JP7248282B2

JP7248282B2 - 光音響顕微鏡および音響波測定方法

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Publication number: JP7248282B2
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Inventors: 毅椎名; 健浪田
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Description

本発明は、音響波を測定する光音響顕微鏡および音響波測定方法に関する。

測定対象に励起光が照射されることで、測定対象から音響波が発生する。この音響波を測定する装置として、光音響顕微鏡が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、測定対象から発生した音響波を検知する音響波検知部と、測定対象を撮像するカメラと、音響波検知部およびカメラを測定対象に対して走査する走査機構とを備える光音響顕微鏡が開示されている。この光音響顕微鏡では、音響波検知部およびカメラの位置関係を維持したまま水平方向に走査することで、測定位置および測定範囲を正確に定めている。

特開２０１６－１０１４１６号公報

しかしながら、特許文献１に開示された光音響顕微鏡では、励起光の波長を変更した場合に励起光の焦点の位置が変わり、音響波検知部を介して取得する測定対象の画像の質が低下するという問題がある。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、励起光の波長を変更した場合に、測定対象の画像の質が低下することを抑制することができる光音響顕微鏡等を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る光音響顕微鏡は、励起光を出射する励起光出射部と、前記励起光出射部および測定対象を結ぶ前記励起光の光路上に配置された屈折率可変デバイスと、前記屈折率可変デバイスを介して前記励起光が照射された前記測定対象から発生した音響波を検知する音響波検知部と、前記励起光出射部から出射される前記励起光の波長を変更し、変更した前記励起光の波長に応じて前記屈折率可変デバイスの屈折率を制御する制御部とを備える。

本発明の一態様に係る光音響顕微鏡は、励起光を出射する励起光出射部と、前記励起光出射部および測定対象を結ぶ前記励起光の光路上に配置された光学系と、前記光学系を介して前記励起光が照射された前記測定対象から発生した音響波を検知する音響波検知部と、前記測定対象および前記音響波検知部を前記励起光の照射方向に沿う第１方向に移動させる少なくとも１つのアクチュエータと、前記励起光出射部から出射される前記励起光の波長を変更し、変更した前記励起光の波長に応じて前記アクチュエータの駆動を制御する制御部とを備える。

本発明の一態様に係る音響波測定方法は、励起光の波長を変更するステップと、変更した前記励起光の波長に応じて、前記励起光の光路上に配置された屈折率可変デバイスの屈折率を変更するステップと、前記屈折率可変デバイスを介して前記励起光を測定対象に照射するステップと、前記励起光が照射された前記測定対象から発生した音響波を検知するステップとを含む。

本発明の一態様に係る音響波測定方法は、励起光の波長を変更するステップと、変更した前記励起光の波長に応じて、励起光の光路上に配置された光学系と測定対象との距離および前記測定対象に対して間隔をあけて配置された音響波検知部と前記測定対象との距離を変更するステップと、前記光学系を介して前記励起光を前記測定対象に照射するステップと、前記励起光が照射された前記測定対象から発生した音響波を、前記音響波検知部を用いて検知するステップとを含む。

本発明の光音響顕微鏡等によれば、励起光の波長を変更した場合に、測定対象の画像の質が低下することを抑制することができる。

比較例の光音響顕微鏡を示す模式図光音響顕微鏡を用いて可視化したマウスの耳の組織の画像を示す図比較例の光音響顕微鏡における励起光および音響波検知部の焦点を示す図実施の形態１に係る光音響顕微鏡の構成を示す図実施の形態１に係る音響波測定方法を示すフローチャート実施の形態２に係る光音響顕微鏡の構成を示す図実施の形態２に係る光音響顕微鏡の第１のアクチュエータおよび第２のアクチュエータを示す模式図実施の形態２に係る音響波測定方法を示すフローチャート実施の形態２に係る光音響顕微鏡の動作を示す図

（本発明に至る経緯）
まず、本発明に至る経緯について、図１～図３を参照しながら説明する。

図１は、比較例の光音響顕微鏡１０１、１０２を示す模式図である。

光音響顕微鏡は、励起光を吸収した測定対象の組織が励起状態から定常状態に戻る際に発生する音響波を測定することで、測定対象の組織を可視化する装置である。図１の（ａ）には、ＡｃｏｕｓｔｉｃＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎ（ＡＲ）方式の光音響顕微鏡１０１が示され、図１の（ｂ）には、ＯｐｔｉｃａｌＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎ（ＯＲ）方式の光音響顕微鏡１０２が示されている。これらの光音響顕微鏡１０１、１０２は、励起光を測定対象に向けて照射する光学部品と、励起光を照射することで測定対象から発生した音響波を検知する音響波検知部とを備えている。

図２は、光音響顕微鏡１０１、１０２を用いて可視化したマウスの耳の組織の画像を示す図である。図２の（ａ）は、ＡＲ方式の光音響顕微鏡１０１を用いて組織構造を可視化した画像である。図２の（ａ）に示すように、光音響顕微鏡１０１を用いることで、生体内部の組織を可視化することができる。

図２の（ｂ）および（ｃ）は、ＯＲ方式の光音響顕微鏡１０２を用いて組織を可視化した画像であり、図２の（ｂ）には組織構造が示され、図２の（ｃ）には血管中の血液の酸素飽和度（酸素濃度）が示されている。例えば、血管中の血液の酸素飽和度は、５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下または７００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の波長のうち２種類の波長の励起光を組織に照射することで、図２の（ｃ）に示すように可視化される。

