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JP2007114160A - Optical coherence tomography system - Google Patents

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JP2007114160A
JP2007114160A JP2005308757A JP2005308757A JP2007114160A JP 2007114160 A JP2007114160 A JP 2007114160A JP 2005308757 A JP2005308757 A JP 2005308757A JP 2005308757 A JP2005308757 A JP 2005308757A JP 2007114160 A JP2007114160 A JP 2007114160A
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light
optical
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JP2005308757A
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Haruo Nakaji
晴雄 中路
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To acquire two-dimensional images or three-dimensional images having less measurement errors, by compensating the movement of objects to be measured. <P>SOLUTION: Lights emitted from light sources 11a and 11b are multiplexed at a multiplexer 21 and are divided into a first optical path and a second optical path at an interferometer part 20. The light beam of the first optical path and a light beam of the second optical path, which have interacted with an object to be measured 50 interfere with each other. A multiplexing and branching means 22 and a plurality of optical length changing means 25a and 25b, capable of separately changing the optical lengths of lights branched by the multiplexing and branching means 22, are arranged in the second optical path of the interferometer part 20. A branching means 32 and a plurality of photodetectors 31a and 31b are arranged at a detection part. An interferometer, including the light source 11b, the optical length changing means 25b, and the photodetector 31b detects the movement of the object to be measured. By adjusting the other optical length of the interferometer by driving an optical length adjusting means 26, measurement errors based on the movement of the object to be measured is suppressed. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、干渉計に関し、特に光コヒーレンストモグラフィー装置に関する。   The present invention relates to an interferometer, and more particularly to an optical coherence tomography apparatus.

白色灯等の低コヒーレンス光源から得られる低コヒーレンス光を試料に照射し、試料内部で発生する後方散乱光を干渉によって高感度に検出することにより、試料の断層画像を測定する方法を光コヒーレンストモグラフィー(OCT:Optical Coherence Tomography)という。OCTの応用として、生体などの2次元又は3次元断層画像を測定する試みが医療分野で幅広く検討されている。例えば、眼科領域では黄斑変性の診断に既に使われており、黄斑部の断層画像より新生血管の状態などが調べられている。   Optical coherence tomography is a method of measuring a tomographic image of a sample by irradiating the sample with low-coherence light obtained from a low-coherence light source such as a white light and detecting backscattered light generated inside the sample with high sensitivity by interference. (OCT: Optical Coherence Tomography). As an application of OCT, attempts to measure a two-dimensional or three-dimensional tomographic image of a living body or the like are widely studied in the medical field. For example, in the ophthalmologic region, it is already used for diagnosis of macular degeneration, and the state of new blood vessels is examined from a tomographic image of the macular region.

佐藤学他「Optical Coherence Tomography用合成光源の基礎研究」レーザ研究、vol.31, no.10, pp.663-667, 2003には、中心波長の異なる2つの低コヒーレンス光を合波することによって、光源のコヒーレンス長を短くし、分解能を上げる方法が記載されている。G. J. Tearney et al., Optic. Lett., vol.21, no.17, pp.1408-1410, 1996には、生きている生体試料は拍動によって動くが、画像取得スピードを上げることにより生体試料が動くことにより生じる測定誤差を低減する方法が記載されている。   Manabu Sato et al. "Basic Research on Synthetic Light Sources for Optical Coherence Tomography" Laser Research, vol.31, no.10, pp.663-667, 2003, combines two low-coherence lights with different center wavelengths. A method for shortening the coherence length of the light source and increasing the resolution is described. In GJ Tearney et al., Optic. Lett., Vol.21, no.17, pp.1408-1410, 1996, a living biological sample moves by pulsation, but the biological sample is increased by increasing the image acquisition speed. A method for reducing the measurement error caused by the movement of is described.

レーザ研究、vol.31, no.10, pp.663-667, 2003Laser Research, vol.31, no.10, pp.663-667, 2003 Optic. Lett., vol.21, no.17, pp.1408-1410, 1996Optic. Lett., Vol.21, no.17, pp.1408-1410, 1996

低コヒーレンス光とはコヒーレンス長の短い光のことである。OCTにおける光軸方向の空間分解能はコヒーレンス長で決まるため、高分解能な断層画像を取得するためにはできる限りコヒーレンス長の短い光を用いる必要がある。因みに、コヒーレンス長lcは次式で表される。   Low coherence light is light with a short coherence length. Since the spatial resolution in the optical axis direction in OCT is determined by the coherence length, it is necessary to use light having a short coherence length as much as possible in order to acquire a high-resolution tomographic image. Incidentally, the coherence length lc is expressed by the following equation.

Figure 2007114160
Figure 2007114160

但し、λは中心波長、Δλはスペクトル幅である。最も広く用いられているOCT用光源としてスーパールミネッセントダイオード(SLD:Superluminescent Diode)があり、例えば中心波長800nm、スペクトル幅17nm、コヒーレンス長17μmのものが市販されている。 Where λ o is the center wavelength and Δλ is the spectral width. There is a super luminescent diode (SLD) as the most widely used light source for OCT. For example, a light source having a central wavelength of 800 nm, a spectral width of 17 nm, and a coherence length of 17 μm is commercially available.

