可変分光素子、分光装置および内視鏡システム
【課題】より少ない工程でセンサ電極および配線パターンを形成でき、配線と光学基板とを干渉させることなく容易に組み立てる。
【解決手段】対向面に反射膜２を有し間隔を空けて対向する２つの光学基板３ａ，３ｂと、該光学基板３ａ，３ｂの間隔を変化させるアクチュエータ３ｃと、光学基板３ａ，３ｂの間隔を検出するための電極部６ａ，６ｂを対向面に有するセンサ６とを備え、少なくとも一方の光学基板３ａ（３ｂ）に、対向面の外周部に設けられ、半径方向外方に向かって他方の光学基板３ｂ（３ａ）から板厚方向に漸次遠ざかる傾斜面５と、該傾斜面５に設けられ、センサ６の電極部６ａ（６ｂ）に接続する配線パターン６ｃ（６ｄ）と、該配線パターン６ｃ（６ｄ）の半径方向外方に配置され電極部６ａ（６ｂ）からの信号を外部に取り出すための配線７を接続する接続パターン６ｅ（６ｆ）とを備える可変分光素子１を提供する。
【解決手段】対向面に反射膜２を有し間隔を空けて対向する２つの光学基板３ａ，３ｂと、該光学基板３ａ，３ｂの間隔を変化させるアクチュエータ３ｃと、光学基板３ａ，３ｂの間隔を検出するための電極部６ａ，６ｂを対向面に有するセンサ６とを備え、少なくとも一方の光学基板３ａ（３ｂ）に、対向面の外周部に設けられ、半径方向外方に向かって他方の光学基板３ｂ（３ａ）から板厚方向に漸次遠ざかる傾斜面５と、該傾斜面５に設けられ、センサ６の電極部６ａ（６ｂ）に接続する配線パターン６ｃ（６ｄ）と、該配線パターン６ｃ（６ｄ）の半径方向外方に配置され電極部６ａ（６ｂ）からの信号を外部に取り出すための配線７を接続する接続パターン６ｅ（６ｆ）とを備える可変分光素子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、平行性を保ちながら間隔を制御することができるようになっている。
【０００３】
そして、特許文献１の可変分光素子は、静電容量センサを機能させるためにセンサ電極に接続する配線のスペースを確保するために、配線を接続するセンサ電極が設けられた光学基板の外周部に段差を設けたり、対向する光学基板の外周部を切り欠いたりして、配線どうしあるいは配線と光学基板とが干渉しないようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２７７７５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の可変分光素子においては以下の不都合がある。
すなわち、第１に、静電容量センサのセンサ電極として、光学基板の表面にアルミニウム等の金属を蒸着することにより形成されるコーティングを利用したものが知られているが、特許文献１の可変分光素子のように段差が形成された光学基板にセンサ電極を形成する場合、段差の鉛直面にコーティングが形成され難いという問題がある。このため、センサ電極に接続する配線パターンが途切れたり、電気抵抗が大きくなったりする不都合がある。これを改善するためには、蒸着を２方向から２工程に分けて行う必要があり、製造工程が複雑になる不都合がある。
【０００６】
第２に、平坦面に形成された配線パターンから引き出される配線に対向する光学基板の外周部に切欠を設ける構造では、２つの光学基板が相互に周方向に相対移動させられると、切欠以外の部分が配線と干渉して断線するなどの問題が発生する可能性がある。特に、内視鏡の挿入部先端に配置するような極めて小さい可変分光素子の場合には、光学基板自体が極めて小さなものとなるので、一方の光学基板に接続された配線と他方の光学基板の切欠との位相を最初から一致させることは困難であり、組立時等に基板が配線に干渉して断線する不都合が発生する。
【０００７】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、より少ない工程でセンサ電極および配線パターンを形成でき、配線と光学基板とを干渉させることなく容易に組み立てることが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】
【０００８】
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、対向面に反射膜を有し間隔を空けて対向する２つの光学基板と、該光学基板の前記間隔を変化させるアクチュエータと、前記光学基板の前記間隔を検出するための電極部を前記対向面に有するセンサとを備え、少なくとも一方の前記光学基板に、前記対向面の外周部に設けられ、半径方向外方に向かって他方の光学基板から板厚方向に漸次遠ざかる傾斜面と、該傾斜面に設けられ、前記センサの前記電極部に接続する配線パターンと、該配線パターンの半径方向外方に配置され前記電極部からの信号を外部に取り出すための配線を接続する接続パターンとを備える可変分光素子を提供する。
【０００９】
上記発明においては、少なくとも一方の光学基板の傾斜面が、全周にわたって設けられていることとしてもよい。
また、上記発明においては、両方の光学基板が前記傾斜面を備えることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記傾斜面の周方向の少なくとも一部に、配線パターンおよび接続パターンの設けられていない領域を備え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。
また、本発明は、上記分光装置を備える内視鏡システムを提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、より少ない工程でセンサ電極および配線パターンを形成でき、配線と光学基板とを干渉させることなく容易に組み立てることが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】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態に係る可変分光素子１について、図１、図２および図１１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、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）２が設けられた２枚の円板状の光学基板３ａ，３ｂと、該光学基板３ａ，３ｂの間隔を変化させるアクチュエータ３ｃとを備えるエタロン型の光学フィルタである。光学基板３ａは、枠部材４に直接固定され、光学基板３ｂは、アクチュエータ３ｃを介して枠部材４に取り付けられている。
【００１３】
前記２つの光学基板３ａ，３ｂには、各対向面の外周部に、全周にわたって形成されたテーパ状の傾斜面５が備えられている。傾斜面５は、半径方向外方に向かって２つの光学基板３ａ，３ｂの間隔寸法を漸次広げる方向に傾斜している。
本実施形態の可変分光素子１においては、光学基板３ａ，３ｂに設けられたテーパ状の傾斜面５は、図１１に示すように傾斜角度α＝４０°にて製作している。
【００１４】
アクチュエータ３ｃは積層型の圧電素子であり、光学基板３ｂ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３ｃの作動により、光学基板３ａ，３ｂ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】
前記２つの光学基板３ａ，３ｂには、該光学基板３ａ，３ｂ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３ａ，３ｂの光学有効径Ｂ（図２参照。）外の外周部に備えられ、４対のセンサ電極６ａ，６ｂを有している。
