JP4278086B2 - Scanning confocal probe - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、体腔内の生体組織の断層像を高倍率で観察することができる走査型共焦点プローブであって、特にプローブ側面から生体組織を観察する側視タイプの走査型共焦点プローブに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、精密診断検査で生体組織の検査を行う際には、切断用の鉗子などの処置具を用いて検査対象となる生体組織の一部を採取した後、体外において検査を行っていた。そのため、診断時間が長くなり、被検者に対して迅速に治療を行うことができなかった。
【0003】
近年、生体組織の断層像を観察することができる共焦点プローブ装置が広く普及している。共焦点プローブ装置は、共焦点顕微鏡で利用されているマイクロ機械加工された小型の共焦点用のプローブを先端に備える。該共焦点プローブ装置はプローブ内部に設けられた走査ミラーによってレーザ光を観察対象で走査させることにより、2次元または3次元の観察画像を得る。このような装置としては、例えば、下記の特許文献1または特許文献2に開示される。
【0004】
【特許文献1】
特許第3032720号公報(第3〜5項、第1〜5図)
【特許文献2】
特許第3052150号公報(第3、4項、第1図)
【0005】
上記従来の共焦点プローブ装置は、プローブを有する。該プローブの内部は、所定形状に切り出すことにより形成される空洞部を有する。該空洞部には、シリコン基板などの半導体材料や走査ミラーなどが取り付けられる。詳しくは、該走査ミラーは、シリコン基板に実装される。そして該基板は、基板取り付け部などによってプローブ内壁に取り付けられている。従って、プローブの組立作業における工程数が増加し、かつ各工程も複雑化してしまう。特に、走査ミラーは、他のプローブ内の光学系との関係上、高精度な位置決めが要求されるが、空洞部に高精度で位置決めしつつ実装する工程は極めて困難である。さらに上記基板取り付け部は、構造上、光軸に対して走査ミラーより外側(プローブ内壁側)に設けられる。そのため、プローブ全体が大型化したり、径が太くなったりするという欠点も有している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は上記の事情に鑑み、走査ミラーの位置決め作業を含めた組立工程が簡略化することができ、かつ小型化、細径化された側視タイプの走査型共焦点プローブを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る走査型共焦点プローブは、体腔内への挿入方向と略直交する方向に光源からの光束を照射する側視タイプの走査型共焦点プローブに関し、光束の光路上に配設され、該光路を第一面と第二面によって二回折り曲げるペンタプリズムと、ペンタプリズム上に取り付けられ、光束を体腔内の生体組織上で走査する走査手段と、を有することを特徴とする。
【0008】
光源からの光束の光路中に側視用に該光束を導光するペンタプリズムを配設することにより、光路として使用するスペースと走査手段を配設するスペースとを兼用できる。そのため、プローブの外形状である筐体を小さくすることができ、プローブの小型化、細径化を実現することができる。
【0009】
また、上記走査型共焦点プローブは、ペンタプリズムから射出された前記光束を前記体腔内の生体組織に集光させる集光手段をさらに有する(請求項2)。該集光手段としては、対物レンズを設ける以外にも、上記ペンタプリズムにおける光束射出端面に回折面を設けることもできる(請求項3)。
【0010】
請求項4に記載の走査型共焦点プローブによれば、走査手段は、光束を第一の方向および該第一の方向と直交する第二の方向に走査する2軸走査ミラーを有することが望ましい。そして、該2軸走査ミラーは、ペンタプリズムの第一面または第二面のいずれか一方に実装される(請求項5)。走査手段としての2軸走査ミラーをペンタプリズムのいずれかの面に実装することにより、2軸走査ミラーとペンタプリズム間の相対的な位置決めが容易にかつ高い精度をもって実行される。これにより、製造および組立工程の簡略化を図ることができる。
【0011】
なお、ペンタプリズムにおいて、上記2軸走査ミラーを実装していない面には、金属単層膜等を施してミラー面としておけば、光量損失を抑えることができる(請求項6)。また、2軸走査ミラーといった走査手段は、上記集光手段に生体組織側から平行光束を入射させたときに焦点を結ぶ位置に配設されることが望ましい(請求項7)。これにより、走査手段と集光手段がテレセントリックな関係になり、光束が被観察部位である生体組織に直角に入射する。従って、光量損失を抑えてより明るく精細な画像を観察することができる。
【0012】
請求項8に記載の発明によれば、走査手段は、光束を第一の方向に走査する第一の走査ミラーと、第一の方向と直交する第二の方向に光束を走査する第二の走査ミラーとを有する構成にすることもできる。この場合、第一の走査ミラーと第二の走査ミラーは、それぞれペンタプリズムにおける第一面および第二面に実装すればよい。
【0013】
請求項9に記載の発明によれば、集光手段とペンタプリズムは、同一の材料から構成されることが望ましい。これにより、プローブ内に配設された各光学素子の膨張率の差が減少する。その結果、プローブが受ける温度変化が大きい場合でも、膨張率の差による各光学素子間の位置関係のズレ量を抑えることが可能となり、温度特性が向上する。
【0014】
また、請求項10に記載の上記走査型共焦点プローブは、生体組織で反射した反射光のうち、集光手段の物体側焦点面からの反射光以外の反射光を除去するよう配設されたピンホールを有する。そしてこのピンホールは、集光手段の物体側焦点位置からの光束が入射するシングルモード光ファイバの端面であることを特徴とする。すなわち、コア径の小さいシングルモード光ファイバの端面を集光手段の物体側焦点位置と共役の位置に配設することによって、該光ファイバは、共焦点光学系に用いられるピンホールの機能と、共焦点光学系によって得られた観察像をプロセッサなどの外部装置に伝送する機能とを兼ね備えることが可能となる。
【0015】
また、上記いずれかに記載の走査型共焦点プローブを備えた共焦点内視鏡装置は、生体組織を照射する光源と、走査型共焦点プローブから伝送される該生体組織の反射光に基づいて画像信号を生成する画像信号生成部とから構成することができる(請求項11)。
【0016】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施形態の走査型共焦点プローブ装置500の概略構成を示す図である。走査型共焦点プローブ装置500は、走査型共焦点プローブ100と、プロセッサ300と、モニタ400から構成される。
【0017】
術者は、走査型共焦点プローブ100を図示しない内視鏡の鉗子チャンネルなどに挿通し、このプローブを介して体腔内の観察像を得ることができる。プローブによって得られた観察像は、プロセッサ300によって画像処理が施され、モニタ400に表示される。
【0018】
プロセッサ300は、レーザ光源310と、カップラ320と、受光素子330と、CPU340と、画像処理回路350と、操作パネル360と、から構成される。
