JP6292860B2 - 光干渉断層計 - Google Patents

Description

本発明は、医用診断などに用いられる光干渉断層計に関する。

波長可変光源を用いた光干渉断層計（Ｏｐｔｉｃａｌ ＣｏｈｅｒｅｎｃｅＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ、以下ＯＣＴと略す）では、物体へ光を照射し、照射光の波長を変化させ、参照光と物体の異なる深さから戻ってくる反射光とを干渉させる。そして干渉光の強度の時間波形（干渉信号）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、例えば断層像を得る。以下では、波長可変光源を用いたＯＣＴをＳＳ−ＯＣＴと略すことがある。

ここで、ＳＳ−ＯＣＴでは、より深い部位の断層の情報を取得するために、干渉信号のデータを等波数（等周波数）間隔にサンプリングする際に、サンプリングする間隔をより短くする必要がある（特許文献１）。

また、特許文献２では観察対象物体上の同じ点を複数回撮影する際の信号のブレを補正する方法が開示されている。

特開２０１３−１８１７９０号公報 特開２０１０−１４５１４号公報

ところで、特許文献１に開示の技術は、観察物体上の同じ点について干渉信号を複数回取得する際の干渉信号の位相の変動を補正する技術が開示されている。しかし複数回取得した干渉信号の位相の変動を補正するためのサンプリング間隔は変わらず、より深い部位の断層の情報を取得することはできない。また、サンプリング間隔をより短くするためには、高速なＡＤ変換機構を用いる必要があるが、高価であり、また高速化にも限界がある。

本発明の目的の一つは、上記課題に鑑み、高速で高価なＡＤ変換機構を用いずに、物体の深い部位の情報を取得することである。

本発明に係る光干渉断層計の一つは、
出射する光の波長を変化させる光源部と、
前記光源部からの光を物体へ照射する照射光と、参照光とに分波し、前記物体に照射された光の反射光と前記参照光による干渉光を発生させる干渉光学系と、
前記干渉光を受光する光検出部と、
前記光源部から出射された光を用いて、所定の波数間隔の周期のクロック信号を発生させるクロック生成部と、
前記物体上の同じ位置で得た前記干渉光の強度を、前記発生されたクロック信号から得た互いに異なる位相の複数のクロック信号を用いてサンプリングすることにより、前記複数のクロック信号に対応する複数の干渉信号のサンプリングデータを取得し、前記取得された複数の干渉信号のサンプリングデータを用いて前記物体の情報を取得する情報取得部と、を有する。

本発明に係る光干渉断層計の一つによれば、高速で高価なＡＤ変換機構を用いずに、物体の深い部位の情報を取得することが可能となる。

本発明の実施形態１に係るＯＣＴの構成を示す模式図である。 本発明の実施形態１におけるサンプリングの手法について説明するための図である。 本発明の実施形態において、測定対象の物体への照射光の照射位置を示す図である。 本発明の実施例１に係るＯＣＴの構成を示す模式図である。 本発明の実施例１における波長掃引光源から出る光の周波数の時間変化を示す図である。 本発明の実施例１および２におけるサンプリングの手法について説明するための図である。 本発明の実施例１におけるクロック生成部が発生させるｋクロック信号について説明するための図である。 本発明の実施例３に係るＯＣＴに構成を示す模式図である。 本発明の実施形態において、ＡＤ変換素子について説明するための図である。

以下、本発明の実施形態に係るＯＣＴについて説明するが、本発明はこれらに限られない。

（実施形態１）
図１は本実施形態に係るＯＣＴの装置構成を示す模式図である。

本発明の実施形態１に係るＯＣＴは、光源部としての波長掃引光源１０１、クロック生成部としてのｋクロック（ｋ−ｃｌｏｃｋ）系１０２、干渉光学系１０３、光検出部１０４、情報取得部１０５を有する。

また、本実施形態に係るＯＣＴにおいて、干渉光学系１０３は参照ミラー１０７、光導波路１０９、光カップラ１１０、走査ミラー１１１を有する。１０８は被検体（物体）である。次に、本実施形態に係るＯＣＴを用いて物体の情報を取得する方法について説明する。

まず、干渉光学系１０３は、出射する光の波長を変化させる波長掃引光源１０１から出た光を、被検体１０８へ照射する照射光と参照光とに分波し、被検体１０８に照射された光の反射光と前記参照光による干渉光を発生させる。光検出部１０４は干渉光学系１０３で発生させた干渉光を受光する。また、ｋ−ｃｌｏｃｋ系１０２は、波長掃引光源１０１から出射する光の波長変化に伴い、等波数間隔でクロック信号（ｋトリガ信号）を生成して情報取得部１０５に送信する。

ｋ−ｃｌｏｃｋ系１０２は、等波数間隔で光を透過または反射する波長選択部１０６で構成可能である。例えば波長選択部１０６は長さが異なる二つの光路を含む干渉計で構成する。そして、この光路で干渉した光を差動光検出器あるいは通常の光検出器で検出することでｋ−ｃｌｏｃｋ系１０２を構築できる。

波長掃引光源１０１から出射された光をｋ−ｃｌｏｃｋ系１０２に導くと、波長掃引光源１０１の波長掃引に伴い、ｋ−ｃｌｏｃｋ系固有の一定の光波数毎にｋ−ｃｌｏｃｋ系からｋトリガ信号が生成される。干渉光学系１０３からの干渉信号をこのｋトリガ信号に基づいてサンプリングすることにより、干渉信号を等波数間隔で取得することが可能である。

情報取得部１０５は、干渉信号（干渉光の強度の時間波形）を、受信したｋトリガ信号に基づいてサンプリングし、サンプリングしたデータをフーリエ変換して、物体の断層の情報を取得する。ここで、物体の情報は、典型的には断層像であるが、各断層からの反射光強度の数値の絶対値であってもよいし、規格化された値であってもよく、特に限定されない。以下では、物体の情報を物体の断層像として説明する。

