JP2022066737A - Non-linear Raman scattering endoscope with fiber optic bundle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非線形光学現象を利用して、例えば消化管内壁等の物体を撮像する非線形ラマン散乱内視鏡に関する。 The present invention relates to a nonlinear Raman scattering endoscope that images an object such as the inner wall of the gastrointestinal tract by utilizing a nonlinear optical phenomenon.
消化管用の内視鏡は、光ファイバーバンドルを用いたファイバースコープから、CCDなどの撮像素子を先端部に内蔵したビデオスコープが主流となっている。しかし、現在の消化管内視鏡スコープでは、細胞観測には充分な空間分解能が得られていない。また、消化管がんを診断するためには、細胞を採取して染色・標本化し、病理医が顕微鏡で観察する病理検査・診断が必要になる。 The mainstream endoscopes for the gastrointestinal tract are fiberscopes that use optical fiber bundles and videoscopes that have an image sensor such as a CCD built into the tip. However, the current gastrointestinal endoscopy scope does not provide sufficient spatial resolution for cell observation. In addition, in order to diagnose gastrointestinal cancer, it is necessary to collect cells, stain and sample them, and perform a pathological examination and diagnosis under a microscope by a pathologist.
近年、プロープ型共焦点レーザ顕微内視鏡が開発され、検体標本の病理像と同等レベルの観察像が得られるため、例えば、画像診断と内視鏡手術を同時に行うことも不可能ではなくなってきた。この手法では、蛍光色素(フルオレセイン等)を静脈投与して染色された細胞からの蛍光を観察する。このプローブ型共焦点レーザ顕微内視鏡は、数千本以上の細径光ファイバーからなる直径1mm~2mm程度の光ファイバーバンドルと、その先端(プローブヘッド)に小型の対物レンズとを備える。個々の光ファイバーを通じて励起光を伝送・照射し、発生した蛍光を逆伝搬させることで共焦点効果が得られ、細胞の形状まで観察できる。また、プローブ型共焦点レーザ顕微内視鏡は、直径が細く、プローブヘッドが小さいため、曲げられた消化管内視鏡スコープの鉗子孔にも挿入することが可能であり、広い視野で観察できる通常の内視鏡観察と、高い空間分解能で観察できるプローブ型共焦点レーザ顕微内視鏡観察とが両立できる。しかしながら、蛍光色素を静脈投与することについての安全性に懸念がある(非特許文献1~2)。 In recent years, probe-type confocal laser microendoscopes have been developed, and observation images at the same level as the pathological images of specimens can be obtained. Therefore, for example, it is not impossible to perform diagnostic imaging and endoscopic surgery at the same time. rice field. In this method, a fluorescent dye (fluorescein, etc.) is intravenously administered and the fluorescence from the stained cells is observed. This probe-type cofocal laser microendoscope is provided with an optical fiber bundle having a diameter of about 1 mm to 2 mm composed of several thousand or more small-diameter optical fibers, and a small objective lens at the tip (probe head) thereof. A confocal effect can be obtained by transmitting and irradiating excitation light through individual optical fibers and back-propagating the generated fluorescence, and even the shape of cells can be observed. In addition, since the probe-type cofocal laser microscopic endoscope has a small diameter and a small probe head, it can be inserted into the forceps hole of a bent gastrointestinal endoscopy scope, and it can be observed in a wide field of view. Both endoscopic observation and probe-type cofocal laser microscopic endoscopic observation that can be observed with high spatial resolution are compatible. However, there are concerns about the safety of intravenous administration of fluorescent dyes (Non-Patent Documents 1 and 2).
一方、自発ラマン散乱分光を利用して、分子種等に敏感な分子の振動を観測する内視鏡が開発され、染色なしでがんの識別が可能であることが報告されている(非特許文献3)。しかしながら、自発ラマン散乱は非常に微弱であるため、イメージングは難しく、ポイント計測しか実現していない。 On the other hand, an endoscope for observing vibrations of molecules sensitive to molecular species has been developed using spontaneous Raman scattering spectroscopy, and it has been reported that cancer can be identified without staining (non-patented). Document 3). However, since spontaneous Raman scattering is very weak, imaging is difficult and only point measurement is realized.
