JP6733663B2 - 照明光伝送装置及び照明光伝送方法 - Google Patents
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Description
スペックル照明光を照射するスペックル照明光源と、
光ファイバを複数本束ねてバンドル状としたバンドルファイバと、
前記非スペックル照明光と前記スペックル照明光の少なくともいずれか一方を前記バンドルファイバに導く光制御部とを備える、照明光伝送装置を提供する。
本開示に係る照明光伝送装置のバンドルファイバを構成する各光ファイバの中には、シングルモード型光ファイバが含まれていてもよい。
本開示に係る照明光伝送装置の光制御部は、バンドルファイバを構成する各光ファイバの中から選択された1本の光ファイバのみに前記スペックル照明光を導くことができる。
本開示に係る照明光伝送装置のバンドルファイバを構成する各光ファイバの中から選択された1本の光ファイバとしては、シングルモード型光ファイバを挙げることができる。
本開示に係る照明光伝送装置のバンドルファイバを構成する各光ファイバの中から選択された1本の光ファイバは偏波面が保持される光ファイバを挙げることができる。
本開示に係る照明光伝送装置の光制御部は、前記非スペックル照明光と前記スペックル照明光とを選択的に前記バンドルファイバに導くことができる。
本開示に係る照明光伝送装置の光制御部は、バンドルファイバの照度分布に基づいて、前記選択された1本の光ファイバにスペックル照明光を導くことができる。
本開示に係る照明光伝送装置には、前記非スペックル照明光の光路上に設けられ、前記非スペックル照明光を拡散する拡散板を更に備えることができる。
本開示に係る照明光伝送装置の非スペックル照明光源は明視野画像の取得に使用でき、スペックル照明光源はスペックル強調画像の取得に使用することができる。
本開示に係る照明光伝送装置では、前記スペックル強調画像としては、流体及び流路の少なくともいずれか一方の画像を挙げることができる。
本開示に係る照明光伝送装置では、前記明視野画像としては臓器画像を挙げることができ、前記スペックル強調画像としては血流画像を挙げることができる。
スペックル強調画像の取得に使用されるスペックル照明光を照射するスペックル照射光照射工程と、
光ファイバを複数本束ねてバンドル状としたバンドルファイバに、前記非スペックル照明光と前記スペックル照明光の少なくともいずれか一方を出射する出射工程と、
を行う照明光伝送方法を提供する。
本開示に係る照明光伝送方法では、前記スペックル強調画像としては、流体及び流路の少なくともいずれか一方の画像を挙げることができる。
本開示に係る照明光伝送方法では、前記明視野画像としては臓器画像を挙げることができ、前記スペックル強調画像としては血流画像を挙げることができる。
なお、ここに記載された効果は、必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
・ 第1の実施形態
(RGBレーザ光源及び単芯光ファイバの組み合わせによって非スペックル照明光源を構成し、スペックル照明光の光路上に光偏向素子を配置した照明光伝送装置の例)
・ 第2の実施形態
(白色LED及びバンドルファイバの組み合わせによって非スペックル照明光源を構成し、スペックル照明光の光路上にアナモルフィックプリズムなどを配置した照明光伝送装置の例)
・ 第3の実施形態
(RGBレーザ光源及びバンドルファイバの組み合わせによって非スペックル照明光源を構成し、スペックル照明光の光路上にアナモルフィックプリズムなどを配置した照明光伝送装置の例)
・ 第4の実施形態
(RGBレーザ光源及びバンドルファイバの組み合わせによって非スペックル照明光源を構成し、スペックル照明光の光路上にアナモルフィックプリズムなどを配置した照明光伝送装置の例)
・ 第5の実施形態
(RGBレーザ光源及びバンドルファイバの組み合わせによって非スペックル照明光源を構成し、スペックル照明光の光路上にアナモルフィックプリズムなどを配置し、非スペックル照明光の光路上に拡散板を配置した照明光伝送装置の例)
・ 第6の実施形態
(RGBレーザ光源及びバンドルファイバの組み合わせによって非スペックル照明光源を構成し、スペックル照明光の光路上にアナモルフィックプリズムなどを配置し、非スペックル照明光の光路上に拡散板を配置し、信号発生器や遅延発生回路等を更に備えた照明光伝送装置の例)
先ず、本開示の第1実施形態に係る照明光伝送装置について説明する。
図1は、本開示に係る照明光伝送装置10の第1実施形態を模式的に示す模式概念図である。本開示に係る照明光伝送装置10は、大別して、非スペックル照明光源1、スペックル照明光源2、バンドルファイバ3及び光制御部4を備える。また、必要に応じて、撮像系5などを更に備えることも可能である。以下、各部について詳細に説明する。
