(57)【要約】【課題】  被検体の情報を精度よく取得する情報取得装置に用いる光学装置を提供する。【解決手段】  直線偏光の光を発する光源と、光源が発する光の偏光を制御する偏光制御部と、偏光制御部から射出された光を伝送する伝送部と、を有し、伝送部は走査され、偏光制御部は、走査位置ごとの伝送部の射出光量のばらつきを抑制するように、光源が発する光の偏光を制御する。【選択図】  図１
2017094008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線偏光の光を発する光源と、前記光源が発する光の偏光を制御する偏光制御部と、前記偏光制御部から射出された光を伝送する伝送部と、を有し、
前記伝送部は走査され、
前記偏光制御部は、走査位置ごとの前記伝送部の射出光量のばらつきを抑制するように、前記光源が発する光の偏光を制御することを特徴とする光学装置。
【請求項２】
直線偏光の光を発する光源と、前記光源が発する光の偏光を制御する偏光制御部と、前記偏光制御部から射出された光を伝送する伝送部と、を有し、
前記伝送部は走査され、
前記偏光制御部は、前記光源が発して前記偏光制御部を通過した光を前記伝送部に内包されるミラーの光入射面に対してｐ偏光成分とｓ偏光成分に分けた場合に、ｐ偏光成分とｓ偏光成分の強度の時間平均がほぼ１：１になるように、前記光源が発する光の偏光を制御する光学装置。
【請求項３】
前記伝送部は、前記伝送部から光を射出する射出方向と平行な方向に導波する少なくとも２つ以上の第１の導波管と、前記射出方向と垂直な面内方向に光を導波する第２の導波管と、前記第１の導波管と前記第２の導波管とを連結し、前記第１の導波管と前記第２の導波管それぞれの中を導波する光の導波方向を略垂直に曲げるように配置されたミラーを内包する関節部と、を有する多関節アームであり、
前記第２の導波管の両側には、前記関節部を介して前記第１の導波管がそれぞれ連結されており、
前記ミラーは、光源から発せられた光の波長に対して反射率の偏光依存性を有しており、
前記ミラーに対する前記光源から発せられた光の入射角度は、前記走査位置ごとに異なっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記偏光制御部は、前記ミラーのｐ偏光の反射率とｓ偏光の反射率の差が３．０％以上である波長において、前記走査位置ごとの前記伝送部の前記射出光量のばらつきが１．５％以内に抑制することを特徴とする請求項３に記載の光学装置。
【請求項５】
前記偏光制御部は、前記直線偏光の光を円偏光の光にすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項６】
前記偏光制御部は、１／４波長板を有することを特徴とする請求項５に記載の光学装置。
【請求項７】
前記偏光制御部は、前記光源が発する前記直線偏光の光を電場ベクトルが垂直で強度が略等しい２種類の直線偏光成分の光に分岐し、分岐した前記２種類の直線偏光成分の光を合波することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項８】
前記偏光制御部は、前記２種類の直線偏光成分のうち一方の成分の光を透過し、前記２種類の直線偏光成分のうち他方の成分の光を反射する偏光ビームスプリッタと、前記他方の成分の光を反射する反射部材と、を有することを特徴とする請求項７に記載の光学装置。
【請求項９】
前記偏光ビームスプリッタの反射面は、前記光源が発生する光の直線偏光の方向に対してほぼ４５度傾いて配置されていることを特徴とする請求項８に記載の光学装置。
【請求項１０】
前記偏光ビームスプリッタは、前記光源が発する前記直線偏光の光を前記２種類の直線偏光成分の光に分岐する第１偏光ビームスプリッタと、分岐した前記２種類の直線偏光成分の光を合波する第２偏光ビームスプリッタと、を有し、
前記一方の成分の光は、前記第１偏光ビームスプリッタを透過した後、前記第２偏光ビームスプリッタを透過し、
前記他方の成分の光は、前記第１偏光ビームスプリッタ、前記反射部材、前記第２偏光ビームスプリッタで、この順で反射され、前記一方の成分の光と合波されることを特徴とする請求項８又は９に記載の光学装置。
【請求項１１】
前記光源が発する光の消光比は、１００：１以上であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の光学装置と、
前記伝送部を伝送された光を照射する照射部と、
前記照射部から被検体に光が照射されることにより発生する音響波を検出して電気信号を出力する検出部と、
前記電気信号に基づいて前記被検体の内部の情報を取得する取得部と、を有することを特徴とする情報取得装置。
【請求項１３】
前記光源は、波長可変光源であり、
前記伝送部の前記射出光量は、前記光源から発せられる光の波長ごとで異なり、
前記取得部は、前記波長ごとに異なる、前記伝送部の前記射出光量に関する情報を基に、前記被検体の内部の情報を取得することを特徴とする請求項１２に記載の情報取得装置。
【請求項１４】
前記光源は、波長差が３０ｎｍ以上の２つの波長を少なくとも発することを特徴とする請求項１３に記載の情報取得装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学装置及び情報取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体内の吸収係数などの光学特性値を求める方法の１つとして、光音響トモグラフィー（Ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、以下ＰＡＴという）がある。ＰＡＴでは、レーザなどの光源から発生したパルス光が生体に照射されると、光は生体内を拡散しながら伝搬する。生体内の光吸収体は、伝搬してきた光を吸収して光音響波（典型的には超音波）を発生する。この光音響波を検出部で受信し、受信した信号を解析することにより、生体内の光吸収体に起因した初期音圧分布を得ることができる。ＰＡＴにおいて光吸収により生体内の光吸収体から得られる光音響波の初期音圧Ｐは次式で表すことができる。
