JP2017094008A - Optical device and information acquisition device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学装置及び情報取得装置に関する。 The present invention relates to an optical device and an information acquisition device.
生体内の吸収係数などの光学特性値を求める方法の１つとして、光音響トモグラフィー（Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、以下ＰＡＴという）がある。ＰＡＴでは、レーザなどの光源から発生したパルス光が生体に照射されると、光は生体内を拡散しながら伝搬する。生体内の光吸収体は、伝搬してきた光を吸収して光音響波（典型的には超音波）を発生する。この光音響波を検出部で受信し、受信した信号を解析することにより、生体内の光吸収体に起因した初期音圧分布を得ることができる。ＰＡＴにおいて光吸収により生体内の光吸収体から得られる光音響波の初期音圧Ｐは次式で表すことができる。 One method for obtaining optical characteristic values such as the absorption coefficient in a living body is photoacoustic tomography (hereinafter referred to as PAT). In PAT, when a living body is irradiated with pulsed light generated from a light source such as a laser, the light propagates while diffusing in the living body. The light absorber in the living body absorbs the propagated light and generates a photoacoustic wave (typically, an ultrasonic wave). By receiving this photoacoustic wave by the detection unit and analyzing the received signal, it is possible to obtain an initial sound pressure distribution caused by the light absorber in the living body. The initial sound pressure P of the photoacoustic wave obtained from the light absorber in the living body by light absorption in PAT can be expressed by the following equation.
Ｐ＝Г・μａ・Φ ・・・式（１）
ここで、Гは弾性特性値であるグリューナイゼン係数であり、体積膨張係数βと音速ｃの二乗の積を比熱Ｃｐで割ったものである。μａは光吸収体の吸収係数、Φは光吸収体に吸収される光束である。式（１）から分かるように、任意の位置の初期音圧に対して、その位置に到達する光量を考慮することにより、吸収係数を得ることができる。吸収係数を精度良く取得するためには、被検体に照射される光量のばらつきが小さいことが好ましいが、光量のばらつきをなくすことは困難である。特許文献１では、レーザ光源と走査用光伝送部を有するレーザ走査光学系において、被走査面で生じる照度分布むらを低減するために、折り返しミラーのｐ偏光の反射率とｓ偏光の反射率とを制御することが開示されている。
P = Г · μ a · Φ Equation (1)
Here, Γ is a Gruneisen coefficient that is an elastic characteristic value, and is obtained by dividing the product of the square of the volume expansion coefficient β and the speed of sound c by the specific heat C p . μ a is an absorption coefficient of the light absorber, and Φ is a light beam absorbed by the light absorber. As can be seen from Equation (1), the absorption coefficient can be obtained by considering the amount of light reaching the position with respect to the initial sound pressure at an arbitrary position. In order to obtain the absorption coefficient with high accuracy, it is preferable that the variation in the amount of light applied to the subject is small, but it is difficult to eliminate the variation in the amount of light. In Patent Document 1, in a laser scanning optical system having a laser light source and a scanning light transmission unit, the reflectance of p-polarized light and the reflectance of s-polarized light of a folding mirror are reduced in order to reduce unevenness in illuminance distribution that occurs on the scanned surface. Is disclosed.
ところで、広範囲の被検体に光を照射する場合には、被検体に対して光の照射位置を走査することが考えられる。そのために、光の照射部を移動可能に構成して、光源から照射部まで光を伝送する伝送部も移動可能に構成することが考えられる。特許文献２には、伝送部として、光ファイバや鏡筒にミラーなどを組み込んだＡｒｔｉｃｕｌａｔｉｎｇ ａｒｍ（多関節アーム）を用いることが開示されている。 By the way, when irradiating light on a wide range of subjects, it is conceivable to scan the light irradiation position on the subject. Therefore, it is conceivable that the light irradiation unit is configured to be movable, and the transmission unit that transmits light from the light source to the irradiation unit is also configured to be movable. Patent Document 2 discloses the use of an articulating arm (multi-joint arm) in which a mirror or the like is incorporated in an optical fiber or a lens barrel as a transmission unit.
特許文献２の多関節アームを伝送部として用いると、多関節アームに内包されるミラーの光入射面に対して、レーザ光源の光の偏光状態が変化するため、多関節アームの射出端の位置、すなわち、被検体への光の照射位置によって偏光状態が変化する。この結果、多関節アームを構成するミラーの反射率が偏光依存性を持つ場合には、多関節アームの射出光量が、被検体への光の照射位置ごとにばらついてしまう。そのため、式（１）に基づく吸収係数分布等の被検体の情報を精度よく取得することができない。 When the articulated arm of Patent Document 2 is used as the transmission unit, the polarization state of the light of the laser light source changes with respect to the light incident surface of the mirror included in the articulated arm. That is, the polarization state changes depending on the light irradiation position on the subject. As a result, when the reflectance of the mirror constituting the multi-joint arm has polarization dependence, the amount of light emitted from the multi-joint arm varies depending on the light irradiation position on the subject. Therefore, information about the subject such as an absorption coefficient distribution based on Equation (1) cannot be obtained with high accuracy.
本発明の目的は、被検体の情報を精度よく取得する情報取得装置とそれに用いられる光学装置を提供することである。 The objective of this invention is providing the information acquisition apparatus which acquires the information of a subject accurately, and the optical apparatus used for it.
本発明の一態様の光学装置は、直線偏光の光を発する光源と、前記光源が発する光の偏光を制御する偏光制御部と、前記偏光制御部から射出された光を伝送する伝送部と、を有し、前記伝送部は走査され、前記偏光制御部は、走査位置ごとの前記伝送部の射出光量のばらつきを抑制するように、前記光源が発する光の偏光を制御することを特徴とする。 An optical device according to an aspect of the present invention includes a light source that emits linearly polarized light, a polarization control unit that controls polarization of light emitted from the light source, a transmission unit that transmits light emitted from the polarization control unit, The transmission unit is scanned, and the polarization control unit controls polarization of light emitted from the light source so as to suppress variation in the amount of light emitted from the transmission unit for each scanning position. .
本発明の別の態様の光学装置は、直線偏光の光を発する光源と、前記光源が発する光の偏光を制御する偏光制御部と、前記偏光制御部から射出された光を伝送する伝送部と、を有し、前記伝送部は走査され、前記偏光制御部は、前記光源が発して前記偏光制御部を通過した光をｐ偏光成分とｓ偏光成分に分けた場合に、ｐ偏光成分とｓ偏光成分の強度の時間平均がほぼ１：１になるように、前記光源が発する光の偏光を制御することを特徴とする。 An optical device according to another aspect of the present invention includes a light source that emits linearly polarized light, a polarization control unit that controls polarization of light emitted from the light source, and a transmission unit that transmits light emitted from the polarization control unit. And the transmission unit is scanned, and the polarization controller divides the light emitted from the light source and passed through the polarization controller into a p-polarized component and an s-polarized component. The polarization of the light emitted from the light source is controlled so that the time average of the intensity of the polarization component is approximately 1: 1.
本発明の情報取得装置は、上記の光学装置と、前記伝送部を伝送された光を照射する照射部と、前記照射部から前記被検体に光が照射されることにより発生する音響波を検出して電気信号を出力する検出部と、前記電気信号に基づいて前記被検体の内部の情報を取得する取得部と、を有することを特徴とする。 The information acquisition device of the present invention detects the acoustic wave generated by irradiating the subject with light from the optical device, the irradiation unit that irradiates the light transmitted through the transmission unit, and the irradiation unit. And a detection unit that outputs an electrical signal and an acquisition unit that acquires information inside the subject based on the electrical signal.
本発明によれば、被検体情報を精度良く取得する情報取得装置とそれに用いられる光学装置を得ることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the information acquisition apparatus which acquires subject information accurately and the optical apparatus used for it can be obtained.
本発明において、音響波とは、音波、超音波、光音響波と呼ばれるものを含み、被検体に近赤外線等の光（電磁波）を照射して被検体内部で発生する弾性波のことを示す。また、本発明の情報取得装置は、人や動物の悪性腫瘍や血管疾患などの診断や化学治療の経過観察などを主な目的とし、被検体の内部の被検体情報を取得する装置である。よって、被検体としては生体、具体的には人体や動物が想定され、その一部、例えば乳房や指、手足などが診断の対象部位として想定される。 In the present invention, an acoustic wave includes an acoustic wave, an ultrasonic wave, and a photoacoustic wave, and indicates an elastic wave generated inside the subject by irradiating the subject with light (electromagnetic waves) such as near infrared rays. . The information acquisition apparatus of the present invention is an apparatus for acquiring subject information inside a subject mainly for the purpose of diagnosing malignant tumors, vascular diseases, etc. of humans and animals, and follow-up of chemical treatment. Therefore, a living body, specifically, a human body or an animal is assumed as the subject, and a part thereof, for example, a breast, a finger, a limb, or the like is assumed as a diagnosis target part.
本発明に係る被検体情報とは、光音響効果により発生した光音響波の発生音圧（初期音圧）、光エネルギー吸収密度、光吸収係数、および組織を構成する物質の濃度等である。ここで、物質の濃度とは、酸素飽和度、オキシヘモグロビン濃度、デオキシヘモグロビン濃度、および総ヘモグロビン濃度等である。総ヘモグロビン濃度とは、オキシヘモグロビン濃度およびデオキシヘモグロビン濃度の和である。 The subject information according to the present invention includes a generated sound pressure (initial sound pressure) of a photoacoustic wave generated by a photoacoustic effect, a light energy absorption density, a light absorption coefficient, and a concentration of a substance constituting a tissue. Here, the concentration of the substance includes oxygen saturation, oxyhemoglobin concentration, deoxyhemoglobin concentration, total hemoglobin concentration, and the like. The total hemoglobin concentration is the sum of the oxyhemoglobin concentration and the deoxyhemoglobin concentration.
また、被検体情報は、数値データとしてだけではなく、分布データであってもよい。すなわち、光吸収係数分布や酸素飽和度分布などの分布データを被検体情報としてもよい。被検体情報は、画像データという形式であってもよい。 The subject information may be distribution data as well as numerical data. That is, distribution data such as a light absorption coefficient distribution and an oxygen saturation distribution may be used as the subject information. The subject information may be in the form of image data.
