CN102176854A

CN102176854A - 光旋转探测器

Info

Publication number: CN102176854A
Application number: CN2009801397839A
Authority: CN
Inventors: 大泽聪
Original assignee: Konica Minolta Opto Inc
Current assignee: Konica Minolta Opto Inc
Priority date: 2008-10-20
Filing date: 2009-09-10
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2029-09-10
Also published as: WO2010047190A1; JP5477294B2; US8602975B2; US20120008898A1; CN102176854B; JPWO2010047190A1

Abstract

探测器(50)用于朝向测定对象物照射光，并接收来自测定对象物的返回光，其具备：用于传输来自光源(10)的光的光路(21)、用于反射由光路(21)传输的光的反射镜部件(52)、以及用于使光路(21)的前端部及反射镜部件(52)绕光路(21)的长轴旋转振动的旋转振动机构(56)，旋转振动机构(56)在光路(21)的扭转弹性限度的范围内进行旋转振动。根据这样的结构，可抑制光的损耗或反射重影，用简单的机构可获得可靠性高的光旋转探测器。

Description

光旋转探测器

技术领域

本发明涉及光旋转探测器，其适于例如光相干断层图像化(OCT：Optical Coherent Tomography)装置等，用于朝向测定对象物照射光，并接收来自测定对象物的返回光。

背景技术

近年来，在对活体组织进行诊断的情况下，除了获得其组织表面状态的光学信息的成像装置以外，还提出了可得到组织内部的光学信息的光相干断层图像化(OCT：Optical Coherent Tomography)装置。所谓光相干断层图像化装置，采用如下技术，即，将低干涉性光进行二分割，将其中一部分的光照射到被检体上，使附加有被检体的相位信息的返回散射光与其中另一部分的光发生干涉，根据干涉光的强度信息获得被检体的相位信息，将被检体的测定部位图像化(例如参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：(日本)特表平6-511312号公报

专利文献2：(日本)特开2007-222381号公报(图14)

专利文献3：(日本)特开2006-95143号公报(图2)

专利文献4：(日本)特开平4-135550号公报(图6)

专利文献5：美国专利第5872879号说明书

专利文献6：美国专利第5949929号说明书

在利用光信号诊断血管等纤细的活体组织时，通常使用采用光纤等的可弯曲的细径光探测器，通过进行探测器的绕轴旋转扫描，可以获得血管内壁或其截面的图像。在采用这种旋转扫描式光探测器的情况下，以往，在探测器的光纤光路中设置机械性断点，将其中一方固定，使其中另一方旋转，可以进行360度全周扫描。

然而，为了在断点附近抑制光的损耗或光的反射，需要复杂的机构。此外，在获得OCT那样的断层图像的情况下，需要以高精度抑制断点处旋转时的光程长度度变化，从而导致部件成本增加或降低装置可靠性。

在专利文献2、3中，将光纤探测器和前端的反射镜机械性分离，使反射镜旋转来实现旋转扫描。然而，由于需要在探测器前端部配置反射镜旋转机构，并且需要高精度地维持反射镜和探测器端面的位置，因此无法避免探测器前端部的大型化。

在专利文献4中，将由透镜聚光后的光导入旋转光纤探测器。但是，为了有效地向旋转探测器导入光，需要高精度地调节探测器的旋转位置和透镜的聚光位置，并且探测器入射端面的反射较大，导致增大噪声。

在专利文献5，6中，将光纤耦合部分作为套箍构成。然而，需要高精度地调节轴向距离，并且由于端面彼此抵接而存在破损的可能性，可靠性较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种可抑制光的损耗或反射重影的、结构简单、可靠性高的光旋转探测器。

为了实现上述目的，本发明提供一种光旋转探测器，用于朝向测定对象物照射光，并接收来自测定对象物的返回光，其特征在于，具备：用于传输来自光源的光的导光路、用于反射由导光路传输的光的反射镜部件、以及用于使导光路的前端部及反射镜部件绕导光路的长轴旋转振动的旋转振动机构，旋转振动机构在导光路的扭转弹性限度的范围内进行旋转振动。

