(57)【要約】【課題】走査ミラーの位置決め作業を含めた組立工程が簡略化することができ、かつ小型化、細径化された側視タイプの走査型共焦点プローブを提供すること。【解決手段】走査型共焦点プローブは、光源からの光束を体腔内への挿入方向と略直交する方向に照射する側視タイプの走査型共焦点プローブに関する。該プローブは、光束の光路中に配設され、該光路を第一面と第二面によって二回折り曲げるペンタプリズムと、ペンタプリズムに取り付けられ、光束を体腔内の生体組織上で走査する走査手段と、を有する構成にした。【選択図】      図１
2004254786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
体腔内への挿入方向と略直交する方向に光源からの光束を照射することにより前記体腔内の生体組織を観察する側視タイプの走査型共焦点プローブであって、
前記光束の光路中に配設され、該光路を第一面と第二面によって入射する方向と略直交する方向に折り曲げるペンタプリズムと、
前記第一面と前記第二面の少なくとも一方の面に取り付けられ、前記光束を前記体腔内の生体組織上で走査する走査手段と、を有することを特徴とする走査型共焦点プローブ。
【請求項２】
請求項１に記載の走査型共焦点プローブにおいて、
前記ペンタプリズムから射出された前記光束を前記体腔内の生体組織に集光させる集光手段をさらに有することを特徴とする走査型共焦点プローブ。
【請求項３】
請求項２に記載の走査型共焦点プローブにおいて、
前記集光手段は、前記ペンタプリズムにおける光束射出端面に設けられた回折面であることを特徴とする走査型共焦点プローブ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の走査型共焦点プローブにおいて、
前記走査手段は、前記光束を第一の方向および該第一の方向と直交する第二の方向に走査する２軸走査ミラーを有することを特徴とする走査型共焦点プローブ。
【請求項５】
前記２軸走査ミラーは、前記第一面または前記第二面のいずれか一方に取り付けられることを特徴とする請求項４に記載の走査型共焦点プローブ。
【請求項６】
請求項５に記載の走査型共焦点プローブにおいて、
前記第一面と前記第二面のうち、前記２軸走査ミラーが取り付けられていない面は、反射膜が施されていることを特徴とする走査型共焦点プローブ。
【請求項７】
請求項４から請求項６のいずれかに記載の走査型共焦点プローブにおいて、
前記走査手段は、前記集光手段に前記生体組織側から平行光束を入射させたときに焦点を結ぶ位置に配設されることを特徴とする走査型共焦点プローブ。
【請求項８】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の走査型共焦点プローブにおいて、
前記走査手段は、前記光束を第一の方向に走査する第一の走査ミラーと、前記第一の方向と直交する第二の方向に前記光束を走査する第二の走査ミラーと、が含まれ、
前記第一の走査ミラーと前記第二の走査ミラーは、それぞれ前記第一面および前記第二面に実装されること、を特徴とする走査型共焦点プローブ。
【請求項９】
請求項２から請求項８のいずれかに記載の走査型共焦点プローブにおいて、
前記集光手段と前記ペンタプリズムは、同一の材料から構成されることを特徴とする走査型共焦点プローブ。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれかに記載の走査型共焦点プローブにおいて、
前記生体組織で反射した反射光のうち、前記集光手段の物体側焦点面からの反射光以外の反射光を除去するよう配設されたピンホールを有し、
前記ピンホールは、前記集光手段の物体側焦点位置からの光束が入射するシングルモード光ファイバの端面であること、を特徴とする走査型共焦点プローブ。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の走査型共焦点プローブと、
生体組織を照明する光束を照射する光源と、
前記走査型共焦点プローブによって伝送される前記生体組織の反射光に基づいて画像信号を生成する画像信号生成部と、を有することを特徴とする走査型共焦点プローブ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、体腔内の生体組織の断層像を高倍率で観察することができる走査型共焦点プローブであって、特にプローブ側面から生体組織を観察する側視タイプの走査型共焦点プローブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、精密診断検査で生体組織の検査を行う際には、切断用の鉗子などの処置具を用いて検査対象となる生体組織の一部を採取した後、体外において検査を行っていた。そのため、診断時間が長くなり、被検者に対して迅速に治療を行うことができなかった。