以下に、本発明に係る光学装置及び情報取得装置について説明する。本発明の光学装置は、情報取得装置に用いられる光学装置である。この光学装置は、直線偏光の光を発する光源と、光源が発する光の偏光を制御する偏光制御部と、偏光制御部から射出された光を伝送する伝送部と、伝送部を伝送された光を照射する照射部と、を有している。伝送部は走査される。そして、偏光制御部は、走査位置ごとの伝送部の射出光量のばらつきを抑制するように、光源が発する光の偏光を制御している。このため、この光学装置を情報取得装置に用いると、光量の走査位置ごとのばらつきが抑制され、吸収係数分布等の被検体の情報を精度よく取得することができる。なお、偏光制御部については、各実施形態で説明する。 Below, the optical apparatus and information acquisition apparatus which concern on this invention are demonstrated. The optical device of the present invention is an optical device used for an information acquisition device. The optical apparatus includes a light source that emits linearly polarized light, a polarization control unit that controls polarization of light emitted from the light source, a transmission unit that transmits light emitted from the polarization control unit, and light transmitted through the transmission unit. And an irradiating unit that irradiates the light. The transmission unit is scanned. The polarization control unit controls the polarization of the light emitted from the light source so as to suppress variations in the amount of light emitted from the transmission unit for each scanning position. For this reason, when this optical device is used in an information acquisition device, variation in the amount of light for each scanning position is suppressed, and information on the subject such as an absorption coefficient distribution can be acquired with high accuracy. The polarization control unit will be described in each embodiment.
本発明の情報取得装置は、光学装置の他に、伝送部で伝送された光を被検体に照射する照射部を有している。さらに、本発明の情報取得装置は、照射部から被検体に光が照射されることにより発生する音響波を検出して電気信号を出力する検出部と、電気信号に基づいて被検体の内部の情報を取得する取得部と、を有している。そして、情報取得装置は、検出部を支持する支持部を有していてもよい。 The information acquisition apparatus of the present invention has an irradiation unit that irradiates the subject with the light transmitted by the transmission unit in addition to the optical device. Furthermore, an information acquisition apparatus according to the present invention includes a detection unit that detects an acoustic wave generated by irradiating a subject with light from the irradiation unit and outputs an electrical signal, and an internal part of the subject based on the electrical signal. And an acquisition unit for acquiring information. And the information acquisition apparatus may have a support part which supports a detection part.
（光源）
被検体が生体の場合、光源からは、生体を構成する成分のうち特定の成分に吸収される波長のパルス光が照射される。本発明において使用する波長は、被検体内部まで光が伝搬する波長であることが望ましい。具体的には、被検体が生体の場合、６００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下である。また、効率的に光音響波を発生させるために、パルス幅は１０ｎｓ以上１００ｎｓが好適である。光源としては数１０ｍＪ／ｐｕｌｓｅ以上の出力が得られるレーザが好ましい。レーザとしては、固体レーザ、ガスレーザ、色素レーザ、半導体レーザ、ファイバーレーザなど様々なレーザを使用できる。光源の照射のタイミング、波形、強度等は制御部によって制御される。
(light source)
When the subject is a living body, the light source emits pulsed light having a wavelength that is absorbed by a specific component among the components constituting the living body. The wavelength used in the present invention is preferably a wavelength at which light propagates to the inside of the subject. Specifically, when the subject is a living body, the thickness is 600 nm or more and 1100 nm or less. In order to efficiently generate photoacoustic waves, the pulse width is preferably 10 ns to 100 ns. As the light source, a laser capable of obtaining an output of several tens of mJ / pulse or more is preferable. As the laser, various lasers such as a solid laser, a gas laser, a dye laser, a semiconductor laser, and a fiber laser can be used. The timing of light source irradiation, waveform, intensity, and the like are controlled by the control unit.
光源は、単一の光源で構成されていてもよいし、複数の光源で構成されていてもよい。また、複数の光源で構成される場合、その複数の光源が同じ波長帯域の光を発する光源のみで構成されていてもよいし、異なる波長帯域の光を発する光源を含んで構成されていてもよい。光源は、中心波長を変えることができる、いわゆる波長可変の光源であってもよい。波長可変の光源としては、チタンサファイアレーザや光パラメトリック発振を利用したＯｐｔｉｃａｌ Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ（ＯＰＯ）など近赤外領域の波長を発振することが可能なレーザが好ましい。 The light source may be composed of a single light source or a plurality of light sources. In the case of a plurality of light sources, the plurality of light sources may be composed only of light sources that emit light in the same wavelength band, or may include light sources that emit light in different wavelength bands. Good. The light source may be a so-called variable wavelength light source that can change the center wavelength. As the wavelength tunable light source, a laser capable of oscillating a wavelength in the near-infrared region such as a titanium sapphire laser or an optical parametric oscillator (OPO) using optical parametric oscillation is preferable.
（伝送部）
伝送部は、光源から発せられた光を照射部まで伝送させる。伝送部としては、多関節アームを用いることができる。多関節アームは複数の中空の導波管が、ミラーを内包した関節によって接続された光学系で構成され、一部の導波管は移動可能な構成である。伝送部は、これらの構成に、レンズやミラー、拡散板、ファイバを組み合わせた構成でもよい。光源からの光を直接ガルバノミラーや多関節アームに入射させてもよいし、レンズや拡散板等を用いて光を適切な密度や形状に変えてからガルバノミラーや多関節アームに入射させてもよい。また、伝送部は、光源と照射部とに光学的に接続されている。
(Transmission part)
The transmission unit transmits light emitted from the light source to the irradiation unit. An articulated arm can be used as the transmission unit. The multi-joint arm is constituted by an optical system in which a plurality of hollow waveguides are connected by a joint including a mirror, and a part of the waveguides is movable. The transmission unit may be configured by combining a lens, a mirror, a diffusion plate, and a fiber with these configurations. The light from the light source may be directly incident on the galvanometer mirror or articulated arm, or the light may be incident on the galvanometer mirror or articulated arm after changing the light to an appropriate density or shape using a lens or diffuser plate. Good. The transmission unit is optically connected to the light source and the irradiation unit.
伝送部は、高効率に安定した光束を所望の位置に伝送するだけでなく、必要に応じてエネルギー計測や光束分布測定、波長計等の測定器を含む構成要素を組み込むことも可能である。 The transmission unit can not only transmit a highly efficient and stable light beam to a desired position, but can also incorporate components including measuring devices such as energy measurement, light beam distribution measurement, and wavelength meter as needed.
（照射部）
照射部は、伝送部からの光を被検体に導くためのものである。照射部の材質としてはガラスや樹脂などが考えられるが、光を透過するものであれば何でもよい。また、照射部の表面に反射防止コーティングが施されていてもよい。さらに、照射部は、被検体上での照射強度や光分布、位置が好適になるように構成されていてもよい。
(Irradiation part)
The irradiation unit is for guiding the light from the transmission unit to the subject. The material of the irradiating part may be glass or resin, but any material can be used as long as it transmits light. Moreover, the antireflection coating may be given to the surface of the irradiation part. Furthermore, the irradiation unit may be configured so that the irradiation intensity, light distribution, and position on the subject are suitable.
また、照射部は、ミラー、レンズ、プリズムなどの光学素子を用いることができる。照射部から被検体に照射される光の照射位置は、被検体の表面上を、１次元又は２次元的に走査可能に構成され、その照射位置を変える構成であってもよい。また、照射部自体が１次元又は２次元的に移動可能に構成され、その照射位置を変える構成であってもよい。 The irradiation unit can use an optical element such as a mirror, a lens, or a prism. The irradiation position of the light irradiated to the subject from the irradiation unit may be configured to be able to scan one-dimensionally or two-dimensionally on the surface of the subject and change the irradiation position. Further, the irradiation unit itself may be configured to be movable in one or two dimensions, and the irradiation position may be changed.
（検出部）
検出部は、パルス光により被検体表面及び被検体内部で発生する光音響波を受信し、光音響波をアナログ信号である電気信号（受信信号）に変換するものである。検出部は、圧電現象を用いたセンサ、光の共振を用いたセンサ、静電容量の変化を用いたセンサなど、光音響波を受信できるものであればどのようなセンサを用いてもよい。検出部としては、高解像な光音響画像を得るために、複数のセンサを１次元、２次元または３次元に配列したものが好ましい。また、検出部は、移動可能に構成されていることが好ましい。また、被検体や保持部の表面で反射した光や、被検体内部を散乱して被検体から出てきた光を再び被検体に戻すために、センサの表面に金膜などの反射膜を設けてもよい。
(Detection unit)
The detection unit receives photoacoustic waves generated on the subject surface and inside the subject by pulsed light, and converts the photoacoustic waves into an electrical signal (reception signal) that is an analog signal. The sensor may be any sensor that can receive photoacoustic waves, such as a sensor using a piezoelectric phenomenon, a sensor using light resonance, and a sensor using a change in capacitance. As the detection unit, in order to obtain a high-resolution photoacoustic image, a sensor in which a plurality of sensors are arranged one-dimensionally, two-dimensionally or three-dimensionally is preferable. Moreover, it is preferable that the detection part is comprised so that a movement is possible. In addition, a reflective film such as a gold film is provided on the surface of the sensor in order to return the light reflected from the surface of the subject or the holding unit or the light scattered from inside the subject and returning from the subject to the subject. May be.
検出部は、多次元配列センサを用いることで、同時に複数の位置で音響波を検出することができ、測定時間を短縮できる。センサが３次元的に配置される場合は、それぞれのセンサの受信感度が強い指向領域が被検体の位置で重なるように、例えば、球面に沿って配置することが望ましい。 By using a multidimensional array sensor, the detection unit can detect acoustic waves at a plurality of positions at the same time, and can shorten the measurement time. When the sensors are arranged three-dimensionally, for example, it is desirable to arrange them along a spherical surface so that the directivity areas where the reception sensitivity of each sensor is strong overlap each other at the position of the subject.
