JP5079755B2 - Calibration method for components of optical coherence tomography - Google Patents
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Description
本発明は、光コヒーレンストモグラフィーの構成機器の較正方法に関し、特に、波長走査型光コヒーレンストモグラフィーの波長走査型光源又はモノクロメーターの較正方法に関し、さらに、フーリエドメイントモグラフィー及び偏光感受型光コヒーレンストモグラフィーの分光器の較正方法に関する。 The present invention relates to a method for calibrating components of optical coherence tomography, and more particularly, to a method for calibrating a wavelength scanning light source or monochromator for wavelength scanning optical coherence tomography, and further to spectroscopy of Fourier domain tomography and polarization sensitive optical coherence tomography. The present invention relates to a calibration method for a vessel.
医療分野等で用いられる非破壊断層計測技術の1つとして、時間的に低コヒーレンスな光をプローブ(探針)として用いる光断層画像化法「光コヒーレンストモグラフィー」(OCT)がある(特許文献1参照)。OCTは、光を計測プローブとして用いるため、被計測物体の屈折率分布、分光情報、偏光情報(複屈折率分布)等が計測できるという利点がある。 As one of non-destructive tomographic measurement techniques used in the medical field or the like, there is an optical tomographic imaging method “optical coherence tomography” (OCT) using temporally low coherence light as a probe (probe) (Patent Document 1). reference). Since OCT uses light as a measurement probe, it has the advantage that it can measure the refractive index distribution, spectral information, polarization information (birefringence distribution), etc. of the measured object.
基本的なOCT43は、マイケルソン干渉計を基本としており、その原理を図6で説明する。光源44から射出された光は、コリメートレンズ45で平行化された後に、ビームスプリッター46により参照光と物体光に分割される。物体光は、物体アーム内の対物レンズ47によって被計測物体48に集光され、そこで散乱・反射された後に再び対物レンズ47、ビームスプリッター46に戻る。
The
一方、参照光は参照アーム内の対物レンズ49を通過した後に参照鏡50によって反射され、再び対物レンズ49を通してビームスプリッター46に戻る。このようにビームスプリッター46に戻った物体光と参照光は、物体光とともに集光レンズ51に入射し光検出器52(フォトダイオード等)に集光される。
On the other hand, the reference light passes through the
OCTの光源44は、時間的に低コヒーレンスな光(異なった時刻に光源から出た光同士は極めて干渉しにくい光)の光源を利用する。時間的低コヒーレンス光を光源としたマイケルソン型の干渉計では、参照アームと物体アームの距離がほぼ等しいときにのみ干渉信号が現れる。この結果、参照アームと物体アームの光路長差(τ)を変化させながら、光検出器52で干渉信号の強度を計測すると、光路長差に対する干渉信号(インターフェログラム)が得られる。
The
そのインターフェログラムの形状が、被計測物体48の奥行き方向の反射率分布を示しており、1次元の軸方向走査により被計測物体48の奥行き方向の構造を得ることができる。このように、OCT43では、光路長走査により、被計測物体48の奥行き方向の構造を計測できる。
The shape of the interferogram shows the reflectance distribution in the depth direction of the
このような軸方向の走査のほかに、横方向の機械的走査を加え、2次元の走査を行うことで被計測物体の2次元断面画像が得られる。この横方向の走査を行う走査装置としては、被計測物体を直接移動させる構成、物体は固定したままで対物レンズをシフトさせる構成、被計測物体も対物レンズも固定したままで、対物レンズの瞳面付近においたガルバノミラーの角度を回転させる構成等が用いられている。 In addition to the scanning in the axial direction, a two-dimensional cross-sectional image of the object to be measured can be obtained by performing a two-dimensional scanning by adding a horizontal mechanical scanning. The scanning device that performs the horizontal scanning includes a configuration in which the object to be measured is directly moved, a configuration in which the objective lens is shifted while the object is fixed, and a pupil of the objective lens while the object to be measured and the objective lens are fixed. The structure etc. which rotate the angle of the galvanometer mirror in the surface vicinity are used.