図6は、一般的な光コヒーレンストモグラフィーの構成例を示す図である。低コヒーレンス光源11から出力された低コヒーレンス光をビームスプリッター21で2つに分岐し、一方の光を測定対象物(試料)50に照射し、他方の光をミラー23に照射する。測定対象物50に照射された光の一部は試料内の散乱又は反射により、ビームスプリッター21を経由して受光器31に入力される。一方、ミラー23に照射された光はミラー23で反射し、ビームスプリッター21を経由して受光器31に入力される。測定対象物50に照射された光は、ある程度試料の内部に侵入する。測定対象物50の屈折率が三次元的に分布しているため、その屈折率分布に対応した後方散乱光が得られる。後方散乱光は散乱された位置に対応する時間遅延を伴いながら受光器に入力される。   FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of general optical coherence tomography. The low-coherence light output from the low-coherence light source 11 is branched into two by the beam splitter 21, one light is irradiated onto the measurement object (sample) 50, and the other light is irradiated onto the mirror 23. Part of the light irradiated to the measurement object 50 is input to the light receiver 31 via the beam splitter 21 due to scattering or reflection in the sample. On the other hand, the light irradiated on the mirror 23 is reflected by the mirror 23 and input to the light receiver 31 via the beam splitter 21. The light applied to the measurement object 50 enters the sample to some extent. Since the refractive index of the measurement object 50 is distributed three-dimensionally, backscattered light corresponding to the refractive index distribution can be obtained. The backscattered light is input to the light receiver with a time delay corresponding to the scattered position.

図7は、ミラー駆動部、すなわち光路長可変手段の構成例を示す図である。この光路長可変手段25は可動ステージ24を備え、可動ステージ24によりミラー23を光軸方向に駆動する。このような光路長可変手段によりミラーの位置を動かし、測定対象物で散乱された後方散乱光とミラーで反射された光の干渉信号を測定することによって、後方散乱光の発生場所の光軸方向の分布を測定することができる。測定対象物内では様々な位置から後方散乱光が発生するが、光源から出力される光のコヒーレンス長が短いため、試料での散乱位置とビームスプリッター間の距離とミラーとビームスプリッター間の距離が一致しない限り干渉信号が得られないため、光軸上の散乱位置をコヒーレンス長程度の分解能で同定することができる。   FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of a mirror driving unit, that is, an optical path length varying unit. The optical path length varying means 25 includes a movable stage 24, and the movable stage 24 drives the mirror 23 in the optical axis direction. The position of the mirror is moved by such optical path length variable means, and the interference signal between the backscattered light scattered by the measurement object and the light reflected by the mirror is measured, so that the optical axis direction of the place where the backscattered light is generated Can be measured. Backscattered light is generated from various positions in the measurement object, but the coherence length of the light output from the light source is short, so the distance between the scattering position on the sample and the beam splitter, and the distance between the mirror and the beam splitter are Since interference signals cannot be obtained unless they match, the scattering position on the optical axis can be identified with a resolution of about the coherence length.

光コヒーレンストモグラフィーは、簡単な構成で生体組織の断層画像を得ることができる特徴があるが、生きている生体組織の断層画像をin vivoで取得する場合には拍動等により測定対象物が動く。測定対象物が動くと測定誤差となり、正確な断層画像測定を行うことができなくなる。これに対してTearneyらは、画像取得時間を短縮することにより拍動による測定対象物の動きにより生じる測定誤差を低減する方法を提案している。しかし、画像取得時間を短縮するのには限界があることと、三次元画像を取得するのには二次元画像を取得するよりも長い時間を要することを考えると、拍動等により生体試料が動くことによって生じる測定誤差を低減する新たな方法が必要とされている。   Optical coherence tomography has the feature that a tomographic image of a living tissue can be obtained with a simple configuration. However, when a tomographic image of living living tissue is acquired in vivo, the measurement object moves due to pulsation or the like. . If the measurement object moves, a measurement error occurs, and accurate tomographic image measurement cannot be performed. On the other hand, Tearney et al. Have proposed a method for reducing a measurement error caused by movement of a measurement object due to pulsation by shortening an image acquisition time. However, considering that there is a limit to shortening the image acquisition time and that it takes a longer time to acquire a three-dimensional image than acquiring a two-dimensional image, There is a need for new ways to reduce measurement errors caused by movement.

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑み、測定対象物の動きを補償して測定誤差の少ない二次元画像あるいは三次元画像を取得することのできる光コヒーレンストモグラフィーを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an optical coherence tomography capable of acquiring a two-dimensional image or a three-dimensional image with little measurement error by compensating for the movement of the measurement object in view of the problems of the conventional technology. And

本発明では、断層画像取得と同時に測定対象物の動きを測定し、測定対象物が動くことにより生じる測定誤差を補正することにより、前記目的を達成する。複数の光路長可変手段と複数の光検出器を装備することによって、異なった位置情報を同時に取得することができる。つまり、本発明の光コヒーレンストモグラフィー装置は、主要部を共有する2つの干渉計を包含し、一方の干渉計によって測定対象物の動きを監視し、他方の干渉計によって測定対象物の二次元画像あるいは三次元画像を取得する。検出した測定対象物の動き情報は、測定対象物の二次元画像あるいは三次元画像を取得するための干渉計の光路長調節のために、あるいは得られた干渉強度データを補正するために用いられる。   In the present invention, the object is achieved by measuring the movement of the measurement object simultaneously with the tomographic image acquisition and correcting the measurement error caused by the movement of the measurement object. By providing a plurality of optical path length variable means and a plurality of photodetectors, different position information can be acquired simultaneously. That is, the optical coherence tomography apparatus of the present invention includes two interferometers that share a main part, and monitors the movement of the measurement object with one interferometer, and a two-dimensional image of the measurement object with the other interferometer. Or a three-dimensional image is acquired. The detected movement information of the measurement object is used to adjust the optical path length of the interferometer for obtaining a two-dimensional image or a three-dimensional image of the measurement object, or to correct the obtained interference intensity data. .

