(57)【要約】【課題】生体組織に対して容易に処置を行うことができるよう良好な高倍率の観察画像を得ることができ、かつ診断時間が短縮でき、患者に対して迅速に治療を行うことができる。【解決手段】体腔内の生体組織の表面を第１の倍率で観察する表面観察部と、生体組織の表面または断層を第１の倍率より高い第２の倍率で観察するために、走査ミラーによって生体組織の表面または断層を走査し、得られる反射光のうち、対物光学系の焦点面における反射光のみをピンホールによって抽出する共焦点抽出部と、表面観察部で観察する領域の一部を、共焦点抽出部が拡大して観察できるよう、共焦点抽出部の光路を偏向する偏向手段と、を有する。【選択図】      図１
2004154258.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
体腔内の生体組織の表面を第１の倍率で観察する表面観察部と、
生体組織の表面または断層を前記第１の倍率より高い第２の倍率で観察するために、走査ミラーによって前記生体組織の表面または断層を走査し、得られる反射光のうち、対物光学系の焦点面における反射光のみをピンホールによって抽出する共焦点抽出部と、
前記表面観察部で観察する領域の一部を、前記共焦点抽出部が拡大して観察できるよう、前記共焦点抽出部の光路を偏向する偏向手段と、を有すること、を特徴する共焦点内視鏡。
【請求項２】
前記表面観察部と前記共焦点抽出部は、共通の前記対物光学系によって、生体組織を観察すること、を特徴とする請求項１に記載の共焦点内視鏡。
【請求項３】
前記偏向手段は、生体組織から前記対物光学系に入射する無偏光を前記表面観察部の光路に導き、
生体組織から前記対物光学系に入射する直線偏光を前記共焦点抽出部の光路に導くこと、を特徴とする請求項２に記載の共焦点内視鏡。
【請求項４】
前記ピンホールは、前記対物光学系の物体側焦点位置と共役の位置に配設されたシングルモード光ファイバの端面であること、を特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の共焦点内視鏡。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の共焦点内視鏡と、
生体組織の表面を照明する照明手段と、
生体組織の表面または断層を照射する点光源と、
前記共焦点内視鏡によって得られた信号に基づいて観察画像を生成する画像生成部と、を有すること、を特徴とする共焦点内視鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、対物光学系の焦点面における反射光のみをピンホールによって抽出する共焦点顕微鏡の機能を有する共焦点内視鏡、及び該共焦点内視鏡を備えた共焦点内視鏡装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内視鏡は、操作者が体腔内に内視鏡を挿入した際、その観察位置を把握し易くするために、体腔内を広い視野で観察できるよう構成されている。ところがこのような視野で体腔内を観察するよう構成された内視鏡の場合、体腔内における内視鏡の観察位置は把握できても観察倍率が低いため、その観察対象の細部を観察することは困難となっている。その結果、この細部を処置するためには操作者の熟練した内視鏡操作能力が必要となってしまう。そこで、この問題点を解決するために、ズーム機能を有する内視鏡が提案され広く普及している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−９８９４５号公報（第３項、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したズーム機能を有する内視鏡は電気的に画像を拡大表示させる電子式ズームであるため、そのズーム倍率を上げると、画像自体は劣化してしまい、鮮明な観察画像を得ることはできない。その結果、操作者は、その不鮮明な画像を観察しながら観察対象の細部を処置しなければならず、やはり熟練した内視鏡操作能力が必要となってしまう。
【０００５】
また、焦点距離可変な光学系を備えた光学式ズームの内視鏡があるが、内視鏡先端にズーム光学系を配設する必要があるため、スコープ径が大きくなってしまう。また、高倍率の観察画像と低倍率の観察画像との両画像を同時に観察することができない。
【０００６】
また、従来の精密診断検査で生体組織の検査を行う際には、その生体組織の内部を検査するため、鉗子などの処置具を用いてその検査を行う生体組織の一部を切り取り、体外に出して検査を行っている。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い。
【０００７】
