JP2006511309A - 集積化走査式ミニチュア型共焦点光学ヘッドおよび同ヘッドを用いた共焦点イメージング装置 - Google Patents
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Abstract
Description
−励起ビームを生成する点光源と;
−特に検体の表面に関して表面下の面(この面は光学ヘッドの光軸に垂直である)内に位置する励起点に前記光ビームを収斂させるようになった光学手段と;
−前記表面下の面内に観察範囲を描写するべく直交する2つの走査方向(横列における迅速な走査と縦列における緩慢な走査)に沿って前記励起点を走査する手段とを備え、
その特徴は、前記2つの走査方向のうち少なくとも一方を得るべく、光学手段のうち前記光軸に垂直な方向に移動可能な少なくとも1つを選ばれた動きに沿って並進移動させるようになった機械的マイクロシステム手段MEMsを有することからなる。
−2つの電荷の間の吸引力を利用する静電気アクチュエータ;
−2つの材料の間の温度勾配又は熱膨脹係数の差を利用する熱的アクチュエータ、例えば温度上昇を生起する電流;
−2つの磁場の相互作用の合力を利用する磁気アクチュエータ;一般に、MEMsに対する外部磁場と内部磁場が例えば通電時に外部磁場を生起するコイルに印加される。
−光ファイバ2bの端部が接続された圧電式手段11。この手段は、光ファイバの前記端部(従って、そこから出る光ビーム)を、選ばれた動きDLに沿って、光ファイバにより定まる光軸Aにほぼ垂直に、かつ、イメージングすべき範囲の1本の横列上の動きに対応して、基本的に往復並進状に変位させるようになっている(この圧電式手段は詳細に後述する)。
−ファイバ2bから出た拡散するビームを平行ビーム又は僅かに拡散するビームに変換すると共に、検体から出た戻りビームを捕集するための第1の光学手段12。この光学手段は、本発明によれば、動きDLに垂直な選ばれた動き(二重矢印DCで示す)に沿って、かつ、イメージングすべき範囲の1本の縦列上の動きに対応して、光ビームを変位させるべく並進移動可能である。
−光学手段12を動きDLに沿って往復移動させるようになったMEMs型のマイクロメカニック手段14a、14b(この手段は詳細に後述する)。
−前記平行ビームを収斂させて、所定深度に位置し光軸Aにほぼ垂直な検査すべき検体Eの平面P内の点又はスポットSへ集束させるための固定式の第2の光学手段13。
−走査された範囲:2Δx=400μm
−ファイバ2bのコアの直径:φコア=1.3μm
−ファイバ2bの開口係数:開口係数=sin(α1)=0.4
−レンズ12:回折型
−可動レンズ12の焦点:f12=1.83mm
−レンズ12の総直径:φ12=2mm
−レンズ13:回折型
−固定レンズ13の焦点:f13=0.73mm
−レンズ13の総直径:φ13=1.6mm
−光学系の倍率=G=2.5
−イメージングされた範囲=2Δx物体=160μm
−物体の開口係数:開口係数物体=n sin(α2)=1(水中ではn=1.33)
−検体中に集束された各スポットSの直径:イメージングされた全範囲にわたって回折により限定されている
−走査された範囲:2Δx=400〜600μm
−VCSELキャビティの開口の直径:φキャビティ=2〜4μm
−VCSELキャビティの開口係数:開口係数=sin(α1)=0.25(空中)
−レンズ12:回折型
−可動レンズ12の焦点:f12=3mm
−レンズ12の総直径:φ12=2mm
−レンズ13:回折型
−固定レンズ13の焦点:f13=1.17mm
−レンズ13の総直径:φ13=1.6mm
−光学系の倍率:G=3
−イメージングされた範囲=2Δx物体=160〜240μm
−物体の開口係数=開口係数物体=n sin(α2)=0.75(水中ではn=1.33)
−検体中に集束された各スポットSの直径:イメージングされた全範囲にわたって回折により限定されている
Claims (22)
- 共焦点イメージング装置用、特に内視鏡用の、ミニチュア型共焦点光学ヘッド(4)であって、前記ヘッドは:
−励起ビームを生成する点光源(2b)と;
−特に検体の表面に関して表面下の面(P。この面は光学ヘッドの光軸(A)に垂直である)内に位置する励起点(S)に前記光ビームを収斂させるようになった光学手段(12、13)と;
−前記表面下の面内に観察範囲を描写するべく直交する2つの走査方向(横列における迅速な走査と縦列における緩慢な走査)に沿って前記励起点を走査する手段とを備え、
その特徴は、前記2つの走査方向のうち少なくとも一方を得るべく、光学手段(12、13)のうち前記光軸(A)に垂直な方向に移動可能な少なくとも1つを選ばれた動き(DC)に沿って並進移動させるようになった機械的マイクロシステム手段MEMs(14a−b)を有することからなるミニチュア型共焦点光学ヘッド。 - リアルタイムで画像を形成するべく、緩慢な走査はほぼ10〜15Hzの周波数に対応し、迅速な走査はほぼ4kHzの周波数に対応することを特徴とする請求項1に基づく光学ヘッド。
