光プローブおよび光断層画像化装置
【課題】
光プローブおよび光断層画像化装置において、回転ムラによる測定精度の劣化を低減するとともに、光プローブの細径化を安価に実現する。
【解決手段】
光ファイバ１２と略円筒形のフェルール１３、１４を光ファイバ１２の先端近傍で一体的に固定し、このフェルール１３、１４の先端で光ファイバ１２からのレーザ光Ｌを測定対象Ｓｂに向けて偏向する先端光学系１５を保持し、振動体４０をフェルール１３の外周面１３ｂに摺動自在に嵌合し、駆動手段３０が振動体４０を光軸ＬＰ方向に振動させる。
光プローブおよび光断層画像化装置において、回転ムラによる測定精度の劣化を低減するとともに、光プローブの細径化を安価に実現する。
【解決手段】
光ファイバ１２と略円筒形のフェルール１３、１４を光ファイバ１２の先端近傍で一体的に固定し、このフェルール１３、１４の先端で光ファイバ１２からのレーザ光Ｌを測定対象Ｓｂに向けて偏向する先端光学系１５を保持し、振動体４０をフェルール１３の外周面１３ｂに摺動自在に嵌合し、駆動手段３０が振動体４０を光軸ＬＰ方向に振動させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＯＣＴ（Optical Coherence Tomography）計測により光断層画像を取得する光断層画像化装置の光プローブおよびその光プローブが適用された光断層画像化装置に関するものである。より詳しくは、光プローブの先端に、レーザ光を測定対象に向けて偏向する先端光学系を回転させる駆動手段を設けた光プローブおよびその光プローブが適用される光断層画像化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、生体組織等の測定対象の断層画像を取得する方法の一つとして、ＯＣＴ計測により断層画像を取得する方法が提案されている。ＯＣＴ計測は、光干渉計の一種であり、光源から射出された低コヒーレント光を測定光と参照光に分割した後、この測定光が測定対象に照射されたときの測定対象からの反射光、もしくは後方散乱光と参照光とを合波し、この反射光と参照光との干渉光の強度に基づいて断層画像を取得するものである。以下、測定対象からの反射光、後方光散乱光をまとめて反射光という。
【０００３】
上記のＯＣＴ計測には、大きくわけてＴＤ（Time Domain）−ＯＣＴ計測とＦＤ（Fourier Domain）−ＯＣＴ計測の２種類が存在する。
【０００４】
ＴＤ−ＯＣＴ計測は、参照光の光路長を変更しながら干渉強度を測定することにより、測定対象の深さ方向の位置（以下、深さ位置という）に対応した反射光強度分布を取得する方法である。
【０００５】
一方、ＦＤ−ＯＣＴ計測は、参照光と信号光の光路長は変えることなく、光のスペクトル成分毎に干渉光強度を測定し、ここで得られたスペクトル干渉強度信号を計算機にてフーリエ変換に代表される周波数解析を行うことで、深さ位置に対応した反射光強度分布を取得する方法である。ＦＤ−ＯＣＴ計測は、ＴＤ−ＯＣＴ計測に依存する機械的な走査が不要となることで、高速な測定が可能となる手法として、近年注目されている。
【０００６】
ＦＤ−ＯＣＴ計測を行う装置で代表的なものとしては、ＳＤ（Spectral Domain）−ＯＣＴ装置とＳＳ（Swept Source）−ＯＣＴ装置の２種類が挙げられる。
【０００７】
ＳＤ−ＯＣＴ装置は、広帯域の低コヒーレント光を用い、干渉光を分光手段により各光周波数成分に分解し、アレイ型光検出器等にて光周波数成分毎の干渉光強度を測定し、ここで得られたスペクトル干渉は波形を計算機でフーリエ変換解析することにより、断層画像を構成するようにしたものである。
【０００８】
一方、ＳＳ−ＯＣＴ装置は、光周波数を時間的に掃引させるレーザ等を光源に用い、干渉光の光周波数の時間的変化に対応した信号の時間波形を測定し、これにより得られたスペクトル干渉強度信号を計算機でフーリエ変換することにより断層画像を構成するようにしたものである。
【０００９】
また、上記各方式の光断層画像化装置は、内視鏡と組み合わせて生体内計測へ適用するために内視鏡の鉗子チャンネルを挿通させて被検体内でレーザ光を照射する光プローブを用いることが知られている。一般的に、光プローブは、体腔内に挿入される先端部と駆動手段を内蔵する基端部とから構成される。
【００１０】
特許文献１には、被検体の内部に挿入される長尺のシース内に可撓性シャフトを配設し、可撓性シャフトが光ファイバを覆い、可撓性シャフトの先端に光ファイバからのレーザ光を測定対象に向けて偏向する先端光学系を固定し、この可撓性シャフトを基端部に内蔵されたモータで回転させてレーザ光を走査する光プローブが示されている。
【００１１】
非特許文献１には、近年のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術の発展に伴い、光プローブの先端近傍にＭＥＭＳモータを設け、先端光学系をＭＥＭＳモータの回転軸に固定して先端光学系を回転させることにより、レーザ光を走査する光プローブが示されている。
【特許文献１】特許３１０４９８４号公報
【非特許文献１】OPTICS EXPRESS 10390 / Vol.15, No.16 / 6 August 2007“In vivo three-dimensional microelectromechanical endoscopic swept source optical coherencetomography”
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１に示される光プローブは、先端光学系と基端側の駆動手段との間の距離が長いため、可撓性シャフトへの応力変動、シースと可撓性シャフトとの間の摩擦等の影響による回転ムラが発生し、測定精度が劣化する虞がある。
【００１３】
また、近年では、測定精度の向上とともに、光断層画像化装置に適用される光プローブの細径化の要求もある。
【００１４】
非特許文献１に示される光プローブは、構造が複雑なＭＥＭＳモータを使用するため、光プローブの細径化要求への対応が困難となるとともに、光プローブが高価なものになる。
【００１５】
本発明は、上記事情に鑑み、回転ムラを低減することにより、測定精度の劣化を低減するとともに、細径化可能な光プローブおよび光断層画像化装置を安価に実現する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の課題を解決するために、本発明の光プローブは、光ファイバと、この光ファイバの先端近傍で、この光ファイバと一体的に固定された略円筒形のフェルールと、このフェルールの先端で保持され、光ファイバからのレーザ光を測定対象に向けて偏向する先端光学系と、フェルールの外周面に摺動自在に嵌合された振動体と、振動体を光軸方向に振動させる駆動手段とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
ここで、「外周面に摺動自在」とは、外周面上の光軸方向の摺動だけではなく、外周面上の光軸回りの摺動も許容する意味である。
【００１８】
また、本発明の光プローブは、フェルールが外周面上に光ファイバの光軸回りに螺旋する溝を有し、振動体が溝を転動するベアリングとこのベアリングを収容する穴とを有するものでもよい。
【００１９】
また、本発明の光プローブは、フェルールが外周面上に光ファイバの光軸回りに螺旋する溝を有し、振動体が溝を摺動する突起を有するものでもよい。
【００２０】
また、本発明の光プローブの駆動手段は、電磁式、圧電式、静電式のいずれかの方式により振動体を光軸方向に振動させてもよい。
【００２１】
ここで、「電磁式」とは、コイルを励磁して発生した磁界により振動を発生する方式を意味する。上記「圧電式」とは、圧電素子を利用して振動を発生する方式を意味する。上記「静電式」とは、電界により振動を発生させる方式を意味する。
【００２２】
