(57)【要約】【課題】背景光やＡＳＥを低減して光検出の感度を向上させた光検出装置を提供する。【解決手段】波長掃引光発生・照射手段１０は、狭帯域の光の波長を広帯域に時間変化させた波長掃引光を発生して、この波長掃引光を計測対象２０へ照射する。光増幅手段３０は、この波長掃引光の照射により、計測対象２０から得られる光を増幅する。波長掃引光フィルタリング手段４０は、光増幅手段３０で増幅された光を受けて、この光を、透過波長帯域を連続的に時間変化させて透過させる。その際、制御手段６０が、波長掃引光フィルタリング手段４０を制御して、波長掃引光発生・照射手段１０から発せられる波長掃引光の波長帯域を含み、この帯域と同程度か僅かに広い帯域の光を透過させて、この透過波長帯域にない背景光やＡＳＥを除去する。波長掃引光フィルタリング手段４０を透過した光は、光電変換手段５０により電気信号に変換され処理される。【選択図】図１
2010223814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長帯域を時間変化させた波長掃引光を発生し、該波長掃引光を計測対象へ照射する波長掃引光発生・照射手段と、
前記波長掃引光発生・照射手段による前記波長掃引光の照射により、前記計測対象から得られる光を受け、該光を、透過波長帯域を連続的に時間変化させて透過させる波長掃引光フィルタリング手段と、
前記波長掃引光フィルタリング手段を透過した光を、電気信号に変換する光電変換手段と、
前記波長掃引光フィルタリング手段を、前記波長掃引光発生・照射手段から発せられる前記波長掃引光の波長帯域を含む帯域の光を透過させるように、前記波長掃引光発生・照射手段における波長帯域の時間変化に同期して制御する制御手段と、
を備えた光検出装置。
【請求項２】
前記波長掃引光フィルタリング手段の前段に、前記計測対象から得られる前記光を増幅する光増幅手段を設けたことを特徴とする光検出装置。
【請求項３】
波長帯域を時間変化させた波長掃引光を発生し、該波長掃引光を計測対象へ照射する波長掃引光発生・照射手段と、
前記波長掃引光発生・照射手段による前記波長掃引光の照射により、前記計測対象の異なる複数の位置からの光をそれぞれ受け、該複数の光を、透過波長帯域をそれぞれ連続的に時間変化させて透過させる複数の波長掃引光フィルタリング手段と、
前記複数の波長掃引光フィルタリング手段のそれぞれを透過した光を、電気信号に変換する光電変換手段と、
前記複数の波長掃引光フィルタリング手段を、前記波長掃引光発生・照射手段から発せられる前記波長掃引光の波長帯域を含む帯域の光を透過させるように、前記波長掃引光発生・照射手段における波長帯域の時間変化に同期してそれぞれ制御する制御手段と、
を備えた光検出装置。
【請求項４】
前記複数の波長掃引光フィルタリング手段のそれぞれの前段に、前記計測対象から得られる前記複数の光をそれぞれ増幅する複数の光増幅手段を設けたことを特徴とする光検出装置。
【請求項５】
波長帯域を時間変化させた波長掃引光を発生し、該波長掃引光を計測対象へ照射する複数の波長掃引光発生・照射手段と、
前記複数の波長掃引光発生・照射手段にそれぞれ対応して設けられ、対応する前記波長掃引光発生・照射手段による前記波長掃引光の照射により、前記計測対象から得られる光を受け、該光を、透過波長帯域を連続的に時間変化させて透過させる複数の波長掃引光フィルタリング手段と、
前記複数の波長掃引光フィルタリング手段のそれぞれを透過した光を、合波する光合波手段と、
前記光合波手段で合波された光を、電気信号に変換する光電変換手段と、
前記複数の波長掃引光フィルタリング手段を、対応する前記波長掃引光発生・照射手段から発せられる前記波長掃引光の波長帯域を含む帯域の光を透過させるように、該対応する波長掃引光発生・照射手段における波長帯域の時間変化に同期してそれぞれ制御する制御手段と、
を備えた光検出装置。
【請求項６】
前記複数の波長掃引光フィルタリング手段のそれぞれの前段に、前記計測対象から得られる前記光をそれぞれ増幅する複数の光増幅手段を設けたことを特徴とする光検出装置。
【請求項７】
前記光電変換手段は、前記波長掃引光発生・照射手段の掃引周期と同じかそれよりも長い周期で、前記光を電気的に積算して出力することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体観察等で使用される光検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
医療分野や科学分野において、内視鏡や顕微鏡など光を用いた生体観察技術は、重要な役割を果たしている。光を用いた生体観察においては、多くの場合、観察試料に対して光を照射して、これによって得られる反射光、透過光、または、散乱光等を観察する。
【０００３】
しかし、生体は光照射による損傷を受けやすいので、生体試料に照射できる照明光や励起光の光量には上限がある。また、生体の状態や形状は時々刻々と変化するため、正確な観察を行うためには、高速に光検出を行う必要がある。したがって、生体観察において得られる光信号は、通常微弱な信号となる。
【０００４】
一方、内視鏡や顕微鏡などを用いて生体観察を行なう場合、使用するレンズなどの光学系に含まれる硝材や、観察対象の細胞、組織または分泌液が発する自家蛍光、および、迷光などによる背景光がノイズとなり検出感度を低下させる原因となる。硝材が発する自家蛍光は硝材を変更するなどして対策がとられるものの、自家蛍光を完全に除去することは困難である。
【０００５】
例えば、細胞、組織や分泌液などの自家蛍光を除去するために、自家蛍光波長の光を除去する光フィルタを用いることができる。しかしながら、光フィルタを用いても自家蛍光を完全に除去することは難しい。特に、白色光を照明光として用いる場合には、検出したい光信号の波長と自家蛍光の波長とが被ってしまうため、光フィルタでは除去できない。
