JP6865463B2

JP6865463B2 - イメージガイド装置および内視鏡

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Publication number: JP6865463B2
Application number: JP2017074662A
Authority: JP
Inventors: 松本　幸治; 幸治松本; 洋己渡部; 丸山　文夫; 文夫丸山; 孝介室井
Original assignee: Sumita Optical Glass Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Sumita Optical Glass Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2017-04-04
Filing date: 2017-04-04
Publication date: 2021-04-28
Anticipated expiration: 2037-04-04
Also published as: JP2018175024A

Description

本発明は、イメージガイド装置および内視鏡に関する。

イメージガイドは多数の光ファイバを束ねて構成され、医療用途、工業用途等の分野で、画像を検出し伝送するために用いられる。従来、イメージガイドは、照明用の光を伝送するための光ファイバであるライトガイドと組み合わせたファイバースコープとして用いられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２７５１９９号公報

しかしながら、イメージガイドとライトガイドとをファイバースコープに組み入れるには、複雑な組み立て工程が必要となり、組み立てのためのコストもかかる。そこで、本発明者らは、従来のファイバースコープをより単純な構成とするため、ライトガイドを用いずに、イメージガイドを照明用の光の伝送にも用いるという考えに至った。しかし、イメージガイドに照明光を伝送させ観察対象物に照射して、その照射により発生した光を再びイメージガイドにより伝送して観察しようとすると、観察対象物の表面で直接反射（正反射）された光の強度が周辺画素に比べ相対的に強くなり、画像が視認し難くなる。また、撮像素子で画像を検出する場合には、中央部の画素が白飛びし、あるいは、中央部以外が暗くなりコントラストの低い画像となることが起こりうる。

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、イメージガイドを照明光の伝送に用いながら、画像を観察することができるイメージガイド装置を提供することにある。

上記目的を達成するイメージガイド装置の発明は、イメージガイドと光学系とを含む。前記イメージガイドは、複数の光ファイバより構成され、第１端面に入射した画像光を前記第１端面とは異なる第２端面に伝達する光ファイババンドルを含む。前記光学系は、前記光ファイババンドルの前記第２端面に対し垂直入射を含まない照明光を入射させるように構成される。

前記光学系は、前記第２端面に入射する前記照明光の光路中に、前記第２端面に垂直入射する前記照明光を遮光する遮光部を備えることができる。前記遮光部は、前記光学系の光軸上を通る前記照明光を遮光してよい。

前記イメージガイド装置は、光源を備え、前記光源および前記光学系は、前記光源から射出された前記照明光が、前記第２端面に均一に照射されるように構成される。このため、前記光源は面光源であり、前記光学系は前記面光源から射出された前記照明光を前記第２端面に入射させるように構成されうる。また、前記面光源の前記照明光の出射面は、前記光学系の前記第２端面と共役の位置に配置してよい。

前記面光源は、面発光半導体またはガラス封止ＬＥＤを含んでよい。前記面光源は、点光源と、前記点光源からの光線のビーム径を拡大するビーム成形光学系と、前記ビーム成形光学系によりビーム径が拡大された光線を拡散させる拡散板とを含んでよい。または、前記面光源は、点光源と、前記点光源からの光線のビーム径を拡大するビーム成形光学系と、前記ビーム成形光学系によりビーム径が拡大された光線を受けて発光する蛍光体とを含んでよい。

好ましくは、前記イメージガイド装置は、前記第２端面から出射した前記画像光の画像を検出する検出部を備え、前記光学系は、前記面光源から射出された前記照明光の少なくとも一部を前記第２端面に入射させ、前記第２端面から出射した前記画像光の少なくとも一部を前記検出部に向けて出射させる光学素子を備える。また、前記光学系は、前記光学素子と前記面光源、前記第２端面および前記検出部との間に、それぞれ、第１レンズ、第２レンズおよび第３レンズを備えうる。前記光学系は、前記光学素子と前記検出部との間に、前記面光源から出射される照明光の特定の波長の光をカットするフィルタを備えうる。

好ましくは、前記複数の光ファイバの開口数ＮＡは、０．２以上である。さらに好ましくは、前記複数の光ファイバの開口数ＮＡは、０．５以上である。前記複数の光ファイバのコアおよびクラッドの少なくとも何れかは、多成分ガラスから構成されうる。

前記イメージガイド装置は、前記光ファイババンドルの前記第１端面に光学的に接続された対物レンズを備え、対物レンズに絞りを設けることで画像の品質が向上する。また、絞りによって前記対物レンズは、前記第１端面において前記対物レンズの光軸近傍に位置する１つ以上の前記光ファイバから出射される照明光量を制御する作用もある。

