JP2022066737A - Non-linear Raman scattering endoscope with fiber optic bundle - Google Patents

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拓希 小川
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Abstract

To provide a non-linear Raman scattering endoscope capable of suppressing four-wave mixed light generated from an optical fiber bundle.SOLUTION: A non-linear Raman scattering endoscope includes: a laser light source 11 that generates a laser beam LB1 having a wavelength λ1 as pulsed light; a laser light source 21 that generates a laser beam LB2 having a wavelength λ2 different from the wavelength λ1 as pulsed light; a Fiber optic bundle 34 with multiple cores 34a arranged regularly; an optical beam scanning mechanism 31 that two-dimensionally scans the laser beams LB1 and LB2 so that the laser beams LB1 and LB2 are incident on different cores 34a, respectively; a combining wave optical element 38 for spatially superimposing the laser beams LB1 and LB2 emitted from the optical fiber bundle 34; an objective lens 42 that focuses on an object SP, the laser beams LB1 and LB2 emitted from the combining wave optical element 38; and a photodetector 47 that detects Raman scattered light generated by nonlinear optical phenomena in the object.SELECTED DRAWING: Figure 1

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 Documents 4 and 5) and induced Raman scattering (SRS) (Non-Patent Documents 6 and 7) has been proposed. (Non-Patent Documents 8 to 10). However, a small-diameter endoscope that can be inserted into the forceps hole of a gastrointestinal endoscopy scope has not yet been developed.

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).

特許第5926055号公報Japanese Patent No. 5926055 特許第4862164号公報Japanese Patent No. 4862164

