(57)【要約】【課題】光学系の全長が短く、しかも内視鏡のチャンネル孔に挿通容易で、かつ、高解像でＳ／Ｎ比の高い走査型光学系を提供することを目的とする。【解決手段】光ファイバと、該光ファイバから出射された光の広がり角を大きくする負のパワーをもった第１レンズと該第１のレンズから入射した光を被写体に集光する正のパワーをもった第２レンズとを備えた集光光学系と、前記光ファイバの先端部と前記集光光学系とを一体にして被写体を走査する走査手段とにより、光学系の全長が短く、しかも内視鏡のチャンネル孔に挿通容易で、かつ、高解像でＳ／Ｎ比の高い走査型光学系を提供する。【選択図】      図２
2004198912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバと、該光ファイバから出射された光の広がり角を大きくする負のパワーをもった第１レンズと該第１のレンズから入射した光を被写体に集光する正のパワーをもった第２レンズとを備えた集光光学系と、前記光ファイバの先端部と前記集光光学系とを一体にして被写体を走査する走査手段とを有する走査型光学系。
【請求項２】
前記第２レンズが少なくとも１つの面を非球面とするレンズである請求項１に記載された走査型光学系。
【請求項３】
前記集光光学系と被写体の間に光学保護部材を備え、前記光ファイバ端面から該光学保護部材の被写体側までの長さが５．３ｍｍ以下であり、前記集光光学系の被写体側の開口数が０．５５以上である請求項１または請求項２に記載された走査型光学系。
【請求項４】
前記第１レンズおよび第２レンズの比重が３．３５以下である請求項１から請求項３のいずれかに記載された走査型光学系。
【請求項５】
以下の関係式（１）を満足する請求項１から請求項４のいずれかに記載された走査型光学系。
０．１８＜  NAe・（｜Ｄ1／ｆ１｜+  １）＜０          （１）
ただし、前記第１レンズの焦点距離をｆ１、前記光ファイバの先端部から第１レンズの光ファイバ側の面までの光軸上の距離をＤ１、前記光ファイバ側の有効開口数NAeとする。
【請求項６】
前記第１レンズが前記光ファイバの先端側に凹面を有する平凹レンズである請求項１から請求項５のいずれかに記載された走査型光学系。
【請求項７】
以下の関係式（２）および（３）を満足する請求項１から請求項６のいずれかに記載された走査型光学系。
１６≦（Ｄ１2／｜Ｒ１｜−Ｄ１）×ＮＡｆ／Ｒｆ              （２）
１６≦｛（ｎ−1）Ｄ１2／｜Ｒ１｜+Ｄ１｝ＮＡｆ／Ｒｆ         （３）
ただし、前記第１レンズの屈折率をｎ、前記第１レンズの光ファイバ先端側の面の曲率半径をＲ１、前記光ファイバ先端部から第１レンズまでの距離をＤ１、前記光ファイバのコア半径をＲｆ、前記光ファイバの開口数をＮＡｆとする。
【請求項８】
前記第２ファイバ先端部から前記第２レンズの間に、光束を制限する絞り機構を設けた請求項１から請求項７のいずれかに記載された走査型光学系。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光走査型共焦点光学装置に関し、特に生体を生体内で観察するのに適した走査型光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、生体内の組織や細胞の様子を生体内で観察できる手段として、例えば、先端に、走査型共焦点光学系が組み込まれたプローブ（内視鏡）を人体に挿入し、内臓の細胞等を直接観察する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、共焦点光学系において被写体上の集光位置を走査する方法としては、光ファイバを動かす方法やスキャニングミラーによる方法および光ファイバと集光光学系とを一体化して走査する走査手段により、集光位置を走査する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。このうち、光ファイバと集光光学系とを一体化して走査する走査手段により、集光位置を走査する方法は、光源（光ファイバ端面）と集光光学系の相対位置が変化しないため、収差の補正が容易であり、集光光学系の高解像化が可能であるという利点を有している。
【０００３】
【特許文献１】
米国特許第５１２０９５３号明細書（第１−５頁、第１図）
【特許文献２】