可視化すべき対象によって吸収しやすい波長が異なるため、光音響顕微鏡では、可視化すべき対象に合わせて励起光の波長を変更する。例えば、脂質成分を可視化する場合は、９００ｎｍ～１４００ｎｍの波長が用いられ、水分を可視化する場合は１４００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の波長が用いられる。このように、励起光の波長を変更することで、測定対象の様々な組織構造および組織の状態を可視化することが可能である。しかしながら、可視化する対象ごとに励起光の波長を変更すると、以下に示す問題が起きる。

図３は、比較例の光音響顕微鏡１０１における励起光および音響波検知部の焦点を示す図である。図３の（ａ）は励起光の波長を変更する前、（ｂ）は励起光の波長を変更した後を示す図である。これらの図に示すように、励起光の波長を変更すると、光学部品を介して測定対象に照射される励起光の焦点の位置がずれ、励起光の焦点と音響波検知部の焦点とが合わなくなる。そのため、音響波検知部を介して取得する画像の質が低下するという問題がある。

それに対し、励起光の波長を変更するごとに、励起光の焦点と音響波検知部の焦点とを手作業で合わせることも可能である。しかしながら、励起光の波長を変更するごとに、音響波検知部の焦点を励起光の焦点に合わせることは、多大な労力と時間を必要とする。

また、励起光の波長を連続的に変更しながら音響波を測定し、測定対象を多面的に解析する構想もあるが、上記のように手作業で焦点を合わせる方法では、そのような構想を高速に実現することが困難である。

本発明は、励起光の波長を変更した場合であっても、変更した波長に応じて、励起光の焦点または音響波検知部の焦点を自動で合わせることができる光音響顕微鏡を提供する。この光音響顕微鏡によれば、測定対象の画像の質が低下することを抑制することができる。また、この光音響顕微鏡によれば、測定対象を簡易に測定することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、特許請求の範囲によって特定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は、省略または簡略化する。

（実施の形態１）
［１－１．光音響顕微鏡の構成］
本実施の形態に係る光音響顕微鏡について、図４を参照しながら説明する。

図４は、実施の形態１に係る光音響顕微鏡１の構成を示す図である。

光音響顕微鏡１は、例えば、生体組織、血管像、食品、樹脂材料などの工業製品などの測定対象Ｓ１の組織を可視化する際に利用される。測定対象Ｓ１は、例えば、ステージ６０上に配置され、ウォータプール６６の底面に接した状態で測定される（図４参照）。

光音響顕微鏡１は、励起光出射部１０と、光学系２０と、屈折率可変デバイス４１と、音響波検知部３１と、制御部５０とを備えている。また、光音響顕微鏡１は、パワーメータ５１、データ集録部５２および電圧出力部４２を備えている。

励起光出射部１０は、励起光ＥＬを出射する装置であり、例えばレーザ装置である。励起光出射部１０は、４００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の波長を有する励起光ＥＬを出射する。励起光ＥＬは、例えば０．０１ｎｓｅｃ以上１０ｎｓｅｃ以下の所定のパルス幅を有するパルス光である。励起光出射部１０の出射源としては、レーザ発振器または発光ダイオードなどが用いられる。励起光出射部１０から出射された励起光ＥＬは、光ファイバーなどを通って光学系２０まで伝送される。

光学系２０は、光学系２０に入射した励起光ＥＬを測定対象Ｓ１に照射するための複数の光学素子の集合物である。本実施の形態の光学系２０は、光学部品２１、２２、２３と、屈折率可変デバイス４１と、プリズム２５と、水が蓄えられたウォータプール６６とを備えている。

光学部品２１、２２、屈折率可変デバイス４１、プリズム２５およびウォータプール６６は、励起光出射部１０と測定対象Ｓ１とを結ぶ励起光ＥＬの光路Ｏｐ上に配置されている。光学部品２３は、光学部品２２とパワーメータ５１とを結ぶ励起光ＥＬの光路上に配置されている。

光学部品２１は、光学部品２１に入射した励起光ＥＬを平行に整形して光学部品２２に出射する。光学部品２１は、例えばコリメートレンズである。

光学部品２２は、光学部品２２に入射した励起光ＥＬを２つに分け、大部分の励起光ＥＬを屈折率可変デバイス４１側に出射し、残りの一部の励起光ＥＬを光学部品２３に出射する。光学部品２２は、例えばビームスプリッタである。

光学部品２３は、入射した一部の励起光ＥＬを集光し、パワーメータ５１に出射する。光学部品２３は、例えば集光レンズである。

パワーメータ５１は、入射した励起光ＥＬのパワー（強度）を計測し、計測結果をデータ集録部（ＤＡＱ：ＤａｔａＡｃＱｕｉｓｉｔｉｏｎ）５２に出力する。励起光ＥＬは、波長によってパワーが異なるという性質を有するため、データ集録部５２は、後述する音響波検知部３１を介して取得した音響波に関する信号を、パワーメータ５１の計測結果に応じて補正して画像情報を形成する。