【０００３】
近年、生体組織の断層像を観察することができる共焦点プローブ装置が広く普及している。共焦点プローブ装置は、共焦点顕微鏡で利用されているマイクロ機械加工された小型の共焦点用のプローブを先端に備える。該共焦点プローブ装置はプローブ内部に設けられた走査ミラーによってレーザ光を観察対象で走査させることにより、２次元または３次元の観察画像を得る。このような装置としては、例えば、下記の特許文献１または特許文献２に開示される。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３０３２７２０号公報（第３〜５項、第１〜５図）
【特許文献２】
特許第３０５２１５０号公報（第３、４項、第１図）
【０００５】
上記従来の共焦点プローブ装置は、プローブを有する。該プローブの内部は、所定形状に切り出すことにより形成される空洞部を有する。該空洞部には、シリコン基板などの半導体材料や走査ミラーなどが取り付けられる。詳しくは、該走査ミラーは、シリコン基板に実装される。そして該基板は、基板取り付け部などによってプローブ内壁に取り付けられている。従って、プローブの組立作業における工程数が増加し、かつ各工程も複雑化してしまう。特に、走査ミラーは、他のプローブ内の光学系との関係上、高精度な位置決めが要求されるが、空洞部に高精度で位置決めしつつ実装する工程は極めて困難である。さらに上記基板取り付け部は、構造上、光軸に対して走査ミラーより外側（プローブ内壁側）に設けられる。そのため、プローブ全体が大型化したり、径が太くなったりするという欠点も有している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は上記の事情に鑑み、走査ミラーの位置決め作業を含めた組立工程が簡略化することができ、かつ小型化、細径化された側視タイプの走査型共焦点プローブを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る走査型共焦点プローブは、体腔内への挿入方向と略直交する方向に光源からの光束を照射する側視タイプの走査型共焦点プローブに関し、光束の光路上に配設され、該光路を第一面と第二面によって二回折り曲げるペンタプリズムと、ペンタプリズム上に取り付けられ、光束を体腔内の生体組織上で走査する走査手段と、を有することを特徴とする。
【０００８】
光源からの光束の光路中に側視用に該光束を導光するペンタプリズムを配設することにより、光路として使用するスペースと走査手段を配設するスペースとを兼用できる。そのため、プローブの外形状である筐体を小さくすることができ、プローブの小型化、細径化を実現することができる。
【０００９】
また、上記走査型共焦点プローブは、ペンタプリズムから射出された前記光束を前記体腔内の生体組織に集光させる集光手段をさらに有する（請求項２）。該集光手段としては、対物レンズを設ける以外にも、上記ペンタプリズムにおける光束射出端面に回折面を設けることもできる（請求項３）。
【００１０】
請求項４に記載の走査型共焦点プローブによれば、走査手段は、光束を第一の方向および該第一の方向と直交する第二の方向に走査する２軸走査ミラーを有することが望ましい。そして、該２軸走査ミラーは、ペンタプリズムの第一面または第二面のいずれか一方に実装される（請求項５）。走査手段としての２軸走査ミラーをペンタプリズムのいずれかの面に実装することにより、２軸走査ミラーとペンタプリズム間の相対的な位置決めが容易にかつ高い精度をもって実行される。これにより、製造および組立工程の簡略化を図ることができる。
【００１１】
なお、ペンタプリズムにおいて、上記２軸走査ミラーを実装していない面には、金属単層膜等を施してミラー面としておけば、光量損失を抑えることができる（請求項６）。また、２軸走査ミラーといった走査手段は、上記集光手段に生体組織側から平行光束を入射させたときに焦点を結ぶ位置に配設されることが望ましい（請求項７）。これにより、走査手段と集光手段がテレセントリックな関係になり、光束が被観察部位である生体組織に直角に入射する。従って、光量損失を抑えてより明るく精細な画像を観察することができる。
【００１２】
請求項８に記載の発明によれば、走査手段は、光束を第一の方向に走査する第一の走査ミラーと、第一の方向と直交する第二の方向に光束を走査する第二の走査ミラーとを有する構成にすることもできる。この場合、第一の走査ミラーと第二の走査ミラーは、それぞれペンタプリズムにおける第一面および第二面に実装すればよい。
