JP2015123086A - 走査型照明装置および走査型観察装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバ型スキャナの螺旋状の走査の中央部に生じる歪みの影響を除去した画像生成を可能にする、走査型照明装置および走査型観察装置を提供する。
【解決手段】走査型内視鏡装置１０（走査型照明装置）は、光源からの照明光を端部から射出させる照明用光ファイバ１１と、照明用光ファイバ１１の端部を螺旋状に振動させるアクチュエータと、照明用光ファイバ１１の端部から射出された照明光を対象物１００に照射する照明レンズ５１と、照明光の少なくとも一部を選択的に傾ける少なくとも１つのプリズム５２とを備えている。
【選択図】図５

Description

本発明は、走査型照明装置および走査型観察装置に関するものである。

光ファイバとアクチュエータとからなる光ファイバ型スキャナにより、光ファイバの端部を螺旋状に駆動することによって、光スポットを観察対象上で螺旋走査する走査型照明装置、およびこの走査型照明装置を用いて観察対象からの反射散乱光を検出することによって画像を生成する走査型観察装置が知られている。例えば、走査型観察装置の一形態である走査型内視鏡は、従来のイメージャ型に比べて、細径化、多機能化が可能な内視鏡として有望である。

しかし、この種の光ファイバ型スキャナは、螺旋状の走査パターンの中央部において、その動作が不安定になる、という特性を有する。図１８は、螺旋走査による軌跡の一例を示している。螺旋走査の軌跡１０１は、外周部においては再現性が高く安定的であるが、破線１０２で示す中央部では、走査軌跡が安定しない。一般に、光ファイバ型スキャナでは、取得した信号から画像を構築する過程で、画素強度信号に対応させる画素位置情報として、光ファイバ型スキャナに印加する駆動信号を用いるので、中央部で走査軌跡が安定しなければ、視野の中央部に不安定な歪みを生じることとなる。

このため、画像生成の過程で用いる画素位置情報として、光ファイバ型スキャナの駆動信号と共に、その駆動信号に対応し、ＣＣＤ等のイメージセンサーやPSD(Position-sensitive Detector)の様な位置検出素子を用いて実際の光スキャナにおいてあらかじめ測定された光スポット位置のデータを、位置情報として予め格納しておき、併せて用いる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。これにより、より正確な画素位置情報が適用され、生成される画像の歪みはある程度軽減される。

特表２００８−５１４３４２号公報

しかしながら、実際の光ファイバ型スキャナは、単に中央部において歪みを有するだけでなく、その歪みは不安定で再現性を持たず、動作の度に異なったものになる。この種の歪みは、固定された一組の補正データによって解消することは出来ない。

したがって、これらの点に着目してなされた本発明の目的は、光ファイバ型スキャナの螺旋状の走査の中央部に生じる歪みの影響を除去した画像生成を可能にする、走査型照明装置および走査型観察装置を提供することにある。

上記目的を達成する走査型照明装置の発明は、
光源からの照明光を端部から射出させる光ファイバと、
該光ファイバの前記端部を螺旋状に振動させるアクチュエータと、
前記光ファイバの前記端部から射出された前記照明光を対象物に照射する照明レンズと、
前記照明光の少なくとも一部を選択的に傾ける少なくとも１つの光束方向変換部と
を備えることを特徴とするものである。

前記光束方向変換部は、プリズム、回折格子、または、反射鏡とすることができる。

好ましくは、前記走査型照明装置は、一周期の螺旋状の振動により、前記照明光が前記対象物を照射する領域の重なりを減じるように前記照明光の光路上に設けた遮光部であって、少なくとも、前記光ファイバの螺旋状の振動の中心で射出された光を遮光する遮光部を備える。

さらに好ましくは、前記走査型照明装置は、前記アクチュエータが静止した状態で、前記光ファイバから射出される前記照明光を遮断する遮光部を有する。

上記目的を達成する走査型観察装置の発明は、
光源からの照明光を端部から射出させる光ファイバと、
該光ファイバの前記端部を螺旋状に振動させるアクチュエータと、
前記光ファイバの前記端部から射出された前記照明光を対象物に照射する照明レンズと、
前記照明光の少なくとも一部を選択的に傾ける少なくとも１つの光束方向変換部と、
該照明光によって対象物から発せられた物体光を検出する光検出器と
を備えることを特徴とするものである。

前記光走査型観察装置は、前記光検出器により検出された物体光の信号に対して、前記光束方向変換部によって生じる照明光の偏向を補正して、画像を生成する画像生成部を備えることが好ましい。

また、前記光束方向変換部は、プリズム、回折格子、または反射鏡とすることができる。

好ましくは、前記走査型観察装置は、一周期の螺旋状の振動により、前記照明光が前記対象物を照射する領域の重なりを減じるように前記照明光の光路上に設けた遮光部であって、少なくとも、前記光ファイバの螺旋状の振動の中心で射出された光を遮光する遮光部を備える。

