(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を導き対象物を照明する照明部と、
前記対象物からの戻り光を導光する対物光学系と、
複数のレンズ要素を含み、前記対物光学系から出射された光束を分割するレンズアレイと、
前記レンズアレイの射出端面又はこれと共役な位置に配置され、前記レンズアレイからの分割された光束を検出する光検出部と、を備え、
前記対物光学系の射出瞳に前記レンズアレイの入射面が配置され、
前記照明部は、前記光源からの光を、前記レンズアレイの一つのレンズ要素と前記対物光学系に通して、前記対象物を照明することを特徴とする観測装置。
【請求項２】
前記レンズアレイに入射される光束は平行光束であることを特徴とする請求項１に記載の観測装置。
【請求項３】
前記照明部は、光で前記対象物を走査して照明する走査光学系を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の観測装置。
【請求項４】
前記走査光学系は、ガルバノミラーを含むことを特徴とする請求項３に記載の観測装置。
【請求項５】
前記走査光学系は、ＤＭＤを含むことを特徴とする請求項３に記載の観測装置。
【請求項６】
前記走査光学系は、電気光学結晶を用いて光を偏向させる偏向部を含むことを特徴とする請求項３に記載の観測装置。
【請求項７】
前記走査光学系は、半導体発光素子を含み、
前記半導体発光素子は、前記レンズアレイの射出端面に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の観測装置。
【請求項８】
前記走査光学系は、照明用光ファイバと、前記照明用光ファイバを偏向させる偏向部を含むことを特徴とする請求項３に記載の観測装置。
【請求項９】
前記光検出部は、前記レンズアレイの各レンズ要素からの光を導光するよう各レンズ要素に対向して配置される受光用光ファイバを備え、
前記偏向部は、前記受光用光ファイバを前記照明用光ファイバと同期させて、偏向させることを特徴とする請求項８に記載の観測装置。
【請求項１０】
前記光検出部は、前記レンズアレイの各レンズ要素からの光を導光するよう各レンズ要素に対向して配置される複数の光導波路と、各光導波路からの光を検出する光検出器を備え、
前記照明部が第一の照明位置を照明して前記第一の照明位置からの戻り光が第一の光導波路に入射し、同時に、前記第一の照明位置とは異なる前記対象物の表面位置からの戻り光が第二の光導波路に入射することを特徴とする請求項３に記載の観測装置。
【請求項１１】
前記光検出部は、前記レンズアレイの各レンズ要素からの光を導光するよう各レンズ要素に対向して配置される複数の光導波路と、各光導波路からの光を検出する光検出器を備え、
第一の時刻において、第一の照明位置からの戻り光が、第一の光導波路に入射し、
第二の時刻において、第二の照明位置からの戻り光が、第二の光導波路に入射することを特徴とする請求項３に記載の観測装置。
【請求項１２】
前記光検出部は、撮像素子であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一つに記載の観測装置。
【請求項１３】
前記撮像素子は、一部に開口を有し、
前記照明部は、前記開口と前記レンズアレイの少なくとも一つのレンズ要素を通して、前記対象物を照明することを特徴とする請求項１２に記載の観測装置。
【請求項１４】
前記光検出部は、前記レンズアレイの各レンズ要素からの光を導光するよう各レンズ要素に対向して配置される光導波路と、前記光導波路からの光を検出する光検出器を備えることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一つに記載の観測装置。
【請求項１５】
前記光導波路の断面積は、前記レンズ要素の断面積以下であることを特徴とする請求項１４に記載の観測装置。
【請求項１６】
前記レンズ要素は、テレセントリックに光を射出することを特徴とする請求項１に記載の観測装置。
【請求項１７】
前記対物光学系は、前記照明部からの照明光を集光し、
前記光検出部の光の入口が、前記照明光の集光する集光位置と共役の関係となることを特徴とする請求項１に記載の観測装置。
【請求項１８】
前記光検出部で検出した光の信号を用い、前記対象物からの反射光または散乱光を解析し、前記対象物の状態の情報を得ることを特徴とする請求項１に記載の観測装置。