非スペックル照明光源1では、非スペックル照明光の照射が行われる。非スペックル照明光とは、スペックルを発生しない光であり、例えば臓器などを照明するのに適した光の成分が分布する波長域を有する光が含まれる。非スペックル照明光には、紫外線、赤外線、可視光線が含まれ、単色光が含まれる。非スペックル照明光源1の照射条件は、本開示の効果を損なわない限り特に限定されないが、例えば、照射角度や照射位置等、又はこれらを組み合わせて設定できる。
スペックル照明光源2では、スペックル照明光の照射が行われる。スペックル照明光とは、スペックルを発生させるような光であり、例えば血管などの流路や、血液などの流体などを照射するのに適した光の成分が分布する波長域を有する光が含まれる。スペックル照明光源2の照射条件は、本開示の効果を損なわない限り特に限定されないが、例えば、照射角度や照射位置等、又はこれらを組み合わせて設定することができる。
バンドルファイバ3では、光ファイバを複数本束ねてバンドル状とされる。バンドルファイバ3は、単芯光ファイバの射出端面と光学的に共役な位置に配置される。バンドルファイバ3の入射端面には、単芯光ファイバを伝搬してきた非スペックル照明光の光学像と、ダイクロイックミラー24で反射したスペックル照明光の光学像とが結像する。
光制御部4では、非スペックル照明光とスペックル照明光の少なくともいずれか一方がバンドルファイバ3に導かれる。「非スペックル照明光とスペックル照明光の少なくともいずれか一方がバンドルファイバ3に導かれる」には、「非スペックル照明光とスペックル照明光の両方がバンドルファイバ3に導かれる」場合、「非スペックル照明光のみがバンドルファイバ3に導かれる」場合、及び「スペックル照明光のみがバンドルファイバ3に導かれる」場合、が含まれる。
撮像系5では、バンドルファイバ3の入射端面で反射された光を撮像することによって、バンドルファイバ3の入射端面における照度分布が観測される。
本開示に係る照明光伝送装置10は、様々なものを照明対象とすることができるが、例えば、流体を含むものを対象とする照明に、好適に用いることができる。より具体的には、照明対象を血管とし、流体としては血液を挙げることができる。例えば、本開示に係る照明光伝送装置10を、手術用顕微鏡や手術用内視鏡などに搭載すれば、血管の位置を確認しながら手術を行うことが可能である。
次に、前述した照明光伝送装置10の動作について説明する。
本実施形態の照明光伝送方法では、非スペックル照明光源1から非スペックル照明光が照射される(非スペックル照明光照射工程)。そして、非スペックル照明光の照射と同時に、スペックル照明光源2からスペックル照明光が照射される(スペックル照明光照射工程)。なお、スペックル照明光照射工程では、スペックル照明光の照射が非スペックル照明光の照射前に行われてもよく、非スペックル照明光の照射後に行われてもよい。そして、非スペックル照明光とスペックル照明光の両方がバンドルファイバ3に出射され(出射工程)、単一のバンドルファイバ3を伝送し、照明対象である臓器や血管へと導かれる。なお、出射工程では、非スペックル照明光のみがバンドルファイバ3に出射されてもよく、スペックル照明光のみがバンドルファイバ3に出射されてもよい。そして、非スペックル照明光が照射された臓器などの照明対象から得られる光の撮像が行われ、明視野画像(例えば臓器画像)が取得される(明視野画像撮像工程)。また、スペックル照明光が照射された血液などの照明対象から得られる散乱光の撮像が行われ、スペックル強調画像(例えば血流画像)が取得される(スペックル強調画像撮像工程)。なお、明視野画像撮像工程及びスペックル強調画像撮像工程では、明視野画像とスペックル強調画像とが交互に切り替えて撮像されてもよく、明視野画像とスペックル強調画像とが同時に撮像されてもよい。
次に、本開示の第2実施形態に係る照明光伝送装置について説明する。図3は、本開示の第2実施形態に係る照明光伝送装置の構成を模式的に示す図である。なお、図3においては、前述した第1の実施形態の照明光伝送装置の構成要素と同じものには、同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
次に、本開示の第3実施形態に係る照明光伝送装置について説明する。図4は、本開示の第3実施形態に係る照明光伝送装置の構成を模式的に示す図である。なお、図4においては、前述した第1の実施形態の照明光伝送装置の構成要素と同じものには、同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
