JP2018100923A - Light irradiation device, light irradiation method and light irradiation program - Google Patents

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考洋 増村
Takahiro Masumura
考洋 増村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To cause light to be focused by high enhancement depending on a desired position as in the inside of a medium, etc.SOLUTION: A light irradiation device comprises: spatial light modulation means 107 for modulating light from a light source 100 and forming a wavefront of the light; an optical system 108 for irradiating a medium with the light having had the wavefront formed; detection means 110 for detecting a signal generated from the medium irradiated with the light; and control means 111 for carrying out an optimization process for causing a wavefront to be formed by the spatial light modulation means so that the strength of a signal detected in the inside of the medium or at an external detection position. The control means acquires a strength distribution of the signal in a prescribed region that includes the detection position, carries out a correction process for correcting the detection position or the signal on the basis of the strength distribution, and carries out an optimization process so that the strength of the signal after the correction process increases.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、媒質に光を照射してイメージングする技術に関する。   The present invention relates to a technique for imaging by irradiating a medium with light.

可視域から近赤外の光を用いて生体等の媒質の内部の光学特性を非侵襲または低侵襲でイメージングする際に、媒質に入射する光の波面を適切に成形することで、該光を効率的に媒質の内部やその背後の位置に到達させることができる。非特許文献1には、散乱媒質に光を照射する際に特定位置の透過光の強度が増加するように、入射波面を空間光変調器(SLM:Spatial Light Modulator)で成形する方法が開示されている。また、特許文献1には、透過光に代えて、光音響信号を波面最適化のターゲットに用いる方法が開示されている。さらに、非特許文献2には、2光子吸収による蛍光信号(TPF:Two-photon fluorescence)をターゲットにする方法が開示されている。   When imaging optical properties inside a medium such as a living body using non-infrared or near-infrared light from the visible range, the wavefront of the light incident on the medium is shaped appropriately, thereby shaping the light. It is possible to efficiently reach the position inside or behind the medium. Non-Patent Document 1 discloses a method of shaping an incident wavefront with a spatial light modulator (SLM) so that the intensity of transmitted light at a specific position increases when irradiating light to a scattering medium. ing. Patent Document 1 discloses a method of using a photoacoustic signal as a wavefront optimization target instead of transmitted light. Further, Non-Patent Document 2 discloses a method for targeting a fluorescence signal (TPF: Two-photon fluorescence) by two-photon absorption.

このように、様々な信号を、波面を成形するためのターゲットとして用いて、散乱媒質に入射させる光の波面を適切に成形することで、該光を散乱媒質の内部やその背後の所望の位置にフォーカスさせることができる。そして、光がフォーカスする位置における信号(透過光、蛍光および光音響信号等)の強度を増加させて測定することで、生体組織を含む様々な散乱媒質を対象とするイメージングの侵達長を向上させることができる。また、イメージングのSNR(Signal-to-Noise Ratio)を改善することもできる。   In this way, various signals are used as targets for shaping the wavefront, and by appropriately shaping the wavefront of the light incident on the scattering medium, the light can be placed in a desired position inside or behind the scattering medium. Can be focused. And by increasing the intensity of the signal (transmitted light, fluorescence, photoacoustic signal, etc.) at the position where the light is focused, the penetration depth of imaging targeting various scattering media including biological tissue is improved. Can be made. Further, the SNR (Signal-to-Noise Ratio) of imaging can be improved.

米国特許公開第2011/0083509号公報US Patent Publication No. 2011/0083509

I. M. Vellekoop and A. P. Mosk, “Focusing coherent light through opaque strongly scattering media”, Optics Letters Vol.32, No.16 2309-2311(2007)I. M. Vellekoop and A. P. Mosk, “Focusing coherent light through opaque strongly scattering media”, Optics Letters Vol.32, No.16 2309-2311 (2007) Jianyong Tang, Ronald N. Germain and Meng Cui, Superpenetration optical microscopy by iterative multiphoton adaptive compensation technique”, Proceeding of the National Academy of Sciences USA, 109(22) 8434-8439 (2012)Jianyong Tang, Ronald N. Germain and Meng Cui, Superpenetration optical microscopy by iterative multiphoton adaptive compensation technique ”, Proceeding of the National Academy of Sciences USA, 109 (22) 8434-8439 (2012)

上記のような波面成形方法では、ある指定位置において透過光等の信号強度をフィードバック信号としてモニタする。例えば、媒質に入射する光の位相をSLMで変調することに追従して変化する信号をモニタし、その信号の強度が最大となるときの位相(最適位相)をSLMに設定する。しかしながら、ノイズの影響によって高い精度で位相を測定することができない場合があり、この場合は光強度の増加効果(エンハンスメント)が低下する。   In the wavefront shaping method as described above, the signal intensity of transmitted light or the like is monitored as a feedback signal at a specified position. For example, a signal that changes following the modulation of the phase of light incident on the medium by the SLM is monitored, and the phase (optimum phase) when the intensity of the signal is maximized is set in the SLM. However, there are cases where the phase cannot be measured with high accuracy due to the influence of noise, and in this case, the light intensity increasing effect (enhancement) is reduced.

本発明は、媒質の内部等の所望の位置により高いエンハンスメントで光をフォーカスさせることができるようにした光照射装置等を提供する。   The present invention provides a light irradiation device and the like that can focus light with high enhancement at a desired position such as the inside of a medium.

本発明の一側面としての光照射装置は、光源からの光を変調して該光の波面を成形する空間光変調手段と、波面が成形された光を媒質に照射する光学系と、光が照射された媒質から発生する信号を検出する検出手段と、媒質の内部または外部の検出位置において検出される信号の強度が増加するように空間光変調手段に波面を成形させる最適化処理を行う制御手段とを有する。そして、制御手段は、検出位置を含む所定領域での信号の強度分布を取得し、該強度分布に基づいて検出位置または信号を補正する補正処理を行い、該補正処理後の信号の強度が増加するように最適化処理を行うことを特徴とする。   A light irradiation apparatus according to one aspect of the present invention includes a spatial light modulation unit that modulates light from a light source to shape a wavefront of the light, an optical system that irradiates a medium with light having the wavefront, Control for performing detection processing for detecting a signal generated from the irradiated medium and optimization processing for shaping the wavefront in the spatial light modulation means so as to increase the intensity of the signal detected at a detection position inside or outside the medium. Means. Then, the control means acquires the intensity distribution of the signal in a predetermined region including the detection position, performs a correction process for correcting the detection position or signal based on the intensity distribution, and increases the intensity of the signal after the correction process. The optimization process is performed as described above.

また、本発明の他の一側面としての光照射方法は、光源からの光を変調して該光の波面を成形する空間光変調手段、波面が成形された光を媒質に照射する光学系および光が照射された媒質から発生する信号を検出する検出手段を設けるステップと、媒質の内部または外部の検出位置において検出される信号の強度が増加するように空間光変調手段に波面を成形させる最適化処理を行う制御ステップとを有する。そして、制御ステップにおいて、検出位置を含む所定領域での信号の強度分布を取得し、該強度分布に基づいて検出位置または信号を補正する補正処理を行い、該補正処理後の信号の強度が増加するように最適化処理を行うことを特徴とする。   A light irradiation method according to another aspect of the present invention includes a spatial light modulation unit that modulates light from a light source to shape a wavefront of the light, an optical system that irradiates a medium with light having the wavefront formed thereon, and Optimizing the step of providing a detection means for detecting a signal generated from a medium irradiated with light and causing the spatial light modulation means to shape the wavefront so that the intensity of the signal detected at the detection position inside or outside the medium increases. And a control step for performing the conversion process. Then, in the control step, a signal intensity distribution in a predetermined region including the detection position is acquired, and a correction process for correcting the detection position or signal based on the intensity distribution is performed, and the intensity of the signal after the correction process is increased. The optimization process is performed as described above.

なお、上記光照射方法に従う処理をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムとしての光照射プログラムも、本発明の他の一側面を構成する。   In addition, the light irradiation program as a computer program which makes a computer perform the process according to the said light irradiation method also comprises the other one side of this invention.

本発明によれば、媒質の内部等の検出位置により高いエンハンスメントで光をフォーカスさせることができる。 According to the present invention, it is possible to focus light with high enhancement at a detection position such as the inside of a medium.

本発明の実施例1であるイメージング装置の構成を示す図。1 is a diagram illustrating a configuration of an imaging apparatus that is Embodiment 1 of the present invention. FIG. 実施例1における入射波面の最適化処理を示すフローチャート。5 is a flowchart showing an optimization process for incident wavefronts according to the first embodiment. 実施例1における波面最適化処理前の透過光の強度分布を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating an intensity distribution of transmitted light before wavefront optimization processing in the first embodiment. 実施例1におけるターゲット位置での信号強度を最適化処理における反復回数Nを関数としてプロットした図。The figure which plotted the signal intensity | strength in the target position in Example 1 as a function of the frequency | count N of repetition in an optimization process. 実施例1における初期ターゲット位置と修正後ターゲット位置とを示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating an initial target position and a corrected target position in the first embodiment. 本発明の実施例2であるイメージング装置の構成を示す図。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of an imaging apparatus that is Embodiment 2 of the present invention. 実施例2における処理フローを示す概略図。FIG. 6 is a schematic diagram showing a processing flow in Embodiment 2. 実施例2における初期ターゲット位置での信号の補正を示す図。FIG. 10 is a diagram illustrating signal correction at an initial target position in the second embodiment. 実施例2におけるフォーカス位置をスキャンして行われるイメージングを示す図。FIG. 10 is a diagram illustrating imaging performed by scanning a focus position in the second embodiment. 本発明の実施例3であるイメージング装置の構成を示す図。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of an imaging apparatus that is Embodiment 3 of the present invention. 実施例3における初期ターゲット位置と修正後ターゲット位置とを示す図。FIG. 10 is a diagram illustrating an initial target position and a corrected target position in the third embodiment.

