JPH10501346A - 混濁媒体内で光学的測定をなす装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 混濁媒体（１１１）内に導かれる振幅変調された放射を発生するレーザー（１００）と、混濁媒体から発生した振幅変調された放射を測定する検出ユニット（１０７）とからなる混濁媒体（１１１）内で対象（１１８）の位置決めをなす装置。信号処理ユニット（１０９）は検出信号（１１５）から位相と振幅を測定する。測定された位相の精度は検出器信号（１１５）内の高調波を減少することにより改善される。これは２モードレーザーを用いることによりレーザー（１００）から振幅変調された放射内の高調波を減少することにより達成される。

Description

【発明の詳細な説明】 混濁媒体内で光学的測定をなす装置 本発明は変調周波数で振幅変調された放射を発生するレーザーと、混濁(turbi d)媒体からの振幅変調された放射を測定する検出ユニットとからなる混濁媒体内 で対象の位置決めをなす装置に関する。 この種の装置は国際特許出願ＷＯ９３／２５１４５から知られている。知られ ている装置では振幅変調された放射が１以上の入射窓を介して混濁媒体内に結合 される。混濁媒体を通過する放射は変位可能な出射窓を介して検出ユニットに導 かれる。混濁媒体内の振幅変調された放射の伝搬は光子密度原理により説明され うる。これらの光子密度の振幅及び位相は検出器により出射窓の領域で測定され うる。測定された位相及び測定された振幅は続いて混濁媒体内で対象を位置決め するために用いられる。更にまた知られている装置では振幅変調された放射はレ ーザーダイオードにより発生され、ここで電流が変調され、又は電子−光変調を 有するレーザーにより発生される。故にそれによりレーザーダイオード又は電子 −光変調が制御される変調信号は装置内に存在する。変調信号はまた位相測定用 の基準信号として供給される。知られている装置の更なる展開は生体組織内の腫 瘍の位置決めを得ることであり、それによりそれは例えばＸ線マンモグラフィ又 はＭＲＩに加えて医学的な診断に応用可能である。 知られている装置の欠点は対象の散乱係数が混濁媒体のそれとほとんど違わな いときに対象は位置決めできないことである。 本発明の目的はそれにより対象の位置決めが改善される装置を提供することに ある。この目的のために本発明による装置はレーザーは振幅変調された放射内の 高調波を抑制する手段を含むことを特徴とする。本出願の前後関係から放射は概 略２００ｎｍと１２００ｎ ｍの間の波長を有する電磁放射を意味するものである。対象の位置決めは本発明 の装置により達成されうる位相測定精度に依存することは明らかである。知られ ている装置では充分高い精度の位相測定がほとんどできないことが知られている 。何故ならは大きな高調波成分が検出器信号内にあるからである。本発明によれ ば検出器信号内の振幅変調での高調波成分は振幅変調放射内の高調波の抑制によ り大幅に減少された。これによりより正確な位相測定が可能になる。 大幅な高調波抑制を有するレーザーはそれ自体知られているにもかかわらず、 外部電子−光変調からなるレーザー又は知られている装置内の振幅変調されたレ ーザーダイオードを大幅に高調波抑制されたレーザーにより置き換えることは明 らかではない。何故ならば位相測定用の基準信号を得る場合に問題が発生するか らである。外部変調されたレーザーを大幅に高調波抑制されたレーザーにより置 き換えることにより変調信号から変動している基準信号はもはやレーザーの振幅 変調に結合しない。結果として基準信号はレーザーの振幅変調では位相飛びに追 従せず、それにより正確な位相はもはや可能な全ての測定下で可能であるわけで はない。 更にまた特にＡ．