可変分光素子、分光装置および内視鏡システム
【課題】小型化の実現およびノイズの低減を図り、光学基板間の間隔寸法を精度よく検出して所望の分光特性を達成する。
【解決手段】間隔を空けて対向する第１および第２の光学基板４ａ，４ｂの互いに対向する対向面に設けられた光学コート層３と、第１および第２の光学基板４ａ，４ｂの間隔を変化させるアクチュエータ４ｃと、第１および第２の光学基板４ａ，４ｂの間隔を検出するためのものであって、第１の光学基板４ａに設けられた第１のセンサ部６ａと、第１および第２の光学基板４ａ，４ｂの間隔を検出するためのものであって、第２の光学基板４ｂに、第１のセンサ部６ａに対向するように設けられた第２のセンサ部６ｂとを有し、第１および第２のセンサ電極６ａ，６ｂの個数が異なる可変分光素子１を提供する。
【解決手段】間隔を空けて対向する第１および第２の光学基板４ａ，４ｂの互いに対向する対向面に設けられた光学コート層３と、第１および第２の光学基板４ａ，４ｂの間隔を変化させるアクチュエータ４ｃと、第１および第２の光学基板４ａ，４ｂの間隔を検出するためのものであって、第１の光学基板４ａに設けられた第１のセンサ部６ａと、第１および第２の光学基板４ａ，４ｂの間隔を検出するためのものであって、第２の光学基板４ｂに、第１のセンサ部６ａに対向するように設けられた第２のセンサ部６ｂとを有し、第１および第２のセンサ電極６ａ，６ｂの個数が異なる可変分光素子１を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変分光素子、分光装置および内視鏡システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
対向面に光学コート層が設けられた２枚の光学基板を対向させ、その間隔をピエゾ素子からなるアクチュエータにより可変としたエタロン型の可変分光素子が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この可変分光素子は、２枚の光学基板の対向面に静電容量センサのセンサ電極を備え、静電容量センサによって光学基板間の間隔寸法を検出し、間隔を制御することができるようになっている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１−９４３１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなエタロン型の可変分光素子の性能を発揮するためには高精度に光学基板間の平行度を制御する必要があり、そのためにはアクチュエータが複数の自由度を有するとともに、それと同数の検出信号を得ることが望ましい。
【０００５】
しかしながら、特許文献１の可変分光素子を内視鏡装置の挿入部先端のような極めて狭小なスペースに設置する場合には、可変分光素子のサイズ自体が極めて小さいものとなる。このような場合にアクチュエータおよびセンサ電極を複数配置すると、それらの配線数の合計が増加してしまい、実装が困難であり、また、クロストークノイズが増大するという不都合がある。
【０００６】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、小型化の実現およびノイズの低減を図り、光学基板間の間隔寸法を精度よく検出して、所望の分光特性を達成できる可変分光素子、分光装置および内視鏡システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、間隔を空けて対向する第１および第２の光学基板の互いに対向する対向面に設けられた光学コート層と、前記第１および第２の光学基板の間隔を変化させるアクチュエータと、前記第１および第２の光学基板の間隔を検出するためのものであって、前記第１の光学基板に設けられた第１のセンサ部と、前記第１および第２の光学基板の間隔を検出するためのものであって、前記第２の光学基板に、前記第１のセンサ部に対向するように設けられた第２のセンサ部とを有し、前記第１および第２のセンサ部の個数が異なる可変分光素子を提供する。
【０００８】
上記発明においては、前記第１のセンサ部の個数が、前記アクチュエータの自由度と同数以上であり、第２のセンサ部の個数が第１のセンサ部の個数より少ないこととしてもよい。
また、上記発明においては、前記第１のセンサ部の個数が、前記アクチュエータの自由度と同数であることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記第１のセンサ部の個数が３個以上であることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記第１の基板が固定され、前記第２の基板が前記アクチュエータにより変位させられることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記第２のセンサ部が１個であることとしてもよい。
【０００９】
また、上記発明においては、前記第１および第２のセンサ部が、静電容量方式のセンサ部であることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記第１および第２のセンサ部が、渦電流方式のセンサ部であることとしてもよい。
【００１０】
また、本発明は、上記いずれかの可変分光素子と、該可変分光素子により分光された光を撮影する撮像素子とを備える分光装置を提供する。
【００１１】
また、本発明は、上記可変分光装置を備える内視鏡システムを提供する。
また、上記発明においては、体腔内に挿入される挿入部に前記可変分光素子を備え、前記第２のセンサ部が前記挿入部の先端側に配置されていることとしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、小型化の実現およびノイズの低減を図り、光学基板間の間隔寸法を精度よく検出して所望の分光特性を達成できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の第１の実施形態に係る可変分光素子１について、図１および図２を参照して説明する。
本実施形態に係る可変分光素子１は、図１に示されるように、例えば、撮像ユニット２に備えられる素子であって、平行間隔をあけて配置され対向面に反射膜（光学コート層）３が設けられた２枚の円板状の光学基板４ａ，４ｂと、該光学基板４ａ，４ｂの間隔を変化させるアクチュエータ４ｃとを備えるエタロン型の光学フィルタである。光学基板４ａは、撮像ユニット２を構成する枠部材５に直接固定され、光学基板４ｂは、アクチュエータ４ｃを介して枠部材５に取り付けられている。
【００１４】
アクチュエータ４ｃは積層型の圧電素子であり、光学基板４ｂの周縁に沿って周方向に等間隔をあけて４カ所に設けられている。
この可変分光素子１は、アクチュエータ４ｃの作動により、光学基板４ａ，４ｂの間隔寸法を変化させ、それによって、軸方向に通過する光の波長帯域を変化させることができるようになっている。
【００１５】
可変分光素子１を構成する２つの光学基板４ａ，４ｂには、該光学基板４ａ，４ｂの間隔を検出するためのセンサ６が備えられている。センサ６は、静電容量方式のものであって、光学基板４ａ，４ｂの光学有効径Ｂ（図２参照。）外の外周部に備えられ、４つのセンサ電極（第１のセンサ部）６ａと１つのセンサ電極（第２のセンサ部）６ｂを有している。センサ電極６ａは、光学基板４ａの外周部に周方向に沿って等間隔に４箇所配置されている。センサ電極６ｂは、光学基板４ｂの外周部に４つのセンサ電極６ａの全てに対向するように配置されている。センサ電極６ａ，６ｂとしては金属膜を用いることができる。
静電容量方式は、センサ電極６ａ，６ｂ間の静電容量が面間隔に反比例して変化する特性を用いるものである。
【００１６】
本実施形態に係る可変分光素子１においては、図１および図２に示されるように、光学基板４ａに設けられたセンサ電極６ａは円形状をなし、光学基板４ｂに設けられたセンサ電極６ｂは 光学基板４ａに周方向に間隔をあけて設けられた４つのセンサ電極６ａの全てに対向するような単一のリング状をなしている。そして、図２に示されるように、光学基板４ｂに設けられたセンサ電極６ｂが他方の光学基板４ａへ投影される範囲（図中、鎖線で示す範囲）内に当該他方の光学基板４ａに設けられたセンサ電極６ａが配置されている。
