| 【発明の名称】 |
光走査プローブ装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】ジョセフ エー． アイザット
【氏名】マイケル ヴィ． シバク
【氏名】アンドルー ロリンズ
【氏名】堀井 章弘
【氏名】平田 唯史
【氏名】飯塚 修平
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| 【要約】 |
【課題】先端光学系における先の反射によるゴーストの発生を抑え、Ｓ／Ｎ比の向上を図することができる光走査プローブ装置を提供する。
【解決手段】被検体に照射する観察光を導光して観察光を被検体側に照射するとともに被検体の反射光を導光する第１の導光手段と、第１の導光手段に対し少なくとも被検体側の外周に設けられ、観察光を透過する光透過部材と、第１の導光手段で導光される観察光を光透過部材に対して非垂直な所定の角度で出射するとともに被検体の反射光を第１の導光手段に導く第２の導光手段と、反射光と観察光とを干渉させ、所定の干渉信号を得る干渉信号取得手段とを備える。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に照射するための所定の観察光を発生する観察光発生手段と、
前記観察光発生手段により発生した観察光を導光して前記観察光を前記被検体側に照射するとともに、前記被検体で反射された反射光を導光する第１の導光手段と、
前記第１の導光手段に対し少なくとも被検体側の外周に設けられ、前記観察光を透過する光透過部材と、
前記第１の導光手段で導光される前記観察光を、前記光透過部材に対して非垂直な所定の角度で出射するとともに、前記被検体で反射された前記反射光を前記第１の導光手段に導く第２の導光手段と、
前記反射光と前記観察光とを干渉させ、所定の干渉信号を得る干渉信号取得手段と、
を備えたことを特徴とする光走査プローブ装置。
【請求項２】
前記第１の導光手段を移動することにより、前記第２の導光手段から出射される前記観察光を前記被検体に対して走査する走査手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光走査プローブ装置。
【請求項３】
前記第２の導光手段が、前記光透過部材の法線に対して１０゜以上の角度で前記観察光を出射することを特徴とする請求項１に記載の光走査プローブ装置。
【請求項４】
前記第１の導光手段が、前記第１の導光手段の外周に設けられたシースに対して摺動自在であることを特徴とする請求項１または３に記載の光走査プローブ装置。
【請求項５】
被検体内に挿入される光プローブと、
被検体に照射するための照射光を発生させる光源と、
前記照射光を前記光プローブの先端に導くための光ファイバーと、
前記照射光を被検体に集光する集光手段と、
前記光プローブの先端に設けられ、前記集光手段により集光された焦点を前記集光手段の光軸方向に対し略垂直に走査する走査手段を備えた先端光学系と、
被検体からの戻り光を検出光として観察光から分離する分離手段と、
前記検出光を検出する光検出手段と、
を具備し、
前記先端光学系における、被検体に対向する部分に光透過部材を有し、該光透過部材に対して集光光の光束が斜め入射するように設定されていることを特徴とする光走査プローブ装置。
【請求項６】
前記光透過部材のいずれかの面において、集光光の主光線の入射角が１０゜以上であることを特徴とする請求項５に記載の光走査プローブ装置。
【請求項７】
前記先端光学系において、光の反射により前記集光光の光束が前記光透過部材に対し斜め入射するように観察方向を偏向させる光学素子を備えていることを特徴とする請求項５又は６に記載の光走査プローブ装置。
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【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を用いた断層構造を観察する装置に関し、特に生体内部の断層構造を観察するための光走査プローブ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、生体組織を診断する場合、組織内部の光学的情報を得ることのできる装置として、低干渉性光を用いて被検体に対する断層像を得る干渉型のＯＣＴ（オプティカル・コヒーレンス・トモグラフィ）が例えばＵＳＰ５３２１５０１に開示されている。この、ＵＳＰ５３２１５０１に開示された装置は、体腔内に挿入するための柔軟な挿入部を有し、内部に低干渉性光を伝達するためのシングルモードファイバを用いた光プローブを用いて、血管などに挿入したり、内視鏡を用いて体腔内を観察することができる。
【０００３】
しかしながら、体腔内への挿入に応じて光プローブは湾曲し、その湾曲のため光ファイバに湾曲の仕方に応じて変化する複屈折性が生じる。ＯＣＴでは、被検体からの反射光と基準光との干渉信号を用い観察を行う。一般に被検体からの反射光と基準光との偏光の方向を合わせ、基準光との干渉強度が最大になるように調整するが、体腔内での湾曲による複屈折性の変化のため偏光方向が湾曲により変化し、干渉強度が挿入に従って変化する。特に、シングルモードファイバを含む照射光学系を一体に回転走査する場合、湾曲状態で回転すると、１回転ごとにファイバの複屈折性が大きく変化し、干渉強度が変化し、回転走査の方向によって検出感度が大きく異なるという問題点があった。
【０００４】
このようなファイバーの複屈折性の変動による干渉強度の変化を補償する方法として、ファラデーローテータのように偏光を４５°旋回させる素子を挿入する方法が”Polarisation -insensitive fibre optic michelson interferometer” (Electr. Lett. Vol.27, p518-519, 1991)に開示されている。しかし、Faraday Rotatorは一般にガーネット結晶とガーネット結晶に磁界を与える磁性体が必要で、体腔内に挿入する細いプローブの先端に設けることができない。
【０００５】
“In vivo video rate optical coherence tomography”(A.M.Rollins et.al, 1998 Optical Society of America) にＯＣＴで干渉位置の高速走査をガルバノメータミラーを用いた群遅延機構により行う方法が開示されている。ミラーを揺動させてできるだけ高速に走査するには、サイン（sin）波に近い形状でミラー角度を走査するのがよいが、深さの走査方向が揺動に合わせて交互に変化する。走査方向が変化すると、得られる干渉信号から２次元の像を再構成することが容易でなくなる。そこで、一方向の走査のみの干渉信号のみを用いると、実際に得ている信号の半分は捨てていることになり、光プローブ内の光学系の回転走査を行っている場合など、得られる２次元再構築像の解像度が１／２になるという問題がある。
【０００６】
上記で示される高速走査で例えば、レゾナンススキャナを用いると時間と走査角度の関係がサイン（ｓｉｎ）波形になり、非線形になる。しかし、干渉信号を２次元的な位置と強度のグラフ、または干渉位置と検出位置を２次元で取り強度を濃淡で表した濃淡画像で表す場合には、干渉信号は時間と線形に得られまた干渉位置は時間と非線形のため、得られた時系列の干渉信号をそのまま表示に用いることができない。例えば、生体内の断層表示を行った場合、干渉位置と検出位置が正確に表示できなければ、目盛りなどを用いて長さの計測などを行うことができない。
【０００７】
上記のように、レゾナンススキャナのような非線型な走査手段の場合、干渉位置の走査速度に比例して発生する干渉信号のドップラー周波数が走査角度に応じて変化する。ＯＣＴで用いる光ヘテロダイン検出では、このドップラー周波数を用いて検波するため高Ｓ／Ｎ比を得ているが、ドップラー周波数が走査中に変化する場合、広い周波数範囲の干渉信号を検波できるように復調器の周波数特性を設定するとノイズも含んで検波されＳ／Ｎ比が低下するという問題点があった。このＳ／Ｎ比の低下が問題である。
【０００８】
また、２次元的に走査したものを表示した場合、一部分を拡大する方法として、不要な部分の情報を切り捨てる方法と走査範囲そのものを変更する方法がある。走査範囲を変更する場合に、走査範囲の変更に合わせ、干渉位置の走査速度を変える必要のある場合がある。また、Ｓ／Ｎ比の向上のため、干渉位置の走査速度を低速にする場合もある。これらの場合も上記同様ドップラー周波数が変化するため、復調器の周波数特性の設定に関して同様な問題が生じる。
【０００９】
前記ＵＳＰ５３２１５０１に開示されたような体腔内に挿入する光プローブは、一般的に洗浄・消毒のため、観測装置本体と着脱する必要がある。また、着脱可能であれば光プローブの故障時に容易に交換できる。光プローブに設けられたシングルモードファイバの複屈折の状態は組み立て時の応力の掛かり方などそれぞれのプローブで異なるため、プローブ交換ごとに偏波面調整手段を用いて光プローブで得ることができる被検体からの反射光と基準光との偏光の方向を合わせ、基準光との干渉強度が最大になるようにする必要があり、煩雑である。
【００１０】
前記“In vivo video rate optical coherence tomography”(A.M.Rollins et.al) に示されるように、ＯＣＴで干渉位置の高速走査をガルバノメータミラーを用いた場合やレゾナンススキャナミラーを用いた場合、ガルバノメータミラーやレゾナンススキャナミラーは温度特性があり、温度の変化で走査範囲や走査速度が変化するという問題が有る。
【００１１】
前記“In vivo video rate optical coherence tomography”(A.M.Rollins et.al) に示されるように、ＯＣＴで干渉位置の高速走査をガルバノメータミラーを用いた場合やレゾナンススキャナミラーを用いた場合、最も高速に駆動する場合sin波状に駆動することになり、前述のように非線形駆動であるため、時系列で得られる干渉信号と干渉位置の関係が非線形で扱いにくい、復調器の周波数設定に起因するＳ／Ｎ比の悪化などの問題がある。
【００１２】
ＯＣＴで得られた断層像を表示する場合、画面上で示される長さは光路長であり、媒質によって大きく異なる。例えば、媒質が空気の場合ｎ≒１であり、生体組織ではｎ＝１．３〜１．５であるため光路長は実際の長さｌに対しｎｌで表されるため、大きな誤差を生じるという問題点がある。
【００１３】
光透過性を持つ外側シースは、一般的にフッ素樹脂、ポリアミド（ナイロン）等の樹脂チューブで構成されるが、これら樹脂チューブの屈折率と、光学素子と外側シース内に封入された空気との屈折率との差は大きいため、外側シースの内側で光の大きな反射が起きる。同様に、シース外面とシース外の空気、水、消化器液との屈折率の差により、外側シースの外面でも強い反射が起きる。この反射により、照射光および観察光が弱まり観察のＳ／Ｎ比が悪くなる。
【００１４】
また、ＯＣＴの原理上、光路上の反射強度と光路長の相関を検出するため、強い反射を有する２つの面が近傍にあると光が反射面間を多重反射し、反射面が実際には存在しない光路長の部分に強い反射強度を検出してゴーストとなる。上記のような反射特にシースの内外面によるものなどの反射強度は、生体からの散乱・反射光である観察光に対して大きいため、復調回路のダイナミックレンジを占有し、弱い生体からの反射を、非常に強いシースの反射と同時に表示し、観察するのは困難である。また、多重反射は実際には存在しない部分に反射面のゴーストを生じ、観察性能は著しく劣化するという問題があった。特に、組織と同じ場所にゴーストが表示される場合、区別することが不可能ため、大きな問題である。
【００１５】
"In vivo Endoscopic Optical with Optical Coherence Tomography"(G.J.Tearny et.al, Scince vol. 276)に開示されたＯＣＴ用光プローブでは、先端のプリズム等の光学素子まで透明なシースで覆って密封している。
【００１６】
しかし、この技術では、フレキシブルなチューブをシースとして用いて、内視鏡の鉗子孔にプローブを挿通して体腔内に挿入する場合など、プローブが湾曲した場合、先端の光学素子の支持部が外側シースの内側に回転しながら接触し、外側シースの内側を傷つけ、その部位で光の乱反射が生じるため外側シースの光学特性を劣化させ、光学素子から出射するＯＣＴ照射光及び生体からの観察光を遮り観察性能を劣化させるという問題が有った。
【００１７】
また、シースの傷いた箇所が照射光及び観察光の位置でなくとも、プローブの湾曲形状によって回転シースが外側シースの位置に対して前後して移動するため、傷ついた箇所が観察光の場所に現れるという問題があった。
【００１８】
さらに、フッ素樹脂や、ポリアミドのような材料で構成されたプローブシースは、ランダムな屈折率分布のムラや、内部応力や、粒子による散乱など、光の伝搬波面を乱したり、光を予期できない方向に散乱させるといったように、低い光学的な性質しか持っていない。プローブの設計は、光が生体の中で回折限界フォーカススポットを結ばれるかどうか、また同じ光路を通ってシングルモードファイバに再入射するか、光路中に光の波面を乱したり、散乱によってプローブへの光の再入射を妨げ、ＯＣＴ干渉系のヘテロダイン効果を落とす物体があるかどうかに依存している。従って、プローブが高い光学的な品質を有する光学窓を有することは、ＯＣＴの画像品質を上げる上で重要である。
【００１９】
図１は、ＯＣＴを内視鏡に応用したものの一例である。低コヒーレンス光源２０２からの光はシングルモードファイバー２０５に結合され、カップラー２０４のところまで導かれる。カップラー２０４で光は信号光側２０６と参照光側２０７とに分離される。
【００２０】
分離された参照光側の光はシングルモードファイバーで光路長可変手段の所まで導かれる。光路長可変手段から戻された光は再びシングルモードファイバーでカップラーのところまで導かれる。
【００２１】
一方、信号光側２０６に分離された光は参照光側２０７とは別のシングルモードファイバー２０５で信号光側先端光学系２０８まで導かれ、そこから測定対象に照射され、さらに、測定対象から反射されて戻って再び信号側先端光学系２０８、シングルモードファイバー２０５を通って、カップッラー２０４で参照側から戻ってきた光と合成される。合成された参照光側と信号光側の戻り光はシングルモードファイバー２０５でディテクター２１２まで導かれディテクター２１２で干渉信号を検出する。
【００２２】
図２は、図１における信号光側の先端部分の断面を拡大したものである。
【００２３】
シングルモードファイバー２０５の先端部は信号光側先端光学系２０８で構成されている。信号光側先端光学系２０８は光を生体に集光させるための屈折率分布レンズ(Gradient Index lens: GRINレンズ）２２１と、シングルモードファイバー２０５の曲がりによる偏光の影響をキャンセルするためのファラデーローテーター２２２、光の向きを変えるためのプリズム２２３でレンズユニット２２０を構成している。また、レンズユニットの外側には、円筒状の透明シース２２５がかぶせられている。
【００２４】
シングルモードファイバー２０５とレンズユニット２２０は、矢印２１９で示しているように長手方向（円筒状のシース２２５の中心軸）を軸として回転するようになっているので、測定対象を断面方向だけでなく円盤状に観察することができるようになっている。
【００２５】
信号光側先端光学系２０８には、シングルモードファイバー２０５から射出された光がファラデーローテーター２２２や屈折率分布レンズ２２１、プリズム２２３、シース２２５などの光学素子の境界面で数回反射した後再びシングルモードファイバー２０５に戻ってしまい、生体の像とゴーストが重なって写って画質が劣化するという問題があった。
【００２６】
その理由を図３（Ａ）から（Ｅ）を使って説明する。
【００２７】
図３（Ａ）（Ｅ）はゴーストが発生する原因の一例を示したもので、シングルモードファイバーを出た光の振る舞いを時間の経過とともに模式的に示したものである。
【００２８】
図３（Ａ）：シングルモードファイバー２０５から出た光が屈折率分布レンズ２２１とファラデーローテーター２２２の境界面に来たときに、多くの光はそのまま透過するが、一部の光が反射して再びシングルモードファイバー２０５側へ向かう。このとき、この境界面を透過する光を光ａ、反射する光を光ｂとする。
【００２９】
図３（Ｂ）：シングルモード側へ向かった光bは次に屈折率分布レンズ２２１のシングルモードファイバー側の面で再び反射されて物体側へ向かう。一方 図３Ａでそのまま通過した光aは、ファラデーローテーター（以後ＦＲと省略して呼ぶことにする）２２２、プリズム２２３を通ってシース２２５と生体組織の中間のところまで進んでいる。
【００３０】
図３（Ｃ）：光aは、生体組織２２６の中で反射されシングルモードファイバー２０５側へ向かう。そのころ、光bは屈折率分布レンズ２２１の中を物体側に向かって進んでいる。
【００３１】
図３（Ｄ）：光bはプリズム２２３とFR２２２の境界面で反射され、再びシングルモードファイバー２０５側へ向かう。このとき、光aもプリズム２２３とFR２２の境界面に達しており、光bと重なる。
【００３２】
図３（Ｅ）：光aと光bは重なったままシングルモードファイバー２０５へ戻される。
【００３３】
以上のような状態になった場合、生体組織からの信号光と、先端光学系内で数回反射した光ｂとが重なる状況になり、生体の断層構造を見たときの画像は図４のよう生体組織の像２２７にゴースト像２２８が重なったものになる。
【００３４】
このようなゴースト像２２８は、光学素子の端面での反射回数が３回以下の場合に目立つ場合が多い。これは、一般に光学素子の端面の1面あたりの反射強度は、入射する光に対して−２０ｄＢから−３０ｄＢなので、光学素子端面での反射回数が３回であるとトータルの反射光の強度は−６０ｄＢから−９０ｄＢ、反射回数が4回であると−８０ｄＢ〜−１２０ｄＢになる。一方、生体からの信号強度は、−５０ｄＢ〜−７０ｄＢである。したがって、光学素子の端面での反射回数が３回以下の場合は、生体の信号強度とほぼ同じレベルになって観察に支障を来すことに由来する。
【００３５】
