JP2008070350A

JP2008070350A - 光断層画像化装置

Info

Publication number: JP2008070350A
Application number: JP2007152007A
Authority: JP
Inventors: Masami Hatori; 正美羽鳥; Kiichi Kato; 喜一加藤
Original assignee: Fujinon Corp; Fujifilm Corp
Current assignee: Fujinon Corp; Fujifilm Corp
Priority date: 2006-08-15
Filing date: 2007-06-07
Publication date: 2008-03-27
Also published as: US7705992B2; US20080043244A1

Abstract

【課題】光断層画像化装置において、プローブが回転しても、安定して良好な画質の断層画像を取得する。
【解決手段】プローブ４３１は、測定光Ｌ１を導波するための偏波保存ファイバである光ファイバＰＦＢ６が内部に配設されるとともに、該偏波保存ファイバの周方向に回転可能に構成されている。プローブ４３１が回転しても、光分割手段３から光ファイバＰＦＢ６へ入射する測定光Ｌ１の偏光方向と光ファイバＰＦＢ６の偏光軸の方向とが一致した状態を維持するように、プローブ４３１の回転に伴い、光分割手段３から光ファイバＰＦＢ６へ入射する測定光Ｌ１の偏光方向を回転させる偏光方向回転手段７０を設ける。
【選択図】図８

Description

本発明は、ＯＣＴ（ＯｐｔｉｃａｌＣｏｈｅｒｅｎｃｅＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ）計測により光断層画像を取得する光断層画像化装置に関するものである。

従来、生体組織の光断層画像を取得する際に、ＯＣＴ計測を利用した光断層画像取得装置が用いられることがある。この光断層画像取得装置では、光源から射出された低コヒーレント光を測定光と参照光とに分割した後、該測定光が測定対象に照射されたときの測定対象からの反射光と参照光とを合波し、該反射光と参照光との干渉光の強度に基づいて光断層画像を取得する（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）。

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

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

さらに、参照光の光路長の変更を行うことなく高速に光断層画像を取得する装置として、ＳＳ−ＯＣＴ（ＳｗｅｐｔｓｏｕｒｃｅＯＣＴ）計測による光断層画像化装置も提案されている。このＳＳ−ＯＣＴ装置は、光源から射出されるレーザ光の周波数を掃引させて反射光と参照光とを各波長において干渉させ、一連の波長に対する干渉スペクトルをフーリエ変換することにより測定対象の深さ位置における反射光強度を検出し、これを用いて光断層画像を構成するようにしたものである（例えば、非特許文献１参照）。

上記のような各方式の光断層画像化装置が内視鏡に適用される際には、体腔内に挿入されるプローブの内部にファイバを配設し、該ファイバにより光を導波する。また、光断層画像化装置では、測定対象の所定面に沿った断層画像を取得することが多い。そのためには、プローブの周方向に光を走査することが必要であり、そのような光走査の手法の１つとして、プローブを周方向に回転可能となるように構成したものが知られている。

一方、生体等には複屈折性や旋光性を有するものがあり、このような偏光特性を調べるために、測定対象に光を照射したときの反射光の偏光状態を測定する光断層画像化装置が知られている（例えば、特許文献５、非特許文献２、非特許文献３参照）。
特開２０００−２６２４６１号公報特開２００４−２０９２６８号公報特開２００４−２２３２６９号公報特開２００１−２６４２４６号公報特開２００２−３０１０４９号公報 R.Huber,M. Wojtkowski,K. Taira, and J. G. Fujimonto, OPTICS EXPRESS, 2 May, Vol.13, No.9, 3513 (2005) M. Pircher, E. Goetzinger, R. Leiner and C. Hitzenberger, OPTICS EXPRESS, 12 July, Vol.12, No.14, 3236 (2004) J. F. de Boer, T. Milner, J. S. Nelson, OPTICS LETTERS, Vol.24, No.5, March 1, 300-302 (1999)

上記のように偏光状態を測定する光断層画像化装置では、一般に、光源としてレーザを用い、測定光および参照光として偏光方向が所定の方向に設定された直線偏光を用いる。反射光と参照光の偏光方向が一致しているときに干渉光の強度が最大になるため、反射光と参照光の偏光方向を調整した上で両者を合波させることが好ましい。ところが、通常内視鏡に用いられているシングルモードファイバは、伝播する光の偏光状態を必ずしも保存できるものではないため、プローブ回転に伴う振動や温度変化等の変動要因により、ファイバ内を伝播する光の偏光状態が変化する。例えば、光源から射出された光が直線偏光であっても、その偏光方向が変わったり、その一部が楕円偏光になったり、ファイバ内を伝播する光の偏光状態は常に揺らいだものとなる。しかしながら、このように偏光状態が揺らいだ光では、測定対象の偏光特性を正確に測定することはできない。

また、光断層画像化装置に用いられているミラーやファイバカプラ等の光学部品は、入射する光の偏光方向により透過率や反射率、分岐比等が異なるという偏光特性をもつ。上記のように、偏光状態が揺らいでいる光が偏光特性をもつ光学部品に入射すると、検出器で受けた信号レベルが変動し、Ｓ／Ｎ比が低下し、本来の測定値とは異なる値となる。結果として、例えばざらついた画質の画像になるなど、断層画像の画質が劣化し、本来ならば識別できるものができなくなる。これは、測定対象の偏光特性を測定する場合に限らず、一般的な測定に関しても生じる問題である。

そこで、プローブ内のファイバとして、直線偏光の偏光方向を保存して伝播可能な偏波保存ファイバを用いることが考えられるが、そのためには偏波保存ファイバの固有の偏光軸の方向と入射する直線偏光の偏光方向とを一致させて入射させる必要がある。しかし、上記のように周方向の光走査のためにプローブが回転すると、プローブ内部に配設された偏波保存ファイバも回転することになり、偏波保存ファイバの偏光軸の方向と入射する直線偏光の偏光方向とを常に一致させることはできない。これらが一致していないと、直線偏光を偏波保存ファイバに入射させても、その射出光は多くの場合は直線偏光とならずに楕円偏光になり、偏光特性の測定には不適である上に、プローブの回転に伴い射出光の偏光状態が変化するため、信号レベルが変動し、断層画像の画質が劣化する。

直線偏光を偏波保存ファイバに入射させる前に、該直線偏光を非直線偏光に変換し、所定の偏光方向の光のみを透過させる偏光板を配置して、プローブの回転に連動してこの偏光板を回転させることによりプローブ内の偏波保存ファイバの偏光軸と入射光の偏光方向を一致させることも考えられるが、この場合には、所定の偏光方向の光以外は偏光板で吸収あるいは反射されるため、光量損失が大きい。

偏光方向を調整するための素子として、特許文献１には、プローブ先端に設けられたファラデーローテータが記載されている。しかし、ファラデーローテータは、体腔内に挿入する細いプローブの先端に設けるためには小型化が必要であり、小型化が可能な種類のファラデーローテータは使用波長が限定され、上記光断層画像化装置には不適である。ファラデーローテータの材質として、結晶自身に磁性を有する磁性ガーネット単結晶を用いることで多少の小型化を図ることはできるが、このようなファラデーローテータは、用いる磁性体の屈折率が高いため、反射によるゴーストが出やすいという問題がある。そのため、屈折率整合水を入れた水密シールを設ける、接合面を非直角にして反射光が戻るのを防止する、等の反射防止対策が必要となり、コストアップの要因となる。

特許文献１には、偏光方向を調整するための手段として偏波面コントローラも記載されている。また、特許文献４には、光路の一部に偏波保存ファイバを用い、光路の他部にはシングルモードファイバを用いて偏波面コントローラで偏光方向を調整するように構成された装置が記載されている。しかし、偏波面コントローラは、機械駆動であるため動作速度が遅い、装置の大型化を招く、高感度であるがゆえに不安定である、調整箇所が３箇所あるため最適な組合せを見つけるのに時間がかかる、ファイバ内の伝播状態が変化する度に人為的な調整が必要である等の短所があり、実用性に優れたものとはいえない。特に偏波面コントローラによる調整では、上記のようにコントロールスピードに問題があるため、例えばＯＣＴ計測を利用して診断を行っている間に偏光方向が大きくずれると、診断が中断してしまう虞もある。

そこで、本発明は、プローブが回転しても、安定して良好な画質の断層画像を低コストで取得可能な光断層画像化装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の光断層画像化装置は、光を射出する光源ユニットと、前記光源ユニットから射出された光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、前記測定光を測定対象まで導波し、前記測定光が前記測定対象に照射されたときの該測定対象からの反射光を導波するプローブと、前記反射光と前記参照光とを合波する合波手段と、前記合波手段により合波された前記反射光と前記参照光との干渉光を検出する干渉光検出手段と、前記干渉光検出手段により検出された前記干渉光から前記測定対象の断層画像を取得する画像取得手段とを備えた光断層画像化装置において、前記プローブは、前記測定光および前記反射光を導波するための偏波保存ファイバが内部に配設されるとともに、該偏波保存ファイバの周方向に回転可能に構成されており、前記偏波保存ファイバの長さが、該偏波保存ファイバと前記測定光の波長に基づいて定まるビート長の半分の整数倍であることを特徴とするものである。

なおここで「偏波保存ファイバ」とは、直交する固有の２つの偏光軸をもち、該偏光軸の方向に直線偏光の偏光方向を一致させて入射させると、該直線偏光の偏光方向を保存して伝播させることができるものである。

