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JP2006300801A - Optical coherent tomography device - Google Patents

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JP2006300801A
JP2006300801A JP2005124610A JP2005124610A JP2006300801A JP 2006300801 A JP2006300801 A JP 2006300801A JP 2005124610 A JP2005124610 A JP 2005124610A JP 2005124610 A JP2005124610 A JP 2005124610A JP 2006300801 A JP2006300801 A JP 2006300801A
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JP
Japan
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light
intensity
optical
measurement
optical path
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2005124610A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeo Miyazawa
丈夫 宮澤
Ryoko Yoshimura
了行 吉村
Hiroyuki Ishii
啓之 石井
Koji Obayashi
康二 大林
Kimiya Shimizu
公也 清水
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Kitasato Gakuen Foundation
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Kitasato Gakuen Foundation
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Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp, Kitasato Gakuen Foundation filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2005124610A priority Critical patent/JP2006300801A/en
Priority to PCT/JP2006/300731 priority patent/WO2006077921A1/en
Priority to US11/814,219 priority patent/US20090002713A1/en
Priority to EP06711977A priority patent/EP1852692A1/en
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Abstract

【課題】 ダイナミックレンジの劣化の原因を除去し、測定範囲を広くしたオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置を提供する。
【解決手段】 オプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置において、オプティカルサーキュレータ35の光受入口から光送出口へ直接漏洩した測定光と参照光とが干渉することを防止する干渉防止手段(ファイバ43、44)を、測定光と参照光の光路に設け、更に、差動増幅器37からの反射を防止するアイソレータ45、46と、カプラ36からの2つの出力光の直流成分の差を小さくする可変アテネータ47を、カプラ36と差動増幅器37の間に設ける。
【選択図】 図6
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical coherent tomography apparatus in which a cause of deterioration of a dynamic range is removed and a measurement range is widened.
In the optical coherent tomography apparatus, interference preventing means (fibers 43, 44) for preventing interference between the measurement light leaked directly from the light receiving port of the optical circulator 35 to the light transmitting port and the reference light is provided. , Provided in the optical path of the measurement light and the reference light, and further, isolators 45 and 46 for preventing reflection from the differential amplifier 37, and a variable attenuator 47 for reducing the difference between the DC components of the two output lights from the coupler 36, Provided between the coupler 36 and the differential amplifier 37.
[Selection] Figure 6

Description

本発明は、オプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置に関し、例えば、塗装膜等の各種構造物や生体の断層像を、光の干渉現象を利用して測定するものである。   The present invention relates to an optical coherent tomography apparatus, for example, to measure various structures such as a coating film and a tomographic image of a living body using a light interference phenomenon.

(1)OFDR−OCT法の特徴
オプティカル・コヒーレント・トモグラフィー法(OCT法)は、光の干渉現象を利用した塗装膜等の構造物や生体の断層像の撮影法である(非特許文献1)。
OCT法は、医療分野で既に実用化されており、十数μmという高い分解能を生かして、網膜等の微細組織の断層像撮影に用いられている。これは、分解能が高いという積極的な理由からだけではなく、測定系に機械的駆動部分が存在するため、高速測定には不向きであり、このため、生体が静止可能な短時間の間に測定可能な範囲が、深さ方向で高々1〜2mmの狭い領域に限られるという消極的理由にもある。
(1) Features of OFDR-OCT method The optical coherent tomography method (OCT method) is a method for photographing a structure such as a coating film or a tomographic image of a living body using a light interference phenomenon (Non-Patent Document 1). .
The OCT method has already been put into practical use in the medical field, and is used for tomographic imaging of a fine tissue such as the retina by taking advantage of a high resolution of ten and several μm. This is not only for the positive reason that the resolution is high, but also because it has a mechanical drive part in the measurement system, so it is not suitable for high-speed measurement. There is also a negative reason that the possible range is limited to a narrow region of 1 to 2 mm at most in the depth direction.

本発明者等は、この問題を解決すべく新しいOCT法を開発し(非特許文献2)、前眼部の広い範囲の測定に成功している(非特許文献5)。この方法は、光源として可変波長光源を用いた全く新しい方法であり、機械的駆動部分が存在しないため極めて高速な測定が可能である。本発明者等は、この方法をOFDR−OCT法(0ptical-frequency-domain-reflectmetory-OCT)と呼んでいる。
以下に、この方法について説明する。なお、従来のOCT法は、OCDR−OCT法(0ptical-coherence-domain-reflectometory-OCT)と呼ぶこととする。
The present inventors have developed a new OCT method to solve this problem (Non-Patent Document 2) and succeeded in measuring a wide range of the anterior segment (Non-Patent Document 5). This method is a completely new method using a variable wavelength light source as a light source, and can measure very fast because there is no mechanical drive part. The present inventors call this method the OFDR-OCT method (0ptical-frequency-domain-reflectmetory-OCT).
This method will be described below. The conventional OCT method is referred to as an OCDR-OCT method (0ptical-coherence-domain-reflectometory-OCT).

(2)OFDR−OCT装置の構成
図13は、本発明者等が開発したOFDR−OCT法による前眼部の断層像撮影装置である。
超周期構造回折格子分布反射半導体レーザ光発生装置(非特許文献3)のような、波長を変化させながら光を出射できる可変波長光発生手段である可変波長光発生装置71の光出射口を、光を2分割(例えば、90:10)する方向性結合器等からなる第1カプラ72の光受入口に光学的に接続する。
(2) Configuration of OFDR-OCT Apparatus FIG. 13 is a tomographic imaging apparatus for the anterior segment by the OFDR-OCT method developed by the present inventors.
A light emitting port of a variable wavelength light generating device 71 that is a variable wavelength light generating means capable of emitting light while changing the wavelength, such as a super-periodic structure diffraction grating distributed reflection semiconductor laser light generating device (Non-patent Document 3), The light is optically connected to the light receiving port of the first coupler 72 including a directional coupler that divides the light into two (for example, 90:10).

方向性結合器等からなる第1カプラ72の一方側(分割割合90%側)の光送出口は、光を2分割(例えば、70:30)する方向性結合器等からなる分割手段である第2カプラ73の光受入口に光学的に接続している。   The light transmission port on one side (division ratio 90% side) of the first coupler 72 composed of a directional coupler or the like is a dividing means composed of a directional coupler or the like that divides light into two (for example, 70:30). Optically connected to the light receiving port of the second coupler 73.

第2カプラ73の一方側(分割割合70%側)の光送出口は、オプティカルサーキュレータ75(以降、サーキュレータと省略する。)からなる進行方向制御手段の光受入口に光学的に接続している。この第2カプラ73の他方側(分割割合30%側)の光送出口は、光を2分割(例えば、50:50)する方向性結合器等からなる合波手段である第3カプラ76の光受入口に光学的に接続している。サーキュレータ75の光送出口は、第3カプラ76の光受入口に光学的に接続している。又、サーキュレータ75の光送出/光受入口は、図14に示すような測定ヘッド90(測定光照射手段)に接続する。この測定ヘッド90は、測定対象である眼96によって測定光が反射又は後方散乱された信号光を捕捉する手段としても機能する(信号光捕捉手段)。つまり、測定ヘッド90は、測定光照射/信号光捕捉手段となる。   The light transmission port on one side (the division ratio 70% side) of the second coupler 73 is optically connected to the light receiving port of the traveling direction control means composed of an optical circulator 75 (hereinafter abbreviated as circulator). . The light transmission port on the other side of the second coupler 73 (the division ratio 30% side) is a third coupler 76 that is a multiplexing means including a directional coupler that divides light into two (for example, 50:50). Optically connected to the light receiving port. The light transmission port of the circulator 75 is optically connected to the light reception port of the third coupler 76. The light sending / receiving port of the circulator 75 is connected to a measuring head 90 (measuring light irradiating means) as shown in FIG. The measuring head 90 also functions as means for capturing signal light reflected or back-scattered by the eye 96 that is a measurement target (signal light capturing means). That is, the measurement head 90 serves as measurement light irradiation / signal light capturing means.

図14に示すように、測定ヘッド90は光ファイバを通ってきた測定光を平行ビームに整形するコリメートレンズ92と、この平行ビームを前眼部に集光するフォーカシングレンズ94と、測定光の進行方向を走査するガルバノミラー93とから構成されている。   As shown in FIG. 14, the measurement head 90 includes a collimating lens 92 that shapes the measurement light that has passed through the optical fiber into a parallel beam, a focusing lens 94 that condenses the parallel beam on the anterior eye portion, and the progress of the measurement light. It comprises a galvano mirror 93 that scans the direction.

この測定ヘッド90は、支持具85に支持された細隙灯顕微鏡95からスリット光(細隙光)照射系を外し、その空いた空間に取り付ける。細隙灯顕微鏡95の位置合わせ機能を利用することによって、被検者の眼96の所望の位置近くに測定光を誘導することができる。   The measuring head 90 is attached to the vacant space by removing the slit light (slit light) irradiation system from the slit lamp microscope 95 supported by the support 85. By utilizing the alignment function of the slit lamp microscope 95, the measurement light can be guided near a desired position of the eye 96 of the subject.

図13に示すように、第3カプラ76の一方側及び他方側の光送出口は、光検出機能を有する第1差動増幅器77の光受入口に光学的に接続している。第1差動増幅器77のLog出力部は、入力された信号強度の変動を補正演算する第2差動増幅器78の一方の入力部に電気的に接続している。   As shown in FIG. 13, the light transmission ports on one side and the other side of the third coupler 76 are optically connected to the light reception port of the first differential amplifier 77 having a light detection function. The Log output section of the first differential amplifier 77 is electrically connected to one input section of the second differential amplifier 78 that corrects and calculates fluctuations in the input signal intensity.

他方、第1カプラ72の他方側(分割割合10%側)の光送出口は、光検出器79の光受入口に光学的に接続している。光検出器79の出力部は、Logアンプ80の入力部に電気的に接続している。Logアンプ80のLog出力部は、第2差動増幅器78の他方の入力部に電気的に接続している。   On the other hand, the light transmission port on the other side (the division ratio 10% side) of the first coupler 72 is optically connected to the light reception port of the photodetector 79. The output part of the photodetector 79 is electrically connected to the input part of the Log amplifier 80. The Log output unit of the Log amplifier 80 is electrically connected to the other input unit of the second differential amplifier 78.

第2差動増幅器78の出力部は、コヒーレンス干渉波形、即ち、反射又は後方散乱強度分布を合成する演算制御装置81の入力部に図示しないアナログ/デジタル変換機を介して電気的に接続している。演算制御装置81の出力部は、演算結果を表示するモニタやプリンタ等の表示装置82の入力部に電気的に接続している。この演算制御装置81は、入力された情報に基づいて可変波長光発生装置71及びガルバノミラー93を制御することができるようになっている。   The output section of the second differential amplifier 78 is electrically connected to the input section of the arithmetic control device 81 for synthesizing the coherence interference waveform, that is, the reflection or backscattering intensity distribution, via an analog / digital converter (not shown). Yes. The output unit of the calculation control device 81 is electrically connected to the input unit of the display device 82 such as a monitor or a printer that displays the calculation result. The arithmetic and control unit 81 can control the variable wavelength light generator 71 and the galvanometer mirror 93 based on the input information.

(3)OFDR−OCT法の測定原理
測定対象、例えば、前眼部によって、測定光(第2カプラ73で70%に分割されたレーザ光)が反射又は後方散乱されて生じた信号光は、第3カプラ76によって参照光(第2カプラ73で30%に分割された可変波長光)と合波され干渉する。
(3) Measurement principle of OFDR-OCT method The signal light generated by the measurement object (for example, the laser beam divided into 70% by the second coupler 73) reflected or back-scattered by the anterior segment is as follows. The third coupler 76 combines and interferes with reference light (variable wavelength light divided by 30% by the second coupler 73).

合波された光は直流成分と干渉成分の和であるが、第1差動増幅器77はこの干渉成分のみを抽出する。下記式(1)は、測定対対象が図15のように反射面100を1つだけ有するとした場合に、第1差動増幅器77によって検知される干渉成分Id(ki)の大きさを表したものである。 The combined light is the sum of the DC component and the interference component, but the first differential amplifier 77 extracts only this interference component. Equation (1) below indicates the magnitude of the interference component I d (k i ) detected by the first differential amplifier 77 when the object to be measured has only one reflecting surface 100 as shown in FIG. It represents.

Figure 2006300801
Figure 2006300801

2Lは、第2カプラ73で分割され、第3カプラ76で合波されるまでに第1分割光(分割比70%)が走行した光路長(光の走行距離に屈折率を乗じたもの。以下同じ。)と第2分割光(分割比30%)、即ち、参照光が走行した光路長との差であり、kiは可変波長光発生装置71が第i番目に放射する光の波数(=2π/λ、λは波長)、Is及びIrは、それぞれ測定対象によって反射又は後方散乱された光(信号光)の強度及び参照光の強度である。第1差動増幅器77は上記Id(ki)に比例した出力(正確には、その対数)を生成し、第2差動増幅器78は可変波長光発生装置71の出力の揺らぎを補正する。 2L is the optical path length traveled by the first split light (division ratio 70%) before being split by the second coupler 73 and multiplexed by the third coupler 76 (the travel distance of light multiplied by the refractive index). The same shall apply hereinafter) and the second split light (split ratio 30%), that is, the difference between the optical path length traveled by the reference light, and k i is the wave number of the light emitted from the variable wavelength light generator 71 in the i-th position. (= 2π / λ, λ is the wavelength), I s and I r is the intensity of the intensity and the reference light reflected or backscattered light (signal light) by the respective measured. The first differential amplifier 77 generates an output proportional to the above I d (k i ) (more precisely, its logarithm), and the second differential amplifier 78 corrects fluctuations in the output of the variable wavelength light generator 71. .

図15は、2L=0となる位置から距離Dだけ離れた位置に、反射面100が存在する場合を示している。反射面100で反射された光が2L=0の位置まで戻るまでに走行する距離は2Dになので、反射面の位置では2L=2Dとなる。従って、反射面の位置に対応するLの値はDである。   FIG. 15 shows a case where the reflecting surface 100 exists at a position away from the position where 2L = 0 by the distance D. Since the distance traveled until the light reflected by the reflecting surface 100 returns to the position of 2L = 0 is 2D, 2L = 2D at the position of the reflecting surface. Therefore, the value of L corresponding to the position of the reflecting surface is D.

断層像は、演算制御装置81によって、Id(ki)をフーリエ変換することによって合成される。以下に、断層像が構築される過程を説明する。 The tomographic image is synthesized by subjecting I d (k i ) to Fourier transform by the arithmetic and control unit 81. Hereinafter, a process of constructing a tomographic image will be described.

まず、Id(ki)についてフーリエ余弦変換及びフーリエ正弦変換を行う。即ち、下記式(2)、(3)を算出する。 First, Fourier cosine transformation and Fourier sine transformation are performed on I d (k i ). That is, the following formulas (2) and (3) are calculated.

Figure 2006300801
Figure 2006300801

ここで、zは位置座標である。Nは可変波長光源71の出射する波数の総数であり、波数間隔をΔk、波数走査の起点をk0+Δkとすると、kiは以下の式(4)で表される。なお、i=1,2,・・・,Nである。 Here, z is a position coordinate. N is the total number of wave numbers emitted from the variable wavelength light source 71. If the wave number interval is Δk and the starting point of wave number scanning is k 0 + Δk, k i is expressed by the following equation (4). Note that i = 1, 2,..., N.

Figure 2006300801
Figure 2006300801

次に、算出したYc(z)及びYs(z)から下記Yt(z)を求める。 Next, the following Y t (z) is obtained from the calculated Y c (z) and Y s (z).

Figure 2006300801
Figure 2006300801

上記式(5)のYt 2(z)、又は、その平方根Yt(z)が、測定対象の深さ方向に対する反射面(又は散乱面)の反射強度(又は後方散乱強度)の分布を表す。反射面が1つである本例の場合は、以下の式(6)で表される反射分布強度が得られる。 Y t 2 (z) of the above formula (5) or the square root Y t (z) represents the distribution of the reflection intensity (or back scattering intensity) of the reflection surface (or scattering surface) with respect to the depth direction of the measurement target. To express. In the case of this example having one reflecting surface, the reflection distribution intensity represented by the following formula (6) is obtained.

Figure 2006300801
Figure 2006300801

ここでB(z)は、以下の式(7)で表され、ノイズフロアの一部を形成する。   Here, B (z) is expressed by the following equation (7) and forms a part of the noise floor.

Figure 2006300801
Figure 2006300801

式(6)の第1項でx=(z−2L)/2×Δkとおくと、第1項は、(sin(N・x)/sinx)2となる。 If x = (z−2L) / 2 × Δk in the first term of Equation (6), the first term becomes (sin (N · x) / sinx) 2 .

この式は、x=0、即ち、z=2Lで大きな値N2になり、z=2Lから離れると急激にゼロに近づく。又、第2項においても、同様に、z=−2Lで大きな値N2になり、z=−2Lから離れると急激にゼロに近づく。即ち、この項は、折り返し像を生成する。 This equation has a large value N 2 when x = 0, that is, z = 2L, and approaches zero rapidly when moving away from z = 2L. Similarly, in the second term, a large value N 2 is obtained when z = −2L, and it approaches zero rapidly when it is away from z = −2L. That is, this term generates a folded image.

