(57)【要約】【課題】必要時のみ確実にレーザを出力する。【解決手段】制御回路４０は、パーソナルコンピュータ５からの光源出力許可信号ＬＥ、駆動条件設定回路３８からの駆動波形出力許可信号ＯＥ、プローブ先端部２ａからの２次元スキャニングミラーの走査状態を示す走査状態信号ＳＳ、接続検知部３７が検知した接続検知信号ＣＣがいずれも”０”（有効）になったときに限り、光源出力制御信号ＬＣがアクティブとなり、レーザドライバ３２の出力を許可するようにＮＯＲ回路を構成している。【選択図】  図１
2004351153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から出射された光束を対象物に対し走査する少なくとも１つ以上のスキャニング手段を有するブローブと、
前記スキャニング手段を駆動するための駆動波形を発生する波形信号発生手段と、
前記光源からの光を対象物に照射し、前記対象物からの戻り光を受光する光学系と、
前記光学系からの光を電気信号に変換して画像化する画像生成手段と、
前記スキャニング手段の駆動を許可する走査許可信号を発生する走査許可発生手段と、
前記スキャニング手段の駆動状態を示す走査状態信号を検出する走査状態検出手段と、
前記走査許可信号と前記走査状態信号とが全て有効である場合に限り光源出力制御信号を発生して前記光源を制御する光源出力制御手段と
を有することを特徴とする光イメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、共焦点光学系を用いて生体組織を画像化する光イメージング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、生体組織や細胞を光軸方向に分解能良く観察する手段として、光走査型の共焦点顕微鏡が知られている。しかし、この場合、通常の共焦点顕微鏡はサイズが大きく、サンプルは小さく切り出して顕微鏡に載せて観察される。
【０００３】
また、この共焦点顕微鏡を小さくして、生物の消化管などに誘導して観察する技術が、例えば特開平９−２３０２４８号公報において、微小な共焦点顕微鏡として提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２３０２４８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、微小な共焦点顕微鏡を用いた従来の光イメージング装置においては、スキャナの走査周波数及び走査幅が小さい、あるいはスキャナの駆動が停止しているときにレーザが出力すると、本来得られるはずの視野範囲の画像とは異なり、視野範囲が狭く。局所的な画像となり、画像のスケールを誤って解釈してしまう可能性があった。また、このような本来不必要な条件の時にレーザを出力すると、レーザの寿命が短くなるといった問題もある。
【０００６】
また、光走査プローブヘ供給するレーザ光、電気信号、エアーは各々別体のコネクタで構成されると、着脱作業が煩雑となる不具合があった。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、必要時のみ確実にレーザを出力することのできる光イメージング装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の光イメージング装置は、
光源と、
前記光源から出射された光束を対象物に対し走査する少なくとも１つ以上のスキャニング手段を有するブローブと、
前記スキャニング手段を駆動するための駆動波形を発生する波形信号発生手段と、
前記光源からの光を対象物に照射し、前記対象物からの戻り光を受光する光学系と、
前記光学系からの光を電気信号に変換して画像化する画像生成手段と、
前記スキャニング手段の駆動を許可する走査許可信号を発生する走査許可発生手段と、
前記スキャニング手段の駆動状態を示す走査状態信号を検出する走査状態検出手段と、