さらに、前記イメージガイド装置は、前記光学系を収容する筺体を備え、前記イメージガイドは前記筺体に対して着脱可能に構成されている。

上記目的を達成する内視鏡の発明は、上述の何れかのイメージガイド装置を含む。

本発明によれば、イメージガイドを構成する光ファイババンドルの第２端面に対し垂直入射を含まない照明光を入射させるようにしたので、イメージガイドを照明光の伝送に用いながら、対象物に対して広範囲に照明を行うとともに対象物からの散乱光を画像として観察することができる。また直接反射の影響を低減することが可能である。

第１実施形態に係るイメージガイド装置の概略を示す構成図である。図１のイメージガイドの断面図である。図１の面光源に用いるビーム成形光学系のファースト軸方向の断面を示す図である。図２の面光源に用いるビーム成形光学系のスロー軸方向の断面を示す図である。観察対象物への照明光の照射を説明する図である。図１の対物レンズの構成の一例を示す図である。図６の絞りを説明する図である。第２実施形態に係るイメージガイド装置の概略を示す構成図である。

以下、本発明実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いられる図は模式的なものであり、図面上の寸法比率等は現実のものとは必ずしも一致していない。

（第１実施形態）
本開示のイメージガイド装置１は、医療用、工業用、災害救助用、または、研究用などの分野で、画像検出および画像伝送に用いられる。図１を用いて、第１実施形態に係るイメージガイド装置１の構成について説明する。イメージガイド装置１は、イメージガイド１０と本体部２０とを備える。イメージガイド装置１は、さらに表示装置３０を備えることができる。イメージガイド装置１は、イメージガイド１０の先端で取得した画像を、表示装置３０に表示するものである。以下に各部について説明する。

イメージガイド１０は、柔軟性を有し、用途に応じて適宜長さが設定されうる。イメージガイド１０は、例えば、医療用の内視鏡に用いられた場合、人体内に挿入される挿入部に含まれる。イメージガイド１０は、光ファイババンドル１１と、対物レンズ１２と、接続部１３とを含んで構成される。

光ファイババンドル１１は、直径数μｍ（マイクロメートル）の細かい光ファイバを数千本以上束ねたものである。光ファイババンドル１１に含まれる各光ファイバは、ねじれおよび乱れのないように規則正しく積層される。光ファイババンドル１１の各光ファイバが、一方の端面に入射した光を他方の端面に伝送することにより、光ファイババンドル１１は、一方の端面の画像をもう一方の端面に伝送することができる。したがって、光ファイババンドル１１を構成する各光ファイバの数は、伝送された画像の画素数となる。１０，０００本から５０，０００本程度の光ファイバを積層した場合、光ファイババンドル１１の外径は、３００μｍ〜８００μｍとなる。

図２は、イメージガイド１０の断面の一例を示している。光ファイババンドル１１は、複数のコア４１と、該複数のコア４１に共通のクラッド４２とを有している。クラッド４２は、各コア４１の外周面を覆っている。コア４１及びクラッド４２は、石英で構成することができる。コア４１およびクラッド４２を石英とするとき、開口数ＮＡが０．２以上となるように構成することができる。また、コア４１およびクラッド４２の何れか一方は、多成分ガラスから構成してもよい。その場合、開口数ＮＡを０．５以上となる多成分ガラスを用いることができる。光ファイバの開口数ＮＡは、コアガラスの屈折率をｎｄ_１、クラッドのガラスの屈折率をｎｄ_２とするとき、次の数式で示す値となる。

コアガラスの屈折率ｎｄ_１、および、クラッドのガラスの屈折率ｎｄ_２は、日本光学硝子工業会規格における「光学硝子の屈折率測定方法」を用いて測定して得られる値である。多成分ガラスを用いる場合、光ファイバのコアのガラスとクラッドのガラスとに大きな屈折率差を持たせて開口数ＮＡを高めることができる。

図２の例において、コア４１は、円形断面を有しており、クラッド４２は、その外周縁４２ａが円形断面を有している。さらに、図２の例において、光ファイババンドル１１は、クラッド４２の外周面を覆うガラス製のジャケット層４３と、ジャケット層４３を覆う樹脂製（例えばポリイミド製）のコート層４４とを、有している。なお、図２では、一部のコア４１が省略されているが、コア４１は、共通のクラッド４２内全域に配置されている。ただし、光ファイババンドル１１の構成は、図２の例のものに限られず、任意のものが可能である。

