JP2008176104A - 光学素子、光学ユニット及び光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長波長側の透過率のピークの半値全幅を大きくして透過光量を多くする。
【解決手段】エタロン型分光素子は、基板上に多層膜を形成した光学素子を２つ平行に対向配置し、これら光学素子の配置間隔を変更可能に構成されている。エタロン型分光素子は、短波長側のブロードな第３の透過率特性Ｌ３を有し、長波長側では相対的にシャープな第４の透過率特性Ｌ４ａを有する。第４の透過率特性Ｌ４ａを有する波長領域ＷＬ４において、光学素子単体での透過率にピークを持たせることで、第４の透過率特性Ｌ４ａのピークＰ４ａの半値全幅を大きくしている。
【選択図】図６

Description

本発明は、光学素子、光学ユニット、及び該光学ユニットを備えた光学装置に関する。

生体内に発生した病変の診断を行うための内視鏡装置が広く知られている。内視鏡装置の一つとして、例えば、蛍光内視鏡装置がある。この蛍光内視鏡装置は、取得した蛍光画像に含まれる情報に基づいて生体組織に発生した病変の診断を行うための装置である。蛍光内視鏡装置は、被照射体である生体組織表面に励起光を照射して、生体組織に含まれる蛍光物質を励起する。そして、生体組織から発した蛍光を撮像することで、蛍光画像を取得する。

生体組織表面に励起光を照射して生体組織表面からの自家蛍光を検出する場合、正常組織と病変組織とでは自家蛍光の強度が異なることが知られている。図１２（出典：シリーズ 光が拓く生命科学、第６巻 光による医学診断、担当編集 田村 守、共立出版、２００１年３月３０日、ｐ９１）は、その一例を示したものである。各波長での正常組織の自家蛍光強度４０Ａと病変組織の自家蛍光強度４０Ｂを示している。そこで、生体組織の自家蛍光画像から得られる蛍光強度分布を解析することで、病変組織の領域と正常組織の領域を区分けすることができる。生体組織は層構造を呈しており、粘膜下層と、この粘膜下層よりも上層に位置する粘膜層を含んでいる。このうち粘膜下層には、自家蛍光を発するコラーゲンやエラスチンが多く含まれている。

粘膜層の組織に病変による構造変化が生じると、コラーゲンやエラスチンの自家蛍光は、粘膜表層に到達するまでにその影響を強く受けて減衰する。このため、コラーゲンやエラスチンの主要な自家蛍光波長、例えば、５００ｎｍ〜５５０ｎｍを含む波長領域の蛍光を検出することにより、粘膜層に発生した病変組織の領域を識別するための情報を取得することができる。

一方、生体内に存在する有機化合物であるポルフィリンは、腫瘍に蓄積される傾向があることが知られている。ポルフィリンは、コラーゲンやエラスチンと同様に、青色から緑色の波長領域の励起光によって、６３０ｎｍ付近にピーク波長を持つ蛍光を発する。そこで、この蛍光強度を検出することにより、生体組織に腫瘍が発生していることを示す情報を取得することができる。この検出には、所定の分光透過率特性を有する光学ユニットを用いる。所定の分光透過率特性とは、例えば、６３０ｎｍを含む狭い波長領域の蛍光を透過させる分光透過率特性である。このように、生体組織からの自家蛍光スペクトルには、波長領域ごとに、生体組織に関する異なる情報が含まれている。

図１２に示した例では、正常組織の自家蛍光強度４０Ａと病変組織の自家蛍光強度４０Ｂは、６３０ｎｍ付近の波長領域では差がほとんどないのに比べ、５００ｎｍ〜５５０ｎｍの波長領域ではその差が大きいという特徴を有しているが、このような波長領域ごとの強度の変化は、病変の進行具合や部位などによっても様々に変化するものと考えられる。したがって、自家蛍光スペクトルの異なる波長領域ごとの蛍光強度を取得して比較することは、病変の診断に役立つと考えられる。

このように、生体組織の自家蛍光スペクトルを分光分析し、それぞれのスペクトル帯域に含まれる情報を取り出せば、病変の診断を行うことが可能になる。従来、光学素子としてエタロン型分光素子を用いて、自家蛍光スペクトルの分光分析を行っていた（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１の図１８に示すように、従来のエタロン型分光素子は、分光走査する波長領域に透過率が最大になるピークを有し、そのピークから左右（前後）に向かって透過率が低下する透過率特性を持っていた。
特開２００６−２５８０２号公報