従って、x=z/2を横軸にとり、縦軸yにYt 2(2x)をプロットすることにより、x=±Lでy=N2・Ir・Isとなり、それ以外の位置では略0となる。 Accordingly, by plotting x = z / 2 on the horizontal axis and Y t 2 (2x) on the vertical axis y, y = N 2 · I r · I s is obtained when x = ± L, and at other positions. It becomes substantially zero.

通常は、x<0には測定対象が存在しないように光路長を調整し、x≧0に対してのみ、Yt 2(2x)をプロットする。従って、Yt 2(2x)をxに対してプロットしても折り返し像は現れず、上記プロットにより反射(又は後方散乱)強度の深さ方向の分布を得ることができる。 Normally, the optical path length is adjusted so that there is no measurement target for x <0, and Y t 2 (2x) is plotted only for x ≧ 0. Therefore, even if Y t 2 (2x) is plotted against x, a folded image does not appear, and the distribution of reflection (or backscattering) intensity in the depth direction can be obtained by the plot.

陳 健培 0PTRONICS(2002), N07, 179Chen Kenmei 0PTRONICS (2002), N07, 179 T. Amano, H. Hiro-0ka, D. Choi, H. Furukawa, F. Kano, M. Takeda, M. Nakanishi, K. Shimizu, K. Obayashi, Proceeding of SPIE, Vol. 5531, p.375, 2004.T. Amano, H. Hiro-0ka, D. Choi, H. Furukawa, F. Kano, M. Takeda, M. Nakanishi, K. Shimizu, K. Obayashi, Proceeding of SPIE, Vol. 5531, p.375, 2004. 吉國 裕三、応用物理 第71巻 第11号(2002), p1362〜1366.Yoshikuni, Yuzo, Applied Physics, Vol. 71, No. 11 (2002), p1362-1366. Handbook of Optical Coherence Tomography, edited by Brett E. Bouma and Guillermo J. Tearney, p.364-p.367.Handbook of Optical Coherence Tomography, edited by Brett E. Bouma and Guillermo J. Tearney, p.364-p.367. 第40回日本眼光学会第19回眼科ME学会合同学会総会プログラム・抄録集 2004 p.61.40th Annual Meeting of the Japanese Ophthalmological Society 19th Annual Meeting of the Ophthalmology ME Society General Meeting Program and Abstracts 2004 p.61.

(1)ダイナミックレンジと深さ方向の測定限界の関係
OCT法の性能を決める重要な要因の1つにダイナミックレンジがある。
ダイナミックレンジとは、ノイズと信号強度の比を意味し、その理論的限界は信号強度(式(6))の最大値N2とノイズフロア(z>>0とした時の式(6)の値)の強度比によって決まる。
(1) Relation between dynamic range and measurement limit in depth direction Dynamic range is one of the important factors that determine the performance of the OCT method.
The dynamic range means the ratio of noise to signal intensity, and the theoretical limit is the maximum value N 2 of the signal intensity (equation (6)) and the noise floor (z >> 0) in equation (6). Value) intensity ratio.

図16は、深さ方向の位置座標xに対する信号強度(式(6))の変化を表したものである。横軸は測定対象の深さ方向に対する位置座標xを、縦軸は式(6)で表される信号強度Yt 2(2x)の対数を表している(Yt 2(0)の値で規格化されている。)。この図は、L=0、即ち、x=0でYt 2(2x)が最大値を持つ例を示したものであり、x≧0に対してプロットした(即ち、信号強度のピーク101の片側半分のみを示している。)。 FIG. 16 shows changes in signal intensity (formula (6)) with respect to the position coordinate x in the depth direction. The horizontal axis represents the position coordinate x with respect to the depth direction of the measurement object, and the vertical axis represents the logarithm of the signal intensity Y t 2 (2x) expressed by the equation (6) (Y t 2 (0) value). It has been standardized.) This figure shows an example where L = 0, that is, x = 0 and Y t 2 (2x) has the maximum value, plotted against x ≧ 0 (that is, the signal intensity peak 101). Only one half is shown.)

生体組織等からのOFDR−OCT信号は、殆どの場合、表面からの反射光強度が内部からの後方散乱光強度より格段に強い。このため、表面反射ピークのノイズフロアが測定対象内部からの後方散乱光の測定を妨げる。図16を用いて、この状況を具体的に説明する。L=0の位置に表面があるとし、ピーク101は表面反射によるOFDR−OCT信号を表すとする。仮に、測定対象内部における後方散乱率(散乱体に入射する測定光の強度に対する後方散乱された光の強度の比)と測定対象表面における反射率が等しかったとする。測定光は、測定対象内部に進むに従って散乱され指数関数的に減少する。従って、測定対象内部の散乱体からのOFDR−OCT信号のピーク強度は、図16の減衰直線103のように深さ方向に対して直線的に減少する。   In most cases, the OFDR-OCT signal from a living tissue or the like is much stronger in reflected light intensity from the surface than the backscattered light intensity from the inside. For this reason, the noise floor of the surface reflection peak hinders measurement of backscattered light from the inside of the measurement target. This situation will be specifically described with reference to FIG. It is assumed that there is a surface at a position of L = 0, and a peak 101 represents an OFDR-OCT signal due to surface reflection. Suppose that the backscattering rate (the ratio of the intensity of the backscattered light to the intensity of the measurement light incident on the scatterer) inside the measurement object is equal to the reflectance on the surface of the measurement object. The measurement light is scattered and exponentially decreases as it goes into the measurement object. Therefore, the peak intensity of the OFDR-OCT signal from the scatterer inside the measurement object decreases linearly with respect to the depth direction as indicated by the attenuation line 103 in FIG.

一方の表面反射によるノイズフロア102は、位置座標xに対して緩やかにしか減少しないので両者はいずれ交わり、この交点104より深い位置ではノイズフロア102の方が測定対象内部からのOFDR−OCT信号103より強くなる。
従って、断層像の撮影は交点104より深い位置では不可能であり、即ち、ピーク101のノイズフロア102に対する比、即ち、ダイナミックレンジが大きいほど、深い位置まで断層像の撮影が可能である。
Since the noise floor 102 due to one surface reflection decreases only gradually with respect to the position coordinate x, the two will eventually intersect. At a position deeper than the intersection 104, the noise floor 102 is an OFDR-OCT signal 103 from the inside of the measurement object. Become stronger.
Therefore, it is impossible to take a tomographic image at a position deeper than the intersection 104, that is, the larger the ratio of the peak 101 to the noise floor 102, that is, the larger the dynamic range, the deeper the tomographic image can be taken.

(2)現実のダイナミックレンジ
式(6)で決まるノイズフロアは、式(2)及び式(3)によってYc(z)及びYs(z)を計算する際に、測定値Id(ki)に窓関数(例えば、ガウス関数)を乗ずれば劇的に減少させることができる(但し、分解能は劣化する。特願2004−202957号)。
しかしながら、図13に示した装置で生体組織のOFDR−OCT信号を測定すると、通常反射光強度が最も強くなる組織表面の信号強度を0dBとしてノイズフロアを評価する場合、適当な窓関数を用いて理論上のノイズフロアの値を−70dBとしても、測定値は−45dB以上となり、期待される値−70dBより格段に大きな値になってしまう。このため、従来のOFDR−OCT装置には、測定範囲を十分にとれないという問題があった。
(2) determined noise floor in the real dynamic range equation (6), when calculating the equations (2) and (3) by Y c (z) and Y s (z), the measured value I d (k If i ) is multiplied by a window function (for example, a Gaussian function), it can be drastically reduced (however, the resolution is degraded. Japanese Patent Application No. 2004-202957).
However, when the OFDR-OCT signal of the biological tissue is measured with the apparatus shown in FIG. 13, when evaluating the noise floor with the signal intensity of the tissue surface where the reflected light intensity is usually strongest being 0 dB, an appropriate window function is used. Even if the theoretical noise floor value is -70 dB, the measured value is -45 dB or more, which is much larger than the expected value -70 dB. For this reason, the conventional OFDR-OCT apparatus has a problem that a sufficient measurement range cannot be taken.

(3)本発明が解決しようとする課題
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、ダイナミックレンジの劣化の原因を除去し、測定範囲を広くしたオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置を提供することを目的とする。
(3) Problem to be Solved by the Present Invention The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an optical coherent tomography apparatus in which the cause of dynamic range degradation is eliminated and the measurement range is widened. And

上記課題を解決する第1の発明に係るオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置は、
可変波長光発生手段と、
前記可変波長光発生手段からの出力光を、測定光と参照光に分割する分割手段と、
前記測定光を測定対象に照射する共に、照射された前記測定光が前記測定対象により反射又は後方散乱された信号光を捕捉する測定光照射/信号光補足手段と、
前記測定光照射/信号光補足手段に接続され、前記測定光と前記信号光が逆方向に走行する双方方向性光路と、
分割手段により分割された前記測定光を入力する光受入口と、入力された前記測定光を前記双方方向性光路に出力すると共に前記双方方向性光路からの前記信号光を入力する光送出/光受入口と、入力された前記信号光を出力する光送出口とを有する進行方向制御手段と、
前記信号光と前記参照光とを合波する合波手段と、
前記合波手段からの出力光の強度を測定する測定手段と、
前記測定手段によって測定された前記合波手段からの出力光の強度から、前記測定光が前記測定対象によって反射又は後方散乱された位置と、その位置での反射強度又は後方散乱強度とを、前記測定対象の奥行き方向に対して特定する特定手段とを有するオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置において、
前記進行方向制御手段の前記光受入口から前記光送出口へ前記測定光が直接漏洩した漏洩光と前記参照光とが干渉することを防止する干渉防止手段を設けたことを特徴とする。
An optical coherent tomography apparatus according to a first invention for solving the above-described problems is provided.
Variable wavelength light generating means;
Splitting means for splitting the output light from the variable wavelength light generating means into measurement light and reference light;
Measurement light irradiation / signal light supplementing means for irradiating the measurement light to the measurement object and capturing the signal light reflected or backscattered by the measurement object.
A bidirectional optical path connected to the measurement light irradiation / signal light supplement means, and the measurement light and the signal light travel in opposite directions;
A light receiving port for inputting the measurement light divided by the dividing means, and a light sending / light for outputting the inputted measurement light to the bidirectional optical path and inputting the signal light from the bidirectional optical path A traveling direction control means having a receiving port and a light transmission port for outputting the inputted signal light;
A multiplexing means for multiplexing the signal light and the reference light;
Measuring means for measuring the intensity of the output light from the multiplexing means;
From the intensity of the output light from the multiplexing means measured by the measuring means, the position where the measurement light is reflected or backscattered by the measurement object, and the reflection intensity or backscattering intensity at the position, In an optical coherent tomography apparatus having a specifying means for specifying the depth direction of a measurement object,
The present invention is characterized in that there is provided interference preventing means for preventing interference between the leaked light in which the measurement light directly leaks from the light receiving port to the light sending / receiving port of the traveling direction control means.

上記課題を解決する第2の発明に係るオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置は、
上記第1の発明に記載のオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置において、
前記干渉防止手段は、
前記分割手段から前記進行方向制御手段に至る前記測定光の光路長と前記進行方向制御手段から前記合波手段に至る前記信号光の光路長との和より、前記分割手段から前記合波手段に至る前記参照光の光路長が、前記可変波長光発生手段の各出力光の可干渉距離の最大値以上に長くなるように設定した光路であることを特徴とする。
An optical coherent tomography device according to a second invention for solving the above-mentioned problems is provided:
In the optical coherent tomography device according to the first invention,
The interference preventing means is
From the sum of the optical path length of the measurement light from the splitting means to the traveling direction control means and the optical path length of the signal light from the traveling direction control means to the multiplexing means, the splitting means to the multiplexing means The optical path length of the reaching reference light is an optical path set so as to be longer than the maximum value of the coherence distance of each output light of the variable wavelength light generating means.

上記課題を解決する第3の発明に係るオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置は、
上記第2の発明に記載のオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置において、
前記分割手段から前記進行方向制御手段、前記双方向性光路を経由して前記測定対象に至る前記測定光の光路長と前記測定対象から前記双方向性光路、前記進行方向制御手段を経由して前記合波手段に至る前記信号光の光路長との和と、前記分割手段から前記合波手段に至る前記参照光の光路長と略等しくなるように、前記双方向性光路の光路長を設定したことを特徴とする。
An optical coherent tomography apparatus according to a third invention for solving the above-described problem is
In the optical coherent tomography device according to the second invention,
From the splitting means to the traveling direction control means, the optical path length of the measuring light from the measuring object to the measuring object via the bidirectional optical path, and from the measuring object to the bidirectional optical path, the traveling direction control means The optical path length of the bidirectional optical path is set to be approximately equal to the sum of the optical path length of the signal light reaching the multiplexing means and the optical path length of the reference light from the dividing means to the multiplexing means. It is characterized by that.

例えば、分割手段から進行方向制御手段に至る測定光の光路長と進行方向制御手段から合波手段に至る信号光の光路長との和と、分割手段から合波手段に至る参照光の光路長とを等しくした場合、双方向性光路の光路長を、分割手段から合波手段に至る参照光の光路長の半分に設定すれば、分割手段から進行方向制御手段、双方向性光路を経由して測定光照射/信号光補足手段に至る測定光の光路長と測定光照射/信号光補足手段から双方向性光路、進行方向制御手段を経由して合波手段に至る信号光の光路長との和と、分割手段から合波手段に至る参照光の光路長と略等しくなる。   For example, the sum of the optical path length of the measurement light from the dividing means to the traveling direction control means and the optical path length of the signal light from the traveling direction control means to the multiplexing means, and the optical path length of the reference light from the dividing means to the multiplexing means If the optical path length of the bidirectional optical path is set to half of the optical path length of the reference light from the dividing means to the multiplexing means, the dividing means passes through the traveling direction control means and the bidirectional optical path. The optical path length of the measurement light reaching the measurement light irradiation / signal light supplementing means and the optical path length of the signal light from the measurement light irradiation / signal light supplementing means to the multiplexing means via the bidirectional optical path and the traveling direction control means And the optical path length of the reference light from the dividing means to the multiplexing means.

上記課題を解決する第4の発明に係るオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置は、
上記第1乃至第3の発明のいずれかに記載のオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置において、
前記干渉防止手段は、
前記進行方向制御手段が、前記光受入口に入射する前記測定光に対する前記漏洩光を60dB以上減衰するものであることを特徴とする。
An optical coherent tomography device according to a fourth invention for solving the above-described problems is provided as follows:
In the optical coherent tomography device according to any one of the first to third inventions,
The interference preventing means is
The traveling direction control means attenuates the leakage light with respect to the measurement light incident on the light receiving port by 60 dB or more.

上記課題を解決する第5の発明に係るオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置は、
上記第1、第2、第4の発明のいずれかに記載のオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置において、
前記分割手段から前記進行方向制御手段に至る前記測定光の光路長と前記進行方向制御手段から前記合波手段に至る前記信号光の光路長との和と、前記分割手段から前記合波手段に至る前記参照光の光路長とが異なる場合、
前記干渉防止手段は、
前記漏洩光と前記参照光とが前記合波手段に同時に入射しないように、前記可変波長光発生手段からの出力光を間歇的に消灯する間歇消灯手段であることを特徴とする。
An optical coherent tomography device according to a fifth invention for solving the above-described problems is provided.
In the optical coherent tomography device according to any one of the first, second, and fourth inventions,
The sum of the optical path length of the measurement light from the dividing means to the traveling direction control means and the optical path length of the signal light from the traveling direction control means to the multiplexing means, and from the dividing means to the multiplexing means When the optical path length of the reference light is different,
The interference preventing means is
It is an intermittent light extinguishing means for intermittently extinguishing the output light from the variable wavelength light generating means so that the leakage light and the reference light do not enter the multiplexing means at the same time.

上記課題を解決する第6の発明に係るオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置は、
上記第1乃至第5の発明のいずれかに記載のオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置において、
前記合波手段は、
前記信号光及び前記参照光の強度が前記可変波長光発生手段の波数によらず一定の場合に、波数に対して光強度が一定の第1成分と波数に対して光強度が振動する第2成分とからなる干渉光を出力する第1出力口と、
前記信号光及び前記参照光の強度が波数によらず一定の場合に、波数に対して光強度が一定の第3成分と波数に対して光強度が振動し、前記第2成分とは逆相の第4成分とからなる干渉光を出力する第2出力口とを有するものであり、
前記測定手段は、
前記第1出力口が光学的に結合された前記第1入力口と、前記第2出力口が光学的に結合された前記第2入力口とを有し、第1入力口に入射した光の強度と第2入力口に入射した光の強度との差を測定するものであることを特徴とする。
An optical coherent tomography apparatus according to a sixth invention for solving the above-described problem is provided.
In the optical coherent tomography device according to any one of the first to fifth inventions,
The multiplexing means is
When the intensity of the signal light and the reference light is constant regardless of the wave number of the variable wavelength light generating means, the first component having a constant light intensity with respect to the wave number and the second light intensity oscillating with respect to the wave number. A first output port that outputs interference light composed of components;
When the intensity of the signal light and the reference light is constant regardless of the wave number, the light intensity oscillates with respect to the third component having a constant light intensity with respect to the wave number and the wave component, and has a phase opposite to the second component. And a second output port that outputs interference light composed of the fourth component of
The measuring means includes
The first input port is optically coupled to the first input port, and the second output port is optically coupled to the second input port. The difference between the intensity and the intensity of light incident on the second input port is measured.