前記の説明での反射光の経路は一例であり、実際の先端光学系での多重反射は、今回の経路以外にも様々な経路で発生する。特にシースの形状は円筒形で、表面での反射防止処理が難しく、また、３回反射した光は観察位置に重なりやすいので問題であった。
【００３６】
信号光側先端光学系のもう１つの問題点は、先端光学系はシングルモードファイバーから射出された光が光学素子の境界面で反射し、それが直接シングルモードファイバー２０５に戻るような構成になっていることである。このような構成を“１回反射の構成”ということにすると、１回反射の構成は、図２の光学系では屈折率分布レンズのファイバー側の端面を除くすべての境界面から反射した光について成り立っていることになる。
【００３７】
もし、光学系が１回反射の構成になっていて光学素子端面からの反射光がシングルモードファイバーに入射すると、不要な光がシングルモードファイバーに多く戻ることになり、干渉信号を検出するときのＳ／Ｎ比が悪化してしまう。このため、先端光学系が１回反射の構成になっていると観察画面が非常に見にくくなるという現象が発生する。
【００３８】
図５（Ａ）、（Ｂ）は、光がファラデーローテーター２２２とプリズム２２３の境界面で反射する１回反射の構成の例で、図５（Ａ）は実際の光線の経路を表わしており、図５（Ｂ）は光線の経路が分かりやすいように反射面から光学系を折り返して表わしたものである。なお、図５（Ｂ）では、光は左側から射出されている。図５を見てわかるように反射した光が再びシングルモードファイバー２０５に戻ることがわかる。図２の光学系では、この例と同様に屈折率分布レンズのファイバー側の端面を除くすべての境界面で反射した光がシングルモードファイバー２０５に戻ることが起こっている。
【００３９】
図５７（Ａ）は光走査プローブの先端光学系を先端側から見た模式図、図５７（Ｂ）は側面から見た模式図である。図５７（Ａ），（Ｂ）に示すように先端光学系は透明なテフロンチューブ320、プリズム308、GRINレンズ311、シングルモードファイバ301より構成される。シングルモードファイバ301に導光された光はその先端から、GRINレンズ311、プリズム308、テフロンチューブ320の順に入射され、観察ビーム317となる。テフロンチューブ320はその円筒面の周方向に対して凹レンズ効果を持っている。このため、観察ビーム317のシース円筒面に対する円周方向の焦点位置319aは、シース長手方向の焦点位置319bよりも長くなる。
【００４０】
また、図５７（Ａ），（Ｂ）に示す従来の技術では、先に述べた観察ビーム317のシース円筒面に対する円周方向の焦点位置319aとシース長手方向の焦点位置319bの位置関係は一定であり、変更することができなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００４１】
上記したように、光プローブが挿入した体腔内で湾曲して、プローブ内のファイバの復屈折変化による干渉強度の変化による問題があった。
【００４２】
本発明は、上記の従来技術の問題に鑑み、体腔内で光プローブが湾曲しても、プローブ内のファイバの複屈折変化による干渉強度の変化を補償される光走査プローブ装置を提供することを目的とする。
【００４３】
また、先端光学系における先の反射によるゴーストの発生を抑え、Ｓ／Ｎ比の向上を図することができる光走査プローブ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００４４】
本発明の第１の光走査プローブ装置は、被検体に照射するための所定の観察光を発生する観察光発生手段と、前記観察光発生手段により発生した観察光を導光して前記観察光を前記被検体側に照射するとともに、前記被検体で反射された反射光を導光する第１の導光手段と、前記第１の導光手段に対し少なくとも被検体側の外周に設けられ、前記観察光を透過する光透過部材と、前記第１の導光手段で導光される前記観察光を、前記光透過部材に対して非垂直な所定の角度で出射するとともに、前記被検体で反射された前記反射光を前記第１の導光手段に導く第２の導光手段と、前記反射光と前記観察光とを干渉させ、所定の干渉信号を得る干渉信号取得手段と、を備えたことを特徴とする。
【００４５】
本発明の第２の光走査プローブ装置は、前記第１の光走査プローブ装置において、前記第１の導光手段を移動することにより、前記第２の導光手段から出射される前記観察光を前記被検体に対して走査する走査手段を備えたことを特徴とする。
【００４６】
本発明の第３の光走査プローブ装置は、前記第１の光走査プローブ装置において、前記第２の導光手段が、前記光透過部材の法線に対して１０゜以上の角度で前記観察光を出射することを特徴とする。
【００４７】
本発明の第４の光走査プローブ装置は、前記第１または第３の光走査プローブ装置において、前記第１の導光手段が、前記第１の導光手段の外周に設けられたシースに対して摺動自在であることを特徴とする。
【００４８】
本発明の第５の光走査プローブ装置は、被検体内に挿入される光プローブと、被検体に照射するための照射光を発生させる光源と、前記照射光を前記光プローブの先端に導くための光ファイバーと、前記照射光を被検体に集光する集光手段と、前記光プローブの先端に設けられ、前記集光手段により集光された焦点を前記集光手段の光軸方向に対し略垂直に走査する走査手段を備えた先端光学系と、被検体からの戻り光を検出光として観察光から分離する分離手段と、前記検出光を検出する光検出手段と、を具備し、前記先端光学系における、被検体に対向する部分に光透過部材を有し、該光透過部材に対して集光光の光束が斜め入射するように設定されていることを特徴とする。
【００４９】
本発明の第６の光走査プローブ装置は、前記第５の光走査プローブ装置において、前記光透過部材のいずれかの面において、集光光の主光線の入射角が１０゜以上であることを特徴とする。
【００５０】
本発明の第７の光走査プローブ装置は、前記第５または第６の光走査プローブ装置において、前記先端光学系において、光の反射により前記集光光の光束が前記光透過部材に対し斜め入射するように観察方向を偏向させる光学素子を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００５１】
本発明によれば、体腔内で光プローブが湾曲しても、プローブ内のファイバの複屈折変化による干渉強度の変化を補償されると共に、先端光学系における先の反射によるゴーストの発生を抑え、Ｓ／Ｎ比の向上を図ることができる光走査プローブ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
＜第１の実施の形態＞
第１の実施の形態によって、体腔内への挿入のために湾曲し、変化したファイバの複屈折性を補償でき、また体腔内でのラジアル走査の回転にしたがって変化したファイバの複屈折性を補償するものである。
図６は本発明の第１の実施の形態の光イメージング装置の構成を示し、図２は第１の実施の形態が挿通される内視鏡を示す。
【００５３】
図６に示す光イメージング装置〈光断層画像装置）１Ａは、超高輝度発光ダイオード（以下、ＳＬＤと略記）や半導体アンプ（ＳＯＡ）の自然放出光等の低干渉性光源２を有する。この低干渉性光源２はその波長が例えば１３００ｎｍで、その可干渉距離が例えば１７μｍ程度であるような短い距離範囲のみで干渉性を示す低干渉性光の特徴を備えている。つまり、この光を例えぱ２つに分岐した後、再び混合した場合には分岐した点から混合した点までの２つの光路長の差が１７μｍ程度の短い距離範囲内の場合には干渉した光として検出され、それより光路長が大きい場合には干渉しない特性を示す。
【００５４】
この低干渉性光源２の光は第１のシングルモードファイバ３の一端に入射され、他方の端面（先端面）側に伝送される。この第１のシングルモードファイバ３は途中の光カップラ部４で第２のシングルモードファイバ５と光学的に結合されている。従って、この光カップラ４部分で２つに分岐されて伝送される。第１のシングルモードファイバ３の（光カップラ部４より）先端側には、非回転部と回転部とで光を伝送可能な結合を行う光ロータリジョイント６が介挿され、この光ロータリジョイント６内の第３のシングルモードファイバ７の先端に光走査プローブ８のコネクタ部９が着脱自在で接続され、この光走査プローブ８内に挿通され、回転駆動される第４のシングルモードファイバ１０に低干渉性光源２の光が伝送（導光）される。
【００５５】
そして、伝送された光は光走査プローブ８の先端側から被検体としての生体組織１１側に走査されながら照射される。また、生体組織１１側での表面或いは内部での散乱などした反射光の一部が取り込まれ、逆の光路を経て第１のシングルモードファイバ３側に戻り、光カップラ部４によりその一部が第２のシングルモードファイバ５側に移り、第２のシングルモードファイバ５の一端から光検出器としての例えばフォトダイオード１２に入射される。なお、光ロータリジョイント６のロータ側は回転駆動装置１３によって回転駆動される。
【００５６】
また、第２のシングルモードファイバ５の光カップラ部４より先端側には基準光の光路長を変える光路長の可変機構１４が設けてある。この光路長の可変機構１４は光走査プローブ８により生体組織１１の深さ方向に所定の走査範囲だけ走査する光路長に対応してこの走査範囲の光路長だけ高速に変化する第１の光路長変化手段と、光走査プローブ８を交換して使用した場合の個々の光走査プローブ８の長さのバラツキを吸収できるようにその長さのバラツキ程度の光路長を変化できる第２の光路長の変化手段と、物体側と基準側の分散の不一致を補償する分散補償手段を備えている。
【００５７】
第２のシングルモードファイバ５の先端に対向するコリメートレンズ１５を介してグレーティング１６が配置されこのグレーティング（回折格子）１６と対向するレンズ１７を介して微小角度回動可能なガルバノメータミラー１９が第１の光路長の変化手段として取付けられており、このガルバノメータミラー１９はガルバノメータコントローラ２０により、符号ｂで示すように高速に回転的に振動される。
【００５８】
このガルバノメータミラー１９はガルバノメータのミラーにより反射させるもので、ガルバノメータに交流の駆動信号を印加してその可動部分に取り付けたミラーを高速に回転的に振動させるものである。
つまり、光走査プローブ８により、生体組織１１の深さ方向に所定の距離だけ高速に走査できるようにガルバノメータコントローラ２０により、駆動信号が印加され、この駆動信号により符号ｂで示すように高速に回転的に振動する。
【００５９】
そして、この回転的振動により第２のシングルモードファイバ５の端面から出射され、ガルバノメータミラー１９で反射されて戻る光の光路長は生体組織１１の深さ方向に走査する所定の距離の走査範囲だけ変化する。
つまり、ガルバノメータミラー１９により、深さ方向の断層像を得るための第１の光路長の変化手段を形成している。このガルバノメータミラー１９による光路長の変化手段は“In vivo video rate optical coherence tomography”(A.M.Rollins et.al) に開示されている。
【００６０】
この文献に示される光路長の変化手段は実際には、伝搬時間変化手段であり、真の光路長変化は僅かだが、低コヒーレンス光の群遅延により生じる干渉位置の変化は非常に大きい。ここではこの群遅延により生じる干渉位置の変化を含め光路長の変化という言葉で説明する。このディレイラインの他の重要な特徴は、２つの干渉アーム（物体側と参照側)の２次の光学的分散を補償できることである。これが重要なのは、物体側と参照側の干渉系中のファイバー長を一致させる必要がないからである。この補償なしに、ファイバー長を相違させるとコヒーレント長が非常に増加し、光軸方向の分解能が劣化する。分散補償は、グレーティング１６とレンズ１７の間隔を僅かに調整することで達成される。
【００６１】
また、第２のシングルモードファイバ５およびコリメートレンズ１５は、その光軸方向に符号ａで示すように移動自在な１軸ステージ１８上に設けられ、第２の光路長の変化手段となっている。
【００６２】
また、第2のシングルモードファイバ５には、ファイバで構成される干渉系全体および光走査プローブ内のファイバの曲げによって生じる複屈折性の影響を取り除くための偏波面調整用のファイバーループ２９が設けられている。
【００６３】
一方、１軸ステージ１８は光走査プローブ８を交換した場合に対し、光走査プローブ８の光路長のバラツキを吸収できるだけの光路長の可変範囲を有する第２の光路長の可変手段を形成すると共に、ガルバノメータミラー１９による光路長を変えて深さ方向の画像を得る場合に所望とする位置（例えば、光走査プローブ８の先端が生体組織１１の表面に密着していない場合でも、１軸ステージ１８による光路長を変化させることにより、生体組織１１の表面位置から干渉する状態に設定することにより、その表面位置）から画像化することができるようにオフセットを調整するオフセット調整手段の機能も備えているようにしている。
【００６４】
この１軸ステージ１８はステージ移動用のモータを備え、位置制御装置２１によりそのモータに駆動信号を印加することにより１軸ステージ１８は符号ａで示す方向に移動する。
【００６５】
ステージの構成を図２５に示す。横方向に光軸を維持しながら精密にスライドできるステージ１７８を載せたスライダ１７９があり、スライダ１７９にはボールネジ１８０が設けられ、ボールネジの基端にはステッピングモータ１８１が設けられ、ステッピングモータ１８１によるボールネジ１８０の回転に従ってステージ１７８は移動する。ステージ１７８上にはレンズ１５と第２のシングルモードファイバ端が設けられ、グレーティング１６に対し平行光を生成するように設定されたコリメータ１８２が設けられている。
【００６６】
図１６に示されるこの光路長の可変機構１４で光路長が変えられた光は第２のシングルモードファイバ５の途中に設けたカップラ部４で第１のシングルモードファイバ３側から漏れた光と混合されて、共にフォトダイオード１２で受光される。なお、例えば第２のシングルモードファイバ５は１軸ステージ１８をその可変範囲の中問位置付近に設定した状態では光カップラ部４から第４のシングルモードファイバ９等を経て光走査プローブ８の先端から生体組織１１に至る光路長と、第２のシングルモードファイバ５を経て１軸ステージ１８上のガルバノメータミラー１９で反射される光路長とがほば等しい長さとなるように設定されている。
【００６７】
そして、実際に接続して使用される光走査プローブ８に応じて１軸ステージ１８の位置を可変設定することにより、個々の光走査プローブ８の長さのバラツキを吸収し、かつガルバノメータミラー１９を高速で回転的振動或いは高速振動させてその基準光側の光路長を周期的に変化することにより、この光路長と等しい値となる生体組織１１の深さ位置での反射光とを干渉させ、他の深さ部分での反射光は非干渉にすることができるようにしている。
【００６８】
上記フォトダイオード１２で光電変換された信号はアンプ２２により増幅された後、復調器２３に入力される。この復調器２３では干渉した光の信号部分のみを抽出する復調処理を行い、その出力はＡ／Ｄ変換器２４を経てコンピュータ２５に入力される。このコンピュータ２５では断層像に対応した画像データを生成し、モニタ２６に出力し、その表示面に０ＣＴ像２７を表示する。
【００６９】
このコンピュータ２５は位置制御装置２１と接続され、コンピュータ２５は位置制御装置２１を介して１軸ステージ１８の位置の制御を行う。また、コンピュータ２５はビデオ同期回路２８と接続され、画像化する際のビデオ同期信号に同期して内部のメモリに断層像データを格納する。
【００７０】
また、このビデオ同期回路２８のビデオ同期信号はそれぞれガルバノメータコントローラ２０と回転駆動装置１３にも送られ、例えばガルバノメータコントローラ２０はビデオ同期信号（より具体的には高速及び低速の２つのビデオ同期信号における高速の第１のビデオ同期信号）に同期した周期で駆動信号を出力し、回転駆動装置１３はビデオ同期信号（より具体的には低速の第２のビデオ同期信号）に同期した周期で第１のビデオ同期信号に同期した駆動信号を出力し、回転駆動装置１３による回転により周方向に光を走査するようにしている。
【００７１】
第１の実施の形態における光走査プローブ８は、例えば図２に示すように内視鏡３１の鉗子挿通口３２から鉗子挿通用チャンネルを経てその先端開口から光走査プローブ８の先端側を突出させることができる。
【００７２】
この内視鏡３１は、体腔内に挿入し易いように細長の挿入部３３を有し、この挿入部３３の後端には太幅の操作部３４が設けてある。この挿入部３３の後端付近には鉗子挿通口３２が設けてあり、この鉗子挿通口３２はその内部で鉗子挿通用チャンネルと連通している。
【００７３】
挿入部３３内には図示しないライトガイドが挿通され、このライトガイドの入射端を光源装置に接続し、照明光を伝送して挿入部３３の先端部に設けた照明窓から出射し、患部等を照明する。また、照明窓に隣接して観察窓が設けられ、この観察窓には対物光学系が取り付けられ、照明された患部等を光学系に観察できるようにしている。そして、内視鏡３１の先端部の観察光学系の観察の下で、患部等の注目する部分の生体組織１１側に光走査プローブ８により、低干渉性光を照射し、その生体組織１１の内部の断層画像データを得て、モニタ２６の表示面にＯＣＴ像２７を表示できるようにしている。
【００７４】
また、挿入部３３の先端部には湾曲部３５および先端部３６が設けられている。湾曲部３５を挿通させて光走査プローブ８を挿入させる時、また光走査プローブ８の先端３７を内視鏡先端部３６より突出させて生体組織１１に接させる時、光走査プローブの先端部３６は小さな湾曲半径で湾曲する。
【００７５】
図８に、光走査プローブ８および回転駆動装置１３の構成を示す。
光走査プローブ８は、細長い環状の樹脂チューブで構成された光学シース３８と、シース３８を回転駆動装置１３に接続するコネクタ部９と、光学シース３８の内側に設けられ、自在に回転するフレキシブルシャフト４０と、フレキシブルシャフトの内腔に設けられた第４のシングルモードファイバー１０と、フレキシブルシャフト４０の先端に接続されたレンズユニット３９と、フレキシブルシャフト４０に接続された回転伝達コネクタ４２と、第４のシングルモードファイバー１０の他端に接続された光コネクタ４１よりなる。
【００７６】