（支持部）
支持部は、複数の検出部の相対的な位置関係を維持するためのものである。支持部は剛性が高いものが望ましく、その材質として例えば金属が考えられる。被検体や保持部の表面で反射した光や、被検体内部を散乱して被検体から出てきた光を再び被検体に戻すために、支持部の被検体側の表面に金膜などの反射膜を設けてもよい。支持部は複数の検出部を隣接させて支持してもよいし、離して支持してもよい。
(Support part)
The support part is for maintaining the relative positional relationship of the plurality of detection parts. The support part preferably has high rigidity, and for example, metal can be considered as the material thereof. Reflection of a gold film or the like on the surface of the support side of the subject in order to return the light reflected from the surface of the subject or the holding unit or the light scattered from inside the subject and returning from the subject to the subject. A film may be provided. The support unit may support a plurality of detection units adjacent to each other or may support them separately.
支持部は、センサが３次元的に配置されるように、被検体を覆うような容器形状で構成されていてもよく、その容器形状の支持部の内壁にセンサの音響波受信面が配置されるように構成されていてもよい。また、容器形状の支持部の内壁が球面などの曲面で構成されていてもよい。また、支持部に、照射部が取り付けられていてもよい。 The support portion may be configured in a container shape so as to cover the subject so that the sensor is three-dimensionally arranged, and the acoustic wave receiving surface of the sensor is disposed on the inner wall of the container-shaped support portion. You may be comprised so that. In addition, the inner wall of the container-shaped support portion may be configured by a curved surface such as a spherical surface. Moreover, the irradiation part may be attached to the support part.
（取得部）
取得部は、後述する電気信号収集部により収集された電気信号に基づいて、被検体の内部の被検体情報を取得する。具体的には、取得部は、電気信号収集部により収集された電気信号から３次元の被検体内の初期音圧分布を生成する。初期音圧分布の生成に関しては、例えば、ユニバーサルバックプロジェクション（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｂａｃｋ−ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ、以下ＵＢＰ）アルゴリズムやディレイアンドサム（Ｄｅｌａｙ ａｎｄ Ｓｕｍ）アルゴリズムを用いることができる。また、取得部は、伝送部の射出光量に関する情報を基に、被検体内の３次元の光分布情報を生成する。これは、２次元の光強度分布に関する情報から光拡散方程式を解くことで取得できる。電気信号から生成された被検体内の初期音圧分布と、照射部の光強度分布から生成された３次元光分布情報と、で規格化することで、被検体情報である被検体内の光吸収係数分布を得ることができる。また、複数の波長における光吸収係数分布を演算することで、被検体内のヘモグロビンの酸素飽和度分布を得ることができる。
(Acquisition Department)
The acquisition unit acquires subject information inside the subject based on an electrical signal collected by an electrical signal collection unit described later. Specifically, the acquisition unit generates an initial sound pressure distribution in the three-dimensional subject from the electrical signal collected by the electrical signal collection unit. With respect to the generation of the initial sound pressure distribution, for example, a universal back-projection (hereinafter referred to as UBP) algorithm or a delay and sum algorithm can be used. In addition, the acquisition unit generates three-dimensional light distribution information in the subject based on information on the amount of light emitted from the transmission unit. This can be obtained by solving a light diffusion equation from information on a two-dimensional light intensity distribution. Light in the subject, which is subject information, is normalized by the initial sound pressure distribution in the subject generated from the electrical signal and the three-dimensional light distribution information generated from the light intensity distribution of the irradiation unit. An absorption coefficient distribution can be obtained. Moreover, the oxygen saturation distribution of hemoglobin in the subject can be obtained by calculating the light absorption coefficient distribution at a plurality of wavelengths.
取得部は、ＣＰＵとＤＲＡＭ、および不揮発メモリ、制御ポートから構成されるコンピュータで構成される。不揮発メモリに格納されたプログラムがＣＰＵで実行されることにより、各モジュールの制御が行われる。取得部は汎用コンピュータや専用に設計されたワークステーションであってもよい。ＣＰＵとしてはマルチコアＣＰＵなどを用いることができる。 The acquisition unit includes a computer including a CPU, a DRAM, a nonvolatile memory, and a control port. Each module is controlled by the CPU executing a program stored in the nonvolatile memory. The acquisition unit may be a general-purpose computer or a dedicated workstation. A multi-core CPU or the like can be used as the CPU.
（電気信号収集部）
電気信号収集部は、検出部で得られた電気信号を収集するものである。電気信号収集部は、効率よく処理するためにはアナログ信号からデジタル信号に変換するＡｎａｌｏｇ Ｄｉｇｉｔａｌ（Ａ／Ｄ）変換部を有することが望ましい。電気収集部は、Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ（ＦＰＧＡ）などの専用ＩＣ（Ｄａｔａ Ａｃｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍとも称する）で構成されていてもよい。
(Electric signal collection unit)
The electrical signal collection unit collects the electrical signal obtained by the detection unit. The electric signal collecting unit preferably has an analog digital (A / D) conversion unit that converts an analog signal into a digital signal for efficient processing. The electricity collection unit may be configured with a dedicated IC (also referred to as a data acquisition system) such as a field programmable gate array (FPGA).
（音響整合材）
音響整合材は、被検体と検出部を音響的に接続するための部材である。このため、音響整合材の音響インピーダンスは、被検体と検出部との音響インピーダンスに近いことが望ましい。音響整合材の材料としては、水、ジェル、油などが考えられる。
(Acoustic matching material)
The acoustic matching material is a member for acoustically connecting the subject and the detection unit. For this reason, it is desirable that the acoustic impedance of the acoustic matching material is close to the acoustic impedance between the subject and the detection unit. As the material of the acoustic matching material, water, gel, oil, and the like can be considered.
（保持部）
保持部は、被検体に照射する光を透過させるために、光の透過率が高い部材が使われる。さらに、被検体からの光音響波を透過させるために、被検体と音響インピーダンスが近い材料が望ましい。このような保持部の一例としてはポリメチルペンテンやゴムシートが挙げられる。また、被検体からの光音響波を検出部で効率良く受信するために、水などの液体あるいはジェルなどを介して保持部と被検体を接触させることが好ましい。
(Holding part)
For the holding part, a member having a high light transmittance is used in order to transmit the light irradiated to the subject. Furthermore, in order to transmit the photoacoustic wave from the subject, a material having an acoustic impedance close to that of the subject is desirable. Examples of such a holding unit include polymethylpentene and a rubber sheet. Further, in order to efficiently receive the photoacoustic wave from the subject by the detection unit, it is preferable that the holding unit and the subject are brought into contact with each other through a liquid such as water or a gel.
保持部は、被検体の形状に合わせたカップ状で構成されていたり、被検体を挟んで固定するように２枚の保持板で構成されていたりする。 The holding unit may be configured in a cup shape that matches the shape of the subject, or may be configured by two holding plates so as to sandwich and fix the subject.
（走査部）
走査部は、伝送部を１次元又は２次元的に走査するものである。走査部は、照射部を２次元的に移動が可能にする走査ステージでもよい。走査部には、伝送部の移動した位置を検出する位置検出部が設けられていてもよい。走査部は、必要に応じて伝送部と検出部と照射部とを一体化して同時に走査する構成であってもよい。
(Scanning part)
The scanning unit scans the transmission unit one-dimensionally or two-dimensionally. The scanning unit may be a scanning stage that allows the irradiation unit to move two-dimensionally. The scanning unit may be provided with a position detection unit that detects a position where the transmission unit has moved. The scanning unit may have a configuration in which the transmission unit, the detection unit, and the irradiation unit are integrated and scanned simultaneously as necessary.
（走査駆動部）
走査駆動部は、後述する制御部からの命令により、走査部を制御して、伝送部に所望の走査を与えるものである。走査駆動部は、走査部による走査が等速運動で連続的に行うように走査部を駆動してもよいし、移動とデータの受信をステップアンドリピートで行うように走査部を駆動してもよい。また、走査駆動部は、伝送部が円弧状やらせん状に走査するように走査部の駆動を行ってもよい。
(Scanning drive unit)
The scanning drive unit controls the scanning unit according to a command from the control unit, which will be described later, and gives a desired scan to the transmission unit. The scanning drive unit may drive the scanning unit so that scanning by the scanning unit is continuously performed at a constant speed, or may drive the scanning unit so that movement and data reception are performed in a step-and-repeat manner. Good. Further, the scanning drive unit may drive the scanning unit so that the transmission unit scans in an arc shape or a spiral shape.
（走査位置取得部）
走査位置取得部は、被検体にパルス光を照射した時の伝送部の走査位置を取得するものである。制御部が走査駆動部に与えた命令から伝送部の位置が認識できる場合は、位置検出部及び走査位置取得部は必ずしも必要なわけではない。伝送部と検出部と照射部とが一体化されている場合は、走査位置取得部によって、被検体にパルス光を照射した時の検出部の位置情報も同時に取得できる。
(Scanning position acquisition unit)
The scanning position acquisition unit acquires the scanning position of the transmission unit when the subject is irradiated with pulsed light. When the position of the transmission unit can be recognized from the command given to the scanning drive unit by the control unit, the position detection unit and the scanning position acquisition unit are not necessarily required. When the transmission unit, the detection unit, and the irradiation unit are integrated, the scanning position acquisition unit can also acquire the position information of the detection unit when the subject is irradiated with pulsed light.
（制御部）
制御部は、所望のタイミングで音響波の検出が行えるように制御するものである。制御部は、後述する、光源制御部、走査制御部、電気信号収集制御部及びシステム制御部を有する。制御部は、制御プログラムを有するＣＰＵであってもよい。また、制御部は、プログラム動作におけるリソースの制御と管理などを行うオペレーティングシステムを稼働するものであってもよい。
(Control part)
The control unit performs control so that acoustic waves can be detected at a desired timing. The control unit includes a light source control unit, a scanning control unit, an electric signal collection control unit, and a system control unit, which will be described later. The control unit may be a CPU having a control program. The control unit may operate an operating system that performs control and management of resources in the program operation.
