JPH0749306A

JPH0749306A - 光波エコートモグラフィー装置

Info

Publication number: JPH0749306A
Application number: JP22974193A
Authority: JP
Inventors: Naohiro Tanno; 直弘丹野; Tsutomu Ichimura; 勉市村
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-08-04
Filing date: 1993-08-04
Publication date: 1995-02-21

Abstract

(57)【要約】【目的】多モード発振レーザを光源として、生体試料
特有の散乱成分の影響を除去した、被測定物体内の屈折
率の異なる境界面の位置情報を高分解能で得る光波反射
像測定装置を提供する。【構成】多モード発振レーザ光を照射光として、散乱
物体に照射する手段と、照射光をシフトさせた参照光を
生成する手段と、該参照光と散乱物体内部の屈折率の異
なる地点からの反射光を合成する手段と、合成された光
をモード毎に分光分離する分光手段と、この出力をへテ
ロダイン検出する手段と、出力されるビート成分の大き
さを各モード毎に記録する手段と、各モード毎の成分の
分布を逆フーリエ変換する手段と、該手段により散乱物
体の奥行き方向の屈折率の異なる地点の反射情報を求め
て光波エコートモグラフィーを得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、多モードレーザ発振
器を光源として、例えば生体の組織構造等の被測定物体
に照射し、被測定物体中からの反射光波の反射距離や反
射強度を検出する装置に係わり、特にヘテロダイン検波
受光系または高指向性受光系と干渉計を用いる光エコー
トモグラフィー装置（光波反射像測定装置）に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線源の代わりにレーザビームを照射
し、透過光を光ヘテロダイン法で高感度検出して断層像
を得る方法がある。例えば、特願平１−２５００３６、
あるいは電子情報通信学会論文誌Ｃ−１Ｖｏｌ．Ｊ７
４−Ｃ−１Ｎｏ．４ｐｐ．１３７〜１５０１９９
１年４月参照。これら透過光を利用する代りに、スパー
ルミネッセンス光を用いた後方散乱光にヘテロダイン検
波を利用することにより表面から一定深さまでの断層像
を得る方法が、特願平２−３００１６９に開示されてい
る。この方法と同じ方法により、ヒト網膜や血管壁の表
面付近の断層イメージングが米国Ｍ．Ｉ．Ｔ．において
行なわれた（Ｓｃｉｅｎｃｅ，２５４，ｐｐ．１１７８
〜１１８１，１９９１）。この方法は、スパールミネッ
センスを光源として用いているため、部分的コヒーレン
スの波面整合条件がヘテロダイン検波のビート成分を決
め、散乱物体の奥行き方向の各地点からの反射光の距離
分解能を決めている。しかし、光源が部分的コヒーレン
スのため、逆に波面整合のためのアライメントが非常に
困難であり、ビート信号を作るために参照光生成手段と
して必ず可動反射鏡を必要とし、さらに光源の種類が限
られている等の問題を有している。

【０００３】一方、測定物体の位置情報を遠隔計測する
方法には、光学干渉計を用いて、レーザ光の周波数を線
形に掃引する方法やステップ状に周波数を掃引する方法
により、反射信号光の位相遅れを検出して位置情報に換
算する方法がある。

【０００４】これらに用いられるレーザには、空間分解
能を上げＳＮ比良く信号を観測するため、狭帯域な単一
モードレーザで広帯域に掃引可能なものが要求されて来
た。しかし、多モードでのレーザ発振現象は、レーザ発
振器に本質的に存在するもので、現状の技術では広帯域
な掃引を妨げる要因となっている。すなわち、これらの
制約のため、空間距離分解能を上げることは限界があっ
た。しかも、これらの方法を、生体試料に適用して反射
距離や反射強度より、光波反射像を得る光波エコートモ
グラフィーに応用するには、生体試料特有の散乱成分の
影響を除去して、屈折率の異なる地点からの反射光を選
択的に検出することが必要である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするとこ
ろは、生体試料特有の散乱成分の影響を除去した被測定
物体内の屈折率の異なる境界面の位置情報を高分解能で
得る光波エコートモグラフィー装置（光波反射像測定装
置）を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記課題を
解決さるため、多モード発振レーザ光を照射光として、
屈折率の異なる層からなる散乱物体に照射する照射手段
と、前記照射光の周波数をシフトさせた参照光を生成す
る生成手段と、前記散乱物体内部の奥行き方向の屈折率
の異なる地点からの反射光と、参照光とを合成する合成
手段と、この合成された光を各モード毎に分光分離する
分光手段と、この分光手段から出力される各モードの前
記合成された光を光電変換する変換手段と、この光電変
換手段から出力されるビート成分の大きさを各モード毎
に記憶する手段と、各モード毎の成分の分布を逆フーリ
エ変換することにより、散乱物体の奥行き方向の屈折率
の異なる地点の反射情報を求める手段と、多モードレー
ザ光と試料である散乱物体の位置が相対的に変化するよ
うに、多モードレーザ光または試料を走査する手段によ
り走査して光波エコートモグラフィー（光波反射像）を
測定することを特徴とする。

