JP3442220B2 - 光散乱媒体中物体の可視化光学システム - Google Patents

光散乱媒体中物体の可視化光学システム

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、光散乱媒体中の
物体を可視化して撮像する光学システムに関する。な
お、この発明における光散乱媒体という用語には、光散
乱・吸収媒体の意味も含むものとする。
【０００２】
【従来の技術】従来、光散乱又は吸収媒体中に存在する
物体を可視化又は画像化しようとする試みが種々なされ
ている（例えば、G. E. Anderson他著“Microscope ima
ging through highly scattering media”OPTICS LETTE
RS, Vol.19, No.13, 1994年７月１日発行，参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ものでは、光学系の焦点深度を深くして散乱の影響を抑
制するようにしているため、分解能が低下する傾向が見
られた。この発明は、このような事情を考慮してなされ
たもので、光散乱媒体中の物体が発する特定角度の光束
のみを用いて結像することにより、分解能を低下させる
ことなく光散乱媒体中の物体を可視化することが可能な
光学システムを提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この発明は、対物レンズ
と、対物レンズの光軸上に設けた結像レンズと、対物レ
ンズと結像レンズとの間に設けた空間フィルターを備
え、空間フィルターは、光軸から離れた部分が光軸部分
よりも高い光透過率を有するように構成されてなる可視
化光学システムを提供するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】この光学システムを介して光散乱
媒体中の物体を見ると、物体から対物レンズに入射する
光束のうち、主に所定角度の光束のうち、主に所定角度
の光束のみが空間フィルターの光透過率の高い部分を透
過して、結像レンズで結像される。従って、他の角度で
対物レンズに入射する光散乱媒体からの散乱光光束が除
去されるので、物体が鮮明に可視化される。
【０００６】この発明は、光散乱媒体中の物体を可視化
するが、この光散乱媒体中の物体とは、例えば、生体組
織中に存在する血管のようなものである。この発明にお
いて、結像レンズが形成する像は、例えばＣＣＤのよう
な撮像素子で撮像できる。
【０００７】また、対物レンズと結像レンズは、対物レ
ンズの後焦点と結像レンズの前焦点が一致するように配
置され、空間フィルターは、対物レンズの後焦点に設置
されることが好ましい。
【０００８】空間フィルターは、光軸から離れた一部が
透明で光軸部分が不透明のものであってもよい。空間フ
ィルターが、光を透過させる環状スリットを備えた遮光
板からなり、交換可能に設けられることが好ましい。こ
れにより、環状スリットの径や幅を光散乱媒体や物体の
散乱特性に対応して調整できる。さらに、空間フィルタ
ーは、電気信号により局部的に光透過率を変化できる透
過型液晶パネルであれば、その調整が容易になるため、
さらに好ましい。
【０００９】実施例 図１は、この発明の実施例を示す構成説明図である。図
１において、光学システム１は、対物レンズ２と、対物
レンズ２の光軸Ｘ上に設けた結像レンズ３と、対物レン
ズ２と結像レンズとの間に設けた空間フィルター４を備
え、撮像素子（ＣＣＤ）５が結像レンズ３の形成する像
を撮像するように配置されている。撮像された影像はモ
ニタテレビ１０のＣＲＴに表示される。
【００１０】空間フィルター４は図２に示すように、光
軸から直交方向に離れた部分が他の部分よりも高い光透
過率を有するように、円環状の光透過スリット４ａを有
し、他の部分は光を遮光するようになっている。空間フ
ィルター４は、例えば透明樹脂フィルム又は透明ガラス
板のスリット４ａをのぞく部分に遮光膜を積層すること
により得ることもできる。
【００１１】対物レンズ２と結像レンズ３は、焦点距離
／レンズ直径が互に等しく、対物レンズ２の後焦点が結
像レンズ３の前焦点に一致するように設置され、互に共
役関係にある。また、空間フィルター４は、対物レンズ
２の後焦点、つまり結像レンズ３の前焦点に設置されて
いる。
【００１２】図１に示すように、光散乱媒体６（ここで
は市販の牛乳）を収容した外形２２mm，内径２０mmの円
筒状ガラス透明容器７の中に、物体８（ここでは血液を
充填した外形１．２mm，内径１．０mmのキャピラリー）
を挿入し、背面から光源９により照明して、光学システ
ム１により物体８を撮像する。これによって得られる撮
像の１例を図３に示す。
【００１３】また、その比較例として、光学システム１
の代わりに通常のＴＶレンズ付き撮像器を用いて得られ
る影像の例を図４に示す。図３と図４とを比較すると、
図４で全く認められない物体（キャピラリー）８が、図
３では明瞭に撮像されていることが判る。
【００１４】つまり、図１において光散乱媒体６中の物
体８に透過照明（又は同軸落射証明）を行うと、物体８
と媒体６との境界面において散乱回折が生じ、物体８の
中で吸収・散乱をうけた光が透過してくる。そこで、光
学システム１では、これらの光を空間フィルター４で制
限して特定の角度の光束のみを通過させ結像させること
により、図３に示すように光散乱媒体６中の物体８が明
瞭に撮像されることになる。これは、空間フィルター４
を使用することにより、光散乱媒体６からの攪乱散乱光
強度が小さくなるため、Ｓ／Ｎ比が向上するためであ
る。
【００１５】さらに、光学システム１を光軸Ｘの方向に
移動させて物体８までの距離Ｄを変化させると、図５〜
図７に示すように物体８に対する対物レンズ２の焦点の
相対位置が変るため、光軸方向（深さ方向）に対する断
層撮像を行うことができる。
【００１６】図５〜図７に対応して得られる撮像例をそ
れぞれ図８〜図１０に示す。また、この断層撮像時に最
もシャープな影像（この場合は図９）が得られる時の距
離Ｄから物体８の容器７に対する位置を正確に検出でき
る。
【００１７】
【発明の効果】この発明によれば、特定の角度で入射す
る光束のみを用いて結像させるので、光散乱媒体中に存
在する物体の像を明瞭に可視化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例の構成説明図である。
【図２】この発明の実施例の空間フィルターの正面図で
ある。
【図３】この発明の実施例におけるＣＲＴで表示した中
間調画像を表す写真である。
【図４】比較例におけるＣＲＴで表示した中間調画像を
表す写真である。
【図５】この発明の実施例における断層撮像の説明図で
ある。
【図６】この発明の実施例における断層撮像の説明図で
ある。
【図７】この発明の実施例における断層撮像の説明図で
ある。
【図８】この発明の実施例におけるＣＲＴで表示した中
間調画像を表す写真である。
【図９】この発明の実施例におけるＣＲＴで表示した中
間調画像を表す写真である。
【図１０】この発明の実施例におけるＣＲＴで表示した
中間調画像を表す写真である。
【符号の説明】
１ 光学システム ２ 対物レンズ ３ 結像レンズ ４ 空間フィルター ５ 撮像素子 ６ 光散乱媒体 ７ ガラス透明容器 ８ 物体 ９ 光源