さらに、好ましくは、前記走査型観察装置は、前記アクチュエータが静止した状態で、前記光ファイバから射出される前記照明光を遮断する遮光部を有する。

第１実施の形態に係る光走査型観察装置の一例である光走査型内視鏡装置の概略構成を示すブロック図である。 図１のスコープを概略的に示す概観図である。 図２のスコープの先端部を拡大して示す断面図である。 図１の光走査型内視鏡装置の駆動部の振動駆動機構を説明する図であり、図４（ａ）は、駆動部と照明用光ファイバの揺動部を示す側面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 照明光の走査を説明する図であり、図５（ａ）は、光学系の概略構成を示す図であり、図５（ｂ）は対象物上での走査軌跡を示す図である。 図６（ａ）は、図５のプリズムの正面図、図６（ｂ）は側面図である。 プリズムが無い場合の螺旋走査の軌跡を示す図である 図８（ａ）は、プリズムによる光路偏向を受けた照明光の走査軌跡を示す図であり、図８（ｂ）は、第１出射面を透過した照明光の軌跡を示し、図８（ｃ）は、第２出射面を透過した照明光の軌跡を示す図である。 画像生成に使用する照明光の走査軌跡を示す図である。 第１変形例に係る３分割プリズムを示す図であり、図１０（ａ）は正面図、図１０（ｂ）は側面図である。 第２変形例に係る４分割プリズムを示す図であり、図１１（ａ）は正面図、図１１（ｂ）は側面図である。 第２実施の形態に係る光走査型内視鏡装置による照明光の走査を説明する図であり、図１２（ａ）は、光学系の概略構成を示す図であり、図１２（ｂ）は対象物上での走査軌跡を示す図である。 図１２の回折格子の回折溝を拡大して示す断面図である。 第３実施の形態に係る光走査型内視鏡装置による照明光の走査を説明する図であり、図１４（ａ）は、光学系の概略構成を示す図であり、図１４（ｂ）は対象物上での走査軌跡を示す図である。 第４実施の形態に係る光走査型内視鏡装置の画像生成に使用する照明光の走査軌跡を示す図である。 第５実施の形態に係る光走査型内視鏡装置による照明光の走査を説明する図であり、図１６（ａ）は、光学系の概略構成を示す図であり、図１６（ｂ）は対象物上での走査軌跡を示す図である。 図１６の遮光部材を光軸方向から見た図である。 螺旋走査による走査軌跡を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１実施の形態）
図１は、第１実施の形態に係る光走査型観察装置の一例である光走査型内視鏡装置の概略構成を示すブロック図である。光走査型内視鏡装置１０は、スコープ２０と、制御装置本体３０とディスプレイ４０とによって構成されている。

制御装置本体３０は、光走査型内視鏡装置１０全体を制御する制御部３１、発光タイミング制御部３２、レーザ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂ、および結合器３４を含んで構成される。発光タイミング制御部３２は、制御部３１の制御の下で、赤、緑および青の三原色のレーザ光を射出する３つのレーザ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂの発光タイミングを制御する。レーザ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂとしては、例えばＤＰＳＳレーザ（半導体励起固体レーザ）やレーザダイオードを使用することができる。レーザ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂから射出されたレーザ光は、結合器３４により合波され、白色の照明光としてシングルモードファイバである照明用光ファイバ１１（光ファイバ）に入射される。もちろん、光走査型内視鏡装置１０の光源の構成はこれに限られず、一つのレーザ光源を用いるものであっても、他の複数の光源を用いるものであっても良い。また、レーザ３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂおよび結合器３４は、制御装置本体３０とは別の筐体に収納されていても良い。

照明用光ファイバ１１は、スコープ２０の先端部まで繋がっており、結合器３４から照明用光ファイバ１１に入射した光は、スコープ２０の先端部まで導光され対象物１００に向けて照射される。その際、駆動部２１（アクチュエータ）が振動駆動されることによって、照明用光ファイバ１１を出射した照明光は、対象物１００の観察表面上を２次元走査することができる。この駆動部２１は、後述する制御装置本体３０の駆動制御部３８によって制御されている。照明光の照射により対象物１００から得られる反射光、散乱光、蛍光などの物体光は、マルチモードファイバにより構成される複数の検出用光ファイバ１２の先端で受光して、スコープ２０内を通り制御装置本体３０まで導光される。

制御装置本体３０は、物体光を処理するための光検出器３５、ＡＤＣ（アナログ−デジタル変換器）３６および画像生成部３７をさらに備える。光検出器３５は、検出用光ファイバ１２を通って来た物体光をスペクトル成分に分解し、フォトダイオード等により、それぞれのスペクトル成分を電気信号に変換する。ＡＤＣ３６はアナログ電気信号に変換された画像信号をデジタル信号に変換し、画像生成部３７に出力する。制御部３１は、駆動制御部３８による螺旋走査駆動のタイミングや印加電圧等の情報、および／または、予め測定しルックアップテーブルに格納しておいた走査駆動後の走査位置情報等より走査経路上の走査位置の情報を算出し、画像生成部３７に渡す。画像生成部３７は、ＡＤＣ３６から出力されたデジタル信号から、当該走査位置ごとの対象物１００の画素データを得る。画像生成部３７は、走査位置と画素データの情報を順次図示しないメモリに記憶し、走査終了後または走査中に補間処理等の必要な処理を行って対象物１００の画像を生成し、ディスプレイ４０に表示する。

