JP6841669B2 - 観察装置及び観察方法 - Google Patents

Description

本発明は、観察装置及び観察方法に関する。

従来の観察装置として、例えば特許文献１に記載の投影システムがある。この投影システムは、手術支援システムとして構成されており、患者の患部に向けて励起光を照射する赤外励起光源、励起光の照射によって患部で発生する蛍光を撮像する赤外カメラ、及び蛍光の撮像結果に基づく投影画像を患部に投影する投影部などを有している。

特開２０１６−２７３６７号公報

上述した従来の観察装置では、赤外励起光源からの光を患部に向けて広域に照射していると考えられ、投影画像の調整のためにＴＯＦセンサを配置し、患部との距離に応じて投影画像の制御を行っている。このため、装置の複雑化を招くほか、蛍光の撮像結果を投影画像に反映するために複雑な演算が必要になる。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、簡単な構成で、複雑な演算を必要とせずに投影画像を観察対象に表示できる観察装置及び観察方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る観察装置は、観察対象を観察する観察装置であって、照射光を発生する第１の光源と、投影光を発生する第２の光源と、観察対象に向けて照射光と投影光とを同一の光路で走査する光走査素子と、光走査素子を介さずに、照射光の照射に応じて観察対象で発生する被検出光を導光する導光光学系と、導光光学系によって導光された被検出光を検出する光検出器と、被検出光の検出結果に基づいて投影光の強度を制御する制御部と、を備える。

この観察装置では、観察対象に向けて照射光と投影光とを同一の光路で走査し、光走査素子を介さずに（デスキャンせずに）観察対象からの被検出光を検出する。照射光と投影光とを同一の光路とすることで、装置構成の簡単化が図られる。また、観察対象における照射光と投影光との照射位置が一致するため、被検出光の検出結果を投影画像に反映するための演算も簡単なものとなる。

また、光走査素子を含む光走査系の光軸と導光光学系の光軸とが一致していてもよい。この場合、装置構成の一層の簡単化が図られる。また、観察対象が光軸方向に動いた場合でも観察への影響を低減できる。

また、光走査素子を含む光走査系の光軸と導光光学系の光軸とが不一致となっていてもよい。この場合、照射光及び投影光と被検出光とを分離する光学素子が不要となるため、被検出光の光量を一層十分に確保できる。

また、照射光は、励起光であってもよい。この場合、照射光によって蛍光物質を励起し、観察対象の蛍光観察を行うことができる。

また、照射光の波長は、４００ｎｍ〜８１０ｎｍであってもよい。この波長帯域では、インドシアニングリーン、メチレンブルー、フルオレセイン、５−アミノレブリン酸といった代表的な蛍光物質を照射光によって励起することができる。

また、照射光の波長は、観察対象によって吸収される波長であってもよい。この場合、照射光の吸収に基づいた観察対象の観察を行うことができる。

また、照射光の波長は、７３５ｎｍ〜８５０ｎｍであってもよい。この波長帯域では、例えば血管（血液）に照射光を吸収させることができる。

また、投影光の波長は、照射光の波長と異なる波長であってもよい。これにより、観察対象において照射光と投影光とを差別化できる。

また、投影光の波長は、３８０ｎｍ〜７８０ｎｍであってもよい。この波長帯域では、投影光による投影画像を高い視認性をもって観察対象に表示させることができる。

また、光検出器は、シングルポイントセンサであってもよい。これにより、光検出器における検出レートを高めることができ、制御部における投影光のリアルタイム処理が可能となる。

また、観察装置は、被検出光の検出結果に基づいて画像を生成する画像生成部を更に備えてもよい。この場合、ディスプレイへの検出結果の表示、或いは外部記憶装置への検出結果の保存などを実施できる。

また、導光光学系の視野は、光走査素子による照射光の走査範囲を含んでいてもよい。これにより、光走査素子による照射光の走査範囲にわたって投影画像の投影が可能になる。

また、本発明の一側面に係る観察方法は、観察対象を観察する観察方法であって、照射光を発生する第１の光発生ステップと、投影光を発生する第２の光発生ステップと、光走査素子により、観察対象に向けて照射光と投影光とを同一の光路で走査する光走査ステップと、導光光学系により、照射光の照射に応じて観察対象で発生する被検出光を光走査素子を介さずに導光する導光ステップと、導光光学系によって導光された被検出光を光検出器によって検出する検出ステップと、検出ステップにおける被検出光の検出結果に基づいて投影光の強度を制御する制御ステップと、を備える。

この観察方法では、観察対象に向けて照射光と投影光とを同軸で走査し、光走査素子を介さずに（デスキャンせずに）観察対象からの被検出光を検出する。照射光と投影光とを同一の光路とすることで、装置構成の簡単化が図られる。また、観察対象における照射光と投影光との照射位置が一致するため、被検出光の検出結果を投影画像に反映するための演算も簡単なものとなる。

また、光走査素子を含む光走査系の光軸と導光光学系の光軸とを一致させてもよい。この場合、装置構成の一層の簡単化が図られる。また、観察対象が光軸方向に動いた場合でも観察への影響を低減できる。