Ｂｒｅｔｔ等によるＲｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｔｉｆ ｉｃ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｎｏ．６０（９），１９８９年９月の論文「Ｄ ｉｇｉｔａｌ ｐａｒａｌｌｅｌ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｉｎ ｆｒｅｑｕ ｅｎｃｙ ｄｏｍａｉｎ ｆｌｕｏｒｏｍｅｔｒｙ」から、検出器から由来する 振幅変調された信号での高調波は測定された信号位相での大きな誤差を導入し、 また検出器信号の振幅変調での高調波の抑制は改善された位相測定を可能にする ことが知られている。引用された論文はまた振幅変調の位相測定の精度を改善す る観点から検出器信号での高調波を抑制するデジタルフィルタリング方法を提案 している。しかしながらデジタルフィルタリング方法の欠点はそれが測定の好ま しくない遅延を導入することである。本発明によれば高調波は振幅変調された レーザー放射の使用の結果として実質的に抑制される信号検出器が得られ、ここ で高調波は大幅に抑制され、斯くしてＡ．Ｍ．レーザー放射で位相飛びが発生し ない場合には改善された位相測定が可能となる。 本発明による装置の第一の実施例はレーザーは２モードレーザーであり、変調 周波数は２つのレーザーモード間の差の周波数に等しいことを特徴とする。この 段階ではレーザーの振幅変調された放射での第一高調波の概略６５ｄＢの抑制が 得られ、一方で知られた装置では外部変調器を用いて振幅変調された放射での第 一高調波の抑制は概略２５ｄＢである。 本発明による装置の更なる実施例は該装置はレーザー放射から位相基準を形成 する手段からなることを特徴とする。この位相基準は位相測定で用いられる基準 信号である。この段階は全ての可能な条件下での測定が、位相飛びがＡ．Ｍ．レ ーザー放射で発生したときでさえ可能であるように基準信号の位相と周波数をレ ーザー放射の振幅変調の位相と周波数に結合する。 本発明による装置の更なる実施例は高調波抑制手段は少なくとも一つのエタロ ンにより形成されることを特徴とする。エタロンは関連する周波数間の差がレー ザーの所望の振幅変調に対応するレーザー空洞で２つのモードを選択する。レー ザーの振幅変調はこれらの選択されたモードの干渉により引き起こされる。 本発明による装置の更なる実施例は該装置はレーザー放射から第二の放射源を 形成する光学的ビームスプリッタからなることを特徴とする。高調波及び第二の 放射源の位相関係もまた等しく、それにより位相飛びは１つの第二の放射源の変 調に予め含まれ、故に適切な位相測定が可能となることが達成される。 本発明による装置の更なる実施例は光路差は２つの第二の放射源間の位相シフ トを引き起こすことを特徴とする。この段階は他の第二の放射源に関する各第二 の放射源の位相の調整により光子密度波 の波面の方向を決定する。 本発明による装置の更なる実施例は第二の放射源は第一の群と第二の群に副分 割され、放射源の第一の群により発生される放射の振幅変調は放射源の第二の群 により発生される放射の振幅変調に対して位相変化を示すことを特徴とする。こ の段階の結果として相互に位相差を示す２つの光子密度波は混濁媒体内で発生さ れる。光子密度波が反対の位相であるときに強い空間位相変動が得られ、斯くし て位相測定の感度を、故に対象の検出を増強する。 本発明による装置の更なる実施例は第二の放射源は光学的ビームスプリッタに 結合される光導伝体端により形成されることを特徴とする。この段階の結果とし て第二の源は例えば光ファイバー又は幾何−光学部品のシステムのような光導伝 体を介してレーザーに結合される。光ファイバーの使用はそれらが簡単に混濁媒 体内に導入されうる利点を提供する。更にまた第二の放射源の所望の位相関係は 光ファイバーの長さの調節により簡単に確立しうる。 