（光源制御部）
光源制御部は、パルス光の発光タイミング、すなわち被検体にパルス光を照射するタイミングを制御するものである。例えば、光源制御部は、ある特定の繰り返し周波数でパルス光を発光させたり、又は、照射部の位置情報を基準としてパルス光を発光させたりするものである。
(Light source controller)
The light source control unit controls the emission timing of the pulsed light, that is, the timing of irradiating the subject with the pulsed light. For example, the light source control unit emits pulsed light at a specific repetition frequency, or emits pulsed light based on the positional information of the irradiation unit.
（走査制御部）
走査制御部は、走査駆動部を制御して、照射部に所望の動きを与えるものである。また、走査制御部は、被検体にパルス光を照射する瞬間の照射部の位置情報を取得するように走査位置取得部に命令を与える。走査制御部は、被検体の特定領域の音響情報を取得できるように、術者が関心領域を指定する機能を別に設けておき、その関心領域に対応した走査命令を走査駆動部に与えてもよい。
(Scanning control unit)
The scanning control unit controls the scanning driving unit to give a desired movement to the irradiation unit. Further, the scanning control unit gives a command to the scanning position acquisition unit so as to acquire the position information of the irradiation unit at the moment of irradiating the subject with the pulsed light. The scanning control unit may be provided with a separate function for the operator to specify the region of interest so that the acoustic information of the specific region of the subject can be acquired, and a scan command corresponding to the region of interest may be given to the scanning drive unit. Good.
（電気信号収集制御部）
電気信号収集制御部は、被検体内で発生した音響波を検出部が検出するタイミング及び検出時間を制御するものである。被検体にパルス光を照射した瞬間から、又は、一定時間経過した後から、画像化したい被検体深さに相当する時間までの電気信号を収集させるように電気信号収集部に命令を与える。
(Electric signal collection controller)
The electrical signal collection control unit controls the timing and detection time at which the detection unit detects an acoustic wave generated in the subject. A command is given to the electrical signal collection unit so that electrical signals are collected from the moment of irradiating the subject with pulsed light or after a certain period of time has elapsed until a time corresponding to the depth of the subject to be imaged.
（システム制御部）
所望のタイミングで音響波の検出が行えるように、光源制御部、走査制御部、電気信号収集制御部を連動させて制御するものである。
(System controller)
The light source control unit, the scanning control unit, and the electric signal collection control unit are controlled in conjunction so that acoustic waves can be detected at a desired timing.
（被検体及び光吸収体）
これらは本発明の情報取得装置の一部を構成するものではないが、以下に説明する。光音響効果を用いた本発明の情報取得装置は、血管の撮影、人や動物の悪性腫瘍や血管疾患などの診断や化学治療の経過観察などを主な目的とする。被検体内部の光吸収体としては、使用する光の波長にもよるが、被検体内で相対的に吸収係数が高いものである。具体的には水や脂肪、タンパク質、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンなどが挙げられる。
(Subject and light absorber)
These do not constitute a part of the information acquisition apparatus of the present invention, but will be described below. The information acquisition apparatus of the present invention using the photoacoustic effect is mainly intended for imaging of blood vessels, diagnosis of human and animal malignant tumors and vascular diseases, and follow-up of chemical treatment. The light absorber inside the subject has a relatively high absorption coefficient in the subject although it depends on the wavelength of light used. Specific examples include water, fat, protein, oxygenated hemoglobin, and reduced hemoglobin.
以下、本発明の実施形態に関して図面をもとに説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
［実施形態１］
図１（ａ）、（ｂ）は本実施形態に係る情報取得装置の一例を説明する模式図である。情報取得装置は、光学装置７を有している。光学装置７は、直線偏光の光を発する光源２と、光源２が発する光の偏光を制御する偏光制御部１５と、偏光制御部１５から射出された光を伝送する伝送部１９と、を有している。さらに、情報取得装置は、伝送部１９を伝送された光を被検体８に照射する照射部６を有している。また、情報取得装置は、照射部６から被検体８に光３が照射されることにより光吸収体９から発生する光音響波１０を検出して電気信号を出力する検出部１２と、電気信号に基づいて被検体８の内部の情報を取得する取得部１４と、を有している。
[Embodiment 1]
1A and 1B are schematic diagrams illustrating an example of an information acquisition apparatus according to the present embodiment. The information acquisition device has an optical device 7. The optical device 7 includes a light source 2 that emits linearly polarized light, a polarization control unit 15 that controls the polarization of light emitted from the light source 2, and a transmission unit 19 that transmits light emitted from the polarization control unit 15. doing. Furthermore, the information acquisition apparatus includes an irradiation unit 6 that irradiates the subject 8 with the light transmitted through the transmission unit 19. In addition, the information acquisition apparatus includes a detection unit 12 that detects a photoacoustic wave 10 generated from the light absorber 9 when the subject 8 is irradiated with light 3 from the irradiation unit 6 and outputs an electrical signal; And an acquisition unit 14 that acquires information inside the subject 8 based on the above.
被検体８は、保持部２１により保持されている。検出部１２は支持部２０の底面により支持されている。支持部２０は、曲面状の支持部であり、検出部１２の少なくとも一部を、その感度が最も高い方向が重なるように支持されている。また、照射部６は支持部２０の一部に設けられている。そして、照射部６は、検出部１２と被検体８の間に配置された、音響的に接続する音響整合材１１を介して、光源２から発せられた光３を被検体８に照射している。例えば、保持部２１は、曲面状の保持部であり、被検体８を挿入する開口部の直径は２５４ｍｍ、保持部２１の曲率半径は１８４．７ｍｍ、保持部２１の深さは中心部で５０ｍｍである。また、保持部２１の材質はＰＥＴ−Ｇである。支持部２０は、保持部２１と検出部１２の間を音響整合材１１で充填させるための容器で構成されている。 The subject 8 is held by the holding unit 21. The detection unit 12 is supported by the bottom surface of the support unit 20. The support unit 20 is a curved support unit, and is supported so that at least a part of the detection unit 12 overlaps in the direction with the highest sensitivity. The irradiation unit 6 is provided in a part of the support unit 20. The irradiation unit 6 irradiates the subject 8 with the light 3 emitted from the light source 2 via the acoustic matching material 11 disposed between the detection unit 12 and the subject 8 and connected acoustically. Yes. For example, the holding unit 21 is a curved holding unit, the diameter of the opening into which the subject 8 is inserted is 254 mm, the radius of curvature of the holding unit 21 is 184.7 mm, and the depth of the holding unit 21 is 50 mm at the center. It is. The material of the holding part 21 is PET-G. The support unit 20 is configured by a container for filling the space between the holding unit 21 and the detection unit 12 with the acoustic matching material 11.
図１（ａ）は、照射位置が被検体８の中央にある場合の様子を表している。図１（ｂ）は、照射位置が被検体８の周辺部にある場合の様子を表している。本実施形態の伝送部１９は、多関節アームで構成されている。多関節アームの入射端は光源２と偏光制御部１５を介して光学的に接続されている。一方、多関節アームの射出端は照射部６に光学的に接続されている。走査ステージ（走査部）１６は、一体で構成された、多関節アームの射出端、照射部６、検出部１２、支持部２０を、ＸＹ面内方向に移動させる。照射部６から射出される光３の射出方向はＺ方向である。走査ステージ１６により、伝送部１９や照射部６が移動することにより、照射部６から射出される光３の照射位置は、被検体８の表面を走査される。 FIG. 1A shows a state where the irradiation position is at the center of the subject 8. FIG. 1B shows a state where the irradiation position is in the periphery of the subject 8. The transmission part 19 of this embodiment is comprised by the articulated arm. The incident end of the articulated arm is optically connected to the light source 2 via the polarization controller 15. On the other hand, the exit end of the articulated arm is optically connected to the irradiation unit 6. The scanning stage (scanning unit) 16 moves the injection end of the multi-joint arm, the irradiation unit 6, the detection unit 12, and the support unit 20 that are integrally formed in the XY plane direction. The emission direction of the light 3 emitted from the irradiation unit 6 is the Z direction. When the transmission unit 19 and the irradiation unit 6 are moved by the scanning stage 16, the irradiation position of the light 3 emitted from the irradiation unit 6 is scanned on the surface of the subject 8.
制御部１は、情報取得装置の動作を制御するものであり、光源制御部、走査制御部、電気信号収集制御部、及び全体を制御するシステム制御部を備えている。光源制御部は、光源２の動作を制御している。走査制御部は、走査ステージ１６を制御している。電気信号収集制御部は、取得部１４内の電気信号収集部の制御を行っている。 The control unit 1 controls the operation of the information acquisition apparatus, and includes a light source control unit, a scanning control unit, an electric signal collection control unit, and a system control unit that controls the whole. The light source control unit controls the operation of the light source 2. The scanning control unit controls the scanning stage 16. The electrical signal collection control unit controls the electrical signal collection unit in the acquisition unit 14.
光源２は光束の電場ベクトルが一様な直線偏光を発振する。光源２は共振内部のレーザ媒質で反転増幅が生じ、共振器の発振閾値を超えることでレーザ発振する。レーザ媒質から生じる自然放出に方向依存性が無い場合、即ちレーザ媒質に結晶異方性が無い場合は、光子はどの方向にも一様に増幅されるため、ランダムな自然放出がそのまま増幅されたランダム偏光となる。しかし、レーザ発振の安定化や高出力化を実現するために、多くのレーザは直線偏光である。本発明に適合する光源２は直線偏光の光束を発振するものである。光源２は、個体ばらつきや共振器内部の部材特性ばらつきにより、ｐ偏光に対するｓ偏光の消光比が１０００：１、場合によっては１００：１程度の直線偏光になることもある。このような消光比であれば、光源２から発振する光束は、一様な直線偏光になるレーザ光とみなすことができる。また、光源２は、消光比が無限大となる完全直線偏光のレーザであってもよい。つまり、光源２は、消光比が１００：１以上の直線偏光の光を発する光源である。 The light source 2 oscillates linearly polarized light having a uniform electric field vector. In the light source 2, inversion amplification occurs in the laser medium inside the resonance, and laser oscillation occurs when the oscillation threshold of the resonator is exceeded. If the spontaneous emission generated from the laser medium has no direction dependency, that is, if the laser medium has no crystal anisotropy, the random spontaneous emission is amplified as it is because the photons are uniformly amplified in any direction. Random polarized light. However, many lasers are linearly polarized in order to stabilize laser oscillation and increase output. A light source 2 suitable for the present invention oscillates a linearly polarized light beam. The light source 2 may be linearly polarized light having an extinction ratio of s-polarized light to p-polarized light of 1000: 1, and in some cases about 100: 1, due to individual variations and member property variations inside the resonator. With such an extinction ratio, the light beam oscillated from the light source 2 can be regarded as laser light that becomes uniform linearly polarized light. The light source 2 may be a completely linearly polarized laser with an extinction ratio of infinity. That is, the light source 2 is a light source that emits linearly polarized light having an extinction ratio of 100: 1 or more.