【００１６】
これらセンサ電極６ａ，６ｂは、図２に示されるように、光学基板３ａの外周部に周方向に沿って等間隔に配置され、相互に対向するように配置されている。また、各センサ電極６ａ，６ｂには、該センサ電極６ａ，６ｂに接続する配線パターン６ｃ，６ｄと、該配線パターン６ｃ，６ｄに接続する配線パッド（接続パターン）６ｅ，６ｆとが設けられている。これら、センサ電極６ａ，６ｂ、配線パターン６ｃ，６ｄおよび配線パッド６ｅ，６ｆは、光学基板３ａ，３ｂの表面にアルミニウム等の材料を蒸着することにより、一体的にコーティングされている。
【００１７】
本実施形態においては、配線パターン６ｃ，６ｄおよび配線パッド６ｅ，６ｆが傾斜面５にそれぞれ設けられている。配線パッド６ｅ，６ｆは、配線パターン６ｃ，６ｄよりも半径方向外方に配置されている。これにより、配線パッド６ｅ，６ｆは、光学基板３ａ，３ｂの間隔方向に十分に離れた位置に配置されている。
【００１８】
配線パッド６ｅ，６ｆは、配線７を、例えばワイヤーボンディング等により接続するために、配線パターン６ｃ，６ｄと比較して十分に広い面積を有している。また、配線パターン６ｃ（６ｄ）は、対向する配線パターン６ｄ（６ｃ）との間に大きな静電容量を形成しないように、十分に細く、センサ電極６ａ，６ｂからの信号伝達の抵抗とならない程度の太さに形成されている。
【００１９】
本実施形態の可変分光素子１においては、各部位の大きさを以下（図１２参照）に示す大きさで製作している。
・センサ電極６ａ，６ｂ ：形状：０．５ｘ０．３ｍｍ 、厚さ：４００ｎｍ
・配線パターン６ｃ，６ｄ ：形状：０．１ｘ０．２５ｍｍ 、厚さ：２００ｎｍ
・配線パッド６ｅ，６ｆ ：形状：１．５ｘ０．４ｍｍ 、厚さ：２００ｎｍ
【００２０】
この条件であれば、前述したように、光学基板３ａ，３ｂのテーパ状の傾斜面５の角度α＝４０°にて製作することで、１回のコーティング工程で、平面部の膜厚約４００ｎｍ、テーパ部の膜厚約２００ｎｍ以上のコーティングが実現でき、本発明の効果を得るセンサを持つ可変分光素子１が製作可能である。また、平面部とテーパ部とのなす角は１３０°と鈍角をなしているため、境界部での配線切れは発生しにくくなっている。
【００２１】
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３ａ，３ｂ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３ｃ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３ｃ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。
【００２２】
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３ａ，３ｂ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３ａ，３ｂ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３ａ，３ｂを透過し、残りの光は反射される。そして、アクチュエータ３ｃの作動により２枚の光学基板３ａ，３ｂの間隔寸法を変化させることにより、該２枚の光学基板３ａ，３ｂを透過する光の波長を変更し、これにより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。
【００２３】
光学基板３ａ，３ｂ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３ａ，３ｂの周方向に間隔をあけてセンサ電極６ａ，６ｂが４対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３ａ，３ｂ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３ｃを制御することにより、２枚の光学基板３ａ，３ｂ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。
【００２４】
この場合に、本実施形態に係る可変分光素子１においては、光学基板３ａ，３ｂの外周部にテーパ状の傾斜面５が設けられ、該傾斜面５に配線パターン６ｃ，６ｄおよび配線パッド６ｅ，６ｆが形成されているので、配線パッド６ｅ，６ｆの位置では、十分に間隔が離れており、対向する配線パッド６ｅ，６ｆ間に形成される静電容量を十分に抑えることができる。また、配線パターン６ｃ，６ｄにおいては、相互に近接する部分も存在するが、その幅寸法を十分に小さく形成しているので、同様にして形成される静電容量を抑えることができる。
【００２５】
さらに、これら配線パターン６ｃ，６ｄおよび配線パッド６ｅ，６ｆを光学基板３ａ，３ｂの対向面に隣接する傾斜面５に設けることにより、センサ電極６ａ，６ｂ、配線パターン６ｃ，６ｄおよび配線パッド６ｅ，６ｆを、一方向からのアルミニウム蒸着によって単一の製造工程で一体的に製造することができる。この場合に、従来、段差の鉛直面において蒸着が困難であったものと比較すると、蒸着を容易にすることができ、安定した厚さ寸法のコーティングを形成することができる。その結果、断線や電気抵抗の増大を生ずることなく、センサ電極６ａ，６ｂからの信号を精度よく外部に取り出すことができる。
【００２６】
また、本実施形態に係る可変分光素子１によれば、配線７を接続する配線パッド６ｅ，６ｆが、光学基板３ａ，３ｂの傾斜面５の最外周位置に配置されているので、光学基板３ａ，３ｂどうしを十分に近接させても、配線パッド６ｅ，６ｆどうしの間隔を十分に広く確保することができる。したがって、配線パッド６ｅ，６ｆに接続された配線７どうしが干渉することを防止できる。
【００２７】
特に、両光学基板３ａ，３ｂには傾斜面５が全周にわたって形成されているので、光学基板３ａ，３ｂどうしを周方向に相対的に移動させても配線７と光学基板３ａ，３ｂとが干渉することもない。その結果、組立時等に、センサ電極６ａ，６ｂが相互に対向する位置に配置されるように光学基板３ａ，３ｂどうしの位相を調節しても、光学基板３ａ，３ｂや他の配線７との干渉により配線７が損傷してしまうことを防止することができる。
【００２８】
なお、本実施形態に係る可変分光素子１においては、傾斜面５として単一の傾斜角度を有するテーパ面状に形成したものを採用したが、これに代えて、傾斜角度が漸次変化する曲面形状を有する傾斜面５を採用してもよい。
また、本実施形態に係る可変分光素子１においては、２枚の光学基板３ａ，３ｂのいずれもが、外周部に全周にわたって形成された傾斜面５を備えることとしたが、これに代えて、図３に示されるように、一方の光学基板３ｂが配線パッド６ｆを形成する部分に部分的に傾斜面５を有することとしてもよい。この場合、他方の光学基板３ａについては全周にわたる傾斜面５が設けられていることが好ましい。光学基板３ａ，３ｂは入れ替えてもよい。また、両方の光学基板３ａ，３ｂを、いずれも部分的な傾斜面５を有するものにしてもよい。
【００２９】
また、配線パッド６ｅ，６ｆは必ずしも傾斜面５に設けられている必要はなく、センサ電極６ａ，６ｂと配線パッド６ｅ，６ｆとを接続する配線パターン６ｃ，６ｄが傾斜面５に設けられていればよい。
また、センサ電極６ａ，６ｂとして、光学基板３ａ，３ｂの周方向に間隔をあけて４カ所に設けることとしたが、これに代えて、３カ所以上の任意の数だけ設けられていてもよい。３カ所以上にすることで、光学基板３ａ，３ｂの平面を規定することができ、２つの光学基板３ａ，３ｂどうしの平行度を容易に精度よく達成することができる。
