JP2002301018A - 光走査プローブ装置 - Google Patents
光走査プローブ装置Info
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Abstract
察像を得ることができる光走査プローブ装置を提供す
る。 【解決手段】 体腔内に挿入される光プローブ内には光
源からの光を伝達してその先端面から出射する光ファイ
バ6bが挿通され、光プローブの先端部9を構成する先
端枠10内に設けた光学ユニット11の光学系を介して
被検部13側に集光照射し、可動ミラー17、18を駆
動してその焦点23を走査面25上で走査することによ
り、共焦点顕微鏡画像を得られるようにすると共に、先
端カバー12を圧電素子28を介して先端枠10に取付
け、先端カバー12を被検部13の深さ方向29に移動
可能な構成にして、焦点23をこの方向29に移動して
所望とする深さにおける共焦点顕微鏡画像を得られるよ
うにした。
Description
伝達手段を介して光を伝達し、その先端から被検部側に
集光照射された光を走査し、焦点位置からの戻り光を検
出して光学画像情報を得る光走査プローブ装置に関す
る。
常の光学顕微鏡と異なり、共焦点関係に設定した状態で
被検部側の焦点を走査することにより、その焦点位置の
光学情報を得る共焦点顕微鏡が例えばWO 90/00
754に開示されている。
の対物レンズを並設し、光学系を移動して2種類の対物
レンズを選択使用することによって焦点距離が異なる光
走査顕微鏡が開示されている。
技術には、一方の対物レンズの光軸上で焦点位置を変更
出来ないし、同じ光軸上で焦点を深さ方向に連続的に移
動する手段が無い。つまり、従来技術では被検部に対
し、焦点の位置をその深さ方向に移動して調べようとし
た場合、集光手段としての対物レンズを一方から他方に
変更すると、観察位置も変更されてしまうので、調べた
い部分をその深さ方向に沿って調べるには不便である。
また、焦点を深さ方向に連続的に移動できないので、断
層像や3次元情報を得ることができない。
で、その目的は調べたい部分に対しその深さ方向に沿っ
て観察像を得ることができる光走査プローブ装置を提供
することにある。
向に連続的に移動可能な光走査プローブ装置を提供する
ことにある。
請求項1に記載の光走査プローブ装置は、体腔内に挿入
される光プローブと、被検部に光を照射するための光を
発生する光源と、前記光源からの光を光プローブの先端
に導くための光伝達手段と、前記光を被検部に集光照射
する集光手段と、前記集光手段によって被検部側に集光
された焦点を該集光手段の光軸方向と直交する方向に走
査する光走査手段と、前記被検部からの戻り光を光源か
らの光と分離する分離手段と、前記分離された光を検出
する光検出手段と、を備え、前記被検部側に集光された
焦点の位置を前記集光手段の光軸方向に沿って変更する
変更手段を設けたことを特徴とする。
施の形態を説明する。 (第1の実施の形態)図1ないし図5は本発明の第1の
実施の形態に係り、図1は第1の実施の形態の光走査プ
ローブ装置の全体構成を示し、図2は光プローブの先端
部の構成を示し、図3は光学ユニットの構成を示し、図
4は制御部の構成を示し、図5は可動ミラーを駆動した
場合の焦点の走査の様子を示す。
態の光走査プローブ装置1は、光を発生する光源部2
と、この光を伝達する光伝達部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
先端側から被検体側に出射すると共に、その戻り光を光
伝達部3に導光する光プローブ4と、光プローブ4から
の戻り光を光伝達部3を経て検出し、画像化する信号処
理及び光プローブ4内に設けた光走査手段の制御等を行
う制御部5とから構成される。
ザ発振装置で構成される。そのレーザ光は波長488m
mのアルゴンレーザが細胞観察には適している。光伝達
部3は、光伝達用ファイバ(単にファイバと略記)6
a,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。ファイバ
6a,6b,6c,6dは、シングルモードファイバで
ある。
れ、ファイバ6cの端部は制御部5に接続され、ファイ
バ6dの端部は無反射するデバイス等に接続されている
(閉鎖されている)。
ーブ4の外套チューブを構成する例えば可撓性のチュー
ブ8の内部を通って、先端部9まで導かれている。この
光チューブ4は例えば内視鏡の処置具用チャンネル内に
挿通した体腔内に挿入することもできる。
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11と、光学枠10の先端に後述する圧電素
子28を介して取り付けられた対象物に押し当てる透明
窓部材としての(透明で硬質の)先端カバー12とから
なる。
の先端は光学ユニット11に固定され、この光ファイバ
6bの先端から出射される光を光走査機構(スキャナ)
を介して検査対象となる被検部13側に集光照射し、そ
の戻り光を受光する。
す。光学ユニット11は基板14と、その上面に設けた
スペーサ15と、さらにスペーサ15の上面に設けた上
板16とからなる。基板14には、レーザ光を対象物側
に走査するために向きが可変の2枚の可動ミラー(回動
ミラーとも言う)17,18が設けてある。
ヒンジ部17a,18aによって支持され、この可動ミ
ラー17、18は図示しない電極により静電気力によっ
て回転可動に構成されている。
示しない)はケーブル19を介して制御部5へ接続され
ている。また、この2枚の可動ミラー17、18の回転
軸は直交するように構成されている。さらにスペーサ1