【０００７】また本発明の光波エコートモグラフィー装
置（光波反射像測定装置）は、多モードレーザ光を照射
光として、屈折率の異なる層からなる散乱物体に照射す
る照射手段と、前記照射光の一部を分割して参照光を生
成する生成手段と、前記散乱物体からのランダムな後方
散乱光を除去し、内部の奥行き方向の屈折率の異なる地
点からの直進反射光のみを透過させる高指向性受光系手
段と、前記高指向性受光系手段から出射される反射光と
参照光とを合成する手段と、この合成された光を各モー
ドに分光する分光手段と、前記分光手段から出力される
合成された光を光電変換する変換手段と、この光電変換
手段から出力される大きさを各モード毎に記憶する手段
と、各モード各の成分の分布を逆フーリエ変換すること
により散乱物体の奥行き方向の屈折率の異なる地点の反
射情報を求める手段と、多モードレーザ光と試料である
被測定物体である散乱物体位置が相対的に変化するよう
に多モードレーザ光または試料を走査する手段と、前記
走査手段により走査して散乱物体の光波エコートモグラ
フィー（光波反射像）を測定することを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明は、散乱物体の一方向より多モードレー
ザ発振光を散乱成分を多く含んでいる生体等の散乱物体
に照射し、この散乱物体の奥行き方向の各地点から反射
される散乱成分を多く含む反射光を、多モードレーザ光
の周波数をシフトさせた参照光とのビート成分をヘテロ
ダイン検出することにより、あるいは照射光の一部を分
割して得た参照光と、前記各地点から反射される反射光
の高指向性受光系を透過させた光とを干渉させ、モード
毎に分光分離したスペクトル分布をフーリエ逆変換させ
ることにより、散乱成分を確実に除去して、散乱物体の
奥行き方向の屈折率の異なる境界層各点から反射情報の
みを確実に抽出可能としている。

【０００９】しかも、この発明によれば、散乱物体の一
方向より多モードレーザ発振光を照射することによって
散乱物体の奥行き方向の各地点から反射情報を得ること
ができるため、散乱物体の全方位から光を照射すること
なく、散乱物体内部の各地点の情報を特定することがで
きる。つまり、散乱物体内部の各地点からの反射光とし
ての多モードの多重遅延位相反射光をフーリエ逆変換す
ることにより時系列電気信号として再生し、数十ミクロ
ンｍ以下の空間分解能で、比較的簡単なアルゴリズムに
より短時間のうちに散乱物体の奥行き方向の各地点から
の反射光を測定可能としている。したがって、透過型光
断層像装置に比べ光の照射回数を減少することができ
る。

【０００１０】

【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照して説明する。第１図において、発光素子１は多モー
ドレーザ発振器であり、例えば半導体レーザ等によって
構成されている。この多モードレーザ発振器１から発生
される光ビームの光軸上には、集光レンズ２、ビームス
プリッター３、被測定物体４が順次配設されている。こ
の被測定物体４は例えばＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に移動可能な
可動台５に載置されている。また、前記多モードレーザ
発振器１から発生された光ビームのうち、ビームスプリ
ッター３によって分割された光ビームの光軸上には、周
波数シフト６として反射鏡６ａと光音響変調器６ｂが設
けられている。