前記走査許可信号と前記走査状態信号とが全て有効である場合に限り光源出力制御信号を発生して前記光源を制御する光源出力制御手段と
を有する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について述べる。
【００１０】
図１ないし図１４は本発明の一実施の形態に係わり、図１は光イメージング装置の構成を示す構成図、図２は図１のプローブ先端部の構成を示す図、図３は図２の２次元スキャニングミラーの構成を示す第１の図、図４は図２の２次元スキャニングミラーの構成を示す第２の図、図５は図２の２次元スキャニングミラーの走査状態を検出する第１の変形例の構成を示す図、図６は図２の２次元スキャニングミラーの走査状態を検出する第２の変形例の構成を示す図、図７は図２の２次元スキャニングミラーの走査状態を検出する第３の変形例の構成を示す図、図８は図１の制御回路の入出力信号の関係を示す第１の図、図９は図１の制御回路の入出力信号の関係を示す第２の図、図１０は図１の制御回路の入出力信号の変化の流れを示す第１のフローチャート、図１１は図１の制御回路の入出力信号の変化の流れを示す第２のフローチャート、図１２は図１のコネクタの構成を示す図、図１３は図１の光イメージング装置の変形例の構成を示す構成図、図１４は図１３の制御回路の入出力信号の変化の流れを示すフローチャートである。
【００１１】
図１に示すように、本実施の形態の光イメージング装置１は、２次元的に光走査を行い生体組織にレーザ光を照射する光走査プローブ２と、光走査プローブ２がコネクタ６を介して着脱自在に接続され光走査プローブ２にレーザ光を照射し共焦点光学像を検出する共焦点観察装置３と、共焦点観察装置３を制御し共焦点画像をモニタ４に表示するパーソナルコンピュータ５とから構成される。
【００１２】
パーソナルコンピュータ５は、ＯＳ及び画像処理ソフトウエア等を格納しているＨＤ５１と、共焦点観察装置３及びモニタ４と制御信号及び画像信号を送受するＩ／Ｏ部５２と、共焦点観察装置３が検出した共焦点光学像の検出信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ部５３と、これら各部を制御するＣＰＵ５４とから構成される。
【００１３】
共焦点観察装置３は、光走査プローブ２にレーザ光を供給するレーザ光源３１と、該レーザ光源３１を駆動するレーザドライバ３２と、レーザ光源３１からのレーザ光を伝送するシングルモードファイバ３３及び光を双方向に分岐する４端子カプラ３４と、からなる光伝送部３５と、光走査プローブ２のプローブ先端部２ａ内に設けられたレーザ光を２次元走査する後述する２次元スキャニングミラーを駆動する駆動ドライバ３６と、光走査プローブ２のコネクタ６への接続状態を検知する接続検知部３７と、パーソナルコンピュータ５からの制御信号により駆動ドライバ３６等の駆動条件を設定する駆動条件設定回路３８と、駆動条件設定回路３８が駆動条件に基づき駆動ドライバ３６の駆動波形データを読み出すためのデータを格納しているテーブルメモリ３９と、レーザドライバ３２を制御する制御回路４０と、光走査プローブ２からの戻り光を検出しＡ／Ｄ部５３に出力するする光検出器４１とを備えて構成される。
【００１４】
なお、駆動条件設定回路３８、テーブルメモリ３９及び制御回路４０はＦＰＧＡ４２により構成することができる。ここで、ＦＰＧＡの代わりにＡＳＩＣや、他の一般的なＩＣの組合せ等、駆動条件設定回路３８、テーブルメモリ３９及び制御回路４０を実現できる構成であれば何でも構わない。
【００１５】
制御回路４０は、パーソナルコンピュータ５からの光源出力許可信号ＬＥ、駆動条件設定回路３８からの駆動波形出力許可信号ＯＥ、プローブ先端部２ａからの２次元スキャニングミラーの走査状態を示す走査状態信号ＳＳ、接続検知部３７が検知した接続検知信号ＣＣがいずれも”０”（有効）になったときに限り、光源出力制御信号ＬＣがアクティブとなり、レーザドライバ３２の出力を許可するようにＮＯＲ回路を構成している。