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施例1である光照射装置としてのイメージング装置の構成を示している。光源100は、400〜1500nm等の可視域から近赤外域の波長を有し、強度が時間的に一定な連続光(CW光)を発するレーザ光源である。光源100の波長は、光照射装置の使用目的に応じて任意に設定することができる。また、光源100は、強度変調された光やパルス光を発するものであってもよい。   FIG. 1 shows the configuration of an imaging apparatus as a light irradiation apparatus that is Embodiment 1 of the present invention. The light source 100 is a laser light source that emits continuous light (CW light) having a wavelength in the visible region to the near infrared region such as 400 to 1500 nm and having a constant intensity over time. The wavelength of the light source 100 can be arbitrarily set according to the purpose of use of the light irradiation device. The light source 100 may emit intensity-modulated light or pulsed light.

光源100から発せられた光は、空間フィルタ101およびレンズ102によって平行光に変換され、そのビームサイズは可変絞り103によって、またその光強度はNDフィルタ104によってそれぞれ適切に調整される。NDフィルタ104を用いる代わりに、光源100の出力を直接変更して光強度を調整してもよい。ビームサイズは、後述する空間光変調器(SLM)107の有効領域を基準として調整される。   The light emitted from the light source 100 is converted into parallel light by the spatial filter 101 and the lens 102, the beam size is appropriately adjusted by the variable aperture 103, and the light intensity is appropriately adjusted by the ND filter 104. Instead of using the ND filter 104, the light intensity may be adjusted by directly changing the output of the light source 100. The beam size is adjusted with reference to an effective area of a spatial light modulator (SLM) 107 described later.

ビームサイズと光強度が調整された光120は、ビームスプリッタ(BS)106を透過してSLM107に入射する。SLM107としては、例えばLCOS(Liquid crystal On Silicon)を用いることができる。また、SLM107として、図1に示すように反射型SLMを用いたり、透過型SLMを用いたりすることができる。   The light 120 whose beam size and light intensity are adjusted passes through the beam splitter (BS) 106 and enters the SLM 107. For example, LCOS (Liquid crystal On Silicon) can be used as the SLM 107. As the SLM 107, a reflective SLM or a transmissive SLM can be used as shown in FIG.

SLM107は、制御手段としてのパーソナルコンピュータ(PC)111に接続され、該PC111により制御される。制御手段として、専用のCPUやMPUを用いてもよい。SLM107は、後述する波面最適化処理によって入射する光120を変調(位相変調)して該光の波面を成形する。なお、入射光120の偏光は、SLM107で位相変調を行う偏光方向と一致するように調整される。   The SLM 107 is connected to a personal computer (PC) 111 as control means and is controlled by the PC 111. A dedicated CPU or MPU may be used as the control means. The SLM 107 modulates (phase-modulates) the incident light 120 by a wavefront optimization process described later, and shapes the wavefront of the light. The polarization of the incident light 120 is adjusted so as to coincide with the polarization direction in which phase modulation is performed by the SLM 107.

SLM107で反射し、かつ波面が成形された光121は、レンズ108を介して媒質であるサンプル125に入射する。このとき、レンズ108とSLM107との間隔およびレンズ108とサンプル125の入射面との間隔は、いずれもレンズ108の焦点距離と等しい。SLM107とサンプル125の入射面はフーリエ変換の関係にある。すなわち、SLM107で成形された波面をフーリエ変換したものがサンプル125に入射する。サンプル125は、入射光121に対して散乱媒質である。例えば、サンプル125は、生体組織であってもよいし、拡散板や樹脂等の媒質でもよい。   The light 121 reflected by the SLM 107 and shaped in wavefront enters the sample 125, which is a medium, through the lens. At this time, the distance between the lens 108 and the SLM 107 and the distance between the lens 108 and the entrance surface of the sample 125 are all equal to the focal length of the lens 108. The incident surfaces of the SLM 107 and the sample 125 have a Fourier transform relationship. That is, the wavefront formed by the SLM 107 is Fourier-transformed and enters the sample 125. The sample 125 is a scattering medium for the incident light 121. For example, the sample 125 may be a living tissue or a medium such as a diffusion plate or a resin.

散乱媒質であるサンプル125を透過して該サンプル125を出射した散乱光(光信号)122は、レンズ109を通って撮像デバイスとしてのCCDセンサ(以下、単にCCDという)110により撮像される。撮像デバイスとしては、CMOSセンサ、イメージインテンシファイアを有するエリアセンサ、EMCCDおよびsCMOS等を用いてもよい。CCD110は、PC111に接続され、該PC111によって制御される。CCD110による撮像によって取得されたモニタ画像は、PC111に転送されて解析される。   Scattered light (optical signal) 122 that has passed through the sample 125 that is a scattering medium and exited the sample 125 passes through the lens 109 and is imaged by a CCD sensor (hereinafter simply referred to as a CCD) 110 as an imaging device. As the imaging device, a CMOS sensor, an area sensor having an image intensifier, EMCCD, sCMOS, or the like may be used. The CCD 110 is connected to and controlled by the PC 111. A monitor image acquired by imaging by the CCD 110 is transferred to the PC 111 and analyzed.

次に、波面最適化処理について説明する。この処理では、まずモニタする信号の位置を設定する。具体的には、本装置のユーザがモニタ画像における任意の位置をターゲット位置(検出位置)として指定する。以下の説明では、ターゲット位置をサンプル125の背後(CCD110の位置)にて指定するが、サンプル125の内部にて指定してもよい。   Next, the wavefront optimization process will be described. In this process, first, the position of the signal to be monitored is set. Specifically, the user of this apparatus designates an arbitrary position in the monitor image as a target position (detection position). In the following description, the target position is specified behind the sample 125 (the position of the CCD 110), but may be specified inside the sample 125.

次に、本処理では、ターゲット位置において検出手段としてのCCD110により検出される光信号の強度、つまりはCCD110から出力される電気信号の強度(以下、信号強度という)が増加するようにSLM107で位相変調を行う。この位相変調を反復的に行うることで、最終的には、ターゲット位置にフォーカススポットが形成され、光強度の増加効果(エンハンスメント)が得られる。ターゲット位置、言い換えれば信号強度をモニタするターゲット領域は、CCD110の画素を単位として任意のサイズに設定することが可能である。ただし、エンハンスメントを大きくするために、ターゲット位置(ターゲット領域)は、CCD110により観測されるスペックルグレインのサイズ以下に設定するとよい。スペックルグレインのサイズは、レンズ109の口径や、サンプル125、レンズ109およびCCD110の配置によって決まり、CCD110において所望のサイズになるように調整することが可能である。   Next, in this process, the phase of the SLM 107 is increased so that the intensity of the optical signal detected by the CCD 110 as the detecting means at the target position, that is, the intensity of the electric signal output from the CCD 110 (hereinafter referred to as signal intensity) increases. Modulate. By repeatedly performing this phase modulation, a focus spot is finally formed at the target position, and an effect of increasing the light intensity (enhancement) is obtained. The target position, in other words, the target area for monitoring the signal intensity can be set to an arbitrary size in units of the CCD 110 pixels. However, in order to increase the enhancement, the target position (target area) is preferably set to be equal to or smaller than the size of speckle grains observed by the CCD 110. The size of the speckle grain is determined by the aperture of the lens 109 and the arrangement of the sample 125, the lens 109, and the CCD 110, and can be adjusted to a desired size in the CCD 110.

SLM107上では、入射光120を複数のセグメントに分割し、それぞれのセグメントにおいて入射光120の波面を独立に成形(位相変調)する。各セグメントはSLM107の複数の画素を含み、セグメントのサイズやセグメントの数N(すなわち入射波面の分割数)は目的に応じて適宜設定される。セグメント数Nを増やせばフォーカスによるエンハンスメントは大きくなるが、測定の反復回数も増えるため、測定時間がかかる。エンハンスメントと測定時間のバランスを考慮してセグメント数Nを設定する。   On the SLM 107, the incident light 120 is divided into a plurality of segments, and the wavefront of the incident light 120 is independently shaped (phase modulated) in each segment. Each segment includes a plurality of pixels of the SLM 107, and the size of the segment and the number N of segments (that is, the number of divisions of the incident wavefront) are appropriately set according to the purpose. If the number of segments N is increased, enhancement due to focus increases, but the number of measurement iterations also increases, so measurement time is required. The number of segments N is set in consideration of the balance between enhancement and measurement time.

次に図2を用いて、波面最適化処理(S1200)について説明する。PC111がコンピュータプログラムである光照射プログラム(光照射方法)に従って本処理を実行する。以下の説明および図2において、Sはステップを意味する。   Next, the wavefront optimization process (S1200) will be described with reference to FIG. The PC 111 executes this processing according to a light irradiation program (light irradiation method) which is a computer program. In the following description and FIG. 2, S means a step.

まずS1221において、PC111は、SLM107のセグメントj(j=1〜N)を選択する。ここでは、セグメント数Nは、後述するセグメントごとの波面最適化処理の反復回数と等しい。S1222では、PC111は、jがセグメント数Nより大きい(つまりは全てのセグメントについて処理が完了した)か否かを確認し、j>Nであれば本処理を終了する。一方、まだjがセグメント数N以下である場合は、PC111はS1223に進む。   First, in S1221, the PC 111 selects a segment j (j = 1 to N) of the SLM 107. Here, the number of segments N is equal to the number of iterations of the wavefront optimization process for each segment described later. In S1222, the PC 111 confirms whether j is larger than the number of segments N (that is, the processing has been completed for all segments). If j> N, the processing is terminated. On the other hand, if j is still less than or equal to the number of segments N, the PC 111 proceeds to S1223.