【００３０】
また、図４〜図６に示されるように、一方の光学基板３ｂに全周にわたる傾斜面５を設ける場合には、他方の光学基板３ａには傾斜面５を設けなくてもよい。このようにすることで、他方の光学基板３ａについては平坦なままで済むので、さらに簡易に製造することができる。なお、光学基板３ａ，３ｂは入れ替えてもよい。
【００３１】
この場合には、センサ電極６ａ，６ｂのみが対向配置されていればよく、配線パターン６ｃ，６ｄおよび配線パッド６ｅ，６ｆについては、むしろ対向していない方が好ましい。特に、配線パッド６ｅ，６ｆについては接続される配線７どうしの干渉を回避するために、図５に示されるように位相をずらして配置することが好ましい。
【００３２】
さらに、図６に示されるように、一方の光学基板３ａに設けるセンサ電極６ａとして、他方の光学基板３ｂに設けられた全てのセンサ電極６ｂに対向する大きさおよび形状の単一のセンサ電極６ａを採用することとしてもよい。この場合には、光学基板３ａ，３ｂどうしの相対的な周方向のズレを気にすることなく組み立てることができ、組み立て作業をさらに容易にすることができるとともに、配線７どうしを遠ざけてクロストークノイズや、寄生容量の発生を防止することができる。
【００３３】
対向するセンサ電極６ａ，６ｂの個数が異なっても、センサ電極６ａは光学基板３ｂに設けられた４個のセンサ電極６ｂに対して１つの共通電極とすることができる。よって、センサ電極６ａを４個設けた時と同様に４極のセンサ６として機能することができ、これにより、駆動自由度、すなわち、アクチュエータ３ｃの個数と同じ４つの電圧信号を検出することができる。
【００３４】
したがって、２枚の光学基板３ａ，３ｂ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３ｃの個数と同数の電圧信号に基づいて２つの光学基板３ａ，３ｂ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。
【００３５】
また、この場合に、例えば、図４において、アクチュエータ３ｃの駆動により変位させられる光学基板３ｂに設けられたセンサ電極６ｂの個数を、枠部材４に直接固定される光学基板３ａに設けられたセンサ電極６ａの個数よりも少なくすることにより、アクチュエータ３ｃの駆動時に動く配線７の数を少なくして、配線７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。
【００３６】
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３ａ，３ｂ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３ａ，３ｂ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３ａ，３ｂの外周部にセンサコイル６ａ，６ｂを備えることができる。
【００３７】
また、光学基板３ａ，３ｂの対向面に設けられた反射膜２を導電性の材料により構成し、該反射膜２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。
【００３８】
また、本実施形態のような可変分光素子においては、分光器としての機能上、光学基板の対向面の間隔が非常に狭く、また、各光学基板の対向面の面精度も良いものである。よって、その組立調整時や使用時に、光学基板の対向面に形成されたコート層どうしが接触して密着状態となる、いわゆるオプティカルコンタクトが発生することがある。この状態になると、通常圧電素子のストローク量は非常に小さいため、その電気的なストロークだけでは前記状態を解消することができない。本実施形態に係る可変分光素子１においては、光学基板３ａ，３ｂの傾斜面５に配線パターン６ｃ，６ｄおよび配線パッド６ｅ，６ｆが形成されていない領域が設けられている。したがって、図７に示されるように、この配線パターン６ｃ，６ｄのない領域に楔形状の治具８を半径方向に差し込むことにより、両者の密着状態を容易に解消して、分離することが可能となる。また、配線パターン６ｃ，６ｄが設けられていないので、治具８の挿入により配線パターン６ｃ，６ｄが損傷することもない。この場合、図７に示されるように枠部材４には半径方向に貫通する開口部９が設けられていることとすればよい。
【００３９】
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８〜図１０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８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（分光装置）１２と、複数種の光を発する光源ユニット１３と、前記撮像ユニット１２および光源ユニット１３を制御する制御ユニット１４と、撮像ユニット１２により取得された画像を表示する表示ユニット１５とを備えている。
【００４０】
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１２と、前記光源ユニット１３からの光を先端１１ａまで伝播するライトガイド１６とを備えている。
前記光源ユニット１３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１７と、該照明光用光源１７を制御する光源制御回路１８とを備えている。
【００４１】
前記照明光用光源１７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、４３０〜７００ｎｍである。すなわち、照明光用光源１７は、波長帯域４３０〜７００ｎｍの照明光を発生するようになっている。
【００４２】
前記撮像ユニット１２は、図９に示されるように、挿入部１１の先端部に配置され、観察対象Ａから入射される光を集光するための第１のレンズ１９ａおよび第２のレンズ１９ｂを含む撮像光学系１９と、制御ユニット１４の作動により分光特性を変化させられる前記可変分光素子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２０とを備えている。
【００４３】
可変分光素子１は、図１０に示されるように、制御ユニット１４からの制御信号に応じて２つの状態に変化するようになっている。
第１の状態は、可視光の緑の領域である波長５３０〜５６０ｎｍの帯域の光を通過させる（透過波長帯域は、透過率５０％となる波長として定義。）。
また、第２の状態は、可視光の赤の領域である波長６３０〜６６０ｎｍの帯域の光を通過させるようになっている。
【００４４】
前記制御ユニット１３は、図８に示されるように、撮像素子２０を駆動制御する撮像素子駆動回路２１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２２と、撮像素子２０により取得された画像情報を記憶するフレームメモリ２３と、該フレームメモリ２３に記憶された画像情報を処理して表示ユニット１５に出力する画像処理回路２４とを備えている。
撮像素子駆動回路２１および可変分光素子制御回路２２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１７の作動に同期して可変分光素子１および撮像素子２０を駆動制御するようになっている。
【００４５】
