光検出装置および光検出方法、並びに、顕微鏡および内視鏡
【課題】所望の被検出光を高感度かつ高ＳＮ比でヘテロダイン検出できる光検出装置および光検出方法、並びに、顕微鏡および内視鏡を提供する。
【解決手段】被検出光と時間的に干渉状態が安定しない局発光を発生する局発光発生手段１０と、光電変換して前記局発光と前記被検出光とのビート信号を生成する光電変換手段２０とを有し、光電変換手段２０の出力に基づいて被検出光をヘテロダイン検出する。
【解決手段】被検出光と時間的に干渉状態が安定しない局発光を発生する局発光発生手段１０と、光電変換して前記局発光と前記被検出光とのビート信号を生成する光電変換手段２０とを有し、光電変換手段２０の出力に基づいて被検出光をヘテロダイン検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光検出装置および光検出方法、並びに、顕微鏡および内視鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
生体観察、センサ、セキュリティ、レーザレーダ等の光を利用する様々なシステムにおいて、所望の信号光（被検出光）を検出する技術はその性能を大きく左右する基本的かつ重要な要素になっている。特に、高速かつ高感度な検出技術に対するニーズは高い。
【０００３】
例えば、生体観察をみると、生体の状態や形状は時々刻々と変化するため、正確な観察を行うためには、高速に光検出を行う必要がある。また、光照射によって生体は損傷を受け易いため、生体試料に照射できる照明光や励起光の光量には上限がある。そのため、生体から得られる光信号は通常微弱になってしまう。これらの理由により、光を用いた生体観察においては、高速かつ高感度な光検出技術が強く求められている。
【０００４】
現在用いられている代表的な光検出素子には、ＰＭＴ（Photo Multiplier Tube）、ＡＰＤ（Avalanche Photo Diode）、ＰＤ（Photo Diode）がある。ＰＭＴおよびＡＰＤは、検出素子内にて電子増倍を行うので、高感度な光検出を実現できる。一方、ＰＤは、非常に高速な応答速度を実現できるものの、検出素子内に電子増倍機能を持たないため、通常は、電気増幅器を用いて信号の増幅を行っている。つまり、ＰＭＴ，ＡＰＤ，ＰＤは、いずれの素子も電気的に信号増幅を行い、感度の向上を図っている。
【０００５】
また、代表的な二次元光検出器として、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）、ＥＭ−ＣＣＤ（Electron Multiplying-CCD）、ＥＢ−ＣＣＤ（Electron Bombardment-CCD）、Ｉ−ＣＣＤ（Intensified-CCD）がある。ＣＣＤもしくはＣＭＯＳを用いて微弱光を検出する場合は、感度向上のために、ＰＤの場合と同様に、後段に電気増幅器を配置する必要がある。ＥＭ−ＣＣＤおよびＥＢ−ＣＣＤは、ＡＰＤの場合と同様に、検出素子内に電子増倍機能を持ち、高感度化を実現している。Ｉ−ＣＣＤは、ＣＣＤの前にＩ．Ｉ．（Image Intensifier）を配置した構成をとる。Ｉ.Ｉ.は、入射光信号を一旦電気信号に変換し、Ｉ.Ｉ.に内蔵されているＭＣＰ（Micro Channel Plate）内にて電子増倍を行った後、増倍された電子を蛍光板に衝突させることで、増倍電子信号を再度光に変換するものである。Ｉ.Ｉ.からの出力光は、ＣＣＤにて電気信号に変換される。つまり、Ｉ−ＣＣＤも、電気段にて信号増幅を行うことで高感度な光検出を実現している。
【０００６】
上記のような光検出器を用い、光強度を電流に変換する光検出法が広く用いられている。この光検出法は直接検出法と呼ばれる。この直接検出法においては、熱雑音、電子増倍雑音もしくは過剰雑音が支配的な雑音要因になる。これらの雑音は、光の量子性に起因するショット雑音よりも大きいため、直接検出法では究極的な高感度光検出が非常に困難な状況にある。
【０００７】
高速高感度な光検出を可能にする技術の一つとして、光ヘテロダイン検出技術も広く用いられている。従来の光ヘテロダイン検出技術は、被検出光と、被検出光の光周波数よりも若干光周波数が異なる局発光（local oscillation）との干渉効果を利用する光検出方法で、局発光強度を十分高くすることで被検出光を高感度に検出するというものである。局発光が十分高強度である場合、高速な電子回路を用いてもショット雑音限界の理想的な光検出が可能であるため、光検出の高速性と高感度性との両立が実現される。ただし、この際、信号光と局発光には、時間的にも空間的にもお互いの干渉状態が安定するような光が通常用いられる。
【０００８】
時間的に干渉状態を安定化する方法として、次に述べる二つの方法が主に用いられる。一つ目の方法は、同一光源からの出力を分波してそれぞれを信号光および局発光として用いる方法である。この際、同一光源出力を分波しているので、信号光および局発光を合波するまでの相対遅延時間が、光源のコヒーレンス時間より短くなるように用いられる。こうすることで、信号光と局発光との干渉状態が時間的に安定する。なお、信号光と局発光との光周波数は、光周波数シフタなどを利用して若干異なるように設定される。この方法は、比較的簡便に安定な干渉状態を実現できるので、古くから用いられている（例えば、特許文献1参照）。
【０００９】
二つ目の方法は、光スペクトル線幅が非常に狭く（光スペクトル純度が非常に高く）、かつ、発振光周波数が高精度に安定化された、互いに独立した二つの光源を用いる方法である。ここで光スペクトル線幅は、光電変換部分を含む電気回路部分の動作帯域よりも狭いものとする。この二つの独立した光源をそれぞれ信号光もしくは局発光として用いる。この際、信号光と局発光との発振光周波数は若干異なるように設定される。この方法は、技術的制約により従来は実現が非常に困難だった。しかしながら、近年の技術進展により、光スペクトル線幅がｋＨｚ程度と非常に光スペクトル純度が高く、かつ、発振光周波数が高精度に安定化されたレーザが入手可能になったため、最近では二つ目の方法を用いても比較的安定した干渉状態が得られるようになってきている。
【００１０】
一方、空間的に干渉状態を安定化するためには、信号光と局発光にはそれぞれ空間コヒーレンスの高い光を用い、かつそれぞれの空間モード分布を一致させる必要がある。そのために、信号光側に共焦点光学系や光ファイバなどの空間モードフィルタが用いられる。こうすることで、局発光と空間的な干渉状態を安定に保つ信号光成分だけを抽出することができる。その結果、空間的に干渉状態を安定化することができる。
【００１１】
【特許文献１】特許第２８９０３０９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところが、生体観察、センサ、セキュリティ、レーザレーダ等で検出される信号光は、レーザ光のような時間的コヒーレンスの高いものではなく、ランプ光や蛍光などの時間的コヒーレンスが低い、つまり光スペクトル線幅が広いものである場合が非常に多い。また、分光計測などでレーザ光が用いられる場合でも、特に散乱媒質を計測する場合は、スペックルの影響を避けるために、意図的に光スペクトル線幅を広げる工夫がなされる。つまり、分光計測などでは、光周波数の確度をある程度確保すると同時に、スペックルの影響を避けることができる光スペクトル線幅のレーザ光が用いられる。
【００１３】
このため、上述のような従来の方法に則ると、このような時間的コヒーレンスの低い信号光をヘテロダイン検出するためには、信号光と局発光の発生源を同一とし、かつ信号光と局発光の相対遅延時間が、それらのコヒーレンス時間よりも短い状況で検出を行う必要がある。
【００１４】
例えば、中心光周波数が６００ＴＨｚ（波長５００ｎｍ）で、光スペクトル線幅が１２０ ＴＨｚ（波長幅約１００ｎｍ）の光の場合、コヒーレンス時間は、約１．０×１０-14秒（真空中の空間距離で約３．０×１０-6ｍに対応）となり、信号光と局発光との間の許容される遅延時間は非常に短い。
【００１５】
また、例えば、中心光周波数６００ＴＨｚ、光スペクトル線幅１２０ＧＨｚ（波長幅約１００ｐｍ）の意図的に線幅が広げられたレーザ光の場合を考えても、コヒーレンス時間は約１．０×１０-11秒（真空中の空間距離で約３．０×１０-3ｍに対応）となり、やはり許容される相対遅延時間は短い。
【００１６】
このように、許容される相対遅延時間が短い状況では、時間的および距離的許容度が小さいため、ヘテロダイン検出の用途が非常に厳しく限定されてしまう。
【００１７】
また、信号光（被検出光）が蛍光などのように試料中で新たに発生した時間的に低コヒーレンス光である場合は、高感度光ヘテロダイン検出に適した局発光を準備することができない。
【００１８】
上述の理由から、時間的に低コヒーレントな光信号をヘテロダイン検出した場合、安定的な干渉状態を保つことができず、高速かつ高感度な光検出の実現が困難な状況にある。
【００１９】
したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、所望の被検出光を高感度かつ高ＳＮ（Signal to Noise）比でヘテロダイン検出できる光検出装置および光検出方法、並びに、顕微鏡および内視鏡を提供することにある。
【００２０】
また、本発明の他の目的は、広い波長帯域を有する被検出光であっても、高感度かつ高ＳＮ（Signal to Noise）比でヘテロダイン検出できる光検出装置および光検出方法、並びに、顕微鏡および内視鏡を提供することにある。
【００２１】
さらに、本発明の他の目的は、信号光と局発光とが時間的ないし空間的に互いの干渉状態が安定しないような光であっても、高感度かつ高ＳＮ（Signal to Noise）比でヘテロダイン検出できる光検出装置および光検出方法、並びに、顕微鏡および内視鏡を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記目的を達成する第１の観点に係る光検出装置の発明は、被検出光と時間的に干渉状態が安定しない局発光を発生する局発光発生手段と、光電変換して前記局発光と前記被検出光とのビート信号を生成する光電変換手段とを有し、前記光電変換手段の出力に基づいて前記被検出光をヘテロダイン検出することを特徴とするものである。
【００２３】
ここで、上述の「被検出光と時間的に干渉状態が安定しない局発光」の意味を説明する。ここでは、局発光が被検出光と同一光源から生成されている場合と、局発光と被検出光がそれぞれ独立した光源から生成されている場合の二つの場合に分けて説明を行う。
【００２４】
まず、局発光が被検出光と同一光源から生成されている場合を説明する。この場合は、同一光源からの出力を分波してそれぞれの光を試料などに照射される光および局発光として用いる。試料などで反射、透過、散乱、屈折、回折などによって生成された光を被検出信号光とし、この被検出光と局発光を再合波してヘテロダイン検出する。この際に、光源から光が分波されて再合波されるまでの相対遅延時間が、光源のコヒーレンス時間τcよりも長い状況下の局発光を、「被検出光と時間的に干渉状態が安定しない」局発光としている。ここでコヒーレンス時間τcとは（１）式で定義される時間とする。
【数１】
ここでｃは光の速度、λ0は光源にて生成される光の中心波長、Δλは光源にて生成される光の光スペクトルの波長線幅を表す。
【００２５】
次に、局発光と被検出光がそれぞれ独立した光源から生成されている場合を説明する。この場合は、ヘテロダイン検出の際に、その光スペクトル線幅が、光電変換部分を含む電気回路部分の動作帯域よりも広い局発光を「被検出光と時間的に干渉状態が安定しない」局発光としている。ここでは波長ドリフトなども光スペクトル線幅に含まれるものとする。
【００２６】
第２の観点に係る発明は、第１の観点に係る光検出装置において、前記光電変換手段が、バランスド検出を行うことを特徴とするものである。
【００２７】
第３の観点に係る発明は、第１もしくは２の観点に係る光検出装置において、前記局発光発生手段が、複数台の光発生源からなる、ことを特徴とするものである。
【００２８】
第４の観点に係る発明は、第１もしくは２の観点に係る光検出装置において、前記局発光発生手段が、所定の光周波数成分を選択する光フィルタ手段を有する、ことを特徴とするものである。
【００２９】
第５の観点に係る発明は、第１もしくは２の観点に係る光検出装置において、前記局発光発生手段が、光スペクトルを所望の形状に整形する光スペクトル整形手段を有する、ことを特徴とするものである。
【００３０】
第６の観点に係る発明は、第１もしくは２の観点に係る光検出装置において、前記局発光発生手段が、蛍光発生手段を有する、ことを特徴とするものである。
【００３１】