次に、本開示の第4実施形態に係る照明光伝送装置について説明する。図5は、本開示の第4実施形態に係る照明光伝送装置の構成を模式的に示す図である。なお、図5においては、前述した第1の実施形態の照明光伝送装置の構成要素と同じものには、同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
次に、本開示の第5実施形態に係る照明光伝送装置について説明する。図6は、本開示の第5実施形態に係る照明光伝送装置の構成を模式的に示す図である。なお、図6においては、前述した第1の実施形態の照明光伝送装置の構成要素と同じものには、同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
次に、本開示の第6実施形態に係る照明光伝送装置について説明する。図7は、本開示の第6実施形態に係る照明光伝送装置の構成を模式的に示す図である。なお、図7においては、前述した第1の実施形態の照明光伝送装置の構成要素と同じものには、同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
(1)
非スペックル照明光を照射する非スペックル照明光源と、
スペックル照明光を照射するスペックル照明光源と、
光ファイバを複数本束ねてバンドル状としたバンドルファイバと、
前記非スペックル照明光と前記スペックル照明光の少なくともいずれか一方を前記バンドルファイバに導く光制御部とを備える、照明光伝送装置。
(2)
前記バンドルファイバを構成する各光ファイバの中に、シングルモード型光ファイバが含まれる、(1)に記載の照明光伝送装置。
(3)
前記光制御部は、バンドルファイバを構成する各光ファイバの中から選択された1本の光ファイバのみに前記スペックル照明光を導く、(1)又は(2)に記載の照明光伝送装置。
(4)
前記選択された1本の光ファイバはシングルモード型光ファイバである、(3)に記載の照明光伝送装置。
(5)
前記選択された1本の光ファイバは偏波面が保持される光ファイバである、(3)に記載の照明光伝送装置。
(6)
前記光制御部は、前記非スペックル照明光と前記スペックル照明光とを選択的に前記バンドルファイバに導く、(1)から(5)のいずれかに記載の照明光伝送装置。
(7)
前記光制御部は、前記バンドルファイバの照度分布に基づいて、前記選択された1本の光ファイバに前記スペックル照明光を導く、(3)から(5)のいずれかに記載の照明光伝送装置。
(8)
前記非スペックル照明光の光路上に設けられ、前記非スペックル照明光を拡散する拡散板を更に備える、(1)から(7)のいずれかに記載の照明光伝送装置。
(9)
前記非スペックル照明光源は明視野画像の取得に使用され、前記スペックル照明光源はスペックル強調画像の取得に使用される、(1)から(8)のいずれかに記載の照明光伝送装置。
(10)
前記スペックル強調画像は、流体及び流路の少なくともいずれか一方の画像である、(9)に記載の照明光伝送装置。
(11)
前記明視野画像が臓器画像であり、前記スペックル強調画像は血流画像である、(9)又は(10)に記載の照明光伝送装置。
(12)
明視野画像の取得に使用される非スペックル照明光を照射する非スペックル照明光照射工程と、
スペックル強調画像の取得に使用されるスペックル照明光を照射するスペックル照明光照射工程と、
光ファイバを複数本束ねてバンドル状としたバンドルファイバに、前記非スペックル照明光と前記スペックル照明光の少なくともいずれか一方を出射する出射工程と、
を行う照明光伝送方法。
(13)
前記スペックル強調画像は、流体及び流路の少なくともいずれか一方の画像である、(12)に記載の照明光伝送方法。
(14)
前記明視野画像が臓器画像であり、前記スペックル強調画像は血流画像である、(12)又は(13)に記載の照明光伝送方法。
第1実施例では、第2の実施形態の照明光伝送装置20(図3参照)を用いて、豚心臓の冠静脈を撮像した。本実施例では、バンドル径100μmのバンドルファイバ1から射出された非スペックル照明光を、2枚のレンズ25、26を用いて、同じバンドル径100μmを有するバンドルファイバ3に導いた。
第2実施例では、第3の実施形態の照明光伝送装置30(図4参照)を用いて、豚心臓の冠静脈を撮像した。本実施例と第1実施例との相違は以下の点1、2にある。その他は第1実施例と同じなので、詳細な説明を省略する。
1.RGBレーザ光源において、RGBの各光は、645nm、532nm、450nmの波長を有し、複数のエミッタから偏向を用いて合波されており、p偏向、s偏向の両方の独立した成分をもつ。
2.バンドルファイバ3の端面で反射したRGBレーザ光のうち1%はダイクロイックミラー24で反射する。反射した光は、p偏向、s偏向の両方の成分をもつことから、一定割合の光が偏向ビームスプリッタ28を透過する。