具体的には、可変分光素子制御回路２２が可変分光素子１を第１の状態としたときに、撮像素子駆動回路２１が撮像素子２０から出力される画像情報を第１のフレームメモリ２３ａに出力させるようになっている。また、可変分光素子制御回路２２が可変分光素子１を第２の状態としたときに、撮像素子駆動回路２１が撮像素子２０から出力される画像情報をフレームメモリ１７ｂに出力させるようになっている。
【００４６】
また、画像処理回路２４は、例えば、緑の帯域の反射光画像情報を第１のフレームメモリ２３ａから受け取って、表示ユニット１５の第１のチャネルに出力するようになっている。また、画像処理回路２４は、赤の帯域の反射光画像情報を第２のフレームメモリ２３ｂから受け取って表示ユニット１５の第２のチャネルに出力するようになっている。
【００４７】
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、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１３および制御ユニット１４を作動させ、光源制御回路１８の作動により、照明光用光源１７を作動させて照明光を発生させる。
【００４８】
光源ユニット１３において発生した照明光は、ライトガイド１６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。
照明光は撮影対象Ａの表面において反射され、第１のレンズ１９ａにより略平行光に変換されて可変分光素子１に入射される。そして、可変分光素子１を透過した反射光が第２のレンズ１９ｂにより撮像素子２０の撮像面に結像されて、反射光画像情報が取得される。
【００４９】
この場合に、緑の帯域の反射光画像を取得するには、可変分光素子制御回路２２を作動させて可変分光素子１を第１の状態に切り替えることにより、撮像素子２０に到達する反射光の波長帯域を５３０〜５６０ｎｍに制限する。これにより取得された反射光画像情報は第１のフレームメモリ２３ａに記憶され、表示ユニット１５の第１のチャネルに出力されて表示される。
【００５０】
また、赤の反射光画像を取得する場合には、可変分光素子制御回路２２を作動させて可変分光素子１を第２の状態に切り替えることにより、撮像素子２０に到達する反射光の波長帯域を６３０〜６６０ｎｍに制限する。これにより取得された反射光画像情報は第２のフレームメモリ２３ｂに記憶され、表示ユニット１５の第２のチャネルに出力されて表示される。
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、反射光の異なる波長帯域に対する画像情報を使用者に提供することができる。
【００５１】
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３ａ，３ｂの間隔寸法が検出され、アクチュエータ３ｃ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、挿入部１１の先端１１ａの小径化を図ることができ、小型でありながら光学基板３ａ，３ｂ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。
【００５２】
さらに、本実施形態においては、光学基板３ａ，３ｂの外周部に傾斜面５が設けられ、該傾斜面５に、センサ電極６ａ，６ｂに接続する配線パターン６ｃ，６ｄおよび配線パッド６ｅ，６ｆが設けられているので、対向する光学基板３ａ，３ｂに設けられた配線パッド６ｅ，６ｆが十分に遠ざけられているので、該配線パッド６ｅ，６ｆに接続された配線７どうしを干渉させることなく、光学基板３ａ，３ｂどうしを十分に近接させることができる。
そして、配線７どうしの近接を防止して、クロストークノイズの発生を抑制することができる。
【００５３】
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７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、アクチュエータの内側に第２のレンズ１９ｂおよび撮像素子２０を配置したが、これに限定されるものではない。
また、撮像素子２０としては、Ｃ−ＭＯＳ、フォトダイオード、電子増倍ＣＣＤ（ＥＭＣＣＤ）、電子打ち込み型ＣＣＤ（ＥＢＣＣＤ）など、任意の方式のものを採用することができる。
【００５４】
また、アクチュエータとしては、圧電素子に代えて、磁歪素子を用いることとしてもよい。
また、本実施形態に係る内視鏡システム１０においては、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、蛍光画像と反射光画像を取得するなど他の観察手法に用いることもできる。
【００５５】
また、本実施形態においては屈曲部を有する軟性鏡のみならず、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。
【００５６】
また、本実施形態においては、撮像ユニット１２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、挿入部１１の先端に配置された光源ユニットに可変分光素子１を備える内視鏡システムとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施形態に係る可変分光素子を示す縦断面図である。
【図２】図１の可変分光素子に備えられる一対の光学基板を示す斜視図である。
【図３】図２の光学基板の変形例を示す斜視図である。
【図４】図１の可変分光素子の変形例を示す縦断面図である。
【図５】図４の可変分光素子に備えられる一対の光学基板を示す斜視図である。
【図６】図５の光学基板の変形例を示す斜視図である。
【図７】図１の可変分光素子の他の変形例を示す斜視図である。
【図８】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９】図８の内視鏡システムに備えられる撮像ユニットを示す縦断面図である。
【図１０】図９の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１１】図１の可変分光素子の製造工程を説明する図である。
【図１２】図１の可変分光素子における各部の寸法を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ 可変分光素子
２ コート層（反射膜）
３ａ，３ｂ 光学基板
３ｃ アクチュエータ
５ 傾斜面
６ センサ
６ａ，６ｂ センサ電極（電極部）
６ｃ，６ｄ 配線パターン
６ｅ，６ｆ 接続パターン
７ 配線
１０ 内視鏡システム
１２ 撮像ユニット（分光装置）
２０ 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、平行性を保ちながら間隔を制御することができるようになっている。
【０００３】
そして、特許文献１の可変分光素子は、静電容量センサを機能させるためにセンサ電極に接続する配線のスペースを確保するために、配線を接続するセンサ電極が設けられた光学基板の外周部に段差を設けたり、対向する光学基板の外周部を切り欠いたりして、配線どうしあるいは配線と光学基板とが干渉しないようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２７７７５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の可変分光素子においては以下の不都合がある。