【０００３】
Ｐ＝Г・μａ・Φ  ・・・式（１）
ここで、Гは弾性特性値であるグリューナイゼン係数であり、体積膨張係数βと音速ｃの二乗の積を比熱Ｃｐで割ったものである。μａは光吸収体の吸収係数、Φは光吸収体に吸収される光束である。式（１）から分かるように、任意の位置の初期音圧に対して、その位置に到達する光量を考慮することにより、吸収係数を得ることができる。吸収係数を精度良く取得するためには、被検体に照射される光量のばらつきが小さいことが好ましいが、光量のばらつきをなくすことは困難である。特許文献１では、レーザ光源と走査用光伝送部を有するレーザ走査光学系において、被走査面で生じる照度分布むらを低減するために、折り返しミラーのｐ偏光の反射率とｓ偏光の反射率とを制御することが開示されている。
【０００４】
ところで、広範囲の被検体に光を照射する場合には、被検体に対して光の照射位置を走査することが考えられる。そのために、光の照射部を移動可能に構成して、光源から照射部まで光を伝送する伝送部も移動可能に構成することが考えられる。特許文献２には、伝送部として、光ファイバや鏡筒にミラーなどを組み込んだＡｒｔｉｃｕｌａｔｉｎｇ  ａｒｍ（多関節アーム）を用いることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１８２１４３号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１５／０１１４１２５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２の多関節アームを伝送部として用いると、多関節アームに内包されるミラーの光入射面に対して、レーザ光源の光の偏光状態が変化するため、多関節アームの射出端の位置、すなわち、被検体への光の照射位置によって偏光状態が変化する。この結果、多関節アームを構成するミラーの反射率が偏光依存性を持つ場合には、多関節アームの射出光量が、被検体への光の照射位置ごとにばらついてしまう。そのため、式（１）に基づく吸収係数分布等の被検体の情報を精度よく取得することができない。
【０００７】
本発明の目的は、被検体の情報を精度よく取得する情報取得装置とそれに用いられる光学装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様の光学装置は、直線偏光の光を発する光源と、前記光源が発する光の偏光を制御する偏光制御部と、前記偏光制御部から射出された光を伝送する伝送部と、を有し、前記伝送部は走査され、前記偏光制御部は、走査位置ごとの前記伝送部の射出光量のばらつきを抑制するように、前記光源が発する光の偏光を制御することを特徴とする。
【０００９】
本発明の別の態様の光学装置は、直線偏光の光を発する光源と、前記光源が発する光の偏光を制御する偏光制御部と、前記偏光制御部から射出された光を伝送する伝送部と、を有し、前記伝送部は走査され、前記偏光制御部は、前記光源が発して前記偏光制御部を通過した光をｐ偏光成分とｓ偏光成分に分けた場合に、ｐ偏光成分とｓ偏光成分の強度の時間平均がほぼ１：１になるように、前記光源が発する光の偏光を制御することを特徴とする。
【００１０】
本発明の情報取得装置は、上記の光学装置と、前記伝送部を伝送された光を照射する照射部と、前記照射部から前記被検体に光が照射されることにより発生する音響波を検出して電気信号を出力する検出部と、前記電気信号に基づいて前記被検体の内部の情報を取得する取得部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、被検体情報を精度良く取得する情報取得装置とそれに用いられる光学装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態１に係る情報処理装置の一例を示す模式図
【図２】実施形態１に係る多関節アームの一例を示す模式図
【図３】本発明の課題を説明するための図
【図４】実施形態１に係る情報処理方法の一例を示す模式図
【図５】実施形態２に係る偏光制御部の一例を示す模式図
【図６】実施形態３に係る情報処理装置の一例を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明において、音響波とは、音波、超音波、光音響波と呼ばれるものを含み、被検体に近赤外線等の光（電磁波）を照射して被検体内部で発生する弾性波のことを示す。また、本発明の情報取得装置は、人や動物の悪性腫瘍や血管疾患などの診断や化学治療の経過観察などを主な目的とし、被検体の内部の被検体情報を取得する装置である。よって、被検体としては生体、具体的には人体や動物が想定され、その一部、例えば乳房や指、手足などが診断の対象部位として想定される。
【００１４】
本発明に係る被検体情報とは、光音響効果により発生した光音響波の発生音圧（初期音圧）、光エネルギー吸収密度、光吸収係数、および組織を構成する物質の濃度等である。ここで、物質の濃度とは、酸素飽和度、オキシヘモグロビン濃度、デオキシヘモグロビン濃度、および総ヘモグロビン濃度等である。総ヘモグロビン濃度とは、オキシヘモグロビン濃度およびデオキシヘモグロビン濃度の和である。
【００１５】