【００１３】
請求項９に記載の発明によれば、集光手段とペンタプリズムは、同一の材料から構成されることが望ましい。これにより、プローブ内に配設された各光学素子の膨張率の差が減少する。その結果、プローブが受ける温度変化が大きい場合でも、膨張率の差による各光学素子間の位置関係のズレ量を抑えることが可能となり、温度特性が向上する。
【００１４】
また、請求項１０に記載の上記走査型共焦点プローブは、生体組織で反射した反射光のうち、集光手段の物体側焦点面からの反射光以外の反射光を除去するよう配設されたピンホールを有する。そしてこのピンホールは、集光手段の物体側焦点位置からの光束が入射するシングルモード光ファイバの端面であることを特徴とする。すなわち、コア径の小さいシングルモード光ファイバの端面を集光手段の物体側焦点位置と共役の位置に配設することによって、該光ファイバは、共焦点光学系に用いられるピンホールの機能と、共焦点光学系によって得られた観察像をプロセッサなどの外部装置に伝送する機能とを兼ね備えることが可能となる。
【００１５】
また、上記いずれかに記載の走査型共焦点プローブを備えた共焦点内視鏡装置は、生体組織を照射する光源と、走査型共焦点プローブから伝送される該生体組織の反射光に基づいて画像信号を生成する画像信号生成部とから構成することができる（請求項１１）。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態の走査型共焦点プローブ装置５００の概略構成を示す図である。走査型共焦点プローブ装置５００は、走査型共焦点プローブ１００と、プロセッサ３００と、モニタ４００から構成される。
【００１７】
術者は、走査型共焦点プローブ１００を図示しない内視鏡の鉗子チャンネルなどに挿通し、このプローブを介して体腔内の観察像を得ることができる。プローブによって得られた観察像は、プロセッサ３００によって画像処理が施され、モニタ４００に表示される。
【００１８】
プロセッサ３００は、レーザ光源３１０と、カップラ３２０と、受光素子３３０と、ＣＰＵ３４０と、画像処理回路３５０と、操作パネル３６０と、から構成される。
【００１９】
レーザ光源３１０は、発振波長６３２ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザを発振する。なお、共焦点光学系に使用するレーザ光源は波長が短いほど高い分解能を得ることができる。すなわちレーザ光源３１０は、Ｈｅ−Ｎｅレーザに限定されることなく、例えば短波長のＡｒ＋レーザでもよい。
【００２０】
レーザ光源３１０より発振した光束は、光分岐器であるカップラ３２０を介して、走査型共焦点プローブ１００に導光される。
【００２１】
プローブ１００は、光ファイバ１１０と、ＧＲＩＮレンズ（またはコリメータレンズ）１２０と、ペンタプリズム１３０と、マイクロミラー１４０と、対物レンズ１５０と、ケーブル１６０と、を備える。光ファイバ１１０、ＧＲＩＮレンズ１２０、ペンタプリズム１３０、対物レンズ１５０は、予め所定形状に成型されたプローブ１００の内壁に沿って設置、固定されている。従って、極めて容易に、かつ高い精度を持って各部材間の相対的な位置決めが行われる。なおプローブ１００は、光源３１０からの光束を体腔内への挿入方向と略直交する方向に照射する、すなわちプローブ側面から被観察部位を観察する側視タイプである。
【００２２】
プローブ１００は、ケーブル１６０によってプロセッサ３００に電気的かつ光学的に接続される。光ファイバ１１０は、単一のモードを伝送するシングルモードファイバである。光ファイバ１１０は、ケーブル１６０のプロセッサ３００側端部からケーブル１６０内を通ってプローブ１００内部に進入するように配設されている。つまり光ファイバ１１０は、プロセッサ３００から出力された光束をＧＲＩＮレンズ１２０に向けて伝送する。なお、ケーブル１６０内において、光ファイバ１１０は、ジャケット１６０ａに被覆されている。
【００２３】
ＧＲＩＮレンズ１２０は、屈折率がその媒体の内部で勾配を有する光学材料から成形されたレンズで、コリメータレンズとして機能する。すなわち、光ファイバ１１０から射出された光束は、ＧＲＩＮレンズ１２０に入射し、平行光束となって、ペンタプリズム１３０に向けて射出される。
【００２４】
ペンタプリズム１３０は、ＢＫ７や合成石英などの硝材によって成形されている。ペンタプリズム１３０は、入射光束の光路を交角が４５°に設定された第一面１３０ｂと第二面１３０ｃによって直角に折り曲げる。
【００２５】