第７の観点に係る発明は、第１もしくは２の観点に係る光検出装置において、前記光電変換手段の前段に、所望の空間分布の光のみを選択する空間光フィルタ手段を有する、ことを特徴とするものである。
【００３２】
第８の観点に係る発明は、第１もしくは２の観点に係る光検出装置において、前記光電変換手段の前段に、空間的光強度分布を均一化する空間光ホモジナイザ手段を有する、ことを特徴とするものである。
【００３３】
第９の観点に係る発明は、第１〜８のいずれかの観点に係る光検出装置において、前記光電変換手段の出力の包絡線を検出する包絡線検波手段を、さらに有する、ことを特徴とするものである。
【００３４】
第１０の観点に係る発明は、第１の観点に係る光検出装置において、前記被検出光と前記局発光が同一光源の出力を分岐して用いられ、かつ前記光電変換手段入射時における前記被検出光と前記局発光の相対遅延時間がコヒーレンス時間以内ではないことを特徴とするものである。
【００３５】
第１１の観点に係る発明は、第１の観点に係る光検出装置において、前記局発光の光スペクトル線幅が、前記光電変換手段以降の信号処理帯域よりも広いことを特徴とするものである。
【００３６】
さらに、上記目的を達成する第１２の観点に係る光検出方法の発明は、検出系の動作周波数帯域よりも広い光スペクトル線幅を有し、かつ被検出光と時間的に干渉状態が安定しない局発光を発生する局発光発生ステップと、光電変換して前記局発光と前記被検出光とのビート信号を生成する光電変換ステップとを含み、前記光電変換ステップの出力に基づいて前記被検出光をヘテロダイン検出することを特徴とするものである。
【００３７】
さらに、上記目的を達成する第１３の観点に係る光検出方法の発明は、前記光電変換ステップにて、バランスド検出を行うことを特徴とするものである。
【００３８】
さらに、上記目的を達成する第１４の観点に係る顕微鏡の発明は、観察試料からの被検出光を検出する顕微鏡であって、第１〜１１のいずれか一つの観点に係る光検出装置を有し、前記観察試料からの前記被検出光を前記光検出装置によりヘテロダイン検出するように構成したことを特徴とするものである。
【００３９】
さらに、上記目的を達成する第１５の観点に係る内視鏡の発明は、体腔内からの被検出光を検出して、前記体腔内を観察する内視鏡であって、第１〜１１のいずれか一つの観点に係る光検出装置を有し、前記体腔内からの前記被検出光を前記光検出装置によりヘテロダイン検出するように構成したことを特徴とするものである。
【００４０】
さらに、上記目的を達成する第１６の観点に係る内視鏡の発明は、体腔内からの被検出光を検出して、前記体腔内を観察する内視鏡であって、照射光を生成する光生成手段と、前期照射光を試料上で走査させる走査手段と、前記試料から透過、反射、散乱、屈折もしくは回折された光を伝送する光伝送光学系と、第１〜１１のいずれか一つの観点に係る光検出装置を備え、前記体腔内からの前記被検出光を前記光検出装置によりヘテロダイン検出するように構成したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００４１】
本発明に係る光検出装置や光検出方法によれば、被検出光と時間的に干渉状態が安定しない局発光と被検出光とから複数のビート信号を生成し、それらを加算して、被検出光をヘテロダイン検出するので、例えば、生体等の散乱体で被検出光が散乱されてしまう、もしくは吸収などの影響で被検出光が著しく減少してしまうような被検体であっても、所望の被検出光を高感度かつ高ＳＮ比で検出することが可能となる。また、散乱体に限らず、検出対象の深部ないし遠方に存在する被検物質や、他の光吸収物質が介在するような環境下に存在する被検物質からの被検出光に対しても、高感度かつ高ＳＮ比で検出することが可能となる。
【００４２】
また、本発明に係る光検出装置や光検出方法によれば、試料に照射される光と局発光が同一光源から生成される場合においては、従来とは異なり、被検出信号光と局発光の間の相対遅延時間が光源のコヒーレンス時間τcより短い必要が無いため、光検出の相対遅延時間の調整から開放される。また、被検出光と局発光が別光源から生成される場合においては、局発光の光スペクトルが広くても問題にならないため、従来のヘテロダイン検出法と比較して、局発光に求められる条件は大幅に緩和される。つまり、局発光用光源にＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）やＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）などの安価な光源を用いることができる。これらの効果は、産業上の意義が極めて高い。
【００４３】
また、本発明に係る顕微鏡によれば、上記の光検出装置により、観察試料からの被検出光と、被検出光と時間的に干渉状態が安定しない局発光とのビート信号を検出するので、観察試料を高感度かつ高ＳＮ比で観察することが可能となる。
【００４４】
また、本発明に係る内視鏡によれば、体腔内からの被検出光を、上記の光検出装置により、被検出光と時間的に干渉状態が安定しない局発光とのビート信号を検出するので、体腔内を高感度かつ高ＳＮ比で観察することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る光検出装置の基本的構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２実施の形態に係る光検出装置の基本的構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示した光検出装置の動作を説明する模式図である。
【図４】図２に示した光検出装置の動作を説明する模式図である。
【図５】本発明の第３実施の形態に係る光検出装置の要部の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第４実施の形態に係る光検出装置の要部の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第５実施の形態に係る光検出装置の要部の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第６実施の形態に係る光検出装置の要部の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第７実施の形態に係る内視鏡の要部の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第８実施の形態に係る光検出装置の要部の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０ 局発光発生手段
１１ ＳＬＤ
１２ ＢＰＦ
１３ 蛍光板
１４ スペクトル整形フィルタ
１５ ＬＥＤユニット
１６ 局発用ＬＥＤ
１７ ホモジナイザ
１８ ＬＥＤ（Ａ）
１９ ＬＥＤ（Ｂ）
２０ 光電変換手段
２１ 光電変換手段（Ａ）
２２ 光電変換手段（Ｂ）
２３ ＤＢＤ
２４ ＣＣＤ（Ａ）
２５ ＣＣＤ（Ｂ）
２６ ＤＢＤ
３０ 光合分波手段
３１ 光ファイバカプラ
３２ ハーフミラー
３３ ミラー
３４ ミラー
４０ 減算手段
５１ ＬＤ
５２ 光ファイバ
５３ レンズ
５４ レンズ
５５ 可動台
５６ ＳＭＦ
５７ ＡＤＣ
５８ コンピュータ
５９ モニタ
６０ 制御部
６１ 照明用光源
６２ レンズ
６３ ＬＧＦ
６４ 内視鏡ハウジング
６５ レンズ光学系
６６ ビームスプリッタ
６７ レンズ光学系
６８ レンズ光学系
６９ 増幅器
７０ 増幅器
７１ 制御部
７２ 蛍光励起用光源
７３ 制御部
７４ 信号光源ユニット
７５ 光ファイバ
７６ 光ファイバ型分波器
７７ 多芯光ファイバ
７７Ａ 照明用コア
７７Ｂ 受光用コア
７７Ｃ クラッド
７８ 駆動機構
７９ レンズ光学系
８０ 多モード光ファイバ
８１ 制御部
８２ カプセル型筐体
８３ 照明用ＬＥＤ
８４ 集光レンズ光学系
８５ 信号処理部
８６ 信号送信部
８７ レーザ走査型蛍光顕微鏡
８８ Ａｒレーザ
８９ 光強度調整器
９０ Ｘ−Ｙガルバノミラー
９１ 瞳投影レンズ
９２ 結像レンズ
９３ ダイクロイックミラー
９４ 対物レンズ
９５ レンズ
９６ ピンホール
９７ レンズ
９８ ダイクロイックミラー
１００ 生体組織
１０１ 生細胞試料
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
【００４８】
（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る光検出装置の基本的構成を示すブロック図である。この光検出装置は、被検出光と時間的に干渉状態が安定しない局発光を発生する局発光発生手段１０を用い、この局発光発生手段１０からの局発光と被検出光を光電変換手段２０にて電気信号に変換する。光電変換手段２０からは、局発光と被検出光による複数のビート信号が加算された信号が得られ、入力信号光をヘテロダイン検出するものである。
【００４９】
局発光発生手段１０は、例えば、ＬＥＤ、ＳＬＤ、ＳＯＡ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）などの自然放出光や蛍光などを発するものを用いて構成する。この局発光発生手段１０は、被検出光と別光源で構成可能である。また局発光発生手段１０は、以下に述べるように照明光の一部を用いることでも構成可能である。照明光が対象にて透過、反射及び散乱されてきた光を被検出光として用いる場合、局発光として用いられる照明光の一部と被検出光との間に照明光のコヒーレンス時間よりも長い相対遅延を挿入して検出することが可能である。光電変換手段２０は、例えば、ＰＭＴ、ＡＰＤ、ＰＤ、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ、ＥＭ−ＣＣＤやＥＢ−ＣＣＤなどを用いて構成する。光電変換手段２０に被検出光と局発光を入射する際には、光電変換手段２０の直前にビームスプリッタや光ファイバカップラなどの光学素子を配置して被検出光と局発光を合波した後に光電変換手段２０に入射してビート信号を得ても良いし、光電変換手段２０の受光面に被検出光と局発光が共に入射するように構成することもできる。
【００５０】
被検出光である信号光は、光電変換手段２０から出力される電気信号のうち、特に、振幅情報や強度情報を用いて検出する。これらの情報は、包絡線検波や二乗検波などにより取得する。光電変換手段２０の後段に直流成分を除去するフィルタ手段を付加しても良い。また、局発光の強度を調整することでビート信号の強度を調整することができる。
【００５１】
（第２実施の形態）
図２は、バランスド検出構成を示す。信号光は光合分波手段３０にて二分岐され、分岐された一方の光は光電変換手段（Ａ）２１、他方の光は光電変換手段（Ｂ）２２に入射される。光合分波手段には例えば、ビームスプリッタや光ファイバカプラなどを用いることができる。また、局発光発生手段１０より発せられた局発光も光合分波手段３０にて二分岐され、一方の光は光電変換手段（Ａ）２１、他方の光は光電変換手段（Ｂ）２２に入射される。光電変換手段（Ａ）２１及び光電変換手段（Ｂ）２２より出力される電気信号は、減算手段４０に入力される。この減算手段４０には例えばアナログ差動増幅回路、ディジタル差動増幅回路、ソフトウェアによる信号処理などを用いることができる。光電変換手段（Ａ）２１及び光電変換手段（Ｂ）２２では、信号光同士のビート信号（以下、信号光―信号光ビート信号）、局発光同士のビート信号（以下、局発光―局発光ビート信号）、そして信号光と局発光のビート信号（以下、信号光―局発光ビート信号）がそれぞれ検出される。信号光−信号光ビート信号と局発光−局発光ビート信号については、光電変換手段（Ａ）２１及び光電変換手段（Ｂ）２２にて同相なビート信号が検出されるため、減算手段４０にて相殺される。一方、信号光―局発光ビート信号は、光電変換手段（Ａ）２１にて出力されるものと、光電変換手段（Ｂ）２２にて出力されるものとは、逆相になっているため、減算手段４０にて足しあわされる。つまり、図２のようなバランスド検出構成を用いることで、光検出時の背景信号となる信号光−信号光ビート信号及び局発光―局発光ビート信号を除去することができ、高いＳＮ比を持った光検出が可能になる。さらに、図２のバランスド検出構成を用いることで局発光自身が持つ相対強度雑音（Ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｎｏｉｓｅ：ＲＩＮ）を低減することも可能になる。
【００５２】