【００１７】
蛍光観察においては、一般に、得られる蛍光強度が微弱なため、光学系の透過効率は非常に重要になる。エタロン型の可変分光素子１は、反射膜が平行なときに高い透過率が得られるが、その平行度調整に誤差があると透過率が急激に低下する。したがって、蛍光観察用の撮像ユニット２に用いられる可変分光素子１としては、間隔を変化させたときの２つの光学基板４ａ，４ｂの傾き誤差を調整するために、複数のセンサ６を備え、複数のアクチュエータ４ｃを有していることが望ましい。
センサ電極６ａ，６ｂからの信号をもとに、アクチュエータ４ｃへの駆動信号のフィードバック制御を実施することにより、透過率特性の制御において精度を向上させることができるようになっている。
【００１８】
このように構成された本実施形態に係る可変分光素子１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る可変分光素子１によれば、平行間隔をあけた２枚の光学基板４ａ，４ｂの光学有効径Ｂの領域に光を入射させることにより、光学基板４ａ，４ｂの間隔寸法に応じて定まる波長の光のみが２枚の光学基板４ａ，４ｂを透過し、残りの光は反射される。そして、アクチュエータ４ｃの作動により２枚の光学基板４ａ，４ｂの間隔寸法を変化させることにより、該２枚の光学基板４ａ，４ｂを透過する光の波長を変更し、これにより観察したい所望の波長帯域の光を他の波長帯域の光から分光することができる。
【００１９】
光学基板４ａ，４ｂの対向面にはセンサ電極６ａ，６ｂが対向して配置されているので、センサ電極６ａ，６ｂ間に形成された静電容量を示す電圧信号が検出され、該電圧信号に応じてセンサ電極６ａ，６ｂ間の間隔寸法を検出することができる。光学基板４ａの周方向にセンサ電極６ａが４個設けられ、光学基板４ｂにこれらセンサ電極６ｂの全てに対向する１個のセンサ電極６ｂが設けられているので、各対のセンサ電極６ａ，６ｂ毎に、対応する位置の光学基板４ａ，４ｂの間隔寸法を検出でき、検出された間隔寸法に基づいてアクチュエータ４ｃを制御することにより、２枚の光学基板４ａ，４ｂを平行状態に維持しながら、精度よく間隔寸法を調節することができる。
【００２０】
この場合において、本実施形態に係る可変分光素子１は、一方の光学基板４ｂに配置されたセンサ電極６ｂの個数が、他方の光学基板４ａに配置されたセンサ電極６ａの個数よりも少ないので、センサ電極６ａ，６ｂに接続する配線数を減少させることができる。これにより、センサ電極６ａ，６ｂの実装を容易にして可変分光素子１の小型化および簡略化を図り、また、各配線どうしを遠ざけた位置に配置してクロストークノイズの混入を低減することができる。
【００２１】
また、アクチュエータ４ｃの駆動により変位させられる光学基板４ｂに設けられたセンサ電極６ｂの個数が、撮像ユニット２を構成する枠部材５に直接固定される光学基板４ａに設けられたセンサ電極６ａの個数よりも少ないため、アクチュエータ４ｃの駆動時に動く配線数を少なくして、配線間の容量変化に伴うノイズの発生を低減することができる。
【００２２】
また、対向するセンサ電極６ａ，６ｂの個数が異なっても、光学基板４ｂに設けられたセンサ電極６ｂに、光学基板４ａ設けられた４個のセンサ電極６ａが対向しているので、４対のセンサ６が構成されている。これにより、駆動自由度、すなわち、アクチュエータ４ｃの個数と同じ４つの電圧信号を検出することができる。
【００２３】
したがって、２枚の光学基板４ａ，４ｂの間隔寸法に一意的に対応した静電容量を示す、アクチュエータ４ｃの個数と同数の電圧信号に基づいて２つの光学基板４ａ，４ｂ間の間隔を精度よく制御し、所望の波長帯域の光を精度よく分光することができるという効果がある。
【００２４】
さらに、本実施形態に係る可変分光素子１は、センサ電極６ｂがセンサ電極６ａよりも周方向および半径方向に大きく形成されているので、組み付けの際に厳密な位置合わせ作業を行わなくても、小さい側のセンサ電極６ａの面積分の対向面積を確保することができる。すなわち、一方の光学基板４ｂに設けられたセンサ電極６ｂが他方の光学基板４ａに投影される範囲内に、当該他方の光学基板４ａに設けられたセンサ電極６ａが配置されているので、２枚の光学基板４ａ，４ｂどうしが板厚方向に交差する方向、つまり、光学基板４ａ，４ｂの半径方向あるいは周方向に微妙にずれて組み付けられても、両センサ電極６ａ，６ｂ間に形成される静電容量に変化はない。
【００２５】
また、複数のアクチュエータ４ｃの駆動により、２枚の光学基板４ａ，４ｂの間隔寸法を精度よく調節することができるが、各アクチュエータ４ｃの個体差により、２枚の光学基板４ａ，４ｂの相対位置が、板厚方向に交差する方向にずれることが考えられる。この場合においても、両センサ電極６ａ，６ｂ間に形成される静電容量に変化はない。
したがって、２枚の光学基板４ａ，４ｂの間隔寸法に一意的に対応した静電容量を示す電圧信号を検出することができ、該電圧信号に基づいて２つの光学基板４ａ，４ｂ間の間隔を精度よく制御し、所望の波長帯域の光を精度よく分光することができるという利点がある。
【００２６】
この場合において、センサ電極６ａ，６ｂの形状は、大きい側のセンサ電極６ｂが、小さい側のセンサ電極６ａに対して、半径方向の寸法差よりも周方向の寸法差が大きいことが好ましい。円形の光学基板４ａ，４ｂどうしは、その外周面を一致させることで、半径方向にはほぼ精度よく位置決めすることができるが、周方向への位置決めは困難である。上記のようにセンサ電極６ａ，６ｂを構成することで、光学基板４ａ，４ｂどうしの周方向の位置決めを大まかに行っても、センサ電極６ａ，６ｂにより検出される静電容量に変化はなく、組み付け作業をより容易にすることができるという利点がある。
【００２７】
なお、本実施形態に係る可変分光素子１においては、一方の光学基板４ａの周方向に沿って等間隔に４つのセンサ電極６ａを設け、これら全てのセンサ電極６ｂに対向する１つのセンサ電極６ｂを、他方の光学基板４ｂに設けることとしたが、センサ電極６ａ，６ｂは任意の個数を設けることができる。
すなわち、図３に示されるように、一方の光学基板４ａに周方向に間隔をあけて設けられた２つのセンサ電極６ａ毎に、これら２つのセンサ電極６ａのいずれにも対向する大きさの１つのセンサ電極６ｂを他方の光学基板４ｂに設けることにしてもよい。
【００２８】
また、図４に示されるように、一方の光学基板４ａに設けられた一部の電極６ａに対して、１対１で対向するセンサ電極６ｂを、他方の光学基板４ｂに設けることにしてもよい。
また、図５に示されるように、一方の光学基板４ａに周方向に間隔をあけて設けられた３つセンサ電極６ａに対して、これら３つのセンサ電極６ａのいずれにも対向する大きさの１つのセンサ電極６ｂを他方の光学基板４ｂに設けることにしてもよい。
【００２９】
この場合、一方の光学基板４ａにセンサ電極６ａを３個設ければ、３つの検出信号を得ることができ、アクチュエータ駆動時の光学基板４ａ、４ｂの傾き誤差を検出するための必要最小限の情報を得ることができる。これにより、光学基板４ａ，４ｂ間の平行度を調整することができ、２つの光学基板４ａ，４ｂ間の間隔を精度よく制御し、所望の波長帯域の光を精度よく分光することができる。
【００３０】
また、センサ電極６ａ，６ｂの形状としては特に限定されるものではなく、図５に示されるセンサ電極６ａのような楕円形状や、図３または図４に示されるセンサ電極６ｂのような扇形状、あるいは長方形のような任意の形状を採用することができる。
【００３１】
また、本実施形態に係る可変分光素子１においては、光学基板４ａ，４ｂの間隔を検出するためセンサ６として、静電容量方式のセンサを採用し、光学基板４ａ，４ｂの外周部にセンサ電極６ａ，６ｂを備えることとしたが、これに代えて、渦電流方式のセンサを採用し、光学基板４ａ，４ｂの外周部にセンサコイル６ａ，６ｂを備えることができる。
【００３２】
また、光学基板４ａ，４ｂの対向面に設けられた反射膜３を導電性の材料により構成し、該反射膜３自体を、静電容量を形成するためのセンサ電極６ａ，６ｂとして兼用してもよい。
【００３３】
次に、本発明の一実施形態に係る内視鏡システム１０について、図６〜図９を参照して説明する。