近年、病変などに対する診断精度を向上させる観点から、エタロン型分光素子から得られる透過光量をさらに多くすることが望まれていた。しかしながら、従来のエタロン型分光素子は、ピークにおける半値全幅が小さいので、透過光量を多く取得することが困難であった。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ピークにおける半値全幅が大きな光学素子、特に分光分析に用いる分光光学素子を得ることを主な目的とする。また、このような光学素子を用いた光学ユニット、並びに該光学ユニットを用いた光学装置、特に、病変などに対する診断精度が向上した光学装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係る光学素子は、多層膜を有する光学素子であって、前記光学素子は、第１の波長領域において第１の透過率特性を有すると共に、前記第１の波長領域より長波長側の第２の波長領域において第２の透過率特性を有する前記多層膜を備え、前記多層膜は、透過率が最大になる第１のピークを前記第２の波長領域に有するように構成されていることを特徴とする。
この発明の光学素子では、透過率測定をした場合に、第２の透過率特性に相当する第２の波長領域に透過率のピークを有している。このような光学素子同士を対向配置した場合に、第２の波長領域に生じる透過率のピークにおける半値全幅が大きくなる。

また、本発明に係る光学素子は、上記発明の光学素子であって、前記第１のピークにおける透過率は、前記第２の波長領域における最も低い透過率に比べて２％以上大きいことを特徴とする。
この光学素子では、透過率測定をした場合に、第２の透過率特性に相当する第２の波長領域におけるピークの透過率がその周囲の透過率が最も低い領域に比べて２％以上大きくなっている。このような光学素子同士を対向配置した場合に、第２の波長領域に生じる透過率のピークにおける半値全幅が大きくなる。

また、本発明に係る光学素子は、上記発明の光学素子であって、一対の前記光学素子を対向配置した状態で得られる透過率特性は、第３の波長領域における第３の透過率特性と、前記第３の波長領域より長波長側の第４の波長領域における第４の透過率特性で表され、前記第１のピークは、前記第４の波長領域に存在することを特徴とする。
この光学素子では、一対の光学素子を対向配置した状態で得られる第３の波長領域における第３の透過率特性の透過率が大きく、また、第４の波長領域に生じる透過率のピークにおける半値全幅が大きくなる。

本発明に係る光学ユニットは、対向して配置された一対の上記発明に係る光学素子と、前記光学素子の光路上の間隔を調整する調整機構と、を備えた光学ユニットであって、前記第３の波長領域において前記第３の透過率特性を有すると共に、前記第３の波長領域より長波長側の前記第４の波長領域において透過率が最大になる第２のピークを有する第４の透過率特性を備え、前記第２のピークにおける半値全幅が３０ｎｍ以上で、前記第４の波長領域における最も低い透過率が１％以下であることを特徴とする。
この光学ユニットは、第４の波長領域に生じる透過率のピークにおける半値全幅が３０ｎｍ以上になっており、透過光量を多くできる。その一方、第４の波長領域に生じる透過率のピークの周囲では、最も低い透過率が１％以下になるので、ノイズとなってしまう光の透過量を少なくできる。

本発明に係る光学装置は、上記発明に係る光学ユニットと、対象物に照明光を照射する光源ユニットと、前記対象物の像を形成する光学系と、前記像を撮影する撮像ユニットと、を備え、前記光学ユニットは、前記光学系と前記撮像ユニットの間に配置されていることを特徴とする。
この光学装置は、光源ユニットから照明光を対象物に照射し、自家蛍光による蛍光を撮像ユニットに取得し、病変などの診断を行う。撮像ユニットに上記光学ユニットを備えることで、第４の透過率特性による第４の波長領域での透過光量を多くすることができる。

本発明の光学素子によれば、第２の透過率特性を有する波長領域にピークを生じる。そのため、この光学素子同士を対向配置することで、本発明の光学ユニットにおける第４の透過率特性のピークにおける半値全幅を大きくすることができる。その結果、この波長領域の光の透過光量を多くすることができる。
また、本発明の光学装置によれば、生体組織の自家蛍光の透過光量を多くすることができるので、自家蛍光に基づく診断の精度を向上できる。

本発明に係る第１の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に蛍光内視鏡装置の全体構成を、図２に光学ユニットの詳細を示す。
本実施形態に係る光学ユニット１は、図１に示すような、蛍光内視鏡装置（光学装置）２の撮像部３内に配されている。この蛍光内視鏡装置２は、その他に、光源部（光源ユニット）５と、照明部（光源ユニット）６と、各部３，５，６を制御する制御部７と、画像処理部８とを備えている。

撮像部３と照明部６とは、蛍光内視鏡装置２の挿入部１０の先端側に配されている。照明部６は、図示しないライトガイドなどの光学的な伝送手段により光源部５と接続されている。光源部５から供給される照明光は、照明部６を介して生体組織表面Ｓに照射される。

撮像部３と光源部５とは、制御部７に接続されている。制御部７は、２つの制御を行っている。１つは、光源部５が生成した励起光を照明部６に供給するタイミングの制御である。もう１つは、生体組織表面Ｓの蛍光像を撮像部３が撮影するタイミングの制御である。撮像部３から出力される画像信号は、画像処理部８によって蛍光画像に加工される。