S1223では、PC111は、CCD110を通じてターゲット位置を透過した光の強度を測定(検出)してその光強度を示すCCD110からの信号の値を、セグメントjの位相の値φと共にPC111内のメモリにφ信号データとして保存する。 In step S1223, the PC 111 measures (detects) the intensity of light transmitted through the target position through the CCD 110, and stores the signal value from the CCD 110 indicating the light intensity in the memory in the PC 111 together with the phase value φ j of the segment j. Save as φ j signal data.

次にS1224では、PC111は、位相φが2πを超えたか否かを判定し、超えていなければS1225に進んで、セグメントjの位相φを位相Δφを加えて更新する(φ→φ+Δφ)。位相Δφは、離散化された位相のステップサイズを有し、測定の精度やスピードを考慮して設定する。PC111は、更新された位相φに対して、再びS1223において、ターゲット位置における光の強度を測定し、PC111内のメモリにφ信号データを保存する。こうしてセグメントjの位相φが2πを超えるまでS1225およびS1223の処理を繰り返す。 Next, in S1224, the PC 111 determines whether or not the phase φ j exceeds 2π. If not, the PC 111 proceeds to S1225 and updates the phase φ j of the segment j by adding the phase Δφ (φ j → φ j + Δφ). The phase Δφ has a discretized phase step size and is set in consideration of measurement accuracy and speed. In step S1223, the PC 111 measures the light intensity at the target position again with respect to the updated phase φ j and stores the φ j signal data in the memory in the PC 111. Thus, the processes of S1225 and S1223 are repeated until the phase φ j of the segment j exceeds 2π.

S1224においてセグメントjの位相φが2πを超えると、PC111は、S1226に進み、メモリに保存されたセグメントjのφ信号データから、ターゲット位置での光強度が最大となる最適な位相φj_maxを読み出す。そして、この最適な位相φj_maxをSLM107のセグメントjの位相として設定する。 When the phase φ j of the segment j exceeds 2π in S1224, the PC 111 proceeds to S1226, and from the φ j signal data of the segment j stored in the memory, the optimum phase φ j_max that maximizes the light intensity at the target position. Is read. The optimum phase φ j_max is set as the phase of the segment j of the SLM 107.

次にS1227では、PC111は、セグメントj+1について上述したS1222〜S1227の波面最適化処理を反復する。このようにしてSLM107の全てのセグメントに対して波面最適化処理を実行することで、SLM107からターゲット位置に向かう光の波面が最適化され、ターゲット位置にフォーカススポットを形成することができる。なお、波面最適化処理として、上述したSLMのセグメントごとの位相を最適化するアルゴリズムに代えて、文献Aに開示されている複数のセグメントを同時に最適化するPartitioning algorithmを用いてもよい。また、文献Bに開示されているように、遺伝的アルゴリズムを用いることもできる。   In step S1227, the PC 111 repeats the wavefront optimization process in steps S1222 to S1227 described above for the segment j + 1. By executing the wavefront optimization process for all the segments of the SLM 107 in this way, the wavefront of light from the SLM 107 toward the target position is optimized, and a focus spot can be formed at the target position. As the wavefront optimization processing, a partitioning algorithm that simultaneously optimizes a plurality of segments disclosed in Document A may be used instead of the above-described algorithm for optimizing the phase of each segment of the SLM. Further, as disclosed in Document B, a genetic algorithm can also be used.

(文献A)I. M.Vellekoop, A. P. Mosk, ”Phase control algorithms for focusing light through turbid media”, Optics Communications 281 (2008) 3071-3080
(文献B)Donald B. Conkey et al., ”Genetic algorithm optimization for focusing through turbid media in noisy environments”, Optics Express Vol.20, No.5 (2012)
図3(a)は、波面最適化処理を行う前にCCD110を通じて観察される透過像130を示す。透過像130において白くなるほど信号強度が高く、黒くなるほど信号強度が低い。131と132はターゲット位置である。図3(b)は、波面最適処理によってターゲット位置131,132に形成されたフォーカススポット周辺の信号強度分布(1次元断面)140を示す。図中の分布141(△点線)と分布142(+実線)はそれぞれ、ターゲット位置131,132に設定したときの信号強度分布である。
(Reference A) IMVellekoop, AP Mosk, “Phase control algorithms for focusing light through turbid media”, Optics Communications 281 (2008) 3071-3080
(Reference B) Donald B. Conkey et al., “Genetic algorithm optimization for focusing through turbid media in noisy environments”, Optics Express Vol.20, No.5 (2012)
FIG. 3A shows a transmission image 130 observed through the CCD 110 before performing the wavefront optimization process. In the transmission image 130, the whiter the signal intensity, the higher the signal intensity, and the blacker the signal intensity, the lower. 131 and 132 are target positions. FIG. 3B shows a signal intensity distribution (one-dimensional cross section) 140 around the focus spot formed at the target positions 131 and 132 by the wavefront optimization process. Distribution 141 (Δ dotted line) and distribution 142 (+ solid line) in the figure are signal intensity distributions when set at target positions 131 and 132, respectively.

分布143(●破線)は、波面最適化処理を行う前の透過像130の平均信号強度分布である。これらの図3(a),(b)は、ターゲット位置での信号強度と形成されるフォーカススポットでのエンハンスメントの例を示している。波面最適化処理を行う前において、ターゲット位置132のように信号強度レベルが低い位置をターゲット位置とすることで、装置の様々な要因で発生するノイズの影響を敏感に受ける。このため、図2のS1223における測定において測定誤差が生じ、S1226で最適位相φj_maxを精度良く求めることができなくなる。その結果、図3(b)の分布142に示すように、分布141に比べてエンハンスメントが低下し、フォーカススポットでのピーク強度に差が生じる。このように測定のSNRに応じて、最終的に形成されるフォーカスのエンハンスメントが影響を受ける。 A distribution 143 (dotted line) is an average signal intensity distribution of the transmission image 130 before the wavefront optimization process is performed. FIGS. 3A and 3B show examples of signal intensity at the target position and enhancement at the formed focus spot. Before performing the wavefront optimization process, a position with a low signal intensity level such as the target position 132 is set as the target position, so that it is sensitive to the influence of noise generated by various factors of the apparatus. Therefore, a measurement error occurs in the measurement in S1223 of FIG. 2, and the optimum phase φ j_max cannot be obtained with high accuracy in S1226 . As a result, as shown in the distribution 142 of FIG. 3B, the enhancement is lower than the distribution 141, and a difference occurs in the peak intensity at the focus spot. Thus, depending on the measured SNR, the enhancement of the focus finally formed is affected.

ターゲット位置132の信号強度は、その周囲の平均信号強度より低く、信号強度が平均信号強度以上であるターゲット位置131に比べてノイズの影響をより敏感に受けやすい。図2のフローチャートに従って反復的な波面最適化処理を行う過程において、ターゲット位置131,132いずれにおいても信号強度が徐々に増加するため、SNRが徐々に改善される。ただし、波面最適化処理における初期段階では、通常は信号強度レベルが微弱であることが多く、ノイズの影響を受けやすい。したがって、波面最適化処理の初期段階で、できる限りSNRが良い状態でSLM107の位相変調によるターゲット位置での信号強度の変化をモニタすることが必要となる。   The signal intensity at the target position 132 is lower than the average signal intensity around it, and is more susceptible to noise than the target position 131 whose signal intensity is equal to or greater than the average signal intensity. In the process of performing the iterative wavefront optimization process according to the flowchart of FIG. 2, the signal strength gradually increases at both the target positions 131 and 132, so that the SNR is gradually improved. However, at the initial stage in the wavefront optimization process, the signal intensity level is usually very weak and susceptible to noise. Therefore, at the initial stage of the wavefront optimization process, it is necessary to monitor the change in signal intensity at the target position due to the phase modulation of the SLM 107 with the best possible SNR.

図4は、波面最適化処理の初期段階での測定に対するSNRの影響を示す別の例を示す。この図は、ターゲット位置での信号強度を、波面最適化処理の反復回数の関数としてプロットしたものである。ターゲット位置での信号強度151は、反復回数Nの増加と共に上昇し、セグメント数を超えた反復回数の領域153において波面最適化処理を反復しても信号強度が増加する。領域153における信号強度は、セグメントj=Nに対する処理(S1222)が終了した後に、再びj=1のセグメントに戻って波面最適化処理を行ったときの結果を示す。この領域153にて示す反復回数は、領域152にて示す初期状態から信号強度がおおよそ周囲の平均信号強度まで増加するまでに要する反復回数に相当する。つまり、領域152における波面最適化処理の反復では、求めたい位相φj_maxが十分な精度で求められていないことになる。これも、前述したSNRに起因する問題である。 FIG. 4 shows another example showing the effect of SNR on the measurement at the initial stage of the wavefront optimization process. This figure plots the signal strength at the target position as a function of the number of iterations of the wavefront optimization process. The signal strength 151 at the target position increases as the number of iterations N increases, and the signal strength increases even if the wavefront optimization process is repeated in the region 153 of the number of iterations exceeding the number of segments. The signal strength in the region 153 indicates the result when the wavefront optimization process is performed again after returning to the segment of j = 1 after the process for the segment j = N (S1222) is completed. The number of iterations indicated by this region 153 corresponds to the number of iterations required until the signal intensity increases from the initial state indicated by the region 152 to the average signal strength around. That is, in the repetition of the wavefront optimization process in the region 152, the desired phase φ j_max is not obtained with sufficient accuracy. This is also a problem caused by the SNR described above.

以上のことから分かるように、波面最適化処理の初期段階においてSNRをできるだけ改善することで、セグメント数Nを超えた余計な反復回数を増やす必要なく、フォーカスポイントでのエンハンスメントを効率良く向上させることができる。   As can be seen from the above, by improving the SNR as much as possible in the initial stage of the wavefront optimization process, it is possible to efficiently improve the enhancement at the focus point without having to increase the number of extra iterations exceeding the number of segments N. Can do.