また、「ビート長」とは、上記２つの偏光軸方向の各成分の光の位相差が２π（１周期）となる長さであり、偏波保存ファイバ内を伝播する光の波長λ、偏波保存ファイバの複屈折率Ｂを用いて、λ／Ｂで表されるものである。具体的には、「ビート長」は、偏波保存ファイバの偏光軸の方向と異なる偏光方向の直線偏光が、該偏波保存ファイバを伝播後、再び入射時と同方向の偏光方向の直線偏光となるときの最小の伝播距離であり、「ビート長の半分」は、上記伝搬後、入射時の偏光方向と直交する偏光方向の直線偏光となるときの最小の伝播距離である。なお、上記の「偏波保存ファイバの長さ」とは、偏波保存ファイバの光軸方向の長さ、すなわち伝搬距離に相当するものを意味する。

本発明の第２の光断層画像化装置は、光を射出する光源ユニットと、前記光源ユニットから射出された光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、前記測定光を測定対象まで導波し、前記測定光が前記測定対象に照射されたときの該測定対象からの反射光を導波するプローブと、前記反射光と前記参照光とを合波する合波手段と、前記合波手段により合波された前記反射光と前記参照光との干渉光を検出する干渉光検出手段と、前記干渉光検出手段により検出された前記干渉光から前記測定対象の断層画像を取得する画像取得手段とを備えた光断層画像化装置において、前記プローブは、前記測定光および前記反射光を導波するための偏波保存ファイバが内部に配設されるとともに、該偏波保存ファイバの周方向に回転可能に構成されており、前記光分割手段から前記偏波保存ファイバへ入射する前記測定光の偏光方向と該偏波保存ファイバの偏光軸の方向とが一致した状態を維持するように、前記プローブの回転に伴い、前記光分割手段から前記偏波保存ファイバへ入射する前記測定光の偏光方向を回転させる偏光方向回転手段を設けたことを特徴とするものである。

なおここで、「測定光の偏光方向と該偏波保存ファイバの偏光軸の方向とが一致」とは、偏波保存ファイバの２つの偏光軸のいずれか一方の方向と、測定光の偏光方向とが一致するという意味である。

また、「偏光方向回転手段」としては、例えば１／２波長板等が考えられる。

ここで、前記測定対象に照射される前記測定光が第１の偏光方向の直線偏光であり、前記合波手段に入射する前記参照光が、前記第１の偏光方向および前記第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向の２つの偏光成分の光を含み、前記干渉光検出手段が前記２つの偏光成分ごとに検出するものであるよう構成してもよい。

また、前記光源ユニットから前記光分割手段までの前記光の導波、前記光分割手段から前記プローブまでの前記測定光の導波、前記プローブから前記合波手段までの前記反射光の導波、および前記光分割手段から前記合波手段までの前記参照光の導波に、偏波保存ファイバを用いるよう構成してもよい。

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

前記光源ユニットが、光増幅手段と、該光増幅手段から出力された光の一部を帰還光として前記光増幅手段に導波する偏波保存ファイバと、前記帰還光の波長を選択するファブリーペロー型波長可変フィルタと、を有するように構成してもよい。

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

本発明の第１の光断層画像化装置は、回転するプローブ内の測定光および反射光の導波に偏波保存ファイバを用い、その長さをビート長の半分の整数倍にしているため、この偏波保存ファイバに入射した直線偏光は、該直線偏光の偏光方向と偏波保存ファイバの偏光軸の方向とに関係なく、必ず該直線偏光と同方向もしくはそれと直交する偏光方向の直線偏光として射出される。したがって、プローブが回転しても、測定対象に照射される光は、常に上記のように偏光方向の定まった直線偏光にすることができる。本発明の第１の光断層画像化装置によれば、従来の偏波面コントローラを用いた場合のコントロールスピードの問題や、ファラデーローテータを用いた場合のコストの問題等を解決でき、安定して良好な画質の断層画像を取得することができる。

また、本発明の第２の光断層画像化装置によれば、偏光方向回転手段により、光分割手段から偏波保存ファイバへ入射する測定光の偏光方向と偏波保存ファイバの偏光軸の方向とが一致した状態が維持されるため、プローブが回転しても、偏波保存ファイバから射出される光は常に偏光軸と同方向の直線偏光にすることができる。本発明の第２の光断層画像化装置によれば、従来の偏波面コントローラを用いた場合のコントロールスピードの問題や、ファラデーローテータを用いた場合のコストの問題等を解決でき、安定して良好な画質の断層画像を取得することができる。

ここで、測定対象に照射される前記測定光が第１の偏光方向の直線偏光であり、前記合波手段に入射する前記参照光が、前記第１の偏光方向および前記第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向の２つの偏光成分の光を含み、前記干渉光検出手段が前記２つの偏光成分ごとに検出するものであるようにした場合には、測定対象の旋光性を測定することができる。

また、前記光源ユニットから前記光分割手段までの前記光の導波、前記光分割手段から前記プローブまでの前記測定光の導波、前記プローブから前記合波手段までの前記反射光の導波、および前記光分割手段から前記合波手段までの前記参照光の導波に、偏波保存ファイバを用いた場合には、上記全ての導波経路において、ファイバの曲げやねじり、温度変化や振動等の変動要因にかかわらず、偏光状態を保存して光を伝播させることが可能になり、ファラデーローテータや偏波コントローラを用いて偏光の調整を行うことなく、測定環境による偏光状態の変動を防止して、再現性良く安定的に良好な画質の断層画像を取得することができる。

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

さらに、前記光源ユニットが、光増幅手段と、該光増幅手段から出力された光の一部を帰還光として前記光増幅手段に導波する偏波保存ファイバと、前記帰還光の波長を選択するファブリーペロー型波長可変フィルタと、を有するものであれば、光源ユニット内の偏光状態を安定して保持できるとともに、機械的に信頼性の高いファブリーペロー型波長可変フィルタにより安定して波長掃引を行うことができる。

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

以下、図面を参照して本発明の光断層画像化装置の実施形態を詳細に説明する。

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

なお、以下の第１の実施形態による光断層画像化装置１００の説明では、説明を容易にするため、測定対象Ｓは旋光性をもたないものとして扱うが、光断層画像化装置１００を用いて旋光性を有する測定対象Ｓの断層画像を取得することも可能である。これは、特に断りのない限り、他の実施形態の光断層画像化装置についても同様である。

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

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

ここで、ポリゴンミラー１６は図１の矢印方向に回転するものであり、各反射面の角度がリレーレンズ１５の光軸に対して変化する。これにより、回折光学素子１４において波長分散された光のうち、特定の波長の光のみが戻り光として半導体レーザ媒質１２に帰還する。半導体レーザ媒質１２のコリメートレンズ１３側の射出端面およびポリゴンミラー１６により、共振器が構成され、半導体レーザ媒質１２の光結合用のレンズ１１ａ側の射出端面からレーザ光Ｌが射出される。この時の半導体レーザ媒質１２の入出射端面は、無反射コート膜が施されており、単体ではレーザ発振はしないような構造となっている。ポリゴンミラー１６からの外部からの戻り光により共振器が形成されて始めてレーザ発振が起こる様に予め設計がされている。なお、このレーザ光Ｌの波長は、回折光学素子14で決定された戻り光の波長である。そして半導体レーザ媒質１２から射出されたレーザ光Ｌはレンズ１１ａにより平行光にされレンズ１１ｂにより集光されて光ファイバＰＦＢ１に入射する。

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

光分割手段３は、たとえば２×２の光ファイバカプラから構成されており、光源ユニット１０から光ファイバＰＦＢ１により光分割手段３まで導波された光Ｌを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２に分割する。光分割手段３の分岐比はたとえば５０：５０である。光分割手段３は、２本の光ファイバＰＦＢ２、ＰＦＢ３にそれぞれ光学的に接続されており、測定光Ｌ１は光ファイバＰＦＢ２によりプローブ３０まで導波され、参照光Ｌ２は光ファイバＰＦＢ３により光路長調整手段２０まで導波される。なお、本実施形態における光分割手段３は、合波手段４としても機能するものである。

光ファイバＰＦＢ２にはプローブ３０が光学的に接続されており、測定光Ｌ１は光ファイバＰＦＢ２からプローブ３０へ導波される。プローブ３０は、たとえば鉗子口から鉗子チャンネルを介して体腔内に挿入されるものであって、光学コネクタＣ１により光ファイバＰＦＢ２に対し着脱可能に取り付けられている。

プローブ３０は、先端が閉じられた円筒状のプローブ外筒の内部空間に、該外筒の軸方向に延びるように配設されて測定光Ｌ１および反射光Ｌ３を導波する光ファイバＰＦＢ５と、光ファイバＰＦＢ５の先端から射出した光Ｌ１を平行光化するコリメータレンズ３１と、このコリメータレンズ３１から出射した測定光Ｌ１を反射させる反射ミラー３２と、この反射ミラー３２で反射した測定光Ｌ１を測定対象Ｓ内で収束するように集光する集光レンズ３３とから構成されている。

プローブ３０は、光学コネクタＣ１に対し、不図示の駆動手段により、プローブ３０全体が光ファイバＰＦＢ５の周方向に回転可能となるように構成されている。このようにプローブ３０が回転することにより、プローブ３０から射出された測定光Ｌ１をプローブの外筒の周方向に偏向させることができ、測定対象Ｓを走査して測定することができる。なお、この回転による光学コネクタＣ１における光量損失はほとんど０となるように構成されている。プローブ３０および他の部分の偏光状態については、後に詳しく述べる。

