JP5831543B2 - プローブ - Google Patents

Description

本発明は、生体組織の測定対象部位に照射光を照射して、測定対象部位から放射される測定光を受光するための光学系を備えて当該測定光を測定するためのプローブに関する。

電子内視鏡による体内管腔の観察・診断は、現在広く普及している診断方法である。この診断方法は、体内組織を直接観察するため、病変部を切除する必要がなく、被験者の負担が小さいという利点を有する。一方で、このように体内管腔を直接観察する方法は、生検後の病理検査に比べて確度や精度が低いと考えられており、撮像画質の向上の努力が継続的に行われている。
また、最近ではいわゆるビデオスコープ以外に、様々な光学原理を活用した診断装置や、超音波診断装置といったものが提案され、一部は実用化されている。これらの分野でも、その診断確度の改善のために、新しい測定原理を導入したり、複数の測定原理を組み合わせたりすることが行われている。
特に、組織からの蛍光や組織に塗布された蛍光物質からの蛍光を観察、測定することで、単に組織の画像を見るだけでは得られない情報を得られることが知られている。蛍光画像を取得し、通常の可視画像にオーバーラップさせて表示するといった蛍光画像内視鏡システムも提案されている。このようなシステムは、悪性腫瘍の早期発見につながるため、非常に期待されている。
また、蛍光画像を構成せずとも、蛍光の強度情報を取得することで組織の状態を判断する方法も知られている。このような方法においては、電子内視鏡に搭載されている撮像素子を使用せずに蛍光を取得するものもある。
このような蛍光診断をするための診断子、すなわちプローブは、内視鏡の鉗子チャンネル経由で体内にいたるもの、あるいは内視鏡と一体になっているものなどがある。特許文献１、２に記載の蛍光観察用プローブにあっては、内視鏡の鉗子チャンネルに挿入されることで、体内に導かれる。

特開２０１０−１０４３９１号公報 特開２０１０−８８９２９号公報

しかし、以上の従来技術には次の問題点が挙げられる。
特許文献１の蛍光観察用プローブは、励起光を導光する励起光導光路を備えているものの、蛍光を取得するための受光導光路を備えず、蛍光の受光は内視鏡のＣＣＤによって行い蛍光画像を取得する。従って、プローブ単独での蛍光観察機能を完結できていない。特許文献１に開示される装置のように、測定光を内視鏡のＣＣＤで受光してしまうと、分光を行って波長ごとの信号強度を得る方法や特定波長領域だけを光学フィルタで取り出す方法に比べて、測定光に含まれる様々な情報を十分に活用できない。従って、光ファイバで導光して外部で検出・処理する場合に比べて、信号検出や信号処理における自由度が低く、診断精度の向上には不利である。
特許文献２の蛍光観察用プローブは、励起光と蛍光の導光を同一の光ファイバで行っており、ベースユニットに設置されたダイクロイックミラーで励起光と蛍光を分けている。蛍光のみの測定を対象としている場合は、このような構成はその簡便性から有用であるといえる。しかし、診断確度の改善を目指すためには、多様な測定を同一のプローブで行えることが求められ、蛍光測定のみを対象としたこの構成は、汎用性に欠ける。
一方、多様な光学測定を行うためには、励起光と測定光の波長が同じ場合（弾性過程）と、励起光と測定光のエネルギーが異なる場合（非弾性過程）の両方に適用できることが求められる。特許文献２の蛍光観察用プローブは、ダイクロイックミラーで励起光と蛍光を分離しており、励起光と測定光の波長が同じ又は近い場合は両者を分離できないという問題がある。

本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、弾性過程と非弾性過程の両方に適応し得る光学測定プローブを提供することを課題とする。特に、体内に挿入するために、細い径の中に各種光学素子を設置しなければいけない状況を考慮し、ダイクロイックミラーを使わずに照射光と測定光を十分に分離することができ、かつ細径内に配置された光学系を有する光学測定プローブを提供することを課題とする。

以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、生体組織の測定対象部位に照射光を照射して、測定対象部位から放射される測定光を受光するための光学系を備えて当該測定光を測定するためのプローブであって、
その先端に前記光学系として、前記照射光を導光する照射導光路を構成する第１の光ファイバ系と、前記測定光を導光する受光導光路を構成する第２の光ファイバ系と、前記第１の光ファイバ系の出射端及び前記第２の光ファイバ系の受光端に対向して前記照射光が照射されかつ前記測定光を集光する集光レンズ系とを有し、
前記第１及び第２の光ファイバ系はそれぞれ１本の光ファイバ又は複数本の光ファイバの束から構成され、
前記集光レンズ系は１個又は複数個のレンズから構成され、
前記集光レンズ系の光軸と、前記第１の光ファイバ系の出射端の中心軸と、前記第２の光ファイバ系の受光端の中心軸とが、これら３つの軸のうち２つを通る直線が残りの１つを通らない条件で配置されてなるプローブである。

請求項２記載の発明は、前記第１の光ファイバ系の出射端における当該第１の光ファイバ系の外接円の直径をｄ₁とし、
前記第２の光ファイバ系の受光端における当該第２の光ファイバ系の外接円の直径をｄ₂としたとき、
前記第１の光ファイバ系の出射端及び前記第２の光ファイバ系の受光端が、前記集光レンズ系の光軸を中心軸とする直径２ｄ₁＋ｄ₂未満の領域に設置された請求項１に記載のプローブである。

請求項３記載の発明は、前記第１の光ファイバ系の出射端及び前記第２の光ファイバ系の受光端を設置可能な内部領域の外周から内部に距離ｄ₂／２以上離れた領域を、領域αとし、
前記第１の光ファイバ系の出射端の中心軸を中心軸とする直径ｄ₁＋ｄ₂未満の領域を、領域βとし、
前記集光レンズ系の光軸を中心として前記第１の光ファイバ系の出射端の中心軸と対称の位置にある軸を中心軸とする直径ｄ₁＋ｄ₂未満の領域を、領域γとしたとき、
領域αのうち、領域β及び領域γを含まない領域に、前記第２の光ファイバ系の受光端の中心軸が配置された請求項２に記載のプローブである。

