JP2016142551A - 光イメージング装置 - Google Patents

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大志 山崎
Hiroshi Yamazaki
大志 山崎
隆文 淺田
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隆文 淺田
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Abstract

【課題】 被検知部に反射させた光を取得して画像化し、形状測定を行う光イメージング装置の深さ方向の分解能を向上する。【解決手段】 光イメージング装置に、分光素子62と、スリット63と、拡大光学素子64と、撮像部65とを具備する。分光素子62は、参照光L1と測定光L2の合成光を波長帯域毎の光に分光して出射する。そして、スリット63は、分光素子62から出射される光のうち、一部の波長帯域の光のみを通過させる。そして、拡大光学素子64は、スリット63を通過した光を拡大して出射する。そして、撮像部65は、この拡大光学素子64から出射される光を波長帯域毎にそれぞれ検出し、その検出信号を出力する。【選択図】 図1

Description

本発明は、被検知部に反射させた光を取得して画像化する光イメージング装置に関するものである。
近年、画像診断の手法に光の干渉性を利用したOCT(Optical coherence tomography:光干渉断層撮影)技術が注目されている。光源として波長1300nm程度の近赤外線を用いることが多いが、近赤外線は生体に対して非侵襲性であり、また超音波よりも波長が短いために空間分解能に優れており、おおよそ10〜20μmの識別が可能となることから、特に医療現場で用いられることが多くなっている。
ところで、OCTに用いられる光イメージング装置を、医療用途から工業用途に展開し、例えば、平坦状部品の表面粗さや、円筒状部品の内面性状測定等を高精度に行おうとした場合には、被測定面に交差する深さ方向(奥行き方向)の分解能を向上させることが望ましい。
光イメージング装置には、光源から出射する光を分割してミラーと被検知部にそれぞれ反射させるとともに前記ミラーを走査し、これら反射光の干渉信号に基づき例えば被検知部の断面画像等、深さ方向の情報を取得するようにしたTD−OCT(Time domain OCT)がある。また、他の方式としては、広帯域光源から多くの波長を含んだ光を出射し、この光を固定ミラーと被検知部にそれぞれ反射させ、これら反射光を分光器を通して波長分解した後にラインセンサにより検出し、さらにこの検出情報をフーリエ変換することによってTD−OCTと同様の情報を得るようにしたSD−OCT(Spectral-domain OCT)がある(例えば、特許文献1参照)。
一般的に、SD−OCTでは、ミラー走査が不要なので測定時間を比較的短くすることができるが、TD−OCTに比べて分解能に劣る。
特開2013−88416号公報
本発明は上記従来事情に鑑みてなされたものであり、その課題とする処は、深さ方向の分解能を向上することができる形状測定装置を提供することにある。
上記課題を解決するための一手段は、広帯域光源部、分割光学素子、プローブ、反射光学素子、合成光学素子、分光素子、スリット、拡大光学素子、撮像部を具備する。
ここで、広帯域光源部は、異なる波長を含んだ光を出射する。分割光学素子は、広帯域光源部から出射される光を測定光と参照光とに分割する。プローブは、測定光を出射して被検体に照射するとともに被検体により反射した光を逆方向へ戻す。反射光学素子は、参照光を反射して逆方向へ戻す。合成光学素子は、プローブにより戻される測定光と反射光学素子により戻される参照光とを合成する。分光素子は、合成光学素子による合成光を波長帯域毎の光に分光して出射する。スリットは、分光素子から出射される光のうち、一部の波長帯域の光のみを通過させる。拡大光学素子は、スリットを通過した光を拡大して出射する。撮像部は、拡大光学素子から出射される光を波長帯域毎にそれぞれ検出し、その検出信号を出力する。
本発明は、以上説明したように構成されているので、深さ方向の分解能を向上することができる。
本発明に係る光イメージング装置の一例を示す模式図である。 本発明に係る光イメージング装置の他例を示す模式図である。