本実施形態に係る光干渉断層計は、被検体上の同じ位置で、複数回、波長掃引光源１０１を用いて波長掃引して複数の干渉光を発生させる。

情報取得部１０５は、取得した複数の干渉信号を、互いに異なる位相（タイミング）、かつ、互いに同一の周波数でサンプリングする。干渉信号のサンプリングは、クロック生成部が発生させた、互いに異なる位相、かつ、互いに同一の波数間隔の複数のクロック信号に基づいて行う。例えば、ｎを自然数、光の波数をΔｋとしたときに、ｎ×Δｋの波数間隔でクロック信号を生成し、情報取得部はこのクロック信号に基づき、被検体上の同じ位置で、ｎ個の干渉信号を取得する。そして、取得したｎ個の干渉信号のサンプリング周波数を互いにΔｋ異なるようにする。

上述したように、サンプリングする波数間隔が短いほど、物体の情報を取得する際に、物体のより深い位置の情報を得られる。本実施形態のように、干渉信号を複数取得し、互いに異なるタイミング、かつ、互いに同一の波数間隔でサンプリングすることで、サンプリングする波数間隔を短くする場合と同様の効果が得られる。

すなわち、被検体１０８の同じ位置における、干渉信号のサンプリングデータが複数取得され、各々のデータに基づいて断層像を取得し、それらの断層像を合成する。その結果、物体のより奥深い位置の情報が得られる。

また、被検体１０８の同じ位置における、干渉信号のサンプリングデータが複数取得され、それら複数のデータを合成することで、サンプリングデータの波数間隔が短くなることと同様の意味をもたらし、物体のより奥深い位置の情報が得られる。

また、本実施形態に係るＯＣＴはさらに、被検体１０８への照射光の照射位置を変える走査ミラー１１１によって照射光の照射位置を変えることで、物体のある断層面の情報を取得することができる。一つの断層面の情報を取得するための走査をＢスキャンという。一方、物体のある位置の断層の情報を取得するための波長掃引動作をＡスキャンという。

走査ミラー１１１の制御は、不図示の制御部で行ってもよいし、上記情報取得部１０５が行ってもよい。なお、物体上の同じ位置で、複数の干渉信号を取得するために、物体上の同じ位置で、物体の情報を複数取得した後に、走査ミラー１１１を用いて照射光の照射位置を変えてもよい。また、物体の同じ位置で、物体の情報を１回取得した後に、走査ミラー１１１を用いて照射光の照射位置を変えて走査し、同じ走査工程を複数回繰り返すことで、複数の干渉信号を取得してもよい。

以下、本実施形態に係るＯＣＴについて図２、３を用いて詳細に説明する。図２（ａ）は、ｋクロック（ｋ−ｃｌｏｃｋ）信号、クロック信号（ｋトリガ信号）の一例を表す。ｋクロック信号は、ｋ−ｃｌｏｃｋ系における干渉計で生成される、等波数間隔にピークを有する干渉信号である。ｋトリガ信号は、ｋクロック信号から生成される等波数間隔のクロック信号である。

図２（ｂ）は図２（ａ）のグラフを波数で微分したグラフである。図２（ｃ）は、取得した干渉信号２１０の一例と、その干渉信号のサンプリング点を表した図である。図３は、図１の被検体１０８を光の照射方向から見た図である。

本実施形態では、複数の断層像を取得する際に各々の断層像において干渉光学系１０３からの干渉信号を取得する際の光源の波数を、前記複数回の撮影ごとに異なる値に設定することが特徴である。

例えば、図２に示すように、ｋクロック１０２で発生させうる信号２０１の上り勾配で横軸と交わる点（零クロスの点）２０２においてｋトリガ信号を生成するとする。図２は縦軸がｋ−ｃｌｏｃｋ系１０２の差動光検出器からの出力、横軸は光の波数である。

なお、ｋトリガ信号は等波数間隔で生成されれば良く、ｋトリガ信号の生成点は上り勾配の零クロスの点に限るものではない。ｋ−ｃｌｏｃｋ信号の山の点や谷の点、下り勾配零クロスの点も等波数間隔になっており、これらを用いても良い。上り勾配の零クロスの点、下り勾配の零クロスの点はそれぞれ、図２（ａ）の曲線において、傾きが正の点、負の点である。

ｋ−ｃｌｏｃｋ信号の上り勾配の零クロスの点は他にも点２０３、点２０４などがあり、これらの点に対応する光源の波数は互いに等間隔に離間しているため、これらの点で等波数間隔にｋトリガ信号を生成することが可能である。

被検体１０８上の測定対象部位３０２に対し波長掃引光源１０１からの光を照射し波長掃引を行い、上述のようにｋ−ｃｌｏｃｋ信号の上り勾配の零クロスの点でのｋトリガ信号に基づいて干渉信号をサンプリングする。これにより、干渉信号２１０上の点２１１、点２１２、点２１３…を取得する。

次に、測定対象部位２０１に対しｋ−ｃｌｏｃｋ信号の山の点でｋトリガを生成し、これに基づいて干渉信号を取得する。これは先の点２０２、２０３、２０４におけるサンプリングと比較してｋ−ｃｌｏｃｋ信号の１／４周期ずれた波数でｋトリガを生成しデータサンプリングすることに相当する。

このようなｋトリガ信号を生成するためには、たとえばｋ−ｃｌｏｃｋ信号の山の点を検出する電気回路を用いても良い。あるいは電気的な微分回路を用いて、ｋ−ｃｌｏｃｋ信号２０１を微分してｋ−ｃｌｏｃｋ信号２３０に変換し、この信号の上り勾配の零クロスの点２３１、点２３２、点２３３を検知することも可能である（図２（ｂ））。

