JP2007135752A - 分割形イメージングファイバ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数本のファイバへの光入射や光検出を１台の装置でオンオフ制御することにより、装置規模を大きくすることなく多数の生体患部を簡易な操作で同時に、また時系列的に観察することができる分割形イメージングファイバ装置を提供する。
【解決手段】分岐ＩＦの開口部に入射した光は、先端部の光学系に到達する。光学系から射出した光が観察ターゲットに当たることにより発せられる光は光学系を経由して元の開口部に戻る。末端部３から出射した光は、第１対物レンズ５によって平行光になり、ダイクロイックミラー６で反射され、結像レンズ１０を経由して撮像素子１１に入射することによりモニタに表示される。液晶シャッタ４で、特定の分岐ＩＦへの光を通過させ、他の分岐ＩＦへの光を遮断する制御を行うことにより特定の分岐ＩＦのみに対し観察を行うことができ、同時に多数の分岐ＩＦに光を通過させて観察することも可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、生体組織などに穿たれた複数の導入孔にそれぞれイメージングファイバを挿通し、各イメージングファイバ端面に設けたオンオフ機構でレーザ光等を入射したり、遮断したりすることにより各イメージングファイバ先端の患部などを観察するための分割形イメージングファイバ装置に関する。

生体の患部に達する導入孔などを形成し、この部分にイメージングファイバを挿通し、イメージングファイバ先端より光を患部に照射し、患部からの反射光を受光し、顕微鏡やモニタなどで観察するシステムが実用に供されている。
多数の患部が存在する場合は、複数本のイメージングファイバそれぞれに対し個別に光を入射させ観察する装置を対応づけている。
かかる場合、各イメージングファイバを構成する内視鏡装置は個別に用意する必要があるため、装置の規模が大きくなるとともに煩雑な操作となり、効率的ではない。また、複数個所ある観察対象である患部に対し処置などを施しその経過や因果関係などを調べる場合に、各イメージングファイバから得られる観察像を時系列的な変化で捕らえることは不便である。

複数本のファイバを１つに束ねて各ファイバ先端で得られた画像をモニタに表示する装置として特許文献１が公開されている。
これは画像伝送装置でありイメージガイドを複数本（４本）のイメージガイドに分岐させて受像側で１本に束ねてテレビカメラの受像部に繋ぎ、モニタ画面５の上に田の字型をなすように映像表示するものである。複数本のイメージガイドに入射した光をモニタ画面に映し出すもので、観察対象に各ファイバからそれぞれ光を照射してその反射光を受光するものではない。そのため光源を導入する装置部分やイメージガイドの束ねた部分で各ファイバに光を入出射するためのオンオフ機構を持たず、また、生体用の各患部観察用のファイバとして用いることはできない。
特開昭５９−２２３０７９号公報

本発明は生体内へ複数本のファイバ（内視鏡）を挿入する場合を主に想定するもので、 その目的は複数本のファイバへの光入射や光検出を１台の装置でオンオフ制御することにより、装置規模を大きくすることなく多数の生体患部を簡易な操作で同時に、また時系列的に観察することができる分割形イメージングファイバ装置を提供することにある。

前記目的を達成するために本発明の請求項１は、先端より観察対象に光を照明してその反射光を受光するタイプの生体の観察に用いるイメージングファイバ装置であって、１本のイメージングファイバを複数の分岐イメージングファイバに分岐させ、前記複数の分岐イメージングファイバの先端にそれぞれ光学系を取り付け、観察対象に光を照明するように構成するとともに前記各分岐イメージングファイバの端面の形状を多角形状に形成し、光源装置と、前記光源装置からの光を前記複数の分岐イメージングファイバの端面全体に照射するように集光させる対物レンズ系と、前記複数の分岐イメージングファイバの端面全体を覆う光路遮断機構とを備え、前記光遮断機構により前記分岐イメージングファイバの端面対応にそれぞれ独立して遮断制御を行うように構成したことを特徴とする。
本発明の請求項２は、請求項１記載の発明において前記光路遮断機構は液晶シャッタで構成したことを特徴とする。
本発明の請求項３は、請求項１または２記載の発明において前記多角形は６角形であることを特徴とする。
本発明の請求項４は、請求項１，２または３記載の発明において前記分岐イメージングファイバは数千〜数万本のファイバ素線で構成されたことを特徴とする。

上記構成によれば、多数本のイメージングファイバであっても簡易構造で済むため、小形化が可能で高速での光切替えが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳しく説明する。
図１は、本発明による分割形イメージングファイバ装置の実施の形態を示す概略図で、液晶シャッタの例を示す図である。
１ａ〜１ｎは１本のイメージングファイバを例えば７区画程度に別けて構成された分岐イメージングファイバ（以下「分岐ＩＦ」という）であり、先端部２ａ〜２ｎはそれぞれ観察ターゲットに対し光を照射し、その反射光を取り入れるための光学系が取り付けられている。分岐ＩＦ１ａ〜１ｎの末端部３は一体になっており、それぞれの分岐ＩＦ１ａ〜１ｎは光取り込みのための開口部を備えている。分岐ＩＦ１ａ〜１ｎは多数の光ファイバ素線を束ねて構成されており、一定の弾力性（軟性）を有し、所定の曲率以下にならないようにして曲げることが可能である。