【0019】
レーザ光源310は、発振波長632nmのHe−Neレーザを発振する。なお、共焦点光学系に使用するレーザ光源は波長が短いほど高い分解能を得ることができる。すなわちレーザ光源310は、He−Neレーザに限定されることなく、例えば短波長のArレーザでもよい。
【0020】
レーザ光源310より発振した光束は、光分岐器であるカップラ320を介して、走査型共焦点プローブ100に導光される。
【0021】
プローブ100は、光ファイバ110と、GRINレンズ(またはコリメータレンズ)120と、ペンタプリズム130と、マイクロミラー140と、対物レンズ150と、ケーブル160と、を備える。光ファイバ110、GRINレンズ120、ペンタプリズム130、対物レンズ150は、予め所定形状に成型されたプローブ100の内壁に沿って設置、固定されている。従って、極めて容易に、かつ高い精度を持って各部材間の相対的な位置決めが行われる。なおプローブ100は、光源310からの光束を体腔内への挿入方向と略直交する方向に照射する、すなわちプローブ側面から被観察部位を観察する側視タイプである。
【0022】
プローブ100は、ケーブル160によってプロセッサ300に電気的かつ光学的に接続される。光ファイバ110は、単一のモードを伝送するシングルモードファイバである。光ファイバ110は、ケーブル160のプロセッサ300側端部からケーブル160内を通ってプローブ100内部に進入するように配設されている。つまり光ファイバ110は、プロセッサ300から出力された光束をGRINレンズ120に向けて伝送する。なお、ケーブル160内において、光ファイバ110は、ジャケット160aに被覆されている。
【0023】
GRINレンズ120は、屈折率がその媒体の内部で勾配を有する光学材料から成形されたレンズで、コリメータレンズとして機能する。すなわち、光ファイバ110から射出された光束は、GRINレンズ120に入射し、平行光束となって、ペンタプリズム130に向けて射出される。
【0024】
ペンタプリズム130は、BK7や合成石英などの硝材によって成形されている。ペンタプリズム130は、入射光束の光路を交角が45°に設定された第一面130bと第二面130cによって直角に折り曲げる。
【0025】
GRINレンズ120から射出された平行光束は、面130aを介してペンタプリズム130に入射する。なお、本明細書では、ペンタプリズム130の面のうち、光源310からの光束が入射する面130aを、便宜上、光束入射端面という。第一面130bは、金属膜や誘電体多層膜等の高反射膜が施され、ミラー面となっている。従って、ペンタプリズム130に入射した光束は、第一面130bで反射した後、第二面130cに実装されたマイクロミラー140に入射する。
【0026】
マイクロミラー140は、ミラー部(不図示)とミラー部を回動自在に支持する支持基台(不図示)とを有する。マイクロミラー140は、該支持基台を第二面130cに接合することにより、ペンタプリズム130に実装される。マイクロミラー140は、CPU340の制御のもと、ミラー部が回動することにより、入射光束をX方向およびX方向と直交するY方向に対して同時に走査する。つまり、本実施形態で使用するマイクロミラー140は、2軸走査型である。なお、X方向、Y方向とは、後述する対物レンズ150の光軸と直交する方向である。X方向とY方向によって規定される面は、被観察部位10の表面と略一致する。
【0027】
マイクロミラー140によって偏向された平行光束は、第二面130cを介して再びペンタプリズム130に入射する。ペンタプリズム130に入射した平行光束は、面130dから射出されて対物レンズ150に導かれる。なお、本明細書では、ペンタプリズム130の面のうち、マイクロミラー140を介した平行光束が射出される面130dを、便宜上、光束射出端面という。
【0028】
ここで、プローブ100を、それぞれ異なる材料を用いて成形された光学部材によって構成すると、温度変化によって各部材の膨張率に差が発生してしまう。このように温度特性が悪いと、各光学部材間の位置関係にズレが発生し、観察対象を走査するレーザ光の光路を予期しない方向にずれてしまう。よって、必要とする観察画像の取得が難しくなる。
【0029】
そこで、本実施形態では、ペンタプリズム130と同一の光学材料を用いて成形されたレンズを対物レンズ150として使用する。このように、プローブ100内に配設される各光学部材を同一の光学材料製のもので統一することにより、上述したプローブ100周囲の温度変化による悪影響を受けることがなくなる。ペンタプリズム130の光束射出端面130dから射出された平行光束は、対物レンズ150を介して被観察部位10の表面部または断層部において焦点を結ぶ。
【0030】
本実施形態では、焦点面である被観察部位10に対して略直角に光が入射するように、マイクロミラー140と対物レンズ150は、テレセントリックな関係になる位置に配設される。具体的には、対物レンズ150に被観察部位10側から平行光束を入射させたときの焦点位置にマイクロミラー140を配設する。これにより、被観察部位10に光束が斜入射することがなくなり、光量損失が低減される。
【0031】
被観察部位10において集光した光束は、被観察部位10において反射し、対物レンズ150に入射する。そして対物レンズ150によって平行光束となり、上述と同様の光路を経て、GRINレンズ120に入射する。
【0032】
光ファイバ110は上述したようにシングルモードファイバである。そのため、使用波長によって異なるもののコア径は約3〜9μm程度と非常に小さい。また、光ファイバ110の端面110aは、対物レンズ150の物体側焦点位置と共役の位置に配設されている。すなわちGRINレンズ120に入射した光束のうち、被観察部位10において焦点を結んだ光束の反射光のみが、端面110aにおいて焦点を結ぶ。端面110aにおいて焦点を結んだ光束は、光ファイバ110に入射し、カップラ320を介して受光素子330に受光される。
【0033】
なお、対物レンズ150における物体側焦点面からの反射光以外の被観察部位10の反射光は、端面110aにおいて焦点を結ばず、光ファイバ110に入射しないため、プロセッサ300に伝送されない。すなわち、本実施形態において光ファイバ110の端面110aは、対物レンズ150の物体側焦点面からの反射光以外の光を遮断するピンホールの機能と走査型共焦点プローブ100が有する光学系によって得られた観察像をプロセッサ300に伝送する機能とを兼ね備えている。
【0034】
受光素子330によって受光された光束は、光電変換されて画像信号となり、画像処理回路350に出力される。画像処理回路350は、この画像信号に所定の画像処理を行い、コンポジットビデオ信号や、RGB信号、Sビデオ信号など、種々のビデオ信号に変換する。そして、これらのビデオ信号がモニタ400に出力されると、モニタ上に、走査型共焦点プローブ100によって生成された対物レンズ150の焦点面における被観察部位10の観察画像が表示される。
【0035】
術者は、プロセッサ300が備える操作パネル360を操作することにより、マイクロミラー140の走査方向や走査角度等の画像に関する設定を行う。例えば、マイクロミラー140の走査角度(すなわち、被観察部位10において走査されるレーザ光の範囲)を変えることによって、容易にその観察画像の視野を変えることができる。走査角度が小さい場合は小さい領域の観察画像となり、走査角度が大きい場合は大きな領域の観察画像となる。
