JP2012202910A - 反射光測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、狭い場所でも、照射光や反射光を１本の光ファイバで、効率よく測定することができる反射光測定装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の蛍光測定装置は、測定対象に対して照射光を照射し、前記測定対象からの反射光を測定する反射光測定装置であって、前記測定対象に照射する前記照射光、及び当該照射光の照射による前記測定対象からの反射光を伝搬する伝搬用光ファイバと、前記照射光及び、または前記反射光の光路に配置され、前記照射光及び、または前記反射光を分離する光分離回路、を含み、前記伝搬用光ファイバは、前記光分離回路からの入力光を中心コア部で前記測定対象に導き、当該測定対象からの反射光を前記中心コア部と同じ軸心の太径コアで伝搬させるダブルコアフォトニックバンドギャップファイバまたはダブルコアフォトニック結晶ファイバであることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、反射光測定装置に関する。さらに詳しくは、測定対象に励起光等の照射光を照射し、この励起光によって励起した生体組織等の測定対象部位が発する蛍光等の反射光を分光測定する反射光測定装置に関する。

体腔内等の生体組織の測定対象部位へ特定波長の励起光を照射すると、この励起光によって励起光の波長よりも長波長側にスペクトルを有する蛍光（いわゆる自家蛍光）がその生体組織から発せられる。その自家蛍光の強度は、腫瘍やがんといった生体の病変組織から発生するものの方が、正常組織から発生するものよりも低いことが知られている。かかる自家蛍光の蛍光像を２次元画像として検出し、その蛍光像から生体組織の変性やがん等の疾患状態を診断する技術が用いられている。例えば、ある波長の光を生体細胞等のターゲットへ入力して、それらの状態によって発光する蛍光を観察することが、がん診断等の医療分野で広く用いられている。かかる蛍光観察を実施する蛍光測定装置における励起光や反射光の伝搬手段として、光ファイバを用いる蛍光測定装置が提供されている（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照。）。

従来の蛍光測定装置を構成する光ファイバの断面構造を示した概略図を図７及び図８に示す。使用される光ファイバとしては、例えば、図７に示すようなバンドルファイバ７０や、図８に示すようなマルチコア光ファイバ８０が挙げられる。図７に示すような、複数本の光ファイバの素線を両端で束ね、端末に治具を取り付けて構成されるバンドルファイバ（バンドル光ファイバ）７０は、励起光伝搬用コア７１（図７中の黒丸）を含む励起光伝搬用光ファイバ７３と、蛍光伝搬用コア７２（図７中の白丸）を含む蛍光伝搬用光ファイバ７４とに役割を分けて使用することができる。また、図８に示すような、１つのクラッド８５の内部に励起光伝搬用コア８１（図８中の黒丸）と蛍光伝搬用コア８２（図８中の白丸）といった複数のコア８１、８２を分散配置したマルチコア光ファイバ８０は、元来通信用として開発されている。このようなマルチコア光ファイバ８０は、１本の光ファイバをバンドルファイバとして使用することができるため、蛍光測定装置の光伝達手段としても利用されている。

特開平１１−１５５８１２号公報 特開２００６−２２６８４８号公報

しかしながら、図７に示したバンドルファイバは、多数の光ファイバを束ねるため、バンドルファイバの直径が大きくなってしまう。そのため、バンドルファイバを使用した蛍光測定装置では、狭い場所、例えば血管の内部や歯と歯肉の隙間に挿入しての測定が不可能であった。

図８に示したマルチコア光ファイバは、１本の光ファイバで励起光と蛍光の伝搬が可能である。そのため、マルチコア光ファイバを使用した蛍光測定装置では、狭い場所での蛍光を観察できる利点はある。一方、蛍光観察に用いる励起光の波長は、紫外から可視域、いわゆる短波長帯の光であり、これらの波長の光を微少域に集光するためには、光ファイバの伝送特性はシングルモード伝搬することが不可欠である。その場合の光ファイバのコア径は小さいため、励起光を入力してシングルモード伝搬することが困難であった。加えて、シングルモード伝搬可能な励起光の波長も狭い範囲で限定されており、さらに、光ファイバのコアがガラス材料であるため、励起光がパルスであった場合、非線形効果によりパルス波形歪を生じる、という欠点があった。

