WO2018189836A1 - 走査型観察装置 - Google Patents

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WO2018189836A1
WO2018189836A1 PCT/JP2017/015000 JP2017015000W WO2018189836A1 WO 2018189836 A1 WO2018189836 A1 WO 2018189836A1 JP 2017015000 W JP2017015000 W JP 2017015000W WO 2018189836 A1 WO2018189836 A1 WO 2018189836A1
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light
illumination light
emission
unit
emitted
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PCT/JP2017/015000
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English (en)
French (fr)
Inventor
森　健
啓一朗 中島
Original Assignee
オリンパス株式会社
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor

Definitions

  • the present invention relates to a scanning observation apparatus.
  • a scanning type comprising two scanners for two-dimensionally scanning illumination light, in which illumination light scanned by each scanner is incident on a single optical path by an optical path synthesis unit, and is irradiated on an observation target by a single condenser lens
  • An observation apparatus is known (for example, refer to Patent Document 1). This scanning observation apparatus can acquire images at different depth positions of the observation target by changing the optical path lengths from different scanners to the condenser lens.
  • Patent Document 1 since the scanning observation apparatus of Patent Document 1 collects illumination light at different depth positions in the same visual field range by a single condensing lens, there is a disadvantage that the visual field cannot be expanded. .
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a scanning observation apparatus capable of acquiring an image with a wider field of view than in the case of using a single scanner.
  • a light source that emits illumination light
  • two or more scanners that scan the illumination light from the light source
  • a direction along the surface of the observation target that each of the illumination lights scanned by the scanner is used.
  • Two or more emission parts that irradiate different positions of the light source, and each illumination light emitted from each of the emission parts is irradiated onto the observation object, so that the return light that returns from the observation object is converted into the illumination light.
  • a scanning type observation apparatus comprising: a timing control unit that performs an operation; and an image generation unit that generates an image of the observation target based on the intensity of the return light detected by the light detection unit and the irradiation position of each illumination light It is.
  • the illumination light emitted from the light source is scanned by the two or more scanners and emitted from the two or more emission units toward the surface of the observation target.
  • the return light that returns from the observation target by irradiating the observation target with the illumination light emitted from the emission unit is received and detected by the light receiving unit of the light detection unit arranged at a position different from the emission unit.
  • the timing control unit controls the emission timing from the emission unit, and the illumination light is alternatively emitted from the plurality of emission units.
  • the light receiving unit is arranged in a pair with each of the emission units, is arranged in front of the emission direction of the illumination light by each of the emission units, and is emitted from each of the emission units.
  • a condensing lens for condensing illumination light, and the light receiving unit is disposed at a position for receiving the return light returning from the observation target via each of the condensing lenses corresponding to each of the emission units,
  • the image generating unit is based on the intensity of the return light received by the light receiving unit arranged in a pair with the other emitting unit. The image may be generated.
  • the illumination light emitted from one emission part is condensed by the condensing lens and irradiated to the observation object, and the return light from the observation object is arranged in front of one or more emission parts.
  • the light is collected by a condensing lens and is received by a light receiving portion arranged in a pair with the emitting portion.
  • the return light received by the light receiving unit is returned. Light is buried in the illumination light.
  • the light receiving unit can be arranged radially inward of the outer diameter of the condensing lens that collects the illumination light from the emitting unit, and the portion including the emitting unit and the light receiving unit, which is arranged in the vicinity of the observation target, is narrowed. The diameter can be increased.
  • the scanner driving unit that drives each scanner with the same driving waveform with the phase shifted is provided, and the timing control unit has the same phase in the driving waveform of each scanner by the scanner driving unit.
  • the emission timing may be controlled so that the illumination light is emitted within a range.
  • each scanner is driven with the same drive waveform while shifting the phase, and illumination light is emitted from each emission unit in the same phase range.
  • a spiral scanning trajectory is generated by alternately generating an outward path from the center position outward in the radial direction and a return path from the radial outer direction to the center. Is stable.
  • illumination light can be emitted at the timing of the return path in all scanners.
  • the light receiving unit is disposed in a pair with each of the emitting units, and is paired with all the other emitting units when the illumination light is emitted from one emitting unit.
  • a determination unit that determines whether or not the intensity of the return light received by the light receiving unit arranged for each of the emission units is equal to or less than a predetermined threshold value.
  • the timing control unit controls the emission timing so that the illumination light is emitted simultaneously from a plurality of the emission units, and the image generation unit emits the illumination light.
  • the image may be generated based on the intensity of the return light received by the light receiving unit arranged in a pair with the emitting unit.
  • the timing control unit controls the emission timing from the emission unit, and the illumination light is alternatively emitted from the plurality of emission units.
  • the light detection unit detects return light in a state where the illumination light is emitted from only one of the emission units, and prevents the return light from a plurality of positions from being mixed, Compared with the case of using a scanner, an image with a wider field of view can be acquired.
  • the intensity of the return light received by the light receiving unit arranged in pairs with all the other emitting units when the illumination light is emitted from one emitting unit by the determining unit is less than a predetermined threshold value If it is determined that there is, the return light from the plurality of positions will not be mixed even if the illumination light is emitted from the plurality of emission units simultaneously. Therefore, the timing control unit controls the emission timing so that illumination light is emitted from a plurality of emission units simultaneously, and the image generation unit receives the light received in a pair with the emission unit emitting the illumination light. An image is generated based on the intensity of the return light received by the unit. Thereby, the resolution of the image at each position of the observation target can be improved, and the observation target can be observed with high definition.
  • 1 is a block diagram illustrating a scanning observation apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • 2 is a flowchart illustrating switching of an optical path by an optical path switching unit of the scanning observation apparatus of FIG. It is a figure which shows an example of the scanning locus
  • FIG. 10 is a flowchart for explaining optical path switching by an optical path switching unit in another modification of the scanning observation apparatus of FIG. 1. It is a block diagram which shows the other modification of the scanning observation apparatus of FIG. It is a block diagram which shows the other modification of the scanning observation apparatus of FIG. It is a block diagram which shows the scanning observation apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. It is a graph which shows the drive waveform of the actuator of two probes by the scanning observation apparatus of FIG. 14, and the irradiation timing of illumination light. It is a figure which shows the example which irradiates illumination light from one probe in the scanning observation apparatus of FIG. 14, and receives with the light reception fiber of the other probe. It is a figure which shows the example which replaced the probe of FIG.
  • FIG. 15 is a modified example of the scanning observation apparatus of FIG. 14, and is a graph showing an actuator drive waveform and illumination light irradiation timing when three probes are used. It is a figure which shows the timing of irradiation and light reception of each probe in the scanning observation apparatus of FIG. It is a block diagram which shows the scanning observation apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. It is a flowchart explaining the effect
  • a scanning observation apparatus 1 according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
  • the scanning observation apparatus 1 according to the present embodiment is generated by an apparatus main body 2, two probes (emitters) 3 a and 3 b connected to the apparatus main body 2, and the apparatus main body 2.
  • a display 4 for displaying the recorded image is generated by an apparatus main body 2, two probes (emitters) 3 a and 3 b connected to the apparatus main body 2, and the apparatus main body 2.
  • a display 4 for displaying the recorded image.
  • the apparatus main body 2 combines three laser light sources (light sources) 5a, 5b, and 5c that emit illumination lights of RGB wavelengths, and the illumination light emitted from each of the laser light sources 5a, 5b, and 5c in a single optical path. And an optical path switching unit 7 that switches the optical path of the illumination light output from the coupler 6 to two optical paths.
  • the apparatus body 2 includes a light emission control unit 8 that drives and controls the laser light sources 5a, 5b, and 5c, an actuator driver (scanner drive unit) 9 that drives optical fiber scanners (scanners) 13a and 13b, which will be described later, and a light receiving fiber which will be described later.
