JP2003307485A - 光波断層画像測定用高空間分解能合成光源 - Google Patents
光波断層画像測定用高空間分解能合成光源Info
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- JP2003307485A JP2003307485A JP2002112854A JP2002112854A JP2003307485A JP 2003307485 A JP2003307485 A JP 2003307485A JP 2002112854 A JP2002112854 A JP 2002112854A JP 2002112854 A JP2002112854 A JP 2002112854A JP 2003307485 A JP2003307485 A JP 2003307485A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体素子の限られた光学特性を超えて、さ
らなる高空間分解能を実現することができる光波断層画
像測定用高空間分解能合成光源を提供する。 【解決手段】 光波断層画像測定用高空間分解能合成光
源において、励起光により第１のレーザ結晶１と第２の
レーザ結晶２を励起して得られる蛍光を励起光カットフ
ィルター７で励起光をカットし合成された蛍光のみを用
いる。
らなる高空間分解能を実現することができる光波断層画
像測定用高空間分解能合成光源を提供する。 【解決手段】 光波断層画像測定用高空間分解能合成光
源において、励起光により第１のレーザ結晶１と第２の
レーザ結晶２を励起して得られる蛍光を励起光カットフ
ィルター７で励起光をカットし合成された蛍光のみを用
いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光波断層画像測定
用高空間分解能合成光源に係り、特に多蛍光源による光
波断層画像測定用高空間分解能合成光源に関するもので
ある。
用高空間分解能合成光源に係り、特に多蛍光源による光
波断層画像測定用高空間分解能合成光源に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来、このような分野の技術文献として
は、以下に挙げられるようなものがあった。
は、以下に挙げられるようなものがあった。
【０００３】〔１〕Ｂｒｅｔｔ Ｅ．Ｂｏｕｍａ，Ｌｙ
ｎｎ Ｅ．Ｎｅｌｓｏｎ，Ｇｕｉｌｌｅｒｍｏ Ｊ．Ｔ
ｅａｒｎｅｙ，Ｄａｖｉｄ Ｊ．Ｊｏｎｅｓ，Ｍａｒｋ
Ｅ．Ｂｒｅｚｉｎｓｋｉ， ａｎｄ Ｊａｍｅｓ
Ｇ．Ｆｕｊｉｍｏｔｏ，“Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒ
ｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｍａｇｉｎｇｏ
ｆ Ｈｕｍａｎ Ｔｉｓｓｕｅ ａｔ １．５５μｍ
ａｎｄ １．８１μｍＵｓｉｎｇ Ｅｒ− ａｎｄ Ｔ
ｍ−ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｓｏｕｒｃｅｓ”，Ｊｏ
ｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｏｐｔｉｃ
ｓ Ｖｏｌ．３，Ｎｏ．１，Ｊａｎｕａｒｙ １９９
８，ｐｐ．７６−７９ 〔２〕Ｍａｒｖｉｎ Ｊ．Ｗｅｂｅｒ，Ｐｈ．Ｄ．“Ｈ
ａｎｄｂｏｏｋ ｏｆＬａｓｅｒｓ”，ＣＲＣ Ｐｒｅ
ｓｓ，ｐｐ．１２−１３ 〔３〕Ｗａｌｔｅｒ Ｋｏｅｃｈｎｅｒ，“Ｓｏｌｉｄ
−Ｓｔａｔｅ Ｌａｓｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎ
ｇ”，Ｔｈｉｒｄ Ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ Ｒｅｖｉｓ
ｅｄ ａｎｄ Ｕｐｄａｔｅｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｓｐ
ｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ，ｐｐ．７４−７９ 〔４〕Ｙａｎ Ｚｈａｎｇ，Ｍａｎａｂｕ Ｓａｔｏ
ａｎｄ Ｎａｏｈｉｒｏ Ｔａｎｎｏ，“Ｒｅｓｏｌｕ
ｔｉｏｎ Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｉｎ Ｏｐｔｉｃ
ａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ｂ
ｙ Ｏｐｔｉｍａｌ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ Ｌｉ
ｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅｓ”，Ｏｐｔｉ
ｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ，Ｏｐ
ｔｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．２６，Ｎｏ．４，Ｆ
ｅｂｒｕａｒｙ １５，２００１，ｐｐ．２０５−２０
７
ｎｎ Ｅ．Ｎｅｌｓｏｎ，Ｇｕｉｌｌｅｒｍｏ Ｊ．Ｔ
ｅａｒｎｅｙ，Ｄａｖｉｄ Ｊ．Ｊｏｎｅｓ，Ｍａｒｋ
Ｅ．Ｂｒｅｚｉｎｓｋｉ， ａｎｄ Ｊａｍｅｓ
Ｇ．Ｆｕｊｉｍｏｔｏ，“Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒ
ｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｍａｇｉｎｇｏ
ｆ Ｈｕｍａｎ Ｔｉｓｓｕｅ ａｔ １．５５μｍ
