JP2013142700A - Optical probe and optical interference tomographic apparatus including the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光干渉断層撮影装置に係り、より詳細には、光路長調節が可能な光プローブ及びこれを備える光干渉断層撮影装置に関する。 The present invention relates to an optical coherence tomography apparatus, and more particularly to an optical probe capable of adjusting an optical path length and an optical coherence tomography apparatus including the same.
最近は、人体組職又は多様な材料などの対象体の内部構造を観察できる方法及び装置が多様な分野で広く使われている。X線装置、CT(Computerized Tomography)スキャナ、MRI(Magnetic Resonance Image)装置及び超音波装置などの多様な内部透過映像及び断層映像撮影装置がその例である。これらの装置は、人体及び生命体の内部構造を直接切開せずに各種病気の原因と位置及び進行過程を把握することで、医療分野において重要な位置を占めている。従って、これらの診断装置において、生命体に対する低有害性、高分解能映像獲得、合理的なコスト及び移動及び使用の便宜性などは、重要な要素として認識されている。 Recently, methods and apparatuses that can observe the internal structure of an object such as a human body organization or various materials are widely used in various fields. Examples include various internal transmission imaging and tomographic imaging apparatuses such as an X-ray apparatus, a CT (Computerized Tomography) scanner, an MRI (Magnetic Resonance Image) apparatus, and an ultrasonic apparatus. These devices occupy an important position in the medical field by grasping the cause, position and progress of various diseases without directly incising the internal structure of the human body and the living body. Therefore, in these diagnostic apparatuses, low harmfulness to living organisms, acquisition of high-resolution images, reasonable cost and convenience of movement and use are recognized as important factors.
特に、光干渉断層撮映装置は、対象体に照射されて反射する光と、基準になる光との干渉現象を用いて対象体の内部構造を撮影できる装置であり、その解像度の映像を得ることができ、且つ人体に無害であるという長所があって医療分野で広く使われている。 In particular, the optical coherence tomography apparatus is an apparatus that can capture the internal structure of an object using an interference phenomenon between light that is irradiated and reflected on the object and light that serves as a reference, and obtains an image of that resolution. It has the advantage of being harmless to the human body and is widely used in the medical field.
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、フルレンジ(full range)の光干渉断層撮影装置に必要な光路長の調節が可能な光プローブ、及びこれを備える光干渉断層撮影装置を提供することにある。特に、製品の小型化が可能な光プローブを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above prior art, and an object of the present invention is to provide an optical probe capable of adjusting the optical path length necessary for a full range optical coherence tomography apparatus, and An optical coherence tomography apparatus is provided. In particular, it is an object of the present invention to provide an optical probe capable of downsizing a product.
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による光プローブは、外部から伝達された光の進行経路を調節する光経路調節部と、前記光経路調節部で光の進行経路が調節されるにつれて光路長に差を発生させる光路長調節部材と、前記光路長調節部材を通過した光を出力する光出力部と、を備える。 To achieve the above object, an optical probe according to an aspect of the present invention includes an optical path adjusting unit that adjusts a traveling path of light transmitted from the outside, and a light traveling path that is adjusted by the optical path adjusting unit. An optical path length adjusting member that generates a difference in the optical path length, and a light output unit that outputs light that has passed through the optical path length adjusting member.
前記光経路調節部は、前記光出力部から出力された光が前記対象体に照射される地点が既定の方向に既定の長さほど繰り返して移動するように光の進行経路を調節し、前記光路長調節部材は、前記光が対象体に照射される地点が移動する度に前記光の光路長を一定に増大させ得る。
前記光路長調節部材は、前記光経路調節部で進行経路が調節された光を通過させ、光が通過する地点によって光路長に差を発生させ得る。
前記光路長調節部材は、同じ屈折率を持つ材質で形成されて厚さが一定でなくあり得る。
前記光路長調節部材は、前記光の進行方向と平行に切断された断面がウェッジ形状であり得る。
又は、前記光路長調節部材は、いずれか一面又は両面の断面がメニスカス形状であり得る。
前記光路長調節部材は、それぞれ異なる屈折率を持つ2つ以上の材質で形成され得る。
又は、前記光路長調節部材は、表面に突起が形成され得る。
前記光路長調節部材は、前記光経路調節部で進行経路が調節された光の一部を遮断して光の直径を低減させることで、遮断前に比べて相対的に光路長調節効果を向上させ得る。
前記光路長調節部材は、前記光経路調節部で調節された光の進行経路によって光の直径を変更させ得る。
前記光経路調節部は、固定された軸を中心として一定半径ほど回動するミラーであり得る。
The light path adjusting unit adjusts a light traveling path so that a point at which the light output from the light output unit is irradiated on the object repeatedly moves in a predetermined direction by a predetermined length, and the optical path The length adjusting member may increase the optical path length of the light constantly each time the point where the light is irradiated onto the object moves.
