JP5988983B2 - 校正装置および校正方法 - Google Patents

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Description

本発明は、計測対象の内部構造に関する情報を、光の散乱・吸収量として計測する光学測定装置を校正する校正装置および校正方法に関する。
従来、生体組織等の比較的弱い散乱媒質からの後方への散乱戻り光は、その照明光の空間的可干渉度（空間コヒーレンス）に応じて干渉増強光として観察されることが知られている（非特許文献１参照）。この現象を利用した分光情報計測技術はＬＥＢＳ（Low-Enhanced Backscattering Spectroscopy）と呼ばれ、散乱媒質内の散乱平均自由行程（散乱係数の逆数）に対する干渉パターンの特性が良く研究されている（非特許文献２参照）。この散乱平均自由行程は、散乱媒質の内部構造変化と相関があり、早期の癌に見られるような微小な組織構造変化の検出に用いられる。たとえば、散乱戻り光の干渉パターンを用いて大腸癌の判別が可能であることが知られている（非特許文献３参照）。
上述したＬＥＢＳにおいて、内視鏡に挿入される細径プローブを通して体内での非侵襲計測に適用する技術が知られている（特許文献１参照）。この技術では、干渉パターンを取得するために、干渉パターンが形成される面内の異なる複数の位置に検出ファイバを配置し、各検出ファイバに対応する検出器で信号を検出する。
米国特許出願公開第２００９／０００９７５９号明細書
Young L. Kim, et.al, :Low-coherence enhanced backscattering; review of principles and applications for colon cancer screening, Journal of Biomedical Optics, 11（4）, 041125 2006年 V, Turzhitsky, et.al, :Characterization of Light transport in Scattering Media at Subdiffusion Length Scales with Low-Coherence Enhanced Backscattering, IEEE journal of selected topics in quantum electronics, Vol.16, No.3, 619 (2010) Hemant K. Roy, et.al, :Association between Rectal Optical Signatures and Colonic Neoplasia: Potential Applications for Screening, Cancer Research, 69(10), 4476 (2009)
ところで、上述したＬＥＢＳは、正確な測定結果を得るため、複数の検出ファイバおよび複数の検出器それぞれの検出効率の補正、照明ファイバが照射する照明光の照射強度スペクトルの補正、散乱媒質上の検出範囲のずれによる検出信号の補正、散乱媒質以外からの外乱光を除去する補正および強度リファレンスの補正を含む複数の校正項目を行う必要がある。このため、校正項目毎に必要なデータを個別の装置を用いてそれぞれ測定しなければならず、煩雑な作業がユーザの負担となっていた。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の校正項目を１回の操作で測定することができる校正装置および校正方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる校正装置は、少なくとも測定対象波長の光を含む照明光を測定対象物に照射する照明ファイバと、前記測定対象物で反射および／または散乱した前記照明光の戻り光を受光する複数の検出ファイバとを有する測定プローブと、前記複数の検出ファイバがそれぞれ受光した前記戻り光を検出する複数の検出部とを備えた光学測定装置が前記測定対象物からの前記戻り光を補正する際に使用する複数の校正データを取得する校正装置であって、前記測定プローブが挿入される挿入部と、前記測定プローブが前記挿入部に挿入された状態で前記測定プローブの先端から所定の距離離れた位置に配置され、前記照明光の照射面内で前記測定対象波長範囲における光の反射率が一様である標準反射板と、を備え、前記標準反射板を構成する材料の散乱平均自由行程は、前記所定の距離における空間コヒーレンス長よりも大きいことを特徴とする。
また、本発明にかかる校正装置は、上記発明において、前記標準反射板を構成する材料の散乱平均自由行程は、前記空間コヒーレンス長の２倍よりも大きく、かつ、異方性パラメータが０．８５以下であることを特徴とする。
また、本発明にかかる校正装置は、上記発明において、前記標準反射板を構成する材料の散乱平均自由行程は、前記空間コヒーレンス長の２倍とほぼ等しく、かつ、異方性パラメータが０．８５より大きいことを特徴とする。
また、本発明にかかる校正装置は、上記発明において、前記光学測定装置が前記校正データを取得する際に、前記標準反射板を前記測定プローブの先端側に移動させる駆動部をさらに備えたことを特徴とする。
また、本発明にかかる校正装置は、上記発明において、前記標準反射板を収容する収容部をさらに備え、前記挿入部および前記収容部は、互いに連結または切り替え可能に配置されていることを特徴とする。
また、本発明にかかる校正装置は、上記発明において、前記挿入部は、内面に光を吸収する光吸収部材が施された筒状をなす光吸収部を有し、前記複数の校正データは、前記収容部内で測定された際の標準反射板校正データと、前記挿入部内で測定された際の前記測定プローブの内部反射校正データとであることを特徴とする。
また、本発明にかかる校正装置は、上記発明において、前記挿入部は、一端が開口する有底の筒状をなし、前記測定プローブが挿入される挿入口の近傍の位置の内面に光を吸収する光吸収部材が施された光吸収部を有し、底部に前記標準反射板が設けられていることを特徴とする。
