JPH10274623A - 無侵襲生体光計測装置 - Google Patents

無侵襲生体光計測装置

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JPH10274623A
JPH10274623A JP9079580A JP7958097A JPH10274623A JP H10274623 A JPH10274623 A JP H10274623A JP 9079580 A JP9079580 A JP 9079580A JP 7958097 A JP7958097 A JP 7958097A JP H10274623 A JPH10274623 A JP H10274623A
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JP
Japan
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light
sample
multiplexed
measurement device
reference light
Prior art date
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Pending
Application number
JP9079580A
Other languages
English (en)
Inventor
Tsuyoshi Sonehara
剛志 曽根原
Yuji Miyahara
裕二 宮原
Masao Kan
正男 管
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 試料中を透過、拡散した光を検出して、試料
内部の情報を得ることができ、情報を得る位置を深さ方
向で高速に走査できる小型の無侵襲生体光計測装置を提
供すること。 【解決手段】 低コヒーレンス光源2を出た光は、分波
素子4により、試料8に照射される照射光と、段差を有
するミラー5で反射される参照光と、に分けられる。試
料で後方散乱された光(信号光)は分波素子4により参
照光と合波され、光検出器11で検出される。ミラー5
はモーター6により回転する。ミラー5は段差を有する
12個の扇形からなり、参照光がミラー6の薄い部分で
反射されたときと、厚い部分で反射されたときとで参照
光の光路長が変化し、信号光が発せられた位置を深さ方
向に走査できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、無侵襲生体光計測
装置に関し、特に生体等不透明かつ厚い試料を拡散・透
過してきた光をヘテロダイン検出して試料の内部の情報
を得るのに適応する無侵襲生体光計測装置に関する。
【0002】
【従来の技術】スーパールミネッセントダイオードの光
を不均一な試料に照射し、試料によって散乱され媒質中
を透過・拡散してきた光をヘテロダイン検出する事によ
り、試料内部の情報を得る装置が、オプティックス・レ
ターズ、19(1994年)第590頁から592頁
(Optics Letters 19(1994)p
p590−592)、および第57回応用物理学会講演
予稿集第0分冊(1996年)第1213頁に記載され
ている。これらの技術では、コヒーレンス長さが数10
μmのスーパールミネッセントダイオードの光を分波器
で2本に分け、一方を試料に照射し、もう一方はPZT
によって位相変調をかけたうえでヘテロダイン検波のた
めの参照光として用いる。合波器で試料から反射された
信号光と参照光とを合波してヘテロダイン検出すること
により、試料によって散乱された光のうち、検出される
までの光路長が参照光の光路長と等しくなる成分のみを
検出する。試料表面から特定の深さの位置で散乱あるい
は反射された光の信号だけを得る。上記従来技術では試
料をxyzステージで走査することによって信号光の光
路長を走査し、試料中の信号を取り出す深さを変化させ
ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、光
路長の走査を水平移動型のステージで行っているために
深さ方向の走査に時間がかかるという問題があった。そ
のため生きている生体など体動アーティファクトのため
に高速な測定が必用な試料に適用するのは困難であっ
た。また、水平方向の往復運動を行っているため、装置
全体を小型化するのも困難であった。
【0004】本発明の目的は、コヒーレンス長の短い光
源を試料に照射して試料によって散乱された光をヘテロ
ダイン検波して試料内部の特定深さの情報を得る装置に
おいて、光路長の走査を小型の装置で高速にすることが
可能な構成を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明では、光源と、光源から射出された光を分波
し、分波された一方を照射光とし、他方を参照光とし、
照射光が試料に照射されることにより試料中を透過、拡
散して試料から出射される信号光と参照光とを合波する
分波合波手段と、分波合波手段により合波された合波光
をヘテロダイン検出する光検出手段と、照射光、参照
光、および信号光の少なくとも一つの光路長を変化させ
る手段と、を有することを特徴とする。照射光、参照
光、および信号光の少なくとも一つの光路長を変化させ
るために、平行でありかつ同一平面上にない少なくとも
二つの鏡面を有する反射部材により、参照光を反射して
もよく、また、屈折率分布を有する透過部材、または位
置によって厚さが異なる透過部材に、照射光およぴ信号
