JPH11221192A - 光走査型プローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 より細径化が可能で、かつ調整が容易で、し
かも必要以上に大きい出力の光源を必要とせず、ノイズ
成分の少ない検出信号を得る。 【解決手段】 半導体レーザ３５から出射される光が、
スペーサ３３のミラー部３７で反射しスキャンミラー３
６で反射した後に、上板３４の回折格子レンズ３８を透
過することによって焦点３９を結ぶように導かれるよう
な位置関係に、それぞれが構成されている。半導体レー
ザ３５の出射端面にはレーザが出射される範囲にのみハ
ーフミラー膜４０が設けられており、焦点３９からの戻
り光の一部がプレート３２面に導かれるように構成され
ている。また、レーザの導かれるプレート３２面上には
光を検知するフォトダイオード４１が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光走査型プローブ、
更に詳しくは光源部分に特徴のある光走査型プローブに
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、生体組織や細胞を光軸方向に分解
能の良く観察する手段として、光走査型の共焦点顕微鏡
が知られている。しかし、この場合、通常の共焦点顕微
鏡はサイズが大きく、サンプルは小さく切り出して顕微
鏡に載せて観察される。

【０００３】また、この共焦点顕微鏡を小さくして、生
物の消化管などに誘導して観察する技術が、例えば特開
平９−２３０２４８号公報と文献“Microfabricated bi
axial electrostatic torsional scanning mirror（出
典：Proc.SPIE Vol.3009,P141-150,Micromachining and
Imaging）には、微小な共焦点顕微鏡の原理が記されて
いる。

【０００４】この微小な共焦点顕微鏡１５０は、図１８
に示すように、光源部１５１、光伝達部１５２、先端部
１５３、光検出部１５４によって構成されている。

【０００５】光源部１５１は、波長６３５ｎｍのレーザ
光を発生するヘリウムネオンレーザ光源１５５によって
構成され、また、光伝達部１５２は、前記レーザ光源１
５５のレーザ光が入射され、そのレーザ光を双方向に分
岐するシングルモードファイバ１５６からなる４端子カ
プラ１５７によって構成されている。この４端子カプラ
１５７の他端の一つは先端部１５３に接続され、もう一
つの端部は閉塞されている。また、光検出部１５４は４
端子カプラ１５７に設けられた光検出器であるフォトデ
ィテクタ１５８と、フォトディテクタ１５８に接続され
た画像処理部１５９で構成される。

【０００６】先端部１５３は、図１９に示すように、基
板１６１、スペーサ１６２、上板１６３からなり、基板
１６１は、レーザ光の焦点を対象物に対して走査するた
めに向きが可変の２枚の可変ミラー１６４ａ、１６４ｂ
を有する。この２枚の可変ミラー１６４ａ、１６４ｂは
２つのヒンジ部１６５ａ、１６５ｂによって支持され、
このヒンジ部１６５ａ、１６５ｂを回転軸にして静電気
力によって回転可動に構成されている。ここで、この２
枚の可変ミラー１６４ａ、１６４ｂの回転軸は直交する
図中のＸ軸及びＹ軸にそれぞれ平行になるように構成さ
れている。

【０００７】また、図２０に示すように、スペーサ１６
２にはミラー１６６が、また上板１６３にはミラー１６
７及びレーザ光に焦点１６８を結ばせるための回折格子
レンズ１６９が設けられている。

【０００８】これらの構成によって共焦点顕微鏡１５０
では、レーザ光源１５５からのレーザ光は４端子カプラ
１５７で二つの方向に分割され、その内の一方が先端部
１５３に入射される。

【０００９】このレーザ光は、ミラー１６６、可変ミラ
ー１６４ａ、ミラー１６７、可変ミラー１６４ｂの順に
反射し、回折格子レンズ１６９によって焦点１６８を結
ぶように導かれ、さらに静電気力によって向きが可変の
２枚の可変ミラー１６４ａ、１６４ｂによってその焦点
１６８が略平面１７０上に走査される。

【００１０】焦点１６８に物質がある場合は、反射光は
照射されたレーザ光とまったく同じ光路を通って、４端
子カプラ１５７のシングルモードファイバ１５６の端面
１７１で焦点を結び、シングルモードファイバ１５６へ
再び入射する。そして、シングルモードファイバ１５６
へ再び入射したこの光は、４端子カプラ１５７によって
分割され、フォトディテクタ１５８で検出されるように
なっている。

【００１１】また、焦点１６８に対象物が無い場合は、
反射する光がなくシングルモードファイバ１５６にも光
が入射されず、従ってフォトディテクタ１５８からも出
力がない。また、レーザ光の焦点１６８からずれた位置
にある物体からの反射光は、入射光とは異なる光路とな
り、シングルモードファイバ１５６の端面１７１で焦点
を結ばず、従ってシングルモードファイバ１５６にはほ
とんど光が入射されず、フォトディテクタ１５８でもほ
とんど出力されない。

【００１２】このようにして、レーザ光をミラー１６４
ａ、１６４ｂでＸ，Ｙ方向へ走査することによって、レ
ーザ光の焦点１６８が走査する略平面１７０の反射と散
乱の強度の変化を２次元的に検出し、さらに画像処理部
１５９はフォトディテクタ１５８からの信号を用いてこ
れを画像化することができる。さらに、これら先端部１
５３に設けられたバイモルフ型圧電素子（図示せず）に
よって、先端部１５３と対象物との距離を変化させるこ
とにより、前記走査面を図１８における法線方向１７２
に移動させ、対象物を３次元的に検出し、画像化するこ
ともできる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
構成の従来の共焦点顕微鏡においては、光ファイバを用
いてレーザ光を先端部に伝達しているが、光ファイバは
折れやすく、この光ファイバを保護するために被覆を設
けると、その径が大きくなり、体内の径の小さい部位等
への導入が困難になるという問題がある。