本発明は、前記の課題に鑑みてなされたものであり、狭い場所でも、照射光や反射光を１本の光ファイバで、効率よく測定することができる反射光測定装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決する本発明の蛍光測定装置は、測定対象に対して照射光を照射し、前記測定対象からの反射光を測定する反射光測定装置であって、前記測定対象に照射する前記照射光、及び当該照射光の照射による前記測定対象からの反射光を伝搬する伝搬用光ファイバと、前記照射光及び、または前記反射光の光路に配置され、前記照射光及び、または前記反射光を分離する光分離回路、を含み、前記伝搬用光ファイバは、前記光分離回路からの入力光を中心コア部で前記測定対象に導き、当該測定対象からの反射光を前記中心コア部と同じ軸心の太径コアで伝搬させるダブルコアフォトニックバンドギャップファイバまたはダブルコアフォトニック結晶ファイバであることを特徴とする。

本発明により、狭い場所でも、照射光や反射光を１本の光ファイバで、効率よく測定することができる反射光測定装置を提供することができる。

本発明の反射光測定装置は、前記した本発明において、前記光分離回路は、前記反射光を波長差で選択分離する波長選択フィルタを含むことを特徴とする。

本発明により、照射光を励起光として、測定対象で発生した、励起光よりも長い波長の蛍光を測定することができる。

本発明の反射光測定装置は、前記した本発明において、前記光分離回路は、前記照射光をＰ偏光とＳ偏光に分離し、Ｐ偏光とＳ偏光の反射光を合成する第１の偏光ビームスプリッタと、前記反射光をＰ偏光とＳ偏光に分離し、Ｐ偏光とＳ偏光の照射光を合成する第２の偏光ビームスプリッタと、前記第１の偏光ビームスプリッタ及び前記第２の偏光ビームスプリッタとの間の光路に配置される、ファラデー回転子と波長板からなる偏波回転制御手段と、前記反射光を波長差で選択分離する波長選択フィルタを含むことを特徴とする。

本発明により、反射光が光源側に戻らないため、安定した反射光の測定が可能になる。

本発明の反射光測定装置は、前記した本発明において、前記光分離回路は、光源からの光を測定対象への照射光とそれ以外の光に分離するビームスプリッタと、前記それ以外の光を全反射する反射手段、を含み、前記全反射された光及び前記測定対象からの反射光を前記ビームスプリッタが合成して、合成された合成光を検出することを特徴とする。

本発明により、照射光や反射光を効率よく伝搬することができ、光干渉断層像（ＯＣＴ）の測定装置としても動作させることができる。

本発明は、狭い場所でも、照射光や反射光を１本の光ファイバで、効率よく測定することができる反射光測定装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る反射光測定装置を示した概略図である。 反射光測定装置を構成する伝搬用光ファイバの断面構造を示す概略図である。 反射光測定装置を構成する他の伝搬用光ファイバの断面構造を示す概略図である。 波長選択フィルタの特性を示した図である。 本発明の第２実施形態に係る反射光測定装置を示した概略図である。 本発明の第３実施形態に係る反射光測定装置を示した概略図である。 従来の蛍光測定装置を構成する光ファイバの断面構造を示した概略図である。 従来の蛍光測定装置を構成する光ファイバの断面構造を示した概略図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る反射光測定装置１を示した概略図である。図１において、１は反射光測定装置、２ａは伝搬用光ファイバ、４１は波長選択フィルタ、１１は励起光入力ファイバ（励起光入力手段）、１２はコリメートレンズ、１３ａ、１３ｂは集光レンズ、１４は照射レンズ、１５は受光ファイバ（受光手段）、Ｘは測定対象をそれぞれ示す。

本実施形態に係る反射光測定装置１では、例えば、照射光を励起光として、測定対象Ｘに照射する。照射光の照射による測定対象からの蛍光を含む反射光を伝搬する伝搬用光ファイバ２として、ダブルコアフォトニックバンドギャップファイバ２ａまたはダブルコアフォトニック結晶ファイバ２ｂを使用する。光分離回路４として、波長差で選択分離する波長選択フィルタ４１で、蛍光を含む反射光から蛍光を選択分離する。分離された蛍光を測定すれば、例えば、生体組織の変性やがん等の疾患状態を診断する蛍光測定装置として使用することができるものである。

以下、図２及び図３を用いて、反射光測定装置１を構成する伝搬用光ファイバ２を説明する。図２は、本発明の第１実施形態に係る反射光測定装置１を構成する伝搬用光ファイバ２の断面構造を示す概略図である。図２に示した伝搬用光ファイバ２は、ダブルコアフォトニックバンドギャップファイバ２ａ（以下、単に「バンドギャップファイバ２ａ」とする場合もある。）の構造を有するものである。断面視円形状の太径コア２１の周囲にクラッド２２が配設されている。また、太径コア２１の軸心（中心）に、軸心を同じとする中心部コア２３である断面視円形状の空孔コア２３ａを形成し、かかる空孔コア２３ａの周囲に、空孔コア２３ａを中心として周回状に断面視円形状の空孔２４を複数個形成している。なお、図２に示すように、本実施形態にあっては、複数個形成された空孔２４はいずれも、ファイバ軸方向には一様な大きさの直径とされている。