また、被検体情報は、数値データとしてだけではなく、分布データであってもよい。すなわち、光吸収係数分布や酸素飽和度分布などの分布データを被検体情報としてもよい。被検体情報は、画像データという形式であってもよい。
【００１６】
以下に、本発明に係る光学装置及び情報取得装置について説明する。本発明の光学装置は、情報取得装置に用いられる光学装置である。この光学装置は、直線偏光の光を発する光源と、光源が発する光の偏光を制御する偏光制御部と、偏光制御部から射出された光を伝送する伝送部と、伝送部を伝送された光を照射する照射部と、を有している。伝送部は走査される。そして、偏光制御部は、走査位置ごとの伝送部の射出光量のばらつきを抑制するように、光源が発する光の偏光を制御している。このため、この光学装置を情報取得装置に用いると、光量の走査位置ごとのばらつきが抑制され、吸収係数分布等の被検体の情報を精度よく取得することができる。なお、偏光制御部については、各実施形態で説明する。
【００１７】
本発明の情報取得装置は、光学装置の他に、伝送部で伝送された光を被検体に照射する照射部を有している。さらに、本発明の情報取得装置は、照射部から被検体に光が照射されることにより発生する音響波を検出して電気信号を出力する検出部と、電気信号に基づいて被検体の内部の情報を取得する取得部と、を有している。そして、情報取得装置は、検出部を支持する支持部を有していてもよい。
【００１８】
（光源）
被検体が生体の場合、光源からは、生体を構成する成分のうち特定の成分に吸収される波長のパルス光が照射される。本発明において使用する波長は、被検体内部まで光が伝搬する波長であることが望ましい。具体的には、被検体が生体の場合、６００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下である。また、効率的に光音響波を発生させるために、パルス幅は１０ｎｓ以上１００ｎｓが好適である。光源としては数１０ｍＪ／ｐｕｌｓｅ以上の出力が得られるレーザが好ましい。レーザとしては、固体レーザ、ガスレーザ、色素レーザ、半導体レーザ、ファイバーレーザなど様々なレーザを使用できる。光源の照射のタイミング、波形、強度等は制御部によって制御される。
【００１９】
光源は、単一の光源で構成されていてもよいし、複数の光源で構成されていてもよい。また、複数の光源で構成される場合、その複数の光源が同じ波長帯域の光を発する光源のみで構成されていてもよいし、異なる波長帯域の光を発する光源を含んで構成されていてもよい。光源は、中心波長を変えることができる、いわゆる波長可変の光源であってもよい。波長可変の光源としては、チタンサファイアレーザや光パラメトリック発振を利用したＯｐｔｉｃａｌ  Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ（ＯＰＯ）など近赤外領域の波長を発振することが可能なレーザが好ましい。
【００２０】
（伝送部）
伝送部は、光源から発せられた光を照射部まで伝送させる。伝送部としては、多関節アームを用いることができる。多関節アームは複数の中空の導波管が、ミラーを内包した関節によって接続された光学系で構成され、一部の導波管は移動可能な構成である。伝送部は、これらの構成に、レンズやミラー、拡散板、ファイバを組み合わせた構成でもよい。光源からの光を直接ガルバノミラーや多関節アームに入射させてもよいし、レンズや拡散板等を用いて光を適切な密度や形状に変えてからガルバノミラーや多関節アームに入射させてもよい。また、伝送部は、光源と照射部とに光学的に接続されている。
【００２１】
伝送部は、高効率に安定した光束を所望の位置に伝送するだけでなく、必要に応じてエネルギー計測や光束分布測定、波長計等の測定器を含む構成要素を組み込むことも可能である。
【００２２】
（照射部）
照射部は、伝送部からの光を被検体に導くためのものである。照射部の材質としてはガラスや樹脂などが考えられるが、光を透過するものであれば何でもよい。また、照射部の表面に反射防止コーティングが施されていてもよい。さらに、照射部は、被検体上での照射強度や光分布、位置が好適になるように構成されていてもよい。
【００２３】
また、照射部は、ミラー、レンズ、プリズムなどの光学素子を用いることができる。照射部から被検体に照射される光の照射位置は、被検体の表面上を、１次元又は２次元的に走査可能に構成され、その照射位置を変える構成であってもよい。また、照射部自体が１次元又は２次元的に移動可能に構成され、その照射位置を変える構成であってもよい。
【００２４】
（検出部）
検出部は、パルス光により被検体表面及び被検体内部で発生する光音響波を受信し、光音響波をアナログ信号である電気信号（受信信号）に変換するものである。検出部は、圧電現象を用いたセンサ、光の共振を用いたセンサ、静電容量の変化を用いたセンサなど、光音響波を受信できるものであればどのようなセンサを用いてもよい。検出部としては、高解像な光音響画像を得るために、複数のセンサを１次元、２次元または３次元に配列したものが好ましい。また、検出部は、移動可能に構成されていることが好ましい。また、被検体や保持部の表面で反射した光や、被検体内部を散乱して被検体から出てきた光を再び被検体に戻すために、センサの表面に金膜などの反射膜を設けてもよい。
【００２５】
検出部は、多次元配列センサを用いることで、同時に複数の位置で音響波を検出することができ、測定時間を短縮できる。センサが３次元的に配置される場合は、それぞれのセンサの受信感度が強い指向領域が被検体の位置で重なるように、例えば、球面に沿って配置することが望ましい。
【００２６】
（支持部）
