JP4427045B2 - 光イメージング装置 - Google Patents

Description

この発明は、光イメージング装置、詳しくは内視鏡等により通常のマクロ画像と共に高分解能の拡大画像を得る光イメージング装置に関するものである。

近年、内視鏡は医療用分野及び工業用分野において広く採用されるようになった。また、内視鏡による通常観察画像の他に、病変部か否かを詳細に診断するために、例えば特開平６−１５４２２８号公報では、低干渉光を用いて光断層像を得られるようにしたものがある。

この従来例では、対物光学系を通常観察用と、低干渉光を用いた光断層像用とに共通に使用しているので、内視鏡の挿入部を細径化することができる。
特開平６−１５４２２８号公報

ところが、上記従来例では、対物光学系の開口数（ＮＡと略記）も通常観察用と、低干渉光を用いた光断層像用とで同じ値になっているので、より改善すべき問題点がある。

つまり、通常の使用法では、まず、通常観察の状態にして、広範囲の部分をマクロ的に観察し、そのような観察により疑わしいと思われる部分が存在した場合には、その一部を光断層像で拡大観察することにより、その性状を詳細に調べる方法が採用される。

この場合、従来例では対物光学系が共通に使用され、かつそのＮＡも同じ状態のままとなる。このため、通常観察に適した状態では、光断層像の状態では分解能が不十分になってしまうし、逆に光断層像の状態での大きなＮＡによる分解能が高い状態に設定した場合には通常観察の場合には広い視野を確保できず、狭い範囲しか観察できない状態になってしまう。

なお、このほかにマクロ観察用と光断層像用とで別々の光学系を採用した従来例が有るが、上述のように体腔内等に挿入される内視鏡のような場合には、細径化が困難になる。

また、別々の光学系を採用した場合には、その装置が大型化すると共に、マクロ観察用の画像中において、疑わしい部分を光断層像により拡大観察しようとする場合、マクロ画像中で光断層像により拡大観察しよとする位置が、距離等の変化に伴って変化してしまい易い欠点がある。

本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、内視鏡挿入部等にも配置できるように光学系の一部を共通化して、通常のマクロ画像と、低干渉性光等による分解能が高い拡大観察画像とを得ることができる使い勝手の良い光イメージング装置を提供することである。

また、本発明は、内視鏡挿入部に細径化して配置することができ、使い勝手の良い状態で通常のマクロ画像と、低干渉性光等による分解能が高い拡大観察画像とを得ることができる光イメージング装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による光イメージング装置は、照明手段と照明された被検体を結像する光学系と結像された像を撮像する撮像手段と、コヒーレント光源と、共焦点光学系と、この共焦点光学系からのコヒーレント光を被検体に導きさらに被検体からの反射光を共焦点光学系に戻す光学系と、共焦点光学系からの光信号から画像を構築する信号処理手段があり、被検体を結像する光学系と共焦点光学系に導く光学系のすくなくとも一部が同じであり、撮像素子に結像される光学系の開口数が、共焦点光学系に光が導かれる場合の光学系の開口数より小さいことを特徴とする。

本発明によれば、内視鏡挿入部等にも配置できるように光学系の一部を共通化して、通常のマクロ画像と、低干渉性光等による分解能が高い拡大観察画像とを得ることができる使い勝手の良い光イメージング装置を提供することができる。

また、本発明によれば、内視鏡挿入部に細径化して配置することができ、使い勝手の良い状態で通常のマクロ画像と、低干渉性光等による分解能が高い拡大観察画像とを得ることができる光イメージング装置を提供することができる。

以下、図示の実施の形態によって本発明を説明する。

（第１の実施の形態）
図１〜図５は、本発明の第１の実施の形態に係り、図１は本発明の光イメージング装置の第１の実施の形態の内視鏡装置の全体構成を示し、図２は制御装置の内部構成を示し、図３はジンバルミラーの構成を示し、図４はモニタでの表示例を示し、図５は変形例の制御装置の内部構成を示す。

図１に示すように本発明の光イメージング装置を実現する第１の実施の形態としての内視鏡装置１は、体腔内に挿入可能な内視鏡２と、この内視鏡２と接続され、内視鏡２に照明光等を供給したり、画像処理及び制御動作等を行う制御装置３と、この制御装置３に接続され、内視鏡画像と高精細な拡大画像とを表示するモニタ４とから構成される。

この内視鏡２は体腔内に挿入される硬質の挿入部５と、この挿入部５の後端に太幅に形成され、術者により把持操作がされる操作部６とを有する。この挿入部５の外被は硬質製の円筒管で形成され、その内側に以下に説明するように照明光を伝送する導光部材や結像等すると共に後方側に伝送する機能を持つ光学系が配置されている。

この内視鏡２は挿入部５内及び操作部６内には通常観察を行うための照明光（具体的には白色光）を伝送するライトガイドとしてのファイババンドル７が挿通され、このファイババンドル７は操作部６から外部に延出され、その端部は制御装置３に接続される。

図２に示すように制御装置３の内部に設けた光源装置８は白色光を発生するランプ９とこの光をファイババンドル７の端面に集光する集光レンズ１０とを有し、このファイババンドル７の端面に入射された光はこのファイババンドル７により伝送され、挿入部５内の先端部に固定された先端面からさらに照明光学系１１を経て前方に拡開して出射され、被検体１２側を照明する。

なお、ファイババンドル７は操作部６において、２本に分岐され、挿入部５内では２本に分岐されて挿通され、従って２つの先端面に対向して２つの照明光学系１１が配置されている。なお、後述する他の実施の形態で説明するようにファイババンドル７は挿入部５内で円環状にして挿通しても良い。