図２に示したダブルコアフォトニックバンドギャップファイバ２ａは、フォトニックバンドギャップ構造による空孔コア２３ａと、そのフォトニックバンドギャップ構造を形成する太径コア２１として同じ軸心上に有するマルチコア光ファイバである。バンドギャップファイバ２ａの中心にある空孔コア２３ａ（第１のコア）と空孔２４が形成される領域２４１（中心部コア２３と図２の点線で囲まれる領域。以下、図３について同じ。）を励起光の伝搬部としているため、１本の光ファイバで、紫外から可視域の広帯域の波長の光を微少領域に集光可能なシングルモード伝搬を実現している。また、領域２４１の外周の太径コア２１（第２のコア）を励起光により発生する蛍光の伝搬部としているため、微少な蛍光を太径コア２１（第２のコア）により効率よく集光、伝搬させることを実現している。励起光としてパルス光を用いる場合であっても、励起光の伝搬部が空孔（空孔コア２３ａ）であるため、強度の強いパルス光による非線形効果がほとんど無く、パルス波形歪を起さずに、高精度に蛍光を発生させることが可能になる。

本発明の第１実施形態に係る反射光測定装置１を構成する他の伝搬用光ファイバ２の断面構造を示す概略図を図３に示す。図３に示した伝搬用光ファイバ２は、ダブルコアフォトニック結晶ファイバ２ｂ（以下、単に「結晶ファイバ２ｂ」とする場合もある。）の構造を有するものである。断面視円形状の太径コア２１の周囲にクラッド２２が配設されている。太径コア２１の軸心（中心）に、軸心を同じとする中心部コア２３を形成し、かかる中心部コア２３の周囲に、中心部コア２３を中心として周回状に断面視円形状の空孔２４を複数個形成している。なお、図３に示すように、複数個形成された空孔２４はいずれも、ファイバ軸方向には一様な大きさの直径とされており、これは図２に示したダブルコアフォトニックバンドギャップファイバ２ａと共通する。

図３に示したダブルコアフォトニック結晶ファイバ２ｂは、フォトニック結晶構造によるフォトニック結晶ファイバの周囲をクラッド２２で覆い、フォトニック結晶構造を形成する太径コア２１を同じ軸心上に有するマルチコア光ファイバである。結晶ファイバ２ｂの中心にある中心部コア２３（第１のコア）と空孔２４が形成される領域２４１を励起光の伝搬部としているため、１本の光ファイバで、紫外から可視域の広帯域の波長の光を微少領域に集光可能なシングルモード伝搬を実現している。また、領域２４１の外周の太径コア２１（第２のコア）を励起光により発生する蛍光の伝搬部としているため、微少な蛍光をクラッドにより効率よく集光、伝搬させることを実現している。

これらの伝搬用光ファイバ２を使用することにより、一般的な石英コアとクラッド構造によるシングルモードファイバと比較した場合、特に可視域においてのコア（太径コア２１）の径が大きいため、強い強度の光を伝搬することが可能であり、かつ、シングルモード伝送できる帯域も広い、という特徴を有する。また、伝搬用光ファイバ２のサイズがコンパクトに収まるので、従来では困難であった血管内や歯と歯肉の隙間のような狭い場所の蛍光測定を精度よく実施することができる。

ここで、太径コア２１、及びダブルコアフォトニック結晶ファイバ２ｂにおける中心部コア２３は、石英等の公知の材料で構成することができ、クラッド２２は、太径コア２１より屈折率が低くなるような材料、例えば、プラスチック材料等の公知の材料で構成することができる。また、太径コア２１等やクラッド２２を石英等の共通した材料で構成し、屈折率を高くさせる不純物（ＡｌやＧｅ等）や、屈折率を低くさせる不純物（ＢやＦ等）を添加して、太径コア２１やクラッド２２の屈折率を調整するようにしてもよい。

また、空孔２４の径、間隔、数や、ダブルコアフォトニックバンドギャップファイバ２ａにおける中心部コア２３である空孔コア２３ａの径は、使用される波長に応じて適宜決定すればよく、これらを使用される波長に応じて設計し、変更することで、種々の励起光の波長等の照射波の波長への対応も可能である。

なお、図２や図３に示す伝搬用光ファイバ２を製造するには、特に制限はなく、公知の方法により製造することができる。

次に、本実施形態に係る反射光測定装置１の動作の一例を、図１を用いて説明する。なお、伝搬用光ファイバ２として、ダブルコアフォトニックバンドギャップファイバ２ａを使用している。図１中、照射光である励起光及び反射光に含まれる励起光を実線矢印、励起光を測定対象に照射して発生する蛍光を点線矢印で示している（以下、図５について同じ。）。