光のすくなくとも一つを透過させてもよい。光源は、コ
ヒーレンス長が30mm以下の光を射出する、スーパー
ルミネッセントダイオード、発光ダイオード、またはレ
ーザダイオードである。
【0006】
【発明の実施の形態】
(第一の実施例)図1に本発明の第一の実施例の構成図
を示す。本実施例の装置は、光源駆動回路1、低コヒー
レンス光源2、レンズ3、分波素子4、段差を有するミ
ラー5、モーター6、モータ制御装置7、試料8、PZ
T9、xzステージ10、光検出器11、増幅器12、
ロックインアンプ13、およびコンピュータ14からな
る。本実施例では、低コヒーレンス光源2として波長7
80nm、コヒーレンス長さ50μmのスーパールミネ
ッセントダイオードを使用している。低コヒーレンス光
源2は光源駆動回路1によって一定出力で駆動される。
低コヒーレンス光源2を出た光はレンズ3で平行光束に
してから分波素子4で二つに分けられる。一方の光は試
料8に照射される照射光である。もう一方の光は段差を
有するミラー5で反射され、参照光として用いられる。
ミラー5をモーター6で回転する。モーター6を駆動す
るモーター制御装置7はコンピュータ14によって制御
されている。試料8によって後方散乱された照射光は、
信号光として分波素子4を合波器として用いることによ
り段差を有するミラー5で反射された参照光と合波さ
れ、光検出器11でヘテロダイン検出される。試料8は
PZT9に取り付けられており、PZT9がロックイン
アンプ13の内部発振器で駆動されることによって光軸
方向に振動し、信号光の位相が一定周波数で変調され
る。光検出器11の出力は増幅器12で電圧信号に変換
されたのちにロックインアンプ13に入力される。ロッ
クインアンプ13の測定結果はコンピュータ14によっ
てモーター6の回転と同期して取り込まれる。試料8の
表面方向の走査はxzステージ10によって行われる。
【0007】図2は、図1の部分拡大図である。モータ
ー6はミラー5を回転させる。ミラー5は円盤状をして
おり、円が12個の扇形に等分されていて各扇型の部分
の間には20μmずつの段差が設けられている。参照光
がミラー5の最も薄い部分で反射されたときと、最も厚
い部分で反射されたときでは参照光の光路長にして2×
20×12μm=480μm変化することになる。した
がって、散乱光(信号光)を検出する試料中の位置を深
さ方向に(480μm/n)走査することができる。n
は試料の屈折率である。試料8とミラー5の位置はミラ
ー5の最も厚い部分で参照光が反射されるときに参照光
の光路長と信号光のうち、試料表面近傍で反射された成
分の光路長が等しくなるように設定されている。
【0008】図3は、試料を豚肉として本実施例を用い
て測定を行った結果を示す図である。試料8の所定の一
点に光を照射したときの散乱光検出信号の光路長依存性
である。この結果は試料中の屈折率、散乱係数、吸収係
数の深さ方向の分布を示している。深さ200μm付近
で強い信号が得られているが、この結果は本実施例によ
る測定終了のあとで試料を切断して行った観察によって
えられた、深さ150μm付近の筋の存在を反映してい
る。本実施例ではミラーの回転を一分間に6000回転
としており、深さ方向の走査が一点当たり10msで行
うことが可能である。xzステージ10で試料を表面方
向に走査することによって3次元断層像を短時間で得る
ことも可能である。複数の波長の光源で得られた画像を
処理することにより生体試料などの内部の化学物質の分
布を得ることもできる。
【0009】(第二の実施例)図4は、本発明の第二の
実施例の構成図を示す。本実施例では基本的には第一の
実施例と同一の構成を用いる。主要な変更点は参照光を
段差の付いたミラーで反射する代わりに、試料8に照射
する照射光、および試料から散乱、反射された信号光
を、光を透過させたときの光路長が各部分で異なるよう
な回転透明板16に透過させることである。また、本実
施例では参照光を反射するミラー15をPZT9で振動
させ、参照光の位相を変調している。
【0010】図5は、図4の部分拡大図である。透明回
転板16は円盤の形状を持ち、12等分された扇形の各
部分が屈折率の異なる材料で構成されている。円盤16
の厚さは2mm、各扇形の屈折率はそれぞれ1.50〜
1.61の範囲で0.01ずつ差がついている。試料8
へ照射される照射光および試料8からの信号光は円盤1
6に垂直に入射し、信号光の光路長は透過する扇型によ
って2×0.01×2mm=40μmずつ変化すること
になる。本実施例では参照光を位相変調したために生き
ている生体試料に取り付けてin vivoの測定を行うこと
が可能となっている。そのほかの本実施例の効果は、段
差を付けたミラーによる反射の代わりに屈折率分布をも
つ平面板の透過を用いたため、透明回転板16として要
求される精度が比較的低くて済み、加工が容易になるこ
とである。また、本実施例では屈折率分布をもつ平面円
盤からなる透明回転板16を使用しているが、段差付き
ミラー5と同一の形状を持つ透明な板で代用しても全く
同一の効果がえられる。
【0011】上記実施例では、低コヒーレンスの光源と
してスーパールミネッセントダイオードを用いたが、光
の強度がそれほど要求されなければ発光ダイオードや面
発光ダイオードでもよいし、また半導体レーザを閾値電
流以下で発信させたもの、あるいは端面に反射防止膜を
施した半導体レーザや端面融解をおこしてこわれた半導
体レーザなど、必要な空間分解能よりも短いコヒーレン
ス長をもつ光源ならなんでも使用可能である。
【0012】