  • a light detection unit 10 that detects the return light received by the (light receiving unit) 14, an image generation unit 11 that generates an image based on the intensity signal of the return light detected by the light detection unit 10, and an actuator driver 9,
  • a timing control unit 12 that supplies a timing control signal to the light emission control unit 8, the optical path switching unit 7, and the image generation unit 11 is provided.
  • the two probes 3a and 3b are flexible and can arbitrarily move the tip positions relative to each other.
  • Each probe 3a, 3b is connected to an optical path switching unit 7, and when illumination light is incident on any one of the optical paths switched by the optical path switching unit 7, the incident illumination light is guided to be observed.
  • Optical fiber scanners 13a and 13b to be scanned in A are provided.
  • the one probe 3b receives the return light returning from the observation target A when the illumination light is emitted from any one of the optical fiber scanners 13a and 13b, and guides it to the light detection unit 10.
  • a fiber 14 is provided.
  • the light emission control unit 8 generates a pulsed light emission command signal and selectively sends it to each laser light source 5a, 5b, 5c, thereby selecting pulsed illumination light from each laser light source 5a, 5b, 5c. It is designed to be injected completely.
  • the coupler 6 is configured to couple the illumination light incident at different times from the laser light sources 5a, 5b, and 5c into a single optical path.
  • the optical path switching unit 7 selectively causes the illumination light from the laser light sources 5a, 5b, and 5c coupled to the single optical path by the coupler 6 to enter one of the optical fiber scanners 13a and 13b. It is designed to switch the optical path.
  • the coupler 6 switches the optical fiber scanners 13a and 13b that are incident on the R, G, and B pixel units. That is, as shown in FIG. 2, first, the optical path is switched to one optical path (step S1), illumination light is irradiated (step S2), and return light is detected (step S3). Then, it is determined whether or not scanning for one pixel has been performed (step S4), and the processes from step S2 are repeated until scanning for one pixel is performed. When scanning for one pixel is performed, it is determined whether or not the observation is finished (step S5). When the scanning is not finished, the optical path is switched (step S6), and the processes from step S2 are repeated. It is like that.
  • Each of the optical fiber scanners 13a and 13b crosses the optical fibers 15a and 15b for guiding the illumination light incident from the optical path switching unit 7 and the longitudinal ends of the optical fibers 15a and 15b at the tips of the optical fibers 15a and 15b.
  • Actuators 16a and 16b that vibrate in the direction of rotation.
  • the actuators 16a and 16b are piezoelectric elements that expand and contract in accordance with an applied voltage, and by inputting a voltage for vibration, the tips of the optical fibers 15a and 15b are vibrated in a direction intersecting the longitudinal axis. It has become.
  • An actuator driver 9 that generates a drive waveform for driving the actuators 16a and 16b is connected to the actuators 16a and 16b.
  • the actuators 16a and 16b generate vibrations in two directions perpendicular to the longitudinal direction of the optical fibers 15a and 15b and perpendicular to each other, closer to the proximal end side than the distal ends of the optical fibers 15a and 15b.
  • the tips of the optical fibers 15a and 15b are vibrated in a spiral shape by inputting voltages having the same waveform with phases different by 90 ° to the actuators 16a and 16b.
  • the light receiving fiber 14 returns from the observation target A by irradiation of illumination light from one of the optical probes 13a and 13b of the two probes 3a and 3b. Any light can be placed at a position where it can receive light.
  • the light detection unit 10 is, for example, an avalanche photodiode that detects return light received and guided by the light receiving fiber 14.
  • the image generation unit 11 is configured to separate the intensity signal of the return light detected by the light detection unit 10 based on the timing control signal sent from the timing control unit 12. That is, the intensity signal of the return light detected by the light detection unit 10 at the timing when the illumination light is emitted from the optical fiber scanner 13b of one probe 3b, and the illumination light is emitted from the optical fiber scanner 13a of the other probe 3a. At this time, the intensity signal of the return light detected by the light detection unit 10 is separated.
  • the image generation unit 11 stores information on the scanning trajectory of the illumination light from each of the optical fiber scanners 13a and 13b, and the scanning position of the illumination light corresponding to each timing control signal sent from the timing control unit 12 And the separated return light intensity signal are associated with each other to generate an image of the return light.
  • the light emission control unit 8 is driven based on the timing control signal from the timing control unit 12, and the three laser light sources 5a, 5b and 5c are driven.
  • the light emission control unit 8 selectively drives the three laser light sources 5a, 5b, and 5c to emit pulsed illumination light.
  • Illumination light emitted from each of the laser light sources 5a, 5b, and 5c is incident on the R, G, and B pixel units by the optical path switching unit 7 after entering the coupler 6 and coupled to the same optical path.
  • the fiber scanners 13a and 13b are switched. That is, each time one set of pulsed illumination light from the R laser light source 5a, pulsed illumination light from the G laser light source 5b, and pulsed illumination light from the B laser light source 5c is emitted.
  • the optical fiber scanners 13a and 13b for entering the illumination light are switched.
  • the actuator driver 9 is driven based on the timing control signal from the timing controller 12, and the actuators 16a and 16b of the two optical fiber scanners 13a and 13b are driven, whereby the two optical fibers 15a and 15b are driven.
  • the tip of each of them is vibrated by drawing a spiral trajectory.
  • the illumination light emitted from each of the laser light sources 5a, 5b, and 5c is scanned along the spiral trajectory in the observation target A by any one of the optical fiber scanners 13a and 13b.
  • the two optical fiber scanners 13a and 13b are configured so that the scanning trajectory of the illumination light by the optical fibers 15a and 15b draws the same spiral trajectory as shown in FIGS. Driven.
  • reflected light of the illumination light or return light such as fluorescence due to excitation of the fluorescent material by the illumination light is generated, and the generated return light is received and guided by the light receiving fiber 14.
  • the light is detected and detected by the light detection unit 10.
  • the intensity signal of the return light detected by the light detection unit 10 is input to the image generation unit 11 and separated according to the timing control signal sent from the timing control unit 12.
  • the intensity signal of the return light detected by the light detection unit 10 is separated at the timing when the illumination light is emitted from the tip.
  • the separated intensity signals are each subjected to signal processing such as interpolation processing or enhancement processing.
  • the image generation unit 11 scans the illumination light corresponding to each timing control signal sent from the timing control unit 12 based on the stored information on the scanning trajectory of the illumination light from each of the optical fiber scanners 13a and 13b. And the separated return light intensity signal are associated with each other to generate an image of the return light.
  • the optical path of the illumination light (probes 3a, 3b) is switched by the optical path switching unit 7 for each pixel unit of RGB. Instead, this is shown in FIG. 5 and FIG. As shown in FIG. 7 and FIG. 8, it may be switched in units of one pulse emission as shown in FIGS. Or you may switch per frame.
  • step S7 it is determined whether or not scanning for one period has been performed instead of step S4 in FIG. 2 (step S7).
  • the timing of switching may be arbitrarily set by the user. Further, the switching timing may be different between the vicinity of the center of the spiral scanning locus and the periphery thereof.
  • the vicinity of the center can be switched in units of laps and the periphery can be switched in units of pixels. That is, the scanning of the illumination light is started (step S11), and it is determined whether the scanning range is the center or the periphery based on the stored scanning locus (step S12). (Step S13), and when the periphery is being scanned, switching is performed for each pixel (step S14).
  • step S21 scanning of illumination light is started (step S21), the light emission ratio is set to be equal (step S22), and the probe 3a, 3b is switched for each pixel and irradiated to shoot an image.
  • step S23 Obtaining (step S23), calculating the average luminance of the two acquired images (step S24), and determining whether the calculated average luminance of the two consecutive frames of images is equal to or greater than a predetermined threshold value. You may do (step S25).
