光旋轉探測器的製作方法
2023-05-11 23:08:06 2
專利名稱：光旋轉探測器的製作方法
技術領域：
本發明涉及光旋轉探測器，其適於例如光相干斷層圖像化(OCT=Optical Coherent Tomography)裝置等，用於朝向測定對象物照射光，並接收來自測定對象物的返回光。
背景技術：
近年來，在對活體組織進行診斷的情況下，除了獲得其組織表面狀態的光學信息的成像裝置以外，還提出了可得到組織內部的光學信息的光相干斷層圖像化(OCT =Optical Coherent Tomography)裝置。所謂光相干斷層圖像化裝置，採用如下技術，即，將低幹涉性光進行二分割，將其中一部分的光照射到被檢體上，使附加有被檢體的相位信息的返回散射光與其中另一部分的光發生幹涉，根據幹涉光的強度信息獲得被檢體的相位信息，將被檢體的測定部位圖像化(例如參照專利文獻1)。現有技術文獻專利文獻專利文獻1 (日本)特表平6-511312號公報專利文獻2 (日本)特開2007-222381號公報(圖14)專利文獻3 (日本)特開2006-95143號公報(圖2)專利文獻4 (日本)特開平4-135550號公報(圖6)專利文獻5 美國專利第5872879號說明書專利文獻6 美國專利第5949929號說明書在利用光信號診斷血管等纖細的活體組織時，通常使用採用光纖等的可彎曲的細徑光探測器，通過進行探測器的繞軸旋轉掃描，可以獲得血管內壁或其截面的圖像。在採用這種旋轉掃描式光探測器的情況下，以往，在探測器的光纖光路中設置機械性斷點，將其中一方固定，使其中另一方旋轉，可以進行360度全周掃描。然而，為了在斷點附近抑制光的損耗或光的反射，需要複雜的機構。此外，在獲得 OCT那樣的斷層圖像的情況下，需要以高精度抑制斷點處旋轉時的光程長度度變化，從而導致部件成本增加或降低裝置可靠性。在專利文獻2、3中，將光纖探測器和前端的反射鏡機械性分離，使反射鏡旋轉來實現旋轉掃描。然而，由於需要在探測器前端部配置反射鏡旋轉機構，並且需要高精度地維持反射鏡和探測器端面的位置，因此無法避免探測器前端部的大型化。在專利文獻4中，將由透鏡聚光後的光導入旋轉光纖探測器。但是，為了有效地向旋轉探測器導入光，需要高精度地調節探測器的旋轉位置和透鏡的聚光位置，並且探測器入射端面的反射較大，導致增大噪聲。在專利文獻5，6中，將光纖耦合部分作為套箍構成。然而，需要高精度地調節軸向距離，並且由於端面彼此抵接而存在破損的可能性，可靠性較低。
發明內容
本發明的目的是提供一種可抑制光的損耗或反射重影的、結構簡單、可靠性高的光旋轉探測器。為了實現上述目的，本發明提供一種光旋轉探測器，用於朝向測定對象物照射光， 並接收來自測定對象物的返回光，其特徵在於，具備用於傳輸來自光源的光的導光路、用於反射由導光路傳輸的光的反射鏡部件、以及用於使導光路的前端部及反射鏡部件繞導光路的長軸旋轉振動的旋轉振動機構，旋轉振動機構在導光路的扭轉彈性限度的範圍內進行旋轉振動。在本發明中，優選的是，在導光路的中途具備用於限制扭轉範圍的固定保持部件。在本發明中，優選的是，導光路的進行扭轉振動的部分是鬆弛的。在本發明中，優選的是，在扭轉振動的恆速旋轉區間進行測定，在非恆速旋轉區間不進行測定。在本發明中，優選的是，還具備用於傳輸來自測定對象物的返回光的第二導光路。在本發明中，優選的是，各導光路被收納在單一的彎曲性柔軟部件之中。在本發明中，優選的是，旋轉振動機構使各導光路相對於彎曲性柔軟部件一體進行旋轉振動。發明效果根據本發明，由於使導光路的前端部及反射鏡部件在導光路的扭轉彈性限度的範圍內進行旋轉振動，因此，不需要在導光路的中途設置機械斷點。因此，能夠抑制機械斷點引起的光的損耗或反射重影，從而能夠實現低成本、可靠性高的旋轉掃描。
圖1是可適用本發明的光斷層測定裝置一例的結構圖。圖2是表示第一實施方式的探測器的結構圖。圖3是表示第二實施方式的探測器的結構圖。圖4是表示第三實施方式的探測器的結構圖。圖5是表示第四實施方式的探測器的結構圖。標記說明10-光源ll、21、31、41a、41b-光路12、40-耦合器21a-扭轉部21b_ 鬆弛部22、32-循環器25-固定保持部件30-參考反射鏡33-衰減器42a、42b_差動檢測器50-探測器51-物鏡