大宮 直木、「共焦点レーザー内視鏡Confocal laser endomicroscopy の現況と将来展望」、日本消化器内視鏡学会雑誌, 61(6), 1209-1217 (2019). https://doi.org/10. 11280/gee.61.1209Naoki Omiya, "Current Status and Future Prospects of Confocal Laser Endomicroscopy", Journal of Japan Gastroenterological Endoscopy Society, 61 (6), 1209-1217 (2019). Https://doi.org/10 . 11280 / gee. 61.1209 斎藤豊、特定臨床研究「胃上皮性病変に対するプローブ型共焦点レーザー顕微内視鏡の診断能に関する多施設前向き研究」, https://jrct.niph.go.jp/latest-detail/jRCTs031190135Yutaka Saito, Specified clinical study "Multicenter prospective study on diagnostic ability of probe-type confocal laser microscopic endoscopy for gastric epithelial lesions", https://jrct.niph.go.jp/latest-detail/jRCTs031190135 M. S. Bergholt, W. Zheng, K. Y. Ho, M. Teh,K. G. Yeoh, et al., "Raman Endoscopy for Objective Diagnosis of Early Cancer in the Gastrointestinal System", J. Gastroint. Dig. Syst. Sl:008 (2013). doi:10.4172/2161- 069X.S1-008.M. S. Bergholt, W. Zheng, K. Y. Ho, M. Teh, K. G. Yeoh, et al., "Raman Endoscopy for Objective Diagnosis of Early Cancer in the Gastrointestinal System", J. Gastroint. Dig. Syst. Sl: 008 (2013) . doi: 10.4172 / 2161- 069X.S1-008. A. Zumbusch, G. R. Holtom, and X. S. Xie, "Three dimensional vibrational imaging by coherent anti-Stokes Raman scattering", Phys. Rev. Lett., 82, 4142-4145 (1999)A. Zumbusch, G. R. Holtom, and X. S. Xie, "Three dimensional vibrational imaging by coherent anti-Stokes Raman scattering", Phys. Rev. Lett., 82, 4142-4145 (1999) M. Hashimoto, T. Araki, and S. Kawata, "Molecular vibrational imaging in the fingerprint region by CARS microscopy with collinear configuration, "Opt. Lett., 25, 1768-1770 (2000)M. Hashimoto, T. Araki, and S. Kawata, "Molecular vibrational imaging in the fingerprint region by CARS microscopy with collinear configuration," Opt. Lett., 25, 1768-1770 (2000) C. W. Freudiger, W. Min, B. G. Saar, S. Lu, G. R. Holton, C. He, J. C. Tsai, J. X. Kang, and X. S. Xie, "Label-free biomedical imaging with high sensitivity by stimulated Raman scattering microscopy," Science 322, 1857-1861 (2008)C. W. Freudiger, W. Min, B. G. Saar, S. Lu, G. R. Holton, C. He, J. C. Tsai, J. X. Kang, and X. S. Xie, "Label-free biomedical imaging with high sensitivity by stimulated Raman scattering microscopy," Science 322, 1857-1861 (2008) Y. Ozeki, F. Dake, S. Kajiyama, K. Fukui, and K. Itoh, "Analysis and experimental assessment of the sensitivity of stimulated Raman scattering microscopy," Opt. Express 17(5), 3651-3658 (2009)Y. Ozeki, F. Dake, S. Kajiyama, K. Fukui, and K. Itoh, "Analysis and experimental assessment of the sensitivity of stimulated Raman scattering microscopy," Opt. Express 17 (5), 3651-3658 (2009) K. Hirose, T. Aoki, T. Furukawa, S. Fukushima, H. Niioka, S. Deguchi, and M. Hashimoto, "Coherent anti-Stokes Raman scattering rigid endoscope toward robot-assisted surgery", Biomedical Optics Express, 9(2), 387-396, (2018)K. Hirose, T. Aoki, T. Furukawa, S. Fukushima, H. Niioka, S. Deguchi, and M. Hashimoto, "Coherent anti-Stokes Raman scattering rigid endoscope toward robot-assisted surgery", Biomedical Optics Express, 9 (2), 387-396, (2018) B. G. Saar, R.S. Johnston, C. W. Freudiger, X. S. Xie, and E. J. Seibel, "Coherent Raman scanning fiber endoscopy", Opt. Lett. 36(13), 2396-2398 (2011)B. G. Saar, R.S. Johnston, C. W. Freudiger, X. S. Xie, and E. J. Seibel, "Coherent Raman scanning fiber endoscopy", Opt. Lett. 36 (13), 2396-2398 (2011) A. Lombardini, V. Mytskaniuk, S. Sivankutty, E. R. Andresen, X. Chen , J. Wenger, M. Fabert, N. Joly, F. Louradour, A. Kudlinski and H. Rigneault. "High-resolution multimodal flexible coherent Raman endoscope", Light: Science & Applications, 7: 10, (2018)A. Lombardini, V. Mytskaniuk, S. Sivankutty, E. R. Andresen, X. Chen, J. Wenger, M. Fabert, N. Joly, F. Louradour, A. Kudlinski and H. Rigneault. "High-resolution multimodal flexible coherent." Raman endoscope ", Light: Science & Applications, 7: 10, (2018) A. Lukic, S. Dochow, H. Bae, G. Matz, I. Latka, B. Messerschmidt , M. Schmitt, and J. Popp, "Endoscopic fiber probe for nonlinear spectroscopic imaging", Optica, 4(5), 496-501 (2017)A. Lukic, S. Dochow, H. Bae, G. Matz, I. Latka, B. Messerschmidt, M. Schmitt, and J. Popp, "Endoscopic fiber probe for nonlinear spectroscopic imaging", Optica, 4 (5), 496-501 (2017)

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。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. 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。FIG. 2A is an explanatory diagram showing how the laser beams LB1 and LB2 are incident on the end face FA of the optical fiber bundle 34. FIG. 2B is a plan view of the optical fiber bundle 34 at the end face FA. 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。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。FIG. 3A is an explanatory diagram showing how the laser beams LB1 and LB2 are incident on the combined wave optical element 38. FIG. 3B is an explanatory diagram showing how the laser beams LB1 and LB2 are incident on the wave plate 41. 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。It is a block diagram which shows the test apparatus for observing the four-wave mixed light generated by an optical fiber bundle. 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る。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。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る。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。FIG. 5A 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 the same core. 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. 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. 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. 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す。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。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 (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. 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. 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).

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 laser light source 11 and 21, a synchronization system 5, partial reflection mirrors 11 and 22, an optical delay adjustment mechanism including mirrors 12 to 15, mirrors 16, 23, 24, and 1/2 wavelength. Plate 17, dichroic mirrors 18, 32, optical beam scanning mechanism 31, objective lenses 33, 35, 42, optical fiber bundle 34, lenses 36 to 37, 39 to 40, combined optical element 38, It is composed of a wavelength plate 41, a wavelength filter 45, a lens 46, an optical detector 47, and the like.