すなわち、本発明による光コヒーレンストモグラフィー装置は、低コヒーレンス光源を備える光源部と、光源部から出射された光線を第1の光路と第2の光路に分割し、測定対象物と相互作用した第1の光路の光線と第2の光路の光線を干渉させる干渉計部と、干渉計部において干渉した干渉光強度を検出する検出部とを備え、干渉計部の第2の光路には、合分波手段と、合分波手段によって分波された光の光路長を別々に可変することができる複数の光路長可変手段とが配置され、検出部には、分波手段と、分波手段によって分波された干渉光の強度をそれぞれ検出する複数の光検出器が配置されている。   That is, the optical coherence tomography device according to the present invention includes a light source unit including a low coherence light source, a first light beam that is split from a light beam emitted from the light source unit into a first optical path and a second optical path, and interacts with a measurement object. An interferometer unit that causes the light beam in the optical path and the light beam in the second optical path to interfere with each other, and a detection unit that detects the intensity of interference light that has interfered in the interferometer unit. And a plurality of optical path length varying means capable of separately varying the optical path lengths of the light demultiplexed by the multiplexing / demultiplexing means, and the detecting unit includes the demultiplexing means and the demultiplexing means. A plurality of photodetectors for detecting the intensity of the demultiplexed interference light are arranged.

合分波手段及び分波手段は、波長合分波手段及び波長分波手段、あるいは偏波合分波手段及び偏波分波手段とすることができる。光源部は、1個の光源で構成されてもよいし、複数の光源で構成されていてもよい。   The multiplexing / demultiplexing means and the demultiplexing means can be wavelength multiplexing / demultiplexing means and wavelength demultiplexing means, or polarization multiplexing / demultiplexing means and polarization demultiplexing means. The light source unit may be composed of a single light source or a plurality of light sources.

複数の光路長可変手段としては、光路長を掃引するように駆動される第1の光路長可変手段と、測定対象物の特定位置から反射又は散乱した光と第1の光路の光線が干渉するように駆動される第2の光路長可変手段とが備えられる。   As the plurality of optical path length variable means, the first optical path length variable means driven so as to sweep the optical path length, the light reflected or scattered from the specific position of the measurement object and the light beam of the first optical path interfere with each other. Second optical path length varying means driven in this manner.

測定対象物の動きによる測定誤差を補償する方法としては、第2の光路長可変手段の駆動量に基づいて第1の光路長可変手段が配置された光路の光路長を補正する方法と、第2の光路長可変手段の駆動量に基づいて測定対象物の光軸方向の動きを検出し、検出した動きに基づいて取得した測定対象物の二次元画像あるいは三次元画像を補正する方法とがある。   As a method of compensating for a measurement error due to the movement of the measurement object, a method of correcting the optical path length of the optical path in which the first optical path length variable unit is arranged based on the driving amount of the second optical path length variable unit, A method of detecting the movement of the measurement object in the optical axis direction based on the driving amount of the optical path length varying means and correcting the two-dimensional image or the three-dimensional image of the measurement object acquired based on the detected movement. is there.

本発明によると、測定対象物の動きを補償して測定誤差の少ない二次元画像あるいは三次元画像を取得することができる。   According to the present invention, it is possible to obtain a two-dimensional image or a three-dimensional image with little measurement error by compensating for the movement of the measurement object.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明による光コヒーレンストモグラフィー装置の第1の実施例を示す概略図である。この実施例では干渉計としてマイケルソン干渉計を用いているが、マッハ−ツェンダー干渉計など他のタイプの干渉計を用いても良い。図8は、ファイバカプラを用いたマッハ−ツェンダー干渉計型の光コヒーレンストモグラフィー装置の構成例を示す図である。ただし、図8はマッハ−ツェンダー干渉計の構成を説明するためだけの図であり、本発明に特徴的な構成は図示していない。以下、図1に示した本発明の第1の実施例について説明する。   FIG. 1 is a schematic view showing a first embodiment of an optical coherence tomography apparatus according to the present invention. In this embodiment, a Michelson interferometer is used as the interferometer, but other types of interferometers such as a Mach-Zehnder interferometer may be used. FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of a Mach-Zehnder interferometer type optical coherence tomography apparatus using a fiber coupler. However, FIG. 8 is a diagram only for explaining the configuration of the Mach-Zehnder interferometer, and does not show the configuration characteristic of the present invention. The first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 will be described below.

図1に示した光コヒーレンストモグラフィー装置は、光源部10、干渉計部20、検出部30及び処理制御部40を備える。光源部10は2個の低コヒーレンス光源11a,11bを有し、干渉計部20は2個の光路長可変手段25a,25bを有する。また、検出部30は、2個の受光器31a,31bを有する。   The optical coherence tomography apparatus shown in FIG. 1 includes a light source unit 10, an interferometer unit 20, a detection unit 30, and a processing control unit 40. The light source unit 10 includes two low-coherence light sources 11a and 11b, and the interferometer unit 20 includes two optical path length variable units 25a and 25b. The detection unit 30 includes two light receivers 31a and 31b.

