(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隔を空けて対向する第１および第２の光学部材を有し、これら光学部材の相対位置の変化により分光特性が変化する可変分光素子と、
前記第１の光学部材を固定する枠部材と、
該枠部材と前記第２の光学部材との間に配置され、一端が前記枠部材に固定され、他端が前記第２の光学部材に固定され、入力される駆動信号に応じ、前記枠部材に対して前記第２の光学部材を変位させる駆動手段と、
前記可変分光素子を通過する光束を偏向もしくは分光する光学素子および光電変換を行う光電変換素子とを備え、
前記枠部材に前記光学素子および前記光電変換素子が支持されており、
前記駆動手段と前記光学素子または光電変換素子の少なくとも一部とが光軸方向に重なる位置に配置されている分光画像観察用光学装置。
【請求項２】
前記枠部材が筒状に形成され、前記可変分光素子、前記駆動手段、光学素子及び光電変換素子をその内側に収容する請求項１に記載の分光画像観察用光学装置。
【請求項３】
前記光学素子が、レンズまたはフィルタである請求項１又は請求項２に記載の分光画像観察用光学装置。
【請求項４】
前記光電変換素子が、入射された光を電気エネルギに変換する素子、または、入力された電気エネルギを光に変換する素子である請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の分光画像観察用光学装置。
【請求項５】
前記駆動手段が、光軸を挟んで両側に配置されている請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の分光画像観察用光学装置。
【請求項６】
前記駆動手段が、前記第２の光学部材を光軸方向に変位させる請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の分光画像観察用光学装置。
【請求項７】
前記第１の光学部材が、前記第２の光学部材と、前記枠部材による前記駆動手段の支持位置との間に配置されている請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の分光画像観察用光学装置。
【請求項８】
前記第２の光学部材が、前記第１の光学部材と、前記枠部材による前記駆動手段の支持位置との間に配置されている請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の分光画像観察用光学装置。
【請求項９】
前記光電変換素子が受光素子であり、
前記光学素子が、前記可変分光素子を通過する光束を受光素子上に結像させる請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載の分光画像観察用光学装置。
【請求項１０】
前記光電変換素子が光源であり、
前記光学素子が、前記可変分光素子を通過する光束を観察対象に投光する請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載の分光画像観察用光学装置。
【請求項１１】
前記光源が面光源である請求項１０に記載の分光画像観察用光学装置。
【請求項１２】
前記可変分光素子を通過する光束が非コリメート光である請求項１乃至請求項１１の何れか１項に記載の分光画像観察用光学装置。
【請求項１３】
前記光学素子が、前記可変分光素子を通過する光束に対して光学的パワーを有する請求項１乃至請求項１２の何れか１項に記載の分光画像観察用光学装置。
【請求項１４】
前記駆動手段が、前記第１の光学部材と第２の光学部材との間隔寸法を変化させる請求項１乃至請求項１３の何れか１項に記載の分光画像観察用光学装置。
【請求項１５】
前記第１の光学部材と第２の光学部材との間隔寸法を検出する間隔検出手段を備える請求項１４に記載の分光画像観察用光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光画像観察用光学装置に関し、特に、エタロン素子を用いて生体等の分光情報を取得する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内視鏡先端の撮像光学系または照明光学系の少なくとも一方に、複数の光学部材の間隔をピエゾ素子からなる駆動手段により可変としたエタロン素子を配置して、観察光または照明光の波長特性を変化させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この特許文献１に開示された技術を用いることにより生体等の分光情報を取得することができる。
【０００３】
特許文献１に開示されているエタロン素子は、２以上の光学部材間にピエゾ素子からなる駆動手段を配置している。エタロン素子は、光の干渉効果を用いて透過特性を変化させるものであるため、隣接する光学部材の間隔を光束のコヒーレンス長程度以下に近接させる必要があるとともに、光学部材を変位させる駆動手段には高い駆動分解能が必要とされる。