この操作により、干渉信号２１０上の点２１４、点２１５、点２１６…が取得される。

同様の操作を繰り返し、干渉信号２１０上の点２１７、点２１８、点２１９…を取得し更に点２２０、点２２１、点２２２…を取得する。

上述の操作により、計４回の干渉信号取得結果を用いて干渉信号２１０を、１回の波長掃引動作と比較して４倍の密度で等波数間隔に高密度にデータサンプリングすることができる。

干渉信号を取得する波数間隔を４分の１にする事は、ＯＣＴを用いて取得した断層像（以下、ＯＣＴ像と略すことがる）で４倍の深さの部位まで画像化出来ることに相当し、高深達なＯＣＴ像を得る事が可能となる。

また高深達な断層像を得るために、本実施形態ではより高速で高価なＡＤ変換素子を用いるのではなく、同じ速度のＡＤ変換素子を用いつつ、高深達な画像を得ることができるため、装置コストの観点から好適である。

また、本実施形態に係るＯＣＴの特徴は以下の２つである。１つは、後処理でより高密度且つ等波数間隔に取得したデータとして再構成出来るように、複数回の画像取得においてｋトリガ信号の生成波数を異ならせる。２つ目は、該複数回の画像取得時のｋトリガ生成波数が最終的に互いに等波数間隔に離間しているように設定する。

被検体上のある直線３１０上の複数の点で干渉信号を取得し、直線３１０の部位の断層像を取得することを考える。

断層画像を取得する工程は通常のＯＣＴでは以下の工程を含む。
（１）被検体のある位置で干渉信号を１回取得する。
（２）（１）の信号取得部位を直線３１０上で変えながら各点で干渉信号を取得し、断層像を１枚取得する。

さらに、
（３）（２）の工程を繰り返し多数枚の画像を取得し、後ほど画像処理で重ね合わせノイズを除去する、という工程を追加してもよい。

直線３１０に対応する断層像を取得するためには、光を照射する点を点３０２、点３０３、点３０４と変え、各点で波長掃引を行い各点での干渉信号を取得する。これをフーリエ変換することで各点での断層像を取得する。各点での断層像を並べて一枚の画像とすることで直線３１０に対応する断層像が作成出来る。

従来のＯＣＴではこの４枚の画像の全てにおいて、そのｋトリガ信号を生成する波数が互いに同じ位相である。このとき、ｋトリガ信号を生成する波数間隔を４×Δｋとする。つまり干渉信号を取得する際の光源の波数は等波数間隔４×Δｋに離間している。このようにして得た複数の干渉信号から断層像を取得し、合成する場合、画質は改善するが、被検体のより奥深い部位での像を取得することはできない。

これに対し本実施形態に係るＯＣＴでは、同じ測定部位に対して複数の干渉信号取得を行い、患部の画像を撮影する場合、それぞれの干渉信号を取得する際に、互いに位相が異なるようにｋトリガ信号を生成しデータを取得する。

同じ測定部位の断層構造に対して４回信号取得する場合、それぞれの信号取得ではデータサンプリングの波数間隔は上記と同様に４×Δｋである。

本実施形態では、上記の４回の信号取得ごとにデータサンプリングの波数がΔｋずつ異なるように設定されている。

そして結果的に、得られた干渉信号を合成し、データサンプリングの波数間隔がΔｋであるような一つの干渉信号を作成する。

上記のように、直線３１０上の各点において干渉信号を複数回取得し、且つ干渉信号を複数回取得し、そのデータサンプリングの波数間隔をΔｋにするためには、いくつかの手法がある。

例えば測定対象部位の各点ごとに、ｋ−ｃｌｏｃｋ信号におけるデータサンプリングの波数を、ｋ−ｃｌｏｃｋ信号の周期の１／４に相当するΔｋずつずらしながら４回連続して干渉信号を取得する。そして次に、（２）の工程で測定対象部位上の直線３１０上の隣の点に移り、再度データサンプリングを４回連続で行う。この工程を繰り返す。この工程を繰り返すことで、ある直線３１０上の点に対応する干渉信号が得られ、各点ではデータを取得する際の波数がΔｋずつ異なる複数の干渉信号を得られる。

最終的にΔｋずつサンプリングする波数が異なる信号を４本取得する順序は、上記のようにΔｋずつ逐次ずらして行く取得方法に限るものではない。まずサンプリングする波数が２Δｋずつ異なるデータのセットを取得してもよい。

（光源部）
本実施形態において、光源部は光の波長を変化させる光源であれば特に限定されない。本実施形態に係るＯＣＴを用いて物体の情報を得るためには、この光源部から出る光の波長を時間とともに所望の波長範囲内で掃引させる必要がある。

本実施形態における光源部として例えば、面発光レーザー、回折格子やプリズム等を用いた外部共振器型の波長掃引光源、共振器長可変のファブリペローチューナブルフィルタを用いる各種外部共振器型光源をもちいることができる。あるいは、サンプルドグレーティングを用いて波長を変化させるＳＳＧ−ＤＢＲや波長可変のＭＥＭＳ−ＶＣＳＥＬなどを用いることもできる。また、ファイバレーザーを用いることもできる。ファイバレーザーとしては、分散チューニング方式でもよく、フーリエドメインモードロック方式であってもよい。

回折格子やプリズム等を用いた外部共振器型の波長掃引光源としては、共振器に回折格子を設けて光を分光させ、ポリゴンミラーや、回転する円盤上にストライプ状の反射ミラーを設けたものを用いて出射させる波長を連続的に変え波長掃引光源などが挙げられる。

（光検出部）
本実施形態における光検出部では、干渉光の強度を電圧などの電気の強度に変換するものであれば特に限定されない。干渉信号の情報は、この光検出部で受光電圧の時間波形の情報へと変換される。

