(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）広帯域波長光源と、
（ｂ）該広帯域波長光源に接続される光ファイバと、
（ｃ）該光ファイバに接続されるコリメータレンズと、
（ｄ）該コリメータレンズの後方に配置されるビームスプリッタと、
（ｅ）該ビームスプリッタからの光波の一部を受ける空間分割型位相変調器と、
（ｆ）該空間分割型位相変調器に接続される高電圧信号発生器と、
（ｇ）前記空間分割型位相変調器の後方に配置されるハーフミラーと、
（ｈ）該ハーフミラーの後方に配置され、生体試料に信号光を照射するコリメータレンズと、
（ｉ）前記ビームスプリッタの出力光を受ける集光レンズと、
（ｊ）該集光レンズに接続される第１の光ファイバ及び第２の光ファイバと、
（ｋ）前記第１の光ファイバに接続されるマルチチャンネル分光器と、
（ｌ）前記第２の光ファイバに接続される光検出器と、
（ｍ）前記マルチチャンネル分光器と光検出器からの出力信号を取り込む画像データ処理用コンピュータとを備え、
（ｎ）前記生体試料からの断層画像を測定するとともに、前記マルチチャンネル分光器からの散乱光の波長スペクトルも同時に測定することを特徴とする分光学的断面画像測定装置。
【請求項２】
請求項１記載の分光学的断面画像測定装置において、前記広帯域波長光源を非線形光学結晶の結晶軸を周期的に反転させた周期ドメイン反転結晶を用いて創成することを特徴とする分光学的断面画像測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、断層画像と同時に分光を行い分光学的測定を行う分光学的断面画像測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、断面画像測定装置における断面画像に関して、スペクトル情報が得られていなかった。信号処理によってスペクトル情報を得た報告もあるが、直接測定でなく、信号処理のため信頼性に問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、断面画像測定において得られていなかったスペクトル情報が、信頼性の高い直接測定によって断層画像に加わることは、生体の代謝を始め活動状態が測定できることとなり、生化学的分野において重要なことである。
【０００４】
本発明は、上記状況に鑑みて、断層構造情報とその画像でのスペクトル情報を得ることができ、精確で信頼性の高い分光学的断面画像測定装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を発明するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕分光学的断面画像測定装置において、広帯域波長光源と、この広帯域波長光源に接続される光ファイバと、この光ファイバに接続されるコリメータレンズと、このコリメータレンズの後方に配置されるビームスプリッタと、このビームスプリッタからの光波の一部を受ける空間分割型位相変調器と、この空間分割型位相変調器に接続される高電圧信号発生器と、前記空間分割型位相変調器の後方に配置されるハーフミラーと、このハーフミラーの後方に配置され、生体試料に信号光を照射するコリメータレンズと、前記ビームスプリッタの出力光を受ける集光レンズと、この集光レンズに接続される第１の光ファイバ及び第２の光ファイバと、前記第１の光ファイバに接続されるマルチチャンネル分光器と、前記第２の光ファイバに接続される光検出器と、前記マルチチャンネル分光器と光検出器からの出力信号を取り込む画像データ処理用コンピュータとを備え、前記生体試料からの断層画像を測定するとともに、前記マルチチャンネル分光器からの散乱光の波長スペクトルも同時に測定することを特徴とする。
【０００６】
〔２〕上記〔１〕記載の分光学的断面画像測定装置において、前記広帯域波長光源を非線形光学結晶の結晶軸を周期的に反転させた周期ドメイン反転結晶を用いて創成することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【０００８】
図１は本発明の実施例を示す分光学的断面画像測定装置の全体構成図である。
【０００９】
この図において、１は広帯域波長光源、２はその広帯域波長光源１に接続される光ファイバ、３はその光ファイバ２に接続されるコリメータレンズ、４はビームスプリッタ、５はビームスプリッタ４からの光波の一部を受ける空間分割型位相変調器、６はその空間分割型位相変調器５に接続される高電圧信号発生器、７はハーフミラー、８はコリメータレンズ（対物レンズ）、９は生体試料、１０は集光レンズ、１１は第１の光ファイバ、１２はその第１の光ファイバ１１に接続されるマルチチャンネル分光器、１３は第２の光ファイバ、１４はその第２の光ファイバ１３に接続される光検出器、１５は上記したマルチチャンネル分光器１２と光検出器１４からの出力信号を取り込む画像データ処理用コンピュータである。
【００１０】