上記課題を解決する第7の発明に係るオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置は、
上記第6の発明に係るオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置において、
前記第1出力口と前記第1入力口の間に、前記第1入力口によって反射された光が前記第1出力口に戻ることを防止する反射防止手段を設け、
且つ、前記第2出力口と前記第2入力口の間に、前記第2入力口によって反射された光が前記第2出力口に戻ることを防止する他の反射防止手段を設けたことを特徴とする。
An optical coherent tomography apparatus according to a seventh invention for solving the above-described problems is provided.
In the optical coherent tomography device according to the sixth invention,
An antireflection means for preventing light reflected by the first input port from returning to the first output port is provided between the first output port and the first input port,
In addition, another antireflection means for preventing light reflected by the second input port from returning to the second output port is provided between the second output port and the second input port. And

上記課題を解決する第8の発明に係るオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置は、
上記第6又は第7の発明に記載のオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置において、
前記測定手段により測定される前記第1成分と前記第3成分の差を小さくする調整手段を設けたことを特徴とする。
An optical coherent tomography apparatus according to an eighth invention for solving the above-described problems is provided.
In the optical coherent tomography device according to the sixth or seventh invention,
An adjusting means for reducing the difference between the first component and the third component measured by the measuring means is provided.

上記課題を解決する第9の発明に係るオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置は、
上記第8の発明に記載のオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置において、
前記調整手段を可変光減衰器とすると共に、
前記第1出力口と前記第1入力口の間、又は、前記第2出力口と前記第2入力口の間の少なくとも一方に、前記可変減衰器を配置したことを特徴とする。
An optical coherent tomography device according to a ninth invention for solving the above-described problems is provided.
In the optical coherent tomography device according to the eighth invention,
While the adjusting means is a variable optical attenuator,
The variable attenuator is disposed between at least one of the first output port and the first input port or between the second output port and the second input port.

上記課題を解決する第10の発明に係るオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置は、
上記第8の発明に記載のオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置において、
前記調整手段は、
前記第1入力口に入射した光の強度と前記第2入力口に入射した光の強度のいずれか一方又は双方に重み付けをして、前記第1成分と前記第3成分の差を小さくするものであることを特徴とする。
An optical coherent tomography device according to a tenth aspect of the present invention for solving the above-described problem,
In the optical coherent tomography device according to the eighth invention,
The adjusting means includes
Weighting one or both of the intensity of light incident on the first input port and the intensity of light incident on the second input port to reduce the difference between the first component and the third component It is characterized by being.

上記課題を解決する第11の発明に係るオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置は、
上記第1乃至第10の発明のいずれかに記載オプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置において、
前記可変波長光発生手段は、可変波長レーザからなることを特徴とする。
An optical coherent tomography device according to an eleventh invention for solving the above-mentioned problems is provided as follows:
In the optical coherent tomography device according to any one of the first to tenth inventions,
The variable wavelength light generating means comprises a variable wavelength laser.

上記課題を解決する第12の発明に係るオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置は、
上記第1乃至第11の発明のいずれかに記載のオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置において、
前記測定手段は、
前記合波手段からの出力光の強度を前記可変波長光発生手段の波数毎に測定する手段であり、
前記特定手段は、
前記測定手段によって前記波数毎に計測された前記合波手段からの出力光の強度の集合から、前記測定光が前記測定対象によって反射又は後方散乱された位置と、その位置での反射強度又は後方散乱強度とを、前記測定対象の奥行き方向に対して特定するものであることを特徴とする。
An optical coherent tomography device according to a twelfth invention for solving the above-described problem is
In the optical coherent tomography device according to any one of the first to eleventh inventions,
The measuring means includes
Means for measuring the intensity of output light from the multiplexing means for each wave number of the variable wavelength light generating means;
The specifying means is:
A position where the measurement light is reflected or back-scattered by the measurement object from the set of intensity of the output light from the multiplexing means measured for each wave number by the measurement means, and the reflection intensity or backward at the position. The scattering intensity is specified with respect to the depth direction of the measurement object.

上記課題を解決する第13の発明に係るオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置は、
上記第12の発明に記載のオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置において、
前記特定手段は、
前記測定手段によって前記波数毎に計測された前記合波手段からの前記出力光の強度と前記波数からなる実数の組み合わせをフーリエ変換することで、前記測定対象の奥行き方向に対する反射強度又は後方散乱強度を特定するものであることを特徴とする。
An optical coherent tomography device according to a thirteenth invention for solving the above-mentioned problems is
In the optical coherent tomography device according to the twelfth invention,
The specifying means is:
Reflection intensity or backscattering intensity with respect to the depth direction of the measurement object by Fourier-transforming the combination of the intensity of the output light from the combining means and the real number consisting of the wave numbers measured for each wave number by the measuring means It is characterized by specifying.

上記課題を解決する第14の発明に係るオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置は、
上記第12の発明に記載のオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置において、
前記測定手段は、
前記合波手段からの出力光の強度が前記波数に対して余弦関数として変化する第1出力光強度と、前記合波手段からの出力光の強度が前記波数に対して正弦関数又はその逆符号関数として変化すると第2出力光強度との双方を測定可能とするものであり、
前記特定手段は、
前記第1出力光強度及び前記第2出力光強度の集合から、前記測定光が前記測定対象によって反射又は後方散乱された位置と、その位置での反射又は後方散乱強度とを、前記測定対象の奥行き方向に対して折り返しなく特定するものであることを特徴とする。
An optical coherent tomography device according to a fourteenth aspect of the present invention for solving the above-described problem is provided.
In the optical coherent tomography device according to the twelfth invention,
The measuring means includes
A first output light intensity at which the intensity of the output light from the multiplexing means changes as a cosine function with respect to the wave number; and an intensity of the output light from the multiplexing means with respect to the wave number as a sine function or its reverse sign. If it changes as a function, both the second output light intensity can be measured,
The specifying means is:
From the set of the first output light intensity and the second output light intensity, the position at which the measurement light is reflected or backscattered by the measurement object, and the reflection or backscattering intensity at the position are determined by the measurement object. It is characterized in that it is specified without folding back in the depth direction.

上記課題を解決する第15の発明に係るオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置は、
上記第14の発明に記載のオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置において、
前記特定手段は、
前記測定対象が1つの反射面のみから構成される場合、
zを、位置座表を示す変数、2Lを、前記分割手段から前記測定対象に至る前記測定光の光路長と前記測定対象から前記合波手段に至る前記信号光の光路長との和から、前記分割手段から前記合波手段に至る前記参照光の光路長を差し引いた値とすると、
前記第1出力光強度及び前記第2出力光強度から、前記可変波長光発生手段の出力光の波数k毎に、k×(z−2L)、又は、k×(z+2L)のいずれか一方のみに対して、余弦又は正弦を取った関数のいずれか一方又は双方に比例する関数を算出し、
前記波数k毎に算出した前記関数の総和を求めることで、前記測定対象の奥行き方向に対する反射強度又は後方散乱強度を折り返しなく特定するものであることを特徴とする。
An optical coherent tomography device according to a fifteenth aspect of the present invention for solving the above problems is provided.
In the optical coherent tomography device according to the fourteenth aspect,
The specifying means is:
When the measurement object is composed of only one reflecting surface,
z is a variable indicating a position map, and 2L is the sum of the optical path length of the measurement light from the dividing means to the measurement object and the optical path length of the signal light from the measurement object to the multiplexing means, When a value obtained by subtracting the optical path length of the reference light from the dividing means to the multiplexing means,
From either the first output light intensity or the second output light intensity, only one of k × (z−2L) or k × (z + 2L) is obtained for each wave number k of the output light of the variable wavelength light generating means. For a function that is proportional to either or both of the cosine or sine function,
By calculating the sum of the functions calculated for each wave number k, the reflection intensity or the backscattering intensity with respect to the depth direction of the measurement object is specified without being folded back.

本発明によれば、干渉防止手段を用いるので、ダイナミックレンジの劣化を防止し、OFDR−OCT法での測定範囲(測定深さ)を拡大させることができる。又、可変波長レーザ光源を用いる他のOCT法(例えば、チャープOCT法(非特許文献4))に、本発明の干渉防止手段を適用することで、他のOCT法でのダイナミックレンジの劣化も防止し、その測定範囲を拡大させることができる。   According to the present invention, since the interference preventing means is used, it is possible to prevent the deterioration of the dynamic range and to expand the measurement range (measurement depth) in the OFDR-OCT method. Further, by applying the interference preventing means of the present invention to other OCT methods using a variable wavelength laser light source (for example, chirp OCT method (Non-patent Document 4)), the dynamic range of the other OCT methods is also deteriorated. And the measurement range can be expanded.

(I)ダイナミックレンジ劣化の原因
(A)考えられるノイズフロアの発生原因
現実の測定においては、上述した測定原理に基づくノイズフロアだけでなく、以下に示す種々のノイズによってもノイズフロアを発生しうる。
(1)熱雑音
通常、アンプの熱雑音が問題となる。
(2)ショットノイズ
電流が電子の電荷素量で量子化されていることによるノイズ
(3)A/Dボードの量子化ノイズ等
(4)RIN(re1ative intensity noise)
波数の切り替えにともなうレーザ光強度の揺らぎ、波数の設定値からの揺らぎ、干渉計の機械的・熱的な揺らぎ等による測定光強度や参照光強度の揺らぎによって生じるノイズ
(5)干渉ノイズ
意図しない参照光の反射によってもたらされる参照光自身の自己干渉、意図しない測定光の反射によってもたらされる参照光との干渉等
(I) Cause of dynamic range deterioration (A) Possible cause of noise floor generation In actual measurement, not only the noise floor based on the above-described measurement principle but also various noises shown below can generate a noise floor. .
(1) Thermal noise Normally, thermal noise of amplifiers becomes a problem.
(2) Shot noise Noise caused by the current being quantized by the elementary charge of electrons (3) A / D board quantization noise, etc. (4) RIN (re1ative intensity noise)
Noise caused by fluctuations in laser light intensity due to wave number switching, fluctuations from the set value of wave number, mechanical and thermal fluctuations of the interferometer, etc. (5) Interference noise Not intended Self-interference of the reference light itself caused by reflection of the reference light, interference with the reference light caused by unintentional reflection of the measurement light, etc.

(B)ノイズフロア発生原の解明
本発明者等は、詳細に検討した結果、上記(1)〜(4)は、上記ノイズフロア(以下、「過大ノイズフロア」と呼ぶこととする。)の主たる発生原因ではないことを突き止めた。残る原因としては(5)の干渉ノイズが考えられる。
参照光及び測定光の反射は、図13に示す装置を構成する光学部品の接続点すべてにおいて起こり得るものであり、その特定は容易ではない。
しかしながら、本発明者等は、以下に示す通り、鋭意検討した結果、発生源の特定することに成功した。
(B) Elucidation of noise floor generation source As a result of detailed studies, the present inventors have described (1) to (4) above of the noise floor (hereinafter referred to as “excessive noise floor”). I found out that it was not the main cause. The remaining cause may be interference noise (5).
The reflection of the reference light and the measurement light can occur at all the connection points of the optical components constituting the apparatus shown in FIG. 13, and the identification thereof is not easy.
However, as a result of intensive studies as described below, the present inventors have succeeded in identifying the generation source.

(1)ステップ1:反射光発生点の特定
まず、測定系を構成する各光学部品の前後に適宜アイソレータを挿入し、反射光発生点の特定を試みた。
図1に実験装置の概要を示し、その構成を簡単に説明する。
実験装置においては、可変波長光発生装置1の光出射口に、光を2分割するカプラ2を光学的に接続し、分割された一方側の光路3を、サーキュレータ5を介して、カプラ6へ光学的に接続し、分割された他方側の光路4を、直接カプラ6へ光学的に接続する。サーキュレータ5から供給される光は、コリメータレンズ7、ガルバノミラー8、フォーカシングレンズ9を経て、サンプル10に照射され、サンプル10から反射(後方散乱)された光は、再び、フォーカシングレンズ9、ガルバノミラー8、コリメータレンズ7を経て、カプラ6へ入力される。そして、光を合波するカプラ6からの2つの光路を、フォトレシーバ11に光学的に接続して、その出力をA/D変換器12にて変換して、コンピュータ13へ入力し、コンピュータ13により可変波長光発生装置1の出力を制御している。
(1) Step 1: Identification of reflected light generation point First, an isolator was appropriately inserted before and after each optical component constituting the measurement system, and an attempt was made to specify the reflected light generation point.
FIG. 1 shows an outline of the experimental apparatus, and its configuration will be briefly described.
In the experimental apparatus, a coupler 2 that splits light into two is optically connected to the light exit of the variable wavelength light generator 1, and the split optical path 3 is connected to the coupler 6 via the circulator 5. Optically connected, and the other divided optical path 4 is optically connected directly to the coupler 6. The light supplied from the circulator 5 irradiates the sample 10 through the collimator lens 7, the galvano mirror 8, and the focusing lens 9, and the light reflected (backscattered) from the sample 10 again becomes the focusing lens 9 and the galvano mirror. 8, and input to the coupler 6 through the collimator lens 7. Then, the two optical paths from the coupler 6 that multiplexes the light are optically connected to the photo receiver 11, the output is converted by the A / D converter 12, and input to the computer 13. Thus, the output of the variable wavelength light generator 1 is controlled.

最初に、アイソレータを図1に示す位置a〜gに順次挿入し、ノイズフロアの変化を観察した。aでは変化なし、bとcにペアで挿入しても変化なし、dとeにペアで挿入しても変化なし、fとgにペアで挿入することにより数dBのノイズフロアの減少が見られた。これは、フォトレシーバ11内(図13の第1差動増幅器77に相当)のディテクタからの反射光をアイソレータがブロックした結果と考えられる。   First, isolators were sequentially inserted at positions a to g shown in FIG. 1, and the change in the noise floor was observed. No change in a, no change even if paired into b and c, no change even if paired in d and e, and a few dB reduction in noise floor due to paired insertion in f and g It was. This is considered to be a result of the isolator blocking the reflected light from the detector in the photo receiver 11 (corresponding to the first differential amplifier 77 in FIG. 13).

(2)ステップ2:RINの部分的除去
図13において、第3カプラ76を分割比50:50にし、第1差動増幅器77を用いる方法は、バランス検出法として知られ、信号の直流成分を除去し、式(1)の干渉信号のみを取り出すための効果的な方法として知られている。しかし、第3カプラ76の分割比を厳密に50:50とすることはできず、わずかなずれがノイズフロアを増大させる。そこで、図1での位置fとgの出力の直流成分がわずかに大きい側のf又はgの位置に可変減衰器(アテネータ14)を挿入し(図2参照)、減衰量を調整したところ、数dBの改善が見られた。
(2) Step 2: Partial removal of RIN In FIG. 13, the method of using the first differential amplifier 77 with the third coupler 76 set to a division ratio of 50:50 is known as a balance detection method. It is known as an effective method for removing and extracting only the interference signal of equation (1). However, the division ratio of the third coupler 76 cannot be strictly set to 50:50, and a slight shift increases the noise floor. Therefore, when the variable attenuator (attenuator 14) is inserted at the position f or g on the side where the DC component of the output at positions f and g in FIG. 1 is slightly larger (see FIG. 2), the attenuation is adjusted. An improvement of several dB was observed.

しかし、依然ノイズフロアは大きく、参照光や測定光の反射に起因する干渉ノイズ以外にも何らかのノイズ発生源が存在することが示唆された。   However, the noise floor is still large, suggesting that some noise sources exist in addition to interference noise caused by reflection of reference light and measurement light.

(3)ステップ3:クロストーク光の影響
その後、鋭意検討を進めた結果、遂にサーキュレータ5の光受入口と光送出口の間に残存していたクロストークが、上記過大ノイズフロアの主たる発生源であることを突き止めた。
(3) Step 3: Influence of Crosstalk Light After extensive investigations, the crosstalk finally remaining between the light inlet and the light outlet of the circulator 5 is the main source of the excessive noise floor. I found out.

以下に、その解明過程を示す。
図3のように、サーキュレータ5から測定対象(サンプル10)に至る光路において、コリメーター7から先の部分を外し(光コネクタ(15a、15b)を取り外す。)、ノイズフロアの変化を観察した。この状態では、試料光S1の光路(測定光、信号光の光路)が遮断され、カプラ6からなる合波手段には信号光が到達しないので、本来ならばノイズフロアは発生しないはずである。しかし、驚くべきことに、このようにしてもノイズフロアは減少しなかった。この現象を説明するため、サーキュレータ5の光受入口hから入射した測定光の1部が、光送出口jに漏れて漏洩光(クロストーク光)となり、この漏洩光と参照光S2とが干渉して、ノイズフロアを形成しているではないかとの仮説を立てた。
The elucidation process is shown below.
As shown in FIG. 3, in the optical path from the circulator 5 to the measurement target (sample 10), the previous part was removed from the collimator 7 (the optical connectors (15a, 15b) were removed), and the change in the noise floor was observed. In this state, the optical path of the sample light S1 (the optical path of the measurement light and the signal light) is blocked, and the signal light does not reach the multiplexing means composed of the coupler 6, so that no noise floor should be generated. Surprisingly, however, this did not reduce the noise floor. In order to explain this phenomenon, a part of the measurement light incident from the light receiving port h of the circulator 5 leaks to the light transmission port j to become leakage light (crosstalk light), and this leakage light and the reference light S2 interfere with each other. I hypothesized that a noise floor might be formed.