一方、光ファイバＰＦＢ３における参照光Ｌ２の射出側には光路長調整手段２０が配置されている。光路長調整手段２０は、測定対象Ｓに対する断層画像の取得を開始する位置を調整するために、参照光Ｌ２の光路長を変更するものであって、光ファイバＰＦＢ３から射出された参照光Ｌ２を反射させる反射ミラー２２と、反射ミラー２２と光ファイバＰＦＢ３との間に配置された第１光学レンズ２１ａと、第１光学レンズ２１ａと反射ミラー２２との間に配置された第２光学レンズ２１ｂとを有している。

第１光学レンズ２１ａは、光ファイバＰＦＢ３のコアから射出された参照光Ｌ２を平行光にするとともに、反射ミラー２２により反射された参照光Ｌ２を光ファイバＰＦＢ３のコアに集光する機能を有している。また、第２光学レンズ２１ｂは、第１光学レンズ２１ａにより平行光にされた参照光Ｌ２を反射ミラー２２上に集光するとともに、反射ミラー２２により反射された参照光Ｌ２を平行光にする機能を有している。

したがって、光ファイバＰＦＢ３から射出した参照光Ｌ２は、第１光学レンズ２１ａにより平行光になり、第２光学レンズ２１ｂにより反射ミラー２２上に集光される。その後、反射ミラー２２により反射された参照光Ｌ２は、第２光学レンズ２１ｂにより平行光になり、第１光学レンズ２１ａにより光ファイバＰＦＢ３のコアに集光される。

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

合波手段４は、前述のとおり２×２の光ファイバカプラからなり、光路長調整手段２０により光路長が変更された参照光Ｌ２と測定対象Ｓからの反射光Ｌ３とを合波しこれらの干渉光Ｌ４を導波する光ファイバＰＦＢ４を介して干渉光検出手段４０側に射出するように構成されている。

干渉光検出手段４０は、合波手段４により合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出する。上記干渉光検出手段４０は例えばパーソナルコンピュータ等のコンピュータシステムからなる画像取得手段５０に接続され、画像取得手段５０はＣＲＴや液晶表示装置等からなる表示装置６０に接続されている。画像取得手段５０は、干渉光検出手段４０により検出された干渉光Ｌ４を周波数解析することにより測定対象Ｓの各深さ位置における反射光Ｌ３の強度各深さ位置における反射光Ｌ３の強度を検出し測定対象Ｓの断層画像を取得する。この断層画像は表示装置６０により表示される。

ここで、干渉光検出手段４０および画像取得手段５０における干渉光Ｌ４の検出および画像の生成について簡単に説明する。なお、この点の詳細については「武田光夫、「光周波数走査スペクトル干渉顕微鏡」、光技術コンタクト、２００３、Ｖｏｌ４１、Ｎｏ７、ｐ４２６−ｐ４３２」に詳しい記載がなされている。

測定光Ｌ１が測定対象Ｓに照射されたとき、測定対象Ｓの各深さからの反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とがいろいろな光路長差をもって干渉しあう際の各光路長差ｌに対する干渉縞の光強度をＳ（ｌ）とすると、干渉光検出手段４０において検出される光強度Ｉ（ｋ）は、
Ｉ（ｋ）＝∫_０ ^∞Ｓ（ｌ）［１＋ｃｏｓ（ｋｌ）］ｄｌ・・・（１）
で表される。ここで、ｋは波数、ｌは光路長差である。式（１）は波数ｋを変数とする光周波数領域のインターフェログラムとして与えられていると考えることができる。このため、画像取得手段５０において、干渉光検出手段４０が検出した干渉光をフーリエ変換にかけて周波数解析を行い、干渉光Ｌ４の光強度Ｓ（ｌ）を決定することにより、測定対象Ｓの各深さ位置における反射情報を取得し、断層画像を生成することができる。そして、生成された断層画像は、表示装置６０において表示される。

以下に、光断層画像化装置１００の偏光状態について詳しく述べる。光断層画像化装置１００において、光ファイバＰＦＢ１、ＰＦＢ２、ＰＦＢ３、ＰＦＢ４、ＰＦＢ５は全て、導波手段として機能する偏波保存ファイバである。偏波保存ファイバは、固有の２つの偏光軸をもち、いずれの偏光軸でもよいが、この軸方向に直線偏光の偏光方向を一致させて入射させると、該直線偏光の偏光方向を保存して伝播させることができる。

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

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

光断層画像化装置１００では、光分割手段３および光コネクタＣ１に、偏光方向を保持したまま光の分岐・合波が可能な偏波保存型光ファイバカプラを用いている。偏波保存型光ファイバカプラとしては例えば、ＰＡＮＤＡ−ＰＢＳ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇＡＮＤＡｂｓｏｒｐｔｉｏｎ−ｒｅｄｕｃｉｎｇ − ＰｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎＢｅａｍＳｐｌｉｔｔｅｒ）を用いることができる。

光断層画像化装置１００では、光源ユニット１０から射出される直線偏光のレーザ光Ｌの偏光方向と光ファイバＰＦＢ１の１つの偏光軸の方向とが一致するように光結合されている。また、光ファイバＰＦＢ１、ＰＦＢ２、ＰＦＢ３、ＰＦＢ４の偏光軸、光分割手段３の偏光軸、光コネクタＣ１の偏光軸のこれら全ての方向が一致するように光結合されている。

図３に一例として、偏光軸の方向が一致して光結合されている光ファイバＰＦＢ１と光ファイバＰＦＢ３、およびこれらを伝播する直線偏光の様子を模式的に示す。図３では光ファイバＰＦＢ１と光ファイバＰＦＢ３の１つの偏光軸の方向を一点鎖線で示し、入射および射出する直線偏光の偏光方向を矢印で示している。

上記構成により、光源ユニット１０から射出された直線偏光はその偏光方向を保存したまま、光ファイバＰＦＢ１を経て光分割手段３に到達する。そして、参照光Ｌ２はその偏光方向を保存したまま直線偏光として合波手段４に入射する。測定光Ｌ１もその偏光方向を保存したまま直線偏光として光コネクタＣ１に入射する。なお、図１では、光ファイバＰＦＢ１、ＰＦＢ２、ＰＦＢ３、ＰＦＢ４それぞれの２つの偏光軸の方向は紙面に平行および垂直としており、各ファイバを伝播する光の偏光方向が紙面に平行であるとして、その偏光方向を紙面の上下方向の矢印で模式的に示している。

上記のように光結合された光ファイバＰＦＢ１、ＰＦＢ２、ＰＦＢ３、ＰＦＢ４は固定されているが、プローブ３０の回転に伴い、光ファイバＰＦＢ５はプローブ３０と一体的に回転し、光ファイバＰＦＢ５の偏光軸の方向もまた回転する。偏波保存ファイバに偏光軸と異なる偏光方向の直線偏光が入射したときには、その光の偏光状態は伝播とともに変化し、伝播距離に応じて右円偏光、左円偏光、入射時とは偏光方向が異なる直線偏光等の状態が現れうる。

図４に、偏波保存ファイバにその偏光軸と４５度の角度をなす偏光方向の直線偏光が入射したときの光の伝播の様子および偏光状態の変化を示す。なお、図４では、入射した直線偏光のｘ軸方向、ｙ軸方向の成分をＰｘ、Ｐｙで表し、図２に示したｘ軸およびｙ軸に垂直な方向をｚ軸方向として光の伝播方向としている。図４に示すように、ｘ軸方向、ｙ軸方向の伝播定数の差をΔβとすると、伝播距離がπ／２Δβ、３π／２Δβのとき円偏光となり、π／Δβのとき入射時と直交する方向の直線偏光となり、２π／Δβのとき入射時と同方向の直線偏光となる。この２π／Δβの長さは、Ｐｘ、Ｐｙ成分の光の位相差が２π（１周期）となる長さであり、ビート長と呼んでいる。偏波保存ファイバの複屈折率Ｂは、波数ｋを用いて、Ｂ＝Δβ／ｋと表されるため、ビート長は、波長λ、上記の複屈折率Ｂを用いて、λ／Ｂとして表すこともできる。

光ファイバＰＦＢ５の長さは、このビート長の半分の整数倍の長さとなるように構成されている。これにより、光ファイバＰＦＢ５に直線偏光を入射させると、光ファイバＰＦＢ５から射出される光は、光ファイバＰＦＢ５が回転しても、光ファイバＰＦＢ５の長さがビート長の半分の２ｎ倍（ｎは１、２、３…の整数）のときには、入射光と同じ偏光方向の直線偏光となり、光ファイバＰＦＢ５の長さがビート長の半分の２ｎ−１倍（ｎは１、２、３…の整数）のときには、入射光と直交する偏光方向の直線偏光となる。

図５に一例として、光ファイバＰＦＢ５の長さがビート長の半分の２ｎ倍のとき、光結合されている光ファイバＰＦＢ２と光ファイバＰＦＢ５、およびこれらを伝播する直線偏光の様子を模式的に示す。なお、図５では光ファイバＰＦＢ２と光ファイバＰＦＢ５の１つの偏光軸の方向を一点鎖線で示し、入射および射出する直線偏光の偏光方向を矢印で示している。このように、光ファイバＰＦＢ５の長さをビート長の半分の整数倍としているため、プローブ３０が回転しても、測定対象Ｓに照射される光は、常に偏光方向の定まった直線偏光となる。