光学部品２２を通過した励起光ＥＬは、屈折率可変デバイス４１、プリズム２５およびウォータプール６６を介して測定対象Ｓ１に照射される。

屈折率可変デバイス４１は、屈折率を変えることができる光学素子であり、例えば液体レンズである。屈折率可変デバイス４１は、電圧出力部４２に接続され、電圧出力部４２から印加される電圧に応じて屈折率が変化する。屈折率可変デバイス４１に印加される電圧は、励起光ＥＬの波長に応じて決められた値であり、後述する制御部５０によって制御される。屈折率可変デバイス４１によって屈折させられた励起光ＥＬは、プリズム２５側に出射される。なお、屈折率可変デバイス４１から出射される励起光ＥＬは、水平断面がリング状の形状を有している。

プリズム２５は、逆円錐台状の形状を有し、また、内部が中空となった中空領域を有している。プリズム２５は、ミラーのような反射体で形成されていてもよい。プリズム２５は、屈折率可変デバイス４１から出射された励起光ＥＬを反射して、ウォータプール６６側に出射する。ウォータプール６６は、励起光ＥＬおよび音響波（超音波）を透過する材料によって構成されているので、プリズム２５から出射された励起光ＥＬは、ウォータプール６６を透過して、測定対象Ｓ１に照射される。

図４に示すように、励起光ＥＬの焦点Ｆ１は、測定対象Ｓ１の測定点Ｐ１と同じ高さの位置に設定される。測定点Ｐ１に位置する組織は、励起光ＥＬを吸収した後、励起状態から定常状態に戻る際に音響波を発生する。

音響波検知部３１は、超音波を検知する探触子であり、測定対象Ｓ１にて発生した音響波を検知する。音響波検知部３１は、測定点Ｐ１の上方において測定対象Ｓ１に対して間隔をあけて配置される。具体的には、音響波検知部３１は、プリズム２５の中空領域に配置される。音響波検知部３１の焦点Ｆ２は、測定点Ｐ１と同じ高さの位置に設定される。

音響波検知部３１にて検知された音響波は、音響波の強さに応じた電気信号に変換され、レシーバ３２によって増幅され、データ集録部５２に出力される。データ集録部５２は、取得した音響波に関する電気信号を、パワーメータ５１の計測結果に応じて補正して画像情報を形成する。

制御部５０は、測定対象Ｓ１の様々な組織構造および組織の状態を可視化するため、励起光ＥＬの波長を変更して出射するように励起光出射部１０に指示する。また、制御部５０は、変更した励起光ＥＬの波長に応じて、電圧出力部４２の電圧を制御し、屈折率可変デバイス４１の屈折率を制御する。

制御部５０は、プロセッサおよびメモリなどによって構成されている。メモリには、励起光ＥＬの波長、電圧出力部４２の印加電圧、および、屈折率可変デバイス４１の屈折率に関する値が、予め関連づけられて記憶されている。また、メモリには、励起光ＥＬの波長に応じて電圧出力部４２の印加電圧および屈折率可変デバイス４１の屈折率を求める計算式、および、プロセッサを作動するプログラムが格納されている。

このように制御部５０は、励起光出射部１０から出射される励起光ＥＬの波長を変更し、変更した励起光ＥＬの波長に応じて屈折率可変デバイス４１の屈折率を制御する。具体的には、制御部５０は、励起光ＥＬの波長を変更した場合に、励起光ＥＬの焦点Ｆ１が、波長を変更する前の測定点Ｐ１に近づくように、すなわち、励起光ＥＬの焦点Ｆ１が音響波検知部３１の焦点Ｆ２に近づくように、屈折率可変デバイス４１の屈折率を制御する。この制御部５０の制御により、光音響顕微鏡１では、瞬時に自動で焦点合わせが可能となる。

また、制御部５０は、励起光ＥＬの波長が長なるように変更した場合に屈折率可変デバイス４１の屈折率が大きくなるように変更し、励起光ＥＬの波長が短くなるように変更した場合に屈折率可変デバイス４１の屈折率が小さくなるように変更する。この制御部５０の制御により、光音響顕微鏡１では、励起光ＥＬの波長の長短の変更に応じて焦点合わせが可能となる。

また、光音響顕微鏡１は、測定対象Ｓ１を載置するステージ６０と、励起光ＥＬの照射方向に沿う第１方向Ｄ１にステージ６０を移動させる第１のアクチュエータ６１と、第１方向Ｄ１に垂直な方向にステージ６０を移動させるアクチュエータ６３とを備えている。各アクチュエータ６１、６３には、ステージ６０の位置座標を検出する位置検出器が設けられている。本実施の形態では、第１方向Ｄ１は鉛直方向であり、第１方向Ｄ１に垂直な方向は水平方向である。ステージ６０、測定対象Ｓ１およびウォータプール６６は、アクチュエータ６３の駆動によって、光学部品２１、２２、屈折率可変デバイス４１、プリズム２５および音響波検知部３１に対して、相対的に水平移動させられる。また、ステージ６０、測定対象Ｓ１およびウォータプール６６は、アクチュエータ６１の駆動によって、光学部品２１、２２、屈折率可変デバイス４１、プリズム２５および音響波検知部３１に対して、相対的に垂直移動させられる。

制御部５０は、データ集録部５２にて形成した画像情報と、各アクチュエータ６１、６３から取得した測定対象Ｓ１の測定点Ｐ１の位置座標とを対応づけて、測定対象Ｓ１の組織を可視化する。これにより、制御部５０は、測定対象Ｓ１の組織の２次元画像および３次元画像を形成することができる。