以上の基本的なOCTが発展したものとして、光源の波長を走査してスペクトル干渉信号を得る波長走査型OCT(Swept Source OCT、略して「SS−OCT」という。)と、分光器を用いてスペクトル信号を得るスペクトルドメインOCTがあり、後者としてフーリエドメインOCT(Fourier Domain OCT、略して「FD−OCT」という。特許文献2参照)、及び偏光感受型OCT(Polarization-Sensitive OCT、略して「PS−OCT」という。特許文献3参照)がある。 As a development of the above basic OCT, a wavelength scanning OCT (Swept Source OCT, abbreviated as “SS-OCT” for short) that scans the wavelength of a light source to obtain a spectrum interference signal, and a spectroscope are used. There is a spectral domain OCT for obtaining a spectral signal. The latter includes Fourier domain OCT (Fourier Domain OCT, abbreviated as “FD-OCT”; see Patent Document 2), and polarization-sensitive OCT (Polarization-Sensitive OCT, abbreviated as “PS”. -OCT "(see Patent Document 3).
波長走査型OCTは、高速波長スキャニングレーザーにより光源の波長を変え、スペクトル信号と同期取得された光源走査信号を用いて干渉信号を最配列し、信号処理を加えることで3次元光断層画像を得るものである。なお、光源の波長を変える手段として、モノクロメーターを利用したものでも、波長走査型OCTとして利用可能である。 The wavelength scanning type OCT obtains a three-dimensional optical tomographic image by changing the wavelength of a light source by a high-speed wavelength scanning laser, rearranging interference signals using a light source scanning signal acquired in synchronization with a spectrum signal, and applying signal processing. Is. As a means for changing the wavelength of the light source, a device using a monochromator can be used as the wavelength scanning OCT.
フーリエドメインOCTは、被計測物体からの反射光の波長スペクトルを、スペクトロメーター(スペクトル分光器)で取得し、このスペクトル強度分布に対してフーリエ変換することで、実空間(OCT信号空間)上での信号を取り出すことを特徴とするものであり、このフーリエドメインOCTは、奥行き方向の走査を行う必要がなく、x軸方向の走査を行うことで被計測物体の断面構造を計測可能である。 In the Fourier domain OCT, the wavelength spectrum of the reflected light from the object to be measured is acquired with a spectrometer (spectrum spectrometer), and Fourier transform is performed on this spectrum intensity distribution, so that the real space (OCT signal space) is obtained. This Fourier domain OCT does not need to scan in the depth direction, and can measure the cross-sectional structure of the object to be measured by scanning in the x-axis direction.
偏光感受型OCTは、フーリエドメインOCTと同様に、被計測物体からの反射光の波長スペクトルをスペクトル分光器で取得するものであるが、入射光及び参照光をそれぞれ1/2波長板、1/4波長板等を通して水平直線偏光、垂直直線偏光、45°直線偏光、円偏光として、被計測物体からの反射光と参照光を重ねて1/2波長板、1/4波長板等を通して、例えば水平偏光成分だけをスペクトル分光器に入射させて干渉させ、物体光の特定偏光状態をもつ成分だけを取り出してフーリエ変換するものである。この偏光感受型OCTも、奥行き方向の走査を行う必要がない。
波長走査型OCT(モノクロメーター利用したものを含む)における時間信号、あるいはFD−OCTでは分光器からの空間信号のフーリエ変換が被計測物体の深さ方向の散乱分布、すなわち光断層像となる。正確な光断層像を得るためにはもとの信号は光の波数(2π/波長)について等間隔である必要がある。 In the time-scanning OCT (including those using a monochromator), or in FD-OCT, the Fourier transform of the spatial signal from the spectroscope becomes a scattering distribution in the depth direction of the object to be measured, that is, an optical tomographic image. In order to obtain an accurate optical tomographic image, the original signal needs to be equally spaced with respect to the wave number of light (2π / wavelength).
一般に波長走査光源や分光器は波長に対して線型に設計することが多い。また、その線型性は完全ではなく、較正は困難である。この較正や波数への変換を行わないと、得られる光断層画像の解像力は著しく低下し、また、深さ方向の線型性も失われてしまう。従って光源の走査特性や分光器の出力を波数に較正する事が必要不可欠である。 In general, the wavelength scanning light source and the spectroscope are often designed linearly with respect to the wavelength. Also, its linearity is not perfect and calibration is difficult. If this calibration and conversion to wave number are not performed, the resolution of the obtained optical tomographic image is significantly reduced, and the linearity in the depth direction is lost. Therefore, it is essential to calibrate the scanning characteristics of the light source and the output of the spectrometer to the wave number.