レーザ光源９から送出されるレーザ光は、液晶シャッタ４を通過して凹レンズ８により発散しコリメータレンズ７に入射する。コリメータレンズ７では発散光は平行光になりダイクロイックミラーを通過し、末端部３のすべての分岐ＩＦ１ａ〜１ｎの開口部に入射する照射面になるように第１対物レンズ５で収束させられる。液晶シャッタ４と末端部３とは光学的共役位置関係になるように設定される。
開口部に入射した光は、多数の光ファイバ素線を経由して先端部の光学系に到達する。光学系から射出した光が観察ターゲットに当たることにより発生する光（例えば蛍光）は光学系を経由して元の開口部に戻る。

末端部３から出射した光は、第１対物レンズ５によって平行光になり、ダイクロイックミラー６で反射され、結像レンズ１０を経由して撮像素子（ＣＣＤ）１１に入射し、撮像素子で電気信号に変換され、変換された電気信号は撮像素子制御部へと導かれる。
液晶シャッタ４を、特定の分岐ＩＦへの光を通過させ、他の分岐ＩＦへの光を遮断するように開閉することにより特定の分岐ＩＦのみに対し光を当てて観察を行うことができる。同時に多数の分岐ＩＦをオン制御して多数の分岐ＩＦを観察することも可能である。

図２は、イメージングファイバ端面の形状を説明するための図である。
実際のファイバ総素線数は数万本程度しかない（限界がある）ので、分岐ＩＦの本数をあまり多くできない。自然なイメージ形成に要するための各分岐ＩＦにおける最低素線数は６０００本程度である。したがって最大で７〜８区画が限度となる。さらに、分岐ＩＦ１本あたりの光量は区画数で単純に割った量となり、区画数が増えると光量が落ちてしまうので、レーザ光源９は強い光が必要となる。

ファイバ素線（直径数ミクロン）を束ねた形は正六角形にするのが、各分岐ＩＦの間の面積ロスがなく効率的である。末端部３全体にレンズ集光した光を入射させる。先端部のサイズは直径数ミリ程度であり、図３に示すようにフォーカスのためのミニレンズが装着されている。

図３はイメージングファイバ先端部の光学系の構成を示す図である。
素線を束ねた分岐ＩＦ１６はカバー２に収容されており、その先端にレンズ１８が配置されている。カバー２はその先端に透明部１７が取り付けられ密閉されている。分岐ＩＦ１６の先端から出射した光はレンズ１８で収束され透明部１７を透過して観察ターゲット１９に照射される。生体に蛍光を発する液剤が注入されており、観察ターゲット１９に所定波長の光が当たると、蛍光が放射される。蛍光はレンズ１８で収束されて分岐ＩＦ１６に入射し観察用光学系に戻る。

図４Ａは、液晶シャッタの構成例を説明するための図である。
この実施の形態は、７つの分岐ＩＦの６角形の開口部にそれぞれ対応して液晶面をオンオフするものである。
ファイバ装置制御部２６は、各分岐ＩＦの開口部に対応する液晶面をオンオフ制御すべき信号を出力し、該制御信号により液晶駆動回路２７が液晶の各面をオンオフ駆動する。
この例では中央の分岐ＩＦ１ｇの開口部と右上の分岐ＩＦ１ａの開口部に光を供給するため２５ｇと２５ａの液晶面のみをオンし、他はオフ制御している。
液晶面２５ｇと２５ａを通過した光は、レンズ，ダイクロイックミラーを介して末端部３の分岐ＩＦ１ｇと１ａの開口部に達する。

図４Ｂは、光の分割供給をＤＭＤで制御する例を説明するための図である。
各分岐ＩＦへの光の入射オンオフ制御を、ＤＭＤ（ディジタルマイクロミラー）装置で行うものである。
凹レンズ８の背後の、末端部３との共役位置にＤＭＤ３０を配置し、凹レンズ８の光軸に対し９０度回転させた方向にレーザ光源９を配置してある。
図４Ｂ（ａ）はレーザ光源９を出射した光がＤＭＤのオン制御により、凹レンズ８に反射されている状態が示されている。このとき、反射するＤＭＤの領域は、光を入射すべき分岐ＩＦの開口部に対応する領域である。したがって、同時にすべて分岐ＩＦに光を供給することも可能であり、また所定の分岐ＩＦのみに対して光を供給することも可能である。図４Ｂ（ｂ）は、すべての分岐ＩＦの開口部に光が供給されておらず、ＤＭＤ３０がオフ状態であることを示している。