まず、図示しない励起光の光源から照射光である励起光が出力され、励起光入力手段である励起光入力ファイバ１１に入力される。励起光入力ファイバ１１に入力された励起光は、コリメートレンズ１２で平行光とされ、波長選択フィルタ４１を通過する。波長選択フィルタ４１を通過した励起光は、集光レンズ１３ａによって集束され、ダブルコアフォトニックバンドギャップファイバ２ａ（伝搬用光ファイバ２）の第１のコア（空孔コア２３ａ）に入力される。バンドギャップファイバ２ａの第１のコアに入力された励起光は、バンドギャップファイバ２ａをシングルモード伝搬し、照射レンズ１４を介して測定対象Ｘに照射される。

励起光が測定対象Ｘに照射されると、測定対象Ｘは励起光の波長よりも長い波長の蛍光を発生する。この蛍光は、残った励起光と混在した状態で反射光となり、照射レンズ１４を介してダブルコアフォトニックバンドギャップファイバ２ａの第２のコア（太径コア２１）に入力される。第２のコアに入力された反射光は、励起光とは逆方向に伝搬され、バンドギャップファイバ２ａの入射端から波長選択フィルタ４１に出射される。出射された反射光のうち、蛍光は波長選択フィルタ４１において選択分離されるため反射されて、集光レンズ１３ｂにより集光され、受光手段である受光ファイバ１５に入力される。受光ファイバ１５に入力された蛍光は、２次元画像として検出され、その蛍光像から生体組織の変性やがん等の疾患状態が診断される。

かかる動作を具体的に実施するには、図１の構成の反射光測定装置１にあっては、例えば、下記の仕様の部材等を使用することができる。下記の内容は、励起光の波長として６５０ｎｍ、蛍光の波長として６６８ｎｍ付近を適用した場合を例に挙げて説明しているが、本発明で使用される波長についてはこれらに限定されるものではなく、対応して使用される部材等についても同様である。

まず、測定対象Ｘに対しては、蛍光を発生するために、染色色素等を吸着させることが好ましい。生体細胞等の蛍光発生のための染色色素は、種々市販されているが、例えば、Ａｌｅｘａ Ｆｌｕｏｒ ６４７（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｒｏｂｅｓ社製）やＣｙ５（Ｃｈｒｏｍａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製）は、励起光の波長６５０ｎｍに対して、波長６６８ｎｍ付近の蛍光を発するので、測定対象にかかるＡｌｅｘａ Ｆｌｕｏｒ ６４７を吸着させることにより、波長６５０ｎｍの励起光が入射されることにより、波長６６８ｎｍの蛍光が発生することになる。

伝搬用光ファイバ２としては、ダブルコアフォトニックバンドギャップファイバ２ａやダブルコアフォトニック結晶ファイバ２ｂは公知の技術で製造されたものを使用することができる。

波長選択フィルタ４１としては、例えば、図４に示すような特性を有するものを使用することができる。図４は、波長選択フィルタ４１の特性を示した図である。図４にもあるように、励起光（反射光にも含まれる）６５０ｎｍを透過し、６６８ｎｍを選択的に分離し、反射する特性のものを使用することができる。励起光の光源（図１では図示せず）としては、例えば、波長６５０ｎｍのレーザーダイオード（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ：ＬＤ）が市販されており、これを使用することができる。励起光入力ファイバ１１としては、波長６５０ｎｍの励起光をシングルモード伝搬させることができる、６００ｎｍ帯のシングルモードファイバ、例えば、ＳＭ６００（Ｆｉｂｅｒｃｏｒｅ社製）を使用することができる。コリメートレンズ１２としては、特に制限はないが、例えば、励起光の波長が６５０ｎｍにおいて吸収の無い材質のレンズを使用することができる。集光レンズ１３ａや照射レンズ１４としては、特に制限はないが、例えば、励起光波長６５０ｎｍ及び蛍光波長６６８ｎｍにおいて吸収の無い材質のレンズを使用することができる。集光レンズ１３ｂとしては、特に制限はないが、例えば、蛍光波長６６８ｎｍにおいて吸収の無い材質のレンズを使用することができる。受光ファイバ１５としては、特に制限はないが、例えば、マルチモードファイバを使用することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る反射光測定装置１は、励起光等の照射光や反射光の伝搬手段として、ダブルコアフォトニックバンドギャップファイバ２ａまたはダブルコアフォトニック結晶ファイバ２ｂといったマルチコア光ファイバを使用しているので、サイズもコンパクトとなるため狭い場所の測定が可能である。加えて、１本の光ファイバで、紫外から可視域の広帯域の波長の光を微少領域に集光可能なシングルモード伝搬が可能で、かつ、微少な蛍光を効率よく集光、伝搬させることが可能になるため、照射光や反射光を効率よく伝搬することができ、蛍光測定装置として有用である。