本実施形態に係る内視鏡システム１０は、図６に示されるように、生体の体腔内に挿入される挿入部１１と、該挿入部１１内に配置される撮像ユニット２と、複数種の光を発する光源ユニット１２と、前記撮像ユニット２および光源ユニット１２を制御する制御ユニット１３と、撮像ユニット２により取得された画像を表示する表示ユニット１４とを備えている。
【００３４】
前記挿入部１１は、生体の体腔に挿入できる極めて細い外形寸法を有し、その内部に、前記撮像ユニット２と、前記光源ユニット１２からの光を先端１１ａまで伝播するライトガイド１５とを備えている。
前記光源ユニット１２は、体腔内の観察対象Ａを照明し、観察対象Ａにおいて反射して戻る反射光を取得するための照明光を発する照明光用光源１６と、体腔内の観察対象Ａに照射され、観察対象Ａ内に存在する蛍光物質を励起して蛍光を発生させるための励起光を発する励起光用光源１７と、これらの光源１６，１７を制御する光源制御回路１８とを備えている。
【００３５】
前記照明光用光源１６は、例えば、図示しないキセノンランプおよびバンドパスフィルタを組み合わせたもので、バンドパスフィルタの５０％透過域は、４３０〜４６０ｎｍである。すなわち、光源１６は、波長帯域４３０〜４６０ｎｍの照明光を発生するようになっている。
【００３６】
前記励起光用光源１７は、例えば、ピーク波長６６０±５ｎｍの励起光を出射する半導体レーザである。この波長の励起光は、Ｃｙ５．５（Ａｍｅｒｓｈａｍ社製）やＡｌｅｘａ
ｆｌｕｏｒ７００（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｒｏｂｅｓ社製）等の蛍光薬剤を励起することができる。
前記光源制御回路１８は、後述するタイミングチャートに従う所定のタイミングで、照明光用光源１６と励起光用光源１７とを交互に点灯および消灯させるようになっている。
【００３７】
前記撮像ユニット２は、挿入部１１の先端部に配置されている。
前記撮像ユニット２は、図１に示されるように、観察対象Ａから入射される光を集光するレンズ１９ａ，１９ｂを含む撮像光学系１９と、観察対象Ａから入射されてくる励起光を遮断する励起光カットフィルタ２０と、制御ユニット１３の作動により分光特性を変化させられる上記可変分光素子１と、撮像光学系１９により集光された光を撮影して電気信号に変換する撮像素子２１と、これらを支持する枠部材５とを備えている。
【００３８】
可変分光素子１は、さらに具体的には、図７に示されるように、１つの固定透過帯域および１つの可変透過帯域の２つの透過帯域を有する透過率波長特性を有している。固定透過帯域は、可変分光素子１の状態によらず、常に入射光を透過するようになっている。また、可変透過帯域は可変分光素子１の状態に応じて透過率特性が変化するようになっている。
【００３９】
また、センサ電極６ａ，６ｂには、例えば、図９に示されるような電気回路７が接続されている。電気回路７は、センサ電極６ａ，６ｂに交流電流を供給し、光学部材４ａ，４ｂの間隔寸法に応じて決定されるセンサ電極６ａ，６ｂ間の静電容量を電圧信号に変換し、増幅して（電圧Ｖを）出力するようになっている。図９中、符号８は能動素子であるオペアンプ、符号９は交流電源である。電気回路７は、枠部材５に固定された光学部材４ａに固定されている。
【００４０】
前記制御ユニット１３は、図６に示されるように、撮像素子２１を駆動制御する撮像素子駆動回路２２と、可変分光素子１を駆動制御する可変分光素子制御回路２３と、撮像素子２１により取得された画像情報を記憶するフレームメモリ２４と、該フレームメモリ２４に記憶された画像情報を処理して表示ユニット１４に出力する画像処理回路２５とを備えている。
撮像素子駆動回路２２および可変分光素子制御回路２３は、前記光源制御回路１８に接続され、光源制御回路１８による照明光用光源１６および励起光用光源１７の切り替えに同期して可変分光素子１および撮像素子２１を駆動制御するようになっている。
【００４１】
具体的には、図８のタイミングチャートに示されるように、光源制御回路１８の作動により、励起光用光源１７から励起光が発せられるときには、可変分光素子制御回路２３が、可変分光素子１を第１の状態として、撮像素子駆動回路２２が撮像素子２１から出力される画像情報を第１のフレームメモリ２４ａに出力させるようになっている。また、照明光用光源１６から照明光が発せられるときには、可変分光素子制御回路２３が、可変分光素子１を第２の状態として、撮像素子駆動回路２２が撮像素子２１から出力される画像情報を第２のフレームメモリ２４ｂに出力するようになっている。
【００４２】
また、前記画像処理回路２５は、例えば、励起光の照射により得られる蛍光画像情報を第１のフレームメモリ２４ａから受け取って表示ユニット１４の第１のチャネルに出力し、照明光の照射により得られる反射光画像情報を第２のフレームメモリ２４ｂから受け取って表示ユニット１４の第２のチャネルに出力するようになっている。
【００４３】
このように構成された本実施形態に係る内視鏡システム１０の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る内視鏡システム１０を用いて、生体の体腔内の撮影対象Ａを撮像するには、蛍光薬剤を体内に注入するとともに、挿入部１１を体腔内に挿入し、その先端１１ａを体腔内の撮影対象Ａに対向させる。この状態で、光源ユニット１２および制御ユニット１３を作動させ、光源制御回路１８の作動により、照明光用光源１６および励起光用光源１７を交互に作動させて照明光および励起光をそれぞれ発生させる。
【００４４】
光源ユニット１２において発生した励起光および照明光は、それぞれライトガイド１５を介して挿入部１１の先端１１ａまで伝播され、挿入部１１の先端１１ａから撮影対象Ａに向けて照射される。
励起光が撮影対象Ａに照射された場合には、撮影対象Ａに浸透している蛍光薬剤が励起されて蛍光が発せられる。撮影対象Ａから発せられた蛍光は、撮像ユニット２の撮像光学系１９により集光され、励起光カットフィルタ２０を透過し、可変分光素子１に入射される。
【００４５】
可変分光素子１は、可変分光素子制御回路２３の作動により励起光用光源１７の作動に同期して第１の状態に切り替えられているので、蛍光に対する透過率が増大させられており、入射された蛍光を透過させることができる。この場合に、撮影対象Ａに照射された励起光の一部が、撮影対象Ａにおいて反射され、蛍光とともに撮像ユニット２に入射されるが、撮像ユニット２には励起光カットフィルタ２０が設けられているので、励起光は遮断され、撮像素子２１に入射されることが阻止される。
【００４６】
そして、可変分光素子１を透過した蛍光は撮像素子２１に入射され、蛍光画像情報が取得される。取得された蛍光画像情報は、第１のフレームメモリ２４ａに記憶され、画像処理回路２５によって、表示ユニット１４の第１のチャネルに出力されて表示ユニット１４により表示される。
【００４７】
一方、照明光が撮影対象Ａに照射された場合には、撮影対象Ａの表面において照明光が反射され、撮像光学系１９により集光されて励起光カットフィルタ２０を透過し、可変分光素子１に入射される。照明光の反射光の波長帯域は、可変分光素子１の固定透過帯域に位置しているので、可変分光素子１に入射された反射光は全て可変分光素子１を透過させられる。
【００４８】
そして、可変分光素子１を透過した反射光は撮像素子２１に入射され、反射光画像情報が取得される。取得された反射光画像情報は、第２のフレームメモリ２４ｂに記憶され、画像処理回路２５によって、表示ユニット１４の第２のチャネルに出力されて表示ユニット１４により表示される。
【００４９】
このときに、励起光用光源１７がオフにされているので、波長６６０ｎｍの励起光による蛍光は発生していない。照明光用光源１６の波長域は、上記蛍光薬剤に対しては励起効率が極めて低いので、実質的に発生しないと考えてよい。さらに、可変分光素子１は、可変分光素子制御回路２３の作動により照明光用光源１６の作動に同期して第２の状態に切り替えられているので、蛍光に対する透過率が低下させられており、蛍光が入射されても、これを遮断する。これにより、反射光のみが撮像素子２１により撮影される。
このように、本実施形態に係る内視鏡システム１０によれば、蛍光画像と反射光画像を使用者に提供することができる。
【００５０】