この代替手段として、コヒーレントアンチストークスラマン散乱(CARS)(非特許文献4、5)、誘導ラマン散乱(SRS)(非特許文献6、7)などの非線形ラマン散乱を用いた内視鏡が提案されている(非特許文献8~10)。しかしながら、消化管内視鏡スコープの鉗子孔に挿入できるような細径の内視鏡は未だ開発されていない。
As an alternative to this, an endoscope using non-linear Raman scattering such as coherent anti-Stoke Raman scattering (CARS) (Non-Patent
これまでにアクチュエータを取り付けて光ファイバーを旋回させるビーム走査方法を用いた内視鏡が開発されている(非特許文献9、10)。しかし、ビーム走査機構が大きいため剛直なプローブヘッドが大きく、消化管内視鏡スコープの鉗子孔に挿入することは難しい。プローブ型共焦点レーザ顕微内視鏡と同様に光ファイバーバンドルを利用すれば細径化およびプローブヘッドの小型化が可能となるが、CARSの場合、励起光を光ファイバーで伝送する際にファイバー内部の非線形光学現象に起因して、CARS光と同じ波長を有する四光波混合(FWM: Four Wave Mixing)光が発生する(非特許文献11)。この四光波混合光の強度は、試料から発生するCARS光と比べて2~3桁大きいとされ、CARS光検出を妨害するノイズ光となる。励起光を伝送する光ファイバーバンドルとCARS光の検出用光ファイバーを分離することにより、この四光波混合光からの影響を防止する研究も行われているが、励起光とCARS光を分離するためにプローブヘッドが大きくなってしまい、鉗子孔へ挿入可能な細径化は実現されていない(非特許文献11)。 So far, endoscopes using a beam scanning method in which an actuator is attached to rotate an optical fiber have been developed (Non-Patent Documents 9 and 10). However, since the beam scanning mechanism is large, the rigid probe head is large, and it is difficult to insert it into the forceps hole of the gastrointestinal endoscopy scope. Similar to the probe-type cofocal laser microscopic endoscope, the optical fiber bundle can be used to reduce the diameter and the probe head, but in the case of CARS, the nonlinearity inside the fiber when the excitation light is transmitted by the optical fiber. Due to an optical phenomenon, four wave mixing (FWM) light having the same wavelength as CARS light is generated (Non-Patent Document 11). The intensity of this four-wave mixed light is said to be two to three orders of magnitude higher than that of the CARS light generated from the sample, and becomes noise light that interferes with the detection of CARS light. Research is also being conducted to prevent the influence of this four-light wave mixed light by separating the optical fiber bundle that transmits the excitation light and the optical fiber for detecting CARS light, but a probe for separating the excitation light and the CARS light. The head becomes large, and the diameter can be reduced so that it can be inserted into the forceps hole (Non-Patent Document 11).
本発明の目的は、光ファイバーバンドルから発生する四光波混合光を抑制できる非線形ラマン散乱内視鏡を提供することである。 An object of the present invention is to provide a nonlinear Raman scattering endoscope capable of suppressing four-wave mixed light generated from an optical fiber bundle.
本発明の一態様に係る非線形ラマン散乱内視鏡は、
第1波長を有する第1パルスレーザ光を発生する第1レーザ光源と、
第1波長とは異なる第2波長を有する第2パルスレーザ光を発生する第2レーザ光源と、
前記第1パルスレーザ光および前記第2パルスレーザ光が同時に物体を照射するように調整する機構と、
規則的に配列した複数のコアを有する光ファイバーバンドルと、
前記第1パルスレーザ光および前記第2パルスレーザ光が異なるコアにそれぞれ入射するように、前記第1パルスレーザ光および前記第2パルスレーザ光を2次元的に走査する光学走査機構と、
前記光ファイバーバンドルから出射された前記第1パルスレーザ光および前記第2パルスレーザ光を空間的に重ね合わせるための合波光学素子と、
前記合波光学素子から出射された前記第1パルスレーザ光および前記第2パルスレーザ光を物体に向けて同一スポットに集光する集光光学系と、
物体内での非線形光学現象により発生したラマン散乱光を検出する光検出器と、を備える。
The nonlinear Raman scattering endoscope according to one aspect of the present invention is
A first laser light source that generates a first pulsed laser beam having a first wavelength,
A second laser light source that generates a second pulsed laser beam having a second wavelength different from the first wavelength,
A mechanism for adjusting the first pulse laser beam and the second pulse laser beam so as to irradiate an object at the same time.