【特許文献１】特許第２８０２０６１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、隣接する光学部材の間隔を光束のコヒーレンス長程度以下に効率よく調整するためには、駆動手段のストロークを大きく確保することが必要となるが、駆動手段を２以上の光学部材間に配置する特許文献１の構造では、ストロークの長大化は困難であるという問題がある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、隣接する光学部材の間隔を小さく維持しながら、駆動手段のストロークを大きく確保して、透過特性を精度よく調節することができる分光画像観察用光学装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、間隔を空けて対向する第１および第２の光学部材を有し、これら光学部材の相対位置の変化により分光特性が変化する可変分光素子と、前記第１の光学部材を固定する枠部材と、該枠部材と前記第２の光学部材との間に配置され、一端が前記枠部材に固定され、他端が前記第２の光学部材に固定され、入力される駆動信号に応じ、前記枠部材に対して前記第２の光学部材を変位させる駆動手段と、前記可変分光素子を通過する光束を偏向もしくは分光する光学素子および光電変換を行う光電変換素子とを備え、前記枠部材に前記光学素子および前記光電変換素子が支持されており、前記駆動手段と前記光学素子または光電変換素子の少なくとも一部とが光軸方向に重なる位置に配置されている分光画像観察用光学装置を提供する。
【０００６】
上記発明においては、生体組織の分光画像を観察することとしてもよく、生体体腔内の組織の分光画像を観察することとしてもよい。
また、上記発明においては、前記駆動手段と前記光学素子または光電変換素子の少なくとも一部とが光軸方向に重なる位置に配置されていることが好ましい。
【０００７】
また、上記発明においては、前記光学素子が、レンズまたはフィルタであることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記光電変換素子が、入射された光を電気エネルギに変換する素子、または、入力された電気エネルギを光に変換する素子であることとしてもよい。
【０００８】
また、上記発明においては、前記駆動手段が、光軸を挟んで両側に配置されていることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記駆動手段が、前記第２の光学部材を光軸方向に変位させることとしてもよい。
【０００９】
また、上記発明においては、前記第１の光学部材が、前記第２の光学部材と、前記枠部材による前記駆動手段の支持位置との間に配置されていることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記第２の光学部材が、前記第１の光学部材と、前記枠部材による前記駆動手段の支持位置との間に配置されていることとしてもよい。
【００１０】
また、上記発明においては、前記光電変換素子が受光素子であり、前記光学素子が、前記可変分光素子を通過する光束を受光素子上に結像させることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記光電変換素子が光源であり、前記光学素子が、前記可変分光素子を通過する光束を観察対象に投光することとしてもよい。
【００１１】
また、上記発明においては、前記光源が面光源であることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記可変分光素子を通過する光束が非コリメート光であることとしてもよい。
【００１２】
また、上記発明においては、前記光学素子が、前記可変分光素子を通過する光束に対して光学的パワーを有することとしてもよい。
また、上記発明においては、前記枠部材が、筒状に形成され、前記可変分光素子、前記駆動手段、光学素子または光電変換素子をその内側に収容することとしてもよい。
【００１３】
また、上記発明においては、前記駆動手段が、前記第１の光学部材と第２の光学部材との間隔寸法を変化させることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記第１の光学部材と第２の光学部材との間隔寸法を検出する間隔検出手段を備えることとしてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、隣接する光学部材の間隔を小さく維持しながら、駆動手段のストロークを大きく確保して、透過特性を精度よく調節することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の第１の実施形態に係る分光画像観察用光学装置１について、図１〜図３を参照して説明する。
本実施形態に係る分光画像観察用光学装置（以下、撮像ユニットという。）１は、図１に示されるように、内視鏡システム２に搭載されている。
【００１６】
内視鏡システム２は、図１に示されるように、生体の体腔内に挿入される挿入部３と、該挿入部３内に配置される撮像ユニット１と、複数種の光を発する光源ユニット４と、前記撮像ユニット１および光源ユニット４を制御する制御ユニット５と、撮像ユニット１により取得された画像を表示する表示ユニット６とを備えている。