また、近年、加工用に、電場ベクトルが全て中心から放射状に向かうラジアル偏光、電場振動が常に円周方向のアジマス偏光になるレーザ開発が行われている。本発明では、光源２としては、このようなラジアル偏光やアジマス偏光を発振するレーザ光源は含まない。 In recent years, lasers have been developed for processing, in which all electric field vectors are radially polarized radially from the center, and electric field vibration is always azimuth polarized in the circumferential direction. In the present invention, the light source 2 does not include a laser light source that oscillates such radial polarization or azimuth polarization.
図２（ａ）は、多関節アームの構成を具体的に示した模式図である。多関節アームは、部材１９１乃至１９８で構成されている。部材１９３，１９６は、水平導波管である。水平導波管は、伝送部１９又は照射部６からの光の射出方向（Ｚ方向）と交差する面内方向（ＸＹ面内方向）に光を導波する機能を有している。部材１９１，１９２，１９４，１９５，１９７は、導波管であり関節部でもある。部材１９１，１９２，１９４，１９５，１９７は、導波する光の導波方向を略垂直に曲げるように配置されたミラーを内包している。ここで「略垂直に曲げる」とは、８５度以上９５度以下の角度で曲げることをいう。また、部材１９１，１９２の組み合わせ、部材１９４，１９５の組み合わせ、部材１９７，１９８の組み合わせはそれぞれ、垂直導波管を構成している。垂直導波管は、伝送部１９又は照射部６からの光の射出方向（＋Ｚ方向）と平行な方向に光を導波する機能を有している。部材１９８は、照射部６と光学的に接続されている。 FIG. 2A is a schematic diagram specifically showing the configuration of the articulated arm. The articulated arm is composed of members 191 to 198. Members 193 and 196 are horizontal waveguides. The horizontal waveguide has a function of guiding light in an in-plane direction (XY in-plane direction) that intersects the light emission direction (Z direction) from the transmission unit 19 or the irradiation unit 6. The members 191, 192, 194, 195 and 197 are waveguides and joints. The members 191, 192, 194, 195, and 197 contain a mirror that is disposed so that the waveguide direction of the guided light is bent substantially perpendicularly. Here, “bending substantially vertically” means bending at an angle of 85 degrees or more and 95 degrees or less. Further, the combination of the members 191, 192, the combination of the members 194, 195, and the combination of the members 197, 198 each constitute a vertical waveguide. The vertical waveguide has a function of guiding light in a direction parallel to the light emission direction (+ Z direction) from the transmission unit 19 or the irradiation unit 6. The member 198 is optically connected to the irradiation unit 6.
水平導波管である部材１９３の両側には、関節部である部材１９２，１９４を介して、部材１９１，１９２の組み合わせからなる垂直導波管、部材１９４，１９５の組み合わせからなる垂直導波管が連結されている。また、水平導波管である部材１９６の両側には、関節部である部材１９５，１９７を介して、部材１９４，１９５の組み合わせからなる垂直導波管、部材１９７，１９８の組み合わせからなる垂直導波管が連結されている。 On both sides of a member 193 that is a horizontal waveguide, a vertical waveguide that is a combination of members 191 and 192 and a vertical waveguide that is a combination of members 194 and 195 via members 192 and 194 that are joint portions. Are connected. Further, on both sides of a member 196 that is a horizontal waveguide, a vertical waveguide that is a combination of members 194 and 195 and a vertical guide that is a combination of members 197 and 198 are disposed on both sides of members 195 and 197 that are joint portions. Wave tubes are connected.
部材１９１は、ＸＹ面内方向で固定されている。部材１９２乃至１９４は、部材１９１，１９２の組み合わせからなる垂直導波管の軸を回転軸ＤとしてＸＹ面内方向で回転可能に構成されている。部材１９５乃至１９８は、部材１９４，１９５の組み合わせからなる垂直導波管の軸Ｅを回転軸としてＸＹ面内方向で回転可能に構成されている。 The member 191 is fixed in the XY in-plane direction. The members 192 to 194 are configured to be rotatable in the XY in-plane direction with the axis of the vertical waveguide formed by the combination of the members 191 and 192 as the rotation axis D. The members 195 to 198 are configured to be rotatable in the XY plane direction with the axis E of the vertical waveguide formed by the combination of the members 194 and 195 as the rotation axis.
光３は、多関節アームの入射端を構成する部材１９１から多関節アームに入射する。多関節アームに入射された光３は、部材１９１，１９２それぞれに内包されるミラーで反射されて、部材１９３を導波し、部材１９４，１９５に内包されるミラーに入射される。そして、その光３は、部材１９４，１９５に内包されるミラーで反射されて、部材１９６内を導波し、部材１９７に内包されるミラーで反射されて、多関節アームの射出端を構成する部材１９８から射出される。 The light 3 is incident on the multi-joint arm from the member 191 constituting the incident end of the multi-joint arm. The light 3 incident on the articulated arm is reflected by the mirrors included in the members 191 and 192, guided through the member 193, and incident on the mirrors included in the members 194 and 195. Then, the light 3 is reflected by the mirror included in the members 194 and 195, is guided in the member 196, and is reflected by the mirror included in the member 197, thereby constituting the exit end of the articulated arm. Injected from member 198.
図２（ｂ）は、多関節アームを図２（ａ）の＋Ｚ方向から見た図であり、照射位置の走査範囲もそれに重ねて示されている。照射位置の走査範囲の中心をＸＹ座標の原点とする。多関節アームの入射端の座標は（０，−５００）である。部材１９２の座標は（０，−４２５）である。部材１９３，１９６の光の導波方向の長さは、ともに２９７ｍｍである。多関節アームの射出端の位置にある部材１９８は、照射位置の走査範囲で示された範囲内を移動する。多関節アームの射出端を走査範囲内で移動させるために、走査ステージ１６は、部材１９２乃至１９６がＸＹ面内を移動させる。 FIG. 2B is a view of the multi-joint arm as viewed from the + Z direction of FIG. 2A, and the scanning range of the irradiation position is also shown overlapping therewith. The center of the scanning range of the irradiation position is the origin of the XY coordinates. The coordinates of the entrance end of the articulated arm are (0, -500). The coordinates of the member 192 are (0, -425). The lengths of the members 193 and 196 in the light guiding direction are both 297 mm. The member 198 at the position of the exit end of the articulated arm moves within the range indicated by the scanning range of the irradiation position. In order to move the exit end of the articulated arm within the scanning range, the scanning stage 16 moves the members 192 to 196 in the XY plane.
多関節アームの射出光量は、内包するミラーの反射率の影響を受ける。図３に、反射ミラーの反射率特性の一例を示す。波長７２５ｎｍ乃至７６０ｎｍまではｐ偏光とｓ偏光の反射率が９９％程度でほぼ等しいが、長波長側ではｐ偏光の反射率が徐々に低下し、波長８０５ｎｍでは反射率７０％となる。このように、波長によっては、ｐ偏光の反射率とｓ偏光の反射率が異なってしまう。以下では、ミラーのｐ偏光の反射率とｓ偏光の反射率の差が３．０％以上である波長７９７ｎｍの場合について述べる。 The amount of light emitted from the articulated arm is affected by the reflectivity of the enclosing mirror. FIG. 3 shows an example of the reflectance characteristics of the reflecting mirror. From the wavelength 725 nm to 760 nm, the reflectance of p-polarized light and s-polarized light is approximately equal to 99%, but the reflectance of p-polarized light gradually decreases on the long wavelength side, and becomes 70% of reflectance at the wavelength 805 nm. Thus, the reflectance of p-polarized light and the reflectance of s-polarized light differ depending on the wavelength. Hereinafter, a case where the difference between the reflectance of the p-polarized light and the reflectance of the s-polarized light of the mirror is 3.0% or more and a wavelength of 797 nm will be described.
図３（ｂ）は、光源２から射出される光の波長が７９７ｎｍの場合における、多関節アームの射出端の座標、つまり走査位置ごとの多関節アームの透過率の分布を示す。このように多関節アームの透過率が走査位置ごとで異なると、伝送部からの射出光量が走査位置ごとに異なる。多関節アームの透過率は、多関節アームの入射端に入射する光の光量に対する多関節アームの射出端から射出される光の光量の比の値である。なお、多関節アームの射出端の座標は、被検体８の表面上の照射位置に対応している。 FIG. 3B shows the coordinates of the exit end of the articulated arm, that is, the transmittance distribution of the articulated arm for each scanning position when the wavelength of light emitted from the light source 2 is 797 nm. As described above, when the transmittance of the articulated arm is different for each scanning position, the amount of light emitted from the transmission unit is different for each scanning position. The transmittance of the articulated arm is a value of the ratio of the amount of light emitted from the exit end of the articulated arm to the amount of light incident on the entrance end of the articulated arm. Note that the coordinates of the exit end of the articulated arm correspond to the irradiation position on the surface of the subject 8.