Fiber optic bundles with multiple cores arranged regularly,
An optical scanning mechanism that two-dimensionally scans the first pulse laser light and the second pulse laser light so that the first pulse laser light and the second pulse laser light are incident on different cores, respectively.
A combined wave optical element for spatially superimposing the first pulse laser beam and the second pulse laser beam emitted from the optical fiber bundle.
A condensing optical system that focuses the first pulse laser light and the second pulse laser light emitted from the combined wave optical element at the same spot toward an object.
It includes a photodetector that detects Raman scattered light generated by a nonlinear optical phenomenon in an object.
本発明によれば、光ファイバーバンドルから発生する四光波混合光を抑制できる。 According to the present invention, the four-wave mixed light generated from the optical fiber bundle can be suppressed.
図1(A)は、本発明の一実施形態に係る非線形ラマン散乱内視鏡の構成の一例を示すブロック図であり、図1(B)は、光学系内部のレンズ配置例を示す。この内視鏡は、レーザ光源11,21と、同期システム5と、部分反射ミラー11,22と、ミラー12~15を含む光遅延調整機構と、ミラー16,23,24と、1/2波長板17と、ダイクロイックミラー18,32と、光学的ビーム走査機構31と、対物レンズ33,35,42と、光ファイバーバンドル34と、レンズ36~37,39~40と、合波光学素子38と、波長板41と、波長フィルタ45と、レンズ46と、光検出器47などで構成される。
FIG. 1A is a block diagram showing an example of the configuration of a non-linear Raman scattering endoscope according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B shows an example of lens arrangement inside an optical system. This endoscope includes a
レーザ光源11は、波長λ1を有するレーザビームLB1を、ピコ秒オーダーのパルス励起光として発生する(例えば、Spectra Physics社Tsunami)。レーザビームLB1は、例えば、紙面に平行な直線偏光を有する。部分反射ミラー11は、レーザビームLB1の一部、例えば、約1%の光を反射し、残りの光を通過させる。部分反射ミラー11で反射した光は、モニタ光としてミラー12~15を含む光遅延調整機構に入射する。
The
光遅延調整機構において、ミラー12,15が固定され、ミラー13,14が一体的に変位可能であり、ミラー12,15とミラー13,14との間の光路長を調整することによって、レーザビームLB1がミラー12からミラー15までの通過する時間を調整できる。光遅延調整機構から出射した光は、モニタ光としてミラー16を経由して同期システム5に入射する。
In the optical delay adjustment mechanism, the
レーザ光源21は、波長λ1とは異なる波長λ2を有するレーザビームLB2を、ピコ秒オーダーのパルス励起光として発生する(例えば、Spectra Physics社Tsunami)。レーザビームLB2は、例えば、紙面に平行な直線偏光を有する。部分反射ミラー22は、レーザビームLB2の一部、例えば、約1%の光を反射し、残りの光を通過させる。部分反射ミラー22で反射した光は、ミラー23を経由して同期システム5に入射する。
The