支持部は、複数の検出部の相対的な位置関係を維持するためのものである。支持部は剛性が高いものが望ましく、その材質として例えば金属が考えられる。被検体や保持部の表面で反射した光や、被検体内部を散乱して被検体から出てきた光を再び被検体に戻すために、支持部の被検体側の表面に金膜などの反射膜を設けてもよい。支持部は複数の検出部を隣接させて支持してもよいし、離して支持してもよい。
【００２７】
支持部は、センサが３次元的に配置されるように、被検体を覆うような容器形状で構成されていてもよく、その容器形状の支持部の内壁にセンサの音響波受信面が配置されるように構成されていてもよい。また、容器形状の支持部の内壁が球面などの曲面で構成されていてもよい。また、支持部に、照射部が取り付けられていてもよい。
【００２８】
（取得部）
取得部は、後述する電気信号収集部により収集された電気信号に基づいて、被検体の内部の被検体情報を取得する。具体的には、取得部は、電気信号収集部により収集された電気信号から３次元の被検体内の初期音圧分布を生成する。初期音圧分布の生成に関しては、例えば、ユニバーサルバックプロジェクション（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｂａｃｋ−ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ、以下ＵＢＰ）アルゴリズムやディレイアンドサム（Ｄｅｌａｙ  ａｎｄ  Ｓｕｍ）アルゴリズムを用いることができる。また、取得部は、伝送部の射出光量に関する情報を基に、被検体内の３次元の光分布情報を生成する。これは、２次元の光強度分布に関する情報から光拡散方程式を解くことで取得できる。電気信号から生成された被検体内の初期音圧分布と、照射部の光強度分布から生成された３次元光分布情報と、で規格化することで、被検体情報である被検体内の光吸収係数分布を得ることができる。また、複数の波長における光吸収係数分布を演算することで、被検体内のヘモグロビンの酸素飽和度分布を得ることができる。
【００２９】
取得部は、ＣＰＵとＤＲＡＭ、および不揮発メモリ、制御ポートから構成されるコンピュータで構成される。不揮発メモリに格納されたプログラムがＣＰＵで実行されることにより、各モジュールの制御が行われる。取得部は汎用コンピュータや専用に設計されたワークステーションであってもよい。ＣＰＵとしてはマルチコアＣＰＵなどを用いることができる。
【００３０】
（電気信号収集部）
電気信号収集部は、検出部で得られた電気信号を収集するものである。電気信号収集部は、効率よく処理するためにはアナログ信号からデジタル信号に変換するＡｎａｌｏｇ  Ｄｉｇｉｔａｌ（Ａ／Ｄ）変換部を有することが望ましい。電気収集部は、Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ（ＦＰＧＡ）などの専用ＩＣ（Ｄａｔａ  Ａｃｕｉｓｉｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍとも称する）で構成されていてもよい。
【００３１】
（音響整合材）
音響整合材は、被検体と検出部を音響的に接続するための部材である。このため、音響整合材の音響インピーダンスは、被検体と検出部との音響インピーダンスに近いことが望ましい。音響整合材の材料としては、水、ジェル、油などが考えられる。
【００３２】
（保持部）
保持部は、被検体に照射する光を透過させるために、光の透過率が高い部材が使われる。さらに、被検体からの光音響波を透過させるために、被検体と音響インピーダンスが近い材料が望ましい。このような保持部の一例としてはポリメチルペンテンやゴムシートが挙げられる。また、被検体からの光音響波を検出部で効率良く受信するために、水などの液体あるいはジェルなどを介して保持部と被検体を接触させることが好ましい。
【００３３】
保持部は、被検体の形状に合わせたカップ状で構成されていたり、被検体を挟んで固定するように２枚の保持板で構成されていたりする。
【００３４】
（走査部）
走査部は、伝送部を１次元又は２次元的に走査するものである。走査部は、照射部を２次元的に移動が可能にする走査ステージでもよい。走査部には、伝送部の移動した位置を検出する位置検出部が設けられていてもよい。走査部は、必要に応じて伝送部と検出部と照射部とを一体化して同時に走査する構成であってもよい。
【００３５】
（走査駆動部）
走査駆動部は、後述する制御部からの命令により、走査部を制御して、伝送部に所望の走査を与えるものである。走査駆動部は、走査部による走査が等速運動で連続的に行うように走査部を駆動してもよいし、移動とデータの受信をステップアンドリピートで行うように走査部を駆動してもよい。また、走査駆動部は、伝送部が円弧状やらせん状に走査するように走査部の駆動を行ってもよい。
【００３６】
（走査位置取得部）
走査位置取得部は、被検体にパルス光を照射した時の伝送部の走査位置を取得するものである。制御部が走査駆動部に与えた命令から伝送部の位置が認識できる場合は、位置検出部及び走査位置取得部は必ずしも必要なわけではない。伝送部と検出部と照射部とが一体化されている場合は、走査位置取得部によって、被検体にパルス光を照射した時の検出部の位置情報も同時に取得できる。
【００３７】
（制御部）
制御部は、所望のタイミングで音響波の検出が行えるように制御するものである。制御部は、後述する、光源制御部、走査制御部、電気信号収集制御部及びシステム制御部を有する。制御部は、制御プログラムを有するＣＰＵであってもよい。また、制御部は、プログラム動作におけるリソースの制御と管理などを行うオペレーティングシステムを稼働するものであってもよい。
【００３８】
（光源制御部）
光源制御部は、パルス光の発光タイミング、すなわち被検体にパルス光を照射するタイミングを制御するものである。例えば、光源制御部は、ある特定の繰り返し周波数でパルス光を発光させたり、又は、照射部の位置情報を基準としてパルス光を発光させたりするものである。