また、光走査素子を含む光走査系の光軸と導光光学系の光軸とを不一致とさせてもよい。この場合、照射光及び投影光と被検出光とを分離する光学素子が不要となるため、被検出光の光量を一層十分に確保できる。

また、照射光を励起光としてもよい。この場合、照射光によって蛍光物質を励起し、観察対象の蛍光観察を行うことができる。

また、照射光の波長を４００ｎｍ〜８１０ｎｍとしてもよい。この波長帯域では、インドシアニングリーン、メチレンブルー、フルオレセイン、５−アミノレブリン酸といった代表的な蛍光物質を照射光によって励起することができる。

また、観察対象によって吸収を受ける波長を照射光の波長としてもよい。この場合、照射光の吸収に基づいた観察対象の観察を行うことができる。

また、照射光の波長を７３５ｎｍ〜８５０ｎｍとしてもよい。この波長帯域では、例えば血管（血液）に照射光を吸収させることができる。

また、照射光の波長と異なる波長を投影光の波長としてもよい。これにより、観察対象において照射光と投影光とを差別化できる。

また、投影光の波長を３８０ｎｍ〜７８０ｎｍとしてもよい。この波長帯域では、投影光による投影画像を高い視認性をもって観察対象に表示させることができる。

また、光検出器としてシングルポイントセンサを用いてもよい。これにより、光検出器における検出レートを高めることができ、制御部における投影光のリアルタイム処理が可能となる。

また、観察方法は、被検出光の検出結果に基づいて画像を生成する画像生成ステップを更に備えていてもよい。この場合、ディスプレイへの検出結果の表示、或いは外部記憶装置への検出結果の保存などを実施できる。

また、導光光学系の視野に光走査素子による照射光の走査範囲を含めてもよい。これにより、光走査素子による照射光の走査範囲にわたって投影画像の投影が可能になる。

本発明によれば、簡単な構成で、複雑な演算を必要とせずに投影画像を観察対象に表示できる。

第１実施形態に係る観察装置を示す概略構成図である。 図１に示した観察装置の動作を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る観察装置を示す概略構成図である。 第３実施形態に係る観察装置を示す概略構成図である。 第４実施形態に係る観察装置を示す概略構成図である。 図５に示した観察装置の動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら、本発明の一側面に係る観察装置及び観察方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
［第１実施形態］

図１は、第１実施形態に係る観察装置を示す概略構成図である。同図に示す観察装置１は、観察対象Ｓに対する観察を行う装置である。本実施形態では、観察対象Ｓは、蛍光物質を注入した生体組織であり、観察装置１は、蛍光観察によって生体組織の状態をリアルタイムで観察する装置として構成されている。観察装置１の作動距離（適切な観察を行うための装置から観察対象Ｓまでの好適な距離）は、例えば１０ｃｍ〜２０ｃｍ程度となっているが、これに限られるものではない。また、観察装置１は、蛍光の検出結果に基づく投影画像Ｐを観察対象Ｓに表示することで、観察対象Ｓ上での観察結果の視認性を高める機能を有している。

蛍光観察に用いる蛍光物質としては、例えばインドシアニングリーンが挙げられる。インドシアニングリーンは、赤外光によって励起され、励起光とは異なる波長の赤外蛍光を発する。励起光及び赤外蛍光のいずれも生体組織を透過し易いため、生体組織の深部の蛍光観察に適している。他の蛍光色素としては、例えばメチレンブルー、フルオレセイン、５−アミノレブリン酸などが挙げられる。

図１に示すように、観察装置１は、照射光Ｌ１を発生する照射用光源（第１の光源）２と、投影光Ｌ２を発生する投影用光源（第２の光源）３と、照射光Ｌ１及び投影光Ｌ２を走査する光走査系４と、観察対象Ｓからの被検出光Ｌ３を導光する導光光学系Ｇと、導光された被検出光Ｌ３を検出する光検出器５と、装置の動作を制御する制御部６とを備えている。

照射用光源２は、蛍光を励起する波長を含む励起光を照射光Ｌ１として出射する光源である。上記蛍光物質の例では、インドシアニングリーンの励起波長は約７７５ｎｍ、メチレンブルーの励起波長は約６７０ｎｍ、フルオレセインの励起波長は約４９５ｎｍ、５−アミノレブリン酸の励起波長は約４０５ｎｍとなっている。したがって、照射光Ｌ１の波長は、例えば４００ｎｍ〜８１０ｎｍの帯域から選択される。蛍光物質としてインドシアニングリーンを用いる場合、照射用光源２として、例えば波長７８５ｎｍのレーザ光を出力する半導体レーザが用いられる。なお、照射用光源２として、レーザ等のコヒーレントな光源だけでなく、ＬＥＤやＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）等のインコヒーレントな光源を用いてもよい。

投影用光源３は、照射光Ｌ１とは異なる波長を含む可視光を投影光Ｌ２として出射する光源である。投影光Ｌ２の波長は、例えば可視域である３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの帯域から選択される。照射光Ｌ１として波長７８５ｎｍのレーザ光を用いる場合、投影用光源３として、例えば波長５８０ｎｍのレーザ光を出力する半導体レーザが用いられる。なお、投影用光源３として、レーザ等のコヒーレントな光源だけでなく、ＬＥＤやＳＬＤ等のインコヒーレントな光源を用いてもよい。