【００１７】
前記挿入部３は、生体の体腔に挿入できる極めて細い外形寸法を有し、その内部に、前記撮像ユニット１と、前記光源ユニット４からの光を先端３ａまで伝播するライトガイド７とを備えている。
前記光源ユニット４は、体腔内の観察対象を照明する照明光を発する光源８と、該光源８を制御する光源制御回路９とを備えている。
【００１８】
前記光源８は、例えば、図示しないキセノンランプおよびバンドパスフィルタを組み合わせたもので、バンドパスフィルタの５０％透過域は、４３０〜７００ｎｍである。すなわち、光源８は、波長帯域４３０〜７００ｎｍの照明光を発生するようになっている。
【００１９】
本実施形態に係る撮像ユニット１は、図２に示されるように、観察対象Ａから入射される光を集光する撮像光学系１０と、間隔をあけて配置され集光された光を透過させる第１、第２の光学部材１１ａ，１１ｂと、制御ユニット５の作動により作動させられるアクチュエータ（駆動手段）１２と、撮像光学系１０により集光された光を撮影して電気信号に変換する撮像素子（光電変換素子）１３と、これらを支持する枠部材１４とを備えている。
【００２０】
前記撮像光学系１０は、第１のレンズ（光学素子）１０ａおよび第２のレンズ（光学素子）１０ｂを備えている。
前記第１，第２の光学部材１１ａ，１１ｂの対向面には、光学有効径の範囲に反射コート（図示略）が施されている。反射コートは、例えば、金属膜や誘電体多層膜により構成されている。そして、第１、第２の光学部材１１ａ，１１ｂの面間隔は、極めて微小な値、例えば、ミクロンオーダになるように配置されている。
【００２１】
また、第１、第２の光学部材１１ａ，１１ｂの光学有効径に設けられた反射コートの半径方向外側には、容量センサ１５を構成する輪帯形状のセンサ電極１５ａ，１５ｂが配置されている。センサ電極１５ａ，１５ｂは、例えば、金属膜により構成されている。これにより、容量センサ１５は、センサ電極１５ａ，１５ｂ間の隙間に応じて変化する静電容量に基づいて、センサ電極１５ａ，１５ｂ間の隙間寸法を検出することができるようになっている。
【００２２】
アクチュエータ１２は、例えば、円筒形状の圧電素子により構成されている。アクチュエータ１２に駆動信号が入力されると、アクチュエータ１２は該駆動信号に応じてその長さを伸縮させるようになっている。そして、アクチュエータ１２の作動により光学部材１１ａ，１１ｂの間隔寸法を変化させることで、その透過する光の波長帯域を変化させることができるようになっている。
【００２３】
枠部材１４は、円筒状の外筒１４ａと、該外筒１４ａの内面に固定された第１，第２の支持部材１４ｂ，１４ｃとを備えている。
アクチュエータ１２の一端は、第１の支持部材１４ｂに固定され、他端には第２の光学部材１１ｂが固定されている。第１の支持部材１４ｂは、その半径方向の中央に、アクチュエータ１２の内側に延びる筒状部１４ｄを備え、該筒状部１４ｄの先端に第１の光学部材１１ａが固定されている。
【００２４】
また、筒状部１４ｄの半径方向内方には第２のレンズ１０ｂおよび撮像素子１３がアクチュエータ１２の軸方向に間隔をあけて配置されている。これにより、第１の光学部材１１ａ、第２のレンズ１０ｂおよび撮像素子１３と、これらを内蔵するアクチュエータ１２とが軸方向に重なる位置に配置されている。
【００２５】
また、第２の支持部材１４ｃは、第１、第２の光学部材１１ａ，１１ｂを挟んで第２のレンズ１０ｂとは反対側に配置される第１のレンズ１０ａを支持している。枠部材１４を構成する外筒１４ａ、第１，第２の支持部材１４ｂ，１４ｃ、第１，第２のレンズ１０ａ，１０ｂ、第１，第２の光学部材１１ａ，１１ｂ、撮像素子１３およびアクチュエータ１２は、例えば、接着剤により相互に固定されている。
【００２６】
第１，第２の光学部材１１ａ，１１ｂとアクチュエータ１２とによって光の透過率特性を微調整可能な可変分光素子１６が構成されている。
可変分光素子１６の可変波長帯域は、図３に示されるように、制御ユニット５からの制御信号に応じて２つの状態に変化するようになっている。このとき、容量センサ１５からの信号をもとに制御信号のフィードバック制御を実施することにより、制御精度を向上させることができる。
【００２７】
第１の状態は、可視光の緑の領域である波長帯域５３０〜５６０ｎｍの光を透過させるようになっている（透過波長帯域は透過率５０％となる波長で定義される。）。
第２の状態は、可視光の赤の領域である波長帯域６３０〜６６０ｎｍの光を透過させるようになっている。
【００２８】
前記制御ユニット５は、図１に示されるように、撮像素子１３を駆動制御する撮像素子駆動回路１７と、可変分光素子１６を駆動制御する可変分光素子制御回路１８と、撮像素子１３により取得された画像情報を記憶するフレームメモリ１９と、該フレームメモリ１９に記憶された画像情報を処理して表示ユニット６に出力する画像処理回路２０とを備えている。
【００２９】
撮像素子駆動回路１７および可変分光素子制御回路１８は、前記光源制御回路９に接続され、可変分光素子１６および撮像素子１３を駆動制御するようになっている。