図１に示したように、この実施例の分光学的断面画像測定装置は、広帯域波長光源１と、照射光学系（２，３，４）、ビームスプリッタ４からの光波の一部を受ける空間分割型位相変調器５、その空間分割型位相変調器５に接続される高電圧信号発生器６、ハーフミラー７、コリメータレンズ（対物レンズ）８、生体試料９、集光レンズ１０、第１の光ファイバ１１、その第１の光ファイバ１１に接続されるマルチチャンネル分光器１２、第２の光ファイバ１３、その第２の光ファイバ１３に接続される光検出器１４、画像データ処理用コンピュータ１５で構成される。
【００１１】
そこで、広帯域波長光源１、照射光学系（２，３，４）、空間分割型位相変調器５、高電圧信号発生器６、ハーフミラー７、コリメータレンズ（対物レンズ）８、生体試料９、集光レンズ１０、第１の光ファイバ１１、第２の光ファイバ１３、光検出器１４で、従来のＯＣＴ原理に基づいて断層画像を測定するが、マルチチャンネル分光器１２（高速分光器）を用いることにより、散乱光の波長スペクトルも同時に測定する。
【００１２】
ここで、広帯域の光源について説明する。
【００１３】
現在、非線形光学結晶の結晶軸を周期的に反転させた周期ドメイン反転結晶を用いると波長変換が高効率に実現できることが実証されているが、コヒーレント光源（スペクトル幅が狭い）への応用のみである。そこで、ここではこれをインコヒーレント光源へ拡張して断層画像測定に有効な広帯域波長光源の創成に用いるように構成する。
【００１４】
まず、第１例として、図２（ａ）に示すように、コヒーレント光源λ0 〔図２（ｂ）参照〕の光波を周期ドメイン反転非線形光学結晶１６に入射して、複数の周期でもって、連続又は不連続な波長λ1 〜λ2 〔図２（ｃ）参照〕を得ることができる。上記した周期ドメイン反転非線形光学結晶１６では反転できる周期を自由に変えられるので発生光のスペクトルを自由に実現できる。つまり、断層画像測定に理想的な光源が実現できる。
【００１５】
また、第１例として、図２（ｄ）に示すように、励起光（連続又はパルス）を広帯域反射ミラー１７を具備する共振器１８に入射して、連続又は不連続な波長λ1 〜λ2 〔図２（ｃ）参照〕を得ることができる。
【００１６】
次に、２次元のアレイ状光検出器に入射される光波とその処理について説明する。
【００１７】
図３はその全体システムの説明図、図４は２次元のアレイ状光検出器の斜視図、図５はその２次元のアレイ状光検出器のｃ−ｄでの断面における光波を示す図である。
【００１８】
図３において、２１は低コヒーレンス光源、２２はレンズ、２３はスリット、２４はビームスプリッタ（ＢＳ）、２５は対物レンズ、２６は生体試料、２７はレンズ、２８は振動ミラー、２９はピエゾデバイス（ＰＺＴ）、３０は高圧アンプ、３１は発振器、３２はレンズ、Ｆは焦点距離である。
【００１９】
図３において、振動ミラー２８が周波数ｆで振動することにより、光波Ｓに対して、光波Ｒがシフトする。つまり、生体試料２６に、平面Ｐ１で高散乱点ａ，ｂがある場合に、平面Ｐ１からの後散乱光が２次元のアレイ状光検出器１の平面Ｐ２に結像するが、その強度が周波数ｆで時間的に変化する。
【００２０】
次に、光波Ｓと光波Ｒがビームスプリッタ２４で合波され、レンズ３２で結像されることにより、２次元のアレイ状光検出器１の平面Ｐ２上に時間的に変化する光強度分布が生じる。その状態を図４及び図５に示している。つまり、２次元のアレイ状光検出器１のｃ−ｄでの断面においては光強度ａ′，ｂ′が時間的に周波数ｆで変化する。
【００２１】
図６は２次元光ヘテロダイン走査検出システムの模式図、図７はその各部における信号強度を示す図である。
【００２２】
これらの図に示すように、時間Ｔ0 のスイッチング時間で順次２次元のアレイ状光検出器１がｉ＝１〜Ｎまで走査部によって切り換えられていき、最終的に端子ｃによって出力される。つまり、２次元のアレイ状光検出器１の外部出力端子ａ〔光強度〕は図７（ａ）に示すような信号強度を示している。ここで、ＣACは交流成分、ＣDCは直流成分を示している。また、第１段目の検波回路部３Ａの出力端子ｂ〔検波後〕は図７（ｂ）に示すような信号強度を示し、第２段目の検波回路部３Ｂの出力端子ｃ〔帯域フィルタ通過後〕は図７（ｃ）に示すような信号強度を示す。すなわち、図７（ｃ）ではビート信号の振幅に応じた信号強度が画素信号として出力される。
【００２３】
図８はヘテロダイン光検出システムの模式図である。
【００２４】
この図において、４１は光源、４２は光ファイバ、４３はレンズ、４４はビームスプリッタ、４５はコリメータレンズ、４６は生体試料、４７は光変調器、４８は高圧アンプ、４９は発振器、５０はレンズ、５１は光ファイバ、５２は光検出器である。
【００２５】
別に記述している原理に従って光波Ｓと光波Ｒの光路がコヒーレンス長以内で等しいときに光検出器５２からはヘテロダインビート信号が測定され、散乱点４６Ａからの後散乱光強度が測定されることになる。よって、この場合、生体試料４６をｘ方向に走査すれば、深さ方向のプロファイル、ｙ方向に走査すれば、横方向のプロファイルが測定される。
【００２６】
これにより、ｘ方向走査→ｙ方向１ステップ走査→ｘ方向走査→ｙ方向１ステップ走査を繰り返せば、ｘ，ｙ面断層像が測定できる。
【００２７】
図９は本発明の分光学的断面画像測定装置の構成図である。
【００２８】