【０００６】
また、迷光などの背景光に対しては、暗室にて観察を行なうなどの対策がとられる。しかしながらこのような対策を講じる場合、生体観察を行なうことができる環境が非常に制限される。
【０００７】
すなわち、生体観察においては、得られる光信号が微弱である一方、試料等からの自家蛍光や照射光等による迷光がノイズとなり、かつ、これらのノイズを除去することが難しいことから、十分な信号の検出感度が得られにくいということが問題となっている。
【０００８】
一方、検出感度の向上を目指して、受光素子の前に光増幅器を配置する構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、光増幅器を使用する場合、光増幅器から発生する自然放出光（amplified spontaneous emission: ＡＳＥ）雑音が、大きな背景光となってしまうため、検出感度の向上は得難い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平２−１８９４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、これらの点に着目してなされた本発明の目的は、光検出の感度を向上させた光検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成する請求項１に係る光検出装置の発明は、
波長帯域を時間変化させた波長掃引光を発生し、該波長掃引光を計測対象へ照射する波長掃引光発生・照射手段と、
前記波長掃引光発生・照射手段による前記波長掃引光の照射により、前記計測対象から得られる光を受け、該光を、透過波長帯域を連続的に時間変化させて透過させる波長掃引光フィルタリング手段と、
前記波長掃引光フィルタリング手段を透過した光を、電気信号に変換する光電変換手段と、
前記波長掃引光フィルタリング手段を、前記波長掃引光発生・照射手段から発せられる前記波長掃引光の波長帯域を含む帯域の光を透過させるように、前記波長掃引光発生・照射手段における波長帯域の時間変化に同期して制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光検出装置において、
前記波長掃引光フィルタリング手段の前段に、前記計測対象から得られる前記光を増幅する光増幅手段を設けたことを特徴とするものである。
【００１３】
上記目的を達成する請求項３に係る光検出装置の発明は、
波長帯域を時間変化させた波長掃引光を発生し、該波長掃引光を計測対象へ照射する波長掃引光発生・照射手段と、
前記波長掃引光発生・照射手段による前記波長掃引光の照射により、前記計測対象の異なる複数の位置からの光をそれぞれ受け、該複数の光を、透過波長帯域をそれぞれ連続的に時間変化させて透過させる複数の波長掃引光フィルタリング手段と、
前記複数の波長掃引光フィルタリング手段のそれぞれを透過した光を、電気信号に変換する光電変換手段と、
前記複数の波長掃引光フィルタリング手段を、前記波長掃引光発生・照射手段から発せられる前記波長掃引光の波長帯域を含む帯域の光を透過させるように、前記波長掃引光発生・照射手段における波長帯域の時間変化に同期してそれぞれ制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の光検出装置において、
前記複数の波長掃引光フィルタリング手段のそれぞれの前段に、前記計測対象から得られる前記複数の光をそれぞれ増幅する複数の光増幅手段を設けたことを特徴とするものである。
【００１５】
上記目的を達成する請求項５に係る光検出装置の発明は、
波長帯域を時間変化させた波長掃引光を発生し、該波長掃引光を計測対象へ照射する複数の波長掃引光発生・照射手段と、
前記複数の波長掃引光発生・照射手段にそれぞれ対応して設けられ、対応する前記波長掃引光発生・照射手段による前記波長掃引光の照射により、前記計測対象から得られる光を受け、該光を、透過波長帯域を連続的に時間変化させて透過させる複数の波長掃引光フィルタリング手段と、
前記複数の波長掃引光フィルタリング手段のそれぞれを透過した光を、合波する光合波手段と、
前記光合波手段で合波された光を、電気信号に変換する光電変換手段と、
前記複数の波長掃引光フィルタリング手段を、対応する前記波長掃引光発生・照射手段から発せられる前記波長掃引光の波長帯域を含む帯域の光を透過させるように、該対応する波長掃引光発生・照射手段における波長帯域の時間変化に同期してそれぞれ制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とするものである。
【００１６】
請求項６に係る発明は、請求項５に記載の光検出装置において、
前記複数の波長掃引光フィルタリング手段のそれぞれの前段に、前記計測対象から得られる前記光をそれぞれ増幅する複数の光増幅手段を設けたことを特徴とするものである。
【００１７】
請求項７に係る発明は、請求項１〜６に記載の光検出装置において、
前記光電変換手段は、前記波長掃引光発生・照射手段の掃引周期と同じかそれよりも長い周期で、前記光を電気的に積算して出力することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、波長掃引光発生・照射手段が、波長を連続的に変化させた波長掃引光を発生するとともに、波長掃引光フィルタリング手段が、波長掃引光発生・照射手段から発せられる波長掃引光の波長を含む光信号を透過させるので、光検出の感度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る光検出装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】比較例としての白色光源を用いた従来の光検出装置による光検出動作を説明する図である。