図３は図２に示した光検出装置の動作を周波数軸上にて説明する模式図である。図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ信号光の光スペクトル、信号光と局発光が重なった際の光スペクトル、局発光の光スペクトル、光電変換後の電気スペクトルを示す。ここで局発光の光スペクトル線幅をΔｆLO、光電変換手段２０以降の電気回路の動作帯域をＢとする。図３ではΔｆLOが信号光の光スペクトル幅よりも広く、ΔｆLOがＢよりも広い例を示している。また、局発光の光スペクトルは信号光の光スペクトルと光周波数軸上に重なりを持ち、信号光よりも局発光の方が十分高強度であるものとしている。
【００５３】
図３の例では、信号光も局発光も複数の光周波数成分を有しているため、あらゆる光周波数の組み合わせによる信号光―局発光ビート信号が電気回路の動作帯域Ｂ内にて検出される。異なる光周波数の組み合わせによる同一の信号光―局発光ビート信号も多数検出されるが、それらの信号光−局発光ビート信号はお互いに無相関であるため、インコヒーレントに加算される。
【００５４】
一方、図４は図２に示した光検出装置の動作を時間軸上にて説明する模式図である。図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ信号光電界の時間波形、信号光電界と局発光電界が重なった際の時間波形、局発光電界の時間波形、光電変換後の時間波形を示す。図３の例と同様に、ΔｆLOはＢよりも広く、局発光の光スペクトルは信号光の光スペクトルと光周波数軸上に重なりを持ち、局発光は信号光よりも十分高強度であるものとしている。信号光電界と局発光電界が時間的及び空間的に重なった場合に、図４（Ｄ）のような信号が得られる。信号光と局発光がお互いに無相関であるため、図４（Ｄ）に例示するように検出される信号の時間波形は雑音状になる。この雑音状の信号の検出に、包絡線検波や二乗検波を用いても良い。
【００５５】
（第３実施の形態）
図５は、本発明の第３実施の形態に係る生体内部観察装置の要部の構成を示すブロック図である。この生体内部観察装置には、照明用光源として中心波長９４０ｎｍで発光する半導体レーザ（Ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ：ＬＤ）５１を有するものを用いた。ＬＤ５１から出射された光を光ファイバ５２に結合し、レンズ５３を経由して生体組織１００へ照射した。そして、生体組織１００を透過した光を被検出信号光とした。生体組織１００を透過した光をレンズ５４によって集光し、単一モード光ファイバ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ：ＳＭＦ）５６に入力した。レンズ５４は可動台５５上に保持されているものを用いた。ここで可動台５５は、生体組織１００表面に平行な面上を移動できるよう設定されているものを用いた。ＳＭＦ５６からの出力光を、２入力２出力のポートを有する光ファイバカプラ３１の入力ポートの一つに接続した。光ファイバカプラ３１のもう一方の入力ポートに、局発光を入力した。局発光の発生源として波長９４０ｎｍ帯のＳＬＤ１１を用いた。ＳＬＤ１１の後段には、中心波長９４０ｎｍ、透過帯域幅２ｎｍのバンドパスフィルタ（Ｂａｎｄ−ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ：ＢＰＦ）１２を配置し、ＢＰＦ１２から出力された光を局発光として用いた。この際、局発光波長帯域内に被検出信号光波長が含まれるようにＢＰＦ１２の透過中心波長を調整した。光ファイバカプラ３１の２つの出力ポートをデュアルバランスドディテクタ（Ｄｕａｌ ｂａｌａｎｃｅｄ ｄｅｔｅｃｔｏｒ：ＤＢＤ）２３に接続した。ここでＤＢＤ２３は、光電変換手段（Ａ）２１、光電変換手段（Ｂ）２２としてのＩｎＧａＡｓフォトダイオード２つと演算手段４０としてのアナログ差動増幅電子回路にて構成され、動作帯域が２００ＭＨｚのものを用いた。ＤＢＤ２３の出力を１６ビットのアナログ−ディジタル変換器（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：ＡＤＣ）５７に入力し、アナログの入力信号をディジタル信号に変換した。そしてＡＤＣ５７からのディジタル信号出力をコンピュータ５８に入力した。コンピュータ５８では、ＡＤＣ５７からの入力信号の包絡線が計算され、さらにその包絡線波形に対するある一定時間の積算値が計算される。コンピュータ５８からの信号に応じて制御部６０は、ＳＬＤ１１の強度と可動台５５の位置を制御する。可動台５５は一定時間Ｔの間、同じ位置に留まるものとし、コンピュータ５８では、可動台５５の位置に対する、包絡線波形の積算値を記憶し、二次元画像としてモニタ５９上に表示された。
【００５６】
こうすることで光を強く散乱する生体の内部を高速かつ高ＳＮ比で観察することができた。
【００５７】
（第４実施の形態）
図６は、本発明の第４実施の形態に係る内視鏡の要部の構成を示すブロック図である。この内視鏡は、体腔内を観察するもので、被検出光の検出系として図２に示した光検出装置の構成を有するものである。図６において、照明用光源６１はＸｅランプを含み、コンピュータ５８に制御された制御部７１によって駆動した。照明用光源６１から発せられた光を、レンズ６２を経由してライトガイドファイバ（Ｌｉｇｈｔ ｇｕｉｄｅ ｆｉｂｅｒ：ＬＧＦ）６３に入力した。
【００５８】
ＬＧＦ６３は内視鏡ハウジング６４内を通るように配置される。ＬＧＦ６３中を伝搬した光を内視鏡ハウジング６４内に設置されたレンズ光学系６５を経由して空間に射出した。この射出された光は同じく内視鏡ハウジング６４内に設置されるビームスプリッタ６６にて２分岐され、一方はレンズ光学系６７を経由して生体組織１００へ照射され、他方はハーフミラー３２へ入力される。ハーフミラー３２へ入力される光を、光検出時の局発光として使用した。生体組織１００からの反射光もしくは散乱光をレンズ光学系６８によって集光し、被検出信号光として用いた。この時、光路（ビームスプリッタ６６−レンズ光学系６７−生体組織１００−レンズ光学系６８−ハーフミラー３２）と光路（ビームスプリッタ６６−ハーフミラー３２）との光路長差は、照明用光源６１のコヒーレンス長よりも長くなるように設定した。
【００５９】
ハーフミラー３２は図５中の光ファイバカプラ３１と同様の働き、つまり２入力２出力の光合分波器の役割を果たす。ハーフミラー３２には、局発光としてのビームスプリッタ６６からの光入力と、被検出信号光としてのレンズ光学系６８からの光入力があり、ハーフミラー３２からの２つの出力はそれぞれ光電変換手段（Ａ）２１としてのＣＣＤ（Ａ）２４及び光電変換手段（Ｂ）２２としてのＣＣＤ（Ｂ）２５に入力され、アナログ電気信号に変換される。ＣＣＤ（Ａ）２４及びＣＣＤ（Ｂ）２５からの出力信号はそれぞれ増幅器６９及び増幅器７０にて増幅され、２入力のＡＤＣ５７にてそれぞれディジタル信号に変換される。
【００６０】
ＡＤＣ５７からの出力信号をコンピュータ５８に入力し、コンピュータ５８では、ＣＣＤ（Ａ）２４とＣＣＤ（Ｂ）２５からの出力を減算する信号処理と、減算後に包絡線を計算し、ある一定時間積算を行う信号処理が施される。この減算信号処理、包絡線計算、積算処理が図２中の減算手段４０に対応する。
【００６１】
こうすることで、照明光強度を低く抑えつつ、明るい内視鏡画像を得ることができるようになった。照明光強度が高くなることに起因する内視鏡先端部の発熱を抑えつつ、明るい画像を得ることができるため、患者に対してより安全性の高い内視鏡画像を提供することができるようになる。さらに本実施の形態においては、局発光用の光源が不要であるため、構成が簡素になるという利点も併せ持っている。
【００６２】
また、図６照明用光源６１中のＸｅランプの後段に青色、緑色そして赤色を透過する波長帯域フィルタを配置することで、狭帯域光観察（Ｎａｒｒｏｗ ｂａｎｄ ｉｍａｇｉｎｇ：ＮＢＩ）を行うことも可能である。従来のＮＢＩでは、波長帯域フィルタの利用による画像明るさの低下が避けられないが、図６に示す第４実施の形態によれば、画像明るさを犠牲にすることなくＮＢＩを行うことが可能になる。
【００６３】
なお、この第４の実施形態では、二次元光検出器として、ＣＣＤを用いた例を説明したが、ＣＭＯＳ、ＥＭ−ＣＣＤ、ＥＢ−ＣＣＤ、Ｉ−ＣＣＤのような他の二次元光検出器を撮像用として使用してもよい。
【００６４】
（第５実施の形態）
図７は、本発明の第５実施の形態に係る蛍光内視鏡の要部の構成を示すブロック図である。この蛍光内視鏡は、体腔内を観察するもので、被検出光の検出系として図２に示した光検出装置の構成を有するものである。図７は図６の構成と類似しているが、図７では、蛍光励起用光源７２はＸｅランプと波長４５０ｎｍ帯の光のみを透過させる波長帯域フィルタを含み、コンピュータ５８に制御された制御部７３によって駆動する。また、ビームスプリッタ６６とハーフミラー３２との間に蛍光板１３と光スペクトル整形フィルタ１４を配置し、レンズ光学系６８とハーフミラー３２との間に励起光除去フィルタ２６を配置した点が図６とは異なる。その他の構成は、図６と同様であるので、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。
【００６５】
蛍光板１３には、蛍光励起用光源７２を励起光とした場合に、生体組織からの蛍光と同じ波長帯、例えば波長５３０ｎｍ帯の蛍光を発するものを用いた。そして、光スペクトル整形フィルタ１４には、蛍光励起用光源７２からの励起光を除去すると同時に、蛍光板から発せられる光スペクトルの形状を整形するものを用いた。
【００６６】
励起光除去フィルタ２６には、蛍光励起用光源７２から発せられた光を除去すると同時に、生体組織１００から発せられる興味ある波長の光のみ、例えば波長５３０ｎｍ帯の光を透過させるものを用いた。
【００６７】
このような構成を用いることで、生体から発せられる微弱な蛍光も明るく検出することが可能になる。本実施の形態においては、光スペクトル整形フィルタ１４が用いられているが、このように局発光の光スペクトル形状を調整することで、光検出における波長依存性を調整することが可能になる。また、蛍光板１３を変更することで、局発光の中心波長や波長帯域を調整することが可能である。例えば、蛍光励起用光源７２から発せられる光の波長帯域が狭帯域であっても、広い発光波長帯域を有する蛍光板１３を用いることで、広い波長帯域に対応した局発光を生成することが可能になる。また、特定の波長帯の光のみを検出したい場合には、狭い発光波長帯域を有する蛍光板１３を用いることが有効である。
【００６８】
（第６実施の形態）
図８（Ａ）は、本発明の第６実施の形態に係る光ファイバスキャン型内視鏡の要部の構成を示すブロック図である。この内視鏡は、体腔内を観察するもので、被検出光の検出系として図２に示した光検出装置の構成を有するものである。
【００６９】
信号光源ユニット７４は、発振波長４８０ｎｍのＬＤ、発振波長５３２ｎｍのＤｉｏｄｅ ｐｕｍｐｅｄ ｓｏｌｉｄ ｓｔａｔｅ（ＤＰＳＳ）レーザ、６３３ｎｍのＬＤが含まれているものを用い、各レーザからの出力をダイクロイックミラーにて合波し、信号光源ユニット７４から出力される。信号光源ユニット７４から出力される光の波長や強度は制御器８１にて制御される。
【００７０】
信号光源ユニット７４からの出力光を光ファイバ７５に入力した。光ファイバ７５は、光ファイバ型分波器７６を経由して多芯光ファイバ７７に接続した。多芯光ファイバ７７の断面形状を図８（Ｂ）に示す。多芯光ファイバ７７は、１つの照明用コア７７Ａ、複数の受光用コア７７Ｂ、クラッド７７Ｃにて構成されている。光ファイバ型分波器７６は、光ファイバ７５を伝搬する光を多芯光ファイバ７７の照明用コア７７Ａへ結合し、多芯光ファイバ７７中の複数の受光用コア７７Ｂを伝搬する光を多モード光ファイバ８０へ結合する。
【００７１】
信号光源ユニット７４から出力される光を光ファイバ７５中を伝搬させ、光ファイバ型分波器７６によって多芯光ファイバ７７の照明用コア７７Ａに結合される。多芯光ファイバ７７の先端部は駆動機構７８に保持されているものを用いた。駆動機構７８はピエゾ素子などで構成され、制御部８１からの信号に応じて多芯光ファイバ７７の先端部から射出される光の方向を制御するように駆動される。多芯光ファイバ７７の照明用コア７７Ａから射出された光を、Ｇｒａｄｉｅｎｔ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ（ＧＲＩＮ）レンズなどのレンズ光学系７９を経由して、生体組織１００へ照射した。
【００７２】
生体組織１００にて反射や散乱された光を、レンズ光学系７９を経由して複数の多芯光ファイバ７７の受光用コア７７Ｂに結合した。多芯光ファイバ７７の受光用ファイバのコア７７Ｂを伝搬する生体組織１００からの反射・散乱光を被検出信号光として用いた。多芯光ファイバ７７の受光用コア７７Ｂを伝搬する被検出信号光は、光ファイバ型分波器７６によって多モード光ファイバ８０に結合される。
【００７３】