第3実施例では、第4の実施形態の照明光伝送装置40(図5参照)を用いて、豚心臓の冠静脈を撮像した。本実施例では、空間光変調素子35を用いて、スペックル照明光のバンドルファイバ3の端面への結像位置を調整した。その他は第1実施例と同じなので、詳細な説明を省略する。
第4実施例では、第5の実施形態の照明光伝送装置50(図6参照)を用いて、豚心臓の冠静脈を撮像した。本実施例では、バンドルファイバ3の端面を結像し、これを2次像として、この位置に、開口数を上げるための拡散板37、回折素子、及びホログラム光学素子などを設置した。その他は第1実施例と同じなので、詳細な説明を省略する。
第5実施例では、第6の実施形態の照明光伝送装置60(図7参照)を用いて、豚心臓の冠静脈を撮像した。本実施例では、明視野画像とスペックル強調画像とを順次交互に撮像することで、いわゆるフィールドシーケンシャル撮像を行った。本実施例では、信号発生器38においてシステムクロック信号を生成し、遅延発生回路39に出力した。そして、遅延発生回路39において、システムクロック信号を用いて、明視野画像用のトリガー信号と、スペックル強調画像用のトリガー信号を生成した。
2 スペックル照明光源
3 バンドルファイバ
4 光制御部
5 撮像系
10、20、30、40、50、60 照明光伝送装置
21、25、26、36、51 レンズ
22 光偏向素子
23 ミラー
24 ダイクロイックミラー
27 アナモルフィックプリズム
28 偏向ビームスプリッタ
29 λ/4板
31 端面
32、33、34 入射端面
35 光偏向素子
37 拡散板
38 信号発生器
39 遅延発生回路
41、42 ドライバ
43 カメラ
Claims (14)
- 非スペックル照明光を照射する非スペックル照明光源と、
スペックル照明光を照射するスペックル照明光源と、
光ファイバを複数本束ねてバンドル状としたバンドルファイバと、
前記非スペックル照明光と前記スペックル照明光の少なくともいずれか一方を前記バンドルファイバに導く光制御部と、を備え、、
前記光制御部は、バンドルファイバを構成する各光ファイバの中から選択された1本の光ファイバのみに前記スペックル照明光を導き、
前記選択された1本の光ファイバは偏波面が保持される光ファイバである、照明光伝送装置。 - 前記バンドルファイバを構成する各光ファイバの中に、シングルモード型光ファイバが含まれる、請求項1に記載の照明光伝送装置。
- 前記選択された1本の光ファイバはシングルモード型光ファイバである、請求項1に記載の照明光伝送装置。
- 前記光制御部は、前記非スペックル照明光と前記スペックル照明光とを選択的に前記バンドルファイバに導く、請求項1から3のいずれか一項に記載の照明光伝送装置。
- 前記光制御部は、前記バンドルファイバの照度分布に基づいて、前記選択された1本の光ファイバに前記スペックル照明光を導く、請求項1から4のいずれか一項に記載の照明光伝送装置。
- 非スペックル照明光を照射する非スペックル照明光源と、
スペックル照明光を照射するスペックル照明光源と、
光ファイバを複数本束ねてバンドル状としたバンドルファイバと、
前記非スペックル照明光と前記スペックル照明光の少なくともいずれか一方を前記バンドルファイバに導く光制御部と、を備え、
前記光制御部は、バンドルファイバを構成する各光ファイバの中から選択された1本の光ファイバのみに前記スペックル照明光を導き、
前記光制御部は、前記バンドルファイバの照度分布に基づいて、前記選択された1本の光ファイバに前記スペックル照明光を導く、照明光伝送装置。 - 前記バンドルファイバを構成する各光ファイバの中に、シングルモード型光ファイバが含まれる、請求項6に記載の照明光伝送装置。
- 前記選択された1本の光ファイバはシングルモード型光ファイバである、請求項6に記載の照明光伝送装置。
- 前記選択された1本の光ファイバは偏波面が保持される光ファイバである、請求項6又は8に記載の照明光伝送装置。
- 前記光制御部は、前記非スペックル照明光と前記スペックル照明光とを選択的に前記バンドルファイバに導く、請求項6から9のいずれか一項に記載の照明光伝送装置。
- 前記非スペックル照明光の光路上に設けられ、前記非スペックル照明光を拡散する拡散板を更に備える、請求項1から10のいずれか一項に記載の照明光伝送装置。
- 前記非スペックル照明光源は明視野画像の取得に使用され、前記スペックル照明光源はスペックル強調画像の取得に使用される、請求項1から11のいずれか一項に記載の照明光伝送装置。
- 前記スペックル強調画像は、流体及び流路の少なくともいずれか一方の画像である、請求項12に記載の照明光伝送装置。
- 前記明視野画像が臓器画像であり、前記スペックル強調画像は血流画像である、請求項12又は13に記載の照明光伝送装置。
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