SNRを改善するためには、ターゲット位置での信号強度が大きい方が有利である。このため、できるだけ高い信号強度を波面最適化処理における初期信号強度とすることが望ましい。   In order to improve the SNR, it is advantageous that the signal intensity at the target position is large. For this reason, it is desirable to set the signal strength as high as possible as the initial signal strength in the wavefront optimization process.

図5は、CCD110で観測される透過像であって、初期ターゲット位置201を含み、該初期ターゲット位置201の近傍の領域(所定領域:以下、ターゲット近傍領域という)の透過像を示す。初期ターゲット位置は、本実施例の光照射装置の使用目的に応じて任意に設定される。例えば、本実施例の光照射装置を用いてイメージングを行う場合には、イメージングしたい注目領域内の任意の点を初期ターゲット位置として設定すればよい。   FIG. 5 is a transmission image observed by the CCD 110, and shows a transmission image of an area including the initial target position 201 and in the vicinity of the initial target position 201 (predetermined area: hereinafter referred to as a target vicinity area). The initial target position is arbitrarily set according to the purpose of use of the light irradiation apparatus of the present embodiment. For example, when imaging is performed using the light irradiation apparatus according to the present embodiment, an arbitrary point within a region of interest to be imaged may be set as the initial target position.

図5において、初期ターゲット位置201での信号強度は非常に小さく、その周辺の平均信号強度より低い。これに対して、位置202〜204には、平均信号強度以上の信号強度を有するスペックルグレインが存在する。   In FIG. 5, the signal strength at the initial target position 201 is very small and lower than the average signal strength around it. On the other hand, speckle grains having a signal strength equal to or higher than the average signal strength exist at the positions 202 to 204.

初期ターゲット位置201に対して、フォーカススポットが形成される点が横方向(透過像200の面内)にシフトしても許される範囲を、ターゲット近傍領域210として設定する。このターゲット近傍領域210の大きさは、イメージング等の目的やスペックルグレインのサイズ等に基づいて設定される。例えば、初期ターゲット位置201を中心に直径100画素以内をターゲット近傍領域210とする。   A range that is allowed even if the point at which the focus spot is formed is shifted in the horizontal direction (in the plane of the transmission image 200) with respect to the initial target position 201 is set as the target vicinity region 210. The size of the target vicinity area 210 is set based on the purpose of imaging and the like, the size of speckle grains, and the like. For example, the target vicinity region 210 is within 100 pixels in diameter with the initial target position 201 as the center.

このターゲット近傍領域210内で信号強度分布を測定するとともに信号強度の閾値(所定値)を設定し、その閾値以上(所定値以上)の信号強度を有するスペックルグレインを探索する。例えば、閾値を初期ターゲット位置201の付近の平均信号強度に設定することで、位置202,203のスペックルグレインが選択される。閾値は初期ターゲット位置201の付近の平均信号強度より高くてもよい。   A signal intensity distribution is measured in the target vicinity area 210 and a threshold value (predetermined value) of the signal intensity is set, and a speckle grain having a signal intensity equal to or higher than the threshold value (predetermined value) is searched. For example, the speckle grain at the positions 202 and 203 is selected by setting the threshold value to the average signal intensity near the initial target position 201. The threshold may be higher than the average signal intensity near the initial target position 201.

そして、選択された位置202,203のスペックルグレインのうち信号強度の最大値がより大きいスペックルグレインの位置(特定位置)202を新たなターゲット位置として選択する。この際、信号強度が最大値である位置202を中心として平均的なスペックルグレインサイズ以内に収まる領域をターゲット位置のサイズとしてもよい。また、位置202のスペックルグレインのサイズを測定し、測定したサイズ以内の領域をターゲット位置のサイズに設定してもよい。このようにして、波面最適化処理のターゲット位置を、初期ターゲット位置201からこの新たに選択した位置202に修正(補正)する。   Then, a speckle grain position (specific position) 202 having a larger maximum signal intensity among the speckle grains at the selected positions 202 and 203 is selected as a new target position. At this time, an area that falls within an average speckle grain size centering on the position 202 where the signal intensity is the maximum value may be set as the size of the target position. Alternatively, the size of the speckle grain at the position 202 may be measured, and an area within the measured size may be set as the size of the target position. In this way, the target position of the wavefront optimization process is corrected (corrected) from the initial target position 201 to the newly selected position 202.

このようなターゲット位置の修正により、初期の信号強度が高い状態で波面最適化処理(S1200)を実行することができる。ターゲット位置の修正は、任意に設定した初期ターゲット位置に対して許容し得る微小距離の範囲内で行われ、光照射装置として実用上問題ない範囲での修正である。このようにターゲット位置を許容範囲内で微小修正することで、波面最適化処理の初期状態でのSNRを改善することができる。   By correcting the target position in this manner, the wavefront optimization process (S1200) can be executed in a state where the initial signal strength is high. The correction of the target position is performed within a range of a minute distance that can be allowed with respect to an arbitrarily set initial target position, and is a correction that does not cause any practical problems as a light irradiation apparatus. Thus, the SNR in the initial state of the wavefront optimization process can be improved by finely correcting the target position within the allowable range.

なお、ターゲット近傍領域210内に閾値以上のスペックルグレインで信号強度もほぼ同じである複数のスペックルグレインが存在する場合は、初期ターゲット位置201により近いスペックルグレインの位置にターゲット位置を修正することが好ましい。また、閾値は、測定のSNRに応じて任意に設定することが可能である。   In addition, when there are a plurality of speckle grains having a signal intensity equal to or greater than a threshold value in the target vicinity region 210, the target position is corrected to the speckle grain position closer to the initial target position 201. It is preferable. The threshold can be arbitrarily set according to the SNR of the measurement.

ターゲット近傍領域210内に閾値以上の信号強度を有する信号が存在しない場合は、閾値を下げたりターゲット近傍領域210を許容範囲内で広げたりして閾値以上の信号が存在する位置を探索してもよい。   If there is no signal having a signal strength greater than or equal to the threshold in the target vicinity area 210, the threshold may be lowered or the target vicinity area 210 may be expanded within an allowable range to search for a position where a signal above the threshold exists. Good.

このように初期ターゲット位置から修正されたターゲット位置を用いて波面最適化処理を実行することで、修正後のターゲット位置により効率的にフォーカススポットを形成することができる。さらに、光源100の波長を変えて波面最適化処理を実行し、波長ごとにエンハンスメントされた信号を測定することで、同位置の光学特性を評価することも可能である。   By executing the wavefront optimization process using the target position corrected from the initial target position in this way, a focus spot can be efficiently formed based on the corrected target position. Furthermore, it is possible to evaluate the optical characteristics at the same position by changing the wavelength of the light source 100 and executing the wavefront optimization process and measuring the enhanced signal for each wavelength.

以上説明したように、本実施例では、最終的にフォーカススポットを形成するターゲット位置を初期ターゲット位置からより高い信号強度が得られる位置に移動させる補正処理を行った後に該補正処理後のターゲット位置に対して波面最適化処理を実行する。さらに、本実施例では、波面最適化処理における信号強度の初期値を、波面最適化処理の実行前の初期状態における信号強度の平均値以上に設定する。   As described above, in this embodiment, the target position after the correction process is performed after performing the correction process for moving the target position that finally forms the focus spot from the initial target position to a position where higher signal intensity can be obtained. Wavefront optimization processing is executed on Furthermore, in this embodiment, the initial value of the signal strength in the wavefront optimization process is set to be equal to or higher than the average value of the signal strength in the initial state before the execution of the wavefront optimization process.

図6は、本発明の実施例2である光照射装置としてのイメージング装置の構成を示している。光源300は、可視域から近赤外域の波長を有し、サンプル320の内部の蛍光体321を励起させる光を発する。蛍光体は、外部からサンプル320に注入した蛍光色素であってもよいし、サンプル320内の構造に起因する自家蛍光体であってもよい。また、サンプル320は生体組織であり、後述するSLM303からの入射光316に対して散乱媒質である。   FIG. 6 shows the configuration of an imaging apparatus as a light irradiation apparatus that is Embodiment 2 of the present invention. The light source 300 has a wavelength from the visible range to the near infrared range, and emits light that excites the phosphor 321 inside the sample 320. The phosphor may be a fluorescent dye injected into the sample 320 from the outside, or may be an autophosphor resulting from the structure in the sample 320. The sample 320 is a living tissue, and is a scattering medium for incident light 316 from the SLM 303 described later.

光源300から射出した光は、光学系301によって適切なビーム径の平行光に変換され、BS302を透過し、SLM303に入射する。SLM303で位相変調された入射光316は、ダイクロイックミラー(DM)305を透過して光学系304と光学系306によって適当な倍率でサンプル320の表面に結像する。サンプル320に入射した光は、サンプル320の内部で散乱されながら蛍光体321に到達し、蛍光体321を励起して蛍光を発生させる。蛍光体321から発生した蛍光318は、サンプル320の内部で散乱しながらサンプル320から出射して光学系306を通り、DM305で反射されて光学系307を介して蛍光信号としてCCD309により撮像される。CCD309の前面には、蛍光318の波長領域のみを通過させる波長フィルタ308が配置されており、これによりCCD309は蛍光318のみを効率的に撮像する。また、SLM303とCCD309は、PC310に接続されており、該PC310により制御される。本実施例においても、実施例1と同様に、CCD309により測定(検出)した信号強度に基づいてSLM303でサンプル320に入射する入射光316の波面を成形する。   The light emitted from the light source 300 is converted into parallel light having an appropriate beam diameter by the optical system 301, passes through the BS 302, and enters the SLM 303. Incident light 316 phase-modulated by the SLM 303 passes through a dichroic mirror (DM) 305 and forms an image on the surface of the sample 320 at an appropriate magnification by the optical system 304 and the optical system 306. The light incident on the sample 320 reaches the phosphor 321 while being scattered inside the sample 320, and excites the phosphor 321 to generate fluorescence. The fluorescence 318 generated from the phosphor 321 is emitted from the sample 320 while being scattered inside the sample 320, passes through the optical system 306, is reflected by the DM 305, and is imaged as a fluorescent signal by the CCD 309 via the optical system 307. A wavelength filter 308 that allows only the wavelength region of the fluorescence 318 to pass is disposed on the front surface of the CCD 309, whereby the CCD 309 efficiently images only the fluorescence 318. The SLM 303 and the CCD 309 are connected to the PC 310 and are controlled by the PC 310. Also in the present embodiment, similarly to the first embodiment, the wavefront of the incident light 316 incident on the sample 320 is formed by the SLM 303 based on the signal intensity measured (detected) by the CCD 309.