回転駆動装置１３は、回転シャフト１４６および回転シャフトに接続された光ロータリージョイント６をもつ。回転シャフト１４６の他端部には光コネクタ４１が設けられ、光コネクタ４１と光ロータリージョイント６は第３のシングルモードファイバー７で接続されている。回転駆動装置１３はモーター４４およびモータープーリー４５とエンコーダー４６およびエンコーダープーリー４７をもつ。また、モーター４４およびエンコーダー４６は回転駆動コントローラー４８に接続されている。
【００７７】
次に、回転駆動装置１３の作用を説明する。モーター４４の回転はモータープーリー４５に伝達され、ベルト４３により回転シャフト１４６およびエンコーダープーリー４７に伝達される。エンコーダー４６は回転シャフト１４６の回転速度を検出し、その回転速度が指定された速度になるように回転駆動コントローラー４８によりモーター４４の駆動電流を制御する。これにより、回転シャフト１４６は指定された速度で一定に回転する。また、回転シャフトの回転角はエンコーダー４６により検出され、回転駆動コントローラー４８を経由して信号４９に送られる。
【００７８】
信号４９は、１回転を２５６パルスで分割したパルスであるＡ相である４９ａ、Ａ相に対し、４５度の位相ずれをもつＢ相４９ｂと、１回転に１回のパルスである４９ｃよりなる。
【００７９】
次に、光走査プローブ８の作用を説明する。第３のシングルモードファイバー７で伝送光は光コネクタ４１によって第４のシングルモードファイバー１０に伝達される。また、回転シャフト１４６の回転は回転伝達コネクタ４２によってフレキシブルシャフト４０に伝達される。第４のシングルモードファイバー１０の伝送光はレンズユニット３９に伝達され、光学シース３８を通して検査光として外部に出射され、生体組織からの反射光を受光し、再び第４のシングルモードファイバー１０に伝達する。フレキシブルシャフト４０の先端はレンズユニット３９に接続されているため、フレキシブルシャフト４０、レンズユニット３９、第４のシングルモードファイバー１０は一体で回転する。
【００８０】
図９（Ａ）に光走査プローブ８の詳細を示す。光学シース３８はナイロンチューブ６４および先端キャップ６５より構成され、ナイロンチューブ６４および先端キャップ６５は接着により接合されている。レンズユニット３９はプリズム５４、ファラデーローテータ５３、ＧＲＩＮレンズ５２およびレンズ枠５５よりなる。
【００８１】
第４のシングルモードファイバー１０はフェルール６９に接着されている。
【００８２】
レンズユニット３９およびフェルール６９、フレキシブルシャフト４０は繋ぎ部材５６で接続されている。ファイバー端６０より出射された光はＧＲＩＮレンズ５２に入射し、ファラデーローテータ５３を透過し、プリズム５４により方向を直角に曲げ、シース５０ａを透過して観察ビーム６２となり、焦点６３に集光する。ファイバー端６０およびＧＲＩＮレンズ５２の間隔６１を変えることにより、焦点６３とシース５０ａの距離５９を変更することができる。間隔管６８は焦点位置を一意的に定めるために設けられている。
【００８３】
ファラデーローテータ５３は、磁性ガーネット単結晶より構成されており、偏光を４５度回転させる働きを有する。シングルモードファイバ１０は体腔内挿入時に内視鏡の湾曲にしたがって湾曲し、更にフレキシブルシャフト４０の回転により周期的に湾曲方向を変えながら回転している。このようなシングルモードファイバではファイバに加わる応力やねじれのために複屈折性が生じる。光カプラ４で干渉する光走査プローブ８からの戻り光と、光路長の可変機構１４からの反射光との干渉光は偏光が一致していないと減衰するため、フレキシブルシャフト４０の回転により周期的に干渉信号の振幅が変化することになり、観察像に明暗のムラができることになる。先端にファラデーローテータ５３を設けると、シングルモードファイバがどのような複屈折性を持っても、シングルモードファイバ１０よりファラデーローテータ５３と透過し、生体に照射され、反射して再びファラデーローテータ５３を透過し、シングルモードファイバ１０に戻った光は、入射した偏光に対して９０度旋回した偏光を出力し、ファイバの複屈折性により偏光が変わらないというファイバの複屈折性を補償する役割がある。これは、文献”Polarisation -insensitive fibre optic michelson interferometer” (Electr. Lett. Vol.27, p518-519, 1991)に開示されている。また、通常ファラデーローテータはガーネット結晶と結晶に磁界を与え偏光を４５度回転させる磁石から構成されるが、このファラデーローテータ５３は、結晶自身に磁性を有する磁性ガーネット単結晶より構成されるため結晶のみで済み、体腔内に挿入する光走査プローブの小さな先端部にも取り付けることができる。
【００８４】
また、ファラデーローテータ５３をGRINレンズに接して設けることにより、平行光に近い光線がファラデーローテータ５３に入射するため、ファイバ端６０とGRINレンズ５２の間にある場合に比較し、正確に偏光を４５度回転させることができ、理論通りに複屈折性補償を行うことができる。また、ガーネット結晶は屈折率が非常に高いため、空気と接している場合に比較し、レンズやプリズムなどのガラス材と接着されている方が、界面でのフレネル反射を減衰でき、生体への照射光、生体からの観察光を減衰させることがないという特徴を有する。繋ぎ部材５６はフレキシブルシャフト４０の回転によりシース６４に対し回転するため、シース内面７３と接触して傷つく可能性が有る。フレキシブルシャフト４０は光走査プローブ８の挿入形状により全長が変化するため繋ぎ部材５６とシース内面７３の接触により生じた傷が観察ビーム６２と交差し、観察が正常に行われない可能性が有る。しかし、レンズユニット３９のレンズ枠５５に丸み付キャップ６６が接続されている。丸み付キャップ６６には開口部６７が設けられ、観察ビーム６２を透過できるようになっており、丸み付キャップ６６のＲ部７２がシース内面７３と接触するため、丸み付キャップ６６が回転してもシース内面７３は傷つきにくい。また、丸み付きキャップ６６と先端キャップ６５の空間の間隔１５５は、ナイロンチューブ６４等、光学シース３８の温度による伸縮、また湾曲によるフレキシブルシャフト４０とシース３８の相対的移動のための余裕空間で、シースの材質に左右されるが通常８ｍｍ程度必要である。また、シース６４の材質としてはＦＥＰ等のフッ素系樹脂を用いることもできる。
【００８５】
図９（Ｂ）にプローブ先端部の他の構成を示す。図９（Ａ）との相違は、ナイロンチューブ６４の内部に観察ビーム６２の出射部位に減反射コーティング４０１を設けており、またナイロンチューブ６４の外部にも減反射コーティング４０２が設けられていることである。減反射コーティング４０１を設けることで、チューブ内腔の空気とチューブ素材の屈折率差によるフレネル反射を抑制することができ、出射光と検出光の減衰を防止し、および内部反射を減衰させることができる。減反射コーティング４０２は空気または水などのシース３８外部の媒質とチューブ素材の屈折率差によるフレネル反射を抑制することができ、同様の効果を得ることができる。また、シース内面と外面の反射によるゴーストを防止することができる。
【００８６】
図９（Ｃ）に他の構成を示す。先端キャップ４０３はガラスまたはポリサルホンのような硬質プラスチックなどの硬質の透明材料で構成されている。先端キャップ４０３はナイロンチューブ６４の代わりに設けられた不透明な樹脂チューブ４０４と糸および接着剤４０５により接続されている。
【００８７】
先端キャップ４０３は硬質素材で構成されているため、先端キャップ４０３内部でレンズ枠５５や繋ぎ部材５６がフレキシブルシャフトの回転により接しても、先端キャップ４０３の内部が傷つき、それが観察ビーム６２の光路中に現われ、ビームを阻害し、観察像を劣化させることがない。また硬質透過材料の高い光学特性により、生体中の回折限界集光スポットを保ち、プローブのシングルモードファイバーでの再入射を保証する。また先端キャップ４０３をガラスパイプと先端封止部材で構成することもできる。
【００８８】
図９（Ｂ）の減反射コーティング４０１の代わりに薄肉のガラスパイプを設けても、図９（Ｃ）と同様の効果を得ることができる。ガラスパイプである必要がある部分は、回転プリズムがシースと接触する可能性があり、また光がシースを透過する部分のみで良い。特に硬くて可撓性のある材料例えば、ポリシラザンのようなセラミックコーティングによって、耐摩耗性かつ可撓性のあるシースが実現される。
【００８９】
また、光学シース３８とレンズユニット３９〔図９（Ａ）〕の間の内腔に屈折率整合水を充填することができる。この場合丸み付キャップ６６の開口部６７は観察ビーム６２を透過すると共に、屈折率整合水が通過可能なようになっている。プリズム５４の反射面は、屈折率整合水と直接接するため、プリズム素材の屈折率と整合水の屈折率が近いため全反射しない場合がある。この場合には、反射面にアルミコーティングや誘電多層膜コーティングなどの反射コーティングを設け、全反射させる。
【００９０】
図１０に図６のコネクタ部９の詳細を示す。光学シース３８はシース止め９１の突起部９７に取り付けられ、また、シース止め９１には折れ止め９３が設けられている。フレキシブルシャフト４０はシャフト止め８６に取り付けられている。シャフト止め８６はベアリング８７を介して回転自在にベアリング座８９に保持されている。フェルール８２は光コネクタハウジング８３内部にあり、バネ８５により、回転駆動装置１３側に圧接されている。光コネクタハウジング８３はシャフト止め８６に接合されている。コネクタケース８８は、パイプ状のスライドパイプ１００に内接しており、スライドパイプ１００はコネクタケース８８に対して左右方向に図の点線で示される位置１０３まで摺動可能である。スライドパイプ１００は取り付けリング１０４により回転駆動装置１３のハウジング７５に固定される。コネクタケース８８には回転止め１０１が設けられ、スライドパイプ１００にはスライド用長孔１０２（図１０、１０Ａの双方に示される)が設けられているため、コネクタケース８８がシャフト止め８６と一緒に回転してしまうことはない。また、スライドパイプ１００には図示しない突起が先端部に設けられ、ハウジング７５に設けられた図示しない凹部と対応し、回転止めを形成し、取り付けリング１０４でスライドパイプ１００をハウジング７５に取り付けた場合には相互に回転しないような構成になっている。
【００９１】
回転駆動装置１３の回転シャフト７４の先端には、図１０の光アダプタ７７が設けられ、（図８の）光ロータリジョイント６からのファイバ７を接続する光コネクタ７８が接続されている。光コネクタハウジング８３には回転止めの突起１０５が設けられ、光アダプタ７７はそれに対応する凹部１０６を有する。光コネクタハウジング８３は止めネジ８４によって光アダプタ７７に取り付けられる。回転伝達装置１３からの回転は光アダプタ７７と光コネクタハウジング８３との接続で伝達される。
【００９２】
コネクタ部９を（図８の）回転駆動装置１３に接続する場合には、（図１０の）スライドパイプ１００を位置１０３にスライドさせ、光コネクタハウジング８３およびフェルール８２を光アダプタ７７に接続し、止めネジ８４によって取り付ける。次にスライドパイプ１００をハウジング７５に挿入し、取り付けリング１０４で固定する。
【００９３】
光コネクタハウジング８３を回転することにより、シャフト止め８６が回転し、フレキシブルシャフト４０に回転が伝達される。また、シャフト止め８６とフレキシブルシャフト４０とシングルモードファイバー１０には水密接着部９８が設けられている。
【００９４】
また、シャフト止め８６とベアリング座８９の間にはＯリング９９が水密シールとして設けられている。また、シース止め９１とベアリング座８９の間には０リング９４が設けられている。これらの水密シールにより、光学シース３８とフレキシブルシャフト４０との間に屈折率整合水を充填した場合にも、漏れ出すことがなく、ベアリング座８９に設けられた注水口１０７より屈折率整合水を封入することができる。また、フレキシブルシャフト４０の隙間から内部に浸入した水も漏れ出すことはない。
【００９５】
本装置で得られる画像を図２６（Ａ）に示す。ラジアル状の走査像１８４が表示され、測定のための画面上の距離目盛り１８５ａ、１８５ｂが設けられている。１８５ａは空気中の光路長に対応したスケールが示されている。１８５ｂは生体組織の平均値である屈折率ｎ＝１．４の場合のスケールで、１８５ａの１．４倍のスケールになっている。これは、光路長は実際の長さｌに対し、ｎｌで表されるからである。
【００９６】
また、図２６（Ｂ）のように、部分を拡大して走査像の半分の拡大像１８６を表示することもできる。これはキーボード上の図示されない拡大率および表示範囲選択スイッチにより選択される。また、画像を図示しない内視鏡の観察像の向きと一致させるため、像を回転することができ、キーボードには図示しない回転角操作スイッチが設けられている。
【００９７】
図２６（Ｃ）は、距離計測のためのスケールの別の実施例を示す。空気に対応する画像の領域２５０、２５２と、組織に対応する領域２５１を検出する画像処理アルゴリズムが導入されている。空気に対応する領域には、屈折率が１に対応するスケールが表示され、組織に対応する領域には例えば屈折率が１．４に対応するスケールが表示されている。
【００９８】
また、装置全体の構成を図２７に示す。図６の構成は観測装置１８７内に内蔵されている。観測装置１８７の上にモニタ２６が設置されている。観測装置からは光走査プローブ８を取り付けるための前後に進退可能なプローブ駆動ユニット１８８が設けられている。前後に進退可能なことにより、下部消化管など長い内視鏡での使用時の操作性を向上させている。また観測装置１８７前面には光学系調整パネル１８９があり、キーボード１９０が設けられている。また、観測装置１８７にはフットスイッチ１９１が接続されている。フットスイッチ１９１にはフリーズスイッチ１９２とレリーズスイッチ１９３が設けられ、フリーズスイッチ１９２を操作することで、リアルタイムで得られる画像を一時停止／解除できる。またレリーズスイッチ１９３を操作することで、一時停止した画像を、コンピュータに記録または、プリントアウトすることができる。
【００９９】
＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態を説明する。第２実施の形態によって、体腔内への挿入のために湾曲し、変化したファイバの複屈折性を補償することができ、また体腔内でのラジアル走査の回転にしたがって変化したファイバの複屈折性を補償することができる。
【０１００】
図１１（Ａ）〜図１３にファラデーローテータを用いた光走査プローブ先端部の別の実施例を示す。図１１（Ａ）の構成では、繋ぎ部材５６とフェルール６９を一体化したレンズワク１０９を用いている以外は図９（Ａ）と同様の構成であるが、光ファイバ１０端部とＧＲＩＮレンズ５２の間隔にファラデーローテータ５３を設けている。
【０１０１】
図１１（Ｂ）の構成では、レンズワク１０９に接し、ＧＲＩＮレンズ５２を覆うように設けられた先端キャップ１１０内部に反射ミラー１１１を設け、ミラーで反射された観察光が出射する開口部６７にファラデーローテータ５３を埋め込んだものである。
【０１０２】
図１１（Ｃ）の構成では図９のＧＲＩＮレンズ５２の代わりに単体のレンズ１１２および間隔管１１３で構成されたレンズ群の中にファラデーローテータ５３を設けている。この構成ではＧＲＩＮレンズでは不可能な高度な収差補正を行いたい場合などに用いることができる。
【０１０３】
上記いずれの場合も、体腔内への挿入のために湾曲することまた、ファイバがフレキシブルシャフト４０の回転に応じて湾曲しながら回転することによって変化したファイバ１０の複屈折性を補償するという効果を有する。
【０１０４】
図１２に水平方向に走査する光走査プローブを示す。
フレキシブルシャフト４０とＧＲＩＮレンズ５２とファラデーローテータ５３とプリズム５４とシングルモードファイバー１０はレンズ枠１０９により接合されている。フレキシブルシャフト４０を左右ｆの方向に走査することにより観察ビーム６２および焦点６３は左右方向ｇに走査され、像を得ることができる。
【０１０５】
図１３にプローブの正面方向に走査する光走査プローブを示す。光走査プローブは対物レンズ１１５、ファラデーローテータ５３、それらを支持するレンズ枠１１４、シングルモードファイバー１０およびその先端１１７を上下方向ｋに走査するピエゾ素子１３７より構成される。ピエゾ素子１１６によりファイバー先端１１７を上下方向に走査することにより観察ビームが上下方向ｌに走査され、像を得ることができる。
【０１０６】
図１２および図１３の構成では、体腔内への挿入のために湾曲し、変化したファイバ１０の複屈折性を補償するという効果を有する。
【０１０７】
＜第３の実施の形態＞
第３の実施の形態によって、ミラー揺動型のディレイラインを用いる光路長可変手段を用いた高速走査で、高解像な２次元の像を提供することができる。
【０１０８】
深さ方向への１ラインのスキャニングと光走査プローブ８内のフレキシブルシャフト４０による先端光学系の回転によって、ラジアル画像を生成する方法について説明する。
【０１０９】
図１４（Ａ）にガルバノメータミラー１９の移動により得られた深さ方向の走査位置曲線１１９と、ガルバノメータコントローラ２０から得られるミラー走査のタイミング信号１１９と深さ方向の走査で得られた干渉信号（包絡線）１２０と、干渉信号を記録するラインメモリ１２１の関係を示す。横方向は時間である。
【０１１０】
ガルバノメータミラー１９をできるだけ高速に走査する場合、１１８に示すようにミラーの往復とも同じ波形で走査するのが効果的である。この場合、干渉信号１２０は往復の中間点１２３を中心にほぼ対象な波形１２２ａと１２２ｂになる。ここで波形１２２ａのみならず波形１２２ｂも用いてラジアル画像の構築を行えば、ラジアル方向の解像度を２倍にすることができる。ラインメモリ１２１には時系列に従って干渉信号１２０が記録される。
【０１１１】