  • step S26 the average luminance of any of the two-frame images is lower than the predetermined threshold.
  • step S27 The light emission ratio in the scanning range on the higher average luminance side may be increased (step S27). If the average luminance of any of the two frames is smaller than a predetermined threshold, scanning is continued with the light emission ratio.
  • the dark scanning range can be brightened by bringing the probes 3a and 3b closer to each other, and the irradiation density can be returned after the bright scanning range.
  • each of the optical fiber scanners 13a and 13b includes RGB, three laser light sources 5a, 5b, and 5c, and selectively emits illumination light from each of the optical fiber scanners 13a and 13b by switching the light emission timing of the laser light sources 5a, 5b, and 5c. You may decide to make it.
  • the actuators 16a and 16b of the two optical fiber scanners 13a and 13b are driven by the common actuator driver 9.
  • the actuators 9 may be driven separately by the individual actuator drivers 9. . Even in this case, the illumination light emitted from each of the optical fiber scanners 13a and 13b may be shifted in time.
  • the light receiving fiber 14 is disposed only on one of the two probes 3a and 3b.
  • the light receiving fiber 14 may be disposed on both the probes 3a and 3b.
  • a brighter image can be acquired by receiving more return light.
  • three or more probes 3a and 3b may be provided. Thereby, a visual field can be expanded more greatly.
  • optical fiber scanners 13a and 13b are illustrated as scanners for scanning the illumination light. Instead, a galvano mirror is disposed at the tip of the probes 3a and 3b, and the illumination light guided by the optical fibers 15a and 15b is used. You may employ
  • the actuators 16a and 16b that vibrate the tips of the optical fibers 15a and 15b have been illustrated using piezoelectric elements, but instead, actuators using electromagnetic waves may be employed.
  • a probe having one or more relay lenses 17 is adopted as the probes 3a and 3b, and illumination light is emitted by a galvanometer mirror (scanner) 18 disposed on the base end side of the probes 3a and 3b. Scanning may be performed and the return light may be detected by the light detection unit 10 disposed on the proximal end side of the probes 3a and 3b.
  • reference numeral 19 denotes a half mirror
  • reference numeral 20 denotes a condenser lens.
  • the galvanometer mirror 18 of each probe 3a, 3b is driven by separate drivers (scanner drive units) 9a, 9b.
  • the pulsed illumination light of RGB is sequentially emitted from the three laser light sources 5a, 5b, and 5c, but instead of this, broadband illumination light emitted from a single light source is converted into RGB by a spectrometer.
  • the illumination light may be separated.
  • the image generated by the image generation unit 11 may display two images acquired for each scanning range of the probes 3a and 3b at the same time, or when the scanning ranges overlap each other. May recognize the overlapping part, perform image processing, and display two images so that the overlapping areas match.
  • the scanning trajectory has been illustrated in which the tips of the two optical fibers 15a and 15b each draw a spiral trajectory. Instead, a trajectory such as a raster shape or a Lissajous shape is drawn. A thing may be adopted. Further, in the present embodiment, the scanning trajectory of the illumination light by each of the optical fibers 15a and 15b is illustrated as the same trajectory as shown in FIG. 3 and FIG.
  • the fiber scanners 13a and 13b may be controlled separately, and the scanning traces of illumination light by the optical fibers 15a and 15b may be different from each other.
  • the scanning observation apparatus 21 includes light receiving fibers (light receiving portions) 14a and 14b in both of the two probes 3a and 3b, and each light receiving fiber 14a and 14b.
  • a light detection unit 10 that detects the received return light is provided separately for each of the light receiving fibers 14a and 14b.
  • the scanning observation apparatus 21 according to the present embodiment includes a condensing lens 22 at the tip of each probe 3a, 3b, and the illumination light emitted from the optical fiber scanners 13a, 13b is observed by the condensing lens 22 to be observed A.
  • the scanning observation apparatus 21 includes a drive waveform generation unit 23 that generates the drive waveforms of the actuators 16a and 16b.
  • separation of the intensity signal of the return light by the image generation unit 11 is performed at the emission timing of illumination light from the optical fiber scanners 13a and 13b of one of the probes 3a and 3b. Only the intensity signal of the return light received by the 3b light receiving fibers 14a and 14b is used for image generation.
  • the actuators 16a and 16b of the optical fiber scanners 13a and 13b are driven by separate actuator drivers 9, and the driving waveforms of the actuators 16a and 16b by the actuator drivers 9 are supplied from the timing control unit 12. It is generated by a drive waveform generator 23 that operates according to a timing control signal.
  • the drive waveform generator 23 generates a drive waveform that deviates by a half cycle of the drive waveforms that drive the optical fiber scanners 13a and 13b of the two probes 3a and 3b. .
  • the light emission control unit 8 emits the laser light in the return path of the drive waveform, that is, in the period in which the envelope is attenuated. Thereby, the irradiation period of the illumination light by the two probes 3a and 3b is prevented from overlapping.
  • the return light during the period in which the illumination light is emitted by the optical fiber scanner 13a of one probe 3a is the light receiving fiber 14b of the other probe 3b.
  • the light detector 10 connected only to the light receiving fiber 14b, so that it is possible to prevent the return light due to the illumination light emitted by the optical fiber scanner 13b of the other probe 3b from being mixed. .
  • the light receiving fibers 14a and 14b can be arranged at positions where the return light condensed by the condenser lens 22 can be received. That is, since the illumination light emitted from the optical fiber scanners 13a and 13b is partially reflected on the proximal end surface of the condenser lens 22, the light receiving fibers 14a and 14b are collected as shown in FIG. Although it is necessary to dispose the optical lens 22 outside, according to the scanning observation apparatus 21 according to the present embodiment, the light receiving fibers 14a and 14b receive illumination light from the optical fiber scanners 13a and 13b of the other probes 3a and 3b.
  • the return light is received only when it is emitted, it is not necessary to consider reflection on the surface of the condenser lens 22.
  • the diameters of the probes 3a and 3b can be reduced as compared with the case where the light receiving fibers 14a and 14b are arranged outside the condenser lens 22.
  • the drive waveform generation unit 23 shifts the drive waveforms of the optical fiber scanners 13a and 13b of the probes 3a and 3b by a half period, so that the probe waveforms 3a and 3b are temporally shifted.
  • Illumination light can be emitted during different periods, and illumination light can be emitted during the period when the envelope of the drive waveform is attenuated in any of the probes 3a and 3b.
  • the optical fiber scanners 13a and 13b driven by a spiral scanning trajectory the return scanning trajectory in which the envelope is attenuated can be stabilized.
  • both the probes 3a and 3b have an advantage that illumination light can be irradiated with a stable scanning locus, and distortion of an image can be reduced.
  • any of the three probes 3a, 3b, 3c Illumination light can be irradiated during a period in which the envelope decays.
  • the return light is received by the light receiving fibers 14 provided in the other two probes 3a, 3b, 3c that are not irradiated with the illumination light, and these light receptions are received.
  • the optical fiber scanners 13a and 13b, the light receiving fibers 14a and 14b, and the light detection unit 10 are provided for each of the probes 3a and 3b.
  • the voltage may be adjusted. Thereby, it is possible to perform equal irradiation and detection with different probes 3a and 3b regardless of individual differences between the probes 3a and 3b.
  • the scanning observation apparatus 25 has a configuration in which the light receiving fibers 14 a and 14 b are disposed outside the condenser lens 22, and the scanning observation according to the second embodiment. This is different from the device 21.
  • a determination unit 24 is provided for determining whether the intensity of the return light received by the light receiving fibers 14a and 14b disposed in all the probes 3a and 3b is equal to or less than a predetermined threshold value.
