(57)【要約】【課題】共焦点観察装置の光学系を小型化する。【解決手段】共焦点内視鏡はスキャニングファイバ３２を有する。スキャニングファイバ３２を基端において光カプラを介してレーザ光源および第１の受光ユニットに光学的に接続する。レーザ光源から出射する励起光をスキャニングファイバ３２の先端から出射させる。励起光の反射光および／または励起光により発する蛍光をスキャニングファイバ３２の先端に入射する。スキャニングファイバ３２は反射光および蛍光を第１の受光ユニットに伝達する。スキャニングファイバ３２の先端を球面状に形成する。【選択図】図２
2010266580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シングルモードファイバの第１の端部が曲面であるレンズドファイバにより形成され、観察対象領域に照射する照射光を前記第１の端部に伝達し、前記照射光を前記第１の端部から出射し、前記観察対象領域内において前記照射光が照射された照射領域における反射光および／または前記照射領域から発せられる蛍光を第１の端部において受光するスキャニングファイバを備えることを特徴とする共焦点光学システム。
【請求項２】
前記第１の端部は、前記第１の端部における開口数が前記シングルモードファイバの開口数より大きくなるように形成された曲面であることを特徴とする請求項１に記載の共焦点光学システム。
【請求項３】
前記第１の端部における前記シングルモードファイバのモードフィールド径の内部が球面状に形成され、前記第１の端部における前記モードフィールド径と前記シングルモードファイバの外径の間は円錐側面状に形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の共焦点光学システム。
【請求項４】
前記第１の端部は、前記シングルモードファイバを研磨することにより曲面状に形成されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の共焦点光学システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共焦点内視鏡装置のように被写体を高倍率かつ高解像度で観察することが可能な走査型観察装置に用いられる共焦点光学システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常の内視鏡に比べて被写体を高倍率かつ高解像度な画像を観察可能な共焦点内視鏡装置が知られている（特許文献１参照）。共焦点内視鏡装置では、所定の変位経路に沿って変位させられるスキャニングファイバから照射光を観察対象領域に照射される。さらに照射光が照射された点における反射光および蛍光がスキャニングファイバに入射する。スキャニングファイバにより反射光および蛍光が受光ユニットに伝達され、受光量が検出される。
【０００３】
このような構成で共焦点観察を行うためにはビーム径の大きなビームを集光させることが好ましい。共焦点観察を行うためにはシングルモードファイバをスキャニングファイバとして用いる必要があるが、シングルモードファイバでは、十分な太さのビーム系のビームを出射することが難しい。そのため、スキャニングファイバの出射端方向に設けられるレンズユニットには拡大光学系を含めることが必要であった。
【０００４】
拡大光学系を設けることにより、レンズユニット全体が大型化していた。また、拡大光学系を用いるとスキャニングファイバの出射端の変位量と比較して、像側の照射光の照射位置の変位量が小さくなる。それゆえ、必要な大きさの画像を撮影するためには出射端の変位量を大きくしなければならず、挿入管の細径化が困難となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−８０７６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明では、レンズユニットの小型化および挿入管の細径化を実現し得る共焦点光学システムの提供を目的とする。
の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の共焦点光学システムは、シングルモードファイバの第１の端部が曲面であるレンズドファイバにより形成され、観察対象領域に照射する照射光を第１の端部に伝達し、照射光を第１の端部から出射し、観察対象領域内において照射光が照射された照射領域における反射光および／または照射領域から発せられる蛍光を第１の端部において受光するスキャニングファイバを備えることを特徴としている。
【０００８】
なお、第１の端部は、前記第１の端部における開口数が前記シングルモードファイバの開口数より大きくなるように形成された曲面であることが好ましい。
【０００９】
