JP2010091818A

JP2010091818A - 走査光学系

Info

Publication number: JP2010091818A
Application number: JP2008262006A
Authority: JP
Inventors: Yuji Sakai; 悠次酒井
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2008-10-08
Filing date: 2008-10-08
Publication date: 2010-04-22

Abstract

【課題】光トモグラフィー装置に適用できる簡潔な構成の走査光学系を提供する。
【解決手段】光源１０は、中心軸Ｃに平行な平行光束Ｌ１を射出する。反射体２０は、平行光束Ｌ１を部分的に透過して平行光束Ｌ２を作り出す光学的開口２２を有し、中心軸Ｃに対して４５°傾いた軸２４の周りに回転する。ミラー３２は、平行光束Ｌ２を中心軸Ｃに垂直に反射する。ミラー３４は、ミラー３２によって反射された平行光束Ｌ２を再び中心軸Ｃに平行に反射する。光学素子３６は、ミラー３４によって反射された平行光束Ｌ２を中心軸Ｃに垂直に反射するとともに、中心軸Ｃ上に配置された被検体６０の表面に集光させる。光検出器４０は、被検体６０から射出され、光学素子３６とミラー３４とミラー３２と反射体２０とによって順に反射された光束Ｌ３を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光トモグラフィー装置に適用可能な走査光学系に関する。

生体などの被検体に光を照射して、その透過光又は散乱光を検出して、被検体内の情報を非破壊的に取得する光トモグラフィー装置が知られている。特開平８−１６６３４１号公報には、被検体に光を照射するための複数の送光用の光ファイバーと、被検体内を透過、散乱した光を受光するための複数の受光用の光ファイバーとが、被検体の周囲に配置された光トモグラフィー装置が開示されている。この装置では、一本の送光用の光ファイバーから光が被検体に照射され、被検体内を伝播して被検体から射出された光が、複数の受光用の光ファイバーで受光されるとともに、送光用の光ファイバーを順次切り換えながら、被検体に照射する光の入射位置を走査し、被検体内を伝播して被検体から射出された光を複数の受光用の光ファイバーで受光する動作が繰り返される。そして、受光用の光ファイバーに結合した検出系を介して検出された光を解析することにより、被検体内の光学特性の分布情報が得られる。
特開平８−１６６３４１号公報

上述した光トモグラフィー装置では、被検体に光を照射するために、複数の光ファイバーがそれぞれ複数の光源に接続されていて、発光させる光源を切り替える構成が必要である。あるいは、一つの光源から射出される光を複数の光ファイバーのいずれか一本に選択的に導入する構成が必要である。また、光検出のために、光を検出するための複数の光ファイバーにそれぞれ接続される複数の光検出器を用意する必要がある。さらに、被検体周辺の空間が、多数の光ファイバーが配置されるために装置構成が煩雑になる傾向がある。

本発明は、この様な実状を考慮して成されたものであり、その目的は、光トモグラフィー装置に適用できる簡潔な構成の走査光学系を提供することである。

本発明による走査光学系は、第一の軸に平行な第一の平行光束を射出する光源と、前記第一の軸に対して４５°傾いた第二の軸の周りに回転する反射体とを有している。反射体は、前記第一の平行光束を部分的に透過して第二の平行光束を作り出す光学的開口を有し、光学的開口は前記第二の軸から離心している。多点同時検出光学系はさらに、前記第二の平行光束を前記第一の軸に垂直かつ中心軸Ｃから遠ざかる方向に反射する複数の第一の光学素子と、前記第一の光学素子によって反射された前記第二の平行光束を再び前記第一の軸に平行に反射する複数の第二の光学素子と、前記第二の光学素子によって反射された前記第二の平行光束を前記第一の軸に垂直かつ中心軸Ｃに向かう方向に反射するとともに前記第一の軸上に配置された被検体の表面に集光させる複数の第三の光学素子と、前記被検体の内部に入射して拡散伝播し前記被検体から射出され前記第三の光学素子と前記第二の光学素子と前記第一の光学素子と前記反射体とによって順に反射された光束を検出する光検出器とを有している。