【００１４】また、レーザ光源からのレーザ光を光ファ
イバに導くには精密な位置合わせが必要で、製作が難し
いという問題がある。また、このときレーザ光源から、
光量の極一部しか光ファイバに導入できないので、必要
な光量以上の大出力のレーザが必要になる。

【００１５】さらに、レーザ光や検出光を光ファイバで
伝送すると、途中で光ファイバの曲げなどによりノイズ
の影響を受けてしまうという問題がある。

【００１６】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、より細径化が可能で、かつ調整が容易で、しか
も必要以上に大きい出力の光源を必要とせず、ノイズ成
分の少ない検出信号を得ることのできる光走査型プロー
ブを提供することを目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の光走査型プロー
ブは、体腔内に挿入可能な挿入部から照射される光を光
走査する光走査型プローブにおいて、前記挿入部に設け
られ前記光を照射する光源と、前記挿入部に設けられ前
記光を被検部位に合焦させる光学系と前記挿入部に設け
られ、前記光を前記被検部位の焦点面上で走査させる光
走査手段と、前記被検部位からの戻り光を検知する検知
手段とを備えて構成される。

【００１８】本発明の光走査型プローブでは、前記挿入
部が、前記光源、前記光学系及び前記光走査手段とを内
蔵して構成することで、より細径化が可能で、かつ調整
が容易で、しかも必要以上に大きい出力の光源を必要と
せず、ノイズ成分の少ない検出信号を得ることを可能と
する。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について述べる。

【００２０】第１の実施の形態：図１ないし図７は本発
明の第１の実施の形態に係わり、図１は光走査型プロー
ブの構成を示す構成図、図２は図１の先端構成部の構成
を示す構成図、図３は図２の光学ユニットの構成を示す
構成図、図４は図３の光学ユニットのスキャンミラーの
製造方法を説明する第１の説明図、図５は図３の光学ユ
ニットのスキャンミラーの製造方法を説明する第２の説
明図、図６は図１の制御部の構成を示す構成図、図７は
図３の光学ユニットによる焦点走査を説明する説明図で
ある。

【００２１】（構成）図１に示すように、本実施の形態
の光走査型プローブ１は、光源を備えた光走査部として
の体腔内に挿入可能な先端構成部２と、先端構成部２に
よる光走査を制御する制御部３によって構成され、先端
構成部２と制御部３とは細いチューブ４により接続され
ている。

【００２２】図２に示すように、先端構成部２は、本体
２１、光学ユニット２２及び図中のＺ軸方向に可動なＺ
軸アクチュエータ２３からなり、本体２１は透明な窓部
２４を有している。Ｚ軸アクチュエータ２３は、バイモ
ルフ型の圧電アクチュエータによって構成され、電圧を
印加することによって光学ユニット２２を方向２５へア
クチュエーションする。Ｚ軸アクチュエータ２３の一端
は本体２１に接着され、このＺ軸アクチュエータ２３か
らの配線は電気ケーブル８を通って図１に示した制御部
３へと接続されている。

【００２３】図３に示すように、光学ユニット２２は、
Ｚ軸アクチュエータ２３の端部に接着されたシリコン基
板３１と、前記シリコン基板３１に接着したプレート３
２と、前記プレート３２に接着されたスペーサ３３と、
スペーサ３３に接着された上板３４とによって構成され
ている。このスペーサ３３には、波長７８０ｎｍのレー
ザ光を発生する小型の半導体レーザ３５が接着固定され
ている。また、シリコン基板３１とプレート３２によっ
て、スキャンミラー３６が構成されており、スキャンミ
ラー３６はいわゆるジンバルミラーである。また、スペ
ーサ３３はミラー部３７を有し、上板３４には回折格子
レンズ３８が設けられている。

【００２４】ここで、半導体レーザ３５から出射される
光が、最初にスペーサ３３のミラー部３７で反射し、次
にスキャンミラー３６で反射した後に、上板３４の回折
格子レンズ３８を透過することによって焦点３９を結ぶ
ように導かれるような位置関係に、それぞれが構成され
ている。

【００２５】また、半導体レーザ３５の出射端面にはレ
ーザが出射される範囲にのみハーフミラー膜４０が設け
られており、焦点３９からの戻り光の一部がプレート３
２面に導かれるように構成されている。また、レーザの
導かれるプレート３２面上には光を検知するフォトダイ
オード４１が設けられている。

【００２６】また、スキャンミラー３６、半導体レーザ
３５及びフォトダイオード４１は、プレート３２上の図
示しないパターンを介してランド部４２に電気的に接続
され、このランド部４２にケーブル４３が接続される。
そして、このケーブル４３はチューブ４の内部を通り、
制御部３へ接続される（図１参照）。

【００２７】次に、光学ユニット２２の製法について説
明する。

【００２８】シリコン基板３１は低抵抗値（約１０Ωｃ
ｍ以下）のものを用い、くぼみ５２を形成する部分以外
の表面をレジスト等によりマスクを形成して、ＫＯＨあ
るいはＴＭＡＨ等の異方性湿式エッチング法、あるいは
ドライエッチング法によりくぼみ５２を形成する。くぼ
み５２の深さについては、スキャンミラー３６の可動範
囲をカバーするような深さに設定する。

【００２９】また、プレート３２はシリコンからなり、
プレート３２はシリコン基板３１上に、シリコン基板３
１の表面に形成したＳｉＯ₂等の基板上の酸化物層（図
示せず）を介在するようにして接合させる。ここで、該
プレート３２とシリコン基板３１は図示しない絶縁膜層
により電気的に絶縁されている。

【００３０】そして、プレート３２はシリコン基板３１
との接合後に、スキャンミラー３６等を加工形成する。
すなわち、プレート３２の表面に、まず窒化膜をＣＶＤ
（Chemical Vapor Deposition）法等により形成し、ス
キャンミラー３６を形成するために、窒化膜をホトリソ
グラフィ法／エッチング法により加工する。

