開口数制御ユニット、可変型光プローブ、映像診断システム、深度スキャニング方法、イメージ検出方法、及び映像診断方法
【課題】焦点調節と開口調節とを選択的に、または同時に行ってＮＡを制御するＮＡ（ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｐｅｒｔｕｒｅ）制御ユニット、それを採用した可変型光プローブ、映像診断システム、深度スキャニング方法、イメージ検出方法、及び映像診断方法を提供する。
【解決手段】ＮＡ制御ユニット１０００は、光が透過する開口が調節される開口調節ユニットＶＡと、開口を通過した光をフォーカシングし、焦点距離が調節される焦点調節ユニットＶＦと、を含む。
【解決手段】ＮＡ制御ユニット１０００は、光が透過する開口が調節される開口調節ユニットＶＡと、開口を通過した光をフォーカシングし、焦点距離が調節される焦点調節ユニットＶＦと、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、開口数（ＮＡ：ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｐｅｒｔｕｒｅ）を制御するＮＡ制御ユニット、可変型光プローブ、映像診断システム、深度スキャニング方法、イメージ検出方法、及び映像診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
医用画像（ｍｅｄｉｃａｌ ｉｍａｇｉｎｇ）の分野では、人体の皮膚表面（皮膚組織：ｓｋｉｎ ｔｉｓｓｕｅ）に関する情報と共に、皮膚下部の断層を精密撮影する技術に対する要求が高まっている。特に、ほとんどのガン（ｃａｎｃｅｒ）は、上皮細胞下部で発生し、血管が存在する真皮細胞内部に伝播するため、早期発見が可能な場合、ガンによる被害を画期的に低減させることができる。既存のＭＲＩ（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｉｍａｇｉｎｇ）、ＣＴ（ｘ−ｒａｙ ｃｏｍｐｕｔｅｄ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）、超音波などのイメージング技術は、皮膚を貫通して内部断層を撮影することができるが、解像度が低く、サイズが小さい早期ガンの検出は不可能である。一方、最近紹介されたＯＣＴ（ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）技術は、既存のイメージング方法に比べ、皮膚の中への浸透深度は２〜３ｍｍと低いが、解像度が超音波の１０倍ほど高く、大きさが５０〜１００μｍほどの早期ガンの検出可能性があるとして、研究が進められている。しかし、このようなＯＣＴ技術も、解像度が顕微鏡レベルより低いために、実際にガンの判別に使われる生検（ｂｉｏｐｓｙ）及びヒストロジー（ｈｉｓｔｏｌｏｇｙ）を代替することができない。
【０００３】
最近、一部のＯＣＴ研究者は、ＯＣＴの断層撮影特性と、共焦点顕微鏡（ｃｏｎｆｏｃａｌ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）のような高解像度表面撮影方法とを融合し、生検を実施せずに、ティッシュ（ｔｉｓｓｕｅ）内部のガン診断をリアルタイムで行うという最終目標をもって研究を進めている。しかし、顕微鏡の対物レンズは、水平方向高解像度のために、高ＮＡの光学系を必要とする一方、ＯＣＴは、深度情報を取得するために、深度方向のスポットサイズ（ｓｐｏｔ ｓｉｚｅ）が相対的に均一である、すなわち、ＤＯＦ（ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｆｏｃｕｓ）が大きい低ＮＡの光学系を必要とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、焦点調節と開口調節とを選択的に、または同時に行ってＮＡを制御するＮＡ制御ユニット、それを採用した可変型光プローブ、映像診断システム、深度スキャニング方法、イメージ検出方法、及び映像診断方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一類型によるＮＡ制御ユニットは、光が透過する開口が調節される開口調節ユニットと、前記開口調節ユニットから所定の位置に配置され、前記開口を通過した光をフォーカシングし、焦点距離が調節される焦点調節ユニットと、を含む。
【０００６】
前記開口調節ユニットは、機械的に開口サイズが調節される絞りで構成される。
【０００７】
前記開口調節ユニットは、マイクロ電気流体方式で開口サイズが調節される液体絞りで構成される。
【０００８】
前記開口調節ユニットは、流体が流動する空間を構成するチャンバと、前記チャンバ内に設けられ、互いに混合しない性質を有し、一方は透光性の物質から形成され、他方は遮光性または吸光性の物質から形成される第１及び第２流体と、前記チャンバの内側面に設けられ、前記チャンバ内に電場を形成するために電圧が印加される一つ以上の電極が配列された電極部と、を含み、電場による前記第１流体と前記第２流体との界面の位置変化によって、光が透過する開口が調節される。
【０００９】
前記第１及び第２流体のいずれか一方は、液体金属または極性液体であり、他方は、ガスまたは非極性液体から構成される。
【００１０】
前記チャンバの領域は、第１チャネルと、前記第１チャネルの上部に、前記第１チャネルと連結されるように設けられた第２チャネルと、を含み、前記第１及び第２チャネルのそれぞれで起こる前記第１流体と前記第２流体との界面の位置変化によって、前記開口の範囲が決定される。
【００１１】
前記第１チャネルは、前記電極部が形成された第１基板と、前記第１基板と離隔されるように設けられ、中心部に第１貫通ホールが形成され、周辺部に第２貫通ホールが形成された第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に内部空間を形成するように設けられた第１スペーサと、から形成される。
【００１２】
前記第２チャネルは、前記第２基板と、前記第２基板と離隔されるように設けられた第３基板と、前記第２基板と前記第３基板との間に内部空間を形成するように設けられた第２スペーサと、から形成される。
【００１３】
前記焦点調節ユニットは、流体表面にレンズ面を形成し、流体流動によってレンズ面の形状を調節して焦点距離を調節する液体レンズからなってもよい。
【００１４】
前記流体流動が、電気湿潤方式または加圧式で起こりもする。
【００１５】
前記焦点調節ユニットは、透光性かつ極性を有する第１流体と、前記第１流体と混合しない性質を有し、かつ、透光性を有する第２流体と、前記第１及び第２流体を収容する内部空間を有するチャンバと、前記第１流体と前記第２流体との境界面であり、前記レンズ面をなす第１面と、前記第１流体と前記第２流体との境界面であり、前記レンズ面の曲率変化を誘導する第２面と、前記チャンバ内に設けられ、前記レンズ面に対応するレンズの直径を形成する第１貫通ホールと、前記第２流体の通路を形成する第２貫通ホールが形成された第１中間板と、前記第２面の位置を変化させる電場を形成するための電極部と、を含んでもよい。
【００１６】
前記第１流体は、極性液体であり、前記第２流体は、ガスまたは非極性液体から構成される。
【００１７】
また、一類型による深度スキャニング方法は、前記ＮＡ制御ユニットを利用し、サンプルを深度方向にスキャンして光を照射し、焦点距離と開口サイズとを同時に変化させ、一定のＮＡを維持する。
【００１８】
また、一類型による可変型光プローブは、光伝送部と、前記光伝送部を介して伝送された光を平行光にコリメートするコリメータと、光を検査対象であるサンプルにフォーカシングする前記ＮＡ制御ユニットと、前記ＮＡ制御ユニットを通過した光が、前記サンプルの所定領域をスキャニングするように、前記光伝送部を介して伝送された光の経路を変えるスキャナと、を含む。
【００１９】
前記光伝送部は、光ファイバからなってもよい。
【００２０】
前記スキャナは、前記光ファイバの一端に組み込まれ、前記光ファイバの変形を誘導して光路を変えるアクチュエータ、または、ミラー面を駆動して光路を変えるＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏ ｅｌｅｃｔｒｏ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ）スキャナからなってもよい。
【００２１】
また、一類型による映像診断システムは、光源部と、前記光源部からの光を検査対象であるティッシュに照射する前記可変型光プローブと、前記ティッシュで反射された光から前記ティッシュのイメージを検出する検出部と、を含む。
【００２２】
また、前記映像診断システムを利用してイメージを検出するイメージ検出方法は、所定のＮＡ値で、前記ティッシュの表面からの第１深度に光がフォーカシングされるように、前記ＮＡ制御ユニットを調節する段階と、前記第１深度の所定領域をスキャニングしてイメージを検出する段階と、焦点距離を増大させ、前記ティッシュの表面からの第２深度に光がフォーカシングされるように、前記焦点調節ユニットを調節し、前記所定のＮＡ値が維持されるように、前記開口調節ユニットの開口サイズを調節する段階と、前記第２深度の所定領域をスキャニングしてイメージを検出する段階と、を含む。
【００２３】
また、一類型による映像診断システムは、光を照射する光源部と、前記光源部からの光が透過する開口が調節される開口調節ユニットと、前記開口調節ユニットから所定の位置に配置され、前記開口を通過した光をサンプルにフォーカシングし、焦点距離が調節される焦点調節ユニットと、前記サンプルから反射された光からサンプルのイメージを検出する検出部と、を含み、前記開口調節ユニット及び前記焦点調節ユニットの調節によってＮＡを制御し、前記サンプルと前記焦点調節ユニットとの間の距離変化なしに、サンプルの深度イメージを撮影する。
【００２４】
前記開口調節ユニットは、機械的に開口サイズが調節される絞り、油圧を利用して開口サイズが調節される液体絞り、またはマイクロ電気流体方式で開口サイズが調節される液体絞りを含んでもよい。
【００２５】
前記焦点調節ユニットは、流体表面にレンズ面を形成し、流体流動によってレンズ面の形状を調節して焦点距離を調節する液体レンズからなってもよい。
【００２６】
前記流体流動が、電気湿潤方式または加圧式で起こりもする。
【００２７】
前記焦点調節ユニットは、液晶（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ）に電場勾配（ｇｒａｄｉｅｎｔ）を形成し、これによる屈折率勾配を誘導して焦点距離を調節する液晶レンズからなってもよい。
【００２８】
前記映像診断システムは、前記光源部からの光を、前記サンプルの所定の水平領域にスキャニングするスキャナをさらに含んでもよい。
【００２９】
また、一類型による映像診断方法は、光源部から光を照射する段階と、照射された光のＮＡを制御し、サンプル内の所定位置に光をフォーカシングする段階と、サンプルから反射された光を検出する段階と、を含む。
【００３０】
前記映像診断方法は、前記光源部から前記サンプルに向かう光と、前記サンプルから反射される光の経路を分岐する段階をさらに含んでもよい。
【００３１】
前記映像診断方法は、前記光源部からの光を所定の干渉光に変調する段階をさらに含み、この場合、前記光源部からの光を一部分岐させてレファレンスミラーに向かわせ、前記レファレンスミラーから反射された光を利用して前記干渉光を形成することができる。
【００３２】
前記映像診断方法は、前記光を検出する段階で検出された信号を映像信号に処理する段階をさらに含んでもよい。
【発明の効果】
【００３３】
本発明のＮＡ制御ユニットは、開口調節及び／または焦点調節を利用し、必要な水平解像度、ＤＯＦに見合うＮＡを具現することができる。
【００３４】
本発明の深度スキャニング方法は、開口調節、焦点調節を同時に行い、要求されるＮＡ値を維持しつつ、深度スキャニングが可能である。
【００３５】
本発明のＮＡ制御ユニットを具備した可変型光プローブは、高い水平解像度、高いＤＯＦが要求される映像診断システムに適用可能である。
【００３６】
本発明の映像診断システム、イメージ検出方法、映像診断方法は、高い水平解像度、高いＤＯＦを具現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１Ａ】１つの値のＮＡを具現している、本発明の一実施形態に係るＮＡ制御ユニットの概略的な構造を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ａとは異なる値のＮＡを具現しているＮＡ制御ユニットの概略的な構造を示す図である。
【図２】フォーカシング光学部材により規定されるＮＡによる水平解像度とＤＯＦとの関係を説明するための概念図である。
【図３】図１Ａ及び図１ＢのＮＡ制御ユニットに採用される開口調節ユニットの一実施形態を示す図である。
【図４】図１Ａ及び図１ＢのＮＡ制御ユニットに採用される開口調節ユニットの他の実施形態を示す図である。
【図５】図１Ａ及び図１ＢのＮＡ制御ユニットに採用される焦点調節ユニットの一実施形態を示す図である。
【図６】図１Ａ及び図１ＢのＮＡ制御ユニットに採用される焦点調節ユニットの他の実施形態を示す図である。
【図７】図１Ａ及び図１ＢのＮＡ制御ユニットに採用される焦点調節ユニットのさらに他の実施形態を示す図である。
【図８Ａ】サンプル内のそれぞれ異なる深度で同じ水平解像度が維持される、ＮＡ制御ユニットを利用した深度スキャニング方法を説明するための図である。
【図８Ｂ】サンプル内のそれぞれ異なる深度で同じ水平解像度が維持される、ＮＡ制御ユニットを利用した深度スキャニング方法を説明するための図である。
【図８Ｃ】サンプル内のそれぞれ異なる深度で同じ水平解像度が維持される、ＮＡ制御ユニットを利用した深度スキャニング方法を説明するための図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る可変型光プローブの概略的な構造を示す図である。