5にはファイバ6bの端面に対向する部分にミラー21
が、上板16にはミラー22と、レーザ光を集光して被
検部13側に焦点23を結ばせるための回折格子レンズ
24が設けてある。
非常に短い焦点距離のレンズに対応した機能を有し、従
ってこの焦点23を被検部19の深さ方向と直交する方
向に2次元的に走査することにより、被検部13に対す
る顕微鏡的に拡大した画像を得ることができるようにし
ている。
図2のように基板14とスペーサ15の間に固定されて
いる。そして、可動ミラー17、18(の電極)に駆動
信号を印加してヒンジ部17a,18aをその回転軸と
して適宜の角度回転駆動することにより、焦点23を走
査面25上で2次元的に走査できるようにしている。
は、光は図2の紙面垂直方向のX方向26に走査され、
可動ミラー18を駆動した場合には、光は図2で左右方
向のY方向27に走査される。つまり、可動ミラー17
及び18を可動させることにより、被検部13側の焦点
23をその深さ方向(Z方向)に垂直な走査面25上を
2次元的に走査できるようにして、その走査面25上で
の反射光情報を得ることができる共焦点顕微鏡を成して
いる。
する4個所に小型で板状ないしは棒状の圧電素子28の
一端が接着され、この圧電素子28の他端は先端カバー
12の基端が接着されている。また、圧電素子28はケ
ーブル19を介して制御部5へ接続されている。
加することにより、図2の符号29で示すように被検部
13の深さ方向となるZ方向に圧電素子28を収縮させ
て、焦点23を符号30で示す切断面30上をZ方向に
可変させることができるようにしている。先端カバー1
2は透明な材質のカバー、例えばポリカーボネードで構
成されている。
る。制御部5は光源部2を駆動するレーザ駆動回路31
と、光プローブ4の可動ミラー17、18を駆動するX
Y駆動回路32と、Z駆動回路33と、アンプを内蔵し
たフォトディテクタ34と、共焦点画像を生成する画像
処理を行う画像処理回路35と、この画像処理された画
像を表示するモニタ36と、必要に応じて画像を記録す
る記録装置37とからなり、制御部5内部では図4のよ
うに接続されている。
ケーブル38で接続されている。また、XY制御回路3
2は可動ミラー17,18の電極およびこれらに対向す
るグランド電極とそれぞれケーブル19を介して接続さ
れている。
ーブル19を介して接続されており、図示しない例えば
ジョイスティック等の焦点位置の変更操作手段を変更す
る操作を行うことにより、その傾ける操作量に対応して
Z駆動回路33は圧電素子28に駆動信号を印加して、
圧電素子28を傾ける操作量に対応した量だけ収縮させ
る。
を被検部13に押しつけた状態で、上記圧電素子28が
収縮することにより、被検部13側に集光照射された際
の焦点23の位置を集光手段の光軸方向に沿って、(つ
まり被検部13の深さ方向に沿って)変更させることが
できるようにしている。
の先端部9には被検部13側に焦点23が形成されるよ
うに集光照射し、焦点23を被検部13の深さ方向に直
交する走査面25上で走査して共焦点顕微鏡画像情報を
得られるようにすると共に、焦点23の位置を被検部1
3の深さ方向に連続的に移動する移動手段、より広義に
は集光手段としての回折格子レンズ24の光軸方向に焦
点23の位置を変更可能とする手段を設けていることが
特徴となっている。
プローブ4を使用するときは、検査したい部分に光プロ
ーブ4の先端の先端カバー12の先端面を押し当てる。
このとき被検部13は光プローブ4の先端部9に対して
固定され画像ぶれを少なくできる。
部2を形成するレーザ装置は、レーザ光を発生し、この
光は光ファイバ6aに入射される。この光は4端子カプ
ラ7によって、2つに分けられ、そのうちの1つは、閉
鎖端に導かれ戻り光がない状態となり、もう一方の光は
光ファイバ6bを介してプローブ4の先端部9へと導か
れる。
バ6bの先端面(の微小な面積部分)から出た後、対向
する側に配置されたミラー21で反射し、その反射光側
に配置された可動ミラー17で反射し、続いてその反射
光側に配置されたミラー22で反射し、さらにその反射
光側に配置された可動ミラー18で反射する。
カバー12を通った後に、焦点23を結ぶようにして被
検部13側に集光照射される。また焦点23からの後方
散乱光は入射光と同じ光路を通り、再びファイバ6bに
入射される。この焦点23以外からの後方散乱光は、入
射光と同じ光路を通ることができず、したがってピンホ
ール状のファイバ6bの先端面に焦点を結ぶことができ
ず、ほとんどピンホール状のファイバ6bの先端面に入
射できない。
ファイバ6bの先端面とは共焦点関係となる共焦点光学
系を成し、焦点23からの戻り光のみを検出する光学系
を構成している。
32によって可動ミラー17を回転させると、これにと
もなってレーザ光の焦点23の位置は走査面25の符号
26で示すX方向(紙面に垂直方向)に走査される。
れにともなってレーザ光の焦点23の位置は走査面25
における符号27で示すY方向に走査される。ここでY
方向の振動の周波数を、X方向の走査の周波数よりも充
分に遅くすることによって、焦点23は図5のように走
査面25を順次ラスタ走査する。これにともなって、こ
の走査面25の各点の後方散乱光が光ファイバ6bによ
って伝えられる。
子カプラ7によって二つに分けられ、ファイバ6cを通
って制御部5のフォトディテクタ34に導かれ、フォト
ディテクタ34によって検出される。
光の強度に応じた電気信号を出力し、さらに内蔵のアン
プ(図示しない)によって増幅される。この信号は、画
像処理回路35に送られる。画像処理回路35では、X