次に図１４（Ｂ）に示される２次元のフレームメモリ１７２にラインメモリ１２１の内容をコピーする。波形１１８に示されるようにラインメモリ１２１に記録されるデータの内タイミング信号１１９から時間ｔ１の間はミラー走査が線形でないため用いず、線形であるｔ２の区間のみをメモリの最初の位置ａ１と最後の位置ｂ１の方向を保存してフレームメモリの１行目にコピーする。再び線形でないｂ１の位置から中間点１２３に対して対称なｃ１までの間のｔ３の区間を用いず、ｃ１からａ１に対して中間点１２３に関して対称なｄ１までの区間ｔ４を最初の位置ｃ１と最後の位置ｄ１を逆にしてフレームメモリ１７２の次の行にコピーする。これにより、同じ方向に走査されたラジアル位置がわずかに異なる干渉信号がフレームメモリ１７２に記録できる。
【０１１２】
これを次のタイミング信号１７３に関しても同様に行う。これを繰り返すと、ラジアル方向１周分に関して同じ方向に走査されたのと同じような干渉信号の２次元画像が得られる。これを図１４（Ｃ）の様にプローブに近い側を中心側にして円状に変形させればラジアル画像が得られる。
【０１１３】
この方法をDouble sided scanと名づける。
【０１１４】
図１５に図１４（Ｂ）のような２次元画像を高速に図１４（Ｃ）のようなラジアル画像に変換するアルゴリズムを示す。図１５の左に示されるようにｘ方向が深さ方向ｒ、ｙ方向が回転角θに対応する２次元画像１７４があり、これを右に示されるｒθ座標系１７５に変換する場合には、右図の座標系を（ｘ（ｒ，θ），ｙ（ｒ，θ））で表すと、
ｘ（ｒ，θ）＝ｒcosθ
ｙ（ｒ，θ）＝ｒsinθ
の変換Fで表される。しかしながら、実際には像１７４も像１７５も画素の集合体であるため、この変換式をそのまま用い像１７４を像１７５に変換すると外周部分では間隔の開いた画素のある像ができる。そこでFの逆変換
ｒ（ｘ，ｙ）＝√（ｘ２＋ｙ２）
θ（ｘ，ｙ）＝tan−１ （ｙ／ｘ）
を用い画素の対応関係を得ると、像１７５の複数の画素が像１７４に対応し、画素の抜けの無い像を構築できる。
【０１１５】
この画素の対応関係はマッピングアレイという配列に記憶されている。マッピングアレイは変換先の画像（例えば円周状の）と同じ大きさの配列で、上記の変換式に基づいて、各画素に対応した保存された長方形の画像の画素値に対応したメモリのポインタを有している。変換時にはマッピングアレイに記憶された画素の対応関係にしたがって像１７４から像１７５への変換を行うことで、処理能力の低いパソコンを用いてもリアルタイムでラジアル像を得ることができる。
【０１１６】
このDouble sided scanの方法では、現実にはガルバノメータミラー１９（図６）やガルバノメータコントローラ２０の温度特性などにより、走査の中間点１２３〔図１４（Ａ）〕に対する対称性などが変化する。この状態を図１６に示す。この状態でラジアル画像を表示すると本来同一の境界線がだぶり、著しい画像の劣化を生じる。１２２ｂはフレームメモリ１７２にストアされた状態を示す。図に示されるように、１２２ａと１２２ｂは時間Δｔだけ波形が時間方向にずれている。ここで、１２４ａと１２４ｂで示されるピークはプローブシース６４の表面の反射であり、生体組織の散乱でおこる干渉信号に比較して信号強度がはるかに高い。そこで、ある一定のスレッショルドを超える信号をプローブシース６４の表面の反射とし、１２４ａと１２４ｂのピークを検出しそれらが一致するように図１４（Ａ）の区間ｔ３の時間を変化させれば、波形の時間方向のずれをなくすことが出来、画質の劣化を防ぐことができる。
【０１１７】
また、装置に図２３に示される光学系調整パネル１８９に位相調整ノブ１６０を設け、位相調整ノブ１６０に接続された図示されないポテンショメータによってノブの位置を検出し、その位置に基づいて区間ｔ３の時間を変化させることで、位相調整ノブ１６０を手動で回転させることで、実際の観察像を見ながらずれをなくすこともできる。また光学系調整パネル１８９には位相調整ノブによる手動調整か、プローブシース６４の表面の反射による自動調整かを選択する手動／自動選択スイッチ１６２が設けられている。
【０１１８】
図３０に図１４（Ｂ）で示されるマッピングアレイの代わりに、double-sided 走査データを収集し、ラジアル画像に変換する他の方法を示す。データ保存手段は図１４（Ａ）のｔ２、ｔ３、ｔ４の時間に収集したデータをすべて保存している。
【０１１９】
マッピングアレイは長方形のフォーマットのデータを極座標に変換するだけでなく、ｔ２の時間に対応するデータをラジアル方向の順方向の画像ライン（時間順に中心から周上）に変換し、ｔ４の時間に対応するデータをラジアル方向の画像ラインの逆方向（時間順に周上から中心方向）に変換する。これにより順方向と逆方向のラインデータがラジアル画像にマッピングされ、ｔ３の時間に対応するデータはマッピングアレイが指し示さないため参照されない。この方法により、ラインデータをフレームメモリに順方向と逆方向に書き込む必要がない。この方法の唯一欠点はｔ３に対応する不必要なデータにもメモリが割り当てられることである。順方向と逆方向のデータの位相制御は図１４（Ａ）に示されるｔ１またはｔ３またはその両方の間隔を調整することで行われる。
【０１２０】
図１４（Ａ）の状態よりさらに高速にミラーを走査する方法に、ガルバノメータミラー１９の代わりにレゾナンススキャンミラーを用いる方法がある。この場合図１７に示されるようにミラーはミラーの共鳴周波数でサイン（ｓｉｎ）波状に走査されるため、走査深さも１１８のようにサイン（ｓｉｎ）波状に変化する。この場合は、比較的線形に近い範囲のｅ１〜ｅ４で示される領域の干渉信号を用いる。ｅ１〜ｅ４は同一の間隔を有するが、対応する深さの範囲ではｅ１‘〜ｅ４’に示されるようにそれぞれの幅は異なっている。そこで、画像化の際には、ラインメモリ１２１に記録されたｅ１〜ｅ４の範囲を深さ方向に線形に対応するように変換して表示する必要がある。
【０１２１】
深さ位置 ｄｐ＝Ａcos （ω（ｔ−ｔ１））＋Ｂ （A、B、ω：定数）
また、その時のミラーの移動速度が光ヘテロダイン検出のドップラー周波数になり、曲線１２５で示されるようになる。範囲ｅ１〜ｅ４の間にもドップラー周波数はΔｆ １２６変化する。
【０１２２】
図１８に図１の復調器２３の構成を示す。復調器２３は、ハイパスフィルタ１２７とローパスフィルタ１２８で構成されるバンドパスフィルタ１３３と、検波機能を有するログアンプ１２９とローパスフィルタ１３０で構成される。バンドパスフィルタ１３３は光ヘテロダイン検出のドップラー周波数で変調された成分のみを取り出す。ログアンプ１２９は検波および対数増幅を行い、広いダイナミックレンジを有する生体組織からの散乱信号をディスプレイに表示可能な狭いダイナミックレンジに変換する。ローパスフィルタ１３０は変調信号を取り除き、散乱情報を有する包絡線信号にする。
【０１２３】
図１７のように、ドップラー周波数がΔｆ １２６と大きく変化すると、バンドパスフィルタ１３３の通過範囲を広く取る必要が有り、そのためドップラー周波数ｆで変調されていない雑音成分もフィルタを通過し、Ｓ／Ｎ比が悪化する。そこで、図１８に示されるように、リアルタイムでスキャニング速度を検出し、ドップラー周波数ｆ１３１を算出し、それにローパスフィルタ１３０の周波数ｆｌに係数ｋを掛けたものを加算および差分したカットオフ周波数入力信号１３２ａ、１３２ｂをハイパスフィルタ１２７およびローパスフィルタ１２８のカットオフ値として入力し、リアルタイムで変化させると、ドップラ周波数ｆの変化によるＳ／Ｎ比の劣化を最小限にすることができる。
【０１２４】
復調器２３の２番目の実施例は、図２８に示される、基準アームの走査が非線形的であっても高いＳ／Ｎ比を確保することのできるコヒーレントトラッキング復調器である。図２８に示されるように、アンプからの入力信号はハイパスフィルタ２０１とローパスフィルタ２０２を直列にしたバンドパスフィルタにより、非線形に変調された干渉信号の所望の部分を通過させる。バンドパスされた信号は２つのミキサ２０５と２０６の入力となる。参照信号生器２０３は、基準側のディレイスキャナの位置の微分に比例し、計算された基準アームのドップラーシフト周波数に対応した、周波数の変調された基準信号を生成する。この信号はバンドパスされた干渉信号とミキサ２０５で復調信号の位相同期信号Ｉを生成するために混合される。基準信号は位相シフタ２０４により９０度位相を遅らされ、復調信号の移相信号Ｑを生成するためにバンドパスされた干渉信号と混合される。Ｉ、Ｑ成分はそれぞれローパスフィルタ２０７とハイパスフィルタ２０８を通り、強度演算手段２０９により一つの強度信号を得る。出力２１０はＡＤコンバータによりデジタイズされる。あるいはＩ，Ｑを独立してデジタイズした後に、コンピュータで強度を演算してもよい。このトラッキング復調器はフィルタのパラメータの素早い変更なしに、ドップラー周波数の非線形性に追従することができる。
【０１２５】
＜第４の実施の形態＞
第４の実施の形態によって、内部反射光等の定常光を減衰させ、干渉光信号の増大により検出系のＳ／Ｎを向上する。
【０１２６】
図１９に第４実施形態を示す。第１実施形態（図６）との相違部分を説明する。
図６の第１のシングルモードファイバ（ＳＭＦ）３の部分の途中に光サーキュレータ１３６を設ける。分割されたＳＭＦを１３７および１３８とする。光サーキュレータは３つのポートを持ち、ＳＭＦ１３７、ＳＭＦ１３８、ＳＭＦ１３９が接続されている。また、第２のシングルモードファイバ５の末端にはアッテネータ１４１の一端が接続されている。ＳＭＦ１３９およびアッテネータの他端は差動検出器１４０に接続されている。
【０１２７】
光サーキュレータ１３６はＳＭＦ１３７からＳＭＦ１３８の方向および、ＳＭＦ１３８の方向からＳＭＦ１３９の方向にのみ、光を低減衰で伝達でき、それ以外の光の疎通を遮断している。そのため低コヒーレンス光源２からの観察光はＳＭＦ１３７からＳＭＦ１３８を伝わり、カプラ４に伝わり、光走査プローブ８のある物体側と、光路長可変機構１４のある参照側に分配される。物体側からの反射光と、参照側からの反射光はカプラ４で干渉し、位相が反対である干渉光がＳＭＦ１３８とＳＭＦ５に伝送される。ＳＭＦ１３８に伝送された干渉光は光サーキュレータ１３６で僅かに減衰された後、ＳＭＦ１３９に伝送される。ＳＭＦ１３９からの光量と、ＳＭＦ５からの光量の定常成分が同じになるようにアッテネータ１４１を調整し、差動検出器１４０に入力する。差動検出器１４０はＳＭＦ１３９からの光振幅とＳＭＦ５からの光振幅を差分・増幅して図６の復調器２３へ出力する。ＳＭＦ１３８の干渉光とＳＭＦ５の干渉光は位相が反転しており、干渉光以外の光学系の内部反射光などの定常光は同位相なので、差分すると定常光成分は大きく減衰し、干渉光成分は約２倍になり、干渉信号検出のＳ／Ｎ比を最大２０ｄＢ程度向上させることができる。
【０１２８】
また光路長の可変機構１４に図１９のダブルパスミラー１４２が光路中に設けられている。図６の光路長の可変機構１４では第２のシングルモードファイバ５端部からの光はレンズ１５、グレーティング１６、レンズ１７、ガルバノメータミラー１９、レンズ１７、グレーティング１６、レンズ１５、ファイバ端部へと戻るが、ダブルパスミラー１４２を設け、グレーティング１６とガルバノメータミラー１９を４回通過するようになる。このダブルパススキャニングの原理については文献“In vivo video rate optical coherence tomography”(A.M.Rollins et.al) に詳述されている。図６の光路長の可変機構１４ではミラー１９の回転角度によりファイバ端部に再び戻る光量が変化するのに対し、図１９のダブルパススキャニングでは、ほぼ一定の光量が得られるため干渉信号の振幅がミラー１の回転角度に対し安定であるという利点がある。また、４回同じ光路を通過するため、同じ構成の光路長の可変機構１４でより長い光路長の変化を得られるという利点もある。
【０１２９】
図２０に光サーキュレータを用いた別の実施例を示す。図６および図１９の実施例はマイケルソン干渉系を基にしているが、図２０はマッハツエンダー干渉系を基にしている。
【０１３０】
低干渉性光源２は第１のシングルモードファイバ３に接続され、光カプラ１４８に接続される。光カプラの一方の出力はＳＭＦ１６４に接続され、光サーキュレータ１３６に接続されている。光サーキュレータ１３６には光ロータリジョイント６とＳＭＦ１６５が接続されている。光ロータリジョイント６には光走査プローブ８が接続されている。
【０１３１】
光カプラ１４８の他方は偏波面調整ループ２９を通りＳＭＦ１６７に接続されている。ＳＭＦ１６７は透過型ディレイライン１４３を通り、ＳＭＦ１６６に接続される。ＳＭＦ１６５とＳＭＦ１６６は光カプラ１４７に接続され、光カプラ１４７の出力は差動検出器１４０に接続される。
【０１３２】
低コヒーレンス光源２から出射した観察光は第１のＳＭＦ３を通り、光カプラ１４８に導光される。その光は娃α１対（１−α１）の比に分割されＳＭＦ１６４およびＳＭＦ１６７に伝送される。ＳＭＦ１６４に伝送された光は光サーキュレータ１３６を通過し光ロータリジョイント６、光走査プローブ８を伝送し、観察物体に照射される。観察物体からの反射光は、光走査プローブ８と光ロータリジョイント６を通過し光サーキュレータ１３６を通り、ＳＭＦ１６５に伝送される。
【０１３３】
ＳＭＦ１６７に伝送された光は、図６の光路長可変機構１４に相当する透過型ディレイライン１４３に入る。ＳＭＦ１６７端部から出射された光はコリメータレンズ１４５によって平行光に変換され、ビームスピリッタ１４６を透過し、グレーティング１６に入射する。後は光路長可変機構１４と同様に、レンズ１７と透過し、ミラー１９で反射され、レンズ１７、グレーティング１６と戻る。戻り光はビームスピリッタ１４６でコリメータレンズ１４４の方向に反射され、ＳＭＦ１６６の端部に集光する。透過型ディレイライン１４３は、光路長可変機構１４と同様の原理で、ＳＭＦ１６６およびＳＭＦ１６７の光路長を可変することができる。ＳＭＦ１６６とＳＭＦ１６５からの光は光カプラ１４７で干渉する。光カプラ１４７で得られた干渉光を差分検出器１４０で検出すると高Ｓ／Ｎ比で検出できるのは図１９で説明した通りである。
【０１３４】
さらに透過型ディレイライン１４３の高効率な実施例を図２９に示す。光がＳＭＦ１６７に伝達され、図６の光路長可変手段１４に対応する透過型ディレイライン１４３に入射される。ＳＭＦ１６７の端部から出射した光はコリメータレンズ１４５により平行光に変換される。平行光はグレーティング１６に入射する。ダブルパスの光路超変化手段１４と同様に、入射光はレンズ１７を透過し、ミラー１９で反射し、レンズ１７に戻り、ダブルパスミラー１４２に戻る。戻り光は、グレーティング１６、レンズ１７、またガルバノメータミラー１９によりレンズ１７、グレーティング１６を通り、ピックオフミラー２２０によりコリメータレンズ１４４によりＳＭＦ１６６に入射される。ダブルパスミラー１４２とピックオフミラー２２０は図２９の紙面の上下に、例えばコリメータレンズ１４５の上下に配置することができる。この透過型ディレイラインは、基準アームの内低コヒーレンス光源２に戻る無駄な光がないという利点がある。
【０１３５】
＜第５の実施の形態＞
第５実施の形態によって、走査速度の安定化によるＳ／Ｎ比の向上と、走査速度・位置の高精度化を図れる。
図２１に図６の光路長可変手段１４の別の実施の形態を示す。ガルバノメータミラー１９の代わりにポリゴンミラー１４９を設けた。レンズ１７の光軸１５３にポリゴンミラー１４９の中心１５２を設けた場合、光軸１５３に対してポリゴンの１面が垂直な場合の面１５０に対し、ポリゴンミラーをθ回転させた場合の面１５１とで、この回転θによって得られる干渉位置の変化Δｌは、レンズ１７の焦点距離ｆ、グレーティングのピッチｐ、ポリゴン回転中心の光軸からのオフセット ｈを用いると、
Δｌ＝４θｆλ／ｐ＋４q
q＝(ｈ-r sinθ)tanθ+ r-rcosθ
と表せる。qは光路長の変化である。回転θを角速度ωと時間tで表すとθ＝ｗｔであり、単位時間当たりの光路長差の変化量はdq /dt であり、これは光ヘテロダイン検波に用いられるドップラー周波数に比例している。
【０１３６】
また、ポリゴンミラーは一定方向に回転しているため、深さ方向の走査は図１４（Ａ）のように正負両方向に交互に変化するのではなく、同じ方向の走査を回転により新たな面がレンズ１７側に向くたびに行うことになる。そのため、図１４（Ａ）に示すような信号処理および図１６に示される往復の走査に関する位相調整が不要である。また、温度変化による位相ずれなどに強いため、走査位置を正確に定めることができる。
【０１３７】
また、ミラーの回転によるドップラー周波数の調整のため、また大きな光路長差の変化を得るために、ポリゴンミラーの中心１５２を光軸１５３からずらして設けることができる。
【０１３８】
レゾナントスキャナを線形に駆動するための特別に設計された駆動信号を用いることができる。理想的な駆動信号は一定の三角波であり、一方向に一定の速度で走査した後、走査周期の半分で反対の方向に一定の速度で走査するものである。レゾナントスキャナは、理想的な駆動信号のフーリエ成分の基底波と考えられる。これをより線形に駆動するためには、より高次の高調波を加えれば良い。スキャナの機械的な応答特性により高次の高調波は減衰するので、２次・３次のの高調波のみで十分と考えられる。また、スキャナの機械的な応答特性により高次の高調波は減衰を高次成分を増幅することで補償することも可能である。
【０１３９】
＜第６の実施の形態＞
第６実施の形態によって、自動的にかつ簡便にＯＣＴ装置の偏波面調整を行うことができる。
図２２に、図６の偏波面コントローラの構成を示す。シングルモードファイバ（ＳＭＦ）１５４が、円盤状のドラムにλ／４波長板に相当する複屈折性を有する様に定められ回数巻き付けられたλ／４波長ループ１５5 a, bとλ／２波長板に相当する複屈折性を有する様に定められ回数巻き付けられたλ／２波長ループ１５６と、よりなる。１／４波長ループ１５５a、λ／２波長ループ１５６と、λ／４波長ループ１５５ｂ はそれぞれシャフト１５７ａ、１５７ｂ、１５７ｃに取り付けられ、シャフト１５７ａ、１５７ｂ、１５７ｃ中心に回転できる。シャフト１５７ａ、１５７ｂ、１５７ｃは端部にかさ歯車対１５８ａ、１５８ｂ、１５８ｃを有し、かさ歯車対１５８ａ、１５８ｂ、１５８ｃには偏波調整ノブ１５９ａ、１５９ｂが接続されている。
【０１４０】