The optical path length adjusting member may allow the light whose traveling path is adjusted by the optical path adjusting unit to pass therethrough and generate a difference in the optical path length depending on a point through which the light passes.
The optical path length adjusting member may be formed of a material having the same refractive index and may not have a constant thickness.
The optical path length adjusting member may have a wedge shape in a cross section cut in parallel with the traveling direction of the light.
Alternatively, the optical path length adjusting member may have a meniscus cross section on one or both sides.
The optical path length adjusting member may be formed of two or more materials having different refractive indexes.
Alternatively, the optical path length adjusting member may have a protrusion on the surface.
The optical path length adjusting member improves the optical path length adjusting effect relatively than before blocking by blocking a part of the light whose traveling path is adjusted by the optical path adjusting unit and reducing the diameter of the light. Can be.
The optical path length adjusting member may change the diameter of the light according to the light traveling path adjusted by the optical path adjusting unit.
The optical path adjusting unit may be a mirror that rotates about a fixed radius about a fixed axis.
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による光干渉断層撮影装置は、光を生成する光生成器と、前記生成された光を測定光線と参照光線とに分離して前記測定光線を光プローブに伝達し、前記測定光線が対象体で反射して戻ってきた応答光線を前記光プローブから受信する光結合器と、前記応答光線及び前記参照光線によって発生する干渉信号を検出する検出器と、前記検出された干渉信号を用いて前記対象体の断層撮影映像を生成する映像信号処理器と、を備え、前記光プローブは、前記光結合器から伝達された光の進行経路を調節する光経路調節部と、前記光経路調節部で光の進行経路が調節されるにつれて光路長に差を発生させる光路長調節部材と、前記光路長調節部材を通過した光を出力する光出力部と、を備える。 In order to achieve the above object, an optical coherence tomography apparatus according to an aspect of the present invention includes a light generator for generating light, and separating the generated light into a measurement light beam and a reference light beam. Is transmitted to the optical probe, and an optical coupler that receives the response light beam reflected from the measurement object and returned from the optical probe, and a detection that detects an interference signal generated by the response light beam and the reference light beam. And a video signal processor that generates a tomographic image of the object using the detected interference signal, and the optical probe adjusts a traveling path of light transmitted from the optical coupler. An optical path adjusting unit that generates a difference in optical path length as the light traveling path is adjusted by the optical path adjusting unit, and a light output unit that outputs light that has passed through the optical path length adjusting member And comprising.
前記光経路調節部は、前記光出力部から出力された光が前記対象体に照射される地点が既定の方向に既定の長さほど繰り返して移動するように光の進行経路を調節し、前記光路長調節部材は、前記光が対象体に照射される地点が移動する度に前記光の光路長を一定に増大させ得る。
前記光路長調節部材は、前記光経路調節部で進行経路が調節された光を通過させ、光が通過する地点によって光路長に差を発生させ得る。
前記光路長調節部材は、同じ屈折率を持つ材質で形成されて厚さが一定でなくあり得る。
前記光路長調節部材は、前記光の進行方向と平行に切断された断面がウェッジ形状であり得る。
又は前記光路長調節部材は、いずれか一面又は両面の断面がメニスカス形状であり得る。
前記光路長調節部材は、それぞれ異なる屈折率を持つ2つ以上の材質で形成され得る。
又は、前記光路長調節部材は、表面に突起が形成され得る。
前記光路長調節部材は、前記光経路調節部で進行経路が調節された光の一部を遮断して光の直径を低減させることで、遮断前に比べて相対的に光路長調節効果を向上させ得る。
前記光路長調節部材は、前記光経路調節部で調節された光の進行経路によって光の直径を変更させ得る。
前記光経路調節部は、固定された軸を中心として一定半径ほど回動するミラーであり得る。
The light path adjusting unit adjusts a light traveling path so that a point at which the light output from the light output unit is irradiated on the object repeatedly moves in a predetermined direction by a predetermined length, and the optical path The length adjusting member may increase the optical path length of the light constantly each time the point where the light is irradiated onto the object moves.
The optical path length adjusting member may allow the light whose traveling path is adjusted by the optical path adjusting unit to pass therethrough and generate a difference in the optical path length depending on a point through which the light passes.
The optical path length adjusting member may be formed of a material having the same refractive index and may not have a constant thickness.
The optical path length adjusting member may have a wedge shape in a cross section cut in parallel with the traveling direction of the light.
