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【発明の名称】 可変分光素子および可変分光装置
【発明者】 【氏名】上原 靖弘
【要約】 【課題】通過光量の喪失を低減しつつ、同一通過帯域において通過帯域幅を変化させることを可能にする。

【構成】間隔をあけて対向し、対向面にコート層２ａ，２ｂが設けられた２枚の光学基板３ａ，３ｂと、該光学基板３ａ，３ｂ間の間隔寸法を変化させるアクチュエータ４とを備え、該アクチュエータ４が、以下の関係式で表されるストロークを有する可変分光素子１を提供する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隔をあけて対向し、対向面にコート層が設けられた２枚の光学基板と、
該光学基板間の間隔寸法を変化させるアクチュエータとを備え、
該アクチュエータが、以下の関係式で表されるストロークを有する可変分光素子。
Ｓ≧λ０／（２ｎ・ｃｏｓθ）
ここで、Ｓ：ストローク、λ０：通過波長、ｎ：光学基板間の屈折率、θ：光学基板間における光の入射角である。
【請求項２】
前記アクチュエータのストローク内において、通過帯域の幅が波長によらず一定である請求項１に記載の可変分光素子。
【請求項３】
前記通過帯域の幅が半値全幅である請求項２に記載の可変分光素子。
【請求項４】
前記コート層の特性が均一である請求項１に記載の可変分光素子。
【請求項５】
前記コート層の反射率が、波長の増加に従って単調増加する請求項１に記載の可変分光素子。
【請求項６】
前記コート層の波長に対する反射率特性が、以下の関係式で表される請求項１に記載の可変分光素子。
【数１】


【請求項７】
請求項１に記載の可変分光素子と、
該可変分光素子が、所望の通過帯域において、異なる２つの通過帯域幅を達成するようにアクチュエータを制御する制御手段とを備える可変分光装置。
【請求項８】
間隔をあけて対向し、対向面にコート層が設けられた２枚の光学基板と、該光学基板間の間隔寸法を変化させるアクチュエータとを備える可変分光素子と、
該可変分光素子が、所望の通過帯域において、異なる２つの通過帯域幅を達成するようにアクチュエータを制御する制御手段とを備える可変分光装置。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変分光素子および可変分光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の光学基板の面間隔を変化させることにより、光の通過帯域を可変としたエタロン型分光素子を備え、撮影対象から取得する光の通過帯域を変化させる撮像装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この撮像装置によれば、撮影対象の分光情報を取得することができる。このとき、通過帯域幅を変化させるために、複数の光学基板の面間隔を同一にして、同じ光学特性の重ね合わせにより通過帯域幅の狭い状態を実現したり、複数の光学基板の面間隔を少しずつずらすことによって、通過帯域幅の広い状態を実現したりしている。
【特許文献１】特許第２８０２０６１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、エタロン型分光素子を構成する複数の光学基板の面間隔を同一にしたり、少しずつずらしたりする精密な制御は困難である。また、光学基板の面間隔を少しずつずらすことにより広い通過帯域幅を実現する場合、各々の光学基板の最大透過率の波長が異なってくるので、得られる通過帯域のピーク透過率が低下してしまうという不都合がある。
【０００４】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、通過光量の喪失を低減しつつ、同一通過帯域において通過帯域幅を変化させることができる可変分光素子および可変分光装置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】
【０００５】
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、間隔をあけて対向し、対向面にコート層が設けられた２枚の光学基板と、該光学基板間の間隔寸法を変化させるアクチュエータとを備え、該アクチュエータが、以下の関係式で表されるストロークを有する可変分光素子を提供する。
Ｓ≧λ０／（２ｎ・ｃｏｓθ）
ここで、Ｓ：ストローク、λ０：通過波長、ｎ：光学基板間の屈折率、θ：光学基板間における光の入射角である。
【０００６】
上記発明においては、前記アクチュエータのストローク内において、通過帯域の幅が波長によらず一定であることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記通過帯域の幅が半値全幅であることとしてもよい。