【図３】第１実施の形態の光検出装置の動作を説明する図である。
【図４】第１実施の形態の光検出装置の動作を説明する他の図である。
【図５】本発明の第２実施の形態に係る走査内視鏡の概略構成図を示す図である。
【図６】Ｐｒ添加フッ化物ファイバ型増幅器の構成を示す図である。
【図７】本発明の第３実施の形態に係る光検出装置の概略構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第４実施の形態に係る高感度内視鏡の概略構成を示す図である。
【図９】本発明の第５実施の形態に係る光検出装置の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
【００２１】
（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る光検出装置の概略構成を示すブロック図である。この光検出装置は、計測対象に照明光を照射し、得られた光を光電変換して、電気信号として信号処理系に引き渡すためのものである。
【００２２】
本実施の形態に係る光検出装置は、波長帯域を時間変化させた波長掃引光を発生し、該波長掃引光を計測対象２０へ照射する波長掃引光発生・照射手段１０と、波長掃引光発生・照射手段１０による波長掃引光の照射により、計測対象２０から得られる光を増幅する光増幅手段３０と、光増幅手段３０で増幅された光を受けて、透過波長帯域を連続的に時間変化させて透過させる波長掃引光フィルタリング手段４０と、波長掃引光フィルタリング手段を透過した光を、電気信号に変換する光電変換手段５０と、波長掃引光フィルタリング手段４０を、波長掃引光発生・照射手段１０から発せられる波長掃引光の波長帯域を含む帯域の光を透過させるように、波長掃引光発生・照射手段１０における波長帯域の時間変化に同期して制御する制御手段６０とを備える。
【００２３】
波長掃引光発生・照射手段１０は、広帯域に波長を掃引することができ、その掃引できる帯域幅に比べ狭い瞬時線幅を有する光源、例えば、希土類添加ファイバレーザ、色素レーザ若しくは半導体レーザ等を用いた波長可変レーザ、波長掃引レーザまたはチャープパルスを発生する光源を含んで構成される。また、波長掃引光発生・照射手段１０は、光源を出射した波長掃引光を、例えば生体試料である計測対象２０の所望の検出位置に照明光として照射する照明光学系を有する。
【００２４】
光増幅手段３０は、計測対象２０により、透過、反射、または、散乱された光を受けて、これを増幅するものであり、希土類添加ファイバ型光増幅器、ラマン増幅器、誘導パラメトリック増幅器、半導体光増幅器、または、色素増幅器等の増幅器を含んで構成される。また、波長掃引光フィルタリング手段４０は、波長掃引光発生・照射手段１０が発生する照明光の瞬時線幅と同程度か僅かに広い幅の波長帯域を透過させる狭帯域の波長掃引光フィルタであり、例えば、誘電体多層膜型フィルタ、ファブリペロ型フィルタ、分光型フィルタ、干渉型フィルタまたはファイバブラッグレーティング型フィルタ等の波長可変特性を有するフィルタを含んで構成される。光電変換手段５０は、波長掃引光フィルタリング手段から出力された光を電気的に積算して電気信号として出力する。この積算時間は、波長掃引光発生・照射手段の掃引周期と同じかそれよりも長い時間である。光電変換手段５０としては、例えば、ＰＭＴ（Photo multiplier tube）、ＡＰＤ（Avalanche photo diode）、または、ＰＤ（Photo diode）を使用する。光電変換手段５０を出力された電気信号は、信号処理系に入力されて処理される。
【００２５】
制御手段６０は、波長掃引光発生・照射手段１０および波長掃引光フィルタリング手段４０を制御し、波長掃引光発生・照射手段１０から出射される照明光の波長を所定の波長の範囲で掃引させると共に、波長掃引光フィルタリング手段４０の透過波長帯域を、波長掃引光発生・照射手段１０から出射される波長掃引光の波長帯域を含むように、波長掃引光発生・照射手段１０の波長帯域の時間変化に同期させて変化させる。この制御手段６０は、例えば、コンピュータまたはＤＳＰを含んで構成される。
【００２６】
次に、第１実施の形態の光検出装置の動作について、図１〜図４を用いて説明する。
【００２７】
まず、比較のために、従来用いられる白色光源を使用した光検出装置におけるノイズの除去について説明する。図２は、白色光源を用いた従来の光検出装置による光検出の一例を説明する図である。この例においては、図２（ａ）に示す波長強度分布を有する白色光を計測対象に照射する。計測対象に照射された白色光は、計測対象で透過、反射、または散乱されて、図２（ｂ）に示す波長強度分布を有する信号光１０１および背景光１０２が得られる。ＳＮ比を改善するために、照射した白色光の波長帯域のみを透過させる波長特性図２（ｃ）を有する光バンドパスフィルタを透過させると、非検出光の波長強度分布は図２（ｄ）に示すようになる。しかし、図２（ｄ）からわかるように、照明光として白色光を用いた場合、光バンドパスフィルタを使用しただけでは、照射した光と同じ帯域の背景光を除去することは不可能であり、ＳＮ比を十分改善することはできない。
【００２８】
次に、本実施の形態の光検出装置によるノイズの除去について説明する。図３は、第１実施の形態の光検出装置の動作を説明する図である。制御手段６０の制御により、波長掃引光発生・照射手段１０は、広帯域に掃引された、すなわち、波長を連続的に変化させた照明光を出射する。図３（ａ）は、掃引時間Ｔの間に波長掃引光発生・照射手段１０から出射される照明光の波長光強度分布を示す図である。この図において、１、２、３および４の番号を付して表示されている狭帯域の波形は、照明光の瞬時的な光スペクトルを示す。この図に示すように、照明光は、掃引時間Ｔの間に、例えば短波長から長波長へ時間と共に連続的に変化する。この波長の掃引は、掃引周期をＴとして繰り返し行われる。