上記の各処理において、制御部３１は、発光タイミング制御部３２、光検出器３５、駆動制御部３８、および、画像生成部３７を同期制御する。

図２は、スコープ２０を概略的に示す概観図である。スコープ２０は、操作部２２および挿入部２３を備える。操作部２２には、制御装置本体３０からの照明用光ファイバ１１、検出用光ファイバ１２、および、配線ケーブル１３が、それぞれ接続されている。これら照明用光ファイバ１１、検出用光ファイバ１２および配線ケーブル１３は挿入部２３内部を通り、挿入部２３の先端部２４（図２における破線部内の部分）まで導かれている。

図３は、図２のスコープ２０の挿入部２３の先端部２４を拡大して示す断面図である。先端部２４は、駆動部２１、照明レンズ５１、プリズム５２（光束方向変換部）、中心部を通る照明用光ファイバ１１および外周部を通る検出用光ファイバ１２を含んで構成される。なお、照明用光ファイバ１１、駆動部２１、照明レンズ５１およびプリズム５２は、走査型照明装置を構成する。

駆動部２１は、取付環２６によりスコープ２０の挿入部２３の内部に固定されたアクチュエータ管２７、並びに、アクチュエータ管２７内に配置されるファイバ保持部材２９および圧電素子２８ａ〜２８ｄ（図４（ａ）および（ｂ）参照）を含んで構成される。照明用光ファイバ１１は、ファイバ保持部材２９で支持されるとともにファイバ保持部材２９で支持された固定端１１ａから先端部１１ｃまでが、揺動可能に支持された揺動部１１ｂとなっている。一方、検出用光ファイバ１２は挿入部２３の外周部を通るように配置され、先端部２４の先端まで延びている。さらに、検出用光ファイバ１２の各ファイバの先端部１２ａには図示しない検出用レンズを備える。

さらに、スコープ２０の先端部２４の最先端には、プリズム５２が配置され、照明レンズ５１が照明用光ファイバ１１の先端部１１ｃとプリズム５２との間に配置される。照明レンズ５１は、照明用光ファイバ１１の先端部１１ｃから射出されたレーザ光が、プリズム５２により偏向された後、対象物１００上に集光するように設定されている。照明用光ファイバ１１の先端部１１ｃから対象物１００に至る照明光の光路については、さらに詳しく後述する。なお、照明レンズ５１は、一枚構成に限られず、複数枚のレンズにより構成しても良い。

検出用レンズ（図示せず）は、対象物１００上に集光されたレーザ光が、対象物１００により反射、散乱、屈折等をした光、または、照明光の照射により発生した蛍光等を物体光として取り込み、検出用レンズの後に配置された検出用光ファイバ１２の入射端１２ａに集光、結合させるように配置される。

図４は、図１の光走査型内視鏡装置１０の駆動部２１の振動駆動機構を説明する図であり、図４（ａ）は、駆動部と照明用光ファイバの揺動部を示す側面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。照明用光ファイバ１１は角柱状の形状を有するファイバ保持部材２９の中央を貫通し、これによってファイバ保持部材２９によって固定され保持される。ファイバ保持部材２９の４つの側面は、それぞれ＋Ｙ方向および＋Ｘ方向並びにこれらの反対方向の−Ｙ方向および−Ｘ方向に向いている。そして、ファイバ保持部材２９の＋Ｙ方向および−Ｙ方向には、Ｙ方向駆動用の一対の圧電素子２８ａ、２８ｃが固定され、＋Ｘ方向および−Ｘ方向には、Ｘ方向駆動用の一対の圧電素子２８ｂ、２８ｃが固定される。

各圧電素子２８ａ〜２８ｄは、制御装置本体３０の駆動制御部３８からの配線ケーブル１３が接続される。Ｘ方向の圧電素子２８ｂと２８ｄとの間には常に正負が反対で大きさの等しい電圧が印加され、同様に、Ｙ方向の圧電素子２８ａと２８ｃとの間にも常に反対方向で大きさの等しい電圧が印加される。ファイバ保持部材２９を挟んで対向配置された圧電素子２８ｂ、２８ｄが、互いに一方が伸びるとき他方が縮むことによって、ファイバ保持部材２９に撓みを生じさせ、これを繰り返すことによりＸ方向の振動を生ぜしめる。Ｙ方向の振動についても同様である。

