JP4166282B2 - 混濁媒体中の対象を位置決めする装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、光を発生する光源と、
発生される光を混濁媒体に結合するための複数の入口開口と、光検出器が結合される複数の出口開口とを設けられた、混濁媒体を収容するためのホルダと、
上記光源と複数の入口開口から選択されるべき入口開口とを光学的に結合する選択ユニットとを含む、混濁媒体中の対象を位置決めする装置に関する。
【０００２】
係る装置は国際特許出願第９６／２０６３８号より既知である。引用された特許出願では、光源は４００乃至１４００ｎｍの範囲の波長の電磁放射を放出する源であると理解される。既知の装置は生物組織の内部の撮像のために使用されうる。医療診断において、装置は***組織の腫瘍の撮像のために使用されうる。既知の装置の光源によって発生された光は、ホルダ内の連続して選択された入口開口を通じて混濁媒体へ与えられ、同一の入口開口は幾度か選択されている。続いて、ホルダの出口開口における検出器は、選択された入口開口から、異なる光路に沿って混濁媒体を通って伝達された光の強度を測定する。測定された強度は混濁媒体中の対象を位置決めするために使用される。既知の装置の欠点は、測定された強度に基づいて混濁媒体中の対象を位置決めするとき、混濁媒体中の対象の実際の位置に対して相対的な誤差が生ずることである。
【０００３】
本発明は特に、混濁媒体中の対象を局部化するときの誤差が軽減される装置を提供することを目的とする。これを達成するために、本発明による装置は、上記光源と上記選択された入口開口との間の光路の透過率の変動を打ち消すための手段を含むことを特徴とする。本発明は、混濁媒体中の対象を局部化するときに誤差が生ずるのは、対象について連続的な測定を実行している間に入口開口が幾度か選択されるときに、選択された入口開口を通る光の強度に変動が生ずるためであるという概念に基づく。選択された入口開口を通る光度の変動を打ち消す手段を使用することにより、混濁媒体中の対象の位置決めの誤差に対する寄与はより小さくなる。
【０００４】
本発明による特別な装置は、上記選択ユニットは入口光導体及び出口光導体を設けられ、上記入口光導体の第１の端は光源に光学的に結合され、一方上記入口光導体の第２の端は出口光導体のうちの１つの第１の端への光学的な結合のために変位可能であるよう配置され、上記出口光導体の第２の端は選択された入口開口に結合され、各出口光導体の第１の端の開口数は入口光導体の第２の開口数よりも大きいことを特徴とする。出口光導体の第１の端の開口数は入口光導体の第２の端の開口数よりも大きいため、透過率は、入口光導体の第２の端の出口光導体の第１の端に対する位置決め誤差にあまり依存しなくなる。これは、同一の光源を繰り返して選択する場合の、光源と選択された入口開口との間の光路の透過率の変動をより小さくさせる。
【０００５】
本発明による更なる装置は、上記選択ユニットの入口光導体は第１のタイプの光ファイバを含み、上記選択ユニットの各出口光導体は第２のタイプの光ファイバを含むことを特徴とする。光ファイバの使用は装置のコンパクトな構成を可能にする。
【０００６】
本発明による更なる装置は、各出口光導体はまた、第２のタイプの光ファイバの性質とは異なる性質を有する第３のタイプの光ファイバを含み、光ファイバコネクタユニットを通じて同一の出口光導体の第２のタイプの光ファイバに光学的に結合されることを特徴とする。第２のタイプの光ファイバの光学的又は機械的性質とは異なる光学的又は機械的性質を有する第３のタイプの光ファイバを使用することにより、第２のタイプの光ファイバもまた第３のタイプの光ファイバと同様、装置における特定の用途のために最適化されうる。
【０００７】
本発明による更なる装置は、上記第２のタイプの光ファイバは水晶を含むことを特徴とする。この選択の結果、第２のタイプの光ファイバの透過率は、第２のタイプの光ファイバの低い減衰率により最適化されうる。
【０００８】
本発明による更なる装置は、上記第３のタイプの光ファイバは合成材料を含むことを特徴とする。第３のタイプの光ファイバの低い弾性力により、この選択は小さな空間で装置とホルダとを結合すること及び装置にホルダを組み付けることを簡単にする。
【０００９】
本発明による更なる装置は、上記光ファイバコネクタユニットは、第２のタイプの光ファイバの第２の端を含む第１の部分と、第３のタイプの光ファイバの第１の端を含む第２の部分とを含み、