そして、フーリエドメインOCT及び偏光感受型OCTでは広帯域光源を用い、その出力光を、分光器において回折格子で分光し受光素子(CCD)でスペクトル干渉信号を得る構成であるが、分光信号と深さ情報を線形に保つための較正が必要であり、具体的には、分光器の受光素子の較正をするが必要である。 In the Fourier domain OCT and polarization sensitive OCT, a broadband light source is used, and the output light is dispersed by a diffraction grating in a spectroscope and a spectral interference signal is obtained by a light receiving element (CCD). Calibration is required to keep the information linear, and specifically, the light receiving element of the spectrometer needs to be calibrated.
従来、これら波長走査型光源、モノクロメーター、分光器等の較正には、オシロスコープや干渉フィルター等の特殊機材が必要であった。本発明は、これらの較正を、特殊機材を使用することなく、波長走査型OCT、フーリエドメインOCT及び偏光感受型OCT等の光断層画像化測定器そのもので行えるようにすることを課題とする。 Conventionally, special equipment such as an oscilloscope and an interference filter has been required for calibration of these wavelength scanning light sources, monochromators, spectrometers, and the like. An object of the present invention is to enable these calibrations to be performed by an optical tomographic imaging measuring instrument itself such as a wavelength scanning type OCT, a Fourier domain OCT, and a polarization sensitive type OCT without using special equipment.
本発明は上記課題を解決するために、参照光と被計測物体からの反射光の波長スペクトルを、分光器でスペクトル干渉信号として取得し、該スペクトル干渉信号をフーリエ変換し実空間上での信号を取り出すフーリエドメイン光コヒーレンストモグラフィーの前記分光器を較正する較正方法において、前記フーリエドメイン光コヒーレンストモグラフィーにより前記分光器をモニタリングしてスペクトル干渉信号から波長の分光器において空間的に展開された波長成分の分布状態を求め、分光特性の空間分布を較正することを特徴とする較正方法を提供する。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention acquires the wavelength spectrum of the reference light and the reflected light from the object to be measured as a spectrum interference signal by a spectroscope, and Fourier-transforms the spectrum interference signal to obtain a signal in real space. In the calibration method for calibrating the spectrometer of Fourier domain optical coherence tomography, the spectrometer is monitored by the Fourier domain optical coherence tomography, and the wavelength component spatially developed in the wavelength spectrometer from the spectral interference signal is measured. Provided is a calibration method characterized by obtaining a distribution state and calibrating a spatial distribution of spectral characteristics.
前記フーリエドメイン光コヒーレンストモグラフィーは、入射光及び参照光をそれぞれ水平直線偏光、垂直直線偏光、45°直線偏光又は円偏光して、被計測物体からの反射光と参照光を重ねて、これらの偏光のうち特定の偏光成分だけをスペクトル分光器に入射させて干渉させ、物体光の特定偏光状態をもつ成分だけを取り出してフーリエ変換する偏光感受型のフーリエドメイン光コヒーレンストモグラフィーであることが好ましい。 In the Fourier domain optical coherence tomography, the incident light and the reference light are horizontally linearly polarized light, vertical linearly polarized light, 45 ° linearly polarized light, or circularly polarized light, respectively, and the reflected light from the object to be measured and the reference light are overlapped to obtain these polarized light. Of these, polarization sensitive Fourier domain optical coherence tomography is preferable, in which only a specific polarization component is incident on a spectral spectrometer to cause interference, and only a component having a specific polarization state of object light is extracted and Fourier transformed.
前記スペクトル干渉信号をフーリエ変換し、周波数成分の1次のピークを検出し、切り出し、その部分のみ逆フーリエ変換し、スペクトル信号空間にもどし、その複素周波数信号の位相情報を取り出し、2πの不確定性をアンラッピングし、多項式関数でフィッティングを行い、該関数から波長の空間分布特性を較正することが好ましい。 The spectrum interference signal is subjected to Fourier transform, the first peak of the frequency component is detected, cut out, only that portion is subjected to inverse Fourier transform, the spectrum signal space is returned, the phase information of the complex frequency signal is extracted, and 2π uncertainty is obtained Preferably, the characteristics are unwrapped, fitting is performed with a polynomial function, and the spatial distribution characteristics of the wavelength are calibrated from the function.