ＬＥＤユニット１５から出力される光を局発光として用いた。ＬＥＤユニット１５には波長４８０ｎｍ帯、５３２ｎｍ帯、６３３ｎｍ帯のＬＥＤが含まれており、それぞれのＬＥＤからの出力光はダイクロイックミラーで合波した。ＬＥＤユニット１５から出力される光の波長や強度は制御器８１にて制御される。
【００７４】
多モード光ファイバ８０から出力される被検出光とＬＥＤユニット１５から出力される局発光を、ハーフミラー３２にて第４の実施形態と同様に合分波した。ハーフミラー３２にて合分波された光をそれぞれミラー３３もしくはミラー３４を経由してＤＢＤ２６に入力した。ＤＢＤ２６は、光電変換手段（Ａ）２１、光電変換手段（Ｂ）２２としてのＳｉフォトダイオード２つと演算手段４０としてのアナログ差動増幅電子回路にて構成され、動作帯域２００ＭＨｚのものを用いた。ＡＤＣ５７、コンピュータ５８、モニタ５９の動作は図５と同じであるため、ここでは説明を省略する。
【００７５】
本実施形態は、波長の異なる複数台の局発光用光源を用いているため、様々な波長帯の光を検出するのに有利な構成になっている。また、本実施形態のように波長の異なる複数台の局発光用光源を用いることで、被検出光の波長帯域が広い場合にも高感度な検出が可能になる。
【００７６】
（第７実施の形態）
図９は、本発明の第７実施の形態に係るカプセル型内視鏡の要部の構成を示すブロック図である。この内視鏡は、体腔内を観察するもので、被検出光の検出系として図２に示した光検出装置の構成を有するものである。
【００７７】
照明用ＬＥＤ８３、集光レンズ光学系８４、ハーフミラー３２、ＣＣＤ（Ａ）２４、ＣＣＤ（Ｂ）２５、局発用ＬＥＤ１６、ホモジナイザ１７、信号処理部８５そして信号送信部８６がカプセル型筐体８２中に納まった構成になっている。
【００７８】
照明用ＬＥＤ８３は白色の光を発するものを用いる。照明用ＬＥＤ８３からの出力光はカプセル型筐体８２外の生体組織１００へ照射される。生体組織１００にて反射もしくは散乱された照明光を、カプセル型筐体８２中の集光レンズ光学系８４を用いて集光し、これを被検出信号光とした。
【００７９】
局発光光源としては、白色の光を発する局発用ＬＥＤ１６を用いた。局発用ＬＥＤ１６から射出された光をホモジナイザ１７に入力した。ホモジナイザ１７からは局発用ＬＥＤ１６の空間パターンが均一化されて出力される。ホモジナイザ１７から出力された光を局発光として用いる。
【００８０】
集光レンズ光学系８４にて集光された被検出信号光とホモジナイザ１７から出力された局発光は、ハーフミラー３２に入力される。ハーフミラー３２、ＣＣＤ（Ａ）２４、ＣＣＤ（Ｂ）２５の動作は図６に示す第４の実施形態の場合と同様であるため、説明を省略する。
【００８１】
ＣＣＤ（Ａ）２４及びＣＣＤ（Ｂ）２５からのアナログ出力信号を信号処理部８５に入力し、ディジタル信号に変換する。その後の信号処理部８５内にて包絡線検波演算を施し、信号処理部８５からディジタル信号が出力される。次に信号処理部８５の出力は、信号送信部８６に入力される。信号送信部８６は、入力されたディジタル信号を無線伝送にてカプセル型筐体８２外に情報を送信する。
【００８２】
本実施形態では、局発用ＬＥＤ１６の後段にホモジナイザ１７を用いている。通常ＬＥＤの空間出力パターンは非常に不均一なため、ヘテロダイン検出感度の空間位置依存性が生じてしまう。つまり、画像ムラが生じてしまう。そのため局発用ＬＥＤ１６の後段に配置されたホモジナイザ１７によって局発光の空間出力パターンを均一化することで、ヘテロダイン検出感度の空間位置依存性を均一化している。
【００８３】
なお、この第７の実施形態では、二次元光検出器として、ＣＣＤを用いた例を説明したが、ＣＭＯＳ、ＥＭ−ＣＣＤ、ＥＢ−ＣＣＤ、Ｉ−ＣＣＤのような他の二次元光検出器を撮像用として使用してもよい。
【００８４】
（第８実施の形態）
図１０は、本発明の第８実施の形態に係るレーザ走査型蛍光顕微鏡の要部の構成を示すブロック図である。このレーザ走査型蛍光顕微鏡８７は、励起光源として波長４８８ｎｍで連続発振するＡｒレーザ８８を有する。図１０において、Ａｒレーザ８８から出射されたレーザ光を、例えば音響光学変調器（Ａｃｏｕｓｔｏ―ｏｐｔｉｃ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ：ＡＯＭ）等の光強度調整器８９により光強度を調整して、Ｘ−Ｙガルバノミラー９０、瞳投影レンズ９１、結像レンズ９２、ダイクロイックミラー９３および対物レンズ９４を経て、検査対象である生細胞試料１０１に集光して照射した。したがって、このレーザ走査型蛍光顕微鏡では、光強度調整器８９、Ｘ−Ｙガルバノミラー９０、瞳投影レンズ９１、結像レンズ９２、ダイクロイックミラー９３および対物レンズ９４は、励起光源からの励起光を試料に照射する光照射手段を構成している。また、Ｘ−Ｙガルバノミラー９０は、光走査手段を構成する。
【００８５】
なお、生細胞試料１０１としては、蛍光色素で染色された検査対象物や、蛍光タンパクが発現している検査対象物を用いた。ここでは、蛍光タンパクＥｎｈａｎｃｅｄ ｇｒｅｅｎ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｐｒｏｔｅｉｎ（ｅＧＦＰ）が発現している検査対象物質を用いるものとする。したがって、Ａｒレーザ８８からのレーザ光を、生細胞試料１０１に照射すると、ｅＧＦＰが励起されて波長約５００ｎｍ〜６００ｎｍの蛍光が発生した。
【００８６】
生細胞試料１０１から発生した蛍光は、対物レンズ９４を経てダイクロイックミラー９３に導かれる。ダイクロイックミラー９３は、波長４８８ｎｍの光は透過させ、波長５００ｎｍより長波長の光は反射させるように構成した。これにより、生細胞試料１０１で発生した波長約５００ｎｍ〜６００ｎｍの蛍光を、ダイクロイックミラー９３で反射させた。
【００８７】
ダイクロイックミラー９３で反射された蛍光を、レンズ９５で集光し、その集光点位置にピンホール９６を配置した。ピンホール９６を透過した蛍光はレンズ９７で平行光となる。これを被検出信号光とし、ハーフミラー３２へ入力した。
【００８８】
局発光の光源としては、波長５３０ｎｍ帯で発光するＬＥＤ（Ａ）１８と波長６３０ｎｍ帯で発光するＬＥＤ（Ｂ）１９からの出力光をダイクロイックミラー９８で合波したものを用いた。ダイクロイックミラー９８で合波された光はホモジナイザ１７を経由してハーフミラー３２へ入力されるよう構成した。
【００８９】
ハーフミラー３２、ミラー３３、ミラー３４、ＤＢＤ２６、ＡＤＣ５７、コンピュータ５８は、図８に示す第６の実施形態と同様な役割を果たすため、同じ記号を付して説明を省略する。ただし、コンピュータ５８は、レーザ走査型蛍光顕微鏡８７の全体を制御することも加えて行うものとする。これにより、Ａｒレーザ８８からのレーザ光を、Ｘ−Ｙガルバノミラー９０により偏向して、生細胞試料１０１を対物レンズ９４の光軸と直交する平面内で２次元走査し、その各走査点においてＡＤＣ５７から得られる出力を処理して、モニタ５９に蛍光画像を表示する。
【００９０】
このように、本実施の形態に係るレーザ走査型蛍光顕微鏡は、Ａｒレーザ８８からのレーザ光の照射によって、生細胞試料１０１から発生する蛍光を、ヘテロダイン検出する。したがって、生細胞試料１０１から得られる信号光である蛍光が微弱でも、生細胞試料１０１に照射するレーザ光の強度を高めたり、受光積算時間を長くしたりすることなく、生細胞試料１０１を高感度かつ高ＳＮ比で蛍光観察することができるようになった。なお、局発光発生手段を構成するＬＥＤは、２台に限らず、検出する入力信号光の波長帯域に応じて、３台以上とすることもできる。
【００９１】
なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、被検出信号光は、試料からの反射光、散乱光、蛍光に限らず、透過光、燐光の場合も、本発明に係る光検出装置を有効に適用することができる。また、上述した実施形態では、生体組織や生細胞等の生物学的試料が散乱体である場合について説明したが、生物学的試料以外の散乱体中に存在する種々の被検物質に適用できる。また、散乱体中の被検物質以外であっても、検出対象の深部ないし遠方に存在する被検物質（レーダー探知対象、天体物質、海底、深海生物等）や、他の光吸収物質が介在するような環境下に存在する被検物質からの被検出光に対しても、高感度かつ高ＳＮ比で検出することが可能となる。
【００９２】
また、本発明は、波長が１８０ｎｍ程度の紫外線から波長が５０μｍ程度の赤外線までの光検出に適用でき、上記実施の形態で説明した可視光の検出に限らない。例えば、紫外線を検出する場合、局発光発生手段は、例えば、紫外線ランプ光を紫外線検出用の局発光として用いることができる。また、光合波手段は、例えば、多層膜型ミラーを用いて構成することができ、光電変換手段は、例えば、ＰＭＴを用いて構成することができる。
【００９３】
また、赤外線を検出する場合、局発光発生手段は、例えば、赤外線ランプを用いることができる。また、光合波手段は、例えば、ＣｓＩ基板型ビームスプリッタを用いて構成することができ、光電変換手段は、例えば、Ｇｅ：Ｚｎを用いた光導電素子を利用して構成することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光検出装置および光検出方法、並びに、顕微鏡および内視鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
生体観察、センサ、セキュリティ、レーザレーダ等の光を利用する様々なシステムにおいて、所望の信号光（被検出光）を検出する技術はその性能を大きく左右する基本的かつ重要な要素になっている。特に、高速かつ高感度な検出技術に対するニーズは高い。
【０００３】
例えば、生体観察をみると、生体の状態や形状は時々刻々と変化するため、正確な観察を行うためには、高速に光検出を行う必要がある。また、光照射によって生体は損傷を受け易いため、生体試料に照射できる照明光や励起光の光量には上限がある。そのため、生体から得られる光信号は通常微弱になってしまう。これらの理由により、光を用いた生体観察においては、高速かつ高感度な光検出技術が強く求められている。
【０００４】
現在用いられている代表的な光検出素子には、ＰＭＴ（Photo Multiplier Tube）、ＡＰＤ（Avalanche Photo Diode）、ＰＤ（Photo Diode）がある。ＰＭＴおよびＡＰＤは、検出素子内にて電子増倍を行うので、高感度な光検出を実現できる。一方、ＰＤは、非常に高速な応答速度を実現できるものの、検出素子内に電子増倍機能を持たないため、通常は、電気増幅器を用いて信号の増幅を行っている。つまり、ＰＭＴ，ＡＰＤ，ＰＤは、いずれの素子も電気的に信号増幅を行い、感度の向上を図っている。
【０００５】
また、代表的な二次元光検出器として、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）、ＥＭ−ＣＣＤ（Electron Multiplying-CCD）、ＥＢ−ＣＣＤ（Electron Bombardment-CCD）、Ｉ−ＣＣＤ（Intensified-CCD）がある。ＣＣＤもしくはＣＭＯＳを用いて微弱光を検出する場合は、感度向上のために、ＰＤの場合と同様に、後段に電気増幅器を配置する必要がある。ＥＭ−ＣＣＤおよびＥＢ−ＣＣＤは、ＡＰＤの場合と同様に、検出素子内に電子増倍機能を持ち、高感度化を実現している。Ｉ−ＣＣＤは、ＣＣＤの前にＩ．Ｉ．（Image Intensifier）を配置した構成をとる。Ｉ.Ｉ.は、入射光信号を一旦電気信号に変換し、Ｉ.Ｉ.に内蔵されているＭＣＰ（Micro Channel Plate）内にて電子増倍を行った後、増倍された電子を蛍光板に衝突させることで、増倍電子信号を再度光に変換するものである。Ｉ.Ｉ.からの出力光は、ＣＣＤにて電気信号に変換される。つまり、Ｉ−ＣＣＤも、電気段にて信号増幅を行うことで高感度な光検出を実現している。
【０００６】
上記のような光検出器を用い、光強度を電流に変換する光検出法が広く用いられている。この光検出法は直接検出法と呼ばれる。この直接検出法においては、熱雑音、電子増倍雑音もしくは過剰雑音が支配的な雑音要因になる。これらの雑音は、光の量子性に起因するショット雑音よりも大きいため、直接検出法では究極的な高感度光検出が非常に困難な状況にある。
【０００７】
高速高感度な光検出を可能にする技術の一つとして、光ヘテロダイン検出技術も広く用いられている。従来の光ヘテロダイン検出技術は、被検出光と、被検出光の光周波数よりも若干光周波数が異なる局発光（local oscillation）との干渉効果を利用する光検出方法で、局発光強度を十分高くすることで被検出光を高感度に検出するというものである。局発光が十分高強度である場合、高速な電子回路を用いてもショット雑音限界の理想的な光検出が可能であるため、光検出の高速性と高感度性との両立が実現される。ただし、この際、信号光と局発光には、時間的にも空間的にもお互いの干渉状態が安定するような光が通常用いられる。