請求項４記載の発明は、前記第１の光ファイバ系の出射端及び前記第２の光ファイバ系の受光端を設置可能な内部領域の前記集光レンズ系の光軸を中心軸とする直径をプローブ有効内径Ｄ（但し、Ｄ＜２ｄ₁＋ｄ₂）とし、
前記集光レンズ系の光軸を中心として前記第１の光ファイバ系の出射端の中心軸と対称の位置にある軸と、前記第２の光ファイバ系の受光端の中心軸との距離ｄ₃が、（ｄ₁＋ｄ₂）／２＜ｄ₃＜Ｄ−（ｄ₁＋ｄ₂）／２の関係を満たすように、前記第１の光ファイバ系、前記第２の光ファイバ系及び前記集光レンズ系が配置された請求項２に記載のプローブである。

請求項５記載の発明は、前記第１の光ファイバ系と前記第２の光ファイバ系とが互いに外周の少なくとも一部を接触させて配置された請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載のプローブである。

請求項６記載の発明は、前記第１の光ファイバ系と前記第２の光ファイバ系とが互いに離間して配置された請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載のプローブである。

請求項７記載の発明は、前記第１及び第２の光ファイバ系のうち少なくとも一方が複数本の光ファイバの束で構成されており、複数本の光ファイバの束で構成される一方の光ファイバ系の外接円内に、他方の光ファイバ系の外周の一部が位置する請求項５又は請求項６に記載のプローブである。

請求項８記載の発明は、前記第１及び第２の光ファイバ系のうち少なくとも一方が複数本の光ファイバの束で構成されており、複数本の光ファイバの束で構成される一方の光ファイバ系の外接円内には、他方の光ファイバ系の外周が位置していない請求項５又は請求項６に記載のプローブである。

請求項９記載の発明は、前記第１の光ファイバ系の出射端及び前記第２の光ファイバ系の受光端と、前記集光レンズ系を構成するレンズであって最も前記第２の光ファイバ系側のレンズの、前記第２の光ファイバ系の受光端側の第１の面との距離が、前記集光レンズの焦点距離の等倍から１．４倍の範囲にある請求項３から請求項８のうちいずれか一に記載のプローブである。

請求項１０記載の発明は、前記集光レンズの前記第１の面の曲率半径ｒ₁と、前記第１の面に相対する第２の面の曲率半径ｒ₂の比ｒ₁/ｒ₂が−０．０５から０．０５の範囲にある請求項３から請求項９のうちいずれか一に記載のプローブである。

本発明によれば、集光レンズ系の光軸を中心として第１の光ファイバ系の出射端の中心軸と対称の位置に、集光レンズ系からの反射光が集中するところ、集光レンズ系の光軸と、第１の光ファイバ系の出射端の中心軸と、第２の光ファイバ系の受光端の中心軸とが、これら３つの軸のうち２つを通る直線が残りの１つを通らない条件で配置されることから、これら３つの軸を一直線が通る場合に比較して光学系を細径内に配置することが可能となるとともに、第２の光ファイバ系の受光端の中心軸が前記対称の位置から離れるため、集光レンズ系からの反射光の第２の光ファイバ系への入光が低減される。光学系を細径内に配置可能で反射光の第２の光ファイバ系への入光を低減できる条件を採りつつ、第１の光ファイバ系によって導光した照射光を集光レンズ系を介して生体組織の測定対象部位に照射し、測定対象部位から放射される測定光を集光レンズ系を介して集光し第２の光ファイバ系に入光させることができるので、弾性過程と非弾性過程のいずれにおいても、照射光と測定光を十分に分離することができ、かつ、プローブの細径化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係るプローブの先端部の模式図である。 本発明の一実施形態に係るプローブの構成条件を示すためのプローブ横断面に相当する平面座標上の作図である。 本発明の一実施形態に係るプローブの構成条件を示すためのプローブ横断面に相当する平面座標上の作図である。 平凸レンズに凸面から入射し平面で反射する光の光路を示す図である。 本発明の一実施形態に係るプローブの構成条件を説明するためのプローブ横断面に相当する平面座標上の作図である。 プローブの横断面の形状例を示す図である。 プローブの横断面の形状例を示す図である。 プローブの横断面の形状例を示す図である。 本発明の実施例１に従ったプローブ横断面に相当する平面座標上の作図である。 本発明の実施例１に係るシミュレーション結果を示すグラフである。 本発明の実施例１に係るシミュレーション結果を示すグラフである。 本発明の実施例１に係る構成条件を示すためのプローブ横断面に相当する平面座標上の作図である。 本発明の実施例１に係る構成条件を示すためのプローブ横断面に相当する平面座標上の作図である。 本発明の実施例１に係る構成条件を示すためのプローブ横断面に相当する平面座標上の作図である。 本発明の実施例１に係る構成条件を示すためのプローブ横断面に相当する平面座標上の作図である。 本発明の実施例１に係る構成条件を示すためのプローブ横断面に相当する平面座標上の作図である。 本発明の実施例２に係る構成条件を示すためのプローブ横断面に相当する平面座標上の作図である。 本発明の実施例２に係るシミュレーション結果を示すグラフである。 本発明の実施例２に係るシミュレーション結果を示すグラフである。 本発明の実施例３に係る構成条件を示すためのプローブ横断面に相当する平面座標上の作図である。 図１１のハッチング領域の拡大図である。 本発明の実施例４に係る構成条件を示すためのプローブ横断面に相当する平面座標上の作図である。 本発明の実施例４に係るシミュレーション結果を示すグラフである。 本発明の実施例４に係るシミュレーション結果を示すグラフである。

以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。

本実施形態のプローブ１０は、第１の光ファイバ系１と、第２の光ファイバ系２と、集光レンズ系とを内部に備える。第１の光ファイバ系１は照射光を導光する照射導光路を構成する。第２の光ファイバ系２は測定光を導光する受光導光路を構成する。
第１及び第２の光ファイバ系１，２はそれぞれ１本の光ファイバ又は複数本の光ファイバの束からなる光ファイバ束であり、ファイバ保持部材４により保持される。