この場合において、本実施形態に係る内視鏡システム１０によれば、可変分光素子１にセンサ６が設けられているので、第１の状態および第２の状態に切り替えられた際に、センサ６により２枚の光学基板４ａ，４ｂの間隔寸法が検出され、アクチュエータ４ｃに加える電圧信号がフィードバック制御される。これにより、光学基板４ａ，４ｂの間隔寸法を精度よく制御して、高精度に所望の波長帯域の光を分光し、鮮明な蛍光画像および反射光画像を得ることができる。
【００５１】
さらに、本実施形態においては、挿入部１１の先端１１ａ側に位置する光学基板４ｂに設けられるセンサ６ｂの個数が、基端側に位置する光学基板４ａに設けられるセンサの個数より少ないので、より空間の少ない先端１１ａ側における配線数を減少させることができる。これにより、挿入部１１の先端１１ａの小径化を図ることができ、また、配線の近接に伴うクロストークノイズの発生を抑制することができる。
【００５２】
また、本実施形態においては、センサ電極６ａ，６ｂから出力されたセンサ電極６ａ，６ｂ間の静電容量を示す電気信号が、可変分光素子１の光学基板４ａに固定された電気回路７により増幅されるとともに出力インピーダンスが低減された後に、挿入部１１内を伝送され、挿入部１１の基端側から体外の可変分光素子制御回路２３に送られる。したがって、センサ６により検出された電気信号に対するノイズの混入を低減することができ、光学基板４ａ，４ｂの間隔を高精度に検出でき、ひいては可変分光素子１の分光特性を高精度に制御することができるという効果がある。
【００５３】
また、本実施形態においては、各光学基板４ａ，４ｂの対向面に設けられたセンサ電極６ａ，６ｂとして異なる外形寸法のものが採用されているので、アクチュエータ４ｃの駆動に際して、アクチュエータ４ｃの個体差等により、光学基板４ａ，４ｂ間に光軸に交差する方向へのずれが発生した場合であっても、対向するセンサ電極６ａ，６ｂ間に形成される静電容量は変化せず、光学基板４ａ，４ｂの間隔寸法を精度よく検出することができる。
【００５４】
なお、本実施形態に係る内視鏡システム１０においては、可変分光素子１として、図１〜図５のいずれかに示されたものを採用することとしてもよい。
また、電気回路７として静電容量を電圧信号として検出して増幅する回路を用いたが、これに限定されるものではなく、増幅機能を有しないバッファ回路を採用してもよい。バッファ回路としては、例えば、ボルテージフォロワ回路が挙げられる。バッファ回路によってもセンサ出力の出力インピーダンスを低下させることができ、耐ノイズ性を向上させることができる。
【００５５】
また、本実施形態に係る内視鏡システム１０においては、薬剤蛍光画像および反射光画像を取得するシステムについて説明したが、これに代えて、自家蛍光画像と薬剤蛍光画像、自家蛍光画像と反射光画像、反射光画像単独など他の観察手法に用いることもできる。
また、センサ６用の電気回路７として、静電容量値を電圧値に変換する回路を用いたが、電流値に変換する回路を用いてもよい。
【００５６】
また、本実施形態においては屈曲部１１ｂを有する内視鏡システム１０を例示して説明したが、これに代えて、屈曲部１１ｂを有しない硬性鏡に適用してもよい。また、観察対象Ａとしては生体に限らない。配管や機械、構造物などの内部を対象とする工業用内視鏡にも適用できる。
【００５７】
また、本実施形態においては、撮像ユニット２に可変分光素子１を備える内視鏡システム１０について説明したが、これに代えて、図１０および図１１に示されるように挿入部１１の先端に配置された、光源ユニット３４の一部に可変分光素子１を備える内視鏡システム３３としてもよい。
光源ユニット３４は、図１１に示されるように、挿入部１１の先端部に配置された先端光源部３０と、体外に配置され該先端光源部３０を制御する光源制御部３５とを備えている。
【００５８】
先端光源部３０は、図１０に示されるように、白色光を発生する白色ＬＥＤ（光電変換素子）３１と、２つの光学基板４ａ，４ｂおよびアクチュエータ４ｃからなる可変分光素子１と、白色ＬＥＤ３１から発せられた白色光を拡散させるレンズ３２と、これらを固定する枠部材５とを備えている。
【００５９】
これにより、挿入部１１の先端の小径化を図るとともに、配線数を少なくしてノイズの混入を低減することができ、光学基板４ａ，４ｂどうしの間隔寸法を正確に検出して、白色光から精度よく分光した波長帯域の照明光を観察対象Ａに照射することができる。
【００６０】
なお、先端光源部３０においては、単一の白色ＬＥＤ３１を備える場合の他、照明光量の増加および配光特性の向上を図るために、白色ＬＥＤ３１を複数配置することとしてもよい。また、単一の白色ＬＥＤ３１と拡散板とを組み合わせて、光源面積を拡大したものや、ランプなどを用いることとしてもよい。
また、多波長励起の半導体レーザやスーパールミネッセントダイオードなどを用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の一実施形態に係る可変分光素子を備える撮像ユニットを示す縦断面図である。
【図２】図１の可変分光素子の光学基板を光軸方向からみた反射膜およびセンサ電極の配置例を示す図である。
【図３】図２の可変分光素子におけるセンサ電極の第１の変形例を示す図である。
【図４】図２の可変分光素子におけるセンサ電極の第２の変形例を示す図である。
【図５】図２の可変分光素子におけるセンサ電極の第３の変形例を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る内視鏡システムを示す全体構成図である。
【図７】図６の内視鏡システムに備えられる撮像ユニットを構成する可変分光素子の透過率特性を示す図である。
【図８】図６の内視鏡システムの動作を説明するタイミングチャートである。
【図９】図６の内視鏡システムに備えられる撮像ユニットを構成する可変分光素子のセンサの信号を増幅する電気回路を示す図である。
【図１０】図６の内視鏡システムの変形例を示す全体構成図である。
【図１１】図１０の内視鏡システムの挿入部の先端に配置される光源ユニットの先端光源部を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１ 可変分光素子
３ 反射膜（光学コート層）
４ａ，４ｂ 光学基板
４ｃ アクチュエータ
６ センサ
６ａ センサ電極（第１のセンサ部）
６ｂ センサ電極（第２のセンサ部）
１０ 内視鏡システム（分光装置）
２１ 撮像素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変分光素子、分光装置および内視鏡システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
対向面に光学コート層が設けられた２枚の光学基板を対向させ、その間隔をピエゾ素子からなるアクチュエータにより可変としたエタロン型の可変分光素子が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この可変分光素子は、２枚の光学基板の対向面に静電容量センサのセンサ電極を備え、静電容量センサによって光学基板間の間隔寸法を検出し、間隔を制御することができるようになっている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１−９４３１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなエタロン型の可変分光素子の性能を発揮するためには高精度に光学基板間の平行度を制御する必要があり、そのためにはアクチュエータが複数の自由度を有するとともに、それと同数の検出信号を得ることが望ましい。
【０００５】
しかしながら、特許文献１の可変分光素子を内視鏡装置の挿入部先端のような極めて狭小なスペースに設置する場合には、可変分光素子のサイズ自体が極めて小さいものとなる。このような場合にアクチュエータおよびセンサ電極を複数配置すると、それらの配線数の合計が増加してしまい、実装が困難であり、また、クロストークノイズが増大するという不都合がある。
