JP2002243633A - 光コンピュータ画像化装置 - Google Patents

光コンピュータ画像化装置

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JP2002243633A
JP2002243633A JP2001034420A JP2001034420A JP2002243633A JP 2002243633 A JP2002243633 A JP 2002243633A JP 2001034420 A JP2001034420 A JP 2001034420A JP 2001034420 A JP2001034420 A JP 2001034420A JP 2002243633 A JP2002243633 A JP 2002243633A
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laser
light
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optical
photodetector
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JP2001034420A
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Inventor
Koki Shimizu
幸喜 清水
Daisuke Hirao
大輔 平尾
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Institute of Research and Innovation
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Institute of Research and Innovation
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のものに比べて簡単な装置構成で透過性
が高い低出力のレーザ光を用いて比較的厚い生体試料へ
適用可能な光コンピュータ画像化装置を提供する。 【解決手段】 光コンピュータ画像化装置は、半導体レ
ーザ励起固体レーザ、好ましくは連続発振型マイクロチ
ップレーザからなるレーザ発信器と、該レーザ発振器か
ら出力されたレーザ光の周波数を変換する光周波数変換
器と、該光周波数変換器によって周波数変換されたレー
ザ光が試料に照射された後、該試料から透過された光が
レーザ発振器に戻ることによって変調されたレーザ光を
検知する光検出器とを有し、光検出器によって検出され
た検出結果をもとに、試料中に含まれる所定物質の分布
を画像化する。

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、半導体レーザ励
起固体レーザ、特に連続発振型マイクロチップレーザか
ら発振されるレーザ光を用いた光コンピュータ画像化装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から試料の内部構造を非破壊で分析
する方法であるX線コンピュータ画像化装置(X線CT
装置)が知られている。例えば、医療分野では、人体に
多数の方向からX線を照射し、透過してきたX線のデー
タを元にして人体の断層を画像化する。したがって、身
体にメスをいれることなく人体深部の診断が容易にでき
る。しかし、このような装置はX線を用いるため、人体
の放射線被爆が問題となる。
【0003】そこで、X線の代わりにレーザ光を用いる
光コンピュータ画像化装置(以下、光CT装置ともい
う)が開発されている。その一例を以下説明する。
【0004】図4は、特開平2−150747号公報に
開示された従来の光CT装置の一例の概略的構成を説明
するためのブロック図である。図において、41はレー
ザ装置、42は偏光ビームスプリッタ(PBS)、4
3’,43,49,50はミラー、44は周波数変換
器、45は試料、46,48,51,52はレンズ、4
7はアパーチャ、53はハーフミラー、54は光電検出
器、56は選択レベル測定器、57は試料台、58は試
料台制御装置、59はコンピュータ、60はモニタであ
る。
【0005】図4に示すように、従来の光CT装置は、
はじめにレーザ装置41から射出されたレーザ光をPB
S42によって2つの光(以下、レーザ光L1及びレー
ザ光L2とする)に二分する。レーザ光L1はミラー4
3により、例えば音響光学素子等からなる周波数変換器