そこで、試料光S1の光路を確実に遮断するため、サーキュレータ5の後に配置した光コネクタ16を外して、ノイズフロアの変化を観察した。結果は、ノイズフロアが十数dBも減少し、上記仮説が裏付けられた。   Therefore, in order to reliably block the optical path of the sample light S1, the optical connector 16 disposed after the circulator 5 was removed, and changes in the noise floor were observed. As a result, the noise floor was reduced by more than a dozen dB, supporting the above hypothesis.

OCT装置において、このような現象(測定光が信号光の光路へ漏れることによってノイズフロアが発生するという現象)が報告された例はかつてなかった。従って、過大ノイズフロアの発生原因として、サーキュレータ5のクロストーク光を予見することは当業者にとって極めて困難であり、本発明者等の洞察力によって初めて解明された現象と確信する。   In the OCT apparatus, there has never been a case where such a phenomenon (a phenomenon in which a noise floor occurs due to leakage of measurement light into the optical path of signal light) has been reported. Therefore, it is extremely difficult for those skilled in the art to foresee the crosstalk light of the circulator 5 as a cause of occurrence of an excessive noise floor, and it is believed that this phenomenon is first elucidated by the insight of the present inventors.

(II)干渉の除去
(1)サーキュレータ自体のクロストークの低減
クロストーク光の影響を除去するためには、サーキュレータ5の性能をあげクロストークを無くせばよい。使用したサーキュレータはファイバ光学系を組み立てる際、よく用いられるものであり、そのクロストークは、50〜60dBであった。クロストーク60dB以上のサーキュレータに替えたところ、ノイズフロアは減少した。従って、クロストークが60dB以上、好ましくは70dB以上、更に好ましくは80dB以上のサーキュレータを用いることが、1つの解決策と考えられる。
(II) Elimination of interference (1) Reduction of crosstalk of circulator itself In order to eliminate the influence of crosstalk light, the performance of the circulator 5 can be increased to eliminate crosstalk. The circulator used was often used when assembling the fiber optical system, and the crosstalk was 50 to 60 dB. When the circulator was replaced with a crosstalk of 60 dB or more, the noise floor decreased. Therefore, it is considered as one solution to use a circulator having a crosstalk of 60 dB or more, preferably 70 dB or more, and more preferably 80 dB or more.

(2)可干渉距離を考慮した装置構成
しかし、サーキュレータ5のクロストークを少なくすることは容易ではない。そこで、本発明者等は、サーキュレータ5でクロストーク光が発生してもノイズフロアの形成には寄与しないような装置を探求することとした。
(2) Device configuration considering coherence distance However, it is not easy to reduce the crosstalk of the circulator 5. Therefore, the present inventors have sought an apparatus that does not contribute to the formation of a noise floor even if crosstalk light is generated in the circulator 5.

そのためには、クロストーク光と参照光が干渉しない手段を構築することが最も効果的と考え、幾つか方法を試みた。その中でも、クロストーク光側(試料光S1側)の光路長と参照光S2の光路長の差を、可変波長光発生装置1(例えば、SSG−DBRレーザ光等の半導体レーザ)の可干渉距離よりも長くすることが、もっとも簡便で有効であることを本発明者等は見出した。   To that end, it was considered most effective to construct means for preventing crosstalk light and reference light from interfering with each other, and several methods were tried. Among them, the difference between the optical path length on the crosstalk light side (sample light S1 side) and the optical path length on the reference light S2 is determined based on the coherence distance of the variable wavelength light generator 1 (for example, a semiconductor laser such as SSG-DBR laser light). The present inventors have found that it is most convenient and effective to make the length longer.

具体的には、図4のように参照光S2の光路mn間に、半導体レーザの可干渉距離に匹敵する長さ7m(光路長(光学長)10m)の光ファイバ18を挿入した。又、試料光S1の光路と参照光S2の光路の光路長の調整するため、サーキュレータ5の光受口/光送出口iから先のkl間には、mn間に挿入した光ファイバ18の半分の長さ(3.5m)の光ファイバ17を挿入した。この結果、ノイズフロアが15dB減少した。このようにノイズフロアが大幅に減少し、測定に用いたレーザの揺らぎ、即ち、RINの観測が可能になった。このことは、もはや干渉ノイズがノイズフロア発生の主たる原因ではないことを示している。このような大幅なノイズフロアの低減は、測定可能範囲を大幅に拡大するものである。   Specifically, as shown in FIG. 4, an optical fiber 18 having a length of 7 m (optical path length (optical length) 10 m) comparable to the coherent distance of the semiconductor laser was inserted between the optical paths mn of the reference light S2. Further, in order to adjust the optical path length of the optical path of the sample light S1 and the optical path of the reference light S2, between the light receiving port / light transmitting port i of the circulator 5 and the previous kl, half of the optical fiber 18 inserted between mn. An optical fiber 17 having a length (3.5 m) was inserted. As a result, the noise floor was reduced by 15 dB. As described above, the noise floor is greatly reduced, and the fluctuation of the laser used for the measurement, that is, the RIN can be observed. This indicates that interference noise is no longer the main cause of noise floor generation. Such a significant noise floor reduction greatly expands the measurable range.

なお、挿入する光ファイバの好ましい長さは、光源として用いる可変波長の半導体レーザの可干渉距離によって決まる。半導体レーザのレーザ光の可干渉距離は、干渉計、例えば、図5のようなマイケルソン干渉計を用いて測定することができる。マイケルソン干渉計に入射する光の電界をE(t)、遅延時間をτとすると、光検出器21の出力idは、以下の式(8)のようになる。 The preferred length of the optical fiber to be inserted is determined by the coherence distance of a variable wavelength semiconductor laser used as a light source. The coherence distance of the laser beam of the semiconductor laser can be measured using an interferometer, for example, a Michelson interferometer as shown in FIG. Assuming that the electric field of light incident on the Michelson interferometer is E (t) and the delay time is τ, the output i d of the photodetector 21 is expressed by the following equation (8).

Figure 2006300801
Figure 2006300801

ここで、文字式の上に付けたバーは時間平均を意味する。又、遅延時間τは、ハーフミラー22とミラー23の距離L1及びハーフミラー22と可動ミラー24の距離L2から、以下の式(9)によって求めることができる。 Here, the bar above the character expression means the time average. The delay time τ can be obtained from the distance L 1 between the half mirror 22 and the mirror 23 and the distance L 2 between the half mirror 22 and the movable mirror 24 by the following equation (9).

Figure 2006300801
ここで、cは光の速度を表す。
Figure 2006300801
Here, c represents the speed of light.

式(8)は、τに依存しない成分と依存する成分からなっている。τに依存する成分を、C(τ)とすると以下の式(10)で表されることが知られている。   Expression (8) is composed of a component that does not depend on τ and a component that depends on it. It is known that the component that depends on τ is represented by the following equation (10) when C (τ).

Figure 2006300801
ここで、ω0は光の角周波数、パラメータτcはレーザ電磁界のコヒーレント時間と呼ばれている。
Figure 2006300801
Here, ω 0 is called the angular frequency of light, and the parameter τ c is called the coherent time of the laser electromagnetic field.

C(τ)は干渉成分を表す項であり、式(9)及び式(10)から、C(τ)の包絡線は、試料光路と参照光路の差「2・|L1−L2|」に対して指数関数的に減少することが分かる。そこで、本発明では、C(τ)(遅延時間τに依存する干渉信号成分)がC(0)の半分になる際の光路長の差「2・|L1−L2|」を可干渉距離と定義することとする。 C (τ) is a term representing an interference component. From the equations (9) and (10), the envelope of C (τ) is the difference “2 · | L 1 −L 2 |” between the sample optical path and the reference optical path. It can be seen that there is an exponential decrease with respect to "." Therefore, in the present invention, the optical path length difference “2 · | L 1 −L 2 |” when C (τ) (interference signal component depending on the delay time τ) is half of C (0) is coherent. It is defined as distance.

以上のように定義すると、mn間に挿入する光ファイバ18の光学長の値としては、可干渉距離(全走査波数の可干渉距離の中で最大のもの。以下、同じ。)が望ましく、更に好ましくは可干渉距離の2倍、更には4倍、更には8倍、更には16倍が望ましい。なお、上記好ましい値は、mn間にファイバを挿入しない状態では、試料光S1の光路と参照光S2の光路との光路長の差はないもとした場合の値である。   As defined above, the value of the optical length of the optical fiber 18 inserted between the mn is preferably a coherent distance (the maximum of the coherent distances of all scanning wave numbers, the same applies hereinafter). Preferably, it is 2 times the coherence distance, further 4 times, further 8 times, and further 16 times. The preferable value is a value when there is no difference in optical path length between the optical path of the sample light S1 and the optical path of the reference light S2 in a state where no fiber is inserted between mn.

SSG−DBRレーザで実際にノイズフロアが効果的に低減できる値を確認したところ、挿入する光ファイバの光路長(光の道筋に沿った長さに屈折率を乗じた値。場所により、屈折率が異なる場合には、各部分の長さに、その部分の屈折率を乗じたものの総和。)の好ましい値は、mn間で5m以上(kl間:2.5m以上)、更に好ましくはmn間で10m以上(kl間:5m以上)、更に好ましくはmn間で20m以上(kl間:10m以上)、更に最も好ましくはmn間で40m以上(kl間:20m以上)であった。SSG−DBRレーザの可干渉距離は、半導体としては典型的なものであり、他の半導体レーザからなる可変波長レーザでも好ましい値は、略同じ値となる。   As a result of confirming that the noise floor can be effectively reduced with the SSG-DBR laser, the optical path length of the optical fiber to be inserted (a value obtained by multiplying the length along the optical path by the refractive index. Is different from the length of each part multiplied by the refractive index of that part.) The preferred value of mn is 5 m or more (between kl: 2.5 m or more), more preferably mn 10 m or more (between kl: 5 m or more), more preferably 20 m or more between mn (between kl: 10 m or more), and most preferably 40 m or more between mn (between kl: 20 m or more). The coherence distance of the SSG-DBR laser is typical as a semiconductor, and a preferable value is approximately the same value even in a variable wavelength laser made of another semiconductor laser.

(3)信号光と参照光が同時に到達しない装置構成
クロストーク光を参照光とを干渉させない手段(干渉防止手段)としては、上記光路長を調整する手段以外にも、可変波長光を干渉計内で間歇的に走行させ、クロストーク光がカプラ6に到達した時には参照光が消灯しているが、信号光が到達した場合には参照光が点灯するようにした手段も適用可能である(間歇消灯手段)。可変波長光を間歇的に走行させるためには、SSG−DBRレーザ1とカプラ2の間に光変調器、例えば、マッハツエンダ変調器(波長チャープが生じないものが好ましい。)を配置すれば良い。
(3) Device configuration in which signal light and reference light do not reach at the same time As means for preventing crosstalk light from interfering with reference light (interference prevention means), in addition to the means for adjusting the optical path length, variable wavelength light is used as an interferometer. The reference light is extinguished when the crosstalk light reaches the coupler 6 and the reference light is turned on when the signal light arrives. Intermittent light-off means). In order to make the variable wavelength light travel intermittently, an optical modulator, for example, a Mach-Zehnder modulator (preferably not generating a wavelength chirp) may be disposed between the SSG-DBR laser 1 and the coupler 2.

図6は、本発明者等が開発したノイズフロアを低減させたOFDR−OCT断層像撮影装置である。測定対象は人の前眼部である。   FIG. 6 is an OFDR-OCT tomographic imaging apparatus with a reduced noise floor developed by the present inventors. The object to be measured is the human anterior segment.

超周期構造回折格子分布反射半導体レーザ光発生装置(非特許文献3)のような、波長を変化させながら光を出射できる可変波長光発生手段である可変波長光発生装置31の光出射口を、光を2分割(例えば、90:10)する方向性結合器等からなる第1カプラ32の光受入口に光学的に接続する。   A light emitting port of a variable wavelength light generating device 31 that is a variable wavelength light generating means capable of emitting light while changing the wavelength, such as a superperiodic structure diffraction grating distributed reflection semiconductor laser light generating device (Non-patent Document 3), The light is optically connected to the light receiving port of the first coupler 32 including a directional coupler that divides the light into two (for example, 90:10).

方向性結合器等からなる第1カプラ32の一方側(分割割合90%側)の光送出口は、光を2分割(例えば、70:30)する方向性結合器等からなる分割手段である第2カプラ33の光受入口に光学的に接続している。つまり、可変波長光発生装置31からの出力光を測定光側(分割割合70%側)と参照光側(分割割合30%側)に分割している。   The light transmission port on one side (division ratio 90% side) of the first coupler 32 composed of a directional coupler or the like is a dividing means composed of a directional coupler or the like that divides light into two (for example, 70:30). The second coupler 33 is optically connected to the light receiving port. That is, the output light from the variable wavelength light generator 31 is divided into the measurement light side (division ratio 70% side) and the reference light side (division ratio 30% side).

第2カプラ33の一方側(分割割合70%側)の光送出口は、サーキュレータ35(クロストーク50〜60dB)からなる進行方向制御手段の光受入口に光学的に接続している。この第2カプラ33の他方側(分割割合30%側)の光送出口は、光を2分割(例えば、50:50)する方向性結合器等からなる合波手段である第3カプラ36の光受入口に光学的に接続している。   The light transmission port on one side (the division ratio 70% side) of the second coupler 33 is optically connected to the light receiving port of the traveling direction control means composed of the circulator 35 (crosstalk 50 to 60 dB). The light transmission port on the other side of the second coupler 33 (dividing ratio 30% side) is a third coupler 36, which is a multiplexing means including a directional coupler that divides light into two (for example, 50:50). Optically connected to the light receiving port.

サーキュレータ35の光送出/光受入口は、測定光と信号光が逆方向に走行可能な双方向性光路となる光ファイバ43を介して、図7に示すような測定ヘッド50に接続されており、サーキュレータ35の光送出口は、第3カプラ36の光受入口に光学的に接続されている。つまり、サーキュレータ35においては、第2カプラ33により分割された測定光が光受入口に入力され、入力された測定光が光送出/光受入口から光ファイバ43に出力されると共に、光ファイバ43からの信号光が光送出/光受入口に入力され、入力された信号光が光送出口から第3カプラ36へ出力されている。   The light sending / receiving port of the circulator 35 is connected to a measuring head 50 as shown in FIG. 7 via an optical fiber 43 serving as a bidirectional optical path that allows measurement light and signal light to travel in opposite directions. The light transmission port of the circulator 35 is optically connected to the light reception port of the third coupler 36. That is, in the circulator 35, the measurement light divided by the second coupler 33 is input to the light receiving port, and the input measurement light is output from the light sending / light receiving port to the optical fiber 43 and the optical fiber 43. Is input to the optical transmission / reception port, and the input signal light is output to the third coupler 36 from the optical transmission port.

又、上記測定ヘッド50は、測定光を測定対象に照射する手段(測定光照射手段)であると共に、測定対象である眼66によって測定光が反射又は後方散乱された信号光を捕捉する手段(信号光捕捉手段)としても機能する(測定光照射/信号光捕捉手段)。   The measurement head 50 is means for irradiating the measurement light to the measurement object (measurement light irradiation means) and means for capturing the signal light reflected or backscattered by the eye 66 that is the measurement object ( It also functions as a signal light capturing means) (measurement light irradiation / signal light capturing means).

詳細には、図7に示すように、測定ヘッド50は、支持具60に支持された可動ステージ61上に設けられており、可動ステージ61に支持され、先端側の周壁の一部に入出光窓51aを形成した本体筒51と、本体筒51の内部の基端側に配設されると共にサーキュレータ35と光学的に接続され、光ファイバ43を通ってきた測定光を平行ビームに整形するコリメートレンズ52と、本体筒51の内部の先端側に配設され、その配向方向を変更して、測定光を水平方向に走査する可能なガルバノミラー53と、本体筒51の内部のコリメートレンズ52とガルバノミラー53との間に配設され、平行ビームを前眼部に集光するフォーカシングレンズ54とを備えている。   Specifically, as shown in FIG. 7, the measurement head 50 is provided on a movable stage 61 supported by a support 60, is supported by the movable stage 61, and enters and exits a part of the peripheral wall on the distal end side. A main body cylinder 51 in which a window 51a is formed, and a collimator arranged on the proximal end side inside the main body cylinder 51 and optically connected to the circulator 35 to shape the measurement light passing through the optical fiber 43 into a parallel beam. A lens 52, a galvanometer mirror 53 that is disposed on the front end side inside the main body cylinder 51, changes its orientation direction, and scans the measurement light in the horizontal direction, and a collimating lens 52 inside the main body cylinder 51, A focusing lens 54 is provided between the galvano mirror 53 and condenses a parallel beam on the anterior segment.