（物体）
本実施形態において物体とは、本実施形態に係るＯＣＴによる測定の対象となるものであり種類は特に限定されない。例えば、眼球、皮膚、血管、歯などの生体が挙げられる。

（表示部）
本実施形態に係るＯＣＴは、情報取得部で取得した物体の情報が断層像であり、取得した断層像を表示する表示部を有していてもよい。

（用途）
上記本実施形態に係るＯＣＴは、眼底の断層像を得るための眼科撮影、皮膚撮影、血管造影、歯科撮影、などの医用診断に用いることができる。

（実施形態２）
次に本発明の実施形態２に係るＯＣＴについて説明する。ここでは、実施形態１と異なる点について述べ、共通する事項については説明を省略する。

実施形態１で説明した、上記（１）の工程においてｋトリガ信号を固定し、測定対象部位上の点３０２において干渉信号を取得する。そして工程（２）で測定対象部位を直線３１０上の隣の点３０３に変え、データサンプリングの波数を工程（１）と同じ値に固定したまま１回干渉信号を取得する。この操作を繰り返し、直線３１０上の各点に対して干渉信号を取得する。

次に、ｋ−ｃｌｏｃｋ信号に対するデータサンプリングの波数を、前述の波数からｋ−ｃｌｏｃｋ信号の周期の１／４であるΔｋずらして、上述と同様に直線３１０上の各点３０２、点３０３、…において干渉信号を取得する。

そして上記のΔｋずつ波数をずらした干渉信号取得を計４回行うことで、最終的に直線３１０に対し各点でｋトリガ信号の位相が異なる複数の干渉信号を得られている状態となる。

次に、測定対象物体上の各点に対して、ｋトリガ信号の位相が互いに異なる複数の干渉信号が得られた後の信号処理について以下に述べる。高深達なＯＣＴ像を生成するためには、４×Δｋの波数間隔の干渉信号のデータ４つから、波数間隔Δｋの１つの干渉信号を合成しこれをフーリエ変換すればよい。

なお、最終的にΔｋずつサンプリングの波数が異なる信号を４つ取得する順序は上記のようにΔｋずつ逐次ずらして行く取得方法に限るものではない。まず２×Δｋずつタイミングがずれたデータのセットを取得してもよい。

これは最終的に元のデータの波数間隔の１／４の波数間隔のデータを取得する前に、途中で半分の取得間隔のデータを得られ、逐次得られるデータから画像が高深達化されていく様子を確認することが容易であるという理由から好適である。

上述のように最終的にΔｋの波数間隔のデータを得る場合、取得途中でｍ×Δｋの（但しｎ≠ｍの整数）波数間隔になるような干渉信号のデータのセットを取得する順序で測定することができる。測定の最終段階まで到達しない途中段階でも多少は深さ方向の撮像域が増大している画像を逐次取得出来るためである。また、上述のように位相が互いに異なるｋトリガ信号を用いて、４回取得した干渉信号のそれぞれをフーリエ変換し、各干渉信号からＯＣＴ像を一枚一枚構成してもよい。この場合にはデータサンプリングの波数間隔が４×Δｋである同じ深さの絵が４枚出来るので、従来と同様に同じ深さの絵を４枚重ねて画質改善に用いることも可能である。

つまり本実施形態に係るＯＣＴでは、複数回の干渉信号の取得の際に用いる、サンプリングする波数を互いに異ならせることで、より高密度な波数間隔でサンプリングした干渉信号を再構成でき、高深達化なＯＣＴ像を得られる。あるいは上記に加えて、従来と同様に、複数の干渉信号データそれぞれからＯＣＴ画像を構成し、これらの絵を重ね合わせて高画質化を行うことも可能である。

したがって従来ＯＣＴと比較して、高深達化のために高速なＡＤ変換素子は必要なくコスト低減に効果がある。さらにデータ取得後のデータ処理方法の選択肢が増えるメリットもある。

また更にこれら両方の操作を両方取り入れ、画像の高深達化と高画質化の両立も可能である。

つまり、ある部位の同じ画像を４０枚撮影し、これを重ねて画像処理する場合、単純に４０枚を同じデータサンプリングの波数で取得して画像の高画質化、即ちＳＮ比を高くすることも可能である。しかし本実施形態では、これと同じデータ取得時間において、ある部位の画像を４０枚取得し、しかもこの４０枚の画像は互いにデータサンプリングのタイミングがΔｋずつずれた４枚の組になっている。

したがって、この４０枚を単純に重ねて従来技術と同様に高ＳＮ化も可能であり、４枚分のデータから、４倍の深さまで見える１枚の高深達画像を合成する事も可能である。つまり４０枚分のデータから４倍の深さの画像を１０枚生成可能である。これらを１０枚重ね合わせる画像処理を行うことで、ＳＮ比を高くすることができる。

なお、本実施形態では、最終的に深い部位まで画像化する事を想定しているため、ＳＳ−ＯＣＴ装置に含まれる光源の瞬時線幅が十分に細い事が好適である。つまり、最終的に画像化される深さの部位からの反射光に対して可干渉性を有するようなコヒーレンス長を有する光源であることが好適である。

また、本実施形態ではもともとのサンプリングする際の波数間隔が４×Δｋであったところを、４つのデータを合成して一つのΔｋの波数間隔のデータにしている。

ＡＤ変換素子にはいくつかのタイプがあるが、その中の１つの例としては内部にサンプリングアンドホールド回路を有するタイプがある。このタイプの素子では外部からの入力値であるアナログ信号を電圧としてあるコンデンサに取りこむ。コンデンサが充電できたら、次にこのコンデンサの電圧を基にアナログ値をデジタル値に変換し出力する。