本発明による装置の更なる実施例は中間周波数信号は位相基準から得られるこ とを特徴とする。知られている位相測定で位相メーターに対する低周波数信号を 得るために測定信号と同様に基準信号は中間周波数信号により乗算される。これ は基準信号と同様に測定信号に関する中間周波数信号の和及び差信号を形成する 。これらの信号から２つの低周波数差信号のみが位相メーターに印加される。し かしながら位相メーターは２つの信号の周波数変動により影響される。周波数変 動はレーザーの振幅変調の小さな周波数変動により生ずる。中間周波数信号が基 準から得られるときに中間周波数信号は基準の周波数に追従し、それにより位相 メーターに印加された低周波数差信号の周波数は実質的に一定であり、斯くして 位相メーター内の測定誤差を減少する。 本発明の上記の及び他のより詳細な特徴は図面を参照して例により以下に詳細 に説明される。 図面は以下の通りである： 図１は混濁媒体内での光学的測定を実施する第一の知られている装置を示す。 図２は第二の知られている装置を示し、これは第二の光源の２つの群からなる 。 図３は強い高調波抑制を有するレーザーの構成の概略を示す。 図４は基準信号を得るための変更を示す。 図５は反対の位相の光源の２つの群を得るための変更を示す。 図６は知られている位相検出ユニットを示す。 図７は本発明による改善された位相検出ユニットを示す。 図８は測定装置の概略を示す。 図９は２つの光子密度波間の位相の転移の例を示す。 図１０は２つの位相の転移間の差を示す。 図１は混濁媒体内での光学的測定を実施する知られている装置を示す。この装 置は引用された特許出願ＷＯ９３／２５１４５から知られている。この装置は電 子−光学的変調器１０１を有するＣＷレーザー１００と例えば光ファイバーであ る第一の光学的導伝体１０３とからなり、これは第一の端１０２により電子−光 学的変調器１０１に結合され、第二の光源１０４を構成する第二の端により混濁 媒体１１１内又はその上に配置される。実験の設定では混濁媒体は例えば容器１ １２内の１％のイントラリピッド溶液により形成される。イントラリピッド溶液 の濃度は市販のイントラリピッド−１０％製品ではない、純粋なイントラリピッ ドに関して測定された。この製品は実際に純粋のイントラリピッドの１０％溶液 である。実験で用いられる製品は１０倍に希釈された市販の製品に対応する。医 学的な応用を予想すると混濁溶媒は例えば女性の乳房又は新生児の頭部のような 生体組織により形成される。更にまた検出面の開口１０５を形成する第二の光導 伝体１０６の第一の端は光源１０４に対向して混濁媒体中に配置される。第二の 光導伝体１０６の第二の 端１０７は例えば光ダイオード又は光電子増倍管のような光検出器に結合される 。光信号は光検出器１０８内の電気検出器信号１１５へ変換される。検出器信号 １１５は信号処理ユニット１０９に導かれる。信号処理ユニット１０９では信号 位相、信号振幅、ＤＣレベルが基準信号１１６に対して測定される。測定された 信号位相、信号振幅、ＤＣレベルは端子１１３、１１４、１１９上で電圧として 得られる。 測定の実行に対してレーザー１００の光は周波数発生器１１０により発生され た例えば２１９ＭＨｚの周波数の変調信号１１７により駆動される電気光学光変 調器１０１により振幅変調される。周波数発生器１１０はまた基準信号１１６を 配送する。続いてレーザーの光は電気光学光変調１０１及び光導伝体１０３を介 して混濁媒体１１１内に導かれる。混濁媒体１１１内の振幅変調された光の強度 は波長 の光子密度波により記述され、ここでｆは変調周波数、μ_sは散乱係数、ｎは屈 折率、ｃは光の速度である。例えば光源１０４と検出器開口１０５との間の混濁 媒体内に配置された球のような対象１１８は光の変動する散乱を誘導する。その 様な変動する光の散乱は光子密度波の波面に変動を引き起こし、それにより振幅 及び位相の変動は検出器開口１０５で発生する。 