具体的には、可変分光素子制御回路１８が、可変分光素子１６を第１の状態としたときに、撮像素子駆動回路１７が撮像素子１３からの画像情報を第１のフレームメモリ１９ａに出力させるようになっている。また、可変分光素子制御回路１８が、可変分光素子１６を第２の状態としたときに、撮像素子駆動回路１７が撮像素子１３からの画像情報を第２のフレームメモリ１９ｂに出力させるようになっている。
【００３０】
また、前記画像処理回路２０は、例えば、緑の帯域の反射光画像情報を第１のフレームメモリ１９ａから受け取って、表示ユニット６の第１のチャネルに出力し、赤の帯域の反射光画像情を第２のフレームメモリ１９ｂから受け取って、表示ユニット６の第２のチャネルに出力するようになっている。
【００３１】
このように構成された本実施形態に係る撮像ユニット１を含む内視鏡システム２の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る撮像ユニット１を備えた内視鏡システム２を用いて、生体の体腔内の撮影対象Ａを撮像するには、挿入部３を体腔内に挿入し、その先端３ａを体腔内の撮影対象Ａに対向させる。この状態で、光源ユニット４および制御ユニット５を作動させ、光源制御回路９の作動により、光源８から照明光を発生させる。
【００３２】
光源ユニット４の光源８において発生した照明光は、ライトガイド７を介して挿入部３の先端３ａまで伝播され、挿入部３の先端３ａから撮影対象Ａに向けて照射される。
照明光は撮影対象Ａの表面において反射され、第１のレンズ１０ａにより略平行光にされた後、可変分光素子１６を透過して、第２のレンズ１０ｂにより撮像素子１３に結像される。これにより、反射光画像情報が取得される。
【００３３】
緑の帯域の反射光画像情報を取得する場合には、可変分光素子制御回路１８により可変分光素子１６を第１の状態に切り替える。これにより、撮像素子１３に到達する反射光の帯域を５３０〜５６０ｎｍに制限することができる。取得された反射光画像情報は、第１のフレームメモリ１９ａに記憶され、画像処理回路２０によって、表示ユニット６の第１のチャネルに出力され、表示される。
【００３４】
赤の帯域の反射光画像情報を取得する場合には、可変分光素子制御回路１８により可変分光素子１６を第２の状態に切り替える。これにより、撮像素子１３に到達する反射光の帯域を６３０〜６６０ｎｍに制限することができる。取得された反射光画像情報は、第２のフレームメモリ１９ｂに記憶され、画像処理回路２０によって、表示ユニット６の第２のチャネルに出力され、表示される。
このように、本実施形態に係る撮像ユニット１を備える内視鏡システム２によれば、反射光の異なる波長域に対する画像情報を使用者に提供することができる。
【００３５】
この場合において、本実施形態に係る撮像ユニット１によれば、筒状のアクチュエータ１２の内部に、第１の光学部材１１ａ、第２のレンズ１０ｂおよび撮像素子１３を配置しているので、これらを直列に配列した従来の装置と比較して、アクチュエータ１２のストロークを十分に確保しつつ、撮像ユニット１の全長を短くすることができるという効果がある。内視鏡システム２においては、先端の変形しない硬質部分の長さを短縮できるので特に好ましい。
【００３６】
なお、本実施形態に係る撮像ユニット１の構成に対しては、種々の変更および変形が可能である。
例えば、筒状のアクチュエータ１２を第１の支持部材１４ｂと第２の光学部材１１ｂとの間に配置したが、これに代えて、図４に示されるように、アクチュエータ１２を第２の光学部材１１ｂと第２の支持部材１４ｃとの間に配置し、第１の光学部材１１ａおよび第１のレンズ１０ａをアクチュエータ１２内に配置することとしてもよい。
これにより、第１のレンズ１０ａがアクチュエータ１２内に配置され、アクチュエータ１２のストロークを確保しながら全長を短縮することができる。
【００３７】
また、図５に示されるように、アクチュエータ１２を第２の光学部材１１ｂと第１の支持部材１４ｂとの間に配置し、第１の光学部材１１ａを第２の支持部材１４ｃに支持させることとしてもよい。このようにすることで、精度が必要な第１の光学部材１１ａとアクチュエータ１２とを入れ子構造に構成する必要がなく、構造が簡単で組立を容易にできるという利点がある。
【００３８】
さらに、図６に示されるように、アクチュエータ１２を第２の光学部材１１ｂと第２の支持部材１４ｃとの間に配置し、第１の光学部材１１ａを第１の支持部材１４ｂに支持させることとしてもよい。これにより、第１のレンズ１０ａがアクチュエータ１２内に配置され、アクチュエータ１２のストロークを確保しながら全長を短縮することができる。
【００３９】
また、撮像素子１３としては、ＣＣＤ素子、Ｃ−ＭＯＳ、フォトダイオード、電子増倍ＣＣＤ（ＥＭＣＣＤ）、電子打ち込み型ＣＣＤ（ＥＢＣＣＤ）等を採用することとしてもよい。
また、枠部材１４やアクチュエータ１２の固定方法としては、他の固定方法、例えば、止めネジによる固定方法や嵌合による固定方法を用いてもよい。また、アクチュエータ１２としては、圧電素子の他、例えば、磁歪素子を採用してもよい。また、軟性鏡の他、硬性鏡に適用することとしてもよい。さらに、内視鏡システム２ではなく、生体内部観察用の対物レンズに適用することとしてもよい。