画像処理部８は、メモリ回路８ａと、演算回路８ｂとを備えている。メモリ回路８ａは、画像信号をデータとして一時的に格納する。演算回路８ｂは、メモリ回路８ａに格納されたデータをもとにして画像処理に必要な演算を行う。また、画像処理部８には、ＤＶＤ、ＨＤＤなどの外部記録装置１１が接続されている。この外部記録装置１１は、各種の画像データを恒久的に保存することができるようになっている。画像データとしては、撮像部３が取得した画像信号データや、画像処理部８が処理を行った画像データなどがある。外部記録装置１１に記録された画像信号データは、適宜、画像処理部８に読み出されてデータの加工が行われる。画像処理部８により加工された画像データは、蛍光画像としてＴＶモニター１２の表示画面上に表示される。

光学ユニット１は、生体組織からの蛍光を分離して検出する機能を有する。そのため、図２に示すように、光学ユニット１は、エタロン型分光素子（一対の光学素子）１６と可変機構（調整機構）１７とを備えている。ここで、エタロン型分光素子１６は、対物光学系（光学系）１３と受光素子（撮像ユニット）１５の受光面１５ａとの間に配置されている。可変機構１７は、エタロン型分光素子１６における配置間隔を変化させる機能を有している。
また、光学フィルタ１８は、対物光学系１３とエタロン型分光素子１６との間に配置されている。この光学フィルタ１８は、励起光カットフィルタである。本実施形態では、光学フィルタ１８として、図３に示すように、波長３９５〜４１５ｎｍの範囲でＯＤ値４以上（透過率にして 1×１０^−４以下）、波長４３０〜７５０ｎｍの範囲で透過率８０％以上の特性を有する光学フィルタを用いている。

エタロン型分光素子１６は、ファブリペローエタロン型のバンドパスフィルタである。分光には、多光束干渉作用が利用されている。このエタロン型分光素子１６では、空気層の厚さを調整することで、透過波長領域を走査可能な分光素子として機能する。ここで、走査可能というのは、所定の透過範囲を、透過波長領域において移動させることができることを意味している。その結果、所望の波長範囲の光のみを、自由に透過させることができる。
図４に示すように、エタロン型分光素子１６は、光軸に直交して配置される第一の光学素子３１と、第二の光学素子３２とから構成されている。第二の光学素子３２は、第一の光学素子３１から光路に沿って所定厚の空気層ＬＧを有して、第一の光学素子３１と平行に配置されている。上述の配置間隔とは、光学素子３１と光学素子３２との間隔、すなわち空気層ＬＧの厚さのことである。各光学素子３１，３２は、自家蛍光の波長領域において透明な平行平板の基板３３と、各基板３３の向かい合う面に積層された多層膜３４とを有する。多層膜３４は、例えば、基板３３側から高屈折率層３４Ａと、低屈折率層３４Ｂを交互に５〜９層積層した構成を有する。高屈折率層３４Ａと、低屈折率層３４Ｂは、それぞれ数ｎｍ〜数１００ｎｍ程度の膜厚を有する。各層３４Ａ，３４Ｂは、公知のスパッタリング法や蒸着法を用いて製造されている。

図５に第一の光学素子３１単独、又は第二の光学素子３２単独の分光透過率特性Ｌ１を示す。また、図６にエタロン型分光素子１６の分光透過率特性を示す。各図において、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は透過率（％）である。まず、図６を参照して、エタロン型分光素子１６の分光透過率特性（以下、単に透過率特性と称する場合もある）について説明する。
図６の分光透過率特性では、全体の波長領域を、第３の波長領域（ＷＬ３）と第４の波長領域（ＷＬ４）に分けている。第３の波長領域（ＷＬ３）の範囲は、約４００ｎｍから約５９０ｎｍである。第３の波長領域（ＷＬ３）では、透過率特性は、実線で示した第３の透過率特性（ラインＬ３）となっている。一方、第４の波長領域（ＷＬ４）の範囲は、約５９０ｎｍから約９００ｎｍである。第４の波長領域（ＷＬ４）では、透過率特性は、実線で示した第４の透過率特性（ラインＬ４ａ）あるいは、破線で示した第４の透過率特性（ラインＬ４ｂ）となっている。
ここで、実線で示した第４の透過率特性（ラインＬ４ａ）は、配置間隔が第１の間隔である場合の透過率特性である。また、破線で示した第４の透過率特性（ラインＬ４ｂ）は、配置間隔が第２の間隔である場合の透過率特性である。このように、配置間隔が第１の間隔から第２の間隔に変化した場合、第４の波長領域（ＷＬ４）における透過率特性は、実線で示した第４の透過率特性（ラインＬ４ａ）から破線で示した第４の透過率特性（ラインＬ４ｂ）に変化する。

