(57)【要約】【課題】共焦点画像のＳＮ比を改善する。【解決手段】共焦点内視鏡プロセッサ２０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、光カプラ２３、第１の受光ユニット２４ａを有する。レーザ光源２１が発する励起光を供給用ファイバ２２ｓ、光カプラ２３、接続用ファイバ２２ｃおよびスキャニングファイバ３２を介して伝達させる。伝達された励起光をスキャニングファイバ３２の先端から出射する。レンズユニットを介して励起光が照射された領域における励起光の反射光および発する蛍光が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および接続用ファイバ２２ｃは反射光および蛍光を光カプラ２３に伝達する。光カプラ２３は反射光を９０：１０の分岐率で供給用ファイバ２２ｓおよび画像受光用ファイバ２２ｉに分岐させる。光カプラ２３は蛍光を１００％画像受光用ファイバ２２ｉに伝達させる。【選択図】図２
2010262149.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の種類の被写体に照射すると蛍光を発光させる励起光を光源から受光し、伝達する第１の光ファイバと、
前記第１の光ファイバにより伝達された前記励起光を観察対象領域に照射し、前記励起光が照射された前記観察対象領域から発せられる前記蛍光を伝達する第２の光ファイバと、
前記第２の光ファイバにより伝達された前記蛍光を第１の受光ユニットに伝達する第３の光ファイバと、
前記第１、第３の光ファイバと前記第２の光ファイバとの間を光学的に接続し、前記第２の光ファイバに伝達された前記蛍光を前記第１の光ファイバより前記第３の光ファイバに多く分岐させる光カプラとを備える
ことを特徴とする走査型観察装置用光伝達システム。
【請求項２】
前記光カプラは、前記第２の光ファイバに伝達された前記蛍光の７５％以上を前記第３の光ファイバに分岐させることを特徴とする請求項１に記載の走査型観察装置用光伝達システム。
【請求項３】
前記光カプラは、前記第２の光ファイバに伝達された前記蛍光を１００％前記第３の光ファイバに分岐させることを特徴とする請求項１に記載の走査型観察装置用光伝達システム。
【請求項４】
前記第１の光ファイバにより伝達された前記励起光を第２の受光ユニットに伝達する第４の光ファイバを備え、
前記光カプラは、前記第１、第３の光ファイバと前記第４の光ファイバとの間を光学的に接続し、前記第１の光ファイバに伝達された前記励起光を前記第４の光ファイバより前記第２の光ファイバに多く分岐させる
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の走査型観察装置用光伝達システム。
【請求項５】
前記光カプラは、前記第１の光ファイバに伝達された前記励起光の７５％以上を前記第２の光ファイバに分岐させることを特徴とする請求項４に記載の走査型観察装置用光伝達システム。
【請求項６】
前記光カプラは、前記第１の光ファイバに伝達される前記蛍光を１００％前記第２の光ファイバに分岐させることを特徴とする請求項４に記載の走査型観察装置用光伝達システム。
【請求項７】
所定の種類の被写体に照射すると蛍光を発光させる励起光を光源から受光し、伝達する第１の光ファイバと、
前記第１の光ファイバにより伝達された前記励起光を観察対象領域に照射し、前記励起光が照射された観察対象領域から発せられる前記蛍光を伝達する第２の光ファイバと、
前記第２の光ファイバにより伝達された前記蛍光を第１の受光ユニットに伝達する第３の光ファイバと、
前記第１、第３の光ファイバと前記第２の光ファイバとの間を光学的に接続し、前記第２の光ファイバに伝達された前記蛍光を前記第１の光ファイバより前記第３の光ファイバに多く分岐させる光カプラとを備える
ことを特徴とする共焦点観察システム。
【請求項８】
所定の種類の被写体に照射すると蛍光を発光させる励起光を光源から受光し伝達する第１の光ファイバおよび前記第１の光ファイバにより伝達された前記励起光を観察対象領域に照射し前記励起光が照射された前記観察対象領域から発せられる前記蛍光を伝達する第２の光ファイバと、前記第２の光ファイバにより伝達された前記蛍光を第１の受光ユニットに伝達する第３の光ファイバとの間を光学的に接続し、前記第２の光ファイバに伝達された前記蛍光を前記第１の光ファイバより前記第３の光ファイバに多く分岐させることを特徴とする光カプラ。
【請求項９】
請求項８に記載の光カプラにより分岐され、前記第１の光ファイバにより伝達された前記蛍光に基づいて、画像を作成する画像作成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査型観察装置において、被写体に照射する励起光を伝達し、励起光が照射された被写体が発する蛍光を受光して受光ユニットに伝達する光伝達システム、共焦点観察システム、光カプラ、および画像作成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