図7のフローチャートは、本実施例において画像を生成するまでの処理の流れを示す。まずS1000において、PC310は、フォーカススポットを形成するための初期ターゲット位置を設定する。初期ターゲット位置は、何等かの事前情報を利用して蛍光体が存在する位置付近に設定する。事前情報としては、本実施例のイメージング装置とは別に、X線、MRI、超音波および光等を用いて測定した結果やそれ以外の病理的な診断結果等、他のモダリティにより提供される情報を用いることが可能である。また、S1000において、PC310はターゲットのサイズ(ターゲット領域)も設定する。   The flowchart of FIG. 7 shows the flow of processing until an image is generated in this embodiment. First, in S1000, the PC 310 sets an initial target position for forming a focus spot. The initial target position is set in the vicinity of the position where the phosphor exists using some prior information. As prior information, information provided by other modalities such as results measured using X-rays, MRI, ultrasound, light, etc., and other pathological diagnostic results, in addition to the imaging apparatus of the present embodiment. Can be used. In S1000, the PC 310 also sets the target size (target area).

S1000で初期ターゲット位置を設定したPC310は、S1100においてターゲット位置で得られた信号を以下に説明するように補正する補正処理を行う。   The PC 310 having set the initial target position in S1000 performs correction processing for correcting the signal obtained at the target position in S1100 as described below.

図8は、CCD309で撮像される蛍光像330を示す。蛍光像330は、サンプル320内部のうち光学系306の焦点位置における深さで発生した蛍光(蛍光信号)318の強度分布を含む。図中の位置331が、S1000にて設定された初期ターゲット位置である。実施例1において説明したように、ターゲット近傍領域内で閾値以上の信号強度を有する複数の位置に着目する。その複数の位置のうち信号強度が最大値である位置を抽出し、その位置を中心としたターゲットサイズの範囲内の領域を注目信号位置(特定位置)332とする。本実施例では、実施例1で示したように初期ターゲット位置331を注目信号位置332に修正するのではなく、注目信号位置332の信号強度を初期ターゲット位置331にシフトさせる補正処理を行う。   FIG. 8 shows a fluorescent image 330 captured by the CCD 309. The fluorescence image 330 includes an intensity distribution of fluorescence (fluorescence signal) 318 generated at a depth at the focal position of the optical system 306 within the sample 320. A position 331 in the figure is the initial target position set in S1000. As described in the first embodiment, attention is focused on a plurality of positions having a signal intensity equal to or higher than a threshold value in the target vicinity region. A position having the maximum signal intensity is extracted from the plurality of positions, and an area within the target size range centered on the position is set as a target signal position (specific position) 332. In the present embodiment, as shown in the first embodiment, the initial target position 331 is not corrected to the target signal position 332, but correction processing for shifting the signal intensity of the target signal position 332 to the initial target position 331 is performed.

観測された蛍光像330の面内において、位置331の中心と位置332の中心は、X方向にΔX、Y方向にΔYだけ離れている。このとき、注目信号位置332がXおよびY方向にそれぞれΔXおよびΔYだけシフトして、初期ターゲット位置331に重なるようにSLM303の向き(傾き)を調整する。例えば、SLM303を多軸ステージに固定しておき、Xおよび方向のそれぞれにおいて、サンプル320に対するSLM303の傾きを調整する。シフト量ΔXとSLM303から観測面までの距離から、SLM303をX方向に傾ける角度(傾斜角)を求めることができる。ΔXおよびΔYのシフトをSLM303の傾斜角で調整して、注目信号位置332の蛍光信号を初期ターゲット位置331に移動させることができる。また、SLM303に設定する位相分布にXおよびY方向のそれぞれに、傾斜角に応じて線形の位相シフト量を与えることで上記シフトを行ってもよい。この場合、線形のシフト量を与えた位相分布をSLM303の初期値として、波面最適化処理を行う。さらに、SLM303に代えて又はSLM303とともに光学系であるレンズ108の向き(傾き)を変更してもよい。   In the plane of the observed fluorescence image 330, the center of the position 331 and the center of the position 332 are separated by ΔX in the X direction and ΔY in the Y direction. At this time, the direction (inclination) of the SLM 303 is adjusted so that the target signal position 332 is shifted by ΔX and ΔY in the X and Y directions, respectively, and overlaps the initial target position 331. For example, the SLM 303 is fixed to the multi-axis stage, and the inclination of the SLM 303 with respect to the sample 320 is adjusted in each of X and direction. From the shift amount ΔX and the distance from the SLM 303 to the observation surface, an angle (tilt angle) for tilting the SLM 303 in the X direction can be obtained. The fluorescence signal at the signal position of interest 332 can be moved to the initial target position 331 by adjusting the shift of ΔX and ΔY with the inclination angle of the SLM 303. Further, the shift may be performed by giving a linear phase shift amount to the phase distribution set in the SLM 303 in each of the X and Y directions according to the inclination angle. In this case, the wavefront optimization process is performed using the phase distribution given the linear shift amount as the initial value of the SLM 303. Furthermore, instead of the SLM 303 or together with the SLM 303, the direction (tilt) of the lens 108 that is an optical system may be changed.

このように、初期ターゲット位置331の近傍で閾値以上の信号強度を有する信号を初期ターゲット位置にシフトさせることで、波面最適化処理における初期信号強度を増加させることができる。   As described above, the initial signal strength in the wavefront optimization process can be increased by shifting the signal having the signal strength equal to or higher than the threshold value in the vicinity of the initial target position 331 to the initial target position.

図7のS1100で上述したようにしてターゲット位置での信号を補正した後、S1200において、PC310は、ターゲット位置331にフォーカススポットを形成して、実施例1で説明した波面最適化処理(図2に示したS1200)を実行する。なお、計測スピードが要求されるような場合は、ターゲット位置331の信号強度をモニタし、十分な信号強度に達することに応じて波面最適化処理を終了して次のステップS1300に進んでもよい。また、必ずしも全てのセグメントについて波面最適化処理を実行する必要はない。   After correcting the signal at the target position as described above in S1100 of FIG. 7, in S1200, the PC 310 forms a focus spot at the target position 331, and the wavefront optimization process described in the first embodiment (FIG. 2). S1200) shown in FIG. When the measurement speed is required, the signal intensity at the target position 331 may be monitored, and the wavefront optimization process may be terminated and the process may proceed to the next step S1300 when the sufficient signal intensity is reached. Further, it is not always necessary to execute the wavefront optimization process for all segments.

次のS1300以降では、PC310は、生成したフォーカススポットを利用してイメージングを行う。図9は、S1300でのイメージングを模式的に示している。PC310は、ターゲット位置に生成したフォーカススポット331を撮像領域としての物体面336に対して水平方向に順次移動させるスキャン337を行う。スキャンは、物体面336内をX方向とY方向のそれぞれに順に行ってもよいし、スパイラルに行ってもよい。このスキャンは、メモリ効果と呼ばれる散乱の相関を利用する。このメモリ効果を利用すれば、波面最適化処理で既に得られているSLM303の最適化された位相分布を用いて、再度の波面最適化処理を行う必要なく、フォーカススポットを保つことができる。   In the next S1300 and subsequent steps, the PC 310 performs imaging using the generated focus spot. FIG. 9 schematically shows imaging in S1300. The PC 310 performs a scan 337 for sequentially moving the focus spot 331 generated at the target position in the horizontal direction with respect to the object plane 336 serving as an imaging region. The scan may be performed in order in the X direction and the Y direction in the object plane 336, or may be performed in a spiral. This scan uses a scattering correlation called the memory effect. By using this memory effect, it is possible to maintain the focus spot without having to perform the wavefront optimization process again using the optimized phase distribution of the SLM 303 already obtained by the wavefront optimization process.

フォーカススポットのスキャンは、前述したように多軸ステージに固定されたSLM303をスキャンシフト量に応じて傾けることで行ってもよいし、SLM303と共役な位置に配置された2軸のミラーを制御することで行ってもよい。また、シフト量に応じて線形の位相のシフト量を、既に得られたSLM303の位相分布に足し合わせることでスキャンを行ってもよい。   As described above, the focus spot may be scanned by tilting the SLM 303 fixed to the multi-axis stage in accordance with the scan shift amount, or control a biaxial mirror disposed at a position conjugate with the SLM 303. You may go by. Further, scanning may be performed by adding the linear phase shift amount to the phase distribution of the SLM 303 already obtained in accordance with the shift amount.