挿入部５の先端部における２つの照明光学系１１の間の中央部には対物光学系１３が配置され、この対物光学系１３により像を結ぶ光は挿入部５内に配置されたリレー光学系１５によって後方側にリレーするように伝送（導光）される。なお、図１ではリレー光学系１５を１つのみ示しているが、挿入部５の長さに応じてその数を多くしても良い。

リレー光学系１５によって後方側に像をリレーするように伝送する光は、操作部６内でハーフミラー１６により分岐される。このハーフミラー１６で反射された光は、第１の瞳結像光学系１７ａ及び第１の絞り１８ａを介し、さらにカメラ結像光学系１９を介して撮像素子２０に結像する。

この撮像素子２０に結像された像は光電変換され、信号線２１を経て図２に示す制御装置３の内部のカメラコントロールユニット（以下，ＣＣＵと略記）２２に入力され、このＣＣＵ２２で相関二重サンプリングにより、撮像素子２０で撮像した画像信号成分が抽出され、さらに色分離されて標準的な映像信号を生成する処理が行われた後、演算回路２３に送られる。

演算回路２３に送られた（撮像素子２０で撮像した）画像信号は後述する拡大画像と合成されてモニタ４に出力され、モニタ４の表示面では例えば図４（Ａ）に示すように撮像素子２０の画像４ａが内視鏡画像として表示される。

また、本実施の形態では、制御装置３の内部には、例えば低干渉性の光を発生すると共に、被検体１２側からの戻り光を検出する光源＆検出部２４が設けてある。

この光源＆検出部２４は、低干渉性の光を発生する例えば超高輝度発光ダイオード（以下、ＳＬＤと略記）２５を有し、このＳＬＤ２５からの低干渉性の光は集光レンズ２６で集光されて光ファイバ２７ａの一方の端面に入射される。この光ファイバ２７ａは制御装置３から外部に延出され、その他端は内視鏡２の操作部６内部に固定されている。

この光ファイバ２７ａは制御装置３の内部の途中でファイバカップラ部２８で他方の光ファイバ２７ｂと光結合している。従って、光ファイバ２７ａに入射されたＳＬＤ２５からの低干渉性の光は、操作部６側の他方の端面に伝送されると共に、ファイバカップラ部２８で光結合し、参照側光路を形成する光ファイバ２７ｂ側にも分岐し、この光は途中のピエゾ素子等で形成されるファイバ変調器２９で変調される。

このファイバ変調器２９は演算回路２３により駆動されることにより光ファイバ２７ｂで導光される光が変調される。なお、ファイバカップラ部２８から操作部６側への光ファイバ２７ａ等による光路長側が測定側光路長となる。

上記ファイバ変調器２９を経て光ファイバ２７ｂで伝送された光は、この光ファイバ２７ｂの一方の端面に対向配置され、参照光側光路長調整機構３０を形成するコリメータレンズ３１によりステージ３２に配置されたミラー３３に平行ビームで入射し、このミラー３３で反射される。

このミラー３３で反射された光は上記ファイバ変調器２９を経て、ファイバカップラ部２８により光ファイバ２７ａ側の戻り光と混合される。この場合、参照光側光路長と測定側光路長との光路長の差がＳＬＤ２５による低干渉性の光のコヒーレンス長以内であると干渉光となり、低干渉性の光のコヒーレンス長以上であると干渉しない。

このファイバカップラ部２８で混合された光は光ファイバ２７ｂの他方の端面から集光レンズ３４により集光され、光検出器（図２等ではＰＤと略記）３５で受光される。

上記のように、光ファイバ２７ｂは途中のファイバカップラ部２８で他方の光ファイバ２７ａと光結合しているので、参照光側光路長調整機構３０での反射光は光ファイバ２７ａの他方の端面で受光した戻り光とファイバカップラ部２８で光混合される。つまり、ファイバカップラ部２８から参照光側光路長調整機構３０側に至る光路長が参照側光路長となっている。そして、参照側光路長と測定側光路長とが低干渉性の光のコヒーレンス長以内のずれであると、光検出器３５で干渉光として検出されることになる。

従って、光源＆検出部２４における検出部は干渉計としての機能を持つ。

光検出器３５により光電変換された信号は演算回路２３に入力され、この演算回路２３は光検出器３５で検出された信号に対して復調し、干渉光成分を抽出する。

また、この演算回路２３は、制御装置３のフロントパネル部或いは制御装置３に接続したキーボード３６等からの指示操作により、ステージ３２に制御信号を送り、ステージ３２を矢印Ａで示すように移動してミラー３３の位置を変えて参照側光路長を変更できるようにしている。

また、この制御装置３内部にはスキャナ駆動装置３７が設けてあり、このスキャナ駆動装置３７は信号線３８を介して図１に示すジンバルスキャナ３９を駆動する。このスキャナ駆動装置３７は演算回路２３と接続されている。

そして、演算回路２３は光検出器３５からの信号から干渉光成分の信号を復調して抽出すると共に、その信号をＡ／Ｄ変換して内部のメモリに、スキャナ駆動装置３７による光走査と関連付けて格納することにより、低干渉性の光による断層像の２次元画像データを生成する。

図１に示すように光ファイバ２７ａにおける操作部６の内部に固定された端面に対向してコリメータ光学系４１が配置され、このコリメータ光学系４１により光ファイバ２７ａの端面から出射された光は平行ビームされて、スキャナ駆動装置３７により駆動される２次元的スキャナとしてのジンバルスキャナ３９に入射される。このジンバルスキャナ３９のミラー面はコリメータ光学系４１の光軸と４５°の角度に設定されている。

このジンバルスキャナ３９の概略の構成を図３に示す。

このジンバルスキャナ３９は中央部のミラー面３９ａを、第１のヒンジ部３９ｂで例えば水平方向に傾動可能に保持すると共に、この第１のヒンジ部３９ｂの外側にこの第１のヒンジ部３９ｂによる保持方向と直交する第２のヒンジ部３９ｃで上下方向に傾動可能に保持し、スキャナ駆動装置からのスキャナ駆動信号により、磁気的或いは静電的な駆動機構によりミラー面３９ａを２次元的に傾動し、コリメータ光学系４１により入射される光を２次元的にスキャンする。

