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光スキャナ及びこれを用いた断層画像撮影装置 - 横河電機株式会社
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発明の名称 光スキャナ及びこれを用いた断層画像撮影装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−91450(P2001−91450A)
公開日 平成13年4月6日(2001.4.6)
出願番号 特願平11−267067
出願日 平成11年9月21日(1999.9.21)
代理人
発明者 田名網 健雄
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】スリットを通過した光で試料を照射してスリット画像を得る光スキャナにおいて、光源と、この光源の出力光を平行光にする第1のレンズと、この平行光が入射され、円板の円周方向に分割された領域にピッチが同一で半径位置の異なる同心円状のスリットアレイが形成されたスリット板と、このスリット板を構成する前記各スリットを通過した光を反射若しくは透過させる光分岐手段と、この光分岐手段の反射光若しくは透過光を前記試料に集光すると共に前記試料からの戻り光を前記光分岐手段に入射する対物レンズと、前記光分岐手段で透過若しくは反射した前記戻り光を光検出器に集光する第2のレンズと、前記スリット板を回転運動させる駆動手段とを備えたことを特徴とする光スキャナ。
【請求項2】前記スリット板が、円周方向に3分割された領域にピッチが同一で半径位置がそれぞれ2π/3ずつシフトする同心円状のスリットが形成されたことを特徴とする請求項1記載の光スキャナ。
【請求項3】円周方向に分割された前記領域の数が3の整数倍であることを特徴とする請求項2記載の光スキャナ。
【請求項4】前記スリットのシフト方向が円板の中心に向かうことを特徴とする請求項2及び請求項3記載の光スキャナ。
【請求項5】前記スリットのシフト方向が円板の中心から外側に向かうことを特徴とする請求項2及び請求項3記載の光スキャナ。
【請求項6】円周方向に分割された前記領域の境界に遮光部分を設けたことを特徴とする請求項1乃至請求項3記載の光スキャナ。
【請求項7】前記駆動手段が、前記スリット板を連続回転させるモータであることを特徴とする請求項1記載の光スキャナ。
【請求項8】前記駆動手段が、前記スリット板を断続的に回転させるステッピングモータ若しくはダイレクトドライブモータであることを特徴とする請求項1記載の光スキャナ。
【請求項9】請求項1乃至請求項8記載の光スキャナを用いた断層画像撮影装置において、装置を制御すると共に前記光スキャナで得られたスライス画像に基づき断層画像を演算する演算制御手段と、前記断層画像を表示する表示手段とを備えたことを特徴とする断層画像撮影装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、スリットを通過した光で試料を照射してスリット画像を得る光スキャナ及びこれを用いた断層画像撮影装置に関し、特に安価、低消費電力でありスリット画像を得るためのタイムロスが少ない光スキャナ及びこれを用いた断層画像撮影装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の試料を照射してスリット画像を得る光スキャナは開口部であるスリットを通過した光の光路を圧電素子等で変化させて試料上を走査させ、試料からの反射光や蛍光等を取り出すことによりスリット画像を得るものである。
【0003】図5はこのような従来の光スキャナの一例を示す構成ブロック図であり、「”Method of obtaining optical sectioning by using structured light ina conventional microscope”, OPTICS LETTERS Vol.22, No.24, p1905-1907」に記載されたものである。
【0004】図5において1は光源、2はスリットアレイが形成されたスリット板、3及び7はレンズ、4はビームスプリッタ、5は対物レンズ、6は試料、8はCCDカメラ等の光検出器、9は圧電素子等を用いた駆動手段である。
【0005】光源1の出力光はスリット板2に照射され、このスリット板2に形成されたスリットを通過した光はレンズ3により集光されてビームスプリッタ4に入射される。この入射光はビームスプリッタ4で反射され対物レンズ5を介して試料6上に集光される。