  • the optical fiber scanner of one probe 3a In order to perform observation of the observation object A using the scanning observation apparatus 25 according to the present embodiment configured as described above, as shown in FIG. 22, prior to observation, the optical fiber scanner of one probe 3a. Illumination light is emitted from 13a (step S31), received by the light receiving fiber 14b of the other probe 3b, and the detection level Va is detected (step S32). Further, the probes 3a and 3b are switched, and illumination light is emitted from the probe 3b (step S33). The probe 3a receives the light and detects the detection level Vb (step S34). Then, the determination unit 24 determines whether or not the intensity Va of the detected return light is smaller than the first threshold value V1 and the intensity Vb of the detected return light is smaller than the second threshold value V2 (step S35). .
  • both the probes 3a and 3b are set to be irradiated at the same time (step S36). Otherwise, illumination by the probes 3a and 3b is performed. It is set so that light irradiation is performed alternatively (step S37).
  • the first threshold value V1 and the second threshold value V2 may be the same or different, and may be set to a level that does not affect the mutual images, for example, a value of about 1/100.

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Abstract

単一のスキャナによる場合と比較して広い視野範囲の画像を取得することを目的として、本発明に係る走査型観察装置（１）は、照明光を射出する光源（５ａ，５ｂ，５ｃ）と、光源からの照明光を走査する２以上のスキャナ（１３ａ，１３ｂ）と、各スキャナにより走査された各照明光を観察対象（Ａ）の表面に沿う方向の異なる位置に照射する２以上の射出部（３ａ，３ｂ）と、各射出部から射出された各照明光が観察対象に照射されることにより、観察対象から戻る戻り光を、各照明光を射出した各射出部とは異なる位置に配置された受光部（１４）により受光して検出する光検出部（１０）と、各射出部から各照明光が択一的に射出されるように射出タイミングを制御するタイミング制御部（１２）と、光検出部により検出された戻り光の強度と、各照明光の照射位置とに基づいて観察対象の画像を生成する画像生成部（１１）とを備える。

Description

走査型観察装置
　本発明は、走査型観察装置に関するものである。
　照明光を２次元的に走査させる２つのスキャナを備え、各スキャナによって走査された照明光を光路合成部によって単一の光路に入射させ、単一の集光レンズによって観察対象に照射する走査型観察装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
　この走査型観察装置は、異なるスキャナから集光レンズまでの光路長を異ならせることで、観察対象の異なる深さ位置の画像を取得することができる。
特開２０１５－１３０９１０号公報
　しかしながら、特許文献１の走査型観察装置は、単一の集光レンズによって同一視野範囲の異なる深さ位置に照明光を集光させるものであるため、視野を拡大することはできないという不都合がある。
　本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、単一のスキャナによる場合と比較して広い視野範囲の画像を取得することができる走査型観察装置を提供することを目的としている。
　本発明の一態様は、照明光を射出する光源と、該光源からの前記照明光を走査する２以上のスキャナと、各該スキャナにより走査された各前記照明光を観察対象の表面に沿う方向の異なる位置に照射する２以上の射出部と、各該射出部から射出された各前記照明光が前記観察対象に照射されることにより、該観察対象から戻る戻り光を、各前記照明光を射出した各前記射出部とは異なる位置に配置された受光部により受光して検出する光検出部と、各前記射出部から各前記照明光が択一的に射出されるように射出タイミングを制御するタイミング制御部と、前記光検出部により検出された前記戻り光の強度と、各前記照明光の照射位置とに基づいて前記観察対象の画像を生成する画像生成部とを備える走査型観察装置である。
　本態様によれば、光源から射出された照明光は２以上のスキャナによって走査され２以上の射出部から観察対象の表面に向けて射出される。射出部から射出された照明光が観察対象に照射されることにより観察対象から戻る戻り光は射出部とは異なる位置に配置された光検出部の受光部により受光されて検出される。タイミング制御部により射出部からの射出タイミングが制御され、照明光が複数の射出部から択一的に射出される。
　これにより、複数の射出部から観察対象の表面に沿う方向の異なる位置に照明光が照射されても、各位置への照射は時間的に異なるので、光検出部にはいずれかの射出部のみから照明光が射出されている状態での戻り光が検出され、複数の位置からの戻り光が混じり合うことを防止することができる。そして、これにより、単一のスキャナによる場合と比較して広い視野範囲の画像を取得することができる。
　上記態様においては、前記受光部が、各前記射出部と対をなしてそれぞれ配置され、各前記射出部による前記照明光の射出方向の前方にそれぞれ配置され、各前記射出部から射出された前記照明光を集光する集光レンズを備え、前記受光部が、各前記射出部に対応する各前記集光レンズを介して前記観察対象から戻る前記戻り光を受光する位置にそれぞれ配置され、前記画像生成部は、一の前記射出部から前記照明光が射出されているときには、他の前記射出部と対をなして配置されている前記受光部により受光された前記戻り光の強度に基づいて前記画像を生成してもよい。
　このようにすることで、一の射出部から射出された照明光は集光レンズによって集光されて観察対象に照射され、観察対象からの戻り光は１以上の射出部の前方に配置されている集光レンズにより集光され、それらの射出部と対をなして配置されている受光部により受光される。この場合において照明光を射出している射出部と対をなしている受光部には、集光レンズの背面において反射された強度の高い照明光が入射するため、当該受光部により受光された戻り光は照明光に埋もれてしまう。