【００３９】
（走査制御部）
走査制御部は、走査駆動部を制御して、照射部に所望の動きを与えるものである。また、走査制御部は、被検体にパルス光を照射する瞬間の照射部の位置情報を取得するように走査位置取得部に命令を与える。走査制御部は、被検体の特定領域の音響情報を取得できるように、術者が関心領域を指定する機能を別に設けておき、その関心領域に対応した走査命令を走査駆動部に与えてもよい。
【００４０】
（電気信号収集制御部）
電気信号収集制御部は、被検体内で発生した音響波を検出部が検出するタイミング及び検出時間を制御するものである。被検体にパルス光を照射した瞬間から、又は、一定時間経過した後から、画像化したい被検体深さに相当する時間までの電気信号を収集させるように電気信号収集部に命令を与える。
【００４１】
（システム制御部）
所望のタイミングで音響波の検出が行えるように、光源制御部、走査制御部、電気信号収集制御部を連動させて制御するものである。
【００４２】
（被検体及び光吸収体）
これらは本発明の情報取得装置の一部を構成するものではないが、以下に説明する。光音響効果を用いた本発明の情報取得装置は、血管の撮影、人や動物の悪性腫瘍や血管疾患などの診断や化学治療の経過観察などを主な目的とする。被検体内部の光吸収体としては、使用する光の波長にもよるが、被検体内で相対的に吸収係数が高いものである。具体的には水や脂肪、タンパク質、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンなどが挙げられる。
【００４３】
以下、本発明の実施形態に関して図面をもとに説明する。
【００４４】
［実施形態１］
図１（ａ）、（ｂ）は本実施形態に係る情報取得装置の一例を説明する模式図である。情報取得装置は、光学装置７を有している。光学装置７は、直線偏光の光を発する光源２と、光源２が発する光の偏光を制御する偏光制御部１５と、偏光制御部１５から射出された光を伝送する伝送部１９と、を有している。さらに、情報取得装置は、伝送部１９を伝送された光を被検体８に照射する照射部６を有している。また、情報取得装置は、照射部６から被検体８に光３が照射されることにより光吸収体９から発生する光音響波１０を検出して電気信号を出力する検出部１２と、電気信号に基づいて被検体８の内部の情報を取得する取得部１４と、を有している。
【００４５】
被検体８は、保持部２１により保持されている。検出部１２は支持部２０の底面により支持されている。支持部２０は、曲面状の支持部であり、検出部１２の少なくとも一部を、その感度が最も高い方向が重なるように支持されている。また、照射部６は支持部２０の一部に設けられている。そして、照射部６は、検出部１２と被検体８の間に配置された、音響的に接続する音響整合材１１を介して、光源２から発せられた光３を被検体８に照射している。例えば、保持部２１は、曲面状の保持部であり、被検体８を挿入する開口部の直径は２５４ｍｍ、保持部２１の曲率半径は１８４．７ｍｍ、保持部２１の深さは中心部で５０ｍｍである。また、保持部２１の材質はＰＥＴ−Ｇである。支持部２０は、保持部２１と検出部１２の間を音響整合材１１で充填させるための容器で構成されている。
【００４６】
図１（ａ）は、照射位置が被検体８の中央にある場合の様子を表している。図１（ｂ）は、照射位置が被検体８の周辺部にある場合の様子を表している。本実施形態の伝送部１９は、多関節アームで構成されている。多関節アームの入射端は光源２と偏光制御部１５を介して光学的に接続されている。一方、多関節アームの射出端は照射部６に光学的に接続されている。走査ステージ（走査部）１６は、一体で構成された、多関節アームの射出端、照射部６、検出部１２、支持部２０を、ＸＹ面内方向に移動させる。照射部６から射出される光３の射出方向はＺ方向である。走査ステージ１６により、伝送部１９や照射部６が移動することにより、照射部６から射出される光３の照射位置は、被検体８の表面を走査される。
【００４７】
制御部１は、情報取得装置の動作を制御するものであり、光源制御部、走査制御部、電気信号収集制御部、及び全体を制御するシステム制御部を備えている。光源制御部は、光源２の動作を制御している。走査制御部は、走査ステージ１６を制御している。電気信号収集制御部は、取得部１４内の電気信号収集部の制御を行っている。
【００４８】
光源２は光束の電場ベクトルが一様な直線偏光を発振する。光源２は共振内部のレーザ媒質で反転増幅が生じ、共振器の発振閾値を超えることでレーザ発振する。レーザ媒質から生じる自然放出に方向依存性が無い場合、即ちレーザ媒質に結晶異方性が無い場合は、光子はどの方向にも一様に増幅されるため、ランダムな自然放出がそのまま増幅されたランダム偏光となる。しかし、レーザ発振の安定化や高出力化を実現するために、多くのレーザは直線偏光である。本発明に適合する光源２は直線偏光の光束を発振するものである。光源２は、個体ばらつきや共振器内部の部材特性ばらつきにより、ｐ偏光に対するｓ偏光の消光比が１０００：１、場合によっては１００：１程度の直線偏光になることもある。このような消光比であれば、光源２から発振する光束は、一様な直線偏光になるレーザ光とみなすことができる。また、光源２は、消光比が無限大となる完全直線偏光のレーザであってもよい。つまり、光源２は、消光比が１００：１以上の直線偏光の光を発する光源である。
【００４９】
また、近年、加工用に、電場ベクトルが全て中心から放射状に向かうラジアル偏光、電場振動が常に円周方向のアジマス偏光になるレーザ開発が行われている。本発明では、光源２としては、このようなラジアル偏光やアジマス偏光を発振するレーザ光源は含まない。