なお、この例ではレーザ光源11,21は別々のレーザ光源であるが、例えばレーザ光源11の一部の光を取り出して波長変換し、レーザ光源21の代わりに用いてもよい。または、レーザ光源21の光の一部を取り出して波長変換してレーザ光源11の代わりに用いてもよい。あるいは、レーザ光源からの光を2分割して、それぞれを波長変換してレーザ光源11、21の代わりに用いてもよい。この場合、常にレーザ光源11とレーザ光源21は同期しているため同期システムは不要となるが、レーザービームLB1あるいはレーザービームLB2、または両ビームに光遅延調整機構等を挿入し、レーザービームLB1とLB2が試料に同時に照射されるようにする。
In this example, the
同期システム5は、レーザ光源11,21からのモニタ光を検出し、レーザ光源11,21でのパルス光のタイミングが一致するようにフィードバック制御し、例えば、レーザ光源11,21の一方または両方の発光タイミングを調整することでレーザービームLB1とLB2が試料に同時に照射されるようにする。なお、レーザ光源11,21のいずれか一方または両方を波長可変型のレーザ光源とし、同期システム5がレーザビームLB1,LB2の波長を調整するように構成してもよい。
The
部分反射ミラー11を通過したレーザビームLB1は、直線偏光の偏光方向を90°回転させる1/2波長板17を通過して、レーザビームLB1を紙面に垂直な直線偏光にする。こうしてレーザビームLB1,LB2の偏光方向は、互いに直交するように設定される。
The laser beam LB1 that has passed through the partially reflected
ダイクロイックミラー18は、特定の波長の光を反射し、他の波長の光を透過させる機能を有し、ここでは、波長λ1を有するレーザビームLB1を透過させ、波長λ2を有するレーザビームLB2を反射して、両者の進行方向を一致させている。本実施形態では、各レーザビームLB1,LB2は同軸ではなく、両ビーム間の角度は予め定めた数値に設定される。レーザビームLB1,LB2の配置については後述する。
The
光学的ビーム走査機構31は、例えば、互いに略直交する回転軸を有する2つのガルバノスキャナで構成され、レーザビームLB1,LB2を2次元的に走査する機能を有する。ガルバノスキャナは、制御信号に従って角変位するミラーを有する。これによりコンパクトな構成でレーザビームの2次元走査が可能になる。なお、ガルバノスキャナだけではなく、ポリゴンミラーや光音響偏向素子、電気光学偏向素子等を両回転軸の走査あるいは一方の回転軸の走査の代わりに用いてもよい。
The optical
ダイクロイックミラー32は、レーザビームLB1,LB2を透過させ、物体SPで発生した非線形光、例えば、ラマン散乱光を反射する機能を有する。
The
対物レンズ33は、レーザビームLB1,LB2をそれぞれスポット状に集光する。本実施形態では、ダイクロイックミラー18の角度調整およびレーザビームLB1,LB2の光軸調整により、光ファイバーバンドル34の端面FAにおいてレーザビームLB1,LB2が、同じコアではなく、異なるコアにそれぞれ入射するように設定される。
The
光ファイバーバンドル34は、クラッド内に規則的に配列した複数のコアを有しており、例えば、一方の端面FAに入射した光分布が他方の端面FBにそのまま再現されるイメージファイバーが使用できる。
The
図2(A)は、レーザビームLB1,LB2が光ファイバーバンドル34の端面FAに入射する様子を示す説明図である。図2(B)は、光ファイバーバンドル34の端面FAでの平面図である。光ファイバーバンドル34は、クラッド34b内に規則的に配列した複数のコア34aを有する。レーザビームLB1,LB2のビームの方向を調整することにより、対物レンズ33によりスポット状に集光され、予め定めた間隔の異なるコアにそれぞれ入射する。光学的ビーム走査機構31の2次元走査により、端面FAにおいてレーザビームLB1が隣りのコアに移動すると、コアが規則的に配列されているためレーザビームLB2も同様に隣りのコアに移動する。
FIG. 2A is an explanatory diagram showing how the laser beams LB1 and LB2 are incident on the end face FA of the
また、光ファイバーバンドル34において、複数のコア34aは六方最密充填構造で配列されることが好ましい。これにより画像の分解能を高めることができる。さらに光ファイバーバンドル34は、シングルモード伝送または偏光保持機能を有することが好ましい。これによりモード分散によるパルス幅の伸長、偏光状態の保存性を改善できる。
Further, in the
図1に戻って、光ファイバーバンドル34の端面FBでは、端面FAでの配置と同じ配置でレーザビームLB1,LB2が出射する。