また、第１の端部におけるシングルモードファイバのモードフィールド径の内部が球面状に形成され、第１の端部におけるモードフィールド径とシングルモードファイバの外径の間は円錐側面状に形成されることが好ましい。
【００１０】
また、第１の端部はシングルモードファイバを研磨することにより曲面状に形成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、スキャニングファイバの第１の端部がレンズドファイバであるので、大きなビーム径の照射光をスキャニングファイバから出射することが可能である。それゆえ、拡大光学系が不要となる。また、第１の端部の変位量を大きくする必要がないので、挿入管の細径化も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態を適用した共焦点光学システムを有する共焦点内視鏡装置の外観を概略的に示す外観図である。
【図２】共焦点内視鏡プロセッサの内部構成を概略的に示すブロック図である。
【図３】共焦点内視鏡の内部構成を模式的に示すブロック図である。
【図４】スキャニングファイバの先端の拡大図である。
【図５】従来の共焦点内視鏡のスキャニングファイバ周囲の内部構成を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態を適用した共焦点光学システムを有する共焦点内視鏡装置の外観を概略的に示す外観図である。
【００１４】
共焦点内視鏡装置１０は、共焦点内視鏡プロセッサ２０、共焦点内視鏡３０、およびモニタ１１によって構成される。共焦点内視鏡プロセッサ２０は、共焦点内視鏡３０、およびモニタ１１に接続される。
【００１５】
共焦点内視鏡プロセッサ２０から観察対象領域ＯＡに照射する励起光が供給される。供給された励起光は共焦点内視鏡３０の挿入管３１の遠位端に伝達され、観察対象領域内の一点に向かって照射される。光が照射された観察対象領域上の一点において発する蛍光が、挿入管３１の遠位端から共焦点内視鏡プロセッサ２０に伝達される。
【００１６】
挿入管３１からの励起光の出射方向が、挿入管３１の遠位端に設けられるアクチュエータ（図１において図示せず）により変えられる。出射方向を変えることにより、照射される励起光が観察対象領域上に走査される。アクチュエータは、共焦点内視鏡プロセッサ２０により制御される。
【００１７】
共焦点内視鏡プロセッサ２０は、アクチュエータの制御に応じて出射方向を推定する。共焦点内視鏡プロセッサ２０は出射方向における蛍光を受光し、受光量に応じた画素信号を生成する。走査する領域全体の画素信号を生成することにより、１フレームの画像信号が生成される。生成した画像信号がモニタ１１に送信され、画像信号に相当する画像がモニタ１１に表示される。
【００１８】
図２に示すように、共焦点内視鏡プロセッサ２０には、レーザ光源２１、供給用ファイバ２２ｓ、接続用ファイバ２２ｃ、画像受光用ファイバ２２ｉ、光量検出用ファイバ２２ｄ、光カプラ２３、第１、第２の受光ユニット２４ａ、２４ｂ、励起光カットフィルタ２５、画像信号処理回路２６、スキャン駆動回路２７、およびシステムコントローラ２８などが設けられる。
【００１９】
生体のように所定の種類の被写体に照射すると蛍光を発せさせる励起光がレーザ光源２１から出射される。レーザ光源２１は供給用ファイバ２２ｓに光学的に接続され、レーザ光源２１から出射する励起光が供給用ファイバ２２ｓに入射する。
【００２０】
供給用ファイバ２２ｓは光カプラ２３により接続用ファイバ２２ｃおよび光量検出用ファイバ２２ｄに光学的に接続され、供給用ファイバ２２ｓと接続用ファイバ２２ｃおよび光量検出用ファイバ２２ｄとの間で光の伝達が可能である。
【００２１】
なお、光カプラ２３により、接続用ファイバ２２ｃおよび光量検出用ファイバ２２ｄは画像受光用ファイバ２２ｉにも光学的に接続され、画像受光用ファイバ２２ｉと接続用ファイバ２２ｃおよび光量検出用ファイバ２２ｄとの間で光の伝達が可能である。
【００２２】
すなわち、光カプラ２３は４ポート指向性カプラであって、供給用ファイバ２２ｓから伝達された励起光が接続用ファイバ２２ｃおよび光量検出用ファイバ２２ｄに分岐され、接続用ファイバ２２ｃから伝達される反射光および蛍光が画像受光用ファイバ２２ｉおよび供給用ファイバ２２ｓに分岐される。
【００２３】
光量検出用ファイバ２２ｄは第２の受光ユニット２４ｂに光学的に接続される。光量検出用ファイバ２２ｄに伝達された励起光は、光量検出用ファイバ２２ｄにより第２の受光ユニット２４ｂに伝達される。
【００２４】
第２の受光ユニット２４ｂにより、励起光の光量が検出される。検出した受光量がシステムコントローラ２８に伝達される。システムコントローラ２８により、伝達された受光量に基づいてレーザ光源２１からの励起光の出射光量が調整される。
【００２５】
