WO2010128605A1 - 光特性測定プローブ - Google Patents

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大澤　聡
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コニカミノルタオプト株式会社
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    • G01N21/85—Investigating moving fluids or granular solids
    • G01N21/8507—Probe photometers, i.e. with optical measuring part dipped into fluid sample
    • G01N2021/8514—Probe photometers, i.e. with optical measuring part dipped into fluid sample with immersed mirror

Definitions

  • the present invention is suitable for, for example, an optical coherence tomography (OCT: Optical Coherent Tomography) apparatus and the like, and irradiates light toward a measurement target and receives light returning from the measurement target.
  • OCT optical coherence tomography
  • the present invention relates to a characteristic measurement probe.
  • an optical coherence tomography (OCT) device that can obtain optical information inside the tissue has been proposed.
  • An optical coherence tomographic imaging device divides low-coherence light into two, irradiates one of the light onto the subject, and causes the return scattered light provided with the phase information of the subject to interfere with the other light.
  • the phase information of the subject is obtained from the intensity information of the interference light, and the measurement location of the subject is imaged (for example, see Patent Documents 1 and 2).
  • Patent Document 1 adjusts the position and / or rotation direction of the probe tip by observing the image by marking a portion of the optical probe of the optical diagnostic imaging apparatus in order to penetrate the penetrating catheter to an appropriate location. It is possible.
  • Patent Document 2 discloses a tomographic image by marking a guide tube in an intraluminal imaging apparatus that uses a probe to obtain a tomographic image by inserting it into a lumen and observing and imaging while moving in the guide tube. The reference position is determined, and imaging without positional deviation is performed.
  • a position confirmation mark is arranged at the probe tip, and the return light incident on the mark is detected to confirm the position of the probe tip.
  • the reference mark is detected using actual measurement light, a mark appears in the observation image, a shadow of the mark occurs, and an observation image located behind the mark becomes a shadow of the mark and is lost. Or the image contrast decreases.
  • An object of the present invention is to provide an optical characteristic measurement probe capable of detecting the position and orientation of the probe tip without affecting the observation image.
  • the present invention is a bendable optical property measurement probe, A light guide for transmitting light from the light source and irradiating the measurement object with light; And a guide tube for holding the light guide so as to be rotatable about the axis and displaceable along the axial direction.
  • the light guide includes measurement light for measuring the optical characteristics of the measurement object, and a light guide.
  • a mark having a characteristic of transmitting measurement light and returning only position determination light to the light guide is disposed on the side surface of the guide tube.
  • the measurement light is preferably near infrared light, and the position determination light is preferably visible light.
  • the measurement light is preferably coherent light
  • the position determination light is preferably non-interfering light
  • the optical characteristic measurement probe is preferably a rotary scanning probe.
  • the light guide transmits two kinds of light, that is, measurement light and position determination light, transmits the measurement light to the measurement position of the guide tube, and returns only the position determination light to the light guide.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing the concept of the present invention.
  • the optical probe P incorporates a light guide such as an optical fiber inside, and has an optical scanning unit OS at the tip of the light guide.
  • the optical scanning unit OS irradiates light toward the measurement target and takes in light reflected by the measurement target.
  • the measurement light source SA supplies measurement light for measuring the optical characteristics of the measurement object
  • the position determination light source SB supplies position determination light for measuring the position of the light guide. Measurement light and position determination light from the light sources SA and SB are combined by the coupler CA and further supplied to the optical probe P via the coupler CB.
  • the measurement light is coherent light in the near infrared region (for example, wavelength 800 nm to 1500 nm), and the position determining light is non-interfering in the visible region (for example, wavelength 380 nm to 750 nm). It is preferably light. Since the position determining light is non-interfering light such as an LED, a change in signal due to interference that occurs when the optical path length changes in the case of interference light can be suppressed, and position measurement can be performed more accurately.
  • OCT optical coherence tomographic imaging
  • the light reflected by the measurement object or the like travels backward through the optical probe P, is branched into measurement light and position determination light by the coupler CB, and is detected by the measurement light detector DA and position determination light detector DB, respectively.