また、本発明にかかる校正装置は、上記発明において、前記挿入部は、湾曲していることを特徴とする。
また、本発明にかかる校正装置は、上記発明において、内部に光を吸収する光吸収部材が施された第１の容器と、前記標準反射板を収容した第２の容器と、前記挿入部に対し、前記第１の容器および前記第２の容器の位置を切り替える切替部と、前記切替部を駆動する切替駆動部と、をさらに備えたことを特徴とする。
また、本発明にかかる校正方法は、少なくとも測定対象波長の光を含む照明光を測定対象物に照射する照明ファイバと、前記測定対象物で反射および／または散乱した前記照明光の戻り光を異なる角度で受光する複数の検出ファイバとを有する測定プローブと、前記複数の検出ファイバがそれぞれ受光した前記戻り光を検出する複数の検出部とを備えた光学測定装置に対して校正装置を用いて校正データを取得する校正方法であって、前記校正装置の内部に光を吸収する光吸部材が施された挿入部に対し、前記測定プローブに前記照明光を照射させた際に前記検出部が検出する前記測定プローブの内部反射校正用データを取得する第１のステップと、前記測定プローブの先端から所定の距離離れた位置に配置され、前記照明光の照射面内で前記測定対象波長範囲における光の反射率が一様である前記校正装置内の標準反射板に対し、前記測定プローブが前記照明光を照射した際に前記検出部が検出する標準反射板校正データを取得する第２のステップと、を含み、前記標準反射板を構成する材料の散乱平均自由行程は、前記所定の距離における空間コヒーレンス長よりも大きいことを特徴とする。
本発明によれば、測定プローブが挿入部に挿入された状態で測定プローブの先端部から所定の距離Ｌ離れた位置に配置され、測定対象波長範囲で反射率が照射面内で一様であるとともに、反射特性が安定した標準反射板と、を備え、標準反射板を構成する材料の散乱平均自由行程は、所定の距離における空間コヒーレンス長よりも大きい。この結果、煩雑な複数の校正項目を一つの動作で容易に行うことができるという効果を奏する。
図１は、本発明の実施の形態１にかかる光学測定装置および校正装置の構成を模式的に示すブロック図である。 図２は、本発明の実施の形態１にかかる光学測定装置の測定プローブの先端を測定プローブの長手方向の中心軸を含むように切断した断面を模式的に示す図である。 図３は、本発明の実施の形態１にかかる光学測定装置の測定プローブを先端側から見た正面図である。 図４は、本発明の実施の形態１にかかる光学測定装置を内視鏡システムで使用する際の状況を示す図である。 図５は、本発明の実施の形態１にかかる光学測定装置が検出する干渉パターンを模式的に示す図である。 図６は、本発明の実施の形態１にかかる光学測定装置が検出する信号の強度を模式的に示す図である。 図７は、本発明の実施の形態１にかかる光学測定装置の測定プローブに一様強度の光を照射した際の信号に各検出部が検出する信号強度を模式的に示す図である。 図８は、本発明の実施の形態１にかかる光学測定装置の測定プローブに一様強度の光を照射した際に校正前の各検出部が検出する信号強度を模式的に示す図である。 図９は、本発明の実施の形態１にかかる光学測定装置の測定プローブに一様強度の光を照射した際に各検出部が検出する信号強度を校正した際の信号強度を模式的に示す図である。 図１０は、本発明の実施の形態１にかかる光学測定装置の測定プローブが照明光を照射する照明領域と照明光の戻り光を検出する検出領域を模式的に示す図である。 図１１は、空間コヒーレンス長に対する散乱平均自由行程の比の値と、見かけの光源サイズを干渉パターンの半値全幅で除算した比の値との関係を示す図である。 図１２は、干渉パターンの半値全幅について模式的に示す図である。 図１３は、照明ファイバのコア径と標準反射板までの距離の比で表される量を模式的に示す図である。 図１４は、干渉パターンの半値全幅に相当する干渉ピークが照明ファイバのコア内に収まる場合に相当する図である。 図１５は、照射ファイバと検出ファイバでコア径、クラッド厚が異なる場合を示す図である。 図１６は、本発明の実施の形態１にかかる光学測定装置が実行する校正処理を含む演算処理の概要を示すフローチャートである。 図１７は、本発明の実施の形態２にかかる校正装置の断面を模式的に示す図である。 図１８は、本発明の実施の形態２の変形例にかかる校正装置の断面を模式的に示す図である。 図１９は、本発明の実施の形態３にかかる校正装置の断面を模式的に示す図である。 図２０は、本発明の実施の形態３にかかる光学測定装置が校正装置を用いて行う校正処理の概要を模式的に示す図である。 図２１は、本発明の実施の形態４にかかる校正装置の断面を模式的に示す図である。 図２２は、本発明の実施の形態５にかかる校正装置の断面を模式的に示す図である。 図２３は、本発明の実施の形態５にかかる校正装置の断面を模式的に示す図である。 図２４は、本発明の実施の形態６にかかる校正装置の断面を模式的に示す図である。 図２５は、本発明の実施の形態７にかかる校正装置に光学測定装置の測定プローブを装着した状態の断面を模式的に示す図である。
以下、図面を参照して、本発明にかかる光学測定装置および校正装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。また、図面の記載において、同一の部分には同一の符号を付して説明する。また、図面は、模式的なものであり、各部材の厚みと幅との関係、各部材の比率等は、現実と異なることに留意する必要がある。また、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれる。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかる光学測定装置および校正装置の構成を模式的に示すブロック図であり、光学測定装置に校正装置を接続した状態を示す図である。
まず、光学測定装置について説明する。図１に示す光学測定装置１は、散乱体である生体組織等の測定対象物に対して光学測定を行って測定対象物の性状（特性）を測定する本体部２と、本体部２に対して着脱自在であり、被検体内に挿入されるディスポーザブル型の測定プローブ３と、を備える。