44へ導かれ、Δωだけ周波数偏移され、ミラー43’
により試料45に照射される。試料45を透過した散乱
レーザ光はレンズ46によりその後側焦点位置に置かれ
たアパーチャ47の上に集束される。アパーチャ47を
透過した光は、アパーチャ47の位置を前側焦点位置と
するレンズ48により平行光束とされ、レンズ48の開
口径とアパーチャ47の径により決まる回折限界径の平
行光束L3に変換される。これら光学系により全方位に
散乱する光軸から外れた散乱光はカットされ、試料の光
吸収情報を帯びた直進成分のみが抽出される。
【0006】同様の検出を、試料台57をレーザ光光軸
と垂直なX方向に走査しながら行う。次に、試料台57
をθの方向にΔθだけ回転させ、上述と同様にX方向の
走査と検出を行う。
【0007】以上の走査をθの角度が0°〜350°に
わたり行う。試料台57のX線走査及びθ回転は試料台
制御装置58により行われ、その位置信号は選択レベル
測定器からの信号と共にコンピュータ59に入力され
る。コンピュータ59では上述の走査で得られた投影デ
ータから画像再生の計算を行い、モニタ60上に再生像
を構成する。
【0008】このように特開平2−150747号公報
に開示された従来の光CT装置は、ヘテロダイン計測に
もとづくものであり、レーザ光を試料に照射し、その透
過光と参照光とを光混合し、光ヘテロダイン検波により
光散乱体中を透過したレーザ光より特定方向の直進成分
のみの透過率を測定し、試料の特定物質分布の断層像を
得る。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平2−1
50747号公報に開示された従来の光CT装置は、ヘ
テロダイン計測にもとづくものなので、レーザ装置から
出射した光を2つに分割した後に2つのレーザ光を干渉
させるために2つの波面を正確に合わせなければならな
い。したがって、波面調整用レンズ系や光軸の厳密な調
整といった時間と労力とを費やす作業を必要とするとい
う解決すべき問題を有する。また、干渉したレーザ光を
検出器で直接受光するため感度が低く、比較的厚みの少
ない試料に利用範囲が限定されるという解決すべき問題
も有する。
【0010】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、従来の光CT装置より構成が簡単
で、またその操作も従来に比べて容易であり、しかも比
較的厚い生体試料への適用が可能な光コンピュータ画像
化装置を得ることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明に係る光コンピ
ュータ画像化装置は、半導体レーザ励起固体レーザから
なるレーザ発振器と、該レーザ発振器から出力されたレ
ーザ光の周波数を変換する光周波数変換器と、前記光周
波数変換器によって周波数変換された前記レーザ光が試
料に照射された後、該試料から透過された光が前記レー
ザ発振器に戻ることによって変調されたレーザ光を検知
する光検出器とを有し、前記光検出器によって検出され
た検出結果をもとに、前記試料中に含まれる所定物質の
分布を画像化するようにしたものである。
【0012】この発明に係る光コンピュータ画像化装置
は、試料を透過した光をレーザ発振器に戻す経路が設け
られ、前記レーザ発振器内で前記光が強度変調された後
に光検出器に送れるようにしたものである。
【0013】この発明に係る光コンピュータ画像化装置
は、前記半導体レーザ励起固体レーザを連続発振型マイ
クロチップレーザとしたものである。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態1.図1は、この発明の実施の形態1にもと
づく光CT装置の概略的構成を説明するためのブロック
図である。また、図2は図1の光CT装置に適用される
レーザ発振器の構成を説明するためのブロック図であ
る。図1において、1は半導体レーザ励起固体レーザ
(好ましくは連続発振型マイクロチップレーザ)からな
るレーザ発振器、2はレーザ発振器1から出射されるレ
ーザ光、3は光周波数変換器、4は伝送ミラー、5は測
定試料、6はミラー、7はビームスプリッタ、8は光検
出器、9はコンピュータである。また図2において、1
0は固体結晶、11は集光レンズ、12は励起用半導体
レーザ、13は該励起用半導体レーザの電源である。
【0015】はじめに、レーザ発振器1を構成する半導
体レーザ励起固体レーザは、それ自身安定で高効率のレ
ーザである半導体レーザを励起光として用い、さらに安