【図１０】本発明の他の実施形態に係る可変型光プローブの概略的な構造を示す図である。
【図１１】本発明のさらに他の実施形態に係る可変型光プローブの概略的な構造を示す図である。
【図１２】本発明のさらに他の実施形態に係る可変型光プローブの概略的な構造を示す図である。
【図１３Ａ】本発明の一実施形態に係る映像診断システムの概略的な構造を示すブロック図である。
【図１３Ｂ】本発明の他の実施形態に係る映像診断システムの概略的な構造を示すブロック図である。
【図１４】本発明の実施形態に係る映像診断システムの多様な動作モードを説明するためのデザインウィンドーを示す図である。
【図１５】本発明の実施形態に係る映像診断システムを利用したイメージ検出方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、添付された図面を参照しつつ、本発明の実施形態について詳細に説明する。以下の図面で、同じ参照符号は、同じ構成要素を指し、図面上で、各構成要素のサイズは、説明の明瞭さ並びに便宜さを考慮し、誇張されていることがある。
【００３９】
図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の一実施形態に係るＮＡ（ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｐｅｒｔｕｒｅ）制御ユニット１０００の概略的な構造を示す図であり、それぞれ異なる値のＮＡを具現した例を示している。
【００４０】
図面を参照すれば、ＮＡ制御ユニット１０００は、光が透過する開口が調節される開口調節ユニットＶＡと、前記開口を通過した光をフォーカシングし、焦点距離が調節される焦点調節ユニットＶＦと、を含む。
【００４１】
開口調節ユニットＶＡは、透光可能な開口サイズを調節することによって、入射されたビームの直径を調節して出射する役割を果たす。例えば、図１Ａのように、開口がＤ１に調節された場合、開口調節ユニットＶＡを通過した平行光ビームの直径がＤ１になり、図１Ｂのように、開口がＤ２に調節された場合、開口調節ユニットＶＡを通過したビームの直径もＤ２となる。開口調節ユニットＶＡとしては、機械的に開口サイズが調節される絞り、またはポンプなどによる油圧を利用して開口サイズが調節される液体絞りが採用される。また、マイクロ電気流体方式で、開口サイズが調節される液体絞りが採用される。その詳細な構造については後述する。
【００４２】
焦点調節ユニットＶＦは、開口調節ユニットＶＡから所定の位置に配置され、開口を通過した光をフォーカシングするものであり、形態が可変なレンズ面を構成しており、焦点距離を調節することができる。例えば、図１Ａのように、焦点調節ユニットＶＦが焦点距離ｆ１を有するように、レンズ面の曲率が調節されたり、図１Ｂのように、レンズ面の曲率がさらに低減されたりして、さらに長い焦点距離ｆ２を有するように、焦点距離が制御される。焦点調節ユニットＶＦとしては、液晶（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ）に電場勾配（ｇｒａｄｉｅｎｔ）を形成させ、それによる屈折率勾配を誘導して焦点距離を調節する液晶レンズが採用される。または、流体表面にレンズ面を形成し、流体流動を誘発させてレンズ面の形状を調節して焦点距離を調節する液体レンズが採用される。液体レンズとしては、流体流動を誘発させる方式によって、加圧式液体レンズ、電気湿潤式液体レンズがあり、その詳細な構造については後述する。
【００４３】
前述のように、開口と焦点距離の両方、または、選択的に一方を調節することができるように、ＮＡ制御ユニット１０００を構成することは、ビームが、当該ビームの照射対象である検査対象に見合うように、適切な水平解像度と焦点深度（ＤＯＦ：ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｆｏｃｕｓ）を有するように具現するためである。これについては、図２を参照して説明する。
【００４４】
図２は、フォーカシング光学部材ＦＥにより一般的に規定されるＮＡによる水平解像度とＤＯＦとの関係を説明するための概念図である。
【００４５】
ビームがフォーカシングされるとき、点ではなく、有限なサイズΔｘの範囲に集束され、Δｘは、開口Ｄと焦点距離ｆとによって、次の通りに規定される。
【００４６】
【数１】
【００４７】
Δｘは、水平解像度に係わり、すなわち、Δｘが小さいほど、水平解像度は高くなる。上記（１）式から分かるように、Δｘは、ｆ／Ｄに比例するが、その一方で、開口数（ＮＡ：ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｐｅｒｔｕｒｅ）は、Ｄ／ｆに比例するので、Δｘの小さい高い水平解像度が必要なとき、ＮＡが大きい光学系が要求される。
【００４８】
焦点深度（ＤＯＦ：ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｆｏｃｕｓ）は、ビーム直径が√２Δｘになる範囲で、次の通りに規定される。
【００４９】
【数２】
【００５０】
ＤＯＦは、深度方向に沿って、ビームスポット・サイズが相対的に均一であると見ることができる範囲を意味し、深度によるイメージ情報、例えば、人体組織の断層撮影イメージを取得するとき、ＤＯＦが大きい光学系、すなわち、ＮＡが小さい光学系が要求される。
【００５１】
このように、水平解像度とＤＯＦは、トレードオフ（ｔｒａｄｅ ｏｆｆ）の関係を有し、検査対象に見合うように、適切なＮＡを有する光学系が具現されねばならない。
【００５２】
本実施形態のＮＡ制御ユニット１０００は、開口調節ユニットＶＡと焦点調節ユニットＶＦとを共に具備し、ＮＡを調節することができるので、検査対象に見合う光学系を具現することができる。
【００５３】
以下では、ＮＡ制御ユニット１０００に採用される開口調節ユニットＶＡ、焦点調節ユニットＶＦの多様な実施形態について説明する。
【００５４】
図３は、図１Ａ及び図１ＢのＮＡ制御ユニット１０００に採用される開口調節ユニットの一実施形態を示す図である。
【００５５】
開口調節ユニット１０１は、電気湿潤原理によって流体が流動し、流体流動によって光が通過する開口Ａのサイズが調節されるように構成される。開口調節ユニット１０１は、流体が流動する空間を構成するチャンバと、チャンバ内に設けられ、互いに混合しない性質を有し、一つは、透光性、他の一つは、遮光性または吸光性の物質から形成された第１流体Ｆ１及び第２流体Ｆ２と、チャンバの内側面に設けられ、チャンバ内に電場を形成するために、電圧が印加される一つ以上の電極が配列された電極部と、を含む。電場による第１流体Ｆ１と第２流体Ｆ２との界面の位置変化によって、光が透過する開口が調節される。
【００５６】
具体的に説明すれば、チャンバの領域は、第１チャネルＣ１と、第１チャネルＣ１の上部に、第１チャネルＣ１と連結されるように設けられた第２チャネルＣ２と、を含み、第１チャネルＣ１及び第２チャネルＣ２のそれぞれで起こる第１流体Ｆ１と第２流体Ｆ２との界面の位置変化によって、開口範囲が決定される。第１チャネルＣ１は、第１基板１１０と、第１基板１１０と離隔されるように設けられ、中心部に第１貫通ホールＴＨ１が形成され、周辺部に第２貫通ホールＴＨ２が形成された第２基板１５０と、第１基板１１０と第２基板１５０との間に、内部空間を形成するように設けられた第１スペーサ１３０と、から形成される。また、第２チャネルＣ２は、第２基板１５０と、第２基板１５０と離隔されるように設けられた第３基板１９０と、第２基板１５０と第３基板１９０との間に、内部空間を形成するように設けられた第２スペーサ１７０と、から形成される。
【００５７】
第１流体Ｆ１及び第２流体Ｆ２のうちのいずれか一つは、液体金属または極性液体であり、他の一つは、ガスまたは非極性液体から構成されてもよい。
【００５８】
電極部は、第１基板１１０上に形成され、絶縁物質Ｉでコーティングされた一つ以上の電極Ｅからなる第１電極部１２０と、第３基板１９０上に形成され、絶縁物質Ｉでコーティングされた一つ以上の電極Ｅからなる第２電極部１８０と、を含む。
【００５９】
第１電極部１２０は、開口Ａのデジタル制御のために、複数の電極を含むように構成される。
【００６０】
接地電極部Ｒは、チャンバの内部のいずれか一ヵ所以上で、極性流体と接触を維持するように備えられ、例えば、極性の第１流体Ｆ１と接触を維持するように設けられ、図示されているように、第１基板１１０上に配置される。ただし、接地電極部Ｒの位置は、図示された位置に限定されるものではない。
【００６１】
第１電極部１２０、第２電極部１８０をなす電極は、透明伝導性材質から形成され、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）などの金属酸化物、Ａｕ、Ａｇなどの金属ナノ粒子分散薄膜、ＣＮＴ（ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）などの炭素ナノ構造体、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、ポリピロール（ＰＰｙ）、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）などの伝導性高分子が使われもする。
【００６２】
接地電極部Ｒは、配置上、透光性が要求されず、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉなどの金属薄膜から形成される。
【００６３】
電気湿潤現象は、絶縁体でコーティングされた電極上の電解質液滴に電圧を加えれば、液滴の接触角が変わる現象を意味する。すなわち、流体、液滴、絶縁体が出合う三相接触線（ＴＣＬ：ｔｈｒｅｅ−ｐｈａｓｅ ｃｏｎｔａｃｔ ｌｉｎｅ）で、それぞれの界面張力によって、接触角が変わる。電気湿潤現象を利用する場合、低い電圧を使用し、素早く効果的に流体の流動を制御することができ、可逆的に流体の移送及び制御が可能である。
【００６４】
第１電極部１２０のいずれか１つの電極Ｅに、適切な電圧を印加すれば、駆動された電極上の三相接触線（ＴＣＬ）、すなわち、第１流体Ｆ１、第２流体Ｆ２、及び絶縁物質Ｉが出合う接線で電気機械的力が作用し、第１流体Ｆ１が第１チャネルＣ１を介して、中心部に移動しつつ、開口Ａが縮小しうる。また、第２電極部１８０に適切な電圧を印加すれば、第１流体Ｆ１が第２チャネルＣ２を介して、中心部に移動しつつ、第１チャネルＣ１のＴＣＬは縁側に押され、開口Ａが拡張される。第１電極部１２０を、複数の電極Ｅで構成する場合、駆動される電極を変化させることによって、開口Ａのサイズをデジタル方式で制御することができる。
【００６５】
図４は、図１Ａ及び図１ＢのＮＡ制御ユニット１０００に採用される開口調節ユニットの他の実施形態を示す図である。
【００６６】
本実施形態の開口調節ユニット１０２は、第２基板１５０の両面に、絶縁物質Ｉでコーティングされた一つ以上の電極Ｅからなる第３電極部３２０及び第４電極部３８０がさらに備えられた点で、図３で説明した開口調節ユニット１０１と違いがある。第３電極部３２０は、第１電極部１２０と共に、第１チャネルＣ１で生じる駆動力を増大させ、第４電極部３８０は、第２電極部１８０と共に、第２チャネルＣ２で生じる駆動力を増大させる役割を果たす。第３電極部３２０及び第４電極部３８０をなす電極の個数は、図示された個数に限定されるものではない。また、第２基板１５０の両面に、それぞれ第３電極部３２０及び第４電極部３８０が備えられると説明したが、それは例示的なものであり、第２基板１５０のいずれか一面にのみ第３電極部３２０または第４電極部３８０が備えられてもよい。
【００６７】
図５は、図１Ａ及び図１ＢのＮＡ制御ユニットに採用される焦点調節ユニットの一実施形態を示す図である。
【００６８】
焦点調節ユニット２０１は、流体表面にレンズ面を形成し、流体流動を利用して、レンズ面の形状を調節して焦点距離を調節する液体レンズの形態を有することができ、本実施形態の焦点調節ユニット２０１は、前記流体流動が電気湿潤方式によって起こる構成を有する。
【００６９】
図面を参照して具体的な構成について説明すれば、チャンバ内部に、透光性かつ極性を有する第１流体ＴＦ１、第１流体ＴＦ１と混合しない性質を有し、透光性を有する第２流体ＴＦ２が設けられる。第１流体ＴＦ１と第２流体ＴＦ２との境界面は、レンズ面をなす第１面ＬＳと、前記レンズ面の曲率変化を誘導する第２面ＩＳと、を含む。また、第２面ＩＳの位置を変化させる電場を形成するための電極部が、チャンバ内に形成されている。第１流体ＴＦ１と第２流体ＴＦ２との境界面が、レンズ面をなす第１面ＬＳと、前記レンズ面の曲率変化を誘導する第２面ＩＳとを形成することができるように、前記レンズ面に対応するレンズの直径を形成する第１貫通ホールＴＨ１と、第２流体ＴＦ２の通路を形成する第２貫通ホールＴＨ２とが形成された第１中間板２５０が、チャンバ内部に設けられる。
【００７０】
第１中間板２５０の下部及び上部には、それぞれ下部基板２１０と上部基板２９０とが設けられ、内部空間を形成するように、下部基板２１０と第１中間板２５０との間、第１中間板２５０と上部基板２９０との間には、スペーサ部が設けられもする。スペーサ部は、下部基板２１０と第１中間板２５０との間の第１スペーサ２３０と、第１中間板２５０と上部基板２９０との間の第２スペーサ２７０とからなる。
【００７１】
下部基板２１０、第１中間板２５０、上部基板２９０は、透光性素材から形成されてもよい。
【００７２】
第１流体ＴＦ１と第２流体ＴＦ２は、屈折率が互いに異なる透光性流体から構成される。第１流体ＴＦ１は、極性液体、第２流体ＴＦ２は、ガスまたは非極性液体から構成される。
【００７３】
電極部は、図示されているように、下部基板２１０の上面に形成され、表面が絶縁物質Ｉでコーティングされた電極Ｅからなる第１電極部２２０と、第１中間板２５０の下面に形成され、表面が絶縁物質Ｉでコーティングされた電極Ｅからなる第２電極部２８０と、を含む。ただし、第１電極部２２０及び第２電極部２８０のうちいずれか一つだけ備えられることも可能である。
【００７４】