駆動制御部３８は、Ｘ方向駆動用の圧電素子２８ｂ、２８ｄとＹ方向駆動用の圧電素子２８ａ、２８ｃとに、同一の周波数の振動電圧を印加し振動駆動させることができる。Ｘ方向駆動用の圧電素子２８ｂ、２８ｄとＹ方向駆動用の圧電素子２８ａ、２８ｃとを、それぞれ共振周波数の近傍で、互いに位相を９０度ずらし、振幅を０と所定の最大値との間で変化させて振動駆動させると、図３、図４に示した照明用光ファイバ１１の先端部１１ｃが螺旋を描くように振動する。

次に、照明用光ファイバ１１から射出された照明光が対象物１００に照射される光路と走査軌跡について説明する。図５は、照明光の走査を説明する図であり、図５（ａ）は、光学系の概略構成を示す図であり、図５（ｂ）は対象物上での走査軌跡を示す図である。図５において、照明レンズ５１の光軸方向を＋ｚ方向、＋ｚ方向に直交し互いに直交する２方向を＋ｘ方向および＋ｙ方向とする。＋ｘ方向、＋ｙ方向は、前述の圧電素子２８ａ〜２８ｄの配置された方向であるＸ方向およびＹ方向と一致させても良いが、一致しなくとも良い。また、＋ｘ方向および＋ｙ方向と向きが反対の方向を、それぞれ、−ｘ方向、−ｙ方向とする。

プリズム５２は、入射する照明光をその入射位置により異なった２つの方向に射出させる屈折プリズムであり、図６（ａ）に正面図、図６（ｂ）に右側面図を示す。プリズム５２は、スコープ２０の先端部２４内部に組み込まれた薄い円筒形の外周側面を有する光学部材であり、照明レンズ５１側に、照明レンズ５１の光軸方向（ｚ方向）とほぼ直交する平坦な入射面５２ｃを有する。また、プリズム５２は、対象物１００側に２つの平坦な＋ｙ側の第１出射面５２ａおよび−ｙ側の第２出射面５２ｂを有する。２つの出射面５２ａおよび５２ｂは、ともにｚ方向に対して傾いており、出射面５２ａと５２ｂとが交わる稜線は、対象物１００側に向けて山になっており、ｘ方向と平行かつ照明レンズ５１の光軸と交わっている。

照明用光ファイバ１１が振動駆動されると、照明用光ファイバ１１の先端部１１ｃがｘｚ平面に対して−ｙ方向にシフトしているとき、先端部１１ｃから射出された照明光は、照明レンズ５１のｘｚ平面に対する−ｙ側を通って偏向され、照明レンズ５１とプリズム５２との間でｘｚ平面を横切って、プリズム５２の入射面５２ｃにｘｚ平面の＋ｙ側で入射する。この照明光は、プリズム５２の第１出射面５２ａから出射し、その際に、屈折により直進方向よりも光軸より（−ｙ方向）に偏向される。

同様に、照明用光ファイバ１１の先端部１１ｃがｘｚ平面に対して＋ｙ方向にシフトしているとき、先端部１１ｃから射出された照明光は、照明レンズ５１のｘｚ平面に対する＋ｙ側を通って偏向され、照明レンズ５１とプリズム５２との間でｘｚ平面を横切って、プリズム５２の入射面５２ｃにｘｚ平面の−ｙ側で入射する。この照明光は、プリズム５２の第２出射面５２ｂから出射し、その際に、屈折により光軸より（＋ｙ方向）に偏向される。

このように、プリズム５２は、出射面５２ａから出射する光と、出射面５２ｂから出射する光との間で、光束を選択的に傾けている。なお、ここで「選択的」に傾けるとは、全ての光束を同じ方向に傾けるのではなく、光束の部分が通過する空間的位置に応じて異なる傾け方をする（傾けない光束があることも含む）ことを意味している。

なお、照明用光ファイバ１１の先端部１１ｃが、照明レンズ５１の光軸近傍に位置する場合は、照明光がプリズム５２の第１出射面５２ａと第２出射面５２ｂとの間の稜線を跨ぐように通過する場合がある。その場合は、照明光が２つに分割されて、対象物１００上に照射されることになり、対象物１００のから得られる物体光が何れの点からのものか識別できなくなるので好ましく無い。このため、後の画像生成ではこのような照射点からの情報は除去される。

上記のように、プリズム５２の第１出射面５２ａと第２出射面５２ｂとを出射する照明光は、それぞれ異なる方向、すなわち、−ｙ方向と＋ｙ方向に向けて偏向されるため、対象物１００に照射される照明光の軌跡は、図５（ｂ）のようにｙ方向の原点付近で重なった形状となる。このような、対象物１００上の軌跡について、以下に図７、８を用いて説明する。

図７は、プリズム５２を配置しない場合の螺旋状の軌跡を示している。この図で、螺旋軌跡は、螺旋軌道の中心部であって、ｘ軸に平行な２本の破線の間の領域で、不安定な軌道を生じるものとする。照明光の光路上にプリズム５２を配置することによって、対象物１００上で＋ｙ側を照射していた照明光（図７においてＡで示す）は第１出射面５２ａを通り−ｙ側にシフトし、−ｙ側を照射していた照明光（図７においてＢで示す）は第２出射面５２ｂを通り＋ｙ側にシフトする。その結果、照明光の軌跡は、図８（ａ）に示すようになる。