【００２９】
この照明光を計測対象に照射すると図３（ｂ）に示すような光が得られる。図３（ｂ）の１，２，３および４を付して示した波形は、図３（ａ）において同じ番号を付して示した瞬時の照明光により得られる信号光である。一方、この図３（ｂ）には、硝材や生体から発生する自家蛍光や迷光などの、信号光以外の背景光が含まれている。波長掃引光フィルタリング手段４０によるフィルタリングを行わずに、光電変換手段５０として、掃引時間Ｔよりも長い積算期間を有する蓄積型の光電変換素子を用いて、信号光を検出しようとする場合、信号光による信号成分は光電変換素子の積算期間に渡る積算値として得られる。一方、背景光によるノイズ成分も、積算期間の積算値として得られるが、背景光は、掃引時間Ｔ全体に渡り存在しているので積算値は大きくなる。このため、瞬時的には背景光と比較して信号光が大きい場合でも、光電変換素子による検出感度を上げることはできない。すなわち、照明光を単に掃引しただけでは、図３（ｂ’）に示すように計測対象２０に白色光を照射した場合と等価であり、ＳＮ比の改善は見られない。
【００３０】
そこで、本実施の形態では、計測対象２０から得られた光を、波長掃引光フィルタリング手段４０により、照明光と同程度かそれよりも僅かに広い帯域の光のみ透過させるようにする。この波長掃引光フィルタリング手段４０は、制御手段６０の制御により、波長掃引光発生・照射手段１０と同期して、入力される信号光の波長を含む狭帯域の透過波長帯域の光を透過させ、この透過波長帯域以外の光を除去するように、透過波長帯域を図５（ｃ）に示すように動的に変化させる。これにより、波長掃引光フィルタリング手段４０を透過する光は、図５（ｄ）に示すような瞬時的な波長光強度分布を有する。硝材や生体から発生する自家蛍光は、照明光よりも長波長側に発生するため、これらの自家蛍光は、この波長掃引光フィルタリング手段４０により除去される。また、波長掃引光フィルタリング手段４０の透過波長帯域は、各時点で狭い帯域に限定されているので、上述の波長透過帯域を透過できない迷光などの背景光が大幅に除去される。その結果、光電変換手段５０で検出される光は、図３（ｄ’）で示すように、白色光を照射すると共に背景光を大幅に低減した場合と等価になる。
【００３１】
図４は、第１実施の形態の光検出装置の動作を他の観点から説明する説明図である。図４（ａ）は、波長掃引光発生・照射手段１０により計測対象２０に照射する光の波長帯域の時間変化を示している。図４（ａ）に示すように、波長掃引光の波長は、掃引時間Ｔの間に時間と共に短波長から長波長に変化する。この波長掃引光の照射により、計測対象２０から得られる光を図４（ｂ）に示す。図４（ｂ）に示すように、計測対象からは、照明光の波長の変化と同じように波長が時間変化する信号光１０１と、時間に依存せず広帯域に発生する背景光１０２とが得られる。一方、波長掃引光フィルタリング手段４０は、波長掃引光の波長帯域を含む狭帯域の波長を透過させるフィルタなので、図４（ｃ）に破線で示した時間変化する波長帯域内の光のみを透過させる特性を有する。したがって、図４（ｄ）に示す部分の信号光１０１および背景光１０２のみが、この波長掃引光フィルタリング手段４０を透過して、光電変換手段５０に入射する。すなわち、波長掃引光フィルタリング手段４０により、ノイズ成分となる背景光が大幅に除去される。
【００３２】
さらに、本実施の形態では、波長掃引光フィルタリング手段４０の前段に光増幅手段３０を設けている。光増幅手段３０は、計測対象２０への照明光の照射により得られる光を増幅するとともに、その利得帯域内において自然放出光（ＡＳＥ）雑音を発生する。上述の背景光の除去の説明と同様に、波長掃引光フィルタリング手段４０は、波長掃引光発生・照射手段１０が発生する波長掃引光の瞬時線幅と同程度か僅かに広い幅の波長領域を透過させるので、透過波長帯域以外のＡＳＥは除去され、信号光に対するＡＳＥの混入を最小限に抑えることができる。
【００３３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、波長掃引光発生・照射手段１０が、狭帯域の光の波長を広帯域に掃引させた波長掃引光を照明光として試料に照射し、当該試料による反射、透過または散乱等により得られる光を、波長掃引光フィルタリング手段４０が、波長掃引光発生・照射手段１０から発せられる波長掃引光の波長帯域を含みこの波長掃引光の波長帯域と同等か僅かに広い帯域の光を透過させるので、自家蛍光や迷光などの背景光によるノイズ成分を低減することができる。また、光増幅手段３０の後段に波長掃引光フィルタリング手段４０を配置したので、光増幅段３０によって発生するＡＳＥも同様に除去することができる。したがって、光検出装置の検出感度を大幅に改善することができる。
【００３４】
また、本実施の形態によれば、光電変換手段の積算時間を、波長掃引光発生・照射手段１０及び波長掃引光フィルタリング手段４０の波長掃引周期と同じかそれよりも長くすることにより、変調周波数帯域と比較して光スペクトル帯域の広い信号を光電変換した場合に得られる信号と同様の信号を得ることができる。従って、光電変換後は従来の信号変調周波数帯域に対して信号光スペクトル帯域が広い場合と同じ処理を行うことができる。さらに、通常生体観察では、光電変換手段の信号変調周波数帯域よりも信号光スペクトル帯域の広い光検出をするために多くのＡＳＥも雑音光として検出されてしまうが、本実施の形態では、上述のように検出されるＡＳＥを低減させることができるので、広い信号光スペクトル帯域の光検出を高速かつ高感度で行うことができる。
【００３５】