集光レンズ系は、１個又は複数個のレンズから構成されるが、１個の場合はそれが集光レンズ３であり、複数個のレンズから構成されるときには、光ファイバ系１、２に最も近い位置に配置されるレンズを集光レンズ３とする。集光レンズ３に対向する第１の光ファイバ系１の先端が出射端１ａ、集光レンズ３に対向する第２の光ファイバ系２の先端が受光端２ａとされる。

集光レンズ３の表面のうち、第１の光ファイバ系１の出射端１ａ及び第２の光ファイバ系２の受光端２ａに対向する側を第１の面３ａとし、第１の面３ａに相対する側を第２の面３ｂとする。集光レンズ３は、第１の光ファイバ系１から広がりを持って出射された励起光を、測定対象に集光する機能と、測定対象から広がりを持って発せられた測定光を第２の光ファイバ系２の周辺に集光する機能を達成するために正のパワーを有するレンズである。集光レンズ３としては、典型的には、第１の面３ａが凸面、第２の面３ｂが略平面のものを用いる。

第１の光ファイバ系１の出射端１ａと、第２の光ファイバ系２の受光端２ａと、集光レンズ３とは、相対的な位置が保持される。そのために本実施形態にあっては、光ファイバ系１，２がファイバ保持部材４で固定されており、集光レンズ３とファイバ保持部材４が、プローブ外皮５に固定された構造をとる。
プローブ１０の先端面１１に光の投受光のための窓が設けられ、プローブ１０は内部に液体等が侵入しないように密閉されており、いわゆる水密構造とされている。

本プローブ１０の基端は図示しないベースユニットに接続される。ベースユニットに励起光の光源、分光器又は光検出器、解析装置等が構成される。第１の光ファイバ系１の基端が光源に、第２の光ファイバ系２の基端が分光器又は光検出器にそれぞれ接続される。

光源からの励起光は第１の光ファイバ系１によって本プローブ１０の先端部に導光される。第１の光ファイバ系１の出射端１ａから出射した励起光は、集光レンズ３で集光されて本プローブ１０の先端面１１から出射し、生体組織表面２０の測定対象部位へ照射される。測定対象部位に照射された励起光により、病変状態に従って蛍光が発生する。発生した蛍光と生体組織表面２０での反射光が含まれる測定対象部位からの測定光が先端面１１から本プローブ１０に入射して集光レンズ３で集光され、第２の光ファイバ２の受光端２ａに入射する。さらに測定光が第２の光ファイバ系２によって導光される。

第２の光ファイバ系２で導光された測定光は、ベースユニットの分光器又は光検出器に入力される。蛍光は、広義には、Ｘ線や紫外線、可視光線が照射された被照射物が、そのエネルギーを吸収することで電子が励起し、それが基底状態に戻る際に余分なエネルギーを電磁波として放出するものである。ここでは、励起光（参照光）によって、その波長とは異なった波長の蛍光が戻り光として生じるので、それを検出し、第２の光ファイバ系２を介してベースユニットの分光器に導光し、スペクトル分布を分析することで、測定対象の病変状態を検知する。

プローブ１０の体内への挿入形態は、内視鏡に形成されたチャネルを通して行う形態のものであっても良いし、内視鏡とは独立して単体で体内に挿入される形態であってもよい。また、プローブ１０は、内視鏡内に構成されることによって内視鏡とともに体内への挿入される形態であってもよい。

プローブ１０は、光学測定による生体組織の観察又は診断を目的とする。光学測定には、具体的には上述した蛍光測定のほか、反射光測定が含まれるが、これらに限らない。

図１に、集光レンズ３の光軸３Ｘと、第１の光ファイバ系１の出射端１ａの中心軸１Ｘと、第２の光ファイバ系２の受光端２ａの中心軸２Ｘとが示される。第１の光ファイバ系１の出射端１ａ面と、第２の光ファイバ系２の受光端２ａ面とは、略同一平面上に存在する。これらの光学系１，２，３をプローブ１０の先端部の細径内に配置しつつ、集光レンズ３からの反射光の第２の光ファイバ系２への入光を低減し、高効率に生体組織表面２０からの測定光を第２の光ファイバ系２へ入光させるために、以下に説明する条件を満たすように配置される。
まず、基本的な条件としては、３つの軸１Ｘ，２Ｘ，３Ｘは、２つを通る直線が残りの１つを通らない条件で配置される。集光レンズ系３の光軸３Ｘを中心として第１の光ファイバ系１の出射端の中心軸１Ｘと対称の位置に、集光レンズ系３からの反射光が集中するのであるが、３つの軸１Ｘ、２Ｘ、３Ｘを、これら３つの軸のうち２つを通る直線が残りの１つを通らない条件で配置することによって、これら３つの軸が一直線上に存在する場合に比べて光学系を細径内に配置することが可能になる。また、第２の光ファイバ系２の受光端の中心軸２Ｘが上記対称の位置から離れるため、集光レンズ系３からの反射光の第２の光ファイバ系２への入光が低減される。このため、弾性過程と非弾性過程のいずれにおいても、照射光と測定光を十分に分離することができる。
ここで、第１の光ファイバ系１と第２の光ファイバ系２とが互いに外周の少なくとも一部を接触させて配置してもよいし、第１の光ファイバ系１と第２の光ファイバ系２とを互いに離間して配置しても構わないが、前者の方がプローブの細径化や受光効率を高くするのに有利である。また、前者の場合及び後者の場合いずれであっても、（１）第１及び第２の光ファイバ系のうち少なくとも一方が複数本の光ファイバの束で構成されている場合に、複数本の光ファイバの束で構成される一方の光ファイバ系の外接円内に、他方の光ファイバ系の外周の一部が位置するようにしてもよいし、（２）複数本の光ファイバの束で構成される一方の光ファイバ系の外接円内には、他方の光ファイバ系の外周が位置していないようにしてもよい。上記（１）の場合はプローブの細径化や受光効率を高くするのに有利であり、上記（２）の場合は光ファイバの束を外接円で近似的に扱えるため設計が容易である。