【0006】光の照射により試料6で発生した蛍光若しくは試料6からの反射光は対物レンズ5を介して再びビームスプリッタ4に入射され、この蛍光等はビームスプリッタ4を透過しレンズ7により光検出器8に入射される。
【0007】また、光検出器8からの同期信号は駆動手段9に接続され、駆動手段9はスリット板2を図5中”DR01”に示す方向に駆動する。
【0008】ここで、図5に示す従来例の動作を説明する。スリット板2は中間像面に配置され照明用のアパーチャとして用いられる。すなわち、スリットアレイを通過した光は対物レンズ5の焦点位置にのみ集光されるので光検出器8で得られた画像はスリット画像となる。
【0009】さらに、駆動手段9は光検出器8のフレームレートに同期してスリット板2の位置を少しずつずらしながら光検出器8でスリット画像を得て、複数枚のスリット画像に基づき演算により断層画像であるスライス像を求めている。
【0010】具体的にはスリットを”0”、”2π/3”及び”4π/3”、言い換えれば、”2π/3”ずつスリット板2をずらしながら3枚のスリット画像を光検出器8で撮影して、その値をそれぞれ”I1”、”I2”及び”I3”、スライス画像を”Ip”とすれば、 Ip={(I1−I2)2+(I1−I3)2+(I2−I3)2}1/2 (1)
という式から求めることができる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図5に示す従来例では駆動手段9によりスリット板2を図5中”DR01”に示す方向に”2π/3”ずつ移動させる場合、その都度、加速、減速及び停止と言った過程が必要なためスリット画像を得るタイムロスが生じてしまうと言った問題点があった。
【0012】また、加速若しくは減速の過程では駆動手段9で多くのエネルギーが必要、言い換えれば、消費電力が大きくなると言った問題点があった。
【0013】さらに、駆動手段9として圧電素子を用いた場合にはヒステリシスや非線形性により駆動の精度が出にくく、”2π/3”ずつ精度良く移動させることが困難である。また、この精度を補償するために位置センサを設けてフィードバックをかける構成にしたり、スリット板2を保持するためにリンク機構を設けた場合には高価になってしまうと言った問題点があった。従って本発明が解決しようとする課題は、安価、低消費電力でありスライス画像を得るためのタイムロスが少ない光スキャナ及びこれを用いた断層画像撮影装置を実現することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】このような課題を達成するために、本発明のうち請求項1記載の発明は、スリットを通過した光で試料を照射してスリット画像を得る光スキャナにおいて、光源と、この光源の出力光を平行光にする第1のレンズと、この平行光が入射され、円板の円周方向に分割された領域にピッチが同一で半径位置の異なる同心円状のスリットアレイが形成されたスリット板と、このスリット板を構成する前記各スリットを通過した光を反射若しくは透過させる光分岐手段と、この光分岐手段の反射光若しくは透過光を前記試料に集光すると共に前記試料からの戻り光を前記光分岐手段に入射する対物レンズと、前記光分岐手段で透過若しくは反射した前記戻り光を光検出器に集光する第2のレンズと、前記スリット板を回転運動させる駆動手段とを備えたことにより、前記各領域毎にスリット像が半径方向へシフトするので、演算によりスライス画像を得ることができ、安価、低消費電力でありスリット画像を得るためのタイムロスが少なくなる。
【0015】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明である光スキャナにおいて、前記スリット板が、円周方向に3分割された領域にピッチが同一で半径位置がそれぞれ2π/3ずつシフトする同心円状のスリットが形成されたことにより、前記各領域毎にスリット像が半径方向へ2π/3ずつシフトするので、演算によりスライス画像を得ることができ、安価、低消費電力でありスリット画像を得るためのタイムロスが少なくなる。
【0016】請求項3記載の発明は、請求項2記載の発明である光スキャナにおいて、円周方向に分割された前記領域の数が3の整数倍であることにより、前記各領域毎にスリット像が半径方向へシフトするので、演算によりスライス画像を得ることができ、安価、低消費電力でありスリット画像を得るためのタイムロスが少なくなる。また、高速に画像を得ることができる。
【0017】請求項4記載の発明は、請求項2及び請求項3記載の発明である光スキャナにおいて、前記スリットのシフト方向が円板の中心に向かうことにより、前記各領域毎にスリット像が半径方向へシフトするので、演算によりスライス画像を得ることができ、安価、低消費電力でありスリット画像を得るためのタイムロスが少なくなる。