光源部10では、第1の光源11a及び第2の光源11bから出射された光線を合波器12によって重ね合わせ、共通の光軸上を進む1本の光線として干渉計部20に入射させる。干渉計部20に入射した光線は、ビームスプリッター21で2つの光路に分岐され、一方は測定対象物50に照射される。測定対象物50で反射又は散乱された光線は、ビームスプリッター21を経由して検出部30に入力される。検出部30に入射した光線は、分波器32によって2つの光に分けられ、それぞれ第1の受光器31aと第2の受光器31bに入力される。干渉計部20において、ビームスプリッター21で分岐されたもう一方の光線は、合分波器22によって2つの光に分けられ、一方は光路長調整手段26を通り、第1の光路長可変手段25aのミラー23aで反射され、もとの光路を逆にたどって合分波器22に戻る。合分波器22で分岐された他方の光は、第2の光路長可変手段25bのミラー23bで反射され、合分波器22に戻って再び合波される。合分波器22によって合波された光はビームスプリッター21を経由して検出部30に入力され、検出部30に設けられた分波器32によって2つの光に分岐され、それぞれ別の受光器31a,31bに入力される。   In the light source unit 10, the light beams emitted from the first light source 11 a and the second light source 11 b are superimposed by the multiplexer 12 and are incident on the interferometer unit 20 as one light beam traveling on a common optical axis. The light beam incident on the interferometer unit 20 is branched into two optical paths by the beam splitter 21, and one of the light beams is irradiated on the measurement object 50. The light beam reflected or scattered by the measurement object 50 is input to the detection unit 30 via the beam splitter 21. The light beam incident on the detection unit 30 is divided into two lights by the duplexer 32 and is input to the first light receiver 31a and the second light receiver 31b, respectively. In the interferometer unit 20, the other light beam branched by the beam splitter 21 is divided into two lights by the multiplexer / demultiplexer 22, one of which passes through the optical path length adjusting unit 26 and the first optical path length varying unit 25 a. , And returns to the multiplexer / demultiplexer 22 by reversing the original optical path. The other light branched by the multiplexer / demultiplexer 22 is reflected by the mirror 23b of the second optical path length varying means 25b, returns to the multiplexer / demultiplexer 22, and is multiplexed again. The light combined by the multiplexer / demultiplexer 22 is input to the detection unit 30 via the beam splitter 21 and is branched into two lights by a demultiplexer 32 provided in the detection unit 30, and each of the light receivers is different. It is input to 31a and 31b.

ここで、2つの光源11a,11bは、例えば、中心波長の異なる2つの低コヒーレンス光源、あるいは出力光の偏波状態が異なる2つの低コヒーレンス光源とすることができる。また、ビームスプリッター21は光の強度を2つに分ける素子であるが、合分波器は光を2つの波長帯域に分ける素子或いは2つの偏光状態に分ける素子である。また、ここでは合分波器で2つの光に分けているが、2つ以上の光に分けられるものであれば良い。   Here, the two light sources 11a and 11b can be, for example, two low-coherence light sources having different center wavelengths or two low-coherence light sources having different polarization states of output light. The beam splitter 21 is an element that divides light intensity into two, while the multiplexer / demultiplexer is an element that divides light into two wavelength bands or an element that divides light into two polarization states. Further, although the light is divided into two lights by the multiplexer / demultiplexer here, any light can be used as long as it can be divided into two or more lights.

2つの光源として中心波長λの光源と中心波長λの低コヒーレンス光源を用いた場合には、合波器12は波長合波器、合分波器22は波長合分波器、分波器32は波長分波器である。この場合、合波器12で波長合成された光線のスペクトルは、例えば図2のようになる。分波器32は波長λの光線を第1の受光器31aに導き、波長λの光線を第2の受光器31bに導く。また、合分波器22は、波長λの光線を第1の光路長可変手段25aに導き、波長λの光線を第2の光路長可変手段25bに導く。こうして、本実施例の光コヒーレンストモグラフィー装置は、干渉計部20を共用する2つの干渉計を包含する。第1の干渉計は、波長λの光線による干渉計であり、光源部10の光源11aと検出部30の受光器31aを利用する。すなわち、第1の干渉計は、第1の光源11a、ビームスプリッター21、光路長調整手段26、第1の光路長可変手段25a、及び第1の受光器31aを備える。第2の干渉計は、波長λの光線による干渉計であり、光源部10の光源11bと検出部30の受光器31bを利用する。第2の干渉計は、第2の光源11b、ビームスプリッター21、第2の光路長可変手段25b、及び第1の受光器31bを備える。 When a light source having a central wavelength λ 1 and a low-coherence light source having a central wavelength λ 2 are used as the two light sources, the multiplexer 12 is a wavelength multiplexer, the multiplexer / demultiplexer 22 is a wavelength multiplexer / demultiplexer, and a demultiplexer. The device 32 is a wavelength demultiplexer. In this case, the spectrum of the light beam synthesized by the multiplexer 12 is, for example, as shown in FIG. Demultiplexer 32 directs a beam of wavelength lambda 1 to the first light receiver 31a, guides the light beam of wavelength lambda 2 to the second photodetector 31b. Furthermore, demultiplexer 22 directs a light beam having a wavelength lambda 1 to the first optical path length changing means 25a, directing light of a wavelength lambda 2 to the second optical path length changing means 25b. Thus, the optical coherence tomography apparatus of the present embodiment includes two interferometers that share the interferometer unit 20. The first interferometer is an interferometer that uses a light beam having a wavelength λ 1 , and uses the light source 11 a of the light source unit 10 and the light receiver 31 a of the detection unit 30. That is, the first interferometer includes a first light source 11a, a beam splitter 21, an optical path length adjusting unit 26, a first optical path length varying unit 25a, and a first light receiver 31a. The second interferometer is an interferometer that uses a light beam having a wavelength λ 2 , and uses the light source 11 b of the light source unit 10 and the light receiver 31 b of the detection unit 30. The second interferometer includes a second light source 11b, a beam splitter 21, a second optical path length varying unit 25b, and a first light receiver 31b.