【請求項１９】
前記光検出部で検出した光の信号を用いて、前記対象物の画像を構成することを特徴とする請求項１に記載の観測装置。
【請求項２０】
前記対象物は生体組織であることを特徴とする請求項１に記載の観測装置。
【請求項２１】
前記観測装置は内視鏡に搭載されることを特徴とする請求項1に記載の観測装置。
【請求項２２】
前記観測装置は顕微鏡に搭載されることを特徴とする請求項１に記載の観測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物を光で観測する観測装置に関する。観測装置は、例えば、生体組織の光散乱の観測において用いられるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、生体組織を照明し散乱光（戻り光）の信号を取得して画像を形成する観測装置が、特許文献１に記載されている。
【０００３】
この従来技術では、照明用ファイバから出射される光が、レンズに通して生体組織にスポット照明される。スポット照明された組織からの戻り光は、照明用ファイバの周りに配置した受光用ファイバで検出される。受光用ファイバは、スポット照明された領域よりも広い領域から光を受光する。照明用ファイバを偏向させ、スポット照明光により生体組織表面が走査され、時系列的に戻り光が検出される。さらに、照明された領域を1画素として、受光した光信号が解析され、画像化される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００３−５３５６５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術では、散乱光を角度成分や位置成分に分解することができないため、これらの情報を解析して対象物の状態の光診断等に利用することはできない。従って、散乱光の観測装置には改良の余地があった。
【０００６】
本発明は、散乱光を成分分解することができる観測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある実施形態に係る観測装置は、光源からの光を導き対象物を照明する照明部と、前記対象物からの戻り光を導光する対物光学系と、複数のレンズ要素を含み、前記対物光学系から出射された光束を分割するレンズアレイと、前記レンズアレイの射出端面又はこれと共役な位置に配置され、前記レンズアレイからの分割された光束を検出する光検出部と、を備える。前記対物光学系の射出瞳に前記レンズアレイの入射面が配置されている。前記照明部は、前記光源からの光を、前記レンズアレイの一つのレンズ要素と前記対物光学系に通して、前記対象物を照明する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、少なくとも散乱光を角度成分に分解し、これを対象物の状態の診断や検査等に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第一実施形態に係る観測装置を示す概略構成図である。
【図２】レンズアレイの端面を示す端面図である。
【図３】照明領域からの光がレンズアレイの射出端面に結像する様子を示す光路図である。
【図４】第一実施形態に係る観測装置の変形例を示す概略構成図である。
【図５】第一実施形態に係る観測装置の他の変形例を示す概略構成図である。
【図６】第一実施形態に係る観測装置のさらに他の変形例を示す概略構成図である。
【図７】第二実施形態に係る観測装置を示す概略構成図である。
【図８】レンズアレイ上での光ファイバ（光ファイバの入口）の位置を示す端面図である。
【図９】（ａ）照明領域からの光がレンズアレイの射出端面に結像する様子を示す光路図である。（ｂ）対象物表面から射出する散乱光（戻り光）の様子を示す図である。
【図１０】対象物内での内部散乱光の伝播する様子を示す図である。
【図１１】散乱光の位置成分と角度成分の分離取得と画像化の処理手順を示すフローチャートである。
【図１２】（ａ）第一の時刻における照明光を示す光路図である。（ｂ）第一の時刻における対象物の照明の様子を示す図である。
【図１３】（ａ）第一の時刻における直接散乱光を示す光路図である。（ｂ）第一の時刻における直接散乱光の射出する様子を示す図である。
【図１４】（ａ）第一の時刻における内部散乱光を示す光路図である。（ｂ）第一の時刻における内部散乱光の射出する様子を示す図である。