【０００１１】一方、前記被測定物体４から反射された
光ビームのうち、ビームスプリッター３によって分岐さ
れた光ビームの光軸上には、多モードレーザ光を各モー
ド毎に分光する分光手段としての光スペクトルアナライ
ザー７が設けられている。７ａは回折格子を用いた分光
器、７ｂは光電変換器としての光検出器である。この検
出器７ｂの出力端には信号処理器８が接続されている。
この信号処理器８は、例えば光検出器７ｂから出力され
る信号を増幅する増幅器（ＡＭＰ）８ａ、この増幅器８
ａによって増幅された信号から、ビート信号をヘテロダ
イン検波するため、ビート信号を取り出す帯域通過フィ
ルタ（ＢＰＦ）８ｂ、およびこの帯域通過フィルタ８ｂ
によって取り出された信号を２乗検波によって大きさを
求め、その値をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器
８ｃによって構成されている。このＡ／Ｄ変換器８ｃか
ら出力されるディジタル信号はコンピュータ９に供給さ
れる。このコンピュータ９には信号処理器８から出力さ
れた信号をフーリエ逆変換して、時継列の信号として記
憶するメモリ１０および各種情報を表示するディスプレ
イ装置１１が接続されている。

【０００１２】上記構成において、光源１から発生され
た多モードレーザ光はレンズ２で平行光束とされ、ビー
ムスプリッター３によって２分割される。このうち一方
の光ビームは反射鏡６ａと、ビームスプリッター３との
あいだに光音響変調器６ｂを入れることにより周波数シ
フトされた参照光波となる。この代りに、可動ミラーに
よって反射光を作ってもよい。この反射光はその周波数
がドップラーシフトを受け、且つ可動ミラーの移動距離
に相当する位相遅れを持つ参照光波となる。

【０００１３】また、前記ビームスプリッター３によっ
て分割された他方の光ビームは、被測定物体４のＹ軸座
標のビームの大きさで決まる一点より照射され、この物
体中を透過伝搬して行く。光学的層構造、即ち屈折率の
異なる多層物質より構成される被測定物体中を伝搬する
光ビームは、この層の境界毎に散乱され、一部は入射光
ビームの方向に戻り反射光波を形成する。この反射光波
の多モード各々の位相は入射光ビームの入射位置より奥
行き方向（Ｚ軸方向）にある境界の位置に従ってそれぞ
れ遅延する。さらに、この反射光波の各々の振幅は光学
的層構造と物性によって決まる境界層の反射率と吸収率
に依存する。

【０００１４】前記被測定物体４からの反射光波は、前
記参照光波とともにビームスプリッター３を介して分光
手段としての光スペクトルアナライザー７ａへ導かれ
る。光スペクトルアナライザーの回折格子を回転するこ
とで波長を掃引し、あるいはアレイ検出器を用いた多波
長同時観測用分光器で、あるいはファブリー・ペロー干
渉計型の分光器で、多モードレーザ光に対応する反射光
は、モード毎に分光分離される。光スペクトルアナライ
ザーの出射スリットから、各モード毎に分光された反射
光と、周波数シフトした参照光が出射し、光検出器７ｂ
へ導かれ、この光検出器７ｂにおいて、合成され干渉し
た光波が光ヘテロダイン検波される。一般に、被測定物
体４からの反射光は多くの空間フーリエスペクトル成分
を有している。しかし、この反射光は、空間コヒーレン
ス度の高い参照光波の平面波成分と整合する成分のみが
高効率でヘテロダイン検波される。従って、これを利用
することにより、被測定物体４の奥行き方向にある反射
面からの反射光が選択的に検出される。各モード毎のス
ペクトル出力のＡ／Ｄ変換された信号はコンピュータ９
によってフーリエ逆変換され、時継列信号として記憶さ
れる。

【０００１５】被測定物体からの反射信号光は、第２図
に示すごとく、被測定物体４は雰囲気等の屈折率がｎ０
の散乱層（０層）中にあり、この被測定物体４の内部
に、Ｚ軸方向に厚みがＺ_１、Ｚ_２、Ｚ_３の媒質層（１
層、２層、３層）があり、これら層の屈折率がｎ１、ｎ
２、ｎ３である場合において、被測定物体４に入射光が
照射されると、この入射光は各層によって減衰されると
ともに、各層の境界において反射され、被測定物体４か
ら出力される。各層からの反射光は光が媒質中を伝搬す
る距離に対応して指数関数的に吸収減衰され、且つ、散
乱のため、距離の２乗に反比例して減衰する。