  • the coupler CB is an optical element having a function of allowing the measurement light and the position determination light from the light sources SA and SB to pass therethrough, and the light traveling backward from the optical probe P to be separated into the measurement light and the position determination light according to the wavelength. .
  • the signal from the measurement light detector DA is used for measuring the optical characteristics of the measurement object.
  • a signal from the position determination light detector DB is supplied to the synchronization signal generation circuit SY and converted into a synchronization signal of the optical scanning unit OS.
  • the couplers CA and CB can use a circulator, a wavelength selection filter (for example, a dichroic filter), a WDM (wavelength division multiplexing) element, or the like.
  • a wavelength selection filter for example, a dichroic filter
  • WDM wavelength division multiplexing
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of an optical probe according to the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing various structures near the tip of the optical probe.
  • the optical probe includes a guide tube 70, a light guide 71, a condensing lens 72, a prism 73, and the like, and is configured to be bent as a whole.
  • the guide tube 70 has a cylindrical cross-sectional shape and is formed of a flexible material having a high transmittance for measurement light, such as a fluororesin.
  • the light guide 71 is formed of a flexible material having a high transmittance with respect to the measurement light and the position determination light, for example, an optical fiber.
  • the light guide 71 is housed inside the guide tube 70, and is held so as to be rotatable about an axis and displaceable along the axial direction.
  • a rotation drive mechanism is provided at the base of the light guide 71, and the light guide 71 is configured to be rotatable around a shaft at a constant rotation speed, for example, 1200 rpm.
  • the condenser lens 72 is attached to the tip of the light guide 71.
  • the prism 73 includes a reflection surface that reflects the measurement light and the position determination light, and is attached to the condenser lens 72.
  • the condensing lens 72 and the prism 73 rotate integrally with the light guide 71 and radiate measurement light and position determination light in the radial direction so that the measurement object located outside the guide tube 70 is rotated 360 degrees. Rotation scan across.
  • a mark M having a characteristic of transmitting measurement light and returning only position determination light to the light guide 71 is disposed on the side surface of the guide tube 70.
  • Such a mark M preferably exhibits the same optical characteristics as the guide tube 70 with respect to the measurement light and also exhibits an optical characteristic different from that of the guide tube 70 with respect to the position-determining light, for example, light transmittance and light scattering characteristics.
  • a material or coating whose light reflection characteristics and the like change depending on the wavelength is selected.
  • the mark M may be configured to scatter only the position-determining light.
  • the mark M contains fine particles having a wavelength of the position-determining light.
  • the position-determining light is greatly scattered, while a configuration in which infrared light having a longer wavelength is hardly scattered is possible.
  • the wavelength of the position determination light and the measurement light must be set so as to be sufficiently separated.
  • Such a mark M is configured with reference to, for example, a bandpass filter disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 58-31307, or a multilayer mirror reflecting only a visible light region as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 59-195205. be able to.
  • a volume reflection type diffraction grating When the measurement light is infrared light having a wavelength of about 800 nm, a diffraction grating having a pitch equal to or less than half thereof, for example, a pitch between 200 nm and 400 nm may be used. With such a diffraction grating, infrared light can be transmitted and visible light can be reflected.
  • the mark M may be formed so as to replace a part of the wall surface of the guide tube 70 as shown in FIGS. 3A and 3B, or a coating film may be formed on the outer surface or the inner surface of the guide tube 70. You may form as.
  • FIG. 3A shows an example in which one mark M is formed in a scanning region of 360 degrees.
  • the position determining light re-entered the light guide 71 is branched by the coupler CB, detected by the position determining light detector DB, and converted into a synchronization signal.
  • one synchronization signal is generated every time the prism 73 rotates once.
  • FIG. 3B shows an example in which two marks M are formed in a scanning region of 360 degrees.
  • the first and second marks M are arranged at intervals of 180 degrees, and the width of the first mark M is larger than the width of the second mark M in order to identify the mark.
  • the probe according to the present invention is suitable for a rotary scanning probe.
  • the rotary scanning probe since the scanning area is continuous, it is difficult to set the mark outside the scanning area, and the conventional technique cannot avoid the image loss due to the mark.
  • it is suitable for a system in which rotational driving is performed at the probe base in a rotary scanning probe.