特開２００２−４０３５９号公報（第２−６頁、第３図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、生体内部の細胞等は、微細な構造を有している。また、生体内部の細胞等は光の散乱が大きく、これを観察するには、解像度を高めるため、集光光学系の被写体側の開口数（以下、ＮＡという。）を高くすることが必要である。具体的には、ＮＡを０．５５以上とすることが望ましい。ところが、従来例の光ファイバと集光光学系とを一体化して走査する光学系の構成では、光学系のＮＡを高くしようとすると、光ファイバの射出端面からカバーガラスの先端までの距離、すなわち、光学系の全長が長くなるという問題がある。
【０００５】
その理由は次のとおりである。集光光学系の被写体側の開口数を所定値以上にしようとするためには、集光光学系での光束径を大きくする必要がある。しかし、一般的なシングルモードファイバの開口数NAｆが、０．１２から０．１４程度と小さい。そのため、これを用いて、集光光学系での光束径を大きくしようとすると、必然的に光ファイバの射出端面からカバーガラスの先端までの距離が長くなる。
【０００６】
なお、光学系にミラーを用いることによって、ＮＡを高く維持しつつ、光学系の全長を短くすることも可能である。しかしながら、凹面鏡を用いる場合には、この凹面鏡により、光ファイバから射出した光の一部が遮られるために、信号の強度が低下する。また、凹面鏡からの反射光が光ファイバに直接戻ることにより、Ｓ／Ｎ比が低下するといった問題がある。さらに、平面ミラーを２枚用いた場合においても、ミラーにより光路が折り曲げられる構造となるため、今度は光学系の外径が大きくなり、内視鏡チャンネルに挿入できなくなるといった問題がある。
【０００７】
上記以外の部分の距離を短くするとしても、光学保護部材（この部分は動かない）は、その強度を保つためにある程度の厚みが必要である。また、集光光学系と光学保護部材との間の距離についても集光光学系が可動することを考慮すれば、集光光学系の可動時における光学保護部材との干渉を避けるために、ある程度の距離を確保する必要がある。さらに、被写体の集光点から集光レンズまでの距離をあまり短くすることもできない。
【０００８】
一方、光ファイバの開口数ＮＡｆを大きくすることにより、光ファイバ端面と集光レンズの距離を短くしつつ、必要な光束径を得ることもできるが、これには、以下のような問題がある。すなわち、以下の条件式（４）に示す共焦点の条件を満たしつつ、光ファイバの開口数ＮＡｆを大きくするために、光ファイバのコア径Ｒｆを小さくする必要がある。
Ｒｆ≦０.６１λ／ＮＡｆ                  （４）
ここで、ＮＡｆは光ファイバの開口数、λは光源波長、Ｒｆは必要な光ファイバのコア半径である。
【０００９】
例えば、光源波長λが４０５nmで、光ファイバの開口数ＮＡｆが０．２０の光ファイバでは、そのコア径Ｒｆは、１．２４μm以下でなくてはならない。しかし、このように光ファイバのコア径が小さい光ファイバは、一般に、その製造が困難である。また、このような光ファイバをプローブに用いた装置を人体などに使用する場合には、洗浄のために、プローブを脱着することが必要であるが、コア径が小さい光ファイバを用いたプローブでは、この点でも問題がある。
【００１０】
また、光プローブを着脱するためには、光コネクタを設ける。この際、光コネクタは、光源装置側の光ファイバとプローブ側の光ファイバの接続による光の減衰を小さくするため、両方の光ファイバの偏心が小さくなるような構造とする必要がある。光コネクタの偏心精度は光ファイバのコア径が小さくなるのにしたがって高くする必要があるが、偏心の高精度化には一定の限界がある。したがって、コア径が小さい光ファイバでは、現実には、光コネクタ部で大きな光の損失を生じてしまい、Ｓ／Ｎ比が低くなってしまうという問題がある。
【００１１】
したがって、集光光学系の被写体側の開口数を所定値以上にする場合、上記のいずれの方法も光学系の全長が長くなるという問題に対しては、有効な方法であるとは言えない。しかし、光学系の全長が長くなるという課題を解決できないと、プローブ先端部の硬質長が長くなることによって、プローブを内視鏡チャンネルに挿通できないという問題が生ずる。また、挿通できたとしても、内視鏡先端部が、硬質長の伸長に伴って、湾曲出来なくなる等の不具合が発生し、被写体上を自由に走査することができなくなってしまう。