【０００６】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、小型化の実現およびノイズの低減を図り、光学基板間の間隔寸法を精度よく検出して、所望の分光特性を達成できる可変分光素子、分光装置および内視鏡システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、間隔を空けて対向する第１および第２の光学基板の互いに対向する対向面に設けられた光学コート層と、前記第１および第２の光学基板の間隔を変化させるアクチュエータと、前記第１および第２の光学基板の間隔を検出するためのものであって、前記第１の光学基板に設けられた第１のセンサ部と、前記第１および第２の光学基板の間隔を検出するためのものであって、前記第２の光学基板に、前記第１のセンサ部に対向するように設けられた第２のセンサ部とを有し、前記第１および第２のセンサ部の個数が異なる可変分光素子を提供する。
【０００８】
上記発明においては、前記第１のセンサ部の個数が、前記アクチュエータの自由度と同数以上であり、第２のセンサ部の個数が第１のセンサ部の個数より少ないこととしてもよい。
また、上記発明においては、前記第１のセンサ部の個数が、前記アクチュエータの自由度と同数であることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記第１のセンサ部の個数が３個以上であることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記第１の基板が固定され、前記第２の基板が前記アクチュエータにより変位させられることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記第２のセンサ部が１個であることとしてもよい。
【０００９】
また、上記発明においては、前記第１および第２のセンサ部が、静電容量方式のセンサ部であることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記第１および第２のセンサ部が、渦電流方式のセンサ部であることとしてもよい。
【００１０】
また、本発明は、上記いずれかの可変分光素子と、該可変分光素子により分光された光を撮影する撮像素子とを備える分光装置を提供する。
【００１１】
また、本発明は、上記可変分光装置を備える内視鏡システムを提供する。
また、上記発明においては、体腔内に挿入される挿入部に前記可変分光素子を備え、前記第２のセンサ部が前記挿入部の先端側に配置されていることとしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、小型化の実現およびノイズの低減を図り、光学基板間の間隔寸法を精度よく検出して所望の分光特性を達成できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の第１の実施形態に係る可変分光素子１について、図１および図２を参照して説明する。
本実施形態に係る可変分光素子１は、図１に示されるように、例えば、撮像ユニット２に備えられる素子であって、平行間隔をあけて配置され対向面に反射膜（光学コート層）３が設けられた２枚の円板状の光学基板４ａ，４ｂと、該光学基板４ａ，４ｂの間隔を変化させるアクチュエータ４ｃとを備えるエタロン型の光学フィルタである。光学基板４ａは、撮像ユニット２を構成する枠部材５に直接固定され、光学基板４ｂは、アクチュエータ４ｃを介して枠部材５に取り付けられている。
【００１４】
アクチュエータ４ｃは積層型の圧電素子であり、光学基板４ｂの周縁に沿って周方向に等間隔をあけて４カ所に設けられている。
この可変分光素子１は、アクチュエータ４ｃの作動により、光学基板４ａ，４ｂの間隔寸法を変化させ、それによって、軸方向に通過する光の波長帯域を変化させることができるようになっている。
【００１５】
可変分光素子１を構成する２つの光学基板４ａ，４ｂには、該光学基板４ａ，４ｂの間隔を検出するためのセンサ６が備えられている。センサ６は、静電容量方式のものであって、光学基板４ａ，４ｂの光学有効径Ｂ（図２参照。）外の外周部に備えられ、４つのセンサ電極（第１のセンサ部）６ａと１つのセンサ電極（第２のセンサ部）６ｂを有している。センサ電極６ａは、光学基板４ａの外周部に周方向に沿って等間隔に４箇所配置されている。センサ電極６ｂは、光学基板４ｂの外周部に４つのセンサ電極６ａの全てに対向するように配置されている。センサ電極６ａ，６ｂとしては金属膜を用いることができる。
静電容量方式は、センサ電極６ａ，６ｂ間の静電容量が面間隔に反比例して変化する特性を用いるものである。
【００１６】
本実施形態に係る可変分光素子１においては、図１および図２に示されるように、光学基板４ａに設けられたセンサ電極６ａは円形状をなし、光学基板４ｂに設けられたセンサ電極６ｂは 光学基板４ａに周方向に間隔をあけて設けられた４つのセンサ電極６ａの全てに対向するような単一のリング状をなしている。そして、図２に示されるように、光学基板４ｂに設けられたセンサ電極６ｂが他方の光学基板４ａへ投影される範囲（図中、鎖線で示す範囲）内に当該他方の光学基板４ａに設けられたセンサ電極６ａが配置されている。
【００１７】
蛍光観察においては、一般に、得られる蛍光強度が微弱なため、光学系の透過効率は非常に重要になる。エタロン型の可変分光素子１は、反射膜が平行なときに高い透過率が得られるが、その平行度調整に誤差があると透過率が急激に低下する。したがって、蛍光観察用の撮像ユニット２に用いられる可変分光素子１としては、間隔を変化させたときの２つの光学基板４ａ，４ｂの傾き誤差を調整するために、複数のセンサ６を備え、複数のアクチュエータ４ｃを有していることが望ましい。
センサ電極６ａ，６ｂからの信号をもとに、アクチュエータ４ｃへの駆動信号のフィードバック制御を実施することにより、透過率特性の制御において精度を向上させることができるようになっている。
【００１８】
このように構成された本実施形態に係る可変分光素子１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る可変分光素子１によれば、平行間隔をあけた２枚の光学基板４ａ，４ｂの光学有効径Ｂの領域に光を入射させることにより、光学基板４ａ，４ｂの間隔寸法に応じて定まる波長の光のみが２枚の光学基板４ａ，４ｂを透過し、残りの光は反射される。そして、アクチュエータ４ｃの作動により２枚の光学基板４ａ，４ｂの間隔寸法を変化させることにより、該２枚の光学基板４ａ，４ｂを透過する光の波長を変更し、これにより観察したい所望の波長帯域の光を他の波長帯域の光から分光することができる。
【００１９】
光学基板４ａ，４ｂの対向面にはセンサ電極６ａ，６ｂが対向して配置されているので、センサ電極６ａ，６ｂ間に形成された静電容量を示す電圧信号が検出され、該電圧信号に応じてセンサ電極６ａ，６ｂ間の間隔寸法を検出することができる。光学基板４ａの周方向にセンサ電極６ａが４個設けられ、光学基板４ｂにこれらセンサ電極６ｂの全てに対向する１個のセンサ電極６ｂが設けられているので、各対のセンサ電極６ａ，６ｂ毎に、対応する位置の光学基板４ａ，４ｂの間隔寸法を検出でき、検出された間隔寸法に基づいてアクチュエータ４ｃを制御することにより、２枚の光学基板４ａ，４ｂを平行状態に維持しながら、精度よく間隔寸法を調節することができる。
【００２０】
この場合において、本実施形態に係る可変分光素子１は、一方の光学基板４ｂに配置されたセンサ電極６ｂの個数が、他方の光学基板４ａに配置されたセンサ電極６ａの個数よりも少ないので、センサ電極６ａ，６ｂに接続する配線数を減少させることができる。これにより、センサ電極６ａ，６ｂの実装を容易にして可変分光素子１の小型化および簡略化を図り、また、各配線どうしを遠ざけた位置に配置してクロストークノイズの混入を低減することができる。
【００２１】
また、アクチュエータ４ｃの駆動により変位させられる光学基板４ｂに設けられたセンサ電極６ｂの個数が、撮像ユニット２を構成する枠部材５に直接固定される光学基板４ａに設けられたセンサ電極６ａの個数よりも少ないため、アクチュエータ４ｃの駆動時に動く配線数を少なくして、配線間の容量変化に伴うノイズの発生を低減することができる。
【００２２】
また、対向するセンサ電極６ａ，６ｂの個数が異なっても、光学基板４ｂに設けられたセンサ電極６ｂに、光学基板４ａ設けられた４個のセンサ電極６ａが対向しているので、４対のセンサ６が構成されている。これにより、駆動自由度、すなわち、アクチュエータ４ｃの個数と同じ４つの電圧信号を検出することができる。
【００２３】