本実施の形態における第一の特徴は、広帯域光源部、分割光学素子、プローブ、反射光学素子、合成光学素子、分光素子、スリット、拡大光学素子、撮像部を具備した(図1参照)。ここで、広帯域光源部は、異なる波長を含んだ光を出射する。分割光学素子は、広帯域光源部から出射される光を測定光と参照光とに分割する。プローブは、測定光を出射して被検体に照射するとともに、被検体により反射した光を逆方向へ戻す。反射光学素子は、参照光を反射して逆方向へ戻す。合成光学素子は、プローブにより戻される測定光と反射光学素子により戻される参照光とを合成する。分光素子は、合成光学素子による合成光を波長帯域毎の光に分光して出射する。スリットは、分光素子から出射される光のうち、一部の波長帯域の光のみを通過させる。拡大光学素子は、スリットを通過した光を拡大して出射する。撮像部は、拡大光学素子から出射される光を波長帯域毎にそれぞれ検出し、その検出信号を出力する。
この構成によれば、分光した光のうち、一部の波長帯域の光のみを抽出し拡大して検出し、その検出信号を出力するようにしているため、深さ方向の分解能を向上することができる。
第二の特徴としては、広帯域光源部、分割光学素子、プローブ、反射光学素子、合成光学素子、第1の分光素子、スリット、第2の分光素子、撮像部を具備した(図2参照)。ここで、広帯域光源部は、異なる波長を含んだ光を出射する。分割光学素子は、広帯域光源部から出射される光を測定光と参照光とに分割する。プローブは、測定光を出射して被検体に照射するとともに、被検体により反射した光を逆方向へ戻す。反射光学素子は、参照光を反射して逆方向へ戻す。合成光学素子は、プローブにより戻される測定光と反射光学素子により戻される参照光とを合成する。第1の分光素子は、合成光学素子による合成光を波長帯域毎の光に分光して出射する。スリットは、分光素子から出射される光のうち、一部の波長帯域の光のみを通過させる。第2の分光素子は、スリットを通過した光をさらに波長帯域毎の光に分光して出射する。撮像部は、第2の分光素子から出射される光を波長帯域毎にそれぞれ検出し、その検出信号を出力する。
この構成によれば、分光した光のうち、一部の波長帯域の光のみを抽出した後、その抽出光をさらに分光して検出し、その検出信号を出力するようにしているため、深さ方向の分解能を向上することができる。
第三の特徴としては、スリットが分光素子による光の分光方向へ移動するように設けられている。
この構成によれば、スリットを光の分光方向へ移動させて、波長帯域を選択することができる。
第四の特徴としては、合成光学素子とスリットとの間の分光素子は、該分光素子による光の分光方向に沿って回転するように設けられている。
この構成によれば、合成光学素子を光の分光方向に沿って回転させて、波長帯域を選択することができる。
第五の特徴としては、合成光学素子が、プローブにより戻される測定光と反射光学素子により戻される参照光とを合成した後に分割する合成分割光学素子としている。そして、合成分割光学素子により分割される一方の合成光を、合成分割光学素子とスリットとの間の分光素子に導くとともに、合成分割光学素子により分割される他方の合成光を、他の分光素子により分光して他の撮像部によって検出し、その検出信号を出力する。
この構成によれば、例えば、前記他の分光素子及び撮像部を用いて大まかな情報を得た後に、もう一方の分光素子及び撮像部により、高精度な情報を得ることができ、測定作業性が良好となる。
次に、上記特徴を有する好ましい実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、光イメージング装置1の全体構成の一例を示す模式図である。
この光イメージング装置1は、広帯域光源部10と、分割光学素子20と、反射光学素子30と、プローブ40と、合成分割光学素子50と、第1の分光光学系60と、第2の分光光学系70とを備える。そして、広帯域光源部10は、異なる波長を含んだ光を出射する。分割光学素子20は、広帯域光源部10から出射される光を参照光と測定光とに分割する。反射光学素子30は、参照光を反射して逆方向へ戻す。プローブ40は、測定光を出射して被検体Xに照射するとともに、被検体Xにより反射した光を逆方向へ戻す。合成分割光学素子50は、プローブ40により戻される測定光と反射光学素子30により戻される参照光とを合成して分割する。第1の分光光学系60は、合成分割光学素子50により分割される合成光の一方を複数の波長帯域に分光する。第2の分光光学系70は、合成分割光学素子50により分割される合成光の他方を複数の波長帯域に分光する。第1の分光光学系60と第2の分光光学系70のそれぞれについて、波長帯域毎の光の強度を検知し、その検知信号を図示しない画像処理装置により解析して被検体Xの画像データを得る。