そこで、本発明は上記の事情に鑑み、操作者が生体組織に対して容易に処置を行うことができるよう良好な高倍率の観察画像を得ることができ、かつ診断時間が短縮でき、被検者に対して迅速に治療を行うことができる内視鏡、及び該内視鏡を備えた内視鏡装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の一態様に係る共焦点内視鏡は、体腔内の生体組織の表面を第１の倍率で観察する表面観察部と、生体組織の表面または断層を第１の倍率より高い第２の倍率で観察するために、走査ミラーによって生体組織の表面または断層を走査し、得られる反射光のうち、対物光学系の焦点面における反射光のみをピンホールによって抽出する共焦点抽出部と、表面観察部で観察する領域の一部を、共焦点抽出部が拡大して観察できるよう、共焦点抽出部の光路を偏向する偏向手段と、を有する。すなわち共焦点内視鏡は、表面観察部と共焦点抽出部との２つの観察手段を備えており、偏向手段によってこの共焦点抽出部の光路を偏向しているため、この２つの倍率の異なる観察手段で同一の観察対象を同時に観察することが可能となる。また、共焦点抽出部は生体組織の断層像を高倍率で観察することができるため、操作者は体腔内において生体組織の検査を行うことが可能となる。そのため、診断時間を短縮し、被検者に対して迅速に治療を行うことができる。
【０００９】
また、上記共焦点内視鏡において、表面観察部と共焦点抽出部は、共通の対物光学系によって、生体組織を観察するよう構成してもよい。すなわち２つの観察手段を同一の対物光学系で観察するよう共焦点内視鏡を構成すると、パララックスがなくなり、良好な観察画像を得ることができる。
【００１０】
また、上記共焦点内視鏡において、偏向手段は、生体組織から対物光学系に入射する無偏光を表面観察部の光路に導き、生体組織から対物光学系に入射する直線偏光を共焦点抽出部の光路に導くよう構成してもよい。この場合、容易に、２つの観察手段を同一の対物光学系で観察するよう共焦点内視鏡を構成することができる。
【００１１】
また、上記共焦点内視鏡において、ピンホールは、対物光学系の物体側焦点位置と共役の位置に配設された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対物光学系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、この光ファイバは、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画像生成手段などの外部装置に伝送する機能と、を兼ね備えることができる。
【００１２】
また、上記いずれかに記載の共焦点内視鏡を備えた共焦点内視鏡装置は、生体組織の表面を照明する照明手段と、生体組織の表面または断層を照射する点光源と、共焦点内視鏡によって得られた信号に基づいて観察画像を生成する画像生成部と、を有することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態の共焦点内視鏡装置５００の構成を示すブロック図である。共焦点内視鏡装置５００は、共焦点内視鏡１００と、プロセッサ３００と、モニタ４００から構成される。
【００１４】
共焦点内視鏡１００は、照明光で体腔内を照明した時に得られる反射光によって、体腔内を広い視野で観察する表面観察部を有する。この表面観察部は、対物レンズ１１０と、ＣＣＤ１２０と、ライトガイド１３０と、照明レンズ１３１から構成される。
【００１５】
本実施形態において、ＣＣＤ１２０が得るカラー画像は、面順次方式によって得られる。プロセッサ３００が有する光源３３０の照明光路中にはＲＧＢ回転フィルタ３３１が備えられる。ＲＧＢ回転フィルタ３３１は、Ｒ、Ｇ、Ｂの三色のフィルタを備える。ＲＧＢ回転フィルタ３３１が回転することよって光源３３０の照明光は、各色のフィルタを透過し、集光レンズ３３２を介して、ライトガイド１３０により被観察部位２００に導かれ、被観察部位２００を各色の照明光で照明する。
【００１６】
各色の照明光で照明された被観察部位２００の反射光は、対物レンズ１１０、及び後述する偏向部１５０を介し、ＣＣＤ１２０により順次撮像される。そして各色の画像信号はプロセッサ３００で処理され、その処理された各色の画像信号を１つの画像にすることによってカラー画像は得られる。
【００１７】
ＣＣＤ１２０によって得られた被観察部位２００の画像信号は、プロセッサ３００内部のプリプロセス処理回路３１０に送信される。プリプロセス処理回路３１０は、この画像信号を増幅させ、サンプリング・ホールド処理を行う。そして、この画像信号はＡ／Ｄ変換器３１１に出力される。
【００１８】
Ａ／Ｄ変換器３１１は、この画像信号をデジタル信号に変換して、内視鏡画像信号処理回路３１２に出力する。このデジタル信号は、内視鏡画像信号処理回路３１２によってＲＧＢ回転フィルタ３３１の駆動と同期して切り替えられ、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の画像信号に分離されて、ＲＧＢメモリ３１３に出力される。
【００１９】