走査に際して、初期位置から２つの光学素子３１，３２の少なくとも一方を移動させる。具体的には、第一の光学素子３１を固定し、第二の光学素子３２を、第一の光学素子３１から離れる方向に移動させる。配置間隔が第１の間隔になったとき、第３の波長領域（ＷＬ３）における透過率特性は、ラインＬ３のようになる。ラインＬ３で示されるように、第３の波長領域（ＷＬ３）のうち、約４００ｎｍから約５７０ｎｍの範囲では透過率が５０％以上となっている。一方、第４の波長領域（ＷＬ４）における透過率特性は、上述のラインＬ４ａのようになる。ここで、ラインＬ４ａで示す透過率特性は、６３０ｎｍ付近に透過率が１００％に近いピーク（第２のピーク）Ｐ４ａを有している。
また、透過率は、ピークＰ４ａの左右（前後）に向かって低下し、約６００ｎｍと約６７０ｎｍの波長でそれぞれゼロとなっている。したがって、ラインＬ４ａで示す透過率特性の透過範囲は、約６００ｎｍから約６７０ｎｍになる。また、透過率が殆どゼロになる範囲は、ラインＬ３の長波長端（約５９０ｎｍ）からラインＬ４ａの短波長端（約６００ｎｍ）までの間と、ラインＬ４ａの長波長側（約６７０ｎｍ〜９００ｎｍ）になる。このように、ピークＰ４ａの周囲には、透過率が殆どゼロの領域（遮光領域）が存在する。

次に、第二の光学素子３２を第一の光学素子３１に対し相対移動させ、配置間隔が第２の間隔となるようにする。具体的には、配置間隔が第１の間隔よりも大きくなるように、第二の光学素子３２を移動させる。すると、ラインＬ４ｂに示すように、ピークの位置（波長）がＰ４ａから長波長側にシフトし、ピーク（第２のピーク）Ｐ４ｂになる。これに対して、波長領域ＷＬ３のラインＬ３はほとんど変化しない。また、ラインＬ４ｂで示す透過率特性の透過範囲は、約６７０ｎｍから約７４０ｎｍになる。ただし、その幅は、ラインＬ４ａで示す透過率特性と変わらず、約７０ｎｍになっている。

このように、第一の光学素子３１と第二の光学素子３２との間の空気層ＬＧの厚さを変化させることにより、波長領域ＷＬ４内でピークの位置をＰ４ａからＰ４ｂに変化させることができる。その結果、所定の波長領域内で、分光走査を行うことができる。
また、このエタロン型分光素子１６では、走査に際して空気層ＬＧの厚さを変化させても、約４００ｎｍから約５７０ｎｍの波長領域で透過率が５０％以上に保たれ、約５７０ｎｍから約９００ｎｍの波長領域では、空気層ＬＧの厚さの変化とともに透過率のピーク波長位置が変化するという透過率特性を実現できる。

さて、図６に示すような透過率特性は、上述のように、第一の光学素子３１と第二の光学素子３２を一対にして用いることで実現できる。この第一の光学素子３１と第二の光学素子３２について、説明する。以下では、第一の光学素子３１を例にして説明するが、第二の光学素子３２についても同様のことがいえる。
図５の分光透過率特性においても、説明の都合上、全体の波長領域を２つの波長領域にわける。図５では、第１の波長領域（ＷＬ１）と第２の波長領域（ＷＬ２）に分けている。第１の波長領域（ＷＬ１）の範囲は、約４００ｎｍから約５７０ｎｍである。一方、第２の波長領域（ＷＬ２）の範囲は、約５７０ｍから約９００ｎｍである。

図５において、ラインＬ１は第一の光学素子３１の透過率特性（第二の光学素子３２も同様）を示している。ラインＬ１で示すように、第一の光学素子３１は、第１の波長領域ＷＬ１で、５０％以上の高い透過率となる透過率特性を持つ。また、第一の光学素子３１は、第２の波長領域ＷＬ２で、５０％以下の透過率となる透過率特性を持つ。さらに、第一の光学素子３１は、第２の波長領域ＷＬ２内の７００ｎｍ付近で、小さいピーク（第１のピーク）Ｐ１が形成されるような透過率特性を持つ。そして、このような透過率特性を有する光学素子３１，３２を対向配置することで、エタロン型分光素子１６において透過率のピークにおける半値全幅を大きくすることができる。ここで、図５と図６とを比べると分かるように、ピークＰ１は、図６における第４の波長領域（ＷＬ４）内に位置している。この第４の波長領域（ＷＬ４）は、分光走査をする範囲である。よって、第一の光学素子３１では、分光素子として使用した場合の分光走査する範囲（波長領域）でピークＰ１が生じるように、多層膜を構成するのが良いということになる。このようにすれば、この第一の光学素子３１を一対で用いた分光素子において、透過率のピークにおける半値全幅を大きくすることができる。