混濁媒体内での対象の位置決めに対して検出器開口１０５と同様に光源１０４ は混濁媒体１１１内の小さなステップに同期して変位され、光子密度波の位相は 各ステップの後に測定される。光源１０４と検出器開口１０５の所定の位置で基 準位相から変動する位相が測定される場合に対象は光源１０４と検出器開口１０ ５との間に現れるよりも、該対象の散乱及び／又は吸収係数が混濁媒体の散乱及 び／又は吸収係数から変動する。故に対象の位置決めの精度は位相 測定の感度に依存する。 混濁媒体内の対象の位置決めはまた引用された特許出願ＷＯ９３／２５１４５ から知られている配置を用いる。この配置は幾つかの光源を構成し、この光源は ２つの群に副分割され、光源の第一の群の振幅変調は光源の第二の群の振幅変調 と反対の位相にある。結果として反対位相の２つの光子密度波が混濁媒体内で発 生し、急性位相転移（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）は第一の光子密度波と第二の光子 密度波との間で発生する。この急性位相転移の故に対象内の散乱係数の小さな変 動は位相逆転の位置で生じ、その位相変動より大きな位相変動は単一の光子密度 波のみが用いられるときに生ずる。従って反対位相で２つの光子密度波を用いる 装置は図１を参照して記載される装置のそれより優れた感度を有する。 図２は引用された特許明細書ＷＯ９３／２５１４５に記載されているような知 られている設定を示す。例えばレーザーダイオードであるような光源はこの場合 には例えばそれぞれレーザーダイオード２００、２０１からなる第一の群とレー ザーダイオード２０２、２０３からなる第二の群である２つのレーザーダイオー ドの２つの群に副分割される。またそれぞれ１つのレーザーダイオードからなる ２つの群又は各群が４つのレーザーダイオードからなる２つの群は光源の可能な 構成である。第一の群のレーザーダイオード２００、２０１は位相変調され、第 二の群のレーザーダイオード２０２、２０３は回路２０４により反対の位相に変 調され、これはレーザーダイオードを介して電流を制御し、周波数を、例えば２ １９ＭＨｚの変調信号２１７に制御する。変調信号２１７は周波数発生器２１０ により供給される。レーザーダイオード２００、２０１、２０２、２０３は支持 体２１９上に設けられ、混濁媒体２１１内に配置される。実験での設定で混濁媒 体は例えば容器１１２内の１％のイントラリピッド溶液により形成される。医学 的な応用を予想すると混濁溶媒は例えば女性の乳房又は新生児の頭部のような生 体組織により 形成される。この応用ではレーザーダイオードと検出器は相互に対向して女性の 乳房又は新生児の頭に置かれる。実験での設定では４つのレーザーダイオード２ ００、２０１、２０２、２０３は直線上に配置される。隣接するレーザーダイオ ード間の距離は数センチメートル、例えば２．５ｃｍである。検出器面の開口２ ０５を形成する例えば光ファイバである光導伝体２０６の第一の端２０５は混濁 媒体２１１内のレーザーダイオード２００、２０１の第一の群とレーザーダイオ ード２０２、２０３の第二の群との間の中央の垂直な面上に例えば５ｃｍである ようなある距離で配置される。光導伝体２０６の第二の端２０７は光検出器２０ ８と結合される。光検出器２０８は光信号を検出器信号２１５へ変換する。検出 器信号２１５は信号処理ユニット２０９に印加される。基準信号２１６は信号処 理ユニット２０９に供給される。基準信号２１６は変調信号２１７から得られる 。続いて信号処理ユニット２０９は端子２１３、２１４上で電圧として更に処理 されるよう得られる位相及び振幅を測定する。 レーザーダイオード２００、２０１、２０２、２０３の強度が等しいときに混 濁媒体内の位相転移はレーザーダイオード２００、２０１の第一の群とレーザー ダイオード２０２、２０３の第二の群との間の中央の垂直な面上に生ずる。