また、本発明による光断層画像化装置は、先に説明したような各計測方式の光断層画像化装置に、本発明による光プローブを用いたことを特徴とするものである。すなわち、本発明による光断層画像化装置は、レーザ光を射出する光源手段と、この光源手段から射出されたレーザ光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、測定光を測定対象に照射する光プローブと、測定対象に測定光が照射されたときの測定対象からの反射光と参照光とを合波する合波手段と、合波された反射光と参照光との干渉光を検出する干渉光検出手段と、検出された干渉光の周波数および強度に基づいて、測定対象の複数の深さ位置における反射強度を検出し、これらの各深さ位置における反射光の強度に基づいて測定対象の断層画像を取得する断層画像処理手段とを備えてなる光断層画像化装置において、光プローブが、本発明の光プローブを含むものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の光プローブは、光ファイバと、この光ファイバの先端近傍で、この光ファイバと一体的に固定された略円筒形のフェルールと、このフェルールの先端で保持され、光ファイバからのレーザ光を測定対象に向けて偏向する先端光学系と、フェルールの外周面に摺動自在に嵌合された振動体と、振動体を光軸方向に振動させる駆動手段とを備えることにより、駆動手段からの振動でフェルールと摺動自在に嵌合している振動体をフェルールの外周面上で光軸方向に往復動させるとともに、フェルールを光軸回りに回転動させるため、駆動手段は、先端光学系の近傍に配置可能となり、回転ムラを低減できる。また、駆動手段は、光軸方向に単純な振動を発生するものであれば良く、安価な構造が可能となる。
【００２４】
したがって、本発明の光プローブは、回転ムラによる測定精度の劣化を低減するとともに、細径化を安価に実現する。
【００２５】
また、本発明の光断層画像化装置も、本発明の光プローブが適用されたものであるから、先端光学系の回転ムラによる測定精度の劣化の低減を安価に実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照しながら本発明の光プローブ実施形態および本発明の光プローブが適用される光断層画像化装置の実施形態について説明する。図１は、本発明の光断層画像化装置の実施形態の概略構成図である。本実施形態において、光断層画像化装置は、ＳＳ−ＯＣＴ計測により光断層画像を取得する光断層画像化装置として説明する。
【００２７】
光断層画像化装置１００は、コネクタ１０１で着脱自在に接続された光プローブ１と、レーザ光Ｌを射出する光源手段１１０と、この光源手段１１０から射出されたレーザ光Ｌを分割する光ファイバカプラ１０２と、この光ファイバカプラ１０２により分割されたレーザ光から周期クロック信号ＴＣＬＫを出力する周期クロック生成手段１２０と、光ファイバカプラ１０２により分割された一方のレーザ光Ｌを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２に分割する光分割手段１０３と、この光分割手段１０３により分割された参照光Ｌ２の光路長を調整する光路長調整手段１３０と、光分割手段１０３により分割された測定光Ｌ１が光プローブ１から測定対象Ｓｂに照射され、この測定対象Ｓｂからの反射光Ｌ３を参照光Ｌ２と合波する合波手段１０４と、この合波手段１０４での反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出する干渉光検出手段１４０と、この干渉信号検出手段１４０から出力された干渉信号ＩＳを周波数解析することにより測定対象Ｓｂの断層画像Ｐを取得する断層画像処理手段１５０とを有している。
【００２８】
光プローブ１ついて説明する。光プローブ１は、図示しない内視鏡の鉗子チャネルを挿通する先端部１０と基端部２０から構成される。
【００２９】
光プローブ１の測定光Ｌ１の測定対象Ｓｂへの照射について説明する。図２は、先端部１０の概略断面図である。先端部１０は、同図に示すとおり、略円筒形の可撓性のシース１１と、このシース１１内に長手方向に配設された光ファイバ１２と、光ファイバ１２の先端近傍で、光ファイバ１２と一体的に固定されたフェルール１３、１４と、フェルール１３の先端で保持された略球形の先端光学系１５とを有している。フェルール１４は、フェルール１３に圧入固定されている。なお、シース１１の先端は、図示しないキャップにより閉塞されている。
【００３０】
光ファイバ１２は、先端面１４ａまでフェルール１４を挿通し、フェルール１４に接着剤等で固定されている。本実施形態では、フェルール１４の先端面１４ａを光ファイバ１２とともに、所定の傾斜角度で研磨することにより、光ファイバ１２の先端での不要な反射光を低減している。本実施形態では、傾斜角度をＡＰＣ（Angled PC）研磨規格に基づいて光軸ＬＰの垂直方向から約７度程度とするが、特に限定されるものではない。
【００３１】
先端光学系１５は、略球状の形状を有しており、光ファイバ１２から射出した測定光Ｌ１を偏向して測定対象Ｓｂに対し集光し、測定対象Ｓｂからの反射光Ｌ３を偏向して集光し、光ファイバ１２に入射させる。先端光学系１５の焦点距離は、一例として光軸ＬＰからシース１１の径方向に向かって３ｍｍ程度の位置である。先端光学系１５から出射する測定光Ｌ１は、光軸ＬＰの垂直方向から約７度程度傾いている。先端光学系１５は、接着剤等によりフェルール１３に固定されている。
【００３２】
本実施形態では、加工の容易性からフェルールを２部品構成として説明するが、特に限定されるものではない。光ファイバ１２の先端近傍で固定され、測定光Ｌ１が先端光学系１５に入射するように、先端光学系１５を保持する構造であれば、１部品であってもよい。
【００３３】
図３は、フェルール１３の形状図である。同図において、下図は、フェルール１３の斜視図、上図は、フェルール１３の外周面１３ａの展開図を示す。フェルール１３は、同図に示すとおり、外周面１３ａに、一例として２本の螺旋状の溝１３ｂを有している。
【００３４】
ここで、同図における角度位置を０から２πで表示すると、各溝１３ｂは、一例として外周面１３ａの円周上での間隔がπとなるように形成されている。各溝１３ｂの位置Ａ、位置Ｂ、位置Ｃは、溝１３ｂにおける先端位置、中間位置、基端位置を示す。また、同位置での基端面１３ｃからの距離は同一である。本実施形態では、一例として外周面１３ａでの円周上で、位置Ａ（５／６π、１１／６π）、位置Ｂ（１／２π、３／２π）、位置Ｃ（１／６π、７／６π）となるように各溝１３ｂを形成する。位置Ａと位置Ｃ間の外周面１３ａの円周上での間隔は、一例として２／３πである。
【００３５】
次に、光プローブ１の測定光Ｌ１の走査について説明する。図４は、先端部の第１の実施形態を示し、同図の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、図３で説明した各溝１３ｂの位置Ａ、位置Ｂ、位置Ｃに後述する振動体のベアリングが通過した状態を示すものである。
【００３６】
先端部１０は、測定光Ｌ１を光軸ＬＰ回りに走査するために、光軸ＬＰ方向の振動を発生する駆動手段３０と、駆動手段３０からの振動を光軸ＬＰ回りの回転に変換してフェルール１３、１４を光軸ＬＰ回りに回転させる振動体４０と、フェルール１４を回転保持する固定部５０を有している。
【００３７】
駆動手段３０は、固定部５０に固定された電磁コイル３１と、振動体４０に固定された磁石３２と、電磁コイル３１と磁石３２との間に配設された弾性体３３とから構成される。電磁コイル３１の励磁により、電磁コイル３１と磁石３２とは光軸ＬＰ方向に近接離間するように往復動する。フェルール１３を磁性体にすることにより、磁石３２の磁界と電磁コイル３１による磁界とが重なる領域が増えて伝達効率が向上する。また、弾性体３３は、電磁コイル３１と磁石３２による近接離間の往復動を安定させるとともに、振動体４０が固定部５０に対して光軸ＬＰ回りに回転することを抑制する。
【００３８】
振動体４０は、本実施形態では、一例として各溝１３ｂ上の外周面１３ａの円周上での間隔がπとなる位置に配置された、各溝１３ｂを転動する２個のベアリング４１と、このベアリング４１を収容する穴４２ａを有する保持器４２と、ベアリング４１の穴４２ａからの落下を防止するリング４３とから構成される。また、振動体４０は、本実施形態に限定されるものではなく、振動体４０が各溝１３ｂを摺動する突起を有する構造であってもよい。
【００３９】
固定部５０は、フェルール１４の外周面に形成された、光軸ＬＰに垂直な溝１４ｂを転動するベアリング５１と、ベアリング５１を収容する穴５２ａを有する保持器５２と、ベアリング５１の穴５２ａからの落下を防止するリング５３と、一端が保持器５２に固定され、他端が図示しない基端部２０に固定されている金属製のシャフト５４とから構成される。ここで、シャフト５４は、保持器５２を基端側に固定し、保持器５２が光軸ＬＰ回りに回転することを防止する。