レーザ光源11は、波長λ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 laser light source 11 generates a laser beam LB1 having a wavelength λ 1 as pulse excitation light on the order of picoseconds (for example, Tsunami of Spectra Physics). The laser beam LB1 has, for example, linearly polarized light parallel to the paper surface. The partial reflection mirror 11 reflects a part of the laser beam LB1, for example, about 1% of the light, and allows the rest of the light to pass through. The light reflected by the partial reflection mirror 11 is incident on the light delay adjusting mechanism including the mirrors 12 to 15 as monitor light.

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 mirrors 12 and 15 are fixed, the mirrors 13 and 14 can be integrally displaced, and the laser beam is adjusted by adjusting the optical path length between the mirrors 12 and 15 and the mirrors 13 and 14. The time for the LB 1 to pass from the mirror 12 to the mirror 15 can be adjusted. The light emitted from the optical delay adjusting mechanism is incident on the synchronization system 5 as monitor light via the mirror 16.

レーザ光源21は、波長λとは異なる波長λ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 laser light source 21 generates a laser beam LB2 having a wavelength λ 2 different from the wavelength λ 1 as pulse excitation light on the order of picoseconds (for example, Tsunami of Spectra Physics). The laser beam LB2 has, for example, linearly polarized light parallel to the paper surface. The partial reflection mirror 22 reflects a part of the laser beam LB2, for example, about 1% of the light, and allows the rest of the light to pass through. The light reflected by the partial reflection mirror 22 enters the synchronization system 5 via the mirror 23.

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 laser light sources 11 and 21 are separate laser light sources, but for example, a part of the light of the laser light source 11 may be taken out to convert the wavelength and used instead of the laser light source 21. Alternatively, a part of the light of the laser light source 21 may be taken out, wavelength-converted, and used in place of the laser light source 11. Alternatively, the light from the laser light source may be divided into two, each of which is wavelength-converted and used in place of the laser light sources 11 and 21. In this case, since the laser light source 11 and the laser light source 21 are always synchronized, the synchronization system is unnecessary, but the laser beam LB1 or the laser beam LB2, or a light delay adjusting mechanism or the like is inserted into both beams to form the laser beam LB1. Allow LB2 to irradiate the sample at the same time.

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 synchronization system 5 detects the monitor light from the laser light sources 11 and 21 and feedback-controls so that the timings of the pulse lights in the laser light sources 11 and 21 match, for example, one or both of the laser light sources 11 and 21. By adjusting the light emission timing, the laser beams LB1 and LB2 are simultaneously irradiated on the sample. One or both of the laser light sources 11 and 21 may be used as a tunable laser light source, and the synchronization system 5 may be configured to adjust the wavelengths of the laser beams LB1 and LB2.

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 mirror 11 passes through the 1/2 wave plate 17 that rotates the polarization direction of the linearly polarized light by 90 °, and makes the laser beam LB1 linearly polarized light perpendicular to the paper surface. In this way, the polarization directions of the laser beams LB1 and LB2 are set so as to be orthogonal to each other.

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λを有するレーザビームLB1を透過させ、波長λ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 dichroic mirror 18 has a function of reflecting light of a specific wavelength and transmitting light of another wavelength, and here, the laser beam LB1 having a wavelength λ 1 is transmitted and the laser beam LB2 having a wavelength λ 2 is transmitted. Is reflected to match the traveling directions of both. In the present embodiment, the laser beams LB1 and LB2 are not coaxial, and the angle between both beams is set to a predetermined numerical value. The arrangement of the laser beams LB1 and LB2 will be described later.

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 beam scanning mechanism 31 is composed of, for example, two galvano scanners having rotation axes substantially orthogonal to each other, and has a function of two-dimensionally scanning the laser beams LB1 and LB2. The galvano scanner has a mirror that is angularly displaced according to a control signal. This enables two-dimensional scanning of the laser beam in a compact configuration. In addition to the galvano scanner, a polygon mirror, a photoacoustic deflection element, an electro-optic deflection element, or the like may be used instead of scanning on both rotation axes or scanning on one rotation axis.