ａｎｄ １．８１μｍＵｓｉｎｇ Ｅｒ− ａｎｄ Ｔ
ｍ−ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ｓｏｕｒｃｅｓ”，Ｊｏ
ｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｏｐｔｉｃ
ｓ Ｖｏｌ．３，Ｎｏ．１，Ｊａｎｕａｒｙ １９９
８，ｐｐ．７６−７９ 〔２〕Ｍａｒｖｉｎ Ｊ．Ｗｅｂｅｒ，Ｐｈ．Ｄ．“Ｈ
ａｎｄｂｏｏｋ ｏｆＬａｓｅｒｓ”，ＣＲＣ Ｐｒｅ
ｓｓ，ｐｐ．１２−１３ 〔３〕Ｗａｌｔｅｒ Ｋｏｅｃｈｎｅｒ，“Ｓｏｌｉｄ
−Ｓｔａｔｅ Ｌａｓｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎ
ｇ”，Ｔｈｉｒｄ Ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ Ｒｅｖｉｓ
ｅｄ ａｎｄ Ｕｐｄａｔｅｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｓｐ
ｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ，ｐｐ．７４−７９ 〔４〕Ｙａｎ Ｚｈａｎｇ，Ｍａｎａｂｕ Ｓａｔｏ
ａｎｄ Ｎａｏｈｉｒｏ Ｔａｎｎｏ，“Ｒｅｓｏｌｕ
ｔｉｏｎ Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｉｎ Ｏｐｔｉｃ
ａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ｂ
ｙ Ｏｐｔｉｍａｌ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ Ｌｉ
ｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅｓ”，Ｏｐｔｉ
ｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ，Ｏｐ
ｔｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．２６，Ｎｏ．４，Ｆ
ｅｂｒｕａｒｙ １５，２００１，ｐｐ．２０５−２０
７
【０００４】〔６〕Ｙ．Ｊ．Ｒａｏ，Ｙ．Ｎ．Ｎｉｎ
ｇ，ａｎｄ Ｄ．Ａ．Ｊａｃｋｓｏｎ，“Ｓｙｎｔｈｅ
ｓｉｚｅｄ Ｓｏｕｒｃｅ ｆｏｒ Ｗｈｉｔｅ−ｌｉ
ｇｈｔＳｅｎｓｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ”，Ｏｐｔｉｃ
ｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．６，Ｍａｒ
ｃｈ １５，１９９３，ｐｐ．４６２−４６４ 〔７〕Ｄ．Ｎ．Ｗａｎｇ，Ｙ．Ｎ．Ｎｉｎｇ，Ｋ．Ｔ．
Ｖ．Ｇｒａｔｔａｎ，Ａ．Ｗ．Ｐａｌｍｅｒ，ａｎｄ
Ｋ．Ｗｅｉｒ，“Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ Ｍｕｌｔｉｗａ
ｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ Ｓｏｕｒ
ｃｅｓ ｆｏｒＩｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ Ｕｓ
ｅ”，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ，Ｖｏｌ．３３，
Ｎｏ．３１，Ｎｏｖｅｍｂｅｒ １，１９９４，ｐｐ．
７３２６−７３３３ 〔８〕Ａｎｇｅｌａ Ｂａｕｍｇａｒｔｎｅｒ，Ｃｈｒ
ｉｓｔｏｐｈ Ｋ．Ｈｉｔｚｅｎｂｅｒｇｅｒ，Ｈａｒ
ａｌｄ Ｓａｔｔｍａｎｎ，ＷｏｌｆｇａｎｇＤｒｅｘ
ｌｅｒ，ａｎｄ Ａｄｏｌｆ Ｆ．Ｆｅｒｃｈｅｒ，
“Ｓｉｇｎａｌａｎｄ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｅｎｈ
ａｎｃｅｍｅｎｔｓ ｉｎ ＤｕａｌＢｅａｍ Ｏｐｔ
ｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ
ｏｆ ｔｈｅ Ｈｕｍａｎ Ｅｙｅ”，Ｊｏｕｒｎａ
ｌ ｏｆ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｏｐｔｉｃｓ，Ｖｏ
ｌ．３，Ｎｏ．１，Ｊａｎｕａｒｙ １９９８，ｐｐ．
４５−５４ 図１はスペクトル関数とコヒーレンス関数との間のフー
リエ変換による変換の説明図である。
ｇ，ａｎｄ Ｄ．Ａ．Ｊａｃｋｓｏｎ，“Ｓｙｎｔｈｅ
ｓｉｚｅｄ Ｓｏｕｒｃｅ ｆｏｒ Ｗｈｉｔｅ−ｌｉ
ｇｈｔＳｅｎｓｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ”，Ｏｐｔｉｃ
ｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．６，Ｍａｒ
ｃｈ １５，１９９３，ｐｐ．４６２−４６４ 〔７〕Ｄ．Ｎ．Ｗａｎｇ，Ｙ．Ｎ．Ｎｉｎｇ，Ｋ．Ｔ．
Ｖ．Ｇｒａｔｔａｎ，Ａ．Ｗ．Ｐａｌｍｅｒ，ａｎｄ
Ｋ．Ｗｅｉｒ，“Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ Ｍｕｌｔｉｗａ
ｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ Ｓｏｕｒ
ｃｅｓ ｆｏｒＩｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ Ｕｓ
ｅ”，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ，Ｖｏｌ．３３，
Ｎｏ．３１，Ｎｏｖｅｍｂｅｒ １，１９９４，ｐｐ．