Returning to FIG. 1, in the end face FB of the
対物レンズ35は、光ファイバーバンドル34の端面FBから出射したレーザビームLB1,LB2をコリメートする。レンズ36~37は、リレーレンズとして機能し、焦点距離の選択によりコリメートされたレーザビームLB1,LB2間の角度が調整できる。
The
合波光学素子38は、光ファイバーバンドル34から出射されたコリメートされたレーザビームLB1,LB2を空間的に重ね合わせる機能を有し、例えば、偏光を利用して合波できる偏光プリズムが使用できる。こうした偏光プリズムは、ウォラストンプリズム、ノマルスキープリズム、グラントムソンプリズム、グランテーラープリズム、ニコルプリズム、ロションプリズムおよび偏光ビームスプリッタからなるグループから選ばれることが好ましく、これにより合波光学素子38の小型化が図られる。こうした機能により、合波光学素子38を出射したコリメートされたレーザビームLB1,LB2は同軸となる。
The combined wave
図3(A)は、レーザビームLB1,LB2が合波光学素子38に入射する様子を示す説明図である。光ファイバーバンドル34の端面FBから出射したレーザビームLB1,LB2は、レンズ35によりコリメートされ、続いてレンズ36~37によってリレーされ、合波光学素子38に対して予め定めた方向の予め定めた角度差で入射する。一例として、コリメートされたレーザビームLB1とレーザビームLB2がつくる平面はY軸に平行であり、レーザビームLB1とレーザビームLB2は予め定めた角度差で合波光学素子38に入射する。また、レーザビームLB1は、Y方向に沿った直線偏光を有し、レーザビームLB2は、X方向に沿った直線偏光を有する。合波光学素子38は、互いに直交する直線偏光を有するレーザビームLB1,LB2を同軸に出射する。
FIG. 3A is an explanatory diagram showing how the laser beams LB1 and LB2 are incident on the combined wave
なお、図1に戻って、例えば対物レンズ33とダイクロイックミラー32の間に1/4波長板等を設置することよってレーザビームLB1,LB2の偏光を左、右円偏光として、光ファイバーバンドル34で伝送し、対物レンズ35と合波光学素子38の間に1/4波長板等を設置して、合波光学素子38に入射する際にはレーザビームLB1をY方向に沿った直線偏光に、レーザビームLB2を、X方向に沿った直線偏光となるように変換してもよい。
Returning to FIG. 1, for example, by installing a 1/4 wave plate or the like between the
図1に戻って、レンズ39~40は、リレーレンズとして機能し、焦点距離の選択により結像倍率が調整できる。
Returning to FIG. 1, the
波長板41は、例えば、異なる波長の光に対して異なる位相差を与える二波長波長板が使用できる。本実施形態では、波長板41は、波長λ1を有するレーザビームLB1に対して2nπ(nは0を含む自然数)の位相を付与し、波長λ2を有するレーザビームLB2に対して(2n+1)πの位相を付与することにより、互いに直交する直線偏光を有するレーザビームLB1,LB2の偏光を同一方向に揃える機能を有する。これによりラマン散乱光の発生効率が高くなる。
As the
図3(B)は、レーザビームLB1,LB2が波長板41に入射する様子を示す説明図である。X方向の直線偏光を有するレーザビームLB2は、波長板41によってY方向の直線偏光に変換され、レーザビームLB1,LB2はともにY方向の直線偏光を有するようになる。
FIG. 3B is an explanatory diagram showing how the laser beams LB1 and LB2 are incident on the
図1に戻って、対物レンズ42は、レーザビームLB1,LB2を同一スポット状に物体SP、例えば、消化管内壁に集光する。レーザビームLB1,LB2のスポットは、光学的ビーム走査機構31による2次元走査に追従して、物体SPにおいて2次元的に走査される。
Returning to FIG. 1, the
物体SPでは、後述するような非線形光学現象によりラマン散乱光が発生する。発生したラマン散乱光の一部は、内視鏡の光学系を逆行して、対物レンズ42、レンズ39~40、合波光学素子38、レンズ36~37、対物レンズ35、光ファイバーバンドル34、対物レンズ33を通過し、ダイクロイックミラー32で反射する。