定なレーザに仕上げたもので、発振効率も他のレーザに
比べて高く、小型で高出力、長寿命である。この実施の
形態では、半導体レーザ励起固体レーザとして連続発振
型マイクロチップレーザを用いる。連続発信型マイクロ
チップレーザは、厚さが数mm以下の固体結晶10、例
えば厚さが数mm程度のNd:YAG、YVO、LNP
等からなる固体結晶10をレーザ媒質として用い、これ
に電源13によって駆動される励起用半導体レーザ12
からの励起光を集光レンズ11を介して照射することに
よってレーザ発振を起こさせる。このような連続発振型
マイクロチップレーザは、レーザ光2の波長が約1,0
00nm乃至1,500nmの範囲であり、生体透過性
が高く、高効率かつ長励起寿命で安定して発振されるも
のなので、微弱な戻り光に対する強度変調感度が非常に
高く、さらに病院内の心電図装置等に影響を及ぼさない
という特徴を有する。
【0016】測定試料5を透過する光は、吸収と散乱と
によって非常に強度が低くなる。したがって、光CT装
置の性能はどこまでこの微弱な光を検知できるかにかか
っている。そこで、レーザ発振器1から出射されたレー
ザ光2を光周波数変換器3によってその周波数をわずか
にずらして測定試料5に照射する。すなわち、レーザ発
振器1から出力されたレーザ光2は、光周波数変換器3
によって元の周波数(f0)から僅かに波長がずれた周
波数(f0+Δf)のレーザ光2’となって伝送ミラー
4を介して生体組織からなる測定試料5に照射される。
測定試料5を通過した光がミラー6を介してレーザ発振
器1に戻されると、戻された光によってレーザ発振器1
内部の利得が変化し、元のレーザ光の強度が戻りの光の
強度に応じて変調される(この時、戻り光の周波数が元
のレーザ光の周波数からずれている必要がある)。変調
されたレーザ光はビームスプリッタによって光検出器8
に導かれる。
【0017】このように、測定試料5を透過したレーザ
光2の光パルスの時間的強度変化が光検出器8で検出さ
れ、その検出結果は光検出器8からコンピュータ9へ送
られる。また、レーザ発振器1又は測定試料5を不図示
の手段を用いて2次元もしくは3次元的に移動させるこ
とでレーザ光2を測定試料5に対して様々な角度から照
射する。照射されたレーザ光は測定試料5を透過するこ
とによって光検出器8によって検出され、その検出結果
がさらにコンピュータ9に送られて測定試料5中の所定
物質の濃度分布を画像化したCT画像が形成される。
【0018】以上のように、この実施の形態1によれ
ば、生体組織に対する透過性が優れた低出力の連続発振
型マイクロチップレーザを用い、また干渉法ではないた
め波面調節用レンズ系や光軸の調節といった作業を必要
とせず、さらにほんの僅かな光がレーザ発振器1に戻る
だけでレーザ強度が大きく変調するので、従来のものに
比べて簡単な装置構成で透過性が高い低出力のレーザ光
を用いて比較的厚い生体試料への適用が可能な光CT装
置を提供することが可能となる。
【0019】実施の形態2.図3は、この発明の実施の
形態2にもとづく光CT装置の概略的構成を説明するた
めのブロック図である。図において、1は連続発振マイ
クロチップレーザからなるレーザ発振器、2はレーザ発
振器1から出射されるレーザ光、3は光周波数変換器、
5は測定試料、6はミラー、7はビームスプリッタ、8
は光検出器、9はコンピュータである。
【0020】この実施に形態では、実施の形態1と同様
に、レーザ発振器1から出力されたレーザ光2は、光周
波数変換器3によって元の周波数(f0)から僅かに波
長がずれた周波数(f0+Δf)のレーザ光2’となっ
て生体組織からなる測定試料5に照射される。測定試料
5を通過した光はミラー6を介して再び測定試料5を透
過してレーザ発振器1に戻される。戻されたレーザ光に
よってレーザ発振器1内部の利得が変化し、元のレーザ
光の強度が大きく変調される。変調されたレーザ光は再
レーザ発振器1から出力されてビームスプリッタ7によ
って光検出器8に導かれる。
【0021】このように、測定試料5を透過したレーザ
光2の光パルスの時間的強度変化が光検出器8で検出さ
れ、その検出結果は光検出器8からコンピュータ9へ送
られる。また、レーザ発振器1又は測定試料を不図示の
手段を用いて2次元もしくは3次元的に移動させること
でレーザ光2を測定試料5に対して様々な角度から照射
する。照射されたレーザ光は測定試料5を透過して光検
出器8によって検出され、その検出結果がさらにコンピ
ュータ9に送られて測定試料5中の所定物質の濃度分布
を画像化すCT画像が形成される。