【００５０】
図２（ａ）は、多関節アームの構成を具体的に示した模式図である。多関節アームは、部材１９１乃至１９８で構成されている。部材１９３，１９６は、水平導波管である。水平導波管は、伝送部１９又は照射部６からの光の射出方向（Ｚ方向）と交差する面内方向（ＸＹ面内方向）に光を導波する機能を有している。部材１９１，１９２，１９４，１９５，１９７は、導波管であり関節部でもある。部材１９１，１９２，１９４，１９５，１９７は、導波する光の導波方向を略垂直に曲げるように配置されたミラーを内包している。ここで「略垂直に曲げる」とは、８５度以上９５度以下の角度で曲げることをいう。また、部材１９１，１９２の組み合わせ、部材１９４，１９５の組み合わせ、部材１９７，１９８の組み合わせはそれぞれ、垂直導波管を構成している。垂直導波管は、伝送部１９又は照射部６からの光の射出方向（＋Ｚ方向）と平行な方向に光を導波する機能を有している。部材１９８は、照射部６と光学的に接続されている。
【００５１】
水平導波管である部材１９３の両側には、関節部である部材１９２，１９４を介して、部材１９１，１９２の組み合わせからなる垂直導波管、部材１９４，１９５の組み合わせからなる垂直導波管が連結されている。また、水平導波管である部材１９６の両側には、関節部である部材１９５，１９７を介して、部材１９４，１９５の組み合わせからなる垂直導波管、部材１９７，１９８の組み合わせからなる垂直導波管が連結されている。
【００５２】
部材１９１は、ＸＹ面内方向で固定されている。部材１９２乃至１９４は、部材１９１，１９２の組み合わせからなる垂直導波管の軸を回転軸ＤとしてＸＹ面内方向で回転可能に構成されている。部材１９５乃至１９８は、部材１９４，１９５の組み合わせからなる垂直導波管の軸Ｅを回転軸としてＸＹ面内方向で回転可能に構成されている。
【００５３】
光３は、多関節アームの入射端を構成する部材１９１から多関節アームに入射する。多関節アームに入射された光３は、部材１９１，１９２それぞれに内包されるミラーで反射されて、部材１９３を導波し、部材１９４，１９５に内包されるミラーに入射される。そして、その光３は、部材１９４，１９５に内包されるミラーで反射されて、部材１９６内を導波し、部材１９７に内包されるミラーで反射されて、多関節アームの射出端を構成する部材１９８から射出される。
【００５４】
図２（ｂ）は、多関節アームを図２（ａ）の＋Ｚ方向から見た図であり、照射位置の走査範囲もそれに重ねて示されている。照射位置の走査範囲の中心をＸＹ座標の原点とする。多関節アームの入射端の座標は（０，−５００）である。部材１９２の座標は（０，−４２５）である。部材１９３，１９６の光の導波方向の長さは、ともに２９７ｍｍである。多関節アームの射出端の位置にある部材１９８は、照射位置の走査範囲で示された範囲内を移動する。多関節アームの射出端を走査範囲内で移動させるために、走査ステージ１６は、部材１９２乃至１９６がＸＹ面内を移動させる。
【００５５】
多関節アームの射出光量は、内包するミラーの反射率の影響を受ける。図３に、反射ミラーの反射率特性の一例を示す。波長７２５ｎｍ乃至７６０ｎｍまではｐ偏光とｓ偏光の反射率が９９％程度でほぼ等しいが、長波長側ではｐ偏光の反射率が徐々に低下し、波長８０５ｎｍでは反射率７０％となる。このように、波長によっては、ｐ偏光の反射率とｓ偏光の反射率が異なってしまう。以下では、ミラーのｐ偏光の反射率とｓ偏光の反射率の差が３．０％以上である波長７９７ｎｍの場合について述べる。
【００５６】
図３（ｂ）は、光源２から射出される光の波長が７９７ｎｍの場合における、多関節アームの射出端の座標、つまり走査位置ごとの多関節アームの透過率の分布を示す。このように多関節アームの透過率が走査位置ごとで異なると、伝送部からの射出光量が走査位置ごとに異なる。多関節アームの透過率は、多関節アームの入射端に入射する光の光量に対する多関節アームの射出端から射出される光の光量の比の値である。なお、多関節アームの射出端の座標は、被検体８の表面上の照射位置に対応している。
【００５７】
図３（ｂ）のような多関節アームの透過率の分布ができる理由は以下のとおりである。すなわち、多関節アーム内のミラーの反射面に入射する光３の入射角度が、射出端の位置に応じて異なるからである。このため、部材１９２，１９４，１９５，１９７に内包されるミラーでの反射は、射出端の座標に応じてｓ偏光とｐ偏光との割合が変わる。そのため、ミラーの反射率の偏光依存性を有していると、射出端の位置によって部材１９２，１９４，１９５，１９７に内包されるミラーでの偏光状態が変化し、反射率が異なる。その結果、多関節アームの透過率が射出端の座標ごとに変わってしまう。なお、部材１９１に内包するミラーでの反射は常に偏光状態は変わらず、反射率は変わらない。
【００５８】
ところで、一般的には反射率を向上させるために反射ミラーに誘電体多層膜を付与する。誘電体多層膜はｓ偏光よりｐ偏光の反射率を向上させにくい。複数波長の光束を伝送する場合は広波長帯域に対応した誘電体多層膜を付与する必要があるが、広波長帯域全体でｐ偏光の反射率とｓ偏光の反射率をほぼ等しくすることは難しいだけでなく高コストになる。更に、高エネルギーパルスレーザ光を利用する場合は、誘電体多層膜が光学損傷しやすくなるため、作成自体が困難になる。
【００５９】
上記目的を満たす為に、偏光制御部１５として、１／４波長板を用いる。１／４波長板は、入射光の電界振動方向（偏光面）にπ／２（＝λ／４）の位相差を与えるものである。１／４波長板は、入射光の偏光面が波長板の高速軸（又は低速軸）に対して４５°の方位角で入射した時に、直線偏光を円偏光の状態に変えることができる。なお、屈折率が小さい軸は高速軸、大きい軸は低速軸と呼ばれる。