【図１５】（ａ）第二の時刻における照明光を示す光路図である。（ｂ）第二の時刻における対象物の照明の様子を示す図である。
【図１６】（ａ）第二の時刻における直接散乱光を示す光路図である。（ｂ）第二の時刻における直接散乱光の射出する様子を示す図である。
【図１７】（ａ）第二の時刻における内部散乱光を示す光路図である。（ｂ）第二の時刻における内部散乱光の射出する様子を示す図である。
【図１８】第三実施形態に係る観測装置を示す概略構成図である。
【図１９】第四実施形態に係る観測装置を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［第一実施形態］
図１を参照して、第一実施形態について説明する。本実施形態では、対象物として生体組織からの散乱光を観測する場合を説明するが、対象物はこれに限定されるものではない。また、観測装置は、内視鏡又は顕微鏡に搭載され得るが、これに限定されるものではない。
【００１１】
光源１からの光は、レンズアレイ２に、一本の照明ファイバ３から入射する。照明部は、照明ファイバ（照明用光ファイバ）３から構成される。レンズアレイ２は、図１のように２つの部分２ａ、２ｂに分割してもよいし、一体に成型してもよい。
【００１２】
図２のように、レンズアレイ２は、略同一形状を有する複数の凸型レンズ要素（レンズエレメント）２ｃがマトリクス状に配列されたフライアイレンズである。
【００１３】
照明ファイバ３は、略平行に設けられた複数の光ファイバからなるファイババンドル６のうちの一本の光ファイバである。ファイババンドル６は、レンズアレイ２に対向して、レンズアレイ２に関して観測対象物である生体組織５０とは反対側に設けられる。なお、光ファイバは光導波路の一例として記載するものであり、光ファイバの代わりに、ロッドレンズや、内側表面に光反射コートを施した中空導波路等の光導波路を用いてもよい。
【００１４】
本実施形態では、レンズ要素２ｃの数とファイババンドル６の光ファイバの数は同じであり、各レンズ要素２ｃに対向して、一つの光ファイバ（照明ファイバ３又は受光ファイバ１０）が配置される。光ファイバのコアの断面（即ち、光導波路の断面）は、レンズ要素２ｃの断面の断面積以下の断面積を有する。詳しくは、光ファイバのコア半径は、図２のレンズ要素２ｃの短径ｒに略等しいか、それよりも小さい。
【００１５】
照明ファイバ３からの光は、レンズアレイ２の一つのレンズ要素２ｃを通過する。この一つのレンズ要素２ｃは、レンズアレイ２の中心に位置することが好ましい。レンズアレイ２から照明光として平行光が対物光学系８へと射出する。このように、光源１からの光は、レンズアレイ２と対物光学系８を通って、観測の対象物である生体組織５０を照射する。
【００１６】
対物光学系８は、レンズアレイ２からの照明光（平行光）を生体組織（対象物）５０の表面の照明領域５２に集光する。また、対物光学系８は、生体組織５０からの散乱光（戻り光）を平行光にし、レンズアレイ２に導光する。レンズアレイ２は平行光束を分割し、レンズ要素２ｃが分割された光束をレンズアレイ２の射出端面２ｄに各々集光させる。射出端面２ｄは、複数のレンズ要素２ｃの射出側表面２ｅの中心２ｈを通る平面である。
【００１７】
生体組織表面上の照明領域５２内の種々の位置から射出した散乱光を角度成分に分離ができるように、レンズアレイ２の入射面２ｆは、対物光学系８の射出瞳８ａに配置されている。ここで「射出瞳８ａに配置されている」とは、レンズアレイ２の入射面２ｆが、種々の位置からの散乱光の角度成分分離の精度を下げない程度に、射出瞳８ａの近傍に配置されていることも含む。なお、レンズアレイ２の入射面２ｆは、レンズ要素２ｃの入射側の角を通る面、即ちレンズアレイ２の入射側の溝部２ｇを通る面と定義される。
【００１８】
各レンズ要素２ｃからの光は、それぞれ対応する一つの受光ファイバ１０（受光用光ファイバ）に入射する。受光ファイバ１０の光の入口は、レンズアレイ２の射出端面２ｄに配置される。受光ファイバ１０は、基本的にはファイババンドル６のうち照明ファイバ３以外の光ファイバである。しかし、照明ファイバ３も、照明用としてだけでなく、散乱光（反射光）を受光する受光ファイバとして機能させることができる。この場合には、照明ファイバ３から射出する光はハーフミラー等により分離して光検出器１２により検出する構成としてよい。
【００１９】