照射用光源２及び投影用光源３のそれぞれに対し、ビーム径の調整及び外部からの迷光防止のためのアパーチャを配置してもよい。アパーチャは、開口径が不変のものであってもよく、開口径が可変のものであってもよい。また、開口径が異なる複数のアパーチャを配置し、検出の条件によって異なる開口径のアパーチャを選択的に用いるようにしてもよい。また、照射用光源２及び投影用光源３のそれぞれに対し、コリメータレンズ７を配置してもよい。この場合、コリメータレンズ７により、照射光Ｌ１及び投影光Ｌ２は、平行光化された状態で光走査系４に導光される。

光走査系４は、観察対象Ｓに向けて照射光Ｌ１と投影光Ｌ２とを同一の光路で走査する光学系である。光走査系４は、例えばダイクロイックミラー８と、ミラー９と、走査ミラー（光走査素子）１０と、集光レンズ１１と、ビームスプリッタ１２とによって構成されている。照射用光源２で発生した照射光Ｌ１は、ダイクロイックミラー８を通過し、走査ミラー１０に入射する。投影用光源３で発生した投影光Ｌ２は、ダイクロイックミラー８及びミラー９でそれぞれ反射して照射光Ｌ１と同一の光路となり、走査ミラー１０に入射する。

走査ミラー１０は、同一の光路で入射した照射光Ｌ１及び投影光Ｌ２を観察対象Ｓに対して１軸或いは２軸で走査するミラーである。走査ミラー１０の駆動は、制御部６からの制御信号に基づいて制御される。走査ミラー１０としては、例えばＭＥＭＳミラー、ガルバノミラー、ポリゴンミラーなどを用いることができる。走査ミラー１０の代わりに、空間光変調器などの他の光学素子を光走査素子として用いてもよい。また、ビームスプリッタ１２は、照射光Ｌ１及び投影光Ｌ２を反射する一方、照射光Ｌ１の照射に応じて観察対象Ｓで発生する被検出光Ｌ３を透過する素子である。ビームスプリッタ１２としては、例えばダイクロイックミラー、ハーフミラーを用いることができる。なお、光学配置によっては、ビームスプリッタ１２は、照射光Ｌ１及び投影光Ｌ２を透過する一方、被検出光Ｌ３を反射してもよい。

走査ミラー１０で反射した照射光Ｌ１及び投影光Ｌ２は、集光レンズ１１によって集光すると共にビームスプリッタ１２で反射し、同一の光路を維持したまま観察対象Ｓに対して入射する。すなわち、照射光Ｌ１と投影光Ｌ２とは、観察対象Ｓの同じ位置に入射する。本実施形態では、照射光Ｌ１及び投影光Ｌ２は、ビームスプリッタ１２で反射した後、観察対象Ｓに対して略垂直に入射する。

導光光学系Ｇは、照射光Ｌ１の照射に応じて観察対象Ｓで生じる被検出光Ｌ３を光検出器５に導光する光学系である。導光光学系Ｇは、例えばビームスプリッタ１２及び観察レンズ１３によって構成されている。本実施形態においては、光走査系４の光軸と導光光学系Ｇの光軸とは、同軸となるように調整されている。観察レンズ１３は、例えば複数の凸レンズによって構成されている。観察レンズ１３は、観察対象Ｓでの発生位置から拡散する被検出光Ｌ３を集める。

観察レンズ１３により被検出光Ｌ３を集めることで、光検出器５で検出される被検出光Ｌ３の光量を十分に確保できる。また、観察レンズ１３により、導光光学系Ｇの視野の大きさを調整することができる。観察レンズ１３は、被検出光Ｌ３の集光を補助できる構成であればよく、必ずしも観察レンズ１３の焦点位置に光検出器５を配置する必要はない。また、導光光学系Ｇは、被検出光Ｌ３の波長域に対応した透過帯域を有するフィルタを有してもよい。このようなフィルタとしては、ロングパスフィルタ或いはバンドパスフィルタなどが挙げられる。

照射光Ｌ１の入射及び走査がなされると、観察対象Ｓ内において蛍光物質が存在する（含まれる）位置では、照射光Ｌ１によって蛍光物質が励起され、被検出光Ｌ３として蛍光が発生する。この場合、被検出光Ｌ３は、観察対象Ｓでの発生位置（照射光Ｌ１の照射位置）から放射状に拡散する。この被検出光Ｌ３は、ビームスプリッタ１２を透過し、走査ミラー１０を介さずに（走査ミラー１０で再び反射することなく）光検出器５側に入射する。すなわち、導光光学系Ｇは、走査ミラー１０を介さずに、被検出光Ｌ３を光検出器５に導光する。

また、投影光Ｌ２の照射及び走査により、観察対象Ｓの表面に投影画像Ｐが投影される。観察対象Ｓに投影画像Ｐが投影されることで、観察対象Ｓにおける蛍光の発生位置を視認することが可能となる。導光光学系Ｇの視野（観察範囲）は、光走査系４による照射光Ｌ１の走査範囲を含むように設定されることが好ましい。この場合、光走査系４による照射光Ｌ１の走査範囲にわたって投影画像Ｐの投影が可能になる。