メモリ効果が得られる、すなわち波面最適化処理の効果が得られる角度範囲θを、例えばフォーカスピーク強度が1/eになる強度の範囲とすれば、   If the angle range θ in which the memory effect is obtained, that is, the effect of the wavefront optimization process is obtained, for example, the intensity range in which the focus peak intensity is 1 / e,

と見積もることができる。λは入射光316の波長であり、Lは媒質の厚さ(サンプル320の表面から物体面336までの距離)である。本実施例では、PC310は、上記スキャンによりイメージング(画像を生成)する領域を上記メモリ効果が得られる角度範囲内に設定する。 Can be estimated. λ is the wavelength of the incident light 316, and L is the thickness of the medium (the distance from the surface of the sample 320 to the object surface 336). In this embodiment, the PC 310 sets an area to be imaged (generates an image) by the scan within an angle range where the memory effect can be obtained.

S1300では、PC310は、フォーカススポット350のスキャンを行いながら各スキャン位置(検出位置)において蛍光信号を測定(検出)する。スキャンする際のステップサイズ(シフト量)は、イメージングの解像度に応じて任意に設定することができる。物体面336における蛍光信号の測定が終了すると、PC310はS1400に進む。   In S1300, the PC 310 measures (detects) the fluorescence signal at each scan position (detection position) while scanning the focus spot 350. The step size (shift amount) at the time of scanning can be arbitrarily set according to the imaging resolution. When the measurement of the fluorescence signal on the object plane 336 is completed, the PC 310 proceeds to S1400.

S1400では、画像生成手段としてのPC310は、各測定位置に対応した蛍光信号をマッピングすることで画像を生成し、得られた画像をディスプレイ等の画像表示装置に表示する。なお、フォーカススポットのスキャンを行う際に、S1200でフォーカススポットを生成した位置331からのシフト量に応じて、フォーカススポットのピーク強度が減衰する。この減衰効果を、メモリ効果の理論モデルから導かれる相関関数である、
C(qL)=[qL/sinh(qL)]
でフィッティングして、スポットの強度減衰を補正してもよい。さらに、サンプル320を可動ステージ上に配置して、該ステージを光軸方向に移動させることで、異なる深さ位置の画像をイメージングすることもできる。
In S1400, the PC 310 as the image generation unit generates an image by mapping the fluorescence signal corresponding to each measurement position, and displays the obtained image on an image display device such as a display. When the focus spot is scanned, the peak intensity of the focus spot is attenuated according to the shift amount from the position 331 where the focus spot was generated in S1200. This attenuation effect is a correlation function derived from a theoretical model of the memory effect,
C (qL) = [qL / sinh (qL)] 2
The spot intensity attenuation may be corrected by fitting. Furthermore, by arranging the sample 320 on a movable stage and moving the stage in the optical axis direction, images at different depth positions can be imaged.

また、撮像領域を広げるため、上記メモリ効果が得られる範囲の境界位置で、再度、波面最適化処理を行ってフォーカススポットを再形成し、更にスキャンとイメージングを継続することも可能である。   Further, in order to widen the imaging area, it is possible to perform the wavefront optimization process again at the boundary position of the range where the memory effect can be obtained to re-form the focus spot, and to continue scanning and imaging.

上述したS1000〜S1400の処理によって、生体組織等のサンプル320の内部の蛍光信号の信号強度をエンハンスメントして、より高精度にイメージングを行うことができる。   By the processing of S1000 to S1400 described above, the signal intensity of the fluorescent signal inside the sample 320 such as a biological tissue can be enhanced, and imaging can be performed with higher accuracy.

本実施例は、初期設定されたターゲット位置での信号強度が閾値以上となるように、撮像領域内の信号強度分布をシフトすることで波面最適化処理における信号強度の初期値を十分に高くすることができる。   In this embodiment, the initial value of the signal intensity in the wavefront optimization process is sufficiently increased by shifting the signal intensity distribution in the imaging region so that the signal intensity at the initially set target position is equal to or greater than the threshold value. be able to.

なお、本実施例にいう蛍光信号は、非線形現象の多光子励起により発光した信号も含む。また、本実施例を、蛍光信号を用いたイメージングだけでなく、媒質に光を照射して該媒質の内部の第二次高調波(SHG)や第三次高調波(THG)を測定してイメージングする場合に適用してもよい。さらに、本実施例を、誘導ラマン散乱(SRS)およびコヒーレント反ストークスラマン散乱(CARS)等を含むラマン散乱に起因するラマン散乱信号のイメージングに適用してもよい。加えて、本実施例を、OCT(Optical Coherence Tomography)における光干渉信号の)イメージングに適用してもよい。   The fluorescence signal referred to in this embodiment includes a signal emitted by multiphoton excitation of a nonlinear phenomenon. Further, in this embodiment, not only imaging using a fluorescence signal but also irradiating the medium with light, and measuring the second harmonic (SHG) and third harmonic (THG) inside the medium. You may apply when imaging. Further, the present embodiment may be applied to imaging of a Raman scattering signal caused by Raman scattering including stimulated Raman scattering (SRS) and coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS). In addition, this embodiment may be applied to imaging of optical interference signals in OCT (Optical Coherence Tomography).

図10は、本発明の実施例3である光照射装置としてのイメージング装置の構成を示している。本実施例のイメージング装置は、実施例1等で説明した波面最適化処理による光のフォーカシングを利用した光音響イメージング装置である。   FIG. 10 shows a configuration of an imaging apparatus as a light irradiation apparatus that is Embodiment 3 of the present invention. The imaging apparatus of the present embodiment is a photoacoustic imaging apparatus using light focusing by the wavefront optimization process described in the first embodiment.

サンプル420は生体組織であり、散乱粒子421を含む。このサンプル420は、可視域から近赤外域の光に対して散乱媒質である。光源400からは数nsのパルス光が発せられる。また、光源400の波長としては、生体組織420の主要な構成成分である水、脂肪、タンパク質、酸化ヘモグロビンおよび還元ヘモグロビン等の吸収スペクトルに応じた複数の波長を選択することができる。例えば、光源400として、400〜1500nm等の可視域から近赤外域の範囲の波長を放射する電磁波源を使用することができる。   The sample 420 is a living tissue and includes scattering particles 421. The sample 420 is a scattering medium for light from the visible range to the near infrared range. The light source 400 emits pulsed light of several ns. Further, as the wavelength of the light source 400, a plurality of wavelengths can be selected according to absorption spectra of water, fat, protein, oxyhemoglobin, reduced hemoglobin, and the like, which are main components of the living tissue 420. For example, as the light source 400, an electromagnetic wave source that emits a wavelength in a range from the visible range to the near infrared range, such as 400 to 1500 nm, can be used.

光源400から発せられた光は、ビームスプリッタ401を透過してSLM402に入射する。SLM402は、制御部(制御手段)405によって制御され、前述した波面最適化処理によってサンプル420に入射する光410の波面を成形する。SLM402で反射し、かつ波面成形された光410は、ビームスプリッタ401で反射して光学系403を介してサンプル420に照射される。   The light emitted from the light source 400 passes through the beam splitter 401 and enters the SLM 402. The SLM 402 is controlled by the control unit (control means) 405 and shapes the wavefront of the light 410 incident on the sample 420 by the wavefront optimization process described above. The light 410 reflected by the SLM 402 and wave-shaped is reflected by the beam splitter 401 and irradiated onto the sample 420 via the optical system 403.

散乱媒質であるサンプル420に入射した光411は、散乱されながらサンプル420の内部を伝搬し、その一部のエネルギーはサンプル420の内部のある位置としての局所領域425の吸収体で吸収される。これにより、局所領域425の温度が上昇し、その局所領域425の体積が膨張して音響波(光音響信号)423が発生する。超音波トランスデューサを含む超音波装置(検出手段)404は、この光音響信号423を測定(検出)する。このとき、制御部405は、超音波装置404を制御して、サンプル420内の局所領域425からの光音響信号423を含む信号が検出されるように、超音波トランスデューサのフォーカスを制御する。   The light 411 incident on the sample 420 which is a scattering medium propagates inside the sample 420 while being scattered, and a part of the energy is absorbed by the absorber in the local region 425 as a certain position inside the sample 420. As a result, the temperature of the local region 425 increases, the volume of the local region 425 expands, and an acoustic wave (photoacoustic signal) 423 is generated. An ultrasonic device (detection means) 404 including an ultrasonic transducer measures (detects) the photoacoustic signal 423. At this time, the control unit 405 controls the ultrasonic device 404 to control the focus of the ultrasonic transducer so that a signal including the photoacoustic signal 423 from the local region 425 in the sample 420 is detected.

超音波トランスデューサは、例えばリニアアレイ探触子により構成され、アレイ探触子を用いた電子フォーカスによってサンプル420の内部の任意の位置に超音波フォーカス領域を生成することが可能である。トランスデューサとしては、圧電現象を用いたトランスデューサ、光の共振を用いたトランスデューサ、容量変化を用いたトランスデューサ等を用いることができる。また、超音波トランスデューサは、サンプル420と音響的に整合されている。   The ultrasonic transducer is composed of, for example, a linear array probe, and can generate an ultrasonic focus region at an arbitrary position inside the sample 420 by electronic focusing using the array probe. As the transducer, a transducer using a piezoelectric phenomenon, a transducer using optical resonance, a transducer using capacitance change, or the like can be used. The ultrasonic transducer is also acoustically aligned with the sample 420.

サンプル420の内部における光411の入射位置からの深さがzの位置における光音響信号P(z)は、以下の式(1)ように表わされる。式(1)において、Φ(z)は位置zにおける光強度であり、μ(z)は該位置zにある吸収体の吸収係数である。また、Γは熱から音響波への変換効率を表すグリュナイゼン係数である。 The photoacoustic signal P (z) at the position where the depth from the incident position of the light 411 inside the sample 420 is z is expressed by the following equation (1). In formula (1), Φ (z) is the light intensity at the position z, and μ a (z) is the absorption coefficient of the absorber at the position z. Γ is a Gruneisen coefficient representing the conversion efficiency from heat to acoustic waves.