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 dichroic mirror 32 has a function of transmitting the laser beams LB1 and LB2 and reflecting non-linear light generated by the object SP, for example, Raman scattered light.

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 objective lens 33 focuses the laser beams LB1 and LB2 in a spot shape, respectively. In the present embodiment, by adjusting the angle of the dichroic mirror 18 and adjusting the optical axis of the laser beams LB1 and LB2, the laser beams LB1 and LB2 are incident on different cores instead of the same core in the end face FA of the optical fiber bundle 34. Set.

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 optical fiber bundle 34 has a plurality of cores regularly arranged in the cladding, and for example, an image fiber in which the light distribution incident on one end face FA is directly reproduced on the other end face FB can be used.

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 optical fiber bundle 34. FIG. 2B is a plan view of the optical fiber bundle 34 at the end face FA. The fiber optic bundle 34 has a plurality of cores 34a that are regularly arranged within the clad 34b. By adjusting the beam directions of the laser beams LB1 and LB2, the light is focused in a spot shape by the objective lens 33, and is incident on the cores having different predetermined intervals. When the laser beam LB1 moves to the adjacent core in the end face FA by the two-dimensional scanning of the optical beam scanning mechanism 31, the laser beam LB2 also moves to the adjacent core because the cores are regularly arranged.

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 optical fiber bundle 34, it is preferable that the plurality of cores 34a are arranged in a hexagonal close-packed structure. This makes it possible to increase the resolution of the image. Further, the optical fiber bundle 34 preferably has a single mode transmission or a polarization holding function. This makes it possible to extend the pulse width due to the mode dispersion and improve the storage stability of the polarized state.

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 optical fiber bundle 34, the laser beams LB1 and LB2 are emitted in the same arrangement as in the end face FA.

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 objective lens 35 collimates the laser beams LB1 and LB2 emitted from the end face FB of the optical fiber bundle 34. The lenses 36 to 37 function as relay lenses, and the angle between the collimated laser beams LB1 and LB2 can be adjusted by selecting the focal length.

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 optical element 38 has a function of spatially superimposing the collimated laser beams LB1 and LB2 emitted from the optical fiber bundle 34, and for example, a polarizing prism capable of combining using polarized waves can be used. Such a polarizing prism is preferably selected from the group consisting of a Wollaston prism, a Nomalski prism, a Gran Thomson prism, a Gran tailor prism, a Nicol prism, a lotion prism and a polarizing beam splitter, whereby the combined wave optical element 38 is downsized. Is planned. With such a function, the collimated laser beams LB1 and LB2 emitted from the combined wave optical element 38 become coaxial.

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 optical element 38. The laser beams LB1 and LB2 emitted from the end face FB of the optical fiber bundle 34 are collimated by the lens 35 and then relayed by the lenses 36 to 37, and a predetermined angle difference in a predetermined direction with respect to the combined wave optical element 38. Incident at. As an example, the plane formed by the collimated laser beam LB1 and the laser beam LB2 is parallel to the Y axis, and the laser beam LB1 and the laser beam LB2 are incident on the combined optical element 38 with a predetermined angle difference. Further, the laser beam LB1 has linear polarization along the Y direction, and the laser beam LB2 has linear polarization along the X direction. The combined wave optical element 38 coaxially emits laser beams LB1 and LB2 having linearly polarized waves orthogonal to each other.

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 objective lens 33 and the dichroic mirror 32, the polarizations of the laser beams LB1 and LB2 are transmitted as left and right circular polarizations by the optical fiber bundle 34. Then, a 1/4 wave plate or the like is installed between the objective lens 35 and the combined wave optical element 38, and when the laser beam LB1 is incident on the combined wave optical element 38, the laser beam LB1 is linearly polarized along the Y direction. The beam LB2 may be converted so as to be linearly polarized along the X direction.

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 lenses 39 to 40 function as relay lenses, and the image magnification can be adjusted by selecting the focal length.