【００３１】この時のスキャンミラー３６を上方から見
た平面図を図４に示す。図４の黒塗り部５３ａは、プレ
ート３２をエッチング法により加工する際に、マスクと
なる窒化膜を設けなかった部分、つまり窒化膜が除去さ
れている部分であり、白い部分は窒化膜により覆われて
いる。

【００３２】この黒ぬり部５３ａに対応するプレート３
２を加工する前に、アルミニウムなどの金属薄膜をデポ
ジッションし、ホトリソグラフィ法によりパターニング
することにより、選択的に導電膜層を形成する。この導
電膜層としては、図５に示すように、スキャンミラー３
６の電極５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ、配線５５
ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ等が含まれる。これらの配
線５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄはランド部４２まで
パターンがつながっており、このときに同時に半導体レ
ーザ３５の配線（図示しない）、フォトダイオード４１
の配線（図示しない）、ランド部４２も形成する。ここ
で、電極５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄはミラーの役
割も兼ねる。

【００３３】導電層を成膜・加工した後、シリコン窒化
膜をマスクにしてプレート３２をエッチングしてスキャ
ンミラー３６等を形成する。なお、エッチング液、ある
いはエッチングガスが電極５４ａ等を侵す場合には、こ
れら導電パターン上をレジスト等を用いて保護すればよ
い。

【００３４】このエッチング処理により、図４に示した
窒化膜に覆われていない黒ぬり部５３ａに対応したプレ
ート３２の部分が除去され、ジンバル構造のスキャンミ
ラー３６等が形成される。スキャンミラー３６のヒンジ
部５６、５７は、両側からアンダーエッチされることに
より窒化膜部分のみが残って形成され、このヒンジ部５
６、５７を軸にしてスキャンミラー３６の中心部５８が
Ｘ方向、Ｙ方向２次元に回転できるようになる。

【００３５】フォトダイオード４１は、別途製作したも
のを接着し、プレート３２上の配線と導通するようにす
る。なお、本実施の形態では、フォトダイオード４１を
別途製作し、接着する例を示したが、上記の半導体プロ
セスで、プレート３２またはシリコン基板３１にフォト
ダイオード４１を製作しても構わない。

【００３６】図３に戻り、スペーサ３３はシリコンから
成り、ホトリソグラフィ法とエッチング法によりシリコ
ンをエッチングして開口部を作ることにより開口部側部
内面にミラー部３７が形成され、また、同時に半導体レ
ーザ３５をガイドして固定する部分も形成し、ここに別
途製作した半導体レーザ３５を接着する。なお、ミラー
部３７のミラーはシリコン加工後、スパッタ法や蒸着法
等により形成される。ミラー部３７がアルミニウムより
なる場合、その厚さは１５０〜２００ｎｍが最適であ
る。

【００３７】このスペーサ３３をプレート３２と接着す
るが、このとき半導体レーザ３５の底面に設けられた配
線と、プレート３２に設けられた配線と導通するように
する。

【００３８】また、本実施の形態では、半導体レーザ３
５を別途製作して、スペーサ３３に組み込んだが、スペ
ーサ３３を製作するときに、半導体レーザ３５を直接つ
くりこんでも構わない。

【００３９】上板３４は石英ガラスで構成され、回折格
子レンズ３８は電子ビームリソグラフィーによるパター
ンの転写と、異方性リアクティブイオンエッチングによ
って製作される。その後スペーサ３３に接着される。

【００４０】制御部３は、図６に示すように、半導体レ
ーザ３５を駆動制御するするレーザ駆動回路６４と、電
極５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄに接続されスキャン
ミラー３６を駆動しＸＹ走査を行うＸＹ駆動回路６５
と、Ｚ軸アクチュエータ２３を駆動しＺ走査を行うＺ駆
動回路６６、フォトダイオード４１からの検出信号を増
幅する増幅回路６７と、ＸＹ駆動回路６５及びＺ駆動回
路６６から駆動信号を入力し増幅回路６７が増幅した検
出信号に基づき走査画像を生成する画像処理回路６８
と、画像処理回路６８が生成した走査画像を表示するモ
ニタ６９と、画像処理回路６８が生成した走査画像を記
録する記録装置７０によって構成されている。

【００４１】（作用）レーザ駆動回路６４により駆動さ
れた半導体レーザ３５からレーザ光が発せられる。この
レーザ光は図３のようにミラー部３７で反射し、次にス
キャンミラー３６に反射し、上板の回折格子レンズ３８
を透過することによって、焦点３９を結ぶ。この焦点３
９の位置に物体があって光が反射される場合、反射光は
入射光と同じ光路を通り、再び半導体レーザ３５の出射
口で焦点を結び、この端面に設けられたハーフミラー膜
４０によって、その光の一部がフォトダイオード４１へ
導かれる。

【００４２】この時、焦点以外からの反射光は、入射光
と同じ光路を通ることができず、半導体レーザ３５の出
射口端面で焦点を結ぶことができない。ハーフミラー膜
４０はレーザ出射口の範囲にのみ設けられているので、
ここで焦点を結ばない光はほとんどハーフミラー膜４０
で反射せず、したがってフォトダイオード４１に入射し
ない。つまり、この半導体レーザ３５のハーフミラー膜
４０が小さいピンホールの働きをし、共焦点光学系をな
すようになる。

【００４３】また、この状態で制御部６のＸＹ駆動回路
６５によってスキャンミラー４８の電極５４ａ、５４ｂ
を交互に正に帯電させ、シリコン基板３１をグランドに
接続すると、スキャンミラー３６の電極５４ａ、５４ｂ
はそれぞれ正に帯電させた時には静電気力で基板と引き
合い、スキャンミラー３６の中心部５８はヒンジ５７を
回転軸にして振動する。これにともなって、図３に示す
ように、レーザ光の焦点３９の位置は走査面のＸ方向
（紙面に垂直方向）に走査される。また、電極５４ｃ、
５４ｄを、交互に正の電荷を帯電させることによって、
スキャンミラー３６の中心部５８はヒンジ５６を回転軸
にして振動する。これにともなってレーザ光の焦点３９
の位置は走査面のＹ方向（Ｘ方向に垂直）に走査され
る。