受光ファイバ１０からの光は、光検出器１２により検出され、電気信号に変換される。このように、受光ファイバ１０と光検出器１２は、光検出部を構成する。光検出器１２の例として、フォトダイオード、ＣＣＤ（電荷結合素子）、光電子増倍管などの光検出素子が挙げられる。
【００２０】
各レンズ要素２ｃの射出側表面２ｅは、各レンズ要素２ｃを通る種々の光の主光線をその光軸に平行にするような曲率を有する。これにより、各レンズ要素２ｃ、従ってレンズアレイ２からテレセントリックに光線が射出する。従って、レンズアレイ２の射出端面２ｄに受光ファイバ１０の入射端面（光の入口）を配置した際、効率良く光を受光ファイバ１０に導入できる。なお、テレセントリックとは、主光線と光軸が平行であることを言う。
【００２１】
図３に示すように、照明ファイバ３からの照明光による生体組織表面上の照明領域５２と、レンズアレイ２の各レンズ要素２ｃの射出端面２ｄが、共役の関係となる。即ち、対物光学系８による照明光の集光位置（通常は照明領域５２）と受光ファイバ１０の光の入口（射出端面２ｄ）が、共役となる。このため、射出端面２ｄで照明領域５２に対応する像の範囲の光を各々の受光ファイバ１０が受光することになる。従って、厳密に照明領域からの散乱光の角度成分を取得できる。なお、各レンズ要素２ｃは略同一の形状を有するため、一つのレンズ要素を通過した照明光で照明される照明領域５２からの散乱光は、他のレンズ要素も通過できる。
【００２２】
コントローラ３０は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）やメモリ（ＲＡＭ、ＲＯＭ等）から構成される。コントローラ３０は、光検出器１２からの信号を受信して、メモリに記憶する。また、コントローラ３０は、光源１を制御することもできる。コントローラ３０は、表示装置としてのモニタ３３に、光検出器１２からの信号を画像として表示する。
【００２３】
このように、照明ファイバ３からの照明光で生体組織５０を照明し、生体組織５０から特定の角度αで射出する散乱光の角度成分をレンズアレイ２で分離できる。生体組織５０からの散乱角度αが大きい散乱光ほど、照明ファイバ３から遠い受光ファイバ１０で受光されるため、散乱角度αと照明ファイバ３の周囲の各受光ファイバ１０が対応付けられている。従って、散乱光の角度成分が光検出器１２で検出できることになる。また、生体組織５０から様々な角度αで射出する散乱光の角度成分が同時に得られる。各受光ファイバ１０からの光の検出信号をそれぞれ解析することで、生体組織の状態の情報が得られる。なお、照明領域５２に位置する生体組織に散乱の強い癌細胞等の散乱体がある場合に、散乱光は広い角度αの角度成分を有する傾向があるため、散乱光の角度成分の情報から生体組織の状態を診断又は検査できる。
【００２４】
変形例として、図４のように、受光ファイバ１０及び光検出器１２の代わりに、光検出部として、一部に開口を有する撮像素子１４を用いてもよい。例えば、撮像素子１４はＣＣＤ（電荷結合素子）アレイである。開口は、レンズ要素２ｃの断面と同等の面積を有しレンズアレイ２の一つのレンズ要素２ｃに対向して配置されるため、光源１からの光は、このレンズ要素２ｃを通過する。
【００２５】
図４では、撮像素子１４は中心部に開口を有し、中心のレンズ要素２ｃを介して照明光が導光されている。しかし、照明光の光路は中心にある必要はなく、周辺のレンズ要素２ｃを介して照明光を導光してもよい。撮像素子１４からの信号は、コントローラ３０のメモリに記憶され、コントローラ３０は、信号をモニタ３３に画像として表示できる。
【００２６】
他の変形例として、図５、図６のように、照明部は、走査光学系１３からなり、スポット光により生体組織表面を走査して照明するものでもよい。走査光学系１３は、生体組織表面上のスポット光による照明領域５４を移動させる。なお、照明領域５４を、撮像素子１４の一画素に対応させるようにしてよい。照明部がこのようにスポット照明を行うと、生体組織の画像を構成する際に、解像度を向上できる。
【００２７】
例えば、図５のように、走査光学系１３は、ガルバノミラー１７と光学系１８を有するものでよい。ガルバノミラー１７は、図示しないアクチュエータを介して、コントローラ３０により制御される。また、例えば、図６のように、走査光学系１３は、振動的に偏向する照明ファイバ１９を有するものでよい。照明ファイバ１９の偏向角は、電気モータや圧電素子等のアクチュエータ３１からなる偏向部を介して、コントローラ３０により制御される。