又、支持具60には、被験者の眼66を水平方向に向けたままの状態で被験者の顔を座位で固定支持する支持アーム62、63が設けられると共に、照射位置確認手段である黙視確認用の顕微鏡65が取り付けられている。すなわち、測定ヘッド50は、通常、眼科診断に用いられている細隙灯顕微鏡からスリット光(細隙光)照射系を外して空いた空間に取り付けられている。そして、細隙灯顕微鏡の位置合わせ機能を利用することによって、被検者の眼66の所望の位置近くに測定光を誘導することができるようになっている。   The support 60 is provided with support arms 62 and 63 for fixing and supporting the subject's face in a sitting position with the subject's eye 66 oriented in the horizontal direction, and for silent confirmation as irradiation position confirmation means. The microscope 65 is attached. In other words, the measuring head 50 is usually attached to a vacant space by removing the slit light (slit light) irradiation system from the slit lamp microscope used for ophthalmic diagnosis. Then, by utilizing the alignment function of the slit lamp microscope, the measurement light can be guided near a desired position of the eye 66 of the subject.

つまり、サーキュレータ35の光受入口に入力された測定光は、サーキュレータ35の光送出/光受入口から測定ヘッド50の本体筒51内部のコリメートレンズ52に入射し、平行ビームに成形されてフォーカシングレンズ54で集光された後、ガルバノミラー53を介して本体筒51の入出光窓51aから出射し、眼66に照射される。眼66に照射された測定光は、眼66により反射(又は後方散乱)されて信号光となり、反射(又は後方散乱)された信号光は、本体筒51の入出光窓51aから内部に入射し、ガルバノミラー53で反射し、フォーカシングレンズ54、コリメートレンズ52を経由して、本体筒51の基端側からサーキュレータ35の光送出/光受入口に入射する。そして、入射された信号光は、サーキュレータ35の光送出口から出力されて、第3カプラ36に入力され、第3カプラ36において、信号光と参照光が合波されると共に2分割(例えば、50:50)されて出力される。   That is, the measurement light input to the light receiving port of the circulator 35 enters the collimating lens 52 inside the main body cylinder 51 of the measuring head 50 from the light sending / receiving port of the circulator 35, and is shaped into a parallel beam to be a focusing lens. After being condensed at 54, the light is emitted from the entrance / exit light window 51 a of the main body cylinder 51 through the galvanometer mirror 53 and is irradiated to the eye 66. The measurement light applied to the eye 66 is reflected (or back-scattered) by the eye 66 to become signal light, and the reflected (or back-scattered) signal light enters the inside through the input / output light window 51 a of the main body cylinder 51. Then, the light is reflected by the galvanometer mirror 53, and enters the light sending / receiving port of the circulator 35 from the base end side of the main body cylinder 51 through the focusing lens 54 and the collimating lens 52. The incident signal light is output from the light transmission port of the circulator 35 and input to the third coupler 36. The signal light and the reference light are combined in the third coupler 36 and divided into two (for example, 50:50) and output.

本実施例においては、第2カプラ33と第3カプラ36の間にある参照光路(分割比30%)の光路長が、第2カプラ33とサーキュレータ35間の光路長及びサーキュレータ35と第3カプラ36間の光路長との和より、可変波長光源31の最大可干渉距離10mだけ長くなるように、参照光の光路を構成する光ファイバ44の長さが調節されている。つまり、光ファイバ44の長さを適切に調節することで、サーキュレータ35の光受入口から光送出口へ直接漏洩した測定光の漏洩光と参照光との干渉を防止することになる(干渉防止手段)。   In this embodiment, the optical path length of the reference optical path (division ratio 30%) between the second coupler 33 and the third coupler 36 is the optical path length between the second coupler 33 and the circulator 35 and the circulator 35 and the third coupler. The length of the optical fiber 44 constituting the optical path of the reference light is adjusted so that the maximum coherence distance 10 m of the variable wavelength light source 31 is longer than the sum of the optical path lengths 36. In other words, by appropriately adjusting the length of the optical fiber 44, interference between the leaked light of the measurement light leaked directly from the light receiving port of the circulator 35 to the light transmitting port and the reference light is prevented (interference prevention). means).

又、サーキュレータ35と測定対象との間の光路長が可変波長光発生装置31の最大可干渉距離の半分5mに等しくなるように、サーキュレータ35と測定対象との間の光ファイバ43の長さを調整する。これは、第2カプラ33とサーキュレータ35間の光路長及びサーキュレータ35と第3カプラ36間の光路長との和と、光ファイバ44を除いた第2カプラ33と第3カプラ36の間にある参照光路(分割比30%)の光路長とが等しい場合に、光ファイバ43の光路長を、光ファイバ44の光路長の半分に設定すれば、第2カプラ33からサーキュレータ35、光ファイバ43を経由して測定対象(眼66)に至る測定光の光路長と測定対象(眼66)から光ファイバ43、サーキュレータ35を経由して第3カプラ36に至る信号光の光路長との和と、第2カプラ33と第3カプラ36の間の参照光の光路長と略等しくすることを意味する。   Further, the length of the optical fiber 43 between the circulator 35 and the measurement target is set so that the optical path length between the circulator 35 and the measurement target becomes equal to half 5 m of the maximum coherence distance of the variable wavelength light generator 31. adjust. This is between the optical path length between the second coupler 33 and the circulator 35 and the optical path length between the circulator 35 and the third coupler 36, and between the second coupler 33 and the third coupler 36 excluding the optical fiber 44. If the optical path length of the optical fiber 43 is set to half of the optical path length of the optical fiber 44 when the optical path length of the reference optical path (division ratio 30%) is equal, the circulator 35 and the optical fiber 43 are connected from the second coupler 33. The sum of the optical path length of the measurement light that reaches the measurement target (eye 66) and the optical path length of the signal light from the measurement target (eye 66) via the optical fiber 43 and the circulator 35 to the third coupler 36; This means that the optical path length of the reference light between the second coupler 33 and the third coupler 36 is substantially equal.

又、図6に示すように、第3カプラ36の一方側の光送出口(第1出力口)は、反射防止手段となるアイソレータ45、調整手段となる可変アテネータ47を介して、光の強度を検出する光検出機能を有する第1差動増幅器37(測定手段)の光受入口(第1入力口)に光学的に接続している。又、第3カプラ36の他方側の光送出口(第2出力口)は、反射防止手段となるアイソレータ46を介して、第1差動増幅器37の他の光受入口(第2入力口)に光学的に接続している。つまり、第1差動増幅器37と第3カプラ36の間にアイソレータ45、46挿入することで、第1差動増幅器37から反射された光が第3カプラ36の光送出口に戻ることを防止している。そして、第1差動増幅器37のLog出力部は、入力された信号強度の変動を補正演算する第2差動増幅器38の入力部に電気的に接続している。   In addition, as shown in FIG. 6, the light transmission outlet (first output opening) on one side of the third coupler 36 passes through an isolator 45 serving as an antireflection means and a variable attenuator 47 serving as an adjustment means. Is optically connected to a light receiving port (first input port) of a first differential amplifier 37 (measuring means) having a light detecting function for detecting light. The other optical transmission port (second output port) of the third coupler 36 is connected to another light receiving port (second input port) of the first differential amplifier 37 via an isolator 46 serving as an antireflection means. Is optically connected. That is, by inserting the isolators 45 and 46 between the first differential amplifier 37 and the third coupler 36, the light reflected from the first differential amplifier 37 is prevented from returning to the light transmission port of the third coupler 36. is doing. The Log output section of the first differential amplifier 37 is electrically connected to the input section of the second differential amplifier 38 that corrects the fluctuation of the input signal strength.

他方、第1カプラ32の他方側(分割割合10%側)の光送出口は、光検出器39の光受入口に光学的に接続している。光検出器39の出力部は、Logアンプ40の入力部に電気的に接続している。Logアンプ40のLog出力部は、第2差動増幅器38の入力部に電気的に接続している。   On the other hand, the light transmission port on the other side (the division ratio 10% side) of the first coupler 32 is optically connected to the light reception port of the photodetector 39. The output part of the photodetector 39 is electrically connected to the input part of the Log amplifier 40. The Log output part of the Log amplifier 40 is electrically connected to the input part of the second differential amplifier 38.

第2差動増幅器38の出力部は、演算制御装置41(特定手段)の入力部に、図示しないアナログ/デジタル変換機を介して電気的に接続している。演算制御装置41では、測定された光の強度から、測定光が反射又は後方散乱された位置と、その位置での反射強度又は後方散乱強度を求め、測定対象の奥行き方向(深さ方向)に対する後方散乱強度分布、即ち、コヒーレンス干渉波形を合成している。又、演算制御装置41の出力部は、演算結果を表示するモニタやプリンタ等の表示装置42の入力部に電気的に接続している。この演算制御装置41は、入力された情報に基づいて可変波長光発生装置31及びガルバノミラー53を制御することができるようになっている。   The output section of the second differential amplifier 38 is electrically connected to the input section of the arithmetic control device 41 (specifying means) via an analog / digital converter (not shown). The arithmetic and control unit 41 obtains the position where the measurement light is reflected or backscattered from the measured light intensity, the reflection intensity or the backscattering intensity at the position, and the depth direction (depth direction) of the measurement target. A backscattering intensity distribution, that is, a coherence interference waveform is synthesized. The output unit of the calculation control device 41 is electrically connected to the input unit of the display device 42 such as a monitor or a printer that displays the calculation result. The arithmetic and control unit 41 can control the variable wavelength light generator 31 and the galvanometer mirror 53 based on the input information.

図6においては、第3カプラ36の2つの光出力口の何れか一方、具体的には、アイソレータ45側に可変アテネータ47(可変減衰器)が挿入されているが、可変アテネータ47が挿入される光路は、以下のように定められる。   In FIG. 6, a variable attenuator 47 (variable attenuator) is inserted into one of the two optical output ports of the third coupler 36, specifically, the isolator 45 side, but the variable attenuator 47 is inserted. The optical path is determined as follows.

現実に使用し得る3dBカプラの分割比は完全には50:50でない。又、差動増幅器における光検出器の感度も2つの入力の間で僅かに異なる。このため、図8のように、信号光の光路を48a、48bの位置で切断し、参照光のみが第3カプラ36に入力するようにした場合、本来は、差動増幅機能を有する光検出器(Auto-balanced photoreceiver)の出力は零となるはずであるが、完全には零とならない。そこで、上記光検出器の出力の正負から光信号が強く検知されている側の干渉光路を特定し、特定した光路に可変アテネータ47を挿入する。   The split ratio of a 3 dB coupler that can actually be used is not completely 50:50. The sensitivity of the photodetector in the differential amplifier is also slightly different between the two inputs. Therefore, when the optical path of the signal light is cut at the positions 48a and 48b and only the reference light is input to the third coupler 36 as shown in FIG. The output of the instrument (Auto-balanced photoreceiver) should be zero, but not completely zero. Therefore, the interference optical path on the side where the optical signal is strongly detected is identified from the positive / negative of the output of the photodetector, and the variable attenuator 47 is inserted into the identified optical path.

そして、信号光の光路が48a、48bで切断された状態で、光検出器の出力が可変アテネータ47の挿入前より小さくなるように、可変アテネータ47の減衰率を調整する。又は、実際に、A-line(奥行き方向の走査)を観察しながら、ノイズフロアが極小になるように、可変アテネータ47の減衰率を調整してもよい。   Then, the attenuation rate of the variable attenuator 47 is adjusted so that the output of the photodetector becomes smaller than that before the insertion of the variable attenuator 47 in a state where the optical path of the signal light is cut off at 48a and 48b. Alternatively, the attenuation factor of the variable attenuator 47 may be adjusted so that the noise floor is minimized while actually observing the A-line (scanning in the depth direction).

又、例えば、信号光、参照光の強度が可変波長光発生装置31の波数によらず一定の場合に、波数に対して光強度が一定の第1成分と波数に対して光強度が振動する第2成分とからなる干渉光を、第3カプラ36の一方の光送出口(第1出力口)から出力し、波数に対して光強度が一定の第3成分と波数に対して光強度が振動し、上記第2成分とは逆相の第4成分とからなる干渉光を、他方の光送出口(第2出力口)から出力するようにして、第1差動増幅器37に測定された上記第1成分と上記第3成分の光の強度差が小さくなるように、可変アテネータ47の減衰率を調整してもよい。   Further, for example, when the intensity of the signal light and the reference light is constant regardless of the wave number of the variable wavelength light generator 31, the light intensity vibrates with respect to the first component and the wave number whose light intensity is constant with respect to the wave number. The interference light composed of the second component is output from one light transmission port (first output port) of the third coupler 36, and the light intensity is constant with respect to the third component and the wave number. Measured by the first differential amplifier 37 in such a manner that interference light consisting of a fourth component that oscillates and has a phase opposite to the second component is output from the other light transmission port (second output port). The attenuation factor of the variable attenuator 47 may be adjusted so that the difference in light intensity between the first component and the third component becomes small.

(操作方法)
最初に、細隙灯顕微鏡の位置合わせ機能を利用することによって、被検者の眼66の所望の位置近くに測定光を誘導する。
(Method of operation)
First, the measuring light is guided near the desired position of the eye 66 of the subject by utilizing the alignment function of the slit lamp microscope.

次に、演算制御装置41からの指令を出し、可変波長光発生装置31から時間に対して波数を階段状に切り替えながら光を出射させ(図9参照)、波数毎に測定を行う。   Next, a command is issued from the arithmetic and control unit 41, and light is emitted from the variable wavelength light generator 31 while switching the wave number in a stepwise manner with respect to time (see FIG. 9), and measurement is performed for each wave number.

従って、第2差動増幅器38は、各波数kiに対して、以下の式(11)に比例した信号を出力する。 Therefore, the second differential amplifier 38 outputs a signal proportional to the following equation (11) for each wave number k i .

Figure 2006300801
Figure 2006300801

この出力をアナログ/デジタル変換機でデジタル信号に変換し、演算制御装置41で読み取る。演算制御装置41は、この値をkiに関連付けて記憶することで、波数毎の測定結果の集合(データ)が収集されていく。 This output is converted into a digital signal by an analog / digital converter and read by the arithmetic and control unit 41. The arithmetic and control unit 41 stores this value in association with k i , thereby collecting a set (data) of measurement results for each wave number.

次に、演算制御装置41よりガルバノミラー53に指令を出し、測定対象の表面上での可変波長光の照射位置を水平方向の一直線上で僅かに移動させる。新しい照射位置に対しても、上に述べたものと同様の測定を行う。以上の操作を繰り返し行うことによって、断層像の構築に必要なデータを収集する。水平方向での走査点の数は、例えば100点である。   Next, a command is issued from the arithmetic and control unit 41 to the galvanometer mirror 53, and the irradiation position of the variable wavelength light on the surface of the measurement object is slightly moved on a straight line in the horizontal direction. The same measurement as described above is performed for the new irradiation position. By repeating the above operation, data necessary for constructing a tomographic image is collected. The number of scanning points in the horizontal direction is, for example, 100 points.

測定終了後、収集したデータを用いて、演算制御装置41は、式(2)〜式(5)に基づいて、測定点毎に深さ方向の反射又は後方散乱強度の分布Yt 2(z)を算出し断層像を構築する。 After the measurement is completed, the arithmetic and control unit 41 uses the collected data to calculate the reflection or backscattering intensity distribution Y t 2 (z in the depth direction for each measurement point based on the equations (2) to (5). ) To construct a tomographic image.

構築された断層像では、ノイズフロアが、アイソレータ45、46を挿入したことにより5dB改善し、可変アテネータ47の減衰量を調整することによって5dB改善し、光路長を調整したことにより15dB改善し、トータルで25dB低減した。   In the constructed tomogram, the noise floor is improved by 5 dB by inserting the isolators 45 and 46, improved by 5 dB by adjusting the attenuation amount of the variable attenuator 47, and improved by 15 dB by adjusting the optical path length. The total was reduced by 25 dB.

なお、アイソレータ45、46の後ろの双方に可変アテネータ47を配置してもよい。この場合には、より大きな干渉光を出力する第3カプラ36の出力口を、予め調べておく必要がない。   Note that the variable attenuator 47 may be disposed behind both the isolators 45 and 46. In this case, it is not necessary to examine in advance the output port of the third coupler 36 that outputs larger interference light.

本実施例では、波数を階段状に増加するように走査しているが、波数の走査は必ずしもこのようにしなければならないわけではなく、所定の時間内に必要な波数を全て走査することができるものであれば、どのような走査方法でも良い。例えば、波数が階段状に漸次増加するのではなく、漸次減少するものであって良いし、断層像の構築に必要な波数総てをランダムに走査するものであっても良い。   In this embodiment, the wave number is scanned so as to increase stepwise. However, the wave number scan is not necessarily performed in this manner, and all the necessary wave numbers can be scanned within a predetermined time. Any scanning method can be used. For example, the wave number may not gradually increase stepwise but gradually decrease, or all wave numbers necessary for constructing a tomographic image may be scanned randomly.