図１に示すようにこのジンバルスキャナ３９で反射された光は対にした凸レンズからなる瞳径変換光学系４２により、光ビームの径が大きくされた平行ビームに変換される。この瞳径変換光学系４２により、光ビームの径を拡大する構成にして、ジンバルスキャナ３９としては小さいサイズのものを採用できるようにしている。

この平行ビームは、第２の絞り１８ｂを経て第２の瞳結像光学系１７ｂにより集光され、上記ハーフミラー１６によりその一部が透過してリレー光学系１５に入射され、このリレー光学系１５を経てさらに対物光学系１３に入射され、この対物光学系１３により集光されて被検体１２側に集光照射される。

そして、被検体１２からの反射光を逆の経路を経て光ファイバ２７ａの端面に導くようにしている。この光ファイバ２７ａにより伝送された被検体１２側からの戻り光はファイバカップラ部２８でその一部が光ファイバ２７ｂ側に分岐し、光検出器３５で受光される。

本実施の形態では、図１に示すように挿入部５内には通常照明を行う照明手段（具体的にはファイババンドル７及び照明光学系１１）の他に、この照明手段で照明された被検体１２を結像する対物光学系１３及びその光学像を後方の操作部６側に伝送するリレー光学系１５とが配置されている。

この対物光学系１３及びリレー光学系１５は通常の光学式内視鏡の構成と類似した構成であるが、操作部６内部において、ハーフミラー１６により光を反射光側と透過光側とに分岐する分岐手段が設けてあり、この分岐手段により、反射光側には通常観察のための撮像を行う撮像手段に導くようにし、透過光側には低干渉光を被検体１２側に導光すると共に被検体１２側からの戻り光を（干渉計として機能する検出器３５側）に導光する低干渉光側光学系が配置されている。

そして、分岐手段により、通常観察の画像情報と、低干渉光（を走査させること）による拡大画像情報とを得られるようにしている。

このように本実施の形態では、挿入部５内に配置した対物光学系１３及びリレー光学系１５を通常観察（マクロ観察）及び低干渉光による拡大観察（ミクロ観察）とに共通使用するようにして、挿入部５を細径化できるようにしている。

また、本実施の形態では、操作部６内部におけるハーフミラー１６により分岐された各光路上に第１の瞳結像光学系１７ａ及び絞り径の小さい第１の絞り１８ａと、第２の瞳結像光学系１７ｂ及び絞り径の大きい第２の絞り１８ｂとをそれぞれ配置し、第１の絞り１８ａの像４３ａ及び第２の絞り１８ｂの像４３ｂを対物光学系１３の瞳位置に結ぶようにしている。

つまり、図１では第１の絞り１８ａの像（開口像）４３ａは点線で示すように光軸Ｏ上で小さいサイズの開口像となり、これに対して第２の絞り１８ｂの像（開口像）４３ｂは実線で示すように光軸Ｏ上で大きなサイズの開口像となるようにしている。

そして、通常観察用の撮像素子２０には、上記第１の絞り１８ａの像４３ａの開口部分を通った光のみが結像に機能するように対物光学系１３の開口数（以下、ＮＡと略記）を実質的に小さなものとし、これに対して低干渉性の光に対しては上記第２の絞り１８ｂの像４３ｂの大きな開口部分を通った光が集光するように高分解能の対物光学系１３のＮＡとして機能するようにしている。

本実施の形態では、低干渉性の光を用いた場合には、ＮＡを大きくして高分解能にし、通常観察の範囲における中心部分の小さな領域を拡大観察できるような構成にしている。

なお、図１では長い点線で低干渉性光を用いた場合における軸外の主光線を示し、この場合には被写体１２の観察範囲は１点鎖線で示す光軸Ｏと（長い点線で示す）主光線とで示す小さな範囲となる。なお、ジンバルスキャナ３９は図１の紙面に垂直な方向にも走査されるので、紙面に垂直な方向にも小さなサイズで観察可能となる。

また、ジンバルスキャナ３９の走査に応じて干渉光成分の多数の強度データにより画像データを生成することにより、高分解能かつ高精細な画像を構築できるようにしている。

一方、通常観察に対してはその対物光学系１３のＮＡを実質的に小さくして、広範囲の領域を、その視野の周辺側が（光線のけられで）暗くなるようなこともなく、観察しやすい良好な画像が得られるように撮像素子２０に結像できるようにしている。

そして、図４（Ａ）に示すように撮像素子２０による通常画像（マクロ画像）４ａと低干渉性光による（高精細な）拡大画像４ｂとを隣接するように表示し、その場合通常画像における中央部に低干渉性光を用いた場合における拡大画像４ｂの観察範囲４ｃを表示し、通常画像４ａから拡大画像４ｂの観察範囲４ｃを容易に分かるようにしている。

また、ジンバルスキャナ３９を例えば水平方向に１次元的に駆動し、その場合参照光側光路長調整機構３０のステージ３２を同期させてスキャンすることにより、被検体１２の深さ方向にスキャンした場合の断層画像も得られるようにしている。

この場合には、例えば図４（Ｂ）に示すように通常画像４ａに隣接して断層画像４ｄを表示し、その場合、通常画像４ａ側では断層画像４ｄにおける例えば断面位置を示す線４ｅを表示する。なお、ジンバルスキャナ３９を水平方向でなく、垂直方向に１次元的に駆動し、これに同期してステージ３２をスキャンすることにより、被検体１２に対して縦方向の面に沿ってその深さ方向にスキャンした場合の断層画像も得ることができる。