2つの光源として、出射光の偏波面が互いに直交する低コヒーレンス光源を用いた場合には、合波器12は偏波合波器、合分波器22は偏波合分波器、分波器32は偏波分波器である。この場合、合波器12で偏波合成された光線の伝播の様子は、例えば図3のようになる。分波器32は偏波Pの光線を第1の受光器31aに導き、偏波Pの光線を第2の受光器31bに導く。また、合分波器22は、偏波Pの光線を第1の光路長可変手段25aに導き、偏波Pの光線を第2の光路長可変手段25bに導く。この場合にも、図1に示した光コヒーレンストモグラフィー装置は、干渉計部20を共用する2つの干渉計を包含する。第1の干渉計は、偏波Pの光線による干渉計であり、第1の光源11a、ビームスプリッター21、光路長調整手段26、第1の光路長可変手段25a、及び第1の受光器31aを備える。第2の干渉計は、偏波Pの光線による干渉計であり、第2の光源11b、ビームスプリッター21、第2の光路長可変手段25b、及び第2の受光器31bを備える。 When the two light sources are low coherence light sources whose outgoing light polarization planes are orthogonal to each other, the multiplexer 12 is a polarization multiplexer, the multiplexer / demultiplexer 22 is a polarization multiplexer / demultiplexer, and a demultiplexer. The device 32 is a polarization splitter. In this case, the state of propagation of the light beam synthesized by the multiplexer 12 is as shown in FIG. 3, for example. Demultiplexer 32 directs a beam of polarized P 1 to the first light receiver 31a, guides the light beam of the polarization P 2 to the second photodetector 31b. Furthermore, demultiplexer 22 directs a light beam polarization P 1 a first optical path length changing means 25a, directing a light beam polarization P 2 in the second optical path length changing means 25b. Also in this case, the optical coherence tomography apparatus shown in FIG. 1 includes two interferometers sharing the interferometer unit 20. The first interferometer is the interferometer of light of the polarization P 1, the first light source 11a, a beam splitter 21, the optical path length adjusting means 26, the first optical path length changing means 25a, and the first light receiver 31a. The second interferometer comprising a interferometer of light of the polarization P 2, the second light source 11b, a beam splitter 21, a second optical path length changing means 25b, and a second light receiver 31b.

なお、図には、光源部10が2つの光源を備える場合を図示したが、2つの光源を用いる代わりに、もともと広いスペクトルを出力する1つの光源や円偏光などの光を出力する1つの光源を用いても良い。その場合には、合波器12は不要となる。   Although the figure shows the case where the light source unit 10 includes two light sources, instead of using two light sources, one light source that originally outputs a broad spectrum and one light source that outputs light such as circularly polarized light. May be used. In that case, the multiplexer 12 becomes unnecessary.

検出部30の第1の受光器31aの出力信号、第2の受光器31bの出力信号は処理制御部40に入力される。また、処理制御部40は、第1の光路長可変手段25a、第2の光路長制御手段25b、光路長調整手段26の駆動を制御する。   The output signal of the first light receiver 31 a and the output signal of the second light receiver 31 b of the detection unit 30 are input to the processing control unit 40. Further, the processing control unit 40 controls the driving of the first optical path length varying unit 25a, the second optical path length control unit 25b, and the optical path length adjusting unit 26.