また、第１流体ＴＦ１と接するように設けられた接地電極Ｒをさらに含んでもよい。図面では、接地電極Ｒは、第１基板２１０上に配置されているが、電圧が印加されていない状態で、第１流体ＴＦ１と接することができるいずれの位置にも配置可能である。接地電極Ｒは、選択的に備えられ、接地電極Ｒが備えられる場合、駆動電圧をさらに低くすることができる。
【００７５】
第１電極部２２０、第２電極部２８０をなす電極は、透明伝導性材質から形成され、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯのような金属酸化物、Ａｕ、Ａｇなどの金属ナノ粒子分散薄膜、ＣＮＴ、グラフェンなどの炭素ナノ構造体、またはポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、ポリピロール（ＰＰｙ）、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）などの伝導性高分子などが使われもする。接地電極Ｒは、前述の透明伝導性物質から形成され、配置によって透光性が要求されない場合、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉなどの金属薄膜から形成される。
【００７６】
焦点調節ユニット２０１は、電気湿潤駆動によって、第２面ＩＳに作用する圧力が変わり、これによって、レンズ面の第１面ＬＳの曲率が調節される。本実施形態で、第１電極部２２０、第２電極部２８０がそれぞれ１つの電極Ｅからなり、この電極Ｅに印加される電圧の大きさを調節し、第２面ＩＳの位置を変化させる。電圧が印加されていない状態、または印加電圧の大きさが小さくなれば、第２面ＩＳは、中心側に移動し、レンズ面になる第１面ＬＳは、さらに凸状になる。印加電圧の大きさを増大させれば、第２面ＩＳは、両側に移動し、第１面ＬＳの曲率はさらに小さくなり、印加電圧が最大になるとき、第１面ＬＳは、凹状の曲率を有する。
【００７７】
図６は、図１Ａ及び図１ＢのＮＡ制御ユニット１０００に採用される焦点調節ユニットの他の実施形態を示す図である。
【００７８】
本実施形態の焦点調節ユニット２０２は、第１電極部２２２、第２電極部２８２がそれぞれ絶縁物質Ｉでコーティングされた複数の電極Ｅから構成された点で、前述の実施形態の焦点調節ユニット２０１と違いがある。第１電極部２２２、第２電極部２８２を構成する電極Ｅの一部を選択して電圧を印加することによって、レンズ面になる第１面ＬＳの曲率をデジタル方式で制御することができる。
【００７９】
すなわち、電極Ｅのうちいずれか一つを選択して適切な電圧を印加すれば、駆動された電極の三相接触線（ＴＣＬ）、すなわち、第１流体Ｆ１、第２流体Ｆ２の境界面の第２面ＩＳと、絶縁物質Ｉとが出合う接線で電気機械的力が作用し、図示されたように、第２面ＩＳの位置が形成され、これによって、第１面ＬＳの曲率が決定される。最も内側に配置された電極Ｅを選択して適切な電圧を印加すれば、第２面ＩＳの位置が最大限中心側に移動し、第１面ＬＳの曲率は、さらに大きくなり得る。また、最も外側に配置された電極Ｅを選択して適切な電圧を印加すれば、第２面ＩＳの位置が両側に最大に移動し、第１面ＬＳの曲率は小さくなり、または、凹状の曲率が形成されることもある。
【００８０】
図面では、第１電極部２２２、第２電極部２８２、接地電極Ｒがいずれも備えられているが、第１電極部２２２及び第２電極部２８２のうちいずれか一つだけが備えられていたり、接地電極Ｒが省略されていたりもする。
【００８１】
図７は、図１Ａ及び図１ＢのＮＡ制御ユニット１０００に採用される焦点調節ユニットのさらに他の実施形態を示す図である。
【００８２】
本実施形態の焦点調節ユニット２０３は、レンズ面の曲率変化のための流体流動が、加圧式で起こる構成を有する。焦点調節ユニット２０３は、チャンバの内部空間に設けられた透光性流体ＴＦ３を含む。チャンバの内部空間３８１は、基板３１０と、基板３１０に形成されたフレーム３３０とから形成され、流室３８２、流路３８４、レンズ室３８６からなる。フレーム３３０の上部には、メンブレイン３５０が配置され、流室３８２の上部に対応するメンブレイン３５０上の位置には、アクチュエータ３７０が設けられる。レンズ室３８６の上部に対応する位置のメンブレイン３５０の一面が、レンズ面３５０ａになる。
【００８３】
メンブレイン３５０は、透明かつ弾性を有する物質、例えば、シリコン弾性重合体（ｅｌａｓｔｏｍｅｒ）からなってもよい。また、耐久性及び柔軟性にすぐれるポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）が採用される。
【００８４】
アクチュエータ３７０は、透光性流体ＴＦ３に圧力を印加するように設けられるものであり、一般的に使われている多様な方式のアクチュエータが使われる。例えば、厚みが非常に薄く、消費電力が小さい電気作動ポリマー（ＥＡＰ：ｅｌｅｃｔｒｏ ａｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ）からなる一般的なポリマーアクチュエータが使われ、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ＿ＣＦＥ）、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＴＦＥ）のような混成重合体で製作された緩和型強誘電性（ｒｅｌａｘｏｒ ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ）ポリマーアクチュエータが採用されてもよい。アクチュエータ３７０は、電圧印加によって電歪変形（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ ｓｔｒａｉｎ）が誘発され、隣接した透光性流体ＴＦ３に圧力を印加する。
【００８５】
透光性流体ＴＦ３としては、例えば、シリコンオイルが採用されてもよい。
【００８６】
アクチュエータ３７０の駆動によって、流室３８２内の透光性流体ＴＦ３に圧力が加えられれば、透光性流体ＴＦ３が、流路３８４に沿って、レンズ室３８６に移動し、レンズ面３５０ａの形状が変化する。
【００８７】
図１Ａ及び図１ＢのＮＡ制御ユニット１０００に採用される焦点調節ユニットは、前述の実施形態以外にも、他の構成が採用され、例えば、液晶に電場勾配を形成し、それによる屈折率勾配を誘導し、焦点距離を調節する液晶レンズからなってもよい。
【００８８】
図８Ａないし図８Ｃは、ＮＡ制御ユニット１０００を利用した深度スキャニング方法を説明するための図であり、サンプルＳ内のそれぞれ異なる深度で、同じ水平解像度が維持されるところを示している。
【００８９】
図８Ａのように、サンプルＳ内の所定深度位置でフォーカシングされるように、焦点調節ユニットＶＦの焦点距離を調節し、前記焦点距離で、検査対象に見合うＮＡを具現するように、開口調節ユニットＶＡの開口を調節する。
【００９０】
図８Ｂでは、サンプルＳ内の深度位置を変更して光がフォーカシングされるように、焦点調節ユニットＶＦの焦点距離を調節し、既定のＮＡ値が維持されるように、開口調節ユニットＶＡの開口を調節する。焦点距離が増大するほど、開口を増大させる。
【００９１】
図８Ｃも同様に、サンプルＳ内の深度位置が変更されるように、焦点距離を調節し、変更された焦点距離で、既定のＮＡ値が維持されるように、開口調節ユニットＶＡの開口を調節する。
【００９２】
このような方式の深度スキャニングでは、一般的なＯＣＴの深度スキャン時、深度によってビームスポット・サイズΔｘ’が増大、すなわち、水平解像度が低減することとは異なり、一定のビームスポット・サイズΔｘを維持し、必要な焦点深度（ＤＯＦ）範囲で、一定の水平解像度を維持することができる。
【００９３】
図９は、本発明の一実施形態に係る可変型光プローブ２０００の概略的な構造を示す図である。
【００９４】
図面を参照すれば、可変型光プローブ２０００は、光伝送部２１００と、光伝送部２１００を介して伝送された光を平行光にコリメートするコリメータ２３００と、光を、検査対象であるサンプルにフォーカシングし、ＮＡを制御することができるＮＡ制御ユニット１０００、ＮＡ制御ユニット１０００を通過した光がサンプルＳの所定領域をスキャニングするように光伝送部２１００を介して伝送された光の経路を変えるスキャナ２２００とを含む。
【００９５】
光伝送部２１００は、光ファイバからなり、スキャナ２２００は、図示されているように、光ファイバの一端に組み込まれ、光ファイバの変形を誘導して光路を変えるアクチュエータからなってもよい。アクチュエータとしては、圧電アクチュエータ（ｐｉｅｚｏ ａｃｔｕａｔｏｒ）や、その他のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）状の記憶合金のようなカンチレバー（ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ）形態を駆動することができる多様な方法及び材料が使われる。
【００９６】
コリメータ２３００は、１枚以上のレンズを含んでもよい。
【００９７】
ＮＡ制御ユニット１０００は、開口調節ユニットＶＡ、焦点調節ユニットＶＦを含み、前述の多様な実施形態の開口調節ユニットＶＡ、焦点調節ユニットＶＦが採用される。
【００９８】
図１０は、本発明の他の実施形態に係る可変型光プローブ２００１の概略的な構造を示す図である。
【００９９】
本実施形態の可変型光プローブ２００１は、ＮＡ制御ユニット１０００を通過した光の収差補正のためのレンズユニット２８００をさらに具備し、レンズユニット２８００は、１枚以上のレンズを含み得る。
【０１００】
図１１は、本発明のさらに他の実施形態に係る可変型光プローブ２００２の概略的な構造を示す図である。
【０１０１】
本実施形態の可変型光プローブ２００２は、ミラー面を駆動して光路を変えるＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏ ｅｌｅｃｔｒｏ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ）スキャナ２６００を具備する点で、前述の可変型光プローブ２００１，２００２と違いがあり、ＭＥＭＳスキャナ２６００は、開口調節ユニットＶＡと焦点調節ユニットＶＦとの間に配置される。また、開口調節ユニットＶＡとＭＥＭＳスキャナ２６００間とには、開口調節ユニットＶＡを透過した光が経路を変え、ＭＥＭＳスキャナ２６００に入射するように、光路変換部材２４００がさらに配置され得る。
【０１０２】
図１２は、本発明のさらに他の実施形態に係る可変型光プローブ２００３の概略的な構造を示す図である。
【０１０３】
本実施形態の可変型光プローブ２００３は、開口調節ユニットＶＡ及び焦点調節ユニットＶＦを通過した光の収差補正のためのレンズユニット２８００をさらに具備し、レンズユニット２８００は、１枚以上のレンズを含み得る。
【０１０４】
図１３Ａは、本発明の一実施形態に係る映像診断システム３０００の概略的な構造を示すブロック図である。
【０１０５】
映像診断システム３０００は、光源部と、光源部からの光を、検査対象であるサンプルＳ、例えば、人体組織であるティッシュ（ｔｉｓｓｕｅ）にスキャニングし、ＮＡを制御することができる可変型光プローブと、サンプルＳから反射された光からサンプルＳのイメージを検出する検出部とを含む。
【０１０６】
可変型光プローブとしては、前述の実施形態の可変型光プローブ２０００，２００１，２００２，２００３が採用され、検査対象によって、開口、焦点距離、開口数を適切に調節することができる。
【０１０７】
検出部は、サンプルＳのイメージをセンシングするためのＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）のようなイメージセンサを含んでもよい。
【０１０８】
映像診断システム３０００は、また、光源部からサンプルＳに向かって照射された光と、サンプルＳから反射された光との経路を分離するビームスプリッタと、検出部で感知された信号を映像信号に処理して表示する映像信号処理部とをさらに含んでもよい。
【０１０９】
図１３Ｂは、本発明の他の実施形態に係る映像診断システム３００１の概略的な構造を示すブロック図である。
【０１１０】
映像診断システム３００１は、光源部と、光源部からの光を所定の干渉光に変調する光干渉計と、光を、検査対象であるサンプルＳ、例えば、人体組織であるティッシュにスキャニングし、ＮＡを制御することができる可変型光プローブと、サンプルＳから反射された光からサンプルＳのイメージを検出する検出部と、サンプルイメージが表示されるように、検出部で感知された信号を映像信号に処理する映像信号処理部とを含む。
【０１１１】
光干渉計は、レファレンスミラー（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｍｉｒｒｏｒ）とビームスプリッタとを含み、光源部から照射された光は、ビームスプリッタで一部分岐され、レファレンスミラーに向かった後、レファレンスミラーから反射される。すなわち、レファレンスミラーとビームスプリッタとの相互作用による干渉光が、可変型光プローブに入射される。このような形態の干渉光は、ＯＣＴモードで動作するとき、一般的に使われる。また、サンプルから反射された光は、ビームスプリッタで経路分岐されて検出部に向かう。
【０１１２】
可変型光プローブとしては、前述の実施形態の可変型光プローブ２０００，２００１，２００２，２００３が採用され、検査対象によって、開口、焦点距離、開口数を適切に調節することができる。
【０１１３】
図１４は、図１３Ａ、図１３Ｂの映像診断システム３０００，３００１の多様な動作モードを説明するためのデザインウィンドーを示す図である。
【０１１４】
組織の内部断層を撮影しなければならないＯＣＴモードの場合、焦点深度が長い、すなわち、ＮＡが相対的に小さいモードでの動作が要求される。高い水平解像度を必要とするＯＣＴモードでは、ＮＡが相対的に高い光学系が要求される。このような点を考慮し、検査対象に見合う焦点距離、ビーム直径を具現するように、動作モードを適切に選択することができる。
【０１１５】