【００２８】
また、走査光学系１３の例としては、電圧印加により通過する光を偏向させる電気光学結晶、或いは、電圧印加により光の反射方向を変えるＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）から構成されるものが挙げられる。さらに、走査光学系１３の例として、照明光を導光するレンズ要素２ｃの射出端面２ｄに複数の半導体発光素子（発光ダイオード等）を並べて順次発光させるものが挙げられる。
【００２９】
−作用効果−
レンズアレイは、複数のレンズ要素を含み、対物光学系から出射された光束を分割する。光検出部は、レンズアレイの射出端面に配置され、分割された光束を検出する。対物光学系の射出瞳にレンズアレイの入射面が配置されている。従って、精度良く散乱光を角度成分に分解して検出することができる。
【００３０】
レンズアレイに入射される光束は平行光束であるため、レンズアレイは、光束を分割し易くなる。レンズ要素は、テレセントリックに光を射出するため、レンズアレイの射出端面に光検出部を配置した際、効率良く光を受光できる。照明領域（対物光学系の照明光の集光位置）と、光検出部（受光ファイバ）の光の入口（ここではレンズアレイの射出端面）が、共役の関係となり、照明領域に対応する像の範囲の光を光検出部が受光できる。このため、厳密に照明領域からの散乱光の角度成分を取得できる。
【００３１】
照明部は、光源からの光を、レンズアレイの一つのレンズ要素と対物光学系に通して対象物を照明するため、対象物表面に簡便に照明領域を作ることができる。照明部は、光で対象物を走査して照明する走査光学系を備える場合、スポット光を対象物表面に走査して、対象物の画像を構成する際の解像度を向上できる。
【００３２】
光検出部は撮像素子である場合には、光検出部の構成が簡便になる。光検出部は、各レンズ要素に対向して配置される光導波路と、光導波路からの光を検出する光検出器を備える場合には、レンズアレイの射出端面から離れた位置で光を検出でき、観測装置の設計の自由度が増す。
【００３３】
［第二実施形態］
図７を参照して、第二実施形態を説明する。第二実施形態では、レンズ要素２ｃに対向して、複数の受光ファイバ２０が配置される。従って、レンズアレイ２のレンズ要素２ｃの数よりも、受光ファイバ２０の本数が多い。このような構成をとると、散乱光の成分のうち、角度成分に加えて、生体組織表面の特定の位置から射出する位置成分を分離取得することができる。その他の構成は、第一実施形態と同様である。
【００３４】
照明部は、走査光学系１３からなり、スポット光により生体組織表面を走査して照明する。走査光学系１３は、一つのレンズ要素２ｃに対向して振動的に偏向又は変位する照明ファイバ１９を有し、走査光学系１３からの光は、この一つのレンズ要素２ｃを通過する。このレンズ要素２ｃは、レンズアレイ２の中心に位置するものであることが好ましい。
【００３５】
コントローラ３０は、電気モータや圧電素子等のアクチュエータ３１（偏向部）を制御して、照明ファイバ１９の位置を振動的に順次偏向又は変位させる。これにより、生体組織の表面上の照明位置を順次移動する。スポット光の照明領域５４は、一画素に対応する。照明ファイバ１９の先端位置は、対向する１つのレンズ要素３５上を隈なく移動し、照明ファイバ１９は１フレームの画像に相当する生体組織表面領域を照明できる。
【００３６】
コントローラ３０は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）やメモリ（ＲＡＭ、ＲＯＭ等）から構成される。コントローラ３０は、受光ファイバ２０を通った光を検出する光検出器１２からの信号を受信する。コントローラ３０は、表示装置としてのモニタ３３に、光検出器１２からの信号を１フレームの画像として表示できる。コントローラ３０は、また、光源１を制御する。
【００３７】
図８は、レンズアレイ２の射出端面２ｄを示す端面図である。図８の点A-1、A-2、B-1、B-2等は、受光ファイバ２０の（入口の）位置を例示し、点A-3、B-3等は照明ファイバ１９の（出口の）位置を示す。点A-1、B-1は、一つのレンズ要素２ｃに対向する位置である。点A-2、B-2は、他の一つのレンズ要素２ｃに対向する位置である。点A-3、B-3も、さらに、他の一つのレンズ要素２ｃに対向する位置である。ここでは、点A-1、A-2、A-3等は、レンズ要素２ｃの射出側表面２ｅの中心に対向する位置であり、レンズ要素２ｃの光軸上にある。