（第２実施形態）
以下、図５を用いて、本発明の第２実施形態を説明する。なお、以下の説明においては、前記した第１実施形態と同様の構造及び同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明は省略または簡略化する。

図５は、本発明の第２実施形態に係る反射光測定装置１を示した概略図である。図５において、１は反射光測定装置、２は伝搬用光ファイバ、１１は励起光入力ファイバ、１２はコリメートレンズ、４２、４３は偏光ビームスプリッタ、１６ａ、１６ｂは全反射ミラー、４４，４５は偏波回転制御手段の一部としてのファラデー回転子、４６、４７は偏波回転制御手段の一部としての波長板（２分の１λ波長板）、１３ａ、１３ｂは集光レンズ、１４は照射レンズ、１５は受光ファイバ（受光手段）、Ｘは測定対象、をそれぞれ示す。

第２実施形態に係る反射光測定装置１は、伝搬用光ファイバ２として、前記した第１実施形態で説明したダブルコアフォトニックバンドギャップファイバ２ａ又はダブルコアフォトニック結晶ファイバ２ｂを使用し、かかる伝搬用光ファイバ２が測定対象に照射する照射光と、照射光の照射による測定対象Ｘからの反射光を伝搬させる。光分離回路４として、前記した第１実施形態と同様、照射光と反射光とを波長差で選択分離する波長選択フィルタ４１を使用する。また、図５に示すように、照射光や反射光の光路には第１の偏光ビームスプリッタ４２と第２の偏光ビームスプリッタ４３をそれぞれ配置する。かかる第１の偏光ビームスプリッタ４２と第２の偏光ビームスプリッタ４３との間の光路に、偏波回転制御手段として、ファラデー回転子４４、４５と波長板４６、４７を配置している。また、第１の偏光ビームスプリッタ４２は、照射光をＰ波とＳ波に分離し、Ｐ波とＳ波の反射光を合成することができ、第２の偏光ビームスプリッタ４３は、反射光をＰ波とＳ波に分離し、Ｐ波とＳ波の照射光を合成することができる。第２実施形態に係る反射光測定装置１は、第１実施形態に係る反射光測定装置１と同様に、蛍光測定装置として使用することができる。

次に、本実施形態に係る反射光測定装置１の動作の一例を説明する。なお、第１実施形態と同様、伝搬用光ファイバ２として、ダブルコアフォトニックバンドギャップファイバ２ａを使用している。

まず、図示しない励起光の光源から照射光である励起光が出力され、励起光入力手段である励起光入力ファイバ１１に入力される。励起光入力ファイバ１１から入力された励起光は、第１の偏光ビームスプリッタ４２でＰ偏光とＳ偏光に分離される。このうち、Ｐ偏光は、全反射ミラー１６ａにより反射されて、４５°回転のファラデー回転子４４により偏光面が４５°回転される。４５°回転されたＰ偏光は波長板４６に入射されるが、波長板４６の進相軸は、４５°回転した偏光を元に戻すように配置されており、入射された励起光は、波長板４６を透過することでＰ偏光に戻り、第２のビームスプリッタ４３を透過することになる。

一方、第１のビームスプリッタ４２で分離された励起光のＳ偏光は、全反射ミラー１６ｂにより反射され、４５°回転のファラデー回転子４５により偏光面が４５°回転される。４５°回転されたＳ偏光は波長板４７に入射されるが、波長板４７の進相軸は、４５°回転した偏光を元に戻すように配置されており、入射された励起光は、波長板４７を通過することでＳ偏光に戻り、第２の偏光ビームスプリッタ４３で反射される。

第２の偏光ビームスプリッタ４３を透過した励起光のＰ偏光と、反射されたＳ偏光が再度合波され、集光レンズ１３ａによって集光された後、ダブルコアフォトニックバンドギャップファイバ２ａ（伝搬用光ファイバ２）の第１のコア（空孔コア２３ａ）へ入力される。バンドギャップファイバ２ａの第１のコアに入力された励起光は、第１のコアをシングルモード伝搬し、照射レンズ１４を介して測定対象Ｘに照射される。