在本发明中，优选的是，在导光路的中途具备用于限制扭转范围的固定保持部件。

在本发明中，优选的是，导光路的进行扭转振动的部分是松弛的。

在本发明中，优选的是，在扭转振动的恒速旋转区间进行测定，在非恒速旋转区间不进行测定。

在本发明中，优选的是，还具备用于传输来自测定对象物的返回光的第二导光路。

在本发明中，优选的是，各导光路被收纳在单一的弯曲性柔软部件之中。

在本发明中，优选的是，旋转振动机构使各导光路相对于弯曲性柔软部件一体进行旋转振动。

发明效果

根据本发明，由于使导光路的前端部及反射镜部件在导光路的扭转弹性限度的范围内进行旋转振动，因此，不需要在导光路的中途设置机械断点。因此，能够抑制机械断点引起的光的损耗或反射重影，从而能够实现低成本、可靠性高的旋转扫描。

附图说明

图1是可适用本发明的光断层测定装置一例的结构图。

图2是表示第一实施方式的探测器的结构图。

图3是表示第二实施方式的探测器的结构图。

图4是表示第三实施方式的探测器的结构图。

图5是表示第四实施方式的探测器的结构图。

标记说明

10-光源

11、21、31、41a、41b-光路

12、40-耦合器

21a-扭转部

21b-松弛部

22、32-循环器

25-固定保持部件

30-参考反射镜

33-衰减器42a、42b-差动检测器

50-探测器

51-物镜

52-反射镜部件

55-旋转保持部件

56-旋转振动机构

57-护套

58-护套保持部件

具体实施方式

(第一实施方式)

图1是表示可适用本发明的光断层测定装置一例的结构图。光断层测定装置作为采用低相干光源的迈克尔逊干涉仪构成，其包括：光源10；耦合器12；循环器22、32；衰减器33；探测器50；参考反射镜30；耦合器40；差动检测器42a、42b；以及多个光路11、21、31、41a、41b等。光路11、21、31、41a、41b包含挠性的单一模式光纤。

光源10由SLD等构成，例如，其发出中心波长为1.3μm、振荡光谱宽度约为50nm的低相干光。来自光源10的光通过光路11到达耦合器12。

耦合器12由光纤耦合器或分束器等构成，作为将来自光路11的光朝向光路21、31按规定比例进行分割的光分割单元发挥功能。

被耦合器12分割的试样光通过光路21及循环器22到达探测器50。探测器50朝向测定对象物照射试样光。对应于测定对象物的内部结构反射的试样返回光再次入射到探测器50，在光路21中逆行并通过循环器22到达耦合器40。

被耦合器12分割的参考光通过光路31、循环器32及衰减器33到达参考反射镜30。由参考反射镜30反射的参考返回光在光路31中逆行并通过衰减器33及循环器32到达耦合器40。

分别在光路21、31中逆行的试样返回光及参考返回光由耦合器40混合而产生干涉光。耦合器40由光纤耦合器或分束器等构成，具备作为使在各光路21、31中逆行的光进行干涉的光干涉单元发挥功能。干涉光从光路41a、41b通过而分别到达差动检测器42a、42b。差动检测器42a、42b输出两个干涉信号的差值。

来自差动检测器42a、42b的信号在被实施各种噪声除去或过滤处理并被转换为数字信号后，被保存在个人计算机等信号处理装置中。信号处理装置利用保存的数据根据后述的光断层测定方式建立光断层图像。

光断层测定的方式大致分为时域OCT(TD-OCT)和傅里叶域OCT(FD-OCT)，进而，傅里叶域OCT可分为波长扫描式OCT(SS-OCT)和分光器式OCT(SD-OCT)。时域OCT，在光路21及光路31的任一方或双方设置光相位调制器，根据扫描信号调制光的相位。波长扫描式OCT，使用可变波长光源作为光源10，根据扫描信号调制光的波长。分光器式OCT，使用衍射光栅将试样返回光及参考返回光的干涉光进行分光，用线性图像传感器测量其分光光谱。

本发明能够适用于上述的任何方式，但在参考光路内不需要使光程长度所时间变化的机构这一点上，优选的是波长扫描式OCT或分光器式OCT。

在本实施方式中，通过对试样返回光和参考返回光的干涉信号进行差动检测，使来自试样光路的光和来自参考光路的光在耦合器40发生干涉后的信号成为反相信号，从而，由于差动检测使信号强度被增强。另一方面，例如在配置于试样光路内的棱镜等的光学面产生的重影引起的干涉信号由于仅在耦合器40被分割，因此变为相同相位，通过差动检测可以减少噪声信号，其结果，可获得良好的断层图像。

此外，由于采用试样光和参考光由不同的光纤进行传输的结构，因此，可以仅在参考侧光路31中插入衰减器33。因此，能够容易实现参考返回光的光量控制，从而实现最适合干涉的光量调节。此外，由于试样光和参考光通过不同的光路，因此，还能够除去在试样光路内产生的重影光。