Alternatively, the optical path length adjusting member may have a meniscus shape on one or both sides.
The optical path length adjusting member may be formed of two or more materials having different refractive indexes.
Alternatively, the optical path length adjusting member may have a protrusion on the surface.
The optical path length adjusting member improves the optical path length adjusting effect relatively than before blocking by blocking a part of the light whose traveling path is adjusted by the optical path adjusting unit and reducing the diameter of the light. Can be.
The optical path length adjusting member may change the diameter of the light according to the light traveling path adjusted by the optical path adjusting unit.
The optical path adjusting unit may be a mirror that rotates about a fixed radius about a fixed axis.
本発明によれば、光プローブ内部のガルバノ・スキャナをピボット・オフさせずに光路長調節部材を用いて、出力される光の光路長を調節することで製品の小型化が可能な長所がある。
また、ピエゾアクチュエータを使う光プローブに光路長調節部材を備えさせることで、フルレンジ具現のためのモジュレーションを行うことができる。
According to the present invention, there is an advantage that a product can be reduced in size by adjusting the optical path length of the output light by using the optical path length adjusting member without pivoting off the galvano scanner inside the optical probe. .
In addition, modulation for realizing a full range can be performed by providing an optical path length adjusting member in an optical probe using a piezoelectric actuator.
以下、本発明を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態の特徴をより明らかに説明するために、当業者に広く知られている事項については、詳細な説明を省略する。 Hereinafter, specific examples of embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In order to more clearly describe the features of the present embodiment, detailed descriptions of matters widely known to those skilled in the art are omitted.
図1は、本発明の一実施形態による光干渉断層撮影装置の構成を示す図面である。図1を参照すると、本実施形態による光干渉断層撮影装置は、光生成器110、光結合器120、光プローブ130、検出器140、及び映像信号処理器150を備える。図1を参照して、本実施形態による光干渉断層撮影装置の動作特性を説明すると、次の通りである。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an optical coherence tomography apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the optical coherence tomography apparatus according to the present embodiment includes a
光生成器110は、光を生成して光結合器120に伝達する。光結合器120は、ビームスプリッター122及び基準ミラー124を備える。光生成器110から伝達された光は、ビームスプリッター122で測定光と参照光とに分離される。ビームスプリッター122で分離された光のうち、測定光は、光プローブ130に伝達され、参照光は、基準ミラー124に伝達されて反射した後、再びビームスープリットル122に戻る。一方、光プローブ130に伝達された測定光は、光プローブ130を通じて内部の断層映像を撮影しようとする対象体10に照射され、照射された測定光が対象体10で反射した応答光は、光プローブ130を通じて光結合器120のビームスプリッター122に伝達される。伝達された応答光及び基準ミラー124で反射した参照光は、ビームスプリッター122で干渉を引き起こし、検出器140は干渉信号を検出する。そして、検出器140が検出した干渉信号を映像信号処理器150に伝達すると、映像信号処理器150は、これを対象体10の断層映像を示す映像信号に変換する。
The
一方、本実施形態は、フルレンジの光干渉断層撮影装置であるとの前提に基づき、以下では、フルレンジの光干渉断層撮影装置についての説明、及びこれを具現するための光プローブ130の内部構成及び動作特性を説明する。
On the other hand, the present embodiment is based on the premise that it is a full-range optical coherence tomography apparatus, and in the following, the description of the full-range optical coherence tomography apparatus and the internal configuration of the
フルレンジの光干渉断層撮影装置は、測定光が対象体10に照射される地点が横方向に移動するにつれて測定光の光路長を変化させる。より詳細には、測定光が対象体10に照射される地点を、横方向に同じ長さほど連続して移動させながらスキャンを行い、測定光が対象体10に照射される地点が、横方向に移動する度に測定光の光路長が同じ長さほど増大する方式で、モジュレーションを行う。ここで、測定光が対象体10に照射される方向、即ち対象体10の深さ方向を縦方向といい、これに垂直な方向が横方向になる。また、光路長とは、屈折率nの媒質中を光が距離lほど通過する時、nとlとの積を光路長という。即ち、媒質を通過する間にかかった時間と同じ時間内に光が真空中を通過する距離と同一である。このように測定光の光路長を変化させながら測定光が対象体10に照射される地点を横方向に移動させる役割を、光プローブ130が行う。