図８（ｂ），（ｃ）は、説明のため図８（ａ）の軌跡を分割して示した図である。図８（ｂ）は図８（ａ）の照明光の軌跡のうち、第１出射面５２ａを透過した照明光の光路（すなわちＡの部分）を示し、図８（ｃ）は、第２出射面５２ｂを透過した照明光の光路（すなわちＢの部分）を示す図である。図８（ｂ）で、ａ_１で示された領域は、照明用光ファイバ１１の螺旋走査の安定した外周部軌道のみで走査される。一方、ａ_２で示される領域は、照明用光ファイバ１１の螺旋軌道が安定しない中央部を含んでいる。また、図８（ｃ）についても同様に、ｂ_１の領域は照明用光ファイバ１１の螺旋走査の安定した外周部軌道のみで走査される。一方、ｂ_２で示される領域は、照明用光ファイバ１１の螺旋軌道が安定しない中央部を含んでいる。

このように、対象物１００が図８（ａ）のような走査軌跡で照明光を照射されると、対象物からの反射光や蛍光等の物体光が、図３の検出用光ファイバ１２の入射端１２ａから検出用光ファイバ１２に入射し、光検出器３５で物体光がアナログ電気信号に変換され、ＡＤＣ３６でデジタル信号に変換され画像生成部３７に出力される。制御部３１は、プリズム５２が配置された状態で、螺旋走査を駆動後の経過時間に応じた走査位置情報をルックアップテーブルとして保有しているので、画像生成部３７はこの走査位置情報を用いて、照明用光ファイバ１１の走査により得られる各時点での画素信号と、対象物１００上の位置とをマッピングすることができ、一周期の螺旋走査ごとに対象物の２次元画像を生成することができる。このように、画像生成部３７は、プリズム５２により生じる照明光の偏向を補正して画像を生成することができる。

画像生成部３７は、画像を構成する際に、図８（ｂ）におけるａ_１の走査領域から得られた画素データと図８（ｃ）のｂ_１の走査領域から得られた画素データのみを使用する。すなわち、図８（ｂ）におけるａ_２の走査領域および、図８（ｃ）におけるｂ_２の走査領域を走査した際の画素データを使用しない。図８（ｂ）のａ_１の走査領域と図８（ｃ）のｂ_１の走査領域を合わせると、図９のように対象物１００上で走査軌跡が繋がるので、隙間や欠けのない画像を構成することができる。さらに、照明用光ファイバ１１の軌道が不安定となるファイバ走査の中央部から射出された照明光により得られた物体光による画素データを使用しないので、生成された画像に螺旋走査の中央部の不安定性のために歪みを生じることがない。

以上説明したように、本実施の形態によれば、照明光を選択的に傾けるプリズム５２を照明光の光路上に設けたので、螺旋走査の中央部で走査軌跡に重複が生じる。そして、この重複した軌跡のうち軌道の不安定性を有する部分から得られる画素データを、画像生成から排除して、走査軌道の安定した振動領域のみから得られる画素データにより画像を生成したので、光ファイバを用いた走査装置（光ファイバ型スキャナ）の螺旋状の走査の中央部に生じる歪みの影響を除去した安定した画像が得られる。

（変形例）
なお、第１実施の形態では、光束方向変換部を構成するプリズム５２として２分割プリズムを用いたが、他の形状のプリズムを使用することも可能である。図１０（ａ）は、第１変形例として、プリズム５２と置き換えることのできる、３分割プリズムの正面図であり、図１０（ｂ）はその側面図である。３分割プリズムを用いた場合、入射面から入射した照明光は、光軸を中心に１２０°ずつ異なる３つの領域の何れかの出射面から出射する。３つの出射面は、光軸上に＋ｚ方向に凸の頂点を形成するように配置される。

また、図１１（ａ）は、第２変形例としてプリズム５２と置き換えることのできる、４分割プリズムの正面図であり、図１１（ｂ）はその側面図である。４分割プリズムを用いた場合、入射面から入射した照明光は、光軸を中心に９０°ずつ異なる４つの領域の何れかの出射面から出射する。４つの出射面は、３分割プリズムと同様に光軸上に＋ｚ方向に凸の頂点を形成するように配置される。

何れのプリズムを用いた場合にも、照明用光ファイバ１１を螺旋走査させると、プリズムを通る光は中央部方向に偏向され、対象物上の走査軌跡の中央部に重複部分が生じる。これから、走査軌跡の不安定な、光ファイバの中央部の走査により得られた画素データを除外して画像を生成することによって、歪みの無い安定した画像を得ることができる。なお、何れの場合も、プリズム形状に応じて、照明用光ファイバ１１の走査の駆動開始後の経過時間に対する照明光の走査位置のテーブルを、制御部３１または画像生成部３７に予め保持しておくか、制御部３１が駆動電圧などの駆動パラメータなどに基づいて、算出できることが必要である。