すなわち、第１に、静電容量センサのセンサ電極として、光学基板の表面にアルミニウム等の金属を蒸着することにより形成されるコーティングを利用したものが知られているが、特許文献１の可変分光素子のように段差が形成された光学基板にセンサ電極を形成する場合、段差の鉛直面にコーティングが形成され難いという問題がある。このため、センサ電極に接続する配線パターンが途切れたり、電気抵抗が大きくなったりする不都合がある。これを改善するためには、蒸着を２方向から２工程に分けて行う必要があり、製造工程が複雑になる不都合がある。
【０００６】
第２に、平坦面に形成された配線パターンから引き出される配線に対向する光学基板の外周部に切欠を設ける構造では、２つの光学基板が相互に周方向に相対移動させられると、切欠以外の部分が配線と干渉して断線するなどの問題が発生する可能性がある。特に、内視鏡の挿入部先端に配置するような極めて小さい可変分光素子の場合には、光学基板自体が極めて小さなものとなるので、一方の光学基板に接続された配線と他方の光学基板の切欠との位相を最初から一致させることは困難であり、組立時等に基板が配線に干渉して断線する不都合が発生する。
【０００７】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、より少ない工程でセンサ電極および配線パターンを形成でき、配線と光学基板とを干渉させることなく容易に組み立てることが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】
【０００８】
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、対向面に反射膜を有し間隔を空けて対向する２つの光学基板と、該光学基板の前記間隔を変化させるアクチュエータと、前記光学基板の前記間隔を検出するための電極部を前記対向面に有するセンサとを備え、少なくとも一方の前記光学基板に、前記対向面の外周部に設けられ、半径方向外方に向かって他方の光学基板から板厚方向に漸次遠ざかる傾斜面と、該傾斜面に設けられ、前記センサの前記電極部に接続する配線パターンと、該配線パターンの半径方向外方に配置され前記電極部からの信号を外部に取り出すための配線を接続する接続パターンとを備える可変分光素子を提供する。
【０００９】
上記発明においては、少なくとも一方の光学基板の傾斜面が、全周にわたって設けられていることとしてもよい。
また、上記発明においては、両方の光学基板が前記傾斜面を備えることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記傾斜面の周方向の少なくとも一部に、配線パターンおよび接続パターンの設けられていない領域を備え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。
また、本発明は、上記分光装置を備える内視鏡システムを提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、より少ない工程でセンサ電極および配線パターンを形成でき、配線と光学基板とを干渉させることなく容易に組み立てることが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】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態に係る可変分光素子１について、図１、図２および図１１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、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）２が設けられた２枚の円板状の光学基板３ａ，３ｂと、該光学基板３ａ，３ｂの間隔を変化させるアクチュエータ３ｃとを備えるエタロン型の光学フィルタである。光学基板３ａは、枠部材４に直接固定され、光学基板３ｂは、アクチュエータ３ｃを介して枠部材４に取り付けられている。
【００１３】
前記２つの光学基板３ａ，３ｂには、各対向面の外周部に、全周にわたって形成されたテーパ状の傾斜面５が備えられている。傾斜面５は、半径方向外方に向かって２つの光学基板３ａ，３ｂの間隔寸法を漸次広げる方向に傾斜している。
本実施形態の可変分光素子１においては、光学基板３ａ，３ｂに設けられたテーパ状の傾斜面５は、図１１に示すように傾斜角度α＝４０°にて製作している。
【００１４】
アクチュエータ３ｃは積層型の圧電素子であり、光学基板３ｂ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３ｃの作動により、光学基板３ａ，３ｂ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】
前記２つの光学基板３ａ，３ｂには、該光学基板３ａ，３ｂ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３ａ，３ｂの光学有効径Ｂ（図２参照。）外の外周部に備えられ、４対のセンサ電極６ａ，６ｂを有している。
【００１６】
これらセンサ電極６ａ，６ｂは、図２に示されるように、光学基板３ａの外周部に周方向に沿って等間隔に配置され、相互に対向するように配置されている。また、各センサ電極６ａ，６ｂには、該センサ電極６ａ，６ｂに接続する配線パターン６ｃ，６ｄと、該配線パターン６ｃ，６ｄに接続する配線パッド（接続パターン）６ｅ，６ｆとが設けられている。これら、センサ電極６ａ，６ｂ、配線パターン６ｃ，６ｄおよび配線パッド６ｅ，６ｆは、光学基板３ａ，３ｂの表面にアルミニウム等の材料を蒸着することにより、一体的にコーティングされている。
【００１７】
本実施形態においては、配線パターン６ｃ，６ｄおよび配線パッド６ｅ，６ｆが傾斜面５にそれぞれ設けられている。配線パッド６ｅ，６ｆは、配線パターン６ｃ，６ｄよりも半径方向外方に配置されている。これにより、配線パッド６ｅ，６ｆは、光学基板３ａ，３ｂの間隔方向に十分に離れた位置に配置されている。
【００１８】
配線パッド６ｅ，６ｆは、配線７を、例えばワイヤーボンディング等により接続するために、配線パターン６ｃ，６ｄと比較して十分に広い面積を有している。また、配線パターン６ｃ（６ｄ）は、対向する配線パターン６ｄ（６ｃ）との間に大きな静電容量を形成しないように、十分に細く、センサ電極６ａ，６ｂからの信号伝達の抵抗とならない程度の太さに形成されている。
【００１９】
本実施形態の可変分光素子１においては、各部位の大きさを以下（図１２参照）に示す大きさで製作している。
・センサ電極６ａ，６ｂ ：形状：０．５ｘ０．３ｍｍ 、厚さ：４００ｎｍ
・配線パターン６ｃ，６ｄ ：形状：０．１ｘ０．２５ｍｍ 、厚さ：２００ｎｍ
・配線パッド６ｅ，６ｆ ：形状：１．５ｘ０．４ｍｍ 、厚さ：２００ｎｍ
【００２０】
この条件であれば、前述したように、光学基板３ａ，３ｂのテーパ状の傾斜面５の角度α＝４０°にて製作することで、１回のコーティング工程で、平面部の膜厚約４００ｎｍ、テーパ部の膜厚約２００ｎｍ以上のコーティングが実現でき、本発明の効果を得るセンサを持つ可変分光素子１が製作可能である。また、平面部とテーパ部とのなす角は１３０°と鈍角をなしているため、境界部での配線切れは発生しにくくなっている。
【００２１】
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３ａ，３ｂ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３ｃ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３ｃ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。