The full-range optical coherence tomography apparatus changes the optical path length of the measurement light as the point where the measurement light is irradiated onto the
図1を参照すると、光プローブ130は、コリメーターレンズ132、ガルバノ・スキャナ134、光路長調節部材136、及びレンズ138を備える。ここで、ガルバノ・スキャナ134は、一定の軸を中心として一定半径回転が可能なミラーであり、MEMS(Micro Electro Mechanical System)から回転に必要な駆動力を得るMEMSスキャナとして具現される。また、光路長調節部材136は、一定の屈折率を持つ1つの材質又はそれぞれ異なる屈折率を持つ2つ以上の材質を用いて多様な形状で製作された部材であって、光が光路長調節部材136を通過する地点によって光路長を変化させる。
Referring to FIG. 1, the
光結合器120から伝達された測定光は、光プローブ130のコリメーターレンズ132を通過して視準され、ガルバノ・スキャナ134で反射することで進行方向が調節されて、光路長調節部材136及びレンズ138を順次に通過した後で対象体10に照射される。ガルバノ・スキャナ134が一定の軸を中心として回動することで、測定光が対象体10に照射される地点が横方向に移動し、この時、ガルバノ・スキャナ134が回動することで、測定光が光路長調節部材136を通過する地点も移動するので、測定光の光路長が変化する。
The measurement light transmitted from the
一方、図面には示していないが、光プローブ130は、コリメーターレンズ132、ガルバノ・スキャナ134、光路長調節部材136、及びレンズ138を内部に備えるハウジング(図示せず)を備える。そして、光路長調節部材136及びレンズ138を通過した測定光は、ハウジング(図示せず)の開口部から出力されて対象体10に照射される。従って、測定光が出力されるハウジング(図示せず)の開口部を光出力部という。
On the other hand, although not shown in the drawing, the
このような光路長を変化させながら対象体10に測定光を横方向にスキャンする詳細な内容を、図2を参照して説明する。図2は、本発明の一実施形態による光プローブ130の内部で測定光が進行する経路を示す図面である。図2を参照すると、ガルバノ・スキャナ134が回動することで、測定光の進行方向を横方向に一定長さほど移動させることが分かる。ガルバノ・スキャナ134は、測定光の進行方向が第1方向から第N方向まで調節されるように回動し、第1方向の測定光は、図2のd11及びd12に対応する光路長を進行し、第2方向の測定光は、図2のd21及びd22に対応する光路長を進行し、第N方向の測定光は、図2のdN1及びdN2に対応する光路長を進行する。即ち、測定光が第i方向(i=1,2,…,N)に調節された時、ガルバノ・スキャナ134で反射して光路長調節部材136を通過するまで進行する光路長をdiとすると、次のような数式が成立する。
The detailed contents of scanning the measurement light in the lateral direction on the
ここで、nは、光路長調節部材136を形成する材質の屈折率である。
Here, n is the refractive index of the material forming the optical path
また、進行方向が隣接している2つの測定光、即ち第i+1方向の測定光と第i方向の測定光との間の光路長の差は、次のような数式で示される。 Further, the difference in optical path length between two measurement lights whose traveling directions are adjacent, that is, the measurement light in the (i + 1) th direction and the measurement light in the i-th direction is expressed by the following formula.
従って、光路長調節部材136の傾いた上面が下面となす角度、部材を形成する材質の屈折率、ガルバノ・スキャナ134の回動の中心になる軸の位置、又は部材の曲率を調節することで、
を調節してモジュレーションを変更することができる。
Accordingly, by adjusting the angle between the inclined upper surface of the optical path
Can be used to change the modulation.
を用いてモジュレーションを行う具体的な方法は、下記の数式を用いて詳細に説明する。 A specific method of performing modulation using the will be described in detail using the following mathematical formula.
上記数式2の
を
とすると、図1の光干渉断層撮影装置の検出器140で受信する干渉信号のパワーは、次のような数式で示される。
Equation 2 above
The
Then, the power of the interference signal received by the
上記数式3で
は、測定光の進行方向が移動する横方向をx軸とする時、測定光が対象体10に照射される地点の座標を示し、
は、第i方向に調節された測定光の波数を示す。また、
は、検出器140で受信する干渉信号のパワーであり、
は、光源の波長別振幅を示し、
は、横方向振幅を示す。そして
は、ビームスプリッター122から対象体10まで光が移動する距離から、ビームスプリッター122から基準ミラー124まで光が移動する距離を差し引いた差を意味する。
In Equation 3 above
Indicates the coordinates of the point where the measurement light is irradiated onto the
Indicates the wave number of the measurement light adjusted in the i-th direction. Also,
Is the power of the interference signal received by the
Indicates the amplitude of the light source by wavelength,
Indicates lateral amplitude. And
Means a difference obtained by subtracting a distance from which the light travels from the
一方、上記数式3は、オイラーの公式を用いて複素数指数を含む項で展開して整理すると、次の数式になる。 On the other hand, the above formula 3 becomes the following formula when expanded and rearranged with terms including complex exponents using Euler's formula.