対物レンズ１２は、図１に示すように、イメージガイド１０の本体部２０とは反対側の先端部に設けられている。対物レンズ１２は、光軸が光ファイババンドル１１の中心軸と略一致するように配置される。対物レンズ１２は、観察対象物Ｓの像を光ファイババンドル１１の第１端面１１ａに結像させる。この結像された像は、光ファイババンドル１１により伝送され、光ファイババンドル１１の第２端面１１ｂから画像光として出射される。対物レンズ１２は、一つまたは複数のレンズにより構成されうる。なお、対物レンズ１２は、必須の構成要素ではない。光ファイババンドル１１の第１端面１１ａから観察対象物Ｓの像を得ることができれば、対物レンズ１２は省略することが可能である。また、対物レンズ１２は、一枚のレンズに限られず、複数のレンズにより構成されてよい。

接続部１３は、イメージガイド１０を本体部２０の筺体２０ａに対して着脱可能に接続する。接続部１３は、筺体２０ａに対するコネクタを備えてよい。接続部１３を筺体２０ａに対して接続することにより、光ファイババンドル１１の第２端面１１ｂは、本体部２０の光学系２１に対して正確に位置決めされる。イメージガイド１０を本体部２０に対して着脱可能とすることにより、イメージガイド１０の洗浄が容易になる。また、イメージガイド１０を安価に構成することによって、イメージガイド１０のみを使い捨てにして、洗浄に係る手間およびコストを削減することができる。

本体部２０は筺体２０ａ内に、面光源２２、ビームスプリッタ２３（光学素子）、撮像素子２４（検出部）、第１レンズ２５、第２レンズ２６、第３レンズ２７、および遮光部２８を備える。第１レンズ２５と遮光部２８とは、面光源２２とビームスプリッタ２３との間に配置される。第２レンズ２６は、ビームスプリッタ２３と光ファイババンドル１１の第２端面１１ｂとの間に配置される。第３レンズ２７は、ビームスプリッタ２３と撮像素子２４の受光面２４ａとの間に配置される。面光源２２、ビームスプリッタ２３（光学素子）、第１レンズ２５、第２レンズ２６、第３レンズ２７、および遮光部２８は、本体部２０の光学系２１を構成している。

面光源２２は、所定の大きさの面からムラの少ない略均一の光を発光する面発光体を用いることができる。ここで、「面光源」は、第１レンズ２５と第２レンズ２６による倍率を考慮して、少なくとも光ファイババンドル１１の第２端面１１ｂの面積よりも大きい発光面を有しうる。面光源２２としては、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER）等の面発光半導体、ガラス封止ＬＥＤ（ＧＬＥＤ：Glass Encapsulated LED）、レーザ励起蛍光体、コリメート光を拡散板で拡散させ光源としたもの等が採用可能である。面光源２２の発光面は、面光源２２から射出された照明光が、光ファイババンドル１１の第２端面１１ｂの全面に照射される大きさとする。例えば、面光源２２の大きさは、第２端面１１ｂの大きさより広く照射できるように設定する。第１レンズ２５と第２レンズ２６の倍率が１の場合は以下のような対応になる。光ファイババンドル１１の外径が、３００μｍの場合、面光源２２の発光面の寸法は例えば一辺の長さが０．３ｍｍ（ミリメートル）以上、より好ましくは、０．５ｍｍ以上の矩形形状としうる。光ファイババンドル１１の外径が、８００μｍの場合、面光源２２の発光面の寸法は例えば一辺の長さが０．８ｍｍ以上、より好ましくは、１ｍｍ以上の矩形形状としうる。面光源２２の発光面は、矩形形状に限られず、円形、楕円形、四角形以外の多角形等種々の形状としてよい。第１レンズ２５と第２レンズ２６による倍率が２では、光ファイババンドル１１の直径が、３００μｍで面光源２２の発光面の寸法は例えば一辺の長さが０．１５ｍｍ（ミリメートル）以上、より好ましくは０．２ｍｍ以上の矩形形状としうる。

図３および図４は、面光源２２の一例として、レーザ励起蛍光体を用いた場合の光源の構成を示す図である。この場合の面光源２２は、半導体レーザ５１（点光源）、ビーム成形光学系５２、および蛍光体５３を含んで構成される。図３は、励起用光源となる半導体レーザ５１のファースト軸方向の断面を示し、図４は、半導体レーザ５１のスロー軸方向の断面を示す。

半導体レーザ５１は、例えば端面放射型の光源であり、半導体レーザ５１から射出されるレーザ光は、スロー軸よりもファースト軸方向により大きな発散角を有する。また、一般的な半導体レーザのエミッタのファースト軸方向の寸法は、１μｍ程度であり、スロー軸方向の寸法はその数十倍以上である。