７３２６−７３３３ 〔８〕Ａｎｇｅｌａ Ｂａｕｍｇａｒｔｎｅｒ，Ｃｈｒ
ｉｓｔｏｐｈ Ｋ．Ｈｉｔｚｅｎｂｅｒｇｅｒ，Ｈａｒ
ａｌｄ Ｓａｔｔｍａｎｎ，ＷｏｌｆｇａｎｇＤｒｅｘ
ｌｅｒ，ａｎｄ Ａｄｏｌｆ Ｆ．Ｆｅｒｃｈｅｒ，
“Ｓｉｇｎａｌａｎｄ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｅｎｈ
ａｎｃｅｍｅｎｔｓ ｉｎ ＤｕａｌＢｅａｍ Ｏｐｔ
ｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ
ｏｆ ｔｈｅ Ｈｕｍａｎ Ｅｙｅ”，Ｊｏｕｒｎａ
ｌ ｏｆ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｏｐｔｉｃｓ，Ｖｏ
ｌ．３，Ｎｏ．１，Ｊａｎｕａｒｙ １９９８，ｐｐ．
４５−５４ 図１はスペクトル関数とコヒーレンス関数との間のフー
リエ変換による変換の説明図である。
【０００５】スペクトル関数は、ウィーナーキンチンの
定理でコヒーレンス関数と図１に示すようにフーリエ変
換で関係付けられている。よって、スペクトル関数をガ
ウス分布と仮定すると、中心波長λ0 、スペクトル幅Δ
λよりコヒーレンス長ＬC は厳密に後述する式（１）式
で与えられる。
定理でコヒーレンス関数と図１に示すようにフーリエ変
換で関係付けられている。よって、スペクトル関数をガ
ウス分布と仮定すると、中心波長λ0 、スペクトル幅Δ
λよりコヒーレンス長ＬC は厳密に後述する式（１）式
で与えられる。
【０００６】光波コヒーレンス断層画像化法では、奥行
き空間分解能は原理的にコヒーレンス長ＬC の半分で与
えられる。よって、如何にコヒーレンス長ＬC の短い光
源を実現するかが問題となる。これに対して、米国のＭ
ＩＴのグループは、レーザ光源にモードロックの技術を
用いて、１μｍ程度のコヒーレンス長を有する光源を実
現させているが、実用面では装置が大型、高価、操作が
困難などの問題がある（文献〔５〕参照）。そこで、従
来、複数の光源を組み合わせてコヒーレンス長を短くす
る試みがなされてきた（文献〔６〕参照）。
き空間分解能は原理的にコヒーレンス長ＬC の半分で与
えられる。よって、如何にコヒーレンス長ＬC の短い光
源を実現するかが問題となる。これに対して、米国のＭ
ＩＴのグループは、レーザ光源にモードロックの技術を
用いて、１μｍ程度のコヒーレンス長を有する光源を実
現させているが、実用面では装置が大型、高価、操作が
困難などの問題がある（文献〔５〕参照）。そこで、従
来、複数の光源を組み合わせてコヒーレンス長を短くす
る試みがなされてきた（文献〔６〕参照）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
複数の光源を組み合わせてコヒーレンス長を短くしよう
とする試みは、光波コヒーレンス断層画像化法への応用
を意図したものでないために、図２に示すようなサイド
ローブの問題があり、従来この問題に対しては、詳細な
検討がなされていなかった（文献〔７〕参照）。
複数の光源を組み合わせてコヒーレンス長を短くしよう
とする試みは、光波コヒーレンス断層画像化法への応用
を意図したものでないために、図２に示すようなサイド
ローブの問題があり、従来この問題に対しては、詳細な
検討がなされていなかった（文献〔７〕参照）。
【０００８】これに対して、本願発明者らはすでに多光
波光源による光波断層画像測定用高空間分解能合成光源
（特願２００１−７５０１）を提案している。
波光源による光波断層画像測定用高空間分解能合成光源
（特願２００１−７５０１）を提案している。
【０００９】本発明は、その提案された高空間分解能合
成光源をレーザ結晶から得られる蛍光に応用することに
より、半導体素子の限られた光学特性を超えて、さらな
る高空間分解能を実現することができる光波断層画像測
定用高空間分解能合成光源を提供することを目的とす
る。
成光源をレーザ結晶から得られる蛍光に応用することに
より、半導体素子の限られた光学特性を超えて、さらな
る高空間分解能を実現することができる光波断層画像測
定用高空間分解能合成光源を提供することを目的とす
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔１〕光波断層画像測定用高空間分解能合成光源におい
て、励起光を用いて複数の光学結晶又は活性イオンから
得られるそれぞれの蛍光を励起光カットフィルターで励
起光をカットし、合成された蛍光のみを用いることを特
徴とする。
成するために、 〔１〕光波断層画像測定用高空間分解能合成光源におい
て、励起光を用いて複数の光学結晶又は活性イオンから
得られるそれぞれの蛍光を励起光カットフィルターで励
起光をカットし、合成された蛍光のみを用いることを特
徴とする。
【００１１】〔２〕上記〔１〕記載の光波断層画像測定
用高空間分解能合成光源において、前記複数の光学結晶
が、第１のレーザ結晶と第２のレーザ結晶であることを
特徴とする。
用高空間分解能合成光源において、前記複数の光学結晶
が、第１のレーザ結晶と第２のレーザ結晶であることを
特徴とする。
【００１２】〔３〕上記〔２〕記載の光波断層画像測定
用高空間分解能合成光源において、前記第１のレーザ結
晶と前記第２のレーザ結晶を並列に配置し、それぞれの
レーザ結晶から得られる蛍光をハーフミラーで合波後、
前記励起光カットフィルターで励起光をカットすること
を特徴とする。
用高空間分解能合成光源において、前記第１のレーザ結
晶と前記第２のレーザ結晶を並列に配置し、それぞれの
レーザ結晶から得られる蛍光をハーフミラーで合波後、
前記励起光カットフィルターで励起光をカットすること
を特徴とする。
【００１３】〔４〕上記〔２〕記載の光波断層画像測定