光吸収材料は第１の部分と第２の部分との間に配置され、第２のタイプの光ファイバを第３のタイプの光ファイバに光学的に結合するための光伝導路を設けられることを特徴とする。コネクタユニット中の光吸収材料は幾つかのチャネルを設けられているため、光コネクタユニット中の隣接して配置される伝送路の間のクロストークは打ち消される。クロストークの発生は例えば、第２のタイプの光ファイバの第２の端が第３のタイプの光ファイバの第１の端に対して非同軸的に配置され、それにより反射によって光の一部が隣接する第３のタイプの光ファイバの第１の端に伝導されることによる。
【００１０】
本発明による更なる装置は、上記光吸収材料はまた弾性的な性質を有することを特徴とする。この段階は、光コネクタユニットの組立てられた状態において互いに連結する第１及び第２の部分の領域の寸法精度に関してより大きな公差を提供する。より大きな公差により、光コネクタユニットの第１及び第２の部分の製造はより簡単且つより安価でありうる。
【００１１】
以下、本発明の上述及び他のより詳細な面を図面を参照して例として説明する。図中、
図１は混濁媒体に対する測定を実行するための装置を示す図であり、図２は第２の光ファイバの第２の端に対して同軸に配置された第１の光ファイバの第２の端を示す図であり、
図３は選択ユニットの透過特性を示す図であり、
図４は光コネクタユニットを示す図である。
【００１２】
図１は混濁媒体に対する測定を実行する装置を示す図である。装置１は、光源２と、混濁媒体を収容するホルダ１７とを含み、このホルダ１７は複数、例えば２５６の入口開口１８と、光検出器ユニット２１が結合された複数、例えば２５６の出口開口１９とを設けられている。装置１はまた、人体を乗せるための台２０を含み、この台は混濁媒体を受容するためのホルダ１７を設けられている。装置はまた、光源１と複数の入口開口から選択されるべき入口開口１８とを光学的に結合させるための選択ユニット７、及び制御ユニット２２を含む。この種類の装置は、光学断層撮影法によって医療診断検査を実行するために使用されうる。このために、人体は、ホルダ１７が検査されるべき人体の一部、例えば***の一部を含むよう台２０上に配置される。
【００１３】
レーザダイオード、例えばフィリップス社ＣＱＬ−８２２型は、装置で使用されるのに適した光源の例である。この種類のレーザの波長は６６０ｎｍであり、その出力は１００ｍＷとなる。測定中に異なる波長の光を発生することが可能な光源を有するために、例えば夫々が異なる波長範囲の光を発する３つのレーザダイオード２，３，４が使用される。３つのレーザダイオード２，３，４のうちの１つは選択ユニット７によってホルダ１７の選択された入口開口１８に光学的に結合され、レーザダイオード２，３，４と選択ユニット７との間の光路の中にある光学シャッタ５は選択されていないダイオードと選択ユニットとの間の光学的な結合を遮断する。選択ユニットはまた、入口光導体８、位置決めユニット２３及び出口光導体１５を含む。３つの入口光導体８はレーザダイオード２，３，４を選択ユニットへ結合する。入口光導体は、例えば第１のタイプの光ファイバを含み、第１のタイプの光ファイバ８の第１の端２３は光シャッタ５を通じてレーザダイオード２，３，４に結合される。入口光導体はまた幾何光学系を含みうる。出口光導体１５は選択ユニット７をホルダ１７の入口開口１８に光学的に結合する。出口光導休は、例えば第２のタイプの光ファイバを含むが、幾何光学系としても構成されうる。
【００１４】
位置決めユニット２３は、第１の担体１０及び第２の担体１１を含む。担体９，１０は、望ましくは円形の形状を有し、相互に同軸的に配置されうる。第１のタイプの光ファイバ８の２つの端９は第１の担体１０上に第１の円の形状で設けられ、第２のタイプの光ファイバ１５の第１の端１２は第２の担体１１に第２の円の形状で設けられ、第１の円の半径は第２の円の半径と等しくされている。第１の担体１０を第２の担体１１に対して位置決めするために、位置決めユニット２３は第１の担体１０に対するステップモータ１１４及びトランスミッション１３を有する。トランスミッション１３は例えば、歯形ベルトトランスミッションとして構成されうる。ホルダ１７の入口開口１８の選択は、このためのステップモータ１４のためのモータ制御信号を発生する制御ユニット２２によって実行され、選択されたレーザダイオード２に光学的に結合された第１のタイプの光ファイバ８のうちの１つの光ファイバ８の端９が、ホルダ１７中で選択されるべき入口開口１８に光学的に結合された第２のタイプの光ファイバ１５のうちの１つの光ファイバ１５の端１２と同軸であるよう配置される。
【００１５】