ビーム成形光学系５２は、半導体レーザ５１からの光線のビーム径を拡大する。ビーム成形光学系５２は、コリメートレンズ５４、凹シリンドリカルレンズ５５、凸シリンドリカルレンズ５６、マスク５７、第１凸レンズ５８、および、第２凸レンズ５９を含む。コリメートレンズ５４は、半導体レーザ５１から出射したレーザ光をコリメートする。コリメートされたレーザ光は、スロー軸方向よりもファースト軸方向に広い。凹シリンドリカルレンズ５５および凸シリンドリカルレンズ５６は、スロー軸方向にのみ屈折力を有するレンズである。凹シリンドリカルレンズ５５および凸シリンドリカルレンズ５６は、スロー軸方向のビーム径を拡大し、ファースト軸方向のビーム径と略等しくする。その結果、凸シリンドリカルレンズ５６を通ったレーザ光は、断面が略円形のコリメート光となる。マスク５７は、光軸Ｏを含む中央部分に開口が設けられ、開口の外側に入射する光を遮光する。すなわち、マスク５７は、コリメートレンズ５４、凹シリンドリカルレンズ５５および凸シリンドリカルレンズ５６でビーム径が拡張されたレーザ光の、ビーム径を絞る働きをする。第１凸レンズ５８および第２凸レンズ５９は、マスク５７を通過したレーザ光のビーム径を縮小して、蛍光体５３の発光面とほぼ同じか蛍光体５３の発光面よりも少し大きいビーム径とする。

蛍光体５３は、半導体レーザ５１の射出するレーザ光の波長の光に対して蛍光特性を有する。蛍光体５３は、ビーム成形光学系５２側の入射面にレーザ光を受けて、ビーム成形光学系５２とは反対側の出射面から蛍光を出射させる。例えば、蛍光体５３としては、４５０ｎｍ（ナノメートル）近傍の波長の光に対して白色光を発光する白色蛍光体、または、青から緑の波長域のレーザ光で励起されるＩＲ蛍光体等を用いることができる。

ビームスプリッタ２３は、直角プリズムを２つ張り合わせた立方体形状を有する。直角プリズムの接合面は、ビームを分割するスプリット面２３ｓとなっており、光学薄膜のコーティングが施されている。接合された直角プリズムのスプリット面２３ｓと４５°の角度をなす４面を第１面２３ａ、第２面２３ｂ、第３面２３ｃ、第４面２３ｄとする。第１面２３ａおよび第２面２３ｂ、第３面２３ｃおよび第４面２３ｄは、それぞれ同一の直角プリズムの面であり、第１面２３ａと第４面２３ｄおよび第２面２３ｂと第３面２３ｃはそれぞれ対向している。ビームスプリッタ２３は、第１面２３ａから第１面２３ａに垂直に入射した光の一部がスプリット面２３ｓで反射され第２面２３ｂから射出され、他の部分の光はスプリット面２３ｓを透過して第４面２３ｄから出射する。スプリット面２３ｓにおける反射および透過の割合は、１：１とすることができるが、これに限られない。また、ビームスプリッタ２３は、第２面２３ｂから第２面２３ｂに垂直に入射した光の一部がスプリット面２３ｓを透過して第３面２３ｃから射出され、他の部分の光はスプリット面２３ｓで反射され第１面２３ａから出射する。

撮像素子２４は、受光面２４ａに結像した画像を電気信号に変換して、表示装置３０へ出力する。撮像素子２４は、ＣＭＯＳ（Complementary MOS）イメージセンサを含む。撮像素子２４は、ＣＭＯＳイメージセンサに代えて、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device ）イメージセンサを用いてもよい。なお、本体部２０は、撮像素子２４を設けずに、撮像素子２４の位置に結像される画像を、直接または間接的に肉眼で観察するように構成することも可能である。