　本態様によれば、照明光を射出している射出部と対をなしている受光部により受光された戻り光は画像生成に用いられないので、ノイズの少ない画像を取得することができる。また、射出部からの照明光を集光する集光レンズの外径よりも径方向内方に受光部を配置でき、射出部および受光部を含み、観察対象の近傍に配置される部分を細径化することができる。
　また、上記態様においては、各前記スキャナを、位相をずらした同一の駆動波形で駆動するスキャナ駆動部を備え、前記タイミング制御部が、前記スキャナ駆動部による各前記スキャナの前記駆動波形における同一位相範囲で前記照明光を射出させるように射出タイミングを制御してもよい。
　このようにすることで、各スキャナが位相をずらして同一の駆動波形で駆動され、各射出部からは同一の位相範囲で照明光が射出される。光ファイバ型のスキャナの場合、中心位置から径方向外方に向かう往路と径方向外方から中心に向かう復路とを交互に発生させてスパイラル状の走査軌跡を生成するが、復路の軌跡の方が安定する。本態様によれば、全てのスキャナにおいて復路のタイミングで照明光を射出させることができる。
　また、上記態様においては、前記受光部が、各前記射出部と対をなしてそれぞれ配置され、一の前記射出部から前記照明光が射出されているときに他の全ての前記射出部と対をなして配置されている前記受光部により受光される前記戻り光の強度が、全ての前記射出部について所定の閾値以下であるか否かを判定する判定部を備え、該判定部により前記閾値以下であると判定された場合に、前記タイミング制御部が複数の前記射出部から前記照明光を同時に射出させるように射出タイミングを制御し、かつ、前記画像生成部が、前記照明光を射出している前記射出部と対をなして配置されている前記受光部により受光された前記戻り光の強度に基づいて前記画像を生成してもよい。
　このようにすることで、判定部により一の射出部から照明光が射出されているときに他の全ての射出部と対をなして配置されている受光部により受光される戻り光の強度が、全ての射出部について所定の閾値以下ではないと判定された場合には、タイミング制御部により射出部からの射出タイミングが制御され、照明光が複数の射出部から択一的に射出される。
　これにより、光検出部にはいずれかの射出部のみから照明光が射出されている状態での戻り光が検出され、複数の位置からの戻り光が混じり合うことを防止しつつ、単一のスキャナによる場合と比較して広い視野範囲の画像を取得することができる。
　一方、判定部により一の射出部から照明光が射出されているときに他の全ての射出部と対をなして配置されている受光部により受光される戻り光の強度が所定の閾値以下であると判定された場合には、複数の射出部から照明光を同時に射出させても複数の位置からの戻り光が混じり合うことがない。そこで、タイミング制御部により複数の射出部から照明光を同時に射出させるように射出タイミングが制御され、かつ、画像生成部により照明光を射出している射出部と対をなして配置されている受光部により受光された戻り光の強度に基づいて画像が生成される。
　これにより、観察対象の各位置における画像の解像度を向上することができ、観察対象を高精細に観察することができる。
　本発明によれば、単一のスキャナによる場合と比較して広い視野範囲の画像を取得することができるという効果を奏する。
本発明の第１の実施形態に係る走査型観察装置を示すブロック図である。 図１の走査型観察装置の光路切替部による光路の切替を説明するフローチャートである。 図２の光路切替部により切り替えられた一方のプローブの光ファイバスキャナによる走査軌跡と照射位置の一例を示す図である。 図２の光路切替部により切り替えられた他方のプローブの光ファイバスキャナによる走査軌跡と照射位置の一例を示す図である。 図２の光路切替部により切り替えられた一方のプローブの光ファイバスキャナによる走査軌跡と照射位置の第１変形例を示す図である。 図２の光路切替部により切り替えられた他方のプローブの光ファイバスキャナによる走査軌跡と照射位置の第１例を示す図である。 図２の光路切替部により切り替えられた一方のプローブの光ファイバスキャナによる走査軌跡と照射位置の第２変形例を示す図である。 図２の光路切替部により切り替えられた他方のプローブの光ファイバスキャナによる走査軌跡と照射位置の第２変形例を示す図である。 図６および図７における光路切替部による光路の切替を説明するフローチャートである。 図１の走査型観察装置の他の変形例における光路切替部による光路の切替を説明するフローチャートである。 図１の走査型観察装置の他の変形例における光路切替部による光路の切替を説明するフローチャートである。 図１の走査型観察装置の他の変形例を示すブロック図である。 図１の走査型観察装置の他の変形例を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る走査型観察装置を示すブロック図である。 図１４の走査型観察装置による２つのプローブのアクチュエータの駆動波形および照明光の照射タイミングを示すグラフである。 図１４の走査型観察装置において一方のプローブから照明光を照射して他方のプローブの受光ファイバによって受光する例を示す図である。 図１６のプローブを入れ替えた例を示す図である。 通常のプローブを示す参考例である。 図１４の走査型観察装置の変形例であって、プローブを３本使用する場合のアクチュエータの駆動波形および照明光の照射タイミングを示すグラフである。 図１９の走査型観察装置における各プローブの照射および受光のタイミングを示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る走査型観察装置を示すブロック図である。 図２１の走査型観察装置の作用を説明するフローチャートである。 図２１の走査型観察装置において２つのプローブから同時に照明光を照射する場合の照明光の走査軌跡と照射位置とを示す図である。
　本発明の第１の実施形態に係る走査型観察装置１について、図面を参照して以下に説明する。
　本実施形態に係る走査型観察装置１は、図１に示されるように、装置本体２と、該装置本体２に接続された２つのプローブ（射出部）３ａ，３ｂと、装置本体２によって生成された画像を表示するディスプレイ４とを備えている。
　装置本体２は、ＲＧＢそれぞれの波長の照明光を射出する３つのレーザ光源（光源）５ａ，５ｂ，５ｃと、各レーザ光源５ａ，５ｂ，５ｃから射出された照明光を単一の光路に結合する結合器６と、該結合器６から出力される照明光の光路を２つの光路に切り替える光路切替部７とを備えている。
　また、装置本体２は、レーザ光源５ａ，５ｂ，５ｃを駆動制御する発光制御部８、後述する光ファイバスキャナ（スキャナ）１３ａ，１３ｂを駆動するアクチュエータドライバ（スキャナ駆動部）９、後述する受光ファイバ（受光部）１４により受光された戻り光を検出する光検出部１０、該光検出部１０により検出された戻り光の強度信号に基づいて画像を生成する画像生成部１１および、アクチュエータドライバ９、発光制御部８、光路切替部７および画像生成部１１にタイミング制御信号を供給するタイミング制御部１２を備えている。
　２つのプローブ３ａ，３ｂは、可撓性を有し、先端位置を任意に相対移動させることができるようになっている。
　各プローブ３ａ，３ｂには、光路切替部７に接続され、光路切替部７により切り替えられたいずれかの光路への照明光が入射されると、入射された照明光を導光して観察対象Ａにおいて走査させる光ファイバスキャナ１３ａ，１３ｂがそれぞれ設けられている。
　また、一方のプローブ３ｂには、いずれかの光ファイバスキャナ１３ａ，１３ｂから照明光が射出されることにより観察対象Ａから戻る戻り光を先端で受光して、光検出部１０まで導光する受光ファイバ１４が設けられている。
　発光制御部８は、パルス状の発光指令信号を生成して、各レーザ光源５ａ，５ｂ，５ｃに択一的に送ることにより、各レーザ光源５ａ，５ｂ，５ｃからパルス状の照明光を択一的に射出させるようになっている。
　結合器６は、レーザ光源５ａ，５ｂ，５ｃから異なる時刻に入射されてきた照明光を単一の光路に結合するようになっている。また、光路切替部７は、結合器６によって単一の光路に結合されたレーザ光源５ａ，５ｂ，５ｃからの照明光を、いずれかの光ファイバスキャナ１３ａ，１３ｂに択一的に入射させるように光路を切り替えるようになっている。