【０００７】
また、上記発明においては、前記コート層の特性が均一であることとしてもよい。
また、上記発明においては、前記コート層の反射率が、波長の増加に従って単調増加することとしてもよい。
【０００８】
また、上記発明においては、前記コート層の波長に対する反射率特性が、以下の関係式で表されることとしてもよい。
【数２】


【０００９】
また、本発明は、上記可変分光素子と、該可変分光素子が、所望の通過帯域において、異なる２つの通過帯域幅を達成するようにアクチュエータを制御する制御手段とを備える可変分光装置を提供する。
また、本発明は、間隔をあけて対向し、対向面にコート層が設けられた２枚の光学基板と、該光学基板間の間隔寸法を変化させるアクチュエータとを備える可変分光素子と、該可変分光素子が、所望の通過帯域において、異なる２つの通過帯域幅を達成するようにアクチュエータを制御する制御手段とを備える可変分光装置を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、通過光量の喪失を低減しつつ、同一通過帯域において通過帯域幅を変化させ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】
【００１１】
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、平行間隔を空けて配置され対向面の光学有効径の範囲に反射膜（コート層）２ａ，２ｂが設けられた２枚の平板状の光学部材（光学基板）３ａ，３ｂと、該光学部材３ａ，３ｂの間隔を変化させるアクチュエータ４とを備えるエタロン型の光学フィルタである。
【００１２】
アクチュエータ４は、例えば、圧電素子からなる円筒状の部材であって、駆動信号に応じてその長さ寸法を伸縮させるようになっている。
この可変分光素子１は、アクチュエータ４の作動により光学部材３ａ，３ｂの間隔寸法を変化させることで、その透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。
【００１３】
光学部材３ａ，３ｂ間の間隔寸法は極めて微小な値、例えば、ミクロンオーダーかそれ以下になるように設定されている。
そして、アクチュエータ４は、以下の関係式で表されるストロークを有している。
Ｓ≧（ｍ２−ｍ１）λ０／（２ｎ・ｃｏｓθ）
ここで、ｍ１，ｍ２：干渉次数（ｍ２＞ｍ１）、Ｓ：ストローク、λ０：通過波長、ｎ：光学部材３ａ，３ｂ間の屈折率、θ：光学部材３ａ，３ｂ間における光の入射角である。
また、各光学部材３ａ，３ｂの光学有効径の外側には輪帯形状の容量センサ電極５ａ，５ｂが配置されている。
【００１４】
前記反射膜２ａ，２ｂは、例えば、誘電体多層膜により構成されている。
また、容量センサ電極５ａ，５ｂは金属膜により構成されている。容量センサ電極５ａ，５ｂからの信号をフィードバックして駆動手段への駆動信号を制御することにより、透過特性の調節精度を向上することができるようになっている。
【００１５】
さらに具体的には、本実施形態に係る可変分光素子１の反射膜（エタロンコート）２ａ，２ｂは、図２に示されるような反射率特性を有している。この反射率特性は、以下の関係式（１）を満足している。
【数３】


【００１６】
ここで、上記式（１）の導出について説明する。
反射膜２ａ，２ｂの１面の反射率Ｒ（λ）、光の入射角θ、反射膜２ａ，２ｂ間の媒質の屈折率ｎ、反射膜２ａ，２ｂの間隔ｄとすると、透過率Ｔは、次式（２）で表される。
【００１７】
【数４】


【００１８】
ここで、半値全幅ＦＷＨＭは、次式（３）により表される。
【数５】


【００１９】
ここで、光路長をｎｄ＝ｍλ／２（ｍ：１以上の整数）の関係で変化させると、波長λにおいて垂直入射で透過率が最大値となる。この関係を式（３）に代入し、反射率Ｒ（λ）について得られた２次方程式の解を求めることにより、式（１）を得ることができる。
そして、上記式（１）において、半値全幅ＦＷＨＭを定数とすることにより、図２の反射率特性を得ることができる。
【００２０】
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によれば、光学部材３ａ，３ｂの間隔寸法を変化させて、光の透過帯域を変化させても、その波長にかかわらず半値全幅ＦＷＨＭが一定となるので、長波長側での波長分解能の低下を抑制することができるとともに、波長による透過光量の変化を防止することができる。
【００２１】
また、本実施形態に係る可変分光素子１によれば、アクチュエータ４が十分なストロークＳを有しているので、干渉次数の異なる透過帯域を同一波長帯域に配置することができる。すなわち、干渉次数が高くなるほど、透過帯域幅が小さくなる特性を利用して、所望の透過帯域に、干渉次数の異なる透過帯域を配置するようにアクチュエータ４を駆動することにより、透過させる光の波長帯域を増減させて、光量の大きな明るい画像を取得したり、光量は小さいが高い精度で分光された特定波長の光の画像を取得したりすることができる。