前記スペクトル干渉信号をヒルベルト変換し、前記干渉スペクトル干渉信号との比の逆正接をとることにより、位相情報を取り出し、2πの不確定性をアンラッピングし、多項式数でフィッティングを行い、該関数から掃引特性の空間分布特性を較正することが好ましい。 The spectral interference signal is subjected to Hilbert transform, and the phase information is extracted by taking the arc tangent of the ratio with the interference spectral interference signal, the uncertainties of 2π are unwrapped, and fitting with a polynomial number is performed. It is preferable to calibrate the spatial distribution characteristic of the sweep characteristic.
本発明に係る光コヒーレンストモグラフィーの構成機器の較正方法よれば波長走査型光源、モノクロメーター、分光器等の較正において、オシロスコープや干渉フィルター等の特殊機材を使用することなく、波長走査型OCT、フーリエドメインOCT及び偏光感受型OCT等の光断層画像化測定器そのもので行える。 According to the method for calibrating components of optical coherence tomography according to the present invention, in the calibration of a wavelength scanning light source, a monochromator, a spectroscope, etc., a wavelength scanning OCT, Fourier can be used without using special equipment such as an oscilloscope or an interference filter. This can be done with optical tomographic imaging measuring instruments such as domain OCT and polarization-sensitive OCT.
本発明に係る光コヒーレンストモグラフィーの構成機器の較正方法を実施するための最良の形態を実施例に基づき図面を参照して、以下説明する。 The best mode for carrying out a method for calibrating components of optical coherence tomography according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の実施例1の較正方法の対象である波長走査型OCT1の全体構成を示す図である。波長走査型光源2から出射された出力光を、ファイバ3を通してファイバカップラー4に送る。この出力光を、ファイバカップラー4において、ファイバ5を通して被計測物体6への照射する物体光と、ファイバ7を通して固定参照鏡8に照射する参照光に分割する。
FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of a wavelength scanning
物体光は、ファイバ5、レンズ9、角度が可変な走査鏡10及びレンズ11を介して、被計測物体6(較正時には反射鏡)に照射、反射され、同じルートでファイバカップラー4に戻る。参照光は、ファイバ7、レンズ12及びレンズ13を介して固定参照鏡8に照射、反射されて同じルートでファイバカップラー4に戻る。
The object light is irradiated and reflected on the object to be measured 6 (reflecting mirror at the time of calibration) through the
そして、これらの物体光と参照光はファイバカップラー4で重ねられ、ファイバ14を通して光検知器15(PD(フォトダイオード)等のポイントセンサが使用される。)に送られ、スペクトル干渉信号として検出され、コンピュータ16に取り込まれる。光検知器15における検知出力に基づいて、被計測物体6の奥行き方向(A方向)と走査鏡10の走査方向(B方向)の断面画像が形成される。17はコンピュータ16に接続されたディスプレーである。
Then, the object light and the reference light are overlapped by the fiber coupler 4 and sent to the light detector 15 (a point sensor such as a PD (photodiode) is used) through the
ここで、波長走査型光源2は、時間的に波長を変化させて走査する光源であり、即ち波長が時間依存性を有する光源である。これにより、参照鏡8を走査(移動。Aスキャン)することなく、 被計測物体6の奥行き方向の反射率分布を得て奥行き方向の構造を取得することができ、1次方向の走査(Bスキャン)をするだけで、二次元の断層画像を形成することができる。 Here, the wavelength scanning light source 2 is a light source that scans while changing the wavelength with time, that is, a light source having a wavelength-dependent wavelength. Thereby, the structure of the depth direction can be obtained by obtaining the reflectance distribution in the depth direction of the measurement object 6 without scanning (moving, A-scanning) the reference mirror 8, and the primary direction scanning (B A two-dimensional tomographic image can be formed only by scanning.
波長走査型光源2は、その光の波長が時間依存性を有し、これを模擬的に時間軸と波長のグラフで示すと図2(a)に示すとおりである。本発明は、この図2(a)に示すような予め決められた時間従属性を示す特性から、波長走査型光源2の特性が変化していないか、較正を行うものである。なお、本発明とは直接関連はないが、較正結果に応じて二次元の断層画像を修正することができる。 The wavelength scanning light source 2 has a time dependency of the wavelength of the light, and this is shown in FIG. In the present invention, calibration is performed to check whether the characteristics of the wavelength scanning light source 2 have changed from the characteristics indicating the predetermined time dependency as shown in FIG. Although not directly related to the present invention, a two-dimensional tomographic image can be corrected according to the calibration result.