52-反射鏡部件
55-旋轉保持部件
56-旋轉振動機構
57-護套
58-護套保持部件
具體實施例方式(第一實施方式)圖1是表示可適用本發明的光斷層測定裝置一例的結構圖。光斷層測定裝置作為採用低相干光源的麥可遜幹涉儀構成，其包括光源10 ；耦合器12 ；循環器22、32 ；衰減器33 ；探測器50 ；參考反射鏡30 ；耦合器40 ；差動檢測器42a、42b ；以及多個光路11、21、 31、41a、41b等。光路ll、21、31、41a、41b包含撓性的單一模式光纖。光源10由SLD等構成，例如，其發出中心波長為1. 3 μ m、振蕩光譜寬度約為50nm 的低相干光。來自光源10的光通過光路11到達耦合器12。耦合器12由光纖耦合器或分束器等構成，作為將來自光路11的光朝向光路21、31 按規定比例進行分割的光分割單元發揮功能。被耦合器12分割的試樣光通過光路21及循環器22到達探測器50。探測器50朝向測定對象物照射試樣光。對應於測定對象物的內部結構反射的試樣返回光再次入射到探測器50，在光路21中逆行並通過循環器22到達耦合器40。被耦合器12分割的參考光通過光路31、循環器32及衰減器33到達參考反射鏡 30。由參考反射鏡30反射的參考返回光在光路31中逆行並通過衰減器33及循環器32到達耦合器40。分別在光路21、31中逆行的試樣返回光及參考返回光由耦合器40混合而產生幹涉光。耦合器40由光纖耦合器或分束器等構成，具備作為使在各光路21、31中逆行的光進行幹涉的光幹涉單元發揮功能。幹涉光從光路41a、41b通過而分別到達差動檢測器42a、 42b。差動檢測器42a、42b輸出兩個幹涉信號的差值。來自差動檢測器42a、42b的信號在被實施各種噪聲除去或過濾處理並被轉換為數位訊號後，被保存在個人計算機等信號處理裝置中。信號處理裝置利用保存的數據根據後述的光斷層測定方式建立光斷層圖像。光斷層測定的方式大致分為時域OCT (TD-OCT)和傅立葉域OCT (FD-OCT)，進而，傅立葉域OCT可分為波長掃描式OCT (SS-OCT)和分光器式OCT (SD-OCT)。時域0CT，在光路21 及光路31的任一方或雙方設置光相位調製器，根據掃描信號調製光的相位。波長掃描式 0CT，使用可變波長光源作為光源10，根據掃描信號調製光的波長。分光器式0CT，使用衍射光柵將試樣返回光及參考返回光的幹涉光進行分光，用線性圖像傳感器測量其分光光譜。本發明能夠適用於上述的任何方式，但在參考光路內不需要使光程長度所時間變化的機構這一點上，優選的是波長掃描式OCT或分光器式OCT。在本實施方式中，通過對試樣返回光和參考返回光的幹涉信號進行差動檢測，使來自試樣光路的光和來自參考光路的光在耦合器40發生幹涉後的信號成為反相信號，從而，由於差動檢測使信號強度被增強。另一方面，例如在配置於試樣光路內的稜鏡等的光學面產生的重影引起的幹涉信號由於僅在耦合器40被分割，因此變為相同相位，通過差動檢測可以減少噪聲信號，其結果，可獲得良好的斷層圖像。此外，由於採用試樣光和參考光由不同的光纖進行傳輸的結構，因此，可以僅在參考側光路31中插入衰減器33。因此，能夠容易實現參考返回光的光量控制，從而實現最適合幹涉的光量調節。此外，由於試樣光和參考光通過不同的光路，因此，還能夠除去在試樣光路內產生的重影光。圖2是表示第一實施方式的探測器的結構圖。探測器50具備由光纖構成的光路 21、物鏡51、反射鏡部件52、旋轉保持部件55、以及旋轉振動機構56等。物鏡51由例如折射率分布型(GRIN)透鏡或曲面透鏡等構成，在光路21的前端抵接物鏡51的入射面的狀態被固定。反射鏡部件52例如由反射稜鏡等構成，在物鏡51的出射面抵接反射鏡部件52的入射面的狀態被固定。來自光源10的試樣光通過光路21由物鏡51聚光，並在反射鏡部件52被反射，對測定對象物進行光點照射。對應於測定對象物內部結構而反射的試樣返回光再次入射到反射鏡部件52，在物鏡51及光路21中逆行，通過圖1所示的循環器22返回耦合器40。