このような構成による本実施の形態の作用を以下に説明する。

制御装置３の電源を投入した場合、光源装置８による照明光で被検体１２側は照明され、照明された被検体１２は小さなＮＡとして機能する対物光学系１３により結像され、リレー光学系１５で後方側に伝送される。

そして、ハーフミラー１６により反射され、瞳結像光学系１７ａ、絞り１８ａ、カメラ結像光学系１９を経て撮像素子２０に結像され、光電変換される。この撮像素子２０により出力信号はＣＣＵ２２により映像信号に変換され、演算回路２３を経てモニタ４に出力され、図４（Ａ）或いは図４（Ｂ）に示すように撮像素子２０で撮像したマクロ画像としての通常画像４ａを表示する。

一方、ＳＬＤ２５から出た低干渉性の光は集光されて光ファイバ２７ａに入射され、この光はファイバカップラ部２８でその一部が光ファイバ２７ｂ側に分岐し、その光は参照光側の光路を往復する。

光ファイバ２７ａでその先端側に導光された光は操作部６内の端面から出射され、コリメータ光学系４１で平行ビームにされてジンバルスキャナ３９に入射し、このジンバルスキャナ３９はスキャナ駆動装置３７により、２次元的に傾動駆動され、その反射光は２次元的にスキャンされる。

このジンバルスキャナ３９での反射光は瞳径変換光学系４２を経てビーム径が拡大され、第２の絞り１８ｂを経て大きなビーム径で瞳結像光学系１７ｂ、ハーフミラー１６を経てリレー光学系１５側に導光される。リレー光学系１５を経て、さらに対物光学系１３により、その対物光学系１３のほぼ外径を開口とする如くに被検体１２側に集光照射される。

被検体１２側での反射光は逆の光路を通り、光ファイバ２７ａの先端面に集光して入射され、その光はファイバカップラ部２８で参照光側の光路長と低干渉性光のコヒーレンス長以内のものが干渉光として、光検出器３５で受光される。

この光検出器３５で光電変換された信号は演算回路２３に入力され、この演算回路２３では２次元的にスキャンされ、ファイバ変調器２９で変調された干渉光成分を抽出するように復調し、内部のＡ／Ｄ変換器でデジタルデータに変換してメモリに時経列で入力される信号を格納し、２次元画像データを生成する。

その画像データはＤ／Ａ変換器によりアナログの映像信号として読み出され、ＣＣＵ２２側から入力される映像信号と共に、モニタ４に出力され、モニタ４の表示面には図４（Ａ）に示すように、撮像素子２０による通常画像４ａと共に、高精細な拡大画像４ｂとして表示される。

また、キーボード３６から走査の変更指示入力を行うと、スキャナ駆動装置３７は１次元的に駆動信号を発生し、信号線３８により伝送しスキャナ３９を１次元的に駆動する。さらに演算回路２３はステージ３２をスキャナ３９と同期して往復移動させることで光検出器３５からの信号で断層画像を構築する。

この場合にはモニタ４の表示面には図４（Ｂ）に示すように、撮像素子２０による通常画像４ａと共に、断層画像４ｄとが表示される。

本実施の形態によれば、通常画像として広範囲の部分の被検体１２を通常の内視鏡のように観察できると共に、その中央部の狭い領域を低干渉性光による拡大画像により高分解能で観察することもできる。

次に、本実施の形態におけるＮＡの代表的な場合を説明する。以下の式（１）は対物光学系１３の分解能の関係を示す。

ｒ＝０．５６λ／ＮＡ （１）
ここで、ｒは分解できる長さを示し、λは使用する光の波長を示す。

例えばマクロ画像の場合には、２ｍｍ角の正方形に５００×５００画素を配置した撮像素子２０で撮像する場合で考えると、１画素は４μｍ角の長さの画素となる。この場合には、サンプリング定理によりその半分の長さ２μｍを分解できれば良いことになり、また波長λとしては白色光の中心付近の波長０．５μｍとする。

この場合には、（１）式は
２＝０．５６×０．５／ＮＡ
となり、ＮＡ＝０．１４となる。

一方、ミクロ画像としては分解できる長さｒとして、少なくとも１μｍ程度は必要であるとすると、（１）式は
１＝０．５６×０．８／ＮＡ
となる。ここで、波長λとしては赤外光付近の波長０．８μｍとする。

この場合にはＮＡ＝０．４４８以上となる。

従って、ミクロ画像の場合のＮＡはマクロ画像の場合の０．４４８／０．１４≒３となる。つまり、ミクロ画像の場合のＮＡはマクロ画像のＮＡの３倍以上となる。

本実施の形態によれば、マクロ画像における中央部の狭い領域に低干渉性光による拡大されたミクロ画像を表示する構成となっているので、マクロ画像により通常の内視鏡診断を行うことができると共に、その中央部を高ＮＡの分解能が高いミクロ画像を拡大表示できるようにしているので、細胞レベルでより詳しく診断し易い環境を提供できる。

この場合、マクロ画像で観察する場合とミクロ画像で観察する場合とは共通の対物光学系１３を用いてそのＮＡが実質的に異なる状態で観察するので、マクロ画像中におけるミクロ画像を観察する位置がその中心部の所定範囲で不変となり、ミクロ画像で観察する場合の位置合わせが容易となる。

また、本実施の形態では挿入部５内部には通常の内視鏡と同様に対物光学系１３及びリレー光学系１５を挿通配置し、その光学系を低干渉性光の場合にも共通に使用する構成にしているので、挿入部５を細径化できる。