【００２２】
次に、本実施形態に係る可変分光素子１を用いた内視鏡システム（可変分光装置）１０について、図３〜図６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３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１２と、照明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。
【００２３】
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および前記光源ユニット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、体腔内の撮影対象Ａを照明し、撮影対象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。
【００２４】
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。
【００２５】
前記撮像ユニット１２は、図４に示されるように、撮影対象Ａから入射される光を集光するための、３枚のレンズ１９ａ，１９ｂ，１９ｃからなる撮像光学系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本実施形態に係る可変分光素子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。
【００２６】
本実施形態において、可変分光素子１の可変波長帯域は、図５および図６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６つの状態に変化させられるようになっている。
第１の状態は、可視光の青の領域である波長４４０〜４８０ｎｍの帯域の光を透過させるようになっている。以下、透過帯域幅はピーク強度の半値全幅ＦＷＨＭで定義している。
第２の状態は、可視光の緑の領域である波長５２０〜５６０ｎｍの帯域の光を透過させるようになっている。
第３の状態は、可視光の赤の領域である波長６００〜６４０ｎｍの帯域の光を透過させるようになっている。
第４の状態は、可視光の青の領域である波長４５０〜４７０ｎｍの帯域の光を透過させるようになっている。
第５の状態は、可視光の緑の領域である波長５３０〜５５０ｎｍの帯域の光を透過させるようになっている。
第６の状態は、可視光の赤の領域である波長６１０〜６３０ｎｍの帯域の光を透過させるようになっている。
【００２７】
上記第１〜第６の状態における可変分光素子１の干渉次数と光学部材３ａ，３ｂ間の面間隔寸法は、表１の通りである。
【表１】


【００２８】
前記制御ユニット１４は、図３に示されるように、撮像素子２０を駆動制御する撮像素子制御回路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。
【００２９】
可変分光素子制御回路２２が、可変分光素子１を第１，第４の状態にしたときには、撮像素子制御回路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，第５の状態にしたときには、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２のフレームメモリ２３ｂに出力するようになっている。さらに、可変分光素子制御回路２２が、可変分光素子１を第３，第６の状態にしたときには、撮像素子制御回路２１が撮像素子２０から出力される画像情報を第３のフレームメモリ２３ｃに出力させるようになっている。
【００３０】
また、画像処理回路２４は、例えば、青の帯域の画像情報を第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のチャネルに出力し、緑の帯域の画像情報を第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のチャネルに出力し、赤の帯域の画像情報を第３のフレームメモリ２３ｃから受け取って表示ユニット１５の第３のチャネルに出力するようになっている。
【００３１】
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。
【００３２】
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、反射光が撮像光学系１９により集光されて可変分光素子１を透過して撮像素子２０に結像され、反射光画像情報が取得される。