本発明の実施例1の波長走査型光源2の較正方法では、波長走査型OCT1により波長走査型光源2をモニタリングしてスペクトル干渉信号を時間信号として検出する。ここで、波長走査型OCT1による波長走査型光源2のモニタリングは、次のように行う。
In the calibration method of the wavelength scanning light source 2 according to the first embodiment of the present invention, the wavelength scanning light source 2 is monitored by the
即ち、波長走査型OCT1において、 被計測物体6に替えて反射鏡(図示せず。)を設置し、波長走査型光源2の出力光(走査波長の時間依存性をν(t)とする。)を、ファイバカップラー4で物体光(光の強度Pp)と参照光(光の強度Pr)に分割して、それぞれ反射鏡と固定参照鏡8に照射、反射させて、ファイバカップラー4に戻して重ね合わせ、これを光検知器15で検知して、スペクトル干渉信号を時間信号として検出する。その際、物体側と参照側に光路差(z0)をつけておく。このスペクトル干渉信号(I)を時間信号として検出したデータは、時間と光の強度データであり、これを、模擬的に示すと、図2(b)に示すようなデータとなる。
That is, in the wavelength
このようなモニタリングで得られたスペクトル干渉信号(時間に対する光の強度のデータ)(式1参照)をコンピュータ16に取り込む。
A spectrum interference signal (data of light intensity with respect to time) (see Equation 1) obtained by such monitoring is taken into the
そして、このスペクトル干渉信号を、コンピュータ16のCPUの演算機能を利用して、フーリエ変換を行い(式2参照)、図2(c)に示すようなフーリエ変換データを得る。 Then, the spectrum interference signal is subjected to Fourier transform using the arithmetic function of the CPU of the computer 16 (see Equation 2) to obtain Fourier transform data as shown in FIG.
このフーリエ変換データのうち、1次のピーク部分を検出して、その周囲を適当な周波数範囲で切り出して、これを逆フーリエ変換を行い(式3参照)、解析信号(I’)(複素数)を得る。 In this Fourier transform data, the first-order peak portion is detected, the periphery thereof is cut out in an appropriate frequency range, this is subjected to inverse Fourier transform (see Equation 3), and the analysis signal (I ′) (complex number) Get.
この解析信号は、図2(d)に示すように、時間に対する位相情報として示される(式4参照)が、位相成分は2πで折返しがあるので、アンラッピング後、多項式など適当な関数でフィッティングを行い(式5参照)、図2(f)に模擬的に示すような、走査波長の時間依存性を示す関数として求められる。a0〜3、b0〜3は、フィッティングで決まる定数である。 As shown in FIG. 2 (d), this analysis signal is shown as phase information with respect to time (see Equation 4). Since the phase component is folded back by 2π, fitting with an appropriate function such as a polynomial after unwrapping. (See Equation 5), and is obtained as a function indicating the time dependence of the scanning wavelength as schematically shown in FIG. a 0 to 3 and b 0 to 3 are constants determined by fitting.
以上のようにして、スペクトル干渉信号から走査波長の時間依存性(ν(t))を求められるが、この関数について、図2(a)に示す波長走査型光源2の特性と比較して、波長走査型光源2の時間依存特性の較正が行われる。 As described above, the time dependency (ν (t)) of the scanning wavelength can be obtained from the spectrum interference signal. Compared with the characteristics of the wavelength scanning light source 2 shown in FIG. Calibration of the time-dependent characteristics of the wavelength scanning light source 2 is performed.
なお、上記の方法では、前記スペクトル干渉信号は、コンピュータ16のCPUの演算機能を利用して、フーリエ変換を行い、その1次のピーク部分を逆フーリエ変換を行い、解析信号(複素数)を得た(これを本明細書では、「フーリエ変換法」という。)が、スペクトル干渉信号をヒルベルト変換したもの(IH)を虚部とし前記スペクトル干渉信号を実部として解析信号(複素数)を得てもよい。
In the above method, the spectral interference signal is subjected to Fourier transform using the arithmetic function of the CPU of the
要するに、スペクトル干渉信号(式6参照)をヒルベルト変換し(式7参照)、このスペクトル干渉信号との比の逆正接をとることにより(式8参照)、位相情報を取り出してもよい(これを本明細書では、「ヒルベルト変換法」という。)。 In short, the phase information may be extracted by performing a Hilbert transform on the spectral interference signal (see Equation 6) (see Equation 7) and taking the arctangent of the ratio with this spectral interference signal (see Equation 8) In this specification, it is called “Hilbert transform method”).