図３（ｂ）のような多関節アームの透過率の分布ができる理由は以下のとおりである。すなわち、多関節アーム内のミラーの反射面に入射する光３の入射角度が、射出端の位置に応じて異なるからである。このため、部材１９２，１９４，１９５，１９７に内包されるミラーでの反射は、射出端の座標に応じてｓ偏光とｐ偏光との割合が変わる。そのため、ミラーの反射率の偏光依存性を有していると、射出端の位置によって部材１９２，１９４，１９５，１９７に内包されるミラーでの偏光状態が変化し、反射率が異なる。その結果、多関節アームの透過率が射出端の座標ごとに変わってしまう。なお、部材１９１に内包するミラーでの反射は常に偏光状態は変わらず、反射率は変わらない。 The reason why the transmittance distribution of the articulated arm as shown in FIG. 3B can be obtained is as follows. That is, the incident angle of the light 3 incident on the reflecting surface of the mirror in the articulated arm varies depending on the position of the exit end. For this reason, the ratio of the s-polarized light and the p-polarized light changes depending on the coordinates of the exit end of the reflection by the mirrors included in the members 192, 194, 195, 197. Therefore, if the reflectance of the mirror has polarization dependency, the polarization state in the mirror included in the members 192, 194, 195, and 197 varies depending on the position of the exit end, and the reflectance varies. As a result, the transmittance of the articulated arm changes for each coordinate of the ejection end. In addition, the reflection by the mirror included in the member 191 does not always change the polarization state, and the reflectance does not change.
ところで、一般的には反射率を向上させるために反射ミラーに誘電体多層膜を付与する。誘電体多層膜はｓ偏光よりｐ偏光の反射率を向上させにくい。複数波長の光束を伝送する場合は広波長帯域に対応した誘電体多層膜を付与する必要があるが、広波長帯域全体でｐ偏光の反射率とｓ偏光の反射率をほぼ等しくすることは難しいだけでなく高コストになる。更に、高エネルギーパルスレーザ光を利用する場合は、誘電体多層膜が光学損傷しやすくなるため、作成自体が困難になる。 By the way, in general, a dielectric multilayer film is applied to the reflecting mirror in order to improve the reflectance. A dielectric multilayer film is less likely to improve the reflectance of p-polarized light than s-polarized light. When transmitting light beams of a plurality of wavelengths, it is necessary to provide a dielectric multilayer film corresponding to a wide wavelength band, but it is difficult to make the reflectance of p-polarized light and that of s-polarized light almost equal over the wide wavelength band. Not only will it be expensive. Furthermore, when a high energy pulse laser beam is used, the dielectric multilayer film is likely to be optically damaged, so that the production itself is difficult.
上記目的を満たす為に、偏光制御部１５として、１／４波長板を用いる。１／４波長板は、入射光の電界振動方向（偏光面）にπ／２（＝λ／４）の位相差を与えるものである。１／４波長板は、入射光の偏光面が波長板の高速軸（又は低速軸）に対して４５°の方位角で入射した時に、直線偏光を円偏光の状態に変えることができる。なお、屈折率が小さい軸は高速軸、大きい軸は低速軸と呼ばれる。 In order to satisfy the above object, a ¼ wavelength plate is used as the polarization controller 15. The quarter-wave plate gives a phase difference of π / 2 (= λ / 4) to the electric field vibration direction (polarization plane) of incident light. The quarter wave plate can change linearly polarized light into a circularly polarized state when the polarization plane of incident light is incident at an azimuth angle of 45 ° with respect to the fast axis (or slow axis) of the wave plate. An axis having a small refractive index is called a high-speed axis, and a large axis is called a low-speed axis.
本実施形態では、１／４波長板により、光源２から射出された直線偏光の光を円偏光に変えている。円偏光では電場が回転するため、電場振動の１周期ではｐ偏光とｓ偏光の比がほぼ１：１になる。つまり、偏光制御部１５は、偏光制御部１５を通過した光を多関節アームに内包されるミラーの光入射面に対してｐ偏光成分とｓ偏光成分に分けた場合に、ｐ偏光成分とｓ偏光成分の強度の時間平均がほぼ１：１にしている。なお、比がほぼ１：１とは、比の値が０．９以上１．１以下のことをいう。 In this embodiment, the linearly polarized light emitted from the light source 2 is changed to circularly polarized light by the quarter wavelength plate. Since the electric field rotates in circularly polarized light, the ratio of p-polarized light to s-polarized light is approximately 1: 1 in one period of electric field vibration. That is, when the polarization controller 15 divides the light that has passed through the polarization controller 15 into the p-polarized component and the s-polarized component with respect to the light incident surface of the mirror included in the articulated arm, The time average of the intensity of the polarization component is approximately 1: 1. The ratio of approximately 1: 1 means that the ratio value is 0.9 or more and 1.1 or less.
円偏光の光束が多関節アームに入射した場合、多関節アームのミラーの反射率の偏光依存性の違いに係わらず、走査位置ごと多関節アームでの射出光量のばらつきを抑制することができる。より具体的には、走査位置ごとの伝送部１９の射出光量のばらつきが１．５％以内に抑制することができる。このように、ミラーのｐ偏光の反射率とｓ偏光の反射率の差が３．０％以上である波長であっても、走査位置ごとの伝送部１９の射出光量のばらつきが１．５％以内に抑制することができる。 When a circularly polarized light beam is incident on the articulated arm, it is possible to suppress variations in the amount of light emitted from the articulated arm at each scanning position regardless of the polarization dependency of the reflectance of the mirror of the articulated arm. More specifically, the variation in the amount of light emitted from the transmission unit 19 for each scanning position can be suppressed within 1.5%. As described above, even when the difference between the reflectance of the p-polarized light and the reflectance of the s-polarized light is 3.0% or more, the variation in the amount of light emitted from the transmission unit 19 at each scanning position is 1.5%. Can be suppressed within.
次に、本実施形態における情報取得方法のフローを、図４を用いて説明する。Ｓ１で測定を開始した後、走査ステージ１６が測定開始点に移動する（Ｓ２）。次に、光源２が光３を照射する（Ｓ３）。次に、検出部１２が光音響波１０を受信する（Ｓ４）。次に、検出部１２が受信した信号を取得部１４に転送する（Ｓ５）。次に、予め指定した範囲内の撮像が終了したかどうかをシステムが判断する（Ｓ６）。予め指定した範囲内の撮像が終了していないとシステムが判断した場合には、走査ステージ１６が次の測定点に移動し（Ｓ７）、再びＳ３に戻り、Ｓ３〜Ｓ６を順に行う。 Next, the flow of the information acquisition method in this embodiment will be described with reference to FIG. After starting the measurement in S1, the scanning stage 16 moves to the measurement start point (S2). Next, the light source 2 emits the light 3 (S3). Next, the detection unit 12 receives the photoacoustic wave 10 (S4). Next, the signal received by the detection unit 12 is transferred to the acquisition unit 14 (S5). Next, the system determines whether or not imaging within a predesignated range has been completed (S6). When the system determines that the imaging within the predesignated range has not been completed, the scanning stage 16 moves to the next measurement point (S7), returns to S3 again, and performs S3 to S6 in order.
Ｓ６で、予め指定した範囲内の撮像が終了したとシステムが判断した場合には、全ての波長での測定が終了したかどうかをシステムが判断する（Ｓ８）。全ての波長での測定が終了していないとシステムが判断した場合には、波長切替部が光源２の波長を切り替え（Ｓ９）、Ｓ２に戻る。そして、Ｓ２〜Ｓ８を順に行う。Ｓ８で全ての波長での測定が終了したとシステムが判断した場合には、検出部１２で受信した信号に基づいて、取得部１４が被検体８内の初期音圧分布を波長ごとに取得する（Ｓ１０）。その後、取得部１４が初期音圧分布から吸収係数分布を波長ごとに取得する（Ｓ１１）。そして、波長ごとに取得した吸収係数分布を用いて酸素飽和度分布を取得する（Ｓ１２）。そして、測定は終了する（Ｓ１３）。 In S6, when the system determines that the imaging within the range designated in advance is completed, the system determines whether the measurement at all wavelengths is completed (S8). If the system determines that measurement has not been completed for all wavelengths, the wavelength switching unit switches the wavelength of the light source 2 (S9), and returns to S2. And S2-S8 is performed in order. When the system determines that the measurement at all wavelengths is completed in S8, the acquisition unit 14 acquires the initial sound pressure distribution in the subject 8 for each wavelength based on the signal received by the detection unit 12. (S10). Thereafter, the acquisition unit 14 acquires the absorption coefficient distribution for each wavelength from the initial sound pressure distribution (S11). And oxygen saturation distribution is acquired using the absorption coefficient distribution acquired for every wavelength (S12). Then, the measurement ends (S13).
図４の情報取得方法では、光源２として波長可変光源を用いて、複数の波長で、吸収係数分布等を取得した例を示したが、１波長で初期音圧分布を取得して、測定を終えるようにしてもよい。この場合には、図４のＳ８，Ｓ９，Ｓ１２の処理は不要である。また、Ｓ１０、Ｓ１１では、取得部１４が、１波長での初期音圧分布、吸収係数分布を取得する。 In the information acquisition method of FIG. 4, an example has been shown in which a variable wavelength light source is used as the light source 2 and an absorption coefficient distribution and the like are acquired at a plurality of wavelengths. You may make it finish. In this case, the processes of S8, S9, and S12 in FIG. 4 are not necessary. In S10 and S11, the acquisition unit 14 acquires an initial sound pressure distribution and an absorption coefficient distribution at one wavelength.
また、Ｓ１１において、取得部は、初期音圧分布と、前記波長ごとに異なる多関節アームの射出光量に関する情報と、を基に、吸収係数分布を取得するようにしてもよい。これは以下の理由からである。図３（ａ）で示すように、波長によって、例えばｐ偏光に対するミラーの反射率が大きく異なっている。そのため、本実施形態では、走査位置ごとの多関節アームの射出光量のばらつきは抑制されるが、光源から発せられる光の波長ごとで多関節アームの射出光量は異なっている。そこで、上述したよう前記波長ごとに異なる多関節アームの射出光量に関する情報を用いて吸収係数分布を取得すると、波長ごとの多関節アームの射出光量のばらつきが補正され、波長ごとの光吸収係数の定量性を向上させることできる。 In S11, the acquisition unit may acquire the absorption coefficient distribution based on the initial sound pressure distribution and information on the amount of light emitted from the articulated arm that differs for each wavelength. This is for the following reason. As shown in FIG. 3A, the reflectivity of the mirror with respect to, for example, p-polarized light varies greatly depending on the wavelength. For this reason, in this embodiment, the variation in the amount of light emitted from the articulated arm for each scanning position is suppressed, but the amount of light emitted from the articulated arm differs depending on the wavelength of light emitted from the light source. Therefore, when the absorption coefficient distribution is acquired using the information on the emission light amount of the articulated arm that differs for each wavelength as described above, the variation in the emission light amount of the articulated arm for each wavelength is corrected, and the light absorption coefficient for each wavelength is corrected. Quantitative properties can be improved.