アナログ値を取得しデジタル値を出力をするまでの全時間をＴとし、このうち上記コンデンサが充電されるまでの時間をｔ１、コンデンサの電圧を読みとってデジタル値を出力するまでの時間をｔ２とする。この場合、図９（ａ）に示すようにＴ＝ｔ１＋ｔ２である。このような工程を繰り返してアナログデータを次々とデジタルデータに変換し出力する。

図９から判るように、ＡＤ変換素子がアナログ入力値を読みこむ時間はｔ１だけであり、残りのｔ２の時間のアナログ入力値はＡＤ変換素子に取得されていない。

したがって、本実施形態のようにｋトリガ信号の位相をずらして高密度サンプリングを行うためには、図９（ｂ）に示すような、ｔ１だけずらした時間間隔で次々とサンプリングすればよい。これによりデータ取得間隔をＴ／ｔ１倍程度に高密度にすることが可能であり好適である。サンプリングアンドホールド回路を有するＡＤ変換素子では、ｔ１はＴの１割から２割程度であることが多い。この場合、本実施形態に係るＯＣＴによって最終的に波数間隔が小さいデータサンプリングを行う場合、もともとのデータサンプリングの波数間隔の１／４乃至１／５程度までに設定することが好適であると考えられる。

さらに、本実施形態に係るＯＣＴは、ｋ−ｃｌｏｃｋ信号またはｋトリガ信号に対して波長や波数の絶対値を割り付ける、すなわち測定するための測定部１１２を設けていても良い。測定部１１２としては、波長掃引光源の発光波長帯域の中に選択波長が１つあるいは２つであるであるような波長選択素子を用いることが好適である。例えばフリースペクトラルレンジ（Ｆｒｅｅ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｒａｎｇｅ：ＦＳＲ）が大きく、波長掃引光源の波長掃引帯域の上限近くと下限近くにそれぞれ選択波長が１つずつ存在するようなファブリペローフィルタを用いることができる。

なお、これらの選択波長はファブリペローフィルタのギャップ長などから予め判っているものとする。

あるいは、特定の波長だけを透過するバンドパスフィルタを用いる事もできる。

例えば上記波長選択素子にて波長掃引光源からの透過光強度をモニタリングし、光が選択される時にｋ−ｃｌｏｃｋ信号を同時にモニタリングすれば、ｋ−ｃｌｏｃｋ信号から生成される各ｋトリガ信号に対して光の波長（波数）を割り付けられる。

このようにｋ−ｃｌｏｃｋ信号に対して光の波数を割り付けることが出来れば、光源の波長掃引開始のタイミング、あるいは終了のタイミングを確認する事ができる。あるいはＯＣＴ像を出力するために用いるデータの光周波数に上限下限がある場合にはそれらの光周波数で波長選択素子の透過光強度が増大するように設定し、光源波長をモニタしておくこともできる。さらには波長掃引光源が所望の波長掃引範囲を所望の波長掃引速度で動作出来ているか、などの光源の状態確認に使う事も出来る。

（実施例１）
以下に、本発明の実施例について図４を用いて説明する。

図４は本実施例に係るＯＣＴの構成を示す構成図である。本実施例にでは被検体は眼底であるとする。光源部としての波長掃引光源部４０１と、参照部を構成する参照光光路用ファイバ４０２、干渉部を構成するファイバカップラ４０３、反射ミラー４０４を配置する。

さらに、検体測定部を構成する検査光光路用ファイバ４０５、照射集光光学系４０６、走査ミラー４０７を接続する。

これに加え、受光用ファイバ４０８、光検出部としてのフォトディテクタ４０９、照射用ファイバ４１０、情報取得部としての信号処理部４１１、表示部としての画像出力モニタ４１３を接続する。さらに、信号処理部４１１はｋ−ｃｌｏｃｋ信号を微分処理する微分回路４３０、切り替え器４３１、アナログデジタル変換素子４３２、演算部４３３を有する。

そして、光源制御部４１２を接続した構成によりＯＣＴ装置を構成できる。４１４は検査対象物（物体）である。４２０、４２１はファイバに光を結合し、またファイバからの光をコリメートする為のコリメータである。

なお、干渉光学系を構成するファイバは本実施例ではシングルモードファイバで構成するがこの限りではない。また、波長掃引光源部４０１は図４（ｂ）に示すように、波長掃引光源４１５、ｋ−ｃｌｏｃｋ系４１７、バンドパスフィルタ４１８からなる。

本実施例では、ｋ−ｃｌｏｃｋ系として干渉計の両腕の光路長差が８ｍｍであるマイケルソン干渉計からの光を差動光検出器に導入する系を用いる。この干渉計から出力される干渉信号は光の周波数が１８．７３７ＧＨｚ毎にｋトリガ信号を生成する。波長掃引光源４１５の波長掃引周波数は５０ｋＨｚ（波長掃引周期は２０ｕｓ）であり、波長掃引範囲は１０００ｎｍから１０９０ｎｍである。したがって、波長掃引光源４１５の一回の波長掃引あたりのｋトリガ信号の生成回数は１３２１回である。光源の掃引速度は一定に制御され図５に示す様態である。この時、光源から出る光の波長を掃引中のｋトリガ信号の生成周波数は６６ＭＨｚである。したがって、信号処理部内の各素子は信号周波数６６ＭＨｚ以上に対応できる素子を用いる。

バンドパスフィルタ４１８は透過波長が光源の発光スペクトルの短波長端に近い波長１０００ｎｍの光を透過する。

波長掃引光源４１５には、光源制御部４１２から制御信号が入力される。

波長掃引光源４１５は光源制御部によりその発振波長や強度及びその時間変化を制御する。

波長掃引光源４１５から出射された光はファイバカップラにおいて参照光光路用ファイバ４０２及び検査光光路用ファイバ４０５に分割されて導入される。

さらに、参照光光路用ファイバの先端にはコリメータ４２１が装着され平行光が反射ミラー４０４に照射される。そして反射ミラー４０４で光は反射され受光用ファイバに導入されフォトディテクタ４０９に到達する。

