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JP2003130790A - 光波コヒーレンス断層画像測定用光波の生成方法及びそれを用いた光源装置 - Google Patents

光波コヒーレンス断層画像測定用光波の生成方法及びそれを用いた光源装置

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Publication number
JP2003130790A
JP2003130790A JP2001322408A JP2001322408A JP2003130790A JP 2003130790 A JP2003130790 A JP 2003130790A JP 2001322408 A JP2001322408 A JP 2001322408A JP 2001322408 A JP2001322408 A JP 2001322408A JP 2003130790 A JP2003130790 A JP 2003130790A
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JP
Japan
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light
light source
spectrum
wave
tomographic image
Prior art date
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Pending
Application number
JP2001322408A
Other languages
English (en)
Inventor
Manabu Sato
学 佐藤
Naohiro Tanno
直弘 丹野
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.)
Japan Science and Technology Agency
Original Assignee
Japan Science and Technology Corp
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Publication date
Application filed by Japan Science and Technology Corp filed Critical Japan Science and Technology Corp
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Publication of JP2003130790A publication Critical patent/JP2003130790A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価かつ簡単な構成で、ガウス型スペクトル
を生成することができる光波コヒーレンス断層画像測定
用光波の生成方法及びそれを用いた光源装置を提供す
る。 【解決手段】 光波コヒーレンス断層画像測定用光波の
生成にあたり、光源12のスペクトルSS(λ)を測定
し、実現したいガウス型スペクトルScot (λ)を、前
記光源12のスペクトルで割り、作製する最適フィルタ
ー特性TF(λ)を求め、この最適フィルター特性T
F(λ)を実現するために、薄膜計算プログラムで、実
際の多層構造をシミュレーションし、最適フィルター1
3の設計を行い、前記多層構造をシミュレーション結果
に沿って作製し、前記光源12のスペクトルSS(λ)
を作製された最適フィルター13に入射させて、実現し
たいガウス型スペクトルScot (λ)を生成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、インコヒーレンス
または低コヒーレンス光源の任意形状スペクトルを、単
純にフィルターを用いることにより、理想的なガウス型
スペクトルに変更することができる光波コヒーレンス断
層画像測定用光波の生成方法及びそれを用いた光源装置
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】このような分野の参照文献としては、以
下のようなものが挙げられる。
【0003】参照文献〔1〕:精密工学会誌 Vol.
67,No.4,2001,pp.546−549 参照文献〔2〕:日本光学会 第2回 生体医用光学研
究会 講演論文集 pp.95−98 参照文献〔3〕:SCIENCE,Vol.254,2
2 NOVEMBER1991 pp.1178−11
81 参照文献〔4〕:JOURNAL OF BIOMED
ICAL OPTICS3(1),pp.76−79
(JANUARY 1998) 参照文献〔5〕:OPTICS LETTERS/Vo
l.24,No.17/SEPTEMBER 1,19
99,pp.1221−1223 参照文献〔6〕:OPTICS LETTERS/Vo
l.26,No.8/APRIL 15,2001,p
p.560−562 図3は従来の光波コヒーレンス断層画像測定装置の基本
構成図である。
【0004】この図において、1は光源、2はビームス
プリッタ(BS)、3はミラー(M)、4は対物レン