【0036】
術者によって操作パネル360に入力された情報は、CPU350に送信される。CPU350は、送信された情報に基づき、マイクロミラー140を駆動制御する。マイクロミラー140が駆動すると、上述したようにレーザ光は、被観察部位10に対してX方向またはY方向に走査する。そして走査された部位の反射光が観察像としてプロセッサ300に送信される。これにより、術者は、走査型共焦点プローブ100によって得られる画像を選択的に観察することができる。
【0037】
以上が本発明の実施形態である。本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく様々な範囲で変形が可能である。
【0038】
図2は、プローブ100の変形例を示す図である。図2に示すプローブ100は、ペンタプリズム130における光束射出端面130cに回折面Dを設けることにより、対物レンズ150を省略している。なお、透過性ある平行平面板170は、光束射出端面130cおよび該端面130cに設けた回折面Dを保護するために設けられている。図2に示す変形例によれば、X方向とY方向双方に直交する方向、つまり被観察部位10に光束が入射する方向におけるプローブ100の寸法をより小型化することができる。
【0039】
また、上記実施形態では、マイクロミラー140は、ペンタプリズム130の第二面130cに実装すると説明したが、第一面130bに実装することも可能である。さらに上記実施形態では、マイクロミラー140は、2軸走査型を使用しているが、X方向に走査可能なマイクロミラーおよびY方向に走査可能なマイクロミラーの二つの1軸走査型マイクロミラーを使用しても、上記構成と同様の効果を得ることができる。この場合、第一面130bと第二面130cのそれぞれに上記1軸走査型マイクロミラーを一つずつ実装すればよい。1軸走査型のマイクロミラーは、上記2軸走査型に比べ駆動スペースが小さくてすむ。そのため、1軸走査型のマイクロミラーを二つ使用する構成は、上記実施形態の構成に比べ、構成部材の点数は増えてしまうがプローブ100全体をより小型化できる利点がある。
【0040】
また、本実施形態において被観察部位10を照射する光源にはHe−Neレーザを使用しているが、近紫外線を含む短波長の光を照射する超高圧水銀ランプを光源に使用してもよい。この場合、被観察部位10より発せられる蛍光を観察することが可能となる。
【0041】
【発明の効果】
以上のように本発明の走査型共焦点プローブおよび走査型共焦点プローブ装置は、光路として使用するスペースに、導光手段であって、かつ走査手段が実装されるペンタプリズムを配設する。従って、光路として使用するスペースと走査手段の実装スペースとを兼用することが可能となり、省スペース化を図ることができる。これにより、プローブの外形状である筐体を小さくすることができ、プローブの細径化を容易に行うことが可能となる。
【0042】
また、上記ペンタプリズムの面に走査手段を実装することにより、各光学部材間の位置決めが容易かつ高い精度をもって実行される。従って、プローブの組立工程数の減少や組立時間の短縮などを図ることが可能となり、コスト削減に繋がる。
【0043】
さらに、本発明に係るプローブを構成する各光学部材は同一の材料によって作られたものを使用している。これにより、各光学素子の膨張率の差が減少する。その結果、プローブが受ける温度変化が大きい場合でも、膨張率の差による各光学素子間の位置関係のズレ量を抑えることができ、温度特性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の走査型共焦点プローブ装置の構成を示す図である。
【図2】本発明の実施形態の走査型共焦点プローブの変形例を表す図である。
【符号の説明】
100 走査型共焦点プローブ
130 ペンタプリズム
300 プロセッサ
500 走査型共焦点プローブ装置
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a scanning confocal probe capable of observing a tomographic image of a living tissue in a body cavity at a high magnification, and more particularly to a side-viewing scanning confocal probe that observes living tissue from the side of the probe.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when a biological tissue is inspected by a precision diagnostic inspection, a part of the biological tissue to be inspected is collected using a treatment tool such as a cutting forceps and then inspected outside the body. As a result, the diagnosis time becomes longer and the subject cannot be treated promptly.
[0003]
In recent years, confocal probe devices that can observe a tomographic image of a living tissue have become widespread. The confocal probe device includes a micro-machined small confocal probe used in a confocal microscope at the tip. The confocal probe device obtains a two-dimensional or three-dimensional observation image by scanning a laser beam on an observation target with a scanning mirror provided inside the probe. As such an apparatus, it is disclosed by the following patent document 1 or patent document 2, for example.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 3032720 (Items 3-5, FIGS. 1-5)
[Patent Document 2]
Japanese Patent No. 3052150 (3rd, 4th term, Fig. 1)
[0005]