さらに、本実施の形態の光検出装置では、波長掃引パターンを変化させることで、光電変換される光信号の光スペクトル波形を制御することができる。これは生体観察など、演色性が重要な応用に非常に有効である。
【００３６】
（第２実施の形態）
図５は、本発明の第２実施の形態に係る走査内視鏡の概略構成図を示す図である。この走査内視鏡は、照明光を走査させつつ生体試料２１を照射し、得られる光を信号処理して画像表示するものである。この走査内視鏡は、図１に示した光検出装置の各構成要素に対応する構成要素を含んで構成されている。以下にその構成を説明する。
【００３７】
本実施の形態に係る走査内視鏡を、照明光を発生し生体試料２１に照射する波長掃引光発生・照射手段と、生体試料２１から得られる光を集光して検出、信号処理する部分とに分けて説明する。まず、波長掃引光発生・照射手段は、Ｐｒ添加フッ化物ファイバ型波長掃引レーザ１１と、光アイソレータ（ＩＳＯ）１２と、単一モード光ファイバ（single mode fiber：ＳＭＦ）１３と、コリメータ１４とを含んで構成されている。
【００３８】
Ｐｒ添加フッ化物ファイバ型波長掃引レーザ１１は、５４０ｎｍ〜５４５ｎｍの範囲で波長が掃引可能なレーザであり、平均出力は約１０ｍＷ、瞬時線幅は１００ＭＨｚ以下、空間モードは単一モードである。このＰｒ添加フッ化物ファイバ型レーザ１１は、後述するコンピュータ６１により制御されるドライバ６２に接続されている。また、Ｐｒ添加フッ化物ファイバ型レーザ１１の出力側は、光アイソレータ（ＩＳＯ）１２に接続されている。ＩＳＯ１２は、ＩＳＯ１２よりも後段からの戻り光を除去するためのものである。また、このＩＳＯ１２は、波長５４０ｎｍ〜５４５ｎｍの範囲で単一モード動作する単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）１３を介して、コリメータ１４に接続されている。コリメータ１４は、後述する走査マウント３３に固定され、ＳＭＦ１３から入射した照明光を、略平行光として生体試料２１の所望の検出位置へ照射するように構成されている。
【００３９】
次に、照明光の照射により、生体試料２１から得られる光を集光して検出し、信号処理をするための構成について説明する。この走査内視鏡は、集光用レンズ３２、走査マウント３３、テーパードファイバ（ＴＦ）３４、Ｐｒ添加フッ化物ファイバ型光増幅器３１、ＦＦＰ−ＴＦ（fiber Fabry-Perot tunable filter）４１、ＰＤ（Photo diode）５１、電気増幅器８３、ＡＤ（analog-to-digital）変換器８４およびコンピュータ６１をさらに含んで構成されている。
【００４０】
集光用レンズ３２は、入射面を生体試料２１に向けた状態で、走査マウント３３上にコリメータ１４に隣接して配置され、コリメータ１４から出射した照明光が、生体試料２１で反射された後、この集光用レンズ３２により集光されるように構成されている。ＴＦ３４は、光の入力側から出力側にかけてコア径が徐々に変化する光ファイバであり、一端が集光用レンズ３３に結合し、他端がＰｒ添加フッ化物ファイバ型光増幅器３１に結合している。本実施の形態では、例えば、入力側コア径が２００μｍであり、出力側のコア径が４μｍである。このテーパードファイバは、入力側の多モードの光を、出力側で略シングルモードの光にモード変換することができ、Ｐｒ添加フッ化物ファイバ型増幅器３１の増幅空間モードと略一致させて、モードの不整合による損失を低減するために設けられている。
【００４１】
Ｐｒ添加フッ化物ファイバ型光増幅器３１は、光増幅手段を構成し、ＴＦ３４から入射した光を、例えば１５ｄＢの利得で増幅する。このＰｒ添加フッ化物ファイバ型増幅器３１は、図６に示すように、アイソレータ（ＩＳＯ）８６、半導体レーザ（ＬＤ）８７、ＷＤＭ（wavelength division multiplexing）カプラ８８、光フィルタ８９、Ｐｒ添加フッ化物ファイバ９０、光フィルタ９１およびアイソレータ（ＩＳＯ）９２により構成されている。
【００４２】
ＬＤ８７は、例えば、波長４０４ｎｍの励起光を出射する光源である。このＬＤ８７の出力光強度はドライバ８１により調整される。ＷＤＭカプラ８８は、ＴＦ３４から戻り光を除去するＩＳＯ８６を介して入力された波長５４０ｎｍ〜５４５ｎｍの信号光と、ＬＤ８７から出射された波長４０４ｎｍの励起光とを合波して、波長５５０ｎｍよりも長波長の光を除去する光フィルタ８９を介して、Ｐｒ添加フッ化物ファイバ９０に出力される。Ｐｒ添加フッ化物ファイバ９０は、単一モードファイバであり、励起光により信号光を増幅する。
【００４３】
さらに、Ｐｒ添加フッ化物ファイバ９０からの出力光は、光フィルタ９１により波長４０４ｎｍの励起光と波長５５０ｎｍより長波長の光を除去され、戻り光を除去するＩＳＯ９２を介してＰｒ添加フッ化物ファイバ型光増幅器３１から出力されるように構成される。
【００４４】
Ｐｒ添加フッ化物ファイバ型増幅器３１の出力側には、図５に示すＦＦＰ−ＴＦ４１が接続される。このＦＦＰ−ＴＦ４１は、波長掃引光フィルタリング手段を構成し、例えば、透過帯域０．５０ｎｍ、波長５４０ｎｍ〜５４５ｎｍの範囲で透過中心波長を変化させることができる。この波長の変化は、ドライバ６３を介して後述するコンピュータ６１により制御される。また、ＰＤ５１は、ＦＦＰ−ＴＦ４１の出力を受けて、光を電気信号に変換する光電変換手段である。さらに、ＰＤ５１の後段には、電気増幅器８３、ＡＤ変換器８４およびコンピュータ６１が接続されている。
【００４５】