　本実施形態においては、結合器６は、Ｒ、Ｇ、Ｂの画素単位毎に入射させる光ファイバスキャナ１３ａ，１３ｂを切り替えるようになっている。すなわち、図２に示されるように、まず、一方の光路に切り替えて（ステップＳ１）、照明光を照射し（ステップＳ２）、戻り光を検出するようになっている（ステップＳ３）。そして、１画素分の走査が行われたか否かが判定され（ステップＳ４）、１画素分の走査が行われるまでステップＳ２からの工程が繰り返されるようになっている。１画素分の走査が行われた場合には、観察終了か否かが判定され（ステップＳ５）、終了しない場合には、光路が切り替えられて（ステップＳ６）、ステップＳ２からの工程が繰り返されるようになっている。
　各光ファイバスキャナ１３ａ，１３ｂは、光路切替部７から入射されてきた照明光を導光する光ファイバ１５ａ，１５ｂと、該光ファイバ１５ａ，１５ｂの先端を光ファイバ１５ａ，１５ｂの長手軸に交差する方向に振動させるアクチュエータ１６ａ，１６ｂとを備えている。アクチュエータ１６ａ，１６ｂは、印加される電圧に応じて伸縮する圧電素子であり、振動させるための電圧を入力することにより、光ファイバ１５ａ，１５ｂの先端を長手軸に交差する方向に振動させるようになっている。また、アクチュエータ１６ａ，１６ｂには、該アクチュエータ１６ａ，１６ｂを駆動する駆動波形を生成するアクチュエータドライバ９が接続されている。
　この実施形態においては、アクチュエータ１６ａ，１６ｂは光ファイバ１５ａ，１５ｂの先端よりも基端側に、光ファイバ１５ａ，１５ｂの長手方向に直交しかつ相互に直交する２方向の振動を発生させるように配置されており、各アクチュエータ１６ａ，１６ｂに位相を９０°異ならせた同一波形の電圧を入力することにより、光ファイバ１５ａ，１５ｂの先端をスパイラル状に振動させるようになっている。
　受光ファイバ１４は、２つのプローブ３ａ，３ｂの先端位置を近接させた場合に、これら２つのプローブ３ａ，３ｂのいずれかの光ファイバスキャナ１３ａ，１３ｂによる照明光の照射により観察対象Ａから戻る戻り光をいずれも受光可能な位置に配置することができる。
　光検出部１０は、例えば、受光ファイバ１４により受光されて導光された戻り光を検出するアバランシェフォトダイオード等である。
　画像生成部１１は、タイミング制御部１２から送られてくるタイミング制御信号によって、光検出部１０により検出した戻り光の強度信号を分離するようになっている。すなわち、一方のプローブ３ｂの光ファイバスキャナ１３ｂから照明光が射出されているタイミングで光検出部１０により検出された戻り光の強度信号と、他方のプローブ３ａの光ファイバスキャナ１３ａから照明光が射出されているタイミングで光検出部１０により検出された戻り光の強度信号とを分離するようになっている。
　また、画像生成部１１は、各光ファイバスキャナ１３ａ，１３ｂによる照明光の走査軌跡の情報を記憶していて、タイミング制御部１２から送られてきた各タイミング制御信号に対応する照明光の走査位置と、分離した戻り光の強度信号とを対応づけることにより、戻り光の画像を生成するようになっている。
　このように構成された本実施形態に係る走査型観察装置１の作用について以下に説明する。
　本実施形態に係る走査型観察装置１を用いて観察対象Ａの観察を行う場合には、タイミング制御部１２からのタイミング制御信号に基づいて発光制御部８が駆動され、３つのレーザ光源５ａ，５ｂ，５ｃが駆動される。ここでは、発光制御部８は、３つのレーザ光源５ａ，５ｂ，５ｃを択一的に駆動してパルス状の照明光を発光させる。
　各レーザ光源５ａ，５ｂ，５ｃから発せられた照明光は、結合器６に入射されて同一の光路に結合された後、光路切替部７によってＲ、Ｇ、Ｂの画素単位毎に入射させる光ファイバスキャナ１３ａ，１３ｂが切り替えられる。すなわち、Ｒのレーザ光源５ａからのパルス状の照明光、Ｇのレーザ光源５ｂからのパルス状の照明光、およびＢのレーザ光源５ｃからのパルス状の照明光の１セットが射出される毎に、照明光を入射させる光ファイバスキャナ１３ａ，１３ｂが切り替えられる。
　また、タイミング制御部１２からのタイミング制御信号に基づいて、アクチュエータドライバ９が駆動され、２つの光ファイバスキャナ１３ａ，１３ｂの各アクチュエータ１６ａ，１６ｂが駆動させられることにより、２つの光ファイバ１５ａ，１５ｂの先端がそれぞれスパイラル状の軌跡を描いて振動させられる。
　これにより、各レーザ光源５ａ，５ｂ，５ｃから射出された照明光が、いずれかの光ファイバスキャナ１３ａ，１３ｂによって観察対象Ａにおいてスパイラル状の軌跡に沿って走査される。
　本実施形態においては、２つの光ファイバスキャナ１３ａ，１３ｂは、各光ファイバ１５ａ，１５ｂによる照明光の走査軌跡が、図３および図４に示されるように同一のスパイラル状の軌跡を描くように駆動される。
　照明光の各走査位置においては、照明光の反射光、あるいは、照明光によって蛍光物質が励起されることによる蛍光のような戻り光が発生し、発生した戻り光は受光ファイバ１４によって受光および導光されて光検出部１０により検出される。
　光検出部１０により検出された戻り光の強度信号は、画像生成部１１に入力され、タイミング制御部１２から送られてくるタイミング制御信号に応じて分離される。
　すなわち、一方の光ファイバスキャナ１３ｂの光ファイバ１５ｂの先端から照明光が射出されているタイミングで光検出部１０により検出された戻り光の強度信号と、他方の光ファイバスキャナ１３ａの光ファイバ１５ａの先端から照明光が射出されているタイミングで光検出部１０により検出された戻り光の強度信号とが分離される。
　そして、分離された強度信号には、それぞれ補間処理あるいは強調処理等の信号処理が施される。
　画像生成部１１は、記憶している各光ファイバスキャナ１３ａ，１３ｂによる照明光の走査軌跡の情報に基づいて、タイミング制御部１２から送られてきた各タイミング制御信号に対応する照明光の走査位置と、分離した戻り光の強度信号とを対応づけることにより、戻り光の画像を生成する。
　すなわち、図３および図４に示されるように、異なる２つの光ファイバスキャナ１３ａ，１３ｂの光ファイバ１５ａ，１５ｂからの照明光の射出が択一的に行われるので、共通の受光ファイバ１４によって戻り光を受光しても各光ファイバスキャナ１３ａ，１３ｂによる走査範囲からの戻り光を時間的に容易に分離することができ、複数の位置からの戻り光が混じり合うことを防止することができる。そして、これにより、単一の光ファイバスキャナによる場合と比較して広い視野範囲の画像を取得することができるという利点がある。
　なお、本実施形態においては、光路切替部７による照明光の光路（プローブ３ａ，３ｂ）の切替をＲＧＢの画素単位毎に行うこととしたが、これに代えて、図５および図６に示されるように、スパイラル状の走査の周回単位で切り替えてもよいし、図７および図８に示されるように、１パルス発光単位で切り替えてもよい。あるいは、フレーム単位で切り替えてもよい。
　周回毎にプローブ３ａ，３ｂを切り替える場合には、図９に示されるように、図２のステップＳ４に代えて、１周期分の走査が行われたか否かが判定される（ステップＳ７）。
　切替のタイミングについて、ユーザが任意に設定することができることとしてもよい。
　また、スパイラル状の走査軌跡の中心近傍と周辺とで切替タイミングを異ならせることにしてもよい。
　例えば、図１０のフローによれば、中心近傍を周回単位で、周辺を画素単位で切り替えることができる。すなわち、照明光の走査を開始し（ステップＳ１１）、記憶している走査軌跡に基づいて、走査範囲が中心か周辺かが判定され（ステップＳ１２）、中心が走査されている場合には周回毎に切り替えられ（ステップＳ１３）、周辺が走査されている場合には画素毎に切り替えられる（ステップＳ１４）。