従って、小さな挿入孔により本実施の形態の挿入部５を挿入でき、患者に与える苦痛を軽減することができる。

以上の説明では低干渉性光を用いた場合で説明したが、本実施の形態は共焦点光学系を用いた場合にも同様に適用できる。

図５は共焦点光学系を用いた場合における制御装置３Ｂの構成を示す。この場合には、内視鏡２は図１と同様の構成である。

この場合には図２の光源＆検出部２４の代わりにより簡単な構成の光源＆検出部２４Ｂを採用している。光源としての例えばレーザダイオード４５の光は集光レンズ４６により集光されて光ファイバ２７ａの一端に入射され、その光は光ファイバ２７ａにより伝送され、図１に示す操作部６内部の他方の端面（先端面）から出射される。

この場合、光ファイバ２７ａの先端面のサイズは十分に小さく、ピンホールと同等の機能を果たすことができる。そして、上述したのと同様にジンバルスキャナ３９等を経て対物光学系１３から被検体１２側に高ＮＡで集光照射される。

そして、被検体１２側での反射光は対物光学系１３のフォーカス位置（焦点）からのものだけが逆の光路をたどり、光ファイバ２７ａの先端面に入射し、対物光学系１３の焦点以外の部分からの反射光が対物光学系１３等を経て戻る成分があるが、それらは光ファイバ２７ａの周囲に届くが、光ファイバ２７ａの小さな端面には入射しない。

つまり、光ファイバ２７ａの先端面と対物光学系１３の焦点とはその間の光学系に介して共役関係にある。そして、この共役関係にある部分以外からの光は排除される。

光ファイバ２７ａに入射した戻り光は光源＆検出部２４Ｂに設けたファイバサーキュレータ部４７により他方の光ファイバ２７ｃに導光され、集光レンズ４８を経て光検出器４９で受光される。

この光検出器４９で光電変換された信号は演算回路２３に入力される。この演算回路２３は図２の演算回路２３における復調処理を省いたのとほぼ同様の処理を行う。ＣＣＵ２２による撮像素子２０で撮像した信号と合成され、モニタ４には図４（Ａ）に示すように通常画像４ａと高精細な拡大画像４ｂとが表示される。

本変形例も第１の実施の形態とほぼ同様の効果を有する。

（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態を図６を参照して説明する。図６は本発明の第２の実施の形態における内視鏡装置１Ｃを示す。この内視鏡装置１Ｃは内視鏡２Ｃと制御装置３（或いは３Ｂ）と、モニタ４とから構成される。

図６に示す内視鏡２Ｃは図１の内視鏡２において、挿入部５は同じ構成であり、操作部６内部の光学系が一部異なる。具体的には、第１の実施の形態ではリレー光学系１５を経た光はハーフミラー１６で分岐された後、２つの分岐された光路上に配置された瞳結像光学系１７ａ、１７ｂと２つの絞り１８ａ、１８ｂが配置していたが、本実施の形態では分岐する手前側（リレー光学系１５側）の共通の光路上に瞳結像光学系１７と可変絞り５１とを配置している。

可変絞り５１は信号線５２により制御装置３或いは３Ｂ内部の例えば演算回路２３に接続され、演算回路２３を介して絞り径を可変できるようにしている。例えば通常は小さい絞り径５１ａ状態に設定されており、その状態ではモニタ４には撮像素子２０で撮像した通常画像を表示し、図２に示すキーボード３６等から切替指示操作を行うと、大きな絞り径５１ｂ状態に設定される。その切替と共に、演算回路２３はモニタ４に表示する画像を光検出器３５或いは４９で受光した信号、つまり低干渉性の光による拡大画像（又は断層画像）或いは共焦点光学系による拡大画像を表示する。

その他の構成は第１の実施の形態と同様である。本実施の形態では、可変絞り５１は通常は小さい絞り径５１ａ状態に設定されており、通常の内視鏡と同様の観察を行うことができる。そして、より拡大して観察したい部分に対しては、その部分を観察視野の中心部に設定して切替指示操作を行うことにより、演算回路２３は可変絞り５１を大きな絞り径５１ｂ状態に設定し、低干渉性光による拡大画像（又は断層画像）或いは共焦点光学系による拡大画像を表示する。

本実施の形態は第１の実施の形態における共通の光学系部分をより多く使用するようにしているので、光学系全体を小さくすることができる。その他はほぼ同様の効果を有する。

なお、可変絞り５１の絞り径の大きさを分解能や観察範囲等により変更できるようにしても良い。

具体的には、低干渉性光による拡大画像（又は断層画像）或いは共焦点光学系による拡大観察を行う場合、最大の分解能は最大にしたＮＡで決定されるが、その場合における観察範囲よりも広い範囲を観察しようとするような場合には、キーボード等から指示操作を行うことにより、信号線５２を介して可変絞り５１によるＮＡを小さくすると共に、ジンバルスキャナ３９による２次元走査範囲を広く走査して広い範囲を観察範囲にできるようにし、その際、ＮＡを小さくしたことにより周辺側も中央側と同じような明るさで観察できるようにしても良い。

（第３の実施の形態）
次に本発明の第３の実施の形態を図７及び図８を参照して説明する。図７は本発明の第３の実施の形態における内視鏡装置１Ｄを示す。この内視鏡装置１Ｄは内視鏡２Ｄと制御装置３（或いは３Ｂ）と、モニタ４とから構成される。

図７に示す内視鏡２Ｄは図１の内視鏡２において、対物光学系１３として２重焦点レンズ５４を備えている。

また、本実施の形態では光ファイバ２７ａの先端面、つまり光を出射すると共に結像面となる位置をピエゾ素子５５による２次元スキャナで保持し、このピエゾ素子５５をスキャナ駆動装置３７により信号線５６を介して駆動し、図７の実線及び太くて長い点線で示すように駆動する。なお、紙面に垂直方向にも駆動できるようにしている。

図７の場合には、光ファイバ２７ａの先端面からの光は結像光学系５７、第２の絞り１８ｂ及び第２の瞳結像光学系１７ｂを経てハーフミラ１６の前方側のリレー光学系１５側に導光する。