【0018】請求項5記載の発明は、請求項2及び請求項3記載の発明である光スキャナにおいて、前記スリットのシフト方向が円板の中心から外側に向かうことにより、前記各領域毎にスリット像が半径方向へシフトするので、演算によりスライス画像を得ることができ、安価、低消費電力でありスリット画像を得るためのタイムロスが少なくなる。
【0019】請求項6記載の発明は、請求項1乃至請求項3記載の発明である光スキャナにおいて、円周方向に分割された前記領域の境界に遮光部分を設けたことにより、各境界で生じる相互干渉を防止することができる。
【0020】請求項7記載の発明は、請求項1記載の発明である光スキャナにおいて、前記駆動手段が、前記スリット板を連続回転させるモータであることにより、前記各領域毎にスリット像が半径方向へシフトするので、演算によりスライス画像を得ることができ、安価、低消費電力でありスリット画像を得るためのタイムロスが少なくなる。
【0021】請求項8記載の発明は、請求項1記載の発明である光スキャナにおいて、前記駆動手段が、前記スリット板を断続的に回転させるステッピングモータ若しくはダイレクトドライブモータであることにより、所定の位置でスリット板を停止、言い換えれば、円周方向に分割された領域のうち撮影に必要な領域を選択できるので低速カメラであってもスリット画像を撮影することができる。
【0022】請求項9記載の発明は、請求項1乃至請求項8記載の光スキャナを用いた断層画像撮影装置において、装置を制御すると共に前記光スキャナで得られたスライス画像に基づき断層画像を演算する演算制御手段と、前記断層画像を表示する表示手段とを備えたことにより、前記各領域毎にスリット像が半径方向へシフトするので、演算によりスライス画像を得ることができ、安価、低消費電力でありスリット画像を得るためのタイムロスが少なくなる。また、高速に画像を得ることができる。さらに、低速カメラであってもスリット画像を撮影することができる。
【0023】
【発明の実施の形態】以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図1は本発明に係る光スキャナを用いた断層画像撮影装置の一実施例を示す構成ブロック図である。図1において10はレーザ光源や白色光源等の光源、11及び16はレンズ、12は円板上にスリットアレイが形成されたスリット板、13はダイクロイックミラーや偏光ビームスプリッタ(Polarize Beam Splitter)等の光分岐手段、14は対物レンズ、15は試料、17はCCDカメラ等の光検出器、18はモータ等の回転運動を与える駆動手段、19はCPU等の演算制御手段、20はCRT,LCD等の表示手段である。
【0024】光源10の出力光はレンズ11で平行光になりスリット板12に入射される。スリット板12を構成する各スリットを通過した出力光は光分岐手段13で反射されて対物レンズ14により試料15上に集光されてスリット像を形成する。
【0025】試料15からの反射光や出力光の照射により生じた蛍光等の戻り光は光分岐手段13を透過しレンズ16で集光されて光検出器17に入射される。
【0026】また、光検出器17の出力は演算制御手段19に接続され、演算制御手段19の出力は駆動手段18及び表示手段20に接続される。さらに、また、スリット板12の中心は駆動手段18に接続されて駆動手段18により演算制御手段18と光検出器17によるデータの取得と同期して図1中”DD01”に示す方向に回転運動するように駆動される。
【0027】ここで、図1に示す実施例の動作を図2、図3及び図4を用いて説明する。図2はスリット板12の詳細を示す平面図、図3は各領域のスリットのシフト量を示す説明図、図4は光検出器17で撮影されるスリット像の一例を示す説明図である。
【0028】スリット板12はその円周方向”θ”を図2中”AR01”、”AR02”及び”AR03”に示すように3分割され、それぞれの領域にはピッチが同一で半径位置が異なる同心円状のスリットが図2中斜線部示すように形成されている。
【0029】例えば、図2中”AR01”に示す領域では最も内側のスリットの半径位置が”r1”、図2中”AR02”に示す領域では最も内側のスリットの半径位置が”r2”、そして、図2中”AR03”に示す領域では最も内側のスリットの半径位置が”r3”となっている。
【0030】これらのスリットの半径位置のシフト量は図3に示すように図2中”AR01”に示す領域を基準とした場合”0”、”2π/3”、4π/3”となっている。