　また、図１１に示されるように、照明光の走査を開始し（ステップＳ２１）、発光比率を同等に設定し（ステップＳ２２）、画素毎にプローブ３ａ，３ｂを切り替えて照射することにより画像を取得し（ステップＳ２３）、取得された２つの画像の平均輝度を算出し（ステップＳ２４）、算出された連続した２フレームの画像の平均輝度がいずれも所定の閾値以上であるか否かを判定してもよい（ステップＳ２５）。判定の結果、いずれも所定の閾値以上である場合には、その発光比率のまま走査を継続し、２フレームの画像のいずれかの平均輝度が所定の閾値より小さい場合（ステップＳ２６）には、平均輝度が高い側の走査範囲の発光比率を増大させることにしてもよい（ステップＳ２７）。２フレームの画像のいずれも平均輝度が所定の閾値より小さい場合には、その発光比率のまま走査を継続する。
　これにより、明るく観察可能な領域について照射密度を増大させて、高精細な観察を行うことができる。暗い走査範囲については、プローブ３ａ，３ｂを近づける等により、明るくすることができ、明るくなった後には、照射密度を戻せばよい。
　また、本実施形態においては、光路切替部７によって各光ファイバスキャナ１３ａ，１３ｂへの照明光の入射タイミングを切り替えることとしたが、これに代えて、図１２に示されるように、光ファイバスキャナ１３ａ，１３ｂ毎にＲＧＢ、３つのレーザ光源５ａ，５ｂ，５ｃを備え、レーザ光源５ａ，５ｂ，５ｃの発光タイミングを切り替えることで、各光ファイバスキャナ１３ａ，１３ｂから択一的に照明光を射出させることにしてもよい。
　また、本実施形態においては、２つの光ファイバスキャナ１３ａ，１３ｂのアクチュエータ１６ａ，１６ｂを共通のアクチュエータドライバ９によって駆動することとしたが、個別のアクチュエータドライバ９によって別々に駆動することにしてもよい。この場合においても、各光ファイバスキャナ１３ａ，１３ｂから射出される照明光が時間的にずれていればよい。
　また、本実施形態においては、２つのプローブ３ａ，３ｂの一方のみに受光ファイバ１４を配置したが、これに代えて、両プローブ３ａ，３ｂに受光ファイバ１４を配置してもよい。これにより、より多くの戻り光を受光して明るい画像を取得することができる。
　また、プローブ３ａ，３ｂを２つ備える場合を例示したが、プローブ３ａ，３ｂを３つ以上備えていてもよい。これにより、視野をより大きく拡大することができる。
　また、照明光を走査するスキャナとして光ファイバスキャナ１３ａ，１３ｂを例示したが、これに代えて、プローブ３ａ，３ｂの先端にガルバノミラーを配置し、光ファイバ１５ａ，１５ｂによって導光した照明光をガルバノミラーによって２次元的に走査する構成を採用してもよい。
　また、光ファイバ１５ａ，１５ｂの先端を振動させるアクチュエータ１６ａ，１６ｂとして、圧電素子を用いたものを例示したが、これに代えて、電磁を用いたものを採用してもよい。
　また、図１３に示されるように、プローブ３ａ，３ｂとして１以上のリレーレンズ１７を備えるものを採用し、該プローブ３ａ，３ｂの基端側に配置したガルバノミラー（スキャナ）１８によって照明光を走査し、プローブ３ａ，３ｂの基端側に配置した光検出部１０によって戻り光を検出することにしてもよい。図中、符号１９はハーフミラー、符号２０は集光レンズである。この場合、各プローブ３ａ，３ｂのガルバノミラー１８が別々のドライバ（スキャナ駆動部）９ａ，９ｂによって駆動される。
　また、３つのレーザ光源５ａ，５ｂ，５ｃからＲＧＢのパルス状の照明光を順次射出させることとしたが、これに代えて、単一の光源から射出させた広帯域の照明光を分光器によってＲＧＢの照明光に分離することにしてもよい。
　また、画像生成部１１により生成された画像は、各プローブ３ａ，３ｂの走査範囲毎に取得された２枚の画像を同時に表示してもよいし、走査範囲が相互に重複している場合には、重複している部分を認識して画像処理を行い、重複領域を一致させるように２枚の画像を表示することにしてもよい。
　また、本実施形態においては、走査軌跡として、２つの光ファイバ１５ａ，１５ｂの先端がそれぞれスパイラル状の軌跡を描くものを例示したが、これに代えて、ラスタ状またはリサージュ状等の軌跡を描くものを採用してもよい。
　また、本実施形態においては、各光ファイバ１５ａ，１５ｂによる照明光の走査軌跡が、図３および図４に示されるように同一の軌跡を描くものを例示したが、これに代えて、各光ファイバスキャナ１３ａ，１３ｂを別々に制御し、各光ファイバ１５ａ，１５ｂによる照明光の走査軌跡が、それぞれ異なる軌跡を描くものを採用してもよい。
　次に、本発明の第２の実施形態に係る走査型観察装置２１について、図面を参照して以下に説明する。
　本実施形態に係る走査型観察装置２１は、図１４に示されるように、２つのプローブ３ａ，３ｂのいずれにも受光ファイバ（受光部）１４ａ，１４ｂを備えるとともに、各受光ファイバ１４ａ，１４ｂにより受光された戻り光を検出する光検出部１０が、受光ファイバ１４ａ，１４ｂ毎に別々に設けられている。また、本実施形態に係る走査型観察装置２１は、各プローブ３ａ，３ｂの先端に集光レンズ２２を備え、光ファイバスキャナ１３ａ，１３ｂから射出された照明光を集光レンズ２２によって観察対象Ａに集光し、観察対象Ａからの戻り光を集光レンズ２２によって集光して受光ファイバ１４ａ，１４ｂにより受光するようになっている。また、本実施形態に係る走査型観察装置２１は、アクチュエータ１６ａ，１６ｂの駆動波形を生成する駆動波形生成部２３を備えている。
　本実施形態においては、画像生成部１１による戻り光の強度信号の分離が、いずれか一方のプローブ３ａ，３ｂの光ファイバスキャナ１３ａ，１３ｂからの照明光の射出タイミングにおいては、他方のプローブ３ａ，３ｂの受光ファイバ１４ａ，１４ｂにより受光された戻り光の強度信号のみが画像生成に用いられるように実施されるようになっている。
　また、本実施形態においては、各光ファイバスキャナ１３ａ，１３ｂのアクチュエータ１６ａ，１６ｂが別々のアクチュエータドライバ９によって駆動され、各アクチュエータドライバ９によるアクチュエータ１６ａ，１６ｂの駆動波形は、タイミング制御部１２からのタイミング制御信号よって作動する駆動波形生成部２３により生成されるようになっている。
　駆動波形生成部２３は、図１５に示されるように、２つのプローブ３ａ，３ｂの光ファイバスキャナ１３ａ，１３ｂを駆動する駆動波形の半周期分ずれるような駆動波形を生成するようになっている。そして、発光制御部８によるレーザ光の発光は、駆動波形における復路、すなわち、エンベロープが減衰する期間に行われるようになっている。これにより、２つのプローブ３ａ，３ｂによる照明光の照射期間が重ならないようになっている。
　このように構成された本実施形態に係る走査型観察装置２１を用いて観察対象Ａの観察を行うには、一方のプローブ３ａの光ファイバスキャナ１３ａにより照明光を照射することによる観察対象Ａからの戻り光が他方のプローブ３ｂに備えられた受光ファイバ１４ｂによって受光されるような位置に、２つのプローブ３ａ，３ｂを配置する。
　この状態で、図１６に示されるように、一方のプローブ３ａの光ファイバスキャナ１３ａにより照明光が照射されると、他方のプローブ３ｂに備えられた受光ファイバ１４ｂによって観察対象Ａからの戻り光が受光される。また、図１７に示されるように逆も同様である。
　このように構成された本実施形態に係る走査型観察装置２１によれば、一方のプローブ３ａの光ファイバスキャナ１３ａにより照明光が射出されている期間の戻り光は他方のプローブ３ｂの受光ファイバ１４ｂによって受光されて該受光ファイバ１４ｂのみに接続された光検出部１０により検出されるので、他方のプローブ３ｂの光ファイバスキャナ１３ｂにより射出された照明光による戻り光が混じることを防止することができる。そして、これにより、単一の光ファイバスキャナによる場合と比較して広い視野範囲の画像を取得することができるという利点がある。