本体部２は、電源２０と、光源部２１と、コネクタ部２２と、第１検出部２３と、第２検出部２４と、第３検出部２５と、入力部２６と、出力部２７と、記録部２８と、制御部２９と、を備える。電源２０は、本体部２の各部に電力を供給する。
光源部２１は、コネクタ部２２を介して測定対象物へ照射するインコヒーレント光の照明光を測定プローブ３へ出射する。光源部２１は、白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、キセノンランプ、タングステンランプおよびハロゲンランプのようなインコヒーレント光源と、複数のレンズとを用いて実現される。このようなレンズとしては、たとえば集光レンズやコリメートレンズ等を挙げることができる。光源部２１は、所定の波長帯域に含まれる波長成分を有する照明光を出射する。
コネクタ部２２は、測定プローブ３が着脱自在に接続される。コネクタ部２２は、光源部２１が出射した照明光を測定プローブ３へ伝播するとともに、測定プローブ３から入射した複数の光をそれぞれ第１検出部２３、第２検出部２４および第３検出部２５へ伝播する。
第１検出部２３は、測定プローブ３から照射された照明光が測定対象物で反射および／または散乱した照明光の戻り光を検出し、この検出結果を制御部２９へ出力する。具体的には、第１検出部２３は、測定プローブ３から入射された散乱光のスペクトル成分および強度分布を検出し、この検出結果を制御部２９へ出力する。第１検出部２３は、分光測定器または受光センサ等を用いて実現される。
第２検出部２４は、第１検出部２３と同一の構成によって実現され、測定プローブ３から照射された照明光が測定対象物で反射および／または散乱した照明光の戻り光を検出し、この検出結果を制御部２９へ出力する。
第３検出部２５は、第１検出部２３と同一の構成によって実現され、測定プローブ３から照射された照明光が測定対象物で反射および／または散乱した照明光の戻り光を検出し、この検出結果を制御部２９へ出力する。
入力部２６は、本体部２の起動を指示する指示信号、本体部２による測定対象物Ｓ１の測定の開始を指示する指示信号および構成処理を指示する指示信号等の入力を受け付けて制御部２９へ出力する。入力部２６は、プッシュ式のスイッチやタッチパネル等を用いて実現される。
出力部２７は、制御部２９の制御のもと、本体部２における各種情報、たとえば測定対象物の測定結果を出力する。出力部２７は、液晶または有機ＥＬ（Electro Luminescence）等の表示ディスプレイおよびスピーカ等を用いて実現される。
制御部２９は、本体部２の各部に対応する指示情報やデータの転送等を行うことによって、本体部２を統括的に制御する。制御部２９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等を用いて構成される。制御部２９は、演算部２９１を有する。
演算部２９１は、第１検出部２３、第２検出部２４および第３検出部２５それぞれが検出した検出結果に基づいて、複数の演算処理を行い、測定対象物の性状に関する特性値を算出する。
つぎに、測定プローブ３について説明する。図２は、測定プローブ３の先端を測定プローブ３の長手方向の中心軸を含むように切断した断面を模式的に示す図である。図３は、測定プローブ３を先端側から見た正面図である。
図１〜図３に示す測定プローブ３は、照明ファイバ３１と、第１検出ファイバ３２と、第２検出ファイバ３３と、第３検出ファイバ３４と、ファイバ保持部３５と、ロッドレンズ３６（光学素子）と、を備える。照明ファイバ３１、第１検出ファイバ３２、第２検出ファイバ３３および第３検出ファイバ３４は、それぞれコア径がρ1およびクラッドの厚みがρ2の光ファイバを用いて実現される。
照明ファイバ３１は、コネクタ部２２を介して光源部２１から入射された照明光を、ロッドレンズ３６を介して測定対象物または校正装置４に照射する。
第１検出ファイバ３２は、照明ファイバ３１が照射した照明光であって、ロッドレンズ３６を介して測定対象物または校正装置４で反射および／または散乱した照明光の戻り光を検出（受光）して第１検出部２３へ伝播する。
第２検出ファイバ３３は、照明ファイバ３１が照射した照明光であって、ロッドレンズ３６を介して測定対象物または校正装置４で反射および／または散乱した照明光の戻り光を検出して第２検出部２４へ伝播する。
第３検出ファイバ３４は、照明ファイバ３１が照射した照明光であって、ロッドレンズ３６を介して測定対象物または校正装置４で反射および／または散乱した照明光の戻り光を検出して第３検出部２５へ伝播する。
ファイバ保持部３５は、照明ファイバ３１、第１検出ファイバ３２、第２検出ファイバ３３および第３検出ファイバ３４それぞれの先端を一直線上または不規則に並べて保持する。具体的には、ファイバ保持部３５は、照明ファイバ３１、第１検出ファイバ３２、第２検出ファイバ３３および第３検出ファイバ３４の光軸が互いに平行になるように照明ファイバ３１、第２検出ファイバ３２、第２検出ファイバ３３および第３検出ファイバ３４を保持する。また、ファイバ保持部３５は、照明光の戻り光が異なる角度で入射するように照明ファイバ３１、第１検出ファイバ３２、第２検出ファイバ３３および第３検出ファイバ３４をそれぞれ所定の位置で固定する。たとえば、ファイバ保持部３５は、照明ファイバ３１から照射された照明光の戻りが角度θで第１検出ファイバ３２に入射するように保持する照明ファイバ３１および第１検出ファイバ３２を保持する。ファイバ保持部３５は、ガラス、樹脂または金属等を用いて実現される。
ロッドレンズ３６は、ファイバ保持部３５の先端に設けられる。ロッドレンズ３６は、所定の透過性を有するガラスやプラスチック等を用いて実現され、照明ファイバ３１、第１検出ファイバ３２、第２検出ファイバ３３および第３検出ファイバ３４それぞれの先端と測定対象物または校正装置４との距離が一定となるように円柱状をなす。
つぎに、校正装置４について説明する。校正装置４は、容器４１と、測定プローブ３の挿入を防止するストッパ部４２と、校正処理に用いられる標準反射板４３と、を備える。