  • the rotational drive In the driving method in which the rotational drive is arranged at the base, when a twist or the like occurs, the rotation at the drive unit and the rotation state of the tip may not completely coincide. Therefore, the present invention that can directly measure the driving state at the tip is suitable.
  • a plurality of marks M may be arranged along the longitudinal direction of the guide tube 70 as shown in FIG.
  • the light guide 71 may be moved along the longitudinal direction while the guide tube 70 is fixed.
  • the position determination light is reflected by the mark M and returns to the light guide 71, and a synchronization signal is emitted. Therefore, the amount of displacement of the light guide 71 can be measured by counting the synchronization signal generated as the light guide 71 moves.
  • the observation image using the measurement light is affected. Instead, the rotation angle and / or displacement amount of the light guide 71 can be measured using the position determination light.
  • FIG. 4 is a block diagram showing an example in which the optical probe according to the present invention is applied to an optical tomography measuring apparatus.
  • the optical tomography measuring apparatus is configured as a Michelson interferometer using a low-coherence light source.
  • a position determining light detector 62 and a coupler 63 are added.
  • the optical paths 11, 21, 31, 41a, 41b include flexible single mode optical fibers.
  • the measurement light source 10 is composed of SLD (Super Luminescent Diode) or the like, and generates, for example, low-coherence light having a center wavelength of 1.3 ⁇ m and an oscillation spectrum width of about 50 nm.
  • the measurement light from the measurement light source 10 reaches the coupler 12 through the optical path 11.
  • the coupler 12 is configured by an optical fiber coupler, a beam splitter, or the like, and has a function as a light splitting unit that splits the light from the optical path 11 toward the optical paths 21 and 31 at a predetermined ratio.
  • the measurement light split by the coupler 12 reaches the probe 50 through the optical path 21, the circulator 22, and the coupler 63.
  • the probe 50 irradiates measurement light toward the measurement object.
  • the measurement return light reflected according to the internal structure of the measurement object is incident on the probe 50 again, travels back along the optical path 21 and reaches the coupler 40 through the circulator 22.
  • the reference light divided by the coupler 12 reaches the reference mirror 30 through the optical path 31, the circulator 32 and the attenuator 33.
  • the reference return light reflected by the reference mirror 30 travels back along the optical path 31 and reaches the coupler 40 through the attenuator 33 and the circulator 32.
  • the measurement return light and the reference return light that have traveled back in the optical paths 21 and 31 are mixed by the coupler 40 to generate interference light.
  • the coupler 40 is configured by an optical fiber coupler, a beam splitter, or the like, and has a function as an optical interference unit that interferes with light traveling backward through the optical paths 21 and 31.
  • the interference light reaches the differential detectors 42a and 42b through the optical paths 41a and 41b, respectively.
  • the differential detectors 42a and 42b output the difference between the two interference signals.
  • the signals from the differential detectors 42a and 42b are subjected to various noise removal and filtering processes, converted into digital signals, and then stored in a signal processing device such as a personal computer.
  • the signal processing apparatus uses the stored data to construct an optical tomographic image according to an optical tomographic measurement method described later.
  • Optical tomography methods are broadly divided into time domain OCT (TD-OCT) and Fourier domain OCT (FD-OCT), and Fourier domain OCT is divided into wavelength scanning OCT (SS-OCT) and spectroscopic OCT ( SD-OCT).
  • time domain OCT an optical phase modulator is provided in one or both of the optical path 21 and the optical path 31, and the phase of light is modulated in accordance with a scanning signal.
  • wavelength scanning OCT a wavelength variable light source is used as the light source 10, and the wavelength of light is modulated in accordance with the scanning signal.
  • the interference light of the measurement return light and the reference return light is dispersed by a diffraction grating, and the spectrum is measured by a linear image sensor.
  • wavelength scanning OCT or spectroscopic OCT is preferable in that a mechanism for temporally changing the optical path length in the reference optical path is not necessary.
  • the interference signal between the measurement return light and the reference return light is differentially detected, the signal obtained by causing the coupler 40 to interfere with the light from the measurement optical path and the light from the reference optical path is a reverse-phase signal.
  • the signal strength is enhanced by differential detection.