測定対象Ｓでの反射において、照射された直線偏光の偏光方向が保存されるとすると、光ファイバＰＦＢ５の長さがビート長の半分の２ｎ倍のとき、図５からわかるように、光コネクタＣ１における測定光Ｌ１と反射光Ｌ３の偏光方向は一致する。また、光ファイバＰＦＢ５の長さがビート長の半分の２ｎ−１倍のときも、測定光Ｌ１は光ファイバＰＦＢ５で偏光方向が９０度回転し、反射光Ｌ３も光ファイバＰＦＢ５で偏光方向が９０度回転するため、結局、光コネクタＣ１における測定光Ｌ１と反射光Ｌ３の偏光方向は一致する。測定光Ｌ１と参照光Ｌ２の偏光方向は一致しているため、参照光Ｌ２と反射光Ｌ３の偏光方向も一致することになる。

以上説明したように、光断層画像化装置１００では、プローブ３０が回転しても、測定対象Ｓに照射する測定光Ｌ１が、常に偏光方向の定まった直線偏光になるため、安定して良好な画質の断層画像を取得することができる。また、光断層画像化装置１００では、導波手段である光ファイバを全て偏波保存ファイバとしているため、光ファイバを曲げたりねじったり、周囲の環境温度が変化することがあっても、光ファイバを伝播する光の偏光状態は変化することなく保存されるため、測定環境による偏光状態の変動を防止して、再現性良く安定的に良好な画質の断層画像を取得することができる。さらに、測定対象Ｓでの反射において偏光方向が保存されるとすると、参照光Ｌ２と反射光Ｌ３の偏光方向が一致するため、最大の干渉光量を得ることができる。そして、光断層画像化装置１００は偏波面コントローラやファラデーローテータを用いていないため、従来の装置における偏波面コントローラを用いた場合のコントロールスピードの問題や、ファラデーローテータを用いた場合のコストの問題等を回避することができる。

次に、上記構成を有する光断層画像化装置１００の動作例について説明する。まず、可動ステージ２３が矢印Ａ方向に移動することにより、測定可能領域内に測定対象Ｓが位置するように光路長の調整が行われる。その後、光源ユニット１０から光Ｌが射出され、光Ｌは光分割手段３により測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割される。測定光Ｌ１はプローブ３０により体腔内に導波され測定対象Ｓに照射される。そして、測定対象Ｓからの反射光Ｌ３が反射ミラー２２において反射した参照光Ｌ２と合波手段４により合波され、反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４が干渉光検出手段４０により検出される。この検出された干渉光Ｌ４の信号が画像取得手段５０において周波数解析されることにより断層画像が取得される。このように、ＳＳ−ＯＣＴ計測により断層画像を取得する光断層画像化装置１００においては、干渉光Ｌ４の周波数および光強度に基づいて各深さ位置における画像情報を取得するようになっており、反射ミラー２２の矢印Ａ方向の移動は測定対象の深さ方向について断層画像信号を得る位置の調整に用いられる。

そして、プローブ３０を周方向に回転駆動することにより、測定対象Ｓに対して測定光Ｌ１をＸ方向およびそれと直交するＹ方向に走査させれば、この２次元的走査領域の各部分において測定対象Ｓの深さ方向の情報が得られるので、この２次元領域内のＸ、Ｙ双方向についての断層画像を取得することができる。

次に、本発明の第２の実施形態による光断層画像化装置について図６を参照して説明する。なお、第２の実施形態である光断層画像化装置２００は、いわゆるＳＤ−ＯＣＴ計測を行うことにより断層画像を取得するＳＤ−ＯＣＴ装置であって、図１の光断層画像化装置１００と異なる点は光源ユニットおよび干渉光検出手段の構成である。図６の光断層画像化装置２００において図１の光断層画像化装置１００と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。

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

一方、干渉光検出手段２４０は、合波手段４により合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出するものであって、連続的で広帯域の発光波長スペクトルを有する干渉光Ｌ４を各波長帯域毎に分光する分光手段２４２と、分光手段２４２により分光されたスペクトルの干渉光Ｌ４を検出するアレイ型の光検出手段２４４とを有している。この分光手段２４２はたとえば回折光学素子等により構成されており、光ファイバＰＦＢ４からコリメータレンズ２４１を介して入射される干渉光Ｌ４を分光し、光検出手段２４４側に射出するようになっている。

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

ここで、第２の実施形態の光断層画像化装置２００においても、第１の実施形態と同様に、光ファイバＰＦＢ１、ＰＦＢ２、ＰＦＢ３、ＰＦＢ４、ＰＦＢ５は全て、偏波保存ファイバであり、光分割手段３および光コネクタＣ１も、偏波保存型光ファイバカプラである。また、光源ユニット２１０から射出される直線偏光のレーザ光Ｌの偏光方向と光ファイバＰＦＢ１の偏光軸の方向とが一致するように光結合されており、光ファイバＰＦＢ１、ＰＦＢ２、ＰＦＢ３、ＰＦＢ４の偏光軸、光分割手段３の偏光軸、光コネクタＣ１の偏光軸、これら全ての方向が一致するように光結合されている。そして、光ファイバＰＦＢ５の長さはビート長の半分の整数倍の長さになるように構成されている。

よって、以上説明した第２の実施形態による光断層画像化装置２００においても、第１の実施形態の光断層画像化装置１００と同様の効果が得られ、プローブ３０が回転しても、測定対象Ｓに照射する測定光Ｌ１が、常に偏光方向の定まった直線偏光になるため、安定して良好な画質の断層画像を取得することができる。

次に、本発明の第３の実施形態による光断層画像化装置について図７を参照して説明する。なお、第３の実施形態である光断層画像化装置３００は、いわゆるＴＤ−ＯＣＴ計測を行うことにより断層画像を取得するＴＤ−ＯＣＴ装置であって、図６の光断層画像化装置２００と基本的に異なる点は光路長調整手段および干渉光検出手段の機能である。図７の光断層画像化装置３００において図６の光断層画像化装置２００と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。

光断層画像化装置３００の光路長調整手段３２０は、光断層画像化装置１００の光路長調整手段２０と同様の構成を有するが、測定対象Ｓ内の測定位置を深さ方向に変化させるために、参照光Ｌ２の光路長を変える機能を有している。さらに、光断層画像化装置３００では、参照光Ｌ２の光路中（光ファイバＰＦＢ３）に位相変調器３２５が配置されており、参照光Ｌ２に対しわずかな周波数シフトを与える機能を有している。そして、光路長調整手段２０および位相変調器３２５により光路長の変更および周波数シフトがなされた参照光Ｌ２が合波手段４に導波されるようになっている。

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

ここで、第３の実施形態の光断層画像化装置３００においても、第１の実施形態と同様に、光ファイバＰＦＢ１、ＰＦＢ２、ＰＦＢ３、ＰＦＢ４、ＰＦＢ５は全て、偏波保存ファイバであり、光分割手段３および光コネクタＣ１も、偏波保存型光ファイバカプラである。また、光源ユニット２１０から射出される直線偏光のレーザ光Ｌの偏光方向と光ファイバＰＦＢ１の偏光軸の方向とが一致するように光結合されており、光ファイバＰＦＢ１、ＰＦＢ２、ＰＦＢ３、ＰＦＢ４の偏光軸、光分割手段３の偏光軸、光コネクタＣ１の偏光軸、これら全ての方向が一致するように光結合されている。そして、光ファイバＰＦＢ５の長さはビート長の半分の整数倍の長さになるように構成されている。

よって、以上説明した第３の実施形態による光断層画像化装置３００においても、第１の実施形態の光断層画像化装置１００と同様の効果が得られ、プローブ３０が回転しても、測定対象Ｓに照射する測定光Ｌ１が、常に偏光方向の定まった直線偏光になるため、安定して良好な画質の断層画像を取得することができる。

次に、本発明の第４の実施形態による光断層画像化装置について図８を参照して説明する。なお、第４の実施形態である光断層画像化装置４００は、図１の光断層画像化装置１００と比較して、プローブ３０の代わりにプローブ４３１を用い、プローブ４３１と光分割手段３の間の光路に偏光方向回転手段７０を設けた点が基本的に異なる。図８の光断層画像化装置４００において、図１の光断層画像化装置１００と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。

プローブ４３１は、プローブ３０の光ファイバＰＦＢ５の代りに光ファイバＰＦＢ６を用いた点のみがプローブ３０と異なる。光ファイバＰＦＢ６は、光ファイバＰＦＢ５と同様に偏波保存ファイバであるが、その長さは特に設定されていない点が光ファイバＰＦＢ５と異なる。プローブ４３１は、プローブ３０同様、光ファイバＰＦＢ６の周方向にプローブ４３１全体が回転可能に構成されている。

偏光方向回転手段７０は、１／２波長板７１と、その両側に配置された２つのコリメートレンズ７２ａ、７２ｂとから構成される。１／２波長板７１は、固有の偏光軸をもち、直線偏光の状態は維持したままでその偏光方向のみを回転させる機能を有するものである。１／２波長板７１を角度θだけ回転させると、入射した直線偏光に対し偏光方向が２θ回転した直線偏光が射出される。光断層画像化装置４００では、１／２波長板７１は、光軸の周りに回転可能に構成されている。