測定対象Ｘは、励起光が照射されると励起光波長よりも長い波長の蛍光を発生する。かかる蛍光は、残った励起光と混在した状態で反射波となり照射レンズ１４を介してダブルコアフォトニックバンドギャップファイバ２ａの第２のコア（太径コア２１）に入力される。第２のコアに入力された反射光（蛍光と残りの励起光）は励起光とは逆方向に伝搬され、バンドギャップファイバ２ａの入射端から出射される。出射された反射光は、集光レンズ１３ａにてコリメート（平行化）され、第２の偏光ビームスプリッタ４３へ入力され、Ｐ偏光とＳ偏光に分離される。

蛍光と残りの励起光からなる反射光のＰ偏光は、第２の偏光ビームスプリッタ４３を透過し、波長板４７、ファラデー回転子４５を通過することでＳ偏光となり、全反射ミラー１６ｂで反射された後、第１の偏光ビームスプリッタ４２により反射される。一方、蛍光と残りの励起光からなる反射光のＳ偏光は、第２の偏光ビームスプリッタ４３により反射され、波長板４６、ファラデー回転子４４を通過することでＰ偏光となり、全反射ミラー１６ａで反射された後、第１の偏光ビームスプリッタ４２を透過する。

そして、第１の偏光ビームスプリッタ４２を透過した蛍光と残りの励起光からなる反射光のＰ偏光と、反射されたＳ偏光が再度合波され、波長選択フィルタ４１へ入射される。波長選択フィルタ４１は、前記した図４に示した特性を有している。励起光の波長（６５０ｎｍ）より波長の長い（６６８ｎｍ）蛍光は波長選択フィルタ４１で選択分離されるため、反射されて、集光レンズ１３ｂにより集光され、受光手段である受光ファイバ１５に入力される。受光ファイバ１５に入力された蛍光は２次元画像として検出され、その蛍光像から生体組織の変性やがん等の疾患状態が診断される。

なお、かかる動作を具体的に実施するには、図５の構成の反射光測定装置１にあっては、例えば、下記の仕様の部材等を使用することができる。なお、下記の内容は、第１実施形態と同様、染色色素として、Ａｌｅｘａ Ｆｌｕｏｒ ６４７（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｒｏｂｅｓ社製）やＣｙ５（Ｃｈｒｏｍａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製）等を使用し、励起光の波長として６５０ｎｍ、蛍光の波長として６６８ｎｍ付近を適用した場合を例として説明しており、例えば、伝搬用光ファイバ、波長選択フィルタの他、励起光入力ファイバ１１、集光レンズ１３ａ，１３ｂ、照射レンズ１４、受光ファイバ１５等は、第１実施形態と共通するものを使用することができるので、説明を省略する。

第１の偏光ビームスプリッタ４２及び第２の偏光ビームスプリッタ４２は、波長６５０ｎｍ、６６８ｎｍの偏光分離フィルタ等を使用することができる。また、かかる偏光分離フィルタは、キューブタイプ、プレートタイプ等の任意の形状とすればよい。全反射ミラー１６ａ、１６ｂは、例えば、波長６５０ｎｍと６６８ｎｍにおいて吸収の無い材質にて作製された４５°直角プリズムの直角を成す２面に、波長６５０ｎｍnmと波長６６８ｎｍに対応した反射防止コートが施されたものを使用することができる。ファラデー回転子４５、４６は、通常の特性のものを使用することができる。波長６５０ｎｍ帯の空間入出力が可能なものも市販されており、これを使用することができる。２分の１λ波長板４６、４７は、例えば、波長６５０ｎｍ帯の０次水晶波長板や、水晶とＭｇＦ_２（フッ化マグネシウム）を組み合わせた広帯域波長板を使用することができる。

本実施形態に係る反射光測定装置１は、前記した第１実施形態に係る反射光測定装置の奏する効果を享受するとともに、照射光である励起光が励起光入力手段さらには光源側へ戻らない構成であるため、第１実施形態に係る反射光測定装置１よりも安定した測定が可能となる。

（第３実施形態）
以下本発明の第３実施形態を、図６を用いて説明する。なお、以下の説明においては、前記した第１実施形態等と同様の構造及び同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明は省略または簡略化する。

本発明の第３実施形態に係る反射光測定装置１を示した概略図を図６に示す。図６において、１は反射光測定装置、２は伝搬用光ファイバ、３は光源、４８はハーフミラー（ビームスプリッタ）、１２はコリメートレンズ、１３は集光レンズ、１４は照射レンズ、１６は全反射ミラー（反射手段）、８は光検出器、Ｘは測定対象、をそれぞれ示す。