The conventional confocal probe device has a probe. The inside of the probe has a cavity formed by cutting into a predetermined shape. A semiconductor material such as a silicon substrate, a scanning mirror, or the like is attached to the cavity. Specifically, the scanning mirror is mounted on a silicon substrate. And this board | substrate is attached to the probe inner wall by the board | substrate attachment part etc. Therefore, the number of processes in the probe assembling work increases and each process becomes complicated. In particular, the scanning mirror is required to be positioned with high accuracy because of the relationship with the optical system in the other probe, but it is extremely difficult to mount the scanning mirror while positioning it in the cavity with high accuracy. Further, the substrate mounting portion is provided on the outer side (probe inner wall side) with respect to the optical axis from the scanning mirror. Therefore, there are also disadvantages that the entire probe is enlarged and the diameter is increased.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, in view of the above circumstances, the present invention provides a side-view type scanning confocal probe that can simplify the assembly process including the positioning operation of the scanning mirror and is miniaturized and reduced in diameter. For the purpose.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, a scanning confocal probe according to the present invention relates to a side-viewing scanning confocal probe that irradiates a light beam from a light source in a direction substantially orthogonal to a direction of insertion into a body cavity. A pentaprism which is disposed on the optical path and bends the optical path twice by the first surface and the second surface, and a scanning unit which is attached on the pentaprism and scans the light beam on the living tissue in the body cavity. It is characterized by that.
[0008]
By disposing a pentaprism for guiding the light beam for side view in the light path of the light beam from the light source, the space used as the light path and the space where the scanning means are disposed can be combined. Therefore, the housing which is the outer shape of the probe can be reduced, and the probe can be reduced in size and diameter.
[0009]
In addition, the scanning confocal probe further includes a condensing unit that condenses the light beam emitted from the pentaprism on a living tissue in the body cavity (claim 2). As the condensing means, besides the objective lens, a diffractive surface can be provided on the light exit end face of the pentaprism.
[0010]
According to the scanning confocal probe of claim 4, it is desirable that the scanning unit has a biaxial scanning mirror that scans the light beam in the first direction and the second direction orthogonal to the first direction. . The biaxial scanning mirror is mounted on either the first surface or the second surface of the pentaprism. By mounting a biaxial scanning mirror as a scanning unit on either surface of the pentaprism, relative positioning between the biaxial scanning mirror and the pentaprism can be easily performed with high accuracy. Thereby, simplification of a manufacturing and an assembly process can be aimed at.