【００３８】
図９（ａ）（ｂ）のように、照明ファイバ１９が点A-3にある時、生体組織の表面位置Aを点照明する。この際、表面位置Aの表面反射光は、点A-1、A-2、A-3等に設置する受光ファイバ２０で角度成分に分解して受光できる。なお、点A-3に設置する照明ファイバ１９は受光ファイバ２０を兼ねる。レンズ要素２ｃの数を増やせば角度分解能は向上する。
【００３９】
同時に、表面位置（照明位置）Aに照明された光は、生体組織の内部を散乱伝播し、照明位置Aとは異なる表面位置（例えば、表面位置B）の生体組織表面から射出される。表面位置Bからの内部散乱光は、点B-1、B-2、B-3等に設置する受光ファイバで角度成分に分解して受光できる。
【００４０】
受光用ファイバで受光する生体組織からの戻り光は、生体組織表面からの直接散乱光、生体組織内部からの内部散乱光の両方を含む。直接散乱光は、照明された生体組織表面上の照明領域からの散乱光である。内部散乱光は、照明領域から生体組織深部に進行し、生体組織内で散乱を受けながら伝播して照明領域と異なる領域から射出される散乱光である。
【００４１】
図１０に示す通り、照明位置Aから離れた位置（例えば位置C）であればあるほど、生体組織のより深い場所で散乱された散乱光の成分が射出される。さらに、照明位置Aから離れた表面位置（例えば表面位置C）から射出される散乱光ほど、レンズ要素２ｃの光軸（射出側表面２ｅの中心２ｈ）から離れた位置でレンズ要素２ｃから射出する。このため、各レンズ要素２ｃに対向して配置した複数の受光ファイバ２０により、散乱光の複数の表面位置からの位置成分を分離取得することができる。従って、生体組織の深さ方向に関する情報も取得することができる。例えば、照明位置Aから離れた表面位置から射出される光が強く検出される場合、生体組織の深い位置に散乱体（癌細胞等）が存在することがわかる。
【００４２】
なお、各レンズ要素２ｃに対向して配置した複数の受光ファイバ２０のピッチを小さくして本数を増やせば、生体組織の深さ方向の情報の分解能が向上する。
【００４３】
図１１を参照して、散乱光成分の分離取得、画像化のプロセスを示す。
【００４４】
ステップＳ１において、照明ファイバ１９は生体組織の照明位置Xを照明する。ここで、照明ファイバ１９は点A-3の位置にあり、照明位置Xは表面位置Aである。
【００４５】
ステップＳ２において、表面位置Aからの散乱光（即ち第一の位置成分）が点A-1、A-2、A-3等に設置する受光ファイバ２０で受光される。表面位置Aが照明位置Xである場合、散乱光は照明位置からの直接散乱光（直接散乱成分）である。表面位置Aが照明位置Xでない場合、散乱光は内部散乱光（内部散乱成分）である。なお、ステップＳ２が最初に実行される場合、表面位置Aは照明位置Xである。
【００４６】
ステップＳ３において、表面位置Aからの散乱光のうち角度α１の散乱成分（第一の角度成分）が分離取得される。即ち、コントローラは、光検出器１２を介して、点A-1に位置する受光ファイバからの信号を検出する。
【００４７】
ステップＳ４において、表面位置Aからの散乱光のうち角度α２の散乱成分（第二の角度成分）が分離取得される。即ち、コントローラは、光検出器１２を介して、点A-2に位置する受光ファイバからの信号を検出する。
【００４８】
ステップＳ５において、同様に表面位置Aからの散乱光のうちその他の種々の角度の散乱成分が分離取得される。
【００４９】
ステップＳ６において、表面位置Bからの散乱光（即ち第二の位置成分）が点B-1、B-2、B-3等に設置する受光ファイバ２０で受光される。表面位置Bが照明位置Xである場合、散乱光は直接散乱光である。表面位置Bが照明位置Xでない場合、散乱光は内部散乱光である。
【００５０】
ステップＳ７において、表面位置Bからの散乱光のうち角度α１の散乱成分が分離取得される。即ち、コントローラは、点B-1に位置する受光ファイバ２０からの信号を検出する。
【００５１】
ステップＳ８において、表面位置Bからの散乱光のうち角度α２の散乱成分が分離取得される。即ち、コントローラは、点B-2に位置する受光ファイバ２０からの信号を検出する。
【００５２】
ステップＳ９において、同様に表面位置Bからの散乱光のうちその他の種々の角度の散乱成分が分離取得される。
【００５３】