図４Ｃは、光の分割供給をＰＤＰで制御する例を説明するための図である。ＰＤＰ（プラズマ式）を光源として用いるものである。
凹レンズ８の背後の、末端部３との共役位置にＰＤＰ３１を配置し、ＰＤＰ３１の各微小発光部を信号により制御して光を発光するものである。多数の微小発光部で構成される各発光領域はそれぞれ光を入射すべき分岐ＩＦの各開口部に対応する。図４Ｃ（ａ）は各発光領域をすべてオン状態にした場合で、すべての分岐ＩＦの開口部に光が照射されている状態を示している。所定の発行領域のみをオンにして任意の分岐ＩＦの開口部に光を供給することも可能である。図４Ｃ（ｂ）はすべてのＰＤＰ３１の微小発光部をオフ状態にしているため、光は送られていない。

図５は、本発明による分割形イメージングファイバ装置の使用状態を説明するための図である。
分割形マルチイメージングファイバ装置２０は末端部３を収容しており、第１対物レンズ５，ダイクロイックミラー６，コリメータレンズ７，凹レンズ８，液晶シャッタ４，結像レンズ１０，撮像素子１１などを内蔵している。撮像素子１１の出力は、制御回路２０ａ内の撮像素子制御部に接続されている。また、レーザ光源９とは光導波路で接続され、レーザ光が液晶シャッタ４に導かれるようになっている。さらにモニタ２１に接続されている。
操作部２４はボタンスイッチやスライドスイッチなどから構成され、該操作部２４の操作信号は制御回路２０ａに送られる。制御回路２０ａは分割形マルチイメージングファイバ装置２０全体を制御する回路で、ファイバ装置制御部２６，液晶駆動回路２７を含んでおり、操作信号に基づきモニタ２１およびレーザ光源９をオン，オフ制御したり、モニタ２１の画像表示範囲を制御する。また、光を供給すべき分岐ＩＦの指定信号に基づき、指定された分岐ＩＦの開口部に光を通すように液晶シャッタを制御する。

モニタ２１には、指定した分岐ＩＦの数に対応してターゲットの像を分割表示することができ、さらに１つひとつをフル画面で時分割で表示することもできる。したがって、１台の分割形マルチイメージングファイバ装置２０で多点計測が可能となる。
この例は生体２２の複数箇所（６箇所）に孔を開け分岐ＩＦを挿入した状態を示しており、第１〜第ｎの観察ターゲット２３ａ〜２３ｎに光を照射し、各観察ターゲットからの光を撮像素子に受光し画像処理し、モニタ２１の画面を６分割して各分岐ＩＦの観察ターゲットの画像を同時観察するものである。

図５の実施の形態は、１台の装置で生体の複数箇所を観察する例を示しているが、１箇所の観察ターゲットに対し、異なる角度から観察することも可能である。
以上の光遮蔽装置は液晶シャッタ，ＤＭＤ，ＰＤＰの例について説明したが、この他にＬＥＤアレイのような多チャンネル光源を用いることも可能である。

生体内への複数本の内視鏡を挿入して多数ターゲットの観察を１台で行える分割マルチイメージングファイバ装置である。

本発明による分割形イメージングファイバ装置の実施の形態を示す概略図で、液晶シャッタの例を示す図である。 イメージングファイバ端面の形状を説明するための図である。 イメージングファイバ先端部の光学系の構成を示す図である。 液晶シャッタの構成例を説明するための図である。 光の分割供給をＤＭＤで制御する例を説明するための図である。 光の分割供給をＰＤＰで制御する例を説明するための図である。 本発明による分割形イメージングファイバ装置の使用状態を説明するための図である。

符号の説明

１ａ〜１ｎ 分岐イメージングファイバ（分岐ＩＦ）
２ａ〜２ｎ，１５ イメージングファイバ先端
３ 末端部
４ 液晶シャッタ
５ 第１対物レンズ
６ ダイクロイックミラー
７ コリメータレンズ
８ 凹レンズ
９ レーザ光源
１０ 凸レンズ（結像レンズ）
１１ 撮像素子（ＣＣＤ）
１２ 光路
１４ ＩＦクラッド
１６ 分岐ＩＦ
１７ 透明部
１８ レンズ
１９ 観察ターゲット

Claims (4)

1. 先端より観察対象に光を照明してその反射光を受光するタイプの、生体の観察に用いるイメージングファイバ装置であって、
   １本のイメージングファイバを複数の分岐イメージングファイバに分岐させ、
   前記複数の分岐イメージングファイバの先端にそれぞれ光学系を取り付け、観察対象に光を照明するように構成するとともに前記各分岐イメージングファイバの端面の形状を多角形状に形成し、
   光源装置と、
   前記光源装置からの光を前記複数の分岐イメージングファイバの端面全体に照射するように集光させる対物レンズ系と、
   前記複数の分岐イメージングファイバの端面全体を覆う光路遮断機構とを備え、
   前記光遮断機構により前記分岐イメージングファイバの端面対応にそれぞれ独立して遮断制御を行うように構成したことを特徴とする分割形イメージングファイバ装置。
2. 前記光路遮断機構は液晶シャッタで構成したことを特徴とする請求項１記載の分割形イメージングファイバ装置。
3. 前記多角形は６角形であることを特徴とする請求項１または２記載の分割形イメージングファイバ装置。
4. 前記分岐イメージングファイバは数千〜数万本のファイバ素線で構成されたことを特徴とする請求項１，２または３記載の分割形イメージングファイバ装置。

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