第３実施形態に係る反射光測定装置１は、伝搬用光ファイバ２として、前記した第１実施形態および第２実施形態で説明したダブルコアフォトニックバンドギャップファイバ２ａ又はダブルコアフォトニック結晶ファイバ２ｂを使用する。かかる伝搬用光ファイバ２が測定対象Ｘに照射する照射光と、照射光の照射による測定対象Ｘからの反射光を伝搬させる。また、光分離回路４として、ビームスプリッタであるハーフミラー４８と、反射手段である全反射ミラー１６とを含む。ハーフミラー４８は、光源３からの光を測定対象Ｘへの照射光とそれ以外の光に分離するものである。かかるハーフミラー４８は、全反射ミラー１６により全反射された光及び測定対象Ｘからの反射光を合成し、合成された合成光を光検出器８に導入するものである。前記した第１実施形態及び第２実施形態では、反射光測定装置１を蛍光測定装置に適用した態様を示したが、本実施形態にあっては、反射光測定装置１を光干渉断層像（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈ：ＯＣＴ）の測定装置へ適用することができる。

図６に示す反射光測定装置１において、光源３としては、光干渉断層像（ＯＣＴ）に用いる場合には、部分的にコヒーレントな光ビームを発生するものであることが好ましく、例えば、１個ないし複数個のスーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）や疑似白色光源によって構成されている光源（ＳＬＤ光源等）を使用することができる。

また、この光源３から発生される光（光ビーム）の光軸上には、ハーフミラー４８（ビームスプリッタ）が配設されている。光源３から発生された光のうち、ハーフミラー４８を通過した光の光軸上には、集光レンズ１３、伝搬用光ファイバ２、コリメートレンズ１２、照射レンズ１４、測定対象Ｘがそれぞれ配設されている。一方、ハーフミラー４８によって反射により分離された光ビームの光軸上には、全反射ミラー１６が設けられている。かかる全反射ミラー１６は、本実施形態にあっては、周波数シフタとしての可動ミラーとして用いることができる。

そして、測定対象Ｘから反射された反射光のうち、ハーフミラー４８によって分離されて、全反射ミラー１６により反射された光（後記する参照光）の光軸上には、光電変換器としての光検出器８が設けられており、この光検出器８の出力端には図示しない信号処理器を接続することができる。信号処理器は、例えば、光検出器８から出力される信号を増幅する増幅器（ＡＭＰ）、この増幅器によって増幅された信号の所定の帯域の信号を取出す帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）、かかる帯域通過フィルタによって取出された信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器（いずれも図示しない）等によって構成されるようにしてもよい。図示しない信号処理機を構成するＡ／Ｄ変換器から出力されるディジタル信号はコンピュータに供給され、コンピュータには信号処理器から出力された信号を記憶するメモリ及び各種情報を表示するディスプレイ装置（いずれも図示しない）を接続することにより、光干渉断層像の測定がなされることになる。

次に、本実施形態に係る反射光測定装置１の動作の一例を説明する。なお、第１実施形態や第２実施形態と同様、伝搬用光ファイバ２として、ダブルコアフォトニックバンドギャップファイバ２ａを使用している。

ＳＬＤ光源等の光源３から発生された部分的なコヒーレント光（光ビーム）は、ビームスプリッタであるハーフミラー４８によって２つに分離される。このうち、照射光となる光以外の光は、全反射ミラー１６に導入され、反射される。この反射光はその周波数がドップラーシフトを受け、かつ可動ミラーである全反射ミラー１６の移動距離に相当する位相遅れを持つ参照光となる。

また、ハーフミラー４８によって分離された光のうち、測定対象Ｘに対する照射光となる光は、集光レンズ１３によって集光された後、ダブルコアフォトニックバンドギャップファイバ２ａ（伝搬用光ファイバ２）の第１のコア（空孔コア２３ａ）へ入力される。バンドギャップファイバ２ａの第１のコアに入力された照射光は、第１のコアをシングルモード伝搬し、コリメートレンズにより平行化されて、照射レンズ１４を介して測定対象Ｘに照射される。

測定対象Ｘに照射された照射光は、測定対象の内部を透過伝搬されていくが、光学的層構造、すなわち屈折率の異なる多層物質より構成される測定対象の内部を伝搬する照射光（入射光ビーム）は、かかる層の境界毎に散乱され、一部は照射光（入射光ビーム）の方向に戻り反射光波を形成する。なお、この反射光のそれぞれの位相は、照射光（入射光ビーム）の入射位置より奥行き方向にある境界の位置にしたがってそれぞれ遅延することになる。

測定対象Ｘからの反射光は、照射レンズ１４及びコリメートレンズ１２を介してダブルコアフォトニックバンドギャップファイバ２ａの第２のコア（太径コア２１）に入力される。第２のコアに入力された反射光は照射光とは逆方向に伝搬され、バンドギャップファイバ２ａの入射端から出射される。出射された反射光は、集光レンズ１３ａにてコリメート（平行化）され、全反射ミラー１６によって反射された参照光とともに、ハーフミラー４８により合成されて光検出器８へ導かれる。