この図において、６１は光源、６２はレンズ、６３はビームスプリッタＢＳ、６４はハーフミラー、６５はコリメータレンズ、６６は生体試料、６７は空間分割型位相変調器、６８は集光レンズ、６９は第２の光ファイバ、７１は第１の光ファイバ、７０は光検出器、７２はマルチチャンネル分光器、７３は画像データ処理用コンピュータである。
【００２９】
図１０は本発明にかかるマルチチャンネル分光器の構成図である。
【００３０】
この図において、８１は分光器本体、８２はその分光器本体８１に形成されるスリット、８３は凹面鏡Ｍ１、８４は回折格子であり、この回折格子８４は波長によって出射角が異なる。８５は凹面鏡Ｍ２、８６はフォトダイオードアレイ、８７はマルチチャンネルディテクター、８８はレンズである。
【００３１】
第１の光ファイバ７１（図９参照）を介して得られた多波長光波はレンズ８８を経てスリット８２から分光器本体８１に取り込まれ、凹面鏡８３、回折格子８４、凹面鏡８５を経てフォトダイオードアレイ８６を有するマルチチャンネルディテクター８７で検出する。ここで、マルチチャンネル分光器７２は、本来の分光器の出射スリットの位置にフォトダイオードアレイなどのマルチチャンネルディテクター８７を配置したものである。これにより、旧タイプでの回析格子を機械的に回転することなく瞬時にスペクトル情報を測定できる。
【００３２】
そこで、測定Ａでは、図１１（ａ）に示すように、生体試料６６内のａ点からの散乱光の強度を測定する。測定Ｂでは、図１１（ｂ）に示すように、生体試料６６のａ点からの散乱光のスペクトルを測定することができ、スペクトル測定では、特定の波長λ1 ，λ2 ，λ3 ，λ4 に対する測定やλ1 〜λ2 の連続スペクトル測定も可能である。
【００３３】
それらの情報をコンピュータ７３（図９参照）で処理する。
【００３４】
このように構成したので、断層構造情報とその画像でのスペクトル情報を得ることができるので、新しい医療応用が期待される。
【００３５】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から除外するものではない。
【００３６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００３７】
従来、断層画像を計測する際に、得られていなかったスペクトル情報が、信頼性の高い直接測定によって断層画像に加わることになり、生体の代謝を始め活動状態が測定できることになり、特に、生化学的分野における実用的効果は著大である。
【００３８】
すなわち、断層画像に加えて、スペクトル情報も測定できることから、生化学的に新しい知見が得られ、医学分野では新しい臨床診断・基礎研究への応用が期待され、さらに、半導体や他の産業分野への幅広い応用が期待されその波及効果は多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例を示す分光学的断面画像測定装置の全体構成図である。
【図２】  本発明の実施例を示す広帯域波長光源の説明図である。
【図３】  ２次元光ヘテロダインシステムの説明図である。
【図４】  本発明の実施例を示す２次元のアレイ状光検出器の斜視図である。
【図５】  図４のアレイ状光検出器のｃ−ｄでの断面における光波を示す図である。
【図６】  本発明の実施例を示す２次元光ヘテロダイン走査検出システムの模式図である。
【図７】  図６の各部における信号強度を示す図である。
【図８】  ヘテロダイン光検出システムの模式図である。
【図９】  本発明に係る分光学的断面画像測定装置の構成図である。
【図１０】  本発明に係るマルチチャンネル分光器の構成図である。
【図１１】  本発明に係る光検出器の出力とスペクトル情報を示す図である。
【符号の説明】
１    広帯域波長光源
２，４２，５１，    光ファイバ
３，８，４５，６５    コリメータレンズ
４，２４，４４，６３    ビームスプリッタ
５，６７    空間分割型位相変調器
６    高電圧信号発生器
７，６４    ハーフミラー
９，２６，４６，６６    生体試料
１０，６８    集光レンズ
１１，７１    第１の光ファイバ
１２，７２    マルチチャンネル分光器
１３，６９    第２の光ファイバ
１４，５２，７０    光検出器
１５，７３    画像データ処理用コンピュータ
１６    周期ドメイン反転非線形光学結晶
１７    広帯域反射ミラー
１８    共振器
２１    低コヒーレンス光源
２２，２７，３２，４３，５０，６２，８８    レンズ
２３，８２    スリット
２５    対物レンズ
２８    振動ミラー
２９    ピエゾデバイス（ＰＺＴ）
３０，４８    高圧アンプ
３１，４９    発振器
４１，６１    光源
４６Ａ    散乱点
４７    光変調器
８１    分光器本体
８３    凹面鏡Ｍ１
８４    回折格子
８５    凹面鏡Ｍ２
８６    フォトダイオードアレイ
８７    マルチチャンネルディテクター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0003681608.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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