【００１２】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであって、光学系の全長が短く、しかも内視鏡のチャンネル孔に挿通容易で、かつ、高解像でＳ／Ｎ比の高い走査型光学系を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明は、以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、光ファイバと、該光ファイバから出射された光の広がり角を大きくする負のパワーをもった第１レンズと該第１のレンズから入射した光を被写体に集光する正のパワーをもった第２レンズとを備えた集光光学系と、前記光ファイバの先端部と前記集光光学系とを一体にして被写体を走査する走査手段とを有する走査型光学系を提案している。
【００１４】
この発明によれば、光ファイバから射出された光は、負のパワーをもった第1レンズにより、その光の広がり角が大きくなる。この光は、正のパワーをもった第２レンズに入射し、被写体に集光する。したがって、負のパワーをもった第1レンズによって、光ファイバから射出された光の広がり角が大きくなるので、光ファイバと第２レンズとの距離を短くしても集光光学系の被写体側において、十分大きな光束径に得ることができる。
【００１５】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載された走査型光学系について、前記第２レンズが少なくとも１つの面を非球面とするレンズである走査型光学系を提案している。
この発明によれば、前記第２レンズが少なくとも１つの面を非球面とするレンズであることから、球面収差が補正されるので、良好な集光作用が期待できる。
【００１６】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載された走査型光学系について、前記集光光学系と被写体の間に光学保護部材を備え、前記光ファイバ端面から該光学保護部材の被写体側までの長さが５．３ｍｍ以下であり、前記集光光学系の被写体側の開口数が０．５５以上である走査型光学系を提案している。
【００１７】
この発明によれば、光ファイバ端面から光学保護部材の被写体側までの長さが５．３ｍｍ以下であれば、プローブを内視鏡のチャンネルに挿通することができる。また、集光光学系の被写体側の開口数が０．５５以上であれば、細胞などの微細構造を詳細に観察することができる。
【００１８】
請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載された走査型光学系について、前記第１レンズおよび第２レンズの比重が３．３５以下である走査型光学系を提案している。
【００１９】
この発明によれば、第１レンズおよび第２レンズの比重を所定値以下とすることにより、各レンズの重量を軽くできるため、集光位置を走査する走査手段の走査速度を早くしたり、走査範囲を拡大することができる。
【００２０】
請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載された走査型光学系について、以下の関係式（１）を満足する走査型光学系を提案している。
０．１８＜  NAe・（｜Ｄ1／ｆ１｜+  １）＜０．        （１）
ただし、前記第１レンズの焦点距離をｆ１、前記光ファイバの先端部から第１レンズの光ファイバ側の面までの光軸上の距離をＤ１、前記光ファイバ側の有効開口数NAeとする。
【００２１】
NAe・（｜Ｄ1／ｆ１｜+  1）が０．１８よりも大きくなると、光ファイバから射出された光が第１レンズで屈折されるときに、光の広がり角を大きくする効果が得られるので好ましい。また、NAe・（｜Ｄ1／ｆ１｜+  1）が０．３よりも小さくなると、光ファイバから射出された光が第１レンズで屈折されるとき光の広がり角が大きくなりすぎるのを抑えることができる。したがって、NAe・（｜Ｄ1／ｆ１｜+  1）が０．１８よりも大きい場合には、光ファイバ端面から光学保護部材の被写体側までの長さを短縮する効果を期待できる。一方で、NAe・（｜Ｄ1／ｆ１｜+  1）が０．３よりも小さい場合には、短縮のために、第２レンズの正のパワーを大きくする必要がない。このように、第２レンズの正のパワーを大きくする必要がないので、第２レンズの曲率半径を小さくする必要がない。よって、あまりに曲率半径が小さくなりすぎることにより、レンズの加工性が悪化したり、また、収差の補正も困難になるということもない。この発明によれば、NAe・（｜Ｄ1／ｆ１｜+  1）の値を所定の範囲としたことから、第２レンズの加工性を維持しつつ、光ファイバ端面から光学保護部材の被写体側までの長さを短縮することができる。