このようにモジュレーションを行うためには、上述したように、測定光の進行方向が変更される度に、増大する光路長が一定でなければならない。即ち、次のような数式が成立するように、光路長調節部材136の傾いた上面が下面となす角度、部材を形成する材質の屈折率、ガルバノ・スキャナ134の回動の中心になる軸の位置、又は部材の曲率などを調節することで、所望のモジュレーションを行う。
In order to perform modulation in this way, as described above, the optical path length that increases every time the traveling direction of the measurement light is changed must be constant. In other words, so that the following mathematical formula is established, the angle between the inclined upper surface of the optical path
従来は、フルレンジの光干渉断層撮影装置の具現に際して、進行方向が隣接している2つの測定光間の光路長の差
を一定にするために、本実施形態の光路長調節部材136のような構成を含まず、ガルバノ・スキャナ134の回転軸を移動させる、即ちガルバノ・スキャナ134をピボット・オフさせる方法を使っていた。従って、ガルバノ・スキャナ134をピボット・オフさせる空間を確保しなければならないため、製品の小型化に限界があるという問題点があった。具体的に、全体幅の長さが3mmであり、ミラーの直径が1.5mmであるMEMSスキャナをガルバノ・スキャナとして使う場合、ピボット・オフのためには、500μm〜700μmの追加空間が必要になるため、直径2.8mm〜3.0mmが標準として定められた内視鏡のワーキングチャネルに光プローブが挿入され得ないという問題点があり、今後の技術の適用範囲の拡大及び応用において問題点を持っていた。しかし、本実施形態による場合、ガルバノ・スキャナ134をピボット・オフさせずに光路長調節部材136を備える方式でモジュレーションを行うことで、光プローブのサイズを増大させずにフルレンジを具現できるという長所がある。
Conventionally, when implementing a full-range optical coherence tomography apparatus, the difference in optical path length between two measuring beams whose traveling directions are adjacent to each other
In order to maintain a constant value, the optical path
以下、上述した役割を行うための光路長調節部材136及びこれを備える光プローブの多様な実施形態を、図面を参照して説明する。
Hereinafter, various embodiments of an optical path
図3(A)〜(C)は、本発明の多様な実施形態による光路長調節部材136を備える光プローブの内部構成を示す図面である。より具体的には、図3(A)〜(C)は、光路長調節部材136が備えられる位置、方向などをそれぞれ変更した実施形態を図示する。図3(A)を参照すると、図1及び図2に示した実施形態とは異なって光路長調節部材136がレンズ138の下側に配置されることが分かり、図3(B)を参照すると、光路長調節部材136が配置される位置は、図1及び図2に示した実施形態と同一であるが、光路長調節部材136の左右が逆になっているということが分かる。また、図3(C)を参照すると、光路長調節部材136が配置される位置は、図1及び図2に示した実施形態と同一であるが、光路長調節部材136の上下が逆になっているということが分かる。このように光路長調節部材136が、光プローブ内に配置される位置及び方向を必要に応じて多様に変更でき、この時、光路長調節部材136の傾いた上面が下面となす角度、部材を形成する材質の屈折率、ガルバノ・スキャナ134の回動の中心になる軸の位置、又は部材の曲率などを調節することで、所望のモジュレーションを行う。
3A to 3C are views illustrating an internal configuration of an optical probe including an optical path
図4(A)〜(C)は、本発明の多様な実施形態による光路長調節部材136の断面を示す図面である。より具体的に、図4(A)〜(C)は、互いに異なる屈折率を持つ2つの材質を用いて形成された光路長調節部材136の実施形態を図示する。図4(A)〜(C)で136aと136bとは、互いに異なる屈折率を持つ互いに異なる材質を意味する。図4(A)を参照すると、136aの材質と136bの材質とがなす境界線が、光路長調節部材136の上面から凹んでいる曲線状になっており、図4(B)及び(C)を参照すると、136aの材質と136bの材質とがなす境界線が、光路長調節部材136の上面及び下面にそれぞれ平行に形成される。このように光路長調節部材136を形成する材質を、必要に応じて多様に変更でき、この時、光路長調節部材136の傾いた上面が下面となす角度、部材を形成する材質の屈折率、ガルバノ・スキャナ134の回動の中心になる軸の位置、又は部材の曲率などを調節することで、所望のモジュレーションを行う。また、図4(A)〜(C)では、屈折率の互いに異なる2つの材質を使って光路長調節部材136を形成する実施形態を図示したが、3つ以上の材質を使って光路長調節部材136を形成してもよい。
4A to 4C are cross-sectional views of an optical path