偏波調整ノブ１５９ａ、１５９ｂ、１５９ｃを回転させるとかさ歯車対１５８ａ、１５８ｂ、１５９ｃを介してシャフト１５７ａ、１５７ｂ、１５７ｃを回転でき、λ／４波長ループ１５５ａ，λ／２波長ループ１５６と、λ／４波長ループ１５５ｂはシャフト１５７ａ、１５７ｂ、１５７ｃの回転に応じてシャフト１５７ａ、１５７ｂ、１５７ｃ中心に回転される。λ／２波長ループ１５６と、λ／４波長ループ１５５ａ、１５５ｂ はそれぞれλ／２波長板とλ／４波長板とに相当する複屈折性を有するため、ファイバ１５４を伝播している任意の偏光を別の任意の偏光に変換することができる。この働きにより、光走査プローブ８を有する物体側のファイバーの複屈折性により生じた偏光に対して、光路長可変手段１４を有する参照側のファイバーの複屈折性により生じた偏光とを整合することが出来、光カプラ４で最大の干渉光の振幅を得ることができる。
【０１４１】
図２３にＯＣＴ装置の制御パネルの一部を示す。偏波調整ノブ１５９ａ、１５９ｂ、１５９ｃ偏波初期調整スイッチ１７４、Double sided scan位相調整ノブ１６０、自動／手動切り替えスイッチ１６２、光路長調整ノブ１６１、自動／手動切り替えスイッチ１６３が設けられている。
【０１４２】
また、この偏波面調整を自動的に行うこともできる。図２２に示されるようにシャフト１５７ａ、１５７ｂ、１５７ｃはサーボモータ１７５ａ、１７５ｂ、１７５ｃの軸に連結されている。光走査プローブ８の先端をイントラリピッド溶液などの、反射・散乱パラメータが予め分かった均一な液体に浸す。偏波初期調整スイッチ１７４が押されたら、液体中の干渉信号を測定し、その信号の振幅が最大になるようにサーボモータ１７５ａ、１７５ｂ、１７５ｃをフィードバック制御し、位置決めすれば良い。一度最大値に設定できればサーボモータへの電流供給を止めれば、その後の微調整を偏波調整ノブ１５９ａ、１５９ｂ、１５９ｃで手動で行うことができる。
【０１４３】
偏波面コントローラには、偏波面調整ループを用いる方法以外に、ファイバ側面に方向性の可変圧力を加えるもの、Berek補償器を用いる方法があり、図２２と同様の効果が得られる。これらの方法では２つの可変パラメータを変化させるだけであり、手動、自動共により容易に偏波面補償を行うことができる。
【０１４４】
イントラリピッドのような溶液に浸漬する以外に、図２４（Ａ）の試験治具１７６、図２４（Ｂ）の試験治具１７７、図２４（Ｃ）試験治具３００を偏光面を調整するために用いることができる。図２４（Ａ）は試験治具１７６を示す。ケース１６８に光走査プローブ８を挿入する挿入孔１７０が設けられている。ケース１６８には異なった散乱係数を有する散乱層169aと169bが設けられており、ラテックスビーズ、酸化チタン、硫酸バリウムがエポキシ樹脂で固定されたもの等で構成される。
【０１４５】
図２４（Ｂ）は試験治具１６８’を示す。試験治具１６８’の中に、既知の反射率を有する散乱・反射膜１７１が設けられている。
図２４（Ｃ）は試験治具３００を示す。試験治具３００は積分球で構成される。
次に、第７、第８、第９の実施の形態を説明する。これらの実施の形態によって、ゴーストがなくなり、かつＳ／Ｎ比の向上がはかられた光断層診断装置の信号光側先端光学系が得られる。これは、光断層診断装置の信号光側先端光学系の光学素子の端面での反射回数が３回以下の光がシングルモードファイバーに戻らないようにすることによって得られる。
【０１４６】
以下では屈折率分布レンズの光軸とは屈折率分布レンズの屈折率分布の軸のことである。本発明の信号光側先端光学系の中で、光を反射させることによって観察方向を偏向させる光学素子を用いている場合の屈折率分布レンズの光軸やシングルモードファイバーの光軸とは、観察方向を偏向させる光学素子の反射面で対称に折れ曲がるものとして定義する。
【０１４７】
たとえば、図３１のような構成の光学系の場合、屈折率分布レンズの光軸とは、プリズムの反射面Ｃよりシングルモードファイバー側では直線Ｌ１のようになり、プリズムの反射面Ｃより物体側では直線Ｌ２のようになる。
【０１４８】
＜第７の実施の形態＞
図３２は、本発明の光断層診断装置の信号光側先端光学系の第７の実施の形態を示したものである。信号光側の先端部は、信号光側のシングルモードファイバー２４５、集光作用がある屈折率分布レンズ２４１、ファラデーローテーター２４２、観察方向を偏向させるプリズム２４３、シース２４７より構成されており、それぞれが接着されている。図３３は、図３２を集光作用がある屈折率分布レンズ２４１の光軸にたいする角度が分かりやすいように直線になおして書き直したものである。
【０１４９】
以下に本発明の第７の実施の形態のデータを示す。
【０１５０】
ｓ は面番号、 Ｒは各光学素子の端面の曲率半径、 ｄは面間隔、 ｎは屈折率、 θsは屈折率分布レンズの光軸に対する端面の法線の角度、ＥＲは端面の有効半径を表わしている。
【０１５１】
また、データの下段にあるｎ０、Ａは屈折率分布レンズ２４１の定数で、ｎ０は屈折率分布レンズ２４１の光軸上の屈折率、Ａ は屈折率分布定数である。
【０１５２】
屈折率分布レンズの光軸からの距離ｒの屈折率 ｎ（ｒ）は前記の二つの定数で次のように表わされる。
【０１５３】
ｎ（ｒ） ＝ ｎ０（１−Ａ・ｒ２／２）
また、本実施の形態では、第６面、第７面はシリンドリカル形状のシースであるので、シリンドリカル面の軸方向の曲率半径 Ｒaとラジアル方向の曲率半径 Ｒｒ とに分けて記述してある。
【０１５４】
「実施の形態７のデータ」
シングルモードファイバー ＮＡ ＝ ０．１３、 θｆ ＝ ６°、
arcsin(NA/n) = ５．１°
シングルモードファイバー光軸と屈折率分布レンズ光軸の偏芯量 ０
主光線のシースの法線への入射角 ： １１．７°
s R d n θs ER 備考
s1 ∞ - 1.46 - 0.005 nはシングルモードファイバーのコアの屈折率
s2 ∞ 3.28 *1 6 0.5 屈折率分布レンズ
s3 ∞ 0.31 2.36 6 0.5 ファラデーローテーター
s4 ∞ 1.15 1.854 6 0.5 プリズム
s5 ∞ 0.4 1 7
s6 *2 0.3 1.53 7 シース
s7 *3 ーーー 1 7
＊１ 屈折率分布レンズ n0 = 1.592 √A = 0.597
＊２ シリンドリカル面 Ra = ∞ 、 Rr = -0.9
＊３ シリンドリカル面 Ra = ∞ 、 Rr = -1.2
本実施の形態では、各光学素子の端面は入射する信号光の光束に対して垂直にならないようにしている。これは信号光側先端光学系内の各光学素子の端面の間での反射回数が３回以下の光がシングルモードファイバー２４５に戻らないようするためである。具体的には、信号側先端光学系のすべての光学素子の端面、すなわち、シングルモードファイバーおよび、屈折率分布レンズの両端、ファラデーローテーター２４２の両端、プリズムの入射側、及び出射側端面をそれぞれ屈折率分布レンズの光軸に対して斜めに研磨している。
【０１５５】
この点について説明する。図３４（Ａ），（Ｂ）は例として、シングルモードファイバー２４５を出た光が第３面での１回反射した場合の光の経路を示したもので、図３４（Ｃ），（Ｄ）はシングルモードファイバー２４５を出た光が第７面で１回反射した場合の光の経路を示したものである。図３４（Ａ），（Ｃ）は、シングルモードファイバー２４５を出た光が光学系内で反射する順番を示したものである。また、図３４（Ｂ），（Ｄ）は光の反射経路が分かり易いように反射面（Ｓ３、Ｓ７）から光学系を折り返して示したもの（反射光が通らない部分は紛らわしいので省略した）である。本実施例のように反射面がある断面に対して平面の場合は、光学系を反射面に対して線対称に折り返すことによって光が反射した後の経路を追跡することが有効である。
【０１５６】
本実施の形態では、 Ｓ３（シングルモードファイバー２４５と屈折率分布レンズ２４１）およびＳ７（シース２４７の外側の面）は斜めに研磨されているので、図３４（Ｂ）および（Ｄ）の光学系は折れ曲がった光学系になる。なお、図３４（Ｂ）および（Ｄ）において光は左側のシングルモードファイバーから射出されているとする。
【０１５７】
シングルモードファイバー２４５からの光は、屈折率分布レンズ２４１のシングルモードファイバー側端面Pi1に達する。シングルモードファイバー２４５から射出される光はある決まった角度より小さい角度の広がりをもって射出される。本実施例では、シングルモードファイバー２４５のあとに屈折率分布レンズ２４１があるので、シングルモードファイバー２４５から射出された光は屈折率分布レンズ２４１の中で徐々に収束されながら進んだ後、反射面S3（またはS7）に達する。本実施例では、反射面S3（またはS７）が光束に対してななめに研磨されているので、反射面S3（またはS7)で反射された光束はもと来た光束に対して違う方向に戻される（図３４（Ｂ）、（Ｄ）では光束はそのまま通過した形で表現される）。
【０１５８】
そして、図３４（Ａ）及び（Ｂ）の例では、光が再びシングルモードファイバー２４５端面と同一な平面上に達したときには、光束はシングルモードファイバー２４５の中心からずれたところPo1 に位置するようになる。このためシングルモードファイバーには、反射面で反射した１回反射光が入射しないようにすることが可能になっている。
【０１５９】
また、図３４（Ｃ）および（Ｄ）の例では、反射面S７で反射した光束はファラデーローテーター２４２の側面（位置Po2）に当たって光が遮られるため、S７で反射した光がシングルモードファイバー２４５に戻ることはなくなる。
【０１６０】
このように本発明による構成をとれば１回反射光がシングルモードファイバーに戻らないようにすることができる。本実施の形態では他の面に関しても光学素子の端面を通る信号光の光束は端面に対して垂直にならないようにすることによってシングルモードファイバーから出た光が光学素子の端面で反射した後けられたり、シングルモードファイバーからずれたところに戻ったりするようにすることができており、その結果、Ｓ／Ｎ比を改善がなされている。
【０１６１】
また、本実施例は、信号光側先端光学系の屈折率分布レンズの光軸とシングルモードファイバーの光軸とが一致しており、前記シングルモードファイバーの物体側の端面と、信号側先端光学系内の光学素子の端面はすべて同じ向きに斜めに研磨されている。
【０１６２】
この点について図３５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）を用いて説明する。
これらの図は３回反射の経路の一例を示したもので、シングルモードファイバー、S３面（屈折率分布レンズ物体側）、 S２面（屈折率分布レンズファイバー側） → S３面（屈折率分布レンズ物体側）、シングルモードファイバーの経路の示したもので、図３５（Ａ）は、屈折率分布レンズの端面が同じ向きに斜めになっている場合、図３５（Ｂ）は光学素子の端面が違う向きに斜めになっている場合（斜め研磨の角度はすべて６°）である。図３５（Ａ）、図３５（Ｃ）はシングルモードファイバーを出た光が光学系内で反射する順番を示したものである。
【０１６３】
図３５（Ｂ）,（Ｄ）は光の反射経路が分かり易いように反射面に対して光学系を線対称に折り曲げて表現したものである。
【０１６４】
また、図３５（Ｂ）、（Ｄ）において光は図の左側のシングルモードファイバーから射出されているものとする。
図３５（Ａ）、（Ｂ） 、（Ｃ）、（Ｄ）において、シングルモードファイバー２４５から射出された光は、Ｓ２を通って、屈折率分布レンズ２４１内を通過しＳ３に達する。Ｓ３に達した光は反射されて、Ｓ２の方向へ進み再びＳ２に達する。このとき光がＳ２に戻ったときの光束の位置はＳ３が光束に対して斜めに研磨してあるために中心（屈折率分布レンズの光軸）からずれたPo3またはPo3’ に位置することになる。
【０１６５】
そして、光は再びＳ２で反射されてＳ３の方向へ進むようになる。本発明の構成、すなわち、斜め研磨の向きを同じ向きにした場合図３５（Ａ）および（Ｂ）の構成をとった場合には、Ｓ２で反射された直後の光は屈折率分布レンズ２４１の光軸に対して大きな角度で進む形になっているので、光が屈折率分布レンズ内を進むうちに光がレンズの側面Po4 に当たってけられ、その結果反射光がシングルモードファイバーに戻らないようになる。一方、本発明の構成をとっていない図３５（Ｃ）および（Ｄ）の構成をとった場合は、 Ｓ２で反射された直後の光は屈折率分布レンズ２４１の光軸に対してほぼ平行に進むため、光は屈折率分布レンズを進む際に屈折率分布レンズ２４１の光軸に沿って進み、再びＳ３に達する。そして、光はもう１回S３で反射してPo5に達し、最終的にはシングルモードファイバーに戻るようになる。
【０１６６】
したがって、図３５（Ｃ）および（Ｄ）の構成の場合にはゴーストが発生する。
したがって、屈折率分布レンズの光軸に対しシングルモードファイバーの物体側の端面と屈折率分布レンズの端面はすべて同じ向きに斜めに研磨することで、光学素子端面での反射回数が３回以下の反射光をシングルモードファイバーに戻らないようにする効果があることが分かる。
【０１６７】
また、本実施の形態の光断層診断装置の信号光側先端光学系は、信号光側先端光学系の最も外側がシースで構成されており、シースへ入射する信号光の光束はシースに対して斜めに当るようにし、シースへ入射する信号光の主光線のシースの法線に対する入射角が１０°以上にして、シース内で３回反射した光がシングルモードファイバーに戻らないようにしている。
【０１６８】
ここで、シースへ入射する信号光の主光線とは、シングルモードファイバー内部の光軸上を進んだ光がたどる光線のことをいう。
【０１６９】
信号光の主光線のシースの法線に対する入射角が１０°以上にする方法としては、観察方向を偏向させる光学素子であるプリズム２４３の２４３Ｃ面の法線の角度を４８．５°に設定することでおこなっている。
【０１７０】
図３６（Ａ）−（Ｄ）は、シース内での３回反射の経路、すなわち、シングルモードファイバー ，第７面（シース物体側）， 第６面（シースファイバー側），第７面（シース物体側）， シングルモードファイバーの経路の示したもので、図３６（Ａ）は本発明の構成をとったもの、すなわち屈折率分布レンズの光軸に対するプリズム２４３の２４３Ｃ面の法線の角度を４８．５°することでシースへの主光線の入射角１１．７°にしたもの、図３６（Ｃ）は本発明の構成から外れたもので、屈折率分布レンズの光軸に対するプリズム２４３の２４３Ｃ面の法線の角度が４７°になっており、シースへの主光線の入射角６．１°になってしまっている場合である。
【０１７１】
図３６（Ａ）および（Ｃ）は、シングルモードファイバーを出た光が光学系内で反射する順番を示したものである。図３６（Ｂ）および（Ｄ）は光の反射経路が分かりやすいように反射面に対してまでの光学系を線対称に折り返して示したものである。
【０１７２】
シングルモードファイバー２４５から射出された光は、屈折率分布レンズ２４１、ファラデーローテーター２４２、プリズム２４３を通って、シース２４７の外側の面Ｓ７に達する。
【０１７３】
Ｓ７に達した光は反射されてシースの内側の面Ｓ６に達し、そこで再び反射され再びシース外側の面Ｓ７に達する。そして、その面で再び反射されて光はシングルモードファイバー側へ向かう。このとき、図３６（Ａ）のようにプリズム２４３の２４３Ｃ面の角度を４５°より大きくして、シースに対する光線の入射角を１０°より大きくしておく。そうすることでシースで３回反射して最終的にシングルモードファイバー２４５側へ向かう光は、はじめにシースに入射する光（外側へ向かう光）と大きくずれ、光がプリズム２４３やファラデーローテーター２４２、屈折率分布レンズ２４１などの側面（ 図３５BのPo6の位置）で光線がけられる。このため、S７から２回目に反射した光がシングルモードファイバーに戻ることはなくなる。
【０１７４】
一方、図３６（Ｃ）のようにプリズムの２４３Ｃ面の角度が４５°に近く、シースに対する光線の入射角が１０°より小さい場合は、シース内で反射して最終的にシングルモードファイバー２４５側へ向かう光は、はじめにシースに入射する光(外側へ向かう光)に対してあまりずれない。このためシース内で３回反射した光は再びプリズム２４３、ファラデーローテーター２４２、屈折率分布レンズ２４１を通ってシングルモードファイバー２４５が位置するPo7に達し、結果としてゴーストを発生させてしまう。
【０１７５】
このように図３６を見てわかるとおり、図３６（Ｂ）のようにシースへの主光線の入射角シースへの主光線の入射角が１０°より大きくすることで反射光が光学素子の側面でケラレるようにすることができ、３回反射の光がシングルモードファイバーに戻らなくすることができる。
【０１７６】
このように、本発明の構成をとることで光学素子の端面での反射回数が３回以下の光がシングルモードファイバーに戻らないようにすることができ、ゴーストがなく、かつＳ／Ｎ比が良い光断層装置の先端光学系が得られる。
【０１７７】
＜第８の実施の形態＞
図３７は、本発明の光断層診断装置の信号光側先端光学系の第８の実施形態を示したものである。図３８は、図３７を集光作用がある屈折率分布レンズ光軸にたいする角度が分かりやすいように直線になおして書き直したものである。
【０１７８】
本実施の形態の信号光側の先端部は、信号光側のシングルモードファイバー２４５、集光作用がある屈折率分布レンズ２４１、ファラデーローテーター２４２、観察方向を偏向する光学素子であるプリズム２４３、シース２４７より構成されている。 第７実施形態と異なる点は、シングルモードファイバー２４５と屈折率分布レンズ２４１が離れて設けられている点で、これによって、信号光が集光する位置を調整できるようになっている。
【０１７９】
以下に本発明の第８の実施形態のデータを示す。
記号は実施の形態１と同様である。
「第８実施の形態のデータ」
シングルモードファイバー ＮＡ ＝ ０．１３、 θｆ ＝ ８°、
arcsin(NA/n) = ５．１°
シングルモードファイバー光軸と屈折率分布レンズ光軸の偏芯量 ０
主光線のシースの法線への入射角 ： １１．３°
s R d n θs ER 備考
s1 ∞ - 1.46 - 0.005 シングルモードファイバー
s2(*4) ∞ 0.4 1 8 0.005 空気
s3 ∞ 2.63 *1 8 0.5 屈折率分布レンズ
s4 ∞ 0.31 2.36 8 0.5 ファラデーローテーター
s5 ∞ 1.15 1.854 8 0.5 プリズム
s6 ∞ 0.4 1 8
s7 *2 0.3 1.53 8 シース
s8 *3 ーーー 1 8
*1 屈折率分布レンス゛ n0 = 1.592 √A = 0.597
*2 シリンドリカル面 Ra = ∞ 、 Rr = -0.9