この 位相転移は検出器開口２０５を介して測定される。対象の配置に対して例えばレ ーザーダイオード２００、２０１、２０２、２０３および検出器開口２０５が混 濁媒体１１１内、又はそれに沿って小さなステップで同期して変位される。レー ザーダイオード２００、２０１、２０２、２０３と検出器開口２０５との間に存 在する対象２１８は光の変動する散乱により変動する波面を形成し、それにより 位相転移はシフトされ、位相変動は信号処理ユニット１０９により測定される。 小さな散乱変動のみを生ずる対象の位置決めは位相感知測定を必要とする。し かしながら知られている装置の両方の位相測定の感度 は制限される。これは検出器信号内の変調された周波数の高調波の不充分な抑制 による。本発明によれば位相測定は高調波を強く抑制するレーザーを用いること により改善されることがわかった。この目的のために図１、２を参照して記載さ れた設定で外部変調されたレーザーは例えばＳｐｅｘｔｒａ Ｐｈｙｓｉｃｓか ら市販されている適合されたＴｉサファイアレーザーモデル３９００のような振 幅変調レーザーにより代替される。 図３は適合されたＴｉ−サファイアレーザーの該型モデル３９００に基づいた 概略図を示す。ポンピングビーム３１２はアルゴンレーザー３００により発生さ れる。ポンピングビーム３１２は絞り３０１、偏光シフター３０２、フラットポ ンピングビーム鏡３０３を介してポンピング焦点鏡３０４に導かれる。続いてポ ンピングビーム３１２はＴｉ−サファイア３０６上の部分的に透明なフォールデ ィング鏡３０５を介してポンピング焦点鏡３０４により合焦される。残りのポン ピングビーム３１２は部分的に透明なフォールディング鏡３０７を介してドレイ ンされる。第一の鏡３０８と第二の鏡３０９との間で形成されるレーザー空洞で は第二のレーザービーム３１３がＴｉサファイア３０６内で誘導放出により発生 される。この第二のレーザービーム３１３は部分的に透明な第一に鏡３０８を介 して測定設定に導かれる。第二のレーザービーム３１３は種々の近接したモード の周波数スペクトルを含む。このスペクトルでの隣接するモード間の周波数差Δ Ｖは により決定され、ここでｖは媒体内の光の速度であり、ｄは光路であり、これは 第一の鏡３０８と第二の鏡３０９との間の屈折率を乗算された幾何的長さである 。２つの隣接したモードは副屈折フィルタ３１０及びエタロン３１１を第一の鏡 ３０８と第二の鏡３０９との間に配置することにより選択され、斯くして２１９ ＭＨｚの周波 数で振幅変調されたレーザービームが発生される。専用のエタロンを応用するこ ともまた可能であり、これは隣接する周波数を有する２以上の光モードを選択し 、それにより２１９ＭＨｚの振幅変調のみならず、６５７ＭＨｚの振幅変調も生 ずる。このより高い変調周波数は混濁媒体内でのより低い透過深さと引き替えに より高い解像度を提供するという利点を有する。 振幅変調されたレーザーでこのレーザーを代替することに加えて本発明により 設定された信号処理ユニット１０９を適合することがまた必要である。何故なら ば基準信号がもはやレーザーの振幅変調に結合されないからである。基準信号は 例えば図４に示されるようにレーザーの出力信号から得られる。 光学的ビームスプリッタ４０１は振幅変調された光の部分をレーザー４００か ら第二の光学的検出器４０２へ導くために用いられる。例えばフォトダイオード であるこの光学的検出器４０２は基準信号４０３内の分割された光ビームを変換 する。更にまた図２に示される４つのレーザーを用いた実施例ではレーザーダイ オード２００、２０１、２０２、２０３は振幅変調レーザーにより代替され、こ こから４つの第二のレーザーダイオードが図５に示すように光学的ビームスプリ ッタにより得られる。 