用高空間分解能合成光源において、前記第１のレーザ結
晶と第２のレーザ結晶を直列に配置し、前記第２のレー
ザ結晶から得られる蛍光を、前記励起光カットフィルタ
ーで励起光をカットすることを特徴とする。
用高空間分解能合成光源において、前記第１のレーザ結
晶と第２のレーザ結晶を直列に配置し、前記第２のレー
ザ結晶から得られる蛍光を、前記励起光カットフィルタ
ーで励起光をカットすることを特徴とする。
【００１４】〔５〕上記〔１〕、〔２〕、〔３〕又は
〔４〕記載の光波断層画像測定用高空間分解能合成光源
において、前記励起光は５３２ｎｍ、前記第１のレーザ
結晶はＴｉ：サファイア、前記第２のレーザ結晶はＣ
ｒ：フォーステライトからなることを特徴とする。
〔４〕記載の光波断層画像測定用高空間分解能合成光源
において、前記励起光は５３２ｎｍ、前記第１のレーザ
結晶はＴｉ：サファイア、前記第２のレーザ結晶はＣ
ｒ：フォーステライトからなることを特徴とする。
【００１５】〔６〕光波断層画像測定用高空間分解能合
成光源において、励起光により活性イオンをコア部分に
ドープした第１のファイバーと第２のファイバーを励起
して得られる蛍光を励起光カットフィルターで励起光を
カットし合成された蛍光のみを用いることを特徴とす
る。
成光源において、励起光により活性イオンをコア部分に
ドープした第１のファイバーと第２のファイバーを励起
して得られる蛍光を励起光カットフィルターで励起光を
カットし合成された蛍光のみを用いることを特徴とす
る。
【００１６】〔７〕上記〔６〕記載の光波断層画像測定
用高空間分解能合成光源において、前記第１のファイバ
ーと前記第２のファイバーを直列に配置し、前記第２の
ファイバーから得られる蛍光を、前記励起光カットフィ
ルターで励起光をカットすることを特徴とする。
用高空間分解能合成光源において、前記第１のファイバ
ーと前記第２のファイバーを直列に配置し、前記第２の
ファイバーから得られる蛍光を、前記励起光カットフィ
ルターで励起光をカットすることを特徴とする。
【００１７】〔８〕上記〔６〕又は〔７〕記載の光波断
層画像測定用高空間分解能合成光源において、前記励起
光は５３２ｎｍ、前記第１のファイバーのコアにＴｉイ
オンをドープし、前記第２のファイバーのコアにＣｒイ
オンをドープすることを特徴とする。
層画像測定用高空間分解能合成光源において、前記励起
光は５３２ｎｍ、前記第１のファイバーのコアにＴｉイ
オンをドープし、前記第２のファイバーのコアにＣｒイ
オンをドープすることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。
て詳細に説明する。
【００１９】まず、本発明に関連する従来の技術（上記
従来技術と重複するが）から順次、詳細に説明すること
にする。
従来技術と重複するが）から順次、詳細に説明すること
にする。
【００２０】光波コヒーレンス断層画像化法では、得ら
れる断層データは、生体試料の屈折率分布と光源のコヒ
ーレンス関数との畳み込み積分であるので、コヒーレン
ス関数において中心のメインピーク幅の半分が光軸方向
の空間分解能になる。
れる断層データは、生体試料の屈折率分布と光源のコヒ
ーレンス関数との畳み込み積分であるので、コヒーレン
ス関数において中心のメインピーク幅の半分が光軸方向
の空間分解能になる。
【００２１】通常は、コヒーレンス関数のメインピーク
幅（半値全幅）がコヒーレンス長と呼ばれ、この１／２
が深さ方向の分解能となる。
幅（半値全幅）がコヒーレンス長と呼ばれ、この１／２
が深さ方向の分解能となる。
【００２２】よって、光軸方向分解能ΔＺ、コヒーレン
ス長ｌC 、スペクトル幅Δλなどは次式で示される（図
１参照）。
ス長ｌC 、スペクトル幅Δλなどは次式で示される（図
１参照）。
【００２３】
ΔＺ＝ｌc ／２＝（２ｌn ２／π）（λ0 2／Δλ） …（１）
一方、コヒーレンス関数にサイドローブがあり、それが
無視できない場合は、バックグランドになり画像の分解
能を低下させる。そこで、複数の波長の異なる光源の光
波を合成させた場合、中心のメインピークの幅を狭くす
る事は容易であるが、一般に大きなサイドローブが発生
してしまう。
無視できない場合は、バックグランドになり画像の分解
能を低下させる。そこで、複数の波長の異なる光源の光
波を合成させた場合、中心のメインピークの幅を狭くす
る事は容易であるが、一般に大きなサイドローブが発生
してしまう。
【００２４】よって、複数の波長の異なる光源の光波を
合成させた場合、コヒーレンス長Ｌ C とサイドローブ強
度ＩS を同時に減少させるパラメータ条件が重要であ
る。
合成させた場合、コヒーレンス長Ｌ C とサイドローブ強
度ＩS を同時に減少させるパラメータ条件が重要であ
る。
【００２５】これに対して、従来、複数の光源の波長、
スペクトル幅をパラメータとして検討が行われたが十分
ではない。そこで、実現可能な半導体発光素子でのそれ
ぞれの光波の強度を制御することによって、コヒーレン
ス長ＬC の減少と同時にサイドローブ強度ＩS の抑圧を
可能とする方法を提案し、すでに特許出願を行った。
スペクトル幅をパラメータとして検討が行われたが十分
ではない。そこで、実現可能な半導体発光素子でのそれ
ぞれの光波の強度を制御することによって、コヒーレン
ス長ＬC の減少と同時にサイドローブ強度ＩS の抑圧を
可能とする方法を提案し、すでに特許出願を行った。
【００２６】その場合の数値解析例を以下に簡単に述べ
る。
る。
【００２７】図２は半導体発光素子でのそれぞれの光波
の強度を制御することによって、コヒーレンス長ＬC の
減少と同時にサイドローブ強度Ｉｓの抑圧を行う場合の
説明図である。
の強度を制御することによって、コヒーレンス長ＬC の