Y駆動回路32の駆動波形を参照して、焦点位置がどこ
のときの信号出力であるかを計算し、さらにこの点にお
ける後方散乱光の強さを計算し、これらを繰り返すこと
によって走査面25における後方散乱光を画像化し、モ
ニタ36に表示する。また、必要に応じて画像データを
記録装置37に記録する。
部分が例えば病変部の可能性がある場合等、その部分の
状態をより詳しく調べたいような場合には、図示しない
焦点位置の変更操作手段を操作し、被検部13における
焦点23の位置を深さ方向に変更する。
深さ方向に移動して調べたい場合には、Z駆動回路33
に駆動の指示信号を送り、圧電素子28の収縮をコント
ロールする。これによって圧電素子28は符号29で示
すZ方向に伸縮し、これにともなって先端カバー12も
Z方向に移動する。
が、先端カバー12の位置をZ方向に移動することによ
って被検部13における焦点23の位置は別の深さ位置
に変更され、その位置を観察することができるようにな
る。このとき、圧電素子28に加えた電圧から、先端カ
バー12の深さ方向の位置変更量を計測できるので、ど
の深さでの画像を得ているかも分かる。
例えば可動ミラー17のみ駆動し、可動ミラー18は停
止させ、代わりにZ駆動回路33で圧電素子28をゆっ
くりと駆動すると、焦点23は深さ方向への切断面30
上を2次元的に走査し、この切断面30の2次元画像情
報を得ることつまり断層画像情報を得ることがができ
る。切断面30上を2次元的に走査する様子は図5にお
いて、Y方向をZ方向とすれば、走査面25が切断面3
0での走査となる。
た光は、4端子カプラ7によって二つに分けられ、フォ
トディテクタ34によって検出され、その電気信号は画
像処理回路35に入力され、この画像処理回路35では
XY駆動回路32、Z駆動回路33の駆動波形を参照し
て、焦点位置がどこのときの信号出力であるかを計算
し、さらにこの点における後方散乱光の強さを計算し、
これらを繰り返すことによって切断面30の後方散乱光
を画像化し、モニタ36に表示する。また、必要に応じ
て画像データを記録装置37に記録する。
光プローブ4の先端に共焦点顕微鏡を構成したので、体
腔内を顕微鏡観察することができる。
構成したので、より観察対象に押し当てやすい。
で、対象物が光プローブ4の先端に対して動かない状態
で観察することができる。
深さ方向に対して相対的に連続的に移動可能に構成して
いるので、被検部13の様々な深さの面の観察像を得る
ことができ、検査対象を詳しく調べたり、診断するのに
便利である。また、断層像を得ることもできる。
実施の形態を図6を参照して説明する。本実施の形態は
第1の実施の形態の構成を変形したもので、Z方向への
焦点移動手段のみが異なる。他の部分の説明は省略す
る。本実施の形態では圧電素子28はなく、透明な先端
カバー12は光学枠10に接着されている。
がその内面に固定されている。この液晶レンズ40の内
部には液晶を満たした例えば、平凸レンズ状の二つの液
晶セル41,42が設けられている。液晶セル41,4
2はガラス板43,44にそれぞれ固定され、さらにそ
の間をガラス部45が満たしている。
ぞれ透明電極(図示しない)が配置されており、これら
は互いに絶縁されている。この透明電極間に電圧を加え
ると、液晶セル41内の液晶分子の配列が変わり、屈折
率が変わるように構成されている。液晶セル42も同様
である。これらの電極からの配線はケーブル19を介し
て図4に示した制御部5のZ駆動回路33へ接続されて
いる。その他の構成は第1の実施の形態と同様である。
動回路33で液晶セル41,42の透明電極に加える電
圧を変更することによって、液晶セル41,42の屈折
率が変わり、これに伴って焦点23の位置をZ方向29
に移動することができる。
することができるようになる。また、ここでXY駆動回
路32によって、例えば可動ミラー17のみ駆動し可動
ミラー18は停止させ、代わりにZ駆動回路33で液晶
セル41、42の屈折率をゆっくりと駆動すると、焦点
23は深さ方向に切った切断面30上を走査することが
でき、この切断面30の画像化ができる。
光プローブ4の先端に共焦点顕微鏡を構成したので、体
腔内を顕微鏡観察することができる。光プローブ4の軸
方向を観察できるように構成したので、より観察対象に
押し当てやすい。対象物に押し当てる透明窓部材を設け
たので、対象が光プローブ4の先端に対して動かない状
態で観察することができる。
向に対して相対的に移動可能に構成されているので、被
検部13の様々な深さの面を観察することができる。ま
た、断層像を得ることもできる。焦点23の光軸方向の
移動に液晶レンズ40を用いたので第1の実施の形態よ
りも簡単な構成で焦点23の光軸方向の移動が実現でき
る。
実施の形態を図7を参照して説明する。本実施の形態は
第2の実施の形態を変形した構成であり、具体的には液
晶レンズ40が形状を変化させる可変焦点レンズとして
の変形レンズ50に変わっただけであるので他の部分の
説明は省略する。
ンズ50が固定されており、この変形レンズ50はその
形状を変化させることにより、その変形レンズ50の焦
点が変化するものである。
の周囲に複数の駆動ダイヤフラム51,52(図示では
その内の二つのみ)が設けてある。各ダイヤフラム5
1、52には板状の圧電素子53,54がそれぞれ貼り
付けられている。また、変形レンズ50における周辺側
の複数のダイヤフラム51、52の中央部には薄い膜で
構成されたレンズ部55も設けてある。
流体56で満たされている。圧電素子53,54からの
配線はケーブル19を介して図4に示す制御部5のZ駆