第１レンズ２５、第２レンズ２６および第３レンズ２７は、凸レンズである。図１において、第１レンズ２５、第２レンズ２６および第３レンズ２７は、一枚のレンズとして示されているが、これらは、それぞれ複数のレンズにより構成されてもよい。第１レンズ２５は、面光源２２から射出された照明光を略コリメートされた光として、ビームスプリッタ２３の第１面２３ａに入射させる。第２レンズ２６は、ビームスプリッタ２３の第２面２３ｂから出射した照明光を光ファイババンドル１１の第２端面１１ｂ全体を照射するように集光させるとともに、第２端面１１ｂから出射した画像光を略コリメートされた光として、ビームスプリッタ２３の第２面２３ｂに入射させる。第１レンズ２５および第２レンズ２６は、面光源２２の発光面と光ファイババンドル１１の第２端面１１ｂとが共役の関係になるように配置してよい。その場合、面光源２２の発光面が光ファイババンドル１１の第２端面１１ｂ上に結像し、面光源２２の照明光を効率的に光ファイババンドル１１に入射させることができる。しかし、第１レンズ２５および第２レンズ２６は、面光源２２の発光面と光ファイババンドル１１の第２端面１１ｂとが共役から多少外れるように配置してもよい。その場合は、面光源２２からの照明光が、光ファイババンドル１１の第２端面１１ｂ上に結像しないことによるぼけによって、第２端面１１ｂ上での照明光がより均一の光となりうる。第３レンズ２７は、ビームスプリッタ２３の第３面２３ｃを出射した画像光を、撮像素子２４の受光面２４ａ上に集光させる。第２レンズ２６と第３レンズ２７とは、光ファイババンドル１１の第２端面１１ｂの画像を、撮像素子２４の受光面２４ａに結像させる。

遮光部２８は、第１レンズ２５を透過した照明光の光軸上の光を含む一部を遮光し、外周部を透過させる。遮光部２８は、照明光の波長の光の透過率が略０％の円形の遮光領域を含む遮光板として構成されうる。遮光部２８を通過した以降の照明光は、光軸Ｏ近傍の光を含まない。これにより、第２レンズ２６で集光され、光ファイババンドル１１の第２端面１１ｂに入射する照明光は、第２端面１１ｂに対し垂直入射する照明光を含まない。なお遮光部２８は面光源２２と第１レンズ２５の間に設置されても良い。

表示装置３０は、撮像素子２４からの出力信号を受けて画像を表示する装置である。表示装置３０は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、または、プラズマディスプレイ等を含んでよい。表示装置３０は、撮像素子２４の出力信号から画像を表示する際、画素の補間、コントラスト調整、歪み補正等の画像処理を実行するプロセッサを備えてよい。また、表示装置３０は、表示した画像を記憶するための記憶装置を備えてよい。

以上のような構成により、本実施形態によれば、面光源２２から出射した照明光は、第１レンズ２５によりコリメートされ、遮光部２８により光軸付近の光が遮光される。照明光はビームスプリッタ２３の第１面２３ａに入射する際には、光軸Ｏに直交する断面形状が光軸周辺の領域を除いたドーナツ型の光となる。ビームスプリッタ２３の第１面２３ａに入射した照明光は、スプリット面２３ｓで少なくとも一部が第２面２３ｂに向けて反射される。ビームスプリッタ２３の第２面２３ｂを出射した照明光は、第２レンズ２６により、光ファイババンドル１１の第２端面１１ｂ上に集光され、光ファイババンドル１１の各光ファイバに入射する。

本体部２０の光学系２１により、面的な広がりを有する面光源２２の発光面から射出される照明光が、光ファイババンドル１１の第２端面１１ｂの近傍に発光面の像を形成するように伝搬されるので、第２端面１１ｂはムラのない均一な照明光を受けることができる。また、光ファイババンドル１１の各光ファイバの開口数ＮＡが０．２以上であるため、開口数ＮＡが０．２未満の光ファイバに比べて、第２端面１１ｂに入射できないで、けられる照明光が少なく、照明光を有効に利用することができる。さらに、多成分ガラスを用いた場合は、開口数ＮＡを０．５以上とすることができ、照明光をさらに有効に利用することができる。このことは、後述するように、観察対象物Ｓにより強い照明光を当て、より明るい画像を得ることを可能とする。

図５は、光ファイババンドル１１の各光ファイバに入射した照明光ＩＬの伝搬される様子を模式的に示す。遮光部２８を設けたため、光ファイババンドル１１の各コア４１に入射する照明光ＩＬは、第２端面１１ｂに垂直な成分が無い。このため、照明光ＩＬはコア４１の軸に対して斜め方向に入射する。ここで、コア４１の断面の中心を結ぶ線をコア４１の軸と呼ぶ。この照明光ＩＬの傾きは、コア４１を伝搬する間維持される。このため、コア４１から出射した照明光ＩＬは、斜め方向の成分を有し、光ファイババンドル１１の第１面１１ａに垂直な照明光は含まれない。