図９に、光ファイバＰＦＢ２、１／２波長板７１、光ファイバＰＦＢ６およびこれらを伝播する直線偏光の様子を模式的に示す。光ファイバＰＦＢ６は、プローブ４３１とともに回転し、これに伴い、光ファイバＰＦＢ６の偏光軸の方向と光ファイバＰＦＢ６へ入射する直線偏光の偏光方向とが一致した状態を維持するように、不図示の制御手段により１／２波長板７１も回転する。より詳しくは、１／２波長板７１の回転速度は、プローブ４３１の回転速度の１／２となるように制御されている。上記構成により、光ファイバＰＦＢ６から測定対象Ｓに照射される光は、プローブ４３１が回転しても、必ず直線偏光となり、その偏光方向も決まったものとなる。なお、図９では光ファイバＰＦＢ２と光ファイバＰＦＢ６の１つの偏光軸の方向を一点鎖線で示し、入射および射出する直線偏光の偏光方向を矢印で示している。

よって、以上説明した第４の実施形態による光断層画像化装置４００においても、第１の実施形態の光断層画像化装置１００と同様の効果が得られ、プローブ３０が回転しても、測定対象Ｓに照射する測定光Ｌ１が、常に偏光方向の定まった直線偏光になるため、安定して良好な画質の断層画像を取得することができる。

次に、本発明の第５の実施形態による光断層画像化装置について図１０を参照して説明する。なお、第５の実施形態である光断層画像化装置５００は、図８の光断層画像化装置４００と比較して、プローブの内部以外はバルク光学系で導波した点が基本的に異なる。図１０の光断層画像化装置５００において、図１の光断層画像化装置１００および図８の光断層画像化装置４００と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。

光断層画像化装置５００は、光Ｌを射出する光源ユニット５１０と、光源ユニット１０から射出された光Ｌを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割する光分割手段５０２と、光分割手段５０２により分割された参照光Ｌ２の光路長を調整する光路長調整手段５２０と、光分割手段５０２により分割された測定光Ｌ１を測定対象Ｓまで導波するプローブ４３１と、プローブ４３１から測定光Ｌ１が測定対象Ｓに照射されたときの測定対象からの反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とを合波する合波手段５０４と、合波手段５０４により合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出する干渉光検出手段４０と、干渉光検出手段４０により検出された干渉光Ｌ４を周波数解析することにより測定対象Ｓの断層画像を取得する画像取得手段５０と、プローブ４３１へ入射する測定光Ｌ１の偏光方向を回転させる偏光方向回転手段５７０とを有している。

光源ユニット５１０は図１の光源ユニット１０からレンズ１１ｂを省いたものであり、光路長調整手段５２０は図１の光路長調整手段２０から第１光学レンズ２１ａを省いたものであり、偏光方向回転手段５７０は図８の偏光方向回転手段７０からコリメートレンズ７２ａを省いたものであり、それぞれ平行光を射出する構成または平行光が入射する構成となっている。

光分割手段５０２は、合波手段５０４を兼ねるものであり、所定の光量比に基づき光を分割・合波するビームスプリッタである。なお、図１０では、プレート状のビームスプリッタを図示しているが、キューブ状のものを用いてもよい。光源ユニット５１０と光分割手段５０２の間、光分割手段５０２と光路長調整手段２０の間にはそれぞれ、光路折り曲げ用のミラー５０１、５０３が配置されている。

光断層画像化装置５００においても、光断層画像化装置４００と同様に、１／２波長板７１は、光軸の周りに回転可能に構成されており、光ファイバＰＦＢ６の偏光軸と、偏光方向回転手段７０から光ファイバＰＦＢ６へ入射する直線偏光の偏光方向が一致した状態を維持するように、プローブ４３１の回転に伴い、不図示の制御手段により１／２波長板７１が回転される。

よって、以上説明した第５の実施形態による光断層画像化装置５００においても、第１の実施形態の光断層画像化装置１００と同様の効果が得られ、プローブ４３１が回転しても、測定対象Ｓに照射する測定光Ｌ１が、常に偏光方向の定まった直線偏光になるため、安定して良好な画質の断層画像を取得することができる。また、プローブ内は偏波保存ファイバを用い、その他の部分はバルク光学系を用いて導波しているため、測定環境による偏光状態の変動を防止して、再現性良く安定的に良好な画質の断層画像を取得することができる。

次に、本発明の第６の実施形態による光断層画像化装置について図１１を参照して説明する。なお、第６の実施形態である光断層画像化装置６００は、測定対象Ｓの旋光性の測定を可能にしたものであり、図８の光断層画像化装置４００と比較して、光路長調整手段２０の代りに１／２波長板２７が設けられた光路長調整手段６２０を用いた点、および干渉光検出手段６４０の構成が基本的に異なる。図１１の光断層画像化装置６００において図８の光断層画像化装置４００と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。

光路長調整手段６２０は、光路長調整手段２０の第１光学レンズ２１ａと第２光学レンズ２１ｂの間に、１／２波長板２７を配置した構成を有する。光断層画像化装置６００では、図１２に示すように、光路長調整手段６２０から光ファイバＰＦＢ３に入射する参照光Ｌ２の偏光方向が、光ファイバＰＦＢ３の偏光軸の方向に対して４５度の角度をなすように、すなわち、光ファイバＰＦＢ２を伝播する測定光Ｌ１の偏光方向と４５度の角度をなすように、１／２波長板２７の偏光軸の方向が設定されている。図１２では光ファイバＰＦＢ３の２つの偏光軸の方向を点線で示し、光路長調整手段６２０から光ファイバＰＦＢ３に向かって射出される参照光Ｌ２の偏光方向を矢印で示している。

なお、図１１では、光ファイバＰＦＢ１、ＰＦＢ２、ＰＦＢ３、ＰＦＢ４それぞれの２つの偏光軸の方向は紙面に平行および垂直としており、光源ユニット１０から射出されたレーザ光Ｌおよび光ファイバＰＦＢ２を伝播する測定光Ｌ１の偏光方向は紙面に平行としている。したがって、光ファイバＰＦＢ３に入射する参照光Ｌ２は、偏光方向が紙面に平行な偏光成分の光（以下、水平偏光という）と偏光方向が紙面に垂直な偏光成分の光（以下、垂直偏光という）を含むことになる。

測定対象Ｓが旋光性を持たない場合は、反射光Ｌ３は測定光Ｌ１と同方向の偏光方向の光となる。測定対象Ｓが旋光性を持つ場合は、反射光Ｌ３の偏光方向が測定光Ｌ１のものから回転し、光ファイバＰＦＢ２を伝播する反射光Ｌ３は、水平偏光および垂直偏光の両方の偏光成分を含むことになる。この場合、合波手段４において、参照光Ｌ２と反射光Ｌ３の水平偏光と垂直偏光の偏光成分の光がそれぞれ干渉し、この干渉光Ｌ４は干渉光検出手段６４０で検出される。

干渉光検出手段６４０は、光ファイバＰＦＢ４からの射出光を平行光にするコリメータレンズ６４１と、偏光ビームスプリッタ６４２と、２つの集光レンズ６４３ａ、６４３ｂと、２つの光検出器６４４ａ、６４４ｂと、演算手段６４５とを有する。

干渉光検出手段６４０に入射した干渉光Ｌ４は、コリメータレンズ６４１で平行光にされた後、偏光ビームスプリッタ６４２により、Ｐ偏光とＳ偏光に分離される。図１１に示す例では、Ｐ偏光とＳ偏光はそれぞれ、水平偏光、垂直偏光に相当する。偏光ビームスプリッタ６４２で反射されたＳ偏光は、集光レンズ６４３ａで集光されて光検出器６４４ａに入射する。偏光ビームスプリッタ６４２を透過したＰ偏光は、集光レンズ６４３ｂで集光されて光検出器６４４ｂに入射する。光検出器６４４ａ、６４４ｂの出力は演算手段６４５に送信されて、演算手段６４５では、Ｐ偏光、Ｓ偏光ごとに演算処理が行われ、測定対象Ｓの偏光特性を検出することができる。演算手段６４５の計算結果は画像取得手段５０に送信される。以下の解析は、Ｐ偏光、Ｓ偏光ごとに処理される以外は、第１の実施の形態と同様である。

測定対象Ｓの旋光性に依存して、反射光Ｌ３の偏光方向の回転量が決まり、これが水平偏光および垂直偏光の強度比に表れるため、干渉光検出手段６４０でＰ偏光、Ｓ偏光ごとに解析することにより、測定対象Ｓの旋光性を測定することができる。

以上説明したように、光断層画像化装置６００においても、第１の実施形態の光断層画像化装置１００と同様の効果が得られ、プローブ４３１が回転しても、測定対象Ｓに照射する測定光Ｌ１が、常に偏光方向の定まった直線偏光になるため、安定して良好な画質の断層画像を取得することができる。さらに、光断層画像化装置６００では、測定対象Ｓの旋光性を測定することができる。

次に、本発明の第７の実施形態による光断層画像化装置について図１３を参照して説明する。なお、第７の実施形態である光断層画像化装置７００は、図１０の光断層画像化装置５００と同様のバルク光学系を用いて、図１１の光断層画像化装置６００と同様の機能を有する光断層画像化装置を実現した点が特徴である。図１２の光断層画像化装置７００において、図１０の光断層画像化装置５００および図１１の光断層画像化装置６００と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。