動回路33へ接続されている。
るとダイヤフラム51、52が膨らみ、電圧を切るとほ
ぼ平坦な形状になる。(図7では電圧を加えたときのも
のである。)また、これに伴って変形レンズ50のレン
ズ部55が変形するが、このときレンズ部55は適当な
凸レンズ形状になるような膜厚を分布させた構成になっ
ている。
動回路33で圧電素子53,54に加える電圧を変更す
ることによって、駆動ダイヤフラム51、52が膨張し
て、これに伴って、変形レンズ50の曲率は減少して、
焦点23は変形レンズ50から遠くなる方向に移動す
る。逆に圧電素子53、54に加える電圧を下げると、
駆動ダイヤフラム51、52が平坦になり、これに伴っ
て、変形レンズ50の曲率が大きくなり、焦点23は変
形レンズ50に近くなる方向に移動する。
移動することができる。これによって被検部13の別の
深さを観察することができるようになる。また、ここで
XY駆動回路32によって、例えば可動ミラー17のみ
駆動し、可動ミラー18は停止させ、代わりにZ駆動回
路33で圧電素子53、54をゆっくりと駆動すると、
焦点23は深さ方向に切った切断面30上を走査するこ
とができ、この切断面30の画像化ができる。
光プローブ4の先端に共焦点顕微鏡を構成したので、体
腔内を顕微鏡観察することができる。光プローブ4の軸
方向を観察できるように構成したので、より観察対象に
押し当てやすい。
で、対象が光プローブ4の先端に対して動かない状態で
観察することができる。レーザ光の焦点23を被検部1
3の深さ方向に対して相対的に移動可能に構成されてい
るので、被検部13の様々な深さの面を観察することが
できる。また、断層像を得ることもできる。
0を用いたので第1の実施の形態よりも簡単な構成で焦
点23の光軸方向の移動が実現できる。
実施の形態を図8を参照して説明する。本実施の形態は
第1の実施の形態を変形した構成のものであり、先端カ
バー12を移動させる手段が変わっただけで他の部分の
説明は省略する。
10が嵌合して、先端カバー12は深さ方向29に移動
自在になっている。また、先端カバー12と光学枠10
との嵌合部にはOリング60が設けられており、内部の
水密を保つ水密構造になっている。
が設けられ、この孔61はチューブ62を介して(図4
のZ駆動回路33の代わりに設けた)Z駆動装置64に
接続されている。Z駆動装置64はポンプや弁によって
構成され、チューブ62への流体の注入やチューブ62
からの液体の吸出しが可能に構成されている。
63は透明な流体で満たされている。また、本実施の形
態のフォトディテクタ34の前面には図示しないフィル
タが設けられている。このフィルタは、レーザの波長よ
りも長い波長のみを通過できるようになっている。
面25を被検部13に対して深さ方向に移動したい場合
には、Z駆動装置64によって先端カバー12をZ方向
29に移動させる。Z駆動装置64によってチューブ6
2、孔61を介して流体を間部63に送り込むと、先端
カバーl2は光学ユニット11から遠ざかる方向に移動
する。逆に間部63から液体を吸い出すと先端カバー1
2を光学ユニット11から近づく方向に移動する。
で、先端カバー12をZ方向に移動することによって被
検部13の別の深さを観察することができるようにな
る。このとき、供給した液体量を計測しておくことで、
先端カバー12の位置を計測できるので、どの深さの画
像を得ているかもわかる。
例えば可動ミラー17のみ駆動し、可動ミラー18は停
止させ、代わりにZ駆動装置64で先端カバー12をゆ
っくりと駆動(移動)すると、焦点23は深さ方向に切
った切断面30上を走査し、この切断面30の画像化が
できる。
34の前面にフィルタを設けたので、被検部13からの
自家蛍光を観察することができるようになる。また、予
め投与しておいた蛍光物質を観察しても良い。
光器を用いても良い。この場合、被検部13からの蛍光
の波長を詳しく測定することができる。また、流体の出
し入れでなく、流体の熱膨張を用いて先端カバー12を
移動しても良い。また、光源として2フォトンレーザを
用いても良い。
光プローブ4の先端に共焦点顕微鏡を構成したので、体
腔内を顕微鏡観察することができる。
構成したので、より観察対象に押し当てやすい。対象物
に押し当てる透明窓部材を設けたので、対象が光プロー
ブ4の先端に対して動かない状態で観察することができ
る。
向に対して相対的に移動可能に構成されているので、被
検部13の様々な深さの面を観察することができる。ま
た、断層像を得ることもできる。
とができる。さらに分光器を用いることによって、被検
部13からの蛍光の波長を詳しく測定することができ
る。
実施の形態を図9、図10を用いて説明する。本実施の
形態は第1の実施の形態と、光プローブ4の先端部9の
構造が異なっただけであるので、他の部分の説明は省略
する。
10に着脱自在に接続される構成にしている。また、本
実施の形態で使用するレーザ光源は波長可変レーザで、
このレーザもレーザ駆動回路31で駆動される。また、
本実施の形態ではZ駆動回路33は用いないで、可変波
長レーザの波長を変える手段が設けてある。
外して図10に示すようにその上面の中央付近に例えば
凹面レンズ部71を設けた広角観察用の先端カバー72
が取り付けられるようになっている。
に示すように走査面25を被検部13に対してその深さ
方向に移動したい場合には、レーザ駆動回路31によっ
て可変波長レーザの波長を変える。これにより、波長が
変わると回折格子レンズ24による焦点23の位置が深
さ方向に変わる。一般に波長が長くなるほど焦点23の
位置が回折格子レンズ24側に近くなり、波長が短くな