本実施の形態に係る光音響顕微鏡１は、励起光ＥＬを出射する励起光出射部１０と、励起光出射部１０および測定対象Ｓ１を結ぶ励起光ＥＬの光路Ｏｐ上に配置された屈折率可変デバイス４１と、屈折率可変デバイス４１を介して励起光ＥＬが照射された測定対象Ｓ１から発生した音響波を検知する音響波検知部３１と、励起光出射部１０から出射される励起光ＥＬの波長を変更し、変更した励起光ＥＬの波長に応じて屈折率可変デバイス４１の屈折率を制御する制御部５０とを備える。

このように、制御部５０が、変更した励起光ＥＬの波長に応じて屈折率可変デバイス４１の屈折率を制御することで、励起光ＥＬの焦点Ｆ１と音響波検知部３１の焦点Ｆ２とを合わせることができる。この光音響顕微鏡１によれば、測定対象Ｓ１の画像の質が低下することを抑制することができる。また、測定対象Ｓ１を簡易に測定することができる。

［１－２．音響波測定方法］
次に、光音響顕微鏡１を用いた音響波測定方法について、図５を参照しながら説明する。

図５は、実施の形態１に係る音響波測定方法を示すフローチャートである。

まず、制御部５０は、励起光ＥＬの波長を変更する（ステップＳ１０）。具体的には、制御部５０は、可視化すべき対象に応じて、励起光ＥＬの波長を４００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の範囲から適宜選択する。そして制御部５０は、励起光ＥＬの波長が、選択した波長となるように励起光出射部１０に指示する。

次に、変更した励起光ＥＬの波長に応じて、屈折率可変デバイス４１の屈折率を変更する（ステップＳ２０）。具体的には、制御部５０が、変更した励起光ＥＬの波長に応じて、電圧出力部４２の電圧を制御し、屈折率可変デバイス４１の屈折率を制御する。

なお、上記では励起光ＥＬの波長を変更した後に、屈折率可変デバイス４１の屈折率を変更する例を示したが、それに限られない。例えば、制御部５０は、励起光ＥＬの波長の変更と屈折率可変デバイス４１の屈折率の変更とを同時に行ってもよい。

次に、屈折率可変デバイス４１を介して励起光ＥＬを測定対象Ｓ１に照射する（ステップＳ３０）。例えば、励起光ＥＬの波長が変更されると励起光ＥＬの焦点Ｆ１の位置が変わってしまうが、本実施の形態では、励起光ＥＬの波長に応じて屈折率可変デバイス４１の屈折率を変更するので、励起光ＥＬの焦点Ｆ１の位置は元の位置のまま変更されない。

次に、音響波検知部３１を用いて、励起光ＥＬが照射された測定対象Ｓ１から発生した音響波を検知する（ステップＳ４０）。本実施の形態の音響波測定方法では、励起光ＥＬの焦点Ｆ１と音響波検知部３１の焦点Ｆ２とを一致させた状態で、測定対象Ｓ１から発生した音響波を測定することができる。これにより、測定対象Ｓ１の画像の質が低下することを抑制することができる。

［１－３．効果等］
本実施の形態に係る光音響顕微鏡１は、励起光ＥＬを出射する励起光出射部１０と、励起光出射部１０および測定対象Ｓ１を結ぶ励起光ＥＬの光路Ｏｐ上に配置された屈折率可変デバイス４１と、屈折率可変デバイス４１を介して励起光ＥＬが照射された測定対象Ｓ１から発生した音響波を検知する音響波検知部３１と、励起光出射部１０から出射される励起光ＥＬの波長を変更し、変更した励起光ＥＬの波長に応じて屈折率可変デバイス４１の屈折率を制御する制御部５０とを備える。

このように、制御部５０が、変更した励起光ＥＬの波長に応じて屈折率可変デバイス４１の屈折率を制御することで、励起光ＥＬの焦点Ｆ１と音響波検知部３１の焦点Ｆ２とを合わせることができる。これにより、測定対象Ｓ１の画像の質が低下することを抑制することができる。

また、制御部５０は、励起光ＥＬの焦点Ｆ１が音響波検知部３１の焦点Ｆ２に近づくように、屈折率可変デバイス４１の屈折率を制御してもよい。

この構成によれば、励起光ＥＬの焦点Ｆ１と音響波検知部３１の焦点Ｆ２とを合わせることができる。これにより、測定対象Ｓ１の画像の質が低下することを抑制することができる。

また、制御部５０は、励起光ＥＬの波長が長なるように変更した場合に屈折率可変デバイス４１の屈折率が大きくなるように変更し、励起光ＥＬの波長が短くなるように変更した場合に屈折率可変デバイス４１の屈折率が小さくなるように変更してもよい。

この構成によれば、励起光ＥＬの波長の長短の変更に応じて焦点合わせをすることが可能となる。これにより、測定対象Ｓ１の画像の質が低下することを抑制することができる。

また、屈折率可変デバイス４１は、屈折率可変デバイス４１に印加される電圧によって屈折率が変わる光学素子であってもよい。

この構成によれば、屈折率可変デバイス４１に印加される電圧を変えることによって焦点合わせをすることが可能となる。これにより、測定対象Ｓ１の画像の質が低下することを抑制することができる。

また、屈折率可変デバイス４１は、液体レンズであってもよい。

この構成によれば、屈折率可変デバイス４１の屈折率を簡易に変更することができる。これにより、測定対象Ｓ１の画像の質が低下することを簡易に抑制することができる。

また、制御部５０は、４００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の範囲で励起光ＥＬの波長が変更されるように、励起光出射部１０を制御してもよい。