また、ピークＰ１における透過率は、第２の波長領域（ＷＬ２）における最も低い透過率に比べて２％以上大きいことが好ましい。このようにすることで、ピークＰ４ａやピークＰ４ｂの周囲に広がる透過率が殆どゼロの領域（遮光領域）において、透過率をより低くすることができる。

このように、この第一の光学素子３１を一対で用いた分光素子、例えばエタロン型分光素子１６は、第４の波長領域に存在する第２のピークにおける半値全幅を、例えば３０ｎｍ以上というように広くできると共に、第４の波長領域における最も低い透過率を１％以下にすることができる。
なお、このエタロン型分光素子１６は、約４００ｎｍから約５７０ｎｍの波長領域において空気層ＬＧの厚さを変化させても透過率が５０％以上に保たれる第３の透過率特性と、約５９０ｎｍから約９００ｎｍの波長領域において空気層ＬＧの厚さの変化とともに透過率のピーク波長位置が変化する第４の透過率特性とを有している。

次に、本実施形態に係る光学ユニット１を有する蛍光内視鏡装置２により、生体組織の自家蛍光画像を取得する場合における作用について説明する。

まず、光源部５から射出する励起光を一定時間、生体組織表面Ｓに照射する。光源部５には、ピーク波長４０５±５ｎｍの半導体レーザーを用いている。光源部５から射出された励起光は、自家蛍光物質を励起するための波長を含んでいる。これにより、コラーゲンやエラスチンを含む生体組織から、波長領域ＷＬ３に位置する主に５００ｎｍ〜５５０ｎｍを含む波長領域の蛍光を発生させると同時に、ポルフィリンを含む生体組織から、波長領域ＷＬ４に位置する６３０ｎｍ付近にピーク波長を持つ蛍光を発生させる。

ここで、蛍光を撮像部３で受光している期間に、可変機構１７を作動させる。これにより、エタロン型分光素子１６の第一の光学素子３１と第二の光学素子３２の間隔（配置間隔）が変化する。作動のための制御は、蛍光内視鏡装置２の制御部７から送信される制御信号により行われる。具体的には、第二の光学素子３２が初期位置から移動して、空気層ＬＧの厚さが５２０ｎｍとなる第一の位置に到達する。このとき、ラインＬ４ａにて示されるように、エタロン型分光素子１６の透過率特性において、６３０ｎｍ付近にピークＰ４ａが出現する。また、可変機構１７によって第二の光学素子３２をさらに移動させて、空気層ＬＧの厚さが７２０ｎｍとなる第二の位置に到達させる。すると、ラインＬ４ｂにて示されるように、エタロン型分光素子１６の透過率特性において、７００ｎｍ付近にピークＰ４ｂが出現する。

第二の光学素子３２が第一の位置に設定されているとき（状態Ａ１）には、図６に示すように、撮像部３の撮像面では、波長領域ＷＬ４内のラインＬ４ａと波長領域ＷＬ３内のラインＬ３における蛍光が受光される。また、第二の光学素子３２が第二の位置に設定されているとき（状態Ａ２）には、撮像部３の撮像面では、波長領域ＷＬ４内のラインＬ４ｂと波長領域ＷＬ３内のラインＬ３における蛍光が受光される。状態Ａ１における蛍光は、状態Ａ１の間に画像信号Ｄ１としてメモリ回路８ａに蓄積され、状態Ａ２における蛍光は、状態Ａ２の間に画像信号Ｄ２としてメモリ回路８ａに蓄積される。

そして、蛍光内視鏡装置２では、上記の２つの状態を１サイクルとして、励起光を生体組織表面Ｓに対して繰り返し照射し、１サイクル中に２種類の画像信号を取得する。

得られた画像信号（Ｄ１，Ｄ２）は、画像処理部８の演算回路８ｂにより処理される。図１２から分かるように、生体からの自家蛍光スペクトルは、ピークＰ４ｂの７００ｎｍ付近ではほとんど強度を有していないので、状態Ａ２で取得される蛍光強度（画像信号Ｄ２）は実質的に波長領域ＷＬ３の情報のみを反映している。一方、生体からの自家蛍光のうち、ポルフィリンによるスペクトル成分は、ピークＰ４ａの６３０ｎｍ付近で極大になるので、状態Ａ１で取得される蛍光強度（画像信号Ｄ１）は、波長領域ＷＬ３の情報に加え、波長領域ＷＬ４のピークＰ４ａ近傍の情報が加算されたものになる。したがって、画像信号Ｄ１から画像信号Ｄ２を差し引く演算を行うことにより、ピークＰ４ａ近傍の蛍光成分のみを有する新たな画像信号Ｅ１を生成することができる。