コンピュータ６１は、制御手段を構成し、Ｐｒ添加フッ化物ファイバ型波長掃引レーザ１１用ドライバ６２、Ｐｒ添加フッ化物ファイバ型光増幅器３１用ドライバ８１、ＦＦＰ−ＴＦ４１用ドライバ６３、および、走査マウント３３用ドライバ８２と接続されこれらを制御するように構成されている。これによって、コンピュータ６１は、ＦＦＰ−ＴＦ４１を、Ｐｒ添加フッ化物ファイバ型波長掃引レーザ１１から発せられる波長掃引光の波長帯域を含む狭帯域の光を透過させるように、Ｐｒ添加フッ化物ファイバ型波長掃引レーザ１１における波長帯域の時間変化に同期して制御する。また、コンピュータ６１は、走査マウント３３の位置、Ｐｒ添加フッ化物ファイバ型波長掃引レーザ１１から発せられる光の波長、ＦＦＰ−ＴＦ４１の透過中心波長及びＡＤ変換器８４からの出力信号を関連付けて処理を行い、その結果を表示モニタ８５に表示することができる。
【００４６】
以上のような構成によって、本実施の形態に係る走査内視鏡では、コンピュータ６１が、ドライバ８２により走査マウント３３を制御して、生体試料２１の検出位置を位置決めする。次に、コンピュータ６１は、ドライバ６２によりＰｒ添加フッ化物ファイバ型波長掃引レーザ１１を制御して、波長５４０ｎｍ〜５４５ｎｍの範囲で波長を連続的に時間変化させた波長掃引光を発生する。波長掃引光は、所望の位置に対して１回または複数回の波長の掃引を行う。この波長掃引光はＩＳＯ１２およびＳＭＦ１３を経てコリメータ１４から生体試料２１に、略平行な照明光として照射される。
【００４７】
この照明光は、生体試料２１で反射されて信号光として、背景光とともに集光用レンズ３２により集光される。集光用レンズ３２で集光された信号光および背景光は、ＴＦ３４に波面の乱れた多モードの光として入力され、ＴＦ３４によりモード状態を調整され、シングルモードの光としてＰｒ添加フッ化物ファイバ型光増幅器３１に入力され増幅される。この増幅の際に、Ｐｒ添加フッ化物ファイバ型光増幅器３１の利得帯域内にＡＳＥが発生する。
【００４８】
次に、Ｐｒ添加フッ化物ファイバ型光増幅器３１を出射した光は、ＦＦＰ−ＴＦ４１に入力される。ＦＦＰ−ＴＦ４１は、コンピュータ６１の制御により、Ｐｒ添加フッ化物ファイバ型波長掃引レーザ１１を出射した波長掃引光の波長帯域を含みこの波長帯域と同程度または僅かに広い波長帯域の光のみを透過させるので、ＦＦＰ−ＴＦ４１を透過できない背景光やＡＳＥが除去される。
【００４９】
さらに、ＦＦＰ−ＴＦ４１から出力された光は、ＰＤ５１で光電変換される。ＰＤ５１は、波長掃引光の掃引周期と同じか、それより長い時間、光を積算して電気信号を出力する。ＰＤ５１から出力された電気信号は、電気増幅器８３で増幅され、ＡＤ変換器８４でデジタル信号に変換されて、コンピュータ６１に送信され、蓄積される。コンピュータ６１は、さらに走査マウント３３を制御して、生体試料２１の検出位置を順次走査させ、上記と同様に各検出位置で光検出を行う。所望の検出領域について、検出位置の走査を終えると、コンピュータ６１は、得られたデジタル信号と、例えば、各検出時における走査マウント３３の走査位置情報等とを関連付けて処理し、モニタ８５に内視鏡画像を表示する。
【００５０】
以上説明したように、本実施の形態によれば、Ｐｒ添加フッ化物ファイバ型波長掃引レーザ１１による波長掃引光の波長の変化と同期させて、ＦＦＰ−ＴＦ４１を透過する光の透過波長帯域を変化させるようにしたので、生体試料２１から得られた光から背景光やＡＳＥを効率良く取り除くことができ、ＳＮ比を向上させて、自家蛍光や迷光などによる感度制限を大幅に緩和することができる。これによって、高速かつ高感度に内視鏡画像を得ることができる。
【００５１】
（第３実施の形態）
図７は、本発明の第３実施の形態に係る光検出装置の概略構成を示すブロック図である。この光検出装置は、波長帯域を時間変化させた波長掃引光を発生し、この波長掃引光を計測対象２０へ照射する波長掃引光発生・照射手段１０と、波長掃引光発生・照射手段１０による波長掃引光の照射により、計測対象２０の異なる複数の位置からの光をそれぞれ受けて増幅する複数の光増幅手段３０と、光増幅手段３０から出力される複数の光を、透過波長帯域をそれぞれ連続的に時間変化させて透過させる複数の波長掃引光フィルタリング手段４０と、複数の波長掃引光フィルタリング手段４０のそれぞれを透過した光を、電気信号に変換する光電変換手段５０と、波長掃引光発生・照射手段１０および波長掃引光フィルタリング手段とを制御する制御手段６０を含んで構成される。
【００５２】
ここで、制御手段６０は、複数の波長掃引光フィルタリング手段４０を、波長掃引光発生・照射手段１０から発せられる波長掃引光の波長帯域を含む帯域の光を透過させるように、波長掃引光発生・照射手段１０における波長帯域の時間変化に同期してそれぞれ制御する。
【００５３】
また、本実施の形態では、光電変換手段５０としては、例えば、ＣＣＤ（Charged coupled device）、ＣＭＯＳ（complementary metal Oxide semiconductor）、ＥＭ−ＣＣＤ（Electron multiplying-CCD）、ＥＢ−ＣＣＤ（Electron bombardment-CCD）を用いる。その他の構成については、図１に記載の第１実施の形態に係る光検出装置と同様である。
【００５４】
この構成によって、波長掃引光発生・照射手段１０から波長掃引光である照明光を計測対象２０に照射し、計測対象２０の複数の検出位置から得られた光を、それぞれ、並列に光増幅手段３０で増幅した後、複数の波長掃引光フィルタリング手段４０により、波長掃引光発生・照射手段１０から発せられる波長掃引光の波長帯域を含み、この波長帯域と同程度か僅かに広い幅の波長帯域の光をそれぞれ透過させて、光電変換手段５０で並列に検出する。光電変換により得られた電気信号は、信号処理系へ送信され、画像の生成等の処理が成される。
【００５５】
本実施の形態によれば、計測対象の複数の検出位置からの情報を並列に検出するので、光検出装置およびこの光検出装置を含む光学システムの検出速度を、さらに向上させることができる。これによって、動きのある生体観察など、高速高感度検出が必要な用途にも有効に適用することができる。