【００２２】
請求項６に係る発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載された走査型光学系について、前記第１レンズが前記光ファイバの先端側に凹面を有する平凹レンズである走査型光学系を提案している。
【００２３】
この発明によれば、第１レンズが光ファイバ先端側に凹面を有しているため、レンズ表面で反射した光の光束系が大きくなる。そのため、光ファイバに入射する光の単位面積当りの光強度が弱くなり、戻り光によるＳ／Ｎの劣化を防止することができる。また、もう一方の面が平面であるため、枠などの保持部材でレンズを保持する場合に、レンズの傾き等を防止することができる。
【００２４】
請求項７に係る発明は、請求項１から請求項６のいずれかに記載された走査型光学系について、以下の関係式（２）および（３）を満足する走査型光学系を提案している。
１６≦（Ｄ１2／｜Ｒ１｜−Ｄ１）×ＮＡｆ／Ｒｆ              （２）
１６≦｛（ｎ−1）Ｄ１2／｜Ｒ１｜+Ｄ１｝ＮＡｆ／Ｒｆ         （３）
ただし、前記第１レンズの屈折率をｎ、前記第１レンズの光ファイバ先端側の面の曲率半径をＲ１、前記光ファイバ先端部から第１レンズまでの距離をＤ１、前記光ファイバのコア半径をＲｆ、前記光ファイバの開口数をＮＡｆとする。
【００２５】
この発明によれば、（２）式及び（３）式の右辺は、光ファイバの端面位置での第１レンズの光ファイバ側、及び第２レンズ側からの反射光の光束半径を、光ファイバのコア直径で割ったものである。これらの値が、ともに、１６より大きい場合には、光ファイバの端面位置での反射光の光束の面積と光ファイバコアの面積比が約１０００：１以上となるため、光ファイバに入射する光の強度が十分に低下し、Ｓ／Ｎ比の悪化を防止できる。
【００２６】
請求項８に係る発明は、請求項１から請求項７のいずれかに記載された走査型光学系について、光ファイバ先端部から前記第２レンズの間に、光束を制限する絞り機構を設けた走査型光学系を提案している。
この発明によれば、絞りを用いることによって、集光光学系の光ファイバ側の開口数を小さく制限することができ、光ファイバのコア径が小さくなくても、共焦点の条件を満足させることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る走査型光学系について図１から図１０を参照して詳細に説明する。
本発明の実施形態に係る走査型光学系は、図１に示すように、光を出射する光源部２と、この光を伝送する光伝達部３と、体腔内等に挿入できるように細長に形成され、光伝達部３を経た光をその先端部から被写体側に出射すると共に、その戻り光を光伝達部３に導光する光走査プローブ４と、光走査プローブ４からの戻り光を光伝達部３を介して検出し、これを画像情報に変換する信号処理と光走査プローブ４内に設けた光走査手段の制御等とを行う制御部５とから構成されている。
【００２８】
光伝達部３は、光伝達用ファイバ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄと、これらを双方向に分岐しかつ光結合する４端子カプラ７とから構成される。先端部９は、図２に示すように、チューブ８の先端にその一端が取り付けられた円環形状で硬質の光学枠１０と、この光学枠１０の内側に取り付けられた光学ユニット１１Ａと、光学枠１０の先端に取り付けられた先端カバーユニット１２とから構成されている。
【００２９】
チューブ８内に挿通された細長の光ファイバ６ｂの先端は、光学ユニット１１Ａに固定されている。この光ファイバ６ｂの先端２０から出射される光は集光光学系１８を介して収束光となり、光学保護部材であるカバーガラス２６を透過して被検部２１に集光する。被検部２１側からの反射光（戻り光）は、カバーガラス２６、集光光学系１８を経由して光ファイバ６ｂの先端２０に集光される。光ファイバ６ｂの先端２０に集光された光は、４端子カプラ７を経由して、制御部５に導かれる。
【００３０】