【００４４】ここでＹ方向の振動の周波数を、Ｘ方向の
走査の周波数よりも充分に遅くし、適切なタイミングで
制御することで、焦点３９は図７のように対象物面を順
に走査する。これにともなって、この対象物面の各点の
反射光がフォトダイオード４１で受光される。

【００４５】このフォトダイオード４１によって光は電
気信号に変換され、これらの電気信号は制御部３の増幅
回路６７で増幅される。ここで増幅された信号は、画像
処理回路６８に送られる。画像処理回路６８では、ＸＹ
駆動回路６５の駆動波形を参照して、どの焦点位置から
の信号出力であるかを計算し、さらにこの点における反
射光の強さを計算し、モニタに表示させる。これらを繰
り返すことによって走査面の反射光をモニタに画像化す
る。また、必要に応じて画像データを記録装置７０に記
録する。

【００４６】また、Ｚ駆動回路６６で、Ｚ軸アクチュエ
ータ３５を駆動することによって、焦点位置を図３に示
すＺ方向に移動させることができる。この状態で上記の
ように画像の取り込みを行うことによって、試料のＺ方
向に移動した別の断面を観察することができる。さら
に、画像処理回路６８はＺ方向に位置の異なる複数の走
査画像のデータと、各画像におけるＺ軸駆動回路６６の
出力を適宜記録装置７０に記録し、これらを参照するこ
とによって３次元画像を構築し、モニタに表示すること
もできる。

【００４７】本実施の形態では、半導体レーザ３５の先
端にハーフミラー膜４０を設けたが、この膜はハーフミ
ラー膜に限らず、波長によって反射率の異なるダイクロ
ックミラー膜を設けてもよい。

【００４８】（効果）以上のように本実施の形態の光走
査型プローブ１では、体腔内に挿入可能なチューブ４の
先端の先端構成部２に、被検部に光を照射するための半
導体レーザ３５を設けたので、光ファイバを用いてレー
ザ光を伝達する必要がなくなり、伝達部分の外径を細く
することができる。また、光ファイバへのレーザ光の導
入時の位置あわせの調整の煩わしさがなくなる。さら
に、光を伝達するときのレーザ光の損失がないので、レ
ーザ光源の出力は必要最小限で済む。

【００４９】また、スキャンミラー３６としてジンバル
ミラー構造を用いたので、簡単な構造で２方向にレーザ
点を走査できる。

【００５０】さらに、半導体レーザ３５の出射口にの
み、ハーフミラー膜４０を設けたので、このハーフミラ
ー膜４０がピンホールの役割となり、簡単に共焦点光学
系を形成することができる。

【００５１】また、先端構成部２内部にフォトダイオー
ド４１を設けたので、全部の光学系を先端構成部２内部
で構成でき、コンパクトにすることができる。しかも検
出光をファイバで伝送することなく検出できるので、光
量の損失がないばかりかファイバ途中での外乱によるノ
イズのない像をとることができる。

【００５２】第２の実施の形態：図８及び図９は本発明
の第２の実施の形態に係わり、図８は光学ユニットの構
成を示す構成図、図９は図８の光学ユニットの屈折率分
布レンズによる光路を説明する説明図である。

【００５３】第２の実施の形態は、第１の実施の形態と
ほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の
構成には同じ符号をつけ説明は省略する。

【００５４】（構成）図８に示すように、本実施の形態
の光学ユニット２２ａは、回折格子レンズ３８の代わり
に上板３４には光学レンズ６１を接着しており、また半
導体レーザ３５の先端に屈折率分布レンズ（ＧＲＩＮレ
ンズ）６２を設け、またプレート３２上にはフォトダイ
オード４１の代わりにフォトトランジスタ６３を設けて
構成している。

【００５５】ここで、屈折率分布レンズ６２の先端は斜
めにカットしてあり、端面には中心部にのみ小さなハー
フミラー膜６４が設けられている。また、半導体レーザ
３５のレーザ光は、屈折率分布レンズ６２から出射され
たのちに焦点を結ぶように構成されている。

【００５６】また、フォトトランジスタ６３は、別途製
作したものを接着し、プレート３２上の配線と導通する
ようにする。

【００５７】なお、本実施の形態では、フォトトランジ
スタ６３を別途製作し接着する例を示したが、半導体プ
ロセスで、プレート３２又は、シリコン基板３１にフォ
トトランジスタ６３を製作しても構わない。

【００５８】スキャンミラー３６、半導体レーザ３５、
フォトトランジスタ６３は、プレート３２上の図示しな
いパターンを介してランド部４２に電気的に接続され、
このランド部４２にケーブル４３が接続される。そし
て、このケーブル４３はチューブ４の内部を通り、制御
部３へ接続される（図１参照）。

【００５９】その他の構成は第１の実施の形態と同じで
ある。

【００６０】（作用）半導体レーザ３５からのレーザ光
は、屈折率分布レンズ６２に入射し、屈折率分布レンズ
６２内で屈折を受けて適当な角度で出射される。屈折率
分布レンズ６２から出射された光は、その後、図９の実
線ような光路をとって焦点７１を結び、図８のようにス
ペーサ３３のミラー部３７へ向かう。

【００６１】その後、レーザ光は第１の実施の形態と同
様に、図８に示すように、スキャンミラー３６で反射
し、光学レンズ６１の作用によって焦点３９を結ぶ。こ
の焦点３９上の対象物から戻る光は同様の光路を通って
戻ってくる。

【００６２】このとき、対象物からレーザ光の波長より
も長い波長の蛍光が発せられる場合、この蛍光は、同様
の光路を通り光学レンズ６１によって焦点を結ぶが、こ
のとき屈折の原理により波長の長いこの蛍光は、光路を
図９の点線で示すように、焦点を結ぶ位置が、レーザ光
の焦点７１よりも後方になり、この蛍光は屈折率分布レ
ンズ６２の端面で焦点７２を結ぶようになる。ハーフミ
ラー膜６４はこの蛍光の焦点７２の範囲にのみ、設けら
れており、この蛍光はハーフミラー膜６４によりフォト
トランジスタ６３に導かれ、このフォトトランジスタ６
３で検出される。