さらに、本実施形態では、以下のような条件で、集光レンズ系と２つの光ファイバ系とを配置している。図２に示すように、３つの軸１Ｘ，２Ｘ，３Ｘに垂直な平面上における平面座標を想定する。集光レンズ３の光軸３Ｘが位置する座標を原点Ｏとする。座標Ｐ１には、第１の光ファイバ系１の中心軸１Ｘが位置する。座標〈−Ｐ１〉には、集光レンズ３の光軸３Ｘを中心として第１の光ファイバ系１の中心軸１Ｘと対称の位置にある軸を仮想したとき、これが位置する。
第１の光ファイバ系１の出射端における第１の光ファイバ系１の外接円の直径をｄ₁とする。第１の光ファイバ系１が１本の光ファイバである場合、直径ｄ₁はその光ファイバの外径に相等し、第１の光ファイバ系１が光ファイバ束である場合、最外周の光ファイバに外接する円の直径に相等する。同様に、第２の光ファイバ系２の受光端における第２の光ファイバ系２の外接円の直径をｄ₂と定義する。

本実施形態においては、プローブ１０の先端部を細径に構成するために、第１の光ファイバ系１の出射端１ａ及び第２の光ファイバ系２の受光端２ａが、光軸３Ｘを中心軸とする直径２ｄ₁＋ｄ₂未満の領域に設置される。すなわち、第１の光ファイバ系１の出射端１ａ及び第２の光ファイバ系２の受光端２ａを設置可能な内部領域ωの光軸（図２Ａにおいて原点Ｏ）を中心軸とする直径をプローブ有効内径Ｄとすると、Ｄ＜２ｄ₁＋ｄ₂の条件を満たすようにプローブ１０は構成される。図１においては、ファイバ保持部材４の内径がＤに相等する。ここで、２ｄ₁＋ｄ₂は、Ｘ１、Ｘ２、及び、集光レンズ３の光軸３Ｘを中心として第１の光ファイバ系１の中心軸１Ｘと対称の位置にある軸が１直線上に存在する場合であって、第２の光ファイバ系２が集光レンズ系３からの反射光の影響を受けないように配置されるときの、プローブの有効内径の最小値に相当する量であるが、本実施形態では、Ｄ＜２ｄ₁＋ｄ₂として、この量よりもさらにプローブの有効内径を小さくしている。なお、第１及び第２の光ファイバ系をプローブの保持部材内に収める必要があるため、Ｄ≧ｄ₁＋ｄ₂である。

本実施形態のプローブ１０においては、上記の構成をとる光学測定プローブ１０において、弾性過程と非弾性過程ともに測定光の受光効率を増大させること、測定光以外の迷光(例えばレンズ面からの反射光、レンズからの蛍光等)の受光量を減少させることを目的に構成される。この目的を集光レンズ３と光ファイバ系１，２の配置によって達成する。

集光レンズ３の第１の面３ａは凸面、第２の面３ｂは略平面の形状を有する。このとき、第１の面３ａからの反射光は発散しながら第１、第２の光ファイバ系１，２の方へ進む。一方、第２の面３ｂからの反射光は、収束しながら第１、第２の光ファイバ系１，２の方へ進む。拡散しながら伝播する光は、パワー密度が小さいため迷光としてはあまり寄与しない。集光レンズ３からの反射光を受光しないようにするためには、第２の面３ｂで反射され、集光しながら第２の光ファイバ系２の方向に伝播する光を受光しないようにすることが必要である。

集光レンズ３と光ファイバ系１，２の相対位置によって第２の光ファイバ系２の受光端２ａを集光レンズ３からの主たる反射光から避けさせることができる。そのために、第１の光ファイバ系１を光軸３Ｘ上から外すことで、第２の面３ｂからの反射光の集光位置を変化させることができることを利用する。
図３に示した一例を用いてこれを説明する。図３に、平凸レンズ３０が示される。平凸レンズ３０の光軸３０Ｘから外れた位置にある出射口３１から光を平凸レンズ３０の凸面に向けて出射する。その凸面と逆側のレンズ平面で光は反射される。この場合の出射光及びレンズ平面からの反射光の光線が図３中に示される。ここで、レンズ３０の屈折率はn_d=1.51633、ν_d=64.1であり、凸面の曲率半径は0.83 mm、平面の直径は1.66 mm、レンズ平面と出射口３１の距離は2.2 mm、出射口３１とレンズ光軸３０Ｘの距離は0.25 mm、出射口３１の大きさはφ0.2 mmで出射光のNAは0.22、波長は632.8 nmである。

図３に示すように、出射口３１が光軸３０Ｘから外れている場合、反射光の集光位置も光軸３０Ｘから外れた位置となる。
図３に示したように、レンズ平面からの反射光は、光軸３０Ｘに関して出射口３１と逆の方向にずれた位置に集光する。具体的には、集光レンズ３の第２の面３ｂからの反射光の集光位置は、第１の光ファイバ系１の中心軸１Ｘと、光軸３Ｘに対して対称な位置となる。すなわち、集光レンズ３からの反射光の実質的な集光中心は図２における座標〈−Ｐ１〉である。また、出射端１ａから第２の面３ｂまでの光路長と、第２の面３ｂから受光端２ａを含む平面までの光路長とが略等しく、第２の面３ｂが略平面であるから、第２の光ファイバ系２の受光端２ａを含む平面における反射光の集光スポット径は、第１の光ファイバ系１に係る直径ｄ₁と同程度となる。