图2是表示第一实施方式的探测器的结构图。探测器50具备：由光纤构成的光路21、物镜51、反射镜部件52、旋转保持部件55、以及旋转振动机构56等。

物镜51由例如折射率分布型(GRIN)透镜或曲面透镜等构成，在光路21的前端抵接物镜51的入射面的状态被固定。反射镜部件52例如由反射棱镜等构成，在物镜51的出射面抵接反射镜部件52的入射面的状态被固定。

来自光源10的试样光通过光路21由物镜51聚光，并在反射镜部件52被反射，对测定对象物进行光点照射。对应于测定对象物内部结构而反射的试样返回光再次入射到反射镜部件52，在物镜51及光路21中逆行，通过图1所示的循环器22返回耦合器40。

旋转保持部件55是由金属或塑料等硬材料、或可弯曲的柔软材料构成的空心圆筒状部件，在其前端内部固定有物镜51及反射镜部件52。与物镜51的出射面相对的部分，以光可通过的方式设有开口或由透明材料构成的窗口。旋转保持部件55按照能够绕圆筒的长轴旋转的方式被支承。

旋转振动机构56由电机等构成，其经由旋转保持部件55使物镜51及反射镜部件52绕光路21的长轴旋转振动，对存在于旋转保持部件55周围的测定对象物进行圆筒扫描。此时，由于在光路21的扭转弹性限度的范围内进行旋转振动，因此，不需要在光路21的中途设置现有那样的机械断点。因此，可抑制机械断点引起的光的损耗或反射重影，以低成本就可以得到可靠性高的旋转扫描。

此外，光路21由光纤构成，由此可以降低光路21的光的传输损耗，并且可以自由地进行弯曲，从而适用于内窥镜或血管导管。

在对试样返回光及参考返回光的干涉信号进行处理时，优选在扭转振动的恒速旋转区间进行测定，而不在非恒速旋转区间进行测定。由此，可减少建立光断层图像时所需要的图像处理的计算量，因此，能够更高速地取得图像，可以减少图像处理所需要的数据存储区域。

因此，优选的是设置检测旋转保持部件55或旋转振动机构56等进行旋转的部件的旋转角度的检测器。由此，能够判定扭转振动的恒速旋转区间。此外，即使旋转速度发生变化的情况下，也可以根据旋转位置信息修正测定点的位置偏差并进行图像输出，因此，可以降低因旋转速度变化而产生的图像变形。

(第二实施方式)

图3是表示第二实施方式的探测器的结构图。探测器50具备：由光纤构成的光路21、物镜51、反射镜部件52、旋转保持部件55、旋转振动机构56、护套57、护套保持部件58等。关于试样光的旋转扫描的结构及动作，由于与图2的第一实施方式同样，因此省略其重复说明。

护套57是由金属或塑料等硬材料、或可弯曲的柔软材料构成的空心圆筒状部件，在其内部以可旋转的方式支承有旋转保持部件55。护套保持部件58固定护套57，并限制护套57的旋转运动。

在本实施方式中，在光路21的中途设置有用于限制扭转范围的固定保持部件25。通过固定保持部件25的设置，限定光路21整体中产生扭转振动的扭转部21a的区域。因此，可减小光路21的姿势变化或弯曲引起的弹性限度的变化，容易进行扭转旋转量的最大值的设定。

(第三实施方式)

图4是表示第三实施方式的探测器的结构图。探测器50具备：由光纤构成的光路21、物镜51、反射镜部件52、旋转保持部件55、旋转振动机构56、护套57、护套保持部件58等。关于试样光的旋转扫描的结构及动作，由于与图2的第一实施方式同样，因此省略其重复说明。此外，关于护套57的结构，由于与图3的第二实施方式同样，因此省略其重复说明。

在本实施方式中，也与第二实施方式同样，在光路21的中途设置有用于限制扭转范围的固定保持部件25。通过固定保持部件25的设置，来限定光路21整体中产生扭转振动的扭转部21a的区域。因此，可减小光路21的姿势变化或弯曲引起的弹性限度的变化，容易进行扭转旋转量的最大值的设定。

此外，优选的是在光路21的中途设置松弛部21b。由此，能够增大在扭转振动的弹性限度内的旋转量，因此，可以加快旋转速度，或进行多次旋转。此外，如图4所示，优选的是松弛部21b做成线圈形状，由此，可以用小的空间增加扭转旋转容许量，实现探测器50的小型化。

(第四实施方式)