*3 シリンドリカル面 Ra = ∞ 、 Rr = -1.2
*4 シングルモードファイバー端面
本実施の形態では、信号光側先端光学系内の各光学素子の端面の間での反射回数が３回以下の光がシングルモードファイバーに戻らないようにするため、各光学素子の端面は入射する信号光の光束に対して垂直にならないようにしている。具体的には信号側先端光学系のすべての光学素子の端面、すなわち、シングルモードファイバーおよび、屈折率分布レンズの両端、ファラデーローテーターの両端、プリズムの入射側、及び出射側の端面がそれぞれ屈折率分布レンズの光軸に対して斜めに研磨されている。
【０１８０】
このように各光学素子の端面を屈折率分布レンズの光軸に対して斜めにすることによって、実施の形態７と同様に１回反射光がシングルモードファイバーに戻らないようにすることが出来、Ｓ／Ｎ比を改善することができる。
【０１８１】
また、本発明の光断層診断装置の信号光側先端光学系は、屈折率分布レンズの光軸に対し、シングルモードファイバーの物体側の端面と、屈折率分布レンズの端面はすべて同じ向きに斜めに研磨されている。さらに本実施形態は、各光学素子の端面は全て平面で、次の条件１，２を満たすように構成されている。
【０１８２】
(条件１) θf ＞ arcsin(NA /n)
(条件２) θs ≧ θf （ｓ＝１，２，・・・ｍ）
ただし、 NAはシングルモードファイバーの端面を垂直に研磨した場合に空気中に射出される光のNA、 nはシングルモードファイバーのコアの屈折率で、
θｆはシングルモードファイバーの物体側の端面の法線のシングルモードファイバーの光軸に対する角度、
θsは信号光側先端光学系の光学素子の第ｓ面目の端面の法線の前記屈折率分布レンズの光軸に対する角度、
ｍは信号側先端光学系の境界面の数である。
【０１８３】
（条件１）は、シングルモードファイバーの物体側の端面からの反射光が参照光と合成されるところに戻ることを防止する条件である。シングルモードファイバーの端面の角度がこの条件１を満たす場合はシングルモードファイバーの物体側端面で反射した光はシングルモードファイバーの光軸に対して大きい角度で戻るため、シングルモードファイバーのコアとクラッドの間で全反射をしない。このため反射光はカップラーに達するまでに十分に減衰し、Ｓ／Ｎ比を悪化させることはなくなる。一方、シングルモードファイバーの端面の角度が条件１を満たさない場合は、シングルモードファイバーと空気の境界面で反射した光はファイバーの光軸に対して小さい角度で戻るのでシングルモードファイバー内で全反射を繰り返し、参照光と信号光を合成するカプラーまで達してしまうのでＳ／Ｎ比が悪化してしまう。
【０１８４】
（条件２）は、反射回数が３回以下の反射光がシングルモードファイバーに戻らないようにする条件である。
【０１８５】
光学素子の端面の角度が（条件２）を満たす場合は、反射光の光線は屈折率分布レンズの光軸に対して大きな角度をもって飛ぶようになるので側面で光線がケラレたれり、シングルモードファイバーの有効径からにはずれやすくなる。光学素子の端面の角度が条件２を満たさない場合は、反射光の光束は屈折率分布レンズの光軸付近にとどまりやすくなるので、シングルモードファイバーに反射光が戻りやすくなる。
【０１８６】
図３９（Ａ）および（Ｂ）は、光がシングルモードファイバー(ｓ２) 、屈折率分布レンズのファイバー側（ｓ３）、シングルモードファイバーの端面（ｓ２）の順で通ったときの経路の示したものである。図３９Aは条件１，２を全て満たすもの（θｆ＝８°、θ3＝８°）で発明の構成を取ったものの一例で、
図３９（Ｂ）は、条件１は満たしているが条件２を満たしていないもの（θｆ＝８°、θ3＝３°）で発明の構成を取っていないものを表したものである。
【０１８７】
本実施の形態では、シングルモードファイバー２４５と屈折率分布レンズ２４１の間に空気層があるため、斜め研磨されたシングルモードファイバー２４５から射出された光は、屈折率分布レンズ２４１のシングルモードファイバー側端面Ｓ３にあたって反射される経路が存在する。
【０１８８】
このとき、図３９（Ａ）のようにＳ３（屈折率分布レンズ２４１のシングルモードファイバー側）の斜め研磨の角度が条件２を満たしていると、Ｓ３で反射された光は（広がっているが）、シングルモードファイバーから逃げるような位置〔図３９（Ａ）のPo8の位置〕 に反射されるため１回反射光はシングルモードファイバーに入射せず、その結果Ｓ／Ｎ比が良好な光学系を構成することができる。
【０１８９】
一方、図３９（Ｂ）のようにＳ３（屈折率分布レンズ２４１のシングルモードファイバー側）の斜め研磨の角度が条件２を満たしていないと、Ｓ３で反射されて広がった光の一部は再びシングルモードファイバーの方向〔図３９（Ｂ）のPo9の位置〕に戻されるため、Ｓ３で反射された１回反射光がシングルモードファイバーに入射し、Ｓ／Ｎ比を悪化させる。
【０１９０】
また、図示していないが、３回反射光がシングルモードファイバーに戻らないようにするには、実施の形態７と同様な考察により各光学素子端面の斜め研磨の向きは同じ向きにしたほうがよく、斜め研磨の角度はできればθfより大きくしたほうが良い。
【０１９１】
以上の例を見てわかるように、シングルモードファイバーの物体側端面と光学素子端面の角度を条件１、２を満たすことによって端面での反射光をシングルモードファイバーに戻らないようすることができる。
【０１９２】
また、本実施の形態でも、実施の形態１と同様に、屈折率分布レンズの光軸とプリズム２３４のＣ面の法線の角度を４８．５°にすることによって、シースの法線に対するシースへ入射する主光線の角度を１１．３°以上にして、シース内で３回反射した光がシングルモードファイバーに戻らないようにしている。
【０１９３】
＜第９実施の形態＞
図４０は、本発明の光断層診断装置の信号光側先端光学系の第９の実施の形態を示したものである。図４１は、図４０を集光作用がある屈折率分布レンズ光軸にたいする角度が分かりやすいように直線になおして書き直したものである。
【０１９４】
本実施形態の信号光側の先端部は、信号光側のシングルモードファイバー２４５、集光作用がある屈折率分布レンズ２４１、ファラデーローテーター２４２、プリズム２４３、シース２４７より構成されている。 本実施形態が実施形態７，８と異なる点は、屈折率分布レンズの光軸に対してシングルモードファイバーの光軸を偏心させている点である。
【０１９５】
以下に本発明の第９の実施形態のデータを示す。記号は実施形態７と同様である。
「第９実施の形態のデータ」
シングルモードファイバー ＮＡ ＝ ０．１３、 arcsin(NA/n) = ５．１
シングルモードファイバー光軸と屈折率分布レンズ光軸の偏芯量 −０．２４
主光線のシースの法線への入射角 ： １１．８°
s R d n θ ER 備考
s1(*4) ∞ - 1.46 - 0.005 シングルモードファイバー
s2 ∞ 0.4 1 8 0.005 空気
s3 ∞ 2.63 *1 8 0.5 屈折率分布レンズ
s4 ∞ 0.31 2.36 0 0.5 ファラデーローテーター
s5 ∞ 1 1.854 0 0.5 プリズム
s6 ∞ 0.4 1 0
s7 *2 0.3 1.53 0 シース
s8 *3 ーーー 1 0
*1 屈折率分布レンズ n0 = 1.592 √A =
*2 シリンドリカル面 Ra = ∞ 、 Rr = -0.9
*3 シリンドリカル面 Ra = ∞ 、 Rr = -1.2
*4 シングルモードファイバー端面
本実施の形態では、信号光側先端光学系内の各光学素子の端面の間での反射回数が３回以下の光がシングルモードファイバーに戻らないようにするため、各光学素子の端面は入射する信号光の光束に対して垂直にならないようにしている。
【０１９６】
具体的には集光作用がある光学素子である屈折率分布レンズの光軸に対してシングルモードファイバーの光軸を偏心させることによって光学素子の端面からの反射光がシングルモードファイバーに戻らないようにしたものである。
【０１９７】
屈折率分布レンズの光軸とシングルモードファイバーの光軸をずらすと、シングルモードファイバーから出た光束は図４１のように屈折率分布レンズのファイバー側では光軸からずれたところを通るようになる。屈折率分布レンズの光軸からずれたところに入射した光は屈折率分布レンズ内で曲げられる。そして、屈折率分布レンズの物体側も含んで屈折率分布レンズより物体側のファラデーローテーター、プリズムの端面に対して斜めにあたるようになり、各端面で３回以下の反射光がシングルモードファイバーに戻ることを防止することが可能になる。
【０１９８】
本実施の形態のように屈折率分布レンズの光軸に対してシングルモードファイバーの光軸を偏心させた場合、屈折率分布レンズの物体側の端面およびそれより物体側にある光学素子の端面では屈折率分布レンズの光軸に対して信号光の光束が斜めになるので、屈折率分布レンズの物体側の端面およびそれより物体側にある光学素子の端面は屈折率分布レンズの光軸に対して垂直にしても反射光がシングルモードファイバーに戻らないようにすることができる。
【０１９９】
また、屈折率分布レンズの光軸に対してシングルモードファイバーの光軸を偏心させると、観察方向を偏向させるプリズムを通常の９０°偏向させるもの（直角プリズム）を使用してもシースへ入射する信号光の光束をシースに対して斜めに入射させることができる。
【０２００】
本実施の形態では、屈折率分布レンズの光軸に対してシングルモードファイバーの光軸を−０．２４ 偏心させることで、プリズムのＣ面の法線の屈折率分布レンズの光軸に対する角度が４５°である通常のプリズムを使用しても、シースへの信号光の主光線の入射角を１１．８°にすることができた。
【０２０１】
一方、屈折率分布レンズのシングルモードファイバー側の端面およびシングルモードファイバーと屈折率分布レンズの間にある光学素子の端面を屈折率分布レンズの光軸に対して垂直にすると、信号光が光学素子の端面に対して垂直に当り、反射光がシングルモードファイバーに戻ってしまう場合がある。この事態を回避するには、各光学素子の端面の角度を以下の条件１、３を満たすように設定するとよい。
【０２０２】
（条件１) θｆ ＞ arcsin(NA /n)
（条件３） θg ≧ θf
ただし、 NAはシングルモードファイバーの端面を垂直に研磨した場合に空気中に射出される光のNA、
nはシングルモードファイバーのコアの屈折率で、
θｆはシングルモードファイバーの光軸に対するシングルモードファイバーの物体側の端面の法線の角度
θgは、屈折率分布レンズの光軸に対する屈折率分布レンズのシングルモードファイバー側の端面の法線及びシングルモードファイバーと屈折率分布レンズの間にあるすべての光学素子の端面の法線の角度である。
【０２０３】
（条件１）は、実施の形態２のところと同様で、シングルモードファイバーの物体側端面からの反射光が参照光と合成されるところまで戻らないようにする条件である。
【０２０４】
（条件３）は、屈折率分布レンズのシングルモードファイバー側端面とその面よりシングルモード側にある光学素子からの反射光がシングルモードファイバーからずれるようにするための条件である。
【０２０５】
このとき屈折率分布レンズの配置する位置は本実施の形態のように、シングルモードファイバーに空気層を挟んで隣接させるか、シングルモードファイバーに直接接着するのが良い。このような配置にすることによってシングルモードファイバーと屈折率分布レンズのシングルモードファイバー側以外は端面を斜め研磨にする必要がなくなり加工性が良くなる。
【０２０６】
以上のように、ＯＣＴの信号光側先端光学系を実施の形態７から９のように構成することによって、ゴーストの発生がなく、Ｓ／Ｎ比が良いＯＣＴ画像をえることができる。
【０２０７】
＜第１０実施の形態＞
図４２から４３（Ｂ）に第１０実施の形態を示す。図４２、図４３（Ａ）に光走査プローブ先端部の構成を示す。
光学シース端部302は柔軟性のあるテフロンチューブ320およびその先端開口を閉塞する先端キャップ305により構成され、テフロンチューブ320および先端キャップ305は接着により接合されている。このテフロンチューブ320は少なくともその先端側が光透過性である。レンズユニット303は先端側より、プリズム308、ファラデーローテーター309、GRINレンズ311の順にそれぞれ接着によって接合して構成される。このプリズム308から出射される観察ビーム317は、テフロンチューブ320円筒面の垂線に対しプローブ先端側に出射角θなる角度を持つようにプリズム308が設計されている。角度θは12〜13度程度に設定される。シングルモードファイバ１の終端部はフェルール315と接着剤316で固定される。フェルール315は後端側の外周面を削り細径にした段削りになっている。
【０２０８】
レンズユニット303およびフェルール315は中空のハウジング312内で接着により連結固定され、シングルモードファイバ301の先端側端面とGRINレンズ311の後端側端面が接着により接続される。また、フレキシブルシャフト304の先端部はハウジング312挿入されると同時に、その内腔にフェルール315の段削り部321およびシングルモードファイバ301を挿入させながら、接着により連結固定される。
【０２０９】
図43（Ａ）に示すようにハウジング312先端側には、レンズユニット303を両側で挟むような形態で保護枠310を設ける。また、ハウジング312先端側には丸み付きキャップ306が接着により接合される。この丸み付きキャップ306には観察ビーム317が透過できるように開口部307が設けられている。
【０２１０】
GRINレンズ311の両端面には斜め研磨が施され、その両端面は互いに平行である。フェルール315の端面にも、GRINレンズ311と同じ角度の斜め研磨が施されている。よって、プリズム308とファラデーローテーター309の接合面、ファラデーローテーター309とGRINレンズ311の接合面およびGRINレンズ311とフェルール315の接合面はそれぞれ平行であり、接合面の垂線は光軸Oに対して所定の角度を持っている。その角度は6度程度に設定される。
【０２１１】
GRINレンズ311後端側端面の鋭角側の頂点およびフェルール315端面の鈍角側の頂点にはそれぞれマーキング313を施す。また、ハウジング312にはGRINレンズ311とフェルール315接合部付近に確認穴314を設ける。
【０２１２】
次に第１０実施形態の作用を説明する。シングルモードファイバ301に導光され、フェルール315端面から出射された光はGRINレンズ311に入射し、ファラデーローテーター309を透過し、プリズム308により方向を変更されシース20を透過する観察ビーム317となり焦点318に集光する。GRINレンズ311の長手方向の長さを変えることにより焦点位置319を変更することができる。
【０２１３】
プリズム308、ファラデーロテーター309、GRINレンズ311、フェルール315の各接合面がそれぞれ光軸Oと垂直な方向に対して所定の角度を持っているため、各接着面で生ずる光の反射光及び多重反射光の光軸は光軸Oとずれ、シングルモードファイバ301に戻らない。
【０２１４】
観察ビーム317はテフロンチューブ320円筒面の垂線に対し出射角θなる角度を持つため、テフロンチューブ320の内面、外面で生ずる光の反射光及び多重反射光は、シングルモードファイバ301には戻らない。また生体組織の観察時はプローブ後端側よりも先端側が生体組織に近づくような形態で観察されることが多い。よって、観察ビーム317の出射角θを先端側に向けてあることで、観察ビーム317が生体組織により垂直に近く入射するようにすることができ、より正確なＯＣＴ像を得ることができるという利点がある。
【０２１５】
図43（Ｂ）に示すように、GRINレンズ311とフェルール315の接合面の接着時に確認穴314よりマーキング313を確認しその位相を一致させるように接合すれば、ハウジング312の中でGRINレンズ311とフェルール315の斜め研磨面の位相を一致させることができる。同時に接着時に余分となってはみ出た接着材を確認穴314から逃がすことができる。
【０２１６】
また、このようにしてレンズユニット303はハウジング312を介してフェルール315と一体に接合されるため、光軸Oを容易かつ確実に一致させることができる。
【０２１７】
図43（Ａ）に示すようにハウジング312に設けた保護枠310がレンズユニット303を保護するため、ハウジング312に丸み付きキャップ306を接着する際などの組立て時に、レンズユニット303を損傷する危険性を低減することができる。また同時に保護枠310によりハウジング312に対する丸み付きキャップ306の接着しろを大きく確保することができる。
【０２１８】
第１０実施の形態によれば、光学素子での反射光が光ファイバに戻らないため、システムのＳ／Ｎ比を向上される。また、正しい位置・位相関係で組み立てが可能であり、光学設計どおりの光学性能を保証できる。さらに、組立て性、生産性を向上させる。
【０２１９】
＜第１１実施の形態＞
本発明の第１１実施の形態を図44〜図45（Ｂ）に示す。図44に各光学素子を斜めに接合した光走査プローブの別の実施形態を、図45（Ａ）, 図45（Ｂ）に図44に示されるA-A断面、B-B断面をそれぞれ示す。
【０２２０】
図44の構成では図42の構成と基本的には同じ構成であるが、以下に述べる点において異なっている。まず、プリズム308の替わりに丸み付きキャップ306に接着されたミラー323を設けており、ミラー323から出射される観察ビーム317のテフロンチューブ円筒面の垂線に対する出射角θが後端側を向いている。次に、GRINレンズ311斜め研磨面の両端面の垂線は光軸Oとある角度を持っているが、それぞれ異なる角度で研磨されている。よって、ファラデーローテーター309、フェルール315との間の接合面が異なる角度を持つ。また、マーキング313及び確認穴314設ける替わりに、GRINレンズ311後端側斜め研磨面の鈍角側頂点の円筒面に図45（Ａ）に示すようなDカット324を、フェルール315先端側斜め研磨面の鋭角側頂点の円筒面に図45（Ｂ）に示すようなDカット324をそれぞれ設け、ハウジング312内腔のそれぞれ対応した位置にもDカット324を設ける。
【０２２１】
次に第１１実施の形態の作用を示す。第１０実施の形態と基本的に同様であるが、以下の点が異なる。
【０２２２】