[0011]
It should be noted that a loss of light quantity can be suppressed if a metal single layer film or the like is applied to the surface of the pentaprism where the biaxial scanning mirror is not mounted to form a mirror surface. Further, it is desirable that the scanning means such as a biaxial scanning mirror is disposed at a position that is focused when a parallel light beam is incident on the light collecting means from the living tissue side. As a result, the scanning means and the light collecting means have a telecentric relationship, and the light beam is incident at right angles on the living tissue that is the site to be observed. Therefore, it is possible to observe a brighter and finer image while suppressing the light loss.
[0012]
According to the invention described in claim 8, the scanning means includes a first scanning mirror that scans the light beam in the first direction, and a second scan that scans the light beam in the second direction orthogonal to the first direction. A configuration having a scanning mirror can also be adopted. In this case, the first scanning mirror and the second scanning mirror may be mounted on the first surface and the second surface of the pentaprism, respectively.
[0013]
According to the ninth aspect of the present invention, it is desirable that the light collecting means and the pentaprism are made of the same material. Thereby, the difference in the expansion coefficient of each optical element disposed in the probe is reduced. As a result, even when the temperature change received by the probe is large, it is possible to suppress the amount of deviation of the positional relationship between the optical elements due to the difference in expansion coefficient, and the temperature characteristics are improved.
[0014]
The scanning confocal probe according to claim 10 is disposed so as to remove reflected light other than the reflected light from the object-side focal plane of the light collecting means from the reflected light reflected by the biological tissue. Has a pinhole. The pinhole is an end face of a single mode optical fiber on which a light beam from the object side focal position of the light collecting means is incident. That is, by arranging the end face of a single-mode optical fiber having a small core diameter at a position conjugate with the object-side focal position of the condensing means, the optical fiber has a function of a pinhole used in a confocal optical system, It is possible to have a function of transmitting an observation image obtained by the confocal optical system to an external device such as a processor.
[0015]
In addition, a confocal endoscope device including any of the above-described scanning confocal probes is based on a light source that irradiates a living tissue and reflected light of the living tissue transmitted from the scanning confocal probe. The image signal generating unit can generate an image signal.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a scanning confocal probe device 500 according to an embodiment of the present invention. The scanning confocal probe device 500 includes a scanning confocal probe 100, a processor 300, and a monitor 400.
[0017]
The operator can insert the scanning confocal probe 100 into a forceps channel of an endoscope (not shown) and obtain an observation image in the body cavity through the probe. The observation image obtained by the probe is subjected to image processing by the processor 300 and displayed on the monitor 400.
[0018]
The processor 300 includes a laser light source 310, a coupler 320, a light receiving element 330, a CPU 340, an image processing circuit 350, and an operation panel 360.
[0019]
The laser light source 310 oscillates a He—Ne laser having an oscillation wavelength of 632 nm. The laser light source used for the confocal optical system can obtain higher resolution as the wavelength is shorter. That is, the laser light source 310 is not limited to a He—Ne laser, and may be, for example, a short wavelength Ar + laser.
[0020]
The light beam oscillated from the laser light source 310 is guided to the scanning confocal probe 100 through a coupler 320 which is an optical branching device.
[0021]
The probe 100 includes an optical fiber 110, a GRIN lens (or collimator lens) 120, a pentaprism 130, a micromirror 140, an objective lens 150, and a cable 160. The optical fiber 110, the GRIN lens 120, the pentaprism 130, and the objective lens 150 are installed and fixed along the inner wall of the probe 100 previously molded into a predetermined shape. Therefore, relative positioning between the members is performed very easily and with high accuracy. The probe 100 is a side view type that irradiates the light beam from the light source 310 in a direction substantially orthogonal to the insertion direction into the body cavity, that is, observes the observation site from the side surface of the probe.
[0022]
The probe 100 is electrically and optically connected to the processor 300 by a cable 160. The optical fiber 110 is a single mode fiber that transmits a single mode. The optical fiber 110 is arranged so as to enter the probe 100 from the end of the cable 160 on the processor 300 side through the cable 160. That is, the optical fiber 110 transmits the light beam output from the processor 300 toward the GRIN lens 120. In the cable 160, the optical fiber 110 is covered with a jacket 160a.
[0023]
The GRIN lens 120 is a lens molded from an optical material whose refractive index has a gradient inside the medium, and functions as a collimator lens. That is, the light beam emitted from the optical fiber 110 enters the GRIN lens 120 and becomes a parallel light beam and is emitted toward the pentaprism 130.
[0024]
The pentaprism 130 is formed of a glass material such as BK7 or synthetic quartz. The pentaprism 130 bends the optical path of the incident light beam at a right angle by the first surface 130b and the second surface 130c whose crossing angle is set to 45 °.
[0025]
The parallel light beam emitted from the GRIN lens 120 enters the pentaprism 130 via the surface 130a. In the present specification, of the surfaces of the pentaprism 130, the surface 130a on which the light beam from the light source 310 is incident is referred to as a light beam incident end surface for convenience. The first surface 130b is a mirror surface provided with a highly reflective film such as a metal film or a dielectric multilayer film. Therefore, the light beam incident on the pentaprism 130 is reflected by the first surface 130b and then enters the micromirror 140 mounted on the second surface 130c.