- 手段MEMs(14a−b)は直径方向に相対峙するべく、かつ、交互に可動光学手段(12、13)と協働するようになっていることを特徴とする請求項1又は2に基づく光学ヘッド。
- 光源(2b)によって生成された光ビームは拡散性であり、光学手段(12、13)は、前記拡散ビームを平行ビーム又は僅かに拡散するビームに変換するようになった第1の手段(12)と、表面下集束点(S)を形成するようになった第2の光学手段(13)とを順次に有することを特徴とする請求項1から3のいづれかに基づく光学ヘッド。
- 第1光学手段(12)は可動であり、縦列における光ビームの緩慢な走査を行うようになっていることを特徴とする請求項4に基づく光学ヘッド。
- 2つの光学手段(12、13)は可動であり、夫々、各1つの走査方向を画定するべく光軸に垂直な方向に沿って変位するようになっていることを特徴とする請求項1から5のいづれかに基づく光学ヘッド。
- 光源(2b)は可動であり、前記光源から発射された励起ビームを選ばれた動き(DL)をもって変位させて第2の走査方向を画定するようになった圧電式手段(11)に固定してあることを特徴とする請求項1から5のいづれかに基づく光学ヘッド。
- 第2走査方向と圧電式手段(11)の特性は横列の迅速走査に対応することを特徴とする請求項7に基づく光学ヘッド。
- 圧電式手段はヘッドの光軸(A)に沿って長手に延長する同種二形型圧電楔(11)を備え、前記光源(2b)は光学手段(12、13)に対向する当該楔の前端のところで前記楔の両面の一方に固定されていることを特徴とする請求項8に基づく光学ヘッド。
- 検体内における表面下観察面(P)の深度を修正する手段を備えていることを特徴とする前記請求項のいづれかに基づく光学ヘッド。
- 検体内における表面下観察面(P)の深度を修正する手段は光学手段(13)を光学ヘッドの光軸に沿って変位させるようになったマイクロメカニック手段MEMs(16a−b)を備えていることを特徴とする請求項10に基づく光学ヘッド。
- 前記手段MEMs(16a−b)は光ビームの光軸に沿った変位(Z)を実現するべく集束用第2光学手段(13)を変位させるようになっていることを特徴とする請求項11に基づく光学ヘッド。
- 表面下観察面(P)の深度を修正する手段はいづれかの光学手段の曲率半径を修正する手段を備えていることを特徴とする請求項10に基づく光学ヘッド。
- 外部光源から励起信号を導くようになった光ファイバ(2b)の端末部を備え、ファイバから現れるビームは点光源を構成することを特徴とする前記請求項のいづれかに基づく光学ヘッド。
- 光ファイバは単モードであって、戻り信号の空間的濾過を可能にし、従って、ヘッドの共焦点性を保障するコア直径を有し、光ファイバは出来るだけ大きな開口係数を有することを特徴とする請求項14に基づく光学ヘッド。
- 光源はVCSEL型であり、共焦点装置に適合する開口係数およびキャビティ出口直径を有し、VCSELのキャビティの背後に配置されたセンサーに接続されていることを特徴とする請求項1から13のいづれかに基づく光学ヘッド。
- 検体に接触させると共にインデックスの調整を行うための封止用窓(17)を光学ヘッドの出口に備えていることを特徴とする前記請求項のいづれかに基づく光学ヘッド。
- 前記窓は集束された光ビームに対する屈折力機能を有することを特徴とする請求項17に基づく光学ヘッド。
- 光学手段(12、13)は光源の開口係数に少なくとも等しい開口係数を有することを特徴とする前記請求項のいづれかに基づく光学ヘッド。
- −集積化ビーム走査式の集束用共焦点光学ヘッド(4)と;
−励起ビームを発射するようになった光源(1、2a、2b)と;
−発射された信号を検出する手段(5)と;
−発射された信号を制御し処理して、イメージングすべき範囲の共焦点画像を再構成するようになった電子情報処理手段(6〜9)、
とを備えた共焦点イメージング装置であって、
光学ヘッド(4)は前記請求項のいづれかに基づくことを特徴とするイメージング装置。 - レーザ光源(1)と連結手段(3)に接続された光ファイバ(2a)を備え、前記連結手段(3)は、前記ファイバ(2a)を光学ヘッド(4)までおよびからの搬送用光ファイバ(2b)に連結すると共に、検出手段までの発射信号搬送用ファイバ(2c)に連結することを特徴とする請求項20に基づく装置。
- 光学ヘッドはVCSEL光源と集積化検出器を備え、この装置は光学ヘッドと信号処理手段との間の可撓性連結手段を備えていることを特徴とする請求項20に基づく装置。
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