図45の構成のように各光学素子の端面の研磨角度が異なっていても、各接合面の垂線は光軸Oに対してある角度をもっているため、第１0の実施形態と同様、各接合面で生ずる光の反射光および多重反射光はシングルモードファイバー30１には直接戻らない作用は変わらない。
【０２２３】
丸み付きキャップ306をハウジング312に接着する際、挿入する間隔331を変えることにより焦点位置319を変化させることができる。観察ビーム317の出射角θは後端側に向けてあるが、テフロンチューブ320の内面、外面で生ずる光の反射光及び多重反射光はシングルモードファイバに301戻らない作用は同じである。
【０２２４】
ハウジング324内でGRINレンズ311とフェルール315の端面同士を接着する際、斜めに研磨された各接着面の位相は挿入時にDカット324により整合されるため、面同士は各素子をDカット324に合わせて挿入するのみで確実に接合される。
【０２２５】
第１１実施の形態によれば、第１０の実施形態と同様の効果に加え、組立て時にピント位置の調整が可能となる。さらに、第１の実施形態に比べ斜め研磨面の位相合わせが簡単になり、組立て性が向上する。
【０２２６】
＜第１２実施の形態＞
図46（Ａ）〜図48（Ｂ）に基づいて本発明の第１２実施の形態を説明する。図46（Ｂ）に光走査プローブ先端部側面の模式図を、図46（Ａ）に光走査プローブを先端側から見た模式図を示す。
【０２２７】
光走査プローブの先端部は、テフロンチューブ320の内部に後端側からシングルモードファイバ301、GRINレンズ311、プリズム308を接合して構成される。プリズム308の光出射面はプローブ周方向が曲面となるような円筒状凸面332を施した円筒レンズ部334を設ける。
【０２２８】
図47（Ａ）,（Ｂ）の構成は、円筒状凸面332の曲率を強くしたこと以外は図46（Ａ）,（Ｂ）の構成と同じである。図48（Ａ）,（Ｂ）の構成は、円筒状凸面332をプローブ長手方向に施したこと以外は図46（Ａ）,（Ｂ）の構成と同じである。図46（Ａ）〜図48（Ｂ）の円筒レンズ部334は、プリズム308を研磨して設けても、プリズムに円筒状凸レンズを接着することによって設けても良い。
【０２２９】
次に第１２実施の形態の作用を説明する。最初に、図46（Ａ）,（Ｂ）の構成での作用を説明する。シングルモードファイバ301に導光された光はGRINレンズ311に入射しプリズム308によって光路を変更されて、テフロンチューブ320を透過する観察ビーム317となる。
【０２３０】
ここで説明上、テフロンチューブ320円筒面の周方向をX軸、テフロンチューブ320長軸方向をY軸と定義する。テフロンチューブ320の曲面は観察ビーム317のX軸方向に対し凹レンズ効果をもっているが、円筒状凸面332がその効果を打ち消すように設計すれば、観察ビーム317のX軸焦点位置319aとY軸焦点位置319bは一致させることができる。
【０２３１】
図47（Ａ）,（Ｂ） の構成では、図46（Ａ）,（Ｂ）の構成に比べ円筒状凸面の曲率をさらに強めてあるため、テフロンチューブ320の凹レンズ効果よりも円筒状凸面332の凸レンズ効果のパワーが上回り、観察ビーム317のX軸焦点位置319bよりもY軸焦点位置319aを積極的に短くすることができる。
【０２３２】
図48（Ａ）,（Ｂ）の構成では、X軸焦点位置319aがテフロンチューブ320曲面の凹レンズ効果により遠ざけられ、Y軸焦点位置319bは円筒状凸面332により近づけられるため、319aと319bの距離をさらに積極的に離すことができる。
【０２３３】
１２実施の形態によれば、X軸焦点位置とY軸焦点位置を一致させることにより、観察ビームのエネルギー密度を1点に集中させ、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。また逆に、X軸焦点位置とY軸焦点位置を離すことにより観察ビームのエネルギー密度を分散させ、観察深度を向上させることができる。
【０２３４】
＜第１３実施の形態＞
図49（Ａ）〜図50（Ｂ）に基づいて本発明の第１３実施形態を説明する。図49（Ａ）,（Ｂ）の構成では、GRINレンズ311の替わりに凸レンズ325を設けたこと、プリズム308の円筒状凸面332をなくし、凸レンズ325とシングルモードファイバ301間に円筒状凹レンズ326を設けたこと以外は第１２実施形態と同様である。円筒状凹レンズ326は図49（Ｂ）のように、観察ビーム317に対してY軸方向に凹レンズ効果を持たせるように配置する。
【０２３５】
図50（Ａ）,（Ｂ）の構成では、円筒状凹レンズ326をプリズム308と凸レンズ325の間に配置し、観察ビーム317のX軸方向に対し凹レンズ効果を持たせるような向きに配置したこと以外は図49（Ａ）,（Ｂ）の構成と同じである。
【０２３６】
次に第１３実施形態の作用を説明する。図49（Ａ）,（Ｂ）の構成では、円筒状凹レンズ326が観察ビーム317のY軸方向に対し凹レンズ効果を持ち、テフロンチューブ320がX軸方向に対して凹レンズ効果を持つので、両者の凹レンズ効果のパワーを一致させるように円筒状凹面333の曲率を設計すれば、X軸焦点位置319aとY軸焦点位置319bを一致させることができる。さらに円筒状凹面333の曲率を大きくすれば、テフロンチューブ320の凹レンズ効果よりも円筒状凹レンズ326の凹レンズ効果のパワーが上回り、X軸焦点位置319aよりもY軸焦点位置319bを積極的に遠ざけることができる。
【０２３７】
図50の構成では、円筒状凹レンズ326およびテフロンチューブ320の両方が観察ビーム317のX軸方向に対し凹レンズ効果もつため、Y軸焦点位置319bよりもX軸319aを積極的に遠ざけることができる。
【０２３８】
第１２の実施の形態と同様の効果に加え、GRINレンズを用いないため硬質長が短縮できる。
【０２３９】
＜第１４実施の形態＞
図51A〜52Bに基づいて本発明の第１４実施の形態を説明する。プリズム308の円筒状凸面332をなくし、GRINレンズ311の替わりに断面が楕円形になるように圧延加工した楕円GRINレンズ327を配置したこと以外は第１2実施形態と同様の構成である。
【０２４０】
図51（Ａ）に示すように楕円GRINレンズ327断面の長軸が観察ビーム317と同じ方向を向くように配置し、図52Aに示すように楕円GRINレンズ327断面の短軸が観察ビーム317と同じ方向を向くように配置する。
【０２４１】
第１４実施の形態によれば、第１２実施の形態におけるプリズムに施した円筒状凸面332の作用と、本実施の形態における楕円GRINレンズ327に入射する光の楕円長軸、短軸方向で結像点が異なることを同じ作用と置き換え、第１2実施の形態と同様の作用を得る。
【０２４２】
第１2の実施の形態と同様の効果に加え、円筒レンズ効果を設けるためにGRINレンズの圧延加工を用いるため、光学部品の研磨を必要としない。よって、工数・コストの削減が期待できる。
【０２４３】
＜第１５実施の形態＞
図53（Ａ）〜図53（Ｂ）に基づいて本発明の第１5の実施形態を説明する。プリズム308の替わりに丸み付きキャップ306に挿入された円筒状凸ミラー328を設けたこと以外は、第１2の実施の形態と同様である。
【０２４４】
図53（Ａ）、図54（Ａ）はプローブを先端側から見た図であり、テフロンチューブ320の断面および円筒状凸ミラー328を挿入させた丸み付きキャップ306の先端が見える。
【０２４５】
図53（Ａ）,（Ｂ）の構成では、円筒状凸ミラー328は観察ビーム317のY軸方向に対し凹レンズ効果を持つような向きに配置され、図13の構成では円筒状凸ミラー328は観察ビーム317のX軸方向に対して凹レンズ効果を持つように配置されている。
【０２４６】
第１５実施の形態の作用を説明する。第１３実施の実施の形態の円筒状凹レンズ332が、本実施の形態における円筒状凸ミラー328が持つ凹レンズ効果と同じ作用をし、第１３実施の形態と同様の作用を得る。また、丸み付きキャップ306の挿入間隔により、319a、319bを同じ距離で変化させることができる。
【０２４７】
第１５実施の形態によれば、第１３実施形態と同様の効果に加え、組立て時に全体的なピント位置を調整することができる。
【０２４８】
＜第１６実施の形態＞
図55（Ａ）、図56（Ａ）に基づいて、第１６実施形態を説明する。図55（Ａ）, 55（Ｂ）の構成では、プリズム308出射面の円筒状凸面332の替わりに屈折率分布板329を接合したこと以外は第１２実施の形態と同様の構成である。
【０２４９】
屈折率分布板329には接合面に対して１次元的に屈折率を変化させてあり、中心から外側へ向かうにしたがって屈折率が低くなるようにしてある。これはGRINレンズを切り出すことなどにより作成可能である。図56（Ａ）,56（Ｂ）の構成は屈折率分布板329をプリズム308とGRINレンズ311の間に接合したこと以外は図55（Ａ）,図55（Ｂ）と同じである。
【０２５０】
図55の構成では、屈折率分布板329の屈折率分布方向330が図55（Ａ）のように先端側から見えるように配置し、図56の構成では、屈折率分布板329の屈折率分布方向330が図55（Ｂ）のような側面から見えるように、屈折率分布板329を配置する。
【０２５１】
第１６実施の形態の作用を説明する。第１２の実施形態における、プリズム8の円筒状凸面32が、屈折率分布板29と同じ作用を持ち、第１２の実施形態と同様。
【０２５２】
第１６実施の形態によれば、第１２の実施形態と同様の効果に加え、従来実施の形態の光学系に屈折率分布板を加えるのみで凸レンズ効果が付与できるので、従来部品・光学設計ががそのまま流用でき、工数・コストの削減ができる。
【０２５３】
上記発明は、多数の実施の形態で説明されているが、この発明の範囲は実施の形態ではなく特許請求の範囲で規定される。
【０２５４】
［付記］
本発明は、体腔内で光プローブが湾曲しても、プローブ内のファイバの複屈折変化による干渉強度の変化を補償される光イメージング装置を提供することにある。
【０２５５】
また、光プローブの先端部に設置可能な小型の複屈折補償手段を提供することである。さらに湾曲状態で回転した場合に発生する、１回転ごとに生じるファイバの複屈折性変化による干渉強度の変化を補償する装置の提供である。更に、Faraday Rotatorの複屈折補償手段を効果的に働かせる装置の提供である。更に、光プローブの先端光学部材を小型に構成できる装置の提供である。
【０２５６】
さらに、本発明は、走査方向が伝搬時間変化手段の揺動ミラーの揺動の向きによって交互に変化しても、同一方向に走査した状態に補正した干渉信号を得られる光イメージング装置を提供することである。更にまた、ガルバノメータミラーや特にレゾナンススキャナミラーなどの高速走査ミラーを用いた場合、温度特性や動特性のヒステリシスなどのために、往復の走査に僅かなヒステリシスやずれが生じた場合にも、補正した干渉信号にずれが生じるのを防止する光イメージング装置の提供である。また、上記補正を自動的に行う装置の提供である。
【０２５７】
更に、本発明は干渉位置の走査が、時間に対し非線形な場合にも、干渉信号を線形な関係で取得する光イメージング装置の提供である。
【０２５８】
更に、本発明は、干渉位置の走査速度の変化に起因する干渉信号のドップラー周波数の変化があっても、復調器において高いＳ／Ｎ比を有する光ヘテロダイン検波が行える。光イメージング装置の提供である。
【０２５９】
更に、本発明は偏光面を自動的に調整する光イメージング装置の提供である。
【０２６０】
更に、本発明は外乱に走査範囲や走査速度が乱されにくい干渉位置走査手段の提供である。
【０２６１】
更に、本発明は高速で線形に近い走査が行える、干渉位置走査手段の提供である。
【０２６２】
更に、本発明的は表示画面上の長さを屈折率の違いによらず正しく測定できる光イメージング装置の提供である。
【０２６３】
更に、本発明はシース内面または外面の反射を減衰させる手段の提供である。
【０２６４】
更に、本発明はシース内側に生じた内部の光学素子の回転により生じた傷を防止し、シースの信号光が透過する部分の光学的特性を高く保つ手段の提供である。
【０２６５】
更に、本発明は、ゴーストの発生がなく、Ｓ／Ｎ比が良好で観察の能力に優れたＯＣＴの信号光側先端光学系を提供である。
【０２６６】
更に、本発明は、Ｓ／Ｎ比を向上させた光走査プローブの提供である。
【０２６７】
更に、本発明は、観察深度を向上させた光走査プローブの提供である。
【０２６８】
更に、本発明は組立および製造性の良い光走査プローブの提供である。
【０２６９】
本発明によって、光プローブ内のシングルモードの出射端から被検体までの光路の間に複屈折補償手段を設けることで、プローブ内のファイバの複屈折変化による干渉強度の変化を補償される。また、Faraday Rotatorを磁性を有する磁性ガーネット結晶を用いることで光プローブの先端部に小型の複屈折補償手段を設けることができる。また、Faraday Rotatorにほぼ平行の光線を入射することで、Faraday Rotatorを通る光線のほとんどが正確に４５°の偏光面の旋回を起こすことになり、複屈折補償の効率が高くなる。
【０２７０】
更に、本発明によって、基準位置検出手段に基づいて揺動の特定の一方向の揺動に対応する干渉強度信号を保存する第１の記憶手段と、上記方向と逆方向の揺動に対応する干渉信号を保存する第２の記憶手段を有し、第１の記憶手段および第２の記憶手段の記憶内容を逆方向の順番に読み出すことによって同一方向に走査した干渉信号を得る。更に、第１の記憶手段と第２の記憶手段を異なった遅延を設けて読み出し、その遅延を制御することで往復の走査で生じたヒステリシスやずれを補正する。更に、干渉信号中の基準信号を検出し、それぞれの基準信号が一致するように遅延設定手段を調整することで、往復の走査で生じたヒステリシスやずれを自動補正する。
【０２７１】
更に、本発明によって、干渉強度信号を時系列で保存する記憶手段と干渉位置に対応する記憶手段中の位置を算出する算出手段と、算出手段を用いて、記憶手段中の位置を算出し、その記憶内容を読み出すことで、干渉位置に対応した干渉信号を得る。
【０２７２】
更に、本発明によって、干渉位置の走査により生じる干渉信号のドップラー周波数を算出する算出手段と、算出されたドップラー周波数に対応して復調器の周波数特性を変化させることで、高いＳ／Ｎ比を得られるように復調器を常にセットすることができる。
【０２７３】
更に、本発明によって、光プローブ挿入部端部近傍に設けられた基準反射手段と、基準反射手段からの反射光を前記干渉手段により得られた干渉信号強度より得、それが最大値になるように偏波調整手段を設定することで、自動でプローブ毎の偏波面調整が行える。
【０２７４】
更に、本発明によって、前記伝搬手段変化手段が分光手段と結像手段と反射ミラーを有し、反射ミラーがポリゴンミラーで構成され、ポリゴンミラーの回転により干渉位置の走査を行う。ポリゴンミラーでの走査は時系列に対し線形に近く、回転速度を安定化するのは容易なため、走査範囲、走査速度を安定化するのが容易である。
【０２７５】
更に、本発明によって、媒質中の光路長を示すスケールと、組織中の光路長、あるいは媒質に対応する部分では媒質中の光路長を示し、組織に対応する部分では組織中の光路長を示す２つ以上のスケールが設けられた光イメージング装置が構成される。
【０２７６】
更に、光の出射部および入射部に設けられた光学窓が、ガラスや溶融シリカのような硬質の高光透過部材であり、屈折率の不連続による内部反射や散乱がないように製造・研磨され、内外部の光学表面を提供するものが示される。
【０２７７】
更に、本発明によって、信号光側の先端光学系内の光学素子の端面で多重反射する光のうち、反射回数が３回以下の光がシングルモードファイバーにもどらないようにすることによって、ゴーストの発生がなく、Ｓ／Ｎ比が良好で観察の能力に優れたＯＣＴの信号光側先端光学系を提供される。
【０２７８】
更に、本発明によって、光走査プローブから出射される観察ビームにおいて、シース円筒面周方向の焦点位置と、シース長手方向の焦点位置を一致させ、焦点が1点に集中することにより、Ｓ／Ｎ比をの向上をおこなう光走査プローブが提供される。
【０２７９】
更に、本発明によって、また、シース円筒面周方向の焦点位置とシース長手方向の焦点位置を積極的に離し、観察ビームのビームスポット径を観察ビーム長軸方向に対し長い距離にわたって略均一に近づけることにより、観察深度を深くした光走査プローブが提供される。
【０２８０】
［付記項］
１．被検体内に挿通可能な柔軟な細長の挿入部と、
低干渉性光源と、前記挿入部の先端側端面から前記被検体に前記低干渉性光を出射すると共に、前記被検体から反射された反射光を検出するための、シングルモードファイバからなる導光手段と、
前記ファイバよりの出射光を前記被検体に集光し、前記被検体からの反射光を検出するため、前記挿入部の先端側に設けられた少なくとも１つ以上のレンズと、
前記シングルモードファイバと被検体の間に設けられた複屈折補償手段と、
前記シングルモードファイバから出射した前記低干渉光を走査出射する走査出射手段と、
前記シングルモードファイバで検出した反射光と前記光源から生成した基準光とを干渉させる干渉手段を有し、得られた干渉成分の信号を得ることを特徴とする光プローブ。
【０２８１】
２．複屈折率補償手段が磁性ガーネット単結晶を有するFaraday Rotatorであることを特徴とする、付記項１に記載の光イメージング装置。
【０２８２】
３．前記Faraday Rotatorが偏波面を４５度回転させることを特徴とする付記項１に記載の光イメージング装置。
【０２８３】
４．走査出射手段が出射光の光路を変更する出射光変更手段と、前記シングルモードファイバ、少なくとも一つのレンズ、出射光変更手段を一体的に回転する回転走査手段と、回転するシングルモードファイバと干渉手段を接続する光ロータリジョイントを有することを特徴とする、付記項１に記載の光イメージング装置。
【０２８４】
５．出射光変更手段がプリズムを用いたミラーであることを特徴とする付記項４に記載の光イメージング装置。
【０２８５】
６．前記レンズの少なくとも一つが屈折率分布型（GRIN）レンズであることを特徴とする付記項１に記載の光イメージング装置。
【０２８６】
７．前記Faraday Rotatorが前記GRINレンズと前記プリズムの間に設けられていることを特徴とする付記項６に記載の光イメージング装置。