【００１６】
なお、光源出力許可信号ＬＥ、駆動波形出力許可信号ＯＥ、走査状態信号ＳＳ、接続検知信号ＣＣがいずれも”０”のとき有効としているが、”１”のときに有効となるデジタル回路としても構わない。
【００１７】
レーザドライバ３２は、光源出力制御信号ＬＣの状態に応じて、例えば図示しないリレー回路等により”１”ならばレーザをＯＮに、”０”ならばＯＦＦになるように電気的に制御する。光源出力制御信号ＬＣが”１”のときレーザＯＮとしているが、”０”でレーザＯＮなるように構成しても構わない。
【００１８】
駆動波形出力許可信号ＯＥは、共焦点観察装置３の駆動条件設定回路３８の各種パラメータおよび波形データの設定が完了したら”０”（有効）となるようになっている。
【００１９】
光源出力許可信号ＬＥは、レーザドライバ３２が駆動波形を出力開始し、その振幅が最大になった直後に”０”（有効）となるように、画像処理ソフトウエアで制御される。
【００２０】
プローブ先端部２ａ内には、図２に示すように、固定ミラー２０、２次元スキャニングミラー２１及び対物レンズ２２が設けられており、シングルモードファイバ３３を伝送し固定ミラー２０、２次元スキャニングミラー２１で反射した光を、２次元スキャニングミラー２１において図３に示す２軸方向のビンジ２３によって２次元スキャンするようになっている。
【００２１】
走査状態信号ＳＳは、図４に示すように、２次元スキャニングミラー２１のミラー面２９の裏面側から別体の光源（ＬＥＤあるいは面発光レーザ）２４より光を照射し、２次元スキャニングミラー２１の裏面からの反射光を２分割フォトディテクタ（２分割のアレイ状ＰＤ）２５により検出する。
【００２２】
このとき、２次元スキャニングミラー２１が所定角度触れたときだけ２分割フォトディテクタ２５に光があたるようになっており、図４における２分割フォトディテクタ２５の左端及び右端の位置を検出することでスキャン幅を算出することができる。この光を２分割フォトディテクタ２５で受光し、２分割フォトディテクタ２５が出力する電気信号を、図示しない電気回路で検出する。この２分割フォトディテクタ２５で検出された光は、周期的に前記別の光源を通過するため、この２分割フォトディテクタ２５が出力する電気信号には、２次元スキャニングミラー２１のスキャン周波数成分が含まれ、このスキャン周波数成分をフーリエ変換等で検出することができる。以上のスキャン幅及びスキャン周波数を、図示しない  比較器等で各々所定値と比較し、所定値以下の場合は”０”、所定値を超える場合は”１”を走査状態信号ＳＳをとして出力する。
【００２３】
なお、光源（ＬＥＤあるいは面発光レーザ）２４を設けることなく、走査用の光源（レーザ光源３１）からのレーザ光が２分割フォトディテクタ２５で検出できるように、２次元スキャニングミラー２１に導光用のホール〔穴）を設けて走査状態を検出するようにしても良い。
【００２４】
２分割フォトディテクタ２５の代わりに、図５及び図６に示すように、ヒンジ２３に歪みゲージ２６を設け、その歪みを検出し、歪み量をスキャン幅、歪み量の周期的変化をスキャン周波数として検出することで走査状態を検出するようにしても良い。
【００２５】
あるいは、図７に示すように、２次元スキャニングミラー２１の駆動による傾きにより、２次元スキャニングミラー２１裏面とＧＮＤ間の静電容量が、距離が離れると小さくなり、近づくと大きくなることを利用し、この変化する静電容量を検出し、振幅をスキャン幅、周波数をスキャン周波数として検出することで走査状態を検出するようにしても良い。
【００２６】
接続検知信号ＣＣは、光走査プローブ２のコネクタ５の１つのピンを抵抗を介してＧＮＤに落としてあり、光走査プローブ２が共焦点観察装置３と接続されることにより、共焦点観察装置３内のスイッチング用トランジスタでスイッチングし、接続されていれば”０”（有効）、未接続あるいは接続外れの場合は”１”（無効）となる。