図3は、FD−OCT18の全体構成を示す図である。広帯域光源19、低コヒーレンス干渉計20、及び分光器(スペクトロメーター)21とを備えている。このFD−OCT18は、低コヒーレンス干渉の原理を用いて奥行き方向の分解能を得ているため、光源として、SLD( スーパールミネツセントダイオード)や超短パルスレーザー等の広帯域光源19が用いられる。
FIG. 3 is a diagram illustrating the overall configuration of the FD-
広帯域光源19から出た光は、まずビームスプリッター22で物体光と参照光に分割される。このうち物体光は、レンズ23を通してガルバノミラー24で反射され被計測物体25を照射し、そこで反射、散乱された後に分光器21に導かれる。一方、参照光はレンズ26を通して参照鏡(平面鏡)27で反射された後に物体光と並行に分光器21に導かれる。これらの二つの光は分光器21の回折格子28によって同時に分光され、スペクトル領域で干渉し、結果、スペクトル干渉縞がCCD29によって計測される。
The light emitted from the
このスペクトル干渉縞に対して適当な信号処理を行うことで、被計測物体25のある点における深さ方向1次元の屈折率分布の微分、つまり、反射率分布を得ることが可能となる。さらに、被計測物体25上の計測点をガルバノミラー24を駆動し1次元走査することにより2次元断層画像(FD−OCT画像)を得ることができる。
By performing appropriate signal processing on this spectral interference fringe, it is possible to obtain a differential of the one-dimensional refractive index distribution in the depth direction at a certain point of the measured
通常のOCTでは、2次元断層画像を得るために2次元の機械的走査が必要なのに対して、1次元の機械的走査しか必要とされない。これにより、FD−OCT18では通常のOCTよりも高速な断層計測が可能となる。
In ordinary OCT, in order to obtain a two-dimensional tomographic image, a two-dimensional mechanical scan is required, whereas only a one-dimensional mechanical scan is required. As a result, the FD-
本発明の実施例2の較正方法は、分光器21を較正する方法である。分光器21に入射した光をその回折格子28で分光しCCD29で受光した場合に、CCD29の面に沿ったx軸方向に対する波長成分の分布(分光器の空間分布特性)を、図4(a)において模擬的に示す。
The calibration method according to the second embodiment of the present invention is a method for calibrating the
この実施例2の較正方法は、このような分光器21の空間分布特性(回折格子28において空間的に展開された波長成分の分布状態)をモニタリングして求め、分光特性の空間分布を較正する方法である。これを、以下、より具体的に説明する。
In the calibration method of the second embodiment, the spatial distribution characteristic (distribution state of the wavelength component spatially developed in the diffraction grating 28) of the
実施例2の較正方法を実施するモニタリングでは、被計測物体25の代わりに通常の平面鏡(図示せず。)の反射面を置く。そして、広帯域光源19から光をビームスプリッター22で回折格子28に向けて照射すると、物体光及び参照光は回折格子28で分光されスペクトル領域で干渉され、このスペクトル干渉縞(スペクトル干渉信号)がCCD29によって計測される。このスペクトル干渉信号の、CCD29の面に沿ったx軸方向に対す強度Tの分布(空間分布特性)を模擬的に示すと、図4(b)のようになる。
In monitoring in which the calibration method of the second embodiment is performed, a reflection surface of a normal plane mirror (not shown) is placed instead of the
このようなモニタリングで得られたスペクトル干渉信号(空間に対する光の強度のデータ)をコンピュータ(図示せず。)に取り込む。そして、このスペクトル干渉信号を、コンピュータのCPUの演算機能を利用して、フーリエ変換を行い、図4(c)に示すようなフーリエ変換データを得る。このフーリエ変換データのうち、1次のピーク部分を検出して、その周囲を適当な周波数範囲で切り出して、これを逆フーリエ変換を行い、解析信号(複素数)を得る。 Spectral interference signals (light intensity data with respect to space) obtained by such monitoring are taken into a computer (not shown). Then, the spectrum interference signal is subjected to Fourier transform by using the calculation function of the CPU of the computer to obtain Fourier transform data as shown in FIG. The first-order peak portion is detected from the Fourier transform data, the periphery is cut out in an appropriate frequency range, and this is subjected to inverse Fourier transform to obtain an analytic signal (complex number).