この光学ユニット１によれば、第二の光学素子３２が第一の位置から第二の位置に変位しても、エタロン型分光素子１６における分光透過率特性が、波長領域ＷＬ３で略一致している。よって、上記演算を行うことで、波長領域ＷＬ３と波長領域ＷＬ４の両方の情報を含んだデータから、波長領域ＷＬ３の情報を除去することができる。その結果、波長領域ＷＬ４のみにおける蛍光に関するデータを取り出すことができる。これは、所望の波長領域の光（蛍光）のみに対する測定が行えることを意味している。
また、第二の光学素子３２が第二の位置にあるときには、波長領域ＷＬ３の情報のみが取得できるため、波長領域ＷＬ３の情報と波長領域ＷＬ４の情報を個別に取得することができる。上述したように、生体組織からの自家蛍光スペクトルには、波長領域ごとに生体組織に関する異なる情報が含まれているので、異なる波長領域の情報を個別に取得できることは診断に役立つものと考えられる。

このように、この実施の形態によれば、透過率のピーク波長を調整可能なエタロンタイプの光学ユニットにおいて、第４の波長領域ＷＬ４におけるピークＰ４ａの半値全幅を大きくしたので、蛍光の透過光量を多くすることができ、生体の情報を従来よりも多く取得することが可能になる。
また、ピークＰ４ａ周囲の遮光領域の透過率が低いので、この領域の光をカットすることができ、ノイズを低減することが可能となる。
このエタロン型分光素子１６を内視鏡に内蔵した場合には、炎症や腫瘍などの有無に応じて蛍光の強度の差を大きくすることができる。これによって、炎症や腫瘍を発見し易くなるなど、診断の精度を向上させることができる。

この実施の形態の実施例について以下に説明する。

図７に、実施例１に係るエタロン型分光素子１６の光学素子３１（３２）の構造を示す。また、比較例として従来の光学素子の構造を示す。光学素子３１（３２）は、屈折率１．４６の石英製の基板３３上に、第１層としてＴａ_２Ｏ_５からなる高屈折率膜を形成した。第１層のＴａ_２Ｏ_５の屈折率は２．２４であり、光学的膜厚ｎｄを１．４８×（λ／４）にした。第２層には、ＳｉＯ_２からなる低屈折率膜を形成した。第２層のＳｉＯ_２の屈折率は１．４７であり、光学的膜厚ｎｄは０．１９×（λ／４）にした。以降、第３層はＴａ_２Ｏ_５を光学的膜厚ｎｄで０．２３×（λ／４）、第４層はＳｉＯ_２を光学的膜厚ｎｄで１．１６×（λ／４）、第５層はＴａ_２Ｏ_５を光学的膜厚ｎｄで１．０３×（λ／４）、第６層はＳｉＯ_２を光学的膜厚ｎｄで０．９５×（λ／４）、第７層はＴａ_２Ｏ_５を光学的膜厚ｎｄで０．９９×（λ／４）、第８層はＳｉＯ_２を光学的膜厚ｎｄで０．９１×（λ／４）、そして最上層の第９層はＴａ_２Ｏ_５を光学的膜厚ｎｄで１．０８×（λ／４）形成した。
なお、本実施例の設計波長λは７００ｎｍであり、上記光学的膜厚ｎｄの単位はいずれもｎｍである。

このようにして製造した光学素子３１（３２）と、２つの光学素子３１，３２を対向配置したエタロン型分光素子１６の透過率特性を図８に示す。横軸は、波長（ｎｍ）を示し、縦軸は透過率（％）になっている。ラインＬ１１で示すように、一方の光学素子３１（３２）のみの透過率特性は、約５７０ｎｍ未満の波長領域と、約９００ｎｍ以上の波長領域で透過率が５０％以上になっている。これに対して、約５７０ｎｍから約９００ｎｍの間の波長領域では、透過率が３０％程度になった。この波長領域では、緩やかで小さいピークが１つ形成されることで２つの谷が現れている。谷となっている部分で最も小さい透過率は２５．８％、ピークの透過率は２８．４％であり、その差は２．６％であった。

さらに、ラインＬ１１に示す透過率特性を有する光学素子３１，３２同士を向かい合わせに配置したエタロン型分光素子１６の、状態Ａ１（空気層ＬＧの厚さ５２０ｎｍ）における透過率特性が実線で示したラインＬ１３、状態Ａ２（空気層ＬＧの厚さ７２０ｎｍ）における透過率特性が破線で示したラインＬ１２である。状態Ａ１のラインＬ１３では、約５７０ｎｍ未満の波長領域で高い透過率になっており、さらに６３０ｎｍ付近に透過率の大きいピークが形成されている。このピークにおける半値全幅（透過率がピーク値の５０％になる波長幅）は３３ｎｍであった。また、ピークの前後の遮光領域の最低透過率は、１．０％以下と極めて低かった。