同時に、ファイバカップラ４０３にて検査光光路用ファイバ４０５に導入された光は検査物体４１４に照射され、後方散乱光が被験物体の内部及び表面から発生する。

後方散乱光は照射集光光学系４０６を通してファイバカップラからフォトディテクタ４０９に集光される。

フォトディテクタ４０９受光された光は信号処理部４１１にてスペクトル信号に変換され、さらにフーリエ変換を施すことで被験物体の断層情報を取得する。

本実施例では、つぎのようにＯＣＴ像を形成する。

観察対象物体上の点３０２に光を照射する。

ｋ−ｃｌｏｃｋ系４１７は、ｋ−ｃｌｏｃｋ信号６０１の上り勾配の零クロスの点、例えば点６０２、点６０３、点６０４にてｋトリガ信号を生成する。波長掃引光源４１５を波長掃引し、ｋトリガ信号を基に干渉信号上の点６１１、点６１２、点６１３を取得する。図６の横軸は光の波数であり、光波数は光の周波数に２πを光速度で割った値を乗ずれば求まる。

図７は横軸が時間であり、ｋ−ｃｌｏｃｋ信号７０１を図示している。ここで信号７１０はバンドパスフィルタ４１８を透過する光の強度であり、時刻７１１における発光波長が１０００ｎｍである。

また、時刻７１１からｋ−ｃｌｏｃｋ信号で３／４周期分進んだ点７０２で生成されるｋトリガは、波長１０００ｎｍの光の周波数が２９９．７９ＴＨｚでありｋ−ｃｌｏｃｋが１８．７ＧＨｚ周期であることから２９９．７７ＴＨｚであることがわかる。なお、同様にして点７０３や点７０４の光周波数も計算できる。

次に切り替え器４３０によりｋ−ｃｌｏｃｋ信号６０１を微分回路４３１に通し、微分したｋ−ｃｌｏｃｋ信号６３０を生成する。同様にｋ−ｃｌｏｃｋ信号６３０の上り勾配の零クロスの点、例えば点６３１、点６３２、点６３３にてｋトリガ信号を生成し、干渉信号上の点６１４、点６１５、点６１６を取得する。

さらに切り替え器４３０によりｋ−ｃｌｏｃｋ信号を微分回路４３１に通し、ｋ−ｃｌｏｃｋ信号６５０を生成する。同様にｋ−ｃｌｏｃｋ信号６５０の上り零クロスの点、例えば点６５１、点６５２、点６５３にてｋトリガ信号を生成し、干渉信号上の点６１７、点６１８、点６１９を取得する。

そして切り替え器４３０によりｋ−ｃｌｏｃｋ信号を微分回路４３１に通し、ｋ−ｃｌｏｃｋ信号６７０を生成する。同様にｋ−ｃｌｏｃｋ信号６７０の上り零クロスの点、例えば点６７１、点６７２、点６７３にてｋトリガ信号を生成し、干渉信号上の点６２０、点６２１、点６２２を取得する。

得られた干渉信号上の点６１１、点６１２、…、点６２１、点６２２のデータを合成し、干渉信号６１０が生成される。この干渉信号データの取得波数間隔は１８．７３７ＧＨｚの１／４の４．６８４ＧＨｚである。

そして、この干渉信号をフーリエ変換することで、ある一点での物体の断層情報を取得する。

次に物体に対する照射位置を１０ｕｍ変位させ点３０３に照射する。そして上記と同様に４回干渉信号を取得し、同様にこの点における、波数間隔４．６８４ＧＨｚのデータによる断層情報を取得する。これらの一連の操作により、断層面３１０における断層情報を得ることが出来る。

本実施例に係るＯＣＴによれば、観察対象部位の各点において、ｋ−ｃｌｏｃｋに対するデータ取得波数を異ならせた４つの信号を連続で取得する。このため観察対象物体が動く可能性がある場合など、高速に観察対象物体上のある点あるいは狭い領域の更深達画像を取得したい場合に好適である。

（実施例２）
以下に、本発明の実施例について説明するが、実施例１と共通する事項については説明を省略する。本実施例に係るＯＣＴの装置構成は図４と同様である。

本実施例では、つぎのようにＯＣＴ像を形成する。

ｋ−ｃｌｏｃｋ系４１７は、ｋ−ｃｌｏｃｋ信号６０１の上り零クロスの点６０２、点６０３、点６０４…にてｋトリガ信号を生成する。

まず照射位置を点３０２にし、波長掃引光源４１５からの光を照射し、ｋトリガ信号を基に干渉信号の点６１１、点６１２、点６１３を取得する。次に照射位置を点３０３に移して、同様に干渉信号を取得する。

この時も干渉信号取得のｋトリガは点６０２、点６０３、点６０４…であり、ｋ−ｃｌｏｃｋ信号上の上り零クロスの点である。このようにｋ−ｃｌｏｃｋ上のｋトリガ生成波数を固定したまま、照射位置を断層面３１０上の点３０２、点３０３、点３０４…と順次移して行きながら干渉信号を取得する。