ステップＳ１０において、表面位置Cからの散乱光が点C-1、C-2、C-3等に設置する受光ファイバ２０で受光される。表面位置Cが照明位置Xである場合、散乱光は直接散乱光である。表面位置Cが照明位置Xでない場合、散乱光は内部散乱光である。
【００５４】
ステップＳ１１において、表面位置Cからの散乱光のうち角度α１の散乱成分が分離取得される。即ち、コントローラは、点C-1に位置する受光ファイバ２０からの信号を検出する。
【００５５】
ステップＳ１２において、表面位置Cからの散乱光のうち角度α２の散乱成分が分離取得される。即ち、コントローラは、点C-2に位置する受光ファイバ２０からの信号を検出する。
【００５６】
ステップＳ１３において、同様に表面位置Cからの散乱光のうちその他の種々の角度の散乱成分が分離取得される。
【００５７】
ステップＳ１４において、同様に、その他の様々な表面位置からの散乱光の角度成分が分離されて受光ファイバ２０で受光され、当該他の表面位置からの種々の角度の散乱成分が分離取得される。
【００５８】
ステップＳ１５において、取得された散乱成分は、コントローラ３０のメモリに保存される。
【００５９】
ステップＳ１６において、照明ファイバ１９による１フレームの走査が終了したか否か判断される。走査が終了していない場合、プロセスはステップＳ１７に進む。走査が終了した場合、プロセスはステップＳ１８に進む。
【００６０】
ステップＳ１７において、照明ファイバ１９は次の位置に偏向又は変位して生体組織の次の照明位置Xを照明する。例えば、照明ファイバ１９は点B-3の位置に偏向又は変位し、照明位置Xは表面位置A（第一の照明位置）とは異なる表面位置B（第二の照明位置）となる。続いて、ステップＳ２からＳ１６のプロセスが繰り返される。
【００６１】
ステップＳ１８において、保存された散乱成分の信号値を演算して、例えば画素値を得る。
【００６２】
ステップＳ１９において、１フレームの画像表示の処理が為される。１フレームの画像表示として、散乱角度αごとの画像表示（Ｓ１９ａ）、直接散乱成分のみの画像表示（Ｓ１９ｂ）、内部散乱成分のみの画像表示（Ｓ１９ｃ）が行える。照明位置からの散乱光のみを表示することにより、生体組織表面からの直接散乱成分のみの画像表示が行える。照明位置以外から射出される散乱光を表示することにより、内部散乱成分のみの画像表示が行える。これらの画像表示は、例えば生体組織に癌細胞が含まれるか否か等の診断に用いることができる。また、連続して１フレームの画像表示を行えば、動画表示ができる。なお、すべての受光ファイバの信号を合計すれば、従来技術で取得される信号と等価となる。
【００６３】
図１２（ａ）（ｂ）のように、例えば、第一の時刻ｔ１において、最初に照明位置Xは表面位置Aに設定される。図１３（ａ）（ｂ）のように、表面位置A（第一の照明位置）からの散乱光は、位置A-1、A-2等に位置する受光ファイバ２０（第一の受光ファイバ）で受光される。位置A-1に位置する受光ファイバ２０で、表面位置Aからの散乱光の角度α１への角度成分が受光できる。位置A-2に位置する受光ファイバ２０で、表面位置Aからの散乱光の角度α２への角度成分が受光できる。
【００６４】
同様に、図１４（ａ）（ｂ）のように、第一の時刻ｔ１において、照明位置以外の表面位置Bからの散乱光は、位置B-1、B-2等に位置する受光ファイバ２０（第二の受光ファイバ）で受光される。位置B-1に位置する受光ファイバ２０で、表面位置Bからの散乱光の角度α１への角度成分が受光できる。位置B-2に位置する受光ファイバ２０で、表面位置Bからの散乱光の角度α２への角度成分が受光できる。
【００６５】
次に、図１５（ａ）（ｂ）のように、第二の時刻ｔ２において、例えば、照明位置Xは、表面位置A（第一の照明位置）とは異なる表面位置B（第二の照明位置）に設定される。図１６（ａ）（ｂ）のように、表面位置B（第二の照明位置）からの散乱光は、位置B-1、B-2等に位置する受光ファイバ（第二の受光ファイバ）で受光される。位置B-1に位置する受光ファイバ２０で、表面位置Bからの散乱光の角度α１への角度成分が受光できる。位置B-2に位置する受光ファイバ２０で、表面位置Bからの散乱光の角度α２への角度成分が受光できる。
【００６６】
同様に、図１７（ａ）（ｂ）のように、第二の時刻ｔ２において、照明位置以外の表面位置Aからの散乱光は、位置A-1、A-2等に位置する受光ファイバ（第一の受光ファイバ）で受光される。位置A-1に位置する受光ファイバ２０で、表面位置Aからの散乱光の角度α１への角度成分が受光できる。位置A-2に位置する受光ファイバ２０で、表面位置Aからの散乱光の角度α２への角度成分が受光できる。