【００６３】また、波長がこの蛍光と異なる光は屈折率
分布レンズ６２の端面で焦点を結ばないため、ほとんど
ハーフミラー膜６４で反射せず、したがってフォトトラ
ンジスタ６３に入射しない。つまり、この半導体レーザ
３５のハーフミラー膜３４が小さいピンホールの働きを
し、共焦点光学系をなすようになる。

【００６４】また本実施の形態では、屈折率分布レンズ
６２の先端にハーフミラー膜６４を設けたが、この膜は
ハーフミラー膜に限らず、蛍光の波長では反射率が高
く、半導体レーザ３５の波長では反射率が低いダイクロ
ックミラー膜を設けてもよい。この場合は、より感度よ
く蛍光を検出できるようになる。

【００６５】その他の作用は第１の実施の形態と同じで
ある。

【００６６】（効果）したがって本実施の形態では、第
１の実施の形態の効果に加え、試料からの蛍光を感度よ
く画像化できる。

【００６７】また、半導体レーザ３５の先端に屈折率分
布レンズ６２を設けたので、レーザ光の広がる角度を適
当な角度にすることができる。

【００６８】さらに、検出素子としてフォトトランジス
タを用いているので、第１の実施の形態よりも感度よく
光を検出することができる。

【００６９】第３の実施の形態：図１０ないし図１２は
本発明の第３の実施の形態に係わり、図１０は光学ユニ
ットの構成を示す構成図、図１１は図１０の光学ユニッ
トのスキャンミラーの製造方法を説明する説明図、図１
２は図１０の導波路の構成を示す構成図である。

【００７０】第３の実施の形態は、第１の実施の形態と
ほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の
構成には同じ符号をつけ説明は省略する。

【００７１】（構成）図１０に示すように、本実施の形
態の光学ユニット２２ｂは、シリコン基板３１とプレー
ト３２と上蓋８２によって構成され、シリコン基板３１
とプレート３２によって、２枚のスキャンミラー８４、
８５を構成している。これら２枚のスキャンミラー８
４、８５の回転軸は直交するように構成されており、可
動ミラー８４でＸ方向に、スキャンミラー８５でＹ方向
に光が走査されるように構成されている。

【００７２】光学ユニット２２ｂの製法は、第１の実施
の形態と同じであるが、第１の実施の形態とは、ミラー
の形状、配線パターンが異なり、スキャンミラー８４、
８５を上方から見た平面図を図１１に示す。図１１の黒
塗り部８６は、プレート３２をエッチング法により加工
する際に、マスクとなる窒化膜を設けなかった部分、つ
まりエッチングされる部分である。

【００７３】図１１に示すように、エッチングにより選
択的に導電膜層を形成する部分は、スキャンミラー８４
の電極８７ａ，８７ｂ、配線８８ａ，８８ｂ、スキャン
ミラー８５の電極８７ｃ，８７ｄは配線８８ｃ，８８ｄ
等である。これらの配線はランド部４２までパターンが
つながっている。このときに同時に半導体レーザ３５の
配線（図示しない）、フォトトランジスタ９１の配線
（図示しない）、ランド部４２も形成する。この電極８
７ａ，８７ｂ，８７ｃ，８７ｄはミラーの役割も兼ね
る。

【００７４】図１０に戻り、このエッチング処理により
この二つのスキャンミラー８４、８５はひんじ部９２、
９３を中心に回転可能になり、スキャンミラー８４は焦
点３９をＸ方向に、スキャンミラー８５は焦点３９をＹ
方向に走査できるようになる。

【００７５】また、プレート３２には半導体レーザ３
５、フォトトランジスタ９１、導波路９４が接着されて
いる。半導体レーザ３５の前面にはシリコン基板で製作
された導波路９４が位置するように構成されている。な
お、半導体レーザ３５のレーザ光を導波路９４に導入す
るために微小なレンズを用いても良い。

【００７６】この導波路９４は、図１２に示すように、
二股に分かれており、二股に分かれた一方の先には半導
体レーザ３５が、もう一方にはフォトトランジスタ９１
が設けられている。これら半導体レーザ３５、フォトト
ランジスタ９１は、プレート３２上の配線と導通するよ
うに接着される。ここで、フォトトランジスタ９１の前
面には特定波長のみを透過するフィルタ９９を適宜挿入
し、蛍光などの特定波長の光のみが検出されるようにな
っている。

【００７７】本実施の形態では、半導体レーザ３５、フ
ォトトランジスタ９１、導波路９４を別途製作し、接着
する例を示したが、半導体プロセスで、プレート３２又
は、シリコン基板３１につくりこんでも構わない。

【００７８】また、上蓋８２には１枚のミラー９５とア
ナモフィック面を有する凹面ミラー９６が設けられ、こ
の凹面ミラー９６のアナモフィック面で反射した光は焦
点３９を結ぶよう構成されている。この上蓋８２は、微
細な放電加工で型を製作し、射出成形によって透明な樹
脂を成形し、その後ミラー面はアルミ等を蒸着させて製
作する。

【００７９】スキャンミラー８４、８５、半導体レーザ
３５、フォトトランジスタ９１は、プレート３２上のパ
ターン（図示しない）を介してランド部４２に電気的に
接続され、このランド部４２からはケーブル４３が接続
される。そして、このケーブル４３はチューブ４の内部
を通り、制御部３へ接続される（図１参照）。