るほど焦点23の位置が遠くなる。
方向29に移動して観察することができるようになる。
回転ミラー17,18に加わる電圧や周波数を変更する
ことによって、走査する視野の範囲も変えることができ
る。また、広角観察用の先端カバー72を取り付けると
図10のようにより遠い位置で焦点73を結び、広い範
囲を走査できるようになる。
る電圧を変化させることにより、走査面74上で走査す
ることができる。また、可変波長レーザの波長を変える
ことにより、深さ方向75に走査して、断層画像を得る
こともできる。
光プローブ4の先端に共焦点顕微鏡を構成したので、体
腔内を顕微鏡観察することができる。光プローブ4の軸
方向を観察できるように構成したので、より観察対象に
押し当てやすい。
で、対象が光プローブ4の先端に対して動かない状態で
観察することができる。レーザ光の焦点23或いは73
と被検部13が被検部13の深さ方向に対して相対的に
移動可能に構成されているので、被検部13の様々な深
さの面を観察することができる。
いは73を移動させているので、光プローブ4の先端部
9の構成が第1の実施の形態よりも簡単である。また、
走査範囲を変えることができるようになった。
ー72を着脱自在にしたので、視野範囲を大きく変える
ことができる。なお、凹面レンズ部71を設けた先端カ
バー72の場合で説明したが、凸面レンズを設けた先端
カバーを取り付けて深さ方向の観察位置を変えられるよ
うにしても良い。
実施の形態を図11を参照して説明する。本実施の形態
は第5の実施の形態と、光プローブ4の先端部9が異な
っただけで他の部分の説明は省略する。本実施の形態で
は先端カバー12は光学枠10に接着されている。
レーザ光源は通常のレーザ光源である。また、本実施の
形態ではZ駆動回路33は用いない。また、本実施の形
態では光学ユニット11の上板16には複屈折レンズ7
6が貼り付けられている。この複屈折レンズ76は偏光
の向きによって焦点位置が異なる。例えば、紙面に平行
な方向の偏光に対しては焦点位置が焦点23となり、紙
面に垂直な方向の偏光に対しては焦点位置が焦点77と
なる。
折率レンズ76を通る光は、偏光の方向によって屈折率
が異なるため、焦点23の他に焦点77を結ぶ。通常の
押し付け観察時には、焦点77は被検部13の深部にあ
るので、ほとんど光はもどってこないため、走査面25
の像のみがえられる。
程度離して、被検部13が2点鎖線で示す位置78にそ
の表面位置がある場合は、焦点23には対象物がないた
め、この点からの光は戻ってこないのに対し、焦点77
からの光は戻ってくるので、走査面79のみの像が観察
される。
レンズ76からの距離が異なるため、走査面79は走査
面25よりも広くなる。従って、本光プローブ4では、
光プローブ4の用い方によって2種類の走査範囲を選択
することができる。
光プローブ4の先端に共焦点顕微鏡を構成したので、体
腔内を顕微鏡観察することができる。光プローブ4の軸
方向を観察できるように構成したので、より観察対象に
押し当てやすい。
で、対象が光プローブ4の先端に対して動かない状態で
観察することができる。走査範囲を選択することができ
る。
実施の形態を図12〜図14を参照して説明する。図1
2に示す本発明の第7の実施の形態の光走査プローブ装
置81は、光診断等のための光の発光手段を内蔵した制
御装置82と、この制御装置82にその基端部(後端
部)が着脱自在で接続され、被検体内に挿入され、光伝
達手段を内蔵した光プローブ83と、制御装置82と接
続され、制御装置82内の映像信号生成手段から出力さ
れる映像信号を表示するモニタ84とから構成される。
し、この白色光源85からの光はコリメートレンズ86
により平行光にされ、この平行光は偏光ビームスプリッ
タ87を経てこの偏光ビームスプリッタ87の偏光方向
に平行な直線偏光となって、スポット状の光を通過させ
る複数のピンホール88が形成されたニポウディスク8
9に入射される。
り一定速度で回転される。この回転されたニポウディス
ク89のピンホール88を通過した光は集光レンズ91
により集光されて光プローブ83側に入射される。
で構成され、その後端部を制御装置82に設けたコネク
タ部82aに嵌合して着脱自在に接続される。そして、
この後端部がコネクタ部82aに接続された場合、集光
レンズ91で集光された位置に伝達ファイバ92の後端
部が位置するようになっている。
部に挿通されたファイババンドル94で構成されてい
る。内部のファイババンドル94としては、直径2mm
程度の画像伝送用光ファイバを用いる。これは1本が1
画素に相当するもので、これを数万本束ねたものであ
り、集光レンズ91により集光されて入射される光を先
端側に伝達する。
に示すような構成になっている。つまり、光プローブ8
3の外套管としてのチューブ93の先端及びファイババ
ンドル94の先端には硬質部材の先端本体96が接着固
定されている。
94の先端面に対向して、1/4波長板97と対物レン
ズ98とが固定されている。
された直線偏光の光は1/4波長板97を経て円偏光に
され、対物レンズ98により被検部(対称組織)99に
集光照射されれる。被検部99に集光照射される光は結
像位置(焦点)100でスポット光となる。
レンズ98で集光され、1/4波長板97を経て往路と
は90度偏光方向が異なる直線偏光の光となり、ファイ
ババンドル94、集光レンズ91を経てニポウディスク
89に戻る。この場合、焦点100から戻る光のみがピ
ンホール88を通り、焦点100以外からの光はピンホ
ール88の周囲の遮光部で遮光される。つまり、焦点1
00からの戻る光のみが往路とは逆の経路を経て偏光ビ