図5(A)〜(E)は、本発明の多様な実施形態による光路長調節部材136の断面の形状を示す図面である。これまでは、図1〜図4(C)で、光路長調節部材136の断面形状がウェッジ(wedge)形状である実施形態について説明した。しかし、図5(A)〜(E)に示したように、光路長調節部材136の断面をウェッジ形状ではない多様な形態に変更できる。図5(A)を参照すると、光路長調節部材136の上面及び下面の断面がメニスカス(meniscus)形状であり、図5(B)を参照すると、光路長調節部材136の上面に突起136cが形成されたことが分かる。図5(C)を参照すると、光路長調節部材136の断面は長方形であり、互いに異なる屈折率を持つ互いに異なる2つの材質を用いて2層136a及び136bが形成されたことが分かる。図5(D)は、光路長調節部材136の断面が長方形であり、屈折率が徐々に変化する実施形態を示したものである。図5(D)で、光路長調節部材136に表現された明暗は屈折率に対応し、図5(D)を参照すると、明暗の変化が漸進的に起き、屈折率が漸進的に変化することが分かる。最後に、図5(E)は、光路長調節部材136の断面が階段状である実施形態を示したものである。ここで、図面に示していないが、図5(A)とは異なり、光路長調節部材136のいずれか一面のみをメニスカス形状にしてもよい。このように光路長調節部材136の断面形状を多様に変更することで、光路長調節部材136を備える光プローブを用いて、モジュレーション実行時に発生する非線形的な特性を補正でき、光路長調節部材136の傾いた上面が下面となす角度、部材を形成する材質の屈折率、ガルバノ・スキャナ134の回動の中心になる軸の位置、又は部材の曲率などを調節することで、所望のモジュレーションを行う。
5A to 5E are views illustrating cross-sectional shapes of an optical path
図6は、本発明の他の実施形態によるピエゾアクチュエータを使用した光プローブの内部構成を示す図面である。図6に示した光プローブは、ガルバノ・スキャナではないピエゾアクチュエータ135を用いて光の進行方向を調節する。より詳細には、ピエゾアクチュエータ135の上部及び下部に備えられた圧電素子135aに電気信号を印加すると、圧電素子は上方又は下方に折り曲げられ、ピエゾアクチュエータ135の支持層135bも、圧電素子135aの変形につれて上方又は下方に折り曲げられる。支持層135bには光ファイバ135cが含まれており、光ファイバ135cも支持層135bに沿って上方又は下方に折り曲げられるため、光ファイバ135cから出力される光の進行方向も上方又は下方に調節される。これらの形態の光プローブでは、ガルバノ・スキャナを使わないため、ピボット・オフによるモジュレーション自体が不可能である。しかし、図6に示したように、光路長調節部材136を光の進行経路上に位置するように備えることで、上記のようなモジュレーションを行うことができる。この時、光路長調節部材136は、図4(A)〜図5(E)のように多様な形態に具現される。即ち、光路長調節部材136を使うことで、ガルバノ・スキャナのピボット・オフ自体が不可能な形態の光プローブを用いてもフルレンジを具現することができる。
FIG. 6 is a diagram showing an internal configuration of an optical probe using a piezo actuator according to another embodiment of the present invention. The optical probe shown in FIG. 6 adjusts the traveling direction of light using a
一方、位相変調のための光路長の調節は、光直径のサイズを調節することで具現してもよく、以下で詳細な内容を説明する。 On the other hand, the adjustment of the optical path length for phase modulation may be realized by adjusting the size of the light diameter, and the details will be described below.
図7(A)は、本発明の更に他の実施形態による光プローブの内部で測定光が進行する経路を示す図面であり、図7(B)は、本発明の更に他の実施形態による光プローブの内部で応答光が進行する経路を示す図面である。 FIG. 7A is a diagram illustrating a path through which measurement light travels inside an optical probe according to still another embodiment of the present invention, and FIG. 7B is a diagram illustrating light according to still another embodiment of the present invention. It is drawing which shows the path | route which response light advances inside a probe.
先ず図7(A)を参照すると、測定光は、ガルバノ・スキャナ134で反射することで進行方向が調節されて対象体10に照射されるが、この時、光路長調節部材136は測定光の進行経路上に位置しない。従って、測定光は、光路長調節部材136の影響を受けずに対象体10に照射される。また、図7(B)を参照すると、測定光が対象体10で反射して出た応答光も、光路長調節部材136の影響を受けずにガルバノ・スキャナ134で反射して光プローブの外部に進行する。
First, referring to FIG. 7A, the measurement light is reflected by the
図8(A)は、本発明の更に他の実施形態による光プローブの内部で測定光が進行する経路を示す図面であり、図8(B)は、本発明の更に他の実施形態による光プローブの内部で応答光が進行する経路を示す図面である。 FIG. 8A is a diagram illustrating a path along which measurement light travels inside an optical probe according to still another embodiment of the present invention, and FIG. 8B is a diagram illustrating light according to still another embodiment of the present invention. It is drawing which shows the path | route which response light advances inside a probe.