【００４０】
次に、同図を用いて、先端部１０の測定光Ｌ１の走査について説明する。前述のとおり、同図の（Ａ）は、各ベアリング４１が、各溝１３ｂの位置Ａにある状態を示す。電磁コイル３１と磁石３２が互いに近接する方向の磁界を発生するように、電磁コイル３１を励磁すると、磁石３２および磁石３２と固定された振動体４０が基端側に引き寄せられる。
【００４１】
各ベアリング４１が溝１３ｂの位置Ａから転動を開始するとともに、保持器４２およびリング４３が基端側に移動を開始する。この時、前述のとおり、振動体４０は、シャフト５４により光軸ＬＰ回りの回転が防止されているため、各ベアリング４１が各溝１３ｂを転動することにより、フェルール１３をＲ１方向に回転させるせん断力が発生する
フェルール１３のＲ１方向の回転により、先端光学系１５、フェルール１４、光ファイバ１２がＲ１方向に回転する。また、フェルール１４のＲ１方向の回転により、保持器５２に受容されたベアリング５１が溝１４ｂを転動する。フェルール１３が同図の（Ａ）から１／３π回転すると、ベアリング４１は、同図の（Ｂ）に示す溝１３ｂの位置Ｂに到達し、フェルール１３が同図の（Ａ）から２／３π回転すると、ベアリング４１は、同図の（Ｃ）に示す溝１３ｂの位置Ｃに到達する。
【００４２】
ベアリング４１が溝１３ｂの位置Ｃに到達した後、電磁コイル３１と磁石３２が離間する方向の磁界を発生するように、電磁コイル３１の励磁を切り換えると、磁石３２および磁石３２と固定された振動体４０が先端側に引き離される。これにより、各ベアリング４１が溝１３ｂの位置Ｃから反対方向に転動を開始するとともに、同様の作用により、光ファイバ１２、フェルール１３、１４、先端光学系１５がＲ２方向に回転する。以後、電磁コイル３１の励磁の切換えを繰り返すように制御することで、光ファイバ１２、フェルール１３、１４、先端光学系１５が光軸ＬＰ回りに揺動し、先端部１０は、測定光Ｌ１を光軸ＬＰ回りに揺動させて走査する。一例として測定光Ｌ１が光軸ＬＰ回りに１０〜２０Ｈｚ程度の周波数で揺動するように、電磁コイル３１は、励磁が切り換えられる。ここで、揺動範囲が光ファイバ１２の強度範囲内である場合、光プローブ１は、先端部１０と図示しない基端部２０との間にロータリージョイントを有さずに、測定光Ｌ１を光軸ＬＰ回りに走査できるため、ロータリージョイントでの光損失を防止できる。
【００４３】
本実施形態では、各ベアリング４１と各溝１３ｂとが、外周面１３ａの円周上での間隔がπとなる位置に配置されるものとして説明するが、特に限定されるものではない。また、本実施形態では、ベアリング４１および溝１３ｂは２組として説明するが、特に限定されるものはなく、少なくとも１組以上であればよい。さらに、本実施形態での各溝１３ｂは、位置Ａと位置Ｃが外周面１３ａの円周上での間隔が２／３πとして説明したが、特に限定されるものではなく、光ファイバ１２の強度範囲内であればよい。
【００４４】
次に、先端部の第２の実施形態について説明する。図５は、先端部の第２の実施形態を示す。同図において、第１の実施形態と同一の構成には、同一の番号を付し、その説明は省略する。第２の実施形態では、振動部３０が電磁コイル３１および磁石３２の代わりに圧電素子を有する圧電振動子３４を有する点が相違する。圧電振動子３４は、光軸ＬＰ方向に振動するものである。また、圧電振動子３４は、同図の示すように、第１の実施形態よりも先端側に延出した保持器４２の先端面４２ｂに固定されている。第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、シャフト５４は、保持器５２を基端側に固定し、保持器５２が光軸ＬＰ回りに回転することを防止する。
【００４５】
また、圧電振動子３４は、小型化が容易という利点がある。一方、圧電振動子３４は、振動振幅が小さいため、第２の実施形態では、弾性体３３を共振させることにより、効率良く振動エネルギーを振動体４０に供給している。第２の実施形態の他の構成および作用は、第１の実施形態と同様であり、その説明は省略する。なお、駆動手段３０は、電界の方向を切換えて振動する静電式、その他の振動モータであってもよい。
【００４６】
再び図１を参照する。光源手段１１０は、波長を一定周期Ｔ０で掃印させながらレーザ光Ｌを射出するものである。具体的に、光源手段１１０は、半導体光増幅器（半導体利得媒質）１１１と光ファイバＦＢ１０とを有しており、光ファイブＦＢ１０が半導体光増幅器１１１の両端に接続された構造を有している。半導体光増幅器１１１は、駆動電流の注入により微弱な放出光を光ファイバＦＢ１０の一端側に射出するとともに、光ファイバＦＢ１０の他端側から入射された光を増幅する機能を有している。そして、半導体光増幅器１１１に駆動電流が供給されたとき、半導体光増幅器１１１および光ファイバＦＢ１０により形成される光共振器によりパルス状のレーザ光Ｌが、光ファイバＦＢ０へ射出される。
【００４７】
さらに、光ファイバＦＢ１０にはサーキュレータ１１２が結合されており、光ファイバＦＢ１０内を導波する光の一部がサーキュレータ１１２から光ファイバＦＢ１１側へ射出される。この光ファイバＦＢ１１から射出した光はコリメータレンズ１１３、回折光学素子１１４、光学系１１５を介して回転多面鏡（ポリゴンミラー）１１６において反射される。この反射された光は、光学系１１５、回折光学素子１１４、コリメータレンズ１１３を介して再び光ファイバＦＢ１１に入射される。
【００４８】
ここで、この回転多面鏡１１６は矢印Ｒ１方向に例えば３万ｒｐｍ程度の高速で回転するものであって、各反射面の角度が光学系１１５の光軸に対して変化する。これにより、回折光学素子１１４において分光された光のうち、特定の波長域からなる光だけが、再び光ファイバＦＢ１１に戻るようになる。この光ファイバＦＢ１１に戻る光の波長は光学系１１５の光軸と反射面との角度によって決まる。そして光ファイバＦＢ１１に入射した特定の波長域からなる光が、サーキュレータ１１２から光ファイバＦＢ１０に入射され、結果として特定の波長域からなるレーザ光Ｌが光ファイバＦＢ０側に射出される。
【００４９】
したがって、回転多面鏡１１６が矢印Ｒ１方向に等速で回転したとき、再び光ファイバＦＢ１１に入射される光の波長λは、時間の経過にともなって、一定周期で変化することになっている。
【００５０】
光源手段１１０は、最小掃引波長λminから最大掃引波長λmaxまで一定周期Ｔ０（例えば約５０μｓｅｃ）で掃引したレーザ光Ｌを射出する。この波長掃引されたレーザ光Ｌは、光ファイバＦＢ０側に射出され、そのレーザ光Ｌはさらに光ファイバカプラ１０２により、分岐して光ファイバＦＢ１、ＦＢ５にそれぞれ入射される。光ファイバＦＢ５に射出された光は、周期クロック生成手段１２０に導波される。
【００５１】
周期クロック生成手段１２０は、光源手段１１０から射出されるレーザ光Ｌの波長が一周期掃引される毎に１つの周期クロック信号ＴＣＬＫを断層画像処理手段１５０に出力するものである。
【００５２】
光分割手段１０３は、例えば２×２の光ファイバカプラから構成されており、光源手段１１０から光ファイバＦＢ１を介して導波されたレーザ光Ｌを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２に分割する。光分割手段１０３は、２本の光ファイバＦＢ２、ＦＢ３にそれぞれ光学的に接続されており、測定光Ｌ１は、光ファイバＦＢ２により導波され、参照光Ｌ２は、光ファイバＦＢ３により導波される。なお、本実施形態における光分割手段１０３は、合波手段１０４としても機能するものである。
【００５３】
光路長調整手段１３０は、光ファイバＦＢ３の参照光Ｌ２の射出側に配置されている。この光路長調整手段１３０は、断層画像の取得を開始する位置を調整するために、参照光Ｌ２の光路長を変更するものであって、光ファイバＦＢ３から射出された参照光Ｌ２を反射させる反射ミラー１３２と、反射ミラー１３２と光ファイバＦＢ３との間に配置された第１光学レンズ１３１ａと、この第１光学レンズ１３１ａと反射ミラー１３２との間に配置された第２光学レンズ１３１ｂとを有している。
【００５４】
光ファイバＦＢ３から射出した参照光Ｌ２は、第１光学レンズ１３１ａにより平行光になり、第２光学レンズ１３１ｂにより反射ミラー１３２に集光される。その後、反射ミラー１３２により反射された参照光Ｌ２は、第２光学レンズ１３１ｂにより平行光になり、第１光学レンズ１３１ａにより光ファイバＦＢ３に集光される。