【０００８】
時間的に干渉状態を安定化する方法として、次に述べる二つの方法が主に用いられる。一つ目の方法は、同一光源からの出力を分波してそれぞれを信号光および局発光として用いる方法である。この際、同一光源出力を分波しているので、信号光および局発光を合波するまでの相対遅延時間が、光源のコヒーレンス時間より短くなるように用いられる。こうすることで、信号光と局発光との干渉状態が時間的に安定する。なお、信号光と局発光との光周波数は、光周波数シフタなどを利用して若干異なるように設定される。この方法は、比較的簡便に安定な干渉状態を実現できるので、古くから用いられている（例えば、特許文献1参照）。
【０００９】
二つ目の方法は、光スペクトル線幅が非常に狭く（光スペクトル純度が非常に高く）、かつ、発振光周波数が高精度に安定化された、互いに独立した二つの光源を用いる方法である。ここで光スペクトル線幅は、光電変換部分を含む電気回路部分の動作帯域よりも狭いものとする。この二つの独立した光源をそれぞれ信号光もしくは局発光として用いる。この際、信号光と局発光との発振光周波数は若干異なるように設定される。この方法は、技術的制約により従来は実現が非常に困難だった。しかしながら、近年の技術進展により、光スペクトル線幅がｋＨｚ程度と非常に光スペクトル純度が高く、かつ、発振光周波数が高精度に安定化されたレーザが入手可能になったため、最近では二つ目の方法を用いても比較的安定した干渉状態が得られるようになってきている。
【００１０】
一方、空間的に干渉状態を安定化するためには、信号光と局発光にはそれぞれ空間コヒーレンスの高い光を用い、かつそれぞれの空間モード分布を一致させる必要がある。そのために、信号光側に共焦点光学系や光ファイバなどの空間モードフィルタが用いられる。こうすることで、局発光と空間的な干渉状態を安定に保つ信号光成分だけを抽出することができる。その結果、空間的に干渉状態を安定化することができる。
【００１１】
【特許文献１】特許第２８９０３０９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところが、生体観察、センサ、セキュリティ、レーザレーダ等で検出される信号光は、レーザ光のような時間的コヒーレンスの高いものではなく、ランプ光や蛍光などの時間的コヒーレンスが低い、つまり光スペクトル線幅が広いものである場合が非常に多い。また、分光計測などでレーザ光が用いられる場合でも、特に散乱媒質を計測する場合は、スペックルの影響を避けるために、意図的に光スペクトル線幅を広げる工夫がなされる。つまり、分光計測などでは、光周波数の確度をある程度確保すると同時に、スペックルの影響を避けることができる光スペクトル線幅のレーザ光が用いられる。
【００１３】
このため、上述のような従来の方法に則ると、このような時間的コヒーレンスの低い信号光をヘテロダイン検出するためには、信号光と局発光の発生源を同一とし、かつ信号光と局発光の相対遅延時間が、それらのコヒーレンス時間よりも短い状況で検出を行う必要がある。
【００１４】
例えば、中心光周波数が６００ＴＨｚ（波長５００ｎｍ）で、光スペクトル線幅が１２０ ＴＨｚ（波長幅約１００ｎｍ）の光の場合、コヒーレンス時間は、約１．０×１０-14秒（真空中の空間距離で約３．０×１０-6ｍに対応）となり、信号光と局発光との間の許容される遅延時間は非常に短い。
【００１５】
また、例えば、中心光周波数６００ＴＨｚ、光スペクトル線幅１２０ＧＨｚ（波長幅約１００ｐｍ）の意図的に線幅が広げられたレーザ光の場合を考えても、コヒーレンス時間は約１．０×１０-11秒（真空中の空間距離で約３．０×１０-3ｍに対応）となり、やはり許容される相対遅延時間は短い。
【００１６】
このように、許容される相対遅延時間が短い状況では、時間的および距離的許容度が小さいため、ヘテロダイン検出の用途が非常に厳しく限定されてしまう。
【００１７】
また、信号光（被検出光）が蛍光などのように試料中で新たに発生した時間的に低コヒーレンス光である場合は、高感度光ヘテロダイン検出に適した局発光を準備することができない。
【００１８】
上述の理由から、時間的に低コヒーレントな光信号をヘテロダイン検出した場合、安定的な干渉状態を保つことができず、高速かつ高感度な光検出の実現が困難な状況にある。
【００１９】
したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、所望の被検出光を高感度かつ高ＳＮ（Signal to Noise）比でヘテロダイン検出できる光検出装置および光検出方法、並びに、顕微鏡および内視鏡を提供することにある。
【００２０】
また、本発明の他の目的は、広い波長帯域を有する被検出光であっても、高感度かつ高ＳＮ（Signal to Noise）比でヘテロダイン検出できる光検出装置および光検出方法、並びに、顕微鏡および内視鏡を提供することにある。
【００２１】
さらに、本発明の他の目的は、信号光と局発光とが時間的ないし空間的に互いの干渉状態が安定しないような光であっても、高感度かつ高ＳＮ（Signal to Noise）比でヘテロダイン検出できる光検出装置および光検出方法、並びに、顕微鏡および内視鏡を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記目的を達成する第１の観点に係る光検出装置の発明は、被検出光と時間的に干渉状態が安定しない局発光を発生する局発光発生手段と、光電変換して前記局発光と前記被検出光とのビート信号を生成する光電変換手段とを有し、前記光電変換手段の出力に基づいて前記被検出光をヘテロダイン検出することを特徴とするものである。
【００２３】
ここで、上述の「被検出光と時間的に干渉状態が安定しない局発光」の意味を説明する。ここでは、局発光が被検出光と同一光源から生成されている場合と、局発光と被検出光がそれぞれ独立した光源から生成されている場合の二つの場合に分けて説明を行う。
【００２４】
まず、局発光が被検出光と同一光源から生成されている場合を説明する。この場合は、同一光源からの出力を分波してそれぞれの光を試料などに照射される光および局発光として用いる。試料などで反射、透過、散乱、屈折、回折などによって生成された光を被検出信号光とし、この被検出光と局発光を再合波してヘテロダイン検出する。この際に、光源から光が分波されて再合波されるまでの相対遅延時間が、光源のコヒーレンス時間τcよりも長い状況下の局発光を、「被検出光と時間的に干渉状態が安定しない」局発光としている。ここでコヒーレンス時間τcとは（１）式で定義される時間とする。
【数１】
ここでｃは光の速度、λ0は光源にて生成される光の中心波長、Δλは光源にて生成される光の光スペクトルの波長線幅を表す。
【００２５】
次に、局発光と被検出光がそれぞれ独立した光源から生成されている場合を説明する。この場合は、ヘテロダイン検出の際に、その光スペクトル線幅が、光電変換部分を含む電気回路部分の動作帯域よりも広い局発光を「被検出光と時間的に干渉状態が安定しない」局発光としている。ここでは波長ドリフトなども光スペクトル線幅に含まれるものとする。
【００２６】
第２の観点に係る発明は、第１の観点に係る光検出装置において、前記光電変換手段が、バランスド検出を行うことを特徴とするものである。
【００２７】
第３の観点に係る発明は、第１もしくは２の観点に係る光検出装置において、前記局発光発生手段が、複数台の光発生源からなる、ことを特徴とするものである。
【００２８】
第４の観点に係る発明は、第１もしくは２の観点に係る光検出装置において、前記局発光発生手段が、所定の光周波数成分を選択する光フィルタ手段を有する、ことを特徴とするものである。
【００２９】
第５の観点に係る発明は、第１もしくは２の観点に係る光検出装置において、前記局発光発生手段が、光スペクトルを所望の形状に整形する光スペクトル整形手段を有する、ことを特徴とするものである。
【００３０】
第６の観点に係る発明は、第１もしくは２の観点に係る光検出装置において、前記局発光発生手段が、蛍光発生手段を有する、ことを特徴とするものである。
【００３１】
第７の観点に係る発明は、第１もしくは２の観点に係る光検出装置において、前記光電変換手段の前段に、所望の空間分布の光のみを選択する空間光フィルタ手段を有する、ことを特徴とするものである。
【００３２】
第８の観点に係る発明は、第１もしくは２の観点に係る光検出装置において、前記光電変換手段の前段に、空間的光強度分布を均一化する空間光ホモジナイザ手段を有する、ことを特徴とするものである。
【００３３】
第９の観点に係る発明は、第１〜８のいずれかの観点に係る光検出装置において、前記光電変換手段の出力の包絡線を検出する包絡線検波手段を、さらに有する、ことを特徴とするものである。
【００３４】
第１０の観点に係る発明は、第１の観点に係る光検出装置において、前記被検出光と前記局発光が同一光源の出力を分岐して用いられ、かつ前記光電変換手段入射時における前記被検出光と前記局発光の相対遅延時間がコヒーレンス時間以内ではないことを特徴とするものである。
【００３５】
第１１の観点に係る発明は、第１の観点に係る光検出装置において、前記局発光の光スペクトル線幅が、前記光電変換手段以降の信号処理帯域よりも広いことを特徴とするものである。
【００３６】
さらに、上記目的を達成する第１２の観点に係る光検出方法の発明は、検出系の動作周波数帯域よりも広い光スペクトル線幅を有し、かつ被検出光と時間的に干渉状態が安定しない局発光を発生する局発光発生ステップと、光電変換して前記局発光と前記被検出光とのビート信号を生成する光電変換ステップとを含み、前記光電変換ステップの出力に基づいて前記被検出光をヘテロダイン検出することを特徴とするものである。
【００３７】
さらに、上記目的を達成する第１３の観点に係る光検出方法の発明は、前記光電変換ステップにて、バランスド検出を行うことを特徴とするものである。
【００３８】
さらに、上記目的を達成する第１４の観点に係る顕微鏡の発明は、観察試料からの被検出光を検出する顕微鏡であって、第１〜１１のいずれか一つの観点に係る光検出装置を有し、前記観察試料からの前記被検出光を前記光検出装置によりヘテロダイン検出するように構成したことを特徴とするものである。
【００３９】
さらに、上記目的を達成する第１５の観点に係る内視鏡の発明は、体腔内からの被検出光を検出して、前記体腔内を観察する内視鏡であって、第１〜１１のいずれか一つの観点に係る光検出装置を有し、前記体腔内からの前記被検出光を前記光検出装置によりヘテロダイン検出するように構成したことを特徴とするものである。
【００４０】
さらに、上記目的を達成する第１６の観点に係る内視鏡の発明は、体腔内からの被検出光を検出して、前記体腔内を観察する内視鏡であって、照射光を生成する光生成手段と、前期照射光を試料上で走査させる走査手段と、前記試料から透過、反射、散乱、屈折もしくは回折された光を伝送する光伝送光学系と、第１〜１１のいずれか一つの観点に係る光検出装置を備え、前記体腔内からの前記被検出光を前記光検出装置によりヘテロダイン検出するように構成したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００４１】
本発明に係る光検出装置や光検出方法によれば、被検出光と時間的に干渉状態が安定しない局発光と被検出光とから複数のビート信号を生成し、それらを加算して、被検出光をヘテロダイン検出するので、例えば、生体等の散乱体で被検出光が散乱されてしまう、もしくは吸収などの影響で被検出光が著しく減少してしまうような被検体であっても、所望の被検出光を高感度かつ高ＳＮ比で検出することが可能となる。また、散乱体に限らず、検出対象の深部ないし遠方に存在する被検物質や、他の光吸収物質が介在するような環境下に存在する被検物質からの被検出光に対しても、高感度かつ高ＳＮ比で検出することが可能となる。
【００４２】
また、本発明に係る光検出装置や光検出方法によれば、試料に照射される光と局発光が同一光源から生成される場合においては、従来とは異なり、被検出信号光と局発光の間の相対遅延時間が光源のコヒーレンス時間τcより短い必要が無いため、光検出の相対遅延時間の調整から開放される。また、被検出光と局発光が別光源から生成される場合においては、局発光の光スペクトルが広くても問題にならないため、従来のヘテロダイン検出法と比較して、局発光に求められる条件は大幅に緩和される。つまり、局発光用光源にＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）やＳＬＤ（Ｓｕｐｅｒ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｏｄｅ）などの安価な光源を用いることができる。これらの効果は、産業上の意義が極めて高い。