光断層画像化装置７００は、具体的には、光断層画像化装置５００と比較して、光断層画像化装置５００の光分割手段５０２とミラー５０３の間に１／２波長板７０１を追加し、光断層画像化装置５００の干渉光検出手段４０の代りに干渉光検出手段７４０を用いた点が異なる。干渉光検出手段７４０は、図１１の光断層画像化装置６００の干渉光検出手段６４０からコリメータレンズ６４１を省いた構成を有する。

１／２波長板７０１は、光断層画像化装置６００の１／２波長板２７と同様に、その偏光軸と入射光の偏光方向を設定して、１／２波長板７０１から合波手段５０４に入射する参照光Ｌ２の偏光方向が、光分割手段５０２から偏光方向回転手段５７０へ入射する測定光Ｌ１の偏光方向と４５度の角度をなすように構成されており、これにより、１／２波長板７０１から合波手段５０４に入射する光は、水平偏光と垂直偏光を含むことになる。

光断層画像化装置７００においても、測定対象Ｓが旋光性を持つ場合は、反射光Ｌ３の偏光方向が測定光Ｌ１のものから回転し、偏光方向回転手段５７０から合波手段５０４へ向かう反射光Ｌ３は、水平偏光および垂直偏光の両方の偏光成分を含むことになる。そして、合波手段４において、参照光Ｌ２と反射光Ｌ３の水平偏光と垂直偏光の偏光成分の光がそれぞれ干渉し、この干渉光Ｌ４は干渉光検出手段７４０で検出される。

干渉光検出手段７４０では、干渉光Ｌ４は偏光ビームスプリッタ６４２によりＰ偏光とＳ偏光に分離された後、干渉光検出手段６４０における処理と同様に、Ｐ偏光、Ｓ偏光ごとに解析され、測定対象Ｓの旋光性を測定することができる。

よって、光断層画像化装置７００においても、第１の実施形態の光断層画像化装置１００と同様の効果が得られ、プローブ４３１が回転しても、測定対象Ｓに照射する測定光Ｌ１が、常に偏光方向の定まった直線偏光になるため、安定して良好な画質の断層画像を取得することができる。さらに、光断層画像化装置７００では、測定対象Ｓの旋光性を測定することができる。

次に、図１３の光断層画像化装置７００の変形例である光断層画像化装置８００について図１４を参照して説明する。なお、第８の実施形態である光断層画像化装置８００は、測定対象Ｓの旋光性の測定を可能にしたものであり、図１３の光断層画像化装置７００と比較して、プローブ４３１の代わりに回転しないプローブ８３０を用い、偏光方向回転手段を備えていない点が基本的に異なる。図１４の光断層画像化装置８００において、図１３の光断層画像化装置７００と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。

プローブ８３０は、先端が閉じられた円筒状のプローブ外筒の内部空間に、該外筒の軸方向に延びるように配設された光ファイバＰＦＢ６と、光ファイバＰＦＢ６の先端から射出した光Ｌ１を平行光化するコリメータレンズ３１と、このコリメータレンズ３１から出射した測定光Ｌ１を反射させる走査ミラー８３２と、この走査ミラー８３２で反射した測定光Ｌ１を測定対象Ｓ内で収束するように集光する集光レンズ３３とから構成されている。プローブ８３０は、プローブ４３１と異なり、光ファイバＰＦＢ６の周方向に回転可能の構成とはなっておらず、走査ミラー８３２が不図示の駆動手段により駆動されることにより、測定対象Ｓを走査して測定することができる。

光分割手段５０２からの測定光Ｌ１は光学レンズ８２により集光されてプローブ８３０に入射し、プローブ８３０を射出した反射光Ｌ３は光学レンズ８２により平行光に変換されて合波手段５０４に入射する。

光断層画像化装置８００においても、合波手段５０４に入射する参照光Ｌ２の偏光方向と、光分割手段５０２から光ファイバＰＦＢ６へ入射する測定光Ｌ１の偏光方向とが４５度の角度になるように、１／２波長板７０１が設けられている。また、Ｐ偏光、Ｓ偏光ごとに解析可能な干渉光検出手段７４０が設けられている。

よって、以上説明した変形例の光断層画像化装置８００においても、第７の実施形態の光断層画像化装置７００と同様に、測定対象Ｓの旋光性を測定することができる。

なお、ＳＳ−ＯＣＴ装置の光源ユニットは、上記実施形態のポリゴンミラーを回転させる方法以外にグレーティングを回転、振動させたりする方法や、エタロンを用いてそのエタロンの間隔を掃引する方法や、更にループ状の光路を形成する二本のファイバの入力端面と出射端面にエタロンを配置してそのエタロンの間隔を掃引する方法等の他の波長掃引方法を利用したチューニング光源ユニットを採用しても良い。

前述の実施形態とは異なる光源ユニットを用いたＳＳ−ＯＣＴ装置の一例として、本発明の第８の実施形態による光断層画像化装置１０６について、図１５を参照しながら説明する。光断層画像化装置１０６は、ファイバリングレーザ型の光源ユニット６１０を用いたものであり、図１の光断層画像化装置１００と比して、基本的に光源ユニットの構成が異なるだけであるため、図１の光断層画像化装置１００と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。

光源ユニット６１０は、図１５に示すように、光増幅手段であるＳＯＡ（ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＯｐｔｉｃａｌＡｍｐｌｉｆｉｅｒ：半導体光増幅器）６１１と、リング状の光路を形成してＳＯＡ６１１から出力された光の一部を帰還光としてＳＯＡ６１１に導波する偏波保存ファイバである光ファイバＰＦＢ１１と、この帰還光の波長を選択するＦＦＰ−ＴＦ（ＦｉｂｅｒＦａｂｒｙＰｅｒｏｔ − ＴｕｎａｂｌｅＦｉｌｔｅｒ）６１２と、ＦＦＰ−ＴＦ６１２を制御する制御手段６１３とを有している。

また光源ユニット６１０は、光ファイバＰＦＢ１１の途中に設けられた光カプラ６１５と、光ファイバＰＦＢ１１の途中に設けられて光ファイバＰＦＢ１１を伝播する光の進行方向を決定する２つのアイソレータ６１６ａ、６１６ｂとを有している。光カプラ６１５には、さらに偏波保存ファイバである光ファイバＰＦＢ１２が接続されており、この光ファイバＰＦＢ１２はコネクタ６１７により光ファイバＰＦＢ１と接続されている。

コネクタ６１７は、ＡＰＣ（Ａｎｇｌｅｄｐｈｙｓｉｃａｌｃｏｎｔａｃｔ）タイプのコネクタであり、このタイプのコネクタを用いることによりコネクタ（光ファイバ）の接続端面からの反射戻り光を極限にまで低減し、断層画像の画質劣化を防止することができる。

ＳＯＡ６１１は、駆動電流の注入により微弱な放出光を一端側に接続された光ファイバに出力するとともに、他端側の光ファイバから入力された光を増幅する機能を有している。このＳＯＡ６１１の機能により、光ファイバＰＦＢ１１により形成されるリング状の共振器においてレーザ光が発振し、このレーザ光の一部が光カプラ６１５により分岐され、光ファイバＰＦＢ１２により光源ユニット６１０の外部へ射出される。

ＦＦＰ−ＴＦ６１２は、ファブリーペロー型波長可変フィルタであり、特定波長の光のみ透過させる。この特定波長は制御手段６１３により設定される。ＦＦＰ−ＴＦ６１２および制御手段６１３は波長選択手段として機能し、これらにより、リング状の共振器内で発振するレーザ光の波長が選択可能となり、光源ユニット６１０は一定の周期で波長掃引することができる。

一方、図１に示す光源ユニット１０では、半導体レーザ媒質１２を一度出射したビームが、各種光学部品を経由してポリゴンミラーまで到達した後、回転するポリゴンミラーにより反射されて再び各種光学部品を経て半導体レーザ媒質１２へ正確に帰還する必要がある。このような回転体の反射面により波長掃引を行う系は、高精度が要求されるものであり、微小の光軸ずれに対して弱く、波長掃引が不安定になるという欠点がある。これに対して、光源ユニット６１０は機械的に安定なＦＦＰ−ＴＦを用いているため、安定して波長掃引を行うことができる。

光源ユニット６１０において、ＳＯＡ６１１から射出されるレーザ光の偏光方向と、光源ユニット６１０内の光を導波する光ファイバＰＦＢ１１の１つの偏光軸の方向とは一致するように光結合されている。そして、光カプラ６１５において、伝搬する光の偏光方向が保存されるように光ファイバＰＦＢ１１と光ファイバＰＦＢ１２とは偏光軸を一致させて光結合されている。同様に、コネクタ６１７においても、伝搬する光の偏光方向が保存されるように光ファイバＰＦＢ１２と光ファイバＰＦＢ１とは偏光軸を一致させて光結合されている。光カプラ６１５は、偏波保存型光ファイバカプラであるか、あるいは同程度に偏光状態を保存可能なカプラであることが好ましい。

したがって、光断層画像化装置１０６は、光源ユニット内の光路に偏波保存ファイバを用い、かつシステム全体で偏光状態を保存できる構成としているため、偏光の揺らぎのない安定したシステムを実現できる。

なお、非特許文献１にもＦＦＰ−ＴＦを用いたファイバリングレーザ型の光源ユニットが記載されているが、非特許文献１には偏波保存ファイバを用いる記載はなく、光源ユニット内の偏光方向の保存についての考慮はされていない。そのため、非特許文献１の光源ユニットを光断層画像化装置にそのまま適用したのでは、偏光の変動が生じ、信号強度レベルが変化する虞があると考えられる。