【００５５】
光路長調整手段１３０は、第２光学レンズ１３１ｂと反射ミラー１３２とを固定した基台１３３と、この基台１３３を第１光学レンズ１３１ａの光軸方向に移動させるミラー移動手段１３４とを有している。そして基台１３３が矢印Ａ方向に移動することにより、参照光Ｌ２の光路長が変えられる。
【００５６】
合波手段１０４は、前述の通り２×２の光ファイバカプラからなり、光路長調整手段１３０により光路長の調整が施された参照光Ｌ２と、測定対象Ｓｂからの反射光Ｌ３とを合波し、光ファイバＦＢ４を介して干渉光検出手段１４０に射出する。
【００５７】
干渉光検出手段１４０は、合波手段１０４により合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出し、断層画像処理手段１５０に干渉信号ＩＳを出力する。なお、本実施形態において、干渉光検出手段１４０は、干渉光Ｌ４を光分割手段１０３で二分し、光検出器１４０ａ、１４０ｂに導き、これを演算してバランス検波をする。
【００５８】
図６は、断層画像処理手段１５０の概略構成図である。断層画像処理手段１５０は、補助記憶装置に読み込まれた断層画像プログラムをコンピュータ上で実行することにより実現される。この断層画像処理手段１５０は、干渉信号取得手段１５１、干渉信号変換手段１５２、干渉信号解析手段１５３、断層情報生成手段１５４、画像補正手段１５５、回転制御手段１５６等を有している。
【００５９】
干渉信号取得手段１５１は、周期クロック生成手段１２０から出力される周期クロック信号ＴＣＬＫに基づいて、干渉光検出手段１４０により検出された一周期分の干渉信号ＩＳを取得するものである。この干渉信号取得手段１５１は、周期クロック信号ＴＣＬＫの出力タイミングの前後の干渉信号ＩＳを取得する。なお、干渉信号取得手段１５１は、周期クロック信号ＴＣＬＫの出力タイミングを基準として一周期分の干渉信号ＩＳを取得するものであればよく、周期クロック信号ＴＣＬＫの出力タイミングは、掃引される波長帯域内であれば、波長の掃引開始直後、あるいは波長掃引終了直前に設定してもよい。
【００６０】
干渉信号変換手段１５２は、干渉信号取得手段１５１により所得された干渉信号ＩＳを波数ｋ（＝２π／λ）軸において等間隔になるように再配列するものである。具体的に、干渉信号変換手段１５２は、光源手段１１０の時間−波長掃引特性データテーブルまたは関数を予め有しており、この時間−波長掃引特性データテーブル等を用いて波数ｋ軸において等間隔になるように干渉信号ＩＳを再配列する。これにより、干渉信号ＩＳから断層情報を算出するときに、フーリエ変換処理、最大エントロピー法による処理等の周波数空間等において、等間隔であることを前提とするスペクトル解析法により精度の高い断層情報を得ることができる。なお、この信号変換手法の詳細はＵＳ５９５６３５５号明細書に開示されている。
【００６１】
干渉信号解析手段１５３は、干渉信号変換手段１５２により信号変換された干渉信号ＩＳを例えばフーリエ変換処理、最大エントロピー法、Ｙｕｌｅ−Ｗａｌｋｅｒ法等の公知のスペクトル解析技術により、断層情報ｒ（ｚ）を取得するものである。
【００６２】
回転制御手段１５６は、駆動手段３０の制御信号ＭＣに出力する。また、回転制御手段１５６には、基端部２０からの回転角度の情報が入力される。具体的に、回転角度の情報は、先端光学系１５にロータリーエンコーダ、振動体４０にリニアエンコーダ等を設けることにより、取得可能である。なお、回転角度の情報は、振動体４０の振動を一定の周波数で規則的に振動させることで予測可能となり、必ずしも必要ではない。
【００６３】
断層情報生成手段１５４は、干渉信号解析手段１５３により取得された一周期分（１ライン分）の断層情報ｒ（ｚ）を、光プローブ１の先端部１０の光軸ＬＰ回りの走査について取得して断層画像Ｐを生成するものである。この断層情報生成手段１５４は、順次取得される１ライン分の断層情報ｒ（ｚ）を断層情報蓄積手段１５４ａに記憶する。 ここで、断層情報生成手段１５４は、断層情報蓄積手段１５４ａからｎライン分の断層情報ｒ（ｚ）を一括して読み込み断層画像Ｐを生成する。なお、断層情報生成手段１５４は、断層情報ｒ（ｚ）を断層情報蓄積手段１５４ａから逐次読み込んで断層画像Ｐを生成することもできる。
【００６４】
画質補正手段１５５は、断層情報生成手段１５４により生成された断層画像Ｐに鮮鋭化処理、平滑化処理等を施す。
【００６５】
図１の表示手段１６０は、画質補正手段１５５により鮮鋭化処理、平滑化処理等が施された断層画像Ｐを表示する。
【００６６】
したがって、光プローブ１は、駆動手段３０からの振動によりフェルール１３と摺動自在に嵌合している振動体４０を外周面１３ｂ上に光軸ＬＰ方向に往復動させるとともに、フェルール１３を光軸ＬＰ回りに回動させるため、駆動手段３０を先端光学系１５の近傍に配置できるため、回転ムラによる測定精度の劣化が低減される。
【００６７】
また、駆動手段３０は、振動体４０を光軸ＬＰ方向に振動させればよく、構造も簡単となり、光プローブ１の細径化が可能であるとともに、安価に実現できる。
【００６８】
また、光断層画像化装置１００も、光プローブ１が適用されたものであり、回転ムラによる測定精度の劣化の低減を安価に実現できる。
【００６９】
なお、本実施形態の光断層画像化装置は、ＳＳ−ＯＣＴ計測により光断層画像を取得する光断層画像化装置として説明したが、本発明の光プローブは、ＳＤ−ＯＣＴ計測およびＴＤ−ＯＣＴ計測により光断層画像を取得する光断層画像化装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】光断層画像化装置１００の概略構成図
【図２】先端部１０の概略断面図
【図３】フェルール１３の形状図
【図４】先端部の第１の実施形態を示す図
【図５】先端部の第２の実施形態を示す図
【図６】断層画像処理手段１５０の概略構成図
【符号の説明】
【００７１】
Ｌ レーザ光
Ｌ１ 測定光
Ｌ２ 参照光
Ｌ３ 反射光
Ｌ４ 干渉光
ＬＰ 光軸
Ｐ 断層画像
Ｓｂ 測定対象
１ 光プローブ
１２ 光ファイバ
１３ フェルール
１３ａ 外周面
１３ｂ 溝
１４ フェルール
３０ 駆動手段
３１ 電磁コイル
３２ 磁石
１５ 先端光学系
４０ 振動体
４１ ベアリング
４２ａ 穴
１００ 光断層画像化装置
１０３ 光分割手段
１０４ 合波手段
１１０ 光源手段
１４０ 干渉光検出手段
１５０ 断層画像処理手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＯＣＴ（Optical Coherence Tomography）計測により光断層画像を取得する光断層画像化装置の光プローブおよびその光プローブが適用された光断層画像化装置に関するものである。より詳しくは、光プローブの先端に、レーザ光を測定対象に向けて偏向する先端光学系を回転させる駆動手段を設けた光プローブおよびその光プローブが適用される光断層画像化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、生体組織等の測定対象の断層画像を取得する方法の一つとして、ＯＣＴ計測により断層画像を取得する方法が提案されている。ＯＣＴ計測は、光干渉計の一種であり、光源から射出された低コヒーレント光を測定光と参照光に分割した後、この測定光が測定対象に照射されたときの測定対象からの反射光、もしくは後方散乱光と参照光とを合波し、この反射光と参照光との干渉光の強度に基づいて断層画像を取得するものである。以下、測定対象からの反射光、後方光散乱光をまとめて反射光という。
【０００３】
上記のＯＣＴ計測には、大きくわけてＴＤ（Time Domain）−ＯＣＴ計測とＦＤ（Fourier Domain）−ＯＣＴ計測の２種類が存在する。
【０００４】
ＴＤ−ＯＣＴ計測は、参照光の光路長を変更しながら干渉強度を測定することにより、測定対象の深さ方向の位置（以下、深さ位置という）に対応した反射光強度分布を取得する方法である。
【０００５】
一方、ＦＤ−ＯＣＴ計測は、参照光と信号光の光路長は変えることなく、光のスペクトル成分毎に干渉光強度を測定し、ここで得られたスペクトル干渉強度信号を計算機にてフーリエ変換に代表される周波数解析を行うことで、深さ位置に対応した反射光強度分布を取得する方法である。ＦＤ−ＯＣＴ計測は、ＴＤ−ＯＣＴ計測に依存する機械的な走査が不要となることで、高速な測定が可能となる手法として、近年注目されている。
【０００６】