【００２７】
図１ではスイッチング用のトランジスタで構成されているが、これに限らずスイッチングデバイスであれば何でも構わない。
【００２８】
例えば、何らかの原因でプローブ先端部２ａのスキャナの駆動が停止した場合の、光源出力許可信号ＬＥ、駆動波形出力許可信号ＯＥ、走査状態信号ＳＳ、接続検知信号ＣＣ各々対する光源出力制御信号ＬＣのタイミングチャートは図８のようになる。このように、スキャナの走査状態を検出し、停止していることが分かった場合、その後システムを停止させ、別のプローブを接続して再度駆動開始の処理を行う。
【００２９】
また、例えば、コネクタ６が予め接続されている場合で、途中で何らかの原因によりコネクタ６が外れ、再びコネクタ６を接続して、その後駆動を停止する時の、光源出力許可信号ＬＥ、駆動波形出力許可信号ＯＥ、走査状態信号ＳＳ、接続検知信号ＣＣ各々対する光源出力制御信号ＬＣのタイミングチャートは図９のようになる。
【００３０】
光源出力許可信号ＬＥ、駆動波形出力許可信号ＯＥ、走査状態信号ＳＳ、接続検知信号ＣＣの各信号の変化の流れは図１０のようになり、光源出力許可信号ＬＥ、駆動波形出力許可信号ＯＥ、走査状態信号ＳＳ、接続検知信号ＣＣの各信号の変化に対する光源出力制御信号ＬＣの変化の流れは図１１のようになる。
【００３１】
図１１のフローチャートの処理では、図１０の処理における光源出力許可信号ＬＥ、駆動波形出力許可信号ＯＥ、走査状態信号ＳＳ、接続検知信号ＣＣ各々の状態変化を常に監視、それに対応して、レーザのＯＮ／ＯＦＦのための光源出力制御信号ＬＣを出力する。
【００３２】
なお、光走査プローブ２と共焦点観察装置３とを接続するコネクタ６は、図１２のように駆動波形および接続検知信号を伝送する電気コネクタ部７１と、レーザ光を伝送する光コネクタ部７２と、エアーコンプレッサ６１（図１参照）からのエアー（あるいは流体でも良い）を供給するエアー送気口７３が−体となっている。
【００３３】
光コネクタ部７２の反対側は光ファイバになっており、コネクタ６と光ファイバが結合する部分で光ファイバが折れないように樹脂や接着剤等で光コネクタ部７２がコネクタ６に確実に固定されている。
【００３４】
エアー送気口７３は、接続することにより図示しないバルブが開き、プロープヘ供給可能となっている。コネクタ６の接続部外周には、図示しないＯリングが設けられ、接続することにより水密構造をなす。
【００３５】
なお、図１２のコネクタ６の配置例はあくまで一例であり、電気コネクタ部７１、光コネクタ部７２、エアー送気口７３の配置がこれと異なっても良い。
【００３６】
図１ではエアー供給用のエアーコンプレッサ６１が共焦点観察装置３と独立し、共焦点観察装置３を介してコネクタ６と着脱可能となっているが、共焦点観察装置３と一体となっていても良い。また、共焦点観察装置３およびあるいはソフトウェアによりエアーコンプレッサ６１を制御しても良い。
【００３７】
なお、図１３に示すように、レーザ光源３１の出射光軸上にシャッタ１０１を設け、レーザドライバ３２が光源出力制御信号ＬＣによりレーザ光源３１の発光制御と共に該シャッタ１０１の開閉制御を行うようにしてもよい。
【００３８】
なお、シャッタ１０１は、機械的に開閉するメカシャッタでも良い。また、シャッタ１０１が回転可能な偏光板であり、光源出力制御信号ＬＣの状態に応じて回転して光を透過あるいは遮光するようにしても良い。
【００３９】
またシャッタ１０１は、光源出力制御信号ＬＣの状態に応じて電圧を印加し、光を回折させることで遮光したり、電圧印加を止めて光を透過させるＡＯＭ（音響光学素子）で構成しても良い。
【００４０】
図１３ではシャッタ１０１がレーザ光源３１とシングルモードファイバ３３（４端子カプラ３４）の間に設けられているが、４端子カプラ３４とコネクタ６の間に設けても良い。コネクタ６と一体化し、コネクタ６を差し込んだときだけシャッタ１０１が押しよけられ、コネクタ６を外したときにバネ等でシャッタ１０１が戻って遮光されるような構成にしても良い。