【００８０】その他の構成は第１の実施の形態と同じで
ある。

【００８１】（作用）半導体レーザ３５からの光は導波
路９４に入射され、導波路９４のもう一方の端面９８
（図１０参照）より出射する。導波路９４から出た光は
凹面ミラー９６で反射し、スキャンミラー８４、ミラー
９５、スキャンミラー８５の順に反射し、凹面ミラー９
６の作用で焦点３９を結ぶ。また、スキャンミラー８４
によって焦点３９はＸ方向に、スキャンミラー８５によ
って焦点３９はＹ方向に走査される。このとき、凹面ミ
ラー９６のアナモフィック面によりＸ、Ｙの倍率を変え
て走査面に光を集光させることで、走査面での収差を補
正している。

【００８２】対象物の焦点から戻る光は同じ光路を通っ
て、再び導波路９４の端面９８に入射される。入射され
た光は導波路９４によって二方向に分けられ、そのうち
一方はフォトトランジスタ９１に入射され、検出され
る。

【００８３】また、この焦点３９以外からの光は導波路
９４の端面９８で焦点を結ばないため、ほとんど導波路
９４に入射せず、したがってフォトトランジスタ９１で
検出されない。つまり、この導波路９４の端面９８が小
さいピンホールの働きをし、共焦点光学系をなすように
なる。

【００８４】なお、本実施の形態では導波路の例を示し
たが、光を導き、分離することが可能なものであれば、
例えば分岐を有する光ファイバ等の手段を用いても良
い。また、導波路の分岐部にモードスプリッタを設け
て、蛍光などの特定の波長のみがフォトトランジスタ９
１に入射されるようにしてもよい。

【００８５】また、本実施の形態では、集光手段として
凹面ミラー９６を示しているが、集光作用のあるレンズ
を光路の内部に組み込んでも構わない。

【００８６】さらに、本実施の形態では、導波路９４に
直接フォトトランジスタ９１を接続したが、導波路から
光ファイバを介して体外に設けられたフォトトランジス
タに検出光を導いても良い。

【００８７】その他の作用は第１の実施の形態と同じで
ある。

【００８８】（効果）したがって本実施の形態では、第
１の実施の形態の効果に加え、集光に凹面ミラー９６を
用いているので、波長の異なる光に対しても焦点位置が
同じになるので、フィルタ９９を変更するだけで反射
光、蛍光等を選択的に画像化できるようになる。

【００８９】また、光を分離する手段に導波路９４を用
いて、光をフォトトランジスタ９１に導いたので、第１
の実施の形態よりも確実に光を検出でき、しかも位置の
調整が第１の実施の形態よりも容易である。

【００９０】第４の実施の形態：図１３及び図１４は本
発明の第４の実施の形態に係わり、図１３は光学ユニッ
トの構成を示す構成図、図１４は図１３の半導体レーザ
周辺の拡大図である。

【００９１】第４の実施の形態は、第１の実施の形態と
ほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の
構成には同じ符号をつけ説明は省略する。

【００９２】（構成）第１の実施の形態のフォトダイオ
ード４１の代わりに、図１３に示すように、本実施の形
態の光学ユニット２２ｃは、半導体レーザ３５の下部に
略平行に半導体レーザ３５の出射面より前方に微小な感
光部１０１（図１４参照）を有するフォトダイオード１
０２が設けられて構成されている。

【００９３】その他の構成は第１の実施の形態と同じで
ある。

【００９４】（作用）半導体レーザ３５からのレーザ光
は、図１３に示すように、スペーサ３３のミラー部３７
で反射し、その後、レーザ光は第１の実施の形態と同様
に、スキャンミラー３６で反射し、回折格子レンズ３８
を透過することによって焦点３９を結ぶ。

【００９５】この焦点３９の位置に対象物があり、この
対象物からレーザ光の波長よりも長い波長の蛍光が発せ
られる場合、この蛍光は入射光と同じ光路を通り再び回
折格子レンズ３８を透過する。このとき、戻り光は入射
光よりも波長が長いので、入射光とは別の方向に回折さ
れる。

【００９６】一般に、回折格子レンズによって、波長の
長い光ほどその光線は大きく曲がり、また近い位置に焦
点を結ぶようになるので、戻り光は図１３に示すような
光路をとる。

【００９７】ここで、図１４に示すように、戻り光は、
フォトダイオード１０２の感光部１０１上で焦点１０３
を結び、受光される。このとき、微小な感光部１０１が
小さいピンホールの働きをし、共焦点光学系をなすよう
になる。

【００９８】その他の作用は第１の実施の形態と同じで
ある。

【００９９】（効果）したがって本実施の形態では、第
１の実施の形態の効果に加え、試料からの蛍光を感度よ
く画像化できる。とくに、回折格子レンズ３８により入
射光と蛍光を自動的に分離することができ、高感度で蛍
光を検出することができる。

【０１００】なお、本実施の形態では、光検出手段とし
てフォトダイオード１０２を設けたが、光検出手段とし
てフォトトランジスタを用いても良く、また、戻り光の
焦点１０３の位置に光ファイバ端面を設置し、この光フ
ァイバで検出光を体外に導き、より感度のよい検出器で
検出するようにしてもよい。

【０１０１】第５の実施の形態：図１５ないし図１７は
本発明の第５の実施の形態に係わり、図１５は光走査型
プローブの先端構成部を先端内に組み込んだ内視鏡の構
成を示す構成図、図１６は図１５の内視鏡の先端部の先
端面の構成を示す構成図、図１７は図１５の内視鏡の先
端部における光走査型プローブの先端構成部の断面を示
す断面図である。

【０１０２】第５の実施の形態は、第１の実施の形態と
ほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の
構成には同じ符号をつけ説明は省略する。

【０１０３】（構成）本実施の形態では、第１の実施の
形態の光走査型プローブ１の先端構成部２を内視鏡の先
端内に組み込んだ構成となっている。先端構成部２の構
成は第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略す
る。