ＦＤ−ＯＣＴ計測を行う装置で代表的なものとしては、ＳＤ（Spectral Domain）−ＯＣＴ装置とＳＳ（Swept Source）−ＯＣＴ装置の２種類が挙げられる。
【０００７】
ＳＤ−ＯＣＴ装置は、広帯域の低コヒーレント光を用い、干渉光を分光手段により各光周波数成分に分解し、アレイ型光検出器等にて光周波数成分毎の干渉光強度を測定し、ここで得られたスペクトル干渉は波形を計算機でフーリエ変換解析することにより、断層画像を構成するようにしたものである。
【０００８】
一方、ＳＳ−ＯＣＴ装置は、光周波数を時間的に掃引させるレーザ等を光源に用い、干渉光の光周波数の時間的変化に対応した信号の時間波形を測定し、これにより得られたスペクトル干渉強度信号を計算機でフーリエ変換することにより断層画像を構成するようにしたものである。
【０００９】
また、上記各方式の光断層画像化装置は、内視鏡と組み合わせて生体内計測へ適用するために内視鏡の鉗子チャンネルを挿通させて被検体内でレーザ光を照射する光プローブを用いることが知られている。一般的に、光プローブは、体腔内に挿入される先端部と駆動手段を内蔵する基端部とから構成される。
【００１０】
特許文献１には、被検体の内部に挿入される長尺のシース内に可撓性シャフトを配設し、可撓性シャフトが光ファイバを覆い、可撓性シャフトの先端に光ファイバからのレーザ光を測定対象に向けて偏向する先端光学系を固定し、この可撓性シャフトを基端部に内蔵されたモータで回転させてレーザ光を走査する光プローブが示されている。
【００１１】
非特許文献１には、近年のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術の発展に伴い、光プローブの先端近傍にＭＥＭＳモータを設け、先端光学系をＭＥＭＳモータの回転軸に固定して先端光学系を回転させることにより、レーザ光を走査する光プローブが示されている。
【特許文献１】特許３１０４９８４号公報
【非特許文献１】OPTICS EXPRESS 10390 / Vol.15, No.16 / 6 August 2007“In vivo three-dimensional microelectromechanical endoscopic swept source optical coherencetomography”
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１に示される光プローブは、先端光学系と基端側の駆動手段との間の距離が長いため、可撓性シャフトへの応力変動、シースと可撓性シャフトとの間の摩擦等の影響による回転ムラが発生し、測定精度が劣化する虞がある。
【００１３】
また、近年では、測定精度の向上とともに、光断層画像化装置に適用される光プローブの細径化の要求もある。
【００１４】
非特許文献１に示される光プローブは、構造が複雑なＭＥＭＳモータを使用するため、光プローブの細径化要求への対応が困難となるとともに、光プローブが高価なものになる。
【００１５】
本発明は、上記事情に鑑み、回転ムラを低減することにより、測定精度の劣化を低減するとともに、細径化可能な光プローブおよび光断層画像化装置を安価に実現する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の課題を解決するために、本発明の光プローブは、光ファイバと、この光ファイバの先端近傍で、この光ファイバと一体的に固定された略円筒形のフェルールと、このフェルールの先端で保持され、光ファイバからのレーザ光を測定対象に向けて偏向する先端光学系と、フェルールの外周面に摺動自在に嵌合された振動体と、振動体を光軸方向に振動させる駆動手段とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
ここで、「外周面に摺動自在」とは、外周面上の光軸方向の摺動だけではなく、外周面上の光軸回りの摺動も許容する意味である。
【００１８】
また、本発明の光プローブは、フェルールが外周面上に光ファイバの光軸回りに螺旋する溝を有し、振動体が溝を転動するベアリングとこのベアリングを収容する穴とを有するものでもよい。
【００１９】
また、本発明の光プローブは、フェルールが外周面上に光ファイバの光軸回りに螺旋する溝を有し、振動体が溝を摺動する突起を有するものでもよい。
【００２０】
また、本発明の光プローブの駆動手段は、電磁式、圧電式、静電式のいずれかの方式により振動体を光軸方向に振動させてもよい。
【００２１】
ここで、「電磁式」とは、コイルを励磁して発生した磁界により振動を発生する方式を意味する。上記「圧電式」とは、圧電素子を利用して振動を発生する方式を意味する。上記「静電式」とは、電界により振動を発生させる方式を意味する。
【００２２】
また、本発明による光断層画像化装置は、先に説明したような各計測方式の光断層画像化装置に、本発明による光プローブを用いたことを特徴とするものである。すなわち、本発明による光断層画像化装置は、レーザ光を射出する光源手段と、この光源手段から射出されたレーザ光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、測定光を測定対象に照射する光プローブと、測定対象に測定光が照射されたときの測定対象からの反射光と参照光とを合波する合波手段と、合波された反射光と参照光との干渉光を検出する干渉光検出手段と、検出された干渉光の周波数および強度に基づいて、測定対象の複数の深さ位置における反射強度を検出し、これらの各深さ位置における反射光の強度に基づいて測定対象の断層画像を取得する断層画像処理手段とを備えてなる光断層画像化装置において、光プローブが、本発明の光プローブを含むものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の光プローブは、光ファイバと、この光ファイバの先端近傍で、この光ファイバと一体的に固定された略円筒形のフェルールと、このフェルールの先端で保持され、光ファイバからのレーザ光を測定対象に向けて偏向する先端光学系と、フェルールの外周面に摺動自在に嵌合された振動体と、振動体を光軸方向に振動させる駆動手段とを備えることにより、駆動手段からの振動でフェルールと摺動自在に嵌合している振動体をフェルールの外周面上で光軸方向に往復動させるとともに、フェルールを光軸回りに回転動させるため、駆動手段は、先端光学系の近傍に配置可能となり、回転ムラを低減できる。また、駆動手段は、光軸方向に単純な振動を発生するものであれば良く、安価な構造が可能となる。
【００２４】
したがって、本発明の光プローブは、回転ムラによる測定精度の劣化を低減するとともに、細径化を安価に実現する。
【００２５】
また、本発明の光断層画像化装置も、本発明の光プローブが適用されたものであるから、先端光学系の回転ムラによる測定精度の劣化の低減を安価に実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照しながら本発明の光プローブ実施形態および本発明の光プローブが適用される光断層画像化装置の実施形態について説明する。図１は、本発明の光断層画像化装置の実施形態の概略構成図である。本実施形態において、光断層画像化装置は、ＳＳ−ＯＣＴ計測により光断層画像を取得する光断層画像化装置として説明する。
【００２７】
光断層画像化装置１００は、コネクタ１０１で着脱自在に接続された光プローブ１と、レーザ光Ｌを射出する光源手段１１０と、この光源手段１１０から射出されたレーザ光Ｌを分割する光ファイバカプラ１０２と、この光ファイバカプラ１０２により分割されたレーザ光から周期クロック信号ＴＣＬＫを出力する周期クロック生成手段１２０と、光ファイバカプラ１０２により分割された一方のレーザ光Ｌを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２に分割する光分割手段１０３と、この光分割手段１０３により分割された参照光Ｌ２の光路長を調整する光路長調整手段１３０と、光分割手段１０３により分割された測定光Ｌ１が光プローブ１から測定対象Ｓｂに照射され、この測定対象Ｓｂからの反射光Ｌ３を参照光Ｌ２と合波する合波手段１０４と、この合波手段１０４での反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出する干渉光検出手段１４０と、この干渉信号検出手段１４０から出力された干渉信号ＩＳを周波数解析することにより測定対象Ｓｂの断層画像Ｐを取得する断層画像処理手段１５０とを有している。