この光検出器８にあっては、例えば、合成された干渉した光波が光ヘテロダイン検波される。一般に、測定対象Ｘからの反射光は多くの空間フーリエスペクトル成分を有しているが、この反射光は平行光束であり、空間コヒーレント度の高い参照光波の平面波成分と整合する成分のみが高効率でヘテロダイン検波される。したがって、これを利用することにより、測定対象Ｘの奥行き方向成分に対しても入射光波の進行方向成分のみを高分解能で検出することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る反射光測定装置１は、照射光や反射光の伝搬手段として、ダブルコアフォトニックバンドギャップファイバ２ａ又はダブルコアフォトニック結晶ファイバ２ｂといったマルチコア光ファイバを使用しているので、サイズもコンパクトとなるため狭い場所での観察が可能となる。加えて、１本の光ファイバで、紫外から可視域の広帯域の波長の光を微少領域に集光可能なシングルモード伝搬が可能で、かつ、微少な蛍光をクラッドにより効率よく集光、伝搬させることが可能になるため、照射光や反射光を効率よく伝搬することができ、光干渉断層像（ＯＣＴ）の測定装置としても有効である。

本発明は、例えば、生体組織の変性やがん等の疾患状態を診断するための蛍光測定装置として使用することができ、産業上の利用可能性は極めて高いものである。

１ 反射光測定装置
１１ 励起光入力ファイバ（励起光入力手段）
１２ コリメートレンズ
１３、１３ａ、１３ｂ 集光レンズ
１４ 照射レンズ
１５ 受光ファイバ（受光手段）
１６、１６ａ、１６ｂ 全反射ミラー
２ 伝搬用光ファイバ
２ａ ダブルコアフォトニックバンドギャップファイバ（伝搬用光ファイバ）
２ｂ ダブルコアフォトニック結晶ファイバ（伝搬用光ファイバ）
２１ 太径コア
２２ クラッド
２３ 中心部コア
２３ａ 空孔コア
２４ 空孔
２４１ 空孔が形成される領域
３ 光源
４ 光分離回路
４１ 波長選択フィルタ
４２，４３ 偏光ビームスプリッタ
４４，４５ ファラデー回転子
４６，４７ 波長板（２分の１λ波長板）
４８ ハーフミラー（ビームスプリッタ）
８ 光検出器
７０ バンドルファイバ
７１ 励起光伝搬用コア
７２ 蛍光伝搬用コア
７３ 励起光伝搬用光ファイバ
７４ 蛍光伝搬用光ファイバ
８０ マルチコア光ファイバ
８１ 励起光伝搬用コア
８２ 蛍光伝搬用コア
８５ クラッド
Ｘ 測定対象

Claims (4)

1. 測定対象に対して照射光を照射し、前記測定対象からの反射光を測定する反射光測定装置であって、
   前記測定対象に照射する前記照射光、及び当該照射光の照射による前記測定対象からの反射光を伝搬する伝搬用光ファイバと、
   前記照射光及び、または前記反射光の光路に配置され、前記照射光及び、または前記反射光を分離する光分離回路、を含み、
   前記伝搬用光ファイバは、前記光分離回路からの入力光を中心コア部で前記測定対象に導き、当該測定対象からの反射光を前記中心コア部と同じ軸心の太径コアで伝搬させるダブルコアフォトニックバンドギャップファイバまたはダブルコアフォトニック結晶ファイバであることを特徴とする反射光測定装置。
2. 前記光分離回路は、前記反射光を波長差で選択分離する波長選択フィルタを含むことを特徴とする請求項１に記載の反射光測定装置。
3. 前記光分離回路は、前記照射光をＰ偏光とＳ偏光に分離し、Ｐ偏光とＳ偏光の反射光を合成する第１の偏光ビームスプリッタと、
   前記反射光をＰ偏光とＳ偏光に分離し、Ｐ偏光とＳ偏光の照射光を合成する第２の偏光ビームスプリッタと、
   前記第１の偏光ビームスプリッタ及び前記第２の偏光ビームスプリッタとの間の光路に配置される、ファラデー回転子と波長板からなる偏波回転制御手段と、
   前記反射光を波長差で選択分離する波長選択フィルタを含むことを特徴とする請求項１に記載の反射光測定装置。
4. 前記光分離回路は、光源からの光を測定対象への照射光とそれ以外の光に分離するビームスプリッタと、
   前記それ以外の光を全反射する反射手段、を含み、
   前記全反射された光及び前記測定対象からの反射光を前記ビームスプリッタが合成して、合成された合成光を検出することを特徴とする請求項１に記載の反射光測定装置。

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