このように、４００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の範囲の励起光ＥＬの波長を用いることで、測定対象Ｓ１の様々な組織構造および組織の状態を可視化することができる。

本実施の形態に係る音響波測定方法は、励起光ＥＬの波長を変更するステップと、変更した励起光ＥＬの波長に応じて、励起光ＥＬの光路Ｏｐ上に配置された屈折率可変デバイス４１の屈折率を変更するステップと、屈折率可変デバイス４１を介して励起光ＥＬを測定対象Ｓ１に照射するステップと、励起光ＥＬが照射された測定対象Ｓ１から発生した音響波を検知するステップとを含む。

このように、変更した励起光ＥＬの波長に応じて屈折率可変デバイス４１の屈折率を変更することで、励起光ＥＬの焦点Ｆ１と音響波を検知する際の音響波の焦点とを合わせることができる。これにより、測定対象Ｓ１の画像の質が低下することを抑制することができる。

（実施の形態２）
［２－１．光音響顕微鏡の構成］
実施の形態２に係る光音響顕微鏡について、図６を参照しながら説明する。実施の形態２では、屈折率可変デバイスを用いるのでなく、ステージ６０および音響波検知部３１の高さ位置を変えることで焦点合わせを行う例について説明する。なお、実施の形態２では、実施の形態１と同じ構成要素について、説明を省略する場合がある。

図６は、実施の形態２に係る光音響顕微鏡１Ａの構成を示す図である。図６に示すように、光音響顕微鏡１Ａは、励起光出射部１０と、光学系２０と、音響波検知部３１と、制御部５０とを備えている。また、光音響顕微鏡１Ａは、ステージ６０と、第１のアクチュエータ６１と、第２のアクチュエータ６２とを備えている。

励起光出射部１０は、励起光ＥＬを出射する装置である。

光学系２０は、光学部品２１、２２、２３と、レンズ２４と、プリズム２５と、ウォータプール６６とを備えている。実施の形態２では、実施の形態１の屈折率可変デバイス４１の代わりに、屈折率が可変でないレンズ２４が配置されている。

光学部品２２を通過した励起光ＥＬは、レンズ２４、プリズム２５およびウォータプール６６を介して測定対象Ｓ１に照射される。

図６に示すように、励起光ＥＬの焦点Ｆ１は、測定対象Ｓ１の測定点Ｐ１と同じ高さの位置に設定される。測定点Ｐ１に位置する組織は、励起光ＥＬを吸収した後、励起状態から定常状態に戻る際に音響波を発生する。

音響波検知部３１は、測定対象Ｓ１にて発生した音響波を検知する。音響波検知部３１の焦点Ｆ２は、測定点Ｐ１と同じ高さの位置に設定される。音響波検知部３１は、第２のアクチュエータ６２に接続されている。

図７は、光音響顕微鏡１Ａの第１のアクチュエータ６１および第２のアクチュエータ６２を示す模式図である。

第２のアクチュエータ６２は、Ｌ字状の連結部材６４を介して音響波検知部３１に接続され、音響波検知部３１を励起光ＥＬの照射方向に沿う第１方向Ｄ１に移動させる。本実施の形態では、第１方向Ｄ１は高さ方向である。音響波検知部３１の高さ位置は、第２のアクチュエータ６２の駆動によって決定され、第２のアクチュエータ６２は、制御部５０によって駆動制御される。第２のアクチュエータ６２は、例えば、超音波モータで駆動する直動アクチュエータである。

第１のアクチュエータ６１は、測定対象Ｓ１が載置されたステージ６０に接続され、ステージ６０を第１方向Ｄ１に移動させる。第１のアクチュエータ６１および第２のアクチュエータ６２が移動する方向は、同じ方向である。ステージ６０の高さ位置は、第１のアクチュエータ６１の駆動によって決定され、第１のアクチュエータ６１は、制御部５０によって駆動制御される。第１のアクチュエータ６１は、例えば、圧電素子または一軸ロボットにより駆動する直動アクチュエータである。

制御部５０は、測定対象Ｓ１の様々な組織構造および組織の状態を可視化するため、励起光ＥＬの波長を変更して出射するように励起光出射部１０に指示する。また、制御部５０は、変更した励起光ＥＬの波長に応じて、第１のアクチュエータ６１および第２のアクチュエータ６２のそれぞれの駆動を制御する。

制御部５０のメモリには、励起光ＥＬの波長、音響波検知部３１の高さ位置、ステージ６０の高さ位置に関する値が、予め関連づけられて記憶されている。また、メモリには、励起光ＥＬの波長に応じて、音響波検知部３１の高さ位置およびステージ６０の高さ位置を求める計算式、および、プロセッサを作動するプログラムが格納されている。

このように制御部５０は、励起光出射部１０から出射される励起光ＥＬの波長を変更し、変更した励起光ＥＬの波長に応じて第１のアクチュエータ６１および第２のアクチュエータ６２の駆動を制御する。具体的には、制御部５０は、励起光ＥＬの波長を変更した場合に、測定すべき測定対象Ｓ１の測定点Ｐ１が励起光ＥＬの焦点Ｆ１に近づくように第１のアクチュエータ６１の駆動を制御し、音響波検知部３１の焦点Ｆ２が測定点Ｐ１に近づくように第２のアクチュエータ６２の駆動を制御する。この制御部５０の制御により、光音響顕微鏡１Ａでは、自動で焦点合わせが可能となる。