上記実施形態で説明した光源ユニット６１０は、ＳＳ−ＯＣＴ装置であれば他の形態の光断層画像化装置にも適用可能である。光源ユニット６１０を用いた別の例として、図１６を参照しながら、本発明の第９の実施形態による光断層画像化装置７０６について説明する。光断層画像化装置７０６は、光源ユニット以後の光路をバルク光学系で構成したものであり、基本的には図１３の光断層画像化装置７００の光源ユニット５１０の代わりに光源ユニット６１０を用いた構成を有する。図１６に光断層画像化装置７０６の構成を示し、前述の実施形態と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。

光断層画像化装置７０６においては、光源ユニット６１０からの光は光ファイバＰＦＢ１２から射出され、レンズ７１１によりコリメートされて平行光になった後、ミラー５０１に入射する。ここで、ミラー５０１に入射する光の偏光方向が、光断層画像化装置７００のものと同様になるようにしておけば、以後の動作は光断層画像化装置７００と同様になる。

なお、以上の実施形態では、マイケルソン型干渉計を用いた光断層画像化装置を例にとり説明したが、本発明は他のタイプの干渉計を用いた光断層画像化装置にも適用可能である。一例として、図１７を参照しながら、マッハツェンダー型干渉計を用いた例について説明する。図１７は、本発明の第１０の実施形態による光断層画像化装置１０００の構成を示す図である。なお、図１７は光断層画像化装置１０００が備える干渉計１１０の構成を重点的に示すものであり、光断層画像化装置１０００が備える前述の実施形態と同様の構成の光源ユニット６１０、プローブ３０については簡略化して示し、画像取得手段および表示装置については図示を省略している。

干渉計１１０はマッハツェンダー型の干渉計であって、筐体１１０Ａに各種光学部品を収容することにより構成されている。光源ユニット６１０およびプローブ３０は筐体１１０Ａ外に設けられ、光源ユニット６１０と干渉計１１０の間の光の導波には光ファイバＰＦＢ１２が用いられ、プローブ３０と干渉計１１０の間の光の導波には光ファイバＰＦＢ４０が用いられている。光ファイバＰＦＢ１２、光ファイバＰＦＢ４０、および筐体１１０Ａ内部の光の導波に用いられている光ファイバは全て偏波保存ファイバであり、これらは偏光方向が保存されるように光結合されている。

筐体１１０Ａ内外の光ファイバの接続には筐体１１０Ａの一面に配設されたコネクタＡＰＣが用いられている。コネクタＡＰＣは、ＡＰＣタイプのコネクタであり、このタイプのコネクタを用いることによりコネクタ（光ファイバ）の接続端面からの反射戻り光を極限にまで低減し、断層画像の画質劣化を防止することができる。

干渉計１１０は、光源ユニット６１０から射出された光Ｌを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割する光分割手段１０３と、光分割手段１０３により分割された測定光Ｌ１が測定対象Ｓに照射されたときの測定対象Ｓからの反射光Ｌ３と参照光Ｌ２とを合波する合波手段１０４と、合波手段１０４により合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出する干渉光検出手段１４０とを備えている。

光源ユニット６１０から射出された光Ｌは光ファイバＰＦＢ１２により導波されてコネクタＡＰＣを経由して筐体１１０Ａ内に入射後、光ファイバＰＦＢ４１により導波されて光分割手段１０３に入射する。光分割手段１０３は、たとえば２×２の光ファイバカプラからなっており、光Ｌを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２とに分割する。このとき、光分割手段１０３は、たとえば測定光Ｌ１：参照光Ｌ２＝９９：１の割合で分割する。光分割手段１０３は、２つの光ファイバＰＦＢ４２、ＰＦＢ４３にそれぞれ光学的に接続されており、分割された測定光Ｌ１は光ファイバＰＦＢ４２側に入射され、参照光Ｌ２は光ファイバＰＦＢ４３側に入射されるようになっている。

光ファイバＰＦＢ４２には光サーキュレータ１７が接続されており、光サーキュレータ１７には光ファイバＰＦＢ４４、ＰＦＢ４５がそれぞれ接続されている。光ファイバＰＦＢ４４はコネクタＡＰＣに接続され、このコネクタＡＰＣには筐体１１０Ａ外の光ファイバＰＦＢ４０が接続されている。光ファイバＰＦＢ４０には測定光Ｌ１を測定対象Ｓまで導波するプローブ３０が接続されており、プローブ３０から射出した測定光Ｌ１は測定対象Ｓに照射される。また、測定対象Ｓで反射された反射光Ｌ３は光ファイバＰＦＢ４０、コネクタＡＰＣ、光ファイバＰＦＢ４４を介して光サーキュレータ１７に入射し、光サーキュレータ１７から光ファイバＰＦＢ４５側に射出されるようになっている。

一方、光ファイバＰＦＢ４３には光サーキュレータ１８が接続されており、光サーキュレータ１８には光ファイバＰＦＢ４６、ＰＦＢ４７がそれぞれ接続されている。光ファイバＰＦＢ４６には、断層画像の取得領域を調整するために参照光Ｌ２の光路長を変更する光路長調整手段７２０が接続されている。光路長調整手段７２０は、筐体１１０Ａ外に設けられた光路長を粗調整する光路長粗調整用光ファイバ７２０Ａと、筐体１１０Ａ内に設けられた光路長を微調整する光路長微調整手段７２０Ｂとを有している。

光路長粗調整用光ファイバ７２０Ａは、一端側が光ファイバＰＦＢ４７に対し着脱可能に接続されており、他端側が光路長微調整手段７２０Ｂに着脱可能に接続されている。光路長粗調整用光ファイバ７２０Ａは予め異なる長さのものが複数用意されており、必要に応じて適切な長さの光路長粗調整用光ファイバ７２０Ａが適宜取り付けられる。なお、この光路長粗調整用光ファイバ７２０Ａは、光ファイバＰＦＢ４７および光路長微調整手段７２０ＢとＡＰＣコネクタを用いて接続されている。

光路長微調整手段７２０Ｂは、コネクタＡＰＣに接続された光ファイバＰＦＢ４８と、光ファイバＰＦＢ４８から射出された参照光Ｌ２を平行光化するコリメートレンズ７２１と、コリメートレンズ７２１により平行光化された参照光Ｌ２を反射する反射ミラー７２２と、反射ミラー７２２により反射された参照光Ｌ２を再び反射ミラー７２２へ帰還させて入射光と逆方向に同一光路を進行させる光ターミネータ７２３等を有している。反射ミラー７２２は、不図示の可動ステージ上に固定されており、この可動ステージが移動することにより反射ミラー７２２が図７の参照光Ｌ２の光軸方向（矢印Ｂ方向）に移動し、これにより、参照光Ｌ２の光路長が変更する。この可動ステージの移動は、使用者が光路長調整操作部７２４を操作することにより行われる。

合波手段１０４は、２×２の光ファイバカプラからなり、光ファイバＰＦＢ４５により導波された反射光Ｌ３と、光ファイバＰＦＢ４８により導波された参照光Ｌ２とを合波するものである。合波手段１０４での合波により干渉光が生じ、この干渉光は合波手段１０４により二分されて２つの干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂとなり、それぞれ光ファイバＰＦＢ４９、ＰＦＢ５０へ射出される。つまり、合波手段４は、反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光を２つの干渉光に分岐する光分岐手段としても機能している。

光ファイバＰＦＢ４９，ＰＦＢ５０によりそれぞれ導波された干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂはともに可変光アッテネータ８０を経由した後、干渉光検出手段１４０に入射する。可変光アッテネータ８０は、２つの可変光アッテネータ８０Ａ、８０Ｂを有している。これら可変光アッテネータ８０Ａ、８０Ｂは干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂのそれぞれの光量を各波長帯域毎に異なる減衰率で減衰し、干渉光検出手段１４０側に射出するものである。なお、干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂ毎にそれぞれ可変光アッテネータ８０Ａ、８０Ｂが設けられている。

可変光アッテネータ８０Ａの具体的構成としては例えば、円盤状の減光フィルタと、この減光フィルタを円盤の中心軸の周りに回転させる駆動手段とから構成できる。そして、この減光フィルタは、たとえば円周方向に沿って濃度が異なり、光の減衰率（透過率）が異なるＮＤ（ｎｅｕｔｒａｌｄｅｎｓｉｔｙ）からなるように構成しておく。この減光フィルタの一部に干渉光Ｌ４ａを入射させ、減光フィルタの回転に伴い干渉光Ｌ４ａが透過するときの減衰率が変化するように構成すれば、干渉光Ｌ４ａの減衰率が時間変化することになる。なお、可変光アッテネータ８０Ｂも上記の可変光アッテネータ８０Ａと同様の構成を有するように構成してもよい。そして、可変光アッテネータ８０Ａ、８０Ｂによる減衰率は、各波長帯域において干渉光検出手段１４０が有する各光検出部４１、４２において検出される各干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂの光の強度レベルが略均等になるように設定することが好ましい。

よって、可変光アッテネータ８０Ａ、８０Ｂに時間変化とともに異なる波長の干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂが入射されたとき、可変光アッテネータ８０Ａ、８０Ｂは干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂを、波長変化に合わせて減衰率を変えて干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂをそれぞれ減衰する。これにより、後述する各光検出部４１、４２において検出される各干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂの光強度検出信号レベルが全波長帯域において略均等になり、干渉光検出手段１４０においてバランス検波するときのＳ／Ｎ比の向上を図ることができる。