  • an interference signal caused by a ghost generated on an optical surface such as a prism arranged in the measurement optical path is simply divided by the coupler 40 and thus becomes in-phase, and a noise signal can be reduced by differential detection. A good tomographic image can be obtained.
  • the attenuator 33 can be inserted only in the reference side optical path 31. Therefore, the light amount control of the reference return light can be easily realized, and the light amount adjustment optimal for interference can be achieved. Furthermore, since the measurement light and the reference light pass through separate optical paths, it is possible to remove ghost light generated in the measurement optical path.
  • the position determining light from the position determining light source 61 is introduced into the optical path 21 via the coupler 63.
  • the position determining light is reflected by the mark M and incident again on the probe 50 as shown in FIGS. Detected by the device 62 and generates a synchronization signal.
  • the rotation angle and / or displacement amount of the probe 50 can be measured.
  • the mark M is transparent to the measurement light, an observation image using the measurement light is not lost, and a tomographic image can be obtained over a rotation scanning angle of 360 degrees.
  • the light guide is rotated around the axis.
  • the present invention can also be applied to a scanning system in which a MEMS mirror is arranged at the probe tip or a system that scans by vibrating the fiber itself. Since the scanning position can be specified without attenuation of the measurement light, a good OCT image can be obtained.
  • the present invention is extremely useful industrially in that it can provide an optical characteristic measurement probe that can detect the position and orientation of the probe tip without affecting the observation image.

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Abstract