【０００１６】すなわち、第２図に示す被測定物体４に
体する、各層からの反射光は次のように表わされる。被
測定物体４の表面からの反射光強度Ｉ_Ｒ０１は

【数式１】１、２層目からの反射光強度Ｉ_Ｒ１２は

【数式２】２、３層目からの反射光強度Ｉ_Ｒ２３は

【数式３】３、４層目からの反射光強度Ｉ_Ｒ３４は

【数式４】但し、Ｔ_０１、Ｔ_１０、Ｔ_１２、Ｔ_２１、Ｔ_２３、Ｔ
_３２、・・・、は０から１層、１から０層、１から２
層、２から１層、２から３層、３から２層に入射した光
の強度透過率。Ｒ_１２、Ｒ_２３、Ｒ_３４、・・・、は、
１と２層、２と３層、３と４層での光の強度反射率。α
１、α２、α３、・・・、は各層での減衰率。Ｚ_１、Ｚ
_２、Ｚ_３、・・・、は各層の厚さを表わす。

【０００１７】一般に、被測定物体４からの反射光は、
媒質層内部からのランダムな散乱光と、各層の境界にお
いて反射される反射光より成り立っている。このうち、
ランダムな散乱光は、ヘテロダイン検波を行うことによ
り、あるいは高指向性受光系で受光することにより除去
できる。この原理は、特願平１−６２８９８号、特願平
１−２５００３４号、特願平１−２５００３６号、特願
平２−７７６９０号に記載されている。このため、被測
定物体からの反射信号光は、ランダム散乱光は考慮せず
各層の境界において反射される成分のみを考えればよ
い。

【０００１８】即ち、本実施例は、多モードレーザ光を
光源として使用し、各モードの光を、モード間隔よりは
小さな周波数シフトをさせて参照光とし、被測定物体内
部の各層の境界からの反射光を信号光として、参照光及
び信号光の両光波を分光器によりモード毎に分光分離す
る。同じモードではあるが周波数が若干異なる信号光と
参照光をヘテロダイン検出することにより、ランダム散
乱光の影響を除去して直進後方反射光のみを検出する。
各モード毎のヘテロダイン出力分布を求め、その分布の
逆フーリエ変換することにより、被測定物体に各層の境
界面を検出する。

【０００１９】モード毎に分光分離したスペクトル分布
をフーリエ逆変換することにより、反射点を求める原理
について説明する。多モードレーザ発振器１からの参照
光の光電界Ｅｒ（ｔ、ｚ）は、多モードレーザの全モー
ド数をＭ、ｍ番目モード電界Ｅｍの周波数をｆｍ＝ｆｏ
＋ｍΔｆ、ｆｏ：モード端周波数、Δｆ：モード間隔周
波数（Δｆ＝ｖ／２ｎＬ、ｖ：光速度、Ｌ：レーザ共振
器長、ｎ：屈折率）光音響変調器による周波数シフトを
ｆａ、およびビームスプリッター３から参照光反射鏡６
ａまでの距離Ｚｒを用いて次式で表現される。

【数５】

【０００２０】被測定物体４の反射面までの距離をＺｋ
＝Ｚｏ＋ＫΔＺとする。ここで、Ｚｏは基準距離、Ｋは
整数、ΔＺは分解距離とする。反射信号光電界Ｅｓ
（ｔ、ｚ）は、反射面の電界の反射係数の分布関数をＳ
ｋとして次式で表現される。但し、媒質中を伝搬する距
離に対応して指数関数的に減衰する効果や、距離の２乗
に反比例して減衰する効果を入れる場合、Ｓｋ＝Ｓｋ
ｅｘｐ（２αｋＺｋ）／Ｚｋとすれば良い。以下、判り
やすくするため、Ｓｋのままで扱つかう。