レーザー５００の振幅変調光ビームは光ビームスプリッタ５０１により２つの 部分に分割される。基準信号５０３は光学的センサ５０２により例えば全光強度 の１０％にまで第一の光ビームから変換される。第二の光ビームは光結合器５０ ４を介して例えば光ファイバーである光導伝体５０５に結合される。光導伝体５ ０５は第二の光学的ビームスプリッタ５０６に接続される。入射光は再び第二の 光学的ビームスプリッタ５０６により等しい強度の２つの光ビームに分割される 。第二の光学的ビームスプリッタ５０６から第一のビームは第三の光学的ビーム スプリッタ５１０に導かれ、これは光学的導伝体５０７を介して２つの光学的フ ァイバー出力からなる。 第三の光学的ビームスプリッタ５１０は再び等しい強度の２つの部分に光を分割 し、それにより２つの第二の光源５１２、５１３は光学ファイバーの端で形成さ れる。光学的スプリッタ５０６から生ずる第二のビームは付加的な長さ５０９を 有する光導伝体５０８を介して第四のビームスプリッタ５１１に導かれる。付加 的な長さ５０９の故に第四の光学的ビームスプリッタ５１１に導かれる光の振幅 変調で１８０度の位相シフトが発生する。第四の光ビームスプリッタ５１１はま た２つの光源５１４、５１５を発生し、この光源から振幅変調された光が光源５ １２、５１３の振幅変調された光に関して反対の位相になる。光源５１２、５１ ３、５１４、５１５は混濁媒体５２４内に配置される。混濁媒体５２４内でその 第二の端５１８が光検出器５１９に結合される光導伝体５１７の端５１６が配列 され、それにより光は混濁媒体５２４から光検出器５１９に導かれる。光学的検 出器５１９は光信号から検出器信号５２０を発生する。基準信号５０３に対して 検出器信号５２０の位相を測定する信号処理ユニットがまた設けられる。検出器 信号の振幅と同様に位相もまた信号処理ユニット５２１の出力５２２、５２３上 で更に処理されるために利用される。 位相の測定は図６、７に示されるように振幅変調されたレーザー光から得られ た基準信号の周波数へ中間周波数信号の周波数を結合することにより本発明によ り更に改善される。 図６は検出器信号の位相を測定する信号処理ユニット１０９の知られた位相検 出ユニットの構成を示す。知られた位相検出ユニットでは２１９．０５０ＭＨｚ の周波数の中間周波数信号６１１は発振器６０５により発生される。この周波数 は２１９ＭＨｚの変調周波数と５０ｋＨｚの小さい差周波数Δｆとの和である。 従って検出器信号６００は第一の乗算器回路６０２内で中間周波数信号６１１と 乗算され、基準信号６０１は第二の乗算器回路６０３内で中間周波数信号６１１ と乗算される。２つの信号６０７、６０８は第一の低 域通過フィルタ６０４と第二の低域通過フィルタ６０６を介して、例えばヒュー レットパッカード社から市販されているＨＰ３５７５Ａである位相メーターに印 加される。位相メーター６０９は低周波数信号６０８に関して低周波数信号６０ ７の位相を決定する。この位相は端子６１０上の電圧として利用可能である。 図７は信号処理ユニット５２１を含む改善された位相検出ユニットを示す。回 路内で第一の中間周波数信号７１６は基準信号７０１の周波数に結合される。こ の目的のために例えば約２１９ＭＨｚを有する基準信号７０１は基準信号の周波 数の約３倍の周波数を有する第二の中間周波数信号７１７により第一の乗算器回 路７１１内で乗算され、それでこの場合には６５４ＭＨｚである。第二の中間周 波数信号７１７は発振回路７０５内で発生される。低域通過フィルタ７１２を介 して約４３２ＭＨｚの周波数を有する低周波数差信号７１８のみが第二の乗算器 回路７１３に印加される。第二の乗算器回路７１３では低周波数差信号７１８が 第二の発振器回路７１５により発生される６５４．０００４ＭＨｚの周波数の第 三の中間周波数信号７１９により再び乗算される。第三の中間周波数信号７１９ の周波数は第二の中間周波数信号７１７の周波数と０．