【００２８】
光プローブ１ついて説明する。光プローブ１は、図示しない内視鏡の鉗子チャネルを挿通する先端部１０と基端部２０から構成される。
【００２９】
光プローブ１の測定光Ｌ１の測定対象Ｓｂへの照射について説明する。図２は、先端部１０の概略断面図である。先端部１０は、同図に示すとおり、略円筒形の可撓性のシース１１と、このシース１１内に長手方向に配設された光ファイバ１２と、光ファイバ１２の先端近傍で、光ファイバ１２と一体的に固定されたフェルール１３、１４と、フェルール１３の先端で保持された略球形の先端光学系１５とを有している。フェルール１４は、フェルール１３に圧入固定されている。なお、シース１１の先端は、図示しないキャップにより閉塞されている。
【００３０】
光ファイバ１２は、先端面１４ａまでフェルール１４を挿通し、フェルール１４に接着剤等で固定されている。本実施形態では、フェルール１４の先端面１４ａを光ファイバ１２とともに、所定の傾斜角度で研磨することにより、光ファイバ１２の先端での不要な反射光を低減している。本実施形態では、傾斜角度をＡＰＣ（Angled PC）研磨規格に基づいて光軸ＬＰの垂直方向から約７度程度とするが、特に限定されるものではない。
【００３１】
先端光学系１５は、略球状の形状を有しており、光ファイバ１２から射出した測定光Ｌ１を偏向して測定対象Ｓｂに対し集光し、測定対象Ｓｂからの反射光Ｌ３を偏向して集光し、光ファイバ１２に入射させる。先端光学系１５の焦点距離は、一例として光軸ＬＰからシース１１の径方向に向かって３ｍｍ程度の位置である。先端光学系１５から出射する測定光Ｌ１は、光軸ＬＰの垂直方向から約７度程度傾いている。先端光学系１５は、接着剤等によりフェルール１３に固定されている。
【００３２】
本実施形態では、加工の容易性からフェルールを２部品構成として説明するが、特に限定されるものではない。光ファイバ１２の先端近傍で固定され、測定光Ｌ１が先端光学系１５に入射するように、先端光学系１５を保持する構造であれば、１部品であってもよい。
【００３３】
図３は、フェルール１３の形状図である。同図において、下図は、フェルール１３の斜視図、上図は、フェルール１３の外周面１３ａの展開図を示す。フェルール１３は、同図に示すとおり、外周面１３ａに、一例として２本の螺旋状の溝１３ｂを有している。
【００３４】
ここで、同図における角度位置を０から２πで表示すると、各溝１３ｂは、一例として外周面１３ａの円周上での間隔がπとなるように形成されている。各溝１３ｂの位置Ａ、位置Ｂ、位置Ｃは、溝１３ｂにおける先端位置、中間位置、基端位置を示す。また、同位置での基端面１３ｃからの距離は同一である。本実施形態では、一例として外周面１３ａでの円周上で、位置Ａ（５／６π、１１／６π）、位置Ｂ（１／２π、３／２π）、位置Ｃ（１／６π、７／６π）となるように各溝１３ｂを形成する。位置Ａと位置Ｃ間の外周面１３ａの円周上での間隔は、一例として２／３πである。
【００３５】
次に、光プローブ１の測定光Ｌ１の走査について説明する。図４は、先端部の第１の実施形態を示し、同図の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、図３で説明した各溝１３ｂの位置Ａ、位置Ｂ、位置Ｃに後述する振動体のベアリングが通過した状態を示すものである。
【００３６】
先端部１０は、測定光Ｌ１を光軸ＬＰ回りに走査するために、光軸ＬＰ方向の振動を発生する駆動手段３０と、駆動手段３０からの振動を光軸ＬＰ回りの回転に変換してフェルール１３、１４を光軸ＬＰ回りに回転させる振動体４０と、フェルール１４を回転保持する固定部５０を有している。
【００３７】
駆動手段３０は、固定部５０に固定された電磁コイル３１と、振動体４０に固定された磁石３２と、電磁コイル３１と磁石３２との間に配設された弾性体３３とから構成される。電磁コイル３１の励磁により、電磁コイル３１と磁石３２とは光軸ＬＰ方向に近接離間するように往復動する。フェルール１３を磁性体にすることにより、磁石３２の磁界と電磁コイル３１による磁界とが重なる領域が増えて伝達効率が向上する。また、弾性体３３は、電磁コイル３１と磁石３２による近接離間の往復動を安定させるとともに、振動体４０が固定部５０に対して光軸ＬＰ回りに回転することを抑制する。
【００３８】
振動体４０は、本実施形態では、一例として各溝１３ｂ上の外周面１３ａの円周上での間隔がπとなる位置に配置された、各溝１３ｂを転動する２個のベアリング４１と、このベアリング４１を収容する穴４２ａを有する保持器４２と、ベアリング４１の穴４２ａからの落下を防止するリング４３とから構成される。また、振動体４０は、本実施形態に限定されるものではなく、振動体４０が各溝１３ｂを摺動する突起を有する構造であってもよい。
【００３９】
固定部５０は、フェルール１４の外周面に形成された、光軸ＬＰに垂直な溝１４ｂを転動するベアリング５１と、ベアリング５１を収容する穴５２ａを有する保持器５２と、ベアリング５１の穴５２ａからの落下を防止するリング５３と、一端が保持器５２に固定され、他端が図示しない基端部２０に固定されている金属製のシャフト５４とから構成される。ここで、シャフト５４は、保持器５２を基端側に固定し、保持器５２が光軸ＬＰ回りに回転することを防止する。
【００４０】
次に、同図を用いて、先端部１０の測定光Ｌ１の走査について説明する。前述のとおり、同図の（Ａ）は、各ベアリング４１が、各溝１３ｂの位置Ａにある状態を示す。電磁コイル３１と磁石３２が互いに近接する方向の磁界を発生するように、電磁コイル３１を励磁すると、磁石３２および磁石３２と固定された振動体４０が基端側に引き寄せられる。
【００４１】
各ベアリング４１が溝１３ｂの位置Ａから転動を開始するとともに、保持器４２およびリング４３が基端側に移動を開始する。この時、前述のとおり、振動体４０は、シャフト５４により光軸ＬＰ回りの回転が防止されているため、各ベアリング４１が各溝１３ｂを転動することにより、フェルール１３をＲ１方向に回転させるせん断力が発生する
フェルール１３のＲ１方向の回転により、先端光学系１５、フェルール１４、光ファイバ１２がＲ１方向に回転する。また、フェルール１４のＲ１方向の回転により、保持器５２に受容されたベアリング５１が溝１４ｂを転動する。フェルール１３が同図の（Ａ）から１／３π回転すると、ベアリング４１は、同図の（Ｂ）に示す溝１３ｂの位置Ｂに到達し、フェルール１３が同図の（Ａ）から２／３π回転すると、ベアリング４１は、同図の（Ｃ）に示す溝１３ｂの位置Ｃに到達する。
【００４２】
ベアリング４１が溝１３ｂの位置Ｃに到達した後、電磁コイル３１と磁石３２が離間する方向の磁界を発生するように、電磁コイル３１の励磁を切り換えると、磁石３２および磁石３２と固定された振動体４０が先端側に引き離される。これにより、各ベアリング４１が溝１３ｂの位置Ｃから反対方向に転動を開始するとともに、同様の作用により、光ファイバ１２、フェルール１３、１４、先端光学系１５がＲ２方向に回転する。以後、電磁コイル３１の励磁の切換えを繰り返すように制御することで、光ファイバ１２、フェルール１３、１４、先端光学系１５が光軸ＬＰ回りに揺動し、先端部１０は、測定光Ｌ１を光軸ＬＰ回りに揺動させて走査する。一例として測定光Ｌ１が光軸ＬＰ回りに１０〜２０Ｈｚ程度の周波数で揺動するように、電磁コイル３１は、励磁が切り換えられる。ここで、揺動範囲が光ファイバ１２の強度範囲内である場合、光プローブ１は、先端部１０と図示しない基端部２０との間にロータリージョイントを有さずに、測定光Ｌ１を光軸ＬＰ回りに走査できるため、ロータリージョイントでの光損失を防止できる。
【００４３】
本実施形態では、各ベアリング４１と各溝１３ｂとが、外周面１３ａの円周上での間隔がπとなる位置に配置されるものとして説明するが、特に限定されるものではない。また、本実施形態では、ベアリング４１および溝１３ｂは２組として説明するが、特に限定されるものはなく、少なくとも１組以上であればよい。さらに、本実施形態での各溝１３ｂは、位置Ａと位置Ｃが外周面１３ａの円周上での間隔が２／３πとして説明したが、特に限定されるものではなく、光ファイバ１２の強度範囲内であればよい。
【００４４】