【0022】以上のように、この実施の形態2によれ
ば、実施例1と同様の効果に加えて、測定試料5を透過
したレーザ光2が再び測定試料5を透過するので、伝送
ミラーを必要とせず、装置全体の構成を簡略化すること
が可能となる。
【0023】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、半導
体レーザ励起固体レーザからなるレーザ発振器と、該レ
ーザ発振器から出力されたレーザ光の周波数を変換する
光周波数変換器と、前記光周波数変換器によって周波数
変換された前記レーザ光が試料に照射された後、該試料
から透過された光が前記レーザ発振器に戻ることによっ
て変調されたレーザ光を検知する光検出器とを有し、前
記光検出器によって検出された検出結果をもとに、前記
試料中に含まれる所定物質の分布を画像化するようにし
たものなので、従来のものに比べて簡単な装置構成で透
過性が高い低出力のレーザ光を用いて比較的厚い生体試
料への適用を図ることができる効果がある。
【0024】この発明によれば、試料を透過した光をレ
ーザ発振器に戻す経路が設けられ、前記レーザ発振器内
で前記光が強度変調された後に光検出器に送られるよう
にしたものなので、レーザ発振器外部での強度変調に比
べて大きく変調することが可能であるという効果があ
る。
【0025】この発明によれば、連続発振型マイクロチ
ップレーザを用いることで、他のレーザに比べて微弱光
に対する変調感度が非常に大きいという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にもとづく光コンピュータ画像化装置の
一例の概略的構成を説明するためのブロック図である。
【図2】本発明にもとづく光コンピュータ画像化装置に
適用されるレーザ発振器の一例を説明するためのブロッ
ク図である。
【図3】本発明にもとづく光コンピュータ画像化装置の
別の例の概略的構成を説明するためのブロック図であ
る。
【図4】従来の光コンピュータ画像化装置の一例の概略
的構成を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
1 レーザ発振器 2 レーザ光 3 光周波数変換器 4 伝送ミラー 5 測定試料 6 ミラー 7 ビームスプリッタ 8 光検出器 9 コンピュータ 10 固体結晶 11 集光レンズ 12 励起用半導体レーザ 13 電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2G059 AA05 BB12 EE01 FF02 GG01 GG08 GG09 HH01 JJ13 JJ22 JJ30 KK01 LL01 5F072 AB02 AB20 JJ20 KK15 KK30 PP07 QQ01 RR01 YY01

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体レーザ励起固体レーザからなるレ
    ーザ発振器と、 該レーザ発振器から出力されたレーザ光の周波数を変換
    する光周波数変換器と、 前記光周波数変換器によって周波数変換された前記レー
    ザ光が試料に照射された後、該試料から透過された光が
    前記レーザ発振器に戻ることによって変調されたレーザ
    光を検知する光検出器とを有し、 前記光検出器によって検出された検出結果をもとに、前
    記試料中に含まれる所定物質の分布を画像化することを
    特徴とする光コンピュータ画像化装置。
  2. 【請求項2】 試料を透過した光をレーザ発振器に戻す
    経路が設けられ、前記レーザ発振器内で前記光が強度変
    調された後に光検出器に送られることを特徴とする請求
    項1に記載の光コンピュータ画像化装置。
  3. 【請求項3】 前記半導体レーザ励起固体レーザが連続
    発振型マイクロチップレーザであることを特徴とする請
    求項1又は請求項2記載の光コンピュータ画像化装置。
JP2001034420A 2001-02-09 2001-02-09 光コンピュータ画像化装置 Pending JP2002243633A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005537476A (ja) * 2002-08-30 2005-12-08 メディカル リサーチ カウンシル 光学投影断層撮影

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