[0026]
The micromirror 140 has a mirror part (not shown) and a support base (not shown) that rotatably supports the mirror part. The micromirror 140 is mounted on the pentaprism 130 by bonding the support base to the second surface 130c. Under the control of the CPU 340, the micro mirror 140 scans the incident light beam simultaneously in the X direction and the Y direction orthogonal to the X direction by rotating the mirror unit. That is, the micromirror 140 used in the present embodiment is a biaxial scanning type. The X direction and the Y direction are directions orthogonal to the optical axis of an objective lens 150 described later. The surface defined by the X direction and the Y direction substantially coincides with the surface of the observed region 10.
[0027]
The parallel light beam deflected by the micromirror 140 is incident on the pentaprism 130 again through the second surface 130c. The parallel light beam incident on the pentaprism 130 is emitted from the surface 130 d and guided to the objective lens 150. In the present specification, among the surfaces of the pentaprism 130, a surface 130d from which a parallel light beam is emitted via the micromirror 140 is referred to as a light beam emission end surface for convenience.
[0028]
Here, if the probe 100 is constituted by optical members molded using different materials, a difference occurs in the expansion coefficient of each member due to a temperature change. If the temperature characteristics are poor as described above, the positional relationship between the optical members is shifted, and the optical path of the laser beam that scans the observation target is shifted in an unexpected direction. Therefore, it becomes difficult to obtain a necessary observation image.
[0029]
Therefore, in the present embodiment, a lens molded using the same optical material as that of the pentaprism 130 is used as the objective lens 150. Thus, by unifying the optical members disposed in the probe 100 with the same optical material, there is no adverse effect due to the temperature change around the probe 100 described above. The parallel light beam emitted from the light beam emission end face 130 d of the pentaprism 130 is focused on the surface portion or the tomographic portion of the observed site 10 through the objective lens 150.
[0030]
In the present embodiment, the micromirror 140 and the objective lens 150 are disposed at a position that is in a telecentric relationship so that light is incident at a substantially right angle with respect to the observation site 10 that is the focal plane. Specifically, the micromirror 140 is disposed at the focal position when a parallel light beam is incident on the objective lens 150 from the observed region 10 side. As a result, the light beam is not obliquely incident on the observed region 10 and the light amount loss is reduced.
[0031]
The light beam condensed at the observation site 10 is reflected at the observation site 10 and enters the objective lens 150. Then, it becomes a parallel light beam by the objective lens 150 and enters the GRIN lens 120 through the same optical path as described above.
[0032]
The optical fiber 110 is a single mode fiber as described above. Therefore, the core diameter, which varies depending on the wavelength used, is very small, about 3 to 9 μm. The end face 110a of the optical fiber 110 is disposed at a position conjugate with the object side focal position of the objective lens 150. That is, only the reflected light of the light beam focused on the observed region 10 out of the light beam incident on the GRIN lens 120 is focused on the end face 110a. The light beam focused on the end face 110 a enters the optical fiber 110 and is received by the light receiving element 330 through the coupler 320.
[0033]
Note that the reflected light of the observed portion 10 other than the reflected light from the object-side focal plane in the objective lens 150 is not focused on the end face 110 a and does not enter the optical fiber 110, and thus is not transmitted to the processor 300. That is, in this embodiment, the end face 110a of the optical fiber 110 is obtained by a pinhole function that blocks light other than the reflected light from the object-side focal plane of the objective lens 150 and the optical system that the scanning confocal probe 100 has. And a function of transmitting the observed image to the processor 300.
[0034]
The light beam received by the light receiving element 330 is photoelectrically converted into an image signal and output to the image processing circuit 350. The image processing circuit 350 performs predetermined image processing on the image signal and converts the image signal into various video signals such as a composite video signal, an RGB signal, and an S video signal. When these video signals are output to the monitor 400, an observation image of the observation site 10 in the focal plane of the objective lens 150 generated by the scanning confocal probe 100 is displayed on the monitor.
[0035]
The surgeon operates the operation panel 360 included in the processor 300 to set the image such as the scanning direction and the scanning angle of the micro mirror 140. For example, the field of view of the observation image can be easily changed by changing the scanning angle of the micromirror 140 (that is, the range of the laser beam scanned at the observation site 10). When the scanning angle is small, the observation image is a small region, and when the scanning angle is large, the observation image is a large region.
[0036]
Information input to the operation panel 360 by the surgeon is transmitted to the CPU 350. The CPU 350 controls the driving of the micromirror 140 based on the transmitted information. When the micro mirror 140 is driven, the laser beam scans in the X direction or the Y direction with respect to the observation site 10 as described above. Then, the reflected light of the scanned part is transmitted to the processor 300 as an observation image. Thereby, the surgeon can selectively observe an image obtained by the scanning confocal probe 100.
[0037]
The above is the embodiment of the present invention. The present invention is not limited to these embodiments and can be modified in various ranges.