　この場合において、本実施形態に係る走査型観察装置２１によれば、集光レンズ２２によって集光された戻り光を受光可能な位置に受光ファイバ１４ａ，１４ｂを配置することができる。すなわち、光ファイバスキャナ１３ａ，１３ｂから射出された照明光は集光レンズ２２の基端側の表面において一部が反射されるため、受光ファイバ１４ａ，１４ｂは、図１８に示されるように、集光レンズ２２の外側に配置する必要があるが、本実施形態に係る走査型観察装置２１によれば、受光ファイバ１４ａ，１４ｂは他のプローブ３ａ，３ｂの光ファイバスキャナ１３ａ，１３ｂから照明光が射出されている場合にのみ戻り光を受光するので、集光レンズ２２の表面における反射を考慮する必要がない。その結果、受光ファイバ１４ａ，１４ｂを集光レンズ２２の外側に配置する場合と比較して、プローブ３ａ，３ｂの細径化を図ることができるという利点がある。
　また、本実施形態によれば、駆動波形生成部２３により、各プローブ３ａ，３ｂの光ファイバスキャナ１３ａ，１３ｂの駆動波形の半周期分ずらされているので、各プローブ３ａ，３ｂから時間的に異なる期間に照明光を射出させることができるとともに、いずれのプローブ３ａ，３ｂにおいても駆動波形のエンベロープが減衰する期間に照明光を射出することができる。一般に、スパイラル状の走査軌跡で駆動される光ファイバスキャナ１３ａ，１３ｂでは、エンベロープが減衰する復路の走査軌跡を安定させることができる。本実施形態においては、いずれのプローブ３ａ，３ｂにおいても、安定した走査軌跡で照明光を照射させることができ、画像の歪みを低減することができると言う利点がある。
　なお、本実施形態においては、２つのプローブ３ａ，３ｂを備える場合について例示したが、これに代えて、３つ以上のプローブ３ａ，３ｂ，３ｃを備えていてもよい。例えば、プローブ３ａ，３ｂ，３ｃが３つの場合には、図１９に示されるように、駆動波形に半周期分の休止期間を設けることにより、３つのプローブ３ａ，３ｂ，３ｃのいずれにおいても、エンベロープが減衰する期間において照明光を照射することができる。そして、この場合には、図２０に示されるように、照明光を照射していない他の２つのプローブ３ａ，３ｂ，３ｃに備えられた受光ファイバ１４により戻り光を受光して、これらの受光ファイバ１４に接続されている光検出部１０の出力信号を合計することにより、感度を向上することができるという利点がある。
　また、本実施形態においては、プローブ３ａ，３ｂ毎に光ファイバスキャナ１３ａ，１３ｂ、受光ファイバ１４ａ，１４ｂおよび光検出部１０を設けているので、プローブ３ａ，３ｂの個体差による特性の相違に合わせて電圧を調整することにしてもよい。これにより、プローブ３ａ，３ｂの個体差にかかわらず、異なるプローブ３ａ，３ｂで均等な照射および検出を行うことができる。
　次に、本発明の第３の実施形態に係る走査型観察装置２５について、図面を参照して以下に説明する。
　本実施形態に係る走査型観察装置２５は、図２１に示されるように、受光ファイバ１４ａ，１４ｂが集光レンズ２２の外側に配置されている点で、第２の実施形態に係る走査型観察装置２１と相違している。また、本実施形態においては、２つの光検出部１０と画像生成部１１との間に、一のプローブ３ａ，３ｂの光ファイバスキャナ１３ａ，１３ｂから照明光が射出されているときに、他の全てのプローブ３ａ，３ｂに配置されている受光ファイバ１４ａ，１４ｂにより受光される戻り光の強度が所定の閾値以下であるか否かを判定する判定部２４を備えている。
　このように構成された本実施形態に係る走査型観察装置２５を用いて観察対象Ａの観察を行うには、図２２に示されるように、観察に先立って、一方のプローブ３ａの光ファイバスキャナ１３ａから照明光を射出して（ステップＳ３１）、他方のプローブ３ｂの受光ファイバ１４ｂにより受光して、検出レベルＶａを検出する（ステップＳ３２）。また、プローブ３ａ，３ｂを切り替えて、プローブ３ｂから照明光を射出し（ステップＳ３３）、プローブ３ａにより受光して検出レベルＶｂを検出する（ステップＳ３４）。そして、検出された戻り光の強度Ｖａが第１閾値Ｖ１より小さく、かつ、検出された戻り光の強度Ｖｂが第２閾値Ｖ２より小さいか否かが判定部２４において判定される（ステップＳ３５）。
　その結果、Ｖａ＜Ｖ１かつＶｂ＜Ｖ２である場合には、両プローブ３ａ，３ｂの照射が同時に実施されるように設定され（ステップＳ３６）、それ以外の場合に、各プローブ３ａ，３ｂによる照明光の照射が択一的に実施されるように設定される（ステップＳ３７）。
　すなわち、ステップＳ３５の条件を満たす場合には、一方のプローブ３ａからの照明光により観察対象Ａから他方のプローブ３ｂに戻る戻り光の強度が小さく干渉が生じないので、図２３に示されるように、各プローブ３ａ，３ｂの光ファイバスキャナ１３ａ，１３ｂから同時に継続的に照明光を射出することができる。その結果、空間分解能の高い画像を取得することができる。
　第１閾値Ｖ１と第２閾値Ｖ２とは同じでも異なっていてもよく、相互の画像に影響を与えないレベル、例えば、１／１００程度の値に設定してもよい。
　１，２１，２５　走査型観察装置
　５ａ，５ｂ，５ｃ　レーザ光源（光源）
　３ａ，３ｂ，３ｃ　プローブ（射出部）
　９　アクチュエータドライバ（スキャナ駆動部）
　９ａ，９ｂ　ドライバ（スキャナ駆動部）
　１０　光検出部
　１１　画像生成部
　１３ａ，１３ｂ　光ファイバスキャナ（スキャナ）
　１４，１４ａ，１４ｂ　受光ファイバ（受光部）
　１２　タイミング制御部
　１８　ガルバノミラー（スキャナ）
　２２　集光レンズ
　２４　判定部
　Ａ　観察対象

Claims (4)

  1. 　照明光を射出する光源と、
    　該光源からの前記照明光を走査する２以上のスキャナと、
    　各該スキャナにより走査された各前記照明光を観察対象の表面に沿う方向の異なる位置に照射する２以上の射出部と、
    　各該射出部から射出された各前記照明光が前記観察対象に照射されることにより、該観察対象から戻る戻り光を、各前記照明光を射出した各前記射出部とは異なる位置に配置された受光部により受光して検出する光検出部と、
    　各前記射出部から各前記照明光が択一的に射出されるように射出タイミングを制御するタイミング制御部と、
    　前記光検出部により検出された前記戻り光の強度と、各前記照明光の照射位置とに基づいて前記観察対象の画像を生成する画像生成部とを備える走査型観察装置。
  2. 　前記受光部が、各前記射出部と対をなしてそれぞれ配置され、
    　各前記射出部による前記照明光の射出方向の前方にそれぞれ配置され、各前記射出部から射出された前記照明光を集光する集光レンズを備え、
    　前記受光部が、各前記射出部に対応する各前記集光レンズを介して前記観察対象から戻る前記戻り光を受光する位置にそれぞれ配置され、
    　前記画像生成部は、一の前記射出部から前記照明光が射出されているときには、他の前記射出部と対をなして配置されている前記受光部により受光された前記戻り光の強度に基づいて前記画像を生成する請求項１に記載の走査型観察装置。
  3. 　各前記スキャナを、位相をずらした同一の駆動波形で駆動するスキャナ駆動部を備え、
    　前記タイミング制御部が、前記スキャナ駆動部による各前記スキャナの前記駆動波形における同一位相範囲で前記照明光を射出させるように射出タイミングを制御する請求項１または請求項２に記載の走査型観察装置。
  4. 　前記受光部が、各前記射出部と対をなしてそれぞれ配置され、
    　一の前記射出部から前記照明光が射出されているときに他の全ての前記射出部と対をなして配置されている前記受光部により受光される前記戻り光の強度が、全ての前記射出部について所定の閾値以下であるか否かを判定する判定部を備え、
    　該判定部により前記閾値以下であると判定された場合に、前記タイミング制御部が複数の前記射出部から前記照明光を同時に射出させるように射出タイミングを制御し、かつ、前記画像生成部が、前記照明光を射出している前記射出部と対をなして配置されている前記受光部により受光された前記戻り光の強度に基づいて前記画像を生成する請求項１に記載の走査型観察装置。
    　
     
     
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