【００４０】
次に、本発明の第２の実施形態に係る撮像ユニット３０および内視鏡システム３１について、図７〜図９を参照して以下に説明する。
なお、本実施形態の説明において、上述した第１の実施形態に係る撮像ユニット１と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
【００４１】
本実施形態に係る撮像ユニット３０を含む内視鏡システム３１は、図７に示されるように、反射光画像に加えて蛍光画像を取得する点において第１の実施形態における内視鏡システム２と相違している。また、反射光画像の波長帯域も相違している。
【００４２】
前記光源ユニット４は、体腔内の観察対象を照明し、観察対象において反射して戻る反射光を取得するための照明光を発する照明光用光源３２と、体腔内の観察対象に照射され、観察対象内に存在する蛍光物質を励起して蛍光を発生させるための励起光を発する励起光用光源３３と、これらの光源３２，３３を制御する光源制御回路９とを備えている。
【００４３】
前記照明光用光源３２は、例えば、図示しないキセノンランプおよびバンドパスフィルタを組み合わせたもので、バンドパスフィルタの５０％透過域は、４３０〜４６０ｎｍである。すなわち、照明光用光源３２は、波長帯域４３０〜４６０ｎｍの照明光を発生するようになっている。
【００４４】
前記励起光用光源３３は、例えば、ピーク波長６６０±５ｎｍの励起光を出射する半導体レーザである。この波長の励起光は、Ｃｙ５．５（Ａｍｅｒｓｈａｍ社製）やＡＬＥＸＡＦＬＵＯＲ７００（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｒｏｂｅｓ社製）等の蛍光薬剤を励起することができる。
前記光源制御回路９は、後述するタイミングチャートに従う所定のタイミングで、照明光用光源３２と励起光用光源３３とを交互に点灯および消灯させるようになっている。
【００４５】
前記撮像ユニット３０は、図８に示されるように、観察対象Ａから入射される光を集光する第１のレンズ１０ａおよび第２のレンズ１０ｂを備える撮像光学系１０と、観察対象Ａから入射されてくる励起光を遮断する励起光カットフィルタ３４と、制御ユニット５の作動により分光特性を変化させられる可変分光素子（可変分光手段）１６と、撮像光学系１０により集光された光を撮影して電気信号に変換する撮像素子１３と、これらを支持する枠部材１４とを備えている。
【００４６】
アクチュエータ１２は、例えば、円筒状の圧電素子からなり、その一端は、第２の支持部材１４ｃに固定され、他端には第２の光学部材１１ｂが固定されている。第２の支持部材１４ｃは、その半径方向の中央に、アクチュエータ１２の内側に延びる筒状部１４ｄを備えている。該筒状部１４ｄの内側には、前記撮像光学系１０を構成する第１、第２のレンズ１０ａ，１０ｂおよび励起光カットフィルタ３４が固定されている。
【００４７】
また、第１の支持部材１４ｂは、第１、第２の光学部材１１ａ，１１ｂを挟んで第２の支持部材１４ｃとは反対側に配置され、第１の光学部材１１ａおよび撮像素子１３を支持している。
【００４８】
可変分光素子１６は、図９に示されるように、１つの固定透過帯域および１つの可変透過帯域の２つの透過帯域を有する透過率波長特性を有している。固定透過帯域は、可変分光素子１６の状態によらず、常に入射光を透過するようになっている。また、可変透過帯域は可変分光素子１６の状態に応じて透過率特性が変化するようになっている。
【００４９】
本実施形態において、可変分光素子１６は、蛍光薬剤が励起光により励起されることによって発せられる蛍光（薬剤蛍光）の波長を含む波長帯域（例えば、６９０〜７１０ｎｍ）に可変透過帯域を備えている。そして、可変分光素子１６は、制御ユニット５からの制御信号に応じて２つの状態に変化するようになっている。
【００５０】
第１の状態は、可変透過帯域での透過率を５０％以上に増大させ、薬剤蛍光を透過させる状態である。第２の状態は、可変透過帯域での透過率を２０％以下に低下させ、薬剤蛍光を遮断する状態である。
第２の状態は、可変透過帯域の波長域を第１の状態から変化させることによって、薬剤蛍光を遮断してもよい。
【００５１】
固定透過帯域は、例えば、４２０〜５４０ｎｍの範囲に配置され、透過率６０％以上に固定されている。
また、固定透過帯域は、照明光に対する反射光の波長を含む波長帯域に位置し、上記第１および第２の状態のいずれの場合においても反射光を撮像素子１３に向けて透過させることができるようになっている。
【００５２】
また、前記励起光カットフィルタ３４は、４２０〜６４０ｎｍの波長帯域で透過率８０％以上、６５０〜６７０ｎｍの波長帯域でＯＤ値４以上（＝透過率１×１０−４以下）、６９０〜７５０ｎｍの波長帯域で透過率８０％以上である。
【００５３】
撮像素子駆動回路１７および可変分光素子制御回路１８は、前記光源制御回路９に接続され、光源制御回路９による照明光用光源３２および励起光用光源３３の切り替えに同期して可変分光素子１６および撮像素子１３を駆動制御するようになっている。
【００５４】