【００５６】
（第４実施の形態）
図８は、本発明の第４実施の形態に係る高感度内視鏡の概略構成を示す図である。この高感度内視鏡は、照明光を生体試料２２に照射し、複数の検出位置から得られる光を、並列に信号処理して画像表示するものである。この高感度内視鏡は、図７に示した光検出装置の各構成要素に対応する構成要素を含んで構成されている。以下にその構成を説明する。
【００５７】
まず、本実施の形態に係る高感度内視鏡において、波長掃引光を発生し生体試料２２に照射する波長掃引光発生・照射手段は、波長可変ＬＤ１５と、ＩＳＯ１６と、ＳＭＦ１７と、照明用レンズ１８とを含んで構成されている。
【００５８】
波長可変ＬＤ１５は、６３０ｎｍ〜６４５ｎｍの範囲で発振波長を変化させることが可能なレーザであり、平均出力は約１０ｍＷ、瞬時線幅は１００ＭＨｚ以下、空間モードは単一モードである。この波長可変ＬＤ１５は、後述するコンピュータ６１により制御されるドライバ６４に接続されている。また、波長可変ＬＤ１５の出力側は、戻り光を除去するためのＩＳＯ１６に接続されている。また、このＩＳＯ１６は、波長６３０ｎｍ〜６４５ｎｍの範囲で単一モード動作する単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）１７を介して、照明用レンズ１８に接続されている。照明用レンズ１８は、ハウジング９４に固定されており、ＳＭＦ１７から入射したレーザ光のビームを拡大して生体試料２２の所望の観察領域を面的に照射する。
【００５９】
また、生体試料２２の複数の検出位置から得られる光を、それぞれ集光して検出し、信号処理をするために、この高感度内視鏡は、ハウジング９４と、それぞれ並列に配置された複数の集光用レンズ３６、複数のＴＦ３７、複数のＩＳＯ３８、複数の半導体増幅器（ＳＯＡ）３５、複数のＩＳＯ３９および複数の誘電多層膜型バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４２と、ＣＣＤ５２と、ＡＤ変換器９６とコンピュータ６１とさらに含んで構成されている。それぞれの、集光用レンズ３６、ＴＦ３７、ＩＳＯ３８、ＳＯＡ３５、ＩＳＯ３９およびＢＰＦ４２は、この順で並列に接続されており、各ＢＰＦの出力側はＣＣＤ５２に接続されている。
【００６０】
複数の集光用レンズ３６は、入射面を生体試料２２に向けてアレー状に配置された状態で、ハウジング９４に照明光レンズ１８とともに固定されている。これによって、照明用レンズ１８は、照明光のビームを広げて生体試料２２を面的に照射し、各集光用レンズ３６は、生体試料により反射された各検出位置からの光を集光するように構成されている。
【００６１】
各ＴＦ３７は、図５の走査内視鏡のＴＦ３４と同様の構成、作用を有するものである。また、それぞれのＳＯＡ３５の前後に設けたＩＳＯ３８およびＩＳＯ３９は、戻り光を除去するためのものである。それぞれのＳＯＡ３５は、光増幅手段を構成し、集光用レンズ３６で集光され、ＴＦ３７を経由して入力された光を、例えば、６２５ｎｍ〜６５０ｎｍの利得帯域の範囲で、１５ｄＢの利得で増幅し、ＢＰＦ４２に出力する。それぞれのＢＰＦ４２は、波長掃引光フィルタリング手段を構成し、例えば、透過帯域が０．６０ｎｍ、波長６３０ｎｍ〜６４５ｎｍの範囲で透過中心波長を変化させることができる。また、それぞれのＢＰＦ４２の出力は、光電変換手段であるＣＣＤ５２に並列に出力される。ＣＣＤ５２は、ＢＰＦ４２から入力された光信号を並列に電気信号へ変換して出力する。ＣＣＤ５２の出力は、ＡＤ変換器９６に入力され、デジタル信号に変換され、コンピュータ６１に出力される。
【００６２】
コンピュータ６１は、制御手段を構成し、波長可変ＬＤ１５用ドライバ６４、ＳＯＡ３５用ドライバ９５、ＢＰＦ４２用ドライバ６５と接続され、これらを制御するように構成されている。これによって、コンピュータ６１は、波長可変ＬＤ６４から発せられる光の波長を、ＢＰＦ４２が透過させるように制御する。また、コンピュータ６１は、波長可変ＬＤ１５から発せられる波長掃引光の波長、ＢＰＦ４２の透過中心波長及びＡＤ変換器８４からの出力信号を関連付けて処理を行い、その結果を表示モニタ８５に表示することができる。
【００６３】
以上のような構成によって、本実施の形態に係る高感度内視鏡では、コンピュータ６１がドライバ６４により波長可変ＬＤ１５を制御して、波長６３０ｎｍ〜６４５ｎｍの範囲で波長帯域を連続的に変化させた波長掃引光を発生させる。この波長掃引光はＩＳＯ１６およびＳＭＦ１７を経て照明用レンズ１８から生体試料２２に、ビームを拡大した照明光として面的に照射される。
【００６４】
この照明光は、生体試料２２で反射され、複数の集光用レンズ３６のそれぞれにより、背景光とともに集光される。それぞれの集光用レンズ３２で集光された信号光および背景光は、各集光用レンズに結合されたＴＦ３７に波面の乱れた多モードの光として入力され、それぞれＴＦ３７によりモード状態を調整され、シングルモードの光としてそれぞれＳＯＡ３５に出力される。それぞれのＳＯＡ３５は入力された光を増幅して出力される。この増幅により、ＳＯＡ３５の利得帯域にＡＳＥが発生する。
【００６５】
次に、ＳＯＡ３５を出射したそれぞれの光は、当該ＳＯＡ３５に結合されたＢＰＦ４２に入力される。それぞれのＢＰＦ４２は、ドライバ６５を介してコンピュータ６１によって制御され、透過中心波長を連続的に変化させ、各時点において波長可変ＬＤ１５を出射した波長掃引光の帯域を含む狭帯域の光を透過させる。これによって、ＢＰＦ４２を透過できない背景光やＡＳＥが除去される。さらに、それぞれのＢＰＦ４２から出力された光は、ＣＣＤ５２で光電変換され、ＡＤ変換器９６でデジタル信号に変換されて、コンピュータ６１により処理される。コンピュータ６１は、ＣＣＤ５２からの出力信号に基づき、モニタ８５に内視鏡画像を表示する。