容器４１は、筒状をなし、測定プローブ３が挿入可能な挿入部４１ａと、標準反射板４３を収容する収容部４１ｂと、を有する。容器４１は、挿入部４１ａと収容部４１ｂとが一体的に形成される。
ストッパ部４２は、円環状をなし、収容部４１ｂに設けられる。ストッパ部４２は、測定プローブ３が収容部４１ｂ内に挿入されることを防止する。ストッパ部４２の内径は、測定プローブ３の外径より小さい。ストッパ部４２は、測定プローブ３のロッドレンズ３６の先端から標準反射板４３までの所定の距離Ｌを一定に維持する。
標準反射板４３は、測定プローブ３が挿入部４１ａに挿入された状態で測定プローブ３の先端部から所定の距離Ｌ離れた位置に配置される。標準反射板４３は、測定プローブ３が照射する照明光の照射面内で測定対象波長範囲における光の反射率が一様である材料を用いて構成される。具体的には、標準反射板４３を構成する材料の散乱平均自由行程は、所定の距離Ｌにおける空間コヒーレンス長よりも大きな値となるように設定される。
以上のように構成された光学測定装置１は、校正装置４で校正処理を行った後、図４に示すように、内視鏡システム５の内視鏡装置５１（内視鏡スコープ）に設けられた処置具チャンネル５１ａを介して測定プローブ３が被検体内に挿入され、照明ファイバ３１が測定対象物に照明光を照射し、第１検出ファイバ３２、第２検出ファイバ３３および第３検出ファイバ３４がそれぞれ測定対象物で反射および／または散乱した照明光の戻り光を異なる散乱角度で検出して第１検出部２３、第２検出部２４および第３検出部２５に伝播する。その後、演算部２９１は、第１検出部２３、第２検出部２４および第３検出部２５がそれぞれ検出した検出結果に基づいて、測定対象物の性状を示す特性値を演算する。
つぎに、光学測定装置１の校正項目について詳細に説明する。図５は、光学測定装置１が検出する干渉パターンを模式的に示す図である。図６は、光学測定装置１が検出する信号の強度を模式的に示す図である。図５および図６において、照明ファイバ３１を照明ファイバＳ、第１検出ファイバ３２、第２検出ファイバ３３および第３検出ファイバ３４をそれぞれ第１検出ファイバｄ1、第２検出ファイバｄ2および第３検出ファイバｄ3として説明する。また、図５および図６において、第１検出ファイバｄ1および第２検出ファイバｄ2が干渉パターンの裾部分の強度に対応し、第３検出ファイバｄ3が干渉の影響が無視できる程度の拡散光成分の強度に対応する。また、図６において、照明ファイバ３１を検出ファイバＳとした場合において、この検出ファイバＳが検出する強度も示している。なお、図６では、特定の波長に対応する信号値として示している。
図５および図６に示すように、検出ファイバＳが検出する信号値は、干渉パターンの最大値に対応するため、強度が最も大きい。さらに、第１検出ファイバｄ1および第２検出ファイバｄ2がそれぞれ検出する信号値は、検出ファイバＳ１から同じ距離離れた位置のため、強度が同じになる。また、第３検出ファイバｄ3が検出する信号値は、強度が最も小さい。しかしながら、信号値は、検出経路の導光効率のばらつき、および第１検出部２３、第２検出部２４および第３検出部２５それぞれの検出感度のばらつきの影響を受ける。このため、図７に示すように、測定プローブ３に対して一様強度の光を照射した場合であっても、第１検出ファイバｄ1、第２検出ファイバｄ2および第３検出ファイバｄ3がそれぞれ検出する信号値が一定にならない（図８を参照）。このため、図９に示すように、第１検出ファイバｄ1、第２検出ファイバｄ2および第３検出ファイバｄ3がそれぞれ検出する検出強度が一定となるように校正する必要がある。
また、図１０に示すように、照明ファイバ３１が照明光を照射する照明領域Ａと、第１検出ファイバ３２、第２検出ファイバ３３および第３検出ファイバ３４がそれぞれ照明光の戻り光を検出する検出領域Ｂとが一致しないため、信号値にばらつきが生じる。たとえば、図１０に示すように、照明ファイバ３１が照明光を照射する照明領域Ａと、第３検出ファイバ３４が照明光の戻り光を検出する検出領域Ｂとが異なる。このため、光学測定装置１は、測定対象物の検出範囲のずれによる検出信号の補正を行う必要がある。
つぎに、校正装置４の標準反射板４３について詳細に説明する。校正装置４は、上述した校正項目のため、標準反射板４３上の空間的な可干渉度、即ち空間コヒーレンス長Ｌscに対応して標準反射板４３の材料特性が条件（１）または条件（２）を満たすように設定される。
（１）：ｌs＊≧２Ｌsc、かつ、ｇ≦０．８５
（２）：ｌs＊≒２Ｌsc、かつ、ｇ＞０．８５
ここで、ｌs＊は、標準反射板４３を構成する材料の散乱平均自由行程を示し、ｇは、標準反射板４３の散乱方向の異方性パラメータを示す。なお、条件（２）において、ｌs＊／Ｌsc＝１〜３の範囲であればよい。
また、図１に示すように、ロッドレンズ３６のファイバ長手方向の長さをＲ、測定プローブ３の先端から標準反射板４３までの距離をＬとし、さらにロッドレンズ３６の規定波長λにおける屈折率をｎ、照明ファイバ３１のコア径をρ1とした場合、標準反射板４３の検出位置における空間コヒーレンス長Ｌscは、以下の式（３）によって定義される。
Ｌsc＝λ（Ｒ／ｎ＋Ｌ）／πρ1 ・・・（３）
このように、校正装置４は、条件（１）または条件（２）に基づいて、標準反射板４３の散乱平均自由行程ｌs＊が予め設定されるとともに、条件（１）または条件（２）を満たす空間コヒーレンス長Ｌscとなるように距離Ｌを設定、或いは標準反射板４３の距離Ｌを予め設定し、条件（１）または条件（２）を満たす散乱平均自由行程ｌs＊となるように標準反射板４３の材料を調整または選択する。この場合、標準反射板４３は、反射率が波長によらず一定である材料が選択される必要があるため、標準反射板４３の散乱平均自由行程ｌs＊が設定されるとともに、条件（１）または条件（２）を満たす空間コヒーレンス長Ｌscとなるように距離Ｌが設定される方が好ましい。このとき、標準反射板４３を構成する材料の散乱平均自由行程ｌs＊の値は、正確にわからなくも、第１検出ファイバ３２、第２検出ファイバ３３および第３検出ファイバ３４のいずれかで検出される強度変化を標準反射板４３の位置を変化させて検出し、第１検出ファイバ３１および第２検出ファイバ３２における検出強度の最小値になる位置を距離Ｌとして設定してもよい。