以上の事項を踏まえて以下のようにプローブの構成条件を定義する。
（構成条件１）
図２に示すように、第１の光ファイバ系１の出射端及び第２の光ファイバ系２の受光端を設置可能な内部領域ωの外周から内部に距離ｄ₂／２以上離れた領域を、領域αとする。
第１の光ファイバ系１の出射端の中心軸（図２におけるＰ１）を中心軸とする直径ｄ₁＋ｄ₂未満の領域を、領域βとする。
光軸（図２における原点Ｏ）を中心として第１の光ファイバ系１の出射端の中心軸（図２におけるＰ１）と対称の位置にある軸（図２における〈−Ｐ１〉）を中心軸とする直径ｄ₁＋ｄ₂未満の領域を、領域γとする。言い換えれば、光軸に対する領域βの点対称像を領域γとする。
このとき、領域αのうち、領域β及び領域γを含まない領域δ（図２におけるハッチング部）に、第２の光ファイバ系２の受光端の中心軸２Ｘを配置する。これにより、実質的に集光レンズ３からの反射光が照射されない位置に受光用の光ファイバである第２の光ファイバ系２の受光端を配置することができる。従って、高効率に測定光を受光し、レンズ面からの反射光の受光量を低減することができる。また、弾性過程であるか非弾性過程であるかに関わらず反射光の影響を受けにくくなるため、非弾性過程の場合には有用な、反射光をカットするための光学フィルタを設けても弾性過程には対処できないという問題が解消され、弾性過程及び非弾性過程の両方に適用し得る。
内部領域ω及び領域αとしては、図２Ａに示す円形に限らず、図２Ｂに示す四角形を含む多角形その他の異形も含まれる。
なお、このとき、第１の光ファイバ系１の出射端と第２の光ファイバ系２の受光端とは、測定光の受光効率を高めるために極力近接して配置するのが好ましい。

また、同目的を達成するために次のようにプローブの構成条件を定義できる。
（構成条件２）
第１の光ファイバ系１の出射端１ａ及び第２の光ファイバ系２の受光端２ａを設置可能な内部領域ωの集光レンズ系の光軸（原点Ｏ）を中心軸とする直径をプローブ有効内径Ｄ（但し、Ｄ＜２ｄ₁＋ｄ₂）とする。
集光レンズ系の光軸（原点Ｏ）を中心として第１の光ファイバ系１の出射端１ａの中心軸（Ｐ１）と対称の位置にある軸（−Ｐ１）と、第２の光ファイバ系２の受光端の中心軸２Ｘとの距離ｄ₃が、（ｄ₁＋ｄ₂）／２＜ｄ₃＜Ｄ−（ｄ₁＋ｄ₂）／２の関係を満たすように、第１の光ファイバ系、第２の光ファイバ系及び集光レンズ系を配置する。

この条件式のうち「（ｄ₁＋ｄ₂）／２＜ｄ₃」は、上記構成条件１における「領域γを含まない」との条件を数式化したものに相等し、レンズ面からの反射光の受光量を低減させる目的を有する。
この条件式のうち「ｄ₃＜Ｄ−（ｄ₁＋ｄ₂）／２」は、次の理由による。
図４に示すように、直径Ｄの内部領域ωに第１の光ファイバ系１と第２の光ファイバ系２を最大限離して配置する場合を考える。第１の光ファイバ系１が直径ｄ₁、第２の光ファイバ系２が直径ｄ₂であるから、第１の光ファイバ系１の中心Ｐ１と第２の光ファイバ系２の中心Ｐ２との距離はＤ−（ｄ₁＋ｄ₂）／２である。
したがって、距離ｄ₃は距離Ｄ−（ｄ₁＋ｄ₂）／２を以上になることは無く、これを上限としたものである。

上記の通りに配置され、レンズ反射光の受光量を抑制し、測定対象からの測定光の受光量を確保した光学測定プローブの光学系において、さらに集光レンズ３の曲率、又は第１、２の光ファイバ系１，２と集光レンズ３の距離を所定の値に設定することにより、出射平面内での両光ファイバ系１，２の設置位置誤差によるレンズ反射光受光量の増大を防ぐことを実現する。
これを実現するために、第１の光ファイバ系１の出射端１ａ及び第２の光ファイバ系の受光端２ａと、これに対向する集光レンズ３の第１の面３ａとの距離を、集光レンズ３の焦点距離の等倍から１．４倍の範囲に設定し、集光レンズ３の第１の面３ａの曲率半径ｒ₁と、第１の面３ａに相対する第２の面３ｂの曲率半径ｒ₂の比ｒ₁/ｒ₂を−０．０５から０．０５の範囲に設定する。

〔実施例〕
以下に、上記の構成条件１，２によって、狭いプローブ有効内径においても、第２の光ファイバ系２を、集光レンズ３からの反射光から避けさせるとともに、測定対象からの測定光を効率的に第２の光ファイバ系２に受光させることができることを実施例により示す。以下に示す具体的な数値は、説明のために設定した値であり、本発明の構成を限定するものではない。また、以下の実施例では円筒状のプローブの場合を考えているが、プローブは図５に示すように多角形（図５Ａ）、Ｄ字型形（図５Ｂ）、切り欠きを有する円形（図５Ｃ）や多角形の断面形状でもよい。

実施例１は、以下の構成条件を有する。また、実施例１の断面図を図６に示した。
ｄ₁＝0.22 mm
ｄ₂＝0.22 mm
Ｄ＝0.6 mm
Ｐ１＝(0.11, ｙ₁)
集光レンズ３の硝材の屈折率ｎ_d＝1.51633、ν_d＝64.1
集光レンズ３の第１の面の曲率半径ｒ₁ ＝0.83 mm、第２の面３ｂは平面
集光レンズ３と第１の光ファイバ系１の出射端との距離 1.57 mm

以上の構成条件において、y₁を変化させた際の受光効率とレンズ反射光量の変化をシミュレーションで調べた結果を図７に示す。なお、受光効率は、第１の光ファイバからの出射光の光量に対する第２の光ファイバの受光量で表している。
図７Ａに示すように受光効率はｙ₁に依らずおおよそ一定となっている。しかし、図７Ｂに示すようにレンズ反射光量は、ｙ₁が増加するにつれて減少し、ｙ₁がおよそ0.1以上ではほぼ０となる。y₁が0.1のとき、第２の光ファイバ系２の中心Ｐ２は(-0.11, 0.1)であり、構成条件１の領域γの中心は(-0.11, -0.1)である。従って、両者の距離は0.2であり、これは構成条件２の下限値（ｄ₁＋ｄ₂）／２＝0.22とおおよそ一致する。

また、図８に構成条件１に基づいた位置関係を示している。図８Ａでｙ₁＝0.055、図８Ｂでｙ₁＝0.09、図８Ｃでｙ₁＝0.105、図８Ｄでｙ₁＝0.125、図８Ｅでｙ₁＝0.155と変化させている。これによりレンズ反射光量が減少するｙ₁＞0.1の場合は、第２の光ファイバ系２の中心Ｐ２が、構成条件１の領域δ内にあることが確認される。