４ｋＨｚの小さい差の周 波数Δｆとの和に等しい。第二の低域通過フィルタ７１４を介して約２１９．０ ００４ＭＨｚの周波数の低周波数差信号が得られる。この信号はレーザーの振幅 変調の小さな周波数変動に追従し、図６を参照して記載される知られた位相検出 ユニットで第一の中間周波数信号７１６として用いられる。そこでは検出器信号 ７００及び基準信号７０１は第三の乗算器回路７０２と第四の乗算器回路７０３ で第一の中間周波数信号７１６に乗算される。低域通過信号７０４、７０６を介 して２つの差信号７０７は両方とも約５０ｋＨｚの周波数を有し、位相メーター ７０９に印加され、これは例えばＨＰ３５７５Ａである。それから位相は端子７ １０で電圧として得られる。図６に記載される従来の検出器の５０ｋＨｚに比べ て第三の中間周波数の０，４ｋＨｚの小さな周波数差はよりよい信号雑音比、故 に位相測定のより高い精度の利点を提供する。 改善された検出ユニットは例えば図５を参照して記載された設定の信号処理ユ ニットで用いられる。反対の位相で２つの光子密度波を用いた位相変動の大きさ 、故に位相測定の感度は位相転移の急峻さで決定される。この位相転移は図８に 示される概略の設定で測定される。 図８は４つの光源８００、８０１、８０２、８０３及び光導伝体８０５の検出 器開口８０４と、信号処理ユニット８０７が結合する端８０６とを概略的に示す 。第一の光源８００及び第二の光源８０１は第一の光子密度波を発生し、第三の 光源８０２と第四の光源８０３は第一の光子密度波と反対の位相を有する第二の 光子密度波を発生する。検出器開口８０４は混濁媒体内で光源８００、８０１、 ８０２、８０３に平行な線８０９に沿った小さなステップで変位可能であるよう に配置される。各ステップの後に光子密度波の位相は検出器開口８０４の領域で 測定される。 図９は測定された位相のグラフ９００を示す。ｘ軸上で線８０９に沿って検出 された位置がプロットされている。検出器信号の測定された位相はｙ軸上にプロ ットされる。検出器開口８０４は位置８１０に接近するときに位相は第二の光子 密度波により主に決定され、それ故に最大位相が測定される。検出器開口８０４ が位置８１１にきたときに測定された位相が２つの光子密度波の平均値に等しく なる。検出器開口８０４は位置８１０にきたときに位相は第二の光子密度波によ り主に決定され、それ故に最小位相が測定される。 検出器開口８０４が位置８１１に動き、続いて対象８０８が光源８００、８０ １、８０２、８０３と検出器開口８０４との間の混濁媒体に導入されるときに位 相変動が測定され、それは図９に示されるような位相から変動する。位相変動は 対象８０８の散乱係数に関係する。測定可能な最小の位相変動は測定の感度によ り決定され、 故に位相転移の急峻さによる。故に本発明による位相測定の改善は図２に示され る知られた設定の位相転移と本発明による装置との比較による。 図１０は反対位相の光子密度波間の２つの位層転移を示す。第一の位相転移１ ０００は例えば図２を参照して記載されたような知られた設定により測定された 。第二の位相転移１００１は強い高調波抑制を有する振幅変調レーザーを用い、 また改善された検出ユニットを用いた本発明による設定により測定された。図１ ０は第二の位相転移１００１の急峻さは第一の位相転移１０００のそれを越え、 それ故に本発明による設定での位相測定の感度はより高い。 本発明により記載されたように光源の実験的なセットアップに加えて光源はま た医学的な環境で予想される使用に対してより適切な設定で位置されえ、これは また例えば女性の乳房や又は新生児の頭部のような生体組織の解剖に適用される 。 最終的に対象の位置決めに対して２つの光子密度波間の位相転移がシフトされ 、光源８００、８０１、８０２、８０３と、検出器開口８０４と、対象８０８と が固定された位置にある場合にのみ装置が用いられ得る。