広帯域光源部10は、例えば、SLD(Super Luminescent Diode)等、低コヒーレンス且つ広帯域な光を出射する光源である。この広帯域光源部10による出射光は、光ファイバーFを介して分割光学素子20へ伝達される。
分割光学素子20は、例えば、1×2の光ファイバカプラであり、広帯域光源部10側の光を、参照光L1と測定光L2に分割する。参照光L1は、光ファイバーFによって第1の光サーキュレータ21のポートp1に入射される。また、測定光L2は、他の光ファイバーFによって第2の光サーキュレータ22のポートp1に入射される。
光サーキュレータ21,22の各々は、ポートp1に入射される光をポートp2から出射し、ポートp2に入射される光をポートp3から出射するように構成された光学素子である。
一方の光サーキュレータ21のポートp2には、光ファイバーFを介してコリメータ31が接続される。このコリメータ31は、光ファイバーFを介して光源側から入射する参照光L1が拡散するのを抑制して、該参照光L1を集光レンズ32の光源側面に照射する。このコリメータ31は、入射光の拡散を抑制して出射するものであればよく、例えば、凸レンズ等からなるコリメートレンズを用いる。
また、集光レンズ32は、コリメータ31から入射した参照光L1を反射光学素子30に照射する。この集光レンズ32には、凸レンズや、他の集光レンズ等を用いることが可能である。
反射光学素子30は、反射ミラーであり、集光レンズ32側から入射した参照光L1を反射する。この反射光学素子30によって反射された参照光L1は、前記の経路とは逆に、集光レンズ32、コリメータ31、光ファイバーF等を経由して光サーキュレータ21のポートp2に入射され、さらに、同光サーキュレータ21のポートp3から出射され、光ファイバーFを介して後述する合成分割光学素子50へ入射する。
他方の第2の光サーキュレータ22のポートp2には、光ファイバーFを介してプローブ40が接続される。プローブ40は、光ファイバーFを介して光源側から入射する測定光L2を被検体Xに照射する。
このプローブ40には、例えば、国際公開WO2008/093689A1号公報に開示されるものや、他の光イメージング用プローブを用いることが可能である。
被検体Xに照射された測定光L2は、被検体Xの被検知面等により反射し、前記の経路とは逆に、プローブ40、光ファイバーF等を経由して、第2の光サーキュレータ22のポートp2に入射され、さらに、同光サーキュレータ22のポートp3から出射され、光ファイバーFを介して後述する合成分割光学素子50へ入射する。
合成分割光学素子50は、例えば、2×2の光ファイバカプラであり、二つの光サーキュレータ21,22のポートp3,p3から入射する光を合成した後に分割して、二つの光ファイバーFへそれぞれ伝達する。これら二つの光ファイバーFのうち、一方は第1の分光光学系60に接続され、他方は第2の分光光学系70に接続される。
第1の分光光学系60は、コリメータ61と、分光素子62と、スリット63と、拡大光学素子64と、撮像部65とを具備する。コリメータ61は、合成分割光学素子50により合成され分割された一方の合成光を光ファイバーFを介して受光する。分光素子62は、コリメータ61から出射される合成光を波長帯域毎の光に分光して出射する。スリット63は、一部の波長帯域の光のみを通過させる。拡大光学素子64は、スリット63を通過した光を拡大して出射する。撮像部65は、拡大光学素子64から出射される光を波長帯域毎にそれぞれ検出しその検出信号を出力する。
コリメータ61は、光ファイバーFを介して合成分割光学素子50側から入射する合成光が拡散するのを抑制して、該合成光を分光素子62に照射する。このコリメータ61は、入射光の拡散を抑制して出射するものであればよく、例えば、凸レンズ等からなるコリメートレンズを用いる。
分光素子62は、例えば回折格子素子等から構成されており、入射した合成光を分光して、スリット63へ向けて出射する。
この分光素子62は、本実施の形態の好ましい一例によれば、分光方向に沿って回転し、且つ任意の回転位置で係止されるように設けられる。
この分光素子62を回転させる手段は、例えば、電動モータにより分光素子62を回転させる態様や、手動で分光素子62を回転させる態様等とすることが可能である。