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 対物レンズと、対物レンズの光軸上に設
    けた結像レンズと、対物レンズと結像レンズとの間の光
    軸上に設けた空間フィルターと、結像レンズの形成する
    像を撮像するための撮像素子を備え、 空間フィルターは光軸から離れた第１部分と光軸に近い
    第２部分とからなり、前記第１部分は光を透過し、前記
    第２部分は光を遮光するように構成されてなる光散乱媒
    体中物体の可視化光学システム。
  2. 【請求項２】 撮像素子は、対物レンズから測定対象物
    までの距離を変化させることによって断層撮像を行うこ
    とができることを特徴とする請求項１記載の光散乱媒体
    中物体の可視化光学システム。
  3. 【請求項３】 対物レンズと結像レンズは、対物レンズ
    の後焦点と結像レンズの前焦点が一致するように配置さ
    れてなる請求項１記載の可視化光学システム。
  4. 【請求項４】 空間フィルターは、対物レンズの後焦点
    に設置されてなる請求項３記載の可視化光学システム。
  5. 【請求項５】 空間フィルターは、光を透過させる環状
    スリットを備えた遮光板からなる請求項１記載の可視化
    光学システム。
  6. 【請求項６】 空間フィルターは、交換可能に設けられ
    てなる請求項１記載の可視化光学システム。
  7. 【請求項７】 空間フィルターは、電気信号により局部
    的に光透過率を変化できる透過型液晶パネルからなる請
    求項１記載の可視化光学システム。
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