また、先端カバーユニット１２は、カバーホルダ２５とカバーホルダ２５に固定されたカバーガラス２６（光学保護部材）とからなり、カバーホルダ２５は光学枠１０の先端部に固定されている。また、これらの構造によりプローブ先端部は密閉され、水密性を保っている。さらに、先端部９の外径は３．３ｍｍ以下となっており、内視鏡のチャンネル孔を通じて、人体の内部に挿入可能となっている。
【００３１】
光学ユニット１１Ａは、図３に示すように、以下のような構成となっている。光学ユニット１１Ａのベース１４は、光学枠１０に固定され、ベース１４には、２枚一対の平行な薄板１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄの後端が固定されている。つまり、平行な板バネを構成する薄板１５ａ及び１５ｃと、薄板１５ｂ及び１５ｄとは、それぞれ板面が平行で、一方の薄板１５ａ（あるいは１５ｃ） と他方の薄板１５ｂ（あるいは１５ｄ）とは、板面が垂直になるように配置されている。
【００３２】
各薄板の後端部はベース１４に固定され、後端部に対して先端側が上下方向及び左右方向に弾性的に変形自在な構造になっている。さらに、各薄板１５ｉ（ｉ＝ａ〜ｄ）には、それぞれ厚み方向に分極された板状の圧電素子１６ｉが各薄板の先端寄りに装着されている。各圧電素子１６ｉの両面の電極には圧電素子１６ｉを駆動するためのケーブル１９（図１参照）が接続されており、チューブ８の内部を通って制御部５に接続されている。
【００３３】
４枚の薄板１５ｉの先端にレンズホルダ１７が装着されており、このレンズホルダ１７には、集光光学系１８と光ファイバ６ｂの先端部２０とが固定されている。なお、光ファイバ６ｂの先端部２０のコアはピンホールとして機能しており、その結果、この光学系は共焦点光学系となっている。また、光ファイバ端面は、光ファイバ端面による光の反射を防止するため、光ファイバの軸に垂直な面に対して傾けて研磨してある。さらに、光の射出方向と集光光学系の光軸３２をあわせるため、光ファイバの軸を集光光学系光軸に対して傾けて配置してある（図４参照）。
【００３４】
制御部５から圧電素子１６ｉに駆動信号を印加すると、板状の圧電素子１６ｉの作用により、薄板１５ｉの後端側に対して先端側を板面に垂直な方向に変形させる。これによって、薄板１５ｉの先端に保持されたレンズホルダ１７も薄板１５ｉの変形に応じて、板面と垂直方向に移動する。そして、このレンズホルダ１７に保持された光ファイバ先端部２０と集光光学系１８とが共に板面と垂直方向に移動することによって、出射される光を走査できるようになっている。
【００３５】
同様に、圧電素子１６ｉを駆動することにより、集光点２１を図２の水平方向（Ｘ方向）２２と垂直方向（Ｙ方向）２３に走査して集光点２１を含む走査面２４を走査できるようになっている。すなわち、レンズホルダ１７で保持された光ファイバ先端部２０と集光光学系１８とは、ベース１４近傍にある固定端を中心に水平、垂直方向に走査される。なお、走査面２４は、光プローブの先端部９の軸方向に対して略垂直な面となる。このように、光プローブ４を使用して、生体内の被検部２１を観察する場合には、カバーガラス２６の外側面２８を被写体に押し当てて、被写体の特定深さの２次元面像（走査面２４）を得ることになる。
【００３６】
なお、生体組織の細胞核、細胞膜の等の微細な構造を鮮明な画像として得るためには、集光光学系１８の被写体側の開口数（ＮＡ）が０．５５以上であることが望ましい。また、生体組織での光の散乱作用による結像性能の劣化を抑制する場合には、作動距離（集光点２１とカバーガラス２６の外側面２８との距離）が２００μｍ以下であることが望ましい。また、集光光学系は、カバーガラスと集光点の間の屈折率を水または被写体に合わせて収差補正した設計をすることが望ましい。
【００３７】
次に、図５から図７を用いて、第1の実施例について説明する。
本実施例に係る走査型光学系は、図５に示すように、光伝達用ファイバ６と、集光光学系１８を形成する第１レンズ４１と、絞り４２と、第２レンズ４３と、カバーガラス２６とから構成されている。なお、上記、実施形態の中で説明した符号と同一の符号を付したものについては、説明を省略する。
【００３８】
第１レンズ４１は、平凹レンズであって、光伝達用ファイバ６の端面から出射された光を屈折させて、射出角を大きくする作用を有する。絞り４２は、第１レンズ４１において射出角を大きくした光の開口数を制限する役割を有する。また、第２レンズ４２は、正のパワーをもったレンズであって、第１レンズ４１において射出角を大きくした光を被写体上に集光する役割を有する。なお、本実施例において、第２レンズ４２は、両面が非球面状になっているため、収差の補正も行うことができる。