In the object SP, Raman scattered light is generated by a nonlinear optical phenomenon as described later. A part of the generated Raman scattered light reverses the optical system of the endoscope, and the
波長フィルタ45は、例えば、ラマン散乱光のみを通過させるバンドパス特性を有し、ラマン散乱光以外の波長を有する光を減衰させる。これにより信号のSN比が向上する。
The
光検出器47は、例えば、光電子増倍管が使用でき、波長フィルタ45を通過した光の強度情報を電気信号に変換する。得られた電気信号は、A/Dコンバータによりデジタル値に変換されてコンピュータのメモリに保存され、続いて画像処理が施されてディスプレイに表示される。
The
レンズ61とフォトダイオード62は、試料を透過したレーザ光を観測し、試料の形状を得るために設置されている。
The
次に動作について説明する。波長が異なるレーザビームLB1,LB2が非線形光学効果を有する物質を進行する場合、四光波混合によりf3(=2f1-f2)を有する光と周波数f4(=2f2-f3)を有する光が発生する。このうち、レーザビームLB1,LB2の周波数差(f1-f2)が物質の分子振動の周波数と一致して、分子振動に共鳴して周波数f3(=2f1-f2)の光が発生する現象は、コヒーレントアンチストークスラマン散乱(CARS)と称される。
Next, the operation will be described. When laser beams LB1 and LB2 having different wavelengths travel through a substance having a non-linear optical effect, light having f 3 (= 2f 1 − f 2 ) and frequency f 4 (= 2 f 2 −f 3 ) are generated by four-wave mixing. The light it has is generated. Of these, the frequency difference (f 1 − f 2 ) of the laser beams LB 1 and
一例として、レーザビームLB1が、波長λ1=708.73nm、波数ν1=14109cm-1、周波数f1=423.0THzを有し、レーザビームLB2が、波長λ2=887.84nm、波数ν2=16956cm-1、周波数f2=337.7THzを有する場合、CARS光は、波長λ3=589.75nm、波数ν3=16956cm-1、周波数f3=508.3THzを示す。なお、波長λ、波数ν、周波数f、角周波数ω、光速cの関係は、f=c/λ、ω=2πf、ν=1/λで表される。
As an example, the laser beam LB1 has a wavelength λ 1 = 708.73 nm, a wave number ν 1 = 14109 cm -1 , a frequency f 1 = 423.0 THz, and the
例えば、消化管内壁などにレーザビームLB1,LB2を同軸に集光して照射すると、CARS光が発生する。物体に対してレーザビームLB1,LB2を走査しながらCARS光の強度を計測することによって、ビデオスコープを用いた可視光観察と比べて高い空間分解能かつ高いコントラストの画像が得られる。また無染色細胞観察が可能になるため、蛍光色素の静脈投与が不要になり、被検体の安全性も確保できる。 For example, when the laser beams LB1 and LB2 are coaxially focused and irradiated on the inner wall of the digestive tract, CARS light is generated. By measuring the intensity of CARS light while scanning the laser beams LB1 and LB2 with respect to an object, an image with high spatial resolution and high contrast can be obtained as compared with visible light observation using a videoscope. In addition, since unstained cell observation becomes possible, intravenous administration of fluorescent dye becomes unnecessary, and the safety of the subject can be ensured.