また、上述した実施形態に係る映像診断システム３０００，３００１は、水平解像度を一定に維持して深度スキャニングを行うことができるモードで使われもする。一般的なＯＣＴ信号は、深度によって低減するが、これは、焦点距離を調節して深度方向にスキャニングするとき、水平解像度が低下するためである。しかし、映像診断システム３０００，３００１は、焦点距離と開口とを独立して調節することができるＮＡ制御ユニットを採用しているので、焦点距離を増大させて深度スキャニングするとき、開口を調節して一定のＮＡ値を維持することが可能である。例えば、ＤＳと表示された矢印方向に沿って、ＮＡを維持して深度スキャニングを行うように動作し得る。
【０１１６】
図１５は、本発明の実施形態に係る映像診断システム３０００，３００１を利用したイメージ検出方法の一例であり、水平解像度を維持する深度スキャニングを利用してイメージを検出するイメージ検出方法を説明するためのフローチャートである。
【０１１７】
まず、診断モード及びこれに見合うＮＡを決定し（Ｓ１０１）、深度スキャニングステップ数を定める（Ｓ１０２）。
【０１１８】
既定のＮＡ値で、ティッシュ表面からの第１深度に光がフォーカシングされるように、ＮＡ制御ユニットの焦点距離ｆｋを調節し（Ｓ１０３）、既定のＮＡ、焦点距離ｆｋが具現されるように、開口Ｄｋのサイズを調節する（Ｓ１０４）。
【０１１９】
第１深度の所定領域を水平スキャニングしてイメージＩｋを検出し、保存する（Ｓ１０５）。
【０１２０】
焦点距離を増大させ、ティッシュ表面からの第２深度に光がフォーカシングされるように、焦点調節ユニットを調節し（Ｓ１０３）、変更された焦点距離ｆｋで、既定のＮＡ値が維持されるように、開口調節ユニットの開口Ｄｋのサイズを調節する（Ｓ１０４）。第２深度の所定領域を水平スキャニングしてイメージＩｋを検出し、検出されたイメージＩｋを保存する（Ｓ１０５）。
【０１２１】
必要なスキャニングステップ数Ｎだけ、ステップＳ１０３〜Ｓ１０５を繰り返した後、保存されたイメージＩｋ（ｋ＝１〜Ｎ）をスティチングする。
【０１２２】
このような本願発明は、理解を助けるために図面に示された実施形態を参考にして説明したが、それらは例示的なものに過ぎず、当分野で当業者であるならば、それらから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解することができるであろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲によって定められる。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
本発明のＮＡ（ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｐｅｒｔｕｒｅ）制御ユニット、それを採用した可変型光プローブ、映像診断システム、深度スキャニング方法、イメージ検出方法、及び映像診断方法は、例えば、医療映像関連の技術分野に効果的に適用可能である。
【符号の説明】
【０１２４】
１０１，１０２ 開口調整ユニット、
１１０ 第１基板、
１２０，２２０，２２２ 第１電極部、
１３０，２３０ 第１スペーサ、
１５０ 第２基板、
１７０，２７０ 第２スペーサ、
１８０，２８０，２８２ 第２電極部、
１９０ 第３基板、
２０１，２０２，２０３ 焦点調節ユニット、
２１０ 下部基板、
２５０ 第１中間板、
２９０ 上部板、
３１０ 基板、
３２０ 第３電極部、
３３０ フレーム、
３５０ メンブレイン、
３５０ａ レンズ面、
３７０ アクチュエータ、
３８０ 第４電極部、
３８１ チャンバの内部空間、
３８２ 流室、
３８４ 流路、
３８６ レンズ室、
１０００ ＮＡ制御ユニット、
２０００，２００１，２００２，２００３ 可変型プローブ、
２１００ 光伝送部、
２２００ スキャナ、
２３００ コリメータ、
２４００ 光路変換部材、
２６００ ＭＥＭＳスキャナ、
２８００ レンズユニット、
３０００，３００１ 映像診断システム。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、開口数（ＮＡ：ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｐｅｒｔｕｒｅ）を制御するＮＡ制御ユニット、可変型光プローブ、映像診断システム、深度スキャニング方法、イメージ検出方法、及び映像診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
医用画像（ｍｅｄｉｃａｌ ｉｍａｇｉｎｇ）の分野では、人体の皮膚表面（皮膚組織：ｓｋｉｎ ｔｉｓｓｕｅ）に関する情報と共に、皮膚下部の断層を精密撮影する技術に対する要求が高まっている。特に、ほとんどのガン（ｃａｎｃｅｒ）は、上皮細胞下部で発生し、血管が存在する真皮細胞内部に伝播するため、早期発見が可能な場合、ガンによる被害を画期的に低減させることができる。既存のＭＲＩ（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｉｍａｇｉｎｇ）、ＣＴ（ｘ−ｒａｙ ｃｏｍｐｕｔｅｄ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）、超音波などのイメージング技術は、皮膚を貫通して内部断層を撮影することができるが、解像度が低く、サイズが小さい早期ガンの検出は不可能である。一方、最近紹介されたＯＣＴ（ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）技術は、既存のイメージング方法に比べ、皮膚の中への浸透深度は２〜３ｍｍと低いが、解像度が超音波の１０倍ほど高く、大きさが５０〜１００μｍほどの早期ガンの検出可能性があるとして、研究が進められている。しかし、このようなＯＣＴ技術も、解像度が顕微鏡レベルより低いために、実際にガンの判別に使われる生検（ｂｉｏｐｓｙ）及びヒストロジー（ｈｉｓｔｏｌｏｇｙ）を代替することができない。
【０００３】
最近、一部のＯＣＴ研究者は、ＯＣＴの断層撮影特性と、共焦点顕微鏡（ｃｏｎｆｏｃａｌ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）のような高解像度表面撮影方法とを融合し、生検を実施せずに、ティッシュ（ｔｉｓｓｕｅ）内部のガン診断をリアルタイムで行うという最終目標をもって研究を進めている。しかし、顕微鏡の対物レンズは、水平方向高解像度のために、高ＮＡの光学系を必要とする一方、ＯＣＴは、深度情報を取得するために、深度方向のスポットサイズ（ｓｐｏｔ ｓｉｚｅ）が相対的に均一である、すなわち、ＤＯＦ（ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｆｏｃｕｓ）が大きい低ＮＡの光学系を必要とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、焦点調節と開口調節とを選択的に、または同時に行ってＮＡを制御するＮＡ制御ユニット、それを採用した可変型光プローブ、映像診断システム、深度スキャニング方法、イメージ検出方法、及び映像診断方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一類型によるＮＡ制御ユニットは、光が透過する開口が調節される開口調節ユニットと、前記開口調節ユニットから所定の位置に配置され、前記開口を通過した光をフォーカシングし、焦点距離が調節される焦点調節ユニットと、を含む。
【０００６】
前記開口調節ユニットは、機械的に開口サイズが調節される絞りで構成される。
【０００７】
前記開口調節ユニットは、マイクロ電気流体方式で開口サイズが調節される液体絞りで構成される。
【０００８】
前記開口調節ユニットは、流体が流動する空間を構成するチャンバと、前記チャンバ内に設けられ、互いに混合しない性質を有し、一方は透光性の物質から形成され、他方は遮光性または吸光性の物質から形成される第１及び第２流体と、前記チャンバの内側面に設けられ、前記チャンバ内に電場を形成するために電圧が印加される一つ以上の電極が配列された電極部と、を含み、電場による前記第１流体と前記第２流体との界面の位置変化によって、光が透過する開口が調節される。
【０００９】
前記第１及び第２流体のいずれか一方は、液体金属または極性液体であり、他方は、ガスまたは非極性液体から構成される。
【００１０】
前記チャンバの領域は、第１チャネルと、前記第１チャネルの上部に、前記第１チャネルと連結されるように設けられた第２チャネルと、を含み、前記第１及び第２チャネルのそれぞれで起こる前記第１流体と前記第２流体との界面の位置変化によって、前記開口の範囲が決定される。
【００１１】
前記第１チャネルは、前記電極部が形成された第１基板と、前記第１基板と離隔されるように設けられ、中心部に第１貫通ホールが形成され、周辺部に第２貫通ホールが形成された第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に内部空間を形成するように設けられた第１スペーサと、から形成される。
【００１２】
前記第２チャネルは、前記第２基板と、前記第２基板と離隔されるように設けられた第３基板と、前記第２基板と前記第３基板との間に内部空間を形成するように設けられた第２スペーサと、から形成される。
【００１３】
前記焦点調節ユニットは、流体表面にレンズ面を形成し、流体流動によってレンズ面の形状を調節して焦点距離を調節する液体レンズからなってもよい。
【００１４】
前記流体流動が、電気湿潤方式または加圧式で起こりもする。
【００１５】
前記焦点調節ユニットは、透光性かつ極性を有する第１流体と、前記第１流体と混合しない性質を有し、かつ、透光性を有する第２流体と、前記第１及び第２流体を収容する内部空間を有するチャンバと、前記第１流体と前記第２流体との境界面であり、前記レンズ面をなす第１面と、前記第１流体と前記第２流体との境界面であり、前記レンズ面の曲率変化を誘導する第２面と、前記チャンバ内に設けられ、前記レンズ面に対応するレンズの直径を形成する第１貫通ホールと、前記第２流体の通路を形成する第２貫通ホールが形成された第１中間板と、前記第２面の位置を変化させる電場を形成するための電極部と、を含んでもよい。
【００１６】
前記第１流体は、極性液体であり、前記第２流体は、ガスまたは非極性液体から構成される。
【００１７】
また、一類型による深度スキャニング方法は、前記ＮＡ制御ユニットを利用し、サンプルを深度方向にスキャンして光を照射し、焦点距離と開口サイズとを同時に変化させ、一定のＮＡを維持する。
【００１８】
また、一類型による可変型光プローブは、光伝送部と、前記光伝送部を介して伝送された光を平行光にコリメートするコリメータと、光を検査対象であるサンプルにフォーカシングする前記ＮＡ制御ユニットと、前記ＮＡ制御ユニットを通過した光が、前記サンプルの所定領域をスキャニングするように、前記光伝送部を介して伝送された光の経路を変えるスキャナと、を含む。
【００１９】
前記光伝送部は、光ファイバからなってもよい。
【００２０】
前記スキャナは、前記光ファイバの一端に組み込まれ、前記光ファイバの変形を誘導して光路を変えるアクチュエータ、または、ミラー面を駆動して光路を変えるＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏ ｅｌｅｃｔｒｏ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ）スキャナからなってもよい。
【００２１】
また、一類型による映像診断システムは、光源部と、前記光源部からの光を検査対象であるティッシュに照射する前記可変型光プローブと、前記ティッシュで反射された光から前記ティッシュのイメージを検出する検出部と、を含む。
【００２２】
また、前記映像診断システムを利用してイメージを検出するイメージ検出方法は、所定のＮＡ値で、前記ティッシュの表面からの第１深度に光がフォーカシングされるように、前記ＮＡ制御ユニットを調節する段階と、前記第１深度の所定領域をスキャニングしてイメージを検出する段階と、焦点距離を増大させ、前記ティッシュの表面からの第２深度に光がフォーカシングされるように、前記焦点調節ユニットを調節し、前記所定のＮＡ値が維持されるように、前記開口調節ユニットの開口サイズを調節する段階と、前記第２深度の所定領域をスキャニングしてイメージを検出する段階と、を含む。
【００２３】
また、一類型による映像診断システムは、光を照射する光源部と、前記光源部からの光が透過する開口が調節される開口調節ユニットと、前記開口調節ユニットから所定の位置に配置され、前記開口を通過した光をサンプルにフォーカシングし、焦点距離が調節される焦点調節ユニットと、前記サンプルから反射された光からサンプルのイメージを検出する検出部と、を含み、前記開口調節ユニット及び前記焦点調節ユニットの調節によってＮＡを制御し、前記サンプルと前記焦点調節ユニットとの間の距離変化なしに、サンプルの深度イメージを撮影する。
【００２４】
前記開口調節ユニットは、機械的に開口サイズが調節される絞り、油圧を利用して開口サイズが調節される液体絞り、またはマイクロ電気流体方式で開口サイズが調節される液体絞りを含んでもよい。
【００２５】
前記焦点調節ユニットは、流体表面にレンズ面を形成し、流体流動によってレンズ面の形状を調節して焦点距離を調節する液体レンズからなってもよい。
【００２６】
前記流体流動が、電気湿潤方式または加圧式で起こりもする。
【００２７】
前記焦点調節ユニットは、液晶（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ）に電場勾配（ｇｒａｄｉｅｎｔ）を形成し、これによる屈折率勾配を誘導して焦点距離を調節する液晶レンズからなってもよい。
【００２８】
前記映像診断システムは、前記光源部からの光を、前記サンプルの所定の水平領域にスキャニングするスキャナをさらに含んでもよい。
【００２９】
また、一類型による映像診断方法は、光源部から光を照射する段階と、照射された光のＮＡを制御し、サンプル内の所定位置に光をフォーカシングする段階と、サンプルから反射された光を検出する段階と、を含む。
【００３０】