次に、先端部の第２の実施形態について説明する。図５は、先端部の第２の実施形態を示す。同図において、第１の実施形態と同一の構成には、同一の番号を付し、その説明は省略する。第２の実施形態では、振動部３０が電磁コイル３１および磁石３２の代わりに圧電素子を有する圧電振動子３４を有する点が相違する。圧電振動子３４は、光軸ＬＰ方向に振動するものである。また、圧電振動子３４は、同図の示すように、第１の実施形態よりも先端側に延出した保持器４２の先端面４２ｂに固定されている。第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、シャフト５４は、保持器５２を基端側に固定し、保持器５２が光軸ＬＰ回りに回転することを防止する。
【００４５】
また、圧電振動子３４は、小型化が容易という利点がある。一方、圧電振動子３４は、振動振幅が小さいため、第２の実施形態では、弾性体３３を共振させることにより、効率良く振動エネルギーを振動体４０に供給している。第２の実施形態の他の構成および作用は、第１の実施形態と同様であり、その説明は省略する。なお、駆動手段３０は、電界の方向を切換えて振動する静電式、その他の振動モータであってもよい。
【００４６】
再び図１を参照する。光源手段１１０は、波長を一定周期Ｔ０で掃印させながらレーザ光Ｌを射出するものである。具体的に、光源手段１１０は、半導体光増幅器（半導体利得媒質）１１１と光ファイバＦＢ１０とを有しており、光ファイブＦＢ１０が半導体光増幅器１１１の両端に接続された構造を有している。半導体光増幅器１１１は、駆動電流の注入により微弱な放出光を光ファイバＦＢ１０の一端側に射出するとともに、光ファイバＦＢ１０の他端側から入射された光を増幅する機能を有している。そして、半導体光増幅器１１１に駆動電流が供給されたとき、半導体光増幅器１１１および光ファイバＦＢ１０により形成される光共振器によりパルス状のレーザ光Ｌが、光ファイバＦＢ０へ射出される。
【００４７】
さらに、光ファイバＦＢ１０にはサーキュレータ１１２が結合されており、光ファイバＦＢ１０内を導波する光の一部がサーキュレータ１１２から光ファイバＦＢ１１側へ射出される。この光ファイバＦＢ１１から射出した光はコリメータレンズ１１３、回折光学素子１１４、光学系１１５を介して回転多面鏡（ポリゴンミラー）１１６において反射される。この反射された光は、光学系１１５、回折光学素子１１４、コリメータレンズ１１３を介して再び光ファイバＦＢ１１に入射される。
【００４８】
ここで、この回転多面鏡１１６は矢印Ｒ１方向に例えば３万ｒｐｍ程度の高速で回転するものであって、各反射面の角度が光学系１１５の光軸に対して変化する。これにより、回折光学素子１１４において分光された光のうち、特定の波長域からなる光だけが、再び光ファイバＦＢ１１に戻るようになる。この光ファイバＦＢ１１に戻る光の波長は光学系１１５の光軸と反射面との角度によって決まる。そして光ファイバＦＢ１１に入射した特定の波長域からなる光が、サーキュレータ１１２から光ファイバＦＢ１０に入射され、結果として特定の波長域からなるレーザ光Ｌが光ファイバＦＢ０側に射出される。
【００４９】
したがって、回転多面鏡１１６が矢印Ｒ１方向に等速で回転したとき、再び光ファイバＦＢ１１に入射される光の波長λは、時間の経過にともなって、一定周期で変化することになっている。
【００５０】
光源手段１１０は、最小掃引波長λminから最大掃引波長λmaxまで一定周期Ｔ０（例えば約５０μｓｅｃ）で掃引したレーザ光Ｌを射出する。この波長掃引されたレーザ光Ｌは、光ファイバＦＢ０側に射出され、そのレーザ光Ｌはさらに光ファイバカプラ１０２により、分岐して光ファイバＦＢ１、ＦＢ５にそれぞれ入射される。光ファイバＦＢ５に射出された光は、周期クロック生成手段１２０に導波される。
【００５１】
周期クロック生成手段１２０は、光源手段１１０から射出されるレーザ光Ｌの波長が一周期掃引される毎に１つの周期クロック信号ＴＣＬＫを断層画像処理手段１５０に出力するものである。
【００５２】
光分割手段１０３は、例えば２×２の光ファイバカプラから構成されており、光源手段１１０から光ファイバＦＢ１を介して導波されたレーザ光Ｌを測定光Ｌ１と参照光Ｌ２に分割する。光分割手段１０３は、２本の光ファイバＦＢ２、ＦＢ３にそれぞれ光学的に接続されており、測定光Ｌ１は、光ファイバＦＢ２により導波され、参照光Ｌ２は、光ファイバＦＢ３により導波される。なお、本実施形態における光分割手段１０３は、合波手段１０４としても機能するものである。
【００５３】
光路長調整手段１３０は、光ファイバＦＢ３の参照光Ｌ２の射出側に配置されている。この光路長調整手段１３０は、断層画像の取得を開始する位置を調整するために、参照光Ｌ２の光路長を変更するものであって、光ファイバＦＢ３から射出された参照光Ｌ２を反射させる反射ミラー１３２と、反射ミラー１３２と光ファイバＦＢ３との間に配置された第１光学レンズ１３１ａと、この第１光学レンズ１３１ａと反射ミラー１３２との間に配置された第２光学レンズ１３１ｂとを有している。
【００５４】
光ファイバＦＢ３から射出した参照光Ｌ２は、第１光学レンズ１３１ａにより平行光になり、第２光学レンズ１３１ｂにより反射ミラー１３２に集光される。その後、反射ミラー１３２により反射された参照光Ｌ２は、第２光学レンズ１３１ｂにより平行光になり、第１光学レンズ１３１ａにより光ファイバＦＢ３に集光される。
【００５５】
光路長調整手段１３０は、第２光学レンズ１３１ｂと反射ミラー１３２とを固定した基台１３３と、この基台１３３を第１光学レンズ１３１ａの光軸方向に移動させるミラー移動手段１３４とを有している。そして基台１３３が矢印Ａ方向に移動することにより、参照光Ｌ２の光路長が変えられる。
【００５６】
合波手段１０４は、前述の通り２×２の光ファイバカプラからなり、光路長調整手段１３０により光路長の調整が施された参照光Ｌ２と、測定対象Ｓｂからの反射光Ｌ３とを合波し、光ファイバＦＢ４を介して干渉光検出手段１４０に射出する。
【００５７】
干渉光検出手段１４０は、合波手段１０４により合波された反射光Ｌ３と参照光Ｌ２との干渉光Ｌ４を検出し、断層画像処理手段１５０に干渉信号ＩＳを出力する。なお、本実施形態において、干渉光検出手段１４０は、干渉光Ｌ４を光分割手段１０３で二分し、光検出器１４０ａ、１４０ｂに導き、これを演算してバランス検波をする。
【００５８】
図６は、断層画像処理手段１５０の概略構成図である。断層画像処理手段１５０は、補助記憶装置に読み込まれた断層画像プログラムをコンピュータ上で実行することにより実現される。この断層画像処理手段１５０は、干渉信号取得手段１５１、干渉信号変換手段１５２、干渉信号解析手段１５３、断層情報生成手段１５４、画像補正手段１５５、回転制御手段１５６等を有している。
【００５９】
干渉信号取得手段１５１は、周期クロック生成手段１２０から出力される周期クロック信号ＴＣＬＫに基づいて、干渉光検出手段１４０により検出された一周期分の干渉信号ＩＳを取得するものである。この干渉信号取得手段１５１は、周期クロック信号ＴＣＬＫの出力タイミングの前後の干渉信号ＩＳを取得する。なお、干渉信号取得手段１５１は、周期クロック信号ＴＣＬＫの出力タイミングを基準として一周期分の干渉信号ＩＳを取得するものであればよく、周期クロック信号ＴＣＬＫの出力タイミングは、掃引される波長帯域内であれば、波長の掃引開始直後、あるいは波長掃引終了直前に設定してもよい。
【００６０】
干渉信号変換手段１５２は、干渉信号取得手段１５１により所得された干渉信号ＩＳを波数ｋ（＝２π／λ）軸において等間隔になるように再配列するものである。具体的に、干渉信号変換手段１５２は、光源手段１１０の時間−波長掃引特性データテーブルまたは関数を予め有しており、この時間−波長掃引特性データテーブル等を用いて波数ｋ軸において等間隔になるように干渉信号ＩＳを再配列する。これにより、干渉信号ＩＳから断層情報を算出するときに、フーリエ変換処理、最大エントロピー法による処理等の周波数空間等において、等間隔であることを前提とするスペクトル解析法により精度の高い断層情報を得ることができる。なお、この信号変換手法の詳細はＵＳ５９５６３５５号明細書に開示されている。
【００６１】
干渉信号解析手段１５３は、干渉信号変換手段１５２により信号変換された干渉信号ＩＳを例えばフーリエ変換処理、最大エントロピー法、Ｙｕｌｅ−Ｗａｌｋｅｒ法等の公知のスペクトル解析技術により、断層情報ｒ（ｚ）を取得するものである。
【００６２】