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λ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λ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 wave plate 41, for example, a two-wavelength wave plate that gives different phase differences to light of different wavelengths can be used. In the present embodiment, the wave plate 41 imparts a phase of 2nπ (n is a natural number including 0) to the laser beam LB1 having the wavelength λ 1 , and (2n + 1) to the laser beam LB2 having the wavelength λ 2 . By imparting a phase of π, it has a function of aligning the polarizations of the laser beams LB1 and LB2 having linear polarizations orthogonal to each other in the same direction. This increases the efficiency of Raman scattered light generation.

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 wave plate 41. The laser beam LB2 having linear polarization in the X direction is converted into linear polarization in the Y direction by the wave plate 41, and both the laser beams LB1 and LB2 have linear polarization in the Y direction.

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 objective lens 42 concentrates the laser beams LB1 and LB2 on the object SP, for example, the inner wall of the digestive tract in the same spot shape. The spots of the laser beams LB1 and LB2 are scanned two-dimensionally in the object SP following the two-dimensional scanning by the optical beam scanning mechanism 31.

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 objective lens 42, the lens 39-40, the combined wave optical element 38, the lens 36-37, the objective lens 35, the optical fiber bundle 34, and the objective. It passes through the lens 33 and is reflected by the dichroic mirror 32.

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 wavelength filter 45 has, for example, a band pass characteristic that allows only Raman scattered light to pass through, and attenuates light having a wavelength other than Raman scattered light. This improves the signal-to-noise ratio of the signal.

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 photodetector 47 can use, for example, a photomultiplier tube and converts the intensity information of the light that has passed through the wavelength filter 45 into an electric signal. The obtained electric signal is converted into a digital value by an A / D converter, stored in a computer memory, subsequently subjected to image processing, and displayed on a display.

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 lens 61 and the photodiode 62 are installed to observe the laser beam transmitted through the sample and obtain the shape of the sample.

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f(=2f-f)を有する光と周波数f(=2f-f)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(f-f)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f(=2f-f)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 LB 2 coincides with the frequency of the molecular vibration of the substance, and the light having the frequency f 3 (= 2 f 1 − f 2 ) resonates with the molecular vibration. The phenomenon that occurs is called coherent anti-Stoke Raman scattering (CARS).

一例として、レーザビームLB1が、波長λ=708.73nm、波数ν=14109cm-1、周波数f=423.0THzを有し、レーザビームLB2が、波長λ=887.84nm、波数ν=16956cm-1、周波数f=337.7THzを有する場合、CARS光は、波長λ=589.75nm、波数ν=16956cm-1、周波数f=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 laser beam LB 2 has a wavelength λ 2 = 887.84 nm, a wave number ν. When having 2 = 16956 cm -1 , frequency f 2 = 337.7 THz, CARS light indicates wavelength λ 3 = 589.75 nm, wave number ν 3 = 16956 cm -1 , frequency f 3 = 508.3 THz. The relationship between the wavelength λ, the wave number ν, the frequency f, the angular frequency ω, and the light velocity c is represented by f = c / λ, ω = 2πf, and ν = 1 / λ.

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 optical fiber bundle 34, the laser beams LB1 and LB2 are set to be transmitted by different cores, respectively. As a result, the generation of four-wave mixed light due to the nonlinear optical phenomenon in the optical fiber bundle 34 can be significantly suppressed. The probe head can be miniaturized by omitting the relay lenses 36, 37 and 39, 40 and using a GRIN (gradient index: refractive index distribution type) lens or the like for the objective lenses 35 and 42, and the optical fiber bundle 34 can be made thin. Since the diameter can be increased, it can be inserted into, for example, a forceps hole (for example, a diameter of 2 to 4 mm) of an endoscope.

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 lenses 51 and 52 and the excitation light are sequentially placed after the objective lens 35 so that the end face FB of the optical fiber bundle 34 can be imaged. A neutral density filter 53, a lens 54, and an image pickup camera 55 are arranged to weaken the image.

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 optical fiber bundle 34 can be significantly suppressed. In FIGS. 5A and 5C, a white light source is installed instead of the photodetector 47 in order to show the position of the core of the optical fiber bundle, and an image is acquired by the image pickup camera 55. Further, FIGS. 5 (B) and 5 (D) are imaged using signals from the photodetector 47.