前記映像診断方法は、前記光源部から前記サンプルに向かう光と、前記サンプルから反射される光の経路を分岐する段階をさらに含んでもよい。
【００３１】
前記映像診断方法は、前記光源部からの光を所定の干渉光に変調する段階をさらに含み、この場合、前記光源部からの光を一部分岐させてレファレンスミラーに向かわせ、前記レファレンスミラーから反射された光を利用して前記干渉光を形成することができる。
【００３２】
前記映像診断方法は、前記光を検出する段階で検出された信号を映像信号に処理する段階をさらに含んでもよい。
【発明の効果】
【００３３】
本発明のＮＡ制御ユニットは、開口調節及び／または焦点調節を利用し、必要な水平解像度、ＤＯＦに見合うＮＡを具現することができる。
【００３４】
本発明の深度スキャニング方法は、開口調節、焦点調節を同時に行い、要求されるＮＡ値を維持しつつ、深度スキャニングが可能である。
【００３５】
本発明のＮＡ制御ユニットを具備した可変型光プローブは、高い水平解像度、高いＤＯＦが要求される映像診断システムに適用可能である。
【００３６】
本発明の映像診断システム、イメージ検出方法、映像診断方法は、高い水平解像度、高いＤＯＦを具現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１Ａ】１つの値のＮＡを具現している、本発明の一実施形態に係るＮＡ制御ユニットの概略的な構造を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ａとは異なる値のＮＡを具現しているＮＡ制御ユニットの概略的な構造を示す図である。
【図２】フォーカシング光学部材により規定されるＮＡによる水平解像度とＤＯＦとの関係を説明するための概念図である。
【図３】図１Ａ及び図１ＢのＮＡ制御ユニットに採用される開口調節ユニットの一実施形態を示す図である。
【図４】図１Ａ及び図１ＢのＮＡ制御ユニットに採用される開口調節ユニットの他の実施形態を示す図である。
【図５】図１Ａ及び図１ＢのＮＡ制御ユニットに採用される焦点調節ユニットの一実施形態を示す図である。
【図６】図１Ａ及び図１ＢのＮＡ制御ユニットに採用される焦点調節ユニットの他の実施形態を示す図である。
【図７】図１Ａ及び図１ＢのＮＡ制御ユニットに採用される焦点調節ユニットのさらに他の実施形態を示す図である。
【図８Ａ】サンプル内のそれぞれ異なる深度で同じ水平解像度が維持される、ＮＡ制御ユニットを利用した深度スキャニング方法を説明するための図である。
【図８Ｂ】サンプル内のそれぞれ異なる深度で同じ水平解像度が維持される、ＮＡ制御ユニットを利用した深度スキャニング方法を説明するための図である。
【図８Ｃ】サンプル内のそれぞれ異なる深度で同じ水平解像度が維持される、ＮＡ制御ユニットを利用した深度スキャニング方法を説明するための図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る可変型光プローブの概略的な構造を示す図である。
【図１０】本発明の他の実施形態に係る可変型光プローブの概略的な構造を示す図である。
【図１１】本発明のさらに他の実施形態に係る可変型光プローブの概略的な構造を示す図である。
【図１２】本発明のさらに他の実施形態に係る可変型光プローブの概略的な構造を示す図である。
【図１３Ａ】本発明の一実施形態に係る映像診断システムの概略的な構造を示すブロック図である。
【図１３Ｂ】本発明の他の実施形態に係る映像診断システムの概略的な構造を示すブロック図である。
【図１４】本発明の実施形態に係る映像診断システムの多様な動作モードを説明するためのデザインウィンドーを示す図である。
【図１５】本発明の実施形態に係る映像診断システムを利用したイメージ検出方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、添付された図面を参照しつつ、本発明の実施形態について詳細に説明する。以下の図面で、同じ参照符号は、同じ構成要素を指し、図面上で、各構成要素のサイズは、説明の明瞭さ並びに便宜さを考慮し、誇張されていることがある。
【００３９】
図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の一実施形態に係るＮＡ（ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｐｅｒｔｕｒｅ）制御ユニット１０００の概略的な構造を示す図であり、それぞれ異なる値のＮＡを具現した例を示している。
【００４０】
図面を参照すれば、ＮＡ制御ユニット１０００は、光が透過する開口が調節される開口調節ユニットＶＡと、前記開口を通過した光をフォーカシングし、焦点距離が調節される焦点調節ユニットＶＦと、を含む。
【００４１】
開口調節ユニットＶＡは、透光可能な開口サイズを調節することによって、入射されたビームの直径を調節して出射する役割を果たす。例えば、図１Ａのように、開口がＤ１に調節された場合、開口調節ユニットＶＡを通過した平行光ビームの直径がＤ１になり、図１Ｂのように、開口がＤ２に調節された場合、開口調節ユニットＶＡを通過したビームの直径もＤ２となる。開口調節ユニットＶＡとしては、機械的に開口サイズが調節される絞り、またはポンプなどによる油圧を利用して開口サイズが調節される液体絞りが採用される。また、マイクロ電気流体方式で、開口サイズが調節される液体絞りが採用される。その詳細な構造については後述する。
【００４２】
焦点調節ユニットＶＦは、開口調節ユニットＶＡから所定の位置に配置され、開口を通過した光をフォーカシングするものであり、形態が可変なレンズ面を構成しており、焦点距離を調節することができる。例えば、図１Ａのように、焦点調節ユニットＶＦが焦点距離ｆ１を有するように、レンズ面の曲率が調節されたり、図１Ｂのように、レンズ面の曲率がさらに低減されたりして、さらに長い焦点距離ｆ２を有するように、焦点距離が制御される。焦点調節ユニットＶＦとしては、液晶（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ）に電場勾配（ｇｒａｄｉｅｎｔ）を形成させ、それによる屈折率勾配を誘導して焦点距離を調節する液晶レンズが採用される。または、流体表面にレンズ面を形成し、流体流動を誘発させてレンズ面の形状を調節して焦点距離を調節する液体レンズが採用される。液体レンズとしては、流体流動を誘発させる方式によって、加圧式液体レンズ、電気湿潤式液体レンズがあり、その詳細な構造については後述する。
【００４３】
前述のように、開口と焦点距離の両方、または、選択的に一方を調節することができるように、ＮＡ制御ユニット１０００を構成することは、ビームが、当該ビームの照射対象である検査対象に見合うように、適切な水平解像度と焦点深度（ＤＯＦ：ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｆｏｃｕｓ）を有するように具現するためである。これについては、図２を参照して説明する。
【００４４】
図２は、フォーカシング光学部材ＦＥにより一般的に規定されるＮＡによる水平解像度とＤＯＦとの関係を説明するための概念図である。
【００４５】
ビームがフォーカシングされるとき、点ではなく、有限なサイズΔｘの範囲に集束され、Δｘは、開口Ｄと焦点距離ｆとによって、次の通りに規定される。
【００４６】
【数１】
【００４７】
Δｘは、水平解像度に係わり、すなわち、Δｘが小さいほど、水平解像度は高くなる。上記（１）式から分かるように、Δｘは、ｆ／Ｄに比例するが、その一方で、開口数（ＮＡ：ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｐｅｒｔｕｒｅ）は、Ｄ／ｆに比例するので、Δｘの小さい高い水平解像度が必要なとき、ＮＡが大きい光学系が要求される。
【００４８】
焦点深度（ＤＯＦ：ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｆｏｃｕｓ）は、ビーム直径が√２Δｘになる範囲で、次の通りに規定される。
【００４９】
【数２】
【００５０】
ＤＯＦは、深度方向に沿って、ビームスポット・サイズが相対的に均一であると見ることができる範囲を意味し、深度によるイメージ情報、例えば、人体組織の断層撮影イメージを取得するとき、ＤＯＦが大きい光学系、すなわち、ＮＡが小さい光学系が要求される。
【００５１】
このように、水平解像度とＤＯＦは、トレードオフ（ｔｒａｄｅ ｏｆｆ）の関係を有し、検査対象に見合うように、適切なＮＡを有する光学系が具現されねばならない。
【００５２】
本実施形態のＮＡ制御ユニット１０００は、開口調節ユニットＶＡと焦点調節ユニットＶＦとを共に具備し、ＮＡを調節することができるので、検査対象に見合う光学系を具現することができる。
【００５３】
以下では、ＮＡ制御ユニット１０００に採用される開口調節ユニットＶＡ、焦点調節ユニットＶＦの多様な実施形態について説明する。
【００５４】
図３は、図１Ａ及び図１ＢのＮＡ制御ユニット１０００に採用される開口調節ユニットの一実施形態を示す図である。
【００５５】
開口調節ユニット１０１は、電気湿潤原理によって流体が流動し、流体流動によって光が通過する開口Ａのサイズが調節されるように構成される。開口調節ユニット１０１は、流体が流動する空間を構成するチャンバと、チャンバ内に設けられ、互いに混合しない性質を有し、一つは、透光性、他の一つは、遮光性または吸光性の物質から形成された第１流体Ｆ１及び第２流体Ｆ２と、チャンバの内側面に設けられ、チャンバ内に電場を形成するために、電圧が印加される一つ以上の電極が配列された電極部と、を含む。電場による第１流体Ｆ１と第２流体Ｆ２との界面の位置変化によって、光が透過する開口が調節される。
【００５６】
具体的に説明すれば、チャンバの領域は、第１チャネルＣ１と、第１チャネルＣ１の上部に、第１チャネルＣ１と連結されるように設けられた第２チャネルＣ２と、を含み、第１チャネルＣ１及び第２チャネルＣ２のそれぞれで起こる第１流体Ｆ１と第２流体Ｆ２との界面の位置変化によって、開口範囲が決定される。第１チャネルＣ１は、第１基板１１０と、第１基板１１０と離隔されるように設けられ、中心部に第１貫通ホールＴＨ１が形成され、周辺部に第２貫通ホールＴＨ２が形成された第２基板１５０と、第１基板１１０と第２基板１５０との間に、内部空間を形成するように設けられた第１スペーサ１３０と、から形成される。また、第２チャネルＣ２は、第２基板１５０と、第２基板１５０と離隔されるように設けられた第３基板１９０と、第２基板１５０と第３基板１９０との間に、内部空間を形成するように設けられた第２スペーサ１７０と、から形成される。
【００５７】
第１流体Ｆ１及び第２流体Ｆ２のうちのいずれか一つは、液体金属または極性液体であり、他の一つは、ガスまたは非極性液体から構成されてもよい。
【００５８】
電極部は、第１基板１１０上に形成され、絶縁物質Ｉでコーティングされた一つ以上の電極Ｅからなる第１電極部１２０と、第３基板１９０上に形成され、絶縁物質Ｉでコーティングされた一つ以上の電極Ｅからなる第２電極部１８０と、を含む。
【００５９】
第１電極部１２０は、開口Ａのデジタル制御のために、複数の電極を含むように構成される。
【００６０】
接地電極部Ｒは、チャンバの内部のいずれか一ヵ所以上で、極性流体と接触を維持するように備えられ、例えば、極性の第１流体Ｆ１と接触を維持するように設けられ、図示されているように、第１基板１１０上に配置される。ただし、接地電極部Ｒの位置は、図示された位置に限定されるものではない。
【００６１】
第１電極部１２０、第２電極部１８０をなす電極は、透明伝導性材質から形成され、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）などの金属酸化物、Ａｕ、Ａｇなどの金属ナノ粒子分散薄膜、ＣＮＴ（ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ）、グラフェン（ｇｒａｐｈｅｎｅ）などの炭素ナノ構造体、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、ポリピロール（ＰＰｙ）、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）などの伝導性高分子が使われもする。
【００６２】
接地電極部Ｒは、配置上、透光性が要求されず、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉなどの金属薄膜から形成される。
【００６３】
電気湿潤現象は、絶縁体でコーティングされた電極上の電解質液滴に電圧を加えれば、液滴の接触角が変わる現象を意味する。すなわち、流体、液滴、絶縁体が出合う三相接触線（ＴＣＬ：ｔｈｒｅｅ−ｐｈａｓｅ ｃｏｎｔａｃｔ ｌｉｎｅ）で、それぞれの界面張力によって、接触角が変わる。電気湿潤現象を利用する場合、低い電圧を使用し、素早く効果的に流体の流動を制御することができ、可逆的に流体の移送及び制御が可能である。
【００６４】
第１電極部１２０のいずれか１つの電極Ｅに、適切な電圧を印加すれば、駆動された電極上の三相接触線（ＴＣＬ）、すなわち、第１流体Ｆ１、第２流体Ｆ２、及び絶縁物質Ｉが出合う接線で電気機械的力が作用し、第１流体Ｆ１が第１チャネルＣ１を介して、中心部に移動しつつ、開口Ａが縮小しうる。また、第２電極部１８０に適切な電圧を印加すれば、第１流体Ｆ１が第２チャネルＣ２を介して、中心部に移動しつつ、第１チャネルＣ１のＴＣＬは縁側に押され、開口Ａが拡張される。第１電極部１２０を、複数の電極Ｅで構成する場合、駆動される電極を変化させることによって、開口Ａのサイズをデジタル方式で制御することができる。
【００６５】
図４は、図１Ａ及び図１ＢのＮＡ制御ユニット１０００に採用される開口調節ユニットの他の実施形態を示す図である。
【００６６】