図８は２重焦点レンズ５４の構成例を示す。図７に示す対物光学系１３における例えば前レンズ側は凸レンズ５７とその前に配置した回折レンズ５８とから構成される。

回折レンズ５８は同心状に凹凸部が形成され、通常観察光に対しては０次光を利用して焦点位置Ｐａでフォーカスさせるようにして対物光学系１３を長焦点距離として機能させ、これに対して低干渉性の光或いは共焦点光学系の光に対しては１次回折光を利用して焦点位置Ｐｂでフォーカスさせるようにして、この場合には対物光学系１３を短焦点距離として機能させるようにしている。

なお、代表的な例として、焦点位置Ｐａにフォーカスする場合の焦点距離は、１次回折光を利用して焦点位置Ｐｂでフォーカスさせる場合の焦点距離の３倍以上にする（第１の実施の形態で説明した場合と同様の分解能等の要請から）。 その他の構成は第１の実施の形態と同様である。

本実施の形態によれば、通常観察の場合には、焦点距離が長くてＮＡが小さい対物光学系１３として機能させ、一方低干渉性光或いは共焦点光学系で観察する場合には焦点距離が短くてＮＡが大きい分解能が高い対物光学系１３として機能させる。

なお、本実施の形態では被検体１２を観察する距離が通常観察の場合と低干渉性光或いは共焦点光学系で観察する場合とで異なっている。

しかし、本実施の形態の場合は、通常観察の場合、焦点距離が長く、非テレセントリックにしているため、第１の実施の形態よりも広範囲の観察が容易である。その一部をより詳しく拡大観察したい場合には、低干渉性光或いは共焦点光学系でミクロ画像で拡大表示でき、細胞レベルでより詳しく診断し易い環境を提供できる。

また、本実施の形態でも挿入部５内部には、通常観察の場合と低干渉性光或いは共焦点光学系の場合にも共通に使用する構成にしているので、挿入部５を細径化できる。

（第４の実施の形態）
次に本発明の第４の実施の形態を図９を参照して説明する。図９は本発明の第４の実施の形態における内視鏡装置１Ｅを示す。この内視鏡装置１Ｅは内視鏡２Ｅと制御装置３Ｅと、モニタ４とから構成される。

図９に示す内視鏡２Ｅは図１の内視鏡２において、対物光学系１３として例えばその前レンズを液晶レンズ６１として制御装置３Ｅから信号線６２を介して電圧の印加のＯＮ／ＯＦＦでその屈折率を変化させて焦点距離を変更できるようにしている。

また、本実施の形態では、制御装置３Ｅは図５の制御装置３Ｂにおける光源＆検出部２４Ｂに相当する機能を持つ光源＆検出部２４Ｅを操作部６内部に移した構成にすると共に、光ファイバ２７ａを用いない構成にしている。

つまり、レーザダイオード４５の光はコリメータレンズ６４により平行ビームにされた後、ハーフミラー６５でその一部が透過して、集光レンズ６６で集光され、そのフォーカス位置に配置されたピンホール形成素子６７のピンホールを通りコリメータ光学系４１に入射される。

このコリメータ光学系４１による平行ビームは第２の絞り１８ｂで所定のビーム径にされた後、ジンバルスキャナ３９により反射されて第２の瞳結像光学系１７ｂに入射され、さらにハーフミラー１６を経てリレー光学系１５側に導光される。

このリレー光学系１５で導光された後、対物光学系１３の液晶レンズ６１により、短焦点で被検体１２側に集光照射される。そして、被検体１２側での反射光は逆の経路を通り、ピンホール形成素子６７に入射する。この場合、対物光学系１３の焦点位置での反射光のみがピンホールを通って集光レンズ６６に入射し、さらにハーフミラー６５でその一部が反射されて集光レンズ６８で集光されて、光検出器４９で受光される。

この光検出器４９の信号はアンプ６９で増幅された後、信号線７０により制御装置３Ｅ内部の演算回路２３に入力される。

その他の構成は第１の実施の形態（の変形例）と同様の構成である。

本実施の形態では、通常観察する場合には、液晶レンズ６１の屈折率を小さくする等して、対物光学系１３の焦点距離を長くし、一方、共焦点光学系を使用する場合には液晶レンズ６１の屈折率を大きくする等して、対物光学系１３の焦点距離を短くする。また、通常観察する場合には、絞り１８ａにより小さなＮＡにし、一方共焦点光学系を使用する場合には絞り１８ｂにより大きななＮＡにして高分解能にしている。

本実施の形態では、通常観察と共焦点光学系によるミクロ観察とを同時観察ではなく、時分割で使用できる。そして、この場合の効果は第３の実施の形態とほぼ同様のものとなる。

なお、本実施の形態では、操作部６の内部に共焦点光学系により光源＆検出部２４Ｅを設けた構成にしているが、図２の光源＆検出部２４を操作部６内部に設けるようにして低干渉性光を用いた場合にも適用できるようにすることもできる。

（第５の実施の形態）
次に本発明の第５の実施の形態を図１０を参照して説明する。図１０は本発明の第５の実施の形態における内視鏡装置１Ｆを示す。この内視鏡装置１Ｆは内視鏡２Ｆと制御装置３（又は３Ｂ）と、モニタ４とから構成される。

図１０に示す内視鏡２Ｆは図１の内視鏡２において、対物光学系１３として例えばその前レンズ群をズーム光学系７１としてその近傍に配置したアクチュエータ７２によりその光軸Ｏ方向に移動できるようにしている。

つまり、アクチュエータ７２は信号線７３によって、制御装置３（又は３Ｂ）内部の演算回路２３と接続され、キーボード等から切替指示操作を行うことにより、通常観察の場合と低干渉性光或いは共焦点光学系による観察の状態にズーム光学系７１を設定できるようにしている。