図8(A)では、ガルバノ・スキャナ134が中心134aを基準として回転し、図7(A)に比べて測定光の進行方向が右側に若干変更したことが分かる。図8(A)を参照すると、測定光は、ガルバノ・スキャナ134で反射することで、進行方向が調節されて対象体10に照射されるが、この時、光路長調節部材136が測定光の進行経路上に位置する。従って、測定光の一部は、光路長調節部材136によって屈折して進行経路を外れ、残りの測定光のみが進行経路に沿って対象体10に照射されることが分かる。即ち、対象体10に到逹する測定光の直径が、図7Aに比べて低減する。この時、光路長調節部材136は、一定の屈折率を持つ一つの材質又はそれぞれ異なる屈折率を持つ2つ以上の材質を用いて多様な形状に製作された部材であるか、又は光を遮断する材質で製作された部材である。図8(B)を参照すると、測定光が対象体10で反射して出た応答光が、ガルバノ・スキャナ134で反射して光プローブの外部に進行する。この時、図8(B)に示した応答光も、光路長調節部材136によって、図7(B)に比べて直径が低減する。
In FIG. 8A, it can be seen that the
このように光路長調節部材136によって測定光及び応答光の直径に変化が生じるが、これは、実質的に光路長が変化する効果をもたらす。光の直径変化が実質的な光路長の変化をもたらす理由について、図7(B)及び図8(B)を参照して詳細に説明する。図7(B)に示した応答光がガルバノ・スキャナ134と接触する直径の中心点701と、図8(B)に示した応答光がガルバノ・スキャナ134と接触する直径の中心点801とを比較すると、位置が異なることが分かる。即ち、応答光の直径が変化するに伴い、応答光がガルバノ・スキャナ134と接触する直径の中心点の位置も変化する。ところが、光が移動する実質的な距離は、光直径の中心が移動する距離であるといえるので、図7(B)及び図8(B)で、応答光の光路長は互いに異なる。結果的に、光路長調節部材136を用いて測定光及び応答光の直径サイズを調節すると、測定光及び応答光が進行する光路長も調節される。
As described above, the optical path
光の直径調節によりフェーズモジュレーションを行う具体的な方法について説明する。図9は、本発明の更に他の実施形態による光プローブの内部で測定光が進行する経路を示す図面である。図9を参照すると、第1方向の測定光は、直径がr1であり、第2方向の測定光は、直径がr2であり、第N方向の測定光は、直径がrNであるということが分かる。このような直径の変化は、図7(A)〜図8(B)を参照して説明したように、光路長調節部材136によって起きる。測定光が第i方向(i=1,2,…,N)に調節された時の直径サイズをriとすると、進行方向が隣接している2つの測定光、即ち第i+1方向の測定光と第i方向の測定光との直径の差は、次のような数式で示される。
A specific method for performing phase modulation by adjusting the diameter of light will be described. FIG. 9 is a diagram illustrating a path along which measurement light travels inside an optical probe according to still another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 9, the measurement light in the first direction, the diameter is that r 1, the measurement light of the second direction, the diameter is the r 2, measurement light of the N direction, is a r N diameter I understand that. Such a change in diameter is caused by the optical path
上記数式6の
を
とすると、上記数式3及び数式4によってフェーズモジュレーションを行うことができる。詳細な内容は、上記数式3及び数式4についての説明部分を参考にする。
Equation 6 above
The
Then, the phase modulation can be performed by the above formulas 3 and 4. For details, refer to the explanation part of the above formulas 3 and 4.
一方、レンズの形状を変形してレンズと光路長調節部材の役割を同時に行うレンズを用いるように実施形態を具現でき、これについては、図10(A)及び図10(B)を参照して以下で詳細に説明する。 On the other hand, the embodiment can be implemented so as to use a lens that changes the shape of the lens and performs the role of the lens and the optical path length adjusting member at the same time. For this, refer to FIG. 10 (A) and FIG. This will be described in detail below.