減少と同時にサイドローブ強度Ｉｓの抑圧を行う場合の
説明図である。
【００２８】図２（ａ）に示すように、仮に３つの光源
の場合、コヒーレンス関数γ(x)は次式となる。
の場合、コヒーレンス関数γ(x)は次式となる。
【００２９】
【数１】
【００３０】ここで、Ｎは光源の数、Ｉi はｉ番目の光
強度、ｌciはＩ番目のコヒーレンス長、νI はｉ番目の
光の周波数、ｃは光速である。この時に、３つの光源の
強度、中心波長、波長幅を最適化のパラメータとする。
制限条件は、実際のデバイスを考慮して、中心波長：７
００ｎｍ−８３０ｎｍ、光強度：Ｉ1 ＝１，Ｉ2,3 ＝
０．２〜５、波長幅：＜４０ｎｍのようにした。この
時、評価関数Ｆとして次式を定義する。
強度、ｌciはＩ番目のコヒーレンス長、νI はｉ番目の
光の周波数、ｃは光速である。この時に、３つの光源の
強度、中心波長、波長幅を最適化のパラメータとする。
制限条件は、実際のデバイスを考慮して、中心波長：７
００ｎｍ−８３０ｎｍ、光強度：Ｉ1 ＝１，Ｉ2,3 ＝
０．２〜５、波長幅：＜４０ｎｍのようにした。この
時、評価関数Ｆとして次式を定義する。
【００３１】
Ｆ＝Ｗ1 ＋Ｗ2 …（３）
ここで、Ｗ1 はコヒーレンス関数の中心のメインピーク
の半値全幅で、Ｗ2 は中心のメインピークの５％の強度
での半値全幅である。この評価関数を用いる場合、サイ
ドローブを５％以下に押え込んだ状態で、ピーク幅の最
小パラメータ条件が得られる。
の半値全幅で、Ｗ2 は中心のメインピークの５％の強度
での半値全幅である。この評価関数を用いる場合、サイ
ドローブを５％以下に押え込んだ状態で、ピーク幅の最
小パラメータ条件が得られる。
【００３２】最適パラメータは、Ｉ1 ：Ｉ2 ：Ｉ3 ＝
１．００：２．１７：０．６５，λ1＝７００ｎｍ，λ
2 ＝７３０ｎｍ，λ3 ＝７７０ｎｍ，ＬC1＝１４．７μ
ｍ，Ｌ C2＝１２．４μｍ，ＬC3＝１３．２μｍと得られ
た。また、Δλは式（１）より求められる。
１．００：２．１７：０．６５，λ1＝７００ｎｍ，λ
2 ＝７３０ｎｍ，λ3 ＝７７０ｎｍ，ＬC1＝１４．７μ
ｍ，Ｌ C2＝１２．４μｍ，ＬC3＝１３．２μｍと得られ
た。また、Δλは式（１）より求められる。
【００３３】コヒーレンス関数は図３に示すように、サ
イドローブが抑制されつつコヒーレンス長も単独の光源
のコヒーレンス長１５μｍに比べて７．３μｍと約４９
％に低減されており、本発明の有効性が示されている。
具体的には、図４に示すように、それぞれの光源の中心
波長、スペクトル幅、強度が最適条件を満たすようにセ
ットして、多光波光源からの出力を光ファイバーカップ
ラーＡで結合し、単一のファイバー合成光源とする。
イドローブが抑制されつつコヒーレンス長も単独の光源
のコヒーレンス長１５μｍに比べて７．３μｍと約４９
％に低減されており、本発明の有効性が示されている。
具体的には、図４に示すように、それぞれの光源の中心
波長、スペクトル幅、強度が最適条件を満たすようにセ
ットして、多光波光源からの出力を光ファイバーカップ
ラーＡで結合し、単一のファイバー合成光源とする。
【００３４】以上に対して、本発明は、多光波光源の各
光源にレーザ結晶から発せられる蛍光を用いることであ
る。蛍光をＯＣＴの光源に用いる例は、文献〔１〕に示
すようにすでにあるが、複数の蛍光光源を用いて空間分
解能を高める方法はまだ報告されていない。これの大き
な特徴は、中心波長が生体に有用な近赤外領域にあり、
スペクトル幅が半導体素子に比較して、非常に広く発光
効率も良いことである。これにより、高空間分解能化が
実現される。また、昨今の全固体レーザ技術の進展に伴
って小型化が容易であり、コスト的にも実用化に向けて
大きな問題はない。
光源にレーザ結晶から発せられる蛍光を用いることであ
る。蛍光をＯＣＴの光源に用いる例は、文献〔１〕に示
すようにすでにあるが、複数の蛍光光源を用いて空間分
解能を高める方法はまだ報告されていない。これの大き
な特徴は、中心波長が生体に有用な近赤外領域にあり、
スペクトル幅が半導体素子に比較して、非常に広く発光
効率も良いことである。これにより、高空間分解能化が
実現される。また、昨今の全固体レーザ技術の進展に伴
って小型化が容易であり、コスト的にも実用化に向けて
大きな問題はない。
【００３５】文献〔２〕では、各レーザ結晶での波長可
変領域が示されており、生体に対して比較的減衰が少な
い近赤外領域をカバーしているのが分かる。ここで、代
表的なレーザ結晶、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ（Ｔｉ：サ
ファイア）とＣｒ：：Ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅ（Ｃｒ：フ
ォーステライト）について、数値検討結果を述べる。
変領域が示されており、生体に対して比較的減衰が少な
い近赤外領域をカバーしているのが分かる。ここで、代
表的なレーザ結晶、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ（Ｔｉ：サ
ファイア）とＣｒ：：Ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅ（Ｃｒ：フ
ォーステライト）について、数値検討結果を述べる。
【００３６】それぞれの蛍光は、レーザ光源として一般
的であるＮｄ：ＹＡＧの第二高調波である５３２ｎｍの
光波で励起され、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅでは、中心波
長７５５ｎｍ、波長幅（半値全幅）１６１ｎｍでコヒー
レンス長３．１１μｍ、Ｃｒ：Ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅで
は、中心波長１０３５ｎｍ、波長幅（半値全幅）３００
ｎｍでコヒーレンス長は３．１４μｍとなり、奥行き方
向分解能はその半分となる。
的であるＮｄ：ＹＡＧの第二高調波である５３２ｎｍの
光波で励起され、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅでは、中心波
長７５５ｎｍ、波長幅（半値全幅）１６１ｎｍでコヒー
レンス長３．１１μｍ、Ｃｒ：Ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅで
は、中心波長１０３５ｎｍ、波長幅（半値全幅）３００
ｎｍでコヒーレンス長は３．１４μｍとなり、奥行き方
向分解能はその半分となる。
【００３７】これに対して、図５にＴｉ：ＳのみとＴ
ｉ：ＳとＣｒ：Ｆの強度比を１：１にした場合のコヒー
レンス関数の光路差依存性を示した。後者の方が同じピ
ーク値に関わらず全体の幅が狭くなっているのが分か
る。
ｉ：ＳとＣｒ：Ｆの強度比を１：１にした場合のコヒー
レンス関数の光路差依存性を示した。後者の方が同じピ
ーク値に関わらず全体の幅が狭くなっているのが分か
る。
【００３８】また、図６にＴｉ：ＳのみとＴｉ：ＳとＣ
ｒ：Ｆの強度比を２．２：１にした場合のコヒーレンス
関数の光路差依存性を示した。図５と同様に同じピーク
値に関わらず後者の方が全体の幅が狭くなり、空間分解
能が改善されているのが分かる。このシミュレーション
結果と実験結果が対応することは、本願発明者らが論文
で実証している（文献〔４〕参照）。
ｒ：Ｆの強度比を２．２：１にした場合のコヒーレンス
関数の光路差依存性を示した。図５と同様に同じピーク
値に関わらず後者の方が全体の幅が狭くなり、空間分解
能が改善されているのが分かる。このシミュレーション
結果と実験結果が対応することは、本願発明者らが論文
で実証している（文献〔４〕参照）。
【００３９】具体構成例を以下に述べる。レーザ結晶
は、母体結晶に吸収・蛍光放出のようなレーザ発振の中
心的な役割を果たすＴｉ，Ｃｒ，Ｎｄなどの活性イオン
をある濃度で含むものである。それぞれのレーザ結晶
は、その吸収スペクトル、蛍光スペクトルで最適な励起
波長、発振波長が決まっている。先の例ではＳａｐｐｈ
ｉｒｅとＦｏｒｓｔｅｒｉｔｅにそれぞれＴｉとＣｒが
ドープされているものである。
は、母体結晶に吸収・蛍光放出のようなレーザ発振の中
心的な役割を果たすＴｉ，Ｃｒ，Ｎｄなどの活性イオン
をある濃度で含むものである。それぞれのレーザ結晶
は、その吸収スペクトル、蛍光スペクトルで最適な励起
波長、発振波長が決まっている。先の例ではＳａｐｐｈ
ｉｒｅとＦｏｒｓｔｅｒｉｔｅにそれぞれＴｉとＣｒが
ドープされているものである。
【００４０】図７は本発明の第１実施例を示す多蛍光源
による光波断層画像測定用高空間分解能合成光源の構成
図である。
による光波断層画像測定用高空間分解能合成光源の構成
図である。
【００４１】この図に示すように、一般的なＮｄ：ＹＡ
Ｇレーザの２倍高調波である波長５３２ｎｍの励起光を
ハーフミラー３で２分割して、第１のレーザ結晶１（Ｔ
ｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ）と第２のレーザ結晶２（Ｃｒ：
Ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅ）を励起して、それぞれの蛍光を
ハーフミラー６で合波後、励起光カットフィルター７で
励起光をカットし合成された蛍光のみを得る。なお、４
はハーフミラー３からの励起光を反射して第２のレーザ
結晶２に照射するミラー、５は第２のレーザ結晶２から
の蛍光を反射してハーフミラー６へ照射するミラーであ
る。
Ｇレーザの２倍高調波である波長５３２ｎｍの励起光を
ハーフミラー３で２分割して、第１のレーザ結晶１（Ｔ
ｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅ）と第２のレーザ結晶２（Ｃｒ：
Ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅ）を励起して、それぞれの蛍光を
ハーフミラー６で合波後、励起光カットフィルター７で
励起光をカットし合成された蛍光のみを得る。なお、４
はハーフミラー３からの励起光を反射して第２のレーザ
結晶２に照射するミラー、５は第２のレーザ結晶２から
の蛍光を反射してハーフミラー６へ照射するミラーであ
る。
【００４２】各強度は、ドープ濃度、結晶長などのパラ
メータで制御可能である。
メータで制御可能である。
【００４３】図８は本発明の第２実施例を示す多蛍光源
による光波断層画像測定用高空間分解能合成光源の構成
図である。
による光波断層画像測定用高空間分解能合成光源の構成
図である。
【００４４】上記した本発明の第１実施例では、ハーフ
ミラーを用いたが、この実施例では、ハーフミラーを用
いないように構成する。つまり、図８に示すように、励
起光を第１のレーザ結晶１１と第２のレーザ結晶１２を
直列に用いて励起し、蛍光を重ねて、その蛍光を励起光
カットフィルター１３で励起光をカットし合成された蛍
光のみを得る。
ミラーを用いたが、この実施例では、ハーフミラーを用
いないように構成する。つまり、図８に示すように、励
起光を第１のレーザ結晶１１と第２のレーザ結晶１２を
直列に用いて励起し、蛍光を重ねて、その蛍光を励起光
カットフィルター１３で励起光をカットし合成された蛍
光のみを得る。
【００４５】図９は本発明の第３実施例を示す多蛍光源
による光波断層画像測定用高空間分解能合成光源の構成
図である。
による光波断層画像測定用高空間分解能合成光源の構成
図である。
【００４６】現在、活性イオンをファイバーのコアの部