具体的にはこのズーム光学系７１は凸レンズの正パワーと凹レンズの負パワーのレンズ群で構成され、通常観察の場合には図１０の点線で示す状態の位置に設定され、この場合には対物光学系１３の焦点距離は長くなる。

一方、低干渉性光或いは共焦点光学系による観察の指示がされた場合には、ズーム光学系７１は点線で示す状態から実線で示す状態の位置に可変設定され、この場合には対物光学系１３の焦点距離は短くなる。

この場合、図１０で示すように挿入部５の先端面から同じ距離でフォーカスするように設定されている。

また、本実施の形態の内視鏡２Ｆにおける操作部６内の構成は図１の内視鏡２の操作部６内の光学系において、瞳径変換光学系４２を省いたのとほぼ同様の構成にしている。

具体的には、、光ファイバ２７ａの先端面から出射された光はコリメータ光学系４１で平行ビームにされ、第２の絞り１８ｂで所定のビーム径にされてジンバルスキャナ３９に入射され、その反射光は瞳径変換光学系４２を用いることなく、第２の瞳結像光学系１７ｂに入射される。

本実施の形態によれば、時分割ではあるが、第４、第５の実施の形態と同様に第１の実施の形態より、通常観察（マクロ画像）の観察範囲を広くすることが容易であり、マクロ画像とミクロ画像の観察する距離を等しくすることができる効果を有する。

（第６の実施の形態）
次に本発明の第６の実施の形態を図１１を参照して説明する。図１１は本発明の第６の実施の形態における内視鏡装置１Ｇを示す。この内視鏡装置１Ｇは内視鏡２Ｇと制御装置３（又は３Ｂ）と、モニタ４とから構成される。

図１１に示す内視鏡２Ｇは図１の内視鏡２において、挿入部５と操作部６とを着脱自在にしたものにしている。

このため、挿入部５の後端と操作部６の前端部分とを取り付け部（接続部）７５にて着脱自在に接続可能としている。

この場合、取り付け部７５で（挿入部５側と操作部６側とに）ファイババンドル７が２つに分割されるので、本実施の形態では操作部６側のファイババンドル７ａの前端部分に拡散板７６を設け、この拡散板７６を介して挿入部５側のファイババンドル７ｂに照明光を伝送するようにしている。そして、挿入部５内部で２本に分岐している。

また、挿入部５内のリレー光学系１５と操作部６内のハーフミラ１６との間の光路上に第２のリレー光学系７７を配置している。この第２のリレー光学系７７における一方の凸レンズ７７ａを挿入部側に、他方の凸レンズ７７ｂをを操作部６側に配置し、対にしたレンズ７７ａ、７７ｂにより取り付け部７５では平行ビームで光を導光するようにしている。

なお、本実施の形態では光ファイバ２７ａの先端部は、例えば図７で示したようにピエゾ素子５５で２次元的に駆動され、光ファイバ２７ａの先端から出射される光は結像光学系５７で平行ビームにされ、第２の絞り１８ｂで所定のビーム径にされた後、第２の瞳結像光学系１７ｂにより集光され、ハーフミラー１６を経て第２のリレー光学系７７の一方のレンズ７７ｂを経て挿入部５側のレンズ７７ａに導光される。

その他は第１の実施の形態と同様の構成である。

本実施の形態は挿入部５を操作部６に着脱自在にしたことにより、例えば挿入部５の長さが異なるものを装着して使用することができる。

従って、使用する部位に応じて挿入部長が異なる内視鏡２Ｇを使用することができる。また、対物光学系１３の焦点距離が異なる挿入部５を装着して、分解能をより高くしたりする等して、使用する部位に応じて分解能を適切なものに変更して使用することもできる。

従って、本実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果の他に、さらにより広い用途で使用することができるし、また使用する用途に適した状態で観察画像を得ることもできる。

なお、本実施の形態は例えば第１の実施の形態に類似した構成の場合で説明したが、第１の実施の形態において、挿入部５と操作部６とを着脱自在の構成にしても良いし、その他の実施の形態に適用することもできる。

図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）は本実施の形態の変形例における挿入部５及び操作部６を取り付け部側から見た図をそれぞれ示す。

本変形例では挿入部５内には図１２（Ａ）に示すように挿入部５の硬質の外套管８１の内側に円環（リング）状にファイババンドル７ｂが挿通され、その内側の中心軸に沿って図示しないレンズ管に（リレー光学系１５及びその後端付近に配置した）レンズ７７ａが取り付けられている。

一方、操作部６における挿入部５の後端が例えば嵌入して取り付けられるように円環状の取り付け部８２が設けてあり、その内側における（挿入部５側の）ファイババンドル７ｂに対向する円環状部分には白色ＬＥＤ８３が配置され、その内側には挿入部５側のレンズ７７ａに対向してレンズ７７ｂが配置されている。 本変形例は第６の実施の形態とほぼ同様の効果を有する。

（第７の実施の形態）
次に本発明の第７の実施の形態を図１３を参照して説明する。図１３は本発明の第７の実施の形態における内視鏡装置１Ｈを示す。この内視鏡装置１Ｈは内視鏡２Ｈと制御装置３（又は３Ｂ）と、モニタ４とから構成される。

図１３に示す内視鏡２Ｈは、例えば図１１の内視鏡２Ｇにおいて、挿入部５内に設けたファイババンドル７ｂ及びその先端の照明光学系１１を除去した構成にし、また操作部６内のファイババンドル７ａの先端面から出射される照明光を照明光学系８５で集光し、第２のハーフミラー８６でその一部を反射し、第２のリレー光学系７７側に照明光を導光するようにしている。