励起光を観察対象領域において走査しながら、瞬間的に励起光が照射される点において発する蛍光を受光して、全体の画像を形成する共焦点型顕微鏡装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
共焦点観察によれば、例えば１ｍｍに満たない範囲の顕微鏡的拡大観察像を得ることが可能となる。しかし、励起光の照射により発する蛍光の強度は低いため、形成する共焦点画像のＳＮ比が小さいことが問題であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５１６１０５３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明では、単一の光ファイバにより励起光および蛍光を伝達する共焦点観察のような光走査型観察装置において、作成する画像のＳＮ比を向上させる光伝達システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の走査型観察装置用光伝達システムは、所定の種類の被写体に照射すると蛍光を発光させる励起光を光源から受光し伝達する第１の光ファイバと、第１の光ファイバにより伝達された励起光を観察対象領域に照射し励起光が照射された観察対象領域から発せられる蛍光を伝達する第２の光ファイバと、第２の光ファイバにより伝達された蛍光を第１の受光ユニットに伝達する第３の光ファイバと、第１、第３の光ファイバと第２の光ファイバとの間を光学的に接続し第２の光ファイバに伝達された蛍光を第１の光ファイバより第３の光ファイバに多く分岐させる光カプラとを備えることを特徴としている。
【０００７】
なお、光カプラは第２の光ファイバに伝達された蛍光の７５％以上を第３の光ファイバに分岐させることが好ましい。
【０００８】
また、光カプラは第２の光ファイバに伝達された蛍光を１００％第３の光ファイバに分岐させることが好ましい。
【０００９】
また、第１の光ファイバにより伝達された励起光を第２の受光ユニットに伝達する第４の光ファイバを備え、光カプラは第１、第３の光ファイバと第４の光ファイバとの間を光学的に接続し第１の光ファイバに伝達された励起光を第４の光ファイバより第２の光ファイバに多く分岐させることが好ましい。
【００１０】
また、光カプラは第１の光ファイバに伝達された励起光の７５％以上を第２の光ファイバに分岐させることが好ましい。
【００１１】
また、光カプラは第１の光ファイバに伝達される蛍光を１００％第２の光ファイバに分岐させることが好ましい。
【００１２】
本発明の共焦点観察システムは、所定の種類の被写体に照射すると蛍光を発光させる励起光を光源から受光し伝達する第１の光ファイバと、第１の光ファイバにより伝達された励起光を観察対象領域に照射し励起光が照射された観察対象領域から発せられる蛍光を伝達する第２の光ファイバと、第２の光ファイバにより伝達された蛍光を第１の受光ユニットに伝達する第３の光ファイバと、第１、第３の光ファイバと第２の光ファイバとの間を光学的に接続し第２の光ファイバに伝達された蛍光を第１の光ファイバより第３の光ファイバに多く分岐させる光カプラとを備えることを特徴としている。
【００１３】
本発明の光カプラは、所定の種類の被写体に照射すると蛍光を発光させる励起光を光源から受光し伝達する第１の光ファイバおよび第１の光ファイバにより伝達された励起光を観察対象領域に照射し励起光が照射された観察対象領域から発せられる蛍光を伝達する第２の光ファイバと第２の光ファイバにより伝達された蛍光を第１の受光ユニットに伝達する第３の光ファイバとの間を光学的に接続し、第２の光ファイバに伝達された蛍光を前記第１の光ファイバより第３の光ファイバに多く分岐させることを特徴としている。
【００１４】
本発明の画像作成方法は、所定の種類の被写体に照射すると蛍光を発光させる励起光を光源から受光し伝達する第１の光ファイバおよび第１の光ファイバにより伝達された励起光を観察対象領域に照射し励起光が照射された観察対象領域から発せられる蛍光を伝達する第２の光ファイバと第２の光ファイバにより伝達された蛍光を第１の受光ユニットに伝達する第３の光ファイバとの間を光学的に接続し、第２の光ファイバに伝達された蛍光を前記第１の光ファイバより第３の光ファイバに多く分岐させる光カプラにより分岐され、第１の光ファイバにより第１の受光ユニットに伝達された蛍光に基づいて画像を作成することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、より多くの光量の蛍光が第１の光ファイバより第３の光ファイバに分配されるので、蛍光画像のＳＮ比が改善される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態を適用した走査型観察装置用光伝達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。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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走査型観察装置用光伝達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。