ここで、条件（１）および条件（２）について詳細に説明する。条件（１）および条件（２）は、測定プローブ３からの照明光が標準反射板４３で反射および／または散乱され戻り光となって測定プローブ３の先端に形成される干渉パターンの形状が標準反射板４３の位置での空間コヒーレンス長Ｌscと標準反射板４３の散乱平均自由行程ｌs＊とによって定まる（非特許文献２を参照）。
図１１は、空間コヒーレンス長Ｌscに対する散乱平均自由行程ｌs＊の比の値と、見かけの光源サイズαを干渉パターンの半値全幅ｗ（FWHM=Full width at half maximum）で除算した比の値との関係を示す図である。図１２は、半値全幅ｗについて模式的に示す図である。
図１１に示すように、標準反射板４３の散乱方向の異方性パラメータｇが０．８５より小さい場合、α/ｗの値は、ｌs＊/Ｌscの値が２を超えるあたりから収束の傾向を示す。また、標準反射板４３の散乱方向の異方性パラメータｇが０．８５以上の場合、α/ｗの値は、ｌs＊/Ｌscの値が２付近で最大値を取る。即ち、ｌs＊/Ｌscの値が２付近で最大値になるとき、干渉パターンの半値全幅ｗが最も小さくなる。
このように、最も干渉パターンの半値全幅ｗが小さくなる条件では、第１検出ファイバ３２〜第３検出ファイバ３４へ干渉パターンが入射することがなくなり、検出ファイバ位置では、一様強度の光束が得られる。これにより、図１１で示される半値全幅ｗと散乱媒質の散乱特性(ｌs＊/Ｌscおよびｇ)との関係から半値全幅ｗが最も小さくなる条件として、条件（１）または条件（２）を導くことができる。
また、図１１および図１２に示す見かけの光源サイズαは、図１３のように、照明ファイバ３１のコア径ρ1を分子とし、照明ファイバ３１から標準反射板４３までの距離Ｌと、ロッドレンズ３６の長さＲをロッドレンズ３６の屈折率ｎで除算した値Ｒ／ｎとの和を分母として表される量であり、以下の式（４）で表す。
α＝ρ1／（Ｒ／ｎ＋Ｌ） ・・・（４）
式（４）のαが小さいとき(α＜０．１)、αは図１３に示す角度α’[ｒａｄ]と等しくなる。従って、図１１の縦軸α/ｗは、照明ファイバ３１のコアρ1に相当する角度範囲αに干渉パターンの半値全幅ｗがどれくらい収まっているかを表す指標と言える。
図１４は、α/ｗ＝１の場合であり、干渉パターンの半値全幅ｗに相当する干渉ピークが、照明ファイバ３１のコアρ1内に収まる場合に相当する図である。
図１４に示すように、光学測定装置１は、干渉パターンの裾が第１検出ファイバ３２および第２検出ファイバ３３それぞれのコアに入らないようになる条件も考慮する。この条件は、半値全幅ｗの２倍（２ｗ）に相当する位置よりも、検出ファイバ３２のコアが外側に位置する。具体的には、干渉パターンの裾が第１検出ファイバ３２および第２検出ファイバ３３それぞれのコアに入らないことが重要である。なお、図１４においては、α／ｗ＝１の場合を示したが、半値全幅ｗが照明ファイバ３１のコアρ1内にある必要はない。たとえば、α／ｗ＝１でない場合、半値全幅ｗが第１検出ファイバ３２および第２検出ファイバ３３それぞれのコアに入らなければよい。このような状況は、第１検出ファイバ３２〜第３検出ファイバ３４および照明ファイバ３１のクラッドの厚みが厚い場合である。
また、図３に示すように、照明ファイバ３１のコア径がρ1、クラッドの厚み（以下、「クラッド厚」という）がρ2である場合、半値全幅ｗは、以下の条件（５）を満たす。
（５）：（ρ1＋４ρ2）／（Ｒ／ｎ＋Ｌ）＞２ｗ
これに対して、図１５に示すように、照明ファイバ３１のコア径をρ1、クラッド厚をρ2、第１検出ファイバ３２、第２検出ファイバ３３および第３検出ファイバ３４それぞれのコア径をρ3、クラッド厚をρ4とした場合、半値全幅ｗは、以下の条件（６）を満たす。
（６）：（ρ1＋２ρ2＋２ρ4）／（Ｒ／ｎ＋Ｌ）＞２ｗ
このように、測定プローブ３は、各ファイバの導光性を維持するため、クラッドの厚みが厚く設定されるので、上記の条件（５）または条件（６）を満たす。
つぎに、光学測定装置１が実行する校正処理を含む演算処理について説明する。図１６は、光学測定装置１が実行する校正処理を含む演算処理の概要を示すフローチャートである。なお、以下において、ｃｈが各検出ファイバの番号を示し、λが波長を示す。
図１６に示すように、光学測定装置１は、校正装置４の挿入部４１ａ内で内部反射校正データＢＡ（ｃｈ，λ）を取得する（ステップＳ１０１）。具体的には、光学測定装置１は、校正装置４の挿入部４１ａ内で照明ファイバ３１に照明光を照射させることによって、第１検出部２３、第２検出部２４および第３検出部２５が検出した測定プローブ内の内部反射校正データを取得する。
続いて、光学測定装置１は、測定プローブ３の先端がストッパ部４２に当接した状態で標準反射板４３の標準反射板校正データＩＳ（ｃｈ，λ）を取得する（ステップＳ１０２）。具体的には、光学測定装置１は、測定プローブ３のロッドレンズ３６の先端がストッパ部４２に当接した状態で照明ファイバ３１が標準反射板４３に照明光を照射することによって、第１検出部２３、第２検出部２４および第３検出部２５がそれぞれ検出した標準反射板４３の標準反射板校正データを取得する。
その後、光学測定装置１は、測定対象物の計測データＴ（ｃｈ，λ）を取得する（ステップＳ１０３）。具体的には、光学測定装置１は、は、照明ファイバ３１が測定対象物に照明光を照射することによって、第１検出部２３、第２検出部２４および第３検出部２５がそれぞれ検出した計測データを取得する。
続いて、演算部２９１は、計測データＴ（ｃｈ，λ）を、内部反射校正データＢＡ（ｃｈ，λ）および標準反射板校正データＩＳ（ｃｈ，λ）を用いて校正後データＳ（ｃｈ，λ）に変換する（ステップＳ１０４）。具体的には、演算部２９１は、以下の式（７）によって、計測データＴ（ｃｈ，λ）を校正後データＳ（ｃｈ，λ）に変換する。