【００３９】
本実施例における各要素の値は、光源波長が４０５ｎｍ、被写体側の開口数が０．６０、集光光学系の光ファイバ側の有効開口数が０．０９、光ファイバの開口数ＮＡｆが０．１３、光ファイバのコア半径Ｒｆが０．００２７ｍｍであり、レンズデータ、非球面係数、走査型光学系の全長およびレンズの比重等の値は、[表１]から[表３]に示すようになっている。なお、ｒ１、ｒ2・・・及びｄ1、ｄ2・・・の単位はｍｍである。また、非球面は以下の式で定義される。
ｘ＝（ｓ2／ｒ）／{１＋√（１−（１＋ｋ）（ｓ2／ｒ2））}＋Ａ4Ｓ4＋Ａ6Ｓ6＋Ａ8Ｓ8＋Ａ10Ｓ10
ただし、ｓ2＝ｙ2＋ｚ2、ｒは近軸曲率半径、ｋは円錐係数、Ａ4、Ａ6、Ａ8、Ａ10はそれぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。
【表１】
2004198912.tif 000003
【表２】
2004198912.tif 000004
【表３】
2004198912.tif 000005
【００４０】
これらの値から、本実施例においては、カバーガラス２６の光ファイバ側から６ｍｍ手前のところに、走査の中心軸があり、その点を中心に光ファイバ端面および集光レンズ（第1レンズ４１、絞り４２および第２レンズ４３）１８が一体となって、±０．４５度の角度で振動する。これによって、集光点は被写体上で約±５０μｍ走査されることになる。
【００４１】
また、第1レンズ４１および第２レンズ４３の比重は、それぞれ２．５２、２．８８とガラスの中では、小さいものを使用している。したがって、レンズ全体の重量を軽くすることができ、集光位置を走査する走査手段の走査速度を速くしたり、走査範囲を広く取ることができる。
【００４２】
また、本実施例では、[式１]の条件を満たしているため、光学系の全長が短く、第２レンズ４３の加工性も優れている。また、収差の補正も良好で、第１レンズ４１、第２レンズ４３およびカバーガラス２６の光軸がすべてあったときの波面収差ＲＭＳ値は、０．０１６λであり、走査した場合でもすべての範囲で、波面収差ＲＭＳ値を０．１０以下にすることができる。さらに、第１レンズ４１は片面だけが曲面である平凹レンズであるため、レンズの加工性がよく、また、枠等でレンズを保持する場合に平面部分での支持が可能であるため、レンズの傾きが防止できる。
【００４３】
次に、第１レンズ４１の反射光に対する作用について図６および図７を用いて説明する。図６は、第１レンズ４１の曲面側での光の反射の様子を現している。本実施例において、第１レンズ４１の光ファイバ側の面が曲面になっており、さらに、[式２]の条件を満たしているため、光ファイバの端面位置では、光束径が０．７５ｍｍと非常に大きくなっている。これにより、光ファイバに入る戻り光の強度が弱くなり、Ｓ／Ｎ比の高い光学系を実現している。
【００４４】
図７は、第１レンズ４１の平面側での光の反射の様子を現している。この場合も、本実施例においては、[式３]の条件を満足しているため、光ファイバの端面位置では、光束径が非常に大きくなっている。特に、レンズの外側に近い位置で反射した光線は、曲面側で全反射している。これにより、光ファイバに入る戻り光の強度が弱くなり、Ｓ／Ｎ比の高い光学系を実現している。
【００４５】
また、第1レンズ４１の平面側には絞り４２が密着している。本実施例では、光ファイバの開口数（NAｆ）が０.１３、光源波長（λ）が４０５nmであるため、
絞り４２を設けない場合の集光光学系１８の有効開口数は０.１３となる。したがって、この場合の光ファイバコア半径は、(５)式から、
Ｒｆ  ≦  ０.６１λ／NAｆ  ≒  1.9μｍ        （５）
となり、光ファイバコア半径は1.9μｍ以下であることが必要である。しかし、本実施例においては、絞り４２を設けて集光光学系１８の光ファイバ側の開口数NAobを０．０９に制限しているため、共焦点の条件を満たすために必要な光ファイバのコア半径Rｆは、（６）式より、
Ｒｆ≦  ０．６１λ／NAob  ≒  ２．７μｍ          （６）
となって、大きなコア径の光ファイバを用いても、条件を満足することができる。したがって、プローブ着脱部の光コネクタでの光の損失を小さくすることができる。
【００４６】