短い切換時間を達成するため、担体の質量慣性が減少されるよう、円形担体１０，１１の半径は最小限にされうる。必要であれば、第２の担体１１上に第３の円が設けられてもよく、そのとき光ファイバ１５の第１の端の一部はこの第３の円に接続される。その場合、選択されたレーザダイオードに結合された第１のタイプの光ファイバ８の第２の端を第２の担体１１の第２又は第３の円に対して位置決めすることを可能にするよう、第１の担体１１上に追加的な機械的切換装置（図示せず）が設けられねばならない。実際上、第２のタイプの２つの連続する光ファイバ１５の間の切換時間、例えば２０ｍｓは、図２に図示される選択ユニット７によって達成されうることがわかっている。
【００１６】
ホルダ１７は、***の一部を通って伝達された光の測定のための出口開口１９を設けられている。出口開口１９は、更なる光導体２４、例えば第２のタイプの光ファイバを通じて光検出器ユニット２１に結合される。光検出器ユニットは例えば、２５６のフォトダイオードを含む。フォトダイオードは、例えばジーメンス社ＢＰＸ６３型でありうる。
【００１７】
測定装置の作動中、レーザダイオード２によって発生された光は、選択された入口開口１８を通じてホルダ内に収容された***の一部の中へ与えられる。***の一部を通して伝達された光の一部は、出口開口１９を通じて光検出器２１へ伝導される。電子選択ユニット（図示せず）の制御の下、光検出器ユニット２１の各フォトダイオード上の光度は従来の測定装置によって連続的に測定される。これらの測定は、レーザダイオード２がホルダの各入口開口１８に連続的に光学的に結合されている間、繰り返される。測定された強度は制御ユニット２２の中に記憶される。続いて、測定された強度から画像が再構築される。係る再構築の例はＰＨＮ１６．１１０に記載されている。存在する可能性のある腫瘍は、***の一部の再構築された画像に基づいて位置決めされうる。
【００１８】
例えば参照測定の実行のため、連続的な測定のために同一の入口開口が選択されるとき、ホルダ内の***の一部の画像の再構築は、レーザダイオードとホルダ内の選択された入口開口との間の光路の透過率の変動に影響を受けやすいことが分かっている。選択されたレーザダイオード２と選択された入口開口１８との間の光路の中の透過率の変動を打ち消すため、選択ユニット７の第２の担体１１に取り付けられた第２のタイプの光ファイバ１５の各端１２の開口数は、第１の担体１０に取り付けられた第１のタイプの光ファイバ８の第２の端９の夫々の開口数よりも大きい。更に、第２のタイプの光ファイバ１５の直径は、第１のタイプの光ファイバ８の直径よりも大きいことが望ましい。第１のタイプの光ファイバの例は、０．３９の開口数及び４００μｍの直径を有するマルチモード水晶光ファイバ、例えば３Ｍ社によって市販されるＦＴ−４００−ＵＭＴ型である。第２のタイプの光ファイバの例は、０．４８の開口数及び１０００μｍの直径を有するマルチモード水晶光ファイバ、例えば３Ｍ社によって市販されるＦＴ−１．０−ＵＲＴ型である。
【００１９】
図２は、第２のタイプの光ファイバ１５に対して同軸に配置される第１のタイプの光ファイバ８の例を示す図である。第１のタイプの光ファイバ８の直径ｄ１は４００μｍであり、その開口数は０．３９である。第２のタイプの光ファイバ１５の直径ｄ２は１０００μｍとなり、その開口数は０．４８である。従って、第２のタイプの光ファイバの第１の端の開口の角度２θ２は、第１のタイプの光ファイバの第２の端９の開口の角度２θ１よりも大きい。第１のタイプの光ファイバの第２の端９と、第２のタイプの光ファイバの第１の端１２との間の距離ｘは、例えば２００μｍである。第１のタイプの光ファイバの第２の端９の第２のタイプの光ファイバの第１の端１２に対する同軸的な位置に関する公差Δｓは、最大で１５０μｍでありえ、このときレーザダイオード２と選択された入口開口１８との間の透過率の変動は０．１％以下に維持される。図３は、透過特性４０を、第１のタイプの光ファイバ８の第２の端９及び第２のタイプの光ファイバ１５の第１の端１２の同軸的な移動ｓの関数として示す図である。光ファイバの第１の端９の開口は第１のタイプの光ファイバの第２の端１２の開口よりも大きいため、選択ユニット７の光学的透過率は、第１のタイプの光ファイバ８の端９及び第２のタイプの光ファイバの端１２の同軸的な位置に関する位置決め誤差Δｓによってあまり影響を受けない。これは図３の透過特性の水平部分４１によって示されている。更に、上述の選択ユニットが使用される場合、隣接する光ファイバの間のクロストークは−９０ｄＢ以下となる。
【００２０】