また、３分割プリズム、４分割プリズムに限られず、より、出射面の数の多い５分割プリズムや６分割プリズムを用いることもできる。さらに、プリズム５２に代えて、出射面が＋ｚ方向に頂点を有する円錐形状の光学部材（円錐プリズム）を配置しても良い。

（第２実施の形態）
図１２は、第２実施の形態に係る光走査型内視鏡装置による照明光の走査を説明する図であり、１２（ａ）は、光学系の概略構成を示す図であり、１２（ｂ）は対象物上での走査軌跡を示す図である。第２実施の形態では、第１実施の形態のプリズム５２に代えて、回折格子５３（光束方向変換部）を配置している。図１３に回折格子５３の拡大した断面図を示す。回折格子５３は、ｘ方向に延びる溝が等間隔に形成されている。溝の形状は鋸の歯状で、回折格子５３のｘｚ平面の＋ｙ側の第１回折面５３ａと−ｙ側の第２回折面５３ｂとでは、向きが異なっている。この溝の形状は、第１回折面５３ａで−１次回折光（−ｙ側に向かう回折光）が最も強くなり、第２回折面５３ｂで＋１次回折光（＋ｙ側に向かう回折光）が最も強くなるように設定される。

一方、図１２（ｂ）は、図５（ｂ）とは異なり、画像生成に寄与する照明光の走査軌跡のみを表示している。もっとも、照明用光ファイバの走査のうち画像生成に寄与しない部分では、レーザ３３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂを点灯させないようにしても良い。その場合、照明光の照射される実際の走査軌跡は、図１２（ｂ）のようになる。中央部でレーザ３３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂを点灯させないことで、平均のレーザ出力を低減することができ、レーザ安全性も向上する。その他の構成は、第１実施の形態と同様なので、同一構成要素には同一参照符号を付するものとして説明を省略する。

本実施の形態によれば、回折格子５３に入射した照明光のうち、＋ｙ側の第１回折面５２ａを通った照明光は−ｙ方向に向けて偏向され、−ｙ側の第２回折面５２ｂを通った照明光は＋ｙ方向に向けて偏向されるため、回折格子５３は第１実施の形態のプリズム５２と同様に照明光に対して作用する。したがって、本実施の形態の光走査型内視鏡装置は、第１実施の形態に係る光走査型内視鏡装置１０と同様の作用、効果を有する。さらに、プリズムの製造は基本的に手作業で行われる研磨工程が必要で加工物が小さくなると急激に難易度が高まるのに対して、半導体製造プロセスを適用することが可能な回折格子を用いることで、安定的に大量生産することが可能になるという製造上の有利点を有する。

なお、本実施の形態において、回折格子５３は、図１３に示したように溝形状の異なる２つの回折面からなるものに限られず、例えば、回折格子の出射面を回転対称な３つ以上の領域に区画して、それぞれを透過する光を、光軸に向けて回折させるような構造としても良い。

（第３実施の形態）
図１４は、第３実施の形態に係る光走査型内視鏡装置による照明光の走査を説明する図であり、１４（ａ）は、光学系の概略構成を示す図であり、１４（ｂ）は対象物上での走査軌跡を示す図である。第３実施の形態では、第１実施の形態のプリズム５２に代えて、第１平面鏡５４ａおよび第２平面鏡５４ｂ（光束方向変換部）を配置している。第１平面鏡５４ａ，第２平面鏡５４ｂは、照明レンズ５１の光軸に対して、ｙｚ平面内で４５度前後の傾きを有している。また、第１平面鏡５４ａ，第２平面鏡５４ｂの互いの反射面の境界は、照明レンズ５１の光軸を通りｘ軸方向に平行となるように接しており、互いの反射面を他方の反射面に対して僅かに内向きに向けるように傾いている。言い換えれば、第１平面鏡５４ａの反射面と第２平面鏡５４ｂの反射面との成す角度は、１８０度よりも小さくなる。この傾きの角度は、照明用光ファイバ１１の螺旋軌道の中央の不安定領域の大きさに応じて決定される。このような第１平面鏡５４ａ，第２平面鏡５４ｂを、図３のプリズム５２に代えて、スコープ２０の先端部２４に設けた場合、スコープ２０は、先端部２４の前方を観察するのではなく、第１平面鏡５４ａ，第２平面鏡５４ｂによる照明光の反射方向に対応する先端部２４の側方に窓を設け、側方を観察するものとなる。その他の構成は、第１実施の形態と同様なので、同一構成要素には同一参照符号を付するものとして説明を省略する。

図１４（ｂ）は、図１２（ｂ）と同様に、画像生成に寄与する照明光の走査軌跡のみを表示している。なお、図１４（ａ），（ｂ）においては、照明レンズ５１の光軸が第１平面鏡５４ａ，第２平面鏡５４ｂで折れ曲がると共に、ｚ方向も光軸に沿って屈曲するものとし、これに伴い、ｙ方向も屈曲後のｚ方向とｘ方向とに直交する方向に変わるものとする。