【００４３】
また、本発明に係る顕微鏡によれば、上記の光検出装置により、観察試料からの被検出光と、被検出光と時間的に干渉状態が安定しない局発光とのビート信号を検出するので、観察試料を高感度かつ高ＳＮ比で観察することが可能となる。
【００４４】
また、本発明に係る内視鏡によれば、体腔内からの被検出光を、上記の光検出装置により、被検出光と時間的に干渉状態が安定しない局発光とのビート信号を検出するので、体腔内を高感度かつ高ＳＮ比で観察することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る光検出装置の基本的構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２実施の形態に係る光検出装置の基本的構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示した光検出装置の動作を説明する模式図である。
【図４】図２に示した光検出装置の動作を説明する模式図である。
【図５】本発明の第３実施の形態に係る光検出装置の要部の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第４実施の形態に係る光検出装置の要部の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第５実施の形態に係る光検出装置の要部の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第６実施の形態に係る光検出装置の要部の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第７実施の形態に係る内視鏡の要部の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第８実施の形態に係る光検出装置の要部の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０ 局発光発生手段
１１ ＳＬＤ
１２ ＢＰＦ
１３ 蛍光板
１４ スペクトル整形フィルタ
１５ ＬＥＤユニット
１６ 局発用ＬＥＤ
１７ ホモジナイザ
１８ ＬＥＤ（Ａ）
１９ ＬＥＤ（Ｂ）
２０ 光電変換手段
２１ 光電変換手段（Ａ）
２２ 光電変換手段（Ｂ）
２３ ＤＢＤ
２４ ＣＣＤ（Ａ）
２５ ＣＣＤ（Ｂ）
２６ ＤＢＤ
３０ 光合分波手段
３１ 光ファイバカプラ
３２ ハーフミラー
３３ ミラー
３４ ミラー
４０ 減算手段
５１ ＬＤ
５２ 光ファイバ
５３ レンズ
５４ レンズ
５５ 可動台
５６ ＳＭＦ
５７ ＡＤＣ
５８ コンピュータ
５９ モニタ
６０ 制御部
６１ 照明用光源
６２ レンズ
６３ ＬＧＦ
６４ 内視鏡ハウジング
６５ レンズ光学系
６６ ビームスプリッタ
６７ レンズ光学系
６８ レンズ光学系
６９ 増幅器
７０ 増幅器
７１ 制御部
７２ 蛍光励起用光源
７３ 制御部
７４ 信号光源ユニット
７５ 光ファイバ
７６ 光ファイバ型分波器
７７ 多芯光ファイバ
７７Ａ 照明用コア
７７Ｂ 受光用コア
７７Ｃ クラッド
７８ 駆動機構
７９ レンズ光学系
８０ 多モード光ファイバ
８１ 制御部
８２ カプセル型筐体
８３ 照明用ＬＥＤ
８４ 集光レンズ光学系
８５ 信号処理部
８６ 信号送信部
８７ レーザ走査型蛍光顕微鏡
８８ Ａｒレーザ
８９ 光強度調整器
９０ Ｘ−Ｙガルバノミラー
９１ 瞳投影レンズ
９２ 結像レンズ
９３ ダイクロイックミラー
９４ 対物レンズ
９５ レンズ
９６ ピンホール
９７ レンズ
９８ ダイクロイックミラー
１００ 生体組織
１０１ 生細胞試料
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
【００４８】
（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る光検出装置の基本的構成を示すブロック図である。この光検出装置は、被検出光と時間的に干渉状態が安定しない局発光を発生する局発光発生手段１０を用い、この局発光発生手段１０からの局発光と被検出光を光電変換手段２０にて電気信号に変換する。光電変換手段２０からは、局発光と被検出光による複数のビート信号が加算された信号が得られ、入力信号光をヘテロダイン検出するものである。
【００４９】
局発光発生手段１０は、例えば、ＬＥＤ、ＳＬＤ、ＳＯＡ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）などの自然放出光や蛍光などを発するものを用いて構成する。この局発光発生手段１０は、被検出光と別光源で構成可能である。また局発光発生手段１０は、以下に述べるように照明光の一部を用いることでも構成可能である。照明光が対象にて透過、反射及び散乱されてきた光を被検出光として用いる場合、局発光として用いられる照明光の一部と被検出光との間に照明光のコヒーレンス時間よりも長い相対遅延を挿入して検出することが可能である。光電変換手段２０は、例えば、ＰＭＴ、ＡＰＤ、ＰＤ、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ、ＥＭ−ＣＣＤやＥＢ−ＣＣＤなどを用いて構成する。光電変換手段２０に被検出光と局発光を入射する際には、光電変換手段２０の直前にビームスプリッタや光ファイバカップラなどの光学素子を配置して被検出光と局発光を合波した後に光電変換手段２０に入射してビート信号を得ても良いし、光電変換手段２０の受光面に被検出光と局発光が共に入射するように構成することもできる。
【００５０】
被検出光である信号光は、光電変換手段２０から出力される電気信号のうち、特に、振幅情報や強度情報を用いて検出する。これらの情報は、包絡線検波や二乗検波などにより取得する。光電変換手段２０の後段に直流成分を除去するフィルタ手段を付加しても良い。また、局発光の強度を調整することでビート信号の強度を調整することができる。
【００５１】
（第２実施の形態）
図２は、バランスド検出構成を示す。信号光は光合分波手段３０にて二分岐され、分岐された一方の光は光電変換手段（Ａ）２１、他方の光は光電変換手段（Ｂ）２２に入射される。光合分波手段には例えば、ビームスプリッタや光ファイバカプラなどを用いることができる。また、局発光発生手段１０より発せられた局発光も光合分波手段３０にて二分岐され、一方の光は光電変換手段（Ａ）２１、他方の光は光電変換手段（Ｂ）２２に入射される。光電変換手段（Ａ）２１及び光電変換手段（Ｂ）２２より出力される電気信号は、減算手段４０に入力される。この減算手段４０には例えばアナログ差動増幅回路、ディジタル差動増幅回路、ソフトウェアによる信号処理などを用いることができる。光電変換手段（Ａ）２１及び光電変換手段（Ｂ）２２では、信号光同士のビート信号（以下、信号光―信号光ビート信号）、局発光同士のビート信号（以下、局発光―局発光ビート信号）、そして信号光と局発光のビート信号（以下、信号光―局発光ビート信号）がそれぞれ検出される。信号光−信号光ビート信号と局発光−局発光ビート信号については、光電変換手段（Ａ）２１及び光電変換手段（Ｂ）２２にて同相なビート信号が検出されるため、減算手段４０にて相殺される。一方、信号光―局発光ビート信号は、光電変換手段（Ａ）２１にて出力されるものと、光電変換手段（Ｂ）２２にて出力されるものとは、逆相になっているため、減算手段４０にて足しあわされる。つまり、図２のようなバランスド検出構成を用いることで、光検出時の背景信号となる信号光−信号光ビート信号及び局発光―局発光ビート信号を除去することができ、高いＳＮ比を持った光検出が可能になる。さらに、図２のバランスド検出構成を用いることで局発光自身が持つ相対強度雑音（Ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｎｏｉｓｅ：ＲＩＮ）を低減することも可能になる。
【００５２】
図３は図２に示した光検出装置の動作を周波数軸上にて説明する模式図である。図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ信号光の光スペクトル、信号光と局発光が重なった際の光スペクトル、局発光の光スペクトル、光電変換後の電気スペクトルを示す。ここで局発光の光スペクトル線幅をΔｆLO、光電変換手段２０以降の電気回路の動作帯域をＢとする。図３ではΔｆLOが信号光の光スペクトル幅よりも広く、ΔｆLOがＢよりも広い例を示している。また、局発光の光スペクトルは信号光の光スペクトルと光周波数軸上に重なりを持ち、信号光よりも局発光の方が十分高強度であるものとしている。
【００５３】
図３の例では、信号光も局発光も複数の光周波数成分を有しているため、あらゆる光周波数の組み合わせによる信号光―局発光ビート信号が電気回路の動作帯域Ｂ内にて検出される。異なる光周波数の組み合わせによる同一の信号光―局発光ビート信号も多数検出されるが、それらの信号光−局発光ビート信号はお互いに無相関であるため、インコヒーレントに加算される。
【００５４】
一方、図４は図２に示した光検出装置の動作を時間軸上にて説明する模式図である。図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）はそれぞれ信号光電界の時間波形、信号光電界と局発光電界が重なった際の時間波形、局発光電界の時間波形、光電変換後の時間波形を示す。図３の例と同様に、ΔｆLOはＢよりも広く、局発光の光スペクトルは信号光の光スペクトルと光周波数軸上に重なりを持ち、局発光は信号光よりも十分高強度であるものとしている。信号光電界と局発光電界が時間的及び空間的に重なった場合に、図４（Ｄ）のような信号が得られる。信号光と局発光がお互いに無相関であるため、図４（Ｄ）に例示するように検出される信号の時間波形は雑音状になる。この雑音状の信号の検出に、包絡線検波や二乗検波を用いても良い。
【００５５】
（第３実施の形態）
図５は、本発明の第３実施の形態に係る生体内部観察装置の要部の構成を示すブロック図である。この生体内部観察装置には、照明用光源として中心波長９４０ｎｍで発光する半導体レーザ（Ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ：ＬＤ）５１を有するものを用いた。ＬＤ５１から出射された光を光ファイバ５２に結合し、レンズ５３を経由して生体組織１００へ照射した。そして、生体組織１００を透過した光を被検出信号光とした。生体組織１００を透過した光をレンズ５４によって集光し、単一モード光ファイバ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ：ＳＭＦ）５６に入力した。レンズ５４は可動台５５上に保持されているものを用いた。ここで可動台５５は、生体組織１００表面に平行な面上を移動できるよう設定されているものを用いた。ＳＭＦ５６からの出力光を、２入力２出力のポートを有する光ファイバカプラ３１の入力ポートの一つに接続した。光ファイバカプラ３１のもう一方の入力ポートに、局発光を入力した。局発光の発生源として波長９４０ｎｍ帯のＳＬＤ１１を用いた。ＳＬＤ１１の後段には、中心波長９４０ｎｍ、透過帯域幅２ｎｍのバンドパスフィルタ（Ｂａｎｄ−ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ：ＢＰＦ）１２を配置し、ＢＰＦ１２から出力された光を局発光として用いた。この際、局発光波長帯域内に被検出信号光波長が含まれるようにＢＰＦ１２の透過中心波長を調整した。光ファイバカプラ３１の２つの出力ポートをデュアルバランスドディテクタ（Ｄｕａｌ ｂａｌａｎｃｅｄ ｄｅｔｅｃｔｏｒ：ＤＢＤ）２３に接続した。ここでＤＢＤ２３は、光電変換手段（Ａ）２１、光電変換手段（Ｂ）２２としてのＩｎＧａＡｓフォトダイオード２つと演算手段４０としてのアナログ差動増幅電子回路にて構成され、動作帯域が２００ＭＨｚのものを用いた。ＤＢＤ２３の出力を１６ビットのアナログ−ディジタル変換器（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：ＡＤＣ）５７に入力し、アナログの入力信号をディジタル信号に変換した。そしてＡＤＣ５７からのディジタル信号出力をコンピュータ５８に入力した。コンピュータ５８では、ＡＤＣ５７からの入力信号の包絡線が計算され、さらにその包絡線波形に対するある一定時間の積算値が計算される。コンピュータ５８からの信号に応じて制御部６０は、ＳＬＤ１１の強度と可動台５５の位置を制御する。可動台５５は一定時間Ｔの間、同じ位置に留まるものとし、コンピュータ５８では、可動台５５の位置に対する、包絡線波形の積算値を記憶し、二次元画像としてモニタ５９上に表示された。
【００５６】