この解析信号は、図4(d)に示すように、空間に対する位相情報として示されるが、位相成分は2πで折返しがあるので、アンラッピング後、多項式など適当な関数でフィッティングを行い、図4(e)に模擬的に示すような、波長の空間分布性を示す関数として求められる。以上のようにして、スペクトル干渉信号から波長の空間依存性を求められるが、この関数について、図4(a)に示す分光器21の特性と比較して、分光器21の空間分布特性の較正が行われる。
As shown in FIG. 4 (d), this analysis signal is shown as phase information with respect to space. However, since the phase component is folded back at 2π, fitting is performed using an appropriate function such as a polynomial after unwrapping. It is calculated | required as a function which shows the spatial distribution property of a wavelength which is shown in (e) as a simulation. As described above, the spatial dependence of the wavelength can be obtained from the spectral interference signal. With respect to this function, the spatial distribution characteristics of the
図5は、実施例3のPS−FD−OCT30(偏光感受型スペクトル干渉トモグラフィー装置)の全体構成を示す図である。実施例2と同様に、広帯域光源19、低コヒーレンス干渉計31(マイケルソン干渉計)、及び分光器21(スペクトロメーター)とを備えている。具体的な構成について、以下、作用とともに説明する。
FIG. 5 is a diagram illustrating an overall configuration of PS-FD-OCT30 (polarization-sensitive spectral interference tomography apparatus) according to the third embodiment. Similar to the second embodiment, a
広帯域光源19から出た光は、光ウェッジ32によりパワーを減少された後、偏光子33により水平直線偏光(以下「H」という)となる。そして、入射光の偏光状態を、1/2波長板34と1/4波長板35により、水平直線偏光(H)、垂直直線偏光(以下「V」という)、45°直線偏光(以下「P」という)及び右周り円偏光(以下「R」という)の4通りのいずれかに選択的に調整し、ビームスプリッター36で参照光と被計測物体25に入射する光とに分ける。
The light emitted from the
ビームスプリッター36で分けられた参照光は、参照光光学系の2枚の1/4波長板37により、偏光状態がH、V、P、Rとなるように調整されビームスプリッター36に入射される。一方、被計測物体25に入射する光はレンズ38により被計測物体25上の1点に集光され、反射され物体光としてビームスプリッター36に向かう。ビームスプリッター36は、上記入射してくる参照光を透過させ物体光を45°反射させて、両者を重ね合わせる。
The reference light divided by the beam splitter 36 is adjusted by the two quarter-wave plates 37 of the reference light optical system so that the polarization state becomes H, V, P, R, and is incident on the beam splitter 36. . On the other hand, the light incident on the object to be measured 25 is condensed at one point on the object to be measured 25 by the
このようにして重ね合わせられてビームスプリッター36から出てくる偏光状態がH、V、P、Rとなるように調整された参照光と、被計測物体25から反射してきた物体光は、ミラー39で反射されてから1/4波長板40及び1/2波長板41を通して偏光状態をHにされ、回折格子28、レンズ42及びCCD29からなる分光器21に入射する。
The reference light adjusted in such a manner that the polarization state emitted from the beam splitter 36 is superimposed as H, V, P, and R and the object light reflected from the measured
このように特定偏光の参照光(H、V、P、Rのいずれかの偏光状態の参照光)と物体光を干渉させることにより、物体光の特定偏光成分だけがCCD29上にスペクトル干渉縞を作り、その結果、物体光のうち参照光と同じ偏光状態をもつ成分だけを信号として取り出すことができる。そして、このスペクトル干渉縞をコンピュータ(図示せず。)に取り込み、画像のy軸のある1点から横1行を抜き取って離散フーリエ変換(DFT:Discrete Fourier transform、FFT:Fast Fourier transform)により空間的なフーリエ変換を計算する。
In this way, by causing the reference light of specific polarization (reference light in any polarization state of H, V, P, or R) to interfere with the object light, only the specific polarization component of the object light causes spectral interference fringes on the
これにより、参照光と物体光との一次元相関信号が得られる。さらにこれらの信号強度を組み合わせてミュラー行列(Mueller matrix)を求めることにより、被計測物体25の内部の偏光情報を捉えることができる。 Thereby, a one-dimensional correlation signal between the reference beam and the object beam is obtained. Further, by obtaining a Mueller matrix by combining these signal intensities, polarization information inside the object to be measured 25 can be captured.