【００４１】
また、図１３に示す構成では、光源出力許可信号ＬＥ、駆動波形出力許可信号ＯＥ、走査状態信号ＳＳ、接続検知信号ＣＣの各信号の変化に対する光源出力制御信号ＬＣの変化の流れは図１４のようになる。
【００４２】
［付記］
（付記項１）前記走査状態検出手段は、
前記スキャニング手段の走査周波数を検出する走査周波数検出手段と、
前記スキャニング手段の走査幅を検出する走査幅検出手段と
を備え、
前記走査周波数及び前記走査幅が各々所定値以下の場合、前記走査状態信号を無効にする
ことを特徴とする請求項１に記載の光イメージング装置。
【００４３】
（付記項２）  前記走査許可信号は、
前記波形信号発生手段が発生する、前記駆動波形の出力を許可する駆動波形出力許可信号と、
前記光源の出力を制御する光源出力許可制御手段から発生する光源出力許可信号と
からなり、
前記駆動波形出力許可信号と前記光源出力許可信号とが全て有効である場合に有効となる
ことを特徴とする請求項１に記載の光イメージング装置。
【００４４】
（付記項３）  前記プローブは共焦点光学系を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の光イメージング装置。
【００４５】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、必要時のみ確実にレーザを出力することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る光イメージング装置の構成を示す構成図
【図２】図１のプローブ先端部の構成を示す図
【図３】図２の２次元スキャニングミラーの構成を示す第１の図
【図４】図２の２次元スキャニングミラーの構成を示す第２の図
【図５】図２の２次元スキャニングミラーの走査状態を検出する第１の変形例の構成を示す図
【図６】図２の２次元スキャニングミラーの走査状態を検出する第２の変形例の構成を示す図
【図７】図２の２次元スキャニングミラーの走査状態を検出する第３の変形例の構成を示す図
【図８】図１の制御回路の入出力信号の関係を示す第１の図
【図９】図１の制御回路の入出力信号の関係を示す第２の図
【図１０】図１の制御回路の入出力信号の変化の流れを示す第１のフローチャート
【図１１】図１の制御回路の入出力信号の変化の流れを示す第２のフローチャート
【図１２】図１のコネクタの構成を示す図
【図１３】図１の光イメージング装置の変形例の構成を示す構成図
【図１４】図１３の制御回路の入出力信号の変化の流れを示すフローチャート
【符号の説明】
１…光イメージング装置
２…光走査プローブ
３…共焦点観察装置
４…モニタ
５…パーソナルコンピュータ
６…コネクタ
３１…レーザ光源
３２…レーザドライバ
３３…シングルモードファイバ
３４…４端子カプラ
３５…光伝送部
３６…駆動ドライバ
３７…接続検知部
３８…駆動条件設定回路
３９…テーブルメモリ
４０…制御回路
【図１】
2004351153.tif 000003
【図２】
2004351153.tif 000004
【図３】
2004351153.tif 000005
【図４】
2004351153.tif 000006
【図５】
2004351153.tif 000007
【図６】
2004351153.tif 000008
【図７】
2004351153.tif 000009
【図８】
2004351153.tif 000010
【図９】
2004351153.tif 000011
【図１０】
2004351153.tif 000012
【図１１】
2004351153.tif 000013
【図１２】
2004351153.tif 000014
【図１３】
2004351153.tif 000015
【図１４】
2004351153.tif 000016