スリット63は、平板状部材に長尺状の貫通孔を設けており、分光素子62の出射側において、分光素子62の分光方向に対し、この貫通孔の長手方向を交差させて配置される。そして、このスリット63は、分光素子62よって分光された多数の波長帯域の光のうち、その一部の波長帯域の光のみを通過させ、他の光を遮る。(例えば、1295nm〜1305nmの波長帯域の光のみ通過させることができる。)
このスリット63は、分光素子62による分光方向(図1によれば左右方向)へ移動可能であって、且つ任意の位置で固定されるように設けられる。
また、拡大光学素子64は、例えば、凸曲面状の反射鏡であり、スリット63を通過した光を拡大するとともに反射して撮像部65に照射する。
この拡大光学素子64は、スリット63の移動と同期して、その移動方向へ移動可能であって、且つ任意の位置で固定されるように設けられる。
撮像部65は、多数の撮像素子(例えばCCD素子)を、線状に並べてなる周知のラインセンサカメラであり、この多数の撮像素子を分光方向に沿って並べるように配置される。
この撮像部65は、スリット63及び拡大光学素子64の移動と同期して、これらの移動方向(図1によれば左右方向)へ移動可能であって、且つ任意の位置で固定されるように設けられる。
そして、この撮像部65は、撮像素子毎に各波長帯域の光を受光し、その光強度を電気信号に変換して出力する。
また、第2の分光光学系70は、合成分割光学素子50により合成され分割された他方の合成光を光ファイバーFを介して受光するコリメータ71と、該コリメータ71から出射される合成光を波長帯域毎の光に分光して出射する分光素子72と、該分光素子72から出射される光を波長帯域毎にそれぞれ検出し、その検出信号を出力する撮像部73とを具備する。
コリメータ71は、光ファイバーFを介して合成分割光学素子50側から入射する合成光が拡散するのを抑制して、該合成光を分光素子72に照射する。このコリメータ71は、入射光の拡散を抑制して出射するものであればよく、例えば、凸レンズ等からなるコリメートレンズを用いる。
分光素子72は、例えば回折格子素子等から構成されており、入射した合成光を分光して、撮像部73へ向けて出射する。
撮像部73は、撮像部65同様に、多数の撮像素子を線状に配設してなるラインセンサカメラである。
この撮像部73は、分光素子72による分光方向に沿って前記多数の撮像素子を並べるように配置される。そして、この撮像部73は、撮像素子毎に、各波長帯域の光を受光し、その光強度を電気信号に変換して出力する。
二つの撮像部65,73から出力される電気信号は、図示しない情報処理装置(例えば、コンピュータ等)に波長帯域毎の干渉信号として入力される。情報処理装置は、撮像部65,73毎に、前記干渉信号に対しフーリエ変換等の処理を行い、被検体Xの深さ方向の情報を取得し画像化する。
よって、上記構成の光イメージング装置1によれば、例えば、第2の分光光学系70を用いて大まかな情報を得た後に、第1の分光光学系60により高精度な情報を得ることができ、測定作業性が良好である。
しかも、第1の分光光学系60においては、分光した光のうち、一部の波長帯域の光のみを抽出して拡大して検出し、その検出信号を出力するようにしているため、深さ方向の分解能が比較的高い。
その上、分光素子62を回転させたり、スリット63を移動させたりすれば、高精度な情報を得たい波長帯域を適宜に選択することができる。
次に、図2に示す光イメージング装置2について説明する。
この光イメージング装置2は、上記光イメージング装置1に対し一部を変更したものであるため、主にその変更部分について詳述し、重複する部分は同一の符号を用いて説明を省略する。
光イメージング装置2は、上記光イメージング装置1の第1の分光光学系60において、分光素子62を第1の分光素子62とし、拡大光学素子64を第2の分光素子66に置換したものである。
第2の分光素子66は、分光素子62と同様に回析格子素子等から構成され、スリット63を通過した一部の波長帯域の光をさらに細かく分光して撮像部65へ照射する。
この第2の分光素子66は、上述したスリット63の移動と同期してその移動方向(図1によれば左右方向)へ移動可能であって、且つ任意の位置で固定されるように設けられる。
よって、図2に示す光イメージング装置2によれば、分光した光のうち、一部の波長帯域の光のみを抽出した後、その抽出光をさらに細かく分光して検出するようにしているため、深さ方向の分解能を向上することができる。
なお、光イメージング装置1と同様に、第2の分光光学系70と第1の分光光学系60により、測定精度を段階的に変更できるのは勿論である。