【０１０４】図１５に示すように、本実施の形態の内視
鏡１２１は、操作部１２２と挿入部１２３とから構成さ
れる。前記挿入部１２３は、可撓管部１２４の先端に湾
曲部１２５を介して先端部１２６が連結されており、前
記湾曲部１２５は可撓管部１２４内に挿通した操作ワイ
ヤ（図示省略）を介して操作部１２２に設けられている
操作ノブ１２７によって遠隔的に湾曲操作可能に構成さ
れている。

【０１０５】前記操作部１２２の側方には鉗子挿入口１
２８が配置され、鉗子（図示省略）やレーザ処置具（図
示省略）等が挿入され、可撓管１２４と湾曲部１２５の
内部を通り、先端部１２６を貫通するよう構成されてい
る。

【０１０６】図１６に示すように、先端部１２６には、
第１の実施の形態で説明した先端構成部２によりレーザ
走査にて観察するためのレーザ観察窓１２９と、通常観
察映像を挿入部１２３と操作部１２２の内部を通りケー
ブル（図示省略）によって、通常観察用の撮像素子（図
示省略）へ伝送し、前記撮像素子により光信号を電気信
号に変換し、画像表示装置（図示省略）に画像化するた
めの通常観察窓１３０と、通常観察時に照明光を観察対
象に照射する通常光照射口１３１と、鉗子（図示省略）
やレーザ処置具（図示省略）等を貫通させるチャンネル
１３２と、送気送水用のノズル１３３とが互いに干渉し
ない位置に配置されている。

【０１０７】図１７に示すように、先端構成部２の窓部
２４を有する面が、先端部１２６の面に一致して、前記
レーザ観察窓１２９に配置されている。また、先端構成
部２が観察部位に直接接触するのを防ぐために、先端部
１２６に配置されている各種窓やチャンネル等に干渉し
ない程度に十分に薄いフード１３４が、先端構成部２の
窓部２４の外周を、前記窓部２４を有する面から垂直
に、かつレーザの焦点面と同等の均一の高さを有して配
置されている。

【０１０８】なお、通常観察とレーザ観察を必要に応じ
て選択可能にするために、一方を観察しているときに他
方の観察を無効にする、双方の観察系に連動した切替え
スイッチ（図示省略）を、例えば操作部１２２に設けて
もよい。

【０１０９】その他の構成は第１の実施の形態と同じで
ある。

【０１１０】（作用）通常観察像は、光信号として挿入
部１２３と操作部１２２の内部を通るケーブル（図示省
略）によって、通常観察用の撮像素子（図示省略）へ伝
送される。前記撮像素子により光信号を電気信号に変換
され、さらに前記電気信号をビデオボード等の画像処理
装置（図示省略）により映像信号に変換され、ＣＲＴ等
の画像表示装置（図示省略）に、通常観察像として表示
される。

【０１１１】その他の作用は第１の実施の形態と同じで
ある。

【０１１２】（効果）したがって本実施の形態では、レ
ーザ光観察中に、鉗子やレーザ処置具により癌の摘出等
の処置を同時に行うことが可能である。また、通常観察
内視鏡に加えて、レーザ光観察が、同時に、あるいは必
要に応じていずれか一方を選択可能である。

【０１１３】［付記］ （付記項１） 体腔内に挿入可能な挿入部から照射され
る光を光走査する光走査型プローブにおいて、前記挿入
部に設けられ、前記光を照射する光源と、前記挿入部に
設けられ、前記光を被検部位に合焦させる光学系と、前
記挿入部に設けられ、前記光を前記被検部位の焦点面上
で走査させる光走査手段と、前記被検部位からの戻り光
を検知する検知手段とを備えたことを特徴とする光走査
型プローブ。

【０１１４】（付記項２） 前記光源は、レーザ光源で
あることを特徴とする付記項１に記載の光走査型プロー
ブ。

【０１１５】（付記項３） 前記レーザ光源は、半導体
レーザであることを特徴とする付記項２に記載の光走査
型プローブ。

【０１１６】（付記項４） 前記光源、前記光学系及び
前記光走査手段を前記挿入部の先端に内蔵したことを特
徴とする付記項１に記載の光走査型プローブ。

【０１１７】（付記項５） 前記検知手段を前記挿入部
の先端に内蔵したことを特徴とする付記項１に記載の光
走査型プローブ。

【０１１８】（付記項６） 前記戻り光を、前記光源か
らの前記光の光路より分離する分離手段を設けたことを
特徴とする付記項１に記載の光走査型プローブ。

【０１１９】（付記項７） 前記分離された戻り光は、
前記挿入部内を通る光ファイバによって体外に導かれ、
体外に設けられた前記検知手段で検出されることを特徴
とする付記項６に記載の光走査型プローブ。

【０１２０】（付記項８） 前記光走査手段は、前記光
を２次元走査可能な少なくとも一つのスキャンミラーを
有することを特徴とする付記項１に記載の光走査型プロ
ーブ。

【０１２１】（付記項９） 前記光走査手段は、前記光
を前記２次元走査手段の他に、２次元走査面の垂直方向
に走査する垂直走査手段を有することを特徴とする付記
項８に記載の光走査型プローブ。