【発明の効果】本発明によれば、情報を得る位置の深さ
方向の走査を小型の装置で高速に行うことが可能とな
る。その結果、試料内部の所定位置の屈折率、吸収係
数、散乱係数を高速に求めたり、それらの値の分布を短
時間で画像化して画像処理等を施してやることにより不
均一な試料内部の化学物質の分布などを知ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施例の構成図。
【図2】図1の部分拡大図。
【図3】本発明の第一の実施例による測定結果を示す
図。
【図4】本発明の第二の実施例の構成図。
【図5】図4の部分拡大図である。
【符号の説明】
1…光源駆動回路、2…低コヒーレンス光源、3…レン
ズ、4…分波素子、5…段差を有するミラー、6…モー
ター、7…モータ制御装置、8…試料、9…PZT、1
0…xzステージ、11…光検出器、12…増幅器、1
3…ロックインアンプ、14…コンピュータ、15…ミ
ラー、16…回転透明板。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光源と、前記光源から射出された光を分波
    し、分波された一方を照射光とし、他方を参照光とし、
    前記照射光が試料に照射されることにより試料中を透
    過、拡散して前記試料から出射される信号光と前記参照
    光とを合波する分波合波手段と、前記分波合波手段によ
    り合波された合波光をヘテロダイン検出する光検出手段
    と、を有する無侵襲生体光計測装置において、平行であ
    りかつ同一平面上にない少なくとも二つの鏡面を有し、
    前記参照光を反射して、前記参照光の光路長を変化させ
    る反射部材と、前記反射部材を回転させる回転部材と、
    を有することを特徴とする無侵襲生体光計測装置。
  2. 【請求項2】光源と、前記光源から射出された光を分波
    し、分波された一方を照射光とし、他方を参照光とし、
    前記照射光が試料に照射されることにより試料中を透
    過、拡散して前記試料から出射される信号光と前記参照
    光とを合波する分波合波手段と、前記分波合波手段によ
    り合波された合波光をヘテロダイン検出する光検出手段
    と、を有する無侵襲生体光計測装置において、前記照射
    光および前記信号光のすくなくとも一つを透過させて、
    前記照射光および前記信号光の少なくとも一つの光路長
    を変化させる透過部材と、前記透過部材を回転させる回
    転部材と、を有することを特徴とする無侵襲生体光計測
    装置。
  3. 【請求項3】前記透過部材は、屈折率分布を有すること
    を特徴とする請求項2に記載の無侵襲生体光計測装置。
  4. 【請求項4】前記透過部材は、位置によって厚さが異な
    ることを特徴とする請求項2に記載の無侵襲生体光計測
    装置。
  5. 【請求項5】前記光源は、コヒーレンス長が30mm以
    下の光を射出する、スーパールミネッセントダイオー
    ド、発光ダイオード、またはレーザダイオードであるこ
    とを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の無侵襲
    生体光計測装置。
  6. 【請求項6】光源と、前記光源から射出された光を分波
    し、分波された一方を照射光とし、他方を参照光とし、
    前記照射光が試料に照射されることにより試料中を透
    過、拡散して前記試料から出射される信号光と前記参照
    光とを合波する分波合波手段と、前記分波合波手段によ
    り合波された合波光をヘテロダイン検出する光検出手段
    と、を有する無侵襲生体光計測装置において、前記照射
    光、参照光、および信号光の少なくとも一つの光路長を
    周期的に変化させる手段を有することを特徴とする無侵
    襲生体光計測装置。
JP9079580A 1997-03-31 1997-03-31 無侵襲生体光計測装置 Pending JPH10274623A (ja)

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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007333470A (ja) * 2006-06-13 2007-12-27 Hamamatsu Photonics Kk 表面形状計測装置
JP2009006155A (ja) * 2008-08-04 2009-01-15 J Morita Tokyo Mfg Corp 歯科光診断装置
JP2009018172A (ja) * 2008-08-04 2009-01-29 J Morita Tokyo Mfg Corp 歯科光診断装置
JP2009121969A (ja) * 2007-11-15 2009-06-04 Topcon Corp バンプ高さ測定方法及び測定装置
JP2010528314A (ja) * 2007-05-29 2010-08-19 インテクプラス カンパニー、リミテッド 立体形状測定装置
JP2011085850A (ja) * 2009-10-19 2011-04-28 Olympus Corp レーザ照明装置、及び、それを備えたレーザ顕微鏡
JP2018096869A (ja) * 2016-12-14 2018-06-21 株式会社ミツトヨ 干渉対物レンズ

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