本実施形態の開口調節ユニット１０２は、第２基板１５０の両面に、絶縁物質Ｉでコーティングされた一つ以上の電極Ｅからなる第３電極部３２０及び第４電極部３８０がさらに備えられた点で、図３で説明した開口調節ユニット１０１と違いがある。第３電極部３２０は、第１電極部１２０と共に、第１チャネルＣ１で生じる駆動力を増大させ、第４電極部３８０は、第２電極部１８０と共に、第２チャネルＣ２で生じる駆動力を増大させる役割を果たす。第３電極部３２０及び第４電極部３８０をなす電極の個数は、図示された個数に限定されるものではない。また、第２基板１５０の両面に、それぞれ第３電極部３２０及び第４電極部３８０が備えられると説明したが、それは例示的なものであり、第２基板１５０のいずれか一面にのみ第３電極部３２０または第４電極部３８０が備えられてもよい。
【００６７】
図５は、図１Ａ及び図１ＢのＮＡ制御ユニットに採用される焦点調節ユニットの一実施形態を示す図である。
【００６８】
焦点調節ユニット２０１は、流体表面にレンズ面を形成し、流体流動を利用して、レンズ面の形状を調節して焦点距離を調節する液体レンズの形態を有することができ、本実施形態の焦点調節ユニット２０１は、前記流体流動が電気湿潤方式によって起こる構成を有する。
【００６９】
図面を参照して具体的な構成について説明すれば、チャンバ内部に、透光性かつ極性を有する第１流体ＴＦ１、第１流体ＴＦ１と混合しない性質を有し、透光性を有する第２流体ＴＦ２が設けられる。第１流体ＴＦ１と第２流体ＴＦ２との境界面は、レンズ面をなす第１面ＬＳと、前記レンズ面の曲率変化を誘導する第２面ＩＳと、を含む。また、第２面ＩＳの位置を変化させる電場を形成するための電極部が、チャンバ内に形成されている。第１流体ＴＦ１と第２流体ＴＦ２との境界面が、レンズ面をなす第１面ＬＳと、前記レンズ面の曲率変化を誘導する第２面ＩＳとを形成することができるように、前記レンズ面に対応するレンズの直径を形成する第１貫通ホールＴＨ１と、第２流体ＴＦ２の通路を形成する第２貫通ホールＴＨ２とが形成された第１中間板２５０が、チャンバ内部に設けられる。
【００７０】
第１中間板２５０の下部及び上部には、それぞれ下部基板２１０と上部基板２９０とが設けられ、内部空間を形成するように、下部基板２１０と第１中間板２５０との間、第１中間板２５０と上部基板２９０との間には、スペーサ部が設けられもする。スペーサ部は、下部基板２１０と第１中間板２５０との間の第１スペーサ２３０と、第１中間板２５０と上部基板２９０との間の第２スペーサ２７０とからなる。
【００７１】
下部基板２１０、第１中間板２５０、上部基板２９０は、透光性素材から形成されてもよい。
【００７２】
第１流体ＴＦ１と第２流体ＴＦ２は、屈折率が互いに異なる透光性流体から構成される。第１流体ＴＦ１は、極性液体、第２流体ＴＦ２は、ガスまたは非極性液体から構成される。
【００７３】
電極部は、図示されているように、下部基板２１０の上面に形成され、表面が絶縁物質Ｉでコーティングされた電極Ｅからなる第１電極部２２０と、第１中間板２５０の下面に形成され、表面が絶縁物質Ｉでコーティングされた電極Ｅからなる第２電極部２８０と、を含む。ただし、第１電極部２２０及び第２電極部２８０のうちいずれか一つだけ備えられることも可能である。
【００７４】
また、第１流体ＴＦ１と接するように設けられた接地電極Ｒをさらに含んでもよい。図面では、接地電極Ｒは、第１基板２１０上に配置されているが、電圧が印加されていない状態で、第１流体ＴＦ１と接することができるいずれの位置にも配置可能である。接地電極Ｒは、選択的に備えられ、接地電極Ｒが備えられる場合、駆動電圧をさらに低くすることができる。
【００７５】
第１電極部２２０、第２電極部２８０をなす電極は、透明伝導性材質から形成され、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯのような金属酸化物、Ａｕ、Ａｇなどの金属ナノ粒子分散薄膜、ＣＮＴ、グラフェンなどの炭素ナノ構造体、またはポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、ポリピロール（ＰＰｙ）、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）などの伝導性高分子などが使われもする。接地電極Ｒは、前述の透明伝導性物質から形成され、配置によって透光性が要求されない場合、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉなどの金属薄膜から形成される。
【００７６】
焦点調節ユニット２０１は、電気湿潤駆動によって、第２面ＩＳに作用する圧力が変わり、これによって、レンズ面の第１面ＬＳの曲率が調節される。本実施形態で、第１電極部２２０、第２電極部２８０がそれぞれ１つの電極Ｅからなり、この電極Ｅに印加される電圧の大きさを調節し、第２面ＩＳの位置を変化させる。電圧が印加されていない状態、または印加電圧の大きさが小さくなれば、第２面ＩＳは、中心側に移動し、レンズ面になる第１面ＬＳは、さらに凸状になる。印加電圧の大きさを増大させれば、第２面ＩＳは、両側に移動し、第１面ＬＳの曲率はさらに小さくなり、印加電圧が最大になるとき、第１面ＬＳは、凹状の曲率を有する。
【００７７】
図６は、図１Ａ及び図１ＢのＮＡ制御ユニット１０００に採用される焦点調節ユニットの他の実施形態を示す図である。
【００７８】
本実施形態の焦点調節ユニット２０２は、第１電極部２２２、第２電極部２８２がそれぞれ絶縁物質Ｉでコーティングされた複数の電極Ｅから構成された点で、前述の実施形態の焦点調節ユニット２０１と違いがある。第１電極部２２２、第２電極部２８２を構成する電極Ｅの一部を選択して電圧を印加することによって、レンズ面になる第１面ＬＳの曲率をデジタル方式で制御することができる。
【００７９】
すなわち、電極Ｅのうちいずれか一つを選択して適切な電圧を印加すれば、駆動された電極の三相接触線（ＴＣＬ）、すなわち、第１流体Ｆ１、第２流体Ｆ２の境界面の第２面ＩＳと、絶縁物質Ｉとが出合う接線で電気機械的力が作用し、図示されたように、第２面ＩＳの位置が形成され、これによって、第１面ＬＳの曲率が決定される。最も内側に配置された電極Ｅを選択して適切な電圧を印加すれば、第２面ＩＳの位置が最大限中心側に移動し、第１面ＬＳの曲率は、さらに大きくなり得る。また、最も外側に配置された電極Ｅを選択して適切な電圧を印加すれば、第２面ＩＳの位置が両側に最大に移動し、第１面ＬＳの曲率は小さくなり、または、凹状の曲率が形成されることもある。
【００８０】
図面では、第１電極部２２２、第２電極部２８２、接地電極Ｒがいずれも備えられているが、第１電極部２２２及び第２電極部２８２のうちいずれか一つだけが備えられていたり、接地電極Ｒが省略されていたりもする。
【００８１】
図７は、図１Ａ及び図１ＢのＮＡ制御ユニット１０００に採用される焦点調節ユニットのさらに他の実施形態を示す図である。
【００８２】
本実施形態の焦点調節ユニット２０３は、レンズ面の曲率変化のための流体流動が、加圧式で起こる構成を有する。焦点調節ユニット２０３は、チャンバの内部空間に設けられた透光性流体ＴＦ３を含む。チャンバの内部空間３８１は、基板３１０と、基板３１０に形成されたフレーム３３０とから形成され、流室３８２、流路３８４、レンズ室３８６からなる。フレーム３３０の上部には、メンブレイン３５０が配置され、流室３８２の上部に対応するメンブレイン３５０上の位置には、アクチュエータ３７０が設けられる。レンズ室３８６の上部に対応する位置のメンブレイン３５０の一面が、レンズ面３５０ａになる。
【００８３】
メンブレイン３５０は、透明かつ弾性を有する物質、例えば、シリコン弾性重合体（ｅｌａｓｔｏｍｅｒ）からなってもよい。また、耐久性及び柔軟性にすぐれるポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）が採用される。
【００８４】
アクチュエータ３７０は、透光性流体ＴＦ３に圧力を印加するように設けられるものであり、一般的に使われている多様な方式のアクチュエータが使われる。例えば、厚みが非常に薄く、消費電力が小さい電気作動ポリマー（ＥＡＰ：ｅｌｅｃｔｒｏ ａｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ）からなる一般的なポリマーアクチュエータが使われ、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ＿ＣＦＥ）、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ−ＣＴＦＥ）のような混成重合体で製作された緩和型強誘電性（ｒｅｌａｘｏｒ ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ）ポリマーアクチュエータが採用されてもよい。アクチュエータ３７０は、電圧印加によって電歪変形（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ ｓｔｒａｉｎ）が誘発され、隣接した透光性流体ＴＦ３に圧力を印加する。
【００８５】
透光性流体ＴＦ３としては、例えば、シリコンオイルが採用されてもよい。
【００８６】
アクチュエータ３７０の駆動によって、流室３８２内の透光性流体ＴＦ３に圧力が加えられれば、透光性流体ＴＦ３が、流路３８４に沿って、レンズ室３８６に移動し、レンズ面３５０ａの形状が変化する。
【００８７】
図１Ａ及び図１ＢのＮＡ制御ユニット１０００に採用される焦点調節ユニットは、前述の実施形態以外にも、他の構成が採用され、例えば、液晶に電場勾配を形成し、それによる屈折率勾配を誘導し、焦点距離を調節する液晶レンズからなってもよい。
【００８８】
図８Ａないし図８Ｃは、ＮＡ制御ユニット１０００を利用した深度スキャニング方法を説明するための図であり、サンプルＳ内のそれぞれ異なる深度で、同じ水平解像度が維持されるところを示している。
【００８９】
図８Ａのように、サンプルＳ内の所定深度位置でフォーカシングされるように、焦点調節ユニットＶＦの焦点距離を調節し、前記焦点距離で、検査対象に見合うＮＡを具現するように、開口調節ユニットＶＡの開口を調節する。
【００９０】
図８Ｂでは、サンプルＳ内の深度位置を変更して光がフォーカシングされるように、焦点調節ユニットＶＦの焦点距離を調節し、既定のＮＡ値が維持されるように、開口調節ユニットＶＡの開口を調節する。焦点距離が増大するほど、開口を増大させる。
【００９１】
図８Ｃも同様に、サンプルＳ内の深度位置が変更されるように、焦点距離を調節し、変更された焦点距離で、既定のＮＡ値が維持されるように、開口調節ユニットＶＡの開口を調節する。
【００９２】
このような方式の深度スキャニングでは、一般的なＯＣＴの深度スキャン時、深度によってビームスポット・サイズΔｘ’が増大、すなわち、水平解像度が低減することとは異なり、一定のビームスポット・サイズΔｘを維持し、必要な焦点深度（ＤＯＦ）範囲で、一定の水平解像度を維持することができる。
【００９３】
図９は、本発明の一実施形態に係る可変型光プローブ２０００の概略的な構造を示す図である。
【００９４】
図面を参照すれば、可変型光プローブ２０００は、光伝送部２１００と、光伝送部２１００を介して伝送された光を平行光にコリメートするコリメータ２３００と、光を、検査対象であるサンプルにフォーカシングし、ＮＡを制御することができるＮＡ制御ユニット１０００、ＮＡ制御ユニット１０００を通過した光がサンプルＳの所定領域をスキャニングするように光伝送部２１００を介して伝送された光の経路を変えるスキャナ２２００とを含む。
【００９５】
光伝送部２１００は、光ファイバからなり、スキャナ２２００は、図示されているように、光ファイバの一端に組み込まれ、光ファイバの変形を誘導して光路を変えるアクチュエータからなってもよい。アクチュエータとしては、圧電アクチュエータ（ｐｉｅｚｏ ａｃｔｕａｔｏｒ）や、その他のチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）状の記憶合金のようなカンチレバー（ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ）形態を駆動することができる多様な方法及び材料が使われる。
【００９６】
コリメータ２３００は、１枚以上のレンズを含んでもよい。
【００９７】
ＮＡ制御ユニット１０００は、開口調節ユニットＶＡ、焦点調節ユニットＶＦを含み、前述の多様な実施形態の開口調節ユニットＶＡ、焦点調節ユニットＶＦが採用される。
【００９８】
図１０は、本発明の他の実施形態に係る可変型光プローブ２００１の概略的な構造を示す図である。
【００９９】
本実施形態の可変型光プローブ２００１は、ＮＡ制御ユニット１０００を通過した光の収差補正のためのレンズユニット２８００をさらに具備し、レンズユニット２８００は、１枚以上のレンズを含み得る。
【０１００】
図１１は、本発明のさらに他の実施形態に係る可変型光プローブ２００２の概略的な構造を示す図である。
【０１０１】
本実施形態の可変型光プローブ２００２は、ミラー面を駆動して光路を変えるＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏ ｅｌｅｃｔｒｏ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ）スキャナ２６００を具備する点で、前述の可変型光プローブ２００１，２００２と違いがあり、ＭＥＭＳスキャナ２６００は、開口調節ユニットＶＡと焦点調節ユニットＶＦとの間に配置される。また、開口調節ユニットＶＡとＭＥＭＳスキャナ２６００間とには、開口調節ユニットＶＡを透過した光が経路を変え、ＭＥＭＳスキャナ２６００に入射するように、光路変換部材２４００がさらに配置され得る。
【０１０２】
図１２は、本発明のさらに他の実施形態に係る可変型光プローブ２００３の概略的な構造を示す図である。
【０１０３】
本実施形態の可変型光プローブ２００３は、開口調節ユニットＶＡ及び焦点調節ユニットＶＦを通過した光の収差補正のためのレンズユニット２８００をさらに具備し、レンズユニット２８００は、１枚以上のレンズを含み得る。
【０１０４】
図１３Ａは、本発明の一実施形態に係る映像診断システム３０００の概略的な構造を示すブロック図である。
【０１０５】
映像診断システム３０００は、光源部と、光源部からの光を、検査対象であるサンプルＳ、例えば、人体組織であるティッシュ（ｔｉｓｓｕｅ）にスキャニングし、ＮＡを制御することができる可変型光プローブと、サンプルＳから反射された光からサンプルＳのイメージを検出する検出部とを含む。