【００３３】
青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の作動により、可変分光素子１を第１の状態または第４の状態に切り替えることで、撮像素子２０に到達する反射光の帯域を波長４４０〜４８０ｎｍまたは４５０〜４７０ｎｍに制限することができる。そして、取得された青の帯域の反射光画像情報は、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ることになる。
【００３４】
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の作動により、可変分光素子１を第２の状態または第５の状態に切り替えることで、撮像素子２０に到達する反射光の帯域を波長５２０〜５６０ｎｍまたは５３０〜５５０ｎｍに制限することができる。そして、取得された緑の帯域の反射光画像情報は、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ることになる。
【００３５】
赤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の作動により、可変分光素子１を第３の状態または第６の状態に切り替えることで、撮像素子２０に到達する反射光の帯域を波長６００〜６４０ｎｍまたは６１０〜６３０ｎｍに制限することができる。そして、取得された緑の帯域の反射光画像情報は、第３のフレームメモリ２３ｃに記憶され、表示ユニット１５の第３のチャネルに出力されることになる。
【００３６】
本実施形態に係る内視鏡システム１０によれば、撮影対象Ａからの反射光の異なる波長帯域について、複数の透過帯域幅を有する分光画像情報を取得して表示することができる。
生体に対しては様々な波長による画像情報を取得することが有用であるが、本実施形態に係る内視鏡システム１０によれば、広い波長帯域にわたって可変分光素子１の透過帯域幅を一定にすることができる。したがって、長波長側の波長帯域の反射光画像情報の波長分解能が他の波長帯域の反射光画像情報と比較して低下したり、長波長側の波長帯域の反射光画像の強度が他の波長帯域の反射光画像情報と比較して大きくなってしまったりする不都合の発生を防止することができる。
その結果、複数の波長帯域の反射光画像情報を用いた重畳表示や、画像間演算においても、複雑な補正処理を行うことなく簡単に行うことができるという利点がある。
【００３７】
また、本実施形態に係る可変分光素子１による比較的広い透過帯域幅の第１〜第３の状態と、比較的狭い透過帯域幅の第４〜第６の状態との切り替え方法としては、最初に第１〜第３の状態とし、次いで第４〜第６の状態に切り替えることとしてもよい。このようにすることで、例えば、内視鏡システム１０の挿入部１１の先端１１ａが撮影対象Ａから離れている状態から近づける場合に、まず、可変分光素子１を第１〜第３の状態として、取得される光量を確保し、先端１１ａが撮影対象Ａに十分に近づいたら、第４〜第６の状態に切り替えて、高い波長分解能で画像を取得することができる。
また、これに代えて、撮影者の操作により、任意に第１〜第３の状態と第４〜第６の状態とを切り替えることにしてもよい。
【００３８】
このように、本実施形態に係る可変分光素子１を備えた内視鏡システム１０によれば、同一の波長帯域に対して、透過率の低下を防止しつつ、異なる透過帯域幅を有する分光画像を提供することができるという利点がある。
特に、生体のような複雑な構成の試料から得られる分光画像においては、波長ごとにその試料を特徴づける情報が得られるので、狭い帯域幅の分光画像により、試料の特徴的な情報を取得することができる。一方、帯域幅を狭く限定した場合に、画像のＳ／Ｎ比が低下する場合には、可変分光素子１の干渉次数を切り替えるだけで、同一の中心波長に対してより広い波長帯域幅の分光画像を得ることができるという利点がある。
【００３９】
なお、本実施形態に係る可変分光素子１および内視鏡システム１０においては、以下の変形、変更が可能である。
まず、本実施形態に係る可変分光素子１においては、分光波長帯域の全域において、図２に示される反射率特性を有する場合について説明したが、これに代えて、図７に示されるように、式（１）の反射率特性に近似する１次関数からなる反射率特性を有する反射膜２ａ，２ｂを採用してもよい。この場合の１次関数としては、０より大きい正の比例係数を有し、波長に応じて単調増加するものが採用される。このようにすることで、透過帯域の波長に依存した透過帯域幅の変化を抑制することができる。
【００４０】
また、反射率を波長によらずほぼ一定にしてもよい。透過帯域によって透過帯域幅が変化するが、異なる干渉次数に対応した面間隔をとることにより、同一の波長に対して複数の透過帯域幅を実現できる点に代わりはなく、反射膜２ａ，２ｂの設計および作成を容易にすることができる。