この目的に対して例え ば図５の光ビームスプリッタ５０６は制御可能な光ビームスプリッタにより代替 されうる。制御可能な光ビームスプリッタは反対の位相の光源８０２、８０３の 強度に関して同相の光源８００、８０１の強度の調整が可能であり、それにより 光子密度波間の位相転移は検出器開口８０４に関してシフトされる。最小と最大 値の間の光源８００、８０１の第一の群の強度の変動により、光源８００、８０ １、８０２、８０３に平行に延在する線８０９に沿って位相転移は第一の位置と 第二の位置の間でシフトされる。静止した検出器８０７を用いて、基準位相変動 は光源の第一の群の強度の関数として測定されうる。変動する散乱係数を有し、 光源８００、８０１、８０２、８０３及び検出器開口８０４の間の混濁媒体に存 在する対象８０８は基準位相変動に関して 位相変動を引き起こし、斯くして対象の位置決めが可能となる。１又は両方の光 源の光パワーを制御するための他の可能性は１又は両方の光導伝体内の制御可能 な光パワー装置の応用により形成され、光導伝体のこの端は光源を形成する。制 御可能な光パワー装置はポリマー液晶装置（ＬＣＤ）と２つのコリメーティング レンズからなる。ポリマーＬＣＤはコリメーティングレンズ間に置かれる。ポリ マーＬＣＤは可変開口として動作する。ポリマーＬＣＤに電圧が印加されないと きにはポリマーＬＣＤは光を非常に強く散乱し、光がポリマーＬＣＤを通して透 過しない。電圧が印加されるときにＬＣＤは入射光のパワーの９０％まで透過す る。更なるポリマーＬＣＤは例えば３０ボルトのＡＣ電圧で周波数１ｋＨｚであ るＡＣ駆動電圧を必要とする。ＡＣ駆動電圧のＡＭ変調は透過される光パワー、 従って光源の光パワーの制御を可能にする。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 変調周波数で振幅変調された放射を発生するレーザー（１００）と、混濁 媒体からの振幅変調された放射を測定する検出ユニット（１０８）とからなり、 混濁媒体（１１１）内で対象（１１８）の位置決めをなす装置であって、該レー ザー（１００）は振幅変調された放射内の高調波を抑制する手段を含むことを特 徴とする装置。 ２． レーザー（１００）は２モードレーザーであり、変調周波数は２つのレー ザーモード間の差の周波数に等しいことを特徴とする請求項１記載の装置。 ３． 該装置はレーザー放射から位相基準を形成する手段（４０１、４０２）か らなることを特徴とする請求項１又は２記載の装置。 ４． 高調波抑制手段は少なくとも一つのエタロン（３１０）により形成される ことを特徴とする請求項１乃至３のうちのいずれか１項記載の装置。 ５． 該装置はレーザー放射から第二の放射源（５１２、５１３、５１４、５１ ５）を形成する光学的ビームスプリッタ（５０６、５１０、５１１）からなるこ とを特徴とする請求項１乃至４のうちのいずれか１項記載の装置。 ６． 光路差は２つの第二の放射源（５１２、５１４）間の位相シフトを引き起 こすことを特徴とする請求項５記載の装置。 ７． 第二の放射源（５１２、５１３、５１４、５１５）は第一の群（５１２、 ５１３）と第二の群（５１４、５１５）に副分割され、放射源の第一の群（５１ ２、５１３）により発生される放射の振幅変調は放射源の第二の群（５１４、５ １５）により発生される放射の振幅変調に対して位相差を示すことを特徴とする 請求項６記載の装置。 ８． 第二の放射源（５１２、５１３、５１４、５１５）は光学的ビームスプリ ッタ（５１０、５１１）に結合された光導伝体端によ り形成されることを特徴とする請求項５乃至７のうちのいずれか１項記載の装置 。 ９． 中間周波数信号（７１６）は位相基準（７０１）から得られることを特徴 とする請求項３乃至８のうちのいずれか１項記載の装置で用いられる検出ユニッ ト。