さらに本実施形態では、レーザビームLB1,LB2が光ファイバーバンドル34を通過する際、レーザビームLB1,LB2は異なるコアでそれぞれ伝送されるように設定される。これにより光ファイバーバンドル34での非線形光学現象に起因した四光波混合光の発生を大幅に抑制できる。リレーレンズ36、37および39、40を省略し、対物レンズ35、42にGRIN(gradient index: 屈折率分布型)レンズ等を用いることでプローブヘッドの小型化が可能で、また光ファイバーバンドル34の細径化が可能であるため、例えば、内視鏡の鉗子孔(例えば、直径2~4mm)へ挿入することも可能である。
Further, in the present embodiment, when the laser beams LB1 and LB2 pass through the
図4は、光ファイバーバンドルで発生する四光波混合光を観察するための試験装置を示すブロック図である。この試験装置は、図1(A)に示す内視鏡の構成と同様であるが、光ファイバーバンドル34の端面FBを撮像できるように、対物レンズ35の後段に順次、レンズ51,52、励起光を弱めるニュートラルデンシティフィルタ53、レンズ54、撮像カメラ55を配置している。
FIG. 4 is a block diagram showing a test device for observing a four-wave mixed light generated by an optical fiber bundle. This test apparatus has the same configuration as the endoscope shown in FIG. 1 (A), but the
図5(A)、(C)は、端面FBの画像を示しており、図5(A)は、レーザビームLB1,LB2を同一コアに入射した場合に、2次元走査なしで端面FBから出射される励起光の分布を示す画像であり、1つのコアからレーザビームLB1,LB2が出射されている様子が判る。 5 (A) and 5 (C) show images of the end face FB, and FIG. 5 (A) shows the laser beams LB1 and LB2 emitted from the end face FB without two-dimensional scanning when they are incident on the same core. It is an image showing the distribution of the excitation light to be generated, and it can be seen that the laser beams LB1 and LB2 are emitted from one core.
図5(B)は、図5(A)の設定で2次元走査を行った場合に端面FAから出射される四光波混合光の分布を示す画像である。ほぼ全てのコアから四光波混合光が出射されている様子が判る。 FIG. 5B is an image showing the distribution of four-wave mixed light emitted from the end face FA when two-dimensional scanning is performed with the setting of FIG. 5A. It can be seen that the four-wave mixed light is emitted from almost all the cores.
図5(C)は、レーザビームLB1,LB2を別個のコアにそれぞれ入射した場合に、2次元走査なしで端面FBから出射される励起光の分布を示す画像であり、1つのコアからレーザビームLB1が出射され、他のコアからレーザビームLB2が出射されている様子が判る。 FIG. 5C is an image showing the distribution of excitation light emitted from the end face FB without two-dimensional scanning when the laser beams LB1 and LB2 are incident on separate cores, and is an image showing the distribution of the excitation light emitted from one core. It can be seen that the LB1 is emitted and the laser beam LB2 is emitted from another core.
図5(D)は、図5(C)の設定で2次元走査を行った場合に端面FAから出射される四光波混合光の分布を示す画像である。ほぼ全てのコアにおいて四光波混合光が発生していない様子が判る。消光率は、図5(B)と比べて約1/250となった。なお、僅かなノイズ光は、四光波混合とは別の光学効果、例えば、蛍光に起因するものと推測される。 FIG. 5D is an image showing the distribution of four-wave mixed light emitted from the end face FA when two-dimensional scanning is performed with the setting of FIG. 5C. It can be seen that the four-wave mixed light is not generated in almost all the cores. The extinction rate was about 1/250 as compared with FIG. 5 (B). It is presumed that the slight noise light is caused by an optical effect different from the four-wave mixing, for example, fluorescence.
このようにレーザビームLB1,LB2を異なるコアでそれぞれ伝送することによって、光ファイバーバンドル34で発生する四光波混合光を大幅に抑制できる。なお、図5(A)と(C)は、光ファイバーバンドルのコアの位置を示すために、光検出器47の代わりに白色光源を設置し、撮像カメラ55で画像を取得している。また、図5(B)と(D)は、光検出器47からの信号を用いて画像化している。
By transmitting the laser beams LB1 and LB2 in different cores in this way, the four-wave mixed light generated in the
図6(A)(D)は、図1(A)に示す内視鏡において、物体SPとしてガラスプレート上に1つのポリスチレンビーズ(直径25μm)を戴置したサンプルを撮像した画像であり、図6(A)はCARS光の画像を示し、図6(D)はレーザ光の透過像を示しており、フォトダイオード62で計測している。CARS光は、ポリスチレンのCH2伸縮振動(波数2845cm-1)に起因している。
6 (A) and 6 (D) are images of an image of a sample in which one polystyrene bead (diameter 25 μm) is placed on a glass plate as an object SP in the endoscope shown in FIG. 1 (A). 6 (A) shows an image of CARS light, and FIG. 6 (D) shows a transmitted image of laser light, which is measured by a
図6(B)(E)は、図1(A)に示す内視鏡において、物体SPとしてガラスプレートのみのサンプルを撮像した画像であり、図6(B)はCARS光の画像を示し、図6(E)はレーザ光の透過像を示す。 6 (B) and 6 (E) are images of a sample of only a glass plate as an object SP in the endoscope shown in FIG. 1 (A), and FIG. 6 (B) shows an image of CARS light. FIG. 6E shows a transmitted image of the laser beam.