【００４１】
また、使用する可変分光素子１の干渉次数としては１次と２次が好ましいが、他の干渉次数の組合せを使用してもよいし、３以上の次数を組み合わせてもよい。
また、本実施形態においては、透過帯域幅を表す量として半値全幅ＦＷＨＭを用いたが、それ以外の量を指標とすることとしてもよい。
【００４２】
また、本実施形態に係る可変分光素子１においては、２枚の光学部材３ａ，３ｂの間隔寸法を圧電素子からなるアクチュエータ４により変化させるものを例示したが、これに代えて、他のアクチュエータにより間隔寸法を変化させるものでもよい。また、光学部材３ａ，３ｂ間の隙間に充填される媒質（例えば、液体や気体）の屈折率を変化させることにより、間隔を維持したまま光路長を変化させることとしてもよい。
【００４３】
また、内視鏡システム１０としては、軟性鏡、硬性鏡のいずれに適用することとしてもよい。また、内視鏡ではなく、生体内部観察用の対物レンズ等に適用することとしてもよい。本実施形態によれば、波長帯によらず、透過帯域幅を一定にすることを、例えば、複数の光学フィルタの光路への挿脱という方法を用いる必要もなく、１個の可変分光素子で実現できるので、径方向の寸法に制約のある内視鏡などの生体内部観察系に特に好適である。
【００４４】
次に、本発明の第２の実施形態に係る内視鏡システム（可変分光装置）１０′について図８〜図１３を参照して以下に説明する。
なお、本実施形態の説明において、上述した第１の実施形態に係る内視鏡システム１０と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。
【００４５】
本実施形態に係る内視鏡システム１０′においては、光源ユニット１３′が、照明光用光源１７の他に励起光用光源２５を備えている。
照明光用光源１７は、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。
また、励起光用光源２５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、Ｃｙ７（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。
【００４６】
本実施形態の説明においては、このうち、Ｃｙ５．５（ピーク波長６９４ｎｍ、蛍光波長領域６７０〜７１０ｎｍ）と、Ｃｙ７（ピーク波長７６７ｎｍ、蛍光波長領域７６０〜８００ｎｍ）の２種類の蛍光薬剤を用いる。
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１７と励起光用光源２５とを交互に点灯および消灯させるようになっている。
【００４７】
前記撮像ユニット１２′は、図９に示されるように、撮影対象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２６をさらに備えている。
励起光カットフィルタ２６は、例えば、波長帯域４２０〜６４０ｎｍで透過率８０％以上、波長帯域６５０〜６７０ｎｍでＯＤ値４以上（＝透過率１×１０−４以下）、波長帯域６９０〜７５０ｎｍで透過率８０％以上の透過率特性を有している。
【００４８】
可変分光素子１は、図１０に示されるような反射率特性の反射膜２ａ，２ｂを有している。すなわち、波長６６０ｎｍより短波長側の帯域は、全ての光を透過し、６６０ｎｍ以上の帯域においては、式（１）に従う反射率特性を有している。
また、可変分光素子１は、図１１に示されるように、固定透過帯域および可変透過帯域を有している。固定透過帯域は、可変分光素子１の状態によらず、常に光を透過する帯域であり、例えば、波長４２０〜５４０ｎｍの範囲に配置され、平均透過率６０％以上に設計されている。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を変化させる帯域である。
【００４９】
本実施形態において、可変分光素子１は、蛍光薬剤が励起光により励起されることによって発生する蛍光（薬剤蛍光）の波長を含む波長帯域（例えば、６８０〜７２０ｎｍおよび７６０〜８００ｎｍ）に可変透過帯域を備えている。
そして、可変分光素子１は、制御ユニット１４からの制御信号に応じて、可変透過帯域を波長帯域６８０〜７２０ｎｍに設定する第１の状態、波長帯域７６０〜８００ｎｍに設定する第２の状態、波長帯域６９０〜７１０ｎｍに設定する第３の状態および波長帯域７７０〜７９０ｎｍに設定する第４の状態の４つの状態に制御されるようになっている。
【００５０】
撮像素子制御回路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および励起光用光源２５の切替え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。