【００２２】
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３ａ，３ｂ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３ａ，３ｂ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３ａ，３ｂを透過し、残りの光は反射される。そして、アクチュエータ３ｃの作動により２枚の光学基板３ａ，３ｂの間隔寸法を変化させることにより、該２枚の光学基板３ａ，３ｂを透過する光の波長を変更し、これにより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。
【００２３】
光学基板３ａ，３ｂ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３ａ，３ｂの周方向に間隔をあけてセンサ電極６ａ，６ｂが４対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３ａ，３ｂ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３ｃを制御することにより、２枚の光学基板３ａ，３ｂ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。
【００２４】
この場合に、本実施形態に係る可変分光素子１においては、光学基板３ａ，３ｂの外周部にテーパ状の傾斜面５が設けられ、該傾斜面５に配線パターン６ｃ，６ｄおよび配線パッド６ｅ，６ｆが形成されているので、配線パッド６ｅ，６ｆの位置では、十分に間隔が離れており、対向する配線パッド６ｅ，６ｆ間に形成される静電容量を十分に抑えることができる。また、配線パターン６ｃ，６ｄにおいては、相互に近接する部分も存在するが、その幅寸法を十分に小さく形成しているので、同様にして形成される静電容量を抑えることができる。
【００２５】
さらに、これら配線パターン６ｃ，６ｄおよび配線パッド６ｅ，６ｆを光学基板３ａ，３ｂの対向面に隣接する傾斜面５に設けることにより、センサ電極６ａ，６ｂ、配線パターン６ｃ，６ｄおよび配線パッド６ｅ，６ｆを、一方向からのアルミニウム蒸着によって単一の製造工程で一体的に製造することができる。この場合に、従来、段差の鉛直面において蒸着が困難であったものと比較すると、蒸着を容易にすることができ、安定した厚さ寸法のコーティングを形成することができる。その結果、断線や電気抵抗の増大を生ずることなく、センサ電極６ａ，６ｂからの信号を精度よく外部に取り出すことができる。
【００２６】
また、本実施形態に係る可変分光素子１によれば、配線７を接続する配線パッド６ｅ，６ｆが、光学基板３ａ，３ｂの傾斜面５の最外周位置に配置されているので、光学基板３ａ，３ｂどうしを十分に近接させても、配線パッド６ｅ，６ｆどうしの間隔を十分に広く確保することができる。したがって、配線パッド６ｅ，６ｆに接続された配線７どうしが干渉することを防止できる。
【００２７】
特に、両光学基板３ａ，３ｂには傾斜面５が全周にわたって形成されているので、光学基板３ａ，３ｂどうしを周方向に相対的に移動させても配線７と光学基板３ａ，３ｂとが干渉することもない。その結果、組立時等に、センサ電極６ａ，６ｂが相互に対向する位置に配置されるように光学基板３ａ，３ｂどうしの位相を調節しても、光学基板３ａ，３ｂや他の配線７との干渉により配線７が損傷してしまうことを防止することができる。
【００２８】
なお、本実施形態に係る可変分光素子１においては、傾斜面５として単一の傾斜角度を有するテーパ面状に形成したものを採用したが、これに代えて、傾斜角度が漸次変化する曲面形状を有する傾斜面５を採用してもよい。
また、本実施形態に係る可変分光素子１においては、２枚の光学基板３ａ，３ｂのいずれもが、外周部に全周にわたって形成された傾斜面５を備えることとしたが、これに代えて、図３に示されるように、一方の光学基板３ｂが配線パッド６ｆを形成する部分に部分的に傾斜面５を有することとしてもよい。この場合、他方の光学基板３ａについては全周にわたる傾斜面５が設けられていることが好ましい。光学基板３ａ，３ｂは入れ替えてもよい。また、両方の光学基板３ａ，３ｂを、いずれも部分的な傾斜面５を有するものにしてもよい。
【００２９】
また、配線パッド６ｅ，６ｆは必ずしも傾斜面５に設けられている必要はなく、センサ電極６ａ，６ｂと配線パッド６ｅ，６ｆとを接続する配線パターン６ｃ，６ｄが傾斜面５に設けられていればよい。
また、センサ電極６ａ，６ｂとして、光学基板３ａ，３ｂの周方向に間隔をあけて４カ所に設けることとしたが、これに代えて、３カ所以上の任意の数だけ設けられていてもよい。３カ所以上にすることで、光学基板３ａ，３ｂの平面を規定することができ、２つの光学基板３ａ，３ｂどうしの平行度を容易に精度よく達成することができる。
【００３０】
また、図４〜図６に示されるように、一方の光学基板３ｂに全周にわたる傾斜面５を設ける場合には、他方の光学基板３ａには傾斜面５を設けなくてもよい。このようにすることで、他方の光学基板３ａについては平坦なままで済むので、さらに簡易に製造することができる。なお、光学基板３ａ，３ｂは入れ替えてもよい。
【００３１】
この場合には、センサ電極６ａ，６ｂのみが対向配置されていればよく、配線パターン６ｃ，６ｄおよび配線パッド６ｅ，６ｆについては、むしろ対向していない方が好ましい。特に、配線パッド６ｅ，６ｆについては接続される配線７どうしの干渉を回避するために、図５に示されるように位相をずらして配置することが好ましい。
【００３２】
さらに、図６に示されるように、一方の光学基板３ａに設けるセンサ電極６ａとして、他方の光学基板３ｂに設けられた全てのセンサ電極６ｂに対向する大きさおよび形状の単一のセンサ電極６ａを採用することとしてもよい。この場合には、光学基板３ａ，３ｂどうしの相対的な周方向のズレを気にすることなく組み立てることができ、組み立て作業をさらに容易にすることができるとともに、配線７どうしを遠ざけてクロストークノイズや、寄生容量の発生を防止することができる。
【００３３】
対向するセンサ電極６ａ，６ｂの個数が異なっても、センサ電極６ａは光学基板３ｂに設けられた４個のセンサ電極６ｂに対して１つの共通電極とすることができる。よって、センサ電極６ａを４個設けた時と同様に４極のセンサ６として機能することができ、これにより、駆動自由度、すなわち、アクチュエータ３ｃの個数と同じ４つの電圧信号を検出することができる。
【００３４】
したがって、２枚の光学基板３ａ，３ｂ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３ｃの個数と同数の電圧信号に基づいて２つの光学基板３ａ，３ｂ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。
【００３５】
また、この場合に、例えば、図４において、アクチュエータ３ｃの駆動により変位させられる光学基板３ｂに設けられたセンサ電極６ｂの個数を、枠部材４に直接固定される光学基板３ａに設けられたセンサ電極６ａの個数よりも少なくすることにより、アクチュエータ３ｃの駆動時に動く配線７の数を少なくして、配線７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。