ＲＧＢメモリ３１３は、各色に対応した３つのフレームメモリを備えており、分離された各色画像信号は対応するフレームメモリに格納される。格納された各色画像信号は、同時に読み出しされて、Ｄ／Ａ変換器３１４によってアナログ信号に変換されて、内視鏡映像出力信号回路３１５に出力される。
【００２０】
内視鏡映像出力信号回路３１５は、このアナログ信号をモニタ４００に表示させるため、ＲＧＢビデオ信号出力、あるいはコンポジットビデオ信号、Ｓビデオ信号に変換して出力する。そして、これらのビデオ信号がモニタ４００に出力されると、モニタ上に広い視野の観察画像が表示される。なお、本実施形態において、カラー画像は面順次方式によって得られているが、例えばＣＣＤの前面にＲＧＢモザイクフィルタを備えて白色光源で撮像するカラー同時方式の電子内視鏡であってもよい。
【００２１】
また、共焦点内視鏡１００は、ＧＲＩＮレンズ１４０と、光ファイバ１４１と、偏光部１５０と、マイクロミラー１５３、１５６を有する。これらの光学素子は、体腔内の表面像または断層像を高い倍率で観察するための共焦点抽出部である。
【００２２】
プロセッサ３００はレーザ光源３０１を有する。このレーザ光源３０１は、発振波長６３２ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザを発振する。なお、共焦点抽出部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３０１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。また、レーザ光源３０１はブリュスター窓を有しており、その近傍には図示しない偏光分離膜が配置されている。このブリュスター窓と偏光分離膜は、レーザ光源３０１から発振される光束が偏光分離膜に対してｓ偏光の光束となるように配置されている。レーザ光源３０１から射出する光束は、カップラ３０２を介してシングルモードファイバである光ファイバ１４１を伝送する。
【００２３】
ＧＲＩＮレンズ１４０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生成されたレンズである。光ファイバ１４１から射出した光束は、このＧＲＩＮレンズ１４０に入射し、平行光束となり偏光部１５０が有する偏光膜１５１向けて射出される。
【００２４】
偏光部１５０は、２つの偏光ビームスプリッタキューブが貼り合わせられており、さらに光軸方向と平行な方向に位置するキューブの各面に、λ／４波長板１５２とλ／４波長板１５５とがそれぞれ貼り付けられている。この２つの偏光ビームスプリッタキューブは、それぞれ偏光膜１５１と偏光膜１５４とを有する。これら各偏光膜は、直線偏光のうちｓ偏光の光束を反射させてｐ偏光を透過させる特性を有する。また、λ／４波長板１５２、１５６は、直線偏光の光束を円偏光の光束に変換し、円偏光の光束を直線偏光の光束に変換する。
【００２５】
ＧＲＩＮレンズ１４０から射出したｓ偏光の平行光束は、偏光膜１５１によって９０度折り曲げられ、λ／４波長板１５２に導かれる。そしてこの平行光束は、λ／４波長板１５２を通過し、このλ／４波長板１５２によって円偏光状態の平行光束とされ、マイクロミラー１５３に導かれる。
【００２６】
図２は、マイクロミラー１５３、１５６の構成を示す図である。マイクロミラー１５３、１５６は、シリコン板からエッチングによって一体形成されたプレート１６１、トーションバー１６２、及び指示枠１６３を有する。またプレート１６１は、その中央部にアルミニウムを蒸着して形成したミラー１６４を有する。さらに、プレート１６１、トーションバー１６２、及び指示枠１６３上には、銅薄膜で構成される平面コイル１６５が設けられている。また、永久磁石とヨークから構成されるヨーク部１６６が、トーションバー１６２の長手方向と平行に配設されている。
【００２７】
ヨーク部１６６は、プレート１６１と略平行、かつトーションバー１６２の長手方向と略垂直な方向（図２におけるＸ’方向）の磁界を発生する。図示しない電源から駆動電流が平面コイル１６５に供給されると、トーションバー１６２と平行なプレート１６１の２辺において、フレミングの左手の法則によりＺ’方向で互いに向きの異なる駆動力、すなわちトルクが発生する。なお、このとき発生するトルクは、平面コイル１６５に供給される駆動電流の増大に比例して増大する。
【００２８】
この発生したトルクに応じてプレート１６１は、図中の矢印Ａの方向に揺動する。その際、プレート１６１とトーションバー１６２は一体形成されているため、トーションバー１６２は捻られ、ばね反力を発生する。その結果、このトルクとばね反力とが平衡する角度までプレート１６１は回動する。そして互いの力が平衡する角度にプレート１６１が到達すると、その角度でプレート１６１は停止する。
【００２９】
マイクロミラー１５３とマイクロミラー１５６は、互いのトーションバーが直交するように配設されている。マイクロミラー１５３のプレートが回動すると、レーザ光は被観察部位２００に対してＸ方向に走査され、マイクロミラー１５６のプレートが回動すると、レーザ光は被観察部位２００に対してＹ方向に走査される。なお、ここでいうＸ、Ｙ方向とは、光軸と直交する方向であり、被観察部位２００に対する平面方向を示す。