具体的には、図１２のタイミングチャートに示されるように、まず、光源制御回路１８の作動により、励起光用光源２５から励起光を照射し、可変分光素子制御回路２２が可変分光素子１を第１または第３の状態として、撮像素子制御回路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。
【００５１】
また、励起光用光源２５からの励起光が発せられてから所定時間経過後には、可変分光素子制御回路２２の作動により、可変分光素子１が第２または第４の状態とされ、撮像素子制御回路２１が撮像素子２０から出力される画像情報を第２のフレームメモリ２３ｂに出力させるようになっている。
さらに、光源制御回路１８の作動により、励起光用光源２５から照明光用光源１７に切り替えられて照明光が発せられるときには、可変分光素子制御回路２２が可変分光素子１を第２または第４の状態に維持して、撮像素子制御回路２１が撮像素子２０から出力される画像情報を第３のフレームメモリ２３ｃに出力させるようになっている。
【００５２】
また、前記画像処理回路２４は、例えば、励起光の照射により得られるＣｙ５．５の蛍光画像情報を第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のチャネルに出力し、Ｃｙ７の蛍光画像情報を第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のチャネルに出力し、照明光の照射により得られる反射光画像情報を第３のフレームメモリ２３ｃから受け取って表示ユニット１５の第３のチャネルに出力するようになっている。
【００５３】
第１，第２の状態と第３，第４の状態との切り替えは、撮影者の選択により、明るい画像を得たいときにはより広い透過帯域を有する第１，第２の状態が選択され、より精度の高い分光画像を得たいときには、より狭い透過帯域を有する第３，第４の状態が選択されることにすればよい。また、得られた画像を処理して光量情報を抽出し、光量不足のときには、第１，第２の状態、光量が十分であるときには第３，第４の状態を自動選択することにしてもよい。
図１２は、最初の２周期を第１の状態と第２の状態とで切り替えた後、第３の状態と第４の状態とで切り替える場合について例示している。
【００５４】
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および励起光用光源２５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。
【００５５】
光源ユニット１３′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。
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、励起光カットフィルタ２６を透過し、撮像ユニット１２′の撮像光学系１９のレンズ１９ａ，１９ｂにより集光されて可変分光素子１に入射される。
【００５６】
可変分光素子１は、可変分光素子制御回路２２の作動により励起光用光源２５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、Ｃｙ５．５の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１２′に入射されるが、撮像ユニット１２′には励起光カットフィルタ２６が設けられているので、励起光は遮断され、撮像素子２０に入射されることが阻止される。
【００５７】
そして、可変分光素子１を透過した蛍光はレンズ１９ｃにより集光されて撮像素子２０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２３ａに記憶され、画像処理回路２４によって、表示ユニット１５の第１のチャネルに出力されて表示ユニット１５により表示される。
【００５８】
次に、可変分光素子１は、可変分光素子制御回路２２の作動により励起光用光源２５の作動から所定時間経過後に第２の状態に切り替えられるので、Ｃｙ７の蛍光に対する透過率が増大させられ、入射された蛍光を透過させることができる。そして、可変分光素子１を透過した蛍光は撮像素子２０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２のフレームメモリ２３ｂに記憶され、画像処理回路２４によって、表示ユニット１５の第２のチャネルに出力されて表示ユニット１５により表示される。
【００５９】
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、励起光カットフィルタ２６および撮像光学系１９のレンズ１９ａ，１９ｂ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。