図6(C)は、図6(A)の画像と図6(B)の画像の差分画像である。図6(F)は、図6(D)の画像と図6(E)の画像の差分画像である。 6 (C) is a difference image between the image of FIG. 6 (A) and the image of FIG. 6 (B). 6 (F) is a difference image between the image of FIG. 6 (D) and the image of FIG. 6 (E).
これらの画像から、光ファイバーバンドル34で伝送した励起光を用いてサンプルを励起し、発生したCARS光を光ファイバーバンドル34で逆方向に伝送することによって、励起光の2次元走査によるCARS光のイメージングが可能であることが判る。
From these images, the sample is excited using the excitation light transmitted by the
本発明は、光ファイバーバンドルから発生する四光波混合光を抑制できる点で産業上極めて有効である。 The present invention is extremely industrially effective in that it can suppress four-wave mixed light generated from an optical fiber bundle.
5 同期システム
11,21 レーザ光源
11,22 部分反射ミラー
12~15 ミラー(光遅延調整機構)
17 1/2波長板
18,32 ダイクロイックミラー
16,23,24 ミラー
31 光学的ビーム走査機構
33,35,42 対物レンズ
34 光ファイバーバンドル
34a コア
34b クラッド
36~37,39~40,61 レンズ
38 合波光学素子
41 波長板
45 波長フィルタ
47 光検出器
62 フォトダイオード
FA,FB 端面
LB1,LB2 レーザビーム
SP 物体
5
17 1/2
Claims (10)
第1波長とは異なる第2波長を有する第2パルスレーザ光を発生する第2レーザ光源と、
前記第1パルスレーザ光および前記第2パルスレーザ光が同時に物体を照射するように調整する機構と、
規則的に配列した複数のコアを有する光ファイバーバンドルと、
前記第1パルスレーザ光および前記第2パルスレーザ光が異なるコアにそれぞれ入射するように、前記第1パルスレーザ光および前記第2パルスレーザ光を2次元的に走査する光学走査機構と、
前記光ファイバーバンドルから出射された前記第1パルスレーザ光および前記第2パルスレーザ光を空間的に重ね合わせるための合波光学素子と、
前記合波光学素子から出射された前記第1パルスレーザ光および前記第2パルスレーザ光を物体に向けて同一スポットに集光する集光光学系と、
物体内での非線形光学現象により発生したラマン散乱光を検出する光検出器と、を備える非線形ラマン散乱内視鏡。 A first laser light source that generates a first pulsed laser beam having a first wavelength,
A second laser light source that generates a second pulsed laser beam having a second wavelength different from the first wavelength,
A mechanism for adjusting the first pulse laser beam and the second pulse laser beam so as to irradiate an object at the same time.
Fiber optic bundles with multiple cores arranged regularly,
An optical scanning mechanism that two-dimensionally scans the first pulse laser light and the second pulse laser light so that the first pulse laser light and the second pulse laser light are incident on different cores, respectively.
A combined wave optical element for spatially superimposing the first pulse laser beam and the second pulse laser beam emitted from the optical fiber bundle.
A condensing optical system that focuses the first pulse laser light and the second pulse laser light emitted from the combined wave optical element at the same spot toward an object.
A nonlinear Raman scattering endoscope comprising a photodetector that detects Raman scattered light generated by a nonlinear optical phenomenon in an object.
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