接続用ファイバ２２ｃは、共焦点内視鏡３０に設けられるスキャニングファイバ３２の基端に光学的に接続される。接続用ファイバ２２ｃに伝達された励起光は、スキャニングファイバ３２により挿入管３１の遠位端まで伝達され、遠位端側の端部である先端から出射される。また、後述するように、スキャニングファイバ３２により、反射光および蛍光が先端から接続用ファイバ２２ｃに伝達される。
【００２６】
前述のように、接続用ファイバ２２ｃに伝達された反射光および蛍光は光カプラ２３により画像受光用ファイバ２２ｉおよび供給用ファイバ２２ｓに分岐される。画像受光用ファイバ２２ｉは第１の受光ユニット２４ａに光学的に接続される。画像受光用ファイバ２２ｉと第１の受光ユニット２４との間には、励起光カットフィルタ２５が設けられる。
【００２７】
画像受光用ファイバ２２ｉから出射する励起光である反射光は励起光カットフィルタ２５により減衰され、第１の受光ユニット２４ａへの入射が防がれる。また、画像受光用ファイバ２２ｉから出射する蛍光は励起光カットフィルタ２５を透過して、第１の受光ユニット２４ａに入射する。
【００２８】
第１の受光ユニット２４ａにより、励起光を照射した領域における蛍光の光量に応じた画素信号が生成される。画素信号は、画像信号処理回路２６に送信される。画像信号処理回路２６では、画素信号が画像メモリ（図示せず）に格納される。
【００２９】
後述するように、励起光の照射領域を連続的に移動させながら画素信号を生成し、観察対象領域全体に対応する画素信号が格納されると、画像信号処理回路２６は画素信号に所定の信号処理を施し、１フレームの画像信号としてモニタ１１に送信する。
【００３０】
次に、共焦点内視鏡３０の構成について説明する。図３に示すように、共焦点内視鏡３０には、スキャニングファイバ３２、レンズユニット３３、およびアクチュエータ３４などが設けられる。
【００３１】
スキャニングファイバ３２は、コネクタ３５から挿入管３１の遠位端まで延設される。前述のように、レーザ光源２１から出射されるビーム状の励起光が、供給用ファイバ２２ｓ、光カプラ２３、接続用ファイバ２２ｃを介してスキャニングファイバ３２の基端に入射する。基端に入射した励起光は先端に伝達される。伝達された励起光は先端から出射される。
【００３２】
スキャニングファイバ３２は、シングルモードファイバによって形成される。また、スキャニングファイバ３２の先端は、図４に示すように、コア３２ｃを中心としたモードフィールド径内が球面状になるように研磨することにより、形成される。なお、用いるシングルモードファイバの開口数より大きな開口数となるように、球面が形成される。すなわち、先端側においてスキャニングファイバ３２はレンズドファイバである。
【００３３】
シングルモードファイバの開口数は小さいため、出射される励起光のビーム径が共焦点観察に用いるために十分な太さでない。しかし、スキャニングファイバ３２の先端が上述のように球面状に形成されているので、励起光のビーム径が共焦点観察に用いるのに十分な太さで出射される。
【００３４】
アクチュエータ３４が、スキャニングファイバ３２の出射端付近に設けられる。アクチュエータ３４は、スキャン駆動回路２７から送信されるファイバ駆動信号に基づいて、スキャニングファイバ３２の先端を所定の変位経路に沿って変位させる。スキャニングファイバ３２の先端を変位させながら励起光を出射することにより、励起光が観察対象領域上で走査される。
【００３５】
スキャニングファイバ３２の先端から励起光の出射方向にレンズユニット３３が設けられる。レンズユニット３３は集光光学系によって構成される。したがって、スキャニングファイバ３２の先端から出射した励起光はレンズユニット３３によって集光され、観察対象領域内の微小な一点に向かって照射される。
【００３６】
励起光は微小な一点に向かって照射されるが、回折限界によって、照射される中心点の周囲にガウス分布の強度の励起光が照射される。
【００３７】
励起光が照射された全領域において励起光が反射され、蛍光が発せられる。スキャニングファイバ３２の先端に対して共焦点となる中心点の微小領域からの反射光および蛍光のみがスキャニングファイバ３２の先端に入射し、微小領域の周囲の反射光および蛍光は入射しない。
【００３８】
先端に入射した反射光および蛍光がスキャニングファイバ３２の基端に伝達される。反射光および蛍光は、さらに基端から接続用ファイバ２２ｃ、光カプラ２３、および画像受光用ファイバ２２ｉを介して、第１の受光ユニット２４ａに伝達される。前述のように、励起光である反射光は励起光カットフィルタ２５により遮光され、蛍光のみが第１の受光ユニット２４ａに入射する。
【００３９】
以上のように、本実施形態の共焦点光学システムによれば、レンズユニット３３の小型化、挿入管３１の細径化、および画像のＳＮ比を改善することが可能である。これらの効果について以下に説明する。