旋轉保持部件55是由金屬或塑料等硬材料、或可彎曲的柔軟材料構成的空心圓筒狀部件，在其前端內部固定有物鏡51及反射鏡部件52。與物鏡51的出射面相對的部分， 以光可通過的方式設有開口或由透明材料構成的窗口。旋轉保持部件55按照能夠繞圓筒的長軸旋轉的方式被支承。旋轉振動機構56由電機等構成，其經由旋轉保持部件55使物鏡51及反射鏡部件 52繞光路21的長軸旋轉振動，對存在於旋轉保持部件55周圍的測定對象物進行圓筒掃描。 此時，由於在光路21的扭轉彈性限度的範圍內進行旋轉振動，因此，不需要在光路21的中途設置現有那樣的機械斷點。因此，可抑制機械斷點引起的光的損耗或反射重影，以低成本就可以得到可靠性高的旋轉掃描。此外，光路21由光纖構成，由此可以降低光路21的光的傳輸損耗，並且可以自由地進行彎曲，從而適用於內窺鏡或血管導管。在對試樣返回光及參考返回光的幹涉信號進行處理時，優選在扭轉振動的恆速旋轉區間進行測定，而不在非恆速旋轉區間進行測定。由此，可減少建立光斷層圖像時所需要的圖像處理的計算量，因此，能夠更高速地取得圖像，可以減少圖像處理所需要的數據存儲區域。因此，優選的是設置檢測旋轉保持部件55或旋轉振動機構56等進行旋轉的部件的旋轉角度的檢測器。由此，能夠判定扭轉振動的恆速旋轉區間。此外，即使旋轉速度發生變化的情況下，也可以根據旋轉位置信息修正測定點的位置偏差並進行圖像輸出，因此，可以降低因旋轉速度變化而產生的圖像變形。(第二實施方式)圖3是表示第二實施方式的探測器的結構圖。探測器50具備由光纖構成的光路 21、物鏡51、反射鏡部件52、旋轉保持部件55、旋轉振動機構56、護套57、護套保持部件58 等。關於試樣光的旋轉掃描的結構及動作，由於與圖2的第一實施方式同樣，因此省略其重複說明。護套57是由金屬或塑料等硬材料、或可彎曲的柔軟材料構成的空心圓筒狀部件，在其內部以可旋轉的方式支承有旋轉保持部件陽。護套保持部件58固定護套57，並限制護套57的旋轉運動。在本實施方式中，在光路21的中途設置有用於限制扭轉範圍的固定保持部件25。 通過固定保持部件25的設置，限定光路21整體中產生扭轉振動的扭轉部21a的區域。因此，可減小光路21的姿勢變化或彎曲引起的彈性限度的變化，容易進行扭轉旋轉量的最大值的設定。(第三實施方式)圖4是表示第三實施方式的探測器的結構圖。探測器50具備由光纖構成的光路 21、物鏡51、反射鏡部件52、旋轉保持部件55、旋轉振動機構56、護套57、護套保持部件58 等。關於試樣光的旋轉掃描的結構及動作，由於與圖2的第一實施方式同樣，因此省略其重複說明。此外，關於護套57的結構，由於與圖3的第二實施方式同樣，因此省略其重複說明。在本實施方式中，也與第二實施方式同樣，在光路21的中途設置有用於限制扭轉範圍的固定保持部件25。通過固定保持部件25的設置，來限定光路21整體中產生扭轉振動的扭轉部21a的區域。因此，可減小光路21的姿勢變化或彎曲引起的彈性限度的變化， 容易進行扭轉旋轉量的最大值的設定。此外，優選的是在光路21的中途設置鬆弛部21b。由此，能夠增大在扭轉振動的彈性限度內的旋轉量，因此，可以加快旋轉速度，或進行多次旋轉。此外，如圖4所示，優選的是鬆弛部21b做成線圈形狀，由此，可以用小的空間增加扭轉旋轉容許量，實現探測器50的小型化。(第四實施方式)本發明除了 OCT用探測器以外，還可以應用到螢光測定、分光測定或共焦點掃描探測器。在這些探測器的情況下，由於需要對來自照明測定物的光源的光進行導光的光源光導光用光纖、以及將來自被照明的測定物的螢光或散射光導向光檢測器或分光器的測定光導光用光纖共計兩根光纖，因此，通常難以對測定區域進行旋轉掃描。本實施方式中，通過使兩根光纖在彈性限度內進行扭轉振動，不必對旋轉部和固定部的連接部分進行特別的設計，就可以獲得旋轉掃描畫像。圖5是表示第四實施方式的探測器的結構圖。探測器50具備由光纖構成的兩個光路21、61 ；物鏡51 ；反射鏡部件52 ；旋轉保持部件55 ；旋轉振動機構56 ；護套57 ；護套保持部件58等。