分にドープしたファイバーレーザやファイバーアンプが
一般に用いられている。そこで、Ｔｉ，Ｃｒイオンをコ
アにドープしたファイバーを、それぞれ第１のファイバ
ー２１，第２のファイバー２２として、２つのファイバ
ーを直列に接続し、励起光を第１のファイバー２１から
導入して励起し、第２のファイバー２２から得られる出
力光を励起光カットフィルター２３により励起光をカッ
トし合成された蛍光のみを得る。すなわち、励起光カッ
トフィルター２３で励起光をカットして２つの重なった
蛍光のみを取り出す。各強度は、ドープ濃度、ファイバ
ー長などで制御可能である。
分にドープしたファイバーレーザやファイバーアンプが
一般に用いられている。そこで、Ｔｉ，Ｃｒイオンをコ
アにドープしたファイバーを、それぞれ第１のファイバ
ー２１，第２のファイバー２２として、２つのファイバ
ーを直列に接続し、励起光を第１のファイバー２１から
導入して励起し、第２のファイバー２２から得られる出
力光を励起光カットフィルター２３により励起光をカッ
トし合成された蛍光のみを得る。すなわち、励起光カッ
トフィルター２３で励起光をカットして２つの重なった
蛍光のみを取り出す。各強度は、ドープ濃度、ファイバ
ー長などで制御可能である。
【００４７】なお、図示しないが、第１のファイバーと
第２のファイバーとを並列に配置して、それぞれのファ
イバーからの蛍光をハーフミラーで合波後、励起光カッ
トフィルターで励起光をカットして２つの重なった蛍光
のみを取り出すようにしてもよい。
第２のファイバーとを並列に配置して、それぞれのファ
イバーからの蛍光をハーフミラーで合波後、励起光カッ
トフィルターで励起光をカットして２つの重なった蛍光
のみを取り出すようにしてもよい。
【００４８】以上、述べたように多数の光源の光波を合
成する考えを、一般のレーザ結晶や活性イオンを含むフ
ァイバからの蛍光に応用することにより、半導体素子の
限られた光学特性を超えて、さらなる高空間分解能を実
現することができる。
成する考えを、一般のレーザ結晶や活性イオンを含むフ
ァイバからの蛍光に応用することにより、半導体素子の
限られた光学特性を超えて、さらなる高空間分解能を実
現することができる。
【００４９】また、上記したように、本発明によれば、
汎用の安価なレーザ結晶を用いた合成光源で高空間分解
能化が可能になることから、コストダウン、小型・軽量
化、光源の簡素化から安定化・信頼性の向上が期待され
る。
汎用の安価なレーザ結晶を用いた合成光源で高空間分解
能化が可能になることから、コストダウン、小型・軽量
化、光源の簡素化から安定化・信頼性の向上が期待され
る。
【００５０】よって、医学分野では汎用化に伴う医療サ
ービスの向上、さらに、半導体産業分野への需要拡大な
どの波及効果も考えられる。
ービスの向上、さらに、半導体産業分野への需要拡大な
どの波及効果も考えられる。
【００５１】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【００５２】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、波長幅や出力で制約の大きい半導体発光素子に
比べて、汎用の安価なレーザ結晶を用いた合成光源で高
空間分解能化が可能になることから、コストダウン、小
型・軽量化、光源の簡素化から安定化・信頼性の向上を
図ることができる。
よれば、波長幅や出力で制約の大きい半導体発光素子に
比べて、汎用の安価なレーザ結晶を用いた合成光源で高
空間分解能化が可能になることから、コストダウン、小
型・軽量化、光源の簡素化から安定化・信頼性の向上を
図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】スペクトル関数とコヒーレンス関数との間のフ
ーリエ変換による変換の説明図である。
ーリエ変換による変換の説明図である。
【図２】従来技術の問題点（サイドローブ）の説明図で
ある。
ある。
【図３】多光波光源によるサイドローブが改善された状
態を示す図である。
態を示す図である。
【図４】サイドローブが改善された単一のファイバー合
成光源を示す図である。
成光源を示す図である。
【図５】Ｔｉ：ＳのみとＴｉ：ＳとＣｒ：Ｆの強度比を
１：１にした場合のコヒーレンス関数の光路差依存性を
示す図である。
１：１にした場合のコヒーレンス関数の光路差依存性を
示す図である。
【図６】Ｔｉ：ＳのみとＴｉ：ＳとＣｒ：Ｆの強度比を
２．２：１にした場合のコヒーレンス関数の光路差依存
性を示す図である。
２．２：１にした場合のコヒーレンス関数の光路差依存
性を示す図である。
【図７】本発明の第１実施例を示す多蛍光源による光波
断層画像測定用高空間分解能合成光源の構成図である。
断層画像測定用高空間分解能合成光源の構成図である。
【図８】本発明の第２実施例を示す多蛍光源による光波
断層画像測定用高空間分解能合成光源の構成図である。
断層画像測定用高空間分解能合成光源の構成図である。
【図９】本発明の第３実施例を示す多蛍光源による光波
断層画像測定用高空間分解能合成光源の構成図である。
断層画像測定用高空間分解能合成光源の構成図である。
１，１１ 第１のレーザ結晶
２，１２ 第２のレーザ結晶
３，６ ハーフミラー
４，５ ミラー
７，１３，２３ 励起光カットフィルター
Ａ 光ファイバーカップラー
２１ 第１のファイバー
２２ 第２のファイバー
Claims (8)
- 【請求項１】 励起光を用いて複数の光学結晶又は活性
イオンから得られるそれぞれの蛍光を励起光カットフィ
ルターで励起光をカットし、合成された蛍光のみを用い
ることを特徴とする光波断層画像測定用高空間分解能合
成光源。 - 【請求項２】 請求項１記載の光波断層画像測定用高空