波長ごとの伝送部（多関節アーム）の射出光量に関する情報は、波長ごとに伝送部に入射される前に測定した光量から推測される光量や波長ごとに伝送部から射出された後の光量から推測される光量などの情報である。射出光量に関する情報とは、伝送部の射出光量そのものでもよいし、伝送部の射出光量の逆数の値であってもよい。その他、射出光量に関する情報は、波長ごとの伝送部の射出光量のばらつきが反映されたものであれば限定されるものではない。また、多関節アームに入射される前や多関節アームから射出された後に光量を測定するために、光量測定部を設けておいてもよい。 Information on the amount of light emitted from the transmission unit (multi-joint arm) for each wavelength is based on the amount of light estimated from the amount of light measured before entering the transmission unit for each wavelength and the amount of light after being emitted from the transmission unit for each wavelength. It is information such as the estimated light quantity. The information regarding the amount of emitted light may be the amount of emitted light of the transmission unit itself, or may be the value of the reciprocal of the amount of emitted light of the transmission unit. In addition, the information regarding the amount of emitted light is not limited as long as the variation in the amount of emitted light of the transmission unit for each wavelength is reflected. In addition, a light amount measuring unit may be provided in order to measure the light amount before being incident on the articulated arm or after being emitted from the articulated arm.
光量測定部は光３の全部あるいは一部の光を受光する構成にすればよい。また、光量測定部は、光電変換部などの光センサを用いることができる。また、測定した光量は、被検体を保持部２１で保持する前の準備期間などに予め測定しておいてもよい。測定した光量のデータは、取得部１４内あるいは外部の記憶部で記憶しておいてもよい。光量測定部は、情報取得装置内に設けられ、光３の照射ごとに、その一部を分岐して光量測定部に入射するような構成であってもよい。 The light quantity measuring unit may be configured to receive all or part of the light 3. The light quantity measuring unit can use an optical sensor such as a photoelectric conversion unit. The measured light quantity may be measured in advance during a preparation period before the subject is held by the holding unit 21. The measured light quantity data may be stored in the acquisition unit 14 or an external storage unit. The light quantity measurement unit may be provided in the information acquisition device, and may be configured such that a part thereof is branched and incident on the light quantity measurement unit for each irradiation of the light 3.
上述したように、反射率の偏光依存性は、波長によって異なっている。１波長では偏光依存性を抑えるように、多関節アーム内の各ミラーの構成を最適化できるが、複数の波長を用いて測定する場合には、コストや耐久性の観点を考えると、波長ごとに偏光依存性を抑制することは困難である。特に、波長差が３０ｎｍ以上の２波長を用いるような場合においては、波長ごとに反射率の偏光依存性を抑制することは難しい。そのため、波長ごとの多関節アームの射出光量のばらつきが大きくなるので、波長ごとの多関節アームの射出光量に関する情報を用いて、図４のＳ１１で吸収係数を取得するようにすることが好ましい。波長差が３０ｎｍ以上の２波長を用いるような場合とは、波長７５６ｎｍと波長７９７ｎｍを用いて、オキシヘモグロビン濃度とデオキシヘモグロビン濃度の差と総ヘモグロビン量とを取得して酸素飽和度分布を取得する場合が考えられる。 As described above, the polarization dependence of the reflectance varies depending on the wavelength. The configuration of each mirror in the articulated arm can be optimized so as to suppress polarization dependence at one wavelength. However, when measuring using a plurality of wavelengths, considering the viewpoint of cost and durability, It is difficult to suppress the polarization dependence. In particular, when two wavelengths having a wavelength difference of 30 nm or more are used, it is difficult to suppress the polarization dependence of the reflectance for each wavelength. For this reason, since the variation in the amount of light emitted from the articulated arm for each wavelength increases, it is preferable to obtain the absorption coefficient in S11 of FIG. 4 using information on the amount of light emitted from the articulated arm for each wavelength. In the case of using two wavelengths having a wavelength difference of 30 nm or more, the difference between oxyhemoglobin concentration and deoxyhemoglobin concentration and the total hemoglobin amount are obtained by using wavelengths 756 nm and 797 nm to obtain the oxygen saturation distribution. There are cases.
また、多関節アームの各ミラーにおいて、ｓ偏光に対する反射率とｐ偏光に対する反射率との差が大きい波長において、本実施形態の構成はより顕著な効果を奏する。例えば、ミラーにおいて、ｐ偏光の反射率とｓ偏光の反射率の差が３．０％以上である波長では、走査位置ごとの射出光量のばらつきが大きくなる。その場合でも、１／４波長板のような偏光制御部１５を用いると、走査位置ごとの伝送部１９の射出光量のばらつきを抑制できるので好ましい。走査位置ごとの伝送部１９の射出光量のばらつきを抑制することにより、取得部で取得される吸収係数分布の定量性を向上させることができる。 In each mirror of the articulated arm, the configuration of the present embodiment has a more remarkable effect at a wavelength where the difference between the reflectance for s-polarized light and the reflectance for p-polarized light is large. For example, in a mirror, at a wavelength where the difference between the reflectance of p-polarized light and the reflectance of s-polarized light is 3.0% or more, the variation in the amount of emitted light at each scanning position becomes large. Even in such a case, it is preferable to use the polarization controller 15 such as a quarter-wave plate, because variations in the amount of light emitted from the transmission unit 19 at each scanning position can be suppressed. By suppressing variation in the amount of light emitted from the transmission unit 19 for each scanning position, the quantitativeness of the absorption coefficient distribution acquired by the acquisition unit can be improved.
［実施形態２］
図５は、本実施形態の偏光制御部１５の構成を示す模式図である。本実施形態は、実施形態１と偏光制御部１５の構成が異なっており、それ以外は実施形態１と同じである。そのため、偏光制御部１５以外の説明は省略する。なお、本実施形態の情報処理装置も図１と同様である。
[Embodiment 2]
FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of the polarization controller 15 of the present embodiment. The present embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the polarization controller 15, and is otherwise the same as the first embodiment. Therefore, descriptions other than the polarization controller 15 are omitted. The information processing apparatus according to this embodiment is the same as that shown in FIG.
実施形態２の偏光制御部１５は、光源２が発する直線偏光の光３を電場ベクトルが垂直で強度が略等しい２種類の直線偏光成分の光に分岐し、分岐した２種類の直線偏光成分の光を合波する構成である。具体的には、偏光制御部１５は、第１偏光ビームスプリッタ１５１、第２偏光ビームスプリッタ１５２、第１反射部材１５３、第２反射部材１５４を有している。第１偏光ビームスプリッタ１５１は、２種類の直線偏光成分（ｐ偏光とｓ偏光）のうち一方の成分（例えばｐ偏光）の光を透過し、他方の成分（例えばｓ偏光）の光を反射している。また、第１偏光ビームスプリッタ１５１の反射面は、光源２が発生する光３の直線偏光の方向に対してほぼ４５度傾いて配置されている。この構成により、光源２が発する直線偏光の光３を電場ベクトルが垂直で強度が略等しい２種類の直線偏光成分の光に分岐することができる。なお、ほぼ４５度は、４０度乃至５０度の角度を指す。 The polarization controller 15 according to the second embodiment branches the linearly polarized light 3 emitted from the light source 2 into two types of linearly polarized light components having perpendicular electric field vectors and substantially equal intensities. It is the structure which combines light. Specifically, the polarization controller 15 includes a first polarization beam splitter 151, a second polarization beam splitter 152, a first reflection member 153, and a second reflection member 154. The first polarization beam splitter 151 transmits light of one of the two types of linearly polarized light components (p-polarized light and s-polarized light) (for example, p-polarized light) and reflects the light of the other component (for example, s-polarized light). ing. Further, the reflection surface of the first polarization beam splitter 151 is disposed at an angle of approximately 45 degrees with respect to the direction of linear polarization of the light 3 generated by the light source 2. With this configuration, the linearly polarized light 3 emitted from the light source 2 can be branched into two types of linearly polarized light components having perpendicular electric field vectors and substantially equal intensities. Note that approximately 45 degrees refers to an angle of 40 degrees to 50 degrees.
第１反射部材１５３は、第１偏光ビームスプリッタ１５１で反射された他方の成分（ｓ偏光）の光を反射する。第２反射部材１５４は、第１偏光ビームスプリッタ１５１、第１反射部材１５３で反射された他方の成分（ｓ偏光）の光を反射している。第２偏光ビームスプリッタ１５２は、第１偏光ビームスプリッタ１５１を透過した一方の成分（ｐ偏光）の光を透過し、第１偏光ビームスプリッタ１５１、第１反射部材１５３、第２反射部材１５４で反射された他方の成分（ｓ偏光）の光を反射している。第２偏光ビームスプリッタ１５２は、２種類の直線偏光成分（ｐ偏光とｓ偏光）の光を同一光路上に合波している。 The first reflecting member 153 reflects the light of the other component (s-polarized light) reflected by the first polarizing beam splitter 151. The second reflecting member 154 reflects the other component (s-polarized light) reflected by the first polarizing beam splitter 151 and the first reflecting member 153. The second polarizing beam splitter 152 transmits the light of one component (p-polarized light) that has passed through the first polarizing beam splitter 151 and is reflected by the first polarizing beam splitter 151, the first reflecting member 153, and the second reflecting member 154. The reflected light of the other component (s-polarized light) is reflected. The second polarization beam splitter 152 multiplexes two kinds of linearly polarized light components (p-polarized light and s-polarized light) on the same optical path.