[0038]
FIG. 2 is a diagram illustrating a modified example of the probe 100. The probe 100 shown in FIG. 2 omits the objective lens 150 by providing the diffraction surface D on the light beam exit end face 130 c of the pentaprism 130. The transmissive parallel flat plate 170 is provided to protect the light exit end face 130c and the diffractive surface D provided on the end face 130c. According to the modification shown in FIG. 2, the dimensions of the probe 100 in the direction orthogonal to both the X direction and the Y direction, that is, the direction in which the light beam enters the site to be observed 10 can be further reduced.
[0039]
In the above embodiment, the micromirror 140 is described as being mounted on the second surface 130c of the pentaprism 130. However, the micromirror 140 may be mounted on the first surface 130b. Furthermore, in the above embodiment, the micromirror 140 uses a biaxial scanning type, but uses two single-axis scanning micromirrors, a micromirror that can scan in the X direction and a micromirror that can scan in the Y direction. Even in this case, the same effect as the above configuration can be obtained. In this case, one single-axis scanning micromirror may be mounted on each of the first surface 130b and the second surface 130c. A single-axis scanning micromirror requires less driving space than the biaxial scanning type. Therefore, the configuration using two uniaxial scanning micromirrors has an advantage that the entire probe 100 can be further reduced in size, although the number of constituent members is increased as compared with the configuration of the above embodiment.
[0040]
In this embodiment, the He—Ne laser is used as the light source for irradiating the site 10 to be observed. However, an ultrahigh pressure mercury lamp that irradiates light having a short wavelength including near ultraviolet rays may be used as the light source. . In this case, it is possible to observe the fluorescence emitted from the observed site 10.
[0041]
【The invention's effect】
As described above, in the scanning confocal probe and the scanning confocal probe apparatus of the present invention, the pentaprism, which is the light guiding means and on which the scanning means is mounted, is disposed in the space used as the optical path. Therefore, it is possible to share the space used as the optical path and the mounting space for the scanning means, and space can be saved. Thereby, the housing which is the outer shape of the probe can be made small, and the diameter of the probe can be easily reduced.
[0042]
Further, by mounting scanning means on the surface of the pentaprism, positioning between the optical members can be performed easily and with high accuracy. Accordingly, it is possible to reduce the number of assembly steps of the probe and shorten the assembly time, leading to cost reduction.
[0043]
Furthermore, each optical member constituting the probe according to the present invention is made of the same material. Thereby, the difference of the expansion coefficient of each optical element decreases. As a result, even when the temperature change received by the probe is large, it is possible to suppress the positional deviation between the optical elements due to the difference in expansion coefficient, and the temperature characteristics are improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a scanning confocal probe device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a modification of the scanning confocal probe according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
100 Scanning Confocal Probe 130 Penta Prism 300 Processor 500 Scanning Confocal Probe Device

Claims (11)

体腔内への挿入方向と略直交する方向に光源からの光束を照射することにより前記体腔内の生体組織を観察する側視タイプの走査型共焦点プローブであって、
前記光束の光路中に配設され、該光路を第一面と第二面によって入射する方向と略直交する方向に折り曲げるペンタプリズムと、
前記第一面と前記第二面の少なくとも一方の面に取り付けられ、前記光束を前記体腔内の生体組織上で走査する走査手段と、を有することを特徴とする走査型共焦点プローブ。
A scanning confocal probe of a side view type that observes a living tissue in the body cavity by irradiating a light beam from a light source in a direction substantially orthogonal to the direction of insertion into the body cavity,
A pentaprism disposed in the optical path of the luminous flux and bending the optical path in a direction substantially orthogonal to the direction of incidence by the first surface and the second surface;
A scanning confocal probe, comprising: a scanning unit which is attached to at least one of the first surface and the second surface and scans the light beam on a living tissue in the body cavity.
請求項1に記載の走査型共焦点プローブにおいて、
前記ペンタプリズムから射出された前記光束を前記体腔内の生体組織に集光させる集光手段をさらに有することを特徴とする走査型共焦点プローブ。
The scanning confocal probe according to claim 1,
2. A scanning confocal probe according to claim 1, further comprising condensing means for condensing the light beam emitted from the pentaprism on a living tissue in the body cavity.
請求項2に記載の走査型共焦点プローブにおいて、
前記集光手段は、前記ペンタプリズムにおける光束射出端面に設けられた回折面であることを特徴とする走査型共焦点プローブ。
The scanning confocal probe according to claim 2,
2. The scanning confocal probe according to claim 1, wherein the condensing means is a diffractive surface provided on a light beam exit end surface of the pentaprism.
請求項1から請求項3のいずれかに記載の走査型共焦点プローブにおいて、
前記走査手段は、前記光束を第一の方向および該第一の方向と直交する第二の方向に走査する2軸走査ミラーを有することを特徴とする走査型共焦点プローブ。
The scanning confocal probe according to any one of claims 1 to 3,
The scanning confocal probe according to claim 1, wherein the scanning unit includes a biaxial scanning mirror that scans the light beam in a first direction and a second direction orthogonal to the first direction.