ームスプリッタ87に入射する。
より反射されて、これに対向する結像レンズ101によ
りその結像位置に配置された電荷結合素子(CCDと略
記)102に結像される。
ントローラ104内の映像信号生成回路に入力され、映
像信号に変換されてモニタ84に出力され、モニタ84
の表示面に共焦点画像を表示する。また、コントローラ
104には記録装置105が接続されており、映像信号
を記録することができる。
85の点灯動作を制御したり、モータ90の回転を制御
する。また、モータ90の回転位置を検出する図示しな
いエンコーダからの信号が入力され、このモータ90の
回転位置に同期して、映像信号生成の動作を行う。
は透明な先端カバー111の基端が嵌合するように取り
付けられ、この先端カバー111は先端本体96に対し
て光軸方向112に移動可能になっている。この先端カ
バー111は組織を固定しやすいように凸状になってい
る。
111の内部114は気密状態になっている。また、先
端本体96には小型の圧力センサ115が設けられてお
り、ケーブル116を介してコントローラ104に接続
されており、先端カバー111の内部114の圧力を検
知することにより、先端カバー111の光軸方向112
の移動位置を検出できるようにしている。
る。白色光源85から出射した光はコリメートレンズ8
6によって平行光となり、偏光ビームスプリッタ87で
は偏光の向きが一致する光のみが透過する。この光はニ
ポウディスク89の上面に照射される。
だけが集光レンズ91によって光プローブ83に導か
れ、伝達ファイバ92の端部、つまりその内部のファイ
ババンドル94の後端面94aに集光される。このファ
イババンドル94を伝播して、先端部94bから出射さ
れる。この照明光は、1/4波長板97で円偏光になっ
た後、対物レンズ98によって集光され、透明窓部材と
しての先端カバー111の少し先に焦点100を結ぶ。
は対象組織99に押し当てて用いられるので、組織内部
で焦点100を結ぶようになる。このとき組織からの反
射光は、同様の経路を通って戻り1/4波長板97を通
ることにより、ファイババンドル94の先端部94bか
ら出た光とは偏光の向きが90度異なる光となってファ
イババンドル94の先端部94bに入射される。
して同じ光路を逆に戻り、集光レンズ91によってピン
ホール88に焦点を結ぶ。このとき、共焦点効果によっ
て対象組織99上の焦点100で反射した光のみがピン
ホール88を通過し、焦点100以外からの反射光、散
乱光はピンホール88に焦点が合わないため、除去され
る。
スプリッタ87へ向かう。ここで、光の偏光面は最初に
偏光ビームスプリッタ87を透過した光とは偏光面が9
0度異なるため偏光ビームスプリッタ87によって反射
され、結像レンズ101によってCCD102に結像さ
れる。また、ニポウディスク89上、ファイババンドル
94の端面94a,94bなどで反射した光は、偏光面
がそのままなので偏光ビームスプリッタ87を透過し
て、CCD102で受光されない。
きの動作について述べる。なお、図14ではニポウディ
スク89に設けた複数のピンホール88を説明上88
a,88b等で区別して説明する。
すると、ピンホール88aの位置が移動する。これに伴
って、ピンホール88aを通過し、集光レンズ91によ
り集光された光によってできる焦点120aもこれに伴
って図14のような軌跡121aを描いて移動する。つ
まり、符号Aで示す方向に軌跡121aを描くように移
動する。
20aが光プローブ3の基端部を外れると、次のピンホ
ール88bを通過した光によってできた焦点が同様の軌
跡121bを描いて移動する。
88aよりも小さい半径上に位置するのでその焦点の軌
跡121bも同様に軌跡121aからずれる。これを繰
り返すことによって焦点は光プローブ83の後端部を2
次元的に走査する。この場合、ファイババンドル94の
後端部94a断面積は、焦点120aが走査される範囲
よりも小さいように構成されている。
イババンドル94を伝播して先端部95に伝わり、対象
組織99に照射され、その焦点100からの戻り光は同
様の光路を通って再びピンホール88aに集光されてこ
のピンホール88aを通る光はCCD102上に焦点1
23を結び、この焦点123もニポウディスク89の回
転に伴って同様に符号Bで示す方向にCCD102上を
走査する。
では光が出射される向きが変わるため、焦点100も対
象組織99の焦点100を含む走査面125上を走査す
ることになる。このように、対象組織99上を焦点10
0が走査して、その情報がCCD102に結像される。
の回転制御を行うと共に、CCD102の画像信号から
映像信号に変換する処理を行い、この映像信号をモニタ
84に送り、モニタ84の表示面に共焦点画像を表示す
る。また、必要に応じて記録装置105に保存する。
得たい場合には、プロ―ブ83の先端部95を対象組織
99により強く押し当てる等、押しつける強さを変更す
る。このとき、窓部材としての先端カバー111に対す
して先端本体96の先端面は図13の右方向に移動し、
焦点100は対象組織99のより深い部分側に移動し、
その移動した位置で2次元的に走査することになる。
高くなり、この圧力は圧力センサ115で検出される。
この信号はコントローラ104に送られ、この圧力情報
から、どの深さを観察しているかを知ることができる。
また、対象組織99から光プローブ83の先端を押しつ
けた状態から先端を離すと、内部の圧力によって、先端
カバー111は最初の位置に戻る。
9に適度な強さで押し当てることにより、観察したい深
さの情報を得ることができる。
光プローブ83の先端に共焦点顕微鏡を構成したので、