　本発明の課題は、観察画像に影響を及ぼすことなく、プローブ先端の位置や向きを検出できる光特性測定プローブを提供することである。この課題は、屈曲可能な光特性測定プローブであって、光源からの光を伝送し、測定対象物に光を照射するための導光体７１と、導光体７１を軸周りに回転自在かつ軸方向に沿って変位自在に保持するためのガイド管７０とを備え、導光体７１は、測定対象物の光特性を測定するための測定光、および導光体の位置を測定するため位置確定光の少なくとも２種類の光を導光し、ガイド管７０の側面には、測定光を透過し、位置確定光のみを導光体へ戻す特性を有するマークＭが配置される本発明によって解決される。

Description

光特性測定プローブ
　本発明は、例えば、光コヒーレンス断層画像化（ＯＣＴ：Optical Coherent Tomography）装置などに好適であって、測定対象物に向けて光を照射し、測定対象物からの戻り光を受光するための光特性測定プローブに関する。
　近年、生体組織を診断する場合、その組織の表面状態の光学的情報を得るイメージング装置の他に、組織内部の光学的情報を得ることのできる光コヒーレンス断層画像化（ＯＣＴ：Optical Coherent Tomography）装置が提案されている。光コヒーレンス断層画像化装置とは、低干渉性光を二つに分割して、一方の光を被検体に照射し、被検体の位相情報を付与された戻り散乱光を他方の光と干渉させ、干渉光の強度情報から被検体の位相情報を得て、被検体の測定箇所を画像化する技術である（例えば、特許文献１，２参照）。
　特許文献１は、貫通カテーテルを適切な場所に貫通させるために、光画像診断装置の光プローブの部分にマークをつけてその像を観測することにより、プローブ先端の位置及び／または回転方向を調整可能にしている。
　特許文献２は、管腔内に挿入して断層画像を得るプローブを用いて、案内管内を移動させながら観察して撮像する管腔内画像化装置において、案内管にマークをつけることで断層画像の基準位置を確定させて、位置ずれの無い画像化を行っている。
特表２００６－５２０２４４号公報 特開２００７－７４１０号公報
　細径の光プローブを用いて、体内等の測定対象物を複数個所で測定する場合、各測定におけるプローブ先端の向きや位置を正確に把握することが重要である。しかし、屈曲可能なプローブの場合、プローブの先端と根元の間で捩れが生ずるため、プローブ根元の位置や向きからだけでは、先端の正確な位置や向きを特定することは困難である。
　また、従来例においては、プローブ先端に位置確認用のマークを配置し、測定光がマークに入射した戻り光を検出して、プローブ先端の位置を確認している。しかし、実際の測定光を用いて基準マークを検出しているため、観察像にマークが出現して、マークの影が発生し、マーク背後に位置する観察画像がマークの影になって欠落したり、画像コントラストが低下してしまうという課題がある。
　本発明の目的は、観察画像に影響を及ぼすことなく、プローブ先端の位置や向きを検出できる光特性測定プローブを提供することである。
　上記目的を達成するために、本発明は、屈曲可能な光特性測定プローブであって、
　光源からの光を伝送し、測定対象物に光を照射するための導光体と、
　導光体を軸周りに回転自在かつ軸方向に沿って変位自在に保持するためのガイド管とを備え、導光体は、測定対象物の光特性を測定するための測定光、および導光体の位置を測定するため位置確定光の少なくとも２種類の光を導光し、
　ガイド管の側面には、測定光を透過し、位置確定光のみを導光体へ戻す特性を有するマークが配置されていることを特徴とする。
　本発明において、測定光は近赤外光であり、位置確定光は可視光であることが好ましい。
　本発明において、測定光は可干渉光であり、位置確定光は非干渉光であることが好ましい。
　本発明において、光特性測定プローブは、回転走査プローブであることが好ましい。
　本発明によれば、導光体は測定光および位置確定光の２種類の光を伝送するとともに、ガイド管の測定位置に、測定光を透過し、位置確定光のみを導光体へ戻す特性を有するマークを配置することによって、測定光を用いた観察画像に影響を及ぼすことなく、位置確定光を用いてプローブ先端の位置や向きを検出できる。
本発明の概念を示す概略構成図である。 本発明に係る光プローブの一例を示す構成図である。 光プローブの先端付近の各種構造を示す断面図である。 本発明に係る光プローブを光断層測定装置に適用した一例を示す構成図である。
　図１は、本発明の概念を示す概略構成図である。光プローブＰは、内部に光ファイバなどの導光体を内蔵しており、導光体の先端には光走査部ＯＳを備えている。光走査部ＯＳは、測定対象物に向けて光を照射するとともに、測定対象物等で反射した光を取り込む。