前記2軸走査ミラーは、前記第一面または前記第二面のいずれか一方に取り付けられることを特徴とする請求項4に記載の走査型共焦点プローブ。The scanning confocal probe according to claim 4, wherein the biaxial scanning mirror is attached to either the first surface or the second surface. 請求項5に記載の走査型共焦点プローブにおいて、
前記第一面と前記第二面のうち、前記2軸走査ミラーが取り付けられていない面は、反射膜が施されていることを特徴とする走査型共焦点プローブ。
The scanning confocal probe according to claim 5,
Of the first surface and the second surface, a surface on which the biaxial scanning mirror is not attached is provided with a reflective film, and the scanning confocal probe is characterized in that:
請求項4から請求項6のいずれかに記載の走査型共焦点プローブにおいて、
前記走査手段は、前記集光手段に前記生体組織側から平行光束を入射させたときに焦点を結ぶ位置に配設されることを特徴とする走査型共焦点プローブ。
The scanning confocal probe according to any one of claims 4 to 6,
The scanning confocal probe according to claim 1, wherein the scanning unit is disposed at a position where a focal point is formed when a parallel light beam is incident on the condensing unit from the living tissue side.
請求項1から請求項3のいずれかに記載の走査型共焦点プローブにおいて、
前記走査手段は、前記光束を第一の方向に走査する第一の走査ミラーと、前記第一の方向と直交する第二の方向に前記光束を走査する第二の走査ミラーと、が含まれ、
前記第一の走査ミラーと前記第二の走査ミラーは、それぞれ前記第一面および前記第二面に実装されること、を特徴とする走査型共焦点プローブ。
The scanning confocal probe according to any one of claims 1 to 3,
The scanning means includes a first scanning mirror that scans the light beam in a first direction, and a second scanning mirror that scans the light beam in a second direction orthogonal to the first direction. ,
The scanning confocal probe according to claim 1, wherein the first scanning mirror and the second scanning mirror are mounted on the first surface and the second surface, respectively.
請求項2から請求項8のいずれかに記載の走査型共焦点プローブにおいて、
前記集光手段と前記ペンタプリズムは、同一の材料から構成されることを特徴とする走査型共焦点プローブ。
The scanning confocal probe according to any one of claims 2 to 8,
The condensing probe and the pentaprism are made of the same material, and the scanning confocal probe is characterized.
請求項1から請求項9のいずれかに記載の走査型共焦点プローブにおいて、
前記生体組織で反射した反射光のうち、前記集光手段の物体側焦点面からの反射光以外の反射光を除去するよう配設されたピンホールを有し、
前記ピンホールは、前記集光手段の物体側焦点位置からの光束が入射するシングルモード光ファイバの端面であること、を特徴とする走査型共焦点プローブ。
The scanning confocal probe according to any one of claims 1 to 9,
Of the reflected light reflected by the biological tissue, has a pinhole arranged to remove reflected light other than the reflected light from the object-side focal plane of the light collecting means,
The scanning confocal probe according to claim 1, wherein the pinhole is an end face of a single mode optical fiber on which a light beam from an object-side focal position of the light collecting means is incident.
請求項1から請求項10のいずれかに記載の走査型共焦点プローブと、
生体組織を照明する光束を照射する光源と、
前記走査型共焦点プローブによって伝送される前記生体組織の反射光に基づいて画像信号を生成する画像信号生成部と、を有することを特徴とする走査型共焦点プローブ装置。
A scanning confocal probe according to any one of claims 1 to 10,
A light source that emits a light beam that illuminates a living tissue;
An image signal generation unit that generates an image signal based on reflected light of the living tissue transmitted by the scanning confocal probe.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7776194B2 (en) 2004-04-16 2010-08-17 Denso Corporation Gas concentration measuring apparatus designed to compensate for output error
JP4895351B2 (en) * 2006-01-06 2012-03-14 レーザーテック株式会社 Microscope and observation method
JP6089436B2 (en) * 2012-04-18 2017-03-08 ソニー株式会社 Image processing apparatus, method of operating image processing apparatus, and imaging apparatus
JP6460133B2 (en) * 2017-02-07 2019-01-30 ソニー株式会社 Image processing apparatus, method of operating image processing apparatus, and imaging apparatus

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4074306A (en) * 1975-07-28 1978-02-14 Olympus Optical Co., Ltd. Endoscope utilizing color television and fiber optics techniques
JPS6036674B2 (en) * 1975-10-31 1985-08-21 オリンパス光学工業株式会社 Endoscope device that displays color images
JPS6138921A (en) * 1985-04-30 1986-02-25 Olympus Optical Co Ltd Endoscope device using solid state image pickup device
US5771067A (en) * 1992-09-11 1998-06-23 Williams; Ronald R. Dental video camera with an electrically adjustable iris
JPH11337477A (en) * 1998-05-28 1999-12-10 Olympus Optical Co Ltd Photoscanning apparatus
JPH11221192A (en) * 1998-02-10 1999-08-17 Olympus Optical Co Ltd Photo-scan type probe
JP2001174744A (en) * 1999-10-06 2001-06-29 Olympus Optical Co Ltd Optical scanning probe device
JP2001311880A (en) * 2000-04-28 2001-11-09 Olympus Optical Co Ltd Compact confocal optical system
JP3938705B2 (en) * 2002-04-05 2007-06-27 オリンパス株式会社 Optical imaging device

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