したがって、２枚の光学基板４ａ，４ｂの間隔寸法に一意的に対応した静電容量を示す、アクチュエータ４ｃの個数と同数の電圧信号に基づいて２つの光学基板４ａ，４ｂ間の間隔を精度よく制御し、所望の波長帯域の光を精度よく分光することができるという効果がある。
【００２４】
さらに、本実施形態に係る可変分光素子１は、センサ電極６ｂがセンサ電極６ａよりも周方向および半径方向に大きく形成されているので、組み付けの際に厳密な位置合わせ作業を行わなくても、小さい側のセンサ電極６ａの面積分の対向面積を確保することができる。すなわち、一方の光学基板４ｂに設けられたセンサ電極６ｂが他方の光学基板４ａに投影される範囲内に、当該他方の光学基板４ａに設けられたセンサ電極６ａが配置されているので、２枚の光学基板４ａ，４ｂどうしが板厚方向に交差する方向、つまり、光学基板４ａ，４ｂの半径方向あるいは周方向に微妙にずれて組み付けられても、両センサ電極６ａ，６ｂ間に形成される静電容量に変化はない。
【００２５】
また、複数のアクチュエータ４ｃの駆動により、２枚の光学基板４ａ，４ｂの間隔寸法を精度よく調節することができるが、各アクチュエータ４ｃの個体差により、２枚の光学基板４ａ，４ｂの相対位置が、板厚方向に交差する方向にずれることが考えられる。この場合においても、両センサ電極６ａ，６ｂ間に形成される静電容量に変化はない。
したがって、２枚の光学基板４ａ，４ｂの間隔寸法に一意的に対応した静電容量を示す電圧信号を検出することができ、該電圧信号に基づいて２つの光学基板４ａ，４ｂ間の間隔を精度よく制御し、所望の波長帯域の光を精度よく分光することができるという利点がある。
【００２６】
この場合において、センサ電極６ａ，６ｂの形状は、大きい側のセンサ電極６ｂが、小さい側のセンサ電極６ａに対して、半径方向の寸法差よりも周方向の寸法差が大きいことが好ましい。円形の光学基板４ａ，４ｂどうしは、その外周面を一致させることで、半径方向にはほぼ精度よく位置決めすることができるが、周方向への位置決めは困難である。上記のようにセンサ電極６ａ，６ｂを構成することで、光学基板４ａ，４ｂどうしの周方向の位置決めを大まかに行っても、センサ電極６ａ，６ｂにより検出される静電容量に変化はなく、組み付け作業をより容易にすることができるという利点がある。
【００２７】
なお、本実施形態に係る可変分光素子１においては、一方の光学基板４ａの周方向に沿って等間隔に４つのセンサ電極６ａを設け、これら全てのセンサ電極６ｂに対向する１つのセンサ電極６ｂを、他方の光学基板４ｂに設けることとしたが、センサ電極６ａ，６ｂは任意の個数を設けることができる。
すなわち、図３に示されるように、一方の光学基板４ａに周方向に間隔をあけて設けられた２つのセンサ電極６ａ毎に、これら２つのセンサ電極６ａのいずれにも対向する大きさの１つのセンサ電極６ｂを他方の光学基板４ｂに設けることにしてもよい。
【００２８】
また、図４に示されるように、一方の光学基板４ａに設けられた一部の電極６ａに対して、１対１で対向するセンサ電極６ｂを、他方の光学基板４ｂに設けることにしてもよい。
また、図５に示されるように、一方の光学基板４ａに周方向に間隔をあけて設けられた３つセンサ電極６ａに対して、これら３つのセンサ電極６ａのいずれにも対向する大きさの１つのセンサ電極６ｂを他方の光学基板４ｂに設けることにしてもよい。
【００２９】
この場合、一方の光学基板４ａにセンサ電極６ａを３個設ければ、３つの検出信号を得ることができ、アクチュエータ駆動時の光学基板４ａ、４ｂの傾き誤差を検出するための必要最小限の情報を得ることができる。これにより、光学基板４ａ，４ｂ間の平行度を調整することができ、２つの光学基板４ａ，４ｂ間の間隔を精度よく制御し、所望の波長帯域の光を精度よく分光することができる。
【００３０】
また、センサ電極６ａ，６ｂの形状としては特に限定されるものではなく、図５に示されるセンサ電極６ａのような楕円形状や、図３または図４に示されるセンサ電極６ｂのような扇形状、あるいは長方形のような任意の形状を採用することができる。
【００３１】
また、本実施形態に係る可変分光素子１においては、光学基板４ａ，４ｂの間隔を検出するためセンサ６として、静電容量方式のセンサを採用し、光学基板４ａ，４ｂの外周部にセンサ電極６ａ，６ｂを備えることとしたが、これに代えて、渦電流方式のセンサを採用し、光学基板４ａ，４ｂの外周部にセンサコイル６ａ，６ｂを備えることができる。
【００３２】
また、光学基板４ａ，４ｂの対向面に設けられた反射膜３を導電性の材料により構成し、該反射膜３自体を、静電容量を形成するためのセンサ電極６ａ，６ｂとして兼用してもよい。
【００３３】
次に、本発明の一実施形態に係る内視鏡システム１０について、図６〜図９を参照して説明する。
本実施形態に係る内視鏡システム１０は、図６に示されるように、生体の体腔内に挿入される挿入部１１と、該挿入部１１内に配置される撮像ユニット２と、複数種の光を発する光源ユニット１２と、前記撮像ユニット２および光源ユニット１２を制御する制御ユニット１３と、撮像ユニット２により取得された画像を表示する表示ユニット１４とを備えている。
【００３４】
前記挿入部１１は、生体の体腔に挿入できる極めて細い外形寸法を有し、その内部に、前記撮像ユニット２と、前記光源ユニット１２からの光を先端１１ａまで伝播するライトガイド１５とを備えている。
前記光源ユニット１２は、体腔内の観察対象Ａを照明し、観察対象Ａにおいて反射して戻る反射光を取得するための照明光を発する照明光用光源１６と、体腔内の観察対象Ａに照射され、観察対象Ａ内に存在する蛍光物質を励起して蛍光を発生させるための励起光を発する励起光用光源１７と、これらの光源１６，１７を制御する光源制御回路１８とを備えている。
【００３５】
前記照明光用光源１６は、例えば、図示しないキセノンランプおよびバンドパスフィルタを組み合わせたもので、バンドパスフィルタの５０％透過域は、４３０〜４６０ｎｍである。すなわち、光源１６は、波長帯域４３０〜４６０ｎｍの照明光を発生するようになっている。
【００３６】
前記励起光用光源１７は、例えば、ピーク波長６６０±５ｎｍの励起光を出射する半導体レーザである。この波長の励起光は、Ｃｙ５．５（Ａｍｅｒｓｈａｍ社製）やＡｌｅｘａ
ｆｌｕｏｒ７００（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｒｏｂｅｓ社製）等の蛍光薬剤を励起することができる。
前記光源制御回路１８は、後述するタイミングチャートに従う所定のタイミングで、照明光用光源１６と励起光用光源１７とを交互に点灯および消灯させるようになっている。
【００３７】
前記撮像ユニット２は、挿入部１１の先端部に配置されている。
前記撮像ユニット２は、図１に示されるように、観察対象Ａから入射される光を集光するレンズ１９ａ，１９ｂを含む撮像光学系１９と、観察対象Ａから入射されてくる励起光を遮断する励起光カットフィルタ２０と、制御ユニット１３の作動により分光特性を変化させられる上記可変分光素子１と、撮像光学系１９により集光された光を撮影して電気信号に変換する撮像素子２１と、これらを支持する枠部材５とを備えている。
【００３８】
可変分光素子１は、さらに具体的には、図７に示されるように、１つの固定透過帯域および１つの可変透過帯域の２つの透過帯域を有する透過率波長特性を有している。固定透過帯域は、可変分光素子１の状態によらず、常に入射光を透過するようになっている。また、可変透過帯域は可変分光素子１の状態に応じて透過率特性が変化するようになっている。
【００３９】
また、センサ電極６ａ，６ｂには、例えば、図９に示されるような電気回路７が接続されている。電気回路７は、センサ電極６ａ，６ｂに交流電流を供給し、光学部材４ａ，４ｂの間隔寸法に応じて決定されるセンサ電極６ａ，６ｂ間の静電容量を電圧信号に変換し、増幅して（電圧Ｖを）出力するようになっている。図９中、符号８は能動素子であるオペアンプ、符号９は交流電源である。電気回路７は、枠部材５に固定された光学部材４ａに固定されている。
【００４０】
前記制御ユニット１３は、図６に示されるように、撮像素子２１を駆動制御する撮像素子駆動回路２２と、可変分光素子１を駆動制御する可変分光素子制御回路２３と、撮像素子２１により取得された画像情報を記憶するフレームメモリ２４と、該フレームメモリ２４に記憶された画像情報を処理して表示ユニット１４に出力する画像処理回路２５とを備えている。