具体的には、図１０のタイミングチャートに示されるように、光源制御回路９の作動により、励起光用光源３３から励起光が発せられるときには、可変分光素子制御回路１８が、可変分光素子１６を第１の状態として、撮像素子駆動回路１７が撮像素子１３から出力される画像情報を第１のフレームメモリ１９ａに出力させるようになっている。また、照明光用光源３２から照明光が発せられるときには、可変分光素子制御回路１８が、可変分光素子１６を第２の状態として、撮像素子駆動回路１７が撮像素子１３から出力される画像情報を第２のフレームメモリ１９ｂに出力するようになっている。
【００５５】
また、前記画像処理回路２０は、例えば、励起光の照射により得られる蛍光画像情報を第１のフレームメモリ１９ａから受け取って表示ユニット６の第１のチャネルに出力し、照明光の照射により得られる反射光画像情報を第２のフレームメモリ１９ｂから受け取って表示ユニット６の第２のチャネルに出力するようになっている。
【００５６】
このように構成された本実施形態に係る撮像ユニット３０および内視鏡システム３１の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る内視鏡システム３１を用いて、生体の体腔内の撮影対象Ａを撮像するには、蛍光薬剤を体内に注入するとともに、挿入部３を体腔内に挿入し、その先端３ａを体腔内の撮影対象Ａに対向させる。この状態で、光源ユニット４および制御ユニット５を作動させ、光源制御回路９の作動により、照明光用光源３２および励起光用光源３３を交互に作動させて照明光および励起光をそれぞれ発生させる。
【００５７】
光源ユニット４において発生した励起光および照明光は、それぞれライトガイド７を介して挿入部３の先端３ａまで伝播され、挿入部３の先端３ａから撮影対象Ａに向けて照射される。
励起光が撮影対象Ａに照射された場合には、撮影対象Ａに浸透している蛍光薬剤が励起されて蛍光が発せられる。撮影対象Ａから発せられた蛍光は、撮像ユニット３０の撮像光学系１０により集光され励起光カットフィルタ３４を透過し可変分光素子１６に入射される。
【００５８】
可変分光素子１６は、可変分光素子制御回路１７の作動により励起光用光源３３の作動に同期して第１の状態に切り替えられているので、蛍光に対する透過率が増大させられており、入射された蛍光を透過させることができる。この場合に、撮影対象Ａに照射された励起光の一部が、撮影対象Ａにおいて反射され、蛍光とともに撮像ユニット３０に入射されるが、撮像ユニット３０には励起光カットフィルタ３４が設けられているので、励起光は遮断され、撮像素子１３に入射されることが阻止される。
【００５９】
そして、可変分光素子１６を透過した蛍光は撮像素子１３に入射され、蛍光画像情報が取得される。取得された蛍光画像情報は、第１のフレームメモリ１９ａに記憶され、画像処理回路２０によって、表示ユニット６の第１のチャネルに出力されて表示ユニット６により表示される。
【００６０】
一方、照明光が撮影対象Ａに照射された場合には、撮影対象Ａの表面において照明光が反射され、撮像光学系１０により集光されて励起光カットフィルタ３４を透過し、可変分光素子１６に入射される。照明光の反射光の波長帯域は、可変分光素子１６の固定透過帯域に位置しているので、可変分光素子１６に入射された反射光は全て可変分光素子１６を透過させられる。
【００６１】
そして、可変分光素子１６を透過した反射光は撮像素子１３に入射され、反射光画像情報が取得される。取得された反射光画像情報は、第２のフレームメモリ１９ｂに記憶され、画像処理回路２０によって、表示ユニット６の第２のチャネルに出力されて表示ユニット６により表示される。
【００６２】
この場合に、可変分光素子１６は、可変分光素子制御回路１８の作動により照明光用光源３２の作動に同期して第２の状態に切り替えられているので、蛍光に対する透過率が低下させられており、蛍光が入射されても、これを遮断する。これにより、反射光のみが撮像素子１３により撮影される。
このように、本実施形態に係る撮像ユニット３０を含む内視鏡システム３１によれば、蛍光画像と反射光画像とを合成した画像を使用者に提供することができる。
【００６３】
本実施形態に係る撮像ユニット３０によれば、円筒状のアクチュエータ１２の内側に撮像光学系１０を構成するレンズ１０ａ，１０ｂおよび励起光カットフィルタ３４を配置したので、アクチュエータ１２によって支持する第２の光学部材１１ｂと撮像光学系１０を構成するレンズ１０ｂとを近接して配置することができる。したがって、可変分光素子１６を通過する光束が収束光の場合でも、レンズ１０ｂを大型化させることなく、レンズ１０ｂに取り込まれる光束の開口数を確保することができる。その結果、明るいレンズ系を実現できる。これにより、一般に微弱な蛍光を観察する場合に有利である。
【００６４】
なお、本実施形態においては、可変分光素子１６を構成する第１，第２の光学部材１１ａ，１１ｂをそれぞれ別個の支持部材１４ｂ，１４ｃに支持させた場合を例示したが、これに代えて、図１１に示されるように、アクチュエータ１２を介して第２の光学部材１１ｂを支持する第１の支持部材１４ｂの筒状部１４ｄ先端に、第１の光学部材１１ａを支持させることとしてもよい。このようにすることで、アクチュエータ１２の軸方向長さを長く確保することができ、ストロークを確保して高い駆動分解能を達成することができるという利点がある。