【数６】

【０００２１】分解能の関係式２ＭΔｆΔｚ／ｖ＝１と
全モード帯域幅ΔｆＬ＝ＭΔｆの関係式を用いると、数
６式は次のように表現できる。

【数７】

【０００２２】ここで、次の様に定義をして数７式を置
きなおす。

【数８】

【数９】

【数１０】

【０００２３】分光器を用いたスペクトルアナライザー
により、数式５で表せる参照光も、数式１０で表せる反
射信号光もそれぞれあるｍ番目のモードＥｍｒとＥｍｓ
に分光分離されて光検出器７ｂで２乗検波される。今簡
単のため、数式５の距離ＺｒをＺＯと置いても本質的に
変わりないため置きかえて、ＥｍｒとＥｍｓを表すと、
次ようになる。

【数１１】

【数１２】

【０００２４】数式１１で表現される周波数シフトを受
けた参照光と、数式１２で表現される反射信号光をヘテ
ロダイン検波することを考える。一般に、二つの光波Ｖ
_１、Ｖ_２を次のように表現する。

【数１３】

【数１４】これらの２つの光波Ｖ_１、Ｖ_２を重ね合わせて検出する
と、その検出信号Ｓは、光電変換器の２乗検波特性のた
め次の式に表わせる。

【数１５】ところで、上式各項はそれぞれ次の様に表わせる。

【数１６】

【数１７】

【数１８】

【数１９】従って、検出信号Ｓは、次の様に表わせる。

【数２０】ヘテロダイン検波においては、ω_２＝ω_１‐Δω、φ_１
＝φ_２と書けるので、検出信号Ｓは、次の様になる。

【数２１】上式の第１項、第２項は時間的に変動のない成分であ
り、第３項が、ビート信号として観測される成分であ
る。この第３項は、帯域通過フィルターにより、その大
きさの成分が第１項、第２項と分離して検出される。

【０００２４】数式１１の参照光と数式１２の信号光を
検出すると、検出信号は次式のようになる。

【数２２】第１項、第２項は、時間的に変動のない成分である。第
３項が周波数ｆａで時間的に変化するビート成分であ
る。ｔ−２ＺＯ／ｖ＝ｔ’と置き換えても、時間推移す
るだけで同じであるから、第３項のビート成分Ｓ_Ｂは、
次式となる。

【数２３】ここで、Ｈｍは数式９で与えられ、いくつかの位相の異
なるものの和で、ちょうどｈｋの離散フーリエ変換で与
えられている。従って、ヘテロダイン検波したビート成
分を検出し、モード毎のＨｍを観測して、その分布｛Ｈ
ｍ｝を求めて、モード毎の離散逆フーリエ変換を施せ
ば、分布ｈｋが求められる。ここで、ｈｋが被測定物体
の反射面の分布関数Ｓｋと数式８の関係があるから、ｈ
ｋより、Ｓｋが求められる。

【０００２５】次に、トモグラフィーを得るための画像
作成やプロセスを説明する。まず、光波エコー画像の空
間分解能及び奥行き分解能は、次のように決まる。即
ち、奥行き方向即ちＺ軸方向の空間分解能（ΔＺ）は該
スペクトル幅によって決まる。また、入射断面の空間分
解能（ΔＹ×ΔＸ）は入射光の直径と光ヘテロダイン検
波開口角でほぼ決まる。

【０００２６】各モード毎のスペクトル分布をフーリエ
逆変換して得られたこの被測定物体の奥行き方向のデー
タを含む時継列信号波形は、１ラインづつコンピュータ
９を介してメモリ１０に記憶される。このあと可動台５
をＹ軸に沿って入射光の断面直径分移動して同様の測定
を実行し、さらに、被測定物体４のＹ軸方向の全範囲に
渡り逐次測定を実行する。

【０００２７】上記のようにして、メモリ１０に記憶さ
れたディジタルデータはコンピュータ９によって読み出
され、周知の画像処理技術によって、被測定物体４の空
間分解能（ΔＹ×ΔＺ）の区画毎に、そのディジタル量
に応じて濃淡画像あるいは色別画像に処理される。この
処理された濃淡画像あるいは色別画像はディスプレイ装
置１１に供給され表示される。このように被測定物体４
のＺＹ平面全体のデータをディスプレイ装置１１に表示
することにより、一軸方向からの一方的な測定にも拘ら
ず、奥行き方向のデータを含む高分解能な断層像を得る
ことができる。