ズ、5は生体試料、6は光検出器である。
【0005】この図に示すように、光源1からの光波の
一方の光波はビーム状に生体試料5に照射される。その
際、生体試料5の中の至るところで散乱し、その中でも
後方散乱光(信号光)は逆行して干渉光学系に戻る。
【0006】光検出器6では、他方の光路の参照光ER
と信号光ES の干渉信号のみが交流信号として検出され
る。このとき、信号光ES はさまざまな生体試料5内の
位置からの後方散乱光となるが、参照光ER の光路上の
ミラー(M)3が決定する光路長と等しい光路長の信号
光ES のみがコヒーレンス長の誤差内で検出される。
【0007】よって、奥行き方向の分解能を有する。通
常、コヒーレンス長の半分が、奥行き方向分解能であ
る。横方向の分解能はビームの大きさで与えられる。
【0008】光波は電磁波であるので“連続した波”が
存在する。コヒーレンス長とはこの連続した波の長さと
考えられる。スペクトル幅は、スペクトルの幅であり、
その逆フーリエ変換がコヒーレンス関数で、その幅がコ
ヒーレンス長である。スペクトル幅が広いほどコヒーレ
ンス長は短くなり、OCT(光波コヒーレンス断層画像
法)の分解能は高くなる。スペクトル形状がガウス型の
場合は、その逆フーリエ変換であるコヒーレンス関数も
ガウス型で、余分なサイドローブがない。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般の
スペクトル形状の場合はサイドローブが発生して、これ
が測定断層画像のバックグランドノイズを増大させて画
質を低下させる。
【0010】OCTの光源装置は、ハロゲンランプ、L
EDなどのインコヒーレンス光源(上記参照文献
〔2〕)または、スーパールミネッセンスダイオード
(SLD)(上記参照文献〔3〕)、活性イオンを含む
ファイバーからの蛍光(上記参照文献〔4〕)などを低
コヒーレンス光源としている。
【0011】世界最高の空間分解能(上記参照文献
〔5〕)は、モードロックレーザ(上記参照文献
〔6〕)で実現されているが、装置が複雑、高価であ
り、しかも操作が煩雑などの理由で実用化は困難であ
る。
【0012】光源の実用化を考えると、安価なハロゲン
ランプ、LED、SLD、蛍光などが候補となるが、一
般にこれらの光源のスペクトルは、完全なガウス型では
ない。
【0013】すなわち、OCTにおいては、高空間分解
能のための広いスペクトル幅とサイドローブのない理想
的なガウス型スペクトルが重要である。後者は、断層画
像においてバックグランドノイズを下げるためのもので
ある。
【0014】ところで、OCTにおいては、光源のスペ
クトルのフーリエ変換がコヒーレンス関数となり、深さ
方向の信号強度プロファイルは、屈折率分布とコヒーレ
ンス関数のコンボリューションとなる。よって、光源の
スペクトルがガウス型以外の場合は、コヒーレンス関数
はガウス型と異なるために、OCT像に、バックグラン
ドノイズが重畳して、ダイナミックレンジが低下して、
大きな問題になる。そこで、比較的ガウス型スペクトル
に近いSLD(スーパールミネッセンスダイオード)、
LEDなどが使用されているが、ハロゲンランプなどで
は、バックグランドが大きいために使用は制限される。
【0015】本発明は、上記状況に鑑みて、安価かつ簡
単な構成で、ガウス型スペクトルを生成することができ
る光波コヒーレンス断層画像測定用光波の生成方法及び
それを用いた光源装置を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔1〕光波コヒーレンス断層画像測定用光波の生成方法
において、(a)光源のスペクトルSS(λ)を測定
し、(b)実現したいガウス型スペクトルScot (λ)
を、前記光源のスペクトルで割り、作製する最適フィル
ター特性TF(λ)を求め、(c)この最適フィルター
特性TF(λ)を実現するために、薄膜計算プログラム
で、実際の多層構造をシミュレーションし、最適フィル
ターの設計を行い、(d)前記多層構造をシミュレーシ
ョン結果に沿って作製し、前記光源のスペクトルS
S(λ)を作製された最適フィルターに入射させて、実
現したいガウス型スペクトルScot (λ)を生成するこ
とを特徴する。
【0017】〔2〕光波コヒーレンス断層画像測定用光
源装置において、ガウス型スペクトルでない光源と、こ
の光源からの光を受けて、ガウス型スペクトルを生成す
る最適フィルターとを具備することを特徴とする。
【0018】〔3〕上記〔2〕記載の光波コヒーレンス
断層画像測定用光源装置において、前記最適フィルター
は誘電体多層構造を有するフィルターであることを特徴
とする。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。
【0020】図1は本発明の光波コヒーレンス断層画像
測定装置の基本構成図である。
【0021】この図において、11は光源装置、12は
光源、13は最適フィルター、14は最適フィルター1
3から生成される光波コヒーレンス断層画像測定用光波
である透過光である。
【0022】まず、本発明の光波コヒーレンス断層画像
測定装置において、光源12は、ハロゲンランプ、LE
Dなどのインコヒーレンス光源または、スーパールミネ
ッセンスダイオード(SLD)、活性イオンを含むファ
イバーからの蛍光などの低コヒーレンス光源などからな
る。一般にこれらの光源のスペクトルは、完全なガウス