ＧＲＩＮレンズ１２０から射出された平行光束は、面１３０ａを介してペンタプリズム１３０に入射する。なお、本明細書では、ペンタプリズム１３０の面のうち、光源３１０からの光束が入射する面１３０ａを、便宜上、光束入射端面という。第一面１３０ｂは、金属膜や誘電体多層膜等の高反射膜が施され、ミラー面となっている。従って、ペンタプリズム１３０に入射した光束は、第一面１３０ｂで反射した後、第二面１３０ｃに実装されたマイクロミラー１４０に入射する。
【００２６】
マイクロミラー１４０は、ミラー部（不図示）とミラー部を回動自在に支持する支持基台（不図示）とを有する。マイクロミラー１４０は、該支持基台を第二面１３０ｃに接合することにより、ペンタプリズム１３０に実装される。マイクロミラー１４０は、ＣＰＵ３４０の制御のもと、ミラー部が回動することにより、入射光束をＸ方向およびＸ方向と直交するＹ方向に対して同時に走査する。つまり、本実施形態で使用するマイクロミラー１４０は、２軸走査型である。なお、Ｘ方向、Ｙ方向とは、後述する対物レンズ１５０の光軸と直交する方向である。Ｘ方向とＹ方向によって規定される面は、被観察部位１０の表面と略一致する。
【００２７】
マイクロミラー１４０によって偏向された平行光束は、第二面１３０ｃを介して再びペンタプリズム１３０に入射する。ペンタプリズム１３０に入射した平行光束は、面１３０ｄから射出されて対物レンズ１５０に導かれる。なお、本明細書では、ペンタプリズム１３０の面のうち、マイクロミラー１４０を介した平行光束が射出される面１３０ｄを、便宜上、光束射出端面という。
【００２８】
ここで、プローブ１００を、それぞれ異なる材料を用いて成形された光学部材によって構成すると、温度変化によって各部材の膨張率に差が発生してしまう。このように温度特性が悪いと、各光学部材間の位置関係にズレが発生し、観察対象を走査するレーザ光の光路を予期しない方向にずれてしまう。よって、必要とする観察画像の取得が難しくなる。
【００２９】
そこで、本実施形態では、ペンタプリズム１３０と同一の光学材料を用いて成形されたレンズを対物レンズ１５０として使用する。このように、プローブ１００内に配設される各光学部材を同一の光学材料製のもので統一することにより、上述したプローブ１００周囲の温度変化による悪影響を受けることがなくなる。ペンタプリズム１３０の光束射出端面１３０ｄから射出された平行光束は、対物レンズ１５０を介して被観察部位１０の表面部または断層部において焦点を結ぶ。
【００３０】
本実施形態では、焦点面である被観察部位１０に対して略直角に光が入射するように、マイクロミラー１４０と対物レンズ１５０は、テレセントリックな関係になる位置に配設される。具体的には、対物レンズ１５０に被観察部位１０側から平行光束を入射させたときの焦点位置にマイクロミラー１４０を配設する。これにより、被観察部位１０に光束が斜入射することがなくなり、光量損失が低減される。
【００３１】
被観察部位１０において集光した光束は、被観察部位１０において反射し、対物レンズ１５０に入射する。そして対物レンズ１５０によって平行光束となり、上述と同様の光路を経て、ＧＲＩＮレンズ１２０に入射する。
【００３２】
光ファイバ１１０は上述したようにシングルモードファイバである。そのため、使用波長によって異なるもののコア径は約３〜９μｍ程度と非常に小さい。また、光ファイバ１１０の端面１１０ａは、対物レンズ１５０の物体側焦点位置と共役の位置に配設されている。すなわちＧＲＩＮレンズ１２０に入射した光束のうち、被観察部位１０において焦点を結んだ光束の反射光のみが、端面１１０ａにおいて焦点を結ぶ。端面１１０ａにおいて焦点を結んだ光束は、光ファイバ１１０に入射し、カップラ３２０を介して受光素子３３０に受光される。
【００３３】
なお、対物レンズ１５０における物体側焦点面からの反射光以外の被観察部位１０の反射光は、端面１１０ａにおいて焦点を結ばず、光ファイバ１１０に入射しないため、プロセッサ３００に伝送されない。すなわち、本実施形態において光ファイバ１１０の端面１１０ａは、対物レンズ１５０の物体側焦点面からの反射光以外の光を遮断するピンホールの機能と走査型共焦点プローブ１００が有する光学系によって得られた観察像をプロセッサ３００に伝送する機能とを兼ね備えている。
【００３４】
受光素子３３０によって受光された光束は、光電変換されて画像信号となり、画像処理回路３５０に出力される。画像処理回路３５０は、この画像信号に所定の画像処理を行い、コンポジットビデオ信号や、ＲＧＢ信号、Ｓビデオ信号など、種々のビデオ信号に変換する。そして、これらのビデオ信号がモニタ４００に出力されると、モニタ上に、走査型共焦点プローブ１００によって生成された対物レンズ１５０の焦点面における被観察部位１０の観察画像が表示される。