回転制御手段１５６は、駆動手段３０の制御信号ＭＣに出力する。また、回転制御手段１５６には、基端部２０からの回転角度の情報が入力される。具体的に、回転角度の情報は、先端光学系１５にロータリーエンコーダ、振動体４０にリニアエンコーダ等を設けることにより、取得可能である。なお、回転角度の情報は、振動体４０の振動を一定の周波数で規則的に振動させることで予測可能となり、必ずしも必要ではない。
【００６３】
断層情報生成手段１５４は、干渉信号解析手段１５３により取得された一周期分（１ライン分）の断層情報ｒ（ｚ）を、光プローブ１の先端部１０の光軸ＬＰ回りの走査について取得して断層画像Ｐを生成するものである。この断層情報生成手段１５４は、順次取得される１ライン分の断層情報ｒ（ｚ）を断層情報蓄積手段１５４ａに記憶する。 ここで、断層情報生成手段１５４は、断層情報蓄積手段１５４ａからｎライン分の断層情報ｒ（ｚ）を一括して読み込み断層画像Ｐを生成する。なお、断層情報生成手段１５４は、断層情報ｒ（ｚ）を断層情報蓄積手段１５４ａから逐次読み込んで断層画像Ｐを生成することもできる。
【００６４】
画質補正手段１５５は、断層情報生成手段１５４により生成された断層画像Ｐに鮮鋭化処理、平滑化処理等を施す。
【００６５】
図１の表示手段１６０は、画質補正手段１５５により鮮鋭化処理、平滑化処理等が施された断層画像Ｐを表示する。
【００６６】
したがって、光プローブ１は、駆動手段３０からの振動によりフェルール１３と摺動自在に嵌合している振動体４０を外周面１３ｂ上に光軸ＬＰ方向に往復動させるとともに、フェルール１３を光軸ＬＰ回りに回動させるため、駆動手段３０を先端光学系１５の近傍に配置できるため、回転ムラによる測定精度の劣化が低減される。
【００６７】
また、駆動手段３０は、振動体４０を光軸ＬＰ方向に振動させればよく、構造も簡単となり、光プローブ１の細径化が可能であるとともに、安価に実現できる。
【００６８】
また、光断層画像化装置１００も、光プローブ１が適用されたものであり、回転ムラによる測定精度の劣化の低減を安価に実現できる。
【００６９】
なお、本実施形態の光断層画像化装置は、ＳＳ−ＯＣＴ計測により光断層画像を取得する光断層画像化装置として説明したが、本発明の光プローブは、ＳＤ−ＯＣＴ計測およびＴＤ−ＯＣＴ計測により光断層画像を取得する光断層画像化装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】光断層画像化装置１００の概略構成図
【図２】先端部１０の概略断面図
【図３】フェルール１３の形状図
【図４】先端部の第１の実施形態を示す図
【図５】先端部の第２の実施形態を示す図
【図６】断層画像処理手段１５０の概略構成図
【符号の説明】
【００７１】
Ｌ レーザ光
Ｌ１ 測定光
Ｌ２ 参照光
Ｌ３ 反射光
Ｌ４ 干渉光
ＬＰ 光軸
Ｐ 断層画像
Ｓｂ 測定対象
１ 光プローブ
１２ 光ファイバ
１３ フェルール
１３ａ 外周面
１３ｂ 溝
１４ フェルール
３０ 駆動手段
３１ 電磁コイル
３２ 磁石
１５ 先端光学系
４０ 振動体
４１ ベアリング
４２ａ 穴
１００ 光断層画像化装置
１０３ 光分割手段
１０４ 合波手段
１１０ 光源手段
１４０ 干渉光検出手段
１５０ 断層画像処理手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバと、
該光ファイバの先端近傍で、該光ファイバと一体的に固定された略円筒形のフェルールと、
該フェルールの先端で保持され、前記光ファイバからのレーザ光を測定対象に向けて偏向する先端光学系と、
前記フェルールの外周面に摺動自在に嵌合された振動体と、
前記振動体を前記光軸方向に振動させる駆動手段とを備えたことを特徴とする光プローブ。
【請求項２】
前記フェルールが外周面上に前記光ファイバの光軸回りに螺旋する溝を有し、前記振動体が前記溝を転動するベアリングと該ベアリングを収容する穴とを有することを特徴とする請求項１に記載の光プローブ。
【請求項３】
前記フェルールが外周面上に前記光ファイバの光軸回りに螺旋する溝を有し、前記振動体が前記溝を摺動する突起を有することを特徴とする請求項１に記載の光プローブ。
【請求項４】
前記駆動手段が、電磁式、圧電式、静電式のいずれかの方式により前記振動体を光軸方向に振動させるものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光プローブ。
【請求項５】
レーザ光を射出する光源手段と、
該光源手段から射出されたレーザ光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、
前記測定光を測定対象に照射する光プローブと、
前記測定対象に測定光が照射されたときの該測定対象からの反射光と前記参照光とを合波する合波手段と、
合波された前記反射光と前記参照光との干渉光を検出する干渉光検出手段と、
前記検出された干渉光の周波数および強度に基づいて、前記測定対象の複数の深さ位置における反射強度を検出し、これらの各深さ位置における反射光の強度に基づいて測定対象の断層画像を取得する断層画像処理手段とを備えてなる光断層画像化装置において、
前記光プローブが、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光プローブを含むものであることを特徴とする光断層画像化装置。
【請求項１】
光ファイバと、
該光ファイバの先端近傍で、該光ファイバと一体的に固定された略円筒形のフェルールと、
該フェルールの先端で保持され、前記光ファイバからのレーザ光を測定対象に向けて偏向する先端光学系と、
前記フェルールの外周面に摺動自在に嵌合された振動体と、
前記振動体を前記光軸方向に振動させる駆動手段とを備えたことを特徴とする光プローブ。
【請求項２】
前記フェルールが外周面上に前記光ファイバの光軸回りに螺旋する溝を有し、前記振動体が前記溝を転動するベアリングと該ベアリングを収容する穴とを有することを特徴とする請求項１に記載の光プローブ。
【請求項３】
前記フェルールが外周面上に前記光ファイバの光軸回りに螺旋する溝を有し、前記振動体が前記溝を摺動する突起を有することを特徴とする請求項１に記載の光プローブ。
【請求項４】
前記駆動手段が、電磁式、圧電式、静電式のいずれかの方式により前記振動体を光軸方向に振動させるものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光プローブ。
【請求項５】
レーザ光を射出する光源手段と、
該光源手段から射出されたレーザ光を測定光と参照光とに分割する光分割手段と、
前記測定光を測定対象に照射する光プローブと、
前記測定対象に測定光が照射されたときの該測定対象からの反射光と前記参照光とを合波する合波手段と、
合波された前記反射光と前記参照光との干渉光を検出する干渉光検出手段と、
前記検出された干渉光の周波数および強度に基づいて、前記測定対象の複数の深さ位置における反射強度を検出し、これらの各深さ位置における反射光の強度に基づいて測定対象の断層画像を取得する断層画像処理手段とを備えてなる光断層画像化装置において、
前記光プローブが、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光プローブを含むものであることを特徴とする光断層画像化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−３５６９０（Ｐ２０１０−３５６９０Ａ）
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１９９７０３（Ｐ２００８−１９９７０３）
【出願日】平成２０年８月１日（２００８．８．１）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【出願人】（０００００５４３０）フジノン株式会社 (2,231)
【復代理人】
【識別番号】１００１５２４０１
【弁理士】
【氏名又は名称】我妻 慶一
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月１日（２００８．８．１）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【出願人】（０００００５４３０）フジノン株式会社 (2,231)
【復代理人】
【識別番号】１００１５２４０１
【弁理士】
【氏名又は名称】我妻 慶一
【Ｆターム（参考）】
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