又、本実施例では、第3カプラ36の出力のアンバランスを補正するために、可変アテネータ47を用いたが、例えば、以下に示すように、入力光の強度に重み付けをして差をとる差動増幅器を用いてもよい。   In this embodiment, the variable attenuator 47 is used to correct the output imbalance of the third coupler 36. For example, as shown below, the input light intensity is weighted to obtain a difference. A differential amplifier may be used.

通常、差動増幅器は、2つの入力V1とV2の差に比例する出力V0=β(V2−V1)を出力するように作られている。図10のA3と4つの抵抗値Rcの抵抗の組み合わせの回路は、β=1の差動増幅器になっていて、V0=V2’−V1’である。 Typically, the differential amplifier is designed to output an output V 0 = β (V 2 −V 1 ) that is proportional to the difference between the two inputs V 1 and V 2 . A3 four circuits of the combination of the resistance of the resistance value R c of FIG. 10, it becomes beta = 1 the differential amplifier, a V 0 = V 2 '-V 1 '.

差動増幅器の出力を、2つの入力電圧の等価な引き算でなく、重みを付けた引き算回路にする方法としては、例えば、図10に示すように、通常の差動増幅器の前に、増幅器(A1、A2)を入れ、これらの増幅度を望ましい重みにするように、増幅度を調整する。   As a method of making the output of the differential amplifier a weighted subtracting circuit instead of an equivalent subtraction of two input voltages, for example, as shown in FIG. A1 and A2) are included, and the amplification levels are adjusted so that these amplification levels have a desired weight.

図10において、V1’、V2’及び出力電圧V0は、以下の式(12)となる。 In FIG. 10, V 1 ′, V 2 ′ and the output voltage V 0 are expressed by the following equation (12).

Figure 2006300801
f1とRf2を可変抵抗にすれば、電圧V1とV2の重みを変えることができる。上記構成により、第3カプラ36の一方の光送出口(第1出力口)から出力され、波数に対して光強度が一定の第1成分と、第3カプラ36の他方の光送出口(第2出力口)から出力され、波数に対して光強度が一定の第3成分に重みを付けて、これらの差を小さくするように補正することが可能となる(調整手段)。
Figure 2006300801
If R f1 and R f2 are variable resistors, the weights of the voltages V 1 and V 2 can be changed. With the above configuration, the first component output from one light transmission port (first output port) of the third coupler 36 and having a constant light intensity with respect to the wave number, and the other light transmission port (the first light output port of the third coupler 36). It is possible to weight the third component that is output from the two output ports) and has a constant light intensity with respect to the wave number, and make corrections so as to reduce these differences (adjustment means).

なお、本実施例では、対数出力を必要とするが、これは、V0を更に対数に変換する回路によって容易に実現できる。 In this embodiment, a logarithmic output is required. This can be easily realized by a circuit for further converting V 0 into a logarithm.

上記差動増幅器では、信号光の光路が48a、48bで切断された状態で(図8参照)、差動増幅器の出力が、より小さくなるように各入力に対する利得を調整する。又は、実際に、A-line(奥行き方向の走査)を観察しながら、ノイズフロアが極小になるように、各入力に対する利得を調整してもよい。   In the differential amplifier, the gain for each input is adjusted so that the output of the differential amplifier becomes smaller with the optical path of the signal light cut at 48a and 48b (see FIG. 8). Alternatively, the gain for each input may be adjusted so that the noise floor is minimized while actually observing the A-line (scanning in the depth direction).

本実施例は、本発明者等が最近新たに開発した折り返し像の発生しないOFDR−OCT装置に本発明を適用した場合の例である(特願2005−14650)。   The present embodiment is an example in which the present invention is applied to an OFDR-OCT apparatus that has recently been newly developed by the present inventors and does not generate a folded image (Japanese Patent Application No. 2005-14650).

(装置構成)
図11は、本発明を用いたOFDR−OCT装置の一例である。測定対象は、従来技術で述べたOFDR−OCT装置と同様に、人の前眼部である。
(Device configuration)
FIG. 11 is an example of an OFDR-OCT apparatus using the present invention. The object to be measured is the anterior segment of the person, similar to the OFDR-OCT apparatus described in the prior art.

超周期構造回折格子分布反射半導体レーザ光発生装置(非特許文献3)のような、波長を変化させながら光を出射できる可変波長光発生手段である可変波長光発生装置31の光出射口を、光を2分割(例えば、90:10)する方向性結合器等からなる第1カプラ32の光受入口に光学的に接続する。   A light emitting port of a variable wavelength light generating device 31 that is a variable wavelength light generating means capable of emitting light while changing the wavelength, such as a superperiodic structure diffraction grating distributed reflection semiconductor laser light generating device (Non-patent Document 3), The light is optically connected to the light receiving port of the first coupler 32 including a directional coupler that divides the light into two (for example, 90:10).

方向性結合器等からなる第1カプラ32の一方側(分割割合90%側)の光送出口は、光を2分割(例えば、70:30)する方向性結合器等からなる分割手段である第2カプラ33の光受入口に光学的に接続している。   The light transmission port on one side (division ratio 90% side) of the first coupler 32 composed of a directional coupler or the like is a dividing means composed of a directional coupler or the like that divides light into two (for example, 70:30). The second coupler 33 is optically connected to the light receiving port.

第2カプラ33の一方側(分割割合70%側)の光送出口は、サーキュレータ35(クロストーク50〜60dB)の光受入口に光学的に接続している。この第2カプラ33の他方側(分割割合30%側)の光送出口は光位相変調器34の入力に接続され、光位相変調器34の出力は光を2分割(例えば、50:50)する方向性結合器等からなる合波手段である第3カプラ36の一方の光受入口に光学的に接続している。光位相変調器としては、例えば、LN変調器とその制御装置からなるものが使用可能である。   The light transmission port on one side (the division ratio 70% side) of the second coupler 33 is optically connected to the light reception port of the circulator 35 (crosstalk 50 to 60 dB). The light transmission port on the other side of the second coupler 33 (the division ratio 30% side) is connected to the input of the optical phase modulator 34, and the output of the optical phase modulator 34 divides the light into two (for example, 50:50). It is optically connected to one light receiving port of the third coupler 36 which is a multiplexing means comprising a directional coupler or the like. As the optical phase modulator, for example, an optical phase modulator comprising an LN modulator and its control device can be used.

サーキュレータ35の光送出口は、第3カプラ36の光受入口に光学的に接続すると共に、その光送出/光受入口は図7に示すような測定ヘッド50に接続する。測定ヘッド50は、測定光を測定対象に照射する手段であると共に、測定対象である眼によって測定光が反射又は後方散乱された信号光を捕捉する手段としても機能する(測定光照射/信号光補足手段)。   The light transmission port of the circulator 35 is optically connected to the light reception port of the third coupler 36, and the light transmission / light reception port is connected to a measurement head 50 as shown in FIG. The measurement head 50 is a means for irradiating the measurement target with the measurement light, and also functions as a means for capturing the signal light reflected or backscattered by the eye as the measurement target (measurement light irradiation / signal light). Supplementary means).

図7については、実施例1において説明したので、その詳細な説明を省略するが、図7に示すように、測定ヘッド50は、光ファイバ43を通ってきた測定光を平行ビームに整形するコリメートレンズ52と、この平行ビームを前眼部に集光するフォーカシングレンズ54と、測定光を水平方向に走査するガルバノミラー53とから構成されており、細隙灯顕微鏡からスリット光(細隙光)照射系を外して空いた空間に取り付けられている。細隙灯顕微鏡の位置合わせ機能を利用することによって、被検者の眼66の所望の位置近くに測定光を誘導することができる。   Since FIG. 7 has been described in the first embodiment, a detailed description thereof is omitted, but as shown in FIG. 7, the measurement head 50 collimates the measurement light that has passed through the optical fiber 43 into a parallel beam. The lens 52, a focusing lens 54 for condensing the parallel beam on the anterior eye part, and a galvano mirror 53 for scanning the measurement light in the horizontal direction, are slit light (slit light) from the slit lamp microscope. It is installed in an empty space with the irradiation system removed. By utilizing the alignment function of the slit lamp microscope, the measurement light can be guided near a desired position of the eye 66 of the subject.

本実施例においても、第2カプラ33と第3カプラ36の間にある参照光路(分割比30%)の光路長が、第2カプラ33とサーキュレータ35間の光路長及びサーキュレータ35と第3カプラ36間の光路長との和より、可変波長光源31の最大可干渉距離10mだけ長くなるように、参照光の光路を構成する光ファイバ44の長さが調節される。そして、サーキュレータ35と測定対象との間の光路長が、可変波長光発生装置31の最大可干渉距離の半分5mに等しくなるように、サーキュレータ35と測定対象との間の光ファイバ43の長さが調整される。なお、第2カプラ33とサーキュレータ35間の光路長及びサーキュレータ35と第3カプラ36間の光路長の和と、光ファイバ44を除いた第2カプラ33と第3カプラ36の間にある参照光光路(分割比30%)の光路長とは、等しいとする。   Also in the present embodiment, the optical path length of the reference optical path (division ratio 30%) between the second coupler 33 and the third coupler 36 is the optical path length between the second coupler 33 and the circulator 35 and the circulator 35 and the third coupler. The length of the optical fiber 44 constituting the optical path of the reference light is adjusted so that the maximum coherence distance 10 m of the variable wavelength light source 31 is longer than the sum of the optical path lengths 36. The length of the optical fiber 43 between the circulator 35 and the measurement target is set so that the optical path length between the circulator 35 and the measurement target is equal to half 5 m of the maximum coherence distance of the variable wavelength light generator 31. Is adjusted. The sum of the optical path length between the second coupler 33 and the circulator 35, the optical path length between the circulator 35 and the third coupler 36, and the reference light between the second coupler 33 and the third coupler 36 excluding the optical fiber 44. The optical path length of the optical path (division ratio 30%) is assumed to be equal.

又、光検出機能を有する第1差動増幅器37と第3カプラ36の間に、反射防止手段となるアイソレータ45、46を挿入する。更に、第3カプラ36の2つの出力口に接続されたアイソレータの何れか一方、例えば、アイソレータ45の後に、調整手段となる可変アテネータ47を挿入する。なお、可変アテネータ47が挿入される光路は、実施例1で説明した方法と同様な方法により定めればよい。   Also, isolators 45 and 46 serving as antireflection means are inserted between the first differential amplifier 37 having the light detection function and the third coupler 36. Furthermore, a variable attenuator 47 serving as an adjusting unit is inserted after one of the isolators connected to the two output ports of the third coupler 36, for example, the isolator 45. The optical path into which the variable attenuator 47 is inserted may be determined by a method similar to the method described in the first embodiment.

このように、第3カプラ36の一方側の光送出口(第1出力口)は、アイソレータ45、可変アテネータ47を介して、光の強度を検出する光検出機能を有する第1差動増幅器37(測定手段)の光受入口(第1入力口)に光学的に接続している。又、第3カプラ36の他方側の光送出口(第2出力口)は、アイソレータ46を介して、第1差動増幅器37の他の光受入口(第2入力口)に光学的に接続している。そして、第1差動増幅器37のLog出力部は、入力された信号強度の変動を補正演算する第2差動増幅器38の一方の入力部に電気的に接続している。   As described above, the first optical amplifier 37 having the light detection function of detecting the intensity of light via the isolator 45 and the variable attenuator 47 is provided at one side of the third coupler 36. It is optically connected to the light receiving port (first input port) of (measuring means). Further, the other optical transmission port (second output port) of the third coupler 36 is optically connected to the other light receiving port (second input port) of the first differential amplifier 37 via the isolator 46. is doing. The Log output section of the first differential amplifier 37 is electrically connected to one input section of the second differential amplifier 38 that corrects the fluctuation of the input signal strength.

他方、第1カプラ32の他方側(分割割合10%側)の光送出口は、光検出器39の光受入口に光学的に接続している。光検出器39の出力部は、Logアンプ40の入力部に電気的に接続している。Logアンプ40のLog出力部は、第2差動増幅器38の入力部に電気的に接続している。   On the other hand, the light transmission port on the other side (the division ratio 10% side) of the first coupler 32 is optically connected to the light reception port of the photodetector 39. The output part of the photodetector 39 is electrically connected to the input part of the Log amplifier 40. The Log output part of the Log amplifier 40 is electrically connected to the input part of the second differential amplifier 38.

第2差動増幅器38の出力部は、演算制御装置41(特定手段)の入力部に、図示しないアナログ/デジタル変換機を介して電気的に接続している。演算制御装置41では、測定された光の強度から、測定光が反射又は後方散乱された位置と、その位置での反射強度又は後方散乱強度を求め、測定対象の奥行き方向(深さ方向)に対する後方散乱強度分布、即ち、コヒーレンス干渉波形を合成している。又、演算制御装置41の出力部は、演算結果を表示するモニタやプリンタ等の表示装置42の入力部に電気的に接続している。この演算制御装置41は、入力された情報に基づいて可変波長光発生装置31、光位相変調器34、及びガルバノミラー53を制御することができるようになっている。   The output section of the second differential amplifier 38 is electrically connected to the input section of the arithmetic control device 41 (specifying means) via an analog / digital converter (not shown). The arithmetic and control unit 41 obtains the position where the measurement light is reflected or backscattered from the measured light intensity, the reflection intensity or the backscattering intensity at the position, and the depth direction (depth direction) of the measurement target. A backscattering intensity distribution, that is, a coherence interference waveform is synthesized. The output unit of the calculation control device 41 is electrically connected to the input unit of the display device 42 such as a monitor or a printer that displays the calculation result. The arithmetic and control unit 41 can control the variable wavelength light generator 31, the optical phase modulator 34, and the galvanometer mirror 53 based on the input information.

第1差動増幅器37の出力は、I(ki,φ)=2(Irs1/2cos(2L×ki+φ)のLogをとったものとなる。なお、φは、光位相変調器34の位相変調量である。一方、Logアンプ40の出力はlogIrに比例した値となるので、第2差動増幅器38の出力は、以下の式(13)となる(定数項は省略)。 The output of the first differential amplifier 37 takes a log of I (k i , φ) = 2 (I r I s ) 1/2 cos (2L × k i + φ). Φ is the phase modulation amount of the optical phase modulator 34. On the other hand, since the output of the Log amplifier 40 has a value proportional to logI r , the output of the second differential amplifier 38 is expressed by the following equation (13) (the constant term is omitted).

Figure 2006300801
Figure 2006300801

なお、式(13)のlogの中は、反射面が1つの場合の式であるが、説明を簡単にするため以後も反射面が1つの場合について考える。   Note that the log in Expression (13) is an expression when there is one reflecting surface, but for the sake of simplicity, the case where there is one reflecting surface will be considered.

(操作方法)
演算制御装置41からの指令を出し、可変波長光発生装置31から時間に対して波数を階段状に切り替えながら光を出射させる(図12の下部)。
(Method of operation)
A command is issued from the arithmetic and control unit 41, and light is emitted from the variable wavelength light generator 31 while switching the wave number in a stepped manner with respect to time (lower part of FIG. 12).

演算制御装置41からは、波数走査の指令と同時に、光位相変調器34にも指令を出す。光位相変調器34は、この指令に基づき可変波長光発生装置31の波数切り替えに同期させて、参照光の位相を図12の上部のように0[rad]と−π/2[rad]の間で交互に変調する。即ち、波数保持期間の前半分の期間は0[rad]、後半部の期間は−π/2[rad]だけ参照光を位相変調する。   The arithmetic and control unit 41 issues a command to the optical phase modulator 34 simultaneously with the wave number scanning command. Based on this command, the optical phase modulator 34 synchronizes with the wave number switching of the variable wavelength light generator 31 to change the phase of the reference light between 0 [rad] and −π / 2 [rad] as shown in the upper part of FIG. Alternately modulate between. That is, the reference light is phase-modulated by 0 [rad] in the first half of the wave number holding period and by −π / 2 [rad] in the second half.

第2差動増幅器38において、各波数kiの保持時間の前半は、以下の式(14)に比例した信号を出力する。 In the second differential amplifier 38, the first half of the holding time of each wave number k i outputs a signal proportional to the following equation (14).

Figure 2006300801
Figure 2006300801

又、各波数kiの保持時間の後半は、以下の式(15)に比例した信号を出力する。 In the second half of the holding time of each wave number k i , a signal proportional to the following equation (15) is output.

Figure 2006300801
Figure 2006300801

以上の式でlogを外すと、以下の式(16)、(17)となる。   When log is removed from the above equation, the following equations (16) and (17) are obtained.

Figure 2006300801
Figure 2006300801

即ち、I(ki,0)は波数に対して余弦関数となり(第1出力光強度)、I(ki,−π/2)は正弦関数となる(第2出力光強度)。なお、上記I(ki,0)のように反射面が1つだけの場合にその強度が波数に対して余弦関数になる出力光を、「波数に対して余弦関数として変化する出力光」と呼ぶこととする。又、I(ki,−π/2)のように反射面が1つだけの場合にその強度が正弦関数になる出力光を、「波数に対して正弦関数として変化する出力光」と呼ぶこととする。 That, I (k i, 0) becomes a cosine function with wavenumber (first output light intensity), I (k i, -π / 2) is a sinusoidal function (second output light intensity). Incidentally, the output light intensity when the reflecting surface is only one becomes a cosine function with wavenumber as above I (k i, 0), "output light that varies as a cosine function with wavenumber" I will call it. Further, I (k i, -π / 2) output light intensity becomes a sine function if the reflecting surface as there is only one, referred to as "output light varies as a sine function with wavenumber" I will do it.