【００４０】
共焦点観察を行うためには微小領域の光学情報のみを取得する必要があるので、共焦点内視鏡装置におけるスキャニングファイバ３２にはシングルモードファイバを用いる必要がある。また、共焦点観察を行うためには、ビーム径の大きな光を開口数の大きな集光光学系により微小な一点に向かって集光させる必要がある。
【００４１】
前述のように通常のシングルモードファイバの開口数は小さく、出射する励起光のビーム径は十分な大きさにならない。それゆえ、図５に示すように、励起光のビーム径を広げる拡大光学系３３ｅをレンズユニット３３に含める必要がある。
【００４２】
一方、本実施形態では、十分な大きさのビーム径の励起光をスキャニングファイバ３２の先端から出射可能なので、拡大光学系が不要である。したがって、拡大光学系３３ｅを省けるので、レンズユニット３３の小型化が可能である。
【００４３】
また、拡大光学系３３ｅを用いることにより画角が狭くなる。それゆえ、所望の広さの画像を作成するためには、スキャニングファイバ３２の先端の変位量を大きくする必要がある。スキャニングファイバ３２の変位量を大きくするためには、スキャニングファイバ３２を覆うチューブ（図示せず）も太くする必要があり、挿入管３１の細径化を阻害していた。
【００４４】
一方、本実施形態では、拡大光学系３３ｅを用いていないので画角が広く、拡大光学系３３ｅを用いる場合に比べてスキャニングファイバ３２の変位量を小さくすることが出来る。したがって、拡大光学系３３ｅを用いる場合に比べて、挿入管３１の細径化が可能である。
【００４５】
また、ＳＮ比の大きな画像を得るためには、第１の受光ユニット２４ａに蛍光以外の帯域の光の入射を防ぐことが必要である。一方で、画像受光用ファイバ２２ｉからは励起光も出射される。前述のように、励起光は励起光カットフィルタ２５によって遮光されるが、完全に遮光することは困難であり、出射光の光量を低減化することが望ましい。
【００４６】
スキャニングファイバ３２の先端では観察対象領域における励起光の反射光だけでなく、スキャニングファイバ３２の端面における部分反射による励起光も第１の受光ユニット２４ａに向かって出射する。
【００４７】
本実施形態では、モードフィールド径内が球面状に形成されるので、スキャニングファイバ３２の基端より伝達された励起光は、先端の端面においてスキャニングファイバ３２の軸方向から傾斜する方向に部分的に反射される。軸方向から傾斜した方向に反射された励起光はシングルモードファイバのコア伝播モード満たせなくなるため、部分反射による励起光の基端への伝達が防がれる。それゆえ、画像受光用ファイバ２２ｉに伝達される励起光の光量が減じられるため、画像のＳＮ比を改善させることが可能である。
【００４８】
なお、本実施形態の共焦点光学システムにおいて、スキャニングファイバ３２の先端はコア３２ｃを中心としたモードフィールド径内が球面状になるように形成される構成であるが、球面に限られない。例えば、非球面であってもよく。開口数がシングルモードファイバの開口数より大きくなるように形成されれば、どのような形状に形成されてもよい。
【００４９】
また、本実施形態の共焦点光学システムにおいて、シングルモードファイバ３２の先端を研磨することにより、先端を球面状に形成する構成であるが、先端の形成方法は研磨に限られない。ただし、研磨によれば精密な加工が可能であり、用いるレンズユニット３３に対して十分な開口数のレンズドファイバを形成することが可能である。
【００５０】
また、本実施形態の共焦点光学システムにおいて、スキャニングファイバ３２の先端はモードフィールド径の外部から外径までの間が円錐側面状になるように形成される構成であるが、モードフィールド径内部のように、球面状に形成されてもよい。
【００５１】
また、本実施形態の共焦点光学システムは、共焦点内視鏡装置に適用される構成であるが、他のいかなる走査型観察装置に用いても本実施形態と同様の効果を得ることが可能である。例えば、共焦点プローブ、多光子励起蛍光型顕微鏡装置、または第二高調波型顕微鏡装置に適用してもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１０  共焦点内視鏡装置
２０  共焦点内視鏡プロセッサ
２１  レーザ光源
２４ａ、２４ｂ  第１、第２の受光ユニット
２５  励起光カットフィルタ
３０  共焦点内視鏡
３１  挿入管
３２  スキャニングファイバ
３２ｃ  コア
３３  レンズユニット
３３ｅ  拡大光学系
３４  アクチュエータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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