　測定光源ＳＡは、測定対象物の光特性を測定するための測定光を供給し、位置確定光源ＳＢは、導光体の位置を測定するため位置確定光を供給する。光源ＳＡ，ＳＢからの測定光および位置確定光は、カプラＣＡによって結合され、さらにカプラＣＢを経由して光プローブＰに供給される。
　光コヒーレンス断層画像化（ＯＣＴ）の場合、測定光は近赤外領域（例えば、波長８００ｎｍ～１５００ｎｍ）の可干渉光であり、位置確定光は可視領域（例えば、波長３８０ｎｍ～７５０ｎｍ）の非干渉光であることが好ましい。位置確定光がＬＥＤ等の非干渉光であることによって、干渉光の場合に発生する光路長変化時に発生する干渉による信号の変化を抑えることができ、より正確に位置測定が可能となる。
　一方、測定対象物等で反射した光は、光プローブＰを逆行し、カプラＣＢによって測定光および位置確定光に分岐され、それぞれ測定光検出器ＤＡおよび位置確定光検出器ＤＢによって検出される。なお、カプラＣＢは、光源ＳＡ，ＳＢからの測定光および位置確定光は通過させ、光プローブＰから逆行する光は、波長によって測定光と位置確定光とに分離する機能を有する光学素子である。
　測定光検出器ＤＡからの信号は、測定対象物の光特性測定に用いられる。位置確定光検出器ＤＢからの信号は、同期信号発生回路ＳＹに供給され、光走査部ＯＳの同期信号に変換される。
　カプラＣＡ，ＣＢは具体的には、サーキュレータ、波長選択フィルタ（例えば、ダイクロイックフィルタ）、ＷＤＭ（波長分割多重）素子などを使用できる。
　図２は、本発明に係る光プローブの一例を示す構成図である。図３は、光プローブの先端付近の各種構造を示す断面図である。光プローブは、ガイド管７０と、導光体７１と、集光レンズ７２と、プリズム７３などを備え、全体として屈曲可能なように構成されている。
　ガイド管７０は、円筒状の断面形状を有し、測定光に対する透過率が高い可撓性材料、例えば、フッ素樹脂などで形成される。導光体７１は、測定光および位置確定光に対する透過率が高い可撓性材料、例えば、光ファイバなどで形成される。導光体７１は、ガイド管７０の内部に収納され、軸周りに回転自在かつ軸方向に沿って変位自在に保持される。導光体７１の根元には、回転駆動機構が設けられ、導光体７１は、軸周りに一定の回転速度、例えば、１２００ｒｐｍで回転可能なように構成される。
　集光レンズ７２は、導光体７１の先端に装着される。プリズム７３は、測定光および位置確定光を反射する反射面を備え、集光レンズ７２に装着される。集光レンズ７２およびプリズム７３は、導光体７１と一体的に回転するとともに、測定光および位置確定光を半径方向に放射して、ガイド管７０の外部に位置する測定対象物を３６０度に渡って回転走査する。
　本実施形態において、ガイド管７０の側面には、測定光を透過し、位置確定光のみを導光体７１へ戻す特性を有するマークＭが配置される。こうしたマークＭは、測定光に対してガイド管７０と同じ光学特性を示すとともに、位置確定光に対してガイド管７０とは異なる光学特性を示すものが好ましく、例えば、光透過率や光散乱特性、光反射特性等が波長に応じて変化するような材料やコーティングが選ばれる。
　例えば、マークＭは、位置確定光のみを散乱するように構成してもよく、測定光が赤外光で位置確定光が可視光の場合、位置確定光の波長程度の微粒子をマークＭに含有させることによって、位置確定光は大きく散乱されるが、一方、より長い波長の赤外光はほとんど散乱されない構成が可能となる。この場合、位置確定光と測定光の波長は充分離れているように設定しなければならない。
　また、波長によって異なる反射率を持つ膜をマークＭとして形成することも可能であり、位置確定光の波長に対しては反射し、測定光の波長に対して透過とすることにより同様の効果を達成できる。
　このようなマークＭは、例えば特開昭５８－３１３０７号公報に示されるバンドパスフィルターや、特開昭５９－１９５２０５号公報に示される可視光領域のみ反射する多層膜ミラーを参照して構成することができる。
　さらに、体積反射型の回折格子を用いることも可能である。測定光が８００ｎｍ程度の赤外光の場合、その半分以下、例えば２００ｎｍから４００ｎｍの間のピッチの回折格子とすればよい。このような回折格子であれば、赤外光を透過させ、可視光を反射させることができる。
　マークＭは、図３（ａ）や図３（ｂ）に示すように、ガイド管７０の壁面の一部と置換するように形成してもよく、あるいはガイド管７０の外面または内面にコーティング膜として形成してもよい。
　図３（ａ）は、３６０度の走査領域において１個のマークＭを形成した例を示す。プリズム７３が回転して、光の照射方向がガイド管７０のマークＭがない部分に向いたとき、測定光はガイド管７０をそのまま通過し、位置確定光はガイド管７０では反射されない。