【００６７】
なお、第二実施形態において、各レンズ要素２ｃに対向して複数の受光ファイバ２０を配置する代わりに、図６のように、撮像素子１４を設けてもよい。撮像素子１４を構成する各受光素子は、受光ファイバ２０（光導波路）とこれに接続する光検出器１２と同等の機能を有するためである。また、照明ファイバ１９は、偏向させず、平行移動で変位させるようにしてもよい。
【００６８】
−作用効果−
光検出部は、各レンズ要素に対向して配置される複数の光導波路と、各光導波路からの光を検出する光検出器を備える。第一の照明位置（例えばA）からの散乱光（戻り光）が第一の光導波路（例えばA-1）に入射し、同時に、第一の照明位置とは異なる対象物の表面位置（例えばB）からの戻り光が第二の光導波路（例えばB-1）に入射する。これにより、角度成分だけでなく、散乱光の位置成分も分離でき、生体組織等の対象物の各位置での状態を調べることができる。特に、内部散乱成分と直接散乱成分の分離ができる。内部散乱成分から観測対象物の状態の深さ依存性を調べることができる。
【００６９】
第一の時刻（例えばｔ１）において、第一の照明位置（例えばA）からの戻り光が第一の光導波路（例えばA-1）に入射する。さらに第二の時刻（例えばｔ２）において、第二の照明位置（例えばB）からの戻り光が、第二の光導波路（例えばB-1）に入射する。これにより、対象物の表面からの直接散乱光の角度成分だけでなく、表面からの直接散乱光の位置成分も分離でき、生体組織等の各表面位置での表面状態を調べることもできる。
【００７０】
［第三実施形態］
第三実施形態では、第一、第二実施形態と異なり、各レンズ要素２ｃに対向して一つの振動する受光ファイバ２０が配置される。偏向部は、受光ファイバ２０を、照明ファイバ１９と同期して偏向又は変位させる。
【００７１】
図１８のように、照明位置が表面位置Aである場合に点A-1、A-2に入口が位置するように受光ファイバ２０を偏向又は変位させる。照明位置が表面位置Bである場合、点B-1、B-2に入口が位置するように受光ファイバ２０を偏向又は変位させる。
【００７２】
照明ファイバ１９及び受光ファイバ２０の偏向角は、電気モータや圧電素子等のアクチュエータ３１を含む偏向部を介して、コントローラ３０により制御される。
【００７３】
なお、上記において、受光ファイバ２０と照明ファイバ１９は、偏向させず、平行移動させるようにしてもよい。
【００７４】
−作用効果−
第三実施形態では、光散乱成分のうち、表面からの角度成分に加えて表面からの位置成分を簡便に分離取得することができる。
【００７５】
［第四実施形態］
第一、第二実施形態では、受光ファイバ１０、２０（光検出部）の入口や撮像素子は、レンズアレイ２の射出端面２ｄに配置される。しかし、レンズアレイ２の射出端面２ｄと共役な位置に受光ファイバ１０、２０の入口や撮像素子を配置してもよい。
【００７６】
具体的には、図１９のような、両側テレセントリックな光学系４０を介して、レンズアレイ２の射出端面２ｄと共役な位置４２に受光ファイバ１０、２０の入口や撮像素子を設けてよい。
【００７７】
−作用効果−
第四実施形態では、レンズアレイの射出端面と共役な位置に光検出部が配置されるので、観測装置の設計に幅を持たせることができる。
【００７８】
本発明は上記の各実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【符号の説明】
【００７９】
１  光源
２  レンズアレイ
２ｃ  レンズ要素（レンズエレメント）
２ｄ  レンズアレイの射出端面
２ｆ  レンズアレイの入射面
３  照明ファイバ（照明用光ファイバ）
６  ファイババンドル
８  対物光学系
８ａ  対物光学系の射出瞳
１０  受光ファイバ（導波路）
１２  光検出器
１３  走査光学系
１４  撮像素子
１９  照明ファイバ
２０  受光ファイバ
３０  コントローラ
３３  モニタ
５０  生体組織（対象物）
５２、５４  照明領域
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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