【００６６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、波長可変ＬＤ１５により波長を連続的に変化させた波長掃引光を照明光として生体試料２２に面的に照射し、生体試料２２の複数の検出位置から光を集光し、それぞれの光を、照明光の波長の変化と同期させてＢＰＦ４２の透過波長帯域を変化させてＢＰＦ４２を透過させ、ＣＣＤ５２で検出するようにしたので、生体試料から得られた光から背景光およびＡＳＥを効率良く取り除くことができ、ＳＮ比を向上させることができる。さらに、計測対象の複数位置の情報を並列に検出することが可能になるので、動きのある生体試料に対しても、高速かつ高感度な顕微鏡観察が可能になる。
【００６７】
（第５実施の形態）
図９は、本発明の第５実施の形態に係る光検出装置の概略構成を示すブロック図である。この光検出装置は、波長帯域を時間変化させた波長掃引光を発生し、この波長掃引光を計測対象２０へ照射する複数の波長掃引光発生・照射手段１０と、複数の波長掃引光発生・照射手段１０にそれぞれ対応して設けられ、対応する波長掃引光発生・照射手段１０による波長掃引光の照射により、計測対象２０から得られる光を受けて増幅する複数の光増幅手段３０と、それぞれの光増幅手段３０から出力される光を、透過波長帯域を連続的に時間変化させて透過させる複数の波長掃引光フィルタリング手段４０と、複数の波長掃引光フィルタリング手段４０のそれぞれを透過した光を、合波する光合波手段７０と、光合波手段７０で合波された光を、電気信号に変換する光電変換手段５０と、複数の波長掃引光発生・照射手段１０および波長掃引光フィルタリング手段４０とを制御する制御手段６０とを含んで構成される。
【００６８】
ここで、制御手段６０は、複数の波長掃引光フィルタリング手段４０を、対応する波長掃引光発生・照射手段１０から発せられる波長掃引光の波長帯域を含む帯域の光を透過させるように、対応する波長掃引光発生・照射手段１０における波長帯域の時間変化に同期してそれぞれ制御する。また、光合波手段７０は、例えば、光ファイバ型ＷＤＭ（wavelength division multiplexing）カプラまたはダイクロイックミラー等により構成される。その他の構成については、第１実施の形態と同様である。
【００６９】
この構成によって、複数の波長掃引発生・照射手段１０は、狭帯域の光の波長を広帯域に掃引させた波長掃引光を照明光として計測対象２０の検出位置に照射する。ここで、それぞれの照明光は、それぞれ異なる波長帯域で掃引される。計測対象２０への複数の波長帯域の異なる照明光の照射により、計測対象２０で反射、透過、または、散乱された光は、複数の光増幅手段３０に入力され、それぞれ増幅された後に、波長掃引光フィルタリング手段４０に入力される。波長掃引光フィルタリング手段４０は、制御手段６０の制御により、それぞれ、対応する波長掃引光発生・照射手段１０により照射される照明光の波長帯域の変化と同期して、透過波長帯域を変化させる。これによって、波長掃引光フィルタリング手段４０は、それぞれ、対応する波長掃引光発生・照射手段１０から発生した、照明光による信号光を透過させ、背景光、ＡＳＥや他の波長掃引発生・照射手段１０が射出する照明光による光を除去する。そして、それぞれの波長掃引光フィルタリング手段４０からの出力光は、光合波手段７０で合波され、光電変換手段５０で電気信号に変換されて処理される。
【００７０】
以上説明したように、本実施の形態によれば、第１実施の形態の効果に加え、同時に複数の波長帯域に対して光検出を行うことができるので、ひとつの波長掃引光発生・照射手段１０により掃引できる波長帯域よりも広帯域なスペクトル帯域の検出を必要とするような用途に対しても、本光検出装置を適用して高速かつ高感度な光検出をすることができる。
【００７１】
なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、波長掃引光発生・照射手段は、波長可変レーザや波長掃引レーザ等の波長可変の光源を用いたが、これに限られない。光源としてはキセノンランプ等の白色光源を使用し、この白色光源を出射した光を波長可変の光フィルタに入射させ、この光フィルタの透過波長を変化させ、波長掃引光を得るようにしても良い。
【符号の説明】
【００７２】
１０  波長掃引光発生・照射手段
１１  Ｐｒ添加フッ化物ファイバ型波長掃引レーザ
１２  ＩＳＯ
１３  ＳＭＦ
１４  コリメータ
１５  波長可変ＬＤ
１６  ＩＳＯ
１７  ＳＭＦ
１８  照明用レンズ
２０  計測対象
２１  生体試料
２２  生体試料
３０  光増幅手段
３１  Ｐｒ添加フッ化物ファイバ型光増幅器
３２  集効用レンズ
３３  走査マウント
３４  ＴＦ
３５  ＳＯＡ
３６  集光用レンズ
３７  ＴＦ
３８  ＩＳＯ
３９  ＩＳＯ
４０  波長掃引光フィルタリング手段
４１  ＦＦＰ−ＴＦ
４２  ＢＰＦ
５０  光電変換手段
５１  ＰＤ
５２  ＣＣＤ
６０  制御手段
６１  コンピュータ
６３  ドライバ
６４  ドライバ
６５  ドライバ
７０  光合波手段
８１  ドライバ
８２  ドライバ
８３  電気増幅器
８４  ＡＤ変換器
８５  表示モニタ
８６  ＩＳＯ
８７  ＬＤ
８８  ＷＤＭカプラ
８９  光フィルタ
９０  Ｐｒ添加フッ化物ファイバ
９１  光フィルタ
９２  ＩＳＯ
９３  マウント
９４  ハウジング
９５  ドライバ
１０１  信号光
１０２  背景光
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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