式(1)から分かるように、位置zにてグリュナイゼン係数Γと吸収係数μ(z)が媒質固有で一定であるとすれば、光音響信号は位置zでの光強度に応じて変化する。したがって、位置zに効率良く光をフォーカスさせれば、光音響信号P(z)の信号強度は増加する。 As can be seen from the equation (1), if the Gruneisen coefficient Γ and the absorption coefficient μ a (z) are specific to the medium and constant at the position z, the photoacoustic signal changes according to the light intensity at the position z. . Therefore, if the light is efficiently focused on the position z, the signal intensity of the photoacoustic signal P (z) increases.

SLM402は光学系403の瞳面に配置され、SLM402上の各セグメントがそれぞれ入射光410の波面を独立に成形する。波面最適化処理においてモニタする信号として、局所領域425から発生する光音響信号を利用する。波面最適化処理としては、図2にS1200として示した処理を用いてもよいし、前述した遺伝的アルゴリズムを用いてもよい。本実施例は、この光音響信号をターゲットとして波面最適化処理を行って該波面最適化処理における初期値としての光音響信号の信号強度を増加させる。   The SLM 402 is disposed on the pupil plane of the optical system 403, and each segment on the SLM 402 shapes the wavefront of the incident light 410 independently. A photoacoustic signal generated from the local region 425 is used as a signal to be monitored in the wavefront optimization process. As the wavefront optimization process, the process shown as S1200 in FIG. 2 may be used, or the genetic algorithm described above may be used. In this embodiment, wavefront optimization processing is performed using this photoacoustic signal as a target to increase the signal intensity of the photoacoustic signal as an initial value in the wavefront optimization processing.

図11は、本実施例において、光音響信号の信号強度の初期値に対する補正処理を示している。補正処理では、まずサンプル420の内部における光音響イメージングを行う撮像領域のうち任意の位置に初期ターゲット位置(局所領域)450を設定する。初期ターゲット位置450は、予め取得された診断結果等の事前情報や、超音波装置404を用いて取得した超音波エコー画像に基づいて設定すればよい。例えば、超音波エコー画像において、何らかの信号の変化が認められる部位を、光音響イメージングを行う撮像領域とし、その領撮像域内で任意に初期ターゲット位置450を設定する。また、超音波エコー画像に加えて、予め取得した光音響信号を併せ用いて初期ターゲット位置450を設定してもよい。   FIG. 11 shows a correction process for the initial value of the signal intensity of the photoacoustic signal in this embodiment. In the correction processing, first, an initial target position (local region) 450 is set at an arbitrary position in an imaging region where photoacoustic imaging is performed inside the sample 420. The initial target position 450 may be set based on prior information such as a diagnostic result acquired in advance or an ultrasonic echo image acquired using the ultrasonic device 404. For example, in an ultrasonic echo image, a region where some signal change is recognized is set as an imaging region for performing photoacoustic imaging, and an initial target position 450 is arbitrarily set within the region imaging region. In addition to the ultrasonic echo image, the initial target position 450 may be set using a photoacoustic signal acquired in advance.

次に、サンプル420の内部における初期ターゲット位置450を含むその近傍の領域であるターゲット近傍領域460において、互いに異なる深さの位置Z〜Zの光音響信号の分布を超音波装置404を用いて測定し、信号強度の3次元データを取得する。ターゲット近傍領域460は、入射光のフォーカススポットの修正が許容できる範囲内で3次元的に設定する。ターゲット近傍領域460の内部には、光音響信号が相対的に大きい、複数の注目位置451〜453が存在する。これら注目位置451〜453のうち信号強度が最大値である注目位置(特定位置)453を選択する。そして、ターゲット位置を初期ターゲット位置450から注目位置453に修正(補正)し、ここでの信号強度を初期値として波面最適化処理を行う。 Next, the distribution of photoacoustic signals at positions Z 0 to Z n at different depths in the target vicinity region 460 that is the region near the initial target position 450 inside the sample 420 is used by using the ultrasonic device 404. To obtain three-dimensional data of signal intensity. The target vicinity region 460 is set in a three-dimensional manner within a range in which the correction of the focus spot of incident light can be allowed. Inside the target vicinity region 460, there are a plurality of positions of interest 451 to 453 where the photoacoustic signal is relatively large. Of these attention positions 451 to 453, the attention position (specific position) 453 having the maximum signal intensity is selected. Then, the target position is corrected (corrected) from the initial target position 450 to the target position 453, and wavefront optimization processing is performed using the signal intensity here as an initial value.

本実施例においても、実施例2で説明したように、ターゲット近傍領域460またはメモリ効果が得られる範囲内でのフォーカススポットのスキャンとイメージングを行うことも可能である。また、メモリ効果が得られる範囲の境界位置で再度、波面最適化処理を行ってフォーカススポットを再形成し、さらにフォーカススポットのスキャンとイメージングを行ってもよい。   Also in the present embodiment, as described in the second embodiment, it is possible to scan and image the focus spot within the target vicinity region 460 or the range where the memory effect can be obtained. Alternatively, the wavefront optimization process may be performed again at the boundary position of the range where the memory effect can be obtained to re-form the focus spot, and the focus spot may be scanned and imaged.

このようにして光音響イメージングにより生成された画像は、ディスプレイ406に表示される。また、この画像と他の診断結果や測定データとを重ね合わせて表示することも可能である。   The image generated by the photoacoustic imaging in this manner is displayed on the display 406. It is also possible to display this image superimposed on other diagnostic results and measurement data.

さらに、任意の複数の波長を用いて上述した処理を行い、サンプルの内部の分光特性を測定し、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンおよび水等の成分比率や、酸素飽和度等の代謝情報を求め、これを3次元断層画像としてイメージングすることも可能である。   Furthermore, the above-described processing is performed using a plurality of arbitrary wavelengths, the spectral characteristics inside the sample are measured, the component ratio of oxygenated hemoglobin, reduced hemoglobin, water, and the like, and metabolic information such as oxygen saturation are obtained. Can be imaged as a three-dimensional tomographic image.

また、モニタする信号として、光音響信号ではなく、超音波変調光の光強度を示す信号を用いることも可能である。超音波変調光は、下記の文献Cにて開示されているように、サンプルに光と超音波を照射し、超音波で変調され周波数シフトした光である。例えば、サンプルの内部の位置に集束する集束超音波を照射する。そして、その位置において、周波数が照射した超音波の周波数に応じて周波数シフトした光をモニタ信号として測定する。この際、モニタ信号の測定には、フォトダイオード(PD)、アバランシェフォトダイオード(APD)および光電子増倍管(PMT)等の単一センサと、ロックインアンプ(lock-in amplifier)またはバンドパスフィルタとを組み合わせて用いる。これらに代えて、CCDセンサ、CMOSセンサ、EMCCDセンサまたはCCDセンサにイメージインテンシファイアを組み合わせた2次元センサアレイを用いてもよい。
(文献C) 特開2010−71692号公報
Further, as a signal to be monitored, a signal indicating the light intensity of the ultrasonic modulated light can be used instead of the photoacoustic signal. As disclosed in Document C below, the ultrasonic-modulated light is light that has been modulated with ultrasonic waves and frequency-shifted by irradiating the sample with light and ultrasonic waves. For example, focused ultrasound that is focused on a position inside the sample is irradiated. Then, at that position, the light whose frequency is shifted according to the frequency of the ultrasonic wave irradiated with the frequency is measured as a monitor signal. At this time, a monitor signal is measured by using a single sensor such as a photodiode (PD), an avalanche photodiode (APD) and a photomultiplier tube (PMT), a lock-in amplifier or a band-pass filter. Are used in combination. Instead of these, a two-dimensional sensor array in which an image intensifier is combined with a CCD sensor, a CMOS sensor, an EMCCD sensor, or a CCD sensor may be used.
(Document C) JP 2010-71692 A

次に、本発明の実施例4である光照射装置としての光治療装置の構成を示している。本実施例の光治療装置は、実施例1等で説明した波面最適化処理による光のフォーカシングを利用して光線力学療法等に用いられる。   Next, the structure of the phototherapy apparatus as a light irradiation apparatus which is Example 4 of this invention is shown. The phototherapy apparatus according to the present embodiment is used for photodynamic therapy or the like using the light focusing by the wavefront optimization process described in the first embodiment.

本実施例の説明に、再び図10を用いる。本実施例でも、光のフォーカススポットを形成する位置をターゲット位置(局所領域425)として設定する。このターゲット位置425は、予め行われた様々な診断結果から、治療を実施すべき位置に設定する。このターゲット位置425に光がフォーカスするように、光音響信号をモニタ信号として、波面最適化処理を行うことで、ターゲット位置425にフォーカスポットを形成する。このとき、良好なSNRで波面最適化処理が行えるように、ターゲット位置425における光音響信号(初期値)を補正する。   FIG. 10 is used again to explain the present embodiment. Also in this embodiment, the position where the light focus spot is formed is set as the target position (local region 425). The target position 425 is set to a position where treatment is to be performed based on various diagnosis results performed in advance. A focus pot is formed at the target position 425 by performing wavefront optimization processing using the photoacoustic signal as a monitor signal so that the light is focused on the target position 425. At this time, the photoacoustic signal (initial value) at the target position 425 is corrected so that the wavefront optimization process can be performed with a good SNR.

本実施例においては、SLM402に任意の位相パターンを設定し、ターゲット位置425での光音響信号が、例えばその近傍の領域の平均信号強度としての閾値(所定値)以上となるように、SLM402に与える位相パターンを調整する。SLM402に与える位相パターンは、完全にランダムな位相パターンであってもよいし、直交基底のベクトルを適当に足し合わせた位相パターンであってもよい。SLM402に複数の位相パターンを順次与え、ターゲット位置425における光音響信号が閾値以上となったら波面最適化処理を実行する。   In this embodiment, an arbitrary phase pattern is set in the SLM 402, and the photoacoustic signal at the target position 425 is set in the SLM 402 so as to be equal to or higher than a threshold value (predetermined value) as an average signal intensity in a nearby region, for example. Adjust the phase pattern to be applied. The phase pattern applied to the SLM 402 may be a completely random phase pattern or a phase pattern in which orthogonal basis vectors are appropriately added. A plurality of phase patterns are sequentially given to the SLM 402, and wavefront optimization processing is executed when the photoacoustic signal at the target position 425 exceeds a threshold value.