本发明除了OCT用探测器以外，还可以应用到荧光测定、分光测定或共焦点扫描探测器。在这些探测器的情况下，由于需要对来自照明测定物的光源的光进行导光的光源光导光用光纤、以及将来自被照明的测定物的荧光或散射光导向光检测器或分光器的测定光导光用光纤共计两根光纤，因此，通常难以对测定区域进行旋转扫描。

本实施方式中，通过使两根光纤在弹性限度内进行扭转振动，不必对旋转部和固定部的连接部分进行特别的设计，就可以获得旋转扫描画像。

图5是表示第四实施方式的探测器的结构图。探测器50具备：由光纤构成的两个光路21、61；物镜51；反射镜部件52；旋转保持部件55；旋转振动机构56；护套57；护套保持部件58等。关于试样光的旋转扫描的结构及动作，与图2的第一实施方式同样，因此省略其重复说明。

来自光源10的试样光从光路21通过而被物镜51聚光，并由反射镜部件52反射，对测定对象物进行光点照射。由于光点照射产生的反射光或荧光成为试样返回光再次入射到反射镜部件52，通过物镜51及第二光路61并由光检测器60接收。所检测到的信号被供给计算机等信号处理装置，进行光强度的变化或分光光谱等的测定。

这样，由于是试样光和试样返回光由不同的光路21、61进行传输的结构，因此，在其中任意一光路中都能够插入衰减器，因此，可以容易实现每个光路独立的光量控制，实现最适合干涉的光量调节。进而，由于试样光和试样返回光通过不同的光路，因此，还能够除去在试样光路内产生的重影光。

旋转保持部件55一体收纳两个光路21、61，并且在其前端内部固定物镜51及反射镜部件52。

旋转振动机构56由电机等构成，其经由旋转保持部件55使物镜51及反射镜部件52绕光路21、61的长轴旋转振动，对存在于旋转保持部件55周围的测定对象物进行圆筒扫描。此时，由于在光路21、61的扭转弹性限度的范围内进行旋转振动，因此，不需要在光路21、61的中途设置现有技术那样的机械断点。因此，可抑制起因于机械断点引起的光的损耗或反射重影，能够以低成本实现可靠性高的旋转扫描。

护套57是由金属或塑料等硬材料、或可弯曲的柔软材料构成的空心圆筒状的单一部件，在其内部以可旋转的方式支承旋转保持部件55。护套保持部件58固定护套57，并限制护套57的旋转运动。

在本实施方式中，由于将两个光路21、61收纳在单一的护套57中，因此，有利于探测器50的使用。此外，由于旋转振动机构56使各光路21、61相对于护套57一体地进行旋转振动，因此，可以减小在旋转扫描时对测定对象物的影响。此外，不会给测定对象物施加负载，可以实现顺畅的旋转扫描。

在本实施方式中，也与第二及第三实施方式同样，在光路21、61的中途设置有用于限制扭转范围的固定保持部件25。通过固定保持部件25的设置，限定光路21、61整体中产生扭转振动的扭转部21a、61a的区域。因此，能够减小光路21、61的姿势变化或弯曲带来的弹性限度的变化，容易进行扭转旋转量的最大值的设定。

产业上的可利用性

本发明在以简单的机构可提供可靠性高的光旋转探测器方面，在产业上极其有用。

Claims

1.一种光旋转探测器，用于朝向测定对象物照射光，并接收来自测定对象物的返回光，其特征在于，具备：

用于传输来自光源的光的导光路、

用于反射由导光路传输的光的反射镜部件、以及

用于使导光路的前端部及反射镜部件绕导光路的长轴旋转振动的旋转振动机构，

旋转振动机构在导光路的扭转弹性限度的范围内进行旋转振动。

2.如权利要求1所述的光旋转探测器，其特征在于，

在导光路的中途具备用于限制扭转范围的固定保持部件。

3.如权利要求1所述的光旋转探测器，其特征在于，

导光路的进行扭转振动的部分是松弛的。

4.如权利要求1所述的光旋转探测器，其特征在于，

在扭转振动的恒速旋转区间进行测定，在非恒速旋转区间不进行测定。

5.如权利要求1所述的光旋转探测器，其特征在于，

还具备用于传输来自测定对象物的返回光的第二导光路。

6.如权利要求5所述的光旋转探测器，其特征在于，

各导光路被收纳在单一的弯曲性柔软部件之中。

7.如权利要求6所述的光旋转探测器，其特征在于，

旋转振动机构使各导光路相对于弯曲性柔软部件一体进行旋转振动。