【０１０６】
可変型光プローブとしては、前述の実施形態の可変型光プローブ２０００，２００１，２００２，２００３が採用され、検査対象によって、開口、焦点距離、開口数を適切に調節することができる。
【０１０７】
検出部は、サンプルＳのイメージをセンシングするためのＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ−ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）のようなイメージセンサを含んでもよい。
【０１０８】
映像診断システム３０００は、また、光源部からサンプルＳに向かって照射された光と、サンプルＳから反射された光との経路を分離するビームスプリッタと、検出部で感知された信号を映像信号に処理して表示する映像信号処理部とをさらに含んでもよい。
【０１０９】
図１３Ｂは、本発明の他の実施形態に係る映像診断システム３００１の概略的な構造を示すブロック図である。
【０１１０】
映像診断システム３００１は、光源部と、光源部からの光を所定の干渉光に変調する光干渉計と、光を、検査対象であるサンプルＳ、例えば、人体組織であるティッシュにスキャニングし、ＮＡを制御することができる可変型光プローブと、サンプルＳから反射された光からサンプルＳのイメージを検出する検出部と、サンプルイメージが表示されるように、検出部で感知された信号を映像信号に処理する映像信号処理部とを含む。
【０１１１】
光干渉計は、レファレンスミラー（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｍｉｒｒｏｒ）とビームスプリッタとを含み、光源部から照射された光は、ビームスプリッタで一部分岐され、レファレンスミラーに向かった後、レファレンスミラーから反射される。すなわち、レファレンスミラーとビームスプリッタとの相互作用による干渉光が、可変型光プローブに入射される。このような形態の干渉光は、ＯＣＴモードで動作するとき、一般的に使われる。また、サンプルから反射された光は、ビームスプリッタで経路分岐されて検出部に向かう。
【０１１２】
可変型光プローブとしては、前述の実施形態の可変型光プローブ２０００，２００１，２００２，２００３が採用され、検査対象によって、開口、焦点距離、開口数を適切に調節することができる。
【０１１３】
図１４は、図１３Ａ、図１３Ｂの映像診断システム３０００，３００１の多様な動作モードを説明するためのデザインウィンドーを示す図である。
【０１１４】
組織の内部断層を撮影しなければならないＯＣＴモードの場合、焦点深度が長い、すなわち、ＮＡが相対的に小さいモードでの動作が要求される。高い水平解像度を必要とするＯＣＴモードでは、ＮＡが相対的に高い光学系が要求される。このような点を考慮し、検査対象に見合う焦点距離、ビーム直径を具現するように、動作モードを適切に選択することができる。
【０１１５】
また、上述した実施形態に係る映像診断システム３０００，３００１は、水平解像度を一定に維持して深度スキャニングを行うことができるモードで使われもする。一般的なＯＣＴ信号は、深度によって低減するが、これは、焦点距離を調節して深度方向にスキャニングするとき、水平解像度が低下するためである。しかし、映像診断システム３０００，３００１は、焦点距離と開口とを独立して調節することができるＮＡ制御ユニットを採用しているので、焦点距離を増大させて深度スキャニングするとき、開口を調節して一定のＮＡ値を維持することが可能である。例えば、ＤＳと表示された矢印方向に沿って、ＮＡを維持して深度スキャニングを行うように動作し得る。
【０１１６】
図１５は、本発明の実施形態に係る映像診断システム３０００，３００１を利用したイメージ検出方法の一例であり、水平解像度を維持する深度スキャニングを利用してイメージを検出するイメージ検出方法を説明するためのフローチャートである。
【０１１７】
まず、診断モード及びこれに見合うＮＡを決定し（Ｓ１０１）、深度スキャニングステップ数を定める（Ｓ１０２）。
【０１１８】
既定のＮＡ値で、ティッシュ表面からの第１深度に光がフォーカシングされるように、ＮＡ制御ユニットの焦点距離ｆｋを調節し（Ｓ１０３）、既定のＮＡ、焦点距離ｆｋが具現されるように、開口Ｄｋのサイズを調節する（Ｓ１０４）。
【０１１９】
第１深度の所定領域を水平スキャニングしてイメージＩｋを検出し、保存する（Ｓ１０５）。
【０１２０】
焦点距離を増大させ、ティッシュ表面からの第２深度に光がフォーカシングされるように、焦点調節ユニットを調節し（Ｓ１０３）、変更された焦点距離ｆｋで、既定のＮＡ値が維持されるように、開口調節ユニットの開口Ｄｋのサイズを調節する（Ｓ１０４）。第２深度の所定領域を水平スキャニングしてイメージＩｋを検出し、検出されたイメージＩｋを保存する（Ｓ１０５）。
【０１２１】
必要なスキャニングステップ数Ｎだけ、ステップＳ１０３〜Ｓ１０５を繰り返した後、保存されたイメージＩｋ（ｋ＝１〜Ｎ）をスティチングする。
【０１２２】
このような本願発明は、理解を助けるために図面に示された実施形態を参考にして説明したが、それらは例示的なものに過ぎず、当分野で当業者であるならば、それらから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解することができるであろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲によって定められる。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
本発明のＮＡ（ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｐｅｒｔｕｒｅ）制御ユニット、それを採用した可変型光プローブ、映像診断システム、深度スキャニング方法、イメージ検出方法、及び映像診断方法は、例えば、医療映像関連の技術分野に効果的に適用可能である。
【符号の説明】
【０１２４】
１０１，１０２ 開口調整ユニット、
１１０ 第１基板、
１２０，２２０，２２２ 第１電極部、
１３０，２３０ 第１スペーサ、
１５０ 第２基板、
１７０，２７０ 第２スペーサ、
１８０，２８０，２８２ 第２電極部、
１９０ 第３基板、
２０１，２０２，２０３ 焦点調節ユニット、
２１０ 下部基板、
２５０ 第１中間板、
２９０ 上部板、
３１０ 基板、
３２０ 第３電極部、
３３０ フレーム、
３５０ メンブレイン、
３５０ａ レンズ面、
３７０ アクチュエータ、
３８０ 第４電極部、
３８１ チャンバの内部空間、
３８２ 流室、
３８４ 流路、
３８６ レンズ室、
１０００ ＮＡ制御ユニット、
２０００，２００１，２００２，２００３ 可変型プローブ、
２１００ 光伝送部、
２２００ スキャナ、
２３００ コリメータ、
２４００ 光路変換部材、
２６００ ＭＥＭＳスキャナ、
２８００ レンズユニット、
３０００，３００１ 映像診断システム。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光が透過する開口が調節される開口調節ユニットと、
前記開口調節ユニットから所定の位置に配置され、前記開口を通過した光をフォーカシングし、焦点距離が調節される焦点調節ユニットと、を含む開口数制御ユニット。
【請求項２】
前記開口調節ユニットは、
マイクロ電気流体方式で開口サイズが調節される液体絞りであることを特徴とする請求項１に記載の開口数制御ユニット。
【請求項３】
前記開口調節ユニットは、
機械的に開口サイズが調節される絞りであることを特徴とする請求項１に記載の開口数制御ユニット。
【請求項４】
前記開口調節ユニットは、
油圧を利用して開口サイズが調節される液体絞りであることを特徴とする請求項１に記載の開口数制御ユニット。
【請求項５】
前記開口調節ユニットは、
流体が流動する空間を構成するチャンバと、
前記チャンバ内に設けられ、互いに混合しない性質を有し、一方は透光性の物質から形成され、他方は遮光性または吸光性の物質から形成される第１及び第２流体と、
前記チャンバの内側面に設けられ、前記チャンバ内に電場を形成するために電圧が印加される一つ以上の電極が配列された電極部と、を含み、
電場による前記第１流体と前記第２流体との界面の位置変化によって、光が透過する開口が調節されることを特徴とする請求項２に記載の開口数制御ユニット。
【請求項６】
前記第１及び第２流体のいずれか一方は、液体金属または極性液体であり、他方は、ガスまたは非極性液体から構成されることを特徴とする請求項５に記載の開口数制御ユニット。
【請求項７】
前記チャンバの領域は、
第１チャネルと、
前記第１チャネルの上部に、前記第１チャネルと連結されるように設けられた第２チャネルと、を含み、
前記第１及び第２チャネルのそれぞれで起こる前記第１流体と前記第２流体との界面の位置変化によって、前記開口の範囲が決定されることを特徴とする請求項５または６に記載の開口数制御ユニット。
【請求項８】
前記第１チャネルは、
前記電極部が形成された第１基板と、
前記第１基板と離隔されるように設けられ、中心部に第１貫通ホールが形成され、周辺部に第２貫通ホールが形成された第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間に内部空間を形成するように設けられた第１スペーサと、から形成されることを特徴とする請求項７に記載の開口数制御ユニット。
【請求項９】
前記第２チャネルは、
前記第２基板と、
前記第２基板と離隔されるように設けられた第３基板と、
前記第２基板と前記第３基板との間に内部空間を形成するように設けられた第２スペーサと、から形成されることを特徴とする請求項８に記載の開口数制御ユニット。
【請求項１０】
前記焦点調節ユニットは、
液晶に電場勾配を形成し、これによる屈折率勾配を誘導して焦点距離を調節する液晶レンズを含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の開口数制御ユニット。
【請求項１１】
前記焦点調節ユニットは、
流体表面にレンズ面を形成し、流体流動によってレンズ面の形状を調節して焦点距離を調節する液体レンズを含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の開口数制御ユニット。
【請求項１２】
前記流体流動が電気湿潤方式によって起こることを特徴とする請求項１１に記載の開口数制御ユニット。
【請求項１３】
前記焦点調節ユニットは、
透光性かつ極性を有する第１流体と、
前記第１流体と混合しない性質を有し、かつ、透光性を有する第２流体と、
前記第１及び第２流体を収容する内部空間を有するチャンバと、
前記第１流体と前記第２流体との境界面であり、前記レンズ面をなす第１面と、
前記第１流体と前記第２流体との境界面であり、前記レンズ面の曲率変化を誘導する第２面と、
前記チャンバ内に設けられ、前記レンズ面に対応するレンズの直径を形成する第１貫通ホールと、前記第２流体の通路を形成する第２貫通ホールとが形成された第１中間板と、
前記第２面の位置を変化させる電場を形成するための電極部と、を含むことを特徴とする請求項１２に記載の開口数制御ユニット。
【請求項１４】
前記第１流体は、極性液体であり、
前記第２流体は、ガスまたは非極性液体から構成されることを特徴とする請求項１３に記載の開口数制御ユニット。
【請求項１５】
前記流体流動が加圧式で起こることを特徴とする請求項１１に記載の開口数制御ユニット。
【請求項１６】
サンプルを深度方向にスキャンして光を照射する深度スキャニング方法であって、
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の開口数制御ユニットを利用して焦点距離と開口サイズとを同時に変化させ、一定の開口数を維持する深度スキャニング方法。
【請求項１７】
光伝送部と、
前記光伝送部を介して伝送された光を平行光にコリメートするコリメータと、
光を検査対象であるサンプルにフォーカシングする、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の開口数制御ユニットと、
前記開口数制御ユニットを通過した光が、前記サンプルの所定領域をスキャニングするように、前記光伝送部を介して伝送された光の経路を変えるスキャナと、を含む可変型光プローブ。
【請求項１８】
前記光伝送部は、光ファイバを含むことを特徴とする請求項１７に記載の可変型光プローブ。
【請求項１９】
前記スキャナは、前記光ファイバの一端に組み込まれ、前記光ファイバの変形を誘導して光路を変えるアクチュエータを含むことを特徴とする請求項１８に記載の可変型光プローブ。
【請求項２０】
前記スキャナは、ミラー面を駆動して光路を変えるＭＥＭＳスキャナを含むことを特徴とする請求項１７または１８に記載の可変型光プローブ。
【請求項２１】
前記ＭＥＭＳスキャナは、前記開口調節ユニットと前記焦点調節ユニットとの間に配置されることを特徴とする請求項２０に記載の可変型光プローブ。
【請求項２２】
前記開口調節ユニットと前記ＭＥＭＳスキャナとの間には、前記開口調節ユニットを透過した光が経路を変え、前記ＭＥＭＳスキャナに入射するように配置された光路変換部材がさらに設けられていることを特徴とする請求項２１に記載の可変型光プローブ。
【請求項２３】
前記開口数制御ユニットを通過した光の収差補正のためのレンズユニットをさらに含むことを特徴とする請求項１７〜２２のいずれか１項に記載の可変型光プローブ。
【請求項２４】
光源部と、
前記光源部からの光を検査対象であるティッシュに照射する、請求項１７〜２３のいずれか１項に記載の可変型光プローブと、
前記ティッシュで反射された光から、前記ティッシュのイメージを検出する検出部と、を含む映像診断システム。
【請求項２５】
請求項２４に記載の映像診断システムを利用してイメージを検出するイメージ検出方法であって、
所定の開口数値で、前記ティッシュの表面からの第１深度に光がフォーカシングされるように、前記開口数制御ユニットを調節する段階と、