この出力をアナログ/デジタル変換機でデジタル信号に変換し、演算制御装置41で読み取る。演算制御装置41は、この値を、ki及びφ=0、−π/2に関連付けて記憶する。 This output is converted into a digital signal by an analog / digital converter and read by the arithmetic and control unit 41. The arithmetic and control unit 41 stores this value in association with k i and φ = 0, −π / 2.

なお、φ=π/2としてもよく、その場合には出力の符号を逆転してから信号処理をすれば良いのであって、符号が反転していない場合と何ら本質的な相違はない。   Note that φ = π / 2 may be used, and in this case, the signal processing may be performed after the output sign is reversed, and there is no essential difference from the case where the sign is not reversed.

次に、演算制御装置41よりガルバノミラー53に指令を出し、測定対象の表面上での可変波長光の照射位置を水平方向の一直線上で僅かに移動させる。新しい照射位置に対しても、上に述べたものと同様の測定を行う。以上の操作を繰り返し行うことによって、断層像の構築に必要なデータを収集する。水平方向での走査点の数は、例えば、100点である。   Next, a command is issued from the arithmetic and control unit 41 to the galvanometer mirror 53, and the irradiation position of the variable wavelength light on the surface of the measurement object is slightly moved on a straight line in the horizontal direction. The same measurement as described above is performed for the new irradiation position. By repeating the above operation, data necessary for constructing a tomographic image is collected. The number of scanning points in the horizontal direction is, for example, 100 points.

測定終了後、収集したデータを用いて演算制御装置41は以下の式(18)〜(19)に従って、測定点毎に深さ方向の反射又は後方散乱強度の分布Yt "2(z)を算出し、この分布に基づき断層像を構築する。 After the measurement is completed, the arithmetic and control unit 41 uses the collected data to calculate the reflection or backscattering intensity distribution Y t "2 (z) in the depth direction for each measurement point according to the following equations (18) to (19). Calculate and construct a tomographic image based on this distribution.

Figure 2006300801
Figure 2006300801

なお、式(18)の第1項は、波数に対して余弦関数として変化する出力光の強度をフーリエ余弦変換するものである。同様に、式(18)の第2項は、波数に対して正弦関数として変化する出力光の強度をフーリエ正弦変換するものである。又、式(19)の第1項は、波数に対して余弦関数として変化する出力光の強度をフーリエ正弦変換するものであり、式(19)の第2項は、波数に対して正弦関数として変化する出力光の強度をフーリエ余弦変換するものである。   Note that the first term of the equation (18) is a Fourier cosine transform of the intensity of the output light that changes as a cosine function with respect to the wave number. Similarly, the second term of the equation (18) is a Fourier sine transform of the intensity of the output light that changes as a sine function with respect to the wave number. Further, the first term of the equation (19) is for performing a Fourier sine transformation on the intensity of the output light that changes as a cosine function with respect to the wave number, and the second term of the equation (19) is a sine function with respect to the wave number. The intensity of the output light that changes as follows is subjected to Fourier cosine transform.

反射面又は後方散乱体が1つの場合は、以下の式(21)となる。   When there is one reflecting surface or backscattering body, the following equation (21) is obtained.

Figure 2006300801
Figure 2006300801

式(21)で表される関数はz=2Lで大きな値をとり、z=2Lから遠ざかると急速に小さくなる。そして、式(6)の右辺第2項のような折り返し断層像を生成する項は、存在しない。即ち、式(21)に基づけば、折り返し像のない断層像を構築することができる。なお、zは、位置座表を示す変数であり、2Lは、第2カプラ33から測定対象(眼66)に至る測定光の光路長と測定対象(眼66)から第3カプラ36に至る信号光の光路長との和から、第2カプラ33から第3カプラ36に至る参照光の光路長を差し引いた値である。   The function represented by the equation (21) takes a large value at z = 2L, and rapidly decreases as the distance from z = 2L increases. There is no term that generates a folded tomographic image such as the second term on the right side of Equation (6). That is, based on Expression (21), a tomographic image without a folded image can be constructed. Note that z is a variable indicating a position table, and 2L is an optical path length of measurement light from the second coupler 33 to the measurement target (eye 66) and a signal from the measurement target (eye 66) to the third coupler 36. This is a value obtained by subtracting the optical path length of the reference light from the second coupler 33 to the third coupler 36 from the sum of the optical path lengths of the light.

特願2005−14650に記載されているように、以上の演算は、測定対象が1つの反射面(又は散乱体)のみから構成される場合、第1出力光強度及び第2出力光強度から、可変波長光発生装置31の出力光の波数ki毎に、ki×(z−2L)に対して、余弦関数、正弦関数に比例する関数を算出し、波数ki毎に算出したこれらの関数の総和を求めることで、測定対象の奥行き方向に対する反射強度又は後方散乱強度を折り返しなく特定するものである。なお、ki×(z−2L)ではなく、ki×(z+2L)に対して、余弦関数、正弦関数に比例する関数を算出して、総和を求めてもよい。但し、この場合、得られる像は、原点に対する鏡像となる。又、ki×(z−2L)又はki×(z+2L)に対して、余弦関数又は正弦関数の何れか一方に比例する関数を算出して、総和を求めてもよい。 As described in Japanese Patent Application No. 2005-14650, the above calculation is based on the first output light intensity and the second output light intensity when the measurement target is composed of only one reflecting surface (or scatterer). For each wave number k i of the output light of the variable wavelength light generator 31, a function proportional to the cosine function and sine function is calculated for k i × (z−2L), and these calculated for each wave number k i are calculated. By calculating the sum of the functions, the reflection intensity or the backscattering intensity in the depth direction of the measurement target is specified without being folded back. Incidentally, k i × (z-2L ) , rather than with respect to k i × (z + 2L) , calculates a function proportional cosine function, a sine function may be the total sum. However, in this case, the obtained image is a mirror image with respect to the origin. Also, a function that is proportional to either the cosine function or the sine function may be calculated for k i × (z−2L) or k i × (z + 2L) to obtain the sum.

反射面又は散乱体が複数ある場合には、複数の反射面(又は散乱体)からの信号に対応した以下の式(22)からなる項と、無視できる程度に小さな項の和になる(2Liはi番目の反射面に対する光路長差、Mは反射面の数を表す。)。従って、反射面(又は散乱体)が複数存在する場合であっても、折り返しのない断層像が得られる。 When there are a plurality of reflecting surfaces or scatterers, the sum of a term consisting of the following equation (22) corresponding to signals from the plurality of reflecting surfaces (or scatterers) and a term that is negligibly small (2L i represents an optical path length difference with respect to the i-th reflecting surface, and M represents the number of reflecting surfaces.) Therefore, even if there are a plurality of reflecting surfaces (or scatterers), a tomographic image without folding is obtained.

Figure 2006300801
Figure 2006300801

構築された断層像では、ノイズフロアが、アイソレータ45、46を挿入したことにより5dB改善し、可変アテネータ47を挿入し、減衰量を調整することにより5dB改善し、光路長を調整したことにより15dB改善し、トータルで25dB低減した。なお、アイソレータ45、46の双方の後ろに可変アテネータ47を配置してもよい。この場合には、より大きく干渉光を出力する第3カプラ36の出力口を、予め調べておく必要がない。   In the constructed tomographic image, the noise floor is improved by 5 dB by inserting the isolators 45 and 46, improved by 5 dB by inserting the variable attenuator 47 and adjusting the attenuation, and 15 dB by adjusting the optical path length. Improved and reduced by 25 dB in total. Note that the variable attenuator 47 may be disposed behind both the isolators 45 and 46. In this case, it is not necessary to examine in advance the output port of the third coupler 36 that outputs a larger amount of interference light.

本実施例では、波数は階段状に増加するように走査しているが波数の走査は必ずしもこのようにしなければならないわけではなく、所定の時間内に必要な波数を全て走査することができるものであればどのような走査方法でも良い。例えば、波数が階段状に漸次増加するのではなく、漸次減少するものであって良いし、断層像の構築に必要な波数総てをランダムに走査するものであっても良い。   In this embodiment, the wave number is scanned so as to increase stepwise, but the wave number scan does not necessarily have to be performed in this way, and all the necessary wave numbers can be scanned within a predetermined time. Any scanning method may be used. For example, the wave number may not gradually increase stepwise but gradually decrease, or all wave numbers necessary for constructing a tomographic image may be scanned randomly.

又、本実施例では、参照光の位相を変調(シフト)する手段として、参照光の位相を動的に変化させる光位相変調器を用いたが、参照光の光路を2分割し、一方の光路に位相を静的にシフトさせる手段(例えば、位相を固定した光位相変調器)を配置しても良い。但し、2分割された参照光をそれぞれ信号光と合波するため、信号光も2分割し、分割した参照光と信号光の光路をそれぞれ1対1に合波する必要がある。このようにすれば、波数に対して余弦関数として変化する干渉信号と正弦関数として変化する干渉信号を同時に得ることができる。シフトさせる位相は、例えば、π/2である。この際、分割後の参照光の光路長を双方等しくなるように調整する必要がある。分割後の信号光の光路長についても同じである。なお、光を分割する手段として方向性結合器を使用した場合には、2つ分割直後の光の間で位相差π/2が生じるので、この影響を考慮して信号処理を行う必要がある。但し、合波の仕方によらず、2つの干渉光の一方は余弦関数として変化し、他方は正弦関数として変化する(符号が逆になる場合も含めて。)。   In this embodiment, an optical phase modulator that dynamically changes the phase of the reference light is used as means for modulating (shifting) the phase of the reference light. However, the optical path of the reference light is divided into two parts. A means for statically shifting the phase in the optical path (for example, an optical phase modulator having a fixed phase) may be arranged. However, since the reference light divided into two is combined with the signal light, the signal light also needs to be divided into two, and the optical paths of the divided reference light and signal light need to be combined one-on-one. In this way, it is possible to simultaneously obtain an interference signal that changes as a cosine function and an interference signal that changes as a sine function with respect to the wave number. The phase to be shifted is, for example, π / 2. At this time, it is necessary to adjust the optical path lengths of the divided reference lights so that both are equal. The same applies to the optical path length of the divided signal light. When a directional coupler is used as a means for splitting light, a phase difference π / 2 is generated between the light immediately after splitting into two, and it is necessary to perform signal processing in consideration of this influence. . However, one of the two interference lights changes as a cosine function and the other changes as a sine function regardless of the way of multiplexing (including the case where the sign is reversed).

又、方向性結合器のように分割後の光の位相にπ/2の差が生じさせる光学部品を使用することもできる。これらを複数信号光の光路と参照光の光路に適宜配置するとによって、合波後の位相差が、例えば、π/2にすることができ、波数に対して余弦関数及び正弦関数として変化する干渉光を得ることもできる。   In addition, an optical component that produces a difference of π / 2 in the phase of the divided light, such as a directional coupler, can be used. By appropriately arranging these in the optical path of the plurality of signal lights and the optical path of the reference light, the phase difference after multiplexing can be set to, for example, π / 2, and the interference changes as a cosine function and a sine function with respect to the wave number You can also get light.

又、可変減衰器(可変アテネータ)の代わりに、実施例1(図10)で示した各入力の利得調整機能付き差動増幅器を用いてもよい。   Further, instead of the variable attenuator (variable attenuator), the differential amplifier with gain adjustment function of each input shown in the first embodiment (FIG. 10) may be used.

上記実施例1、2では、光路長を調整することでクロストーク光による干渉ノイズをなくすようにしているが、このようにしなくても、サーキュレータ35のクロストークを減らすことによってノイズフロアを低減することができる。   In the first and second embodiments, the interference noise due to the crosstalk light is eliminated by adjusting the optical path length. However, the noise floor is reduced by reducing the crosstalk of the circulator 35 without doing so. be able to.

具体的には、実施例1、実施例2において、光路長調整用の光ファイバ43、44を参照光路等に挿入せず、サーキュレータ35をクロストークが50d〜60dBのものから60〜70dBのものに変えた。つまり、サーキュレータ35が、光受入口に入射する測定光に対する漏洩光を60dB以上減衰するものであるため、漏洩光と参照光とが干渉することを防止する干渉防止手段となる。   Specifically, in the first and second embodiments, the optical fibers 43 and 44 for adjusting the optical path length are not inserted into the reference optical path or the like, and the circulator 35 has a crosstalk of 50 to 60 dB to 60 to 70 dB. Changed to. That is, since the circulator 35 attenuates the leakage light with respect to the measurement light incident on the light receiving port by 60 dB or more, the circulator 35 serves as an interference prevention means for preventing the leakage light and the reference light from interfering with each other.

上記構成を用いて構築された断層像では、ノイズフロアが、アイソレータ45、46を挿入したことにより5dB改善し、サーキュレータ35を変えたことにより10dB改善し、トータルで15dB低減した。   In the tomogram constructed using the above configuration, the noise floor was improved by 5 dB by inserting the isolators 45 and 46, improved by 10 dB by changing the circulator 35, and reduced by 15 dB in total.

なお、上記実施例1〜3では、干渉計としてマッハツエンダ干渉計を用いたが、使用可能な干渉計はこのタイプに限られるわけではなく、マイケルソン干渉計等、その他の干渉計も使用可能である。マイケルソン干渉計を用いた場合、可変波長光を分割する手段と信号光と参照光を合波する手段が同一となる。   In Examples 1 to 3, a Mach-Zender interferometer was used as an interferometer. However, usable interferometers are not limited to this type, and other interferometers such as a Michelson interferometer can be used. is there. When the Michelson interferometer is used, the means for dividing the variable wavelength light and the means for multiplexing the signal light and the reference light are the same.

又、上記実施例1〜3では、測定信号の解析にフーリエ変換を用いているが、必ずしもフーリエ変換でなければいけないわけでなく、信号中から多数の周波数成分を抽出することができる解析法であれば他の方法でもよい。詳細には、測定対象からの反射光(又は後方散乱光)と参照光とを干渉させ、波数を変化させながら光強度測定をすると、反射光(又は後方散乱体)の位置に対応した周波数で振動する多数の余弦関数の関数になる。従って、この信号の中から、それぞれの位置に対応した周波数成分をもった関数が抽出できるならば、断層像を構築できることになる。例えば、フーリエ変換は、より一般的なウェーブレット変換に包含されるものであり、本発明は、測定信号の解析にウェーブレット変換を用いた場合にも適用可能である。   In the first to third embodiments, the Fourier transform is used for the analysis of the measurement signal. However, the Fourier transform is not necessarily required, and an analysis method that can extract a large number of frequency components from the signal. Other methods are acceptable if there are. Specifically, when the reflected light (or backscattered light) from the measurement object interferes with the reference light and the light intensity is measured while changing the wave number, the frequency corresponding to the position of the reflected light (or backscatterer) is obtained. It becomes a function of many cosine functions that oscillate. Therefore, if a function having a frequency component corresponding to each position can be extracted from this signal, a tomographic image can be constructed. For example, the Fourier transform is included in a more general wavelet transform, and the present invention can be applied to a case where the wavelet transform is used for analysis of a measurement signal.

更に、上記実施例1〜3では、進行方向制御手段としてオプティカルサーキュレータを用いたが、その他の光素子、例えば、方向性結合器からなる3dBカプラ等も利用することができる。   Furthermore, in Examples 1 to 3, an optical circulator is used as the traveling direction control means. However, other optical elements such as a 3 dB coupler including a directional coupler can also be used.

加えて、上記実施例1〜3では、可変波長発生装置の波数を時間に対して不連続(離散的)に変化させて、一定時間その波数を保持し、その間に干渉光の強度を測定している。しかし、波数を連続的に変化させつつ干渉光を測定するOCT、例えば、チャープ○CT(非特許文献4)にも、当然、本発明を適用可能である。又、上記実施例1〜3に記載した測定法においても、波数を連続的に変化させながら干渉光強度を測定し、所定の波数になったときに光検出器の出力サンプリングするようにしてもよい。この際、所定の波数を中心に一定範囲の波数に対して、干渉光強度を平均化すると、S/N比が改善する。   In addition, in the first to third embodiments, the wave number of the variable wavelength generator is changed discontinuously (discretely) with respect to time, the wave number is maintained for a certain time, and the intensity of the interference light is measured during that time. ing. However, the present invention is naturally applicable to OCT that measures interference light while continuously changing the wave number, for example, chirp CT (Non-Patent Document 4). In the measurement methods described in the first to third embodiments, the interference light intensity is measured while continuously changing the wave number, and the output of the photodetector is sampled when a predetermined wave number is reached. Good. At this time, if the interference light intensity is averaged over a certain range of wave numbers around a predetermined wave number, the S / N ratio is improved.

本発明に係るオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置は、これを用いることにより、生体だけでなく、精密機器等の製造業において利用可能なものである。   By using this optical coherent tomography apparatus according to the present invention, it can be used not only in living bodies but also in manufacturing industries such as precision instruments.

オプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置を構成する光学部品において、反射光発生点を特定する手順を説明する図である。It is a figure explaining the procedure which pinpoints a reflected light generation point in the optical component which comprises an optical coherent tomography apparatus. オプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置を構成する光学部品において、アテネータを挿入した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which inserted the attenuator in the optical component which comprises an optical coherent tomography apparatus. オプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置のサーキュレータにおいて、反射光発生点を特定するため、コネクタを外した状態を示す図である。In the circulator of an optical coherent tomography apparatus, it is a figure which shows the state which removed the connector in order to pinpoint a reflected light generation | occurrence | production point. オプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置において、光路長を長くした状態を示す図である。It is a figure which shows the state which lengthened the optical path length in the optical coherent tomography apparatus. 可干渉距離を測定するマイケルソン干渉計を説明する図である。It is a figure explaining the Michelson interferometer which measures a coherence distance. 本発明に係るオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置の実施形態の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of embodiment of the optical coherent tomography apparatus which concerns on this invention. 図6のオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置の測定ヘッドの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the measurement head of the optical coherent tomography apparatus of FIG. 図4のオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置において、アテネータの調整を説明する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating adjustment of an attenuator in the optical coherent tomography apparatus of FIG. 4. 可変波長発生装置からの出射光の波数のタイムチャートである。It is a time chart of the wave number of the emitted light from a variable wavelength generator. 重み付き差動増幅器を示す図である。It is a figure which shows a weighted differential amplifier. 本発明に係るオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置の実施形態の他の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows another example of embodiment of the optical coherent tomography apparatus which concerns on this invention. 可変波長発生装置からの出射光の波数と参照光の位相変調とのタイムチャートである。It is a time chart of the wave number of the emitted light from the variable wavelength generator and the phase modulation of the reference light. 従来のオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the conventional optical coherent tomography apparatus. 図13のオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置の測定ヘッドの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the measurement head of the optical coherent tomography apparatus of FIG. 従来のオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置の測定原理を説明する図である。It is a figure explaining the measurement principle of the conventional optical coherent tomography apparatus. 深さ方向の位置座標に対する信号強度の変化を表したグラフである。It is a graph showing the change of the signal intensity with respect to the position coordinate of a depth direction.

符号の説明Explanation of symbols

31 可変波長光発生装置
32 第1カプラ
33 第2カプラ
34 光位相変調器
35 オプティカルサーキュレータ
36 第3カプラ
37 第1差動増幅器
38 第2差動増幅器
39 光検出器
40 Logアンプ
41 演算制御装置
42 表示装置
43、44 光ファイバ
45、46 可変アイソレータ
47 可変アテネータ
50 測定ヘッド
52 コリメートレンズ
53 ガルバノミラー
54 フォーカシングレンズ
60 支持具
61 可動ステージ
65 顕微鏡
DESCRIPTION OF SYMBOLS 31 Variable wavelength light generator 32 1st coupler 33 2nd coupler 34 Optical phase modulator 35 Optical circulator 36 3rd coupler 37 1st differential amplifier 38 2nd differential amplifier 39 Photo detector 40 Log amplifier 41 Operation control apparatus 42 Display devices 43 and 44 Optical fibers 45 and 46 Variable isolators 47 Variable attenuators 50 Measuring heads 52 Collimating lenses 53 Galvano mirrors 54 Focusing lenses 60 Supports 61 Movable stages 65 Microscopes

Claims (15)

可変波長光発生手段と、
前記可変波長光発生手段からの出力光を、測定光と参照光に分割する分割手段と、
前記測定光を測定対象に照射する共に、照射された前記測定光が前記測定対象により反射又は後方散乱された信号光を捕捉する測定光照射/信号光補足手段と、
前記測定光照射/信号光補足手段に接続され、前記測定光と前記信号光が逆方向に走行する双方方向性光路と、
分割手段により分割された前記測定光を入力する光受入口と、入力された前記測定光を前記双方方向性光路に出力すると共に前記双方方向性光路からの前記信号光を入力する光送出/光受入口と、入力された前記信号光を出力する光送出口とを有する進行方向制御手段と、
前記信号光と前記参照光とを合波する合波手段と、
前記合波手段からの出力光の強度を測定する測定手段と、
前記測定手段によって測定された前記合波手段からの出力光の強度から、前記測定光が前記測定対象によって反射又は後方散乱された位置と、その位置での反射強度又は後方散乱強度とを、前記測定対象の奥行き方向に対して特定する特定手段とを有するオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置において、
前記進行方向制御手段の前記光受入口から前記光送出口へ前記測定光が直接漏洩した漏洩光と前記参照光とが干渉することを防止する干渉防止手段を設けたことを特徴とするオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置。
Variable wavelength light generating means;
Splitting means for splitting the output light from the variable wavelength light generating means into measurement light and reference light;
Measurement light irradiation / signal light supplementing means for irradiating the measurement light to the measurement object and capturing the signal light reflected or backscattered by the measurement object.
A bidirectional optical path connected to the measurement light irradiation / signal light supplement means, and the measurement light and the signal light travel in opposite directions;
A light receiving port for inputting the measurement light divided by the dividing means, and a light sending / light for outputting the inputted measurement light to the bidirectional optical path and inputting the signal light from the bidirectional optical path A traveling direction control means having a receiving port and a light transmission port for outputting the inputted signal light;
A multiplexing means for multiplexing the signal light and the reference light;
Measuring means for measuring the intensity of the output light from the multiplexing means;
From the intensity of the output light from the multiplexing means measured by the measuring means, the position where the measurement light is reflected or backscattered by the measurement object, and the reflection intensity or backscattering intensity at the position, In an optical coherent tomography apparatus having a specifying means for specifying the depth direction of a measurement object,
An optical anti-reflection device is provided that prevents interference between the leaked light in which the measurement light leaks directly from the light receiving port of the traveling direction control unit to the light transmitting port and the reference light. Coherent tomography device.
請求項1に記載のオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置において、
前記干渉防止手段は、
前記分割手段から前記進行方向制御手段に至る前記測定光の光路長と前記進行方向制御手段から前記合波手段に至る前記信号光の光路長との和より、前記分割手段から前記合波手段に至る前記参照光の光路長が、前記可変波長光発生手段の各出力光の可干渉距離の最大値以上に長くなるように設定した光路であることを特徴とするオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置。
The optical coherent tomography device according to claim 1,
The interference preventing means is
From the sum of the optical path length of the measurement light from the splitting means to the traveling direction control means and the optical path length of the signal light from the traveling direction control means to the multiplexing means, the splitting means to the multiplexing means An optical coherent tomography apparatus characterized in that the optical path length of the reference light reaching the optical path is set to be longer than the maximum value of the coherence distance of each output light of the variable wavelength light generating means.
請求項2に記載のオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置において、
前記分割手段から前記進行方向制御手段、前記双方向性光路を経由して前記測定対象に至る前記測定光の光路長と前記測定対象から前記双方向性光路、前記進行方向制御手段を経由して前記合波手段に至る前記信号光の光路長との和と、前記分割手段から前記合波手段に至る前記参照光の光路長と略等しくなるように、前記双方向性光路の光路長を設定したことを特徴とするオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置。
The optical coherent tomography device according to claim 2,
From the splitting means to the traveling direction control means, the optical path length of the measuring light from the measuring object to the measuring object via the bidirectional optical path, and from the measuring object to the bidirectional optical path, the traveling direction control means The optical path length of the bidirectional optical path is set to be approximately equal to the sum of the optical path length of the signal light reaching the multiplexing means and the optical path length of the reference light from the dividing means to the multiplexing means. An optical coherent tomography device characterized by that.
請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置において、
前記干渉防止手段は、
前記進行方向制御手段が、前記光受入口に入射する前記測定光に対する前記漏洩光を60dB以上減衰するものであることを特徴とするオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置。
The optical coherent tomography apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The interference preventing means is
The optical coherent tomography apparatus, wherein the traveling direction control means attenuates the leakage light with respect to the measurement light incident on the light receiving port by 60 dB or more.
請求項1、請求項2又は請求項4のいずれかに記載のオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置において、
前記分割手段から前記進行方向制御手段に至る前記測定光の光路長と前記進行方向制御手段から前記合波手段に至る前記信号光の光路長との和と、前記分割手段から前記合波手段に至る前記参照光の光路長とが異なる場合、
前記干渉防止手段は、
前記漏洩光と前記参照光とが前記合波手段に同時に入射しないように、前記可変波長光発生手段からの出力光を間歇的に消灯する間歇消灯手段であることを特徴とするオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置。
In the optical coherent tomography device according to any one of claims 1, 2 and 4,
The sum of the optical path length of the measurement light from the dividing means to the traveling direction control means and the optical path length of the signal light from the traveling direction control means to the multiplexing means, and from the dividing means to the multiplexing means When the optical path length of the reference light is different,
The interference preventing means is
Optical coherent, characterized in that it is an intermittent light extinguishing means for intermittently extinguishing the output light from the variable wavelength light generating means so that the leakage light and the reference light do not enter the multiplexing means simultaneously. Tomography device.
請求項1乃至請求項5のいずれかに記載のオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置において、
前記合波手段は、
前記信号光及び前記参照光の強度が前記可変波長光発生手段の波数によらず一定の場合に、波数に対して光強度が一定の第1成分と波数に対して光強度が振動する第2成分とからなる干渉光を出力する第1出力口と、
前記信号光及び前記参照光の強度が波数によらず一定の場合に、波数に対して光強度が一定の第3成分と波数に対して光強度が振動し、前記第2成分とは逆相の第4成分とからなる干渉光を出力する第2出力口とを有するものであり、
前記測定手段は、
前記第1出力口が光学的に結合された第1入力口と、前記第2出力口が光学的に結合された第2入力口とを有し、前記第1入力口に入射した光の強度と前記第2入力口に入射した光の強度との差を測定するものであることを特徴とするオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置。
The optical coherent tomography apparatus according to any one of claims 1 to 5,
The multiplexing means is
When the intensity of the signal light and the reference light is constant regardless of the wave number of the variable wavelength light generating means, the first component having a constant light intensity with respect to the wave number and the second light intensity oscillating with respect to the wave number. A first output port that outputs interference light composed of components;
When the intensity of the signal light and the reference light is constant regardless of the wave number, the light intensity oscillates with respect to the third component having a constant light intensity with respect to the wave number and the wave component, and has a phase opposite to the second component. And a second output port that outputs interference light composed of the fourth component of
The measuring means includes
An intensity of light incident on the first input port, the first input port having an optically coupled first output port and a second input port having an optically coupled second output port. And an optical coherent tomography apparatus for measuring the difference between the intensity of light incident on the second input port.
請求項6に記載のオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置において、
前記第1出力口と前記第1入力口の間に、前記第1入力口によって反射された光が前記第1出力口に戻ることを防止する反射防止手段を設け、
且つ、前記第2出力口と前記第2入力口の間に、前記第2入力口によって反射された光が前記第2出力口に戻ることを防止する他の反射防止手段を設けたことを特徴とするオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置。
The optical coherent tomography device according to claim 6,
An antireflection means for preventing light reflected by the first input port from returning to the first output port is provided between the first output port and the first input port,
In addition, another antireflection means for preventing light reflected by the second input port from returning to the second output port is provided between the second output port and the second input port. Optical coherent tomography device.
請求項6又は請求項7に記載のオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置において、
前記測定手段により測定される前記第1成分と前記第3成分の差を小さくする調整手段を設けたことを特徴とするオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置。
The optical coherent tomography device according to claim 6 or 7,
An optical coherent tomography apparatus comprising adjusting means for reducing a difference between the first component and the third component measured by the measuring means.
請求項8に記載のオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置において、
前記調整手段を可変光減衰器とすると共に、
前記第1出力口と前記第1入力口の間、又は、前記第2出力口と前記第2入力口の間の少なくとも一方に、前記可変減衰器を配置したことを特徴とするオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置。
The optical coherent tomography device according to claim 8,
While the adjusting means is a variable optical attenuator,
An optical coherent optical system characterized in that the variable attenuator is arranged between the first output port and the first input port, or at least one of the second output port and the second input port. Tomography device.
請求項8に記載のオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置において、
前記調整手段は、
前記第1入力口に入射した光の強度と前記第2入力口に入射した光の強度のいずれか一方又は双方に重み付けをして、前記第1成分と前記第3成分の差を小さくするものであることを特徴とするオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置。
The optical coherent tomography device according to claim 8,
The adjusting means includes
Weighting one or both of the intensity of light incident on the first input port and the intensity of light incident on the second input port to reduce the difference between the first component and the third component An optical coherent tomography device.
請求項1乃至請求項10のいずれかに記載のオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置において、
前記可変波長光発生手段は、可変波長レーザからなることを特徴とするオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置。
The optical coherent tomography device according to any one of claims 1 to 10,
An optical coherent tomography apparatus characterized in that the variable wavelength light generating means comprises a variable wavelength laser.
請求項1乃至請求項11のいずれかに記載のオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置において、
前記測定手段は、
前記合波手段からの出力光の強度を前記可変波長光発生手段の波数毎に測定する手段であり、
前記特定手段は、
前記測定手段によって前記波数毎に計測された前記合波手段からの出力光の強度の集合から、前記測定光が前記測定対象によって反射又は後方散乱された位置と、その位置での反射強度又は後方散乱強度とを、前記測定対象の奥行き方向に対して特定するものであることを特徴とするオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置。
The optical coherent tomography device according to any one of claims 1 to 11,
The measuring means includes
Means for measuring the intensity of output light from the multiplexing means for each wave number of the variable wavelength light generating means;
The specifying means is:
A position where the measurement light is reflected or back-scattered by the measurement object from the set of intensity of the output light from the multiplexing means measured for each wave number by the measurement means, and the reflection intensity or backward at the position. An optical coherent tomography apparatus characterized by specifying a scattering intensity with respect to a depth direction of the measurement object.
請求項12に記載のオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置において、
前記特定手段は、
前記測定手段によって前記波数毎に計測された前記合波手段からの前記出力光の強度と前記波数からなる実数の組み合わせをフーリエ変換することで、前記測定対象の奥行き方向に対する反射強度又は後方散乱強度を特定するものであることを特徴とするオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置。
The optical coherent tomography device according to claim 12,
The specifying means is:
Reflection intensity or backscattering intensity with respect to the depth direction of the measurement object by Fourier-transforming the combination of the intensity of the output light from the combining means and the real number consisting of the wave numbers measured for each wave number by the measuring means Optical coherent tomography apparatus characterized by specifying
請求項12に記載のオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置において、
前記測定手段は、
前記合波手段からの出力光の強度が前記波数に対して余弦関数として変化する第1出力光強度と、前記合波手段からの出力光の強度が前記波数に対して正弦関数又はその逆符号関数として変化すると第2出力光強度との双方を測定可能とするものであり、
前記特定手段は、
前記第1出力光強度及び前記第2出力光強度の集合から、前記測定光が前記測定対象によって反射又は後方散乱された位置と、その位置での反射又は後方散乱強度とを、前記測定対象の奥行き方向に対して折り返しなく特定するものであることを特徴とするオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置。
The optical coherent tomography device according to claim 12,
The measuring means includes
A first output light intensity at which the intensity of the output light from the multiplexing means changes as a cosine function with respect to the wave number; and an intensity of the output light from the multiplexing means with respect to the wave number as a sine function or its reverse sign. If it changes as a function, both the second output light intensity can be measured,
The specifying means is:
From the set of the first output light intensity and the second output light intensity, the position at which the measurement light is reflected or backscattered by the measurement object, and the reflection or backscattering intensity at the position are determined by the measurement object. An optical coherent tomography apparatus characterized by being specified without being folded back in the depth direction.
請求項14に記載のオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置において、
前記特定手段は、
前記測定対象が1つの反射面のみから構成される場合、
zを、位置座表を示す変数、2Lを、前記分割手段から前記測定対象に至る前記測定光の光路長と前記測定対象から前記合波手段に至る前記信号光の光路長との和から、前記分割手段から前記合波手段に至る前記参照光の光路長を差し引いた値とすると、
前記第1出力光強度及び前記第2出力光強度から、前記可変波長光発生手段の出力光の波数k毎に、k×(z−2L)、又は、k×(z+2L)のいずれか一方のみに対して、余弦又は正弦を取った関数のいずれか一方又は双方に比例する関数を算出し、
前記波数k毎に算出した前記関数の総和を求めることで、前記測定対象の奥行き方向に対する反射強度又は後方散乱強度を折り返しなく特定するものであることを特徴とするオプティカル・コヒーレント・トモグラフィー装置。
The optical coherent tomography device according to claim 14,
The specifying means is:
When the measurement object is composed of only one reflecting surface,
z is a variable indicating a position map, and 2L is the sum of the optical path length of the measurement light from the dividing means to the measurement object and the optical path length of the signal light from the measurement object to the multiplexing means, When a value obtained by subtracting the optical path length of the reference light from the dividing means to the multiplexing means,
From either the first output light intensity or the second output light intensity, only one of k × (z−2L) or k × (z + 2L) is obtained for each wave number k of the output light of the variable wavelength light generating means. For a function that is proportional to either or both of the cosine or sine function,
An optical coherent tomography apparatus characterized in that, by obtaining the sum of the functions calculated for each wave number k, the reflection intensity or the backscattering intensity in the depth direction of the measurement object is specified without being folded back.
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