また、本実施例においては、[表３]から光学系の全長が４．８ｍｍになっている。これは、第１レンズ４１の作用により、光ファイバから入射した光の射出角が大きくなるため、光ファイバ端面と第２レンズ４３との距離が短くても、第２レンズ４３での光束径を十分に大きくできるためである。したがって、これにより、プローブ先端部の硬質部長を短縮でき、内視鏡チャンネルに挿通容易で、内視鏡先端部の自由な湾曲が可能なプローブが実現できる。
【００４７】
次に、図８から図１０を用いて、第２の実施例について説明する。
第２の実施例は、図８に示すように、第１の実施例と構成上の差異はないが、カバーガラスの光ファイバ側に負のパワーを持たせることにより、集光位置を走査する場合に、光学保護部材で発生する収差を防止して、走査範囲を広くしたことに特徴がある。なお、本実施例における各要素の値は、光源波長が４０５ｎｍ、被写体側の開口数が０．７５、集光光学系の光ファイバ側の有効開口数が０．０９、光ファイバの開口数ＮＡｆが０．１３、光ファイバのコア半径Ｒｆが０．００２７ｍｍであり、レンズデータ、非球面係数、走査型光学系の全長およびレンズの比重等の値は、[表４]から[表６]に示すようになっている。
【表４】
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【表５】
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【表６】
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【００４８】
これらの値から、本実施例においては、カバーガラス２６の光ファイバ側から６ｍｍ手前のところに、走査の中心軸があり、その点を中心にファイバ端面および集光レンズ（第1レンズ４１、絞り４２および第２レンズ４３）１８が一体となって、±１度の角度で振動する。これによって、集光点は被写体上で約±１００μｍ走査されることになる。
【００４９】
また、本実施例では、[式１]の条件を満たしているため、光学系の全長が短く、第２レンズ４３の加工性も優れている。また、収差の補正も良好で、第１レンズ４１、第２レンズ４３およびカバーガラス２６の光軸がすべてあったときの波面収差ＲＭＳ値は、０．０２λである。さらに、本実施例においては、カバーガラス２６の光ファイバ側に曲率半径を６ｍｍとして負のパワーを持たせているため、高い開口数で広範囲を走査できるにもかかわらず、波面収差ＲＭＳ値を走査範囲のすべてで、０．０６λ以下にすることができる。
【００５０】
次に、第１レンズ４１の反射光に対する作用について図９および図１０を用いて説明する。図９は、第１レンズ４１の曲面側での光の反射の様子を現している。本実施例において、第１レンズ４１の光ファイバ側の面が曲面になっており、さらに、[式２]の条件を満たしているため、光ファイバの端面位置では、光束径が０．６８ｍｍと非常に大きくなっている（図９参照）。これにより、光ファイバに入る戻り光の強度が弱くなり、Ｓ／Ｎ比の高い光学系を実現している。また、第１レンズ４１の平面側においても、図１０に示すように、第１の実施例同様、[式３]の条件を満足しているため、光ファイバの端面位置では、光束径が非常に大きくなっている。
【００５１】
また、本実施例においては、[表６]から光学系の全長が５．１ｍｍになっている。これは、第１レンズ４１の作用により、光ファイバから入射した光の射出角が大きくなるため、光ファイバ端面と第２レンズ４３との距離が短くても、第２レンズ４３での光束径を十分に大きくできるためである。したがって、これにより、プローブ先端部の硬質部長を短縮でき、内視鏡チャンネルに挿通容易で、内視鏡先端部の自由な湾曲が可能なプローブが実現できる。
【００５２】
以上、図面を参照して本発明の実施の形態について詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本発明の実施形態においては、第１レンズを光ファイバの先端側に凹面を有する平凹レンズとすることにより、光ファイバへの戻り光の影響を抑制する方法について説明したが、さらに、この凹面に反射防止膜をコーティングして、反射率を低下させるような方法としてもよい。
【００５３】
また、本実施形態においては、第１レンズをレンズの加工性およびコストの点から、レンズの一方の面を凹面とする平凹レンズとして説明したが、これに替えて、両凹レンズやメニスカスレンズを用いても良い。