Ｓ（ｃｈ，λ）
＝（Ｔ（ｃｈ，λ）−ＢＡ（ｃｈ，λ））／（ＩＳ（ｃｈ，λ）
−ＢＡ（ｃｈ，λ）） ・・・（７）
以上説明した本発明の実施の形態１によれば、測定プローブ３が挿入部４１ａに挿入された状態で測定プローブ３の先端部から所定の距離Ｌ離れた位置に配置され、照射面内で測定対象波長範囲における光の反射率が一様であるとともに、反射特性が安定した標準反射板４３と、を備え、標準反射板４３が所定の距離Ｌを用いて定められる空間コヒーレンス長Ｌscよりも標準反射板４３を構成する材料の散乱平均自由行程が大きく設定される。この結果、煩雑な複数の校正項目を一つの動作で容易に取得することができる。
（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態２は、校正装置の構成が上述した実施の形態１にかかる校正装置と異なる。このため、以下においては、本実施の形態２にかかる校正装置の構成を説明する。なお、上述した実施の形態１にかかる光学測定装置１および校正装置４と同一の構成には同一の符号を付して説明する。
図１７は、本実施の形態２にかかる校正装置の断面を模式的に示す図である。図１７に示す校正装置６は、略直方体の容器６１と、測定プローブ３の挿入を防止するストッパ部６２と、を備える。
容器６１は、測定プローブ３が挿入可能な挿入部６１ａと、内面が標準反射部材で構成された収容部６１ｂと、を有する。
ストッパ部６２は、円環状をなし、収容部６１ｂ内に設けられる。ストッパ部６２は、測定プローブ３が収容部６１ｂ内に挿入されることを防止する。ストッパ部６２の内径は、測定プローブ３の外径より小さい。ストッパ部６２は、測定プローブ３のロッドレンズ３６の先端から収容部６１ｂの底面までの距離Ｌを一定に維持する。
以上説明した本発明の実施の形態２によれば、測定プローブ３を校正装置６の挿入部６１ａに挿入するだけで、煩雑な複数の校正項目を１回の操作で容易に行うことができる。
なお、本発明の実施の形態２では、球状に形成してもよい。図１８は、本実施の形態２の変形例にかかる校正装置の断面を模式的に示す図である。図１８に示す校正装置７は、略球状をなす容器７１と、測定プローブ３の挿入を防止するストッパ部７２と、を備える。
容器７１は、測定プローブ３が挿入可能な挿入部７１ａと、内面が標準反射部材で構成された収容部７１ｂと、を有する。
以上説明した本発明の実施の形態２にかかる変形例によれば、測定プローブ３を校正装置７に挿入するだけで、煩雑な複数の校正項目を１回の操作で容易に行うことができる。
（実施の形態３）
つぎに、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態３は、校正装置の構成が異なる。このため、以下においては、本実施の形態３にかかる校正装置の構成について説明する。なお、上述した実施の形態１にかかる光学測定装置１および校正装置４と同一の構成には同一の符号を付して説明する。
図１９は、本実施の形態３にかかる校正装置の断面を模式的に示す図である。図１９に示す校正装置８は、容器８１と、ストッパ部４２と、標準反射板４３と、を備える。
容器８１は、測定プローブ３が挿入可能な挿入部８１ａと、標準反射板４３を収容する収容部８１ｂと、を有する、容器８１は、挿入部８１ａと収容部８１ｂとが一体的に形成される。
挿入部８１ａは、内面に光を反射しない部材または光源部２１が出射する光の波長を吸収する光吸収部材が施された光吸収部８１ｃを有する。具体的には、光吸収部８１ｃは、黒塗りが施されている。
このように構成された校正装置８を用いて行う校正処理について説明する。図２０は、光学測定装置１が校正装置８を用いて行う校正処理の概要を模式的に示す図である。
図２０に示すように、まず、光学測定装置１は、照明ファイバ３１が挿入部８１ａ内の光吸収部８１ｃで照明光を照射した際に、第１検出部２３、第２検出部２４および第３検出部２５がそれぞれ検出した内部反射校正データを取得する（図２０（ａ）→図２０（ｂ））。この場合、光学測定装置１は、ユーザが測定プローブ３を挿入部８１ａ内の途中で挿入を停止させたとき、内部反射校正データを取得してもよい。さらに、演算部２９１は、測定プローブ３がストッパ部４２に当接するまで、内部反射校正データを連続的に取得し、取得した内部反射校正データの中から最小強度を示すデータを校正処理に用いる内部反射校正データとして選択してもよい。
続いて、光学測定装置１は、照明ファイバ３１が標準反射板４３に照明光を照射した際に、第１検出部２３、第２検出部２４および第３検出部２５が検出した標準反射板校正データを取得する（図２０（ｂ））。好ましくは、演算部２９１は、ストッパ部４２に測定プローブ３の先端が当接した際に、第１検出部２３、第２検出部２４および第３検出部２５が検出した最大強度を示すデータを標準反射板構成データとして選択する。
以上説明した本発明の実施の形態３によれば、測定プローブ３を校正装置８の挿入部８１ａに挿入する１回の操作だけで、複数の校正項目を同時に行うことができる。これにより、煩雑な作業を軽減することができるとともに、校正処理時における測定プローブ３の破損および校正データの取り忘れを防止することができる。
また、本発明の実施の形態３によれば、簡易な構成で複数の校正項目を同時に行うことができる。
なお、本発明の実施の形態３では、モータ等の駆動部によって標準反射板４３の位置を移動可能に設け、測定プローブ３から標準反射板４３までの距離を調整しながら、光学測定装置１が標準反射板校正データと内部反射校正データとを測定してもよい。
（実施の形態４）
つぎに、本発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態４は、校正装置の構成が異なる。このため、以下においては、本実施の形態４にかかる校正装置の構成について説明する。なお、上述した実施の形態１にかかる光学測定装置１および校正装置４と同一の構成には同一の符号を付して説明する。
図２１は、本実施の形態４にかかる校正装置の断面を模式的に示す図である。図２１に示す校正装置９は、容器９１と、ストッパ部４２と、標準反射板４３と、を備える。