前記第１深度の所定領域をスキャニングしてイメージを検出する段階と、
焦点距離を増大させ、前記ティッシュの表面からの第２深度に光がフォーカシングされるように、前記焦点調節ユニットを調節し、前記所定の開口数値が維持されるように、前記開口調節ユニットの開口サイズを調節する段階と、
前記第２深度の所定領域をスキャニングしてイメージを検出する段階と、を含むイメージ検出方法。
【請求項２６】
光を照射する光源部と、
前記光源部からの光が透過する開口が調節される開口調節ユニットと、
前記開口調節ユニットから所定の位置に配置され、前記開口を通過した光をサンプルにフォーカシングし、焦点距離が調節される焦点調節ユニットと、
前記サンプルから反射された光からサンプルのイメージを検出する検出部と、を含み、
前記開口調節ユニット及び前記焦点調節ユニットの調節によって開口数を制御し、前記サンプルと前記焦点調節ユニットとの間の距離変化なしに、前記サンプルの深度イメージを撮影する映像診断システム。
【請求項２７】
前記開口調節ユニットは、
機械的に開口サイズが調節される絞り、油圧を利用して開口サイズが調節される液体絞り、またはマイクロ電気流体方式で開口サイズが調節される液体絞りを含むことを特徴とする請求項２６に記載の映像診断システム。
【請求項２８】
前記焦点調節ユニットは、
流体表面にレンズ面を形成し、流体流動によってレンズ面の形状を調節して焦点距離を調節する液体レンズを含むことを特徴とする請求項２６または２７に記載の映像診断システム。
【請求項２９】
前記流体流動が、電気湿潤方式または加圧式で起こることを特徴とする請求項２８に記載の映像診断システム。
【請求項３０】
前記焦点調節ユニットは、
液晶に電場勾配を形成し、これによる屈折率勾配を誘導して焦点距離を調節する液晶レンズを含むことを特徴とする請求項２６または２７に記載の映像診断システム。
【請求項３１】
前記光源部からの光を、前記サンプルの所定の水平領域にスキャニングするスキャナをさらに含むことを特徴とする請求項２６〜３０のいずれか１項に記載の映像診断システム。
【請求項３２】
光源部から光を照射する段階と、
照射された光の開口数を制御し、サンプル内の所定位置に光をフォーカシングする段階と、
サンプルから反射された光を検出する段階と、を含む映像診断方法。
【請求項３３】
前記光源部から前記サンプルに向かう光と、前記サンプルから反射される光の経路を分岐する段階をさらに含むことを特徴とする請求項３２に記載の映像診断方法。
【請求項３４】
前記光源部からの光を所定の干渉光に変調する段階をさらに含むことを特徴とする請求項３２に記載の映像診断方法。
【請求項３５】
前記光源部からの光を一部分岐させてレファレンスミラーに向かわせ、前記レファレンスミラーから反射された光を利用し、前記干渉光を形成することを特徴とする請求項３４に記載の映像診断方法。
【請求項３６】
前記光を検出する段階で検出された信号を映像信号に処理する段階をさらに含むことを特徴とする請求項３２〜３５のいずれか１項に記載の映像診断方法。
【請求項１】
光が透過する開口が調節される開口調節ユニットと、
前記開口調節ユニットから所定の位置に配置され、前記開口を通過した光をフォーカシングし、焦点距離が調節される焦点調節ユニットと、を含む開口数制御ユニット。
【請求項２】
前記開口調節ユニットは、
マイクロ電気流体方式で開口サイズが調節される液体絞りであることを特徴とする請求項１に記載の開口数制御ユニット。
【請求項３】
前記開口調節ユニットは、
機械的に開口サイズが調節される絞りであることを特徴とする請求項１に記載の開口数制御ユニット。
【請求項４】
前記開口調節ユニットは、
油圧を利用して開口サイズが調節される液体絞りであることを特徴とする請求項１に記載の開口数制御ユニット。
【請求項５】
前記開口調節ユニットは、
流体が流動する空間を構成するチャンバと、
前記チャンバ内に設けられ、互いに混合しない性質を有し、一方は透光性の物質から形成され、他方は遮光性または吸光性の物質から形成される第１及び第２流体と、
前記チャンバの内側面に設けられ、前記チャンバ内に電場を形成するために電圧が印加される一つ以上の電極が配列された電極部と、を含み、
電場による前記第１流体と前記第２流体との界面の位置変化によって、光が透過する開口が調節されることを特徴とする請求項２に記載の開口数制御ユニット。
【請求項６】
前記第１及び第２流体のいずれか一方は、液体金属または極性液体であり、他方は、ガスまたは非極性液体から構成されることを特徴とする請求項５に記載の開口数制御ユニット。
【請求項７】
前記チャンバの領域は、
第１チャネルと、
前記第１チャネルの上部に、前記第１チャネルと連結されるように設けられた第２チャネルと、を含み、
前記第１及び第２チャネルのそれぞれで起こる前記第１流体と前記第２流体との界面の位置変化によって、前記開口の範囲が決定されることを特徴とする請求項５または６に記載の開口数制御ユニット。
【請求項８】
前記第１チャネルは、
前記電極部が形成された第１基板と、
前記第１基板と離隔されるように設けられ、中心部に第１貫通ホールが形成され、周辺部に第２貫通ホールが形成された第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間に内部空間を形成するように設けられた第１スペーサと、から形成されることを特徴とする請求項７に記載の開口数制御ユニット。
【請求項９】
前記第２チャネルは、
前記第２基板と、
前記第２基板と離隔されるように設けられた第３基板と、
前記第２基板と前記第３基板との間に内部空間を形成するように設けられた第２スペーサと、から形成されることを特徴とする請求項８に記載の開口数制御ユニット。
【請求項１０】
前記焦点調節ユニットは、
液晶に電場勾配を形成し、これによる屈折率勾配を誘導して焦点距離を調節する液晶レンズを含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の開口数制御ユニット。
【請求項１１】
前記焦点調節ユニットは、
流体表面にレンズ面を形成し、流体流動によってレンズ面の形状を調節して焦点距離を調節する液体レンズを含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の開口数制御ユニット。
【請求項１２】
前記流体流動が電気湿潤方式によって起こることを特徴とする請求項１１に記載の開口数制御ユニット。
【請求項１３】
前記焦点調節ユニットは、
透光性かつ極性を有する第１流体と、
前記第１流体と混合しない性質を有し、かつ、透光性を有する第２流体と、
前記第１及び第２流体を収容する内部空間を有するチャンバと、
前記第１流体と前記第２流体との境界面であり、前記レンズ面をなす第１面と、
前記第１流体と前記第２流体との境界面であり、前記レンズ面の曲率変化を誘導する第２面と、
前記チャンバ内に設けられ、前記レンズ面に対応するレンズの直径を形成する第１貫通ホールと、前記第２流体の通路を形成する第２貫通ホールとが形成された第１中間板と、
前記第２面の位置を変化させる電場を形成するための電極部と、を含むことを特徴とする請求項１２に記載の開口数制御ユニット。
【請求項１４】
前記第１流体は、極性液体であり、
前記第２流体は、ガスまたは非極性液体から構成されることを特徴とする請求項１３に記載の開口数制御ユニット。
【請求項１５】
前記流体流動が加圧式で起こることを特徴とする請求項１１に記載の開口数制御ユニット。
【請求項１６】
サンプルを深度方向にスキャンして光を照射する深度スキャニング方法であって、
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の開口数制御ユニットを利用して焦点距離と開口サイズとを同時に変化させ、一定の開口数を維持する深度スキャニング方法。
【請求項１７】
光伝送部と、
前記光伝送部を介して伝送された光を平行光にコリメートするコリメータと、
光を検査対象であるサンプルにフォーカシングする、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の開口数制御ユニットと、
前記開口数制御ユニットを通過した光が、前記サンプルの所定領域をスキャニングするように、前記光伝送部を介して伝送された光の経路を変えるスキャナと、を含む可変型光プローブ。
【請求項１８】
前記光伝送部は、光ファイバを含むことを特徴とする請求項１７に記載の可変型光プローブ。
【請求項１９】
前記スキャナは、前記光ファイバの一端に組み込まれ、前記光ファイバの変形を誘導して光路を変えるアクチュエータを含むことを特徴とする請求項１８に記載の可変型光プローブ。
【請求項２０】
前記スキャナは、ミラー面を駆動して光路を変えるＭＥＭＳスキャナを含むことを特徴とする請求項１７または１８に記載の可変型光プローブ。
【請求項２１】
前記ＭＥＭＳスキャナは、前記開口調節ユニットと前記焦点調節ユニットとの間に配置されることを特徴とする請求項２０に記載の可変型光プローブ。
【請求項２２】
前記開口調節ユニットと前記ＭＥＭＳスキャナとの間には、前記開口調節ユニットを透過した光が経路を変え、前記ＭＥＭＳスキャナに入射するように配置された光路変換部材がさらに設けられていることを特徴とする請求項２１に記載の可変型光プローブ。
【請求項２３】
前記開口数制御ユニットを通過した光の収差補正のためのレンズユニットをさらに含むことを特徴とする請求項１７〜２２のいずれか１項に記載の可変型光プローブ。
【請求項２４】
光源部と、
前記光源部からの光を検査対象であるティッシュに照射する、請求項１７〜２３のいずれか１項に記載の可変型光プローブと、
前記ティッシュで反射された光から、前記ティッシュのイメージを検出する検出部と、を含む映像診断システム。
【請求項２５】
請求項２４に記載の映像診断システムを利用してイメージを検出するイメージ検出方法であって、
所定の開口数値で、前記ティッシュの表面からの第１深度に光がフォーカシングされるように、前記開口数制御ユニットを調節する段階と、
前記第１深度の所定領域をスキャニングしてイメージを検出する段階と、
焦点距離を増大させ、前記ティッシュの表面からの第２深度に光がフォーカシングされるように、前記焦点調節ユニットを調節し、前記所定の開口数値が維持されるように、前記開口調節ユニットの開口サイズを調節する段階と、
前記第２深度の所定領域をスキャニングしてイメージを検出する段階と、を含むイメージ検出方法。
【請求項２６】
光を照射する光源部と、
前記光源部からの光が透過する開口が調節される開口調節ユニットと、
前記開口調節ユニットから所定の位置に配置され、前記開口を通過した光をサンプルにフォーカシングし、焦点距離が調節される焦点調節ユニットと、
前記サンプルから反射された光からサンプルのイメージを検出する検出部と、を含み、
前記開口調節ユニット及び前記焦点調節ユニットの調節によって開口数を制御し、前記サンプルと前記焦点調節ユニットとの間の距離変化なしに、前記サンプルの深度イメージを撮影する映像診断システム。
【請求項２７】
前記開口調節ユニットは、
機械的に開口サイズが調節される絞り、油圧を利用して開口サイズが調節される液体絞り、またはマイクロ電気流体方式で開口サイズが調節される液体絞りを含むことを特徴とする請求項２６に記載の映像診断システム。
【請求項２８】
前記焦点調節ユニットは、
流体表面にレンズ面を形成し、流体流動によってレンズ面の形状を調節して焦点距離を調節する液体レンズを含むことを特徴とする請求項２６または２７に記載の映像診断システム。
【請求項２９】
前記流体流動が、電気湿潤方式または加圧式で起こることを特徴とする請求項２８に記載の映像診断システム。
【請求項３０】
前記焦点調節ユニットは、
液晶に電場勾配を形成し、これによる屈折率勾配を誘導して焦点距離を調節する液晶レンズを含むことを特徴とする請求項２６または２７に記載の映像診断システム。
【請求項３１】
前記光源部からの光を、前記サンプルの所定の水平領域にスキャニングするスキャナをさらに含むことを特徴とする請求項２６〜３０のいずれか１項に記載の映像診断システム。
【請求項３２】
光源部から光を照射する段階と、
照射された光の開口数を制御し、サンプル内の所定位置に光をフォーカシングする段階と、
サンプルから反射された光を検出する段階と、を含む映像診断方法。
【請求項３３】
前記光源部から前記サンプルに向かう光と、前記サンプルから反射される光の経路を分岐する段階をさらに含むことを特徴とする請求項３２に記載の映像診断方法。
【請求項３４】
前記光源部からの光を所定の干渉光に変調する段階をさらに含むことを特徴とする請求項３２に記載の映像診断方法。
【請求項３５】
前記光源部からの光を一部分岐させてレファレンスミラーに向かわせ、前記レファレンスミラーから反射された光を利用し、前記干渉光を形成することを特徴とする請求項３４に記載の映像診断方法。
【請求項３６】
前記光を検出する段階で検出された信号を映像信号に処理する段階をさらに含むことを特徴とする請求項３２〜３５のいずれか１項に記載の映像診断方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４】
【図１５】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１３−６４９９５（Ｐ２０１３−６４９９５Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１８２７１３（Ｐ２０１２−１８２７１３）
【出願日】平成２４年８月２１日（２０１２．８．２１）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ−ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年８月２１日（２０１２．８．２１）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ−ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
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