光検出器５は、導光光学系Ｇによって導光された被検出光Ｌ３を検出する。光検出器５は、例えばフォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、光電子増倍管、ＳｉＰＭ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒｓ）などによって構成されている。光検出器５は、被検出光Ｌ３を検出し、検出信号（検出結果を示す情報）を制御部６に出力する。

本実施形態では、観察対象Ｓと光検出器５とは、結像関係を持たない配置となっている。このため、走査ミラー１０によって観察対象Ｓでの被検出光Ｌ３の発生位置が移動した場合でも、被検出光Ｌ３は、光検出器５に導光される。したがって、本実施形態では、光検出器５として、検出レートの速いシングルポイントセンサが用いられることが好ましい。

制御部６は、物理的に、例えばＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリ、ＣＰＵ等のプロセッサ（演算回路）、通信インターフェイス、ハードディスク等の格納部、ＵＳＢメモリ等の外部メディアに対してデータの入出力を行うデータ入出力部を備えて構成されたコンピュータである。コンピュータは、ディスプレイ等の表示部を更に備えて構成されていてもよい。かかるコンピュータとしては、例えばパーソナルコンピュータ、クラウドサーバ、スマートデバイス（スマートフォン、タブレット端末など）などが挙げられる。コンピュータは、メモリに格納されたプログラムをＣＰＵで実行することにより、各種の制御機能を実行する。

制御部６は、外部からの動作開始の入力を受け付けると、照射用光源２、投影用光源３、及び走査ミラー１０の駆動を開始させる。また、制御部６は、光検出器５から被検出光Ｌ３の検出結果を示す情報を受け取ると、被検出光Ｌ３の検出結果に基づいて投影用光源３から発生する投影光Ｌ２の強度を制御し、検出結果を反映した投影画像Ｐを観察対象Ｓの表面に形成する。投影光Ｌ２の強度の制御は、観察対象Ｓの種類、蛍光物質の種類、投影光Ｌ２の波長といった諸条件に応じて行われる。

制御部６は、被検出光Ｌ３の検出強度に対して投影光Ｌ２の強度が比例するように投影用光源３を制御してもよく、投影光Ｌ２の強度をγ補正し、被検出光Ｌ３の検出強度に対して投影光Ｌ２の強度が非線形となるように投影用光源３を制御してもよい。また、制御部６は、予め設定された閾値に対する被検出光Ｌ３の検出強度に基づいて投影用光源３のオン・オフを切り替えてもよく、２つの異なる閾値を設定し、被検出光Ｌ３の検出強度が２つの閾値の範囲内であるか否かに基づいて投影用光源３のオン・オフを切り替えてもよい。

制御部６は、投影光Ｌ２の強度の直接的な制御に代えて、投影光Ｌ２のパルスの繰り返し周波数を制御してもよい。人間の目では、複数のパルスが積算されることで投影光Ｌ２を捉えるため、強度を変えずに投影光Ｌ２のパルスの繰り返し周波数を変えた場合でも、投影光Ｌ２の強度を変化させた場合と同様の視覚効果が得られる。また、制御部６は、観察対象Ｓにおける一定の領域のみに投影光Ｌ２が照射されるように投影用光源３を制御してもよい。例えば蛍光が検出された領域の輪郭のみに投影光Ｌ２を照射することで、観察対象Ｓに照射されるレーザ光のエネルギー量を低減でき、観察対象Ｓへのダメージを軽減したり、観察装置１の消費電力を軽減したりすることができる。

制御部６は、投影光Ｌ２の強度の制御にあたり、被検出光Ｌ３のバックグラウンド減算処理を実行してもよい。バックグラウンド減算処理は、例えば照射用光源２をオフにした状態で観察対象Ｓのバックグラウンドの強度を検出し、被検出光Ｌ３の検出の際に被検出光Ｌ３の強度からバックグラウンドの強度を減算する処理である。この場合、バックグラウンドの検出は、例えば走査ミラー１０による走査ライン毎に行ってもよい。

また、バックグラウンドの検出は、照射光Ｌ１のレーザ変調を行い、走査ミラー１０による走査領域のピクセル毎に照射光Ｌ１がオンのときの検出強度から照射光Ｌ１がオフのときの検出強度を減算することによって行ってもよい。バックグラウンドの検出期間を走査ミラー１０の走査の戻り期間としてもよい。これらの例では、投影光Ｌ２の照射を同時に行ってもよい。

次に、観察装置１の動作について説明する。

図２は、観察装置１の動作を示すフローチャートである。同図に示すように、観察装置１では、観察を開始する操作が入力されると、照射用光源２から照射光Ｌ１が発生すると共に、投影用光源３から投影光Ｌ２が発生する（ステップＳ０１：照射光発生ステップ（第１の光発生ステップ）及び投影光発生ステップ（第２の光発生ステップ））。照射光Ｌ１及び投影光Ｌ２は、光走査系４において同一の光路に導光され、当該同一の光路を維持したまま走査ミラー１０によって観察対象Ｓに向けて走査される（ステップＳ０２：光走査ステップ）。照射光Ｌ１の入射及び走査により、観察対象Ｓでは、蛍光物質の励起によって蛍光が発生する。また、投影光Ｌ２の照射及び走査により、観察対象Ｓの表面に投影画像Ｐが形成される。