　一方、光の照射方向がマークＭに向いたときは、測定光はマークＭをそのまま通過するが、位置確定光はマークＭによって反射され、プリズム７３および集光レンズ７２を経由して導光体７１に戻る。導光体７１に再入射した位置確定光は、図１に示すように、カプラＣＢによって分岐し、位置確定光検出器ＤＢで検出され、同期信号に変換される。図３（ａ）の構成では、プリズム７３が１回転する毎に１個の同期信号が発生する。
　図３（ｂ）は、３６０度の走査領域において２個のマークＭを形成した例を示す。第１および第２のマークＭは１８０度間隔で配置され、マークを識別するために、第１のマークＭの幅は第２のマークＭの幅より大きくしている。プリズム７３が回転して、光の照射方向が第１のマークＭに向いたときは、測定光はマークＭをそのまま通過するが、位置確定光はマークＭによって反射されて導光体７１に戻り、第１の同期信号を発生する。さらに光の照射方向が第２のマークＭに向いたときは、測定光はマークＭをそのまま通過するが、位置確定光はマークＭによって反射されて導光体７１に戻り、第２の同期信号を発生する。こうしてプリズム７３が１回転する毎に２個の同期信号が発生する。一般に、Ｎ個のマークＭを３６０／Ｎ度の間隔で配置することによって、プリズム７３が１回転する毎にＮ個の同期信号が発生する。
　本発明に係るプローブは、回転走査プローブに適している。回転走査プローブにおいては、走査領域が連続的であるので、マークを走査領域外に設定することが困難であり、従来技術ではマークによる画像の欠損が避けられなかった。さらに、回転走査プローブにおいて回転駆動がプローブ根元で行われる方式に適している。回転駆動が根元に配置されている駆動方法では、ねじれ等が発生すると、駆動部での回転と先端部の回転状況が完全に一致しないことがある。そのため、先端部での駆動状態を直接測定できる本発明が適している。
　マークＭは、図２に示すように、ガイド管７０の長手方向に沿って複数配置してもよい。測定態様によっては、ガイド管７０を固定した状態で導光体７１を長手方向に沿って移動させることがある。光の照射方向がマークＭに向くと、位置確定光はマークＭによって反射されて導光体７１に戻り、同期信号が発する。そこで、導光体７１の移動に伴って発生する同期信号をカウントすることによって、導光体７１の変位量を計測することができる。
　このようにガイド管７０の側面に、測定光を透過し、位置確定光のみを導光体７１へ戻す特性を有するマークＭを配置することによって、測定光を用いた観察画像に影響を及ぼすことなく、位置確定光を用いて導光体７１の回転角及び／又は変位量を計測することができる。
　図４は、本発明に係る光プローブを光断層測定装置に適用した一例を示す構成図である。光断層測定装置は、低コヒーレンス光源を用いたマイケルソン干渉計として構成され、測定光源１０と、カプラ１２と、サーキュレータ２２，３２と、アッテネータ３３と、プローブ５０と、参照ミラー３０と、カプラ４０と、差動検出器４２ａ，４２ｂと、複数の光路１１，２１，３１，４１ａ，４１ｂなどを備え、さらに、位置確定光を同じ測定光路に導入して利用するために、位置確定光源６１と、位置確定光検出器６２と、カプラ６３とが追加される。光路１１，２１，３１，４１ａ，４１ｂは、可撓性の単一モード光ファイバを含む。
　測定光源１０は、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）等で構成され、例えば、中心波長が１．３μｍ、発振スペクトル幅が約５０ｎｍの低コヒーレンス光を発生する。測定光源１０からの測定光は、光路１１を通ってカプラ１２に到達する。
　カプラ１２は、光ファイバカプラやビームスプリッタ等で構成され、光路１１からの光を光路２１，３１に向けて所定の比率で分割する光分割手段としての機能を有する。
　カプラ１２によって分割された測定光は、光路２１およびサーキュレータ２２、カプラ６３を通って、プローブ５０に到達する。プローブ５０は、測定光を測定対象物に向けて照射する。測定対象物の内部構造に応じて反射した測定戻り光は、再びプローブ５０に入射し、光路２１を逆行して、サーキュレータ２２を通ってカプラ４０に到達する。
　カプラ１２によって分割された参照光は、光路３１、サーキュレータ３２およびアッテネータ３３を通って、参照ミラー３０に到達する。参照ミラー３０で反射した参照戻り光は、光路３１を逆行して、アッテネータ３３およびサーキュレータ３２を通ってカプラ４０に到達する。
　光路２１，３１をそれぞれ逆行した測定戻り光および参照戻り光は、カプラ４０で混合されて干渉光を発生する。カプラ４０は、光ファイバカプラやビームスプリッタ等で構成され、各光路２１，３１を逆行する光を干渉させる光干渉手段としての機能を備える。干渉光は、光路４１ａ，４１ｂを通って差動検出器４２ａ，４２ｂにそれぞれ到達する。差動検出器４２ａ，４２ｂは、２つの干渉信号の差分を出力する。