これに対して、従来の光学素子として、屈折率１．４６の石英製の基板上に、第１層としてＴａ_２Ｏ_５からなる高屈折率膜（屈折率：２．２４）を光学的膜厚ｎｄで１．００×（λ／４）形成し、第２層としてＳｉＯ_２からなる低屈折率膜（屈折率：１.４７）を光学的膜厚ｎｄで１．００×（λ／４）形成した。さらに、第３層としてＴａ_２Ｏ_５を光学的膜厚ｎｄで１．００×（λ／４）、第４層としてＳｉＯ_２を光学的膜厚ｎｄで１．００×（λ／４）、第５層としてＴａ_２Ｏ_５を光学的膜厚ｎｄで１．００×（λ／４）形成した。この際の設計波長λは、７００ｎｍである。
このようにして製造した従来の光学素子と、この従来の光学素子を一対にして対向配置したエタロン型分光素子の透過率特性を図９に示す。ラインＬ２１で示すように、一方の光学素子のみの透過率特性は、約５７０ｎｍから約９００ｎｍの間の波長領域で、透過率こそ２０〜３０％と実施例１とほぼ同様であるが、実施例１と異なり全体として１つの谷を形成していてピークは有しない。さらに、エタロン型分光素子の、状態Ａ１（空気層ＬＧの厚さ５１０ｎｍ）における透過率特性が実線で示したラインＬ２３、状態Ａ２（空気層ＬＧの厚さ７００ｎｍ）における透過率特性が破線で示したラインＬ２２である。状態Ａ１のラインＬ２３では、６３０ｎｍ付近のピークにおける半値全幅が１５ｎｍであった。また、ピークの前後の遮光領域の最低透過率は２．７％であった。

このように、実施例１のエタロン型分光素子１６では、６３０ｎｍ付近におけるピークの半値全幅が、比較例に対して２倍以上になっており、第４の波長領域の透過光量を多くすることができた。また、ピーク前後の遮光領域の最低透過率が比較例と比べて低いので、所望の波長領域以外の光を従来よりもカットすることができ、ノイズによる測定誤差を低減できた。

図１０に、実施例２に係るエタロン型分光素子１６の光学素子３１（３２）の構造を示す。光学素子３１（３２）は、屈折率１．４６の石英製の基板３３上に、第１層としてＴａ_２Ｏ_５からなる高屈折率膜を光学的膜厚ｎｄで１．３２×（λ／４）、第２層としてＳｉＯ_２からなる低屈折率膜を光学的膜厚ｎｄで０．３２×（λ／４）形成した。Ｔａ_２Ｏ_５とＳｉＯ_２の屈折率は、それぞれ２．２４と１．４７である。屈折率は、以下の各層についても同じである。
以降、第３層はＴａ_２Ｏ_５を光学的膜厚ｎｄで０．１３×（λ／４）、第４層はＳｉＯ_２を光学的膜厚ｎｄで１．２８×（λ／４）形成した、第５層はＴａ_２Ｏ_５を光学的膜厚ｎｄで１．１７×（λ／４）、第６層はＳｉＯ_２を光学的膜厚ｎｄで０．８×（λ／４）、第７層はＴａ_２Ｏ_５を光学的膜厚ｎｄで１．１４×（λ／４）、第８層はＳｉＯ_２を光学的膜厚ｎｄで０．７４×（λ／４）、そして最上層の第９層はＴａ_２Ｏ_５を光学的膜厚ｎｄで１．１８×（λ／４）形成した。なお、本実施例の設計波長λは７００ｎｍであり、上記光学的膜厚ｎｄの単位はいずれもｎｍである。

このようにして製造した光学素子３１（３２）と、２つの光学素子３１，３２を対向配置したエタロン型分光素子１６の透過率特性を図１１に示す。横軸は、波長（ｎｍ）を示し、縦軸は透過率（％）になっている。ラインＬ３１で示すように、一方の光学素子３１（３２）のみの透過率特性は、約５７０ｎｍ未満の波長領域と、約９００ｎｍ以上の波長領域の透過率は非常に高く、１００％に近い。これに対して、約５７０ｎｍから約９００ｎｍの間の波長領域では、透過率が３０％程度になった。この波長領域では、緩やかで小さいピークが１つ形成されることで２つの谷が現れている。谷となっている部分で最も小さい透過率は２８．６％、ピークの透過率は３８．０％であり、その差は９．４％であった。