光ファイババンドル１１の第１端面１１ａから出射した照明光ＩＬは、各コア４１を出射した照明光ＩＬごとに、対物レンズ１２によりそれぞれ観察対象物Ｓ上に照射される。図５では、各コア４１から出射した照明光ＩＬは観察対象物Ｓ上で集光するように描かれているが、実際の照明光ＩＬは観察対象物Ｓ上である程度広がりを有する。対物レンズ１２の光軸と観察対象物Ｓの被観察面とが略直交する場合、被観察面が光軸と交差する位置の近傍においても、照明光ＩＬは観察対象物Ｓに垂直に入射しない。このため、観察対象物Ｓの表面上で照明光ＩＬは図５中ＲＦで示すように反射するので、直接光ファイババンドル１１に戻る量を低減することができる。その結果、光ファイババンドル１１によって検出される画像は、図５中にＩＭで示すように主として直接反射光以外の散乱光によるものとなる。なお、図５では、特定のコア４１から出射した照明光ＩＬによる散乱光ＩＭが同じ特定のコア４１に戻るように描かれているが、照明光を出射するコアと散乱光を受光するコアの関係を同一のものに限定するものではない。例えば、散乱光を受光するコアは、照明光を出射するコアに隣接して配置された別のコアであってよい。

観察対象物Ｓが照明光ＩＬの照射を受けると、対物レンズ１２により観察対象物Ｓの像が光ファイババンドル１１の第１端面１１ａに結像される。第１端面１１ａ上の像は、光ファイババンドル１１により伝達され、第２端面１１ｂから画像光として出射する。第２端面１１ｂを出射した画像光は、第２レンズ２６でコリメートされ、ビームスプリッタ２３の第２面２３ｂに入射する。画像光の少なくとも一部は、スプリット面２３ｓを透過して、第３面２３ｃから出射する。ビームスプリッタ２３を出射した画像光は、第３レンズ２７により集光され、撮像素子２４の受光面２４ａにおいて結像する。受光面２４ａに結像する像は、対物レンズ１２により第１端面１１ａに結像され、第２端面１１ｂに伝播された、観察対象物Ｓの像となる。撮像素子２４は受光面２４ａ上の像を電気信号に変換して、表示装置３０に送信する。表示装置３０は、受信した電気信号に基づいて、観察対象物Ｓの画像を表示する。

以上説明したように、本実施形態のイメージガイド装置１によれば、イメージガイド１０の光ファイババンドル１１の第２端面１１ｂに対し照明光を入射させ、イメージガイド１０を伝搬させ観察対象物Ｓに照射するようにしたので、別途ライトガイドのような照明光専用の光路を設ける必要が無い。このため、イメージガイド装置１は、従来のファイバースコープのように、イメージガイドとライトガイドとの双方を一体化する複雑な組み立て工程を必要としない。また、ライトガイドが無いので、本願のイメージガイド装置１は、イメージガイド１０を細くすることができる。また、構造が単純なのでコストを低減することが可能である。

さらに、イメージガイド装置１は、遮光部２８を設けて光ファイババンドル１１の第２端面１１ｂに垂直入射する照明光を遮光し、第２端面１１ｂに対し垂直入射を含まない照明光を入射させるようにした。このため、垂直入射した照明光の観察対象物Ｓ上での直接反射光により、表示装置３０で観察される画像が見難くなること、一部が白ぬけした画像になること、および／または、コントラストの低い画像となることを避け、観察対象物Ｓの表面で散乱された光による画像を観察することができる。

また、面光源２２および第１レンズ２５、ビームスプリッタ２３および第２レンズ２６を含む照明光の光学系２１は、面光源２２から射出された照明光が、光ファイババンドル１１の第２端面１１ｂに均一に照射されるように構成されている。これによって、照明ムラのない均一な明るさの画像を観察することができる。

なお、イメージガイド装置１は、医療用、工業用の内視鏡として使用しうる。医療用の内視鏡として使用する場合、イメージガイド装置１のイメージガイド１０は、内視鏡の他の管路、例えば、水または空気を送りだすための送水、送気チャンネル、鉗子を通すための鉗子チャネル等とともに、生体内に挿入される挿入部に設けられる。また、本体部２０は、使用時に内視鏡の操作者によって把持される操作部に収容されうる。内視鏡として使用した場合、イメージガイド装置１は、イメージガイド１０が着脱可能なので、洗浄および交換のし易さの点から特に適している。