次に、観察装置１では、観察対象Ｓで発生した蛍光が被検出光Ｌ３として走査ミラー１０を介さずに光検出器５に導光される（ステップＳ０３：導光ステップ）。導光ステップＳ０３で導光された被検出光Ｌ３は、光検出器によって検出される（ステップＳ０４：検出ステップ）。そして、被検出光Ｌ３の検出結果を示す情報が制御部６に出力され、光検出器５による被検出光Ｌ３の検出結果に基づいて投影光Ｌ２の強度が制御される（ステップＳ０５：制御ステップ）。これにより、被検出光Ｌ３の検出結果を反映した投影画像Ｐが観察対象Ｓの表面に形成される。

以上説明したように、この観察装置１では、観察対象Ｓに向けて照射光Ｌ１と投影光Ｌ２とを同軸で走査し、光走査系４を介さずに（デスキャンせずに）観察対象Ｓからの被検出光Ｌ３を検出する。このように、照射光Ｌ１と投影光Ｌ２とを同一の光路とすることで、装置構成の簡単化が図られると共に、照射光Ｌ１を観察対象Ｓに対して広域に照射する場合と比較して被検出光Ｌ３の光量を十分に確保した状態で投影画像Ｐを観察対象Ｓに表示できる。また、観察対象Ｓにおける照射光Ｌ１と投影光Ｌ２との照射位置が一致し、制御部６側で投影光Ｌ２の照射位置を決定する処理が不要となるため、被検出光Ｌ３の検出結果を投影画像Ｐに反映するための演算も簡単なものとなる。

また、観察装置１では、走査ミラー１０を含む光走査系４の光軸と導光光学系Ｇの光軸とが一致している。このため、装置構成の一層の簡単化が図られる。また、観察対象が光軸方向に動いた場合でも観察への影響を低減できる。これにより、観察装置１の作動距離の範囲を広げることが可能となる。

また、本実施形態では、照射光Ｌ１の波長は、４００ｎｍ〜８１０ｎｍであり、蛍光物質を励起する波長となっている。このような波長を選択することにより、照射光Ｌ１によって蛍光物質を励起することができ、観察対象Ｓの蛍光観察を行うことができる。また、この波長帯域では、インドシアニングリーン、メチレンブルー、フルオレセイン、５−アミノレブリン酸といった代表的な蛍光物質を照射光Ｌ１によって励起することができる。

また、本実施形態では、光検出器５としてシングルポイントセンサが用いられている。これにより、光検出器５における検出レートを高めることができ、制御部６における投影光Ｌ２のリアルタイム処理が可能となる。
［第２実施形態］

図３は、第２実施形態に係る観察装置を示す概略構成図である。同図に示すように、第２実施形態に係る観察装置２１は、走査ミラー１０を含む光走査系４の光軸と導光光学系Ｇの光軸とが不一致となっている点で第１実施形態と異なっている。

より具体的には、観察装置２１の光走査系４には、ビームスプリッタ１２が配置されておらず、ダイクロイックミラー８及びミラー９で同一の光路に導光された照射光Ｌ１及び投影光Ｌ２は、集光レンズ２２によって集光すると共にミラー２３で反射し、走査ミラー１０に入射する。走査ミラー１０で反射した照射光Ｌ１及び投影光Ｌ２は、同一の光路を維持したまま観察対象Ｓに対して一定の傾きを持って入射する。そして、照射光Ｌ１の照射に応じて観察対象Ｓで発生した被検出光Ｌ３は、走査ミラー１０を介さずに導光光学系Ｇの観察レンズ１３によって光検出器５に導光される。

このような観察装置２１においても、第１実施形態と同様に、装置構成の簡単化が図られると共に、被検出光Ｌ３の光量を十分に確保した状態で投影画像Ｐを観察対象Ｓに表示できる。また、被検出光Ｌ３の検出結果を投影画像Ｐに反映するための演算も簡単なものとなる。さらに、本実施形態では、走査ミラー１０を含む光走査系４の光軸と導光光学系Ｇの光軸とが不一致となっている。これにより、照射光Ｌ１及び投影光Ｌ２と被検出光Ｌ３とを分離する光学素子が不要となるため、被検出光Ｌ３の光量を一層十分に確保できる。

なお、第２実施形態では、光走査系４の光軸と導光光学系Ｇの光軸とが一致していないことから、第１実施形態に比べて作動距離の範囲が狭くなることも考えられる。そこで、第２実施形態では、照射光Ｌ１及び投影光Ｌ２の照射前に、観察装置２１と観察対象Ｓとの距離を作動距離の範囲内に調整する調整ステップを実施しておくことが好適である。この調整ステップでは、例えば観察装置２１から観察対象Ｓに対して投影光Ｌ２を照射し、投影光Ｌ２がはっきりと視認できる位置となるように、観察装置２１と観察対象Ｓとの距離を変化させる。この調整ステップの実施により、観察装置２１の作動距離で観察対象Ｓに投影光Ｌ２を照射することができる。
［第３実施形態］