また、制御部５０は、励起光ＥＬの波長が長なるように変更した場合に光学系２０と測定対象Ｓ１との距離が大きくなるように第１のアクチュエータ６１の駆動を制御し、それに追随して、音響波検知部３１と測定対象Ｓ１との距離を第２のアクチュエータ６２を用いて調整する。また、制御部５０は、励起光ＥＬの波長が短くなるように変更した場合に、光学系２０と測定対象Ｓ１との距離が小さくなるように第１のアクチュエータ６１の駆動を制御し、それに追随して、音響波検知部３１と測定対象Ｓ１との距離を第２のアクチュエータ６２を用いて調整する。この制御部５０の制御により、光音響顕微鏡１Ａでは、励起光ＥＬの波長の長短の変更に応じて焦点合わせが可能となる。

なお、上記では第１のアクチュエータ６１および第２のアクチュエータ６２という２つのアクチュエータを用いた例を示したが、それに限られない。例えば音響波検知部３１が、連結部材６４と異なる連結部材を介して第１のアクチュエータ６１に接続されている場合は、第１のアクチュエータ６１のみを用いて音響波検知部３１およびステージ６０を移動させてもよい。

本実施の形態に係る光音響顕微鏡１Ａは、励起光ＥＬを出射する励起光出射部１０と、励起光出射部１０および測定対象Ｓ１を結ぶ励起光ＥＬの光路上に配置された光学系２０と、光学系２０を介して励起光ＥＬが照射された測定対象Ｓ１から発生した音響波を検知する音響波検知部３１と、測定対象Ｓ１および音響波検知部３１を励起光ＥＬの照射方向に沿う第１方向Ｄ１に移動させる少なくとも１つのアクチュエータ（例えばアクチュエータ６１、６２）と、励起光出射部１０から出射される励起光ＥＬの波長を変更し、変更した励起光ＥＬの波長に応じてアクチュエータ６１、６２の駆動を制御する制御部５０とを備える。

このように、制御部５０が、変更した励起光ＥＬの波長に応じてアクチュエータ６１、６２の駆動を制御することで、励起光ＥＬの焦点Ｆ１と音響波検知部３１の焦点Ｆ２とを合わせることができる。この光音響顕微鏡１Ａによれば、測定対象Ｓ１の画像の質が低下することを抑制することができる。また、測定対象Ｓ１を簡易に測定することができる。

［２－２．音響波測定方法］
次に、光音響顕微鏡１Ａを用いた音響波測定方法について、図８および図９を参照しながら説明する。

図８は、実施の形態２に係る音響波測定方法を示すフローチャートである。図９は、光音響顕微鏡１Ａの動作を示す図である。図９の（ａ）は、励起光ＥＬの波長を変更する前を示す図であり、図９の（ｂ）は、励起光ＥＬの波長を変更した後を示す図であり、図９の（ｃ）は、第１のアクチュエータ６１を用いてステージ６０を第１方向Ｄ１に移動させた後を示す図であり、図９の（ｄ）は、第２のアクチュエータ６２を用いて音響波検知部３１を第１方向Ｄ１に移動させた後を示す図である。

まず、制御部５０は、励起光ＥＬの波長を変更する（ステップＳ１０）。図９の（ａ）に示すように、励起光ＥＬの波長を変更する前は、励起光ＥＬの焦点Ｆ１、音響波検知部３１の焦点Ｆ２および測定点Ｐ１が一致しているが、図９の（ｂ）に示すように、励起光ＥＬの波長を変更した後は、励起光ＥＬの焦点Ｆ１が、音響波検知部３１の焦点Ｆ２および測定点Ｐ１に対してずれている。

なお、図９の（ｂ）～（ｄ）では、励起光ＥＬの波長が長くなるように変更された例が示されている。

また、図９の（ａ）および（ｂ）において、光学系２０の１つであるプリズム２５と測定対象Ｓ１との距離は、距離Ｌ１であり、音響波検知部３１と測定対象Ｓ１との距離は、距離Ｌ２である。アクチュエータ６１、６２を駆動する前なので、図９の（ａ）および（ｂ）にて各距離Ｌ１、Ｌ２の変動はない。

次に、変更した励起光ＥＬの波長に応じて、光学系２０と測定対象Ｓ１との距離および音響波検知部３１と測定対象Ｓ１との距離を変更する（ステップＳ２０Ａ）。

具体的には、図９の（ｃ）に示すように、第１のアクチュエータ６１を用いて光学系２０と測定対象Ｓ１との距離を距離Ｌ１１（Ｌ１１＞Ｌ１）に変更し、測定点Ｐ１を励起光ＥＬの焦点Ｆ１に近づける。一方、第１のアクチュエータ６１の駆動によって測定対象Ｓ１の高さの位置が変更されることで、音響波検知部３１と測定対象Ｓ１との距離が距離Ｌ２１（Ｌ２１＞Ｌ２）に変更され、音響波検知部３１の焦点Ｆ２が、移動後の測定点Ｐ１に対してずれてしまう。そこで、図９の（ｄ）に示すように、第２のアクチュエータ６２を用いて音響波検知部３１と測定対象Ｓ１との距離を距離Ｌ２２（Ｌ２２＝Ｌ２）に変更し、音響波検知部３１の焦点Ｆ２を測定点Ｐ１に近づける。これにより、励起光ＥＬの焦点Ｆ１、音響波検知部３１の焦点Ｆ２および測定点Ｐ１を一致させる。