【００３０】
また、マイクロミラー１５３、１５６は、プレート１６１における平面コイル１６５が設けられた面の反対側に図示しない２つの検出コイルを有する。平面コイル１６５に流される駆動電流には、プレート１６１の変位角検出用の検出電流が重畳して流されている。この検出電流に基づいて、平面コイル１６５とそれぞれの検出コイルとの間の相互インダクタンスによる誘導電圧がそれぞれの検出コイルに発生する。
【００３１】
２つの検出コイルは、平面コイル１６５からそれぞれ等距離に配設されている。すなわち、プレート１６１が水平状態（トルクが発生していない状態）の場合は、誘導電圧の差は０である。しかしながら、プレート１６１が揺動すると、一方の検出コイルは平面コイル１６５と接近し、他方の検出コイルは平面コイル１６５から離れるため、互いの検出コイルに発生する誘導電圧に差が生じる。つまり、この誘導電圧の変化を検出することによって、マイクロミラーの変位角を検出することができる。
【００３２】
マイクロミラー１５３に導かれた円偏光の平行光束は、マイクロミラー１５３のミラーによって反射され、再びλ／４波長板１５２を通過し、偏光膜１５１、１５４に対しｐ偏光状態の平行光束となる。偏光膜１５１、１５４は、前述したようにｐ偏光を透過させる特性を有するため、このｐ偏光の平行光束は、偏光膜１５１、１５４を透過し、λ／４波長板１５５に導かれる。
【００３３】
λ／４波長板１５５に導かれたｐ偏光の平行光束は、λ／４波長板１５５を通過し、このλ／４波長板１５５によって円偏光状態の平行光束とされ、マイクロミラー１５３に導かれる。そして、この円偏光の平行光束は、マイクロミラー１５６のミラーによって反射され、再びλ／４波長板１５５を通過し、偏光膜１５４に対するｓ偏光状態の平行光束となる。
【００３４】
ｓ偏光の平行光束は、偏光膜１５４によって９０度折り曲げられる。折り曲げられた平行光束の光軸は、前述した表面観察部の光軸と同一の光軸となる。そしてこの平行光束は、対物レンズ１１０を介して被観察部位２００の表面部または断層部において焦点を結ぶ。すなわち、表面観察部と共焦点抽出部は同一の対物レンズを用いて被観察部位２００を観察するため、これらの観察手段の間でパララックスが生じることはない。
【００３５】
被観察部位２００に射出されたレーザ光は、被観察部位２００において反射し、対物レンズ１１０に入射する。そして対物レンズ１１０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１４０に入射する。
【００３６】
光ファイバ１４１は上述したようにシングルモードファイバであるため、そのコア径は３〜９μｍ程度であり（使用波長によって異なる）、非常に小さい。また、この光ファイバ１４１の端面１４１ａは、対物レンズ１１０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１４０に入射した光束のうち、被観察部位２００において焦点を結んだ光束の反射光が、端面１４１ａにおいて焦点を結ぶ。端面１４１ａにおいて焦点を結んだ光束は、光ファイバ１４１に入射し、カップラ３０２を介して受光素子３０３に受光される。
【００３７】
しかしながら、対物レンズ１１０の物体側焦点面からの反射光以外の被観察部位２００の反射光は、端面１４１ａにおいて焦点を結ばず、光ファイバ１４１に入射しないため、プロセッサ３００に伝送されない。すなわち光ファイバ１４１は、対物レンズ１１０の焦点面における被観察部位２００の反射光のみをプロセッサ３００に伝送する。すなわち、本実施形態において光ファイバ１４１の端面１４１ａは、対物レンズ１１０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、共焦点抽出部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。
【００３８】
また、ＧＲＩＮレンズ１４０の焦点面にピンホール、すなわち開口絞りが設けられているため、共焦点抽出部は、テレセントリック光学系となっており、光量の損失が極めて少なくなっている。
【００３９】
受光素子３０３によって受光された光束は、光電変換され、プリプロセス処理回路３２０に出力される。プリプロセス処理回路３２０は、この画像信号を増幅させ、サンプリング・ホールド処理を行う。そして、この画像信号はＡ／Ｄ変換器３２１に出力される。Ａ／Ｄ変換器３２１は、この画像信号をデジタル信号に変換して、共焦点画像信号処理回路３２２に出力する。このデジタル信号は、共焦点画像信号処理回路３２２によってＲＧＢ回転フィルタ３３１の駆動と同期して切り替えられ、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色の画像信号に分離されて、ＲＧＢメモリ３２３に出力される。
【００４０】