図４は、第３実施形態に係る観察装置を示す概略構成図である。同図に示す観察装置３１は、上述した生体組織の蛍光観察に加え、生体組織内の血管位置の観測を同時に実施する装置として構成されている。より具体的には、観察装置３１は、第１の投影用光源３Ａ及び第２の投影用光源３Ｂと、第１の光検出器５Ａ及び第２の光検出器５Ｂとを備えている点で、第１実施形態と異なっている。

血管位置の観測を実施する場合、照射光Ｌ１は、観察対象Ｓ内の血管（血液）によって吸収を受ける波長を有していることが好適である。この場合、照射光Ｌ１の波長は、例えば７３５ｎｍ〜８５０ｎｍの帯域から選択される。蛍光観察と血管位置の観察を同時に実施する場合、照射光Ｌ１は、血管（血液）によって吸収を受け、かつ、蛍光物質を励起する波長を有していることが好適である。例えば、蛍光物質としてインドシアニングリーンを用いた蛍光観察と血管位置の観測とを同時に実施する場合、照射用光源２として、例えば波長７８５ｎｍの光を出力する光源が用いられる。

第１の投影用光源３Ａ及び第２の投影用光源３Ｂは、例えば可視域である３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの帯域の光として出力する。第１の投影用光源３Ａは、蛍光物質の分布を投影するための投影光Ｌ２Ａを出力し、一方、第２の投影用光源３Ｂは、血管（血流）を投影するための投影光Ｌ２Ｂを出力する。そのため、第１の投影用光源３Ａから出力される投影光Ｌ２Ａの波長と第２の投影用光源３Ｂから出力される投影光Ｌ２Ｂの波長とは、互いに異なっていることが好ましい。本実施形態では、第１の投影用光源３Ａは、例えば緑色〜黄色の波長（例えば波長５８０ｎｍ）を含む光を出力する光源であり、第２の投影用光源３Ｂは、赤色（例えば波長６５０ｎｍ）を含む光を出力する光源である。

投影光Ｌ２Ａ及び投影光Ｌ２Ｂは、ダイクロイックミラー８及びミラー９Ａ，９Ｂによって照射光Ｌ１と同一の光路となり、その状態を維持したまま光走査系４によって観察対象Ｓに走査される。本実施形態では、照射光Ｌ１の入射によって観察対象Ｓ内の蛍光物質が励起されて蛍光が発生する。また、観察対象Ｓでの照射光Ｌ１の反射率は、照射光Ｌ１の照射位置における血管の存在の有無によって異なる。血管が存在する位置では、血管による吸収の影響で照射光Ｌ１の反射率が相対的に低くなり、血管が存在しない位置では、血管による吸収の影響がないので照射光Ｌ１の反射率が相対的に高くなる。

第１の光検出器５Ａ及び第２の光検出器５Ｂは、例えばフォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、光電子増倍管、ＳｉＰＭなどによって構成されたシングルポイントセンサである。本実施形態では、照射光Ｌ１の照射に応じて観察対象Ｓで発生する蛍光と、観察対象Ｓで反射する照射光Ｌ１とが被検出光Ｌ３となる。導光光学系Ｇには、被検出光Ｌ３中の照射光Ｌ１と蛍光とを分離するビームスプリッタ３２が配置されている。ビームスプリッタ３２は、例えばダイクロイックミラーである。第１の光検出器５Ａは、ビームスプリッタ３２で分離された蛍光を検出し、検出信号（検出結果を示す情報）を制御部６に出力する。また、第２の光検出器５Ｂは、ビームスプリッタ３２で分離された照射光Ｌ１を検出し、検出信号（検出結果を示す情報）を制御部６に出力する。

制御部６は、第１の光検出器５Ａ及び第２の光検出器５Ｂから検出結果を示す情報をそれぞれ受け取ると、検出結果に基づいて第１の投影用光源３Ａから発生する投影光Ｌ２Ａの強度及び第２の投影用光源３Ｂから発生する投影光Ｌ２Ｂの強度をそれぞれ制御する。これにより、観察対象Ｓの表面には、蛍光の発生位置を示す投影画像ＰＡと、血管の検出位置を示す投影画像ＰＢとがそれぞれ投影される。

このような観察装置３１においても、第１実施形態と同様に、装置構成の簡単化が図られると共に、被検出光Ｌ３の光量を十分に確保した状態で投影画像ＰＡ，ＰＢを観察対象Ｓに表示できる。また、被検出光Ｌ３の検出結果を投影画像ＰＡ，ＰＢに反映するための演算も簡単なものとなる。

なお、本実施形態では、第１実施形態を変形して蛍光観察及び血管位置の観察を同時実施する観察装置３１を例示したが、同様の変形を第２実施形態に適用してもよい。また、第１実施形態及び第２実施形態では、観察対象Ｓは、蛍光物質を注入した生体組織であり、観察装置１及び観察装置２１として、蛍光観察によって生体組織の状態をリアルタイムで観察する装置を例示したが、これに限定されるものではない。観察装置１，２１は、蛍光観察をする構成に代えて、第３実施形態で説明したような観察対象Ｓ内の血管を検出する構成であってもよい。
［第４実施形態］