【００５４】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、集光光学系において、光ファイバの先端側に負のパワーをもつ第１レンズを配置したことから、光ファイバから射出された光の広がり角を大きくすることができ、十分大きな光束径を維持しながら、光ファイバと正のパワーをもつ第２レンズとの距離を短くすることができる。これによって、走査型光学系の全長を短くすることができるという効果がある。
【００５５】
また、この発明によれば、上記のように、ミラー等の光学素子を用いることなく、光学系の全長を短くすることが可能となったことから、光学系の全長短縮によるプローブ径の拡大という弊害もなく、内視鏡のチャンネル孔に挿通容易な走査型光学系を提供できるという効果がある。
【００５６】
また、この発明によれば、第１のレンズの作用により、コア径の大きな光ファイバを用いても、集光光学系の被写体側の開口数を高くすることができるため、微細な構造を有し、かつ、光の散乱の大きな生体内部の細胞等を観察するのに適した解像度の高い走査型光学系を提供できるという効果がある。
【００５７】
さらに、本発明によれば、第１レンズを光ファイバの先端側に凹面を有する平凹レンズとしたことから、光ファイバへの戻り光の影響を抑制して、Ｓ／Ｎ比の高い信号が得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る走査型光学系を含む走査型光学装置の断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る走査型光学系の断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る走査型光学系を含む光学ユニットの斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係る光ファイバ先端部の断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る走査型光学系の断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る第１レンズにおける光の反射を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る第１レンズにおける光の反射を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る走査型光学系の断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る第１レンズにおける光の反射を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る第１レンズにおける光の反射を示す図である。
【符号の説明】
１・・・光走査型光学装置、２・・・光源部、３・・・光伝達部、４・・・光走査プローブ、５・・・制御部、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ・・・光伝達用ファイバ、７・・・４端子カプラ、８・・・チューブ、９・・・光プローブ、１０・・・光学枠、１１Ａ・・・光学ユニット、１２・・・先端カバーユニット、１４・・・ベース、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ・・・薄板（板バネ）、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ・・・圧電素子、１７・・・レンズホルダ、１８・・・集光光学系、１９・・・ケーブル、２０・・・光ファイバ先端、２１・・・被険部（集光点）、２２・・・水平方向（Ｘ方向）、２３・・・垂直方向（Ｙ方向）、２４・・・走査面、２５・・・カバーホルダ、２６・・・カバーガラス（光学保護部材）、
２７・・・カバーガラスの内側面、２８・・・カバーガラスの外側面、３１・・・光ファイバ、３２・・・集光光学系光軸、４１・・・第１レンズ、４２・・・絞り、４３・・・第２レンズ、
【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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