この結果、断層面３１０上の全ての点について、ｋ−ｃｌｏｃｋに対して同じｋトリガ生成波数で干渉信号が取得される。

仮にこの状態でこれらの信号をフーリエ変換すれば、通常のＯＣＴで断層面３１０の画像を取得する方法と同様であるが、本発明ではさらにｋトリガ生成波数を異なる値に設定し、継続して干渉信号を取得する。切り替え器４３０によりｋ−ｃｌｏｃｋ信号６０１を微分回路４３１に通し、ｋ−ｃｌｏｃｋ信号６３０を生成する。同様にｋ−ｃｌｏｃｋ信号６３０の上り零クロスの点、点６３１、点６３２、点６３３にてｋトリガ信号を生成し、断層面３１０上の点３０２において干渉信号上の点６１４、点６１５、点６１６を取得する。次に照射位置を点３０３に移して、同様に干渉信号を取得する。このようにｋ−ｃｌｏｃｋ上のトリガ信号生成タイミングを固定したまま、照射位置を断層面３１０上の点３０４、…と順次移しながら干渉信号を取得する。

さらに切り替え器４３０によりｋ−ｃｌｏｃｋ信号６３０を微分回路４３１に通し、ｋ−ｃｌｏｃｋ信号６５０を生成する。同様にｋ−ｃｌｏｃｋ信号の上り零クロスの点、点６５１、点６５２、点６５３、…にてｋトリガ信号を生成し、断層面３１０上の点３０２において干渉信号上の点６１７、点６１８、点６１９、…を取得する。次に照射位置を点３０３に移して、同様に干渉信号を取得する。このようにｋ−ｃｌｏｃｋ上のトリガ信号生成タイミングを固定したまま、照射位置を断層面３１０上の点３０４、…と順次移しながら干渉信号を取得する。

最後に切り替え器４３０によりｋ−ｃｌｏｃｋ信号６５０を微分回路４３１に通し、ｋ−ｃｌｏｃｋ信号６７０を生成する。同様にｋ−ｃｌｏｃｋ信号６７０の上り零クロスの点、点６７１、点６７２、点６７３、…にてトリガ信号を生成し、断層面３１０上の点３０２において干渉信号上の点６２０、点６２１、点６２２、…を取得する。次に照射位置を点３０３に移して、同様に干渉信号を取得する。このようにｋ−ｃｌｏｃｋ上のトリガ信号生成タイミングを固定したまま、照射位置を断層面３１０上の点３０４、…と順次移しながら干渉信号を取得する。

これらの操作により、断層面３１０上の全ての点３０２、点３０３、点３０４…に対して、ｋ−ｃｌｏｃｋ信号に対するトリガ生成の波数が異なる４つの干渉信号を取得出来る。

最終的には例えば点３０２において干渉信号上の点６１１、点６１２、…、点６２１、点６２２が得られる。

これらの点から一つの干渉信号を合成し干渉信号６１０を生成する。

この干渉信号６１０をフーリエ変換し、ＯＣＴ画像を得る。このＯＣＴ画像は、上述の干渉信号を合成する前の状態の断層像の４倍の深さまで画像化されている。

本実施例の装置によれば、最終的に合成する干渉信号を基に断層像が４倍の画像を得られる前の途中の段階において、浅い範囲の画像が逐次得られる手法である為、患部の状態や撮影場所などを随時確認したい場合などに好適である。

（実施例３）
以下に、本発明の実施例について説明するが、実施例１、２と共通する事項については説明を省略する。

本実施例では、図８に示すように、干渉信号を差動検出器を用いて取得する構成となっている。

図８において、光源部８０１と、アイソレータ８０２、参照部を構成する参照光光路用ファイバ８０６、偏波コントローラ８１８、干渉部を構成するファイバカップラ８０５、反射ミラー８０７を配置する。コリメータ８２０、コリメータ８２１も配置する。図４の系と同様、光源部８０１には不図示のｋ−ｃｌｏｃｋ系、波長選択素子を含む。

さらに、検体測定部を構成する検査光光路用ファイバ８１４、偏波コントローラ８１９、照射集光光学系８１５、照射位置走査用ミラー８０８を接続する。

これに加え、光検出部を構成するファイバカップラ８０３、ファイバカップラ８０４、受光用ファイバ８１６、受光用ファイバ８１７、バランスフォトディテクタ８１０、画像処理部を構成する信号処理装置８１１、画像出力モニタ８１３を接続する。図４の系と同様、信号処理装置８１１には不図示の微分回路や切替器、演算素子などを含む。

そして、光源部を構成する光源制御装置８１２を接続した構成により光干渉断層撮像装置を構成できる。８０９は検査対象物である。

１０１ 光源部（波長掃引光源）
１０２ クロック生成部（ｋ−ｃｌｏｃｋ系）
１０３ 干渉光学系
１０４ 光検出部
１０５ 情報処理部

Claims (24)