この実施例3の較正方法は、分光器21を構成する方法であり、分光器21の空間分布特性をモニタリングして求め、分光特性の空間分布を較正する方法である。この実施例3の較正方法は、実施例2の分光器21の較正方法と全く同様であるから、その説明は省略する。
The calibration method according to the third embodiment is a method for configuring the
以上、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲内でいろいろな実施例があることは言うまでもない。 The best mode for carrying out the present invention has been described above based on the embodiments. However, the present invention is not limited to such embodiments, and the technical matters described in the claims are not limited. It goes without saying that there are various embodiments within the scope.
本発明に係る光コヒーレンストモグラフィーの波長走査型光源、モノクロメータ、分光器等の構成機器の較正方法は光源や分光器等を設置された本体装置で較正できるようにするものであり、SS−OCT、FD−OCT、PS−FD−OCTだけでなく、眼科等の医療分野、その他工業計測の分野における非破壊断層計測技術その他の光断層画像化装置の較正機器の較正方法としても適用可能である。 The method for calibrating components such as a wavelength scanning light source, a monochromator, and a spectroscope for optical coherence tomography according to the present invention enables calibration with a main device in which a light source, a spectroscope, and the like are installed, and SS-OCT. In addition to FD-OCT and PS-FD-OCT, it is also applicable as a calibration method for calibration equipment for non-destructive tomographic measurement techniques and other optical tomographic imaging devices in medical fields such as ophthalmology and other industrial measurement fields. .
1 波長走査型OCT
2 波長走査型光源
3、5、7、14 ファイバ
4 ファイバカップラー
6、25、48 被計測物体
8 固定参照鏡
9、11、12、13、23、26、38、42 レンズ
10 角度が可変な走査鏡
15 光検知器
16 コンピュータ
17 ディスプレー
18 FD−OCT
19 広帯域光源
20 低コヒーレンス干渉計
21 分光器(スペクトロメーター)
22 ビームスプリッター
24 ガルバノミラー
27、50 参照鏡(平面鏡)
28 回折格子
29 CCD
30 PS−FD−OCT
31 低コヒーレンス干渉計(マイケルソン干渉計)
32 光ウェッジ
33 偏光子
34、41 1/2波長板
35、37、40 1/4波長板
36 ビームスプリッター
39 ミラー
43 OCT
44 光源
45 コリメートレンズ
46 ビームスプリッター
47 物体アーム内の対物レンズ
49 参照アーム内の対物レンズ
51 集光レンズ
52 (フォトダイオード等)光検出器
1 Wavelength scanning OCT
2 Wavelength scanning light source
3, 5, 7, 14 fiber
4 Fiber coupler
6, 25, 48 Object to be measured
8 Fixed reference mirror
9, 11, 12, 13, 23, 26, 38, 42 Lens
10 Scanning mirror with variable angle
15 Light detector
16 computers
17 Display
18 FD-OCT
19 Broadband light source
20 Low coherence interferometer
21 Spectrometer
22 Beam splitter
24 Galvano mirror
27, 50 Reference mirror (plane mirror)
28 Diffraction grating
29 CCD
30 PS-FD-OCT
31 Low coherence interferometer (Michelson interferometer)
32 Light wedge
33 Polarizer
34, 41 1/2 wavelength plate
35, 37, 40 quarter wave plate
36 Beam splitter
39 Mirror
43 OCT
44 Light source
45 Collimating lens
46 Beam splitter
47 Objective lens in the object arm
49 Objective lens in the reference arm
51 condenser lens
52 (Photodiode etc.) Photodetector
Claims (4)
前記フーリエドメイン光コヒーレンストモグラフィーにより前記分光器をモニタリングしてスペクトル干渉信号から波長の分光器において空間的に展開された波長成分の分布状態を求め、分光特性の空間分布を較正することを特徴とする較正方法。 The spectroscope of Fourier domain optical coherence tomography that acquires the wavelength spectrum of the reference light and the reflected light from the object to be measured as a spectral interference signal by a spectrograph, and performs Fourier transform on the spectral interference signal to extract a signal in real space In a calibration method for calibrating
The spectrum is monitored by the Fourier domain optical coherence tomography, the distribution state of the wavelength component spatially developed in the wavelength spectrometer is obtained from the spectral interference signal, and the spatial distribution of the spectral characteristics is calibrated. Calibration method.
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