關於試樣光的旋轉掃描的結構及動作，與圖2的第一實施方式同樣，因此省略其重複說明。來自光源10的試樣光從光路21通過而被物鏡51聚光，並由反射鏡部件52反射， 對測定對象物進行光點照射。由於光點照射產生的反射光或螢光成為試樣返回光再次入射到反射鏡部件52，通過物鏡51及第二光路61並由光檢測器60接收。所檢測到的信號被供給計算機等信號處理裝置，進行光強度的變化或分光光譜等的測定。這樣，由於是試樣光和試樣返回光由不同的光路21、61進行傳輸的結構，因此，在其中任意一光路中都能夠插入衰減器，因此，可以容易實現每個光路獨立的光量控制，實現最適合幹涉的光量調節。進而，由於試樣光和試樣返回光通過不同的光路，因此，還能夠除去在試樣光路內產生的重影光。旋轉保持部件55—體收納兩個光路21、61，並且在其前端內部固定物鏡51及反射鏡部件52。旋轉振動機構56由電機等構成，其經由旋轉保持部件55使物鏡51及反射鏡部件 52繞光路21、61的長軸旋轉振動，對存在於旋轉保持部件55周圍的測定對象物進行圓筒掃描。此時，由於在光路21、61的扭轉彈性限度的範圍內進行旋轉振動，因此，不需要在光路21、61的中途設置現有技術那樣的機械斷點。因此，可抑制起因於機械斷點引起的光的損耗或反射重影，能夠以低成本實現可靠性高的旋轉掃描。護套57是由金屬或塑料等硬材料、或可彎曲的柔軟材料構成的空心圓筒狀的單一部件，在其內部以可旋轉的方式支承旋轉保持部件55。護套保持部件58固定護套57，並限制護套57的旋轉運動。在本實施方式中，由於將兩個光路21、61收納在單一的護套57中，因此，有利於探測器50的使用。此外，由於旋轉振動機構56使各光路21、61相對於護套57 —體地進行旋轉振動，因此，可以減小在旋轉掃描時對測定對象物的影響。此外，不會給測定對象物施加負載，可以實現順暢的旋轉掃描。在本實施方式中，也與第二及第三實施方式同樣，在光路21、61的中途設置有用於限制扭轉範圍的固定保持部件25。通過固定保持部件25的設置，限定光路21、61整體中產生扭轉振動的扭轉部21a、61a的區域。因此，能夠減小光路21、61的姿勢變化或彎曲帶來的彈性限度的變化，容易進行扭轉旋轉量的最大值的設定。產業上的可利用性本發明在以簡單的機構可提供可靠性高的光旋轉探測器方面，在產業上極其有用。
權利要求
1.一種光旋轉探測器，用於朝向測定對象物照射光，並接收來自測定對象物的返回光， 其特徵在於，具備用於傳輸來自光源的光的導光路、用於反射由導光路傳輸的光的反射鏡部件、以及用於使導光路的前端部及反射鏡部件繞導光路的長軸旋轉振動的旋轉振動機構， 旋轉振動機構在導光路的扭轉彈性限度的範圍內進行旋轉振動。
2.如權利要求1所述的光旋轉探測器，其特徵在於，在導光路的中途具備用於限制扭轉範圍的固定保持部件。
3.如權利要求1所述的光旋轉探測器，其特徵在於， 導光路的進行扭轉振動的部分是鬆弛的。
4.如權利要求1所述的光旋轉探測器，其特徵在於，在扭轉振動的恆速旋轉區間進行測定，在非恆速旋轉區間不進行測定。
5.如權利要求1所述的光旋轉探測器，其特徵在於，還具備用於傳輸來自測定對象物的返回光的第二導光路。
6.如權利要求5所述的光旋轉探測器，其特徵在於， 各導光路被收納在單一的彎曲性柔軟部件之中。
7.如權利要求6所述的光旋轉探測器，其特徵在於，旋轉振動機構使各導光路相對於彎曲性柔軟部件一體進行旋轉振動。
全文摘要
探測器(50)用於朝向測定對象物照射光，並接收來自測定對象物的返回光，其具備用於傳輸來自光源(10)的光的光路(21)、用於反射由光路(21)傳輸的光的反射鏡部件(52)、以及用於使光路(21)的前端部及反射鏡部件(52)繞光路(21)的長軸旋轉振動的旋轉振動機構(56)，旋轉振動機構(56)在光路(21)的扭轉彈性限度的範圍內進行旋轉振動。根據這樣的結構，可抑制光的損耗或反射重影，用簡單的機構可獲得可靠性高的光旋轉探測器。
文檔編號A61B1/00GK102176854SQ20098013978
公開日2011年9月7日 申請日期2009年9月10日 優先權日2008年10月20日
發明者大澤聰 申請人:柯尼卡美能達精密光學株式會社