こうすることで光を強く散乱する生体の内部を高速かつ高ＳＮ比で観察することができた。
【００５７】
（第４実施の形態）
図６は、本発明の第４実施の形態に係る内視鏡の要部の構成を示すブロック図である。この内視鏡は、体腔内を観察するもので、被検出光の検出系として図２に示した光検出装置の構成を有するものである。図６において、照明用光源６１はＸｅランプを含み、コンピュータ５８に制御された制御部７１によって駆動した。照明用光源６１から発せられた光を、レンズ６２を経由してライトガイドファイバ（Ｌｉｇｈｔ ｇｕｉｄｅ ｆｉｂｅｒ：ＬＧＦ）６３に入力した。
【００５８】
ＬＧＦ６３は内視鏡ハウジング６４内を通るように配置される。ＬＧＦ６３中を伝搬した光を内視鏡ハウジング６４内に設置されたレンズ光学系６５を経由して空間に射出した。この射出された光は同じく内視鏡ハウジング６４内に設置されるビームスプリッタ６６にて２分岐され、一方はレンズ光学系６７を経由して生体組織１００へ照射され、他方はハーフミラー３２へ入力される。ハーフミラー３２へ入力される光を、光検出時の局発光として使用した。生体組織１００からの反射光もしくは散乱光をレンズ光学系６８によって集光し、被検出信号光として用いた。この時、光路（ビームスプリッタ６６−レンズ光学系６７−生体組織１００−レンズ光学系６８−ハーフミラー３２）と光路（ビームスプリッタ６６−ハーフミラー３２）との光路長差は、照明用光源６１のコヒーレンス長よりも長くなるように設定した。
【００５９】
ハーフミラー３２は図５中の光ファイバカプラ３１と同様の働き、つまり２入力２出力の光合分波器の役割を果たす。ハーフミラー３２には、局発光としてのビームスプリッタ６６からの光入力と、被検出信号光としてのレンズ光学系６８からの光入力があり、ハーフミラー３２からの２つの出力はそれぞれ光電変換手段（Ａ）２１としてのＣＣＤ（Ａ）２４及び光電変換手段（Ｂ）２２としてのＣＣＤ（Ｂ）２５に入力され、アナログ電気信号に変換される。ＣＣＤ（Ａ）２４及びＣＣＤ（Ｂ）２５からの出力信号はそれぞれ増幅器６９及び増幅器７０にて増幅され、２入力のＡＤＣ５７にてそれぞれディジタル信号に変換される。
【００６０】
ＡＤＣ５７からの出力信号をコンピュータ５８に入力し、コンピュータ５８では、ＣＣＤ（Ａ）２４とＣＣＤ（Ｂ）２５からの出力を減算する信号処理と、減算後に包絡線を計算し、ある一定時間積算を行う信号処理が施される。この減算信号処理、包絡線計算、積算処理が図２中の減算手段４０に対応する。
【００６１】
こうすることで、照明光強度を低く抑えつつ、明るい内視鏡画像を得ることができるようになった。照明光強度が高くなることに起因する内視鏡先端部の発熱を抑えつつ、明るい画像を得ることができるため、患者に対してより安全性の高い内視鏡画像を提供することができるようになる。さらに本実施の形態においては、局発光用の光源が不要であるため、構成が簡素になるという利点も併せ持っている。
【００６２】
また、図６照明用光源６１中のＸｅランプの後段に青色、緑色そして赤色を透過する波長帯域フィルタを配置することで、狭帯域光観察（Ｎａｒｒｏｗ ｂａｎｄ ｉｍａｇｉｎｇ：ＮＢＩ）を行うことも可能である。従来のＮＢＩでは、波長帯域フィルタの利用による画像明るさの低下が避けられないが、図６に示す第４実施の形態によれば、画像明るさを犠牲にすることなくＮＢＩを行うことが可能になる。
【００６３】
なお、この第４の実施形態では、二次元光検出器として、ＣＣＤを用いた例を説明したが、ＣＭＯＳ、ＥＭ−ＣＣＤ、ＥＢ−ＣＣＤ、Ｉ−ＣＣＤのような他の二次元光検出器を撮像用として使用してもよい。
【００６４】
（第５実施の形態）
図７は、本発明の第５実施の形態に係る蛍光内視鏡の要部の構成を示すブロック図である。この蛍光内視鏡は、体腔内を観察するもので、被検出光の検出系として図２に示した光検出装置の構成を有するものである。図７は図６の構成と類似しているが、図７では、蛍光励起用光源７２はＸｅランプと波長４５０ｎｍ帯の光のみを透過させる波長帯域フィルタを含み、コンピュータ５８に制御された制御部７３によって駆動する。また、ビームスプリッタ６６とハーフミラー３２との間に蛍光板１３と光スペクトル整形フィルタ１４を配置し、レンズ光学系６８とハーフミラー３２との間に励起光除去フィルタ２６を配置した点が図６とは異なる。その他の構成は、図６と同様であるので、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。
【００６５】
蛍光板１３には、蛍光励起用光源７２を励起光とした場合に、生体組織からの蛍光と同じ波長帯、例えば波長５３０ｎｍ帯の蛍光を発するものを用いた。そして、光スペクトル整形フィルタ１４には、蛍光励起用光源７２からの励起光を除去すると同時に、蛍光板から発せられる光スペクトルの形状を整形するものを用いた。
【００６６】
励起光除去フィルタ２６には、蛍光励起用光源７２から発せられた光を除去すると同時に、生体組織１００から発せられる興味ある波長の光のみ、例えば波長５３０ｎｍ帯の光を透過させるものを用いた。
【００６７】
このような構成を用いることで、生体から発せられる微弱な蛍光も明るく検出することが可能になる。本実施の形態においては、光スペクトル整形フィルタ１４が用いられているが、このように局発光の光スペクトル形状を調整することで、光検出における波長依存性を調整することが可能になる。また、蛍光板１３を変更することで、局発光の中心波長や波長帯域を調整することが可能である。例えば、蛍光励起用光源７２から発せられる光の波長帯域が狭帯域であっても、広い発光波長帯域を有する蛍光板１３を用いることで、広い波長帯域に対応した局発光を生成することが可能になる。また、特定の波長帯の光のみを検出したい場合には、狭い発光波長帯域を有する蛍光板１３を用いることが有効である。
【００６８】
（第６実施の形態）
図８（Ａ）は、本発明の第６実施の形態に係る光ファイバスキャン型内視鏡の要部の構成を示すブロック図である。この内視鏡は、体腔内を観察するもので、被検出光の検出系として図２に示した光検出装置の構成を有するものである。
【００６９】
信号光源ユニット７４は、発振波長４８０ｎｍのＬＤ、発振波長５３２ｎｍのＤｉｏｄｅ ｐｕｍｐｅｄ ｓｏｌｉｄ ｓｔａｔｅ（ＤＰＳＳ）レーザ、６３３ｎｍのＬＤが含まれているものを用い、各レーザからの出力をダイクロイックミラーにて合波し、信号光源ユニット７４から出力される。信号光源ユニット７４から出力される光の波長や強度は制御器８１にて制御される。
【００７０】
信号光源ユニット７４からの出力光を光ファイバ７５に入力した。光ファイバ７５は、光ファイバ型分波器７６を経由して多芯光ファイバ７７に接続した。多芯光ファイバ７７の断面形状を図８（Ｂ）に示す。多芯光ファイバ７７は、１つの照明用コア７７Ａ、複数の受光用コア７７Ｂ、クラッド７７Ｃにて構成されている。光ファイバ型分波器７６は、光ファイバ７５を伝搬する光を多芯光ファイバ７７の照明用コア７７Ａへ結合し、多芯光ファイバ７７中の複数の受光用コア７７Ｂを伝搬する光を多モード光ファイバ８０へ結合する。
【００７１】
信号光源ユニット７４から出力される光を光ファイバ７５中を伝搬させ、光ファイバ型分波器７６によって多芯光ファイバ７７の照明用コア７７Ａに結合される。多芯光ファイバ７７の先端部は駆動機構７８に保持されているものを用いた。駆動機構７８はピエゾ素子などで構成され、制御部８１からの信号に応じて多芯光ファイバ７７の先端部から射出される光の方向を制御するように駆動される。多芯光ファイバ７７の照明用コア７７Ａから射出された光を、Ｇｒａｄｉｅｎｔ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ（ＧＲＩＮ）レンズなどのレンズ光学系７９を経由して、生体組織１００へ照射した。
【００７２】
生体組織１００にて反射や散乱された光を、レンズ光学系７９を経由して複数の多芯光ファイバ７７の受光用コア７７Ｂに結合した。多芯光ファイバ７７の受光用ファイバのコア７７Ｂを伝搬する生体組織１００からの反射・散乱光を被検出信号光として用いた。多芯光ファイバ７７の受光用コア７７Ｂを伝搬する被検出信号光は、光ファイバ型分波器７６によって多モード光ファイバ８０に結合される。
【００７３】
ＬＥＤユニット１５から出力される光を局発光として用いた。ＬＥＤユニット１５には波長４８０ｎｍ帯、５３２ｎｍ帯、６３３ｎｍ帯のＬＥＤが含まれており、それぞれのＬＥＤからの出力光はダイクロイックミラーで合波した。ＬＥＤユニット１５から出力される光の波長や強度は制御器８１にて制御される。
【００７４】
多モード光ファイバ８０から出力される被検出光とＬＥＤユニット１５から出力される局発光を、ハーフミラー３２にて第４の実施形態と同様に合分波した。ハーフミラー３２にて合分波された光をそれぞれミラー３３もしくはミラー３４を経由してＤＢＤ２６に入力した。ＤＢＤ２６は、光電変換手段（Ａ）２１、光電変換手段（Ｂ）２２としてのＳｉフォトダイオード２つと演算手段４０としてのアナログ差動増幅電子回路にて構成され、動作帯域２００ＭＨｚのものを用いた。ＡＤＣ５７、コンピュータ５８、モニタ５９の動作は図５と同じであるため、ここでは説明を省略する。
【００７５】
本実施形態は、波長の異なる複数台の局発光用光源を用いているため、様々な波長帯の光を検出するのに有利な構成になっている。また、本実施形態のように波長の異なる複数台の局発光用光源を用いることで、被検出光の波長帯域が広い場合にも高感度な検出が可能になる。
【００７６】
（第７実施の形態）
図９は、本発明の第７実施の形態に係るカプセル型内視鏡の要部の構成を示すブロック図である。この内視鏡は、体腔内を観察するもので、被検出光の検出系として図２に示した光検出装置の構成を有するものである。
【００７７】
照明用ＬＥＤ８３、集光レンズ光学系８４、ハーフミラー３２、ＣＣＤ（Ａ）２４、ＣＣＤ（Ｂ）２５、局発用ＬＥＤ１６、ホモジナイザ１７、信号処理部８５そして信号送信部８６がカプセル型筐体８２中に納まった構成になっている。
【００７８】
照明用ＬＥＤ８３は白色の光を発するものを用いる。照明用ＬＥＤ８３からの出力光はカプセル型筐体８２外の生体組織１００へ照射される。生体組織１００にて反射もしくは散乱された照明光を、カプセル型筐体８２中の集光レンズ光学系８４を用いて集光し、これを被検出信号光とした。
【００７９】
局発光光源としては、白色の光を発する局発用ＬＥＤ１６を用いた。局発用ＬＥＤ１６から射出された光をホモジナイザ１７に入力した。ホモジナイザ１７からは局発用ＬＥＤ１６の空間パターンが均一化されて出力される。ホモジナイザ１７から出力された光を局発光として用いる。
【００８０】
集光レンズ光学系８４にて集光された被検出信号光とホモジナイザ１７から出力された局発光は、ハーフミラー３２に入力される。ハーフミラー３２、ＣＣＤ（Ａ）２４、ＣＣＤ（Ｂ）２５の動作は図６に示す第４の実施形態の場合と同様であるため、説明を省略する。
【００８１】
ＣＣＤ（Ａ）２４及びＣＣＤ（Ｂ）２５からのアナログ出力信号を信号処理部８５に入力し、ディジタル信号に変換する。その後の信号処理部８５内にて包絡線検波演算を施し、信号処理部８５からディジタル信号が出力される。次に信号処理部８５の出力は、信号送信部８６に入力される。信号送信部８６は、入力されたディジタル信号を無線伝送にてカプセル型筐体８２外に情報を送信する。
【００８２】
本実施形態では、局発用ＬＥＤ１６の後段にホモジナイザ１７を用いている。通常ＬＥＤの空間出力パターンは非常に不均一なため、ヘテロダイン検出感度の空間位置依存性が生じてしまう。つまり、画像ムラが生じてしまう。そのため局発用ＬＥＤ１６の後段に配置されたホモジナイザ１７によって局発光の空間出力パターンを均一化することで、ヘテロダイン検出感度の空間位置依存性を均一化している。
【００８３】
なお、この第７の実施形態では、二次元光検出器として、ＣＣＤを用いた例を説明したが、ＣＭＯＳ、ＥＭ−ＣＣＤ、ＥＢ−ＣＣＤ、Ｉ−ＣＣＤのような他の二次元光検出器を撮像用として使用してもよい。
【００８４】
（第８実施の形態）
図１０は、本発明の第８実施の形態に係るレーザ走査型蛍光顕微鏡の要部の構成を示すブロック図である。このレーザ走査型蛍光顕微鏡８７は、励起光源として波長４８８ｎｍで連続発振するＡｒレーザ８８を有する。図１０において、Ａｒレーザ８８から出射されたレーザ光を、例えば音響光学変調器（Ａｃｏｕｓｔｏ―ｏｐｔｉｃ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ：ＡＯＭ）等の光強度調整器８９により光強度を調整して、Ｘ−Ｙガルバノミラー９０、瞳投影レンズ９１、結像レンズ９２、ダイクロイックミラー９３および対物レンズ９４を経て、検査対象である生細胞試料１０１に集光して照射した。したがって、このレーザ走査型蛍光顕微鏡では、光強度調整器８９、Ｘ−Ｙガルバノミラー９０、瞳投影レンズ９１、結像レンズ９２、ダイクロイックミラー９３および対物レンズ９４は、励起光源からの励起光を試料に照射する光照射手段を構成している。また、Ｘ−Ｙガルバノミラー９０は、光走査手段を構成する。