なお、上記では第１のアクチュエータ６１を駆動した後に第２のアクチュエータ６２を駆動する例を示したが、それに限られない。例えば、第２のアクチュエータ６２を駆動した後に第１のアクチュエータ６１を駆動してもよいし、第１のアクチュエータ６１および第２のアクチュエータ６２を同時に駆動してもよい。

また、上記では励起光ＥＬの波長を変更した後に、光学系２０と測定対象Ｓ１との距離および音響波検知部３１と測定対象Ｓ１との距離を変更する例を示したが、それに限られない。例えば、制御部５０は、励起光ＥＬの波長の変更、ならびに、光学系２０と測定対象Ｓ１との距離の変更、および、音響波検知部３１と測定対象Ｓ１との距離の変更を同時に行ってもよい。

次に、光学系２０を介して励起光ＥＬを測定対象Ｓ１に照射する（ステップＳ３０）。そして、音響波検知部３１を用いて、測定対象Ｓ１から発生した音響波を検知する（ステップＳ４０）。実施の形態２の音響波測定方法では、励起光ＥＬの焦点Ｆ１と音響波検知部３１の焦点Ｆ２とを一致させた状態で、測定対象Ｓ１から発生した音響波を測定することができる。これにより、測定対象Ｓ１の画像の質が低下することを抑制することができる。

［２－３．効果等］
本実施の形態に係る光音響顕微鏡１Ａは、励起光ＥＬを出射する励起光出射部１０と、励起光出射部１０および測定対象Ｓ１を結ぶ励起光ＥＬの光路Ｏｐ上に配置された光学系２０と、光学系２０を介して励起光ＥＬが照射された測定対象Ｓ１から発生した音響波を検知する音響波検知部３１と、測定対象Ｓ１および音響波検知部３１を励起光ＥＬの照射方向に沿う第１方向Ｄ１に移動させる少なくとも１つのアクチュエータ（例えばアクチュエータ６１、６２）と、励起光出射部１０から出射される励起光ＥＬの波長を変更し、変更した励起光ＥＬの波長に応じてアクチュエータ６１、６２の駆動を制御する制御部５０とを備える。

このように、制御部５０が、変更した励起光ＥＬの波長に応じてアクチュエータ６１、６２の駆動を制御することで、励起光ＥＬの焦点Ｆ１と音響波検知部３１の焦点Ｆ２とを合わせることができる。これにより、測定対象Ｓ１の画像の質が低下することを抑制することができる。

また、少なくとも１つのアクチュエータは、測定対象Ｓ１を第１方向Ｄ１に移動させる第１のアクチュエータ６１と、音響波検知部３１を第１方向Ｄ１に移動させる第２のアクチュエータ６２とを有し、制御部５０は、励起光ＥＬの波長に応じて第１のアクチュエータ６１および第２のアクチュエータ６２のそれぞれの駆動を制御してもよい。

この構成によれば、励起光ＥＬの焦点Ｆ１と音響波検知部３１の焦点Ｆ２とを簡易に合わせることができる。これにより、測定対象Ｓ１の画像の質が低下することを簡易に抑制することができる。

また、制御部５０は、測定すべき測定対象Ｓ１の測定点Ｐ１が励起光ＥＬの焦点Ｆ１が近づくように、第１のアクチュエータ６１の駆動を制御し、かつ、音響波検知部３１の焦点Ｆ２が測定点Ｐ１に近づくように、第２のアクチュエータ６２の駆動を制御してもよい。

また、制御部５０は、励起光ＥＬの波長が長くなるように変更した場合に光学系２０と測定対象Ｓ１との距離が大きくなるように第１のアクチュエータ６１の駆動を制御し、励起光ＥＬの波長が短くなるように変更した場合に、光学系２０と測定対象Ｓ１との距離が小さくなるように第１のアクチュエータ６１の駆動を制御してもよい。

本実施の形態に係る音響波測定方法は、励起光ＥＬの波長を変更するステップと、変更した励起光ＥＬの波長に応じて、励起光ＥＬの光路Ｏｐ上に配置された光学系２０と測定対象Ｓ１との距離および測定対象Ｓ１に対して間隔をあけて配置された音響波検知部３１と測定対象Ｓ１との距離を変更するステップと、光学系２０を介して励起光ＥＬを測定対象Ｓ１に照射するステップと、励起光ＥＬが照射された測定対象Ｓ１から発生した音響波を、音響波検知部３１を用いて検知するステップとを含む。

このように、変更した励起光ＥＬの波長に応じて光学系２０と測定対象Ｓ１との距離および音響波検知部３１と測定対象Ｓ１との距離を変更することで、励起光ＥＬの焦点Ｆ１と音響波を検知する際の音響波の焦点とを合わせることができる。これにより、測定対象Ｓ１の画像の質が低下することを抑制することができる。

（その他の実施の形態）
以上、本発明の実施の形態に係る光音響顕微鏡等ついて説明したが、本発明は、上記実施の形態には限定されない。例えば、上記実施の形態に次のような変形を施した態様も、本発明に含まれ得る。

本実施の形態では、ＡＲ方式の光音響顕微鏡を例に挙げて説明したが、それに限られず、光音響顕微鏡は、音響レンズおよびオイル層を有する光学部品を備えるＯＲ方式の光音響顕微鏡であってもよい。