【０２８７】
８．前記Faraday Rotatorが前記GRINレンズと前記プリズムが接着によって一体的に構成されていることを特徴とする付記項７に記載の光イメージング装置。
【０２８８】
９．被検体に低干渉性光を照射し、被検体において散乱した光の情報から被検体の断層像を構築する光イメージング装置であって、
低干渉性光を被検体に照射し、被検体よりの反射光を受光する光照射受光手段と、
光照射受光手段と接続し、被検体から戻ってきた低干渉性光と基準光とを干渉させるとともに、前記干渉位置を光軸に対し軸方向に走査するため、その走査範囲に対応した伝搬時間を変化させる伝搬時間変化手段と、
干渉光強度を干渉信号として検出する光検出器と、
前記伝搬手段変化手段が光学素子の揺動位置に対応して干渉位置を変化し、光学素子が繰り返し揺動することにより干渉位置を連続的に変化させるもので、
光学素子の基準位置検出手段と、
基準位置検出手段に基づいて揺動の特定の一方向の揺動に対応する干渉強度信号を保存する第１の記憶手段と、
上記方向と逆方向の揺動に対応する干渉信号を保存する第２の記憶手段を有し、
第１の記憶手段および第２の記憶手段の記憶内容を逆方向の順番に読み出すことによって、
同一方向に走査した干渉信号を得ることを特徴とする光イメージング装置。
【０２８９】
１０．前記揺動する光学素子がミラーを含むことを特徴とする付記項９に記載の光イメージング装置。
【０２９０】
１１．前記ミラーがガルバノメータミラー、レゾナントスキャンミラー、またはレトロリフレクトミラーであることを特徴とする付記項１０に記載の光イメージング装置。
【０２９１】
１２．前記基準位置検出手段が揺動手段の駆動信号を含むことを特徴とする付記項９に記載の光イメージング装置。
【０２９２】
１３．前記第１の記憶手段と前記第２の記憶手段が、干渉信号をＡ／Ｄ変換したデジタル信号を記憶するラインメモリであることを特徴とする付記項９に記載の光イメージング装置。
【０２９３】
１４．前記第１の記憶手段と前記第２の記憶手段を異なった遅延を設けて読み出し、その遅延を設定するための遅延設定手段を設けることを特徴とする付記項９に記載の光イメージング装置。
【０２９４】
１５．遅延設定をおこなう手動入力手段を設けることを特徴とする付記項１４に記載の光イメージング装置。
【０２９５】
１６．前記第１の記憶手段と前記第２の記憶手段それぞれに記憶された干渉信号中の基準信号を検出し、それぞれの基準信号が一致するように前記遅延設定手段を調整する位相調整手段を設けることを特徴とする付記項１４に記載の光イメージング装置。
【０２９６】
１７．前記第１の記憶手段と前記第２の記憶手段それぞれから読み出した干渉信号を２次元画像中の隣接する線上に濃淡で表示することを特徴とする付記項９に記載の光イメージング装置。
【０２９７】
１８．前記第１の記憶手段と前記第２の記憶手段が、往復の揺動に対応する干渉強度信号を記憶する単一の記憶手段より構成され、単一の記憶手段の最初および最後から干渉強度信号を読み出すことによって同一方向に走査した干渉信号を得ることを特徴とする付記項９に記載の光イメージング装置。
【０２９８】
１９．前記単一の記憶手段の最初からの読み出しと、最後からの読み出しに異なった遅延を設けて読み出し、その遅延を設定するための遅延設定手段を設けることを特徴とする付記項１８に記載の光イメージング装置。
【０２９９】
２０．前記単一の記憶手段の最初からの読み出しと、最後からの読み出しに異なった遅延を設けて読み出し、その遅延を設定するための遅延設定手段を設けることを特徴とする付記項１８に記載の光イメージング装置。
【０３００】
２１．前記単一の記憶手段の最初からの読み出しと、最後からの読み出しされた干渉強度信号データセットを２次元画像中の隣接する線上に濃淡で表示することを特徴とする付記項１８に記載の光イメージング装置。
【０３０１】
２２．被検体に低干渉性光を照射し、被検体において散乱した光の情報から被検体の断層像を構築する光イメージング装置であって、
低干渉性光を被検体に照射し、被検体よりの反射光を受光する光照射受光手段と、
光照射受光手段と接続し、被検体から戻ってきた低干渉性光と基準光とを干渉させるとともに、前記干渉位置を光軸に対し軸方向に走査するため、その走査範囲に対応した伝搬時間を変化させる伝搬時間変化手段と、
干渉光強度を干渉信号として検出する光検出器と、
前記伝搬手段変化手段が光学素子の移動位置に対応して干渉位置を変化し、光学素子が連続的に移動することにより干渉位置を連続的に変化させるもので、
干渉位置の位置検出手段と、
干渉強度信号を時系列で保存する記憶手段と
干渉位置に対応する記憶手段中の位置を算出する算出手段と、
算出手段を用いて、記憶手段中の位置を算出し、その記憶内容を読み出すことで、干渉位置に対応した干渉信号を得ることを特徴とする光イメージング装置。
【０３０２】
２３．被検体に低干渉性光を照射し、被検体において散乱した光の情報から被検体の断層像を構築する光イメージング装置であって、
低干渉性光を被検体に照射し、被検体よりの反射光を受光する光照射受光手段と、
光照射受光手段と接続し、被検体から戻ってきた低干渉性光と基準光とを干渉させるとともに、前記干渉位置を光軸に対し軸方向に走査するため、その走査範囲に対応した伝搬時間を変化させる伝搬時間変化手段と、
干渉光強度を干渉信号として検出する光検出器と、
干渉位置の走査により生じる干渉信号のドップラー周波数を算出する算出手段と、
光検出器からの信号を復調する復調器と、
算出されたドップラー周波数に対応して復調器の周波数特性を変化させる周波数特性設定手段を有することを特徴とする。
【０３０３】
２４．前記伝搬時間変化手段が、時間に対し非線形に干渉位置を変化させることを特徴とする付記項２３に記載の光イメージング装置。
【０３０４】
２５．前記伝搬時間変化手段がガルバノメータミラーを有することを特徴とする付記項２３に記載の光イメージング装置。
【０３０５】
２６．前記伝搬時間変化手段がレゾナンススキャナミラーを有することを特徴とする付記項２３に記載の光イメージング装置。
【０３０６】
２７．走査範囲の長さに対応し、干渉位置の移動速度とドップラー周波数を設定する手段を有することを特徴とする付記項２３に記載の光イメージング装置。
【０３０７】
２８．前記復調器がドップラー周波数の近傍の周波数帯を通過させるバンドパスフィルタを有することを特徴とする付記項２３に記載の光イメージング装置。
【０３０８】
２９．前記バンドパスフィルタの高域および低域のカットオフ周波数を、伝搬時間変化手段の非線形性に対応して変化させる周波数特性設定手段を有することを特徴とする付記項２８に記載の光イメージング装置。
【０３０９】
３０．前記復調器がコヒーレント復調器を有する追従復調器であり、追従復調器が参照アームの伝搬時間変化に応じて変化するドップラーシフト周波数の算出手段により得られた参照周波数を用いることを特徴とする付記項２３に記載の光イメージング装置。
【０３１０】
３１．被検体に低干渉性光を照射し、被検体において散乱した光の情報から被検体の断層像を構築する光イメージング装置であって、
被検体内に挿通可能な柔軟な細長の挿入部を有し、挿入部の先端側端面から前記被検体に前記低干渉性光を出射すると共に、前記被検体から反射された反射光を検出するための、シングルモードファイバからなる導光手段を有する光プローブと
光プローブと接続し、被検体から戻ってきた低干渉性光と基準光とを干渉させる干渉手段と、
光プローブと干渉手段との光路の間に設けられた光プローブ着脱手段と、
干渉手段と接続し、前記干渉位置を光軸に対し軸方向に走査するため、その走査範囲に対応した伝搬時間を変化させる伝搬時間変化手段と、
干渉手段から光プローブおよび干渉手段から伝搬時間変化手段を構成するすべての光路中の少なくとも一箇所に設けられた偏波調整手段と、
光プローブ挿入部端部近傍に設けられた基準反射手段と、
基準反射手段からの反射光を前記干渉手段により得られた干渉信号強度より得、それが最大値になるように偏波調整手段を設定する偏波最適化手段
を有することを特徴とする光イメージング装置。
【０３１１】
３２．出射光の光路を変更する出射光変更手段と、前記シングルモードファイバ、レンズ、出射光変更手段を一体的に回転する回転走査手段と、回転するシングルモードファイバと干渉手段を接続する光ロータリジョイントを有する走査出射手段を有することを特徴とする付記項３１に記載の光イメージング装置。
【０３１２】
３３．出射光の光路を変更する出射光変更手段と、前記シングルモードファイバ、レンズ、出射光変更手段を一体的に直線的に走査するリニア走査手段を有する走査出射手段を有することを特徴とする請求項３１に記載の光イメージング装置。
【０３１３】
３４．前記偏波調整手段が、少なくとも一つの光ファイバループを有することを特徴とする付記項３１に記載の光イメージング装置。
【０３１４】
３５．前記偏波調整手段が、少なくとも一つのλ/２波長板およびλ/4波長板を有することを特徴とする付記項３１に記載の光イメージング装置。
【０３１５】
３６．前記基準反射手段が、液体の散乱体であることを特徴とする付記項３１に記載の光イメージング装置。
【０３１６】
３７．前記基準反射手段が、固体の反射または散乱体であることを特徴とする付記項３１に記載の光イメージング装置。
【０３１７】
３８．前記基準反射手段が、積分球であることを特徴とする付記項３１に記載の光イメージング装置。
【０３１８】
３９．前記基準反射手段が、シングルモードファイバから挿入部先端側端面に至る光路中に設けられている光学素子の一部であることを特徴とする付記項３１に記載の光イメージング装置。
【０３１９】
４０．前記光学素子が、レンズ、プリズム、Faraday Rotator、光学シースの表面であることを特徴とする付記項３９に記載の光イメージング装置。
【０３２０】
４１．被検体に低干渉性光を照射し、被検体において散乱した光の情報から被検体の断層像を構築する光イメージング装置であって、
低干渉性光を被検体に照射し、被検体よりの反射光を受光する光照射受光手段と、
光照射受光手段と接続し、被検体から戻ってきた低干渉性光と基準光とを干渉させるとともに、前記干渉位置を光軸に対し軸方向に走査するため、その走査範囲に対応した伝搬時間を変化させる伝搬時間変化手段と、
前記伝搬手段変化手段が分光手段と結像手段と反射ミラーを有し、
反射ミラーがポリゴンミラーで構成され、ポリゴンミラーの回転により干渉位置の走査を行うことを特徴とする。
【０３２１】
４２.前記分光手段がグレーティングであり、前記結像手段がレンズであり、レンズからレンズの焦点距離分の距離近傍に前記ポリゴンミラーの反射面が設けられていることを特徴とする付記項４１に記載の光イメージング装置。
【０３２２】
４３．前記伝搬時間変化手段の光軸から一定距離離れた位置に前記ポリゴンミラーの回転中心が設けられていることを特徴とする付記項４１に記載の光イメージング装置。
【０３２３】
４４．前記ポリゴンミラーに回転基準位置検出手段が設けられていることを特徴とする付記項４１に記載の光イメージング装置。
【０３２４】
４５．被検体に低干渉性光を照射し、被検体において散乱した光の情報から被検体の断層像を構築する光イメージング装置であって、
低干渉性光を被検体に照射し、被検体よりの反射光を受光する光照射受光手段と、
光照射受光手段と接続し、被検体から戻ってきた低干渉性光と基準光とを干渉させるとともに、前記干渉位置を光軸に対し軸方向に走査するため、その走査範囲に対応した伝搬時間を変化させる伝搬時間変化手段と、
前記伝搬手段変化手段が分光手段と結像手段と反射ミラーを有し、
反射ミラーを含むレゾナントスキャナと、
レゾナントスキャナの共振周波数の２次以上の高次周波数の駆動信号を生成するレゾナントスキャナドライバを有することを特徴とする。
【０３２５】
４６．被検体に低干渉性光を照射し、被検体において散乱した光の情報から被検体の断層像を構築する光イメージング装置の表示手段であって、媒質中の光路長を示すスケールと、組織中の光路長を示すスケールの少なくとも２つのスケールを有することを特徴とする光イメージング装置。
【０３２６】
４７．前記スケールは屈折率ｎ≒１の光路長と、ｎ＝１．３〜１．５の光路長を示すことを特徴とする付記項４６に記載の光イメージング装置。
【０３２７】
４８．媒質に対応する画像上の位置に前記媒質中の光路長を示すスケールを有し、組織に対応する画像上の位置に組織中の光路長を示すスケールを有することを特徴とする付記項４６に記載の光イメージング装置。
【０３２８】
４９．被検体に低干渉性光を照射し、被検体において散乱した光の情報から被検体の断層像を構築する光イメージング装置用の光プローブ装置であって、
全長の大部分が柔軟な樹脂チューブで構成され少なくともその先端は光透過性の良い素材で形成されているシースと、
シースの光透過性の良い素材で形成されている部分の内側に設けられ、光をシース側に向けて出射し、その透過光をシース外側の被検体に照射し、被検体からの反射・散乱・励起光をシースを透過して入射するような光の出射・入射部と、
シースの検出光が透過する部分の少なくとも一部分に減反射コーティングが設けられていることを特徴とする光プローブ装置。
【０３２９】
５０．前記減反射コーティングが誘電体多層膜コーティングであることを特徴とする付記項４９に記載の光イメージング装置。
【０３３０】
５１．シースの内部に前記減反射コーティングが設けられていることを特徴とする付記項４９に記載の光イメージング装置。
【０３３１】
５２．シースの外部に前記減反射コーティングが設けられていることを特徴とする付記項４９に記載の光イメージング装置。
【０３３２】
５３．被検体に低干渉性光を照射し、被検体において散乱した光の情報から被検体の断層像を構築する光イメージング装置用の光プローブ装置であって、
全長の大部分が柔軟な樹脂チューブで構成されたシースと、その先端部に設けられた光透過性の良い素材で形成された光学窓と、
光学窓の内側に設けられ、光を光学窓内側に向けて出射し、その透過光を光学窓外側の被検体に照射し、被検体からの反射・散乱・励起光を光学窓を透過して入射するような光の出射・入射部と、
光学窓内壁の、検出光が透過する部分の少なくとも一部分に硬質の高透過性部材が設けられていることを特徴とする光プローブ装置。
【０３３３】
５４．前記硬質の高透過性部材がガラスパイプであることを特徴とする付記項５３に記載の光イメージング装置。
【０３３４】
５５．前記硬質の高透過性部材が硬質プラスチックであることを特徴とする付記項５３に記載の光イメージング装置。
【０３３５】
５６．被検体に低干渉性光を照射し、被検体において散乱した光の情報から被検体の断層像を構築する光イメージング装置用の光プローブ装置であって、
全長の大部分が柔軟な樹脂チューブで構成され少なくともその先端は光透過性の良い素材で形成されているシースと、
シースの光透過性の良い素材で形成されている部分の内側に設けられ、光をシース内側に向けて出射し、その透過光をシース外側の被検体に照射し、被検体からの反射・散乱・励起光をシースを透過して入射するような光の出射・入射部と、
シースの検出光が透過する部分の少なくとも一部分に耐摩耗性コーティングが設けられていることを特徴とする光プローブ装置。
【０３３６】
５７．前記耐摩耗性コーティングがセラミックコーティングであることを特徴とする付記項５６に記載の光イメージング装置。
【０３３７】
５８．前記セラミックコーティングがポリシラザンであることを特徴とする付記項５７に記載の光イメージング装置。
【０３３８】
５９．コヒーレンス長が短い光源から射出された低コヒーレンス光を信号光側と参照光側に分け、信号光を観察物体に照射した後再び信号光を参照光と合成させて干渉信号をとるときに参照光側の光路長を変化させることで断層構造を観察できるようにした光診断装置において、
前記光断層診断装置の信号側の先端部は、シングルモードファイバーと少なくとも１つの光学素子からなる信号側先端光学系から構成され、さらに前記信号側先端部内にある光学素子を、
前記信号側先端光学系内にある光学素子の端面の間での反射回数が３回以下の光がシングルモードファイバーにもどらないように構成したことを特徴とする光診断装置の信号光側光学系。
【０３３９】
６０．前記信号光側先端光学系内の光学素子の端面は、前記光学素子の端面に入射する信号光の光束に対して垂直にならないように設けられていることを特徴とする付記項５９の光断層診断装置の信号光側先端光学系。
【０３４０】
６１．前記信号光側先端光学系の光学素子の少なくとも１つは光を集光する作用のある屈折率分布レンズであることを特徴とする付記項５９または６０の光断層診断装置の信号光側先端光学系。
【０３４１】
６２．前記信号光側先端光学系内には、少なくとも１つの集光作用をもつ光学素子が設けられており、前記集光作用を持つ光学素子の光軸に対して、前記先端光学系のすべての光学素子の端面が斜めになっていることを特徴とした付記項５９または６０の光断層診断装置の信号光側先端光学系。
【０３４２】
６３．前記集光作用がある光学素子は屈折率分布レンズであることを特徴とする付記６２の断層診断装置の信号光側先端光学系。
【０３４３】
６４．前記信号光側先端光学系の屈折率分布レンズの光軸とシングルモードファイバーの光軸とが一致していおり、前記シングルモードファイバーの物体側の端面と、信号側先端光学系内の光学素子の端面はすべて同じ向きに斜めに研磨されていることを特徴とする付記項６３の光断層診断装置の信号光側先端光学系。
【０３４４】
６５．前記信号側先端光学系内の光学素子の端面は、次の条件１、２を満たすことを特徴とする付記項６３または６４の光断層診断装置の信号光側先端光学系。
【０３４５】
(条件１) θｆ ＞ arcsin(NA /n)
(条件２) θs ≧ θf （ｓ＝１，２，・・・ｍ）
ただし、 NAはシングルモードファイバーの端面を垂直に研磨した場合に空気中に射出される光のNA、 nはシングルモードファイバーのコアの屈折率で、
θｆはシングルモードファイバーの物体側の端面の法線のシングルモードファイバーの光軸に対する角度、
θsは信号光側先端光学系の光学素子の第ｓ面目の端面の法線の前記屈折率分布レンズの光軸に対する角度、
ｓは信号側先端光学系の境界面の数である。
【０３４６】
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