【0031】そして、このようなスリットが形成されたスリット板12が回転すると、光検出器17では図4に示すようなスリット画像が撮影される。スリット板12の回転に伴い、円周方向の領域が図1中”AR01”、”AR02”及び”AR03”と変化すると光検出器17で撮影されるスリット像は図4中”DS01”に示す方向に”2π/3”ずつシフトして行くことになる。
【0032】すなわち、図2中”AR01”、”AR02”及び”AR03”に示す領域で光検出器17がそれぞれのスリット画像を撮影すれば式(1)に示した式によりスライス画像が得られる。
【0033】また、スリット板12を円周方向”θ”で分割し、それぞれの領域にピッチが同一で半径位置がシフトする同心円状のスリットが形成し、このスリット板12を回転させることにより、加速、減速及び停止と言った過程が不要になるのでタイムロスを減少させることができる。
【0034】また、加速若しくは減速の過程が不要になるので駆動手段18では必要となるエネルギーが減少し、言い換えれば、消費電力を小さくすることができる。
【0035】さらに、駆動手段9としては通常のモータを回転させるだけなので構成が簡単になり、従来例のように厳密な位置合わせは不要になるので安価に光スキャナを構成することが可能になる。
【0036】この結果、スリット板12を円周方向”θ”で分割し、それぞれの領域にピッチが同一で半径位置が異なる同心円状のスリットが形成し、このスリット板12を回転させることにより、安価、低消費電力でありスリット画像を得るためのタイムロスが少なくなる。
【0037】なお、図2中”AR01”、”AR02”及び”AR03”に示す各領域の境界に図2中”PT01”、”PT02”及び”PT03”に示すような遮光機能を有するパーティションを設けることにより、スリット板12を連続回転させた場合に各境界で生じる相互干渉を防止することができる。
【0038】また、図2及び図4等の説明に際してはスリット像が半径方向であって円板の中心に向かってシフトする例を例示したが半径方向であって円板の中心から外側に向かってシフトする構成であっても勿論構わない。
【0039】また、光検出器17として冷却CCD等の低速のカメラを用いる場合には駆動手段18には連続回転駆動を行う通常のモータではなく、断続的な回転運動を行うステッピングモータやDDモータ等を用いることにより、所定の位置でスリット板12を停止、言い換えれば、円周方向に分割された領域のうち撮影に必要な領域を選択できるので低速カメラであってもスリット画像を撮影することができる。
【0040】この場合には、演算制御手段19からの制御信号により駆動手段18であるステッピングモータやDDモータ等の動作を制御することになる。
【0041】また、図2に示すスリット板12では円板を円周方向に3分割したが、”6,9,12…”等の3の整数倍の数で分割しても構わない。
【0042】例えば、図2に示す実施例ではスリット板12の1回転で3枚のスリット画像を得ることができるが、”3n(nは整数)”の場合にはスリット板12の1回転で3n枚のスリット画像を得ることができてより高速に画像を得ることができる。
【0043】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。請求項1乃至請求項5及び請求項7の発明によれば、スリット板を円周方向で分割し、それぞれの領域にピッチが同一で半径位置が異なる同心円状のスリットが形成し、このスリット板を回転させることにより、前記各領域毎に半径方向にスリット像がシフトするので、演算によりスライス画像を得ることができ、安価、低消費電力でありスリット画像を得るためのタイムロスが少なくなる。
【0044】また、請求項6の発明によれば、円周方向に分割された各領域の境界に遮光機能を有するパーティションを設けることにより、スリット板を連続回転させた場合に各境界で生じる相互干渉を防止することができる。
【0045】また、請求項8の発明によれば、断続的な回転運動を行うステッピングモータやDDモータ等を用いることにより、所定の位置でスリット板を停止、言い換えれば、円周方向に分割された領域のうち撮影に必要な領域を選択できるので低速カメラであってもスリット画像を撮影することができる。
【0046】また、請求項9の発明によれば、光スキャナで得られたスリット画像に基づき演算制御手段で断層画像を求め表示手段に断層画像を表示させることが可能になる。




 

 


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