【００６５】
また、円筒状のアクチュエータ１２の内部に撮像光学系１０を配置することで、レンズ１０ａ，１０ｂと第２の光学部材１１ｂとを近接させてレンズ１０ｂの小径化を図ることとしたが、これに代えて、図１２に示されるように、円筒状のアクチュエータ１２の内部に撮像素子１３を配置することで、同様の効果を達成することとしてもよい。また、図１３に示されるように、アクチュエータ１２を介して第２の光学部材１１ｂを支持する第２の支持部材１４ｃに筒状部１４ｄを設け、該筒状部１４ｄの内部に撮像光学系１０、筒状部１４ｄの先端に第１の光学部材１１ａを配置して、アクチュエータ１２のストロークを確保してもよい。
【００６６】
また、第１、第２の光学部材１１ａ，１１ｂを通過する光束が収束光の場合について説明したが、これに代えて、発散光となる位置に第１，第２の光学部材１１ａ，１１ｂを配置してもよい。
また、アクチュエータ１２としては、圧電素子に限られるものではなく、例えば、銅のように熱伝導率の高い物質からなる円筒部材の側面に、ヒータ素子を配置して、円筒部材の熱膨張を利用するようなアクチュエータ１２を採用してもよい。このようにすることで、圧電素子に見られるようなヒステリシスの発生を抑えて、高精度の制御を容易にすることができるという利点がある。
【００６７】
次に、本発明の第３の実施形態に係る分光画像観察用光学装置４０および内視鏡システム４１について、図１４および図１５を参照して説明する。
なお、本実施形態の説明において、第１の実施形態において説明した内視鏡システム２と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
【００６８】
本実施形態における内視鏡システム４１は、第１の実施形態における内視鏡システム２が、撮像ユニット１として分光画像観察用光学装置を採用していたのに対し、光源ユニット４２の一部に分光画像観察用光学装置４０を採用した点で相違している。
すなわち、光源ユニット４２は、図１４に示されるように、挿入部３の先端３ａに配置された先端光源部（分光画像観察用光学装置）４０と、体外に配置され該先端光源部４０を制御する光源制御部４３とを備えている。
【００６９】
先端光源部４０は、図１５に示されるように、白色光を発生する白色ＬＥＤ（光電変換素子）４４と、２つの光学部材１１ａ，１１ｂおよびアクチュエータ１２からなる可変分光素子１６と、白色ＬＥＤ４４から発せられた白色光を拡散させるレンズ４５と、これらを固定する枠部材１４とを備えている。
【００７０】
アクチュエータ１２は、例えば、円筒状の圧電素子からなり、その一端は、第１の支持部材１４ｂに固定され、他端には第２の光学部材１１ｂが固定されている。本実施形態によれば、白色ＬＥＤ４４がアクチュエータ１２の内部に配置されている。
また、第２の支持部材１４ｃは、第１、第２の光学部材１１ａ，１１ｂを挟んで第１の支持部材１４ｂとは反対側に配置され、第１の光学部材１１ａを支持している。    
【００７１】
光源制御部４３は、白色ＬＥＤ４４のオンオフ状態を制御する光源制御回路４６と、可変分光素子１６による透過波長帯域を切り替える可変分光素子制御回路４７とを備えている。
なお、本実施形態における撮像ユニット４８は、挿入部３の先端３ａに固定された第１，第２のレンズ１０ａ，１０ｂと、該第１，第２のレンズ１０ａ，１０ｂにより集光された観察対象Ａからの反射光を撮像する撮像素子４９とを備えている。
【００７２】
このように構成された本実施形態に係る先端光源部４０によれば、異なる透過波長帯域の状態に可変分光素子１６を切り替えて画像を取得することにより、分光画像を取得することができる。
この場合において、本実施形態に係る先端光源部４０によれば、白色ＬＥＤ４４を円筒状のアクチュエータ１２内に配置しているので、アクチュエータ１２の長いストロークを確保しながら、白色ＬＥＤ４４を第１の光学部材１１ａに近接して配置することができる。
【００７３】
これにより、光源ユニットの全長を短縮でき、光学部材１１ａ，１１ｂを通過する照明光束が発散光であっても、レンズ４５を大型化させることなく、レンズ４５を通過させる照明光束の開口数を確保することができる。したがって、明るい照明を実現することができる。
また、白色ＬＥＤ４４を複数配置した面光源の場合には、点光源の場合と比較して、レンズ４５からの距離が離れたときにレンズ４５に必要とされる外径寸法が増加する。したがって、このような場合に、本実施形態に係る先端光源部４０によれば、レンズ４５の大型化を防止しつつ、先端光源部４０の全長の短縮を図ることができるという利点が大きい。
【００７４】
なお、本実施形態においては、光源として、白色ＬＥＤ４４を採用したがその個数は１個でも複数でもよく、また、白色ＬＥＤ４４を１個と拡散板（図示略）との組み合わせにより光源面積を拡大したものやランプ（図示略）を用いることとしてもよい。また、多波長励起の半導体レーザやスーパルミネッセントダイオード等を用いることとしてもよい。
【００７５】