次に、図4を用いて測定対象物の動きを補正して測定誤差を低減するプロセスについて説明する。いま、測定対象物50が光軸に沿って図4(a)のように時間的に動いているとする。第1の干渉計が備える第1の光路長可変手段25aのミラー23aの位置は、測定対象物の断層画像を取得するため、図4(b)のように規則的に動かして光路長を掃引する。これにより、第1の受光器31aから出力される第1の干渉計の干渉信号は、図4(d)のように、測定対象物の光軸方向の屈折率分布を反映したものとなる。一方、第2の光路長可変手段25bと第2の受光器31bを含む第2の干渉計は、測定対象物が光軸方向にどの程度動いているかを検出するために用いられる。第2の光路長可変手段25bのミラー23bは、測定対象物のある特定位置から反射又は散乱する光と干渉するように動かされる。例えば、測定対象物50の表面は周囲の空気との間に大きな屈折率差があるため、表面で比較的多くの光が反射される。そのため、測定対象物50の表面で反射する光と干渉するように第2の光路長可変手段25bのミラー31bを動かすのが最適である。測定対象物50が動いてミラー23bが固定されている場合、ビームスプリッター21と測定対象物50の表面間の光路長と、ビームスプリッター21とミラー23b間の光路長に乖離が生じる。そうすると第2の受光器31bから得られる第2の干渉計の干渉信号強度が変動する。   Next, the process for correcting the movement of the measurement object and reducing the measurement error will be described with reference to FIG. Now, it is assumed that the measurement object 50 moves temporally along the optical axis as shown in FIG. The position of the mirror 23a of the first optical path length varying means 25a included in the first interferometer is regularly moved as shown in FIG. 4B to sweep the optical path length in order to obtain a tomographic image of the measurement object. To do. As a result, the interference signal of the first interferometer output from the first light receiver 31a reflects the refractive index distribution in the optical axis direction of the measurement object as shown in FIG. On the other hand, the second interferometer including the second optical path length varying means 25b and the second light receiver 31b is used to detect how much the measurement object moves in the optical axis direction. The mirror 23b of the second optical path length varying means 25b is moved so as to interfere with light reflected or scattered from a specific position of the measurement object. For example, since the surface of the measurement object 50 has a large refractive index difference with the surrounding air, a relatively large amount of light is reflected on the surface. Therefore, it is optimal to move the mirror 31b of the second optical path length varying unit 25b so as to interfere with the light reflected from the surface of the measurement object 50. When the measurement object 50 moves and the mirror 23b is fixed, a difference occurs between the optical path length between the beam splitter 21 and the surface of the measurement object 50 and the optical path length between the beam splitter 21 and the mirror 23b. Then, the interference signal intensity of the second interferometer obtained from the second light receiver 31b varies.

そこで、処理制御部40では、第2の受光器31bから得られる第2の干渉計の干渉信号強度が最大になるようにミラー23bの位置を動かすことによって、測定対象物50の表面がどの程度動いたのかを知ることができる。第2の光路長可変手段25bによって駆動されるミラー23bの位置を制御し、第2の受光器31bから得られる第2の干渉計の干渉信号強度が、図4(e)に示すように、最大強度を維持するようにする。最大反射/散乱位置の同定は、ミラー移動量に対する干渉光強度の変化量が最小になるようにミラー23bの位置を決めることで行う。つまり、微分係数がほぼ零のポイントを求めるようにミラー23bを動かす。微分係数が零のポイントの導出は、例えば、はさみうち法などの反復解法をベースに制御アルゴリズムを作ることで実現できる。図4(c)は、この時のミラー23bの位置を示している。ミラー23bの位置は、測定対象物表面の光軸方向位置に追随して変化する。   Therefore, in the processing control unit 40, the degree of the surface of the measurement object 50 is determined by moving the position of the mirror 23b so that the interference signal intensity of the second interferometer obtained from the second light receiver 31b is maximized. You can know if it moved. The position of the mirror 23b driven by the second optical path length varying means 25b is controlled, and the interference signal intensity of the second interferometer obtained from the second light receiver 31b is as shown in FIG. Try to maintain maximum strength. The maximum reflection / scattering position is identified by determining the position of the mirror 23b so that the change amount of the interference light intensity with respect to the mirror movement amount is minimized. That is, the mirror 23b is moved so as to obtain a point where the differential coefficient is substantially zero. Derivation of a point having a differential coefficient of zero can be realized, for example, by creating a control algorithm based on an iterative solution such as the scissors method. FIG. 4C shows the position of the mirror 23b at this time. The position of the mirror 23b changes following the position in the optical axis direction of the surface of the measurement object.

処理制御部40は、ミラー23bと第2の受光器31bを含む第2の干渉計によって検出した測定対象物50の動きを、第1の干渉計の光路長調整手段26の駆動量に反映させて、測定対象物50の動きに起因する第1の干渉計の出力変動をキャンセルする。具体的には、光路長調整手段26によって、測定対象物50が移動した距離と同じ距離だけビームスプリッター21とミラー23a間の光路長を増減させる。測定対象物50がビームスプリッター21から離れる方向に移動した場合には、ビームスプリッター21とミラー23a間の光路長をそれと同じ距離だけ増加させ、測定対象物50がビームスプリッター21に近づく方向に移動した場合には、ビームスプリッター21とミラー23a間の光路長をそれと同じ距離だけ減少させる。図1に示した光学系の場合には、第2の受光器31bから得られる第2の干渉計の干渉信号強度が最大になるようにミラー23bを駆動し、光路長調整手段26を、ミラー23bの駆動方向と同じ方向に、同じ量だけ駆動するように制御すればよい。   The processing control unit 40 reflects the movement of the measurement object 50 detected by the second interferometer including the mirror 23b and the second light receiver 31b in the driving amount of the optical path length adjusting unit 26 of the first interferometer. Thus, the output fluctuation of the first interferometer due to the movement of the measurement object 50 is canceled. Specifically, the optical path length adjustment means 26 increases or decreases the optical path length between the beam splitter 21 and the mirror 23a by the same distance as the distance to which the measurement object 50 has moved. When the measurement object 50 moves away from the beam splitter 21, the optical path length between the beam splitter 21 and the mirror 23 a is increased by the same distance, and the measurement object 50 moves in a direction approaching the beam splitter 21. In this case, the optical path length between the beam splitter 21 and the mirror 23a is decreased by the same distance. In the case of the optical system shown in FIG. 1, the mirror 23b is driven so that the interference signal intensity of the second interferometer obtained from the second light receiver 31b is maximized, and the optical path length adjusting means 26 is It may be controlled to drive the same amount in the same direction as the driving direction of 23b.