1. 出射する光の波長を変化させる光源部と、
   前記光源部からの光を物体へ照射する照射光と、参照光とに分波し、前記物体に照射された光の反射光と前記参照光による干渉光を発生させる干渉光学系と、
   前記干渉光を受光する光検出部と、
   前記光源部から出射された光を用いて、所定の波数間隔の周期のクロック信号を発生させるクロック生成部と、
   前記物体上の同じ位置で得た前記干渉光の強度を、前記発生されたクロック信号から得た互いに異なる位相の複数のクロック信号を用いてサンプリングすることにより、前記複数のクロック信号に対応する複数の干渉信号のサンプリングデータを取得し、前記取得された複数の干渉信号のサンプリングデータを用いて前記物体の情報を取得する情報取得部と、
   を有する光干渉断層計。
2. 前記クロック生成部は、ｎを自然数、光の波数をΔｋとしたときに、ｎ×Δｋの波数間隔で前記クロック信号を生成し、
   前記情報取得部は、前記クロック信号に基づき、前記物体上の同じ位置で、ｎ個の干渉信号を取得し、
   取得したｎ個の干渉信号のサンプリング周波数は互いにΔｋ異なる請求項１に記載の光干渉断層計。
3. 前記情報取得部は、前記取得された複数の干渉信号のサンプリングデータを用いて複数の断層像を取得し、前記複数の断層像を合成することにより前記物体の断層像を取得する請求項１または２に記載の光干渉断層計。
4. 前記情報取得部は、前記取得された複数の干渉信号のサンプリングデータを合成し、合成したデータを用いて前記物体の断層像を取得する請求項１または２に記載の光干渉断層計。
5. 前記光干渉断層計はさらに、前記物体への前記照射光の照射位置を変える走査ミラーを有し、前記走査ミラーによって前記照射光の照射位置を変えることで、前記物体の断層面の情報を取得する構成を備える請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光干渉断層計。
6. 前記物体上の同じ位置で、前記物体の情報を複数取得した後に、前記走査ミラーを用いて前記照射光の照射位置を変える請求項５に記載の光干渉断層計。
7. 前記物体の同じ位置で、前記物体の情報を１回取得した後に、前記走査ミラーを用いて前記照射光の照射位置を変えて走査し、同じ走査工程を複数回繰り返す、請求項５に記載の光干渉断層計。
8. 波長が変化されてなる光を発生させる光源部と、
   前記波長の変化の過程において、前記光の波数が所定の変化量だけ変化したタイミングで立ち上り及び立ち下りを交互に繰り返すクロック信号を発生させるクロック生成部と、
   前記光が物体にて反射してなる反射光と前記光に対応する参照光との干渉光の強度を、前記クロック信号の立ち上りのタイミングでサンプリングして得た第１サンプリングデータ列と、前記クロック信号の立ち下りのタイミングでサンプリングして得た第２サンプリングデータ列と、に基づいて、前記物体の情報を取得する情報取得部と、
   を有する光干渉断層計。
9. 前記情報取得部は、互いに異なる位相の複数のクロック信号の立ち上りのタイミング、または互いに異なる位相の複数のクロック信号の立ち下りのタイミングで、前記干渉光の強度をサンプリングすることにより得た前記第１サンプリングデータ列及び前記第２サンプリングデータ列に基づいて、前記物体の情報を取得する請求項８に記載の光干渉断層計。
10. 前記情報取得部は、互いに異なる位相の複数のクロック信号の上り勾配の零クロスの点、または互いに異なる位相の複数のクロック信号の下り勾配の零クロスの点のタイミングで、前記干渉光の強度をサンプリングすることにより得た前記第１サンプリングデータ列及び前記第２サンプリングデータ列に基づいて、前記物体の情報を取得する請求項８または９に記載の光干渉断層計。
11. 前記情報取得部は、前記第１サンプリングデータ列と、前記第２サンプリングデータ列と、を入れ子に並べてなる統合サンプリングデータ列を作成するとともに、当該統合サンプリングデータ列に対する離散フーリエ変換処理を経て前記物体の情報として断層画像データを生成する請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の光干渉断層計。
12. 前記情報取得部は、前記第１サンプリングデータ列に対する離散フーリエ変換処理を経て得た第１中間データと、前記第２サンプリングデータ列に対する離散フーリエ変換処理を経て得た第２中間データと、の合成処理を行う、前記物体の情報として断層画像データを生成する請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の光干渉断層計。
13. 前記クロック生成部は、微分回路が設けられた経路を通るクロック信号と前記微分回路が設けられていない経路を通るクロック信号とを含む複数のクロック信号を発生させることにより、互いに異なる位相の複数のクロック信号を発生させる請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の光干渉断層計。
14. 前記クロック信号が通る経路として、前記微分回路が設けられた経路と前記微分回路が設けられていない経路とを切り替える切り替え器と、
    前記情報取得部は、前記複数のクロック信号を用いて前記干渉光の強度をサンプリングする１つのアナログデジタル変換素子と、
    を更に有する請求項１３に記載の光干渉断層計。
15. 前記クロック生成部は、前記光源部から出射される光の波長の変化に伴い、等波数間隔の周期のクロック信号を発生させる請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の光干渉断層計。
16. 前記物体が生体である請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の光干渉断層計。
17. 前記生体は眼球である請求項１６に記載の光干渉断層計。
18. 前記生体は血管である請求項１６に記載の光干渉断層計。
19. 前記光源部が面発光レーザーである請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の光干渉断層計。
20. 前記光干渉断層計は、前記クロック信号の波数または波長を測定する測定部をさらに有する請求項１乃至１９のいずれか一項に記載の光干渉断層計。
21. 前記測定部は、前記光源部から出射される光の波長帯域の中からいずれかの波長を選択する波長選択素子である請求項２０に記載の光干渉断層計。
22. 出射する光の波長を変化させる光源部からの光を物体へ照射する照射光の反射光と参照光とによる干渉光を受光するステップと、
    前記光源部から出射された光を用いて、所定の波数間隔の周期のクロック信号を発生させるステップと、
    前記物体上の同じ位置で得た前記干渉光の強度を、前記発生されたクロック信号から得た互いに異なる位相の複数のクロック信号を用いてサンプリングすることにより、前記複数のクロック信号に対応する複数の干渉信号のサンプリングデータを取得するステップと、
    前記取得された複数の干渉信号のサンプリングデータを用いて前記物体の情報を取得するステップと、
    を有する光干渉断層方法。
23. 波長が変化されてなる光を発生させるステップと、
    前記波長の変化の過程において、前記光の波数が所定の変化量だけ変化したタイミングで立ち上り及び立ち下りを交互に繰り返すクロック信号を発生させるステップと、
    前記光が物体にて反射してなる反射光と前記光に対応する参照光との干渉光の強度を、前記クロック信号の立ち上りのタイミングでサンプリングして得た第１サンプリングデータ列と、前記クロック信号の立ち下りのタイミングでサンプリングして得た第２サンプリングデータ列と、に基づいて、前記物体の情報を取得するステップと、
    を有する光干渉断層方法。
24. 請求項２２または２３に記載の光干渉断層方法の各工程をコンピュータに実行させるプログラム。

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