なお、ファイババンドル７ａの先端面から出射される照明光の出射角度は撮像素子２０に結像される場合の視野角程度に設定されており、撮像範囲を効率良く照明できるようにしている。その他は図１１と同様の構成である。

本実施の形態によれば、挿入部５内に配置した照明光伝送手段及び照明光学系を不要にできるので、挿入部５を細径化することができる。その他は第１の実施の形態とほぼ同様の効果を有する。

（第８の実施の形態）
次に本発明の第８の実施の形態を図１４を参照して説明する。図１４は本発明の第８の実施の形態における内視鏡装置１Ｉを示す。この内視鏡装置１Ｉは内視鏡２Ｉと制御装置３（又は３Ｂ）と、モニタ４とから構成される。

図１４に示す内視鏡２Ｉは、例えば図１の内視鏡２において、光ファイバ２７ａの先端部付近と、コリメータ光学系４１、ジンバルスキャナ３９及び瞳径変換光学系４２におけるジンバルスキャナ３９側のレンズ（４２ａで示す）とをＸＹステージ９１に配置している。

このＸＹステージ９１は信号線９２を介して制御装置３（又は３Ｂ）（内部の演算回路２３）に接続され、キーボード等からの指示操作により光軸Ｏと直交するＸ、Ｙ方向に２次元的に移動できるようにしている。

第１〜第７の実施の形態までは、低干渉性光或いは共焦点光学系による観察範囲は通常観察の場合の観察範囲における光軸Ｏ付近の中心部の決められた位置付近であったが、本実施の形態ではＸ或いはＹ方向の１次元的、或いはＸ及びＹ方向の２次元的に移動できるようにして、低干渉性光或いは共焦点光学系による観察範囲を変更できるようにしている。

なお、ＸＹステージ９１による移動量を図示しないエンコーダ等の検出手段で検出して、その場合における低干渉性光或いは共焦点光学系による観察範囲を通常観察の画像に枠等でユーザに分かるように表示するようにしても良い。

その他の構成は第１の実施の形態と同様である。

本実施の形態では、拡大観察する範囲を移動変更できるようにしているので、ユーザは拡大観察する範囲を診断しやすいように変更設定ができ、操作性を向上できる。その他は第１の実施の形態と同様の作用効果を有する。

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。

例えば、第８の実施の形態では移動ステージ９１を第１の実施の形態に設けた構成にしたが、他の実施の形態に適用しても良い。また、例えば図１１では取り付け部７５で挿入部５と操作部６とを着脱自在にしているが、その場合の挿入部５及び操作部６等の構成を図１１で示す構成でなく、他の実施の形態の構成にしても良い。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形や応用を実施し得ることが可能であることは勿論である。さらに、上記実施形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせによって、種々の発明が抽出され得る。例えば、上記一実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

本発明は、医療分野の内視鏡装置に適用できるだけでなく、工業分野の内視鏡装置にも用いることが可能である。

本発明の第１の実施の形態の内視鏡装置の全体構成図。 制御装置の内部構成を示す構成図。 ジンバルミラーの概略の構成を示す図。 モニタでの表示例を示す図。 変形例の制御装置の内部構成を示す構成図。 本発明の第２の実施の形態の内視鏡装置の全体構成図。 本発明の第３の実施の形態の内視鏡装置の全体構成図。 ２重焦点レンズの構成例を示す図。 本発明の第４の実施の形態の内視鏡装置の全体構成図。 本発明の第５の実施の形態の内視鏡装置の全体構成図。 本発明の第６の実施の形態の内視鏡装置の全体構成図。 変形例における挿入部及び操作部を取り付け部から見た図。 本発明の第７の実施の形態の内視鏡装置の全体構成図。 本発明の第８の実施の形態の内視鏡装置の全体構成図。

符号の説明

１…内視鏡装置
２…内視鏡
３…制御装置
４…モニタ
５…挿入部
６…操作部
７…ファイババンドル
８…光源装置
９…ランプ
１１…照明光学系
１２…被検体
１３…対物光学系
１５…リレー光学系
１６…ハーフミラー
１７ａ，１７ｂ…瞳結像光学系
１８ａ，１８ｂ…絞り
１９…カメラ結像光学系
２０…撮像素子
２２…ＣＣＵ
２３…演算回路
２４…光源＆検出部
２５…ＳＬＤ
２７ａ，２７ｂ…光ファイバ
２８…ファイバカップラ部
３０…参照光側光路調整機構
３２…ステージ
３３…ミラー
３５…光検出器
３７…スキャナ駆動装置
３９…ジナバルスキャナ
４１…コリメータ光学系
４２…瞳径変換光学系
４３ａ，４３ｂ…絞りの像

Claims (2)

1. 照明手段と照明された被検体を結像する光学系と結像された像を撮像する撮像手段と、
   コヒーレント光源と、共焦点光学系と、この共焦点光学系からのコヒーレント光を被検体に導きさらに被検体からの反射光を共焦点光学系に戻す光学系と、
   共焦点光学系からの光信号から画像を構築する信号処理手段があり、被検体を結像する光学系と共焦点光学系に導く光学系のすくなくとも一部が同じであり、撮像素子に結像される光学系の開口数が、共焦点光学系に光が導かれる場合の光学系の開口数より小さいことを特徴とする光イメージング装置。
2. 照明手段と照明された被検体を結像する光学系と結像された像を撮像する撮像手段と、
   コヒーレント光源と、共焦点光学系と、この共焦点光学系からのコヒーレント光を被検体に導きさらに被検体から反射光を共焦点光学系に戻す光学系と、
   共焦点光学系からの光信号から画像を構築する信号処理手段があり、被検体を結像する光学系と共焦点光学系に導く光学系のすくなくとも一部が同じであり、撮像素子に結像する光学系の焦点距離が、共焦点光学系に光が導かれる場合の光学系の焦点距離より長いことを特徴とする光イメージング装置。

Images