【００６０】
本実施形態では、１／４波長板により、光源２から射出された直線偏光の光を円偏光に変えている。円偏光では電場が回転するため、電場振動の１周期ではｐ偏光とｓ偏光の比がほぼ１：１になる。つまり、偏光制御部１５は、偏光制御部１５を通過した光を多関節アームに内包されるミラーの光入射面に対してｐ偏光成分とｓ偏光成分に分けた場合に、ｐ偏光成分とｓ偏光成分の強度の時間平均がほぼ１：１にしている。なお、比がほぼ１：１とは、比の値が０．９以上１．１以下のことをいう。
【００６１】
円偏光の光束が多関節アームに入射した場合、多関節アームのミラーの反射率の偏光依存性の違いに係わらず、走査位置ごと多関節アームでの射出光量のばらつきを抑制することができる。より具体的には、走査位置ごとの伝送部１９の射出光量のばらつきが１．５％以内に抑制することができる。このように、ミラーのｐ偏光の反射率とｓ偏光の反射率の差が３．０％以上である波長であっても、走査位置ごとの伝送部１９の射出光量のばらつきが１．５％以内に抑制することができる。
【００６２】
次に、本実施形態における情報取得方法のフローを、図４を用いて説明する。Ｓ１で測定を開始した後、走査ステージ１６が測定開始点に移動する（Ｓ２）。次に、光源２が光３を照射する（Ｓ３）。次に、検出部１２が光音響波１０を受信する（Ｓ４）。次に、検出部１２が受信した信号を取得部１４に転送する（Ｓ５）。次に、予め指定した範囲内の撮像が終了したかどうかをシステムが判断する（Ｓ６）。予め指定した範囲内の撮像が終了していないとシステムが判断した場合には、走査ステージ１６が次の測定点に移動し（Ｓ７）、再びＳ３に戻り、Ｓ３〜Ｓ６を順に行う。
【００６３】
Ｓ６で、予め指定した範囲内の撮像が終了したとシステムが判断した場合には、全ての波長での測定が終了したかどうかをシステムが判断する（Ｓ８）。全ての波長での測定が終了していないとシステムが判断した場合には、波長切替部が光源２の波長を切り替え（Ｓ９）、Ｓ２に戻る。そして、Ｓ２〜Ｓ８を順に行う。Ｓ８で全ての波長での測定が終了したとシステムが判断した場合には、検出部１２で受信した信号に基づいて、取得部１４が被検体８内の初期音圧分布を波長ごとに取得する（Ｓ１０）。その後、取得部１４が初期音圧分布から吸収係数分布を波長ごとに取得する（Ｓ１１）。そして、波長ごとに取得した吸収係数分布を用いて酸素飽和度分布を取得する（Ｓ１２）。そして、測定は終了する（Ｓ１３）。
【００６４】
図４の情報取得方法では、光源２として波長可変光源を用いて、複数の波長で、吸収係数分布等を取得した例を示したが、１波長で初期音圧分布を取得して、測定を終えるようにしてもよい。この場合には、図４のＳ８，Ｓ９，Ｓ１２の処理は不要である。また、Ｓ１０、Ｓ１１では、取得部１４が、１波長での初期音圧分布、吸収係数分布を取得する。
【００６５】
また、Ｓ１１において、取得部は、初期音圧分布と、前記波長ごとに異なる多関節アームの射出光量に関する情報と、を基に、吸収係数分布を取得するようにしてもよい。これは以下の理由からである。図３（ａ）で示すように、波長によって、例えばｐ偏光に対するミラーの反射率が大きく異なっている。そのため、本実施形態では、走査位置ごとの多関節アームの射出光量のばらつきは抑制されるが、光源から発せられる光の波長ごとで多関節アームの射出光量は異なっている。そこで、上述したよう前記波長ごとに異なる多関節アームの射出光量に関する情報を用いて吸収係数分布を取得すると、波長ごとの多関節アームの射出光量のばらつきが補正され、波長ごとの光吸収係数の定量性を向上させることできる。
【００６６】
波長ごとの伝送部（多関節アーム）の射出光量に関する情報は、波長ごとに伝送部に入射される前に測定した光量から推測される光量や波長ごとに伝送部から射出された後の光量から推測される光量などの情報である。射出光量に関する情報とは、伝送部の射出光量そのものでもよいし、伝送部の射出光量の逆数の値であってもよい。その他、射出光量に関する情報は、波長ごとの伝送部の射出光量のばらつきが反映されたものであれば限定されるものではない。また、多関節アームに入射される前や多関節アームから射出された後に光量を測定するために、光量測定部を設けておいてもよい。
【００６７】
光量測定部は光３の全部あるいは一部の光を受光する構成にすればよい。また、光量測定部は、光電変換部などの光センサを用いることができる。また、測定した光量は、被検体を保持部２１で保持する前の準備期間などに予め測定しておいてもよい。測定した光量のデータは、取得部１４内あるいは外部の記憶部で記憶しておいてもよい。光量測定部は、情報取得装置内に設けられ、光３の照射ごとに、その一部を分岐して光量測定部に入射するような構成であってもよい。
【００６８】
上述したように、反射率の偏光依存性は、波長によって異なっている。１波長では偏光依存性を抑えるように、多関節アーム内の各ミラーの構成を最適化できるが、複数の波長を用いて測定する場合には、コストや耐久性の観点を考えると、波長ごとに偏光依存性を抑制することは困難である。特に、波長差が３０ｎｍ以上の２波長を用いるような場合においては、波長ごとに反射率の偏光依存性を抑制することは難しい。そのため、波長ごとの多関節アームの射出光量のばらつきが大きくなるので、波長ごとの多関節アームの射出光量に関する情報を用いて、図４のＳ１１で吸収係数を取得するようにすることが好ましい。波長差が３０ｎｍ以上の２波長を用いるような場合とは、波長７５６ｎｍと波長７９７ｎｍを用いて、オキシヘモグロビン濃度とデオキシヘモグロビン濃度の差と総ヘモグロビン量とを取得して酸素飽和度分布を取得する場合が考えられる。
【００６９】