図10(A)及び(B)は、本発明の更に他の実施形態による光プローブの内部構成を示す図面である。図10(A)及び(B)を図3(A)〜(C)と比べると、図3(A)〜(C)では、光路長調節部材136とレンズ138とをそれぞれ別途に備えたが、図10(A)及び(B)では、別途の光路長調節部材136を備えずにレンズ138のみを備える。ここで、図10(A)及び(B)に示したレンズ138は、一側断面が傾いて形成され、図3(A)〜(C)のレンズ138の上側又は下側に光路長調節部材136を結合させた形状と類似していることが分かる。即ち、図10(A)及び(B)のレンズ138は、図3(A)〜(C)の光路長調節部材136及びレンズ138が行う役割を同時に行う。このようにレンズの変形により光路長を調節する効果を得ることで、光プローブの構成が単純になる。
FIGS. 10A and 10B are diagrams showing an internal configuration of an optical probe according to still another embodiment of the present invention. 10A and 10B are compared with FIGS. 3A to 3C, the optical path
以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described referring drawings, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, A various change implementation is carried out within the range which does not deviate from the technical scope of this invention. It is possible.
本発明は、光プローブ及びこれを備える光干渉断層撮影装置関連の技術分野に好適に用いられる。 The present invention is suitably used in a technical field related to an optical probe and an optical coherence tomography apparatus including the same.
10 対象体
110 光生成器
120 光結合器
122 ビームスプリッター
124 基準ミラー
130 光プローブ
132 コリメーターレンズ
134 ガルバノ・スキャナ
134a 中心
135 ピエゾアクチュエータ
135a 圧電素子
135b 支持層
135c 光ファイバ
136、136a、136b 光路長調節部材
136c 突起
138 レンズ
140 検出器
150 映像信号処理器
701、801 中心点
DESCRIPTION OF
Claims (22)
外部から伝達された光の進行経路を調節する光経路調節部と、
前記光経路調節部で光の進行経路が調節されるにつれて光路長に差を発生させる光路長調節部材と、
前記光路長調節部材を通過した光を出力する光出力部と、を備える光プローブ。 An optical probe for irradiating an object with light,
An optical path controller that adjusts the traveling path of light transmitted from the outside;
An optical path length adjusting member that generates a difference in optical path length as the light path is adjusted by the optical path adjusting unit;
An optical probe comprising: an optical output unit that outputs light that has passed through the optical path length adjusting member.
前記光路長調節部材は、前記光が対象体に照射される地点が移動する度に前記光の光路長を一定に増大させることを特徴とする請求項1に記載の光プローブ。 The light path adjusting unit adjusts the traveling path of light so that a point irradiated with the light output from the light output unit repeatedly moves in a predetermined direction for a predetermined length,
2. The optical probe according to claim 1, wherein the optical path length adjusting member increases the optical path length of the light constantly whenever the point where the light is irradiated onto the object moves.
光を生成する光生成器と、
前記生成された光を測定光線と参照光線とに分離して前記測定光線を光プローブに伝達し、前記測定光線が対象体で反射して戻ってきた応答光線を前記光プローブから受信する光結合器と、
前記応答光線及び前記参照光線によって発生する干渉信号を検出する検出器と、
前記検出された干渉信号を用いて前記対象体の断層撮影映像を生成する映像信号処理器と、を備え、
前記光プローブは、
前記光結合器から伝達された光の進行経路を調節する光経路調節部と、
前記光経路調節部で光の進行経路が調節されるにつれて光路長に差を発生させる光路長調節部材と、
前記光路長調節部材を通過した光を出力する光出力部と、を備える光干渉断層撮影装置。 An optical coherence tomography apparatus that performs tomography by irradiating a target with light,
A light generator for generating light;
Optical coupling that separates the generated light into a measurement beam and a reference beam, transmits the measurement beam to an optical probe, and receives a response beam returned from the measurement beam reflected from the object. And
A detector for detecting an interference signal generated by the response beam and the reference beam;
A video signal processor that generates a tomographic image of the object using the detected interference signal,
The optical probe is
An optical path controller that adjusts a traveling path of light transmitted from the optical coupler;
An optical path length adjusting member that generates a difference in optical path length as the light path is adjusted by the optical path adjusting unit;
An optical coherence tomography apparatus comprising: a light output unit that outputs light that has passed through the optical path length adjusting member.
前記光路長調節部材は、前記光が対象体に照射される地点が移動する度に前記光の光路長を一定に増大させることを特徴とする請求項12に記載の光干渉断層撮影装置。 The light path adjusting unit adjusts the traveling path of light so that a point irradiated with the light output from the light output unit repeatedly moves in a predetermined direction for a predetermined length,
The optical coherence tomography apparatus according to claim 12, wherein the optical path length adjusting member increases the optical path length of the light constantly every time a point where the light is irradiated onto the object moves.
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