【０００２８】上記測定をＸ軸方向についても実行すれ
ば被測定物体４の多層に渡る断層像を得ることが可能で
ある。したがって、このようにＸ軸方向についても測定
を実行した場合、メモリ１０には被測定物体４における
三次元の奥行き方向のデータが記憶されるため、このメ
モリ１０の読出し方向を変えることにより、被測定物体
４の任意の方向から切り取った断層像を生成することが
できる。

【０００２９】次に、この発明の他の実施例について説
明する。第３図は、この発明の第２の実施例を示すもの
である。本実施例では、参照光波を周波数シフトさせな
いで、被測定物体４からの反射信号光とヘテロダイン検
波する代りに、反射鏡６ａからの反射光を重ね合わせて
分光器７ａに入れて各モード毎に分光分離して検出す
る。ヘテロダイン検波においては波面整合条件によりラ
ンダム散乱光を除去し、後方反射光のみを選択してい
る。本実施では、ヘテロダイン検波する代りに、高指向
性受光系１２を用いてランダム散乱光を除去して受光
し、干渉計により、各モードの参照光と信号光を干渉さ
せて検出している。信号処理部においては、ビート信号
を検出しないため、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）８ｂは
用いないで、増幅器（ＡＭＰ）８ａの信号を直接Ａ／Ｄ
変換する。その他は、実施例１と同じである。なお、高
指向性受光系の原理と構成は、既に特願１−６２８９８
号、特願２−７７６９０号に開示されている。それと同
じものを用いる。

【０００３０】これらの動作原理を数式を用いて以下に
説明する。ヘテロダイン検波による実施例と同じ記号を
用いるとする。ビームスプリッター３から反射鏡６ａま
での距離Ｚｒを、簡単のため基準距離Ｚｏに置き換え
て、参照光Ｅｒ（ｔ、ｚ）は次式のように表現される。

【数２４】のうち、スペクトルアナライザー７によって、多モード
は分光分離されて、ｍ番目のモードの光Ｅｍｒ（ｔ、
ｚ）だけがが検出器に入射する。Ｅｍｒ（ｔ、ｚ）は、
次式のように表現される。

【数２５】

【０００３１】一方、反射信号光Ｅｓ（ｔ、ｚ）は数６
式で与えられる。このうち、スペクトルアナライザー７
によって、ｍ番目のモードの光Ｅｍｓ（ｔ、ｚ）が検出
器に入射する。Ｅｍｓ（ｔ、ｚ）は次式のように表現さ
れる。

【数２６】数式２５で表わせるｍ番目のモードの参照光Ｅｍｒと、
数式２６で表わせるｍ番目のモードの信号光Ｅｍｓが検
出器で２乗検波される。検出器の出力は、数式１５と同
じになり、数式２５と数式２６を代入して書き直すと次
式となる。

【数２７】

【数２８】

【０００３２】ここで第３項は、ｈｋの離散フーリエ変
換で与えられる。第２項は、被測定物体からの反射信号
光の強度で、第１項の参照光強度より弱く無視できる。
従って、モード毎に出力Ｓｍを観測して、その分布｛Ｓ
ｍ｝を求めて、モード毎の離散逆フーリエ変換を施せ
ば、第１項より、空間座標領域では、ｋ＝０の原点の成
分が、第３項より分布ｈｋが求められる。ｈｋが求めら
れれば、数式２８より測定物体の反射面の分布関数Ｓｋ
が求められる。

【０００３３】ヘテロダイン検波による実施例１に比較
して、数式２７の第１項、第２項が追加される型にな
る。しかし、第１項のフーリエ逆変換成分は原点とな
り、第２項は無視出来て、第３項のフーリエ逆変換より
反射面の情報が得られる。

【０００３４】トモグラフィーを得るための画像作成の
プロセスは、実施例１と同じ様にして出来る。

【０００３５】図４は、この発明の第３の実施例を示す
ものであり、第２の実施例におけるマイケルソン干渉計
の代りに、フイゾー干渉計を用いたものである。第２の
実施例におけるビームスプリッター３を偏光ビームスプ
リッター３’に代え、４分の１波長板１３と被測定物体
表面に表面反射が少ないとき必要に応じて基準反射体１
４を配設したものである。