【００６０】
そして、可変分光素子１を透過した反射光は、レンズ１９ｃにより集光されて撮像素子２０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３のフレームメモリ２３ｃに記憶され、画像処理回路２４によって、表示ユニット１５の第３のチャネルに出力されて表示ユニット１５により表示される。
この場合に、励起光用光源２５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１７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。これにより、反射光のみが撮像素子２０により撮影されることになる。
【００６１】
一方、蛍光画像における光量が十分である場合、より高い精度の分光画像を取得することが望まれる場合等には、可変分光素子１が第３，第４の状態に切り替えられる。
可変分光素子１が第３の状態に切り替えられることにより、Ｃｙ５．５の蛍光に対し、より狭い透過波長帯域において透過率が増大させられており、他の波長帯域の蛍光の透過を阻止することができる。
また、可変分光素子１が第４の状態に切り替えられることにより、Ｃｙ７の蛍光に対し、より狭い透過波長帯域において透過率が増大させられており、他の波長帯域の蛍光の透過を阻止することができる。
【００６２】
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、同一の中心波長に対して複数の異なる波長帯域幅を有する蛍光分光画像を使用者に提供することができる。したがって、撮影者が必要に応じて切り替えることにより、あるいは、光量情報に応じて自動切替されることにより、Ｓ／Ｎ比の高い分光画像あるいは分光精度の高い分光画像のいずれかを取得することができる。
【００６３】
なお、本実施形態においては、蛍光薬剤としてＣｙ５．５およびＣｙ７を例示したが、これに限定されるものではなく、他の蛍光薬剤を使用することもできる。また、複数の蛍光薬剤を１波長の励起光により励起することとしたが、複数の励起光により個別に励起することとしてもよい。また、可視の反射光画像と薬剤蛍光画像との組合せではなく、自家蛍光画像と薬剤蛍光画像の組合せに適用することとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第１の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の可変分光素子の反射膜の反射率特性を示すグラフである。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る内視鏡システムの全体構成を示すブロック図である。
【図４】図３の内視鏡システムの撮像ユニット内部の構成を示す概略構成図である。
【図５】図３の内視鏡システムを構成する可変分光素子が第１〜第３の状態にあるときの透過率特性を示すグラフである。
【図６】図３の内視鏡システムを構成する可変分光素子が第４〜第６の状態にあるときの透過率特性を示すグラフである。
【図７】図１の可変分光素子の変形例における反射膜の反射率特性を示すグラフである。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る内視鏡システムの全体構成を示すブロック図である。
【図９】図８の内視鏡システムの撮像ユニット内部の構成を示す概略構成図である。
【図１０】図８の内視鏡システムに用いられる可変分光素子の反射膜の反射率特性を示すグラフである。
【図１１】図８の内視鏡システムを構成する各光学部品の透過率特性、照明光および励起光の波長特性を示す図である。
【図１２】図８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。
【符号の説明】
【００６５】
１ 可変分光素子
２ａ，２ｂ 反射膜（コート層）
３ａ，３ｂ 光学部材（光学基板）
４ アクチュエータ
１０，１０′ 内視鏡システム（可変分光装置）
２２ 可変分光素子制御回路（制御手段）
【出願人】 【識別番号】００００００３７６
【氏名又は名称】オリンパス株式会社
【出願日】 平成１８年９月１１日（２００６．９．１１）
【代理人】 【識別番号】１００１１８９１３
【弁理士】
【氏名又は名称】上田 邦生

【識別番号】１００１１２７３７
【弁理士】
【氏名又は名称】藤田 考晴
【公開番号】 特開２００８−６１９７０（Ｐ２００８−６１９７０Ａ）
【公開日】 平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【出願番号】 特願２００６−２４６０６５（Ｐ２００６−２４６０６５）