図５は、第４実施形態に係る観察装置を示す概略構成図である。同図に示す観察装置４１は、被検出光Ｌ３の検出結果に基づく画像を作成し、作成した画像の表示等を行う装置として構成されている。より具体的には、観察装置４１は、表示部４２を備えている点、及び制御部６が画像を生成する画像生成部としての機能を有する点で、上記実施形態と異なっている。
従来の観察装置では、赤外励起光源からの光を患部に向けて広域に照射しながら、照射領域を撮像して画像を得るため、蛍光の検出感度が不十分となる場合がある。これに対し、本実施形態では、蛍光を高感度に検出し、その検出結果に基づいた画像を得ることができる。

表示部４２は、例えばディスプレイであり、制御部６と電気的に接続されている。表示部４２は、制御部６で生成された様々な画像を表示する。表示部４２は、異なる種類の画像を同時に表示してもよく、異なる種類の画像を重畳させた重畳画像を表示してもよい。

画像生成部としての制御部６は、光検出器５から被検出光Ｌ３の検出結果を示す情報を受け取り、当該検出結果を走査ミラー１０の角度に対応させて画像を生成する。そして、制御部６は、生成した画像を静止画或いは動画としてハードディスク等の格納部に保存し、必要に応じて表示部４２に出力する。制御部６は、通信インターフェイスを介して、静止画や動画として保存したデータを外部の装置に送信したり、データ入出力部を介してＵＳＢメモリ等の外部記憶媒体に保存したりしてもよい。

観察装置４１は、他の実施形態と同様に、被検出光Ｌ３の検出結果に基づいて投影用光源３から発生する投影光Ｌ２の強度を制御し、検出結果を反映した投影画像Ｐを観察対象Ｓの表面に形成してもよい。投影光Ｌ２の強度の制御は、観察対象Ｓの種類、蛍光物質の種類、投影光Ｌ２の波長といった諸条件に応じて行われる。

図６は、観察装置４１の動作を示すフローチャートである。同図に示すように、観察装置４１では、観察を開始する操作が入力されると、照射用光源２から照射光Ｌ１が発生する（ステップＳ１１：照射光発生ステップ（第１の光発生ステップ））。照射光Ｌ１は、光走査系４に導光され、走査ミラー１０によって観察対象Ｓに向けて走査される（ステップＳ１２：照射光走査ステップ（光走査ステップ））。照射光Ｌ１の照射及び走査により、観察対象Ｓでは、被検出光Ｌ３が発生する。

次に、観察装置１では、走査ミラー１０を介さずに、観察対象Ｓで発生した被検出光Ｌ３が光検出器５に導光される（ステップＳ１３：導光ステップ）。導光ステップＳ１３で導光された被検出光Ｌ３は、光検出器５よって検出される（ステップＳ１４：検出ステップ）。そして、被検出光Ｌ３の検出結果を示す情報が制御部６に出力され、光検出器５による被検出光Ｌ３の検出結果に基づいて画像が生成される（ステップＳ１５：画像生成ステップ）。画像生成ステップＳ１５で生成された様々な画像は、格納部に保存或いは表示部４２に表示される。

次に、観察装置１では、投影用光源３から投影光Ｌ２が発生する（ステップＳ１５：投影光発生ステップ（第２の光発生ステップ））。投影光Ｌ２は、光走査系４において照射光Ｌ１と同一の光路に導光される。投影光Ｌ２は、照射光Ｌ１と同一の光路を維持したまま走査ミラー１０によって観察対象Ｓに向けて走査され、投影光Ｌ２の強度は、光検出器５による被検出光Ｌ３の検出結果に基づいて制御される（ステップＳ１６：投影光走査ステップ（光走査ステップ）及び制御ステップ）。これにより、被検出光Ｌ３の検出結果を反映した投影画像Ｐが観察対象Ｓの表面に形成される。

このような観察装置４１においても、上記実施形態と同様に、装置構成の簡単化が図られると共に、被検出光Ｌ３の光量を十分に確保した状態で投影画像Ｐを観察対象Ｓに表示できる。また、被検出光Ｌ３の検出結果を投影画像Ｐに反映するための演算も簡単なものとなる。さらに、観察装置４１は、被検出光Ｌ３の検出結果に基づいて画像を生成する制御部（画像生成部）６を備えている。これにより、表示部４２への検出結果の表示、或いは外部記憶装置への検出結果の保存などを実施できる。

第４実施形態においては、投影光Ｌ２の照射を行わずに、被検出光Ｌ３の検出結果に基づいた生成した画像を表示あるいは保存するだけの構成としてもよい。また、第４実施形態において、導光光学系Ｇの視野（観察範囲）は、光走査系４による照射光Ｌ１の走査範囲よりも小さくなるように設定されてもよい。
［その他の変形例］