フォーカススポットが形成された後に、光源400を治療目的に使用する光源に切り替えてもよい。例えば、波長が同じで出力がより大きいレーザ光源に切り替える。または、光源400は切り替えず、光源400の出力を波面最適化処理時に比べて大きくする等、調整してサンプル402に光を照射してもよい。   After the focus spot is formed, the light source 400 may be switched to a light source used for therapeutic purposes. For example, a laser light source having the same wavelength and a larger output is switched. Alternatively, the light source 400 may not be switched, and the sample 402 may be irradiated with light by adjusting the output of the light source 400 to be larger than that during the wavefront optimization process.

以上説明したように、上記各実施例では、媒質に入射する光の波面を適切に成形する際に、モニタする信号の強度の初期値や該信号強度をモニタする位置を補正する補正処理を行うことによって、モニタする信号のSNRを向上させることができる。これにより、モニタ位置でより光強度が増加したフォーカススポットを形成することが可能である。そして、この波面最適化処理を、様々なイメージング方法および装置と組み合わせることで、より効率的にイメージングや治療等を行うことができる。(その他の実施例)
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
As described above, in each of the above embodiments, when appropriately shaping the wavefront of light incident on the medium, correction processing is performed to correct the initial value of the intensity of the signal to be monitored and the position at which the signal intensity is monitored. As a result, the SNR of the signal to be monitored can be improved. As a result, it is possible to form a focus spot with increased light intensity at the monitor position. Then, by combining this wavefront optimization process with various imaging methods and apparatuses, it is possible to perform imaging and treatment more efficiently. (Other examples)
The present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiments to a system or apparatus via a network or a storage medium, and one or more processors in a computer of the system or apparatus read and execute the program This process can be realized. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。   Each embodiment described above is only a representative example, and various modifications and changes can be made to each embodiment in carrying out the present invention.

100 光源
107 空間光変調器
108 レンズ
110 撮像デバイス(CCD)
111 パーソナルコンピュータ(PC)
125 サンプル
100 light source 107 spatial light modulator 108 lens 110 imaging device (CCD)
111 Personal computer (PC)
125 samples

Claims (10)

光源からの光を変調して該光の波面を成形する空間光変調手段と、
前記波面が成形された光を媒質に照射する光学系と、
前記光が照射された前記媒質から発生する信号を検出する検出手段と、
前記媒質の内部または外部の検出位置において検出される前記信号の強度が増加するように前記空間光変調手段に前記波面を成形させる最適化処理を行う制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記検出位置を含む所定領域での前記信号の強度分布を取得し、該強度分布に基づいて前記検出位置または前記信号を補正する補正処理を行い、該補正処理後の前記信号の強度が増加するように前記最適化処理を行うことを特徴とする光照射装置。
Spatial light modulation means for modulating the light from the light source to shape the wavefront of the light;
An optical system for irradiating a medium with light having the wavefront formed thereon;
Detecting means for detecting a signal generated from the medium irradiated with the light;
Control means for performing optimization processing for shaping the wavefront in the spatial light modulation means so that the intensity of the signal detected at a detection position inside or outside the medium increases,
The control means acquires an intensity distribution of the signal in a predetermined region including the detection position, performs a correction process for correcting the detection position or the signal based on the intensity distribution, and the signal after the correction process The light irradiation apparatus is characterized in that the optimization process is performed so that the intensity of the light increases.
前記制御手段は、前記補正処理において、該補正処理が行われる前の前記信号の強度が所定値以上である又は前記強度分布において最大である特定位置に前記検出位置を移動させることを特徴とする請求項1に記載の光照射装置。   In the correction process, the control means moves the detection position to a specific position where the intensity of the signal before the correction process is performed is equal to or greater than a predetermined value or is maximum in the intensity distribution. The light irradiation apparatus according to claim 1. 前記制御手段は、前記補正処理において、前記強度分布における前記信号の強度が所定値以上である又は該強度分布において最大である特定位置を検出し、該特定位置が前記検出位置に移動するように前記空間光変調手段を制御することで前記信号を補正することを特徴とする請求項1に記載の光照射装置。   The control means detects, in the correction process, a specific position where the intensity of the signal in the intensity distribution is equal to or greater than a predetermined value or the maximum in the intensity distribution, and the specific position moves to the detection position. The light irradiation apparatus according to claim 1, wherein the signal is corrected by controlling the spatial light modulation unit. 前記制御手段は、前記補正処理において、前記強度分布における前記信号の強度が所定値以上である又は該強度分布において最大である特定位置を検出し、該特定位置が前記検出位置に移動するように前記空間光変調手段および前記光学系のうち少なくとも一方の向きを変更することで前記信号を補正することを特徴とする請求項1に記載の光照射装置。   The control means detects, in the correction process, a specific position where the intensity of the signal in the intensity distribution is equal to or greater than a predetermined value or the maximum in the intensity distribution, and the specific position moves to the detection position. The light irradiation apparatus according to claim 1, wherein the signal is corrected by changing a direction of at least one of the spatial light modulation unit and the optical system. 前記制御手段は、前記補正処理において、前記検出位置における前記信号の強度が所定値以上となるように前記空間光変調手段からの前記光の波面を変更することを特徴とする請求項1に記載の光照射装置。   The said control means changes the wave front of the said light from the said spatial light modulation means so that the intensity | strength of the said signal in the said detection position may become more than predetermined value in the said correction process. Light irradiation device. 前記所定値は、前記補正処理が行われる前の前記強度分布における平均信号強度またはそれよりも高いことを特徴とする請求項2から5のいずれか一項に記載の光照射装置。   The light irradiation apparatus according to claim 2, wherein the predetermined value is an average signal intensity in the intensity distribution before the correction process is performed or higher. 前記制御手段は、前記最適化処理の効果が得られる範囲で前記検出位置を順次移動させるように前記空間光変調手段を制御し、
順次移動する前記検出位置で検出された前記信号を用いて画像を生成する画像生成手段をさらに有することを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の光照射装置。
The control means controls the spatial light modulation means so as to sequentially move the detection position within a range where the effect of the optimization process can be obtained,
The light irradiation apparatus according to claim 1, further comprising an image generation unit configured to generate an image using the signals detected at the detection positions that sequentially move.
前記信号は、前記媒質を透過した光、光音響信号、超音波変調光、蛍光、第2次または第3次高調波、ラマン散乱信号および光干渉信号のうちいずれかであることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の光照射装置。   The signal is any one of light transmitted through the medium, photoacoustic signal, ultrasonic modulated light, fluorescence, second or third harmonic, Raman scattering signal, and optical interference signal. The light irradiation apparatus as described in any one of Claim 1 to 7. 光源からの光を変調して該光の波面を成形する空間光変調手段、前記波面が成形された光を媒質に照射する光学系および前記光が照射された前記媒質から発生する信号を検出する検出手段を設けるステップと、
前記媒質の内部または外部の検出位置において検出される前記信号の強度が増加するように前記空間光変調手段に前記波面を成形させる最適化処理を行う制御ステップとを有し、
前記制御ステップにおいて、前記検出位置を含む所定領域での前記信号の強度分布を取得し、該強度分布に基づいて前記検出位置または前記信号を補正する補正処理を行い、該補正処理後の前記信号の強度が増加するように前記最適化処理を行うことを特徴とする光照射方法。
Spatial light modulation means for modulating the light from the light source to shape the wavefront of the light, an optical system for irradiating the medium with the light with the wavefront shaped, and a signal generated from the medium irradiated with the light Providing a detecting means;
A control step of performing an optimization process for shaping the wavefront in the spatial light modulator so that the intensity of the signal detected at a detection position inside or outside the medium increases,
In the control step, an intensity distribution of the signal in a predetermined region including the detection position is acquired, a correction process for correcting the detection position or the signal based on the intensity distribution is performed, and the signal after the correction process The light irradiation method is characterized in that the optimization process is performed so that the intensity of light increases.
光源からの光を変調して該光の波面を成形する空間光変調手段、前記波面が成形された光を前記媒質に照射する光学系および前記光が照射された前記媒質から発生する信号を検出する検出手段とともに用いられるコンピュータに、前記媒質の内部または外部の検出位置において検出される前記信号の強度が増加するように前記空間光変調手段に前記波面を成形させる最適化処理を行わせるコンピュータプログラムであって、
前記検出位置を含む所定領域での前記信号の強度分布を取得させ、
該強度分布に基づいて前記検出位置または前記信号を補正する補正処理を行わせ、
該補正処理後の前記信号の強度が増加するように前記最適化処理を行わせることを特徴とする光照射プログラム。
Spatial light modulation means for modulating the light from the light source to shape the wavefront of the light, an optical system for irradiating the medium with the wavefront shaped light, and a signal generated from the medium irradiated with the light A computer program for causing a computer used with the detecting means to perform an optimization process for causing the spatial light modulating means to shape the wavefront so that the intensity of the signal detected at a detection position inside or outside the medium is increased. Because
Obtaining an intensity distribution of the signal in a predetermined region including the detection position;
A correction process for correcting the detection position or the signal based on the intensity distribution;
A light irradiation program characterized by causing the optimization process to be performed so that the intensity of the signal after the correction process is increased.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2022079975A1 (en) * 2020-10-14 2022-04-21 キヤノン株式会社 Measurement device, measurement method, and program
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