【０００３６】多モードレーザ光からの直線Ｐ偏光は、
４分の１波長板を透過し入射円偏光となり、被測定物体
４に照射される。被測定物体４の内部の反射面からの反
射光と基準反射面１４からの反射光は、円偏光反射光と
なり、４分の１波長板１３を通過してＳ偏光となり、偏
光ビームスプリッター３’で反射されてスペクトルアナ
ライザー７に入射して、各モード毎に分光分離されて検
出される。その結果、反射信号光波と基準反射面からの
参照光波とは極めて効率よく干渉し、高指向性受光系１
２で除去できなかったランダム散乱光成分は干渉しない
ため、その影響を取り除いて検波される。スペクトルア
ナライザー７からの電気信号は、実施例２と同様に処理
され、被測定物体内部の反射面の分布が検出される。

【０００３７】本実施例の原理は、マイケルソン干渉計
を用いた実施例２と同じで、基準反射面１４からの反射
光と被測定物体４の内部からの反射信号光の干渉成分を
各モード毎に求めたものが、参照光に比べ、反射信号光
成分の強さが弱く無視できるとき反射面の分布関数の離
散フーリエ変換したものになっていることを利用して、
モード毎のスペクトル分布を逆フーリエ変換することに
より反射面分布を求めるものである。フィゾー干渉計を
利用した本実施例は、マイケルソン干渉計を利用した実
施例２に比較して、偏光による干渉を利用しているた
め、生体試料特有のランダム散乱光の影響が少ない利点
がある。

【０００３８】トモグラフィーを得るための画像作成の
プロセスは、実施例１と全く同じようにして出来る。

【０００３９】上記実施例においては、各モード毎に分
けるスペクトルアナライザー７は、参照光波と反射信号
光波の合成したあとで用いている。このスペクトルアナ
ライザーは、一般に回折格子を回転させることにより波
長を掃引して各モードを分光分離して観測している。し
かも比較的波長掃引が早いため、分光器は照射レーザ光
を安定した状態を保って単一モードに分離する手段とし
て用いるより、光源として多モードレーザ光を用いてそ
のモードの観測用として用いた方が、容易に実現でき信
頼のあるデータが得られる。もし、多モードレーザ発振
光を安定した状態を保って発振することができれば、多
モードレーザ光の各モードを分光器でステップ毎に選択
し、各モード毎のスペクトル分布を得て、それをフーリ
エ逆変換して反射距離を求めても勿論良い。

【０００４０】上記実施例においては、反射像を得るた
めに可動台５によって被測定物体を移動して走査してい
るが、超音波エコートモグラフィーのように例えば複数
の多モード発振レーザ光を被測定物体に対して直線状に
配設し、これら発光素子を複数のスイッチによって構成
された制御手段によって順次点灯する構成とすれば、被
測定物体を移動することなく、被測定物体を走査でき
る。

【０００４１】さらに、上記実施例の干渉計は、鏡等の
光学素子を空間に配置した光学系であるが、これに限定
されるものではなく、光ファイバーと光学素子を用いた
光学系でも勿論よい。

【０００４２】本発明は、トモグラフィー装置だけでな
く、光ファイバーや光ＩＣ等の反射波による診断測定用
に用いられることは勿論である。また、、上記第１及至
第３の実施例においては、多モードレーザを使用してい
るが、半導体レーザに限らず各種のレーザを用いること
ができる。しかも、赤外線、可視光線、紫外線等のレー
ザのみならずマイクロ波の領域でも、これら電磁波の透
過伝搬可能な物質であれば、この発明の原理を用いるこ
とにより、生体、結晶、半導体、複合物質等々の多層断
層像の観測を無侵襲で迅速に行うことができ、医療診断
をはじめ工学的材料構造測定などに適用することが可能
である。

【０００４３】その他、この発明の要旨を変えない範囲
において、種々変形実施可能なことは勿論である。

【０００４４】

【発明の効果】本研究は、従来反射距離測定装置におい
てはむしろ不要視されていた多モード発振レーザを用い
て、ヘテロダイン検出あるいは高指向性受光系と干渉計
とを組み合わせ、各モード毎に分光分離したスペクトル
分布をフーリエ逆変換することにより、生体特有のラン
ダム散乱光を除去し、多モード発振レーザのスペクトル
幅で決まる反射面の距離の高分解能が可能な、光波エコ
ートモグラフィー装置を提供できる。