また、本発明による別の多点同時検出光学系は、前記第三の光学素子が、複数の凹面ミラーから構成されている。

また、本発明による別の多点同時検出光学系は、前記反射体が、光学的に透明な基板と、前記光学的開口に対応する領域を除いて前記基板の表面に形成された反射膜とから構成されている。

また、本発明による別の多点同時検出光学系は、前記第二の光学素子と前記第三の光学素子とを前記第一の軸に垂直な方向に移動させる複数の移動機構をさらに有している。

また、本発明による別の多点同時検出光学系は、前記反射体の反射面が正のパワーを有している。

本発明によれば、光トモグラフィー装置に適用できる簡潔な構成の走査光学系が提供される。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明による走査光学系の実施形態を概略的に示している。図１に示すように、走査光学系は、所定の中心軸Ｃ上に配置された光源１０と光源１０の光出射側に配置された反射体２０と反射体２０を挟んで光源１０と反対側に配置された複数のミラーから構成されたミラー３２と複数のミラーから構成されたミラー３４と複数の光学素子から構成された光学素子３６と光検出器４０とを有している。また、ミラー３２とミラー３４と光学素子３６のそれぞれの個数は同じである。

光源１０は、中心軸Ｃに平行な平行光束Ｌ１を射出する。光源１０は、例えば、単一の発光素子で構成される。

反射体２０は、中心軸Ｃに対して、例えば４５°傾けて配置されると共に、平行光束Ｌ１を部分的に透過して平行光束Ｌ２を作り出す光学的開口２２を有している。反射体２０は、モーターなどから構成されている回転機構２６に取り付けられており、中心軸Ｃに対して４５°傾いた軸２４の周りに回転する。また、光学的開口２２は軸２４から離心した位置に形成されている。反射体２０は、光源１０に対して反対側の表面に反射面が形成された円形状の反射板で構成されている。

各ミラー３２は複数の平面ミラーから構成されており、中心軸Ｃを中心とする所定の円周上に均一の角度間隔で、中心軸Ｃに対して４５°傾けて配置されている。ミラー３２は、反射体２０を透過した平行光束Ｌ２を中心軸Ｃに垂直かつ中心軸Ｃから遠ざかる方向に反射する。

ミラー３４は、複数のミラーから構成され、ミラー３２の周囲に配置されている。各ミラー３４は平面ミラーから構成されている。各ミラー３４は、中心軸Ｃを中心とする円周上に均一の角度間隔で、各ミラー３２に対して平行に対向して配置されている。ミラー３４は、ミラー３２によって反射された平行光束Ｌ２を再び中心軸Ｃに平行に反射する。

各光学素子３６は、例えば、複数の凹面ミラーから構成されている。光学素子３６は、それぞれ、ミラー３４に対向して配置されている。光学素子３６は、ミラー３４によって反射された平行光束Ｌ２を中心軸Ｃに垂直かつ中心軸Ｃに向かう方向に反射するとともに、中心軸Ｃ上に配置された被検体６０の表面に集光させる。ここで被検体６０は、例えば生体であり、擬似的に円柱で図示されている。また、ミラー３６の表面には、反射エリアを選択できるマスクを形成してもよい。

光検出器４０は、被検体６０の内部に入射して拡散伝播し、被検体６０から射出され、再び光学素子３６とミラー３４とミラー３２と反射体２０とによって順に反射された光束Ｌ３を検出する。光検出器４０は、例えばＣＣＤなどのエリア型の単一の光検出素子で構成される。

回転機構２６は、中心軸Ｃに沿って延びているロッド５２に取り付けられている。ロッド５２は、被検体６０を収容する空間を規定する光学的に透明な円筒体５４に固定されている。ミラー３２はロッド５２に保持されている。ミラー３４は、輪帯状のプレート５６に支持されている。光学素子３６は、輪帯状のプレート５８に支持されている。