こうして、２種類の直線偏光成分の強度をほぼ等しくして、多関節アームに入射させている。この構成でも、実施形態１と同様に、光源２が発して偏光制御部１５を通過した光をｐ偏光成分とｓ偏光成分に分けた場合に、ｐ偏光成分とｓ偏光成分の強度の時間平均がほぼ１：１になっている。なお、本実施形態では、ｐ偏光成分とｓ偏光成分の強度は、時間平均でなくてもほぼ１：１になっている。この構成により、多関節アームのミラーの反射率の偏光特性があっても、２種類の光束の強度の合計は、走査位置によらず常にほぼ一定とすることができる。この結果、走査位置ごとの多関節アームの射出光量のばらつきを抑制することができる。ｐ偏光の反射率とｓ偏光の反射率の差が３．０％以上である波長において、走査位置ごとの多関節アームの射出光量のばらつきが１．５％以内に抑制される。 In this way, the two types of linearly polarized light components have substantially the same intensity and are incident on the articulated arm. Even in this configuration, similarly to the first embodiment, when the light emitted from the light source 2 and passed through the polarization controller 15 is divided into the p-polarized component and the s-polarized component, the time average of the intensities of the p-polarized component and the s-polarized component is obtained. Is almost 1: 1. In the present embodiment, the intensities of the p-polarized component and the s-polarized component are approximately 1: 1 even if not a time average. With this configuration, even if there is a polarization characteristic of the reflectivity of the mirror of the articulated arm, the sum of the intensities of the two types of light beams can always be made almost constant regardless of the scanning position. As a result, it is possible to suppress variations in the amount of light emitted from the articulated arm for each scanning position. At a wavelength where the difference between the reflectance of p-polarized light and the reflectance of s-polarized light is 3.0% or more, the variation in the amount of light emitted from the articulated arm at each scanning position is suppressed to within 1.5%.
また、偏光制御部１５を通して、２種類の直線偏光成分の強度が異なる場合は、１／２波長板を使ったり、さらに偏光ビームスプリッタを使ったりして、２種類の直線偏光成分の強度が同じになるようにすることも可能である。１／２波長板や追加の偏光ビームスプリッタは、偏光制御部１５の外に配置されてもよいし、偏光制御部１５内のいずれかの部材の間に配置されてもよい。 Further, when the two types of linearly polarized light components have different intensities through the polarization control unit 15, the intensity of the two types of linearly polarized light components is the same by using a half-wave plate or a polarizing beam splitter. It is also possible to become. The half-wave plate and the additional polarizing beam splitter may be disposed outside the polarization controller 15 or may be disposed between any members in the polarization controller 15.
また、図５から分かるように、偏光制御部１５において、第１偏光ビームスプリッタ１５１で分岐された一方の成分（ｐ偏光）の光と他方の成分（ｓ偏光）の光とで、光路長が異なる。そのため、一方の成分（ｐ偏光）の光と他方の成分（ｓ偏光）の光とが伝送部１９に入射するまでの時間がずれてしまう。本実施形態では、このずれた時間が、一方の成分（ｐ偏光）の光のパルスと他方の成分（ｓ偏光）の光のパルスとが重なる範囲に小さくしている。このため、この時間ずれによる問題は生じない。具体的には、偏光制御部１５内の各部材の位置や部材の間の距離を適宜設定することで、時間ずれを調整することができる。 Further, as can be seen from FIG. 5, in the polarization control unit 15, the optical path length between the light of one component (p-polarized light) branched by the first polarization beam splitter 151 and the light of the other component (s-polarized light) is Different. Therefore, the time until the light of one component (p-polarized light) and the light of the other component (s-polarized light) enter the transmission unit 19 is shifted. In the present embodiment, the shifted time is reduced to a range where the light pulse of one component (p-polarized light) and the light pulse of the other component (s-polarized light) overlap. For this reason, the problem by this time gap does not arise. Specifically, the time lag can be adjusted by appropriately setting the position of each member in the polarization controller 15 and the distance between the members.
［実施形態３］
図６は、本実施形態に係る情報取得装置の一例を説明する模式図である。本実施形態では、実施形態１又は２と、偏光素子１７を有する点で異なっている。
[Embodiment 3]
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining an example of the information acquisition apparatus according to the present embodiment. The present embodiment is different from the first or second embodiment in that the polarizing element 17 is provided.
光源２から射出される光の偏光状態は、レーザ結晶の品質不均一さや共振器の製造ばらつきなどにより完全な直線偏光とはならない。このため、実施形態１では、完全な円偏光にすることが困難になる。また、実施形態２では、完全に強度の等しいｐ偏光とｓ偏光に分け難くなる。そのため、偏光素子１７によって、偏光制御部１５に入射する光束が一定の直線偏光状態としている。 The polarization state of the light emitted from the light source 2 does not become completely linearly polarized light due to non-uniform quality of the laser crystal and manufacturing variations of the resonator. For this reason, in Embodiment 1, it becomes difficult to obtain complete circularly polarized light. In the second embodiment, it is difficult to divide into p-polarized light and s-polarized light having completely the same intensity. Therefore, the light beam incident on the polarization controller 15 is in a constant linear polarization state by the polarizing element 17.
偏光素子１７は、光源２と偏光制御部１５の間に配置され、光束の消光比が大きいものを用いることが好ましい。例えば、偏光素子１７としては、光源２の主要な直線偏光の光束が透過するように、偏光板や偏光ビームスプリッタ等を用いることができる。また、光源２への戻り光を考慮した場合、偏光素子１７は、平面型偏光ビームスプリッタを用いることが好ましい。 The polarizing element 17 is preferably disposed between the light source 2 and the polarization controller 15 and has a large extinction ratio of the light beam. For example, a polarizing plate, a polarizing beam splitter, or the like can be used as the polarizing element 17 so that the main linearly polarized light beam of the light source 2 is transmitted. In consideration of the return light to the light source 2, the polarizing element 17 is preferably a planar polarizing beam splitter.
２ 光源
１５ 偏光制御部
１９ 伝送部
2 Light source 15 Polarization controller 19 Transmitter
Claims (14)
前記伝送部は走査され、
前記偏光制御部は、走査位置ごとの前記伝送部の射出光量のばらつきを抑制するように、前記光源が発する光の偏光を制御することを特徴とする光学装置。 A light source that emits linearly polarized light, a polarization control unit that controls polarization of light emitted from the light source, and a transmission unit that transmits light emitted from the polarization control unit,
The transmitter is scanned;
The optical device, wherein the polarization control unit controls polarization of light emitted from the light source so as to suppress variation in the amount of light emitted from the transmission unit for each scanning position.
前記伝送部は走査され、
前記偏光制御部は、前記光源が発して前記偏光制御部を通過した光を前記伝送部に内包されるミラーの光入射面に対してｐ偏光成分とｓ偏光成分に分けた場合に、ｐ偏光成分とｓ偏光成分の強度の時間平均がほぼ１：１になるように、前記光源が発する光の偏光を制御する光学装置。 A light source that emits linearly polarized light, a polarization control unit that controls polarization of light emitted from the light source, and a transmission unit that transmits light emitted from the polarization control unit,
The transmitter is scanned;
The polarization control unit generates p-polarized light when the light emitted from the light source and passed through the polarization control unit is divided into a p-polarization component and an s-polarization component with respect to a light incident surface of a mirror included in the transmission unit. An optical device that controls the polarization of light emitted by the light source so that the time average of the intensity of the component and the s-polarized component is approximately 1: 1.
前記第２の導波管の両側には、前記関節部を介して前記第１の導波管がそれぞれ連結されており、
前記ミラーは、光源から発せられた光の波長に対して反射率の偏光依存性を有しており、
前記ミラーに対する前記光源から発せられた光の入射角度は、前記走査位置ごとに異なっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学装置。 The transmission unit guides light in an in-plane direction perpendicular to the emission direction, and at least two or more first waveguides that guide the light in a direction parallel to the emission direction from which the light is emitted from the transmission unit. The second waveguide, the first waveguide, and the second waveguide are connected to each other, and are guided through the first waveguide and the second waveguide, respectively. A multi-joint arm having a mirror including a mirror disposed so as to bend the light guiding direction of the light substantially perpendicularly,
The first waveguide is connected to both sides of the second waveguide via the joint portion, respectively.
The mirror has a polarization dependency of the reflectance with respect to the wavelength of light emitted from the light source,
The optical apparatus according to claim 1, wherein an incident angle of light emitted from the light source with respect to the mirror is different for each scanning position.
前記一方の成分の光は、前記第１偏光ビームスプリッタを透過した後、前記第２偏光ビームスプリッタを透過し、
前記他方の成分の光は、前記第１偏光ビームスプリッタ、前記反射部材、前記第２偏光ビームスプリッタで、この順で反射され、前記一方の成分の光と合波されることを特徴とする請求項８又は９に記載の光学装置。 The polarization beam splitter multiplexes the first polarization beam splitter that branches the linearly polarized light emitted from the light source into the two types of linearly polarized light components and the branched two types of linearly polarized light components. A second polarizing beam splitter;
The light of the one component passes through the first polarizing beam splitter and then passes through the second polarizing beam splitter,
The light of the other component is reflected in this order by the first polarization beam splitter, the reflection member, and the second polarization beam splitter, and is combined with the light of the one component. Item 10. The optical device according to Item 8 or 9.
前記伝送部を伝送された光を照射する照射部と、
前記照射部から被検体に光が照射されることにより発生する音響波を検出して電気信号を出力する検出部と、
前記電気信号に基づいて前記被検体の内部の情報を取得する取得部と、を有することを特徴とする情報取得装置。 An optical device according to any one of claims 1 to 11,
An irradiation unit for irradiating the transmitted light from the transmission unit;
A detection unit that detects an acoustic wave generated by irradiating the subject with light from the irradiation unit and outputs an electrical signal; and
An information acquisition apparatus comprising: an acquisition unit configured to acquire information inside the subject based on the electrical signal.
前記伝送部の前記射出光量は、前記光源から発せられる光の波長ごとで異なり、
前記取得部は、前記波長ごとに異なる、前記伝送部の前記射出光量に関する情報を基に、前記被検体の内部の情報を取得することを特徴とする請求項１２に記載の情報取得装置。 The light source is a wavelength tunable light source,
The amount of light emitted from the transmission unit differs depending on the wavelength of light emitted from the light source,
The information acquisition apparatus according to claim 12, wherein the acquisition unit acquires information inside the subject based on information regarding the amount of emitted light of the transmission unit, which is different for each wavelength.
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