【０１２２】（付記項１０） 前記スキャンミラーは静
電気力で駆動されることを特徴とする付記項８に記載の
光走査型プローブ。

【０１２３】（付記項１１） 前記スキャンミラーはジ
ンバル構造で持つことを特徴とする付記項８に記載の光
走査型プローブ。

【０１２４】（付記項１２） 前記スキャンミラーは磁
気力で駆動されることを特徴とする付記項８に記載の光
走査型プローブ。

【０１２５】（付記項１３） 前記光学系は、少なくと
も一つのレンズからなることを特徴とする付記項１に記
載の光走査型プローブ。

【０１２６】（付記項１４） 前記光学系は、少なくと
も一つの凹面ミラーからなることを特徴とする付記項１
に記載の光走査型プローブ。

【０１２７】（付記項１５） 前記光学系は、少なくと
も一つの回折素子からなることを特徴とする付記項１に
記載の光走査型プローブ。

【０１２８】（付記項１６） 前記分離手段は、ビーム
スプリッタであることを特徴とする付記項６に記載の光
走査型プローブ。

【０１２９】（付記項１７） 前記ビームスプリッタ
は、ダイクロックミラーであることを特徴とする付記項
１６に記載の光走査型プローブ。

【０１３０】（付記項１８） 前記ビームスプリッタは
レーザ光源の出射面に設けられていることを特徴とする
付記項１６に記載の光走査型プローブ。

【０１３１】（付記項１９） 前記分離手段は、導波路
であることを特徴とする付記項６に記載の光走査型プロ
ーブ。

【０１３２】（付記項２０） 前記分離手段は、前記光
と前記戻り光に光路差が生じるように分離することを特
徴とする付記項６に記載の光走査型プローブ。

【０１３３】（付記項２１） 前記戻り光の光路に前記
検知手段を設けたことを特徴とする付記項２０に記載の
光走査型プローブ。

【０１３４】（付記項２２） 前記戻り光の光路に光フ
ァイバを配置し、前記光ファイバによって前記戻り光を
前記検知手段まで導くことを特徴とする付記項２０に記
載の光走査型プローブ。

【０１３５】（付記項２３） 前記光源の前面にレンズ
を設けたことを特徴とする付記項１６に記載の光走査型
プローブ。

【０１３６】（付記項２４） 前記ビームスプリッタ
は、前記レンズ前面に設けられていることを特徴とする
付記項２３に記載の光走査型プローブ。

【０１３７】（付記項２５） 前記レンズは、屈折率分
布レンズであることを特徴とする付記項２３に記載の光
走査型プローブ。

【０１３８】（付記項２６） 前記検知手段は、フォト
ダイオードであることを特徴とする付記項１に記載の光
走査型プローブ。

【０１３９】（付記項２７） 前記光源は半導体レーザ
光源で、前記フォトダイオードと前記半導体レーザ光源
が同一半導体上に設けられていることを特徴とする付記
項２６に記載の光走査型プローブ。

【０１４０】（付記項２８） 前記検知手段は、フォト
トランジスタであることを特徴とする付記項１に記載の
光走査型プローブ。

【０１４１】（付記項２９） 前記光源は半導体レーザ
光源で、前記フォトトランジスタと前記半導体レーザ光
源が同一半導体上に設けられていることを特徴とする付
記項２８に記載の光走査型プローブ。

【０１４２】（付記項３０） 前記検知手段の前面に、
ピンホールを設けたことを特徴とする付記項１に記載の
光走査型プローブ。

【０１４３】（付記項３１） 前記光走査型プローブは
内視鏡であることを特徴とする付記項１ないし３０のい
ずれか１つに記載の光走査型プローブ。

【０１４４】

【発明の効果】以上説明したように本発明の光走査型プ
ローブによれば、挿入部が、光源、光学系及び光走査手
段とを内蔵して構成されるので、より細径化が可能で、
かつ調整が容易で、しかも必要以上に大きい出力の光源
を必要とせず、ノイズ成分の少ない検出信号を得ること
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光走査型共焦
点顕微鏡の構成を示す構成図

【図２】図１の先端構成部の構成を示す構成図

【図３】図２の光学ユニットの構成を示す構成図

【図４】図３の光学ユニットのスキャンミラーの製造方
法を説明する第１の説明図

【図５】図３の光学ユニットのスキャンミラーの製造方
法を説明する第２の説明図

【図６】図１の制御部の構成を示す構成図

【図７】図３のミラーユニットによる焦点走査を説明す
る説明図

【図８】本発明の第２の実施の形態に係る光学ユニット
の構成を示す構成図

【図９】図８の光学ユニットの屈折率分布レンズによる
光路を説明する説明図

【図１０】本発明の第３の実施の形態に係る光学ユニッ
トの構成を示す構成図

【図１１】図１０の光学ユニットのスキャンミラーの製
造方法を説明する説明図

【図１２】図１０の導波路の構成を示す構成図

【図１３】本発明の第４の実施の形態に係る光学ユニッ
トの構成を示す構成図

【図１４】図１３の半導体レーザ周辺の拡大図

【図１５】本発明の第５の実施の形態に係る光走査型プ
ローブの先端構成部を先端内に組み込んだ内視鏡の構成
を示す構成図

【図１６】図１５の内視鏡の先端部の先端面の構成を示
す構成図

【図１７】図１５の内視鏡の先端部における光走査型プ
ローブの先端構成部の断面を示す断面図

【図１８】従来の光走査型共焦点顕微鏡の構成を示す構
成図

【図１９】図１８の先端部の構成を示す構成図

【図２０】図１８の先端部の断面を示す断面図

【符号の説明】

１…光走査型プローブ ２…先端構成部 ３…制御部 ４…チューブ ２１…本体 ２２…光学ユニット ２３…Ｚ軸アクチュエータ ２４…窓部 ３１…シリコン基板 ３２…プレート ３３…スペーサ ３４…上板 ３５…半導体レーザ ３６…スキャンミラー ３７…ミラー部 ３８…回折格子レンズ ３９…焦点 ４０…ハーフミラー膜 ４１…フォトダイオード ４２…ランド部 ４３…ケーブル ５２…くぼみ ５３ａ…黒塗り部 ５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ…電極 ５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ…配線 ５６、５７…ヒンジ部 ６４…レーザ駆動回路 ６５…ＸＹ駆動回路 ６６…Ｚ駆動回路 ６７…増幅回路 ６８…画像処理回路 ６９…モニタ ７０…記録装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 体腔内に挿入可能な挿入部から照射され
   る光を光走査する光走査型プローブにおいて、 前記挿入部に設けられ、前記光を照射する光源と、 前記挿入部に設けられ、前記光を被検部位に合焦させる
   光学系と、 前記挿入部に設けられ、前記光を前記被検部位の焦点面
   上で走査させる光走査手段と、 前記被検部位からの戻り光を検知する検知手段とを備え
   たことを特徴とする光走査型プローブ。