容器９１は、測定プローブ３が挿入される挿入部９１ａと、標準反射板４３を収容する収容部９１ｂと、を有する。収容部９１ｂは、挿入部９１ａと収容部９１ｂとが一体的に形成される。挿入部９１ａは、筒状をなし、一部を湾曲して収容部９１ｂに接続される。
このように構成された校正装置９を用いて校正処理を行う場合、光学測定装置１は、挿入部９１ａの湾曲する前で内部反射補正データを取得する。この際、測定プローブ３から出射された照明光が標準反射板４３に照射されないので、測定プローブ３に照明光の戻り光の影響を防止することができる。
以上説明した本発明の実施の形態４によれば、挿入部９１ａの一部を湾曲しているので、内部反射補正の校正時に標準反射板４３からの戻り光の影響を防止することができるので、正確な校正処理を行うことができる。
なお、本発明の実施の形態４では、挿入部９１ａの湾曲の角度が略９０度であったが、測定プローブ３の正面に標準反射板４３が見えない程度に湾曲していればよく、操作性を確保するために、湾曲の角度を適宜変更してもよい。
なお、本発明の実施の形態４では、モータ等の駆動部によって標準反射板４３の位置を移動可能に設け、測定プローブ３から標準反射板４３までの距離を調整しながら、光学測定装置１が標準反射板校正データと内部反射校正データとを測定してもよい。
（実施の形態５）
つぎに、本発明の実施の形態５について説明する。本実施の形態５は、校正装置の構成が異なる。このため、以下においては、本実施の形態５にかかる校正装置の構成について説明する。なお、上述した実施の形態１にかかる光学測定装置１および校正装置４と同一の構成には同一の符号を付して説明する。
図２２および図２３は、本実施の形態５にかかる校正装置の断面を模式的に示す図である。図２２および図２３に示す校正装置１０は、容器１０１と、ストッパ部４２と、標準反射板４３と、シャッタ１０２と、駆動部１０３と、を備える。
容器１０１は、測定プローブ３が挿入される挿入部１０１ａと、標準反射板４３を収容する収容部１０１ｂと、を有する。容器１０１は、挿入部１０１ａおよび収容部１０１ｂが一体的に形成される。また、挿入部１０１ａには、シャッタ１０２が進退可能に挿入可能な孔１０１ｃが設けられている。さらに、挿入部１０１ａには、ストッパ部４２が設けられている。
シャッタ１０２は、円をなし、測定プローブ３が照射する照明光を遮蔽する。シャッタ１０２は、光吸収部材等を用いた黒色板を用いて構成される。
駆動部１０３は、シャッタ１０２を孔１０１ｃに対して進退可能に駆動する。駆動部１０３は、ＤＣモータやステッピングモータ等を用いて構成される。
このように構成された校正装置１０を用いて光学測定装置１が実行する校正処理について説明する。まず、光学測定装置１は、内部反射校正データを取得する。この場合、図２２に示すように、シャッタ１０２は、測定プローブ３が照射する照明光の光軸上に配置され、測定プローブ３が照射する照明光を遮蔽する。
続いて、校正装置１０は、駆動部１０３を駆動させて、シャッタ１０２を挿入部１０１ａの孔１０１ｃから退避させる（図２３を参照）。
その後、光学測定装置１は、標準反射板４３に照明光を照射することによって、標準反射板校正データを取得する。
以上説明した本発明の実施の形態５によれば、自動で光学測定装置１の校正項目を切り替えることができるので、１度の操作で複数の校正項目を容易に行うことができる。
（実施の形態６）
つぎに、本発明の実施の形態６について説明する。本実施の形態６は、校正装置の構成が異なる。このため、以下においては、本実施の形態６にかかる校正装置の構成について説明する。なお、上述した実施の形態１にかかる光学測定装置１および校正装置４と同一の構成には同一の符号を付して説明する。
図２４は、本実施の形態６にかかる校正装置の断面を模式的に示す図である。図２４に示す校正装置１１は、内部に空間を有し、挿入部１１１ａを介して測定プローブ３が挿入される収容部１１１ｂと、挿入部１１１ａに設けられ、測定プローブ３の挿入を防止するストッパ部４２と、所定の軸を中心に回転する回転板１１２と、回転板１１２を回転させる駆動部１１３と、内面に光吸収部材が施され、内部反射校正データを取得する際に用いられる第１の容器１１４と、ストッパ部４２から距離Ｌ離れた標準反射板４３を収容した第２の容器１１５と、を備える。
このように構成された校正装置１１を用いて光学測定装置１が実行する校正処理について説明する。まず、光学測定装置１は、測定プローブ３を挿入部１１１ａに挿入する。この場合、校正装置１１は、駆動部１１３が駆動することによって、回転板１１２が回転し、挿入部１１１ａの位置に第１の容器１１４が移動する。これにより、光学測定装置１は、内部反射校正データを取得することができる。
続いて、校正装置１１は、駆動部１１３が駆動することによって、回転板１１２が回転し、挿入部１１１ａの位置に第２の容器１１５が移動する。これにより、光学測定装置１は、標準反射板校正データを取得することができる。
以上説明した本発明の実施の形態６によれば、自動で光学測定装置１の校正項目を切り替えることができるので、煩雑な作業を行うことなく、一度の操作で校正処理のデータを取得することができる。
なお、本発明の実施の形態６では、測定プローブ３と第１の容器１１４または第２の容器１１５との位置関係を相対的に変更することができればよく、たとえば挿入部１１１ａを収容部１１１ｂの主面に対して回転可能に設けてもよい。
（実施の形態７）
つぎに、本発明の実施の形態７について説明する。本実施の形態７は、測定プローブに校正装置が装着された状態で校正処理が実行される。このため、以下においては、本実施の形態７にかかる校正装置の構成について説明する。なお、上述した実施の形態１にかかる光学測定装置１および校正装置４と同一の構成には同一の符号を付して説明する。
図２５は、本実施の形態７にかかる校正装置に光学測定装置の測定プローブを装着した状態の断面を模式的に示す図である。図２５に示す校正装置１２は、有底の直方体をなし、測定プローブ３から所定の距離Ｌ離れた位置に標準反射板４３を有する。また、校正装置１２は、測定プローブ３の先端を外力から保護する。