装置１において光ファイバと光学媒体用のホルダ１７とのコンパクトな組立てを可能にするため、出口光導体１５は例えばヒューレットパッカード社ＨＦＢＲ−ＱＭＳ型といった、例えば１ｍｍの直径を有し、０．４８の開口数を有するマルチモード合成ファイバである、第３のタイプの光ファイバ１６を含むことが望ましい。係るマルチモード合成光ファイバの利点は、マルチモード合成ファイバ中の曲げの最小曲率半径が、マルチモード水晶ファイバの場合に達成されうる曲げの最小曲率半径よりもはるかに小さくなりうることである。例えば、マルチモード合成ファイバ中の曲げの最小曲率半径は３５ｍｍであり、一方マルチモード水晶ファイバの最小曲率半径は６７ｍｍである。
【００２１】
レーザダイオードと選択された入口開口との間の光路の透過率を改善するために、マルチモード合成ファイバ１６はホルダ１７から幾らかの距離（例えば３０ｃｍ）においてマルチモード水晶ファイバ１５によって置き換えられ得る。このようにするのは、マルチモード水晶ファイバの減衰がマルチモード合成ファイバの減衰よりも低いからである。第２のタイプのファイバ１５と第３のタイプのファイバ１６とを相互に結合するために、装置は出口光導体１５の中に挿入される光ファイバコネクタユニット２５を含む。図４は係る光ファイバコネクタユニット２５を示す図である。図４は第１の部分２６及び第２の部分２７を含む光コネクタユニット２５を示し、第１の部分２６は第２のタイプの光ファイバの第２の端を受容するよう配置されるのに対し、第２の部分２７は第３のタイプの光ファイバの第１の端を受容するよう配置される。
【００２２】
第３のタイプの光ファイバの端の間のクロストークを打ち消すために、光コネクタユニットはまたコネクタユニットの組立時に第１の部分２６と第２の部分２７との間に配置される光吸収材料２８を含み、光吸収材料２８は第２のタイプの光ファイバを第３のタイプの光ファイバに光学的に結合するための光伝導路２９を設けられている。係る光伝導チャネル２９の長さは例えば０．５ｍｍであり、その直径は例えば２ｍｍである。弾性的な性質を有する光吸収材料を使用することが望ましく、それにより組立時に相互を連結する領域３０，３１における公差はより大きくなり、係る部分の製造がより簡単となる。係る光吸収弾性材料の例としてはゴムがある。他の例としては黒い紙がある。
【００２３】
装置１の中の出口開口１９と光検出器ユニット２１との間の光導体はまた光ファイバのホルダに対するコンパクトな組立を可能にするよう第３のタイプの光ファイバを含みうる。光コネクタユニット２５と全く同じ光コネクタユニットは、ホルダの出口開口１９に結合される第３のタイプの光ファイバを光検出器ユニット２１に結合される第２のタイプの光ファイバへ結合するよう作用する。

Claims (6)

1. 光を発生する光源と、
   発生した光を混濁媒体に結合するための複数の入口開口、および光検出器が結合された複数の出口開口が設けられた、混濁媒体を収容するためのホルダと、
   該光源と複数の入口開口から選択されるべき入口開口とを光学的に結合する選択ユニットとを含む、混濁媒体中の対象を位置決めする装置であって、
   上記選択ユニットには入口光導体及び出口光導体が設けられ、該入口光導体の第１の端は光源に光学的に結合され、一方該入口光導体の第２の端は出口光導体のうちの１つの第１の端への光学的な結合のために変位可能であるよう配置され、該出口光導体の第２の端は選択された入口開口に結合され、各出口光導体の第１の端の開口数は入口光導体の第２の開口数よりも大きく、
   上記選択ユニットの入口光導体は第１のタイプの光ファイバを含み、上記選択ユニットの各出口光導体は第２のタイプの光ファイバを含み、
   各出口光導体はまた、第２のタイプの光ファイバよりも最小曲率半径が小さな、第３のタイプの光ファイバを含み、光ファイバコネクタユニットを通じて同一の出口光導体の第２のタイプの光ファイバに光学的に結合されることを特徴とする装置。
2. 上記第２のタイプの光ファイバは水晶を含むことを特徴とする、請求項１記載の装置。
3. 上記第３のタイプの光ファイバは合成材料を含むことを特徴とする、請求項１又は２記載の装置。
4. 上記光ファイバコネクタユニットは、第２のタイプの光ファイバの第２の端を含む第１の部分と、第３のタイプの光ファイバの第１の端を含む第２の部分とを含み、
   光吸収材料は第１の部分と第２の部分との間に配置され、第２のタイプの光ファイバを第３のタイブの光ファイバに光学的に結合するための光伝導路を設けられることを特徴とする、請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の装置。
5. 上記光吸収材料はまた弾性的な性質を有することを特徴とする、請求項４記載の装置。
6. 請求項４又は５記載の装置において使用されるための光ファイバコネクタユニット。

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