、ｋクロック生成部５８０からの出力は差動信号であり、ｋクロック生成部５８０の出力である差動信号が周波数倍化回路５９０に入力される。また、ｋクロック生成部５８０は光源部５１０の内部に設けられ、周波数倍化回路５９０は光源部１０の外部に設けられる。

このような構成であっても、実施例１と同様に、アナログ乗算器９０４を用いることで、ｋクロック信号の周波数を適切に倍化することができる。このため、ＯＣＴ装置５では、簡単な構成でｋクロック信号の周波数を適切に増加させることができ、深さ方向の撮像範囲を広くすることができる。

また、本実施例では、アナログ乗算器９０４の入力の前段及び／又は出力の後段にリミッティングアンプ９０３，９０５が配置される。アナログ乗算器９０４の入力の前段にリミッティングアンプ９０３を設けることで、ｋクロック信号の周波数変化による信号の振幅の変化を低減することができる。また、アナログ乗算器９０４の出力の後段にリミッティングアンプ９０５を設けることで、信号の振幅をできるだけ一定にし、アナログ乗算器９０４の出力信号の振幅の変動による影響を低減することで、ジッタの発生を減少させることができる。

本実施例では、周波数倍化回路５９０は、光源部５１０のｋクロック生成部５８０と、検出部３０のＡ／Ｄ変換器３２との間に配置された。これに対し、周波数倍化回路５９０は、例えば検出部３０内に設けられてもよい。また、実施例２に係る周波数倍化回路５９０は、周波数倍化回路への入力信号及び周波数倍化回路から出力されるべき信号が差動信号であるか否かに応じて用いられればよい。そのため、例えば、ｋクロック生成部５８０が光源部５１０の外部に設けられている場合であっても、周波数倍化回路への入力信号及び周波数倍化回路から出力されるべき信号が差動信号である構成の場合には、周波数倍化回路５９０を用いることができる。なお、周波数倍化回路５９０への入力はディジタル化した信号であってもよい。

さらに、ｋクロック生成部５８０及び周波数倍化回路５９０以外のＯＣＴ装置５の構成については、図５に記載したＯＣＴ装置５の構成例に限られない。例えば、干渉光に関する差動検出を行わず、単に干渉光を検出する構成としてもよい。また、Ａ／Ｄ変換器３２は、検出部３０ではなく、情報取得部４０に設けられていてもよい。さらに、分割手段としてカプラを使用したファイバ光学系を用いているが、コリメータとビームスプリッタを使用した空間光学系を用いてもよい。また、ＯＣＴ装置５に含まれる構成の一部をＯＣＴ装置５と別体の構成としてもよい。

なお、上記実施例１及び２では、ＯＣＴ装置１，５の干渉光学系としてマッハツェンダー型干渉計の構成を用いているが、干渉光学系の構成はこれに限られない。例えば、ＯＣＴ装置１，５の干渉光学系はマイケルソン干渉計の構成を有していてもよい。

以上、実施例を参照して本発明について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではない。本発明の趣旨に反しない範囲で変更された発明、及び本発明と均等な発明も本発明に含まれる。また、上述の各実施例及び変形例は、本発明の趣旨に反しない範囲で適宜組み合わせることができる。

１０：光源部、２０：干渉部、３０：検出部、３２：Ａ／Ｄ変換器（変換部）、８０，５８０：ｋクロック生成部、８４，５９０：周波数倍化回路、１００：被検体、８４４，９０４：アナログ乗算器

Claims (12)

1. 光周波数が掃引される光を出射する光源部と、
   前記光源部が出射する光から分割され被検体へ照射された測定光と前記光源部が出射する光から分割された参照光による干渉光を発生させる干渉部と、
   前記干渉光を検出し、干渉信号を生成する検出部と、
   前記干渉信号をディジタルデータに変換する変換部と、
   前記光源部が出射する光を用いて、等光周波数間隔のｋクロック信号を生成するｋクロック生成部と、
   前記ｋクロック信号の周波数を倍化する周波数倍化回路と、
   を備え、
   前記周波数倍化回路は、前記ｋクロック信号から生成された、互いに位相が反転している第１の信号と第２の信号をアナログ乗算器に入力して、周波数が倍化されたｋクロック信号を生成し、
   前記変換部は、前記周波数が倍化されたｋクロック信号を用いて前記干渉信号をサンプリングすることで、前記干渉信号を前記ディジタルデータに変換する、光干渉断層撮像装置。
2. 前記第１の信号及び前記第２の信号は、ＬＶＤＳ出力のコンパレータにより、前記ｋクロック信号から生成される、請求項１に記載の光干渉断層撮像装置。
3. 前記第１の信号は前記ｋクロック信号と同位相の信号であり、前記第２の信号は前記ｋクロック信号と逆位相の信号である、請求項１又は２に記載の光干渉断層撮像装置。
4. 前記第１の信号及び前記第２の信号は、それぞれ振幅中心電圧が同一である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光干渉断層撮像装置。
5. 前記第１の信号及び前記第２の信号の波形を正弦波に整形する、ローパスフィルタを更に備える、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光干渉断層撮像装置。
6. 前記アナログ乗算器は２組の差動入力端子を有し、
   前記アナログ乗算器の一方の組の差動入力端子のポジティブ側に前記第１の信号が入力され、ネガティブ側に前記第２の信号が入力され、
   前記アナログ乗算器の他方の組の差動入力端子のポジティブ側に前記第２の信号が入力され、ネガティブ側に前記第１の信号が入力される、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光干渉断層撮像装置。
7. 前記アナログ乗算器の入力の前段及び／又は出力の後段にリミッティングアンプが配置される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光干渉断層撮像装置。
8. 前記ｋクロック生成部から出力されるｋクロック信号は差動信号である、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光干渉断層撮像装置。
9. 前記周波数倍化回路は前記ｋクロック生成部の内部に設けられる、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光干渉断層撮像装置。
10. 前記ｋクロック生成部は前記光源部の内部に設けられる、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光干渉断層撮像装置。
11. 前記周波数倍化回路は前記光源部の外部に設けられる、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光干渉断層撮像装置。
12. 前記ｋクロック生成部は前記光源部の内部に設けられ、
    前記周波数倍化回路は前記光源部の外部に設けられる、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光干渉断層撮像装置。

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