仮に反射鏡５４ａと５４ｂとが、一枚の平板な反射鏡を構成していれば、照明用光ファイバ１１の螺旋駆動により、対象物１００上で照明光が螺旋走査される。一方、本実施の形態では、第１平面鏡５４ａと第２平面鏡５４ｂは、互いに対して内向きに傾斜している。このため、第１平面鏡５４ａで反射した照明光は、対象物１００上で−ｙ方向にシフトし、第２平面鏡５４ｂで反射した照明光は、対象物１００上で＋ｙ方向にシフトする。よって、第１平面鏡５４ａ，第２平面鏡５４ｂは、照明光をシフトさせるという点で、第１実施の形態のプリズム５２と同様の作用を有するものである。したがって、本実施の形態の光走査型内視鏡装置も、第１実施の形態に係る光走査型内視鏡装置１０と同様の作用、効果を有する。さらに、本実施の形態は、スコープ２０先端の側方を観察するのに適しているという特徴も有している。

（第４実施の形態）
第４実施の形態に係る光走査型内視鏡装置は、第１実施の形態に係る光走査型内視鏡装置の画像生成部３７における処理方法のみを変更したものである。第１実施の形態における画像生成部３７の画像処理においては、図８（ａ）のような走査軌跡で対象物１００に照明光を照射し、図８（ｂ）の領域ａ_２および図８（ｃ）の領域ｂ_２の帯状の領域から得られる画素データを、画像の生成に使用しないようにしていた。一方、第４実施の形態では、照明用光ファイバ１１の軌道が不安定になる螺旋軌道の中央部の照射により得られる画素データのみを不使用とするものである。

図１５に、第４実施の形態に係る光走査型内視鏡装置の画像再生成に使用する部分の照明光の走査軌跡を示す。図に示されるように、光ファイバの螺旋走査の中央部から得られる画素情報のみを不使用としている。このようにすると、１周期の螺旋走査中に、重複して走査され且つ重複して画像生成に利用される領域が生じるが、このような領域では、画素数を増やしたり、一つの画素について２回分のデータを適用することによりＳＮ比を向上させたりすることが可能になる。このように、本実施の形態によれば、光ファイバの螺旋振動の動作が不安定な中央部の走査により得られる画素データを不使用とし、動作の安定した走査領域で検出した情報は全て画像生成に利用することが可能になる。

なお、上記は、第１実施の形態に基づいて、画素データを不使用とする領域を変更するものとして説明したが、第２および第３実施の形態においても、同様に画像生成に不使用とする領域を変更し、同様の付加的な効果を得ることができる。

（第５実施の形態）
図１６は、第５実施の形態に係る光走査型内視鏡装置による照明光の走査を説明する図であり、図１６（ａ）は、光学系の概略構成を示す図、図１６（ｂ）は対象物上での走査軌跡を示す図である。この光走査型内視鏡装置では、第１実施の形態における光走査型内視鏡装置のスコープ先端部の照明用光ファイバ１１の先端部１１ｃと照明レンズ５１との間に遮光部材５５を設けている。図１７に、遮光部材５５を光軸方向から見た図を示す。遮光部材５５は、少なくとも照明光を透過させる円形の透明基板５６の中央に、遮光材料からなる円形の遮光部５７を設けている。その他の構成は、第１実施の形態と同様であるので、同一構成要素には同一参照符号を付して説明を省略する。

上記第１〜第４実施の形態で説明したように、本発明は、光ファイバの螺旋振動の中央部から出射された照明光が対象物に照射され得られた光を、画像を生成する際に使用しない。そこで、本実施の形態では、光ファイバの螺旋振動の中央部から射出される光の光路上に遮光部を設け、光ファイバの螺旋振動の中央部から射出される光が、対象物１００に照射されないようにしたものである。このようにしても、画像生成部３７による画像生成には影響は生じない。

このように、遮光部を設けることによって、画像生成に使用しない照明用光ファイバ１１の螺旋走査の中央部からの光を対象物１００に照射しないので、対象物１００に照射される照明光全体のパワーを抑えることができる。これによって、光走査型内視鏡装置の安全性を高めることができる。

さらに、何らかの理由により照明用光ファイバ１１の駆動部２１が故障し、照明用光ファイバ１１に駆動力が加わらなくなった場合、照明用光ファイバ１１は、自らの弾性により振動中心に戻る。その場合、照明用光ファイバ１１からレーザ光である照明光の射出が続いていたとしても、その照明光は、遮光部５７により遮光され対象物１００に到達しない。したがって、駆動部２１の故障により、照明光が１箇所に照射され続けて、対象物１００の組織を破壊したり、あるいは、人間の眼に入ったりする等の危険を低減することができる。