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CH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 photodiode 62. CARS light is caused by CH 2 expansion and contraction vibration (wave number 2845 cm -1 ) of polystyrene.

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 optical fiber bundle 34, and the generated CARS light is transmitted in the opposite direction by the optical fiber bundle 34, so that the image of the CARS light by two-dimensional scanning of the excitation light can be performed. It turns out that it is possible.

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 Synchronous system 11,21 Laser light source 11,22 Partial reflection mirror 12 to 15 Mirror (light delay adjustment mechanism)
17 1/2 Wave Plate 18, 32 Dycroic Mirror 16, 23, 24 Mirror 31 Optical Beam Scanning Mechanism 33, 35, 42 Objective Lens 34 Optical Fiber Bundle 34a Core 34b Clad 36-37, 39-40, 61 Lens 38 Combined Wave Optical element 41 Wave plate 45 Wavelength filter 47 Optical detector 62 Photo diode FA, FB End face LB1, LB2 Laser beam SP Object

Claims (10)

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.
前記第1パルスレーザ光の偏光および前記第2パルスレーザ光の偏光を同一な偏向状態に揃えるための波長板をさらに備える請求項1記載の非線形ラマン散乱内視鏡。 The nonlinear Raman scattering endoscope according to claim 1, further comprising a wave plate for aligning the polarization of the first pulse laser beam and the polarization of the second pulse laser beam into the same deflection state. 前記光ファイバーバンドルにおいて、複数のコアは六方最密充填構造で配列される請求項1記載の非線形ラマン散乱内視鏡。 The nonlinear Raman scattering endoscope according to claim 1, wherein the plurality of cores are arranged in a hexagonal close-packed structure in the optical fiber bundle. 前記第1パルスレーザ光および前記第2パルスレーザ光は、前記光ファイバーバンドル内で互いに直交した直線偏光を有する請求項1記載の非線形ラマン散乱内視鏡。 The nonlinear Raman scattering endoscope according to claim 1, wherein the first pulse laser light and the second pulse laser light have linear polarization orthogonal to each other in the optical fiber bundle. 前記合波光学素子は、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請求項1記載の非線形ラマン散乱内視鏡。 The nonlinear Raman scattering endoscope according to claim 1, wherein the combined wave optical element is selected from the group consisting of a Wollaston prism, a Nomalski prism, a Gran Thomson prism, a Gran tailor prism, a Nicol prism, a lotion prism, and a polarized beam splitter. 前記波長板は、前記第1パルスレーザ光および前記第2パルスレーザ光に対して異なる位相差を与える二波長波長板である請求項2記載の非線形ラマン散乱内視鏡。 The non-linear Raman scattering endoscope according to claim 2, wherein the wave plate is a two-wavelength wave plate that gives different phase differences to the first pulse laser light and the second pulse laser light. 前記ラマン散乱光は、コヒーレントアンチストークスラマン散乱光である請求項1記載の非線形ラマン散乱内視鏡。 The non-linear Raman scattering endoscope according to claim 1, wherein the Raman scattered light is coherent anti-Stoke Raman scattered light. 前記光ファイバーバンドルは、シングルモード伝送または偏光保持機能を有する請求項1記載の非線形ラマン散乱内視鏡。 The nonlinear Raman scattering endoscope according to claim 1, wherein the optical fiber bundle has a single mode transmission or a polarization holding function. 前記光学走査機構は、ガルバノスキャナ、ポリゴンミラー、光音響偏向素子または電気光学偏向素子である請求項1記載の非線形ラマン散乱内視鏡。 The nonlinear Raman scattering endoscope according to claim 1, wherein the optical scanning mechanism is a galvano scanner, a polygon mirror, an opto-acoustic deflection element, or an electro-optical deflection element. 前記第1パルスレーザ光および前記第2パルスレーザ光は、前記光ファイバーバンドル内で右回りと左回りの偏光を有し、前記光ファイバーバンドル射出後、直交した直線偏光へ変換される請求項1記載の非線形ラマン散乱内視鏡。 The first pulse laser light and the second pulse laser light have right-handed and left-handed polarization in the optical fiber bundle, and are converted into orthogonal linear polarization after the optical fiber bundle is ejected. Non-linear Raman scattering endoscope.
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