撮像素子駆動回路２２および可変分光素子制御回路２３は、前記光源制御回路１８に接続され、光源制御回路１８による照明光用光源１６および励起光用光源１７の切り替えに同期して可変分光素子１および撮像素子２１を駆動制御するようになっている。
【００４１】
具体的には、図８のタイミングチャートに示されるように、光源制御回路１８の作動により、励起光用光源１７から励起光が発せられるときには、可変分光素子制御回路２３が、可変分光素子１を第１の状態として、撮像素子駆動回路２２が撮像素子２１から出力される画像情報を第１のフレームメモリ２４ａに出力させるようになっている。また、照明光用光源１６から照明光が発せられるときには、可変分光素子制御回路２３が、可変分光素子１を第２の状態として、撮像素子駆動回路２２が撮像素子２１から出力される画像情報を第２のフレームメモリ２４ｂに出力するようになっている。
【００４２】
また、前記画像処理回路２５は、例えば、励起光の照射により得られる蛍光画像情報を第１のフレームメモリ２４ａから受け取って表示ユニット１４の第１のチャネルに出力し、照明光の照射により得られる反射光画像情報を第２のフレームメモリ２４ｂから受け取って表示ユニット１４の第２のチャネルに出力するようになっている。
【００４３】
このように構成された本実施形態に係る内視鏡システム１０の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る内視鏡システム１０を用いて、生体の体腔内の撮影対象Ａを撮像するには、蛍光薬剤を体内に注入するとともに、挿入部１１を体腔内に挿入し、その先端１１ａを体腔内の撮影対象Ａに対向させる。この状態で、光源ユニット１２および制御ユニット１３を作動させ、光源制御回路１８の作動により、照明光用光源１６および励起光用光源１７を交互に作動させて照明光および励起光をそれぞれ発生させる。
【００４４】
光源ユニット１２において発生した励起光および照明光は、それぞれライトガイド１５を介して挿入部１１の先端１１ａまで伝播され、挿入部１１の先端１１ａから撮影対象Ａに向けて照射される。
励起光が撮影対象Ａに照射された場合には、撮影対象Ａに浸透している蛍光薬剤が励起されて蛍光が発せられる。撮影対象Ａから発せられた蛍光は、撮像ユニット２の撮像光学系１９により集光され、励起光カットフィルタ２０を透過し、可変分光素子１に入射される。
【００４５】
可変分光素子１は、可変分光素子制御回路２３の作動により励起光用光源１７の作動に同期して第１の状態に切り替えられているので、蛍光に対する透過率が増大させられており、入射された蛍光を透過させることができる。この場合に、撮影対象Ａに照射された励起光の一部が、撮影対象Ａにおいて反射され、蛍光とともに撮像ユニット２に入射されるが、撮像ユニット２には励起光カットフィルタ２０が設けられているので、励起光は遮断され、撮像素子２１に入射されることが阻止される。
【００４６】
そして、可変分光素子１を透過した蛍光は撮像素子２１に入射され、蛍光画像情報が取得される。取得された蛍光画像情報は、第１のフレームメモリ２４ａに記憶され、画像処理回路２５によって、表示ユニット１４の第１のチャネルに出力されて表示ユニット１４により表示される。
【００４７】
一方、照明光が撮影対象Ａに照射された場合には、撮影対象Ａの表面において照明光が反射され、撮像光学系１９により集光されて励起光カットフィルタ２０を透過し、可変分光素子１に入射される。照明光の反射光の波長帯域は、可変分光素子１の固定透過帯域に位置しているので、可変分光素子１に入射された反射光は全て可変分光素子１を透過させられる。
【００４８】
そして、可変分光素子１を透過した反射光は撮像素子２１に入射され、反射光画像情報が取得される。取得された反射光画像情報は、第２のフレームメモリ２４ｂに記憶され、画像処理回路２５によって、表示ユニット１４の第２のチャネルに出力されて表示ユニット１４により表示される。
【００４９】
このときに、励起光用光源１７がオフにされているので、波長６６０ｎｍの励起光による蛍光は発生していない。照明光用光源１６の波長域は、上記蛍光薬剤に対しては励起効率が極めて低いので、実質的に発生しないと考えてよい。さらに、可変分光素子１は、可変分光素子制御回路２３の作動により照明光用光源１６の作動に同期して第２の状態に切り替えられているので、蛍光に対する透過率が低下させられており、蛍光が入射されても、これを遮断する。これにより、反射光のみが撮像素子２１により撮影される。
このように、本実施形態に係る内視鏡システム１０によれば、蛍光画像と反射光画像を使用者に提供することができる。
【００５０】
この場合において、本実施形態に係る内視鏡システム１０によれば、可変分光素子１にセンサ６が設けられているので、第１の状態および第２の状態に切り替えられた際に、センサ６により２枚の光学基板４ａ，４ｂの間隔寸法が検出され、アクチュエータ４ｃに加える電圧信号がフィードバック制御される。これにより、光学基板４ａ，４ｂの間隔寸法を精度よく制御して、高精度に所望の波長帯域の光を分光し、鮮明な蛍光画像および反射光画像を得ることができる。
【００５１】
さらに、本実施形態においては、挿入部１１の先端１１ａ側に位置する光学基板４ｂに設けられるセンサ６ｂの個数が、基端側に位置する光学基板４ａに設けられるセンサの個数より少ないので、より空間の少ない先端１１ａ側における配線数を減少させることができる。これにより、挿入部１１の先端１１ａの小径化を図ることができ、また、配線の近接に伴うクロストークノイズの発生を抑制することができる。
【００５２】
また、本実施形態においては、センサ電極６ａ，６ｂから出力されたセンサ電極６ａ，６ｂ間の静電容量を示す電気信号が、可変分光素子１の光学基板４ａに固定された電気回路７により増幅されるとともに出力インピーダンスが低減された後に、挿入部１１内を伝送され、挿入部１１の基端側から体外の可変分光素子制御回路２３に送られる。したがって、センサ６により検出された電気信号に対するノイズの混入を低減することができ、光学基板４ａ，４ｂの間隔を高精度に検出でき、ひいては可変分光素子１の分光特性を高精度に制御することができるという効果がある。
【００５３】
また、本実施形態においては、各光学基板４ａ，４ｂの対向面に設けられたセンサ電極６ａ，６ｂとして異なる外形寸法のものが採用されているので、アクチュエータ４ｃの駆動に際して、アクチュエータ４ｃの個体差等により、光学基板４ａ，４ｂ間に光軸に交差する方向へのずれが発生した場合であっても、対向するセンサ電極６ａ，６ｂ間に形成される静電容量は変化せず、光学基板４ａ，４ｂの間隔寸法を精度よく検出することができる。
【００５４】
なお、本実施形態に係る内視鏡システム１０においては、可変分光素子１として、図１〜図５のいずれかに示されたものを採用することとしてもよい。
また、電気回路７として静電容量を電圧信号として検出して増幅する回路を用いたが、これに限定されるものではなく、増幅機能を有しないバッファ回路を採用してもよい。バッファ回路としては、例えば、ボルテージフォロワ回路が挙げられる。バッファ回路によってもセンサ出力の出力インピーダンスを低下させることができ、耐ノイズ性を向上させることができる。
【００５５】
また、本実施形態に係る内視鏡システム１０においては、薬剤蛍光画像および反射光画像を取得するシステムについて説明したが、これに代えて、自家蛍光画像と薬剤蛍光画像、自家蛍光画像と反射光画像、反射光画像単独など他の観察手法に用いることもできる。
また、センサ６用の電気回路７として、静電容量値を電圧値に変換する回路を用いたが、電流値に変換する回路を用いてもよい。
【００５６】
また、本実施形態においては屈曲部１１ｂを有する内視鏡システム１０を例示して説明したが、これに代えて、屈曲部１１ｂを有しない硬性鏡に適用してもよい。また、観察対象Ａとしては生体に限らない。配管や機械、構造物などの内部を対象とする工業用内視鏡にも適用できる。
【００５７】
また、本実施形態においては、撮像ユニット２に可変分光素子１を備える内視鏡システム１０について説明したが、これに代えて、図１０および図１１に示されるように挿入部１１の先端に配置された、光源ユニット３４の一部に可変分光素子１を備える内視鏡システム３３としてもよい。