　差動検出器４２ａ，４２ｂからの信号は、各種のノイズ除去やフィルタ処理が施され、デジタル信号に変換された後、パーソナルコンピュータ等の信号処理装置に保存される。信号処理装置は、保存したデータを用いて、後述の光断層測定方式に応じて光断層像を構築する。
　光断層測定の方式は、タイムドメインＯＣＴ（ＴＤ－ＯＣＴ）とフーリエドメインＯＣＴ（ＦＤ－ＯＣＴ）に大別され、さらに、フーリエドメインＯＣＴは波長走査型ＯＣＴ（ＳＳ－ＯＣＴ）と分光器型ＯＣＴ（ＳＤ－ＯＣＴ）に分類される。タイムドメインＯＣＴでは、光路２１および光路３１のいずれか一方または両方に光位相変調器を設けて、走査信号に応じて光の位相を変調する。波長走査型ＯＣＴでは、光源１０として波長可変光源を用いて、走査信号に応じて光の波長を変調する。分光器型ＯＣＴでは、測定戻り光および参照戻り光の干渉光を回折格子で分光し、その分光スペクトルをリニアイメージセンサで計測する。
　本発明は、上述の何れの方式にも適用可能であるが、参照光路内に光路長を時間的に変動させる機構が不要となる点で、波長走査型ＯＣＴや分光器型ＯＣＴが好ましい。
　本実施形態では、測定戻り光と参照戻り光の干渉信号を差動検出することによって、測定光路からの光と参照光路からの光をカプラ４０で干渉させた信号は逆相の信号となるため、差動検出により信号強度が増強される。一方、例えば、測定光路内に配置したプリズム等の光学面で発生したゴースト起因の干渉信号は、カプラ４０で単に分割されるだけなので同相となり、差動検出によりノイズ信号が低減でき、その結果、良好な断層像を得ることができる。
　また、測定光と参照光は別々の光ファイバで伝送する構成であるため、参照側光路３１だけにアッテネータ３３の挿入が可能になる。そのため、参照戻り光の光量制御が容易に実現でき、干渉に最適な光量調整が図られる。さらに、測定光と参照光は別々の光路を通るため、測定光路内で発生するゴースト光の除去も可能となる。
　本実施形態では、位置確定光源６１からの位置確定光をカプラ６３を介して光路２１に導入している。プローブ５０が回転走査及び／又は直線移動すると、図２と図３に示したように、位置確定光は、マークＭで反射してプローブ５０に再び入射し、カプラ６３を通って位置確定光検出器６２で検出され、同期信号を発生する。この同期信号を利用することによって、プローブ５０の回転角及び／又は変位量を計測することができる。このときマークＭは測定光に対して透過であるため、測定光を用いた観察画像は欠落することなく、３６０度の回転走査角に渡って断層画像が得られる。
　本実施形態では、導光体を軸周りに回転させているが、プローブ先端にＭＥＭＳミラーを配置した走査系やファイバ自体を振動させて走査する系においても本発明は適用可能であり、プローブ先端での走査位置特定を測定光の減衰なく行えるため、良好なＯＣＴ画像を得ることができる。
　本発明は、観察画像に影響を及ぼすことなく、プローブ先端の位置や向きを検出できる光特性測定プローブを提供できる点で、産業上極めて有用である。
　１０　測定光源
　１１，２１，３１，４１ａ，４１ｂ　光路
　１２，４０，６３　カプラ
　２２，３２　サーキュレータ
　３３　アッテネータ
　４２ａ，４２ｂ　差動検出器
　５０　プローブ
　６１　位置確定光源
　６２　位置確定光検出器
　７０　ガイド管
　７１　導光体
　７２　集光レンズ
　７３　プリズム
　Ｍ　マーク

Claims (4)

  1. 　屈曲可能な光特性測定プローブであって、
    　光源からの光を伝送し、測定対象物に光を照射するための導光体と、
    　導光体を軸周りに回転自在かつ軸方向に沿って変位自在に保持するためのガイド管とを備え、
    　導光体は、測定対象物の光特性を測定するための測定光、および導光体の位置を測定するため位置確定光の少なくとも２種類の光を導光し、
    　ガイド管の側面には、測定光を透過し、位置確定光のみを導光体へ戻す特性を有するマークが配置されていることを特徴とする光特性測定プローブ。
  2. 　測定光は近赤外光であり、位置確定光は可視光であることを特徴とする請求項１記載の光特性測定プローブ。
  3. 　測定光は可干渉光であり、位置確定光は非干渉光であることを特徴とする請求項１または２記載の光特性測定プローブ。
  4. 　回転走査プローブであることを特徴とする請求項１記載の光特性測定プローブ。
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