なお、上記実施例によれば、第1の分光光学系60と第2の分光光学系70の二つの光学系を具備するようにしたが、第2の分光光学系70を省いた態様とすることも可能である。
また、上記実施例によれば、拡大光学素子64として凸曲状の反射鏡を用いたが、拡大光学素子64の他例としては、凹レンズを用いることも可能であり、この場合、該凹レンズはスリット63を通過した光を透過するとともに拡大するように配置され、該凹レンズの出射側に撮像部65が設けられる。
また、図1に示す光イメージング装置1によれば、スリット63の後に、スリット63と拡大光学素子64をそれぞれ一つ設けるようにしたが、他例としては、拡大光学素子64の後にさらにスリット63及び拡大光学素子64を多段的に追加し、その追加された最後の拡大光学素子64の出射光を撮像部65に照射するようにしてもよい。
同様に、図2に示す光イメージング装置2においても、スリット63の後に、さらにスリット63及び第2の分光素子66を多段的に追加し、その追加された最後の第2の分光素子66の出射光を撮像部65に照射するようにしてもよい。
さらに他例としては、スリット63及び拡大光学素子64と、スリット63及び第2の分光素子66とを、適宜に組み合わせて多段的に配置した態様とすることも可能である。
1,2:光イメージング装置
10:広帯域光源部
20:分割光学素子
30:反射光学素子
40:プローブ
50:合成分割光学素子
60:第1の分光光学系
62:分光素子(第1の分光素子)
63:スリット
64:拡大光学素子
65:撮像部
66:第2の分光素子
70:第2の分光光学系
L1:参照光
L2:測定光

Claims (5)

  1. 異なる波長を含んだ光を出射する広帯域光源部と、前記広帯域光源部から出射される光を測定光と参照光とに分割する分割光学素子と、前記測定光を出射して被検体に照射するとともに前記被検体により反射した光を逆方向へ戻すプローブと、前記参照光を反射して逆方向へ戻す反射光学素子と、前記プローブにより戻される前記測定光と前記反射光学素子により戻される前記参照光とを合成する合成光学素子と、前記合成光学素子による合成光を波長帯域毎の光に分光して出射する第1の分光素子と、前記第1の分光素子から出射される光のうち、一部の波長帯域の光のみを通過させるスリットと、前記スリットを通過した光を拡大して出射する拡大光学素子と、前記拡大光学素子から出射される光を波長帯域毎にそれぞれ検出し、その検出信号を出力する撮像部とを具備したことを特徴とする光イメージング装置。
  2. 異なる波長を含んだ光を出射する広帯域光源部と、前記広帯域光源部から出射される光を測定光と参照光とに分割する分割光学素子と、前記測定光を出射して被検体に照射するとともに前記被検体により反射した光を逆方向へ戻すプローブと、前記参照光を反射して逆方向へ戻す反射光学素子と、前記プローブにより戻される測定光と前記反射光学素子により戻される参照光とを合成する合成光学素子と、前記合成光学素子による合成光を波長帯域毎の光に分光して出射する第1の分光素子と、前記分光素子から出射される光のうち、一部の波長帯域の光のみを通過させるスリットと、前記スリットを通過した光をさらに波長帯域毎の光に分光して出射する第2の分光素子と、第2の分光素子から出射される光を波長帯域毎にそれぞれ検出し、その検出信号を出力する撮像部とを具備したことを特徴とする光イメージング装置。
  3. 前記スリットは、前記第1の分光素子による光の分光方向へ移動するように設けられていることを特徴とする請求項1又は2記載の光イメージング装置。
  4. 前記合成光学素子と前記スリットとの間の前記分光素子は、前記第1の分光素子による光の分光方向に沿って回転するように設けられていることを特徴とする請求項1乃至3何れか1項記載の光イメージング装置。
  5. 前記合成光学素子が、前記プローブにより戻される測定光と前記反射光学素子により戻される参照光とを合成した後に分割する合成分割光学素子であって、
    前記合成分割光学素子により分割される一方の合成光を、前記合成分割光学素子と前記スリットとの間の前記第1の分光素子に導くとともに、前記合成分割光学素子により分割される他方の合成光を、他の分光素子により分光して他の撮像部によって検出しその検出信号を出力することを特徴とする請求項1乃至4何れか1項記載の光イメージング装置。
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