（変形例）
図６は、対物レンズ１２の構成の一例を照明光の光路とともにより詳細に示すものである。対物レンズ１２は、平凸レンズ１２ａ、凸平レンズ１２ｂ、カバーガラス１２ｃ、および、凸平レンズ１２ｂとカバーガラス１２ｃとの間に設けられた絞り１２ｄを含む。平凸レンズ１２ａの平面側は、光ファイババンドル１１の第１端面１１ａに光学的に接続される。平凸レンズ１２ａおよび凸平レンズ１２ｂは、第１端面１１ａから入射した光を部分的に絞り１２ｄを通して、観察対象物Ｓに照射させる。第１端面１１ａから入射した光は広がりを有するが、図６は照明光ＩＬの光束の中心となる線のみを示している。図６に示すように、第１端面１１ａ上の光ファイバと、当該光ファイバからの照明光ＩＬが照射される観察対象物Ｓ上の位置が対応付けられる。

図７は、第１端面１１ａ上で対物レンズ１２の光軸上およびその近傍に位置する光ファイバから出射した照明光ＩＬが絞り１２ｄに照射される様子を示す。対物レンズ１２の光軸上に位置する光ファイババンドル１１の光ファイバから出射した照明光ＩＬは、中央が抜けた円形をしている。この照明光ＩＬの内径は絞り径よりも大きいため絞り１２ｄに遮られ、照明光ＩＬは絞り１２ｄを透過することができない。図７において、絞り１２ｄ上の照明光ＩＬが照射される領域を、網掛けを付して示している。このため、観察対象物Ｓの対物レンズ１２の光軸と交わる点の近傍（光軸近傍）では、第１端面１１ａ上の対応する光ファイバから出射した照明光ＩＬが照射されない。しかし、対物レンズ１２の光軸近傍に位置していない光ファイバから出射した照明光は、絞り１２ｄで絞りの中心と照明光の中心とがずれるので、照明光の一部が絞りを通過する。また、各光ファイバを出射した光は、それぞれ広がりを有して観察対象物Ｓ上に照射される。このため、観察対象物Ｓの対物レンズ１２の光軸と交わる点の近傍の領域においても、対応する光ファイバ以外の光ファイバを出射した照明光ＩＬが入射する。その結果、観察対象物Ｓの中央の領域で、直接反射による影響をさらに低減し、散乱光による対象物の観察をすることができる。

（第２実施形態）
本開示に係るイメージガイド装置は、蛍光観察に利用することができる。図８に示す第２実施形態に係るイメージガイド装置６０は、第１実施形態に係るイメージガイド装置１において、ビームスプリッタ２３の第３面２３ｃと撮像素子２４の受光面２４ａとの間に、照明光の波長の光をカットする周波数フィルタ６１（フィルタ）を設けたものである。図６において、周波数フィルタ６１は、第３レンズ２７のビームスプリッタ２３側に配置しているが、周波数フィルタ６１は、第３レンズ２７の撮像素子２４側に配置してもよい。また、第２実施形態では、面光源２２として、白色光源ではなく単一の波長、例えば４８８ｎｍの波長の光を発する光源を用いるものとする。また、観察対象物Ｓは、照明光の波長の光を受けて蛍光を発する物質とする。その他の構成は第１実施形態と同様なので、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。

以上のような構成により、イメージガイド装置６０を用いると、面光源２２から射出された照明光は、第１実施形態において説明したと同様に、観察対象物Ｓの観察領域に均一に照明光を照射する。これによって、観察対象物Ｓが励起され蛍光を発する。蛍光は、照明光の反射光および散乱光とともに対物レンズ１２に入射し、光ファイババンドル１１の第１面１１ａに画像を結像して光ファイババンドル１１を伝送され、第２面１１ｂから画像光として射出される。画像光は、第２レンズ２６によりコリメートされ、少なくとも一部がビームスプリッタ２３を透過し、周波数フィルタ６１に入射する。周波数フィルタ６１では、照明光と同じ周波数を有する反射光および散乱光が遮断され、蛍光のみが透過する。周波数フィルタ６１を透過した散乱光は、第３レンズ２７により撮像素子２４の受光面２４ａに結像する。これによって、表示装置３０により観察対象物Ｓの蛍光を観察することが可能になる。

本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、ライトガイドのような照明光専用の光路を別途設ける必要が無いので、従来のファイバースコープのように、イメージガイドとライトガイドとの双方を一体化する複雑な組み立て工程を必要としない。また、ライトガイドが無いので、イメージガイド装置６０は、イメージガイド１０を細くすることができる。また、遮光部２８を設けて、光ファイババンドル１１の第２端面１１ｂに入射する照明光が第２端面１１ｂに対して垂直入射を含まないようにしたので、周波数フィルタ６１で除去できない直接反射光がある場合でも、観察に与える悪影響を低減できる。

本発明を諸図面や実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段を１つに組み合わせたり、あるいは分割したりすることが可能である。