なお、遮光部材５５の位置は、照明用光ファイバ１１の先端と照明レンズ５１との間に限られず、照明レンズ５１とプリズム５２との間に配置することもできる。また、照明レンズ５１またはプリズム５２の何れかの光学面の中央に遮光部５７を設けることもできる。また、遮光部材５５は、第１実施の形態の構成のみならず、第２〜第４実施の形態のスコープ２０の先端部２４にも設けることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。たとえば、本発明の各実施の形態では、照明光の対象物に至る光束が、全て光束方向変換部を通る構成となっているが、これに限られない。本発明の効果は、少なくとも照明光の一部を光軸よりに傾ける光束方向変換部があれば、対象物の光軸付近で照明光の軌跡に重複が生じるので、その重複部分から光ファイバの振動中心に近い走査により得られた信号を、画像生成から除外することによって得ることができる。したがって、照明光の光束の一部についてのみ、光路上にプリズム、回折格子またはミラーを配しても良い。

また、光束方向変換部の例として、実施の形態ではプリズム、回折格子およびミラーを用いたが、光束方向変換部はこれに限られず、同様の作用を有するものであれば、本願の光束方向変換部に該当する。

さらに、各実施の形態では、アクチュエータに圧電素子を用いたが、光ファイバのアクチュエータは、圧電素子を利用したものに限られず、磁石と電磁石とを組み合わせた電磁型のアクチュエータ等、種々のアクチュエータを用いることが可能である。

１０ 光走査型内視鏡装置
１１ 照明用光ファイバ（光ファイバ）
１１ａ 固定端
１１ｂ 揺動部
１１ｃ 先端部
１２ 検出用光ファイバ
１３ 配線ケーブル
２０ スコープ
２１ 駆動部（アクチュエータ）
２２ 操作部
２３ 挿入部
２４ 先端部
２６ 取付環
２７ アクチュエータ管
２８ａ〜２８ｄ 圧電素子
２９ ファイバ保持部材
３０ 制御装置本体
３１ 制御部
３２ 発光タイミング制御部
３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂ レーザ
３４ 結合器
３５ 光検出器
３６ ＡＤＣ
３７ 画像生成部
３８ 駆動制御部
４０ ディスプレイ
５１ 照明レンズ
５２ プリズム
５２ａ 第１出射面
５２ｂ 第２出射面
５２ｃ 入射面
５３ 回折格子
５３ａ 第１回折面
５３ｂ 第２回折面
５４ａ 第１平面鏡
５４ｂ 第２平面鏡
５５ 遮光部材
５６ 透明基板
５７ 遮光部
１００ 対象物

Claims (13)

1. 光源からの照明光を端部から射出させる光ファイバと、
   該光ファイバの前記端部を螺旋状に振動させるアクチュエータと、
   前記光ファイバの前記端部から射出された前記照明光を対象物に照射する照明レンズと、
   前記照明光の少なくとも一部を選択的に傾ける少なくとも１つの光束方向変換部と
   を備える走査型照明装置。
2. 前記光束方向変換部がプリズムであることを特徴とする請求項１に記載の走査型照明装置。
3. 前記光束方向変換部が回折格子であることを特徴とする請求項１に記載の走査型照明装置。
4. 前記光束方向変換部が反射鏡であることを特徴とする請求項１に記載の走査型照明装置。
5. 一周期の螺旋状の振動により、前記照明光が前記対象物を照射する領域の重なりを減じるように前記照明光の光路上に設けた遮光部であって、少なくとも、前記光ファイバの螺旋状の振動の中心で射出された光を遮光する遮光部を備える請求項１から４の何れか一項に記載の走査型照明装置。
6. 前記アクチュエータが静止した状態で、前記光ファイバから射出される前記照明光を遮断する遮光部を有することを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の走査型照明装置。
7. 光源からの照明光を端部から射出させる光ファイバと、
   該光ファイバの前記端部を螺旋状に振動させるアクチュエータと、
   前記光ファイバの前記端部から射出された前記照明光を対象物に照射する照明レンズと、
   前記照明光の少なくとも一部を選択的に傾ける少なくとも１つの光束方向変換部と、
   該照明光によって対象物から発せられた物体光を検出する光検出器と
   を備える走査型観察装置。
8. 前記光検出器により検出された物体光の信号に対して、前記光束方向変換部によって生じる照明光の偏向を補正して、画像を生成する画像生成部を備えたことを特徴とする請求項７に記載の走査型観察装置。
9. 前記光束方向変換部がプリズムであることを特徴とする請求項７または８に記載の走査型観察装置。
10. 前記光束方向変換部が回折格子であることを特徴とする請求項７または８に記載の走査型観察装置。
11. 前記光束方向変換部が反射鏡であることを特徴とする請求項７または８に記載の走査型観察装置。
12. 一周期の螺旋状の振動により、前記照明光が前記対象物を照射する領域の重なりを減じるように前記照明光の光路上に設けた遮光部であって、少なくとも、前記光ファイバの螺旋状の振動の中心で射出された光を遮光する遮光部を備える請求項７から１１の何れか一項に記載の走査型観察装置。
13. 前記アクチュエータが静止した状態で、前記光ファイバから射出される前記照明光を遮断する遮光部を有することを特徴とする請求項７から１１の何れか一項に記載の走査型観察装置。

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