このように構成された校正装置１２は、光学測定装置１によって標準反射板校正データを取得された後、測定プローブ３から取り外される。その後、光学測定装置１は、内部に光吸収部材が施された容器に照明光を照射することによって、内部反射校正データを取得する。
以上説明した本発明の実施の形態７によれば、測定プローブ３から標準反射板４３までの所定の距離Ｌのばらつきを防止することができ、より正確な校正処理を行うことができる。
なお、本発明の実施の形態７では、内視鏡装置５１の処置具チャンネル５１ａが光吸収空間として使用できる場合、光学測定装置１は、内視鏡装置５１の処置具チャンネル５１ａ内で内部反射補正データを取得してもよい。
１ 光学測定装置
２ 本体部
３ 測定プローブ
４，６，７，８，９，１０，１１，１２ 校正装置
５ 内視鏡システム
２０ 電源
２１ 光源部
２２ コネクタ部
２３ 第１検出部
２４ 第２検出部
２５ 第３検出部
２６ 入力部
２７ 出力部
２８ 記録部
２９ 制御部
３１ 照明ファイバ
３２ 第１検出ファイバ
３３ 第２検出ファイバ
３４ 第３検出ファイバ
３５ ファイバ保持部
３６ ロッドレンズ
４１，６１，７１，８１，９１，１０１，１１１ 容器
４１ａ，６１ａ，７１ａ，８１ａ，９１ａ，１０１ａ，１１１ａ 挿入部
４１ｂ，６１ｂ，７１ｂ，８１ｂ，９１ｂ，１０１ｂ，１１１ｂ 収容部
４２，６２ ストッパ部
４３ 標準反射板
５１ 内視鏡装置
５１ａ 処置具チャンネル
１０１ｃ 孔
１０２ シャッタ
１０３，１１３ 駆動部
１１２ 回転板
１１４ 第１の容器
１１５ 第２の容器
２９１ 演算部

Claims (10)

  1. 少なくとも測定対象波長の光を含む照明光を測定対象物に照射する照明ファイバと、前記測定対象物で反射および／または散乱した前記照明光の戻り光を受光する複数の検出ファイバとを有する測定プローブと、前記複数の検出ファイバがそれぞれ受光した前記戻り光を検出する複数の検出部とを備えた光学測定装置が前記測定対象物からの前記戻り光を補正する際に使用する複数の校正データを取得する校正装置であって、
    前記測定プローブが挿入される挿入部と、
    前記測定プローブが前記挿入部に挿入された状態で前記測定プローブの先端から所定の距離離れた位置に配置され、前記照明光の照射面内で前記測定対象波長範囲における光の反射率が一様である標準反射板と、
    を備え、
    前記標準反射板を構成する材料の散乱平均自由行程は、前記所定の距離における空間コヒーレンス長よりも大きいことを特徴とする校正装置。
  2. 前記標準反射板を構成する材料の散乱平均自由行程は、前記空間コヒーレンス長の２倍よりも大きく、かつ、異方性パラメータが０．８５以下であることを特徴とする請求項１に記載の校正装置。
  3. 前記標準反射板を構成する材料の散乱平均自由行程は、前記空間コヒーレンス長の２倍とほぼ等しく、かつ、異方性パラメータが０．８５より大きいことを特徴とする請求項１に記載の校正装置。
  4. 前記光学測定装置が前記校正データを取得する際に、前記標準反射板を前記測定プローブの先端側に移動させる駆動部をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の校正装置。
  5. 前記標準反射板を収容する収容部をさらに備え、
    前記挿入部および前記収容部は、互いに連結または切り替え可能に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の校正装置。
  6. 前記挿入部は、内面に光を吸収する光吸収部材が施された筒状をなす光吸収部を有し、
    前記複数の校正データは、前記収容部内で測定された際の標準反射板校正データと、前記挿入部内で測定された際の前記測定プローブの内部反射校正データとであることを特徴とする請求項５に記載の校正装置。
  7. 前記挿入部は、一端が開口する有底の筒状をなし、前記測定プローブが挿入される挿入口の近傍の位置の内面に光を吸収する光吸収部材が施された光吸収部を有し、底部に前記標準反射板が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の校正装置。
  8. 前記挿入部は、湾曲していることを特徴とする請求項７に記載の校正装置。
  9. 内部に光を吸収する光吸収部材が施された第１の容器と、
    前記標準反射板を収容した第２の容器と、
    前記挿入部に対し、前記第１の容器および前記第２の容器の位置を切り替える切替部と、
    前記切替部を駆動する切替駆動部と、
    をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の校正装置。
  10. 少なくとも測定対象波長の光を含む照明光を測定対象物に照射する照明ファイバと、前記測定対象物で反射および／または散乱した前記照明光の戻り光を異なる角度で受光する複数の検出ファイバとを有する測定プローブと、前記複数の検出ファイバがそれぞれ受光した前記戻り光を検出する複数の検出部とを備えた光学測定装置に対して校正装置を用いて校正データを取得する校正方法であって、
    前記校正装置の内部に光を吸収する光吸部材が施された挿入部に対し、前記測定プローブに前記照明光を照射させた際に前記検出部が検出する前記測定プローブの内部反射校正用データを取得する第１のステップと、
    前記測定プローブの先端から所定の距離離れた位置に配置され、前記照明光の照射面内で前記測定対象波長範囲における光の反射率が一様である前記校正装置内の標準反射板に対し、前記測定プローブが前記照明光を照射した際に前記検出部が検出する標準反射板校正データを取得する第２のステップと、
    を含み、
    前記標準反射板を構成する材料の散乱平均自由行程は、前記所定の距離における空間コヒーレンス長よりも大きいことを特徴とする校正方法。
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