本発明のイメージガイド装置は、工業分野や医療分野等の様々な分野で利用できるものである。

１，６０イメージガイド装置
１０イメージガイド
１１光ファイババンドル
１１ａ第１端面
１１ｂ第２端面
１２対物レンズ
１３接続部
２０本体部
２０ａ筺体
２１光学系
２２面光源
２３ビームスプリッタ（光学素子）
２４撮像素子（検出部）
２４ａ受光面
２５第１レンズ
２６第２レンズ
２７第３レンズ
２８遮光部
３０表示装置
４１コア
４２クラッド
４２ａ該周縁
４３ジャケット層
４４コート層
５１半導体レーザ（点光源）
５２ビーム成形光学系
５３蛍光体
５４コリメートレンズ
５５凹シリンドリカルレンズ
５６凸シリンドリカルレンズ
５７マスク
５８第１凸レンズ
５９第２凸レンズ
６１周波数フィルタ（フィルタ）
Ｏ：光軸
ＩＬ：照明光
Ｓ：観察対象物

Claims

複数の光ファイバより構成され、第１端面に入射した画像光を前記第１端面とは異なる第２端面に伝達する光ファイババンドルを含むイメージガイドと、
前記光ファイババンドルの前記第２端面に対し垂直入射を含まない照明光を入射させるように構成された光学系と、
光源と、
前記光ファイババンドルの前記第１端面に光学的に接続された対物レンズと
を備え、
前記光源および前記光学系は、前記光源から射出された前記照明光が、前記第２端面に均一に照射されるように構成され、
前記光源は面光源であり、前記光学系は前記面光源から射出された前記照明光を前記第２端面に入射させ、
前記対物レンズは、前記第１端面において前記対物レンズの光軸近傍に位置する１つ以上の前記光ファイバから出射される照明光を透過させず、前記対物レンズの光軸近傍に位置する前記１つ以上の前記光ファイバ以外の光ファイバから出射される照明光の一部を通過させる絞りを備えるイメージガイド装置。
前記光学系は、前記第２端面に入射する前記照明光の光路中に、前記第２端面に垂直入射する前記照明光を遮光する遮光部を備える請求項１に記載のイメージガイド装置。
前記遮光部は、前記光学系の光軸上を通る前記照明光を遮光する請求項２に記載のイメージガイド装置。
前記面光源の前記照明光の出射面は、前記光学系の前記第２端面と共役の位置に配置される請求項１乃至３の何れか一項に記載のイメージガイド装置。
前記面光源は、面発光半導体またはガラス封止ＬＥＤを含む請求項１乃至４の何れか一項に記載のイメージガイド装置。
前記面光源は、点光源と、前記点光源からの光線のビーム径を拡大するビーム成形光学系と、前記ビーム成形光学系によりビーム径が拡大された光線を拡散させる拡散板とを含む請求項１乃至４の何れか一項に記載のイメージガイド装置。
前記面光源は、点光源と、前記点光源からの光線のビーム径を拡大するビーム成形光学系と、前記ビーム成形光学系によりビーム径が拡大された光線を受けて発光する蛍光体とを含む請求項１乃至４の何れか一項に記載のイメージガイド装置。
前記第２端面から出射した前記画像光の画像を検出する検出部を備え、前記光学系は、前記面光源から射出された前記照明光の少なくとも一部を前記第２端面に入射させ、前記第２端面から出射した前記画像光の少なくとも一部を前記検出部に向けて出射させる光学素子を備える請求項１乃至７のいずれか一項に記載のイメージガイド装置。
前記光学系は、前記光学素子と前記面光源、前記第２端面および前記検出部との間に、それぞれ、第１レンズ、第２レンズおよび第３レンズを備える請求項８に記載のイメージガイド装置。
前記照明光の波長の光を受けて蛍光を発する物質を観察対象物とする蛍光観察に使用され、
前記光学系は、前記光学素子と前記検出部との間に、前記面光源から出射される前記照明光の波長の光をカットするフィルタを備える請求項８または９に記載のイメージガイド装置。
前記複数の光ファイバの開口数ＮＡは、０．２以上である請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のイメージガイド装置。
前記複数の光ファイバの開口数ＮＡは、０．５以上である請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のイメージガイド装置。
前記複数の光ファイバのコアおよびクラッドの少なくとも何れかは、多成分ガラスから構成される請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のイメージガイド装置。
前記光学系を収容する筺体を備え、前記イメージガイドは前記筺体に対して着脱可能に構成されている請求項１乃至１３のいずれか一項に記載のイメージガイド装置。
請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のイメージガイド装置を含む内視鏡。