【００１８】
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。
【００１９】
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の先端に伝達され、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の先端から共焦点内視鏡プロセッサ２０に伝達される。
【００２０】
挿入管３１からの励起光の出射方向が、挿入管３１の先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。
【００２１】
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。
【００２２】
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（第１の光ファイバ）、接続用ファイバ２２ｃ、画像受光用ファイバ２２ｉ（第３の光ファイバ）、光量検出用ファイバ２２ｄ（第４の光ファイバ）、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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
すなわち、光カプラ２３は２×２分岐光カプラであって、供給用ファイバ２２ｓから伝達された励起光（波長４８８ｎｍ）を９０：１０の分岐率で接続用ファイバ２２ｃおよび光量検出用ファイバ２２ｄに分岐させ、後述する接続用ファイバ２２ｃから伝達される蛍光（ピーク波長５１５ｎｍ）を１００：０の分岐率で画像受光用ファイバ２２ｉおよび供給用ファイバ２２ｓに分岐させる２×２分岐光カプラが用いられる。なお、接続用ファイバ２２ｃから伝達される励起光も９０：１０の分岐率で供給用ファイバ２２ｓおよび画像受光用ファイバ２２ｉに分岐される。
【００２７】
レーザ光源２１から供給用ファイバ２２ｓに入射した励起光は、光量検出用ファイバ２２ｄおよび接続用ファイバ２２ｃに伝達される。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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（第２の光ファイバ）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の先端まで伝達され、先端から出射される。
【００３１】
スキャニングファイバ３２の挿入管３１側の端部にアクチュエータ３３が設けられる。アクチュエータ３３は、スキャン駆動回路２７の制御に基づいて、スキャニングファイバ３２の端部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の端部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。
【００３２】
なお、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、励起光はスキャニングファイバ３２の先端側の端面のコア部から出射し、レンズユニット（図示せず）により集光され、観察対象領域内の微小な一点に向かって照射される。ただし、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。
【００３３】
励起光が照射された全領域において励起光により蛍光が発せられる。スキャニングファイバ３２の先端側の端面のコア部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の先端側の端面のコア部に入射し、微小領域の周囲領域の反射光および蛍光は入射しない。
【００３４】
光が照射された観察対象領域内の微小領域の反射光および蛍光が、スキャニングファイバ３２により光カプラ２３に伝達される。前述のように、スキャニングファイバ３２により伝達された励起光の反射光および蛍光は光カプラ２３により供給用ファイバ２２ｓおよび画像受光用ファイバ２２ｉに分岐される。
【００３５】
なお、前述のように、スキャニングファイバ３２により伝達された励起光の反射光は、全光量の９０％が供給用光ファイバ２２ｓに分岐され、全光量の１０％が画像受光用ファイバ２２ｉに分岐される。また、前述のように、スキャニングファイバ３２により伝達された蛍光は、全光量の１００％が画像受光用ファイバ２２ｉに分岐される。
【００３６】
したがって、スキャニングファイバ３２により伝達された全光量の蛍光と１０％の励起光とが、画像受光用ファイバ２２ｉ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２４ａとの間には、励起光カットフィルタ２５が設けられる。