実施例２は、以下の構成条件を有する。また、実施例２の断面図を図９に示した。
ｄ₁＝0.22 mm
ｄ₂＝0.22 mm
Ｄ＝0.6 mm
Ｐ１＝(0.19, 0)
−Ｐ１＝(-0.19, 0)
集光レンズの硝材の屈折率ｎ_d＝1.51633、ν_d＝64.1
集光レンズ３の第１の面の曲率半径ｒ₁ ＝0.83 mm、第２の面３ｂは平面
集光レンズ３と第１の光ファイバ系１の出射端との距離 1.57 mm

以上の構成条件において、第２の光ファイバ系２の中心Ｐ２を図９中に示す座標A1,A2,A3,A4,A5,A6と、領域βに外周に沿って集光レンズ３の第２の面３ｂからの反射光の集光中心に相当する座標〈−Ｐ１〉から離していく際の受光効率とレンズ反射光量の変化をシミュレーションで調べた結果を図１０に示す。図１０において横軸は、領域γの中心〈−Ｐ１〉の座標 (-0.19, 0)から第２の光ファイバ系２の中心Ｐ２までの距離である。
図１０Ａに示すように受光効率は距離に依らずにおおよそ一定であるのに対して、図１０Ｂに示すようにレンズ反射光量は距離が0.22の前後で大きく変化する。これは実施例1と同様に、構成条件２の下限値（ｄ₁＋ｄ₂）／２＝0.22とおおよそ一致する。
また、構成条件１で示した領域δに第２の光ファイバ系２の中心Ｐ２がある場合(図７のA4,A5,A6)には、レンズ反射光量が小さいことが確認される。

実施例３は、実施例２と同一の構成条件を有する。
実施例３において、構成条件１に従った領域を画定する図を描くと図１１のとおりとなる。図１１のハッチング領域の拡大図を図１２に示した。図１２中に表示した数値は、その数値を表示した位置に第２の光ファイバ系２の中心Ｐ２を設置した場合に第２の光ファイバ系２が受光するレンズ反射光量を示している。但し、表示の簡単のために10000倍した数値を表示している。
図１２に示すように領域γ内では、レンズ反射光量が４以上であるのに対して、領域δ内では２以下となっており、構成条件1で示した領域δの全域に渡ってレンズ反射光が低くなっていることがわかった。

以上の実施例１，２，３で示したように構成条件１又は２に従うことでレンズ反射光量の減少が達成される理由について改めて説明する。
以下、光ファイバ系の位置に関する説明は、特筆しない限り、第１の光ファイバ１の出射端１ａを含み、第１の光ファイバ系１に垂直な平面内を対象とする。また、この平面を出射平面と呼ぶ。
第１の光ファイバ系１から出射された光は、集光レンズ３の両面で一部が反射する。まずは、説明の簡単のために、光ファイバ系１，２から見て手前の面が凸面、奥の面が平面の平凸レンズの場合ついて述べる。凸面で反射された光は、拡散しながら第１および第２の光ファイバ系１，２に向かって進む。これは、拡散しながら伝播するため、光エネルギー密度は小さい。平面で反射された光は、第１の光ファイバ系１の周辺に集光するように伝播する。第１の光ファイバ系１の中心が光軸からずれて配置されている場合、平面からの反射光は、第１の光ファイバ系１とは逆の方向におおよそ同程度だけ(光軸に対しておおよそ点対称な位置に)ずれる。従って、集光レンズ平面からの反射光は、出射平面上では、−Ｐ１の位置を中心として分布する。また、集光レンズ平面からの反射光の分布の出射平面上での大きさは、幾何光学な考察から、第１の光ファイバ系１の大きさ以上であると考えられ、その直径の最小値をｄ₁と近似することが可能である。以上が、領域γを画定する理由である。

領域αは、プローブ有効内径Ｄ内で、第２の光ファイバ系２を配置するために、プローブ有効内径Ｄから第２の光ファイバ系の半径以上離して配置することに対応する条件であり、Ｄとｄ₂のみから決まる。
領域βは、第１の光ファイバ系１の周りに第２の光ファイバ系２を配置するための条件であり、Ｐ１とＰ２は両光ファイバ系１，２の半径分だけ離して設置する必要があることに対応しており、ｄ₁とｄ₂のみから決まる。

したがって、構成条件１は、言い換えると、第２の光ファイバ系２を設置できる幾何学的な条件(領域α外、かつ、領域β外)から、集光レンズ３からの反射光が集光する領域γを除いた領域となる。
以上のように領域γのみが光学的な条件から導かれる。領域γの外側に第２の光ファイバ系２の中心がある条件は、構成条件２として述べたように、座標〈−Ｐ１〉と座標Ｐ２との距離をｄ₃と両光ファイバ系１，２の直径ｄ₁とｄ₂を用いて、（ｄ₁＋ｄ₂）／２＜ｄ₃と表される。
以上に加えて、測定対象からの測定光を効率的に第２の光ファイバ系２に受光させるために、第１と第２の光ファイバ系１，２は、極力接するように配置するのが好ましい。

以上は、平凸レンズからなる場合についての説明であるが、重要な点は上述した「平面からの反射光は、第１の光ファイバ系１とは逆の方向におおよそ同程度だけ(光軸に対しておおよそ点対称な位置に)ずれる。」との光学的特性である。この特性によって、出射平面上で集光レンズ３からの反射光を第１の光ファイバ系１から遠ざけることが可能となる。このような特性を持つのは、集光レンズ３の第１の面３ａの曲率半径が第２の面３ｂの曲率半径より大きく、第１の面３ａが凸面であり、第２の面３ｂが略平面である場合である。平凸レンズでない場合は、集光レンズの第２の面３ｂからの反射光の出射平面内での分布が、領域γより大きくなり得るが、構成条件１又は２に従うことによって（ｄ₁＋ｄ₂）／２＜ｄ₃が満たされ、第２の光ファイバ系２へのレンズ反射光の受光量を低減することが可能である。