例えば、音響波検知部３１の焦点Ｆ２は、測定対象Ｓ１の測定点Ｐ１に応じて決められた高さの位置に設定されているが、焦点Ｆ２の位置合わせは手作業に限られず、光音響顕微鏡が有するカメラまたはセンサによって行われてもよい。例えば、焦点Ｆ２を合わせ直すために、測定対象Ｓ１の所定の位置にマーカを設け、このマーカをカメラで検出し、焦点Ｆ２の高さ位置のキャリブレーションを行ってもよい。

本発明に係る光音響顕微鏡等は、生体組織、血管像、食品、樹脂材料などの工業製品などの測定対象の組織を可視化する際に利用される。

１、１Ａ光音響顕微鏡
１０励起光出射部
２０光学系
２１、２２、２３光学部品
２４レンズ
２５プリズム
３１音響波検知部
３２レシーバ
４１屈折率可変デバイス
４２電圧出力部
５０制御部
５１パワーメータ
５２データ集録部
６０ステージ
６１第１のアクチュエータ
６２第２のアクチュエータ
６３アクチュエータ
６４連結部材
６６ウォータプール
Ｄ１第１方向
ＥＬ励起光
Ｆ１励起光の焦点
Ｆ２音響波検知部の焦点
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ１１、Ｌ２１、Ｌ２２距離
Ｏｐ光路
Ｐ１測定点
Ｓ１測定対象

Claims

励起光を出射する励起光出射部と、
前記励起光出射部および測定対象を結ぶ前記励起光の光路上に配置された屈折率可変デバイスと、
前記屈折率可変デバイスを介して前記励起光が照射された前記測定対象から発生した音響波を検知する音響波検知部と、
前記励起光出射部から出射される前記励起光の波長を変更し、変更した前記励起光の波長に応じて前記屈折率可変デバイスの屈折率を制御する制御部と
を備える光音響顕微鏡。
前記制御部は、前記励起光の焦点が前記音響波検知部の焦点に近づくように、前記屈折率可変デバイスの屈折率を制御する
請求項１に記載の光音響顕微鏡。
前記制御部は、前記励起光の波長が長なるように変更した場合に前記屈折率可変デバイスの屈折率が大きくなるように変更し、前記励起光の波長が短くなるように変更した場合に前記屈折率可変デバイスの屈折率が小さくなるように変更する
請求項１または２に記載の光音響顕微鏡。
前記屈折率可変デバイスは、前記屈折率可変デバイスに印加される電圧によって屈折率が変わる光学素子である
請求項１～３のいずれか１項に記載の光音響顕微鏡。
前記屈折率可変デバイスは、液体レンズである
請求項１～４のいずれか１項に記載の光音響顕微鏡。
前記制御部は、４００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の範囲で前記励起光の波長が変更されるように、前記励起光出射部を制御する
請求項１～４のいずれか１項に記載の光音響顕微鏡。
励起光を出射する励起光出射部と、
前記励起光出射部および測定対象を結ぶ前記励起光の光路上に配置された光学系と、
前記光学系を介して前記励起光が照射された前記測定対象から発生した音響波を検知する音響波検知部と、
前記測定対象および前記音響波検知部を前記励起光の照射方向に沿う第１方向に移動させる少なくとも１つのアクチュエータと、
前記励起光出射部から出射される前記励起光の波長を変更し、変更した前記励起光の波長に応じて前記アクチュエータの駆動を制御する制御部と
を備える光音響顕微鏡。
前記少なくとも１つのアクチュエータは、前記測定対象を前記第１方向に移動させる第１のアクチュエータと、前記音響波検知部を前記第１方向に移動させる第２のアクチュエータとを有し、
前記制御部は、前記励起光の波長に応じて前記第１のアクチュエータおよび前記第２のアクチュエータのそれぞれの駆動を制御する
請求項７に記載の光音響顕微鏡。
前記制御部は、測定すべき前記測定対象の測定点が前記励起光の焦点に近づくように、前記第１のアクチュエータの駆動を制御し、かつ、前記音響波検知部の焦点が前記測定点に近づくように、前記第２のアクチュエータの駆動を制御する
請求項８に記載の光音響顕微鏡。
前記制御部は、前記励起光の波長が長くなるように変更した場合に前記光学系と前記測定対象との距離が大きくなるように前記第１のアクチュエータの駆動を制御し、前記励起光の波長が短くなるように変更した場合に、前記光学系と前記測定対象との距離が小さくなるように前記第１のアクチュエータの駆動を制御する
請求項８または９に記載の光音響顕微鏡。
前記制御部は、４００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の範囲で前記励起光の波長が変更されるように、前記励起光出射部を制御する
請求項７～１０のいずれか１項に記載の光音響顕微鏡。
励起光の波長を変更するステップと、
変更した前記励起光の波長に応じて、前記励起光の光路上に配置された屈折率可変デバイスの屈折率を変更するステップと、
前記屈折率可変デバイスを介して前記励起光を測定対象に照射するステップと、
前記励起光が照射された前記測定対象から発生した音響波を検知するステップと
を含む音響波測定方法。
励起光の波長を変更するステップと、
変更した前記励起光の波長に応じて、励起光の光路上に配置された光学系と測定対象との距離および前記測定対象に対して間隔をあけて配置された音響波検知部と前記測定対象との距離を変更するステップと、
前記光学系を介して前記励起光を前記測定対象に照射するステップと、
前記励起光が照射された前記測定対象から発生した音響波を、前記音響波検知部を用いて検知するステップと
を含む音響波測定方法。