【００３５】
術者は、プロセッサ３００が備える操作パネル３６０を操作することにより、マイクロミラー１４０の走査方向や走査角度等の画像に関する設定を行う。例えば、マイクロミラー１４０の走査角度（すなわち、被観察部位１０において走査されるレーザ光の範囲）を変えることによって、容易にその観察画像の視野を変えることができる。走査角度が小さい場合は小さい領域の観察画像となり、走査角度が大きい場合は大きな領域の観察画像となる。
【００３６】
術者によって操作パネル３６０に入力された情報は、ＣＰＵ３５０に送信される。ＣＰＵ３５０は、送信された情報に基づき、マイクロミラー１４０を駆動制御する。マイクロミラー１４０が駆動すると、上述したようにレーザ光は、被観察部位１０に対してＸ方向またはＹ方向に走査する。そして走査された部位の反射光が観察像としてプロセッサ３００に送信される。これにより、術者は、走査型共焦点プローブ１００によって得られる画像を選択的に観察することができる。
【００３７】
以上が本発明の実施形態である。本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく様々な範囲で変形が可能である。
【００３８】
図２は、プローブ１００の変形例を示す図である。図２に示すプローブ１００は、ペンタプリズム１３０における光束射出端面１３０ｃに回折面Ｄを設けることにより、対物レンズ１５０を省略している。なお、透過性ある平行平面板１７０は、光束射出端面１３０ｃおよび該端面１３０ｃに設けた回折面Ｄを保護するために設けられている。図２に示す変形例によれば、Ｘ方向とＹ方向双方に直交する方向、つまり被観察部位１０に光束が入射する方向におけるプローブ１００の寸法をより小型化することができる。
【００３９】
また、上記実施形態では、マイクロミラー１４０は、ペンタプリズム１３０の第二面１３０ｃに実装すると説明したが、第一面１３０ｂに実装することも可能である。さらに上記実施形態では、マイクロミラー１４０は、２軸走査型を使用しているが、Ｘ方向に走査可能なマイクロミラーおよびＹ方向に走査可能なマイクロミラーの二つの１軸走査型マイクロミラーを使用しても、上記構成と同様の効果を得ることができる。この場合、第一面１３０ｂと第二面１３０ｃのそれぞれに上記１軸走査型マイクロミラーを一つずつ実装すればよい。１軸走査型のマイクロミラーは、上記２軸走査型に比べ駆動スペースが小さくてすむ。そのため、１軸走査型のマイクロミラーを二つ使用する構成は、上記実施形態の構成に比べ、構成部材の点数は増えてしまうがプローブ１００全体をより小型化できる利点がある。
【００４０】
また、本実施形態において被観察部位１０を照射する光源にはＨｅ−Ｎｅレーザを使用しているが、近紫外線を含む短波長の光を照射する超高圧水銀ランプを光源に使用してもよい。この場合、被観察部位１０より発せられる蛍光を観察することが可能となる。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように本発明の走査型共焦点プローブおよび走査型共焦点プローブ装置は、光路として使用するスペースに、導光手段であって、かつ走査手段が実装されるペンタプリズムを配設する。従って、光路として使用するスペースと走査手段の実装スペースとを兼用することが可能となり、省スペース化を図ることができる。これにより、プローブの外形状である筐体を小さくすることができ、プローブの細径化を容易に行うことが可能となる。
【００４２】
また、上記ペンタプリズムの面に走査手段を実装することにより、各光学部材間の位置決めが容易かつ高い精度をもって実行される。従って、プローブの組立工程数の減少や組立時間の短縮などを図ることが可能となり、コスト削減に繋がる。
【００４３】
さらに、本発明に係るプローブを構成する各光学部材は同一の材料によって作られたものを使用している。これにより、各光学素子の膨張率の差が減少する。その結果、プローブが受ける温度変化が大きい場合でも、膨張率の差による各光学素子間の位置関係のズレ量を抑えることができ、温度特性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の走査型共焦点プローブ装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態の走査型共焦点プローブの変形例を表す図である。
【符号の説明】
１００  走査型共焦点プローブ
１３０  ペンタプリズム
３００  プロセッサ
５００  走査型共焦点プローブ装置
【図１】
2004254786.tif 000003
【図２】
2004254786.tif 000004