上記の通りに配置され、レンズ反射光の受光量を抑制し、測定対象からの測定光の受光量を確保した光学測定プローブの光学系において、さらに集光レンズ３の曲率、又は第１、２の光ファイバ系１，２と集光レンズ３の距離を所定の値に設定することにより、出射平面内での両光ファイバ系１，２の設置位置誤差によるレンズ反射光受光量の増大を防ぐことを実現する。
これを実現するために、第１の光ファイバ系１の出射端１ａ及び第２の光ファイバ系の受光端２ａと、これに対向する集光レンズ３の第１の面３ａとの距離を、集光レンズ３の焦点距離の１から１．４倍の範囲に設定し、集光レンズ３の第１の面３ａの曲率半径ｒ₁と、第１の面３ａに相対する第２の面３ｂの曲率半径ｒ₂の比ｒ₁/ｒ₂を−０．０５から０．０５の範囲に設定する。

次に、位置誤差を考慮した光ファイバ系１、２に対する集光レンズ３の設置距離、集光レンズ３の曲率半径比ｒ₁/ｒ₂の設定につき説明する。
ここまでに述べたように、プローブを構成条件１又は２に従って構成することで、集光レンズ３からの反射光を、第２の光ファイバ系２が受光しにくくすることが可能である。
しかし、レンズ反射光受光量は、両光ファイバ系１，２の設置位置に対して敏感に変化するため、現実の系においては、その位置誤差を含めてもレンズ反射光受光量が十分抑制されていることが必要である。
光ファイバ系１，２は、誤差を含めても光ファイバ系１，２が構成条件１，２に従った配置内に存在していることが必要である。また、前述の実施例１，２，３からも明らかなように、領域γとの境界付近で、レンズ反射受光量が増大する傾向にある。従って、その境界付近でレンズ反射受光量を低減する構成が、光ファイバ系１，２の位置誤差に対して高い安定性を有する構成であるといえる。このような構成を実現するための手段として、集光レンズの曲率を微調すること、及び光ファイバ系１の出射面と集光レンズ３との距離を微調することの各々の方策が有効である。

その有効性につき、以下の実施例４に基づいて説明する。
実施例４は、以下の構成条件を有する。また、実施例４の断面図を図１３に示した。
ｄ₁＝0.22 mm
ｄ₂＝0.22 mm
Ｄ＝0.6 mm
Ｐ１＝(0.11, 0.105)
Ｐ２＝(-0.11, 0.105)
集光レンズの硝材の屈折率ｎ_d＝1.51633、ν_d＝64.1
集光レンズ３の曲率半径の第１の面の曲率半径ｒ₁ 、第２の面の曲率半径ｒ₂(ただし1/r₁ + 1/r₂ = 1/0.83とし、近軸光学での焦点距離は不変。) -0.05＜ｒ₁/ｒ₂＜0.05 (正で両凸)
集光レンズ３と第１の光ファイバ系１の出射端との距離 1.37 〜 2.12（mm）

以上の条件に従う結果、図１３に示すように第２の光ファイバ系２の中心Ｐ２は、領域γの境界付近に存在することとなる。
以上の条件に従い、ｒ₁/ｒ₂及び集光レンズ３と第１の光ファイバ系１の出射端との距離を変化させた際の集光レンズ３で反射された反射光が第２の光ファイバ系２に受光される量を図１４にグラフにより示す。なお、図１４のグラフにおいて、集光レンズ３と第１の光ファイバ系１の出射端との距離は、（集光レンズ３の焦点位置から第１の光ファイバ系１の出射端までの距離）／（焦点距離）により示す。

図１４Ａのグラフにあっては、（集光レンズ３の焦点位置から第１の光ファイバ系１の出射端までの距離）／（焦点距離）の変化に対するレンズ反射受光量の変化を、焦点距離を不変にして曲率半径を変えた各単レンズについてそれぞれ示した。
図１４Ａにおいて平凸レンズ(−ｒ₁/ｒ₂＝０)の場合について見ると、横軸がおおよそ0.15のときにレンズ反射受光量が極小値を取る。従って、平凸レンズの場合は、光ファイバ系と集光レンズとの距離を、集光レンズの焦点距離の1.15倍とすることで、レンズ反射受光量を極小とすることが可能である。またこれにより、光ファイバ系と集光レンズとの距離の誤差や変動に対して光学性能が変化しにくい光学系の構築が可能となる。また、極小値を取る位置は、レンズの曲率によってシフトすることがわかる。

同様の効果は、レンズの曲率半径を調整することでも可能である。図１４Ｂのグラフにあっては、曲率半径比「−ｒ₁/ｒ₂」の変化に対するレンズ反射受光量の変化を、焦点距離を不変にして焦点位置からファイバ１出射端までの距離を変えた各構成についてそれぞれ示した。
（集光レンズ３の焦点位置から第１の光ファイバ系１の出射端までの距離）／（焦点距離）の値が0.15のときには、−ｒ₁/ｒ₂が0.000付近で極小値を取ることがわかる。また、極小値を取る曲率は、レンズ３とファイバ１との距離によって変化する。

図１４Ａ及び図１４Ｂから明らかなように、集光レンズの曲率半径比や光ファイバ系１と集光レンズ３との距離を調整することにより、レンズ反射光量を極小にし得る。従って、光ファイバ２の位置が、上述した構成条件１や構成条件２で規定する領域の境界付近になる場合などにおいては、集光レンズの曲率半径比や光ファイバ系と集光レンズとの距離を調整することによって、レンズ反射光量を低減することができる。図１４Ａ及び図１４Ｂからは、曲率半径比「−ｒ₁/ｒ₂」が少なくとも-0.05から0.05までの間では、光ファイバ系１と集光レンズ３の距離を変動させることで、レンズ反射受光量を極小にする位置が存在し、また、光ファイバ系１と集光レンズ３との距離が、少なくとも集光レンズ３の焦点距離の1.0〜1.4倍である場合には、集光レンズ３の曲率を変更することでレンズ反射受光量を極小にすることが可能であることが分かる。なお、本実施形態では集光レンズ系を単一の集光レンズで構成したものを示したが、集光レンズ系が複数レンズによって構成される場合は、最も光ファイバ系側に位置するレンズについて上記関係を満たすように配置すればよい。また、ここに示した範囲は、レンズの硝材の屈折率に応じて若干変化する。
これらレンズ反射受光量が極小になる配置で光学系を構成することで、単にレンズ反射受光量を低減できるだけでなく、少なくともレンズ形状と、レンズとファイバの相対距離に対する誤差に対して、レンズ反射光量の増大の抑制が図られる。
上記実施形態から明らかなように、集光レンズ及び光ファイバ系の配置に当たっては、構成条件１、２を考慮して配置を決めるステップに続き、製品の仕様上許容される範囲で、集光レンズの曲率半径比や光ファイバ系と集光レンズとの距離を微調整するステップを経ることにより、集光レンズからの反射光の影響が十分に低減されたプローブを作製することができる。