【００３６】
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３ａ，３ｂ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３ａ，３ｂ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３ａ，３ｂの外周部にセンサコイル６ａ，６ｂを備えることができる。
【００３７】
また、光学基板３ａ，３ｂの対向面に設けられた反射膜２を導電性の材料により構成し、該反射膜２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。
【００３８】
また、本実施形態のような可変分光素子においては、分光器としての機能上、光学基板の対向面の間隔が非常に狭く、また、各光学基板の対向面の面精度も良いものである。よって、その組立調整時や使用時に、光学基板の対向面に形成されたコート層どうしが接触して密着状態となる、いわゆるオプティカルコンタクトが発生することがある。この状態になると、通常圧電素子のストローク量は非常に小さいため、その電気的なストロークだけでは前記状態を解消することができない。本実施形態に係る可変分光素子１においては、光学基板３ａ，３ｂの傾斜面５に配線パターン６ｃ，６ｄおよび配線パッド６ｅ，６ｆが形成されていない領域が設けられている。したがって、図７に示されるように、この配線パターン６ｃ，６ｄのない領域に楔形状の治具８を半径方向に差し込むことにより、両者の密着状態を容易に解消して、分離することが可能となる。また、配線パターン６ｃ，６ｄが設けられていないので、治具８の挿入により配線パターン６ｃ，６ｄが損傷することもない。この場合、図７に示されるように枠部材４には半径方向に貫通する開口部９が設けられていることとすればよい。
【００３９】
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８〜図１０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８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（分光装置）１２と、複数種の光を発する光源ユニット１３と、前記撮像ユニット１２および光源ユニット１３を制御する制御ユニット１４と、撮像ユニット１２により取得された画像を表示する表示ユニット１５とを備えている。
【００４０】
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１２と、前記光源ユニット１３からの光を先端１１ａまで伝播するライトガイド１６とを備えている。
前記光源ユニット１３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１７と、該照明光用光源１７を制御する光源制御回路１８とを備えている。
【００４１】
前記照明光用光源１７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、４３０〜７００ｎｍである。すなわち、照明光用光源１７は、波長帯域４３０〜７００ｎｍの照明光を発生するようになっている。
【００４２】
前記撮像ユニット１２は、図９に示されるように、挿入部１１の先端部に配置され、観察対象Ａから入射される光を集光するための第１のレンズ１９ａおよび第２のレンズ１９ｂを含む撮像光学系１９と、制御ユニット１４の作動により分光特性を変化させられる前記可変分光素子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２０とを備えている。
【００４３】
可変分光素子１は、図１０に示されるように、制御ユニット１４からの制御信号に応じて２つの状態に変化するようになっている。
第１の状態は、可視光の緑の領域である波長５３０〜５６０ｎｍの帯域の光を通過させる（透過波長帯域は、透過率５０％となる波長として定義。）。
また、第２の状態は、可視光の赤の領域である波長６３０〜６６０ｎｍの帯域の光を通過させるようになっている。
【００４４】
前記制御ユニット１３は、図８に示されるように、撮像素子２０を駆動制御する撮像素子駆動回路２１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２２と、撮像素子２０により取得された画像情報を記憶するフレームメモリ２３と、該フレームメモリ２３に記憶された画像情報を処理して表示ユニット１５に出力する画像処理回路２４とを備えている。
撮像素子駆動回路２１および可変分光素子制御回路２２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１７の作動に同期して可変分光素子１および撮像素子２０を駆動制御するようになっている。
【００４５】
具体的には、可変分光素子制御回路２２が可変分光素子１を第１の状態としたときに、撮像素子駆動回路２１が撮像素子２０から出力される画像情報を第１のフレームメモリ２３ａに出力させるようになっている。また、可変分光素子制御回路２２が可変分光素子１を第２の状態としたときに、撮像素子駆動回路２１が撮像素子２０から出力される画像情報をフレームメモリ１７ｂに出力させるようになっている。
【００４６】
また、画像処理回路２４は、例えば、緑の帯域の反射光画像情報を第１のフレームメモリ２３ａから受け取って、表示ユニット１５の第１のチャネルに出力するようになっている。また、画像処理回路２４は、赤の帯域の反射光画像情報を第２のフレームメモリ２３ｂから受け取って表示ユニット１５の第２のチャネルに出力するようになっている。
【００４７】
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、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１３および制御ユニット１４を作動させ、光源制御回路１８の作動により、照明光用光源１７を作動させて照明光を発生させる。
【００４８】
光源ユニット１３において発生した照明光は、ライトガイド１６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。
照明光は撮影対象Ａの表面において反射され、第１のレンズ１９ａにより略平行光に変換されて可変分光素子１に入射される。そして、可変分光素子１を透過した反射光が第２のレンズ１９ｂにより撮像素子２０の撮像面に結像されて、反射光画像情報が取得される。
【００４９】
この場合に、緑の帯域の反射光画像を取得するには、可変分光素子制御回路２２を作動させて可変分光素子１を第１の状態に切り替えることにより、撮像素子２０に到達する反射光の波長帯域を５３０〜５６０ｎｍに制限する。これにより取得された反射光画像情報は第１のフレームメモリ２３ａに記憶され、表示ユニット１５の第１のチャネルに出力されて表示される。
【００５０】
また、赤の反射光画像を取得する場合には、可変分光素子制御回路２２を作動させて可変分光素子１を第２の状態に切り替えることにより、撮像素子２０に到達する反射光の波長帯域を６３０〜６６０ｎｍに制限する。これにより取得された反射光画像情報は第２のフレームメモリ２３ｂに記憶され、表示ユニット１５の第２のチャネルに出力されて表示される。
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、反射光の異なる波長帯域に対する画像情報を使用者に提供することができる。