型ではない。そこで、以下のステップで最適フィルター
を作成して、理想的なガウス型スペクトルを有するOC
T用光源を実現する。 (1)光源のスペクトルSs (λ)を測定する。 (2)実現したいガウス型スペクトルScot (λ)を、
測定した光源のスペクトルで割り〔SOCT(λ)/S
S(λ)〕、作製するフィルター特性TF(λ)を求め
る。 (3)このフィルター特性TF(λ)を実現するため
に、市販されている薄膜計算プログラムで、実際の多層
構造をシミュレーションし、フィルターの設計を行う。 (4)そこで、多層構造をシミュレーション結果に沿っ
て作製し、光源12の光を最適フィルター13に入射さ
せて、実現したいガウス型スペクトルScot を有する光
波コヒーレンス断層画像測定用光波である透過光14を
生成させる。
【0023】このように、光源12からの光波をフィル
ター特性TF(λ)の最適フィルター13で受けて、そ
の最適フィルター13からガウス型スペクトルS
cot (λ)を生成することができる。
【0024】近年、市販されている誘電体薄膜計算プロ
グラム(上記参照文献〔2〕)の基本性能・機能は、飛
躍的に向上しており、実際の材料パラメータを用いて、
最適化などの機能を用いれば誘電体多層構造の最適設計
が容易である。
【0025】図2は本発明の最適フィルターによって得
られる1.5μm帯の完全なガウス型スペクトル例を示
す図である。この図において、横軸は波長(nm)、縦
軸はスペクトルパワー密度(相対単位)である。
【0026】一般に、ガウス型スペクトルFG (λ)
は、 FG (λ)=exp〔−(1/2)・δ2 (λ−λ0
2 〕 ここで、δは根平均2乗幅、λ0 は中心波長である。で
表されるが、本発明においても、同様のガウス型スペク
トルを得ることができる。
【0027】現在、種々の薄膜・光学デバイスの設計手
法が報告されており、高速コンピュータを用いることに
より具体的な設計が可能になってきている。例えば、多
層構造の光学特性シミュレーション、自動設計などが市
販のソフトで可能である。設計が決まれば、一般の真空
蒸着装置を用いて誘電体多層構造を有する最適フィルタ
ーの作製ができる。最適フィルターと先の光源を用いて
OCT用の理想的な光源が実現できる。
【0028】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【0029】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。
【0030】(A)安価かつ簡単な構成で、ガウス型ス
ペクトルを生成することができる光波コヒーレンス断層
画像測定用光波の生成方法及びそれを用いた光源装置を
実現することができる。
【0031】(B)市販されている汎用の薄膜計算プロ
グラムを用いて、容易に最適フィルターの設計を行い、
OCTの光源に理想的なガウス型スペクトルを有する光
源を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光波コヒーレンス断層画像測定装置の
基本構成図である。
【図2】本発明の最適フィルターによって得られる1.
5μm帯の完全なガウス型スペクトル例を示す図であ
る。
【図3】従来の光波コヒーレンス断層画像測定装置の基
本構成図である。
【符号の説明】
11 光源装置 12 光源 13 最適フィルター 14 透過光

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光波コヒーレンス断層画像測定用光波の
    生成方法において、(a)光源のスペクトルSS(λ)
    を測定し、(b)実現したいガウス型スペクトルScot
    (λ)を、前記光源のスペクトルで割り、作製する最適
    フィルター特性TF(λ)を求め、(c)該最適フィル
    ター特性TF(λ)を実現するために、薄膜計算プログ
    ラムで、実際の多層構造をシミュレーションし、最適フ
    ィルターの設計を行い、(d)前記多層構造をシミュレ
    ーション結果に沿って作製し、前記光源のスペクトルS
    S(λ)を作製された最適フィルターに入射させて、実
    現したいガウス型スペクトルScot (λ)を生成するこ
    とを特徴する光波コヒーレンス断層画像測定用光波の生
    成方法。
  2. 【請求項2】 光波コヒーレンス断層画像測定用光源装
    置において、(a)ガウス型スペクトルでない光源と、
    (b)該光源からの光を受けて、ガウス型スペクトルを
    生成する最適フィルターとを具備することを特徴とする
    光波コヒーレンス断層画像測定用光源装置。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の光波コヒーレンス断層画
    像測定用光源装置において、前記最適フィルターは誘電
    体多層構造を有するフィルターであることを特徴とする
    光波コヒーレンス断層画像測定用光源装置。
JP2001322408A 2001-10-19 2001-10-19 光波コヒーレンス断層画像測定用光波の生成方法及びそれを用いた光源装置 Pending JP2003130790A (ja)

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