【０００４５】さらに、レーザ光を被測定物体に一方向
から照射させるのみで、超音波エコートモグラフィーの
様に被測定物体の奥行き方向の像を得ることができるた
め、断層像を得るための走査回数は、透過型光断層像装
置に比べて削減できることができる装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る多モードレーザを用いた光波エ
コートモグラフィーの第１の実施例を示す構成図。

【図２】図１に示す実施例の動作を説明するために、被
測定物体４に対する入射光と反射光の関係を示す図。

【図３】参照光用反射鏡と高指向性受光系を用いた第２
の実施例を示す構成図。

【図４】フィゾー干渉計と高指向性受光系を用いた第３
の実施例を示す構成図。１．・・・多モードレーザ発振器２．・・・集光レンズ３．・・・ビームスプリッター３’．・・偏光ビームスプリッター４．・・・被測定物体５．・・・可動台６．・・・周波数シフター６ａ．・・反射ミラー６ｂ．・・光音響変調器７．・・・光スペクトルアナライザー７ａ．・・分光器７ｂ．・・光検出器８．・・・信号処理器８ａ．・・増幅器８ｂ．・・帯域通過フィルター８ｃ．・・Ａ／Ｄ変換器９．・・・コンピュータ１０．・・メモリ１１．・・ディスプレイ装置１２．・・高指向性受光系１３．・・４分の１波長板１４．・・基準半透明反射体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多モード発振レーザ光を照射光として屈
折率の異なる層からなる散乱物体に照射する照射手段
と、前記照射光の一部より周波数をシフトさせた参照光を生
成する生成手段と、前記散乱物体内部の奥行き方向の屈折率の異なる地点か
らの反射光と、参照光とを合成する合成手段と、この合成された光を各モード毎に分光分離する手段と、この分光手段から出力される各モードの前記合成された
光を光電変換する変換手段と、この変換手段から出力されるビート成分の大きさを各モ
ード毎に記憶する手段と、各モード毎の成分の分布を逆フーリエ変換することによ
り散乱物体の奥行き方向の屈折率の異なる地点を求める
手段とを具備したことを特徴とする光波エコートモグラ
フィー装置。
【請求項２】多モード発振レーザ光を照射光として屈
折率の異なる層からなる散乱物体に照射する手段と、前記照射光の一部を分割して参照光を生成する生成手段
と、前記散乱物体からのランダムな後方散乱光を除去し、内
部の奥行き方向の屈折率の異なる地点からの直進反射光
のみを透過させる高指向性受光系手段と、前記高指向性受光系手段から出射される反射光と、参照
光とを合成する合成手段と、この合成された光を各モード毎に分光分離する手段と、この分光手段から出力される各モードの前記合成された
光を光電変換する変換手段と、この変換手段から出力される大きさを各モード毎に記憶
する手段と、各モード毎の成分の分布を逆フーリエ変換することによ
り散乱物体の奥行き方向の屈折率の異なる地点を求める
手段とを具備したことを特徴とする光波エコートモグラ
フィー装置。
【請求項３】前記散乱物体と照射光の位置関係を変化さ
せ、照射光に対して散乱物体を走査させる手段と、走査方向に対し奥行き方向の反射情報を求め、二次元の
反射断層像を求める手段とを具備したことを特徴とする
請求項１又は請求項２記載の光波エコートモグラフィー
装置。
【請求項４】前記反射光と参照光とを合成する手段が、
参照光反射鏡と照射光を分割するビームスプリッターよ
りなるマイケル干渉計を構成したことであることを特徴
とする請求項２記載の光波エコートモグラフィー装置。
【請求項５】前記反射光と参照光とを合成する手段が、
偏光ビームスプリッターと４分の１波長板及び散乱物体
表面あるいは表面に接置した半透明反射鏡を参照光波反
射体とした参照光の周波数シフトを不要とするフィゾー
干渉計を構成したことであることを特徴とする請求項２
記載の光波エコートモグラフィー装置。