以上の実施形態においては、光ファイバは励起光を観察対象部位へ照射するとともに、この励起光に起因して生じる蛍光を含む測定光を受光することを例として挙げたが、その他例えば、照射光に起因して生じる散乱光またはラマン散乱光を受光することとしてもよい。これらの場合であっても、生体組織の変性や癌などの疾患状態の診断を行うことができ、本発明の効果を奏することができる。

本発明に係るプローブは、内視鏡による検査を行う医療分野において利用可能性がある。

１ 第１の光ファイバ系
１ａ 出射端
１Ｘ 中心軸
２ 第２の光ファイバ系
２ａ 受光端
２Ｘ 中心軸
３ 集光レンズ
３ａ 第１の面（凸面）
３ｂ 第２の面（略平面）
３Ｘ 光軸
４ ファイバ保持部材
５ プローブ外皮
１０ プローブ
１１ 先端面
２０ 生体組織表面

Claims (10)

1. 生体組織の測定対象部位に照射光を照射して、測定対象部位から放射される測定光を受光するための光学系を備えて当該測定光を測定するためのプローブであって、
   その先端に前記光学系として、前記照射光を導光する照射導光路を構成する第１の光ファイバ系と、前記測定光を導光する受光導光路を構成する第２の光ファイバ系と、前記第１の光ファイバ系の出射端及び前記第２の光ファイバ系の受光端に対向して前記照射光が照射されかつ前記測定光を集光する集光レンズ系とを有し、
   前記第１及び第２の光ファイバ系はそれぞれ１本の光ファイバ又は複数本の光ファイバの束から構成され、
   前記集光レンズ系は１個又は複数個のレンズから構成され、
   前記集光レンズ系の光軸と、前記第１の光ファイバ系の出射端の中心軸と、前記第２の光ファイバ系の受光端の中心軸とが、これら３つの軸のうち２つを通る直線が残りの１つを通らない条件で配置されてなるプローブ。
2. 前記第１の光ファイバ系の出射端における当該第１の光ファイバ系の外接円の直径をｄ₁とし、
   前記第２の光ファイバ系の受光端における当該第２の光ファイバ系の外接円の直径をｄ₂としたとき、
   前記第１の光ファイバ系の出射端及び前記第２の光ファイバ系の受光端が、前記集光レンズ系の光軸を中心軸とする直径２ｄ₁＋ｄ₂未満の領域に設置された請求項１に記載のプローブ。
3. 前記第１の光ファイバ系の出射端及び前記第２の光ファイバ系の受光端を設置可能な内部領域の外周から内部に距離ｄ₂／２以上離れた領域を、領域αとし、
   前記第１の光ファイバ系の出射端の中心軸を中心軸とする直径ｄ₁＋ｄ₂未満の領域を、領域βとし、
   前記集光レンズ系の光軸を中心として前記第１の光ファイバ系の出射端の中心軸と対称の位置にある軸を中心軸とする直径ｄ₁＋ｄ₂未満の領域を、領域γとしたとき、
   領域αのうち、領域β及び領域γを含まない領域に、前記第２の光ファイバ系の受光端の中心軸が配置された請求項２に記載のプローブ。
4. 前記第１の光ファイバ系の出射端及び前記第２の光ファイバ系の受光端を設置可能な内部領域の前記集光レンズ系の光軸を中心軸とする直径をプローブ有効内径Ｄ（但し、Ｄ＜２ｄ₁＋ｄ₂）とし、
   前記集光レンズ系の光軸を中心として前記第１の光ファイバ系の出射端の中心軸と対称の位置にある軸と、前記第２の光ファイバ系の受光端の中心軸との距離ｄ₃が、（ｄ₁＋ｄ₂）／２＜ｄ₃＜Ｄ−（ｄ₁＋ｄ₂）／２の関係を満たすように、前記第１の光ファイバ系、前記第２の光ファイバ系及び前記集光レンズ系が配置された請求項２に記載のプローブ。
5. 前記第１の光ファイバ系と前記第２の光ファイバ系とが互いに外周の少なくとも一部を接触させて配置された請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載のプローブ。
6. 前記第１の光ファイバ系と前記第２の光ファイバ系とが互いに離間して配置された請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載のプローブ。
7. 前記第１及び第２の光ファイバ系のうち少なくとも一方が複数本の光ファイバの束で構成されており、複数本の光ファイバの束で構成される一方の光ファイバ系の外接円内に、他方の光ファイバ系の外周の一部が位置する請求項５又は請求項６に記載のプローブ。
8. 前記第１及び第２の光ファイバ系のうち少なくとも一方が複数本の光ファイバの束で構成されており、複数本の光ファイバの束で構成される一方の光ファイバ系の外接円内には、他方の光ファイバ系の外周が位置していない請求項５又は請求項６に記載のプローブ。
9. 前記第１の光ファイバ系の出射端及び前記第２の光ファイバ系の受光端と、前記集光レンズ系を構成するレンズであって最も前記第２の光ファイバ系側のレンズの、前記第２の光ファイバ系の受光端側の第１の面との距離が、前記集光レンズの焦点距離の等倍から１．４倍の範囲にある請求項３から請求項８のうちいずれか一に記載のプローブ。
10. 前記集光レンズの前記第１の面の曲率半径ｒ₁と、前記第１の面に相対する第２の面の曲率半径ｒ₂の比ｒ₁/ｒ₂が−０．０５から０．０５の範囲にある請求項３から請求項９のうちいずれか一に記載のプローブ。

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