図5は、本発明による光コヒーレンストモグラフィー装置の第2の実施例を示す概略図である。図1に示した光コヒーレンストモグラフィー装置との違いは、第1の干渉計が光路長調整手段を持っていない点である。第1の干渉計によって測定対象物の光軸方向の屈折率分布を反映した干渉信号を得る点、第2の干渉計によって測定対象物の光軸方向の動きを検出する点は、第1の実施例と同じである。すなわち、第1の干渉計が備える第1の光路長可変手段25aのミラー23aの位置は、測定対象物50の断層画像を取得するために図4(b)のように規則的に動かされて光路長が掃引され、第1の干渉計の第1の受光器31aから図4(d)のように、測定対象物の光軸方向の屈折率分布を反映した干渉信号を得る。一方、第2の干渉計が備える第2の光路長可変手段25bのミラー23bは、測定対象物のある特定位置、好適には測定対象物50の表面から反射又は散乱する光と干渉するように動かされる。すなわち、第2の干渉計が備える第2の受光器31bから得られる干渉信号強度が、図4(e)に示すように最大強度を維持するようにミラー23bが駆動される。この時、ミラー23bの位置は、図4(c)に示すように測定対象物の光軸方向の動きに対応したものとなる。   FIG. 5 is a schematic view showing a second embodiment of the optical coherence tomography apparatus according to the present invention. The difference from the optical coherence tomography apparatus shown in FIG. 1 is that the first interferometer has no optical path length adjusting means. The first interferometer obtains an interference signal reflecting the refractive index distribution of the measurement object in the optical axis direction, and the second interferometer detects the movement of the measurement object in the optical axis direction. The same as the embodiment. That is, the position of the mirror 23a of the first optical path length varying means 25a included in the first interferometer is regularly moved as shown in FIG. 4B in order to obtain a tomographic image of the measurement object 50. The optical path length is swept, and an interference signal reflecting the refractive index distribution in the optical axis direction of the measurement object is obtained from the first light receiver 31a of the first interferometer as shown in FIG. On the other hand, the mirror 23b of the second optical path length varying means 25b provided in the second interferometer interferes with light reflected or scattered from a specific position of the measurement object, preferably the surface of the measurement object 50. Moved. That is, the mirror 23b is driven so that the interference signal intensity obtained from the second light receiver 31b included in the second interferometer maintains the maximum intensity as shown in FIG. At this time, the position of the mirror 23b corresponds to the movement of the measuring object in the optical axis direction as shown in FIG.

処理制御部40は、各時刻における第1の干渉計の干渉信号から取得した断層画像情報を、その時刻における測定対象物の位置情報を基に補正する。具体的には、ミラー23aの位置にミラー23bの位置の変化量を加算して散乱光の発生位置を同定する。こうして補正した散乱光の発生位置情報を用いて測定対象物の動きの影響を受けない断層画像を出力する。   The processing control unit 40 corrects the tomographic image information acquired from the interference signal of the first interferometer at each time based on the position information of the measurement object at that time. Specifically, the amount of change in the position of the mirror 23b is added to the position of the mirror 23a to identify the position where the scattered light is generated. A tomographic image that is not affected by the movement of the measurement object is output using the corrected generation position information of the scattered light.

本発明による光コヒーレンストモグラフィー装置の第1の実施例を示す概略図。1 is a schematic view showing a first embodiment of an optical coherence tomography apparatus according to the present invention. 合波器で波長合成された光線のスペクトルを示す図。The figure which shows the spectrum of the light ray by which the wavelength synthesis was carried out with the multiplexer. 合波器で偏波合成された光線の伝播の様子を示す図。The figure which shows the mode of the propagation of the light beam polarization-combined with the multiplexer. 測定対象物の動きを補正するプロセスの説明図。Explanatory drawing of the process which correct | amends the motion of a measuring object. 本発明による光コヒーレンストモグラフィー装置の第2の実施例を示す概略図。Schematic which shows the 2nd Example of the optical coherence tomography apparatus by this invention. 一般的な光コヒーレンストモグラフィーの構成例を示す図。The figure which shows the structural example of general optical coherence tomography. 光路長可変手段の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of an optical path length variable means. マッハ−ツェンダー干渉計を用いた光コヒーレンストモグラフィー装置の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the optical coherence tomography apparatus using a Mach-Zehnder interferometer.