この光学系は次のように動作する。

光源１０から射出された平行光束Ｌ１は、反射体２０に入射し、その一部は光学的開口２２を通過して平行光束Ｌ２になる。反射体２０は回転機構２６によって一定の角速度で回転される。このため、光学的開口２２を透過した平行光束Ｌ２は円周上を一定の角速度で移動する。平行光束Ｌ２が移動する円周に沿ってミラー３２が配置されており、円周上を移動する平行光束Ｌ２は各ミラー３２に順次に入射する。つまり、平行光束Ｌ２は時系列的に一つのミラー３２に入射する。

ミラー３２に入射した平行光束Ｌ２は、ミラー３２によって中心軸Ｃに垂直かつ中心軸Ｃから遠ざかる方向に反射される。ミラー３２によって反射された平行光束Ｌ２は、ミラー３４によって再び中心軸Ｃに平行な方向に反射される。ミラー３４によって反射された平行光束Ｌ２は、光学素子３６によって中心軸Ｃに垂直かつ中心軸Ｃに向かう方向に反射されるとともに、中心軸Ｃ上に配置された被検体６０の表面に集光する。

被検体６０の表面に集光した平行光束Ｌ２の一部は被検体６０の内部に入射して拡散的に伝播し、被検体６０から放射状に射出する。被検体６０から射出された光は光学素子３６によって反射されて光束Ｌ３となり、ミラー３４とミラー３２とによって順に反射されて反射体２０に入射する。反射体２０に入射した光束Ｌ３は、反射体２０の光学的開口２２を除いた領域形成された反射面によって反射され、光検出器４０に入射する。光検出器４０に入射した光束Ｌ３は、光検出器４０の検出面上に、円周上に位置する複数のスポットを形成する。

光検出器４０は、スポットに対応する検出面上の異なる領域ごとに、入射した光の強度を反映した計測信号を出力する。計測信号は図示しない演算装置によって解析され、その解析結果から被検体６０内の光学特性の分布情報が得られる。例えば、得られた光学特性の分布情報を再構成することによって、拡散光トモグラフィー画像が形成される。

本実施形態の走査光学系では、一方向からの被検体６０の表面への光照射に対して、透過光だけでなく、拡散光も同時に検出される。また、被検体６０への光照射の方向が連続的に変えられる。また、光源１０が単一の発光素子で構成され、光検出器４０が単一の光検出素子で構成されるため、被検体６０の周辺の構成が簡素となる。さらに、温度変化や振動等の使用環境の外的な影響を受けやすい光ファイバーを使用しないので、安定した計測が可能である。これにより本実施形態の走査光学系は光トモグラフィー装置に適用可能でありながら、簡潔な構成とすることができる。

［反射体の変形例］
図２は、反射体２０に代替可能な別の反射体７０を示している。図２に示すように、反射体７０は、光学的に透明な基板７２と、光学的開口７６に対応する領域を除いて基板７２の反射面に形成された反射膜７４とから構成されている。

［検出系の変形例］
図３は、検出系の変形例を示している。この変形例では、図３に示すように、光検出器４０の手前に、計測に不必要な特定の波長範囲の光を遮断するフィルター４２が配置されている。例えば、励起光を照射して被検体６０の内部から発生した蛍光を検出する計測においては、フィルター４２を励起光を遮断する励起フィルターとすることができる。この構成によって、計測に不要な励起光をカットして、Ｓ／Ｎ比のより高い計測信号が得られる。

［光学素子３６の変形例］
図４は、光学素子３６の変形例を示している。この変形例では、図４に示すように、各光学素子３６がスライダー８０に保持されており、中心軸Ｃに垂直な方向に移動可能となっている。また、図には示さないが、ミラー３４も同様にスライダーに保持されており、中心軸Ｃに垂直な方向に移動可能となっている。

計測に先立って、光学素子３６とミラー３４を被検体６０の表面形状に応じて、スラーダー８０によって移動させることにより、各光学素子３６によって反射された平行光束Ｌ２が被検体６０の表面に集光されるように調整される。例えば、被検体６０が凸部６２を有する場合には、凸部６２に対向する光学素子３６の光学素子と、この光学素子に対向しているミラー３４のミラーとを中心軸Ｃから遠ざけるように位置調整すれば、光学素子３６の光学素子によって反射された平行光束Ｌ２が凸部６２の表面に集光するように調整できる。