体腔内を顕微鏡観察することができる。光プローブ83
の軸方向を観察できるように構成したので、より観察対
象に押し当てやすい。
用いたので、高速な走査が実現できる。光の伝達にファ
イババンドル94を用いたので、走査を手元側で行うこ
とができ、光プローブ83の先端部95の構成を簡単に
できる。また、対象物に押し付ける窓部材を凸状にした
ので、第1の実施の形態よりも対象物を固定しやすくな
る。
対象組織の深さの異なる面を観察できる。また、圧力セ
ンサ115を設けたので、どの深さを観察しているかを
知ることができる。
実施の形態を図15を参照して説明する。本実施の形態
は第7の実施の形態の光プローブ83の先端部の変形例
で、違う部分のみ記す。
っている。第7の実施の形態と同様にチューブ93の先
端に先端本体96が接着固定されている。また、ファイ
ババンドル94の先端にも先端本体96は固定されてい
る。また、ファイババンドル94の先端面には1/4波
長板97が固定されている。また、窓部材となる先端カ
バー111は先端本体96の先端に対して固定されてい
る。
固定されており、このレンズ枠130は対物レンズ98
の光軸と平行な軸方向131に移動可能となっている。
また、レンズ枠130には押し引きが可能なプッシュプ
ルロッド132が固定されている。プッシュプルロッド
132のもう一端は図示しない直動アクチュエータに接
続されている。直動アクチュエータは図12のコントロ
ーラ104に接続されている。
プッシュプルロッド132を軸方向131に移動するこ
とにより、焦点100の位置を対象組織99の深さ方向
に可変できるようにしている。
134がその先端がレンズ枠130に対向するように設
けてあり、この光ファイバ134はコントローラ312
内部の光源とディテクタ(図示しない)に接続されてい
る。そして、この光源からの光を光ファイバ134によ
り伝送し、その先端面に対向するレンズ枠130からの
反射光をディテクタで検出し、その検出された光強度に
より、レンズ枠130に取り付けられた対物レンズ98
の軸方向131の位置或いは焦点100の位置を算出で
きるようにしている。
100を走査面125上で得る作用は第7の実施の形態
と同様である。従って、走査面125を軸方向131に
移動させる機構の作用を説明する。
エータを駆動すると、この動力はプッシュプルロッド1
32を伝わってレンズ枠130が軸方向に移動する。こ
のとき対物レンズ98の移動にともなって、焦点100
も光軸方向135に移動する。このとき走査面125も
軸方向135に移動することができる。
04の内部の光源からの光を先端部に伝える。ここでこ
のファイバ134からの光はレンズ枠130におけるフ
ァイバ134の先端に対向する部分で反射して、再びフ
ァイバ134の先端面に入射し、コントローラ104の
内部のディテクタに導かれる。
テクタに導かれる光量が変化することを利用してレンズ
枠130の移動量を正確に知ることができる。これによ
って、どの深さを観察しているかが分かる。
移動させたが、同様の方法でファイババンドル94の端
部や、窓部材としての先端カバー111を軸方向131
に移動させても良い。
光プローブ83の先端に共焦点顕微鏡を構成したので、
体腔内を顕微鏡観察することができる。光プローブ83
の軸方向を観察できるように構成したので、より観察対
象に押し当てやすい。
で、高速な走査が実現できる。光の伝達にファイババン
ドル94用いたので、走査を手元側で行うことができ、
光プローブ83の先端部95の構成を簡単にできる。ま
た、対象物に押し付ける窓部材を凸状にしたので、第1
の実施の形態よりも対象物を固定しやすくなる。
たので、対象組織の深さの異なる面を観察できる。
方向の位置が分かる。なお、上述した各実施の形態等を
部分的等で組み合わせて構成される実施の形態等も本発
明に属する。
照射するための光を発生する光源と、前記光源からの光
を光プローブの先端に導くための光伝達手段と、前記光
を被検部に集光照射する集光手段と、前記集光手段によ
って被検部側に集光された焦点を該集光手段の光軸方向
と直交する方向に走査する光走査手段と、前記被検部か
らの戻り光を光源からの光と分離する分離手段と、前記
分離された光を検出する光検出手段と、からなる光走査
プローブ装置において、前記被検部側に集光された焦点
の位置を前記集光手段の光軸方向に沿って変更可能とす
る変更手段を設けたことを特徴とする光走査プローブ装
置。
検部に光を照射するための光を発生する光源と、前記光
源からの光をプローブ先端に導くための光ファイバと、
前記光を被検部に集光照射させる集光手段と、前記集光
手段によって集光された焦点を走査する光走査手段と、
前記被検部からの戻り光を光源からの光の光路から分離
する分離手段と、前記分離された光を検出する光検出手
段と、からなる光走査プローブ装置において、前記集光
手段によって集光された光の焦点を光軸方向に連続的に
移動させる焦点移動手段を設けたことを特徴とする光走
査プローブ装置。
特徴とする付記1記載の光走査プローブ装置。 (3)前記焦点移動手段はプローブの軸方向に焦点を移
動させることを特徴とする付記1記載の光走査プローブ
装置。 (4)前記光走査手段はプローブ先端部に設けられたス
キャニングミラーであることを特徴とする付記1記載の
光走査プローブ走査装置。
で、前記光走査手段はバンドルファイバに入射される光
を走査することを特徴とする付記1記載の光走査プロー
ブ装置。 (6)前記光走査手段はピンホールを設けたニポウディ
スクを有することを特徴とする付記5記載の光走査プロ