【００８５】
なお、生細胞試料１０１としては、蛍光色素で染色された検査対象物や、蛍光タンパクが発現している検査対象物を用いた。ここでは、蛍光タンパクＥｎｈａｎｃｅｄ ｇｒｅｅｎ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｐｒｏｔｅｉｎ（ｅＧＦＰ）が発現している検査対象物質を用いるものとする。したがって、Ａｒレーザ８８からのレーザ光を、生細胞試料１０１に照射すると、ｅＧＦＰが励起されて波長約５００ｎｍ〜６００ｎｍの蛍光が発生した。
【００８６】
生細胞試料１０１から発生した蛍光は、対物レンズ９４を経てダイクロイックミラー９３に導かれる。ダイクロイックミラー９３は、波長４８８ｎｍの光は透過させ、波長５００ｎｍより長波長の光は反射させるように構成した。これにより、生細胞試料１０１で発生した波長約５００ｎｍ〜６００ｎｍの蛍光を、ダイクロイックミラー９３で反射させた。
【００８７】
ダイクロイックミラー９３で反射された蛍光を、レンズ９５で集光し、その集光点位置にピンホール９６を配置した。ピンホール９６を透過した蛍光はレンズ９７で平行光となる。これを被検出信号光とし、ハーフミラー３２へ入力した。
【００８８】
局発光の光源としては、波長５３０ｎｍ帯で発光するＬＥＤ（Ａ）１８と波長６３０ｎｍ帯で発光するＬＥＤ（Ｂ）１９からの出力光をダイクロイックミラー９８で合波したものを用いた。ダイクロイックミラー９８で合波された光はホモジナイザ１７を経由してハーフミラー３２へ入力されるよう構成した。
【００８９】
ハーフミラー３２、ミラー３３、ミラー３４、ＤＢＤ２６、ＡＤＣ５７、コンピュータ５８は、図８に示す第６の実施形態と同様な役割を果たすため、同じ記号を付して説明を省略する。ただし、コンピュータ５８は、レーザ走査型蛍光顕微鏡８７の全体を制御することも加えて行うものとする。これにより、Ａｒレーザ８８からのレーザ光を、Ｘ−Ｙガルバノミラー９０により偏向して、生細胞試料１０１を対物レンズ９４の光軸と直交する平面内で２次元走査し、その各走査点においてＡＤＣ５７から得られる出力を処理して、モニタ５９に蛍光画像を表示する。
【００９０】
このように、本実施の形態に係るレーザ走査型蛍光顕微鏡は、Ａｒレーザ８８からのレーザ光の照射によって、生細胞試料１０１から発生する蛍光を、ヘテロダイン検出する。したがって、生細胞試料１０１から得られる信号光である蛍光が微弱でも、生細胞試料１０１に照射するレーザ光の強度を高めたり、受光積算時間を長くしたりすることなく、生細胞試料１０１を高感度かつ高ＳＮ比で蛍光観察することができるようになった。なお、局発光発生手段を構成するＬＥＤは、２台に限らず、検出する入力信号光の波長帯域に応じて、３台以上とすることもできる。
【００９１】
なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、被検出信号光は、試料からの反射光、散乱光、蛍光に限らず、透過光、燐光の場合も、本発明に係る光検出装置を有効に適用することができる。また、上述した実施形態では、生体組織や生細胞等の生物学的試料が散乱体である場合について説明したが、生物学的試料以外の散乱体中に存在する種々の被検物質に適用できる。また、散乱体中の被検物質以外であっても、検出対象の深部ないし遠方に存在する被検物質（レーダー探知対象、天体物質、海底、深海生物等）や、他の光吸収物質が介在するような環境下に存在する被検物質からの被検出光に対しても、高感度かつ高ＳＮ比で検出することが可能となる。
【００９２】
また、本発明は、波長が１８０ｎｍ程度の紫外線から波長が５０μｍ程度の赤外線までの光検出に適用でき、上記実施の形態で説明した可視光の検出に限らない。例えば、紫外線を検出する場合、局発光発生手段は、例えば、紫外線ランプ光を紫外線検出用の局発光として用いることができる。また、光合波手段は、例えば、多層膜型ミラーを用いて構成することができ、光電変換手段は、例えば、ＰＭＴを用いて構成することができる。
【００９３】
また、赤外線を検出する場合、局発光発生手段は、例えば、赤外線ランプを用いることができる。また、光合波手段は、例えば、ＣｓＩ基板型ビームスプリッタを用いて構成することができ、光電変換手段は、例えば、Ｇｅ：Ｚｎを用いた光導電素子を利用して構成することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出光と時間的に干渉状態が安定しない局発光を発生する局発光発生手段と、
光電変換して前記局発光と前記被検出光とのビート信号を生成する光電変換手段とを有し、
前記光電変換手段の出力に基づいて前記被検出光をヘテロダイン検出することを特徴とする光検出装置。
【請求項２】
前記光電変換手段が、バランスド検出を行うことを特徴とする請求項１記載の光検出装置。
【請求項３】
前記局発光発生手段が、複数台の光発生源からなる、ことを特徴とする請求項１もしくは２に記載の光検出装置。
【請求項４】
前記局発光発生手段が、所定の光周波数成分を選択する光フィルタ手段を有する、ことを特徴とする請求項１もしくは２に記載の光検出装置。
【請求項５】
前記局発光発生手段が、光スペクトルを所望の形状に整形する光スペクトル整形手段を有する、ことを特徴とする請求項１もしくは２に記載の光検出装置。
【請求項６】
前記局発光発生手段が、蛍光発生手段を有する、ことを特徴とする請求項１もしくは２に記載の光検出装置。
【請求項７】
前記光電変換手段の前段に、所望の空間分布の光のみを選択する空間光フィルタ手段を有する、ことを特徴とする請求項１もしくは２に記載の光検出装置。
【請求項８】
前記光電変換手段の前段に、空間的光強度分布を均一化する空間光ホモジナイザ手段を有する、ことを特徴とする請求項１もしくは２に記載の光検出装置。
【請求項９】
前記光電変換手段の出力の包絡線を検出する包絡線検波手段を、さらに有する、ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光検出装置。
【請求項１０】
前記被検出光と前記局発光が同一光源の出力を分岐して用いられ、かつ前記光電変換手段入射時における前記被検出光と前記局発光の相対遅延時間がコヒーレンス時間以内ではないことを特徴とする請求項１記載の光検出装置。
【請求項１１】
前記局発光の光スペクトル線幅が、前記光電変換手段以降の信号処理帯域よりも広いことを特徴とする請求項１記載の光検出装置。
【請求項１２】
検出系の動作周波数帯域よりも広い光スペクトル線幅を有し、かつ被検出光と時間的に干渉状態が安定しない局発光を発生する局発光発生ステップと、
光電変換して前記局発光と前記被検出光とのビート信号を生成する光電変換ステップとを含み、
前記光電変換ステップの出力に基づいて前記被検出光をヘテロダイン検出することを特徴とする光検出方法。
【請求項１３】
前記光電変換ステップにて、バランスド検出を行うことを特徴とする請求項１２記載の光検出方法。
【請求項１４】
観察試料からの被検出光を検出する顕微鏡であって、
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の光検出装置を有し、
前記観察試料からの前記被検出光を前記光検出装置によりヘテロダイン検出するように構成したことを特徴とする顕微鏡。
【請求項１５】
体腔内からの被検出光を検出して、前記体腔内を観察する内視鏡であって、
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の光検出装置を有し、
前記体腔内からの前記被検出光を前記光検出装置によりヘテロダイン検出するように構成したことを特徴とする内視鏡。
【請求項１６】
体腔内からの被検出光を検出して、前記体腔内を観察する内視鏡であって、
照射光を生成する光生成手段と、
前期照射光を試料上で走査させる走査手段と、
前記試料から透過、反射、散乱、屈折もしくは回折された光を伝送する光伝送光学系と、
請求項１乃至１１に記載の光検出装置を備え、
前記体腔内からの前記被検出光を前記光検出装置によりヘテロダイン検出するように構成したことを特徴とする内視鏡。
【請求項１】
被検出光と時間的に干渉状態が安定しない局発光を発生する局発光発生手段と、
光電変換して前記局発光と前記被検出光とのビート信号を生成する光電変換手段とを有し、
前記光電変換手段の出力に基づいて前記被検出光をヘテロダイン検出することを特徴とする光検出装置。
【請求項２】
前記光電変換手段が、バランスド検出を行うことを特徴とする請求項１記載の光検出装置。
【請求項３】
前記局発光発生手段が、複数台の光発生源からなる、ことを特徴とする請求項１もしくは２に記載の光検出装置。
【請求項４】
前記局発光発生手段が、所定の光周波数成分を選択する光フィルタ手段を有する、ことを特徴とする請求項１もしくは２に記載の光検出装置。
【請求項５】
前記局発光発生手段が、光スペクトルを所望の形状に整形する光スペクトル整形手段を有する、ことを特徴とする請求項１もしくは２に記載の光検出装置。
【請求項６】
前記局発光発生手段が、蛍光発生手段を有する、ことを特徴とする請求項１もしくは２に記載の光検出装置。
【請求項７】
前記光電変換手段の前段に、所望の空間分布の光のみを選択する空間光フィルタ手段を有する、ことを特徴とする請求項１もしくは２に記載の光検出装置。
【請求項８】
前記光電変換手段の前段に、空間的光強度分布を均一化する空間光ホモジナイザ手段を有する、ことを特徴とする請求項１もしくは２に記載の光検出装置。
【請求項９】
前記光電変換手段の出力の包絡線を検出する包絡線検波手段を、さらに有する、ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光検出装置。
【請求項１０】
前記被検出光と前記局発光が同一光源の出力を分岐して用いられ、かつ前記光電変換手段入射時における前記被検出光と前記局発光の相対遅延時間がコヒーレンス時間以内ではないことを特徴とする請求項１記載の光検出装置。
【請求項１１】
前記局発光の光スペクトル線幅が、前記光電変換手段以降の信号処理帯域よりも広いことを特徴とする請求項１記載の光検出装置。
【請求項１２】
検出系の動作周波数帯域よりも広い光スペクトル線幅を有し、かつ被検出光と時間的に干渉状態が安定しない局発光を発生する局発光発生ステップと、
光電変換して前記局発光と前記被検出光とのビート信号を生成する光電変換ステップとを含み、
前記光電変換ステップの出力に基づいて前記被検出光をヘテロダイン検出することを特徴とする光検出方法。
【請求項１３】
前記光電変換ステップにて、バランスド検出を行うことを特徴とする請求項１２記載の光検出方法。
【請求項１４】
観察試料からの被検出光を検出する顕微鏡であって、
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の光検出装置を有し、
前記観察試料からの前記被検出光を前記光検出装置によりヘテロダイン検出するように構成したことを特徴とする顕微鏡。
【請求項１５】
体腔内からの被検出光を検出して、前記体腔内を観察する内視鏡であって、
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の光検出装置を有し、
前記体腔内からの前記被検出光を前記光検出装置によりヘテロダイン検出するように構成したことを特徴とする内視鏡。
【請求項１６】
体腔内からの被検出光を検出して、前記体腔内を観察する内視鏡であって、
照射光を生成する光生成手段と、
前期照射光を試料上で走査させる走査手段と、
前記試料から透過、反射、散乱、屈折もしくは回折された光を伝送する光伝送光学系と、
請求項１乃至１１に記載の光検出装置を備え、
前記体腔内からの前記被検出光を前記光検出装置によりヘテロダイン検出するように構成したことを特徴とする内視鏡。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１１７７９１（Ｐ２０１１−１１７７９１Ａ）
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７４３５８（Ｐ２００９−２７４３５８）
【出願日】平成２１年１２月２日（２００９．１２．２）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２日（２００９．１２．２）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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