さらに、ラインＬ３１に示す透過率特性を有する光学素子３１，３２同士を向かい合わせに配置したエタロン型分光素子１６の、状態Ａ１（空気層ＬＧの厚さ５２０ｎｍ）における透過率特性が実線で示したラインＬ３３、状態Ａ２（空気層ＬＧの厚さ７１０ｎｍ）における透過率特性が破線で示したラインＬ３２である。状態Ａ１のラインＬ３３では、約５７０ｎｍ未満の波長領域で高い透過率になっており、さらに６３０ｎｍ付近に透過率の大きいピークが形成されている。このピークにおける半値全幅は５０ｎｍであった。また、ピークの前後の遮光領域の最低透過率は、１．０％以下と極めて低かった。

実施例２のエタロン型分光素子１６では、６３０ｎｍ付近におけるピークの半値全幅が、図９に示す比較例の半値全幅に対して３倍以上になっているので、第４の波長領域の透過光量を多くすることができた。また、ピーク前後の遮光領域の最低透過率が比較例と比べて低いので、所望の波長領域以外の光を従来よりもカットすることができ、ノイズによる測定誤差を低減できた。さらに、実施例２によれば、実施例１に比べても半値全幅が大きくなった。実施例１と実施例２を比較することにより、光学素子３１（３２）の透過率特性において、第２の波長領域ＷＬ２におけるピークＰ１が大きいほど、前記ピークにおける半値全幅を大きくできることがわかった。

なお、本発明は、前記の実施の形態に限定されずに広く応用することができる。
例えば、蛍光内視鏡装置の構成は、励起光としてコヒーレント光を発振する光源ユニットを使用するなど、種々の変更が可能である。
また、エタロン型分光素子は、他の分光分析器に使用することもできる。さらに、自家蛍光に限定されずに、その他の蛍光や通常の光の分光に使用しても良い。

本発明の実施の形態に係る光学ユニットを備える蛍光内視鏡装置の全体構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る光学ユニットを示す概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る光学フィルタの透過率特性を示すグラフである。 光学ユニットであるエタロン型分光素子の構成を示す図である。 光学素子単体の透過率特性を示すグラフである。 エタロン型分光素子の透過率特性を説明する模式図である。 実施例１に係る光学素子の構造と、比較例としての従来の光学素子の構造を示す図である。 実施例１に係る光学素子の透過率特性と、一対の光学素子を組み合わせたときの透過率特性を示す図である。 比較例に係る従来の光学素子の透過特性と、一対の光学素子を組み合わせたときの透過率特性を示す図である。 実施例２に係る光学素子の構造を示す図である。 実施例２に係る光学素子の透過率特性と、一対の光学素子を組み合わせたときの透過率特性を示す図である。 正常組織と病変組織との自家蛍光スペクトルの一例を示すグラフである。

符号の説明

１ 光学ユニット
２ 蛍光内視鏡装置（光学装置）
３ 撮像部
５ 光源部（光源ユニット）
１３ 対物光学系（光学系）
１５ 受光素子（撮像ユニット）
１６ エタロン型分光素子（一対の光学素子）
１７ 可変機構（調整機構）
３１，３２ 光学素子
３４ 多層膜
ＬＧ 空気層
ＷＬ１ 第１の波長領域
ＷＬ２ 第２の波長領域
ＷＬ３ 第３の波長領域
ＷＬ４ 第４の波長領域

Claims (5)

1. 多層膜を有する光学素子であって、
   前記光学素子は、第１の波長領域において第１の透過率特性を有すると共に、前記第１の波長領域より長波長側の第２の波長領域において第２の透過率特性を有する前記多層膜を備え、
   前記多層膜は、透過率が最大になる第１のピークを前記第２の波長領域に有するように構成されていることを特徴とする光学素子。
2. 前記第１のピークにおける透過率は、前記第２の波長領域における最も低い透過率に比べて２％以上大きいことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
3. 一対の前記光学素子を対向配置した状態で得られる透過率特性は、第３の波長領域における第３の透過率特性と、前記第３の波長領域より長波長側の第４の波長領域における第４の透過率特性で表され、
   前記第１のピークは、前記第４の波長領域に存在することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学素子。
4. 対向して配置された一対の請求項３に記載の光学素子と、
   前記光学素子の光路上の間隔を調整する調整機構と、を備えた光学ユニットであって、
   前記第３の波長領域において前記第３の透過率特性を有すると共に、前記第３の波長領域より長波長側の前記第４の波長領域において透過率が最大になる第２のピークを有する第４の透過率特性を備え、
   前記第２のピークにおける半値全幅が３０ｎｍ以上で、前記第４の波長領域における最も低い透過率が１％以下であることを特徴とする光学ユニット。
5. 請求項４に記載の光学ユニットと、対象物に照明光を照射する光源ユニットと、前記対象物の像を形成する光学系と、前記像を撮影する撮像ユニットと、を備え、
   前記光学ユニットは、前記光学系と前記撮像ユニットの間に配置されていることを特徴とする光学装置。

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