また、図１６に示されるように、第１の支持部材１４ｂと第１の光学部材１４ｃとの間に配置した円筒状のアクチュエータ１２の内側に白色ＬＥＤ４４を配置する代わりに、第２の支持部材１４ｃと第２の光学部材１１ｂとの間に、アクチュエータ１２を配置し、該アクチュエータ１２の内側に、第１の光学部材１１ａおよびレンズ４５を配置することとしてもよい。
【００７６】
次に、本発明の第４の実施形態に係る分光画像観察用光学装置５０について、図１７を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る分光画像観察用光学装置５０は、図１１に示される第２の実施形態に係る分光画像観察用光学装置３０と同様に撮像ユニットであるが、アクチュエータ１２の構造において相違している。したがって、図１１に示される第２の実施形態に係る分光画像観察用光学装置３０と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
【００７７】
本実施形態の撮像ユニット（分光画像観察用光学装置）５０においては、アクチュエータ１２が円筒状に形成された第２の実施形態とは異なり、複数（例えば、４本）の棒状のアクチュエータ５１が、第１、第２の光学部材１１ａ，１１ｂおよび撮像素子１３の光軸回りに周方向に間隔を空けて配置されている。また、本実施形態においては、容量センサ１５のセンサ電極１５ａ，１５ｂもアクチュエータ５１と同数（例えば、４個）に分割され、各アクチュエータ５１に対応する位置に、周方向に間隔をあけて配置されている。
【００７８】
このように構成された本実施形態に係る撮像ユニット５０によれば、センサ電極１５ａ，１５ｂおよびアクチュエータ５１が周方向に分割されて複数配置されているので、独立した別個のセンサ電極１５ａ，１５ｂによって、第１，第２の光学部材１１ａ，１１ｂの相対的な傾きを検出し、独立したアクチュエータ５１によって、その傾きを補正するように第２の光学部材１１ｂを移動させることができる。
【００７９】
蛍光観察においては、一般に、得られる蛍光強度が微弱であるため、光学系の透過効率が非常に重要である。第１，第２の光学部材１１ａ，１１ｂは、反射コートが精度よく平行なときに高い透過効率を得ることができる一方、平行度が悪化すると急激に透過効率が低下する。したがって、本実施形態に係る撮像ユニット５０によれば、第２の光学部材１１ｂの変位量を確保できるのみならず、その傾斜を調節することもでき、透過効率を向上して明るい蛍光画像を取得することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る撮像ユニットを含む内視鏡システムの全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る撮像ユニットを模式的に示す縦断面図である。
【図３】図２の撮像ユニットを構成する可変分光素子の透過率特性を示す図である。
【図４】図２の撮像ユニットの変形例を模式的に示す縦断面図である。
【図５】図２の撮像ユニットの他の変形例を模式的に示す縦断面図である。
【図６】図２の撮像ユニットの他の変形例を模式的に示す縦断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る撮像ユニットを含む内視鏡システムの全体構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る撮像ユニットを模式的に示す縦断面図である。
【図９】図８の撮像ユニットを構成する各光学部品の透過率特性、照明光および励起光の波長特性を示す図である。
【図１０】図７の内視鏡システムの動作を説明するタイミングチャートである。
【図１１】図８の撮像ユニットの変形例を模式的に示す縦断面図である。
【図１２】図８の撮像ユニットの他の変形例を模式的に示す縦断面図である。
【図１３】図８の撮像ユニットの他の変形例を模式的に示す縦断面図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態に係る撮像ユニットを含む内視鏡システムの全体構成を示すブロック図である。
【図１５】本発明の第３の実施形態に係る撮像ユニットを模式的に示す縦断面図である。
【図１６】図１５の撮像ユニットの変形例を模式的に示す縦断面図である。
【図１７】本発明の第４の実施形態に係る撮像ユニットを模式的に示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００８１】
Ａ  観察対象
１  撮像ユニット（分光画像観察用光学装置）
１０ａ  第１のレンズ（光学素子）
１０ｂ  第２のレンズ（光学素子）
１１ａ  第１の光学部材
１１ｂ  第２の光学部材
１２，５１  アクチュエータ（駆動手段）
１３  撮像素子（光電変換素子）
１４  枠部材
１５  容量センサ（間隔検出手段）
１６  可変分光素子
３４  励起光カットフィルタ（光学素子：フィルタ）
４０  先端光源部（分光画像観察用光学装置）
４４  白色ＬＥＤ（光電変換素子）
【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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