ここで、光ファイバＰＦＢ４９は可変光アッテネータ８０の一面に設けられたコネクタＡＰＣを介して可変光アッテネータ８０内部の光ファイバＰＦＢ５１と接続されている。光ファイバＰＦＢ５１により可変光アッテネータ８０Ａまで導波された干渉光Ｌ４ａは、可変光アッテネータ８０Ａで減衰された後、光ファイバＰＦＢ５３により導波されて干渉光検出手段１４０に入射する。

同様に、光ファイバＰＦＢ５０は可変光アッテネータ８０の一面に設けられたコネクタＡＰＣを介して可変光アッテネータ８０内部の光ファイバＰＦＢ５２と接続されている。光ファイバＰＦＢ５２により可変光アッテネータ８０Ｂまで導波された干渉光Ｌ４ｂは、可変光アッテネータ８０Ｂで減衰された後、光ファイバＰＦＢ５４により導波されて干渉光検出手段１４０に入射する。

干渉光検出手段１４０は、干渉光Ｌ４ａを検出する光検出部４１と、干渉光Ｌ４ｂを検出する光検出部４２と、光検出部４１により検出された干渉光Ｌ４ａと光検出部４２により検出された干渉光Ｌ４ｂとの差分を干渉信号ＩＳとして出力する差分アンプ４３とを有している。第１光検出部４１、第２光検出部４２は、たとえばフォトダイオード等からなっており、可変光アッテネータ８０Ａ、８０Ｂを介して入射される各干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂを光電変換し差分アンプ４３に入力するものである。差分アンプ４３は各干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂの差分を増幅し干渉信号ＩＳとして出力するものである。このように、各干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂを差分アンプ４３によりバランス検波することにより、干渉信号ＩＳを増幅して出力しながら干渉信号ＩＳ以外の同相光雑音が除去することができ、断層画像Ｐの画質の向上を図ることができる。

また干渉光検出手段１４０から出力された干渉信号ＩＳは、増幅器４４により増幅された後、信号帯域フィルタ４５を介して不図示のＡ／Ｄ変換ユニットに出力される。この信号帯域フィルタ４５を設けることにより、干渉信号ＩＳからノイズを除去し、Ｓ／Ｎ比の向上を図ることができる。

なお、図１７において各可変光アッテネータ８０Ａ、８０Ｂを設けている場合について例示しているが、各可変光アッテネータ８０Ａ、８０Ｂを設けなくても各光検出部４１、４２における光強度バランスが全波長帯域において略均等である場合には、各可変光アッテネータ８０Ａ、８０Ｂは不要である。

また、上記説明では、各波長帯域毎にそれぞれ合波手段１０４における分岐比が異なるものであって、各可変光アッテネータ８０Ａ、８０Ｂは各波長帯域毎に減衰率を可変とする場合について例示しているが、各光検出部４１、４２において検出される各干渉光Ｌ４ａ、Ｌ４ｂの光強度レベルの特性が全波長帯域において一定である場合、減衰率を可変にする必要はなく、その特性に合わせた一定の減衰率のアッテネータを用いればよい。

なお、上記説明では、第１の実施形態でＳＳ−ＯＣＴ装置を例示し、第１の実施形態の発明の特徴をＳＤ−ＯＣＴ装置、ＴＤ−ＯＣＴ装置に適用したものを第２、第３の実施形態として説明した。同様に、第４〜第１０の実施形態および変形例の発明の特徴をＳＤ−ＯＣＴ装置、ＴＤ−ＯＣＴ装置に適用することも可能である。

なお、上記実施形態において、光分割手段や光コネクタ等に偏波保存型光ファイバカプラを用いたが、実用可能な程度の偏波保存性を有するコネクタやカプラであれば、必ずしも偏波保存型光ファイバカプラを用いなくてもよい。

本発明の第１の実施形態による光断層画像化装置の概略構成図ＰＡＮＤＡファイバの断面図光結合されている光ファイバの偏光軸の方向と該光ファイバを伝播する直線偏光の偏光方向を模式的に示す図偏波保存ファイバの偏光軸と４５度の角度をなす偏光方向の直線偏光が入射したときの光の進行および偏光状態の変化を模式的に示す図光結合されている光ファイバの偏光軸の方向と該光ファイバを伝播する直線偏光の偏光方向を模式的に示す図本発明の第２の実施形態による光断層画像化装置の概略構成図本発明の第３の実施形態による光断層画像化装置の概略構成図本発明の第４の実施形態による光断層画像化装置の概略構成図光結合されている光ファイバの偏光軸の方向と該光ファイバを伝播する直線偏光の偏光方向を模式的に示す図本発明の第５の実施形態による光断層画像化装置の概略構成図本発明の第６の実施形態による光断層画像化装置の概略構成図光ファイバの偏光軸の方向と入射光の偏光方向を示す図本発明の第７の実施形態による光断層画像化装置の概略構成図第７の実施形態の変形例による光断層画像化装置の概略構成図本発明の第８の実施形態による光断層画像化装置の概略構成図本発明の第９の実施形態による光断層画像化装置の概略構成図本発明の第１０の実施形態による光断層画像化装置の概略構成図

符号の説明

３、５０２光分割手段
４、５０４合波手段
１０、２１０、５１０光源ユニット
２０、３２０、５２０、６２０光路長調整手段
２１ａ第１光学レンズ
２１ｂ第２光学レンズ
２２反射ミラー
２３可動ステージ
２４ミラー移動手段
２７、７１、７０１１／２波長板
３０、４３１、８３０プローブ
３１コリメータレンズ
３２反射ミラー
３３集光レンズ
４０、２４０、６４０、７４０干渉光検出手段
５０画像取得手段
６０表示装置
７０、５７０偏光方向回転手段
１００、１０６、２００、３００、４００、５００、６００、７００、７０６、８００、１０００光断層画像化装置
Ｃ１光コネクタ
Ｌ光
Ｌ１測定光
Ｌ２参照光
Ｌ３反射光
Ｌ４干渉光
ＰＦＢ１、ＰＦＢ２、ＰＦＢ３、ＰＦＢ４、ＰＦＢ５、ＰＦＢ６光ファイバ
Ｓ測定対象

Claims

光を射出する光源ユニットと、
前記光源ユニットから射出された光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、
前記測定光を測定対象まで導波し、前記測定光が前記測定対象に照射されたときの該測定対象からの反射光を導波するプローブと、
前記反射光と前記参照光とを合波する合波手段と、
前記合波手段により合波された前記反射光と前記参照光との干渉光を検出する干渉光検出手段と、
前記干渉光検出手段により検出された前記干渉光から前記測定対象の断層画像を取得する画像取得手段とを備えた光断層画像化装置において、
前記プローブは、前記測定光および前記反射光を導波するための偏波保存ファイバが内部に配設されるとともに、該偏波保存ファイバの周方向に回転可能に構成されており、
前記偏波保存ファイバの長さが、該偏波保存ファイバと前記測定光の波長に基づいて定まるビート長の半分の整数倍であることを特徴とする光断層画像化装置。
光を射出する光源ユニットと、
前記光源ユニットから射出された光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、
前記測定光を測定対象まで導波し、前記測定光が前記測定対象に照射されたときの該測定対象からの反射光を導波するプローブと、
前記反射光と前記参照光とを合波する合波手段と、
前記合波手段により合波された前記反射光と前記参照光との干渉光を検出する干渉光検出手段と、
前記干渉光検出手段により検出された前記干渉光から前記測定対象の断層画像を取得する画像取得手段とを備えた光断層画像化装置において、
前記プローブは、前記測定光および前記反射光を導波するための偏波保存ファイバが内部に配設されるとともに、該偏波保存ファイバの周方向に回転可能に構成されており、
前記光分割手段から前記偏波保存ファイバへ入射する前記測定光の偏光方向と該偏波保存ファイバの偏光軸の方向とが一致した状態を維持するように、前記プローブの回転に伴い、前記光分割手段から前記偏波保存ファイバへ入射する前記測定光の偏光方向を回転させる偏光方向回転手段を設けたことを特徴とする光断層画像化装置。
前記測定対象に照射される前記測定光が第１の偏光方向の直線偏光であり、
前記合波手段に入射する前記参照光が、前記第１の偏光方向および前記第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向の２つの偏光成分の光を含み、
前記干渉光検出手段が前記２つの偏光成分ごとに検出するものであることを特徴とする請求項２記載の光断層画像化装置。
前記光源ユニットから前記光分割手段までの前記光の導波、前記光分割手段から前記プローブまでの前記測定光の導波、前記プローブから前記合波手段までの前記反射光の導波、および前記光分割手段から前記合波手段までの前記参照光の導波に、偏波保存ファイバを用いたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の光断層画像化装置。
前記光源ユニットが、波長を一定の周期で掃引したレーザ光を射出するものであり、
前記画像取得手段が、前記干渉光を周波数解析することにより前記測定対象の断層画像を取得するものであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の光断層画像化装置。
前記光源ユニットが、光増幅手段と、該光増幅手段から出力された光の一部を帰還光として前記光増幅手段に導波する偏波保存ファイバと、前記帰還光の波長を選択するファブリーペロー型波長可変フィルタと、を有することを特徴とする請求項５記載の光断層画像化装置。
前記光源ユニットが、低コヒーレント光を射出するものであり、
前記画像取得手段が、前記干渉光を周波数解析することにより前記測定対象の断層画像を取得するものであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の光断層画像化装置。