この構成により、擬似的に円柱として扱えない複雑な表面形状を持つ被検体６０に対しても正確に計測を行なうことができる。

［反射体２０の変形例］
図５は、反射体２０に代替可能な別の反射体９０を示している。図５に示すように、反射体９０は、光学的に透明な基板９２と、光学的開口９６に対応する領域を除いて基板９２の反射面に形成された反射膜９４とから構成されている。基板９２の上側の面は平面になっている。また、基板９２の下側の面は、光学的開口９６に対応する領域が基板９２の上側の面に平行な平面９２ｂになっており、それ以外の領域すなわち反射膜９４が形成されている領域が凹面９２ａになっている。このため、反射膜９４が形成された反射面が正のパワーを有し、この面に入射する複数の平行光束をそれぞれ一点に集光する収束光束にする作用がある。また、光検出器４０は、反射膜９４による集光点から光路に沿ってデフォーカスした位置に配置されている。

反射体９０に入射した平行光束は、それぞれ、反射体９０によって反射される際に一点に向かう収束光束となって光検出器４０に入射する。このため、両面が平行な反射体７０を用いた場合に比べて、使用する光検出器４０を小型のものにすることができる。

これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。

上述した実施形態では、各光学素子３６が凹面ミラーから構成されているが、凹面ミラーに代えて、平面ミラーと正のパワーを有する光学部品（例えばレンズや回折格子など）とから構成されてもよい。

本発明による走査光学系の実施形態を概略的に示している。図１に示した反射体に代替可能な別の反射体を示している。図１に示した検出系の変形例を示している。図１に示した第三の光学素子の変形例を示している。図１に示した反射体に代替可能な別の反射体を示している。

符号の説明

１０…光源、２０…反射体、２２…光学的開口、２４…軸、２６…回転機構、３２…ミラー（第一の光学素子）、３４…ミラー（第二の光学素子）、３６…光学素子（第三の光学素子）、４０…光検出器、４２…フィルター、５２…ロッド、５４…円筒体、５６…プレート、５８…プレート、６０…被検体、６２…凸部、７０…反射体、７２…基板、７４…反射膜、７６…光学的開口、８０…スライダー、９０…反射体、９２…基板、９２ａ…凹面、９２ｂ…平面、９４…反射膜、９６…光学的開口、Ｌ１…第一の平行光束、Ｌ２…第二の平行光束、Ｌ３…光束。

Claims

第一の軸に平行な第一の平行光束を射出する光源と、
前記第一の軸に対して４５°傾いた第二の軸の周りに回転し、前記第一の平行光束を部分的に透過して第二の平行光束を作り出す前記第二の軸から離心した領域に光学的開口を有している反射体と、
前記第二の平行光束を前記第一の軸に垂直かつ中心軸Ｃから遠ざかる方向に反射する複数の第一の光学素子と、
前記第一の光学素子によって反射された前記第二の平行光束を再び前記第一の軸に平行に反射する複数の第二の光学素子と、
前記第二の光学素子によって反射された前記第二の平行光束を前記第一の軸に垂直かつ中心軸Ｃに向かう方向に反射するとともに前記第一の軸上に配置された被検体の表面に集光させる複数の第三の光学素子と、
前記被検体の内部に入射して拡散伝播し前記被検体から射出され、前記第三の光学素子と前記第二の光学素子と前記第一の光学素子と前記反射体とによって順に反射された光束を検出する光検出器とを有している、走査光学系。
前記第三の光学素子が、複数の凹面ミラーから構成されている、請求項１に記載の走査光学系。
前記反射体が、光学的に透明な基板と、前記光学的開口に対応する領域を除いて前記基板の表面に形成された反射膜とから構成されている、請求項１又は２に記載の走査光学系。
前記第二の光学素子と前記第三の光学素子とを前記第一の軸に垂直な方向に移動させる複数の移動機構をさらに有している、請求項１〜３のいずれかに記載の走査光学系。
前記反射体の反射面が正のパワーを有している、請求項１〜４のいずれかに記載の走査光学系。