メモリ３２３は、このデジタル信号を格納する。そして、格納された信号は、所定のタイミングで読み出しされて、Ｄ／Ａ変換器３２４によってアナログ信号に変換されて、共焦点映像出力信号回路３２５に出力される。共焦点映像出力信号回路３２５は、このアナログ信号をモニタ４００上に表示させるために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、共焦点抽出部によって生成された対物レンズ１１０の焦点面における被観察部位２００の観察画像が高倍率で表示される。
【００４１】
操作者は、プロセッサ３００が備える操作パネル３４０を操作することで、共焦点光学系によって得られる所望の画像を観察することができる。操作者によって操作パネル３４０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、タイミングジェネレータ３５１を制御する。
【００４２】
タイミングジェネレータ３５１は、ＣＰＵ３５０の制御によって共焦点内視鏡１００が有するマイクロミラー１５３とマイクロミラー１５６を駆動させる。マイクロミラー１５３またはマイクロミラー１５６が駆動すると、上述したようにレーザ光は、被観察部位２００に対してＸ方向またはＹ方向（すなわち平面方向）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。
【００４３】
さらに、マイクロミラーの走査角度（すなわち、被観察部位２００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倍率を変えることができる。走査角度が小さい場合は高倍率の観察画像となり、走査角度が大きい場合は低倍率の観察画像となる。つまり、複数群、複数枚で構成されるズーム光学系を有することなく、マイクロミラーの走査角度の変化のみで観察画像の倍率を変えることが可能であるため、装置の小型化を図ることが可能となる。
【００４４】
また、操作者は、操作パネル３４０を操作してモニタ４００上に表示される観察画像の表示方法を選択することができる。例えば、モニタ４００の観察画像の表示領域全体に表面観察部による観察画像と共焦点抽出部による観察画像とを選択的に切り替えて表示させたり、表示領域を２分割して両光学系による観察画像を同時に表示させたりすることができる。また、表面観察部による観察画像による観察画像は視野角が広いため、共焦点抽出部のファインダーとしても利用できる。
【００４５】
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。
【００４６】
なお、本実施形態において共焦点抽出部によって得られる被観察部位２００の観察画像は、レーザ光をＸＹ方向に走査するマイクロミラーを用いて得られる２次元画像であるが、レーザ光を被観察部位２００の深さ方向に走査するマイクロミラーを追加して３次元画像を得られるよう構成してもよい。
【００４７】
また、本実施形態において観察画像を表示するモニタは１つであるが、複数のモニタをプロセッサ３００に接続して、内視鏡の光学系による観察画像と共焦点抽出部による観察画像とを別々のモニタで表示させるよう構成してもよい。
【００４８】
また、本実施形態において視野角の広い観察像はＣＣＤによって撮像した電子画像であるが、ファイバによって操作者が直接観察するよう構成してもよい。
【００４９】
また、本実施形態において被観察部位２００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２００より発せられる蛍光を観察することが可能となる。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように本発明の共焦点内視鏡、及び共焦点内視鏡装置は、生体組織の表面を広い視野で観察する表面観察部と、生体組織の表面または断層を高倍率で観察する共焦点抽出部とを備えており、偏向手段によってこの共焦点抽出部の光路を偏向しているため、この２つの倍率の異なる観察手段で同一の観察対象を同時に観察することが可能となる。そのため操作者は、低倍率の観察画像で観察位置を把握しつつ、高倍率の観察画像で生体組織の細部を容易に処置することが可能となる。また、共焦点光学系は生体組織の断層像を高倍率で観察することができるため、生体組織の一部を切り取り、体外に出して検査する必要がない。その結果、診断時間を短縮することができ、被検者に対して迅速に治療を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の共焦点内視鏡装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に用いられるマイクロミラーの構成を示す図である。
【符号の説明】
１００  共焦点内視鏡
３００  プロセッサ
５００  共焦点内視鏡装置
【図１】
2004154258.tif 000003
【図２】
2004154258.tif 000004