間分解能合成光源において、前記複数の光学結晶が、第
１のレーザ結晶と第２のレーザ結晶であることを特徴と
する光波断層画像測定用高空間分解能合成光源。 - 【請求項３】 請求項２記載の光波断層画像測定用高空
間分解能合成光源において、前記第１のレーザ結晶と前
記第２のレーザ結晶を並列に配置し、それぞれのレーザ
結晶から得られる蛍光をハーフミラーで合波後、前記励
起光カットフィルターで励起光をカットすることを特徴
とする光波断層画像測定用高空間分解能合成光源。 - 【請求項４】 請求項２記載の光波断層画像測定用高空
間分解能合成光源において、前記第１のレーザ結晶と第
２のレーザ結晶を直列に配置し、前記第２のレーザ結晶
から得られる蛍光を、前記励起光カットフィルターで励
起光をカットすることを特徴とする光波断層画像測定用
高空間分解能合成光源。 - 【請求項５】 請求項１、２、３又は４記載の光波断層
画像測定用高空間分解能合成光源において、前記励起光
は５３２ｎｍ、前記第１のレーザ結晶はＴｉ：サファイ
ア、前記第２のレーザ結晶はＣｒ：フォーステライトか
らなることを特徴とする光波断層画像測定用高空間分解
能合成光源。 - 【請求項６】 励起光により活性イオンをコア部分にド
ープした第１のファイバーと第２のファイバーを励起し
て得られる蛍光を励起光カットフィルターで励起光をカ
ットし合成された蛍光のみを用いることを特徴とする光
波断層画像測定用高空間分解能合成光源。 - 【請求項７】 請求項６記載の光波断層画像測定用高空
間分解能合成光源において、前記第１のファイバーと前
記第２のファイバーを直列に配置し、前記第２のファイ
バーから得られる蛍光を、前記励起光カットフィルター
で励起光をカットすることを特徴とする光波断層画像測
定用高空間分解能合成光源。 - 【請求項８】 請求項６又は７記載の光波断層画像測定
用高空間分解能合成光源において、前記励起光は５３２
ｎｍ、前記第１のファイバーのコアにＴｉイオンをドー
プし、前記第２のファイバーのコアにＣｒイオンをドー
プすることを特徴とする光波断層画像測定用高空間分解
能合成光源。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002112854A JP3626149B2 (ja) | 2002-04-16 | 2002-04-16 | 光波断層画像測定用高空間分解能合成光源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002112854A JP3626149B2 (ja) | 2002-04-16 | 2002-04-16 | 光波断層画像測定用高空間分解能合成光源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003307485A true JP2003307485A (ja) | 2003-10-31 |
| JP3626149B2 JP3626149B2 (ja) | 2005-03-02 |
Family
ID=29395203
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002112854A Expired - Fee Related JP3626149B2 (ja) | 2002-04-16 | 2002-04-16 | 光波断層画像測定用高空間分解能合成光源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3626149B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7372575B2 (en) | 2004-12-06 | 2008-05-13 | Fujinon Corporation | Optical tomographic apparatus |
| JP2014197003A (ja) * | 2009-01-30 | 2014-10-16 | クラウディオ・オリベイラ・エガロン | 側面照射型多点式多重パラメータ光ファイバセンサ |
-
2002
- 2002-04-16 JP JP2002112854A patent/JP3626149B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7372575B2 (en) | 2004-12-06 | 2008-05-13 | Fujinon Corporation | Optical tomographic apparatus |
| JP2014197003A (ja) * | 2009-01-30 | 2014-10-16 | クラウディオ・オリベイラ・エガロン | 側面照射型多点式多重パラメータ光ファイバセンサ |
| US10088410B2 (en) | 2009-01-30 | 2018-10-02 | Claudio Oliveira Egalon | Side illuminated multi point multi parameter optical fiber sensor |
| US10876960B2 (en) | 2009-01-30 | 2020-12-29 | Claudio Egalon | Side illuminated multi point multi parameter optical fiber sensor |
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|---|---|
| JP3626149B2 (ja) | 2005-03-02 |
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