本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、照射光Ｌ１によって観察対象Ｓで可視外の波長の蛍光が発生することを例示しているが、本発明は、可視域の波長の蛍光が発生する場合、視認が困難な微弱な蛍光が発生する場合、或いは観察対象Ｓに複数の蛍光物質を注入する場合などにも適用できる。また、上記実施形態では、観察対象Ｓとして生体組織を例示し、観察対象Ｓから発生する蛍光の観察や観察対象Ｓ内部の血管に対する観察等を例示したが、観察対象及び観察例はこれに限定されるものではない。例えば観察対象Ｓは、内部に下絵が隠された絵画などであってもよい。この場合、例えば照射光Ｌ１の反射率の変化によって下絵の状態を検出することで、その検出結果に応じた投影画像Ｐを絵画に投影できる。

１，２１，３１，４１…観察装置、２…照射用光源（第１の光源）、３，３Ａ，３Ｂ…投影用光源（第２の光源）、４…光走査系、６…制御部、画像生成部、１０…走査ミラー（光走査素子）、５，５Ａ，５Ｂ…光検出器、Ｇ…導光光学系、Ｌ１…照射光、Ｌ２，Ｌ２Ａ，Ｌ２Ｂ…投影光、Ｌ３…被検出光、Ｓ…観察対象。

Claims (22)

1. 観察対象を観察する観察装置であって、
   照射光を発生する第１の光源と、
   投影光を発生する第２の光源と、
   前記観察対象に向けて前記照射光と前記投影光とを同一の光路で走査する光走査素子と、
   前記光走査素子を介さずに、前記照射光の照射に応じて前記観察対象で発生する被検出光を導光する導光光学系と、
   前記導光光学系によって導光された前記被検出光を検出する光検出器と、
   前記被検出光の検出結果に基づいて前記投影光の強度を制御する制御部と、を備え、
   前記照射光は、励起光である観察装置。
2. 前記光走査素子を含む光走査系の光軸と前記導光光学系の光軸とが一致している請求項１記載の観察装置。
3. 前記光走査素子を含む光走査系の光軸と前記導光光学系の光軸とが不一致となっている請求項１記載の観察装置。
4. 前記照射光の波長は、４００ｎｍ〜８１０ｎｍである請求項１〜３のいずれか一項記載の観察装置。
5. 前記照射光の波長は、前記観察対象によって吸収される波長である請求項１〜３のいずれか一項記載の観察装置。
6. 前記照射光の波長は、７３５ｎｍ〜８５０ｎｍである請求項５記載の観察装置。
7. 前記投影光の波長は、前記照射光の波長と異なる波長である請求項１〜６のいずれか一項記載の観察装置。
8. 前記投影光の波長は、３８０ｎｍ〜７８０ｎｍである請求項７記載の観察装置。
9. 前記光検出器は、シングルポイントセンサである請求項１〜８のいずれか一項記載の観察装置。
10. 前記被検出光の検出結果に基づいて画像を生成する画像生成部を更に備える請求項１〜９のいずれか一項記載の観察装置。
11. 前記導光光学系の視野は、前記光走査素子による前記照射光の走査範囲を含む請求項１〜１０のいずれか一項記載の観察装置。
12. 観察対象を観察する観察方法であって、
    照射光を発生する第１の光発生ステップと、
    投影光を発生する第２の光発生ステップと、
    光走査素子により、前記観察対象に向けて前記照射光と前記投影光とを同一の光路で走査する光走査ステップと、
    導光光学系により、前記照射光の照射に応じて前記観察対象で発生する被検出光を前記光走査素子を介さずに導光する導光ステップと、
    前記導光光学系によって導光された前記被検出光を光検出器によって検出する検出ステップと、
    前記検出ステップにおける前記被検出光の検出結果に基づいて前記投影光の強度を制御する制御ステップと、を備え、
    前記照射光を励起光とする観察方法。
13. 前記光走査素子を含む光走査系の光軸と前記導光光学系の光軸とを一致させる請求項１２記載の観察方法。
14. 前記光走査素子を含む光走査系の光軸と前記導光光学系の光軸とを不一致とさせる請求項１２記載の観察方法。
15. 前記照射光の波長を４００ｎｍ〜８１０ｎｍとする請求項１２〜１４のいずれか一項記載の観察方法。
16. 前記観察対象によって吸収を受ける波長を前記照射光の波長とする請求項１２〜１４のいずれか一項記載の観察方法。
17. 前記照射光の波長を７３５ｎｍ〜８５０ｎｍとする請求項１６記載の観察方法。
18. 前記照射光の波長と異なる波長を前記投影光の波長とする請求項１２〜１７のいずれか一項記載の観察方法。
19. 前記投影光の波長を３８０ｎｍ〜７８０ｎｍとする請求項１８記載の観察方法。
20. 前記光検出器としてシングルポイントセンサを用いる請求項１２〜１９のいずれか一項記載の観察方法。
21. 前記被検出光の検出結果に基づいて画像を生成する画像生成ステップを更に備える請求項１２〜２０のいずれか一項記載の観察方法。
22. 前記導光光学系の視野に前記光走査素子による前記照射光の走査範囲を含める請求項１２〜２１のいずれか一項記載の観察方法。

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