【００５１】
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３ａ，３ｂの間隔寸法が検出され、アクチュエータ３ｃ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、挿入部１１の先端１１ａの小径化を図ることができ、小型でありながら光学基板３ａ，３ｂ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。
【００５２】
さらに、本実施形態においては、光学基板３ａ，３ｂの外周部に傾斜面５が設けられ、該傾斜面５に、センサ電極６ａ，６ｂに接続する配線パターン６ｃ，６ｄおよび配線パッド６ｅ，６ｆが設けられているので、対向する光学基板３ａ，３ｂに設けられた配線パッド６ｅ，６ｆが十分に遠ざけられているので、該配線パッド６ｅ，６ｆに接続された配線７どうしを干渉させることなく、光学基板３ａ，３ｂどうしを十分に近接させることができる。
そして、配線７どうしの近接を防止して、クロストークノイズの発生を抑制することができる。
【００５３】
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７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、アクチュエータの内側に第２のレンズ１９ｂおよび撮像素子２０を配置したが、これに限定されるものではない。
また、撮像素子２０としては、Ｃ−ＭＯＳ、フォトダイオード、電子増倍ＣＣＤ（ＥＭＣＣＤ）、電子打ち込み型ＣＣＤ（ＥＢＣＣＤ）など、任意の方式のものを採用することができる。
【００５４】
また、アクチュエータとしては、圧電素子に代えて、磁歪素子を用いることとしてもよい。
また、本実施形態に係る内視鏡システム１０においては、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、蛍光画像と反射光画像を取得するなど他の観察手法に用いることもできる。
【００５５】
また、本実施形態においては屈曲部を有する軟性鏡のみならず、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。
【００５６】
また、本実施形態においては、撮像ユニット１２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、挿入部１１の先端に配置された光源ユニットに可変分光素子１を備える内視鏡システムとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施形態に係る可変分光素子を示す縦断面図である。
【図２】図１の可変分光素子に備えられる一対の光学基板を示す斜視図である。
【図３】図２の光学基板の変形例を示す斜視図である。
【図４】図１の可変分光素子の変形例を示す縦断面図である。
【図５】図４の可変分光素子に備えられる一対の光学基板を示す斜視図である。
【図６】図５の光学基板の変形例を示す斜視図である。
【図７】図１の可変分光素子の他の変形例を示す斜視図である。
【図８】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９】図８の内視鏡システムに備えられる撮像ユニットを示す縦断面図である。
【図１０】図９の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１１】図１の可変分光素子の製造工程を説明する図である。
【図１２】図１の可変分光素子における各部の寸法を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１ 可変分光素子
２ コート層（反射膜）
３ａ，３ｂ 光学基板
３ｃ アクチュエータ
５ 傾斜面
６ センサ
６ａ，６ｂ センサ電極（電極部）
６ｃ，６ｄ 配線パターン
６ｅ，６ｆ 接続パターン
７ 配線
１０ 内視鏡システム
１２ 撮像ユニット（分光装置）
２０ 撮像素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向面に反射膜を有し間隔を空けて対向する２つの光学基板と、
該光学基板の前記間隔を変化させるアクチュエータと、
前記光学基板の前記間隔を検出するための電極部を前記対向面に有するセンサとを備え、
少なくとも一方の前記光学基板に、前記対向面の外周部に設けられ、半径方向外方に向かって他方の光学基板から板厚方向に漸次遠ざかる傾斜面と、該傾斜面に設けられ、前記センサの前記電極部に接続する配線パターンと、該配線パターンの半径方向外方に配置され前記電極部からの信号を外部に取り出すための配線を接続する接続パターンとを備える可変分光素子。
【請求項２】
少なくとも一方の光学基板の傾斜面が、全周にわたって設けられている請求項１に記載の可変分光素子。
【請求項３】
両方の光学基板が前記傾斜面を備える請求項１に記載の可変分光素子。
【請求項４】
前記傾斜面の周方向の少なくとも一部に、配線パターンおよび接続パターンの設けられていない領域を備える請求項１に記載の可変分光素子。
【請求項５】
請求項１から請求項３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６】
請求項４に記載の分光装置を備える内視鏡システム。
【請求項１】
対向面に反射膜を有し間隔を空けて対向する２つの光学基板と、
該光学基板の前記間隔を変化させるアクチュエータと、
前記光学基板の前記間隔を検出するための電極部を前記対向面に有するセンサとを備え、
少なくとも一方の前記光学基板に、前記対向面の外周部に設けられ、半径方向外方に向かって他方の光学基板から板厚方向に漸次遠ざかる傾斜面と、該傾斜面に設けられ、前記センサの前記電極部に接続する配線パターンと、該配線パターンの半径方向外方に配置され前記電極部からの信号を外部に取り出すための配線を接続する接続パターンとを備える可変分光素子。
【請求項２】
少なくとも一方の光学基板の傾斜面が、全周にわたって設けられている請求項１に記載の可変分光素子。
【請求項３】
両方の光学基板が前記傾斜面を備える請求項１に記載の可変分光素子。
【請求項４】
前記傾斜面の周方向の少なくとも一部に、配線パターンおよび接続パターンの設けられていない領域を備える請求項１に記載の可変分光素子。
【請求項５】
請求項１から請求項３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６】
請求項４に記載の分光装置を備える内視鏡システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−１９７３６１（Ｐ２００８−１９７３６１Ａ）
【公開日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２２４８（Ｐ２００７−３２２４８）
【出願日】平成１９年２月１３日（２００７．２．１３）
【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２８日（２００８．８．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月１３日（２００７．２．１３）
【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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