符号の説明Explanation of symbols

10…光源部、11,11a,11b…低コヒーレンス光源、12…合波器、20…干渉計部、21…ビームスプリッター、22…合分波器、23,23a,23b…ミラー、24…可動ステージ、25,25a,25b…光路長可変手段、26…光路長調整手段、30…検出部、31,31a,31b…受光器、32…分波器、40…処理制御部、50…測定対象物 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Light source part 11, 11a, 11b ... Low coherence light source, 12 ... Multiplexer, 20 ... Interferometer part, 21 ... Beam splitter, 22 ... Multiplexer / demultiplexer, 23, 23a, 23b ... Mirror, 24 ... Movable Stage, 25, 25a, 25b ... Optical path length varying means, 26 ... Optical path length adjusting means, 30 ... Detection unit, 31, 31a, 31b ... Light receiver, 32 ... Demultiplexer, 40 ... Processing control unit, 50 ... Measurement object object

Claims (9)

低コヒーレンス光源を備える光源部と、
前記光源部から出射された光線を第1の光路と第2の光路に分割し、測定対象物と相互作用した前記第1の光路の光線と前記第2の光路の光線を干渉させる干渉計部と、
前記干渉計部において干渉した干渉光強度を検出する検出部とを備え、
前記干渉計部の前記第2の光路には、合分波手段と、前記合分波手段によって分波された光の光路長を別々に可変することができる複数の光路長可変手段とが配置され、
前記検出部には、分波手段と、前記分波手段によって分波された干渉光の強度をそれぞれ検出する複数の光検出器が配置されていることを特徴とする光コヒーレンストモグラフィー装置。
A light source unit comprising a low coherence light source;
An interferometer unit that divides a light beam emitted from the light source unit into a first optical path and a second optical path, and causes the light beam on the first optical path and the light beam on the second optical path that interact with the measurement object to interfere with each other. When,
A detection unit for detecting the intensity of interference light interfered in the interferometer unit,
The second optical path of the interferometer unit is provided with multiplexing / demultiplexing means and a plurality of optical path length variable means capable of separately varying the optical path length of the light demultiplexed by the multiplexing / demultiplexing means. And
In the optical coherence tomography apparatus, a demultiplexing unit and a plurality of photodetectors for detecting the intensity of the interference light demultiplexed by the demultiplexing unit are arranged in the detection unit.
請求項1記載の光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記低コヒーレンス光源は複数の波長域の光を発生し、前記合分波手段及び分波手段は波長合分波手段及び波長分波手段であることを特徴とする光コヒーレンストモグラフィー装置。   2. The optical coherence tomography apparatus according to claim 1, wherein the low coherence light source generates light in a plurality of wavelength ranges, and the multiplexing / demultiplexing means and the demultiplexing means are wavelength multiplexing / demultiplexing means and wavelength demultiplexing means. Optical coherence tomography device. 請求項1記載の光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記合分波手段及び分波手段は偏波合分波手段及び偏波分波手段であることを特徴とする光コヒーレンストモグラフィー装置。   2. The optical coherence tomography apparatus according to claim 1, wherein said multiplexing / demultiplexing means and demultiplexing means are polarization multiplexing / demultiplexing means and polarization demultiplexing means. 請求項1記載の光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記光源部は、複数の低コヒーレンス光源と、当該複数の低コヒーレンス光源から出射された光線を合波する合波手段を有することを特徴とする光コヒーレンストモグラフィー装置。   2. The optical coherence tomography device according to claim 1, wherein the light source unit includes a plurality of low-coherence light sources and a multiplexing unit that combines the light beams emitted from the plurality of low-coherence light sources. Tomography device. 請求項4記載の光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記複数の低コヒーレンス光源は出射光の中心波長が異なることを特徴とする光コヒーレンストモグラフィー装置。   5. The optical coherence tomography apparatus according to claim 4, wherein the plurality of low-coherence light sources have different center wavelengths of emitted light. 請求項4記載の光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記複数の低コヒーレンス光源は出射光の偏光面が異なることを特徴とする光コヒーレンストモグラフィー装置。   5. The optical coherence tomography apparatus according to claim 4, wherein the plurality of low coherence light sources have different planes of polarization of emitted light. 請求項1〜6のいずれか1項記載の光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記複数の光路長可変手段として、光路長を掃引するように駆動される第1の光路長可変手段と、測定対象物の特定位置から反射又は散乱した光と前記第1の光路の光線が干渉するように駆動される第2の光路長可変手段とを有することを特徴とする光コヒーレンストモグラフィー装置。   The optical coherence tomography apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the plurality of optical path length variable means includes a first optical path length variable means that is driven so as to sweep an optical path length, and a measurement object. An optical coherence tomography apparatus comprising: a second optical path length variable unit that is driven so that light reflected or scattered from a specific position interferes with a light beam of the first optical path. 請求項7記載の光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記第2の光路長可変手段の駆動量に基づいて前記第1の光路長可変手段が配置された光路の光路長を補正する光路長調整手段を有することを特徴とする光コヒーレンストモグラフィー装置。   8. The optical coherence tomography apparatus according to claim 7, further comprising: an optical path length adjusting unit that corrects an optical path length of the optical path in which the first optical path length varying unit is arranged based on a driving amount of the second optical path length varying unit. An optical coherence tomography device. 請求項7記載の光コヒーレンストモグラフィー装置において、前記第2の光路長可変手段の駆動量に基づいて測定対象物の光軸方向の動きを検出し、検出した動きに基づいて前記第1の光路長可変手段によって光路長を掃引することによって前記検出部から得られる干渉信号を補正する手段を有することを特徴とする光コヒーレンストモグラフィー装置。   8. The optical coherence tomography apparatus according to claim 7, wherein a movement in the optical axis direction of the measurement object is detected based on a driving amount of the second optical path length varying unit, and the first optical path length is based on the detected movement. An optical coherence tomography apparatus comprising means for correcting an interference signal obtained from the detection unit by sweeping an optical path length by a variable means.
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