【００３７】
画像受光用ファイバ２２ｉから出射する励起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。
【００３８】
第１の受光ユニット２４ａにより、励起光を照射した微小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。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。
【００３９】
以上のように、本実施形態の走査型観察装置用光伝達システムによれば、スキャニングファイバ３２に伝達された蛍光をレーザ光源２１より第１の受光ユニット２４ａに多く分岐することにより、画素信号を生成するための蛍光の光量が増加される。したがって、蛍光画像のＳＮ比が向上する。
【００４０】
また、本実施形態の走査型観察装置用光伝達システムによれば、スキャニングファイバ３２に伝達された蛍光をレーザ光源２１側より第１の受光ユニット２４ａ側に多く分岐することにより、レーザ光源２１に入射する蛍光の光量が低減化される。レーザ光源２１の安定的な動作を阻害する蛍光のレーザ光源２１への入射光量が減じられるので、レーザ光源２１の動作が安定化する。
【００４１】
また、本実施形態の走査型観察装置用光伝達システムによれば、接続用ファイバ２２ｃに伝達された励起光を供給用ファイバ２２ｓより画像受光用ファイバ２２ｉに少なく分岐することにより、第１の受光ユニット２４ａに入射する励起光を低減化することが可能である。
【００４２】
前述のように、励起光カットフィルタ２５により画像受光用ファイバ２２ｉから出射する励起光は減衰される。しかし、減衰された励起光に比べても蛍光の光量が低いことが一般的であるため、作成される蛍光画像のダイナミックレンジは十分な大きさではなかった。そこで、本実施形態のように第１の受光ユニット２４ａに入射する励起光を低減化することにより、蛍光画像のダイナミックレンジが改善される。
【００４３】
なお、本実施形態の走査型観察装置用光伝達システムにおいて、光カプラ２３は、接続ファイバ２２ｃにより伝達された蛍光を１００：０の分岐率で画像受光用ファイバ２２ｉおよび供給用ファイバ２２ｓに分岐させる構成であるが、少なくとも供給用ファイバ２２ｓより画像受光用ファイバ２２ｉにより多くの蛍光を分岐させる構成であればよい。
【００４４】
ただし、より多くの蛍光が画像受光用ファイバ２２ｉに分岐されることが好ましく、７５％を超える分岐率、さらには本実施形態のように１００％の分岐率で蛍光が画像受光用ファイバ２２ｉに分岐されることが好ましい。
【００４５】
また、本実施形態の走査型観察装置用光伝達システムにおいて、光カプラ２３は接続用ファイバ２２ｃにより伝達された励起光成分を１０：９０の分岐率で画像受光用ファイバ２２ｉおよび供給用ファイバ２２ｓに分岐させる構成であるが、少なくとも画像受光用ファイバ２２ｉより供給用ファイバ２２ｓにより多くの励起光を分岐させる構成であればよい。
【００４６】
ただし、より多くの励起光が供給用ファイバ２２ｓに分岐されることが好ましく、７５％を超える分岐率、さらには１００％の分岐率で励起光成分が供給用ファイバ２２ｓに分岐されることが好ましい。
【００４７】
ただし、２×２分岐光カプラにおいて、接続用ファイバ２２ｃにより伝達された励起光成分を１００％の分岐率で供給用ファイバ２２ｓに分岐すると、供給用ファイバ２２ｓにより伝達された励起光が光量検出用ファイバ２２ｉに分岐されず、励起光の出射光量の調整が出来なくなる。それゆえ、本実施形態では、接続用ファイバ２２ｃにより伝達された励起光成分を１０：９０の分岐率で画像受光用ファイバ２２ｉおよび供給用ファイバ２２ｓに分岐させている。
【００４８】
また、本実施形態の走査型観察装置用光伝達システムにおいて、２×２分岐光カプラが用いられる構成であるが、１×２分岐光ファイバであってもよい。接続用ファイバ２２ｃと供給用ファイバ２２ｓおよび画像受光用ファイバ２２ｉとが光学的に接続されれば、蛍光画像のＳＮ比の向上およびダイナミックレンジの改善効果を得ることが可能である。
【００４９】
また、本実施形態の走査型観察装置用光伝達システムは、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、多光子励起蛍光型顕微鏡装置や第二高調波型顕微鏡装置に適用してもよい。
【符号の説明】
【００５０】
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
２２ｓ、２２ｃ、２２ｉ、２２ｄ  供給用ファイバ、接続用ファイバ、画像受光用ファイバ、光量検出用ファイバ
２３  光カプラ
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
３２  スキャニングファイバ
【図１】
2010262149.tif 000003
【図２】
2010262149.tif 000004