ーブ装置。 (7)前記光走査プローブ装置は共焦点光学系をなすこ
とを特徴とする付記1記載の光走査プローブ装置。
の光と同じ光ファイバを通ってプローブ外部に導かれる
ことを特徴とする付記1記載の光走査プローブ装置。 (9)前記分離手段は光ファイバによってプローブ外部
に導かれた光を分離することを特徴とする付記8記載の
光走査プローブ装置。 (10)前記光検出装置は分光手段を有することを特徴
とする付記1記載の光走査プローブ装置。
る手段を設けたことを特徴とする付記1の光走査プロー
ブ装置。 (12)前記焦点移動手段は可変焦点レンズであること
を特徴とする付記1記載の光走査プローブ装置。 (13)前記焦点移動手段は屈折率を変化させる可変焦
点レンズであることを特徴とする付記12記載の光走査
プローブ装置。
せる可変焦点レンズであることを特徴とする付記12記
載の光走査プローブ装置。 (15)前記焦点移動手段は前記レーザ光源の波長を変
化させることによって行うことを特徴とする付記12記
載の光走査プローブ装置。 (16)前記焦点移動手段は、プローブ先端部に対して
集光手段が移動することを特徴とする付記1記載の光走
査プローブ装置。
端部が集光手段に対して移動することを特徴とする付記
1記載の光走査プローブ装置。 (18)前記焦点移動手段は、光ファイバ先端部を軸方
向に移動することを特徴とする付記1記載の光走査プロ
ーブ装置。 (19)前記移動量を測定する測定手段を有することを
特徴とする付記16,17,18記載の光走査プローブ
装置。
端部に設けられたアクチュエータによって駆動されるこ
とを特徴とする付記16,17,18記載の光走査プロ
ーブ装置。 (21)前記アクチュエータは圧電素子であることを特
徴とする付記20記載の光走査プローブ装置。 (22)前記アクチュエータは流体の移動によって駆動
されることを特徴とする付記20記載の光走査プローブ
装置。
端部付近に設けられたアクチュエータによって駆動され
ることを特徴とする付記19記載の光走査プローブ装
置。 (24)前記アクチュエータの動力をプローブ先端部に
伝達する伝達要素を有することを特徴とする付記23記
載の光走査プローブ装置。 (25)前記焦点移動手段はプローブ先端部に加わった
外力によってプローブ先端部が受動的に移動可能となる
移動手段であることを特徴とする付記17記載の光走査
プローブ装置。 (26)前記の移動に伴って変化する圧力を測定する測
定手段を有することを特徴とする付記25記載の光走査
プローブ装置。
部に着脱自在に設けられた第2の集光手段で、第2の集
光手段を着脱することによって焦点を移動することを特
徴とする付記1記載の光走査プローブ装置。 (28)前記焦点移動手段は、前記集光手段が複数の焦
点を結ぶように構成されており、前記焦点を選択するこ
とによって焦点を移動させることを特徴とする付記1記
載の光走査プローブ装置。 (付記27,28の背景) (従来技術の問題点)従来技術では、対物レンズを選択
するために光学系を光プローブの軸方向に移動させてい
る。このような系では光プローブの軸方向の観察が難し
く、扱いにくいという問題点がある。 (目的)光プローブの軸方向の観察が容易にできる光走
査プローブ装置を提供することを目的として、付記2
7、28の構成にした。 (作用)直視状態でも容易に焦点距離を変えることがで
きることである。
る周波数、電圧によって前記焦点の走査範囲が変わるこ
とを特徴とする付記4記載の光走査プローブ装置。 (30)前記焦点移動手段によって、焦点の走査範囲が
変わることを特徴とする付記1記載の光走査プローブ装
置。 (付記29,30の背景) (従来技術の問題点)先行技術には、焦点の走査される
範囲を連続的に変える手段が無く、倍率或いは走査範囲
を様々に変えることができないという欠点がある。 (目的)倍率或いは走査範囲を連続的に変更可能な光走
査プローブ装置を提供することであり、その目的を達成
するために付記29、30の構成にした。 (作用)焦点の走査される範囲を連続的に変化させるこ
とができる。
べたい部分に対して焦点の位置をその光軸方向に変える
ことによって、その深さ方向に沿って観察像を得ること
ができる効果がある。
置の全体構成を示す図。
を示す図。
の先端部の構成を示す断面図。
の先端部の構成を示す断面図。
の先端部の構成を示す断面図。
の先端部の構成を示す断面図。
の光プローブの先端部の構成を示す断面図。
ブの先端部の構成を示す断面図。
装置の全体構成を示す図。
図。
ブの先端部の構成を示す断面図。
Claims (3)
- 【請求項1】体腔内に挿入される光プローブと、被検部
に光を照射するための光を発生する光源と、前記光源か
らの光を光プローブの先端に導くための光伝達手段と、
前記光を被検部に集光照射する集光手段と、前記集光手
段によって被検部側に集光された焦点を該集光手段の光
軸方向と直交する方向に走査する光走査手段と、前記被
検部からの戻り光を光源からの光と分離する分離手段
と、前記分離された光を検出する光検出手段と、を備
え、前記被検部側に集光された焦点の位置を前記集光手
段の光軸方向に沿って変更する変更手段を設けたことを
特徴とする光走査プローブ装置。 - 【請求項2】前記光走査手段は、前記光集光手段によっ
て集光された光の焦点を光軸方向に連続的に移動させる
焦点移動手段を設けたことを特徴とする請求項1に記載
の光走査プローブ装置。 - 【請求項3】前記焦点移動手段は、プローブの軸方向に
焦点を移動させることを特徴とする請求項1に記載の光
走査プローブ装置。
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