また、多関節アームの各ミラーにおいて、ｓ偏光に対する反射率とｐ偏光に対する反射率との差が大きい波長において、本実施形態の構成はより顕著な効果を奏する。例えば、ミラーにおいて、ｐ偏光の反射率とｓ偏光の反射率の差が３．０％以上である波長では、走査位置ごとの射出光量のばらつきが大きくなる。その場合でも、１／４波長板のような偏光制御部１５を用いると、走査位置ごとの伝送部１９の射出光量のばらつきを抑制できるので好ましい。走査位置ごとの伝送部１９の射出光量のばらつきを抑制することにより、取得部で取得される吸収係数分布の定量性を向上させることができる。
【００７０】
［実施形態２］
図５は、本実施形態の偏光制御部１５の構成を示す模式図である。本実施形態は、実施形態１と偏光制御部１５の構成が異なっており、それ以外は実施形態１と同じである。そのため、偏光制御部１５以外の説明は省略する。なお、本実施形態の情報処理装置も図１と同様である。
【００７１】
実施形態２の偏光制御部１５は、光源２が発する直線偏光の光３を電場ベクトルが垂直で強度が略等しい２種類の直線偏光成分の光に分岐し、分岐した２種類の直線偏光成分の光を合波する構成である。具体的には、偏光制御部１５は、第１偏光ビームスプリッタ１５１、第２偏光ビームスプリッタ１５２、第１反射部材１５３、第２反射部材１５４を有している。第１偏光ビームスプリッタ１５１は、２種類の直線偏光成分（ｐ偏光とｓ偏光）のうち一方の成分（例えばｐ偏光）の光を透過し、他方の成分（例えばｓ偏光）の光を反射している。また、第１偏光ビームスプリッタ１５１の反射面は、光源２が発生する光３の直線偏光の方向に対してほぼ４５度傾いて配置されている。この構成により、光源２が発する直線偏光の光３を電場ベクトルが垂直で強度が略等しい２種類の直線偏光成分の光に分岐することができる。なお、ほぼ４５度は、４０度乃至５０度の角度を指す。
【００７２】
第１反射部材１５３は、第１偏光ビームスプリッタ１５１で反射された他方の成分（ｓ偏光）の光を反射する。第２反射部材１５４は、第１偏光ビームスプリッタ１５１、第１反射部材１５３で反射された他方の成分（ｓ偏光）の光を反射している。第２偏光ビームスプリッタ１５２は、第１偏光ビームスプリッタ１５１を透過した一方の成分（ｐ偏光）の光を透過し、第１偏光ビームスプリッタ１５１、第１反射部材１５３、第２反射部材１５４で反射された他方の成分（ｓ偏光）の光を反射している。第２偏光ビームスプリッタ１５２は、２種類の直線偏光成分（ｐ偏光とｓ偏光）の光を同一光路上に合波している。
【００７３】
こうして、２種類の直線偏光成分の強度をほぼ等しくして、多関節アームに入射させている。この構成でも、実施形態１と同様に、光源２が発して偏光制御部１５を通過した光をｐ偏光成分とｓ偏光成分に分けた場合に、ｐ偏光成分とｓ偏光成分の強度の時間平均がほぼ１：１になっている。なお、本実施形態では、ｐ偏光成分とｓ偏光成分の強度は、時間平均でなくてもほぼ１：１になっている。この構成により、多関節アームのミラーの反射率の偏光特性があっても、２種類の光束の強度の合計は、走査位置によらず常にほぼ一定とすることができる。この結果、走査位置ごとの多関節アームの射出光量のばらつきを抑制することができる。ｐ偏光の反射率とｓ偏光の反射率の差が３．０％以上である波長において、走査位置ごとの多関節アームの射出光量のばらつきが１．５％以内に抑制される。
【００７４】
また、偏光制御部１５を通して、２種類の直線偏光成分の強度が異なる場合は、１／２波長板を使ったり、さらに偏光ビームスプリッタを使ったりして、２種類の直線偏光成分の強度が同じになるようにすることも可能である。１／２波長板や追加の偏光ビームスプリッタは、偏光制御部１５の外に配置されてもよいし、偏光制御部１５内のいずれかの部材の間に配置されてもよい。
【００７５】
また、図５から分かるように、偏光制御部１５において、第１偏光ビームスプリッタ１５１で分岐された一方の成分（ｐ偏光）の光と他方の成分（ｓ偏光）の光とで、光路長が異なる。そのため、一方の成分（ｐ偏光）の光と他方の成分（ｓ偏光）の光とが伝送部１９に入射するまでの時間がずれてしまう。本実施形態では、このずれた時間が、一方の成分（ｐ偏光）の光のパルスと他方の成分（ｓ偏光）の光のパルスとが重なる範囲に小さくしている。このため、この時間ずれによる問題は生じない。具体的には、偏光制御部１５内の各部材の位置や部材の間の距離を適宜設定することで、時間ずれを調整することができる。
【００７６】
［実施形態３］
図６は、本実施形態に係る情報取得装置の一例を説明する模式図である。本実施形態では、実施形態１又は２と、偏光素子１７を有する点で異なっている。
【００７７】
光源２から射出される光の偏光状態は、レーザ結晶の品質不均一さや共振器の製造ばらつきなどにより完全な直線偏光とはならない。このため、実施形態１では、完全な円偏光にすることが困難になる。また、実施形態２では、完全に強度の等しいｐ偏光とｓ偏光に分け難くなる。そのため、偏光素子１７によって、偏光制御部１５に入射する光束が一定の直線偏光状態としている。
【００７８】
偏光素子１７は、光源２と偏光制御部１５の間に配置され、光束の消光比が大きいものを用いることが好ましい。例えば、偏光素子１７としては、光源２の主要な直線偏光の光束が透過するように、偏光板や偏光ビームスプリッタ等を用いることができる。また、光源２への戻り光を考慮した場合、偏光素子１７は、平面型偏光ビームスプリッタを用いることが好ましい。
【符号の説明】
【００７９】
２  光源
１５  偏光制御部
１９  伝送部
【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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