光源ユニット３４は、図１１に示されるように、挿入部１１の先端部に配置された先端光源部３０と、体外に配置され該先端光源部３０を制御する光源制御部３５とを備えている。
【００５８】
先端光源部３０は、図１０に示されるように、白色光を発生する白色ＬＥＤ（光電変換素子）３１と、２つの光学基板４ａ，４ｂおよびアクチュエータ４ｃからなる可変分光素子１と、白色ＬＥＤ３１から発せられた白色光を拡散させるレンズ３２と、これらを固定する枠部材５とを備えている。
【００５９】
これにより、挿入部１１の先端の小径化を図るとともに、配線数を少なくしてノイズの混入を低減することができ、光学基板４ａ，４ｂどうしの間隔寸法を正確に検出して、白色光から精度よく分光した波長帯域の照明光を観察対象Ａに照射することができる。
【００６０】
なお、先端光源部３０においては、単一の白色ＬＥＤ３１を備える場合の他、照明光量の増加および配光特性の向上を図るために、白色ＬＥＤ３１を複数配置することとしてもよい。また、単一の白色ＬＥＤ３１と拡散板とを組み合わせて、光源面積を拡大したものや、ランプなどを用いることとしてもよい。
また、多波長励起の半導体レーザやスーパールミネッセントダイオードなどを用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の一実施形態に係る可変分光素子を備える撮像ユニットを示す縦断面図である。
【図２】図１の可変分光素子の光学基板を光軸方向からみた反射膜およびセンサ電極の配置例を示す図である。
【図３】図２の可変分光素子におけるセンサ電極の第１の変形例を示す図である。
【図４】図２の可変分光素子におけるセンサ電極の第２の変形例を示す図である。
【図５】図２の可変分光素子におけるセンサ電極の第３の変形例を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る内視鏡システムを示す全体構成図である。
【図７】図６の内視鏡システムに備えられる撮像ユニットを構成する可変分光素子の透過率特性を示す図である。
【図８】図６の内視鏡システムの動作を説明するタイミングチャートである。
【図９】図６の内視鏡システムに備えられる撮像ユニットを構成する可変分光素子のセンサの信号を増幅する電気回路を示す図である。
【図１０】図６の内視鏡システムの変形例を示す全体構成図である。
【図１１】図１０の内視鏡システムの挿入部の先端に配置される光源ユニットの先端光源部を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１ 可変分光素子
３ 反射膜（光学コート層）
４ａ，４ｂ 光学基板
４ｃ アクチュエータ
６ センサ
６ａ センサ電極（第１のセンサ部）
６ｂ センサ電極（第２のセンサ部）
１０ 内視鏡システム（分光装置）
２１ 撮像素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隔を空けて対向する第１および第２の光学基板の互いに対向する対向面に設けられた光学コート層と、
前記第１および第２の光学基板の間隔を変化させるアクチュエータと、
前記第１および第２の光学基板の間隔を検出するためのものであって、前記第１の光学基板に設けられた第１のセンサと、
前記第１および第２の光学基板の間隔を検出するためのものであって、前記第２の光学基板に、前記第１のセンサ部に対向するように設けられた第２のセンサ部とを有し、
前記第１および第２のセンサ部の個数が異なる可変分光素子。
【請求項２】
前記第１のセンサ部の個数が、前記アクチュエータの自由度と同数以上であり、第２のセンサ部の個数が第１のセンサ部の個数より少ない請求項１に記載の可変分光素子。
【請求項３】
前記第１のセンサ部の個数が、前記アクチュエータの自由度と同数である請求項２に記載の可変分光素子。
【請求項４】
前記第２のセンサ部が１個である請求項２に記載の可変分光素子。
【請求項５】
前記第１のセンサ部の個数が３個以上である請求項１に記載の可変分光素子。
【請求項６】
前記第２のセンサ部が１個である請求項５に記載の可変分光素子。
【請求項７】
前記第１の基板が固定され、前記第２の基板が前記アクチュエータにより変位させられる請求項２に記載の可変分光素子。
【請求項８】
前記第２のセンサ部が１個である請求項７に記載の可変分光素子。
【請求項９】
前記第１および第２のセンサ部が、静電容量方式のセンサ部である請求項１に記載の可変分光素子。
【請求項１０】
前記第１および第２のセンサ部が、渦電流方式のセンサ部である請求項１に記載の可変分光素子。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の可変分光素子と、
該可変分光素子により分光された光を撮影する撮像素子とを備える分光装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の分光装置を備える内視鏡システム。
【請求項１３】
体腔内に挿入される挿入部に、前記可変分光素子が備えられ、前記第２の基板が前記第１の基板よりも前記挿入部の先端側に配置されている請求項１２に記載の内視鏡システム。
【請求項１】
間隔を空けて対向する第１および第２の光学基板の互いに対向する対向面に設けられた光学コート層と、
前記第１および第２の光学基板の間隔を変化させるアクチュエータと、
前記第１および第２の光学基板の間隔を検出するためのものであって、前記第１の光学基板に設けられた第１のセンサと、
前記第１および第２の光学基板の間隔を検出するためのものであって、前記第２の光学基板に、前記第１のセンサ部に対向するように設けられた第２のセンサ部とを有し、
前記第１および第２のセンサ部の個数が異なる可変分光素子。
【請求項２】
前記第１のセンサ部の個数が、前記アクチュエータの自由度と同数以上であり、第２のセンサ部の個数が第１のセンサ部の個数より少ない請求項１に記載の可変分光素子。
【請求項３】
前記第１のセンサ部の個数が、前記アクチュエータの自由度と同数である請求項２に記載の可変分光素子。
【請求項４】
前記第２のセンサ部が１個である請求項２に記載の可変分光素子。
【請求項５】
前記第１のセンサ部の個数が３個以上である請求項１に記載の可変分光素子。
【請求項６】
前記第２のセンサ部が１個である請求項５に記載の可変分光素子。
【請求項７】
前記第１の基板が固定され、前記第２の基板が前記アクチュエータにより変位させられる請求項２に記載の可変分光素子。
【請求項８】
前記第２のセンサ部が１個である請求項７に記載の可変分光素子。
【請求項９】
前記第１および第２のセンサ部が、静電容量方式のセンサ部である請求項１に記載の可変分光素子。
【請求項１０】
前記第１および第２のセンサ部が、渦電流方式のセンサ部である請求項１に記載の可変分光素子。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の可変分光素子と、
該可変分光素子により分光された光を撮影する撮像素子とを備える分光装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の分光装置を備える内視鏡システム。
【請求項１３】
体腔内に挿入される挿入部に、前記可変分光素子が備えられ、前記第２の基板が前記第１の基板よりも前記挿入部の先端側に配置されている請求項１２に記載の内視鏡システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−１８３３５０（Ｐ２００８−１８３３５０Ａ）
【公開日】平成２０年８月１４日（２００８．８．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２１５６０（Ｐ２００７−２１５６０）
【出願日】平成１９年１月３１日（２００７．１．３１）
【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２０年８月１４日（２００８．８．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月３１日（２００７．１．３１）
【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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